JPH05241103A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

投射型液晶表示装置

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JPH05241103A
JPH05241103A JP4033821A JP3382192A JPH05241103A JP H05241103 A JPH05241103 A JP H05241103A JP 4033821 A JP4033821 A JP 4033821A JP 3382192 A JP3382192 A JP 3382192A JP H05241103 A JPH05241103 A JP H05241103A
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liquid crystal
crystal display
polarized light
projection
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Masao Imai
雅雄 今井
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Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 横長の表示画面の投射型液晶表示装置におい
て、光源からの不定偏光光を効率良く直線偏光光の投射
光に変換するとともに、液晶表示素子への入射効率を高
め、光源の光利用効率の高い、明るい投射画面を得ると
同時に、投射画面の輝度の均一性を向上させる。さらに
偏光子の劣化のない高画質の投射画面を得る。 【構成】 光源１１からの投射光２２を偏光ビームスプ
リッタ１８ａ、１８ｂと光束反射素子１９ａ、１９ｂ
と、位相差板２０ａ、２０ｂとにより、ｐ偏光光２４と
ｓ偏光光２３の光束で横長の断面形状の投射光を形成す
る。また、位相差板２０ａ、２０ｂを用い、偏光ビーム
スプリッタ１８ａ、１８ｂで分離されたｓ偏光光２３と
ｐ偏光光２４の偏光方向を等しくし、光源１１からの不
定偏光光を効率良く直線偏光光に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の表示画
像をスクリ−ン面に拡大投影する投射型液晶表示装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】投射型液晶表示装置は、図５に示すよう
に、光源５１からの投射光６２で液晶表示素子５２を照
明し、投射レンズ５５により液晶表示素子５２の表示画
像をスクリ−ン５６上に拡大投影するものである。液晶
表示素子５２にツイステッド・ネマティック（ＴＮ）液
晶が用いられる場合、画像形成のためには偏光子５３、
検光子５４が光源５１と液晶表示素子５２、および液晶
表示素子５２と投射レンズ５５の間の光路中にそれぞれ
配置される。また、高コントラストで高画質の投射画像
を得るには、液晶表示素子５２の各画素にスイッチング
素子が形成されたアクティブマトリクス型の液晶表示素
子５２が用いられる。このような投射型液晶表示装置
は、小型の装置で任意の大きさの大画面映像を容易に得
ることができるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の投射型
液晶表示装置において、アクティブマトリクス型の液晶
表示素子を用いる場合、スイッチング素子、および配線
部分は光が透過しないため、光源の光利用効率は低いも
のになるが、さらに、液晶表示素子は直線偏光光で照明
する必要があるため、不定偏光光である光源からの投射
光を、偏光子を用いて直線偏光光に変換しなければなら
ず、その変換効率は４０％以下と低いので、結果として
投射画像は暗くなる。また、偏光子において吸収される
光は熱に変換され、偏光子の温度を上昇させることによ
り偏光子が変質し、その結果、投射画像の画質を著しく
低下させる場合がある。
【０００４】その上、従来の投射型液晶表示装置におい
て、より横長の画面を得ようとする場合に、光利用効率
などの面で問題が生じる。一般に、映像を大画面で表示
する場合、画面の形状は映画のように横長にした方が観
察者の疲労は少なく、かつ臨場感や画面の迫力を出すこ
とができると言われている。このような画面形状の有用
性は、一般のテレビ画面表示の場合についても言えるこ
