JP2010085948A - 画像表示装置および偏光変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差板の焼けや剥がれ等の劣化が生じることなく、当該位相差板を備えた偏光変換素子の長寿命化を実現する。
【解決手段】光源からの照射光における所定偏光成分の第１偏光光を透過させ当該所定偏光成分に直交する偏光成分の第２偏光光を反射させる第１の短冊状領域部分と前記第２偏光光を反射させる第２の短冊状領域部分とが所定間隔で並設されてなる偏光素子３１と、前記第１の短冊状領域部分と前記第２の短冊状領域部分のいずれか一方の光出射側に配されて前記偏光素子３１からの出射光の偏光方向を変換する位相差板３２とを備える偏光変換素子１５において、当該位相差板３２として、有機材料により形成された有機材位相差板３２ａを前記偏光変換素子１５の面内方向に沿って流れる冷却風の風上側に配し、無機材料により形成された無機材位相差板３２ｂを前記冷却風の風下側に配する。
【選択図】図６

Description

本発明は、投影画像を表示する画像表示装置および当該画像表示装置で用いられる偏光変換素子に関する。

投影画像を表示する画像表示装置の一つとして、液晶プロジェクタ装置が知られている。液晶プロジェクタ装置は、高圧水銀ランプ等の光源から照射される光を液晶表示素子で変調して映像信号に応じた光学像を形成するとともに、その光学像を投射レンズで拡大投影してスクリーン上に表示するように構成されている。

このような液晶プロジェクタ装置において、一般に、光源からの照射光は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでいる。その一方で、液晶表示素子を利用した光学像の投写に必要な光は、Ｓ偏光またはＰ偏光のいずれか一方の偏光成分のみである。このことから、液晶プロジェクタ装置は、光源と液晶表示素子との間の光学系光路上に、光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子を備えており、これにより効率よく光のエネルギーを使用することを可能にしている。

偏光変換素子としては、例えば図９に示す構成が知られている。図例の偏光変換素子では、レンズアレイ５１を経た光を、遮光板５２が選択的に透過させ、偏光素子５３に入射させる。偏光素子５３は、遮光板５２に沿うように、偏光ビームスプリッタ５３ａが形成された領域部分と、反射膜５３ｂが形成された領域部分とが、交互に並設されている。そして、これらの各領域部分のいずれか一方の光出射側のみには、位相差板（例えば、１／２波長板。）５４が配されている。したがって、偏光素子５３に入射した光のうち、所定の偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分。）の偏光光は、偏光ビームスプリッタ５３ａをそのまま透過し、これに直交する偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分。）の偏光光は、偏光ビームスプリッタ５３ａで反射される。また、偏光ビームスプリッタ５３ａで反射された偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分。）の偏光光は、その隣の領域における反射膜５３ｂで出射方向に反射される。そして、偏光ビームスプリッタ５３ａを透過した光または反射膜５３ｂで反射された光のうちのいずれか一方は、位相差板５４によって、直交する偏光成分の偏光光に変換される。具体的には、偏光ビームスプリッタ５３ａを透過したＰ偏光成分の偏光光がＳ偏光成分の偏光光に変換される。このようにして、偏光変換素子から出射される光は、その偏光方向が一方向に揃う（例えば、全てＳ偏光成分の偏光光。）ことになる。

ところで、液晶プロジェクタ装置では、装置小型化や高輝度化等の要求に応じるべく、光密度が増加する傾向にある。そのため、液晶プロジェクタ装置を構成する光学部品、特に光の偏光状態を揃えるために使用される偏光変換素子には、耐光性や耐熱性等に優れていることが求められる。
偏光変換素子の構成要素の一つである位相差板５４には、通常、ポリカーボネートフィルムが使用される。ただし、ポリカーボネートフィルムでは、耐熱性、耐光性、耐久性等の点で難がある。このことから、偏光変換素子を構成する位相差板５４については、無機材料である水晶を用いて形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところが、水晶は、ポリカーボネートフィルムと比較すると高価である。そのため、偏光変換素子を構成する位相差板５４については、部分的に無機材料である水晶を使用し、他の部分についてはポリカーボネートフィルムを用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、光強度が強く高温領域となる光軸中心部に近い箇所には水晶からなる位相差板を用い、他の箇所にはポリカーボネートフィルムからなる位相差板を用いる。これにより、位相差板の全てにつき水晶を用いて形成する場合に比べて、コスト抑制を図ることが可能となる。

