JPH05323236A - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶素子の偏光板による光の利用効率の低下を
改善し、さらに液晶表示素子の実効的な開口率を大きく
し、明るい拡大画像が得られる投写型液晶表示装置を提
供する。 【構成】液晶表示素子５と集束レンズ群３との間に、光
源１からの不定偏光光を直線偏光したＰ偏光光とＳ偏光
光とに分離する偏光ビ−ムスプリッタ−と、分離した偏
光光のうちの何れか一方の偏光光を他の偏光光に変換す
る２個の直角プリズムと、前記偏光ビ−ムスプリッタ−
と前記直角プリズムの２面より出射される同一偏光光を
拡大して液晶表示素子上で合成して入射されるように配
置した２枚の偏芯レンズとにより構成される偏光合成素
子４を配設したものである。これにより、光源１からの
光を有効に液晶表示素子５に入射せしめ、透過光を投射
レンズ６でスクリーン７上に拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型液晶表示装置に
係り、特に光源からの光の利用効率を図り、液晶素子か
らの光出力を増大して明るい投影画像を得るのに好適な
投写型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の投写型液晶表示装置は、例えば、
特開昭６３−１５２２５号及び特開昭６３−１１６１２
３号公報に記載されているように、単一光源から出力さ
れた白色光をダイクロイックミラ−により、赤、青、緑
の色の三原色に分光し、この三原色光を３枚の液晶ライ
トバルブにそれぞれ入射することにより、三原色に対応
する画像をダイクロイックミラ−、あるいはダイクロイ
ックプリズムを用いて合成することにより、カラ−画像
を得て、このカラ−画像を１本の投写レンズを用いて、
スクリ−ン上に拡大投写せしめたものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、ライトバルブとして用いる各液晶表示素子の構造
は、通常、２枚の偏光板により光学的に挾まれており、
これによって前記液晶表示素子に入射した光線は、Ｓ偏
光光、あるいはＰ偏光光のうちの何れか一方の偏光しか
出射されない。すなわち、前記液晶素子を透過する光量
は、全くロスが無いものと仮定してもこれら２種の偏光
のうちの一方のみであることから光源の半分となり、光
の利用効率が半減する。ここで、Ｐ偏光光とは入射面に
対して平行な偏光面（電気ベクトルの振動している平
面）をもつ直線偏光光のことをいい、Ｓ偏光光とは入射
面に対して垂直な偏光面をもつ直線偏光光のことをい
う。

【０００４】また、上記従来技術においては液晶表示素
子の開口率の問題があることが指摘されていた。ここで
は、開口率は次のように定義する。 開口率＝１画素中の表示に寄与する有効面積／１画素全
領域の面積 すなわち、表示に寄与しない部分が大きいと開口率は小
さくなり、光の利用効率が悪くなる。表示に寄与しない
部分（遮光部と云う）としては、各電極の金属配線、個
々の画素を個別に制御する手段として付加された非線形
素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギャ
プなどが挙げられる。

【０００５】また、同一液晶表示素子のパネルサイズで
精細度を高くするには、画素ピッチを小さくする必要が
あるが、この場合、液晶表示素子の構成要素のすべてを
相似的に縮小できれば開口率は変化しないが、エッチン
グ精度、位置合わせ精度の点から電極の金属配線の幅や
付加素子の大きさはある程度以下には小さくできない。
その結果、精細度を高くしていくと開口率が必然的に小
さくなるという問題がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は上記従来技術の問
題点を解決することにあり、その第１の目的はＳ偏光光
（またはＰ偏光光）のみならず、Ｐ偏光光（またはＳ偏
光光）をも有効に利用して明るい画像を得ることのでき
る投写型液晶表示装置を、さらに第２の目的は、開口率
をも大きくし、光の利用効率を大幅に向上させて明るい
画像を得ることのできる投写型液晶表示装置を、それぞ
れ提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの不定偏光光を直線偏光した
Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離する偏光ビ−ムスプリッタ
−と、偏光ビ−ムスプリッタ−によって分離したこれら
二つの偏光波のうちの何れか一方の偏光光、すなわち、
Ｐ偏光光またはＳ偏光光の何れか一方の偏光光を互いに
直交する光軸上に４５度傾けた状態で反射面が配置され
るように構成した２個の直角プリズムによって、分離さ
れたもう一方の偏光光の偏光方向とが等しくなるよう
に、すなわちＳ偏光光またはＰ偏光光の何れかに変換
し、さらに前記偏光ビ−ムスプリッタ−によって分離し
て得られたＳ偏光光（またはＰ偏光光）と、前記２個の
直角プリズムにより偏光を変換したＳ偏光光（またはＰ
偏光光）とに光軸をそれぞれ所定量偏芯した偏芯レンズ
を配置し、液晶表示素子面上に拡大合成し入射するよう
に偏光合成素子を構成したものである。

