JP4205344B2 - 液晶装置及びこれを用いた投射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光量が大きい光束を入射する液晶パネルを利用したものに好適な液晶装置及びこれを用いた投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ライトバルブとして用いられる液晶パネルは、ガラス基板、石英基板等の２枚の基板間に液晶を封入して構成される。このような液晶ライトバルブでは、一方の基板に、例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと称す）等の能動素子をマトリクス状に配置し、他方の基板に対向電極を配置して、両基板間に封止した液晶層の光学特性を画像信号に応じて変化させることで、画像表示を可能にする。
【０００３】
即ち、ＴＦＴ素子によってマトリクス状に配列された画素電極（ＩＴＯ）に画像信号を供給し、画素電極と対向電極相互間の液晶層に画像信号に基づく電圧を印加して、液晶分子の配列を変化させる。これにより、画素の透過率を変化させ、画素電極及び液晶層を通過する光を画像信号に応じて変化させて画像表示を行う。
【０００４】
電圧無印加時の液晶分子の配列を規定するために、一方の基板（アクティブマトリクス基板（素子基板ともいう））及び他方の基板（対向基板）の液晶層に接する面上に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を施す。ラビング処理によって、電圧無印加時の液晶分子はラビング方向に配列する。例えば、素子基板と対向基板とで相互に９０度ねじれたラビング処理を施すと、液晶分子は液晶パネル内で連続的に向きを変え、両基板間では９０度異なる向きに配列される。
【０００５】
液晶パネルの前面及び背面に偏光板を設けて、入射した光のうち所定の偏光成分のみを通過させる。ノーマリホワイトモードでは、液晶パネルの前面及び背面の偏光板の偏光軸を９０度相違させて、夫々基板のラビング方向に一致させる。そうすると、液晶パネルの背面の偏光板を介して入射した光は、電圧無印加時には、液晶層において液晶分子の配列に従って９０度回転し、液晶パネルの前面から偏光板を介して出射される。これにより、白表示が行われる。
【０００６】
液晶に電圧を印加すると、液晶の配列方向が変化し、液晶パネル内の液晶による光の振動方向の回転が制限され、液晶パネル前面から出射される光は偏光板によって吸収される。画像信号に応じた電圧を液晶に印加し画像信号に応じた透過率で光を透過させることで、画像表示を行うのである。
【０００７】
なお、光の利用効率を向上させるために、通常、偏光板の入力面側に偏光ビームスプリッタを設けて、偏光板の透過軸方向の偏光成分のみを偏光板に入射させるようになっている。
【０００８】
ＴＦＴを配置したＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向配置される対向基板とは、別々に製造される。両基板は、パネル組立工程において高精度に貼り合わされた後、液晶が封入される。
【０００９】
パネル組立工程においては、先ず、各基板工程において夫々製造されたＴＦＴ基板と対向基板との対向面、即ち、対向基板及びＴＦＴ基板の液晶層と接する面上に配向膜が形成され、次いでラビング処理が行われる。次に、一方の基板上の端辺に接着剤となるシール部が形成される。ＴＦＴ基板と対向基板とをシール部を用いて貼り合わせ、アライメントを施しながら圧着硬化させる。シール部の一部には切り欠きが設けられており、この切り欠きを介して液晶を封入する。
【００１０】
ところで、液晶パネルをプロジェクタ用のライトパルブとして用いることがある。プロジェクタにおいては、液晶パネルの画面上の画像をスクリーンに拡大投射する。従って、液晶パネルの画面上にゴミが付着すると、ゴミの影響によって表示画像の画質の劣化が著しい。そこで、ゴミの影響等を低減するために、液晶パネルの入射面及び出射面に防塵ガラスを取付け、防塵ガラスと液晶パネルとを積層してケース内に収納するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタにおいては、高輝度化が促進されている。高輝度化に伴い、液晶パネル等において発生する熱も大きくなる。そこで、液晶パネルの耐光性を向上させて熱劣化を防止するために種々の改善が行われている。例えば、液晶パネルの入射側の基板（対向基板）のブラックストライプの材質として多用されていたクロムをアルミニウムに変更する方法が採用されることがある。
【００１２】
クロムが光のエネルギを一部吸収してパネル温度を上昇させてしまうのに対し、アルミニウムは光の反射率が高く、入射光を反射させてパネル温度が上昇することを防止することができる。これにより、パネル寿命を長くすることが可能である。
【００１３】
しかしながら、アルミニウムによって乱反射された光は、液晶パネルの入射面側に配置された偏光板の出射側面に照射されてしまい、偏光板の温度が上昇して熱劣化が生じるという問題があった。
【００１４】
なお、偏光板の入射側は偏光ビームスプリッタから透過軸方向の偏光成分のみが入射されるので、入射光による熱劣化の問題はない。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、液晶パネルからの反射光によって偏光板が熱劣化することを防止することができる液晶装置及びこれを用いた投射装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶装置は、入射面に入射した光の少なくとも一部を反射させる遮光膜を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの入射面に対向して設けられて入射光の所定の偏光成分のみを前記液晶パネルの入射面に出射するものであって、前記液晶パネルの入射面に対向する面に形成された熱伝導部材を有する偏光板と、前記熱伝導部材に接続された放熱板とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、偏光板によって、液晶パネルの入射面には所定の偏光成分のみが入射する。一方、液晶パネルからの反射光は偏光板の出射面側に照射され、これにより、偏光板の温度が上昇しようとする。しかし、偏光板の出射面側には熱伝導部材が形成されており、この熱伝導部材を介して偏光板に生じた熱は放熱板に伝達されて放熱される。これにより、偏光板の温度上昇が抑制されて熱劣化が防止される。
【００１８】
また、前記熱伝導部材は、金属膜であることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、偏光板からの熱が効率よく放熱板に伝達され、放熱効果が高い。
【００２０】
また、前記熱伝導部材は、蒸着によって形成されることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、偏光板に容易に例えば金属膜等を形成することができる。しかも、十分に薄い金属膜を形成することができ、偏光板の全面に金属膜を形成した場合でも、光を透過させることが可能である。
【００２２】
また、前記熱伝導部材は、ストライプ状の金属膜によって形成されることを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、光の透過率が高く、高輝度の液晶パネルが得られる。
【００２４】
また、本発明に係る液晶装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの入射面側に内蔵され、所定の基材とこの基材の前記入射面に対向する面の反対側の面に形成されピッチが入射光の波長よりも短いストライプ状の金属膜とを有して前記入射面への入射光のうち所定の偏光成分のみを通過させる偏光部材と、前記液晶パネルの入射面側に内蔵され、前記偏光部材を通過した入射光の少なくとも一部を前記偏光部材に反射させる遮光膜と、前記金属膜に接続された放熱板とを具備したことを特徴とする。
【００２５】
このような構成によれば、基材に形成されるストライプ状の金属膜はピッチが入射光の波長よりも短いので、ストライプ状の金属膜によって偏光作用が生じる。これにより、液晶パネルの入射光の所定の偏光成分のみが偏光部材を透過する。この場合には、ストライプ状の金属膜は光の回折作用によって、高い透過率が得られ、液晶パネルの高輝度化を促進することができる。偏光部材に生じた熱は、金属膜から放熱板を介して放熱される。これにより、偏光部材の温度上昇が抑制されて熱劣化が防止される。
【００２６】
本発明に係る投射装置は、上記液晶装置を用いたことを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、温度上昇が抑制されて熱劣化が防止された偏光板が用いられるので、寿命が長い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る投射装置を示す説明図である。図２は液晶パネルの画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。図３はＴＦＴ基板等の素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図であり、図４は素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶パネルを、図３のＨ−Ｈ'線の位置で切断して示す断面図である。また、図５は液晶パネルを詳細に示す断面図である。図６は放熱構造を説明するための説明図である。
【００２９】
