(57)【要約】【課題】脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムを適用するカラーに合わせ複数層積層することにより、耐熱性に優れた波長選択性位相板及びその波長選択性位相板を用いた投射表装置を提供する。【解決手段】脂環式ポリオレフィン樹脂を延伸して複屈折性を付与した脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムを、適用するカラーに合わせ複数層積層することにより、Ｇ用の波長選択性位相板１６，１７、Ｒ用の波長選択性位相板１８，１９と、これらを用いた投射表示装置３００とを構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性樹脂フィルムを積層してなる波長選択性位相板であって、
前記光透過性樹脂フィルムを脂環式ポリオレフィン樹脂で形成したことを特徴とする波長選択性位相板。
【請求項２】
前記積層した光透過性樹脂フィルムの少なくとも一面側は、光学用接着剤を介してガラス基板を接合した構成であることを特徴とする請求項１記載の波長選択性位相板。
【請求項３】
少なくとも反射型空間光変調素子と偏光ビームスプリッタ、及び波長選択性位相板から構成される色分解合成光学系に、請求項１又は２に記載の波長選択性位相板を用いる構成としたことを特徴とする投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置のカラー画像を扱う光学系において、色の混合、分離を行うために必要な波長選択性位相板とこれを用いた投射表示装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、この空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
カラー投射表示装置として反射型の空間光変調素子を用いた方式は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となる傾向があった。この課題を解決すべく様々な構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図５は、特許文献１において提案された反射型空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学系の構成を示した概略平面図である。
同図８２ＲにはＢ帯域光の偏波面をそのままにＲ帯域光の偏波面を９０度回転するＲ用波長選択性位相板、８２ＢはＢ帯域光の偏波面を９０度回転し、Ｒ帯域光の偏波面をそのままにして透過するための波長選択性位相板が配置されている。
【０００５】
ここで、Ｓ偏光及びＰ偏光は、直線偏光の偏波面と、それが入射する偏光ビームスプリッタの偏光分離面との相対関係で決まり、直線偏光の偏波面が偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対する入射面に垂直である場合にはＳ偏光といい、平行である場合にはＰ偏光という。
【０００６】
前述の波長選択性位相板は、例えばポリカーボネートの延伸フィルムを複屈折板として所定のスペクトルが分離できるように複屈折の主軸の傾斜や遅相値（リターデーション値）を調整して積層した後、ガラス板を積層体に両側から接着して製作されている。
また波長選択性位相板の材料に関しては、ポリカーボネートの他に、ポリビニルアルコール、マイラー、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリアセテート（トリブチルアセテート）およびポリメチルメタクリレートなどの材料が適用可能であることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
上記Ｒ用波長選択性位相板８２Ｒには、図２に後述するような特性を有する位相板が適用される。同図においてクロス−ポラライザー（Ｃｒｏｓｓｅｄ    Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ）とは、波長選択性偏光変換手段を介して偏光子と検光子とをクロスに配置して測定したときの出力光の分光特性であり、パラレル−ポラライザー（Ｐａｒａｌｌｅｌ    Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ）とは、偏光子と検光子とをパラレルに配置したときの出力光の分光特性である。同図より、Ｒ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【０００８】
また、図３に後述するような特性を示すＧ用波長選択性位相板も作製可能である。その他Ｂ光の偏波面のみを９０°回転させる機能を有する波長選択性偏光変換手段（Ｂ用波長選択性位相板）等も作製することが可能である（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
上述のように、特許文献１に提案されている投射表示装置によれば、反射型空間光変調素子、波長選択性位相板、偏光ビームスプリッタを用いて比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるというものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１７４７５５公報（第８図）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００１−６６４３４公報（第１１項）
【００１２】
【特許文献３】
ＵＳＰ５７５１３８
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタの光源であるランプの照射光は、非常に強力であり、光学系を形成するガラスプリズムの光吸収や熱伝導率の悪さや、ランプ自体の発熱によって波長選択性位相板の温度上昇が起こり、その結果、フィルタ特性が劣化し、反射型空間光変調素子が黒状態においても色がリークし映写されてしまうという問題があった。
