JPH05100331A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置において、光利用効率を高め
る。 【構成】 液晶プロジェクタ２１は、照明光源２２から
の出射光をリフレクター２３で反射させて偏光ビームス
プリッタ２４に入射させて、二枚のプリズムの接合面で
二方向の直線偏光に分離する。そして、偏光ビームスプ
リッタ２４で分離された偏光は、それぞれその光軸が９
０度変わるように設けられている反射ミラー２５及３５
に入射する一方、反射して偏光ａ2 及び偏光ａ3 ′とな
り、光軸上に設けられている液晶パネル２６及び３６に
入射し、電圧無印化のとき旋光して光線ａ2 及び光線ａ
3 ′となって出射する。そして、互いの光軸が交わる位
置に設けられた第２の偏光ビームスプリッタ２８によ
り、第１の偏光ビームスプリッタ２８で分離されたａ2
とａ3 とを再び合成して、投写レンズ２９で拡大して前
記投写スクリーン３０上に投影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネルを用いた液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示装置、特にテレビモニタ
ーは、大画面の傾向があり、この大画面化を実現する表
示装置が種々開発されている。なかでも、液晶ライトバ
ルブを使用した投写装置は、小型・軽量化の実現性が高
いことや、一般家庭でも手軽に大画面表示を楽しめると
いう理由から比較的多く採用されている。

【０００３】例えば、液晶プロジェクタや液晶テレビに
使用されている液晶パネルは、あらゆる方向の偏向成分
を含む自然光の中から、ある特定の方向の偏光成分のみ
を透過する必要から、偏光子により偏光を行っている。
一般的に偏光には、Ｓ偏光とこのＳ偏向と９０度偏光角
の異なるＰ偏光とがあり、図６に示すように、液晶パネ
ル１の前面側と後面側とには、それぞれ第１の偏光子２
１と第２の偏光子２２とが互いの偏光軸を直行するよう
に配置されている。このように配置された液晶パネル１
には、まず、前記照明光源３から照射された光線が、こ
の液晶パネル１の前面側に配置されている第１の偏光子
２１に入射して、図示Ａ方向の光線だけを透過させて液
晶４に入射するようになっている。前記液晶４に電圧が
印加されていないときには、液晶分子が９０度捻れた状
態で配列されているので、この液晶４への入射光は、液
晶分子の分子軸に添って偏波面を９０度回転させて伝搬
するので、この液晶４を出射するときには偏光方向が９
０度回転して図示Ｂ方向となっている。しかし、前記第
１の偏光子２１と第２の偏光子２２とは、偏光軸が直行
しているので、前記液晶４を通過した光は第２の偏光子
２２を通過することができるので図示しない表示面は明
状態となる。

【０００４】一方、前記液晶４に電圧を印加したときに
は、液晶分子の配列が変化するので、この液晶４の旋光
性が失われることにより、前記液晶４への入射光は偏光
方向が回転させられることなく液晶４を通過するので第
２の偏光子２２を通過することができない。このため、
前記第２の偏光子２２からの出射光がないことにより図
示しない前記表示面は暗状態となる。

【０００５】上述のように、前記照明光源３から出射さ
れた光は、液晶パネル１の第２の偏光子２２から出射す
るときには、配設された液晶パネル１によってＰ偏光、
或いは、Ｓ偏光のどちらかの偏光しか出射することがで
きない。すなわち、前記照明光源３の出力光の成分に比
較して約５０パーセント出力が低下してしまったことに
なり、この低下してしまった約５０パーセントの出力は
第１の偏光子２１にほとんど吸収されてしまうことにな
る。

