JP2019197124A

JP2019197124A - 投写型表示装置

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Publication number: JP2019197124A
Application number: JP2018090388A
Authority: JP
Inventors: 典和門谷; Norikazu Kadotani; 長谷　要; Kaname Hase; 要長谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14
Also published as: US10809608B2; US20190346756A1

Abstract

【課題】投写型表示装置において単体の光学素子として用いられる偏光素子の数を削減すること。【解決手段】投写型表示装置１０００では、光源部２から投写光学系１に到る光路に、偏光変換素子４、入射側偏光素子５、第１液晶装置１００（Ｒ）、第１出射側偏光素子１５３、および位相差板１５１が配置されている。入射側偏光素子５は、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であり、入射側偏光素子５と偏光変換素子４とは１つの光学部品になっている。また、第１出射側偏光素子１５３は、第１液晶装置１００（Ｒ）の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であり、第１出射側偏光素子１５３と第１液晶装置１００（Ｒ）とは１つの光学部品になっている。【選択図】図５

Description

本発明は、液晶装置およびワイヤーグリッド偏光素子を備えた投写型表示装置に関するものである。

投写型表示装置として、光源部から投写光学系までの光路に偏光変換素子、入射側偏光素子、液晶装置、および出射側偏光素子が配置されており、これらの光学素子は各々、フレーム等に固定された状態にある。例えば、液晶装置に対して入射側に位相差板と入射側偏光素子とが配置され、所定の方式によって固定されている。（特許文献１参照）。

特開２０１５−２００８０７号公報

光源部から投写光学系までの光路に偏光変換素子、入射側偏光素子、液晶装置、および出射側偏光素子等の光学素子を複数配置するには、配置する数が増大するに伴って部品コストや組立コスト等のコストが嵩む。

また別の課題として、液晶装置の光入射側に入射側偏光素子を対向するように配置すると、液晶装置と当該偏光素子との間の狭い空間の間に熱が溜まり、液晶装置あるいは偏光素子の劣化が生じる恐れがある。

以上の課題を解決するために、本発明は投写型表示装置において単体の光学素子として用いられる偏光素子の数を削減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る投写型表示装置の一態様は、第１の偏光成分と前記第１の偏光成分と偏光方向が異なる第２の偏光成分とを含む光を発する光源と、前記光が入射し、前記第１の偏光成分を透過し、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変換して出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子から出射された光のうち、前記第１の偏光成分を透過する入射側偏光素子と、前記入射側偏光素子から出射された光を変調する第１液晶装置と、前記第１液晶装置から出射された光の光路に設けられた第１出射側偏光素子と、前記第１出射側偏光素子から出射された光を投写する投写光学系と、を有し、前記入射側偏光素子は、前記偏光変換素子の出射面に積層されたワイヤーグリッドを含むことを特徴とする。

本発明において、入射側偏光素子は、偏光変換素子の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であるため、偏光変換素子と入射側偏光素子とを１つの光学部品として取り扱うことができる。従って、光源から投写光学系に到る光路に偏光変換素子、入射側偏光素子、第１液晶装置、および第１出射側偏光素子を配置する場合でも、単体の光学素子として取り扱う光学部品の数を確実に減らすことができるので、投写型表示装置を効率よく組み立てることができる。また、入射側偏光素子を単体の光学素子として用いた場合と違って、入射側偏光素子に応力が加わっても、入射側偏光素子が破損しにくい。また、入射側偏光素子を第１液晶装置に対向するように配置した場合と違って、第１液晶装置の近傍に配置する光学部品の数が少ないので、第１液晶装置の周辺にスペース的な余裕がある。従って、第１液晶装置の近傍に冷却用の空気等を流す構成や、第１液晶装置を保持するホルダに冷却用の空気等の流路を設けた構成等を実現しやすい。

本発明において、前記入射側偏光素子から出射された光から前記第１液晶装置に入射する第１色光と前記第１色光と異なる波長域の第２色光とを分離する色分離光学系と、前記第２色光が入射し、前記第２色光を変調する第２液晶装置と、前記第２液晶装置から出射された光の光路に設けられた第２出射側偏光素子と、前記第１出射側偏光素子から出射された光と前記第２出射側偏光素子から出射された光とを合成して、前記投写光学系に向けて出射する第１ダイクロイックミラーと、を有する態様を採用することができる。かかる態様によれば、入射側偏光素子が複数の液晶装置に対して共通の偏光素子として機能する。このため、部品点数の削減や投写型表示装置の組み立て工程の効率化を図ることができるので、投写型表示装置のコストを低減することができる。

