(57)【要約】【課題】  液晶パネルの入射側と出射側にそれぞれ配置される偏光部材における温度上昇を抑えて偏光部材の劣化を抑制した液晶プロジェクタを提供すること。【解決手段】  液晶プロジェクタ１は、その光学ユニットに、透過型の液晶パネル２１と、液晶パネル２１の光入射側に配置され、特定の振動方向に揃えられた直線偏光の入射を受ける入射側偏光ビームスプリッタ３１と、液晶パネル２１の光出射側に配置され、液晶パネル２１を透過した光の入射を受ける出射側偏光ビームスプリッタ３２を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型の液晶パネルと、
前記液晶パネルの光入射側に配置され、直線偏光の入射を受ける入射側偏光部材と、
前記液晶パネルの光出射側に配置され、前記液晶パネルを透過した直線偏光の入射を受ける出射側偏光部材と、を備えた液晶プロジェクタであって、
前記入射側偏光部材と前記出射側偏光部材のうち少なくともどちらか一方を偏光ビームスプリッタとした
ことを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項２】
前記出射側偏光部材を偏光ビームスプリッタとした
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタで反射された反射光を受ける熱伝導部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッタで反射された反射光を受ける部分を冷却する冷却手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型の液晶パネルを使って画素ごとの透過率を制御することによって、例えばパーソナルコンピュータやテレビなどが出力する画像をスクリーンなどの被投写体に拡大投影して表示する液晶プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、一般的な３板式液晶プロジェクタの光学系の一構成例を示す。この光学系は、光源ユニット５と、光源ユニット５からの光が導かれる光学ユニット４とから構成される。
【０００３】
光源ユニット５は、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプなどの光源と、この光源のまわりを囲むリフレクタを備える。光源から発せられた白色光はリフレクタによって効率よく集光され、コンデンサレンズ６を介して、第１フライアイレンズ７と第２フライアイレンズ９とから構成されるインテグレータで均質化される。第１フライアイレンズ７と第２フライアイレンズ９との間には、紫外線／赤外線反射部材８が配置されている。
【０００４】
インテグレータで均質化された光は、偏光変換手段１０で所定方向の直線偏光に揃えられ、レンズ１１を介した後、ダイクロイックミラー１２、１５によって青、緑、赤に色分解され、それぞれの色に対応して配置された３枚の液晶パネル２１、２２、２３を照明する。
【０００５】
具体的には、青色反射ダイクロイックミラー１２で反射された青色成分は紫外線吸収フィルタ１３、ミラー１４、レンズ３７、入射側偏光部材２４を介して青色用液晶パネル２１に入射する。
【０００６】
青色反射ダイクロイックミラー１２を透過した緑色成分及び赤色成分のうち緑色成分は、緑色反射ダイクロイックミラー１５で反射され、レンズ３８、入射側偏光部材２５を介して緑色用液晶パネル２２に入射する。
【０００７】
緑色反射ダイクロイックミラー１５を透過した赤色成分は、レンズ１６、ミラー１７、レンズ１８、ミラー１９、レンズ３９、入射側偏光部材２６を介して赤色用液晶パネル２３に入射する。
【０００８】
各液晶パネル２１、２２、２３で変調されそれぞれ対応する出射側偏光部材２７、２８、２９を透過した光は、色合成用のダイクロイックミラーまたはプリズム２０で再び色合成されて、投写レンズ３０を介してスクリーンに拡大投影される。
【０００９】
