JP2009217218A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】偏光状態の乱れの影響を低減することができ、投射画像のコントラストを向上させることができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】マイクロレンズアレイ７２ａと液晶層７１との間に偏光層７２ｂを設けることにより、照明光がマイクロレンズアレイ７２ａを通過することによる偏光状態の乱れの影響をなくすことができる。つまり、マイクロレンズアレイでの回折による照明光の偏光状態の乱れを低減することができる。これにより、液晶層７１の視野角依存性を精度よく補償できるので、プロジェクタ１０の投射画像の高コントラスト化を達成することができる。特に、視野角補償が略可能である垂直配向型（ＶＡ）液晶において効果が期待される。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成用の液晶表示装置を組み込んだプロジェクタに関し、特にマイクロレンズアレイを備えた液晶パネルを組み込んだプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、液晶表示装置にマイクロレンズアレイを備えたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。

このようなプロジェクタにおいて、液晶表示装置に入射した光は、入射側から第１偏光板、マイクロレンズアレイ、液晶層、補償素子、第２偏光板の順で通過する。このうち補償素子において液晶層によって乱れた偏光状態を補償することによって液晶の視野角を補償している。
特開２０００−７５２５９号公報

しかしながら、上記のようなプロジェクタでは、視野角特性劣化の原因となる液晶中での偏光状態の乱れの他に、マイクロレンズアレイ、画素構造等による回折が原因と考えられる偏光状態の乱れも生じる。通常、この種の偏光状態の乱れは補償素子によって補償することができず、プロジェクタの投射画像のコントラスト低下の原因となっている。従来のツイストネマティック型（ＴＮ）液晶パネル等では視野角に関連する偏光状態の乱れによる影響の方がはるかに大きく、実際に問題となっていなかったが、原理的により完璧な視野角補償が可能である垂直配向型（ＶＡ）液晶パネルでは、上記回折による影響が無視できず問題となっている。

そこで、本発明は、偏光状態の乱れの影響を低減することができ、投射画像のコントラストを向上させることができるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、光源光を均一化して照明光を形成する照明光学系と、照明光を変調する光変調装置と、光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクタであって、光変調装置は、マイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイの後段に配置される液晶層と、マイクロレンズアレイ及び液晶層の間に設けられるとともに、偏光特性を有する偏光層とを有する液晶パネルを備える。

上記プロジェクタでは、液晶素子のマイクロレンズアレイと液晶層との間に偏光層を設けることにより、偏光層を経た照明光を液晶層に直接入射させることができ、照明光がマイクロレンズアレイを通過することによる偏光状態の乱れを回避することができる。つまり、マイクロレンズアレイでの回折による照明光の偏光状態の乱れの影響を排除することができ、光変調装置によって形成される画質を良好なものとできるので、プロジェクタによる投射画像を高品位とすることができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、偏光層は、特定の偏光を反射する反射型の偏光素子である。この場合、熱の発生が少ない反射型の偏光層を用いるので、液晶パネルの加熱を抑えることができる。また、発熱が少ない分だけ偏光度（消光比）の高い偏光層を採用することができ、光変調装置の照明光入射側の偏光板を不要にすることができる。

また、本発明の別の態様によれば、偏光層は、ワイヤグリッドで構成される。この場合、耐久性を備え、適切な反射・透過特性を有する偏光層とすることがでる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、偏光層は、多層膜で構成される。この場合、例えばフォトニック結晶等の多層膜により、所望の光学特性を実現でき、品質劣化の少ない反射・透過特性を有する偏光層とすることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、偏光層は、特定の偏光を吸収する吸収型の偏光素子である。この場合、吸収型の偏光素子は、安価で使いやすく、また、偏光特性に優れ入射角依存性や波長依存性が比較的小さいため、偏光状態を効率よく調整することができる。なお、吸収型の偏光素子を用いる場合、発熱を低減するために、液晶パネルの照明光入射側に補助的な偏光フィルタを設けることが望ましい。

