JP3170428B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3170428B2 JP03501195A JP3501195A JP3170428B2 JP 3170428 B2 JP3170428 B2 JP 3170428B2 JP 03501195 A JP03501195 A JP 03501195A JP 3501195 A JP3501195 A JP 3501195A JP 3170428 B2 JP3170428 B2 JP 3170428B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は透過型の液晶表示パネル
と光源とを備えた液晶表示装置に関し、特に、小型で高
輝度な液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、透過型の液晶表示パネルに光
源からの光を照射して、画像の表示を行う液晶表示装置
が知られている。この液晶表示装置には、液晶表示パネ
ルの表示面を画面とするタイプのものと、液晶表示パネ
ルを透過した画像光を投射レンズによりスクリーンに拡
大投影するタイプのものとがある。
【0003】従来、上記の両タイプのものはいずれも光
源からの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。しかしながら、上記構成では、光源から
の光の輝度に比して表示画像の輝度が著しく低くなると
いう問題がある。これは、液晶表示パネルが入射面と出
射面とに偏光板を具備しており、入射面側の偏光板を透
過する直線偏光光のみが液晶表示パネルに入射するた
め、不定偏光光である光源からの光は、入射面側の偏光
板が理想的なものであったとしても、最大で50%しか
利用されないことに起因している。
【0004】上記の問題点を解決するものとして、光源
の不定偏光光を高い偏光変換効率で直線偏光光に変換す
る偏光変換光学系を用いた液晶表示装置が知られている
(特開平5−241103号公報)。図6は、この液晶
表示装置を示す構成図である。本装置は、光源51、偏
光変換光学系57、液晶表示パネル56とで構成されて
おり、偏光変換光学系57は、プリズム型の偏光ビーム
スプリッタ52a,52b、光反射素子53a,53
b、λ/2偏光板54a,54bとで構成されている。
光反射素子53a,偏光ビームスプリッタ52a,52
b,光反射素子53bは、この順に、光源からの入射光
B5,B6の進行方向と垂直な方向(紙面の横方向、以
下、単に横方向と記す)に並べられている。
【0005】光源51から出射された不定偏光光の平行
光束B5,B6は偏光ビームスプリッタ52a,52b
の偏光分離面55a,55bにおいて、偏光方向が互い
に直交する2つの直線偏光光であるp偏光光Bp 5 ,B
p 6 とs偏光光Bs 5 ,Bs 6 とに分離される。偏光分
離面55a,55bを透過してくるp偏光光Bp 5 ,B
p 6 は、そのまま直進し、液晶表示パネル56を照明す
る。偏光分離面55a,55bで反射され横方向に進行
するs偏光光Bs 5 ,Bs 6 は、光反射素子53a,5
3bにより進行方向を変えられ、λ/2偏光板54a,
54bを透過した後、液晶表示パネル56を照明する。
λ/2偏光板54a,54bは直線偏光光の偏光方向を
90゜回転する機能を持つため、λ/2偏光板54a,
54bに入射したs偏光光Bs 5 ,Bs 6 は、p偏光光
B’p 5 ,B’p 6 に変換され、液晶表示パネル56を
照明することになる。
【0006】以上のように、図6の構成によれば、光源
1から放射された光束のうちのほとんど全てを、偏光方
向の等しい直線偏光光に変換して、液晶表示パネル56
に照射させることができる。
【0007】図7は従来の液晶表示装置に使用する偏光
変換光学系の他の例を示す構成図である。この偏光変換
光学系64は、図6のプリズム型の偏光ビームスプリッ
タ52a,52bの代わりに、プレート型の偏光ビーム