とであり、特に、高解像度、高画質が得られるハイビジ
ョンの場合も、画面の縦横比は９：１６であり、通常の
テレビ画面の縦横比３：４に比べて画面形状は横に長く
なっている。
【０００５】そこで、投射型液晶表示装置においても、
このような横長の画面形状とするときには、使用する液
晶表示素子に横長の表示画面を有する液晶表示素子を用
い、これを光源からの投射光によって照明して横長の投
射画面を形成することとなる。しかし、このような横長
の画面を従来の投射型液晶表示装置で実現しようとする
場合、光源からの投射光がその横長の液晶表示素子全体
を照明するには、投射光の断面が少なくとも液晶表示素
子の外接円以上の円形で照明することになる。ここで、
液晶表示素子以外の部分の光は投射画面には利用され
ず、液晶表示素子の形状が横に長い長方形になる程、利
用されない光量が増えることになる。その結果、光源か
らの光利用効率が低くなり、投射画面は暗くならざるを
得ない。また、投射画面の中央と左右両端とでは輝度の
差が大きくなるという問題点も生じてくることになる。
【０００６】さらに、これらの問題点を図を用いて詳し
く説明する。図６は従来例の問題点を説明するための図
である。図６（ａ）において、光源５１からの投射光６
２は、液晶表示素子５２の全体を照明する。ここで、液
晶表示素子５２の画面形状が横に長い場合、例えばハイ
ビジョンと同様に画面の縦横比が９：１６の場合、投射
光６２は、液晶表示素子５２を図６（ｂ）に示すように
照明することになる。図から明らかなように、投射光６
２において図の斜線で示した部分は画面の投射には利用
されず、液晶表示素子５２の形状が横に長くなる程その
領域は広くなる。従って、光源５１からの光利用効率
は、画面の縦横比が３：４場合に比べて低くならざるを
得ない。
【０００７】また、投射光６２の強度分布は、一般に中
央が強く、周辺部が弱いという分布なので、液晶表示素
子５２上の照度は、図６（ｃ）に示すように、中央と左
右両端とでは、照度の差が大きい分布になる。この照度
分布が投射画面の輝度分布に反映するため、投射画面
は、中央が明るく、周辺部が極端に暗くなってしまうと
いう問題点が生じる。
【０００８】その上、図６（ａ）において、偏光子５３
は光源からの投射光６２のうち投射に利用されない偏光
成分の光をほとんど全て吸収するため、偏光子５３の温
度が非常に上昇し、偏光子５３が変質することにより、
投射画像のコントラストや色を悪化させる場合もある。
【０００９】本発明の目的は、横に長い画面形状を有す
る液晶表示素子を使用する場合、光源からの不定偏光光
を効率良く直線偏光光の投射光に変換するとともに、液
晶表示素子への入射効率を高め、光源の光利用効率が高
く、明るい投射画面が得られ、かつ投射画面の輝度の均
一性も良くすることができ、さらに偏光子の劣化も生じ
ず高画質の投射画面が得られ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明の投射型液晶表示装置は、液晶表示素子と、この液晶
表示素子の表示画像をスクリーン面に投影するための光
源、および投射レンズとから構成される投射型液晶表示
装置において、前記光源からの光束を互いに偏光方向が
直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光と
に分離する偏光分離面が形成された偏光ビームスプリッ
タを、前記偏光分離面が互いに直交するように少なくと
も２つ以上配置し、前記ｓ偏光光を偏向する複数の光束
反射素子をそれぞれ前記偏光ビームスプリッタと隣接し
て配置し、前記ｐ偏光光と前記ｓ偏光光の少なくとも一
方の光路中にそれぞれ少なくとも１枚以上の位相差板を
挿入したことを特徴としている。
【００１１】請求項２に記載した本発明の投射型液晶表
示装置は、液晶表示素子と、この液晶表示素子の表示画
像をスクリーン面に投影するための光源、および投射レ
ンズとから構成される投射型液晶表示装置において、前
記光源からの光束を互いに偏光方向が直交する２つの直
線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光分
離面が形成された第１の偏光ビームスプリッタを、前記
偏光分離面が互いに直交するように少なくとも２つ以上
配置し、前記ｓ偏光光を前記光源から前記第１の偏光ビ
ームスプリッタに入射する光束の進行方向と反対方向に
反射する複数の第２の偏光ビームスプリッタをそれぞれ
前記第１の偏光ビームスプリッタと隣接して配置し、前
