JPH05323262A

JPH05323262A - 投写型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05323262A
Application number: JP4131007A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Suzuki; 敏弘鈴木; Tetsuya Kobayashi; 哲也小林; Tetsuya Hamada; 哲也浜田; Takeshi Goto; 猛後藤; Yoshinori Tanaka; 義規田中; Hisashi Yamaguchi; 久山口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】投写型液晶表示装置に関し、光の利用効率が
高く、かつ液晶パネルの特定の視角方向を所望の方向に
設定できるようにすることを目的とする。【構成】直線偏光又は楕円偏光又は特定方向に振動す
る偏光成分が多い部分偏光を発する偏光光源部１１と、
該偏光光源部から発せられた偏光をＳ偏光又はＰ偏光と
して入射するように配置され且つ定められた波長帯域に
分離する帯域分離光学手段１２、１３と、該帯域分離光
学手段を通った偏光の偏光面を回転させる偏光状態変換
手段１４、１５、１６と、該偏光状態変換手段を通った
偏光を受けて変調を行う液晶変調手段１７、１８、１９
と、変調光を投写表示する投写光学系２４とを備えた構
成とする。

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関
する。

【０００２】

【従来の技術】投写型液晶表示装置は、光源の光を液晶
パネルに照射し、液晶パネルで画像を得るように変調を
行った後、変調光を投写レンズによりスクリーンへ拡大
投写するようになっている。ＴＮ型液晶がよく使用さ
れ、この場合には液晶パネルの前後に偏光子が配置され
ている。

【０００３】カラー表示を行う場合には、光源の光をダ
イクロイックミラー（あるいはダイクロイックプリズ
ム）からなる帯域分離手段に入射させ、光の三原色の各
色に従った波長帯域に分離された光を各色の液晶パネル
に供給する。投写レンズは各色の液晶パネル毎に設けら
れ、各投写レンズから投写された画像がスクリーン上で
合成される。あるいは、各色の液晶パネルで変調された
変調光は色合成された後で単一の投写レンズからスクリ
ーンへ投写される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の投写型液晶表示
装置では、液晶パネルの前の偏光子により不要光を吸収
し、この偏光子を透過した偏光のみが液晶パネルに入射
するようになっているために、光源光の約５０パーセン
ト以上が使用されず、光の利用効率が低いという問題点
があった。

【０００５】従って、偏光光源を使用することが考えら
れる。しかし、液晶パネル内の液晶は基板の配向膜のラ
ビング方向に従って配向し、配向状態によりより良い視
角方向と良くない視角方向とがある。例えば画面をある
斜め視角方向から見る場合には比較的によく見えるが、
この方向に対して垂直な視角方向から見ると黒くて見え
にくくなる。投写型液晶表示装置では、このような視角
特性の影響を最小にするためには、良くない視角方向を
画面の上側又は下側にもってくるのがよいことが知られ
ている。

【０００６】良くない視角方向を画面の上側又は下側に
もってくるためには、配向膜のラビングを矩形状のパネ
ルの枠に対して斜め（４５度）方向に行い、偏光子の透
過軸も同様に斜めになるように配置しなければならな
い。偏光光源を使用するとすれば、偏光の偏光面と液晶
パネルの透過軸とを合せる為に、パネルを回転させる必
要がある。この時、投映される表示を正立させる為には
光学系全体を回転させる必要があり、現実的な構成とは
いえない。本発明の目的は、光の利用効率が高く、かつ
液晶パネルの特定の視角方向を所望の方向に設定できる
ようにした投写型液晶表示装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による投写型液晶
表示装置は、直線偏光又は楕円偏光又は特定方向に振動
する偏光成分が多い部分偏光を発する偏光光源部１１
と、該偏光光源部から発せられた偏光をＳ偏光又はＰ偏
光として入射するように配置され且つ定められた波長帯
域に分離する帯域分離光学手段１２、１３と、該帯域分
離光学手段を通った偏光の偏光面を回転させる偏光状態
変換手段１４、１５、１６と、該偏光状態変換手段を通
った偏光を受けて変調を行う液晶変調手段１７、１８、
１９と、変調光を投写表示する投写光学系２４とを備え
たことを特徴とするものである。

