【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの照射光を用いて、光変調手段（液晶パネル）で変調された画像を投射手段（投射レンズ）により被投射面（スクリーン）に拡大投影する、投射型表示装置（液晶プロジェクタ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶プロジェクタの構成を図５に示す。
【０００３】
図５において、１は光源ランプであり、例えば高輝度超高圧ランプ、メタルハライドランプ等である。ランプ１から照射された光は、リフレクタ２で反射し、碁盤の目状に配置されたレンズ群の集まりである第１フライアイレンズ３に入射する。その後、全反射ミラー５で反射された光は、第２フライアイレンズ４でさらに集光され、偏光変換素子６に入射する。偏光方向がそろえられた光は、コンデンサレンズ７で集光され、青周波数帯域の光を反射するダイクロイックミラー８に導かれる。
【０００４】
ダイクロイックミラー８により反射された青色光は、全反射ミラー１１でさらに反射させられ、フィールドレンズ２０及び入射側偏光板２３を透過し、青色液晶パネル２６に到達する。一方、青色光反射ダイクロイックミラー８を透過した光は、緑周波数帯域の光を反射するダイクロイックミラー１２で緑色光と赤色光に分離（色分割）される。ダイクロイックミラー１２により反射された緑色光は、フィールドレンズ１９及び入射側偏光板２２を透過し、緑色液晶パネル２５に到達する。ダイクロイックミラー１２を透過した赤色光は、赤色光透過ダイクロイックフィルタ１３で不要な光を除去され、フィールドレンズ１４，１８、リレーレンズ１６、全反射ミラー１５，１７らを通過した後、入射偏光板１８に入射し、赤色液晶パネル２４に到達する。
【０００５】
赤、緑、青の３色の光は、液晶パネル２４，２５，２６にて画像信号に対応した光強度にそれぞれ変調された後、出射側偏光板２７，２８，２９を透過し、ダイクロイック膜が蒸着されたクロスプリズム３０で色合成される。さらに、クロスプリズム３０で合成された光は、投射レンズ３１によって不図示のスクリーン上に拡大投影される。
【０００６】
なお、これらの光学素子は、照明光学ボックス３２内に構成されている。特に、クロスプリズム３０は、形状が同じで、体積が同じである４つのプリズムを貼り合わせて構成されている。
【０００７】
図６は、クロスプリズム３０の周辺部の拡大図である。出射側偏光板２７，２８，２９は、偏光素子４１，４７，３６が透明基板３９，４５，３８に接着剤４０，４６，３７により貼り付けられている。偏光素子は、ヨウ素あるいは有機染料系の２色性物質から成る透明な高分子フィルムであり、これを保持するためにガラス基板等の結晶基板に貼り付けた構成になっている。また、ガラス基板ではなく、フィルム状の偏光素子を直接クロスプリズム３０に貼り付けた構成も知られている。
【０００８】
しかしながら、最近では、プロジェクタに高輝度の投射画像を表示させるため、光源の高輝度化が進められており、特に超高圧水銀ランプの高ワッテージ化が顕著である。また、液晶パネルの高開口率化も急速に進められている。特に、液晶パネルの高開口率化に伴い、光源の輝度を同じレベルに保ったとしても、液晶パネルを透過した後の光量は増加傾向にあり、液晶パネルの出射側偏光板が受ける光量が増加している。特に、ノーマリーホワイトの液晶パネルにおいては、液晶通電時で黒表示の際に出射側偏光板の吸収光量が最も大きくなる。出射側偏光板の吸収光量は熱変換され、出射側偏光板は発熱する。出射側偏光板の発熱状態が長時間続くと、偏光性能が劣化し、コントラストを維持できず、投射画像の画質が劣化してしまう、という問題があった。
【０００９】
この対策として、シロッコファンや軸流ファン等の冷却ファンを設けて出射側偏光板を空冷することが考えられるが、出射側偏光板を十分に冷却するには冷却ファンを大きくしたり、冷却ファンの回転を高くしたりする必要があり、装置自体の大型化、重量化や騒音の問題が新たに発生してしまうことになる。
【００１０】
これに対し、特許文献１には、フィルム状の偏光素子（偏光板シート）の保持用基板としてガラス（熱伝導係数：０．５５〜１．０Ｗ／ｍＫ）を用いる代わりに、熱伝導係数の高いサファイア（熱伝導係数：４２Ｗ／ｍＫ）を用いて、偏光素子で発生した熱をサファイア基板に伝導させて効率的に放熱する方法が提案されている。
【００１１】
さらに、特許文献２には、プロジェクタの光学系を小型化するため、フィルム状の偏光素子とサファイア基板で構成された出射側偏光板を単独で光路に配置するのではなく、図７に示すように、出射側偏光板をクロスプリズム（クロスダイクロイックプリズム）に貼り付けるといった構成が提案されている。特に、この特許文献２では、色合成手段として、４つの同体積のプリズムを貼り合わせたクロスプリズムを用いている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２３１２７７号公報
【特許文献２】
特開２００２−９０８７３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光素子で発生した熱を効率的に伝導させ放熱するために用いられるサファイアは高価なものである。特に、図７のような構成では、赤色光、緑色光、青色光の各光路に対して、計３枚のサファイア基板をクロスプリズムに貼り付けることになるので、大きなコストアップとなってしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためのもので、低コストを図りつつ、偏光素子の熱による投射画像の画質劣化を防止できる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、光源からの照射光を複数の色の光に分割する色分割手段と、分割された光をそれぞれ変調する複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段によりそれぞれ変調された光を合成する色合成手段と、合成された光を被投射面に投射する投射手段とを具備し、前記色合成手段は、偏光素子と基板が貼り合わされた第１のプリズムと、偏光素子が貼り付けられた前記第１のプリズムより体積が大きい第２のプリズムを有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本実施例に係る液晶プロジェクタの構成を図１に示す。本実施例では、色合成手段として、３つの異なる体積のプリズムを貼り合わせた３Ｐ（ピース）プリズムを用いている。