本発明において、前記第１色光および前記第２色光と異なる波長域の第３色光を変調する第３液晶装置と、前記第３液晶装置からの出射光路に設けられた第３出射側偏光素子と、前記第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーを備え、前記第１出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路、前記第２出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路、および前記第３出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路を合成するクロスダイクロイックプリズムと、を有し、前記色分離光学系は、前記入射側偏光素子から出射された光から前記第１色光と前記第２色光とを分離するとともに、前記第３色光を分離する態様を採用してもよい。

本発明において、前記第１出射側偏光素子は、前記第１液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用することができる。

本発明において、前記第１液晶装置から前記第１ダイクロイックミラーに到る光路に位相差板が設けられている態様を採用することができる。この場合、前記位相差板は、前記第１液晶装置の出射面に一体に設けられている態様を採用することができる。本発明において、前記第１出射側偏光素子は、前記位相差板の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用してもよい。

本発明において、前記第１液晶装置の入射面に位相差板が一体に設けられている態様を採用することができる。

本発明において、前記第１液晶装置から前記クロスダイクロイックプリズムに到る光路に位相差板が設けられ、前記位相差板は、前記クロスダイクロイックプリズムに一体に設けられている態様を採用することができる。この場合、前記第１出射側偏光素子は、前記位相差板の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用してもよい。

本発明において、前記第２出射側偏光素子は、前記第２液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用することができる。

本発明において、前記第３出射側偏光素子は、前記第３液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用することができる。

本発明において、前記第１出射側偏光素子、前記第２出射側偏光素子、および前記第３出射側偏光素子の少なくとも１つは、前記クロスダイクロイックプリズムに積層されたワイヤーグリッドを含むワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用することができる。

本発明において、前記第１出射側偏光素子、前記第２出射側偏光素子、および前記第３出射側偏光素子は各々、前記クロスダイクロイックプリズムに積層されたワイヤーグリッドを含むワイヤーグリッド偏光素子である態様を採用してもよい。

本発明の実施形態１に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。図１示すクロスダイクロイックプリズムに入射する変調光の偏光方向を示す説明図。図１に示す偏光変換素子および入射側偏光素子の構成を模式的に示す説明図。図１に示す液晶装置の断面図。本発明の実施形態２に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。本発明の実施形態３に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。本発明の実施形態４に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。本発明の実施形態５に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。本発明の実施形態６に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。本発明の実施形態７に係る投写型表示装置の構成を模式的に示す説明図。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明では、互いに偏光方向が異なる２つの偏光成分のうち、一方の偏光方向を有する偏光成分（第１偏光成分）を「ｓ偏光成分」とし、他方の偏光方向を有する偏光成分（第２偏光成分）を「ｐ偏光成分」として説明する。また、以下の説明では、第１波長域の第１色光を青色光Ｂとし、第１波長域と異なる第２波長域の第２色光を緑色光Ｇとし、第１波長域および第２波長域と異なる第３波長域の第３色光を赤色光Ｒとして説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。図２は、図１示すクロスダイクロイックプリズムに入射する変調光の偏光方向を示す説明図である。

図１に示す投写型表示装置１０００は、透過型の液晶パネルを用いた液晶プロジェクターであり、スクリーン等からなる被投写部材１１０に光を照射し、画像を表示する。投写型表示装置１０００は、装置光軸Ｌ０に沿って、照明装置１２０と、照明装置１２０から出射された光が供給される複数の液晶装置と、複数の液晶装置の各々から出射された光を合成して出射するクロスダイクロイックプリズム９（光合成光学系）と、クロスダイクロイックプリズム９により合成された光を投写する投写光学系１とを有している。クロスダイクロイックプリズム９は、４つの側面が各々、第１入射面９６、第１入射面９６に隣接する第２入射面９７、第２入射面９７に隣接する第３入射面９８、および第２入射面９７に対向する出射面９５になっている。本実施形態では、複数の液晶装置として、第１色光としての青色光Ｂを変調する第１液晶装置１００（Ｂ）と、第２色光としての緑色光Ｇを変調する第２液晶装置１００（Ｇ）と、第３色光としての赤色光Ｒを変調する第３液晶装置１００（Ｒ）が設けられている。第１液晶装置１００（Ｂ）は、第１入射面９６に対向するように配置され、第２液晶装置１００（Ｇ）は第２入射面９７に対向するように配置され、第３液晶装置１００（Ｒ）は第３入射面９８に対向するように配置され、投写光学系１は出射面９５に対向するように配置されている。また、投写型表示装置１０００は、ダイクロイックミラー７１、７２、およびリレー系１３０を備えている。

