JPH08234197A

JPH08234197A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH08234197A
Application number: JP7034912A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Deguchi; 雅晴出口; Takashi Tsunoda; 隆史角田; Futoshi Yamazaki; 太志山崎; Hisao Inage; 久夫稲毛; Takesuke Maruyama; 竹介丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【構成】光源と楕円面鏡及び球面鏡を有し該光源からの
出射光を被照射面上に照射させる作用を有する照明手段
と、光を変調する液晶表示素子と、該液晶表示素子から
出射した光を投射する投射手段とを有し、前記液晶表示
素子は前記楕円面鏡の楕円面が有する前記光源より遠い
方の焦点位置近傍に設置されている投射型液晶表示装
置。【効果】本発明によれば、光源から出射される光の光利
用効率が良く、すなわち明るく、画質性能の良い小型な
投射型液晶表示装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子を用いた
投射型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像表示装置として、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
される光学像を、照明手段により照射し、該光学像を投
射手段によりスクリ−ン上に拡大投影する投射型表示装
置がある。そうした表示装置のライトバルブとして液晶
表示素子を用いた投射型液晶表示装置ているものが数多
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枚の偏光子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、偏光子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。近年、こうした透過型あるいは反
射型の液晶表示素子自体の小型化が進むとともに解像度
等の性能も急速に向上し、該液晶表示素子を用いた表示
装置の小型高性能化が進んでいる。これにより、従来の
ビデオ信号等による映像表示のみでなく、パ−ソナルコ
ンピュ−タの画像出力装置としての投射型液晶表示装置
が新たに提案されてきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の投射型
液晶表示装置は、大型であったり、また最終的に得られ
た画像の明るさ等の性能が不充分であるといった問題が
あった。表示装置全体の小型化には、ライトバルブすな
わち液晶表示素子自体の小型化が有効であるが、液晶表
示素子を小型化すると照明手段による被照射面積が小さ
くなるため光源の放射する全ての光束量に対する液晶表
示素子上に照射される光束量の比率（以下光利用効率と
呼ぶ）が低くなる等の問題が生じる。その結果、装置全
体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現すること
が困難であった。さらに、投射型液晶表示装置の場合に
は上記照明手段以外に投射レンズの光学的特性、また液
晶表示素子の光学的特性等の様々な要素が画質性能に影
響するため、照明手段のみを改善しても小型で画質性能
の良い表示装置を得ることは困難であった。

【０００４】従って、本発明の目的はこうした従来の問
題点を解決し、小型で明るさ等の画質性能が良好な投射
型液晶表示装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、光源を有し該光源からの出射光を被照射
面上に照射させる作用を有する照明手段と、光を変調す
る液晶表示素子と、該液晶表示素子から出射した光を投
射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置におい
て、前記照明手段は少なくとも１つの楕円面鏡と１つの
球面鏡とを有し、かつ前記液晶表示素子は前記楕円面鏡
の楕円面が有する前記光源より遠い方の焦点位置近傍に
設置し、また、前記光源と前記液晶表示素子の間および
前記液晶表示素子と前記投射手段の間それぞれに凸レン
ズを設けた構成としている。

【０００６】

【作用】次に、本発明による作用について説明する。

【０００７】図１は、本発明による投射型液晶表示装置
の光学系構成図である。

【０００８】図１において、光源１は、メタルハライド
ランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色ラン
プである。前記光源１と楕円面鏡５及び球面鏡６で構成
された照明手段２において、該光源１から放射された光
は、該楕円面鏡５及び球面鏡６で反射されコンデンサレ
ンズ７に入射する。コンデンサレンズ７は、正の屈折力
を有し、照明手段２から出射した光をさらに集光させる
作用を持ち、該コンデンサレンズ７を通過した光は液晶
表示素子３を照射する。該液晶表示素子３を通過した光
は、該光を例えばズ−ムレンズであるような投射手段４
に入射させる作用を有するフィ−ルドレンズ８に入射
し、その後投射手段４を通過しスクリ−ン９に到達す
る。前記フィ−ルドレンズ８と投射手段４により、液晶
表示素子３に形成された画像は、スクリ−ン９上に拡大
投影され表示装置として機能するものである。