【００１７】
図１において、５１は光源ランプであり、例えば高輝度超高圧ランプ、メタルハライドランプである。ランプ５１から照射された光は、リフレクタ５２で反射し、第１フライアイレンズ５３に入射する。その後、全反射ミラー５５で反射された光は、第２フライアイレンズ５４でさらに集光され、偏光変換素子５６入射する。偏光方向がそろえられた光は、コンデンサレンズ５７で集光され、青周波数帯域の光を反射するダイクロイックミラー５８に導かれる。
【００１８】
ダイクロイックミラー５８により反射された青色光は、全反射ミラー６１でさらに反射させられ、フィールドレンズ７３及び入射側偏光板６３を透過し、青色液晶パネル７７に到達する。一方、青色光反射ダイクロミラー５８を透過した光は、緑周波数帯域の光を反射するダイクロイックミラー６０で緑色光と赤色光に分離（色分割）される。ダイクロイックミラー６０により反射された緑色光は、フィールドレンズ７２及び入射側偏光板７４を透過し、緑色液晶パネル７６に到達する。ダイクロイックミラー６０を透過した赤色光は、赤色光トリミングフィルタ６２により不要な光を除去され、フィールドレンズ機能を有する自由曲面ミラー６６，６７、凹面鏡６８らを通過した後、透明基板５９及び入射側偏光板７１を透過し、赤色液晶パネル７５に到達する。
【００１９】
赤、緑、青の３色の光は、液晶パネル７５，７６，７７にて画像信号に対応した光強度にそれぞれ変調された後、出射側偏光板７８，６９，７０を透過し、上述した３Ｐプリズム６４で色合成される。さらに、３Ｐプリズム６４で合成された光は、投射レンズ６５によって不図示のスクリーン上に拡大投影される。
【００２０】
なお、これらの光学素子は、照明光学ボックス３２内に構成されている。そして、これらの光学素子、特に、入射側偏光板と出射板偏光板は、紙面下側に設けられた不図示の冷却ファンによって紙面に略垂直な方向に送られる冷却風で空冷されている。
【００２１】
図２は、３Ｐプリズム６４の周辺部の拡大図である。３Ｐプリズム６４は、３つの体積の異なるプリズム９４，９５，９６を貼り合わせて構成されている。これらの中で体積の小さいプリズム（第１のプリズム）９４，９５には、フィルム状の偏光素子８７，９２が接着剤８４，８９によりサファイア基板（熱伝導性の基板）８５，９０に貼り付けられ、さらに、これらが接着剤８４，８９により貼り付けられており、青色光出射側偏光板７０及び緑色光出射側偏光板６９として構成されている。一方、これら３つのプリズムの中で最も体積の大きいプリズム（第２のプリズム）９６には、フィルム状の偏光素子８２が接着剤７９により直接貼り付けられており、赤色光出射側偏光板７８として構成されている。
【００２２】
このように、最も体積の大きいプリズム９６は、他のプリズム９４，９５に比べ、偏光素子８２での発生熱に対する熱容量が大きく、放熱するための表面積も大きいため、プリズム９６の赤色光出射側偏光板７８として高価なサファイア基板を省略しても、投射画像の画質を大きく劣化させることはないのである。そして、このような構成によれば、コストダウンが図られるのである。
【００２３】
また、図２の９７の部分は、青色光出射側偏光板７０と緑色光出射側偏光板６９という２枚の偏光板が近接しており、熱量が非常に高くなる恐れがある。そのため、それぞれの偏光板には、サファイア基板を用いている。一方、赤色光出射側偏光板７８は、３Ｐプリズムの構成上、この９７の部分から離れており、高価なサファイア基板を用いなくても構わないのである。
【００２４】
さらに、液晶プロジェクタで白表示させた場合、各液晶パネルから出射された光の光量は、緑、青、赤の順で小さく、赤色光の光量が最も小さいことが実験的に分かっている。よって、このことからも、赤色光出射側偏光板７８として高価なサファイア基板を省略しても構わないのである。
【００２５】
なお、上記構成では、最も体積の大きいプリズム９６を赤色光用プリズムとして用いているが、ダイクロイックミラー等で構成される色分割手段の設計変更により、赤色光光路と青色光光路を入れ換え、最も体積の大きいプリズム９６を青色光用プリズムとして用いるようにしても良い。
【００２６】
また、上記構成では、サファイア基板を用いているが、サファイアの代わりに、蛍石や水晶等の熱伝導係数（熱伝導率）が１０Ｗ／ｍＫ以上の結晶体を用いるようにしても良い。
【００２７】
さらに、また、上記構成では、色合成手段として、３つの異なる体積のプリズム９４，９５，９６を貼り合わせた３Ｐプリズムを用いているが、図４に示すような４つの異なる体積のプリズム１０１，１０２，１０３，１０４を貼り合わせた４Ｐプリズムを用いるようにしても良い。
【００２８】
ここで、出射側偏光板６９，７０，７８に用いられる接着剤８９，８４，７９について以下説明する。
【００２９】
一般的な接着剤（粘着剤）としては、熱伝導係数が０．２１Ｗ／ｍＫのポリビニルアルコール系樹脂の接着剤や、熱伝導係数が０．２１Ｗ／ｍＫのアクリル系接着剤が知られており、これらの接着剤層の厚さは２５μｍ程度である。また、他の接着剤としては、ウレタン系感圧型接着剤等の感圧型接着剤が知られており、その接着剤層の厚さは１０〜６０μｍ程度である。この感圧型接着剤は、透明で光学的に等方性のある接着剤層を与えるものが好ましい。
