JP2738324B2 - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源ランプから発せられ
る光束を偏光変換光学系を使用して液晶表示パネルに照
射し、画像信号に応じて変調した画像をスクリーン等に
投写するようにした投写型液晶表示装置に係わり、詳細
には投写画面における画質の向上を図った投写型液晶表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源ランプから発せられる光束を使用し
て画像を投写する投写型液晶表示装置では、より大画面
を明るい環境で投影するために、光の利用効率を改善す
るための多くの提案が行われている。

【０００３】図８は従来の投写型液晶表示装置の一般的
な構成を示したものである。この装置は、メタルハライ
ドランプあるいはキセノンランプ等の高輝度の光源ラン
プ１１を備えている。光源ランプ１１から発せられた光
束の一部は、放物面反射鏡１２によって反射され、ほぼ
平行な光束が得られる。光源ランプ１１から直接発せら
れる光束または放物面反射鏡１２によって反射された光
束は、フィルタ１３を通過する。フィルタ１３は、熱線
や紫外線等の有害な光束成分を除去するためのものであ
る。

【０００４】フィルタ１３を通過し有害な光線の除去が
行われた平行光束は、第１の偏光板１４、液晶表示パネ
ル１５および第２の偏光板１６を順に透過して投写レン
ズ１７に入射する。ここで第１の偏光板１４は、これに
入射された直線偏光を画像信号に応じて直線偏光光に変
換する。液晶表示パネル１５はこの直線偏光を画像信号
に応じて変調する。第２の偏光板１６は変調された直線
偏光の内の透過軸方向の成分の光のみを透過させる。投
写レンズ１７はこの透過した直線偏光を、図示しないス
クリーンに拡大投写することになる。

【０００５】このような構成の投写型液晶表示装置で
は、光源ランプ１１と放物面反射鏡１２で構成された光
源部から発生される光束の内で、第１の偏光板１４を透
過する１つの直線偏光成分のみが液晶表示パネル１５の
照明光として利用される。すなわち、この直線偏光成分
と直交する他の偏光成分は損失となる。この結果とし
て、光の利用効率は原理的に５０％を越えることができ
ないという欠点があった。

【０００６】また、照明光として利用されない直線偏光
成分は、第１および第２の偏光板１４、１６で熱に変換
される。この結果、これら第１および第２の偏光板１
４、１６が温度上昇によって変質し、これらの特性を劣
化させる原因となった。これによって投影画像の画質劣
化が引き起こされることは好ましいことではない。しか
しながら、投写画像を明るくするために光源ランプ１１
の発光光量を増加させると、第１の偏光板１４および第
２の偏光板１６の特性が劣化してしまう。更に、液晶表
示パネル１５の特性変化が起こりやすくなる。

【０００７】図９は、以上指摘したような欠点を解消す
るために提案された投写型液晶表示装置を示したもので
ある。この種の提案としては、特開平３−１５２５２３
号公報に記載のものがある。この図に示した投写型液晶
表示装置では、光源ランプ２１から発せられる光束の一
部が光源反射鏡２２によって反射され、これによって得
られたほぼ平行な光束が偏光ビームスプリッタプリズム
２３に入射するようになっている。

【０００８】この偏光ビームスプリッタプリズム２３
は、２つのプリズムで構成され、その境界面が偏光分離
面２４となっている。偏光ビームスプリッタプリズム２
３に入射した光束のうちｐ偏光成分はそのまま透過して
反射ミラー２５に入射する。ｓ偏光成分は偏光分離面２
４でｐ偏光成分と直角の方向に反射して、もう１つの反
射ミラー２６に入射する。これらｐ偏光成分およびｓ偏
光成分は、各々の波長板２７、２８を透過した後、直角
プリズムからなる合成用プリズム２９を透過しあるいは
この透過光の射出面で反射されることによって合成さ
れ、液晶表示パネル３１の方向に進行する。ここで各波
長板２７、２８は、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分を液晶
表示パネル３１の偏光面と同一偏光軸になるように調整
するためのものである。

【０００９】ｐ偏光成分およびｓ偏光成分は合成用プリ
ズム２９によって再合成された後、コンデンサレンズ３
２、第１の偏光板３３、液晶表示パネル３１および第２
の偏光板３４を順に通過して投写レンズ３５に入射され
る。コンデンサレンズ３２は投写レンズ３５に効率良く
光束を導くための集光レンズである。第１の偏光板３３
は、これに入射された直線偏光を画像信号に応じて直線
偏光光に変換する。液晶表示パネル３１はこの直線偏光
を画像信号に応じて変調する。第２の偏光板３４は変調
された直線偏光の内の透過軸方向の成分の光のみを透過
させる。これによって投写レンズ３５はこの透過した直
線偏光を、図示しないスクリーンに拡大投写することに
なる。

【００１０】この図９に示した投写型液晶表示装置で
は、偏光ビームスプリッタプリズム２３で分離されるｐ
偏光光およびｓ偏光光をどちらか一方の偏光光に統一し
て液晶表示パネル３１を照明することができる。このた
め、図８に示した投写型液晶表示装置よりも光源ランプ
１１、２１の光の利用効率を高めることができるという
利点がある。

