JP6277728B2 - 投射型表示装置および照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶パネルを用いた投射型表示装置、および投射型表示装置等に用いられる照明装置に関するものである。
投射型表示装置では、照明装置から出射された光を液晶パネルによって変調した後、投射光学系から投射する。ここで、照明装置の光源に超高圧水銀ランプ等を用いると、光源から出射された白色光には多くの紫外域光が含まれており、かかる紫外域光が液晶パネルに入射すると、液晶材料が劣化する。
一方、投射型表示装置において、紫外域光によって偏光変換素子が劣化することを防止する目的に、光源と偏光変換素子との間に、反射型のカットフィルター、このカットフィルターよりカットオン波長が長波長の反射型のカットフィルター、および吸収型のカットフィルターを順に配置し、これらカットフィルターによって、紫外域光を遮断する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００７−２１２７３３号公報
特許文献１に記載の技術では、２つの反射型のカットフィルターのうち、液晶パネル側のカットフィルターは、光源側のカットフィルターよりカットオン波長が長波長であるため、液晶パネル側のカットフィルターにも多くの紫外域光が到達する。このため、液晶パネル側のカットフィルターでの発熱が液晶パネルに影響を及ぼしやすい等の問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源から出射された光に含まれる紫外域光をカットフィルターによって適正に遮断することのできる投射型表示装置、および投射型表示装置等に用いられる照明装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、光源と、第１基板と第２基板との間に液晶層を備え、前記光源から出射された光を変調する液晶パネルと、該液晶パネルから出射された変調光を投射する投射光学系と、前記光源から前記液晶パネルに到る光路において紫外域光を反射する第１カットフィルターと、前記光源から前記第１カットフィルターに到る光路において紫外域光を反射し、透過率が５０％となるカットオン波長が前記第１カットフィルターより長波長の第２カットフィルターと、を有することを特徴とする。
本発明では、光源から出射された光は、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターによって紫外域光が遮断された後、液晶パネルに供給される。このため、液晶層が紫外域光によって劣化することを抑制することができる。ここで、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはカットオン波長が相違している。このため、可視域光の短波長域での透過率を大幅に低下させずに、紫外域光を十分に遮断することができる。また、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはいずれも、反射型のカットフィルターであるため、吸収型のカットフィルターを用いた場合に比して、カットフィルターでの発熱を低く抑えることができる。また、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはいずれも、反射型のカットフィルターであるため、２つのカットフィルターを構成する誘電体多層膜については、基本的な層構成を同一とし、各層の膜厚のみが相違する構成とることができる。従って、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターは、広い波長域で透過スペクトルが略一致している。従って、液晶パネルに到達する可視域光のスペクトルは、１つのカットフィルターを用いた場合と大きく変化しないので、広い波長域にわたって良好なコントラストを得ることができる。さらに、２つの反射型のカットフィルターのうち、前側（光源側）の第２カットフィルターは、後側（液晶パネル側）の第１カットフィルターよりカットオン波長が長波長であるため、後側の第２カットフィルターには多くの紫外域光が到達しない。このため、後側の第２カットフィルターでの発熱が液晶パネルや周辺に配置された光学素子に影響を及ぼしにくい等の利点がある。
本発明において、前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターのうちの少なくとも一方は、入射面が前記光源から前記液晶パネルに到る装置光軸に対して直交していることが好ましい。かかる構成によれば、カットフィルターとして反射型のカットフィルターを用いた場合でも、入射角がカット特性に影響を及ぼしにくい。
本発明において、前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターのうちの少なくとも一方は、前記光源から前記液晶パネルに到る光路に配置された光学素子が入射面側または出射面側に有する平面形状の第１面に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、カットフィルターとして反射型のカットフィルターを用いた場合でも、入射角がカット特性に影響を及ぼしにくい。また、光学素子にカットフィルターを付加した構成であるため、カットフィルターを設けても、光学素子の数が増えない。また、光学素子の数が増えない分、余計な界面反射が少ないので、光源からの光を液晶パネルに効率よく到達させることができる。
この場合、前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面は、曲面を有している構成を採用することができる。
本発明では、前記第２カットフィルターにおいて透過率が１０％の波長において、前記第１カットフィルターの透過率が９０％以上であることが好ましい。かかる構成によれば、可視域光のスペクトルへの影響が少ない。
本発明において、前記第１カットフィルターにおいて透過率が５０％となるカットオン波長は、前記第２カットフィルターにおいて透過率が０．１％以下の遮断波長領域に位置することが好ましい。かかる構成によれば、第２カットフィルターのカットオン波長より低波長の光については、０．０５％以下の透過率とすることができる。