また、本発明のさらに別の態様によれば、偏光層は、ポリビニールアルコールで形成される薄膜である。

また、本発明のさらに別の態様によれば、マイクロレンズアレイと偏光層とは、隣接し接着剤で接合される。この場合、接着剤に例えば、高屈折率樹脂を用いることにより、マイクロレンズアレイによる集光を効率よく行うことができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、液晶層は、偏光層の基板上に形成される。この場合、偏光層を液晶層に近接して配置することができ、所望の偏光状態の光束を液晶層に入射させることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、光学変調装置は、液晶パネルを光学的に補償するための光学補償板をさらに備える。この場合、液晶の視野角特性を光学補償板によって改善することができ、プロジェクタの投射画像の高コントラスト化を達成することができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、液晶パネルの後段に配置される射出側の偏光板をさらに備える。この場合、液晶パネルから射出される照明光の偏光方向を適切な方向に調整することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
本プロジェクタ１０は、光源光を射出する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を赤緑青の３色に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の画像光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た画像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。

以上のプロジェクタ１０において、光源装置２１は、光源ランプユニット２１ａと、凹レンズ２１ｂと、第１レンズアレイ２１ｄと、第２レンズアレイ２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、第１及び第２レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと、重畳レンズ２１ｉとは、後述する液晶ライトバルブの画像形成領域での面内照度が均一化された照明光を形成するための均一化光学系として機能する。光源装置２１において、光源ランプユニット２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプユニット２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、省略することもできる。第１及び第２レンズアレイ２１ｄ，２１ｅは、マトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプユニット２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、第２レンズアレイ２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の液晶表示装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系２３を経て、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを均一に重畳照明する。

色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、補正光学系である３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明光学系である照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、赤緑青の３色のうち例えば赤色光及び緑色光を反射し青色光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した赤及び緑の２色のうち例えば緑色光を反射し赤色光を透過させる。この色分離光学系２３において、光源装置２１からの略白色の光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａを通過した青色光は、例えばＳ偏光のまま、反射ミラー２３ｍを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射された緑色光は、例えばＳ偏光のままフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤色光は、例えばＳ偏光のまま、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、フィールドレンズ２３ｈに入射する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を備えている。

光変調装置である光変調部２５は、３つの液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、各液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを備える。ここで、第１光路ＯＰ１に配置された青色用の液晶パネル２５ａと、これを挟む一対の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅとは、青色光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。同様に、第２光路ＯＰ２に配置された緑色用の液晶パネル２５ｂと、対応する偏光フィルタ２５ｆ，２５ｆも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、第３光路ＯＰ３に配置された赤色用の液晶パネル２５ｃと、偏光フィルタ２５ｇ，２５ｇも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。

青色用の第１液晶パネル２５ａの被照明領域には、色分離光学系２３の第１ダイクロイックミラー２３ａを透過することによって分岐された青色光が、フィールドレンズ２３ｆを介して入射する。緑色用の第２液晶パネル２５ｂの被照明領域には、色分離光学系２３の第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されることによって分岐された緑色光が、フィールドレンズ２３ｇを介して入射する。赤色用の第３液晶パネル２５ｃの被照明領域には、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過することによって分岐された赤色光が、フィールドレンズ２３ｈを介して入射する。各液晶パネル２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の偏光状態の空間的分布を画素単位で変調するための非発光型の液晶表示デバイスであり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。その際、偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇによって、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の成分光が画像光として取り出される。

クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜２７ａは青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜２７ｂは赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム２７は、液晶パネル２５ａからの青色光を第１誘電体多層膜２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル２５ｂからの緑色光を第１及び第２誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶パネル２５ｃからの赤色光を第２誘電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。

投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの画像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。

以下、図２を用いて光変調部２５の一例について説明する。なお、以下では、青色光に対応する液晶ライトバルブ３１について説明するが、他色光に対応する液晶ライトバルブも同様の構造を有し、同様に動作するので説明を省略する。

