JPH08211384A - 偏光子及びこれを用いた投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】薄型の偏光子により、液晶表示素子の入射側偏
光板の温度上昇を低減し、信頼性に優れたコンパクトな
投写型液晶表示装置を提供する。 【構成】偏光子５は薄い透明板の両面に、透明板の平面
に沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多数並べて形
成し、凸部の斜辺に対する光の入射角がブリュースター
角になるように設け、偏光子５を複数枚重ねる。また、
照明装置１と、照明装置１からの出射光を透過すること
により画像を表示する液晶表示素子６と液晶表示素子６
に表示される画像をスクリーン１０上に拡大するための
投射レンズ９とにより構成する投射型液晶表示装置で、
照明装置１と液晶表示素子６との間に偏光子５を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対の透明基板間に液
晶を注入し液晶の電気光学効果により画像情報を表示す
る透過型の液晶表示素子をライトバルブとして用い、液
晶表示素子上に表示される映像を、照明装置による光で
照射し投射レンズを用いてスクリーン上に拡大表示する
投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ライトバルブに光学的特性の
変化として映像信号に応じて形成される画像を照明装置
による光で照射し、光学像を投射レンズによりスクリー
ン上に投射する投射型液晶表示装置等があり、そうした
投射型液晶表示装置に用いられるライトバルブとして、
透過型の液晶表示素子を用いているものが数多く提案さ
れている。液晶表示素子の代表例であるツイステッド・
ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子の構造は、透明な
電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る
液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに９０°異な
るように２枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電
気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の
偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射
光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっ
ている。

【０００３】しかし、従来技術では照明装置からの出射
光はＰ偏光光、Ｓ偏光光とも液晶表示素子に入射するの
で偏光板の透過軸とは異なる偏光光は液晶表示素子の入
射側偏光板に吸収されるため、入射側偏光板の温度が上
昇する。さらに液晶セルは入射側偏光板の近くに配置さ
れるため液晶セルの温度上昇も著しく信頼性の確保が困
難となる。

【０００４】この問題点に対し、特開平３−１０２１８
号公報に記載のように照明装置と液晶表示素子との間
に、偏光ビームスプリッタや複数のガラス板をブリュー
スター角になるようにした偏光子を配置して、液晶表示
素子の入射側偏光板の透過軸とは異なる偏光光を液晶表
示素子にほとんど入射しないようにした投射型液晶表示
装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
における偏光ビームスプリッタや偏光子はこれらの有効
径以上の奥行きを有する。したがって、照明装置と液晶
表示素子との間に偏光ビームスプリッタ、あるいは複数
のガラス板をブリュースター角になるように配置した偏
光子を配置すると照明装置と液晶表示素子間の距離が長
くなりセットの大型化を招く。

【０００６】本発明の目的は、薄型の偏光子によりセッ
トを小型化した投射型液晶表示装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光子は薄い透明板の両面に、前記透明板
の平面に沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多数並
べて形成し、前記凸部の斜辺に対する光の入射角がブリ
ュースター角になるように設けた。

【０００８】また、照明装置と、照明装置からの出射光
を透過することにより画像を表示する液晶表示素子と液
晶表示素子に表示される画像をスクリーン上に拡大する
ための投射レンズとにより構成する投射型液晶表示装置
において、照明装置と液晶表示素子との間に前記偏光子
を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の偏光子は薄い透明板の両面に、透明板
の平面に沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多数並
べて形成し、凸部の斜辺に対する光の入射角がブリュー
スター角になるように設けてあるので、入射光のＳ偏光
光の一部は凸部の斜辺で反射し、Ｐ偏光光はすべて透過
する。この偏光子を複数枚重ねるほどＳ偏光光は反射す
る。

【００１０】さらに、照明装置と、照明装置からの出射
光を透過することにより画像を表示する液晶表示素子と
液晶表示素子に表示される画像をスクリーン上に拡大す
るための投射レンズとにより構成する投射型液晶表示装
置において、照明装置と液晶表示素子との間に偏光子を
設けることにより、照明装置から出射した光線は入射側
偏光板に入射する前に、偏光子により必要なＰ偏光光の
みとりだされ不要なＳ偏光光はほとんど反射する。液晶
パネルの入射側偏光板はＰ偏光光が透過する方向に配置
されており、入射側偏光板には不要なＳ偏光光は入射し
ないため、入射側偏光板の温度上昇はほとんどない。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例としての投射型液晶
表示装置を示すブロック図である。

