JP2007101677A - 偏光変換素子、これを備えた光源装置および投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差フィルムを備えた偏光変換素子において、位相差フィルムの経時的劣化をより確実に抑制する。
【解決手段】Ｐ偏光（Ｐ）を透過させるとともにＳ偏光（Ｓ）を反射させる偏光膜１２と、Ｐ偏光（Ｐ）をＳ偏光（Ｓ）に変える位相差フィルム１４と、位相差フィルム１４が設けられた第１透光性部材１０と、第１透光性部材１０との間に偏光膜１２を介在させた状態で、第１透光性部材１０に対して接着層１６を介して接合された第２透光性部材１１と、を備えた偏光変換素子１において、位相差フィルム４を、接着層１６に接触することなく埋設させた。
【選択図】図４

Description

本発明は、位相差フィルムを備えた偏光変換素子に関するものである。本発明はさらに、偏光変換素子を備えた光源装置および投射型液晶表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタなどの投射型表示装置においては、光源から出射された光の利用効率を高めるために、偏光変換素子が利用されている（たとえば特許文献１，２参照）。偏光変換素子は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含むランダム光を、一方の偏光に揃えるものである。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示したように、偏光変換素子９は、複数の透光性部材９０，９１を並べて配置したものであるとともに、隣接する透光性部材９０，９１の間に偏光膜９２あるいは反射膜９３を介在させたものである。透光性部材９０には、光出射面９０Ａに位相差フィルム９４が接合されている。

この偏光変換素子９では、図１２（ｂ）に良く表れているように、透光性部材９１の光入射面９１Ｂに入射したランダム光は、Ｐ偏光が偏光膜９２を透過する一方でＳ偏光が偏光膜９２において反射する。偏光膜９２を透過したＰ偏光は、透光性部材９０を透過した後に位相差フィルム９４に入射する。このＰ偏光は、位相差フィルム９４においてＳ偏光に変換された後に位相差フィルム９４から出射する。一方、偏光膜９２において反射されたＳ偏光は反射膜９３において反射された後に透光性部材９１から出射する。そのため、偏光変換素子９では、入射したランダム光がＳ偏光に揃えられた状態で出射される。

偏光変換素子９は、透光性部材９０，９１に偏光膜９２あるいは反射膜９３を膜形成した後に、紫外線硬化樹脂など接着層９５，９６を介して、偏光膜９２あるいは反射膜９３の部分において複数の透光性部材９０，９１を接合することにより形成されている。その一方で、位相差フィルム９４は、透光性部材９０の光出射面９０Ａの全体を覆うようにして接合されている。すなわち、位相差フィルム９４の端部９４Ａが接着層９５の端面９５Ａに接触し、位相差フィルム９４の側端面９４Ｂが接着層９６の端面９６Ａのごく近接した状態とされている。そのため、偏光変換素子９に対する入射光が接着層９５，９６において吸収されて接着層９５，９６が温度上昇した場合には、接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから放散される熱が位相差フィルム９４に伝達される。その結果、位相差フィルム９４は、接着層９５，９６における光吸収に起因する端面９５Ａ，９６Ａからの放熱によって経時的に劣化する。特に、位相差フィルム９４の端部９４Ａや側端面９４Ｂからは、接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａからの熱が入射しやすいので、位相差フィルム９４の端部９４Ａや側端面９４Ｂは他の部分に比べて劣化しやすい。

このような不具合を解決しようとするものとして、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示した偏光変換素子９′がある。なお、図１３（ａ）および図１３（ｂ）においては、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示した偏光変換素子９と同様な要素については同一の符号を付してある。

偏光変換素子９′は、基本的な構成が先に説明した偏光変換素子９（図１２（ａ）および図１２（ｂ）参照）と同様であるが、位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′の位置を、接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから退避させている点に特徴がある。この偏光変換素子９′では、位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′（端部９４Ａ′）の位置が接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから退避させられているので、接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから放散される熱が位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′（端部９４Ａ′）から入射するのが抑制される。

特開２０００−２９８２１２号公報 特開２００４−３６１８６５号公報

しかしながら、偏光変換素子９′では、位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′からの熱の入射が十分に抑制されているとは言い難い。すなわち、偏光変換素子９′では、位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′が露出しているため、接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから放散される熱が位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′から入射するのを十分に抑制することができない。

