JP2001066697A

JP2001066697A - 投射型表示装置用光源および液晶投射型表示装置

Info

Publication number: JP2001066697A
Application number: JP2000207617A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsunoda; 隆史角田; Futoshi Yamazaki; 太志山崎; Yoshio Ariki; 美雄有木; Masaharu Deguchi; 雅晴出口; Takaki Hisada; 隆紀久田; Takesuke Maruyama; 竹介丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置に用いる光源の集光率を向上し
て明るい液晶表示装置を得る。【解決手段】光源（発光電極７，８）から出射した光
線を反射し、液晶表示素子の方向に向ける作用を有する
第１のリフレクタ３と、光源から出射し第１のリフレク
タで反射されない光線の方向を、該リフレクタで反射す
るように変える第２のリフレクタ（半楕円状の反射膜）
２と、を設け、発光電極７，８の端部の位置と第２のリ
フレクタ（半楕円状の反射膜）２の楕円面の２つの焦点
位置とを一致させて集光率を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は投射型表示装置用光源および液晶
投射型表示装置に関り、特に光源の出射光を効率よく集
光することのできる投射型表示装置用光源および液晶投
射型表示装置に関する。一対の透明基板間に液晶を注入
し、該液晶の電気光学効果により画像情報を可視表示す
る透過型の液晶表示素子を、ライトバルブとして用い、
該液晶表示素子上の表示画像を照明光で照射表示する液
晶投射型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型液晶表示装置に使用される
光源は、例えば特開平１−１２０１９２号公報、特開平
３−２３０４０４号公報等に記載され、図７に示すよう
にランプ１、リフレクタ３、及びコンデンサレンズ等に
よって構成されているものが多い。

【０００３】従来より、例えば、光学的特性の変化とし
て所与の映像信号に応じてライトバルブに形成される画
像を、照明光で照射し、該画像を直視する直視型表示装
置、あるいは該画像を光学像として投写レンズによりス
クリ−ン上に投写する投写型表示装置等が、液晶表示装
置としてあり、そうした液晶表示装置に用いられるライ
トバルブとして、透過型の液晶表示素子を用いているも
のが数多く提案されている。

【０００４】一方、透過型の液晶表示素子をライトバル
ブとして用いた液晶表示装置に使用される照明として
は、例えば特開昭６４−３８７２５号公報または特開平
１−１８２８７７号公報、特公平４−６３３６４号公報
に記載のように、光源からの出射光を１枚のリフレクタ
で反射させて液晶表示素子を照射するものが用いられて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の投射型液晶表示
装置に使用される光源としては、図７の光線１１のよう
にリフレクタ３に当たらずに逸散する光線成分１１の存
在により十分な光利用率が得られていなかった。

【０００６】この損失を補うためにはリフレクタ３を大
型化する必要があるが、同時に装置全体が大型化すると
いう問題があった。本発明の目的は、図７における光線
成分１１を減らし、有効な光線成分１２の光量を増加し
た投射型表示装置用光源および液晶投射型表示装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明では、ランプの管球部の一部に
その出射光成分を上記リフレクタに向けて反射する反射
膜、あるいは反射ミラーを設けさらに、上記反射膜、あ
るいは反射ミラーの形状を楕円面とするようにする。

【０００８】そして上記ランプの管球部内の二つの発光
電極の端部の位置を上記反射膜の楕円面の二つの焦点位
置にそれぞれ一致するようにする。また、液晶表示装置
に上記投射型表示装置用光源を用い、その出射光を集光
レンズにより集光して液晶表示素子に照射し、その透過
光を投射レンズによりスクリーンに投射するようにす
る。

【０００９】また、三板式の液晶表示装置に上記投射型
表示装置用光源を用い、その出射光を集光レンズにより
集光して三原色に分離し、その三原色のそれぞれを三枚
の液晶表示素子に照射してそれぞれの出射光を合成し、
投射レンズによりスクリーンに投射するようにする。

