JPH0815701A - 投射型液晶表示装置用照明装置、及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶表示装置の光源に用いるリフレクタの形状
を４次以上の非球面として、スクリーン投影像の照度分
布を均一化すること。 【構成】投射型液晶表示装置用の照明装置において、リ
フレクタの形状を４次以上の非球面として周辺部のみパ
ワーを強める。これにより液晶表示素子上では周辺の光
束のみ、密度が上がり、従来中央照度に比較して低かっ
た周辺照度を向上し照度の均一化をはかる。また、上記
液晶表示装置に用いる液晶表示素子内に、入射光を各画
素電極領域内に集光するためのマイクロレンズアレイを
設けることによって液晶表示素子の光利用効率を向上し
てスクリーン投影像の輝度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライトバルブとして用
いる透過型の小型液晶表示素子４を光源により照射し、
該液晶表示素子４上の映像を投射レンズ６により、スク
リーン７上に拡大投影する投射型液晶表示装置に使用す
る照明装置、及び該照明装置を用いた投射型液晶表示装
置に関し、特に光源の出射光を、照射面である液晶表示
素子面へ効率よく、しかも照度の均一性を良好に集光す
ることにより実現する、明るくムラの無い映像をスクリ
ーン上に投射する投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型液晶表示装置に使用される
照明装置は、例えば特開平４−３２４４３５号公報、特
開平３−２３０４０４号公報等に記載され、図２に示す
ようにランプ１、リフレクタ３、及びコンデンサレンズ
８等によって構成されているものが多い。これらのリフ
レクタ３の反射面の形状はいずれも、放物面、楕円面、
あるいは球面となっている。

【０００３】また、液晶表示装置について述べれば、従
来より、例えば、所与の映像信号に応じて、光学的特性
の変化としてライトバルブに形成される画像を、照明装
置による照明光で照射し、該画像を直視する直視型表示
装置、あるいは該画像を光学像として投射レンズ６によ
りスクリーン７上に投射する投射型表示装置等があり、
そうした液晶表示装置に用いられるライトバルブとし
て、透過型の液晶表示素子４を用いているものが数多く
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置用照明装
置を用いて液晶表示素子４を照射する場合、リフレクタ
３からの出射光の断面の大きさを液晶表示素子４の大き
さに合わせることにより、効率の良い集光を行ってい
る。図３（ａ）は照明装置からの出射光をそのまま液晶
表示素子４に照射した場合で、液晶表示素子４に当たら
ずに無駄になる光線が存在するため、ランプから出射し
た光線の利用効率が低い。これを防ぐためにはリフレク
タ３を相似縮小して出射光の断面の大きさを小さくすれ
ば良いはずであるが、実際には次の問題がある。

【０００５】投射型液晶表示装置の照明装置には、その
効率の良さや色温度が高いことなどからメタルハライド
ランプが用いられることが多い。メタルハライドランプ
は放電発光のランプであり、その実際の発光部１３であ
るアークはある大きさをもっており、点光源とみなすこ
とができない。リフレクタ３の大きさがφ１００ｍｍ以
下の場合、特にこの影響が大きくなり、図４に示すよう
にリフレクタ３の反射面の任意の点の反射光が拡散する
ために光線の利用効率が低下する。

【０００６】そこでリフレクタ３の出射光を、液晶表示
素子４のサイズまで絞り込んで、光線の利用効率を向上
する次にあげるような方法がある。

【０００７】その１つはリフレクタ３を楕円形状にする
方法であり、他にはランプ１の位置をリフレクタ３の焦
点より液晶表示素子側にシフトする方法があり、またリ
フレクタ３の出射光をコンデンサレンズ８によって集光
する方法などがある。いずれの方法も液晶表示素子４の
サイズに応じてリフレクタ３からの出射光線の断面の大
きさを液晶表示素子４に合わせるものである。

【０００８】ここで問題となるのが、いずれの場合もリ
フレクタ３の出射光線の断面の大きさを変更しただけで
あり、その断面内における照度分布の状態は基本的に変
化しない。従って、いずれの場合においても、図５に示
した放物面形状のリフレクタ３による光線の断面におけ
る照度分布と同様な照度分布の状態になる。すなわち中
央の照度が高く、周辺の照度が低い状態とになり、画面
の明るさの均一性が得られない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による投射型液晶表示装置の照明装置におい
ては、リフレクタ３の反射面の形状を４次以上の非球面
としたことを特徴とする。