【００１１】ところで図９に示した投写型液晶表示装置
では、液晶表示パネル３１の有効表示領域を十分に照明
しようとすると、偏光ビームスプリッタプリズム２３
と、合成用プリズム２９における光束入射面２９Ａおよ
び前記した光束の射出面２９Ｂは共に液晶表示パネル３
１の有効表示領域に相当する大きさが最低限必要とな
る。これら偏光ビームスプリッタプリズム２３と合成用
プリズム２９を構成する材料は共にガラスが用いられる
ことが多い。したがって、これらを大型のものにすると
重量が増加し装置の軽量化を妨げることになって好まし
くない。

【００１２】また、液晶表示パネル３１の有効表示領域
の全域に対して効率よく光束を活用するためには、光源
ランプ２１の光源反射鏡２２の開口面積は合成用プリズ
ム２９と同様に液晶表示パネル３１の有効表示領域と同
等の大きさを持つことが望ましい。このような構成を図
９に示した投写型液晶表示装置に適用すると、投写画面
の中心部分と周辺部分の照度変化が大きくなってしま
い、投写画面上で均一な高い照度特性を得ることができ
ないという欠点もある。

【００１３】図１０および図１１は、このような欠点を
説明するためのものである。図９に示した光源ランプ２
１と光源反射鏡２２によって発生する光束が同じく図９
の液晶表示パネル３１に到達した際の照明光を光軸と垂
直に切断したときの外郭は、図１０に示すように円４１
で表わされる。このとき、矩形の液晶表示パネル３１の
有効表示領域４２は、この図１０に示したように矩形と
なる。

【００１４】偏光ビームスプリッタプリズム２３および
合成用プリズム２９による照明光束を同じく光軸に垂直
に切断したとすると、これらの照明光束は同一の断面形
状と照度分布を有する。液晶表示パネル３１の有効表示
領域４２の中心部の水平方向点を図１０に示すように
Ａ、Ｂとすると、これらＡ、Ｂを結ぶ直線上での照度特
性は図１１および図１２のようになる。ここで図１１
は、偏光ビームスプリッタプリズム２３を透過した光束
の液晶表示パネル３１上での照度特性を示しており、図
１２は偏光ビームスプリッタプリズム２３で反射した光
束の液晶表示パネル３１上での照度特性を示している。

【００１５】図８の投写型液晶表示装置の場合には、液
晶表示パネル３１上でこれら図１１および図１２に示す
ものと同一照度分布を持った光束の重ね合わされた光束
による照明光となる。したがって、この場合の照度特性
は図１３に示すようなものとなり、中央対周辺照度比の
均一性に一層欠けることになる。

【００１６】これは、以下に延べる理由による。すなわ
ち光源ランプ２１と光源反射鏡２２とによって発生する
光束の照度分布は、一般に中央部分は強く、周辺に行く
にしたがって弱くなるような分布特性を有している。こ
れにより、液晶表示パネル３１上の照度分布も中央部と
周辺部では照度の差が生じてしまう。投写画面の照度分
布は、液晶表示パネル３１上の照度分布が反映されるの
で、結局、投写画面上では中央部と周辺部で照度差を持
つことになり、明るさの不均一な画像となってしまう。

【００１７】図１４は、このような欠点を回避するため
に特開平４−３３８２１号公報で提案された内容を表わ
したものである。この提案では、光源ランプ５１と光源
反射鏡５２によって得られたほぼ平行な不定偏光光束
が、光軸に対称に配置された偏光ビームスプリッタプリ
ズム５４の２つの偏光分離面５５、５６によって、偏光
方向の直交する２つの直線偏光であるｐ偏光光とｓ偏光
光に分離される。分離後のｓ偏光光は、対応する合計２
つの反射ミラー５７、５８によって、光路をｐ偏光光の
進路と同様な方向に変更する。ここで、これらに対応し
て配置された位相差板５９、６０は、ｓ偏光光の偏光方
向をｐ偏光光と同一方向に位相変換する。

【００１８】これらの位相差板５９、６０を通過したｓ
偏光光は、２つの偏光板６２、６３の間に配置された液
晶表示パネル６４の主に周辺部の照明を行う。偏光ビー
ムスプリッタプリズム５４の透過光束であるｐ偏光光
は、主に液晶表示パネル６４の中央部分の照明を行う。
したがって、液晶表示パネル６４上の照明の均一性が増
加することになり、この結果として投写レンズ６５の後
方に配置された投写画面上での照度分布の均一性の向上
が期待できることになる。

【００１９】図１５は、この提案による液晶表示パネル
上での光束の到達状態を表わしたものである。偏光ビー
ムスプリッタプリズム５４の透過光束７１は断面が円形
となるが、偏光ビームスプリッタプリズム５４の反射光
束７２、７３がそれぞれ半円状に加算される。

