JP3637743B2

JP3637743B2 - 投射型液晶表示装置

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Publication number: JP3637743B2
Application number: JP28215697A
Authority: JP
Inventors: 三輝也小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: TW401531B; JPH11119182A; KR100569794B1; KR19990037074A; US6057894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示する画像に応じて空間的に変調した光を投射するようにした投射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像を鑑賞するため等の目的に用いられる投射型液晶表示装置として、例えば、光源からの光を液晶パネルに照射して空間的に変調し、この液晶パネルの透過光を投射光学系によってスクリーン等に投射して画像を表示するようにした液晶プロジェクタ装置等が開発されている。
【０００３】
このような投射型液晶表示装置には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色のカラーフィルタを備えた液晶パネルを１枚用いて構成した単板方式のものと、モノクロ液晶パネルをＢ，Ｒ，Ｇの各光路ごとに設けて構成した３板方式のものとがある。
【０００４】
このうち、単板方式の液晶表示装置は、構造が簡単で小型化・軽量化および低価格化が容易であるが、その一方、カラーフィルタによる光吸収が多いため、高輝度化に難点があると共に、冷却の点でも不利である。そこで、このような問題に対処すべく、単板方式においても、カラーフィルタを用いない構成の投射型液晶表示装置が開発されている。例えば、特開平４−６０５３８号公報あるいは「ＡＳＩＡＤＩＳＰＬＡＹ ’９５，ｐ８８７」には、液晶画素を駆動する３個の画素ごとに１個の集光用マイクロレンズを対向配置し、このマイクロレンズの各々にそれぞれ異なる方向からＢ，Ｒ，Ｇの３色を入射させて集光し、その出射光をＢ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素にそれぞれ入射させるようにした単板方式のカラー液晶表示装置が開示されている。このカラー液晶表示装置では、画素と画素との間の領域（画素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されたブラックマトリクス部分）に入射した光をも有効利用することができ、実質的な開口率が高くなるので、高輝度化が可能となる。
【０００５】
図９は、カラーフィルタを用いない従来の単板方式の投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。この投射型液晶表示装置は、光源１０１と、ＵＶ（紫外線）−ＩＲ（赤外線）カットフィルタ１０２と、ガラス・ロッド・インテグレータ１０３と、リレーレンズ１０４と、コリメータレンズ１０５とを備えている。これにより、光源１０１から発せられた白色光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１０２により紫外線および赤外線が除去され、その後、ガラス・ロッド・インテグレータ１０３により照度分布が均一化されると共に、リレーレンズ１０４およびコリメータレンズ１０５を透過して所定幅の平行光となって出射されるようになっている。
【０００６】
この投射型液晶表示装置は、また、コリメータレンズ１０５から出射された平行光を、色表示の基本となるＢ，Ｒ，Ｇの３色の光に選択的に分離して出射するダイクロイックミラー１０６と、このダイクロイックミラー１０６により分離されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光の各々を直線偏光させる入射側偏光板１０７と、この入射側偏光板１０７により直線偏光されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光を、表示する画像に応じて空間的に変調する液晶パネル１０８と、この液晶パネル１０８により空間的に変調された光のうち所定の方向に偏光された光のみを透過させる出射側偏光板１０９と、この出射側偏光板１０９を透過した光をスクリーン１１１に投射する投射レンズ１１０とを備えている。入射側偏光板１０７および液晶パネル１０８は、ダイクロイックミラー１０６に対して、それぞれ所定間隔を空けて別々に配置されている。
【０００７】
ダイクロイックミラー１０６は、それぞれＢ，Ｒ，Ｇの光を選択的に反射するＢ用ミラー１０６Ｂ，Ｒ用ミラー１０６ＲおよびＧ用ミラー１０６Ｇの３枚のミラーを有している。また、ミラー１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇは、液晶パネル１０８にそれぞれ異なる方向から入射するＲ，Ｇ，Ｂの各色の光の入射角を設定するための色調整保持機構（図示せず）を有している。
【０００８】
このような従来の投射型液晶表示装置では、光源１０１から発せられた白色光は、３枚のダイクロイックミラー１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光に分離され、この分離された各色光が、ダイクロイックミラー１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂとは別体として保持されている液晶パネル１０８に各々異なる角度で入射する。
【０００９】
図１０は、従来の３板方式の投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。この投射型液晶表示装置は、図９に示した単板方式の投射型液晶表示装置と同様の機能を有する光源２０１と、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２０２と、ガラス・ロッド・インテグレータ２０３と、リレーレンズ２０４と、コリメータレンズ２０５とを備えており、光源２０１から発せられた白色光を、コリメータレンズ２０５を透過させて平行光として出射するようになっている。
【００１０】
