JP4709345B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型表示装置は、光源と、液晶パネル等の表示パネルと、投射レンズとを備えている。液晶パネルを含む投射型表示装置として、３枚の液晶パネルを用いた３板方式と、１枚の液晶パネルを用いた単板方式とがある。小型で安価な方式は、光吸収型のカラーフィルタを有する液晶パネルを使用した単板方式である。
【０００３】
しかし、単板方式はＲＧＢ光の混合した白色光がカラーフィルタに入射し、カラーフィルタは所定の色の光のみを透過して他の色の光を吸収する。そのため、使用される光量が光源の光量の１／３以下になる。また、液晶パネルでは偏光子を使用しているため、偏光子に入射する光の半分に相当する偏光のみを使用し、残りの光は吸収される。従って、トータルで１／６以下の光量となってしまう。従って、明るい表示を行うのは難しい。
【０００４】
特開平２−２６９３１５号公報は、光吸収型のカラーフィルタの代わりに、反射型のカラーフィルタを有する液晶パネルを開示している。光吸収型のカラーフィルタは光を吸収して発熱するが、反射型のカラーフィルタは発熱しないので、光量の大きな光源を使用する投射型表示装置で使用すると好都合である。しかし、反射型のカラーフィルタを使用しても、反射した光は使用されないので、光の使用効率は向上しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光の使用効率の高い投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による投射型表示装置は、リフレクタを備える光源と、表示パネルと、投射レンズと、該光源と該表示パネルとの間に配置される偏光反射板と、該光源と該偏光反射板との間に配置される光拡散体と、該光源と該偏光反射板との間に延びる、内面が反射面からなる環状のケースとからなり、該環状のケースは、光拡散体を設けた部位から偏光反射板を設けた部位まで、断面が一定の筒状に形成され、該偏光反射板の位置に開口部を有する反射体を備え、該反射体は前記光源側の表面が反射面であり、該偏光反射板は該反射体の開口部に配置されることを特徴とするものである。
【０００７】
この構成によれば、光源と表示パネルとの間に配置される偏光反射板は、特定の偏光を透過させ、その他の偏光を反射させる。偏光反射板を透過した特定の偏光は表示パネルに入射し、表示像を形成する。偏光反射板で反射した偏光は光源の方向に戻り、光源のリフレクタで反射されて再び表示パネルに向かう。光源と偏光反射板との間に配置される光拡散体は、光を拡散透過させ、環状のケースの内面等に衝突させる。従って、偏光反射板で反射した偏光であっても、光拡散体及び環状のケースの内面で多重反射を繰り返し、偏光状態が変化して、一部の偏光は偏光反射板を透過できるようになる。このようにして、従来は使用されていなかった偏光が使用されるようになり、光の使用効率が向上する。
【０００８】
表示パネルが反射型のカラーフィルタを備えている場合には、所定の色の光はカラーフィルタを透過し、表示像を形成する。残りの色の光はカラーフィルタで反射し、光拡散体及び環状のケースの内面で多重反射を繰り返し、色光の分布が平均化されて、一部の光はカラーフィルタを透過できるようになる。このようにして、従来は使用されていなかった色光が使用されるようになり、光の使用効率が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による投射型表示装置を示す図である。投射型表示装置１０は、光源１２と、表示パネル１４と、投射レンズ１６とからなる。光源１２は、ランプ１８と、リフレクタ２０とからなり、リフレクタ２０の形状は平行光をつくり出す放物線面を想定しているが、その限りでない。表示パネル１４は液晶パネルからなり、前後に偏光子２２、２４が配置されている。好ましくは、表示パネル１４は反射型カラーフィルタ２６（図３）を含む。投射レンズ１６は表示パネル１４によって形成された表示像を図示しないスクリーンに向かって投射する。
【００１０】
偏光反射板２８が光源１２と表示パネル１４との間に配置される。偏光反射板２８の位置に開口部を有する反射板３０が設けられ、偏光反射板２８は反射板３０の開口部に配置される。反射板３０の開口部及び偏光反射板２８の形状は表示パネル１４の形状に合わせた矩形状になっている。偏光反射板２８の大きさは表示パネル１４の大きさと略同じである。図２は偏光反射板２８と反射板３０とを示す正面図である。反射板３０の光源１２側の表面は反射面となっている。
【００１１】
光拡散板３２が光源１２と偏光反射板２８との間に配置される。光拡散板３２はスリガラス、マイクロレンズアレイ、回折格子を利用することができる。そして、環状のケース３４が少なくとも光源１２と偏光反射板２８との間に延びる。光拡散板３２はケース３４内に配置され、光源１２のリフレクタ２０及び反射板３０はケース３４に接続される。ケース３４は円筒形の外観であるが、表示パネル１４の形状等を考慮して、矩形の構造としてもよい。ケース３４は筒状の密閉空間を形成する。ケース３４の内面は吸収の少ない鏡面又は散乱面として、反射面となっている。
