(57)【要約】【課題】液晶ライトバルブと、無機材料を主体として構成された反射偏光板とを備え、前記反射偏光板による反射光を適切に制御することができ、もって高い信頼性を得ることが可能であり、好ましくは小型化にも有利な構成を備えた投射型表示装置を提供する。【解決手段】本発明の投射型表示装置は、光源１１と、該光源１１の光を変調する液晶ライトバルブ１４と、前記変調された光を投射する投射装置１７とを備え、前記液晶ライトバルブ１４と投射装置１７との間に反射偏光板１６が設けられており、前記反射偏光板１６は、反射光Ｌｒを液晶ライトバルブ１４から反射偏光板１６への光路の外側へ反射させるようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源の光を変調する液晶ライトバルブと、前記変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置であって、
前記液晶ライトバルブと投射装置との間に、反射偏光板が設けられており、
前記反射偏光板が、入射する光を、正反射方向とは異なる方向に反射させる機能を有していることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源と、該光源の光を変調する液晶ライトバルブと、前記変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置であって、
前記液晶ライトバルブと投射装置との間に、反射偏光板が設けられており、
前記反射偏光板が、前記液晶ライトバルブから入射する光を、前記液晶ライトバルブから反射偏光板に向かう光路の外側へ出射可能に構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記反射偏光板が、複数のプリズムを配列形成したプリズム層と、該プリズム層上に形成された平面視略ストライプ状の金属膜からなるワイヤーグリッド層とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記反射偏光板のプリズム層において、前記複数のプリズムが周期的に平面配列されていることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記反射偏光板のプリズム層において、前記複数のプリズムがほぼランダムに平面配列されていることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記反射偏光板のプリズム層において、ほぼ同一形状の前記プリズムが配列形成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記反射偏光板のプリズム層において、複数の異なる形状の前記プリズムが配列形成されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記反射偏光板のプリズム層において、断面略三角形状の凸条からなる前記プリズムが配列形成されていることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記反射偏光板のプリズム層において、略島状の凸部又は凹部からなる前記プリズムが配列形成されていることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記プリズムが、前記反射偏光板面内方向に対して傾斜して形成された複数の傾斜面を有しており、
前記複数の傾斜面が互いに異なる傾斜角に形成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
前記プリズムが、前記反射偏光板面内方向に対して傾斜して形成された複数の傾斜面を有しており、
前記複数のプリズムが、同一方向に向いて配置された傾斜面を有していることを特徴とする請求項１０に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
前記ワイヤーグリッド層を構成する金属膜の側壁が、前記反射偏光板に入射する光の進行方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項３ないし１１のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、照明装置から出射された光を液晶ライトバルブで変調した後、スクリーン上に拡大投射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。
【０００３】
この投射型液晶表示装置では、通常光源にハロゲンランプや高圧水銀ランプが用いられており、偏光板や液晶ライトバルブに対して強力な光が照射されるようになっている。そのため、樹脂等の有機材料からなる偏光板を用いた場合には、熱や光による偏光板の劣化が問題となっていた。