【００３０】
本実施例では、このような一般的な接着剤（熱伝導係数：０．２〜０．４Ｗ／ｍＫ）よりもさらに高い熱伝導係数を持つ接着剤を用いるのがより好ましい。特に、熱伝導係数が、ガラスの熱伝導係数（０．５５〜１．０Ｗ／ｍＫ）と同等のものか、あるいは、それ以上のもの（例えば４．２〜５．９Ｗ／ｍＫ）が良い。
【００３１】
なお、熱伝導性の高い接着剤には、セラミックやアルミ等の高熱伝導性の添加物が含まれているものもある。このような不透明な接着剤を用いる場合は、光の通る有効領域ではなく、有効領域の周辺部に接着剤を塗布して、偏光素子、サファイア基板、プリズム等を貼り合わせると良い。また、貼り合わせる際、空気は熱伝導係数が０．０２２Ｗ／ｍＫとかなり熱伝導性が悪いので、特に光の通る有効領域に、空気層が生じないように両側から圧力を加えて密着させるようにすると良い。さらに、サファイア基板またはプリズムに、圧力を加えて密着させたとき接着剤がそこへ入り込むような接着剤だまり用の溝を設けて、空気層が生じないようにすると良い。
【００３２】
一般に、熱伝導を表す式として、
Ｑ＝λ・Ａ・（Ｔ１−Ｔ２）／Ｌ
Ｑ：伝熱量（Ｗ／ｈ）
λ：熱伝導率（Ｗ／ｍｈＫ）
Ａ：接着面積（ｍ２）
Ｔ１：接着層の高温側の温度（°Ｃ）
Ｔ２：接着層の低温側の温度（°Ｃ）
Ｌ：接着層の厚さ（ｍ）
が知られている。ここで、熱伝導係数が０．２１から１．０へ約５倍大きくなると、熱伝導率も約５倍大きくなり、伝熱量も約５倍大きくなる。よって、偏光素子で発生する熱が、サファイア基板または色合成手段のプリズムへ、より効果的に伝達され放熱されることになる。
【００３３】
さらに、本実施例では、液性のＵＶ接着剤（ＵＶ硬化型接着剤）、エポキシ接着剤または熱硬化型のアクリル系接着剤を用いて、接着層の厚さを１０μｍ未満にするのがより好ましい。
【００３４】
ここで、熱硬化型接着剤を用いた場合の接着方法を説明する。接着剤７９によりフィルム状の偏光素子８２をプリズム９６に直接貼り付ける際、ディスペンサ等の計量器具を用いて適量の接着剤７９をプリズム９６の接着面に塗布する。その後、接着面に対して平行に配置された板金を用いて接着面全体に均等な圧力を加えながら偏光素子８２をプリズム９６に押付ける。このとき、温度センサで接着部の温度を検出し、その検出温度に基づいてヒータの出力を管理しながら、接着剤７９を硬化させる。
【００３５】
この接着方法により、接着層の厚さを１０μｍ未満に薄くすることができる。なお、上記の熱伝導の式によれば、接着層の厚さを１／２にできれば、伝熱量は２倍に大きくなり、より効果的な熱伝達、放熱が可能になる。
【００３６】
また、上記の熱伝導の式によれば、接着面積を大きくすることで、伝熱量を大きくすることも考えられる。しかしながら、偏光素子をサファイア基板に貼り付ける場合、高価なサファイアを大きく用いることになり、コストアップしてしまうので、あまり好ましくはない。
【００３７】
これまで、主に出射側偏光板について説明してきた。以下、入射側偏光板について説明する。
【００３８】
図２において、緑色光用の入射側偏光板７４は、接着剤９３によりフィールドレンズ（平凸レンズ）７２に貼り付けられている。一方、３Ｐプリズム６４に形成されたダイクロイック膜は、青色光路及び赤色光路において反射光と透過光で偏光方向の依存性を持つため、液晶パネル７７，７５の入射側に１／２波長板（位相板、位相差板）６３ｂ，７１ｂを配置して、液晶パネル７７，７５に入射する光の偏光方向を９０度回転させる必要がある。よって、青色光用と赤色光用の入射側偏光素子６３ａ，７１ａ、１／２波長板６３ｂ，７１ｂ、および、フィールドレンズ７３，透明基板５９のそれぞれ三者は、接着剤８８，８３により貼り合わせられている。
【００３９】
このとき、入射側偏光板に用いられる接着剤９３，８８，８３として、出射側偏光板に用いられる接着剤８９，８４，７９と同様に、１．０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導係数を持つ接着剤を用いて、接着層の厚さを１０μｍ未満にするのがより好ましい。
【００４０】
（第２実施例）
本実施例では、上記第１実施例で、青色光用と赤色光用の液晶パネルの入射側に配置された位相板を、液晶パネルの出射側に配置したものである。
【００４１】
図３は、本実施例に係る３Ｐプリズム６４の周辺部の拡大図を示したものであり、第１実施例の図２と同じ構成要素には同符号を付している。
【００４２】
図３において、３Ｐプリズム６４は、３つの体積の異なるプリズム９４，９５，９６を貼り合わせて構成されている。これらの中で最も体積の小さいプリズム９５には、フィルム状の偏光素子９２が接着剤８９によりサファイア基板９０に貼り付けられ、さらに、この両者が接着剤８９により貼り付けられており、緑色光出射側偏光板６９として構成されている。また、これらの中で２番目に体積が小さいプリズム９４には、フィルム状の偏光素子８７ａが接着剤８４により位相板８７ｂに貼り付けられ、この両者が接着剤８４によりサファイア基板８５に貼り付けられ、さらに、この三者が接着剤８４により貼り付けられており、青色光出射側偏光板７０として構成されている。一方、これら３つのプリズムの中で最も体積の大きいプリズム９６には、フィルム状の偏光素子８２ａが接着剤７９により位相板８２ｂに貼り付けられ、この両者が接着剤７９により直接貼り付けられており、赤色光出射側偏光板７８として構成されている。
【００４３】