照明装置１２０では、装置光軸Ｌ０に沿って、光源部２、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第１インテグレーターレンズ３１、フライアイレンズ等のレンズアレイからなる第２インテグレーターレンズ３２、偏光変換素子４、およびコンデンサーレンズ６が順に配置されている。

光源部２は、複数の固体光源２１を光源として備えており、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを含む白色光を出射する。光源部２においては、超高圧水銀ランプ等を光源として用いることもある。第１インテグレーターレンズ３１および第２インテグレーターレンズ３２は、光源部２から出射された光の照度分布を均一化する。

偏光変換素子４は、図３を参照して後述するように、光源部２から出射された光を、例えばｓ偏光成分のような特定の振動方向を有する偏光にする。また、図３を参照して後述するように、偏光変換素子４には、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が積層されて形成されたワイヤーグリッド偏光素子が入射側偏光素子５として設けられている。つまり、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とは一体の部品として形成されている。

ダイクロイックミラー７１は、照明装置１２０から出射された光に含まれる青色光Ｂを反射するとともに、緑色光Ｇおよび赤色光Ｒを透過する。ダイクロイックミラー７２は、ダイクロイックミラー７１を透過した緑色光Ｇおよび赤色光Ｒのうち、赤色光Ｒを透過するとともに緑色光Ｇを反射する。このように、ダイクロイックミラー７１、７２は、照明装置１２０から出射された光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分離する色分離光学系７を構成している。

第１液晶装置１００（Ｂ）は、ダイクロイックミラー７１で反射した後、反射ミラー８１およびリレーレンズ８２を経てきたｓ偏光成分の青色光Ｂを、画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。第１液晶装置１００（Ｂ）からクロスダイクロイックプリズム９に到る出射光路には、位相差板１５１、および第１出射側偏光素子１５３が設けられている。位相差板１５１は、λ／２位相差板である。図２に示すように、第１液晶装置１００（Ｂ）は、ｓ偏光成分を画像信号に応じた変調によってｐ偏光成分（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する。位相差板１５１は、第１液晶装置１００（Ｂ）から出射されたｐ偏光成分をｓ偏光成分に変換し、第１液晶装置１００（Ｂ）から出射されたｓ偏光成分をｐ偏光成分に変換する。第１出射側偏光素子１５３は、ｐ偏光成分を遮断してｓ偏光成分を透過させる。従って、第１液晶装置１００（Ｂ）は、画像信号に応じて青色光Ｂを変調し、変調された青色光Ｂは、クロスダイクロイックプリズム９にｓ偏光成分として入射する。

第２液晶装置１００（Ｇ）は、ダイクロイックミラー７２で反射した後、リレーレンズ８４を経てきたｓ偏光成分の緑色光Ｇを、画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。第２液晶装置１００（Ｇ）とクロスダイクロイックプリズム９との間には、第２出射側偏光素子１５５が設けられている。第２液晶装置１００（Ｇ）は、ｓ偏光成分を画像信号に応じた変調によってｐ偏光成分（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する。第２出射側偏光素子１５５は、ｓ偏光成分を遮断してｐ偏光成分を透過させる。従って、第２液晶装置１００（Ｇ）は、画像信号に応じて緑色光Ｇを変調し、変調された緑色光Ｇは、クロスダイクロイックプリズム９にｐ偏光成分として入射する。

第３液晶装置１００（Ｒ）は、ダイクロイックミラー７２を透過した後、リレーレンズ８５、反射ミラー８６、リレーレンズ８７、および反射ミラー８８、およびリレーレンズ８９を経てきたｓ偏光成分の赤色光Ｒを、画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。第３液晶装置１００（Ｒ）とクロスダイクロイックプリズム９との間には、第３出射側偏光素子１５７が設けられている。第３液晶装置１００（Ｒ）は、ｓ偏光成分を画像信号に応じた変調によってｐ偏光成分（中間調であれば円偏光又は楕円偏光）に変換する構成となっている。第３出射側偏光素子１５７は、ｓ偏光成分を遮断してｐ偏光成分を透過させる偏光素子である。従って、第３液晶装置１００（Ｒ）は、画像信号に応じて赤色光Ｒを変調し、変調された赤色光Ｒは、クロスダイクロイックプリズム９に向けて進行する。