そこで、上記光や熱による偏光板の劣化を緩和するためには、例えば特許文献１、特許文献２に記載されている偏光板を適用することが考えられる。これらの文献に記載の偏光板は、平面視ストライプ状の微細な金属格子により所定方向の偏光成分のみを透過させ、それ以外の偏光成分は反射する特性を備えた反射偏光板であり、金属材料を主体として構成されているため、光や熱に対する耐性に優れるという利点を有している。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６，０８１，３７６号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２４３，１９９号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、上記文献に記載の反射偏光板を備えた投射型液晶表示装置の概略構成を示す図であり、この投射型表示装置では、光源１０１から出射された光が、カラーホイール（カラーフィルタ）１０２、偏光板１０３を経由して液晶ライトバルブ１０４に入射し、液晶ライトバルブ１０４により変調された後、反射偏光板１０６、投射装置１０７を介してスクリーン等に投影されるようになっている。
【０００６】
上記構成の投射型液晶表示装置では、反射偏光板１０６を備えたことで、光や熱による偏光板の劣化が抑えられ、優れた耐久性が得られると考えられる。ところが、上記投射型液晶表示装置を動作させたところ、液晶ライトバルブ１０４の劣化度合が、有機材料の偏光板を用いた場合に比して大きくなることが確認された。そこで、本発明者が検証を行ったところ、図４に示すように、上記反射偏光板１０６からの反射光Ｌｒが液晶ライトバルブ１０４に入射しており、この光が、液晶ライトバルブ１０４の劣化を速めていることが分かった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、液晶ライトバルブと、無機材料を主体として構成された反射偏光板とを備え、前記反射偏光板により反射光を適切に制御することができ、もって高い信頼性を得ることが可能であり、好ましくは小型化にも有利な構成を備えた投射型表示装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射型表示装置は、上記課題を解決するために、光源と、該光源の光を変調する液晶ライトバルブと、前記変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置であって、前記液晶ライトバルブと投射装置との間に、反射偏光板が設けられており、前記反射偏光板が、入射する光を正反射方向とは異なる方向に反射させる機能を有していることを特徴としている。
係る投射型表示装置によれば、反射偏光板で反射された光は、その正反射方向とは異なる方向へ出射されるので、典型的には反射偏光板に法線方向から入射される液晶ライトバルブの出力光が、反射偏光板の法線方向へ反射されるのを防止することができる。従って、本構成によれば、反射偏光板の反射光による液晶ライトバルブの劣化を防止でき、耐熱性、耐光性に優れる投射型表示装置を提供することができる。
【０００９】
あるいは本発明の投射型表示装置としては、光源と、該光源の光を変調する液晶ライトバルブと、前記変調された光を投射する投射装置とを備えた投射型表示装置であって、前記液晶ライトバルブと投射装置との間に、反射偏光板が設けられており、前記反射偏光板が、前記液晶ライトバルブから入射する光を、前記液晶ライトバルブから反射偏光板に向かう光路の外側へ出射可能に構成されていることを特徴とする構成も適用できる。
この構成によっても、前記反射偏光板から出射される反射光が、前記液晶ライトバルブに入射するのを防止できるので、前記反射光による液晶ライトバルブの劣化を防止でき、耐熱性、耐光性に優れた投射型表示装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板が、複数のプリズムを配列形成したプリズム層と、該プリズム層上に形成された平面視略ストライプ状の金属膜からなるワイヤーグリッド層とを備えている構成とすることができる。
この構成によれば、前記ワイヤーグリッド層により特定の偏光成分を選択的に透過／反射させる反射偏光板の機能を実現できるとともに、前記プリズム層の形状制御によりワイヤーグリッド層で反射された光の進行方向を制御することができる。従って、本構成によれば、従来用いられていた偏光板、あるいは反射偏光板と同等の薄型の反射偏光板により、先の液晶ライトバルブの保護効果を得られるため、投射型表示装置の薄型化に有利である。
【００１１】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、前記複数のプリズムが周期的に平面配列されている構成とすることもできる。
