JP2009300547A - Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same - Google Patents

Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2009300547A
JP2009300547A JP2008152391A JP2008152391A JP2009300547A JP 2009300547 A JP2009300547 A JP 2009300547A JP 2008152391 A JP2008152391 A JP 2008152391A JP 2008152391 A JP2008152391 A JP 2008152391A JP 2009300547 A JP2009300547 A JP 2009300547A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
polarized light
polarizing plate
liquid crystal
crystal panel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008152391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Kimura
展之 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2008152391A priority Critical patent/JP2009300547A/en
Publication of JP2009300547A publication Critical patent/JP2009300547A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress returning light which returns from a reflection type polarizing plate to a transmission type liquid crystal panel, to eliminate astigmatism, and to suppress increase of back focus while using the reflection type polarizing plate as an emitting side polarizing plate. <P>SOLUTION: The emitting side polarizing plate comprises, in order from the transmission type liquid crystal panel side, a birefringent diffraction-grating type polarized light splitting element which is arranged orthogonally to an optical axis of an optical path, transmits first polarized light incident from the transmission type liquid crystal panel and also diffracts second polarized light orthogonal to the first polarized light, and the reflection type polarizing plate which is arranged orthogonally to the optical axis, transmits the first polarized light transmitted through the birefringent diffraction-grating type polarized light splitting element and also reflects the second polarized light diffracted by the birefringent diffraction-grating type polarized light splitting element. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光源からの光にて光学像を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。   The present invention relates to a technique for providing an optical unit that projects an optical image with light from a light source and a projection-type liquid crystal display device using the optical unit.

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。   Conventionally, an optical unit that is an optical block that modulates the light intensity of a light source according to a video signal with a light valve and projects an enlarged optical image together with a drive circuit, a power supply circuit, a cooling fan, etc. A projection display device housed in a housing is known.

投射型表示装置では、ライトバブル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、その耐熱性が大きな課題となっている。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が益々大きくなってきている。   In a projection display device, when a transmissive liquid crystal panel (hereinafter simply referred to as a “liquid crystal panel”) is used as a light bubble, the polarization direction is generally different before and after the liquid crystal panel (light incident side and light output side) (for example, An orthogonal polarizer is provided. As the polarizing plate, an absorption polarizing plate made of a uniaxially stretched organic film obtained by uniaxially stretching a polymer film containing, for example, iodine or dye molecules having a low allowable temperature has been conventionally used. Since this absorption-type polarizing plate absorbs unnecessary polarized light and generates heat, it is cooled by a cooling fan together with a liquid crystal panel having a low heat-resistant temperature to improve reliability. However, since the exit side polarizing plate disposed on the light exit side of the liquid crystal panel absorbs most of the light in the case of black display, its heat resistance is a major issue. In particular, recent projectors are required to achieve high brightness and long life while being downsized, and the problem of heat resistance in the output-side polarizing plate is increasing.

この課題を解決する一手段として、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知られている(例えば、特許文献1参照)。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。   As one means for solving this problem, a technique is known in which a reflection-type polarizing plate is used as the output-side polarizing plate and is inclined at about 45 degrees with respect to the optical axis of the optical path (see, for example, Patent Document 1). . Since the reflective polarizing plate reflects unnecessary polarized light and hardly absorbs light, reliability can be ensured.

また、課題を解決する他の一手段として、出射側偏光板に、不要偏光光を吸収せず信頼性に優れた、ガラス基板にホログラムを形成したホログラム偏光分離素子(体積位相型回折偏光分離素子ともいう)を用いる技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。   As another means for solving the problem, a hologram polarization separation element (volume phase type diffractive polarization separation element) in which a hologram is formed on a glass substrate that does not absorb unnecessary polarized light and has excellent reliability on the output side polarizing plate. Also known is a technique using (also referred to as Patent Document 2).

特開平11−295660号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-295660 特開平11−271533号広報JP 11-271533 A

しかしながら、特許文献1では、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る液晶パネルへの戻り光を低減するために、反射型偏光板を光路の光軸に傾斜して配置している。このため、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る。この非点収差は、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)を生じさせることになる。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になるので、投射レンズ後玉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。   However, in Patent Document 1, in order to reduce the return light to the liquid crystal panel that causes a photoelectric effect in a TFT (Thin Film Transistor) built in the liquid crystal panel, the reflective polarizing plate is inclined to the optical axis of the optical path. Arranged. For this reason, in the polarized light transmitted through the reflective polarizing plate, astigmatism occurs in the translucent substrate that supports the reflective polarizing element. This astigmatism causes deterioration (for example, blurring) in, for example, an image (image) projected on the screen. Astigmatism is, for example, as shown in FIG. 6 of Patent Document 1, by arranging astigmatism correction glass of a plane parallel plate inclined in a direction twisted by 90 degrees with respect to the inclination of the output side polarizing plate. Can be canceled. However, since the astigmatism correction glass is also tilted in addition to the tilted arrangement of the reflective polarizing plate, the back focus, which is the distance between the rear end of the projection lens and the liquid crystal panel, becomes longer, and the projection There arises a new problem of increasing the size of the lens.

特許文献2では、液晶パネルからホログラム偏光分離素子(体積位相型回折偏光分離素子)に垂直に入射した光の内、不要偏光光をホログラムで光軸(ホログラム偏光分離素子の法線に平行)に対して所定角度斜めに回折(例えば、S偏光光を回折させる場合には回折角θSは48.2°)させ、回折させた不要偏光光をガラス基板の光出射面(空気との界面)で全反射させて、不要偏光光がホログラム偏光分離素子の光出射側から出射するのを阻止している。つまり、同文献の図1から明らかなように、ガラス基板の出射面で全反射した不要偏光光をガラス基板の側面から出射させるように意図している。同文献の実施例では、ホログラム偏光分離素子が光軸に直交して配置されているため、上記した非点収差を低減しながら、バックフォーカスを短くすることができる。
しかしながら、ガラス基板が薄い(例えば1mm程度)場合、本特許文献の意図とは異なり、ホログラムで回折され、ガラス基板の光出射面で反射された不要偏光光は、元の回折ポイントから距離的に近い近傍のホログラムに再入射することになると考えられる。例えば、ガラス基板の厚さを1mmとし、S偏光光を回折させる場合、本特許文献では回折角θSは48.2°なので、元の回折ポイントから僅か約2.2mmしか離れてない箇所に再入射することになる。この再入射した不要偏光光はホログラムで回折されて液晶パネルへの戻り光となり、画質の劣化を招く恐れがある。また、特許文献2の図7に示されるように、コントラストを向上させるために、出射側偏光板を、ホログラム偏光分離素子に吸収型偏光板を加えた構成とすると、ホログラム偏光分離素子を透過した不要偏光光が吸収型偏光板に吸収されることになる。出射側偏光板は、黒表示を行う場合、液晶パネルから出射される光(不要偏光光)を光出射側に出射させないようにしなければならない。一方で、投射型表示装置では、高輝度で小型化が要求されており、ホログラム偏光分離素子の後段に配置される吸収型偏光板であっても、相当の発熱が生じ、吸収型偏光板の信頼性が劣化する恐れがある。
In Patent Document 2, unnecessary polarized light out of light vertically incident on a hologram polarization separation element (volume phase type diffractive polarization separation element) from a liquid crystal panel is converted into an optical axis (parallel to the normal line of the hologram polarization separation element). On the other hand, it is diffracted obliquely by a predetermined angle (for example, when diffracting S-polarized light, the diffraction angle θ S is 48.2 °), and the diffracted unnecessary polarized light is emitted from the light exit surface (interface with air) of the glass substrate. To prevent unnecessary polarized light from exiting from the light exit side of the hologram polarization separation element. That is, as is clear from FIG. 1 of the same document, it is intended that unnecessary polarized light totally reflected by the emission surface of the glass substrate is emitted from the side surface of the glass substrate. In the example of this document, since the hologram polarization separation element is arranged orthogonal to the optical axis, the back focus can be shortened while reducing the above-mentioned astigmatism.
However, when the glass substrate is thin (for example, about 1 mm), unlike the intent of this patent document, unnecessary polarized light diffracted by the hologram and reflected by the light exit surface of the glass substrate is distant from the original diffraction point. It is thought that it will re-enter the hologram in the vicinity. For example, when the thickness of the glass substrate is 1 mm and S-polarized light is diffracted, in this patent document, the diffraction angle θ S is 48.2 °, so that it is located only 2.2 mm away from the original diffraction point. It will be incident again. This re-incident unnecessary polarized light is diffracted by the hologram and becomes return light to the liquid crystal panel, which may cause deterioration in image quality. Further, as shown in FIG. 7 of Patent Document 2, in order to improve the contrast, when the exit side polarizing plate has a configuration in which an absorption polarizing plate is added to the hologram polarizing separation element, the hologram polarizing separation element is transmitted. Unnecessary polarized light is absorbed by the absorptive polarizing plate. When performing black display, the emission side polarizing plate must prevent light (unnecessary polarized light) emitted from the liquid crystal panel from being emitted to the light emission side. On the other hand, the projection type display device is required to have high brightness and downsizing, and even the absorption type polarizing plate disposed at the subsequent stage of the hologram polarization separation element generates a considerable amount of heat. Reliability may be deteriorated.

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吸収型偏光板に代えて反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から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。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to return light from a reflective polarizer to a liquid crystal panel while using a reflective polarizer instead of an absorbing polarizer as an output-side polarizer. Another object of the present invention is to provide an optical unit that can suppress astigmatism and suppress an increase in back focus, and a projection-type liquid crystal display device using the same.

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、前記透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させると共に前記第1の偏光光に直交する第2の偏光光を回折させる複屈折回折格子型偏光分離素子と、前記光軸に直交して配置され、前記複屈折回折格子型偏光分離素子を透過した第1の偏光光を透過させると共に前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第2の偏光光を反射させる反射型偏光板とで構成する。そして、前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板を所定の間隔をおいて配置する。   In order to solve the above-described problems, in the optical unit according to the present invention, the output-side polarizing plate disposed on the light output side of the transmissive liquid crystal panel is arranged in order from the transmissive liquid crystal panel side with respect to the optical axis of the optical path. A birefringence diffraction grating type polarization separation element that is arranged orthogonally and transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel and diffracts the second polarized light orthogonal to the first polarized light; The second polarized light, which is arranged perpendicular to the optical axis, transmits the first polarized light transmitted through the birefringent diffraction grating type polarization separation element and is diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element. It is comprised with the reflective polarizing plate to reflect. Then, the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate are arranged at a predetermined interval.