これは、前述の従来技術による波長選択性位相板は、ポリカーボネートの延伸フィルムを複屈折板として積層した後、ガラス板を積層体に両側から接着して製作されているものであるので、ポリカーボネートの延伸フィルムのリターデーション値が、１枚のプレート内で不均一であるという材料自体の問題、またその構造がガラスで挟んで接着していることにより、積層体との膨張係数が異なり、温度上昇とともに歪みがポリカーボネート積層体にかかり、フィルタ特性が劣化することによるためである。
さらに、近年プロジェクタ投射像の高輝度化の要求が大きく、光源がより大出力化する傾向にあるので一層大きな問題となっている。
【００１４】
また、ポリカーボネートの屈折率は１．５８程度であり、両側をガラス基板で挟む場合に、通常安価に流通しているガラス基板としての白板ガラスは屈折率１．５２程度であったり、さらに光学用接着剤の屈折率は１．５程度であったりするために、３者の間に屈折率差が生じる。この屈折率差は透過光の界面ロスとなるばかりか、界面反射光が反射型液晶素子に戻って再び投影されゴーストとなるため、画像品位を低下させるという問題もある。さらに、ポリカーボネートの表面は粗いので、そのままでは透過光の波面収差が大きく解像度を大きく劣化させる。その意味からも両側を研磨ガラス基板で挟み、ポリカーボネートの表面を光学用接着剤で埋めることで波面収差を抑止できるが、界面に屈折率差が大きいので、波面収差を研磨ガラス同士を接着した界面並に高めることは困難であるといった問題があった。
【００１５】
また前述のように、波長選択性位相板の材料に関しては、ポリカーボネートの他に、ポリビニルアルコール、マイラー、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリアセテート（トリブチルアセテート）およびポリメチルメタクリレートなどの材料が適用可能であるが、いずれも熱変形温度がポリカーボネート（１２０〜１４０℃）よりも低いか同等であり、さらに耐熱性を持たせたいという要求を満足するものではなかった。
【００１６】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、脂環式ポリオレフィン樹脂を延伸して複屈折性を付与した脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムを適用するカラーに合わせ複数層積層したことにより、耐熱性に優れた波長選択性位相板及びその波長選択性位相板を用いた投射表装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜３）記載の手段よりなる。
すなわち、
１）光透過性樹脂フィルムを積層してなる波長選択性位相板であって、
前記光透過性樹脂フィルムを脂環式ポリオレフィン樹脂で形成したことを特徴とする波長選択性位相板。
２）前記積層した光透過性樹脂フィルムの少なくとも一面側は、光学用接着剤を介してガラス基板を接合した構成であることを特徴とする１）記載の波長選択性位相板。
３）少なくとも反射型空間光変調素子と偏光ビームスプリッタ、及び波長選択性位相板から構成される色分解合成光学系に、１）又は２）に記載の波長選択性位相板を用いる構成としたことを特徴とする投射表示装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の波長選択性位相板に適用される脂環式ポリオレフィン樹脂としては、次のような重合体が挙げられる。
脂環式ポリオレフィン樹脂とは、オレフィン２重結合１個を持ち、環状構造をなす不飽和炭化水素の総称で、一般式はＣｎＨ２ｎ−２で表わされる樹脂である。例えば、
４員環    Ｃ４Ｈ６    シクロブテン    （炭素４つで環状）
５員環    Ｃ５Ｈ８    シクロペンテン  （炭素５つで環状）
６員環    Ｃ６Ｈ１０  シクロヘキセン  （炭素６つで環状）
など、いずれも２重結合を１つ持った、オレフィンの重合体であって、環状構造を有する脂肪族炭化水素である。さらに、特定単量体の極性基で官能基が置換されていてもよく、極性基としては、カルボキシル基、エステル基が好ましく、特にアルキルエステル基が好ましい。
【００１９】
以下、本発明の波長選択性位相板及びこれを用いた投射表示装置の発明の実施の形態につき、好ましい実施例により説明する。
図１は、その実施例に適用される波長選択性位相板及びこれを用いた投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１，第２，第３，第４の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４，１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の入射側の透光面（第１の偏光ビームスプリッタの左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッタ１０５の出射側の透光面（第４の偏光ビームスプリッタの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有するＧ用波長選択性位相板１６，１７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するＲ用波長選択性位相板１８，１９を備えている。
【００２０】
次に、この実施例に適用される投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用波長選択性位相板１６に入射する。
Ｇ用波長選択性位相板１６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段（図２を参照）であるため、Ｇ用波長選択性位相板１６を透過するＧ光（図１の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用波長選択性位相板１６はＲ光（図１の破線）及びＢ光（図１の２点鎖線）に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以下、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
【００２１】
