JP6052345B2

JP6052345B2 - プロジェクター

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Publication number: JP6052345B2
Application number: JP2015122785A
Authority: JP
Inventors: 奥村　治; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP2015179292A

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

プロジェクターは、照明光学系から射出された光を液晶パネル等によって変調して画像を形成し、形成した画像を投写光学系によって拡大して投写することができる。プロジェクターの１つとして、ＲＧＢの色光ごとに液晶パネルが設けられた３板式の液晶プロジェクターが知られている。

液晶プロジェクターは、画面サイズと比較して液晶パネルのサイズが小さく、直視型の液晶表示装置と比較して液晶層へ入射する光の単位面積当たりの光量が多い。したがって、液晶プロジェクターは、直視型の液晶表示装置と比較して、液晶層の温度が高くなりやすく、耐熱性を確保する等の観点で液晶層の等方相への転移温度が高く設定される。液晶層に用いられる化合物は、π電子共役系が長くなるほど等方相への転移温度が高くなる傾向があり、液晶層の等方相への転移温度を高く設定するには、液晶層に占めるπ電子共役系が長い化合物の割合を増やせばよい。

しかしながら、液晶層に用いられる化合物は、π電子共役系が長くなるほど吸収波長が紫外領域から長波長側へシフトする傾向があり、π電子共役系が長い化合物の割合を増やすと、特に青色の光を変調する青用の液晶パネルの液晶層が光吸収によって分解しやすくなる。液晶層の分解が進行すると、コントラスト比や明るさが低下すること等によって、表示特性が損なわれてしまう。

青用の液晶パネルの液晶層の光吸収による分解を抑制する観点で、下記の特許文献１ないし３には、青用の液晶パネルを他の色用の液晶パネルよりも低温に冷却する技術が提案されている。この技術によれば、液晶層が分解する化学反応の進行を抑制することができ、青用の液晶パネルが他の色用の液晶パネルよりも短寿命になることを抑制することができる。また、下記の特許文献４には、液晶層の応答性を改善する観点で、液晶層の温度を管理する技術が開示されている。

特開平１０−３９４１４号公報特開２００５−２２７４８５号公報特開２００８−２５７１７４号公報特開２００４−１３９０１８号公報

プロジェクターは、さらなる高輝度化や装置の小型化がすすめられており、液晶層の耐光性をさらに高めることが期待されている。上記の従来の技術は、液晶層の耐光性をさらに高める上で改善の余地がある。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、耐光性を向上させることが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクターは、第１液晶層を備え、前記第１液晶層に、青色の波長帯の第１の光が入射され、入射された前記第１の光を変調して出射する第１液晶パネルと、前記第１液晶層よりも液晶相から等方相への転移温度が高い第２液晶層を備え、前記第２液晶層に、前記第１の光よりも長波長の第２の光が入射され、入射された前記第２の光を変調して出射する第２液晶パネルと、前記出射した第１の光及び第２の光を投写する投写光学系と、を備える。

このようにすれば、第１液晶層は、第２液晶層と同じ液晶材料で形成される場合と比較して、転移温度が低いので照明光学系から入射する光のうちで吸収する光の光量が少なくなる。したがって、第１液晶層の光吸収による液晶材料の分解が抑制され、第１液晶層が分解などにより劣化して短寿命になることが抑制される。

本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。液晶パネルの構成を模式的に示す図である。液晶層の特性を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照しながら説明する。説明に用いる図面中の構造の寸法や縮尺は、実際と異なることがある。

図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図２は、液晶パネルの構成を模式的に示す図である。図１に示すプロジェクター１は、照明光学系２、青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、赤用の画像形成系５、色合成部６、投写光学系７、及び冷却機構８を備える。

照明光学系２は、青色の波長帯の第１の光（以下、青色光Ｌ１という）と、第１の光よりも長波長の第２の光（以下、緑色光Ｌ２という）と、第２の光よりも長波長の第３の光（以下、赤色光Ｌ３という）とを個別に射出することができる。本実施形態の照明光学系２は、光源部１０、インテグレーター光学系１１、及び色分離光学系１２を備える。