上記のように、本発明では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収による発熱がほとんどない複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いるので、出射側偏光板の信頼性を向上させることができる。また、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板とを共に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抑えることができる。また、透過型液晶パネルと反射型偏光板との間に透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させると共に前記第1の偏光光に直交する第2の偏光光を回折させる複屈折回折格子型偏光分離素子を配置する構成なので、複屈折回折格子型偏光分離素子で回折され、光軸に対して傾斜する光とされた第2の偏光光を反射型偏光板で光軸に対して斜めに反射させることができる。この際、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板との間は所定の間隔とされているので、反射型偏光板で反射された第2の偏光光を複屈折回折格子型偏光分離素子に再入射しないようにすることができ、結果として透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、前段に複屈折回折格子型偏光分離素子を配置し、後段に反射型偏光板を配置する構成なので、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。   As described above, in the present invention, since the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate that hardly generate heat due to absorption of unnecessary polarized light are used as the outgoing side polarizing plate, the reliability of the outgoing side polarizing plate is improved. Can be improved. In addition, since both the birefringent diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate are arranged so as to be orthogonal to the optical axis of the optical path, it is not necessary to provide a member for correcting astigmatism, and an increase in back focus is suppressed. be able to. Also, birefringence that transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel and diffracts the second polarized light orthogonal to the first polarized light between the transmissive liquid crystal panel and the reflective polarizing plate. Since the diffraction grating type polarization separation element is arranged, the second polarized light diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element and inclined with respect to the optical axis is reflected by the reflective polarizing plate with respect to the optical axis. Can be reflected diagonally. At this time, since the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate are set at a predetermined interval, the second polarized light reflected by the reflection type polarizing plate is separated from the birefringence diffraction grating type polarization separation. It is possible to prevent the light from entering the element again, and as a result, it is possible to suppress the return light that returns to the transmissive liquid crystal panel. In addition, since the birefringence diffraction grating type polarization separation element is arranged at the front stage and the reflection type polarizing plate is arranged at the rear stage, the extinction ratio can be increased and a high contrast image can be obtained.

また、上記構成を別の表現にて、以下に記載する。   Moreover, the said structure is described below in another expression.

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複屈折回折格子型偏光分離素子と、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。   An optical unit comprising: an illumination optical unit that emits predetermined polarized light; a transmissive liquid crystal panel that modulates and emits the predetermined polarized light into an optical image; and a projection lens that projects the optical image. Birefringence diffraction grating type polarization separation arranged in order from the transmissive liquid crystal panel side, orthogonal to the optical axis of the light transmitted through the transmissive liquid crystal panel, on the light outgoing side of the light transmitted through the transmissive liquid crystal panel An element and a reflective polarizing plate arranged orthogonal to the optical axis are provided.

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複屈折回折格子型偏光分離素子、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側からの光の光軸に対して直交するように前記複屈折回折格子型偏光分離素子、前記反射型偏光板が配置されようにする。   An optical unit comprising: an illumination optical unit that emits predetermined polarized light; a transmissive liquid crystal panel that optically modulates the predetermined polarized light into an optical image; and a projection lens that projects the optical image. The light from the transmission type liquid crystal panel is provided so as to pass through the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate in this order, and is orthogonal to the optical axis of light from the transmission type liquid crystal panel The birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate are arranged.

また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、前記透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させ、また、前記第1の偏光光に直交する第2の偏光光を回折させるようにする。   The birefringence diffraction grating polarization separation element transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel, and the second polarized light orthogonal to the first polarized light. Make the light diffracted.

また、前記光学ユニットは、前記反射型偏光板は、前記透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させ、また、前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第2の偏光光を反射させることを特徴とするようにする。   Further, in the optical unit, the reflective polarizing plate transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel, and the second polarized light diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element. It is characterized by reflecting light.

また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板は所定の間隔をおいて設けるようにする。   In the optical unit, the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflective polarizing plate are provided at a predetermined interval.

また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子が、無機偏光分離素子とするようにする。 また、前記光学ユニットは、前記反射型偏光板が無機偏光板であるようにする。   In the optical unit, the birefringence diffraction grating type polarization separation element is an inorganic polarization separation element. In the optical unit, the reflective polarizing plate is an inorganic polarizing plate.

上記のように、本発明によれば、出射側偏光板から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。   As described above, according to the present invention, an optical unit capable of suppressing return light returning from the output-side polarizing plate to the liquid crystal panel, eliminating astigmatism, and suppressing an increase in back focus, and a projection type liquid crystal using the same A display device can be provided.

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。   Hereinafter, the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, elements having common functions are denoted by the same reference numerals, and those that have been described once will not be described repeatedly.

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、順に配置された複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板とで構成することに特徴がある。   The present invention is characterized in that the exit-side polarizing plate provided on the light exit side of the liquid crystal panel is composed of a birefringent diffraction grating type polarization separating element and a reflective polarizing plate arranged in this order.

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。   First, the optical system of the optical unit according to the present embodiment will be described, and then the detailed configuration of the output side polarizing plate according to the present embodiment will be described.

図1は、本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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of an optical unit according to the present embodiment. In FIG. 1, when distinguishing elements arranged in the optical path of each color light, R, G, and B representing the color light are shown after the code, and when there is no need to distinguish, the color light is attached. Omit the letter. In order to clarify the polarization direction, a local right-handed rectangular coordinate system is introduced. That is, with the optical axis 101 as the Z axis, the axis parallel to the paper surface in FIG. 1 is defined as the Y axis within the plane orthogonal to the Z axis, and the axis from the back to the front of the paper surface is defined as the X axis. For convenience, the direction parallel to the X axis is referred to as “X direction”, and the direction parallel to the Y axis is referred to as “Y direction”. For convenience of explanation, polarized light whose polarization direction is the X direction is referred to as “X polarized light”, and polarized light whose polarization direction is the Y direction is referred to as “Y polarized light”.

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、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、複屈折回折格子型偏光分離素子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。   In FIG. 1, the optical system of the projection type liquid crystal display device includes an illumination optical system 100, a light separation optical system 130, a relay optical system 140, three field lenses 29 (29R, 29G, 29B), and three transmissions. Liquid crystal panel 60 (60R, 60G, 60B), a light combining prism 200 that is a light combining means, and a projection lens 300 that is a projection means. The liquid crystal panel 60 includes an incident side polarizing plate 50 (50R, 50G, 50B) on the light incident side, and a birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 (70R, 70G, 70B) as an output side polarizing plate on the light emitting side. And a reflective inorganic polarizing plate 80 (80R, 80G, 80B). These optical elements are mounted on a base 550 to constitute an optical unit 500. The optical unit 500 includes a driving circuit 570 for driving the liquid crystal panel 60, a cooling fan 580 for cooling the liquid crystal panel 60, and the like. A projection type liquid crystal display device is mounted on a housing (not shown) together with a power source circuit 560 that supplies power to the light source unit 10, the cooling fan 580, the drive circuit 570 and other circuits (not shown) included in the illumination optical system 100. Constitute.

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る第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。   An illumination optical system 100 that uniformly illuminates a liquid crystal panel 60 that is an image display element includes a light source unit 10 that includes a lamp (also referred to as a light source) 11 that emits substantially white light and a reflector 12 (here, a parabolic reflector); The optical system includes a first array lens 21 and a second array lens 22 that constitute an optical integrator, a polarization conversion element 25, and a condenser lens (also referred to as a superimposing lens) 27. In addition, the light separation optical system 130 that separates substantially white light from the illumination optical system 100 into, for example, three primary color lights, includes two dichroic mirrors 31 and 32 and a reflection mirror 33 that changes the optical path direction. Yes. The relay optical system 140 includes a first relay lens 41 that is a field lens, a second relay lens 42 that is a relay lens, and two reflection mirrors 45 and 46 that change the optical path direction.

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。   The lamp 11 is a white lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp. The reflector 12 has a reflecting surface having, for example, a paraboloidal shape disposed so as to cover the lamp 11 from the rear side, and has a circular or polygonal exit opening.

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。   The light emitted from the lamp 11 is reflected by, for example, a reflector 12 having a paraboloidal reflecting surface, is substantially parallel to the optical axis 101, and a substantially parallel light beam is emitted from the light source unit 10. The light emitted from the light source unit 10 enters the polarization conversion integrator.

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。   The polarization conversion integrator is an optical integrator that performs uniform illumination including a first array lens 21 and a second array lens 22, and polarization of a polarization beam splitter array that converts light into a linearly polarized light while aligning the polarization direction of the light with a predetermined polarization direction. And a conversion element 25.

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。   The first array lens 21 includes a plurality of lens cells having a rectangular shape that is substantially similar to a liquid crystal panel when viewed from the illumination optical axis direction. The first array lens 21 receives a plurality of light incident from the light source unit 10. The light is divided into a plurality of light by the lens cell and guided so as to pass through the second array lens 22 and the polarization conversion element 25 efficiently. That is, the first array lens 21 is designed so that the lamp 11 and each lens cell of the second array lens 22 have an optically conjugate relationship.

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する第2のアレイレンズ22は、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。   Similar to the first array lens 21, the second array lens 22 having a configuration in which a plurality of rectangular lens cells as viewed from the direction of the illumination optical axis are arranged in a matrix form corresponds to each of the constituting lens cells. The shape of the lens cell of the first array lens 21 is projected (mapped) onto the liquid crystal panel 60.

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。   At this time, the light from the second array lens 22 in the polarization conversion element 25 has a predetermined polarization direction, for example, X-polarized light of linearly polarized light (X direction whose polarization direction is perpendicular to the paper surface in FIG. Directional light). The projected images of the lens cells of the first array lens 21 are superimposed on the liquid crystal panels 60 by the condenser lens 27, the field lenses 29G and 29B, the relay optical system 140, and the field lens 29R, respectively.

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。   Note that the second array lens 22 and the condensing lens 27 disposed in the vicinity thereof are such that each lens cell of the first array lens 21 and the liquid crystal panel 60 are optically related to each other between an object and an image. (That is, a conjugate relationship), the light beam divided into a plurality by the first array lens 21 is placed on the liquid crystal panel 60 by the second array lens 22 and the condenser lens 27. It is possible to illuminate with a highly uniform illuminance distribution that is projected in a superimposed manner and has no practical problem.

