CN101290434A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能克服因反射型偏振片的偏光度不足而导致对比度下降以及因不需要的光多重反射而导致画质劣化的液晶显示装置。在液晶显示面板(214)的光入射侧配置反射型偏振片(211)，在反射型偏振片(211)与液晶显示面板(214)之间配置补偿液晶的双折射的光学补偿片(213)，再在反射型偏振片(211)与光学补偿片(213)之间配置吸收型偏振片(212)，并使反射型偏振片(211)与吸收型偏振片(212)的光透过轴对应。

Description

液晶显示装置
技术领域
0001
本申请的发明涉及投射型液晶显示装置，特别地涉及其液晶显示单元。
背景技术
0002
近年来，随着投射型液晶显示装置的高亮度化及高对比度化，偏振片的光学寿命与液晶显示面板都变得重要起来。特别地，会有因蓝色波长区中短波长强光而在偏振片的膜中发生烧伤的情况。作为对策开发了无机偏振片，其代表性的偏振片中有MOXTEK公司的线栅(wire grid)式无机偏振片。这种偏振片是仅使某一定方向的偏振光透过，而将这以外的偏振光反射的所谓反射型偏振片。因此，几乎没有因光照射产生的经时劣化，曾被应用在要求长寿命的背投TV等中的投射型液晶显示装置上。
0003
另外，与传统的吸收型有机偏振片(例如，染料类的偏振片)相比，反射型无机偏振片存在偏光度低的缺点，为了加以补偿，采用通过与称作光学补偿片的相差片组合而实现高对比度化的结构。
0004
另外，在专利文献1中公开的是在液晶显示面板的光入射侧配置吸收型偏振片，在吸收型偏振片的光入射侧配置反射型偏振片的情况。
专利文献1：特開2000-356770号公报
发明内容
0005
但是，在使用上述的反射型无机偏振片时，与传统的吸收型有机(薄膜)偏振片使用时相比，会出现对比度下降的情况，又会有产生数根线状不匀而使画质劣化的情况，这是由于装入液晶显示面板后由形成黑矩阵的金属薄膜反射的光再次照射反射型无机偏振片，在重复数次多重反射后，最终作为不需要的光而进入显示图像。特别地，如果以高对比度化为目的，采用在液晶显示面板的光入射侧设置光学补偿片的结构，则由于光学补偿片产生的相差，直线偏振光的一部分成为椭圆偏振光，使振动方向垂直的直线偏振光发生。它与上述多重反射重叠，使画质劣化明显。
0006
本申请的发明为解决上述课题而提出，其目的在于：提供一种能克服由于反射型偏振片的偏光度不足而导致对比度下降以及由于不需要的光多重反射而导致画质劣化的液晶显示装置。
0007
为了实现上述目的，本申请的第一发明是一种具备按照图像信号调制被照射光的液晶显示面板、将通过上述液晶显示面板调制的光放大投射的投射透镜以及发出照射上述液晶显示面板的光的光源的液晶显示装置，其特征在于：在上述液晶显示面板的光入射侧配置反射型偏振片，在上述反射型偏振片与上述液晶显示面板之间配置补偿液晶的双折射的光学补偿片，还在上述反射型偏振片与上述光学补偿片之间配置吸收型偏振片，使上述反射型偏振片与上述吸收型偏振片的光透过轴对应。
0008
本申请第二发明的特征在于：上述反射型偏振片由无机物质构成。
0009
本申请第三发明的特征在于：上述吸收型偏振片的偏光度设定得低于上述反射型偏振片的偏光度。
0010
本申请第四发明的特征在于：构成为上述反射型偏振片和上述吸收型偏振片分别可在与光轴垂直的面内转动调整。
0011
本申请第五发明的特征在于：构成为上述反射型偏振片和上述吸收型偏振片中的任何一方可在与光轴垂直的面内转动调整。
0012
本申请第六发明的特征在于：构成为上述光学补偿片可在与光轴垂直的面内转动调整。
发明效果
0013
