JP2005115183A

JP2005115183A - Image display device

Info

Publication number: JP2005115183A
Application number: JP2003351362A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Yano; 友哉谷野; Hiroaki Suzuki; 博明鈴木; Hiroaki Matsui; 広明松井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: CN100504573C; JP4396213B2; CN1605925A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device of a projection type having a high contrast without entailing complication in alignment of optical modulation elements and without blurring images. <P>SOLUTION: The image display device of a projection type has an illuminator including a light source 1, optical modulation elements 11, 13 and 19 for modulating the illumination light from the illuminator in accordance with a video signal and a projection lens 11 for forming the images of the optical modulation elements 11, 13 and 19. The viewing field angle characteristics of the optical modulation elements 11, 13 and 19 are not isotropic. The illuminator is equipped with an optical element 22 which shields the luminous fluxes of the portions where the angle direction at the time of incidence on the optical modulation elements 11, 13 and 19 among the luminous fluxes emitted from the light source 1 aligns to the angle direction of a relatively low contrast to prevent these luminous fluxes from being made incident on the optical modulation elements 11, 13 and 19. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、投射型の画像表示装置に関し、特に、光変調素子の位置合せの複雑化等を招くことなく、コントラストを向上させたものに関する。 The present invention relates to a projection-type image display device, and more particularly, to a device that improves contrast without causing complication of alignment of light modulation elements.

従来、光源を含む照明装置と、照明装置によって照明される光変調素子と、光変調素子の像を結像させる投影レンズとを備えた投射型の画像表示装置が提案されている。これらの中には、光源として放電ランプを用い、光変調素子としては液晶表示素子を用いているもの（液晶プロジェクター）がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a projection-type image display device including an illumination device including a light source, a light modulation element illuminated by the illumination device, and a projection lens that forms an image of the light modulation element. Among these, there is a liquid crystal projector that uses a discharge lamp as a light source and a liquid crystal display element as a light modulation element.

液晶表示素子としては、ＴＮ(Twisted Nematic)方式のものが使われることが多い。ＴＮ方式は、電源がオフのときに基板ガラスとほぼ平行にねじれて並ぶことにより光の偏光方向を変えて白を表示し、電源がオンときは偏光は変われないため黒を表示することになる。しかし、電源がオンのときでも斜めから入射した光束にとっては複屈折性が生じるため光が漏れる。そのため、画像を表示させた場合、コントラストが低下してしまう。 As the liquid crystal display element, a TN (Twisted Nematic) type is often used. The TN system displays white by changing the polarization direction of light by twisting and arranging in parallel with the substrate glass when the power is off, and displays black because the polarization does not change when the power is on. . However, even when the power is on, light leaks because the birefringence occurs for a light beam incident from an oblique direction. For this reason, when the image is displayed, the contrast is lowered.

これに対し、ＶＡ(Vertically Aligned)方式の液晶表示素子を用いることが考えられる。ＶＡ方式とは垂直配光膜と負の誘電異方性を有する液晶とを組み合わせることを特徴としており、電源オフ時に液晶分子が基板に対してほぼ垂直になるため、高いコントラスト特性の実現が可能となる。 On the other hand, it is conceivable to use a VA (Vertically Aligned) liquid crystal display element. The VA method is characterized by combining a vertical light distribution film and a liquid crystal having negative dielectric anisotropy. Since the liquid crystal molecules are almost perpendicular to the substrate when the power is turned off, high contrast characteristics can be realized. It becomes.

しかし、プロジェクター用途に使われる小型の高温ポリシリコンは一般的にラインごとに極性を交互に変えていく、いわゆるライン反転で駆動する。そのため、基板に対して垂直方向だけではなく水平方向にも電界がかかることになり、これによる液晶分子の配向の乱れを防ぐため基板に対して数度のプレチルト角をつける。そのため、ＶＡ方式の液晶表示素子を用いても、プレチルトの方位の逆側から入射した場合、光の漏れが生じ、その結果やはりコントラストが低下してしまう。 However, small high-temperature polysilicon used for projector applications is generally driven by so-called line inversion, in which the polarity is alternately changed for each line. For this reason, an electric field is applied not only in the vertical direction but also in the horizontal direction with respect to the substrate, and a pretilt angle of several degrees is given to the substrate in order to prevent disorder of the alignment of liquid crystal molecules due to this. For this reason, even when a VA liquid crystal display element is used, if light enters from the opposite side of the pretilt azimuth, light leakage occurs, resulting in a decrease in contrast.

従来、液晶プロジェクターのコントラストを向上するための方法としては、液晶表示素子を光軸に対して最大コントラスト視角の方向に所定角度傾けるという方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６２−１８６２２５号公報（第３〜４頁、第１〜２図） Conventionally, as a method for improving the contrast of a liquid crystal projector, a method of tilting a liquid crystal display element by a predetermined angle in the direction of the maximum contrast viewing angle with respect to the optical axis has been proposed (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 62-186225 (pages 3-4, FIGS. 1-2)

しかし、この特許文献１に記載のような方法では、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の３枚の液晶表示素子を備える３板式液晶プロジェクターの場合に、各液晶表示素子をそれぞれ同じ方向に等しい角度だけ傾けなければならないので、液晶表示素子の位置合せが複雑かつ困難になるという問題があった。 However, in the method as described in Patent Document 1, in the case of a three-plate type liquid crystal projector including three liquid crystal display elements for R, G, and B, each liquid crystal display element is inclined by an equal angle in the same direction. Therefore, there is a problem that alignment of the liquid crystal display element becomes complicated and difficult.

