WO2015072439A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2015072439A1
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polarizing plate
liquid crystal
light source
crystal display
light
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代工　康宏
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株式会社オルタステクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a display device, for example, a display device that projects an image on a transmissive screen.
  • a display device in which light from a point light source is incident on a liquid crystal display element via an optical system composed of a plurality of lenses, and projection light from the liquid crystal display element is projected on a spherical screen (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 In order to display an image displayed on the spherical screen brighter, it is necessary to increase the luminance of the light source. In this case, heat is generated in the liquid crystal display element due to light from the light source. In particular, heat is generated in the liquid crystal display element due to light absorbed by the polarizing plate used in the liquid crystal display element. Thereby, the characteristics of the liquid crystal layer are deteriorated by this heat, and the display characteristics of the liquid crystal display element are deteriorated.
  • the present invention provides a display device capable of suppressing deterioration of display characteristics due to heat.
  • a display device includes a light source, a liquid crystal display element that transmits light from the light source, a screen that receives projection light from the liquid crystal display element, and a space between the light source and the liquid crystal display element.
  • the first polarizing plate provided on the liquid crystal display device, the second polarizing plate provided between the liquid crystal display element and the screen, and the light from the light source provided between the light source and the first polarizing plate.
  • a reflective polarizing plate that reflects a component parallel to the reflection axis.
  • the present invention it is possible to provide a display device capable of suppressing display characteristics from being deteriorated due to heat.
  • the figure explaining the distortion correction function ensured by the projection optical system.
  • Sectional drawing which shows an example of a liquid crystal display element.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a liquid crystal display element according to Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a liquid crystal display element according to Comparative Example 2.
  • a spherical projection display device that displays an image on a transmissive spherical screen will be described as an example of the display device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a spherical projection display device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the spherical projection display device 1 includes a spherical screen 2 and a projector unit 3 fixed to the spherical screen 2.
  • the spherical screen 2 is a transmissive screen that uses an inner surface 2a constituting a part of a spherical surface as a projection surface. For example, a material for diffusing light is applied to the spherical screen 2 on one or both of the inner and outer surfaces of the light-transmitting member, or a process for diffusing the light is performed. This ensures light diffusibility.
  • the spherical screen 2 may be formed using any material that diffuses light.
  • the spherical screen 2 is provided with an opening 2b in a part of the hollow sphere (a part on the right side in the figure).
  • the spherical screen 2 has, for example, an opening 2b on one side of a pair of hemispherical members constituting a hollow sphere, and the joints of both hemispherical members can be seen as much as possible using a transparent adhesive or the like. It is formed by joining so that there is no.
  • the projector unit 3 includes a light source unit 4, a transmissive liquid crystal display element 5, and a projection unit 6.
  • the light source unit 4 includes a point light source 11 housed in a cylindrical case 10, a first lens L 1 that constitutes a light source optical system and faces the point light source 11, and a second lens L 2.
  • the light source optical system including the first lens L1 and the second lens L2 causes the light emitted from the point light source 11 to enter the liquid crystal display element 5 in a state of parallel light or a state close to parallel light.
  • An arbitrary light source can be used as the point light source 11, but a high-luminance LED (Light Emitting Diode) is used in consideration of downsizing, power saving, and durability of the spherical projection display device 1. It is preferable to use, for example, a high-intensity white LED or a high-intensity RGB-LED.
  • the liquid crystal display element 5 is driven according to image data (RGB data or the like) and displays an image represented by the image data.
  • the liquid crystal display element 5 functions as a light modulation element that controls the light incident from the second lens L2 and thereby converts the image data into projection light.
  • the liquid crystal display element 5 is driven based on image data supplied from the outside (another electronic device) by a drive circuit provided integrally or separately from the projector unit 3.
  • the projection unit 6 is fitted into an opening 2b provided in the spherical screen 2, and has a cylindrical case 12 whose one end is located in the vicinity of the center (the center of the spherical surface including the inner surface 2a) O of the spherical screen 2.
  • 12 includes a third lens L3, a fourth lens L4, and a fifth lens L5 which are accommodated in the liquid crystal display element 5 and face the liquid crystal display element 5.
  • a projection optical system is configured by the third lens L3 to the fifth lens L5.
  • This projection optical system converts light transmitted through the liquid crystal display element 5, that is, projection light converted from image data, into the center of the spherical screen 2.
  • An image emitted from the vicinity of O and represented by image data is projected onto the inner surface 2 a of the spherical screen 2.
