JP2591421B2 - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型液晶表示装置に
関し、ランダムな偏光成分を持つ光から互いに直交する
電場ベクトルの振動方向を有する２つの偏光を取り出
し、一方の偏光の電場ベクトルの振動方向を９０度変換
して他方の偏光と合成した光を、液晶パネルを用いて画
情報に変換してスクリーンに投射する投射型液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型液晶表示装置は、液晶パネルをラ
イトバルブに用いて映像を投射する装置である。図２に
投射型液晶表示装置の概要を示す。投射型液晶表示装置
は、光源２１と照射光学系２２と液晶パネル２３と投射
光学系２４により構成される。光源２１からの光束は、
照射光学系２２により平行光線化や偏光化等の所望の特
性を与えられ、液晶パネル２３により画情報を含む形に
変換される。その後、光束は投射光学系２４によりスク
リーン２５に投射される。ここで、液晶パネル２３とし
て、偏光された光の透過量を調整することにより画像の
表示を行わせるものを用いた場合には、その動作原理よ
り、電場ベクトルの振動方向がある方向を有する光しか
光源として使用することができない。使用不可能な電場
ベクトルの振動方向を有する光は、液晶パネル２３また
は照射光学系２２内に設けられた偏光板等に吸収させて
いた。このため、液晶パネルを透過する光が最大でも光
源の５０％にしかならず、光源の発生する光が有効利用
できないといった問題点が存在した。

【０００３】この問題を解決する装置として、我々は、
光源からの光を偏光ビームスプリッタにより電場ベクト
ルの振動方向が直交する２種の直線偏光に分離し、液晶
パネルの光源として用いることができない振動方向を有
する偏光の電場ベクトルの振動方向を９０度回転させて
液晶パネルの光源として用いることができる方向に変換
する装置を特願平４−３３８２１号公報に開示してい
る。

【０００４】図３にこの装置の構成を示す。この装置
は、偏光ビームスプリッタ１２と反射ミラー１３と位相
差板１４で構成される。偏光ビームスプリッタ１２は、
偏光分離面１５を有している。偏光分離面１５は、所定
方向から入射された偏光してない光を、互いに直交する
電場ベクトルを有する２つの直線偏光に分離する機能を
有し、図示したように、一方を透過し、他方を反射させ
る。図中では、電場ベクトルの振動方向を丸と線分で区
別しており、丸を付した光線は、その振動方向が紙面に
対して垂直な光線であり、線分を付した光線は、これと
は直交する方向に振動している。ここで、説明の便宜
上、直進する直線偏光と同一の電場ベクトルの振動方向
を有する光をＰ偏光とし、これと直交する電場ベクトル
の振動方向を有する直線偏光をＳ偏光とする。

【０００５】偏光分離面１５で反射された光は、Ｓ偏光
であり、この直線偏光は、反射ミラー１３により透過光
と同方向に反射される。反射されたＳ偏光は、位相差板
１４を透過することによりその電場ベクトルの振動方向
が変換されＰ偏光になる。このように、この装置は、従
来では、用いることが出来なかった光の成分を偏光ビー
ムスプリッタと反射ミラーと位相差板を組み合わせるこ
とにより電場ベクトルの振動方向を変換するものであっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】投射型液晶表示装置で
は、液晶表示パネルに入射される光を中心に集光したい
場合が存在する。従来の偏光ビーム合成部では、反射ミ
ラーを傾けることにより、これに対処することになる。
図４にこのときの光線の反射のようすを示す。図示した
ように反射ミラーの角度ａを反射光と透過光が平行光線
を形成する場合よりも小さくすると、光源の中心部分か
ら照射された光は、反射ミラーで反射された後に偏光ビ
ームスプリッタ自体に入射されてしまい全体の光の一部
しか意図する方向へ照射されないことになる。

【０００７】そこで本発明の目的は、電場ベクトルの振
動方向が同一方向になるように変換を行った光を液晶パ
ネルに対して所定の角度で照射でき、明るい表示画像を
得ることができる投射型液晶表示装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光源と、所定の方向から入射される光源からの光を
その電場ベクトルの振動方向が互いに直交する２つの直
線偏光に分離して一方を透過させ他方を透過光とは直交
する方向に反射する偏光分離手段と、この偏光分離手段
により反射された直線偏光を屈折させてその進行方向を
透過光となす角が９０度以上になる方向に変換する屈折
手段と、屈折手段により進行方向が変換された直線偏向
を反射してその進行方向を透過光と交わる方向に変換す
る反射手段と、反射手段により反射された直線偏向の電
場ベクトルの振動方向を透過光の振動方向と一致する方
向に変換する偏光面変換手段と、この偏光面が変換され
た反射光と透過光とからなる光が照射されその透過光量
の調節を行う液晶パネルと、この液晶パネルを透過した
光をスクリーンに投射する投射光学系とを具備する。