【００１０】また、上記液晶表示素子４内に、光の入射
面に設けた偏光板４１の出射光を液晶表示素子４の各画
素電極３９領域内に集光するための単位レンズ部からな
るマイクロレンズ４２を設けるようにする。

【００１１】また、上記投射型液晶表示装置の照明装置
においてその出射光を集光して、液晶表示素子４また
は、分光手段へ照射するコンデンサレンズ８を備える。

【００１２】

【作用】これにより、液晶表示装置の周辺部に到達する
光線を反射する、リフレクタ３の反射面の周辺部のパワ
ーを強めることが可能になり、液晶表示素子４の周辺部
において光束の密度が高くなる。その結果、周辺の照度
の低下を防ぐことが可能になり、均一な画面の明るさが
実現する。

【００１３】また、ランプ１の出射光を集光レンズによ
り集光して液晶表示素子４に照射し、その透過光を投射
レンズ６によりスクリーン７に投射する液晶表示装置
に、上記投射型表示装置用照明装置を用いることによ
り、スクリーン７上の投影像の輝度が向上する。

【００１４】同様に、上記三板式の液晶表示装置に、上
記投射型表示装置用照明装置を用いることにより、スク
リーン７上の投影像の輝度が向上する。

【００１５】さらに、上記液晶表示素子４内に、光の入
射面に設けた偏光板４１の出射光を液晶表示素子４の各
画素電極領域内に集光するための単位レンズ部からなる
マイクロレンズアレイ４２を設けることによりスクリー
ン７上の投影像の輝度が向上する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例としての液晶表示
装置を示す構成図である。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である。３はその反射
面形状が４次の項を含む非球面であるリフレクタ、９は
コ−ルドフィルタ、４は液晶表示素子である。６は液晶
表示素子４上の表示画像を拡大するための投写レンズ、
７はスクリ−ンである。

【００１８】以下、本実施例の動作について説明する。

【００１９】上記構成において、光源１はリフレクタ３
の第１位置焦点近傍に配置されており、光源１から出射
する光はリフレクタ３を反射して、コ−ルドフィルタ９
を介して液晶表示素子４に照射される。そして、液晶表
示素子４上に表示された画像は投射レンズ６により拡大
され、その結果、スクリ−ン７上に拡大した画像が得ら
れる。

【００２０】図２は本発明による投射型液晶表示装置用
の照明装置の１実施例を示している。図２においてリフ
レクタ３の反射面の形状は、次に示す数１によって示さ
れるものである。

【００２１】

【数１】

【００２２】ただし、数１においてＺは光軸方向の長さ
を示し、Ｘ，Ｙは光軸に垂直な方向の長さを示してい
る。

【００２３】図３（ａ）は小型液晶表示素子に放物面形
状のリフレクタ３による照明装置を適用したものであ
る。この場合、周辺部の光線は液晶表示素子４に入射せ
ず利用されないので、光線の利用効率は低い。

【００２４】図３（ｂ）はこれを改善するためにリフレ
クタ３を楕円面形状として、液晶表示素子４上に光線を
集め、光線の利用効率を向上させたものである。しか
し、この場合液晶表示素子４上における照度の分布は、
図５に示した放物面形状のリフレクタ３による照度の分
布と同様であり、中央に比較して周辺の照度が低く輝度
の均一性が得られない。

【００２５】そこでリフレクタ３を楕円面形状にする替
わりに４次の非球面形状にすることで、図３（ｃ）の様
に光線の集光をリフレクタ３の周辺部ほど強くすること
により、中央部より周辺部に光線をより多く集めること
により照度の均一化をはかることができる。

【００２６】図７は上記本発明の照明装置を用いた三板
式投射型液晶表示装置の構成図である。

【００２７】メタルハライド、キセノン、ハロゲン等の
ランプ１の出射光はリフレクタ３に反射してコンデンサ
レンズ８により赤外フィルタ９に入射され赤外線をカッ
トされる。次いでダイクロイックミラー２３，２４と全
反射ミラー２１より構成される色分離光学系により緑、
青、赤の三色に分離され、それぞれ緑色用液晶表示素子
２７、青色用液晶表示素子２８、赤色用液晶表示素子２
９を通過し、ダイクロイックミラー２５，２６、及び全
反射ミラー２２より構成される色合成光学系によって色
合成されて投射レンズ６を介してスクリーン７上に明る
い映像を投影する。なお、コンデンサレンズ８を省略
し、上記本発明による光源より直接赤外フィルタ９に光
線を入射する液晶表示装置も存在する。