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。   As described above, the polarization conversion integrator composed of the first array lens 21, the second array lens 22, and the polarization conversion element 25 applies light having a random polarization direction from a lamp (light source) to a predetermined polarization direction. The liquid crystal panel can be uniformly illuminated while being aligned with (here, X-polarized light).

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。   The light (substantially white light) emitted from the illumination optical system 100 enters the light separation optical system 130. The light separation optical system 130 separates substantially white light from the illumination optical system 100 into three primary colors of light. For example, the first color light B light (blue band light), the second color light G light (green band light), and the third color light R light (red band light) are spectrally separated. To do. Then, the respective light paths of the separated color lights toward the corresponding liquid crystal panels 60 (60R, 60G, 60B) (the first color light B light path, the second color light G light path, and the third color light R light path). To guide the light. That is, for example, the B light is reflected by the dichroic mirror 31 and travels to the corresponding liquid crystal panel 60B (B optical path). The G light and the R light are transmitted through the dichroic mirror 31 and are separated into the G light and the R light by the dichroic mirror 32. Here, the G light is reflected by the dichroic mirror 32 and travels to the corresponding liquid crystal panel 60G (G optical path), and the R light is transmitted through the dichroic mirror 32 and travels to the corresponding liquid crystal panel 60R (R optical path).

光分離光学系130の各光路について具体的に述べる。   Each optical path of the light separation optical system 130 will be specifically described.

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。   The B light reflected by the dichroic mirror 31 is reflected by the reflecting mirror 33, passes through the field lens 29B and the incident-side polarizing plate 50B, and enters the liquid crystal panel 60B for B light.

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。   On the other hand, of the G light and R light transmitted through the dichroic mirror 31, the G light is reflected by the dichroic mirror 32 and enters the G light liquid crystal panel 60G through the field lens 29G and the incident side polarizing plate 50G.

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。   The R light passes through the dichroic mirror 32 and enters the relay optical system 140. The R light incident on the relay optical system 140 is condensed (converged) in the vicinity of the second relay lens 42 via the reflection mirror 45 by the first relay lens 41 of the field lens, and diverges toward the field lens 29R. . The light then enters the field lens 29R through the reflection mirror 46, is made substantially parallel to the optical axis by the field lens 29R, passes through the incident-side polarizing plate 50R, and enters the liquid crystal panel 60R for R light.

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、複屈折回折格子型偏光分離素子70(70R,70G,70B)および反射型無機偏光板80(80R,80G,80B)を備える。   The liquid crystal panel 60 (60R, 60G, 60B) includes an incident-side polarizing plate 50 (50R, 50G, 50B) on the light incident side, and serves as an output-side polarizing plate on the light emitting side. (70R, 70G, 70B) and a reflective inorganic polarizing plate 80 (80R, 80G, 80B).

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複屈折回折格子型偏光分離素子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(ここでは第2の偏光光としての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。   In each liquid crystal panel 60, X-polarized color light incident from the light separation optical system 130 whose degree of polarization is increased by the incident-side polarizing plate 50 (50 </ b> R, 50 </ b> G, 50 </ b> B) whose transmission axis is the X direction is output by the drive circuit 570. When driven, it modulates (light intensity modulation) in accordance with a color video signal (not shown) to form, for example, a Y-polarized optical image of each color light. Each Y-polarized optical image is unnecessary by the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 (70R, 70G, 70B) and the reflective inorganic polarizing plate 80 (80R, 80G, 80B) whose transmission axis is the Y direction. The polarized light component (here, X-polarized light as the second polarized light) is removed, the contrast is increased, and the light enters the light combining prism 200 as the light combining means. At this time, in the B optical path and the R optical path, 1 / 2λ wavelength plates 90B and 90R are provided between the reflective inorganic polarizing plates 80B and 80R and the light combining prism 200, respectively. Therefore, the Y-polarized B light and R light optical images are converted to X-polarized (S-polarized light with respect to the dichroic film surface for color synthesis of the light combining prism 200), and Y-polarized light (the dichroic film of the light combining prism 200). Along with the optical image of G light (P-polarized light with respect to the surface), the light is efficiently combined by the light combining prism 200.

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、複屈折回折格子型偏光分離素子70および反射型無機偏光板80を透過する偏光光は第1の偏光光としての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、光合成され、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。   In the light combining prism 200, a dichroic film (dielectric multilayer film) 210b that reflects B light and a dichroic film (dielectric multilayer film) 210r that reflects R light are approximately X-shaped at the interface of four right-angle prisms ( (Cross shape). And it has the function which synthesize | combines each optical image of 3 color light, and makes it color image light (image light). In the light combining prism, in general, so-called SPS combining in which G light is P-polarized light and R light and B light are S-polarized light is used with respect to the surface of the dichroic film 210 from the viewpoint of improving light utilization efficiency. Of the light from the liquid crystal panel 60, the polarized light transmitted through the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 and the reflective inorganic polarizing plate 80 is Y-polarized light as first polarized light (P-polarized light with respect to the dichroic film surface). Light). Therefore, ½λ wavelength plates 90B and 90R are provided in the B optical path and the R optical path, respectively, so as to be X-polarized light (S-polarized light). Of the three incident surfaces of the light combining prism 200, the B light and R light (S-polarized light with respect to the dichroic film surface) incident on the opposite incident surfaces are crossed by the dichroic film 210b for B light and the R light The G light (P-polarized light with respect to the dichroic film surface) reflected by the dichroic film 210r and incident on the central incident surface travels straight, is photo-combined, and exits from the exit surface. Thereafter, the image is projected onto a screen (not shown) by a projection lens 300 such as a zoom lens.

冷却用ファン580は、例えば入射側偏光板50,複屈折回折格子型偏光分離素子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,複屈折回折格子型偏光分離素子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、不要偏光光の吸収による発熱が少なく、耐熱性,耐UV性に優れる無機の複屈折回折格子型偏光分離素子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、複屈折回折格子型偏光分離素子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。   The cooling fan 580 is generated, for example, by absorbing a part of the light emitted from the light source unit 10 by the incident side polarizing plate 50, the birefringence diffraction grating type polarization separating element 70, the reflective inorganic polarizing plate 80, the liquid crystal panel 60, and the like. Heat is blown through an air flow (wind) through a cooling duct (not shown) to flow to the incident side polarizing plate 50, the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70, the reflective inorganic polarizing plate 80 and the liquid crystal panel 60. A path 585 is formed to cool. In this embodiment, as the output side polarizing plate, an inorganic birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 and a reflection type inorganic polarizing plate 80 that generate little heat due to absorption of unnecessary polarized light and have excellent heat resistance and UV resistance are used. (Details will be described later). Therefore, it is possible to suppress the amount of air blown to the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70 and the reflection type inorganic polarizing plate 80 and increase the amount of air flow to the incident side polarizing plate 50 and the liquid crystal panel 60 correspondingly. In this way, it is possible to efficiently cool the incident-side polarizing plate 50 and the liquid crystal panel 60 without increasing the capacity of the cooling fan accompanying the increase in luminance.

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。   Note that the relay optical system 140 has an R to R optical path length from the light source to the B light liquid crystal panel 60B (B optical path length) and an optical path length from the light source to the G light liquid crystal panel 60G (G optical path length). Since the optical path length (R optical path length) to the optical liquid crystal panel 60R is long, this is for correcting this.

ここで、リレー光学系140について少し述べておく。   Here, the relay optical system 140 will be described a little.

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。   In the vicinity of the first relay lens 41 on the R optical path, a virtual liquid crystal display image (not shown) in which the lens cell images of the first array lens 21 are superimposed is formed by the illumination optical system 100. The purpose of the relay optical system 140 is to relay this virtual liquid crystal display image to the liquid crystal panel 60R for R light. That is, the second relay lens 42 of the relay optical system 140 maps the virtual liquid crystal display image onto the R light liquid crystal panel 60R. That is, the virtual liquid crystal display image and the liquid crystal panel 60R are in a relationship between an object and an image. The first relay lens 41, which is a field lens of the relay optical system 140, secondly transmits the light that has passed through the virtual liquid crystal display image so that the illuminance of the image formed on the liquid crystal panel 60R is uniform everywhere. The light is condensed near the relay lens 42. A plurality of arc images (secondary light source images) formed on the second array lens 22 are formed in the vicinity of the second relay lens 42. That is, the second array lens 22 and the second relay lens 42 are in an object-image relationship.

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、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収が少なく発熱が無視でき、光軸に直交して配置できる、複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いる。ここで用いる複屈折回折格子型偏光分離素子は、液晶パネルから光軸に略平行に入射する光に含まれる所定偏光光(直線偏光光)をそのまま透過させ、これに直交する他方の偏光光(直線偏光光)を回折させて光軸に傾斜(交差)させて射出させるものである。   Next, the output side polarizing plate according to this embodiment will be described. In this embodiment, a birefringence diffraction grating type polarization separation element and a reflection type polarizing plate that can be disposed perpendicularly to the optical axis with little absorption of unnecessary polarized light and negligible heat generation are used as the output side polarizing plate. The birefringence diffraction grating type polarization separation element used here transmits the predetermined polarized light (linearly polarized light) included in the light incident from the liquid crystal panel substantially parallel to the optical axis as it is, and the other polarized light orthogonal to this ( (Linearly polarized light) is diffracted and tilted (crossed) to the optical axis before being emitted.

まず、反射型偏光板から説明する。反射型偏光板は、第1の偏光光としての透過軸方向の偏光光を透過させ、透過軸と直交する第2の偏光光としての反射軸方向の偏光光を反射させるものである。反射型偏光板としては、例えば、有機材料からなるフィルム多層積層型偏光板(一例として3M社製の反射型偏光フィルムD−BEF(商品名)など)や、無機材料からなる反射型無機偏光板などを用いることができる。ここでは、耐熱性や耐光性を考慮して、反射型無機偏光板を用いるものとする。しかし、これに限定するものではない。
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。例えば特開2007−33746号公報などに記載のワイヤグリッド型偏光板や、例えば特開2006−337860号公報などに記載されている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(例えば、特開2007−102246号公報参照)。
First, the reflective polarizing plate will be described. The reflective polarizing plate transmits polarized light in the transmission axis direction as first polarized light, and reflects polarized light in the reflection axis direction as second polarized light orthogonal to the transmission axis. Examples of the reflective polarizing plate include a film multilayer laminated polarizing plate made of an organic material (for example, a reflective polarizing film D-BEF (trade name) manufactured by 3M Co.), and a reflective inorganic polarizing plate made of an inorganic material. Etc. can be used. Here, a reflective inorganic polarizing plate is used in consideration of heat resistance and light resistance. However, the present invention is not limited to this.
The reflective inorganic polarizing plate is a reflective polarizing plate including a fine structure having a period of, for example, about 1/2 of the wavelength of light along a predetermined direction. For example, a wire grid type polarizing plate described in JP-A-2007-33746 or a photonic crystal structure (a fine structure having a periodic structure of refractive index) described in JP-A-2006-337860, for example. There is a polarizing plate provided. These reflective inorganic polarizing plates are manufactured by applying an inorganic material to a large substrate and then cutting it out to a desired size. Therefore, there is an advantage that it is easy to increase in size and is relatively easier to price than polarizing glass. . The reflective inorganic polarizing plate may be collectively referred to as a structural birefringent polarizing plate (see, for example, JP-A-2007-102246).