スプリッタ61a,61bを使用している。プレート型
の偏光ビームスプリッタは、プリズム型の偏光ビームス
プリッタよりも体積が小さく安価である。従って、この
液晶表示装置は図6の液晶表示装置よりも安価に作製す
ることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した液晶表示
装置の偏光変換光学系57では、偏光ビームスプリッタ
52a,52bの光入射面52as,52bsに入射し
た光が横方向に2倍に広がって液晶表示パネル56を照
明する。従って、光入射面52as,52bsの一つあ
たりの面積は、液晶表示パネル56の表示画面56sの
面積の1/4程度でなければならない。このため、液晶
表示パネル56が3インチ〜4インチであるとすると、
偏光ビームスプリッタ52a,52bもかなり大きなも
のとなってしまう。
【0009】偏光ビームスプリッター52a,52bが
大型化すると、偏光分離面55a,55bに均一な偏光
分離性能を持たせることが困難となり、偏光ビームスプ
リッタ52a,52bでの光の偏光変換効率が低下し、
ひいては、液晶表示装置の輝度を減少させる。
【0010】また、偏光ビームスプリッタ52a,52
bの大型化は、液晶表示装置の大型化及びコストアップ
を引き起こすため問題である。
【0011】図7に示した偏光変換光学系64では、プ
レート型の偏光ビームスプリッタ61a,61bへの光
の入射角を大きくしなければならないため、図6の偏光
変換光学系57よりも更に偏光変換光学系64が大型化
してしまうという問題がある。
【0012】本発明は、以上の点に鑑み、薄型で、高輝
度な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の液晶表
示装置は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明
する光源と、を備えた液晶表示装置において、前記光源
からの出射光をp偏光光とs偏光光に分離し、p偏光光
を透過させて前記液晶表示パネルへ出射すると共にs偏
光光を反射する偏光分離面を有し、前記s偏光光を互い
に相反する側に反射するように隣接して配置された一対
の第1の偏光ビームスプリッタと、該一対の第1の偏光
ビームスプリッタを両側から挟むように配置され、前記
第1の偏光ビームスプリッタから出射されたs偏光光を
反射して前記液晶表示パネルへと出射する一対の第1の
反射体と、該第1の反射体に略平行に配置され、前記光
源からの出射光を反射する一対の第2の反射体と、該一
対の第2の反射体を両側から挟むように配置され、前記
第2の反射体で反射された光をp偏光光とs偏光光に分
離し、p偏光光を透過させると共にs偏光光を反射して
前記液晶表示パネルへと出射する偏光分離面を有する一
対の第2の偏光ビームスプリッタと、該一対の第2の偏
光ビームスプリッタを両側から挾むように配置され、前
記第2の偏光ビームスプリッタを透過したp偏光光を反
射して前記液晶表示パネルへと出射する一対の第3の反
射体と、前記液晶表示パネルに入射するp偏光光あるい
はs偏光光のどちらか一方の光路中に配置され、偏光面
を90゜回転するλ/2偏光板と、からなる偏光変換光
学系と、を備え、前記第1の反射体はミラーの一方側の
面に形成され、前記第2の反射体は前記ミラーの反対側
の面に形成されていることを特徴とする
【0014】さらに、請求項2に記載の液晶表示装置
は、前記一対の第1の偏光ビームスプリッタは一体形成
されてなることを特徴とする。
【0015】
【0016】
【作用】上記した従来例においては、光源からの光が2
分されて2個の偏光ビームスプリッタに入射し、偏光変
換光学系において横方向に2倍程度広げられて液晶表示
パネルを照明するが、請求項1に記載の液晶表示装置で
は、光源からの光は一対の第1の偏光ビームスプリッタ
と一対の第2の反射体の4箇所に分かれて入射し、偏光
変換光学系において横方向に2倍程度広げられて液晶表
示パネルを照明する。このため、本発明の第1の偏光ビ
ームスプリッタに入射する光束の断面積は、従来の偏光