  • the projection optical system including the third lens L3 to the fifth lens L5 has a short focal length, and projects the image onto a region exceeding the hemisphere on the inner surface 2a of the spherical screen 2.
  • the inner surface 2a of the spherical screen 2 has a hemispherical area A (left side in FIG. 1) when a spherical surface including the inner surface 2a is divided by a surface M perpendicular to the optical axis L of the projection optical system, and a hemisphere on the other side.
  • the annular region B is a part of the region (right side in FIG. 1) and continues to the hemispherical region A on one side.
  • a region C extending from the one hemispherical region A to the annular region B (a hatched region in FIG. 1) is a projection region on which an image is projected on the inner surface 2a of the spherical screen 2. .
  • a distortion correction function for optically compensating for image distortion on the inner surface 2a of the spherical screen 2 by using, for example, a lens described later as the third lens L3 to the fifth lens L5. Is secured.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a distortion correction function secured in the projection optical system.
  • the projection optical system for example, by predistorting an image displayed based on image data on the liquid crystal display element 5 as shown in FIG. 2A into a pincushion shown in FIG. 2B. 2c is projected onto the inner surface 2a of the spherical screen 2 with a slight distortion as shown in FIG.
  • FIG. 3A is a diagram showing a specific example of the first lens L1 to the fifth lens L5 described above.
  • the first lens L1 is a plano-convex lens
  • the second lens L2 is a Fresnel lens.
  • the third lens L3 is an asymmetric biconvex lens
  • the fourth lens L4 is a symmetric biconvex lens
  • the fifth lens L5 is a meniscus lens having a convex surface in contact with the fourth lens L4.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the specifications of the first lens L1 to the fifth lens L5 shown in FIG. 3A.
  • the radius of curvature (Radius) on both surfaces of the lens and the thickness (Thickness) of the lens are shown.
  • the radius of the lens (Semidiameter) is shown.
  • the unit of each value is millimeter
  • the curvature radius of each lens is the curvature radius of the light incident surface on the upper side and the radius of curvature of the light emission surface on the lower side.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the light traces of the entire optical system in the spherical projection display device 1 when the first lens L1 to the fifth lens L5 have the specifications shown in FIG. 3B.
  • the projection optical system including the third lens L3 to the fifth lens L5 has a distortion correction function for optically compensating for image distortion on the inner surface 2a of the spherical screen 2. Therefore, an image without distortion can be projected without correcting image data representing an image to be projected onto the inner surface 2a of the spherical screen 2 in advance.
  • the spherical projection display device 1 can ensure high versatility.
  • the projected area of the image on the spherical screen 2 is the area C (see FIG. 1) exceeding the hemisphere on the inner surface 2a of the spherical screen 2.
  • a two-dimensional image can be displayed three-dimensionally.
  • the displayed image represents an arbitrary object, it is more realistic for an observer.
  • a three-dimensional effect can be given.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display element 5.
  • the liquid crystal display element 5 includes a TFT substrate 20 on which a switching transistor and a pixel electrode are formed, a color filter substrate (CF substrate) 21 on which a color filter and a common electrode are formed and opposed to the TFT substrate 20, and a TFT substrate. 20 and a liquid crystal layer 22 sandwiched between the CF substrate 21.
  • the TFT substrate 20 and the CF substrate 21 are each composed of a transparent substrate (for example, a glass substrate).
  • the TFT substrate 20 is disposed on the point light source 11 side, for example, and light from the point light source 11 enters the liquid crystal display element 5 from the TFT substrate 20 side.
  • the liquid crystal layer 22 is composed of a liquid crystal material sealed by a sealing material 29 for bonding the TFT substrate 20 and the CF substrate 21 together.
  • the alignment of the liquid crystal molecules is manipulated according to the electric field applied between the TFT substrate 20 and the CF substrate 21, and the optical characteristics change.
  • a TN (Twisted (Nematic) mode is used as the liquid crystal mode, but other liquid crystal modes such as a VA (Vertical Alignment) mode and a homogeneous mode may be used.
  • a plurality of switching transistors 23 are provided on the TFT substrate 20 on the liquid crystal layer 22 side.
  • a thin film transistor TFT: Thin Film Transistor
  • the switching transistor 23 includes a gate electrode electrically connected to a scanning line (not shown), a gate insulating film provided on the gate electrode, and a semiconductor layer (for example, amorphous silicon) provided on the gate insulating film. And a source electrode and a drain electrode provided separately on the semiconductor layer. The source electrode is electrically connected to a signal line (not shown).
