专利名称：液晶投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影显示液晶显示装置的图像的液晶投影仪。
背景技术：
以往，作为报告或家庭影院用途的图像投影装置，被广泛知道的有液晶投影仪。液晶投影仪由作为光调制装置的液晶光阀(液晶面板)、向液晶光阀照射光的光源灯等构成，将由液晶面板调制后的光放大投影到屏幕上，来显示图像。在这种液晶投影仪中，为了应对小型化、高精细化、高亮度化的要求，使用照射强光的光源灯。
用于液晶投影仪中的液晶光阀在光入射面侧和光射出面侧具备偏光板。偏光板具有如下功能，即仅使从光源灯照射的偏光轴方向的光成分透过，阻断其它的光成分。因此，在阻断偏光轴方向的光成分以外的光时发热。由于该发热，影响了偏光板或液晶面板自身的特性，损害投影到屏幕上的图像的鲜明度。另外，存在若液晶面板的表面上附着尘埃等异物或伤痕，则投影的图像中会产生缺陷的问题。为了应对这种问题，提出了一种投影装置，通过在液晶光阀的前后侧粘接玻璃而成为密闭状态，从而防止附着尘埃，同时，进行液晶面板的冷却(例如参照专利文献1)。
专利文献1日本特开平9-105901号公报用于液晶投影仪的液晶光阀除了由从光源灯照射的光引起的发热、尘埃附着外，还存在如下问题。
液晶光阀多采用点阵型的、使用薄膜晶体管(TFT(Tbin FilmTransistor))的有源矩阵方式的液晶光阀。通常，TFT有源矩阵方式的液晶光阀为了获得充分的对比度，在TFT基板上形成遮光部(黑色矩阵)，遮挡绕进到TFT的光，或遮挡来自显示电极以外的光泄漏。在使用这种点阵型液晶光阀的液晶投影仪中，当由投影镜头将由液晶光阀的像素构成的图像放大投影到屏幕面上时，在像素数少、并且黑色矩阵的宽度较宽的情况下，或在放大倍率大的情况下，黑色矩阵被投影到图像中，损害图像质量。并且，在液晶光阀向小型化发展的方向上，开口率(光透过的开口部与黑色矩阵的面积比率)变低，进一步损害图像质量。
发明内容
因此，本发明提供一种液晶投影仪，可在使包含液晶光阀在内的光调制装置的放热性提高的同时，防止尘埃等附着在液晶光阀的表面上。另外，目的在于提供一种使形成于液晶光阀的像素间的黑色矩阵不显眼的液晶投影仪。
为了解决上述问题，本发明的液晶投影仪的特征在于，具备光源部；色光分离装置，其将来自所述光源部的射出光分离成3种色光；光调制装置，其内置有液晶光阀，根据提供的图像信号来调制所述3种色光，并射出作为规定的直线偏振光的调制光；合成所述调制光的色光合成装置；和投影光学装置，其将在所述色光合成装置中合成的合成光放大投影到屏幕上，在所述光调制装置的相比所述液晶光阀更位于入射侧的一侧，配置有第1防尘玻璃，该第1防尘玻璃由具有单轴晶体的晶体结构的石英或蓝宝石构成，防止尘埃附着于所述光调制装置上，在射出侧设置有第2防尘玻璃，该第2防尘玻璃由具有双折射性的石英或蓝宝石构成，防止尘埃附着于所述光调制装置上。
根据该结构，通过在光调制装置的入射侧和射出侧设置由导热率较高的石英或蓝宝石构成的第1防尘玻璃与第2防尘玻璃，可将由于吸收不能透过光调制装置的光所产生的发热传导到各防尘玻璃，高效地放出该热。由此，可维持光调制装置的特性，得到无照度不均的投影图像。另外，可防止尘埃等附着在光调制装置的表面上。并且，通过由具有双折射性的石英或蓝宝石构成配置在调制装置射出侧的第2防尘玻璃，利用其双折射性，将从光调制装置射出的调制光分离成正常光线与异常光线，使分离后的异常光线组成的合成光成像于黑色矩阵上，从而当放大投影到屏幕上时，黑色矩阵变得不显眼，图像质量提高。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于还在所述具有双折射性的第2防尘玻璃与所述投影光学装置之间的光路上，从所述第2防尘玻璃的射出面侧起，依次具备1/4波长板、和具有双折射性的双折射板。
根据该结构，通过从具有双折射性的第2防尘玻璃的射出面侧起，依次具备1/4波长板、和具有双折射性的双折射板，从而被第2防尘玻璃分离成正常光线与异常光线的各调制光在双折射板中进一步被分离成正常光线与异常光线，将在色光合成装置中合成的合成光放大投影到屏幕上。当放大投影到屏幕上时，被分离成正常光线与异常光线的各合成光被分别投影到分别沿水平方向与垂直方向设定的间隔规定距离的位置上，在由正常光线投影的图像的黑色矩阵上，沿水平方向被分离的异常光线和沿垂直方向被分离的异常光线在二维方向上重合，黑色矩阵变得更不显眼。由此，放大投影到屏幕投影面上的图像质量进一步提高。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、和所述第2防尘玻璃被保持于矩形筒状的支撑体上。根据该结构，通过把光调制装置、第1防尘玻璃、和第2防尘玻璃保持于矩形筒状的支撑体上，可把光调制装置中产生的热经第1防尘玻璃和第2防尘玻璃，释放到矩形筒状的支撑体，可提高光调制装置的放热效果。由此，可维持光调制装置的特性，得到无照度不均的投影图像。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述1/4波长板、和所述具有双折射性的双折射板设置于所述具有双折射性的第2防尘玻璃和所述色光合成装置之间的光路上。