光源部１０は、波長が４５０ｎｍ以上４９５ｎｍ未満の青色光Ｌ１、波長が４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の緑色光Ｌ２、及び波長が６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の赤色光Ｌ３を含んだ白色光Ｌを射出することができる。インテグレーター光学系１１は、光源部１０から射出された白色光Ｌの照度を均一化し、また偏光状態を揃えることができる。色分離光学系１２は、インテグレーター光学系１１から射出された白色光Ｌを青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、及び赤色光Ｌ３に分離することができる。

本実施形態の光源部１０は、白色光を放射する光源ランプ１３、及び回転放物面状の反射面を有するリフレクター１４を備える。光源ランプ１３から放射された白色光は、リフレクター１４によって一方向に向って反射し、略平行な光線束となる。光源ランプ１３は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。リフレクター１４は、インテグレーター光学系１１へ入射する。リフレクター１４は、反射面が回転楕円面状であってもよく、この場合には、リフレクターから射出された白色光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。

本実施形態のインテグレーター光学系１１は、第１レンズアレイ１５、第２レンズアレイ１６、偏光変換素子１７、及び重畳レンズ１８を備える。

第１レンズアレイ１５及び第２レンズアレイ１６は、それぞれ、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有する。第１レンズアレイ１５のマイクロレンズは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のマイクロレンズは、光源部１０の光軸に直交する平面での形状が、後述する第１液晶パネル３２の被照明領域と相似形状（ここでは、略矩形）である。被照明領域は、第１液晶パネル３２において複数の画素が配列された領域の全体を含む領域である。

偏光変換素子１７は、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のセルを有する。偏光変換素子１７のセルは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のセルは、それぞれ、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板、及び反射ミラーを有する。

光源部１０から第１レンズアレイ１５へ入射した白色光Ｌは、マイクロレンズごとに集光され、複数の部分光束に分かれる。第１レンズアレイ１５の各マイクロレンズから射出された部分光束は、このマイクロレンズと対応する第２レンズアレイ１６のマイクロレンズに結像して、マイクロレンズに二次光源を形成する。第２レンズアレイ１６の各マイクロレンズから射出された部分光束は、このマイクロレンズと対応する偏光変換素子１７のセルに入射する。

偏光変換素子１７は、第２レンズアレイ１６と重畳レンズ１８との間の光路に配置されている。偏光変換素子１７の各セルへ入射した部分光束は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。本実施形態において、偏光変換素子１７の各セルは、各セルへ入射した部分光束の偏光状態を、各画像形成系の偏光素子３１（後述する）に対するＰ偏光に揃えることができる。偏光変換素子１７の複数のセルから射出された複数の部分光束は、重畳レンズ１８で屈折することによって、各画像形成系の第１液晶パネル３２の被照明領域に重畳される。

色分離光学系１２は、第１ダイクロイックミラー２０、第２ダイクロイックミラー２１、第３ダイクロイックミラー２２、第１反射ミラー２３、及び第２反射ミラー２４を備える。第１ダイクロイックミラー２０は、赤色光Ｌ３が透過し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が反射する特性を有する。第２ダイクロイックミラー２１は、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性を有する。第３ダイクロイックミラー２２は、緑色光Ｌ２が反射し、かつ青色光Ｌ１が透過する特性を有している。第１ダイクロイックミラー２０及び第２ダイクロイックミラー２１は、互いに略直交するように、かつインテグレーター光学系１１の光軸と略４５°の角度をなすように配置されている。

色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの赤色光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー２１で反射し、次いで第１反射ミラー２３で反射して、赤用の画像形成系５へ入射する。色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２は、第１ダイクロイックミラー２０で反射し、次いで第２反射ミラー２４で反射した後に、第３ダイクロイックミラー２２へ入射する。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した緑色光Ｌ２は、第３ダイクロイックミラー２２で反射して、緑用の画像形成系４へ入射する。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した青色光Ｌ１は、第３ダイクロイックミラー２２を透過して、青用の画像形成系３へ入射する。

