JP2005266508A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶パネルの動作特性の劣化の防止及び表示される画像のコントラストの低下の防止を図る。
【解決手段】 発光部５ｂを有する光源５と、該光源の発光部から出射された光を集光する照明光学系６と、該照明光学系によって集光された光のうちの一方向の直線偏光を選択する偏光面７ａを有する偏光子７と、該偏光子によって選択された直線偏光を入力される映像信号に基づいて変調すると共に透明基板８ａの材料として高熱伝導性及び光学的異方性を有する材料が用いられた液晶パネル８と、該液晶パネルによって変調された光を投影する投影レンズ１７とを設け、上記偏光子を偏光面内において液晶パネルに対して回転調整可能とした。
【選択図】図３

Description

本発明は画像表示装置についての技術分野に関する。詳しくは、偏光子を液晶パネルに対して回転調整可能とし、液晶パネルの動作特性の劣化の防止及び表示される画像のコントラストの低下の防止を図る技術分野に関する。

スクリーン等に画像を表示する画像表示装置には、例えば、リフレクターに支持された光源と光の変調を行う液晶パネルとを備え、光源から出射された光を液晶パネルに照射することにより得られた画像を投射レンズを介してスクリーン等に映し出すプロジェクター等の投射型の装置がある。

このような画像表示装置にあっては、光源から出射された光を、リフレクターによって平行光化又は集光して液晶パネルに導くが、液晶パネルには各液晶に電圧を印加するための電気配線が設けられ、また、液晶パネルの透過率が１００％でないこと等により、液晶パネルから出射されない光は熱に変換され、液晶パネルの温度上昇の原因となる。

液晶は高分子材料であるため、動作温度に一定の範囲があり、特に、高温では光変調素子としての機能を発揮せず、一般に、液晶の動作温度の上限は７０°Ｃ乃至９０°Ｃ程度である。従って、画像表示装置においては、液晶パネルを冷却して温度上昇を抑制する手段が必要となる。

例えば、従来の画像表示装置には、液晶パネルの一対の透明基板の両側（外側）に放熱用ガラスとして石英ガラスや耐熱ガラスを配置し、放熱用ガラスによって放熱することにより液晶パネルの温度上昇を抑制したものがある。

特開平９―１１３９０６号公報

ところで、近年、光源の出射光量の増大や光学系の改善により、高輝度の画像表示装置の開発の促進や小型の液晶パネルに大量の光を集光することが可能となり、画像表示装置においては、従来よりも液晶パネルの温度上昇が生じ易い状況にある。

ところが、上記のように、石英ガラスや耐熱ガラスのような放熱用ガラスを用いたのでは、液晶パネルの十分な温度上昇の抑制を図ることが困難となっている。

そこで、液晶パネルに対する冷却効果の向上を図るために、近年、液晶パネルの透明基板をサファイヤや水晶等の熱伝導性の高い材料によって形成し、放熱性の向上を図るようにした画像表示装置が開発されている。一般に、サファイヤはガラスに比して約４０倍程度の熱伝導率を有し、水晶はガラスに比して約５乃至１０倍程度の熱伝導率を有するため、液晶パネルの温度上昇を効率的に抑制することができる。

しかしながら、サファイヤや水晶等は光学的異方性を有しているため、結晶の方向によって屈折率が異なり、結晶軸に対する光の入射角度によっては不具合を生じることになる。

即ち、図７及び図８に示すように、液晶パネルａにその結晶軸Ｃと振動方向とが平行な状態又は直交した状態で直線偏光が入射されたときには、液晶パネルａから出射される光は直線偏光となり出射光に乱れは生じないが、図９に示すように、液晶パネルａにその結晶軸Ｃと振動方向とが平行でない状態又は直交しない状態で直線偏光が入射されたときには、液晶パネルａから出射される光は楕円偏光となり出射光に乱れが生じてしまう。

この場合、結晶軸Ｃが、入射される直線偏光の振動方向に対して平行又は直交する方向となる向きに液晶パネルａを偏光子に対して配置すれば問題は生じないが、液晶パネルを配置する際に、その機械的公差等によって結晶軸Ｃと振動方向との間に若干のズレが生じることが多い。

このような光の乱れはスクリーン等に表示される画像のコントラストの低下を来たす原因となる。特に、黒色の表示が行われる場合に、液晶パネルａから出射された光が楕円偏光となってしまうと、一部の不要な光が液晶パネルａの出射側に配置された検光子を透過してしまい、黒色が浮いてしまうという不具合が生じてしまう。

一方、大量の風をファン等を用いて液晶パネル付近に強制的に送り込むことにより液晶パネルの冷却を行うようにした画像表示装置も存在するが、この場合には、風きり音等のノイズが大きくなり静音設計を行うことができないという別の問題が生じてしまう。

そこで、本発明画像表示装置は、上記した問題点を克服し、液晶パネルの動作特性の劣化の防止及び表示される画像のコントラストの低下の防止を図ることを課題とする。

本発明画像表示装置は、上記した課題を解決するために、発光部を有する光源と、該光源の発光部から出射された光を集光する照明光学系と、該照明光学系によって集光された光のうちの一方向の直線偏光を選択する偏光面を有する偏光子と、該偏光子によって選択された直線偏光を入力される映像信号に基づいて変調すると共に透明基板の材料として高熱伝導性及び光学的異方性を有する材料が用いられた液晶パネルと、該液晶パネルによって変調された光を投影する投影レンズとを設け、上記偏光子を偏光面内において液晶パネルに対して回転調整可能としたものである。

従って、本発明画像表示装置にあっては、偏光子を液晶パネルに対して回転調整することにより、液晶パネルに入射される直線偏光の振動方向が透明基板の結晶軸に対応した向きとなる。

本発明画像表示装置は、発光部を有する光源と、該光源の発光部から出射された光を集光する照明光学系と、該照明光学系によって集光された光のうちの一方向の直線偏光を選択する偏光面を有する偏光子と、該偏光子によって選択された直線偏光を入力される映像信号に基づいて変調すると共に透明基板の材料として高熱伝導性及び光学的異方性を有する材料が用いられた液晶パネルと、該液晶パネルによって変調された光を投影する投影レンズとを備え、上記偏光子を偏光面内において液晶パネルに対して回転調整可能としたことを特徴とする。

従って、液晶パネルの透明基板を熱伝導率の高い材料によって形成しているため、液晶パネルの温度上昇を効率的に抑制することができ、液晶パネルの動作特性の劣化を防止することができる。

また、偏光子をその偏光面内において液晶パネルに対して回転調整可能としているため、液晶パネルに入射される直線偏光の振動方向を透明基板の結晶軸に対して平行又は直交する方向にすることができ、画像のコントラストの低下を防止することができる。

さらに、液晶パネルの冷却を、ファン等を用いて空気対流を発生させて行う必要がないため、風きり音等のノイズが発生することがなく、画像表示装置の静音設計を図ることができる。

請求項２に記載した発明にあっては、液晶パネルとして入射した光を反射する反射型の液晶パネルを用い、偏光子として振動方向に応じて直線偏光を透過又は反射する偏光子を用い、該偏光子によって選択され透過された一方向の直線偏光は液晶パネルによって変調され反射されて再び偏光子に戻り、偏光子に戻った光が該偏光子で反射されて投影レンズに導かれるようにしたので、小型化及び部品点数の低減を図ることができる。

請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、偏光子に透明基材と該透明基材上に貼着された偏光フィルムとを設け、該偏光フィルムを透明基材の液晶パネル側の面に貼着したので、振動方向が透明基材の結晶軸に平行又は垂直以外の状態で直線偏光が入射された場合においても、偏光フィルムによって不要光が排除されるため、偏光子から直線偏光のみを出射することができる。

以下に、本発明画像表示装置の最良の形態を添付図面に従って説明する。尚、以下に示した最良の形態は、本発明画像表示装置を、光源から出射された光を液晶パネルに照射することにより得られた画像を投影レンズを介してスクリーン等に映し出す投射型の画像表示装置に適用したものである。

先ず、画像表示装置の第１の最良の形態について説明する（図１乃至図５参照）。

画像表示装置１は外筐２の内部に所要の各部が配置されて成る（図１参照）。

外筐２の内部にはランプユニット３が配置され、該ランプユニット３はリフレクター４と該リフレクター４に保持された光源５とを有している。

リフレクター４は反射面４ａが、例えば、放物面又は楕円面に形成され、光源５から出射された光を反射して平行光化又は集光する機能を有している。

光源５としては、例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の放電ランプが用いられている。光源５は、バーナー部５ａと該バーナー部５ａの内部に配置された発光部５ｂとを有している。

外筐２の内部には、照明光学系６が配置されている。照明光学系６は、例えば、フライアイレンズやコンデンサーレンズ等によって構成されている。

フライアイレンズは光源５から出射された強度分布を有する光を多数の光スポットに分割し、後述する液晶パネルの画面全体の輝度分布を均一にするためのものである。

コンデンサーレンズはフライアイレンズを通った光を集光する機能を有している。

また、外筐２の内部にはＰＳ変換素子が配置され、該ＰＳ変換素子は、例えば、短冊状に配列された偏光ビームスプリッターとこれに対応して間欠的に設けられた位相差板とから成り、入射された光の振動方向を揃える機能を有している。ＰＳ変換素子によって、光源５から出射された光のうち、例えば、約８割程度の光がＰ偏光に変換される。

外筐２の内部には、偏光子７、液晶パネル８及び検光子９が光源５側から順に配置されている。

偏光子７は、図２及び図３に示すように、透明基材１０に偏光フィルム１１が貼着されると共に透明基材１０がホルダー１２に保持されて成り、透明基材１０の液晶パネル８側に位置する面（出射面）１０ａに偏光フィルム１１が貼着されている。

透明基材１０は熱伝導率の高い材料、例えば、サファイヤや水晶等によって形成されている。サファイヤはガラスに比して約４０倍程度の熱伝導率を有し、水晶はガラスに比して約５乃至１０倍程度の熱伝導率を有する。従って、光源５から出射された光による偏光子７の温度上昇の抑制を図ることができる。

サファイヤや水晶等は光学的異方性を有するため、直線偏光が入射されたときに、その振動方向が透明基材１０の結晶軸に平行又は垂直な状態である場合には直線偏光のまま偏光子７から出射されるが、直線偏光の振動方向が透明基材１０の結晶軸に平行又は垂直以外の状態である場合には楕円偏光となって偏光子７から出射される可能性がある。

しかしながら、偏光子７にあっては、上記したように、偏光フィルム１１が液晶パネル８側に位置する面１０ａに貼着されているため、振動方向が透明基材１０の結晶軸に平行又は垂直以外の状態で直線偏光が入射された場合においても、偏光フィルム１１によって不要光が排除されて偏光子７から直線偏光のみが出射される。

ホルダー１２は透明基板１１をその外周面側から保持する保持部１３と該保持部１３から突出された調整用突部１４とが一体に形成されて成る（図２及び図３参照）。

調整用突部１４は保持部１３の上面から、例えば、上方へ突出され、さらに後方へ突出されることにより形成されており、上面１４ａが上方へ凸の円弧面形状に形成され、下面１４ｂも上面１４ａと同じ曲率を有する上方へ凸の円弧面形状に形成されている。調整用突部１４の後端部には上下に貫通されたネジ挿通孔１４ｃが形成され、該ネジ挿通孔１４ｃは横長の長穴状に形成されている。

上記のように構成された偏光子７は、その偏光面７ａ内において回転調整可能とされている。即ち、外筐２内には取付部１５が設けられており（図３及び図４参照）、該取付部１５の上面が調整用突部１４の下面１４ｂと同じ曲率に形成された上方へ凸の円弧面１５ａとされ、調整用突部１４の下面１４ｂを取付部１５の円弧面１５ａに対して摺接させることにより、偏光子７を、その偏光面７ａ内において液晶パネル８に対して回転調整することができる。

取付部１５には螺穴１５ｂが形成されており、偏光子７の回転調整が完了したときに、取付ネジ１６をネジ挿通孔１４ｃに挿通し螺穴１５ｂに螺合することにより、偏光子７を外筐２内に固定することができる（図４参照）。

尚、液晶パネル８の透明基板８ａの結晶軸が、入射される直線偏光の振動方向に対して平行又は直交する方向となる向きにない場合には、液晶パネル８から出射された光が楕円偏光となり一部の不要な光が検光子９を透過し、特に、黒色が浮いてしまうという不具合が生じるおそれがある。従って、上記した偏光子７の回転調整にあっては、黒色をスクリーン等に表示し、偏光子７から出射された光が検光子９によって完全に遮断されるように偏光子７の向きを調整することが望ましい。

液晶パネル８は、図５に示すように、透明基板８ａ、８ａ間に液晶層８ｂを有している。透明基板８ａ、８ａの外面側にはそれぞれ透明材料によって形成さた保護カバー８ｃ、８ｃが配置され、透明基板８ａ、８ａの内面側には、それぞれ透明電極８ｄ、８ｄが形成されている。

透明基板８ａ、８ａは、少なくとも一方、例えば、出射側に位置された透明基板８ａが、偏光子７の透明基材１０に用いられていた材料と同じ材料である熱伝導率の高いサファイヤや水晶等によって形成されている。従って、冷却効果は高いが、光学的異方性を有するため、透明基板８ａの結晶軸と入射される直線偏光の振動方向とによっては、出射される光が楕円偏光となる可能性があるが、上記のように、偏光子７の液晶パネル８に対する回転調整を行うことにより、透明基板８ａの結晶軸に対して、偏光子７から出射される光の振動方向を楕円偏光が生じないような最良の方向にすることができる。

検光子９は透明基材と該透明基材に貼着された偏光フィルムとを有している。尚、検光子９においても偏光子７と同様に、透明基材を偏光子７の透明基材１０に用いられていた材料と同じ材料である熱伝導率の高いサファイヤや水晶等によって形成してもよい。この場合には、偏光子７と同様に、透明基材の出射側に偏光フィルムを貼着し、振動方向が透明基材の結晶軸に平行又は垂直以外の状態で直線偏光が入射された場合においても、偏光フィルムによって不要光を排除して検光子９から直線偏光のみを出射するようにすることができる。

外筐２の内部には液晶パネル８によって形成された画像を拡大して投影するための投影レンズ１７が設けられている（図１参照）。投影レンズ１７は、例えば、第１のレンズ１８と第２のレンズ１９とが保持鏡等２０に保持されて成り、第１のレンズ１８によって入射した光が平行光束とされ、第２のレンズ１９によって拡大投影されて画像がスクリーン２１等の画像面に表示される。

以上のように構成された画像表示装置１において、光源５から光が出射されると、出射された光は照明光学系６を介して偏光子７に入射され、該偏光子７によって一方向の直線偏光が選択されて液晶パネル８へ向けて出射される。液晶パネル８に直線偏光が入射されると、液晶パネル８に入力された映像信号に基づいて該当する部位の画素の電解が変化されて偏光方向が変換され、液晶パネル８に入射された直線偏光が変調されて出射される。出射された直線偏光は検光子９に入射され、該検光子９によって一部の光が選択されて除去され、残りの光が投影レンズ１７に入射され該投影レンズ１７によって拡大されて投影されスクリーン２１に画像が表示される。

以上に記載した通り、画像表示装置１にあっては、液晶パネル８の透明基板１０をサファイヤや水晶等の熱伝導率の高い材料によって形成しているため、液晶パネル８の温度上昇を効率的に抑制することができ、液晶パネル８の動作特性の劣化を防止することができる。

また、偏光子７をその偏光面７ａ内において液晶パネル８に対して回転調整可能としているため、液晶パネル８に入射される直線偏光の振動方向を透明基板の結晶軸に対して平行又は直交する方向にすることができ、画像のコントラストの低下を防止することができる。

さらに、液晶パネル８の冷却を、ファン等を用いて空気対流を発生させて行う必要がないため、風きり音等のノイズが発生することがなく、画像表示装置１の静音設計を図ることができる。

次に、画像表示装置の第２の最良の形態について説明する（図６参照）。

尚、以下に示す画像表示装置１Ａは、上記した画像表示装置１と比較して、振動方向に応じて直線偏光を透過又は反射する偏光子を用いると共に反射型の液晶パネルを用いたことのみが相違するため、画像表示装置１と比較して異なる部分についてのみ詳細に説明をし、その他の部分については画像表示装置１における同様の部分に付した符号と同じ符号を付して説明は省略する。

画像表示装置１Ａは外筐２Ａの内部に所要の各部が配置されて成る。

外筐２Ａの内部には、ランプユニット３、偏光子７Ａ及び液晶パネル８Ａが光源５側から順に配置されている。

偏光子７Ａは、例えば、板状に形成され、光軸に対して４５°傾斜された状態で配置されている。偏光子７Ａは振動方向に応じて直線偏光を透過又は反射するタイプの偏光板であり、光源５から出射された光のうちの一方向の直線偏光を選択して液晶パネル８Ａへ向けて出射し、液晶パネル８Ａからの戻り光を反射する。

偏光子７Ａは、上記した偏光子７と同様の構成とされており、透明基材の出射面側に偏光フィルムが貼着され、透明基材がホルダーに保持されて成る。従って、偏光子７と同様に、偏光面７ｂの面内において液晶パネル８Ａに対して回転調整可能とされている。

液晶パネル８Ａは、入射した光を変調して反射する反射型の液晶パネルであり、透明基板が熱伝導率の高いサファイヤや水晶等によって形成されている。従って、液晶パネル８Ａにあっても、液晶パネル８と同様に、効率的な冷却が行われる。

画像表示装置１には専用の検光子は設けられておらず、偏光子７Ａに液晶パネル８Ａで反射されて入射されたときに偏光子７Ａが検光子の機能を発揮する。

以上のように構成された画像表示装置１Ａにおいて、光源５から光が出射されると、出射された光は照明光学系６を介して偏光子７Ａに入射され、該偏光子７Ａによって一方向の直線偏光が選択されて液晶パネル８Ａへ向けて出射される。液晶パネル８Ａに直線偏光が入射されると、液晶パネル８Ａに入力された映像信号に基づいて該当する部位の画素の電解が変化されて偏光方向が変換され、液晶パネル８Ａに入射された直線偏光が変調されて反射される。反射された直線偏光は偏光子７Ａから液晶パネル８Ａへ向けて出射された直線偏光に対して偏光方向が変換されており、偏光子７Ａによって一部の光が選択されて除去され、残りの光が反射されて投影レンズ１７に入射され該投影レンズ１７によって拡大されて投影されスクリーン２１に画像が表示される。

以上に記載した通り、画像表示装置１Ａにあっても、画像表示装置１と同様に、液晶パネル８Ａの動作特性の劣化の防止、画像のコントラストの低下の防止及び静音設計を図ることができ、これに加えて、反射型の液晶パネル８Ａを用いると共に検光子としての機能をも有する偏光子７Ａを用いているため、小型化及び部品点数の低減を図ることができる。

上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

図２乃至図５と共に本発明を実施するための第１の最良の形態を示すものであり、本図は画像表示装置の構成を示す概念図である。 偏光子の拡大斜視図である。 偏光子を図２とは異なる方向から見た状態で示す拡大斜視図である。 偏光子を回転調整した状態を示す拡大背面図である。 液晶パネルの構成を示す概念図である。 本発明を実施するための第２の最良の形態を示すものであり、画像表示装置の構成を示す概念図である。 図８及び図９と共に従来の問題点を説明するためのものであり、本図は直線偏光の振動方向と液晶パネルの結晶軸の方向とが平行な状態を示す斜視図である。 直線偏光の振動方向と液晶パネルの結晶軸の方向とが直交する状態を示す斜視図である。 直線偏光の振動方向と液晶パネルの結晶軸の方向とがずれた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１…画像表示装置、５…光源、５ｂ…発光部、６…照明光学系、７…偏光子、７ａ…偏光面、８…液晶パネル、８ａ…透明基板、１０…透明基材、１１…偏光フィルム、１７…投影レンズ、１Ａ…画像表示装置、７Ａ…偏光子、７ｂ…偏光面、８Ａ…液晶パネル

Claims (4)

1. 発光部を有する光源と、
   該光源の発光部から出射された光を集光する照明光学系と、
   該照明光学系によって集光された光のうちの一方向の直線偏光を選択する偏光面を有する偏光子と、
   該偏光子によって選択された直線偏光を入力される映像信号に基づいて変調すると共に透明基板の材料として高熱伝導性及び光学的異方性を有する材料が用いられた液晶パネルと、
   該液晶パネルによって変調された光を投影する投影レンズとを備え、
   上記偏光子を偏光面内において液晶パネルに対して回転調整可能とした
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 上記液晶パネルとして入射した光を反射する反射型の液晶パネルを用い、
   上記偏光子として振動方向に応じて直線偏光を透過又は反射する偏光子を用い、
   該偏光子によって選択され透過された一方向の直線偏光は液晶パネルによって変調され反射されて再び偏光子に戻り、
   偏光子に戻った光が該偏光子で反射されて投影レンズに導かれるようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 上記偏光子が透明基材と該透明基材上に貼着された偏光フィルムとを有し、
   該偏光フィルムを透明基材の液晶パネル側の面に貼着した
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 上記偏光子が透明基材と該透明基材上に貼着された偏光フィルムとを有し、
   上記透明基材を光源側に配置すると共に上記偏光フィルムを液晶パネル側に配置した
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。

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