プロジェクタ用位相板および液晶プロジェクタ
【課題】 光源からの熱の悪影響による液晶表示素子やその関連部品の劣化を防ぐとともに、部材の耐久性が優れたプロジェクタ用位相板を提供する。
【解決手段】 液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板３９１，３９２が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板３９において、前記貼り合わせられた位相板３９の厚みＴ１を０．７mm以上４mm以下に設定した。
【解決手段】 液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板３９１，３９２が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板３９において、前記貼り合わせられた位相板３９の厚みＴ１を０．７mm以上４mm以下に設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされて構成される位相板に関するものであり、特に、液晶プロジェクタに使用され、液晶表示素子の前後に近接配置されるプロジェクタ用の位相板とそれを用いた液晶プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクタの偏光光学系に適用される位相板には、２種類のタイプのものがある。１つは、特許文献１にも開示されているように、透明基板に樹脂製の位相差フィルムが粘着材により貼付されたものが用いられている。このように位相差フィルムを単体で用いることなく、透明基板に貼付させて使用する理由は、位相差フィルムは、熱収縮性が高く、位相差フィルムは光源からの光を吸収して発熱した際に変形しやすいので、透明基板を放熱基板として機能させて位相差フィルムの変形を防止している。前記透明基板としては、ガラスや水晶、サファイヤなどが用いられる。これら透明基板の熱伝導率（ｗ／ｍ・ｋ）は、サファイヤが４１．９と最も高く、次に水晶が５．４〜９．３、ガラス（青板ガラス）が０．５５〜０．７５となり、サファイヤが最も優れている。しかしながら、コスト面では、逆にガラスが最も安く、水晶、サファイヤの順となる。また、サファイヤは、硬度が高いために加工性が悪く、屈折率が高いために透過率が低下すると言った欠点を有している。このことから、水晶が、コスト面と熱伝導性能のバランスがとれた最も実用的な位相差フィルム用の透明基板として利用されているのが現状である。
【０００３】
もう１つは、特許文献２にも開示されているように、水晶基板等の光学異方性媒質からなる基板を２枚用い、これらの常光線と異常光線との速度差を利用し、両光線間に位相差を作り出すものが用いられている。そして、１／４波長板として構成（位相差をπ／２に構成）した場合には上述した如く直線偏光を円偏光に変換したり、円偏光を直線偏光に変換したりする。このタイプの位相板は、前者のタイプの位相板に比べて、部材の耐久性や耐熱性の面で非常に優れているので、液晶プロジェクタ用の位相板として普及してきているのが現状である。
【０００４】
以下、水晶基板が貼り合わされた位相板について説明する。一般に、位相板として、光学機器に使用される光線の波長域（例えば６００ｎｍ周辺）に対応するべく要求される厚さ寸法は、１／４波長板の場合、理論上１５〜２０μｍ程度である。しかし、水晶の加工上、この厚さ寸法の水晶基板を得ることは困難である。従って、上記寸法程度の厚み差をもって加工された２枚の水晶基板を貼り合わせたものが一般的に使用されている。つまり、２枚の水晶基板の厚み差を利用して擬似的に上記厚さ寸法（１５〜２０μｍ程度）の水晶基板と同等の位相差性能が得られるようにしている。位相板の構成例として、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°の水晶波長板と、上記光軸角度が９０°の水晶波長板とをＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）によって貼り合わせた構成のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２８０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように光学異方結晶板からなる位相板を用いたとしても、光源の熱的悪影響を完全になくすことはできない。特に液晶プロジェクタに使用される光源としては、超高圧水銀灯やメタルハライドランプのような強力なランプが用いられるので、位相板の温度が８０℃を超えることもあるため、熱的な影響を長期間にわたって受けることで、液晶表示素子に関連する部材が劣化したり、影響が強ければ液晶表示素子そのものが劣化したりすることもあった。特に、液晶表示素子の入射面に取り付けられ、液晶表示素子の液晶軸方向に光成分を偏光してなる偏光フィルムは、樹脂製のフィルムで構成されているものが多く、熱的悪影響を極めて受けやすいといった問題があった。この偏光フィルムが劣化すると、液晶プロジェクタに投影される画像の色合いがおかしくなったり、画像のそのものに異常をきたすことがある。さらに、液晶プロジェクタが小型化されると、各種光学系もより近接して配置されるので、光路外からの放射熱による悪影響も受けやすくなると言った問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光源からの熱の悪影響による液晶表示素子やその関連部品の劣化を防ぐとともに、部材の耐久性が優れたプロジェクタ用位相板を提供することで、より商品の寿命を延ばすことができる液晶プロジェクタを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明の請求項１によるプロジェクタ用位相板は、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に示すように、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられて位相板体を構成してなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に示すように、前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に示すように、前記位相板と放熱基板が水晶基板からなり、前記位相板は２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で前記位相板のいずれか主面に放熱基板に使われる水晶基板が貼り合わせられてなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に示すように、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に示すように、前記位相板の両端主面に、当該位相板より厚みの大きな放熱基板が貼り付けられて位相板体を構成してなることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に示すように、特許請求項１〜６に記載されたプロジェクタ用位相板と、光源と、透過した光を画像情報に応じて光強度変調する液晶表示素子と、その変調された光学情報を投射する投射手段とを具備してなる液晶プロジェクタであって、前記液晶表示素子の入射側には、前記プロジェクタ用位相板が近接配置されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の特許請求項１によれば、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上とすることで、位相板の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。特に、熱放射成分（赤外光）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることない。また、位相板の厚みが増大することで、位相板の強度や剛性が高まるので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって位相板が反ったり歪んだりすることが抑制され、位相板の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。つまり、位相板は反りや歪みよって、主面に入射する光線の入射角が変わることがないので、所望の位相特性が得られ、光学特性に悪影響を及ぼさない位相板が得られる。また、前記貼り合わせられた位相板の厚みを４ｍｍ以下とすることで、位相板の厚み増大することによる加工の困難性やコスト増加を抑えることができ、省スペース化がはかれる。
【００１６】
特許請求項２によれば、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられているので、位相板の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。特に、熱放射成分（赤外線）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることない。また、放熱基板を位相板に貼り合わせて位相板体を構成することで、位相板の厚みを抑えることができるので、入射角度に対するリタデーション値（１／４波長板の常光線と異常光線の屈折率の差、すなわち複屈折率の差と、１／４波長板の板厚の積）の依存性を低減させることができる。