本実施の形態においては、偏光板に熱伝導部材を設けて放熱させることで、偏光板の温度上昇を抑制するようになっている。
【００３０】
先ず、図２乃至図５を参照して、液晶パネルの構造について説明する。
【００３１】
液晶パネルは、図３及び図４に示すように、ＴＦＴ基板等の素子基板１０と対向基板２０との間に液晶５０を封入して構成される。素子基板１０上には画素を構成する画素電極等がマトリクス状に配置される。図２は画素を構成する素子基板１０上の素子の等価回路を示している。
【００３２】
図２に示すように、画素領域においては、複数本の走査線３ａと複数本のデータ線６ａとが交差するように配線され、走査線３ａとデータ線６ａとで区画された領域に画素電極９ａがマトリクス状に配置される。そして、走査線３ａとデータ線６ａの各交差部分に対応してＴＦＴ３０が設けられ、このＴＦＴ３０に画素電極９ａが接続される。
【００３３】
ＴＦＴ３０は走査線３ａのＯＮ信号によってオンとなり、これにより、データ線６ａに供給された画像信号が画素電極９ａに供給される。この画素電極９ａと対向基板２０に設けられた対向電極２１との間の電圧が液晶５０に印加される。また、画素電極９ａと並列に蓄積容量７０が設けられており、蓄積容量７０によって、画素電極９ａの電圧はソース電圧が印加された時間よりも例えば３桁も長い時間の保持が可能となる。蓄積容量７０によって、電圧保持特性が改善され、コントラスト比の高い画像表示が可能となる。
【００３４】
図５は、一つの画素に着目した液晶パネルの模式的断面図である。
【００３５】
ガラスや石英等の素子基板１０には、溝１１が形成されている。この溝１１上に遮光膜１２及び第１層間絶縁膜１３を介してＬＤＤ構造をなすＴＦＴ３０が形成されている。溝１１によって、ＴＦＴ基板の液晶５０との境界面が平坦化される。
【００３６】
ＴＦＴ３０は、チャネル領域１ａ、ソース領域１ｄ、ドレイン領域１ｅが形成された半導体層に絶縁膜２を介してゲート電極をなす走査線３ａが設けられてなる。なお、遮光膜１２は、ＴＦＴ３０の形成領域に対応する領域、後述するデータ線６ａ及び走査線３ａ等の形成領域、即ち各画素の非表示領域に対応した領域に形成されている。この遮光膜１２によって、入射光がＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ、ソース領域１ｄ及びドレイン領域１ｅに入射することが防止される。
【００３７】
ＴＦＴ３０上には第２層間絶縁膜１４が積層され、第２層間絶縁膜１４上には中間導電層１５が形成されている。中間導電層１５上には誘電体膜１７を介して容量線１８が対向配置されている。容量線１８は、容量層と遮光層とからなり、中間導電層１５との間で蓄積容量を構成すると共に、光の内部反射を防止する遮光機能を有する。半導体層に比較的近接した位置に中間導電層１５を形成しており、光の乱反射を効率よく防止することができる。
【００３８】
容量線１８上には第３層間絶縁膜１９が配置され、第３層間絶縁膜１９上にはデータ線６ａが積層される。データ線６ａは、第３及び第２層間絶縁膜１８，１４を貫通するコンタクトホール２４ａ，２４ｂを介してソース領域１ｄに電気的に接続される。データ線６ａ上には第４層間絶縁膜２５を介して画素電極９ａが積層されている。画素電極９ａは、第４〜第２層間絶縁膜２５，１９，１４を貫通するコンタクトホール２６ａ，２６ｂにより容量線１８を介してドレイン領域１ｅに電気的に接続される。画素電極９ａ上にはポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜１６が積層され、所定方向にラビング処理されている。
【００３９】
走査線３ａ（ゲート電極）にＯＮ信号が供給されることで、チャネル領域１ａが導通状態となり、ソース領域１ｄとドレイン領域１ｅとが接続されて、データ線６ａに供給された画像信号が画素電極９ａに与えられる。
【００４０】
一方、対向基板２０には、対向電極（共通電極）２１が基板２０全面に亘って形成されている。対向電極２１上にポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜２２が積層され、所定方向にラビング処理されている。
【００４１】
そして、素子基板１０と対向基板２０との間に液晶５０が封入されている。これにより、ＴＦＴ３０は所定のタイミングでデータ線６ａから供給される画像信号を画素電極９ａに書き込む。書き込まれた画素電極９ａと対向電極２１との電位差に応じて液晶５０の分子集合の配向や秩序が変化して、光を変調し、階調表示を可能にする。
【００４２】
図３及び図４に示すように、対向基板２０には表示領域を区画する額縁としての遮光膜４２が設けられている。遮光膜４２は例えばブラックストライプを構成する遮光膜２３と同一又は異なる遮光性材料によって形成されている。本実施の形態においては、遮光膜２３は例えばアルミニウムによって構成されており、遮光膜２３に入射した光については十分な反射率で反射させることができるようになっている。これにより、液晶パネルの温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００４３】
遮光膜４２の外側の領域に液晶を封入するシール材４１が、素子基板１０と対向基板２０間に形成されている。シール材４１は対向基板２０の輪郭形状に略一致するように配置され、素子基板１０と対向基板２０を相互に固着する。シール材４１は、素子基板１０の１辺の一部において欠落しており、貼り合わされた素子基板１０及び対向基板２０相互の間隙には、液晶５０を注入するための液晶注入口７８が形成される。液晶注入口７８より液晶が注入された後、液晶注入口７８を封止材７９で封止するようになっている。
【００４４】
素子基板１０のシール材４１の外側の領域には、データ線駆動回路６１及び実装端子６２が素子基板１０の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する２辺に沿って、走査線駆動回路６３が設けられている。素子基板１０の残る一辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路６３間を接続するための複数の配線６４が設けられている。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、素子基板１０と対向基板２０との間を電気的に導通させるための導通材６５が設けられている。
【００４５】
本実施の形態においてはこのように形成された液晶パネルを３枚用いて投射装置を構成している。図１において、光源１１０は、メタルハライドランプ高圧水銀ランプ等であり、ランプからの光をリフレクタ１１２によって前方に反射させる構成である。光源１１０からの出射光路上には、フライアイレンズ１１５、偏光変換素子１１６及び反射ミラー１１７が配設されている。
【００４６】
フライアイレンズ１１５は、第１レンズアレイ１１３及び第２レンズアレイ１１４によって構成されている。第１のレンズアレイ１１３は、入射光束を分割し、多数の２次光源を出射する。更に、第２のレンズアレイ１１４は、後述する各レンズと協働して、液晶パネルの入射面に第１のレンズアレイ１１３からの２次光源を重複して入射させる。これにより、フライアイレンズ１１５は、光源１１０からの光を液晶パネル入射面内において均一な輝度で照射することができる。
【００４７】
フライアイレンズ１１５の出射面側には、偏光変換素子１１６が設けられている。偏光変換素子１１６は、入射光を後述する偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの透過軸方向の偏光成分に変換して出射する。反射ミラー１１７は、光軸に約４５度傾斜して設けられており、偏光変換素子１１６からの出射光を反射させるようになっている。反射ミラー１１７の出射光の光路上には、ダイクロイックミラー１１８及び反射ミラー１２５が光軸に約４５度傾斜して配設されている。ダイクロイックミラー１１８は、青色光及び緑色光を反射させ、赤色光を透過させる。
【００４８】
反射ミラー１２５はダイクロイックミラー１１８を介して入射した赤色光を反射させるようになっている。反射ミラー１２５からの反射光の光路上にフィールドレンズ１２６、赤色用の偏光板１３１Ｒ、液晶パネル１３０Ｒ及び偏光板１３２Ｒが配設されている。反射ミラー１２１からの赤色光はフィールドレンズ１２６に入射され、フィールドレンズ１２６は入射した赤色光束を偏光板１３１Ｒを介して液晶パネル１３０Ｒの表示面に集光するようになっている。
【００４９】
ダイクロイックミラー１１８の反射光の光路上には、光軸に約４５度傾斜してダイクロイックミラー１１９、コンデンサレンズ１２０及び反射ミラー１２１が配設されている。ダイクロイックミラー１１９は、ダイクロイックミラー１１８から反射した青色光及び緑色光のうち緑色光を反射させ、青色光を透過させる。
【００５０】
ダイクロイックミラー１１９の反射光の光路上にはフィールドレンズ１２７、緑色用の偏光板１３１Ｇ、液晶パネル１３０Ｇ及び偏光板１３２Ｇが配設されている。ダイクロイックミラー１１９からの緑色反射光は、フィールドレンズ１２７に入射され、フィールドレンズ１２７は入射した緑色光束を偏光板１３１Ｇを介して液晶パネル１３０Ｇの表示面に集光するようになっている。
【００５１】
反射ミラー１２１は、ダイクロイックミラー１１９を透過した青色光を反射させる。反射ミラー１２１からの反射光の光路上には、コンデンサレンズ１２２及び光軸に約４５度傾斜した反射ミラー１２３が配設されている。反射ミラー１２３は、入射した青色光を反射する。反射ミラー１２３の光路上にはコンデンサレンズ１２４、青色用の偏光板１３１Ｂ、液晶パネル１３０Ｂ及び偏光板１３２Ｂが配設されおり、反射ミラー１２３からの青色反射光はコンデンサレンズ１２４に入射される。コンデンサレンズ１２４は入射した青色光束を偏光板１３１Ｂを介して液晶パネル１３０Ｂの表示面に集光する。
