JP2014071225A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＴＦを低下させることなく、明るい映像を表示することができる表示装置を提供する。
【解決手段】導光板３は、光源２から発せられた光が入射されて発光面３２から光を射出する。プリズムシート５は、発光面３２から射出した光の内、所定角度の光を反射して導光板３へと入射させ、他の角度の光を透過させる。１／４波長板１２と反射型液晶表示素子１との間に、発光面３２と平行に偏光制御素子８が設けられている。偏光制御素子８は、１／４波長板１２から射出した光を、反射型液晶表示素子１に入射する照明光として透過させる第１の偏光と、導光板３へと入射するよう反射させる第２の偏光とに分離し、反射型液晶表示素子１で変調されて射出した光を結像レンズ１０に向かうように反射させる。結像レンズ１０は、入射した光をコンバイナ２１に向けて射出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、反射型液晶表示素子を用いた表示装置に関する。

近年、液晶表示装置を用いた電子ビューファインダを搭載したデジタル一眼レフカメラが販売されている。デジタル一眼レフカメラに採用されているマイクロフォーサーズシステム規格では、従来の光学ビューファインダを用いることができず、電子ビューファインダが用いられる。例えば、特許文献１には、電子ビューファインダとして用いられる反射型液晶表示装置が記載されている。

特許第３５３９９０４号公報（図１、図３）

ところで、電子ビューファインダに求められる性能の１つとして、光学ビューファインダと同等以上のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を持つことが挙げられる。電子ビューファインダでは、反射型液晶表示素子で反射した映像を眼の網膜へと結像させる必要がある。特許文献１に記載の反射型液晶表示装置（投影装置）においては、反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで配置された半透過反射シートを用いている。４５度の傾きで配置された半透過反射シートは非点収差を生じさせ、それが原因で結像系のＭＴＦを低下させてしまう。また、半透過反射シートを用いると、偏光を半分しか使用することができないため、映像が暗くなってしまう。映像を明るくしようとすると、光源から発せられる光量を増大させる必要があるので、消費電力が増大してしまう。電子ビューファインダに限らず、反射型液晶表示素子を有する表示装置では同様の課題を有していた。

本発明はこのような問題点に鑑み、ＭＴＦを低下させることなく、明るい映像を表示することができる表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、光源（２）と、前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板（３）と、前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシート（５）と、前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板（１２）と、前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子（１）と、前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に、前記発光面と平行となるように設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子（８）と、前記偏光制御素子により反射され前記結像レンズから射出された光を反射させるコンバイナ（２１）と、を備え、前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、前記第２の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である表示装置を提供する。

上記の構成において、前記偏光制御素子は、前記反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで設けられていることが好ましい。

上記の構成において、前記偏光制御素子を、前記１／４波長板側に凸の曲面で形成してもよい。

本発明の表示装置によれば、ＭＴＦを低下させることなく、明るい映像を表示することができる。

本発明に用いる投影装置の第１形態を示す構成図である。 本発明に用いる投影装置の第２形態を示す構成図である。 本発明の表示装置の第１実施例を示す構成図である。 本発明の表示装置の第２実施例を示す構成図である。 本発明の表示装置の第３実施例を示す構成図である。 本発明の表示装置の第４実施例を示す構成図である。 本発明の表示装置の第５実施例を示す構成図である。

以下、本発明に用いる投影装置の各形態について、添付図面を参照して説明する。

＜投影装置の第１形態＞
図１において、導光板３の端面３１には、ＬＥＤ等の光源２が設けられている。光源２から発せられた光は端面３１から導光板３の内部へと入射する。導光板３の一方の面には反射シート（反射体）１５が設けられている。導光板３に突起を設けて反射体としてもよいし、印刷によって反射面を形成してもよい。導光板３の内部へと進行して反射シート１５に入射した光は反射シート１５で反射して、導光板３の他方の面である発光面３２に向かう。発光面３２に接触または近接させて、発光面３２に近い側から拡散板４、プリズムシート５、拡散板１６、１／４波長板１２が設けられている。拡散板４に入射した光は拡散されて、プリズムシート５へと入射する。プリズムシート５は角度選択性を備えており、ある角度で入射した光を反射し、それ以外の角度で入射した光を透過させる。

