JP3914834B2 - Polarization conversion element and liquid crystal projector including the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光束を偏光成分の異なる2つの光束に分離し、分離した一方の光束の偏光成分を他方の光束の偏光成分に変換する偏光変換素子に関する。さらには、本発明は、その偏光変換素子を用いた液晶プロジェクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
偏光変換素子は、偏光成分を揃えることができ、かつ、光源からの光の利用効率を高めることができるため、液晶ディスプレイや液晶プロジェクタなどの照明装置に広く使用されている。
【0003】
図9に、偏光変換素子を備える液晶プロジェクタの概略構成を模式的に示す。この液晶プロジェクタは、光源ランプ1を備え、この光源ランプ1から出射された光束の進行方向にレンズアレイ2a、2b、偏光変換素子200、フィールドレンズ5、ミラー6がこの順序で配置されている。偏光変換素子200は、入射光束を偏光成分の異なる2光束に分離する偏光ビームスプリッタ(PBS)3と、その分離した一方の光束の偏光成分を他方の偏光成分に変換する位相差板4とからなる。
【0004】
ミラー6で反射された光束の進行方向には、赤(R)色成分を透過し、青(B)成分および緑(R)成分を反射するダイクロイックミラー7aが配置されている。ダイクロイックミラー7aを透過した光束(R)の進行方向にはミラー9cが配置されており、このミラー9cで反射された光束の進行方向には、入射偏光板10R、液晶パネル11R、出射偏光板12Rがこの順序で配置されている。ダイクロイックミラー7aで反射された光束(B・R)の進行方向には、青(B)成分を透過し、緑(R)成分を反射するダイクロイックミラー7bが配置されている。
【0005】
ダイクロイックミラー7bで反射された光束(G)の進行方向には入射偏光板10G、液晶パネル11G、出射偏光板12Gがこの順序で配置されている。ダイクロイックミラー7bを透過した光束(B)の進行方向にはリレーレンズ8a、ミラー9aがこの順序で配置されており、このミラー9aで反射された光束の進行方向にはリレーレンズ8b、ミラー9bがこの順序で配置されている。ミラー9bで反射された光束の進行方向には、入射偏光板10B、液晶パネル11B、出射偏光板12Bがこの順序で配置されている。
【0006】
出射偏光板12R、12B、12Gを通過した各光束(R・G・Bの画像光に対応する)が交わる位置に、これら光束を色合成するクロスプリズム13が配置されている。そして、クロスプリズム13の出射面側に、クロスプリズム13にて色合成された光束(カラー画像光に対応する)を不図示のスクリーン上に投写する投写レンズ14が配置されている。
【0007】
次に、上記の液晶プロジェクタの動作について簡単に説明する。光源ランプ1から出射した光束は、レンズアレイ2a、2bを介して偏光変換素子200に入射し、この偏光変換素子200にて偏光成分が揃えられる。図10に、この偏光変換素子200による偏光変換の様子を模式的に示す。図10中、「P」、「S」はそれぞれ偏光成分を表す。
【0008】
図10を参照すると、光源ランプ1から出射された光束(P+S)は、レンズアレイ2a、2bに入射する。レンズアレイ2aを構成する複数の矩形レンズ16aは、それぞれレンズアレイ2aを構成する複数の矩形レンズ16bと対応しており、これら対応する矩形レンズのそれぞれで2次光源像(光源ランプ1のアーク像)を形成して投写するように構成されている。各矩形レンズ16bからの光束(P+S)は、それぞれPBS3の対応する分割領域に入射する。分割領域は、P偏光成分を透過し、S偏光成分を反射するように構成された誘電体膜17が平行に2つ配置されており、入射光束が一方の誘電体膜17で第1の光束(P)と第2の光束(S)に分離され、この分離された光束のうち、第1の光束(P)はそのまま出射され、第2の光束(S)は誘電体膜17で反射されて出射される。各分割領域の、第2の光束(S)が出射される部分には位相差板4が設けられており、出射された第2の光束(S)がその位相差板4を通過することで、P偏光成分に変換される。この結果、偏光変換素子200から出射される光束は、全てP偏光成分の光束となる。
【0009】
上記のようにして偏光成分が揃えられた光束(P偏光成分)は、ダイクロイックミラー7a、7bにてR光、G光、B光の3つに色分離される。R光、G光、B光は、それぞれ液晶パネル11R、11G、11Bにて変調が施されてR画像光、G画像光、B画像光が生成される。これらR画像光、G画像光、B画像光をクロスプリズムにて色合成することでカラー画像光が生成され、このカラー画像光が投写レンズ14により不図示のスクリーン上に投写される。
【0010】
一般に、偏光変換素子は、位相差板としての位相差フィルムをPBSに有機系の接着剤で貼り付けた構成であるため、非常に熱に弱い。例えば、熱によって、位相差フィルムの特性が劣化したり、膜剥離を生じたりする。特に、上述した液晶プロジェクタでは、レンズアレイ2aの各矩形レンズにて生成された2次光源像(光源ランプ1のアーク像)が、レンズアレイ2bのそれぞれ対応する矩形レンズで投写される構成になっており、偏光変換素子200の、レンズアレイ2bの各矩形レンズからの光束(2次光源光)が通過する部分において、光密度が高まり、それに伴う局所的な温度の上昇が生じるため、偏光変換素子200に対する熱対策が特に重要である。
【0011】
以下に、偏光変換素子200における局所的な温度の上昇について簡単に説明する。図11に、レンズアレイ2bにて形成される2次光源像およびその2次光源像により偏光変換素子200に形成される高輝度部を模式的に示す。図11中、斜線で示した部分がアーク像および高輝度部で、その斜線の間隔が狭いほど光密度(透過光量)が高いことを示す。