ここで、各偏光部材２４〜２９は、その構成として、基材フィルム（ポリビニールアルコール）にヨウ素や有機染料などの二色性の材料を染色・吸着させ、高度に延伸・配向させることで吸収二色性を発現させたものが、現在多く用いられている。このような吸収二色性を基本原理とした偏光部材は、入射する光を、直交する偏光成分のうち、二色性染料の配列と同方向の偏光成分を吸収して遮蔽し、他方の偏光成分を透過するものであり、吸収された偏光成分の光が熱エネルギーに変わって温度が上昇し偏光部材を劣化させるという問題がある。
【００１０】
そこで、特許文献１では、図８に示されるように、液晶パネル５０の光入射側と光出射側にそれぞれ配置される偏光部材５１、５２について、それぞれ、偏光フィルム５１ｂ、５２ｂが貼着されるガラス基板５１ａ、５２ａを無底角筒状にしてガラス基板５１ａ、５２ａの表面積を増やして放熱効果を高めるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２０１７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、近年、液晶プロジェクタは、より明るくという要望が強くなり光源の高輝度化が推し進められている。高輝度化が進めば偏光部材で吸収される非透過成分の光量も多くなり、その分、偏光部材にかかる熱負荷も大きくなってくる。上記特許文献１の構成としても偏光部材における光吸収は避けられず、高輝度化が進めば偏光部材の昇温抑制・耐光性にも限界が出てくる。
【００１２】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、偏光部材が光を吸収することに起因して生じる熱による劣化及び光照射（透過）による劣化を抑制する液晶プロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するため以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の液晶プロジェクタは、透過型の液晶パネルと、この液晶パネルの光入射側に配置され直線偏光の入射を受ける入射側偏光部材と、液晶パネルの光出射側に配置され液晶パネルを透過した直線偏光の入射を受ける出射側偏光部材とを備え、入射側偏光部材と出射側偏光部材のうち少なくともどちらか一方を偏光ビームスプリッタとしたことを特徴としている。
【００１４】
ここで、偏光ビームスプリッタは、ある特定方向の直線偏光（磁界のベクトルと進行方向とを含む面である偏光面が時間的に変わらず一定の方向にあるもの）のみを透過させ、非透過成分は前記特定方向の直線偏光に直交する直線偏光として反射させる。このように非透過成分は偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射によって遮蔽され、光の吸収は生じないため、吸収光に起因する熱による劣化を抑制できる。また、偏光ビームスプリッタは、従来のフィルムを用いた偏光部材に比べて光照射（透過）に対する耐光性にも優れる。
【００１５】
液晶パネルは、入射側偏光部材を透過した特定方向の直線偏光の入射を受け、電圧をかけるか、かけないかによって液晶配列を変えることで、その特定方向の直線偏光の偏光方向を変えずにそのまま透過させるか、あるいは偏光方向を変えて透過させる。そして、出射側偏光部材は、液晶パネルを透過した直線偏光の偏光方向に応じて、その直線偏光を透過させるか遮蔽する。
【００１６】
入射側偏光部材に入射する直線偏光の偏光方向は、液晶パネルに入射させるべき直線偏光の前記特定方向に一致するように前段の光学系で調整されるが、わずかにずれることがある。一致している場合には、入射側偏光部材に入射した直線偏光はそのまま透過して液晶パネルに入射するが、ずれている場合には、前記特定方向の成分のみを透過させ非透過成分は遮蔽する。したがって、入射側偏光部材で遮蔽される光量は生じたとしてもわずかである。
【００１７】
これに対して、出射側偏光部材では、液晶パネルで形成される画像に応じて画素ごとに透過か遮蔽を行うので、例えば画像に暗い部分が多い場合には出射側偏光部材における遮蔽光量は多くなる。したがって、出射側偏光部材を偏光ビームスプリッタにして、非透過成分による熱負荷を回避するようにすることが好ましい。もちろん、入射側偏光部材だけ、あるいは入射側と出射側の偏光部材両方を偏光ビームスプリッタにしてもよい。