【００１０】また、上記液晶表示素子内に、光の入射面
に設けた偏向板の出射光を液晶表示素子の各画素電極領
域内に集光するための単位レンズ部からなるマイクロレ
ンズアレイを設けるようにしてもよい。

【００１１】

【作用】ランプの管球部に設けた反射膜、あるいは反射
ミラーはリフレクタに向かわないランプの出射光成分を
リフレクタ側に反射する。また、ランプの管球部内の二
つの発光電極の端部の位置を上記反射膜の楕円面の二つ
の中心位置にそれぞれ一致させることにより、ランプの
出射光成分が効率良くリフレクタ側に反射される。

【００１２】またランプの出射光を集光レンズにより集
光して液晶表示素子に照射し、その透過光を投射レンズ
によりスクリーンに投射する液晶表示装置に、上記投射
型表示装置用光源を用いることにより、スクリーン上の
投影像の輝度が向上する。

【００１３】同様に、上記三板式の液晶表示装置に、上
記投射型表示装置用光源を用いることにより、スクリー
ン上の投影像の輝度が向上する。さらに、上記液晶表示
素子内に、光の入射面に設けた偏向板の出射光を液晶表
示素子の各画素電極領域内に集光するための単位レンズ
部からなるマイクロレンズアレイを設けるようにすれば
スクリーン上の投影像の輝度が向上する。

【００１４】

【実施例】まず、図１〜図６及び図１２を用いて本発明
の目的達成のための実施例を説明する。即ち、図１〜図
６及び図１２を参照して本発明による光源について説明
し、次いでこれらの光源を用いた液晶表示装置について
説明する。

【００１５】図１はほぼ点光源と見なせるランプ１を用
いた場合の参考例である。ランプ１は前電極８と後電極
７間の放電により発光する。図１においては前電極８と
後電極７間の間隔が十分に短いので点光源とみなすこと
ができ、発光中心は球面の管球部４の中心と一致する。

【００１６】出射光の中の光線１３はリフレクタ３によ
り反射、集光される。また、光線１４は反射膜２により
反射されて折り返し、リフレクタ３へ再び出射される。
従来光源ではこの光線１４のような成分はリフレクタ３
の外に逸散して失われていた。

【００１７】これに対して図１ではこの損失光をリフレ
クタ３側に戻すことができるので、実質的に光線１３の
密度がほぼ２倍に増加したことと等価になり、光利用率
を略２倍に向上することができる。

【００１８】次に、ランプ１を点光源と見なせない場合
における本発明の参考例について説明する。図２にお
いて、前電極８と後電極７間の間隔が開いているため、
両電極７、８間の中心部から反射膜２に向かう光成分１
４は図１の場合と同様にリフレクタ３側に出射され、光
利用率を向上させる。しかし、例えば前電極８の端部か
ら出射された光線１５、同１６等は、反射膜２により反
射した後、後電極７その他の部分に遮られるのでリフレ
クタ３に到達しない。

【００１９】そこで本発明では図３に示すように、管球
部４の形状を楕円面として反射膜２を楕円面にし、楕円
面の二つの焦点をそれぞれ前電極８と後電極７の端部と
ほぼ一致させるようにする。

【００２０】図３において、前電極８端部より出射して
反射膜２に反射した光線１７は、楕円面の性質に従って
後電極７の端部を通過して再出射され、図示せざるリフ
レクタ３へ導かれるので、前電極８端部からの出射光も
光線１３に加えて有効に利用することができる。また、
後電極７より出射し反射膜２に反射した光線１８は前電
極８の端部へ導かれ、その後は光線１７と同様にリフレ
クタ３に導かれて光線１３に加わる。

【００２１】また図４に示すように、各電極７、８の端
部以外から出射された光線１９、２０等は反射膜２によ
って折り返された後、前電極８と後電極７間を通過し、
図示せざるリフレクタ３により集光されて光線１３に加
わる。

