JP2800271B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透過型の液晶表示パネルとその光源とを備え
た液晶表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

液晶表示パネルを用いて画像を表示する液晶表示装置
として、透過型の液晶表示パネルを用い、この液晶表示
パネルに光源からの光を入射させて表示を行なうものが
ある。この種の液晶表示装置には、液晶表示パネルの表
示面（出射面）を画面として見るものと、液晶表示パネ
ルを透過した画像光を投影レンズによりスクリーン等の
投影面に拡大投影して見る投影型のものとがあり、いず
れの液晶表示装置も、従来は、光源からの照射光をその
まま液晶表示パネルに入射させる構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、光源からの照射光をそのまま液晶表示
パネルに入射させている従来の液晶表示装置は、光源か
らの照射光の輝度に比べて、液晶表示パネルの表示画像
の輝度が極端に低いという問題をもっていた。

これは、光源からの照射光が無偏光光もしくは直交ベ
クトル成分が同等の強度をもつ光であるのに対して、一
般に使用されている入射面と出射面とに偏光板を備えた
TN型やSTN型の液晶表示パネルは、その入射側偏光板を
透過した直線偏光光を使用して表示を行なうものである
ためである。このため、光源から液晶表示パネルに照射
される光のうち、入射側偏光板の透過軸に沿う振動成分
の光は入射側偏光板を透過して液晶表示パネルに入射す
るが、入射側偏光板の透過軸に対して直交する振動成分
の光は入射側偏光板で吸収されてしまうから、上記入射
側偏光板の透過性能を完全理想状態まで高めたとして
も、光源からの光のうち最大で50％しか液晶表示パネル
での表示に利用することができず、したがって、光源か
らの照射光の輝度に比べて液晶表示パネルを透過する画
像光の輝度が極端に低くなってしまう。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもの
であって、その目的とするところは、光源からの照射光
を効率よく液晶表示パネルに入射させて、液晶表示パネ
ルの表示画像を、光源からの照射光の輝度に近い高輝度
の画像とすることができる液晶表示装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと光源との
間に、前記光源からの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離
する光分離体と、この光分離体で分離された前記Ｐ偏光
光とＳ偏光光のうちの一方の偏光光を他方の偏光光と同
じ偏光光に変換する偏光光変換素子と、この偏光光変換
素子で変換された偏光光の光束と前記他方の偏光光の光
束との２つの光束の方向を互いに平行にする手段と、上
記２つの光束をそれぞれ複数の光束に分割し、上記２つ
の光束それぞれの分割光束が交互に並ぶ１つの光束に合
成して前記液晶表示パネルに向けて出射させる光束合成
体とを具備したことを特徴とするものである。

〔作用〕

すなわち、本発明の液晶表示装置は、光源からの光を
光分離体によってＰ偏光光とＳ偏光光とに分離し、この
分離されたＰ偏光光とＳ偏光光のうちの一方の偏光光を
偏光光変換素子によって他方の偏光光と同じ偏光光に変
換するとともに、この偏光光変換素子で変換された偏光
光の光束と前記他方の偏光光の光束とを互いに平行にし
て光束合成体に導き、この２つの光束を前記光束合成体
によりそれぞれ複数の光束に分割し上記２つの光束それ
ぞれの分割光束が交互に並ぶ１つの光束に合成して、こ
の合成光束を液晶表示パネルに出射させてやるようにし
たものであり、このようにすれば、光源からの照射光が
無偏光光もしくは直交ベクトル成分が同等の強度をもつ
光であっても、光源からの光のほとんどを同じ偏光光と
して液晶表示パネルに入射させることができるから、液
晶表示パネルの入射側偏光板の透過軸を上記偏光光の振
動方向にしておけば、光源からの照射光を効率よく液晶
表示パネルに入射させて、液晶表示パネルの表示画像
を、光源からの照射光の輝度に近い高輝度の画像とする
ことができる。

しかも、本発明の液晶表示装置では、前記光束合成体
を上記のような構成としているため、光束合成体に導か
れる２つの光束の輝度に差があっても、液晶表示パネル
に入射する合成光束の輝度分布を均一にして、液晶表示
パネルに輝度むらのない高品質の画像を表示させること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、投影型の液晶表示装置に
ついて図面を参照し説明する。

