JP2002214592A

JP2002214592A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2002214592A
Application number: JP2001006754A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 秀文坂田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】より高いコントラスト比が得られる投射型表
示装置を提供する。【解決手段】本発明の投射型液晶表示装置３０は、光
源３１と、光源３１から入射される照度分布を持った光
を照度分布が均一化された光に変換する第１フライアイ
レンズ３２、第２フライアイレンズ３３と、光源３１か
ら前記フライアイレンズ３２，３３を経て入射される光
を変調する３枚の液晶ライトバルブ３４，３５，３６
と、これら液晶ライトバルブにより変調された光を投射
する投射レンズ３７などを有している。そして、第２フ
ライアイレンズ３３に入射される光のうち、液晶ライト
バルブにおいてコントラスト比が低下する方向からの入
射光を遮光したり、偏向させる構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置に
関し、特に液晶ライトバルブを用いた高コントラスト比
の投射型液晶表示装置の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、直視型のみなら
ず、プロジェクタ等の投射型表示装置としても需要が高
まってきている。図１３は、３つの液晶ライトバルブを
用いた、いわゆる３板式の投射型液晶表示装置の一例を
示す概略構成図である。図中、符号５１０は光源、５１
３，５１４はダイクロイックミラー、５１５，５１６，
５１７は反射ミラー、５１８，５１９，５２０はリレー
レンズ、５２２，５２３，５２４は液晶ライトバルブ、
５２５はクロスダイクロイックプリズム、５２６は投射
レンズ系を示す。

【０００３】光源５１０は、メタルハライド等のランプ
５１１とランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２
とから構成されている。青色光・緑色光反射のダイクロ
イックミラー５１３は、光源５１０からの白色光のうち
の赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反
射する。透過した赤色光は反射ミラー５１７で反射さ
れ、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射される。

【０００４】一方、ダイクロイックミラー５１３で反射
された色光のうち、緑色光は、緑色光反射のダイクロイ
ックミラー５１４によって反射され、緑色用液晶ライト
バルブ５２３に入射される。一方、青色光は、第２のダ
イクロイックミラー５１４も透過する。青色光に対して
は、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補償するため
に、入射レンズ５１８、リレーレンズ５１９、出射レン
ズ５２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段５２１
が設けられ、これを介して青色光が青色光用液晶ライト
バルブ５２４に入射される。

【０００５】各ライトバルブにより変調された３つの色
光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射す
る。このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わさ
れ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光
を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたもので
ある。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成
されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された
光は、投射光学系である投射レンズ系５２６によってス
クリーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投射型液晶表示
装置は、各色光用の液晶ライトバルブそれぞれに対して
光を垂直に入射させるものであるが、実際には液晶ライ
トバルブの入射面に対する法線方向から１０°程度の範
囲で光が入射していた。ところが、投射型液晶表示装置
の重要な性能の一つであるコントラスト比は、例えばね
じれネマティック（Twisted Nematic,以下、ＴＮと略記
する）液晶を用いた場合、図１１にコントラスト分布曲
線を示すように（方位角をφ、極角をθで示す）、液晶
ライトバルブへの入射光の入射角依存性を持っており、
液晶ライトバルブの入射面に対する法線方向から傾いた
ところにコントラスト比が最大になる領域がある。この
ように、ＴＮモードでは全体的にコントラスト比が大き
くとれなかった。

【０００７】ところで、液晶装置の配向モードには、電
圧無印加状態で液晶分子が基板面に略平行で基板に垂直
な方向にねじれた配向を持つＴＮモードと、液晶分子が
垂直に配向した垂直配向モードとがある。信頼性等の面
から従来はＴＮモードが主流であったが、垂直配向モー
ドがいくつかの優れた特性を持っていることから、垂直
配向型の液晶装置が注目されてきた。例えば、垂直配向
モードでは、液晶分子が基板面に対して垂直に配列され
た状態（法線方向から見た光学的リターデーションが無
い）を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高
いコントラスト比が得られる。また、正面コントラスト
比に優れる垂直配向型ＬＣＤでは、図１２にコントラス
ト分布曲線を示すように、一定のコントラスト比が得ら
れる視角範囲はＴＮモードに比較して広くなる。この観
点から、垂直配向モードの液晶ライトバルブは、近年、
リア型プロジェクションＴＶなどの映像向けに注目され
ている。

【０００８】しかしながら、図１２に示す通り、垂直配
向モードの液晶ライトバルブはＴＮモードと比べるとコ
ントラスト比は高く、特に偏光板の透過軸方向（図１２
では方位角φ＝４５°−２２５°，１３５°−３１５°
の方向（クロスニコル）に偏光板の透過軸を合わせてい
る）ではコントラスト比が充分に高いものの、偏光板の
透過軸に対して４５°の方向（図１２の方位角φ＝０
°，９０°，１８０°，２７０°の方向）でコントラス
ト比が極端に低いという問題があった。投射型液晶表示
装置の画質改善に向けて、高いコントラスト比への要求
がますます高まっており、垂直配向モードの液晶ライト
バルブを用いたとしても、さらにコントラスト比を向上
し得る手段の提供が望まれている。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、より高いコントラスト比が得られ
る投射型表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の投射型表示装置は、光源と、光源から入
射される照度分布を持った光を照度分布が均一化された
光に変換する照度均一化手段と、光源から照度均一化手
段を経て入射される光を変調する光変調手段と、光変調
手段により変調された光を投射する投射手段と、光源か
ら照度均一化手段に入射される光のうち、光変調手段に
おいてコントラスト比が低下する方向から入射される光
を遮光するか、もしくは偏向させる光制限手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１１】通常の投射型表示装置は、投射面上での光
の照度を均一にするためにフライアイレンズ、ロッドレ
ンズ等からなる照度均一化手段を備えており、この照度
均一化手段を通して光源からの光をそのまま光変調手段
に入射させている。しかしながら、［従来の技術］の項
で述べたように、実際のところ、光変調手段の種類によ
って特有のコントラスト特性があり、コントラスト比の
高い入射角と低い入射角があるため、全角度の光をその
まま光変調手段に入射させると、コントラスト比の低い
入射角度からの入射光が全体としてコントラスト比を低
下させることになる。