また、液晶表示素子が光軸に対して傾くので、液晶表示素子の全面でフォーカスを合せることができなくなり、画像がぼやけてしまうという問題があった。 Further, since the liquid crystal display element is tilted with respect to the optical axis, there is a problem that the image cannot be focused on the entire surface of the liquid crystal display element and the image is blurred.

本発明は、上述の点に鑑み、光変調素子の位置合せの複雑化を招いたり画像をぼやけさせたりすることなく、高いコントラストを有する投射型の画像表示装置を実現することを課題としてなされたものである。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to realize a projection-type image display device having high contrast without causing complicated alignment of the light modulation element or blurring the image. Is.

この課題を解決するために、本出願人は、光源を含む照明装置と、照明装置からの照明光を映像信号に応じて変調する光変調素子と、光変調素子の像を結像させる投影レンズとを有する投射型の画像表示装置において、光変調素子の視野角特性が等方的ではなく、照明装置は、光源から出射された光束のうち、光変調素子に入射する際の角度方向が相対的にコントラストの低い角度方向になる部分の光束を遮光して光変調素子に入射させない光学素子を備えた画像表示装置を提案する。 In order to solve this problem, the applicant of the present invention has disclosed an illumination device including a light source, a light modulation element that modulates illumination light from the illumination device according to a video signal, and a projection lens that forms an image of the light modulation element. In the projection-type image display apparatus having the above, the viewing angle characteristics of the light modulation element are not isotropic, and the illumination apparatus has a relative angle direction when entering the light modulation element out of the light flux emitted from the light source. In particular, an image display apparatus including an optical element that shields a light beam in an angular direction with a low contrast and prevents the light from entering a light modulation element is proposed.

この画像表示装置によれば、光源から出射された光束のうち、光変調素子の等方的でない視野角特性に起因して、光変調素子に入射する際の角度方向が相対的にコントラストの低い角度方向になる部分の光束が、照明装置内の光学素子によって遮光されて光変調素子に入射されなくなる。 According to this image display device, of the luminous flux emitted from the light source, the angle direction when entering the light modulation element is relatively low in contrast due to the non-isotropic viewing angle characteristics of the light modulation element. The light beam in the angular direction is shielded by the optical element in the illumination device and is not incident on the light modulation element.

これにより、光変調素子には相対的にコントラストの高い角度方向からのみ光が入射するようになるので、コントラストが向上する。また、光変調素子を傾ける場合と異なり、光変調素子の位置合せの複雑化を招いたり画像をぼやけさせたりすることはない。 As a result, the light is incident on the light modulation element only from an angle direction having a relatively high contrast, so that the contrast is improved. Further, unlike the case where the light modulation element is tilted, the alignment of the light modulation element is not complicated and the image is not blurred.

なお、この画像表示装置において、一例として、照明装置が、光源からの光を反射して光変調素子へ出力するリフレクターをさらに備え、この遮光用の光学素子を、遮光した光束を反射してこのリフレクターに戻す反射素子で構成することが好適である。 In this image display device, as an example, the illuminating device further includes a reflector that reflects light from the light source and outputs the light to the light modulation element, and the light shielding optical element reflects the shielded light flux. It is preferable to use a reflection element that returns to the reflector.

それにより、反射素子及びリフレクターで反射されて光源に戻った光が、リフレクターで再び反射され、今度は反射素子で遮られることなく光変調素子に入射する（すなわちコントラストの高い角度方向から光変調素子に入射する）ようになる。したがって、高いコントラストを有するだけでなく、低コストで光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるようになる。 As a result, the light reflected by the reflecting element and the reflector and returned to the light source is reflected again by the reflector, and this time is incident on the light modulating element without being blocked by the reflecting element (that is, the light modulating element from an angle direction with high contrast). To be incident). Therefore, it is possible to realize a projection-type image display device that not only has high contrast but also low cost and high light utilization efficiency.

また、この画像表示装置において、一例として、この遮光用の光学素子の光変調素子寄りの面に、光を吸収する材料を用いることが好適である。 In this image display device, as an example, it is preferable to use a material that absorbs light on the surface of the light-shielding optical element near the light modulation element.

照明装置内にこうした遮光用の光学素子を配置すると、この光学素子で遮られることなく光変調素子の前段のレンズ（コンデンサーレンズやフィールドレンズ）に入射した光束の一部が、それらのレンズで反射されてこの光学素子に戻るようになる。こうして遮光用の光学素子に戻った光がこの光学素子で再び反射されると、コントラストの低い角度方向から光変調素子に入射することにより、コントラストの向上の妨げになることがある。 When such a light-blocking optical element is placed in the illumination device, a part of the light beam incident on the lens (condenser lens or field lens) in front of the light modulation element without being blocked by this optical element is reflected by these lenses. Then, it returns to this optical element. If the light that has returned to the light-shielding optical element is reflected again by the optical element, the light may enter the light modulation element from an angle direction with a low contrast, which may hinder improvement in contrast.

そこで、この遮光用の光学素子の光変調素子寄りの面に光を吸収する材料を用いることにより、それらのレンズで反射された光がこの光学素子で再び反射されて光変調素子に入射することがなくなるので、一層高いコントラストを有する投射型の画像表示装置を実現できるようになる。 Therefore, by using a light-absorbing material on the surface of the light-shielding optical element close to the light modulation element, the light reflected by these lenses is reflected again by this optical element and enters the light modulation element. Therefore, it becomes possible to realize a projection-type image display device having higher contrast.