【００２２】後電極７と前電極８の各端部間の間隔を５
ｍｍとすると、反射膜２の楕円面は例えば次の式（２）
のようになる。ｘ² ／６² ＋ｙ² ／５．５² ＝１ ……（２）また、リフレクタ３（図１）は焦点距離は１１ｍｍ、開
口径はφ８０ｍｍの放物面となっている。

【００２３】以上のように、ランプ１の前電極８と後電
極７間の間隔が長い場合には、反射膜２を楕円面とし
て、前電極８と後電極７の各端部を楕円面の二つの焦点
にほぼ一致させることにより、電極間の細長い発光部か
らの光の略すべてを利用することができるのである。

【００２４】なお、反射膜２の代わりに同様な形状の反
射ミラーを用いることもできる。また、ランプ１にはメ
タルハライドランプ、キセノンランプ等の放電ランプの
他に、ハロゲンランプ等を用いて同様の効果を得ること
ができる。発光部がフィラメントの場合には、フィラメ
ントを上記放電ランプの発光部であるアークにおきかえ
て考えればよい。

【００２５】図５は上記本発明による液晶表示装置用光
源の実施例の断面図である。球面形状の管球部４の表面
のリフレクタ３の開口部側半分に反射膜２を形成し、管
球部４の中心には発光中心がある。

【００２６】上記管球部４は光軸方向をｘ軸、光軸と直
角な方向をｙ軸として次の式（３）によって表される形
状となっている。ｘ² ＋ｙ² ＝５．５² ……（３）また、上記反射膜２を図６に示すように、反射ミラー９
に置き換えるようにしてもよい。

【００２７】また、上記本発明の光源における反射膜あ
るいは反射ミラーをダイクロイック膜によって形成して
可視光のみをリフレクタ側に反射するようにしてもよ
い。また、上記ダイクロイック膜に熱線をある程度反射
する特性をもたせてランプ管球部内の添加物の対流を促
進するようにしてもよい。

【００２８】この結果、ハロゲンサイクルの活発化によ
り管球部の黒化現象を改善してランプを長寿命化するこ
とができる。このとき、熱線の反射量が少ないと黒化現
象の改善効果が少なく、多すぎても管球部の耐久性が損
なわれるので、反射する熱線量を適宜調節するようにす
る。本発明では上記熱線の反射量をダイクロイック膜の
熱線反射率によって調節するようにする。

【００２９】図１２は上記可視光と熱線の反射率をほぼ
独立に設定するようにした本発明実施例の構成図であ
る。図１２において、反射ミラー９の内側に可視光のみ
を反射するダイクロイック膜４６を形成し、外側の面形
状は内側と違う形状とした上で熱線反射膜４７を形成す
る。なお、熱線反射膜４７として熱線を反射するダイク
ロイック膜を用いるようにしてもよい。

【００３０】この結果、電極７、８間からの熱線成分は
熱線反射膜４７に両電極間を反射してランプ管球内部の
任意の点に集中するので、管球部内の添加物の対流が促
進される。なお、図１２では熱線４８をランプ管球部内
の中心より下方側に集中させて添加物の対流を効率良く
促進するようにしている。

【００３１】図８は上記本発明の光源を用いた投射型液
晶表示装置の構成図である。メタルハライド、キセノ
ン、ハロゲン等のランプ１の出射光はリフレクタ３に反
射して赤外フィルタ２１により赤外線をカットされ、集
光レンズ２２を介して液晶表示素子２３に入射され、ス
クリーン２６上に明るい映像を投影する。なお、集光レ
ンズ２２を省略して光線をリフレクタ３から直接液晶表
示素子２３に入射するようにすることもできる。

【００３２】図９は上記本発明の光源を用いた三板式投
射型液晶表示装置の構成図である。メタルハライド、キ
セノン、ハロゲン等のランプ１の出射光はリフレクタ３
に反射して集光レンズ２２により赤外フィルタ２１に入
射され赤外線をカットされる。

