JP2009282416A - 光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射側偏光板として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制する。
【解決手段】出射側偏光板を、前段に液晶パネルから透過した光の光軸に直交して配置された吸収型偏光板と、当該吸収型偏光板の後段に光軸に直交して配置された反射型偏光板とで構成する。また、前記吸収型偏光板、及び前記反射型偏光板の透過軸を等しい方向とする。また、前記吸収型偏光板、または、前記反射型偏光板を無機偏光板とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、光光学像を拡大して投射する光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供する技術に関する。

従来、光源からの光をライトバルブで映像信号に応じて光強度変調し、形成された光学像を拡大して投射する光学ブロックである光学ユニットを、駆動回路、電源回路や冷却用ファンなどと共に筐体内に収納した投射型表示装置が知られている。

投射型表示装置では、ライトバルブとして透過型液晶パネル（以下、単に、「液晶パネル」という）を用いる場合、一般に、液晶パネルの前後（光入射側および光出射側）に偏光方向が異なる（例えば直交する）偏光板が設けられる。そして、該偏光板には、従来、許容温度の低い、例えばヨウ素や染料分子を含む高分子フィルムを一軸延伸した一軸延伸型の有機フィルム製の吸収型偏光板が使用されている。この吸収型偏光板は、不要な偏光光を吸収し発熱するので、耐熱温度の低い液晶パネルと共に冷却ファンで冷却され、信頼性の向上が図られている。

しかし、液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光板は、黒色表示の場合大部分の光を吸収することになるので、その耐熱性が解決を要する課題となっている。特に、近年のプロジェタには、小型化を図りながら高輝度化、長寿命化の実現が求められており、出射側偏光板における耐熱性の課題も注目されてきている。

この課題を解決する一手段として、例えば、特許文献１に開示がある。

特開平１１−２９５６６０号公報

特許文献１では、出射側偏光板に反射型偏光板を用い、光路の光軸に対して略４５度傾斜させて配置する技術が開示されている。

反射型偏光板は、不要な偏光光を反射させ、ほとんど光吸収しないので、信頼性を確保することができる。しかし、反射型偏光板を光路に対して直交するように配置すると、不要な偏光光の反射光が液晶パネルに戻る。この戻り光は、液晶パネルに内蔵されているＴＦＴ（Thin Film Transistor）に光電効果を生じさせて、ＴＦＴの誤動作を引き起こし、画質劣化を招く懸念がある。そこで、特許文献１の投射型液晶表示装置は、反射型偏光板を光路に対して傾斜するように配置し、反射光が液晶パネルに戻らないようにしている。

一般に、平行平面を有する透光性基板を光路の光軸に傾斜して配置すると、非点収差が生じることが知られている。従って、特許文献１に記載の如く、反射型偏光板を光路の光軸に対して傾斜して配置すると、反射型偏光板を透過する偏光光において、反射型偏光素子を支持する透光性基板で非点収差が生じ、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）に劣化（例えばボゲ）が生じる。この非点収差は、例えば、特許文献１の図６に示されるように、出射側偏光板の傾きに対して９０度ねじれた方向に傾いた平行平面板の非点収差補正ガラスを配置することで、キャンセルすることができる。しかしながら、反射型偏光板の傾斜配置に加えて、非点収差補正ガラスも傾斜配置することになるので、投射レンズ後玉の後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスがより長くなり、投射レンズの大型化を招くという新たな課題が生じる。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、その目的は、出射側偏光板として反射型偏光板を用いて、反射型偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を従来よりも低減すること、従来よりも非点収差を低減すること、また、バックフォーカスの増大を従来よりも低減できる光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明による光学ユニットでは、透過型液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光板を、前記透過型液晶パネル側から順に、光路の光軸に対して直交して配置された吸収型無機偏光板と、前記光軸に直交して配置された反射型無機偏光板とで構成する。