【0012】
図11に示すように、レンズアレイ2bの矩形レンズ16b毎に2次光源像20が形成され、偏光変換素子の位相差板4では、その2次光源像20に対応した高輝度部21が形成される。2次光源像20は、光軸に近い中央付近のものほど光量が高くなっており、このため、位相差板4の高輝度部21も、中央付近のものほど光量が高くなっている。位相差板4では、主に高輝度部21において入射光束の一部が吸収され、その吸収光の量に応じた温度上昇を伴う。高輝度部21は中央付近のものほど光量が高くなっていることから、位相差板4における光の吸収に伴う温度上昇は中央付近ほど大きくなる。
【0013】
上記偏光変換素子の熱対策として、一般に、ファンによる強制空冷が行われている。また、特開2002−6281号公報に記載されているような熱対策が施された偏光変換素子もある。図12に、その偏光変換素子の概略構成を示す。図12中、図10に示したものと同じものには同じ符号を付している。
【0014】
図12を参照すると、偏光変換素子は、位相差板4の出射面側に伝熱透明基板201が設けられている。伝熱透明基板201は、熱伝導率の高い材質、例えばアルミナ(A2lO3)の結晶酸化物(サファイア)よりなる透明基板である。この構成によれば、位相差板4にて生じた熱は伝熱透明基板201に移動し、伝熱透明基板201の表面から放出される。これにより、位相差板4を冷却することが可能である。
【0015】
上記の他、位相差板が貼り付けられるPBS自体をサファイアで構成し、位相差板で生じた熱をPBSに移動させるようにしたものが提案されている(特開2001−318359号公報参照)。この場合も、位相差板の局所的な熱の集中を分散して放熱することが可能となる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術には以下のような問題がある。
【0017】
ファンによる強制空冷の場合、偏光変換素子の温度上昇を抑える(温度を一定に保つ)には、発熱量の増大に対して風量を2乗の割合で増大させる必要がある。このため、ファンによる強制空冷だけでは、偏光変換素子の温度を例えば80〜100℃以下に抑えることは難しい。また、風量を増大するためにはファン自体が大型なものになり、装置の大型化を招くとともにコストも高くなる。
【0018】
特開2002−6281号公報に記載のものにおいては、位相差板の入射面側はPBSに接しているため、熱移動による冷却は位相差板の出射面側でしか行われない。このため、冷却効率が悪い。
【0019】
また、伝熱透明基板に熱伝導率の高いサファイアを用いて冷却効果を高めているが、この場合には、次のような問題がある。サファイアは硬度が高く(ダイアモンドに次ぐ硬さ)、加工性が悪いため、表面研磨を行う面積が大きくなればなるほど、すなわちサイズが大きくなればなるほどその価格は高くなる。図12に示したように、伝熱透明基板のサイズは偏光変換素子のサイズかそれ以上の大きさになっており、このような伝熱透明基板をサファイアで構成することは、非常に高価なものとなってしまう。
【0020】
特開2001−318359号公報に記載のものにおいては、位相差板で生じた熱は、位相差板の表面(出射面)から直接放熱されるとともに、入射面側のPBS(サファイア)へ移動する。このように入出射面の両面における冷却が行われることから、上記の場合よりも大きな冷却効果を期待できる。しかしながら、サファイアをPBSのような複雑な形状に加工することは非常に困難なため、実用化には至っていない。
【0021】
本発明の目的は、上記各問題を解決し、低コストで、冷却効率の高い、耐熱性に優れた偏光変換素子およびそれを用いた液晶プロジェクタを提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の偏光変換素子は、入射光束を偏光成分の異なる第1および第2の光束に分離する偏光分離部が行列状に配置された偏光ビームスプリッタと、前記偏光分離部の列または行毎に配置された複数の位相差板と、を有する偏光変換素子において、前記複数の位相差板と前記偏光ビームスプリッタとの間に、位相差板毎に、それぞれの位相差板で生じた熱を放熱させるための伝熱透明基板が設けられ、該伝熱透明基板のうち、中央から所定の範囲に位置する位相差板に対して設けられた伝熱透明基板の熱伝導率が、他の伝熱透明基板の熱伝導率より高いことを特徴とする。
【0024】
上記第1および第2の発明の偏光変換素子によれば、位相差板で生じた熱は、位相差板の表面(出射面)側から空間に直接放熱されるとともに、位相差板の裏面(入射面)側から伝熱透明基板へ移動する。このように位相差板の表面および裏面の両面において冷却作用を奏するため、冷却効率は、特開2002−6281号公報に記載のものような、一方の面(出射面)でしか冷却作用を奏することができないものと比べて格段に良くなる。よって、位相差板および粘着剤の熱による劣化を防ぐことが可能である。
【0025】
また、特開2001−318359号公報に記載のものでは、複雑な形状のPBSにサファイアを用いるためその実現が困難であったが、上記各発明に用いられる伝熱透明基板は、単なる板状のものであるので、サファイアにより形成することができる。
【0026】
上述の第1および第2の発明において、伝熱透明基板は複数に分割されてもよい。この構成によれば、伝熱透明基板のサイズが小さくなるので、サファイアを用いた場合の価格をより低く抑えることが可能である。
【0033】
本発明の液晶プロジェクタは、上述したいずれかの偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの光束を変調する液晶パネルとを有する。位相差板および粘着剤の熱による劣化は画質(輝度、コントラスト)に影響するが、この構成によれば、偏光変換素子は、上述した作用により、位相差板および粘着剤の熱による劣化が抑えられているので、そのような画質の低下は生じない。