図２は、図１に示すプロジェクタ１０の光変調部２５を構成する青色用の液晶ライトバルブの構造を説明する拡大断面図である。上述のように、この液晶ライトバルブ３１は、図１の例えば第１光路ＯＰ１に配置されている青色用の液晶パネル２５ａに相当する液晶パネル３１ａと、液晶パネル２５ａを挟む一対の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅに相当する偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃと、液晶パネル２５ａの液晶中での位相の乱れを光学的に補償する光学補償板ＯＣとによって構成される。

図示の液晶ライトバルブ３１において、入射側の偏光素子である第１偏光フィルタ３１ｂと、射出側の偏光素子である第２偏光フィルタ３１ｃとは、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になっており、クロスニコルを構成するように配置されている。具体的には、第１偏光フィルタ３１ｂは、Ｓ偏光を透過させ、第２偏光フィルタ３１ｃは、Ｐ偏光を透過させる。これら第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃの間に挟まれた液晶パネル３１ａは、第１偏光フィルタ３１ｂ側から入射した入射光ＬＩの偏光方向を入力信号に応じて画素単位で２次元的に変化させ、変化後の変調光を射出光ＬＯとして第２偏光フィルタ３１ｃ側に射出する。この液晶パネル３１ａと射出側の第２偏光フィルタ３１ｃとの間には、光学補償板ＯＣが配置されている。この光学補償板ＯＣは、平板状の外形を有する光学補償部材であり、この例では入出射面の法線がシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になるように配置されている。

液晶パネル３１ａは、例えば垂直配向モードで動作する光透過型変調デバイス（すなわち垂直配向型の光透過型液晶パネル）であり、液晶層７１を挟んで、入射側に透明な第１基板７２と、射出側に透明な第２基板７３とを備える。これらの基板７２，７３は、ともに平板状であり、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になるように配置されている。なお、入射光ＬＩが入射する第１基板７２は、ＸＹ面に平行な面に沿って延びるマイクロレンズアレイ７２ａと、マイクロレンズアレイ７２ａの内側に接着剤７２ｃを挟んで配置される偏光層７２ｂとを備える。このマイクロレンズアレイ７２ａは、後述する透明画素電極７７すなわち画素部分ＰＰに対応する所定パターンで２次元的に配列された多数の要素レンズＥＬを有する。

液晶パネル３１ａにおいて、第１基板７２の液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、その上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７３の液晶層７１側の面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に電気的に接続されている薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、例えば配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２，７３と、これらに挟まれた液晶層７１と、電極７５，７７とは、入射光の位相状態、すなわち偏光状態を変化させるための液晶セルとなっている。また、この液晶パネル３１ａを構成する各画素部分ＰＰは、１つの透明画素電極７７と、共通電極７５の一部と、両配向膜７６，７８の一部と、液晶層７１の一部とを含む。各画素部分ＰＰには、入射側の第１基板７２に設けた各マイクロレンズアレイ７２ａによって、入射光ＬＩの光束を絞ってこの光束を選択的に入射させることができるようになっている。なお、第１基板７２と共通電極７５との間には、各画素部分ＰＰを区分するように格子状のブラックマトリクス７９が設けられている。このブラックマトリクス７９はマイクロレンズアレイ７２ａの光入射側に配置される場合もある。

ここで、配向膜７６，７８は、液晶層７１を構成する液晶性化合物を必要な方向に配列させるためのものであり、液晶層７１に電圧が印加されないオフ状態において、液晶性化合物の光学軸を第１基板７２の法線に対して大きくないが一様な傾きとなるように配向させる役割を有し、液晶層７１に電圧が印加されたオン状態において、液晶性化合物の光学軸が第１基板７２の法線に対して垂直な特定の方向（具体的にはＸ軸方向）に配向することを許容する。これにより、液晶層７１に対して電圧を印加しないオフ状態において、最大遮光状態（最低輝度状態）を確保することができ、液晶層７１に対して電圧を印加したオン状態において、最大透過状態（最高輝度状態）を確保することができる。

