JP2002014229A - 偏光素子及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

偏光素子及びこれを用いた液晶表示装置

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JP2002014229A
JP2002014229A JP2000195406A JP2000195406A JP2002014229A JP 2002014229 A JP2002014229 A JP 2002014229A JP 2000195406 A JP2000195406 A JP 2000195406A JP 2000195406 A JP2000195406 A JP 2000195406A JP 2002014229 A JP2002014229 A JP 2002014229A
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Katsumi Kurematsu
榑松  克巳
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置に用いられていた偏光板に代わ
る、偏光度及び光透過率の高い直線偏光素子を提供す
る。 【解決手段】 コレステリック液晶層2を1/4波長板
1、2で挟持し、1/4波長板1を透過した円偏光の一
方のみを該コレステリック液晶層2を透過させ、1/4
波長板3を透過させて直線偏光とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
いて、液晶パネルに入射或いはパネルから出射する光を
直線偏光させる偏光素子に関し、さらには、該偏光素子
を用いた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は、薄型、軽量など
多くの利点を有することから、フラットパネルディスプ
レイとして様々な機器に搭載されている。一般的な液晶
表示装置は、基本的には、一対の基板間に液晶と該液晶
を駆動するための電極とを備えた液晶パネルを有し、必
要に応じて光源を備えている。また、液晶パネルの外側
には通常、偏光素子が配置されて該液晶パネルに入射す
る光或いは出射する光を偏光している。
【0003】従来の液晶表示装置に用いられていた偏光
素子は、ヨウ素系または染料系のいわゆるフィルム型偏
光板である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フィルム型偏光板は、偏光度については十分な値が得ら
れるものの、光の透過率が1枚当たり通常80%〜85
%であり、透過型液晶パネルのように入射側と出射側の
両方に配置した場合には、2枚の使用で64%〜72%
と、光利用効率の点で改善の必要性を残している。
【0005】本発明の課題は、従来のフィルム型偏光板
と同等の偏光度を示し、光利用効率の高い偏光素子を提
供することにあり、該偏光素子を用いてより明るい表示
が可能な液晶表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、少なく
とも2枚の1/4波長板間にコレステリック液晶層を挟
持してなることを特徴とする偏光素子である。
【0007】上記本発明は、ガラス基板表面にコレステ
リック液晶層を形成し、これを2枚の1/4波長板間に
挟持してなること、2枚の1/4波長板の遅相軸が互い
に直交或いは平行であること、を好ましい態様として含
むものである。
【0008】また、本発明の第二は、色毎に光変調を行
う複数枚の透過型液晶パネルと、該液晶パネルに光を照
射する光源と、該光源からの光を各液晶パネルに導く照
明光学系と、各液晶パネルを透過した光をスクリーン上
に重ねて投影する投影光学系とを少なくとも有する投射
型の液晶表示装置であって、上記液晶パネルの光入射側
及び光出射側の少なくとも一方に、上記本発明の偏光素
子を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。
【0009】また、本発明の第三は、色毎に光変調を行
う複数枚の反射型液晶パネルと、該液晶パネルに光を照
射する光源と、該光源からの光を各液晶パネルに導く照
明光学系と、各液晶パネルで反射された光をスクリーン
上に重ねて投影する投影光学系とを少なくとも有する投
射型の液晶表示装置であって、上記液晶パネルの光入射
側に上記本発明の偏光素子を備えたことを特徴とする液
晶表示装置である。