本発明において、前記液晶パネルは、前記第１基板の前記液晶層側に形成された第１無機配向膜と、前記第２基板の前記液晶層側に形成された第２無機配向膜と、を有することが好ましい。かかる構成によれば、有機配向膜を用いた場合と比較して、紫外域光による配向膜の劣化を抑制することができる。
本発明において、前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターは、誘電体多層膜からなる構成を採用することができる。
また、本発明に係る照明装置は、光源と、該光源からの出射光路において紫外光を反射する第１カットフィルターと、前記光源から前記第１カットフィルターに到る光路において紫外光を反射し、透過率が５０％となるカットオン波長が前記第１カットフィルターより長波長の第２カットフィルターと、を有することを特徴とする。
本発明では、光源から出射された光は、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターによって紫外域光が遮断される。ここで、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはカットオン波長が相違している。このため、可視域光の透過率を大幅に低下させずに、紫外域光を十分に遮断することができる。また、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはいずれも、反射型のカットフィルターであるため、吸収型のカットフィルターを用いた場合に比して、カットフィルターでの発熱を低く抑えることができる。また、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターはいずれも、反射型のカットフィルターであるため、２つのカットフィルターを構成する誘電体多層膜については、基本的な層構成を同一とし、各層の膜厚のみが相違する構成とすることができる。従って、第１カットフィルターおよび第２カットフィルターは、広い波長域で透過スペクトルが略一致している。従って、照明装置から出射される可視域光のスペクトルは、１つのカットフィルターを用いた場合と大きく変化しない。さらに、２つの反射型のカットフィルターのうち、前側（光源側）の第２カットフィルターは、後側（液晶パネル側）の第１カットフィルターよりカットオン波長が長波長であるため、後側の第２カットフィルターには多くの紫外域光が到達しない。このため、後側の第２カットフィルターでの発熱が液晶パネル等の被照射対象に影響を及ぼしにくい等の利点がある。
本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置に用いた液晶パネルの説明図である。 本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置の照明装置に用いた第１カットフィルターおよび第２カットフィルターの透過特性を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置に用いた照明装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置に用いた照明装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置に用いた照明装置の概略構成図である。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルとして、赤色光、緑色光、青色光が入射する３つの液晶パネルが用いられており、赤色光、緑色光、青色光において各々が対応する波長域は、６２０〜７４０ｎｍ、５００〜５７０ｎｍ、４３０〜５００ｎｍである。また、以下の説明において、液晶パネルに関しては、共通の構成等を説明する際には液晶パネル１００とし、複数の液晶パネル１００の個々の構成を説明する際には、以下に示すように、
赤色用液晶パネル１００Ｒ
緑色用液晶パネル１００Ｇ
青色用液晶パネル１００Ｂ
とし、変調する光の波長域に応じて、Ｒ（赤色用）、Ｇ（緑色用）、Ｂ（青色用）を付して説明する。
［実施の形態１］
（投射型表示装置の構成例）
図１は、本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置１１０の概略構成図である。図１（ａ）は、投射型表示装置１１０全体の概略構成図であり、図１（ｂ）は、投射型表示装置１１０に用いた照明装置６０の概略構成図である。
図１に示す投射型表示装置１１０は、透過型の液晶パネル１００を用いた液晶プロジェクタであり、スクリーン等からなる被投射部材１１１に光を照射し、画像を表示する。投射型表示装置１１０は、装置光軸Ｌに沿って、照明装置６０と、照明装置６０から出射された光が供給される複数の液晶パネル１００（液晶ライトバルブ１１５〜１１７）と、複数の液晶パネル１００から出射された光を合成して出射するクロスダイクロイックプリズム１１９（光合成光学系）と、クロスダイクロイックプリズム１１９により合成された光を投射する投射光学系１１８とを有している。また、投射型表示装置１１０は、ダイクロイックミラー１１３、１１４、およびリレー系１２０を備えている。投射型表示装置１１０において、液晶パネル１００およびクロスダイクロイックプリズム１１９は、光学ユニット２００を構成している。
照明装置６０では、装置光軸Ｌに沿って、光源部６１、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第１インテグレーターレンズ６２、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第２インテグレーターレンズ６３、偏光変換素子６４、およびコンデンサーレンズ６５が順に配置されている。
光源部６１は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを含む白色光を出射する光源６１１と、リフレクター６１２とを備えている。光源６１１は超高圧水銀ランプ等により構成されており、リフレクター６１２は、放物線状の断面を有している。
