JP2013015815A - 投射型表示装置および光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】短波長域用液晶パネルの液晶層に用いる材料自身の紫外線吸収スペクトルを改善することにより、短波長域用液晶パネルの耐光性を高めることのできる投射型表示装置および光学ユニットを提供すること。
【解決手段】投射型表示装置に用いる液晶パネルのうち、青色用液晶パネルでは、他の液晶パネル（赤色用液晶パネルおよび緑色用液晶パネル）に比して、液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域λ_300-350で積分した積分値が小さい。また、青色用液晶パネルの液晶層は、赤色用液晶パネルおよび緑色用液晶パネルの液晶層に比して、長波長側の吸収端が短波長側に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の液晶パネルを備えた投射型表示装置および光学ユニットに関するものである。

複数の液晶パネルをライトバルブとして備えた投射型表示装置では、光源部から出射された光を複数の液晶パネル毎で変調した後、合成し、かかる合成光を投射光学系によりスクリーン等の被投射部材に投射する。複数の液晶パネルとしては、赤色光が供給される赤色用液晶パネル、緑色光が供給される緑色用液晶パネル、および青色光が供給される青色用液晶パネルが多用されている。このような投射型表示装置において、青色用液晶パネルは、他の液晶パネルに比して供給される光の波長が短いため、液晶層が劣化しやすい。

そこで、青色用液晶パネルについては、他の液晶パネル（緑色用液晶パネルおよび赤色用液晶パネル）と構成を相違させて青色用液晶パネルの寿命を延長する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、例えば、青色用液晶パネルについては、他の液晶パネル（緑色用液晶パネルおよび赤色用液晶パネル）より、サイズを大きくすることが提案されている。

特開２００９−３１５４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成例のように、青色用液晶パネルのサイズを他の液晶パネル（緑色用液晶パネルおよび赤色用液晶パネル）のサイズより大きくした場合、第１基板および第２基板の設計や製造プロセス等を大幅に変更する必要があるため、好ましくない。

ここに、本願発明者は、青色用液晶パネルの液晶層に用いる材料自身の紫外線吸収スペクトルを改善することにより、青色用液晶パネルの耐光性を高めることを提案するものであり、かかる構成によれば、第１基板および第２基板の設計や製造プロセス等を変更する必要がないという利点がある。

なお、特許文献１には、青色用液晶パネルについては、他の液晶パネル（緑色用液晶パネルおよび赤色用液晶パネル）より、液晶層におけるターフェニル誘導体の濃度を低くすることが提案されているが、かかる構成は、青色用液晶パネルに対して、耐光性の低下因子であるターフェニル誘導体の含有量を少なくしようとするものであり、本願発明者が提案する紫外線吸収スペクトルを改善する構成と相違する。また、特許文献１では、青色用液晶パネルの液晶層に紫外線吸収剤を添加し、他の液晶パネル（緑色用液晶パネルおよび赤色用液晶パネル）の液晶層には紫外線吸収剤を添加しないことが提案されているが、紫外線吸収剤を添加しても、紫外線吸収剤によって光が吸収される前に液晶層が光を受けることを避けることが困難である以上、青色用液晶パネルの耐光性を十分に高めることは困難である。また、紫外線吸収剤が液晶層の配向特性等を変化させる可能性もある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、短波長域用液晶パネルの液晶層に用いる材料自身の紫外線吸収スペクトルを改善することにより、短波長域用液晶パネルの耐光性を高めることのできる投射型表示装置および光学ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、光源部と、該光源部から互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、該光合成光学系により合成された光を投射する投射光学系と、を有し、前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域で積分した積分値が小さいことを特徴とする。

本発明では、複数の液晶パネルのうち、短波長域用液晶パネルは、他の液晶パネルに比して、液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域で積分した積分値が小さい。すなわち、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して、短波長域の光が入射した際の透過率が高い。それ故、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して、短波長域の光が入射した場合でも、液晶層に用いた材料での励起が小さいといえ、劣化しにくいといえる。このため、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して耐光性に優れている。一方、他の液晶パネルに入射する光は、短波長域用液晶パネルに入射する光に比して、波長が長いので、液晶層が劣化しにくい。従って、本発明に係る投射型表示装置では、いずれの液晶パネルでも、液晶層の劣化が発生しにくいので、長い期間にわたって品位の高い画像を投射表示することができる。