【００１７】
また、特許請求項３によれば、上述の作用効果に加え、前記貼り合わせられた位相板、または、前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上としたことで、位相板の耐久性と放熱性がより一層高まる。前記貼り合わせられた位相板体の厚みを４ｍｍ以下としたことで、各部材の厚み増大することによる加工の困難性やコスト増加、あるいは各部材の枚数が増加して工程が増加することによるコスト増加を抑えることができる。また、位相板の厚みを抑えることで、省スペース化がはかれる。
【００１８】
図８は、液晶プロジェクタの使用時間と位相板の厚み毎の表面温度を示した比較グラフである。位相板としては、縦２０ｍｍ、横２２ｍｍの水晶基板をアクリル系のＵＶ接着剤で貼り合わせたものを使用し、それぞれ貼り合わせた厚みの異なる位相板を反射型液晶プロジェクタに組み込んだ場合に、その使用時間毎の表面温度を測定している。また、これら位相板に近接配置され、液晶表示素子に使用される偏光フィルムの耐熱温度は、通常品で約８０℃〜約１００℃、耐熱仕様品では約１００℃である。これらのグラフが示しているように、上記偏光フィルムに熱的な悪影響を与えないようにするためには、位相板の厚みを０．７ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上にする必要があるのがわかる。また、位相板の厚みが４ｍｍのものと、位相板の厚みが６ｍｍのものでは放熱性に顕著な変化が見られないので、位相板の厚みが４ｍｍ以下とすることで、位相板の厚みを増やすことによるコスト増大を抑制できる。なお、水晶基板が２枚以上貼り合わせられた位相板体の場合、貼り合わされた全体の厚みが同じであれば、断熱効果が高いため、上記温度よりやや低めの値となる。
【００１９】
また、特許請求項４によれば、上述の作用効果に加え、コスト面と熱伝導性能のバランスがとれ、加工性もよく透過率の低下もない最も実用的な水晶基板を放熱基板として用いることができる。また、放熱基板に位相板と同じ水晶を用いても、２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置されているので、位相差特性に悪影響を及ぼすことなく放熱基板としての機能を得ることができる。しかも、位相板と放熱基板の材質が同じなので光学特性がほぼ同一で、透過率特性が優れる。
【００２０】
また、特許請求項５によれば、上述の作用効果に加え、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。なお、位相板の厚みを０．１ｍｍより薄くすると、加工が難しくなり実用上好ましくないのが、位相板の厚みを０．１ｍｍ以上とすることで加工コストを増大させることがない。また、位相板の厚みを０．５ｍｍより厚くすると、リタデーション値の依存性が問題となり、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能が低下し、画質低下につながりやすくなる。
【００２１】
また、特許請求項６によれば、上述の作用効果に加え、位相板より厚みの大きな放熱基板が、当該位相板を挟み込むようにして両端主面に貼り付けられているので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって位相板が反ったり歪んだりするのを抑制するとともに、研磨加工精度のばらつきなどによって生じる異方性結晶板自身が持つ内的要因による反りや歪みも修正し、位相板の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。つまり、位相板は反りや歪みよって、主面に入射する光線の入射角が変わることがないので、所望の位相差特性が得られ、光学特性に悪影響を及ぼさない位相板が得られる。また、位相板の両端主面を挟み込むようにして厚みの大きな放熱基板が貼り付けられているので、位相板の強度や剛性を補強するだけでなく、外的要因によって位相板の主面に傷がついたり、位相板に割れやチッピングが生じたりすることがない。
【００２２】
また、本発明の特許請求項７によれば、前記液晶表示素子の入射側には、上述のようなプロジェクタ用位相板が近接配置されているので、光源からの出射光による液晶表示素子やその関連部品の劣化に結びつく熱放射成分（赤外線）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることなく、商品寿命を延ばし、液晶プロジェクタの商品寿命を延ばすことができる。また、各種光学系をより近接して配置したとしても、液晶表示素子に対する光路外からの放射熱による悪影響も抑制できるので、省スペース化がはかれ、液晶プロジェクタの小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の第１の実施形態について、１／４波長板（水晶位相板）を例にとり図面に基づいて説明する。図１は第１の実施形態に係る位相板の分解斜視図を示し、図２は図１を組み立てた状態の斜視図である。
【００２４】
これら図に示すように、１／４波長板（位相板）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９１，３９２により構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図１、図２において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９１と称し、奥側（図２の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９２と称する。
【００２５】
各水晶基板３９１，３９２は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９１は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．７ｍｍであり、第２水晶基板３９２は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．７１５ｍｍに設定されている。つまり、１５μｍの厚み差を利用して、厚さ寸法が１５μｍの水晶基板の単板で成る位相板と同機能（同等の偏光性能）が擬似的に得られるようにしている。この厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。これら第１水晶基板３９１、第２水晶基板３９２は、お互いの光軸角度が直交した状態で、ＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わせられ、位相板の全体の厚みＴ１を約１．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９１の光軸を実線で、第２水晶基板３９２の光軸を破線でそれぞれ示している。また、図示していないが、第１水晶基板３９１の入射面と、第２水晶基板３９２の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００２６】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ１を０．７ｍｍ以上とした点にある。このため、１／４波長板（位相板）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。また、１／４波長板（位相板）の厚みが増大することで、位相板の強度や剛性が高まるので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって１／４波長板（位相板）が反ったり歪んだりすることが抑制される。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態では、各水晶基板の光軸角度を０°と９０°のものを用いて、光軸同士の成す角度を９０°としたものを例にしているが、光軸角度が０°と９０°以外のものでもよく、また光軸同士の成す角度を９０°未満に設定したものでもよい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について、図面とともに説明する。図３は第２の実施形態に係る位相板体の分解斜視図を示し、図４は図３を組み立てた状態の斜視図である。
【００２９】
これら図に示すように、１／４波長板体（位相板体）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９３，３９４からなる１／４波長板（位相板）と、水晶からなる放熱基板３９５により構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図３、図４において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９３と称し、奥側（図４の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９４と称する。
【００３０】