【００５２】
青色光がコンデンサレンズ１２４に到達するまでの光路長は他の２色がフィールドレンズ１２６，１２７に到達するまでの光路長に比べて長い。そこで、コンデンサレンズ１２０、反射ミラー１２１、コンデンサレンズ１２２及び反射ミラー１２３による光学系によって、液晶パネル１３０Ｂに入射する青色光束の照明分布を他の２色が液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇに入射する光束の照明分布と略等しくするようになっている。
【００５３】
偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、夫々入射した光束の所定の偏光成分を通過させて液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射させる。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂは、夫々Ｒ，Ｇ，Ｂ画像信号が供給されており、入射したＲ，Ｇ，Ｂ光を画像信号に基づいて回転させて出射する。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂからの出射光は夫々偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂを介して出射される。偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂからの出射画像光の光路上にはクロスプリズム１３３が配設されている。
【００５４】
偏光板１３１Ｒ、液晶パネル１３０Ｒ及び偏光板１３２Ｒによって、画像信号に応じた透過率で赤色光がクロスプリズム１３３に入射される。同様に、偏光板１３１Ｇ、液晶パネル１３０Ｇ及び偏光板１３２Ｇによって、画像信号に応じた透過率で緑色光がクロスプリズム１３３に入射され、偏光板１３１Ｂ、液晶パネル１３０Ｂ及び偏光板１３２Ｂによって、画像信号に応じた透過率で青色光がクロスプリズム１３３に入射される。
【００５５】
クロスプリズム１３３は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成され、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。クロスプリズム１３３は、これらの誘電体多層膜によって、３つのＲ，Ｇ，Ｂ色光を合成して、カラー画像の画像光を出射する。
【００５６】
クロスプリズム１３３の出射光の光路上には投射レンズ１３４が配置されており、投射レンズ１３４は入射した合成画像光をスクリーン１３５上に拡大投射するようになっている。
【００５７】
図６は図１中の偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ（以下、代表して偏光板１３１という）の放熱構造を説明するための説明図である。
【００５８】
図６に示すように、本実施の形態においては、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ（１３１）は、出射面側に熱伝導部材としての金属膜１４１が例えば蒸着によって形成されている。金属膜１４１の平面形状は特に限定されるものではない。出射面の端部には、金属膜１４１に接続された放熱板１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂ（１３６）が取り付けられている。更に、放熱板１３６にはラジエータ１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂ（１３７）が取り付けられている。なお、図１ではラジエータは図示を省略している。
【００５９】
これにより、偏光板１３１の出射面に入射した反射光による熱は、各放熱板１３６を介してラジエータ１３７に伝達され、ラジエータ１３７によって冷却される。こうして、偏光板１３１の出射面の温度が上昇することを防止するようになっている。
【００６０】
これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの温度が所定温度以上の高温となることが防止され、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの熱等による劣化を軽減することができる。
【００６１】
なお、ラジエータ１３７を省略して、投射装置の図示しない金属筐体に放熱板１３６を接続するようにしてもよい。
【００６２】
次に、このように構成された実施の形態の作用について説明する。
【００６３】
光源１１０からの光束は、フライアイレンズ１１５及び偏光変換素子１１６を介して反射ミラー１１７に入射される。フライアイレンズ１１５は、液晶パネル入射面において光を均一な輝度で照射させる。フライアイレンズ１１５の出射光は、偏光変換素子１１６によって偏光板１３１の透過軸方向の偏光成分に変換される。
【００６４】
偏光変換素子１１６の出射光は、反射ミラー１１７で反射され、ダイクロイックミラー１１８，１１９によって、赤色光、緑色光及び青色光に分光される。ダイクロイックミラー１１８からの赤色光は反射ミラー１２５によって反射され、フィールドレンズ１２６を介して偏光板１３１Ｒに入射される。ダイクロイックミラー１１９からの緑色反射光は、フィールドレンズ１２７を介して偏光板１３１Ｇに入射される。ダイクロイックミラー１１９からの青色透過光は、コンデンサレンズ１２０、反射ミラー１２１、コンデンサレンズ１２２、反射ミラー１２３及びコンデンサレンズ１２４を介して偏光板１３１Ｂに入射される。
【００６５】
偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、入射されたＲ，Ｇ，Ｂ光の所定の偏光成分を通過させて液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射させる。偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１ＢからのＲ，Ｇ，Ｂ光は、夫々液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射される。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂは入力された画像信号によって入射したＲ，Ｇ，Ｂ光を回転させる。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０ＢからのＲ，Ｇ，Ｂ画像光は偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂに入射し、所定の偏光軸成分のみを通過させる。これにより、偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂからは、画像信号に応じた透過率のＲ，Ｇ，Ｂ画像光が出射され、クロスプリズム１３３によって合成されてスクリーン１３５上に拡大投射される。
【００６６】
液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂの各対向基板に設けられている遮光膜２３に入射した光は、遮光膜２３によって乱反射され、夫々偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの出射面側に照射される。これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、温度が上昇しようとする。しかし、各偏光板１３１の出射面側の熱は、出射面に蒸着された各金属膜１４１から各放熱板１３６を介して各ラジエータ１３７に伝達され、ラジエータ１３７において冷却される。これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの温度上昇が抑制され、各偏光板１３１が高熱になることが防止される。
【００６７】
このように本実施の形態においては、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの出射側面に金属膜を設け、対向基板からの反射光による温度上昇を金属膜、放熱板及びラジエータを介して放熱させることにより抑制し、これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂが熱劣化することを防止している。
【００６８】
なお、第１の実施の形態においては、偏光板の出射面側に蒸着する金属膜の平面形状については特に限定されていない。しかしながら、金属膜の形成部分については光が透過しないことから、金属膜の形状及び大きさと、透過光量及び放熱効果とを考慮して、金属膜の形状及び大きさを決定した方がよい。なお、金属膜を十分に薄く形成した場合には、金属膜部分でも光は透過する。従って、この場合には、偏光板の全面に金属膜を蒸着することも可能である。
【００６９】
しかし、出射面側の全面に薄く金属膜を蒸着をした場合には、放熱効果は高い反面、やはり偏光板の透過率は比較的低くなってしまう。そこで、金属膜をストライプ状に蒸着することにより、透過率の低下を抑制しながら十分な放熱効果を得て、偏光板の熱劣化を防止する方法が考えられる。
【００７０】
図７は本発明の第２の実施の形態に係り、このようなストライプ状の金属膜が形成された偏光板を採用した液晶装置を示す説明図である。
【００７１】