根据该结构，通过把1/4波长板、和具有双折射性的双折射板设置于具有双折射性的第2防尘玻璃与色光合成装置之间的光路上，可将1/4波长板和双折射板，与光调制装置、第1防尘玻璃和第2防尘玻璃构成为一个部件单元，与独立地配置1/4波长板和双折射板的情况相比，可实现空间效率的提高，同时，有助于低成本化。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述1/4波长板由石英1/4波长板、1/4相位差膜、高分子液晶膜和石英相位板中的任一种构成。
根据该结构，作为1/4波长板，通过分开使用石英1/4波长板、1/4相位差膜、高分子液晶膜和石英相位板，自由度增大，可高效地配置液晶投影仪。在使用1/4相位差膜或高分子液晶膜的情况下，由于各膜较薄，所以有助于提高空间效率。另外，在使用石英相位板的情况下，可将从光源射出的光用于宽频域中。另外，随着石英板的厚度变大，透过的光的相位周期变短，颜色不均变得不显眼。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、和所述第2防尘玻璃被利用紫外线固化粘接剂粘接保持在所述矩形筒状的支撑体上。
根据该结构，通过利用紫外线固化粘接剂把光调制装置、第1防尘玻璃、和第2防尘玻璃粘接保持在支撑体上，从而可提高保持固定部对于透过各要素的来自光源部的光线、或光调制装置产生的热的持久性。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、所述第2防尘玻璃、所述1/4波长板和所述双折射板被保持于矩形筒状的支撑体上。
根据该结构，通过把光调制装置、第1防尘玻璃、第2防尘玻璃、1/4波长板、双折射板保持于矩形筒状的支撑体上，可将由光调制装置产生的热释放到矩形筒状的支撑体，可提高光调制装置的放热效果。另外，对于构成的液晶单元，虽然光束方向的总厚度变厚，但由于具有防尘玻璃功能的第2防尘玻璃的射出侧的面、和光调制装置的像素显示面的距离间隔得大，因此即便在尘埃等附着在第2防尘玻璃的射出面上的情况下，第2防尘玻璃的射出面离开了投影镜头的焦点位置，成为散焦部，可进一步防止对投影到屏幕投影面上的图像的品质的损害。
另外，本发明的液晶投影仪的特征在于所述1/4波长板由石英1/4波长板、1/4相位差膜、高分子液晶膜和石英相位板中的任一种构成，所述第2防尘玻璃、所述1/4波长板和所述双折射板被贴合而构成为一体，当所述1/4波长板为石英1/4波长板或石英相位板时，第2防尘玻璃与所述1/4波长板，或者所述1/4波长板与所述双折射板通过紫外线固化粘接剂彼此贴合，当所述1/4波长板是所述1/4相位差膜或高分子液晶膜时，第2防尘玻璃与所述1/4波长板，或者所述1/4波长板与所述双折射板通过丙烯类粘接剂彼此贴合。
根据该结构，通过使第2防尘玻璃、1/4波长板和双折射板彼此贴合构成为一体，可在提高组装性的同时，高精度地保持固定在支撑体内。另外，对于第2防尘玻璃与1/4波长板的贴合，或1/4波长板与双折射板的贴合，当1/4波长板为石英1/4波长板或石英相位板时，通过利用紫外线固化粘接剂进行彼此贴合，紫外线固化粘接剂固化后的透明性高，可抑制因贴合引起的透射率下降。另一方面，当1/4波长板是1/4相位差膜或高分子液晶膜时，通过利用丙烯类粘接剂进行彼此贴合，伴随第2防尘玻璃与1/4相位差膜、或高分子液晶膜的线性膨胀系数的差异而产生的变形被粘接剂吸收，可提高粘贴部的持久性。另外，可抑制因贴合引起的透射率下降。
图1是本发明第1实施方式的液晶投影仪的概略平面图。
图2是表示光学系统主要部分的局部平面图。
图3是说明从射出侧防尘玻璃至双折射板的光线透射状态的示意图。
图4是说明光线的分离状态的示意图。
图5是表示第2实施方式的光学系统主要部分的局部平面图。
图6是表示第3实施方式的光学系统主要部分的局部平面图。
符号说明1…液晶投影仪、10…屏幕、100…照明光学系统、101…光源部、200…色光分离光学系统、300…中继镜系统、400、900…液晶单元、410、411…支撑体、420…作为第1防尘玻璃的入射侧防尘玻璃、430…构成光调制装置的入射侧偏光板、440…构成光调制装置的液晶光阀、441…射出侧基板、442…入射侧基板、450…构成光调制装置的射出侧偏光板、460…作为第2防尘玻璃的射出侧防尘玻璃、500…作为色合成装置的分色棱镜、600、610…1/4波长板、700、710…双折射板、800…作为投影光学装置的投影镜头。
具体实施例方式
参照附图来说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)图1是本发明第1实施方式的液晶投影仪的概略平面图，图2是表示光学系统主要部分的局部平面图。