青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、及び赤用の画像形成系５は、下記の液晶パネルの液晶層の特性を除くと、ほぼ同様の構成である。本実施形態では、各画像形成系の構成について、青用の画像形成系３を代表的に説明する。青用の画像形成系３は、入射側偏光板３０、偏光素子３１、第１液晶パネル３２、及び射出側偏光板３３を備える。

色分離光学系１２から射出された青色光Ｌ１は、入射側偏光板３０へ入射した後に偏光素子３１へ入射し、次いで第１液晶パネル３２へ入射して変調されるとともに第１液晶パネル３２で反射し、偏光素子３１へ再度入射する。射出側偏光板３３は、第１液晶パネル３２で反射した後に偏光素子３１で反射した青色光Ｌ１が入射する位置に配置されている。

偏光素子３１は、入射側偏光板３０と第１液晶パネル３２との間の光路に対して傾斜（ここでは略４５°）して配置されている。偏光素子３１は、入射する青色光Ｌ１のうちのＰ偏光が透過し、かつＳ偏光が反射する特性を有する。本実施形態の偏光素子３１は、ワイヤーグリッド型の偏光素子であり、ガラス等からなる誘電体層と、偏光素子３１に対するＳ偏光と平行な方向に延びる複数の金属線とを有する。なお、偏光素子３１は、偏光ビームスプリッタープリズムであってもよい。

入射側偏光板３０及び射出側偏光板３３は、それぞれ、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。入射側偏光板３０の透過軸は、偏光素子３１に対するＰ偏光とほぼ平行に設定されている。射出側偏光板３３の透過軸は、偏光素子３１に対するＳ偏光とほぼ平行に設定されている。

図２に示すように第１液晶パネル３２は、素子基板４０、対向基板４１、第１液晶層４２、及び補償板４３を備える。素子基板４０は、対向基板４１と対向して設けられている。第１液晶層４２は、素子基板４０と対向基板４１との間に封入されている。補償板４３は、対向基板４１に対して第１液晶層４２と反対に設けられている。

本実施形態の第１液晶パネル３２は、反射型の液晶パネルである。入射側偏光板３０から偏光素子３１を通った青色光Ｌ１は、補償板４３へ入射した後に対向基板４１を通り、次いで第１液晶層４２へ入射した後に素子基板４０で反射して折り返される。青色光Ｌ１は、第１液晶層４２を通る間に変調され、第１液晶層４２から射出された後に対向基板４１へ入射し、次いで補償板４３を通って第１液晶パネル３２から射出される。

素子基板４０は、シリコン基板やガラス基板を基体として構成される。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｏｎｓｉｌｉｃｏｎ）になる。素子基板４０は、複数のゲート線４４、複数のソース線４５、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴ４６という）、及び画素電極４７を備える。

複数のゲート線４４は、互いに平行に延在している。複数のソース線４５は、互いに平行に延在している。ゲート線４４の延在方向（Ｘ方向）は、ソース線４５の延在方向（Ｚ方向）と交差（ここでは直交）している。ゲート線４４が、ソース線４５と交差する部分ごとに、ＴＦＴ４６が設けられている。ゲート線４４は、ＴＦＴ４６のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線４５は、ＴＦＴ４６のソース領域と電気的に接続されている。

ゲート線４４とソース線４５とに囲まれる部分は、１つの画素Ｐに対応している。画素電極４７は、各画素Ｐと１対１の対応で設けられている。本実施形態の画素電極４７は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図２では、画素電極４７を切欠いて、画素電極４７の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極４７は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線４４、ソース線４５、ＴＦＴ４６を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極４７は、ＴＦＴ４６のドレイン領域と電気的に接続されている。画素電極４７を覆って、図示略の配向膜が設けられている。

対向基板４１は、ガラス基板等の透光性を有する基板を基体として構成されている。対向基板４１の第１液晶層４２側には、例えばインジウム錫酸化物等の透明導電材料からなる共通電極が設けられている。共通電極の第１液晶層４２側には、配向膜が設けられている。素子基板４０や対向基板４１に設けられる配向膜は、例えば斜方蒸着法等により形成された無機配向膜である。