上記のように、本発明では、吸収型偏光板と反射型無機偏光板とを光路の光軸に直交するように配置するので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を低減することができる。また、透過型液晶パネルと反射型無機偏光板との間に吸収型無機偏光板を配置する構成であるので、透過型液晶パネルから射出された不要な偏光光が吸収型無機偏光板を２回通ることになる。従って、不要な偏光光は吸収型無機偏光板で十分減衰され、透過型液晶パネルに戻る戻り光を低減することができる。また、前段に吸収型無機偏光板を配置し、後段に反射型無機偏光板を配置する構成であるので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。
また、上記構成を別の表現にて、以下に記載する。 所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、前記光学像を投射する投射レンズとを備えた光学ユニットにおいて、前記透過型液晶パネルを透過する光の出射側に、前記透過型液晶パネル側から順に、前記透過型液晶パネルを透過する光の光軸に対して直交して配置された吸収型偏光板と、前記光軸に直交して配置された反射型偏光板と、を設けるようにする。

また、所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、前記光学像を投射する投射レンズとを備えた光学ユニットにおいて、前記透過型液晶パネルからの光が吸収型偏光板、反射型偏光板の順に透過するように設け、前記透過型液晶パネルからの光の光軸に対して直交するように前記吸収型偏光板、前記反射型偏光板が配置されるようにする。

また、前記光学ユニットは、前記吸収型偏光板の透過軸と前記反射型偏光板の透過軸とを等しい方向とするようにする。

また、前記光学ユニットは、前記吸収型偏光板、または前記反射型偏光板を無機偏光板とするようにする。

上記のようすることで、出射側偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を従来よりも低減すること、従来よりも非点収差を低減すること、また、バックフォーカスの増大を従来よりも低減できる光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することができる。

本発明によれば、従来よりも性能を向上させた光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することができるようになる。

以下、本発明の最良の形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。

本発明は、液晶パネルの光出射側に設けられる出射側偏光板を、順に配置された耐熱性のよい吸収型無機偏光板と反射型無機偏光板とを設けるることに特徴がある。

まず、本実施例に係わる光学ユニットの光学系について述べ、その後、本実施例による出射側偏光板の詳細構成について説明するものとする。

図１は、本発明による実施例に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図である。なお、図１において、各色光の光路に配置されている要素を区別する際には符号の後に色光を表すＲ、Ｇ、Ｂを添えて示し、区別する必要がない場合には、色光の添え字を省略する。

また、偏光方向を明確にするため、ローカル右手直角座標系を導入しておく。すなわち、光軸１０１をＺ軸として、Ｚ軸に直交する面内で、図１紙面に平行な軸をＹ軸とし、図紙面裏から表に向かう軸をＸ軸とする。また、便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ方向」と呼ぶものとする。また、説明の都合上、偏光方向がＸ方向の偏光光を「Ｘ偏光光」といい、偏光方向がＹ方向の偏光光を「Ｙ偏光光」というものとする。

図１において、投射型液晶表示装置の光学系は、照明光学系１００と、光分離光学系１３０と、リレー光学系１４０と、３つのフィールドレンズ２９（２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂ）と、３つの透過型の液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）と、入射した光を合成する光合成手段である光合成プリズム２００と、投射手段である投射レンズ３００とを備えている。

液晶パネル６０は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光板として、吸収型無機偏光板７０（７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）とを備えている。

そして、これらの光学素子は、基体５５０に装着されて、光学ユニット５００を構成し、該光学ユニット５００は、液晶パネル６０を駆動する駆動回路５７０、液晶パネル６０などを冷却する冷却用ファン５８０、照明光学系１００に含まれる光源ユニット１０、冷却用ファン５８０、駆動回路５７０やその他の図示しない各回路に電力を供給する電源回路５６０とともに、図示しない筐体に搭載され、投射型液晶表示装置を構成する。

映像表示素子である液晶パネル６０を均一に照射する照明光学系１００は、略白色光を射出するランプ（光源ともいう）１１およびリフレクタ１２（ここでは放物面リフレクタ）からなる光源ユニット１０と、オプチカルインテグレータを構成す第１のアレイレンズ２１および第２のアレイレンズ２２と、偏光変換素子２５と、集光レンズ（重畳レンズともいう）２７を含んでなる。

また、照明光学系１００からの略白色光を例えば光の３原色光に光分離する光分離光学系１３０は、２つのダイクロイックミラー３１、３２と、光路方向を変える反射ミラー３３とを有している。また、リレー光学系１４０は、フィールドレンズである第１リレーレンズ４１と、リレーレンズである第２リレーレンズ４２と、光路方向を変える２つの反射ミラー４５、４６とを含んでなる。