图1中，液晶投影仪1具备照明光学系统100、作为色光分离装置的色光分离光学系统200、液晶单元400R、400G、400B、作为色合成光学装置的分色棱镜500(以后表示为棱镜)、1/4波长板600、作为第2双折射板的双折射板700、和作为投影光学装置的投影镜头800。另外，具备中继镜系统300，其将由色光分离光学系统200分离后的各色光束中的蓝色光束B引导到液晶单元400B。
照明光学系统100具备光源部101；将来自光源部101的射出光的光轴1a向装置前方向弯曲成直角的反射镜104；和作为均匀照明光学元件的积分透镜(Integrator lens)105、106，该积分透镜105、106夹持着该反射镜104，为前后垂直的状态。并且，光源部101具有射出白色放射状光线的光源灯102；和反射器103，其将从光源灯102射出的放射光作为大致平行的光束射出。作为光源灯102，例如使用金属卤化物灯、氙灯、水银灯等高亮度灯光源。
积分透镜105、106具有配置成矩阵状的多个矩形透镜。积分透镜105将从光源部101射出的射出光的光束分割成多个部分光束，使各部分光束在积分透镜106附近会聚。积分透镜106具有使从积分透镜105射出的各部分光束重叠在液晶单元400R、400G、400B(后述的液晶光阀410R、410G、410B)上的功能。
色光分离光学系统200具有将从照明光学系统100射出的照明光分离成各不相同的波长带的红(R)、绿(G)、蓝(B)3种色光的功能。色光分离光学系统200由蓝绿反射分色镜201与绿反射分色镜202、反射镜203构成。首先，在蓝绿反射分色镜201中，使通过了均匀照明光学元件(积分透镜105、106)的光束W中、包含于光束W中的红色光束R透过，同时，直角地反射蓝色光束B和绿色光束G。反射的蓝色光束B和绿色光束G朝向绿反射分色镜202侧。
通过蓝绿反射分色镜201后的红色光束R被后方的反射镜203直角地反射，从红色光束R的射出部204射出到棱镜500侧。另一方面，被蓝绿反射分色镜201反射的蓝色光束B和绿色光束G中，仅绿色光束G被绿反射分色镜202直角地反射，从绿色光束G的射出部205射出到棱镜500侧。通过绿反射分色镜202后的蓝色光束B从蓝色光束B的射出部206射出到中继镜系统300侧。设定成从如此构成的照明光学系统100至各色光束的射出部204、205、206的距离全部相等。
在色光分离光学系统的红色光束R和绿色光束G的射出部204、205的射出侧，分别配置有聚光透镜251、252。因此，从各射出部射出的红色光束R和绿色光束G入射到这些聚光透镜251、252，被平行化。平行化的红色光束R和绿色光束G入射到液晶单元400R、400G。
另一方面，蓝色光束B经中继镜系统300入射到液晶单元400B。中继镜系统300由聚光透镜301、入射侧反射镜302、射出侧反射镜303、和配置在这些反射镜之间的中间透镜304构成。另外，在中继镜系统300的蓝色光束B的射出部305中，配置有使射出的蓝色光束B平行化的聚光透镜253。被聚光透镜253平行化后的蓝色光束B入射到作为光调制部的液晶单元400B。
这样入射到各液晶单元400R、400G、400B的各色光束R、G、B的光路长度、即从光源部101至构成后述液晶单元的液晶光阀410R、410G、410B(参照图2)的距离中，蓝色光束B最长。因此，该光束的光量损失最多，但由于有中继镜系统300介在，从而可抑制光量损失。在蓝色光束B的路径中不设置中继镜系统300的情况下，蓝色光束B照明的液晶光阀410B的照明区域比其它色光束照明的液晶光阀的照明区域大，照明效率下降。
根据图2所示的表示光学系统主要部分的局部平面图，说明作为调制各色光束的光调制部的液晶单元400R、400G、400B。
液晶单元400B在支撑体410B内，从蓝色光束B经中继镜系统300和聚光透镜253入射的一侧起，依次具备作为第1防尘玻璃的入射侧防尘玻璃420B、入射侧偏光板430B、液晶光阀440B、射出侧偏光板450B、作为第2防尘玻璃和第1双折射板的射出侧防尘玻璃460B。同样，液晶单元400R、400G分别在支撑体410R、410G内，从红色光束R和绿色光束G经聚光透镜251、252入射的一侧起，依次具备作为第1防尘玻璃的入射侧防尘玻璃420R、420G、入射侧偏光板430R、430G、液晶光阀440R、440G、射出侧偏光板450R、450G、作为第2防尘玻璃的射出侧防尘玻璃460R、460G。另外，液晶光阀440、入射侧偏光板430和射出侧偏光板450构成光调制装置。
入射侧防尘玻璃420(R、G、B)由具有非双折射性的单轴晶体(正方晶、六方晶、三方晶)的晶体结构、导热性(放热性)好的石英构成。将入射侧防尘玻璃420的光学轴设定在与入射面垂直的方向上。另外，入射侧防尘玻璃420除石英外，还可使用具有单轴晶体的晶体结构的蓝宝石等。