【０００６】図７に示すように、例えば、液晶プロジェ
クタ装置５は、光源６からの出射光をリフレクター７で
反射させ、この反射光を液晶パネル８に透過させて偏光
及び映像信号に変換してから投写レンズ９により拡大し
て、投写スクリーン１０上に投影している。前記液晶パ
ネル８は、上述の液晶パネル１と同様の構造となってい
るので、前記光源６からの出射光を第１の偏光子１１に
よって特定の向きの偏光だけを透過させている。そし
て、前記特定の偏光以外の光は、前記第１の偏光子１１
に吸収されてしまうので最終的に第２の偏光子１２を透
過する光は、約５０パーセントに低下してしまうことに
なる。すなわち、前記投写スクリーン１０上に所定の明
るさの像を得るためには、光源６の出力を２倍にしない
と所定の明るさの像が得られないということになる。ま
た、前記光源６からの照明光は、約５０パーセントが第
１の偏光子１１で吸収されて熱となるので、この液晶パ
ネル８の温度が上昇していくので、一般的に耐光性（耐
熱性）に問題のある偏光子を冷却する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の液
晶プロジェクタ装置では、所定の明るさの像を得るため
には像の明るさよりも２倍の明るさの光源の出力を必要
とするばかりでなく、光源からの出力の約半分が偏光子
にとって好ましくない発熱に利用されてしまうなど光利
用効率が悪かった。

【０００８】本発明は、前述した問題を除去するもの
で、光源である照明光の利用効率を飛躍的に向上させる
ことにより、照明光の出力を上げることなく、所定の明
るさの像を得ることができると共に、液晶パネルの発熱
を抑制することのできる液晶表示装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、照明光源からの出射光を複数の直線偏光に分離す
る偏光分離手段と、この偏光分離手段によって分離され
た前記複数の直線偏光を画像変調するそれぞれの液晶パ
ネルと、これらの液晶パネルで画像変調されて出射する
前記複数の直線偏光を表示する表示手段とを具備してい
る。

【００１０】また、前記表示手段は、前記液晶パネルで
画像変調されて出射する前記複数に分離された直線偏光
を合成する合成手段と、この合成手段からの出射光を投
写レンズで投写スクリーン上に投写する投写手段、或い
は、、前記液晶パネルで画像変調されて出射する前記複
数に分離された直線偏光をそれぞれの投写レンズで投写
スクリーン上に投写する一方、スクリーン上で前記複数
に分離された直線偏光を合成する合成手段を具備してい
る。

【００１１】更に、前記偏光分離手段によって分離され
た前記複数の直線偏光をそれぞれ三原色に分光する色分
離手段と、この色分離手段で分光されている前記複数の
直線偏光の三色光を画像変調するそれぞれの液晶パネル
と、これらの液晶パネルで画像変調されて出射する前記
複数の直線偏光は、前記液晶パネルで画像変調されて出
射する三色光を合成する色合成手段と、この色合成手段
で合成され、前記複数に分離された直線偏光を合成する
合成手段と、この合成手段からの出射光を投写レンズで
投写スクリーン上に投写してカラー表示する投写手段と
を具備している。

【００１２】

【作用】本発明においては、偏光分離手段によって分離
されたそれぞれの偏光に対応するように液晶パネルを設
けることによって画像変調を行うと共に、投写スクリー
ンに投写された映像は、それぞれに分離された偏光が合
成手段を用いて合成されている。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図１
は液晶プロジェクタの構成を示す説明図、図２は偏光ビ
ームスプリッタの動作説明図である。

【００１４】図１に示すように、例えば、液晶プロジェ
クタ２１は、従来と同様の明るさの照明光源２２からの
出射光をリフレクター２３で反射させて偏光ビームスプ
リッタ２４に入射するようになっている。

【００１５】図２に示すように、前記偏光ビームスプリ
ッタ２４は、三角プリズムを二枚合わせて形成されてお
り、二枚のプリズムの接合面で無偏光の光線Ａをほとん
ど損失することなく、二方向の直線偏光である光線Ａ1
及び光線Ａ2 に分離するものである。つまり、二枚のプ
リズムを合わせた偏光ビームスプリッタ２４の接合面に
入射した無偏光、或いは、二方向以上の直線偏光は、一
方向の直線偏光成分Ａ1 を透過させるが、前記直線偏光
成分Ａ1 に直行する直線偏光成分Ａ2 は反射するように
なっている。