図5は、反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図である。同図(a)はワイヤグリッド型偏光板の斜視図、同図(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。   FIG. 5 is an explanatory view showing various examples of the reflective inorganic polarizing plate. FIG. 4A is a perspective view of a wire grid type polarizing plate, and FIG. 4B is a perspective view of a polarizing plate having a photonic crystal structure.

図5(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。   In FIG. 5A, a wire-grid reflective inorganic polarizing plate 80 is formed on a translucent substrate (for example, a glass substrate) 81 in a striped metal thin film (hereinafter referred to as “wire grid”) extending in the X direction. 82) are periodically arranged through the grooves 83, and the period is smaller than the wavelength of light (for example, about a fraction to one tenth of the wavelength of light). When the incident light L800 is incident on the wire-grid reflective inorganic polarizing plate, the X-polarized light L800x whose polarization direction is parallel to the wire grid 82 is reflected to become reflected light L802, and Y in the polarization direction orthogonal to the wire grid 82 is reflected. The polarized light L800y is transmitted to become transmitted light L801. That is, the Y-polarized light L800y in the direction orthogonal to the wire grid 82 is transmitted, and the X-polarized light L800x parallel to the wire grid 82 is reflected. That is, the direction orthogonal to the wire grid 82 is the transmission axis (polarization axis) direction of the wire grid reflective inorganic polarizing plate. An example of this is ProFlux (trade name) of MOXTEK. A direction parallel to the wire grid 82 orthogonal to the transmission axis direction is referred to as a reflection axis direction.

また、図5(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。   In FIG. 5B, a reflective inorganic polarizing plate 80 having a photonic crystal structure is a translucent substrate having line / space-shaped grooves formed at a pitch of 1/4 to 1/2 of the wavelength. 81 and an adjustment layer 85 that fills the groove of the translucent substrate 81 and has a triangular wave shape in the short-side direction (Y direction) of the groove and a linear convex portion in the long direction (X direction) of the groove, On the adjustment layer 85, a plurality of high refractive index layers 86 made of a transparent high refractive index medium and a plurality of low refractive index layers 87 made of a transparent low refractive index medium are alternately laminated. The high refractive index layer 86 and the low refractive index layer 87 are formed in a triangular wave shape in the short direction (Y direction) of the groove of the adjustment layer 85 and in a linear convex shape in the long direction (X direction) of the groove, It has a surface with a triangular wave shape in the short direction (Y direction) and a linear shape in the long direction (X direction). As described above, the high refractive index layer 86 having a surface having a triangular wave shape in the short direction (Y direction) and a linear shape in the long direction (X direction) at a pitch sufficiently smaller than the wavelength of light and low refraction. When the incident light L800 is incident on the laminated body of the refractive index layer 87, the X-polarized light L800x having a polarization direction parallel to the longitudinal direction (X direction) of the high refractive index layer 86 and the low refractive index layer 87 has a photonic crystal structure. Reflected without being able to pass through the reflective inorganic polarizing plate 80 provided with. On the other hand, Y-polarized light L800y having a polarization direction parallel to the short direction (Y direction) of the high refractive index layer 86 and the low refractive index layer 87 passes through the reflective inorganic polarizing plate 80 having a photonic crystal structure. be able to. In this way, light having polarization directions orthogonal to each other is separated into two orthogonal polarized lights by the reflective inorganic polarizing plate 80 having a photonic crystal structure.

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。   Thus, the reflective inorganic polarizing plate transmits polarized light in the transmission axis direction and reflects polarized light orthogonal thereto. Therefore, unlike the absorption-type polarizing plate, it hardly absorbs light, generates a very small amount of heat, and the temperature rise is very small. Further, since the reflective inorganic polarizing plate is composed of an inorganic material, it can be said that the heat resistant temperature is high and the life characteristics are excellent. The reflective inorganic polarizing plate has a polarization separation function that separates incident light into two polarized light beams (transmitted polarized light and reflected polarized light) that are orthogonal to each other, and therefore can also be used as a polarization separation element. Can do.

しかしながら、液晶パネルの光出射側に光軸に直交するようにして反射型無機偏光板80を配置すると、反射型無機偏光板80で反射された不要偏光光が液晶パネル60に戻り、液晶パネル60に内蔵されているTFT(図示せず)に光電効果を生じさせ、画質劣化を招くことになる。そこで、本実施例では、液晶パネル60と反射型無機偏光板80との間に回折偏光分離素子である例えば複屈折回折格子型偏光分離素子70を配置する。詳細は図6で後述するが、複屈折回折格子型偏光分離素子70は、不要偏光光を光軸に対して傾斜するように回折させる。従って、光軸に対して傾斜した不要偏光光は、反射型無機偏光板80で光軸に対して斜めに反射され、液晶パネル60に戻らないので、画質劣化をなくすことができる。   However, when the reflective inorganic polarizing plate 80 is disposed on the light emitting side of the liquid crystal panel so as to be orthogonal to the optical axis, unnecessary polarized light reflected by the reflective inorganic polarizing plate 80 returns to the liquid crystal panel 60, and the liquid crystal panel 60 This causes a photoelectric effect in a TFT (not shown) incorporated in the TFT, resulting in image quality degradation. Therefore, in this embodiment, for example, a birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 which is a diffraction polarization separation element is disposed between the liquid crystal panel 60 and the reflective inorganic polarizing plate 80. Although details will be described later with reference to FIG. 6, the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 diffracts unnecessary polarized light so as to be inclined with respect to the optical axis. Therefore, the unnecessary polarized light inclined with respect to the optical axis is reflected obliquely with respect to the optical axis by the reflective inorganic polarizing plate 80 and does not return to the liquid crystal panel 60, so that it is possible to eliminate image quality deterioration.

次に、複屈折回折格子型偏光分離素子について説明する。複屈折回折格子型偏光分離素子にも有機のものと、無機のものがあるが、反射型偏光板と同様に、ここでは、耐熱性や耐光性を考慮して、無機の複屈折回折格子型偏光分離素子を用いるものとする。しかし、これに限定するものではない。
図2は、本実施例に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図で、液晶パネルの長辺に平行なYZ面における断面図である。図3は、図2の複屈折回折格子型偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す拡大断面図である。図4は、複屈折回折格子型偏光分離素子の形成工程を説明する説明図である。なお、図3において、X偏光光は偏光方向が図紙面に垂直なので、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。
Next, a birefringence diffraction grating type polarization separation element will be described. There are organic and inorganic birefringence diffraction grating type polarization separation elements, but here, as with reflective polarizing plates, here, in consideration of heat resistance and light resistance, inorganic birefringence diffraction grating type A polarization separation element is used. However, the present invention is not limited to this.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing one configuration of the birefringence diffraction grating type polarization separation element according to the present embodiment, and is a cross-sectional view in the YZ plane parallel to the long side of the liquid crystal panel. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the birefringent diffraction grating type polarization separation element of FIG. 2 partially enlarged. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a process of forming a birefringence diffraction grating type polarization separation element. In FIG. 3, since the polarization direction of the X-polarized light is perpendicular to the drawing sheet, it is assumed that the X-polarized light is displayed as “X surrounded by a circle” for simplicity of illustration.

図2,図3に示すように、複屈折回折格子型偏光分離素子70は、透光性基板としてのガラス基板72と、ガラス基板72上にX方向に延伸する格子73aがY方向に周期dで繰り返して配置され、凹凸の一方向周期的構造が形成された複屈折膜(異方性膜ともいう)73と、複屈折膜73を被覆する等方性のオーバーコート層74で構成されている。なお、hは格子73aの高さである。
ここで、複屈折回折格子型偏光分離素子70に液晶パネル60からの光L60が、光路の光軸101に沿って、ほぼ垂直にZ軸方向に入射するものとする。光L60は、Z軸に直交する面内で、偏光方向が格子73aの延伸方向(すなわち、X方向)に平行な第2の偏光光としてのX偏光光(S偏光光)L60xと、偏光方向が格子73aの延伸方向に直交する方向(すなわち、Y方向)の第1の偏光光としてのY偏光光(P偏光光)L60yとからなるものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70 includes a glass substrate 72 as a translucent substrate and a grating 73a extending in the X direction on the glass substrate 72 with a period d in the Y direction. And a birefringent film (also referred to as an anisotropic film) 73 in which an uneven unidirectional periodic structure is formed, and an isotropic overcoat layer 74 covering the birefringent film 73. Yes. Note that h is the height of the grating 73a.
Here, it is assumed that the light L60 from the liquid crystal panel 60 enters the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 substantially perpendicularly along the optical axis 101 of the optical path in the Z-axis direction. The light L60 is an X-polarized light (S-polarized light) L60x as a second polarized light whose polarization direction is parallel to the extending direction (that is, the X direction) of the grating 73a in a plane orthogonal to the Z axis, and the polarization direction. Is composed of Y-polarized light (P-polarized light) L60y as the first polarized light in the direction orthogonal to the extending direction of the grating 73a (that is, the Y direction).