ランプ１１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。リフレクタ１２は、ランプ１１を背後側から覆うように配置された、例えば回転放物面形状の反射面を有するもので、円形ないし、多角形の出射開口を持つ。

ランプ１１から射出された光は、例えば回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２によって反射され、光軸１０１に略平行となり、光源ユニット１０から略平行の光束が射出される。光源ユニット１０から射出された光は、偏光変換インテグレータに入射する。

偏光変換インテグレータは、第１のアレイレンズ２１と第２のアレイレンズ２２からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２５とで構成される。

第１のアレイレンズ２１は、照明光軸方向から見て液晶パネルとほぼ相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリクス状に配設されたもので、光源ユニット１０から入射した光を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２２と偏光変換素子２５を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ２１は、ランプ１１と第２のアレイレンズ２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第２のアレイレンズ２２は、第１のアレイレンズ２１と同様に、照明光軸方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有し、第２のアレイレンズ２２を構成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ２１のレンズセルの形状を液晶パネル６０に投影（写像）する。

この時、偏光変換素子２５で第２のアレイレンズ２２からの光は所定の偏光方向で、例えば直線偏光光のＸ偏光光（光軸１０１に直交する面内で偏光方向が図１紙面に垂直なＸ方向の光）に揃えられる。そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ２７、およびフィールドレンズ２９Ｇ、２９Ｂ、リレー光学系１４０、フィールドレンズ２９Ｒにより各液晶パネル６０上に重ね合わせられる。

なお、第２のアレイレンズ２２とこれに近接して配設される集光レンズ２７とは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルと液晶パネル６０とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ２１で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ２２と集光レンズ２７によって、液晶パネル６０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。

以上述べたように、第１のアレイレンズ２１、第２のアレイレンズ２２、偏光変換素子２５とで構成された偏光変換インテグレータは、ランプ（光源）からの偏光方向がランダムな光を所定偏光方向（ここではＸ偏光光）に揃えながら、液晶パネルを均一照明することができる。

照明光学系１００から射出された光（略白色光）は、光分離光学系１３０に入射する。光分離光学系１３０は、照明光学系１００からの略白色光を光の３原色の色光に光分離する。例えば第１の色光であるＢ光(青色帯域の光)と、第２の色光であるＧ光(緑色帯域の光)と、第３の色光であるＲ光(赤色帯域の光)とに分光する。

そして、光分離した各色光を対応する液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）に向かうそれぞれの光路（第１の色光のＢ光路、第２の色光のＧ光路、第３の色光のＲ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー３１により、例えばＢ光は反射され、対応する液晶パネル６０Ｂ（Ｂ光路）に向かう。

また、Ｇ光およびＲ光は、ダイクロイックミラー３１を透過し、ダイクロイックミラー３２によりＧ光とＲ光に分離される。ここでは、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して対応する液晶パネル６０Ｇ（Ｇ光路）に向かい、Ｒ光はダイクロイックミラー３２を透過して対応する液晶パネル６０Ｒ（Ｒ光路）に向かう。

光分離光学系１３０の各光路について具体的に述べる。

ダイクロイックミラー３１を反射したＢ光は、反射ミラー３３を反射して、フィールドレンズ２９Ｂ、入射側偏光板５０Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する。

一方、ダイクロイックミラー３１を透過したＧ光およびＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して、フィールドレンズ２９Ｇ、入射側偏光板５０Ｇを通して、Ｇ光用液晶パネル６０Ｇに入射する。

また、Ｒ光は、ダイクロイックミラー３２を透過し、リレー光学系１４０に入射する。リレー光学系１４０に入射したＲ光は、フィールドレンズの第１リレーレンズ４１によって、反射ミラー４５を経て、第２リレーレンズ４２の近傍に集光（収束）し、フィールドレンズ２９Ｒに向けて発散する。そして、反射ミラー４６を経てフィールドレンズ２９Ｒに入射し、フィールドレンズ２９Ｒで光軸にほぼ平行とされ、入射側偏光板５０Ｒを通過して、Ｒ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する。

液晶パネル６０（６０Ｒ、６０Ｇ、６０Ｂ）は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光板として、吸収型無機偏光板７０（７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）を備える。