また、位相差フィルム９４′は、偏光膜９２を透過したＰ偏光をＳ偏光に変換するものであるため、その寸法を不当に小さくすれば、位相差フィルム９４′を透過せずに透光性部材９０の光出射面９０Ａから出射する光の割合が大きくなって偏光変換効率が悪化する。そのため、偏光変換効率を考慮した場合、位相差フィルム９４′の寸法を小さくすること、すなわち位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′の接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから退避させる距離には限界がある。このような点からも、位相差フィルム９４′の側端面９４Ｂ′を接着層９５，９６の端面９５Ａ，９６Ａから単に退避させるだけでは、位相差フィルム９４′の側端面９４Ａ′からの熱入射、ひいては位相差フィルム９４′の経時的劣化を十分に抑制することはできない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、位相差フィルムを備えた偏光変換素子において、透光性部材を接合するための接着層から放散された熱が位相差フィルムに入射するのを効果的に抑制し、位相差フィルムの経時的劣化をより確実に抑制することを課題としている。

本発明の第１の側面においては、Ｐ偏光およびＳ偏光のうち、一方の偏光を透過させるとともに他方の偏光を反射させる複数の偏光膜と、前記Ｐ偏光およびＳ偏光のうちのいずれか一方を、Ｓ偏光またはＰ偏光に変えるための複数の位相差フィルムと、前記位相差フィルムが接合された複数の第１透光性部材と、前記第１透光性部材との間に前記偏光膜を介在させた状態で、前記第１透光性部材に対して、接着層を介して接合された複数の第２透光性部材と、を備えた偏光変換素子であって、前記位相差フィルムは、前記接着層に接触することなく、少なくとも一部が埋設されていることを特徴とする、偏光変換素子が提供される。

本発明の第２の側面においては、光源と、この光源から出射された光束の偏光方向を揃えて出射させるための偏光変換素子と、を備えた光源装置であって、前記偏光変換素子として、本発明の第１の側面に係るものを使用することを特徴とする、光源装置が提供される。

本発明の第３の側面においては、偏光方向の揃った光を出射可能な光源装置と、前記光源装置から出射された光により、画像信号に応じた光学像を形成するための液晶パネルと、前記液晶パネルにより形成された光学像を拡大するための投射光学系と、を備えた投射型液晶表示装置であって、前記光源装置として、本発明の第２の側面に係るものを使用することを特徴とする、投射型液晶表示装置が提供される。

前記第１透光性部材は、たとえば前記位相差フィルムを収容するための溝を備えている。この場合、前記位相差フィルムは、前記溝に収容されることによって、少なくとも一部が前記第１透明部材に埋設される。前記第１透光性部材は、前記位相差フィルムよりも熱伝導性の高い材料により形成するのが好ましい。

前記位相差フィルムにおける光出射面は、たとえば透光性カバーにより覆われる。前記透光性カバーは、たとえば前記位相差フィルムよりも熱伝導性の高い材料により形成され、また、前記透光性カバーは、前記接着層の端面に接触させておくのが好ましい。

前記透光性カバーは、前記複数の位相差フィルムうちの２以上の位相差フィルムについて、それらの光出射面を一括して覆ってもよいし、前記位相差フィルムの光出射面を個別に覆ってもよい。前記透光性カバーは、たとえば低融点ガラスを用いて前記第１および第２透光性部材に接着するのが好ましい。

前記位相差フィルムの幅寸法は、前記第１透光性部材の幅寸法の８０％以上に設定するのが好ましく、より好ましくは、前記第１透光性部材の幅寸法の８０〜９５％に設定される。

本発明に係る偏光変換素子では、位相差フィルムが接着層に接触することなく、少なくとも一部が埋設されている。すなわち、位相差フィルムにおける露出部分が従来に比べて少なくなっている。そのため、接着層から放熱があったとしても、その熱が位相差フィルムに入射されるのが効果的に抑制される。

たとえば、位相差フィルムを第１透光性部材に形成した溝に収容することによって、位相差フィルムの側端面における少なくとも一部を、第１透明部材に埋設させることができる。これにより、位相差フィルムの露出部分を小さくすることができるために、位相差フィルムの側端面からの熱の入射を抑制できる。位相差フィルムの側端面における少なくとも一部を第1透光性部材に埋設させることによって、第１透光性部材に対する位相差フィルムの接触面積を従来よりも大きく確保することが可能となる。その結果、本発明の偏光変換素子では、第１透光性部材を位相差フィルよりも熱伝導度の高い材料により形成することによって、位相差フィルムから透光性部材に対する放熱を促進することができるようになる。したがって、本発明の偏光変換素子では、接着層から位相差フィルムの側端面への熱の入射が抑制されるとともに、位相差フィルムから第１透光性部材への放熱を促進できるために、位相差フィルムの端部が経時的に劣化するのを効果的に抑制できるようになる。

