JP2015225221A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質の低下を抑制可能な投射型表示装置を提供する。
【解決手段】投射型表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの入射側に配置された偏光板と、液晶パネルの出射側に配置された吸収型偏光板と、吸収型偏光板と液晶パネルの間に配置された第１位相差板と、偏光板と液晶パネルとの間に配置された第２位相差板と、を含み、第１位相差板が３／４波長位相差板で第２位相差板が１／４波長位相差板、または、第１位相差板が１／４波長位相差板で第２位相差板が３／４波長位相差板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関し、特には、液晶パネルと偏光板を用いて画像を生成する投射型表示装置に関する。

３板式投写型プロジェクタ等の投射型表示装置では、画像の高輝度化を図るために、光源の高出力化が進んでいる。光源の高出力化が進むと、液晶パネルの入射側および出射側に設けられた偏光板に照射される光量が増えるため、偏光板が吸収する光量が増える。偏光板が吸収する光量が増えると、偏光板の温度が高くなり、偏光板の劣化が進んでしまう。
特許文献１には、出射側の偏光板の劣化を抑制可能なプロジェクタ装置が記載されている。特許文献１に記載のプロジェクタ装置は、出射側の偏光板として、吸収型無機偏光板を有する。吸収型無機偏光板は、有機材料と比較して耐熱性に優れた無機材料で形成されている。このため、吸収型無機偏光板では、温度上昇に伴う劣化が抑制される。

特開２０１０−１３４０８５号公報

出射側の偏光板は、出射側の偏光板の透過軸に平行な偏光方向を有する光（以下「透過対象光」と称する）の一部を反射する可能性がある。例えば、特許文献１に記載のプロジェクタ装置のように出射側の偏光板として吸収型無機偏光板が用いられた場合、透過対象光の一部は反射される。
また、出射側の偏光板の後段に投射光学系（例えば、クロスダイクロイックプリズムおよび投射レンズを含む光学系）が配置された場合、投射光学系が、出射側の偏光板を透過した透過対象光の一部を反射する可能性がある。
出射側の偏光板や投射光学系で反射された透過対象光は、液晶パネルに到達した後、例えば、その一部が液晶パネルの界面で反射される。

図７は、液晶パネル１０１で反射される透過対象光を説明するための図である。
入射側偏光板１０２と出射側偏光板１０３は、互いの透過軸が直交するように配置されている。液晶パネル１０１は、中央部分が白で他の部分が黒の画像を表す画像信号に応じて駆動している。
液晶パネル１０１は、白に対応する位置では、入射側偏光板１０２を透過した入射側偏光板１０２の透過対象光の偏光方向を、透過対象光の進行方向を回転軸として９０度回転する。
また、液晶パネル１０１は、黒に対応する位置では、入射側偏光板１０２を透過した透過対象光の偏光方向を変更しない。液晶パネル１０１と入射側偏光板１０２と出射側吸収型偏光板１０３は、画像成分生成部１０６に含まれる。

図７には、入射側偏光板１０２と液晶パネル１０１の白に対応する部分を透過した後、出射側の吸収型無機偏光板１０３で反射され、その後、液晶パネル１０１の黒に対応する面で反射された透過対象光Ｌ１が示されている。
液晶パネル１０１の黒に対応する面で反射された透過対象光Ｌ１は、液晶パネル１０１の黒に対応する部分を透過してきた光のように進む。このため、透過対象光Ｌ１は、迷光となる。

また、図７には、出射側の吸収型無機偏光板１０３を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１０４で反射され、その後、液晶パネル１０１の黒に対応する面で反射された透過対象光Ｌ２が示されている。液晶パネル１０１の黒に対応する面で反射された透過対象光Ｌ２も、液晶パネル１０１の黒に対応する部分を透過してきた光のように進む。このため、透過対象光Ｌ２も迷光となる。

透過対象光Ｌ１やＬ２は、出射側の吸収型無機偏光板１０３およびクロスダイクロイックプリズム１０４を通過すると、スクリーン１０５上で、本来、黒となる表示箇所１０５ａに到達してしまう。このため、画質が低下するという課題が生じる。

本発明の目的は、上記課題を解決可能な投射型表示装置を提供することである。

本発明の投射型表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの入射側に配置された偏光板と、前記液晶パネルの出射側に配置された吸収型偏光板と、前記吸収型偏光板と前記液晶パネルとの間に配置された第１位相差板と、前記偏光板と前記液晶パネルとの間に配置された第２位相差板と、を含み、前記第１位相差板が３／４波長位相差板で前記第２位相差板が１／４波長位相差板、または、前記第１位相差板が１／４波長位相差板で前記第２位相差板が３／４波長位相差板である。

