JP3049752B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像形成のために液晶ライトバルブを用い
た投写型液晶表示装置に関する。

［従来の技術］ 従来は、第５図に示すように、偏光板を液晶ライトバ
ルブのガラス基板に貼り付けたり、液晶ライトバルブに
連結する部材に、両面テープを介して偏光板単体で貼り
付けた構造が一般的であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来の技術では、光源から発する光の
不要偏光成分を偏光板のみで吸収し、該吸収した不要偏
光成分が熱に変換されるために、偏光特性の劣化、熱変
形等が生じ画像劣化となること、又、偏光板で吸収した
熱が液晶ライトバルブのガラス基板に伝導し液晶ライト
バルブの温度上昇を増進することにより、配向不良を誘
発し画像劣化となること等、動作する環境温度が高温で
ある時の信頼性の保証が難しいという問題点を有してい
た。

又、該熱対策のために高能力の冷却装置（例えば、送
風ファン）を具備する必要があり、その使用に当たって
は、高騒音を発する、装置が大型化するため設計上広い
スペースを確保しなければならない、高価格であるとい
う課題こ抱えている。特に、高騒音を発するという問題
は、静寂した場合の画像の時など、せっかくの綺麗な画
像をだいなしにしてしまうという悪影響を引き起こし、
解決すべき課題である。更に、明るさ向上のために高出
力の光源を用いると、上述した課題はより膨らみ、課題
削減のためには明るさを犠牲にしなければならないとい
う大きな欠点もある。

又、偏光板のみで使用するにあたっては、表面反射損
失による光入射効率が低下し、装置の明るさ低減につな
がるばかりでなく、薄片状の偏光板を板金等の部材に両
面テープを介して貼り付けることは、完全固定でないば
かりか、取り付け精度、組立性も悪く、装置設計の上で
懸念される部分でもある。

更に又、液晶ライトバルブのガラス基板にローラー等
の貼り付け用治具で偏光板を貼り付ける際に、力をかけ
すぎて大きな損傷を与え、不良品扱いとして歩留まりを
低下させることは、装置が高価格になるもうひとつの原
因である。又、その際、ガラス基板表面に小さな傷をつ
けたり、塵、手の脂等の不純物が付着したまま偏光板を
貼り付ける可能性が高く、それらの小さな傷や不純物の
存在する位置は、液晶ライトバルブの画像表示位置に非
常に近く、投写レンズにより焦点位置付近の情報として
スクリーン上に影となって拡大投写され、画像劣化の原
因となっている。

そこで、本発明は、上記の従来の問題点を解決するも
ので、その目的とするところは、環境温度の保証範囲が
広い、画像劣化が無い等、信頼性が高く、設計が容易で
あり、明るく、小型、低騒音、低価格である投写型液晶
表示装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、光源と、前記光源からの光を変調して出射
するライトバルブと、前記ライトバルブによって変調さ
れた光を投写する投写手段とを備えた投写型表示装置で
あって、前記ライトバルブは、光変調手段と、前記光変
調手段の光入射側に配置された偏光板とを備え、前記偏
光板の、前記変調手段と対向する面とは反対側の面に、
これよりも熱伝導率の高い光透過板が貼り付けられてお
り、前記偏光板は、前記光変調手段から離れた位置に配
置され、前記光変調装置と前記偏光板との間、及び、前
記光透過板の光入射側に風を通す冷却装置を有すること
を特徴とする。

また、本発明は、光源と、前記光源からの光を変調し
て出射するライトバルブと、前記ライトバルブによって
変調された光を投写する投写手段とを備えた投写型表示
装置であって、前記ライトバルブは、光変調手段と、前
記光変調手段の光出射側に配置された偏光板とを備え、
前記偏光板の、前記変調手段と対向する面とは反対側の
面に、これよりも熱伝導率の高い光透過板が貼り付けら
れており、前記偏光板は、前記光変調手段から離れた位
置に配置され、前記光変調装置と前記偏光板との間、及
び、前記光透過板の光出射側に風を通す冷却装置を有す
ることを特徴とする。