第１インテグレーターレンズ６２および第２インテグレーターレンズ６３は、光源部６１から出射された光の照度分布を均一化する。偏光変換素子６４は、光源部６１から出射された光を、例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする。より具体的には、偏光変換素子６４は、誘電体多層膜によって形成された偏光分離膜６４１と、反射面６４２とを有しており、偏光分離膜６４１は、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する。偏光変換素子６４における入射側の面のうち、偏光分離膜６４１への入射口以外の部分には遮光層６４３が設けられている。また、出射側の面のうち、偏光分離膜６４１を透過した光の出射口には１／２波長板６４４が配置されている。これら偏光分離膜６４１、反射板６４２、遮光層６４３、および１／２波長板６４４によって偏光変換セルが構成され、偏光変換セルが第２インテグレーターレンズ６３のレンズセル列に対応して配列されることにより、偏光変換素子６４が構成される。
ダイクロイックミラー１１３は、照明装置６０から出射された光に含まれる赤色光Ｒを透過させるとともに、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを反射する。ダイクロイックミラー１１４は、ダイクロイックミラー１１３で反射された緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうち、青色光Ｂを透過させるとともに緑色光Ｇを反射する。このように、ダイクロイックミラー１１３、１１４は、照明装置６０から出射された光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分離する色分離光学系を構成している。
液晶ライトバルブ１１５は、ダイクロイックミラー１１３を透過して反射ミラー１２３で反射した赤色光Ｒを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ１１５は、λ／２位相差板１１５ａ、第１偏光板１１５ｂ、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ）、および第２偏光板１１５ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１５に入射する赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー１１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、ｓ偏光のままである。
λ／２位相差板１１５ａは、液晶ライトバルブ１１５に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。第１偏光板１１５ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ）は、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第２偏光板１１５ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１５は、画像信号に応じて赤色光Ｒを変調し、変調した赤色光Ｒをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する。λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１１５ｅに接した状態で配置されており、λ／２位相差板１１５ａおよび第１偏光板１１５ｂが発熱によって歪むのを回避することができる。
液晶ライトバルブ１１６は、ダイクロイックミラー１１３で反射した後にダイクロイックミラー１１４で反射した緑色光Ｇを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ１１６は、液晶ライトバルブ１１５と同様に、第１偏光板１１６ｂ、液晶パネル１００（緑色用液晶パネル１００Ｇ）、および第２偏光板１１６ｄを備えている。液晶ライトバルブ１１６に入射する緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー１１３、１１４で反射されて入射するｓ偏光である。第１偏光板１１６ｂは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル１００（緑色用液晶パネル１００Ｇ）は、ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第２偏光板１１６ｄは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１６は、画像信号に応じて緑色光Ｇを変調し、変調した緑色光Ｇをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する。
液晶ライトバルブ１１７は、ダイクロイックミラー１１３で反射し、ダイクロイックミラー１１４を透過した後でリレー系１２０を経た青色光Ｂを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ１１７は、液晶ライトバルブ１１５、１１６と同様に、λ／２位相差板１１７ａ、第１偏光板１１７ｂ、液晶パネル１００（青色用液晶パネル１００Ｂ）、および第２偏光板１１７ｄを備えている。液晶ライトバルブ１１７に入射する青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１１３で反射してダイクロイックミラー１１４を透過した後にリレー系１２０の２つの反射ミラー１２５ａ、１２５ｂで反射することから、ｓ偏光となっている。
λ／２位相差板１１７ａは、液晶ライトバルブ１１７に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。第１偏光板１１７ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。液晶パネル１００（青色用液晶パネル１００Ｂ）は、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第２偏光板１１７ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ１１７は、画像信号に応じて青色光Ｂを変調し、変調した青色光Ｂをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する。なお、λ／２位相差板１１７ａ、および第１偏光板１１７ｂは、ガラス板１１７ｅに接した状態で配置されている。