さらに、位相差フィルムの光出射面を透光性カバーにより覆えば、熱が位相差フィルムに入射されるのをより効果的に抑制することができるようになる。たとえば、複数の位相差フィルムにおける光出射面を透光性カバーにより一括して、あるいは位相差フィルムにおける光出射面を透光性カバーにより個別に覆えば、位相差フィルムの露出部分をさらに小さくすることがきる。これにより、位相差フィルムの側端面からの熱入射ばかりでなく光出射面における熱入射をも抑制することが可能となり、また透光性カバーを位相差フィルムよりも熱伝導度の高い材料により形成することによって、光出射面から透光性カバーに対して積極的に放熱させることができるようになる。その結果、位相差フィルムの端部ばかりでなく、位相差フィルムの光出射面の劣化をも効果的に抑制できるようになる。

とくに、透光性カバーを接着層の端面に接触させた状態で透光性部材に接合すれば、接着層の熱は積極的に透光性カバーに伝達され、透光性カバーから放散させることができる。これにより、接着層から位相差フィルムに熱が伝わるのを抑制することができる。

さらに、低融点ガラスを用いて透光性部材に透光性カバーを接合するようにすれば、透光性カバーを接合するための接着材に接着層からの熱がこもることを抑制することができる。これにより、接着層の熱が透光性カバーの伝達されることが接着材によって阻害されることを抑制し、透光性カバーからの放熱を効果的に行なうことができる。

また、位相差フィルムの幅寸法を透光性部材の幅寸法の８０％以上、好ましくは８０〜９５％に設定することにより、偏光変換素子における偏光変換効率を効果的に維持することが可能となる。そのため、本発明では、偏光変換効率を悪化させることなく、位相差フィルムの経時的劣化を効果的に抑制することができる。

そして、先に説明した偏光変換素子を備えた光源装置では、偏光変換素子の経時的劣化が抑制されるために、偏光変換素子の劣化に起因する経時的な出力低下を抑制することが可能となる。

さらに、先の光源装置を採用した投射型液晶表示装置では、光源装置の経時的劣化が抑制されているために、光源装置の出力低下に起因する画像の劣化を抑制することが可能となる。

以下においては、本発明に係る偏光変換素子について、図１ないし図９を参照して先に説明し、次いで本発明の偏光変換素子を備えた光源装置および投射型液晶表示装置について、図１０および図１１を参照して説明する。

図１および図２に示したように、偏光変換素子１は、ランダムな偏光方向を有する光束の偏光方向を揃えるためのものであり、全体として板状に形成されている。この偏光変換素子１は、図３に示したように、複数の透光性部材１０，１１、複数の偏光膜１２、複数の反射膜１３、複数の位相差フィルム１４、および透光性カバー１５を有している。

図２および図４に示したように、複数の透光性部材１０，１１は、互いに平行な傾斜面１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂを有するものであり、位相差フィルム１４よりも熱伝導率の高く、透光性も高い材料、たとえばガラスや樹脂により形成されている。これらの傾斜面１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂは、４５度傾斜したものである。透光性部材１０，１１は、傾斜面１０Ａ，１１Ｂ（１０Ｂ，１１Ａ）が互いに対面した状態で交互に並ぶように接着層１６を介して接合されている。ここで、透光性部材１０，１１形成するための材料としては、ガラスとして、ＢＫ７ガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製）、サファイアガラス、および水晶ガラス、樹脂として、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂を挙げることができる。

図２〜図４に示したように、透光性部材１０には、光の出射側に溝１０Ｃが形成されている。この溝１０Ｃは、位相差フィルム１４を収容するためのものであり、その幅寸法、深さ寸法および長さ寸法は、位相差フィルム１４の幅寸法、厚み寸法および長さ寸法と同様なものとされている。

図４に示したように、各偏光膜１２は、特定方向に振動する光を透過させる一方で、前記特定方向に交差する方向に振動する光を反射させるものである。本実施の形態では、偏光膜１２は、Ｐ偏光（Ｐ）を透過させる一方でＳ偏光（Ｓ）を反射するように構成されている。これらの偏光膜１２は、透光性部材１０の傾斜面１０Ｂに対して膜形成されている。すなわち、偏光膜１２は、透光性部材１０の傾斜面１０Ｂと透光性部材１１の傾斜面１１Ａとの間に介在させられている。偏光膜１２は、たとえばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_５からなる誘電体多層膜で形成される。この偏光膜１２は、公知の成膜手法、たとえば蒸着、スパッタリング法、ＣＶＤ法により形成することができる。