【００１６】前記図１の偏光ビームスプリッタ２４は、
図２のＺ方向から見た向きで、図１の前記リフレクター
２３の前面に配置されているので、前記偏光ビームスプ
リッタ２４への入射光Ａは、二方向の直線偏光に分離さ
れる。すなわち、図１の紙面に対して平行であって前記
偏光ビームスプリッタ２４で反射された偏光ａ2 ′と紙
面に対して垂直であって前記偏光ビームスプリッタ２４
を透過した偏光ａ3 に偏光分離されている。そして、前
記偏光ビームスプリッタ２４で分離された偏光ａ2 ′と
偏光ａ3 とは、それぞれその光軸が９０度変わるように
設けられている反射ミラー２５及び反射ミラー３５に入
射し、反射して偏光ａ2 及び偏光ａ3 ′となる。

【００１７】前記反射ミラー２５ 及び３５ から出射す
る偏光ａ2及び偏光ａ3 ′は、光軸上に設けられた液晶
パネル２６及び液晶パネル３６に入射する。ここで前記
液晶パネル２６及び液晶パネル３６は、例えば、電圧無
印加のとき、入射した直線偏光が９０°回転して出射す
るようになっている。すなわち、光線ａ2 及び光線ａ3
′が電圧無印化の液晶パネル２６及び液晶パネル３６
で旋光して光線ａ2 及び光線ａ3 ′となって出射する。
そして、互いの光軸が交わる位置に偏光ビームスプリッ
タ２８を設けることにより、紙面に垂直な直線偏光は透
過し、紙面に平行な直線偏光は反射するので、ａ2 は偏
光ビームスプリッタ２８を透過し、ａ3 ′は反射してａ
3 となるので、偏光ビームスプリッタ２８で分離された
ａ2 とａ3とが再び合成されることになる。前記偏光ビ
ームスプリッタ２８で合成された光線は、投写レンズ２
９で拡大されると共に、投写スクリーン３０との途中に
位置するシリンドリカルレンズなどにより拡大されて前
記投写スクリーン３０上に投影されるようになってい
る。

【００１８】すなわち、照明光源２２を出射した光線Ａ
は、偏光ビームスプリッタ２４でａ2 とａ3 との直線偏
光に偏光分離されるが、偏光ビームスプリッタ２８によ
り再び偏光合成されるので光の成分を損失することがな
いので、照明光源２２の明るさを失うことなく投写スク
リーン３０に投影することが可能となる。更に、吸収さ
れて熱として費やされる成分がないので液晶パネル２６
及び３６の温度上昇を抑制することができる。

【００１９】また、液晶パネル２６及び液晶パネル３６
が電圧印加の状態であるときは、液晶の旋光性が失われ
るので液晶パネル２６及び液晶パネル３６への入射光と
出射光は偏光方向が変わらないので、偏光ビームスプリ
ッタ２８の接合面で偏光ａ2は反射され、偏光ａ3 ′は
透過するので投写レンズ２９には入射しない。

【００２０】このように構成された液晶プロジェクタ装
置２１は、照明光源２２からの出射光を偏光ビームスプ
リッタ２４で分離して再び偏光ビームスプリッタ２８で
合成することができるので液晶パネル２６及び３６に光
の成分が吸収されないので照明光源を効率良く使用する
ことができる。さらに、前記投写レンズ２９を介して投
写スクリーン３０上に投影される映像は、光の利用効率
が向上されるようになるので所定の明るさを得るために
光源２２の出力を上げる必要がなくなる。

【００２１】図３は本発明の他の実施例を示す説明図で
ある。図に示すように、本実施例は、反射ミラー３５と
偏光ビームスプリッタ２８及びこの偏光ビームスプリッ
タ２８に対応する投写レンズ３０に代えて、液晶パネル
２６及び３６の前方光軸上に偏光子２７及び３７をそれ
ぞれ設けると共に、投写レンズ３２及び３３をそれぞれ
の偏光子２７と偏光子３７との光軸上前方に設けること
により、偏光ビームスプリッタで分離した偏光を投写ス
クリーン上で合成するようにしている。その他の構成
は、前記図１の実施例と同様であり、図１と同一の物に
は同符号を付して説明を省略する。