本発明によれば、画質の低下を抑制可能になる。

本発明の第１実施形態のプロジェクタ１０を示した図である。 出射側偏光板６またはクロスダイクロイックプリズム３１で反射された、出射側偏光板６の透過対象光Ｌ３およびＬ４を示した図である。 入射側偏光板５が吸収型偏光板である状況で、位相差板８から出射された円偏光が液晶パネル４の黒に対応する部分を通過する場合を示した図である。 入射側偏光板５が反射型偏光板である状況で、位相差板８から出射された円偏光が液晶パネル４の黒に対応する部分を通過する場合を示した図である。 入射側偏光板５と位相差板７と液晶パネル４と位相差板８と出射側偏光板６とクロスダイクロイックプリズム３１との組合せ例（構成Ａ〜構成Ｆ）を示した図である。 本発明の第２実施形態の投射型表示装置２０を示した図である。 液晶パネル１０１で反射される透過対象光の一部を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のプロジェクタ１０を示した図である。プロジェクタ１０は、投射型表示装置の一例である。
図１において、プロジェクタ１０は、光源１と、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂと、投射光学部３と、を含む。
光源１は、分光部（不図示）を介して、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂに光を照射する。以下、光源１が照射した光を「照射光」と称する。
画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂは、それぞれ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の映像信号（以下「Ｒ映像信号」「Ｇ映像信号」「Ｂ映像信号」とも称する）に応じて、照射光を変調する。以下、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂがそれぞれ変調した光（変調光）を、「Ｒ画像光」「Ｇ画像光」「Ｂ画像光」とも称する。
画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂは、入力される映像信号が異なる以外は同一構成である。以下、説明の簡略化を図るため、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂのうち、画像成分生成部２Ｇについて説明する。
画像成分生成部２Ｇでは、図７に示した画像成分生成部１０６に対して、位相差板７および８が追加されている。画像成分生成部２Ｇは、液晶パネル４と、入射側の偏光板（以下「入射側偏光板」と称する）５と、出射側の偏光板（以下「出射側偏光板」と称する）６と、位相差板７および８と、を含む。
液晶パネル４は、Ｇ映像信号に応じて駆動する。液晶パネル４は、白に対応する位置では、入射側偏光板５を透過した入射側偏光板５の透過対象光の偏光方向を、透過対象光の進行方向を回転軸として９０度回転する。また、液晶パネル４は、黒に対応する位置では、入射側偏光板５を透過した透過対象光の偏光方向を変更しない。
入射側偏光板５と出射側偏光板６は、液晶パネル４を挟むように配置されている。入射側偏光板５と出射側偏光板６は、互いの透過軸が直交するように配置されている。
入射側偏光板５としては、例えば、有機偏光板、ワイヤーグリッドタイプの反射型無機偏光板または吸収型無機偏光板が用いられる。
出射側偏光板６としては、吸収型偏光板が用いられる。本実施形態では、出射側偏光板６として、吸収型無機偏光板が用いられる。
位相差板７は、第２位相差板の一例である。位相差板７は、入射側偏光板５と液晶パネル４との間に配置されている。本実施形態では、位相差板７として１／４波長位相差板が用いられる。
位相差板８は、第１位相差板の一例である。位相差板８は、出射側偏光板６と液晶パネル４との間に配置されている。本実施形態では、位相差板８として３／４波長位相差板が用いられる。
投射光学部３は、投射光学系の一例である。投射光学部３は、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂの各出射側偏光板６を透過した光（Ｒ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光）を投射する。
投射光学部３は、クロスダイクロイックプリズム３１と、投射レンズ３２と、を含む。
クロスダイクロイックプリズム３１は、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂから出射された画像光（Ｒ画像光、Ｇ画像光、Ｂ画像光）を合成して合成画像光を生成する。クロスダイクロイックプリズム３１は、合成画像光を投射レンズ３２に投射する。
投射レンズ３２は、合成画像光を、投射ミラー（不図示）などを介してスクリーン９へ投射する。