【００１２】図１において、１は照明装置であり、メタ
ルハライドランプ、ハロゲンランプ等の光源２と光源２
から出射した光線を反射させて液晶表示素子６を照射す
るためのリフレクタ３により構成される。４は光線の赤
外線、紫外線を反射させて除去し、可視光のみ透過させ
るためのコールドフィルタである。

【００１３】５はコールドフィルタ４出射後の光線のＳ
偏光光を反射するための偏光子である。６は液晶表示素
子であり、液晶セル８の両側に配置された偏向板７によ
り構成される。９は液晶表示素子６上の表示画像を拡大
投影するための投射レンズ、１０はスクリーンである。

【００１４】また、液晶表示素子６の駆動回路、例えば
図１に示す回路ブロックであり、１１はビデオクロマ処
理回路、１２はＲＧＢ出力回路、１３はＸドライバ、１
４は同期処理回路、１５はコントローラ、１６はＹドラ
イバである。

【００１５】この構成において、光源５はリフレクタ６
の第１焦点位置近傍に配置されており、光源５から出射
する光はリフレクタ６を反射して、コールドフィルタ７
を介して液晶表示素子６に照射される。

【００１６】そして、液晶表示素子６上に表示された画
像は投射レンズ９により拡大され、その結果、スクリー
ン１０上に拡大した画像が得られる。

【００１７】また、レーザディスク、ＶＴＲ等（図示せ
ず）から入力されたビデオ入力はビデオクロマ処理回路
１１により処理された後、ＲＧＢ出力回路１２に入力さ
れる。ＲＧＢ出力回路１２はＲ、Ｇ、Ｂに対応する映像
信号及び液晶表示素子２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１３を介して液晶表示素
子２の電極に入力される。ビデオクロマ処理回路１１、
ＲＧＢ出力回路１２、Ｘドライバ１３、及びＹドライバ
１６は同期処理回路１４、コントローラ１５により同期
がとられている。

【００１８】なお、以上の実施例では、ライトバルブと
して液晶表示素子を１枚使用する場合であるから、カラ
ー表示の場合には液晶表示素子６内に図示していないカ
ラーフィルタを設ける必要があることは当然である。

【００１９】次に本発明の液晶表示装置に用いた偏光子
の具体的な実施例について説明する。

【００２０】図２は本発明の第１実施例の偏光子の斜視
図である。

【００２１】５は偏光子であり薄い透明板の両面に、透
明板の平面に沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多
数並べて形成し、凸部の斜辺に対する光の入射角がブリ
ュースター角になるように設けた。さらにこの偏光子を
複数枚重ねた。

【００２２】図３は図２の偏光子の動作を表すために偏
光子を模式的に描いた断面図である。

【００２３】図３において、１７は偏光子５への入射
光、１８，１９は偏入射面２０からの出射光であり、１
８はＳ偏光光，１９はＰ偏光光である。２０は偏光子５
上の１つの凸部の斜辺に相当する入射面であり、２１は
偏光子５上のもう一つの面に形成した凸部の斜辺に相当
する出射面である。

【００２４】本発明では入射面２０に対する法線と入射
光との角度をθ，偏光子５に用いる透明板の屈折率Ｎが
ｔａｎθ＝Ｎを満たしている。

【００２５】したがって、角度θはブリュースター角と
なるので、入射面２０に垂直なＳ偏光光１８は一部反射
し、一部透過するが、入射面に平行なＰ偏光光１９はす
べて透過する。この光線は入射面２０において屈折して
出射面２１に入射するが、入射面２０と出射面２１は平
行であるのでＰ偏光光１９は入射光１７と同じ角度で出
射する。

