CN101713886B - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种液晶显示装置，其能够消除无机偏振板的偏振度不足造成的对比度低和不需要的光的多重反射造成的画质变差。在液晶显示板(213)的光射出侧配置偏振度相对较高的无机偏振板(214)，在无机偏振板(214)的光射出侧配置偏振度低于无机偏振板(214)的吸收型偏振板(215)，使偏振度高的无机偏振板(214)和偏振度低的吸收型偏振板(215)的光透过轴相对应。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及投影型的液晶显示装置，尤其涉及该液晶显示组件。 
背景技术
近年，伴随投影型液晶显示装置的亮度的提高、对比度的提高，偏振板的光学寿命与液晶显示板一起变得重要。特别是，蓝色波长的波段因短波长的强力的光，有时在偏振板的薄膜产生灼伤。为了解决这一问题，人们开发了无机偏振板，其代表为MOXTEK公司的线栅式(wire grid)无机偏振板。该偏振板为仅使某一方向的偏振光透过，将其以外的偏振光反射的，所谓的反射型偏振板。因此，几乎不产生光照射而造成的伴随时间的性能变差，用于用在要求长寿命的背投TV等领域的投影型液晶显示装置。 
在专利文献1中，公开了在液晶显示板的光入射侧配置吸收型偏振板，在该吸收型偏振板的光入射侧配置反射型偏振板。 
另一方面，如果在液晶显示板的光射出侧，照原样采用所述那样的反射型偏振板，则透过液晶显示板的光中的，未透过该偏振板的光的几乎全部向液晶显示板反射。由此，产生作为液晶显示板驱动元件的TFT的漏光，以及多重反射造成的偏振光散射，形成无法获得充分的对比度的图像，这样，反射型偏振板通常不用于液晶显示板的光射出侧。如果将反射型偏振板按照相对光轴，成45°的角度配置，反射光不会返回到液晶显示板的光学配置，而能够使用，但是，必须要求复杂的结构造成装置的尺寸的增加、不需要的光的处理等应对策略。 
为此，如专利文献2的段落0052中参照图10而说明的那样，在线栅表面上设置光吸收层，形成吸收型偏振板，由此，还用于液晶显示板的光射出侧。 
专利文献1：日本特开2000-356770号文献； 
专利文献2：日本特开2008-102416号文献。 
但是，在液晶显示板的光射出侧，采用所述这样的无机偏振板的场合，与以往的吸收型有机(薄膜)偏振板使用时相比较，对比度降低，或者在反射型无机偏振板的场合，如前述那样，在该偏振板中，向液晶显示板侧反射，通过组装于液晶显示板中形成黑底的金属薄膜反射的光再次照射到无机偏振板，在反复几次的多重反射之后，最终作为不需要的光而进入显示图像中，如图3所示，产生多条线状斑，导致画质性能变差。另外，图3通过灰色而表示黑色显示画面，以便容易分辨地表示线状的斑的发生部位，突出地显示线状斑。特别是，在液晶显示板的光入射侧配置光学补偿片，以便提高对比度的结构的情况下、在液晶显示板的光入射侧配置反射型偏振板的情况下，将所述多重反射重叠，画质性能显著变差。 
另外，即使在如所述那样，在线栅表面上设置光吸收层，形成吸收型偏振板的情况下，因光吸收层的性能差异，会产生多重反射。根据经验，如果反射率大于10％，则多重反射显著。 
发明内容
本发明是为了解决所述课题而提出的，本发明的目的在于提供一种液晶显示装置，其能够消除无机偏振板的偏振度不足造成的对比度低和不需要的光的多重反射造成的画质变差。 
为了实现所述目的，本发明的技术方案1所述的发明涉及一种液晶显示装置，包括：液晶显示板，其根据图像信号对所照射的光进行调制；投影透镜，其对通过所述液晶显示板调制的光进行放大投影；光源，其射出照射所述液晶显示板的光，所述液晶显示装置的特征在于，在所述液晶显示板的光射出侧配置偏振度相对较高的无机偏振板，在所述无机偏振板的光射出侧配置偏振度低于所述无机偏振板的吸收型偏振板，使偏振度高的所述无机偏振板与偏振度低的所述吸收型偏振板的光透过轴相对应。 
技术方案2所述的发明以技术方案1所述的液晶显示装置为基础，其特征在于，偏振度高的所述无机偏振板由吸收型偏振板构成。 
