(57)【要約】【課題】投射型映像表示装置において、偏光板の放熱性と併せ、映像の明るさ及びコントラストも確保可能にする技術の提供。【解決手段】映像表示素子の光入射側に配する偏光板を、サファイア基板上に偏光素子を保持し、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）の範囲内となるようにするとともに、該映像表示素子側に該偏光素子を、光源側に該サファイア基板を配した構成とする。また、サファイア基板の板厚を約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記映像表示素子に対し光の入射側に配され、サファイア基板上に偏光素子を該映像表示素子側にして保持し、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記偏光変換素子側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通過させ上記映像表示素子に入射させる偏光板と、
を備えたことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記偏光光からＲ、Ｇ、Ｂの各色光を分離する色分離部と、
上記映像表示素子に対し光の入射側と出射側に配される偏光板であって、両偏光板がそれぞれ、サファイア基板上に偏光素子を該映像表示素子側にして保持した構成を有し、うち入射側に配される入射側偏光板が、そのサファイア基板の光学軸と偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記色分離部側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通して上記映像表示素子に入射させる構成とされた偏光板と、
を備えたことを特徴とする光学ユニット。
【請求項３】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記偏光光からＲ、Ｇ、Ｂの各色光を分離する色分離部と、
上記映像表示素子に対し光の入射側に配される偏光板であって、サファイア基板上に偏光素子が該映像表示素子側にして保持され、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記色分離部側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通して上記映像表示素子に入射させる入射側偏光板と、
上記映像表示素子に対し光の出射側に配される偏光板であって、偏光素子がサファイア基板の両面側に配され、該サファイア基板の光学軸と該両面側に配される偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされ、上記映像表示素子で変調され出射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通す出射側偏光板と、
を備えたことを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
上記偏光板は、上記サファイア基板の板厚が約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍである請求項１、２または３に記載の光学ユニット。
【請求項５】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき形成した光学像を投射する投射型映像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記偏光光からＲ、Ｇ、Ｂの各色光を分離する色分離部と、
上記映像表示素子に対し光の入射側に配され、サファイア基板上に偏光素子を該映像表示素子側にして保持し、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記色分離部側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通過させ上記映像表示素子に入射させる偏光板と、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記映像表示素子で形成された上記光学像を投射する投射レンズユニットと、
を備えて成る構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項６】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき形成した光学像を投射する投射型映像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記偏光光からＲ、Ｇ、Ｂの各色光を分離する色分離部と、
上記映像表示素子に対し光の入射側と出射側に配される偏光板であって、両偏光板がそれぞれ、サファイア基板上に偏光素子を該映像表示素子側にして保持した構成を有し、うち入射側に配される入射側偏光板が、そのサファイア基板の光学軸と偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記色分離部側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通して上記映像表示素子に入射させる構成とされた偏光板と、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記映像表示素子で形成された上記光学像を投射する投射レンズユニットと、
を備えて成る構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項７】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき形成した光学像を投射する投射型映像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光を形成する偏光変換素子と、