第１液晶層４２は、例えばＶＡモードやＴＮモード等の液晶層により構成される。ＶＡモードの液晶層を採用する場合に、素子基板４０と対向基板４１とのセルギャップは、例えば２．０μｍ程度であり、このセルギャップに液晶材料が封入されて第１液晶層４２が構成されている。液晶材料は、誘電率異方性が負であり、複屈折性Δｎが例えば０．１２のものである。第１液晶層４２に含まれる液晶分子４８は、素子基板４０の基板面に沿う方向を基準（０°）としたプレチルト角θが例えば８７°程度である。補償板４３は、例えばネガのＣプレートにより構成される。補償板４３は、液晶分子４８のプレチルトにより生じる位相差を補償するように、素子基板４０の基板面に沿う方向に対して略４．５°程度傾けて設けられている。

以上のような構成の第１液晶パネル３２において、ゲート線４４に選択パルスが供給されると、このゲート線４４に接続されたＴＦＴ４６がオンになる。ＴＦＴ４６がオンになった状態で、画素Ｐごとの階調値に応じたソース信号がソース線４５に供給され、ソース信号がＴＦＴ４６を経て画素電極４７に供給される。画素電極４７にソース信号が供給されると、この画素電極４７と共通電極との間に電界が印加され、この電界に応じて第１液晶層４２の液晶分子４８の方位角が画素Ｐごとに変化する。画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、この画素Ｐにおける第１液晶層４２の液晶分子４８の方位角に応じて偏光状態が変化する。

本実施形態では、任意の１画素Ｐにおける第１液晶層４２に電界が印加されていない状態で、この画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、ほぼ偏光状態が変化せずにＰ偏光のまま射出される。任意の１画素Ｐにおける第１液晶層４２に電界が印加されている状態で、この画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、画像データに規定された階調値に応じた比率で、偏光素子３１に対するＰ偏光がＳ偏光へ変化する。すなわち、第１液晶層４２を通った青色光Ｌ１のうち偏光素子３１に対するＳ偏光は、画像を示す光である。

第１液晶パネル３２から射出された青色光Ｌ１のうち、偏光素子３１に対するＰ偏光は、偏光素子３１を透過する。第１液晶パネル３２から射出された青色光Ｌ１のうち、偏光素子３１に対するＳ偏光は、偏光素子３１で反射して進行方向が変化し、射出側偏光板３３へ入射する。射出側偏光板３３へ入射した青色光Ｌ１のうち、偏光素子３１に対するＳ偏光は、射出側偏光板３３を透過して、色合成部６へ入射する。

色合成部６は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造である。各三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムは、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性の波長選択膜と、青色光Ｌ１が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び赤色光Ｌ３が透過する特性の波長選択膜とが互いに直交して上記の内面に形成された構造である。

ダイクロイックプリズムへ入射した緑色光Ｌ２は、波長選択面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムへ入射した青色光Ｌ１及び赤色光Ｌ３は、波長選択面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光Ｌ２の射出方向と同じ方向に射出される。このように、３つの色光は、重ね合わされて合成され、フルカラーの画像を示す合成光となり投写光学系７へ入射する。この合成光が投写光学系７によって投写面上で結像することにより、投写面にフルカラーの画像が表示される。

本実施形態の冷却機構８は、第１放熱板５０、第２放熱板５１、第３放熱板５２と、第１ないし第３放熱板５０〜５２に接触するように空気等の冷媒を供給する冷媒供給部５３とを備える。

第１ないし第３放熱板５０〜５２の各放熱板は、各画像形成系の液晶パネルに対して照明光学系からの光が入射する光入射側とは反対側に設けられている。第１放熱板５０は、青用の画像形成系３の第１液晶パネル３２に接触している。第１放熱板５０は、第１液晶パネル３２の一部であってもよいし、青用の画像形成系３のうちの第１液晶パネル３２以外の構成要素であってもよい。