【００１２】
図３は、液晶パネルからなる表示パネル１４を示す図である。液晶パネルは、一対のガラス基板３６、３８の間に液晶４０を挟持してなる。反射型カラーフィルタ２６は入射側のガラス基板３６に配置されている。反射型カラーフィルタ２６はＲＧＢの色毎に画素領域を有し、各画素領域において特定の色の光を透過させ、残りの色の光を反射させる。反射型カラーフィルタ２６は誘電体多層膜からなるダイクロイックミラー又は干渉露光で作製された反射型ホログラム等で形成される。
【００１３】
図４は図１の投射型表示装置１０の作用を説明するための図である。ランプ１８で発生した光線をリフレクタ２０で拡散板３２に照射する。拡散板３２によって拡散された光線は、ケース３４の反射面、反射板３０、偏光反射板２８のいずれかに照射される。偏光反射板２８に照射された光線の一方の偏光成分のみが偏光反射板２８を透過し、偏光子２８を透過して表示パネル１４に向かう。その他の光線は偏光反射板２８で反射する。偏光反射板２８で反射した光線は拡散板３２やリフレクタ２０に再度照射され、拡散板３２、ケース３４の反射面、及び反射板３０で多重反射を繰り返し、偏光状態が変化して、一部の偏光は偏光反射板を透過できるようになる。このようにして、従来は使用されていなかった偏光が使用されるようになり、光の使用効率が向上する。
【００１４】
偏光反射板２８を透過した光線は、効率よく偏光子２２を透過し、表示パネル１４に照射される。ここで、表示パネル１４のカラーフィルタ２６は図３に示したように所定の色の光を透過させ、所定外の色の光を反射させる。カラーフィルタ２６を透過した光は表示像を形成する。カラーフィルタ２６で反射した光線は、偏光面が変化していないので、偏光子２２と偏光反射板２８を透過し、光源１２の方向に向かう。この光線は、拡散板３２を通過してリフレクタ２０で反射され、光拡散板３２、ケース３４の反射面、及び反射板３０で多重反射を繰り返し、色光の分布が平均化されて、一部の光はカラーフィルタを透過できるようになる。このようにして、従来は使用されていなかった色光が使用されるようにあり、光の使用効率が向上する。
【００１５】
このようにして、本発明の投射型表示装置では、所定の波長の光が所定の偏光面及びカラーフィルタの所定の画素部分に到達するまで、反射を繰り返す構造としている。これによって、従来光損失していた偏光面の損失１／２と色の損失２／３を抑制することが可能になり、明るい表示が可能となる。
偏光反射板２８は例えば３Ｍ社製のポリマーフィルムを使用することができる。光源１２のランプ１８は、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプはもとより、光源平行度要求は緩和される方式であるため、蛍光管、ＥＬ素子、ＬＥＤアレイを用いることも可能となる。
【００１６】
また、実施例では、反射型のカラーフィルタ２６を用いているが、偏光反射板２８だけの効果でも光使用効率を多少向上させることができるので、吸収型のカラーフィルタを用いても、光利用効率の優れた本発明の投射型表示装置として使用できることは明らかである。
図５は本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。前の実施例と同様に、投射型表示装置１０は、光源１２と、表示パネル１４と、投射レンズ１６と、偏光反射板２８と、反射板３０と、光拡散板３２と、環状のケース３４とからなる。表示パネル１４は反射型カラーフィルタ２６を有する液晶パネルからなる。
【００１７】
この実施例では、光源１２は、ランプ１８と、リフレクタ２０とからなる。リフレクタ２０の中央に開口部を備え、ランプ１８が差し込まれ、外部から電流を供給する構造になっている。リフレクタ２０は楕円体の一部の形状で形成されており、ランプ１８から発散した光線を集光させる機能を有する。そして、集光点の近傍に開口部を備えた反射板４２が設けられる。
【００１８】
この実施例の作用は前の実施例の作用と同様である。すなわち、偏光反射板２８と表示パネル１４の反射型カラーフィルタ２６によって反射した光が光源１２に向かって戻り、リフレクタ２０で反射して再使用される。しかし、リフレクタ２０の開口部やランプ１８の電極部に照射された光線は損失となってしまう。そこで、図５に示したように、開口部付きの反射板４２を配置して、その開口部へ集光させた構造とする。偏光反射板２８及び反射型カラーフィルタ２６で反射して戻ってきた光線は、この反射板４２によって反射され、再使用される。損失となる開口部の面積が小さくなるため、光利用効率が向上する。光源１２から発射された光は反射板４２の開口部を通って進む。
【００１９】
図６は本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。前の実施例と同様に、投射型表示装置１０は、光源１２と、表示パネル１４と、投射レンズ１６と、偏光反射板２８と、反射板３０と、光拡散板３２と、環状のケース３４とからなる。表示パネル１４は反射型カラーフィルタ２６を有する液晶パネルからなる。さらに、複屈折性を備えた光透過体４４が光源１２と偏光反射板２８との間に、より好ましくは光拡散板３２と偏光反射板２８との間に配置される。
