(57)【要約】【課題】  偏光素子の信頼性を高めるとともに、映像表示素子への熱的影響を低減させることが可能な投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】  映像表示素子と出射側偏光素子との間に赤外線カット素子を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を光学像に変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子の出射側に配置された出射側偏光素子と、
前記映像表示素子と前記出射側偏光素子との間に設けられた赤外線カット素子と、
前記出射側偏光素子からの光を投射する投射レンズユニットとを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型表示装置において、
前記赤外線カット素子は、赤外線領域の光を反射することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記出射側偏光素子は、金属粒子を含有する偏光ガラスであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記偏光ガラスの光入射側及び光出射側の少なくとも何れか一方にＡＲフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記偏光ガラスの光入射側に赤外線カットフィルタが設けられ、
前記偏光ガラスの光出射側にＡＲフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記映像表示素子の光入射側及び光出射側に防塵ガラスが設けられ、
前記映像表示素子の光出射側の防塵ガラスの光出射側に赤外線カットフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
白色光を出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの白色光を所定の偏光方向に統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの白色光を第１、第２及び第３の光に分離する分離ユニットと、
前記第１、第２及び第３の光の各々に対応して配置され、前記第１、第２及び第３の光を光学像に変調する第１、第２及び第３の映像表示素子と、
前記第１、第２及び第３の映像表示素子の各々の出射側に配置された第１、第２及び第３の出射側偏光素子と、
前記第１の出射側偏光素子と前記第１の映像表示素子との間、前記第２の出射側偏光素子と前記第２の映像表示素子との間、前記第３の出射側偏光素子と前記第３の映像表示素子との間の少なくとも何れかに設けられた赤外線カット素子と、
前記複数個の映像表示素子からの光を投射する投射ユニットとを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の投射型表示装置において、
前記赤外線カット素子は、赤外線領域の光を反射することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の投射型表示装置であって、
前記第１、第２及び第３の出射側偏光素子の少なくとも何れかは、金属粒子を含有する偏光ガラスであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の投射型表示装置であって、
前記偏光ガラスの光入射側及び光出射側の少なくとも何れか一方にＡＲフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の投射型表示装置であって、
前記偏光ガラスの光入射側に赤外線カットフィルタが設けられ、
前記偏光ガラスの光出射側にＡＲフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の投射型表示装置であって、
前記第１、第２及び第３の映像表示素子の少なくとも何れかの映像表示素子に対して、前記映像表示素子の光入射側及び光出射側に防塵ガラスが設けられ、
前記光出射側の防塵ガラスの光出射側に赤外線カットフィルタが設けられたことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を映像表示素子に照射し、前記映像表示素子で形成した光学像である画像を投射レンズで投射する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−７７８５０号公報には、液晶表示素子の入射側もしくは出射側の少なくとも何れか一方に偏光板を備え、該偏光板に金属粒子を含有する偏光ガラスの構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７７８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高輝度化が進むにつれて、偏光ガラスで吸収される光量が増大するため、偏光ガラスの温度が上昇する。例えば、Ｇ光路の映像表示素子の出射側に配置された偏光ガラスの温度は２００℃になる場合がある。特開２００４−７７８５０号公報に記載の偏光ガラスにおいては、この高温の環境下で使用しても偏光ガラス自体の性能劣化はほとんど起こらないが、偏光ガラスが高温になり、偏光ガラスから輻射熱が発生し、この輻射熱が映像表示素子に熱的影響を与え、光学性能の低下を招く要因となる。