各液晶パネル６０は、Ｘ方向を透過軸とする入射側偏光板５０（５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ）により偏光度が高められた光分離光学系１３０から入射するＸ偏光の色光を、駆動回路５７０で駆動されて、図示しないカラー映像信号に応じて変調（光強度変調）し、各色光の例えばＹ偏光の光学像を形成する。

そして、Ｙ偏光の各光学像は、Ｙ方向を透過軸とする吸収型無機偏光板７０（７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）により不要な偏光光成分（ここではＸ偏光光）が除去されてコントラストが高められ、光合成手段としての光合成プリズム２００に入射する。この時、Ｂ光路およびＲ光路では、反射型無機偏光板８０Ｂ、８０Ｒと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｂ、９０Ｒが設けられている。

従って、Ｙ偏光のＢ光およびＲ光の光学像はＸ偏光（光合成プリズム２００の色合成を行うダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像とされて、Ｙ偏光（光合成プリズム２００のダイクロイック膜面に対してＰ偏光）のＧ光の光学像と共に、光合成プリズム２００で効率よく光合成される。

光合成プリズム２００は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｒとが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。そして、３色光の各光学像を合成してカラー映像光（画像光）とする機能を有する。

光合成プリズムでは、一般に、光利用効率の向上の点から、ダイクロイック膜２１０の面に対してＧ光をＰ偏光光、Ｒ光とＢ光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成が用いられる。液晶パネル６０からの光の内、吸収型無機偏光板７０および反射型無機偏光板８０を透過する偏光光はＹ偏光光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）である。そこで、Ｂ光路とＲ光路には１／２λ波長板９０Ｂ、９０Ｒが設けられ、Ｘ偏光光（Ｓ偏光光）とされている。光合成プリズム２００の３つの入射面の内、対向する入射面に入射したＢ光とＲ光（ダイクロイック膜面に対してＳ偏光光）は、クロスしたＢ光用のダイクロイック膜２１０ｂおよびＲ光用のダイクロイック膜２１０ｒでそれぞれ反射され、また、中央の入射面に入射したＧ光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）は直進して、それぞれの光が合成され、出射面から出射する。その後、例えばズームレンズであるような投射レンズ３００によって、スクリーン（図示せず）に投影される。

冷却用ファン５８０は、例えば入射側偏光板５０、吸収型無機偏光板７０、反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０等で光源ユニット１０からの照射光の一部を吸収して生じる熱を、空気の流れ（風）を図示しない冷却用ダクトを介して送風し、入射側偏光板５０、吸収型無機偏光板７０、反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０への流路５８５を形成して冷却する。

本実施例では、出射側偏光板として、耐熱性、耐ＵＶ性に優れる吸収型無機偏光板７０および反射型無機偏光板８０を用いている（詳細は後述する）。従って、吸収型無機偏光板７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０への風量を増やすようにすることができる。このようにすれば、高輝度化に伴う冷却用ファンの能力の増大を招くことなく、入射側偏光板５０や液晶パネル６０を効率的に冷却することが可能となる。

なお、リレー光学系１４０は、光源からＢ光用液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）および光源からＧ光用液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源からＲ光用液晶パネル６０Ｒまでの光路長（Ｒ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。

ここで、リレー光学系１４０について少し述べておく。

Ｒ光路上の第１リレーレンズ４１の近傍には、照明光学系１００により第１のアレイレンズ２１の各レンズセル像が重畳した仮想の液晶表示像（図示せず）が結像する。この仮想液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒにリレー（写像）するのがリレー光学系１４０の目的である。すなわち、リレー光学系１４０の第２リレーレンズ４２は、仮想液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒ上に写像する。つまり、仮想液晶表示像と液晶パネル６０Ｒは、物と像の関係にある。

また、リレー光学系１４０のフィールドレンズである第１リレーレンズ４１は、液晶パネル６０Ｒ上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想液晶表示像を通過した光を第２リレーレンズ４２近傍に集光する。第２リレーレンズ４２近傍には第２のアレイレンズ２２上に形成された、複数のアーク像（２次光源像）が形成される。つまり、第２のアレイレンズ２２と第２リレーレンズ４２は物と像の関係にある。