【０００８】また、本発明の他の特徴的な点は、光源か
ら出射した光線をリフレクタ−と集束レンズ群を用い
て、ほぼ平行光束を維持させた状態で前記液晶表示素子
の表示面積の約１／２の大きさにまで光束を一旦集束さ
せて、前記偏光ビ−ムスプリッタ−に入射し、さらに偏
光ビ−ムスプリッタ−によって分離して得られたＳ偏光
光（またはＰ偏光光）と前記２個の直角プリズムにより
偏光を変換したＳ偏光光（またはＰ偏光光）とに光軸を
それぞれ所定量偏芯した偏芯レンズを配置し、これによ
って約２倍に拡大して、液晶表示素子面上で一致して合
成し入射するように偏光合成素子及び照明系を構成した
ものである。

【０００９】さらに、液晶表示素子において、光線の入
射側の透明基板上に液晶の画素配列、さらには１画素に
対応する領域の形状（例えば正方形、短形など）が、共
に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して備え、こ
れらのレンズの焦点を前記液晶表示素子面で、かつ画素
電極のほぼ中央部に一致するように構成したものであ
る。 さらには、前記平板マイクロレンズアレイとして
屈折率分布型マイクロレンズアレイを用いることによっ
て、前記透過型の液晶表示素子の光線の入射側の透明基
板として代用させる構成としたものである。

【００１０】さらに好ましくは、液晶表示素子を、光線
の入射側の透明基板上に液晶の画素配列、さらには１画
素に対応する領域の形状が共に等しい平板マイクロレン
ズアレイを密着して備える構成とした投写型液晶表示装
置において、以下の条件式（３）を満たす投写型液晶表
示装置とすることである。

【００１１】

【数３】 （２δ・ｆ／Ｌ）〈 Ｄ …（３） δ：偏光ビ−ムスプリッタ−径 ｆ：平板マイクロレンズアレイ焦点距離 Ｌ：平板マイクロレンズアレイと、光源と平板マイクロ
レンズアレイ間に配置する光学系により結像する光源の
像位置までの距離 Ｄ：液晶表示素子の１画素の画素電極(開口部)対角長 同じくさらに好ましくは、液晶表示素子を、光線の入射
側の透明基板上に液晶の画素配列、さらには１画素に対
応する領域の形状が共に等しい平板マイクロレンズアレ
イを密着して備える構成とした投写型液晶表示装置にお
いて、以下の条件式（４）を満たす投写型液晶表示装置
とすることである。

【００１２】

【数４】 （ｙ−Ｄ）〈（２δ・ｆ／Ｌ）〈（ｙ＋Ｄ） …（４） δ：偏光ビ−ムスプリッタ−径 ｆ：平板マイクロレンズアレイ焦点距離 Ｌ：平板マイクロレンズアレイと、光源と平板マイクロ
レンズアレイ間に配置する光学系により結像する光源の
像位置までの距離 Ｄ：液晶表示素子の１画素の画素電極(開口部)対角長 ｙ：液晶表示素子の対角方向に相隣あう画素電極(開口
部)の中心間距離

【００１３】

【作用】実施例の項で詳細を説明する図１、図２を引用
して以下にその作用を説明する。図１に示すように光源
１から出射する光線はリフレクタ−２により反射し、平
行光となって集束レンズ群３に入射する。集束レンズ群
３により光線はほぼ平行光束を維持した状態で液晶表示
素子５の受光面の約１／２の大きさまでに絞られ、入射
光束とほぼ同一口径（液晶表示素子面の約１／２の大き
さ）の偏光ビ−ムスプリッタ−１４（偏光合成素子４を
構成するもので図２に詳細を表示した）に入射する。こ
こで、集束レンズ群３を出射する光線は不定偏光光であ
り、前記偏光ビ−ムスプリッタ−１４に入射し、Ｓ偏光
光とＰ偏光光との直線偏光光に分離される。そして、互
いに直交する光軸上に４５度傾けた状態で反射面が配置
されるように構成した２個の直角プリズム１５によっ
て、一方の偏光光を他方の偏光光と同一の直線偏光光に
変換する。すなわち、図２では一方のＳ偏光光２０をＰ
偏光光２１に変換した状態を示している。これにより、
光軸の異なる隣接した２面、すなわち前記偏光ビ−ムス
プリッタ−面と前記直角プリズム面とからそれぞれ同一
偏光光で同一方向の光束（何れもＰ偏光光１９、２１）
を得る。次に、前記偏光ビ−ムスプリッタ−面と前記直
角プリズム面とからの出射光束をその光軸がそれぞれに
所定量偏芯した偏芯レンズ１６に入射する。そして、前
記偏芯レンズによって２面から出射される光束の光軸ず
れを補正し、かつ約２倍に拡大して、液晶表示素子面上
で一致するように入射する。これによって、光源１から
の光束すべてを直線偏光光束として、液晶表示素子５に
入射することができ、光の有効利用率を倍近くまで改善
できる小形の偏光合成素子４が得られる。