本発明において、前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルより、前記液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することが好ましい。かかる構成によれば、短波長域用液晶パネルの耐光性をさらに高めることができる。従って、本発明に係る投射型表示装置では、いずれの液晶パネルでも、液晶層の劣化が発生しにくいので、長い期間にわたって品位の高い画像を投射表示することができる。

また、本発明の別の形態に係る投射型表示装置は、光源部と、該光源部から互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、該光合成光学系により合成された光を投射する投射光学系と、を有し、前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することを特徴とする。

本発明では、複数の液晶パネルのうち、短波長域用液晶パネルは、他の液晶パネルに比して、液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置する。すなわち、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して、短波長域の光が入射した際の透過域が低波長側まで伸びている。それ故、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して、短波長域の光が入射した場合でも、液晶層に用いた材料での励起が小さいといえ、劣化しにくいといえる。このため、短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルに比して耐光性に優れている。一方、他の液晶パネルに入射する光は、短波長域用液晶パネルに入射する光に比して、波長が長いので、液晶層が劣化しにくい。従って、本発明に係る投射型表示装置では、いずれの液晶パネルでも、液晶層の劣化が発生しにくいので、長い期間にわたって品位の高い画像を投射表示することができる。

本発明において、前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルより、前記液晶層の屈折率異方性が小さいことが好ましい。かかる構成によれば、短波長域用液晶パネルの耐光性をさらに高めることができるので、本発明に係る投射型表示装置では、長い期間にわたって品位の高い画像を投射表示することができる。

本発明において、前記複数の液晶パネルは、前記他の液晶パネルとして、同一の液晶材料が前記液晶層に用いられた２以上の液晶パネルを含み、前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルとは異なる液晶材料が前記液晶層に用いられていることが好ましい。かかる構成によれば、他の液晶パネルとして、同一の液晶パネルを用いることができるので、構成の簡素化を図ることができる。

本発明において、前記複数の液晶パネルは、赤色光が供給される赤色用液晶パネル、緑色光が供給される緑色用液晶パネル、および青色光が供給される青色用液晶パネルを含み、前記青色用液晶パネルが前記短波長域用液晶パネルであり、前記赤色用液晶パネルおよび前記緑色用液晶パネルが前記他の液晶パネルである構成を採用することができる。

また、本発明は、液晶パネルおよび光合成光学系を有する光学ユニットに適用することができる。すなわち、本発明に係る光学ユニットは、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、を有し、前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、前記液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域で積分した積分値が小さいことを特徴とする。

また、本発明の別の形態に係る光学ユニットは、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、を有し、前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、前記液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することを特徴とする。

本発明を適用した投射型表示装置および光学ユニットの概略構成図である。 本発明を適用した投射型表示装置および光学ユニットで用いられる液晶パネルの説明図である。 本発明を適用した投射型表示装置に用いた液晶の液晶層のＵＶ（紫外線）吸収スペクトルを示す説明図である。

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、以下の説明において、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルとして、赤色光、緑色光、青色光が入射する液晶パネルを説明する。従って、以下の説明において、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルは、青色用液晶パネルであり、他の液晶パネルは、赤色用液晶パネルおよび緑色用液晶パネルである。ここで、赤色光、緑色光、青色光において各々が対応する波長域は、６２０〜７４０ｎｍ、５００〜５７０ｎｍ、４３０〜５００ｎｍである。また、以下の説明において、液晶パネルに関しては、共通の構成等を説明する際には液晶パネル１００とし、複数の液晶パネル１００の個々の構成を説明する際には、以下に示すように、
赤色用液晶パネル１００Ｒ
緑色用液晶パネル１００Ｇ
青色用液晶パネル１００Ｂ
とし、変調する光の波長域に応じて、Ｒ（赤色用）、Ｇ（緑色用）、Ｂ（青色用）を付して説明する。

［投射型表示装置および光学ユニットの構成例］
図１は、本発明を適用した投射型表示装置および光学ユニットの概略構成図であり、図１（ａ）、（ｂ）は各々、透過型の液晶装置を用いた投射型表示装置の説明図、および反射型の液晶装置を用いた投射型表示装置の説明図である。