【００１８】
また、偏光ビームスプリッタで反射された反射光を受ける部分に熱伝導部材を設ければ、反射光によって生じた熱は熱伝導部材中を伝わって拡散し、反射光による局部過熱を抑えることができる。
【００１９】
また、光源の高輝度化により反射光の光量が多く上記熱伝導部材による熱拡散作用だけでは不十分な場合には、偏光ビームスプリッタで反射された反射光を受ける部分を冷却する冷却手段を備える構成にすればよい。冷却手段としては、例えば、空冷手段、液冷手段、ペルチェ素子などが挙げられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の液晶プロジェクタによれば、偏光部材として偏光ビームスプリッタを用いることで、不要光（非透過光）を吸収によって遮蔽するのではなく反射によって遮蔽し、吸収光に起因する熱による劣化を防げる。さらに、光照射（透過）に対する耐光性も向上できる。この結果、偏光部材の長寿命化が図れ、また偏光部材の劣化に起因する色むらや輝度むらを防いで品質向上も図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る液晶プロジェクタ１の外観斜視図を示す。液晶プロジェクタ１は、略直方体形状の筐体２の内部に光源ユニットや光学ユニットなどの各部品を収容してなる。筐体２の正面部２ａにはレンズ窓３が開口されている。
【００２２】
本実施形態では、前述した図７に示す光学ユニットにおいて、従来の吸収二色性を基本原理とした偏光部材に代えて偏光ビームスプリッタを偏光部材として用いている。その他構成は、図７と同様であり、光源ユニット５、偏光変換手段１０、ダイクロイックミラー１２、１５、液晶パネル２１〜２３、色合成用のダイクロイックミラーまたはプリズム２０、投写レンズ３０などを備える。光学ユニットは各部材が一体的に構成され、投写レンズ３０が、図１に示す筐体正面部２ａのレンズ窓３に臨むように筐体２内に配設される。
【００２３】
光源ユニット５からの光は、インテグレータ（第１、第２フライアイレンズ７、９）で均質化され、偏光変換手段１０で一定方向の直線偏光に揃えられ、ダイクロイックミラー１２、１５によって青、緑、赤に色分解され、それぞれの色に対応して配置された３枚の液晶パネル２１、２２、２３を照明する。そして、各液晶パネル２１、２２、２３で変調され出射側偏光部材を透過した光は、色合成用ダイクロイックミラーまたはプリズム２０で再び色合成されて、投写レンズ３０を介してスクリーンに拡大投影される。
【００２４】
液晶パネル２１〜２３は直線偏光の偏光方向を変えることによって光の透過率を変えるので、液晶パネル２１〜２３への入射光は直線偏光である必要がある。ここで、単に偏光部材によって直交する２方向の直線偏光に分離しただけではその一方の方向の直線偏光しか利用できず、約半分の光量損失となる。そこで、偏光変換手段１０によって、光源からの自然光をすべて同一方向に偏光した直線偏光に変換している。
【００２５】
偏光変換手段１０は、例えば図６に示すように、偏光ビームスプリッタ３３に位相差板（１／２波長板）３４を貼り付けて構成される。先ず、入ってきた光を偏光ビームスプリッタ３３により２つの方向（Ｓ偏光とＰ偏光）に分離する。Ｓ偏光は反射してそのまま出て行くが、もう一方のＰ偏光については位相差板３４を通すことでＳ偏光に変えている。この結果、光源からの自然光をすべてＳ偏光に変換でき、光の利用率を向上させて輝度の低下を防げる。
【００２６】
直線偏光化された光のうち例えば青色成分は、図２に示すように青色用の液晶パネル２１の光入射側に配置された入射側偏光ビームスプリッタ３１を介して、液晶パネル２１に入射する。入射側偏光ビームスプリッタ３１は、図７に示す偏光部材２４に代わって、レンズ３７と液晶パネル２１との間に配置されている。また、液晶パネル２１の光出射側には出射側偏光ビームスプリッタ３２が配置されている。出射側偏光ビームスプリッタ３２は、図７に示す偏光部材２７に代わって、液晶パネル２１と、色合成用ダイクロイックミラーまたはプリズム２０との間に配置されている。