各水晶基板３９３，３９４と放熱基板３９５は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９３は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．２ｍｍであり、第２水晶基板３９４は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．２１５ｍｍ、水晶からなる放熱基板３９５は、上記光軸角度４５°で厚さ寸法が１ｍｍに設定されている。なお、第１水晶基板と第２水晶基板の厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。これら第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４は、お互いの光軸角度が直交し、放熱基板３９５は、前記各水晶基板の光軸方向を二等分した４５°の方向で、入射面から第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４、放熱基板３９５の順序でＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わせられ、位相板体の全体の厚みＴ２１を約１．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９３と第２水晶基板３９４の光軸を実線で、水晶からなる放熱基板３９５の光軸を点線でそれぞれ示している。水晶からなる放熱基板の光軸を前記直交に配置された各水晶基板のいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で、すなわち、第１水晶基板の光軸角度０°と第２水晶基板の光軸角度９０°に対して水晶からなる放熱基板の光軸を４５°で配置しているので、第１水晶基板と第２水晶基板により構成される位相差特性に悪影響を及ぼすことがない。なお、放熱基板の光軸は、１３５°、２２５°、あるいは３１５°で配置してもよい。また、図示していないが、第１水晶基板３９３の入射面と、放熱基板３９５の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００３１】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ２を約０．５ｍｍとするとともに、水晶からなる放熱基板がさらに貼り合わせられた１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ２１を約１．５ｍｍとした点にある。すなわち、１／４波長板（位相板）板の厚みＴ２を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、加工が容易で、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）の片端主面に水晶からなる放熱基板が貼り合わされて１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ２１を０．７ｍｍ以上としているので、１／４波長板体（位相板体）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まり、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。さらに、放熱基板を貼り合わせることで、２つの接着層が介在し、この接着層が断熱効果をもつため、光学系の内部に侵入する熱放射を抑えることができる。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態について、図面とともに説明する。図５は第３の実施形態に係る位相板体の分解斜視図を示し、図６は図５を組み立てた状態の斜視図である。
【００３３】
これら図に示すように、１／４波長板体（位相板体）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９３，３９４からなる１／４波長板（位相板）と、当該１／４波長板（位相板）の両端主面に、当該１／４波長板（位相板）より厚みの大きな水晶からなる２枚の放熱基板３９５，３９６が貼り付けられて構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図５、図６において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９３と称し、奥側（図６の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９４と称する。
【００３４】
各水晶基板３９３，３９４と放熱基板３９５，３９６は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９３は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．２ｍｍであり、第２水晶基板３９４は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．２１５ｍｍに設定されている。なお、第１水晶基板と第２水晶基板の厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。水晶からなる放熱基板３９５，３９６は、上記光軸角度４５°で厚さ寸法が１ｍｍに設定されている。これら第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４は、お互いの光軸角度が直交し、放熱基板３９５，３９６は、前記各水晶基板の光軸方向を二等分した４５°（もしくは１３５°）の方向に設定されている。入射面から放熱基板３９６、第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４、放熱基板３９５の順序でＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わされ、位相板体の全体の厚みＴ３１を約２．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９３と第２水晶基板３９４の光軸を実線で、水晶からなる放熱基板３９５，３９６の光軸を点線でそれぞれ示している。水晶からなる２枚の放熱基板の光軸を前記直交に配置された各水晶基板の光軸方向に対して４５°回転した方向に光軸が配置された状態で、すなわち、第１水晶基板の光軸角度０°と第２水晶基板の光軸角度９０°に対して水晶からなる２枚の放熱基板の光軸を４５°で配置しているので、第１水晶基板と第２水晶基板により構成される位相差特性に悪影響を及ぼすことがない。なお、放熱基板の光軸は、１３５°、２２５°、あるいは３１５°で配置してもよい。また、図示していないが、放熱基板３９６の入射面と、放熱基板３９５の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００３５】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ３を約０．５ｍｍとし、より厚みの大きな水晶からなる放熱基板が当該１／４波長板（位相板）の両端主面に貼り合わるとともに、これら全てを貼り合わせた１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ３１を約２．５ｍｍとした点にある。すなわち、１／４波長板（位相板）板の厚みＴ３を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、加工が容易で、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）の両端主面に水晶からなる放熱基板が貼り合わせられて１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ３１を０．７ｍｍ以上としているので、１／４波長板体（位相板体）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まり、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。さらに、薄型化された１／４波長板（位相板）の両端主面に、より厚みの大きな水晶からなる放熱基板が貼り合わせられて１／４波長板体（位相板体）を構成しているので、１／４波長板体（位相板体）の強度や剛性が高まり、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって薄型化された１／４波長板（位相板）が反ったり歪んだりすることが抑制され、１／４波長板体（位相板体）の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）が外的要因によって主面に傷がついたり、チッピングが生じたりすることがない。さらに、放熱基板を貼り合わせることで、３つの接着層が介在し、この接着層が断熱効果をもつため、光学系の内部に侵入する熱放射を抑えることができる。
【００３６】
なお、上記第２，第３の実施形態では、各水晶基板の光軸角度を０°と９０°のものを用いて、光軸同士の成す角度を９０°としたものを例にしているが、光軸角度が０°と９０°以外のものでもよい。また、放熱基板として、水晶基板を例にしているが、これに限らず、水晶基板（光学異方性結晶板）と光学的な屈折率特性や熱膨張係数が近似しているもの、例えば、石英ガラス材、サファイヤガラス、または白板ガラス等で構成することもできる。さらに、第３の実施形態では、各放熱基板が、同じ材質、同じ厚みでのものを例にしているが、お互いに異なる材質、異なる厚みのものでもよい。
【００３７】