根据本申请的第一发明，通过在液晶显示面板的光入射侧配置反射型偏振片，在反射型偏振片与液晶显示面板之间配置补偿液晶的双折射的光学补偿片，同时在反射型偏振片与光学补偿片之间再配置吸收型偏振片，使反射型偏振片与吸收型偏振片的光透过轴对应，由于通过吸收型偏振片与光学补偿片的共同作用而产生的对比度提高效果，可克服因反射型偏振片的偏光度不足而导致对比度下降，同时由于通过吸收型偏振片吸收不需要的反射光并克服光学补偿片产生的黑显示不匀的共同作用，可克服因不需要的光多重反射而导致画质劣化。
0014
根据本申请的第二发明，反射型偏振片由无机物质构成，因此耐热性优良。
0015
根据本申请的第三发明，将吸收型偏振片的偏光度设定得比反射型偏振片的偏光度低，从而能够通过吸收不需要的偏振光来尽量抑制产生的热量，能够防止吸收型偏振片劣化加快的主要原因即温度上升。
0016
根据本申请的第四发明，构成反射型偏振片及吸收型偏振片可在分别与光轴垂直的面内转动调整，因此在反射型偏振片的光透过轴与吸收型偏振片的光透过轴偏移时，也可通过各自的转动调整使通过反射型偏振片和吸收型偏振片的光的光透过轴完全一致，使对比度进一步提高。
0017
如本申请的第五发明那样，构成为反射型偏振片和吸收型偏振片中的任何一方可在与光轴垂直的面内转动调整，可获得与上述大致相同的效果。
0018
根据本申请的第六发明，构成为光学补偿片可在与光轴垂直的面内转动调整，从而使画面的均匀性提高，特别地使黑显示中的均匀性显著提高。
附图说明
0044
图1表示将本申请的发明用于三片式液晶投影机的实施例的光学系统的平面图。
图2(a)是表示液晶显示单元结构的图。(b)是表示从反射型偏振片经过吸收型偏振片和光学补偿片而到达液晶显示面板的光的偏振光状态引起的透过状况的说明图。
图3是表示实际的实验结果的表格。
图4表示因光学系统内光多重反射而产生的显示画面的线状不匀。
符号说明
0045
10光源
11积分透镜
12聚光透镜
13、15、18、20全反射镜
14第一分色镜
16第二分色镜
17、19中继透镜
21r、21g、12b液晶显示单元
211反射型偏光板
具体实施方式
0019
下面，参照附图，详细说明将本申请的发明用于液晶投影机的实施例。图1是表示本实施例的三片式液晶投影机的光学系统的平面图。
0020
由金属卤化物灯等构成的光源10射出的白色光经过积分透镜11及聚光透镜12，然后通过全反射镜13，光路变更90°，导入第1分色镜14。上述积分透镜11由一对透镜群构成，设计成使各个透镜部分照射在下面说明的整个液晶显示面板的整个面上，使从光源10射出的光中存在的部分的亮度不匀平均化，降低画面中央与边缘部的光量差。
0021
第1分色镜14透过红色波长区的光，反射青(绿+蓝)色波长区的光。透过第一分色镜14的红色波长区的光被全反射镜15反射而变更光路，导入由红色光用的透过型液晶显示面板和偏振片等构成的液晶显示单元21r，在该处按照图像信号进行光调制。
0022
另一方面，由第1分色镜14反射的青色波长区的光被导入第二分色镜16。第二分色镜16使蓝色波长区的光透过，绿色波长区的光反射。由第二分色镜16反射的绿色波长区的光被导入由绿色光用的透过型液晶面板和偏振片等构成的液晶显示单元21g，在该处按照图像信号进行光调制。
0023
并且，透过第二分色镜16的蓝色波长区的光经过中继透镜17、19和全反射镜18、20，被导入由蓝色光用的透过型液晶显示面板和偏振片等构成的液晶显示单元21b，在该处按照图像信号进行光调制。
0024
经过各液晶显示单元21r、21g、21b而得到的调制光(各色图像光)由分色棱镜22合成，成为彩色图像光。该彩色图像光通过投射透镜23放大投射，在屏幕(未图示)上投影显示。
0025