上記偏光光からＲ、Ｇ、Ｂの各色光を分離する色分離部と、
上記映像表示素子に対し光入射側に配される偏光板であって、サファイア基板上に偏光素子が該映像表示素子側にして保持され、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、上記色分離部側から入射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通して上記映像表示素子に入射させる入射側偏光板と、
上記映像表示素子に対し光出射側に配される偏光板であって、偏光素子がサファイア基板の両面側に配され、該サファイア基板の光学軸と該両面側の偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされ、上記映像表示素子で変調され出射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光のうち所定の偏光方向のものを通す出射側偏光板と、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記映像表示素子で形成された上記光学像を投射する投射レンズユニットと、
を備えて成る構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項８】
上記偏光板は、上記サファイア基板の板厚が約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍである請求項５、６または７に記載の投射型映像表示装置。
【請求項９】
光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置用の偏光板であって、
偏光素子が板厚約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍのサファイア基板上に保持され、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光が入射されたとき、該偏光光のうち所定の偏光方向のものを通し上記映像表示素子に入射させる構成を特徴とする偏光板。
【請求項１０】
光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置用の偏光板であって、
偏光素子が板厚約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍのサファイア基板の両面側に配され、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が、９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされ、上記映像表示素子から出射されるＲ、Ｇ、Ｂの各色光の偏光光が入射されたとき、該偏光光のうち所定の偏光方向のものを通す構成を特徴とする偏光板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して投射する投射型映像表示装置に係わり、特に、偏光板の放熱技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、投射型映像表示装置において、液晶パネル等の映像表示素子に入射させる光、または該映像表示素子から出射される光のうちの所定の偏光方向のものを通すための偏光板としては、偏光素子としての偏光フィルムが光源からの光の吸収による温度上昇で変形するのを防止するために、該偏光フィルムを光透過性の基板上に貼り合せた構成とする。本発明に関連し、放熱性の点から上記基板をサファイアで構成する従来技術としては、例えば特許第３０９１１８３号明細書（特許文献１）に記載されたものがある。該特許明細書には、サファイア基板として、Ｃ軸方向またはＣ軸投影線方向と透過すべき偏光透過軸とのなす角度を±２゜以内、またはＣ軸と直交する軸と透過すべき偏光透過軸とのなす角度を±２゜以内、またはＣ面と透過すべき偏光の透過方向に垂直な面とのなす角度を±２゜以内とする構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０９１１８３号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、Ｃ軸方向またはＣ軸投影線方向と透過すべき偏光透過軸とのなす角度などが±２゜以内であって好ましくは±０．５゜以内と、全体的に狭い角度範囲に限定されるため、これを満足するためには高い部品精度が必要となり、製作コストの増加にもつながると考えられる。また、サファイア基板を、液晶パネル（映像表示素子）側に配した場合には、コントラストが著しく劣化するおそれもある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、サファイア基板を備えた偏光板を用いる投射型映像表示装置技術として、該偏光板において、（１）放熱性と併せ、映像の明るさ及びコントラストも確保できるようにすること、（２）部品精度を緩和できるようにして生産性の向上を可能にし、低コスト化も図れるようにすること、等である。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、投射型映像表示装置またはその光学ユニットを構成するために、基本的に、
（１）偏光素子をサファイア基板で保持して成る偏光板であって、映像表示素子の光入射側に配する偏光板を、該偏光板内において該偏光素子を映像表示素子側に、該サファイア基板を反対側に配し、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内となるようにする。
（２）偏光板を映像表示素子の光入射側と光出射側とに配し、該両偏光板をそれぞれ、サファイア基板上に偏光素子が該映像表示素子側にして保持された構成とし、うち入射側に配される偏光板を、サファイア基板の光学軸と偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされたものとする。