リレー系１２０は、リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂと反射ミラー１２５ａ、１２５ｂとを備えている。リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂは、青色光Ｂの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。リレーレンズ１２４ａは、ダイクロイックミラー１１４と反射ミラー１２５ａとの間に配置されている。リレーレンズ１２４ｂは、反射ミラー１２５ａ、１２５ｂの間に配置されている。反射ミラー１２５ａは、ダイクロイックミラー１１４を透過してリレーレンズ１２４ａから出射した青色光Ｂをリレーレンズ１２４ｂに向けて反射する。反射ミラー１２５ｂは、リレーレンズ１２４ｂから出射した青色光Ｂを液晶ライトバルブ１１７に向けて反射する。
クロスダイクロイックプリズム１１９は、２つのダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜１１９ａは青色光Ｂを反射して緑色光Ｇを透過する膜であり、ダイクロイック膜１１９ｂは赤色光Ｒを反射して緑色光Ｇを透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム１１９は、液晶ライトバルブ１１５〜１１７のそれぞれで変調された赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとを合成し、投射光学系１１８に向けて出射する。
なお、液晶ライトバルブ１１５、１１７からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｓ偏光であり、液晶ライトバルブ１１６からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｐ偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光を異なる種類の偏光としていることにより、クロスダイクロイックプリズム１１９において各液晶ライトバルブ１１５〜１１７から入射する光を合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂはｓ偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂで反射される赤色光Ｒ、および青色光Ｂをｓ偏光とし、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂを透過する緑色光Ｇをｐ偏光としている。投射光学系１１８は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム１１９で合成された光をスクリーン等の被投射部材１１１に投射する。
（液晶パネル１００の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置１１０に用いた液晶パネル１００の説明図である。図２（ａ）は、液晶パネル１００を各構成要素と共に第２基板の側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、そのＨ−Ｈ′断面図である。
図２に示すように、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ、緑色用液晶パネル１００Ｇ、および青色用液晶パネル１００Ｂ）では、第１基板１０と第２基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、シール材１０７は第２基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられている。かかる液晶パネル１００は、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶パネルとして構成されている。液晶パネル１００において、シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。かかる構成の液晶パネル１００において、第１基板１０と第２基板２０との間では、シール材１０７によって囲まれた領域内に液晶層５０が保持されている。液晶層５０には、ビフェニル系液晶材料、フェニルシクロヘキサン系液晶材料、シクロヘキサン系液晶材料、フェニルピリジミン系液晶材料、エステル系液晶材料、ジオキサン系液晶材料等が用いられている。ここで、液晶層５０では、上記の液晶材料を単独で用いることがある他、駆動電圧の低下、耐熱性、粘度等に関して要求される性能を満たすために複数の液晶材料をブレンドして用いることがある。
本形態において、第１基板１０および第２基板２０はいずれも四角形であり、液晶パネル１００の略中央には、表示領域１０ａが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材１０７も略四角形に設けられ、シール材１０７の内周縁と表示領域１０ａの外周縁との間には、略四角形の周辺領域１０ｂが額縁状に設けられている。第１基板１０において、表示領域１０ａの外側では、第１基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。なお、端子１０２には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続されており、第１基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。
第１基板１０の液晶層５０側の面において、表示領域１０ａには、画素トランジスター（図示せず）、および画素トランジスターに電気的に接続する画素電極９ａがマトリクス状に形成されており、かかる画素電極９ａの上層側には第１配向膜１６が形成されている。第１配向膜１６は、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、第１配向膜１６は、ＳｉＯX（ｘ＜２）、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5等の斜方蒸着膜からなる第１無機配向膜である。なお、第１基板１０の一方面側において、周辺領域１０ｂには、画素電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。
