JPH1124599A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外光下におけるコントラスト改善効果を確保
するとともに投射光の偏光軸が乱された場合でも投射光
の偏光軸を補正することで表示画面の輝度むらや色むら
の発生を防止する 【解決手段】 液晶パネル６の出射側に設けられた第２
偏光板７ａと投射レンズ９との間に介在する位相差板１
８は投射レンズ９の影響により乱れる投射光の偏光軸を
画面中心と画面四隅周辺部とで揃えて補正するように湾
曲状に形成されている。したがって、投射光の偏光軸が
投射レンズによって画面中心と四隅周辺部とで乱れたと
しても、スクリーンに投射される以前にこれらの偏光軸
を揃わせることが可能となり、このためこれらの投射光
の偏光軸がスクリーン１０の第３偏光板７ｂの偏光軸と
合致することから投射光は減衰することなく通過する。
また、上記第３偏光板７ｂによって外光反射成分も吸収
して低減させることもできる。これにより、外光反射低
減効果を確保しつつ、投射レンズによる偏光軸の乱れに
起因する輝度むらや色むらの発生を防止することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射レンズ等に起
因する投射光の偏光軸の乱れを補正することで、外光下
におけるコントラストを確保しつつ画面上の輝度むらや
色むらを改善するのに好適の光学系構造を備えた投射型
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面で小型・軽量のディスプレ
イ装置の要求に伴い、液晶パネルを用いた投射型液晶表
示装置が注目されている。投射型液晶表示装置は、液晶
パネルを用いることによって、従来のＣＲＴを用いた投
射型映像表示装置に比べ、小型・軽量を可能にすると共
に大画面表示を容易に実現することが可能である。ま
た、面倒なコンバーゼンス調整が不要で地磁気の影響を
受けない等の利点もある。このような理由から、現在、
液晶が採用された投射型液晶表示装置の普及が急速に進
んでいる。

【０００３】このような投射型液晶表示装置は、一般に
投射型ディスプレイと呼ばれ、例えば、液晶パネルに表
示された画像を投射してスクリーンに映出する前面投射
型の液晶プロジェクタや、この液晶プロジェクタを本体
内に取り付け、光学系ミラーを用いてスクリーン等の画
面に画像を映出する背面投射型液晶プロジェクションテ
レビ等がある。特に、液晶プロジェクションテレビ等の
背面型方式では、ＣＲＴを用いた背面投射型方式のもの
よりも薄型が可能であることから、今後の需要が期待さ
れている。

【０００４】一般に、背面投射型液晶表示装置は、前面
投射型の表示装置と比較すると、多少明るい部屋でもス
クリーン等の画面に表示された画像を視聴することが可
能であるが、投射映像をさらに明るくし且つ認識可能と
するためには、より一層、明るさを向上させることが望
ましい。通常、明るさを向上させるためには、周知のよ
うに光源の輝度を向上させることは勿論のこと、また機
器内の光学系装置やスクリーン装置においても集光効
率、光の利用効率等の改善が必要となる。

【０００５】また、特に背面投射型ではスクリーンの外
部からの外光によって、表示画面上のコントラストに悪
影響を及ぼす場合があるため、従来では外光下における
コントラストを改善する方法の一つとして、スクリーン
装置を構成するスクリーン部材、あるいはスクリーンを
保護するアクリル板等の前面板に偏光板プレート（偏光
板ともいう）を張り合わせる方法が採用されており、既
に実用化されている。このようなコントラスト改善方法
を採用した投射型液晶表示装置の一例を図４に示す。

【０００６】図４は上記コントラスト改善方法を採用し
た投射型液晶表示装置の一例を示し、例えば装置として
液晶プロジェクションテレビに搭載された液晶プロジェ
クタ近傍の概略構成を示す構成図である。尚、図４中に
示す光学系については、説明簡略化のため２本の光束の
みが示されている。

【０００７】一般に、背面投射型液晶プロジェクション
テレビには、図４に示す液晶プロジェクタが該機器の下
部に配設されている。この液晶プロジェクタには、電源
を供給するためのＡＣコンセット１が接続されており、
このＡＣコンセット１からの電源はバラスト部２に供給
され、このバラスト部２によって液晶プロジェクタの光
源ランプ３に印加する電圧の制御を行うことで、例えば
メタルハライドランプ等の高圧放電灯で構成される光源
ランプ３の始動や点灯維持を可能にしている。