この構成によれば、前記プリズムないしプリズム層を容易に形成することができ、製造容易性の高い投射型表示装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、前記複数のプリズムがほぼランダムに平面配列されている構成とすることもできる。
この構成によれば、前記ワイヤーグリッド層で反射された光の回折干渉により光の波長ごとに異なる出射方向にピークを持ち、さらにそのピークの出射方向が狙いの出射方向から大きくずれるという不具合が生じるのを防止することができる。
【００１３】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、ほぼ同一形状の前記プリズムが配列形成されている構成とすることもできる。
この構成によれば、前記プリズムないしプリズム層を容易に形成することができ、製造容易性の高い投射型表示装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、複数の異なる形状の前記プリズムが配列形成されている構成とすることもできる。
この構成によれば、前記ワイヤーグリッド層で反射された光が回折干渉により光の波長ごとに異なる出射方向にピークを持ち、さらにそのピークの出射方向が狙いの出射方向から大きくずれるという不具合が生じるのを防止することができる。
【００１５】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、断面略三角形状の凸条からなる前記プリズムが配列形成されている構成とすることもできる。
この構成によれば、比較的簡単な構成で上記反射偏光板を構成することができるため、製造の容易性に優れ、また製造コストの点でも有利な投射型表示装置を提供することができる。また、反射光の進行方向の制御性に優れているため、吸光部材等と組み合わせて反射光の制御を容易に行えるという利点もある。
【００１６】
本発明の投射型表示装置では、前記反射偏光板のプリズム層において、略島状の凸部又は凹部からなる前記プリズムが配列形成されている構成とすることもできる。
この構成によれば、プリズムをランダムに配置した場合に、より周期性が発現し難い構造を容易に実現できるため、反射偏光板のワイヤーグリッド層で反射された光が極めて干渉し難い構成を実現できる。
【００１７】
本発明の投射型表示装置では、前記プリズムが、前記反射偏光板面内方向に対して傾斜して形成された複数の傾斜面を有しており、前記複数の傾斜面が互いに異なる傾斜角に形成されている構成とすることが好ましい。
この構成によれば、反射偏光板のワイヤーグリッド層で反射した光が、反射偏光板の法線方向へ出射されない反射偏光板を容易に実現できる。
【００１８】
本発明の投射型表示装置では、前記プリズムが、前記反射偏光板面内方向に対して傾斜して形成された複数の傾斜面を有しており、前記複数のプリズムが、同一方向に向いて配置された傾斜面を有している構成とすることもできる。
この構成によれば、前記ワイヤーグリッド層で反射された光を所定の方向へ導光することが容易にできるため、例えば前記反射光を吸光部材によって吸収させたり、照明系を迂回させて光源に戻し、照明光として再利用することも容易に行える。
【００１９】
本発明の投射型表示装置では、前記ワイヤーグリッド層を構成する金属膜の側壁が、前記反射偏光板に入射する光の進行方向と平行に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、入射光に対して、前記ワイヤーグリッド層の偏光を選択的に透過／反射させる機能を有効に作用させることができ、高コントラストの投射表示が得られる投射型表示装置を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る投射型表示装置の概略構成図であり、図２は、図１に示す反射偏光板を拡大して示す断面構成図である。本実施形態の投射型表示装置は、図１に示すように、光源１１と、カラーホイール１２と、偏光板１３と、液晶ライトバルブ１４と、反射偏光板１６と、投射装置１７とを備えて構成されている。すなわち、本実施形態の投射型表示装置は、単板式の液晶プロジェクタとして構成されている。
【００２１】
光源１１は、例えばハロゲンランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等を備えている。
偏光板１３は、有機材料を主体とする偏光板を用いることができ、後述する反射偏光板１６と同様に、無機材料を主体とする構成の偏光板又は反射偏光板であっても構わない。
【００２２】
カラーホイール１２は、軸周りに回転自在の略円盤状を成しており、その周方向に複数の色材が配設され、カラーホイール１２を回転させることで、時分割的に透過光を異なる色光に変換して出力することができるようになっている。