また、上記投写型表示装置において、前記光透過板に
は反射防止膜が蒸着されていることを特徴とする。

［作用］ 上記のように構成された投写型液晶表示装置におい
て、ガラス板の熱伝導率は、偏光板の熱伝導率より高い
ため、偏光板で吸収した熱を光透過板に放出できる。
又、偏光板の片面のみに光透過板を貼り付ける場合に、
偏光板側が光変調手段側となるように配置することによ
り、熱の伝導する方向は、光変調手段側と相反する方向
（光変調手段から遠ざかる方向）であるため、偏光板及
び光変調手段の温度上昇を低減できる。そして、上記の
熱を冷却装置によって発生する風により奪い、偏光板及
び光変調手段の温度を下げるのである。

又、光透過板を偏光板に貼り付けることで、偏光板の
表面で起こっていた反射を抑制できるので、光入射効率
を高められる。又、反射防止膜を蒸着した光透過板を用
いると、光透過板の表面反射損失をほぼなくすことがで
きるので、更に光入射効率を高めることが可能となり、
明るい装置が実現できる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に沿って説明する。

第１図は、本発明の実施例に係る投写型液晶表示装置
の光学系の構成図である。又、この第１図は、偏光板に
貼り付けたガラス板を、偏光板側が、液晶ライトバルブ
側に配置した実施例でもある。

第１図において、メタルハライドランプ、キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプ等の光源１から出射した白色光の
うち、熱線カットフィルター２によって熱線（約720nm
以上の波長領域の光）は反射し、その他の光（約720nm
以下の波長領域の光）は透過する。透過した光は、光分
離光学系３に入射し、赤色光透過ダイクロイックミラー
４により、赤色光（約590nmから約700nmまでの波長領域
の光）が透過する。透過した赤色光は、反射ミラー５に
より進行方向を変え、偏光板ガラス７を透過し、偏光板
10で不要偏光成分が吸収され、単一偏光成分を選択透過
し、赤色用液晶ライトバルブ13に入射する。一方、前記
の赤色光透過ダイクロイックミラー４により、赤色光以
外の光（シアン色光）は反射され、緑色光反射ダイクロ
イックミラー６に入射する。緑色光反射ダイクロイック
ミラー６は、緑色光（約510nmから約590nmまでの波長領
域の光）を反射し、その他の光である青色光（約510nm
以下の波長領域の光）を透過する。反射した緑色光と透
過した青色光は、前記の赤色光と同様に、それぞれ偏光
板ガラス８、９を透過し、偏光板11、12で単一偏光成分
を選択透過し、緑色用液晶ライトバルブ14、青色用液晶
ライトバルブ15に入射する。

ここで、偏光板及び液晶ライトバルブの機能について
説明する。液晶ライトバルブは、光変調素子として光の
導波管の役目をする。簡単に言えば入射した光の形態を
変えて出射する。又、この装置における役割は、電気的
に制御することにより光を透過したり遮断したりするこ
とにある。しかし、光源１には、無数の偏波面を持った
光が混在するため、これらの光全てが直接液晶ライトバ
ルブに入射すると、それぞれの偏波面の光がそれぞれ光
変調されて出射するため、全ての光を透過あるいは遮断
することができず、上記の役割を果たせない。そこで、
液晶ライトバルブが満足に機能するためには、上記光の
中から単一の偏波面の光の成分（単一偏光成分）を選択
する必要がある。単一偏光成分であれば、一種類の光を
変調すればいいだけなので、透過、遮断の制御が可能で
ある。この単一偏光成分の選択の手段として用いられる
のが偏光板である。偏光板10、11、12は単一偏光成分の
選択に、偏光板16、17、18は液晶ライトバルブによって
光変調された偏光成分の検光に用いられる。従って、光
入射側及び出射側の２枚の偏光板と液晶ライトバルブの
組合せにより、正常に光変調が行われる。ここで、偏光
板10、11、12は、単一の偏光成分のみを選択透過するた
め、その他の偏光成分（入射光の約60％）を吸収する。
この吸収した偏光成分（不要偏光成分）が熱に変換する
ため、偏光板の温度上昇は余儀ない。又、偏光板16、1
7、18は、それ自身の偏波面方向（偏光軸方向）と、液
晶ライトバルブ13、14、15により光変調された偏光の偏
波面方向とが一致しない場合に、偏光の一部あるいは全
部を吸収し、温度上昇を受ける。又、それぞれの偏光板
の温度上昇は、それぞれの偏光板からの輻射熱によっ
て、２枚の偏光板の間の液晶ライトバルブの温度上昇を
引き起こす。従って、液晶ライトバルブの下部あるいは
上部に設置する冷却装置である送風ファン22により、液
晶ライトバルブ13、14、15と、偏光板10、11、12との間
及び偏光板16、17、18との間、偏光板ガラス７、８、９
の光入射側と偏光板ガラス19、20、21の光出射側に風を
通し、強制的に熱を奪う必要がある。