プリズムシート５で反射した光は拡散板４を通って再び導光板３へと入射し、反射シート１５で反射する。反射シート１５で反射した光は、拡散板４によって拡散されてプリズムシート５へと入射し、同様の動作を繰り返す。これにより、導光板３は、光の輝度むらを大まかに低減させ、照明光のビームを成形するよう作用している。プリズムシート５は、照明光を増やすよう作用している。

プリズムシート５を透過した光は拡散板１６に入射して拡散され、１／４波長板１２を透過して偏光制御素子８へと入射する。拡散板１６によって光が拡散されるので、さらに輝度むらを低減させることができる。なお、導光板３と拡散板４，１６とプリズムシート５とを適宜構成することにより、１／４波長板１２から射出する光は、発光面３２と直交する方向に対して傾斜した方向に向かう指向性を有する光とすることができる。
偏光制御素子８は、１／４波長板１２と所定の距離離間させた状態で配置されている。偏光制御素子８は、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２に対して平行に配置され、１／４波長板１２と近接した状態で正対している。

偏光制御素子８は、一例として、ワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタである。導光板３と拡散板４とプリズムシート５と拡散板１６を組み合わせた構成を用いることにより、光の輝度むらを低減させて、投影表示される映像の画質を向上させることができる。なお、ワイヤグリッド型偏光ビームスプリッタとは、ガラス基板上に金属材料を蒸着し、ナノメータレベルでの微細エッチングによりワイヤ状のグリッドを形成した偏光制御素子である。

偏光制御素子８と所定の距離離間させた状態で、反射型液晶表示素子１が配置されている。反射型液晶表示素子１は、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２，偏光制御素子８に対して４５度の傾きとなるように配置されている。偏光制御素子８に入射する光は不定偏光であり、偏光制御素子８で偏光成分が分離される。偏光制御素子８を透過した直線偏光（第１の偏光）は、照明光として反射型液晶表示素子１へと入射する。一方、偏光制御素子８で反射した直線偏光（第２の偏光）は、偏光制御素子８を透過した偏光に対して偏光方向が直交している。偏光制御素子８で反射した直線偏光は再び１／４波長板１２に入射する。１／４波長板１２は、入射した直線偏光を円偏光に変換する。

１／４波長板１２より射出された円偏光は、拡散板１６、プリズムシート５、拡散板４を透過して導光板３の内部へと入射して、反射シート１５で反射される。反射した円偏光は、再び導光板３の内部及び拡散板４を透過してプリズムシート５に入射する。プリズムシート５は、前述と同様、ある角度で入射した光を反射し、それ以外の角度で入射した光を透過させる。プリズムシート５を透過した円偏光は、拡散板１６を透過して１／４波長板１２に入射して直線偏光に戻る。この直線偏光の偏光方向は、１／４波長板１２を２度透過したため、偏光制御素子８で反射した偏光方向に対して９０度回転している。そのため、１／４波長板１２から射出した直線偏光は、偏光制御素子８で反射することなく、偏光制御素子８を透過して、照明光として反射型液晶表示素子１へと入射する。

反射型液晶表示素子１へと入射した光は、反射型液晶表示素子１で投影する画像に応じて変調されて射出する。反射型液晶表示素子１から射出した光は偏光制御素子８で反射され、偏光板９を透過して結像レンズ１０へと入射する。

以上説明した投影装置の第１形態の各光学要素は、図示していない回路基板や位置決め部材によって位置決めされている。

投影装置の第１形態においては、反射型液晶表示素子１で反射した光は、従来の構成で有するような４５度の傾きで配置された半透過反射シートを透過することがなく、偏光制御素子８で反射するため、ＭＴＦが低下することがない。偏光制御素子８で反射した光は偏光板９を透過するが、偏光板９は光軸に対して９０度の角度で配置しているため、ＭＴＦへの影響はほとんどなく、あってもごくわずかである。