第２基板２０の液晶層５０側の面には共通電極２１が形成されており、共通電極２１の上層には第２配向膜２６が形成されている。第２配向膜２６は、第１配向膜１６と同様、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、第２配向膜２６は、ＳｉＯX（ｘ＜２）、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5等の斜方蒸着膜からなる第２無機配向膜である。かかる第１配向膜１６および第２配向膜２６は、例えば、液晶層５０に用いた誘電異方性が負のネマチック液晶化合物を垂直配向させ、液晶パネル１００をノーマリブラックのＶＡモードとして動作させる。共通電極２１は、第２基板２０の略全面に形成されている。また、第２基板２０の液晶層５０側の面には、共通電極２１の下層側に遮光層１０８が形成されている。本形態において、遮光層１０８は、表示領域１０ａの外周縁に沿って延在する額縁状に形成されており、見切りとして機能する。遮光層１０８の外周縁は、シール材１０７の内周縁との間に隙間を隔てた位置にあり、遮光層１０８とシール材１０７とは重なっていない。なお、第２基板２０において、遮光層１０８は、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた領域と重なる領域等にも形成されることがある。
このように構成した液晶パネル１００において、第１基板１０には、シール材１０７より外側において第２基板２０の角部分と重なる領域に、第１基板１０と第２基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極１０９が形成されている。かかる基板間導通用電極１０９には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９ａが配置されており、第２基板２０の共通電極２１は、基板間導通材１０９ａおよび基板間導通用電極１０９を介して、第１基板１０側に電気的に接続されている。このため、共通電極２１は、第１基板１０の側から共通電位が印加されている。
シール材１０７は、略同一の幅寸法をもって第２基板２０の外周縁に沿って設けられている。このため、シール材１０７は、略四角形である。但し、シール材１０７は、第２基板２０の角部分と重なる領域では基板間導通用電極１０９を避けて内側を通るように設けられており、シール材１０７の角部分は略円弧状である。
かかる構成の液晶パネル１００において、画素電極９ａおよび共通電極２１をＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜等の透光性導電膜により形成すれば、透過型の液晶パネル１００を構成することができる。かかる透過型の液晶パネル１００では、第２基板２０の側から入射した光が第１基板１０を透過して出射される間に変調される。これに対して、画素電極９ａおよび共通電極２１のうち、例えば、共通電極２１を透光性導電膜により形成し、画素電極９ａをアルミニウム膜等の反射性導電膜により形成すれば、反射型の液晶パネル１００を構成することができる。反射型の液晶パネル１００では、第２基板２０の側から入射した光が第１基板１０で反射して出射される間に変調される。
（照明装置６０の詳細構成）
図３は、本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置１１０の照明装置６０に用いた第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７の透過特性を示す説明図である。
図１に示す投射型表示装置１１０の照明装置６０に用いた光源部６１において、超高圧水銀ランプ等からなる光源６１１が出射する光には、多くの紫外域光が含まれており、かかる紫外域光が液晶パネル１００に入射すると、液晶層５０に用いた液晶材料が劣化する。そこで、本形態では、光源６１１が出射する光を、２つのカットフィルター（第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７）によって紫外域光を遮断した後、液晶パネル１００の側に向けて出射する。本形態において、第１カットフィルター６６は、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路において紫外域光を反射する反射型の短波長カットフィルター（ロングパスフィルター）である。また、第２カットフィルター６７は、光源６１１から第１カットフィルター６６に到る光路において紫外域光を反射する反射型の短波長カットフィルター（ロングパスフィルター）である。かかる第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜によって構成されている。高屈折率層の材料として、ＴｉＯ2（ｎ＝２．４）、Ｔａ2Ｏ5（ｎ＝２．１）、Ｎｂ2Ｏ5（ｎ＝２．２）などが用いられ、低屈折率層の材料として、ＳｉＯ2（ｎ＝１．４６）あるいはＭｇＦ2（ｎ＝１．３８）が使われる。屈折率ｎは、波長によって異なり、上記屈折率ｎは、波長が５００ｎｍの値である。
ここで、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７の少なくとも一方は、入射面が光源６１１から液晶パネル１００に到る装置光軸Ｌに対して直交している。本形態では、第１カットフィルター６６の入射面６６０、および第２カットフィルター６７の入射面６７０の双方が装置光軸Ｌに対して直交している。
このように第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７を設けるにあたって、本形態では、以下に説明するように、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７のうちの少なくとも一方は、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路に配置された光学素子が入射面側または出射面側に有する平面形状の第１面に設けられている。