技术方案3所述的发明以技术方案1所述的液晶显示装置为基础，其特征在于，偏振度低的所述吸收型偏振板由无机物质构成。 
技术方案4所述的发明以技术方案1所述的液晶显示装置为基础，其特征在于，偏振度低的所述吸收型偏振板由有机物质构成。 
技术方案5所述的发明以技术方案1～4中任一项所述的液晶显示装置为基础，其特征在于，偏振度高的所述无机偏振板和偏振度低的所述吸收型偏振板中的至少任一方构成为能够在与光轴正交的面内进行转动调整。 
发明效果 
根据本发明，在液晶显示板的光射出侧，依次对应于光透过轴而配置偏振度相对较高的无机偏振板、偏振度低于该无机偏振板的吸收型偏振板，由此，对比度依赖于两个偏振板的偏振度的积，这样，消除无机偏振板的偏振度不足造成的对比度的降低，并且通过偏振度低的吸收型偏振板的不需要的反射光的吸收，消除无机偏振板表面的不需要光的多重反射造成的画质性能变差。 
附图说明
图1是表示本发明用于3板式液晶投影仪的实施方式的光学系统的俯视图； 
图2(a)是表示液晶显示组件的结构的图，图2(b)是表示从液晶显示板到达偏振度高的无机偏振板和偏振度低的吸收型偏振板的光的偏振状态的透过状况的说明图； 
图3是表示光学系统内的光多重反射造成的显示画面的线状斑的图。 
标号说明： 
10光源 
11积分透镜 
12聚光透镜 
13，15，18，20全反射镜 
14第一二向色镜 
16第二二向色镜 
17，19中继透镜 
21r，21g，12b液晶显示组件 
211反射型偏振板 
212光学补偿片 
213液晶显示板 
214无机偏振板 
215吸收型偏振板 
22二向色棱镜 
23投影透镜 
具体实施方式
以下参照附图，对本发明用于液晶投影仪的实施方式进行具体说明。图1是表示本实施方式的3板式液晶投影仪的光学系统的俯视图。 
从金属卤化物灯等形成的光源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，光路改变90°，导向第一二向色镜14。 
所述积分透镜11由一对透镜组构成，按照各个透镜部分对后述的液晶显示板的整个面进行照射的方式设计，对在从光源10射出的光中具有的部分的亮度斑进行平均处理，降低画面中央和周边部的光量差。 
第一二向色镜14使红色波长波段的光透过，将青色(绿+蓝)的波长波段的光反射。透过第一二向色镜14的红色波长波段的光由全反射镜15反射，改变光路，导向由红色光用的透过型的液晶显示板和偏振板等构成的液晶显示组件21r，在这里，根据图像信号而进行光调制。 
另一方面，通过第一二向色镜14反射的青色的波长波段的光导向第二二向色镜16。第2二向镜16使蓝色波长波段的光透过，反射绿色波长波段的光。由第二二向色镜16反射的绿色波长波段的光导向由绿色光用的透过型的液晶显示板和偏振板等形成的液晶显示组件21g，在这里，根据图像信号而进行调制。 
另外，透过第二二向色镜16的蓝色波长波段的光经过中继透镜17、19，全反射镜18、20，导向由蓝色光用的透过型的液晶显示板和偏振板等形成的液晶显示组件21b中，在这里根据图像信号而进行调制。 
经过各液晶显示组件21r、21g、21b而获得的调制光(各色图像光)通过二向色棱镜22而合成，形成彩色图像光。该彩色图像光通过投影透镜23而放大投影，投影显示于图中未示出的屏幕上。 
图2(a)是表示所述各液晶显示组件21r、21g、21b的结构的图，图2(b)是表示从液晶显示板，到偏振度低于无机偏振板的吸收型偏振板的光的偏振光状态的透过情况的说明图。该图2(b)中的实线的箭头表示光的偏振方向，虚线的箭头表示偏振板的光透过轴方向。
所述各液晶显示组件21r、21g、21b如图2(a)所示那样，包括作为入射侧偏振板的反射型偏振板211和光学补偿片212；在一对玻璃基板(形成像素电极、取向膜)之间密封有液晶的液晶显示板213；作为射出侧偏振板的偏振度高的无机偏振板214和偏振度低于该无机偏振板214的吸收型偏振板215。 
反射型偏振板211使垂直射入其内的非偏振光的入射光中的，振动方向与该光透过轴方向一致的直线偏振光(必要的偏振光)透过，将振动方向与光透过轴方向正交的直线偏振光(不需要的偏振光)的几乎全部反射。使用该反射型(无机)偏振板211的主要目的在于延长寿命，也可采用线栅方式、光子晶体(photonic)结晶方式等任何方式。 