特開２００３−３０２５２３号公報 特開２００６−２８４６４８号広報

しかしながら、光軸中心部に近い箇所に水晶からなる位相差板を用いても、耐熱性等の点については、必ずしも良好な結果が得られるとは限らない。偏光変換素子上における温度分布は、照明系による光密度の分布だけではなく、当該偏光変換素子の面内方向に沿って流れる冷却風の風向や強さ等にも依存するからである。すなわち、光軸中心部に近い箇所の光密度が最も高い場合であっても、冷却風の風向や強さ等によっては、偏光変換素子上で最も高温になる箇所が、当該光軸中心部に近い箇所からずれるといったことも起こり得る。
したがって、例えば、光軸中心に近い箇所にのみ水晶からなる位相差板を使用した偏光変換素子を液晶プロジェクタ装置に搭載してエージングを実施すると、以下に述べるような結果が得られることが考えられる。すなわち、光軸中心付近に配された水晶からなる位相差板は、エージングの実施後も劣化しない。ところが、光軸中心付近ではなく、光強度が弱い両端付近に配されたポリカーボネートフィルムからなる位相差板については、そのうちの片側に配された位相差板、具体的には冷却風の風下側に位置する位相差板に、焼けが発生してしまうおそれがある。
このようなフィルム焼けの発生は、その部分の光の変換効率の低下による表示画像の明るさ減少を招くとともに、黒く焼けた箇所が吸熱して当該箇所を中心にした温度上昇が起こる要因にもなる。その結果、フィルム焼けの発生箇所に過度の熱的負荷がかかり、位相差板の剥がれ等の劣化にも繋がってしまう。

そこで、本発明は、位相差板の焼けや剥がれ等の劣化が生じることなく、当該位相差板を備えた偏光変換素子の長寿命化を実現することができ、しかもその場合であってもコスト抑制が図れる画像表示装置および偏光変換素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出された画像表示装置で、光を照射する光源と、前記光源からの照射光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの光を変調して光学像を形成する光変調部と、前記光変調部が形成した光学像を投射する投射レンズと、前記偏光変換素子の面内方向に沿って冷却風の流れを生じさせる空冷ユニットとを具備し、前記偏光変換素子は、前記照射光における所定偏光成分の第１偏光光を透過させ当該所定偏光成分に直交する偏光成分の第２偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタが形成された第１の短冊状領域部分と、前記偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光光を反射させる反射膜が形成された第２の短冊状領域部分とが、所定間隔で並設されてなる偏光素子と、前記第１の短冊状領域部分と前記第２の短冊状領域部分のいずれか一方の光出射側に配されて前記偏光素子からの出射光の偏光方向を変換する位相差板とを備えるとともに、当該位相差板として、有機材料により形成され前記偏光変換素子の面内における前記冷却風の風上側に配された有機材位相差板と、無機材料により形成され前記偏光変換素子の面内における前記冷却風の風下側に配された無機材位相差板とを有する画像表示装置である。

上記構成の画像表示装置では、偏光変換素子の面内方向に沿って、冷却風の流れが生じている。ここで、「面内方向」とは、偏光変換素子の厚さ方向に対して直角な面方向を指す。このような冷却風の流れがあると、偏光変換素子の面内には、その冷却風の流れに沿って各箇所で温度が異なる温度分布が発生する。具体的には、風上側の温度が低く風下側の温度が高くなるような温度分布が発生する。そのため、冷却風の風上側に有機材位相差板を配し、その風下側に無機材位相差板を配せば、当該有機材位相差板は温度が低い箇所に、当該無機材位相差板は温度が高い箇所に、それぞれ配置されることになる。これにより、偏光素子上に有機材位相差板と無機材位相差板とを混在させる場合であっても、当該有機材位相差板に焼け等の劣化が生じてしまうのを回避し得るようになる。しかも、偏光素子上に有機材位相差板と無機材位相差板とを混在させるので、全ての位相差板を無機材位相差板とする場合に比べて、コスト抑制が図れるようになる。

本発明によれば、偏光変換素子の面内方向に沿って流れる冷却風を考慮して、有機材位相差板および無機材位相差板の配置を決定しているので、当該有機材位相差板に焼け等が発生せず、同時に当該無機材位相差板の劣化も防止できる。したがって、位相差板に対する熱起因の劣化を防止して、当該位相差板を備える偏光変換素子の高寿命化を実現することができる。つまり、従来のように光軸中心部のみに無機材位相差板を用いる場合に比べて、耐熱性等の点で良好な結果が得られる。しかも、その場合であっても、全ての位相差板を無機材位相差板とする場合に比べて、当該無機材位相差板の使用数を削減でき、結果としてコストの点においても良好な結果が得られる。