  • An insulating layer 24 is provided on the switching transistor 23.
  • a plurality of pixel electrodes 25 are provided on the insulating layer 24.
  • a contact plug 26 electrically connected to the pixel electrode 25 is provided in the insulating layer 24 and on the drain electrode of the switching transistor 23.
  • a color filter 27 is provided on the CF substrate 21 on the liquid crystal layer 22 side.
  • the color filter 27 includes a plurality of coloring filters (coloring members), and specifically includes a plurality of red filters 27-R, a plurality of green filters 27-G, and a plurality of blue filters 27-B.
  • a general color filter is composed of three primary colors of light, red (R), green (G), and blue (B).
  • a set of three colors R, G, and B adjacent to each other is a display unit (referred to as a pixel or a pixel), and any single color portion of R, G, or B in one pixel is a subpixel (subpixel). This is a minimum drive unit called a pixel.
  • the switching transistor 23 and the pixel electrode 25 are provided for each subpixel.
  • a black matrix (light shielding film) BM for light shielding is provided at the boundary between the red filter 27-R, the green filter 27-G, and the blue filter 27-B. That is, the black matrix BM is formed in a mesh shape. The black matrix BM is provided to shield unnecessary light between the coloring members and improve contrast.
  • a common electrode 28 is provided on the color filter 27 and the black matrix BM.
  • the common electrode 28 is formed over the entire display area of the liquid crystal display element 5.
  • the pixel electrode 25, the contact plug 26, and the common electrode 28 are made of transparent electrodes, and for example, ITO (indium tin oxide) is used.
  • ITO indium tin oxide
  • a transparent insulating material is used, for example, silicon nitride (SiN).
  • an incident side polarizing plate 30 and an outgoing side polarizing plate 31 are provided so as to sandwich the TFT substrate 20 and the CF substrate 21. That is, the polarizing plate 30 is provided in contact with the incident side of the TFT substrate 20, and the polarizing plate 31 is provided in contact with the output side of the CF substrate 21.
  • the polarizing plates 30 and 31 have a transmission axis and an absorption axis orthogonal to each other in a plane orthogonal to the light traveling direction.
  • the polarizing plates 30 and 31 transmit linearly polarized light having a vibration surface parallel to the transmission axis and absorbing linearly polarized light having a vibration surface parallel to the absorption axis among light having vibration surfaces in random directions.
  • the polarizing plates 30 and 31 are arranged so that their transmission axes are orthogonal to each other, that is, in an orthogonal Nicol state.
  • a reflective polarizing plate 32 is provided on the incident side of the polarizing plate 30 so as to be separated from the polarizing plate 30.
  • the reflective polarizing plate 32 has a transmission axis and a reflection axis that are orthogonal to each other in a plane orthogonal to the traveling direction of light.
  • the reflection-type polarizing plate 32 transmits linearly polarized light having a vibration surface parallel to the transmission axis, and reflects linearly polarized light having a vibration surface parallel to the reflection axis, out of light having vibration surfaces in random directions.
  • the transmission axis of the reflective polarizing plate 32 is set parallel to the transmission axis of the polarizing plate 30.
  • Examples of the reflective polarizing plate 32 include DBEF (Dual Brightness Enhancement Film) manufactured by 3M Company, Asahi Kasei wire grid polarizing plate, and the like.
  • DBEF Double Brightness Enhancement Film
  • the top view of the polarizing plate of FIG. 1 and a reflection type polarizing plate has shown the plane seen from the point light source 11 side.
  • the incident-side polarizing plate When there is no reflective polarizing plate, the incident-side polarizing plate absorbs the light component in the absorption axis direction of the incident-side polarizing plate. As a result, the incident-side polarizing plate generates heat, the heat is transmitted to the liquid crystal layer, and the characteristics (such as contrast) of the liquid crystal layer are deteriorated.
  • the reflection-type polarizing plate 32 is provided on the incident-side polarizing plate 30 on the point light source 11 side, and the reflection axis of the reflection-type polarizing plate 32 is the incident-side polarizing plate. It is set parallel to 30 absorption axes. Since the reflection-type polarizing plate 32 reflects the light component in the absorption axis direction of the incident-side polarizing plate 30, the light transmitted through the reflection-type polarizing plate 32 has almost the light component in the absorption-axis direction of the incident-side polarizing plate 30. Not included. Thereby, since the light component which the incident side polarizing plate 30 absorbs is reduced, it can suppress that the incident side polarizing plate 30 heat
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the spherical projection display device 1 according to the first modification.