【０００９】次に、本発明による投射型液晶表示装置に
おける要部の作用について詳細に説明する。図２は、本
発明の投射型液晶表示装置の照明手段の作用を示す原理
断面図である。

【００１０】図２は、前記光源から出射した光が楕円面
鏡５及び球面鏡６により反射される様子を示したもので
ある。同図に示す点Ｐ及び点Ｐ’は、それぞれ楕円面鏡
５の反射面である楕円面の第一焦点及び第二焦点の位置
を表している。点Ｐより楕円面鏡５の方向に出射した光
Ｂ１は、該楕円面鏡５で反射され光軸１８上の点Ｐ’に
到る。従って、点Ｐから出射し直接楕円面鏡５で反射し
た光は全て点Ｐ’に到達する。一方、球面鏡６の反射面
である球面の中心を前記点Ｐに一致させた場合、点Ｐの
位置から球面鏡６の方向に出射した光Ｂ２は、該球面鏡
６により反射され再び点Ｐに戻り楕円面鏡５に向い該楕
円面鏡５で反射された後点Ｐ’に到達する。これらの作
用により、点Ｐの位置から出射した光の内、前記楕円面
鏡５あるいは球面鏡６に入射する光は原理的に全て点
Ｐ’に到達する。前記光Ｂ２は、液晶表示素子であるよ
うな被照射面に従来到ってないものであり、図２に示す
構成で点Ｐ’近傍に液晶表示素子を配置することにより
光利用率を向上させることができる。また、従来の照明
手段の様に、楕円面鏡５のような反射鏡１つのみで光利
用効率を向上させようとすると反射鏡が大型化したり、
それに伴って投射手段としてＦ値が小さい投射レンズが
必要となり該投射レンズが大型化するといった問題が生
じる。

【００１１】図３は、本発明の投射型液晶表示装置にお
ける光源の例を示す構成図である。

【００１２】図３は前記光源１の例としてのランプ１０
を表している。図において、１３は石英ガラス等の発光
管であり、内部に水銀，アルゴン等の金属蒸気放電灯点
灯装置として作用させるためのガスが封入されており、
また、同図１１は電極、１２は保温膜、１５は発光管１
３の気密性を保持する等の作用を有するモリブデン箔、
１４はリ−ド線、１６は口金を示し、前記一対の電極１
１間の放電により発光部１７から光を放射するものであ
る。ここで、前記保温膜１２は、ジルコニア等で成り、
発光管の温度を保ち蒸気圧を高める等の作用を有し、こ
れにより充分な連続発光性能あるいはランプ寿命を得る
効果がある。しかし、前記発光部１７より放射された光
の内、保温膜１２に入射したものは吸収あるいは拡散反
射されるため、保温膜が広い範囲に渡り塗布された従来
のランプを用いた照明手段では光利用効率の悪いものと
なっていた。本発明の図３に示す構成においてランプ１
０を用いる場合には、前記保温膜１２を前記球面鏡６の
形状に合わた範囲に設けている。すなわち、図３に示す
発光部１７から放射された光Ｂが、保温膜１２で吸収あ
るいは反射されることなく図２に示す球面鏡６に入射す
るように保温膜の形状を決めている。これにより、ラン
プ１０と図２に示す構成を組み合わせた照明手段では、
従来、保温膜１２で吸収あるいは拡散反射されていた光
を有効に照射に使用することができ、光利用効率の高い
ものとなる。一方、図２の点Ｐ近傍に発光部１７が位置
するようにランプが設けられた場合、上述したように発
光部１７から放射され前記球面鏡６に入射した光は、反
射され再び発光部方向に戻る。このため、ランプの発光
管１３に球面鏡６で反射された光が当たり、発光管の温
度を保ち蒸気圧を高める等の効果がある。すなわち、球
面鏡６は従来の保温膜と同等の作用を有している。従っ
て、図２に示す反射鏡構成と図３に示すランプを組み合
わせることにより、それぞれの相互作用によって、保温
膜の塗布範囲を小さくしてもランプの発光性能及び寿命
等を劣化させずに、光利用効率の高い照明手段を得るこ
とができる。