本形態では、図１（ｂ）に示すように、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路には、第２インテグレーターレンズ６３が配置されている。かかる第２インテグレーターレンズ６３において、光源６１１とは反対側の第１面６３１は平面形状になっており、光源６１１側の第２面６３２は、レンズを構成する複数の曲面を有している。また、第２インテグレーターレンズ６３の第１面６３１は、装置光軸Ｌに対して直交している。そこで、第２インテグレーターレンズ６３の第１面６３１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第１カットフィルター６６が構成されている。なお、第２インテグレーターレンズ６３は、平面形状の第１面６３１を光源６１１側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６３１に第１カットフィルター６６を形成する。
また、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路において、光源６１１と第２インテグレーターレンズ６３との間には、第１インテグレーターレンズ６２が配置されている。かかる第１インテグレーターレンズ６２において、光源６１１側の第１面６２１は平面形状になっており、光源６１１とは反対側の第２面６２２は、レンズを構成する複数の曲面を有している。また、第１インテグレーターレンズ６２の第１面６２１は、装置光軸Ｌに対して直交している。そこで、第１インテグレーターレンズ６２の第１面６２１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第２カットフィルター６７が構成されている。なお、第１インテグレーターレンズ６２は、平面形状の第１面６２１を光源６１１とは反対側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６２１に第２カットフィルター６７を形成する。
ここで、第１カットフィルター６６は、図３に実線Ｔ１で示す透過特性を有しているのに対して、第２カットフィルター６７は、図３に実線Ｔ２で示す透過特性を有しており、第２カットフィルター６７は、透過率が５０％となるカットオン波長が第１カットフィルター６６より長波長である。例えば、第１カットフィルター６６のカットオン波長λ1は４２０ｎｍであり、４１０ｎｍの波長における透過率は０．１％以下である。これに対して、第２カットフィルター６７のカットオン波長λ2は４３０ｎｍであり、４２０ｎｍの波長における透過率は０．１％以下である。
また、第１カットフィルター６６のカットオン波長λ1は、第２カットフィルター６７において透過率が０．１％以下の遮断波長領域に位置する。また、第２カットフィルター６７において透過率が１０％の波長λ0において、第１カットフィルター６６の透過率が９０％以上である。例えば、第２カットフィルター６７において透過率が１０％の波長λ0は約４２６ｎｍであり、かかる波長λ0において、第１カットフィルター６６の透過率は９０％である。また、第１カットフィルター６６の４３０ｎｍの波長における透過率は約９５％である。
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の投射型表示装置１１０において、照明装置６０は、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路には、紫外域光を遮断する第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７が配置されている。このため、光源６１１から出射された光は、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７によって紫外域光が遮断された後、液晶パネル１００に供給される。このため、液晶層５０が紫外域光によって劣化することを抑制することができる。
より具体的には、液晶層５０において、芳香環等のセグメントを分子内に有する液晶材料を用いると、２５０ｎｍ〜３００ｎｍをピーク波長とする光吸収を有する。このため、紫外域や近紫外域の光が液晶層５０に入射すると、上記のセグメントは、液晶分子の遷移モーメントと照射光の電場ベクトルの方向に応じて光励起状態となる。その結果、光化学反応によって、液晶材料から様々なイオン性不純物が発生し、表示品位が低下する等、耐光性寿命が低下することになる。しかるに本形態によれば、光源６１１から出射された光は、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７によって紫外域光が遮断された後、液晶パネル１００に供給されるため、上記の耐光性寿命の低下を抑制することができる。
ここで、第１カットフィルター６６のカットオン波長λ1と第２カットフィルター６７のカットオン波長λ2は相違している。また、第１カットフィルター６６のカットオン波長λ1は、第２カットフィルター６７において透過率が０．１％以下の遮断波長領域に位置する。このため、可視域光の透過率を大幅に低下させずに、紫外域光を十分に遮断することができる。すなわち、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７によれば、４２０ｎｍの波長における透過率を０．１％×５０％＝０．０５％以下とすることができ、この場合でも、４３０ｎｍの波長における透過率を９５％×５０％＝４７．５％とすることができる。それ故、青色光Ｂの強度を十分高く確保することができるとともに、紫外域光を十分に遮断することができる。
これに対して、図３に実線Ｔ２で示す透過特性のカットフィルターを２つ用いると、４２０ｎｍの波長における透過率が０．１％×０．１％＝０．０１％以下となるが、４３０ｎｍの波長における透過率は、５０％×５０％＝２５％まで低下してしまい、青色光Ｂの強度を十分に確保することができない。
また、第２カットフィルター６７において透過率が１０％の波長λ0において、第１カットフィルター６６の透過率が９０％以上である。従って、２つのカットフィルター（第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７）を用いた場合でも、第２カットフィルター６７のみを用いた場合と可視域光のスペクトルへの影響が少ない。