【０００８】また、液晶プロジェクタ本体の構成を説明
すると、液晶プロジェクタは液晶パネル６に形成した画
像を照射投射するための光源ランプ３と、該光源ランプ
３より発する光を略平行光に制御反射させるレフレクタ
４と、このリフレクタ４からの平行光を所定の角度で偏
光する第１偏光板５と、入力ソースに基づく映像を形成
してリフレクタ４により照射された光によりこの形成し
た映像光を透過させる液晶パネル（液晶ライトバルブと
もいう）６と、この液晶パネル６からの映像光をさらに
所定の角度で偏光する第２偏光板７ａと、液晶パネル５
を透過した映像光の角度制限する位相差板８と、この位
相差板８を介して透過した液晶パネル６からの映像光を
拡大投射する投射レンズ９とで構成されている。

【０００９】スクリーン１０は、投射レンズ９により投
射された映像光を直接、または投射レンズからの映像光
を光学ミラー（図示せず）によって反射した映像光を拡
大結像するものである。このスクリーン１０は、フレネ
ルレンズ及びレンチキュラーレンズ等で構成されるスク
リーン部材１０ａと、外光下におけるコントラストを改
善するための第３偏光板７ｂが裏面に貼着された前面板
１０ｂとから構成されている。また、この前面板１０ｂ
は、スクリーン外部からの画面の損傷を防止するための
画面保護用としての機能を有するアクリル板１０ｃの裏
面に、上記第３偏光板を貼着することにより形成された
ものである。

【００１０】通常、上記構成の液晶プロジェクタにおい
ては、光源ランプ３より発する光を、リフレクタ４にて
略平行光に制御反射させ、第１偏光板５を介して液晶パ
ネル５に照射する。その後、液晶パネル５による形成し
た映像光は第２偏光板７ａを介し位相差板８に照射さ
れ、該位相差板８により角度制限し、つまり不要光が取
り除かれた後に、投射レンズ９によって拡大投射され
る。こうして投射された映像光は、スクリーン１０に拡
大結像することになる。したがって、このように動作す
ることで映像ソースに基づく映像をスクリーン１０上に
表示させることが可能となり、視聴者は、図中の右方向
からスクリーン１０の面上に表示された映像を視聴する
ことができる。

【００１１】ところで、上記構成の液晶プロジェクタに
おける外光下でのコントラスト改善低減効果について説
明すると、上記液晶プロジェクタによる投射光は、液晶
パネル６の出射側の第２偏光板７ａを透過する際に偏光
軸が揃えられ、さらに次に配置される位相差板８によっ
て、スクリーン１０の前面板１０ｂに貼着された第３偏
光板７ｂ（図４参照）の偏光軸と投射光の偏光軸とを合
致させる。このため、投射レンズ９により拡大投射され
た投射光は、図５のスクリーン近傍の光学系概念図に示
すように殆ど減衰することなくスクリーン１０を透過
し、該スクリーン１０にて結像することにより、最適な
明るさで画面表示される。

【００１２】また、図５に示すようにスクリーン１０の
前面板１０ｂの視聴者側から外光が入射されることもあ
る。この場合、外光は偏光軸がランダム（散乱状態）で
あることから、外光成分のある光成分は前記前面板１０
ｂの表面によって反射されるが、この前面板１０のアク
リル板１０ｃを透過して第３偏光板７ｂに入射される光
成分もある。その後、この光成分の約半分が、上記第３
の偏光板７ｂの偏光特性によって吸収され、つまり、前
記第３偏光板７ｂの偏光軸と直行する外光成分について
は吸収されることになる。