図７において液晶パネル１５１は、上記第１の実施の形態と同様の液晶パネルであり、素子基板１５２及び対向基板１５３を貼り合わせて構成されている。対向基板１５３側（入射面側）には偏光板１５５が配置され、ＴＦＴ基板１５２側（出射面側）には偏光板１５４が配置されている。
【００７２】
本実施の形態においては、偏光板１５５の出射面側（対向基板１５３側）には例えば蒸着によってストライプ状の金属膜１５６が形成されている。偏光板１５５の出射面側端部には金属膜１５６に接続された放熱板１３６が取り付けられている。
【００７３】
このように構成された実施の形態においては、ランプ１５０からの光は偏光板１５５を透過して液晶パネル１５１に入射する。この場合には、偏光板１５５に形成した放熱用の金属膜１５６はストライプ状に形成されており、偏光板１５５による光の透過率は比較的高い。
【００７４】
対向基板１５３のブラックストライプによる乱反射によって偏光板１５５の出射面側に光が照射される。この照射光によって偏光板１５５に生じた熱は、偏光板１５５に形成されたストライプ状の金属膜１５６を介して放熱板１３６に伝達され、更に、図示しないラジエータを介して放熱される。
【００７５】
このように、本実施の形態においては、図１の実施の形態と同様に、偏光板は十分な放熱効果を有すると共に、光の透過率の劣化を抑制して、高輝度化を促進することが可能である。
【００７６】
図８は本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置に採用される構造複屈折体を用いた偏光子を示す説明図である。
【００７７】
本実施の形態は偏光板を構造複屈折体の偏光子によって構成するようにしたものである。第２実施の形態においては、偏光板の出射面側にストライプ状の金属膜を形成した。このストライプ状の金属膜のピッチを光の波長よりも小さくすると、ストライプ状の金属膜は偏光子としても作用するようになる。このように、構造複屈折体は偏光作用と液晶配向作用との双方を有する。
【００７８】
この特性を利用して、本実施の形態は、構造複屈折体を液晶装置に内蔵するようにしたものである。なお、構造複屈折体は、入射する光の偏光方向により有効屈折率が異なる構造体のことである。構造複屈折体に入射する光の偏光方向により有効屈折率が異なることを利用し、特定の偏光のみを透過させ、特定の偏光のみを反射させることができる。
【００７９】
先ず、構造複屈折体の構造について図８を参照して説明する。
【００８０】
構造複屈折体としては、液晶層に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された複数の光反射体を有する構造のものを採用する。このような構造によって、上述したように、構造複屈折体は特定の偏光のみを透過し、特定の偏光のみを反射することができる。
【００８１】
図８に示すように、入射する光の波長よりも小さいピッチで、ストライプ状に配列された複数の媒質Ａ１０１を具備した構造の構造複屈折体１００において、隣接する媒質Ａ１０１の間隙には、媒質Ａ１０１と異なる屈折率を有する媒質Ｂ１０２が充填されていることが必要である。なお、媒質Ｂ１０２としては、固体、液体、気体を問わない。
【００８２】
このような構造の構造複屈折体１００においては、媒質Ａ１０１の屈折率ｎ１と媒質Ｂ１０２の屈折率ｎ２とが異なるため、構造複屈折体１００に入射した光の偏光方向により有効屈折率が異なる。例えば、媒質Ａ１０１の屈折率ｎ１が媒質Ｂ１０２の屈折率ｎ２よりも大きい場合には、各媒質Ａ１０１の延在方向に対して略平行方向に振動する偏光Ａについての有効屈折率が、各媒質Ａ１０１の延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光Ｂについての有効屈折率よりも大きくなる。
【００８３】
媒質Ａ、媒質Ｂが誘電体からなる場合には、媒質Ａ１０１の厚みをａ、媒質Ｂ１０２の厚みをｂとすると、構造複屈折体１００に入射する光のうち、偏光Ａについての有効屈折率Ｎａ、偏光Ｂについての有効屈折率Ｎｂはそれぞれ下記の式（１）、（２）により表されることが知られている（例えば、M.Born and E.Wol f :Princjples of optics， lst ed. （rergamon Press， New York，1959）p.705-708））。下記の式（１）、（２）から分かるように、媒質Ａ１０１の厚みａと媒質Ｂ１０２の厚みｂとの比により、有効屈折率をｎ１〜ｎ２の範囲で変化させることができる。
【００８４】
このように、構造複屈折体は光の偏光状態によって異なる光学的性質を示す。ここで、媒質Ａとして金属や半導体のような光反射体を用いる場合には、誘電率を複素数として扱うことで、誘電体に対する有効屈折率を求める場合と同様に扱うことができる。但し、有効屈折率は複素数となる。有効媒体理論（ Effective Medium Theory）（例えば、Dominique Lemercler−lalanne:Journal of Modern optics,1996,vol43,no.10,2063-2085）により、厳密には、Rigorous Coupled-Wave Analysis（M.G.Moharam:J.Opt.soc.Am.A,12（1995）1077）を用いた数値計算により、媒質Ａとして金属を用いた場合には、偏光Ａに対する構造複屈折体の有効屈折率の虚数部が大きな値となり、その結果、入射した偏光Ａは構造複屈折体によって反射されることが知られている。一方、偏光Ｂに対する有効屈折率の虚数部は小さい値となり、偏光Ｂは構造複屈折体を透過することが知られている。
【００８５】
このように、２種類の媒質で、波長よりも小さい周期構造を形成することにより、光反射型偏光子と同じ作用、即ち構造複屈折体の光軸（透過軸）と平行な偏光に対しては透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を持たせることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態においては、構造複屈折体は、光反射性を有する導電性材料、例えば、アルミニウム、銀、銀合金等により構成されている。そして、構造複屈折体を構成するストライプ状の金属膜は端部において、第１及び第２の実施の形態と同様の放熱板が接続されている（図示省略）。
【００８７】
このように構成された実施の形態においては、構造複屈折体を液晶装置の入射面側に内蔵させることにより、偏光板を用いることなく、所定の偏光軸の入射光のみを対向基板の入射面に入射させることが可能である。
【００８８】
対向基板のブラックストライプによる反射光は構造複屈折体による偏光子側に照射される。しかし、本実施の形態においては、構造複屈折体を構成するストライプ状の金属膜に接続された放熱板を介して、構造複屈折体の生じる熱は放熱されるので、構造複屈折体の温度上昇は抑制され、液晶装置全体が高熱になることが防止されて熱劣化が生じることはない。
【００８９】
また、ストライプ状の金属膜によって偏光作用を有するので、ストライプ状の金属膜を蒸着させる基材としてガラス板を用いることができる。従って、ヨウソ系の偏光板を用いる場合に比して、光の透過率を向上させることができる。更に、ストライプ状の金属膜は光の回折作用によって、光の透過率が向上する。これにより、本実施の形態においては入射光の光量を著しく増大させることが可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、液晶パネルからの反射光によって偏光板が熱劣化することを防止することができるという効果を有する。
【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装置を示す説明図。
【図２】液晶パネルの画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図。
【図３】図３はＴＦＴ基板等の素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図であり、
【図４】素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶パネルを、図３のＨ−Ｈ'線の位置で切断して示す断面図。
【図５】液晶パネルを詳細に示す断面図。
【図６】図１中の偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの放熱構造を説明するための説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係り、ストライプ状の金属膜が形成された偏光板を採用した液晶装置を示す説明図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置に採用される構造複屈折体を用いた偏光子を示す説明図。
【符号の説明】
１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ…偏光板
１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂ…液晶パネル
１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ…偏光板