【００１４】また、液晶表示素子５の入射側の透明基板
上に平板マイクロレンズアレイを密着して備える構成に
することにより、入射光が有効に画素電極に導かれ、各
電極の金属配線、個々の画素を個別に制御する手段とし
て付加された非線形素子あるいはスイッチング素子、画
素電極の周囲のギャプなどの表示に寄与しない部分（遮
光部）で遮断されることによる前記入射光の損失がほと
んど生じないために、開口率を倍近くまで改善できる。
この結果、前記偏光合成素子及び平板マイクロレンズア
レイを用いることにより明るい投写型液晶表示装置を得
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。 〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例となる投写型液
晶表示装置の全体構成を示す概略図であり、図２は偏光
光学系を示す偏光合成素子の構成図、図３は偏光合成素
子を構成する偏芯レンズの作用説明図である。

【００１６】図１において、１は光源であり、例えばメ
タルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色光源であ
る。２はリフレクタであり、３は光源１からの白色光を
集束するための集束レンズ群であり、４は偏光合成素子
であり、後で図２により詳細を説明するが、偏光手段と
しての偏光ビ−ムスプリッタ−と合成手段としての直角
プリズム及び偏心レンズにより構成させる。５は液晶表
示素子であり、後で図４により詳細を説明するが、液晶
パネルと偏光板、及び平板マイクロレンズアレイによ
り、構成される。６は液晶表示素子５上の表示画像を拡
大するための投写レンズであり、７はスクリ−ンであ
る。一方、８は液晶表示素子５の駆動回路としてのビデ
オクロマ処理回路、９はＲＧＢ出力回路、１０はＸドラ
イバ、１１は同期処理回路、１２はコントロ−ラ、１３
はＹドライバである。

【００１７】さらに、偏光合成素子４は図２に示すよう
に、偏光ビ−ムスプリッタ−１４と、２個の直角プリズ
ム１５と２枚の偏芯レンズ１６とで構成される。

【００１８】以下、本実施例の動作について図１、図２
を用いて詳細に説明する。図１において、光源１をリフ
レクタ−２（ここでは放物形状）の焦点位置近傍に設け
ることにより、リフレクタ−２からの出射光はほぼ平行
光束となり集束レンズ群３に入射する。集束レンズ群３
では、正のパワ−を有する集光レンズ３ａと負のパワ−
を有する集光レンズ３ｂとによって、入射光束を液晶表
示素子５の表示面積の約１／２の大きさまで平行光束を
維持した状態で集束し、偏光合成素子４に入射する。本
実施例では液晶表示素子５として１．３インチ相当の液
晶パネルを使用し、集光レンズ群３からの出射光束を約
φ２３ｍｍまで絞り込んだ。

【００１９】次に偏光合成素子４の動作を図２を用いて
説明する。同図において、集束レンズ群３（図示してい
ない）からの出射光線１７は不定偏光光１８であり、偏
光合成素子４の構成要素である偏光ビ−ムスプリッタ−
１４（本実施例では１５ｍｍ×１５ｍｍ）に入射し、偏
光ビ−ムスプリッタ−１４により不定偏光光１８をＳ偏
光光２０（反射光）とＰ偏光光１９（透過光）の直線偏
光光に分離する。さらに分離されたＰ偏光光１９は、偏
芯レンズ１６によって約２倍に拡大し液晶表示素子（図
示していない）に入射する。

【００２０】また、一方のＳ偏光光２０は、互いに直交
する光軸上に４５度傾けた状態で反射面が配置されるよ
うに構成した２個の直角プリズム１５によりその進路を
それぞれ９０°折り曲げながら２回反射によってＰ偏光
光２１に変換されて出射し、偏芯レンズ１６によって約
２倍に拡大し、液晶表示素子（図示していない）に入射
する。