記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記ｓ偏光
光をそれぞれ反射する複数の光束反射素子を配置し、前
記第２の偏光ビームスプリッタと前記光束反射素子の間
の光路中にそれぞれ少なくとも一枚以上の位相差板を挿
入しことを特徴としている。
【００１２】
【作用】本発明の上記構成によれば、偏光ビームスプリ
ッタと光束反射素子により複数の光束で横長の断面形状
を有する光束を形成することができ、画面の投射に利用
されない領域が小さくなると同時に、強度分布も周辺部
との差の少ないものとなり、横長の画面を投射するとき
の光源の光利用効率を高め、かつ均一な画面輝度を得る
ことができる。また、位相差板を用いることにより偏光
ビームスプリッタで分離されたｓ偏光光とｐ偏光光の偏
光方向を等しくすることにより、光源からの不定偏光光
を効率良く直線偏光光に変換することができ、光源の光
利用効率がさらに向上するばかりでなく、偏光子に入射
する光束がすでに直線偏光光に変換されており、偏光子
における光の吸収が著しく低減し、偏光子の温度上昇が
少なく偏光子が劣化することもなく、高画質の投射画面
を得ることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００１４】図１は、請求項１に記載した本発明の実施
例を示す投射型液晶表示装置の平面図である。この投射
型液晶表示装置は、表示画面の縦横比が９：１６の液晶
表示素子１２と、偏光子１３と、検光子１４と、液晶表
示素子１２を照明するための光源１１と、液晶表示素子
１２の表示画像をスクリーン１６に拡大投影するための
投射レンズ１５と、光源１１からの投射光２２を偏光方
向が互いに直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光２
４とｓ偏光光２３とに分離する偏光分離面１７ａ、１７
ｂが形成された偏光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂ
と、ｓ偏光光２３を偏向するための光束反射素子１９
ａ、１９ｂと、ｓ偏光光２３の光路中にそれぞれ配置さ
れ、直線偏光光の偏光方向を９０゜回転する位相差板２
０ａ、２０ｂとから構成される。
【００１５】次に図１に示した構成の、請求項１に記載
した本発明に従う投射型液晶表示装置の原理を図２を用
いて説明する。図２は、前記図６の従来例と対比しなが
ら、請求項１に記載した本発明の投射型液晶表示装置の
原理を説明するための図である。
【００１６】図２（ａ）は、図１の投射型液晶表示装置
の部分平面図であり、光源１１と液晶表示素子１２の間
の部分を示している。光源１１から放射された光束は偏
光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂの偏光分離面１７
ａ、１７ｂにおいて偏光方向が互いに直交する２つの直
線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離される。ｐ
偏光光は、偏光分離面１７ａ、１７ｂをそれぞれ透過
し、液晶表示素子１２を照明する。ｓ偏光光は、偏光分
離面１７ａ、１７ｂでそれぞれ反射し、隣接して配置さ
れている光束反射素子１９ａ、１９ｂで再びそれぞれ反
射し、位相差板２０ａ、２０ｂをそれぞれ透過した後、
液晶表示素子１２を照明する。ここで、位相差板２０
ａ、２０ｂは直線偏光光の偏光方向を９０゜回転する作
用を持つ、すなわち１／２波長板であり、位相差板２０
ａ、２０ｂを透過したｓ偏光光の偏光方向はｐ偏光光の
偏光方向と等しくなる。従って、光源１１から放射され
た光束はほとんど全て偏光方向が等しい直線偏光光に変
換され、投射光２２になる。図６（ａ）の場合と比較す
ると、投射光の直線偏光光への変換効率は、約２倍にな
り光利用効率が向上するばかりでなく、偏光子１３にお
ける光の吸収が約１／６に低下し、偏光子１３の温度が
それほど上昇しないため、投射画像の画質を低下させる
原因である偏光子１３の劣化が生じない。
【００１７】図２（ｂ）は、液晶表示素子１２における
投射光２２の断面図である。投射光２２は、図２（ａ）
における偏光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂを透過し
たｐ偏光光と、偏光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂ、