このように、最も体積の大きいプリズム９６は、他のプリズム９４，９５に比べ、偏光素子８２ａでの発生熱に対する熱容量が大きく、放熱するための表面積も大きいため、プリズム９６の赤色光出射側偏光板７８として高価なサファイア基板を省略しても、投射画像の画質を大きく劣化させることはないのである。そして、このような構成によれば、コストダウンが図られるのである。
【００４４】
ここで、上述した本発明の実施形態を以下に列挙しておく。
（１）光源からの照射光を複数の色の光に分割する色分割手段と、分割された光をそれぞれ変調する複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段によりそれぞれ変調された光を合成する色合成手段と、合成された光を被投射面に投射する投射手段とを具備する投射型表示装置において、前記色合成手段は、偏光素子と基板が貼り合わされた第１のプリズムと、偏光素子が貼り付けられた前記第１のプリズムより体積が大きい第２のプリズムを有する投射型表示装置。
（２）前記色合成手段は、体積が異なる３つのプリズム、または、体積が異なる４つのプリズムから成ることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）前記基板は、サファイア、蛍石および水晶のうちのいずれかから成る熱伝導性基板であることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（４）前記第１のプリズムに偏光素子と基板を貼り合わせる際、または、前記第２のプリズムに偏光素子を貼り付ける際に用いられる接着剤の熱伝導係数は、１Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（５）前記第１のプリズムに偏光素子と基板を貼り合わせる際、または、前記第２のプリズムに偏光素子を貼り付ける際に用いられる接着剤は、エポキシ接着剤であることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（６）前記第１のプリズムに偏光素子と基板を貼り合わせる際、または、前記第２のプリズムに偏光素子を貼り付ける際に用いられる接着剤は、ＵＶ硬化型接着剤または熱硬化型接着剤であることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（７）前記第１のプリズムに偏光素子と基板を貼り合わせる際、または、前記第２のプリズムに偏光素子を貼り付ける際の接着層の厚さは、１０μｍ未満であることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（８）前記光変調手段の入射側に、平凸レンズに偏光素子を貼り付けた第１の素子、平凸レンズに偏光素子と位相板を貼り合わせた第２の素子、または、基板に偏光素子と位相板を貼り合わせた第３の素子をさらに具備する上記（１）に記載の投射型表示装置。
（９）前記第１のプリズムまたは前記第２のプリズムには、位相板がさらに貼り付けられていることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（１０）複数の光を合成する光合成素子において、偏光素子と基板が貼り合わされた第１のプリズムと、偏光素子が貼り付けられた前記第１のプリズムより体積が大きい第２のプリズムを有する光合成素子。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストを図りつつ、偏光素子の熱による投射画像の画質劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶プロジェクタの構成図。
【図２】第１実施例に係る３Ｐプリズムの周辺部の拡大図。
【図３】第１実施例に係る３Ｐプリズムの周辺部の拡大図。
【図４】４つの異なる体積のプリズムを貼り合わせた４Ｐプリズムの構成図。
【図５】従来の液晶プロジェクタの構成図。
【図６】従来技術のある形態に係るクロスプリズムの周辺部の拡大図。
【図７】従来技術の別の形態に係るクロスプリズムの周辺部の拡大図。
【符号の説明】
１，５１ 光源
２，５２ リフレクタ
３，４，５３，５４ フライアイレンズ
５，５５ ミラー
６，５６ ＰＳ変換素子
７，５７ コンデンサレンズ
８，１２，５８，６０ ダイクロイックミラー
１１，１５，１７，６１ ミラー
１３，６２：フィルタ、１４ フィールドレンズ
１６ リレーレンズ
１８，１９，２０，７２，７３ フィールドレンズ
２１，２２，２３，６３，７１，７４ 入射側偏光板
２４，２５，２６，７５，７６，７７ 液晶パネル
２７，２８，２９，６９，７０，７８ 出射側偏光板
３０ クロスプリズム
３１，６５ 投射レンズ
３２ 光学ボックス
３６，４１，４７ 偏光素子
３７，４０，４６ 接着剤
３８，３９，４５，５９ 透明基板
６３ａ，７１ａ，８２，８２ａ，８７，８７ａ，９２ 偏光素子（偏光板）
６３ｂ，７１ｂ，７４，８２ｂ，８７ｂ 位相板
６４ ３Ｐプリズム
６６，６７ 自由曲面ミラー
６８ 凹面鏡
７９，８３，８４，８８，８９，９３ 接着剤
８５，９０ サファイア基板
９４，９５，９６，１０１，１０２，１０３，１０４ プリズム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device (liquid crystal display) that enlarges and projects an image modulated by a light modulation unit (liquid crystal panel) on a projection surface (screen) by a projection unit (projection lens) using irradiation light from a light source. Projector).