【０００５】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、偏光素子の信頼性を高めるとともに、映像表示素子への熱的影響を低減させることが可能な投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一面は、映像表示素子と出射側偏光素子との間に赤外線カット素子を設ける。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏光素子の信頼性を向上させるとともに、映像表示素子への熱的影響を低減させた投射型表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、実施例１の映像表示素子部を示す図、図２は図１の配置を用いた投射型表示装置を示す図である。
【００１０】
最初に、図２を用いて、実施例１の投射型表示装置の全体について説明する。
【００１１】
図２において、２は略白色光を出射する光源ユニットである。光源ユニット２は、ランプ２ａと、例えば、回転方物面鏡であるリフレクタ２ｂとを含む。ランプ２ａから出射した白色光は、リフレクタ２ｂで反射して、平行光に変換され、光源ユニット２から出射する。
【００１２】
光源ユニット２から出射された光（白色光）は、色分離ユニットに入射する。色分離ユニットは、光源ユニット２からの光の照度分布の一様化（均一化）を図るとともに色分離して映像表示素子１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）に照射する光学系で、第１のアレイレンズ３からコンデンサレンズ１３（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）までの光路に配置された光学素子を含む。光源ユニット２を出射した光は、まず第１アレイレンズ３に入射する。第１アレイレンズ３は、入射した光をマトリックス状に配設された複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５を通過するように導く。即ち、第１アレイレンズ３はランプ２ａと第２アレイレンズ４の各レンズセルとが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されている。第１アレイレンズ３と同様に、マトリックス状に配設された複数のレンズセルを持つ第２アレイレンズ４は、レンズセルのそれぞれが対応する第１アレイレンズ３のレンズセルの形状を映像表示素子１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）に投影する。この時、偏光変換素子５で、第２アレイレンズ４からの光は所定の直線偏光光（ここではＳ偏光光）に揃えられ（所定の偏光方向に統一され）、そして、第１アレイレンズ３の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ６、反射ミラーＡ７およびコンデンサレンズ１３（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）、リレーレンズＡ１５，リレーレンズＢ１６により各映像表示素子１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）上に重ね合わせられる。なお、第２アレイレンズ４とこれに近接して配設される集光レンズ６とは、第１アレイレンズ３と映像表示素子１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）とが、互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されているので、第１アレイレンズ３で複数に分割された光は、第２アレイレンズ４と集光レンズ６によって、映像表示素子１９（１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ）上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。
【００１３】
その過程で、集光レンズ６で集光されたＳ偏光光の白色光は、反射ミラーＡ７で反射されて、ダイクロイックミラーＡ１１に入射する。そして、ダイクロイックミラーＡ１１により、Ｒ光は反射されＧ光およびＢ光は透過されて２色の光に分離され、更に、Ｇ光とＢ光はダイクロイックミラーＢ１２によりＧ光とＢ光に分離される。