クロスダイクロイックプリズム９は、２つのダイクロイックミラー（第１ダイクロイックミラー９１および第２ダイクロイックミラー９２をＸ字型に直交配置した色合成光学系である。第１ダイクロイックミラー９１は青色光Ｂを反射して緑色光Ｇを透過する膜であり、第１出射側偏光素子１５３から投写光学系１に到る青色光Ｂの光路と、第２出射側偏光素子１５５から投写光学系１に到る緑色光Ｇの光路とを合成する。第２ダイクロイックミラー９２は赤色光Ｒを反射して緑色光Ｇを透過する膜であり、第２出射側偏光素子１５５から投写光学系１に到る緑色光Ｇの光路と、第３出射側偏光素子１５７から投写光学系１に到る青色光Ｂの光路とを合成する。それ故、クロスダイクロイックプリズム９は、第１液晶装置１００（Ｂ）、第２液晶装置１００（Ｇ）、第３液晶装置１００（Ｂ）の各々で変調された青色光Ｂ、緑色光Ｇおよび赤色光Ｒを合成し、投写光学系１に向けて出射する。投写光学系１は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム９で合成された光をスクリーン等の被投写部材１１０に投写する。

本実施形態では、第１液晶装置１００（Ｂ）からクロスダイクロイックプリズム９に入射する光はｓ偏光成分の青色光Ｂであり、第２液晶装置１００（Ｇ）からクロスダイクロイックプリズム９に入射する光はｐ偏光成分の緑色光Ｇである。一般に、ダイクロイック膜はｓ偏光成分の反射特性に優れている。このため、クロスダイクロイックプリズム９は、青色光Ｂを適正に出射することができる。

なお、第３液晶装置１００（Ｒ）からクロスダイクロイックプリズム９に入射する光はｐ偏光成分の赤色光Ｒであるが、第３液晶装置１００（Ｒ）とクロスダイクロイックプリズム９との間にλ／２位相差板を配置すれば、図２にかっこ内に示すように、第３液晶装置１００（Ｒ）からクロスダイクロイックプリズム９に入射する光をｓ偏光成分の赤色光Ｒにすることができる。

なお、位相差板（λ／２位相差板）は、液晶装置に対して光の入射側に配置してもよい。

（偏光変換素子４および入射側偏光素子５の構成）
図３は、図１に示す偏光変換素子４および入射側偏光素子５の構成を模式的に示す説明図である。図３に示すように、偏光変換素子４は、偏光ビームスプリッタアレイ４１と、λ／２位相差層４６を備えている。偏光ビームスプリッタアレイ４１は、各々の断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材４２が貼り合わされた形状を有している。透光性板材４２の界面には、偏光分離膜４４と反射膜４５とが交互に形成されている。かかる偏光ビームスプリッタアレイ４１は、偏光分離膜４４と反射膜４５とが交互に配置されるように、偏光分離膜４４および反射膜４５が形成された複数枚の透光性基板を貼り合わせた後、所定の角度で斜めに切断することによって作成される。

このように構成した照明装置１２０において、第１インテグレーターレンズ３１および第２インテグレーターレンズ３２を通過した光は、偏光分離膜４４でｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離される。ｓ偏光成分は、偏光分離膜４４によって略垂直に反射され、反射膜４５によってさらに略垂直に反射されてから出射される。一方、ｐ偏光成分は、偏光分離膜４４をそのまま透過する。ここで、偏光ビームスプリッタアレイ４１の出射面には、偏光分離膜４４を通過する光の出射面部分にλ／２位相差層４６が形成されており、反射膜４５で反射された光の出射面部分には、λ／２位相差層４６が形成されていない。従って、偏光分離膜４４を透過したｐ偏光成分は、λ／２位相差層４６によってｓ偏光成分に変換されて出射する。その結果、偏光変換素子４に入射したランダムな偏光方向を有する光束は、略全体がｓ偏光成分となって出射する。

偏光変換素子４から出射された光は、ｐ偏光成分も一部含んでいる。従って、本実施形態では、偏光変換素子４には、偏光変換素子４の出射側の面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子が入射側偏光素子５として設けられている。ここで、ワイヤーグリッド５０は、並列する複数の金属細線５１からなり、金属細線５１のピッチが入射光の波長よりも十分短ければ、入射光のうち、金属細線５１の長手方向に直交する電場ベクトルを有する成分である偏光光は透過し、金属細線５１の長手方向と平行な電場ベクトルを有する成分である偏光光は反射される。従って、偏光変換素子４から出射される偏光光に対応するように、ワイヤーグリッド５０を設ければ、入射側偏光素子５から出射される光は、略全てがｓ偏光成分となる。