【００２０】液晶表示パネル６４の有効表示領域７４の
中心部の水平方向点を図１０と同様にＡ、Ｂとし、周辺
境界部の水平方向点をＣ、Ｄとすると、水平方向点Ａ、
Ｂを結ぶ直線上での照度特性は図１６に示すようにな
る。すなわち重ね合わせ後の照度特性が向上する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開平４−３３８２１号公報に示された提案では、投写画
面上の照度分布が図１６に示したように比較的均一とな
っているものの、この中央部でも有効表示領域７４の周
辺に近づくと均一性に欠けるという問題があった。図１
７は図１５に示した水平方向点Ａ、Ｂを結ぶ直線上での
照度特性を示したものであり、中央部の照度が低くなっ
て不自然な照度特性となっていることがわかる。

【００２２】そこで本発明の目的は、光源ランプから高
効率で直線偏光光に変換することができることはもちろ
んのこと、投写画面の全域で照度分布特性が均一となる
光輝度、高均一な画像を有する投写型液晶表示装置を提
供することにある。

【００２３】本発明の他の目的は、投写画像が良好でか
つ光学系の軽量化とコストダウンを図ることのできる投
写型液晶表示装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）光源と、（ロ）この光源の背後に配置されこ
の光源から発せられた光束をほぼ平行な光束として前方
に出力する放射面状の反射鏡と、（ハ）この反射鏡から
発せられたほぼ平行な光束をその中心に対して上下左右
４つの領域に分割して入射すると共にそれぞれの偏光分
離面によって入射光の一部を入射した光束のほぼ中心に
位置する光軸から離れる方向に反射させるようにこの光
軸を中心に上下左右個別に配置された複数の偏光ビーム
スプリッタプリズムと、（ニ）これら複数の偏光ビーム
スプリッタプリズムのそれぞれの偏光分離面によって反
射された偏光光を光軸とほぼ平行に反射させる偏光光方
向変更手段と、（ホ）前記した複数の偏光ビームスプリ
ッタプリズムのそれぞれの偏光分離面によって反射され
た偏光光の位相をそれぞれ９０度変換する位相変換手段
と、（ヘ）前記した複数の偏光ビームスプリッタプリズ
ムの偏光分離面を透過した光束を上下左右それぞれの方
向を各辺とする矩形領域の全域にその中央部の照度が高
くなるように照射され、偏光光方向変更手段と位相変換
手段を通過した後の光束をこの矩形領域の周辺の上下左
右各領域の１つずつを排他的に分担するように照射され
て、この矩形領域の照度が全体として均一となるような
形で補償される液晶表示パネルとを投写型液晶表示装置
に具備させる。

【００２５】すなわち請求項１記載の発明では、光源か
ら発せられたほぼ平行な光束をその中心に対して上下左
右４つの領域に分割して配置された複数の偏光ビームス
プリッタプリズムに入射させ、これらの偏光分離面をそ
のまま透過させて液晶表示パネルに到達させる光束の成
分と、偏光分離面をそれぞれ反射させ、偏光光方向変更
手段によって進行方向を液晶表示パネルの方向に変える
と共に位相変換手段で位相を９０度変換した光束の成分
とを液晶表示パネルで重ね合わせるようにする。偏光分
離面をそのまま透過して液晶表示パネルに到達する光束
は周辺部で照度が低下するが、この低下した部分の照度
を液晶表示パネルの上下および左右の各領域で偏光分離
面を反射して到達する光束が補償するので、高輝度で照
度分布特性が均一の投写型液晶表示装置を実現すること
ができる。

【００２６】請求項２記載の発明では、（イ）光源と、
（ロ）この光源の背後に配置されこの光源から発せられ
た光束をほぼ平行な光束として前方に出力する放射面状
の反射鏡と、（ハ）この反射鏡から発せられたほぼ平行
な光束をその中心に対して上下左右４つの領域に分割し
て入射すると共にそれぞれの偏光分離面によって入射光
の一部を入射した光束のほぼ中心に位置する光軸から離
れる方向に反射させるようにこの光軸を中心に上下左右
に配置された複数の偏光ビームスプリッタプリズムと、
（ニ）これら複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそ
れぞれの偏光分離面によって反射された偏光光を光軸と
ほぼ平行に反射させる偏光光方向変更手段と、（ホ）前
記した複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそれぞれ
の偏光分離面を透過した偏光光の位相をそれぞれ９０度
変換する位相変換手段と、（へ）前記した複数の偏光ビ
ームスプリッタプリズムの偏光分離面を透過し更に位相
変換手段を透過した光束を前記上下左右それぞれの方向
を各辺とする矩形領域の全域にその中央部の照度が高く
なるように照射され、偏光光方向変更手段を通過した後
の光束をこの矩形領域の周辺の上下左右各領域の１つず
つを排他的に分担するように照射されて、この矩形領域
の照度が全体として均一となるような形で補償される液
晶表示パネルとを投写型液晶表示装置に具備させる。