【００１４】
ダイクロイックミラーＡ１１で反射されたＲ光は、反射ミラーＢ１０で反射されて光路方向を変更され、コンデンサレンズ１３Ｒを介してＲ光用の入射側偏光素子１８Ｒに入射し、さらにＲ光用の映像表示素子１９Ｒに照射される。映像表示素子１９Ｒでは、上記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偏光光の光学像を形成した光学像光として出射される。映像表示素子１９Ｒから出射されたＲ光の光学像光は、赤外線カット素子２０Ｒ、出射側偏光素子２１Ｒを透過し、ダイクロイックプリズム２２に入射される。ダイクロイックプリズム２２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２３に入る。
【００１５】
一方、ダイクロイックミラーＡ１１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Ｂ１２に約４５゜の入射角で入射し、ダイクロイックミラーＢ１２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１３Ｇを介してＧ光用の入射側偏光素子１８Ｇに入射し、さらにＧ光用の映像表示素子１９Ｇに照射される。映像表示素子１９Ｇでは、上記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偏光光の光学像を形成した光学像光として出射される。映像表示素子１９Ｇから出射されたＧ光の光学像光は、赤外線カット素子２０Ｇ、出射側偏光素子２１Ｇを透過し、ダイクロイックプリズム２２に入射する。ダイクロイックプリズム２２では、そのダイクロイック面を透過し、投射レンズユニット２３に入る。
【００１６】
また、ダイクロイックミラーＢ１２を透過したＢ光のＳ偏光光は、リレーレンズＡ１５を経て反射ミラーＣ８で反射され、さらにリレーレンズＢ１６を経て反射ミラーＤ９で反射され、コンデンサレンズ１３Ｂを介してＢ光用の入射側偏光素子１８Ｂに入射し、さらにＢ光用の映像表示素子１９Ｂに照射される。映像表示素子１９Ｂでは、上記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偏光光の光学像を形成した光学像光として出射される。映像表示素子１９Ｂから出射されたＢ光の光学像光は、赤外線カット素子２０Ｂ、出射側偏光素子２１Ｂを透過し、ダイクロイックプリズム２２に入射する。ダイクロイックプリズム２２内において上記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２３に入る。
【００１７】
上記のように、ダイクロイックプリズム２２からは、映像信号により変調されたＲ光、Ｇ光と、Ｂ光の光学像光とが互いに色合成された状態で出射され、白色光の光学像光として投射レンズユニット２３に入り、投射レンズユニット２３によりスクリーンなどに映像光として拡大投射される。
【００１８】
また、１００は駆動回路、２７はファン、２８は冷却用空気の流路である。
【００１９】
駆動回路１００は、映像表示素子１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂを映像信号に基づき駆動するものであり、ファン２７は装置外部などから冷却用空気を取り入れて、偏光変換素子５や入射側偏光素子１８、映像表示素子１９、赤外線カット素子２０、出射側偏光素子２１などの温度が高くなる光学部品を冷却している。流路２８は、ファン２７から上記光学部品までの冷却用空気が流れる流露である。
【００２０】
光源１から投射レンズユニット２３までの上記諸要素は、投射型表示装置における光学ユニットを構成している。
【００２１】
なお、図２では、偏光変換素子５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、各入射側偏光素子１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂを透過し、対応する映像表示素子１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂに照射され、映像表示素子１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ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２２で色合成される。
【００２２】
次に、映像表示素子１９まわりについて、図１を用いて詳細に説明する。
【００２３】
２６は、光であり矢印方向（図中左方向）に進み、光学素子に対して光が入射する側を光入射側、光が出射する側を光出射側とする。
【００２４】