【０００８】また、別の構成の投写型液晶表示装置は、
無偏光を発する光源部５１と、該光源部から発せられた
光を受けて定められた波長帯域に分離する帯域分離光学
手段１２、１３と、該帯域分離光学手段を通った光を所
定の偏光にする偏光分離手段５２、５３、５４と、該偏
光手段から発せられた偏光の偏光面を回転させる偏光状
態変換手段１４、１５、１６と、該偏光状態変換手段を
通った偏光を受けて変調を行う液晶変調手段１７、１
８、１９と、変調光を投写表示する投写光学系２４とを
備えたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上記構成においては、偏光の偏光面を回転させ
る偏光状態変換手段が、帯域分離光学手段と液晶変調手
段（液晶パネル）との間に設けられる。偏光状態変換手
段は例えば位相子又は旋光子からなり、帯域分離光学手
段を通った偏光の偏光面を回転させて液晶変調光学手段
へ入射させる。従って、帯域分離光学手段を特別にねじ
れた配置にすることなく、液晶変調手段（液晶パネル）
の特定の視角方向を所望の方向に設定できる。

【００１０】さらに、本発明の一つの構成においては、
偏光光源部が設けられ、帯域分離光学手段はこの偏光光
源部から発せられた偏光をその偏光面がＳ偏光又はＰ偏
光として入射するように配置される。本発明のもう一の
構成においては、無偏光光源が設けられるが、帯域分離
光学手段と偏光状態変換手段との間に偏光分離手段が設
けられる。従って、いずれの構成においても、偏光が偏
光状態変換手段及び液晶変調手段に入射するので、液晶
変調手段が液晶パネルの前配置される従来通りの偏光子
を含む場合でも、その偏光子は大きな吸収作用を行う必
要はない。従って、光源の光の利用効率は高くなる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の投写型液晶表示
装置を示す図である。この投写型液晶表示装置は、偏光
光源部１１と、２つのダイクロイックミラー（又はダイ
クロイックプリズム）１２、１３からなる帯域分離光学
手段と、二分の一波長板１４、１５、１６からなる偏光
状態変換手段と、液晶パネル１７、１８、１９からなる
液晶変調光学手段光変調部とからなる。液晶パネル１
７、１８、１９はツイストネマチック型液晶を含み、液
晶は一対の透明な基板の間に封入され、これらの基板の
内面にはそれぞれ透明電極と配向膜が設けられる。液晶
パネル１７、１８、１９の前後にはそれぞれ偏光子が配
置される。

【００１２】この実施例は、さらに、ミラー２０、２１
と、色合成用ダイクロイックミラー（又はダイクロイッ
クプリズム）２２、２３と、各液晶パネル１７、１８、
１９を透過して色合成された変調光をスクリーン（図示
せず）へ投写する投写レンズ２４とを含んでいる。

【００１３】図２は、偏光光源部１１の一例を示す図で
ある。偏光光源部１１は、メタルハライドランプ等の無
偏光光源３１と、偏光分離手段３２とからなる。偏光分
離手段３２は、無偏光光源３１の前方に４５度の角度で
立つ偏光ビームスプリッタ膜３３を備える。偏光ビーム
スプリッタ膜３３は無偏光をＰ偏光とＳ偏光に分離す
る。偏光ビームスプリッタ膜３３と平行にミラー３４が
設けられ、偏光ビームスプリッタ膜３３で反射したＰ偏
光がミラー３４で反射し、Ｐ偏光３５として出射する。
さらに、偏光ビームスプリッタ膜３３の透過方向に二分
の一波長板３６が配置され、偏光ビームスプリッタ膜３
３を透過したＳ偏光が二分の一波長板３６を通ってＰ偏
光３７として出射する。従って、Ｐ偏光３５及びＰ偏光
３７は同じ偏光面をもつものであり、最初に分離された
Ｐ偏光とＳ偏光の両者分に相当する光量の偏光となって
いる。