【０００９】すなわち、請求項１記載の発明では、偏光
分離面で反射される直線偏光が偏光ビームスプリッタの
光学面から斜めに射出されるように、偏光ビームスプリ
ッタを構成し、光源からの光のうち透過光とは異なる電
場ベクトルの振動方向を有する直線偏光を上記偏光ビー
ムスプリッタと反射手段と偏光面変換手段を用いて、そ
の偏光面を透過光と同方向に変換するとともに、その変
換した光を所定の集中角をもって液晶パネルに照射す
る。これにより、電場ベクトルの振動方向が同一方向に
なるように変換を行った光を液晶パネルに対して所定の
角度で照射でき、明るい表示画像を得るという目的は達
成される。

【００１０】請求項２記載の発明では、光源と、所定の
方向から入射される光源からの光をその電場ベクトルの
振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離して一
方を透過させ他方を透過光とは直交する方向に反射する
偏光分離手段と、偏光分離手段により反射された直線偏
光を屈折させてその進行方向を透過光となす角が９０度
以上になる方向に変換する屈折手段と、屈折手段により
屈折された直線偏向の電場ベクトルの振動方向を透過光
の振動方向と一致する方向に変換する偏光面変換手段
と、偏光面変換手段によりその偏光面が変換された直線
偏向を反射させてその進行方向を透過光と交わる方向に
変換する反射手段この偏光面が変換された反射光と透過
光とからなる光が照射されその透過光量の調節を行う液
晶パネルと、この液晶パネルを透過した光をスクリーン
に投射する投射光学系とを具備する。

【００１１】すなわち、請求項２記載の発明では、偏光
分離面で反射される直線偏光が偏光ビームスプリッタの
光学面から斜めに射出されるように、偏光ビームスプリ
ッタを構成し、光源からの光のうち透過光とは異なる電
場ベクトルの振動方向を有する直線偏光を上記偏光ビー
ムスプリッタと偏光面変換手段と反射手段を用いて、そ
の偏光面を透過光と同方向に変換するとともに、その変
換した光を所定の集中角をもって液晶パネルに照射す
る。これにより、電場ベクトルの振動方向が同一方向に
なるように変換を行った光を液晶パネルに対して所定の
角度で照射でき、明るい表示画像を得るという目的は達
成される。

【００１２】請求項３記載の発明では、光源と、所定の
方向から入射される光源からの光をその電場ベクトルの
振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離して一
方を透過させ他方を透過光とは直交する方向に反射する
偏光分離手段と、偏光分離手段により反射された直線偏
光を屈折させてその進行方向を透過光となす角が９０度
以上になる方向に変換する屈折手段と、屈折手段により
進行方向が変換された直線偏向を反射してその進行方向
を透過光と交わる方向に変換する反射手段と、偏光分離
手段により分離された透過光である直線偏向の電場ベク
トルの振動方向を反射光の振動方向と一致する方向に変
換する偏光面変換手段と、この偏光面が同一方向になる
ように変換された透過光と反射光とからなる光が照射さ
れその透過光量の調節を行う液晶パネルと、液晶パネル
を透過した光をスクリーンに投射する投射光学系とを具
備する。

【００１３】すなわち、請求項３記載の発明では、偏光
分離面で反射される直線偏光が偏光ビームスプリッタの
光学面から斜めに射出されるように、偏光ビームスプリ
ッタの構成し、光源からの光のうち反射光とは異なる電
場ベクトルの振動方向を有する透過光の偏光面を偏光面
変換手段を用いて反射光と同方向に変換するとともに、
反射光を所定の集中角をもって液晶パネルに照射する。
これにより、電場ベクトルの振動方向が同一方向になる
ように変換を行った光を液晶パネルに対して所定の角度
で照射でき、明るい表示画像を得るという目的は達成さ
れる。