この投射型液晶表示装置は、また、同一光路上に、所定間隔を空けて設けられ、コリメータレンズ２０５から出射された平行光を、それぞれ色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３色の光に選択的に分離するダイクロイックミラー２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂと、ダイクロイックミラー２０６Ｒにより反射されたＲ色光を更に所定方向に反射する反射ミラー２０７と、ダイクロイックミラー２０６Ｂにより反射されたＢ色光を更に所定方向に反射する反射ミラー２０８と、ダイクロイックミラー２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂにより分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光の各々を直線偏光させる入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂと、これらの入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂにより直線偏光されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を、それぞれ表示する画像に応じて空間的に変調するモノクロの液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂと、これらの液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂにより空間的に変調された光のうち所定の方向に偏光された光のみを透過させる出射側偏光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂと、これらの出射側偏光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂを透過したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を合成する色合成用ダイクロイックプリズム２１２と、この色合成用ダイクロイックプリズム２１２により合成された光をスクリーン１１１に投射する投射レンズ２１３とを備えている。
【００１１】
色合成用ダイクロイックプリズム２１２は立方体形状をしている。この色合成用ダイクロイックプリズム２１２は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの３色の光が入射する３つの入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂを有している。入射側偏光板２０９Ｒ，液晶パネル２１０Ｒおよび出射側偏光板２１１Ｒは、この色合成用ダイクロイックプリズム２１２の一つの入射面２１２Ｒに対向するように配置されている。また、入射側偏光板２０９Ｇ，液晶パネル２１０Ｇおよび出射側偏光板２１１Ｇは、ダイクロイックプリズム２１２における入射面２１２Ｒと直交する他の入射面２１２Ｇに対向するように配置されている。一方、入射側偏光板２０９Ｂ，液晶パネル２１０Ｂおよび出射側偏光板２１１Ｂは、色合成用ダイクロイックプリズム２１２における入射面２１２Ｒと平行な他の入射面２１２Ｂに対向するように配置されている。
【００１２】
また、入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂおよび液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂは、ダイクロイックミラー２１２に対して、それぞれ間隔を空けて別々に配置されている。
【００１３】
このような３板方式の投射型液晶表示装置では、ダイクロイックミラー２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂにより分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光の各々は、入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂにより直線偏光された後、空間中の空気を介して液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂに入射する。液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０を出射した光は、出射側偏光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂに入射し、更に、これらの出射側偏光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂを透過したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光が、空間中の空気を介してそれぞれ色合成用ダイクロイックプリズム２１２の入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂの各々に入射する。色合成用ダイクロイックプリズム２１２の入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂに入射したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光は、色合成用ダイクロイックプリズム２１２の作用により、色合成された後、投射レンズ２１３により、スクリーン１１１に投射される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の各方式の投射型液晶表示装置では、液晶パネルが、ダイクロイックミラー等の他の光学部品に対して、完全に分離して配置されているため、表面に塵や埃等のごみが付着し易く、画品位の劣化や光量の低下を招くという問題があった。また、液晶パネルとその周辺の光学部品が別々に配置されており、構成の簡易化が十分になされていないという問題があった。
【００１５】
また、従来の各方式の投射型液晶表示装置では、液晶パネルから生ずる熱を抑えるために、通常、図示しない冷却用のファンを設けて風を送ることで液晶パネルを冷却するようになっているが、上記したように従来では、液晶パネルが、他の光学部品に対して分離して配置され、表面が熱伝導率の低い空気と接するようになっているために、冷却ファンによる冷却効果が低くなり、画品位に影響を及ぼすという問題があった。このため、冷却効果を上げるために、冷却ファンの回転速度を上げる必要があり、これにより、冷却ファン自身および冷却ファンにより送られる風による騒音が必要以上に生じてしまうという問題があった。
【００１６】
また、特に、図９に示した従来の単板方式の投射型液晶表示装置では、３枚のダイクロイックミラー１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇの厚さ分と、液晶パネル１０８にそれぞれ異なる方向から入射するＲ，Ｇ，Ｂの各色の光の入射角を設定するための色調整保持機構とに対応したスペースを確保しなければならず、構成が大型化してしまうという問題があった。また、３枚のダイクロイックミラー１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇの厚さには、製造上ばらつきが存在するため、入射角度の無調整化が困難であり、反射角の精度が十分ではないという問題があった。更に、３枚のダイクロイックミラー１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇの表裏面に塵や埃等のごみが付着し易く、画品位の劣化や光量の低下を招くという問題があった。加えて、ダイクロイックミラー１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇの裏面において反射した迷光により混色が生じ、これによって画品位の低下を招くという問題もあった。
