JPH0476517A

JPH0476517A - 透過形液晶パネル、偏光光源およびカラープロジェクタ

Info

Publication number: JPH0476517A
Application number: JP19179290A
Authority: JP
Inventors: Masuji Sato; 佐藤　万寿治; Akira Tanaka; 章田中; Noboru Wakatsuki; 昇若月
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-03-11

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】１概要コ照射光量を改善した透過形液晶パネル、そのための偏光
光源およびカラープロジェクタに関し、入射光を有効に
利用し、スクリーン上に照射することのできるプロジェ
クタ用透過形液晶パネルを提供することを目的とし〜偏光子、液晶板、検光子を有するプロジェクタ用透過形
液晶パネルであって、偏光子と検光子のいずれかは第１
の偏光ビームズブリッタ（ＰＢＳ）を用いるように構成
する。

Ｊ産業上の利用分野フ本発明は、透過形液晶パネル、そのための偏光光源およ
びカラープロジェクタに関し、特に照射光量を改善した
透過形液晶パネル、そのための偏光光源およびカラープ
ロジェクタに間する。

大型テレビ等においては、画面か大きくなるにつれて直
視型ＣＲＴの代りに、投写型補遺が採用される。特に、
液晶を用いた液晶投写型テレビの研究開発か進められて
いる。

「従来の技術］第７図（Ａ）〜（Ｃ）に、従来の技術によるプロジェク
タ用透過形液晶パネルの構成例を示す。

第７図（Ａ）は、液晶板５１に電圧が印加されていない
状態を示し、第７図（Ｂ）は液晶板５１に一定の値以上
の電圧か印加されている状態を示す、液晶パネルの構成
は、液晶板５１の前方に偏光子５２、後方に検光子５３
を配置したものである。液晶板５１の構成は、透明な２
枚の基板間に液晶を挾み、その配向方向を９０度回転さ
せたＴＮセルであり５画面中に多数の画素か配列されて
いる。電圧を印加しない状態では、液晶分子は第７図（
Ａ）に示すように、基板上の配列方向にしたかって配列
する。すなわち、液晶分子は左側の基板上でたとえば、
縮方向に向かって配列し、右側の基板に向かうにしたか
って、次第にその長軸方向を回転させ、右側の基板上で
は９０度回転して横方向に揃って配列する。このような
液晶板に光が入射すると、液晶の軸方向に沿った振動方
向を有する光は、液晶の軸方向にしたかって旋光され、
９０度回転して他方の基板から出射する。

液晶板に所定の値以上の電圧を印加すると、液晶内に一
定強度以上の電界か形成され、液晶分子は電界方向にし
たかって配列する。すなわち、第７図（Ｂ）に示すよう
に、液晶分子は基板に垂直方向に配列するにのように液
晶分子かその長軸を基板に垂直に配列すると、液晶板は
入射光に対して偏光を旋光させる性能を失う、すなわち
、入射光はその偏光方向を保ったまま出射する。偏光子
５２および検光子５３は通常、１つの偏光成分のみを透
過させる光学部品である偏光板として入手できるもので
あり、透明基板上に一定方向に引伸ばし処理を行なった
高分子フィルムを備えたもの等によって構成される。偏
光子５２と検光子５３とはその偏光方向を直交させて配
列される。すなわち、いわゆるクロスニコル配列とされ
る。

液晶板に電圧を印加していない状態においては、第７図
（Ａ）に示すように、無偏光の入射光は、偏光子５２に
よってその一方の偏光成分（図中縦方向に電気ベクトル
の振動方向を有する光）のみか選択される。この屑米が
液晶板５１に入射する。

電圧か印加されていない状態では、液晶板５１は入射光
を９０度回転させる性能を有するため、透過光はその偏
光方向が９０度回転する。検光子５３は偏光子５２に対
して、その偏光方向を９０度回転して配置されているの
で、上述のように回転した液晶板５１からの透過光をそ
のまま透過させる６すなわち、液晶板に電圧か印加され
ていない時一対応するスクリーン上の点は明点となる。

液晶セルに電圧か印加されると、第７図（Ｂ）示すよう
に、そのセルにおいて液晶分子は電界方向にしたがって
配列する。入射光は偏光子５２で縮方向の偏光成分のみ
か選択され、液晶セル５１に入射する。しかし、電圧か
印加された液晶セルにおいては、入射光に対して旋光性
能を失っているため、入射光の偏光成分はそのまま出射
する。