次に、本実施例による出射側偏光板について説明する。本実施例では、出射側偏光板に無機偏光板を使用する。

無機偏光板は、従来の樹脂などの有機材料で作られた有機偏光板とは異なり、無機材料で構成された偏光板で、耐熱性に優れている。無機偏光板には、吸収型と反射型がある。この内の反射型偏光板を液晶パネルの光出射側に光軸に直交するように配置すると、課題の項で述べたように、反射された不要偏光光が液晶パネルに戻り、液晶パネル内のＴＦＴの誤動作を引き起こし、画質劣化を招く恐れがある。

そこで、本実施例では、図１に示すように、液晶パネル６０と反射型無機偏光板８０の間に吸収型無機偏光板７０を配置する。出射側偏光板をこのように構成すれば、液晶パネルから射出された不要偏光光が吸収型無機偏光板７０を２回通ることになる。従って、例えば、吸収型無機偏光板７０の消光比が低くても不要偏光光を十分減衰させることが可能となり、液晶パネルへの戻り光による画質劣化を抑えることができる（詳細は後述する）。

まず、吸収型無機偏光板について述べる。吸収型無機偏光板としては、ハロゲン化物および金属（例えば銀）を含むマトリクス材料（例えばガラス）を熱処理して、ハロゲン化金属微粒子（例えばハロゲン化銀微粒子）をマトリクス材料（例えばガラス）中に析出分散させた後、当該ガラスを加熱延伸し、該延伸により長径と短径とが所定のアスペクト比とされたハロゲン化金属微粒子を還元して金属微粒子（例えば銀微粒子）とすることにより、光学的異方性を持たせた偏光ガラスがある。以下では、吸収型無機偏光板として偏光ガラスを用いるものとし、以降の説明の都合上、吸収型無機偏光板７０を偏光ガラス７０と呼ぶものとする。

図２は、偏光ガラスの偏光特性を説明する図である。

図２に示すように、偏光ガラス７０中には、延伸されることによって形成されたＸ方向に細長い略楕円形状の異方性形状を有する金属微粒子７１がある。異方性形状を有する金属微粒子７１は、長軸方向（Ｘ方向）の偏光光を吸収して減衰させ、短軸方向（Ｙ方向）の偏光光をほとんど減衰させずに透過させる（なお、一般に、長軸を吸収軸、短軸を透過軸ともいう）。ここでは、偏光ガラス７０は、光路の光軸に対して直交して配置され、かつ、吸収軸方向がＸ方向（透過軸がＹ方向）となるように配置されているものとする。

ところで、液晶パネル６０から射出される光学像（Ｙ偏光つまりＰ偏光）の光Ｌ６０には、Ｐ偏光光成分のＹ偏光光Ｌ６０ｙのみならず、Ｓ偏光光成分のＸ偏光光Ｌ６０ｘも含まれる。このような光Ｌ６０が偏光ガラス７０に入射すると、Ｐ偏光光成分のＹ偏光光Ｌ６０ｙは、ほとんど減衰を受けることなく透過する（従って、透過後のＹ偏光光成分もＬ６０ｙで表記）が、Ｓ偏光光成分のＸ偏光光Ｌ６０ｘは減衰を受けてＸ偏光光Ｌ６０ｘ１となる。

上記した金属粒子を含有する偏光ガラス７０は、一般のガラスと同様、耐熱温度が略４００℃程度である。この偏光ガラス７０を、図１に示す投射型液晶表示装置の出射側偏光板として用いれば、例えば液晶パネルの許容温度６０℃と比べ十分にマージンがあり、不要偏光光の吸収に伴う温度上昇による信頼性の低下の恐れはない。

また、十分なマージンがあるので冷却用ファンの回転数を下げることも可能となり、冷却用ファンの回転に伴う騒音を低減することができる。さらに、温度的なマージンが十分あるので、ファンによる送風の流路を確保するダクトの設計も容易となり、開発期間を短縮することも可能となる。

なお、一般に、現在の偏光ガラスは、消光比が低く、吸収軸方向の偏光光を大きく減衰させることはできない。特にＢ光の消光比が低く、Ｇ光、Ｒ光の消光比が１００：１程度であるのに対し、Ｂ光の消光比は１０：１〜１０:３程度となる。