図１（ａ）に示す投射型表示装置１１０は、液晶パネルとして透過型の液晶パネルを用いた例であるのに対して、図１（ｂ）に示す投射型表示装置１０００は、液晶パネルとして反射型の液晶パネルを用いた例である。但し、以下に説明するように、投射型表示装置１１０、１０００はいずれも、光源部１３０、１０２１と、光源部１３０、１０２１から互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネル１００と、複数の液晶パネル１００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１１９、１０２７（光合成光学系）と、光合成光学系により合成された光を投射する投射光学系１１８、１０２９とを有している。また、投射型表示装置１１０、１０００においては、液晶パネル１００およびクロスダイクロイックプリズム１１９、１０２７（光合成光学系）を備えた光学ユニット２００が用いられている。

（投射型表示装置の第１例）
図１（ａ）に示す投射型表示装置１１０は、観察者側に設けられたスクリーン１１１に光を照射し、このスクリーン１１１で反射した光を観察する、いわゆる投影型の投射型表示装置である。投射型表示装置１１０は、光源１１２を備えた光源部１３０と、ダイクロイックミラー１１３、１１４と、液晶ライトバルブ１１５〜１１７と、投射光学系１１８と、クロスダイクロイックプリズム１１９（合成光学系）と、リレー系１２０とを備えている。

光源１１２は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー１１３は、光源１１２からの赤色光Ｒを透過させるとともに、緑色光Ｇ、および青色光Ｂを反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー１１４は、ダイクロイックミラー１１３で反射された緑色光Ｇおよび青色光Ｂのうち青色光Ｂを透過させるとともに緑色光Ｇを反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー１１３、１１４は、光源１１２から出射した光を赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとに分離する色分離光学系を構成する。

ここで、ダイクロイックミラー１１３と光源１１２との間には、インテグレーター１２１および偏光変換素子１２２が光源１１２から順に配置されている。インテグレーター１２１は、光源１１２から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子１２２は、光源１１２からの光を、例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。

液晶ライトバルブ１１５は、ダイクロイックミラー１１３を透過して反射ミラー１２３で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ１１５は、λ／２位相差板１１５ａ、第１偏光板１１５ｂ、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ）、および第２偏光板１１５ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１５に入射する赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー１１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、ｓ偏光のままである。

λ／２位相差板１１５ａは、液晶ライトバルブ１１５に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１１５ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ）は、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（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。さらに、第２偏光板１１５ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１１５は、画像信号に応じて赤色光Ｒを変調し、変調した赤色光Ｒをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。

なお、λ／２位相差板１１５ａ、および第１偏光板１１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１１５ｅに接した状態で配置されており、λ／２位相差板１１５ａ、および第１偏光板１１５ｂが発熱によって歪むのを回避することができる。

液晶ライトバルブ１１６は、ダイクロイックミラー１１３で反射した後にダイクロイックミラー１１４で反射した緑色光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。かかる液晶ライトバルブ１１６は、液晶ライトバルブ１１５と同様に、第１偏光板１１６ｂ、液晶パネル１００（緑色用液晶パネル１００Ｇ）、および第２偏光板１１６ｄを備えている。液晶ライトバルブ１１６に入射する緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー１１３、１１４で反射されて入射するｓ偏光である。第１偏光板１１６ｂは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル１００（緑色用液晶パネル１００Ｇ）は、ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってｐ偏光（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。そして、第２偏光板１１６ｄは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１１６は、画像信号に応じて緑色光Ｇを変調し、変調した緑色光Ｇをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。

液晶ライトバルブ１１７は、ダイクロイックミラー１１３で反射し、ダイクロイックミラー１１４を透過した後でリレー系１２０を経た青色光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。かかる液晶ライトバルブ１１７は、液晶ライトバルブ１１５、１１６と同様に、λ／２位相差板１１７ａ、第１偏光板１１７ｂ、液晶パネル１００（青色用液晶パネル１００Ｂ）、および第２偏光板１１７ｄを備えている。ここで、液晶ライトバルブ１１７に入射する青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１１３で反射してダイクロイックミラー１１４を透過した後にリレー系１２０の後述する２つの反射ミラー１２５ａ、１２５ｂで反射することから、ｓ偏光となっている。

λ／２位相差板１１７ａは、液晶ライトバルブ１１７に入射したｓ偏光をｐ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１１７ｂは、ｓ偏光を遮断してｐ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１００（青色用液晶パネル１００Ｂ）は、ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってｓ偏光（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。さらに、第２偏光板１１７ｄは、ｐ偏光を遮断してｓ偏光を透過させる偏光板である。したがって、液晶ライトバルブ１１７は、画像信号に応じて青色光Ｂを変調し、変調した青色光Ｂをクロスダイクロイックプリズム１１９に向けて出射する構成となっている。なお、λ／２位相差板１１７ａ、および第１偏光板１１７ｂは、ガラス板１１７ｅに接した状態で配置されている。