【００１２】そこで、本発明の投射型表示装置では、光
源から照度均一化手段に入射される光をそのまま入射さ
せるのではなく、光制限手段を備えた構成としたことで
この光変調手段が特定方向の光、特にコントラスト比が
低下する方向からの入射光を遮光するか、もしくは偏向
させてコントラスト比の高い方向を通過させるので、従
来に比べてコントラスト比を向上させることができる。

【００１３】具体的には、前記光変調手段として液晶ラ
イトバルブを用いることができる。また、この液晶ライ
トバルブとして、各々の透過軸が互いに直交する２枚の
偏光板を備え、誘電異方性が負の液晶を有する垂直配向
モードの液晶ライトバルブを用いることができる。その
場合、コントラスト比が低下する方向が光軸に垂直な面
内において２枚の偏光板の各々の透過軸に対して４５°
の方向となる。つまり、ＴＮ液晶を用いたライトバルブ
に比べてもともとコントラスト比の高い垂直配向モード
の液晶ライトバルブに本発明を適用すれば、垂直配向モ
ードの液晶ライトバルブの利点をより充分に生かすこと
ができる。

【００１４】照度均一化手段を、光源側から順に配置さ
れた第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズの２
枚のフライアイレンズで構成した場合、光制限手段とし
ては２つの形態が考えられる。第１の形態は、第２フラ
イアイレンズに入射する光のうち、２枚の偏光板の各々
の透過軸に対して４５°の方向から入射する光を遮光す
る遮光部を有するものである。この構成によれば、遮光
部によってコントラスト比を低下させる要因となる入射
角度の光（偏光板の透過軸に対して４５°の方向から入
射する光）が遮光されるので、結果的にコントラスト比
を向上させることができる。なお、遮光部は、少なくと
も第２フライアイレンズに入射する光のうちの一部を遮
光するか、あるいは第２フライアイレンズ出射直後の位
置で光の一部を遮光する必要がある。その理由は、光は
第２フライアイレンズを出射した後、拡散するために、
出射後で第２フライアイレンズと離れた位置では十分に
遮光できないことと、本来遮光せずに利用したい光が遮
られてしまうために、投射面での照度が不均一になって
しまい、照度均一化手段の機能を損ねてしまうからであ
る。

【００１５】この場合、遮光部を設ける具体的な手段と
しては、第２フライアイレンズの表面、または第１フラ
イアイレンズの表面に遮光膜を設ければよい。また、第
１フライアイレンズの前段または後段の少なくともいず
れか一方に遮光フィルターを設けてもよい。

【００１６】第２の形態は、光制限手段が、各レンズが
矩形状に配列され、入射光のうち、２枚の偏光板の各々
の透過軸に対して４５°の方向から入射する光が第２フ
ライアイレンズの中心部分もしくは偏光板の各々の透過
軸に沿った部分に偏向するように各レンズを偏心させた
第１フライアイレンズと、２枚の偏光板の各々の透過軸
に対して４５°の方向に並んだレンズが他のレンズと比
べて中心に向けて縮小した形状を有し、開口中心を透過
した光が液晶ライトバルブの中心を透過するように各レ
ンズを偏心させた第２フライアイレンズとから構成され
たものである。この構成によれば、第１フライアイレン
ズによってコントラスト比を低下させる要因となる入射
角度の光（偏光板の透過軸に対して４５°の方向から入
射する光）が第２フライアイレンズ上の中心部分もしく
は偏光板の各々の透過軸に沿った部分に偏向するので、
コントラスト比が低い部分の光がコントラスト比が高い
部分に移動する。その結果、装置全体としてコントラス
ト比を向上させることができる。

【００１７】この構成の場合、第２フライアイレンズの
各レンズの外形が、第１フライアイレンズの各レンズに
より集光された第２フライアイレンズの各レンズ上の集
光スポットの径よりも大きくなるように第２フライアイ
レンズを設計することが望ましい。逆に、第２フライア
イレンズの各レンズ上の集光スポットが第２フライアイ
レンズの各レンズよりも大きいと、光が投射面以外の部
分にそれてしまい、光の利用効率が低下するからであ
る。

【００１８】他の表現を用いると、本発明の投射型表示
装置は、光源と、前記光源からの照明光を導光する照明
光学系と、前記照明光学系からの照明光を変調する光変
調手段と、前記光変調手段の入射側と出射側に設けられ
た偏光素子と、前記光変調手段からの出射光を投射する
投射光学系とを有し、前記照明光学系は、前記光変調手
段における前記一対の偏光素子の透過軸方向の間の領域
に照射される照明光を制限することを特徴とする。

