JPH04177335A - 投射形液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、背面から偏光波を入射されて前面から画像を
投射する透過形の液晶表示素子を用いた投射形液晶表示
装置に関するものであり、さらに詳しくは、光源からの
光の利用効率の向上を図ることを可能にした、かかる投
射形液晶表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の投射型液晶表示装置は、例えば、特開昭６２、−
１２５７９１号公報に記載のように、単一光源から出力
された白色光をグイクロインクミラーにより、赤、青、
緑の色の三原色に分光し、この三原色光を３枚の液晶パ
ネルにそれぞれ入射することにより、三原色に対応する
画像を表示し、この三原色に対応する画像をグイクロイ
ンクプリズムを用い合成することにより、カラー画像を
得て、このカラー画像を１本の投写レンズを用いて、ス
クリーン上に拡大投射するものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、各液晶パネルの構造は、２枚
の偏光板により光学的に挟まれた液晶素子から成ってお
り、前記液晶パネルに入射された光線は、本来、Ｐ偏光
波とＳ偏光波に分離できるものであるが、その中のＰ偏
光波あるいはＳ偏光波しか液晶パネルから出射されない
ようになっている。すなわち、前記液晶パネルを透過す
る光量は、入射光量の半分以下になってしまい、かなり
の光の損失が生じてしまうという問題があった。

ここで、Ｐ偏光波とは入射面に対して平行な偏光面（電
気ベクトルの振動している平面）を持つ直線偏光のこと
を言い、Ｓ偏光波とは入射面に対して垂直な偏光面をも
つ直線偏光のことを言う。

例えば、従来では、前記偏光板として、一般に染料（２
色性色素など）を含有する偏光板を用いており、その場
合、Ｐ偏光波を透過する素子ではＳ偏光波は吸収すると
いう状況にあるので、光の損失が生してしまうことにな
るわけである。

そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を
解決し、Ｓ偏光波（あるいはＰ偏光波）のみならず、Ｐ
偏光波（あるいはＳ偏光波）も有効に利用して、光の利
用率を向上させ、明るい画面を得ることのできる投射型
液晶表示装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、光源からの光
を、凹面鏡と凸レンズによりほぼ平行光とし、この平行
光を入射されて、直線偏光したＰ偏光波とＳ偏光波とに
分離する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリ
ッタによって分離した偏光波のうちＰ偏光波（またはＳ
偏光波）を１／４波長板内で往復させることにより、そ
の位相を変えＳ偏光波（またはＰ偏光波）に変換する偏
光変換手段と、を設け、該偏光変換手段により変換して
得られたＳ偏光波（またはＰ偏光波）と、前記偏光ビー
ムスプリッタによって分離したＳ偏光波（またはＰ偏光
波）とを合成し、この合成光を液晶表示素子に照射する
よう構成したものである。

〔作用〕

本発明の上記の構成によれば、前記偏光ビームスプリッ
タでは光源からの光をほとんど損失なくＰ偏光波とＳ偏
光波の直線偏光に分離する。次に、その片方の光束を１
／４波長板内を反射膜を使って往復させることにより、
他方と同一方向の偏光波に変換する。このとき１／４波
長板の透過損失および反射膜等の反射損失を十分抑える
ことで、光源からの光束すべてを偏光光束として液晶表
示素子ムこ照射することができ、光の有効利用率を倍近
くまで改善できる。この結果、画面の明るさの向上が図
れる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例としての投射型液晶表示
装置を示す概略構成閲である。

第１図において、１は光源であり、例えばメタルハライ
ドランプ、キセノンランプ等の白色光源である。２は凹
面鏡、３は赤外カットフィルタ、４はコンデンサレンズ
、５は偏光変換手段と合成手段とを含む偏光光学系であ
り、本実施例では、６の偏光ビームスプリッタと７の１
／４波長板と該１／４波長板７の片側の面に蒸着等の手
段により形成した８の反射膜、と９の直角プＩＪズムお
よび１０の合成プリズムにより構成している。１１〜１
３までが液晶表示素子であり、１１の偏光板、１２の透
明電極、１３の液晶（例えばＴＮ液晶）、で構成してい
る。１４は投写レンズ、Ｉ５はスクリーンである。