並びに光束反射素子１９ａ、１９ｂで反射したｓ偏光光
とが合成されたものであり、その断面形状は、図２
（ｂ）に示すように横に長い形状をしている。図におい
て、斜線で示した領域は表示画面の投射に利用されない
が、図６（ａ）の場合と比較してその面積は小さく、投
射光の光利用効率が向上している。
【００１８】図２（ｃ）は、液晶表示素子１２上の投射
光２２の照度分布を示すグラフである。光源１１から放
射される光束の強度分布は、一般に中央が強く、周辺部
が弱いが、強度の強い中央部の光のうちｓ偏光成分の光
が、偏光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂ、並びに光束
反射素子１９ａ、１９ｂで反射することにより、液晶表
示素子１２の周辺部に近い場所を照明しているため、液
晶表示素子１２上の投射光２２の照度分布は、図６
（ｃ）の場合と比較して均一性が向上している。
【００１９】以上の説明から明かなように、偏光ビーム
スプリッタ１８ａ、１８ｂと光束反射素子１９ａ、１９
ｂと、位相差板２０ａ、２０ｂとにより、ｐ偏光光２４
とｓ偏光光２３の光束で横長の断面形状を有する投射光
を形成することができ、画面の投射に利用されない領域
が小さくなると同時に、強度分布も周辺部との差の少な
いものとなり、横長の画面を投射するときの光源１１の
光利用効率を高め、かつ均一な画面輝度を得ることがで
きる。また、位相差板２０ａ、２０ｂを用い、偏光ビー
ムスプリッタ１８ａ、１８ｂで分離されたｓ偏光光２３
とｐ偏光光２４の偏光方向を等しくすることにより、光
源１１からの不定偏光光を効率良く直線偏光光に変換す
ることができ、光源１１の光利用効率がさらに向上する
ばかりでなく、偏光子１３に入射する光束がすでに直線
偏光光に変換されており、偏光子１３における光の吸収
が著しく低減し、偏光子１３の温度上昇が少なく、偏光
子１３が劣化することもないので、高画質の投射画面を
得ることができる。
【００２０】図１に示した構成は、１／２波長板として
作用する位相差板２０ａ、２０ｂをｓ偏光光の光路中に
配置した場合の態様の一例を示したものであり、以下、
これについて更に具体的に説明する。
【００２１】図１の構成において使用した光源１１、偏
光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂ、光束反射素子１９
ａ、１９ｂ、位相差板２０ａ、２０ｂ、液晶表示素子１
２、偏光子１３、検光子１４、投射レンズ１５は、それ
ぞれ具体的には次のようなものである。
【００２２】光源１１は、２５０Ｗのメタルハライドラ
ンプを用いた。その出射光は、放物面鏡により平行光束
化され、液晶表示素子１２を照明するための投射光２２
となる。投射光２２は、図には明示していないが、コー
ルドミラー、紫外線カットフィルタ等で可視光以外の光
の成分を除去している。
【００２３】偏光ビームスプリッタ１８ａ、１８ｂは、
それぞれ、２個の直角プリズムの一方の斜面に偏光分離
面１７ａ、１７ｂとして作用する誘電体多層膜からなる
半透膜をコートして斜面どおしを接合した構造であり、
特に、可視光領域の波長の不定偏光光に対して、十分に
ｐ偏光光とｓ偏光光とに分離できる性能のものを用い
た。その消光比、すなわち透過光のｐ成分とｓ成分の光
の強度比は、１００：１以上であった。入射面、並びに
出射面には誘電体多層膜からなる反射防止膜を施した。
【００２４】光束反射素子１９ａ、１９ｂは、ガラス基
板にアルミニウムを蒸着し、表面に誘電体多層膜からな
る増反射コートを施したアルミ表面鏡を用いた。
【００２５】位相差板２０ａ、２０ｂは、ポリビニルア
ルコールフィルムを延伸し、１／２波長板として作用す
るように、所望の複屈折性を持たせたものを、ガラス基
板で挟んだ構成のものを使用した。位相差板２０ａ、２
０ｂの光の入出射面には、誘電体多層膜からなる反射防
止膜を施した。
【００２６】液晶表示素子１２は、画素を形成する透明
電極膜を施した二枚のガラス基板に液晶を封入したもの
で、図には明示していないが、映像信号処理回路、並び
に液晶駆動回路からの映像信号により、各画素ごとに印
加する電圧が制御される。液晶はツイステッド・ネマテ
ィック（ＴＮ）液晶を用いており、各画素の印加電圧に
よる液晶の状態変化は、投射光２２の偏光状態を変化さ
せ、さらに偏光子１３、検光子１４を用いることで投射
光２２は、画像に応じた強度変調を受ける。液晶の駆動
方式には、各画素ごとにスイッチング素子である薄膜ト