【００１７】
また、特に、図１０に示した従来の３板方式の投射型液晶表示装置では、色合成用ダイクロイックプリズム２１２が他の光学部品と分離して設けられ、入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂ各々の空間上に隙間が生じているため、入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂに塵や埃等のごみが付着し易く、画品位の劣化や光量の低下を招くという問題があった。また、入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂそれぞれにおいて反射した光が迷光となり、これによって画品位の低下を招くという問題があった。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、液晶パネルの周辺光学系の構成の簡易化を図ると共に、画品位の向上を図ることができるようにした投射型液晶表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による投射型液晶表示装置は、色表示の基本となる光の分離を行うダイクロイックプリズムと、ダイクロイックプリズムに対して少なくとも１つの光学部材を介して一体化された液晶パネルとを備え、ダイクロイックプリズムは、光の出射面と、色表示の基本となる３つの光を出射面に向けて選択的に反射し、３つの光を互いに異なる反射角度で分離する３つの反射面とを有し、液晶パネルは、光の入射面と出射面とを有し、その光の出射面に透明部材が固着されていると共に、光の入射面が少なくとも１つの光学部材を介してダイクロイックプリズムの出射面に固着されて一体化されているものである。
【００２３】
本発明による投射型液晶表示装置では、ダイクロイックプリズムにおいて分離された色表示の基本となる光が、空間中の空気に触れることなく、ダイクロイックプリズムに一体化された液晶パネルに少なくとも１つの光学部材を介して入射される。液晶パネルに入射した光は、透明部材が固着された液晶パネルの光の出射面から空間中の空気に触れることなく、透明部材を介して出射される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。この投射型液晶表示装置は、カラーフィルタを用いない単板方式の液晶プロジェクタであり、白色光を発する光源１と、この光源１から発せられた白色光に含まれる紫外線および赤外線を除去するＵＶ−ＩＲカットフィルタ２と、このＵＶ−ＩＲカットフィルタ２を透過した光を拡散させて光の照度分布が均一化された平行光を出射するガラス・ロッド・インテグレータ３と、このガラス・ロッド・インテグレータ３から出射された平行光を集光して光源像を形成するリレーレンズ４と、このリレーレンズ４と共にテレセントリック光学系を形成してリレーレンズ４により集光された光を再び所定幅の平行光として出射するコリメータレンズ５とを備えている。
【００２８】
本実施の形態に係る投射型液晶表示装置は、また、コリメータレンズ５から出射された平行光を、色表示の基本となるＢ，Ｒ，Ｇの３色の光に選択的に分離して出射する色分離用ダイクロイックプリズム６と、この色分離用ダイクロイックプリズム６により分離されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光の各々を直線偏光させる入射側偏光板７と、この入射側偏光板７により直線偏光されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光に対して所定の位相差を生じさせる位相差板８と、この位相差板８を透過したＢ，Ｒ，Ｇの３色の光を、表示する画像に応じて空間的に変調する液晶パネル９と、この液晶パネル９の光出射面に固着された透明部材としてのガラス板１０と、液晶パネル９により空間的に変調された光のうち所定の方向に偏光された光のみを透過させる出射側偏光板１１と、この出射側偏光板１１を透過した光をスクリーン１３に投射する投射レンズ１２とを備えている。また、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置は、図示しないが、液晶パネル９から生ずる熱を抑えるための冷却用のファンを備えている。
【００２９】
色分離用ダイクロイックプリズム６，入射側偏光板７，位相差板８，液晶パネル９，ガラス板１０および出射側偏光板１１は、全て一体化されている。すなわち、液晶パネル９の光入射面側に設けられた入射側偏光板７の一方の面は、色分離用ダイクロイックプリズム６の光出射面に所定の接着剤により固着されている。また、入射側偏光板７の他方の面は、位相差板８の一方の面に固着されている。位相差板８の他方の面は、液晶パネル９の一方の面（光の入射面）に固着されている。液晶パネル９の他方の面（光の出射面）には透明部材としてのガラス板１０が固着されている。なお、位相差板８は、入射された光に対して液晶パネル９内の液晶分子の配向方向（ラビング方向）に応じた位相差を生じさせるために設けられたものであるため、液晶パネル９内の液晶分子の配向方向によっては、この位相差板８を設ける必要はない。
【００３０】
光源１としては、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。ガラス・ロッド・インテグレータ３は、光源１から出射された白色光を拡散させ、液晶パネル９における面内照度分布が均一になるようにするためのものである。
【００３１】
色分離用ダイクロイックプリズム６は、それぞれＢ，Ｒ，Ｇの光を選択的に反射して、白色光をＢ，Ｒ，Ｇの３原色の光に分離するための反射面６Ｂ，６Ｒ，６Ｇの３つの反射面を有している。これらの各反射面６Ｂ，６Ｒ，６Ｇは、所定の誘電体多層膜により形成されていると共に、その反射角度がＢ，Ｒ，Ｇの光がそれぞれ異なる所定の角度で液晶パネル９に入射するように設定されている。これにより、色分離用ダイクロイックプリズム６に入射した光源１からの光のうち、Ｒ，Ｇ，Ｂの光のみが液晶パネル９に向けて反射され、その他の成分は透過するようになっている。このように、従来用いていたダイクロイックミラーの代わりに色分離用ダイクロイックプリズム６を使用したことにより、光学系のサイズを小さくすることができると共に、取り付け時において、従来のように各ミラー毎に角度調整を行う必要が無くなり、調整の簡易化を図ることができる。
【００３２】
液晶パネル９は、光入射面側が位相差板８および入射側偏光板７を介して色分離用ダイクロイックプリズム６の光出射面側に固着されて一体化されていると共に、光出射面にガラス板１０が固着されている。このように、液晶パネル９は、表裏面に位相差板８およびガラス板１０が直接固着されているため、表裏面に塵や埃等のごみが付着することがない。この液晶パネル９は、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素電極が多数形成された画素基板と、マイクロレンズが多数形成された対向基板と、これら画素基板と対向基板によって挟まれた液晶層とを有して構成され、マイクロレンズの各々にそれぞれ異なる方向から入射されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光を集光して、Ｂ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素にそれぞれ入射させるようになっている。この液晶パネル９は、図示しない所定の駆動回路によって駆動される。