第１図は本実施例の投影型液晶表示装置の構成を示し
たもので、図中１はTN型またはSTN型の透過型液晶表示
パネルであり、この液晶表示パネル１の入射面および出
射面にはそれぞれ偏光板2a,2bが設けられている。３は
液晶表示パネル１の表示画像をスクリーン等の投影面４
に拡大投影する投影レンズである。５は光源であり、こ
の光源５は、キセノンランプやハロゲンランプ等の高輝
度の光源ランプ5aと、この光源ランプ5aからの放射光を
前方に向けて反射させるリフレクタ5bとからなってい
る。この光源５の前方には、シリンドリカル凸レンズ６
と、シリンドリカル凹レンズ７と、光源からの光（無偏
光光もしくは直交ベクトル成分が同等の強度をもつ光）
ＡをＰ偏光光ApとＳ偏光光Asとに分離する光分離体８と
が順次配置されており、光源５からの照射光は、シリン
ドリカル凸レンズ６により集光され、シリンドリカル凹
レンズ７により平行光束とされて光分離体８に入射する
ようになっている。

上記光分離体８は、２つのプリズムを貼り合わせると
ともにこの両プリズムの貼り合わせ面にＰ偏光成分の光
を透過させＳ偏光成分の光を反射させるミラー処理を施
した偏光ビームスプリッタであり、両プリズムの貼り合
わせ面（ミラー処理面）で反射されたＳ偏光光Asは、光
分離体８を透過するＰ偏光光Apと直交する方向に出射す
る。

９は上記光分離体８のＳ偏光光Asの出射面に対向させ
て配置された偏光光変換素子である。この偏光光変換素
子９は、上記Ｓ偏光光Asを90゜施光させてこのＳ偏光光
Asを前記光分離体８を透過したＰ偏光光Apと同じ偏光光
（Ｐ偏光光）Ap′に変換するもので、この実施例では偏
光光変換素子９として1/2波長板を用いている。

また、10は前記光分離体８のＰ偏光光出射面に45゜の
傾斜角で対向配置された増反射ミラーであり、光分離体
８を透過したＰ偏光光（以下第１のＰ偏光光という）Ap
の光束は、この増反射ミラー10により、上記偏光光変換
素子９で変換されたＰ偏光光（以下第２のＰ偏光光とい
う）Ap′の光束と平行に反射屈折されるようになってい
る。さらに上記増反射ミラー10の前方と、上記偏光光変
換素子９の出射側には、それぞれ、上記増反射ミラー10
で反射された第１の偏光光Apの光束と、偏光光変換素子
９で変換された第２の偏光光Ap′の光束とを互いに平行
な方向に反射屈折させる増反射ミラー11,12が配置され
ており、上記第１のＰ偏光光Apの光束と第２のＰ偏光光
Ap′の光束は、この増反射ミラー11,12で反射され、横
に並ぶ平行光束となって光束合成体13に入射する。

上記光束合成体13は、上記第１のＰ偏光光Apの光束と
第２の偏光光Ap′の光束との２つの光束を１つの光束に
合成して前記液晶表示パネル１に向けて出射させるもの
で、この光束合成体13は次のような構成となっている。

すなわち、第２図〜第４図は上記光束合成体13を示し
たもので、この光束合成体13はプリズム用ガラス等の高
透過率透明体からなっている。この光束合成体13は、全
体的には側面形状が平行四辺形状の板状をなしており、
この光束合成体13の上記Ｐ偏光光Ap,Ap′の入射方向に
対向する端面は、上記Ｐ偏光光ApとAp′との２つの光束
のうち一方の光束、例えば第２のＰ偏光光Ap′の光束だ
けが入射する入射面14とされている。また、上記２つの
光束の並び方向に対して直交する２つの面（前後面）1
5,16はそれぞれ、上記入射面14側から反対側の端面に向
かって前方（合成光束の出射側）に傾斜しており、この
２つの面15,16のうちの前面は、合成光束の出射面とさ
れている。

そして、この出射面15は、上記入射面14を通らずにこ
の出射面15に入射する第１のＰ偏光光Apの光束の入射方
向に対して所定角度θで傾斜し、上記第１のＰ偏光光Ap
の光束を出射側に反射させるストライプ状の反射面15a
と、上記光束の入射方向とほぼ平行（直角＝０゜±
３′）なストライプ状の立上り面15bとが交互に連続す
る階段状面とされている（以下、この出射面15を出射側
階段状面という）。

