JP2009003232A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 高透過の補助偏光板を用いて光出射側偏光板の長寿命化を図ることができると共に、黒表示時の色ムラの発生やコントラスト低下を抑えることができる液晶プロジェクタを提供する。
【解決手段】 液晶表示パネル１ｒ，１ｇ，１ｂの光入射側と光出射側に偏光板２ｒ，２ｇ，２ｂ，３ｒ，３ｇ，３ｂを配置し、さらに液晶表示パネルと光出射側偏光板との間に高透過の補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂを配置すると共に、この高透過の補助偏光板を保持する基板５ｒ，５ｇ，５ｂが屈折率異方性を有する透明基板で、かつ屈折率異方性を示す光軸のうち、いずれか一方の光軸が光の進行方向に平行な面に対して０．５゜以内の傾きとした。
【選択図】 図１

Description

本願発明は液晶プロジェクタに係わり、特にその液晶表示ユニットに関するものである。

近年、液晶プロジェクタの高輝度化，高コントラスト化に伴い、液晶表示パネルと共に偏光板の温度上昇による光学寿命低下の問題が重要となってきている。そのため、偏光板は、熱伝導性（放熱性）に優れた単結晶サファイア基板や水晶基板等の屈折率異方性を有する透明基板に保持されて配置されている。

特許文献１には、照明光を射出する照明光学系と、照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、電気光学装置で得られる変調光線束を投写する投写光学系とを備え、電気光学装置は、光入射面側と光射出面側とのうちの少なくとも一方に、略矩形形状を有する単結晶サファイア基板と、単結晶サファイア基板上に設けられた偏光板とを備え、単結晶サファイア基板は、基板の表面とほぼ平行にＣ軸を含んでおり、Ｃ軸は、略矩形形状の直交する２辺のうちから選択された一方の基準辺に対して約３°ないし約７°の傾きを有することを特徴とするプロジェクタが開示されている。
特開２００１−２７２６７１号公報

ところで、上記電気光学装置を構成する液晶表示パネルと光出射側偏光板との間に、当該偏光板の長寿命化のために高透過の補助偏光板を配置することが考えられる。

しかしながら、光出射側に配置される高透過の補助偏光板は、通常用いられる前述の偏光板よりもＣ軸（単結晶サファイアの結晶軸で光軸とも呼ばれ、水晶の場合はＺ軸）の傾きが表示性能に与える影響が大きく、黒表示時の色ムラの発生やコントラスト低下の原因となる場合が多い。

そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、高透過の補助偏光板を用いて光出射側偏光板の長寿命化を図ることができると共に、黒表示時の色ムラの発生やコントラスト低下を抑えることができる液晶プロジェクタを提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルにて変調された光を拡大投写する投写レンズと、前記液晶表示パネルを照射する光を出射する光源とを備えた液晶プロジェクタにおいて、前記液晶表示パネルの光入射側と光出射側に偏光板を配置し、さらに前記液晶表示パネルと前記光出射側偏光板との間に高透過の補助偏光板を配置すると共に、この高透過の補助偏光板を保持する基板が屈折率異方性を有する透明基板で、かつ屈折率異方性を示す光軸のうち、いずれか一方の光軸が光の進行方向に平行な面に対して０．５゜以内の傾きであることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、前記高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が単結晶サファイア基板であることを特徴とするものである。

一方、請求項３に係る発明は、前記高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が水晶基板であることを特徴とするものである。

本願の請求項１記載の発明によれば、高透過の補助偏光板を保持する基板が屈折率異方性を有する透明基板で、かつ屈折率異方性を示す光軸のうち、いずれか一方の光軸が光の進行方向に平行な面に対して０．５゜以内の傾きであるので、高透過の補助偏光板により光出射側偏光板の長寿命化を図ることができると共に、屈折率異方性を有する透明基板を通過することによる光の偏光状態の変化を抑制させることが可能となり、これにより黒表示時の色ムラの発生やコントラストの低下を抑えることができる。

請求項２記載の発明によれば、高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が単結晶サファイア基板であるので、単結晶サファイア基板の高い熱伝導性（放熱性）により冷却効果がより向上する。

一方、請求項３記載の発明のように、高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が水晶基板であれば、水晶基板は単結晶サファイア基板に比べて安価であるので、低コスト化を図ることができる。