【００２６】また、偏光子５を複数枚重ね合わせると最
終的にはＳ偏光光１８は１００％反射し透過光はすべて
Ｐ偏光光１９となる。

【００２７】さらに、偏光子５の直角三角状の細長い凸
部を微細にかつ複数並べるほど偏光子５は薄型化でき
る。

【００２８】以下、本実施例の動作について図４を用い
て詳細に説明する。

【００２９】図４において、光源２をリフレクタ３（こ
こでは放物形状）の焦点位置近傍に設けることによりリ
フレクタ３からの出射光はほぼ平行光束となりコールド
フィルタ４に入射する。コールドフィルタ４は赤外線，
紫外線を反射し、可視光のみを透過させる分光特性を有
する。コールドフィルタ４出射後の光線は可視光であ
り、偏光子５に入射する。この時、入射光線１７は不定
偏光光であるが、Ｓ偏光光１８は偏光子５の各直角三角
状の細長い凸部の斜辺の入射面で反射し、Ｐ偏光光１９
は透過するので偏光子５の出射光はＰ偏光光となる。液
晶表示素子６の入射側偏光板７はＰ偏光光が透過する方
向に配置されており、これにより、従来入射側偏光板の
温度上昇の要因となっていたＳ偏光光は入射側偏光板に
入射する前に本発明の偏光子により除去されるので、入
射側偏光板の温度上昇は低減される。

【００３０】図５は本発明の第２実施例に係る偏光子の
斜視図である。

【００３１】５は偏光子であり薄い透明板の両面に、透
明板の平面に沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多
数並べて形成し、凸部の斜辺に対する光の入射角がブリ
ュースター角になるように設け、凸部は透明板の中心に
対して対象となるようにしたことを特徴とする。

【００３２】さらにこの偏光子を複数枚重ねたことを特
徴とする。

【００３３】図６において、光源２をリフレクタ３（こ
こでは放物形状）の焦点位置の近くに設けることにより
リフレクタ３からの出射光はほぼ平行光束となりコール
ドフィルタ４に入射する。コールドフィルタ４は赤外
線，紫外線を反射し、可視光のみを透過させる分光特性
を有する。コールドフィルタ４出射後の光線は可視光で
あり、偏光子５に入射する。この時、入射光線１７は不
定偏光光であるが、Ｓ偏光光１８は偏光子５の各直角三
角状の細長い凸部の斜辺の入射面で反射するので、照明
光学系１の光軸に対して左右（あるいは上下）に出射す
る。

【００３４】Ｐ偏光光１９は透過するので偏光子５の出
射光はＰ偏光光となる。

【００３５】液晶表示素子６の入射側偏光板７はＰ偏光
光が透過する方向に配置されており、これにより、従来
入射側偏光板の温度上昇の要因となっていたＳ偏光光は
入射側偏光板に入射する前に本発明の偏光子により除去
されるので、入射側偏光板の温度上昇は低減される。

【００３６】なお、以上の実施例は、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。第７は本発明の投射型液晶表示
装置の実施例を示す概略構成図である。

【００３７】図１０において、光源２をリフレクタ３
（ここでは放物形状）の焦点位置の近くに設けることに
よりリフレクタ３からの出射光はほぼ平行光束となりコ
ールドフィルタ４に入射する。コールドフィルタ４は赤
外線，紫外線を反射し、可視光のみを透過させる分光特
性を有する。コールドフィルタ４出射後の光線は可視光
であり、偏光子５に入射する。この時、入射光線１７は
不定偏光光であるが、Ｓ偏光光１８は偏光子５の各直角
三角状の細長い凸部の斜辺の入射面で反射し、Ｐ偏光光
１９は透過するので偏光子５の出射光はＰ偏光光とな
る。

【００３８】２２ａ、２２ｂは色分離用のダイクロイッ
クミラーであり、２２ａはＧ（緑色）反射用のダイクロ
イックミラー、２２ｂはＲ（赤色)反射用のダイクロイ
ックミラーである。２３ａ、２３ｂは全反射ミラー、２
４ａ、２４ｂは色合成用のダイクロイックミラーであ
り、２４ａはＲ反射用のダイクロイックミラー、２４ｂ
はＲＧ反射用のダイクロイックミラーである。

【００３９】Ｐ偏光光１９はダイクロイックミラー２２
ａにより、ＧとＲ，Ｂ(青色)に分光される。ダイクロイ
ックミラー２２ａを反射した光線は全反射ミラー２３ｂ
を反射し、Ｇ用の液晶パネル６ａに入射する。ダイクロ
イックミラー２２ａを透過した光線はダイクロイックミ
ラー２２ｂによりＲとＢに分光され、ダイクロイックミ
ラー２２ｂを反射した光線はＲ用の液晶パネル６ｂに入
射する。ダイクロイックミラー２２ｂを透過した光線は
Ｂ用の液晶パネル６ｃに入射する。