液晶ライトバルブ１４は、対向して配置された一対の基板間に液晶層が挟持され、前記液晶層に印加する電圧により液晶分子の配向制御を行うことで、透過する光を変調するようになっている。そして、上記カラーホイール１２から出力される色光に同期して画像情報を切り替えて前記各色光の変調を行うことで、投影画像を生成するようになっている。液晶ライトバルブ１４には、投射型表示装置の光変調手段として利用可能に構成された液晶装置であれば、公知のものを含み問題なく適用できる。
【００２３】
反射偏光板１６は、図２に示すように、断面三角形状の凸条からなる複数のプリズム２１を、ガラスや石英、あるいは樹脂材料からなる透光性の基板２５上に配列形成したプリズム層２０と、前記プリズム２１の表面に沿って紙面垂直方向に延びる複数の金属膜２２からなるワイヤーグリッド層２４とを備えており、前記金属膜２２…は、所定のピッチで平面視ストライプ状に配列されている。
【００２４】
上記プリズム２１…は、紙面に垂直に延在する断面三角形状の凸条からなり、その幅は、３〜１００００μｍ程度に形成される。本実施形態の場合、各プリズム２１…は、互いに異なる幅や高さに形成されて配列されているが、各プリズム２１…の傾斜面２１ａは同一方向（図示左下方向）を向いて形成されている。この構成により、ワイヤーグリッド層２４で反射された光が互いに干渉するのを防止するとともに、プリズム２１…上面に形成されたワイヤーグリッド層２４で反射される光を、その正反射方向とは異なる方向へ進行させることができるようになっている。また、前記反射光の光学干渉が生じ難いので、プリズム２１…の平面寸法、及び形成ピッチを小さくでき、その結果、反射偏光板自体の厚さを薄くできるという利点も有している。反射偏光板が厚いと熱容量が大きくなり、熱による形状の変化の度合いも大きくなる。
【００２５】
プリズム２１…は、透光性の樹脂材料を成形して形成する方法や、石英等の基板を加工する方法により形成することができる。樹脂材料により形成する場合には、基板２５上に感光性材料を塗布した後、グレーマスクを用いて露光し、現像することで基板２５に対して傾斜した面を有するプリズム２１を形成することができる。あるいは、プリズム２１…と逆凹凸の加工面を有する転写型を用いて、基板２５上に塗布された樹脂材料の膜面を加工する方法によっても形成することができる。
また、本実施形態の場合、図２に示すようにプリズム２１…の断面形状が鈍角三角形となっているため、上記いずれの形成方法においても、高い製造容易性が得られるようになっている。
【００２６】
前記金属膜２２…は、アルミニウムや銀等の金属材料で形成され、入射光の波長以下のピッチ（例えば１５０ｎｍ程度）で形成されている。これらの金属膜２２からなるワイヤーグリッド層２４は、入射光に含まれる偏光成分のうち、金属膜２２延在方向（紙面垂直方向）に平行な直線偏光を選択的に反射し、金属膜２２と直交する方向（紙面平行方向）と平行な直線偏光を選択的に透過させる機能を有している。
【００２７】
また、本実施形態の場合、図２に示すように、ワイヤーグリッド層２４を構成する金属膜２２の側壁２２ａは、傾斜面２１ａの法線方向に対して所定の角度を有して形成され、入射光Ｌｉの進行方向（反射偏光板１６法線方向）とほぼ平行に形成されている。この構成により、本実施形態に係るワイヤーグリッド層２４は、良好な偏光特性を得ることができるようになっている。仮に、金属膜２２の側壁２２ａが、傾斜面２１ａの法線方向と平行に形成されているとすると、偏光度が低下して表示のコントラストが低くなる傾向となるため好ましくない。
【００２８】
上記ワイヤーグリッド層２４は、例えば、上記プリズム層２０上にスパッタリング法等により金属材料層を成膜した後、この金属材料層上にフォトレジストを塗布して露光、現像し、先の金属材料層をエッチングすることにより形成することができる。上記形成方法において、形成する金属膜２２のピッチが極めて小さいため、上記フォトレジストを露光するに際しては、２光束干渉露光やＵＶ（紫外線）露光等を用いるのがよい。また、上記エッチング工程においては、金属膜２２の側壁形状を正確に制御するために異方性エッチングを行うのがよい。
【００２９】
上記構成の投射型液晶表示装置では、所定方向に配向して形成された傾斜面２１ａを有するプリズム２１の作用により、図１に示すように、反射偏光板１６により反射された光Ｌｒは、液晶ライトバルブ１４から反射偏光板１６に向かう光路の外側へ出射されるようになっている。従って、本実施形態の反射偏光板１６によれば、その反射光が液晶ライトバルブ１４へ戻されないため、液晶ライトバルブ１４の劣化を抑えて高い信頼性を得られるようになっている。また、本実施形態に係る反射偏光板１６では、金属膜２２の側壁２２ａが、入射光Ｌｉとほぼ平行に配置されているので、優れた偏光特性を得られるとともに、金属材料等を主体として構成されていることで、優れた耐熱性、耐光性を得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、プリズム２１の傾斜面２１ａが一方向に配向されているので、反射光Ｌｒの大部分は、所定の方向に向かって進行する光となる。そこで、図２に示す反射光Ｌｒの進行方向に吸光部材を配置すれば、前記反射光Ｌｒが装置内で迷光となって照明光（表示光）に混入するのを防止することができる。またさらに、前記反射光Ｌｒを光源１１に導光すれば、照明光として再利用することができ、光源１１の利用効率を高めることができる。