１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂ…放熱板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光量が大きい光束を入射する液晶パネルを利用したものに好適な液晶装置及びこれを用いた投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ライトバルブとして用いられる液晶パネルは、ガラス基板、石英基板等の２枚の基板間に液晶を封入して構成される。このような液晶ライトバルブでは、一方の基板に、例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと称す）等の能動素子をマトリクス状に配置し、他方の基板に対向電極を配置して、両基板間に封止した液晶層の光学特性を画像信号に応じて変化させることで、画像表示を可能にする。
【０００３】
即ち、ＴＦＴ素子によってマトリクス状に配列された画素電極（ＩＴＯ）に画像信号を供給し、画素電極と対向電極相互間の液晶層に画像信号に基づく電圧を印加して、液晶分子の配列を変化させる。これにより、画素の透過率を変化させ、画素電極及び液晶層を通過する光を画像信号に応じて変化させて画像表示を行う。
【０００４】
電圧無印加時の液晶分子の配列を規定するために、一方の基板（アクティブマトリクス基板（素子基板ともいう））及び他方の基板（対向基板）の液晶層に接する面上に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を施す。ラビング処理によって、電圧無印加時の液晶分子はラビング方向に配列する。例えば、素子基板と対向基板とで相互に９０度ねじれたラビング処理を施すと、液晶分子は液晶パネル内で連続的に向きを変え、両基板間では９０度異なる向きに配列される。
【０００５】
液晶パネルの前面及び背面に偏光板を設けて、入射した光のうち所定の偏光成分のみを通過させる。ノーマリホワイトモードでは、液晶パネルの前面及び背面の偏光板の偏光軸を９０度相違させて、夫々基板のラビング方向に一致させる。そうすると、液晶パネルの背面の偏光板を介して入射した光は、電圧無印加時には、液晶層において液晶分子の配列に従って９０度回転し、液晶パネルの前面から偏光板を介して出射される。これにより、白表示が行われる。
【０００６】
液晶に電圧を印加すると、液晶の配列方向が変化し、液晶パネル内の液晶による光の振動方向の回転が制限され、液晶パネル前面から出射される光は偏光板によって吸収される。画像信号に応じた電圧を液晶に印加し画像信号に応じた透過率で光を透過させることで、画像表示を行うのである。
【０００７】
なお、光の利用効率を向上させるために、通常、偏光板の入力面側に偏光ビームスプリッタを設けて、偏光板の透過軸方向の偏光成分のみを偏光板に入射させるようになっている。
【０００８】
ＴＦＴを配置したＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向配置される対向基板とは、別々に製造される。両基板は、パネル組立工程において高精度に貼り合わされた後、液晶が封入される。
【０００９】
パネル組立工程においては、先ず、各基板工程において夫々製造されたＴＦＴ基板と対向基板との対向面、即ち、対向基板及びＴＦＴ基板の液晶層と接する面上に配向膜が形成され、次いでラビング処理が行われる。次に、一方の基板上の端辺に接着剤となるシール部が形成される。ＴＦＴ基板と対向基板とをシール部を用いて貼り合わせ、アライメントを施しながら圧着硬化させる。シール部の一部には切り欠きが設けられており、この切り欠きを介して液晶を封入する。
【００１０】
ところで、液晶パネルをプロジェクタ用のライトパルブとして用いることがある。プロジェクタにおいては、液晶パネルの画面上の画像をスクリーンに拡大投射する。従って、液晶パネルの画面上にゴミが付着すると、ゴミの影響によって表示画像の画質の劣化が著しい。そこで、ゴミの影響等を低減するために、液晶パネルの入射面及び出射面に防塵ガラスを取付け、防塵ガラスと液晶パネルとを積層してケース内に収納するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタにおいては、高輝度化が促進されている。高輝度化に伴い、液晶パネル等において発生する熱も大きくなる。そこで、液晶パネルの耐光性を向上させて熱劣化を防止するために種々の改善が行われている。例えば、液晶パネルの入射側の基板（対向基板）のブラックストライプの材質として多用されていたクロムをアルミニウムに変更する方法が採用されることがある。
【００１２】
クロムが光のエネルギを一部吸収してパネル温度を上昇させてしまうのに対し、アルミニウムは光の反射率が高く、入射光を反射させてパネル温度が上昇することを防止することができる。これにより、パネル寿命を長くすることが可能である。
【００１３】
しかしながら、アルミニウムによって乱反射された光は、液晶パネルの入射面側に配置された偏光板の出射側面に照射されてしまい、偏光板の温度が上昇して熱劣化が生じるという問題があった。
【００１４】
なお、偏光板の入射側は偏光ビームスプリッタから透過軸方向の偏光成分のみが入射されるので、入射光による熱劣化の問題はない。
【００１５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、液晶パネルからの反射光によって偏光板が熱劣化することを防止することができる液晶装置及びこれを用いた投射装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶装置は、入射面に入射した光の少なくとも一部を反射させる遮光膜を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの入射面に対向して設けられて入射光の所定の偏光成分のみを前記液晶パネルの入射面に出射するものであって、前記液晶パネルの入射面に対向する面に形成された熱伝導部材を有する偏光板と、前記熱伝導部材に接続された放熱板とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、偏光板によって、液晶パネルの入射面には所定の偏光成分のみが入射する。一方、液晶パネルからの反射光は偏光板の出射面側に照射され、これにより、偏光板の温度が上昇しようとする。しかし、偏光板の出射面側には熱伝導部材が形成されており、この熱伝導部材を介して偏光板に生じた熱は放熱板に伝達されて放熱される。これにより、偏光板の温度上昇が抑制されて熱劣化が防止される。
【００１８】
また、前記熱伝導部材は、金属膜であることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、偏光板からの熱が効率よく放熱板に伝達され、放熱効果が高い。
【００２０】
また、前記熱伝導部材は、蒸着によって形成されることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、偏光板に容易に例えば金属膜等を形成することができる。しかも、十分に薄い金属膜を形成することができ、偏光板の全面に金属膜を形成した場合でも、光を透過させることが可能である。
【００２２】
また、前記熱伝導部材は、ストライプ状の金属膜によって形成されることを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、光の透過率が高く、高輝度の液晶パネルが得られる。
【００２４】
また、本発明に係る液晶装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの入射面側に内蔵され、所定の基材とこの基材の前記入射面に対向する面の反対側の面に形成されピッチが入射光の波長よりも短いストライプ状の金属膜とを有して前記入射面への入射光のうち所定の偏光成分のみを通過させる偏光部材と、前記液晶パネルの入射面側に内蔵され、前記偏光部材を通過した入射光の少なくとも一部を前記偏光部材に反射させる遮光膜と、前記金属膜に接続された放熱板とを具備したことを特徴とする。
【００２５】
このような構成によれば、基材に形成されるストライプ状の金属膜はピッチが入射光の波長よりも短いので、ストライプ状の金属膜によって偏光作用が生じる。これにより、液晶パネルの入射光の所定の偏光成分のみが偏光部材を透過する。この場合には、ストライプ状の金属膜は光の回折作用によって、高い透過率が得られ、液晶パネルの高輝度化を促進することができる。偏光部材に生じた熱は、金属膜から放熱板を介して放熱される。これにより、偏光部材の温度上昇が抑制されて熱劣化が防止される。
【００２６】
本発明に係る投射装置は、上記液晶装置を用いたことを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、温度上昇が抑制されて熱劣化が防止された偏光板が用いられるので、寿命が長い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る投射装置を示す説明図である。図２は液晶パネルの画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。図３はＴＦＴ基板等の素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図であり、図４は素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶パネルを、図３のＨ−Ｈ'線の位置で切断して示す断面図である。また、図５は液晶パネルを詳細に示す断面図である。図６は放熱構造を説明するための説明図である。
【００２９】
本実施の形態においては、偏光板に熱伝導部材を設けて放熱させることで、偏光板の温度上昇を抑制するようになっている。
【００３０】
先ず、図２乃至図５を参照して、液晶パネルの構造について説明する。
【００３１】