（３）偏光板を映像表示素子の光入射側と光出射側とに配し、光入射側に配される偏光板を、サファイア基板上に偏光素子が該映像表示素子側にして保持され、該サファイア基板の光学軸と該偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内または０゜±６゜（±２゜の範囲を除く）以内とされたものとし、光出射側に配される偏光板を、偏光素子がサファイア基板の両面側に配され、該サファイア基板の光学軸と該両面側の偏光素子の吸収軸とのなす角が９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされたものとする。
さらに、
（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、上記サファイア基板を、板厚が約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍのものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明の実施例の説明図である。図１は、映像表示素子に対する偏光板の第１の組合わせ構成例を示す図、図２は、図１の組合わせ構成を用いた投射型映像表示装置の構成例を示す図、図３は映像表示素子に対する偏光板の第２の組合わせ構成例を示す図、図４は映像表示素子に対する偏光板の第３の組合わせ構成例を示す図、図５は、偏光板を構成するサファイア基板の結晶軸角度ズレに対する明るさ及びコントラストの関係を示す図、図６は、偏光板の温度特性の実測結果例を示す図である。
【０００７】
図１において、２０は映像表示素子としての液晶パネル、４は入射側偏光板、５は出射側偏光板、４１は入射側偏光板４の偏光素子としての偏光フィルム、４２は入射側偏光板４のサファイア基板、５１は出射側偏光板５の偏光素子としての偏光フィルム、５２は出射側偏光板５のサファイア基板、２１は、偏光変換され、かつ色分離された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）いずれかの色光の入射偏光光である。また、Ｘ−Ｘ’は、入射光２１の直線偏光の偏光方向である。
【０００８】
上記構成において、入射側偏光板４、出射側偏光板５とも、偏光フィルム４１、５１を液晶パネル側に配する。偏光フィルム４１と偏光フィルム５１は互いに、光の透過軸が約９０゜ずれるようにしてある。Ｐ偏光光またはＳ偏光光の入射偏光光２１は、入射側偏光板４のサファイア基板４２を通過し、偏光フィルム４１に入射する。偏光フィルム４１はＸ−Ｘ’方向を透過軸としている。該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）は、サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）が偏光に影響を与えないようにするために、偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）と同じＸ−Ｘ’方向もしくはこれと直交する方向にしてある。該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）の方向が偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）の方向からずれるに従い、該サファイア基板４２のの複屈折による直線偏光の楕円偏光への変化量が増大し、その結果、偏光フィルム４１での光の吸収量が増加して光損失が増大し、映像の明るさやコントラストが低下するとともに、発熱量も増大する。
【０００９】
上記構成では、明るさとコントラストとを約９８％以上にするために、上記サファイア基板４２の光学軸（結晶軸）と上記偏光フィルム４１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±６゜以内または０゜±６゜以内となるようにしている（図５で説明）。また、サファイア基板４２の熱伝導により偏光フィルム４１の温度を下げるために、該サファイア基板４２の板厚は約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。入射側偏光板４に対し光の透過軸を９０゜ずらせた出射側偏光板５については、サファイア基板５２の光学軸（結晶軸）と偏光フィルム５１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、０゜±１０゜以内程度または９０゜±１０゜以内程度とすれば実用上特に問題ない。サファイア基板５２の板厚は、上記サファイア基板４２と同様、約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。
【００１０】
図２は、上記図１の偏光板を用いて成る投射型映像表示装置の構成例である。
図２において、１は光源ユニット、６は、複数の微小なレンズセルより成り複数の２次光源像を形成する第１のアレイレンズ、７は、同じく複数の微小なレンズセルより成り上記第１のアレイレンズの個々のレンズ像を結像する第２のアレイレンズ、８は、偏光ビームスプリッタ（図示なし）と１／２波長位相差板（図示なし）から構成され、上記第２のアレイレンズ７側からの光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離した後、該両偏光光のうちいずれか一方の偏光方向を回転してＰ、Ｓいずれかの偏光光に揃えて出射する偏光変換素子、９は集光レンズ、１２、１３は色分離用のダイクロイックミラー、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂはコンデンサレンズ、１４、１５、１６は反射ミラー、１７、１８はリレーレンズ、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは映像表示素子としての透過型液晶パネル、４Ｒは液晶パネル２０Ｒの入射側偏光板、５Ｒは液晶パネル２０Ｒの出射側偏光板、４Ｇは液晶パネル２０Ｇの入射側偏光板、５Ｇは液晶パネル２０Ｇの出射側偏光板、４Ｂは液晶パネル２０Ｂの入射側偏光板、５Ｇは液晶パネル２０Ｇの出射側偏光板、１１は色合成用のダイクロイックプリズム、３は映像光を拡大投射するための投射レンズユニット、１９はスクリーン、２６は冷却用ファン、２７は冷却用空気の流路である。