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows a configuration of a conventional liquid crystal projector.
[0003]
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a light source lamp, for example, a high-brightness ultra-high pressure lamp, a metal halide lamp, or the like. Light emitted from the lamp 1 is reflected by the reflector 2 and is incident on a first fly-eye lens 3 which is a group of lens groups arranged in a grid pattern. After that, the light reflected by the total reflection mirror 5 is further condensed by the second fly-eye lens 4 and enters the polarization conversion element 6. The light whose polarization direction is aligned is condensed by a condenser lens 7 and guided to a dichroic mirror 8 that reflects light in a blue frequency band.
[0004]
The blue light reflected by the dichroic mirror 8 is further reflected by the total reflection mirror 11, passes through the field lens 20 and the incident side polarizing plate 23, and reaches the blue liquid crystal panel 26. On the other hand, the light transmitted through the blue light reflecting dichroic mirror 8 is separated (color-divided) into green light and red light by a dichroic mirror 12 that reflects light in a green frequency band. The green light reflected by the dichroic mirror 12 passes through the field lens 19 and the incident side polarizing plate 22 and reaches the green liquid crystal panel 25. The red light transmitted through the dichroic mirror 12 is filtered by a red light transmitting dichroic filter 13 to remove unnecessary light. After passing through field lenses 14 and 18, a relay lens 16, total reflection mirrors 15 and 17, etc., the incident polarizer 18 And reaches the red liquid crystal panel 24.
[0005]
The three colors of light of red, green, and blue are modulated by the liquid crystal panels 24, 25, and 26 to light intensities corresponding to image signals, respectively, and then transmitted through the output-side polarizing plates 27, 28, and 29 to form a dichroic film. Are synthesized by the deposited cross prism 30. Further, the light combined by the cross prism 30 is enlarged and projected by a projection lens 31 on a screen (not shown).
[0006]
Note that these optical elements are configured in the illumination optical box 32. In particular, the cross prism 30 is formed by bonding four prisms having the same shape and the same volume.
[0007]
FIG. 6 is an enlarged view of the periphery of the cross prism 30. In the emission-side polarizing plates 27, 28, and 29, polarizing elements 41, 47, and 36 are attached to transparent substrates 39, 45, and 38 with adhesives 40, 46, and 37, respectively. The polarizing element is a transparent polymer film made of iodine or an organic dye-based dichroic substance, and has a configuration in which the polarizing element is attached to a crystal substrate such as a glass substrate to hold it. Also, a configuration in which a film-shaped polarizing element is directly attached to the cross prism 30 instead of a glass substrate is known.
[0008]
However, recently, in order to display a high-brightness projected image on a projector, the brightness of the light source has been increased, and particularly, the wattage of an ultra-high pressure mercury lamp has been remarkably increased. In addition, the aperture ratio of liquid crystal panels has been rapidly increased. In particular, as the aperture ratio of the liquid crystal panel increases, the amount of light after passing through the liquid crystal panel tends to increase even if the luminance of the light source is kept at the same level, and the amount of light received by the output-side polarizing plate of the liquid crystal panel increases. are doing. In particular, in a normally white liquid crystal panel, the amount of light absorbed by the light-exiting-side polarizing plate becomes the largest when a liquid crystal is energized and black is displayed. The amount of light absorbed by the output side polarizing plate is converted into heat, and the output side polarizing plate generates heat. If the heat generation state of the emission side polarizing plate continues for a long time, there is a problem that the polarization performance is deteriorated, the contrast cannot be maintained, and the image quality of the projected image is deteriorated.
[0009]
As a countermeasure, it is conceivable to provide a cooling fan such as a sirocco fan or an axial flow fan to air-cool the output-side polarizing plate.However, in order to sufficiently cool the output-side polarizing plate, it is necessary to use a larger cooling fan or a cooling fan. It is necessary to increase the rotation of the device itself, which causes a new problem of an increase in size, weight, and noise of the device itself.
[0010]
On the other hand, in Patent Document 1, instead of using glass (thermal conductivity coefficient: 0.55 to 1.0 W / mK) as a substrate for holding a film-like polarizing element (polarizing sheet), the thermal conductivity coefficient is reduced. A method has been proposed in which heat generated by a polarizing element is conducted to a sapphire substrate to efficiently radiate heat by using high sapphire (thermal conductivity coefficient: 42 W / mK).