图2(a)是表示上述各液晶显示单元21r、21g、21b的结构图，图2(b)是表示从反射型偏振片经过吸收型偏振片和光学补偿片而到达液晶显示面板的光的偏振光状态引起的透过状况的说明图。在图2(b)中实线箭头表示入射光的偏光方向，虚线箭头表示偏振片的光透过轴方向。
0026
如图2(a)所示，上述各液晶显示单元21r、21g、21b由入射侧偏振片即反射型偏振片211和吸收型偏振片212、光学补偿片213、在一对玻璃基板(形成有像素电极及取向膜)之间封入液晶而组成的液晶显示面板214以及出射侧偏振片215构成。
0027
反射型偏振片211能够使垂直于它而入射的无偏振光的入射光中，振动方向与光透过轴方向一致的直线偏振光(需要的偏振光)透过，使振动方向垂直于光透过轴方向的几乎全部直线偏振光(不需要的偏振光)反射。反射型(无机)偏振片211是以长寿命化作为目的而使用的元件，也可以使用线栅方式和光子晶体方式等的任何一种方式。
0028
另一方面，吸收型偏振片212是为了通过对比度补偿(改善)和将不需要的反射光吸收来使显示画质提高而使用的，它吸收不需要的偏振光，而透过需要的偏振光。此时，为了尽量抑制通过吸收不需要的偏振光而发生的热量，将吸收型偏振片212的偏光度设定得比反射型偏振片211的偏光度低。在吸收型偏振片212，例如是染料类的偏振片时，这可以通过控制染料的量而实现。也就是说，作为使用偏光度低于反射型偏振片211的吸收型偏振片212的理由，是防止作为吸收型偏振片212劣化加快的主要原因的温度上升，偏光度低的偏振片中染料的光吸收少，可抑制温度上升。作为偏光度低的吸收型偏振片，也可使用例如将金属微粒分散在玻璃中的无机偏振片。
0029
另外，光学补偿片213用来补偿液晶的双折射，以提高对比度和克服黑显示不匀为目的。
0030
使上述反射型偏振片211的光透过轴与吸收型偏振片212的光透过轴对应，大致平行地设定。在这两根光透过轴偏移而设定时，由于不能获得充分的显示性能，因此在下面说明的实施例2中使用转动调整机构(未图示)，沿图2(b)中以点划线所示的箭头方向，进行转动调整。这里，例如可使用例如线栅方式的无机偏振片作为反射型偏振片211。再有，通过反射型偏振片211反射的光向光源方向返回。
0031
在图2(b)中，在垂直于反射型偏振片211而入射的椭圆偏振光中，振动方向与反射型偏振片211的光透过轴方向一致的直线偏振光透过，而振动方向与反射型偏振片211的光透过轴方向垂直的直线偏振光几乎都被反射。因为反射型偏振片211如此反射不需要的偏振光，所以没有光能量的吸收，其自身的温度上升少。
0032
如上所述，对于上述反射型偏振片211不能要求良好的偏光度，但由于透过反射型偏振片211后的直线偏振光透过吸收型偏振片212，会提高其偏光度，所以可在投影图像中得到充分的对比度。并且，会被吸收型偏振片212吸收的、垂直于光透过轴的振动方向的直线偏振光几乎都预先由反射型偏振片211反射，所以吸收型偏振片212仅吸收微量的光。也就是说，即使吸收型偏振片212上的入射光量增大，几乎都是透过吸收型偏振片212的光，仅吸收微小的光量，所以与只设有传统的吸收型偏振片的情况相比，可抑制吸收型偏振片212的温度上升。
0033
接着，将实际的实验结果说明如下。将实验结果归纳成表格，示于图3。
0034
例如，在仅使用传统的吸收型偏振片时，对比度约900∶1，偏振片表面温度(有机)约71℃。在连续使用投射型液晶显示装置时，在约3000小时内发生烧伤。而在使用线栅式反射型偏振片代替吸收型偏振片时，对比度下降至约760∶1，偏振片表面温度(无机)约78℃，但即使在经过3000小时时点也不发生烧伤。根据这一点可知：由无机物质构成的反射型偏振片的耐热性优良。
0035