次に、上述の第１〜第３の実施形態に開示したような１／４波長板（位相板）あるいは１／４波長板体（位相板体）を組み込む反射型液晶プロジェクタについて図面とともに説明する。図７は本形態に係る反射型液晶プロジェクタの構成図であり、本形態の反射型液晶プロジェクタは、白色光を出射するランプなどの光源１と、液晶表示素子と、その他の光学系と、スクリーンに投射する投射手段とから構成されている。
【００３８】
光源１は、例えば超高圧水銀灯やメタルハライドランプ等からなり、液晶表示素子は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色にそれぞれ対応する３つの反射型の液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを具備している。
【００３９】
光学系としては、光源からの光路に沿って次の順序で構成されている。すなわち、レンズアレイ３１，３２により、光源の白色光は複数の光束に分割され、偏光用のＰＢＳプレート３３により、前記白色光は変更面を揃えられるとともに、コンデンサレンズ３４によって、光源からの光を集めて均一に光路に向かって照射する。
【００４０】
前記白色光は、特定の色の光のみを反射・透過する２枚のダイクロックミラー３５，３６と全反射ミラー３７、偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ、および１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂによって得られる光路に沿って、次の液晶表示素子のエリアに導かれる。このとき、ダイクロックミラー３５は赤透過緑青反射型の特性を有しており、ダイクロックミラー３６は青透過緑反射型の特性を有しているので、前記白色光はＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の３原色にそれぞれ分離されながら、各３原色に対応する前記液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに導かれることになる。このとき、これらの各３原色の光は、図示しない偏光板により、Ｓ偏光成分に揃えられ、不要なＰ偏光成分が除去されるとともに、これらの各３原色のＳ偏光成分のみが各偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに入射される。入射した各Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタを反射して、各１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを透過して円偏光成分の光に変換されて、各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入射される。
【００４１】
前記各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、入射部分には偏光フィルム４Ｒ，４Ｇ，４Ｂをそれぞれ具備しており、液晶表示素子の液晶軸方向に光成分を偏光し、特定の偏光軸方向の光成分を透過・遮断するように構成されている。これらの偏光フィルムは、樹脂製のフィルムで構成されている。また、前記各液晶表示素子の偏光フィルムの入射側には、上述の１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂがそれぞれ密着して配置されている。これらの液晶表示素子は、当該液晶表示素子を透過する光を画像情報に応じて画素ごとの光量を制御して濃淡を変えて変調する。
【００４２】
このように変調された各回転偏光成分は、各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから反射し、再び、各１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを透過してとともにＰ偏光成分に変換されて、各偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに入射される。入射した各Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッタを透過して、ダイクロックプリズム５に入射される。ダイクロックプリズム５によってＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）それぞれの光を結合させ、投射レンズ６によりスクリーン７上に映像が映し出される。また、本形態の反射型液晶プロジェクタは、図示しない冷却用のファンが設けられており、前記光源１から照射されることで前記液晶表示素子と前記偏光フィルムに吸収される熱を逃がし、冷却できるように構成されている。
【００４３】
以上により、前記各液晶表示素子の入射側には、上記第１〜３の実施形態のように構成された１／４波長板（位相板）あるいは１／４波長板体（位相板体）が近接配置されているので、光源からの出射光による液晶表示素子や偏光フィルムなどの劣化に結びつく熱放射成分（赤外光）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることなく、商品寿命を延ばし、液晶プロジェクタの商品寿命を延ばすことができる。また、各種光学系をより近接して配置したとしても、液晶表示素子に対する光路外からの放射熱による悪影響も抑制できるので、省スペース化がはかれ、液晶プロジェクタの小型化が実現できる。
【００４４】
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、位相板として水晶基板からなる１／４波長板を採用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、その他の光学異方性材料を採用することやその他の光学特性を有した位相板でも実施可能である。加えて、位相板は方形状のものに限らず、その他の多角形状や円形状であってもよい。上述した実施形態では、反射型液晶プロジェクタを例にしているが、透過型液晶プロジェクタ等、他の液晶プロジェクタにも転用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態に係る位相板の分解斜視図。
【図２】図１を組み立てた状態の斜視図。
【図３】第２の実施形態に係る位相板体の分解斜視図。
【図４】図３を組み立てた状態の斜視図。
【図５】第３の実施形態に係る位相板体の分解斜視図。
【図６】図５を組み立てた状態の斜視図。
【図７】本形態に係る反射型液晶プロジェクタの構成図。
【図８】液晶プロジェクタの使用時間と位相板厚み毎の表面温度を示した比較グラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光源
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 液晶表示素子
３１，３２ レンズアレイ
３３ 偏光用のＰＢＳプレート
３４ コンデンサレンズ
３５，３６ ダイクロックミラー
３７ 全反射ミラー
３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ 偏光ビームスプリッタ
３９，３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ 波長板（波長板体）
４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ 偏光フィルム
５ ダイクロックプリズム
６ 投射レンズ
７ スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされて構成される位相板に関するものであり、特に、液晶プロジェクタに使用され、液晶表示素子の前後に近接配置されるプロジェクタ用の位相板とそれを用いた液晶プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶プロジェクタの偏光光学系に適用される位相板には、２種類のタイプのものがある。１つは、特許文献１にも開示されているように、透明基板に樹脂製の位相差フィルムが粘着材により貼付されたものが用いられている。このように位相差フィルムを単体で用いることなく、透明基板に貼付させて使用する理由は、位相差フィルムは、熱収縮性が高く、位相差フィルムは光源からの光を吸収して発熱した際に変形しやすいので、透明基板を放熱基板として機能させて位相差フィルムの変形を防止している。前記透明基板としては、ガラスや水晶、サファイヤなどが用いられる。これら透明基板の熱伝導率（ｗ／ｍ・ｋ）は、サファイヤが４１．９と最も高く、次に水晶が５．４〜９．３、ガラス（青板ガラス）が０．５５〜０．７５となり、サファイヤが最も優れている。しかしながら、コスト面では、逆にガラスが最も安く、水晶、サファイヤの順となる。また、サファイヤは、硬度が高いために加工性が悪く、屈折率が高いために透過率が低下すると言った欠点を有している。このことから、水晶が、コスト面と熱伝導性能のバランスがとれた最も実用的な位相差フィルム用の透明基板として利用されているのが現状である。
【０００３】
