JP2925696B2 - 投写型表示装置 - Google Patents
投写型表示装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、投写型表示装置に関し、特に液晶プロジ
ェクタの高輝度化に関するものである。
ェクタの高輝度化に関するものである。
［従来の技術］ 第７図は従来の投写型表示装置の光学系の説明図であ
る。図において、１は光源、２は光源の出射光を平行光
にする放物画鏡、11a,11b,14a,14bは特定波長領域を反
射するダイクロイックミラー、12,13は反射ミラー、17
は２枚の偏光板15a,15bと偏光板に挟まれた液晶セル16
とから構成される透過型液晶表示素子、19は液晶表示素
子17の表示画像をスクリーン20に拡大投写する投写レン
ズである。
る。図において、１は光源、２は光源の出射光を平行光
にする放物画鏡、11a,11b,14a,14bは特定波長領域を反
射するダイクロイックミラー、12,13は反射ミラー、17
は２枚の偏光板15a,15bと偏光板に挟まれた液晶セル16
とから構成される透過型液晶表示素子、19は液晶表示素
子17の表示画像をスクリーン20に拡大投写する投写レン
ズである。
次に、動作について説明する。
白色光源１から発せられた光は放物面鏡２により平行
光束７となって出射され、２枚のダイクロイックミラー
11a,11bによりRGB三色の光7a,7b,7cに分離される。RGB
三色の光7a,7b,7cはそれぞれ液晶表示素子17a,17b,17c
を照明する。液晶表示素子17a,17b,17cで形成されたRGB
画像をダイクロイックミラー14a,14bにより合成し、合
成画像を投写レンズ19によって拡大してスクリーン20に
投写する。
光束７となって出射され、２枚のダイクロイックミラー
11a,11bによりRGB三色の光7a,7b,7cに分離される。RGB
三色の光7a,7b,7cはそれぞれ液晶表示素子17a,17b,17c
を照明する。液晶表示素子17a,17b,17cで形成されたRGB
画像をダイクロイックミラー14a,14bにより合成し、合
成画像を投写レンズ19によって拡大してスクリーン20に
投写する。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の投写型表示装置は以上のように構成されている
ので、光源１から出射される光は自然光（偏光方向がラ
ンダムに変化する光）であり、第７図に示す例において
出射光束７は、液晶表示素子17の入射側偏光板15aの偏
光軸方向と直交する光成分は吸収される。原理的には入
射側偏光板15aにおいて、半分の光が損失を受け、高輝
度の投写画像を得る上での妨げとなる。又、偏光板で吸
収された光パワーにより偏光板の温度が上昇し、偏光選
択性が劣化するといった問題点があった。
ので、光源１から出射される光は自然光（偏光方向がラ
ンダムに変化する光）であり、第７図に示す例において
出射光束７は、液晶表示素子17の入射側偏光板15aの偏
光軸方向と直交する光成分は吸収される。原理的には入
射側偏光板15aにおいて、半分の光が損失を受け、高輝
度の投写画像を得る上での妨げとなる。又、偏光板で吸
収された光パワーにより偏光板の温度が上昇し、偏光選
択性が劣化するといった問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、高輝度な投写型表示装置を提供することを
目的とするものである。
れたもので、高輝度な投写型表示装置を提供することを
目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る投写型表示装置は、直線偏光光を出射
する白色光源と、この白色光源を赤・緑・青の３原色光
に分離する色分離素子及びこの３原色の進行方向を変更
する反射素子を含む光路と、この光路内で分離された前
記白色光源からの直線偏光光を受けて画像を形成する３
枚の同一構造の液晶表示素子と、この液晶表示素子で形
成された表示画像を拡大投写する投写レンズとを備えた
投写型表示装置において、前記液晶表示素子は液晶層が
２枚の偏光板に挟み込まれた構造であって、これら偏光