【００１４】図３は、偏光光源部１１の他の例を示す図
である。この例でも、偏光光源部１１は、メタルハライ
ドランプ等の無偏光光源３１と、偏光分離手段３２とか
らなる。偏光分離手段３２は、偏光ビームスプリッタ膜
３３と、ミラー３４と、ミラー３４側に配置された二分
の一波長板３６とを含む。従って、この場合には、偏光
ビームスプリッタ膜３３で反射したＰ偏光がミラー３４
で反射し、二分の一波長板３６を通ってＳ偏光３８とし
て出射する。偏光ビームスプリッタ膜３３を透過したＳ
偏光はＳ偏光３９として出射する。

【００１５】図４は、偏光光源部１１のさらに他の例を
示す図である。この例でも、偏光光源部１１は、メタル
ハライドランプ等の無偏光光源３１と、偏光分離手段３
２とからなる。偏光分離手段３２は、偏光ビームスプリ
ッタ膜３３と、偏光ビームスプリッタ膜３３の反射側に
配置されるミラー４０、４１と、偏光ビームスプリッタ
膜３３の透過側に配置されるミラー４２、４３とからな
る。ミラー４０は無偏光光源３１の光軸（以後単に光軸
と言う）と平行で、偏光ビームスプリッタ膜３３に向か
って斜め４５度に配置され、ミラー４１は光軸と垂直
で、出射側に向かって斜め４５度に配置される。従っ
て、偏光ビームスプリッタ膜３３で反射したＰ偏光はミ
ラー４０で反射してＳ偏光になり、さらにミラー４１で
反射して光軸と平行な方向にＳ偏光４４として出射す
る。他方、ミラー４２は光軸と垂直で、偏光ビームスプ
リッタ膜３３に向かって斜め４５度に配置され、ミラー
４３はミラー４２の上方でミラー４２と平行に配置され
る。従って、偏光ビームスプリッタ膜３３を透過したＳ
偏光はミラー４２、４３で反射して光軸と平行な方向に
Ｓ偏光４５として出射する。

【００１６】図２から図４の偏光光源部１１はほとんど
直線偏光のみを出射する。しかし、本発明では、偏光光
源部は、楕円偏光又は特定方向に振動する偏光成分が多
い部分偏光を発するものを含むものである。この場合、
偏光面は、直線偏光の場合にはその偏光面を、楕円偏光
又は部分偏光の場合には最も多い偏光成分の偏光面を言
うことにする。

【００１７】図１に示されるように、第１のダイクロイ
ックミラー１２は偏光光源部１１の光軸上に４５度の角
度で設けられ、偏光光源部１１から発せられた偏光をＳ
偏光又はＰ偏光として入射するように配置される。つま
り、偏光光源部１１の偏光の偏光面が、第１のダイクロ
イックミラー１２の入射面に対して平行、又は垂直な関
係になるようになっている。従って、偏光光源部１１の
偏光はほとんど損失なく第１のダイクロイックミラー１
２を通る。

【００１８】第１のダイクロイックミラー１２は、青色
の波長帯域（約５００ｎｍ以下の波長帯域）の偏光を透
過し、緑色及び赤色の波長帯域（約５００ｎｍ以上の波
長帯域）の偏光を反射するように設計されている。第２
のダイクロイックミラー１３は、第１のダイクロイック
ミラー１２の反射光を受け、赤色の波長帯域（約６００
ｎｍ以上の波長帯域）の偏光を反射し、緑色の波長帯域
（約５００〜６００ｎｍの波長帯域）の偏光を透過する
ように設計されている。なお、各色の透過と反射は、別
の順番となるようにすることもできる。

【００１９】青色の波長帯域の偏光はミラー２０で反射
して偏光状態変換手段の二分の一波長板１４に入射し、
それから液晶パネル１７に入射する。同様に、赤色の波
長帯域の偏光は偏光状態変換手段の二分の一波長板１５
を介して液晶パネル１８に入射する。緑色の波長帯域の
偏光は偏光状態変換手段の二分の一波長板１６を介して
液晶パネル１９に入射する。