第１基板７２は、マイクロレンズアレイ７２ａと偏光層７２ｂとを組み込んだ構造を有している。偏光層７２ｂは、透明なガラス基板ｂ１の表面上に微細なストライプ状の導体アレイｂ２を形成したワイヤグリッド偏光子（反射素子）であり、例えば導体アレイｂ２が紙面に垂直なＹ軸方向に延びる場合、第１偏光フィルタ３１ｂで除去されなかった特定の偏光であるＰ偏光を略完全に反射し特定の偏光でないＳ偏光を透過する。偏光層７２ｂは、例えば無機の反射型偏光板であり、広い波長帯域に亘って少ないロスで偏光分離行うことができる。ここで、偏光層７２ｂは、マイクロレンズアレイ７２ａと液晶層７１とに挟まれてＸＹ面に沿って層状に延びている。以上の偏光層７２ｂの後段の液晶層７１側に射出される照明光は、殆ど偏光方向に乱れのないものとなっている。

液晶パネル３１ａの外側に配置される第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃは、偏光部材であり、一定方向に振動する直線偏光、具体的にはＰ偏光のみを通過させるためのもので、例えばＰＶＡ（ポリビニールアルコール）膜に染料を吸着させて特定方向に延伸させることによって形成される。

図３（Ａ）〜３（Ｃ）は、液晶パネル３１ａと第２偏光フィルタ３１ｃとの間に設けられた光学補償板ＯＣによるプレチルトの補償を概念的に説明する斜視図である。なお、これらの図３（Ａ）〜３（Ｃ）に関する説明は、液晶ライトバルブ３１への垂直入射光についてのものである。

図３（Ａ）に示すように、電界が印可されていないオフ状態の液晶層７１の平均的なプレチルトは、システム光軸ＳＡに平行なＺ軸に対して極角φ０３だけ傾いており、この傾きの配向方向は、例えばＸ軸方向やＹ軸方向の中間方向になっている。すなわち、このようなプレチルトの屈折率楕円体ＲＩＥ０３は、その光学軸ＯＡ０３がＺ軸に対して極角φ０３だけ傾いた状態となっており、光学軸ＯＡ０３が４５°の方位角方向に配向している。

図３（Ｂ）に示すように、光学補償板ＯＣを構成する例えばサファイアの屈折率楕円体ＲＩＥ３は、負の一軸性に相当するものであり、その光学軸ＯＡ３がＺ軸に対して極角φ３だけ傾いた状態となっており、光学軸ＯＡ３が４５°の方位角方向に配向している。なお、光学補償板ＯＣは、例えばサファイアを一枚の平板状のガラス板で支持した構造とすることもできるが、平板状のサファイア板単体とすることもできる。

図３（Ｃ）は、光学補償板ＯＣによる補償の効果を概念的に説明する図である。電圧非印加のオフ状態で、液晶層７１の平均的なプレチルトと、光学補償板ＯＣを構成するサファイアの屈折率異方性とを合成した屈折率楕円体ＲＩＥｃは、その光学軸ＯＡｃがＺ軸に平行な略球状の屈折率特性を有している。この屈折率楕円体ＲＩＥｃは、Ｚ方向から見たＸＹ面内の屈折率が等しく円形であるので、液晶層７１に対する垂直入射光に関して、液晶層７１のプレチルトによる液晶リタデーションを補償したものとなっている。

以上の説明は、液晶ライトバルブ３１に垂直入射する照明光についてのものであり、実際の入射光ＬＩは、照明光の入射角度範囲に対応する広がりを有する。よって、傾斜入射光も配慮したシミュレーション等を用いて光学補償板ＯＣの厚みや光学軸ＯＡ３の方向が適切なものとなるように仕様を決定することになる。

以下、液晶ライトバルブ３１の作製方法について説明する。
まず、対向基板となるガラス基板８１に第１基板７２を構成するマイクロレンズアレイ７２ａを形成する。マイクロレンズアレイ７２ａは、例えばドライエッチ法によって形成する。