板の偏光軸方向は矩形の表示領域の辺に対して45度方向
の偏光方向を成しており、前記、白色光源から出射され
る直線偏光光は前記色分離素子の入射面のＰ偏光あるい
はＳ偏光方向に対して45度方向の偏光面を有しており、
前記３枚の液晶表示素子の入射側偏光板に、それぞれの
偏光軸方向に合わせた直線偏光光を入射させるために、
前記光路内での直線偏光光の反射回数に応じて、１枚あ
るいは２枚の前記液晶表示素子の手前に、前記直線偏光
光の偏光面を回転する第１の位相板を備えることを特徴
とする。
する白色光源と、この白色光源を赤・緑・青の３原色光
に分離する色分離素子及びこの３原色の進行方向を変更
する反射素子を含む光路と、この光路内で分離された前
記白色光源からの直線偏光光を受けて画像を形成する３
枚の同一構造の液晶表示素子と、この液晶表示素子で形
成された表示画像を拡大投写する投写レンズとを備えた
投写型表示装置において、前記液晶表示素子は液晶層が
２枚の偏光板に挟み込まれた構造であって、これら偏光
板の偏光軸方向は矩形の表示領域の辺に対して45度方向
の偏光方向を成しており、前記、白色光源から出射され
る直線偏光光は前記色分離素子の入射面のＰ偏光あるい
はＳ偏光方向に対して45度方向の偏光面を有しており、
前記３枚の液晶表示素子の入射側偏光板に、それぞれの
偏光軸方向に合わせた直線偏光光を入射させるために、
前記光路内での直線偏光光の反射回数に応じて、１枚あ
るいは２枚の前記液晶表示素子の手前に、前記直線偏光
光の偏光面を回転する第１の位相板を備えることを特徴
とする。
［作用］ この発明における投写型表示装置は、照明光に直線偏
光光を使用しているので、液晶表示素子の入射側偏光板
における損失が低減され、高輝度の投写画像が得られ
る。又、光損失によって発生する偏光板の発熱を低減で
きる。液晶表示素子の前に配置した位相板は入射光の偏
光面が液晶の入射側偏光板の偏光軸方向と一致するよう
に偏光面を回転させる作用をなすので、３枚の液晶表示
素子は同一デバイスが使用できる。
光光を使用しているので、液晶表示素子の入射側偏光板
における損失が低減され、高輝度の投写画像が得られ
る。又、光損失によって発生する偏光板の発熱を低減で
きる。液晶表示素子の前に配置した位相板は入射光の偏
光面が液晶の入射側偏光板の偏光軸方向と一致するよう
に偏光面を回転させる作用をなすので、３枚の液晶表示
素子は同一デバイスが使用できる。
［実施例］ 第１の本発明の第１の実施例である投写型表示装置の
構成図である。図において、10は直線偏光光を出射する
光源部であり、光源の出射光９は特定波長領域を反射す
るダイクロイックミラー11a,11bによりRGB三色の光21a,
21b,21cに分離される。RGB三色の光21a,21b,21cはそれ
ぞれ液晶表示素子17a,17b,17cを照明する。
構成図である。図において、10は直線偏光光を出射する
光源部であり、光源の出射光９は特定波長領域を反射す
るダイクロイックミラー11a,11bによりRGB三色の光21a,
21b,21cに分離される。RGB三色の光21a,21b,21cはそれ
ぞれ液晶表示素子17a,17b,17cを照明する。
一般に液晶表示素子17の入射側偏光板15aの偏光軸方
向は水平方向に対して45゜である。
向は水平方向に対して45゜である。
図に示す３枚の液晶表示素子17a,17b,17cは同一のも
ので、入射側偏光板の偏光軸方向は、照明光入射側から
見て左上がりの45゜方向に設定されている場合を示した
（第１図上の１点鎖線内を参照）。光源10を出射した水
平方向から45゜傾いた直線偏光光９は、液晶表示素子17
a,17bに至るまでに、それぞれ０回、２回（偶数回）反
射するのに対し、液晶表示素子17bまでは１回（奇数
回）反射である。反射回数が偶数回か奇数回かにより偏
光方向が90゜異なる。光源10から出射される直線偏光光
９の偏光面が第１図に示す方向の場合、液晶表示素子17
a,17cは入射側偏光板15aの偏光軸方向と照明光21a,21c
の偏光方向とは同方向であるが、液晶表示素子17bに対
しては90゜方向が異なる。このため液晶表示素子17bに
入射する光に対しては位相板18を用いて照明光21bの偏
光面を90゜回転している。位相板18としては、素子面内