検光子５３は、偏光子５２に対して９０度その漏光軸を
回転して配列されているため、液晶セル５１からの出射
光を遮断する。すなわち、検光子５３からは光は出射し
ない、スクリーン上で見た時、電圧か印加された液晶セ
ルに対応する点は暗点となる。

ところで、第７図（Ａ）、（Ｂ＞に示すような液晶パネ
ルの偏光子、検光子５３に用いられる偏光板は、第７図
（Ｃ）に示すような透過スペクトルＴ１−　Ｔ２を有す
る。Ｔ１が入射する偏光に平行な成分の透過率、Ｔ２か
入射偏光に垂直な成分の透過率である。２つの偏光板を
平行に配列してその透過率を測定し、１枚の偏光板を透
過した時の光を１００％とした時、もう１枚の平行に配
列した偏光板を透過した光の強度によってＴ１を得た。

Ｔ１は、はぼ７０％程度となる。波長か増加するにしな
かつて透過率Ｔ１は除々に向上するが、可視領域におい
ては８０％以下の値である。

なお、測定に用いた偏光板はカラス族のものであり、透
過率のロスはカラス以外の部分に原因か求められる。

次に、測定する偏光板を９０度回転させると、透過光は
Ｔ２に示す曲線のようになる。すなわち、可視領域にお
いて、透過光はほとんどＯとなり、近赤外領域になるに
したかって、透過光か増大する。

透過率Ｔ１の値は、１枚の偏光板に対する値であり、第
７図（Ａ＞、（Ｂ）の構成のように、光か偏光板２回透
過すると、透過率はさらに低下する。

入射光が無偏光の場合、まず第１の偏光板によって一方
の偏光成分を取出すと、光の強度は０５Ｘ０．７＝０．
３５程度となる。液晶板において、全く光の減衰がなか
っなとしても検光子を透過すると、光の強度はさらに０
．３５Ｘ０．７＝０．２５程度に低下する。

大型テレビ等においては、スクリーン上での照度をいか
に向上させるかが問題となっている。従来、スクリーン
上の照度を向上させるには、光源の輝度を向上させる以
外に有効な解決策がなかった。

［発明が解決しようとする課題］プロジェクタにおいては、スクリーン上に光を照射する
ことにより、大型画面か得られる。スクリーン上の画像
を明るくするなめには、スクリーン上に照射される照度
を向上させなければならない、照度を向上させるには、
光源の輝度を向上させると共に、無駄な光の減衰をなる
べく避けなければならない。

本発明の目的は、入射光を有効に利用し、スクリーン上
に照射することのできるプロジェクタ用透過形液晶パネ
ルを提供することである。

本発明の他の目的は、輝度の高い偏光光源を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、光を有効に利用し、スクリーン上
に照射することのできるカラープロジェクタを提供する
ことである。

１課題を解決するための手段り本発明のプロジェクタ用透過形液晶パネルは、偏光子、
液晶板、検光子を有するプロジェクタ用透過形液晶パネ
ルであって、前記偏光子と前記検光子のいずれかは第１
の偏光ピームスズリヅタ（ＰＢＳ）を用いて構成されて
いる。

また、本発明の偏光光源は、所定の光軸に対して、垂直
方向から入射する光の一方の偏光成分を光軸方向に反射
する第２のＰＢＳと、前記第１のＰＢＳを透過した他方
の偏光成分を光軸方向に反射するミラーと、前記第１の
ＰＢＳの出力光または、前記ミラーの入力光か出力光の
いずれかに対して配Ｗ、された１／２波長板とを含む。

また−本発明のカラープロジェクタは、所定の光軸に対
して、垂直方向から入射する光の一方の偏光成分を光軸
方向に反射する第２のＰＢＳと、前記第１のＰＢＳを透
過した他方の偏光成分を光軸方向に反射するミラーと、
前記第１のＰＢＳの出力光または、前記ミラーの入力光
か出力光のいずれかに対して配置された１／２波長板と
を含む偏光光源と、光軸上に配置された３原色用の３つ
のダイクロイックミラーと、各ダイクロイックミラーで
反射された光に対して配置された液晶板と、各液晶板の
出力光に対して配置された検光子とを含む。

偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、４５度プリズムを
２つ張合わせたような構成を有し、張合わせ面に誘電体
多層膜を備えている。

５作用コ偏光ビームスプリッタは、誘電体多層膜の光学特性を設
計することにより、所定の偏光に対して、透過率をほぼ
１００％にし、他方の偏光に対しては、透過率をほぼ０
％にすることかできる。このため、偏光手段として偏光
ビームスプリッタを用いると、その偏光手段における光
の減衰はほぼＯに低減することかできる。