次に、動作を説明する。

位相差板７が１／４波長位相差板であり、位相差板８が３／４波長位相差板であるため、位相差板７と位相差板８とを通過する偏光は、偏光方向が偏光の進行方向に対して１８０度回転して元に戻る。
このため、入射側偏光板５を透過した後、位相差板７、液晶パネル４、位相差板８を通った偏光の偏光方向は、入射側偏光板５を透過した後に位相差板７を通らずに液晶パネル４を通った偏光の偏光方向と一致する。
よって、入射側偏光板５を透過した後、位相差板７、液晶パネル４、位相差板８を通った偏光では、位相差板７および８を追加したことに起因する偏光方向の変化は生じない。
１／４波長位相差板である位相差板７は、入射側偏光板５を透過した偏光を、液晶パネル４と位相差板８を通った際に直線偏光となる円偏光に変換する。この円偏光は、液晶パネル４を通った後、位相差板８に入射する。３／４波長位相差板である位相差板８は、この円偏光を直線偏光に変換する。

図２は、出射側偏光板６またはクロスダイクロイックプリズム３１で反射された、出射側偏光板６の透過対象光Ｌ３およびＬ４を示した図である。
出射側偏光板６の透過対象光Ｌ３およびＬ４は、偏光方向が出射側偏光板６の透過軸と平行である第１偏光の一例である。
透過対象光Ｌ３およびＬ４は、３／４波長位相差板である位相差板８を通ると、円偏光となる。位相差板８で透過対象光Ｌ３およびＬ４から変換された円偏光は、第２偏光の一例である。この円偏光の一部（第３偏光）は、その後、液晶パネル４の界面で反射され、再度、位相差板８を通ることで、光の進行方向を軸として偏光方向が透過対象光Ｌ３およびＬ４の偏光方向に対して９０度（２７０度）回転した直線偏光Ｌ５、Ｌ６に変換される。直線偏光Ｌ５、Ｌ６は、第４偏光の一例である。直線偏光Ｌ５およびＬ６は、出射側偏光板６の透過対象光とは異なる。このため、直線偏光Ｌ５およびＬ６は、出射側偏光板６に吸収される。したがって、透過対象光Ｌ３やＬ４に起因する画質の低下を抑制することが可能になる。

図３は、入射側偏光板５が吸収型偏光板である状況で、位相差板８から出射された円偏光の一部が液晶パネル４の黒に対応する部分を通過する場合を示した図である。
位相差板８から出射された円偏光のうち、液晶パネル４の黒に対応する部分を通過した円偏光（第５偏光）は、１／４波長位相差板である位相差板７を通ると、偏光方向が透過対象光Ｌ３およびＬ４の偏光方向と同一である直線偏光Ｌ７、Ｌ８に変換される。直線偏光Ｌ７、Ｌ８は、第６偏光の一例である。入射側偏光板５と出射側偏光板６は、互いの透過軸が直交するように配置されているため、直線偏光Ｌ７およびＬ８の偏光方向は、入射側偏光板５の透過軸と直交する。このため、直線偏光Ｌ７およびＬ８は、入射側偏光板５に吸収される。したがって、透過対象光Ｌ３やＬ４に起因する画質の低下を抑制することが可能になる。

図４は、入射側偏光板５が反射型偏光板（例えば、ワイヤーグリッドタイプの反射型偏光板）である状況で、位相差板８から出射された円偏光が液晶パネル４の黒に対応する部分を通過する場合を示した図である。
液晶パネル４の黒に対応する部分を通過した円偏光は、位相差板７（１／４波長位相差板）を通ると、直線偏光Ｌ７、Ｌ８に変換される。直線偏光Ｌ７およびＬ８の偏光方向は、入射側偏光板５の透過軸と直交するため、直線偏光Ｌ７およびＬ８は、入射側偏光板５で反射される。その後、直線偏光Ｌ７およびＬ８は、位相差板７を通り液晶パネル４の界面で反射されて位相差板７を再度通ると、それぞれ、偏光方向が偏光の進行方向に対して９０度回転した直線偏光Ｌ９、Ｌ１０に変換される。このため、直線偏光Ｌ９およびＬ１０の偏光方向は、入射側偏光板５の透過軸と平行になる。このため、直線偏光Ｌ９およびＬ１０は、入射側偏光板５を透過する。したがって、透過対象光Ｌ３やＬ４に起因する画質の低下を抑制することが可能になる。