【００３３】
色分離用ダイクロイックプリズム６およびガラス板１０は、液晶パネル９から発生される熱を伝導し易いガラス部材（例えば、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の部材）で構成されることが望ましく、例えば、ほうけい酸クラウンガラス（例えば、ショット社製のＢＫ７）や、ほうけい酸ガラス（例えば、コーニング社製の＃７０５９）等が適用される。また、ガラス板１０の厚みは、液晶パネル９から発生される熱による応力の影響等を考慮して、１ｍｍ以上であることが望ましい。このように、本実施の形態では、液晶パネル９に一体化された色分離用ダイクロイックプリズム６およびガラス板１０を、熱伝導性に優れた部材で構成することにより、液晶パネル９から放出される熱が除去され易いようになっている。なお、更に、液晶パネル９から放出される熱が除去され易いように、色分離用ダイクロイックプリズム６またはガラス板１０の所定の位置に冷却部材を設置するようにしてもよい。
【００３４】
図２および図３は、液晶パネル９の周辺の構造を表す斜視図であり、冷却部材の設置例を説明するためのものである。図２の設置例は、色分離用ダイクロイックプリズム６における光の入射および出射に寄与しない一つの面６ａに、冷却部材として、銅やアルミニウム等からなる複数の放熱板２０を固着して設置するようにしたものである。また、図３の設置例は、色分離用ダイクロイックプリズム６の面６ａに、冷却部材としての複数のヒートパイプ２１を固着して設置すると共に、これらの複数のヒートパイプ２１をペルチェ効果を有する冷却部材としてのペルチェ素子２２に接続するようにしたものである。なお、上記した冷却部材を、色分離用ダイクロイックプリズム６ではなく、ガラス板１０における光の入射および出射に寄与しない別の面に設置するようにしてもよい。
【００３５】
次に、上記したような構成の投射型液晶表示装置の作用について説明する。
【００３６】
図１に示したように、まず、光源１から発せられた白色光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２により紫外線および赤外線が除去される。そして、このＵＶ−ＩＲカットフィルタ２を透過した光は、ガラス・ロッド・インテグレータ３において拡散され、光の照度分布が均一化された平行光が出射される。このガラス・ロッド・インテグレータ３から出射された平行光は、リレーレンズ４により、一旦集光された後、リレーレンズ４と共にテレセントリック光学系を形成したコリメータレンズ５により、所定幅の平行光として出射され、色分離用ダイクロイックプリズム６に入射する。
【００３７】
コリメータレンズ５から色分離用ダイクロイックプリズム６に入射した平行光は、色分離用ダイクロイックプリズム６の各反射面６Ｂ，６Ｒ，６Ｇの作用により、色表示の基本となるＢ，Ｒ，Ｇの３色の光に選択的に分離される。分離されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の光の各々は、色分離用ダイクロイックプリズム６の光の出射面側に固着された入射側偏光板７により直線偏光される。直線偏光された光は、位相差板８において、液晶パネル９内の液晶分子の配向方向に応じて所定の位相差が生じた後、液晶パネル９に入射する。液晶パネル９は、位相差板８を透過したＢ，Ｒ，Ｇの３色の光を、表示する画像に応じて空間的に変調して出射する。液晶パネル９を出射した光は、液晶パネル９の光の出射面側に固着されたガラス板１０を介して出射側偏光板１１に入射し、更に、この出射側偏光板１１を透過した光が、投射レンズ１２によりスクリーン１３に投射される。
【００３８】
次に、色分離用ダイクロイックプリズム６の所定の位置に冷却部材を設置した場合の冷却作用について説明する。
【００３９】
図２または図３に示したように、液晶パネル９において発生した熱は、入射側偏光板７および位相差板８を介して色分離用ダイクロイックプリズム６に伝導される。色分離用ダイクロイックプリズム６に伝導された熱は、更に、色分離用ダイクロイックプリズム６における光の入射および出射に寄与しない面６ａに設置された放熱板２０（図２）やペルチェ素子２２に接続されたヒートパイプ２１（図３）のような冷却部材に伝導され、この冷却部材を通して光学系の外部へ放出される。これにより、液晶パネル９における発熱による温度上昇を低減することができる。従って、温度上昇による液晶パネルの画品位の低下を防止できると共に、冷却のための送風による騒音の低減が可能となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置によれば、従来用いていたダイクロイックミラーの代わりに色分離用ダイクロイックプリズム６を使用したことにより、従来用いられていた複数の色分離用のダイクロイックミラーに設けられる色調整保持機構が不要となり、光学系のサイズを小さくすることができると共に、取り付け時において、従来のように各ミラー毎に角度調整を行う必要が無くなり、調整の簡易化を図ることができる。また、液晶パネル９の周辺の光学部品を液晶パネル９と共に色分離用ダイクロイックプリズム６に全て一体化するようにしたので、光学系のサイズを小さくすることができる。
【００４１】
また、各光学部品が一体化されていることにより、従来設けられていたダイクロイックミラーに起因して生じていた、画品位の低下を防ぐことができる。更に、液晶パネル９の表面および色分離用ダイクロイックプリズム６の光出射面が空間上に露出しておらず、ダイクロイックプリズム６において分離された光が、空間中の空気に触れることなく、ガラス板１０が固着された液晶パネル９からガラス板１０を介して出射するようになっているので、液晶パネル９および色分離用ダイクロイックプリズム６の表面に塵や埃等のごみが付着することが防止されると共に、光の表面反射を低減して迷光の発生を防止することができ、これによって、画品位の低下を防ぐことができる。
【００４２】