また、上記出射側階段状面15とは反対側の後面16は、
入射面14から入射する第２のＰ偏光光Ap′の光束の入射
方向（第１のＰ偏光光Apの光束の入射方向と平行）に対
して所定角度θ′で傾斜し、前記入射面14から透明体内
を通ってこの後面16に入射する第２のＰ偏光光Ap′の光
束を上記出射側階段状面15に向けて反射させるストライ
プ状の反射面16aと、上記光束の入射方向とほぼ平行
（交角＝０゜±３′）なストライプ状の立上り面16bと
が交互に連続する第２の階段状面とされている（以下、
この後面16を後面側階段状面という）。

なお、上記入射面14は、第２のＰ偏光光Ap′の光束入
射方向に対してほぼ垂直（90゜±３′）な面とされてお
り、出射側階段状面15と後面側階段状面16の各反射面15
a,15aの光束の入射方向に対する傾斜角度θ，θ′はそ
れぞれほぼ45゜（45゜±３′）とされている。また、上
記出射側階段状面15と後面側階段状面16の立上り面15b,
16bを除く各反射面15a,15aには、入射光を反射させるた
めの反射コーティング（図示せず）が施されている。た
だし、透明体内を通って後面側階段状面16の各反射面16
a,16aに入射する光は、この反射面16a,16aがほぼ45゜の
全反射面であるために外部に透過することなく空気と透
明体との界面で透明体内に反射されるから、後面側階段
状面16の各反射面16a,16aには反射コーティングを施し
ておかなくてもよい。

この出射側階段状面15と後面側階段状面16の反射面15
a,16aと立上り面15b,16bの数は同じ数（図では８面ず
つ）とされており、またこの反射面15a,16aの高さHaと
立上り面15b,16bの高さHbも同じ高さ（Ha＝Hb）とされ
ている。また、上記出射側階段状面15の反射面15aおよ
び立上り面15bと、後面側階段状面16の各反射面16aおよ
び立上り面16bとは、互いに1/2ピッチずらして形成され
ており、後面側階段状面16の各反射面16a,16aは、出射
側階段状面15の各立上り面15b,15bにそれぞれ対向して
いる。そして、出射側階段状面15の各立上り面15b,15b
は、後面側階段状面16の各反射面16a、16aで反射された
光束を出射側に透過させる透過面とされている。

そして、この光束合成体13は、その出射側階段状面15
と入射面14とをそれぞれ前記増反射ミラー11,12に対向
させて第１図に示すように配置されており、また投影レ
ンズ３は光束合成体13の出射側階段状面15に対向させて
配置されている。

この投影型液晶表示装置は、光源５からの光Ａを光分
離体８によってＰ偏光光ApとＳ偏光光Asとに分離し、こ
の分離されたＰ偏光光ApとＳ偏光光Asうちの一方の偏光
光（Ｓ偏光光）Asを偏光光変換素子９によって他方の偏
光光（Ｐ偏光光）Apと同じ偏光光Ap′に変換するととも
に、この偏光光変換素子９で変換された偏光光Ap′の光
束と前記他方の偏光光Apの光束とを互いに平行にして光
束合成体13に導き、この２つの光束を前記光束合成体13
により１つの光束に合成して、この合成光束を液晶表示
パネル１に入射させてやるようにしたものであり、液晶
表示パネル１を透過した画像光は、投影レンズ３によっ
てスクリーン等の投影面４に拡大投影される。

第５図は上記光束合成体13による第１のＰ偏光光Apと
第２のＰ偏光光Ap′との光束の合成状態を示している。
なお、第５図では、理解を容易にするために、第１のＰ
偏光光Apを実線で示し、第２のＰ偏光光Ap′を破線で示
している。

第５図に示したように、増反射ミラー11により反射さ
れて光束合成体13の出射側階段状面15にその外面側から
入射する第１のＰ偏光光Apの光束は、この出射側階段状
面15の各反射面15a,15aに入射して、光束合成体13の出
射側に反射される。なお、出射側階段状面15の立上り面
15b,15bは、光束の入射方向とほぼ平行であるために、
入射光は立上り面15bの前を通って次の反射面15aに入射
する。そして、上記各反射面15a,15aはその間に立上り
面15bをはさんで間隔をおいて形成されているために、
各反射面15a,15aで反射された光束は、それぞれが上記
各反射面15a,15aの高さHaに相当する幅のストライプ状
光束となり、したがって出射側階段状面15に入射する第
１のＰ偏光光Apの光束は、複数（反射面15aの数と同
数）の小幅光束に分割されて出射する。

