JPS63121821A

JPS63121821A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPS63121821A
Application number: JP61267771A
Authority: JP
Inventors: Kyohei Fukuda; 京平福田; Nobuaki Kabuto; 展明甲; Kozo Sato; 剛三佐藤; Hiroyuki Miyajima; 宮嶋　浩幸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-25
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH0769539B2

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、液晶表示装置に関し、特に光の利用効率を向
上させ得る液晶表示装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の液晶表示装置の一例として、例えば、実公昭５８
−４６４４７号公報で示されているものがある。その構
成を第９図に示す。

第９図において、１は光源であり、この光は導光板２に
より、上方向に均一な光として散乱される。３は偏光板
であり、入射された光のうちＰ波（あるいはＳ波）のみ
を選択して出射する。ここで、Ｐ波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）を持
つ直線偏光のことであり、Ｓ波とは入射面に対して垂直
な偏光面をもつ直線偏光のことである。

こうして偏光板３より出射された光は、液晶４に照射さ
れる。液晶４は例えばＴＮ　（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍ
ａｔｉｃ　）液晶で構成される。この液晶４の両側には
透明電極５が配置されており、この電極５の厚み方向に
電位差を与えることによって、液晶４の配向状態を変化
させ、入射した光の偏光状態を変化させる。

例えば、入射した光がＰ波である場合、電位差が与えら
れていないとすると、液晶４を通る間に偏光面が９０°
回転してＳ波となって出射されるが、電位差が与えられ
ると液晶４の配向状態が変化することにより、偏光面は
回転しなくなりＰ波のまま出射される。

尚、以下、液晶４と透明電極５とを併せて、液晶素子と
称すことにする。

こうして液晶４を通過した光は次に偏光板６に入射され
る。ここで、偏光板６は例えばＰ波のみを選択して出射
する様な構成となっている。この様な偏光板を用いるこ
とにより、前述した例で透明電極５に電位差が与えられ
た時のみ、偏光板６から光が出射するようになる。

以上の様にして、第９図に示す構成により、光源１から
の光は、透明電極５に加える電界に応じて、濃淡の生じ
る光に変調され、映像を表示することができる。

ところで、近年、この様な液晶表示装置において得られ
た映像を、レンズによって拡大投写する装置（以下、液
晶投写装置と称す。）が考えられている。この構成を第
１０図に示す。

第１０図において、光源７からの光は凹面鏡８により、
平行光線となる。この光は、第９図で説明した液晶表示
装置９に照射される。さらに液晶表示装置９の前方には
、レンズ１０が配置されており、液晶表示装置９で得ら
れた映像をスクリーンｌｌ上に拡大投写する機能を有し
ている。

さて、以上述べた様な従来の液晶表示装置においては、
光源の光量を増加する程、映像を表示する画面として明
るい画面を実現できるという長所があるが、しかし、反
面、次のような問題がある。

すなわち、液晶表示における最大の特徴は消費電力が少
なくて済むということであるが、上記した液晶表示装置
では、光源を必要とするため、この光源に用いられる電
力を極力少なくする必要がある。しかし、実際には光の
損失があり、例えば、カラー液晶を用いたときの光の液
晶自体での透過率は現状では５％程度であって、光の利
用率がすこぶる悪く、従って、成る程度の明るさを持っ
た画面を得るためには、光源にかなりの電力を供給しな
ければならない。

また、第１０図に示した様な、液晶表示装置を用いる液
晶投写装置においては、光源７の発光時において、或い
は凹面鏡８及びレンズ１０のそれぞれ集光時においても
、かなり光の損失があり、その為、液晶投写装置におい
て、例えば、光源として３００ＷのＸｅ（キセノン）ラ
ンプを用いても、実用上十分な明るさが得られていない
のが現状である。

また、光源への電力を増加して明かるさを向上するにし
ても、それぞれ用途に応じた限界があり、例えば家庭用
として用いるには、せいぜい５００Ｗ位が最大である。

この様に、光損失の原因は各種あるが、そのうちの一つ
として、特に、液晶表示装置に係るものとして、第９図
に示した偏光板３に基因するものがある。すなわち、第
９図において、偏光板３では、光源１からの光のうち、
Ｐ波（あるいはＳ波）のみを選択して出射しているので
、光源１からの光の中に含まれるＳ波（あるいはＰ波）
の成分は失なわれてしまって、必然的に透過する光量は
半分以下になってしまうのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した様に、従来技術においては、偏光板３において
、Ｐ波あるいはＳ波のうち一方しか出射されない為、透
過する光量は半分以下になってしまい、かなりの光の損
失が生じてしまうという問題があった。