図４は、ドライエッチ法による第１基板７２の作製方法について説明する概念図である。図４（Ａ）に示すように、ガラス基板８１にレジスト８２を塗布し、露光処理、現像処理によって画素に対応するマスク領域をパターニングする。次に、図４（Ｂ）に示すように、高温ポストベークを行い、パターニングしたレジスト８２を溶解し、半球状にする。ポストベーク後、図４（Ｃ）に示すように、ドライエッチングを行い、レジスト８２とともにガラス基板８１をエッチングする。エッチング後、ガラス基板８１の片面は、半球状のマイクロレンズアレイ７２ａが形成されている状態となっている。なお、図４（Ｃ）の破線部分は、エッチング前の状態を示す。次に、図４（Ｄ）に示すように、ガラス基板８１に形成したマイクロレンズアレイ７２ａの凸面側に、接着剤７２ｃで偏光層７２ｂを接着する。この偏光層７２ｂは、図４（Ｄ）の工程前に別途準備したものであり、光透過性の平板であるガラス基板ｂ１上に１層以上の金属薄膜を成膜し、パターニングされたレジスト層をマスクとしてエッチングを行うことにより、周期ストライプパターンの導体アレイｂ２を形成したものである。図４（Ｄ）の工程では、マイクロレンズアレイ７２ａと偏光層７２ｂとの間に生じる凹凸を接着剤７２ｃで埋めることとなる。接着剤７２ｃには、例えば高屈折率樹脂が用いられる。その後、図４（Ｅ）に示すように、第１基板７２の偏光層７２ｂ上にブラックマトリクス７９及び共通電極７５を順に形成し、第１基板７２を所望の大きさにダイシングする。ここで、ブラックマトリクス７９は、Ｃｒ等で形成され遮光性を有し、共通電極７５は、ＩＴＯ膜等で形成され光透過性を有する。最後に共通電極７５の上に配向膜７６を形成し、液晶層７１の入射側の基板を作製する。一方で、別途、第２基板７３の上に不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）、透明画素電極７７、及び配向膜７８を順に形成し、液晶層７１の射出側の基板を作製する（図２参照）。なお、透明画素電極７７は、ＩＴＯ膜を成膜して形成し、パターニングによって画素電極とする。最後に、液晶層７１を入射側の基板及び射出側の基板の配向膜７６，７８を液晶層７１側にして挟み、さらに、両基板の外側に防塵ガラス８４，８５を貼り合わせる。以上により、図２に示す構造を有する液晶パネル３１ａが完成する。

以上説明したプロジェクタ１０では、マイクロレンズアレイ７２ａと液晶層７１との間に偏光層７２ｂを設けることにより、照明光がマイクロレンズアレイ７２ａを通過することによる偏光状態の乱れの影響をなくすことができる。つまり、マイクロレンズアレイでの回折による照明光の偏光状態の乱れを低減することができる。これにより、液晶層７１の視野角依存性を精度よく補償できるので、プロジェクタ１０の投射画像の高コントラスト化を達成することができる。特に、視野角補償が略可能である垂直配向型（ＶＡ）液晶において効果が期待される。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

第１基板７２の作製方法は上記実施例に限らず、図５に示すようにウェットエッチング法を用いてもよい。ウェットエッチング法では、対向基板であるガラス基板８１を凹型にし、マイクロレンズアレイ１７２ａを作製する。

具体的には、図５（Ａ）、５（Ｂ）に示すように、ガラス基板８１外周全体に保護膜８６、例えばポリシリコン膜を形成し、露光処理、現像処理によって画素をパターニングする。次に、図５（Ｃ）に示すように、ウェットエッチングを行う。エッチング後ポリシリコン膜を除去すると、図５（Ｄ）に示すように、ガラス基板８１は、凹型のマイクロレンズアレイ１７２ａが形成されている状態となっている。次に、図５（Ｅ）に示すように、ガラス基板８１に形成したマイクロレンズアレイ１７２ａ上に、接着剤７２ｃでマイクロレンズアレイ１７２ａの凹面側に偏光層７２ｂを接着する。その後、図５（Ｆ）に示すように、第１基板７２の偏光層７２ｂ上にブラックマトリクス７９及び共通電極７５を順に形成し、第１基板７２を所望の大きさにダイシングする。最後に、共通電極７５の上に配向膜７６を形成し、液晶層７１の入射側の基板の作製を完了する。なお、射出側の第２基板７３の作製や、第１基板７２と第２基板７３との間に液晶層７１を挟んで液晶パネル３１ａを完成する工程は、既に説明したものと同様であり、ここでは説明を省略する。