リレー系１２０は、リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂと反射ミラー１２５ａ、１２５ｂとを備えている。リレーレンズ１２４ａ、１２４ｂは、青色光Ｂの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ１２４ａは、ダイクロイックミラー１１４と反射ミラー１２５ａとの間に配置されている。また、リレーレンズ１２４ｂは、反射ミラー１２５ａ、１２５ｂの間に配置されている。反射ミラー１２５ａは、ダイクロイックミラー１１４を透過してリレーレンズ１２４ａから出射した青色光Ｂをリレーレンズ１２４ｂに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー１２５ｂは、リレーレンズ１２４ｂから出射した青色光Ｂを液晶ライトバルブ１１７に向けて反射するように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム１１９は、２つのダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜１１９ａは青色光Ｂを反射して緑色光Ｇを透過する膜であり、ダイクロイック膜１１９ｂは赤色光Ｒを反射して緑色光Ｇを透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム１１９は、液晶ライトバルブ１１５〜１１７のそれぞれで変調された赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとを合成し、投射光学系１１８に向けて出射するように構成されている。

なお、液晶ライトバルブ１１５、１１７からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｓ偏光であり、液晶ライトバルブ１１６からクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光はｐ偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム１１９に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム１１９において各液晶ライトバルブ１１５〜１１７から入射する光を合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂはｓ偏光の反射トランジスター特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂで反射される赤色光Ｒ、および青色光Ｂをｓ偏光とし、ダイクロイック膜１１９ａ、１１９ｂを透過する緑色光Ｇをｐ偏光としている。投射光学系１１８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１１９で合成された光をスクリーン１１１に投射するように構成されている。

（投射型表示装置の第２例）
図１（ｂ）に示す投射型表示装置１０００は、光源光を発生する光源部１０２１と、光源部１０２１から出射された光源光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、および青色光Ｂの３色の色光に分離する色分離導光光学系１０２３と、色分離導光光学系１０２３から出射された各色の光源光によって照明される光変調部１０２５とを有している。また、投射型表示装置１０００は、光変調部１０２５から出射された各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム１０２７（合成光学系）と、クロスダイクロイックプリズム１０２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射光学系１０２９とを備えている。

かかる投射型表示装置１０００において、光源部１０２１は、光源１０２１ａと、一対のフライアイ光学系１０２１ｄ、１０２１ｅと、偏光変換部材１０２１ｇと、重畳レンズ１０２１ｉとを備えている。本形態においては、光源部１０２１は、放物面からなるリフレクタ１０２１ｆを備えており、平行光を出射する。フライアイ光学系１０２１ｄ、１０２１ｅは、システム光軸と直交する面内に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光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材１０２１ｇは、フライアイ光学系１０２１ｅから出射した光源光を、例えば図面に平行なｐ偏光成分のみに変換して光路下流側光学系に供給する。重畳レンズ１０２１ｉは、偏光変換部材１０２１ｇを経た光源光を全体として適宜収束させることにより、光変調部１０２５に設けた複数の液晶パネル１００を各々均一に重畳照明可能とする。

色分離導光光学系１０２３は、クロスダイクロイックミラー１０２３ａと、ダイクロイックミラー１０２３ｂと、反射ミラー１０２３ｊ、１０２３ｋとを備える。色分離導光光学系１０２３において、光源部１０２１からの略白色の光源光は、クロスダイクロイックミラー１０２３ａに入射する。クロスダイクロイックミラー１０２３ａを構成する一方の第１ダイクロイックミラー１０３１ａで反射された赤色光Ｒは、反射ミラー１０２３ｊで反射されダイクロイックミラー１０２３ｂを透過して、入射側偏光板１０３７ｒ、ｐ偏光を透過させる一方、ｓ偏光を反射するワイヤーグリッド偏光板１０３２ｒ、および光学補償板１０３９ｒを介して、ｐ偏光のまま、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ）に入射する。

また、第１ダイクロイックミラー１０３１ａで反射された緑色光Ｇは、反射ミラー１０２３ｊで反射され、その後、ダイクロイックミラー１０２３ｂでも反射されて、入射側偏光板１０３７ｇ、ｐ偏光を透過させる一方、ｓ偏光を反射するワイヤーグリッド偏光板１０３２ｇ、および光学補償板１０３９ｇを介して、ｐ偏光のまま、液晶パネル１００（緑色用液晶パネル１００Ｇ）に入射する。