【００２７】すなわち請求項２記載の発明では、光源か
ら発せられたほぼ平行な光束をその中心に対して上下左
右４つの領域に分割して配置された複数の偏光ビームス
プリッタプリズムに入射させ、これらの偏光分離面をそ
のまま透過させると共に位相変換手段で位相を９０度変
更して液晶表示パネルに到達させる光束の成分と、偏光
分離面をそれぞれ反射させ、偏光光方向変更手段によっ
て進行方向を液晶表示パネルの方向に変えて偏光分離面
を透過し位相変換手段で位相を９０度変更された光束と
同一の偏光光とした光束の成分とを液晶表示パネルで重
ね合わせるようにする。偏光分離面を透過して液晶表示
パネルに到達する光束は周辺部で照度が低下するが、こ
の低下した部分の照度を液晶表示パネルの上下および左
右の各領域で偏光分離面を反射して到達する光束が補償
するので、高輝度で照度分布特性が均一の投写型液晶表
示装置を実現することができる。なお、請求項１記載の
発明と請求項２記載の発明は、位相変換手段が偏光分離
面を反射した光束に対して使用されるのか、偏光分離面
を透過した光束に対して使用されるのかの相違点を有し
ている。

【００２８】請求項３記載の発明では、請求項１または
請求項２記載の投写型液晶表示装置で前記した複数の偏
光ビームスプリッタプリズムは、それぞれ偏光分離面を
同一平面上に連続させた複数の偏光ビームスプリッタプ
リズムをアレイ状に配置したものであることを特徴とし
ている。

【００２９】すなわち請求項３記載の発明では、個々の
偏光ビームスプリッタプリズムをそれぞれの偏光分離面
を同一平面上に連続させた複数の偏光ビームスプリッタ
プリズムアレイで構成することにして、プリズムの部分
の体積を大幅に少なくし、原理的に同一の光学系を使用
しながら光学系の軽量化とコストダウンを実現してい
る。

【００３０】請求項４記載の発明では、請求項１または
請求項２記載の投写型液晶表示装置で前記した複数の偏
光ビームスプリッタプリズムは、光軸を対称位置として
上下左右に配置された第１〜第４の偏光ビームスプリッ
タプリズムから構成されることを特徴としている。

【００３１】すなわち請求項４記載の発明では、光軸を
中心に配置された第１〜第４の偏光ビームスプリッタプ
リズムで光束を４つの領域に分割して入射し、偏光分離
面の透過光はそのまま液晶表示パネルの方向に導くと共
に、偏光分離面の反射光は偏光光方向変更手段によって
それぞれ液晶表示パネルの上下左右の周辺部分に主とし
て導き、周辺部分における照度の低下を補償するように
している。

【００３２】請求項５記載の発明では、請求項４記載の
投写型液晶表示装置で光軸方向をｘ軸方向とし、これと
直交する座標軸をそれぞれｙ軸、ｚ軸とするとき、第１
〜第４の偏光ビームスプリッタプリズムのうち２つの偏
光分離面はｘｙ平面とほぼ４５度の角度をなし、他の２
つの偏光分離面はｙｚ平面とほぼ４５度の角度をなすこ
とを特徴としている。

【００３３】すなわち請求項５記載の発明では、偏光分
離面をｘｙ平面あるいはｙｚ平面とほぼ４５度の角度を
なすようにして、透過光と反射光の比率の調整を行って
いる。

【００３４】請求項６記載の発明では、請求項１〜請求
項３記載の投写型液晶表示装置で液晶表示パネルの前後
には第１および第２の偏光板が配置され、第１の偏光板
は、これに入射された直線偏光を画像信号に応じて直線
偏光光に変換し、液晶表示パネルはこの直線偏光を画像
信号に応じて変調し、第２の偏光板は変調された直線偏
光の内の透過軸方向の成分の光のみを透過させ、その後
方に配置された投写レンズで透過した直線偏光をスクリ
ーンに拡大投写させることを特徴としている。

【００３５】すなわち請求項６記載の発明では、液晶表
示パネルとその前後に配置された偏光板とによって画像
が形成され、これが投写レンズによってスクリーン上に
拡大投写されることを明らかにしている。

【００３６】

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

【００３７】図１は本発明の一実施例における投写型液
晶表示装置を示したものである。この装置で光源部は光
源ランプ１０２と光源反射鏡１０１とによって構成され
ている。光源ランプ１０２としては、例えばメタルハイ
ドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等の高輝度
光源が使用される。光源ランプ１０２から放射された光
束は、放物面で形成された反射鏡１０１によって反射さ
れ、ほぼ平行な不定偏光光束として偏光変換光学系１０
３の方向に出射される。

【００３８】本実施例の偏光変換光学系１０３は、４つ
の偏光ビームスプリッタプリズム１０４〜１０７と、４
つの光束反射素子１０８〜１１１と、４つの１／２波長
板１１３〜１１６から構成されている。偏光変換光学系
１０３を通過した光束は、第１および第２の偏光板１１
７、１１８とこれらに挟まれた液晶表示パネル１１９か
らなる画像形成部１２０を通過する。この図で直線１２
１は光軸を示しており、第２の偏光板１１８の後方に
は、図示しない投写レンズとスクリーンが配置されてお
り、投写レンズは透過した直線偏光を、このスクリーン
に拡大投写することになる。

