JPH05127254A - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】投写型液晶表示装置をコントラスト特性よく小
型に構成する。 【構成】この投写型液晶表示装置には、光軸２上に光源
４、液晶パネル５およびスクリーン７が配設されてい
る。光源４と液晶パネル５間には、光源４よりの光を屈
折させて光軸２に対して所定の角度に液晶パネル５に入
射させる屈折レンズ９が配設され、液晶パネル５とスク
リーン７間には、屈折レンズ９に屈折されて液晶パネル
５を透過した光を光軸２の方向に屈折させる屈折レンズ
１０が配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶パネルを用
いた投写型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶パネルの表示内容（映
像）を光学系、例えばレンズなどを用いてスクリーン上
に投写させる形態の投写型液晶表示装置はよく知られて
いる。

【０００３】この投写型液晶表示装置は、スクリーンの
大画面化が進む中で投写する側の装置自体は小型化され
る傾向にある。また、この投写型液晶表示装置の性能と
しては、スクリーン上に投写される映像のコントラスト
特性がよく、映像全体にコントラストむらのないことが
望まれている。

【０００４】ここで、このような投写型液晶表示装置の
液晶パネルの輝度特性およびコントラスト特性について
説明する。図４に示すように、液晶パネル４１の表示面
４２の一点、例えばＢ点について白色と黒色との輝度観
測を角度を変えて行うことにより、白色分布線Ｘと黒色
分布線Ｙとの輝度特性図を描くことができる。観測者は
２つの分布線の間隔が広いほど輝度差がありコントラス
トが強く感じられる。同図より輝度差の最高点は光軸に
対してθ度だけ上方向であることがわかる。続いて、コ
ントラスト特性について図５を参照して説明する。

【０００５】同図において、光軸を０゜として“＋”を
光軸より上方向の入射角、“−”を光軸より下方向の入
射角とする。このコントラスト特性図を見ると、前述し
たように、光軸に対してθ度だけ上方向よりＢ点を観測
すると、表示面４２のコントラストが最良になることが
わかる。この角度θは液晶パネル４１の構造によって異
なるが、通常、光軸に対して上方向に３°〜５°であ
る。

【０００６】ところで、図６に示すように、光軸上にリ
フレクタ４３、光源４４、集光レンズ４５、液晶パネル
４１、投写レンズ４６およびスクリーン４７などの光学
系を配設している投写型液晶表示装置では、観察方向に
スクリーン４７を向けることはできない。このため、例
えば集光レンズ４５の上側より屈折した光が液晶パネル
４１の表示面４２のＡ点を透過する角度をθ1 、光軸上
の表示面４２の点をＢ点、集光レンズの下側より屈折し
た光が液晶パネル４１の表示面４２のＣ点を透過する角
度をθ2 として液晶パネル４２を透過する光を３通りに
シュミレーションした場合、スクリーン４７上に投写さ
れる映像のコントラスト特性は、液晶パネル４２を透過
する光の角度によって決定される。図７に示すように、
Ｃ点を透過する光の角度θ2 が最良となりＡ点の光の角
度θ1 になるほど悪化する。つまり、光軸上に光学系が
配設された投写型液晶表示装置では、写し出される映像
はコントラストの強い部分と弱い部分との幅Ｔ（傾斜）
が広く画質がよくないことがわかる。

【０００７】そこで、これを改善するために、コントラ
ストが最良となる角度θ2 に表示面４２を透過するすべ
ての光の角度が近づくように、図８に示すように、光源
４４と投写レンズ４６との相対位置を光軸に対してそれ
ぞれ上下にずらして光路を傾ければ、液晶パネル４１を
透過する光の方向は、光軸に対して平均的に上方向に傾
けられる。この結果、図９に示すように、映像のコント
ラスト幅Ｔを狭くしてコントラスト特性を向上させるこ
とができる。

【０００８】しかしながら、この場合、光軸より光源４
４および投写レンズ４６を離して配設されるため装置全
体が大型化されてしまう。また、液晶パネル４１を透過
した光が投写レンズ４６に対して斜めに入射されるの
で、この角度θが傾くなるにしたがって投写レンズ４６
の周辺光利用効率は、ｃｏｓ⁴ θに比例して低下する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の投写
型液晶表示装置では、スクリーン上のコントラストのば
らつきを小さくするために、光源および投写レンズの位
置を光軸よりずらして配置する必要があり装置全体が大
型化する。また、投写レンズに入射される光の入射角が
傾くほど投写レンズの周辺光利用効率が低下するという
問題があった。