【００２２】このように構成された液晶プロジェクタ装
置２１においては、照明光源２２からの出射光を偏光ビ
ームスプリッタ２４で偏光分離して液晶パネル２６及び
３６と偏光子２７及び３７とを透過させることにより、
投写レンズ３２及び３３を介して投写スクリーン３０上
で２成分に分離されていた光線を合成することにより、
図１の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２３】尚、上述の実施例は、単色の場合であるの
で、以下にカラーの場合の実施例を記載する。

【００２４】図４は本発明をカラーに用いたときの実施
例である。図に示すように、前述の単色のときと同様に
光源２２からの出射光は、リフレクター２３で反射して
第１の偏光ビームスプリッタ２４に入射後、紙面に対し
て平行な偏光と紙面に対して垂直な偏光とに分離され
る。このように分離されたそれぞれの偏光は、色分離フ
ィルタ，反射ミラー，液晶パネル，色合成フィルタを介
して再び第２の偏光ビームスプリッタ２８に入射して分
離されていた偏光が合成されて出射し、投写レンズによ
り拡大されて投写スクリーンに投影されるように構成さ
れている。ここで図１と同一の物には同符号を付して説
明を省略する。

【００２５】尚、４１ａ，４２ａ及び４１ｂ，４２ｂは
色分離フィルタであり、５１ａ，５１ｂ，５２は反射ミ
ラーであり、６１ａ，６２ａ，６１ｂ，６２ｂは色合成
フィルタである。色分離フィルタ４１ａは、赤（Ｒ）波
長領域を透過し、青（Ｂ）、緑（Ｇ）波長領域が反射す
る分光特性とし、色分離フィルタ４２ａは青（Ｂ）波長
を透過し、緑（Ｇ）波長を反射する分光特性としてい
る。なお、色分離フィルタ４１ｂは色分離フィルタ４１
ａと同様の特性を有し、色分離フィルタ４２ｂは色分離
フィルタ４２ａと同様の特性を有している。又、色合成
フィルタ６１ａは、緑（Ｇ）波長領域を反射し赤（Ｒ）
波長領域を透過する分光特性とし、色合成フィルタ６２
ａは青（Ｂ）波長領域を反射して、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
波長領域を透過する分光特性とする。

【００２６】そして、前記第１の偏光ビームスプリッタ
２４からそれぞれの液晶パネル３６Ｒ，３６Ｇ，３６
Ｂ，及び２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂまでの光路長が等しく
なるように配置すると共に、それぞれの液晶パネル３６
Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ，及び２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂから
第２の偏光ビームスプリッタ２８までの光路長が等しく
なるように配置されている。

【００２７】上述のように構成されたカラー用の液晶プ
ロジェクタ２１′は、光源２２からの出射光をリフレク
ター２３で反射し、この反射光を偏光ビームスプリッタ
２４に入射させて紙面に対して平行な偏光と紙面に対し
て垂直な偏光とに分離している。この偏光ビームスプリ
ッタ２４で偏光分離されたそれぞれの偏光は、上記の特
性を有する色分離フィルタ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４
２ｂによって三原色に分光される。この分光された３原
色の色光は、入射する色光に対応する映像信号で駆動さ
れ、入射する色光の画像変調をする液晶パネル３６Ｒ，
３６Ｇ，３６Ｂ及び２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに入射す
る。そして、これらの前記液晶パネル３６Ｒ，３６Ｇ，
３６Ｂ及び２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂで画像変調された３
色光は、上記の特性を有する色合成フィルタ６１ａ，６
２ａ，６１ｂ，６２ｂによって色合成されて第２の偏光
ビームスプリッタ２８に入射して偏光を合成させて投写
レンズ２９を介して投写スクリーン３０上に投影される
ようになっている。このようにすることにより、カラー
の場合にも図１の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２８】図５はカラーの場合の他の実施例の説明図
である。図に示すように色合成フィルタの分光特性と配
置位置及び色合成フィルタの分光特性及び配置位置が異
なる以外は図４の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２９】すなわち、４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４
ｂは色分離フィルタであり、５３，５４ａ，５４ｂは反
射ミラーであり、６３ａ，６４ａ，６３ｂ，６４ｂは色
合成フィルタである。色分離フィルタ４３ａは、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）波長領域を透過し、青（Ｂ）波長領域
が反射する分光特性とし、色分離フィルタ４４ａは青
（Ｂ）波長を反射し、緑（Ｇ）波長を透過する分光特性
としている。なお、色分離フィルタ４３ｂは色分離フィ
ルタ４３ａと同様の特性を有し、色分離フィルタ４４ｂ
は色分離フィルタ４４ａと同様の特性を有している。
又、色合成フィルタ６３ａは、緑（Ｇ）波長領域を反射
し青（Ｂ）波長領域を透過する分光特性とし、色合成フ
ィルタ６４ａは青（Ｂ）、緑（Ｇ）波長領域を反射し
て、赤（Ｒ）波長領域を透過する分光特性とする。そし
て、前記第１の偏光ビームスプリッタ２４からそれぞれ
の液晶パネル３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ及び２６Ｒ，２６
Ｇ，２６Ｂまでの光路長が等しくなるように配置すると
共に、それぞれの液晶パネル３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ及
び２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂから第２の偏光ビームスプリ
ッタ２８までの光路長が等しくなるように配置されてい
る。