また、本形態において、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７はいずれも、反射型のカットフィルターであるため、吸収型のカットフィルターを用いた場合に比して、カットフィルターでの発熱を低く抑えることができる。このため、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７での発熱が液晶パネル１００や周辺に配置された光学素子に影響を及ぼしにくい。
また、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７はいずれも、反射型のカットフィルターであるため、２つのカットフィルターを構成する誘電体多層膜については、基本的な層構成を同一とし、各層の膜厚のみが相違する構成とることができる。従って、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７は、広い波長域で透過スペクトルが略一致している。従って、液晶パネル１００に到達する可視域光のスペクトルは、１つのカットフィルターを用いた場合と大きく変化しないので、広い波長域にわたって良好なコントラストを得ることができる。
さらに、２つの反射型のカットフィルターのうち、前側（光源６１１側）の第２カットフィルター６７は、後側（液晶パネル１００側）の第１カットフィルター６６よりカットオン波長が長波長であるため、後側の第２カットフィルター６７には多くの紫外域光が到達しない。このため、後側の第２カットフィルター６７での発熱が液晶パネル１００や周辺に配置された光学素子に影響を及ぼしにくい等の利点がある。
また、第１カットフィルター６６は、第２インテグレーターレンズ６３の平面形状の第１面６３１に形成され、第２カットフィルター６７は、第１インテグレーターレンズ６２の平面形状の第１面６２１に形成されている。このため、第１カットフィルター６６の入射面６６０、および第２カットフィルター６７の入射面６７０の双方が装置光軸Ｌに対して直交している。従って、第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７に反射型のカットフィルターを用いた場合でも、入射角がカット特性に影響を及ぼしにくい。また、光学素子（第１インテグレーターレンズ６２および第２インテグレーターレンズ６３）に第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７を付加した構成であるため、カットフィルターを設けても、光学素子の数が増えない。また、光学素子の数が増えない分、余計な界面反射が少ないので、光源６１１からの光を液晶パネル１００に効率よく到達させることができる。
また、液晶パネル１００においては、第１基板１０および第２基板２０に形成された第１配向膜１６および第２配向膜２６はいずれも、無機配向膜であるため、有機配向膜を用いた場合と比較して、紫外域光による配向膜の劣化を抑制することができる。
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置１１０に用いた照明装置６０の概略構成図である。なお、本形態および後述する実施の形態３、４の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
実施の形態１では、第１カットフィルター６６が第２インテグレーターレンズ６３の平面形状の第１面６３１に形成され、第２カットフィルター６７が第１インテグレーターレンズ６２の平面形状の第１面６２１に形成されている。これに対して、本形態では、図４に示すように、光源６１１から液晶パネル１００に到る光路には、コンデンサーレンズ６５（光学素子）が配置されている。かかるコンデンサーレンズ６５において、光源６１１とは反対側の第１面６５１は平面形状になっており、光源６１１側の第２面６５２は、レンズを構成する曲面を有している。また、コンデンサーレンズ６５の第１面６５１は、装置光軸Ｌに対して直交している。そこで、コンデンサーレンズ６５が有する平面形状の第１面６５１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第１カットフィルター６６が構成されている。なお、コンデンサーレンズ６５は、平面形状の第１面６５１を光源６１１側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６５１に第１カットフィルター６６を形成する。
また、本形態では、第１インテグレーターレンズ６２が有する平面形状の第１面６２１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第２カットフィルター６７が構成されている。なお、第１インテグレーターレンズ６２は、平面形状の第１面６２１を光源６１１とは反対側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６２１に第２カットフィルター６７を形成する。このような構成でも、実施の形態１と同様な効果を奏する。
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係る投射型表示装置１１０に用いた照明装置６０の概略構成図である。本形態では、図５に示すように、コンデンサーレンズ６５が有する平面形状の第１面６５１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第１カットフィルター６６が構成されている。なお、コンデンサーレンズ６５は、平面形状の第１面６５１を光源６１１側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６５１に第１カットフィルター６６を形成する。
また、本形態では、第２インテグレーターレンズ６３が有する平面形状の第１面６３１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第２カットフィルター６７が構成されている。なお、第２インテグレーターレンズ６３は、平面形状の第１面６３１を光源６１１側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６３１に第２カットフィルター６７を形成する。このような構成でも、実施の形態１と同様な効果を奏する。
［実施の形態４］