入射侧偏光板430(R、G、B)是仅选择性地使一个方向的直线偏振光成分透过的偏光板。入射侧偏光板430是使碘吸附并分散于聚乙烯醇(PVA)上，变为膜状之后，沿规定方向延伸。并且，由在延伸的膜的两面层叠醋酸纤维类的膜而得到的偏光体构成。
对于入射侧偏光板430(R、G、B)，经丙烯类粘接剂不产生气泡地粘贴在入射侧防尘玻璃420(R、G、B)的射出侧的面上。由于入射侧偏光板430被粘接剂粘贴在入射侧防尘玻璃420上，所以伴随入射侧防尘玻璃420与入射侧偏光板430的线性膨胀系数的差而产生的变形被粘接剂吸收，可提高粘贴部的持久性。另外，可抑制透过入射侧防尘玻璃420和入射侧偏光板430的光的透射率下降。
设定成入射侧偏光板430的透射轴(偏光轴)与入射的直线偏振光的规定偏光轴一致，来进行粘贴。因此，入射侧偏光板430由于遮断入射的调制光的一部分，所以发热(温度上升)变大。但是，由于入射侧偏光板430粘贴在由导热性(放热性)好的石英构成的入射侧防尘玻璃420上，因此可抑制发热。并且，为了确保作为液晶投影仪用所需的放热性，入射侧防尘玻璃420的导热率最好为大于等于约5.0W/mK。另外，石英的导热率为约8W/mK。另外，偏光板的透射率一般为40％左右的低透射率。
这种入射侧防尘玻璃420和入射侧偏光板430对应于具有大致矩形形状的液晶光阀440的有效显示区域被设置，都具有大致矩形形状。后面说明的射出侧防尘玻璃460和射出侧偏光板450也一样具有大致矩形形状。
液晶光阀440(R、G、B)是使用薄膜晶体管(TFT)作为像素开关元件的液晶面板。液晶光阀440夹持着液晶层(未图示)而具备射出侧基板441(R、G、B)和入射侧基板442(R、G、B)。这些基板441、442使用透明的光学玻璃基板，例如石英玻璃或neoceram玻璃(日本电气硝子(株))。另外，液晶光阀440是使用扭曲向列液晶的液晶面板。液晶光阀440被执行配光处理，该配光处理使入射侧基板442侧的液晶分子的配光方向与射出侧基板441侧的液晶分子的配光方向成大致90°的角度。
在射出侧基板441的液晶层侧的面上，均设置未图示的TFT与透明的像素电极。另外，在入射侧基板442的液晶层侧的面上，设置透明的共同电极(未图示)。TFT被设置在配置成矩阵状的多个像素电极的周围，与像素电极电连接。各像素由一个像素电极、共同电极和被夹持在其中的液晶层构成。另外，在入射侧基板442与透明的共同电极之间，设置有区分各像素的遮光部(黑色矩阵)。黑色矩阵具有遮挡向TFT绕进的光、或遮挡来自显示的电极以外的光泄漏的功能。
射出侧防尘玻璃460(R、G、B)由具有双折射性、且导热性(放热性)好的石英构成。射出侧防尘玻璃460用作将入射的光束分离成正常光线与异常光线两种调制光的像素分离元件。射出侧防尘玻璃460的光学轴被设定在入射面中与垂直轴(Z轴、参照图3)成45°的A1方向(参照图3)上。另外，除石英外，还可使用具有双折射性的蓝宝石。蓝宝石的导热率在25℃下为约46W/mK，放热性好。
射出侧偏光板450(R、G、B)由与入射侧偏光板430一样的偏光体构成，与入射侧偏光板430一样，经丙烯类粘接剂不产生气泡地粘贴在射出侧防尘玻璃460的入射侧的面上。粘贴成使得射出侧偏光板450的透射轴与粘贴在入射侧防尘玻璃420上的入射侧偏光板430的透射轴垂直，液晶光阀440在未施加电压的状态下变为亮状态、即常白模式下动作。
支撑体410是由例如铝等高导热性材料构成的大致矩形筒状的支撑体。在该支撑体410内，从各色光束入射的一侧起，分别以1～10mm左右的规定间隔，依次相对置地配置在射出侧的面上粘贴了入射侧偏光板430的入射侧防尘玻璃420、液晶光阀440、和在入射侧的面上粘贴了射出侧偏光板450的射出侧防尘玻璃460，利用粘接剂等保持固定在支撑体410上，构成液晶单元400(R、G、B)。
作为将各部件保持固定在支撑体410上时的粘接剂，最好使用紫外线固化粘接剂。作为紫外线固化粘接剂，例如可举出UT-20和M05((株)ア-デル制)、PHOT0100和300(サンライズMSI(株)制)等。通过使用紫外线固化粘接剂，可提高保持固定部的持久性。
当向液晶单元400(R、G、B)入射经各聚光透镜251、252、253平行化后的各色光束时，该各色光束从入射侧防尘玻璃420(R、G、B)的入射面向射出面直线透过，入射到入射侧偏光板430(R、G、B)。在入射侧偏光板430中，入射的各色光束的偏光方向对齐(仅使与偏光轴相同方向的光成分透过)。之后，入射到液晶光阀440(R、G、B)。根据由驱动单元(未图示)提供的与图像信息对应的图像信号，切换控制入射到液晶光阀440的各色光束，分别调制通过液晶光阀440的各色光，形成图像。
之后，通过液晶光阀440、被调制后的光线入射到射出侧偏光板450(R、G、B)。该射出侧偏光板450的偏光轴被设定成与被液晶光阀440调制后入射的调制光的规定的偏光方向相同。虽然射出侧偏光板450使入射的调制光的大部分透过，但会因反射等部分泄漏的光而发热。但是，通过将其粘贴在由导热性(放热性)好的石英构成的射出侧防尘玻璃460上，可抑制发热。