以下、本実施例の動作について第１図および第２図を用
いて説明する。なお第２図は、第１図における偏光光学
系５の部分拡大図である。

第１図において、光源ｌからおよび凹面鏡２によって反
射された光は、熱線を反射し、可視光を通過させる赤外
カットフィルタ３を通過し、コンデンサレンズ４に入射
され、はぼ平行光束として出射し、さらに、偏光光学系
５の構成部品である偏光ビームスプリッタ６に入射する
。

次に第２図を用いて説明をつづける。前記偏光ビームス
プリッタ６に入射する光！１６は不定偏光波１７であり
、前記偏光ビームスプリッタ６でＳ偏光波１８とＰ偏光
波１９とに分離される。

次に、前記偏光ビームスプリッタ６で分離された前記Ｓ
偏光波は直角プリズム９によってその゛進路を折り曲げ
て、さらに合成プリズム１０にて、液晶表示素子（液晶
１３とその両側に透明電極５と偏光板１１とが配置され
たもの）に入射される。

また、一方のＰ偏光波１９は、その片側の面に蒸着等の
手段によって反射膜８を形成されている１／４波長板７
に入射され、前記反射膜８によって反射され、再度前記
１／４波長板７を通過することにより、Ｐ偏光波１９は
Ｓ偏光波２０に変換されて、前記偏光ビームスプリッタ
６に入射される。

ここで前記偏光ビームスプリッタ６はＰ偏光波は反射し
、Ｓ偏光波は透過する性質をもつことから、Ｓ偏光波２
０はそのまま偏光ビームスプリッタ６内を通過し、合成
プリズム１０にて液晶表示素子に入射される。

ここで、合成プリズム１０は、出射するＳ偏光波１８お
よび２０が、第１図に示すように、液晶１３の面で一致
するように合成すべく構成している。

さらに、液晶１３の面上に表示される画像を投写レンズ
１４によって拡大し、スクリーン１５上に拡大した実像
を得る。

以上のように、光源１からの光のうち、従来ではその半
分だけしか利用されていなかったものが、本実施例によ
れば、はぼ全てを有効に利用することができるので、光
の利用率が大幅に改善される。

なお、第１図に示すように、本実施例では前記液晶１３
の両側に偏光板１１　（本実施例ではＳ偏光波のみを選
択して出射させる）を設けているが、合成プリズム１０
側の偏光板１１は取り除いても同様の効果を得ることは
できる。合成プリズム１０側に偏光板１１を設けた場合
には、合成プリズム１０から出射されて液晶１３に入射
される光の偏光の純度が更に向上し、コントラスト性能
をも合せて向上させることができる。

また、液晶表示素子の駆動回路としては、例えば第１図
の下方に示す如き回路がある。すなわち、レーザーディ
スク、ＶＴＲ等から入力されるビデオ入力をビデオクロ
マ処理回路３０により処理しＲＧＢ出力回路３１に入力
する。ＲＧＢ出力回路３０ではＲ，Ｇ、Ｂに対応する映
像信号及び液晶表示素子をＡＣ駆動するため、垂直期間
ごとに極性反転し、Ｘドライバ３２を介して透明電極１
２に入力する。ビデオクロマ処理回路３０、ＲＧＢ出力
回路３ＬＸドライバ３２、およびＹトライバ３５は同期
処理回路３３およびコントローラ３４により同期が取ら
れている。

さらに、第２図に示すごとく、本実施例における偏光光
学系５は、その諸構成部品（偏光ビームスプリッタ６、
反射膜８を形成した１／４波長板７、直角プリズム９、
および合成プリズム１０）を相互に光学的接着により一
体化することができ、これによって小形な偏光光学系５
を実現できる。