本実施形態では、偏光変換素子４の出射側の面にワイヤーグリッド５０を一体に設けるにあたって、λ／２位相差層４６を覆うように透光性の下地膜５５が形成され、下地膜５５のλ／２位相差層４６とは反対側の面に金属細線５１が積層されている。ワイヤーグリッド５０（金属細線５１）は、アルミニウム、銀、銅、白金、金、またはそれらを主成分とする合金である。本実施形態では、可視光波長領域においてワイヤーグリッド５０での吸収損失を小さく抑えるという観点から、アルミニウム、アルミニウムを主成分とする合金、銀、または銀を主成分とする合金からなる。また、金属細線５１の入射側にシリコンやゲルマニウム等の半導体膜からなる光吸収層を設け、ワイヤーグリッド５０に対して偏光変換素子４側から入射した光が金属細線５１によって反射することを光吸収層によって抑制することもある。

かかるワイヤーグリッド５０の製造工程では、例えば、ナノインプリント法が用いられる。図示を省略するが、ナノインプリント法では、まず、下地膜５５の表面に、金属細線５１を形成するための金属膜等を成膜した後、レジスト層を塗布する。次に、ナノインプリント用の型材をレジスト層に押し当てて、型材の凹凸をレジスト層に転写し、レジストマスクを形成する。次に、ドライエッチングを行って金属膜等を複数の金属細線５１にパターニングした後、レジストマスクを除去する。

なお、偏光変換素子４の出射側の面にワイヤーグリッド５０を一体に設けるにあたって、ワイヤーグリッド５０を形成した透光性の基板をλ／２位相差層４６を覆うように接着してもよい。その場合、基板において偏光変換素子４側の面にワイヤーグリッド５０を設けた態様、および基板において偏光変換素子４とは反対側の面にワイヤーグリッド５０を設けた態様のいずれであってもよい。

図４は、図１に示す液晶装置の断面図である。図４に示すように、第１液晶装置１００（Ｂ）は、第１基板１０１（素子基板）と第２基板１０２（対向基板）とが所定の隙間を介してシール材１０８によって貼り合わされた液晶パネル１０を有している。第１基板１０１および第２基板１０２はいずれも透光性基板からなる。液晶パネル１０において、シール材１０８は第２基板１０２の外縁に沿うように枠状に設けられており、第１基板１０１と第２基板１０２との間においてシール材１０８により囲まれた領域内に液晶層１０５が保持されている。シール材１０８は、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、その内側に表示領域１００ａが設けられる。

第１基板１０１の第２基板１０２側の基板面には、画素トランジスター（図示せず）や、透光性の画素電極１０３がマトリクス状に形成されており、かかる画素電極１０３の上層側には第１配向膜１０６が形成されている。第２基板１０２において第１基板１０１側の基板面には透光性の共通電極１０４が形成されており、共通電極１０４の上層には第２配向膜１０７が形成されている。本実施形態において、共通電極１０４は第２基板１０２の全面に形成されている。第２基板１０２において第１基板１０１と対向する一方面側には、共通電極１０４の下層側に遮光層１０９が形成されている。本実施形態において、遮光層１０９は、表示領域１００ａの外周縁に沿って延在する額縁状に形成されており、見切りとして機能する。遮光層１０９は、隣り合う画素電極１０３により挟まれた領域と重なる位置にブラックマトリクスとして形成されることもある。

ここで、第１基板１０１の第２基板１０２と反対側の面には第１防塵ガラス１１が接着され、第２基板１０２の第１基板１０１と反対側の面には第２防塵ガラス１２が接着されている。従って、異物が液晶層１０５の近くに付着することが抑制されるため、異物が画像に映り込みにくい。

このように構成した第１液晶装置１００（Ｂ）では、第１基板１０１および第２基板１０２のうちの一方の基板側から入射した光が他方の基板側から出射される間に変調される。本実施形態においては、矢印Ｌで示すように、第２基板１０２の側から入射した光が第１基板１０１の側から出射される間に変調される。従って、第１液晶装置１００（Ｂ）の入射面は、第２防塵ガラス１２の液晶パネル１０とは反対側の面１２１であり、第１液晶装置１００（Ｂ）の出射面は、第１防塵ガラス１１の液晶パネル１０とは反対側の面１１１である。