偏光ビームスプリッタは、通常の偏光板と比べ、その厚
さ方向の寸法か大きくなる。しかしなから、プロジェク
タにおいては、偏光ビームスプリッタを配置する程度の
空間はさほど問題とすることなく得ることかできる。こ
のため、偏光ビームスプリッタを用いることにより、さ
したる不都合を伴うことなく、光強度を大きく向上させ
ることかできる。

偏光ビームスプリッタを用いて偏光を分離すると、はぼ
減衰なしに２つの偏光成分に分離することかできる。こ
れら２つの偏光成分は互いに直交した偏光方向を有する
。この２つの偏光成分のうち、一方の偏光方向を９０度
回転させれば、同一方向に偏光軸を有する２つの偏光か
得られる６１／７２波長板と、光を反射するミラーとを
用いることにより一偏光方向の揃った２つの偏光ビーム
を得ることかてきる。

このように、光源から発生する光のほぼ全てを用いて偏
光光源を作成すると、光源の輝度がほぼ倍増した効果を
得ることかできる。

このような偏光光源を用い、ダイクロイックミラーによ
って３原色成分を分離し、液晶パネル、検光子を介して
照射することにより、スクリーン照度の高いカラープロ
ジェクタか得られる。

１実施例］第１図に本発明の実施例による透過形液晶パネルを示す
。

透過形液晶パネルは、ツイステドネマチック（ＴＮ）液
晶等を用いた液晶板１と、その両側に配置された偏光手
段を有する。これらの偏光手段は、液晶板１の前方に配
置された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２と、液晶板
ｌの後方に配置された偏光板３を含む、偏光ビームスグ
リツタ２は、４５度プリズムを２つ張合わせた形状を有
し、その界面に入射光に対して一方の偏光成分をほぼ１
００％透過し、他方の偏光成分をほぼ１００％反射する
性質を有する誘電体多層膜か形成されている。ここで透
過光をＰ成分とし、反射光をＳ成分として説明する。

図中布から偏光していない入射光４か偏光ビームスプリ
ッタ２に入射する。入射光４のうちＰ成分は透過し、Ｓ
成分は反射する。透過したＰ成分を取出し、液晶板１に
入射させる。液晶板ｌは、カラス等の一対の透明基板の
間にＴＮ液晶等の液晶を挾んな構成を有し、各基板上に
は透明電極が設けられている。液晶板ｌ内には多数の液
晶セルが構成されており、各セルにおいて透過光が制御
される。液晶板１の後方には、ＰＢＳ２と偏光方向をク
ロスさせた偏光板３が配置されている。この偏光板３は
、通常のカラス板上に一方向に延伸した高分子フィルム
を設け、処理を行なったものである、液晶板１のセルに
電圧か印加されていない状態においては、液晶内におい
て入射光の偏光方向が９０度回転するため、Ｐ成分は液
晶板１を透過することによって、Ｓ成分に変化し、偏光
板３を透過する。

液晶セルに電圧が印加されると、液晶セル内の旋光性能
が失われ、Ｐ成分はそのままＰ成分として出射するため
、偏光板３で遮蔽され、出射光は生じない。

このようにして、各セルの光透過を制御することにより
、液晶板１全体として画像を構成することかできる。

第２図は、液晶ビームス１リツタの特性を示すグラフで
ある４例として、線用偏光ビームスグリツタ（型番Ｎ０
Ｐ−９００１１７−１６５３として入手できるもの）を
用いた。純粋な偏光を光源とし、図示のようにＰＢＳの
偏光軸を入射光と揃えた場合、および直交させた場合の
透過光を測定しな、Ｐ成分の透過率Ｔｐは、図示の曲線
のように９９％を越える値を有する。またーＳ成分の透
過率ＴｓはほぼＯ（１％以下）である、第７図（Ｃ）に
示す通常の偏光板の透過特性と比べると、偏光手段にお
ける光の減衰の量が格段に少ないことかわかる。

このように、偏光手段としてＰＢＳを用いると、光の減
衰を極で少なく押えることができる。

第３図は、本発明の曲の実施例による液晶パネルの構成
を示す。

液晶板１の前方に通常の偏光板３を偏光子として配置し
、液晶板１の後方に偏光ビームスプリッタ２を検光子と
して配置している。入射光４は偏光板３によって、たと
えば横方向の偏光成分のみか取出される。この偏光ビー
ムか液晶板１に入射し、電圧かＥｌｌｊ加されていない
セルにおいては、その偏光方向か９０度回転して出射す
る。この出射光はＰＢＳ２をそのまま通過する。ＰＢＳ
２においては、光の減衰はほとんどない。