の直交する光学軸F,S間の位相差が所望の光波長λに対
してλ/2となる素子を、光学軸が入射光の偏光方向に対
して45゜をなすような回転方向に配置するのが適当であ
る（第１図下の一点鎖線内を参照）。液晶表示素子17に
より変調されたRGBの光束を、ダイクロイックミラー14
a,14bで合成し、投写レンズ19で拡大してスクリーン20
にカラー映像を投写する。
ので、入射側偏光板の偏光軸方向は、照明光入射側から
見て左上がりの45゜方向に設定されている場合を示した
（第１図上の１点鎖線内を参照）。光源10を出射した水
平方向から45゜傾いた直線偏光光９は、液晶表示素子17
a,17bに至るまでに、それぞれ０回、２回（偶数回）反
射するのに対し、液晶表示素子17bまでは１回（奇数
回）反射である。反射回数が偶数回か奇数回かにより偏
光方向が90゜異なる。光源10から出射される直線偏光光
９の偏光面が第１図に示す方向の場合、液晶表示素子17
a,17cは入射側偏光板15aの偏光軸方向と照明光21a,21c
の偏光方向とは同方向であるが、液晶表示素子17bに対
しては90゜方向が異なる。このため液晶表示素子17bに
入射する光に対しては位相板18を用いて照明光21bの偏
光面を90゜回転している。位相板18としては、素子面内
の直交する光学軸F,S間の位相差が所望の光波長λに対
してλ/2となる素子を、光学軸が入射光の偏光方向に対
して45゜をなすような回転方向に配置するのが適当であ
る（第１図下の一点鎖線内を参照）。液晶表示素子17に
より変調されたRGBの光束を、ダイクロイックミラー14
a,14bで合成し、投写レンズ19で拡大してスクリーン20
にカラー映像を投写する。
第２図は光源部の構成図であり、図に示すような光源
10内部の光学系が、簡素で高効率に自然光から直線偏光
光へ変換できる方式である。
10内部の光学系が、簡素で高効率に自然光から直線偏光
光へ変換できる方式である。
図を用いて動作を説明する。
光源１の出射光は放物面鏡２により平行光束７とな
る。この平行光束７は自然光である。平行光束７は偏光
ビームスプリッタ３によりＰ偏光光8aとＳ偏光光8bの２
つの直線偏光光に分離される。Ｐ偏光光8aとＳ偏光光8b
の偏光方向は90゜異なるため、Ｓ偏光光8bを反射ミラー
４によって偏向した後、位相板５によりＳ偏光光8bの偏
光面を90゜回転する。そしてウェッジプリズム６等によ
り２光束を合成する。
る。この平行光束７は自然光である。平行光束７は偏光
ビームスプリッタ３によりＰ偏光光8aとＳ偏光光8bの２
つの直線偏光光に分離される。Ｐ偏光光8aとＳ偏光光8b
の偏光方向は90゜異なるため、Ｓ偏光光8bを反射ミラー
４によって偏向した後、位相板５によりＳ偏光光8bの偏
光面を90゜回転する。そしてウェッジプリズム６等によ
り２光束を合成する。
しかし、この方式によれば、位相板の光学特性により
スペクトルが変化する懸念がある。スペクトル変化は、
位相板の遅相軸と進相軸の間で発生する位相差に波長依
存性があることに起因する。位相差の波長依存性によっ
て、直線偏光光を位相板に入射すると透過光の偏光状態
が波長によって異なる。さらに、前記透過光を偏光板に
入射すると、楕円偏光光成分は偏光板で損失を受けるた
めに、透過光強度は波長依存性を有する。位相板を直交
した偏光板に挟んだ時の透過光特性は式で表される。
スペクトルが変化する懸念がある。スペクトル変化は、
位相板の遅相軸と進相軸の間で発生する位相差に波長依
存性があることに起因する。位相差の波長依存性によっ
て、直線偏光光を位相板に入射すると透過光の偏光状態
が波長によって異なる。さらに、前記透過光を偏光板に
入射すると、楕円偏光光成分は偏光板で損失を受けるた
めに、透過光強度は波長依存性を有する。位相板を直交
した偏光板に挟んだ時の透過光特性は式で表される。
Ｉ＝I0sin2δ δ≡πR/λ I0:位相板への入射光強度 I :偏光板の透過光強度 R :位相板のリタデーション λ：波長 又、位相板によって生じる位相差φは式で与えられ
る。
る。
φ＝２πR/λ 第３図は直交した偏光子に挟まれた位相板（リタデー
ションＲ＝280nm）の分光透過率の計算例である。輝度
の低下を軽減するため、緑の波長領域の透過特性が高い