【００３９】図２は、偏光変換光学系を図１と反対方向
から示したものであり、図３はこれを分解した自他で示
したものである。偏光変換光学系１０３は、同一形状で
偏光分離面１３１、１３２が光軸（ｘ軸）１２１に対し
て対称となった第１および第２の偏光ビームスプリッタ
プリズム１０４、１０５と、これらの間に図で上下（ｙ
軸）方向に挟まれた形の第３および第４の偏光ビームス
プリッタプリズム１０６、１０７を備えている。第３お
よび第４の偏光ビームスプリッタプリズム１０６、１０
７の偏光分離面１３３、１３４はｙ軸方向に対称に配置
されている。偏光分離面１３１、１３２はｘｙ平面と４
５度の角度をなし、偏光分離面１３３、１３４はｘｚ平
面と４５度の角度をなしている。

【００４０】第１の１／２波長板１１３は、第１の偏光
ビームスプリッタプリズム１０４における光束の出射面
と平行にその延長線上にｚ軸方向に配置されており、第
２の１／２波長板１１４は、第２の偏光ビームスプリッ
タプリズム１０５における光束の出射面と平行にその延
長線上に第１の１／２波長板１１３と対称となるように
配置されている。第３の１／２波長板１１５は、第３の
偏光ビームスプリッタプリズム１０６における光束の出
射面と平行にその延長線上にｙ軸方向に配置されてお
り、第４の１／２波長板１１６は、第３の偏光ビームス
プリッタプリズム１０６における光束の出射面と平行に
その延長線上に第３の１／２波長板１１５と対称となる
ように配置されている。

【００４１】第１〜第４の１／２波長板１１３〜１１６
は、第１〜第４の光束反射素子１０８〜１１１によって
光束の進行方向が変換された後のｓ偏光成分の光路内に
配置されており、透過する光の進行方向に対する垂直面
内で９０度の位相変換を行う。これにより、透過するｓ
偏光光はｐ偏光光に位相変換される。本実施例と異な
り、このような１／２波長板をｓ偏光光の出射面上に一
致させて配置するようにしてもよい。

【００４２】第１の光束反射素子１０８は、第１の偏光
ビームスプリッタプリズム１０４の入射側の一辺と第１
の１／２波長板１１３の一端を結ぶように配置されてお
り、第２の光束反射素子１０９は、第２の偏光ビームス
プリッタプリズム１０５の入射側の一辺と第２の１／２
波長板１１４の一端を結ぶように配置されている。第３
の光束反射素子１１０は、第３の偏光ビームスプリッタ
プリズム１０６の入射側の一辺と第３の１／２波長板１
１５の上端を結ぶように配置されており、第４の光束反
射素子１１１は、第４の偏光ビームスプリッタプリズム
１０７の入射側の一辺と第４の１／２波長板１１５の下
端を結ぶように配置されている。第１〜第４の偏光ビー
ムスプリッタプリズム１０４〜１０７の偏光分離面１３
１〜１３４の法線に対して９０度以下の角度で配置され
るのが望ましい。

【００４３】このような構成の投写型液晶表示装置で、
光源ランプ１０２から発せられた光束は、方物面形状の
反射鏡１０１によって反射され、ほぼ平行な不定偏光光
束となって偏光変換光学系１０３に入射する。偏光変換
光学系１０３では、第１〜第４の偏光ビームスプリッタ
プリズム１０４〜１０７が、これらの偏光分離面１３１
〜１３４において光源部からの不定偏光光束の内のｐ偏
光成分を透過し、ｓ偏光成分を反射する。透過したｐ偏
光成分はそのまま直進して液晶表示パネル１１９に到達
する。

【００４４】第１〜第４の偏光ビームスプリッタプリズ
ム１０４〜１０７によって反射されたｓ偏光成分の光束
は、第１〜第４の光束反射素子１０８〜１１１によって
ほぼ光軸１２１と同一方向に光路変更されると共に、第
１〜第４の１／２波長板１１３〜１１６によって９０度
の位相変換が行われ、ｐ偏光光となる。これらのｐ偏光
光は、第１〜第４の光束反射素子１０８〜１１１の設置
角度に基づいた方向に反射されて液晶表示パネル１１９
に到達する。

【００４５】これによって、偏光変換光学系１０３の射
出後には統一されたｐ偏光光となり、液晶表示パネル１
１９上ではこれらのｐ偏光光成分が重合することにな
る。これら重合された光束で画像形成部１２０の液晶表
示パネル１１９が照明され、図示しない投写レンズによ
って同じく図示しないスクリーン上に画像が拡大投写さ
れることになる。

【００４６】図４は、液晶表示パネルを照明する投写光
束の重合状態を示したものである。この図で円は図１に
示した第１〜第４の偏光ビームスプリッタプリズム１０
４〜１０７を透過したｐ偏光成分１４１を示している。
これに内接する矩形ＣＤＦＥが液晶表示パネル１１９の
有効表示領域１４２である。有効表示領域１４２の左右
は、第１および第２の光束反射素子１０８、１０９によ
って反射され第１および第２の１／２波長板１１３、１
１４によって位相変換が行われた後のｐ偏光成分１４
４、１４５が中央部を除外した形で照明される。