【００２１】次に前記偏芯レンズ１６の作用について図
３を用いて説明する。図３（ａ）は液晶表示素子側から
図２に示した偏光合成素子４の出射面側を見た状態であ
る。前述したように偏光合成素子４からの出射面は図示
する偏光ビ−ムスプリッタ−からの出射面２２と直角プ
リズムからの出射面２３の２面から出射される。この２
面からの出射面（２２、２３）に偏芯レンズ１６がそれ
ぞれ図２に示したように配置されている。さらに偏芯レ
ンズ１６は図３に点線で示すようにその直径が各出射面
（２２、２３）の対角長をＤ（本実施例では２１．２ｍ
ｍ）とした場合２Ｄとなる平凹レンズ２５の一部を図示
のごとく各出射面（２２、２３）の偏芯量に合わせて切
り取った形状であり、また拡大倍率が約２倍となるよう
に焦点距離を設定した。なお、図３（ｂ）は偏芯レンズ
１６を平凹レンズ２５から４分割した例を示している。
これによって偏芯レンズ１６による偏光ビ−ムスプリッ
タ−出射面２２の拡大像は一点破線で示される領域２４
となり、さらにもう一方の偏芯レンズ１６による直角プ
リズム出射面２３の拡大像も一点破線で示される領域２
４となり同一偏光光が一致して合成される。なお、この
合成される一点破線で示される領域２４は図１の液晶表
示素子５の表示面積と同一で、かつこの位置に液晶表示
素子５の液晶面となるように配置して入射される。ここ
で、前記偏芯レンズ１６の拡大倍率を２倍よりも大きく
にすると、拡大像２４が液晶表示素子５の表示面積より
も大きくなり光利用率が大幅に低下する。また、拡大倍
率を２倍よりも小さくにすると拡大像２４が液晶表示素
子５の表示面積よりも小さくなり輝度むらを生じてしま
う。よって、上記のごとく偏芯レンズ１６の拡大倍率を
約２倍に設定することが本発明の特徴である。

【００２２】以上のように、本実施例の偏光合成素子４
を用いればＰ偏光光とＳ偏光光のいずれの偏光光も有効
に利用できるので従来の偏光板に依存する光利用率の劣
化が大幅に改善される。

【００２３】次に、液晶表示素子５の動作について、図
４、図５を用いて説明する。図４は液晶表示素子５の一
例を示す斜視図であり、図５は図４の構成要素の位置関
係を表すために模式的に描いた平面図である。図４にお
いて、２６は一対の透明基板で、一方の透明基板２６ａ
の対向面側には透明の対向電極２７が、また、他方の透
明基板２６ｂの対向面側には透明の画素電極２９がそれ
ぞれ設けられており、この対をなす透明基板２６ａ、２
６ｂ間に液晶２８が封入されている。３０は、上記他方
の透明基板２６ｂに設けられた各電極の金属配線、個々
の画素を個別に制御する手段として付加された非線形素
子やスイッチング素子、画素電極の周囲のギャップなど
で形成される表示に寄与しない部分（遮光部）である。
このように液晶パネルは透明基板２６、対向電極２７、
液晶２８、画素電極２９、遮光部３０により構成され
る。３１は、平板マイクロレンズアレイであり、本発明
の特徴であるところの屈折率分布型で実質上は図中の破
線で示すような画素電極２９に対応して設けられた２次
元配列のレンズアレイである。３２は平板マイクロレン
ズアレイ３１、透明基板２６の外側にそれぞれ設けた偏
光板である。前記平板マイクロレンズアレイ３１は、前
記液晶２８に対して常に入射光線３３側に設ける。

【００２４】次に図５を用いて本発明の好ましい構成要
素の位置関係及び形状について説明する。同図におい
て、斜線領域３５は前記図４の液晶２８中の１画素に対
応した領域である。そして、斜線領域内の実線枠内２９
が表示に有効な（すなわち、光が透過する）画素電極で
あり、それ以外の周縁が金属配線、スイッチング素子な
どの遮光部３０である。そして、図中の点線枠３１ａが
マイクロレンズアレイ３１の個々のレンズ形状を示す。

【００２５】本発明においては図中に示すように前記平
板マイクロレンズアレイ３１の個々のレンズ形状を前記
液晶２８中の１画素に対応した領域３５の形状と同一形
状及び同一配列に成るようにするのが好ましい。次に平
板マイクロレンズアレイ３１の作用について図６を用い
て説明する。図６は図４の主要部断面図を示す。図６に
おいて、３６は前記平板マイクロレンズアレイ３１の個
々の屈折率分布領域（レンズ部）を示す。また、屈折率
分布領域３６は図中に示すように平板マイクロレンズア
レイ３１中のどちら側に設けても良い。さらに、前記屈
折率分布領域３６を調整することによって、その焦点を
液晶２８の面上あるいはその近傍に来るように設定す
る。これにより、図示しない偏光板を通過してきた光軸
に平行な入射光線３３は、この平板マイクロレンズアレ
イ３１によって集束されて、金属配線、スイッチング素
子などの遮光部３０を通らないで、画素電極２９、すな
わち開口部に入射するので従来の開口率に依存する光利
用率の劣化が大幅に改善される。すなわち、通常４０％
とされている開口率が８０％と２倍に向上する。