もう１つは、特許文献２にも開示されているように、水晶基板等の光学異方性媒質からなる基板を２枚用い、これらの常光線と異常光線との速度差を利用し、両光線間に位相差を作り出すものが用いられている。そして、１／４波長板として構成（位相差をπ／２に構成）した場合には上述した如く直線偏光を円偏光に変換したり、円偏光を直線偏光に変換したりする。このタイプの位相板は、前者のタイプの位相板に比べて、部材の耐久性や耐熱性の面で非常に優れているので、液晶プロジェクタ用の位相板として普及してきているのが現状である。
【０００４】
以下、水晶基板が貼り合わされた位相板について説明する。一般に、位相板として、光学機器に使用される光線の波長域（例えば６００ｎｍ周辺）に対応するべく要求される厚さ寸法は、１／４波長板の場合、理論上１５〜２０μｍ程度である。しかし、水晶の加工上、この厚さ寸法の水晶基板を得ることは困難である。従って、上記寸法程度の厚み差をもって加工された２枚の水晶基板を貼り合わせたものが一般的に使用されている。つまり、２枚の水晶基板の厚み差を利用して擬似的に上記厚さ寸法（１５〜２０μｍ程度）の水晶基板と同等の位相差性能が得られるようにしている。位相板の構成例として、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°の水晶波長板と、上記光軸角度が９０°の水晶波長板とをＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）によって貼り合わせた構成のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２８０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように光学異方結晶板からなる位相板を用いたとしても、光源の熱的悪影響を完全になくすことはできない。特に液晶プロジェクタに使用される光源としては、超高圧水銀灯やメタルハライドランプのような強力なランプが用いられるので、位相板の温度が８０℃を超えることもあるため、熱的な影響を長期間にわたって受けることで、液晶表示素子に関連する部材が劣化したり、影響が強ければ液晶表示素子そのものが劣化したりすることもあった。特に、液晶表示素子の入射面に取り付けられ、液晶表示素子の液晶軸方向に光成分を偏光してなる偏光フィルムは、樹脂製のフィルムで構成されているものが多く、熱的悪影響を極めて受けやすいといった問題があった。この偏光フィルムが劣化すると、液晶プロジェクタに投影される画像の色合いがおかしくなったり、画像のそのものに異常をきたすことがある。さらに、液晶プロジェクタが小型化されると、各種光学系もより近接して配置されるので、光路外からの放射熱による悪影響も受けやすくなると言った問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光源からの熱の悪影響による液晶表示素子やその関連部品の劣化を防ぐとともに、部材の耐久性が優れたプロジェクタ用位相板を提供することで、より商品の寿命を延ばすことができる液晶プロジェクタを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明の請求項１によるプロジェクタ用位相板は、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に示すように、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられて位相板体を構成してなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に示すように、前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に示すように、前記位相板と放熱基板が水晶基板からなり、前記位相板は２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で前記位相板のいずれか主面に放熱基板に使われる水晶基板が貼り合わせられてなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に示すように、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に示すように、前記位相板の両端主面に、当該位相板より厚みの大きな放熱基板が貼り付けられて位相板体を構成してなることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に示すように、特許請求項１〜６に記載されたプロジェクタ用位相板と、光源と、透過した光を画像情報に応じて光強度変調する液晶表示素子と、その変調された光学情報を投射する投射手段とを具備してなる液晶プロジェクタであって、前記液晶表示素子の入射側には、前記プロジェクタ用位相板が近接配置されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の特許請求項１によれば、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上とすることで、位相板の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。特に、熱放射成分（赤外光）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることない。また、位相板の厚みが増大することで、位相板の強度や剛性が高まるので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって位相板が反ったり歪んだりすることが抑制され、位相板の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。つまり、位相板は反りや歪みよって、主面に入射する光線の入射角が変わることがないので、所望の位相特性が得られ、光学特性に悪影響を及ぼさない位相板が得られる。また、前記貼り合わせられた位相板の厚みを４ｍｍ以下とすることで、位相板の厚み増大することによる加工の困難性やコスト増加を抑えることができ、省スペース化がはかれる。
【００１６】
特許請求項２によれば、液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられているので、位相板の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。特に、熱放射成分（赤外線）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることない。また、放熱基板を位相板に貼り合わせて位相板体を構成することで、位相板の厚みを抑えることができるので、入射角度に対するリタデーション値（１／４波長板の常光線と異常光線の屈折率の差、すなわち複屈折率の差と、１／４波長板の板厚の積）の依存性を低減させることができる。
【００１７】
また、特許請求項３によれば、上述の作用効果に加え、前記貼り合わせられた位相板、または、前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上としたことで、位相板の耐久性と放熱性がより一層高まる。前記貼り合わせられた位相板体の厚みを４ｍｍ以下としたことで、各部材の厚み増大することによる加工の困難性やコスト増加、あるいは各部材の枚数が増加して工程が増加することによるコスト増加を抑えることができる。また、位相板の厚みを抑えることで、省スペース化がはかれる。
【００１８】
図８は、液晶プロジェクタの使用時間と位相板の厚み毎の表面温度を示した比較グラフである。位相板としては、縦２０ｍｍ、横２２ｍｍの水晶基板をアクリル系のＵＶ接着剤で貼り合わせたものを使用し、それぞれ貼り合わせた厚みの異なる位相板を反射型液晶プロジェクタに組み込んだ場合に、その使用時間毎の表面温度を測定している。また、これら位相板に近接配置され、液晶表示素子に使用される偏光フィルムの耐熱温度は、通常品で約８０℃〜約１００℃、耐熱仕様品では約１００℃である。これらのグラフが示しているように、上記偏光フィルムに熱的な悪影響を与えないようにするためには、位相板の厚みを０．７ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上にする必要があるのがわかる。また、位相板の厚みが４ｍｍのものと、位相板の厚みが６ｍｍのものでは放熱性に顕著な変化が見られないので、位相板の厚みが４ｍｍ以下とすることで、位相板の厚みを増やすことによるコスト増大を抑制できる。なお、水晶基板が２枚以上貼り合わせられた位相板体の場合、貼り合わされた全体の厚みが同じであれば、断熱効果が高いため、上記温度よりやや低めの値となる。
【００１９】
また、特許請求項４によれば、上述の作用効果に加え、コスト面と熱伝導性能のバランスがとれ、加工性もよく透過率の低下もない最も実用的な水晶基板を放熱基板として用いることができる。また、放熱基板に位相板と同じ水晶を用いても、２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置されているので、位相差特性に悪影響を及ぼすことなく放熱基板としての機能を得ることができる。しかも、位相板と放熱基板の材質が同じなので光学特性がほぼ同一で、透過率特性が優れる。
【００２０】