【００２７】
入射側偏光ビームスプリッタ３１は、内部の屈折率が均質で光の吸収が少ない例えばＢＫ７などの光学ガラスからなる三角柱状の２個のプリズム３１ａ、３１ｂのうち一方の斜面に蒸着法などで誘電体膜からなる偏光分離膜３１ｃを形成した後、他方のプリズムの斜面に接着剤を塗布してこれを偏光分離膜３１ｃに重ね合わせて得られる。
【００２８】
同様に、出射側偏光ビームスプリッタ３２は、内部の屈折率が均質で光の吸収が少ない例えばＢＫ７などの光学ガラスからなる三角柱状の２個のプリズム３２ａ、３２ｂのうち一方の斜面に蒸着法などで誘電体膜からなる偏光分離膜３２ｃを形成した後、他方のプリズムの斜面に接着剤を塗布してこれを偏光分離膜３２ｃに重ね合わせて得られる。
【００２９】
入射側偏光ビームスプリッタ３１への入射光は、上述したように偏光変換手段１０によって特定方向の直線偏光とされ、そのまま入射側偏光ビームスプリッタ３１を透過して液晶パネル２１に入射する。しかし、入射側偏光ビームスプリッタ３１に入射する直線偏光の偏光方向が前記特定方向からわずかにずれていることもあり、その場合には、入射側偏光ビームスプリッタ３１は、前記特定方向の成分のみを透過させ、非透過成分は前記特定方向に直交する直線偏光として偏光分離膜３１ｃで反射させて液晶パネル２１への入射を遮蔽する。何れにしろ、液晶パネル２１には前記特定方向の直線偏光のみが入射する。
【００３０】
液晶パネル２１の透明電極間に電圧をかけない状態では封入された液晶分子はらせん状に９０゜ねじれて配列されており、入射した前記特定方向の直線偏光は液晶分子配列のねじれに沿って偏光面が９０゜回転して変化する。旋光性と呼ばれるこの現象により、液晶パネル２１から出てくる光は、出射側偏光ビームスプリッタ３２を透過できる直線偏光とされ、出射側偏光ビームスプリッタ３２を透過する。
【００３１】
逆に、電圧をかけた状態では、液晶分子は、電界方向に沿って、すなわちガラス基板に垂直に並ぶ。このとき、分子配列のねじれが解け、液晶分子は光の偏光面を変化させず、液晶パネル２１に入射した前記特定方向の直線偏光はそのまま液晶パネル２１を透過する。したがって、液晶パネル２１から出てくる光は、出射側偏光ビームスプリッタ３２を透過できる直線偏光に直交する直線偏光であり、この直線偏光は出射側偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離膜３２ｃで反射されて色合成用ダイクロイックミラーまたはプリズム２０への入射が遮蔽される。
【００３２】
なお、上記説明では、電圧をかけない場合に出射側偏光ビームスプリッタ３２から光が透過してくるいわゆるノーマリーホワイトモードとして説明したが、電圧をかけた場合に出射側偏光ビームスプリッタ３２から光が透過してくるいわゆるノーマリーブラックモードであってもよい。
【００３３】
以上述べたように本実施形態では、偏光部材として、ある特定方向の直線偏光のみを透過させ、非透過成分を、前記特定方向の透過直線偏光に直交する直線偏光として反射させる偏光ビームスプリッタを用いており、非透過成分は反射によって遮蔽され、光の吸収は生じない。よって、吸収光に起因する熱による偏光部材の劣化を抑制できる。さらに、光照射（透過）に対する耐光性にも優れる。この結果、偏光部材の長寿命化が図れ、また偏光部材の劣化に起因する色むらや輝度むらを防いで品質向上も図れる。
【００３４】
図２に示す例では、入射側及び出射側の両方の偏光部材を偏光ビームスプリッタとしたが、入射側と出射側のどちらか一方だけを偏光ビームスプリッタにする構成でもよい。特に、入射側に比べて非透過成分が多くなる出射側の偏光部材を偏光ビームスプリッタにすることが好ましい。しかし、非透過成分による熱劣化の影響がそれほどない入射側偏光部材であっても、偏光ビームスプリッタにすることで、従来のフィルムを用いた構成に比べて透過光による劣化の影響を少なくできる。
【００３５】