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態では、入射側偏光板５と液晶パネル４との間に配置された位相差板７が１／４波長位相差板である。出射側偏光板６と液晶パネル４との間に配置された位相差板８が３／４位相差板である。出射側偏光板は、吸収型偏光板である。
出射側偏光板６またはクロスダイクロイックプリズム３１で反射された、出射側偏光板６の透過対象光が、３／４波長位相差板である位相差板８を通ると、円偏光となる。この円偏光の一部は、その後、液晶パネル４の界面で反射され、再度、位相差板８を通ることで、光の進行方向を軸として偏光方向が出射側偏光板６の透過対象光の偏光方向に対して９０度（２７０度）回転した直線偏光に変換される。この直線偏光は、出射側偏光板６の透過対象光ではない。このため、この直線偏光は出射側偏光板６に吸収される。したがって、出射側偏光板６の透過対象光に起因する画質の低下を抑制することが可能になる。
また、位相差板８から出射された円偏光のうち、液晶パネル４の黒に対応する部分を通過した円偏光は、位相差板７を通ることで、偏光方向が出射側偏光板６の透過対象光の偏光方向と同一である直線偏光に変換される。
ここで、入射側偏光板５が吸収型偏光板である場合、変換後の直線偏光は、入射側偏光板５に吸収される。
一方、入射側偏光板５が反射型偏光板である場合、変換後の直線偏光は、入射側偏光板５で反射される。入射側偏光板５で反射された直線偏光は、位相差板７を通り液晶パネル４の界面で反射されて位相差板７を再度通ると、偏光方向が偏光の進行方向に対して９０度回転した直線偏光に変換される。このため、偏光方向が９０度回転した変更後の直線偏光の偏光方向は、入射側偏光板５の透過軸と平行になる。このため、偏光方向が９０度回転した変更後の直線偏光は、入射側偏光板５を透過する。したがって、出射側偏光板６の透過対象光に起因する画質の低下を抑制することが可能になる。
これまで、液晶パネル４に白または黒を表示する場合に限定して説明した。しかし、出射側偏光板６の透過対象光に起因する画質の低下を抑制することが可能となるのは、この場合に限られない。例えば、液晶パネル４にグレーを表示する場合にも、同様に画質の低下を抑制することが可能となる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。
位相差板７として３／４波長位相差板が用いられ、位相差板８として１／４波長位相差板が用いられてもよい。
また、画像成分生成部２Ｒ、２Ｇおよび２Ｂのうち、少なくとも、最も光密度が高いＧ光路を形成する画像成分生成部２Ｇに、位相差板７および８を設けることが望ましい。
図５は、入射側偏光板５と位相差板７と液晶パネル４と位相差板８と出射側偏光板６とクロスダイクロイックプリズム３１との組合せ例（構成Ａ〜構成Ｆ）を示した図である。図５において、反射型無機偏光板および吸収型無機偏光板は、ワイヤーグリッドタイプのものである。
入射側偏光板５として有機偏光板が用いられる構成ＡまたはＢは、使用する光の光密度が低いプロジェクタにおいて用いられる。
使用する光の光密度が高いプロジェクタには構成Ｃ、Ｄ、ＥまたはＦが用いられる。
構成ＥおよびＦは、入射側偏光板５として吸収型無機偏光板を用いており、入射側偏光板５として反射型無機偏光板を用いる構成ＣおよびＤと比べ、コストが高くなる。このため、迷光の許容度が低くない場合には、構成ＣおよびＤが選択され、迷光の許容度が低い場合には、構成ＥおよびＦが選択されることが望ましい。
構成Ａと構成Ｂの間、構成Ｃと構成Ｄの間、構成Ｅと構成Ｆの間には、機能的な差はない。
なお、出射側偏光板６として、反射型無機偏光板でなく吸収型無機偏光板が用いられることが望ましい理由は、以下の通りである。
吸収型無機偏光板は、透過対象光の反射率が反射型無機偏光板よりも低い。また、出射側偏光板６の反射光は、液晶パネルのトランジスタ部等に悪影響を与え、それにより、投写画像に不具合現象を引き起こす可能性が高い。このため、出射側偏光板６の反射光を抑制できる吸収型無機偏光板が用いられることが望ましい。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の投射型表示装置２０を示した図である。
図６において、投射型表示装置２０は、液晶パネル２１と、入射側の偏光板２２と、出射側の吸収型偏光板２３と、位相差板２４および２５と、を含む。
液晶パネル２１は、映像信号に応じて駆動する。液晶パネル２１は、例えば、白に対応する位置では、入射側の偏光板２２を透過した入射側の偏光板２２の透過対象光の偏光方向を、透過対象光の進行方向を回転軸として、９０度回転する。
入射側の偏光板２２は、液晶パネル２１の入射側に配置されている。出射側の吸収型偏光板２３は、液晶パネル２１の出射側に配置されている。入射側の偏光板２２と出射側の吸収型偏光板２３は、互いの透過軸が直交するように配置されている。
位相差板２４は、第１位相差板の一例である。位相差板２４は、出射側の吸収型偏光板２３と液晶パネル２１との間に配置されている。
位相差板２５は、第２位相差板の一例である。位相差板２５は、入射側の偏光板２２と液晶パネル２１との間に配置されている。
位相差板２４と２５の組合せは、位相差板２４が３／４波長位相差板で位相差板２５が１／４波長位相差板、または、位相差板２４が１／４波長位相差板で位相差板２５が３／４波長位相差板である。