これに対して、クロスダイクロイックミラー１０２３ａを構成する他方の第２ダイクロイックミラー１０３１ｂで反射された青色光Ｂは、反射ミラー１０２３ｋで反射されて、入射側偏光板１０３７ｂ、ｐ偏光を透過する一方、ｓ偏光を反射するワイヤーグリッド偏光板１０３２ｂ、および光学補償板１０３９ｂを介して、ｐ偏光のまま、液晶パネル１００（青色用液晶パネル１００Ｂ）に入射する。なお、光学補償板１０３９ｒ、１０３９ｇ、１０３９ｂは、液晶パネル１００への入射光および出射光の偏光状態を調整することで、液晶層の特性を光学的に補償している。

このように構成した投射型表示装置１０００では、光学補償板１０３９ｒ、１０３９ｇ、１０３９ｂを経て入射した３色の光は各々、各液晶パネル１００において変調される。その際、液晶パネル１００から出射された変調光のうち、ｓ偏光の成分光は、ワイヤーグリッド偏光板１０３２ｒ、１０３２ｇ、１０３２ｂで反射し、出射側偏光板１０３８ｒ、１０３８ｇ、１０３８ｂを介してクロスダイクロイックプリズム１０２７に入射する。クロスダイクロイックプリズム１０２７には、Ｘ字状に交差する第１誘電体多層膜１０２７ａおよび第２誘電体多層膜１０２７ｂが形成されており、一方の第１誘電体多層膜１０２７ａは赤色光Ｒを反射し、他方の第２誘電体多層膜１０２７ｂは青色光Ｂを反射する。従って、３色の光は、クロスダイクロイックプリズム１０２７において合成され、投射光学系１０２９に出射される。そして、投射光学系１０２９は、クロスダイクロイックプリズム１０２７で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン（図示せず。）投射する。

［液晶パネル１００の構成］
（液晶パネル１００の基本構成）
図２は、本発明を適用した投射型表示装置１１０、１０００および光学ユニット２００で用いられる液晶パネル１００の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は各々、液晶パネル１００を各構成要素と共に第２基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ’断面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、液晶パネル１００（赤色用液晶パネル１００Ｒ、緑色用液晶パネル１００Ｇ、および青色用液晶パネル１００Ｂ）では、第１基板１０と第２基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、シール材１０７は第２基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられている。かかる液晶パネル１００は、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶パネルとして構成されている。液晶パネル１００において、シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。かかる構成の液晶パネル１００において、第１基板１０と第２基板２０との間では、シール材１０７によって囲まれた領域内に液晶層５０が保持されている。

本形態において、第１基板１０および第２基板２０はいずれも四角形であり、液晶パネル１００の略中央には、画素領域１０ａが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材１０７も略四角形に設けられ、シール材１０７の内周縁と画素領域１０ａの外周縁との間には、略四角形の周辺領域１０ｂが額縁状に設けられている。第１基板１０において、画素領域１０ａの外側では、第１基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。なお、端子１０２には、フレキシブル配線基板（図示せず）が接続されており、第１基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。

第１基板１０の一方側の基板面において、画素領域１０ａには、画素トランジスター（図示せず）、および画素トランジスターに電気的に接続する画素電極９ａがマトリクス状に形成されており、かかる画素電極９ａの上層側には配向膜１６が形成されている。配向膜１６は、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、配向膜１６は、ＳｉＯ_X（ｘ＜２）、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜（垂直配向膜）である。なお、第１基板１０の一方面側において、周辺領域１０ｂには、画素電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。ダミー画素電極９ｂについては、ダミーの画素トランジスターと電気的に接続された構成、ダミーの画素トランジスターが設けられずに配線に直接、電気的に接続された構成、あるいは電位が印加されていないフロート状態にある構成が採用される。かかるダミー画素電極９ｂは、第１基板１０において配向膜１６が形成される面を研磨により平坦化する際、画素領域１０ａと周辺領域１０ｂとの高さ位置を圧縮し、配向膜１６が形成される面を平坦面にするのに寄与する。また、ダミー画素電極９ｂを所定の電位に設定すれば、画素領域１０ａの外周側端部での液晶分子の配向の乱れを防止することができる。