第２放熱板５１は、緑用の画像形成系４の第２液晶パネル５４に接触している。第３放熱板５２は、赤用の画像形成系５の第３液晶パネル５５に接触している。第２放熱板５１と第３放熱板５２は、第１放熱板５０と同様に、液晶パネルの一部であってもよいし、各画像形成系のうちの液晶パネル以外の構成要素であってもよい。

第１ないし第３放熱板５０〜５２は、それぞれ、アルミニウム合金等の熱伝導性に優れる金属材料からなり、多数の板状フィンを有している。第１ないし第３放熱板５０〜５２は、それぞれ、接している液晶パネルの熱を受け取ることができる。

本実施形態の冷媒供給部５３は、供給した冷媒が第１ないし第３放熱板５０〜５２のうちで最初に第１放熱板５０に接触するように、構成されている。本実施形態の冷媒供給部５３は、第１放熱板５０に向けて冷媒を吹き付けることが可能なファン等で構成されている。冷媒供給部５３から供給された冷媒は、第１放熱板５０に接触することで、第１液晶パネル３２の第１液晶層４２から第１放熱板５０へ伝わった熱を奪う。このようにして、冷媒供給部５３は、第１液晶層４２を冷却することができる。

冷媒供給部５３から供給された冷媒は、第１放熱板５０に接触した後に、第２放熱板５１や第３放熱板５２に接触する。これにより、冷媒供給部５３は、緑用の第２液晶パネル５４の液晶層（第２液晶層）と、赤用の第３液晶パネル５５の液晶層（第３液晶層）をそれぞれ冷却することができる。

本実施形態において、冷媒供給部５３から供給されて第１放熱板５０に接触した冷媒は、次に第２放熱板５１に接触した後に、第３放熱板５２に接触する。冷媒の温度は、各放熱板に接触することで上昇する。すなわち、第１放熱板５０に接触するときの冷媒の温度は、第２放熱板５１に接触するときの冷媒の温度よりも高い。また、第２放熱板５１に接触するときの冷媒の温度は、第３放熱板５２に接触するときの冷媒の温度よりも高い。したがって、第２放熱板５１に対応する緑用の第２液晶パネル５４の第２液晶層は、第３放熱板５２に対応する赤用の第３液晶パネル５５の第３液晶層よりも低温に冷却され、さらに、第１放熱板５０に対応する青用の第１液晶パネル３２の第１液晶層４２は、第２放熱板５１に対応する緑用の第２液晶パネル５４の第２液晶層よりも低温に冷却される。

次に、具体的な数値例を挙げて、冷却機構８の機能と液晶層の特性について説明する。
下記の［表１］は、プロジェクターの外気の温度と、画像を形成しているときの各色用の画像形成系における液晶パネルの液晶層の温度との関係を調べた実験結果を示す表である。なお、液晶層の温度は、その厚み方向に直交する面方向で分布を有しており、［表１］の各セルには、液晶層の最高温度（液晶層の面方向の中央部の温度）と、液晶層の最低温度（液晶層の面方向の外周部の温度）とを示している。

［表１］に示すように、外気の温度が１５℃であるときに、第１液晶層の温度は外気の温度よりも１１〜２４℃程度高く、第２液晶層の温度は外気の温度よりも１５〜２９℃程度高く、第３液晶層の温度は外気の温度よりも１８〜３２℃程度高い。また、外気の温度が２５℃であるときに、第１液晶層の温度は外気の温度よりも１１〜２５℃程度高く、第２液晶層の温度は外気の温度よりも１６〜３３℃程度高く、第３液晶層の温度は外気の温度よりも２０〜３６℃程度高い。また、外気の温度が３５℃であるときに、第１液晶層の温度は外気の温度よりも１１〜２９℃程度高く、第２液晶層の温度は外気の温度よりも１７〜３８℃程度高く、第３液晶層の温度は外気の温度よりも２１〜４２℃程度高い。このように、各液晶層の最高温度と外気の温度との差分に着目すると、緑用の第２液晶パネル５４の第２液晶層は、赤用の第３液晶パネル５５の第３液晶層よりも低温に冷却されており、さらに、青用の第１液晶パネル３２の第１液晶層（第１液晶層４２）は、緑用の第２液晶パネル５４の第２液晶層よりも低温に冷却されている。