【００２６】以上、偏光合成素子４と平板マイクロレン
ズアレイ３１の作用及び効果に関し、個々に説明した
が、次にこれらを組み合わせて、偏光板及び開口率に依
存する光利用率の劣化を同時に改善するための条件につ
いて図７、図８及び図９を用いて説明する。

【００２７】図７は、図２に示した偏光合成素子４の偏
光ビ−ムスプリッタ−１４と、直角プリズム１５との光
軸の関係を示したものであり、３７は偏光ビ−ムスプリ
ッタ−１４の光軸、３８は直角プリズム１５の光軸であ
る。同図の（ａ）は偏光合成素子４を側面から見た図、
（ｂ）は正面から見た図を示している。本実施例の偏光
合成素子４では図７に示すように、偏光ビ−ムスプリッ
タ−光軸３７、直角プリズム光軸３８が所定量偏芯して
いるため、図中に点線で示すように光源１から集束レン
ズ群３までがあたかも２つ存在するかのごとく作用す
る。以下、実線で示した光源１から集束レンズ群３まで
を第１光源、点線で示した光源１から集束レンズ群３ま
でを第２光源と称する。したがって、前記図４に示した
平板マイクロレンズアレイ３１により第１光源、第２光
源のいずれの光源から射出する光線をも同一開口部に入
射することにより、偏光板３２と開口率に依存する光利
用率の劣化を同時に改善でき、従来に対して約４倍（＝
マイクロレンズで２倍＋偏光合成素子で２倍）の明るさ
を得ることができる。

【００２８】以下、偏光板３２と開口率による光利用率
の劣化のいずれも改善するための条件について図８、図
９を用いて説明する。図８は、前記第１光源と第２光源
及び平板マイクロレンズアレイの光学的な関係について
示したものである。図８において、３９は平板マイクロ
レンズアレイ３１の一つのレンズの光軸であり、４０は
第１光源、４１は第２光源であり、それぞれ集束レンズ
群３と偏芯レンズ１６により得られる光源１の像であ
る。同図の（ａ）は液晶表示素子５の透明基板２６ｂ上
に形成された画素電極２９とその周囲を取り巻く遮光部
３０との一つを側面から見た図、（ｂ）は正面から見た
図を示している。４２は平板マイクロレンズアレイ３１
により得られる前記第１光源４０の像であり、４３は平
板マイクロレンズアレイ３１により得られる前記第２光
源４１の像である。図８に示すように、偏光ビームスプ
リッタ１４の光軸３７と直角プリズム１５の光軸３８の
偏心に伴い第１光源像４２と第２光源像４３も偏芯す
る。開口率を改善するには前記第１光源像および前記第
２光源像のいずれもが液晶表示素子４の画素電極２９内
に結像することが望ましく、第１光源像４２と第２光源
像４３の偏芯量を画素電極２９の大きさよりも小さくし
なければならない。

【００２９】いま、図８に示すように、第１光源４０と
第２光源４１の偏芯量をδ₁、第１光源像４２と第２光
源像４３の偏芯量をδ₂、第１光源４０から平板マイク
ロレンズアレイ３１までの距離をＬ、平板マイクロレン
ズアレイ３１の焦点距離をｆと定義する。ここで、第１
光源４０と第２光源４１の偏芯量をδ₁は図３に示すよ
うに、偏光ビ−ムスプリッタ−出射面２２と直角プリズ
ム出射面２３の偏心量であるので、δ₁は偏光ビ−ムス
プリッタ−の対角長Ｄと等しくなる。例えば、偏光ビ−
ムスプリッタ−１４に１５×１５mmの大きさのものを適
用すれば、δ₁＝２１．２（＝１５√２）である。ま
た、通常Ｌ≫δ₁であるので第１光源４０と第２光源４
１の位置はほぼ等しくなり、第１光源像４２と第２光源
像４３の偏芯量δ₂はδ₂＝２δ₁・ｆ／Ｌで示される。

【００３０】画素電極２９の対角長をｙ₁とすると、開
口率を改善するには第１光源像４２と第２光源像４３の
偏芯量δ₂は、ｙ₁よりも小さくしなければならなく、画
素電極２９の対角長ｙ₁の約１／２以下になるようにす
ることが望ましい。

【００３１】以上図８に述べた実施例は、第１光源像４
２および第２光源像４３のいずれもが、一つの画素電極
２９内に結像するための条件であったが、それぞれの光
源像が対角方向に相隣あう２つの画素電極２９にそれぞ
れ結像する場合においても同様な効果が得られる。すな
わち、図９はその例を示したものであり、偏芯量δ₂を
対角方向に相隣あう画素電極２９間の距離ｙの近傍にす
ることが望ましい。