引き続き第１図を説明する。各色用液晶ライトバルブ
に入射した各色光は、上記したようにそれぞれ光変調さ
れ、偏光板16、17、18により検光され、偏光板ガラス1
9、20、21を透過した後、光合成光学系23に入射する。
入射した赤色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー24
を透過した後、該緑色光反射ダイクロイックミラー24に
よって反射した緑色光と合成し、黄色光となり青色光反
射ダイクロイックミラー26を透過する。入射した青色光
は、反射ミラー25により進行方向を変え、青色光反射ダ
イクロイックミラー26で反射され、上記の黄色光と合成
し、白色光となる。この様に合成した白色光は、投写光
学系に入射し、投写レンズ27により、スクリーン（図に
描かれていない）上に拡大投写される。

又、第１図において、光源１の位置は光軸28の延長線
上でも可能であり、投写レンズ27の位置も光軸32の延長
線上でも可能である。その際に、光分離、光合成が円滑
に行なわれるように、ダイクロイックミラーの特性を変
えれば良い。更に、各色用液晶ライトバルブ13、14、15
の位置も自由に選択でき、各々に対応して４枚のダイク
ロイックミラーの特性を変えるだけでよい。

第２図は、第１図の実施例の液晶ライトバルブ周辺の
詳細図を表す。偏光板ガラス７及び19の熱伝導率は、約
0.68kcal/m・ｈ・degであるのに対し偏光板10、16の熱
伝導率は、約0.22kcal/m・ｈ・degである。従って、熱
は熱伝導率の低い偏光板10及び16から、それよりも熱伝
導率の高い偏光板ガラス７及び19に伝導する。図中の矢
印33及び34は、熱の伝導方向を表しており、その指し示
す方向は、液晶ライトバルブ側とは相反方向である光分
離光学系３又は光合成光学系23側である。即ち、液晶ラ
イトバルブ13の温度上昇の低減に大きく作用するのは明
らかである。第１図の説明で前述したように、液晶ライ
トバルブの下部あるいは上部（この第２図においては下
部）に設置する送風ファン22からの風が、液晶ライトバ
ルブ13、偏光板10及び16と偏光板ガラス７及び19の周辺
を通過する際に、それらから強制的に熱を奪い流出する
様子を、矢印35、36、37、38で示す。この強制的に奪い
取るべき熱は、上記に説明した通り、温度上昇が低減し
た分、少なくなる。従って、冷却装置の低能力化が可能
となり、小型、低騒音で安価の送風ファンが使用でき
る。これは、投写型液晶表示装置の小型化、低騒音化、
低価格化につながり、装置設計も容易となる。又、冷却
装置の冷却能力に余裕ができるため、光源の高出力化が
可能となり、明るい装置を実現できる。