【００１３】一方、偏光軸が合致する外光成分について
は、図中に示すようにこの第３偏光板７ｂを透過するこ
とになり、その後この外光成分は、スクリーン部材１０
ａを構成するレンチキュラーレンズ等の表面にて反射さ
れ、再度上記第３偏光板７ｂに入射する。このとき、ス
クリーン１０ａで反射した外光成分は偏光軸が乱れるた
めに、再度第３偏光板７ｂを透過する際に減衰される。
このような光学系作用により、外光反射成分を低減し
て、外光下におけるコントラストを大幅に向上させるよ
うにしている。ところが、上記のように構築された光学
系システムでは、投射レンズからの投射光の偏光軸が画
面全体領域内で揃っている場合には、スクリーン１０の
第３偏光板７ｂを透過する投射光の減衰を小さく抑える
とともに、外光反射成分も吸収することで外光下でのコ
ントラスト改善に寄与することができるが、例えば投射
レンズ９等の影響により投射光の偏光が乱され、画面中
央における偏光軸と画面周辺（例えば４隅周辺）におけ
る偏光軸が揃わない場合が生じたとすると、表示画面の
輝度むらや色むらが発生してしまうという問題点があっ
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来にお
ける投射型液晶表示装置では、投射レンズにより投射さ
れた投射光の偏光軸が画面領域内で揃っている場合に
は、スクリーンに設けられた偏光板によって投射光の減
衰を小さく抑え、また外光反射成分も吸収することでコ
ントラストの改善を可能にするが、例えば投射レンズ等
によって投射光の偏光軸が乱されると、画面中央と画面
周辺とでは偏光軸が揃わず、結果として表示画面の輝度
むらや色むらが発生してしまうという問題点があった。

【００１５】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、外光下におけるコントラスト改善効果を確
保するとともに投射光の偏光軸が乱された場合でも投射
光の偏光軸を補正することで表示画面の輝度むらや色む
らの発生を防止することのできる投射型液晶表示装置の
提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る投射型液晶表示装置は、光源からの光を液晶パネ
ルに照射し、この液晶パネルで形成した映像光を第１の
偏光板、位相差板及び投射レンズを介して第２の偏光板
を有するスクリーンに投射表示するようにした投射型液
晶表示装置において、前記液晶パネルの出射側に設けら
れた前記第１の偏光板と前記投射レンズとの間に介在す
る前記位相差板を湾曲状に形成したことを特徴とするも
のである。

【００１７】請求項１記載の本発明においては、前記投
射型液晶表示装置において、前記液晶パネルの出射側に
設けられた前記第１の偏光板と前記投射レンズとの間に
介在する前記位相差板は、前記投射レンズの影響により
乱れる投射光の偏光軸を画面中心と画面四隅周辺部とで
揃えて補正するように湾曲状に形成されている。したが
って、投射光の偏光軸が投射レンズによって画面中心と
四隅周辺部とで乱れたとしても、スクリーンに投射され
る以前にこれらの偏光軸を揃わせることが可能となる。
このため、これらの投射光の偏光軸がスクリーンの第２
の偏光板の偏光軸と合致させることができることから、
投射光は減衰することなく通過させることができる。ま
た、上記第２の偏光板によって外光反射成分も吸収して
低減させることもできる。これにより、外光反射低減効
果を確保しつつ、投射レンズによる偏光軸の乱れに起因
する輝度むらや色むらの発生を防止することが可能とな
る。

【００１８】請求項２に記載の本発明に係る投射型液晶
表示装置は、前記位相差板は、その湾曲形状が前記投射
レンズを含むレンズ群の光学特性に基づいて決定される
ことを特徴とするものである。

【００１９】請求項２記載の本発明においては、前記位
相差板の湾曲形状は、投射レンズを含むレンズ群の光学
特性に基づいて決定される。つまり、投射レンズ等によ
って画面中心と四隅周辺部とにおける投射光の偏光軸の
散乱状態が異なることから、設置された投射レンズに応
じて、投射光の夫々の偏光軸を補正修正可能となるよう
に前記位相差板を湾曲に形成する。これにより、上記発
明と同様の効果を得ると共に、投射レンズにかかる負担
を軽減可能となることで低コスト化にも寄与する。

【００２０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。

【００２１】図１は本発明に係る投射型液晶表示装置の
一実施形態例を示す光学系構成図である。尚、図１は図
４に示す装置の同様の構成要件については同一の符号を
付しており、また、図１中に示す光学系については、説
明簡略化のため２本の光束のみが示されている。

【００２２】本発明の投射型液晶表示装置の一実施形態
例として、例えば背面投射型液晶プロジェクションテレ
ビを構成したとすると、この背面投射型液晶プロジェク
ションテレビには、図１に示す液晶プロジェクタが該機
器の下部に配設される。

【００２３】この液晶プロジェクタには、電源を供給す
るためのＡＣコンセット１が接続されており、このＡＣ
コンセット１からの電源はバラスト部２に供給され、こ
のバラスト部２によって液晶プロジェクタの光源ランプ
３に印加する電圧の制御を行うことで、例えばメタルハ
ライドランプ等の高圧放電灯で構成される光源ランプ３
の始動や点灯維持を可能にしている。