[0011]
Further, in Patent Document 2, in order to reduce the size of the optical system of the projector, an output-side polarizing plate composed of a film-shaped polarizing element and a sapphire substrate is not disposed alone in the optical path, as shown in FIG. In addition, a configuration has been proposed in which an output side polarizing plate is attached to a cross prism (cross dichroic prism). In particular, in Patent Document 2, a cross prism in which four prisms of the same volume are attached to each other is used as a color synthesizing unit.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-11-231277 [Patent Document 2]
JP 2002-90873 A
[Problems to be solved by the invention]
However, sapphire used to efficiently conduct and radiate the heat generated by the polarizing element is expensive. In particular, in the configuration shown in FIG. 7, a total of three sapphire substrates are attached to the cross prism for each of the red light, green light, and blue light paths, resulting in a large increase in cost.
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a projection display device that can prevent image quality degradation of a projected image due to heat of a polarizing element while reducing costs.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a projection display device according to the present invention includes a color dividing unit that divides irradiation light from a light source into light of a plurality of colors, and a plurality of light modulation units that respectively modulate the divided light. Means, a color synthesizing means for synthesizing light modulated by the plurality of light modulating means, and a projection means for projecting the synthesized light onto a projection surface, wherein the color synthesizing means includes a polarizing element and It has a first prism to which a substrate is attached and a second prism having a larger volume than the first prism to which a polarizing element is attached.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of the liquid crystal projector according to the present embodiment. In this embodiment, a 3P (piece) prism in which three different volume prisms are bonded is used as the color combining means.
[0017]
In FIG. 1, reference numeral 51 denotes a light source lamp, for example, a high-intensity ultra-high pressure lamp or a metal halide lamp. Light emitted from the lamp 51 is reflected by the reflector 52 and enters the first fly-eye lens 53. After that, the light reflected by the total reflection mirror 55 is further condensed by the second fly-eye lens 54 and enters the polarization conversion element 56. The light whose polarization direction is aligned is condensed by a condenser lens 57 and guided to a dichroic mirror 58 that reflects light in the blue frequency band.
[0018]
The blue light reflected by the dichroic mirror 58 is further reflected by the total reflection mirror 61, passes through the field lens 73 and the incident side polarizing plate 63, and reaches the blue liquid crystal panel 77. On the other hand, the light transmitted through the blue light reflecting dichroic mirror 58 is separated (color-divided) into green light and red light by a dichroic mirror 60 that reflects light in a green frequency band. The green light reflected by the dichroic mirror 60 passes through the field lens 72 and the incident side polarizing plate 74 and reaches the green liquid crystal panel 76. The red light transmitted through the dichroic mirror 60 is filtered by a red light trimming filter 62 to remove unnecessary light. The red light passes through free-form mirrors 66 and 67 having a field lens function, a concave mirror 68, and the like. The light passes through the plate 71 and reaches the red liquid crystal panel 75.
[0019]
The three colors of light of red, green, and blue are respectively modulated by the liquid crystal panels 75, 76, and 77 to light intensities corresponding to image signals, and then transmitted through the output-side polarizing plates 78, 69, and 70, and are described above. The color is synthesized by the 3P prism 64. Further, the light synthesized by the 3P prism 64 is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 65.
[0020]
Note that these optical elements are configured in the illumination optical box 32. These optical elements, in particular, the incident-side polarizing plate and the exit-side polarizing plate, are air-cooled by a cooling air sent in a direction substantially perpendicular to the plane of the drawing by a cooling fan (not shown) provided below the drawing.
[0021]
FIG. 2 is an enlarged view of a peripheral portion of the 3P prism 64. The 3P prism 64 is formed by bonding three prisms 94, 95, and 96 having different volumes. Of these, prisms (first prisms) 94 and 95 having a small volume have film-shaped polarizing elements 87 and 92 adhered to sapphire substrates (thermally conductive substrates) 85 and 90 by adhesives 84 and 89. These are further adhered by adhesives 84 and 89, and are configured as a blue light emitting side polarizing plate 70 and a green light emitting side polarizing plate 69. On the other hand, a polarizing element 82 in the form of a film is directly adhered to the prism (second prism) 96 having the largest volume among these three prisms by an adhesive 79. It is configured.
[0022]
As described above, the prism 96 having the largest volume has a larger heat capacity with respect to the heat generated in the polarizing element 82 and a larger surface area for radiating heat than the other prisms 94 and 95. Even if an expensive sapphire substrate is omitted as the plate 78, the quality of the projected image is not significantly deteriorated. According to such a configuration, the cost can be reduced.
[0023]
In addition, in a portion 97 in FIG. 2, two polarizing plates, a blue light emitting side polarizing plate 70 and a green light emitting side polarizing plate 69, are close to each other, and there is a possibility that the calorific value becomes extremely high. Therefore, a sapphire substrate is used for each polarizing plate. On the other hand, the red-light-emitting-side polarizing plate 78 is separated from the portion 97 due to the configuration of the 3P prism, and thus does not need to use an expensive sapphire substrate.
[0024]
Furthermore, when white display is performed by a liquid crystal projector, the amount of light emitted from each liquid crystal panel is smaller in the order of green, blue, and red, and it is experimentally known that the amount of red light is the smallest. Therefore, also from this, an expensive sapphire substrate may be omitted as the red light emitting side polarizing plate 78.
[0025]
In the above configuration, the prism 96 having the largest volume is used as the prism for red light. However, due to a design change of the color dividing means constituted by a dichroic mirror or the like, the red light optical path and the blue light optical path are exchanged, and May be used as the blue light prism.