ビームスプリッタに入射する光束の断面積の略1/2倍
となる。従って、偏光分離面の一つあたりの面積は従来
使用していた偏光分離面の面積の略1/2倍でよくな
る。また、第2の反射体により反射された光が入射する
第2の偏光ビームスプリッタの偏光分離面の一つあたり
の面積も、同様に、従来のものの略1/2倍でよくな
る。従って、均一な偏光分離性能を持った偏光分離面を
作製することが容易となる。
【0017】また、同様の理由により、偏光変換光学系
の厚さを薄くすることが可能となり、液晶表示装置の薄
型化を実現することができる。
【0018】請求項2に記載の液晶表示装置では、一対
の偏光ビームスプリッタの継ぎ目において、光が乱反射
することがなくなり、入射光を有効に利用することが
きる。
【0019】
【0020】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。
【0021】図1は、本発明の液晶表示装置の一例を示
す構成図である。本装置は光源1,偏光変換光学系1
3,液晶表示パネル15により構成される。偏光変換光
学系13はプリズム型の第1の偏光ビームスプリッタ2
a,2b、ミラー3a,3b、プリズム型の第2の偏光
ビームスプリッタ4a,4b、ミラー5a,5b、λ/
2偏光板11a,11b,12で構成されている。ミラ
ー3a,3bの片方の面は第1の反射体7a,7bを構
成し、もう一方の面は第2の反射体8a,8bを構成し
ている。また、ミラー5a,5bの片側の面は第3の反
射体10a,10bを構成している。
【0022】光源1から出射した不定偏光の平行光束
は、4つの入射光B1,B2,B3,B4に分かれて、
ミラー3a,3b、第1の偏光ビームスプリッタ2a,
2bに入射する。
【0023】第1の偏光ビームスプリッタ2a,2bへ
の入射光B2,B3は偏光分離面6a,6bにおいて、
その偏光分離面6a,6bを透過するp偏光光Bp 2
p 3 と、偏光分離面6a,6bで反射されるs偏光光
s 2 ,Bs 3 に分離される。p偏光光Bp 2 ,Bp 3
はλ/2偏光板12によって、偏光面が90゜回転され
てs偏光光B’s 2 ,B’s 3 に変換され、偏光変換光
学系13から出射する。s偏光光Bs 2 ,Bs 3 は第1
の反射体7a,7bにより、進行方向を変えられて偏光
変換光学系13から出射する。
【0024】ミラー3a,3bへの入射光B1,B4は
第2の反射体8a,8bで反射され、それぞれ第2の偏
光ビームスプリッタ4a,4bに入射する。そして、偏
光分離面9a,9bにて、透過するp偏光光Bp 1 ,B
p 4 と、反射するs偏光光Bs 1 ,Bs 4 とに分離され
る。s偏光光Bs 1 ,Bs 4 はそのまま偏光変換光学系
13から出射する。p偏光光Bp 1 ,Bp 4 はミラー5
a,5bに入射し、その反射体10a,10bで入射光
と同一方向に進行方向を変えられた後、λ/2偏光板1
1a,11bにおいて、偏光面を90゜回転され、s偏
光光B’s 1 ,B’s 4 となって、偏光変換光学系13
から出射する。
【0025】以上により、光源1から出射した不定偏光
光B1,B2,B3,B4はすべてs偏光光となって偏
光変換光学系13を出射し、液晶表示パネル15に入射
し、画像を表示することとなる。
【0026】上記構成の液晶表示装置の偏光変換光学系
13では、第1の偏光ビームスプリッタ2a,2b,第
2の偏光ビームスプリッタ4a,4bの光入射面2a
s,2bs,4as,4bsの一つあたりの面積は液晶
表示パネル15の表示面15sの面積の1/8倍程度で
あるため、偏光分離面6a,6b,9a,9bの一つあ
たりの面積は図6に示した従来例の1/2倍程度とな
り、均一な偏光分離性能を持たせるように作製すること
が容易となる。従って、偏光変換効率が向上し、より多
くの光を液晶表示パネル15に入射させることが可能と
なる。
【0027】また、偏光変換光学系13の厚さも図6に
示した従来例の略1/2程度となり、液晶表示装置を小
型化することが可能となる。