【００３３】次いでダイクロイックミラー３０、３２と
全反射ミラー３４より構成される色分離光学系により
緑、青、赤の三色に分離され、それぞれ緑色用液晶表示
素子２７、青色用液晶表示素子２８、赤色用液晶表示素
子２９を通過し、ダイクロイックミラー３３、３５、及
び全反射ミラー３４より構成される色合成光学系によっ
て色合成されて投射レンズ２５を介してスクリーン２６
上に明るい映像を投影する。なお、集光レンズ２２を省
略して光線をリフレクタ３から直接液晶表示素子２３に
入射するようにすることもできる。

【００３４】図１０は上記液晶表示素子２３、２７〜２
９等の斜視図である。入射光線４６は偏光板４１を介し
てマイクロレンズアレイ４２により液晶３８の画素電極
３９毎に集光される。なお、マイクロレンズアレイ４２
を省略した液晶表示素子も存在する。

【００３５】図１１は液晶表示素子２３における位置関
係を説明する平面図である。入射光線４６はマイクロレ
ンズアレイ４２により各画素領域の画素電極３９内に絞
りこまれるので遮光部４０によってけられることが無
く、開口率が実質的に向上し、明るい映像を得ることが
できる。なお、マイクロレンズアレイ４２は透明基板３
６内に一体に形成することができる。

【００３６】図１３は、本発明の一実施例としての液晶
投射型表示装置を示す構成図である。図１３において、
１０１は光源であり、例えばメタルハライドランプ、ハ
ロゲンランプである。１０２Ａは、断面が楕円形状の反
射面を持つ第１のリフレクタ、１０３は、球面形状の一
部を反射面として有する第２のリフレクタ、１０４はコ
−ルドフィルタ（赤外カットフィルタとも云う、映像に
関係しない赤外線を通さず反射してしまうフィルタ）、
１０５は液晶表示素子である。１０６は液晶表示素子１
０５上の表示画像を拡大するための投写レンズ、１０７
はスクリ−ンである。

【００３７】また、液晶表示素子１０５の駆動回路とし
ては、例えば図１３の回路ブロックに示す如くである。
即ち、１０８はビデオクロマ処理回路、１０９はＲＧＢ
出力回路、１１０はＸドライバ、１１１は同期処理回
路、１１２はコントロ−ラ、１１３はＹドライバであ
る。

【００３８】図１３を参照する。光源１０１は、第１の
リフレクタ１０２Ａの第１焦点位置近傍に配置されてお
り、光源１０１から出射する光は、第１のリフレクタ１
０２Ａで反射して、コ−ルドフィルタ１０４を介して液
晶表示素子１０５に照射される。また、第２のリフレク
タ１０３で反射される光線は、一旦光源１０１に戻り、
第１のリフレクタ１０２Ａに入射、そして反射し、コ−
ルドフィルタ１０４を介して液晶表示素子１０５に照射
される。

【００３９】本実施例では、光源１０１の前後に２枚の
リフレクタを配置しているので、光源１０１からの出射
光のほとんどを有効利用できる。さらに、第１のリフレ
クタ１０２Ａを、断面楕円形状の反射面を持つものと
し、その焦点距離、開口径、位置を既に説明した条件に
従って最適に設定することにより、高い集光率を得るこ
とが可能となる。そして、液晶表示素子１０５上に表示
された画像は、投写レンズ１０６により拡大され、その
結果、スクリ−ン１０７上に、拡大した画像が得られ
る。

【００４０】また、レ−ザ−ディスク（登録商標）、Ｖ
ＴＲ等（図示せず）から入力されたビデオ入力は、ビデ
オクロマ処理回路１０８により処理された後、ＲＧＢ出
力回路１０９に入力される。ＲＧＢ出力回路１０９は、
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応する映像信号及び
液晶表示素子１０５をＡＣ駆動するため、垂直期間ごと
に極性反転し、Ｘドライバ１１０を介して液晶表示素子
１０５の電極に入力される。前記ビデオクロマ処理回路
１０８、ＲＧＢ出力回路１０９、Ｘドライバ１１０、及
びＹドライバ１１３は、同期処理回路１１１、コントロ
−ラ１１２により同期がとられている。