第３図は本発明の第２の実施例の主要部を示す構成図で
あり、第１図、第２図におけるものと対応する部分には
同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

本実施例の特徴は第１図の実施例に比べ偏光光学系５の
構成部品を少なくできる点である。すなわち、第３図に
おいては、第２図で示した偏光変換原理によって偏光ビ
ームスプリッタ６および直角プリズム９を通過してきた
Ｓ偏光波１日と、前記偏光ビームスプリッタ６と片側に
反射膜８を形成した１／４波長板７を往復することによ
り偏光が変換されたＳ偏光波２０とを、合成するのでは
なく、第３図に示すように、偏光板１１と透明電極１２
と液晶１３とで構成される液晶表示素子に対して、その
上半面と下半面（或いは右半面と左半面）のように、半
分ずつ入射するように構成する。

こうすることで、第１図、第２図に示した合成プリズム
１０を取り除くことができる。なお、本実施例では前記
液晶表示素子における左右もしくは上下方向の明るさの
バランスをとるために、明るい領域の方に、光を吸収す
るためのフィルタ２１を設けている。このフィルタ２１
の光の吸収率を最適化することによって、明るさの均一
化を実現できる。

また、第３図においては、フィルタ２１を直角プリズム
９から離して配置しているが、直角プリズム９と光学的
接着により一体化すれば、さらに偏光光学系５の小形化
が図れる。さらに、第３図において、第１図に示した投
写レンズ１４、スクリーン１５は図示を省略しているが
、当然台まれる。

第４図は本発明の第３の実施例の主要部を示す構成図で
あり、第１図、第２図におけるものと対応する部分には
同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

本実施例の特徴は、第１図および第３図に示した実施例
に比べ、さらに偏光光学系５の構成部品を少なくできる
点であり、以下に説明する。

第４図において、光源１から出射された光線１６は熱線
を反射し、可視光を通過させる赤外カントフィルタ３を
通過し、コンデンサレンズ４に入射され、はぼ平行光束
として出射する。ここまでは、第１図、第２図に示した
実施例と同様であり、前記出射光は不定偏光波１７であ
る。

次に本実施例では、偏光光学系５の構成部品であ乞１／
４波長板７に入射される。この場合、入射光線は前記の
ごとく不定偏光波１７であるので、そのままの偏光波で
偏光ビームスプリッタ６に入射され、Ｓ偏光波１８とＰ
偏光波１９とに分離され、Ｐ偏光波１９は直接、偏光板
１１と透明電極１２と液晶１３とで構成される液晶表示
素子に入射される。ここで、偏光板１１は第１図、第３
図に示したものと偏光特性が異なり、ここではＰ偏光波
のみを選択するものである。

一方のＳ偏光波１８は、偏光ビームスプリッタ６の片側
に形成された反射膜８によって反射され、該偏光ビーム
スプリッタ６を再び通過し、１／４波長板７に入射され
る。これによって該１／４波長板７から出射される光線
１６は前記Ｓ偏光波１８から円偏光波２２に変換される
。

さらに、光源１の後にある凹面鏡２を最適に設計するこ
とにより、１／４波長板７から出射された光線１６は、
コンデンサレンズ４および赤外カットフィルタ３を通過
し、凹面鏡２で反射され、あたかも光源１から再度出射
されたようになり、１／４波長板７まで戻ってきて、再
度該１／４波長板７に入射される。そして、出射された
光線Ｉ６は円偏光波２２からＰ偏光波２３に変換され、
偏光ビームスプリッタ６によって液晶表示素子に入射さ
れる。