次に、本実施形態の動作について説明する。
位相差板２４は、出射側の吸収型偏光板２３からの光のうち、偏光方向が出射側の吸収型偏光板２３の透過軸と平行である第１偏光を、第１偏光とは異なる第２偏光に変換して液晶パネル２１に向けて出射する。また、位相差板２４は、液晶パネル２１からの光のうち、偏光方向が第２偏光の偏光方向と同じである第３偏光を、出射側の吸収型偏光板２３が吸収する第４偏光に変換して出射側の吸収型偏光板２３に向けて出射する。
このため、出射側の吸収型偏光板２３が第１偏光を反射したり、出射側の吸収型偏光板２３を透過した第１偏光の一部が、出射側の吸収型偏光板２３の後段で反射されて出射側の吸収型偏光板２３に戻って来ても、第１偏光のうち迷光となる光は吸収される。したがって、画質の低下を抑制することが可能になる。
また、位相差板２５は、液晶パネル２１からの光のうち、偏光方向が第２偏光の偏光方向と同じである第５偏光を、偏光方向が入射側の偏光板２２の透過軸と垂直である第６偏光に変換して入射側の偏光板２２に向けて出射する。
このため、位相差板２４が設けられたことに起因する投射型表示装置２０の動作への影響を、位相差板２５は補償することが可能になる。よって、迷光に起因する画質の低下を抑制しつつ、投射型表示装置２０が動作することを可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１ 光源
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ 画像成分生成部
３ 投射光学部
３１ クロスダイクロイックプリズム
３２ 投射レンズ
４ 液晶パネル
５ 入射側偏光板
６ 出射側偏光板
７、８ 位相差板
１０ プロジェクタ
２０ 投射型表示装置
２１ 液晶パネル
２２ 入射側の偏光板
２３ 出射側の吸収型偏光板
２４、２５ 位相差板

Claims (6)

1. 液晶パネルと、
   前記液晶パネルの入射側に配置された偏光板と、
   前記液晶パネルの出射側に配置された吸収型偏光板と、
   前記吸収型偏光板と前記液晶パネルとの間に配置された第１位相差板と、
   前記偏光板と前記液晶パネルとの間に配置された第２位相差板と、を含み、
   前記第１位相差板が３／４波長位相差板で前記第２位相差板が１／４波長位相差板、または、前記第１位相差板が１／４波長位相差板で前記第２位相差板が３／４波長位相差板である、投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置において、
   前記第１位相差板は、
   前記吸収型偏光板からの光のうち、偏光方向が前記吸収型偏光板の透過軸と平行である第１偏光を、前記第１偏光とは異なる第２偏光に変換して前記液晶パネルに向けて出射し、
   さらに、前記液晶パネルからの光のうち、偏光方向が前記第２偏光の偏光方向と同じである第３偏光を、前記吸収型偏光板が吸収する第４偏光に変換して前記吸収型偏光板に向けて出射する、
   投射型表示装置。
3. 請求項２に記載の投射型表示装置において、
   前記第２位相差板は、
   前記液晶パネルからの光のうち、偏光方向が前記第２偏光の偏光方向と同じである第５偏光を、偏光方向が前記偏光板の透過軸と垂直である第６偏光に変換して前記偏光板に向けて出射する、
   投射型表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記吸収型偏光板は、吸収型無機偏光板である、投射型表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記入射側の偏光板は、反射型偏光板である、投射型表示装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記吸収型偏光板を透過した光を投射する投射光学部をさらに含む、投射型表示装置。

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