JP2004038096A

JP2004038096A - 偏光変換素子およびそれを備える液晶プロジェクタ

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Publication number: JP2004038096A
Application number: JP2002198705A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Miyashita; 宮下　敏之
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP3914834B2

Abstract

【課題】低コストで、冷却効率の高い、耐熱性に優れた偏光変換素子を提供する。
【解決手段】入射光束（Ｐ＋Ｓ）を偏光成分の異なる第１および第２の光束に分離する偏光ビームスプリッタ３０と、上記第１の光束の偏光成分を上記第２の光束の偏光成分に変換する位相差板４０と、偏光ビームスプリッタ３０と位相差板４０との間に設けられた所定の熱伝導率を有する伝熱透明基板１５とを有する。伝熱透明基板１５は、複数に分割可能で、その材質にサファイアを用いることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光束を偏光成分の異なる２つの光束に分離し、分離した一方の光束の偏光成分を他方の光束の偏光成分に変換する偏光変換素子に関する。さらには、本発明は、その偏光変換素子を用いた液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光変換素子は、偏光成分を揃えることができ、かつ、光源からの光の利用効率を高めることができるため、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタなどの照明装置に広く使用されている。
【０００３】
図９に、偏光変換素子を備える液晶プロジェクタの概略構成を模式的に示す。この液晶プロジェクタは、光源ランプ１を備え、この光源ランプ１から出射された光束の進行方向にレンズアレイ２ａ、２ｂ、偏光変換素子２００、フィールドレンズ５、ミラー６がこの順序で配置されている。偏光変換素子２００は、入射光束を偏光成分の異なる２光束に分離する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３と、その分離した一方の光束の偏光成分を他方の偏光成分に変換する位相差板４とからなる。
【０００４】
ミラー６で反射された光束の進行方向には、赤（Ｒ）色成分を透過し、青（Ｂ）成分および緑（Ｒ）成分を反射するダイクロイックミラー７ａが配置されている。ダイクロイックミラー７ａを透過した光束（Ｒ）の進行方向にはミラー９ｃが配置されており、このミラー９ｃで反射された光束の進行方向には、入射偏光板１０Ｒ、液晶パネル１１Ｒ、出射偏光板１２Ｒがこの順序で配置されている。ダイクロイックミラー７ａで反射された光束（Ｂ・Ｒ）の進行方向には、青（Ｂ）成分を透過し、緑（Ｒ）成分を反射するダイクロイックミラー７ｂが配置されている。
【０００５】
ダイクロイックミラー７ｂで反射された光束（Ｇ）の進行方向には入射偏光板１０Ｇ、液晶パネル１１Ｇ、出射偏光板１２Ｇがこの順序で配置されている。ダイクロイックミラー７ｂを透過した光束（Ｂ）の進行方向にはリレーレンズ８ａ、ミラー９ａがこの順序で配置されており、このミラー９ａで反射された光束の進行方向にはリレーレンズ８ｂ、ミラー９ｂがこの順序で配置されている。ミラー９ｂで反射された光束の進行方向には、入射偏光板１０Ｂ、液晶パネル１１Ｂ、出射偏光板１２Ｂがこの順序で配置されている。
【０００６】
出射偏光板１２Ｒ、１２Ｂ、１２Ｇを通過した各光束（Ｒ・Ｇ・Ｂの画像光に対応する）が交わる位置に、これら光束を色合成するクロスプリズム１３が配置されている。そして、クロスプリズム１３の出射面側に、クロスプリズム１３にて色合成された光束（カラー画像光に対応する）を不図示のスクリーン上に投写する投写レンズ１４が配置されている。
【０００７】
次に、上記の液晶プロジェクタの動作について簡単に説明する。光源ランプ１から出射した光束は、レンズアレイ２ａ、２ｂを介して偏光変換素子２００に入射し、この偏光変換素子２００にて偏光成分が揃えられる。図１０に、この偏光変換素子２００による偏光変換の様子を模式的に示す。図１０中、「Ｐ」、「Ｓ」はそれぞれ偏光成分を表す。
【０００８】