図３は、液晶層の特性を説明するためのグラフである。図３に示すグラフにおいて、縦軸は、液晶層の異方性（誘電異方性Δεあるいは複屈折性Δｎ）を示す物性値であり、横軸は液晶層の温度を示す。また、図３中の符号ＴＮＩは、液晶相から等方相への転移温度を示す。

図３に示すように、液晶層は、液晶層の温度が転移温度ＴＮＩになる近傍で異方性が急速に失われる。実際には、各画像形成系が画像を形成している間に液晶層が安定的に異方性を発現するように、液晶層は、各画像形成系が画像を形成している間の液晶層の最高温度ＴＭＡＸに対して転移温度ＴＮＩが２０℃ないし３０℃程度高くなるように、構成される。

通常の使用環境は、プロジェクター１の外気の温度が３５℃以下であると想定され、上記の［表１］に示した例では、外気の温度が３５℃のときの第１液晶層の最高温度ＴＭＡＸが６４℃程度であることから、第１液晶層の転移温度ＴＮＩは、９５℃程度でもよい。
同様に、第２液晶層の転移温度ＴＮＩは１０５℃程度でもよく、第２液晶層の転移温度ＴＮＩは１１０℃程度でもよい。

本実施形態において、青用の第１液晶パネル３２の第１液晶層は、緑用の第２液晶パネル５４の第２液晶層と比較して、転移温度ＴＮＩが低くなるように、構成されている。また、青用の第１液晶パネル３２の第１液晶層は、赤用の第３液晶パネル５５の第３液晶層と比較しても転移温度ＴＮＩが低くなるように、構成されている。本実施形態において、第１液晶層の転移温度ＴＮＩは９６℃程度であり、第２液晶層の転移温度ＴＮＩ及び第３液晶層の転移温度ＴＮＩは１１０℃程度である。

本実施形態において、第１ないし第３液晶層は、いずれも、一般的に液晶材料に用いられる化合物から適宜選択される複数種類の化合物を含んでいる。下記の式（１）ないし（４）に、一般的にＴＮモードの液晶層の液晶材料に用いられる化合物の具体例を示す。

式（１）に示すシアノビフェニル化合物は転移温度ＴＮＩが３５．３℃であり、式（２）に示すシアノターフェニル化合物は転移温度ＴＮＩが２４０℃、式（３）に示すシアノフェニルシクロヘキサン化合物は転移温度ＴＮＩが５５℃、式（４）に示すシアノビフェニルシクロヘキサン化合物は転移温度ＴＮＩが２１９℃である。式（１）と式（２）、式（３）と式（４）の転移温度ＴＮＩをそれぞれ比較すると、π電子共役系を構成するベンゼン環の数が多い化合物であるほど、転移温度ＴＮＩが高くなる傾向がある。

本実施形態の第１液晶層は、液晶材料に含まれる化合物のうちで相対的に転移温度ＴＮＩが高い化合物の含有率が第２液晶層より高いことによって、第１液晶層全体としての転移温度ＴＮＩが第２液晶層全体としての転移温度ＴＮＩよりも高い。なお、本実施形態の第３液晶層は、第２液晶層と同じ液晶材料で形成されている。

一般的に、π電子共役系を構成するベンゼン環の数が多い化合物であるほど、π−π*遷移確率が高くなるので、紫外領域側の吸収波長が長波長側へシフトする。本実施形態の第１液晶層は、第２液晶層と同じ液晶材料で形成される場合と比較して、転移温度ＴＮＩが低い分だけ、ベンゼン環の数が多い化合物をより少なく含む。従って、照明光学系２から入射する光のうちで吸収する光の光量が少なくなり、光吸収による液晶材料の分解が抑制され、長寿命になる。

下記の［表２］は、液晶材料の違いと液晶の最高温度の違いによる液晶層の寿命の変化を調べた実験結果を示す表である。［表２］において、液晶層の最高温度が６４℃である条件は、青用の第１液晶パネル３２の液晶層を、他色用の画像形成系における液晶パネルの液晶層よりも低温に冷却した状態に相当する。液晶層の最高温度が７７℃である条件は、青用の第１液晶パネル３２の液晶層を、他色用の画像形成系における液晶パネルの液晶層と同程度に冷却した状態に相当する。