另外，透过射出侧偏光板450的调制光入射到射出侧防尘玻璃460(R、G、B)。
在射出侧防尘玻璃460中，利用双折射性，将入射的直线偏振光分离成正常光线与异常光线两种调制光，射出到棱镜500。后面根据图3和图4来说明调制光的分离。
作为色光合成光学装置的分色棱镜500具有将被光调制部调制后的色光束合成的功能。
棱镜500具备反射R光的R光反射分色面501、和反射B光的B光反射分色面502。R光反射分色面501与B光反射分色面502将反射R光的电介质多层膜与反射B光的电介质多层膜大致X字状地形成在4个直角棱镜的界面。利用这两个分色面501、502，将入射到棱镜500的3色变换光(R、G、B)合成，形成表示彩色图像的光(参照图1)。
之后，由棱镜500合成的表示彩色图像的合成光透过1/4波长板600与作为第2双折射板的双折射板700，经作为投影光学装置的投影镜头800，放大投影到处于规定位置上的屏幕10的投影面上。另外，双折射板700与所述射出侧防尘玻璃460一样，用作将入射的光束分离成正常光线与异常光线两种调制光的像素分离元件。
图3是说明从射出侧防尘玻璃460至双折射板700的光线的透射状态的示意图，图4是说明光线的分离状态的示意图。
图3中，1/4波长板600的光学轴被设定在入射面中与x轴成45°的A2方向上。双折射板700与射出侧防尘玻璃460一样，由具有双折射性、且导热性(放热性)好的石英构成。双折射板700的光学轴被设定在与入射面垂直的x-z平面中与y轴成45°的A3方向上。
另外，作为1/4波长板600，可使用石英1/4波长板、1/4相位差膜和高分子液晶膜。
石英1/4波长板是将研磨成以得到1/4相位差的板厚不同的多个石英板光学接触(optically contact)而得到的波长板。
1/4相位差膜是单轴延伸聚碳酸脂(PC)的芳香族PC膜。1/4相位差膜具有随着波长变长、双折射率变大的逆波长分散性，在可视光的宽频域范围下，可连续地得到1/4相位差。作为优选的1/4相位差膜，例如可列举Pure ace(R)WR、W147(帝人化成(株)制)。
高分子液晶膜是如下得到的液晶膜在具有水平配光性的支撑膜上，形成由添加了光固化性高分子材料的向列液晶等液晶材料构成的高分子液晶层，进行光照射，将液晶分子朝着支撑膜的上下方向配光成倾斜角45°的状态固定化。形成于支撑膜上的高分子液晶层的膜厚为0.2-10μm左右。
1/4相位差膜和高分子液晶膜的厚度虽然不特别限制，但从使用的观点等来看，0.1mm左右适合于实用。因此，作为1/4波长板600，通过分开使用石英1/4波长板、1/4相位差膜和高分子液晶膜，使自由度增加，可执行高效的配置。
下面，根据图3和图4来说明从射出侧防尘玻璃460至双折射板700的光线的透射状态、和光线的分离状态。
被液晶光阀440和射出侧偏光板450调制后的直线偏振光L1入射到射出侧防尘玻璃460(参照图4(a))。入射到射出侧防尘玻璃460的直线偏振光L1因射出侧防尘玻璃460的双折射性，被分离成彼此垂直的两种直线偏振光L11、L12(参照图4(b))，入射到棱镜500。另外，由于处于如下的关系分离后的直线偏振光L11、L12相对于被液晶光阀440调制后的直线偏振光L1，在具有双折射功能的射出侧防尘玻璃460的入射面中的光学轴方向为45°，所以以相同的光强度被分离。
另外，棱镜500将分离的各直线偏振光L11、L12的3色变换光(R、G、B)合成，生成的表示彩色图像的合成光L110、L120入射到1/4波长板600。
在1/4波长板600中，将入射的表示彩色图像的合成光L110、L120的偏光方向，分别从直线偏振光变换为圆偏振光。变换后的圆偏振光L13、L14入射到双折射板700。
双折射板700中，利用双折射板700的双折射性，将入射的圆偏振光L13分离成相对于入射面为水平方向和垂直方向的彼此垂直的两种直线偏振光L15、L16后射出(参照图4C)。同样，利用双折射板700的双折射性，将入射的圆偏振光L14分离成彼此垂直的两种直线偏振光L17、L18后射出(参照图4C)。
射出侧防尘玻璃460和双折射板700中将正常光线和异常光线相分离的距离与射出侧防尘玻璃460和双折射板700的厚度成正比。分离的距离被设定成考虑到设置在液晶光阀440的入射侧基板422与透明的共同电极之间的、用于区分各像素的遮光部(黑色矩阵)宽度的期望值。因此，优选的是射出侧防尘玻璃460和双折射板700被设定为相同程度的厚度。
另外，透过双折射板700的直线偏振光L15、L16与直线偏振光L17、L18经投影镜头800，放大投影到配置于规定位置上的屏幕10的投影面上。在屏幕10的投影面上，显示基于透过双折射板700的直线偏振光的彩色图像。
在该放大投影时，将被分离成正常光线与异常光线的直线偏振光L15、L16、L17、L18分别投影到分别沿水平方向与垂直方向设定的间隔规定距离的位置上。即，4点分离成正方形状。因此，在正常光线投影的图像的黑色矩阵中，沿水平方向分离的异常光线和沿垂直方向分离的异常光线在二维方向上重合，黑色矩阵变得不显眼。由此，放大投影到屏幕10的投影面上的图像质量提高。这在动态图像的放大投影中尤其有效。