【0034】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0035】
図1は、本発明の一実施形態である偏光変換素子の主要な構成を模式的に示す断面図である。図1中、P、Sはそれぞれ偏光成分を表す。
【0036】
本実施形態の偏光変換素子の主要部は、入射光束(P+S)を偏光成分の異なる第1の光束(S)および第2の光束(P)に分離する偏光ビームスプリッタ30と、第1の光束(S)の位相を略90度回転する位相差板40と、偏光ビームスプリッタ30と位相差板40との間に設けられた所定の熱伝導率を有する伝熱透明基板15とからなる。偏光ビームスプリッタ30、伝熱透明基板15、位相差板40は有機系の接着剤で固定されている。偏光ビームスプリッタ30および位相差板40は、図9〜図12に示した従来のものと基本的には同じであり、偏光分離および偏光変換についても同様であるので、ここではその説明は省略し、本実施形態の特徴についてのみ説明する。
【0037】
伝熱透明基板15は、所定の熱伝導率を有するガラス基板より構成されている。ガラス基板の厚さは、例えば0.3〜1mmである。ここで、所定の熱伝導率とは、位相差板4で生じた熱が伝熱透明基板15へ移動し、この移動により十分に位相差板4を冷却できる値である。望ましくは、熱伝導率は10W/m・Kである。伝熱透明基板15に熱伝導率の高い材料を用いることで、高い冷却効果を得られる。熱伝導率の高い材料としては、例えばサファイアがある。ただし、サファイアは前述したといおり、基板サイズが大きくなるとコスト面で不利なものとなるので、伝熱透明基板15を分割して使用する。分割した形態については後述の実施例で詳しく説明する。
【0038】
図1に示した構成によれば、位相差板40はその両面側において冷却作用を奏するようになっている。図2に、位相差板40で生じた熱の流れを模式的に示す。図2を参照すると、位相差板40で生じた熱は、位相差板40の表面(出射面)側から空間に直接放熱されるとともに、位相差板40の裏面(入射面)側から伝熱透明基板15へ移動する。この場合の冷却効率は、図9〜図12に示した従来のものより格段に良い。また、位相差板40の入出射面側に別の伝熱透明基板15を設ければ、冷却効率はさらに良くなる。
【0039】
上述した本実施形態の偏光変換素子において、伝熱透明基板にサファイアを用いることで高い冷却効果を得られる。以下、伝熱透明基板にサファイアを使用する例を挙げる。
【0040】
(実施例1)
図3は、本発明の第1の実施例である偏光変換素子を説明するための図で、(a)は断面図、(b)は斜視図である。図3中、レンズアレイ2a、2b、PBS3、位相差板4は、図10に示したものと同じものである。
【0041】
PBS3は、所定の方向に切断した面の構造が図1に示したPBS30の構造と同じブロックを一方向に並べた板状の構造になっている。PBS3の入射面には、レンズアレイ2a、2bの各対応する矩形レンズ(16a、16b)からの部分光束がそれぞれ入射する。PBS3の出射面には、ブロック毎に伝熱透明基板151が設けられている。
【0042】
各ブロックに設けられた伝熱透明基板151は、いずれも同じ大きさの長方形のガラス基板であって、その大きさはブロックの出射面、すなわち分離された光束(S、P)が出射される面の大きさに略等しい。したがって、各ブロックの出射面に伝熱透明基板151を貼り付け状態では、PBS3の出射面全体が伝熱透明基板151により覆われており、各伝熱透明基板151は各ブロックの境界18で区切られた状態になっている。
【0043】
境界18で区切られた伝熱透明基板151の出射面には、位相差板4がそれぞれ貼り付けられている。位相差板4は、長方形の板状のものであって、長辺側の端部の一方がブロックの境界18に沿うように設けられている。位相差板4の大きさは、ブロックの出射面の、分離された光束(S、P)のうちの光束Sが出射される面の大きさに略等しい。
【0044】
本実施例の偏光変換素子では、位相差板4とPBS3との間に配置された伝熱透明基板151の大きさは、PBS3のブロックの出射面の大きさに等しい。この構成によれば、伝熱透明基板151は、上述した特開2002−6281号公報に記載のものより格段に小さくなり、伝熱透明基板151としてサファイアを用いたとしても価格を低く抑えることができる。
【0045】
なお、図3に示した構成は、一実施例であって、伝熱透明基板151の配置は、サファイアを用いた場合の価格上問題の無い範囲で適宜変更可能である。例えば、伝熱透明基板151は各境界18で区切られているが、1つ置きに区切られるようにしてもよい。この場合は、伝熱透明基板151の大きさが2倍になる。
【0046】
また、伝熱透明基板151は、境界18に垂直な方向に区切られるようにしてもよい。
【0047】
さらに、伝熱透明基板151は、境界18とこれに垂直な方向にそれぞれ区切られるようにしてもよい。これにより、伝熱透明基板151はマトリクス状に配置されることになる。この場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板の熱伝導率が、その周りに位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高くなるようにしてもよい。さらにこの場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板のみをサファイアで構成することも可能である。
【0048】
また、上述した構造の伝熱透明基板151と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板4の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【0049】
(実施例2)