【0028】更に、使用する偏光ビームスプリッタ2
a,2b,4a,4bの体積の総計は図6に示した従来
例の1/2程度となるため、低コストでの作製が可能と
なる。
【0029】図2は偏光変換光学系の他の例を示す構成
図である。ここでは、図1における偏光ビームスプリッ
タ2a,2bを一体化した偏光ビームスプリッタ17を
使用している。このため、偏光ビームスプリッタ2a,
2bの継ぎ目において、光が乱反射するようなことがな
くなり、入射光をより有効に利用することができる。
【0030】図3(a)は偏光変換光学系の更に他の例
を示す構造図である。ここでは、図1における第1の偏
光ビームスプリッタ2a,2bと第1の反射体7a,7
bを一体化したプリズム素子18a,18b、及び、第
2の反射体8a,8bと第2の偏光ビームスプリッタ4
a,4bと第3の反射体10a,10bを一体化したプ
リズム素子19a,19bを使用している。図3(a)
において、20a,20bは第1の反射体を,21a,
21bは第2の反射体を,22a,22bは第3の反射
体を構成しており、すべてプリズム素子19a,19
b,20a,20bの全反射面で構成されている。図1
のように反射体としてミラーを使用する場合には、ミラ
ーでの光の吸収により、そこでの反射率を100%近く
にすることは困難であるが、プリズムの全反射面を使用
する場合には反射率を略100%にすることが可能であ
る。従って、本例では、反射体20a,20b,21
a,21b,22a,22bに入射してくる光をほぼ1
00%の効率で、液晶表示パネル15に入射させること
が可能となり、液晶表示装置の輝度を一層高めることが
可能となる。また、部品数が少なくなるため、作製に必
要なコストを低減することも可能となる。
【0031】プリズム素子18a,18bとプリズム素
子19a,19bは、その間に、薄い空気層ができるよ
うに若干離して配置することが望ましい。なぜなら、空
気とガラスとの屈折率差により、反射体20a,20
b,21a,21bを反射率100%の反射体とするこ
とが容易となるからである。
【0032】また、プリズム素子18a,18bを一体
化したプリズム素子23を使用してもよい。図3(b)
は、その構成図である。
【0033】上記の図3の構成では、組み立て公差によ
り各プリズム素子の配置がずれてしまったときでも、偏
光変換光学系13’,13’’からの出射光の進行方向
が一定方向となるため、無調整での組み立てが可能とな
り、作製が容易になると共に、コストを抑えることがで
きる。図4は図3(b)の偏光変換光学系13’’の配
置が組み立て公差によりずれた例を示す図である。図に
示すように、偏光分離面6a,6bと第1の反射体20
a,20bの位置関係と、第2の反射体21a,21b
と偏光分離面9a,9bと第3の反射体22a,22b
との間の位置関係が変わらないため、偏光変換光学系1
3’’からの出射光B’s1乃至B’s4は、プリズム
素子19a,19b,23の配置のずれによらず、入射
光B1乃至B4の進行方向と同一方向に進行する。
【0034】図5は偏光変換光学系の更に他の例を示す
構成図である。ここでは、図1乃至図4に記載したプリ
ズム型の偏光ビームスプリッタの代わりに、比較的製作
の容易なプレート型偏光ビームスプリッタを使用してい
る。即ち、プレート型の第1の偏光ビームスプリッタ2
4a,24b、第2の偏光ビームスプリッタ27a,2
7bを使用している。尚、25a,25b,26a,2
6b,28a,28bは片面に反射体の形成されたミラ
ーである。
【0035】通常、プレート型の偏光ビームスプリッタ
へは大きな入射角で光を入射させなければならないた
め、図5の偏光変換光学系30の厚さは図1に示したも
のよりも厚くなってしまう。しかしながら、偏光ビーム
スプリッタ24a,24b,27a,27bの体積が小
さいため、偏光変換光学系30の作製を安価に行うこと
ができる。
【0036】尚、上記の図1に記載した偏光変換光学系
では、入射光をs偏光光に揃えているが、λ/2偏光板
の配置を変えることにより、p偏光光に揃えることも可