図１０を参照すると、光源ランプ１から出射された光束（Ｐ＋Ｓ）は、レンズアレイ２ａ、２ｂに入射する。レンズアレイ２ａを構成する複数の矩形レンズ１６ａは、それぞれレンズアレイ２ａを構成する複数の矩形レンズ１６ｂと対応しており、これら対応する矩形レンズのそれぞれで２次光源像（光源ランプ１のアーク像）を形成して投写するように構成されている。各矩形レンズ１６ｂからの光束（Ｐ＋Ｓ）は、それぞれＰＢＳ３の対応する分割領域に入射する。分割領域は、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射するように構成された誘電体膜１７が平行に２つ配置されており、入射光束が一方の誘電体膜１７で第１の光束（Ｐ）と第２の光束（Ｓ）に分離され、この分離された光束のうち、第１の光束（Ｐ）はそのまま出射され、第２の光束（Ｓ）は誘電体膜１７で反射されて出射される。各分割領域の、第２の光束（Ｓ）が出射される部分には位相差板４が設けられており、出射された第２の光束（Ｓ）がその位相差板４を通過することで、Ｐ偏光成分に変換される。この結果、偏光変換素子２００から出射される光束は、全てＰ偏光成分の光束となる。
【０００９】
上記のようにして偏光成分が揃えられた光束（Ｐ偏光成分）は、ダイクロイックミラー７ａ、７ｂにてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の３つに色分離される。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれ液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにて変調が施されてＲ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光が生成される。これらＲ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光をクロスプリズムにて色合成することでカラー画像光が生成され、このカラー画像光が投写レンズ１４により不図示のスクリーン上に投写される。
【００１０】
一般に、偏光変換素子は、位相差板としての位相差フィルムをＰＢＳに有機系の接着剤で貼り付けた構成であるため、非常に熱に弱い。例えば、熱によって、位相差フィルムの特性が劣化したり、膜剥離を生じたりする。特に、上述した液晶プロジェクタでは、レンズアレイ２ａの各矩形レンズにて生成された２次光源像（光源ランプ１のアーク像）が、レンズアレイ２ｂのそれぞれ対応する矩形レンズで投写される構成になっており、偏光変換素子２００の、レンズアレイ２ｂの各矩形レンズからの光束（２次光源光）が通過する部分において、光密度が高まり、それに伴う局所的な温度の上昇が生じるため、偏光変換素子２００に対する熱対策が特に重要である。
【００１１】
以下に、偏光変換素子２００における局所的な温度の上昇について簡単に説明する。図１１に、レンズアレイ２ｂにて形成される２次光源像およびその２次光源像により偏光変換素子２００に形成される高輝度部を模式的に示す。図１１中、斜線で示した部分がアーク像および高輝度部で、その斜線の間隔が狭いほど光密度（透過光量）が高いことを示す。
【００１２】
図１１に示すように、レンズアレイ２ｂの矩形レンズ１６ｂ毎に２次光源像２０が形成され、偏光変換素子の位相差板４では、その２次光源像２０に対応した高輝度部２１が形成される。２次光源像２０は、光軸に近い中央付近のものほど光量が高くなっており、このため、位相差板４の高輝度部２１も、中央付近のものほど光量が高くなっている。位相差板４では、主に高輝度部２１において入射光束の一部が吸収され、その吸収光の量に応じた温度上昇を伴う。高輝度部２１は中央付近のものほど光量が高くなっていることから、位相差板４における光の吸収に伴う温度上昇は中央付近ほど大きくなる。
【００１３】
上記偏光変換素子の熱対策として、一般に、ファンによる強制空冷が行われている。また、特開２００２−６２８１号公報に記載されているような熱対策が施された偏光変換素子もある。図１２に、その偏光変換素子の概略構成を示す。図１２中、図１０に示したものと同じものには同じ符号を付している。
【００１４】
図１２を参照すると、偏光変換素子は、位相差板４の出射面側に伝熱透明基板２０１が設けられている。伝熱透明基板２０１は、熱伝導率の高い材質、例えばアルミナ（Ａ_２ｌＯ_３）の結晶酸化物（サファイア）よりなる透明基板である。この構成によれば、位相差板４にて生じた熱は伝熱透明基板２０１に移動し、伝熱透明基板２０１の表面から放出される。これにより、位相差板４を冷却することが可能である。