【００３２】以上述べたように、偏光板３２及び開口率
に依存する光利用率の劣化を同時に改善するためには、
第１光源４０と第２光源４１の偏芯量δ₁、第１光源像
４２と第２光源像４３の偏芯量δ₂、第１光源４０から
平板マイクロレンズアレイ３１までの距離Ｌ、平板マイ
クロレンズアレイ３１の焦点距離ｆを、それぞそれ最適
に設定しなければならない。

【００３３】さらに、図１に示すように液晶表示素子５
の面上に表示される画像を投写レンズ６によって拡大
し、スクリ−ン７上に拡大した画像を得る。また、前記
液晶表示素子５の駆動回路としては、例えば図１に示す
回路ブロックであり、レ−ザ−ディスク、ＶＴＲ等から
入力されるビデオ入力をビデオクロマ処理回路８により
処理し、ＲＧＢ出力回路９に入力される。ＲＧＢ出力回
路９ではＲ、Ｇ、Ｂに対応する映像信号及び液晶表示素
子５をＡＣ駆動するため、垂直期間ごとに極性反転し、
Ｘドライバ１０を介して液晶表示素子５の電極に入力さ
れる。前記ビデオクロマ処理回路８、ＲＧＢ出力回路
９、Ｘドライバ１０、及びＹドライバ１３は同期処理回
路１１、コントロ−ラ１２により同期がとられている。

【００３４】以上のように、従来は光源１からの不定偏
光光のうち一方向の直線偏光光のみしか利用されていな
かったものが、本実施例においては、偏光合成素子４に
より光源１からの不定偏光光のほぼ全てを有効に利用す
ることができ、さらには、平板マイクロレンズ３１によ
り液晶表示素子５の実効的な開口率が改善されるので、
光の有効利用率が大幅に改善され、明るい投写型液晶表
示装置が得られる。

【００３５】なお、以上の実施例は、ライトバルブとし
て液晶表示素子５を１枚使用した場合を示したものであ
るから、カラ−表示の場合には液晶表示素子５内に図示
していないカラ−フィルタを設ける必要があることは当
然である。また、以上述べた実施例は、いわゆる色の３
原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する３枚の液晶表示素子５を
用いる方法にも適用できる。それについては、次の実施
例２で詳述する。

【００３６】〈実施例２〉図１０は、本発明の投射型液
晶表示装置の第２の実施例を示す概略構成図である。同
図において、図１に対応する部分には同一符号を付し、
その詳細説明は省略する。光源１をリフレクタ−２（こ
こでは放物形状）の焦点位置近傍に設けることにより、
リフレクタ−２からの出射光はほぼ平行光束となり集光
レンズ群３に入射する。集束レンズ群３では、正のパワ
−を有する集光レンズ３ａと負のパワ−を有する集光レ
ンズ３ｂによって、入射光束を液晶表示素子５の表示面
積の約１／２の大きさまで平行光束を維持した状態で集
束し、偏光合成素子４に入射する。

【００３７】偏光合成素子４では、図２、図３で説明し
たように光源１の不定偏光光を偏光ビ−ムスプリッタ−
１４にてＳ偏光光２０とＰ偏光光１９の２方向の直線偏
光光に分離後、どちらか一方の偏光光を他方の偏光光に
２個の直角プリズム１５により変換し、偏光ビ−ムスプ
リッタ−１４からと直角プリズム１５からの２面から同
一偏光光が出射される。これを偏芯レンズ１６により約
２倍に拡大し、ＲＧＢの各液晶表示素子（５Ｒ、５Ｇ、
５Ｂ）面上で合成するように偏光変換素子４から出射さ
れる。偏光合成素子４から出射された光線は、この光線
の光軸に対して４５°の角度に配置された全反射ミラ−
４４によりその進路を９０°折り曲げられて、さらにこ
の光線の光軸に対して４５°の角度に配置されたＢ（青
色）、Ｒ（赤色）を反射するＢＲ反射ダイクロイックミ
ラ−４５に入射し、Ｂ、Ｒを反射し、Ｇ（緑色）を透過
させる。ＢＲ反射ダイクロイックミラ−４５を反射した
Ｂ、Ｒは、この光線の光軸に対して４５°の角度に配置
されたＲのみを反射するＲ反射ダイクロイックミラ−４
６に入射し、ＲはＲ反射ダイクロイックミラ−４６で反
射され、補正レンズ４７を通過後Ｒ用の液晶表示素子５
Ｒを照射する。また、ＢはＲ反射ダイクロイックミラ−
４６を透過し、補正レンズ４７を通過後Ｂ用の液晶表示
素子５Ｂを照射する。一方、前記ＢＲ反射ダイクロイッ
クミラ−４５を透過したＧは、この光線の光軸に対して
４５°の角度に配置された全反射ミラ−４４によりその
進路を９０°折り曲げられて、補正レンズ４７を通過後
Ｇ用の液晶表示素子５Ｇを照射する。そして、Ｒ、Ｇ、
Ｂそれぞれに対応する画像を別々に得る。