【００１９】また、本発明の投射型表示装置は、光源
と、前記光源からの照明光を導光する照明光学系と、前
記照明光学系からの照明光を変調するコントラスト特性
を持つ光変調手段と、前記光変調手段からの出射光を投
射する投射光学系とを有し、前記照明光学系は、前記光
変調手段のコントラスト比の低い領域に照射される照明
光を制限することを特徴とする。

【００２０】つまり、先に記載した本発明の投射型表示
装置では、光源から照度均一化手段に入射される光のう
ち、コントラスト比が低下する方向から入射される光を
制限する光制限手段を設けているが、特に照明光の照度
を均一化するような手段を持たない投射型表示装置であ
っても、光源からの照明光を導光する照明光学系が、光
変調手段の入射側と出射側の偏光素子の透過軸方向の間
の領域に照射される照明光を制限するか、もしくは光変
調手段のコントラスト比の低い領域に照射される照明光
を制限する作用を持っていてもよい。本発明はこの種の
投射型表示装置も含むものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１〜図７を参照して説明す
る。図１は本実施の形態の投射型表示装置の全体構成を
示す概略構成図である。図中符号３１は光源、３２は第
１フライアイレンズ（照度均一化手段）、３３は第２フ
ライアイレンズ（照度均一化手段）、３４，３５，３６
は液晶ライトバルブ（光変調手段）、３７は投射光学系
（投射手段）である。

【００２２】本実施の形態の投射型表示装置３０は、図
１に示すように、システム光軸Ｌに沿って配置された光
源３１、第１フライアイレンズ３２、第２フライアイレ
ンズ３３、偏光変換素子３８からなる偏光照明装置３
９、赤色用、緑色用、青色用の各液晶ライトバルブ３
４，３５，３６、複数の投射レンズ群からなる投射光学
系３７で概略構成されている。光源３１は、メタルハラ
イド等のランプ４０とランプ４０の光を反射するリフレ
クタ４１とから構成されている。本発明の特徴点は第１
フライアイレンズ３２および第２フライアイレンズ３３
の構成にあるが、これについては後述する。また、偏光
変換素子３８は複数の偏光ビームスプリッタが組み合わ
されたものであって、光源３１からの光に含まれるｐ偏
光、ｓ偏光のうちの一方を偏光変換して他方の偏光に揃
えることで液晶ライトバルブ３４，３５，３６の偏光板
での光の吸収をなくし、光の利用効率を高めるためのも
のである。

【００２３】偏光変換素子３８から出射した光の偏光方
向と液晶ライトバルブ３４，３５，３６の入射側の偏光
板の透過軸が一致するように１／２波長板７０ａを、液
晶ライトバルブ３４，３５，３６の入射側に配置してい
る。こうすることにより、偏光板による光損失を低減す
ることができる。また、液晶ライトバルブ３４，３６の
出射側にも１／２波長板７０ｂを配置することで、クロ
スダイクロイックプリズム５１での色分離機能の偏光依
存性の影響を緩和することができ、色純度の高い表示を
得ることができる。

【００２４】青色光・緑色光反射のダイクロイックミラ
ー４２は、光源３１からの白色光のうちの赤色光を透過
させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過し
た赤色光は反射ミラー４３で反射され、赤色光用液晶ラ
イトバルブ３４に入射される。一方、ダイクロイックミ
ラー４２で反射された色光のうち、緑色光は、緑色光反
射のダイクロイックミラー４４によって反射され、緑色
用液晶ライトバルブ３５に入射される。一方、青色光
は、第２のダイクロイックミラー４４も透過する。青色
光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なるのを補
償するために、入射レンズ４５、リレーレンズ４６、出
射レンズ４７を含むリレーレンズ系、反射ミラー４８，
４９からなる導光手段５０が設けられ、これを介して青
色光が青色光用液晶ライトバルブ３６に入射される。

【００２５】各液晶ライトバルブ３４，３５，３６に
は、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ
（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を
用いた垂直配向モードのアクティブマトリクス型液晶セ
ルを採用している。液晶ライトバルブ３４，３５，３６
の全体構成は、図６および図７に示すように、ＴＦＴア
レイ基板８の上に、シール材９が対向基板１５の縁に沿
うように設けられており、その内側に並行して額縁とし
ての第３遮光膜１０が設けられている。シール材９の外
側の領域には、データ線駆動回路１１および外部回路接
続端子１２がＴＦＴアレイ基板８の一辺に沿って設けら
れており、走査線駆動回路１３がこの一辺に隣接する２
辺に沿って設けられている。

【００２６】さらに、ＴＦＴアレイ基板８の残る一辺に
は、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１
３間を接続するための複数の配線１４が設けられてい
る。また、対向基板１５のコーナー部の少なくとも１箇
所においては、ＴＦＴアレイ基板８と対向基板１５との
間で電気的導通をとるための導通材１６が設けられてい
る。

【００２７】そして、図７に示すように、図６に示した
シール材９とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板１５がシール
材９によりＴＦＴアレイ基板８に固着されており、ＴＦ
Ｔアレイ基板８と対向基板１５との間に負の誘電異方性
を有する液晶１７が封入されている。また、図６に示す
シール材９に設けられた開口部は液晶注入口９ａであ
り、封止材２０によって封止されている。