各反射膜１３は、透光性部材１１を幅方向Ｄ１に進行するＳ偏光（Ｓ）を反射させて進行向きを変え、透光性部材１１の出射面１１ＣからＳ偏光（Ｓ）を出射させるものである。これらの反射膜１３は、透光性部材１１の傾斜面１１Ｂに対して膜形成されている。すなわち、反射膜１３は、透光性部材１１の傾斜面１０Ａと透光性部材１１の傾斜面１１Ｂとの間に介在させられている。反射膜１３は、たとえばアルミニウムなどの金属材料を蒸着などの公知の成膜手法により形成することができる。もちろん、反射膜１３は、誘電体多層膜として形成してもよい。

位相差フィルム１４は、透過光の偏光方向を９０度変えるものであり、透光性部材１０の溝１０Ｃに収容されている。この位相フィルム１４に対して偏光膜１２を透過したＰ偏光（Ｐ）が入射した場合には、このＰ偏光（Ｐ）がＳ偏光（Ｓ）に変換される。このような位相差フィルム１４は、たとえばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリアリレート（ＰＡ）より形成されている。

上述のように、溝１０Ｃは、位相差フィルム１４の幅寸法、厚み寸法および長さ寸法に対応した幅寸法、深さ寸法および幅寸法を有している。そのため、位相差フィルム１４は、側端面１４Ａおよび底面１４Ｂが溝１０Ｃに埋設された状態で収容され、光出射面１４Ｃが透光性部材１１の出射面１１Ｃと面一または略面一とされている。

ここで、位相差フィルム１４（溝１０Ｃ）の幅寸法Ｗ１は、位相差フィルム１４の側端面１４Ａが接着層１６に接触しないように、透光性部材１０の幅寸法Ｗ１よりも小さくされている。好ましくは、位相差フィルム１４（溝１０Ｃ）の幅寸法Ｗ１は、透光性部材１０の幅寸法Ｗ２の８０％以上、より好ましくは８０〜９５％とされる。これは、位相差フィルム１４（溝１０Ｃ）の幅寸法Ｗ１を不当に小さくした場合には、透光性部材１０から出射される光のうち、位相差フィルム１４を透過しない光の割合が大きくなる（偏光変換効率が低下する）一方、幅寸法Ｗ１を不当に大きくした場合には、位相差フィルム１４の側端面１４Ｂが接着層１６の端面１６Ａに近づきすぎて、接着層１６が昇温したときに接着層１６の端面１６Ａから放出される熱が入射しやすくなるからである。

図１および図２に示したように、透光性カバー１５は、位相差フィルム１４における光出射面１４Ｃを覆い、光出射面１４Ｃを含めた位相差フィルム１４の全体を、偏光変換素子１において埋設させるためものである。この透光性カバー１５は、複数の位相差フィルム１４の光出射面１４Ｃを一括して覆うものであり、たとえば接着材を介して透光性部材１０，１１および位相差フィルム１４に接合されている。この場合に使用する接着材は、光吸収性の低いもの、たとえば低融点ガラスが好ましい。透光性カバー１５は、位相差フィルム１４よりも熱伝導率の高く、透光性が高い材料により形成されている。透光性カバー１５を形成するための材料としては、透光性部材１０，１１と同様なものを使用することができる。なお、透光性カバー１５を樹脂で形成する場合には、偏光変換素子１（透光性カバー１５）から目的とする状態の光を出射できる範囲において、樹脂内に金属フィラー（たとえば、アルミニウム粒子、亜鉛粒子）を混在させて熱伝導性を向上させてよい。

このような偏光変換素子１は、たとえば図５ないし図８に示した工程を経て製造することができる。

まず、図５（ａ）に示したように、ガラスなどの材料からなる透明基板２０の一面２０Ａに偏光膜２１を形成する。偏光膜２１は、たとえば公知の手法により誘電体多層膜として形成される。このような偏光膜２１の形成は、複数の透明基板２０に対して行なわれる。

その一方で、図５（ｂ）に示したように、同様な透明基板２２の一面２０Ａに反射膜２３を形成する。反射膜２３は、たとえば蒸着などの成膜手法によりアルミニウム膜として形成される。もちろん、反射膜２３は、誘電体多層膜として形成してもよい。このような反射膜２３の形成は、複数の透明基板２２に対して行なわれる。