【００３８】さらに、Ｒ用の液晶表示素子５Ｒを出射し
たＲは、この光線の光軸に対して４５°の角度に配置さ
れたＲを反射するＲ反射ダイクロイックミラ−４６を反
射し、この光線の光軸に対して４５°の角度に配置され
たＲとＧを反射するＲＧ反射ダイクロイックミラ−４８
で反射し、投写レンズ６に入射される。Ｇ用の液晶表示
素子５Ｇを出射したＧは、この光線の光軸に対して４５
°の角度に配置された前記Ｒ反射ミラ−４６を透過し、
この光線の光軸に対して４５°の角度に配置された前記
ＲＧ反射ダイクロイックミラ−４８で反射され、前記Ｒ
と同様に投写レンズ６に入射される。Ｂ用の液晶表示素
子５Ｂを出射したＢは、この光線の光軸に対して４５°
の角度に配置された全反射ミラ−４４により、その進路
を９０°折り曲げられて反射し、さらに前記ＲＧ反射ダ
イクロイックミラ−４８を透過し、前記Ｒ、Ｇと同様に
投写レンズ６に入射される。そして、各液晶表示素子５
Ｒ、５Ｇ、５Ｂ上に表示される画像を投写レンズ６によ
り拡大し、スクリ−ン７上に拡大した画像を得る。ここ
で、各液晶表示素子５を出射し、投写レンズ６を照射す
るＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれの光軸が一致しており、さら
に、各液晶表示素子から投写レンズ６までの距離が一致
しているのでスクリ−ン７上にはＲ、Ｇ、Ｂが合成され
たカラ−の拡大画像が得られる。

【００３９】なお、本実施例では、偏光合成素子４を液
晶表示装置に用いた場合で記載したが偏光が利用される
機器及びその応用製品にも、本偏光合成素子４を用いる
ことは可能であることは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、従来では偏光板により
半分以上の光が吸収されていた光源からの光を偏光変換
することにより、すべて偏光光束として表示素子に有効
に照射することができ、さらには、平板マイクロレンズ
アレイにより液晶パネルの実効的な開口率を大きくでき
るので、光の有効利用率を大幅に改善でき、この結果、
画面の明るい液晶表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例となる液晶表示装置の概略構成
図。