同样，使用作为射出侧偏振板的偏振度高的无机偏振板214的主要目的也在于延长寿命，在此，比如，采用所述专利文献2中所示的附加光吸收层的线栅方式的无机偏振板，但是，也可采用在玻璃中分散形成有金属微颗粒的吸收型的无机偏振板。这样，通过使偏振度高的无机偏振板214为吸收型偏振板，通过该无机偏振板214对不需要的反射光的吸收，还消除组装于液晶显示板213中形成黑底的金属薄膜和无机偏振板214之间的不需要的光的多重反射造成的画质变差。 
但是，如果将偏振板的平行透过率(Tp)和正交透过率(Tc)的比(Tp/Tc)假定为“偏振板的对比度”(不同于投影仪的设定对比度)，对于普通的染料系偏振板，在5000∶1以上，而对于无机偏振板，基本上为2000∶1，其与普通的染料系偏振板相比较，偏振度低。在这几个特性中，可用于LOWEND模型(小于设定对比度≈1000∶1)，但是，在HIGH END模型(大于设定对比度≈2000∶1)方面，性能不足。另外，在下述的“偏振度低的吸收型偏振板”中，Tp/Tc≈2～20，其不能够单独地完全使用。于是，所述“偏振度高的无机型偏振板”指“若与普通的染料系偏振板相比，偏振度低，但偏振度相对较高的偏振板”。 
另一方面，使用偏振度低于无机偏振板214的吸收型偏振板215的目的在于进行对比度的补偿(提高)，吸收不需要的反射光，提高显示质量，将不需要的偏振光吸收掉，使必要的偏振光透过。此时，为了即使在采用普通的染料系(有机)偏振板的情况下，仍尽可能地抑制因吸收不需要的偏振光而产生的热量，吸收型偏振板215的偏振度小于无机偏振板214。这一点在吸收型偏振板215为例如染料系偏振板的情况下，可通过控制染料的含量的方式实现。通过如上所述地在偏振度低的吸收型偏振板215采用普通的染料系(有机)偏振板，使得批量生产性优良，实现部件的成本降低。另外，有机偏振板除了染料系以外，还可采用碘系其它的任意的方式。 
但是，采用偏振度低于无机偏振板214的吸收型偏振板215的原因在于防止作为吸收型偏振板215的性能退化的加速因素而造成的温度上升，但是，偏振度低的吸收型偏振板也可采用例如金属微颗粒分散于玻璃中的吸收型的无机偏振板。该无机偏振板根据金属微颗粒的分散量、形状(长椭圆)、金属的种类等，控制偏振度。通过如此在偏振度低的吸收型偏振板215采用无机偏振板，从而耐热性优良，实现部件的寿命的延长。 
此外，光学补偿片212对液晶的双折射进行补偿，使用目的在于提高对比度，消除黑色显示斑。 
所述无机偏振板214的光透过轴和吸收偏振板215的光透过轴对应平行地设定。在这些光透过轴偏移地设定的情况下，由于无法获得充分的显示性能，故在后述的第二实施方式中，采用未图示的转动调整机构，转动调整到图2(b)中的点划线的箭头所示的方向，设定为与其完全一致。 
对于所述无机偏振板214，如前述那样不能够希望有良好的偏振度，但是，透过该无机偏振板214的直线偏振光透过吸收型偏振板215，由此使其偏振度提高，这样，对于投影图像，能够获得充分的对比度(对比度依赖于2个偏振板的偏振度的积)。 
另外，由于通过吸收型偏振板215而吸收的，与其光透过轴相垂直的振动方向的直线偏振光的几乎全部预先通过无机偏振板214吸收，故吸收型偏振板215不过是吸收微量的光。即，即使在吸收型偏振板215的入射光量增加的情况下，其几乎全部为透过该吸收型偏振板215的光，稍微产生吸收，因此，与以往的仅设置有机偏振板的情况相比较，抑制了吸收型偏振板215的温度上升。另外，预先吸收与光透过轴相垂直的振动方向的直线偏振光的几乎全部的无机偏振板214的温度上升，但是，在普通的有机偏振板的情况是在80℃以下使用，如果是无机物质，则即使在200℃的温度下，仍不产生问题。 
以下对实际的实验结果进行说明。 
例如，在液晶显示板213的光射出侧仅采用吸收型的无机偏振板214的情况下，对比度比约为900∶1。另外，在吸收型的无机偏振板214的光射出侧，配置吸收透过率为40％(Tp≈95％，Tc≈40％，偏振板对比度比为2.4∶1)的吸收型偏振板215的情况下，对比度比提高到约1100∶1，另外，虽未图示，还消除在显示图像中或外周呈现的线状斑。 
