JP2005242080A

JP2005242080A - ワイヤグリッドポラライザ

Info

Publication number: JP2005242080A
Application number: JP2004053221A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fukuzaki; 良雄福崎
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08
Also published as: US20050190445A1

Abstract

【課題】画像表示装置に使用するワイヤグリッドボラライザにおいて、光源の高出力化や装置構成の小型化を図ってもワイヤグリッドの光吸収に起因する発熱によるガラス基板の変形を防止し、また、光の利用効率を向上させることで、画像表示装置における表示画像の高品位化及び省電力化を図る。
【解決手段】ガラス基板１上に金属からなる微細櫛形状のワイヤグリッド２を形成するとともに、ガラス基板１のワイヤグリッド２が形成される表面部及び裏面部に、反射防止コーティング３ａ，３ｂを施した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ装置などにおいて偏光分離素子として使用されるワイヤグリッドポラライザに関する。

従来、反射型液晶空間光変調素子を用いた投射型画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置は、光源と、この光源から発せられた光束によって空間光変調素子を照明する照明光学系と、この空間光変調素子によって変調された変調光をスクリーンに投射する投射光学系とを有して構成されている。

反射型液晶空間光変調素子は、入射された光束を、外部から供給される画像信号に応じて、画素ごとに偏光状態を変調させて反射する素子である。

このような画像表示装置においては、空間光変調素子によって変調された変調光と、空間光変調素子に入射する未変調光とを、偏光ビームスプリッタの如き偏光分離素子によって分離させる必要がある。

そして、偏光分離素子としては、偏光ビームスプリッタよりも小型化及び軽量化されたものとして、特許文献１に記載されているように、ワイヤグリッド型の偏光ビームスプリッタ、すなわち、ワイヤグリッドポラライザが提案されている。このワイヤグリッドポラライザは、ガラス基板（フッ化バリウム（BaF_２）基板、フッ化カルシウム（CaF_２）基板、ジンクセレン（ZnSe）基板等）上に、アルミニウムやタングステンの如き金属等からなる微細な櫛形状のワイヤグリッドを形成した素子であり、このワイヤグリッドが形成された側の面への入射光について、偏光分離を行う。すなわち、このワイヤグリッドポラライザは、櫛形状のワイヤに平行な偏波成分は反射し、垂直な成分は透過させる性質を有している。
米国特許第６２３４６３４号

ところで、前述のようなワイヤグリッドボラライザは、光源の光出力が大きい高出力の画像表示装置に用いた場合には、以下のような問題を生ずる。

すなわち、ワイヤグリッドボラライザは、多数の微細金属ワイヤにより偏光分離を行っているので、これら金属ワイヤにおける光吸収によって発熱を生ずる。微細ワイヤをなす金属がアルミニウムである場合、物性的に、入射光エネルギーの約１０％が吸収されて熱エネルギに変換される。そして、このような発熱により、ワイヤグリッドが形成されているガラス基板が変形するおそれがある。画像表示装置において、ワイヤグリッドボラライザのガラス基板が変形すると、表示画像の歪みや位置ずれなどが生じ、表示画像の品位が著しく劣化することとなる。

このようなガラス基板の熱による変形を防止するためには、冷却機構が必要となり、画像表示装置の装置構成の大型化、複雑化が招来される。また、ワイヤグリッドの発熱量は画像表示装置における光源の光出力に比例して増大するので、光源の高出力化に伴って、冷却機構も大型化することとなる。

また、画像表示装置において、光源の光出力を高くしない場合においても、装置構成の小型化を図った場合には、ワイヤグリッドボラライザに対して、より収束された光束が照射されることとなり、単位面積あたりのエネルギー量が増加し、ガラス基板が変形する虞れが生ずる。この場合には、画像表示装置が小型化されているために、効果的な冷却機構を設けることは極めて困難である。

そして、ワイヤグリッドを構成する微細な金属ワイヤに吸収された光エネルギは、画像表示装置において光出力としては取り出されないので、結果として光源からの光束の利用効率が低下することとなり、画像表示装置の省電力化（低消費電力化）を図ることが困難となる。