図６は、本発明の実施の形態４に係る投射型表示装置１１０に用いた照明装置６０の概略構成図である。本形態では、図６に示すように、リフレクター６１２が楕円形状の断面を有していることから、光源部６１と第１インテグレーターレンズ６２との間には凹レンズ６９（光学素子）が配置されている。かかる凹レンズ６９において、光源６１１とは反対側の第１面６９１は平面形状になっており、光源６１１側の第２面６９２は、レンズを構成する曲面を有している。また、凹レンズ６９の第１面６９１は、装置光軸Ｌに対して直交している。そこで、凹レンズ６９が有する平面形状の第１面６９１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第２カットフィルター６７が構成されている。なお、凹レンズ６９は、平面形状の第１面６９１を光源６１１側に向けて配置されることがあるが、この場合にも、平面形状の第１面６９１に第２カットフィルター６７を形成する。
なお、第１カットフィルター６６については、例えば、コンデンサーレンズ６５が有する平面形状の第１面６５１に対して誘電体多層膜を形成し、かかる誘電体多層膜によって、第１カットフィルター６６を構成する。このような構成でも、実施の形態１と同様な効果を奏する。
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、透過型の液晶パネル１００を用いた例を説明したが、反射型の液晶パネル１００を用いた投射型表示装置に本発明を適用してもよい。
上記実施の形態では、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの３つの液晶パネル１００に対して共通の光路に第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７を配置したが、青色光Ｂの液晶パネル１００に対する光路に第１カットフィルター６６および第２カットフィルター６７の一方および双方を配置してもよい。
上記実施の形態では、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの３つの液晶パネル１００を用いた例を説明したが、異なる色に対応する２つの液晶パネル１００や、４つ以上の液晶パネル１００を用いた場合に適用してもよい。
１０・・第１基板、１６・・第１配向膜（第１無機配向膜）、２０・・第２基板、２６・・第２配向膜（第２無機配向膜）、５０・・液晶層、６０・・照明装置、６１・・光源部、６２・・第１インテグレーターレンズ（光学素子）、６３・・第２インテグレーターレンズ（光学素子）、６５・・コンデンサーレンズ（光学素子）、６６・・第１カットフィルター、６７・・第２カットフィルター、１００・・液晶パネル、１００Ｒ・・赤色用液晶パネル、１００Ｇ・・緑色用液晶パネル、１００Ｂ・・青色用液晶パネル、１１０・・・投射型表示装置、１１９・・クロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）、１１８・・投射光学系、２００・・光学ユニット、６１１・・光源、６１２・・リフレクター、６２１、６３１・・インテグレーターレンズの第１面、６５１・・コンデンサーレンズの第１面、６６０・・第１カットフィルターの入射面、６７０・・第２カットフィルターの入射面

Claims (8)

  1. 光源と、
    第１基板と第２基板との間に液晶層を備え、前記光源から出射された光を変調する液晶パネルと、
    該液晶パネルから出射された変調光を投射する投射光学系と、
    前記光源から前記液晶パネルに到る光路において紫外域光を反射する第１カットフィルターと、
    前記光源から前記第１カットフィルターに到る光路において紫外域光を反射し、透過率が５０％となるカットオン波長が前記第１カットフィルターより長波長の第２カットフィルターと、を有し、
    前記第２カットフィルターにおいて透過率が１０％の波長において、前記第１カットフィルターの透過率が９０％以上であることを特徴とする投射型表示装置。
  2. 前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターのうちの少なくとも一方は、入射面が前記光源から前記液晶パネルに到る装置光軸に対して直交していることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
  3. 前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターのうちの少なくとも一方は、前記光源から前記液晶パネルに到る光路に配置された光学素子が入射面側または出射面側に有する平面形状の第１面に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
  4. 前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面は、曲面を有していることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
  5. 前記第１カットフィルターにおいて透過率が５０％となるカットオン波長は、前記第２カットフィルターにおいて透過率が０．１％以下の遮断波長領域に位置することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
  6. 前記液晶パネルは、前記第１基板の前記液晶層側に形成された第１無機配向膜と、前記第２基板の前記液晶層側に形成された第２無機配向膜と、を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
  7. 前記第１カットフィルターおよび前記第２カットフィルターは、誘電体多層膜からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の投射型表示装置。
  8. 光源と、
    該光源からの出射光路において紫外光を反射する第１カットフィルターと、
    前記光源から前記第１カットフィルターに到る光路において紫外光を反射し、透過率が５０％となるカットオン波長が前記第１カットフィルターより長波長の第２カットフィルターと、を有し、
    前記第２カットフィルターにおいて透過率が１０％の波長において、前記第１カットフィルターの透過率が９０％以上である
    ことを特徴とする照明装置。
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