【００１３】尚、本発明の構成においては、球面鏡６の
光をランプに返す効率が良く、また充分な発光性能及び
寿命等が得られる場合には、前記保温膜１２は無くても
かまわない。また、球面鏡６に従来の保温膜１２の作用
を充分持たせるためには、該球面鏡６の反射面は、可視
光域のみを反射するダイクロイックミラ−であるよりも
アルミ蒸着等により反射膜を形成する方が望ましい。

【００１４】次に、本発明におけるランプと反射鏡によ
る照射の作用について説明する。図４は、前記ランプ１
０の輝度分布特性の例である。

【００１５】同図の横軸は前記発光部１７の電極に沿っ
た位置を示しており、横軸中央部が発光部１７の中心に
相当する。また、縦軸は該発光部１７を図３に示された
方向から見た相対輝度を示している。図２に示す反射鏡
の作用により、点Ｐに点光源がある場合には点Ｐから放
射した光は、前記楕円面鏡５及び球面鏡６により点Ｐ’
に到達する。しかし、一般に光源として用いられるラン
プは、上記図３に示される様に発光部１７がある大きさ
を持ち、このため、図４に示すような輝度の分布を有す
る。例えば、メタルハライドランプであるような電極間
の放電により光を放射するものでは、図４に示すよう
に、電極に近い部分の発光輝度が高く、電極間の中心部
ではやや低くなっている。本発明においては、図２に示
す点Ｐ’の近傍に被照射面である前記液晶表示素子３を
設け、さらに前記楕円面鏡５の反射面である楕円面の形
状を、ランプ電極間の間隔がほぼ該液晶表示素子３のサ
イズとなるように設定している。これにより、前記発光
部１７の輝度分布に近い光エネルギ−の分布が、液晶表
示素子３の光軸に沿ったある断面上に投影される。通
常、特に小型な液晶表示素子を照射しようとした場合に
は、ランプ及び反射鏡の組合せのみによる照明手段で
は、被照射面の明るさの分布が中央のみが明るく周辺が
暗い不均一なものとなる問題があるが、前記したように
ランプの輝度分布を考慮した楕円面形状の設定により、
液晶表示素子３の面全体で中央が明るく、また中央に対
する周辺照度の比が高い見やすい画像を実現できる。

【００１６】図５は、本発明における照明手段とコンデ
ンサレンズ及び液晶表示素子の関係を示す原理断面図で
ある。

【００１７】同図に示す構成において、球面鏡６の開口
部の大きさＤは楕円面鏡５及び球面鏡の反射面の口径及
び液晶表示素子３のサイズにより設定される。すなわ
ち、発光部１７から放射した光の内、楕円面鏡５の最周
辺で反射され液晶表示素子３の最周辺に到達する光を、
球面鏡６が遮らないように該球面鏡６の開口部の大きさ
Ｄを設定する。また、球面鏡６の外径は、大きいと表示
装置全体が大型化することになり、また小さ過ぎると上
述の開口部の大きさＤの制限により、球面鏡６の反射面
の面積が小さくなり、その結果光利用効率の低下を招く
ため、これらを考慮して最適な大きさに設定されてい
る。

【００１８】一方、図５に示すコンデンサレンズ７は主
に２つの作用を有している。１つは、同図に示すよう
に、正の屈折力を持つ該コンデンサレンズ７が球面鏡６
の開口部から出射しコンデンサレンズ７に入射した光を
さらに集光させる作用であり、これにより液晶表示素子
３に光が集まり光利用効率が高いものとなる。さらに、
コンデンサレンズ７は、前記楕円面鏡５あるいは球面鏡
６さらにはランプ等の製造公差により上述したような原
理的な光の経路をたどらずに液晶表示素子３近傍に拡散
している光を、液晶表示素子３上に集光させる作用があ
る。該コンデンサレンズの集光作用と、図１に示したフ
ィ−ルドレンズ８の作用と相まって、液晶表示素子を通
過した光のほとんどを投射手段に導く効果があり、その
結果明るい投影画像が実現できる。コンデンサレンズが
無い場合には、図１で示したフィ−ルドレンズ８の屈折
力が大きくなり解像度性能が悪化したり、また、レンズ
枚数が増える問題が生じる。コンデンサレンズのもう１
つの作用は、コンデンサレンズ７により液晶表示素子３
上のある点を通過する際の光のエネルギ−の重心を光軸
にほぼ平行な方向にする作用である。これにより液晶表
示素子３のコントラスト等に関する光学的特性が画面全
体に渡って均一となり、最終的に画質性能の良い表示装
置が得られる。以上述べた作用により、小型な液晶表示
素子を用いて、表示装置全体を小型化しても、明るく画
質性能の良い液晶表示装置が実現できる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２０】図６は、本発明における投射型液晶表示装
置の一実施例を示す構成図である。