位相板を用いることが望ましいが、図に示すように短波
長領域での損失が大きい。第２図の光束8bは第１図の液
晶表示素子17bまでの間、２枚の位相板5,18を透過す
る。スペクトル変化を軽減するためには２枚の位相板の
光学軸が逆方向になるよう配置することが望ましい。
ションＲ＝280nm）の分光透過率の計算例である。輝度
の低下を軽減するため、緑の波長領域の透過特性が高い
位相板を用いることが望ましいが、図に示すように短波
長領域での損失が大きい。第２図の光束8bは第１図の液
晶表示素子17bまでの間、２枚の位相板5,18を透過す
る。スペクトル変化を軽減するためには２枚の位相板の
光学軸が逆方向になるよう配置することが望ましい。
第４図はλ≠2R（λ/2板の条件からずれる波長）の光
に対する位相変化の説明図である。
に対する位相変化の説明図である。
図中の位相板のＦは進相軸、Ｓは遅相軸を示す。第４
図の上図のように、第１の位相板５を透過した光は、Ｆ
軸方向成分とＳ軸方向成分との位相差φが式よりπ
（1/2波長）からずれるため、楕円偏光となる。位相板
５と18の光学軸が同方向の場合、第２の位相板18の透過
光は、第１の位相板５への入射光に対して位相差φ≠２
πとなる。このために位相板18の透過光は楕円偏光であ
り、液晶表示素子17bの入射側偏光板において偏光選択
による光損失を受け、透過光強度が低下する。
図の上図のように、第１の位相板５を透過した光は、Ｆ
軸方向成分とＳ軸方向成分との位相差φが式よりπ
（1/2波長）からずれるため、楕円偏光となる。位相板
５と18の光学軸が同方向の場合、第２の位相板18の透過
光は、第１の位相板５への入射光に対して位相差φ≠２
πとなる。このために位相板18の透過光は楕円偏光であ
り、液晶表示素子17bの入射側偏光板において偏光選択
による光損失を受け、透過光強度が低下する。
第４図下のように、位相板5,18の光学軸を逆方向に設
定した場合、Ｓ軸方向成分に対して進んでいたＦ軸方向
成分が第２の位相板18で遅れる。このため位相差φ＝０
のもとの直線偏光光となり、透過光強度の低下を低減で
きる。これは、光学軸を逆に重ねることにより、位相板
5,18の系があたかも等方性の光学基板のように作用する
からである。
定した場合、Ｓ軸方向成分に対して進んでいたＦ軸方向
成分が第２の位相板18で遅れる。このため位相差φ＝０
のもとの直線偏光光となり、透過光強度の低下を低減で
きる。これは、光学軸を逆に重ねることにより、位相板
5,18の系があたかも等方性の光学基板のように作用する
からである。
第５図に液晶プロジェクタの色度特性の測定例を示
す。
す。
この特性は第１図において17bの液晶表示素子を青
（Ｂ）表示用に設定した場合である。
（Ｂ）表示用に設定した場合である。
位相板光軸が同方向であると、青の損失が非常に大き
く、Ｃ光源（NTSC方式の基準白色）の色度座標から大幅
にずれるが、２枚の位相板の光学軸を逆方向にすること
により、好ましい白色点に近づくことがわかる。
く、Ｃ光源（NTSC方式の基準白色）の色度座標から大幅
にずれるが、２枚の位相板の光学軸を逆方向にすること
により、好ましい白色点に近づくことがわかる。
［他の実施例］ 第６図は本発明の第２の実施例である投写型表示装置
の構成図である。図からわかるように、照明光９の偏光
方向が、第１図に示す第１の実施例とは逆の右上がり45
゜方向であり、液晶表示素子17a,17b,17cの入射側偏光
板の偏光方向が左上がり45゜に設定する。このとき、液
晶表示素子17bの入射側偏光板15aの偏光軸と照明光21b
の偏光方向は同方向であるが、液晶表示素子17a,17cの
偏光板15aの偏光軸と照明光21a,21cの偏光方向は、90゜
をなす方向となり、照明光の偏光面を90゜回転する必要
がある。このため液晶表示素子17a,17cの手前に位相板1
8a,18cを配置している。その他の作用については第１の
実施例の場合と同様である。
の構成図である。図からわかるように、照明光９の偏光
方向が、第１図に示す第１の実施例とは逆の右上がり45
゜方向であり、液晶表示素子17a,17b,17cの入射側偏光
板の偏光方向が左上がり45゜に設定する。このとき、液