図4は、本発明の第2の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、図3に示した偏光変換素子の伝熱透明基板151を、境界18に垂直な境界19にて分割基板151a、151bに分割したものである。境界19は、PBS3の、図3(a)に示したレンズアレイ2a、2bの各対応する矩形レンズ(16a、16b)からの部分光束がそれぞれ入射する各領域(マトリクス状に配置されており、それぞれの領域において図11に示した各高輝度部21が形成される。)の列方向の並びに沿って設定される。
【0050】
本実施例の構成によれば、分割基板151a、151bに分割したことで、さらに基板サイズが小さくなり、サファイアを用いた場合の価格をさらに低く抑えることができる。
【0051】
境界19は、複数設けてもよく、その場合はさらに価格を下げることが可能になる。
【0052】
また、上述した構造の伝熱透明基板151と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板4の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【0053】
(実施例3)
図5は、本発明の第3の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、位相差板4が図3に示したように所定の間隔で複数並んで設けられており、これら位相差板4のうちの中央から所定の範囲に位置する位相差板(ここでは、中央に位置する4つの位相差板)のそれぞれに対して伝熱透明基板152が設けられている。伝熱透明基板152の大きさは、位相差板4の大きさに等しい。
【0054】
本実施例の偏光変換素子においても、位相差板4とPBS3との間に配置された伝熱透明基板152の大きさは、上述した特開2002−6281号公報に記載のものより格段に小さくなり、伝熱透明基板152としてサファイアを用いた場合の価格を低く抑えることができる。
【0055】
なお、図5に示した構成において、伝熱透明基板152を全ての位相差板4に対して設けてもよい。この場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板の熱伝導率が、その周りに位置する伝熱透明基板の熱伝導率より高くなるようにしてもよい。さらにこの場合、中央から所定の範囲に位置する伝熱透明基板のみをサファイアで構成することも可能である。
【0056】
また、上述した構造の伝熱透明基板152と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板4の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【0057】
(実施例4)
図6は、本発明の第4の実施例である偏光変換素子の斜視図である。本実施例の偏光変換素子は、図5に示した偏光変換素子の伝熱透明基板152を、境界19にて分割基板152a、152bに分割したものである。境界19は、図4に示したものと同じである。
【0058】
本実施例の構成によれば、分割基板152a、152bに分割したことで、さらに基板サイズが小さくなり、サファイアを用いた場合の価格をさらに低く抑えることができる。
【0059】
境界19は、複数設けてもよく、その場合はさらに価格を下げることが可能になる。
【0060】
また、上述した構造の伝熱透明基板152と同じ構造の伝熱透明基板を位相差板4の出射面側に設けることも可能である。この場合は、より冷却効率の良い偏光変換素子を提供することができる。
【0061】
上述した各実施例の偏光変換素子において、より冷却効果を高めるために、伝熱透明基板に連接して熱伝導部材を設けてもよい。一例として、図7に、図4に示した偏光変換素子に熱伝導部材を設けた例を示す。
【0062】
図7において、境界18により区切られた伝熱透明基板151は、境界19によりさらに分割基板151a、151bに区切られている。分割基板151aの境界19とは反対側の端部は、PBS3の端部(図7上では上側に位置する)の位置より所定の量だけ長く伸びている。この長く伸びた部分が熱伝導部材22aに接するようになっている。これと同様に、分割基板151bも、境界19とは反対側の端部がPBS3の端部(図7上では下側に位置する)の位置より所定の量だけ長く伸びており、この長く伸びた部分が熱伝導部材22bに接するようになっている。
【0063】
上記の構成によれば、伝熱透明基板151内を移動する熱は、熱伝導部材22a、22bに移動し、そこで放熱される。よって、高い冷却効果を得られる。
【0064】
熱伝導部材22a、22bとしては、上記放熱による冷却効果を得られるのであればどのような形態のものとしてもよい。例えば、図7に示した構成において、分割基板151a、151bの一方にだけ熱伝導部材を設けてもよい。また、位相差板の入出射面にそれぞれ伝熱透明基板が配置される場合は、それら伝熱透明基板の一方または両方に熱伝導部材を連接して設けるようにしてもよい。熱伝導部材の材質には、例えばアルミナを用いることができる。また、熱伝導部材の形状は、通常は板状であるが、放熱を効率良く行うために一部に凹凸部を設けてもよい。
【0065】
以上説明した本発明の偏光変換素子は、既存の液晶ディスプレイや液晶プロジェクタに適用することができる。一例として、図8に、本発明の偏光変換素子を適用した液晶プロジェクタに適用した例を以下に説明する。
【0066】
図8に示す液晶プロジェクタは、図9に示した液晶プロジェクタの偏光変換素子200に代えて、上述した本発明の偏光変換素子の構成を採用する偏光変換素子100を設けたものである。図8中、同じ部分には同じ符号を付している。
【0067】
偏光変換素子100は、具体的には図3に示した偏光変換素子である。レンズアレイ2a、2bは、2次光源像(光源ランプ1のアーク像)を、偏光変換素子100を介して投写するように構成されている。
【0068】