以下、図面に基づき本発明に係る画像表示装置および偏光変換素子について説明する。

ここでは、画像表示装置として、液晶プロジェクタ装置を例に挙げて、以下の説明を行う。液晶プロジェクタ装置は、高圧水銀ランプ等の光源から照射される光を液晶表示素子で変調して映像信号に応じた光学像を形成するとともに、その光学像を投射レンズで拡大投影してスクリーン上に表示するように構成されている。このような液晶プロジェクタ装置としては、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色およびＢ（青）色のそれぞれに対応するパネル状の液晶表示素子を備えた、いわゆる三板式が広く知られている。なお、以下の説明では、パネル状の液晶表示素子を、単に「液晶パネル」という。

［画像表示装置の概略構成］
図１は、液晶プロジェクタ装置の概略構成例を示す説明図である。
図例のように、液晶プロジェクタ装置は、その筐体内に、光学系ユニット１と、空冷ユニット２と、を備えている。
なお、図中では、分かり易くするため、光学系ユニット１が上方側に持ち上がっている状態を示しているが、実際は下方へ収納されている（図中白矢印参照。）。

光学系ユニット１は、詳細を後述するように、スクリーン上へのカラー画像の投影表示を行う。

空冷ユニット２は、光学系ユニット１に対する冷却を行う。特に、光学系ユニット１が備える偏光変換素子に対する冷却を行う。そのために、空冷ユニット２は、ファンモータ２ａと、送風ダクト２ｂと、を備えている。
ファンモータ２ａは、例えばシロッコファンモータからなり、筐体外から空気を吸引するとともに、その吸引した空気を用いて光学系ユニット１を冷却するための送風を行う。
送風ダクト２ｂは、ファンモータ２ａからの冷却風を光学系ユニット１の偏光変換素子の面内に導くためのダクトからなる。この送風ダクト２ｂによって導かれる冷却風は、光学系ユニット１の偏光変換素子の近傍での熱交換を経た後に、筐体外へ排出されることになる。
つまり、空冷ユニット２は、ファンモータ２ａからの冷却風を送風ダクト２ｂによって光学系ユニット１内へ導く仕組みとなっている。これにより、空冷ユニット２は、光学系ユニット１の偏光変換素子の面内方向に沿って、冷却風の流れを生じさせるのである。

図２は、液晶プロジェクタ装置の他の概略構成例を示す説明図である。
図例の液晶プロジェクタ装置は、光学系ユニット１と空冷ユニット２との位置関係が、上述した構成例の場合（図１参照。）とは異なる。つまり、空冷ユニット２は、ファンモータ２ａおよび送風ダクト２ｂを備え、冷却風の流れによって光学系ユニット１の偏光変換素子に対する冷却を行うように構成されていれば、筐体内における配置が特に限定されることはない。

［画像表示装置の要部構成］
図３は、三板式の液晶プロジェクタ装置の要部である光学系ユニット１の構成例を示す説明図である。図例では、透過型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置における光学系ユニット１の構成例を示している。
図例の光学系ユニット１では、光源１１から出射される光が、赤外線や紫外線をカットするフィルタ１２、第１フライアイレンズ１３、第２フライアイレンズ１４、偏光変換素子１５および集光レンズ１６を経る。そして、これらを経た後に、特定の波長帯域の光だけを反射するダイクロイック・ミラー１７によって、ＲＧＢの各色成分光に分離される。ＲＧＢの各色成分光は、必要に応じて紫外線を吸収するフィルタ１８、全反射ミラー１９、コンデンサー・レンズ２０、リレーレンズ２１等を利用しつつ、ＲＧＢの各色に対応して設けられた液晶パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに入射される。各液晶パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂには、それぞれに付随して、入射側偏光板２２、光学補償板２４および出射側偏光板２５が設けられている。そして、入射側偏光板２２を透過した各色成分光が各液晶パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂへ入射し、各液晶パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂにて光変調された各色成分光が光学補償板２４および出射側偏光板２５を透過するようになっている。各液晶パネル２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂにて映像信号に応じた光変調が行われた後は、光変調された各色成分光が必要に応じて１／２波長フィルム２６を経てダイクロイック・プリズム２７によって合成されて、投射レンズ２８によって拡大投影される。このようにして、光学系ユニット１では、スクリーン上へのカラー画像の投影表示を行うようになっている。