【００１５】
上記の他、位相差板が貼り付けられるＰＢＳ自体をサファイアで構成し、位相差板で生じた熱をＰＢＳに移動させるようにしたものが提案されている（特開２００１−３１８３５９号公報参照）。この場合も、位相差板の局所的な熱の集中を分散して放熱することが可能となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術には以下のような問題がある。
【００１７】
ファンによる強制空冷の場合、偏光変換素子の温度上昇を抑える（温度を一定に保つ）には、発熱量の増大に対して風量を２乗の割合で増大させる必要がある。このため、ファンによる強制空冷だけでは、偏光変換素子の温度を例えば８０〜１００℃以下に抑えることは難しい。また、風量を増大するためにはファン自体が大型なものになり、装置の大型化を招くとともにコストも高くなる。
【００１８】
特開２００２−６２８１号公報に記載のものにおいては、位相差板の入射面側はＰＢＳに接しているため、熱移動による冷却は位相差板の出射面側でしか行われない。このため、冷却効率が悪い。
【００１９】
また、伝熱透明基板に熱伝導率の高いサファイアを用いて冷却効果を高めているが、この場合には、次のような問題がある。サファイアは硬度が高く（ダイアモンドに次ぐ硬さ）、加工性が悪いため、表面研磨を行う面積が大きくなればなるほど、すなわちサイズが大きくなればなるほどその価格は高くなる。図１２に示したように、伝熱透明基板のサイズは偏光変換素子のサイズかそれ以上の大きさになっており、このような伝熱透明基板をサファイアで構成することは、非常に高価なものとなってしまう。
【００２０】
特開２００１−３１８３５９号公報に記載のものにおいては、位相差板で生じた熱は、位相差板の表面（出射面）から直接放熱されるとともに、入射面側のＰＢＳ（サファイア）へ移動する。このように入出射面の両面における冷却が行われることから、上記の場合よりも大きな冷却効果を期待できる。しかしながら、サファイアをＰＢＳのような複雑な形状に加工することは非常に困難なため、実用化には至っていない。
【００２１】
本発明の目的は、上記各問題を解決し、低コストで、冷却効率の高い、耐熱性に優れた偏光変換素子およびそれを用いた液晶プロジェクタを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明の偏光変換素子は、入射光束を偏光成分の異なる第１および第２の光束に分離する偏光分離手段と、前記第１の光束の偏光成分を前記第２の光束の偏光成分に変換する位相差板と、前記偏光分離手段と前記位相差板との間に設けられた所定の熱伝導率を有する伝熱透明基板とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、第２の発明の偏光変換素子は、入射光束を偏光成分の異なる第１および第２の光束に分離する偏光分離部が行列状に配置された偏光ビームスプリッタと、前記偏光分離部の列または行毎に配置された複数の位相差板と、前記複数の位相差板の少なくとも中央から所定の範囲に位置する位相差板と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられた伝熱透明基板とを有することを特徴とする。
【００２４】
上記第１および第２の発明の偏光変換素子によれば、位相差板で生じた熱は、位相差板の表面（出射面）側から空間に直接放熱されるとともに、位相差板の裏面（入射面）側から伝熱透明基板へ移動する。このように位相差板の表面および裏面の両面において冷却作用を奏するため、冷却効率は、特開２００２−６２８１号公報に記載のものような、一方の面（出射面）でしか冷却作用を奏することができないものと比べて格段に良くなる。よって、位相差板および粘着剤の熱による劣化を防ぐことが可能である。
【００２５】
また、特開２００１−３１８３５９号公報に記載のものでは、複雑な形状のＰＢＳにサファイアを用いるためその実現が困難であったが、上記各発明に用いられる伝熱透明基板は、単なる板状のものであるので、サファイアにより形成することができる。
【００２６】
上述の第１および第２の発明において、伝熱透明基板は複数に分割されてもよい。この構成によれば、伝熱透明基板のサイズが小さくなるので、サファイアを用いた場合の価格をより低く抑えることが可能である。
【００２７】