【００２０】図５は、偏光状態変換手段の二分の一波長
板１４の作用を説明する図である（他の二分の一波長板
１５、１６についても同様である）。二分の一波長板１
４は光軸（遅相軸又は進相軸）１４ａを有し、入射偏光
の偏光面４６が光軸１４ａに対して角度θをなすとき、
出射偏光の偏光面４７は光軸１４ａの反対側へさらに角
度θだけ回転する性質がある。従って、角度θが２２．
５度のとき、出射偏光の偏光面４７は入射偏光の偏光面
４６に対して４５度回転する。第１のダイクロイックミ
ラー１２が垂直配置であれば、偏光光源部１１から発せ
られる偏光の偏光面は、垂直又は水平である。従って、
二分の一波長板１４、１５、１６への入射偏光の偏光面
４６は垂直又は水平である。図５では、入射偏光の偏光
面４６は水平であり、出射偏光の偏光面４７は左上がり
４５度になっている。

【００２１】液晶パネル１７、１８、１９の基板の内面
にはそれぞれ透明電極と配向膜が設けられ、液晶パネル
１７、１８、１９の前後にはそれぞれ偏光子が配置され
る。図６は、液晶パネル１７の基板の内面の配向膜のラ
ビング方向を示す図である。破線の矢印１７ａは入射側
（二分の一波長板１４側）の配向膜のラビング方向を示
し、実線の矢印１７ｂは出射側の配向膜のラビング方向
を示している。入射側の配向膜のラビング方向１７ａは
左上がり４５度であり、出射側の配向膜のラビング方向
１７ｂは左下がり４５度である。このような配向処理で
液晶が配向した場合、下側に二重矢印で示される方向が
よくない視角方向になる。なお、液晶パネル１７の前後
の偏光子の透過軸も、それぞれ入射側の配向膜のラビン
グ方向１７ａ、及び出射側の配向膜のラビング方向１７
ｂと同じになるように配置される。

【００２２】図５及び図６を参照すると、二分の一波長
板１４の出射偏光の偏光面４７は左上がり４５度であ
り、液晶パネル１７の入射側の配向膜のラビング方向１
７ａも左上がり４５度であり、液晶パネル１７の前の偏
光子の透過軸も左上がり４５度である。従って、二分の
一波長板１４の出射偏光が液晶パネル１７の前の偏光子
に入射するとき、この偏光子はほとんどの偏光を透過さ
せ、ここで光の損失はほとんどない。

【００２３】かくして、各液晶パネル１７、１８、１９
は印加電圧の制御により変調を行い、液晶パネル１７の
後の偏光子から画像に対応する変調光を透過させる。図
１においては、液晶パネル１７からの変調光は色合成ダ
イクロイックミラー２２を透過し、ダイクロイックミラ
ー２３で反射して投写レンズ２４に向かう。液晶パネル
１８からの変調光は色合成ダイクロイックミラー２２で
反射し、ダイクロイックミラー２３で反射して投写レン
ズ２４に向かう。液晶パネル１９からの変調光はミラー
２１で反射し、ダイクロイックミラー２３を透過して投
写レンズ２４に向かう。投写レンズ２４は変調光をスク
リーン（図示せず）に投写し、画像を形成する。

【００２４】図１においては、液晶パネル１７、１９か
らの変調光は１回反射するだけであるが、液晶パネル１
８からの変調光は２回反射する。従って、液晶パネル１
８により形成される画像は、液晶パネル１７、１９で形
成される画像とは逆になる。もし、液晶パネル１７、１
８、１９の配向膜のラビング方向が図６のものとは違っ
て、ラビング方向が垂直及び水平方向であるとするは、
よくない視角方向が左又は右（斜め）方向になる。この
場合、液晶パネル１７、１９からの画像が右方向によく
ない視角特性をもち、液晶パネル１８からの画像が左方
向によくない視角特性をもつようになり、色再現が悪化
し、色ムラが発生するという問題点が生じる。