また、特許請求項５によれば、上述の作用効果に加え、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。なお、位相板の厚みを０．１ｍｍより薄くすると、加工が難しくなり実用上好ましくないのが、位相板の厚みを０．１ｍｍ以上とすることで加工コストを増大させることがない。また、位相板の厚みを０．５ｍｍより厚くすると、リタデーション値の依存性が問題となり、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能が低下し、画質低下につながりやすくなる。
【００２１】
また、特許請求項６によれば、上述の作用効果に加え、位相板より厚みの大きな放熱基板が、当該位相板を挟み込むようにして両端主面に貼り付けられているので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって位相板が反ったり歪んだりするのを抑制するとともに、研磨加工精度のばらつきなどによって生じる異方性結晶板自身が持つ内的要因による反りや歪みも修正し、位相板の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。つまり、位相板は反りや歪みよって、主面に入射する光線の入射角が変わることがないので、所望の位相差特性が得られ、光学特性に悪影響を及ぼさない位相板が得られる。また、位相板の両端主面を挟み込むようにして厚みの大きな放熱基板が貼り付けられているので、位相板の強度や剛性を補強するだけでなく、外的要因によって位相板の主面に傷がついたり、位相板に割れやチッピングが生じたりすることがない。
【００２２】
また、本発明の特許請求項７によれば、前記液晶表示素子の入射側には、上述のようなプロジェクタ用位相板が近接配置されているので、光源からの出射光による液晶表示素子やその関連部品の劣化に結びつく熱放射成分（赤外線）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることなく、商品寿命を延ばし、液晶プロジェクタの商品寿命を延ばすことができる。また、各種光学系をより近接して配置したとしても、液晶表示素子に対する光路外からの放射熱による悪影響も抑制できるので、省スペース化がはかれ、液晶プロジェクタの小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の第１の実施形態について、１／４波長板（水晶位相板）を例にとり図面に基づいて説明する。図１は第１の実施形態に係る位相板の分解斜視図を示し、図２は図１を組み立てた状態の斜視図である。
【００２４】
これら図に示すように、１／４波長板（位相板）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９１，３９２により構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図１、図２において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９１と称し、奥側（図２の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９２と称する。
【００２５】
各水晶基板３９１，３９２は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９１は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．７ｍｍであり、第２水晶基板３９２は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．７１５ｍｍに設定されている。つまり、１５μｍの厚み差を利用して、厚さ寸法が１５μｍの水晶基板の単板で成る位相板と同機能（同等の偏光性能）が擬似的に得られるようにしている。この厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。これら第１水晶基板３９１、第２水晶基板３９２は、お互いの光軸角度が直交した状態で、ＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わせられ、位相板の全体の厚みＴ１を約１．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９１の光軸を実線で、第２水晶基板３９２の光軸を破線でそれぞれ示している。また、図示していないが、第１水晶基板３９１の入射面と、第２水晶基板３９２の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００２６】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ１を０．７ｍｍ以上とした点にある。このため、１／４波長板（位相板）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まるので、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。また、１／４波長板（位相板）の厚みが増大することで、位相板の強度や剛性が高まるので、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって１／４波長板（位相板）が反ったり歪んだりすることが抑制される。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態では、各水晶基板の光軸角度を０°と９０°のものを用いて、光軸同士の成す角度を９０°としたものを例にしているが、光軸角度が０°と９０°以外のものでもよく、また光軸同士の成す角度を９０°未満に設定したものでもよい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態について、図面とともに説明する。図３は第２の実施形態に係る位相板体の分解斜視図を示し、図４は図３を組み立てた状態の斜視図である。
【００２９】
これら図に示すように、１／４波長板体（位相板体）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９３，３９４からなる１／４波長板（位相板）と、水晶からなる放熱基板３９５により構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図３、図４において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９３と称し、奥側（図４の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９４と称する。
【００３０】
各水晶基板３９３，３９４と放熱基板３９５は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９３は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．２ｍｍであり、第２水晶基板３９４は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．２１５ｍｍ、水晶からなる放熱基板３９５は、上記光軸角度４５°で厚さ寸法が１ｍｍに設定されている。なお、第１水晶基板と第２水晶基板の厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。これら第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４は、お互いの光軸角度が直交し、放熱基板３９５は、前記各水晶基板の光軸方向を二等分した４５°の方向で、入射面から第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４、放熱基板３９５の順序でＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わせられ、位相板体の全体の厚みＴ２１を約１．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９３と第２水晶基板３９４の光軸を実線で、水晶からなる放熱基板３９５の光軸を点線でそれぞれ示している。水晶からなる放熱基板の光軸を前記直交に配置された各水晶基板のいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で、すなわち、第１水晶基板の光軸角度０°と第２水晶基板の光軸角度９０°に対して水晶からなる放熱基板の光軸を４５°で配置しているので、第１水晶基板と第２水晶基板により構成される位相差特性に悪影響を及ぼすことがない。なお、放熱基板の光軸は、１３５°、２２５°、あるいは３１５°で配置してもよい。また、図示していないが、第１水晶基板３９３の入射面と、放熱基板３９５の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００３１】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ２を約０．５ｍｍとするとともに、水晶からなる放熱基板がさらに貼り合わせられた１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ２１を約１．５ｍｍとした点にある。すなわち、１／４波長板（位相板）板の厚みＴ２を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、加工が容易で、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）の片端主面に水晶からなる放熱基板が貼り合わされて１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ２１を０．７ｍｍ以上としているので、１／４波長板体（位相板体）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まり、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。さらに、放熱基板を貼り合わせることで、２つの接着層が介在し、この接着層が断熱効果をもつため、光学系の内部に侵入する熱放射を抑えることができる。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態について、図面とともに説明する。図５は第３の実施形態に係る位相板体の分解斜視図を示し、図６は図５を組み立てた状態の斜視図である。