上述の第１の発明において、前記位相差板の出射面側に前記伝熱透明基板と同じ構成の第２の伝熱透明基板をさらに設けてもよい。この場合は、位相差板の表面（出射面）側においても、位相差板で生じた熱が伝熱透明基板へ移動することになるので、冷却効率はさらに良くなる。
【００２８】
上述の第２の発明において、前記伝熱透明基板は、前記複数の位相差板毎に設けられていてもよい。この場合も、伝熱透明基板のサイズが小さくなるので、サファイアを用いた場合の価格をより低く抑えることが可能である。
【００２９】
上記の場合、中央から所定の範囲に位置する位相差板に対して設けられた伝熱透明基板の熱伝導率が、その両側に位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高くなるようにしてもよい。このように構成することで、特に熱が生じる位相差板に対してのみサファイアを使用し、他の位相差板には低価格のガラス基板を使用することが可能となり、価格をより低く抑えることが可能である。
【００３０】
上述の第２の発明において、前記伝熱透明基板は、前記中央から所定の範囲に位置する位相差板のそれぞれに対して設けられてもよい。この構成の場合も、特に熱が生じる位相差板に対してのみサファイアを使用することになるので、上記と同様、価格をより低く抑えることが可能である。
【００３１】
上述の第２の発明において、前記複数の位相差板の出射面側に前記伝熱透明基板と同じ構成の第２の伝熱透明基板をさらに設けてもよい。この場合は、各位相差板の表面（出射面）側においても、位相差板で生じた熱が伝熱透明基板へ移動することになるので、冷却効率はさらに良くなる。
【００３２】
上述の第１および第２の発明において、前記伝熱透明基板もしくは前記第２の伝熱透明基板またはこれら両基板に連接して設けられた熱伝導部材をさらに有してもよい。この場合、伝熱透明基板内を移動する熱は、熱伝導部材から放熱されることになる。
【００３３】
本発明の液晶プロジェクタは、上述したいずれかの偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの光束を変調する液晶パネルとを有する。位相差板および粘着剤の熱による劣化は画質（輝度、コントラスト）に影響するが、この構成によれば、偏光変換素子は、上述した作用により、位相差板および粘着剤の熱による劣化が抑えられているので、そのような画質の低下は生じない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態である偏光変換素子の主要な構成を模式的に示す断面図である。図１中、Ｐ、Ｓはそれぞれ偏光成分を表す。
【００３６】
本実施形態の偏光変換素子の主要部は、入射光束（Ｐ＋Ｓ）を偏光成分の異なる第１の光束（Ｓ）および第２の光束（Ｐ）に分離する偏光ビームスプリッタ３０と、第１の光束（Ｓ）の位相を略９０度回転する位相差板４０と、偏光ビームスプリッタ３０と位相差板４０との間に設けられた所定の熱伝導率を有する伝熱透明基板１５とからなる。偏光ビームスプリッタ３０、伝熱透明基板１５、位相差板４０は有機系の接着剤で固定されている。偏光ビームスプリッタ３０および位相差板４０は、図９〜図１２に示した従来のものと基本的には同じであり、偏光分離および偏光変換についても同様であるので、ここではその説明は省略し、本実施形態の特徴についてのみ説明する。
【００３７】
伝熱透明基板１５は、所定の熱伝導率を有するガラス基板より構成されている。ガラス基板の厚さは、例えば０．３〜１ｍｍである。ここで、所定の熱伝導率とは、位相差板４で生じた熱が伝熱透明基板１５へ移動し、この移動により十分に位相差板４を冷却できる値である。望ましくは、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋである。伝熱透明基板１５に熱伝導率の高い材料を用いることで、高い冷却効果を得られる。熱伝導率の高い材料としては、例えばサファイアがある。ただし、サファイアは前述したといおり、基板サイズが大きくなるとコスト面で不利なものとなるので、伝熱透明基板１５を分割して使用する。分割した形態については後述の実施例で詳しく説明する。
【００３８】
図１に示した構成によれば、位相差板４０はその両面側において冷却作用を奏するようになっている。図２に、位相差板４０で生じた熱の流れを模式的に示す。図２を参照すると、位相差板４０で生じた熱は、位相差板４０の表面（出射面）側から空間に直接放熱されるとともに、位相差板４０の裏面（入射面）側から伝熱透明基板１５へ移動する。この場合の冷却効率は、図９〜図１２に示した従来のものより格段に良い。また、位相差板４０の入出射面側に別の伝熱透明基板１５を設ければ、冷却効率はさらに良くなる。