本発明によれば、光変調素子の位置合せの複雑化を招いたり画像をぼやけさせたりすることなく、高いコントラストを有する投射型の画像表示装置を実現できるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to realize a projection-type image display device having high contrast without complicating the alignment of the light modulation elements or blurring the image.

また、高いコントラストを有するだけでなく、低コストで光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるという効果が得られる。 In addition, there is an effect that it is possible to realize a projection-type image display device that not only has high contrast but also low cost and high light utilization efficiency.

さらに、光変調素子の前段のレンズで反射された光がコントラストの低い角度方向から光変調素子に入射することがなくなるので、一層高いコントラストを有する投射型の画像表示装置を実現できるという効果が得られる。 In addition, since the light reflected by the lens in front of the light modulation element does not enter the light modulation element from an angle direction with a low contrast, an effect that a projection type image display device having a higher contrast can be realized is obtained. It is done.

以下、ＶＡ方式の液晶表示素子を用いた３板式の液晶プロジェクターに本発明を適用した例について、図面を用いて具体的に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明による３板式液晶プロジェクターの光学系を示す。この光学系は、光源である放電ランプ１と、放電ランプ１の出射光を反射する放物面形状のリフレクター２と、第１フライアイレンズ３と、第２フライアイレンズ４と、反射板２２と、ＰＳコンバータ（偏光ビームスプリッタと１／２波長板とから成り入射光を特定の直線偏光に変換する光学部品）５と、コンデンサーレンズ６と、ダイクロイックミラー７及び８と、反射ミラー９、１５及び１７と、フィールドレンズ１０、１２及び１８と、透過型の液晶パネル（液晶表示素子）１１、１３及び１９と、リレーレンズ１４及び１６と、クロスプリズム２０と、投影レンズ２１とで形成されている。 Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a three-plate liquid crystal projector using a VA liquid crystal display element will be specifically described with reference to the drawings.
<Configuration>
FIG. 1 shows an optical system of a three-plate liquid crystal projector according to the present invention. This optical system includes a discharge lamp 1 that is a light source, a parabolic reflector 2 that reflects light emitted from the discharge lamp 1, a first fly-eye lens 3, a second fly-eye lens 4, and a reflector 22. A PS converter (an optical component composed of a polarizing beam splitter and a half-wave plate) for converting incident light into specific linearly polarized light, a condenser lens 6, dichroic mirrors 7 and 8, and reflecting mirrors 9 and 15 And 17, field lenses 10, 12, and 18, transmissive liquid crystal panels (liquid crystal display elements) 11, 13, and 19, relay lenses 14 and 16, a cross prism 20, and a projection lens 21. Yes.

放電ランプ１から出射した光束は、リフレクター２によってほぼ平行光となり、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４に入射する。フライアイレンズ３及び４は、入射した光束の空間分布を均一化する。第２フライアイレンズ４を透過した光束の一部は、反射板２２に入射する。反射板２２は、放電ランプ１の２つの電極間に形成される発光領域と略共役の位置、すなわち透過型の液晶パネル１１、１３及び１９を照明する照明光の光路中に、放電ランプ１からの光がリフレクター２を介して第１フライアイレンズ３の個々のレンズエレメントにより集光され、放電ランプ１の像として結像する共役点の近傍に配置されている。この反射板２２は、光軸に対して垂直な面に平行に設置されており、放電ランプ１寄りの面は全可視光領域を反射する特性を持つが、液晶パネル１１、１３及び１９寄りの面は、例えばアルマイト処理によって黒く塗装されることにより、入射光を吸収する特性を持っている。 The light beam emitted from the discharge lamp 1 becomes substantially parallel light by the reflector 2 and enters the first fly-eye lens 3 and the second fly-eye lens 4. The fly-eye lenses 3 and 4 make the spatial distribution of the incident light beam uniform. A part of the light beam transmitted through the second fly-eye lens 4 is incident on the reflection plate 22. The reflection plate 22 is located at a position substantially conjugate with the light emitting region formed between the two electrodes of the discharge lamp 1, that is, in the optical path of the illumination light that illuminates the transmissive liquid crystal panels 11, 13, and 19. Is condensed by the individual lens elements of the first fly-eye lens 3 via the reflector 2 and is arranged in the vicinity of a conjugate point where an image of the discharge lamp 1 is formed. The reflecting plate 22 is installed in parallel to a plane perpendicular to the optical axis, and the surface near the discharge lamp 1 reflects the entire visible light region, but is close to the liquid crystal panels 11, 13 and 19. The surface has a characteristic of absorbing incident light by being painted black, for example, by alumite treatment.

図２は、第２フライアイレンズ４に対する反射板２２の形状及び位置関係を示す図であり、図２（ａ）は図１のｚ軸方向（光軸方向）からみた図、図２（ｂ）は図１と同じ方向からみた図である。反射板２２は、面積が第２フライアイレンズ４のおよそ１／４となっており、位置は第３象限に設置されている。 2 is a diagram showing the shape and positional relationship of the reflector 22 with respect to the second fly's eye lens 4. FIG. 2 (a) is a diagram seen from the z-axis direction (optical axis direction) in FIG. 1, and FIG. ) Is a view from the same direction as FIG. The reflecting plate 22 has an area approximately ¼ of that of the second fly's eye lens 4 and is located in the third quadrant.