另外，如此构成的液晶投影仪1中，通过将液晶单元400的入射侧偏光板430和射出侧偏光板450分别粘贴在由导热性好的石英构成的入射侧防尘玻璃420、射出侧防尘玻璃460上，可将因吸收不能透过各偏光板的光所产生的发热传导到各防尘玻璃，高效地放出该热。结果，可维持各偏光板430、450和液晶光阀440的特性，得到无照度不均的投影图像。
并且，通过在液晶光阀440的两侧配置入射侧防尘玻璃420和射出侧防尘玻璃460，可防止尘埃等附着在液晶光阀440的表面上。另外，即便在尘埃等附着在射出侧防尘玻璃460的射出面上的情况下，也由于离开了液晶光阀440的像素显示面，而成为投影镜头800的散焦部，可防止对投影到屏幕10的投影面上的图像的品质的损害。另外，入射侧偏光板430和射出侧偏光板450被粘贴在入射侧防尘玻璃420和射出侧防尘玻璃460上，与液晶光阀440离开规定间隔，由此可抑制偏振光特性的变化。
(第2实施方式)本实施方式是将在第1实施方式中，配置在分色棱镜500与投影镜头800之间的1/4波长板600和作为第2双折射板的双折射板700配置在液晶单元内的液晶投影仪。因此，除了液晶单元400之外的结构和功能与第1实施方式一样，省略其说明。
图5是表示第2实施方式的光学系统主要部分的局部平面图。并且，对于与第1实施方式相同的部分标注相同符号。
液晶单元900R、900G、900B形成相同结构。液晶单元900(R、G、B)从色光分离光学系统200和中继镜系统300，经各聚光透镜251、252、253将各色光束入射。液晶单元900在支撑体411内，从各色光束入射的一侧起，依次具备作为第1防尘玻璃的入射侧防尘玻璃420、入射侧偏光板430、液晶光阀440、射出侧偏光板450、作为第2防尘玻璃和第1双折射板的射出侧防尘玻璃460、1/4波长板610、双折射板710。
射出侧防尘玻璃460由具有双折射性、且导热性(放热性)好的石英构成，光学轴被设定在入射面中与垂直轴(Z轴、参照图3)成45°的A1方向(参照图3)上。射出侧偏光板450(R、G、B)由与入射侧偏光板430相同的偏光体构成，经丙烯类粘接剂不产生气泡地粘贴在射出侧防尘玻璃460的入射侧的面上。粘贴成射出侧偏光板450的透射轴与粘贴在入射侧防尘玻璃420上的入射侧偏光板430的透射轴垂直。由此，液晶光阀440在未施加电压状态下为亮状态。液晶光阀440在所谓常白模式下动作。另外，射出侧防尘玻璃460除石英外，还可使用具有双折射性的蓝宝石。蓝宝石的导热率在25℃下为约46W/mK，放热性好。
在射出侧防尘玻璃460的射出侧的面上，从射出侧的面起，依次利用光学粘接剂等不产生气泡地将1/4波长板610与双折射板710相互贴合，构成为一体。之后，利用紫外线固化粘接剂粘接保持在支撑体411内。因此，在本实施方式的情况下，双折射板710替代射出侧防尘玻璃460，具有对尘埃等的防尘玻璃功能。
通过将射出侧防尘玻璃460、1/4波长板610和双折射板710预先彼此贴合构成为一体，可在提高组装性的同时，高精度地保持固定在支撑体411内。
另外，作为1/4波长板610，可使用石英1/4波长板、1/4相位差膜和高分子液晶膜。
在使用石英1/4波长板作为1/4波长板610的情况下，射出侧防尘玻璃460与1/4波长板610的贴合优选使用紫外线固化粘接剂。作为适合的紫外线固化粘接剂，可举出例如UT-20和M05((株)ア-デル制)、PHOTO100和300(サンライズMSI(株)制)等。这些紫外线固化粘接剂的作业性能好，并且紫外线固化后的透明性高，可抑制因贴合引起的透射率的下降。
另外，在使用1/4相位差膜或高分子液晶膜作为1/4波长板610时，优选使用丙烯类粘接剂。通过使用丙烯类粘接剂，伴随射出侧防尘玻璃460与1/4相位差膜，或者射出侧防尘玻璃460与高分子液晶膜之间的线性膨胀系数差所产生的变形被粘接剂吸收，可提高粘贴部的持久性。另外，可抑制因贴合引起的透射率下降。
1/4波长板610与双折射板710的贴合也一样，省略其说明。
1/4波长板610的光学轴被设定在入射面中与x轴成45°的A2方向上(参照图3所示的1/4波长板600)。双折射板710与射出侧防尘玻璃460一样，由具有双折射性、且导热性(放热性)好的石英构成。双折射板710的光学轴被设定在与入射面垂直的x-z平面中与y轴成45°的A3方向上(参照图3所示的双折射板700)。
当各色光束入射到如以上所述构成的液晶单元900(R、G、B)时，透射过入射侧防尘玻璃420、入射侧偏光板430、液晶光阀440和射出侧偏光板450，被调制。之后，被调制后的光线入射到射出侧防尘玻璃460，由于射出侧防尘玻璃460的双折射性，被分离成彼此垂直的两种直线偏振光。之后，被分离成两种直线偏振光的光线入射到1/4波长板610，各直线偏振光从直线偏振光被变换为圆偏振光。变换后的圆偏振光入射到双折射板710，由于双折射性，各圆偏振光被分离成相对于入射面，在水平方向与垂直方向彼此垂直的两种直线偏振光，射出到棱镜500(参照图4)。