【００２０】
複屈折性を備えた光透過体４４は、複屈折性を有する結晶又はポリマーフィルム等の位相差板からなる。光透過体４４を透過する光は、複屈折性のために、偏光面が回転する。偏光反射板２８で反射した光は、偏光反射板２８を透過しない偏光状態の光であるが、光透過体４４を２度透過することによって、偏光反射板２８を透過した偏光状態の光となる。図１のように光透過体４４を配置しなくても、拡散板３２の拡散作用等により多重反射を繰り返すことによって、偏光反射板２８を透過した偏光状態の光とすることができるが、各素子の反射率は１００％より小さいので、反射回数が多くなると、光の損失が大きくなる。光透過体４４を設けて、光の反射回数が少なくても、戻った光が偏光反射板２８を透過できるようにすることにより、光の損失を少なくすることができる。
【００２１】
図７は本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。上記した、光源１２と、表示パネル１４と、投射レンズ１６と、偏光反射板２８と、光拡散体３２等は、投射型表示装置の光学系部を構成する。投射型表示装置はさらに図示しない電源や安定器及びその他を含む電気回路部を含む。
図７においては、光学系部４６と電気回路部４８とは分離して配置され、両者はコード５０で接続されている。電気回路部４８はコード５２によりコンセントに接続されるようになっている。本発明においては、投射型表示装置の光学系の光の使用効率が従来よりも向上し、出力の小さいランプ２０を使用することができるようになり、ハロゲンランプや蛍光管も使用することが可能である。よって、電源回路は小さい容量のものでよく、あるいは無くすことができる。そこで、光学系部４６と電気回路部４８とを分離し、ある長さのコード５０をもってきて、両者を接続し、コード５２でコンセントから直接に光源ランプを点灯することも可能となる。光学系部４６と電気回路部４８とは互いに着脱可能である。出力の大きなランプでは、安全性、ノイズ、電気的な損失等に問題が生じてしまうので、従来は類似の部材からなる光学系部と電気回路部とは一つの筐体に収められている。
【００２２】
また、図７において、光学系部４６はスタンド５４を備えることによって、表示像を観察しやすくすることができる。スタンド５４は光学系部４６の投射角度調整機能を備えている。一般的に、表示スクリーンと映像観察者の間に投射型表示装置を配置するために、投射型表示装置が観察者にとって表示スクリーンの観察の妨害になることがある。図７のような構成であれば、妨害が抑圧される。さらに、光学系部４６と電気回路部４８とを容易に分離することができれば、運搬の自由度が広がり、携帯性が向上する。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光使用効率が高く、小型で、携帯性の優れた投射型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による投射型表示装置を示す図である。
【図２】偏光反射板と反射板とを示す正面図である。
【図３】表示パネルを示す略断面図である。
【図４】図１の投射型表示装置の作用を説明するのための図である。
【図５】本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例による投射型表示装置を示す図である。
【符号の説明】
１０…投射型表示装置
１２…光源
１４…表示パネル
１６…投射レンズ
１８…ランプ
２０…リフレクタ
２６…反射型カラーフィルタ
２８…偏光反射板
３０…反射板
３２…光拡散板
３４…ケース
４２…反射板
４４…光透過体
４６…光学系部
４８…電気回路部

Claims (3)

1. リフレクタを備える光源と、表示パネルと、投射レンズと、該光源と該表示パネルとの間に配置される偏光反射板と、該光源と該偏光反射板との間に配置される光拡散体と、該光源と該偏光反射板との間に延びる、内面が反射面からなる環状のケースとからなり、
   該環状のケースは、光拡散体を設けた部位から偏光反射板を設けた部位まで、断面が一定の筒状に形成され、該偏光反射板の位置に開口部を有する反射体を備え、該反射体は前記光源側の表面が反射面であり、該偏光反射板は該反射体の開口部に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
2. 該表示パネルは反射型のカラーフィルタを備えていることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 該光源はランプとリフレクタとからなり、該リフレクタが楕円体の一部の形状であって、ランプから発散した光線を集光させる機能を有し、集光点の近傍に開口部を備えた反射体を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。

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