また、液晶パネル９に対して一体化された色分離用ダイクロイックプリズム６およびガラス板１０を、液晶パネル９から発生される熱を伝導し易い部材で構成すると共に、色分離用ダイクロイックプリズム６またはガラス板１０の所定の位置に、冷却部材を設置するようにしたので、液晶パネル９から放出される熱が除去され易く、冷却効果に優れている。これにより、液晶パネル９の周辺光学系の光学特性が、熱によって変化することを防止でき画品位の低下を防ぐことができる。また、冷却効果が向上することにより、より明るい光を入射させることが可能となり、明るい画像表示を実現することが可能となる。更に、冷却効果に優れていることにより、冷却用のファンの負担が軽減され、冷却用のファンに起因して生ずる騒音等を低減することができる。なお、例えば、液晶パネル９の片面を熱伝導率の高い色分離用ダイクロイックプリズム６に一体化し、他面を熱伝導率の低い空間上に露出させた場合においては、液晶パネル９の片側のみを冷却用のファンにより必要以上に冷却することとなり、液晶パネル９の表裏面で温度勾配が生じ、これにより、液晶パネル９に応力が発生して、液晶層の厚みにむらが生じ、画品位が著しく低下するということがある。しかし、本実施の形態では、液晶パネル９の表裏面に対して色分離用ダイクロイックプリズム６およびガラス板１０が一体化されているので、このような問題が生じることが少ない。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置によれば、液晶パネル９の周辺光学系の構成の簡易化を図ることができると共に、画品位の向上を図ることができる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。この投射型液晶表示装置は、モノクロの液晶パネルを３枚使用する３板方式の液晶プロジェクタであり、図１に示した第１の実施の形態に係る投射型液晶表示装置と同様の機能を有する光源３１と、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３２と、ガラス・ロッド・インテグレータ３３と、リレーレンズ３４と、コリメータレンズ３５とを備えており、図１に示した投射型液晶表示装置と同様に、光源３１から発せられた白色光を、コリメータレンズ３５を透過させて所定幅の平行光として出射するようになっている。
【００４６】
本実施の形態に係る投射型液晶表示装置は、また、同一光路上に、所定間隔を空けて設けられ、コリメータレンズ３５から出射された平行光を、それぞれ色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３色の光に選択的に分離するダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂと、ダイクロイックミラー３６Ｒにより反射されたＲ色光を更に所定方向に反射する反射ミラー３７と、ダイクロイックミラー３６Ｂにより反射されたＢ色光を更に所定方向に反射する反射ミラー３８と、ダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂにより分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光の各々を直線偏光させる入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂと、これらの入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂにより直線偏光されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を透過するガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、これらのガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを透過したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を、それぞれ表示する画像に応じて空間的に変調するモノクロの液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、これらの液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂにより空間的に変調された光のうち所定の方向に偏光された光のみを透過させる出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと、これらの出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを透過したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を合成する色合成用ダイクロイックプリズム４３と、この色合成用ダイクロイックプリズム４３により合成された光をスクリーン１３に投射する投射レンズ４４とを備えている。
【００４７】
また、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置は、図示しないが、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから生ずる熱を抑えるための冷却用のファンを備えている。また、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、図示しない所定の駆動回路に接続されて駆動される。なお、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ内の液晶分子の配向方向によっては、液晶パネル４１Ｒと出射側偏光板４２Ｒ，液晶パネル４１Ｇと出射側偏光板４２Ｇ，液晶パネル４１Ｂと出射側偏光板４２Ｂとの間に、それぞれ液晶分子の配向方向に応じた位相差を生じさせるための位相差板が設けられる。
【００４８】
色合成用ダイクロイックプリズム４３は、立方体形状をしている。この色合成用ダイクロイックプリズム４３は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの３色の光が入射する３つの入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂを有している。入射面４３Ｒと入射面４３Ｇ，入射面４３Ｇと入射面４３Ｂは、互いに直交した位置関係にあり、また、入射面４３Ｒと入射面４３Ｂは互いに平行した位置関係にある。入射側偏光板３９Ｒ，ガラス板４０Ｒ，液晶パネル４１Ｒおよび出射側偏光板４２Ｒは、色合成用ダイクロイックプリズム４３の一つの入射面４３Ｒに対向するように一体化されて配置されている。すなわち、色合成用ダイクロイックプリズム４３の一つの入射面４３Ｒには、出射側偏光板４２Ｒの一方の面が所定の接着剤により固着され、液晶パネル４１Ｒの表裏面には出射側偏光板４２Ｒの他方の面と、ガラス板４０Ｒの一方の面が固着されている。また、ガラス板４０Ｒの他方の面には、入射側偏光板３９Ｒが固着されている。
【００４９】
入射側偏光板３９Ｇ，ガラス板４０Ｇ，液晶パネル４１Ｇおよび出射側偏光板４２Ｇは、色合成用ダイクロイックプリズム４３における入射面４３Ｇに対向するように一体化されて配置されている。すなわち、色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｇには、出射側偏光板４２Ｇの一方の面が所定の接着剤により固着され、液晶パネル４１Ｇの表裏面には出射側偏光板４２Ｇの他方の面と、ガラス板４０Ｇの一方の面が固着されている。また、ガラス板４０Ｇの他方の面には、入射側偏光板３９Ｇが固着されている。
【００５０】