第２基板２０において第１基板１０と対向する一方面側には共通電極２１が形成されており、共通電極２１の上層には配向膜２６が形成されている。配向膜２６は、配向膜１６と同様、ポリイミド等の樹脂膜、あるいはシリコン酸化膜等の斜方蒸着膜からなる。本形態において、配向膜２６は、ＳｉＯ_X（ｘ＜２）、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜（垂直配向膜）である。かかる配向膜１６、２６は、例えば、液晶層５０に用いた誘電異方性が負のネマチック液晶化合物を垂直配向させ、液晶パネル１００をノーマリブラックのＶＡモードとして動作させる。共通電極２１は、第２基板２０の略全面あるいは複数の帯状電極として複数の画素に跨って形成されている。また、第２基板２０において第１基板１０と対向する一方面側には、共通電極２１の下層側に遮光層１０８が形成されている。本形態において、遮光層１０８は、画素領域１０ａ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。ここで、遮光層１０８の外周縁は、シール材１０７の内周縁との間に隙間を隔てた位置にあり、遮光層１０８とシール材１０７とは重なっていない。なお、第２基板２０において、遮光層１０８は、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた領域と重なる領域等にも形成されることがある。

このように構成した液晶パネル１００において、第１基板１０には、シール材１０７より外側において第２基板２０の角部分と重なる領域に、第１基板１０と第２基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極１０９が形成されている。かかる基板間導通用電極１０９には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９ａが配置されており、第２基板２０の共通電極２１は、基板間導通材１０９ａおよび基板間導通用電極１０９を介して、第１基板１０側に電気的に接続されている。このため、共通電極２１は、第１基板１０の側から共通電位が印加されている。

シール材１０７は、略同一の幅寸法をもって第２基板２０の外周縁に沿って設けられている。このため、シール材１０７は、略四角形である。但し、シール材１０７は、第２基板２０の角部分と重なる領域では基板間導通用電極１０９を避けて内側を通るように設けられており、シール材１０７の角部分は略円弧状である。

かかる構成の液晶パネル１００において、画素電極９ａおよび共通電極２１をＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜等の透光性導電膜により形成すれば、透過型の液晶パネル１００を構成することができる。かかる透過型の液晶パネル１００では、第２基板２０の側から入射した光が第１基板１０を透過して出射される間に変調される。これに対して、画素電極９ａおよび共通電極２１のうち、例えば、共通電極２１を透光性導電膜により形成し、画素電極９ａをアルミニウム膜等の反射性導電膜により形成すれば、反射型の液晶パネル１００を構成することができる。反射型の液晶パネル１００では、第２基板２０の側から入射した光が第１基板１０で反射して出射される間に変調される。

本形態において、液晶パネル１００は、図１を参照して説明した投射型表示装置のライトバルブに用いられる。この場合、各液晶パネル１００の各々には、各色の光が入射することになるので、カラーフィルターは形成されていない。

（液晶パネル１００の液晶層５０の説明）
図３は、本発明を適用した投射型表示装置１１０、１０００に用いた液晶パネル１００の液晶層５０のＵＶ（紫外線）吸収スペクトルを示す説明図であり、図３（ａ）には、２００ｎｍから４５０ｎｍまでのＵＶ吸収スペクトルを示し、図３（ｂ）には、２００ｎｍから３５０ｎｍ付近までのＵＶ吸収スペクトルを拡大して示してある。なお、図３に示す吸収スペクトルは、液晶材料をｎ−ヘキサン溶液（液晶材料の濃度＝５ｍｇ／Ｌ）にして測定した結果である。

図２に示す液晶パネル１００において、液晶層５０には、ビフェニル系液晶材料、フェニルシクロヘキサン系液晶材料、シクロヘキサン系液晶材料、フェニルピリジミン系液晶材料、エステル系液晶材料、ジオキサン系液晶材料等が用いられている。ここで、液晶層５０では、上記の液晶材料を単独で用いることがある他、駆動電圧の低下、耐熱性、粘度等に関して要求される性能を満たすために複数の液晶材料をブレンドして用いることが多い。一方、投射型表示装置１１０、１０００に用いられている複数の液晶パネル１００のうち、青色用液晶パネル１００Ｂは、他の液晶パネル（赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇ）に比して供給される光の波長が短いため、液晶層５０が劣化しやすい。