レンズアレイ2a、2bからの光束(P+S)は、図3(a)に示したように、PBS3で第1の光束(P)と第2の光束(S)に偏光分離される。第1の光束(P)は伝熱透明基板15を透過してそのまま出射される。第2の光束(S)は伝熱透明基板15を透過して位相差板4に入射し、この位相差板4にてP偏光成分に変換される。この結果、偏光変換素子100から出射される光束は、全てP偏光成分の光束となる。
【0069】
上記のようにして偏光成分が揃えられた光束(P偏光成分)は、ダイクロイックミラー7a、7bにてR光、G光、B光の3つに色分離される。R光、G光、B光は、それぞれ液晶パネル11R、11G、11Bにて変調が施されてR画像光、G画像光、B画像光が生成される。これらR画像光、G画像光、B画像光をクロスプリズムにて色合成することでカラー画像光が生成され、このカラー画像光が投写レンズ14により不図示のスクリーン上に投写される。
【0070】
最近では、液晶プロジェクタとして、明るい部屋でも大画面で投影画像が見られるような高輝度なプロジェクタ(例えば、1.3インチ液晶で3000ANSIルーメン以上の光出力を得られるもの)や、0.9型や0.7型といった小型の液晶パネルを用いた小型軽量のプロジェクタ(B5サイズ相当)が登場しており、上述した本発明の偏光変換素子は、熱問題の面から、これらの液晶プロジェクタに特に有効である。
【0071】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の偏光変換素子によれば、位相差板の入出射面の両面において冷却作用を奏することができるので、従来のものより冷却効率の高い偏光変換素子を提供することができる。
【0072】
また、本発明では、電熱透明基板のサイズは、従来に比べてより小さくなっているので、熱伝導率が高いサファイアを用いた場合の価格をより低く抑えることができる。よって、低コストで、耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することができる。
【0073】
本発明の液晶プロジェクタによれば、上記の冷却効率の高く、低コストで、耐熱性に優れた偏光変換素子を使用するので、高画質で、信頼性の高い液晶プロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である偏光変換素子の主要な構成を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示す位相差板で生じた熱の流れを示す模式図である。
【図3】本発明の第1の実施例である偏光変換素子を説明するための図で、(a)は断面図、(b)は斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図5】本発明の第3の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図6】本発明の第4の実施例である偏光変換素子の斜視図である。
【図7】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図8】本発明の偏光変換素子を適用した液晶プロジェクタの一実施例を示す構成図である。
【図9】従来の偏光変換素子を備える液晶プロジェクタの概略を示す構成図である。
【図10】図9に示す偏光変換素子による偏光変換の様子を示す模式図である。
【図11】図9に示すレンズアレイにて形成される2次光源像およびその2次光源像により偏光変換素子に形成される高輝度部を示す模式図である。
【図12】特開2002−6281号公報に記載の偏光変換素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 光源ランプ
2a、2b レンズアレイ
3、30 偏光ビームスプリッタ(PBS)
4、40 位相差板
5 フィールドレンズ
6、9a、9b、9c ミラー
7a、7b ダイクロイックミラー
8a、8b リレーレンズ
10B、10G、10R 入射偏光板
11B、11G、11R 液晶パネル
12B、12G、12R 出射偏光板
13 クロスプリズム
14 投写レンズ
15、151、152、201 伝熱透明基板
16a、16b 矩形レンズ
17 誘電体膜
18、19 境界
20 2次光源像
21 高輝度部
22a、22b 熱伝導部材
151a、151b、152a、152b 分割基板
100、200 偏光変換素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization conversion element that separates an incident light beam into two light beams having different polarization components and converts the separated polarization component of one light beam into a polarization component of the other light beam. Furthermore, the present invention relates to a liquid crystal projector using the polarization conversion element.
[0002]
[Prior art]
The polarization conversion element can be used for illumination devices such as a liquid crystal display and a liquid crystal projector because it can align the polarization components and can improve the utilization efficiency of light from the light source.