ここで、例えば、液晶パネル６０で黒表示を行う場合を考える。この場合、液晶パネル６０からはＳ偏光光成分のＸ偏光光Ｌ６０ｘが射出される。この時の光量を１００％とした場合、偏光ガラス７０は入射したＸ偏光光Ｌ６０ｘを大きく減衰させることができず、例えば、Ｂ光の場合、ＭＡＸでほぼ３０％程度のＸ偏光光Ｌ６０ｘ１が透過することになる。すなわち、不要偏光光であるＳ偏光光成分のＸ偏光光Ｌ６０ｘは、約７０％が吸収され、約３０％が透過することになる。

そこで、本実施例では、後段に反射型無機偏光板８０を配置して組み合わせ、消光比が良好で、耐熱性の高い出射側偏光板を構成する。反射型無機偏光板８０で反射されて再び偏光ガラス７０に戻るＸ偏光光Ｌ６０ｘ１については、図４で後述する。

反射型無機偏光板は、所定方向に沿って光の波長の例えば１／２程度の周期を持つ微細構造体を備える反射型偏光板である。例えばワイヤグリッド型偏光板や、フォトニック結晶構造（屈折率の周期構造を有する微細構造体）を備えた偏光板がある。これらの反射型無機偏光板は、大きな基板に無機材料を塗布してから、所望の大きさに切り出す製法であるため、大型化が容易であり、偏光ガラスより比較的価格が易いという利点がある。なお、反射型無機偏光板は、構造複屈折型偏光板と総称される場合もある。

図３は、反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図である。図３（ａ）はワイヤグリッド型偏光板の斜視図、図３（ｂ）はフォトニック結晶構造を備えた偏光板の斜視図である。

図３（ａ）において、ワイヤグリッド型の反射型無機偏光板８０は、透光性基板（例えばガラス基板）８１上に、Ｘ方向に延びたストライプ状の金属薄膜（以下、「ワイヤグリッド」と称する）８２を、溝８３を介して周期的に配列したもので、該周期は光の波長より小さい（例えば光の波長の数分の一から十分の一程度）。

ワイヤグリッド型反射型無機偏光板に入射光Ｌ８００が入射すると、偏光方向がワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射されて反射光Ｌ８０２となり、また、ワイヤグリッド８２に直交する偏光方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過して、透過光Ｌ８０１となる。

つまり、ワイヤグリッド８２に直交する方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過し、ワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射される。すなわち、ワイヤグリッド８２に直交する方向はワイヤグリッド型反射型無機偏光板の透過軸（偏光軸）方向となる。この例として、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（商品名）がある。なお、透過軸方向に直交するワイヤグリッド８２に平行な方向を反射軸方向という。

また、図３（ｂ）において、フォトニック結晶構造を有する反射型無機偏光板８０は、波長の１／４〜１／２のピッチで形成されたライン／スペース形状の溝を有する透光性基板８１、および透光性基板８１の溝を埋めると共に溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部を備えた調整層８５を有し、調整層８５の上に透明な高屈折率の媒質からなる複数の高屈折率層８６と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層８７が交互に積層されている。

高屈折率層８６および低屈折率層８７は、調整層８５の溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部の形状に合わせて、短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する。このように、光の波長よりも十分に小さいピッチで短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する高屈折率層８６および低屈折率層８７の積層体に、入射光Ｌ８００が入射すると、高屈折率層８６および低屈折率層８７の長手方向（Ｘ方向）に平行な偏光方向を有するＸ偏光光Ｌ８００ｘは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができず反射される。

一方、高屈折率層８６および低屈折率層８７の短手方向（Ｙ方向）に平行な偏光方向を有するＹ偏光光Ｌ８００ｙは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができる。このようにして、互いに直交する偏光方向を有する光は、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０によって２つの直交する偏光光に分離される。

このように、反射型無機偏光板は透過軸方向の偏光光を透過させ、これと直交する偏光光を反射させる。従って、吸収型偏光板と異なり、ほとんど光を吸収せず、発熱量も極僅かで、温度上昇は非常に小さい。また、反射型無機偏光板は無機材料で構成されているので、耐熱温度が高く、寿命特性に優れているといえる。なお、反射型無機偏光板は、入射光を直交する２つの偏光光（透過する偏光光と反射される偏光光）に分離する偏光分離作用を有しているので、偏光分離素子としても用いることができる。