入射側偏光板３９Ｂ，ガラス板４０Ｂ，液晶パネル４１Ｂおよび出射側偏光板４２Ｂは、色合成用ダイクロイックプリズム４３における入射面４３Ｂに対向するように一体化されて配置されている。すなわち、色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｂには、出射側偏光板４２Ｂの一方の面が所定の接着剤により固着され、液晶パネル４１Ｂの表裏面には出射側偏光板４２Ｂの他方の面と、ガラス板４０Ｂの一方の面が固着されている。また、ガラス板４０Ｂの他方の面には、入射側偏光板３９Ｂが固着されている。
【００５１】
このように、本実施の形態においては、入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ，ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ，液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ，出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂおよび色合成用ダイクロイックプリズム４３は、全て一体化されているので、光学系のサイズを小さくすることができると共に、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのそれぞれの表裏面および色合成用ダイクロイックプリズム４３の光入射面に塵や埃等のごみが付着することが防止される。
【００５２】
色合成用ダイクロイックプリズム４３およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから発生される熱を伝導し易い部材（例えば、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の部材）で構成されることが望ましく、例えば、ほうけい酸クラウンガラス（例えば、ショット社製のＢＫ７）や、ほうけい酸ガラス（例えば、コーニング社製の＃７０５９）等が適用される。また、ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの厚みは、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから発生される熱による応力の影響等を考慮して、１ｍｍであることが望ましい。このように、本実施の形態では、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂに一体化された色合成用ダイクロイックプリズム４３およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを、熱伝導性に優れた部材で構成することにより、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから放出される熱が除去され易いようになっている。なお、更に、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから放出される熱が除去され易いように、色合成用ダイクロイックプリズム４３またはガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの所定の位置に、冷却部材を設置するようにしてもよい。
【００５３】
図５および図６は、液晶パネル９の周辺の構造を表す斜視図であり、冷却部材の設置例を説明するためのものである。図５の設置例は、色合成用ダイクロイックプリズム４３における光の入射および出射に寄与しない一つの面４３ａに、冷却部材として、銅やアルミニウム等からなる複数の放熱板６０を固着して設置するようにしたものである。また、図６の設置例は、色合成用ダイクロイックプリズム４３における面４３ａに、冷却部材としての複数のヒートパイプ６１を固着して設置すると共に、これらの複数のヒートパイプ６１をペルチェ効果を有する冷却部材としてのペルチェ素子６２に接続するようにしたものである。なお、上記した冷却部材を、色合成用ダイクロイックプリズム４３ではなく、ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにおける光の入射および出射に寄与しないその他の面に設置するようにしてもよい。
【００５４】
次に、上記したような構成の投射型液晶表示装置の作用について説明する。
【００５５】
図４に示したように、まず、光源３１から発せられた白色光は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３２により紫外線および赤外線が除去される。そして、このＵＶ−ＩＲカットフィルタ３２を透過した光は、ガラス・ロッド・インテグレータ３３において拡散され、光の照度分布が均一化された平行光が出射される。このガラス・ロッド・インテグレータ３３から出射された平行光は、リレーレンズ３４により、一旦集光された後、リレーレンズ３４と共にテレセントリック光学系を形成したコリメータレンズ３５により、所定幅の平行光として出射される。
【００５６】
コリメータレンズ５５から出射した平行光は、ダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂの作用により、色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３色の光に選択的に分離される。そして、この分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３色の光の各々は、色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ側に固着された入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂにより直線偏光された後、ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを透過して液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂに入射する。液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光を、表示する画像に応じて空間的に変調して出射する。液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを出射した光は、出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに入射し、更に、これらの出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを透過したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光が、それぞれ色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの各々に入射する。色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂに入射したＲ，Ｇ，Ｂの３色の光は、色合成用ダイクロイックプリズム４３の作用により、色合成された後、投射レンズ４４により、スクリーン１３に投射される。
【００５７】