【００３９】
上述した本実施形態の偏光変換素子において、伝熱透明基板にサファイアを用いることで高い冷却効果を得られる。以下、伝熱透明基板にサファイアを使用する例を挙げる。
【００４０】
（実施例１）
図３は、本発明の第１の実施例である偏光変換素子を説明するための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。図３中、レンズアレイ２ａ、２ｂ、ＰＢＳ３、位相差板４は、図１０に示したものと同じものである。
【００４１】
ＰＢＳ３は、所定の方向に切断した面の構造が図１に示したＰＢＳ３０の構造と同じブロックを一方向に並べた板状の構造になっている。ＰＢＳ３の入射面には、レンズアレイ２ａ、２ｂの各対応する矩形レンズ（１６ａ、１６ｂ）からの部分光束がそれぞれ入射する。ＰＢＳ３の出射面には、ブロック毎に伝熱透明基板１５１が設けられている。
【００４２】
各ブロックに設けられた伝熱透明基板１５１は、いずれも同じ大きさの長方形のガラス基板であって、その大きさはブロックの出射面、すなわち分離された光束（Ｓ、Ｐ）が出射される面の大きさに略等しい。したがって、各ブロックの出射面に伝熱透明基板１５１を貼り付け状態では、ＰＢＳ３の出射面全体が伝熱透明基板１５１により覆われており、各伝熱透明基板１５１は各ブロックの境界１８で区切られた状態になっている。
【００４３】
境界１８で区切られた伝熱透明基板１５１の出射面には、位相差板４がそれぞれ貼り付けられている。位相差板４は、長方形の板状のものであって、長辺側の端部の一方がブロックの境界１８に沿うように設けられている。位相差板４の大きさは、ブロックの出射面の、分離された光束（Ｓ、Ｐ）のうちの光束Ｓが出射される面の大きさに略等しい。
【００４４】
本実施例の偏光変換素子では、位相差板４とＰＢＳ３との間に配置された伝熱透明基板１５１の大きさは、ＰＢＳ３のブロックの出射面の大きさに等しい。この構成によれば、伝熱透明基板１５１は、上述した特開２００２−６２８１号公報に記載のものより格段に小さくなり、伝熱透明基板１５１としてサファイアを用いたとしても価格を低く抑えることができる。
【００４５】
なお、図３に示した構成は、一実施例であって、伝熱透明基板１５１の配置は、サファイアを用いた場合の価格上問題の無い範囲で適宜変更可能である。例えば、伝熱透明基板１５１は各境界１８で区切られているが、１つ置きに区切られるようにしてもよい。この場合は、伝熱透明基板１５１の大きさが２倍になる。
【００４６】
また、伝熱透明基板１５１は、境界１８に垂直な方向に区切られるようにしてもよい。
【００４７】
さらに、伝熱透明基板１５１は、境界１８とこれに垂直な方向にそれぞれ区切られるようにしてもよい。これにより、伝熱透明基板１５１はマトリクス状に配置されることになる。この場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板の熱伝導率が、その周りに位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高くなるようにしてもよい。さらにこの場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板のみをサファイアで構成することも可能である。
【００４８】
また、上述した構造の伝熱透明基板１５１と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板４の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【００４９】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、図３に示した偏光変換素子の伝熱透明基板１５１を、境界１８に垂直な境界１９にて分割基板１５１ａ、１５１ｂに分割したものである。境界１９は、ＰＢＳ３の、図３（ａ）に示したレンズアレイ２ａ、２ｂの各対応する矩形レンズ（１６ａ、１６ｂ）からの部分光束がそれぞれ入射する各領域（マトリクス状に配置されており、それぞれの領域において図１１に示した各高輝度部２１が形成される。）の列方向の並びに沿って設定される。
【００５０】
本実施例の構成によれば、分割基板１５１ａ、１５１ｂに分割したことで、さらに基板サイズが小さくなり、サファイアを用いた場合の価格をさらに低く抑えることができる。
【００５１】