【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、投写レンズの周辺光利用効率の低下の
原因となる光源および投写レンズの位置変更をせずに良
好なコントラスト特性を得ることのできる小型な投写型
液晶表示装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の投写型液晶表示
装置は上記した目的を達成するために、光軸上に光源と
この光軸に直交させて液晶パネルおよびスクリーンとを
配設してなる投写型液晶表示装置において、前記液晶パ
ネルと前記光源間に配設され、前記光源よりの光を前記
光軸に対して所定の角度に屈折させて前記液晶パネルに
入射させる第１の光学系と、前記液晶パネルと前記スク
リーン間に配設され、前記第１の光学系により屈折され
て前記液晶パネルを透過した光を前記光軸の方向に屈折
させる第２の光学系とを具備している。

【００１２】

【作用】本発明では、光源は光軸上に配置されており、
この光源より発せられた光は、第１の光学系に屈折され
て光軸に対して液晶パネルの表示内容のコントラストが
最良となる所定の角度で液晶パネルに入射され、この表
示内容がスクリーンに投写される。したがって、スクリ
ーン上にはコントラスト特性のよい映像が投写される。

【００１３】また、液晶パネルを透過した光は、第２の
光学系により光軸方向に屈折されるので、この光を拡大
する投写レンズは光軸あるいは光軸近傍に配設すること
ができる。この結果、投写型液晶表示装置は、光軸を中
心に各光学系が配置されてコンパクト化される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１５】図１（ａ）は本発明に係る一実施例の投写
型液晶表示装置の構成を示す図、同図（ｂ）は同図
（ａ）の部分拡大図である。

【００１６】同図において、１は投写型液晶表示装置の
光学系ブロックである。この光学系ブロック１は、光学
系の中心軸としての光軸２上にリフレクタ３、光源４、
液晶パネル５、投写レンズ６およびスクリーン７などが
配設されて構成されている。この光軸２上のリフレクタ
３は回転放物面反射鏡であり、その焦点位置が光源４と
一致する場合、光源４より発した光はリフレクタ３に反
射して平行光となる。この平行光では、光源４の配光特
性との関係から光軸近傍の光束が少なくなり、例えば対
象物における照度分布は、光の中心に少く周辺に多くな
り、輝度むらの多い状態となる。このためリフレクタ３
の焦点と光源４とを一致させないようにリフレクタ３の
角度は、ごく僅かながら光源４よりずらして配置されて
いる。このリフレクタ３では、光の光路が光軸２に対し
てほぼ 6゜傾けられている。

【００１７】また、光軸２上の光源４には、高効率、高
輝度、高演色性の特徴を有するメタルハライドなどの放
電ランプが用いられている。なお、この光源４の配光分
布は垂直方向に多く光軸２の方向に少ない。

【００１８】さらに、光軸２には、この光軸２に対して
直交するように液晶パネル５が配設されている。この液
晶パネル５の一方面には、図示しない多数の画素が形成
されており、これらの画素により表示面８が形成されて
いる。また、光軸２には、この光軸２に対して直交する
ようにスクリーン７が配設されている。

【００１９】一方、光源４と液晶パネル５間には、第１
の光学系として片凸状のレンズの上半部を切断したよう
な形状の屈折レンズ９が配設されている。この屈折レン
ズ９は、上下方向に曲率が連続的に変化している非球面
レンズであり、この曲面は上から下になるにつれて屈折
率が大きくなっており、この曲面部分に入射された光
は、光軸２に対して所定の角度に屈折されるようになっ
いてる。なお、この角度は、液晶パネル５の構造によっ
て異なり、通常、光軸２に対して上方向または下方向に
３°〜５°の範囲である。

【００２０】また、液晶パネル５とスクリーン７との間
には、第２の光学系として片凸状のレンズの下半部を切
断したような形状の屈折レンズ１０が配設されている。
この屈折レンズ１０は、上下方向に曲率が連続的に変化
している非球面レンズであり、この曲面は上から下にな
るにつれて屈折率が小さくなっている。この屈折レンズ
１０は、前述した屈折レンズ９に対してほぼ 180゜回転
したように配置されており、液晶パネル５を透過した光
は、この屈折レンズ１０により光軸方向に屈折されるよ
うになっている。

【００２１】一方、この投写型液晶表示装置には、回路
系としてテレビ信号を受信するアンテナ１１が設けられ
ている。このアンテナ１１には、テレビ信号を復調する
チューナー１２が接続されている。このチューナー１２
には、液晶パネル５の駆動制御を行うと共にチューナー
１２よりの映像信号を処理する映像信号処理回路１３が
接続されている。そして、この映像信号処理回路１３が
液晶パネル５に接続されている。

【００２２】この投写型液晶表示装置では、液晶パネル
５の表示面８には、アンテナ１１で復調された映像信号
が映像信号処理回路１３で映像処理、増幅後、映像とし
て表示される。

【００２３】一方、光源４より発せられた光は、リフレ
クタ３に反射され屈折レンズ９に入射される。そして、
この曲面により屈折されて光軸２に対して所定の角度で
液晶パネル５に入射され液晶パネル５を透過する。この
とき、映像信号処理回路１３によって液晶パネル５の表
示面８の多数の画素が透明状態から遮光状態にそれぞれ
制御されて透過光には、映像としての輪郭、色彩などが
つけられる。