液晶パネルは、図３及び図４に示すように、ＴＦＴ基板等の素子基板１０と対向基板２０との間に液晶５０を封入して構成される。素子基板１０上には画素を構成する画素電極等がマトリクス状に配置される。図２は画素を構成する素子基板１０上の素子の等価回路を示している。
【００３２】
図２に示すように、画素領域においては、複数本の走査線３ａと複数本のデータ線６ａとが交差するように配線され、走査線３ａとデータ線６ａとで区画された領域に画素電極９ａがマトリクス状に配置される。そして、走査線３ａとデータ線６ａの各交差部分に対応してＴＦＴ３０が設けられ、このＴＦＴ３０に画素電極９ａが接続される。
【００３３】
ＴＦＴ３０は走査線３ａのＯＮ信号によってオンとなり、これにより、データ線６ａに供給された画像信号が画素電極９ａに供給される。この画素電極９ａと対向基板２０に設けられた対向電極２１との間の電圧が液晶５０に印加される。また、画素電極９ａと並列に蓄積容量７０が設けられており、蓄積容量７０によって、画素電極９ａの電圧はソース電圧が印加された時間よりも例えば３桁も長い時間の保持が可能となる。蓄積容量７０によって、電圧保持特性が改善され、コントラスト比の高い画像表示が可能となる。
【００３４】
図５は、一つの画素に着目した液晶パネルの模式的断面図である。
【００３５】
ガラスや石英等の素子基板１０には、溝１１が形成されている。この溝１１上に遮光膜１２及び第１層間絶縁膜１３を介してＬＤＤ構造をなすＴＦＴ３０が形成されている。溝１１によって、ＴＦＴ基板の液晶５０との境界面が平坦化される。
【００３６】
ＴＦＴ３０は、チャネル領域１ａ、ソース領域１ｄ、ドレイン領域１ｅが形成された半導体層に絶縁膜２を介してゲート電極をなす走査線３ａが設けられてなる。なお、遮光膜１２は、ＴＦＴ３０の形成領域に対応する領域、後述するデータ線６ａ及び走査線３ａ等の形成領域、即ち各画素の非表示領域に対応した領域に形成されている。この遮光膜１２によって、入射光がＴＦＴ３０のチャネル領域１ａ、ソース領域１ｄ及びドレイン領域１ｅに入射することが防止される。
【００３７】
ＴＦＴ３０上には第２層間絶縁膜１４が積層され、第２層間絶縁膜１４上には中間導電層１５が形成されている。中間導電層１５上には誘電体膜１７を介して容量線１８が対向配置されている。容量線１８は、容量層と遮光層とからなり、中間導電層１５との間で蓄積容量を構成すると共に、光の内部反射を防止する遮光機能を有する。半導体層に比較的近接した位置に中間導電層１５を形成しており、光の乱反射を効率よく防止することができる。
【００３８】
容量線１８上には第３層間絶縁膜１９が配置され、第３層間絶縁膜１９上にはデータ線６ａが積層される。データ線６ａは、第３及び第２層間絶縁膜１８，１４を貫通するコンタクトホール２４ａ，２４ｂを介してソース領域１ｄに電気的に接続される。データ線６ａ上には第４層間絶縁膜２５を介して画素電極９ａが積層されている。画素電極９ａは、第４〜第２層間絶縁膜２５，１９，１４を貫通するコンタクトホール２６ａ，２６ｂにより容量線１８を介してドレイン領域１ｅに電気的に接続される。画素電極９ａ上にはポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜１６が積層され、所定方向にラビング処理されている。
【００３９】
走査線３ａ（ゲート電極）にＯＮ信号が供給されることで、チャネル領域１ａが導通状態となり、ソース領域１ｄとドレイン領域１ｅとが接続されて、データ線６ａに供給された画像信号が画素電極９ａに与えられる。
【００４０】
一方、対向基板２０には、対向電極（共通電極）２１が基板２０全面に亘って形成されている。対向電極２１上にポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜２２が積層され、所定方向にラビング処理されている。
【００４１】
そして、素子基板１０と対向基板２０との間に液晶５０が封入されている。これにより、ＴＦＴ３０は所定のタイミングでデータ線６ａから供給される画像信号を画素電極９ａに書き込む。書き込まれた画素電極９ａと対向電極２１との電位差に応じて液晶５０の分子集合の配向や秩序が変化して、光を変調し、階調表示を可能にする。
【００４２】
図３及び図４に示すように、対向基板２０には表示領域を区画する額縁としての遮光膜４２が設けられている。遮光膜４２は例えばブラックストライプを構成する遮光膜２３と同一又は異なる遮光性材料によって形成されている。本実施の形態においては、遮光膜２３は例えばアルミニウムによって構成されており、遮光膜２３に入射した光については十分な反射率で反射させることができるようになっている。これにより、液晶パネルの温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００４３】
遮光膜４２の外側の領域に液晶を封入するシール材４１が、素子基板１０と対向基板２０間に形成されている。シール材４１は対向基板２０の輪郭形状に略一致するように配置され、素子基板１０と対向基板２０を相互に固着する。シール材４１は、素子基板１０の１辺の一部において欠落しており、貼り合わされた素子基板１０及び対向基板２０相互の間隙には、液晶５０を注入するための液晶注入口７８が形成される。液晶注入口７８より液晶が注入された後、液晶注入口７８を封止材７９で封止するようになっている。
【００４４】
素子基板１０のシール材４１の外側の領域には、データ線駆動回路６１及び実装端子６２が素子基板１０の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する２辺に沿って、走査線駆動回路６３が設けられている。素子基板１０の残る一辺には、画面表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路６３間を接続するための複数の配線６４が設けられている。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、素子基板１０と対向基板２０との間を電気的に導通させるための導通材６５が設けられている。
【００４５】
本実施の形態においてはこのように形成された液晶パネルを３枚用いて投射装置を構成している。図１において、光源１１０は、メタルハライドランプ高圧水銀ランプ等であり、ランプからの光をリフレクタ１１２によって前方に反射させる構成である。光源１１０からの出射光路上には、フライアイレンズ１１５、偏光変換素子１１６及び反射ミラー１１７が配設されている。
【００４６】
フライアイレンズ１１５は、第１レンズアレイ１１３及び第２レンズアレイ１１４によって構成されている。第１のレンズアレイ１１３は、入射光束を分割し、多数の２次光源を出射する。更に、第２のレンズアレイ１１４は、後述する各レンズと協働して、液晶パネルの入射面に第１のレンズアレイ１１３からの２次光源を重複して入射させる。これにより、フライアイレンズ１１５は、光源１１０からの光を液晶パネル入射面内において均一な輝度で照射することができる。
【００４７】
フライアイレンズ１１５の出射面側には、偏光変換素子１１６が設けられている。偏光変換素子１１６は、入射光を後述する偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの透過軸方向の偏光成分に変換して出射する。反射ミラー１１７は、光軸に約４５度傾斜して設けられており、偏光変換素子１１６からの出射光を反射させるようになっている。反射ミラー１１７の出射光の光路上には、ダイクロイックミラー１１８及び反射ミラー１２５が光軸に約４５度傾斜して配設されている。ダイクロイックミラー１１８は、青色光及び緑色光を反射させ、赤色光を透過させる。
【００４８】
反射ミラー１２５はダイクロイックミラー１１８を介して入射した赤色光を反射させるようになっている。反射ミラー１２５からの反射光の光路上にフィールドレンズ１２６、赤色用の偏光板１３１Ｒ、液晶パネル１３０Ｒ及び偏光板１３２Ｒが配設されている。反射ミラー１２１からの赤色光はフィールドレンズ１２６に入射され、フィールドレンズ１２６は入射した赤色光束を偏光板１３１Ｒを介して液晶パネル１３０Ｒの表示面に集光するようになっている。
【００４９】
ダイクロイックミラー１１８の反射光の光路上には、光軸に約４５度傾斜してダイクロイックミラー１１９、コンデンサレンズ１２０及び反射ミラー１２１が配設されている。ダイクロイックミラー１１９は、ダイクロイックミラー１１８から反射した青色光及び緑色光のうち緑色光を反射させ、青色光を透過させる。
【００５０】
ダイクロイックミラー１１９の反射光の光路上にはフィールドレンズ１２７、緑色用の偏光板１３１Ｇ、液晶パネル１３０Ｇ及び偏光板１３２Ｇが配設されている。ダイクロイックミラー１１９からの緑色反射光は、フィールドレンズ１２７に入射され、フィールドレンズ１２７は入射した緑色光束を偏光板１３１Ｇを介して液晶パネル１３０Ｇの表示面に集光するようになっている。
【００５１】
反射ミラー１２１は、ダイクロイックミラー１１９を透過した青色光を反射させる。反射ミラー１２１からの反射光の光路上には、コンデンサレンズ１２２及び光軸に約４５度傾斜した反射ミラー１２３が配設されている。反射ミラー１２３は、入射した青色光を反射する。反射ミラー１２３の光路上にはコンデンサレンズ１２４、青色用の偏光板１３１Ｂ、液晶パネル１３０Ｂ及び偏光板１３２Ｂが配設されおり、反射ミラー１２３からの青色反射光はコンデンサレンズ１２４に入射される。コンデンサレンズ１２４は入射した青色光束を偏光板１３１Ｂを介して液晶パネル１３０Ｂの表示面に集光する。
【００５２】