先ず、Ｇ用波長選択性位相板１６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３の偏光分離面１２１，１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の透光面１０３ｃより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６１においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２２】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用波長選択性位相板１０７に入射する。
Ｇ用波長選択性位相板１７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００２３】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用波長選択性位相板１６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用波長選択性位相板１８に入射する。ここで、Ｒ用波長選択性位相板１８はＲ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段（図３を参照）であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２４】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用波長選択性位相板１９に入射する。当該Ｒ用波長選択性位相板１９において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用波長選択性位相板１０７に入射する。
Ｇ用波長選択性位相板１７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２５】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用波長選択性位相板１６を透過したＳ偏光のＢ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用波長選択性位相板１８に入射する。ここで、Ｒ用波長選択性位相板１８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。
【００２６】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａより出射し、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１６３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＢ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２７】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用波長選択性位相板１９に入射する。当該Ｒ用波長選択性位相板１９は前述したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用波長選択性位相板１７に入射する。
Ｇ用波長選択性位相板１７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００２８】
次に、図４を用いて波長選択性位相板１６，１７，８，１９の構成を説明する。同図は、投射表示装置に適用される波長選択性位相板の概略図を示したものである。
波長選択性位相板としての特性を有する部分は、脂環式ポリオレフィン樹脂を延伸して複屈折性を付与した脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２を適用するカラーに合わせ積層したものである。また、片端にガラス基板を設け、樹脂又は光学用接着剤により接着する構成としてもよいが、本実施例においては、この波長選択性位相板が用いられる投射表示装置は高い解像度が要求されるので、表面の粗さを屈折率の近い接着剤で埋め表面精度のよい基板で挟んで解像度特性を向上させるため、両端にガラス基板４３を設け、樹脂又は光学用接着剤により接着する構成とし、全体で波長選択性位相板４１を形成している。両端に設ける基板は、いわゆる白板ガラス（屈折率１．５２）、ＢＫ７（屈折率１．５２）などの光学ガラスを用いる。なお、波面収差を考慮すれば、隣接するプリズムと同じ材料のガラス基板が好ましく、放熱を考慮して石英ガラスやサファイアなどを用いてもよい。
【００２９】
次に、前述の脂環式ポリオレフィンフィルム４２を用いて、図１の波長選択性位相板１８，１９にあたるＲ用波長選択性位相板を構成する例について説明する。
ここでの波長選択性位相板１８，１９の条件は、図３に示した特性を持ち、この場合入射光がマゼンダ光であるから、Ｒが偏光面を９０度回して、Ｂが偏光面を維持したまま出てくることである。
これらの条件を満たすためには、脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２のリターデーション値を、青色の偏光を変えてはいけないので１／２波長の偶数倍になるように、また赤色に対しては、１／２波長の奇数倍になるようにしてやればよい。１枚の脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２で構成できない場合は、何枚か重ねて構成すればよく、この時には、進相軸は偏光に対し４５度になるように構成する。
【００３０】
例えば脂環式ポリオレフィン樹脂を延伸して、１枚の脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムの特性が、波長４４０ｎｍの青色に対しては、Γ＝２π×１０５／４４０＝０．４７７π、波長６５０ｎｍの赤色に対しては、Γ＝０．３２３πとなるものを作製する。