  • the incident side polarizing plate 30 is disposed away from the TFT substrate 20. Thereby, it is possible to suppress the heat generated in the incident side polarizing plate 30 from being transmitted to the liquid crystal layer 22. As a result, an increase in the temperature of the liquid crystal layer 22 can be suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the spherical projection display device 1 according to the second modification.
  • the emission side polarizing plate 31 is disposed away from the CF substrate 21. Thereby, it is possible to suppress the heat generated in the output side polarizing plate 31 from being transmitted to the liquid crystal layer 22. As a result, an increase in the temperature of the liquid crystal layer 22 can be suppressed.
  • the first embodiment includes the liquid crystal display element 5 that transmits the light from the point light source 11 and the spherical screen 2 that receives the projection light from the liquid crystal display element 5. Further, an incident side polarizing plate 30 is provided between the point light source 11 and the liquid crystal display element 5, and an output side polarizing plate 31 is provided between the liquid crystal display element 5 and the spherical screen 2. Between the incident side polarizing plate 30, a reflection type polarizing plate 32 that reflects a component parallel to the reflection axis in the light from the point light source 11 is provided. The reflection axis of the reflective polarizing plate 32 is set parallel to the absorption axis of the incident side polarizing plate 30.
  • the reflection-type polarizing plate 32 reflects the light component in the absorption axis direction of the incident-side polarizing plate 30. Most of the light component in the absorption axis direction is not included. Therefore, since the light component absorbed by the incident side polarizing plate 30 is reduced, the incident side polarizing plate 30 can be prevented from generating heat. Thereby, since the temperature rise of the liquid crystal display element 5, especially the liquid crystal layer 22, is suppressed, it can suppress that the display characteristic of the liquid crystal display element 5 deteriorates, and can suppress that a contrast falls especially. it can.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of a temperature rise with respect to the environmental temperature in a liquid crystal display element (LCD).
  • shaft of FIG. 8 shows temperature rise (DELTA) T (degreeC) with respect to environmental temperature.
  • FIG. 8A is a graph relating to a conventional example in which no countermeasure is taken against the heat generation of the LCD.
  • FIG. 8B is a graph relating to a comparative example in which an IR (infrared) cut filter is inserted between the LCD and the light source as shown in FIG.
  • FIG. 8C is a graph relating to a comparative example in which a thermal diffusion sheet is inserted into the LCD as shown in FIG.
  • the thermal diffusion sheet is formed so as to have an opening that allows light from the light source optical system to pass therethrough, and is disposed so as to be in contact with a polarizing plate included in the LCD, for example.
  • FIG. 8D is a graph relating to an example in which a reflective polarizing plate is inserted between an incident side polarizing plate and a light source (that is, corresponding to the configuration of FIG. 1 of the present embodiment).
  • FIG. 8E corresponds to the example in which the reflective polarizing plate is inserted between the incident side polarizing plate and the light source, and the incident side polarizing plate is separated from the substrate (that is, the configuration of FIG. 6 of this embodiment). ).
  • Example 1 in FIG. 8D and Example 2 in FIG. 8E the conventional example in FIG. 8A, the comparative example 1 in FIG. 8B, and the comparative example in FIG. 8C. Compared with 2, temperature rise ⁇ T can be suppressed. In particular, Example 2 in FIG. 8E has a great effect of suppressing the temperature rise ⁇ T.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the spherical projection display device 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • the spherical projection display device 1 further includes an IR (infrared) cut filter 33 supported by the case 10 and provided between the polarizing plate 30 and the reflective polarizing plate 32.
  • the configuration other than the IR cut filter 33 is the same as that of the first embodiment.
  • the IR cut filter 33 cuts infrared rays incident from the point light source 11 side. That is, the IR cut filter 33 has a function of suppressing the incidence of infrared rays, which are the main heat generation sources of the point light source 11, on the liquid crystal display element 5.
  • the IR cut filter 33 is provided between the polarizing plate 30 and the reflective polarizing plate 32.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the IR cut filter 33 may be disposed between the second lens L2 and the reflective polarizing plate 32.
  • the IR cut filter 33 may be disposed between the point light source 11 and the first lens L1.
  • FIG. 12 is a graph for explaining the transmittance of the IR cut filter 33 and the spectral radiance of the point light source 11.
  • the broken line in FIG. 12 represents the transmittance T (%) of the IR cut filter 33, and the solid line in FIG. 12 represents the spectral radiance L ⁇ (W / (sr ⁇ m 2 ⁇ nm)) of the point light source 11. .