另外，如果在线栅式反射型偏振片与液晶显示面板之间设置光学补偿片，则对比度提高到约1160∶1。但图4所示的线状不匀可在黑显示画面中确认。另外，为了易于明确表示线状不匀的发生位置，图4表示的是用灰色表示黑显示画面，强调显示线状不匀。
0036
而作为实施例1，不使用转动调整机构，在线栅式反射型偏振片211与光学补偿片213之间，将偏光度低于反射型偏振片211的吸收型偏振片212与光透过轴对应而设置，于是，偏振片表面温度(有机)下降至约44℃，图4的线状不匀可完全克服，对比度也提高至约1600∶1。
0037
下面说明实施例2。在上述实施例1的光学系统结构中，实施例2设置了可分别在与照射液晶显示面板215的光轴垂直的面内转动调整线栅式反射型偏振片211、吸收型偏振片212及光学补偿片213的结构。
0038
通过使上述线栅式反射型偏振片211和吸收型偏振片212转动调整，对比度提高到约1660∶1。这可通过各自的转动调整，使通过线栅式反射型偏振片211和吸收型偏振片212的光的光透过轴完全一致而实现。
0039
而且，也可通过转动调整光学补偿片213，使画面的均匀性提高。特别是使黑显示中的均匀性显著地提高。具体地说，作为画面均匀性的指标的CIE色度坐标(x，y)值在调整前是(0.042，0.076)，在调整后为(0.026，0.044)。
0040
再有，就上述偏振片的转动调整而言，可转动调整反射型偏振片211和吸收型偏振片212中的任何一方，可获得大致相同的效果。
0041
另外，如特开2006-39087号公报中记载的那样，也可构成为使光学补偿片可相对于光轴倾斜调整。另外，光学补偿片不限定于仅配置在液晶显示面板的光入射侧，也可以分开地配置在光入射侧及光出射侧。另外，吸收型偏振片不限于配置在所有的液晶显示单元21r、21g、21b上，也可以配置在任何一个液晶显示单元上。
0042
另外，光学系统不限定于图1所示的系统，本申请的发明可用于具有各种光学系统的装置。
0043
另外，就液晶显示面板而言，无论是TN(Twisted Nematic：扭转向列)/VA(Vertically Aligned：垂直配向)/IPS(In-Plane-Switching：板内切换)方式，还是NW(Normally White：常白)模式/NB(NormallyBlack：常黑)模式均可。

Claims (6)

1.一种液晶显示装置，其中设有按照图像信号而调制被照射的光的液晶显示面板、将通过所述液晶显示面板调制后的光放大投射的投射透镜以及发出照射所述液晶显示面板的光的光源，其特征在于：
在所述液晶显示面板的光入射侧配置反射型偏振片，在所述反射型偏振片与所述液晶显示面板之间配置补偿液晶的双折射的光学补偿片，再在所述反射型偏振片与所述光学补偿片之间配置吸收型偏振片，并使所述反射型偏振片与所述吸收型偏振片的光透过轴对应。
2.如权利要求1记载的液晶显示装置，其特征在于：
所述反射型偏振片由无机物质构成。
3.如权利要求1或2记载的液晶显示装置，其特征在于：
所述吸收型偏振片的偏光度设定得低于所述反射型偏振片的偏光度。
4.如权利要求1～3中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于：
构成为所述反射型偏振片和所述吸收型偏振片能够分别在与光轴垂直的面内转动调整。
5.如权利要求1～3中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于：
构成为所述反射型偏振片和所述吸收型偏振片中任何一方能够在与光轴垂直的面内转动调整。
6.如权利要求1～5中任何一项记载的液晶显示装置，其特征在于：
构成为所述光学补偿片能够在与光轴垂直的面内转动调整。
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