对于入射到棱镜500的直线偏振光，针对每个被分离成4个的直线偏振光，合成3色的变换光(R、G、B)。合成的表示彩色图像的各合成光经投影镜头800，把彩色图像放大投影到位于规定位置上的屏幕10的投影面上。
在该放大投影时，合成的表示彩色图像的各合成光中、被分离成正常光线与异常光线的直线偏振光被分别投影到分别沿水平方向与垂直方向设定的间隔规定距离的位置上。即，4点分离成正方形状。因此，在正常光线投影的图像的黑色矩阵上，沿水平方向分离的异常光线和沿垂直方向分离的异常光线在二维方向上重合，黑色矩阵变得不显眼。由此，放大投影到屏幕10的投影面上的图像质量提高。
另外，即便在透过液晶光阀440和射出侧偏光板450被调制后的直线偏振光、与射出侧防尘玻璃460的入射面上的光学轴方向不能保持45°关系的情况下，由于在射出侧防尘玻璃460与双折射板710之间具有1/4波长板610，可与射出侧防尘玻璃460的光学轴方向无关，被分离的表示彩色图像的合成光能够以相同光强度被分离。
以上第2实施方式的液晶投影仪除了得到与第1实施方式相同的效果外，还得到如下效果。
液晶单元900由于将多个功能部件贴合，所以总厚度变厚，但离具有防尘玻璃功能的双折射板710的射出侧的面、与液晶光阀440的像素显示面的距离变远。由此，即便在双折射板710的射出侧表面上附着大的尘埃等异物的情况下，也可通过进一步拉大与投影镜头800的焦点位置的距离，防止对投影的图像品质的损害。
另外，由于在液晶单元900内配置1/4波长板610与双折射板710，所以与独立配置1/4波长板610与双折射板710的情况相比，可在提高空间效率的同时，提高组装性，有助于低成本化。
(第3实施方式)图6是表示第3实施方式的光学系统主要部分的局部平面图。
本实施方式是在所述第1实施方式中不设置1/4波长板600和作为第2双折射板的双折射板700的结构的液晶投影仪。因此，结构和从棱镜500射出的光线的透射状态与第1实施方式一样，省略说明。
所述第1实施方式和第2实施方式是具有分离功能的液晶投影仪，该分离功能将经投影镜头800放大投影到屏幕10的投影面上的、被合成的、表示彩色图像的各合成光4点分离成水平方向与垂直方向的正方形状，但本实施方式是具有沿水平方向2点分离的分离功能的液晶投影仪。
在液晶单元400(具有双折射性的射出侧防尘玻璃460)中分离成正常光线与异常光线两种直线偏振光，在棱镜500中进一步针对各两种直线偏振光合成3色的变换光(R、G、B)。合成后的表示彩色图像的各合成光经投影镜头800放大投影到屏幕10的投影面上。
在该放大投影时，合成的表示彩色图像的各光中、分离成正常光线与异常光线的直线偏振光被分别投影到沿水平方向设定的间隔规定距离的位置上。因此，在正常光线投影的图像的垂直方向上形成的黑色矩阵上，沿水平方向分离的异常光线重合，黑色矩阵变得不显眼，放大投影到屏幕10的投影面上的图像质量提高。
另外，实施方式中说明了具有将正常光线与异常光线沿水平方向2点分离的分离功能的情况，但分离方向被具有双折射性的射出侧防尘玻璃460的光学轴方向所限制，通过改变光学轴方向，可沿垂直方向分离。另外，分离成正常光线与异常光线的距离与射出侧防尘玻璃460的厚度成比例，该厚度可设定为考虑到区分各像素的遮光部(黑色矩阵)的宽度的期望值。
具有如此2点分离的分离功能的液晶投影仪伴随着近年来的高分辨率化，处于像素数量变多、同时遮光部(黑色矩阵)的面积(宽度)变窄的状况，即便在具有2点分离的分离功能的情况下，也可得到黑色矩阵不显眼的液晶投影仪。另外，通过不设置1/4波长板600和双折射板700，可提供低成本的液晶投影仪。
另外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其精神的范围内，可以各种方式实施，例如也可以是如下的变形。
(变形例1)在各实施方式(1～3)中，通过将入射侧偏光板430和射出侧偏光板450粘贴在由导热率高的石英构成的入射侧防尘玻璃420和射出侧防尘玻璃460的表面上，减轻各偏光板的温度上升，但除此之外，优选在液晶投影仪内配备强制冷却的冷却装置，例如冷却用风扇。通过配备冷却装置，可在防止尘埃等附着在各防尘玻璃的表面上的同时，进一步减轻液晶光阀和各偏光板的温度上升。
(变形例2)在各实施方式中，说明了离开液晶光阀440的入射侧和射出面来配置入射侧偏光板430和射出侧偏光板450的情况，但也可以是紧贴液晶光阀440的各面来配置各偏光板的情况。即便在紧贴液晶光阀440的各面来配置的情况下，也可得到同样的效果。
(变形例3)在各实施方式中，也可以是对于入射侧防尘玻璃420和射出侧防尘玻璃460，在各防尘玻璃的单面(入射面)或双面(入射面与射出面)上施加用于防止界面的光的反射的防止反射膜。通过施加防止反射膜，可提高各防尘玻璃的透光性。