ランジスタを形成し液晶を駆動するアクティブマトリク
ス方式を用いている。また、液晶表示素子１２の表示画
面の縦横比は、９：１６である。
【００２７】偏光子１３、検光子１４は、ポリビニルア
ルコールフィルムに沃素を配向させて吸着させることに
より偏光膜を製作し、両面に保護のためにトリアセテー
トフィルムを粘着させた構造の偏光板を、さらにガラス
基板に粘着させて使用した。ガラス基板の、偏光板が粘
着されていない面には、誘電体多層膜からなる反射防止
膜を施した。
【００２８】投射レンズ１５は、液晶表示素子１２の表
示画像をスクリーン１６に拡大投射するもので、投射画
像のピントを調整できるようにフォーカス調整機構と、
画面の大きさを投射距離を変えずに変化させるためのズ
ーム機構が付いたものを使用した。
【００２９】以上の構成部品からなる、請求項１に記載
した本発明に従う投射型液晶表示装置を、従来の投射型
液晶表示装置と比較すると、投射画面の中央の輝度が
１．５倍、周辺部の輝度が２．５倍になり、輝度、並び
に輝度の均一性が向上した。さらに、従来例において、
光源に２５０Ｗのメタルハライドランプを使用した場
合、偏光子が徐々に変質し、投射画像の、特に画面の中
央部のコントラスト、明るさが低下し、表示色も中央部
と周辺部とで差が生じたが、本発明の実施例において
は、投射画像の画質低下は観察されなかった。
【００３０】以上、請求項１に記載した本発明の実施例
において、１／２波長板として作用する位相差板２０
ａ、２０ｂを、ｓ偏光光２３の光路中に配置したが、ｐ
偏光光２４の光路中に配置しても同様である。この場
合、偏光子１３、検光子１４の吸収軸を９０゜回転する
ように配置すれば良い。
【００３１】また、位相差板２０ａ、２０ｂをｓ偏光光
２３と、ｐ偏光光２４の両方の光路中に配置する構成も
可能である。例えば、位相差板２０ａ、２０ｂとして１
／２波長板を使用するときには、その光学軸を２２．５
゜に設定することにより、偏光方向が４５゜回転した投
射光２２が得られる。また、１／４波長板をそれぞれ２
枚使用して、それらの光学軸を４５゜ずらせて配置する
ことにより同様の効果が得られる。この場合、偏光子１
３、検光子１４の吸収軸を４５゜回転するように配置す
るとともに、液晶の配向方向もその角度に合わせれば良
い。
【００３２】光束反射素子１９ａ、１９ｂは、アルミ反
射鏡に限らず、ガラス基板に他の金属や誘電体多層膜を
蒸着したものでも良い。さらに、直角プリズムの斜面に
おける内部全反射を利用すると、より反射率を高くする
ことができる。
【００３３】光束反射素子１９ａ、１９ｂは、それぞれ
一枚で形成する必要はなく、複数枚を同一平面上に配置
しても良いし、さらに、複数枚の光束反射素子を段差や
角度を設けて配置しても良い。この場合、光源１１から
の光束の中央部が液晶表示素子１２の周辺部を照明する
ように配置すると、より投射画面の輝度の均一性が向上
する。
【００３４】図３は、請求項２に記載した本発明の実施
例を示す投射型液晶表示装置の平面図である。この投射
型液晶表示装置は、表示画面の縦横比が９：１６の液晶
表示素子３２と、偏光子３３と、検光子３４と、液晶表
示素子３２を照明するための光源３１と、液晶表示素子
３２の表示画像をスクリーン３６に拡大投影するための
投射レンズ３５と、光源３１からの投射光４２を偏光方
向が互いに直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光４
４とｓ偏光光４３とに分離する偏光分離面３７ａ、３７
ｂが形成された第１の偏光ビームスプリッタ３８ａ、３
８ｂと、ｓ偏光光４３を反射するための第２の偏光ビー
ムスプリッタ４１ａ、４１ｂとｓ偏光光２３を反射する
ための光束反射素子３９ａ、３９ｂと、第２の偏光ビー
ムスプリッタ４１ａ、４１ｂと光束反射素子３９ａ、３
９ｂの光路中にそれぞれ配置され、直線偏光光を円偏光
光に、円偏光光を直線偏光光に変換する位相差板４０
ａ、４０ｂとから構成される。
【００３５】次に図３に示した構成の、請求項２に記載
した本発明に従う投射型液晶表示装置の原理を図４を用
いて説明する。図４は、前記図６の従来例と対比しなが
ら、請求項２に記載した本発明の投射型液晶表示装置の
原理を説明するための図である。
【００３６】図４（ａ）は、図３の投射型液晶表示装置
の部分平面図であり、光源３１と液晶表示素子３２の間
の部分を示している。光源３１から放射された光束は、
第１の偏光ビームスプリッタ３８ａ、３８ｂの偏光分離
面３７ａ、３７ｂにおいて偏光方向が互いに直交する２
つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離され
る。ｐ偏光光は、偏光分離面３７ａ、３７ｂをそれぞれ
透過し、液晶表示素子３２を照明する。ｓ偏光光は、偏
光分離面３７ａ、３７ｂでそれぞれ反射し、隣接して配
置されている第２の偏光ビームスプリッタ４１ａ、４１
ｂで再びそれぞれ反射し、位相差板４０ａ、４０ｂを透
過した後、光束反射素子３９ａ、３９ｂでもう一度反射
し、位相差板４０ａ、４０ｂを透過し、最後に第２の偏
光ビームスプリッタ４１ａ、４１ｂをそれぞれ透過し、
液晶表示素子３２を照明する。ここで、位相差板４０
ａ、４０ｂが直線偏光光を円偏光光に、円偏光光を直線
偏光光に変換する作用を持つ、すなわち１／４波長板で
あり、位相差板４０ａ、４０ｂを透過したｓ偏光光は、
直線偏光光から円偏光光になり、さらに、この円偏光光
が、光束反射素子３９ａ、３９ｂで反射され、再び位相
差板４０ａ、４０ｂを透過すると直線偏光光に戻る。た
だし、１／４波長板を２回透過することは、１／２波長
板を一回透過することと等価であるため、第２の偏光ビ
ームスプリッタ４１ａ、４１ｂを反射したｓ偏光光は、
位相差板４０ａ、４０ｂを透過し、光束反射素子３９
ａ、３９ｂで反射され、再び位相差板４０ａ、４０ｂを
透過することにより、その偏光方向が９０゜回転するの
で、ｓ偏光光の偏光方向は、ｐ偏光光の偏光方向と等し
くなり第２の偏光ビームスプリッタ４１ａ、４１ｂを透
過することができる。結局、光源３１から放射された光
束はほとんど全て偏光方向が等しい直線偏光光に変換さ
れ、投射光４２になる。図６（ａ）の場合と比較する
と、投射光の直線偏光光への変換効率は、約２倍になり
光利用効率が向上するばかりでなく、偏光子３３におけ
る光の吸収が約１／６になり、偏光子３３の温度がそれ
ほど上昇しないため、投射画像の画質を低下させる原因
である偏光子３３の劣化が生じない。
【００３７】図４（ｂ）は、液晶表示素子３２における
投射光４２の断面図である。投射光４２は、図４（ａ）
における第１の偏光ビームスプリッタ３８ａ、３８ｂを
透過したｐ偏光光と、第１の偏光ビームスプリッタ３８
ａ、３８ｂ、並びに第２の偏光ビームスプリッタ４１
ａ、４１ｂで反射したｓ偏光光が位相差板４０ａ、４０
ｂと光束反射素子３９ａ、３９ｂにより、その偏光方向
が９０゜回転した光とが合成されたものであり、その断
面形状は、図４（ｂ）に示すように横に長い形状をして
いる。図において、斜線で示した領域は表示画面の投射
に利用されないが、図６（ａ）の場合と比較してその面
積は小さく、投射光の光利用効率が向上している。
【００３８】図４（ｃ）は、液晶表示素子３２上の投射
光４２の照度分布を示すグラフである。光源３１から放
射される光束の強度分布は、一般に中央が強く、周辺部
が弱いが、光源３１から放射される光束のうちｓ偏光成
分の光が、第１の偏光ビームスプリッタ３８ａ、３８
ｂ、第２の偏光ビームスプリッタ４１ａ、４１ｂ、並び
に光束反射素子３９ａ、３９ｂで反射することにより、
強度分布が反転した後、液晶表示素子３２を照明する。
すなわち、光源３１から放射される光束において、強度
の強い中央部の光のｓ偏光成分の光が、液晶表示素子３
２の周辺部を照明しているため、液晶表示素子３２上の
投射光４２の照度分布は、図６（ｃ）の場合と比較して
著しく均一性が向上している。
【００３９】以上の説明から明かなように、第１の偏光
ビームスプリッタ３８ａ、３８ｂと、第２の偏光ビーム
スプリッタ４１ａ、４１ｂと、光束反射素子３９ａ、３
９ｂと位相差板４０ａ、４０ｂとにより、ｐ偏光光４４
とｓ偏光光４３の光束で、横長の断面形状を有する投射
光を形成することができ、画面の投射に利用されない領
域が小さくなると同時に、ｓ偏光成分の光束の強度分布
を反転した上で投射光を合成するため、投射光の強度分
布も均一になり、横長の画面を投射するときの光源３１
の光利用効率を高め、かつ均一な画面輝度を得ることが
できる。
【００４０】また、第２の偏光ビームスプリッタ４１
ａ、４１ｂと、位相差板４０ａ、４０ｂと、光束反射素
子３９ａ、３９ｂを用い、偏光ビームスプリッタ３８
ａ、３８ｂで分離されたｓ偏光光２３とｐ偏光光２４の
偏光方向を等しくすることにより、光源３１からの不定
偏光光を効率良く直線偏光光に変換することができ、光
源３１の光利用効率がさらに向上するばかりでなく、偏
光子３３に入射する光束がすでに直線偏光光に変換され