[0026]
Further, in the above configuration, a sapphire substrate is used, but instead of sapphire, a crystal having a thermal conductivity (thermal conductivity) of 10 W / mK or more such as fluorite or quartz may be used.
[0027]
Furthermore, in the above configuration, a 3P prism in which three different volume prisms 94, 95, and 96 are adhered to each other is used as the color synthesizing means. However, as shown in FIG. A 4P prism in which 102, 103, and 104 are bonded may be used.
[0028]
Here, the adhesives 89, 84, 79 used for the emission side polarizing plates 69, 70, 78 will be described below.
[0029]
As a general adhesive (adhesive), an adhesive of a polyvinyl alcohol resin having a thermal conductivity of 0.21 W / mK and an acrylic adhesive having a thermal conductivity of 0.21 W / mK are known. The thickness of these adhesive layers is about 25 μm. As another adhesive, a pressure-sensitive adhesive such as a urethane-based pressure-sensitive adhesive is known, and the thickness of the adhesive layer is about 10 to 60 μm. The pressure-sensitive adhesive preferably provides a transparent and optically isotropic adhesive layer.
[0030]
In this embodiment, it is more preferable to use an adhesive having a higher thermal conductivity than such a general adhesive (thermal conductivity: 0.2 to 0.4 W / mK). In particular, it is preferable that the thermal conductivity is equal to or higher than the thermal conductivity of glass (0.55 to 1.0 W / mK) (for example, 4.2 to 5.9 W / mK).
[0031]
Some adhesives having high thermal conductivity include additives having high thermal conductivity such as ceramics and aluminum. In the case where such an opaque adhesive is used, an adhesive is preferably applied to the periphery of the effective area instead of the effective area through which light passes, and a polarizing element, a sapphire substrate, a prism, or the like may be attached. In addition, when bonding, air has a heat conduction coefficient of 0.022 W / mK, which is considerably poor in heat conductivity, so that pressure is applied from both sides so that an air layer is not generated particularly in an effective area through which light passes. It is good to Further, it is preferable to provide a groove for an adhesive pool in which the adhesive enters when a pressure is applied to the sapphire substrate or the prism so that an air layer is not generated.
[0032]
In general, as an equation representing heat conduction,
Q = λ · A · (T 1 −T 2 ) / L
Q: Heat transfer (W / h)
λ: thermal conductivity (W / mhK)
A: Adhesion area (m 2 )
T 1 : temperature on the high temperature side of the adhesive layer (° C.)
T 2 : temperature on the low temperature side of the adhesive layer (° C.)
L: thickness of adhesive layer (m)
It has been known. Here, when the thermal conductivity coefficient increases from 0.21 to 1.0 by about 5 times, the thermal conductivity also increases by about 5 times, and the heat transfer amount also increases by about 5 times. Therefore, the heat generated in the polarizing element is more effectively transmitted to the sapphire substrate or the prism of the color synthesizing means and radiated.
[0033]
Further, in this embodiment, it is more preferable to use a liquid UV adhesive (UV curable adhesive), an epoxy adhesive or a thermosetting acrylic adhesive to reduce the thickness of the adhesive layer to less than 10 μm. preferable.
[0034]
Here, a bonding method using a thermosetting adhesive will be described. When the film-shaped polarizing element 82 is directly attached to the prism 96 with the adhesive 79, an appropriate amount of the adhesive 79 is applied to the bonding surface of the prism 96 using a measuring instrument such as a dispenser. Thereafter, the polarizing element 82 is pressed against the prism 96 while applying a uniform pressure to the entire bonding surface using a metal plate arranged in parallel with the bonding surface. At this time, the temperature of the bonding portion is detected by the temperature sensor, and the adhesive 79 is cured while controlling the output of the heater based on the detected temperature.
[0035]
With this bonding method, the thickness of the bonding layer can be reduced to less than 10 μm. According to the above equation of heat conduction, if the thickness of the adhesive layer can be reduced to １ ／, the amount of heat transfer is doubled, and more effective heat transfer and heat dissipation can be achieved.
[0036]
Further, according to the above equation of heat conduction, it is conceivable to increase the heat transfer amount by increasing the bonding area. However, when a polarizing element is attached to a sapphire substrate, expensive sapphire is largely used and the cost is increased.
[0037]
Until now, the output side polarizing plate has been mainly described. Hereinafter, the incident side polarizing plate will be described.
[0038]
In FIG. 2, an incident-side polarizing plate 74 for green light is attached to a field lens (plano-convex lens) 72 with an adhesive 93. On the other hand, the dichroic film formed on the 3P prism 64 has a polarization direction dependency between reflected light and transmitted light in the blue light path and the red light path. Plates, retardation plates) 63b, 71b, and the polarization direction of light incident on the liquid crystal panels 77, 75 needs to be rotated by 90 degrees. Therefore, the three members of the incident-side polarizing elements 63a and 71a for blue light and red light, the half-wave plates 63b and 71b, the field lens 73, and the transparent substrate 59 are bonded with the adhesives 88 and 83, respectively. Have been.
[0039]
At this time, as the adhesives 93, 88, 83 used for the incident side polarizing plate, the adhesives having a heat conduction coefficient of 1.0 W / mK or more, like the adhesives 89, 84, 79 used for the outgoing side polarizing plate. More preferably, the thickness of the adhesive layer is reduced to less than 10 μm using an agent.