また、増反射ミラー12により反射されて光束合成体13
の入射面14に入射する第２のＰ偏光光Ap′の光束は、こ
の入射面14から光束合成体13内に入射し、その後面側階
段状面16の各反射面6a,16aに入射して、出射側階段状面
15側に反射される。この後面側階段状面16でも、その各
反射面16a,16aはその間に立上り面16bをはさんで間隔を
おいて形成されているために、この各反射面16a,16aで
反射された光束は、それぞれが上記各反射面16a,16aの
高さHaに相当する幅のストライプ状光束となり、したが
って後面側階段状面16に入射する第２のＰ偏光光Ap′の
光束も、複数（反射面16aの数と同数）の小幅光束に分
割されて出射する。この各小幅光束はそれぞれ、後面側
階段状面16の各反射面16a,16aと対向している出射側階
段状面15の各立上り面15b,15bを透過して、この出射側
階段状面15の各反射面15a,15aで反射された第１のＰ偏
光光Apの分割光束の間に出射し、この第１のＰ偏光光Ap
の分割光束と合成されて１つの合成光束となる。

なお、上記出射側階段状面15の各反射面15a,15aと後
面側階段状面16の各反射面16a,16aの高さHaは同じであ
るから、第１のＰ偏光光Apの分割光束の幅と第２のＰ偏
光光Ap′の分割光束の幅とは同じであるし、また第１の
Ｐ偏光光Apの分割光束の間隔（出射側階段状面15の各立
上り面15b,15bの高さHb）は第２のＰ偏光光Ap′の分割
光束の幅（後面側階段状面16の各反射面16a,16aの高さH
a）と同じであるから、光束合成体13から出射する合成
光束は、第１のＰ偏光光Apの分割光束と第２のＰ偏光光
Ap′の分割光束が隙間なく交互に並んだ輝度分布のフラ
ットな光束となる。

そして、上記投影型液晶表示装置においては、光源５
からの光ＡをＰ偏光光ApとＳ偏光光Asとに分離し、この
分離されたＰ偏光光ApとＳ偏光光Asうちの一方の偏光光
（Ｓ偏光光）Asを他方の偏光光（Ｐ偏光光）Apと同じ偏
光光Ap′に変換して、この偏光光Ap′の光束と前記他方
の偏光光Apの光束とを光束合成体13により１つの光束に
合成して液晶表示パネル１に入射させてやるようにして
いるから、光源５からの照射光が無偏光光もしくは直交
ベクトル成分が同等の強度をもつ光であっても、光源５
からの光のほとんどを同じ偏光光として液晶表示パネル
１に入射させることができ、したがって、液晶表示パネ
ル１の入射側偏光板2aの透過軸を上記偏光光（Ｐ偏光
光）の振動方向にしておけば、光源５からの照射光を効
率よく液晶表示パネル１に入射させて液晶表示パネル１
の表示画像を、光源５からの照射光の輝度に近い高輝度
の画像とし、この高輝度の画像を投影面４に投影するこ
とができる。

しかも、上記投影型液晶表示装置では、前記光束合成
体13で合成される上記２つの光束がそれぞれ出射側階段
状面15aおよび後面側階段状面16の各反射面15a,16aで反
射されて立上り面15b,16bの高さHbに相当する間隔で並
ぶ複数の光束に分割され、さらに後面側階段状面16の各
反射面16a,16a反射された各分割光束が、出射側階段状
面15の各立上り面15b,15bを透過してこの出射側階段状
面15の各反射面15a,15aで反射された各分割光束の間に
出射するから、光束合成体13により合成された合成光束
は上記２つの光束の分割光束が交互に並ぶ光束となり、
したがって、光束合成体13に導かれる第１のＰ偏光光Ap
と第２のＰ偏光光Ap′との２つの光束の輝度に差があっ
ても、液晶表示パネルに１入射する合成光束の輝度分布
を均一にして、液晶表示パネル１に輝度むらのない高品
質の画像を表示させることができる。

なお、上記実施例では、光分離体８によって分離した
Ｐ偏光光ApとＳ偏光光AsのうちのＳ偏光光AsをＰ偏光光
Ap′に変換しているが、この偏光の変換はＰ偏光光をＳ
偏光光にする変換としてもよく、その場合は液晶表示パ
ネル１の入射側偏光板2aの透過軸をＳ偏光光の振動方向
にすればよい。

また、偏光光変換素子９は、1/2波長板に限らず、例
えば90度ツイストのTN型液晶素子を使用してもよいし、
またこの偏光光変換素子９は、ミラー12と光束合成体13
との間に配置してもよい。