第１，２，４象限に入射した光束は、第２フライアイレンズ４を透過した後、ＰＳコンバータ５により、特定の直線偏光（液晶パネル１１や１３や１９の入射面側の偏光板を透過する直線偏光）に変換される。 The light beam incident on the first, second, and fourth quadrants passes through the second fly-eye lens 4 and then passes through a specific linearly polarized light (the polarizing plate on the incident surface side of the liquid crystal panels 11, 13, and 19) by the PS converter 5. Linearly polarized light).

一方で、反射板２２に入射した光束は、再び放電ランプ１に戻っていく。図３は、反射板２２により反射された光の光路の一例を示す。反射された光は、第２フライアイレンズ４、第１フライアイレンズ３を透過し、リフレクター２で反射されて、放電ランプ１の２つの電極間に形成される発光領域に戻る。この電極間近傍に戻ってきた光束のうちの一部は電極によって散乱、吸収されるが、残りの光束は電極間の発光領域を透過する。発光領域を透過した光束は、リフレクター２で反射され、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４を透過する（光のリサイクル）。この結果、反射板２２で反射された光(リサイクル光)は反射板２２のない領域に移動し、ＰＳコンバータ５に入射して特定の直線偏光に変換される。反射板２２は第３象限にあるので（図２）、反射板２２で反射された光束は、リサイクルされた結果第１象限に到達することになる。 On the other hand, the light beam incident on the reflecting plate 22 returns to the discharge lamp 1 again. FIG. 3 shows an example of the optical path of the light reflected by the reflecting plate 22. The reflected light passes through the second fly-eye lens 4 and the first fly-eye lens 3, is reflected by the reflector 2, and returns to the light emitting region formed between the two electrodes of the discharge lamp 1. A part of the light flux returned to the vicinity between the electrodes is scattered and absorbed by the electrodes, but the remaining light flux passes through the light emitting region between the electrodes. The light beam that has passed through the light emitting region is reflected by the reflector 2 and passes through the first fly-eye lens 3 and the second fly-eye lens 4 (light recycling). As a result, the light (recycled light) reflected by the reflecting plate 22 moves to a region without the reflecting plate 22, enters the PS converter 5, and is converted into specific linearly polarized light. Since the reflecting plate 22 is in the third quadrant (FIG. 2), the light beam reflected by the reflecting plate 22 reaches the first quadrant as a result of recycling.

以上の結果、放電ランプ１から出射した光束は第３象限からは透過できず、第１、第２、第４象限のいずれかを透過することになる。また、第３象限に入射した光束も、再び第１象限に戻るため、光束を有効に利用できている。 As a result, the luminous flux emitted from the discharge lamp 1 cannot be transmitted from the third quadrant, but is transmitted through any of the first, second, and fourth quadrants. Further, since the light beam incident on the third quadrant also returns to the first quadrant again, the light beam can be used effectively.

ＰＳコンバータ５を透過した光束は、コンデンサーレンズ６によって集光されつつダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は、赤色波長帯域の光束を反射し、緑色、青色波長帯域の光束を透過する。ダイクロイックミラー７を透過した緑色、青色波長帯域の光束は２枚目のダイクロイックミラー８に入射する。ダイクロイックミラー８は、緑色波長帯域の光を反射し、青色波長帯域の光束を透過する。これらの作用によって、放電ランプ１から出射した光束は赤、緑、青色の光に分割される。分割された赤色の光束は、反射ミラー９及びフィールドレンズ１０を経て赤色表示用の液晶パネル１１を照明する。分割された緑色の光束は、フィールドレンズ１２を経て緑色表示用の液晶パネル１３を照明する。分割された青色の光束は、リレーレンズ１４、反射ミラー１５、リレーレンズ１６、反射ミラー１７及びフィールドレンズ１８を経て青色表示用の液晶パネル１９を照明する。 The light beam transmitted through the PS converter 5 enters the dichroic mirror 7 while being condensed by the condenser lens 6. The dichroic mirror 7 reflects the light flux in the red wavelength band and transmits the light flux in the green and blue wavelength bands. The light beams in the green and blue wavelength bands that have passed through the dichroic mirror 7 enter the second dichroic mirror 8. The dichroic mirror 8 reflects light in the green wavelength band and transmits light flux in the blue wavelength band. By these actions, the luminous flux emitted from the discharge lamp 1 is split into red, green and blue light. The divided red light beam illuminates the liquid crystal panel 11 for red display through the reflection mirror 9 and the field lens 10. The divided green light beam illuminates the liquid crystal panel 13 for green display through the field lens 12. The divided blue light beam illuminates the liquid crystal panel 19 for blue display through the relay lens 14, the reflection mirror 15, the relay lens 16, the reflection mirror 17 and the field lens 18.