なお、緑色用の液晶パネル２２の光入射側と光出射側のそれぞれにも同様に入射側偏光ビームスプリッタ３１と出射側偏光ビームスプリッタ３２が配置され、上述した作用と同様の作用が得られる。さらに、赤色用の液晶パネル２３の光入射側と光出射側のそれぞれにも同様に入射側偏光ビームスプリッタ３１と出射側偏光ビームスプリッタ３２が配置され、上述した作用と同様の作用が得られる。
【００３６】
あるいは、赤色光や緑色光に比べて波長が短く偏光部材に与える影響も大きくなりがちな青色光用の偏光部材についてのみ偏光ビームスプリッタを用いるようにしてもよい。赤色光については波長が短く光量もそれほど多くないので偏光ビームスプリッタを用いず従来構成の偏光部材のままでもよい。
【００３７】
また、出射側偏光ビームスプリッタ３２と、色合成用ダイクロイックミラーまたはプリズム２０との間に従来構成の偏光部材をさらに配置してもよい。これにより、出射側偏光ビームスプリッタ３２で完全に遮蔽しきれなかった光を従来構成の偏光部材で確実に吸収して、コントラストの低下を防げる。この場合、遮蔽すべき光の大部分は偏光ビームスプリッタ３２で反射され、従来構成の偏光部材における光吸収は、従来構成の偏光部材を単独で使うよりも抑えられ、偏光部材に与える影響は小さい。
【００３８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ３１、３２で反射された反射光を受ける熱伝導部材３５を備える。例えば、軽量かつ強度も大きいマグネシウムからなる板状部材を、光学ユニットを支持するための光学ユニットベースとして用いることがあり、マグネシウムは熱伝導性にも優れるので、そのマグネシウムからなる光学ユニットベースを熱伝導部材３５として機能させることができる。もちろん、その他の熱伝導性に優れた銅やアルミニウムなどの金属あるいは合金からなる熱伝導部材３５を用いてもよい。あるいは、光学ユニットベースが樹脂材料であっても、その光学ユニットベースに、グラファイトシートやシリコンシートなどの熱伝導性に優れたシートを貼り付けてもよい。
【００４０】
各偏光ビームスプリッタ３１、３２で反射された反射光は、図３において偏光ビームスプリッタ３１、３２の下方に位置する熱電導部材３５に照射され、その照射光に起因する熱は熱伝導部材３５の面方向（図３において横方向）に広がるように拡散する。これにより、反射光を受ける部分が局部的に過熱されてしまうことを防げる。
【００４１】
また、反射光を受ける部分での再度の反射を抑制して、その反射光が、光源〜投写レンズに至る光路に入り込まないようにする必要がある。例えば、反射光を受ける部分を黒くしたり、表面粗さを大きくするなどの対策が挙げられる。
【００４２】
また、光源の高輝度化が進められ、反射光の光量が多く熱伝導部材３５だけでは不十分な場合には、電流を流すことで熱を吸収するペルチェ素子３６を使用してもよい。図３の例では、ペルチェ素子３６は、入射側よりも反射光量が多くなる出射側の偏光ビームスプリッタ３２からの反射光が到達する部分を冷却するために設けられている。ペルチェ素子３６はその吸熱面３６ａを出射側偏光ビームスプリッタ３２側に向けて熱伝導部材３５の下面に取り付けられている。また、ペルチェ素子３６の吸熱面３６ａの反対面である発熱面３６ｂにヒートシンクを取り付けてもよい。
【００４３】
また、通常、液晶パネル２１にはファンからの風が送られて空冷されているので、そのファンからの風を利用して熱伝導部材３５とペルチェ素子３６の放熱効率を高めることができる。
【００４４】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、液晶パネル２１と光出射側偏光ビームスプリッタ４０が配置された部分の模式平面図を示す。
【００４５】
本実施形態に係る出射側偏光ビームスプリッタ４０は、図５に示すように、４つの三角柱状のプリズム４０ａ〜４０ｄを組み合わせてなる。そして、この出射側偏光ビームスプリッタ４０では、非透過成分は２方向に反射する。具体的には、プリズム４０ａの斜面とプリズム４０ｂの斜面とが重なった部分の偏光分離面と、プリズム４０ｃの斜面とプリズム４０ｄの斜面とが重なった部分の偏光分離面の２箇所で、図４に示す太い矢印のように反射される。