境界１９は、複数設けてもよく、その場合はさらに価格を下げることが可能になる。
【００５２】
また、上述した構造の伝熱透明基板１５１と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板４の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【００５３】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、位相差板４が図３に示したように所定の間隔で複数並んで設けられており、これら位相差板４のうちの中央から所定の範囲に位置する位相差板（ここでは、中央に位置する４つの位相差板）のそれぞれに対して伝熱透明基板１５２が設けられている。伝熱透明基板１５２の大きさは、位相差板４の大きさに等しい。
【００５４】
本実施例の偏光変換素子においても、位相差板４とＰＢＳ３との間に配置された伝熱透明基板１５２の大きさは、上述した特開２００２−６２８１号公報に記載のものより格段に小さくなり、伝熱透明基板１５２としてサファイアを用いた場合の価格を低く抑えることができる。
【００５５】
なお、図５に示した構成において、伝熱透明基板１５２を全ての位相差板４に対して設けてもよい。この場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板の熱伝導率が、その周りに位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高くなるようにしてもよい。さらにこの場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板のみをサファイアで構成することも可能である。
【００５６】
また、上述した構造の伝熱透明基板１５２と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板４の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【００５７】
（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、図５に示した偏光変換素子の伝熱透明基板１５２を、境界１９にて分割基板１５２ａ、１５２ｂに分割したものである。境界１９は、図４に示したものと同じである。
【００５８】
本実施例の構成によれば、分割基板１５２ａ、１５２ｂに分割したことで、さらに基板サイズが小さくなり、サファイアを用いた場合の価格をさらに低く抑えることができる。
【００５９】
境界１９は、複数設けてもよく、その場合はさらに価格を下げることが可能になる。
【００６０】
また、上述した構造の伝熱透明基板１５２と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板４の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【００６１】
上述した各実施例の偏光変換素子において、より冷却効果を高めるために、伝熱透明基板に連接して熱伝導部材を設けてもよい。一例として、図７に、図４に示した偏光変換素子に熱伝導部材を設けた例を示す。
【００６２】
図７において、境界１８により区切られた伝熱透明基板１５１は、境界１９によりさらに分割基板１５１ａ、１５１ｂに区切られている。分割基板１５１ａの境界１９とは反対側の端部は、ＰＢＳ３の端部（図７上では上側に位置する）の位置より所定の量だけ長く伸びている。この長く伸びた部分が熱伝導部材２２ａに接するようになっている。これと同様に、分割基板１５１ｂも、境界１９とは反対側の端部がＰＢＳ３の端部（図７上では下側に位置する）の位置より所定の量だけ長く伸びており、この長く伸びた部分が熱伝導部材２２ｂに接するようになっている。
【００６３】
上記の構成によれば、伝熱透明基板１５１内を移動する熱は、熱伝導部材２２ａ、２２ｂに移動し、そこで放熱される。よって、高い冷却効果を得られる。
【００６４】
熱伝導部材２２ａ、２２ｂとしては、上記放熱による冷却効果を得られるのであればどのような形態のものとしてもよい。例えば、図７に示した構成において、分割基板１５１ａ、１５１ｂの一方にだけ熱伝導部材を設けてもよい。また、位相差板の入出射面にそれぞれ伝熱透明基板が配置される場合は、それら伝熱透明基板の一方または両方に熱伝導部材を連接して設けるようにしてもよい。熱伝導部材の材質には、例えばアルミナを用いることができる。また、熱伝導部材の形状は、通常は板状であるが、放熱を効率良く行うために一部に凹凸部を設けてもよい。