図４は、光学系ユニット１の他の概略構成例を示す模式図である。図例では、反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置における光学系ユニット１の構成例を示している。
図例の光学系ユニット１においても、透過型液晶パネルを用いた場合（図３参照。）と同様に、光源１１から出射される光が、フィルタ１２、第１フライアイレンズ１３、第２フライアイレンズ１４、偏光変換素子１５および集光レンズ１６を経る。そして、これらを経た後に、ダイクロイック・ミラー１７によってＲＧＢの各色成分光に分離される。その後は、各色成分光が、必要に応じて全反射ミラー１９や偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２９、１／４波長板２４を経て、ＲＧＢの各色に対応して設けられた反射型液晶パネル３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射される。そして、各反射型液晶パネル３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂにて映像信号に応じた光変調が行われ、光変調された各色成分光がダイクロイック・プリズム２７によって合成されて、投射レンズ２８によって拡大投影される。このようにして、光学系ユニット１では、スクリーン上へのカラー画像の表示を行うようになっている。

［偏光変換素子の説明］
次に、以上のような光学系ユニット１で用いられる偏光変換素子１５について、詳しく説明する。

［偏光変換素子の基本構成］
先ず、偏光変換素子１５の基本的な構成について説明する。
図５は、偏光変換素子の概略構成例を示す側断面図である。
図例のように、偏光変換素子１５は、偏光素子３１と、位相差板３２と、を備えて構成されている。

偏光素子３１は、偏光ビームスプリッタ３１ａが透明部材３１ｂに挟み込まれてなる第１の短冊状領域部分３１ｃと、反射膜３１ｄが透明部材３１ｅに挟み込まれてなる第２の短冊状領域部分３１ｆとが、所定間隔で並設されてなるものである。
第１の短冊状領域部分３１ｃにおける偏光ビームスプリッタ３１ａは、光軸方向に対して略４５°の角度をなすように配されている。そして、所定偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分。）の第１偏光光をそのまま透過させるが、当該所定偏光成分に直交する偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分。）の第２偏光光を反射するようになっている。
一方、第２の短冊状領域部分３１ｆにおける反射膜３１ｄは、偏光ビームスプリッタ３１ａと同じく、光軸方向に対して略４５°の角度をなすように配されている。そして、偏光ビームスプリッタ３１ａで反射された第２偏光光を反射するようになっている。
透明部材３１ｂ，３１ｅとしては、例えばガラス材を用いることが考えられる。
なお、図例のように、偏光素子３１では、その中心部分を挟んで偏光ビームスプリッタ３１ａおよび反射膜３１ｄの傾斜方向が対称となるように、第１および第２の短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆのそれぞれが配設されているものとする。

位相差板３２は、第１および第２の短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆのいずれか一方の光出射側に配されて、偏光素子３１からの出射光の偏光方向を変換するものである。具体的には、図例のように、第１の短冊状領域部分３１ｃの光出射側に配されて１／２波長板として機能することにより、当該第１の短冊状領域部分３１ｃを透過してきた偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分。）の第１偏光光を、これと直交する偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分。）の第２偏光光に変換するようになっている。
なお、位相差板３２は、詳細を後述するように、有機材料により形成された有機材位相差板と、無機材料により形成された無機材位相差板とを有しており、これらが偏光素子３１の面上にて混在するように配置されている。

偏光素子３１と位相差板３２との接合は、例えば接着剤または粘着剤を、その一部領域のみに使用して、または全面領域に渡って使用して、行うことが考えられる。ただし、特に限定されることはなく、他の公知の手法を用いて行っても構わない。
また、偏光素子３１および位相差板３２の面上には、例えば蒸着やスパッタ等によるＡＲ（アンチリフレクション）コーティングからなる反射防止膜（ただし不図示）を配することも考えられる。
さらに、偏光変換素子１５には、必要に応じて、偏光素子３１における光入射面側に、光を選択的に透過させるための遮光板（ただし不図示）が設けられていてもよい。

このような構成の偏光変換素子１５では、偏光素子３１に入射した光のうち、所定の偏光成分であるＰ偏光成分の偏光光は偏光ビームスプリッタ３１ａをそのまま透過し、これに直交する偏光成分であるＳ偏光成分の偏光光は偏光ビームスプリッタ３１ａで反射される。また、偏光ビームスプリッタ３１ａで反射されたＳ偏光成分の偏光光は、その隣の領域における反射膜３１ｄで出射方向に反射される。そして、偏光ビームスプリッタ３１ａを透過した光は、位相差板３２によって、Ｐ偏光成分の偏光光がＳ偏光成分の偏光光に変換される。したがって、偏光変換素子１５から出射される光は、全てＳ偏光成分の偏光光となり、その偏光方向が一方向に揃ったものとなる。
なお、ここでは、全てＳ偏光成分の偏光光に揃える場合を例に挙げているが、全てＰ偏光成分の偏光光に揃えるように構成することも可能であることは勿論である。