例えば、従来では、偏光板３として、一般に染料（２色
性色素など）を含有する偏光板を用いており、その場合
、Ｐ波を透過する素子ではＳ波は吸収されてしまう。ま
た、偏光板３として、光学的に成る特性を有した薄膜を
その表面に施した透明体を用いる場合もあるが、その場
合は、Ｓ波（あるいはＰ波）は有効に使えるが、Ｐ波（
あるいはＳ波）は有効に使えない。この様に、上記どち
らの場合でも、光の損失が生じてしまうことになる。

そこで、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を
解決し、Ｐ波（あるいはＳ波）のみならず、Ｓ波（ある
いはＰ波）も有効に利用して、光の利用率を向上させ、
明るい画面を得ることかできる液晶表示装置を提供する
ことにある。

〔問題点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、光源からの光
を、凹面鏡、あるいは凸レンズによりはぼ平行光となっ
た後に、入射して、直線偏光されたＰ波とＳ波とに分離
する偏光素子と、分離された光のうちＳ波（またはＰ波
）を入射して、その位相を変え、Ｐ波（またはＳ波）に
変換する１／２波長板と、を設け、該１／２波長板によ
り変換して得られたＰ波（またはＳ波）を、鏡等により
その進行方向を変えて、前記偏光素子により分離して得
られたＰ波（またはＳ波）と共に、液晶素子に照射する
よう構成したものである。

〔作用〕

前記偏光素子は、光源からの光をＰ波とＳ波に分離する
。次に、偏光変換手段である１／２波長板は、分離され
た光のうち、Ｓ波（あるいはＰ波）をＰ波（あるいはＳ
波）に変換する。そして、前記偏光素子で分離されたＰ
波（あるいはＳ波）と該１／２波長板で変換されたＰ波
（あるいはＳ波）とをすべて液晶素子に照射することに
より、液晶素子には、光源から出射された光の全てが照
射されることになり、光源からの光のうち、従来は半分
だけしか利用されていなかったものが、本発明ではほぼ
全てを使えるようになり、光の有効利用率が倍近く改善
でき、映像の明るさの向上を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。

第１図において、第９図及び第１０図の部品と同一の部
品には、同一番号が付しである。

その他、１２は偏光素子、１３はＳ波、１４はＰ波、１
８は１／２波長板、１９は鏡、２０は偏光板、２１．２
２はそれぞれフィルタ、である。

また、第２図（ａ）は第１図における偏光素子の具体的
な構造を示した縦断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
のＡ部を拡大して示した部分拡大図、である。

第１図に示す様に、光源７からの光は、凹面鏡８によっ
て平行光となるように取り出される。この平行光線は、
偏光素子工２に入射し、Ｓ波１３とＰ波１４に分離され
る。

この偏光素子１２は、第２図（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、２つの三角柱状のプリズム基板２６のそれぞれの一
側面上に、Ｚ、、Ｓ（硫化亜鉛）１５、Ｍ９Ｆ２　　（
フッ化マグネシウム）１６．ＺＩ、Ｓ１５の順にそれぞ
れコーティングがなされ、その後、互いのプリズム基板
２６をバルサムと呼ばれる接着剤１７にて貼合わせるこ
とにより構成されている。

以上のように偏光素子１２を構成したときの、該偏光素
子１２におけるＳ波とＰ波の入射角に対する反射率特性
を第３図に示す。

第３図に示す様に、偏光素子１２に対する光源７からの
光の入射角を８０°とすることによって、偏光素子１２
におけるＳ波の反射率は約９８％、Ｐ波は約２％となり
、従って、偏光率（偏光素子１２によるＰ波とＳ波の分
離具合を表す。例えば、入射角がＯｏのときは、Ｐ波、
Ｓ波とも反射率は約７０％ぐらいであるが、この場合、
偏光による分離は起らないので、偏光率は０％である。

）が９８％の偏光特性を得ることができる。

従って、偏光素子１２は光源７からの光に対してその入
射角が約８０°となるように配置されている。

次に、この様な偏光素子１２により、分離されたＳ波１
３とＰ波１４のうち、Ｓ波１３はそのまま液晶素子（液
晶４とその両側に配された透明電極５とにより構成され
る。）に入射させる。この際、特に液晶素子の左半分の
みに入射するような構成とする。

また、一方のＰ波１４は、次に１／２波長板１８を通す
。その結果、Ｐ波はＳ波に変換される。

このような位相変換素子である１／２波長板１８は、一
般に、雲母、あるいは石膏などの結晶をへき閲させたも
のを平行面ガラスの間にはさみ、接着して作られている
。次に、この変換されたＳ波は鏡１９によって進路を折
り曲げられ、液晶素子の右半分に入射する。

液晶素子では、第９図に示した従来例と同様に、透明電
極５によりこの電極の厚み方向に電位差が与えられ、そ
れにより液晶４の配向状態を変化させ、入射した光の偏
光状態を変化させる。