脂環式ポリオレフィン樹脂を加熱延伸処理することにより、容易に任意の複屈折性を持たせた脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムを作製することが可能である。ここでは、青色に対しては約１／４波長板、赤色に対しては約１／６波長板となる脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２を構成したことになる。
【００３１】
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以上の結果より、上記脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２を６枚重ねることにより、赤色が偏光面を９０度回して、青色が偏光面を維持したまま出てくる構成となり、図１のＲ用波長選択性位相板１８，１９にあたるフィルタを満足する。
【００３２】
以下、いずれの色に対する波長選択性位相板も、上述したように用いる脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム４２のリターデーション値を、偏光しない場合１／２波長の偶数倍になるように、９０度偏光する場合には１／２波長の奇数倍になるようにすればよい。
【００３３】
本実施例は、脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム積層体の両側をガラス基板で挟む構成としたが、脂環式ポリオレフィン樹脂フィルムの表面を研磨して、波面収差を研磨ガラス並に向上させることができるので、ガラス基板の接着を行うことなく脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム積層体単独で使用可能である。このような構成にすることで、ガラス基板及び接着剤との熱膨張差による問題も発生しない。また、隣接する光学部品との界面収差については、対向する脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム面に減反射コートを施す構成とすればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、波長選択性位相板を実現するために、脂環式ポリオレフィン樹脂を積層して構成することで下記の効果が得られる。
脂環式ポリオレフィン樹脂は、代表的光学樹脂であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）に較べ、熱変形温度が１５０℃〜１７０℃程度と高く、また、強い光を吸収して温度が変化しても波長選択性位相板内に異種材料が存在せず均一に膨張するためフィルムにストレスがかからず耐熱性に優れた波長選択性位相板を提供することができる。
【００３５】
また、脂環式ポリオレフィン樹脂は、ＰＭＭＡやＰＣに較べ、光透過率が高く、引張強度が強くフィルムにした場合位相差ムラを小さくすることができ、表面が平滑であるので光学特性の優れた波長選択性位相板を提供することができる。
【００３６】
また、ガラス基板に貼り合わせる場合には、エステル基を有する脂環式ポリオレフィン樹脂を用いることで接着用樹脂等との密着性に優れる効果がある。さらに、脂環式ポリオレフィン樹脂の屈折率が１．５１と一般的光学ガラスの１．５２に非常に近いので、接着剤も１．５１程度を選択することにより、波長選択性位相板内に異屈折率物質が存在せず界面での反射が起きることがない光学的特性に優れた波長選択性位相板を提供することができる。
表面が平滑であり、かつ屈折率差が小さいので、内部の波面収差は無視でき、研磨ガラスと同様の波面収差を得ることができる。
【００３７】
さらには、この波長選択性位相板を用い色分解合成光学系を構成することで、明るい高出力光源ランプを用いることができ、信頼性の優れた高光出力の投射表示装置を提供することができる。
また、界面反射が少ないので、投影画面に不要反射が見えることがなく、コントラストが高い画像投射が可能となり、波面収差が小さいので解像度の高いシャープな画像投射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に適用される波長選択性位相板及びこれを用いた投射表示装置の概略平面図である。
【図２】Ｇ用波長選択性位相板の分光特性図である。
【図３】Ｒ用波長選択性位相板の分光特性図である。
【図４】本発明の実施例に適用される波長選択性位相板の構成を示す概略図である。
【図５】従来技術になる投射表示装置の概略平面図である。
【符号の説明】
１６，１７…Ｇ用波長選択性位相板
１８，１９…Ｒ用波長選択性位相板
３００…投射表示装置
２９０…色分解合成光学系
１７１…光源
１８１…第１の偏光手段
１８２…第２の偏光手段
１９１…投射レンズ
１０２…第１の偏光ビームスプリッタ（入射側偏光ビームスプリッタ）
１０３…第２の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０４…第３の偏光ビームスプリッタ（主偏光ビームスプリッタ）
１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ…透光面
１０５…第４の偏光ビームスプリッタ（出射側偏光ビームスプリッタ）
１６１，１６２，１６３…空間光変調素子
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
４１…波長選択性位相板
４２…脂環式ポリオレフィン樹脂フィルム
４３…ガラス基板
１０６，１０７，１０８，１０９…波長選択性位相板
１２…ダイクロイックミラー
８２Ｒ…Ｒ用波長選択性位相板
８２Ｂ…Ｂ用波長選択性位相板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…偏光ビームスプリッタ
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…空間光変調素子
【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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