【００２４】ここで、同図（ｂ）に示すように、リフレ
クタ３の上側で反射した光は、屈折レンズ９の平面的な
部分に入射されるのでほとんど屈折されずに液晶パネル
５に入射されその表示面８のＡ点より透過される。光軸
２に対してこの光の角度をθ1 とする。光軸２上を通る
光は、屈折レンズ９のわずかな曲面により若干屈折され
て表示面８のＢ点より透過される。光軸２に対してこの
角度をθ3 とする。リフレクタ３の下側で反射した光
は、屈折レンズ９の屈折率の大きな曲面部分で強く屈折
されて、光軸２に対して上方に傾斜を変えて表示面８の
Ｃ点を透過する。光軸２に対してこの角度をθ2 とす
る。

【００２５】このように液晶パネル５を透過する光を３
通りにシュミレーションした場合、これらの光は、共に
コントラストのよい上方向の傾きをもち屈折レンズ９に
入射され、屈折レンズ９の曲面でそれぞれが光軸２の方
向に屈折されて投写レンズ６に入射される。そして、投
写レンズ６によってこの透過光の映像は拡大されてスク
リーン７上に投写される。

【００２６】このように本実施例の投写型液晶表示装置
によれば、図２に示すように、液晶パネル５に入射され
る光は、屈折レンズ９によって角度ばらつき、例えば角
度θ1 、角度θ2 、角度θ3 の角度差が修正されて液晶
パネル５の表示面８の各点を透過するので表示面８での
コントラストばらつきが少なくなる。これにより、図３
に示すように、スクリーン７上には、その上下部でコン
トラストむら（差）の少ない映像を投写することができ
る。また、液晶パネル５を透過した光は、屈折レンズ１
０によって光軸方向に屈折されるので、投写レンズ６を
光軸２あるいは光軸２の近傍に配設することができ、投
写型液晶表示装置全体を光軸２を中心として小型（コン
パクト）に構成することができる。さらに投写レンズ６
を光軸２よりずらさなくて済むので、投写レンズ６の周
辺光利用効率の悪化を生じることがなくなる。

【００２７】なお、本実施例では、第１および第２の光
学系として片凸状の屈折レンズを用いたが、光学系とし
て例えばプラスチック系の部材を用いてレンズ状の部材
を形成し、この部材内で光の屈折率が連続的に変化する
ように加工を施したものでもよく、光学系はその形状お
よびレンズの種類、数などに限定されるものではない。
また、本実施例では、液晶パネルを１枚用いた単板式の
投写型液晶表示装置について説明したが、ダイクロイッ
クミラーによる分光系を有し、RGB 各色専用の液晶パネ
ルを備えた３板式の投写型液晶表示装置についても同様
に用いることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の投写型液晶
表示装置によれば、第１の光学系により光は、光軸に対
して所定の角度に屈折されて液晶パネルに透過され、第
２の光学系によりこの光が光軸方向に屈折されるので光
学系全体を光軸を中心に配設できる。この結果、投写型
液晶表示装置を小型に構成することができる。

【００２９】また、第１の光学系により液晶パネルに入
射される光の角度ばらつきが少なくなるのでスクリーン
上に投写される映像のコントラスト特性は、その面の上
下部でコントラストむら（差）の少ない良好な特性が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る一実施例の投写型液晶表
示装置の構成を示す図である。（ｂ）は（ａ）の部分拡
大図である。

【図２】図１の実施例のコントラスト特性図である。

【図３】図１の実施例のスクリーン上の映像投写位置に
よるコントラストの変移を示す図である。

【図４】液晶パネルの表示部を輝度観測したときの輝度
分布を示す図である。

【図５】図４の輝度分布よりコントラスト最良点を示す
図である。

【図６】従来の投写型液晶表示装置を示す斜視図であ
る。

【図７】図６の投写型液晶表示装置のコントラスト特性
図である。

【図８】図６の投写型液晶表示装置を改善した例を示す
図である。

【図９】図８の投写型液晶表示装置のコントラスト特性
図である。

【符号の説明】

１……………光学系の部分 ２……………光軸 ４……………光源 ５……………液晶パネル ６……………投写レンズ ７……………スクリーン ９、１０……屈折レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸上に光源とこの光軸に直交させて液
   晶パネルおよびスクリーンとを配設してなる投写型液晶
   表示装置において、 前記液晶パネルと前記光源間に配設され、前記光源より
   の光を前記光軸に対して所定の角度に屈折させて前記液
   晶パネルに入射させる第１の光学系と、 前記液晶パネルと前記スクリーン間に配設され、前記第
   １の光学系により屈折されて前記液晶パネルを透過した
   光を前記光軸の方向に屈折させる第２の光学系とを具備
   したことを特徴とする投写型液晶表示装置。