液晶素子の次には、従来例と同様に偏光板６が配置され
ており、例えば、Ｓ波のみ選択して出射する様になって
いる。尚、この偏光板６は、普通に用いられている２色
性色素を有する偏光板であってもかまわない。

この様にして、光源７からの光は、透明電極５に加える
電界に応じて、濃淡の生じる光に変調され、映像が表示
される。

以上の様に、光源からの光のうち、従来ではその半分だ
けしか利用されていなかったものが、本実施例によれば
、はぼ全てを有効に利用することができるので、光の利
用率が大幅に改善される。

尚、第１図に示す様に、液晶素子の手前には、入射され
る光のうち、Ｓ波のみを選択して出射する様な偏光板２
０を配置してもよい。この様に偏先板２０を配設した場
合には、液晶素子に入射される光の偏光の純度が更に向
上して、コントラスト性能を向上させることができる。

また、本実施例では、液晶素子における左右の明るさの
バランスをとるために、左半分又は右半分の領域のうち
、明るい領域の方に、光を吸収するためのフィルター２
１（あるいは２２）を設ける。このフィルターの光の吸
収率を最適化することによって、左右の明るさの均一化
を実現できる。

次に、第４図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図で
ある。

本実施例の特徴は、画面上における左右の領域のつなぎ
目の部分が目立たないようにするために、フィルター２
３を設けたことにある。

すなわち、第４図に示す様に、先ず、左右のつなぎ目の
部分Ａに、鏡１９で反射される光と、鏡１９を通らない
光とが、一部重ね合うように、偏光素子１２及び鏡１９
を構成する。すると、Ａの部分は画面上で最も明るくな
るので、このＡの領域の近傍にフィルター２３を配置す
る。このフィルター２３としては、中央部で最も吸収率
が大きく、端に行くに従い、吸収率が小さくなる様な特
性を有するものを用いる。このような工夫を施すことに
より、殆んど、境界、すなわちつなぎ目の部分は目立た
なくなる。また、本実施例では、１／２波長板１８を鏡
１９と液晶素子との間に配置しているが、作用、効果と
しては第１図に示した実施例と同一の作用、効果を有す
る。

次に、第５図は本発明の第３の実施例を示す縦断面図で
ある。第５図において、前述した実施例と同一の部品に
は同一番号を付しである。

本実施例の特徴は、第１図の実施例に比べ、液晶表示装
置のセット自体の奥ゆきは大きくなるが、画面の前方か
ら見たときに、上下、左右方向にはコンパクトに構成す
ることができる点にある。何故なら、光源７及び凹面鏡
８が、画面の前方から見て、第１図の実施例の如く偏光
素子１２の左側ではなく、後側に配置されるからである
。尚、本実施例における偏光素子１２は、第１図に示し
た偏光素子とは特性が逆で、Ｓ波１３は透過するが、Ｐ
波は反射する様な特性を有している。

次に、第６図は本発明の第４の実施例を示す縦断面図で
ある。第６図において、前述した実施例と同一の部品に
は同一番号を付しである。

本実施例では、偏光素子１２によって分離されたＰ波１
４は、鏡１９．１／２波長板１８を通過してＳ波に変換
されたのち、偏光素子１２からのＳ波１３と共に、液晶
素子の全領域を照射する様な構成となっている。この様
な構成とすることによって、前述した各実施例の場合と
異なって、明るさの均一性を確保するためのフィルター
が不要となり、光の有効利用率を向上させることができ
る。尚、偏光板２０は、第１図に示した実施例の場合と
同様に、Ｓ波のみを選択して出射する様になっており、
液晶素子に入射する光の、偏光の純度を上げている。

以上述べた実施例は、全て、透過型液晶に適用した例で
あるが、反射型液晶にも適用できる。その構成を第７図
に示す。

第７図は本発明の第５の実施例を示す縦断面図である。

第７図において、前述した実施例と同一の部品には同一
番号を付しである。その他、２７は鏡である。

本実施例では、第７図に示す様に、液晶素子。

偏光板６を介した光は、鏡２７で反射された後、再び、
偏光板６．液晶素子を介して出射される。

次に、第８図は、第１図に示した第１の実施例を液晶投
写装置に用いた場合を示した縦断面図である。

第８図において、光源７．凹面鏡８．偏光素子１２、鏡
１９．１／２波長板１８．液晶４．透明電極５．偏光板
６．フィルター２１は、それぞれ第１図に示した液晶表
示装置を構成しており、その動作は第１図で説明したの
と同じである。尚、１／２波長板１８の配置は第１図と
は異っている。

その他、第８図においては、投写装置として、投写レン
ズ２４、及びスクリーン２５が配置されている。第８図
では、液晶表示装置からの像が投写レンズ２４によって
拡大投影され、スクリーン２５上に拡大した実像を得る
という構成になっている。