次に、色合成用ダイクロイックプリズム４３の所定の位置に冷却部材を設置した場合の冷却作用について説明する。
【００５８】
図５または図６に示したように、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂにおいて発生した熱は、出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂを介して色合成用ダイクロイックプリズム４３に伝導される。色合成用ダイクロイックプリズム４３に伝導された熱は、更に、色合成用ダイクロイックプリズム４３における光の入射および出射に寄与しない面４３ａに設置された放熱板６０（図５）やペルチェ素子６２に接続されたヒートパイプ６１（図６）のような冷却部材に伝導され、この冷却部材を通して光学系の外部へ放出される。これにより、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂにおける発熱による温度上昇を低減することができる。従って、温度上昇による液晶パネルの画品位の低下を防ぐことができると共に、冷却のための送風による騒音の低減が可能となる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置によれば、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの周辺光学系、すなわち、入射側偏光板３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ，ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ，液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ，出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂおよび色合成用ダイクロイックプリズム４３の各光学部品を全て一体化するようにしたので、光学系のサイズを小さくすることができる。
【００６０】
また、各光学部品が一体化されていることにより、従来のように、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの各々の表面および色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの各々が空間上に露出しておらず、色表示の基本となる複数色の光のそれぞれが、空間中の空気に触れることなく、ガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを介して液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂに入射した後、ダイクロイックプリズム４３に入射して合成するようになっているので、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの各々の表面および入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの各々に塵や埃等のごみが付着することが防止される。また、色合成用ダイクロイックプリズム４３の入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの各々に反射防止膜を設けることなく、光の表面反射を低減して迷光の発生を防止することができ、これによって、画品位の低下を防ぐことができる。
【００６１】
また、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂに対して一体化された色合成用ダイクロイックプリズム４３およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから発生される熱を伝導し易い部材で構成すると共に、色合成用ダイクロイックプリズム４３またはガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの所定の位置に、冷却部材を設置するようにしたので、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから放出される熱が除去され易く、冷却効果に優れている。これにより、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの周辺光学系の光学特性が、熱によって変化することを防止でき画品位の低下を防ぐことができる。また、冷却効果が向上することにより、より明るい光を入射させることが可能となり、明るい画像表示を実現することが可能となる。更に、冷却効果に優れていることにより、冷却用のファンの負担が軽減され、冷却用のファンに起因して生ずる騒音等を低減することができる。なお、例えば、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのそれぞれの片面を熱伝導率の高い色分離用ダイクロイックプリズム６に一体化し、他面を熱伝導率の低い空間上に露出させた場合においては、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの片側のみを冷却用のファンにより必要以上に冷却することとなり、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのそれぞれの表裏面で温度勾配が生じ、これにより、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのそれぞれに応力が発生して、液晶層の厚みにむらが生じ、画品位が著しく低下するということがある。しかし、本実施の形態では、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂのそれぞれの表裏面に対して色合成用ダイクロイックプリズム４３およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂが一体化されているので、このような問題が生じることが少ない。
【００６２】
このように、本実施の形態に係る投射型液晶表示装置によれば、液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの周辺光学系の構成の簡易化を図ることができると共に、画品位の向上を図ることができる。
【００６３】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記各実施の形態では、色表示の基本となる複数色をＲ，Ｇ，Ｂの３原色として説明したが、例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色を基本色として採用してもよい。
【００６４】