【００３１】
尚、上記実施形態では、プリズム２１…のピッチや高さがほぼランダムである場合を示して説明したが、反射光Ｌｒの干渉が問題にならない場合、プリズム２１…は、ほぼ同一の形状に形成し、等ピッチで配列することもできる。このような構成とするならば、プリズム２１…の製造容易性が向上し、効率的な製造が可能になることによりコストの低減に寄与できる。
【００３２】
また、上記実施形態では、傾斜面２１ａは全てのプリズム２１でほぼ同一方向に向いて形成されているが、前記反射光Ｌｒを液晶ライトバルブ１４から反射偏光板１６への光路から外側へ出射できる構成であれば、前記傾斜面２１ａの向きは限定されず、図１に示す左下方向のみではなく、図示上下方向に反射光Ｌｒが出射されるように前記傾斜面２１ａを配向させても良い。
【００３３】
（第２の実施形態）
上記第１実施形態の投射型液晶表示装置では、プリズム２１…が断面三角形状の凸条である場合について説明したが、プリズム２１…の形状は図２に示す形状に限定されず、例えば図３に示すものも好適に用いることができる。図３（ａ）は、本発明の第２実施形態の投射型液晶表示装置に備えられた反射偏光板３６の平面構成図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＨ−Ｈ線に沿う断面構成図である。
本実施形態の投射型液晶表示装置の基本構成は、図１に示す第１実施形態の表示装置と同様であり、図１に示す反射偏光板１６に代えて図３に示す反射偏光板３６を備えている点のみが異なっている。従って、以下では必要に応じて図１を参照して説明する。
【００３４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態の反射偏光板３６は、一面側に複数のプリズム３１が配列形成されたプリズム層３０と、このプリズム層３０のプリズム３１…形成面上に、平面視ストライプ状に形成された金属膜３２…からなるワイヤーグリッド層３４とを備えて構成されている。尚、図３（ａ）において、前記金属膜３２…は、図面を見易くするために一部図示を省略しているが、実際には、プリズム層３０の上面に渡り形成されている。
【００３５】
前記プリズム３１…は、長径長さが３〜１００００μｍ程度、高さが１〜５０００μｍ程度の略円錐状凸部であり、互いに異なる大きさ及び高さを有して形成されるとともに、プリズム層３０上にほぼランダムに配置されている。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、プリズム３１…を構成する傾斜面３１ａは、各プリズム３１…でほぼ同一方向（図３（ｂ）左下方向）を向くように形成されている。この構成により、先の第１実施形態と同様に、ワイヤーグリッド層３４による反射光が互いに干渉するのを防止でき、また、反射偏光板３６の法線方向に反射されるのを防止して液晶ライトバルブ１４に反射光が入射するのを防止することができるようになっている。特に本実施形態の構成では、プリズム３１…の配置のランダム性を高くできるため、反射光の干渉がより生じ難くなっている。
【００３６】
本実施形態では、上記プリズム３１…が、互いに異なる大きさ、高さに形成されるとともに、平面的にランダムに配置されている構成となっているが、ワイヤーグリッド層３４で反射された光の干渉が問題とならない場合には、プリズム３１…についても、ほぼ同一の形状に形成し、等ピッチで配列することもできる。このような構成とするならば、プリズム３１…の製造容易性が向上し、効率的な製造が可能になることによりコストの低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態の投射型液晶表示装置の概略構成図。
【図２】図２は、図１に示す反射偏光板の断面構成図。
【図３】図３（ａ）は、反射偏光板の他の構成を示す平面図、図３（ｂ）は、同、断面図。
【図４】図４は、投射型液晶表示装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１  光源、１２  カラーホイール、１３  偏光板、１４  液晶ライトバルブ、１６  反射偏光板、１７  投射装置、２０  プリズム層、２１  プリズム、２２  金属膜、２２ａ  側壁
【図１】
2004309864.tif 000003
【図２】
2004309864.tif 000004
【図３】
2004309864.tif 000005
【図４】
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