次に、本実施例による出射側偏光板の詳細構成について説明する。出射側偏光板の構成は、Ｒ光路、Ｇ光路、Ｂ光路共に同じ構成であり、ここでは代表的にＧ光路の出射側偏光板を用いて説明する。

図４は、本実施例による出射側偏光板の構成を説明する図である。図４（ａ）は出射側偏光板の構成を模式的に示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）をＸ方向から見た平面視図である。なお、図４（ｂ）では、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。

図４に示すように、本実施例では、出射側偏光板は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する吸収型無機偏光板としての偏光ガラス７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。偏光ガラス７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇは、所定の間隔をおいて光路の光軸に対して直交するように配置されている。従って、特許文献１とは異なり、バックフォーカスを短くすることができる。

また、液晶パネル６０Ｇから射出された光の内、偏光ガラス７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇを透過する透過光（ここではＹ偏光光）は、偏光ガラス７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇの面をほぼ垂直に透過するので、非点収差が生じない。

上記構成の出射側偏光板に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光ガラス７０Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、透過軸方向のＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙはそのまま透過する。

また、吸収軸方向のＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光ガラスの消光比が低いので、十分吸収されず、元のＸ偏光光ＬＧ６０ｘの例えば３０％程度が透過する。ＬＧ６０ｘ１は透過したＸ偏光光である。偏光ガラス７０Ｇを透過して反射型無機偏光板８０Ｇに入射するＹ偏光光ＬＧ６０ｙとＸ偏光光ＬＧ６０ｘ１の内、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの透過軸方向（Ｙ方向）であるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは反射型無機偏光板８０Ｇを透過し、入射した光を合成する光合成プリズム２００に入射する。

一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ方向）であるＸ偏光光ＬＧ６０ｘ１は、反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、再び偏光ガラス７０Ｇに入射する。そして、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘ１は、再び偏光ガラス７０Ｇで吸収され、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘ１の３０％程度が偏光ガラス７０Ｇを透過し、液晶パネル６０Ｇに戻る。ＬＧ６０ｘ２は偏光ガラス７０Ｇを透過し液晶パネル６０Ｇに戻るＸ偏光光である。

図４（ｂ）に示すように、元のＬＧ６０ｘを１００％とした場合、この戻り光のＸ偏光光ＬＧ６０ｘ２は９％程度以下（例えば３０％ｘ３０％）となる。近年では、ＴＦＴの耐光性も改善され、この程度ではＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。

以上述べたように、本実施例による出射側偏光板は、光路に沿って順に光路の光軸に直交するように配置された、偏光ガラス７０（７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ）と反射型無機偏光板８０（８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ）との組合せで構成されている。従って、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、不要な偏光光が２枚の偏光板でそれぞれ除去されるので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。

また、偏光ガラス７０の消光比が低くても、後段に反射型無機偏光板８０を配しているので、偏光ガラス７０を不要な偏光光（上記ではＸ偏光光）が２回通過することになり、不要な偏光光を十分小さく減衰させることが可能となる。つまり、不要な偏光光が液晶パネル６０に戻り、液晶パネルに内蔵される図示しないＴＦＴの誤動作を招くこともない。

また、出射側偏光板が共に無機偏光板なので温度上昇による信頼性の低下を抑制することができる。これにより、冷却用ファン５８０から偏光ガラス７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０に送風する風量を増やすようにすることができる。

なお、本実施例では、光路の光軸に直交して、前段に偏光ガラス７０を配置し、後段に反射型無機偏光板８０を配置して、コントラストを向上させている。これに対して、従来技術では、光路の光軸に傾斜する反射型偏光板の後段に有機フィルム製の吸収型偏光板を配置する構成が知られている（例えば、特許文献１の図７）。

しかし、出射側偏光板として有機の吸収型偏光板を用いると、黒表示の場合における光吸収による温度上昇の問題に加えて、Ｂ光路に使用する吸収型偏光板に関しては、ＵＶ光（Ultraviolet Ray）による吸収型偏光板の有機部材の黄変も問題となる。ＵＶ光による有機部材の黄変は、例えば冷却用ファンなどで冷却風を吹き付け、温度を低くすれば、発生スピードを遅らせることは可能である。