入射側偏光素子１８において、１８ｂは偏光性を持たないガラス基板であり、例えば白板透明基板、水晶透明基板、サファイア透明基板、酸化マグネシウム透明基板である。１８ａはフィルムタイプの偏光素子層であり、その透過軸と同じ偏光方向のみの光を透過させるものである。図に示すように偏光素子層１８ａがガラス基板１８ｂに貼り付けられた状態で使用する。
【００２５】
赤外線カット素子２０において、２０ｂは１８ｂ同様に偏光性を持たないガラス基板であり、２０ａは可視光領域の光を透過し、赤外領域の光を反射する特性を持った赤外線カットフィルタである。この赤外線カットフィルタ２０ａは、前記ガラス基板２０ｂに、例えば真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより得ることができる。
【００２６】
ここで、赤外線カットフィルタ２０ａの特性は、可視光領域の光を透過し、赤外線領域（特に遠赤外線領域）の波長の光を反射させるようになっている。
【００２７】
出射側偏光素子２１において、２１ａは金属粒子を含有する偏光ガラスであり、その透過軸方向の偏光光のみを透過し、それ以外を吸収する特性を持っている。２１ｂ、２１ｃはＡＲ（反射防止）フィルタであり、偏光ガラス２１ｂに誘電体膜を多層形成することにより得ることができる。
【００２８】
１９は、偏光方向の回転作用を利用して映像信号に基づく光強度変調を行い、光学像を形成する映像表示素子である。
【００２９】
ここで、以下の説明を容易とするために右手直角座標を導入する。光２６の方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する面内で、紙面に平行な方向をＸ軸とし、図１紙面に垂直で表側から裏側に向かう軸をＹ軸とする。そして、入射側偏光素子１８に入射する光２６の偏光方向は、前述したように偏光変換素子５により所定偏光方向（ここではＳ偏光）に揃えられており、入射側偏光素子１８の透過軸（図示せず）と同じで、Ｘ軸方向とする。従って、出射側偏光素子２１の透過軸はＹ軸方向となる。
【００３０】
上記構成において、入射側偏光素子１８に入射する光２６は、入射側偏光素子１８の透明基板１８ｂを通過して、偏光素子層１８ａに入射する。偏光素子層１８ａは、偏光光のうち偏光素子層１８ａの透過軸に平行なＳ偏光方向成分すなわちＸ軸方向の成分を通過させる。偏光素子層１８ａを通過したＳ偏光光は、映像表示素子１９に照射される。ここで、入射側偏光素子１８を映像表示素子１９の光入射側に配置しているのは、偏光変換素子５を透過してしまうわずかなＰ偏光光を吸収させ、映像表示素子１９に入射する光２６の偏光度を高めるためである。ここで、入射側偏光素子１８に入射する光は、上記したようにその吸収軸方向の光（Ｐ偏光光）はわずかであるため、入射側偏光素子１８の不要光吸収による温度上昇はそう高くないため、フィルムタイプの偏光素子層１８ａを使用することができる。
【００３１】
映像表示素子１９では、照射されたＳ偏光光は映像信号の階調に基づき変調され、偏光方向が回転して楕円偏光光とされる。そして、変調された色光の楕円偏光光は、出射側偏光素子２１に入射する。映像表示素子１９を通過した偏光光には、除去されなければならない不要偏光光であるＳ偏光光成分がまだ多く残されている。出射側偏光素子２１は、その内、透過軸に平行な偏光方向成分（Ｐ偏光光成分）すなわちＹ軸方向の成分を通過させ、透過軸に直角な吸収軸方向の偏光光成分（Ｓ偏光光成分）を吸収する。出射側偏光素子２１を透過した偏光光は次の光学系（投射レンズユニット２３）に入射する。
【００３２】
上記したように、実施例１では、偏光ガラス２１ａが光を吸収することにより、高温となる。金属粒子を含有する偏光ガラスであることから、出射側偏光素子２１自体の耐熱性・耐久性は確保できている。しかし、出射側偏光素子２１が高温となることにより輻射熱が発生し、この輻射熱の影響により映像表示素子１９の温度が上がり、映像表示素子１９の劣化を早めてしまうと言う問題が発生する。
【００３３】
この輻射熱の温度と全放射エネルギーの関係は、数１で与えられる（シュテファン・ボルツマンの関係式）。
【００３４】
Ｅ=σＴ4…（数１）
ここで、Ｅは全放射エネルギー（Ｗ／ｍ2）、σはシュテファン・ボルツマン定数（５．６７×１０-8Ｗ／ｍ2／Ｋ4）、Ｔは輻射熱の温度（Ｋ）である。
【００３５】
すなわち、偏光ガラス２１ａから単位面積、単位時間当たりに放出される電磁波のエネルギー（赤外線）を赤外線カット素子２０で低下させることにより、映像表示素子１９に到達する輻射熱を抑えることができるため、映像表示素子の光学的特性を低下させることなく、映像表示素子の信頼性を向上させた液晶表示装置を提供することができる。
【実施例２】
【００３６】
図３は、実施例２の映像表示素子部を示す図である。図３に示す光学部品以外については、実施例１と同等であるため、説明を省略する。
【００３７】