入射側偏光板４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ及び出射側偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂはそれぞれ、上記図１に示した構成を備えているものとする。液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂはそれぞれ、映像信号に基づき駆動回路（図示なし）により駆動され、入射された偏光光を変調して出射する。また、リレ−レンズ１７、１８は、液晶パネル２０Ｂの、光源ユニット１からの光路長が、液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇの場合に比べて長いのを補うために設けられる。光源ユニット１から投射レンズユニット３までの上記諸要素は、投射型映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００１１】
かかる構成において、上記光源ユニット１から出た光（白色光）は、上記第１のアレイレンズ６で複数の２次光源像を形成した後、上記第２のアレイレンズ７で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、上記偏光変換素子８内で、偏光ビームスプリッタ（図示なし）でＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、１／２波長位相差板（図示なし）により、例えば該Ｐ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、集光レンズ９に入射される。集光レンズ９で集光された白色光のＳ偏光光は、ダイクロイックミラー１２に約４５゜の入射角で入射する。ダイクロイックミラー１２では、Ｒ光のＳ偏光光は反射され、Ｇ光及びＢ光のＳ偏光光は透過される。
【００１２】
上記反射されたＲ光のＳ偏光光は反射ミラー１４で反射されて光路変更し、コンデンサレンズ１０Ｒを介してＲ光用の透過型液晶パネル２０Ｒの入射側偏光板４Ｒに入射される。該Ｒ光のＳ偏光光は、該入射側偏光板４Ｒにおいて該入射側偏光板４Ｒの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、Ｒ光用の透過型液晶パネル２０Ｒに照射される。該液晶パネル２０Ｒでは、該Ｒ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され、Ｒ光のＰ偏光光となって出射される。液晶パネル２０Ｒから出射されたＲ光のＰ偏光光は、出射側偏光板５Ｒに入射され、該出射側偏光板５Ｒにおいて該出射側偏光板５Ｒの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、ダイクロイックプリズム１１に入射される。ダイクロイックプリズム１１では、そのダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
【００１３】
一方、ダイクロイックミラー１２を透過したＧ光及びＢ光のＳ偏光光は、さらに、ダイクロイックミラー１３に約４５゜の入射角で入射し、該ダイクロイックミラー１３で、Ｇ光のＳ偏光光は反射され、Ｂ光のＳ偏光光は透過される。反射されたＧ光のＳ偏光光は、コンデンサレンズ１０Ｇを介してＧ光用の透過型液晶パネル２０Ｇの入射側偏光板４Ｇに入射される。
該Ｇ光のＳ偏光光は、該入射側偏光板４Ｇにおいて該入射側偏光板４Ｇの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、Ｇ光用の透過型液晶パネル２０Ｇに照射される。該液晶パネル２０Ｇでは、該Ｇ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され、Ｇ光のＰ偏光光となって出射される。液晶パネル２０Ｇから出射されたＧ光のＰ偏光光は、出射側偏光板５Ｇに入射され、該出射側偏光板５Ｇにおいて該出射側偏光板５Ｇの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、ダイクロイックプリズム１１に入射される。該Ｇ光のＰ偏光光は、ダイクロイックプリズム１１内においてダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
【００１４】
また、上記ダイクロイックミラー１３を透過したＢ光のＳ偏光光は、リレーレンズ１７を経て反射ミラー１５で反射され、さらにリレーレンズ１８を経て反射ミラー１６で反射され、コンデンサレンズ１０Ｂを介してＢ光用の透過型液晶パネル２０Ｂの入射側偏光板４Ｂに入射される。該Ｂ光のＳ偏光光は、該入射側偏光板４Ｂにおいても該入射側偏光板４Ｂの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、Ｂ光用の透過型液晶パネル２０Ｂに照射される。該液晶パネル２０Ｂでは、該Ｂ光のＳ偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され、Ｂ光のＰ偏光光となって出射される。液晶パネル２０Ｂから出射されたＢ光のＰ偏光光は、出射側偏光板５Ｂに入射され、該出射側偏光板５Ｂにおいて該出射側偏光板５Ｇの透過軸方向のものが透過されることで偏光方向を揃えられ、ダイクロイックプリズム１１に入射される。ダイクロイックプリズム１１内において該Ｂ光のＰ偏光光はダイクロイック面で反射され、投射レンズユニット３に入る。