  • the horizontal axis in FIG. 12 represents the wavelength ⁇ (nm).
  • the IR cut filter 33 cuts light (electromagnetic wave) having a wavelength ⁇ of 700 nm or more. As a result, it is possible to prevent light having a wavelength of 700 nm or more from entering the liquid crystal display element 5, and thus it is possible to suppress the generation of heat in the liquid crystal display element 5 due to infrared rays from the point light source 11. . As a result, the temperature rise of the liquid crystal layer 22 is suppressed.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the spherical projection display device 1 according to the third embodiment of the present invention.
  • a heat diffusion sheet 40 is provided on the surface of the incident side polarizing plate 30 opposite to the TFT substrate 20 so as to be in contact with the incident side polarizing plate 30.
  • a heat diffusion sheet 41 is provided on the opposite surface of the emission side polarizing plate 31 from the CF substrate 21 so as to be in contact with the emission side polarizing plate 31.
  • FIG. 14 is a plan view of the thermal diffusion sheet 40.
  • the configuration of the thermal diffusion sheet 41 is the same as that of the thermal diffusion sheet 40.
  • the thermal diffusion sheet 40 has, for example, a circular opening 42 that allows light necessary for image display to pass therethrough.
  • the shape of the opening 42 may be other than a circle as long as it has a size that does not block the projection light of the liquid crystal display element 5.
  • thermal diffusion sheets 40 and 41 As the thermal diffusion sheets (thermal diffusion plates) 40 and 41, a graphite sheet, a metal plate having a high thermal conductivity (for example, copper or aluminum), a laminated film of a graphite sheet and a metal plate, or the like is used.
  • the thermal diffusion sheets 40 and 41 are attached to, for example, the TFT substrate 20 and the CF substrate 21, respectively.
  • a part of the heat diffusion sheet 40 is formed so as to protrude to the outside of the case 10.
  • a part of the thermal diffusion sheet 41 is formed so as to protrude outside the case 12. Since the heat diffusion sheet 40 has a higher heat dissipation property as the surface area is larger, the portion of the heat diffusion sheet 40 that protrudes to the outside of the case 10 preferably has a corrugated cross-sectional shape. Similarly, it is desirable that the portion of the heat diffusion sheet 41 protruding outside the case 12 has a corrugated cross-sectional shape.
  • the heat generated in the polarizing plates 30 and 31 is conducted to the thermal diffusion sheets 40 and 41 and further radiated to the outside of the spherical projection display device 1. Thereby, it can suppress that the temperature of the liquid crystal display element 5 rises.
  • thermal diffusion sheets 40 and 41 are not necessarily required, and only one of the thermal diffusion sheets 40 and 41 may be used. Moreover, it is also possible to apply the heat diffusion sheet of 3rd Embodiment to the modification of 1st Embodiment, and 2nd Embodiment.
  • the apparatus incorporating the spherical projection display device 1 described in the first to third embodiments as a display device is not particularly limited, but if the spherical projection display device 1 is incorporated into an amusement device such as a pachinko game machine, for example, the amusement device Can enhance the entertainment.
  • the spherical projection display device 1 is suitable for displaying a spherical figure (for example, a globe) on the spherical screen 2.
  • the screen irradiated with the projection light of the liquid crystal display element 5 is not limited to the spherical screen, and may be a flat screen.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and are obtained by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in one embodiment or by appropriately combining constituent elements disclosed in different embodiments. Various inventions can be configured. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements disclosed in the embodiments, the problems to be solved by the invention can be solved and the effects of the invention can be obtained. Embodiments made can be extracted as inventions.