【００１４】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００１５】図１に実施例の投射型液晶表示装置に用い
られる偏光ビーム合成部の構成を示す。この偏光ビーム
合成部は、投射型液晶表示装置内で投射光学系２２とし
て用いられるものであり、説明の便宜上、角度を変える
場所は、実際に用いる角度より大きく傾けて表示してあ
る。偏光ビーム合成部１１は、偏光ビームスプリッタ１
２と反射ミラー１３と位相差板１４で構成される。偏光
ビームスプリッタ１２は、偏光分離面１５を有してお
り、また、図示したように反射光が通過する面がα度傾
けてある。入射光は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光
分離面１５により直交する電場ベクトルの振動方向を有
する２つの光束に分離される。透過光は、電場ベクトル
の振動方向が紙面に垂直な直線偏光であり、反射光は、
振動方向がこれと直交する直線偏光である。以下、振動
方向が紙面に垂直な偏光をＰ偏光、振動方向が紙面に平
行な偏光をＳ偏光と記す。

【００１６】偏光分離面１５で分離されたＳ偏光である
反射光は、偏光ビームスプリッタ１２から射出されると
きに、偏光ビームスプリッタの光学面の法線に対してα
度傾いて入射されることになるため、偏光ビームスプリ
ッタと空気の屈折率の差に応じて屈折され、図示したよ
うにその方向をかえる。進行方向をかえたＳ偏光である
反射光は、反射ミラー１３で反射される。この反射ミラ
ー１３の角度ａは、任意の値であり、これを変えること
により、反射された光の方向をα度まで中心よりに傾け
ることができる。反射されたＳ偏光は、位相差板１４を
通過する。位相差板１４は、光がその位相差板を透過す
るときに、異常光の位相が１／２波長遅れる厚さのもの
を用いており、位相差板に入るＳ偏光の偏光方向を９０
度回転させＰ偏光に変換する方向に設置されている。

【００１７】なお、実施例の偏光ビーム合成部は、左右
対称の構成となっているが、装置を片側だけで構成して
もよいことは当然である。また、ここでは、偏光ビーム
スプリッタと反射ミラーは別の構成部分としているが、
偏光ビームスプリッタの反射光の射出面に反射機能を持
たせて、偏光ビームスプリッタと反射ミラーを一体とす
ることもできる。更に、位相差板も偏光ビームスプリッ
タに固着して全体を一つのプリズムとして構成すること
もできる。

【００１８】また、実施例の偏光ビーム合成部では、反
射ミラーにより反射された光に対して位相差板を用いて
その偏光面の変換を行っているが、この偏光面の変換を
行った後に反射ミラーにより反射させるように装置を構
成することもできる。すなわち、偏光ビームスプリッタ
の偏光分離面で反射された光が通過する面に位相差板を
設けることもできる。この場合には、所定の偏光面変換
機能を果たすような形に位相差板を構成する材料を切り
出して用いることが必要である。

【００１９】さらに、この偏光面の変換を行う位相差板
を、偏光分離面を透過した光に対してその偏光面の変換
を行うように設置することもできる。すなわち、偏光分
離面で反射された反射光に対する偏光面の変換は行わず
に、透過光の射出部に位相差板を設けて透過光の電場ベ
クトルの振動方向を反射光と同方向に変換する。このよ
うな構成でも、透過光と反射光の電場ベクトルの振動方
向を同一方向にすることができる。

【００２０】これらの位相差板の配置位置の異なる３つ
の偏光ビーム合成部を図２の照射光学系として用いて投
射型液晶表示装置を構成したときには、いずれの投射型
液晶表示装置においても、表示される画像の輝度を約３
０％向上させることができた。このときに用いた偏光ビ
ームスプリッタの角度αは、３°であり、反射ミラーの
角度ａは、４３°である。これらの角度は、液晶パネル
上で目的とされる光量分布に依存する値であるが、この
投射型液晶表示装置では、その偏光面の変換を行った光
を偏光ビームスプリッタに遮られることなく所定の方向
に向けることができるため、その目的に応じて所望の光
量分布を得ることができる。なお、偏光ビーム装置は、
図２の照射光学系の一部として用いることもできる。す
なわち、この偏光ビーム合成部の後にコンデンサレンズ
等の光学系を付加することもできる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、偏光ビームス
プリッタの形状が台形形状となっているため、反射ミラ
ーの角度を傾けて反射光を内側に向けた場合でも、その
反射光が偏光ビームスプリッタに遮られることがない。
このため、所望の集中角を持たせた偏光面を同一方向に
変換した光で液晶パネルを照射することができ、明るい
画像を得ることができる。