【0010】上記本発明の第二、第三は、上記偏光素子
の特性が、該偏光素子が配置された液晶パネルが変調す
る光の色に対応して最適化されていることを好ましい態
様として含むものである。
【0011】さらに本発明の第四は、透過型液晶パネル
と、該液晶パネルに光を照射する光源とを少なくとも有
する直視型の液晶表示装置であって、上記液晶パネルの
光入射側及び光出射側の少なくとも一方に、上記本発明
の偏光素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置であ
る。
【0012】さらにまた、本発明の第五は、反射型液晶
パネルを少なくとも有する直視型の液晶表示装置であっ
て、上記液晶パネルの光入射側に上記本発明の偏光素子
を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の偏光素子は、コレステリ
ック液晶層が所定の方向に回転する円偏光を反射し、そ
の逆方向に回転する円偏光を透過する特性を有する点に
着目し、該コレステリック液晶層に波長板を組み合わせ
ることで、直線偏光素子を構成したものである。即ち本
発明の偏光素子は、コレステリック液晶層を2枚の1/
4波長板で挟持してなり、入射する自然光のうち、所定
の直線偏光を透過させ、該偏光に直交する直線偏光を反
射する、直線偏光素子として機能する。よって、本発明
の偏光素子は、従来の偏光板に代わる偏光板として、液
晶表示装置に用いることができる。
【0014】本発明の偏光素子は、ヨウ素や染料を用い
ていないため、これらによる光吸収が無く、光透過率が
高い。そのため、液晶表示装置に本発明の偏光素子を偏
光板として用いた場合には、よりコントラストが高く、
明るい画像を表示することができる。
【0015】(実施形態1)図1に本発明の偏光素子の
基本構成を断面模式図で示す。図中、1及び3は1/4
波長板、2はコレステリック液晶層である。
【0016】本発明において用いられるコレステリック
液晶としては、特に限定されず、例えばワッカーケミカ
ル製「CC4039」と「CC4070」との1:1
(重量比)の混合液晶が好ましく用いられ、該液晶を一
方の1/4波長板1、3上に所定の厚さにコートし、U
V硬化することにより形成される。
【0017】本発明において用いられる1/4波長板
は、互いに直交する遅相軸と進相軸を有し、その位相差
が90°である波長板であり、その素材としては、例え
ば延伸PVA(ポリビニルアルコール)シートが好まし
く用いられる。
【0018】図2には、本発明の偏光素子の一実施形態
の分解構成を示す図であり、図中の符号は図1と同じで
ある。また、図中の矢印は、1/4波長板1、3の遅相
軸を表している。本実施形態において、遅相軸の方向
は、1/4波長板1が底面に対して左45°の方向を向
き、1/4波長板3は底面に対して右45°の方向に向
き、互いの遅相軸が直交するように設定されている。ま
た、コレステリック液晶層2は、左回転の円偏光を反射
し、右回転の円偏光を透過するものが用いられている。
【0019】このように構成された偏光素子における偏
光分離メカニズムを図3に示す。尚、図3中の符号も図
1と同じである。
【0020】図3において、紙面左側より1/4波長板
1に入射した直線偏光は、該1/4波長板1によって円
偏光に変換され、さらに該1/4波長板1を透過した自
然光のうち、右回転の円偏光はコレステリック液晶層2
を透過し、左回転の円偏光は反射される。コレステリッ
ク液晶層2を透過した右回転の円偏光は、1/4波長板
3を透過する際に縦方向の直線偏光となって出射する。
また、コレステリック液晶層2で反射された左回転の円
偏光は1/4波長板1に戻り、該1/4波長板1を透過
する際に水平方向の直線偏光となり、入射方向に戻る。
【0021】よって、本発明の偏光素子は、従来液晶表
示装置に用いられていた偏光板として機能する。
【0022】(実施形態2)図4に、図1と同じ構成
で、1/4波長板1、3の遅相軸を平行に配置した場合
の分解構成を示す。また、図5に、本実施形態の偏光素
子の偏光分離メカニズムを示す。図4、図5中の符号は
図1と同じである。
【0023】図4に示すように、本実施形態では、1/
4波長板3の遅相軸が、1/4波長板1と同じように、
底面に対して左に45°の方向を向いている。よって、
図5に示すように、紙面左側より1/4波長板1に入射
した自然光のうち、コレステリック液晶層を透過した右
回転の円偏光は、1/4波長板3を透過する際に、図3
の場合とは異なり、水平方向の直線偏光となって出射す