次いで、図６（ａ）に示したように、偏光膜２１を形成した透明基板２０および反射膜２３を形成した透明基板２２を、接着材として接着フィルム２４Ａ，２４Ｂを介在させた状態で、一定距離だけ位置ずれさせて交互に積層して積層体２５を作成する。接着フィルム２４Ａ，２４Ｂとしては、紫外線硬化型樹脂からなるものが使用される。さらに、積層体２５に対して紫外線を照射して接着フィルム２４Ａ，２４Ｂを硬化させて、透明基板２０，２２を相互に接合する。

なお、接着材としては紫外線硬化樹脂以外のものを使用してもよく、また接着材としてペースト状のものを使用し、その接着材を偏光膜２１あるいは反射膜２３に塗布してもよい。

次いで、カットライン２６に沿って積層体２５を切断することにより、図６（ｂ）に示したような中間体２７を得る。この中間体２７は、透光性部材１０，１１が列状に並ぶとともに、透光性部材１０，１１の間に偏光膜１２あるいは反射膜１３が介在させられたものである。

さらに、図７（ａ）および図７（ｂ）に示したように、各透光性部材１０の一面に溝１０Ｃを形成した後、この溝１０Ｃに位相差フィルム１４を収容させる。

最後に、図８に示したように、複数の位相差フィルム１４を一括して覆うようにして、低融点ガラスなどの接着材を介して透光性カバー１５を接合する。これにより、図１ないし図４に示したような、位相フィルム１４が完全に埋設された偏光変換素子１が得られる。

次に、偏光変換素子１の作用について説明する。

図４に示したように、偏光変換素子１の透光部材１１に、入射面１１Ｄを介してＰ偏光（Ｐ）およびＳ偏光（Ｓ）を含むランダム光（Ｐ+Ｓ）を入射させた場合、このランダム光（Ｐ+Ｓ）は、偏光膜１２に入射する。

偏光膜１２は、上述のようにＰ偏光を選択的に透過させ、それ以外の偏光を反射させるように構成されている。そのため、偏光膜１２に入射したランダム光（Ｐ＋Ｓ）のうち、Ｐ偏光（Ｐ）が偏光膜１２を透過する一方でＳ偏光（Ｓ）が偏光膜１２において反射する。

偏光膜１２を透過したＰ偏光（Ｐ）は、透光性部材１０を透過した後に位相差フィルム１４に入射する。位相差フィルム１４は、上述のように偏光方向を９０度回転させるものである。そのため、位相差フィルム１４に入射したＰ偏光（Ｐ）は、位相差フィルム１４においてＳ偏光（Ｓ）に変換された後に位相差フィルム１４から出射する。

一方、偏光膜１２において反射したＳ偏光（Ｓ）は、反射膜１３において反射された後に透光性部材１１から出射する。

位相差フィルム１４から出射したＳ偏光（Ｓ）および透光性部材１１から出射するＳ偏光（Ｓ）は、透光性カバー１５を透過してから偏光変換素子１から出射する。すなわち、偏光変換素子１に入射したランダム光（Ｐ＋Ｓ）は、Ｓ偏光（Ｓ）に揃えられ状態で偏光変換素子１から出射される。

偏光変換素子１では、位相差フィルム１４が接着層１６に接触することなく、熱伝導性の高い部材（透光性部材１０および透光性カバー１５）によって全体が埋設されている。すなわち、接着層１６からの熱が位相差フィルム１４に入射しにくいとともに、位相差フィルム１４の熱が周りの部材（透光性部材１０および透光性カバー１５）に拡散しやすいようになっている。その一方で、偏光変換素子１では、接触層１６の端面１６Ａは、透光性カバー１５に接触させられているため、接着層１６から熱が積極的に透光性カバー１５に伝達される。このように、偏光変換素子１では、位相差フィルム１４に熱が入射し、あるいは熱が滞留することが効果的に抑制されるため、位相差フィルム１４が経時的に熱劣化するのを効果的に抑制できるようになる。

本発明の偏光変換素子は、上述した実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。たとえば位相差フィルムを埋設させる構成としては、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した形態を採用することもできる。これらの図においては、先に説明した偏光変換素子１（図１ないし図４参照）と同様な要素について同一の符号を付してある。