【００２８】図８は液晶表示素子４の実施例としての構
成図である。入射光線４６は偏光板４１を介してマイク
ロレンズ４２により液晶３８の画素電極３９毎に集光さ
れる。なお、マイクロレンズ４２を省略した液晶表示素
子４も存在する。

【００２９】図９は液晶表示素子４における位置関係を
説明する平面図である。入射光線４６はマイクロレンズ
４２により各画素領域の画素電極３９内に絞りこまれる
ので遮光部４０によってケラレることが無く、開口率が
実質的に向上し、明るい映像を得ることができる。

【００３０】なお、マイクロレンズ４２は透明基板３６
内に一体に形成することができる。

【００３１】図６は本発明によるマイクロレンズを適用
した場合の投射型液晶表示装置の１実施例である。マイ
クロレンズによる実行開口率の向上で明るいスクリーン
上の投影像を得ている。

【００３２】

【発明の効果】本発明においては、リフレクタの反射面
の形状を４次以上の非球面とすることで、リフレクタ周
辺のパワーを強くして、液晶表示素子の周辺部における
光束の密度を高くできる。その結果、従来は中央の照度
が高く周辺の照度が低かったのに対して、均一でムラの
少ない照射が可能となる。

【００３３】また、上記液晶表示装置に用いる液晶表示
素子内に、入射光を各画素電極領域内に集光するための
マイクロレンズアレイを設けることによって液晶表示素
子の光利用効率を向上してスクリーン投影像の輝度を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投射型液晶表示装置の基本構成図
である。

【図２】本発明による投射型液晶表示装置用の照明装置
の基本構成図である。

【図３】リフレクタ形状による光線の集光状態の違いを
説明する図である。

【図４】リフレクタ上の任意の点における光束の発散を
示す図である。

【図５】放物面形状のリフレクタによる光線の照度分布
図である。

【図６】本発明による投射型液晶表示装置の基本構成図
である。

【図７】本発明による液晶表示素子を３枚使用した投射
型液晶表示素子の基本構成図である。

【図８】液晶表示素子の斜視図である。

【図９】図８の液晶表示素子の画素電極部の平面図であ
る。

【符号の説明】

１…ランプ、 ２…反射膜、 ３…リフレクタ、 ４…液晶表示素子、 ５…液晶面、 ６…投射レンズ、 ７…スクリーン、 ８…集光レンズ、 ９…赤外フィルタ、 １０…接着剤、 １１…口金、 １２…端子板、 １３…発光部、 １４…光束の発散、 ２１，２２…全反射ミラー、 ２３，２４，２５，２６…ダイクロイックミラー、 ２７…緑色用液晶表示素子、 ２８…青色用液晶表示素子、 ２９…赤色用液晶表示素子、 ３１，３４…全反射ミラー、 ３６…透明基板、 ３７…対向電極、 ３８…液晶、 ３９…画素電極、 ４０…遮光部、 ４１…偏光板、 ４２…平板マイクロレンズアレイ、 ４６…入射光線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角田 隆史 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ランプ（１）の出射光をリフレクタ（３）
   により集光する投射型表示装置用照明装置において、該
   リフレクタ（３）の反射面の形状を４次以上の高次非球
   面としたことを特徴とする投射型液晶表示装置用照明装
   置。
2. 【請求項２】請求項１の投射型表示装置用照明装置の出
   射光で照射する液晶表示素子（４）と、液晶表示素子
   （４）の透過光をスクリーン（７）に投射する投射レン
   ズ（６）とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１の投射型表示装置用照明装置の出
   射光を三原色に分離する分光手段と、上記三原色のそれ
   ぞれを照射する三枚の液晶表示素子（４）と、上記三枚
   の液晶表示素子（４）の出射光を合成する色合成手段
   と、色合成手段の出射光をスクリーン（７）に投射する
   投射レンズ（６）とを備えたことを特徴とする液晶表示
   装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３において、上記液晶表示素
   子（４）内に、光の入射面に設けた偏光板（４１）の出
   射光を液晶表示素子（４）の各画素電極（３９）領域内
   に集光するための単位レンズ部からなるマイクロレンズ
   アレイ（４２）を設けたことを特徴とする液晶表示装
   置。