【００２４】また、液晶プロジェクタ本体の構成を説明
すると、液晶プロジェクタは液晶パネル６に形成した画
像を照射するのに必要な光を発生する光源ランプ３と、
該光源ランプ３より発する光を略平行光に制御反射させ
るレフレクタ４と、このリフレクタ４からの平行光を所
定の角度で偏光する第１偏光板５と、入力ソースに基づ
く映像を形成してリフレクタ４により照射された光によ
りこの形成した映像光を透過させる液晶パネル（液晶ラ
イトバルブともいう）６と、この液晶パネル６からの映
像光をさらに所定の角度で偏光する第２偏光板７ａと、
入射光の偏光軸を予め補正するように角度制限する位相
差板１８と、この位相差板１８を介して透過した液晶パ
ネル６からの映像光を拡大投射する投射レンズ９とで構
成されている。

【００２５】スクリーン１０は、投射レンズ９により投
射された映像光を直接、または投射レンズからの映像光
を光学ミラー（図示せず）によって反射した映像光を拡
大結像するものである。このスクリーン１０は、フレネ
ルレンズ及びレンチキュラーレンズ等で構成されるスク
リーン部材１０ａと、外光下におけるコントラストを改
善するための第３偏光板７ｂが裏面に貼着された前面板
１０ｂとから構成されている。また、この前面板１０ｂ
は、スクリーン外部からの画面の損傷を防止するための
画面保護用としての機能を有するアクリル板１０ｃの裏
面に上記第３偏光板を貼着することにより形成されたも
のである。

【００２６】ところで、本発明では、前述の如く図４に
示す従来の位相差板８に代えて、課題を解決するために
改良された位相差板１８が設けられている。この改良が
なされた位相差板１８の一例を図２に示す。

【００２７】図２は図１の装置に用いられた位相差板１
８の構成を示す斜視図である。

【００２８】図２に示すように、この位相差板１８は、
スクリーン１０のスクリーン部材あるいは前面板１０ｂ
にコントラスト改善方法として偏光板７ｂが設けられた
場合に液晶プロジェクタ内に配設され、またその配置は
図１に示すように液晶パネル６の出射側の第２偏光板７
ａと投射レンズ９との間に介在するように配置されるよ
うになっている。

【００２９】また、この位相差板１８の形状について
は、図中示すように課題となる投射レンズ等に起因する
投射光の偏光軸の乱れを予め補正するために、例えば位
相差板の四隅周辺部分（あるいは外周周辺部分）を湾曲
状に形成した湾曲部１８ａが設けられている。この場
合、湾曲部１８ａは、投射レンズ９等で乱される投射光
の偏光軸の補正可能な範囲内でその湾曲形状が決定し、
これに基づき形成される。例えば、通常の位相差板に対
し、投射光の偏光軸を画面中心とその周辺で揃えるよう
に補正可能な範囲に基づいて上記湾曲部１８ａを形成す
ることにより、目的を達成するのに必要な光学系補正手
段としての機能を得ることができる。

【００３０】この光学系補正手段としての機能を説明す
ると、上記位相差板１８は図３に示すように中央に対し
て周辺部分が投射光の光軸方向に湾曲しているため、液
晶パネル６からの投射映像光が位相差板を通過する光路
長が画面中心と画面周辺とで異なることになり、また、
これに伴い投射光の偏光軸の回転角も画面中心と画面周
辺とでは異なることになる。このとき、位相差板１８の
湾曲部１８ａにおける形状を、上述したように投射レン
ズ等で乱される投射光の偏光軸を補正可能とするように
決定し且つ形成することにより、画面中心と画面周辺部
とで前面板１０ｂに貼着された第３偏光板７ｂを透過す
る投射光の偏光軸が共に揃うことになる。このため、こ
れらの投射光の偏光軸が第３偏光板７ｂの偏光軸と合致
することにより、投射光は減衰することなく該第３偏光
板７ｂを透過することが可能となり、その結果、画面の
輝度むらや色むらの発生を防止することができるように
なっている。