［偏光変換素子の特徴的な構成例］
続いて、偏光変換素子１５の特徴的な構成について説明する。
図６は、偏光変換素子の特徴的な一構成例を示す平面図である。

図例の偏光変換素子１５では、偏光素子３１の面上に、位相差板３２として、有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとが配されている。
有機材位相差板３２ａは、有機材料によって形成されている。有機材料としては、ポリカーボネートフィルム等の樹脂フィルム材を用いることが考えられる。ただし、位相差板３２として機能し得る材料であれば、他の有機材料を用いても構わない。
一方、無機材位相差板３２ｂは、無機材料によって形成されている。無機材料としては、水晶を用いることが考えられる。すなわち、水晶を平板状に加工した水晶平板によって、無機材位相差板３２ｂを構成するのである。ただし、位相差板３２として機能し得る材料であれば、他の無機材料を用いても構わない。

ところで、偏光変換素子１５に対しては、空冷ユニット２による冷却風が、その面内方向に沿って流れるように与えられる。「面内方向」とは、偏光変換素子１５の厚さ方向に対して直角な面方向を指す。
具体的には、図例のように、偏光素子３１における各短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆの並設方向に沿って流れるように、冷却風が与えられる。すなわち、冷却風は、各短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆに対応して配される位相差板３２が延びる方向（長手方向）と直交する方向に向けて、流れることになる。
このような冷却風の流れがあると、偏光変換素子１５の面内には、その冷却風の流れに沿って各箇所で温度が異なる温度分布が発生する。具体的には、冷却風の風上側の温度が低くなり、風下側の温度が高くなるような温度分布が発生する。

このことを考慮して、図例の偏光変換素子１５では、偏光変換素子１５における偏光素子３１の面上にて、その面内における冷却風の風上側に有機材位相差板３２ａが配されており、その面内における冷却風の風下側に無機材位相差板３２ｂが配されている。さらに詳しくは、例えば、冷却風の風上側から二つの短冊状領域部分３１ｃに対応して二つの有機材位相差板３２ａが配されており、冷却風の風下側に位置する他の短冊状領域部分３１ｃに対応して六つの無機材位相差板３２ｂが配されている。なお、ここで例に挙げた有機材位相差板３２ａおよび無機材位相差板３２ｂの数は一具体例に過ぎず、詳細を後述する基準に従いつつ配置されたものであれば、その数が限定されることはない。

ここで、以上のように有機材位相差板３２ａおよび無機材位相差板３２ｂを配する理由について説明する。

先ず、本実施形態における位相板配置の優位性を明らかにするために、比較対象となる従来構成について簡単に説明する。
図７は、比較対象となる偏光変換素子の一構成例を示す平面図である。
比較対象となる偏光変換素子は、上記特許文献２に開示された従来構成を有しており、図７（ａ）に示すように、光軸中心部に近い箇所に水晶からなる位相差板５４ｂを用い、他の箇所にポリカーボネートフィルムからなる位相差板５４ａを用いている。具体的には、全八本のうち、中心部に近い四本が水晶からなる位相差板５４ｂであり、両端近傍の各二本、計四本がポリカーボネートフィルムからなる位相差板５４ａである。これは、光源からの光強度分布は中心付近の光密度が高い部分が強く、同心円状に外周部に行くに連れて弱くなるからである。
ところが、この偏光変換素子を、液晶プロジェクタ装置に搭載し、各位相差板５４ａ，５４ｂの長手方向との直交方向に冷却風が流れる状態で、一定時間エージングすると、図７（ｂ）に示すように、一部の位相差板５４ａに焼けが発生してしまうことが分かった。具体的には、中心部分の水晶からなる位相差板５４ｂに変化は無いが、端側のポリカーボネートフィルムからなる位相差板５４ａのうち、特に冷却風の風下側に位置する位相差板５４ａに焼けが発生する。このような現象は、風下側の温度が風上側の温度よりも高いために発生すると考えられる。つまり、偏光変換素子の周囲を取り巻く環境は風下側のほうが高温であり、偏光変換素子自体の温度分布も中心から同心円状に広がっているのではなく、中心から風下側の方が高くなる傾向にあるからと考えられる。
このような焼けが発生すると、偏光変換素子では、その部分の光の変換効率が悪くなる。そのため、当該偏光変換素子を搭載した液晶プロジェクタ装置では、画像表示を行う際の明るさが減少してしまう。さらに、エージングを続行すると、位相差板５４ａの焼けて黒くなった部分が吸熱し、そこを中心に温度上昇が加速されるため、当該位相差板５４ａの隣に配置した水晶からなる位相差板５４ｂに剥がれ等の劣化が生じるおそれもある。このような剥がれが進行していくと、やはり偏光変換素子における光の変換効率が悪くなり、その結果として液晶プロジェクタ装置の光学特性に悪影響を及ぼすことになる。
以上のように、液晶プロジェクタ装置全体で考えると、偏光変換素子の面内における温度分布は、光源からの光の強度分布が一つの特定要因とはなるが、実際には冷却風による冷却の影響を大きく受ける。