【００３３】
これら図に示すように、１／４波長板体（位相板体）３９は、２枚の水晶基板（光学異方性結晶板）３９３，３９４からなる１／４波長板（位相板）と、当該１／４波長板（位相板）の両端主面に、当該１／４波長板（位相板）より厚みの大きな水晶からなる２枚の放熱基板３９５，３９６が貼り付けられて構成されている。以下、具体的に説明する。ここでは、図５、図６において手前側を入射面として、手前側にある水晶基板を第１水晶基板３９３と称し、奥側（図６の右側）を出射面として、奥側にある水晶基板を第２水晶基板３９４と称する。
【００３４】
各水晶基板３９３，３９４と放熱基板３９５，３９６は、平面視がともに同一の方形状で構成されている。第１水晶基板３９３は、基準面（矩形状の水晶基板の一辺）に対して光軸角度が０°で厚さ寸法が例えば０．２ｍｍであり、第２水晶基板３９４は、上記光軸角度が９０°で厚さ寸法が０．２１５ｍｍに設定されている。なお、第１水晶基板と第２水晶基板の厚み差としては１５μｍに限るものではなく、偏光対象とする入射光に応じてこの厚み差は適宜設定される。水晶からなる放熱基板３９５，３９６は、上記光軸角度４５°で厚さ寸法が１ｍｍに設定されている。これら第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４は、お互いの光軸角度が直交し、放熱基板３９５，３９６は、前記各水晶基板の光軸方向を二等分した４５°（もしくは１３５°）の方向に設定されている。入射面から放熱基板３９６、第１水晶基板３９３、第２水晶基板３９４、放熱基板３９５の順序でＵＶ接着剤Ｓ１によって貼り合わされ、位相板体の全体の厚みＴ３１を約２．５ｍｍとしている。なお、第１水晶基板３９３と第２水晶基板３９４の光軸を実線で、水晶からなる放熱基板３９５，３９６の光軸を点線でそれぞれ示している。水晶からなる２枚の放熱基板の光軸を前記直交に配置された各水晶基板の光軸方向に対して４５°回転した方向に光軸が配置された状態で、すなわち、第１水晶基板の光軸角度０°と第２水晶基板の光軸角度９０°に対して水晶からなる２枚の放熱基板の光軸を４５°で配置しているので、第１水晶基板と第２水晶基板により構成される位相差特性に悪影響を及ぼすことがない。なお、放熱基板の光軸は、１３５°、２２５°、あるいは３１５°で配置してもよい。また、図示していないが、放熱基板３９６の入射面と、放熱基板３９５の出射面には、例えば真空蒸着法などの手法により、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の誘電体薄膜を多層形成することにより、反射防止膜が形成されている。
【００３５】
そして、本形態の特徴とするところは、前記貼り合わせられた１／４波長板（位相板）の厚みＴ３を約０．５ｍｍとし、より厚みの大きな水晶からなる放熱基板が当該１／４波長板（位相板）の両端主面に貼り合わるとともに、これら全てを貼り合わせた１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ３１を約２．５ｍｍとした点にある。すなわち、１／４波長板（位相板）板の厚みＴ３を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことで、加工が容易で、入射角度に対するリタデーション値の依存性を特に低減したものが得られ、液晶プロジェクタに使用する場合のコントラスト性能を飛躍的に改善することができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）の両端主面に水晶からなる放熱基板が貼り合わせられて１／４波長板体（位相板体）３９の厚みＴ３１を０．７ｍｍ以上としているので、１／４波長板体（位相板体）の耐久性が向上するとともに放熱性がより一層高まり、液晶表示素子に熱がこもることがなくなり、液晶表示素子やその関連部品のさらなる熱的劣化を抑制する。さらに、薄型化された１／４波長板（位相板）の両端主面に、より厚みの大きな水晶からなる放熱基板が貼り合わせられて１／４波長板体（位相板体）を構成しているので、１／４波長板体（位相板体）の強度や剛性が高まり、光学コート材や接着剤、あるいは熱の影響など外的要因によって薄型化された１／４波長板（位相板）が反ったり歪んだりすることが抑制され、１／４波長板体（位相板体）の両端主面の平行度、平面度を向上させることができる。また、薄型化された１／４波長板（位相板）が外的要因によって主面に傷がついたり、チッピングが生じたりすることがない。さらに、放熱基板を貼り合わせることで、３つの接着層が介在し、この接着層が断熱効果をもつため、光学系の内部に侵入する熱放射を抑えることができる。
【００３６】
なお、上記第２，第３の実施形態では、各水晶基板の光軸角度を０°と９０°のものを用いて、光軸同士の成す角度を９０°としたものを例にしているが、光軸角度が０°と９０°以外のものでもよい。また、放熱基板として、水晶基板を例にしているが、これに限らず、水晶基板（光学異方性結晶板）と光学的な屈折率特性や熱膨張係数が近似しているもの、例えば、石英ガラス材、サファイヤガラス、または白板ガラス等で構成することもできる。さらに、第３の実施形態では、各放熱基板が、同じ材質、同じ厚みでのものを例にしているが、お互いに異なる材質、異なる厚みのものでもよい。
【００３７】
次に、上述の第１〜第３の実施形態に開示したような１／４波長板（位相板）あるいは１／４波長板体（位相板体）を組み込む反射型液晶プロジェクタについて図面とともに説明する。図７は本形態に係る反射型液晶プロジェクタの構成図であり、本形態の反射型液晶プロジェクタは、白色光を出射するランプなどの光源１と、液晶表示素子と、その他の光学系と、スクリーンに投射する投射手段とから構成されている。
【００３８】
光源１は、例えば超高圧水銀灯やメタルハライドランプ等からなり、液晶表示素子は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色にそれぞれ対応する３つの反射型の液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを具備している。
【００３９】
光学系としては、光源からの光路に沿って次の順序で構成されている。すなわち、レンズアレイ３１，３２により、光源の白色光は複数の光束に分割され、偏光用のＰＢＳプレート３３により、前記白色光は変更面を揃えられるとともに、コンデンサレンズ３４によって、光源からの光を集めて均一に光路に向かって照射する。
【００４０】
前記白色光は、特定の色の光のみを反射・透過する２枚のダイクロックミラー３５，３６と全反射ミラー３７、偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ、および１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂによって得られる光路に沿って、次の液晶表示素子のエリアに導かれる。このとき、ダイクロックミラー３５は赤透過緑青反射型の特性を有しており、ダイクロックミラー３６は青透過緑反射型の特性を有しているので、前記白色光はＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の３原色にそれぞれ分離されながら、各３原色に対応する前記液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに導かれることになる。このとき、これらの各３原色の光は、図示しない偏光板により、Ｓ偏光成分に揃えられ、不要なＰ偏光成分が除去されるとともに、これらの各３原色のＳ偏光成分のみが各偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに入射される。入射した各Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッタを反射して、各１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを透過して円偏光成分の光に変換されて、各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入射される。
【００４１】
前記各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、入射部分には偏光フィルム４Ｒ，４Ｇ，４Ｂをそれぞれ具備しており、液晶表示素子の液晶軸方向に光成分を偏光し、特定の偏光軸方向の光成分を透過・遮断するように構成されている。これらの偏光フィルムは、樹脂製のフィルムで構成されている。また、前記各液晶表示素子の偏光フィルムの入射側には、上述の１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂがそれぞれ密着して配置されている。これらの液晶表示素子は、当該液晶表示素子を透過する光を画像情報に応じて画素ごとの光量を制御して濃淡を変えて変調する。