【００３１】次に、装置の動作を図３を参照しながら詳
細に説明する。

【００３２】図３は光学系作用を説明するための説明図
であり、位相差板における光学系特性が示されている。

【００３３】いま、上記構成の液晶プロジェクタにおい
て、光源ランプ３より発する光をリフレクタ４にて略平
行光に制御反射させ、第１偏光板５を介して液晶パネル
６に照射したものとする。すると、液晶パネル６により
形成した映像光は投射光として照射され、この投射光は
第２偏光板７ａを介して位相差板１８に照射される。

【００３４】この位相差板１８は、上述したように予め
湾曲形状が投射レンズ９等により乱される投射光の偏光
軸を補正するように形成されており、例えば図３に示す
ように画面中心近傍における投射光の偏光軸について４
５°回転させるとともに、画面４隅周辺における投射光
の偏光軸については４５°＋α°回転させるようにし
て、これらの投射光の偏光軸を画面中心とその周辺で揃
えるといった光学系補正作用を備えている。

【００３５】このため、該位相差板１８を通過すること
により補正された投射光は、その後投射レンズ９によっ
てスクリーン１０に向けて拡大投射されるが、このとき
投射レンズ９等により偏光軸が乱されたとしても、既に
画面中心と画面周辺との偏光軸が共に揃っていることに
なる。つまり、これらの投射光がその後このスクリーン
１０の前面板１０ｂに貼着された第３偏光板７ｂ（図５
参照）を通過するときには、投射光の画面中心と画面周
辺部との偏光軸がこの第３偏光板７ｂの偏光軸と合致し
ている為、光の輝度レベルを減衰させることはなく通過
する。

【００３６】これにより、スクリーン１０面上にて結像
された映像は画面の輝度むらや色むらが発生することな
く最適なコントラストで表示することができる。

【００３７】また、このとき、前面板１０ｂから外光が
入射されたとしても、スクリーン部材１０ａにて反射す
る外光反射成分を前記前面板１０ｂに貼着された上記第
３偏光板７ｂによって吸収することが可能であることか
ら、結果として外光下におけるコントラスト低減効果を
保持することも可能となる。

【００３８】したがって、本実施形態例によれば、投射
レンズ等の影響により投射光の偏光軸が乱されたとして
も、湾曲部１８ａを有する位相差板１８によって予め光
学系補正処理を行うことにより、スクリーン１０の第３
偏光板７ｂに照射する投射光の偏光軸を画面中心と周辺
部とで共に揃わせることができ、結果として外光反射低
減効果を確保しつつ、画面の輝度むらや色むらの発生を
防止して最適な映像を表示させることが可能となる。

【００３９】また、本実施形態例では、位相差板１８の
湾曲形状を投射レンズ９の光学系に合わせて決定し且つ
形成していることから、投射レンズに係る負担を軽減す
ることも可能となり、低コスト化にも寄与する。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
画面中心と周辺部分との投射光の偏光軸を揃えるように
光学的に補正する湾曲形状の位相差板を設けることによ
り、投射レンズ等により投射光の偏光軸が乱されたとし
ても、予め補正することができるため、結果として外光
下におけるコントラスト低減効果を確保しつつ画面の輝
度むらや色むらの発生を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の一実施形態例を
示す光学系構成図。

【図２】図１の装置に用いられる位相差板の構成を示す
斜視図。

【図３】動作を説明するための説明図。

【図４】従来の投射型液晶表示装置の一例を示す光学系
構成図。

【図５】外光下におけるコントラスト改善方法を説明す
るための光学系概念図。

【符号の説明】

３…光源ランプ、４…リフレクタ、５…第１偏光板、６
…液晶パネル、７ａ…第２偏光板、７ｂ…第３偏光板、
９…投射レンズ、１０…スクリーン、１０ａ…スクリー
ン部材、１０ｂ…前面板、１０ｃ…アクリル板、１８…
位相差板、１８ａ…湾曲部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を液晶パネルに照射し、こ
   の液晶パネルで形成した映像光を第１の偏光板、位相差
   板及び投射レンズを介して第２の偏光板を有するスクリ
   ーンに投射表示するようにした投射型液晶表示装置にお
   いて、 前記液晶パネルの出射側に設けられた前記第１の偏光板
   と前記投射レンズとの間に介在する前記位相差板を湾曲
   状に形成したことを特徴とする投射型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記位相差板は、その湾曲形状が前記投
   射レンズを含むレンズ群の光学特性に基づいて決定され
   ることを特徴とする請求項１記載の投射型液晶表示装
   置。