このことから、本実施形態における偏光変換素子１５では、図６に示したように、その面内における冷却風の風上側に有機材位相差板３２ａが配されており、その面内における冷却風の風下側に無機材位相差板３２ｂが配されている。このように、冷却風の風上側に有機材位相差板３２ａを配し、その風下側に無機材位相差板３２ｂを配せば、当該有機材位相差板３２ａは温度が低い箇所に、当該無機材位相差板３２ｂは温度が高い箇所に、それぞれ配置されることになる。これにより、偏光素子３１上に有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとを混在させる場合であっても、当該有機材位相差板３２ａに焼け等の劣化が生じてしまうのを回避し得るようになる。しかも、偏光素子３１上に有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとを混在させるので、全ての位相差板３２を無機材位相差板３２ｂとする場合に比べて、コスト抑制が図れるようになる。

有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとは、以下に述べる基準に従いつつ、それぞれの配置を決定すればよい。
具体的には、先ず、液晶プロジェクタ装置における偏光変換素子１５の面内における温度分布を認識する。この認識は、例えば、液晶プロジェクタ装置のエージングを行い、偏光変換素子１５の面内における温度を現実に測定することによって行えばよい。ただし、現実に温度測定を行うのではなく、公知のシミュレーション技術等を利用して、擬似的に温度分布を認識しても構わない。
温度分布を認識したら、その後は、所定の閾値を用いて、偏光変換素子１５の面内を低温領域部分と高温領域部分とに分割する。この閾値は、位相差板３２を有機材料と無機材料とのどちらによって形成すべきかを判別するために、経験則等に基づいて予め設定されている。具体的には、例えば「１００℃」という閾値を用い、これを境にして低温領域部分と高温領域部分への分割を行うことが考えられる。
そして、低温領域部分と高温領域部分への分割を行ったら、当該低温領域部分における位相差板３２については有機材位相差板３２ａとすることを決定し、また当該高温領域部分における位相差板３２については無機材位相差板３２ｂとすることを決定する。
このような基準に従いつつ、有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとの配置を決定すると、例えば図６に示した構成の偏光変換素子１５が得られることになる。

次いで、偏光変換素子１５の他の構成例について説明する。
図８は、偏光変換素子の特徴的な他の構成例を示す平面図である。

図例の偏光変換素子１５は、冷却風の向きが、上述した構成例（図６参照。）の場合とは異なる。具体的には、冷却風が偏光変換素子１５の面内方向に沿って流れる点では一致するが、各短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆの並設方向に沿って流れるのではなく、当該並設方向と直交する方向に冷却風の流れが生じるようになっている。すなわち、冷却風は、各短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆに対応して配される位相差板３２が延びる方向（長手方向）に沿って、流れることになる。このような冷却風の流れは、上述した構成例の場合に対して、光学系ユニット１と空冷ユニット２とのいずれか一方または両方の構成を変更することで実現できる。

このような向きへの冷却風の流れに対応して、図例の偏光変換素子１５においても、偏光素子３１の面上では、その面内における冷却風の風上側に有機材位相差板３２ａが配されており、その面内における冷却風の風下側に無機材位相差板３２ｂが配されている。ただし、冷却風は、偏光素子３１における各短冊状領域部分３１ｃ（図５参照）の並設方向との直交方向に流れている。したがって、有機材位相差板３２ａは、短冊状領域部分３１ｃを冷却風の風上側領域部分と風下側領域部分とに分割した場合の当該風上側領域部分に対応して配されている。また、無機材位相差板３２ｂは、短冊状領域部分３１ｃを冷却風の風上側領域部分と風下側領域部分とに分割した場合の当該風下側領域部分に対応して配されている。つまり、一つの短冊状領域部分３１ｃあたりに、有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとの両方が配されることになる。

有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとは、以下に述べる基準に従いつつ、それぞれの配置を決定すればよい。
具体的には、先ず、偏光変換素子１５の面内における温度分布を認識する。そして、温度分布を認識したら、所定の閾値を用いて、偏光変換素子１５の面内を低温領域部分と高温領域部分とに分割する。この閾値は、位相差板３２を有機材料と無機材料とのどちらによって形成すべきかを判別するために、経験則等に基づいて予め設定されている。具体的には、例えば「１００℃」という閾値を用い、これを境にして低温領域部分と高温領域部分への分割を行うことが考えられる。
この分割により得られた低温領域部分が、風上側領域部分に相当することになる。したがって、風上側領域部分に相当する低温領域部分には、有機材位相差板３２ａを配することを決定する。一方、高温領域部分については、風下側領域部分に相当することになる。したがって、風下側領域部分に相当する高温領域部分には、無機材位相差板３２ｂを配することを決定する。
このような基準に従いつつ、有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとの配置を決定すると、例えば図８に示した構成の偏光変換素子１５が得られることになる。