そこで、本発明は、前述の課題を解決するために提案されたものであり、画像表示装置に使用した場合において、光源の高出力化や装置構成の小型化を図った場合においても、ワイヤグリッドの光吸収に起因する発熱によるガラス基板の変形が防止され、画像表示装置における表示画像の高品位化を可能とし、また、光源からの光束の利用効率を良好として、画像表示装置の省電力化を可能とするワイヤグリッドボラライザを提供することを目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係るワイヤグリッドボラライザは、ガラス基板と、前記ガラス基板の一方の面に金属からなるワイヤグリッドが形成されているワイヤグリッドポラライザであって、前記ガラス基板は、前記ワイヤグリッドが形成される表面部と、裏面部とに、反射防止膜（反射防止コーティング）が形成されているものである。前記ワイヤグリッドは、微細な櫛形状であることが好ましい。

このワイヤグリッドボラライザにおいては、反射型液晶空間光変調素子を用いた画像表示装置において偏光分離素子として使用した場合において、表示画像におけるゴースト像の発生を抑制することが可能となり、また、光源からの照明光の利用効率を良好とすることができる。

また、本発明は、このワイヤグリッドボラライザにおいて、ガラス基板を、線膨張係数が、６．０×１０^−７よりも小さい材料により形成したことを特徴とするものである。

このワイヤグリッドボラライザにおいては、反射型液晶空間光変調素子を用いた画像表示装置において偏光分離素子として使用した場合において、ワイヤグリッドが光束の吸収によって発熱しても、ガラス基板の熱変形やゆがみが生じず、表示画像の歪みや位置ずれが生ずることがない。

本発明に係るワイヤグリッドボラライザにおいては、ガラス基板において、ワイヤグリッドが形成される表面部と、裏面部とに、反射防止コーティングが施されているので、反射型液晶空間光変調素子を用いた画像表示装置において偏光分離素子として使用した場合において、表示画像におけるゴースト像の発生を抑制することが可能となり、また、光源からの照明光の利用効率を良好とすることができる。

また、このワイヤグリッドボラライザにおいて、ガラス基板を、線膨張係数が、６．０×１０^−７よりも小さい材料により形成した場合には、反射型液晶空間光変調素子を用いた画像表示装置において偏光分離素子として使用した場合において、ワイヤグリッドが光束の吸収によって発熱しても、ガラス基板の熱変形やゆがみが生じず、表示画像の歪みや位置ずれが生ずることがない。

また、このワイヤグリッドボラライザを用いた画像表示装置においては、ガラス基板の熱膨張が少ないことにより、ワイヤグリッドが発熱しても、ガラス基板における内部応力の発生が少なく、ガラス基板の光弾性定数が小さくない場合であっても、偏光状態の乱れが生ずることがなく、表示画像における色むら、輝度むらやコントラスト低下が発生しない。

すなわち、本発明は、画像表示装置に使用した場合において、光源の高出力化や装置構成の小型化を図った場合においても、ワイヤグリッドの光吸収に起因する発熱によるガラス基板の変形が防止され、画像表示装置における表示画像の高品位化を可能とし、また、光源からの光束の利用効率を良好として、画像表示装置の省電力化を可能とするワイヤグリッドボラライザを提供することができるものである。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るワイヤグリッドボラライザの構成を示す断面図である。

このワイヤグリッドボラライザは、図１に示すように、ガラス基板１上に、アルミニウムやタングステンの如き金属等からなる微細な櫛形状のワイヤグリッド２を形成した素子である。

このワイヤグリッドボラライザは、ワイヤグリッド２が形成された側の面への入射光について、偏光分離を行う。すなわち、このワイヤグリッドポラライザは、櫛形状のワイヤに平行な偏波成分は反射し、直交する成分は透過させる性質を有している。なお、このワイヤグリッドは、このような性質を利用して、偏波分離を始めとして、偏波を用いた周波数分別やサイドバンド除去フィルタ等の種々の用途に使用される。

なお、ワイヤグリッドをなすワイヤは、線径が数μｍ乃至数十μm、ワイヤ間隔が数十μｍ乃至数百μｍとなされて形成されている。

このワイヤグリッドポラライザにおいて、ガラス基板１は、酸化鉛（PbO）を含まず、線膨張係数αが６．０×１０^−７よりも小さな透明材料からなっている。具体的には、このガラス基板１をなす材料としては、合成石英、溶融石英、ネオセラム（商品名：日本電気硝子社製）、クリアセラム（商品名：オハラ株式会社製）、ＵＬＥ（商品名：コーニング社製）、バイコール（商品名：コーニング社製）及びゼロデュア（商品名：ショット社製）などを挙げることができる。