すなわち、上記のように、ダイクロイックプリズム１１からは、映像信号により変調されたＲ光のＰ偏光光と、Ｇ光のＰ偏光光と、Ｂ光のＰ偏光光とが互いに色合成された状態で出射され、白色光のＰ偏光光として投射レンズユニット３に入り、該投射レンズユニット３によりスクリーン１９上に映像光として拡大投射される。
【００１５】
上記構成において、各入射側偏光板４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ及び各出射側偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂでは、それぞれの偏光フィルムの透過軸を通過できない光は、該それぞれの偏光フィルムに吸収されて熱に変り、それぞれの偏光フィルムの温度を上昇させる。サファイア基板は、その放熱特性により該偏光フィルムの熱を放熱し、該偏光フィルムと偏光板全体の温度上昇を抑える。冷却用ファン２６は、冷却用ダクト（図示なし）等により流路２７を形成し、各入射側偏光板４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、各出射側偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ等に送風し、これらを冷却する。
【００１６】
なお、上記構成例では偏光変換素子８からは、偏光変換の結果、Ｓ偏光光が出射されるようにしたが、これに限らず、Ｐ偏光光が出射されるようにしてもよい。この場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のＰ偏光光がそれぞれ、各入射側偏光板４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを透過し、対応する液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに照射され、該液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂにおいて、透過時に映像信号に基づいて変調され、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のＳ偏光光となって出射され、ダイクロイックプリズム１１で色合成される。
【００１７】
図３は、映像表示素子に対する偏光板の第２の組合わせ構成例を示す図である。本構成は、偏光素子を映像表示素子側に配した偏光板を、映像表示素子の入射側に１個、出射側に２個設けた場合の例である。該２個の偏光板それぞれのサファイア基板により出射側の放熱効果を高められ、偏光素子の過度の温度上昇を抑えられる。
図３において、２０は映像表示素子としての液晶パネル、４は入射側偏光板、５ａ、５ｂは出射側偏光板、４１は入射側偏光板４の偏光素子としての偏光フィルム、４２は入射側偏光板４のサファイア基板、５ａ１は出射側偏光板５ａの偏光素子としての偏光フィルム、５ａ２は出射側偏光板５ａのサファイア基板、５ｂ１は出射側偏光板５ｂの偏光素子としての偏光フィルム、５ｂ２は出射側偏光板５ｂのサファイア基板、２１は、偏光変換され、かつ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）いずれかの色光に分離された入射偏光光としてのＰ偏光光またはＳ偏光光である。また、Ｘ−Ｘ’は、入射偏光光２１の直線偏光の偏光方向である。偏光フィルム５ａ１としては偏光度の低いものを用い、偏光フィルム５ｂ１としては偏光度の高い（ほぼ１００％）ものを用いる。
【００１８】
上記において、入射側偏光板４、出射側偏光板５ａ、５ｂとも、偏光フィルム４１、５ａ１、５ｂ１を液晶パネル２０側に配する。偏光フィルム５ａ１、５ｂ１は、サファイア基板５ａ２に対してはその両面側に配されている。偏光フィルム４１と偏光フィルム５ａ１、５ｂ１とは互いに、光の透過軸が約９０゜ずれるようにしてある。Ｐ偏光光またはＳ偏光光の入射偏光光２１は、入射側偏光板４のサファイア基板４２を通過し、偏光フィルム４１に入射する。偏光フィルム４１はＸ−Ｘ’方向を透過軸としている。入射側偏光板４において該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）は、サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）が偏光に影響を与えないようにするために、偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）と同じＸ−Ｘ’方向もしくはこれと直交する方向にしてある。該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）の方向が偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）の方向からずれるに従い、該サファイア基板４２の複屈折による直線偏光の楕円偏光への変化量が増大し、その結果、偏光フィルム４１での光の吸収量が増加して光損失が増大し、映像の明るさやコントラストが低下するとともに、偏光板としての発熱量が増大し温度も上昇する。出射側偏光板５ａ、５ｂについても同様である。
【００１９】