  • SYMBOLS 1 Spherical projection display apparatus, 2 ... Spherical screen, 3 ... Projector part, 4 ... Light source part, 5 ... Liquid crystal display element, 6 ... Projection part, 10 ... Case, 12, 11 ... Point light source, 20 ... TFT substrate, 21 ... CF substrate, 22 ... liquid crystal layer, 23 ... switching transistor, 24 ... insulating layer, 25 ... pixel electrode, 26 ... contact plug, 27 ... color filter, 28 ... common electrode, 29 ... sealing material, 30, 31 ... polarizing plate 32 ... reflective polarizing plate, 33 ... IR cut filter, 40, 41 ... thermal diffusion sheet

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Abstract

　表示装置（１）は、光源（１１）と、光源（１１）からの光を透過する液晶表示素子（５）と、液晶表示素子（５）からの投影光を受けるスクリーン（２）と、光源（１１）と液晶表示素子（５）との間に設けられた偏光板（３０）と、液晶表示素子（５）とスクリーン（２）との間に設けられた偏光板（３１）と、光源（１１）と偏光板（３０）との間に設けられ、光源（１１）からの光のうち反射軸と平行な成分を反射する反射型偏光板（３２）とを含む。

Description

表示装置
　本発明は、表示装置に係り、例えば透過型のスクリーンに画像を投影する表示装置に関する。
　点光源からの光を複数のレンズからなる光学系を介して液晶表示素子に入射し、さらに液晶表示素子からの投影光を球状スクリーンに映し出す表示装置が知られている（特許文献１）。球状スクリーンに映し出される画像をより明るく表示するためには、光源の輝度を上げる必要がある。この場合、光源からの光に起因して液晶表示素子に熱が発生する。特に、液晶表示素子に用いる偏光板が吸収した光に起因して液晶表示素子に熱が発生する。これにより、この熱により液晶層の特性が劣化し、液晶表示素子の表示特性が劣化してしまう。
特開２０１２－７８７３０号公報
　本発明は、熱に起因して表示特性が劣化するのを抑制することが可能な表示装置を提供する。
　本発明の一態様に係る表示装置は、光源と、前記光源からの光を透過する液晶表示素子と、前記液晶表示素子からの投影光を受けるスクリーンと、前記光源と前記液晶表示素子との間に設けられた第１偏光板と、前記液晶表示素子と前記スクリーンとの間に設けられた第２偏光板と、前記光源と前記第１偏光板との間に設けられ、前記光源からの光のうち反射軸と平行な成分を反射する反射型偏光板とを具備することを特徴とする。
　本発明によれば、熱に起因して表示特性が劣化するのを抑制することが可能な表示装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 投影光学系に確保されている歪み補正機能を説明する図。 第１レンズ～第５レンズの具体例を示す図。 球面投影表示装置における全光学系の光跡を説明する図。 液晶表示素子の一例を示す断面図。 変形例１に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 変形例２に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 液晶表示素子における環境温度に対する温度上昇の一例を示すグラフ。 比較例１に係る液晶表示素子の模式図。 比較例２に係る液晶表示素子の模式図。 本発明の第２実施形態に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 ＩＲカットフィルターの透過率と点光源の分光放射輝度とを説明するグラフ。 本発明の第３実施形態に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 熱拡散シートの平面図。
　以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
　以下の実施形態では、表示装置として、透過型の球状スクリーンに画像を表示する球面投影表示装置を例にあげて説明する。
　［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。球面投影表示装置１は、球状スクリーン２と、球状スクリーン２に固着されたプロジェクタ部３とを備える。
　球状スクリーン２は、球面の一部を構成する内面２ａを投影面として使用される透過型のスクリーンである。球状スクリーン２には、例えば透光性を有する部材の内側と外側との一方または双方の表面に、光を拡散させるための材料が塗布されたり、光を拡散させるための処理が施されたりすることによって光拡散性が確保されている。なお、球状スクリーン２は、光を拡散させる任意の材料を用いて形成されたものであっても構わない。
　図１に示すように、球状スクリーン２には、中空球体の一部（図で右側の一部）に開口部２ｂが設けられる。球状スクリーン２は、例えば、中空球体を構成する一組の半球状の部材の一方側に開口部２ｂを設けるとともに、双方の半球状の部材を透明な接着剤等を用いて繋ぎ目が極力見えないように接合することにより形成される。
　プロジェクタ部３は、光源部４と、透過型の液晶表示素子５と、投影部６とを備える。光源部４は、円筒形のケース１０内に収容された点光源１１と、光源光学系を構成しかつ点光源１１に対向する第１レンズＬ１、及び第２レンズＬ２とを備える。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２からなる光源光学系は、点光源１１の発する光を平行光、若しくは平行光に近い状態で液晶表示素子５に入射させる。