図４は、コンデンサーレンズ６以降の光路を液晶パネル１１の照明光について示す図であり、図４（ａ）は図１のコンデンサーレンズ６・フィールドレンズ１０間の光学素子を省いて簡略に表示した図、図４（ｂ）は図１のｚ軸方向（光軸方向）からみた図である。図２に示したような反射板２２を配置したことにより、第１，２，４象限に入射した光束は液晶パネル１１を照明するが、第３象限に入射した光束は反射板２２に遮られて液晶パネル１１を照明しない。液晶パネル１３及び１９についても全く同様であり、第１，２，４象限に入射した光束は液晶パネル１３及び１９を照明するが、第３象限に入射した光束は反射板２２に遮られて液晶パネル１３及び１９を照明しない。 FIG. 4 is a diagram showing the optical path after the condenser lens 6 with respect to the illumination light of the liquid crystal panel 11, and FIG. 4A is a simplified representation omitting the optical element between the condenser lens 6 and the field lens 10 of FIG. FIG. 4 and FIG. 4B are views as seen from the z-axis direction (optical axis direction) of FIG. By arranging the reflecting plate 22 as shown in FIG. 2, the light beam incident on the first, second, and fourth quadrants illuminates the liquid crystal panel 11, but the light beam incident on the third quadrant is blocked by the reflecting plate 22. The liquid crystal panel 11 is not illuminated. The same applies to the liquid crystal panels 13 and 19. The light beam incident on the first, second, and fourth quadrants illuminates the liquid crystal panels 13 and 19, but the light beam incident on the third quadrant is blocked by the reflection plate 22 and the liquid crystal. Panels 13 and 19 are not illuminated.

液晶パネル１１、１３及び１９は、ＶＡ方式の液晶パネルでありである。ＶＡ方式では、電源オフ時に液晶は基板に対してほぼ垂直に立っているため黒表示になり、電源オン時には液晶が水平に倒れるため白表示となる。液晶パネル１１、１３及び１９は、プレチルト角が８０度、プレチルト方向が４５度、リタデーション（Δｎｄ）が３９０ｎｍとなっている。また、液晶の前後に置かれた偏光板の方位角は０度、９０度に設定されている。なお、ここでプレチルト角とは基板に平行な面に対する角度であり、プレチルト方向および変更板の方位角は、基板に平行なｘ、ｙ平面上でのｘ軸に対する角度を示している。 The liquid crystal panels 11, 13, and 19 are VA liquid crystal panels. In the VA system, when the power is turned off, the liquid crystal stands substantially perpendicular to the substrate, so that the black display is performed. When the power is turned on, the liquid crystal is tilted horizontally and thus displayed in white. The liquid crystal panels 11, 13, and 19 have a pretilt angle of 80 degrees, a pretilt direction of 45 degrees, and a retardation (Δnd) of 390 nm. Further, the azimuth angles of the polarizing plates placed before and after the liquid crystal are set to 0 degrees and 90 degrees. Here, the pretilt angle is an angle with respect to a plane parallel to the substrate, and the pretilt direction and the azimuth angle of the change plate indicate angles with respect to the x axis on the x and y planes parallel to the substrate.

図５は、液晶パネル１１、１３及び１９の視野角特性の計算値（円の半径方向に入射角θ＝０〜２０度をとり、円周方向に方位角ψ＝０〜３６０度をとった等コントラスト線）を示す図である。これらの液晶パネルのプレチルト方位が４５度、プレチルト角が８０度であり、ψ＝４５度、θ＝１0度方向からこれらの液晶パネルをみると垂直に立った液晶分子を見ることになるため、光の透過が減少し結果的にコントラストが上昇する。本計算値では、この位置でのコントラスト比は２０００：１を超えている。一方で、ψ＝２２５度、θ＝１０度方向から見た場合、コントラスト比は最も低くなり５００：１以下になることが分かる。 FIG. 5 shows calculated values of viewing angle characteristics of the liquid crystal panels 11, 13 and 19 (incident angles θ = 0 to 20 degrees in the radial direction of the circle and azimuth angles ψ = 0 to 360 degrees in the circumferential direction). It is a figure which shows an iso-contrast line. The pretilt azimuth of these liquid crystal panels is 45 degrees, the pretilt angle is 80 degrees, and when these liquid crystal panels are viewed from the direction of ψ = 45 degrees and θ = 10 degrees, liquid crystal molecules standing vertically will be seen. Light transmission is reduced, resulting in an increase in contrast. In this calculated value, the contrast ratio at this position exceeds 2000: 1. On the other hand, when viewed from the direction of ψ = 225 degrees and θ = 10 degrees, it can be seen that the contrast ratio is the lowest and becomes 500: 1 or less.

この液晶プロジェクターでは、反射板２２を配置したことによって第１，２，４象限に入射した光束のみが液晶パネル１１、１３及び１９を照明するので、液晶パネル１１、１３及び１９には０＜ψ＜１８０度、２７０<ψ＜３６０度の角度方向からのみ光が入射し、１８０<ψ＜２７０度の角度方向からは光が入射しない。その結果、図５の視野角特性から、液晶パネル１１、１３及び１９には、コントラストの低い角度方向からは光束は入射せず、コントラストの比較的高い角度方向からのみ光が入射することになる。 In this liquid crystal projector, only the light beams incident on the first, second, and fourth quadrants illuminate the liquid crystal panels 11, 13, and 19 by disposing the reflector 22, and therefore 0 <ψ Light is incident only from an angle direction of <180 degrees, 270 <ψ <360 degrees, and no light is incident from an angle direction of 180 <ψ <270 degrees. As a result, from the viewing angle characteristics shown in FIG. 5, the light flux does not enter the liquid crystal panels 11, 13 and 19 from the angle direction with low contrast, and light enters only from the angle direction with relatively high contrast. .

