JPH0313983A

JPH0313983A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0313983A
Application number: JP15010189A
Authority: JP
Inventors: Masao Imai; 雅雄今井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、液晶表示素子の表示画像をスクリーン面に投
影する投射型液晶表示装置に関する。

（従来の技術）投射型液晶表示装置は、第３図に示すように、光源３１
からの投射光３０で液晶表示素子３４を照明し、投射レ
ンズ３５により液晶表示素子３４の表示画像をスクリー
ン３６に拡大投影するものである。このような投射型液
晶表示装置は、小型の装置で任意の大きさの大画面画像
を容易得ることができるという利点がある。

（発明が解決しようとする課題）しかし、液晶表示素子は直線偏光光で照明する必要があ
るため、不定偏光光である光源からの投射光を、偏光板
を用いて、直線偏光光に変換しなければならない。その
変換効率は４０％以下と、低く、結果として投射画面は
暗くならざるを得なかった。従って、明るい投射画面を
得るためには、光源に輝度の高いものを使用しなくては
ならず、消費電力が大きくなること、偏光板での光吸収
が大きくなり、発熱や素子劣化が生じやすいこと等の問
題点があった。

本発明の目的は、光源からの不定偏光光を効率良く直線
偏光光の投射光に変換するとともに、液晶表示素子への
入射効率も高め、明るい投射画面を得ることができる投
射型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）上記目的を達成するために、本発明の投射型液晶表示装
置は、光源と液晶表示素子と、投射レンズとからなり、
光源と液晶表示素子との間に偏光変換素子と光束幅変換
素子とを設けたことを特徴とする。

前記偏光変換素子は、前記光源からの光束を互いに偏光
方向が直交する二つの光束に分離する偏光ビームスプリ
ッタと、前記二つめ光束の少なくとも一方の光束中に置
かれ、前記二つの光束の進行方向が等しくなるように配
置した光束反射素子と、前記二つの光束の偏光方向か等
しくなるように配置した少なくとも一枚以上の波長板と
から構成できる。また、前記光束幅変換素子は、少なく
とも二枚以上のシリンドリカルレンズとから構成できる
。

（作用）本発明の上記構成によれば、光源からの不定偏光光を偏
光変換素子を用いて、効率良く直線偏光光の投射光に変
換するとともに、その投射光の光束形状を液晶表示素子
の形状に合わせるように、光束幅変換素子を用いること
で入射効率も高めることにより、光源の光利用効率が高
く、明るい投射画面を得ることができる投射型液晶表示
装置が可能になる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一の実施例を示す
投射型液晶表示装置の平面図及び側面図である。

この投射型液晶表示装置は、光源１と、偏光変換素子２
と光束幅変換素子３と液晶表示素子４と、投射レンズ５
とから構成される。偏光変換素子２は偏光ビームスプリ
ッタ７と光束反射素子８と波長板９とから構成されてお
り、光束幅変換素子３は２枚のシリンドリカルレンズ１
０．１１とで構成される。

以上の構成において、光源１はキセノンランプやハロゲ
ンランプ等の高輝度白色光源を用いており、その投射光
は楕円面鏡または図には明示していないが球面、放物面
鏡及びコンデンサレンズ等の光学系を用いて平行光束化
されている。偏光ビームスプリッタ７は、二つの直角プ
リズムの一方の斜面に金属膜や誘電体多層膜等から成る
反送膜をコートして斜面どうしを接合したもので、特に
可視域の波長の光に対して、有効に互いに直交する偏光
成分であるｐ偏光と８偏光の二つの直線偏光光に分離で
きるものを用いている。光束反射素子８は直角プリズム
を用い、その斜面において入射光は全反射される。波長
板９は１７２波長板であり、ポリビニルアルコールフィ
ルムを延伸し複屈折性を持たせ保護ガラスで挾んだもの
を用いている。偏光変換素子２はこれら偏光ビームスプ
リッタ７、光束反射素子８、波長板９を接着剤で接合し
た構成としている。その作用は、以下の通りである。光
源１からの投射光が偏光ビームスプリッタフに入射する
と、斜面において透過光はｐ偏光に、反射光はＳ偏光に
と偏光方向が互いに直交する二つの直線偏光光に分離さ
れる。反射光のＳ偏光光は光束反射素子８に入射し、そ
の斜面において進行方向がｐ偏光光の進行方向と等しい
方向に再び反射され、波長板９を透過する。波長板９は
１／２波長板であり、入射した直線偏光光の偏光方向を
９０°回転する作用を有している。その結果、Ｓ偏光光
は、進行方向並びに偏光方向がｐ偏光のそれと等しくす
ることができる。すなわち、光源１からの不定偏光光で
ある投射光を直線偏光光の投射光に効率良ぐ変換するこ
とができ、その変換効率は偏光板を用いる場合に比べ約
２倍となる。

また、吸収が生じないため素子の劣化が生じないという
利点もある。

以上のように、予め投射光を効率良く直線偏光光に変換
することにより、明るい投射表示画面を得ることが可能
になる。しかし、液晶表示素子４の表示領域の縦横比は
一般のテレビ画面表示の場合３：４であり、一方偏光変
換素子から出射される投射光の断面形状の縦横比は１：
２の横長である。従って、形状の不一致から投射光は液
晶表示素子４の表示領域以外の部分も照明してしまい入
射損失が生じる。これを改善するために光束幅変換素子
３を用いている。光束幅変換素子３は二枚のシリンドリ
カルレンズ１０．１１とから構成されている。シリンド
リカルレンズｉｏ、　ｉｉは、−次元方向のみに曲率を
持ち、屈折により、一方向のみの光束幅を変化させるこ
とが可能である。光束幅変換比は二枚のシリンドリカル
レンズ１０．１１の焦点距離の比で求められる。ここで
縦横比１：２の投射光束を縦横比３：４の表示画面に一
致させるには、横方向に２／３の縮小を行うと良く、こ
れを実現するには、例えばシリトリカルレンズ１０の焦
点距離が６０ｍｍ、シリンドリカルレンズ１１の焦点距
離が４０ｍｍのものを１００ｍｍ離れた位置に配置する
と良い。第１図（ａ）は横方向の光束幅縮小を、第１図
（ｂ）は縦方向には光束幅が一定である様子を示してお
り、入射効率が高いことが理解できる。