晶表示素子17bの入射側偏光板15aの偏光軸と照明光21b
の偏光方向は同方向であるが、液晶表示素子17a,17cの
偏光板15aの偏光軸と照明光21a,21cの偏光方向は、90゜
をなす方向となり、照明光の偏光面を90゜回転する必要
がある。このため液晶表示素子17a,17cの手前に位相板1
8a,18cを配置している。その他の作用については第１の
実施例の場合と同様である。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、液晶プロジェクタ
の照明光に直線偏光光を用いて、３枚の同一構造の液晶
表示素子を使用し、このうち１枚あるいは２枚の液晶表
示素子の手前に直線偏光光の偏光面を回転する位相板を
備えるように構成したので、同一構造の液晶表示素子の
みで装置が構成されるため、低コストの装置が実現でき
る。
の照明光に直線偏光光を用いて、３枚の同一構造の液晶
表示素子を使用し、このうち１枚あるいは２枚の液晶表
示素子の手前に直線偏光光の偏光面を回転する位相板を
備えるように構成したので、同一構造の液晶表示素子の
みで装置が構成されるため、低コストの装置が実現でき
る。
第１図は本発明の第１の実施例である投写型表示装置の
構成図、第２図は光源部の構成図、第３図は位相板の光
学特性図、第４図は２枚の位相板を透過する光の偏光状
態の説明図、第５図は液晶プロジェクタの色度特性図、
第６図は本発明の第２の実施例である投写型表示装置の
構成図、第７図は従来の投写型表示装置の構成図であ
る。 図において、10は直線偏光照明系、11a,11bは色分離側
ダイクロイックミラー、14a,14bは色合成側ダイクロイ
ックミラー、12,13は反射ミラー、17は液晶表示素子、1
8は位相板、19は投写レンズである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
構成図、第２図は光源部の構成図、第３図は位相板の光
学特性図、第４図は２枚の位相板を透過する光の偏光状
態の説明図、第５図は液晶プロジェクタの色度特性図、
第６図は本発明の第２の実施例である投写型表示装置の
構成図、第７図は従来の投写型表示装置の構成図であ
る。 図において、10は直線偏光照明系、11a,11bは色分離側
ダイクロイックミラー、14a,14bは色合成側ダイクロイ
ックミラー、12,13は反射ミラー、17は液晶表示素子、1
8は位相板、19は投写レンズである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 正浩 京都府長岡京市馬場図所１番地 三菱電 機株式会社京都製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 27/28 G02F 1/13 505
Claims (2)
- 【請求項１】直線偏光光を出射する白色光源と、この白
色光源を赤・緑・青の３原色光に分離する色分離素子及
びこの３原色の進行方向を変更する反射素子を含む光路
と、この光路内で分離された前記白色光源からの直線偏
光光を受けて画像を形成する３枚の同一構造の液晶表示
素子と、この液晶表示素子で形成された表示画像を拡大
投写する投写レンズとを備えた投写型表示装置におい
て、 前記液晶表示素子は液晶層が２枚の偏光板に挟み込まれ
た構造であって、これら偏光板の偏光軸方向は矩形の表
示領域の辺に対して45度方向の偏光方向を成しており、
前記白色光源から出射される直線偏光光は前記色分離素
子の入射面のＰ偏光あるいはＳ偏光方向に対して45度方
向の偏光面を有しており、 前記３枚の液晶表示素子の入射側偏光板に、それぞれの
偏光軸方向に合わせた直線偏光光を入射させるために、
前記光路内での直線偏光光の反射回数に応じて、１枚あ
るいは２枚の前記液晶表示素子の手前に、前記直線偏光
光の偏光面を回転する第１の位相板を備えることを特徴
とする投写型表示装置。 - 【請求項２】前記白色光源は、光源と、該光源の出射光
を２つの第１および第２の直線偏光光に分離する偏光分
離手段と、前記第１又は第２の直線偏光光のいずれかを
もう一方の直線偏光光と略同一方向に進行する直線偏光
光に変換する反射手段と、前記第１又は第２の直線偏光
光のいずれかの偏光方向を90度回転する第２の位相板と