【００３０】また、以上実施例は投写型の液晶表示装置
について説明してきたが、これに限定されることはな
く、例えば、直視型の液晶表示装置に用いても有効であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、照
明光源を偏光分離すると共に、それぞれに分離された偏
光をそれぞれの液晶パネルを用いて画像変調すると共
に、画像変調した後に、分離手段によって分離された前
記偏光を合成することによって、液晶パネルにおいては
液晶パネル内部に吸収される光の成分が少なくなること
によって、液晶パネルの温度上昇を抑制でき、装置全体
としては、照明光源を損失することなく有効に利用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す全体構成図

【図２】偏光ビームスプリッタの動作説明図

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す全体構成図

【図４】本発明をカラー投影に用いたときの一実施例の
構成を示す全体構成図

【図５】本発明をカラー投影に用いたときの他の実施例
の構成を示す全体構成図

【図６】液晶パネルに入射した光線の動作説明図

【図７】従来の液晶プロジェクタの構成図

【符号の説明】

２１… 液晶プロジェクタ ２２… 照明光源 ２４… 偏光ビームスプリッタ ２５… 反射ミラー ２６… 液晶パネル ２８… 偏光ビームスプリッタ ２９… 投写レンズ ３０… 投写スクリーン ３５… 反射ミラー ３６… 液晶パネル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光源からの出射光を複数の直線偏光
   に分離する偏光分離手段と、 この偏光分離手段によって分離された前記複数の直線偏
   光を画像変調するそれぞれの液晶パネルと、 これらの液晶パネルから画像変調されて出射する前記複
   数の直線偏光を合成表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記表示手段は、それぞれの前記液晶パ
   ネルから画像変調されて出射する複数に分離されている
   前記直線偏光を合成する合成手段と、 この合成手段からの出射光を投写スクリーン上に投写す
   る投写手段と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記表示手段は、それぞれの前記液晶パ
   ネルから画像変調されて出射する複数に分離されている
   前記直線偏光をそれぞれの出射光に対応する投写レンズ
   で同一投写スクリーン上に投写し合成する投写手段とを
   具備したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 照明光源からの出射光を複数の直線偏光
   に分離する偏光分離手段と、 この偏光分離手段によって分離された前記複数の直線偏
   光をそれぞれ三原色に分光する色分離手段と、 この色分離手段で分光された前記複数の直線偏光の三色
   光を画像変調するそれぞれの液晶パネルと、 これらの液晶パネルから画像変調されて出射する前記複
   数の直線偏光を合成表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記表示手段は、前記液晶パネルで画像
   変調されて出射する三色光を合成する色合成手段と、 この色合成手段で合成され、複数に分離されている前記
   直線偏光をそれぞれの出射光に対応する投写レンズで同
   一投写スクリーン上に投写し合成する投写手段と、 を具備することを特徴とする請求項４記載の液晶表示装
   置。