第２液晶装置１００（Ｇ）および第３液晶装置１００（Ｒ）の構成は、第１液晶装置１００（Ｂ）と同様であるため、説明を省略する。

（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。このため、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができる。従って、光源部２から投写光学系１に到る光路に偏光変換素子４、入射側偏光素子５、第１液晶装置１００（Ｂ）、第１出射側偏光素子１５３を配置する場合でも、取り扱う光学部品の数を確実に減らすことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。

また、入射側偏光素子５を単体の光学素子として用いた場合と違って、入射側偏光素子５に応力が加わっても、入射側偏光素子５が破損しにくい。

また、入射側偏光素子５を第１液晶装置１００（Ｂ）に対向するように配置した場合と違って、第１液晶装置１００（Ｂ）の近傍に配置する光学部品の数が少ないので、第１液晶装置１００（Ｂ）の周辺にスペース的な余裕がある。従って、第１液晶装置１００（Ｂ）の近傍に冷却用の空気等を流す構成や、第１液晶装置１００（Ｂ）を保持するホルダに冷却用の空気等の流路を設けた構成等を実現しやすい。それ故、第１液晶装置１００（Ｂ）の近傍に熱が溜まることを抑制することができる。また、流路を設ける必要がない場合、第１液晶装置１００（Ｂ）とリレーレンズ８２との間隔を狭める等、投写型表示装置１０００の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態の投写型表示装置１０００のように、複数の液晶装置（第１液晶装置１００（Ｂ）、第２液晶装置１００（Ｇ）、および第３液晶装置１００（Ｒ））を設けた場合でも、入射側偏光素子５は、複数の液晶装置に対して共通の偏光素子として機能する。このため、第１液晶装置１００（Ｂ）、第２液晶装置１００（Ｇ）、および第３液晶装置１００（Ｒ）の各々に対して入射側偏光素子を設けた構成と比較して、部品点数の削減や投写型表示装置１０００の組み立て工数の削減を実現することができるので、投写型表示装置１０００のコストを低減することができる。また、偏光変換素子４を経由して入射側偏光素子５から出射された光は完全なｓ偏光成分になっている。このため、色分離光学系７において、ダイクロイックミラー７２は、完全なｓ偏光成分からなる緑色光Ｇを反射するので、ｐ偏光成分を含んだ緑色光Ｇを反射する場合より反射特性に優れている。従って、第２液晶装置１００（Ｇ）に入射する緑色光Ｇの光量を増大させることができるので、投写画像では緑色光Ｇが明るくなる。それ故、投写画像のカラーバランスを向上することができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。なお、本実施形態および後述する実施形態に係る投写型表示装置１０００の基本的な構成は、実施形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、実施形態１と同様、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる等、実施形態１と同様な効果を奏する。

本実施形態において、第１出射側偏光素子１５３は、第１液晶装置１００（Ｂ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第２出射側偏光素子１５５は、第２液晶装置１００（Ｇ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第３出射側偏光素子１５７は、第３液晶装置１００（Ｒ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。

従って、第１出射側偏光素子１５３、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７を各々、独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第１出射側偏光素子１５３、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７に応力が加わっても、第１出射側偏光素子１５３、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７が破損しにくい等の効果を奏する。

なお、位相差板１５１は、第１液晶装置（Ｂ）の入射面側に設けてもよく、その際、第１液晶装置（Ｂ）の入射面（図４に示す面１２１）に一体に設けてもよい。

［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。図６に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、実施形態１と同様、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる等、実施形態１と同様な効果を奏する。

本実施形態において、第２出射側偏光素子１５５は、第２液晶装置１００（Ｇ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第３出射側偏光素子１５７は、第３液晶装置１００（Ｒ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７についても各々、独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７に応力が加わっても、第１出射側偏光素子１５３、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７が破損しにくい等の効果を奏する。

本実施形態において、第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。本実施形態において、第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、第１出射側偏光素子１５３および位相差板１５１を独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第１出射側偏光素子１５３に応力が加わっても、第１出射側偏光素子１５３が破損しにくい等の効果を奏する。

［実施形態４］
図７は、本発明の実施形態４に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。図７に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、実施形態１と同様、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる等、実施形態１と同様な効果を奏する。

本実施形態において、第２出射側偏光素子１５５は、第２液晶装置１００（Ｇ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第３出射側偏光素子１５７は、第３液晶装置１００（Ｒ）の出射側の面（図４に示す面１１１）にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７についても各々、独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７に応力が加わっても、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７が破損しにくい等の効果を奏する。