【００４７】また、有効表示領域１４２の上下は、第３
および第４の光束反射素子１１０、１１１によって反射
され第３および第４の１／２波長板１１５、１１６によ
って位相変換が行われた後のｐ偏光成分１４６、１４７
が同じく中央部を除外した形で照明される。これらのｐ
偏光成分１４１、１４４〜１４７はいずれも有効表示領
域１４２の中心部で強く、中心部から離れるに従って弱
くなる光強度分布を示している。

【００４８】図５は、図４に示した有効表示領域の中心
部の水平方向点を図１０と同様にＡ、Ｂとしたときの、
水平方向点Ａ、Ｂを結ぶ直線上での照度特性を示したも
のである。また、図６は図５における水平方向点Ｃ、Ｄ
を結ぶ直線上での照度特性を示したものである。このよ
うに液晶表示パネル１１９の有効表示領域１４２の全域
にわたりほぼ均一な照度分布特性を得ることができる。

【００４９】変形例

【００５０】図７は、本発明の変形例における投写型液
晶表示装置の偏光変換光学系の部分を表わしたものであ
る。図１と同一部分には同一の符号を付している。この
変形例の偏光変換光学系１５１では、実施例の偏光変換
光学系１０３における第１〜第４の偏光ビームスプリッ
タプリズム１０４〜１０７を、それぞれ更に複数個に分
割しかつこれらの偏光分離面が連続して形成されたアレ
イ状の第１〜第４の偏光ビームスプリッタプリズムアレ
イ１５２〜１５５で構成している。この図では第１の偏
光ビームスプリッタプリズムアレイ１５２の偏光分離面
１５６と第２の偏光ビームスプリッタプリズムアレイ１
５３の偏光分離面１５７が図示されており、第３および
第４の偏光ビームスプリッタプリズムアレイ１５４、１
５５の偏光分離面は示されていない。

【００５１】第１の偏光ビームスプリッタプリズムアレ
イ１５２を構成する一番射出側の偏光ビームスプリッタ
プリズムの偏光分離面１５６と接する一辺には、光軸１
２１と垂直に交わる面内で光軸１２１と遠ざかる方向に
第１の１／２波長板１１３が配置されている。同様に、
第２の偏光ビームスプリッタプリズムアレイ１５３を構
成する一番射出側の偏光ビームスプリッタプリズムの偏
光分離面１５７と接する一辺には、光軸１２１と垂直に
交わる面内で光軸１２１と遠ざかる方向に第２の１／２
波長板１１４が配置されている。

【００５２】また、第３の偏光ビームスプリッタプリズ
ムアレイ１５４の上には第３の１／２波長板１１５が配
置され、第４の偏光ビームスプリッタプリズムアレイ１
５５の下には第４の１／２波長板１１６が配置されてい
る。第１〜第４の光束反射素子１０８〜１１１は、第１
〜第４の偏光ビームスプリッタプリズムアレイ１５２〜
１５５によって反射された光束を、対応する第１〜第４
の１／２波長板１１３〜１１６に入射させるようになっ
ている。これによって、９０度の位相変換が行われてｐ
偏光光となった光束は、第１〜第４の偏光ビームスプリ
ッタプリズムアレイ１５２〜１５５をそのまま透過した
ｐ偏光光と共に、図示しない液晶表示パネルに到達し重
合されることになる。

【００５３】一般に、偏光ビームスプリッタプリズムは
２つの直角プリズムを互いの傾斜面同志接合した構成と
なっており、その接合部分には、誘電体の多層膜が形成
されている。この変形例の偏光変換光学系１５１は、ア
レイ構造の第１〜第４の偏光ビームスプリッタプリズム
アレイ１５２〜１５５を採用することで、偏光分離面は
先の実施例のままとしてプリズムをより小型で軽量なも
のにしている。また、これにより低コスト化が実現され
る。この変形例よりも更に偏光ビームスプリッタプリズ
ムをアレイ状に多数分割すると、その究極の状態として
は平板タイプの偏光ビームスプリッタに行き着くが、こ
れも実施例の偏光変換光学系１０３と原理的な効果は同
じである。

【００５４】なお、本実施例および変形例で使用した第
１〜第４の１／２波長板１１３〜１１６の材質は、ポリ
ビニルアルコールフィルムに限るものではなく、ポリカ
ーボネートあるいはポリスチレン等の高分子フィルムを
使用することもできる。更に、波長板の光学軸を回転さ
せて配置し、複屈折の波長依存性を光学的に補償した１
／２波長板を使用することも効果的である。

【００５５】液晶表示パネル１１９の駆動方式は、アク
ティブマトリックス方式に限らず、時分割駆動の単純マ
トリックス方式でも構わない。また、液晶表示素子は、
モノクロ表示を行う表示素子や、カラーフィルタを内蔵
したカラー表示、更には赤、緑、青の３色を時分割表示
してカラー表示を行うようにした素子であってもよく、
いずれについても本発明を適用することができる。