また、投影装置の第１形態においては、ある偏光方向の光を透過し、その偏光方向とは９０度の角度を持つ偏光方向の光を反射する偏光制御素子８と、１／４波長板１２とを用いているので、光を無駄なく利用することができ、照明光量を増大させることができる。従って、光源２の消費電力を少なくすることができる。投影装置の第１形態を表示装置に使用した場合、より長時間、表示装置を使用することが可能となる。従来と同じ使用時間であれば電池を小さくすることができ、表示装置の重量を減らせることも可能となる。

さらに、投影装置の第１形態においては、偏光制御素子８を、導光板３の発光面３２，拡散板４，プリズムシート５，拡散板１６，１／４波長板１２に対して平行にして、１／４波長板１２に近接させて対向させているので、偏光制御素子８にて反射する光は、１／４波長板１２，拡散板１６，プリズムシート５，拡散板４を介して導光板３に直接取り込まれることになる。従って、偏光制御素子８が反射する光を導光板３に取り込むための反射ミラーを設ける必要がない。偏光制御素子８が反射する光を導光板３に取り込むための反射ミラーを設ける必要がないので、投影装置の第１形態は小型化が可能である。

＜投影装置の第２形態＞
図２に示す投影装置の第２形態において、図１に示す第１形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図２に示す第２形態においては、偏光制御素子８の代わりに、１／４波長板１２側に凸となった曲面で形成された偏光制御素子８０を設けている。偏光制御素子８０は、反射型液晶表示素子１で変調されて射出した光を反射する際に、光を収束させるレンズの役割を果たす。偏光制御素子８０が光を収束させるレンズの役割を果たすので、偏光制御素子８０と結像レンズ１０との双方で結像させることができる。

図３から図７を用いて、第１形態の投影装置を用いる表示装置の第１実施例から第５実施例を説明する。図３から図７において、図１に示す構成と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、第１形態の投影装置の代わりに第２形態の投影装置を用いてもよく、その場合の表示装置の構成も以下で説明する第１実施例から第５実施例と同様のものとなる。表示装置は例えばヘッドアップディスプレイである。

＜表示装置の第１実施例＞
図３には、第１形態の投影装置を用いる表示装置の第１実施例を示す。第１形態の投影装置が備える反射型液晶表示素子１で投影する画像に応じて変調された光は、上述の通り偏光制御素子８、偏光板９を介して結像レンズ１０から画像表示光として射出される。
第１実施例では、表示装置は結像レンズ１０から射出される画像表示光が、虚像として提示されるコンバイナ２１を備える。コンバイナ２１は、投影装置から投射された画像表示光を反射すると共に、外来光を透過させる光学素子である。ユーザＡは投影装置から投射された画像表示光にかかる虚像を、コンバイナ２１を介して背景に重畳して視認することができる。
コンバイナ２１は、ユーザＡが画像表示光にかかる虚像を視認しやすいよう、投影装置との位置、距離や角度を調整して設ければよい。なおコンバイナ２１は、図３に示す凹面形状に限らず、平面形状でもよい。

＜表示装置の第２実施例＞
図４には、表示装置の第２実施例を示す。第２実施例では、表示装置は結像レンズ１０より射出される画像表示光を反射するミラー２２と、コンバイナ２１を備える。画像表示光はミラー２２で反射され、コンバイナ２１に投射される。ユーザＡはコンバイナ２１を介して画像表示光にかかる虚像を認識する。

＜表示装置の第３実施例＞
図５には、表示装置の第３実施例を示す。第３実施例では、表示装置は結像レンズ１０より射出された画像表示光に基づく実像が結像する透過型の中間像スクリーン２３と、コンバイナ２１を備える。投影装置から投射され中間像スクリーン２３で結像した実像に係る画像表示光は、中間像スクリーン２３を透過し、コンバイナ２１に投射される。ユーザＡはコンバイナ２１を介して画像表示光にかかる虚像を認識する。