【００２１】図６の実施例は、液晶ライトバルブとして
透過型液晶表示素子を所謂色の３原色であるＲ（赤
色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色にそれぞれ対応し
て、合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示してい
る。本実施例において、光源である例えばメタルハライ
ドランプであるようなランプ１０より出射した光は、楕
円面鏡５または球面鏡６に反射された後、薄いガラス板
を光軸に対しブリュ−スタ−角になるように数枚重ねて
構成され不定偏光光の内ほとんどＰ偏光光のみを通過さ
せる作用を有するプリポラライザ２２に入射する。プリ
ポラライザ２２を通過した光は、赤外光及び紫外光のよ
うな熱線を反射し可視光を通過させる熱線カットフィル
タ２３を通過し、その後、光軸に対して４５°の角度に
配置されたＲ（赤色）透過ダイクロイックミラ−２４に
より、Ｇ（緑色）とＢ（青色）の光は反射され、Ｒ（赤
色）の光は透過する。反射したＲ光線は、全反射ミラ−
２９によりその光路を折り曲げられてコンデンサレンズ
７及び入射側偏光板２０を通過し、対向電極，液晶等で
構成された液晶表示素子３Ｒに入射され、液晶表示素子
３Ｒの光の出射側に設けられた出射側偏光板２１及びフ
ィ−ルドレンズ８を通過する。フィ−ルドレンズ８を出
射したＲ光線は、Ｒ光線を通過させる作用を有するダイ
クロイックミラ−２６を通過し、Ｒ光線及びＢ光線を反
射させる作用を有するダイクロイックミラ−２７で反射
された後、例えばズ−ムレンズのような投射手段４に入
射する。一方、Ｒ透過ダイクロイックミラ−２４により
反射されたＧ光線とＢ光線は、Ｂ反射ダイクロイックミ
ラ−２５に入射し、該ミラ−によりＢ光線は反射し、コ
ンデンサレンズ７及び入射側偏光板２０を通過し、液晶
表示素子３Ｂに入射され、液晶表示素子３Ｂの光の出射
側に設けられた出射側偏光板２１及びフィ−ルドレンズ
８を通過する。フィ−ルドレンズ８を出射したＢ光線
は、Ｂ光線を反射させる作用を有するダイクロイックミ
ラ−２６で反射され、Ｒ光線とともにダイクロイックミ
ラ−２７で反射された後投射手段４に入射する。また、
ダイクロイックミラ−２５を通過したＧ光線は、コンデ
ンサレンズ７及び入射側偏光板２０を通過し、液晶表示
素子３Ｇに入射され、液晶表示素子３Ｇの光の出射側に
設けられた出射側偏光板２１及びフィ−ルドレンズ８を
通過する。フィ−ルドレンズ８を出射したＧ光線は、全
反射ミラ−２８により反射され、ダイクロイックミラ−
２７を透過後Ｒ光線及びＢ光線とともに投射手段４に入
射する。以上により、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した光
線が色分離手段及び色合成手段により分離，合成され、
投射手段４によりＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した液晶表
示素子上の画像を拡大し、スクリ−ン上に各色の画像を
合成し拡大した実像を得るものである。同図の３２は電
源回路、４３は映像信号回路を示し、また３３は吹き出
しダクトであり照明手段のケ−ス１９等から風を吹き出
しファン３４に導く作用を有している。