【００２８】液晶ライトバルブ３４，３５，３６のより
詳細な構成は、図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板８
には各画素電極１に隣接する位置に、各画素電極１をス
イッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ２が設け
られている。ＴＦＴアレイ基板８と各画素スイッチング
用ＴＦＴ２との間の画素スイッチング用ＴＦＴ２に対応
する位置には、第１遮光膜２１が設けられている。第１
遮光膜２１は、例えば不透明な高融点金属であるＴｉ、
Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、ＭｏおよびＰｄのうちの少なくとも一
つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等から構成
されている。この第１遮光膜２１により、ＴＦＴアレイ
基板８の側からの戻り光等が画素スイッチング用ＴＦＴ
２のチャネル領域に入射する事態を未然に防ぐことがで
き、光リーク電流の発生により画素スイッチング用ＴＦ
Ｔ２の特性が変化するのを防止できる。

【００２９】また、第１遮光膜２１と複数の画素スイッ
チング用ＴＦＴ２との間には、第１層間絶縁膜２２が設
けられている。第１層間絶縁膜２２は、画素スイッチン
グ用ＴＦＴ２を構成する半導体層２３を第１遮光膜２１
から電気的に絶縁するために設けられるものである。さ
らに、第１層間絶縁膜２２は、ＴＦＴアレイ基板８の全
面に形成されることにより、画素スイッチング用ＴＦＴ
２のための下地膜としての機能をも有する。第１層間絶
縁膜２２は、例えばＮＳＧ（ノンドープトシリケートガ
ラス）、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＳＧ（ボ
ロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケ
ートガラス）などの高絶縁性ガラス、または酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜等の単層膜あるいは積層膜から構
成されている。

【００３０】図５において、画素スイッチング用ＴＦＴ
２は、半導体層２３上にゲート絶縁膜、ゲート電極をな
す走査線４が形成され、走査線４が交差する半導体層２
３の領域にチャネル領域が形成される。半導体層２３に
は、データ線３に接続されるソース領域、画素電極１に
接続されるドレイン領域が形成される。

【００３１】本実施の形態では、ゲート絶縁膜を走査線
４に対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半
導体層２３を延設して第１蓄積容量電極とし、さらにこ
れらに対向する容量線６の一部を第２蓄積容量電極とす
ることにより、蓄積容量５が構成されている。

【００３２】本実施の形態では、特にデータ線３は、Ａ
ｌ等の低抵抗な金属膜や金属シリサイド等の合金膜など
の遮光性を持つ薄膜から構成されている。また、走査線
４、ゲート絶縁膜および第１層間絶縁膜２２の上には、
ソース領域へ通じるコンタクトホールおよびドレイン領
域へ通じるコンタクトホールが各々形成された第２層間
絶縁膜２４が形成されている。このソース領域へのコン
タクトホールを介して、データ線３はソース領域に電気
的に接続されている。さらに、データ線３および第２層
間絶縁膜２４の上には、ドレイン領域へのコンタクトホ
ールが形成された第３層間絶縁膜２５が形成されてい
る。

【００３３】このドレイン領域へのコンタクトホールを
介して、画素電極１はドレイン領域に電気的に接続され
ている。そして、画素電極１はインジウム錫酸化物（In
diumTin Oxide, 以下、ＩＴＯと記す）等からなり、第
３層間絶縁膜２５の上面に設けられている。なお、画素
電極１とドレイン領域とは、データ線３と同一のＡｌ膜
や走査線４と同一のポリシリコン膜を中継して電気的に
接続するようにしてもよい。

【００３４】一方、対向基板１５上には、ＴＦＴアレイ
基板８上の画素スイッチング用ＴＦＴ２、走査線４、デ
ータ線３等のうち、少なくとも画素スイッチング用ＴＦ
Ｔ２および走査線４に対応する位置に第２遮光膜２６が
設けられ、全面にＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電
極２７が設けられている。そして、ＴＦＴアレイ基板８
の画素電極１上を含む第３層間絶縁膜２５の上面、対向
基板１５の対向電極２７の上面には、垂直配向処理が施
された配向膜２８，２９がそれぞれ設けられている。Ｔ
ＦＴアレイ基板８と対向基板１５とからなる一対の基板
の両外面には、入射側偏光板１８、出射側偏光板１９が
それぞれ固定されている。この液晶ライトバルブ３４，
３５，３６は透過型の構成例である。

【００３５】図１に示すように、各液晶ライトバルブ３
４，３５，３６によって変調された３つの色光は、クロ
スダイクロイックプリズム５１に入射する。このクロス
ダイクロイックプリズム５１は、４つの直角プリズムが
貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層
膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成さ
れたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの
色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。
合成された光は、投射光学系３７によってスクリーン５
２上に投射され、画像が拡大されて表示される。

【００３６】次に、本実施の形態の特徴点である第１フ
ライアイレンズ３２、第２フライアイレンズ３３の構成
について説明する。図２は第１フライアイレンズ３２の
平面図、図３は第２フライアイレンズ３３の平面図であ
る。図４は第１フライアイレンズ３２、第２フライアイ
レンズ３３を設置した状態を示す図であって、図２およ
び図３のＡ−Ａ’線に沿う側断面図である。