[0003]
FIG. 9 schematically shows a schematic configuration of a liquid crystal projector including a polarization conversion element. This liquid crystal projector includes a light source lamp 1, and lens arrays 2 a and 2 b, a
[0004]
A dichroic mirror 7 a that transmits a red (R) color component and reflects a blue (B) component and a green (R) component is disposed in the traveling direction of the light beam reflected by the mirror 6. A mirror 9c is arranged in the traveling direction of the light beam (R) transmitted through the dichroic mirror 7a, and the incident polarizing plate 10R, the liquid crystal panel 11R, and the outgoing polarizing plate 12R are disposed in the traveling direction of the light beam reflected by the mirror 9c. Are arranged in this order. A dichroic mirror 7b that transmits the blue (B) component and reflects the green (R) component is disposed in the traveling direction of the light beam (BR) reflected by the dichroic mirror 7a.
[0005]
An incident polarizer 10G, a liquid crystal panel 11G, and an exit polarizer 12G are arranged in this order in the traveling direction of the light beam (G) reflected by the dichroic mirror 7b. The relay lens 8a and the mirror 9a are arranged in this order in the traveling direction of the light beam (B) transmitted through the dichroic mirror 7b. The relay lens 8b and the mirror 9b are disposed in the traveling direction of the light beam reflected by the mirror 9a. They are arranged in this order. In the traveling direction of the light beam reflected by the mirror 9b, the incident polarizing plate 10B, the liquid crystal panel 11B, and the outgoing polarizing plate 12B are arranged in this order.
[0006]
A cross prism 13 that color-combines these light beams is disposed at a position where the light beams (corresponding to R, G, and B image light) that have passed through the output polarizing plates 12R, 12B, and 12G intersect. A projection lens 14 that projects a light beam (corresponding to color image light) color-combined by the cross prism 13 onto a screen (not shown) is disposed on the exit surface side of the cross prism 13.
[0007]
Next, the operation of the liquid crystal projector will be briefly described. The light beam emitted from the light source lamp 1 enters the
[0008]
Referring to FIG. 10, the light beam (P + S) emitted from the light source lamp 1 enters the lens arrays 2a and 2b. The plurality of
[0009]
The luminous flux (P-polarized component) having the polarization components aligned as described above is color-separated into three lights of R light, G light, and B light by the dichroic mirrors 7a and 7b. The R light, G light, and B light are modulated by the liquid crystal panels 11R, 11G, and 11B, respectively, to generate R image light, G image light, and B image light. Color image light is generated by color-combining these R image light, G image light, and B image light with a cross prism, and this color image light is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 14.
[0010]
In general, a polarization conversion element has a configuration in which a retardation film as a retardation plate is bonded to PBS with an organic adhesive, and is therefore very vulnerable to heat. For example, the characteristics of the retardation film are deteriorated or the film is peeled off by heat. In particular, the liquid crystal projector described above has a configuration in which the secondary light source image (the arc image of the light source lamp 1) generated by each rectangular lens of the lens array 2a is projected by the corresponding rectangular lens of the lens array 2b. In the portion of the
[0011]
Hereinafter, a local temperature rise in the
[0012]
As shown in FIG. 11, a secondary
[0013]
In general, forced air cooling by a fan is performed as a heat countermeasure for the polarization conversion element. There is also a polarization conversion element to which a countermeasure against heat as described in JP-A-2002-6281 is taken. FIG. 12 shows a schematic configuration of the polarization conversion element. In FIG. 12, the same components as those shown in FIG.
[0014]
Referring to FIG. 12, the polarization conversion element is provided with a heat transfer transparent substrate 201 on the exit surface side of the
[0015]
In addition to the above, there has been proposed one in which the PBS itself to which the phase difference plate is attached is composed of sapphire, and heat generated by the phase difference plate is transferred to the PBS (see JP 2001-318359 A). . Also in this case, it is possible to dissipate heat by dispersing local heat concentration on the retardation plate.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques described above have the following problems.
[0017]
In the case of forced air cooling by a fan, in order to suppress the temperature rise of the polarization conversion element (keep the temperature constant), it is necessary to increase the air volume at a ratio of square to the increase in the heat generation amount. For this reason, it is difficult to suppress the temperature of the polarization conversion element to, for example, 80 to 100 ° C. or less only by forced air cooling with a fan. Further, in order to increase the air volume, the fan itself becomes large, leading to an increase in the size of the apparatus and cost.
[0018]
In the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-6281, since the entrance plane side of a phase difference plate is in contact with PBS, cooling by heat transfer is performed only on the output surface side of a phase difference plate. For this reason, the cooling efficiency is poor.
[0019]
Moreover, although the cooling effect is heightened using sapphire with high heat conductivity for a heat-transfer transparent substrate, in this case, there are the following problems. Since sapphire has high hardness (hardness after diamond) and poor workability, the price increases as the surface polishing area increases, that is, the size increases. As shown in FIG. 12, the size of the heat transfer transparent substrate is equal to or larger than the size of the polarization conversion element, and it is very expensive to configure such a heat transfer transparent substrate with sapphire. It becomes a thing.
[0020]
In the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-318359, while the heat which generate | occur | produced with the phase difference plate is directly radiated | emitted from the surface (output surface) of a phase difference plate, it moves to PBS (sapphire) of the entrance plane side. . Since cooling is performed on both the input and output surfaces in this way, a greater cooling effect than in the above case can be expected. However, since it is very difficult to process sapphire into a complicated shape such as PBS, it has not been put into practical use.