【００２５】従って、図１の構成においては、液晶パネ
ル１７、１９の配向処理は図６に示したように斜め方向
に行うのがよく、これに対して、光の利用効率を高い光
学系を得るためには、偏光光源部１１、帯域分離光学手
段、偏光状態変換手段、液晶変調光学手段の構成とする
のがよいのである。

【００２６】図７は本発明の第２実施例の投写型液晶表
示装置を示す図である。この投写型液晶表示装置は、無
偏光を発生する光源部５１を含む。図１と同様に、２つ
のダイクロイックミラー（又はダイクロイックプリズ
ム）１２、１３からなる帯域分離光学手段と、二分の一
波長板１４、１５、１６からなる偏光状態変換手段と、
液晶パネル１７、１８、１９からなる液晶変調光学手段
光変調部とが設けられる。液晶パネル１７、１８、１９
の前後にはそれぞれ偏光子が配置される。さらに、ミラ
ー２０、２１と、色合成用ダイクロイックミラー（又は
ダイクロイックプリズム）２２、２３と、投写レンズ２
４とが設けられる。

【００２７】図７においては、偏光分離手段５２、５
３、５４がそれぞれダイクロイックミラー１２、１３と
二分の一波長板１４、１５、１６との間に設けられる。
偏光分離手段５２、５３、５４はダイクロイックミラー
１２、１３を通った光を所定の偏光にするものである。
この場合にも、光の利用効率が高いものであることが望
ましく、偏光分離手段５２、５３、５４は図２から図４
の偏光光源部１１の偏光分離手段３２に準じた構成のも
のにすると、図１と同様の作用が得られる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光の利用効率が高く、かつ液晶パネルの特定の視角方向
を所望の方向に設定できるようにした投写型液晶表示装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１の偏光光源部の一例を示す図である。

【図３】偏光光源部の他の例を示す図である。

【図４】偏光光源部の他の例を示す図である。

【図５】偏光状態変換手段の作用を説明する図である。

【図６】液晶パネルの配向膜のラビング方向を示す図で
ある。

【図７】本発明の第２実施例を示す図である。

【符号の説明】

１１…偏光光源部１２、１３…ダイクロイックミラー１４、１５、１６…二分の一波長板１７、１８、１９…液晶パネル２４…投写レンズ５１…光源部５２…偏光分離手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤猛神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者田中義規神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者山口久神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線偏光又は楕円偏光又は特定方向に振
動する偏光成分が多い部分偏光を発する偏光光源部（１
１）と、該偏光光源部から発せられた偏光をＳ偏光又は
Ｐ偏光として入射するように配置され且つ定められた波
長帯域に分離する帯域分離光学手段（１２、１３）と、
該帯域分離光学手段を通った偏光の偏光面を回転させる
偏光状態変換手段（１４、１５、１６）と、該偏光状態
変換手段を通った偏光を受けて変調を行う液晶変調手段
（１７、１８、１９）と、変調光を投写表示する投写光
学系（２４）とを備えたことを特徴とする投写型液晶表
示装置。
【請求項２】該偏光光源部（１１）が、無偏光をＰ偏
光とＳ偏光に分離し、且つ分離したＰ偏光とＳ偏光のう
ちの一方をその偏光面が他方の偏光面と一致するように
変換し、最初のＰ偏光とＳ偏光の両者分の光量に相当す
る偏光を出射するように構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項３】無偏光を発する光源部（５１）と、該光
源部から発せられた光を受けて定められた波長帯域に分
離する帯域分離光学手段（１２、１３）と、該帯域分離
光学手段を通った光を所定の偏光にする偏光分離手段
（５２、５３、５４）と、該偏光手段から発せられた偏
光の偏光面を回転させる偏光状態変換手段（１４、１
５、１６）と、該偏光状態変換手段を通った偏光を受け
て変調を行う液晶変調手段（１７、１８、１９）と、変
調光を投写表示する投写光学系（２４）とを備えたこと
を特徴とする投写型液晶表示装置。