［表２］において、液晶層の転移温度ＴＮＩが９６℃である条件は、青用の第１液晶パネル３２の液晶層の転移温度ＴＮＩを、他色用の画像形成系における液晶パネルの液晶層の転移温度ＴＮＩよりも低く設定した状態に相当する。液晶層の転移温度ＴＮＩが１１０℃である条件は、青用の第１液晶パネル３２の液晶層の転移温度ＴＮＩを、他色用の画像形成系における液晶パネルの液晶層の転移温度ＴＮＩと同じに設定した状態に相当する。

実験では、外気の温度を３５℃に設定し、液晶層に青色光を照射しながら液晶層の光分解反応が発生する兆候が出るまでの時間（耐光性寿命）を測定した。［表２］に示す耐光性寿命は、各条件で測定した耐光性寿命を、液晶層の転移温度ＴＮＩが１１０℃かつ液晶層の最高温度が７７℃である条件で測定した耐光性寿命を１として標準化した値である。

［表２］から分かるように、液晶層の転移温度ＴＮＩが１１０℃である条件で比較すると、液晶層の最高温度が６４℃である条件では、液晶層の最高温度が７７℃である条件よりも液晶層の寿命が１．５倍程度に長くなった。また、液晶層の最高温度が７７℃である条件で比較すると、液晶層の転移温度ＴＮＩが９６℃である条件では、液晶層の転移温度ＴＮＩが１１０℃である条件よりも液晶層の寿命が１．４倍程度に長くなった。また、本実施形態のように、液晶層の最高温度が６４℃かつ液晶層の転移温度ＴＮＩが９６℃である条件では、液晶層の最高温度が７７℃かつ液晶層の転移温度ＴＮＩが１１０℃である条件よりも液晶層の寿命が２．１倍程度に長くなった。

なお、第１液晶層は、転移温度ＴＮＩが７０℃以上の範囲で低く設定されているほど、長寿命になることが確認された。なお、第１液晶層の転移温度ＴＮＩが７０℃未満であると、第１液晶層の寿命は転移温度ＴＮＩが７０℃である場合と同程度になる。これは、第１液晶層の転移温度ＴＮＩを７０℃未満にする場合には、液晶材料に含まれる化合物において一連のπ電子共役系を構成するベンゼン環の数を２以上にする必要性が低いためと考えられる。すなわち、第１液晶層の転移温度ＴＮＩは、７０℃以上であって、９５℃以下でもよいし、８５℃以下でもよく、８０℃以下でもよい。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１は、青用の画像形成系における第１液晶パネル３２の第１液晶層４２の耐光性を格段に向上させることができる。結果として、複数の画像形成系３〜５のうちで最も短寿命になりやすい青用の画像形成系における第１液晶パネル３２の第１液晶層４２を長寿命にすることができ、本実施形態のプロジェクター１を長寿命にすることができる。また、一般的に、液晶材料として用いられる化合物のうち転移温度ＴＮＩが低い化合物は、転移温度ＴＮＩが高い化合物よりも種類が多いので、材料選択の自由度を高めることもできる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。

上記の実施形態において、冷却機構８は、空気を冷媒として冷媒との熱交換によって各液晶層を冷却しているが、冷媒は水等の液体でもよい。また、冷却機構８は、青用の第１液晶パネル３２を他の液晶パネルとは独立して冷却する第１冷却部と、他の液晶パネルを青用の第１液晶パネル３２とは独立して冷却する第２冷却部とを備えていてもよい。第１冷却部及び第２冷却部は、例えばペルチェ素子等で構成されていてもよいし、冷却ファン等で構成されていてもよい。また、冷却機構８は、第１ないし第３の液晶パネルを冷却ファンによって冷却し、青用の第１液晶パネル３２についてはペルチェ素子等でさらに冷却する構成でもよい。また、冷却機構８は、少なくとも第１液晶層を冷却すればよく、第２液晶層と第３液晶層の少なくとも一方を冷却しなくてもよい。