上記構成では、偏光板４における明るさとコントラストとを約９８％以上にすべく、該サファイア基板４２の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルム４１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±６゜以内または０゜±６゜以内となるようにしている。また、サファイア基板４２の熱伝導により偏光フィルム４１の温度を下げるために、該サファイア基板４２の板厚は約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。入射側偏光板４に対し光の透過軸を９０゜ずらせた出射側偏光板５ａ、５ｂについても、明るさとコントラストとを約９８％以上にするために、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角が所定範囲の値となるようにする。出射側偏光板５ａについては、サファイア基板５ａ２の光学軸（結晶軸）と偏光フィルム５ａ１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、０゜±０．５゜以内または９０゜±０．５゜以内の値にする（図５で説明）。また、サファイア基板５ａ２の熱伝導により偏光フィルム５ａ１の温度を下げるために、該サファイア基板５ａ２の板厚は約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。出射側偏光板５ｂについても、明るさとコントラストとを約９８％以上にするために、偏光フィルム５ｂ１の吸収軸（透過軸）と上記サファイア基板５ａ２の光学軸（結晶軸）とのなす角が、０゜±０．５゜以内または９０゜±０．５゜以内となるようにしている。偏光フィルム５ｂ１とサファイア基板５ｂ２との間では、該サファイア基板５ｂ２の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルム５ｂ１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、０゜±１０゜以内程度または９０゜±１０゜以内程度としておけば実用上特に問題はない。また、サファイア基板５ｂ２の板厚は、該サファイア基板５ｂ２の熱伝導により偏光フィルム５ｂ１の温度を下げるために、上記サファイア基板５ａ２の場合と同様、約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。
本図３に示す出射側偏光板５ａ、５ｂを、上記図２の投射型映像表示装置における出射側偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれに替えて用いると、偏光板の温度上昇を抑え、明るさとコントラストを改善した投射型映像表示装置を構成することができる。
【００２０】
図４は、映像表示素子に対する偏光板の第３の組合わせ構成例を示す図である。本構成は、２個の偏光素子を１枚のサファイア基板の両面上に配して成る偏光板を、映像表示素子の出射側に設けた場合の例である。
図４において、２０は映像表示素子としての液晶パネル、４は入射側偏光板、５ｃは出射側偏光板、４１は入射側偏光板４の偏光素子としての偏光フィルム、４２は入射側偏光板４のサファイア基板、５ｃ１は、出射側偏光板５ｃ内においてサファイア基板に対し液晶パネル２０側に配された偏光素子としての偏光フィルム、５ｃ２は出射側偏光板５ｃのサファイア基板、５ｃ３は、出射側偏光板５ｃ内においてサファイア基板５ｃ２に対し液晶パネル２０と反対側に配された偏光素子としての偏光フィルム、２１は、偏光変換されかつ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）いずれかの色光に分離された入射偏光光としてのＰ偏光光またはＳ偏光光、Ｘ−Ｘ’は、入射偏光光２１の直線偏光の偏光方向である。
【００２１】
上記において、入射側偏光板４、出射側偏光板５ｃとも、偏光フィルム４１、５ｃ１を液晶パネル２０側に配する。出射側偏光板５ｃにおいて、偏光フィルム５ｃ１、５ｃ３は、サファイア基板５ｃ２上に設けられる。偏光フィルム４１と偏光フィルム５ｃ１、５ｃ３とは互いに、光の透過軸が約９０゜ずれるようにしてある。Ｐ偏光光またはＳ偏光光の入射偏光光２１は、入射側偏光板４のサファイア基板４２を通過し、偏光フィルム４１に入射する。偏光フィルム４１はＸ−Ｘ’方向を透過軸としている。入射側偏光板４において該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）は、サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）が偏光に影響を与えないようにするために、偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）と同じＸ−Ｘ’方向もしくはこれと直交する方向にしてある。該サファイア基板４２の結晶軸（光学軸）の方向が偏光フィルム４１の透過軸（吸収軸）の方向からずれるに従い、該サファイア基板４２の複屈折による直線偏光の楕円偏光への変化量が増大し、その結果、偏光フィルム４１での光の吸収量が増加して光損失が増大し、映像の明るさやコントラストが低下するとともに、偏光板としての発熱量が増大し温度も上昇する。出射側偏光板５ｃについても同様である。
【００２２】
上記構成では、入射側偏光板４における明るさとコントラストとを約９８％以上にするために、該サファイア基板４２の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルム４１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±６゜以内または０゜±６゜以内となるようにしている。また、サファイア基板４２の熱伝導により偏光フィルム４１の温度を下げるために、該サファイア基板４２の板厚は約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。入射側偏光板４に対して光の透過軸を９０゜ずらせた出射側偏光板５ｃについても、明るさとコントラストとを約９８％以上にすべく、サファイア基板５ｃ２の光学軸（結晶軸）と偏光フィルム５ｃ１、５ｃ３の吸収軸（透過軸）とのなす角を、０゜±０．５゜以内または９０゜±０．５゜以内となるようにしている。また、サファイア基板５ｃ２の板厚は、該サファイア基板５ｃ２の熱伝導により偏光フィルム５ｃ１、５ｃ３の温度を下げるために、約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍとしている。本図４に示す出射側偏光板５ｃを、上記図２の投射型映像表示装置における出射側偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれに替えて用いて成る投射型映像表示装置においても、偏光板の温度上昇を抑え、明るさとコントラストの改善を図ることができる。