【００６５】
以上説明した本発明の偏光変換素子は、既存の液晶ディスプレイや液晶プロジェクタに適用することができる。一例として、図８に、本発明の偏光変換素子を適用した液晶プロジェクタに適用した例を以下に説明する。
【００６６】
図８に示す液晶プロジェクタは、図９に示した液晶プロジェクタの偏光変換素子２００に代えて、上述した本発明の偏光変換素子の構成を採用する偏光変換素子１００を設けたものである。図８中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００６７】
偏光変換素子１００は、具体的には図３に示した偏光変換素子である。レンズアレイ２ａ、２ｂは、２次光源像（光源ランプ１のアーク像）を、偏光変換素子１００を介して投写するように構成されている。
【００６８】
レンズアレイ２ａ、２ｂからの光束（Ｐ＋Ｓ）は、図３（ａ）に示したように、ＰＢＳ３で第１の光束（Ｐ）と第２の光束（Ｓ）に偏光分離される。第１の光束（Ｐ）は伝熱透明基板１５を透過してそのまま出射される。第２の光束（Ｓ）は伝熱透明基板１５を透過して位相差板４に入射し、この位相差板４にてＰ偏光成分に変換される。この結果、偏光変換素子１００から出射される光束は、全てＰ偏光成分の光束となる。
【００６９】
上記のようにして偏光成分が揃えられた光束（Ｐ偏光成分）は、ダイクロイックミラー７ａ、７ｂにてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の３つに色分離される。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれ液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにて変調が施されてＲ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光が生成される。これらＲ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光をクロスプリズムにて色合成することでカラー画像光が生成され、このカラー画像光が投写レンズ１４により不図示のスクリーン上に投写される。
【００７０】
最近では、液晶プロジェクタとして、明るい部屋でも大画面で投影画像が見られるような高輝度なプロジェクタ（例えば、１．３インチ液晶で３０００ＡＮＳＩルーメン以上の光出力を得られるもの）や、０．９型や０．７型といった小型の液晶パネルを用いた小型軽量のプロジェクタ（Ｂ５サイズ相当）が登場しており、上述した本発明の偏光変換素子は、熱問題の面から、これらの液晶プロジェクタに特に有効である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の偏光変換素子によれば、位相差板の入出射面の両面において冷却作用を奏することができるので、従来のものより冷却効率の高い偏光変換素子を提供することができる。
【００７２】
また、本発明では、電熱透明基板のサイズは、従来に比べてより小さくなっているので、熱伝導率が高いサファイアを用いた場合の価格をより低く抑えることができる。よって、低コストで、耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することができる。
【００７３】
本発明の液晶プロジェクタによれば、上記の冷却効率の高く、低コストで、耐熱性に優れた偏光変換素子を使用するので、高画質で、信頼性の高い液晶プロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である偏光変換素子の主要な構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す位相差板で生じた熱の流れを示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例である偏光変換素子を説明するための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の偏光変換素子を適用した液晶プロジェクタの一実施例を示す構成図である。
【図９】従来の偏光変換素子を備える液晶プロジェクタの概略を示す構成図である。
【図１０】図９に示す偏光変換素子による偏光変換の様子を示す模式図である。