以下对第二实施方式进行说明。 
该第二实施方式为下述的结构，其中，与所述图2(a)所示的第一实施方式的光学系结构相同配置光学补偿片212，另外，如图2(b)所示的那样，能够采用未图示的转动调整机构分别对作为液晶显示板213的射出侧偏振板的无机偏振板214和吸收型偏振板215在与光轴相正交的面内进行转动调整，能够按照使它们的光透过轴(或光吸收轴)完全一致的方式进行调整。 
与所述第一实施方式的实验相同，在吸收型的无机偏振板214的光射出侧配置吸收透过率为40％的吸收型偏振板215，另外，通过转动调整，调整为使它们的光透过轴完全一致，在此情况下，对比度比从约1100∶1，提高到约1270∶1。这样，通过无机偏振板214、吸收型偏振板215的转动调整，使它们的光透过轴更完全地一致，由此，能够实现对比度的进一步提高。 
但是，在染料系(有机)偏振板的情况下，为了减轻射出侧偏振板的光量负担，通常，在液晶显示板和射出侧偏振板之间安装作为前置偏振板的偏振度低的偏振板，但是，此时，具有因前置偏振板的微妙的热收缩，即使在设置光学补偿片的情况下，出现黑色显示的均匀性仍变差的情况。相对该情况，在所述实施方式中，在黑色显示的均匀性中，画面的均匀性的指标的CIE色度指标(x，y)值在偏振度低的吸收型偏振板215的设置前为(0.021，0.031)，而在设置后为(0.021，0.028)，几乎没有改变为良好的。 
另外，对于所述偏振板的转动调整，能够转动调整无机偏振板214和吸收型偏振板215中任何一方均能获得相同的效果。 
此外，也可如日本特开2006-39087号文献中记载所示的那样，构成为相对光轴而倾斜调整光学补偿片。另外，光学补偿片并不限于仅设置于 液晶显示板的光入射侧的情况，也可在光入射侧和光射出侧分离地设置。此外，偏振度低的吸收型偏振板并不限于设置于全部的液晶显示组件21r、21g、21b，也可设置于任意一个的液晶显示组件。 
此外，光学系统并不限于图1所示的情况，本发明可适用于具有各种光学系统的场合。 
还有，对于液晶显示板，TN(Twisted Nematic扭曲向列)/VA(VerticallyAligned垂直配向)/IPS(In-Plane-Switching平面转换)方式、NW(NormallyWhite常亮)模式/NB(Normally Black常黑)模式均可以。 

Claims (5)

1.一种液晶显示装置，包括：液晶显示板，其根据图像信号对所照射的光进行调制；投影透镜，其对通过所述液晶显示板调制的光进行放大投影；光源，其射出照射所述液晶显示板的光，所述液晶显示装置的特征在于，
在所述液晶显示板的光射出侧配置偏振度相对较高的无机偏振板，在所述无机偏振板的光射出侧配置偏振度低于所述无机偏振板的吸收型偏振板，使偏振度高的所述无机偏振板与偏振度低的所述吸收型偏振板的光透过轴相对应，
所述偏振度高的无机偏振板是指若与普通的染料系偏振板相比，偏振度低，但偏振度相对较高的偏振板，
所述偏振度是指偏振板的平行透过率和正交透过率的比。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
偏振度高的所述无机偏振板由吸收型偏振板构成。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
偏振度低的所述吸收型偏振板由无机物质构成。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
偏振度低的所述吸收型偏振板由有机物质构成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
偏振度高的所述无机偏振板和偏振度低的所述吸收型偏振板中的至少一方构成为能够在与光轴正交的面内进行转动调整。 
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