しかし、長時間経過すると、温度が低くとも黄変が必ず発生する。つまり、白表示の場合、吸収型偏光板の光吸収による温度上昇は問題ないが、ＵＶ光が通過することによる有機部材黄変は問題となるため、その耐ＵＶ性も大きな課題となっている。

しかしながら、本実施例では、出射側偏光板に無機偏光板を使用しているため、耐ＵＶ性に関しても優れている。白表示の場合、有効な偏光光の８０％程度以上が偏光ガラス７０を通過し、後段の反射型無機偏光板においても９０％以上通過する。その際、Ｂ光に関しては、ＵＶ光を含むため、出射側偏光板に有機フィルム製の吸収型偏光板が含まれていれば、有機フィルム（有機部材）の黄変が問題になるが、本実施例では、出射側偏光板に無機偏光板を使用しているため、ＵＶ光による黄変の問題はない。
以上、吸収型偏光板７０として、偏光ガラスに特化して説明したが、構造複屈折型の吸収型無機偏光板の開発も進んでいる。本発明の吸収型無機偏光板７０として、構造複屈折型の偏光板も適用できることは言うまでもない。

本実施例に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図。 本実施例に係わる偏光ガラスの偏光特性を説明する図。 本実施例に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図。 本実施例による出射側偏光板の構成を説明する図。

符号の説明

１０：光源ユニット、１１：ランプ、１２：リフレクタ、２１：第１のアレイレンズ、２２：第２のアレイレンズ、２５：偏光変換素子、２７：集光レンズ、２９：フィールドレンズ、３１、３２：ダイクロイックミラー、３３：反射ミラー、４１：第１リレーレンズ、４２：第２リレーレンズ、４５、４６：反射ミラー、５０：入射側偏光板、６０：液晶パネル、７０：偏光ガラス、７１：金属微粒子、８０：反射型無機偏光板、８１：透光性基板、８２：ワイヤグリッド、８３：溝、８５：調整層、８６：高屈折率層、８７：低屈折率層、９０：１／２λ波長板、１００：照明光学系、１０１：光軸、１３０：光分離光学系、１４０：リレー光学系、２００：光合成プリズム、２１０：ダイクロイック膜、３００：投射レンズ、５００：光学ユニット、５５０：基体、５６０：電源回路、５７０：駆動回路、５８０：冷却用ファン、５８５：流路、Ｌ６０：光、Ｌ８００：入射光、Ｌ８０１：透過光、Ｌ８０２：反射光、

Claims (7)

1. 所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、
   前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、
   前記光学像を投射する投射レンズと
   を備えた光学ユニットにおいて、
   前記透過型液晶パネルを透過する光の出射側に、前記透過型液晶パネル側から順に、前記透過型液晶パネルを透過する光の光軸に対して直交して配置された吸収型偏光板と、前記光軸に直交して配置された反射型偏光板と、
   を設けることを特徴とする光学ユニット。
2. 所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、
   前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、
   前記光学像を投射する投射レンズと
   を備えた光学ユニットにおいて、
   前記透過型液晶パネルからの光が吸収型偏光板、反射型偏光板の順に透過するように設け、
   前記透過型液晶パネルからの光の光軸に対して直交するように前記吸収型偏光板、前記反射型偏光板が配置されること
   を特徴とする光学ユニット。
3. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記吸収型偏光板の透過軸と前記反射型偏光板の透過軸とを等しい方向とすること
   を特徴とする光学ユニット。
4. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記吸収型偏光板、または前記反射型偏光板を無機偏光板とすること
   を特徴とする光学ユニット。
5. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記吸収型偏光板は、偏光ガラスであること
   を特徴とする光学ユニット。
6. 請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記吸収型偏光板は、構造複屈折型の偏光板であること
   を特徴とする光学ユニット。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の光学ユニットと、
   前記光学ユニットの透過型液晶パネルを駆動する駆動回路と、
   前記光学ユニットを冷却する冷却用ファンとを備えること
   を特徴とする投射型液晶表示装置。

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