そこで、本形態では、複数の液晶パネル１００のうち、最も短波長域の光が供給される青色用液晶パネル１００Ｂについては、他の液晶パネル（赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇ）に比して、耐光性に優れた液晶材料を用いて液晶層５０を構成してある。より具体的には、ビフェニル系液晶材料、フェニルシクロヘキサン系液晶材料、シクロヘキサン系液晶材料、フェニルピリジミン系液晶材料、エステル系液晶材料、ジオキサン系液晶材料等の液晶材料のうち、使用する液晶材料やブレンド比を決定するにあたって、青色用液晶パネル１００Ｂについては、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、低波長域の光を吸収しにくい液晶材料が用いてある。これに対して、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇには、耐光性よりも、駆動電圧の低下、耐熱性、粘度等を優先して液晶材料を選定してあり、赤色用液晶パネル１００Ｒの液晶層５０と、緑色用液晶パネル１００Ｇの液晶層５０とは、同一の液晶材料が同一の比率で配合されている。

例えば、本形態では、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０には、図３に実線Ｌ１で示すＵＶ吸収スペクトルを備えた液晶材料を用い、他の液晶パネル（赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇ）の液晶層５０には、図３に破線Ｌ２で示すＵＶ吸収スペクトルを備えた液晶材料が用いられている。

かかる液晶材料では、図３に示すＵＶ吸収スペクトルを比較すれば分かるように、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０は、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇの液晶層５０に比して、液晶層５０の吸光度Ａ_λを３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域λ_300-350で積分した値が小さい。ここで、液晶層５０の吸光度Ａ_λは、液晶層からの透過光強度をＩ、入射光の光強度Ｉｏとしたとき、Ａ_λ＝−ｌｏｇ１０（Ｉ／Ｉｏ）と表される。また、液晶層５０の吸光度Ａ_λを３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域λ_300-350で積分した積分値Ｓ_λは、次式（１）のとおり表される。

液晶層５０に用いられる液晶材料は、通常、２００ｎｍ〜３００ｎｍ付近に最も長波長側の吸収極大（吸収ピーク）が認められる。本実施の形態においては、この吸収ピークの長波長側の吸収肩に相当し、単調減少する３００〜３５０ｎｍの波長域での吸光度に着目した。波長域が３００ｎｍ未満の吸光度では、液晶材料の吸収極大（吸収ピーク）位置の違いにより、単調減少しないスペクトルとなる場合があるので採用していない。また、波長域が３５０ｎｍより長波長領域の液晶層の吸光度Ａ_λは、分光光度計の測定検出限界に近づき、測定誤差が大きくなるため、採用していない。
また、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０は、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇの液晶層５０に比して、長波長側の吸収端が短波長側に位置する。より具体的には、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０は、長波長側の吸収端λ_bが３５０ｎｍであるのに対して、他の液晶パネル（赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇ）の液晶層５０は、長波長側の吸収端λ_aが３６０ｎｍである。

ここで、ＵＶ吸収スペクトルが材料の共役性の存在等を示すことから、上記の構成は、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０では、例えば、分子骨格への−Ｃ≡Ｃ−の導入等により共役性の増大を図った液晶材料の使用を避けた組成や、かかる液晶材料の配合比を低減することにより実現することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の投射型表示装置１１０、１０００、および光学ユニット２００に用いた複数の液晶パネル１００のうち、青色用液晶パネル１００Ｂでは、他の液晶パネル（赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇ）に比して、液晶層５０の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域λ_300-350で積分した値が小さい。また、青色用液晶パネル１００Ｂの液晶層５０は、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇの液晶層５０に比して、長波長側の吸収端が短波長側に位置する。すなわち、青色用液晶パネル１００Ｂでは、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、短波長域の光が入射した際の透過率が高い。それ故、青色用液晶パネル１００Ｂでは、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、短波長域の光が入射した場合でも、液晶層５０に用いた材料での励起が小さいといえ、劣化しにくいといえる。このため、青色用液晶パネル１００Ｂは、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、耐光性に優れている。一方、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに入射する光は、青色用液晶パネル１００Ｂに入射する光に比して、波長が長いので、液晶層５０が劣化しにくい。従って、本形態の投射型表示装置１１０、１０００、および光学ユニット２００では、いずれの液晶パネル１００でも、液晶層５０の劣化が発生しにくいので、長い期間にわたって品位の高い画像を投射表示することができる。特に、液晶層５０の劣化は、液晶パネル１００への光入射強度が高い程、発生しやすいことから、本形態の構成は、液晶パネル１００への光入射強度を高く設定した場合に効果的である。