また、上記各実施の形態では、液晶パネル９および液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの表面に固着される部材として、ほうけい酸ガラス等のガラス板１０およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを利用したが、この部材は、ガラス部材に限定されるものではなく、少なくとも色表示の基本となる光を透過するような透明部材であれば本発明に適用できる。また、上記各実施の形態では、ガラス板１０およびガラス板４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを含む液晶パネル９および液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの周辺の光学部品の固着を、接着剤により行うようにしたが、各光学部品の周囲を互いにネジで固着する等、他の固着方法であってもかまわない。
【００６５】
また、上記第１の実施の形態においては、液晶パネル９の片面に、液晶パネル９内の液晶分子の配向方向に応じた位相差を生じさせる位相差板８を設ける場合について示したが、液晶分子の配向方向が位相差を生じさせる必要の無いような向きである場合には、位相差板８を設ける必要はない。この場合には、位相差板８を除く他の光学部品を、上記第１の実施の形態と同様に、色分離用ダイクロイックプリズム６の光出射面側に一体化させるようにしてもよいし、例えば、図７に示したように、入射側偏光板７を、色分離用ダイクロイックプリズム６の光入射面側に一体化させると共に、他の光学部品を、色分離用ダイクロイックプリズム６の光出射面側に一体化させるようにして構成してもよい。
【００６６】
また、上記第２の実施の形態においては、３枚の出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂのそれぞれを、色合成用ダイクロイックプリズム４３の光入射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂのそれぞれに固着して一体化させた例について示したが、図８に示したように、３枚の出射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの代わりに、色合成用ダイクロイックプリズム４３の光出射面に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に共通の１枚の出射側偏光板４２を固着して一体化させるようにして構成してもよい。これにより、光学系の構成をより簡易化することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし３のいずれかに記載の投射型液晶表示装置によれば、液晶パネルの光の出射面に透明部材を固着すると共に、入射面を、色表示の基本となる光の分離を行うダイクロイックプリズムに対して少なくとも１つの光学部材を介して一体化するようにしたので、従来の単板方式の投射型液晶表示装置のように、複数の色分離用のダイクロイックミラーやこれらに設けられる色調整保持機構が不要となり、構成の簡易化を図ることができると共に、液晶パネルおよびダイクロイックプリズムの表面に塵や埃等のごみが付着することを防止でき、画品位の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００６８】
特に、請求項２記載の投射型液晶表示装置によれば、ダイクロイックプリズムおよび透明部材の少なくとも一方における光の入射および出射に寄与しない面に、液晶パネルを冷却するための冷却部材を備えるようにしたので、請求項１記載の投射型液晶表示装置の効果に加え、液晶パネルから放出される熱が除去され易く、冷却効果に優れており、液晶パネル周辺の光学部品の光学特性が熱によって変化することを防止でき、画品位の低下を防ぐことができる。また、冷却効果に優れていることにより、冷却用のファンの負担が軽減され、冷却用のファンに起因して生ずる騒音等を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投射型液晶表示装置としての単板方式の液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。
【図２】図１における液晶パネル周辺の構造を表す斜視図である。
【図３】図１における液晶パネル周辺の他の構造例を表す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る投射型液晶表示装置としての３板方式の液晶プロジェクタの一例を示す構成図である。
【図５】図４における液晶パネル周辺の構造を表す斜視図である。
【図６】図４における液晶パネル周辺の他の構造例を表す斜視図である。
【図７】図１における液晶パネル周辺の他の構造例を表す斜視図である。
【図８】図４における液晶パネル周辺の更に他の構造例を表す斜視図である。
【図９】従来の単板方式の投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。
【図１０】従来の３板方式の投射型液晶表示装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１，３１…光源、２，３２…ＵＶ−ＩＲカットフィルタ、３，３３…ガラス・ロッド・インテグレータ、４，３４…リレーレンズ、５，３５…コリメータレンズレンズ、６…色分離用ダイクロイックプリズム、７，３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ…入射側偏光板、８…位相差板、９，４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ…液晶パネル、１０，４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…ガラス板、１１，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…出射側偏光板、１２，４４…投射レンズ、１３…スクリーン、２０，６０…放熱板、２１，６１…ヒートパイプ、２２，６２…ペルチェ素子、４３…色合成用ダイクロイックプリズム

Claims

色表示の基本となる光の分離を行うダイクロイックプリズムと、
前記ダイクロイックプリズムに対して少なくとも１つの光学部材を介して一体化された液晶パネルと
を備え、
前記ダイクロイックプリズムは、光の出射面と、色表示の基本となる３つの光を前記出射面に向けて選択的に反射し、３つの光を互いに異なる反射角度で分離する３つの反射面とを有し、
前記液晶パネルは、光の入射面と出射面とを有し、その光の出射面に透明部材が固着されていると共に、前記光の入射面が少なくとも１つの光学部材を介して前記ダイクロイックプリズムの出射面に固着されて一体化されている
ことを特徴とする投射型液晶表示装置。
前記ダイクロイックプリズムおよび透明部材の少なくとも一方における光の入射および出射に寄与しない面に、前記液晶パネルを冷却するための冷却部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の投射型液晶表示装置。
前記ダイクロイックプリズムおよび前記透明部材は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のガラス部材により構成されていることを特徴とする請求項１記載の投射型液晶表示装置。