【００５６】また、光源ランプ１０１からの投写光をダ
イクロイックミラーやダイクロイックプリズムで赤、
緑、青の３色に分離し、それぞれの光路に液晶表示パネ
ルを配置し、これらをスクリーン側で合成してカラー表
示を行う場合にも本発明の投写型液晶表示装置を使用す
ることができる。

【００５７】更に実施例では光束反射素子１０８〜１１
１として反射ミラーを使用したが、プリズムを使用する
ことも可能である。また、実施例では第１〜第４の４つ
の偏光ビームスプリッタプリズム１０４〜１０７を使用
したが、液晶表示パネル１１９の周囲を囲んで照度を補
償するためのプリズムの数はこれ以上であってもよい。
更に光束反射素子１０８〜１１１の数もこれ以上の数で
あってもよく、これにより更にきめ細かく照度の補正を
行うことも可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１、３〜６記
載の発明によれば、放射面状の反射鏡を用いて光源から
発せられた光をほぼ平行な光束とし、この光束の中心に
対して上下左右４つの領域に分割して配置された複数の
偏光ビームスプリッタプリズムにこの光束を入射させ、
これらの偏光分離面をそのまま透過させて液晶表示パネ
ルに到達させる偏光光と、偏光分離面をそれぞれ反射さ
せ、偏光光方向変更手段によって進行方向を液晶表示パ
ネルの方向に変えると共に位相変換手段で位相を９０度
変換された偏光光とを前記した上下左右それぞれの方向
を各辺とする矩形領域からなる液晶表示パネルで重ね合
わせることにした。このとき位相変換手段を透過した光
束をこの矩形領域の全域にその中央部の照度が高くなる
ように照射し、偏光光方向変更手段を通過した後の光束
をこの矩形領域の周辺の上下左右各領域の１つずつを排
他的に分担するように照射するので、矩形領域の照度が
全体として均一となるような形で補償されることになる
と共に、高輝度を実現することができる。

【００５９】また、請求項２、３〜６記載の発明によれ
ば、放射面状の反射鏡を用いて光源から発せられた光を
ほぼ平行な光束とし、この光束の中心に対して上下左右
４つの領域に分割して配置された複数の偏光ビームスプ
リッタプリズムにこの光束を入射させ、これらの偏光分
離面を透過させて位相変換手段が９０度の位相変換を行
って液晶表示パネルに到達させる偏光光と、偏光分離面
をそれぞれ反射させ、偏光方向変更手段によって進行方
向を液晶表示パネルの方向に変えた偏光光とを前記した
上下左右それぞれの方向を各辺とする矩形領域からなる
液晶表示パネルで重ね合わせることにした。このとき位
相変換手段を経由した光束をこの矩形領域の全域にその
中央部の照度が高くなるように照射し、偏光光方向変更
手段を経由した光束をこの矩形領域の周辺の上下左右各
領域の１つずつを排他的に分担するように照射するの
で、矩形領域の照度が全体として均一となるような形で
補償されることになると共に、高輝度を実現することが
できる。

【００６０】更に請求項３記載の発明によれば、それぞ
れの偏光ビームスプリッタプリズムをこれらの偏光分離
面を同一平面上に連続させた複数の偏光ビームスプリッ
タプリズムアレイで構成したので、プリズムの部分の体
積を大幅に少なくし、原理的に同一の光学系を使用しな
がら光学系の軽量化とコストダウンを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の投写型液晶表示装置の要部を示す斜
視図である。