液晶パネル１１、１３、１９の画素には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ信号に応じた駆動電圧が印加される。そして、図１に示すように、液晶パネル１１で変調された赤色の光束と、液晶パネル１３で変調された緑色の光束と、液晶パネル１９で変調された青色の光束とが、クロスプリズム２０で合成され、投影レンズ２１によってスクリーン(図示していない)上に投影される。 Drive voltages corresponding to the R, G, and B signals are applied to the pixels of the liquid crystal panels 11, 13, and 19, respectively. As shown in FIG. 1, the red light beam modulated by the liquid crystal panel 11, the green light beam modulated by the liquid crystal panel 13, and the blue light beam modulated by the liquid crystal panel 19 are crossed by the cross prism 20. These are combined and projected onto a screen (not shown) by the projection lens 21.

以上の結果、黒表示を行ったときにスクリーンに達する光束を減らすことが可能となり、コントラストの高い画像を表示できることになる。また、液晶パネル１１、１３、１９を光軸に対して傾けたりしないので、これらの液晶パネルの位置合せの複雑化を招いたり画像をぼやけさせたりすることはない。 As a result, it is possible to reduce the luminous flux reaching the screen when black display is performed, and an image with high contrast can be displayed. Further, since the liquid crystal panels 11, 13, and 19 are not tilted with respect to the optical axis, the alignment of the liquid crystal panels is not complicated, and the image is not blurred.

さらに、図３に示したように、第３象限に入射した光束が、反射板２２で反射された後リフレクター２で再び反射され、今度は第１象限に達して反射板２２に遮られることなく液晶パネル１１、１３及び１９に入射する（すなわちコントラストの高い角度方向から液晶パネル１１、１３及び１９に入射する）。したがって、光利用効率を高めることもできる。 Furthermore, as shown in FIG. 3, the light beam incident on the third quadrant is reflected by the reflector 2 after being reflected by the reflector 22, and this time reaches the first quadrant without being blocked by the reflector 22. The light enters the liquid crystal panels 11, 13, and 19 (that is, the light enters the liquid crystal panels 11, 13, and 19 from an angle direction with high contrast). Therefore, the light utilization efficiency can be increased.

また、反射板２２で遮られない光束の一部は、コンデンサーレンズ６やフィールドレンズ１０、１２及び１８で反射されて反射板２２に戻るが、こうして反射板２２に戻った光が反射板２２で再び反射されると、コントラストの低い角度方向から液晶パネル１１、１３及び１９に入射することにより、コントラストの向上の妨げになることがある。 Further, a part of the light beam not blocked by the reflecting plate 22 is reflected by the condenser lens 6 and the field lenses 10, 12 and 18 and returns to the reflecting plate 22. The light thus returning to the reflecting plate 22 is reflected by the reflecting plate 22. When the light is reflected again, it may enter the liquid crystal panels 11, 13, and 19 from an angle direction with low contrast, thereby hindering improvement in contrast.

これに対し、前述のように、反射板２２は、液晶パネル１１、１３及び１９寄りの面が入射光を吸収する特性を持っている。これにより、コンデンサーレンズ６やフィールドレンズ１０、１２及び１８で反射された光が反射板２２で再び反射されて液晶パネル１１、１３及び１９に入射することがなくなるので、コントラストを一層高めることができるようになっている。 On the other hand, as described above, the reflecting plate 22 has a characteristic that the surfaces near the liquid crystal panels 11, 13 and 19 absorb incident light. As a result, the light reflected by the condenser lens 6 and the field lenses 10, 12 and 18 is not reflected again by the reflecting plate 22 and enters the liquid crystal panels 11, 13 and 19, so that the contrast can be further enhanced. It is like that.

＜反射板の変更例＞
次に、反射板２２の変更例をいくつか説明する。図１の光学系では第２フライアイレンズ４とＰＳコンバータ５との間に反射板２２を設置したが、他の例として、反射板２２を設置する代わりに、第２フライアイレンズ４に反射領域を形成したり、ＰＳコンバータ５に反射領域を形成してもよい。 <Example of changing the reflector>
Next, some examples of changing the reflection plate 22 will be described. In the optical system of FIG. 1, the reflection plate 22 is installed between the second fly-eye lens 4 and the PS converter 5. However, as another example, the reflection is performed on the second fly-eye lens 4 instead of installing the reflection plate 22. A region may be formed, or a reflective region may be formed in the PS converter 5.

図６は、第２フライアイレンズ４に反射領域を形成した例を示す図であり、図６（ａ）は図１のｚ軸方向（光軸方向）からみた図、図６（ｂ）は図１と同じ方向からみた図である。第２フライアイレンズ４の第３象限の位置に、例えば誘電体多層膜（またはアルミニウム製のミラー）を使って、反射領域２３を形成している。 6 is a diagram showing an example in which a reflective region is formed on the second fly's eye lens 4. FIG. 6 (a) is a diagram seen from the z-axis direction (optical axis direction) in FIG. 1, and FIG. 6 (b) is a diagram. It is the figure seen from the same direction as FIG. A reflective region 23 is formed at the position of the third quadrant of the second fly-eye lens 4 by using, for example, a dielectric multilayer film (or an aluminum mirror).

また、図１では図示を省略しているが、一般に、第１フライアイレンズ３と第２フライアイレンズ４との間、もしくは第２フライアイレンズ４とＰＳコンバータ５との間には、ＰＳコンバータ５上の適切な領域に光束を入射させるために、第１フライアイレンズ３もしくは第２フライアイレンズ４の各レンズの周辺部分からの出射光を遮る遮光板が配置される。そこで、反射板２２を設置する代わりに、この遮光板の一部に、全ての入射光を反射する反射領域を設けてもよい。 Although not shown in FIG. 1, generally, between the first fly-eye lens 3 and the second fly-eye lens 4 or between the second fly-eye lens 4 and the PS converter 5, the PS In order to cause the light beam to enter an appropriate region on the converter 5, a light shielding plate that blocks light emitted from the peripheral portion of each lens of the first fly-eye lens 3 or the second fly-eye lens 4 is disposed. Therefore, instead of installing the reflection plate 22, a reflection region for reflecting all incident light may be provided in a part of the light shielding plate.