[0021]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a polarization conversion element with low cost, high cooling efficiency and excellent heat resistance, and a liquid crystal projector using the same.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective, Main departure The bright polarization conversion element is arranged in a polarization beam splitter in which a polarization separation unit for separating an incident light beam into first and second light beams having different polarization components is arranged in a matrix, and for each column or row of the polarization separation unit A plurality of phase difference plates, and the plurality of phase difference plates And a polarizing beam splitter, for each phase difference plate, a heat transfer transparent substrate for dissipating the heat generated in each phase difference plate is provided. The thermal conductivity of the heat transfer transparent substrate provided for the retardation plate located in the range is higher than the heat conductivity of other heat transfer transparent substrates. It is characterized by that.
[0024]
According to the polarization conversion element of the first and second inventions, the heat generated in the phase difference plate is directly radiated to the space from the surface (emission surface) side of the phase difference plate, and the back surface of the phase difference plate ( Move from the incident surface) side to the heat transfer transparent substrate. As described above, the cooling effect is exerted on both the front surface and the back surface of the phase difference plate, so that the cooling efficiency is exerted only on one surface (outgoing surface) as described in JP-A-2002-6281. It's much better than what you can't. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the retardation plate and the adhesive due to heat.
[0025]
Moreover, in the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-318359, since the sapphire was used for PBS of complicated shape, the implementation | achievement was difficult, However, The heat-transfer transparent substrate used for each said invention is a mere plate-shaped. Since it is a thing, it can form with sapphire.
[0026]
In the first and second inventions described above, the heat transfer transparent substrate may be divided into a plurality of parts. According to this configuration, since the size of the heat transfer transparent substrate is reduced, the price when sapphire is used can be further reduced.
[0033]
The liquid crystal projector of the present invention includes any one of the polarization conversion elements described above and a liquid crystal panel that modulates a light beam from the polarization conversion element. Although the deterioration of the retardation plate and the adhesive due to heat affects the image quality (brightness and contrast), according to this configuration, the polarization conversion element suppresses the deterioration of the retardation plate and the adhesive due to the heat due to the above-described action. Therefore, such a deterioration in image quality does not occur.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main configuration of a polarization conversion element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, P and S each represent a polarization component.
[0036]
The main part of the polarization conversion element of this embodiment includes a
[0037]
The heat transfer
[0038]
According to the configuration shown in FIG. 1, the
[0039]
In the polarization conversion element of the present embodiment described above, a high cooling effect can be obtained by using sapphire for the heat transfer transparent substrate. Hereinafter, the example which uses sapphire for a heat-transfer transparent substrate is given.
[0040]
Example 1
3A and 3B are diagrams for explaining the polarization conversion element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a perspective view. In FIG. 3, the lens arrays 2a and 2b, the
[0041]
The
[0042]
Each of the heat transfer
[0043]
[0044]
In the polarization conversion element of this embodiment, the size of the heat transfer
[0045]
The configuration shown in FIG. 3 is an example, and the arrangement of the heat transfer
[0046]
Further, the heat transfer
[0047]
Further, the heat transfer
[0048]
It is also possible to provide a heat transfer transparent substrate having the same structure as the heat transfer
[0049]
(Example 2)
FIG. 4 is a perspective view of a polarization conversion element according to the second embodiment of the present invention. The polarization conversion element of this embodiment is obtained by dividing the heat transfer
[0050]
According to the configuration of this example, the substrate size is further reduced by dividing the substrate into the divided
[0051]
A plurality of
[0052]
It is also possible to provide a heat transfer transparent substrate having the same structure as the heat transfer
[0053]
(Example 3)
FIG. 5 is a perspective view of a polarization conversion element according to a third embodiment of the present invention. In the polarization conversion element of this embodiment, a plurality of
[0054]
Also in the polarization conversion element of the present embodiment, the size of the heat transfer
[0055]
In the configuration shown in FIG. 5, the heat transfer
[0056]
It is also possible to provide a heat transfer transparent substrate having the same structure as the heat transfer
[0057]
Example 4
FIG. 6 is a perspective view of a polarization conversion element that is a fourth embodiment of the present invention. The polarization conversion element of this embodiment is obtained by dividing the heat transfer
[0058]
According to the configuration of this example, the substrate size is further reduced by dividing the substrate into the divided substrates 152a and 152b, and the price when using sapphire can be further reduced.
[0059]
A plurality of
[0060]
It is also possible to provide a heat transfer transparent substrate having the same structure as the heat transfer
[0061]
In the polarization conversion element of each of the embodiments described above, a heat conducting member may be provided in connection with the heat transfer transparent substrate in order to further enhance the cooling effect. As an example, FIG. 7 shows an example in which a heat conducting member is provided in the polarization conversion element shown in FIG.
[0062]
In FIG. 7, the heat transfer
[0063]
According to said structure, the heat which moves the inside of the heat-transfer
[0064]
The heat conducting members 22a and 22b may have any form as long as the cooling effect by the heat radiation can be obtained. For example, in the configuration shown in FIG. 7, the heat conducting member may be provided only on one of the divided
[0065]
The polarization conversion element of the present invention described above can be applied to existing liquid crystal displays and liquid crystal projectors. As an example, FIG. 8 illustrates an example applied to a liquid crystal projector to which the polarization conversion element of the present invention is applied.