能であることはいうまでもない。
【0037】
【発明の効果】請求項1に記載の液晶表示装置によれ
ば、偏光変換光学系に使用する偏光ビームスプリッタの
小型化が実現できるため、偏光分離面での偏光分離性能
が均一となり、液晶表示パネルに供給できる光量を増大
させることができる。また、偏光変換光学系が薄型化す
るため、液晶表示装置を小型にすることが可能となる。
【0038】請求項2に記載の液晶表示装置では、一対
の偏光ビームスプリッタの継ぎ目において、光が乱反射
することがなくなり、入射光を有効に利用することが
きる。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の一例を示す構成図であ
る。
【図2】偏光変換光学系の他の例を示す構成図である。
【図3】偏光変換光学系の更に他の例を示す構成図であ
る。
【図4】図3の偏光変換光学系の構成部品の配置がずれ
た例を示す図である。
【図5】偏光変換光学系の更に他の例を示す構成図であ
る。
【図6】従来の液晶表示装置を示す構成図である。
【図7】従来の偏光変換光学系の他の例を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
1 光源 2a,2b,24a,24b 第1の偏光ビームスプリ
ッタ 4a,4b,27a,27b 第2の偏光ビームスプリ
ッタ 7a,7b,20a,20b,25a,25b 第1の
反射体 8a,8b,21a,21b,26a,26b 第2の
反射体 10a,10b,22a,22b,28a,28b 第
3の反射体 11a,11b,12 λ/2偏光板 15 液晶表示パネル Bp 1 〜Bp 4 p偏光光 Bs 1 〜Bs 4 ,B’s 1 〜B’s 4 s偏光光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 G02F 1/13 505

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを
    照明する光源と、を備えた液晶表示装置において、 前記光源からの出射光をp偏光光とs偏光光に分離し、
    p偏光光を透過させて前記液晶表示パネルへ出射すると
    共にs偏光光を反射する偏光分離面を有し、前記s偏光
    光を互いに相反する側に反射するように隣接して配置さ
    れた一対の第1の偏光ビームスプリッタと、 該一対の第1の偏光ビームスプリッタを両側から挟むよ
    うに配置され、前記第1の偏光ビームスプリッタから出
    射されたs偏光光を反射して前記液晶表示パネルへと出
    射する一対の第1の反射体と、 該第1の反射体に略平行に配置され、前記光源からの出
    射光を反射する一対の第2の反射体と、 該一対の第2の反射体を両側から挟むように配置され、
    前記第2の反射体で反射された光をp偏光光とs偏光光
    に分離し、p偏光光を透過させると共にs偏光光を反射
    して前記液晶表示パネルへと出射する偏光分離面を有す
    る一対の第2の偏光ビームスプリッタと、 該一対の第2の偏光ビームスプリッタを両側から挟むよ
    うに配置され、前記第2の偏光ビームスプリッタを透過
    したp偏光光を反射して前記液晶表示パネルへと出射す
    る一対の第3の反射体と、 前記液晶表示パネルに入射するp偏光光あるいはs偏光
    光のどちらか一方の光路中に配置され、偏光面を90°
    回転するλ/2偏光板と、からなる偏光変換光学系と、
    を備え、 前記第1の反射体はミラーの一方側の面に形成され、前
    記第2の反射体は前記ミラーの反対側の面に形成されて
    いることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 前記一対の第1の偏光ビームスプリッタ
    は一体形成されてなることを特徴とする請求項1記載の
    液晶表示装置。
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