第３図に、液晶ライトバルブ、偏光板及び偏光板ガラ
スの表面反射損失の詳細を示す。光は、屈折率の異なる
媒体間を通過するとき、その界面（媒体の表面）におい
て反射を起こし、入射光を損失する。その損失は、光の
入射角、媒体の屈折率及び表面状態等によって異なる
が、表面反射損失をＲ、光入射側の媒体の屈折率をn0、
被光入射側の媒体の屈折率をn1とすると、光が直角に入
射する時の、おおよその表面反射損失Ｒは、 と表すことができる。従って、屈折率の比が大きい程、
表面反射損失は大きくなる。第３図［Ａ］において、入
射光が、空気層から偏光板ガラス７に入射する際に、表
面反射損失101が起こり、偏光板ガラス７から偏光板10
との間の接着層に入射する際に表面反射損失102、偏光
板10に入射する際に表面反射損失103、再び接着層に入
射する際にも表面反射損失103、ガラス板42に入射する
際に表面反射損失102、更に又、空気層に入射する際に
表面反射損失101、そして、更に液晶ライトバルブ13に
入射する際に表面反射損失104が起こる。第３図［Ｂ］
において、偏光板10に入射する際の表面反射損失103ま
での過程は、第３図［Ａ］と同様であり、その後、空気
層に入射する際に表面反射損失105が起こり、液晶ライ
トバルブ13に入射する際に表面反射損失104が起こる。
又、第３図［Ｃ］において、入射光は、偏光板10に入射
する際に、表面反射損失105が起こり、空気層に入射す
る際にも表面反射損失105が起こり、液晶ライトバルブ1
3に入射する際に表面反射損失104がおきる。上記のいず
れの場合とも、液晶ライトバルブ13から出射した光は、
入射した時と逆の過程を経て、それぞれの表面反射損失
を起こす。偏光板ガラス７には、反射防止膜を蒸着して
あるので、表面反射損失101は、 Ｒ（101）＝０ ・・・・・・・・・・（２） である。空気層の屈折率は、1.00、ここで、偏光板ガラ
ス７の屈折率は、1.52、接着層の屈折率は、1.48、偏光
板10の屈折率は、1.49であるため、（１）式に代入する
と、それぞれの表面反射損失は、 Ｒ（102）＝1.78×10^-4 ・・・（３） Ｒ（103）＝0.11×10^-4 ・・・（４） Ｒ（105）＝0.039 ・・・・・・（５） となる。以上の（１）〜（５）式の結果から、液晶ライ
トバルブ13の直前の空気層に入射するまでの全表面反射
損失は、 Ｒ（第３図［Ａ］）＝3.78×10^-4 ・・（６） Ｒ（第３図［Ｂ］）＝0.0392 ・・・・（７） Ｒ（第３図［Ｃ］）＝0.078 ・・・・・（８） である。この（６）、（７）、（８）式からわかるよう
に、偏光板単体の時に比べ、反射防止膜を蒸着したガラ
ス板を偏光板に貼り付けることにより、表面反射損失
は、約半分にすることができる。更に、偏光板の両面
に、反射防止膜を蒸着したガラス板を貼り付けると、桁
違いに表面反射損失を低減でき、０に近い。そして、液
晶ライトバルブ13を透過し、光合成光学系23に入射する
までの間にも上記の表面反射損失があるので、偏光板単
体の時と反射防止膜を蒸着したガラス板を偏光板の片面
又は両面に貼り付ける時における表面反射損失の差が、
より顕著に表れる。従って、更に明るい投写型液晶表示
装置が実現できる。

第４図は、この発明の他の実施例に係る投写型液晶表
示装置の光学系の構成図を表す。図において、第１図と
同一のものは、同一の符号を付してある。光が光源１か
ら熱線カットフィルター２を透過するまでの過程は、前
述した実施例と同様である。透過した白色光は、偏光板
ガラス７を透過し、偏光板10により単一偏光成分が選択
透過され、光分離光学系３に入射する。光分離された各
色偏光成分は、それぞれ各色用液晶ライトバルブ13、1
4、15により光変調され、光合成光学系23へ入射する。
光合成された白色光は、偏光板16で検光され、偏光板ガ
ラス19を透過し、投写レンズ27により、スクリーンに拡
大投写される。この中で、光分離光学系３及び光合成光
学系23内の過程は、前述した実施例と同様であるため説
明を省略した。偏光板10及び偏光板ガラス７を光分離光
学系３の入口に、偏光板16及び偏光板ガラス19を光合成
光学系23の出口に配したことで、第１図の実施例と同程
度以上に、各色用液晶ライトバルブの温度上昇を低減で
きる。

［発明の効果］ 本発明の投写型表示装置は、以上説明したように、偏
光板をこれよりも熱伝導率の高い光透過板に貼り付け、
光変調手段から離れた位置に配置し、光変調装置と偏光
板との間、及び、光透過板の偏光板とは反対側に風を通
す冷却装置を設けることにより、簡単な構造によって、
偏光板並びに光変調装置の温度上昇を低減することがで
きる。