なお、第３図中において、光線１６の経路をずらして複
数本として示しているが、これは、説明を分りやすくす
る為であって当然−木の線上を往復する。

以上のように、本実施例によれば、偏光光学系５の構成
部品を第１図、第３図に示した実施例の場合よりも少な
くでき、かつ同様の効果も得ることができる。また、第
３図と同様に、第１図で示した投写レンズ１４、スクリ
ーン１５の図示を省略している。

以上述べた実施例は、全て、液晶表示素子が一枚構成の
時に適用した例であるが、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方法
にも適用できる。その構成を第５関に示す。

第５図は、第４図で示した偏光光学系５を用いた本発明
の第４の実施例を示す概略構成図である。

第５図において、前述した実施例と同一部品には同一符
号を付し、その詳細説明は省略する。光源１から出射し
た光は、コンデンサレンズ４によってほぼ平行光束にな
るようにコリメートされて、第４図においてその偏光変
換原理を示した偏光光学系５に入射される。

該偏光光学系５より出射した光線は、該光線の光軸に対
して４５°の角度に配置されたＢ（青色）反射のダイク
ロイックミラー２５により、Ｂは反射され、Ｒ（赤色）
とＧ（緑色）は透過する。

反射したＢ光線は、全反射ミラー２７によってその進路
を折り曲げられて偏光板１１と透明電極１２と液晶１３
とで構成される液晶表示素子に入射される。一方、Ｂ反
射ダイクロイックミラー２５を透過したＲ、Ｇ光線は、
該光線の光軸に対して４５″′の角度に配置したＧ反射
ダイクロインクミラー２６によりＧは反射され、Ｒは透
過する。

反射したＧ光線はそのまま液晶表示素子に入射される。

一方、Ｇ反射ダイクロインクミラー２６を透過したＲ光
線は、全反射ミラー２７によってその進路を折り曲げら
れて液晶表示素子に入射される。

さらに各液晶表示素子の液晶１３面上に表示されるＲ、
Ｂ、Ｇにそれぞれ対応する画像をＢ反射面２９、および
Ｒ反射面３６を有し、かつその反射面は光軸に対して４
５°の角度となるように構成されたダイクロインクプリ
ズム２８によって各画像が合成され、この合成された画
像を投写レンズ１４によって拡大し、スクリーン１５上
に拡大した実像を得ている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来では偏光板により半分以上の光が
吸収されていた光源からの光を偏光変換することにより
、すべて偏光光束として液晶表示素子に照射することが
できるので、光の有効利用率を大幅に改善でき、この結
果、画面の明るい投射型液晶表示装置を実現することが
できる。