＜表示装置の第４実施例＞
図６には、表示装置の第４実施例を示す。第４実施例では、表示装置は結像レンズ１０より射出された画像表示光に基づく実像が結像する反射型の中間像スクリーン２３１と、コンバイナ２１を備える。投影装置から投射され中間像スクリーン２３１で結像した実像に係る画像表示光は、中間像スクリーン２３１で反射され、コンバイナ２１に投射される。ユーザＡはコンバイナ２１を介して画像表示光にかかる虚像を認識する。

＜表示装置の第５実施例＞
図７には、表示装置の第５実施例を示す。第５実施例では、表示装置が備える結像レンズ１０の代わりに、１または複数の結像レンズ１０１を使用する。結像レンズ１０１は、反射型液層表示素子１が有する光軸に対して、結像レンズ１０１が有する光軸が平行にシフトするよう、表示装置に設けられる。結像レンズ１０１が有する光軸と反射型液層表示素子１が有する光軸とが平行にずれているため、偏光板９より射出され結像レンズ１０１に入射する画像表示光は、結像レンズ１０１の軸外光束として、結像レンズ１０１の光軸に対して斜め方向へ射出される。図７に示す一例では、結像レンズ１０１から射出される光はコンバイナ２１が設けられている斜め上に向かうが、これに限るものではなくコンバイナ２１と投影装置との関係に応じて、結像レンズ１０１から射出される光の光軸を調整すればよい。ユーザＡはコンバイナ２１を介して画像表示光にかかる虚像を認識する。
なお、反射型液晶表示素子１の有する光軸とは、反射型液晶表示素子１の画像表示面に対して垂直に射出する光線の経路であり、結像レンズ１０１が有する光軸とは、結像レンズ１０１の光学的な中心軸である。

以上のような構成の表示装置とすることで、ユーザは、投影装置から出力された画像信号に基づく虚像を、コンバイナ２１を介して現実の背景に重畳して視認することができる。

本発明は以上説明した第１形態、第２形態の投影装置、第１実施例から第５実施例の表示装置に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。第１，第２形態の投影装置では、拡散板４を導光板３とは別体で設けているが、導光板３に拡散板４の機能を含ませることも可能である。また、導光板３の端面３１に光源２を設けているが、導光板３の背面に設けてもよく、光源２の設置場所や導光板３との接続構成は任意である。

１ 反射型液晶表示素子
２ 光源
３ 導光板
４，１６ 拡散板
５ プリズムシート
８，８０ 偏光制御素子
９ 偏光板
１０，１０１ 結像レンズ
１２ １／４波長板
１５ 反射シート（反射体）
２１ コンバイナ
２２ ミラー
２３，２３１ 中間像スクリーン
３１ 端面
３２ 発光面

Claims (3)

1. 光源と、
   前記光源から発せられた光が入射され、発光面から光を射出する導光板と、
   前記発光面から射出された光の内、所定角度の光を反射して前記導光板へ再び入射させ、他の角度の光を透過させるプリズムシートと、
   前記プリズムシートを透過した光が入射される１／４波長板と、
   前記発光面に対して傾きをもって設けられ、入射した照明光を変調して射出する反射型液晶表示素子と、
   前記１／４波長板と前記反射型液晶表示素子との間に、前記発光面と平行となるように設けられ、前記１／４波長板から射出された光を第１の偏光と第２の偏光とに分離すると共に、前記反射型液晶表示素子で変調されて射出された光を結像レンズに向かうように反射させる偏光制御素子と、
   前記偏光制御素子により反射され前記結像レンズから射出された光を虚像として提示するコンバイナと、
   を備え、
   前記第１の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記反射型液晶表示素子に前記照明光として透過させた光であり、
   前記第２の偏光は前記１／４波長板から射出された光を前記１／４波長板へ再び入射するよう反射させた光である表示装置。
2. 前記偏光制御素子は、前記反射型液晶表示素子に対して４５度の傾きで設けられている請求項１記載の表示装置。
3. 前記偏光制御素子が、前記１／４波長板側に凸の曲面で形成されている請求項１または２に記載の表示装置。

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