また、光変調装置に偏光板を貼り付けることなく、且
つ、偏光板に貼り付けたガラス板を、偏光板側が光変調
装置側となるように配置することにより、光変調装置の
温度上昇低減が可能となる。この温度上昇低減は、偏光
板の偏光特性の劣化や熱変形、光変調装置の動作不良に
よる画質劣化を妨げるので、環境温度の保証範囲を広げ
られ、装置の信頼性が増大するばかりか、冷却装置を低
能力化することができる。低能力化というのは、小型で
低騒音であり安価な送風ファンを使用できることを意味
し、この点から投写型表示装置の小型化、定騒音化、低
価格化につながる。またこの温度上昇低減は、冷却装置
が冷却能力に余裕をもつことになり、その分光源の高出
力化が可能となり、装置が明るくできるという効果があ
る。そして、冷却装置が小型化できることは、他の構成
要素に、スペース的に影響を与えずに済むので、設計が
容易となる。

又、偏光板に光透過板を貼り付けた構造とすること
で、薄片状のものから、ある程度の機械的強度をもつ部
品となり、完全固定もでき、取り付け精度も向上し、組
立性も良好である。従って、この点からも設計が容易と
なっている。

更に、偏光板を光変調手段に貼り付けずに、光変調手
段から離れた位置に配置して光透過板に貼り付けること
により、光変調手段を不良扱いにすることもなく、歩留
まりが向上するため、この点からも装置の低価格化に寄
与する。更に又、光変調手段に傷を付けること、不純物
が付着したままという状態等が回避できるので、画像劣
化がなく、投写型表示装置の信頼性を更に増大できると
いう効果が得られる。さらに、冷却手段により、光透過
板を直接冷却するため、非常に効率的に偏光板の温度上
昇を低減することができる。

又、反射防止膜を蒸着した光透過板を、偏光板の片面
に貼り付けることにより、光の表面反射損失を抑制で
き、光入射効率が増大し、明るい装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る投写型液晶表示装置
の光学系の構成図、第２図は、第１図の液晶ライトバル
ブ周辺の詳細図、第３図は、液晶ライトバルブ、偏光板
及び偏光板ガラスの表面反射損失の詳細な説明図、第４
図は、本発明の他の実施例に係る投写型液晶表示装置の
光学系の構成図、第５図は、従来の投写型液晶表示装置
の光学系の構成図を示す。 １……光源 ３……光分離光学系 7,8,9,19,20,21,42,43……偏光板ガラス 10,11,12,16,17,18……偏光板 13,14,15……液晶ライトバルブ 22……送風ファン 23……光合成光学系 27……投写レンズ 28,32……光軸 33,34……熱の伝導方向 35,36,37,38……風の流れ 101,102,103,104,105……表面反射損失

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 前記光源からの光を変調して出射するライトバルブと、 前記ライトバルブによって変調された光を投写する投写
   手段とを備えた投写型表示装置であって、 前記ライトバルブは、光変調手段と、前記光変調手段の
   光入射側に配置された偏光板とを備え、 前記偏光板の、前記変調手段と対向する面とは反対側の
   面に、これよりも熱伝導率の高い光透過板が貼り付けら
   れており、 前記偏光板は、前記光変調手段から離れた位置に配置さ
   れ、 前記光変調装置と前記偏光板との間、及び、前記光透過
   板の光入射側に風を通す冷却装置を有することを特徴と
   する投写型表示装置。
2. 【請求項２】光源と、 前記光源からの光を変調して出射するライトバルブと、 前記ライトバルブによって変調された光を投写する投写
   手段とを備えた投写型表示装置であって、 前記ライトバルブは、光変調手段と、前記光変調手段の
   光出射側に配置された偏光板とを備え、 前記偏光板の、前記変調手段と対向する面とは反対側の
   面に、これよりも熱伝導率の高い光透過板が貼り付けら
   れており、 前記偏光板は、前記光変調手段から離れた位置に配置さ
   れ、 前記光変調装置と前記偏光板との間、及び、前記光透過
   板の光出射側に風を通す冷却装置を有することを特徴と
   する投写型表示装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記光透過板には反射防止膜が蒸着されていることを特
   徴とする投写型表示装置。