【００４１】図１４は、本発明の他の実施例としての液
晶投射型表示装置を示す構成図である。図１４におい
て、１０１は光源であり、例えばメタルハライドラン
プ、ハロゲンランプである。１０２Ｂは回転放物面の一
部を反射面として有する第１のリフレクタ、１０３は球
面形の一部を反射面として有する第２のリフレクタ、１
１４はコンデンサレンズ、１０４はコ−ルドフィルタ、
１０５は液晶表示素子である。１０６は液晶表示素子５
上の表示画像を拡大するための投写レンズ、１０７はス
クリ−ンである。

【００４２】また、液晶表示素子５の駆動回路として
は、図１３の場合と同じ回路ブロックを有している。即
ち、１０８はビデオクロマ処理回路、１０９はＲＧＢ出
力回路、１１０はＸドライバ、１１１は同期処理回路、
１１２はコントロ−ラ、１１３はＹドライバである。

【００４３】図１４を参照する。光源１０１は、第１の
リフレクタ１０２Ｂの焦点位置近傍に配置されており、
光源１０１から出射する光は第１のリフレクタ１０２Ｂ
で反射して並行光となり、コンデンサレンズ１１４によ
り集光され、コ−ルドフィルタ１０４を介して、液晶表
示素子１０５に照射される。また、第２のリフレクタ１
０３で反射する光線は、一旦光源１０１に戻り、第１の
リフレクタ１０２Ｂに入射、そして、反射して並行光と
なり、コンデンサレンズ１１４により集光され、コ−ル
ドフィルタ１０４を介して、液晶表示素子１０５に照射
される。

【００４４】本実施例では、光源１０１の前後に２枚の
リフレクタを配置しているので、光源からの出射光のほ
とんどを有効利用できる。さらに、第１のリフレクタ１
０２Ｂとコンデンサレンズ１１４の焦点距離を、既に述
べた条件に従って最適に設定することにより、高い集光
率を得ることが可能となる。その他は、図１３を参照し
て説明したところと同じである。

【００４５】なお、以上の各実施例においては、ライト
バルブとして、液晶表示素子を１枚使用する場合を説明
したが、カラ−表示の場合には、液晶表示素子１０５内
に、図示していないカラ−フィルタを設ける必要がある
ことは述べるまでもない。また、以上述べた実施例は、
いわゆる色の３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する３枚の液
晶表示素子を用いる表示装置にも適用できる。

【００４６】

【発明の効果】本発明においては、ランプの管球部に設
けた反射膜、あるいは反射ミラーにより従来逸散されて
いたランプの光成分もリフレクタ側に反射して利用でき
るので、ランプ出射光の光利用率を向上することができ
る。

【００４７】また、ダイクロイック膜で形成した反射膜
または反射ミラーにより、可視光成分のみをリフレクタ
側に反射し、熱線を透過、あるいは部分的に透過して残
り成分をリフレクタ側に反射するので、管球部内の添加
物の対流が促進して、ランプの発光効率を高め、同時に
長寿命化することができる。

【００４８】また、上記反射膜、あるいは反射ミラー付
きのランプを液晶表示装置の光源に用いるので、スクリ
ーン投影像の輝度を向上することができる。また、上記
液晶表示装置に用いる液晶表示素子内に、入射光を各画
素電極領域内に集光するためのマイクロレンズアレイを
設けるようにすれば液晶表示素子の光利用効率を向上し
てスクリーン投影像の輝度をさらに向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ほぼ点光源と見なせるランプを用いた本発明に
よる光源の参考例としての部分断面図である。