【００２２】請求項２記載の発明では、偏光ビームスプ
リッタの形状が台形形状となっているため、反射ミラー
の角度を傾けて反射光を内側に向けた場合でも、その反
射光が偏光ビームスプリッタに遮られることがない。こ
のため、所望の集中角を持たせた偏光面を同一方向に変
換した光で液晶パネルを照射することができ、明るい画
像を得ることができる。また、偏光ビームスプリッタに
位相差板を固着することができるため、位相差板と偏光
ビームスプリッタの位置調整が不要になるといった利点
も存在する。

【００２３】請求項３記載の発明では、偏光ビームスプ
リッタの形状が台形形状となっているため、反射ミラー
の角度を傾けて反射光を内側に向けた場合でも、その反
射光が偏光ビームスプリッタに遮られることがない。こ
のため、所望の集中角を持たせた偏光面を同一方向に変
換した光で液晶パネルを照射することができ、明るい画
像を得ることができる。また、偏光ビームスプリッタに
位相差板を固着することができるため、位相差板と偏光
ビームスプリッタの位置調整が不要になるといった利点
も存在する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の投射型液晶表示装置に用いる
偏光面を変換した後に所定の方向に反射することができ
る偏光ビーム合成部の構成を示す構成図である。

【図２】投射型液晶表示装置の構成を示す構成図であ
る。

【図３】従来例の偏光ビーム合成部の構成を示す構成図
である。

【図４】従来例の偏光ビーム合成部で反射ミラーを傾け
たときに生ずる問題を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１２…偏光ビームスプリッタ １３…反射ミラー １４…位相差板 １５…偏光分離面 ２１…光源 ２２…照射光学系 ２３…液晶パネル ２４…投射光学系 ２５…スクリーン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 所定の方向から入射される前記光源からの光をその電場
   ベクトルの振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に
   分離して一方を透過させ他方を透過光とは直交する方向
   に反射する偏光分離手段と、 前記偏光分離手段により反射された直線偏光を屈折させ
   てその進行方向を前記透過光となす角が９０度以上にな
   る方向に変換する屈折手段と、 前記屈折手段により進行方向が変換された直線偏向を反
   射してその進行方向を前記透過光と交わる方向に変換す
   る反射手段と、 前記反射手段により反射された直線偏向の電場ベクトル
   の振動方向を前記透過光の振動方向と一致する方向に変
   換する偏光面変換手段と、 この偏光面が変換された反射光と前記透過光とからなる
   光が照射されその透過光量の調節を行う液晶パネルと、 前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投
   射光学系とを具備することを特徴とする投射型液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】 光源と、 所定の方向から入射される前記光源からの光をその電場
   ベクトルの振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に
   分離して一方を透過させ他方を透過光とは直交する方向
   に反射する偏光分離手段と、 前記偏光分離手段により反射された直線偏光を屈折させ
   てその進行方向を前記透過光となす角が９０度以上にな
   る方向に変換する屈折手段と、 前記屈折手段により屈折された直線偏向の電場ベクトル
   の振動方向を前記透過光の振動方向と一致する方向に変
   換する偏光面変換手段と、 前記偏光面変換手段によりその偏光面が変換された直線
   偏向を反射させてその進行方向を前記透過光と交わる方
   向に変換する反射手段と、 この偏光面が変換された反射光と前記透過光とからなる
   光が照射されその透過光量の調節を行う液晶パネルと、 前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投
   射光学系とを具備することを特徴とする投射型液晶表示
   装置。
3. 【請求項３】 光源と、 所定の方向から入射される前記光源からの光をその電場
   ベクトルの振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に
   分離して一方を透過させ他方を透過光とは直交する方向
   に反射する偏光分離手段と、 前記偏光分離手段により反射された直線偏光を屈折させ
   てその進行方向を前記透過光となす角が９０度以上にな
   る方向に変換する屈折手段と、 前記屈折手段により進行方向が変換された直線偏向を反
   射してその進行方向を前記透過光と交わる方向に変換す
   る反射手段と、 前記偏光分離手段により分離された透過光である直線偏
   向の電場ベクトルの振動方向を前記反射光の振動方向と
   一致する方向に変換する偏光面変換手段と、 この偏光面が変換された透過光と前記反射光とからなる
   光が照射されその透過光量の調節を行う液晶パネルと、 前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投
   射光学系とを具備することを特徴とする投射型液晶表示
   装置。