る。
【0024】(実施形態3)図6に本発明の偏光素子の
他の実施形態を示す。本実施形態は、コレステリック液
晶層2をガラス基板4上に形成した後、1/4波長板
1、3で挟持して偏光素子としたものである。1/4波
長板1、3の遅相軸は先に説明した実施形態1或いは2
と同様に設定される。また、偏光分離メカニズムも実施
形態1或いは2と同様である。
【0025】本実施形態では、ガラス基板4上にコレス
テリック液晶層2を形成したことにより、その配向及び
膜厚管理をより正確に実施することができるため、より
高偏光度の偏光板としての機能を得ることができる。
【0026】(実施形態4)図7に、本発明の液晶表示
装置の一実施形態である、投射型液晶表示装置の一構成
例の概略図を示す。図中、11は投影レンズ、12はク
ロスダイクロイックプリズム、14a〜14dはミラ
ー、15はリレーレンズ、16a、16bは色分解ダイ
クロイックミラー、17はランプ、18a、18bはイ
ンテグレータ、19は偏光変換素子、20は集光レン
ズ、21〜23は透過型の液晶パネル、31a〜33b
は偏光素子である。本構成においては、光源としてラン
プ17を備え、照明光学系としてインテグレータ18
a、18b、偏光変換素子19、集光レンズ20、ミラ
ー14a〜14d、色分解ダイクロイックミラー16
a、16bを備え、投影光学系としてクロスダイクロイ
ックプリズム12と投影レンズ11とを備えている。
【0027】本実施形態の液晶表示装置は、R(赤)、
G(緑)、B(青)の各色に対応して液晶パネル21〜
23を備え、各液晶パネル21〜23において各色の光
を変調し、不図示のスクリーンに投射する投射型に構成
されている。また、各液晶パネル21〜23にはその両
側に偏光素子31a〜33a、31b〜33bが配置さ
れており、各液晶パネル21〜23において、光入射側
の偏光素子31b〜33b或いは光出射側の偏光素子3
1a〜33aの何れか一方、望ましくは両方に、本発明
の偏光素子を用いる。尚、透過型液晶パネル21〜23
に対して、偏光素子31a〜33a、31b〜33bは
いずれか片側だけ用いる場合もあり、その場合には、片
側に配置した偏光素子を本発明の偏光素子とする。
【0028】また、本発明の偏光素子を用いた場合に
は、該偏光素子を構成するコレステリック液晶層を、配
置される光路の各色の光に対応するように調整された液
晶を用いて形成し、当該偏光素子の特性を対応する光の
色に最適化することが望ましい。
【0029】本構成の液晶表示装置においては、ランプ
7から出射した白色光は、インテグレーター18a、1
8bにより均一化され、偏光変換素子19により直線偏
光に変換される。次に、集光レンズ20、ミラー14a
を経て色分解ダイクロイックミラー16a、16bによ
りR、G、Bに色分解され、各色の光は、ミラー14b
〜14d及びリレーレンズ15を通じて各色の光を変調
する液晶パネル21〜23にそれぞれ照射される。
【0030】各色液晶パネル21〜23において変調さ
れ、出射された光は、クロスダイクロイックプリズム2
により色合成され、投射レンズ11を通じて外部のスク
リーン等に投射される。
【0031】本実施形態においては、偏光素子として本
発明の偏光素子を用いることにより、従来よりも光利用
効率が向上し、高コントラストでより明るい画像表示が
実現する。
【0032】(実施形態5)図8に、本発明の液晶表示
装置の他の実施形態である、直視型の液晶表示装置の構
成例を断面模式図で示す。図中、41、43は偏光素
子、42は透過型液晶パネル、44はバックライトであ
る。
【0033】本構成においては、バックライト44から
出射された白色光は、偏光素子43にて直線偏光に偏光
され、次いで、該直線偏光にて液晶パネル42を照明
し、該液晶パネル42と偏光素子41により表示画像に
応じた変調がなされ、偏光素子41の表側にその表示光
が出射される。
【0034】本実施形態においては、偏光素子41、4
3のいずれか、望ましくはその両方に本発明の偏光素子
を用いる。これにより、従来よりも光利用効率が向上
し、高コントラストでより明るい画像表示が実現する。
尚、液晶パネル42に対して偏光素子41、43のいず
れか一方のみを用いる場合もあり、その場合には、本発
明の偏光素子を配置させれば良い。
【0035】尚、上記実施形態4、5においては、いず
れも液晶パネルとして透過型を用いた構成を示したが、
反射型の液晶パネルを用いることも可能であり、この場
合、液晶パネルの光入射側(出射側でもある)にのみ本