【００３７】本実施の形態では、図２、図３に示すよう
に、第１フライアイレンズ３２、第２フライアイレンズ
３３ともに同一形状の矩形状のレンズ５３，５４が縦横
に（本実施の形態の場合、８行×６列）マトリクス状に
配置されている。図４に示すように、第１フライアイレ
ンズ３２の入射面および第２フライアイレンズ３３の出
射面が平坦面であり、第１フライアイレンズ３２および
第２フライアイレンズ３３の曲面側が対向するように配
置されている。そして本実施の形態の場合、第１フライ
アイレンズ３２の入射面側に、金属膜等からなる遮光膜
５５（遮光部、光制限手段）が設けられている。

【００３８】遮光膜５５は、図２に示すように、第１フ
ライアイレンズ３２の外形の各辺の中央の２個ずつのレ
ンズ５３の部分が遮光されるように設けられている。し
たがって、図４に示すように、第１フライアイレンズ３
２に入射される光Ｌのうち、遮光膜５５が設けられたレ
ンズ部分に入射された光は第２フライアイレンズ３３に
入射されないことになる。その一方、遮光膜５５が設け
られていない部分に入射された光は各レンズ５３により
集光されて（図４では中心光のみを図示する）第２フラ
イアイレンズ５４の対応する各レンズ５４に入射され
る。なお、本実施の形態の場合、これらフライアイレン
ズ３２，３３と液晶ライトバルブ３４，３５，３６は、
各フライアイレンズ３２，３３を縦横に４等分する直線
に対して４５°の角度をなす２本の直線の方向（図２、
図３における矢印Ｔの方向）が各液晶ライトバルブ３
４，３５，３６に備えられた入射側偏光板１８、出射側
偏光板１９の透過軸の方向に一致するように配置されて
いる。

【００３９】本実施の形態の投射型液晶表示装置３０に
よれば、偏光照明装置３９において照度均一化機能を有
する第１フライアイレンズ３２に上記のような遮光膜５
５が設けられたことによって、垂直配向モードの各液晶
ライトバルブ３４，３５，３６においてコントラスト比
を低下させる要因を持つ入射角度（各フライアイレンズ
３２，３３を縦横に４等分する直線の延在方向）の光が
遮光されるので、装置全体としてコントラスト比の向上
を図ることができる。

【００４０】また、本実施の形態の構成では、従来装置
で用いている第１フライアイレンズに遮光膜５５を設け
るだけでコントラスト比を低下させる方向の光を制限す
ることができるため、コントラスト比と明るさのバラン
スを最適化する設計を比較的容易に行うことができる。

【００４１】なお、本実施の形態においては第１フライ
アイレンズ３２の入射面側に遮光膜５５を設ける例を挙
げたが、この例に限ることなく、第１フライアイレンズ
３２の出射面側、第２フライアイレンズ３３の入射面
側、出射面側のいずれに遮光膜を設けてもよい。ただ
し、第１フライアイレンズ３２の作用により第２フライ
アイレンズ３３上では光が集光するため、第２フライア
イレンズ３３上で遮光すると熱が発生する恐れがある。
よって、フライアイレンズの耐熱性の観点からすると、
第１フライアイレンズ３２上で遮光することが望まし
い。もしくは、フライアイレンズ上に直接遮光膜５５を
設ける構成に代えて、第１フライアイレンズ３２の前段
または後段の少なくともいずれか一方に、第１フライア
イレンズ３２の外形の各辺の中央部分が遮光されるよう
なパターンを有する遮光フィルターを設置してもよい。

【００４２】さらに本実施の形態においては、第１フラ
イアイレンズ３２の外形の各辺中央の２個のレンズ部分
を遮光したが、遮光するレンズの数については任意でよ
い。その場合でも、入射角度が大きい側、すなわち一つ
のフライアイレンズの周縁側を多く遮光するようにした
方がコントラスト比の向上に有利である。

【００４３】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図８〜図１０を用いて説明する。本実施
の形態の投射型液晶表示装置の基本構成は第１の実施の
形態と全く同様であり、コントラスト比を低下させる入
射角度の光を如何にして制限するかという手段が異なる
のみである。したがって、以下ではその部分のみを説明
し、共通部分の説明は省略する。図８は第１フライアイ
レンズの平面図、図９は第２フライアイレンズの平面図
である。図１０は第１フライアイレンズ、第２フライア
イレンズを設置した状態を示す図であって、図８および
図９のＢ−Ｂ’線に沿う側断面図である。

【００４４】本実施の形態の投射型液晶表示装置におい
て、第１フライアイレンズ５７は、図８に示すように、
平面的に同一形状の正方形状のレンズ５９ａ，５９ｂが
縦横に（本実施の形態の場合、４行×４列）マトリクス
状に配置されている。一方、第２フライアイレンズ５８
は、図９に示すように、第１フライアイレンズ５７と同
数のレンズが並んではいるが、第２フライアイレンズ５
８の外形の各辺の中央の２個のレンズ６０ａが他のレン
ズ６０ｂ（例えば対角線上に並んだレンズ）と比べて第
２フライアイレンズ５８の中心に向けて半分程度に縮小
した変形形状を有している。本実施の形態の場合、これ
らフライアイレンズ５７，５８と液晶ライトバルブ３
４，３５，３６は、各フライアイレンズ５７，５８の対
角線の方向（図８、図９における矢印Ｔの方向）が各液
晶ライトバルブ３４，３５，３６に備えられた入射側偏
光板１８、出射側偏光板１９の透過軸の方向に一致する
ように配置されている。