なお、これらの材料からなるガラス基板は、酸化鉛（PbO）を含まないため、加工場所を任意に選ぶことができ、たま、低廉な製造コストにより作成することが可能である。

また、このガラス基板１は、厚さが１．０ｍｍ以下となされている。

そして、このガラス基板１には、ワイヤグリッド２を形成される表面部及び裏面部に、反射肪止コーティング３ａ，３ｂが施されている。この反射防止コーティング３ａ，３ｂは、使用波長域、例えば、４２０ｎｍ乃至６８０ｎｍにおいて、絶対反射率が０．５％以下となるように形成されている。

図２は、本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成された画像表示装置の第１の構成を示す側面図である。

本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成される画像表示装置は、図２に示すように、光源ランプ４を有している。この光源ランプ４は、光源５と、この光源５から出射された照明光を光軸Ａ方向に反射するリフレクタ６とを有して構成されている。光源５としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を出射するものを用いる。リフレクタ６は、光軸Ａを軸とした回転楕円面の反射面を有し、光源５から出射された照明光を反射面で反射して収束光束として出射する。

光源ランプ４から発せられた照明光は、リフレクタ６で反射され、図示しないインテグレータを経て照度を均一化される。そして、プリボラライザ７を透過することにより、Ｓ偏光、または、Ｐ偏光に揃えられる。このプリボラライザ７としては、偏光フィルタの他、複数の偏光ビームスプリッタが並列されて構成されたいわゆるＰＳコンバイナを用いることができる。

プリボラライザ７を経た照明光は、本発明に係るワイヤグリッドボラライザ８に入射される。このワイヤグリッドボラライザ８は、ワイヤグリッドが形成された表面部をプリボラライザ７の側に向けるとともに、このプリボラライザ７からの入射光の光軸Ａ上の光線が４５°の入射角で入射されるように配置されている。このワイヤグリッドボラライザ８において、入射光の偏光方向は、ワイヤグリッドをなすワイヤに平行な方向となっている。したがって、この照明光は、ワイヤグリッドにおいて反射され、位相差板９を経て、反射型液晶空間光変調素子１０に入射する。

位相差板９は、照明光の偏光方向を調整するためのものである。そして、反射型液晶空間光変調素子１０は、外部から供給される画像信号に応じて、照明光の偏光方向を変調して反射する。

反射型液晶空間光変調素子１０において偏光方向を変調された変調光は、位相差板９を経て、ワイヤグリッドボラライザ８に戻る。このワイヤグリッドボラライザ８において、反射型液晶空間光変調素子１０によって変調された変調光の偏光方向は、ワイヤグリッドをなすワイヤに直交する方向となっている。したがって、この変調光は、ワイヤグリッドを透過し、このワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板を透過して、偏光アナライザ１１を透過して、投射レンズ１２に入射される。偏光アナライザ１１は、余分な偏光成分を除去するためのフィルタである。

投射レンズ１２は、入射された変調光を、図示しないスクリーン上に投射して結像させ、画像表示を行う。

この画像表示装置においては、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板の線膨張係数が充分に小さいため、ワイヤグリッドボラライザ８においてワイヤグリッドが光束の吸収によって発熱しても、ガラス基板の熱変形やゆがみが生じず、表示画像の歪みや位置ずれが生ずることがない。また、この画像表示装置においては、ガラス基板の熱膨張が少ないことにより、ワイヤグリッドが発熱しても、ガラス基板における内部応力の発生が少なく、ガラス基板の光弾性定数が小さくない場合であっても、偏光状態の乱れが生ずることがなく、表示画像における色むら、輝度むらやコントラスト低下が発生しない。

さらに、この画像表示装置においては、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板の厚みが１．０ｍｍ以下となっていることにより、このガラス基板を透過する光束における非点収差の発生が少なく、投射レンズにおける非点収差の補正を少なく抑えることができ、投射レンズの設計を容易化することができる。

また、この画像表示装置においては、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板の両面に反射防止コーティングが施されていることにより、フレネル反射ロスがなくなり、表示画像を高輝度化することが可能となり、また、光源ランプからの照明光の利用効率を良好とすることができる。なお、ガラス基板に反射防止コーティングを施さない場合には、約４％程度のフレネル反射ロスが生ずる。そして、これら反射防止コーティングにより、ガラス基板の表面反射率を０．５％以下とすることにより、表示画像におけるゴースト像の発生を抑制することが可能となる。