図９（ａ）示した偏光変換素子３Ａは、透光性部材１０Ａに溝１０Ｃ（図１ないし図４参照）を形成することなく、平坦な光出射面３０Ａａに位相差フィルム１４を接合する一方で、複数の位相差フィルム１４を透光性カバー３２Ａの溝３２Ａａに収容させた状態で覆ったものである。

図９（ｂ）に示した偏光変換素子３Ｂは、透光性部材３０Ｂの溝３０Ｂａの深さ寸法を位相差フィルム１４の厚み寸法よりも大きくする一方で、透光性カバー３２Ｂとともに位相差フィルム１４を溝３０Ｂａに収容させたものである。透光性カバー２２Ｂの表面は、透光性部材１１の出射面１１Ｃと面一とされている。このような透光性カバー３２Ｂは、たとえば位相差フィルム１４を収容させた溝３０Ｂａに対してガラスペーストを充填した後にガラスを固化させ、研磨などにより表面を滑面化処理することにより形成することができる。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示した偏光変換素子３Ａ，３Ｂでは、位相差フィルム１４の全体が偏光変換素子３Ａ，３Ｂにおいて埋設されているので、先に説明した偏光変換素子１（図１ないし図４参照）と同様な効果を奏することができる。

図９（ｃ）に示した偏光変換素子３Ｃは、先に説明した偏光変換素子１（図１ないし図４参照）から透光性カバー１５を省略したものである。

この偏光変換素子３Ｃでは、位相差フィルム１４の側端面１４Ａが透光性部材１０の溝１０Ｃに埋設されているため、側端面１４Ａからの熱の入射を抑制することができるとともに、側端面１４Ａから透光性部材１０への放熱を促進することができる。また、透光性カバーが不要な分だけ製造容易であり、製造コスト的に有利である。

次に、本発明に係る光源装置および投射型液晶表示装置の一例を、図１０および図１１を参照して説明する。

図１０に示した投射型液晶表示装置４は、画像信号に応じた画像を、スクリーン４０に投射形成するためのものであり、光源装置５、色分離リレー光学系６、３つの液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ、色合成・投射光学系８を備えている。

図１１に示したように、光源装置５は、偏光方向の揃った白色光を出射するためのものであり、光源部５０およびインテグレータ光学系５１を備えている。

光源部５０は、ランダムな偏光方向を有する白色光を出射するものである。この光源部５０は、光源５０Ａおよびリフレクタ５０Ｂを備えており、光源５０Ａからの出射光の一部をリフレクタ５０Ｂで反射させることにより、略平行な光束を出射可能とされている。

インテグレータ光学系５１は、照度分布のバラツキを低減するとともに、偏光の向きを揃えるものである。このインテグレータ光学系５１は、一対のフライアイレンズ５２，５３、偏光変換素子５４および集光レンズ５５を有している。

一対のフライアイレンズ５２，５３および集光レンズ５５は、光源部５０からの光束を複数の光束に分割した後に収束させるものであり、光源５０Ａの輝度むらを分散させ、照射対象（液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）に対して均質な照度分布の光を照射するためのものである。

偏光変換素子５４は、ランダム光の偏光方向を同一方向に揃えてＰ偏光として出射するものであり、図１ないし図４を参照して先に説明した偏光変換素子１と同様な構成のものが採用されている。もちろん、偏光変換素子５４としては、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した構成のものを採用することもできる。

図１０に示したように、色分離リレー光学系６は、光源装置５から出射された白色光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、および青色光（Ｂ）に分離するとともに、それらの光（Ｒ），（Ｇ），（Ｂ）を対応する液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射させるためのものである。この色分離リレー光学系６は、ダイクロイックミラー６０，６１、全反射ミラー６２，６３，６４、リレーレンズ６５，６６、および集光レンズ６７Ｒ，６７Ｇ，６７Ｂを含んでいる。

ダイクロイックミラー６０，６１は、目的とする波長範囲の光を選択的に透過させる一方で、目的とする波長範囲の光を反射するものである。より具体的には、ダイクロイックミラー６０は青色光を反射させる一方で緑色光および赤色光を透過させるものであり、ダイクロイックミラー６１は緑色光を反射させる一方で赤色光を透過させるものである。

全反射ミラー６２，６３，６４は、光路を変え、目的部分に光を導くためのものである。全反射ミラー６２，６３は、赤色光（Ｒ）を液晶パネル７Ｒに導くためのものであり、全反射ミラー６４は、青色光（Ｂ）を液晶パネル７Ｂに導くためのものである。