【００２２】また、前記照明手段と前記投射手段は、そ
れぞれの光軸が互いに平行になるように配置し、さら
に、前記色分離手段と前記液晶表示素子及び前記色合成
手段とからなる色分離合成ユニット４４を介して電源回
路３２及び映像信号回路４２を同図に示すように配置す
ることにより、装置全体を小型化するとともに装置形状
が長方形の配置となり、該長方形の短い辺をスクリ−ン
側に向けて使用するような会議室などでの使用形態と適
合した形状にすることができる。

【００２３】本実施例におけるランプ１０は、例えば図
３に示したようなメタルハライドランプである。尚、ラ
ンプを含む照明手段の作用は上述の通りであり、ここで
は省略する。

【００２４】また、本実施例における液晶表示素子３と
して、例えば画面対角長が１インチクラスｐ−ＳｉＴＦ
Ｔの透過型液晶パネルを用い、装置全体の小型化を実現
している。前記液晶表示素子３では、該表示素子への光
の入射する側及び出射する側それぞれに直線偏光光を透
過させる偏光子である入射側偏光板２０と該入射側偏光
板２０に対し９０°回転した偏光面を有する直線偏光光
を通過させる偏光子である出射側偏光板２１を設け、液
晶表示素子３における液晶の電気光学効果により偏光面
を回転させる作用と、前記偏光子である入射側偏光板２
０及び出射側偏光板２１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。

【００２５】図６の１９は、照明手段のケ−スを示して
いる。ランプの寿命等により表示装置として充分な明る
さ等の画質性能が得られなくなった場合には、ケ−ス１
９ごと交換することが可能である。図７は本発明による
投射型液晶表示装置の照明手段の一実施例を示す断面構
成図である。

【００２６】同図に示す例においては、反射鏡の押え板
３６を介して前記楕円面鏡５と球面鏡６が配置された構
成とし、これにより、前記楕円面鏡５と球面鏡６の位置
を精度良く設置できるようにしている。特に、小型な液
晶表示素子を用いた場合、また光利用効率の高い場合に
は、楕円面鏡５と球面鏡６等の位置精度が厳しいものと
なるため、１つの部材を介して配置するのが有効であ
る。また、図７に示す例では、前記押え板３６を別の部
材３５及び３７で挟み込む構造としており、これにより
製造時の取付け作業を容易に行なえるようにしている。

【００２７】図８は、前記押え板３６へ楕円面鏡等反射
鏡を取り付ける構造の一例を示している。

【００２８】図８は、図７における押え板３６を図７に
示す左側より光軸方向に沿って見た図である。同図に示
す例では、押え板３６に板バネ３８が固定されており、
該板バネの弾性により楕円面鏡５を保持した構造となっ
ている。また、押え板３６には、通気口３９が設けられ
ており、これによりファンからの風の流路を確保し前記
楕円面鏡５及び球面鏡６さらにランプ１０の冷却を行な
い適切な温度を保っている。

【００２９】図９は、コンデンサレンズ及び入射側偏光
板の保持構造の例を示している。

【００３０】同図（ａ）に示した例は、入射側偏光板２
０をガラス板４１に貼り付け、該ガラス板とコンデンサ
レンズ７をフォルダ４０に共に固定する構造とし、これ
により部品点数を削減している。また、さらに部品点数
を削減するため、同図（ｂ）に示したように、コンデン
サレンズ７を平凸レンズとし、該コンデンサレンズ７の
平面側に直接入射側偏光板２０を貼付ても良い。

【００３１】図１０は、前記コンデンサレンズの一実施
例を示したものである。

【００３２】液晶表示素子における画像表示部は通常矩
形形状を有しているため、コンデンサレンズ７が円形の
レンズであると液晶表示素子の照射に寄与しない部分が
存在することになる。このため、図１０に示すように該
形状に合わせコンデンサレンズを矩形にカットすること
により、小型化が可能である。図１１に該コンデンサレ
ンズ７の保持例を示す。