以下、本願発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図である。

メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等より成る光源１０から出射された白色光は、インテグレータレンズ１１、及び集光レンズ１２を経た後、全反射ミラー１３よって光路を９０°変更されて第１ダイクロイックミラー１４へと導かれる。上記のインテグレータレンズ１１は、一対のレンズ群から構成され、個々のレンズ部分が後述する液晶表示パネルの全面を照射するように設計されており、光源１０から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。

第１ダイクロイックミラー１４は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー１４を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー１５にて反射されて光路を変更され、赤色光用の透過型の液晶表示パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｒに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。

一方、第１ダイクロイックミラー１４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１６に導かれる。第２ダイクロイックミラー１６は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１６にて反射した緑色波長帯域の光は、緑色光用の透過型の液晶パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｇに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。

また、第２ダイクロイックミラー１６を透過した青色波長帯域の光は、リレーレンズ１７，１９、全反射ミラー１８，２０を経て青色光用の透過型の液晶表示パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｂに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。

各液晶表示ユニット２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを経て得られた変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２２によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２３によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示されることになる。

上記赤色光用の液晶表示ユニット２１ｒは、赤色光用の透過型の液晶表示パネル１ｒと、従来から液晶表示パネル１ｒの光入射側と光出射側に配置されている光入射側偏光板２ｒ及び光出射側偏光板３ｒと、本実施形態において上記液晶表示パネル１ｒと光出射側偏光板３ｒとの間に配置された高透過の補助偏光板４ｒとを備えている。この高透過の補助偏光板４ｒは、光出射側偏光板３ｒの高寿命化のために設けられたもので、屈折率異方性を有する透明基板である単結晶サファイア基板５ｒ上に保持されている。

また、上記緑色光用の液晶表示ユニット２１ｇも、緑色光用の透過型の液晶表示パネル１ｇと、従来から液晶表示パネル１ｇの光入射側と光出射側に配置されている光入射側偏光板２ｇ及び光出射側偏光板３ｇと、本実施形態において上記液晶表示パネル１ｇと光出射側偏光板３ｇとの間に配置された高透過の補助偏光板４ｇとを備えている。この高透過の補助偏光板４ｇも、光出射側偏光板３ｇの高寿命化のために設けられたもので、屈折率異方性を有する透明基板である単結晶サファイア基板５ｇ上に保持されている。

同様に、上記青色光用の液晶表示ユニット２１ｂも、青色光用の透過型の液晶表示パネル１ｂと、従来から液晶表示パネル１ｂの光入射側と光出射側に配置されている光入射側偏光板２ｂ及び光出射側偏光板３ｂと、本実施形態において上記液晶表示パネル１ｂと光出射側偏光板３ｂとの間に配置された高透過の補助偏光板４ｂとを備えている。この高透過の補助偏光板４ｂも、光出射側偏光板３ｂの高寿命化のために設けられたもので、屈折率異方性を有する透明基板である単結晶サファイア基板５ｂ上に保持されている。

上記高透過の補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂの保持基板として用いられる単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂのＣ軸（単結晶サファイアの結晶軸で、光軸とも呼ばれる）は、基板表面とほぼ平行になるように設定されている。なお、このように、Ｃ軸が基板表面とほぼ平行に設定された単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂを用いるのは、Ｃ軸が基板表面とほぼ垂直に設定された単結晶サファイア基板を用いる場合と比べて、基板５ｒ，５ｇ，５ｂ上に貼り付けられた補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂの温度分布がより均一になるためである。

また、単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂのＣ軸は、略矩形形状の直交する２辺のうちから選択された基準辺に平行であることが理想であるが、製造上のバラツキにより基準辺に対してある角度θだけ傾いている。本実施形態では、このＣ軸の基準辺に対する傾き角θを０．５°の範囲内に設定している。

図２は、上記高透過の補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂの保持基板として用いられる単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂのＣ軸ズレをパラメータとした場合のコントラスト比の変化をグラフ化して示した図である。横軸はＣ軸のズレ角度、縦軸はコントラスト比の最も大きくなるポイントを１としたときの比率を表している。なお、コントラスト比は、Ｃ軸ズレ０°を境に左右対称になるものと思われるので、測定機器の部品のバラツキ等で図２では約０．２５°ほど左（マイナス側）にシフトしており、以下の説明では、それも考慮している。