(变形例4)在各实施方式中，说明了使用光透过作为光调制装置的液晶光阀(液晶面板)的、所谓透射型液晶光阀的透射型液晶投影仪的情况，但也可以是使用液晶面板反射光的、所谓反射型液晶面板的反射型液晶投影仪的情况。在将本发明应用于反射型液晶投影仪的情况下，也可得到与透射型液晶投影仪相同的效果。
(变形例5)在第1实施方式和第2实施方式中，可使用石英相位板代替石英1/4波长板，作为1/4波长板600。
石英相位板由一块石英板构成，具有所谓的偏振光消除板的功能。不限定石英板的厚度，可适当设定。与1/4波长板将波长的相位差限定为1/4波长不同，石英相位板使1/4相位差相对于波长周期性地反复。因此，可得到与石英1/4波长板一样的特性。
通过使用石英相位板，得到如下效果。
石英相位板由于使入射的光线的1/4相位差相对于波长周期性地反复，所以可将从卤素灯等光源射出的光用于宽频域中。另外，石英相位板随着石英板的厚度变大，相位周期变短，色不均变得不显眼。另外，用作石英相位板的石英板的厚度在0.3～1.5mm左右的范围内适合于实用。
另外，在第2实施方式的情况下，通过增大石英板的厚度，可使具有防尘玻璃功能的双折射板710的射出面进一步远离液晶光阀440的像素显示面。由此，即便在尘埃等附着在双折射板710的射出面上的情况下，也可进一步防止对投影到屏幕10的投影面上的图像的品质的损害。
权利要求
1.一种液晶投影仪，其特征在于，具备光源部；色光分离装置，其将来自所述光源部的射出光分离成3种色光；光调制装置，其内置有液晶光阀，根据提供的图像信号来调制所述3种色光，射出作为规定的直线偏振光的调制光；色光合成装置，其合成所述调制光；和投影光学装置，其将在所述色光合成装置中合成的合成光放大投影到屏幕上，在所述光调制装置的相比所述液晶光阀更位于入射侧的一侧，配置有第1防尘玻璃，该第1防尘玻璃由具有单轴晶体的晶体结构的石英或蓝宝石构成，防止尘埃附着于所述光调制装置上，在射出侧设置有第2防尘玻璃，该第2防尘玻璃由具有双折射性的石英或蓝宝石构成，防止尘埃附着于所述光调制装置上。
2.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其特征在于还在所述具有双折射性的第2防尘玻璃与所述投影光学装置之间的光路上，从所述第2防尘玻璃的射出面侧起，依次具备1/4波长板、和具有双折射性的双折射板。
3.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、和所述第2防尘玻璃被保持于矩形筒状的支撑体上。
4.根据权利要求2所述的液晶投影仪，其特征在于所述1/4波长板、和所述具有双折射性的双折射板设置于所述具有双折射性的第2防尘玻璃和所述色光合成装置之间的光路上。
5.根据权利要求2所述的液晶投影仪，其特征在于所述1/4波长板由石英1/4波长板、1/4相位差膜、高分子液晶膜和石英相位板中的任一种构成。
6.根据权利要求3所述的液晶投影仪，其特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、和所述第2防尘玻璃被利用紫外线固化粘接剂粘接保持在所述矩形筒状的支撑体上。
7.根据权利要求4所述的液晶投影仪，其特征在于所述光调制装置、所述第1防尘玻璃、所述第2防尘玻璃、所述1/4波长板和所述双折射板被保持于矩形筒状的支撑体上。
8.根据权利要求7所述的液晶投影仪，其特征在于所述1/4波长板由石英1/4波长板、1/4相位差膜、高分子液晶膜和石英相位板中的任一种构成，所述第2防尘玻璃、所述1/4波长板和所述双折射板被贴合而构成为一体，当所述1/4波长板为石英1/4波长板或石英相位板时，第2防尘玻璃与所述1/4波长板，以及所述1/4波长板与所述双折射板通过紫外线固化粘接剂彼此贴合，当所述1/4波长板是所述1/4相位差膜或高分子液晶膜时，第2防尘玻璃与所述1/4波长板，以及所述1/4波长板与所述双折射板通过丙烯类粘接剂彼此贴合。
全文摘要
液晶投影仪。提供一种液晶投影仪，可在使包含液晶光阀在内的光调制装置的放热性提高的同时，防止尘埃等附着在液晶光阀的表面上，并且，使形成于液晶光阀的像素间的黑色矩阵不显眼。液晶投影仪具备光源部；色光分离装置，其将来自光源部的射出光分离成3种色光；光调制装置，其根据提供的图像信号来调制3种色光，射出作为规定的直线偏振光的调制光；色光合成装置，其合成调制光；和投影光学单元，其将由色光合成装置合成的合成光放大投影到屏幕上，光调制装置在液晶光阀440(R、G、B)的入射侧，配置由具有单轴晶体的晶体结构的石英构成的入射侧防尘玻璃420(R、G、B)，在射出侧设置由具有双折射性的石英构成的射出侧防尘玻璃460(R、G、B)。
文档编号H04N5/74GK1866125SQ200610080250
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月15日 优先权日2005年5月17日
发明者上原健彦, 原和弘, 向山浩行 申请人:精工爱普生株式会社