すなわち、第３図の構成は第１図の構成とほぼ同様の機
能を果たす、その他の説明は省略する。

なお、偏光子および検光子のいずれにも偏光ビームスプ
リッタを用いた構成としてもよい。

ランプ等の通常の光源から得られる光は、無偏光の状態
にある。これらの光から一方の偏光成分のみを取出すと
、入射光の強度はほぼ１／２に低下してしまう。

第４図は、効率の高い偏光光源を示す。

光軸１１に治って上方から入射する光に対して、２つの
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３．１５か直列に配
置されている。これら２つのＰＢＳの間には、１／２波
長板１７か挾まれている。入射光の偏光方向は１／２波
長板１７の光軸と４５度の角度を成すように配置されて
いる。入射光は２つの成分に分離され、一方の成分は他
方に対して１７２波長位相を変化させる。このため、出
射光の偏向方向は９０度回転する。上方から入射する光
は無偏光の状態であり、第１のＰＢＳにおいて、Ｓ成分
は反射され、Ｐ成分は透過する。この透過したＰ成分は
、１／２波長板１７においてその偏光方向を９０度回転
させ、Ｓ成分に変換される。このＳ成分は第２のＰＢＳ
１５によって反射される。すなわち、第１のＰＢＳ１３
および第２のＰＢＳ１５からそれぞｔ′ＬＳ成分の偏光
か出射する。これらの出射光に対してプリズム１つか配
置されており、２つの偏光ビームを同一方向に偏向させ
て合成ビームを形成する。このようにして合成された偏
光を、たとえば液晶板２】に入射することかできる。

第５図は、偏光光源の他の構成例を示す。

入射光の光軸１１上に、ＰＢＳ１３と反射ミラー２３か
配置されている。入射光のうちＳ成分は、ＰＢＳ１３で
反射する。入射光のＰ成分は、ＰＢＳ１３を透過し５反
射ミラー２３で反射される。

ＰＢＳ１３からの出射光に対しては、１／２波長板２５
か配置されており、Ｓ成分はＰ成分に変換される０反射
ミラー２３で反射された光に対しては、光路調整部材２
６か配置され、１／２波長板２５を出射した光と同等の
光路を構成するように配置されている。これら２つの出
射光に対して、プリズム１９か設けられ、それぞれの偏
光ビームを偏向し、合成ビームを形成して液晶板２１等
に入射させる。第５図の構成においても、無偏光の入射
光をほとんど全て偏向した光に変換し、一方向の偏光と
して供給することができる。

笛６図は一透過形液晶カラー投写装置の構成を示す概略
図である。

無偏光の光源からの光軸１１上に、偏光光源２８が配置
される。この偏光光Ｔ１２８は、第４図に示した構成と
同等のものであり、２つのＰＢＳ　１３．１５、その間
に挾れた１／２波長板１７および合成光を形成するため
のプリズム１９を含む。

偏光光源２８からは偏光２９か出射する。この偏光ビー
ム２９に対して、３つのダイクロイックミラー３１．３
２．３３か配置されている。第１のダイクロイックミラ
ー３１は、たとえば青色の光を反射し、他の色の光を透
過させる。第２のダイクロイックミラー３２は、たとえ
ば緑色の光を反射し、他の光を透過させる。第３のダイ
クロイックミラー３３は、赤色の光を反射し、他の色の
光を透過させる。なお、２つのダイクロイックミラー３
１．３２の特性か赤色光のみを透過させるＬのであれば
、第３のダイクロイックミラー３３の代りに単に反射ミ
ラーを用いてもよい、３つのダイクロイックミラー３１
．３２．３３によって供給された青色光、緑色光、赤色
光に対して、それぞれ青色用液晶パネル３８、緑色用液
晶パネル３つ、赤色用液晶パネル４０か配置されている
。たとえば、青色用液晶パネル３８は、偏光板３４ａ、
液晶板３５ａ−ＰＢＳ３６ａを重ねた構成を有する。な
お、液晶板手前の偏光板３４ａは省略してもよい、同様
に、緑色用液晶パネル３９は、偏光板３４ｂ、液晶板３
５ｂ、ＰＢＳ３６ｂを重ねた構成を有し、赤色用液晶パ
ネル４０は、偏光板３４ｃｍＷ晶板３５ｃ、ＰＢＳ３６
ｃを重ねた構成を有する。偏光板３４ｂ、３４ｃは省略
してもよい。