【００３３】同図に示すのは、コンデンサレンズ７をフ
ォルダ４０にはめこむ構造にした例である。これによ
り、図９に示したコンデンサレンズの固定が実現でき、
その結果、保持精度の良好なものを得ることができる。
尚、前記コンデンサレンズ７は矩形の場合を示したが、
液晶表示素子へ寄与する光束の形状に従って、周辺部を
たる型のような形状にしてもよい。

【００３４】図１２は、本発明による投射型液晶表示装
置の液晶表示素子から投射手段までの他の実施例を示し
たものである。

【００３５】図に示した例では、液晶表示素子３の光軸
１８とフィ−ルドレンズ８及び投射手段４の光軸４２を
δだけ平行に偏心させた構成としている。これにより、
表示装置で最終的に得られるスクリ−ン９上の画像を、
歪無く該画像の中心を投射手段側の光軸４２から偏心す
ることができる。これにより、画像を見やすい位置に投
影することが可能となる。尚、同図に示す例では、フィ
−ルドレンズ８を、液晶表示素子３から出射する光を遮
光しない条件でカットし小型化を実現している。

【００３６】尚、上記実施例において、フィ−ルドレン
ズ８及びズ−ムレンズであるような投射手段４は、両者
を合わせてＦ値，焦点距離，解像度等の光学性能を満足
するように適切な形状にすることは言うまでもない。

【００３７】次に、前記実施例における具体的な数値例
について、図１３及び図１４の説明図を用いて示す。

【００３８】図１３に示す構成において、同図に示す電
極間距離ｌが３ｍｍのメタルハライドランプ１０を用
い、楕円面鏡５の反射面形状を第一焦点距離ｆ１を１５
ｍｍ、第二焦点距離ｆ２を２５０ｍｍである楕円面と
し、また、球面鏡６の反射面形状を曲率半径５０ｍｍの
球面形状とした。ランプ１０は前記楕円面鏡５の第一焦
点距離位置に電極間の中心が来るように設置され、また
液晶表示素子３をその光学的距離が前記楕円面鏡５の第
二焦点距離の位置に来るように配置し、該液晶表示素子
３のランプ側に間隔ｔが５ｍｍとなるように焦点距離２
００ｍｍのコンデンサレンズ７を設けている。本照明手
段の構成と、合わせてＦ値が３のフィ−ルドレンズと投
射手段を用い、図６に示す構成の投射型液晶表示装置
で、対角の長さが１．３インチである液晶表示素子を用
い、光利用効率が約５０％と高く、また、スクリ−ン上
の画像が明るく画質性能の良い投射型液晶表示装置が得
られた。本数値実施例において、例えば楕円面鏡５の形
状は、前記ランプの電極間距離ｌや液晶表示素子のサイ
ズにより変化するものである。図１４は前記楕円面鏡５
の第一焦点距離ｆ１に対する光の広がり量ｄ’を示した
ものである。

【００３９】図１４の横軸は図１３に示す楕円面鏡５の
第一焦点距離ｆ１を表し、また、縦軸は図１３に示すラ
ンプ発光部１７の両端から出射した光が液晶表示素子面
上で広がる量ｄ’を示したものである。尚、図１４は楕
円面鏡の第二焦点距離を一定とした場合である。図１４
に見られる様に、楕円面鏡の第一焦点距離を大きくする
に従って広がり量が小さくなる。また、図１４のａで示
した線はランプの電極間距離ｌが大きいもの、ｂは小さ
いものをそれぞれ示しており、ｌが小さいものほど光の
広がり量が小さくなる。光の広がり量ｄ’は、ほぼ液晶
表示素子の光軸に垂直な面のサイズｄ以下にすることが
光利用効率向上には有効であり、図１４に見られる様
に、前記楕円面鏡５の第一焦点距離ｆ１は、ランプ電極
間距離ｌ及び液晶表示素子のサイズｄに対応し、適切に
設定される必要がある。具体的には、液晶表示素子サイ
ズｄが、０．７インチから２インチまでの範囲であり、
かつ、電極間距離ｌが２ｍｍから４ｍｍの範囲である条
件のもとには、楕円面鏡の第一焦点距離ｆ１は、１０ｍ
ｍから２０ｍｍの間であることが望ましい。楕円面鏡第
一焦点距離ｆ１が、１０ｍｍより小さいと光利用効率が
悪化したり、ランプと楕円面鏡の距離が近くなりすぎ熱
的な問題が生じたりし、また、楕円面鏡第一焦点距離ｆ
１が、２０ｍｍより大きいと画面の均一性が悪化した
り、図１３に示す液晶表示素子への入射角度θが大きく
なり投射手段が大型化する等の問題が生じる。さらに、
上記液晶表示素子サイズｄ及びランプ電極間距離ｌの条
件のもとには、前記球面鏡６の曲率半径は、３０ｍｍか
ら６０ｍｍの範囲で設定されるのが望ましい。球面鏡６
の曲率半径が３０ｍｍより小さいと、楕円面鏡５に戻す
光の量が減り光利用効率が劣化するなどの問題が生じ、
また、球面鏡６の曲率半径が６０ｍｍより大きいと、表
示装置全体が大型化する等の問題が生じる。前記、具体
的な実施例は以上の条件を全て満足しており、これによ
り性能の良い投射型液晶表示装置を得ることができた。