　なお、点光源１１には任意の光源を使用することができるが、球面投影表示装置１の小型化、省電力化、耐久性の点を考えると高輝度のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用することが好ましく、例えば高輝度の白色ＬＥＤまたは高輝度のＲＧＢ－ＬＥＤを使用することが好ましい。
　液晶表示素子５は、画像データ（ＲＧＢデータ等）に応じて駆動され、画像データにより表される画像を表示する。また、液晶表示素子５は、第２レンズＬ２から入射した光を制御し、それにより上記画像データを投影光に変換する光変調素子として機能する。なお、図示を省略するが、液晶表示素子５は、プロジェクタ部３に一体的に、または分離して設けられた駆動回路によって、外部（他の電子機器）から供給される画像データに基づき駆動される。
　投影部６は、球状スクリーン２に設けられた開口部２ｂに内嵌され、一端が球状スクリーン２の中心（内面２ａを含む球面の中心）Ｏの近傍に位置する円筒形のケース１２と、ケース１２内に収容されかつ液晶表示素子５に対向する第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５とを備える。
　第３レンズＬ３乃至第５レンズＬ５によって投影光学系が構成されており、この投影光学系は、液晶表示素子５を透過した光、つまり画像データから変換された投影光を、球状スクリーン２の中心Ｏの近傍から出射し、画像データにより表される画像を球状スクリーン２の内面２ａに投影する。また、第３レンズＬ３乃至第５レンズＬ５から構成される投影光学系は、焦点距離が短く設定されており、球状スクリーン２の内面２ａにおける半球を超える領域に上記画像を投影する。
　すなわち、第１レンズＬ１～第５レンズＬ５の光軸Ｌは球状スクリーン２の中心Ｏを通っている。球状スクリーン２の内面２ａは、その内面２ａを含む球面を投影光学系の光軸Ｌに垂直な面Ｍで分割したときの一方側の半球領域Ａ（図１で左側）と、他方側の半球領域（図１で右側）の一部でありかつ一方側の半球領域Ａに連続する環状領域Ｂとから構成されている。そして、上記の一方側の半球領域Ａから上記の環状領域Ｂに及ぶ領域Ｃ（図１に斜線で示した領域）が、球状スクリーン２の内面２ａにおいて画像が投影される投影領域となっている。
　また、投影光学系には、第３レンズＬ３乃至第５レンズＬ５として、例えば後述するレンズが使用されることにより、球状スクリーン２の内面２ａでの画像の歪みを光学的に補償する歪み補正機能が確保されている。
　図２は、上記投影光学系に確保されている歪み補正機能を説明する図である。投影光学系は、例えば図２（ａ）に示したような液晶表示素子５において画像データに基づき表示される画像を、図２（ｂ）に示した糸巻形（pincushion）に予め歪ませることによって、図２（ｃ）に示したような歪みが僅かな状態で球状スクリーン２の内面２ａに投影させる。
　図３（ａ）は、前述した第１レンズＬ１～第５レンズＬ５の具体例を示す図である。第１レンズＬ１は平凸レンズであり、第２レンズＬ２はフレネルレンズである。また、第３レンズＬ３は非対称両凸レンズであり、第４レンズＬ４は対称両凸レンズ、第５レンズＬ５は、第４レンズＬ４に接する凸面を有するメニスカスレンズである。
　図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した第１レンズＬ１～第５レンズＬ５の仕様の一例を示した図であり、レンズ両面の曲率半径（Radius）と、レンズの厚み（Thickness）と、レンズの半径（Semidiameter）とを示した図である。なお、図３（ｂ）において、各値の単位はミリメートルであり、各レンズの曲率半径は、上段側が光の入射面の曲率半径、下段側が光の出射面の曲率半径である。図４は、第１レンズＬ１～第５レンズＬ５が、図３（ｂ）に示した仕様を備えている場合における球面投影表示装置１における全光学系の光跡を説明する図である。
　以上の構成からなる球面投影表示装置１においては、第３レンズＬ３～第５レンズＬ５からなる投影光学系に、球状スクリーン２の内面２ａでの画像の歪みを光学的に補償する歪み補正機能が確保されているため、球状スクリーン２の内面２ａに投影する画像を表す画像データを事前に補正せずとも歪みのない画像を投影することができる。
　そのため、球状スクリーン２に小型のものを使用し、球面投影表示装置１を、画像データを出力する機能を有した任意の機器に単なる表示デバイスとして組み込むような場合であっても、画像データの補正を任意の機器側で行う必要がない。したがって、球面投影表示装置１は、高い汎用性を確保することができる。
　また、本実施形態の球面投影表示装置１においては、球状スクリーン２における画像の投影領域が、球状スクリーン２の内面２ａにおける半球を超える領域Ｃ（図１参照）である。そのため、球状スクリーン２に任意の画像を表示しているとき、プロジェクタ部３が設けられていない正面側（図１で左側）に位置する観察者にあっては、視線の方向が投影光学系の光軸Ｌに対して多少傾いている場合であっても、球状スクリーン２の表面全域にわたって画像を観察することができる。
　したがって、球面投影表示装置１においては、２次元の画像を立体的に表示できることは無論のこと、例えば表示する画像が任意の物体を表現したものである場合には、観察者に対してより現実的な立体感を与えることができる。
　次に、液晶表示素子５の構成例について説明する。図５は、液晶表示素子５の一例を示す断面図である。
　液晶表示素子５は、スイッチングトランジスタ及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板２０と、カラーフィルター及び共通電極が形成されかつＴＦＴ基板２０に対向配置されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）２１と、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間に挟持された液晶層２２とを備える。ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１はそれぞれ、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。ＴＦＴ基板２０は、例えば、点光源１１側に配置され、点光源１１からの光は、ＴＦＴ基板２０側から液晶表示素子５に入射する。