青色光がコンデンサレンズ１２４に到達するまでの光路長は他の２色がフィールドレンズ１２６，１２７に到達するまでの光路長に比べて長い。そこで、コンデンサレンズ１２０、反射ミラー１２１、コンデンサレンズ１２２及び反射ミラー１２３による光学系によって、液晶パネル１３０Ｂに入射する青色光束の照明分布を他の２色が液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇに入射する光束の照明分布と略等しくするようになっている。
【００５３】
偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、夫々入射した光束の所定の偏光成分を通過させて液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射させる。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂは、夫々Ｒ，Ｇ，Ｂ画像信号が供給されており、入射したＲ，Ｇ，Ｂ光を画像信号に基づいて回転させて出射する。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂからの出射光は夫々偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂを介して出射される。偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂからの出射画像光の光路上にはクロスプリズム１３３が配設されている。
【００５４】
偏光板１３１Ｒ、液晶パネル１３０Ｒ及び偏光板１３２Ｒによって、画像信号に応じた透過率で赤色光がクロスプリズム１３３に入射される。同様に、偏光板１３１Ｇ、液晶パネル１３０Ｇ及び偏光板１３２Ｇによって、画像信号に応じた透過率で緑色光がクロスプリズム１３３に入射され、偏光板１３１Ｂ、液晶パネル１３０Ｂ及び偏光板１３２Ｂによって、画像信号に応じた透過率で青色光がクロスプリズム１３３に入射される。
【００５５】
クロスプリズム１３３は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成され、その内面に赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。クロスプリズム１３３は、これらの誘電体多層膜によって、３つのＲ，Ｇ，Ｂ色光を合成して、カラー画像の画像光を出射する。
【００５６】
クロスプリズム１３３の出射光の光路上には投射レンズ１３４が配置されており、投射レンズ１３４は入射した合成画像光をスクリーン１３５上に拡大投射するようになっている。
【００５７】
図６は図１中の偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ（以下、代表して偏光板１３１という）の放熱構造を説明するための説明図である。
【００５８】
図６に示すように、本実施の形態においては、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ（１３１）は、出射面側に熱伝導部材としての金属膜１４１が例えば蒸着によって形成されている。金属膜１４１の平面形状は特に限定されるものではない。出射面の端部には、金属膜１４１に接続された放熱板１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂ（１３６）が取り付けられている。更に、放熱板１３６にはラジエータ１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂ（１３７）が取り付けられている。なお、図１ではラジエータは図示を省略している。
【００５９】
これにより、偏光板１３１の出射面に入射した反射光による熱は、各放熱板１３６を介してラジエータ１３７に伝達され、ラジエータ１３７によって冷却される。こうして、偏光板１３１の出射面の温度が上昇することを防止するようになっている。
【００６０】
これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの温度が所定温度以上の高温となることが防止され、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの熱等による劣化を軽減することができる。
【００６１】
なお、ラジエータ１３７を省略して、投射装置の図示しない金属筐体に放熱板１３６を接続するようにしてもよい。
【００６２】
次に、このように構成された実施の形態の作用について説明する。
【００６３】
光源１１０からの光束は、フライアイレンズ１１５及び偏光変換素子１１６を介して反射ミラー１１７に入射される。フライアイレンズ１１５は、液晶パネル入射面において光を均一な輝度で照射させる。フライアイレンズ１１５の出射光は、偏光変換素子１１６によって偏光板１３１の透過軸方向の偏光成分に変換される。
【００６４】
偏光変換素子１１６の出射光は、反射ミラー１１７で反射され、ダイクロイックミラー１１８，１１９によって、赤色光、緑色光及び青色光に分光される。ダイクロイックミラー１１８からの赤色光は反射ミラー１２５によって反射され、フィールドレンズ１２６を介して偏光板１３１Ｒに入射される。ダイクロイックミラー１１９からの緑色反射光は、フィールドレンズ１２７を介して偏光板１３１Ｇに入射される。ダイクロイックミラー１１９からの青色透過光は、コンデンサレンズ１２０、反射ミラー１２１、コンデンサレンズ１２２、反射ミラー１２３及びコンデンサレンズ１２４を介して偏光板１３１Ｂに入射される。
【００６５】
偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、入射されたＲ，Ｇ，Ｂ光の所定の偏光成分を通過させて液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射させる。偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１ＢからのＲ，Ｇ，Ｂ光は、夫々液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂに入射される。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂは入力された画像信号によって入射したＲ，Ｇ，Ｂ光を回転させる。液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０ＢからのＲ，Ｇ，Ｂ画像光は偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂに入射し、所定の偏光軸成分のみを通過させる。これにより、偏光板１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂからは、画像信号に応じた透過率のＲ，Ｇ，Ｂ画像光が出射され、クロスプリズム１３３によって合成されてスクリーン１３５上に拡大投射される。
【００６６】
液晶パネル１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂの各対向基板に設けられている遮光膜２３に入射した光は、遮光膜２３によって乱反射され、夫々偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの出射面側に照射される。これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、温度が上昇しようとする。しかし、各偏光板１３１の出射面側の熱は、出射面に蒸着された各金属膜１４１から各放熱板１３６を介して各ラジエータ１３７に伝達され、ラジエータ１３７において冷却される。これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの温度上昇が抑制され、各偏光板１３１が高熱になることが防止される。
【００６７】
このように本実施の形態においては、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの出射側面に金属膜を設け、対向基板からの反射光による温度上昇を金属膜、放熱板及びラジエータを介して放熱させることにより抑制し、これにより、偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂが熱劣化することを防止している。
【００６８】
なお、第１の実施の形態においては、偏光板の出射面側に蒸着する金属膜の平面形状については特に限定されていない。しかしながら、金属膜の形成部分については光が透過しないことから、金属膜の形状及び大きさと、透過光量及び放熱効果とを考慮して、金属膜の形状及び大きさを決定した方がよい。なお、金属膜を十分に薄く形成した場合には、金属膜部分でも光は透過する。従って、この場合には、偏光板の全面に金属膜を蒸着することも可能である。
【００６９】
しかし、出射面側の全面に薄く金属膜を蒸着をした場合には、放熱効果は高い反面、やはり偏光板の透過率は比較的低くなってしまう。そこで、金属膜をストライプ状に蒸着することにより、透過率の低下を抑制しながら十分な放熱効果を得て、偏光板の熱劣化を防止する方法が考えられる。
【００７０】
図７は本発明の第２の実施の形態に係り、このようなストライプ状の金属膜が形成された偏光板を採用した液晶装置を示す説明図である。
【００７１】
図７において液晶パネル１５１は、上記第１の実施の形態と同様の液晶パネルであり、素子基板１５２及び対向基板１５３を貼り合わせて構成されている。対向基板１５３側（入射面側）には偏光板１５５が配置され、ＴＦＴ基板１５２側（出射面側）には偏光板１５４が配置されている。
【００７２】