光L60が複屈折回折格子型偏光分離素子70に入射すると、複屈折回折格子型偏光分離素子70は、後述する条件を満足する場合、図2から明らかなように、光L60の内、偏光方向が格子73aの延伸方向に直交する方向の第1の偏光光であるY偏光光L60yを0次光としてそのまま直進させる。また、偏光方向が格子73aの延伸方向に平行な第2の偏光光であるX偏光光L60xを±1次光として格子73aの延伸方向に直交する方向(すなわち、Y方向)に回折させ、光軸に対して傾斜させて出射させる(図2のθsはX偏光光の回折角である)。すなわち、複屈折回折格子型偏光分離素子70は、入射した光L60を、光軸に対して斜めに射出する回折光であるX偏光光L60xと、そのまま透過する直進光であるY偏光光L60yとに分離する。なお、格子73aに直交する方向は複屈折回折格子型偏光分離素子70の透過軸方向といえる。
次に、複屈折回折格子型偏光分離素子70がX偏光光L60xを回折させる条件について述べる。
複屈折膜73の格子73aのX偏光光L60xに対する屈折率をnx、Y偏光光L60yに対する屈折率をny、等方性のオーバーコート層74の屈折率をn1とすると、光路A,Bに対する光路長差Δは、各偏光光において、次式で表される。
(数1)
Y偏光光:Δy=(ny−n1)h
(数2)
X偏光光:Δx=(nx−n1)h
従って、Y偏光光L60yが直進し、X偏光光L60xが回折されるための条件は、次式が成立することが必要である。
(数3)
Δy=mλ
(数4)
Δx=(m±1/2)λ
但し、λは光の波長、mは次数で整数である。
ここで、数3の式は、Y偏光光L60yにおける光路差が波長λの整数倍となり、光路Aを通るY偏光光と光路Bを通るY偏光光が干渉により強め合い、格子通過後も0次光として直進する条件である。また数4の式は、X偏光光L60xにおける光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光(0次光成分)がなくなり、全て回折光となる条件である。つまり、干渉により直進成分は打ち消し合い、X偏光光は回折光となる。よって、0次と1次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには数3,数4の式を満足していることが必要である。ただし、実用的には数3,数4の式を厳密に満足していなくても、略数3,数4の式近傍の条件になるように複屈折膜73の屈折率ny,nx、オーバーコート層4の屈折率n1 、複屈折膜73の高さh、次数mを設定することになる。
When the light L60 is incident on the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70, the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70, when satisfying the conditions described later, as shown in FIG. The Y-polarized light L60y, which is the first polarized light in the direction orthogonal to the extending direction of the grating 73a, goes straight as it is as the zero-order light. Further, the X-polarized light L60x, which is the second polarized light whose polarization direction is parallel to the extending direction of the grating 73a, is diffracted in the direction perpendicular to the extending direction of the grating 73a (that is, the Y direction) as ± first-order light. The light is emitted while being inclined with respect to the axis (θs in FIG. 2 is a diffraction angle of X-polarized light). In other words, the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 is configured such that the incident light L60 is X-polarized light L60x that is diffracted light that is emitted obliquely with respect to the optical axis, and Y-polarized light L60y that is straightly transmitted light as it is. To separate. The direction orthogonal to the grating 73 a can be said to be the transmission axis direction of the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70.
Next, conditions for the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 to diffract the X-polarized light L60x will be described.
The refractive index with respect to X-polarized light L60x grating 73a of the birefringent film 73 n x, the refractive index n y for the Y-polarized light L60y, the isotropic refractive index of the overcoat layer 74 and n 1, the optical path A, The optical path length difference Δ with respect to B is expressed by the following equation for each polarized light.
(Equation 1)
Y-polarized light: Δy = (n y -n 1 ) h
(Equation 2)
X-polarized light: Δx = (n x −n 1 ) h
Accordingly, the condition for the Y-polarized light L60y to travel straight and the X-polarized light L60x to be diffracted needs to satisfy the following equation.
(Equation 3)
Δy = mλ
(Equation 4)
Δx = (m ± 1/2) λ
Here, λ is the wavelength of light, and m is an order integer.
Here, the equation (3) is such that the optical path difference in the Y-polarized light L60y is an integral multiple of the wavelength λ, the Y-polarized light passing through the optical path A and the Y-polarized light passing through the optical path B are intensified by interference, and 0 after passing through the grating. It is a condition that goes straight as the next light. The equation (4) is a condition that the optical path difference in the X-polarized light L60x is shifted by an odd multiple of a half wavelength and cancels each other, so that the straight light (zero-order light component) disappears and all becomes diffracted light. That is, the linear component cancels out due to interference, and the X-polarized light becomes diffracted light. Therefore, when the 0th-order and 1st-order polarization separation is performed, it is necessary to satisfy the expressions (3) and (4) in order to increase the polarization separation degree. However, practically, even if the expressions 3 and 4 are not strictly satisfied, the refractive indexes n y and n x of the birefringent film 73 are set so that the conditions in the vicinity of the expressions 3 and 4 are satisfied . The refractive index n 1 of the overcoat layer 4, the height h of the birefringent film 73, and the order m are set.

次に、複屈折回折格子型偏光分離素子70の一製造方法について図4を用いて説明する。先ず、図4(a)に示されるように、ガラス基板72の上に、例えば、公知の斜め蒸着法により複屈折膜73を形成する。複屈折膜73の材料としては、斜め蒸着法により成膜することが可能な無機物質からなる誘電体材料、例えば、Ta25,SiO2などを挙げることができる。しかし、これらに限定されるものではなく、斜め蒸着法により複屈折性(光学的異方性)をもたらすことができる無機材料ならば、種々の材料を用いることができる。斜め蒸着法は、金属酸化物等の無機材料を基板に対して斜めの方向から蒸着させる蒸着方法である。この方法により形成された蒸着膜は基板に対して傾いた繊維状の柱状構造、すなわち異方性の構造を有し、傾斜方向の直線偏光に対する屈折率と直交する方向の直線偏光に対する屈折率との間に差が生じる。これによって形成された蒸着膜は複屈折性を帯びる。この方法に用いる装置は電子ビーム加熱による真空蒸着装置などの通常の真空装置を用いることができ、該装置内に基板を傾けて設置して蒸着操作を行う。かかる蒸着法は、例えば、APPLIED OPTICS、Vol.28, NO.13,2466-2482 頁(1989 年)や、表面技術,Vol.46,No.7,1995,P.32〜35「位相差膜」などに詳細に記述されているので、これ以上の説明を省略する。 Next, one manufacturing method of the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4A, a birefringent film 73 is formed on a glass substrate 72 by, for example, a known oblique vapor deposition method. Examples of the material of the birefringent film 73 include a dielectric material made of an inorganic substance that can be formed by an oblique deposition method, such as Ta 2 O 5 and SiO 2 . However, the present invention is not limited to these, and various materials can be used as long as they are inorganic materials capable of providing birefringence (optical anisotropy) by oblique vapor deposition. The oblique deposition method is an evaporation method in which an inorganic material such as a metal oxide is deposited from an oblique direction with respect to a substrate. The vapor deposition film formed by this method has a fibrous columnar structure inclined with respect to the substrate, that is, an anisotropic structure, and has a refractive index for linearly polarized light in a direction orthogonal to the refractive index for linearly polarized light in the inclined direction. There is a difference between The deposited film thus formed is birefringent. As an apparatus used for this method, a normal vacuum apparatus such as a vacuum evaporation apparatus by electron beam heating can be used, and the evaporation operation is performed by installing the substrate in an inclined position in the apparatus. Such vapor deposition methods are described in, for example, APPLIED OPTICS, Vol.28, NO.13, p.2466-2482 (1989), Surface Technology, Vol.46, No.7, 1995, p. ”And the like are described in detail, and further description is omitted.

次に、図4(b)のように、複屈折膜73の上にフォトレジスト76をコーティングする。そして、このフォトレジスト76に周期的パターンを露光する。このときはマスクによる密着露光でもよいし、投影露光でもよい。この他、電子線露光、あるいはレーザ光による干渉露光でもよい。露光後、フォトレジストを現像し、図4(c)のように、フォトレジスト76による周期的格子パターンを得る。次に、図9(d)のように、フォトレジスト76をエッチングマスクとして複屈折膜73をエッチングする。エッチング法としては公知のドライエッチングあるいはウェットエッチングで行える。次に、図4(e)のように、フォトレジスト76を溶剤あるいはプラズマによるアッシングで取り除く。そして、図4(f)のように、周期的格子構造を有する複屈折膜73の上に、誘電体(例えば、SiO2、SiONなど)を真空蒸着、またはスパッタリングして、等方性のオーバーコート層74を形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist 76 is coated on the birefringent film 73. Then, a periodic pattern is exposed on the photoresist 76. In this case, contact exposure using a mask or projection exposure may be used. In addition, electron beam exposure or interference exposure using laser light may be used. After the exposure, the photoresist is developed to obtain a periodic lattice pattern by the photoresist 76 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 9D, the birefringent film 73 is etched using the photoresist 76 as an etching mask. As an etching method, known dry etching or wet etching can be used. Next, as shown in FIG. 4E, the photoresist 76 is removed by ashing with a solvent or plasma. Then, as shown in FIG. 4 (f), a dielectric (for example, SiO 2 , SiON, etc.) is vacuum-deposited or sputtered on the birefringent film 73 having a periodic lattice structure, and isotropic overstrike. A coat layer 74 is formed.

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の構成を用いて説明する。   Next, the detailed structure of the output side polarizing plate according to this embodiment will be described. The configuration of the exit side polarizing plate is the same for all of the R optical path, the G optical path, and the B optical path. Here, the configuration of the exit side polarizing plate of the G optical path is representatively described.

図6は、本実施例による出射側偏光板の構成を説明する図、同図(a)はG光路の出射側偏光板の斜視図、同図(b)はG光路の出射側偏光板をX方向から見た平面視図である。なお、図6において、液晶パネルの長辺に平行な方向をY方向とし、液晶パネルの短辺に平行な方向をX方向とする。また、複屈折回折格子型偏光分離素子の格子の延伸方向をX方向とする。また、図6(b)において、X偏光光の偏光方向が図紙面に垂直となるので、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。   6A and 6B are diagrams for explaining the configuration of the output side polarizing plate according to the present embodiment, FIG. 6A is a perspective view of the output side polarizing plate in the G optical path, and FIG. 6B is an output side polarizing plate in the G optical path. It is the top view seen from the X direction. In FIG. 6, the direction parallel to the long side of the liquid crystal panel is defined as the Y direction, and the direction parallel to the short side of the liquid crystal panel is defined as the X direction. Further, the extending direction of the grating of the birefringent diffraction grating type polarization beam splitter is defined as the X direction. In FIG. 6B, since the polarization direction of the X-polarized light is perpendicular to the drawing sheet, the X-polarized light is displayed as “X surrounded by a circle” to simplify the illustration.