[0066]
The liquid crystal projector shown in FIG. 8 is provided with a polarization conversion element 100 that employs the configuration of the polarization conversion element of the present invention described above, instead of the
[0067]
Specifically, the polarization conversion element 100 is the polarization conversion element shown in FIG. The lens arrays 2 a and 2 b are configured to project a secondary light source image (an arc image of the light source lamp 1) via the polarization conversion element 100.
[0068]
The light beam (P + S) from the lens arrays 2a and 2b is polarized and separated into a first light beam (P) and a second light beam (S) by the
[0069]
The luminous flux (P-polarized component) having the polarization components aligned as described above is color-separated into three lights of R light, G light, and B light by the dichroic mirrors 7a and 7b. The R light, G light, and B light are modulated by the liquid crystal panels 11R, 11G, and 11B, respectively, to generate R image light, G image light, and B image light. Color image light is generated by color-combining these R image light, G image light, and B image light with a cross prism, and this color image light is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 14.
[0070]
Recently, as a liquid crystal projector, a high-brightness projector that can see a projected image on a large screen even in a bright room (for example, a 1.3-inch liquid crystal that can obtain a light output of 3000 ANSI lumens or more), 0.9 type Small and lightweight projectors (equivalent to B5 size) using small liquid crystal panels such as 0.7 and 0.7 type have appeared, and the above-described polarization conversion element of the present invention is particularly suitable for these liquid crystal projectors from the viewpoint of thermal problems. It is valid.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the polarization conversion element of the present invention, a cooling effect can be exerted on both the entrance and exit surfaces of the phase difference plate, and therefore, it is possible to provide a polarization conversion element with higher cooling efficiency than the conventional one. Can do.
[0072]
In the present invention, since the size of the electrothermal transparent substrate is smaller than the conventional size, the price when using sapphire with high thermal conductivity can be kept lower. Therefore, it is possible to provide a polarization conversion element that is low in cost and excellent in heat resistance.
[0073]
According to the liquid crystal projector of the present invention, since the above-described polarization conversion element with high cooling efficiency, low cost, and excellent heat resistance is used, it is possible to provide a liquid crystal projector with high image quality and high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main configuration of a polarization conversion element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat flow generated in the retardation plate shown in FIG. 1;
3A and 3B are diagrams for explaining a polarization conversion element according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a perspective view.
FIG. 4 is a perspective view of a polarization conversion element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a polarization conversion element according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a polarization conversion element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing an embodiment of a liquid crystal projector to which the polarization conversion element of the present invention is applied.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an outline of a liquid crystal projector including a conventional polarization conversion element.
10 is a schematic diagram showing a state of polarization conversion by the polarization conversion element shown in FIG. 9. FIG.
11 is a schematic diagram showing a secondary light source image formed by the lens array shown in FIG. 9 and a high-luminance portion formed on the polarization conversion element by the secondary light source image.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a polarization conversion element described in JP-A-2002-6281.
[Explanation of symbols]
1 Light source lamp
2a, 2b Lens array
3, 30 Polarizing beam splitter (PBS)
4, 40 phase difference plate
5 Field lens
6, 9a, 9b, 9c Mirror
7a, 7b Dichroic mirror
8a, 8b Relay lens
10B, 10G, 10R Incident polarizing plate
11B, 11G, 11R LCD panel
12B, 12G, 12R Output polarizing plate
13 Cross prism
14 Projection lens
15, 151, 152, 201 Heat transfer transparent substrate
16a, 16b rectangular lens
17 Dielectric film
18, 19 border
20 Secondary light source image
21 High brightness area
22a, 22b Thermal conduction member
151a, 151b, 152a, 152b Divided substrates
100, 200 Polarization conversion element
Claims (2)
前記複数の位相差板と前記偏光ビームスプリッタとの間に、位相差板毎に、それぞれの位相差板で生じた熱を放熱させるための伝熱透明基板が設けられ、該伝熱透明基板のうち、中央から所定の範囲に位置する位相差板に対して設けられた伝熱透明基板の熱伝導率が、他の伝熱透明基板の熱伝導率より高いことを特徴とする偏光変換素子。A polarization beam splitter in which a polarization separation unit for separating an incident light beam into first and second light beams having different polarization components is arranged in a matrix, and a plurality of retardation plates arranged in each column or row of the polarization separation unit In a polarization conversion element having
Between each of the plurality of phase difference plates and the polarizing beam splitter, a heat transfer transparent substrate for dissipating heat generated in each phase difference plate is provided for each phase difference plate. Among them, the polarization conversion element characterized in that the heat conductivity of a heat transfer transparent substrate provided for a retardation plate located in a predetermined range from the center is higher than the heat conductivity of another heat transfer transparent substrate.
前記偏光変換素子からの光束を変調する液晶パネルとを有することを特徴とする液晶プロジェクタ。The polarization conversion element according to claim 1 ,
A liquid crystal projector comprising: a liquid crystal panel that modulates a light beam from the polarization conversion element.
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