により構成され、前記第１および第２の直線偏光光より
なる第３の直線偏光光を出射する偏光光源からなるもの
であり、 前記第２の位相板の進相軸と遅相軸を透過した直線偏光
光の進相軸成分と遅相軸成分が、それぞれ前記第１の位
相板の遅相軸と進相軸を透過するように、前記第１およ
び第２の位相板を配置したことを特徴とする請求項１に
記載の投写型表示装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252564A JP2925696B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 投写型表示装置 |
| US08/203,607 US5570209A (en) | 1990-09-18 | 1994-02-28 | Color projection type display apparatus having three liquid crystal displays of same structure |
| US08/659,562 US5691785A (en) | 1990-09-18 | 1996-06-10 | Color projection type display apparatus having three liquid displays of same structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252564A JP2925696B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 投写型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04128818A JPH04128818A (ja) | 1992-04-30 |
| JP2925696B2 true JP2925696B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=17239131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252564A Expired - Fee Related JP2925696B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-20 | 投写型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2925696B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07113709B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1995-12-06 | 松下電器産業株式会社 | 投写型表示装置 |
| USRE37377E1 (en) | 1992-10-09 | 2001-09-18 | Asahi Glass Company, Ltd. | LCD device including an illumination device having a polarized light separating sheet between a light guide and the display |
| JP3604413B2 (ja) * | 1993-05-28 | 2004-12-22 | 旭硝子株式会社 | 直視型液晶表示装置 |
| JPH06331950A (ja) * | 1993-05-25 | 1994-12-02 | Nec Corp | 液晶プロジェクタ用光源系 |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2252564A patent/JP2925696B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04128818A (ja) | 1992-04-30 |
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