【００４０】尚、本発明の構成において、前記楕円面鏡
５，球面鏡６，コンデンサレンズ７あるいはフィ−ルド
レンズ８のいずれかもしくは複数に、近軸にたいして周
辺部形状を変化させた形状を持たせることにより、画面
照度の均一性，あるいは光利用効率の向上等に有効であ
る。例えば、コンデンサレンズ７の光軸中心部が平面に
近い非球面形状にした場合には、中央に対する周辺の照
度比がさらに高くなり、画面の照度均一性が向上する。

【００４１】次に本発明による投射型液晶表示装置の風
の流路構成について図１５，１６を用いて説明する。

【００４２】図１５は、前記図６に示した実施例を横か
ら見た略構成図を示している。また、図１６は、前記色
分離合成ユニット４４の風の流路を示す原理図である。
本実施例においては、吸気した外気を６つの吹き出し口
から流れるようにしており、該風の流れをＷ₁〜Ｗ₆で示
す。吸い込みファン４６により外部から風を取り入れ吸
い込み、ダクト４５によりＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの液晶ラ
イトバルブ３に対応する吹き出し口４７と電源回路３２
の冷却用の吹き出し口４８と映像信号回路４３の冷却用
の吹き出し口４９と映像信号回路４３の冷却用の吹き出
し口４９とプリポラライザ−２２の冷却用の吹き出し口
５０の６つの流路から吹き出るようになっている。さら
に、プリポラライザ−２２を冷却した風は、通風孔５１
を通過し照明手段２の冷却用としても用いられる。それ
ぞれの吹き出し口からでる風は吹き出しダクト３３，吹
き出しファン３４により投射型液晶表示装置の外部に吹
き出す構成となっている。

【００４３】尚、本実施例では色分離合成ユニット４４
と吸い込みダクト４５は別部品となっているが一体とし
てもかまわない。

【００４４】以上のように風の流路を構成することによ
り、液晶表示装置全体を小型にしても、特に熱に弱い液
晶表示素子付近の冷却を中心に、充分な冷却を少ないフ
ァンの個数で実現することができる。

【００４５】

【発明の効果】上記の様に、本発明によれば、光源から
出射される光の光利用効率が良く、すなわち明るく、画
質性能の良い小型な投射型液晶表示装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の光学系構成図。