【００２３】
図５は、上記図１、図３及び図４の構成における、サファイア基板の結晶軸（光学軸）方向と偏光フィルム（偏光素子）の透過軸（吸収軸）方向との角度ズレに対する明るさ及びコントラストの関係の説明図である。
一般に、偏光素子の偏光軸（透過軸また吸収軸）に対して角度θを成して設けられた厚さｔ、複屈折率ｎの部材における光透過率は、入射光の波長をλとするとき、
Ｉ＝Ｉ０・ｓｉｎ２（２θ）・ｓｉｎ２（π・ｔ・ｎ／λ）    …（数１）
で表される（例えば、特開平１０−５５００２号公報の段落００１４〜００１５参照）。
【００２４】
図５は、偏光板における明るさ及びコントラストを上記数１により計算した結果を、実測値と併せて示す。
図５において、横軸は、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレ、縦軸は、明るさまたコントラストである。図中、特性Ａは、偏光素子を映像表示素子側に配しサファイア基板をその反対側に配した偏光板の特性、特性Ａ１は、特性Ａのうち、上記数１により求めた明るさ及びコントラストの計算結果、特性Ａ２は、同じく特性Ａのうち、明るさの実測結果、特性Ａ３は、同じく特性Ａのうち、コントラストの実測結果である。また、特性Ｂは、偏光素子をサファイア基板に対し映像表示素子とは反対の側に配した偏光板のコントラスト特性、特性Ｂ１は、特性Ｂのうち、上記数１により求めたコントラストの計算結果、特性Ｂ２は、同じく特性Ｂのうち、コントラスト特性の実測結果である。図１、図３及び図４における入射側偏光板４の偏光フィルム４１とサファイア基板４２と間では、上記特性Ａを有する。また、図３における出射側偏光板５ａのサファイア基板５ａ２と出射側偏光板５ｂの偏光フィルム５ｂ１との間では、偏光フィルム５ｂ１が、サファイア基板５ａ２の複屈折による乱れた偏光成分を吸収するため、コントラスト及び明るさが、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレに対し急激に低下し、上記特性Ｂを有する。図４における出射側偏光板５ｃのサファイア基板５ｃ２と偏光フィルム５ｃ３との間でも同様に、偏光フィルム５ｃ３が、サファイア基板５ｃ２の複屈折による乱れた偏光成分を吸収するため、コントラスト及び明るさが急激に低下し、上記特性Ｂを有する。図３における出射側偏光板５ａの偏光フィルム５ａ１は、出射側偏光板５ｂの偏光フィルム５ｂ１と同じ透過軸方向とされ、図４における出射側偏光板５ｃの偏光フィルム５ｃ１は、偏光フィルム５ｃ３と同じ透過軸方向とされる。
【００２５】
上記の結果、特性Ａにおいては、偏光板における明るさとコントラストとを例えば約９８％以上とするためには、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレが±６°以内であることが必要である。また、特性Ｂにおいては、偏光板におけるコントラストを例えば約９８％以上とするためには、該角度ズレが±０．５°以内であることが必要である。すなわち、図１、図３及び図４における入射側偏光板４の偏光フィルム４１とサファイア基板４２と間では、サファイア基板４２の光学軸（結晶軸）と偏光フィルム４１の吸収軸（透過軸）との角度ズレを±６°以内とし、該サファイア基板４２の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルム４１の吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±６゜以内または０゜±６゜以内となるようにする。また、図３における出射側偏光板５ａのサファイア基板５ａ２と出射側偏光板５ｂの偏光フィルム５ｂ１との間、及び、図４における出射側偏光板５ｃのサファイア基板５ｃ２と偏光フィルム５ｃ３との間では、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレを±０．５°以内とし、該サファイア基板の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内となるようにする。図３における出射側偏光板５ａの偏光フィルム５ａ１は上記のように、出射側偏光板５ｂの偏光フィルム５ｂ１と同じ透過軸方向とされるため、サファイア基板５ａ２との間で、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレを±０．５°以内とされ、該サファイア基板の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされる。図４における出射側偏光板５ｃの偏光フィルム５ｃ１についても同様に、偏光フィルム５ｃ３と同じ透過軸方向とされるため、サファイア基板５ｃ２との間で、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）との角度ズレを±０．５゜以内とされ、該サファイア基板の光学軸（結晶軸）と該偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角を、９０゜±０．５゜以内または０゜±０．５゜以内とされる。図１における出射側偏光板５の偏光フィルム５１とサファイア基板５２との間及び図３における出射側偏光板５ｂの偏光フィルム５ｂ１とサファイア基板５ｂ２との間では、明るさとコントラストが、光学系内において後段に配されるダイクロイックプリズム１１に依存するため、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角の角度ズレを±６°以内にする必要はなく、±１０°程度としても問題にならない。
【００２６】