本実施の形態においては、偏光板１５５の出射面側（対向基板１５３側）には例えば蒸着によってストライプ状の金属膜１５６が形成されている。偏光板１５５の出射面側端部には金属膜１５６に接続された放熱板１３６が取り付けられている。
【００７３】
このように構成された実施の形態においては、ランプ１５０からの光は偏光板１５５を透過して液晶パネル１５１に入射する。この場合には、偏光板１５５に形成した放熱用の金属膜１５６はストライプ状に形成されており、偏光板１５５による光の透過率は比較的高い。
【００７４】
対向基板１５３のブラックストライプによる乱反射によって偏光板１５５の出射面側に光が照射される。この照射光によって偏光板１５５に生じた熱は、偏光板１５５に形成されたストライプ状の金属膜１５６を介して放熱板１３６に伝達され、更に、図示しないラジエータを介して放熱される。
【００７５】
このように、本実施の形態においては、図１の実施の形態と同様に、偏光板は十分な放熱効果を有すると共に、光の透過率の劣化を抑制して、高輝度化を促進することが可能である。
【００７６】
図８は本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置に採用される構造複屈折体を用いた偏光子を示す説明図である。
【００７７】
本実施の形態は偏光板を構造複屈折体の偏光子によって構成するようにしたものである。第２実施の形態においては、偏光板の出射面側にストライプ状の金属膜を形成した。このストライプ状の金属膜のピッチを光の波長よりも小さくすると、ストライプ状の金属膜は偏光子としても作用するようになる。このように、構造複屈折体は偏光作用と液晶配向作用との双方を有する。
【００７８】
この特性を利用して、本実施の形態は、構造複屈折体を液晶装置に内蔵するようにしたものである。なお、構造複屈折体は、入射する光の偏光方向により有効屈折率が異なる構造体のことである。構造複屈折体に入射する光の偏光方向により有効屈折率が異なることを利用し、特定の偏光のみを透過させ、特定の偏光のみを反射させることができる。
【００７９】
先ず、構造複屈折体の構造について図８を参照して説明する。
【００８０】
構造複屈折体としては、液晶層に入射する光の波長よりも小さいピッチでストライプ状に配列された複数の光反射体を有する構造のものを採用する。このような構造によって、上述したように、構造複屈折体は特定の偏光のみを透過し、特定の偏光のみを反射することができる。
【００８１】
図８に示すように、入射する光の波長よりも小さいピッチで、ストライプ状に配列された複数の媒質Ａ１０１を具備した構造の構造複屈折体１００において、隣接する媒質Ａ１０１の間隙には、媒質Ａ１０１と異なる屈折率を有する媒質Ｂ１０２が充填されていることが必要である。なお、媒質Ｂ１０２としては、固体、液体、気体を問わない。
【００８２】
このような構造の構造複屈折体１００においては、媒質Ａ１０１の屈折率ｎ１と媒質Ｂ１０２の屈折率ｎ２とが異なるため、構造複屈折体１００に入射した光の偏光方向により有効屈折率が異なる。例えば、媒質Ａ１０１の屈折率ｎ１が媒質Ｂ１０２の屈折率ｎ２よりも大きい場合には、各媒質Ａ１０１の延在方向に対して略平行方向に振動する偏光Ａについての有効屈折率が、各媒質Ａ１０１の延在方向に対して略垂直方向に振動する偏光Ｂについての有効屈折率よりも大きくなる。
【００８３】
媒質Ａ、媒質Ｂが誘電体からなる場合には、媒質Ａ１０１の厚みをａ、媒質Ｂ１０２の厚みをｂとすると、構造複屈折体１００に入射する光のうち、偏光Ａについての有効屈折率Ｎａ、偏光Ｂについての有効屈折率Ｎｂはそれぞれ下記の式（１）、（２）により表されることが知られている（例えば、M.Born and E.Wol f :Princjples of optics， lst ed. （rergamon Press， New York，1959）p.705-708））。下記の式（１）、（２）から分かるように、媒質Ａ１０１の厚みａと媒質Ｂ１０２の厚みｂとの比により、有効屈折率をｎ１〜ｎ２の範囲で変化させることができる。
【００８４】
【００８５】
このように、２種類の媒質で、波長よりも小さい周期構造を形成することにより、光反射型偏光子と同じ作用、即ち構造複屈折体の光軸（透過軸）と平行な偏光に対しては透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を持たせることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態においては、構造複屈折体は、光反射性を有する導電性材料、例えば、アルミニウム、銀、銀合金等により構成されている。そして、構造複屈折体を構成するストライプ状の金属膜は端部において、第１及び第２の実施の形態と同様の放熱板が接続されている（図示省略）。
【００８７】
このように構成された実施の形態においては、構造複屈折体を液晶装置の入射面側に内蔵させることにより、偏光板を用いることなく、所定の偏光軸の入射光のみを対向基板の入射面に入射させることが可能である。
【００８８】
対向基板のブラックストライプによる反射光は構造複屈折体による偏光子側に照射される。しかし、本実施の形態においては、構造複屈折体を構成するストライプ状の金属膜に接続された放熱板を介して、構造複屈折体の生じる熱は放熱されるので、構造複屈折体の温度上昇は抑制され、液晶装置全体が高熱になることが防止されて熱劣化が生じることはない。
【００８９】
また、ストライプ状の金属膜によって偏光作用を有するので、ストライプ状の金属膜を蒸着させる基材としてガラス板を用いることができる。従って、ヨウソ系の偏光板を用いる場合に比して、光の透過率を向上させることができる。更に、ストライプ状の金属膜は光の回折作用によって、光の透過率が向上する。これにより、本実施の形態においては入射光の光量を著しく増大させることが可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、液晶パネルからの反射光によって偏光板が熱劣化することを防止することができるという効果を有する。
【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装置を示す説明図。
【図２】液晶パネルの画素領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図。
【図３】図３はＴＦＴ基板等の素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図であり、
【図４】素子基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶パネルを、図３のＨ−Ｈ'線の位置で切断して示す断面図。
【図５】液晶パネルを詳細に示す断面図。
【図６】図１中の偏光板１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの放熱構造を説明するための説明図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係り、ストライプ状の金属膜が形成された偏光板を採用した液晶装置を示す説明図。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る液晶装置に採用される構造複屈折体を用いた偏光子を示す説明図。
【符号の説明】
１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ…偏光板
１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂ…液晶パネル
１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ…偏光板
１３６Ｒ，１３６Ｇ，１３６Ｂ…放熱板
Claims (5)
- 光源と、
前記光源より出射される光を直線偏光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を透過し、かつ、その光出射面に金属膜が形成された偏光板と、
前記偏光板の光出射面側に配置された液晶パネルと、を有し、
前記偏光変換素子は入射光を前記偏光板の透過軸方向の偏光成分に変換して出射するものであり、
前記液晶パネルは光入射面側基板の液晶層側に光反射性の遮光膜を備え、
前記偏光板は、前記金属膜に接続された放熱板と前記放熱板に接続されたラジエータとを備えたことを特徴とする液晶装置。 - 前記金属膜は、蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
- 前記金属膜は、ストライプ状の金属膜によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
- 光源と、
前記光源より出射される光を直線偏光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を透過し、かつ、ピッチが入射光の波長よりも短いストライプ状の金属膜からなる偏光板と、
前記偏光板の光出射面側に配置された液晶パネルと、を有し、
前記偏光変換素子は入射光を前記偏光板の透過軸方向の偏光成分に変換して出射するものであり、
前記液晶パネルは光入射面側基板の液晶層側に光反射性の遮光膜を備え、
前記偏光板は、前記金属膜に接続された放熱板と前記放熱板に接続されたラジエータとを備えたことを特徴とする液晶装置。 - 上記請求項１乃至４のいずれか１つに記載の液晶装置を用いたことを特徴とする投射装置。
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