【００４６】
上記第１、第２の実施形態の偏光ビームスプリッタ３１、３２は立方体であるのに対して、本実施形態の偏光ビームスプリッタ４０は直方体であり、しかもその最も短い辺部を光透過方向に平行にして配置される。よって、本実施形態の偏光ビームスプリッタ４０では、偏光分離面における、光透過方向に沿った方向の成分の長さを上記第１、第２の実施形態の偏光ビームスプリッタ３１、３２に比べて短くできる。すなわち、本実施形態の偏光ビームスプリッタ４０は、上記第１、第２の実施形態の偏光ビームスプリッタ３１、３２に比べて光透過方向に沿った方向の厚さを薄くでき、これにより設置スペースの省スペース化が図れる。
【００４７】
そして、本実施形態ではさらに、偏光ビームスプリッタ４０で反射された反射光を受ける部分を冷却する冷却手段を備える。この冷却手段は、液冷用の媒体を収容するタンク４２と、ポンプ４１と、ヒートシンク４３と、ポンプ４１とヒートシンク４３とを接続する配管４５とを備える。
【００４８】
ポンプ４１から送り出された液冷用媒体は図４において細線で示された矢印方向に循環する。すなわち、ポンプ４１から送り出された液冷用媒体は、配管４５における、偏光ビームスプリッタ４０からの反射光を受ける部分に位置する箇所を通過して反射光から熱を奪ってヒートシンク４３に至る。そして、ヒートシンク４３を介して放熱された後、配管４５を介してポンプ４１に戻され、また送り出される。これが循環される。これにより、反射光を受ける部分の局部的な過熱を防げる。このような液冷は、第２の実施形態のように熱伝導部材による放熱作用を利用した構成、あるいはファンによる空冷に比べて冷却効果が高く、今後ますます高輝度化される液晶プロジェクタにとって有効となる。
【００４９】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５０】
上記実施形態では３板式の液晶プロジェクタについて説明したが、これに限らず、各画素に３原色に対応する開口が形成されている１枚の液晶パネルを用いた単板式の液晶プロジェクタにも本発明は適用できる。
【００５１】
また、偏光ビームスプリッタはガラス材料に限らず、プラスチック材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶プロジェクタの外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る液晶プロジェクタの光学ユニット要部の模式側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液晶プロジェクタの光学ユニット要部の模式側面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る液晶プロジェクタの光学ユニット要部の模式平面図である。
【図５】図４に示す偏光ビームスプリッタの拡大斜視図である。
【図６】偏光変換手段の一構成例を示す模式図である。
【図７】従来例の液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図８】他従来例の液晶プロジェクタの液晶パネル及び偏光部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…液晶プロジェクタ、４…光学ユニット、５…光源ユニット、１０…偏光変換手段、１２…青色反射ダイクロイックミラー、１５…緑色反射ダイクロイックミラー、２１〜２３…液晶パネル、３０…投写レンズ、３１…入射側偏光ビームスプリッタ、３２…出射側偏光ビームスプリッタ、３３…偏光ビームスプリッタ、３４…位相差板、３５…熱伝導部材、３６…ペルチェ素子、４０…出射側偏光ビームスプリッタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006064734.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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