図6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(つまり、Y偏光光を透過させる)複屈折回折格子型偏光分離素子70Gと反射型無機偏光板80Gとからなる。複屈折回折格子型偏光分離素子70Gと反射型無機偏光板80Gは、所定の間隔T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、複屈折回折格子型偏光分離素子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、複屈折回折格子型偏光分離素子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。   As shown in FIG. 6, in this embodiment, the exit-side polarizing plate is arranged in order on the light exit side of the liquid crystal panel 60G and has the same transmission axis (that is, transmits Y-polarized light). It consists of a grating-type polarization separation element 70G and a reflective inorganic polarizing plate 80G. The birefringent diffraction grating type polarization separation element 70G and the reflection type inorganic polarizing plate 80G are arranged so as to be orthogonal to the optical axis of the optical path at a predetermined interval T. Therefore, unlike Patent Document 1, the back focus can be shortened. Of the light emitted from the liquid crystal panel 60G, the transmitted light (here Y-polarized light) transmitted through the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70G and the reflection type inorganic polarizing plate 80G is birefringence diffraction grating type polarization separation. Since the surfaces of the element 70G and the reflective inorganic polarizing plate 80G are transmitted substantially perpendicularly, astigmatism does not occur.

図6において、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。
複屈折回折格子型偏光分離素子70Gに入射した光LG60の内、偏光方向が透過軸方向のP偏光光となるY偏光光(第1の偏光光)LG60yは、複屈折回折格子型偏光分離素子70Gを透過し、反射型無機偏光板80Gを透過し、光合成プリズム200に入射する。
一方、透過軸方向に直交するS偏光光となるX偏光光(第2の偏光光)LG60xは、複屈折回折格子型偏光分離素子70Gで格子73aの延伸方向(X方向)に対して直交する方向(Y方向)に回折され、光軸に傾斜する±1次光の斜め光となり、反射型無機偏光板80Gに入射する。X偏光光LG60xは、偏光方向が反射型無機偏光板80Gの反射軸方向(X方向)なので、反射型無機偏光板80Gで光軸側とは逆側(外側)に斜めに反射される。反射された斜め光のX偏光光LG60xは、複屈折回折格子型偏光分離素子70Gに向かうが、複屈折回折格子型偏光分離素子70Gと反射型無機偏光板80Gとは例えば次式を満足する所定の距離Tで隔てられている。但し、θsはX偏光光(ここではS偏光光)の回折角、Mは液晶パネルの長辺の長さである。
In FIG. 6, it is assumed that light LG60 including Y-polarized light LG60y and X-polarized light LG60x orthogonal to each other from the liquid crystal panel 60G is incident on the output-side polarizing plate having the above configuration.
Of the light LG60 incident on the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70G, Y polarization light (first polarization light) LG60y whose polarization direction is P-polarization light whose transmission direction is the transmission axis direction is birefringence diffraction grating type polarization separation element. The light passes through 70G, passes through the reflective inorganic polarizing plate 80G, and enters the light combining prism 200.
On the other hand, X-polarized light (second polarized light) LG60x, which is S-polarized light orthogonal to the transmission axis direction, is orthogonal to the extending direction (X direction) of the grating 73a in the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70G. The light is diffracted in the direction (Y direction) and becomes an oblique light of ± first-order light inclined to the optical axis, and is incident on the reflective inorganic polarizing plate 80G. Since the polarization direction of the X-polarized light LG60x is the reflection axis direction (X direction) of the reflective inorganic polarizing plate 80G, the X-polarized light LG60x is reflected obliquely by the reflective inorganic polarizing plate 80G on the side opposite to the optical axis side (outside). The reflected obliquely polarized X-polarized light LG60x is directed to the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70G. The birefringence diffraction grating type polarization separation element 70G and the reflective inorganic polarizing plate 80G are, for example, a predetermined satisfying the following equation: Are separated by a distance T. Where θs is the diffraction angle of X-polarized light (here, S-polarized light), and M is the length of the long side of the liquid crystal panel.

Figure 2009300547
従って、大部分は複屈折回折格子型偏光分離素子70Gには再入射せず、複屈折回折格子型偏光分離素子70Gの側端部の外側を通り、光学ユニット内部で吸収されることになる。すなわち、反射型無機偏光板80Gで反射されたX偏光光LG60xが液晶パネル60Gに戻ることがないので、画質劣化を招く懸念はない。
これに対して、特許文献2のホログラム偏光分離素子は、ホログラムで回折された不要偏光光をホログラムの基板であるガラス基板の光出射面で全反射させている。そのため、本実施例とは異なり、回折面(ホログラム)と反射面(ガラス基板の光出射面)との間の距離が十分確保されてない場合、つまり、ガラス基板の厚さが薄い場合、回折された後ガラス基板の光出射側で全反射された回折光は、元の回折ポイントから距離的に近い位置近傍のホログラム領域に再入射することになる。従って、従来技術では、再入射光による液晶パネルへの戻り光が生じることになり、画質を劣化させる懸念がある。
Figure 2009300547
Therefore, most of the light does not re-enter the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70G, passes through the outside of the side end portion of the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70G, and is absorbed inside the optical unit. That is, since the X-polarized light LG60x reflected by the reflective inorganic polarizing plate 80G does not return to the liquid crystal panel 60G, there is no concern of image quality deterioration.
On the other hand, the hologram polarization separation element of Patent Document 2 totally reflects the unnecessary polarized light diffracted by the hologram on the light exit surface of the glass substrate which is the hologram substrate. Therefore, unlike this embodiment, when the distance between the diffraction surface (hologram) and the reflection surface (light emission surface of the glass substrate) is not sufficiently secured, that is, when the glass substrate is thin, Then, the diffracted light totally reflected on the light emitting side of the glass substrate is incident again on the hologram region in the vicinity of the position close to the original diffraction point. Therefore, in the prior art, return light to the liquid crystal panel due to re-incident light is generated, and there is a concern that the image quality is deteriorated.

以上述べたように、本実施例では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収による発熱がほとんどない複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いたので、出射側偏光板の信頼性を向上させることができる。特に、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板に無機タイプを用いれば、より信頼性を高めることができる。また、複屈折回折格子型偏光分離素子70(70R,70G,70B)と反射型無機偏光板80(80R,80G,80B)とが光路の光軸に直交するように配置されている。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、複屈折回折格子型偏光分離素子70と反射型無機偏光板とが光路に沿って順に所定の間隔をおいて配置されているので、複屈折回折格子型偏光分離素子70で回折された偏光光を反射型無機偏光板で反射させても液晶パネル60への戻り光を抑えることができる。従って、液晶パネルに内蔵されているTFTの誤動作を低減することができので、液晶パネルの画質劣化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、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。   As described above, in this embodiment, the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate that hardly generate heat due to absorption of unnecessary polarized light are used as the output side polarizing plate. Reliability can be improved. In particular, if an inorganic type is used for the birefringent diffraction grating type polarization separation element and the reflective polarizing plate, the reliability can be further improved. In addition, the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 (70R, 70G, 70B) and the reflective inorganic polarizing plate 80 (80R, 80G, 80B) are arranged so as to be orthogonal to the optical axis of the optical path. Therefore, astigmatism can be suppressed while suppressing an increase in back focus. In addition, since the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70 and the reflective inorganic polarizing plate are sequentially arranged at predetermined intervals along the optical path, the polarized light diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 Even if light is reflected by the reflective inorganic polarizing plate, return light to the liquid crystal panel 60 can be suppressed. Accordingly, malfunctions of the TFTs incorporated in the liquid crystal panel can be reduced, so that deterioration in image quality of the liquid crystal panel can be suppressed. In addition, since unnecessary polarized light is removed by the two polarizing plates, the extinction ratio can be increased and a high-contrast image can be obtained. In addition, since both the output side polarizing plates are inorganic polarizing plates, a decrease in reliability due to temperature rise can be suppressed. Thus, the amount of air sent from the cooling fan 580 to the polarizing glass 70 and the reflective inorganic polarizing plate 80 can be suppressed, and the amount of air sent to the incident side polarizing plate 50 and the liquid crystal panel 60 can be increased accordingly.

なお、本実施例では、光路の光軸に直交して、前段に複屈折回折格子型偏光分離素子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。   In this embodiment, the contrast is improved by arranging the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70 at the front stage and the reflection type inorganic polarizing plate 80 at the rear stage perpendicular to the optical axis of the optical path. . On the other hand, in the prior art, a configuration is known in which an absorption polarizing plate made of an organic film is disposed after the reflective polarizing plate inclined to the optical axis of the optical path (for example, FIG. 7 of Patent Document 1). . However, when an organic absorption type polarizing plate is used as the output side polarizing plate, in addition to the problem of temperature rise due to light absorption in the case of black display, the absorption type polarizing plate used in the B optical path is UV light (Ultraviolet Ray). The yellowing of the organic member of the absorptive polarizing plate due to) also becomes a problem. The yellowing of the organic member due to UV light can be slowed by generating cooling air by blowing cooling air with a cooling fan, for example, to lower the temperature. However, after a long time, yellowing always occurs even if the temperature is low. That is, in the case of white display, there is no problem with the temperature rise due to light absorption of the absorption type polarizing plate, but yellowing of the organic member due to the passage of UV light becomes a problem, and its UV resistance is also a major issue. .

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。   However, in this example, since an inorganic polarizing plate is used as the output side polarizing plate, the UV resistance is also excellent.

実施例1では、X方向に延伸した格子をY方向に周期配置した複屈折回折格子型偏光分離素子70を用いて、液晶パネル60の長辺に平行なYZ面内でX偏光光を回折させるようにした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。Y方向に延伸した格子をX方向に周期配置した複屈折回折格子型偏光分離素子70Aを用いて、液晶パネル60の短辺に平行なZX面内でX偏光光を回折させるようにしてもよい。このような複屈折回折格子型偏光分離素子70Aを用いた実施例2による出射側偏光板について説明する。
図7は、実施例2に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図で、液晶パネルの短辺に平行なZX平面における断面図である。なお、図7において、Y偏光光は偏光方向が図紙面に垂直なので、図示を簡単とするため、Y偏光光を「円で囲んだY」で表示するものとする。
In the first embodiment, the X-polarized light is diffracted in the YZ plane parallel to the long side of the liquid crystal panel 60 using the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70 in which the grating extended in the X direction is periodically arranged in the Y direction. I did it. However, the present invention is not limited to this. X-polarized light may be diffracted in the ZX plane parallel to the short side of the liquid crystal panel 60 using the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70A in which the grating extended in the Y direction is periodically arranged in the X direction. . The output side polarizing plate according to the second embodiment using such a birefringent diffraction grating type polarization separation element 70A will be described.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view schematically showing one configuration of the birefringent diffraction grating type polarization separation element according to the second embodiment, and is a cross-sectional view in the ZX plane parallel to the short side of the liquid crystal panel. In FIG. 7, since the polarization direction of the Y-polarized light is perpendicular to the drawing sheet, the Y-polarized light is displayed as “Y surrounded by a circle” for simplicity of illustration.