図に示すように、出射側偏光素子２１において、２１ａは金属粒子を含有する偏光ガラスであり、その透過軸方向の偏光光のみを透過し、それ以外を吸収する特性を持っている。２１ｂはＡＲ（反射防止）フィルタであり、偏光ガラス２１ｂに誘電体膜を多層形成することにより得ることができる。２１ｄは赤外線カットフィルタであり、これも偏光ガラス２１ｂに誘電体膜を多層形成することにより得ることができる。
【００３８】
実施例１と同様に、偏光ガラス２１ａが光を吸収することにより高温となる。出射側偏光素子２１が高温となることにより輻射熱が発生するが、出射側偏光素子２１の映像表示素子１９側に赤外線カットフィルタ２１ｄを設けていることにより、映像表示素子１９に到達する輻射熱を抑制することができる。
【００３９】
ここで、赤外線カットフィルタ２１ｄの特性は、可視光領域の光を透過し、赤外線領域（特に遠赤外線領域）の波長の光を反射させるようになっている。
【００４０】
上記のように、実施例２により、映像表示素子の光学性能が低下することなく、映像表示素子の信頼性を向上させた投射型表示装置を提供することができる。
【実施例３】
【００４１】
図４は、実施例３の映像表示素子部を示す図である。図４に示す光学部品以外については、実施例１と同等であるため、説明を省略する。
【００４２】
図４に示すように、映像表示素子１９において、１９ｂは入射側防塵ガラスであり、映像表示素子内部への塵を防ぐ機能を持っている。１９ｃは映像表示素子を駆動させるためのＴＦＴ基板であり、７０℃以下での使用が望ましい。１９ｄは液晶層であり、長時間の光照射により劣化するため、ＴＦＴ基板１９ｃと同様に７０℃以下での使用が望ましい。１９ｅはカバーガラスであり、液晶層１９ｄを保持する機能を持っている。１９ｆは出射側防塵ガラスであり、これも入射側防塵ガラス１９ｂと同様に映像表示素子内部への塵を防ぐ機能を持っている。１９ａは赤外線カットフィルタであり、出射側防塵ガラス１９ｆに誘電体膜を多層形成することにより得ることができる。
【００４３】
ここで、赤外線カットフィルタ１９ａの特性は、可視光領域の光を透過し、赤外線領域（特に遠赤外線領域）の波長の光を反射させるようになっている。
【００４４】
実施例１及び２と同様に、偏光ガラス２１ａが光を吸収することにより高温となる。出射側偏光素子２１が高温となることにより輻射熱が発生するが、映像表示素子１９の出射側防塵ガラス１９ｆに赤外線カットフィルタ１９ａを設けていることにより、ＴＦＴ基板１９ｃと液晶層１９ｄに到達する輻射熱を抑制することができる。
【００４５】
上記のように、実施例３により、映像表示素子の光学性能が低下することなく、映像表示素子の信頼性を向上させた投射型表示装置を提供することができる。
【００４６】
また、実施例１〜３では、３個の映像表示素子を用いた投射型表示装置に適用した場合について説明したが、１個の映像表示素子用いた投射型表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１の映像表示素子部を示す図である。
【図２】実施例１の投射型表示装置を示す図である。
【図３】実施例２の映像表示素子部を示す図である。
【図４】実施例３の映像表示素子部を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
２…光源ユニット、３…第１のアレイレンズ、４…第２のアレイレンズ、５…偏光変換素子、６…集光レンズ、７，８，９，１０…反射ミラー、１１，１２…ダイクロイックミラー、１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ…コンデンサレンズ、１５，１６…リレーレンズ、１９，１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂ…映像表示素子、１９ａ…赤外線カットフィルタ、１９ｂ…入射側防塵ガラス、１９ｃ…ＴＦＴ基板、１９ｄ…液晶層、１９ｅ…カバーガラス、１９ｆ…出射側防塵ガラス、１８，１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ…入射側偏光素子、１８ａ…偏光素子層、１８ｂ…ガラス基板、２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｇ…赤外線カット素子、２０ａ…赤外線カットフィルタ、２０ｂ…ガラス基板、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…出射側偏光素子、２１ａ…偏光ガラス、２１ｂ，２１ｃ…ＡＲ（反射防止）フィルタ、２１ｄ…赤外線カットフィルタ、２２…ダイクロイックプリズム、２３…投射レンズユニット、２６…光、２７…ファン、２８…冷却用空気の流路、１００…駆動回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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