【００４５】図１０に示すように、第１フライアイレン
ズ５７の入射面および第２フライアイレンズ５８の出射
面が平坦面で、第１フライアイレンズ５７および第２フ
ライアイレンズ５８の曲面側が対向するように配置され
ている点は第１の実施の形態と同様である。

【００４６】また、各フライアイレンズ５７，５８の断
面形状に関しては、第１フライアイレンズ５７は、各レ
ンズ５９ａ，５９ｂの開口中心に入射された光が上記の
ように変形させた第２フライアイレンズ５８の対応する
各レンズ６０ａ，６０ｂの開口中心に集光するように、
第１フライアイレンズ５７の外形の各辺中央の２個のレ
ンズ５９ａが偏心している。図１０に示す中央の２個の
レンズ５９ｂは、偏心させなくても、開口中心に入射さ
れた光が第２フライアイレンズ５８の対応するレンズ６
０ｂの開口中心に集光する。一方、第２フライアイレン
ズ５８は、各レンズ６０ａ，６０ｂの開口中心に入射さ
れた光が各液晶ライトバルブ３４，３５，３６の中心に
入射されるように、第２フライアイレンズ５８の外形の
各辺中央の２個のレンズ６０ａが偏心している。図１０
に示す中央の２個のレンズ６０ｂは、偏心させなくて
も、開口中心に入射された光が各液晶ライトバルブ３
４，３５，３６の中心に入射される。

【００４７】本実施の形態の投射型液晶表示装置によれ
ば、照度均一化手段である第１フライアイレンズ５７お
よび第２フライアイレンズ５８を上記のように変形させ
たことによって、垂直配向モードの各液晶ライトバルブ
３４，３５，３６においてコントラスト比を低下させる
要因を持つ入射角度（各フライアイレンズ５７，５８を
縦横に４等分する直線の延在方向）の光が中心に向けて
偏向されるので、第１の実施の形態と同様、装置全体と
してコントラスト比の向上が図れる。

【００４８】また、第１の実施の形態ではコントラスト
比が低い入射角度の光を遮光膜でただ単にカットしてい
たのに対し、本実施の形態ではコントラスト比が低い入
射角度の光をコントラスト比が高くなる領域に偏向させ
ることでコントラスト向上に寄与させることができる。
したがって、本実施の形態の場合には、従来のフライア
イレンズに遮光膜を設けただけの第１の実施の形態に比
べて、「白」表示の明るさを維持できることによってコ
ントラスト向上の効果をより大きくすることができる。

【００４９】なお、本実施の形態では、第１フライアイ
レンズ５７の外形の各辺中央のレンズ５９ａに入射され
た光を第２フライアイレンズ５８の中心寄りに偏向（図
８の矢印Ｃの方向）させる例を示したが、対角線寄りに
偏向（図８の矢印Ｄの方向）させるようにしてもよい。
対角線寄りに偏向させた場合も図１２に示したようにコ
ントラスト比の高い領域に偏向させることになるので、
コントラスト比の向上が図れる。また、本実施の形態で
は第１フライアイレンズ５７と第２フライアイレンズ５
８を構成するレンズの数を同数とし、図１０に示したよ
うに、第１フライアイレンズ５７の各レンズを透過した
光が第２フライアイレンズ５８の異なるレンズに入射す
るようにしたが、レンズの設計に無理がなければ、例え
ば第１フライアイレンズ５７の外形の各辺中央のレンズ
を透過した光を第２フライアイレンズ５８の中央のレン
ズに入射させる等、第１フライアイレンズのどのレンズ
を透過した光を第２フライアイレンズのどのレンズに入
射させるかはレンズの設計が可能な限り自由に設定する
ことができる。

【００５０】さらに上記２つの実施の形態では、照度均
一化手段として２枚のフライアイレンズを用い、２枚の
フライアイレンズに対してコントラスト比が低下する方
向からの光を制限する光制限手段を設ける構成とした
が、本発明においては、照明光の照度を均一化させるよ
うな作用を持たない、照明光を単に導光するだけの照明
光学系がコントラスト比の低下する方向からの光を制限
する作用を持つような構成であってもよい。また、本発
明は垂直配向モードの投射型液晶表示装置に好適である
が、液晶表示モードの入射角度特性に応じて制限する光
の角度領域を選択することで、垂直配向モード以外の他
のモードの投射型液晶表示装置にも適用できることは勿
論である。そして、上記実施の形態で例示した投射型液
晶表示装置の基本構成は図１に示したものに限ることな
く、種々の投射型液晶表示装置、例えば反射型の液晶ラ
イトバルブを用いた投射型液晶表示装置、液晶ライトバ
ルブを１枚のみ用いた、いわゆる１板式の投射型液晶表
示装置などにも本発明が適用可能である。

【００５１】

【実施例】本発明者は、本発明の効果を検証するシミュ
レーションを実際に行った。以下では、その結果につい
て報告する。［実施例１］垂直配向モードの液晶ライトバルブを用い
た投射型液晶表示装置において、照度均一化手段として
通常のフライアイレンズを用いた従来の装置と、フライ
アイレンズの一部（コントラスト比を低下させる領域）
に遮光を施した本発明の第１の実施の形態の装置とでフ
ライアイレンズ以外の光学系は全て同一の構成としてコ
ントラスト比のシミュレーションを行った。