【図２】同じく偏光合成素子の概略構成図。

【図３】同じく偏光合成素子の構成部品となる偏芯レン
ズの作用を示す説明図。

【図４】同じく液晶表示素子の斜視図。

【図５】同じく液晶表示素子の表面図。

【図６】同じく液晶表示素子の主要部断面図。

【図７】同じく偏光合成素子と光源の関係を示す構成
図。

【図８】同じく偏光合成素子と平板マイクロレンズの作
用を示す構成図。

【図９】同じく偏光合成素子と平板マイクロレンズの作
用を示す構成図。

【図１０】同じく他の実施例となる液晶表示装置の概略
構成図。

【符号の説明】

１…光源、 ２…リフレ
クタ、３…集束レンズ群、 ４…
偏光合成素子、５…液晶表示素子、
６…投射レンズ、７…スクリ−ン、
８…ビデオクロマ処理回路、９…ＲＧＢ出力
回路、 １０…Ｘドライバ、１１…同
期処理回路、 １２…コントロ−ラ、
１３…Ｙドライバ、 １４…偏光ビ
−ムスプリッタ−、１５…直角プリズム、
１６…偏芯レンズ、１７…光線、
１８…不定偏光光、１９、２１…Ｐ偏光
光、 ２０…Ｓ偏光光、２２…偏光ビ−
ムスプリッタ−出射面、 ２３…直角プリズム出射面、
２４…拡大像、 ２５…平凹レ
ンズ、２６…透明基板、 ２７…
対向電極、２８…液晶、 ２
９…画素電極、３０…遮光部、
３１…平板マイクロレンズアレイ、３２…偏光板、
３３…入射光線、３４…出射光
線、 ３５…１画素に相当する領
域、３６…屈折率分布領域、 ３７…偏
光ビ−ムスプリッタ−光軸、３８…直角プリズム光軸、
３９…レンズ光軸、４０…第１光源、
４１…第２光源、４２…第１光源
像、 ４３…第２光源像、４４…全
反射ミラ−、 ４５…ＢＧ反射ダイク
ロイックミラ−、４６…Ｒ反射ダイクロイックミラ−、
４７…補正レンズ、４８…ＲＧ反射ダイクロイック
ミラ−。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも光源と、光源からの不定偏光光
   を偏光合成素子に集光する集束レンズ群と、前記偏光合
   成素子から出射する合成偏光を液晶表示素子に入射させ
   る手段と、液晶表示素子を透過した偏光をスクリーン上
   に拡大投影する投影レンズとを具備して成る投写型液晶
   表示装置であって、前記集束レンズ群と液晶表示素子と
   の間に配設された偏光合成素子を、前記光源からの不
   定偏光光を入射しＰ偏光光とＳ偏光光の直線偏光光に分
   離して射出し、かつ入射面及び出射面の大きさが液晶表
   示素子の表示面積の約１／２の大きさである偏光ビ−ム
   スプリッタ−と、前記Ｐ偏光光とＳ偏光光のいずれか
   一方の偏光光と、もう一方の偏光光の偏光方向とが等し
   くなるように、互いに直行する光軸上に４５度傾けて配
   置した少なくとも２枚の反射手段と、前記偏光ビ−ム
   スプリッタ−と前記反射手段との２面より出射される偏
   光光を合成して前記液晶表示素子の液晶面上で一致して
   入射させるように配置した少なくとも２枚の偏心レンズ
   とにより構成して成る投写型液晶表示装置。
2. 【請求項２】光源からの不定偏光光をリフレクタで反射
   させ、液晶表示素子の表示面積の約１／２の大きさに集
   束レンズ群で集束させて偏光合成素子に入射させる手段
   を有して成る請求項１記載の投写型液晶表示装置。
3. 【請求項３】液晶表示素子を、光線の入射側の透明基板
   上に液晶の画素配列、さらには１画素に対応する領域の
   形状が共に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して
   備える構成として成る請求項１もしくは２記載の投写型
   液晶表示装置。
4. 【請求項４】液晶表示素子を、光線の入射側の透明基板
   上に液晶の画素配列、さらには１画素に対応する領域の
   形状が共に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して
   備える構成とし、これらのレンズの焦点を前記液晶面近
   傍に結ばせて、かつ、前記偏光ビ−ムスプリッタ−と前
   記反射手段との２面を介して得られる光源に対し、前記
   平板マイクロレンズアレイにより得られる２つの像を、
   前記液晶表示素子の１つの画素電極内部に結像せしめる
   構成として成る請求項１もしくは２記載の投写型液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】液晶表示素子を、光線の入射側の透明基板
   上に液晶の画素配列、さらには１画素に対応する領域の
   形状が共に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して
   備える構成とし、これらのレンズの焦点を前記液晶面近
   傍に結ばせて、かつ、前記偏光ビ−ムスプリッタ−と前
   記反射手段との２面を介して得られる光源に対し、前記
   平板マイクロレンズアレイにより得られる２つの像を、
   前記液晶表示素子の対角方向に相隣りあう２つの画素電
   極内部にそれぞれ結像せしめる構成として成る請求項１
   もしくは２記載の投写型液晶表示装置。
6. 【請求項６】液晶表示素子を、光線の入射側の透明基板
   上に液晶の画素配列、さらには１画素に対応する領域の
   形状が共に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して
   備える構成とした投写型液晶表示装置において、以下の
   条件式（１）を満たす請求項１もしくは２記載の投写型
   液晶表示装置。 【数１】 （２δ・ｆ／Ｌ）〈 Ｄ …（１） δ：偏光ビ−ムスプリッタ−径 ｆ：平板マイクロレンズアレイ焦点距離 Ｌ：平板マイクロレンズアレイと、光源と平板マイクロ
   レンズアレイ間に配置する光学系により結像する光源の
   像位置までの距離 Ｄ：液晶表示素子の１画素の画素電極の対角長
7. 【請求項７】液晶表示素子を、光線の入射側の透明基板
   上に液晶の画素配列、さらには１画素に対応する領域の
   形状が共に等しい平板マイクロレンズアレイを密着して
   備える構成とした投写型液晶表示装置において、以下の
   条件式（２）を満たす請求項１もしくは２記載の投写型
   液晶表示装置。 【数２】 （ｙ−Ｄ）〈（２δ・ｆ／Ｌ）〈（ｙ＋Ｄ） …（２） δ：偏光ビ−ムスプリッタ−径 ｆ：平板マイクロレンズアレイ焦点距離 Ｌ：平板マイクロレンズアレイと、光源と平板マイクロ
   レンズアレイ間に配置する光学系により結像する光源の
   像位置までの距離 Ｄ：液晶表示素子の１画素の画素電極(開口部)対角長 ｙ：液晶表示素子の対角方向に相隣あう画素電極の中心
   間距離