図７は、第２フライアイレンズ４とＰＳコンバータ５との間に配置する遮光板に反射領域を設けた例を示す図であり、図７（ａ）は第２フライアイレンズ４に対するこの遮光板の形状を光軸方向からみた図、図７（ｂ）はこの遮光板の設置位置を図１と同じ方向からみた図である。この遮光板２４は、第１，２，４象限の位置には、通常の遮光板と同じく、第２フライアイレンズ４の各レンズの中心部分からの出射光を通すための開口を有しているが、第３象限の位置には、全ての入射光を反射する反射領域２５が設けられている。 FIG. 7 is a view showing an example in which a reflection region is provided on a light shielding plate disposed between the second fly's eye lens 4 and the PS converter 5, and FIG. 7A shows this light shielding for the second fly's eye lens 4. The figure which looked at the shape of the board from the optical axis direction, FIG.7 (b) is the figure which looked at the installation position of this light-shielding board from the same direction as FIG. This light shielding plate 24 has an opening for passing light emitted from the center portion of each lens of the second fly-eye lens 4 at the positions of the first, second, and fourth quadrants, similarly to the normal light shielding plate. However, a reflection region 25 that reflects all incident light is provided in the position of the third quadrant.

図１の反射板２２や図６、図７の反射領域２３、２５は面積を第２フライアイレンズ４のおよそ１／４に設定しているが、これらの反射板や反射領域の面積は、液晶パネルの視野角特性、製品として必要なコントラスト特性、輝度特性などを加味した上で決めるべきものであり、特に１／４に限定するものではない。 The area of the reflecting plate 22 in FIG. 1 and the reflecting areas 23 and 25 in FIGS. 6 and 7 are set to about 1/4 of the second fly-eye lens 4. This should be determined in consideration of the viewing angle characteristics of the liquid crystal panel, the contrast characteristics necessary for the product, the luminance characteristics, and the like, and is not particularly limited to ¼.

図１の反射板２２や図６、図７の反射領域２３、２５は形状が四角形となっているが、これらの反射板や反射領域の形状はこれに限るものではない。図８は、第２フライアイレンズ４に三角形状の反射領域を形成した例を示す図であり、図８（ａ）は図１のｚ軸方向（光軸方向）からみた図、図８（ｂ）は図１と同じ方向からみた図である。第２フライアイレンズ４の第２象限の左下半分、第３象限、第４象限の左下半分の位置に、第２フライアイレンズ４のおよそ１／２の面積の三角形状の反射領域２６を形成している。 The reflecting plate 22 in FIG. 1 and the reflecting areas 23 and 25 in FIGS. 6 and 7 are quadrangular in shape, but the shape of these reflecting plates and reflecting areas is not limited to this. FIG. 8 is a diagram showing an example in which a triangular reflection region is formed on the second fly-eye lens 4, and FIG. 8A is a diagram seen from the z-axis direction (optical axis direction) of FIG. b) is a view from the same direction as FIG. A triangular reflection region 26 having an area approximately ½ of that of the second fly-eye lens 4 is formed at the position of the lower left half of the second quadrant, the third quadrant, and the lower left half of the fourth quadrant of the second fly-eye lens 4. doing.

この図８の例の場合にも、液晶パネル１１、１３及び１９の視野角特性が図５に示したようなものであれば、これらの液晶パネルに入射する際の角度方向が１３５<ψ<３１５度となる（コントラストの低い角度方向になる）部分の光束が、反射領域２６で反射され、その後０<ψ<１３５、３１５<ψ<３６０度の角度方向（コントラストの高い角度方向）からこれらの液晶パネルに入射することになるため、より高いコントラストを実現することができる。 Also in the case of the example of FIG. 8, if the viewing angle characteristics of the liquid crystal panels 11, 13, and 19 are as shown in FIG. 5, the angle direction when entering the liquid crystal panels is 135 <ψ <. The light flux of the portion that becomes 315 degrees (becomes a low-contrast angle direction) is reflected by the reflection region 26, and thereafter from the angle direction of 0 <ψ <135, 315 <ψ <360 ° (angle direction with high contrast). Therefore, a higher contrast can be realized.

＜その他＞
以上の例では、液晶パネルに入射する際の角度方向がコントラストの低い角度方向になる部分の光束を、反射板または反射領域で反射して放電ランプに戻している。しかし、これに限らず、液晶パネルに入射する際の角度方向がコントラストの低い角度方向になる部分の光束を、単に遮光するようにしてもよい。その場合にも、やはり、液晶パネルの位置合せの複雑化を招いたり画像をぼやけさせたりすることなく、高いコントラストを有する液晶プロジェクターを実現することができる。 <Others>
In the above example, the light flux in the portion where the angle direction when entering the liquid crystal panel is an angle direction with low contrast is reflected by the reflection plate or the reflection region and returned to the discharge lamp. However, the present invention is not limited to this, and the light beam in a portion where the angle direction when entering the liquid crystal panel is an angle direction with low contrast may be simply shielded. Even in such a case, a liquid crystal projector having high contrast can be realized without complicating the alignment of the liquid crystal panel or blurring the image.

また、以上の例では、ＶＡ方式の液晶表示素子を用いた３板式の液晶プロジェクターに本発明を適用しているが、本発明はこれに限るものではなく、視野角特性を持つ光変調素子を用いた全ての投射型の画像表示装置に適用することができる。 In the above example, the present invention is applied to a three-plate liquid crystal projector using a VA liquid crystal display element. However, the present invention is not limited to this, and a light modulation element having viewing angle characteristics is used. The present invention can be applied to all the projection type image display devices used.

本発明による液晶プロジェクターの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the liquid crystal projector by this invention. 図１の反射板の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the reflecting plate of FIG. 図１の液晶プロジェクターにおける光のリサイクル光路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light recycling optical path in the liquid crystal projector of FIG. 図１の液晶プロジェクターにおけるコンデンサーレンズ以降の光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path after the condenser lens in the liquid crystal projector of FIG. 図１の液晶パネルの視野角特性を示す図である。It is a figure which shows the viewing angle characteristic of the liquid crystal panel of FIG. 図１の第２フライアイレンズに反射領域を形成した例を示す図である。It is a figure which shows the example which formed the reflection area | region in the 2nd fly eye lens of FIG. 遮光板に反射領域を設けた例を示す図である。It is a figure which shows the example which provided the reflection area | region in the light-shielding plate. 第２フライアイレンズに形成する反射領域を三角形状にした例を示す図である。It is a figure which shows the example which made the reflective area | region formed in a 2nd fly eye lens triangular.

Explanation of symbols

１放電ランプ
２リフレクター
３第１フライアイレンズ
４第２フライアイレンズ
５ＰＳコンバータ
６コンデンサーレンズ
７ダイクロイックミラー
８ダイクロイックミラー
９反射ミラー
１０フィールドレンズ
１１透過型液晶パネル
１２フィールドレンズ
１３透過型液晶パネル
１４リレーレンズ
１５反射ミラー
１６リレーレンズ
１７反射ミラー
１８フィールドレンズ
１９透過型液晶パネル
２０クロスプリズム
２１投影レンズ
２２反射板
２３反射領域
２４遮光板
２５反射領域
２６反射領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge lamp 2 Reflector 3 1st fly eye lens 4 2nd fly eye lens 5 PS converter 6 Condenser lens 7 Dichroic mirror 8 Dichroic mirror 9 Reflection mirror 10 Field lens 11 Transmission type liquid crystal panel 12 Field lens 13 Transmission type liquid crystal panel 14 Relay Lens 15 Reflecting mirror 16 Relay lens 17 Reflecting mirror 18 Field lens 19 Transmission type liquid crystal panel 20 Cross prism 21 Projecting lens 22 Reflecting plate 23 Reflecting region 24 Shading plate 25 Reflecting region 26 Reflecting region

Claims

In a projection-type image display device comprising: an illumination device including a light source; a light modulation element that modulates illumination light from the illumination device according to a video signal; and a projection lens that forms an image of the light modulation element.
The viewing angle characteristic of the light modulation element is not isotropic,
The illuminating device shields the light beam emitted from the light source from a portion of the light beam that is incident on the light modulation element and has an angle direction with a relatively low contrast to the light modulation element. An image display device comprising an optical element that is not incident.

The image display device according to claim 1,
The illumination device further includes a reflector that reflects light from the light source and outputs the reflected light to the light modulation element,
The image display device, wherein the optical element is a reflection element that reflects a light-shielded light beam and returns the reflected light beam to the reflector.

The image display device according to claim 2,
The image display device, wherein the light source is a discharge lamp.

The image display device according to claim 2,
An image display device, wherein the reflector has a parabolic shape.

The image display device according to claim 2,
The illumination device further includes an optical system having a conjugate point at which an image of the light source is formed in the optical path of the illumination light,
The image display device, wherein the reflection element is arranged in the vicinity of the conjugate point.

The image display device according to claim 1,
The image display device, wherein the light modulation element is a liquid crystal display element.

The image display device according to claim 5,
The liquid crystal display element is a VA liquid crystal display element.

The image display device according to claim 1,
The illuminating device includes first and second fly-eye lenses for equalizing an illuminance distribution of a light beam from the light source, and a polarization conversion element that converts the light beam from the light source into specific linearly polarized light. And
The image display device, wherein the optical element is disposed between the second fly-eye lens and the polarization conversion element.

The image display device according to claim 1,
The illuminating device includes first and second fly-eye lenses for making the illuminance distribution of the light flux from the light source uniform.
The image display apparatus, wherein the optical element is provided in a part of the second fly-eye lens.

The image display device according to claim 1,
The illumination device includes a polarization conversion element that converts a light beam from the light source into specific linearly polarized light,
The image display apparatus, wherein the optical element is provided in a part of the polarization conversion element.

The image display device according to claim 1,
The illuminating device includes first and second fly-eye lenses for uniformizing an illuminance distribution of a light beam from the light source, a polarization conversion element that converts the light beam from the light source into a specific linearly polarized light, and the first A light-shielding plate that is disposed between the second fly-eye lens and the polarization conversion element and shields light emitted from the lens peripheral portion of the second fly-eye lens,
The image display device, wherein the optical element is provided in a part of the light shielding plate.

The image display device according to claim 1,
The optical display device according to claim 1, wherein a material that absorbs light is used on a surface close to the light modulation element.