[0040]
(Second embodiment)
In this embodiment, the phase plates arranged on the incident side of the liquid crystal panels for blue light and red light in the first embodiment are arranged on the emission side of the liquid crystal panel.
[0041]
FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of the 3P prism 64 according to the present embodiment, and the same components as those in FIG. 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0042]
In FIG. 3, the 3P prism 64 is configured by bonding three prisms 94, 95, and 96 having different volumes. A polarizing element 92 in the form of a film is attached to the sapphire substrate 90 with an adhesive 89 on the prism 95 having the smallest volume among these, and both of them are attached with the adhesive 89. It is configured as a side polarizing plate 69. In addition, among the prisms 94 having the second smallest volume among these, a film-shaped polarizing element 87a is attached to a phase plate 87b with an adhesive 84, and both are attached to a sapphire substrate 85 with an adhesive 84. Further, these three members are attached by an adhesive 84, and are configured as a blue light emitting side polarizing plate 70. On the other hand, the prism 96 having the largest volume among the three prisms has the film-shaped polarizing element 82a attached to the phase plate 82b with the adhesive 79, and both of them are directly attached with the adhesive 79. , A red light emitting side polarizing plate 78.
[0043]
As described above, the prism 96 having the largest volume has a larger heat capacity with respect to the heat generated by the polarizing element 82a and a larger surface area for radiating heat than the other prisms 94 and 95. Even if an expensive sapphire substrate is omitted as the plate 78, the quality of the projected image is not significantly deteriorated. According to such a configuration, the cost can be reduced.
[0044]
Here, the embodiments of the present invention described above are listed below.
(1) Color dividing means for dividing the irradiation light from the light source into light of a plurality of colors, a plurality of light modulating means for modulating each of the divided lights, and light modulated by the plurality of light modulating means. In a projection display device including a color combining unit for combining and a projecting unit for projecting the combined light onto a projection surface, the color combining unit includes: a first prism in which a polarizing element and a substrate are bonded; A projection display device having a second prism having a larger volume than the first prism to which a polarizing element is attached.
(2) The projection display device according to (1), wherein the color synthesizing unit includes three prisms having different volumes or four prisms having different volumes.
(3) The projection display device according to (1), wherein the substrate is a thermally conductive substrate made of any one of sapphire, fluorite, and quartz.
(4) The adhesive used when bonding the polarizing element and the substrate to the first prism or when bonding the polarizing element to the second prism has a thermal conductivity coefficient of 1 W / mK or more. The projection display device according to the above (1), wherein
(5) The adhesive used when bonding the polarizing element and the substrate to the first prism or when bonding the polarizing element to the second prism is an epoxy adhesive. The projection display device according to (1).
(6) The adhesive used when bonding the polarizing element and the substrate to the first prism or when bonding the polarizing element to the second prism is a UV-curable adhesive or a thermosetting adhesive. The projection display device according to the above (1), wherein
(7) The thickness of the adhesive layer when bonding a polarizing element and a substrate to the first prism or when bonding a polarizing element to the second prism is less than 10 μm. The projection display device according to (1).
(8) A first element in which a polarizing element is attached to a plano-convex lens, a second element in which a polarizing element and a phase plate are attached to a plano-convex lens, or a polarizing element is attached to a substrate, on the incident side of the light modulating means. The projection display device according to (1), further including a third element to which a phase plate is attached.
(9) The projection display device according to (1), wherein a phase plate is further attached to the first prism or the second prism.
(10) A photosynthesis element that combines a plurality of lights, the photosynthesis including a first prism having a polarizing element and a substrate attached thereto and a second prism having a larger volume than the first prism having the polarizing elements attached thereto. element.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent image quality deterioration of a projected image due to heat of a polarizing element while reducing costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a liquid crystal projector according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a peripheral portion of a 3P prism according to the first embodiment.
FIG. 3 is an enlarged view of a peripheral portion of a 3P prism according to the first embodiment.
FIG. 4 is a configuration diagram of a 4P prism in which four different volume prisms are bonded.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal projector.
FIG. 6 is an enlarged view of a peripheral portion of a cross prism according to an embodiment of the related art.
FIG. 7 is an enlarged view of a peripheral portion of a cross prism according to another embodiment of the related art.
[Explanation of symbols]
1,51 Light source 2,52 Reflector 3,4,53,54 Fly-eye lens 5,55 Mirror 6,56 PS conversion element 7,57 Condenser lens 8,12,58,60 Dichroic mirror 11,15,17,61 Mirror 13, 62: Filter, 14 Field lens 16 Relay lens 18, 19, 20, 72, 73 Field lens 21, 22, 23, 63, 71, 74 Incident side polarizing plate 24, 25, 26, 75, 76, 77 Liquid crystal Panels 27, 28, 29, 69, 70, 78 Emission-side polarizing plate 30 Cross prism 31, 65 Projection lens 32 Optical boxes 36, 41, 47 Polarizing elements 37, 40, 46 Adhesives 38, 39, 45, 59 Transparent substrate 63a, 71a, 82, 82a, 87, 87a, 92 Polarizing element (polarizing plate)
63b, 71b, 74, 82b, 87b Phase plate 64 3P prism 66, 67 Free-form mirror 68 Concave mirror 79, 83, 84, 88, 89, 93 Adhesive 85, 90 Sapphire substrates 94, 95, 96, 101, 102, 103,104 Prism