図２より、Ｃ軸のズレ角度範囲を管理することでコントラスト比の管理もできるようになることがわかる。特にＣ軸のズレ角度が±０．５°以上となったときにコントラスト比の低下率は大きくなるため、Ｃ軸のズレ角度範囲を±０．５°以内とすることで、Ｃ軸のズレによるコントラストの低下を１０％以内に抑えることができる。これにより、他の光学部品のバラツキを含めた全体のコントラストバラツキを１５％以内に抑えることができた。また、それに付随して黒表示時の色ムラの改善にも効果が得られる。

以上のように、本実施形態によれば、高透過の補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂにより光出射側偏光板３ｒ，３ｇ，３ｂの長寿命化を図ることができると共に、屈折率異方性を有する透明基板としての単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂを通過することによる光の偏光状態の変化を抑制させることが可能となり、これにより黒表示時の色ムラの発生やコントラストの低下を抑えることができる。

また、高透過の補助偏光板４ｒ，４ｇ，４ｂを保持する屈折率異方性を有する透明基板が単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂであるので、単結晶サファイア基板５ｒ，５ｇ，５ｂの高い熱伝導性（放熱性）により冷却効果がより向上する。

なお、以上は高透過の補助偏光板の透明保持基板として単結晶サファイア基板を用いた場合について説明したが、透明保持基板として水晶基板を用いた場合もほぼ同様の効果が得られる。この場合は光学軸の名称はＺ軸となり、Ｚ軸の角度を管理すればよい。水晶基板は、前述した単結晶サファイア基板に比べて安価であるので、低コスト化を図ることができる。

また、上記では単結晶サファイア基板のＣ軸あるいは水晶基板のＺ軸の角度としたが、単結晶サファイア基板のＣ軸と直交するＡ軸あるいは水晶基板のＺ軸と直交するＸ軸の角度でも良く、要は、屈折率異方性を示す光軸のうち、いずれか一方の光軸が光の進行方向に平行な面に対して０．５゜以内の傾きであれば良い。

また、光学系は図１に示したものに限定されるものではなく、本願発明は各種の光学系を備えたものに適用することができる。

また、液晶表示パネルは、ＴＮ(Twisted Nematic)／ＶＡ(Vertically Aligned)／ＩＰＳ(In-Plane-Switching)方式や、ＮＷ(Normally White)モード／ＮＢ(Normally Black)モードを問わない。

本願発明を３板式液晶プロジェクタに適用した実施形態の光学系を示した平面図。 高透過の補助偏光板の保持基板として用いられる単結晶サファイア基板のＣ軸ズレをパラメータとした場合のコントラスト比の変化をグラフ化して示した図。

符号の説明

１０ 光源
１１ インテグレータレンズ
１２ 集光レンズ
１３，１５，１８，２０ 全反射ミラー
１４ 第１ダイクロイックミラー
１６ 第２ダイクロイックミラー
１７，１９ リレーレンズ
２１ｒ，２１ｇ，１２ｂ 液晶表示ユニット
１ｒ，１ｇ，１ｂ 液晶表示パネル
２ｒ，２ｇ，２ｂ 光入射側偏光板
３ｒ，３ｇ，３ｂ 光出射側偏光板
４ｒ，４ｇ，４ｂ 補助偏光板
５ｒ，５ｇ，５ｂ 単結晶サファイア基板
２２ ダイクロイックプリズム
２３ 投写レンズ

Claims (3)

1. 照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルにて変調された光を拡大投写する投写レンズと、前記液晶表示パネルを照射する光を出射する光源とを備えた液晶プロジェクタにおいて、
   前記液晶表示パネルの光入射側と光出射側に偏光板を配置し、さらに前記液晶表示パネルと前記光出射側偏光板との間に高透過の補助偏光板を配置すると共に、この高透過の補助偏光板を保持する基板が屈折率異方性を有する透明基板で、かつ屈折率異方性を示す光軸のうち、いずれか一方の光軸が光の進行方向に平行な面に対して０．５゜以内の傾きであることを特徴とする液晶プロジェクタ。
2. 前記高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が単結晶サファイア基板であることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。
3. 前記高透過の補助偏光板を保持する屈折率異方性を有する透明基板が水晶基板であることを特徴とする請求項１記載の液晶プロジェクタ。