また、図６に示すように、フォトポリマー法を用いてマイクロレンズアレイ２７２ａをガラス基板８１の上に形成してもよい。具体的には、図６（Ａ）に示すように、ガラス基板８１と凹型の成形型８７との間にＵＶ硬化樹脂８８を注入する。次に、図６（Ｂ）に示すように、紫外線Ｖを照射して、ＵＶ硬化樹脂８８を硬化させる。ＵＶ硬化樹脂８８の硬化後、図６（Ｃ）に示すように、成形型８７からガラス基板８１に接着したＵＶ硬化樹脂８８を離型する。次に、図６（Ｄ）に示すように、ガラス基板８１に形成したマイクロレンズアレイ２７２ａ上に、接着剤７２ｃでマイクロレンズアレイ２７２ａの凸面側に偏光層７２ｂを接着する。その後、図６（Ｅ）に示すように、第１基板７２の偏光層７２ｂ上にブラックマトリクス７９及び共通電極７５を順に形成し、第１基板７２を所望の大きさにダイシングする。最後に、共通電極７５の上に配向膜７６を形成し、液晶層７１の入射側の基板の作製を完了する。

また、上記実施形態において、マイクロレンズアレイ７２ａ，１７２ａ，２７２ａと偏光層７２ｂとの間の空間を適当な屈折率の接着剤７２ｃで埋めているが、マイクロレンズアレイ７２ａ，１７２ａ，２７２ａと偏光層７２ｂとの間に空間を残すこともできる。この場合、マイクロレンズアレイ７２ａ，１７２ａ，２７２ａを支持するガラス基板８１の外縁と偏光層７２ｂの外縁とを接着すれば足り、空間充填用の接着剤７２ｃは不要となる。

また、上記実施形態において、液晶ライトバルブ３１を構成する液晶パネル３１ａが垂直配向型であるものとしたが、液晶ライトバルブ３１を構成する液晶パネル３１ａがツイストネマティック型であっても図２に示す構造と同様のものとなる。ただし、液晶層７１の特性が異なるものに置き換わることに対応して配向膜７６，７８の状態が変更される。また、ツイストネマティック型の場合、液晶ライトバルブ３１は、通常ノーマリホワイトモードで動作することになり、電圧非印加のオフ状態で最大透過状態（光オン状態）となる。

また、上記実施形態において、偏光層７２ｂは、ワイヤグリッド偏光子であるとしていたが、ワイヤグリッド偏光子以外の反射型偏光素子を用いることができる。偏光層７２ｂとして、例えばフォトニック結晶型の偏光素子や、吸収型の偏光素子の層を組み込むことができる。ここで、フォトニック結晶は、光透過性の基板上に屈折率の異なる２種以上の無機材料からなる多層膜を形成したものであり、このような膜に周期的な凹凸構造を持たせることによって偏光透過率に選択性を持たせたものである。また、特定の偏光を吸収し特定の偏光でない偏光を透過する吸収型の偏光素子は、上述のポリビニールアルコール等で形成される有機材料の薄膜に限らず、例えばガラス中に金属微粒子を分散させた特殊な材料で形成される。なお、偏光層７２ｂをポリビニールアルコールで形成する場合、ポリビニールアルコールに染料を吸着させて延伸した一様な厚みの有機偏光膜を、図４（Ｄ）に示すガラス基板ｂ１と同様のガラス基板上に光透過性の接着剤７２ｃで貼り付ける。このようにして得た偏光層７２ｂは、図４（Ｄ）に示す工程と同様に、別途作製されたガラス基板８１に形成したマイクロレンズアレイ７２ａの凸面側に上記ポリビニールアルコール製の偏光膜を向けて配置されるとともに、接着剤７２ｃを介して当該ガラス基板８１に接合される。