一般に、液晶表示装置では、投写レンズなどにおいて光
量の損失があったり、或いは、拡大投写によって光が分
散されたりするなどによって、直視の液晶表示装置に比
べ、スクリーン上における映像は非常に暗（なり、普及
の大きなネックとなっていた。したがって、第８図に示
す様に、本発明による液晶表示装置をこのような投写装
置に適用することは、大きなメリットがある。

〔発明の効果］本発明によれば、光源からの光を殆んど無駄なく、液晶
を光らせるのに使用できるため、画面が明るく、かつ省
電力な液晶表示装置を実現できる。

即ち、従来では偏光板により半分以上の光が吸収されて
しまい、有効に利用できる光は半分以下であったのが、
本発明によれば、殆んど１００％の光を利用することが
できるため、光の利用率は倍増する。

また、本発明において、偏光素子として透明体（プリズ
ム基板など）表面に薄膜（Ｚ、Ｓ、Ｍ９Ｆ２など）コー
ティングを施した素子を用いた場合には、光の偏光の純
度が良くなるため、コントラスト性能を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図、第２図
（ａ）は第１図における偏光素子の具体的な構造を示し
た縦断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ部を拡大
して示した部分拡大図、第３回は第２図の偏光素子にお
ける入射角に対するＳ波、Ｐ波の反射率特性を示すグラ
フ、第４図は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、第
５図は本発明の第３の実施例を示す縦断面図、第６図は
本発明の第４の実施例を示す縦断面図、第７図は本発明
の第５の実施例を示す縦断面図、第８図は第１図の実施
例を液晶投写装置に用いた場合を示した縦断面図、第９
図は従来の液晶表示装置を示す縦断面図、第１０図は第
９図の液晶表示装置を用いた液晶投写を示す縦断面図、
である。符号の説明１・・・光源、４・・・液晶、６・・・偏光板、７・・
・光源、訃・・凹面鏡、１２・・・偏光素子、１３・・
・Ｓ波、１４・・・Ｐ波、１８・・・１／２波長板、２
１．２２・・・フィルター、２４・・・投写レンズ代理人　弁理士　並　木　昭　夫＃３図剪４図第５図ｔ＄６図＠７図第９図１完源鍍１０図

Claims

【特許請求の範囲】１、液晶素子を有し該液晶素子に直線偏光された光を照
射しつつ該液晶素子を駆動することにより画像を表示す
る液晶表示装置において、光源と前記液晶素子との間に
、該光源からの光を直線偏光されたＰ波とＳ波に分離す
る偏光素子と、分離された光のうちＳ波（またはＰ波）
を入射してＰ波（またはＳ波）に変換する偏光変換手段
と、を設け、該偏光変換手段により変換して得られたＰ
波（またはＳ波）を前記偏光素子により分離して得られ
たＰ波（またはＳ波）とともに、前記液晶素子に照射す
るようにしたことを特徴とする液晶表示装置。２、特許請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置におい
て、前記偏光変換手段により変換して得られたＰ波（ま
たはＳ波）は、前記液晶素子における光照射領域のうち
、その半分の領域を照射し、前記偏光素子により分離し
て得られたＰ波（またはＳ波）は、他の半分の領域を照
射するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。３、特許請求の範囲第２項に記載の液晶表示装置におい
て、前記液晶素子のそれぞれ半分の領域に照射される光
のうち、何れか一方の光を低減するフィルターを有した
ことを特徴とする液晶表示装置。４、特許請求の範囲第１項乃至第３項のうちの任意の一
つに記載の液晶表示装置において、前記偏光変換手段は
、１／２波長だけ位相を変化させる１／２波長板から成
ることを特徴とする液晶表示装置。５、特許請求の範囲第１項乃至第４項のうちの任意の一
つに記載の液晶表示装置において、前記偏光素子は、複
屈折性を有する光学素子から成ることを特徴とする液晶
表示装置。６、特許請求の範囲第１項乃至第４項のうちの任意の一
つに記載の液晶表示装置において、前記偏光素子は、透
明体の特定の表面に薄膜コーティングを施した光学素子
から成ることを特徴とする液晶表示装置。７、特許請求の範囲第６項に記載の液晶表示装置におい
て、前記光学素子は、三角柱形状をした２つの透明体の
、それぞれの特定の表面に薄膜コーティングを施し、そ
の後、そのコーティングを施した面同士を貼り合わせて
成ることを特徴とする液晶表示装置。８、特許請求の範囲第１項乃至第７項のうちの任意の一
つに記載の液晶表示装置において得られた画像をレンズ
によって拡大し、スクリーン上に投写するようにしたこ
とを特徴とする液晶投写装置。