また、本発明によれば、偏光光学系を一体化構成とする
ことができ、その分、小形化することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例としての投射型液晶表示
装置を示す概略構成図、第２図は第１図の部分拡大図、
第３図は本発明の第２の実施例の主要部を示す構成図、
第４図は本発明の第３の実施例の主要部を示す構成図、
第５図は本発明の第４の実施例を示す概略構成図、であ
る。 符号の説明 １・・・光源、２・・・凹面鏡、３・・・赤外カットフ
ィルタ、４・・・コンデンサレンズ、５・・・偏光光学
系、６・・・偏光ビームスプリッタ、７・・・１／４波
長板、８・・・反射膜、９・・・直角プリズム、１０・
・・合成プリズム、１１・・・偏光板、１２・・・透明
電極、１３・・・液晶、１４・・・投写レンズ、１５・
・・スクリーン、１６・・・光線、１７・・・不定偏光
波、１８・・・Ｓ偏光波、１９・・・Ｐ偏光波、２０・
・・Ｓ偏光波、２１・・・フィルタ、２２・・・円偏光
波、２３・・・Ｐ偏光波、２５・・・Ｂ反射ダイクロイ
ックミラー、２６・・・Ｇ反射ダイクロインクミラー、
２７・・・全反射ミラー、２８・・・ダックロイツクプ
リズム、２９・・・Ｂ反射面、３６・・・Ｒ反射面、３
０・・・ビデオ・クロマ処理回路、３１・・・ＲＧＢ出
力回路、３２・・・Ｘドライバ、３３・・・同期処理回
路、３４・・・コントローラ、３５・・・Ｙドライバ。 代理人　　弁理士　並　木　昭　天 真　１　図 叢２　図 １１！３図 填　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、背面から偏光波を入射されて前面から画像を投射す
   る透過形の液晶表示素子を用いた投射形液晶表示装置に
   おいて、 不定偏光波を出力する光源（１）と、該光源からの不定
   偏光波を入射されＳ偏光波とＰ偏光波に分離して出力す
   る偏光ビームスプリッタ（６）と、分離された前記Ｐ偏
   光波（又はＳ偏光波）を１／４波長板（７）を往復透過
   させることによりＳ偏光波（又はＰ偏光波）に変換する
   偏光変換手段（７、８）と、前記偏光ビームスプリッタ
   により分離された前記Ｓ偏光波（又はＰ偏光波）と前記
   偏光変換手段により変換された前記Ｓ偏光波（又はＰ偏
   光波）とを合成して前記液晶表示素子の背面に入射せし
   める偏光波合成手段（９、１０）と、を具備して成るこ
   とを特徴とする投射形液晶表示装置。 ２、請求項１に記載の投射形液晶表示装置において、前
   記偏光波合成手段が、入射光を直角に曲げて出力する直
   角プリズム（９）と、該直角プリズムからの光を前記液
   晶表示素子の背面に向けて出力させる合成プリズム（１
   ０）と、から成り、かつ前記偏光ビームスプリッタ（６
   ）と、前記１／４波長板（７）と、前記直角プリズム（
   ９）と、前記合成プリズム（１０）と、をそれぞれの所
   要面同士を張り合わせて一体化し、前記偏光ビームスプ
   リッタ（６）に入射した光が前記合成プリズム（１０）
   から出力されるまでの間、外に洩れないようにしたこと
   を特徴とする投射形液晶表示装置。 ３、背面から偏光波を入射されて前面から画像を投射す
   る透過形の液晶表示素子を用いた投射形液晶表示装置に
   おいて、 不定偏光波を出力する光源（１）と、該光源からの不定
   偏光波を入射されＳ偏光波とＰ偏光波に分離して出力す
   る偏光ビームスプリッタ（６）と、分離された前記Ｐ偏
   光波（又はＳ偏光波）を１／４波長板（７）を往復透過
   させることによりＳ偏光波（又はＰ偏光波）に変換する
   偏光変換手段（７、８）と、前記偏光ビームスプリッタ
   により分離された前記Ｓ偏光波（又はＰ偏光波）を前記
   液晶表示素子の全背面の半面に対して入射せしめる第１
   の光学手段と、前記偏光変換手段により変換された前記
   Ｓ偏光波（又はＰ偏光波）を前記液晶表示素子の全背面
   の残りの反面に対して入射せしめる第２の光学手段と、
   を具備して成ることを特徴とする投射形液晶表示装置。 ４、請求項１、２又は３に記載の投射形液晶表示装置に
   おいて、 前記偏光変換手段が、その光の出射面に反射膜（８）を
   付加された前記１／４波長板（７）を含み、該１／４波
   長板（７）の入射面から入射した光を前記反射膜（８）
   により反射させて該入射面から出射させることにより変
   換を行う偏光変換手段から成ることを特徴とする投射形
   液晶表示装置。 ５、請求項１、２又は３に記載の投射形液晶表示装置に
   おいて、 前記偏光変換手段が、前記１／４波長板（７）と、前記
   光源（１）の背後に設けた凹面鏡（２）を含み、該１／
   ４波長板（７）の出射面から出射した偏光波を前記凹面
   鏡（２）により反射させて出射面から再び該１／４波長
   板（７）に入射させることにより変換を行う偏光変換手
   段から成ることを特徴とする投射形液晶表示装置。