【図２】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの参考例はしての部分断面図である。

【図３】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの部分断面図である。

【図４】ランプの電極間が開いている場合における本発
明ランプの部分断面図である。

【図５】本発明による光源の断面図である。

【図６】本発明による光源の断面図である。

【図７】従来の光源の断面図である。

【図８】本発明による光源を用いた単板式液晶表示装置
の構成図である。

【図９】本発明による光源を用いた三板式液晶表示装置
の構成図である。

【図１０】液晶表示素子の斜視図である。

【図１１】図１０の液晶表示素子の画素電極部の平面図
である。

【図１２】本発明による反射ミラーを使った光源の断面
図である。

【図１３】本発明の一実施例としての液晶表示装置を示
す構成図である。

【図１４】本発明の他の実施例としての液晶表示装置を
示す構成図である。

【符号の説明】

１…ランプ、２…反射膜、３…リフレクタ、４…管球
部、５…端子板、６…口金、７…後側電極、８…前側電
極、９…反射ミラー、１０…接着剤、２１…赤外フィル
タ、２２…集光レンズ、２３…液晶表示素子、２５…投
射レンズ、２６…スクリーン、２７…緑色用液晶表示素
子、２８…青色用液晶表示素子、２９…赤色用液晶表示
素子、３０，３２，３３，３５…ダイクロイックミラ
ー、３１，３４…全反射ミラー、３６…透明基板、３７
…対向電極、３８…液晶、３９…画素電極、４０…遮光
部、４１…偏光板、４２…平板マイクロレンズアレイ、
４６…ダイクロイック膜、４７…熱線反射膜、４８…熱
線、５０…焦点距離、１０１…光源、１０２Ａ…第１の
リフレクタ（反射面の形状を断面楕円形状としたリフレ
クタ）、１０２Ｂ…第１のリフレクタ（反射面形状を回
転放物面の一部をなす形状としたリフレクタ）、１０３
…第２のリフレクタ、１０４…コールドフィルタ、１０
５…液晶表示素子、１０６…投写レンズ、１０７…スク
リーン、１０８…ビデオクロマ処理回路、１０９…ＲＧ
Ｂ出力回路、１１０…Ｘドライバ、１１１…同期処理回
路、１１２…コントロ−ラ、１１３…Ｙドライバ、１１
４…コンデンサレンズ、１１５…反射光、１１６…直射
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３７ＺＧ０９Ｆ 9/00 ３３７３６０Ｚ３６０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者有木美雄神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者出口雅晴神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者久田隆紀神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者丸山竹介神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球面状の管球部内に発光部を含んで成る
ランプの出射光を、リフレクタにより集光してライトバ
ルブを照明する投射型表示装置用光源において、上記リフレクタを構成する第１のリフレクタ及び第２の
リフレクタのうち、第１のリフレクタを、上記ランプの
ライトバルブと反対側に設け、開口が上記第１のリフレクタのそれより小さく、上記ラ
ンプのライトバルブ側管球部の外面に上記ランプの出射
光である可視光成分を上記第１のリフレクタに向けて反
射する半楕円状の反射膜あるいは反射ミラーからなる上
記第２のリフレクタを形成し、上記ランプの管球部内の発光部としての２つの発光電極
の端部の位置又は２つの代表的発光中心と、上記第２の
リフレクタの楕円面の２つの焦点位置をほぼ一致させる
と共に、上記第１のリフレクタの頂点と焦点を結ぶ光軸
上に上記ライトバルブを配置したことにより、上記ランプを出射して上記第１のリフレクタへ直接向か
う投射光と、上記ランプを出射した後上記第２のリフレ
クタを介して上記第１のリフレクタへ向かう投射光と、
が共に上記第１のリフレクタにより集光されて、上記第
２のリフレクタの開口部の外側を通って上記ライトバル
ブに到り、これを照射するようにしたことを特徴とする
投射型表示装置用光源。
【請求項２】請求項１に記載の投射型表示装置用光源
からの出射光の照射を受ける上記ライトバルブとしての
液晶表示素子と、該液晶表示素子の出射光をスクリーン
に向けて投射する投射レンズとを備えたことを特徴とす
る液晶投射型表示装置。