リレーレンズ６５，６６は、光路長の差を補正するためのものである。すなわち、光源装置５から液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂまでの光路長が各色の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）によって異なっているために、リレーレンズ６５，６６によって、その光路長の差を補正する役割を果たすものである。

集光レンズ６７Ｒ，６７Ｇ，６７Ｂは、液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに透過させる光の広がりを押さえるためものであり、色合成・投射レンズ系８によって効率のよい投射を実現する役割を果たすものである。

液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、ライトバルブとして機能するものであり、図面上には現れていないが複数の画素がマトリックス状に設けられたものである。これらの液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、画像信号に応じて各画素ごとに光の透過状態を選択することによって光強度変調を行ない、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに目的とする光学像を形成するものである。

色合成光学系８は、ダイクロイック合成プリズム８０および投射レンズ８１を有しており、ダイクロイック合成プリズム８０において各液晶表示パネル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂによって形成された光学像を合成し、ダイクロイック合成プリズム７０において合成されたカラーの光学像を、スクリーン４０に投射するものである。

次に、投影型液晶表示装置の作用について説明する。

図１０および図１１に示すように、光源装置５からは、光源５０Ａを駆動させることにより複数の光束に分割された白色光がＰ偏光として出射される。

より具体的には、光源５０Ａからは、ランダムな偏光を含む白色光が出射され、この白色光がリフレクタ５０Ｂによって略平行光化された後にフライアイレンズ５２，５３に入射する。フライアイレンズ５２，５３に入射した白色光は、複数の光束に分割された後、偏光変換素子５４に入射する。偏光変換素子５４においては、入射した白色光の偏光方向が揃えられ、Ｐ偏光として出射される。Ｐ偏光とされた白色光（Ｐ偏光白色光）は、集光レンズ５５を透過してから光源装置５から出射される。

図１０に示したように、光源装置５を出射したＰ偏光白色光は、色分離リレー光学系６によって白色光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、および青色光（Ｂ）に分離された後に対応する液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射される。

より具体的には、色分離リレー光学系６においては、ダイクロイックミラー６０によって青色光（Ｂ）が反射・分離され、赤色光（Ｒ）および緑色光（Ｇ）が透過する。ダイクロイックミラー６０において反射した青色光（Ｂ）は、全反射ミラー６４によって反射された後、集光レンズ６７Ｂを透過して液晶パネル７Ｂに入射する。

一方、ダイクロイックミラー６０を透過した赤色光Ｒおよび緑色光（Ｇ）はダイクロイックミラー６１に入射する。このダイクロイックミラー６１では、緑色光（Ｂ）が反射される一方で赤色光（Ｒ）が透過する。ダイクロイックミラー６１において反射された緑色光（Ｇ）は集光レンズ６７Ｇを透過して液晶パネル７Ｂに入射する。ダイクロイックミラー６１を透過した赤色光（Ｒ）は、リレーレンズ６５、全反射ミラー６２、リレーレンズ６６、全反射ミラー６３、および集光レンズ６７Ｒを経て液晶パネル７Ｒに入射する。

液晶パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射した光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、画像信号に基づいて光強度の変調が行なわれ、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに画像信号に応じた光学像として色合成光学系７に入射する。

色合成・投射学系８では、ダイクロイック合成プリズム８０によって各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光学像が合成されてカラー光学像とされ、このカラー光学像が投射レンズ８１に入射される。投射レンズ８１は、入射された合成光学像をスクリーン４０に投射する。これにより、スクリーン４０には、目的とするカラー画像が映し出される。

光源装置５では、先に説明した偏光変換素子１（図１ないし図４）と同様の作用を有する偏光変換素子５４が採用されている。すなわち、光源装置５では、劣化の抑制された偏光変換素子５４を使用しているために、偏光変換素子５４の劣化に起因する経時的な出力低下を抑制することが可能となる。

さらに、先の光源装置５を採用した投射型液晶表示装置４では、光源装置５の経時的劣化が抑制されているために、光源装置５の出力低下に起因する画像の劣化を抑制することが可能となる。

本発明の光源装置および投影型液晶表示装置は、上述した実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。たとえば、光学装置において、ロッドレンズを使用したインテグレータ光学系を採用してもよく、また投影型液晶表示装置においては、分離リレー光学系、色合成・投射光学系を構成する光学部品のレイアウトも種々に変更可能である。