【００４０】液晶表示素子６ａ、６ｂ、６ｃの入射側偏
光板７はＰ偏光光が透過する方向に配置されており、こ
れにより、従来入射側偏光板の温度上昇の要因となって
いたＳ偏光光は入射側偏光板に入射する前に本発明の偏
光子により除去されるので、入射側偏光板の温度上昇は
低減される。

【００４１】液晶表示素子６ａ出射後の光線はダイクロ
イックミラー２３ａを透過しダイクロイックミラー２４
ｂを反射して投写レンズ９に入射する。

【００４２】液晶表示素子６ｂ出射後の光線はダイクロ
イックミラー２３ａを反射しダイクロイックミラー２４
ｂを反射して投写レンズ９に入射する。

【００４３】液晶表示素子６ｃ出射後の光線は全反射ミ
ラー２３ｂを反射し、ダイクロイックミラー２４ｂを透
過して投写レンズ９に入射する。

【００４４】ここで、各液晶表示素子６ａ、６ｂ、６ｃ
を出射し、投写レンズ６を入射する光線はそれぞれの光
軸が一致しており、さらに、各液晶表示素子から投写レ
ンズ９までの距離が一致しているのでスクリーン１０上
にはＲ、Ｇ、Ｂが合成されたカラーの拡大画像が得られ
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、照明装置から出射した
光線は入射側偏光板に入射する前に、偏光子により必要
なＰ偏光光のみとりだされ不要なＳ偏光光は反射する。
したがって、入射側偏光板の温度上昇がほとんどなく、
信頼性に優れ、かつコンパクトな投射型液晶表示装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としての投射型液晶表示
装置のブロック図。

【図２】本発明の偏光子の斜視図。

【図３】本発明の偏光子の動作を表すための断面図。

【図４】本発明の投写型液晶表示装置の動作を表す説明
図。

【図５】本発明の偏光子の斜視図。

【図６】本発明の投写型液晶表示装置の動作を表す説明
図。

【図７】本発明の第２の実施例としての投射型液晶表示
装置の説明図。

【符号の説明】

１…照明装置、 ２…光源、 ３…リフレクタ、 ４…コールドフィルタ、 ５…偏光子、 ６…液晶表示素子、 ７…偏光板、 ８…液晶セル、 ９…投射レンズ、 １０…スクリーン、 １１…ビデオクロマ処理回路、 １２…ＲＧＢ出力回路、 １３…Ｘドライバ、 １４…同期処理回路、 １５…コントローラ、 １６…Ｙドライバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲毛 久夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄い透明板の両面に、前記透明板の平面に
   沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多数並べて形成
   し、前記凸部の斜辺に対する光の入射角がブリュースタ
   ー角になるように設けたことを特徴とする偏光子。
2. 【請求項２】薄い透明板の両面に、前記透明板の平面に
   沿って断面が直角三角状の細長い凸部を多数並べて形成
   し、前記凸部の斜辺に対する光の入射角がブリュースタ
   ー角になるように設け、前記凸部は前記透明板の中心に
   対して対象となるように構成したことを特徴とする偏光
   子。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の前記偏光子を複
   数枚に重ねて構成した偏光子。
4. 【請求項４】照明装置と、前記照明装置からの出射光を
   透過することにより画像を表示する液晶表示素子と、前
   記液晶表示素子に表示される画像をスクリーン上に拡大
   するための投射レンズとにより構成され、前記照明装置
   と前記液晶表示素子との間に請求項１、２または３に記
   載の前記偏光子を設けた投射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】照明装置と、前記照明装置からの出射光を
   色の３原色に分光するための色分離用ダイクロイックミ
   ラーと、前記色分離用ダイクロイックミラーからの出射
   光を透過することにより画像を表示する液晶表示素子
   と、前記液晶表示素子６の出射光を合成するための色合
   成用ダイクロイックミラーと、前記液晶表示素子に表示
   される画像をスクリーン上に拡大するための投射レンズ
   とよりなり、前記照明装置と前記液晶表示素子との間に
   請求項１、２または３に記載の前記偏光子を設けた投射
   型液晶表示装置。