ており、偏光子３３における光の吸収が著しく低減し、
偏光子３３の温度上昇が少なく、偏光子３３が劣化する
こともないので、高画質の投射画面を得ることができ
る。
【００４１】図３に示した構成は、１／４波長板として
作用する位相差板４０ａ、４０ｂを第２の偏光ビームス
プリッタ４１ａ、４１ｂと光束反射素子３９ａ、３９ｂ
の間の光路中に配置した場合の態様の一例を示したもの
であり、以下、これについて更に具体的に説明する。
【００４２】図３の構成において使用した光源３１、光
束反射素子３９ａ、３９ｂ、液晶表示素子３２、偏光子
３３、検光子３４、投射レンズ３５は、それぞれ、前述
の請求項１に記載した発明の実施例の説明における光源
１１、光束反射素子１９ａ、１９ｂ、液晶表示素子１
２、偏光子１３、検光子１４、投射レンズ１５と同じも
のである。
【００４３】第１の偏光ビームスプリッタ３８ａ、３８
ｂは、２個の直角プリズムの一方の斜面に偏光分離面３
７ａ、３７ｂとして作用する誘電体多層膜からなる半透
膜をコートして斜面どおしを接合した構造であり、特
に、可視光領域の波長の不定偏光光に対して、十分にｐ
偏光光とｓ偏光光とに分離できる性能のものを用いた。
その消光比、すなわち透過光のｐ成分とｓ成分の光の強
度比は、１００：１以上であった。第２の偏光ビームス
プリッタ４１ａ、４１ｂは、第１の偏光ビームスプリッ
タ３８ａ、３８ｂと同じものであり、それぞれ、偏光分
離面が互いに直交するように配置し、かつ、光学的接着
を行った。光の入射面、並びに出射面には誘電体多層膜
からなる反射防止膜を施した。
【００４４】位相差板４０ａ、４０ｂは、ポリビニルア
ルコールフィルムを延伸し、１／４波長板として作用す
るように、所望の複屈折性を持たせたものを、ガラス基
板で挟んだ構成のものを使用した。位相差板４０ａ、４
０ｂの光の入出射面には、誘電体多層膜からなる反射防
止膜を施した。
【００４５】以上の構成部品からなる、請求項２に記載
した本発明に従う投射型液晶表示装置を、従来の投射型
液晶表示装置と比較すると、投射画面の中央の輝度が
１．５倍、周辺部の輝度が３．０倍になり、輝度、並び
に輝度の均一性が向上した。さらに、従来例において、
光源に２５０Ｗのメタルハライドランプを使用した場
合、偏光子が徐々に変質し、投射画像の、特に画面の中
央部のコントラスト、明るさが低下し、表示色も中央部
と周辺部とで差が生じたが、本発明の実施例において
は、投射画像の画質低下は観察されなかった。
【００４６】以上、請求項１に記載した本発明の実施
例、並びに請求項２に記載した本発明の実施例におい
て、各偏光ビームスプリッタは、必ずしも１個ずつの偏
光ビームスプリッタで形成する必要はなく、図を記載し
た紙面に平行な断面で分割した構成でも良い。さらに、
偏光ビームスプリッタの、図を記載した紙面に平行な断
面が、小さな偏光ビームスプリッタを複数個並べたもの
でも、偏光分離面が同一平面上であれば、同様の効果が
得られることに加え、軽量化が図れる。
【００４７】位相差板として１／２波長板や１／４波長
板を使用する際、その材質は、ポリビニルアルコールフ
ィルムに限らず、ポリカーボネートや、ポリスチレン等
の高分子フィルムも使用できる。さらに、１／２波長板
や１／４波長板を複数枚、光学軸を回転させて配置し、
複屈折の波長依存性を光学的に補償した１／２波長板や
１／４波長板を使用するとより効果的である。
【００４８】光源は、メタルハライドランプの他に、キ
セノンランプ、ハロゲンランプ等の高輝度白色光源が使
用できる。
【００４９】液晶は、ＴＮ液晶以外にも、スーパーツイ
スト・ネマティック液晶、強誘電性液晶、複屈折制御型
液晶等、偏光状態を制御し画像を形成するタイプの液晶
を用いることができる。
【００５０】液晶の駆動方式は、アクティブマトリクス
方式に限らず、時分割駆動の単純マトリクス方式でも良
い。
【００５１】液晶表示素子は、モノクロ表示の場合や、
カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、
緑、青を時分割表示してカラー表示を行う場合のいずれ
にも適用できる。
【００５２】また、光源からの投射光をダイクロイック
ミラーやダイクロイックプリズムで、赤、緑、青の三色
に分離し、それぞれの光路に液晶表示素子を配置し、そ
れらを合成してカラー表示を行う場合でも同様の投射型
液晶表示装置が得られる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光ビームスプリッタと光束反射素子により複数の光束