また、上記実施例では、光分離体８によって分離した
第１のＰ偏光光Apの光束を２枚のミラー10,11で反射屈
折させて光束合成体13に導き、光分離体８により分離さ
れ偏光光変換素子９によってＳ偏光からＰ偏光に変換さ
れた第２のＰ偏光光Ap′の光束を１枚のミラー12で反射
屈折させて光束合成体13に導くようにしているが、上記
第１のＰ偏光光Apの光束と第２のＰ偏光光Ap′の光束と
を互いに平行にするためのミラーは、例えば光分離体８
によって分離した第１のＰ偏光光ApをＳ偏光光Asの出射
方向に反射屈折させるミラー10だけとしてもよく、その
場合は、光束合成体13を、そのと入射面14と出射側階段
状面15とを上記ミラー10と偏光光変換素子９とに対向さ
せて、第１図におけるミラー11,12の位置に配置すれば
よい。

さらに、上記実施例では、液晶表示パネル１の表示画
像を投影面４に投影する投影型液晶表示装置について説
明したが、本発明は、液晶表示パネルの表示面（出射
面）を画面として見る液晶表示装置にも適用できること
はもちろんである。

〔発明の効果〕

本発明の液晶表示装置によれば、光源からの照射光が
無偏光光もしくは直交ベクトル成分が同等の強度をもつ
光であっても、光源からの光のほとんどを同じ偏光光と
して液晶表示パネルに入射させることができ、したがっ
て、光源からの照射光を効率よく液晶表示パネルに入射
させて、液晶表示パネルの表示画像を、光源からの照射
光の輝度に近い高輝度の画像とすることができるし、ま
た、光束合成体により合成された合成光束は２つの光束
の分割光束が交互に並ぶ光束となるために、光束合成体
に導かれる２つの光束の輝度に差があっても、液晶表示
パネルに入射する合成光束の輝度分布を均一にして、液
晶表示パネルに輝度むらのない高品質の画像を表示させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図は投影型液晶表示装置の構成図、第２図は光束合成
体の側面図、第３図および第４図は光束合成体を出射側
および入射面側から見た図、第５図は光束合成体による
２つの光束の合成状態を示す図である。 １……液晶表示パネル、５……光源、８……光分離体、
９……偏光光変換素子、10、11、12……増反射ミラー、
13……光束合成体、14……入射面、15……出射側階段状
面、16……後面側階段状面、15a,16a……反射面、15b,1
6b……立上り面、Ap……第１のＰ偏光光、As……Ｓ偏光
光、Ap′……第２のＰ偏光光。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示パネルとその光源とを備えた液晶
   表示装置において、 前記液晶表示パネルと光源との間に、 前記光源からの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離する光
   分離体と、 この光分離体で分離された前記Ｐ偏光光とＳ偏光光のう
   ちの一方の偏光光を他方の偏光光と同じ偏光光に変換す
   る偏光光変換素子と、 この偏光光変換素子で変換された偏光光の光束と前記他
   方の偏光光の光束との２つの方向を互いに平行にする手
   段と、 上記２つの光束をそれぞれ複数の光束に分割し、上記２
   つの光束それぞれの分割光束が交互に並ぶ１つの光束に
   合成して前記液晶表示パネルに向けて出射させる光束合
   成体と、 を具備したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記光束合成体は、 上記光束の入射方向に対向する端面を上記２つの光束の
   うち一方の光束だけが入射する入射面とし、上記２つの
   光束の並び方向に対して直交する２つの面の一方を出射
   面とするとともに、この出射面は、上記光束の入射方向
   に対して所定角度で傾斜し前記入射面を通らずにこの出
   射綿に入射する他方の光束を出射側に反射させる反射面
   と上記光束の入射方向とほぼ平行な立ち上り面とが交互
   に連続する第１の階段状面とし、前記出射面とは反対側
   の面は上記光束の入射方向に対して所定角度で傾斜し前
   記入射面から入射する前記一方の光束を前記出射面に向
   けて反射させる反射面と上記光束の入射方向とほぼ平行
   な立ち上がり面とが交互に連続する第２の階段状面と
   し、かつこの第２の階段状面の各反射面は前記第１の階
   段状面の各立ち上り面に対向させるとともに、前記出射
   面の第１の階段状面の各立ち上り面を、前記第２の階段
   状面の各反射面で反射された光束を出射側に透過させる
   透過面とした透明体からなることを特徴とする請求項１
   記載の液晶表示装置。