偏光板における明るさとコントラストを約９８％以上とすることは、装置の省電力化や偏光板の温度上昇阻止を図る点からも今後の１つの設計基準となり得る。例えば図２の投射型映像表示装置において、光学系における輝度の許容低下率を約１０％以内としたとき、偏光板における光の吸収量は約２％以下とすることが求められる。本図５の結果から、サファイア基板の板厚を約０．３×１０−３ｍ〜１．０×１０−３ｍの範囲とし、サファイア基板の結晶軸（光学軸）方向と偏光フィルム（偏光素子）の透過軸（吸収軸）方向との角度ズレを±６゜以内の値とし、サファイア基板の光学軸と偏光素子の吸収軸とのなす角を９０゜±６゜以内または０゜±６゜以内とすることで、偏光板における損失光量を約２％以下に抑えることができると考えられる。
【００２７】
図６は、偏光板の温度特性の実測結果例を示す図である。
図６において、横軸には基板の板厚を、縦軸には偏光フィルムの温度をとっている。本特性は、図２に示した投射型映像表示装置における実測値であり、測定条件は、周囲温度Ｔａは２５゜Ｃ、光源は１５５Ｗ仕様の超高圧水銀ランプ、液晶パネルは０．７インチパネル、測定対象の偏光板は、入力側偏光板４Ｇ、その偏光フィルムの寸法は縦２１．５×１０−３ｍ、横１８．０×１０−３ｍ、基板は、縦２３．５×１０−３ｍ、横２０．０×１０−３ｍのサファイア基板とガラス基板の場合、である。
【００２８】
図６の結果から明らかなように、サファイア基板、ガラス基板とも、板厚が薄いほど基板の熱伝導性が向上し偏光フィルムの温度は低くなる。熱伝導率は、ガラスが０．５５〜０．７５（Ｗ／ｍＫ）、サファイアが約４２（Ｗ／ｍＫ）である。一般に、偏光フィルムは耐用年数と熱変形による色ムラ（輝度ムラ）発生の点から７０゜Ｃ以下の温度範囲で使用するのが望ましい。周囲温度の許容上限温度の３５゜Ｃにおいて偏光フィルムの温度が７０゜Ｃになるとすると、周囲温度が常温の２５゜Ｃの場合は、偏光フィルムの温度は６０゜Ｃとなる。図６の結果では、サファイア基板の場合、板厚が１．０ｍｍでは偏光フィルムの温度は約５７゜Ｃ、板厚が０．３ｍｍでは偏光フィルムの温度は約５５゜Ｃとなり、板厚を１．０ｍｍ以下とすれば、周囲温度が許容上限温度の３５゜Ｃに達した場合にも、偏光フィルムの温度は７０゜Ｃ以下にすることができる。また、サファイア基板において、例えば加工時における平面精度や破壊強度の確保を考慮した場合、板厚０．３ｍｍは１つの下限値となる。従って、上記理由から、サファイア基板の板厚は、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍが適切であると考えられる。
【００２９】
上記実施例構成によれば、投射型映像表示装置において、偏光板の放熱性の確保と併せ、映像の明るさ及びコントラストも確保することができる。また、一部または全部の偏光板において、サファイア基板の光学軸（結晶軸）と偏光フィルムの吸収軸（透過軸）とのなす角のズレの許容範囲を、例えば特許第３０９１１８３号明細書に記載された±２゜以内であって望ましくは±０．５゜以内という範囲に対し大幅に大きくすることができるため、部品精度や組立て精度を緩和でき、偏光板単体、光学ユニット及び投射型映像表示装置の製作性の向上と低コスト化につなげることが可能となる。
なお、上記実施例では投射型映像表示装置として映像表示素子としての液晶パネルを３個用いるものにつき説明したが、本発明はこれには限定されず、例えば液晶パネル等の映像表示素子を１個用いる構成のものであってもよい。また、偏光板としては、偏光素子とサファイア基板とが離れて配される構成のものであってもよい。さらに、偏光板の基板としては、サファイア基板に限らず、他の熱伝導率の良好な１軸性結晶体を用いることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、投射型映像表示装置において、偏光板の放熱性の確保と併せ、映像の明るさ及びコントラストも確保することができる。また、部品精度や組立て精度を緩和でき、製作性の向上と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例として、映像表示素子に対する偏光板の第１の組合わせ構成例を示す図である。
【図２】図１の組合わせ構成を用いた投射型映像表示装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例として、映像表示素子に対する偏光板の第２の組合わせ構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施例として、映像表示素子に対する偏光板の第３の組合わせ構成例を示す図である。
【図５】サファイア基板の結晶軸角度ズレに対する明るさ及びコントラストの関係を示す図である。
【図６】偏光板の温度特性の実測結果例を示す図である。
【符号の説明】
１…光源ユニット、  ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ…液晶表示素子、  ３…投射レンズユニット、  ４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ…入射側偏光板、  ４１、５１、５ａ１、５ｂ１、５ｃ１、５ｃ３…偏光フィルム、  ４２、５２、５ａ２、５ｂ２、５ｃ２…サファイア基板、  ５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５ａ、５ｂ、５ｃ…出射側偏光板、  ６…第１のアレイレンズ、  ７…第２のアレイレンズ、  ８…偏光変換素子、  ９…集光レンズ、  １０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…コンデンサレンズ、  １１…ダイクロイックプリズム、  １２、１３…ダイクロイックミラー、  １４、１５、１６…反射ミラー、  １７、１８…リレーレンズ、  １９…スクリーン、  ２１…光路、  ２６…冷却用ファン、  ２７…冷却用空気の流路。
【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】
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【図６】
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