また、本形態において、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇでは、液晶層５０が劣化しにくいことから、同一の液晶層５０が用いられている。このため、赤色用液晶パネル１００Ｒと緑色用液晶パネル１００Ｇとには、同一の液晶パネル１００を用いることができるので、構成の簡素化を図ることができる。

（液晶層５０の屈折率異方性について）
上記実施の形態では、青色用液晶パネル１００Ｂについては、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、低波長域の光を吸収しにくい液晶材料を用いたが、さらに、青色用液晶パネル１００Ｂについては、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を用いてもよい。これは、青色用液晶パネル１００Ｂに、種々の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置する液晶材料を選択した場合に、青色用液晶パネルに用いる液晶材料の屈折率異方性Δｎを、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇで用いる液晶材料の屈折率異方性Δｎよりも小さくすることによって更に耐光性が向上することを見出したことによる。例えば、青色用液晶パネル１００Ｂについては、屈折率異方性Δｎが０．１０程度の液晶材料を用い、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇでは、屈折率異方性Δｎが０．１２程度の液晶材料を用いる。それ故、青色用液晶パネル１００Ｂについては、赤色用液晶パネル１００Ｒおよび緑色用液晶パネル１００Ｇに比して、低波長域の光を吸収しにくく、かつ、屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を用いれば、青色用液晶パネル１００Ｂの耐光性をさらに向上することができる。なお、この屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料には、ビフェニル系液晶材料、フェニルシクロヘキサン系液晶材料、シクロヘキサン系液晶材料、フェニルピリジミン系液晶材料、エステル系液晶材料、ジオキサン系液晶材料等を単独あるいはブレンドしたものを好適に用いることができる。

［他の実施の形態］
投射型表示装置については、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源等を用い、かかるＬＥＤ光源から出射された色光を各々、別の液晶パネルに供給するように構成してもよい。

また、上記実施の形態では、赤色光、緑色光、青色光の３つの液晶パネル１００を用いた例を説明したが、異なる色に対応する２つの液晶パネル１００や、４つ以上の液晶パネル１００を用いた場合に適用してもよい。

また、上記実施の形態では、他の液晶パネル１００では、同一の液晶材料を用いたが、他の液晶パネル１００において異なる液晶材料を用いてもよい。

１０・・第１基板、２０・・第２基板、５０・・液晶層、１００・・液晶パネル、１００Ｒ・・赤色用液晶パネル（他の液晶パネル）、１００Ｇ・・緑色用液晶パネル（他の液晶パネル）、１００Ｒ・・青色用液晶パネル（短波長域用液晶パネル）、１１０，１０００・・・投射型表示装置、１１９，１０２７・・クロスダイクロイックプリズム（光合成光学系）、１１８，１０２９・・投射光学系、１３０，１０２１・・光源部、２００・・光学ユニット。

Claims (8)

1. 光源部と、
   該光源部から互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、
   該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、
   該光合成光学系により合成された光を投射する投射光学系と、
   を有し、
   前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域で積分した積分値が小さいことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルより、前記液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 光源部と、
   該光源部から互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、
   該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、
   該光合成光学系により合成された光を投射する投射光学系と、
   を有し、
   前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することを特徴とする投射型表示装置。
4. 前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルより、前記液晶層の屈折率異方性が小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
5. 前記複数の液晶パネルは、前記他の液晶パネルとして、同一の液晶材料が前記液晶層に用いられた２以上の液晶パネルを含み、
   前記短波長域用液晶パネルでは、前記他の液晶パネルとは異なる液晶材料が前記液晶層に用いられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
6. 前記複数の液晶パネルは、赤色光が供給される赤色用液晶パネル、緑色光が供給される緑色用液晶パネル、および青色光が供給される青色用液晶パネルを含み、
   前記青色用液晶パネルが前記短波長域用液晶パネルであり、
   前記赤色用液晶パネルおよび前記緑色用液晶パネルが前記他の液晶パネルであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
7. 互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、
   該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、
   を有し、
   前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、前記液晶層の吸光度を３００ｎｍから３５０ｎｍまでの波長域で積分した積分値が小さいことを特徴とする光学ユニット。
8. 互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶パネルと、
   該複数の液晶パネルから出射された光を合成して出射する光合成光学系と、
   を有し、
   前記複数の液晶パネルのうち、最も短波長域の光が供給される短波長域用液晶パネルでは、他の液晶パネルより、前記液晶層の紫外線吸収スペクトルにおける長波長側の吸収端が短波長側に位置することを特徴とする光学ユニット。

Images