以上の光学系により、光源１からの投射光の偏光状態を
効率良く直線偏光光に変換するとともに、光束幅も表示
領域の形状に一致させた投射光で液晶表示素子４を照明
し、投射レンズ５により、液晶表示素子４の表示画像を
スクリーン６上に拡大投影することで、明るい画面を得
ることが可能になる。ここで液晶表示素子４はツィステ
ッド、ネマティック（ＴＮ）型液晶セルであり、薄膜ト
ランジスタを各画素ごとにマトリクス状に配列させ液晶
を駆動するアクティブマトリクス型のものを用いたが、
他にも単純マトリクス型、あるいは薄膜ダイオードを配
列させたアクティブマトリクス型の液晶表示素子でも良
い。また、液晶もＴＮ型のみならず強誘電性液晶を用い
た場合でも同様である。

第２図（ａ）、　（ｂ）は本発明の第二の実施例を示す
投射型液晶表示装置の平面図及び側面図である。

本実施例においては、第１の実施例に比べて光束幅変換
素子２３の構成が異なる。光束幅変換素子２３は二枚の
シリンドリカルレンズ２０．２１とから構成される。縦
横比１：２の投射光束を縦横比３：４の表示画面に一致
させるには、縦方向に１．５倍の拡大を行っても同様の
効果が得られる。これを実現するには、例えばシリンド
リカルレンズ２０の焦点距離が５０ｍｍ、シリンドリカ
ルレンズ２１の焦点距離が７５ｍｍのものを１２５ｍｍ
離れた位置に配置すると良い。第２図（ａ）は横方向に
は光束幅一定、縦方向には光束幅拡大の様子を示してい
る。

以上の説明において、偏光変換素子２の光束反射素子８
は、直角プリズムを用いたが、アルミニウムをコートし
た反射鏡、誘電体多層膜ミラー等の光束反射素子も利用
でき、ｐ偏光を反射する配置も可能である。また、波長
板９は、Ｓ偏光光の光路中に配置したが、ｐ偏光゛光の
光路中に配置しても良い。さらに１／２波長板としてＴ
Ｎ液晶を配向させて封入した液晶セルを用いた素子も使
用でき、波長板９は２枚の１７４波長板、４枚の１７４
波長板の組み合せ等により、投射光の偏光方向を制御す
ることが可能である。

また、光束幅変換素子３及び２３として二枚のシリンド
ルカルレンズ１０．１１及び２０．２１を用いたが、二
枚とも凸レンズに限らず、凸レンズと凹レンズの組み合
せ、または反射光学系の利用等も可能である。さらに、
シリンドリカルレンズの作用を持つ一次元フレネルレン
ズを用いても同様の光束幅変換素子を得ることができる
。

液晶表示素子４は、白黒表示の場合やカラーフィルター
を内蔵したカラー表示の場合のいずれにも適用できる。

また投射光をダイクロイックフィルタで赤、青、緑の三
色に分離し、それぞれ三枚の液晶表示素子に入射させ、
再びダイクロイックフィルタで合成してカラー表示を行
う場合についても同様の投射型液晶表示装置が得られる
。

表示画面については、テレビ放送信号やビデオ信号を入
力して可成したものでも良いし、パーソナルコンピュー
タやワードプロセッサで作成したキャラクタやグラフ等
を表示させても良い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、光源からの不定
偏光光を効率良く、直線偏光光の投射光に変換するとと
もに、液晶表示素子への入射効率も高め、明るい投射画
面表示が可能な投射型液晶表示装置を得ることができた
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明の第一の実施例を示す
投射型液晶表示装置の平面図、及び側面図、第２図（ａ
）。（ｂ）は本発明の第二の実施例を示す投射型液晶表示装
置の平面図、及び側面図、第３図は従来例を説明するた
めの投射型液晶表示装置の平面図である。図において、′１・・・光源、２・・・偏光変換素子、
３，２３・・・光束幅変換素子、４・・・液晶表示素子
、５・・・投射レンズ、６・・・スクリーン、７・・・
偏光ビームスプリッタ、８・・・光束反射素子、９・・
・波長板、１０．１１．２０．２１・・・シリンドリカ
ルレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液晶表示素子と、この液晶表示素子の表示画像を
スクリーン面に投影するための光源および投射レンズと
からなる投射型液晶表示装置において、前記光源と前記
液晶表示素子との間に偏光変換素子と光束幅変換素子と
を設けたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
（２）前記偏光変換素子が、前記光源からの光束を互い
に偏光方向が直交する二つの光束に分離する偏光ビーム
スプリッタと、前記二つの光束の少なくとも一方の光束
中に置かれ、前記二つの光束の進行方向が等しくなるよ
うに配置した光束反射素子と、前記二つの光束の偏光方
向が等しくなるように配置した少なくとも一枚以上の波
長板とから構成されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の投射型液晶表示装置。