本発明に係る偏光変換素子の一例を示す全体斜視図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１に示した偏光変換素子の分解斜視図である。 図２に示した偏光変換素子の要部を拡大して示した断面図である。 図１ないし図４に示した偏光変換素子の製造方法を説明するための断面図である。 図１ないし図４に示した偏光変換素子の製造方法を説明するための断面図である。 図１ないし図４に示した偏光変換素子の製造方法を説明するための斜視図である。 図１ないし図４に示した偏光変換素子の製造方法を説明するための斜視図である。 本発明に係る偏光変換素子の他の例を示す断面図である。 本発明に係る投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。 図１０に示した投射型液晶表示装置における光源装置の概略構成図である。 （ａ）は従来の偏光変換素子の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその要部を拡大して示した断面図である。 （ａ）は従来の偏光変換素子の他の例を示す断面図であり、（ｂ）はその要部を拡大して示した断面図である。

符号の説明

１，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 偏光変換素子
１０ 透光性部材（第１透光性部材）
１０Ｃ （透光性部材の）溝
１１ 透光性部材（第２透光性部材）
１２ 偏光膜
１４ 位相差フィルム
１４Ａ （位相差フィルムの）側端面
１４Ｃ （位相差フィルムの）光出射面
１５，３２Ａ，３２Ｂ 透光性カバー
１６ 接着層
１６Ａ （接着層の）端面
４ 投射型液晶表示装置
５ 光源装置
５０Ａ （光源装置の）光源
５４ （光源装置の）偏光変換素子
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ 液晶パネル
８ 色合成・投射光学系
Ｐ Ｐ偏向
Ｓ Ｓ偏向
Ｗ１ （位相差フィルムの）幅寸法
Ｗ２ （透光性部材の）幅寸法

Claims (12)

1. Ｐ偏光およびＳ偏光のうち、一方の偏光を透過させるとともに他方の偏光を反射させる複数の偏光膜と、
   前記Ｐ偏光およびＳ偏光のうちのいずれか一方を、Ｓ偏光またはＰ偏光に変えるための複数の位相差フィルムと、
   前記位相差フィルムが接合された複数の第１透光性部材と、
   前記第１透光性部材との間に前記偏光膜を介在させた状態で、前記第１透光性部材に対して、接着層を介して接合された複数の第２透光性部材と、
   を備えた偏光変換素子であって、
   前記位相差フィルムは、前記接着層に接触することなく、少なくとも一部が埋設されていることを特徴とする、偏光変換素子。
2. 前記第１透光性部材は、前記位相差フィルムを収容するための溝を備えており、
   前記位相差フィルムは、前記溝に収容されることによって、少なくとも一部が前記第１透光性部材に埋設されている、請求項１に記載の偏光変換素子。
3. 前記第１透光性部材は、前記位相差フィルムよりも熱伝導性の高い材料により形成されている、請求項２に記載の偏光変換素子。
4. 前記位相差フィルムにおける光出射面は、透光性カバーにより覆われている、請求項１ないし３のいずれかに記載の偏光変換素子。
5. 前記透光性カバーは、前記位相差フィルムよりも熱伝導性の高い材料により形成されている、請求項４に記載の偏光変換素子。
6. 前記透光性カバーは、前記接着層の端面に接触している、請求項４または５に記載の偏光変換素子。
7. 前記透光性カバーは、前記複数の位相差フィルムうちの２以上の位相差フィルムについて、それらの光出射面を一括して覆っている、請求項４ないし６のいずれかに記載の偏光変換素子。
8. 前記透光性カバーは、前記位相差フィルムの光出射面を個別に覆っている、請求項４ないし６のいずれかに記載の偏光変換素子。
9. 前記透光性カバーは、低融点ガラスを用いて前記第１および第２透光性部材に接着されている、請求項４ないし８のいずれかに記載の偏光変換素子。
10. 前記位相差フィルムの幅寸法は、前記第１透光性部材の幅寸法の８０〜９５％に設定されている、請求項１ないし９のいずれかに記載の偏光変換素子。
11. 光源と、この光源から出射された光束の偏光方向を揃えて出射させるための偏光変換素子と、を備えた光源装置であって、
    前記偏光変換素子として、請求項１ないし１０のいずれかに記載のものを使用することを特徴とする、光源装置。
12. 偏光方向の揃った光を出射可能な光源装置と、前記光源装置から出射された光により、画像信号に応じた光学像を形成するための液晶パネルと、前記液晶パネルにより形成された光学像を投射するための投射光学系と、を備えた投射型液晶表示装置であって、
    前記光源装置として、請求項１１に記載のものを使用することを特徴とする、投射型液晶表示装置。
    

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