図３は、本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成された画像表示装置の第２の構成を示す側面図である。

また、本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成される画像表示装置は、図３に示すように、光源ランプ４からの照明光がワイヤグリッドボラライザ８を透過して反射型液晶空間光変調素子１０に到達するように構成することもできる。

すなわち、この画像表示装置において、光源５及びリフレクタ６を有する光源ランプ４から発せられた照明光は、プリボラライザ７を透過することにより、Ｓ偏光、または、Ｐ偏光に揃えられ、本発明に係るワイヤグリッドボラライザ８に入射される。このワイヤグリッドボラライザ８は、ワイヤグリッドが形成されていない裏面部をプリボラライザ７の側に向けるとともに、このプリボラライザ７からの入射光の光軸Ａ上の光線が４５°の入射角で入射されるように配置されている。

このワイヤグリッドボラライザ８において、入射光の偏光方向は、ワイヤグリッドをなすワイヤに直交する方向となっている。したがって、この照明光は、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板及びワイヤグリッドを透過し、位相差板９を経て、反射型液晶空間光変調素子１０に入射する。

反射型液晶空間光変調素子１０は、外部から供給される画像信号に応じて、照明光の偏光方向を変調して反射する。反射型液晶空間光変調素子１０において偏光方向を変調された変調光は、位相差板９を経て、ワイヤグリッドボラライザ８に戻る。

このワイヤグリッドボラライザ８において、反射型液晶空間光変調素子１０によって変調された変調光の偏光方向は、ワイヤグリッドをなすワイヤに平行な方向となっている。したがって、この変調光は、ワイヤグリッドにより反射され、偏光アナライザ１１を透過して、投射レンズ１２に入射される。投射レンズ１２は、入射された変調光を、図示しないスクリーン上に投射して結像させ、画像表示を行う。

この画像表示装置においても、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板の線膨張係数が充分に小さいため、ワイヤグリッドボラライザ８においてワイヤグリッドが光束の吸収によって発熱しても、ガラス基板の熱変形やゆがみが生じず、表示画像の歪みや位置ずれが生ずることがない。また、この画像表示装置においては、ガラス基板の熱膨張が少ないことにより、ワイヤグリッドが発熱しても、ガラス基板における内部応力の発生が少なく、ガラス基板の光弾性定数が小さくない場合であっても、偏光状態の乱れが生ずることがなく、表示画像における色むら、輝度むらやコントラスト低下が発生しない。

また、この画像表示装置においては、ワイヤグリッドボラライザ８のガラス基板の両面に反射防止コーティングが施されていることにより、フレネル反射ロスがなくなり、表示画像を高輝度化することが可能となり、また、光源ランプからの照明光の利用効率を良好とすることができる。

そして、これら反射防止コーティングにより、ガラス基板の表面反射率を０．５％以下とすることにより、表示画像におけるゴースト像の発生を抑制することが可能となる。特に、表示画像のコントラストを１０００：１以上とする場合においては、ガラス基板の表面反射率を０．１％以下とし、表示画像のコントラストを２０００：１以上とする場合においては、ガラス基板の表面反射率を０．０５％以下とすることが望ましい。

なお、これらの効果は、図２に示したような、光源ランプ４からの照明光がワイヤグリッドボラライザ８により反射された反射型液晶空間光変調素子１０に到達する構成よりも、図３に示すような、光源ランプ４からの照明光がワイヤグリッドボラライザ８を透過して反射型液晶空間光変調素子１０に到達する構成において顕著である。

本発明に係るワイヤグリッドボラライザの構成を示す断面図である。本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成された画像表示装置の第１の構成を示す側面図である。本発明に係るワイヤグリッドボラライザを用いて構成された画像表示装置の第２の構成を示す側面図である。

符号の説明

１ガラス基板
２ワイヤグリッド
３ａ，３ｂ反射肪止コーティング

Claims

ガラス基板と、前記ガラス基板の一方の面に金属からなるワイヤグリッドが形成されているワイヤグリッドポラライザであって、
前記ガラス基板は、前記ワイヤグリッドが形成される表面部と、裏面部とに、反射防止膜が形成されていること
を特徴とするワイヤグリッドポラライザ。
前記ガラス基板は、線膨張係数が、６．０×１０^−７よりも小さい材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載のワイヤグリッドポラライザ。