【図２】本実施例の投写型液晶表示装置の偏光変換光学
系を図１と反対方向から示した斜視図である。

【図３】図２の偏光変換光学系の分解斜視図である。

【図４】本実施例の投写型液晶表示装置の液晶表示パネ
ル上での光束の到達状態を示した説明図である。

【図５】図４の水平方向点Ａ、Ｂを結ぶ直線上での照度
特性を示した特性図である。

【図６】図４の水平方向点Ｃ、Ｄを結ぶ直線上での照度
特性を示した特性図である。

【図７】本発明の変形例における投写型液晶表示装置の
偏光変換光学系を示す斜視図である。

【図８】従来の投写型液晶表示装置の一般的な構成を示
した概略構成図である。

【図９】特開平３−１５２５２３号公報に代表される従
来の提案による投写型液晶表示装置の構成を示した概略
構成図である。

【図１０】図９に示した提案による投写型液晶表示装置
の液晶表示パネル上での光束の到達状態を示す説明図で
ある。

【図１１】図９に示した投写型液晶表示装置で偏光ビー
ムスプリッタプリズムを透過した光束の液晶表示パネル
上での照度特性を示した特性図である。

【図１２】図９に示した投写型液晶表示装置で偏光ビー
ムスプリッタプリズムで反射した光束の液晶表示パネル
上での照度特性を示した特性図である。

【図１３】図８に示した投写型液晶表示装置における液
晶表示パネル上での照度特性を示した特性図である。

【図１４】特開平４−３３８２１号公報で提案された投
写型液晶表示装置の要部を示す概略構成図である。

【図１５】この提案による投写型液晶表示装置の液晶表
示パネル上での光束の到達状態を表わした説明図であ
る。

【図１６】図１５の水平方向点Ａ、Ｂを結ぶ直線上での
照度特性を示した特性図である。

【図１７】図１５の水平方向点Ｃ、Ｄを結ぶ直線上での
照度特性を示した特性図である。

【符号の説明】

１０１ 光源ランプ １０２ 光源反射鏡 １０３、１５１ 偏光変換光学系 １０４ 第１の偏光ビームスプリッタプリズム １０５ 第２の偏光ビームスプリッタプリズム １０６ 第３の偏光ビームスプリッタプリズム １０７ 第４の偏光ビームスプリッタプリズム １０８〜１１１ 第１〜第４の光束反射素子 １１３〜１１６ 第１〜第４の１／２波長板 １１７ 第１の偏光板 １１８ 第２の偏光板 １１９ 液晶表示パネル １２０ 画像形成部 １２１ 光軸 １３１〜１３４、１５６、１５７ 偏光分離面 １４１ 透過光としてのｐ偏光成分 １４２ 液晶表示パネル有効表示領域 １４４〜１４７ 位相変換が行われた後のｐ偏光成分 １５２〜１５５ 第１〜第４の偏光ビームスプリッタプ
リズムアレイ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源の背後に配置されこの光源から発せられた光束
   をほぼ平行な光束として前方に出力する放射面状の反射
   鏡と、 この反射鏡から発せられたほぼ平行な光束をその中心に
   対して上下左右４つの領域に分割して入射すると共にそ
   れぞれの偏光分離面によって入射光の一部を入射した光
   束のほぼ中心に位置する光軸から離れる方向に反射させ
   るようにこの光軸を中心に上下左右個別に配置された複
   数の偏光ビームスプリッタプリズムと、 これら複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそれぞれ
   の偏光分離面によって反射された偏光光を前記光軸とほ
   ぼ平行に反射させる偏光光方向変更手段と、 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそれぞれの
   偏光分離面によって反射された偏光光の位相をそれぞれ
   ９０度変換する位相変換手段と、 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズムの偏光分離面
   を透過した光束を前記上下左右それぞれの方向を各辺と
   する矩形領域の全域にその中央部の照度が高くなるよう
   に照射され、前記偏光光方向変更手段と位相変換手段を
   通過した後の光束をこの矩形領域の周辺の上下左右各領
   域の１つずつを排他的に分担するように照射されて、こ
   の矩形領域の照度が全体として均一となるような形で補
   償される液晶表示パネルとを具備することを特徴とする
   投写型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 光源と、この光源の背後に配置されこの光源から発せられた光束
   をほぼ平行な光束として前方に出力する放射面状の反射
   鏡と、 この反射鏡から発せられたほぼ平行な光束をその中心に
   対して上下左右４つの領域に分割して入射すると共にそ
   れぞれの偏光分離面によって入射光の一部を入射した光
   束のほぼ中心に位置する光軸から離れる方向に反射させ
   るようにこの光軸を中心に上下左右に配置された複数の
   偏光ビームスプリッタプリズムと、 これら複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそれぞれ
   の偏光分離面によって反射された偏光光を前記光軸とほ
   ぼ平行に反射させる偏光光方向変更手段と、 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズムのそれぞれの
   偏光分離面を透過した偏光光の位相をそれぞれ９０度変
   換する位相変換手段と、 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズムの偏光分離面
   を透過し更に位相変換手段を透過した光束を前記上下左
   右それぞれの方向を各辺とする矩形領域の全域にその中
   央部の照度が高くなるように照射され、前記偏光光方向
   変更手段を通過した後の光束をこの矩形領域の周辺の上
   下左右各領域の１つずつを排他的に分担するように照射
   されて、この矩形領域の照度が全体として均一となるよ
   うな形で補償される液晶表示パネルとを具備することを
   特徴とする投写型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズ
   ムは、それぞれ偏光分離面を同一平面上に連続させた複
   数の偏光ビームスプリッタプリズムをアレイ状に配置し
   たものであることを特徴とする請求項１または請求項２
   記載の投写型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記複数の偏光ビームスプリッタプリズ
   ムは、前記光軸を対称位置として上下左右に配置された
   第１〜第４の偏光ビームスプリッタプリズムから構成さ
   れることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投
   写型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 光軸方向をｘ軸方向とし、これと直交す
   る座標軸をそれぞれｙ軸、ｚ軸とするとき、第１〜第４
   の偏光ビームスプリッタプリズムのうち２つの偏光分離
   面はｘｙ平面とほぼ４５度の角度をなし、他の２つの偏
   光分離面はｙｚ平面とほぼ４５度の角度をなすことを特
   徴とする請求項４記載の投写型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記液晶表示パネルの前後には第１およ
   び第２の偏光板が配置され、第１の偏光板は、これに入
   射された直線偏光を画像信号に応じて直線偏光光に変換
   し、液晶表示パネルはこの直線偏光を画像信号に応じて
   変調し、第２の偏光板は変調された直線偏光の内の透過
   軸方向の成分の光のみを透過させ、その後方に配置され
   た投写レンズで透過した直線偏光をスクリーンに拡大投
   写させることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の投
   写型液晶表示装置。