【００５２】シミュレーションにあたっての条件とし
て、第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズとも
に矩形状（６ｍｍ×５ｍｍ）の小レンズを８×６個のア
レイ状に配置した。第２フライアイレンズについては、
図２における斜線で覆われた位置にあるレンズ８個を遮
光した。この構成において、一般的な光線追跡手法を用
いて液晶ライトバルブに入射する光強度の角度分布を求
めた。次に、４×４行列法を用いて電圧印加時、電圧無
印加時における液晶ライトバルブの透過率の入射角度特
性を垂直配向モードについて求め、入射角度毎に液晶ラ
イトバルブの強度分布と掛け合わせ、投射レンズの飲み
込み角度範囲（半頂角１６度のコーン）で足し合わせる
ことによって電圧印加時、および電圧無印加時の光強度
を求めた。

【００５３】シミュレーションの結果を表１に示す。

【表１】

【００５４】表１に示す通り、従来の装置においては、
電界強度ＯＮ時の輝度が１５５２８１、電界強度ＯＦＦ
時の輝度が９７となり、コントラスト比が１５５９とな
る。一方、本発明（第１の実施の形態）の装置において
は、電界強度ＯＮ時の輝度が１４３２８５、電界強度Ｏ
ＦＦ時の輝度が８６となり、コントラスト比が１６６３
となる。このように、フライアイレンズの一部を遮光す
る本発明の第１の実施の形態の構成を採用することによ
って、コントラスト比を４％程度向上できることが実証
された。

【００５５】［実施例２］ＴＮモードの液晶ライトバル
ブを用いた投射型液晶表示装置と、垂直配向モードの液
晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置において、
照度均一化手段として通常のフライアイレンズを用いた
従来の装置と、フライアイレンズの一部（コントラスト
比を低下させる領域）を変形させた本発明の第２の実施
の形態の装置とでフライアイレンズ以外の光学系は全て
同一の構成としてコントラスト比のシミュレーションを
行った。

【００５６】シミュレーションにあたっての条件とし
て、第１フライアイレンズは６ｍｍ×５ｍｍの小レンズ
を８×６個のアレイ状に配置した。第２フライアイレン
ズは、図２における斜線で覆われた位置から外れた位置
にレンズが配置されるように、上辺の斜線で覆った位置
にあるレンズについては、レンズ群を左右に２等分する
線から遠ざかる方向に隣り合ったレンズの高さを２／３
に縮小して６ｍｍ×３ｍｍとして下方に詰め、縮小して
できた上部の隙間に上辺の斜線で覆った位置にあるレン
ズを縮小して６ｍｍ×２ｍｍにして配置した。また、下
辺の斜線で覆った位置にあるレンズについては、レンズ
群を左右に２等分する線から遠ざかる方向に隣り合った
レンズの高さを２／３に縮小して上方に詰め、空いた隙
間に斜線で覆った位置にあるレンズを縮小して配置し
た。左辺および右辺については、斜線で覆った位置にあ
るレンズの、中央側の隣り合ったレンズの高さを１／２
に縮小し、レンズ群を上下に２等分する線側へ詰めた。
そうして空いた隙間に斜線で覆った位置にあるレンズを
高さを１／２に縮小して配置した。電圧印加時、電圧無
印加時の光強度は実施例１の場合と同様に光線追跡手法
および４×４行列法を用いてシミュレーションを行っ
た。

【００５７】シミュレーションの結果を表２に示す。た
だし、ＴＮ型はノーマリーホワイト、垂直配向型はノー
マリーブラックである。

【表２】

【００５８】表２に示す通り、ＴＮモードの装置におい
ては、電界強度ＯＮ時の輝度が２９．７、電界強度ＯＦ
Ｆ時の輝度が１８８６８．８となり、コントラスト比が
６３４．９と低いものであった。これに対して、垂直配
向モードの従来の装置においては、電界強度ＯＮ時の輝
度が１８７６３．７、電界強度ＯＦＦ時の輝度が９．０
となり、コントラスト比が２０９２．４に向上した。ま
た、本発明（第２の実施の形態）の装置においては、電
界強度ＯＮ時の輝度が１７７０７．５、電界強度ＯＦＦ
時の輝度が７．９となり、コントラスト比が２２３５．
０とさらに向上した。このように、フライアイレンズの
一部を変形させた本発明の第２の実施の形態の構成を採
用することによって、通常の垂直配向モードに比べてコ
ントラスト比を７％程度向上できることが実証された。

【００５９】コントラスト比の向上効果は、第１の実施
の形態の４％に対して第２の実施の形態では７％であ
り、第２の実施の形態の方が大きい効果が得られてい
る。これはコントラスト比が低い領域の光を単に使用し
ない構成の第１の実施の形態と、コントラスト比が低い
領域の光を高い領域に偏向させる構成の第２の実施の形
態との違いが表れていると考えられる。つまり、第１の
実施の形態ではフライアイレンズの一部を遮光したこと
で白表示時の輝度が１５５２８１から１４３２８５にな
り、８％減少しているのに対し、第２の実施の形態では
一部の光を偏向させたことで白表示時の輝度が１８７６
３．７から１７７０７．５となり、６％の減少に止まっ
ていることがコントラスト比の向上に寄与していると考
えられる。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
投射型表示装置によれば、光制限手段を備えたことでこ
の光変調手段がコントラスト比が低下する方向から入射
する光を遮光または減光するので、従来の装置に比べて
コントラスト比を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の投射型液晶表示
装置を示す概略構成図である。