本実施形態において、位相差板１５１は、第１液晶装置（Ｂ）の出射面（図４に示す面１１１）に一体に設けられている。第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。本形態において、第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、位相差板１５１および第１出射側偏光素子１５３は、第１液晶装置（Ｂ）の出射面（図４に示す面１１１）に一体に設けられている。従って、位相差板１５１および第１出射側偏光素子１５３を独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第１出射側偏光素子１５３に応力が加わっても、第１出射側偏光素子１５３が破損しにくい等の効果を奏する。

［実施形態５］
図８は、本発明の実施形態５に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。図８に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、実施形態１と同様、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる等、実施形態１と同様な効果を奏する。

本実施形態において、位相差板１５１は、第１液晶装置（Ｂ）の出射面（図４に示す面１１１）に一体に設けられている。第１出射側偏光素子１５３は、クロスダイクロイックプリズム９の第１入射面９６にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第２出射側偏光素子１５５は、クロスダイクロイックプリズム９の第２入射面９７にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。第３出射側偏光素子１５７は、クロスダイクロイックプリズム９の第３入射面９８にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。

また、位相差板１５１は、第１液晶装置（Ｂ）の出射面（図４に示す面１１１）に一体に設けられている。このため、位相差板１５１を独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。

［実施形態６］
図９は、本発明の実施形態６に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。実施形態５では、位相差板１５１を第１液晶装置（Ｂ）の出射面（図４に示す面１１１）に一体に設けたが、図９に示すように、第１液晶装置（Ｂ）の入射面（図４に示す面１２１）に一体に設けてもよい。

［実施形態７］
図１０は、本発明の実施形態７に係る投写型表示装置１０００の構成を模式的に示す説明図である。図１０に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００において、入射側偏光素子５は、実施形態１と同様、偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、偏光変換素子４と入射側偏光素子５とを１つの光学部品として取り扱うことができるので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる等、実施形態１と同様な効果を奏する。

本実施形態において、第２出射側偏光素子１５５は、クロスダイクロイックプリズム９の第２入射面９７にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。より具体的には、第２出射側偏光素子１５５は、クロスダイクロイックプリズム９の第２入射面９７に積層されたワイヤーグリッド５０を含むワイヤーグリッド偏光素子である。第３出射側偏光素子１５７は、クロスダイクロイックプリズム９の第３入射面９８にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。より具体的には、第３出射側偏光素子１５７は、クロスダイクロイックプリズム９の第３入射面９８に積層されたワイヤーグリッド５０を含むワイヤーグリッド偏光素子である。従って、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７を各々、独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７に応力が加わっても、第２出射側偏光素子１５５、および第３出射側偏光素子１５７が破損しにくい等の効果を奏する。

本実施形態において、位相差板１５１は、クロスダイクロイックプリズム９の第１入射面９６に一体に設けられている。第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。本形態において、第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の入射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子である。従って、位相差板１５１および第１出射側偏光素子１５３は、クロスダイクロイックプリズム９の第１入射面９６に一体に設けられている。それ故、位相差板１５１および第１出射側偏光素子１５３を独立して設ける必要がないので、投写型表示装置１０００を効率よく組み立てることができる。また、第１出射側偏光素子１５３に応力が加わっても、第１出射側偏光素子１５３が破損しにくい等の効果を奏する。なお、第１出射側偏光素子１５３は、クロスダイクロイックプリズム９の第１入射面９６に積層されたワイヤーグリッド５０を含むワイヤーグリッド偏光素子であってもよく、この場合、第１出射側偏光素子１５３は、位相差板１５１の出射面に一体に設けられる。

（他の投写型表示装置）
上記実施形態に係る投写型表示装置１０００においては、第１液晶装置（Ｂ）、第２液晶装置（Ｇ）、および第３液晶装置（Ｒ）が透過型であったが、入射側偏光素子５を偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子とした構成等は、第１液晶装置（Ｂ）、第２液晶装置（Ｇ）、および第３液晶装置（Ｒ）が反射型である投写型表示装置に適用してもよい。

上記実施形態に係る投写型表示装置１０００では、３つの液晶装置を有する場合を例示したが、入射側偏光素子５を偏光変換素子４の出射面にワイヤーグリッド５０が一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子とした構成等は、１つの液晶装置、または２つの液晶装置を備えた投写型表示装置に適用してもよい。