上記の実施形態において、第１ないし第３の液晶パネルは、反射型の液晶パネルで構成されているが、透過型の液晶パネルで構成されていてもよい。第１ないし第３の液晶パネルが透過型の液晶パネルで構成されていれば、画素電極に吸収される光の光量が減るので液晶層の最高温度が低くなり、冷却機構８の構成をシンプルにすることもできる。また、第１ないし第３の液晶パネルが透過型の液晶パネルで構成されており、各液晶パネルにおいて画素が配置されている領域全体である画素領域を通る光を遮らないように、画素領域の外側に例えば枠状の放熱板が設けられていてもよい。

上記の実施形態において、照明光学系２は、光源ランプ１３から射出された白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成であるが、青色光Ｌ１と青色光Ｌ１よりも長波長の第２の光Ｌ２とを射出可能であれば、その構成に限定はない。例えば、照明光学系は、各色の光を直接的に発光するレーザーダイオードや発光ダイオード等の固体光源を備え、各色用の固体光源から射出された各色の光により各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。また、青色光又は紫外光を発光する固体光源と、この固体光源から射出された光源光を受けて光源光よりも長波長の光を射出する蛍光体とを備え、蛍光体から射出された光により画像形成系を照明する構成でもよい。この構成において、照明光学系は、固体光源から射出された光と蛍光体から射出された光とが合わさって白色光となり、この白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。また、固体光源から射出された青色光をハーフミラーなどで複数の光線束に分離し、分離された１つの光線束により青用の画像形成系を照明するとともに、分離された他の光線束を蛍光体で色変換した光により他色用の画像形成を照明する構成でもよい。

色分離光学系１２は、ダイクロイックプリズムによって白色光を複数の色光に分離する構成でもよい。また、色合成部Ａは複数のダイクロイックミラーを用いて、複数の色光を合成する構成でもよい。

１・・・プロジェクター、２・・・照明光学系、７・・・投写光学系、８・・・冷却機構、３２・・・第１液晶パネル、５０・・・第１放熱板（冷却機構）、５１・・・第２放熱板（冷却機構）、５２・・・第３放熱板（冷却機構）、５３・・・冷媒供給部（冷却機構）、５４・・・第２液晶パネル、５５・・・液晶パネル、Ｌ１・・・青色光（第１の光）、Ｌ２・・・緑色光（第２の光）。

Claims

第１液晶層を備え、前記第１液晶層に、青色の波長帯の第１の光が入射され、入射された前記第１の光を変調して出射する第１液晶パネルと、
前記第１液晶層よりも液晶相から等方相への転移温度が高い第２液晶層を備え、前記第２液晶層に、前記第１の光よりも長波長の第２の光が入射され、入射された前記第２の光を変調して出射する第２液晶パネルと、
前記出射した第１の光及び第２の光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクター。
前記第１液晶層は、前記第２液晶層よりもπ電子共役系を構成するベンゼン環の数が多い液晶分子をより少なく含む
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
第１液晶層を備え、前記第１液晶層に、青色の波長帯の第１の光が入射され、入射された前記第１の光を変調して出射する第１液晶パネルと、
前記第１液晶層よりも液晶相から等方相への転移温度が高い第２液晶層を備え、前記第２液晶層に、前記第１の光よりも長波長の第２の光が入射され、入射された前記第２の光を変調して出射する第２液晶パネルと、
前記第１液晶層よりも液晶相から等方相への転移温度が高い第３液晶層を備え、前記第３液晶層に、前記第２の光よりも長波長の第３の光が入射され、入射された前記第３の光を変調して出射する第３液晶パネルと、
前記出射した第１の光、第２の光及び第３の光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクター。
前記第１液晶層は、前記第２液晶層及び前記第３液晶層よりもπ電子共役系を構成するベンゼン環の数が多い液晶分子をより少なく含む
ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。
前記第２液晶層と前記第３液晶層は、同じ液晶材料で形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクター。