JP2589407B2

JP2589407B2 - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JP2589407B2
Application number: JP2262375A
Authority: JP
Inventors: 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JPH04138445A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は高輝度，大画面表示に適した投影型画像表示
装置、特に偏光板と組み合せて用いられる表示装置を用
いた投影型画像表示装置、例えばアクティブ・マトリク
ス液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置（投影型マ
クティブ・マトリクス液晶表示装置）に関するものであ
る。

＜従来の技術＞まず、投影型画像表示装置に用いられる偏光現像を利
用した表示素子について述べる。

偏光現象を利用した表示素子としてはPLZT等の電気光
学結晶を用いた表示素子や液晶表示素子が知られてい
る。液晶表示素子については、当初は数字や英文字が表
示できるセグメント型が開発され、時計や電卓等に用い
られていたが、その後、絵素と呼ばれる最小の表示単位
が規則的に配列されており、その組み合わせによって任
意の文字が画像が表示できるマトリックス型が開発され
パーソナル・コンピュータ、ワードプロセッサーの表示
やポケットTVのように表示素子等に利用されるようにな
った。中でもアクティブ・マトリックス型液晶表示素子
では、それぞれの絵素に印加される駆動電圧を独立に制
御するために、MIMや薄膜トランジスター等のスイッチ
ング素子が各絵素に設けられており、TV画像のような中
間調を含む画像の表示品位が優れている。液晶表示素子
の動作モードとしては、種々のモードが提案されている
が、今日最も広汎に利用されているツイステッドネマテ
ィックモードは液晶の複屈折性を利用しているので偏光
板の併用が不可欠であり、従来の液晶表示素子ではその
外面に偏光板が貼り付けられていた。

液晶表示素子の従来の応用例では、液晶表示素子を直
視するモードで利用される場合が多かったが、最近は光
源からの光を液晶表示素子に導びき該素子の画像を投影
レンズによってスクリーンに拡大投影する投影型画像表
示装置にも適用されるようになり、表示装置本体とは別
に設けられたスクリーンに投影するフロントプロジェク
ション型の表示装置がホームシアターやミニシアター向
けに普及しつつある一方で、CRTを用いた投影型表示装
置と同様に、表示装置本体にスクリーンが組み込まれた
リアプロジェクション型も開発されている。第４図は、
フロントプロジェクション型の投影型画像表示装置の一
例における光学系の構成図を示す。光源１からの白色光
を放物面鏡２でほぼ平行な光束に集光し、ダイクロイッ
クミラー3R,3Bにより赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色
（Ｂ）の３原色の光に分光した後、コンデンサレンズ4
R,4G,4Bによりそれぞれの光を液晶表示素子5R,5G,5Bを
透過させると共に投影レンズ７に向かうよう収束させる
ケーラー照明系が構成されている。ここで、液晶表示素
子5R,5G,5Bの表面には偏光板11R,11G,11Bが貼り付けら
れており、液晶表示素子5R,5G,5Bの反対側に偏光板12R,
12G,12Bが設けられている。液晶表示素子5R,5G,5Bの画
像を偏光板12R,12G,12Bを介した後、ダイクロイックミ
ラー6G,6Bにより合成し、投影レンズ７によりスクリー
ン８に投影する。尚、3Mおよび6Mは波長選択性のない普
通の平面鏡である。

＜発明が解決しようとする課題＞上記の投影型画像表示装置にあっては、光源１からの
光が偏光板11R,11G,11B,12R,12G,12Bに吸収され熱に変
わるため、これら偏光板が温度上昇する。この結果、偏
光板11R,11G,11Bが貼り付けられている液晶表示素子5R,
5G,5Bも温度上昇する。ところが液晶表示素子に用いら
れている液晶自身の電気光学特性の温度依存性はかなり
大きく、液晶表示素子の温度が上昇すると液晶表示素子
が正常に動作しなくなったり、信頼性が低下する恐れが
ある。そして液晶表示素子として、例えばアクティブ・
マトリクス方式のものを用いる場合、スイッチング素
子、例えば薄膜トランジスタにはアモルファス・シリコ
ンや多結晶シリコンなどの半導体が用いられているが、
これらの半導体の電気特性も温度依存性はかなり大き
く、液晶表示素子の温度が上昇すると液晶表示素子の正
常な動作を損なったり信頼性を低下する一因となる恐れ
がある。このため、光源からの照射光の強度をある程度
以上強くできず、表示の高輝度化，大画面化のニーズに
応じ切れないという問題も生じている。

そこで、液晶表示素子の温度上昇を低減するために、
強制空冷等の対策が講じられる場合もあるが、この場合
には送風の為の機構が複雑となったり、騒音が発生する
といった別の問題が生じる。

又、偏光板が照射光を吸収することにより生じる熱を
液晶表示素子に伝えないために、偏光板を液晶表示素子
から分離して設けることを提案できるが、この場合には
偏光板を液晶表示素子の表面に貼り付けた場合に比べ
て、空気との界面が増加し、その増加した界面での表面
反射による光の損失が生じ、その分損失が増加するとい
う問題が生ずる。

そこで、本発明の目的は偏光板が照射光を吸収するこ
とにより生じる熱を表示素子に伝えないようにした投影
型画像表示装置の提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、光源と、偏光板と組み合せて用いられる表
示素子と、平凸レンズ又はフレネルレンズを含む光学系
を備えた投影型画像表示装置において、上記平凸レンズ
又はフレネルレンズの平坦な表面に上記偏光板を貼り付
けるとともに、該平凸レンズ又はフレネルレンズ、該偏
光板、および両者を貼り付けるための接着層の屈折率が
ほぼ等しい構成とすることによって上記目的を達成す
る。

＜作用＞本発明の投影型画像表示装置においては、平凸レンズ
又はフレネルレンズ、偏光板および両者を貼り付けるた
めの接着層の屈折率はほぼ等しくしているため、それら
界面での表面反射損失をほとんど無くすことができるの
でそれら界面に反射防止膜をことさら設けなくても良
い。

＜実施例＞本発明の投影型画像表示装置についてアクティブマト
リクス方式の液晶表示素子を用いた例を挙げて、以下に
説明する。第１図は本発明の投影型画像表示装置の一実
施例における光学系の構成図を示す。この図において、
第４図と同等部分は同一符号にて表示する。

光源１としてのメタルハライドランプからの白色光を
放物面鏡２でほぼ平行な光束に集光し、ダイクロイック
ミラー3R,3BによりR,G,Bの３原色の光に分光した後コン
デンサレンズ4R,4G,4Bによりそれぞれの光を偏光板11R,
11G,11B、更には液晶表示素子5R,5G,5B、更には偏光板1
2R,12G,12Bを透過させると共に投影レンズ７に向かうよ
う収束させるケーラー照明系が構成されている。このコ
ンデンサレンズ4R,4G,4Bとしてフレネルレンズを用い、
その平らな方の面に偏光板11R,11G,11Bを設けており、
具体的にはフレネルレンズの平らな方の面に感圧接着剤
付きの偏光板を貼り付けたものを用いている。

この偏光板は、例えばポリビニルアルコールフィルム
とヨウ素錯体、２色性染料からなる偏光子の両面にアク
リルフィルム，アセテートフィルム，アクリル−アセテ
ート複合フィルム又は一軸延伸ポリエステルフィルムか
らなる保護層を設け、その上の一方の面にアクリル系粘
着剤からなる接着層を設けた構成のシートからなってお
り、この接着層の接着力を利用してフレネルレンズの平
らな方の面に貼り付けることにより実施できる。

この偏光板の各層の屈折率はほぼ1.5程度であり、そ
してフレネルレンズは例えばプラスチックレンズとし屈
折率ほぼ1.5程度のものを用いることができる。

従って、偏光板，接着剤，フレネルレンズの屈折率は
ほぼ同様でありそれらの界面での表面反射による光の損
失をほとんど無くすることができる。

この実施例において、フレネルレンズ4R,4G,4Bの偏光
板11R,11G・11Bを設けた方の面が液晶表示素子5R,5G,5B
の方に向けているが、これはフレネルレンズを透過した
光がフレネルレンズの複屈折の影響を受けてもその後偏
光板を介して液晶表示素子に入るため表示特性への影響
を与えないための配慮に基づいている。フレネルレンズ
としてプラスチックの成型品を用いる場合には成型時に
生じる複屈折性による表示特性への悪影響が軽減され
る。

液晶表示素子5R,5G,5Bとしてツイステッド・ネマティ
ック・モードで動作し、周知のアモルフアス・シリコン
を用いた薄膜トランジスタにより駆動されるアクティブ
・マトリクス方式のものを用いており、それぞれR,G,B
の３原色に対応する画像を表示する。

この液晶表示素子5R,5G,5Bはいずれも上記偏光板11R,
11G,11Bと分離して配設されており、これらの液晶表示
素子とこれらの偏光板との間は空気層が形成されてお
り、その間隔は通常1mm〜1cm程度とされるが、その範囲
に限定されるものではない。

そして、偏光板12R,12G,12Bはいずれも、上記液晶表
示素子5R,5G,5Bと分離して配設されている。なお、上記
偏光板11R,11G,11Bの偏光軸はそれぞれ上記偏光板12R,1
2G,12Bの偏光軸と直交するよう配設されているが、直交
に限定されるものではなく、平行としても良いのは言う
迄もない。

液晶表示素子5R,5G,5Bに表示されている画像は偏光板
12R,12G,12Bを介した後、更にダイクロイックミラー6G,
6Bにより合成され、投影レンズ７によりスクリーン８に
投影するよう構成されている。なお、3M及び6Mは波長選
択性のない普通の平面鏡である。

上記構成において、光源１の照射光は放物面鏡２でほ
ぼ平行な光束に集光し、ダイクロイックミラー3R,3Bに
より、R,G,Bの３原色の光に分光した後コンデンサレン
ズ4R,4G,4Bによりそれぞれの光を投影レンズ７に向かう
よう収束される。コンデンサレンズ3R,3G,3Bを透過した
光は偏光板11R,11G,11Bに入射し、ここで50％〜60％程
度が吸収されて熱が生じ、この熱が偏光板11R,11G,11B
の温度を上昇させる。なお、これらの偏光板は空気に接
触し、自然対流により冷却される。偏光板11R,11G,11B
は液晶表示素子5R,5G,5Bとの間に空気層を介在している
ため偏光板11R,11G,11Bの熱が液晶表示素子5R,5G,5Bに
伝わることがない。偏光板11R,11G,11Bを透過した光は
液晶表示素子5R,5G,5Bに入射し、液晶表示素子5R,5G,5B
に表示されている画像がそれぞれ偏光板12R,12G,12Bに
入射される。液晶表示素子5R,5G,5Bでは光を吸収するが
その量は偏光板11R,11G,11Bに比べると僅かであるが、
吸収光により熱が発生する。なお液晶表示素子5R,5G,5B
では空気の対流により冷却される。そして、偏光板12R,
12G,12Bでは液晶表示素子5R,5G,5Bからの光を吸収し、
その吸収量に応じて熱が発生する。ここで、この吸収量
は液晶表示素子5R,5G,5Bの画像に応じて変わるのは言う
迄もない。なお、偏光板12R,12G,12Bは空気の自然対流
により冷却される。この偏光板12R,12G,12Bは液晶表示
素子5R,5G,5Bと分離されており、液晶表示素子5R,5G,5B
へ熱を伝えることがない。

この液晶表示素子5R,5G,5Bについて、光源１からの照
射光を照射した場合の温度上昇を測定した。即ち、本発
明による投影型画像表示装置（第１図に示す構造）およ
びそれと比較するために偏光板11R,11G,11Bを液晶表示
素子5R,5G,5Bに貼り付けた従来の投影型画像表示装置
（第４図に示す構造）のそれぞれにおいて、光源１から
の照射光を照射した場合のそれぞれの液晶表示素子の温
度上昇を測定したところ第３図に示す結果が得られた。
第３図は、縦軸に液晶表示素子の表面温度を、横軸に時
間をとっており、実線Ａが本発明の適用による液晶表示
素子（第１図に示す構造）の表面温度を、破線Ｂが従来
による液晶表示素子（第４図に示す構造）の表面温度を
それぞれ表わしている。なお、この測定条件としては、
光源１には150Wのメタルハライドランプを用い、照射光
から熱線はカットしている。

実線Ａに示す特性から、本発明による投影型画像表示
装置では同じ光源を用いた場合には、従来例の投影型画
像表示装置に比べて、液晶表示装置の温度上昇が大幅に
低減されていることが分る。従って、液晶表示装置の温
度上昇の許容限界が同じであるとすると従来の約２倍の
明るさの光源を用いることが可能となる。

また、本発明による投影型画像表示装置の実施例にお
ける画面の明るさは、偏光板を液晶表示素子およびコン
デンサレンズから独立して設ける場合と比較したところ
約９％明るいという結果が得られた。

第２図は本発明による投影型画像表示装置の他の実施
例の光学系の構成図を示している。第２図において、第
１図と同等の部分は同一符号にて表わしている。

この他の実施例ではテレセントリック光学系が構成さ
れているため、第１図に示すケーラー照明系の構成と相
違が見られる。この他の実施例ではフィールドレンズが
設けられており、このレンズに偏光板を設けるよう構成
している。以下に、この実施例について説明する。

光源１からの白色光を球面鏡２で反射すると共に、コ
ンデンサーレンズ14によってほぼ平行な光束として取り
出し、ダイクロイックミラー3R,3BによりR,G,Bの３原色
の光に分光した後、偏光板11R,11G,11Bを通して液晶表
示素子5R,5G,5Bに入射させる。液晶表示素子5R,5G,5Bを
透過する際に画像情報が付与されたそれぞれの光束は、
ダイクロイックミラー6G,6Bにより合成された後、投影
レンズ７に向かうようにフィールドレンズ15R,15G,15B
により収束される。ここでフィードレンズ15R,15G,15B
の平らな方の面に感圧接着剤付きの偏光板12R,12G,12B
が貼り付けられている。ここで、この偏光板，接着剤は
上記第１図の実施例と同様のものを用いることができ、
そしてフィールドレンズ15R〜15Bは上記フレネルレンズ
4R〜4Bと同様の材料（ガラス、プラスチック）を用いる
ことができる。なお、フィールドレンズ15R〜15Bはフレ
ネルレンズ4R〜4Bに比べて形状が単純でありガラス製に
することも容易である。

液晶表示素子5R〜5Bは偏光板12R〜12Bと分離されてお
り、その間に空気層が介在しており、偏光板12R〜12Bに
おける照射光の吸収により生ずる熱が伝わることがな
い。なお液晶表示素子5R〜5Bは偏光板11R〜11Bとも分離
しており、それらの間に空気層が介在しているため偏光
板11R〜11Bにおける照射光の吸収により生ずる熱が伝わ
ることがない。

液晶表示素子5R〜5Bに形成された画像情報を付与され
た光束は偏光板12R〜12Bを透過し更にフィールドレンズ
15R〜15Bにより収束され、ダイクロイックミラー6B,6G
により合成された後投影レンズ７によりスクリーン８に
投影される。

この実施例においても、液晶表示素子5R〜5Bは偏光板
11R〜11B,12R〜12Bにおける照射光の吸収により生ずる
熱が伝導されることがなく偏光板の温度上昇による影響
を抑制することができる。

以上では本発明の実施例として表示素子を３枚用いた
いわゆる３板式投影型画像表示装置に適用した例につい
て説明したが、投影型画像表示装置には表示素子を１枚
だけ用いたもの、いわゆる単板式投影型画像表示装置も
提案されており、これにも適用されるのは言う迄もな
く、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々変形実施でき
る。

＜発明の効果＞以上のように、本発明の投影型画像表示装置によれば
偏光板における照射光の吸収による発熱が表示素子の温
度上昇に直接的に影響することがなくなるため、従来の
表示素子に偏光板を設けている構造に比べて照度が同じ
であれば表示素子の温度上昇が少ないので表示素子の温
度上昇の制限として低い温度のものを用いることがで
き、又表示素子の温度上昇の制限が同じであれば高照度
で表示素子を照射することが可能となり、スクリーンに
投影される画像の輝度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した投影型画像表示装置の一実施
例における光学系の構成図を示し、第２図は他の実施例
における光学系の構成図を示し、第３図は本発明を適用
した投影型画像表示装置の一実施例における液晶表示素
子の温度上昇を示す特性図であり、第４図は投影型画像
表示装置の従来例における光学系の構成図を示す。 1:光源、3R,3B:ダイクロイックミラー、 4R,4G,4B:コンデンサレンズ、 5R,5G,5B:フィールドレンズ、 6R,6B:ダイクロイックミラー、 7:投影レンズ、8:スクリーン。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、偏光板と組み合わせて用いられる
表示素子と、平凸レンズ又はフレネルレンズを含む光学
系を備えた投影型画像表示装置において、上記平凸レンズ又はフルネルレンズの平坦な表面に上記
偏光板を貼り付けているとともに、該平凸レンズ又はフ
レネルレンズ、該偏光板、および両者を貼り付けるため
の接着層の屈折率をほぼ等しくしていることを特徴とす
る投影型画像表示装置。