【図２】本発明の投射型液晶表示装置の要部を示す原理
断面図。

【図３】本発明の投射型液晶表示装置における光源の一
実施例を示す構成図。

【図４】本発明の投射型液晶表示装置における光源の一
特性図。

【図５】本発明の投射型液晶表示装置の要部を示す原理
断面図。

【図６】本発明の投射型液晶表示装置の一実施例を示す
構成図。

【図７】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例を
示す構成図。

【図８】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例を
示す構成図。

【図９】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例を
示す構成図。

【図１０】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す構成図。

【図１１】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す構成図。

【図１２】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す構成図。

【図１３】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す構成説明図。

【図１４】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す特性図。

【図１５】本発明の投射型液晶表示装置の一実施例を示
す構成図。

【図１６】本発明の投射型液晶表示装置要部の一実施例
を示す原理図。

【符号の説明】

１光源２照明手段３
液晶ライトバルブ４投射手段５楕円面鏡６
球面鏡７コンデンサレンズ８フィ−ルドレンズ９
スクリ−ン１０ランプ１１電極１
２保温膜１３発光管１４リ−ド線１
５箔１６口金１７発光部１
８光軸１９ケ−ス２０入射側偏光板２
１出射側偏光板２２プリポラライザ２３熱線カットフィルタ２４〜２７ダイクロイックミラ− ２８，２
９全反射ミラ− ３０筐体３１スピ−カ３
２電源回路３３吹き出しダクト３４吹き出しファン３
６押え板３８板バネ３９通気口４
０フォルダ４１ガラス板４３映像信号回路４
４色分離合成ユニット４５吸い込みダクト４６吸い込みファン４７液晶ライトバルブ冷却用吹き出し口４８電
源回路冷却用吹き出し口４９映像信号回路冷却用吹き出し口５０プリポラライザ−冷却用吹き出し口５１通
風孔

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源を有し該光源からの出射光を被照射面
上に照射させる作用を有する照明手段と、光を変調する
液晶表示素子と、該液晶表示素子から出射した光を投射
する投射手段とを有する投射型液晶表示装置において、
前記照明手段は少なくとも楕円面鏡と球面鏡とを有し、
かつ前記液晶表示素子は前記楕円面鏡の楕円面が有する
前記光源より遠い方の焦点位置近傍に設置されているこ
とを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】前記光源と前記液晶表示素子の間および前
記液晶表示素子と前記投射手段の間それぞれに凸レンズ
を介在させたことを特徴とする請求項１記載の投射型液
晶表示装置。
【請求項３】前記光源は、一対の電極間の放電により光
を放射するランプであり、かつ該電極間の中心と前記球
面鏡の反射面上の任意の点とを結ぶ直線上に、硝子以外
の拡散膜あるいは遮光膜など光を拡散または遮光する作
用を有するものが存在しないことを特徴とする請求項
１，または請求項２記載の投射型液晶表示装置。
【請求項４】前記楕円面鏡と前記球面鏡は、一つの部材
を介在して配置されたことを特徴とする請求項１，請求
項２，または請求項３記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】前記光源は、赤，緑，青の色光を放射する
ランプであり、かつ前記照明手段と前記光源から放射さ
れた各色光を変調する３つの前記液晶表示素子との間に
前記光源から放射された各色光をそれぞれの色光に対応
した液晶表示素子に導く作用を有する色分離手段を設
け、かつ前記液晶表示素子と前記投射手段の間に前記３
つの液晶表示素子から出射した色光を色合成する色合成
手段を設けたことを特徴とする請求項１，請求項２，請
求項３，または請求項４記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】前記照明手段と前記投射手段は、それぞれ
の光軸が互いに平行になるように配置されたことを特徴
とする請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，また
は請求項５記載の投射型液晶表示装置。
【請求項７】前記投射型液晶表示装置において、前記照
明手段と前記投射手段の光軸に対し少なくとも前記色分
離手段と前記液晶表示素子及び前記色合成手段とからな
る色分離合成ユニットを介して電源回路及び映像信号回
路を配置し、さらに、該色分離合成ユニットの下方に吸
い込みダクトと吸い込みファンを配置し、また、前記照
明手段の該照明手段の光軸と平行な面側に吹き出しダク
トと吹き出しファンを設けた構成とし、前記吸い込みフ
ァンにより該吸い込みファンの色分離合成ユニットに対
し反対側の外部から風を取り入れ前記吸い込みダクトに
より赤，緑，青の色光を変調する３つの前記液晶表示素
子と前記照明手段と前記電源回路及び前記信号回路に風
を送り前記吹き出しダクトを通じて前記吹き出しファン
により風を表示装置の外部に吹き出す様に風の流路を構
成したことを特徴とする請求項５，または請求項６記載
の投射型液晶表示装置。