以上に説明したように、本実施形態における液晶プロジェクタ装置では、いずれの構成例の場合も（図６，８参照。）、偏光変換素子１５における有機材位相差板３２ａおよび無機材位相差板３２ｂが、冷却風の流れ方向を考慮して配置されている。具体的には、冷却風の風上側に有機材位相差板３２ａが配されており、冷却風の風下側に無機材位相差板３２ｂが配されている。つまり、有機材位相差板３２ａは温度が低い箇所に、無機材位相差板３２ｂは温度が高い箇所に、それぞれ配置されることになる。
これにより、偏光変換素子１５は、偏光素子３１上に有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとを混在させる場合であっても、当該有機材位相差板３２ａに焼け等が発生せず、同時に当該無機材位相差板３２ｂの劣化も防止できる。したがって、位相差板３２に対する熱起因の劣化を防止して、当該位相差板３２を備える偏光変換素子１５の高寿命化を実現することができる。つまり、従来のように光軸中心部のみに無機材位相差板を用いる場合に比べて、耐熱性等の点で良好な結果が得られる。
しかも、その場合であっても、偏光素子３１上に有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとを混在させるので、全ての位相差板３２を無機材位相差板３２ｂとする場合に比べて、当該無機材位相差板３２ｂの使用数を削減できる。つまり、全ての位相差板３２を無機材位相差板３２ｂとする場合に比べて、コストの点においても良好な結果が得られる。

冷却風の流れ方向が偏光変換素子１５における各位相差板３２の並設方向に沿った方向である場合には（図６参照。）、風上側の相差板３２を有機材位相差板３２ａとし、風下側の位相差板３２を無機材位相差板３２ｂとすることになる。したがって、有機材位相差板３２ａと無機材位相差板３２ｂとを容易に分類することができる。しかも、偏光素子３１に対する有機材位相差板３２ａおよび無機材位相差板３２ｂの接合についても、全面接合と一部領域のみの接合とのいずれにも容易に対応することができ、当該接合の柔軟性や汎用性等を高く確保することができる。
さらには、液晶プロジェクタ装置の構成にもよるが、偏光変換素子１５における各位相差板３２の並設方向に沿った方向は、一般的には、当該液晶プロジェクタ装置の設置面に平行な方向である。すなわち、位相差板３２の並設方向に沿った方向に冷却風が流れるということは、当該冷却風の流れ方向が、液晶プロジェクタ装置の設置面に平行な方向に一致することを意味する（図１，２参照。）。したがって、冷却風の流れ方向が各位相差板３２の並設方向に沿った方向である場合には（図６参照。）、光学系ユニット１の上下に送風ダクト２ｂ等を配する必要がなく、その結果として液晶プロジェクタ装置の高さ方向寸法の抑制が容易に実現可能となる。

一方、冷却風の流れ方向が偏光変換素子１５における各位相差板３２の並設方向と直交する方向である場合には（図８参照。）、偏光素子３１における短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆの風上側領域部分に有機材位相差板３２ａを配することになる。また、当該短冊状領域部分３１ｃ，３１ｆの風下側領域部分に無機材位相差板３２ｂを配することになる。したがって、冷却風の流れ方向が上述した構成（図１，２参照。）とは異なる場合であっても、偏光変換素子１５の面内方向に沿って流れる冷却風を考慮した有機材位相差板３２ａおよび無機材位相差板３２ｂの配置が実現可能となる。すなわち、上述した構成とは異なる液晶プロジェクタ装置についても、位相差板３２の焼けや剥がれ等の劣化が生じることなく、当該位相差板３２を備えた偏光変換素子１５の長寿命化を実現することができる。

なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されることはない。

例えば、本実施形態では、有機材位相差板３２ａがポリカーボネートフィルム等の樹脂フィルム材によって形成され、無機材位相差板３２ｂが水晶平板によって形成された場合を例に挙げている。これらは、各材料の特性や入手の容易さ等を考慮したことによる。ただし、本発明がこれに限定されることはなく、他の有機材料または他の無機材料を用いても構わない。