１…投写光学系、２…光源部、４…偏光変換素子、５…入射側偏光素子、７…色分離光学系、９…クロスダイクロイックプリズム、１０…液晶パネル、１１…第１防塵ガラス、１２…第２防塵ガラス、２１…固体光源（光源）、３１…第１インテグレーターレンズ、３２…第２インテグレーターレンズ、４１…偏光ビームスプリッタアレイ、４２…透光性板材、４４…偏光分離膜、４５…反射膜、４６…λ／２位相差層、５０…ワイヤーグリッド、５１…金属細線、５５…下地膜、７１、７２…ダイクロイックミラー、９１…第１ダイクロイックミラー、９２…第２ダイクロイックミラー、９５…出射面、９６…第１入射面、９７…第２入射面、９８…第３入射面、１００（Ｂ）…第１液晶装置、１００（Ｇ）…第２液晶装置、１００（Ｒ）…第３液晶装置、１１０…被投写部材、１２０…照明装置、１３０…リレー系、１５１…位相差板、１５３…第１出射側偏光素子、１５５…第２出射側偏光素子、１５７…第３出射側偏光素子、１０００…投写型表示装置。

Claims

第１の偏光成分と前記第１の偏光成分と偏光方向が異なる第２の偏光成分とを含む光を発する光源と、
前記光が入射し、前記第１の偏光成分を透過し、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変換して出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子から出射された光のうち、前記第１の偏光成分を透過する入射側偏光素子と、
前記入射側偏光素子から出射された光を変調する第１液晶装置と、
前記第１液晶装置から出射された光の光路に設けられた第１出射側偏光素子と、
前記第１出射側偏光素子から出射された光を投写する投写光学系と、
を有し、
前記入射側偏光素子は、前記偏光変換素子の出射面に積層されたワイヤーグリッドを含むことを特徴とする投写型表示装置。
請求項１に記載の投写型表示装置において、
前記入射側偏光素子から出射された光から前記第１液晶装置に入射する第１色光と前記第１色光と異なる波長域の第２色光とを分離する色分離光学系と、
前記第２色光が入射し、前記第２色光を変調する第２液晶装置と、
前記第２液晶装置から出射された光の光路に設けられた第２出射側偏光素子と、
前記第１出射側偏光素子から出射された光と前記第２出射側偏光素子から出射された光とを合成して、前記投写光学系に向けて出射する第１ダイクロイックミラーと、
を有することを特徴とする投写型表示装置。
請求項２に記載の投写型表示装置において、
前記第１色光および前記第２色光と異なる波長域の第３色光を変調する第３液晶装置と、
前記第３液晶装置からの出射光路に設けられた第３出射側偏光素子と、
前記第１ダイクロイックミラーおよび第２ダイクロイックミラーを備え、前記第１出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路、前記第２出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路、および前記第３出射側偏光素子から前記投写光学系に到る光路を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
を有し、
前記色分離光学系は、前記入射側偏光素子から出射された光から前記第１色光と前記第２色光とを分離するとともに、前記第３色光を分離することを特徴とする投写型表示装置。
請求項１に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子は、前記第１液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項２または３に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子は、前記第１液晶装置の出射面に積層されたワイヤーグリッドからなるワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項２または３に記載の投写型表示装置において、
前記第１液晶装置から前記第１ダイクロイックミラーに到る光路に位相差板が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項６に記載の投写型表示装置において、
前記位相差板は、前記第１液晶装置の出射面に一体に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項６または７に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子は、前記位相差板の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項２または３に記載の投写型表示装置において、
前記第１液晶装置の入射面に位相差板が一体に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項３に記載の投写型表示装置において、
前記第１液晶装置から前記クロスダイクロイックプリズムに到る光路に位相差板が設けられ、
前記位相差板は、前記クロスダイクロイックプリズムに一体に設けられていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１０に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子は、前記位相差板の入射面および出射面の一方にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項２に記載の投写型表示装置において、
前記第２出射側偏光素子は、前記第２液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項３に記載の投写型表示装置において、
前記第３出射側偏光素子は、前記第３液晶装置の出射面にワイヤーグリッドが一体に設けられたワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項３に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子、前記第２出射側偏光素子、および前記第３出射側偏光素子の少なくとも１つは、前記クロスダイクロイックプリズムに積層されたワイヤーグリッドを含むワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。
請求項３に記載の投写型表示装置において、
前記第１出射側偏光素子、前記第２出射側偏光素子、および前記第３出射側偏光素子は各々、前記クロスダイクロイックプリズムに積層されたワイヤーグリッドを含むワイヤーグリッド偏光素子であることを特徴とする投写型表示装置。