【図１１】図９に示すレンズアレイにて形成される２次光源像およびその２次光源像により偏光変換素子に形成される高輝度部を示す模式図である。
【図１２】特開２００２−６２８１号公報に記載の偏光変換素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　光源ランプ
２ａ、２ｂ　レンズアレイ
３、３０　偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４、４０　位相差板
５　フィールドレンズ
６、９ａ、９ｂ、９ｃ　ミラー
７ａ、７ｂ　ダイクロイックミラー
８ａ、８ｂ　リレーレンズ
１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒ　入射偏光板
１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ　液晶パネル
１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒ　出射偏光板
１３　クロスプリズム
１４　投写レンズ
１５、１５１、１５２、２０１　伝熱透明基板
１６ａ、１６ｂ　矩形レンズ
１７　誘電体膜
１８、１９　境界
２０　２次光源像
２１　高輝度部
２２ａ、２２ｂ　熱伝導部材
１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ　分割基板
１００、２００　偏光変換素子

Claims

入射光束を偏光成分の異なる第１および第２の光束に分離する偏光分離手段と、
前記第１の光束の偏光成分を前記第２の光束の偏光成分に変換する位相差板と、
前記偏光分離手段と前記位相差板との間に設けられた所定の熱伝導率を有する伝熱透明基板とを有することを特徴とする偏光変換素子。
入射光束を偏光成分の異なる第１および第２の光束に分離する偏光分離部が行列状に配置された偏光ビームスプリッタと、
前記偏光分離部の列または行毎に配置された複数の位相差板と、
前記複数の位相差板の少なくとも中央から所定の範囲に位置する位相差板と前記偏光ビームスプリッタとの間に設けられた伝熱透明基板とを有することを特徴とする偏光変換素子。
前記伝熱透明基板は複数に分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光変換素子。
前記伝熱透明基板が、サファイアよりなることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換素子。
前記伝熱透明基板は、前記複数の位相差板毎に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の偏光変換素子。
前記中央から所定の範囲に位置する位相差板に対して設けられた伝熱透明基板の熱伝導率が、その両側に位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高いことを特徴とする請求項５に記載の偏光変換素子。
前記伝熱透明基板は、前記中央から所定の範囲に位置する位相差板のそれぞれに対して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の偏光変換素子。
前記中央から所定の範囲に位置する位相差板に対して設けられた伝熱透明基板は、サファイアよりなることを特徴とする請求項６または７に記載の偏光変換素子。
前記位相差板の出射面側に前記伝熱透明基板と同じ構成の第２の伝熱透明基板をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
前記複数の位相差板の出射面側に前記伝熱透明基板と同じ構成の第２の伝熱透明基板をさらに有することを特徴とする請求項２、５から８のいずれか１項に記載の偏光変換素子。
前記伝熱透明基板もしくは前記第２の伝熱透明基板またはこれら両基板に連接して設けられた熱伝導部材をさらに有することを特徴とする請求項９または１０に記載の偏光変換素子。
前記熱伝導部材は、少なくとも一部に凹凸部を有することを特徴とする請求項１１に記載の偏光変換素子。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光束を変調する液晶パネルとを有することを特徴とする液晶プロジェクタ。
光源と、
前記光源の２次光源像を、前記偏光変換素子を介して投写するレンズアレイ部とをさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の液晶プロジェクタ。