で横長の断面形状を有する光束を形成することができ、
画面の投射に利用されない領域が小さくなると同時に、
強度分布も周辺部との差の少ないものとなり、横長の画
面を投射するときの光源の光利用効率を高め、明るい投
射画面で、かつ均一な画面輝度を得ることが可能な投射
型液晶表示装置を得ることができた。
【００５４】また、位相差板を用いることにより偏光ビ
ームスプリッタで分離されたｓ偏光光とｐ偏光光の偏光
方向を等しくすることにより、光源からの不定偏光光を
効率良く直線偏光光に変換することができ、光源の光利
用効率がさらに向上し、投射画面が明るくなるばかりで
なく、偏光子に入射する光束がすでに直線偏光光に変換
されており、偏光子における光の吸収が著しく低減し、
偏光子の温度上昇が少ないので、偏光子が劣化すること
もなく、高画質の投射画面を表示する投射型液晶表示装
置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した本発明の実施例を示す投射
型液晶表示装置の平面図である。
【図２】請求項１に記載した本発明の投射型液晶表示装
置の原理を説明するための図である。
【図３】請求項２に記載した本発明の実施例を示す投射
型液晶表示装置の平面図である。
【図４】請求項２に記載した本発明の投射型液晶表示装
置の原理を説明するための図である。
【図５】従来例を示す投射型液晶表示装置の平面図であ
る。
【図６】従来例の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１１、３１ 光源 １２、３２ 液晶表示素子 １３、３３ 偏光子 １４、３４ 検光子 １５、３５ 投射レンズ １６、３６ スクリーン １７ａ、１７ｂ、３７ａ、３７ｂ 偏光分離面 １８ａ、１８ｂ 偏光ビームスプリッタ ３８ａ、３８ｂ 第１の偏光ビームスプリッタ １９ａ、１９ｂ、３９ａ、３９ｂ 光束反射素子 ２０ａ、２０ｂ、４０ａ、４０ｂ 位相差板 ４１ａ、４２ｂ 第２の偏光ビームスプリッタ ２２、４２ 投射光 ２３、４３ ｓ偏光光 ２４、４４ ｐ偏光光

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶表示素子と、この液晶表示素子の表
    示画像をスクリーン面に投影するための光源、および投
    射レンズとから構成される投射型液晶表示装置におい
    て、 前記光源からの光束を互いに偏光方向が直交する２つの
    直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光
    分離面が形成された偏光ビームスプリッタを、前記偏光
    分離面が互いに直交するように少なくとも２つ以上配置
    し、 前記ｓ偏光光を偏向する複数の光束反射素子をそれぞれ
    前記偏光ビームスプリッタと隣接して配置し、 前記ｐ偏光光と前記ｓ偏光光の少なくとも一方の光路中
    にそれぞれ少なくとも１枚以上の位相差板を挿入したこ
    とを特徴とする投射型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 液晶表示素子と、この液晶表示素子の表
    示画像をスクリーン面に投影するための光源、および投
    射レンズとから構成される投射型液晶表示装置におい
    て、 前記光源からの光束を互いに偏光方向が直交する２つの
    直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光
    分離面が形成された第１の偏光ビームスプリッタを、前
    記偏光分離面が互いに直交するように少なくとも２つ以
    上配置し、 前記ｓ偏光光を前記光源から前記第１の偏光ビームスプ
    リッタに入射する光束の進行方向と反対方向に反射する
    複数の第２の偏光ビームスプリッタをそれぞれ前記第１
    の偏光ビームスプリッタと隣接して配置し、 前記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記ｓ偏
    光光をそれぞれ反射する複数の光束反射素子を配置し、 前記第２の偏光ビームスプリッタと前記光束反射素子の
    間の光路中にそれぞれ少なくとも一枚以上の位相差板を
    挿入したことを特徴とする投射型液晶表示装置。
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