光源からの光が、偏光光源２８によって全てで方向の偏
光に変換されるため、光源から発する光の利用率か約倍
増する。これらの光のうち各色成分か、液晶パネルに入
射するが、液晶パネル内において検光子はＰＢＳで構成
されているため一検光子における光の減衰はほぼＯであ
る。＠光子３４ａ、３４ｂ、３４ｃを省略すれば、光強
度はさらに向上する。このようにして、光源からの光を
有効に利用し、スクリーン上に高い照度の画像を形成す
ることかできる。

なお、１／２波長板としては、目的とする波長領域で高
い透過率を有するものであればよいが、たとえば雲母を
用いると、波長依存性か極で少なく、可視領域のどの波
長においても高い透過率を有する１／２波長板を得るこ
とかできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等か可能なことは当業者に自明であろ
う。

「発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、液晶パネルの透
過率を向上させることかできる。

また、無傷光の光を用いて、高輝度の偏光光源を構成す
ることかできる。

また、光源の輝度を向上させることなく、スクリーン上
に照度の高い画像を構成するカラーグロジエクタか構成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による液晶パネルを示す概略
図、第２図は、偏光ビームスプリッタの特性を示すグラフ、第３図は、本発明の他の実施例による液晶パネルを示す
概略図、第４図は、本発明の他の実施例による偏光光源を示す概
略図、Ｍ５図は、本発明の他の実施例による偏光光源を示す概
略図、第６図は、本発明の他の実施例による透過形液晶カラー
投写装置を示す概略図、第７図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、従来の技術による液
晶パネルを説明するための図であり、第７図（Ａ）、（
Ｂ　’）は液晶パネルの動作を説明するための概略斜視
図、第７図（Ｃ）は偏光板の特性を示すグラフである。図において、１　、液晶板３、偏光板２．１３．１５、ＢＳ１７、１／２波長板プリズム１　、３　２、ダイクロイックミラー第１図３１、３２，３３：ダイクロづジクミラ−３８、３９．
４０　：　（各色用）液晶パネル透過型液晶カラー投写
装置第６図Ｑ：液晶分子（Ａ）を圧熱印加（Ｖ＝Ｏ）波長（ｎｍ）（Ｂ）電圧印加（Ｖ＞Ｖｔｈ）（Ｃ）偏光子／検光子の透過スペクトル従来の技術によ
る液晶パネル第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、偏光子、液晶板、検光子を有するプロジェクタ
用透過形液晶パネルであって、前記偏光子と前記検光子のいずれかは第１の偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）を用いて構成されているプロジェ
クタ用透過形液晶パネル。
（２）、さらに、前記偏光子の前に光軸に対して、垂直
方向から入射する光の一方の偏光成分を光軸方向に反射
する第２のＰＢＳと、前記第１のＰＢＳを透過した他方の偏光成分を光軸方向
に反射するミラーと、前記第１のＰＢＳの出力光または、前記ミラーの入力光
か出力光のいずれかに対して配置された１／２波長板とを含む請求項１記載のプロジェクタ用液晶パネル。
（３）、前記偏光子が光軸に対して、垂直方向から入射
する光の一方の偏光成分を光軸方向に反射する第２のＰ
ＢＳと、前記第１のＰＢＳを透過した他方の偏光成分を光軸方向
に反射するミラーと、前記第１のＰＢＳの出力光または、前記ミラーの入力光
か出力光のいずれかに対して配置された１／２波長板とを含むプロジェクタ用液晶パネル。
（４）、所定の光軸に対して、垂直方向から入射する光
の一方の偏光成分を光軸方向に反射する第２のＰＢＳと
、前記第１のＰＢＳを透過した他方の偏光成分を光軸方向
に反射するミラーと、前記第１のＰＢＳの出力光または、前記ミラーの入力光
か出力光のいずれかに対して配置された１／２波長板とを含む偏光光源。
（５）、所定の光軸に対して、垂直方向から入射する光
の一方の偏光成分を光軸方向に反射する第２のＰＢＳと
、前記第１のＰＢＳを透過した他方の偏光成分を光軸方
向に反射するミラーと、前記第１のＰＢＳの出力光また
は、前記ミラーの入力光か出力光のいずれかに対して配
置された１／２波長板とを含む偏光光源と、光軸上に配置された３原色用の３つのダイクロイックミ
ラーと、各ダイクロイックミラーで反射された光に対して配置さ
れた液晶板と、各液晶板の出力光に対して配置された検光子とを含むカラープロジェクタ。