図7に示すように、本実施例の複屈折回折格子型偏光分離素子70Aは、透光性基板としてのガラス基板72Aと、ガラス基板72A上にY方向に延伸する格子73AaがX方向に周期dAで繰り返して配置され、凹凸の一方向周期的構造が形成された複屈折膜73Aと、複屈折膜73Aを被覆する等方性のオーバーコート層74Aで構成されている。なお、hAは格子73Aaの高さである。 As shown in FIG. 7, the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70A of the present embodiment has a glass substrate 72A as a translucent substrate and a grating 73Aa extending in the Y direction on the glass substrate 72A having a period in the X direction. It is composed of a birefringent film 73A that is repeatedly arranged at d A and has a unidirectional periodic structure of irregularities, and an isotropic overcoat layer 74A that covers the birefringent film 73A. Note that h A is the height of the grating 73Aa.

ここで、複屈折回折格子型偏光分離素子70Aに液晶パネル60からの光L61が、光路の光軸101に沿って、ほぼ垂直にZ軸方向に入射するものとする。光L61は、Z軸に直交する面内で、偏光方向が格子73Aaの延伸方向(すなわち、Y方向)に平行なY偏光光L61yと、偏光方向が格子73Aaの延伸方向に直交する方向(すなわち、X方向)のX偏光光L61xとからなるものである。   Here, it is assumed that light L61 from the liquid crystal panel 60 is incident on the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70A substantially in the Z-axis direction along the optical axis 101 of the optical path. In the plane perpendicular to the Z axis, the light L61 is a Y-polarized light L61y whose polarization direction is parallel to the extending direction of the grating 73Aa (ie, the Y direction) and a direction whose polarization direction is orthogonal to the extending direction of the grating 73Aa (ie, , X direction) X-polarized light L61x.

光L61が複屈折回折格子型偏光分離素子70Aに入射すると、複屈折回折格子型偏光分離素子70Aは、後述する条件を満足する場合、図7から明らかなように、光L61の内、偏光方向が格子73Aaの延伸方向に平行なY偏光光L61yを0次光としてそのまま直進させる。また、偏光方向が格子73Aaの延伸方向に直交する方向のX偏光光L61xを±1次光として格子73Aaの延伸方向に直交する方向(すなわち、X方向)に回折させ、光軸に対して傾斜させて出射させる。すなわち、複屈折回折格子型偏光分離素子70Aは、入射した光L61を、光軸に対して斜めに射出する回折光であるX偏光光L61xと、そのまま透過する直進光であるY偏光光L61yとに分離する。なお、格子73Aaに平行な方向は複屈折回折格子型偏光分離素子70Aの透過軸方向といえる。   When the light L61 is incident on the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70A, the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70A, when satisfying the conditions described later, as shown in FIG. The Y-polarized light L61y parallel to the extending direction of the grating 73Aa goes straight as it is as zero-order light. In addition, the X-polarized light L61x whose polarization direction is orthogonal to the extending direction of the grating 73Aa is diffracted as ± primary light in the direction orthogonal to the extending direction of the grating 73Aa (ie, the X direction) and tilted with respect to the optical axis. To emit. That is, the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70A includes the incident light L61 as X-polarized light L61x, which is diffracted light that is emitted obliquely with respect to the optical axis, and Y-polarized light L61y, which is straightly transmitted light. To separate. The direction parallel to the grating 73Aa can be said to be the transmission axis direction of the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70A.

次に、複屈折回折格子型偏光分離素子70AがX偏光光L61xを回折させる条件について述べる。   Next, conditions for the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70A to diffract the X-polarized light L61x will be described.

複屈折膜73Aの格子73AaのX偏光光L61xに対する屈折率をnAx、Y偏光光L61yに対する屈折率をnAy、等方性のオーバーコート層74Aの屈折率をnA1とすると、光路A,Bに対する光路長差Δは、各偏光光において、次式で表される。
(数6)
Y偏光光:Δy=(nAy−nA1)hA
(数7)
X偏光光:Δx=(nAx−nA1)hA
従って、Y偏光光L61yが直進し、X偏光光L61xが回折されるための条件は、次式が成立することが必要である。
(数8)
Δy=mλ
(数9)
Δx=(m±1/2)λ
但し、λは光の波長、mは次数で整数である。
ここで、数8の式は、Y偏光光L61yにおける光路差が波長λの整数倍となり、光路Aを通るY偏光光と光路Bを通るY偏光光が干渉により強め合い、格子通過後も0次光として直進する条件である。また数9の式は、X偏光光L61xにおける光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光(0次光成分)がなくなり、全て回折光となる条件である。つまり、干渉により直進成分は打ち消し合い、X偏光光は回折光となる。よって、0次と1次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには数8,数9の式を満足していることが必要である。ただし、実用的には数8,数9の式を厳密に満足していなくても、略数8,数9の式近傍の条件になるように複屈折膜73Aの屈折率nAy,nAx、オーバーコート層4の屈折率nA1 、複屈折膜73Aの高さhA、次数mを設定することになる。
When the refractive index of the grating 73Aa of the birefringent film 73A with respect to the X-polarized light L61x is n Ax , the refractive index with respect to the Y-polarized light L61y is n Ay , and the refractive index of the isotropic overcoat layer 74A is n A1 , the optical path A, The optical path length difference Δ with respect to B is expressed by the following equation for each polarized light.
(Equation 6)
Y-polarized light: Δy = (n Ay −n A1 ) h A
(Equation 7)
X-polarized light: Δx = (n Ax −n A1 ) h A
Therefore, the condition for the Y-polarized light L61y to travel straight and the X-polarized light L61x to be diffracted needs to satisfy the following equation.
(Equation 8)
Δy = mλ
(Equation 9)
Δx = (m ± 1/2) λ
Here, λ is the wavelength of light, and m is an order integer.
Here, in the equation (8), the optical path difference in the Y-polarized light L61y is an integral multiple of the wavelength λ, the Y-polarized light passing through the optical path A and the Y-polarized light passing through the optical path B are intensified by interference, and 0 after passing through the grating. It is a condition that goes straight as the next light. The equation (9) is a condition in which the optical path difference in the X-polarized light L61x is shifted by an odd multiple of a half wavelength and cancels each other, so that straight light (zero-order light component) disappears and all becomes diffracted light. That is, the linear component cancels out due to interference, and the X-polarized light becomes diffracted light. Therefore, when the 0th-order and 1st-order polarization separation is performed, it is necessary to satisfy the equations (8) and (9) in order to increase the polarization separation degree. However, in practice, the refractive indexes n Ay and n Ax of the birefringent film 73A are set so as to satisfy the conditions in the vicinity of the formulas 8 and 9, even if the formulas 8 and 9 are not strictly satisfied. The refractive index n A1 of the overcoat layer 4, the height h A of the birefringent film 73A, and the order m are set.

次に、上記した複屈折回折格子型偏光分離素子70Aに反射型無機偏光板80を組み合わせた実施例2による出射側偏光板の作用について、実施例1と同様に、代表的にG光路の出射側偏光板の構成を用いて説明する。
図8は、本実施例による出射側偏光板の作用を説明する図で、G光路の出射側偏光板をY方向から見た平面視図である。なお、図8において、Y偏光光は図紙面に垂直なので、図示を簡単とするため、Y偏光光を「円で囲んだY」で表示するものとする。また、液晶パネルは所定のアスペクト比とするため短辺と長辺を有するが、ここでは、液晶パネルの長辺に平行な方向をY方向とし、液晶パネルの短辺に平行な方向をX方向とする。
Next, regarding the action of the exit side polarizing plate according to the second embodiment in which the reflective inorganic polarizing plate 80 is combined with the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70A described above, the output of the G optical path is representatively similar to the first embodiment. This will be described using the configuration of the side polarizing plate.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the output side polarizing plate according to the present embodiment, and is a plan view of the output side polarizing plate in the G optical path as viewed from the Y direction. In FIG. 8, since the Y-polarized light is perpendicular to the drawing sheet, the Y-polarized light is displayed as “Y surrounded by a circle” for the sake of simplicity. In addition, the liquid crystal panel has a short side and a long side in order to obtain a predetermined aspect ratio. Here, the direction parallel to the long side of the liquid crystal panel is defined as the Y direction, and the direction parallel to the short side of the liquid crystal panel is defined as the X direction. And

図8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(つまり、Y偏光光を透過させる)複屈折回折格子型偏光分離素子70AGと反射型無機偏光板80Gとからなる。複屈折回折格子型偏光分離素子70AGと反射型無機偏光板80Gは、所定の間隔TA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。 As shown in FIG. 8, in this embodiment, the output side polarizing plate is arranged in order on the light output side of the liquid crystal panel 60G and has the same transmission axis (that is, transmits Y-polarized light). It consists of a grating-type polarization separation element 70AG and a reflective inorganic polarizing plate 80G. Birefringence diffraction grating type polarized light separating element 70AG a reflective inorganic polarization plate 80G is arranged so as to be perpendicular to the optical axis of the optical path at predetermined intervals T A.

このような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LG61yおよびX偏光光LG61xとを含む光LG61が入射するとする。   It is assumed that the light LG61 including the Y-polarized light LG61y and the X-polarized light LG61x perpendicular to the liquid crystal panel 60G enters the output-side polarizing plate having such a configuration.