【００４２】
このように変調された各回転偏光成分は、各液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから反射し、再び、各１／４波長板（あるいは１／４波長板体）３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを透過してとともにＰ偏光成分に変換されて、各偏光ビームスプリッタ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂに入射される。入射した各Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッタを透過して、ダイクロックプリズム５に入射される。ダイクロックプリズム５によってＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）それぞれの光を結合させ、投射レンズ６によりスクリーン７上に映像が映し出される。また、本形態の反射型液晶プロジェクタは、図示しない冷却用のファンが設けられており、前記光源１から照射されることで前記液晶表示素子と前記偏光フィルムに吸収される熱を逃がし、冷却できるように構成されている。
【００４３】
以上により、前記各液晶表示素子の入射側には、上記第１〜３の実施形態のように構成された１／４波長板（位相板）あるいは１／４波長板体（位相板体）が近接配置されているので、光源からの出射光による液晶表示素子や偏光フィルムなどの劣化に結びつく熱放射成分（赤外光）が液晶表示素子の偏光フィルムに到達する前に除去され、偏光フィルムや液晶表示素子が過熱して劣化することがない。このため、液晶表示素子の光学的特性（色合いや画質）を低下させることなく、商品寿命を延ばし、液晶プロジェクタの商品寿命を延ばすことができる。また、各種光学系をより近接して配置したとしても、液晶表示素子に対する光路外からの放射熱による悪影響も抑制できるので、省スペース化がはかれ、液晶プロジェクタの小型化が実現できる。
【００４４】
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、位相板として水晶基板からなる１／４波長板を採用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、その他の光学異方性材料を採用することやその他の光学特性を有した位相板でも実施可能である。加えて、位相板は方形状のものに限らず、その他の多角形状や円形状であってもよい。上述した実施形態では、反射型液晶プロジェクタを例にしているが、透過型液晶プロジェクタ等、他の液晶プロジェクタにも転用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１の実施形態に係る位相板の分解斜視図。
【図２】図１を組み立てた状態の斜視図。
【図３】第２の実施形態に係る位相板体の分解斜視図。
【図４】図３を組み立てた状態の斜視図。
【図５】第３の実施形態に係る位相板体の分解斜視図。
【図６】図５を組み立てた状態の斜視図。
【図７】本形態に係る反射型液晶プロジェクタの構成図。
【図８】液晶プロジェクタの使用時間と位相板厚み毎の表面温度を示した比較グラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光源
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 液晶表示素子
３１，３２ レンズアレイ
３３ 偏光用のＰＢＳプレート
３４ コンデンサレンズ
３５，３６ ダイクロックミラー
３７ 全反射ミラー
３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ 偏光ビームスプリッタ
３９，３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ 波長板（波長板体）
４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ 偏光フィルム
５ ダイクロックプリズム
６ 投射レンズ
７ スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とするプロジェクタ用位相板。
【請求項２】
液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられて位相板体を構成してなることを特徴とするプロジェクタ用位相板。
【請求項３】
前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする特許請求項２記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項４】
前記位相板と放熱基板が水晶基板からなり、前記位相板は２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で前記位相板のいずれか主面に放熱基板に使われる水晶基板が貼り合わせられてなることを特徴とする特許請求項２、または特許請求項３記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項５】
前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする特許請求項２〜４のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項６】
前記位相板の両端主面に、当該位相板より厚みの大きな放熱基板が貼り付けられて位相板体を構成してなることを特徴とする特許請求項５記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項７】
特許請求項１〜６のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用位相板と、光源と、透過した光を画像情報に応じて光強度変調する液晶表示素子と、その変調された光学情報を投射する投射手段とを具備してなる液晶プロジェクタであって、前記液晶表示素子の入射側には、前記プロジェクタ用位相板が近接配置されてなることを特徴とする液晶プロジェクタ。
【請求項１】
液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とするプロジェクタ用位相板。
【請求項２】
液晶表示素子の入射側に近接配置されてなり、厚さの異なる複数枚の光学異方性結晶板が貼り合わされ、入射光線を常光線と異常光線とに分光し、これら両光線間に位相差を与えることによって上記入射光線の光学特性を変化させるプロジェクタ用位相板において、前記位相板のいずれか片端主面に放熱基板が貼り合わせられて位相板体を構成してなることを特徴とするプロジェクタ用位相板。
【請求項３】
前記貼り合わせられた位相板体の厚みを０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下としたことを特徴とする特許請求項２記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項４】
前記位相板と放熱基板が水晶基板からなり、前記位相板は２枚の水晶基板がお互いに直交する方向に光軸が配置された状態で貼り合わせられ、これらのいずれかの光軸方向から４５°回転した方向に光軸が配置された状態で前記位相板のいずれか主面に放熱基板に使われる水晶基板が貼り合わせられてなることを特徴とする特許請求項２、または特許請求項３記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項５】
前記貼り合わせられた位相板の厚みを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする特許請求項２〜４のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項６】
前記位相板の両端主面に、当該位相板より厚みの大きな放熱基板が貼り付けられて位相板体を構成してなることを特徴とする特許請求項５記載のプロジェクタ用位相板。
【請求項７】
特許請求項１〜６のうちいずれか１項記載のプロジェクタ用位相板と、光源と、透過した光を画像情報に応じて光強度変調する液晶表示素子と、その変調された光学情報を投射する投射手段とを具備してなる液晶プロジェクタであって、前記液晶表示素子の入射側には、前記プロジェクタ用位相板が近接配置されてなることを特徴とする液晶プロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−９１３８８（Ｐ２００６−９１３８８Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７６２７７（Ｐ２００４−２７６２７７）
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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