【図２】同、装置に用いる第１フライアイレンズの平
面図である。

【図３】同、第２フライアイレンズの平面図である。

【図４】上記第１フライアイレンズ、第２フライアイ
レンズを設置した状態を示す図であって、図２および図
３のＡ−Ａ’線に沿う側断面図である。

【図５】同、装置に用いる液晶ライトバルブを示す断
面図である。

【図６】同、液晶ライトバルブの全体構成を示す平面
図である。

【図７】図６のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の投射型液晶表示
装置に用いる第１フライアイレンズの平面図である。

【図９】同、第２フライアイレンズの平面図である。

【図１０】上記第１フライアイレンズ、第２フライア
イレンズを設置した状態を示す図であって、図８および
図９のＢ−Ｂ’線に沿う側断面図である。

【図１１】ＴＮモードの液晶ライトバルブにおけるコ
ントラスト分布曲線を示す図である。

【図１２】垂直配向モードの液晶ライトバルブにおけ
るコントラスト分布曲線を示す図である。

【図１３】従来の投射型液晶表示装置の一例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

１７液晶１８入射側偏光板１９出射側偏光板３０投射型液晶表示装置３１光源３２，５７第１フライアイレンズ（照度均一化手段）３３，５８第２フライアイレンズ（照度均一化手段）３４，３５，３６液晶ライトバルブ３７投射レンズ５３，５４，５９ａ，５９ｂ，６０ａ，６０ｂ（フラ
イアイレンズを構成する）レンズ５５遮光膜（遮光部、光制限手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 21/14 21/14 ＡＦターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA28 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 HA13 HA23 HA24 JA05 MA02 MA06 2H091 FA05X FA26X FA29Z FA41Z GA02 GA13 HA07 LA17 LA18 MA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源から入射される照度分布
を持った光を照度分布が均一化された光に変換する照度
均一化手段と、前記光源から前記照度均一化手段を経て
入射される光を変調する光変調手段と、該光変調手段に
より変調された光を投射する投射手段と、前記光源から
前記照度均一化手段に入射される光のうち、前記光変調
手段においてコントラスト比が低下する方向から入射さ
れる光を遮光するか、もしくは偏向させる光制限手段と
を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】前記光変調手段が液晶ライトバルブであ
ることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】前記液晶ライトバルブが、各々の透過軸
が互いに直交する２枚の偏光板を備え、誘電異方性が負
の液晶を有する垂直配向モードの液晶ライトバルブであ
り、前記コントラスト比が低下する方向が光軸に垂直な
面内において前記偏光板の各々の透過軸に対して４５°
の方向であることを特徴とする請求項２に記載の投射型
表示装置。
【請求項４】前記照度均一化手段が、前記光源側から
順に配置された第１フライアイレンズ、第２フライアイ
レンズの２枚のフライアイレンズで構成されたことを特
徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】前記光制限手段が、前記第２フライアイ
レンズに入射する光のうち、前記各々の透過軸に対して
４５°の方向から入射する光を遮光する遮光部を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項６】前記遮光部が、前記第２フライアイレン
ズの表面に設けられた遮光膜からなることを特徴とする
請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項７】前記遮光部が、前記第１フライアイレン
ズの表面に設けられた遮光膜からなることを特徴とする
請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項８】前記遮光部が、前記第１フライアイレン
ズの前段または後段の少なくともいずれか一方に設けら
れた遮光フィルターからなることを特徴とする請求項５
に記載の投射型表示装置。
【請求項９】前記光制限手段が、各レンズが矩形状に
配列され、入射光のうち、前記各々の透過軸に対して４
５°の方向から入射する光が前記第２フライアイレンズ
の中心部分もしくは前記各々の透過軸に沿った部分に偏
向するように前記各レンズを偏心させた第１フライアイ
レンズと、前記各々の透過軸に対して４５°の方向に並
んだレンズが他のレンズと比べて中心に向けて縮小した
形状を有し、開口中心を透過した光が前記液晶ライトバ
ルブの中心を透過するように前記各レンズを偏心させた
第２フライアイレンズとから構成されたことを特徴とす
る請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】前記第２フライアイレンズの各レンズ
の外形が、前記第１フライアイレンズの各レンズにより
集光された前記第２フライアイレンズの各レンズ上の集
光スポットの径よりも大きいことを特徴とする請求項９
に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】光源と、前記光源からの照明光を導光
する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を変調
する光変調手段と、前記光変調手段の入射側と出射側に
設けられた偏光素子と、前記光変調手段からの出射光を
投射する投射光学系とを有し、前記照明光学系は、前記
光変調手段における前記一対の偏光素子の透過軸方向の
間の領域に照射される照明光を制限することを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項１２】光源と、前記光源からの照明光を導光
する照明光学系と、前記照明光学系からの照明光を変調
するコントラスト特性を持つ光変調手段と、前記光変調
手段からの出射光を投射する投射光学系とを有し、前記
照明光学系は、前記光変調手段のコントラスト比の低い
領域に照射される照明光を制限することを特徴とする投
射型表示装置。