すると、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGに入射した光LG61の内、偏光方向が格子73Aaの延伸方向(Y方向)である透過軸方向のP偏光光となるY偏光光LG61yは、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGを透過し、反射型無機偏光板80Gを透過し、光合成プリズム200に入射する。
一方、透過軸方向に直交するS偏光光となるX偏光光LG61xは、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGで格子73Aaの延伸方向(Y方向)に対して直交する方向(X方向)に回折され、光軸に傾斜する±1次光の斜め光となり、反射型無機偏光板80Gに入射する。X偏光光LG61xは、偏光方向が反射型無機偏光板80Gの反射軸方向(X方向)なので、反射型無機偏光板80Gで光軸側とは逆側(外側)に斜めに反射される。反射された斜め光のX偏光光LG61xは、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGに向かうが、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGと反射型無機偏光板80Gとは所定の距離TAで隔てられているので、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGには再入射せず、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGの側端部の外側を通り、光学ユニット内部で吸収されることになる。従って、液晶パネル60Gに戻ることがないので、画質劣化を招く懸念はない。
Then, among the light LG61 incident on the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70AG, the Y-polarized light LG61y whose polarization direction is P-polarized light in the transmission axis direction that is the extending direction (Y direction) of the grating 73Aa is birefringent. The light passes through the diffraction grating type polarization separation element 70AG, passes through the reflective inorganic polarizing plate 80G, and enters the light combining prism 200.
On the other hand, the X-polarized light LG61x that is S-polarized light orthogonal to the transmission axis direction is diffracted in the direction (X direction) orthogonal to the extending direction (Y direction) of the grating 73Aa by the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG. As a result, the light becomes oblique light of ± primary light that is inclined with respect to the optical axis, and enters the reflective inorganic polarizing plate 80G. Since the polarization direction of the X-polarized light LG61x is the reflection axis direction (X direction) of the reflective inorganic polarizing plate 80G, the X-polarized light LG61x is reflected obliquely by the reflective inorganic polarizing plate 80G on the side opposite to the optical axis side (outside). X-polarized LG61x of the reflected oblique light is directed to the birefringent diffraction grating type polarized light separating element 70AG, separated by a predetermined distance T A is a birefringent diffraction grating type polarized light separating element 70AG a reflective inorganic polarization plate 80G Therefore, the light does not re-enter the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG, passes through the outside of the side end portion of the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG, and is absorbed inside the optical unit. Therefore, since the liquid crystal panel 60G is not returned, there is no fear of image quality deterioration.

上記のように、本実施例による複屈折回折格子型偏光分離素子70AGでは、液晶パネル60Gの短辺に平行なZX面でX偏光光L61xが回折される。従って、複屈折回折格子型偏光分離素子による回折角が実施例1と実施例2とでほぼ同じとすれば、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGで回折されたX偏光光L61xが反射型無機偏光板80Gで反射され、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGの側端部の外側を通るために必要な、複屈折回折格子型偏光分離素子70AGと反射型無機偏光板80Gとの間の所定の距離TAは、実施例1の距離Tより短くできることになる。つまり、本実施例によれば、投射レンズ300と液晶パネル60との間のバックフォーカスを実施例1より短くすることができるという効果がある。
以上述べた実施例では、出射側偏光板として、無機タイプに特化して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。複屈折回折格子型偏光分離素子,反射型偏光板は、光の吸収が僅かであり、光吸収による発熱は無視できる。従って、有機タイプのものを用いることも可能である。
As described above, in the birefringent diffraction grating type polarization separation element 70AG according to the present embodiment, the X-polarized light L61x is diffracted by the ZX plane parallel to the short side of the liquid crystal panel 60G. Therefore, if the diffraction angles by the birefringent diffraction grating type polarization separation element are substantially the same in the first embodiment and the second embodiment, the X-polarized light L61x diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG is reflected by a reflection type inorganic material. Predetermined between the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG and the reflection type inorganic polarization plate 80G, which is necessary for passing through the outside of the side end portion of the birefringence diffraction grating type polarization separation element 70AG after being reflected by the polarization plate 80G. This distance T A can be made shorter than the distance T of the first embodiment. That is, according to the present embodiment, there is an effect that the back focus between the projection lens 300 and the liquid crystal panel 60 can be made shorter than that of the first embodiment.
In the embodiments described above, the output side polarizing plate has been described as being specialized for the inorganic type, but the present invention is not limited to this. The birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate absorb little light, and heat generated by light absorption can be ignored. Accordingly, it is possible to use an organic type.

実施例1に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図。1 is a schematic configuration diagram of an optical system of an optical unit according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図。2 is a partial cross-sectional view schematically showing one configuration of a birefringence diffraction grating type polarization separation element according to Embodiment 1. FIG. 図2に示す複屈折回折格子型偏光分離素子の要部拡大図。The principal part enlarged view of the birefringence diffraction grating type | mold polarization separation element shown in FIG. 複屈折回折格子型偏光分離素子の形成工程を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the formation process of a birefringence diffraction grating type | mold polarization separation element. 実施例1に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing various examples of a reflective inorganic polarizing plate according to Example 1. 実施例1による出射側偏光板の構成を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an output side polarizing plate according to the first embodiment. 実施例2に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing one configuration of a birefringence diffraction grating type polarization separation element according to Example 2. 実施例2による出射側偏光板の作用を説明する図。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the exit-side polarizing plate according to Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

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:複屈折回折格子型偏光分離素子、72:ガラス基板、73:複屈折膜、73a:格子、74:オーバーコート層、76:フォトレジスト、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,L61:光、L800:入射光、L801:透過光、L802:反射光。 10: light source unit, 11: lamp, 12: reflector, 21: first array lens, 22: second array lens, 25: polarization conversion element, 27: condenser lens, 29: field lens, 31, 32: Dichroic mirror, 33: reflection mirror, 41: first relay lens, 42: second relay lens, 45, 46: reflection mirror, 50: incident side polarizing plate, 60: liquid crystal panel, 70: birefringence diffraction grating type polarization separation Element: 72: Glass substrate, 73: Birefringent film, 73a: Grating, 74: Overcoat layer, 76: Photoresist, 80: Reflective inorganic polarizing plate, 81: Translucent substrate, 82: Wire grid, 83: Groove, 85: Adjustment layer, 86: High refractive index layer, 87: Low refractive index layer, 90: 1 / 2λ wavelength plate, 100: Illumination optical system, 101: Optical axis, 130: Light separation optical system, 140 Relay optical system, 200: photosynthetic prism, 210: dichroic film, 300: projection lens, 500: optical unit, 550: substrate, 560: power supply circuit, 570: drive circuit, 580: cooling fan, 585: flow path, L60 , L61: light, L800: incident light, L801: transmitted light, L802: reflected light.

Claims (8)

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複屈折回折格子型偏光分離素子と、
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。
An illumination optical unit that emits predetermined polarized light;
A transmissive liquid crystal panel that modulates and emits the predetermined polarized light into an optical image;
In an optical unit comprising a projection lens that projects the optical image,
Birefringence diffraction grating type polarized light arranged on the light emission side of the light transmitted through the transmissive liquid crystal panel, in order from the transmissive liquid crystal panel side, perpendicular to the optical axis of the light transmitted through the transmissive liquid crystal panel. A separation element;
A reflective polarizing plate arranged perpendicular to the optical axis;
An optical unit comprising:
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複屈折回折格子型偏光分離素子、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側からの光の光軸に対して直交するように前記複屈折回折格子型偏光分離素子、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。
An illumination optical unit that emits predetermined polarized light;
A transmissive liquid crystal panel that modulates and emits the predetermined polarized light into an optical image;
In an optical unit comprising a projection lens that projects the optical image,
Provided so that light from the transmissive liquid crystal panel is transmitted in the order of a birefringence diffraction grating type polarization separation element, a reflective polarizing plate,
An optical unit, wherein the birefringence diffraction grating type polarization separation element and the reflection type polarizing plate are arranged so as to be orthogonal to an optical axis of light from the transmissive liquid crystal panel side.
請求項1または2に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、前記透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させ、また、前記第1の偏光光に直交する第2の偏光光を回折させることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The birefringence diffraction grating type polarization separation element transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel and diffracts the second polarized light orthogonal to the first polarized light. An optical unit.
請求項1または2に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射型偏光板は、前記透過型液晶パネルから入射する第1の偏光光を透過させ、また、前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第2の偏光光を反射させることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The reflective polarizing plate transmits the first polarized light incident from the transmissive liquid crystal panel, and reflects the second polarized light diffracted by the birefringence diffraction grating type polarization separation element. An optical unit.
請求項1または2に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板とは所定の間隔をおいて設けられることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The optical unit, wherein the birefringent diffraction grating type polarization separation element and the reflective polarizing plate are provided at a predetermined interval.
請求項1または2に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、無機偏光分離素子であることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The optical unit, wherein the birefringent diffraction grating type polarization separation element is an inorganic polarization separation element.
請求項1または2に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射型偏光板は無機偏光板であることを特徴とする光学ユニット。
The optical unit according to claim 1 or 2,
The optical unit, wherein the reflective polarizing plate is an inorganic polarizing plate.
請求項1乃至7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。
An optical unit according to any one of claims 1 to 7,
A drive circuit for driving the transmissive liquid crystal panel of the optical unit;
A projection type liquid crystal display device comprising: a cooling fan for cooling the optical unit.
JP2008152391A 2008-06-11 2008-06-11 Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same Pending JP2009300547A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008152391A JP2009300547A (en) 2008-06-11 2008-06-11 Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008152391A JP2009300547A (en) 2008-06-11 2008-06-11 Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009300547A true JP2009300547A (en) 2009-12-24

Family

ID=41547532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008152391A Pending JP2009300547A (en) 2008-06-11 2008-06-11 Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009300547A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4652110B2 (en) Projection-type image display device
JP3635867B2 (en) Projection type liquid crystal display device
JP4880957B2 (en) Illumination optical system and projection display device using the same
JP4886254B2 (en) Optical system and image projection apparatus
JP4900438B2 (en) Projection display
JP2004078159A (en) Projection display device
US6943850B2 (en) Optical apparatus and projection type display apparatus for reducing a physical distance between a light source and a display
JP2008233252A (en) Projection type display device
JP4732089B2 (en) Wavelength selective polarization conversion element, projection display optical system, and image projection apparatus
JP2003098597A (en) Illumination device and projector
JP2009282416A (en) Optical unit, and projection type liquid crystal display using the same
JP2000310751A (en) Projection type display device and lighting device used for same
JPWO2005019929A1 (en) projector
JP2005070089A (en) Image display device
JP3918416B2 (en) Projection display
JP4444745B2 (en) Polarization separation element and image projection apparatus
JP5268428B2 (en) Illumination optical system and image projection apparatus
JP2007078951A (en) Optical system and image projection apparatus
JP2011158920A (en) Projection display device
JP2009229729A (en) Polarization element and projector
JP2009139875A (en) Projection type liquid crystal display and optical unit
JP2009300547A (en) Optical unit and projection type liquid crystal display device using the same
JP4939070B2 (en) Illumination optical system and image projection apparatus
JP2007133195A (en) Projector and method for manufacturing projector
JP2006323283A (en) Optical apparatus and projector