また、上記実施形態において、液晶パネル３１ａの射出側に設けた光学補償板ＯＣは、単一の複屈折材料とする必要はなく、複数枚の複屈折材料で構成することができる。また、光学補償板ＯＣの材料、厚み、配置箇所、光学軸の配向方向及び極角、異方性材料の構成枚数等に関する記載は、単なる例示であり、これらの条件は、用途等に応じて適宜変更である。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、光源装置２１を、光源ランプユニット２１ａ、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２１ｉで構成したが、レンズアレイ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ等については省略することができ、光源ランプユニット２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。

また、上記実施形態では、色分離光学系２３を用いて照明光の色分離を行って、光変調部２５において各色の変調を行った後に、クロスダイクロイックプリズム２７において各色の像の合成を行っているが、単一の液晶パネルすなわち液晶ライトバルブ３１によって画像を形成することもできる。

上記実施形態では、３つの液晶パネル２５ａ〜２５ｃを用いたプロジェクタ１０の例のみを挙げたが、本発明は、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、或いは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

第１実施形態のプロジェクタの光学系の構成を説明する図である。 図１のプロジェクタを構成する液晶ライトバルブを説明する拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、補償素子によるプレチルトの補償を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、第１基板の作製方法について説明する図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、図４の第１基板の作製方法の変形例を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図４の第１基板の作製方法の別の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２１…光源装置、 ２１ａ…光源ランプユニット、 ２１ｄ，２１ｅ…レンズアレイ、 ２１ｇ…偏光変換部材、 ２１ｉ…重畳レンズ、 ２３…色分離光学系、 ２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、 ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ…フィールドレンズ、 ２５…光変調部、 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，３１ａ…液晶パネル、 ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ，３１ｂ，３１ｃ…偏光フィルタ、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ２９…投射レンズ、 ３１…液晶ライトバルブ、 ７１…液晶層、 ７２，７３…基板、 ７２ａ，１７２ａ，２７２ａ…マイクロレンズアレイ、 ７２ｂ…偏光層、 ７２ｃ…接着剤、 ７５…共通電極、 ７６，７８…配向膜、 ７７…透明画素電極、 ７９…ブラックマトリクス、 ＬＩ…入射光、 ＬＯ…射出光、 ＯＣ…光学補償板

Claims (10)

1. 光源光を均一化して照明光を形成する照明光学系と、
   前記照明光を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタであって、
   前記光変調装置は、マイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの後段に配置される液晶層と、前記マイクロレンズアレイ及び前記液晶層の間に設けられるとともに、偏光特性を有する偏光層とを有する液晶パネルを備える、プロジェクタ。
2. 前記偏光層は、特定の偏光を反射する反射型の偏光素子である、請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記偏光層は、ワイヤグリッドで構成される、請求項２記載のプロジェクタ。
4. 前記偏光層は、多層膜で構成される、請求項２記載のプロジェクタ。
5. 前記偏光層は、特定の偏光を吸収する吸収型の偏光素子である、請求項１記載のプロジェクタ。
6. 前記偏光層は、ポリビニールアルコールで形成される薄膜である、請求項５記載のプロジェクタ。
7. 前記マイクロレンズアレイと前記偏光層とは、隣接し接着剤で接合される、請求項１から請求項６までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
8. 前記液晶層は、前記偏光層の基板上に形成される、請求項１から請求項７までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
9. 前記光学変調装置は、前記液晶パネルを光学的に補償するための光学補償板をさらに備える、請求項１から請求項８までのいずれか一項記載のプロジェクタ。
10. 前記液晶パネルの後段に配置される射出側の偏光板をさらに備える、請求項１から請求項９までのいずれか一項記載のプロジェクタ。

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