また、本実施形態では、偏光素子３１が左右対称に構成され、その中心近傍部分において二つの位相差板３２が隣接する場合を例に挙げている。ただし、偏光素子３１が左右対称ではない構成の場合、すなわち偏光素子３１における偏光ビームスプリッタ３１ａおよび反射膜３１ｄが全て同一方向に傾斜している構成に対しても、全く同様に本発明を適用することは可能である。

さらにまた、本実施形態では、画像表示装置として液晶プロジェクタ装置を例に挙げて説明したが、光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子を備えて構成されたものであれば、他の画像表示装置であっても、全く同様に本発明を適用することが可能である。

このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することが可能である。

液晶プロジェクタ装置の概略構成例を示す説明図である。 液晶プロジェクタ装置の他の概略構成例を示す説明図である。 液晶プロジェクタ装置の要部である光学系ユニットの構成例を示す説明図である。 液晶プロジェクタ装置の要部である光学系ユニットの他の構成例を示す説明図である。 偏光変換素子の概略構成例を示す側断面図である。 本発明に係る偏光変換素子の特徴的な一構成例を示す平面図である。 比較対象となる偏光変換素子の一構成例を示す平面図である。 本発明に係る偏光変換素子の特徴的な他の構成例を示す平面図である。 従来の偏光変換素子の要部構成例を示す側断面図である。

符号の説明

１…光学系ユニット、２…空冷ユニット、１１…光源、１５…偏光変換素子、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ…液晶パネル、２８…投射レンズ、３１…偏光素子、３１ａ…偏光ビームスプリッタ、３１ｃ…第１の短冊状領域部分、３１ｄ…反射膜、３１ｆ…第２の短冊状領域部分、３２…位相差板、３２ａ…有機材位相差板、３２ｂ…無機材位相差板

Claims (5)

1. 光を照射する光源と、
   前記光源からの照射光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子からの光を変調して光学像を形成する光変調部と、
   前記光変調部が形成した光学像を投射する投射レンズと、
   前記偏光変換素子の面内方向に沿って冷却風の流れを生じさせる空冷ユニットとを具備し、
   前記偏光変換素子は、
   前記照射光における所定偏光成分の第１偏光光を透過させ当該所定偏光成分に直交する偏光成分の第２偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタが形成された第１の短冊状領域部分と、前記偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光光を反射させる反射膜が形成された第２の短冊状領域部分とが、所定間隔で並設されてなる偏光素子と、
   前記第１の短冊状領域部分と前記第２の短冊状領域部分のいずれか一方の光出射側に配されて前記偏光素子からの出射光の偏光方向を変換する位相差板とを備えるとともに、
   当該位相差板として、
   有機材料により形成され前記偏光変換素子の面内における前記冷却風の風上側に配された有機材位相差板と、
   無機材料により形成され前記偏光変換素子の面内における前記冷却風の風下側に配された無機材位相差板と
   を有する画像表示装置。
2. 前記空冷ユニットは、前記短冊状領域部分の並設方向に沿って前記冷却風の流れを生じさせ、
   前記有機材位相差板は、前記冷却風の風上側に位置する短冊状領域部分に対応して配され、
   前記無機材位相差板は、前記冷却風の風下側に位置する短冊状領域部分に対応して配されている
   請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記空冷ユニットは、前記短冊状領域部分の並設方向との直交方向に前記冷却風の流れを生じさせ、
   前記有機材位相差板は、前記短冊状領域部分を前記冷却風の風上側領域部分と風下側領域部分とに分割した場合の当該風上側領域部分に対応して配され、
   前記無機材位相差板は、前記短冊状領域部分を前記冷却風の風上側領域部分と風下側領域部分とに分割した場合の当該風下側領域部分に対応して配されている
   請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記有機材位相差板は、樹脂フィルム材によって形成され、
   前記無機材位相差板は、水晶平板によって形成されている
   請求項１、２または３記載の画像表示装置。
5. 光源からの照射光における所定偏光成分の第１偏光光を透過させ当該所定偏光成分に直交する偏光成分の第２偏光光を反射させる偏光ビームスプリッタが形成された第１の短冊状領域部分と、前記偏光ビームスプリッタで反射された第２偏光光を反射させる反射膜が形成された第２の短冊状領域部分とが、所定間隔で並設されてなる偏光素子と、
   前記第１の短冊状領域部分と前記第２の短冊状領域部分のいずれか一方の光出射側に配されて前記偏光素子からの出射光の偏光方向を変換する位相差板とを備えるとともに、
   当該位相差板として、
   有機材料により形成され前記偏光変換素子の面内方向に沿って流れるように与えられる冷却風の風上側に配された有機材位相差板と、
   無機材料により形成され前記冷却風の風下側に配された無機材位相差板と
   を有する偏光変換素子。

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