発明の偏光素子を配置すればよい。また、本発明の液晶
表示装置に用いられる液晶パネルはその駆動方式や液晶
モード等を限定されるものではなく、従来、偏光板を用
いて表示を行ってきた液晶パネルであれば好適に本発明
を適用することができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヨウ素や染料を用いず、光透過率の高い直線偏光の偏光
素子が容易に得られる。よって、当該偏光素子を偏光板
として用いて液晶表示装置を構成することにより、従来
よりも高コントラストで明るい画像表示を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏光素子の基本構成の断面模式図であ
る。
【図2】本発明の偏光素子の一実施形態の分解構成を示
す図である。
【図3】図2の偏光素子の偏光分離メカニズムを示す図
である。
【図4】本発明の偏光素子の他の実施形態の分解構成を
示す図である。
【図5】図4の偏光素子の偏光分離メカニズムを示す図
である。
【図6】本発明の偏光素子の他の実施形態を示す断面模
式図である。
【図7】本発明の液晶表示装置の一実施形態の構成を示
す概略図である。
【図8】本発明の液晶表示装置の他の実施形態の構成を
示す断面模式図である。
【符号の説明】
1、3 1/4波長板 2 コレステリック液晶層 4 ガラス板 11 投影レンズ 12 クロスダイクロイックプリズム 14a〜14d ミラー 15 リレーレンズ 16a、16b 色分解ダイクロイックミラー 17 ランプ 18a、18b インテグレータ 19 偏光変換素子 20 集光レンズ 21〜23、42 透過型液晶パネル 31a〜33b、41、43 偏光素子 44 バックライト

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2枚の1/4波長板間にコレ
    ステリック液晶層を挟持してなることを特徴とする偏光
    素子。
  2. 【請求項2】 ガラス基板表面にコレステリック液晶層
    を形成し、これを2枚の1/4波長板間に挟持してなる
    請求項1に記載の偏光素子。
  3. 【請求項3】 上記2枚の1/4波長板の遅相軸が互い
    に直交している請求項1または2に記載の偏光素子。
  4. 【請求項4】 上記2枚の1/4波長板の遅相軸が平行
    である請求項1または2に記載の偏光素子。
  5. 【請求項5】 色毎に光変調を行う複数枚の透過型液晶
    パネルと、該液晶パネルに光を照射する光源と、該光源
    からの光を各液晶パネルに導く照明光学系と、各液晶パ
    ネルを透過した光をスクリーン上に重ねて投影する投影
    光学系とを少なくとも有する投射型の液晶表示装置であ
    って、上記液晶パネルの光入射側及び光出射側の少なく
    とも一方に、請求項1〜4のいずれかに記載の偏光素子
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 色毎に光変調を行う複数枚の反射型液晶
    パネルと、該液晶パネルに光を照射する光源と、該光源
    からの光を各液晶パネルに導く照明光学系と、各液晶パ
    ネルで反射された光をスクリーン上に重ねて投影する投
    影光学系とを少なくとも有する投射型の液晶表示装置で
    あって、上記液晶パネルの光入射側に請求項1〜4のい
    ずれかに記載の偏光素子を備えたことを特徴とする液晶
    表示装置。
  7. 【請求項7】 上記偏光素子の特性が、該偏光素子が配
    置された液晶パネルが変調する光の色に対応して最適化
    されている請求項5または6に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 透過型液晶パネルと、該液晶パネルに光
    を照射する光源とを少なくとも有する直視型の液晶表示
    装置であって、上記液晶パネルの光入射側及び光出射側
    の少なくとも一方に、請求項1〜4のいずれかに記載の
    偏光素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 反射型液晶パネルを少なくとも有する直
    視型の液晶表示装置であって、上記液晶パネルの光入射
    側に請求項1〜4のいずれかに記載の偏光素子を備えた
    ことを特徴とする液晶表示装置。
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