　液晶層２２は、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間を貼り合わせるシール材２９によって封入された液晶材料により構成される。液晶材料は、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えばＴＮ（Twisted Nematic）モードが用いられるが、勿論、ＶＡ（Vertical Alignment）モードやホモジニアスモードなど他の液晶モードであってもよい。
　液晶層２２側のＴＦＴ基板２０上には、複数のスイッチングトランジスタ２３が設けられる。スイッチングトランジスタ２３としては、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられる。スイッチングトランジスタ２３は、走査線（図示せず）に電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン）と、半導体層上に離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線（図示せず）に電気的に接続される。
　スイッチングトランジスタ２３上には、絶縁層２４が設けられる。絶縁層２４上には、複数の画素電極２５が設けられる。絶縁層２４内かつスイッチングトランジスタ２３のドレイン電極上には、画素電極２５に電気的に接続されたコンタクトプラグ２６が設けられる。
　液晶層２２側のＣＦ基板２１上には、カラーフィルター２７が設けられる。カラーフィルター２７は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター２７－Ｒ、複数の緑フィルター２７－Ｇ、及び複数の青フィルター２７－Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（ピクセル、又は画素と呼ぶ）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。スイッチングトランジスタ２３及び画素電極２５は、サブピクセルごとに設けられる。
　赤フィルター２７－Ｒ、緑フィルター２７－Ｇ、及び青フィルター２７－Ｂの境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）ＢＭが設けられる。すなわち、ブラックマトリクスＢＭは、網目状に形成される。ブラックマトリクスＢＭは、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。
　カラーフィルター２７及びブラックマトリクスＢＭ上には、共通電極２８が設けられる。共通電極２８は、液晶表示素子５の表示領域全体に形成される。
　画素電極２５、コンタクトプラグ２６、及び共通電極２８は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層２４としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。
　図１に示すように、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１を挟むように、入射側偏光板３０及び出射側偏光板３１が設けられる。すなわち、偏光板３０は、ＴＦＴ基板２０の入射側に接して設けられ、偏光板３１は、ＣＦ基板２１の出射側に接して設けられる。偏光板３０、３１は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有している。偏光板３０、３１は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、吸収軸に平行な振動面を有する直線偏光を吸収する。偏光板３０、３１は、互いの透過軸が直交するように、すなわち直交ニコル状態で配置される。
　さらに、偏光板３０の入射側には、偏光板３０から離間するようにして、反射型偏光板３２が設けられる。反射型偏光板３２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び反射軸を有する。反射型偏光板３２は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する。反射型偏光板３２の透過軸は、偏光板３０の透過軸と平行に設定される。反射型偏光板３２としては、例えば、３Ｍ社のＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）、又は旭化成のワイヤグリッド偏光板などがある。なお、図１の偏光板、及び反射型偏光板の平面図は、点光源１１側から見た平面を示している。
　反射偏光板が無い場合、入射側偏光板の吸収軸方向の光成分を入射側偏光板が吸収する。これにより、入射側偏光板が発熱し、その熱が液晶層に伝わり、液晶層の特性（コントラストなど）が劣化してしまう。
　これに対して、本実施形態では、入射側偏光板３０の点光源１１側には、反射型偏光板３２が設けられており、さらに、反射型偏光板３２の反射軸は、入射側偏光板３０の吸収軸と平行に設定される。反射型偏光板３２は、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分を反射するので、反射型偏光板３２を透過した光には、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分がほとんど含まれない。これにより、入射側偏光板３０が吸収する光成分が低減されるため、入射側偏光板３０が発熱するのを抑制できる。
　［変形例１］
　次に、第１実施形態の変形例１について説明する。図６は、変形例１に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。
　入射側偏光板３０は、ＴＦＴ基板２０から離間して配置される。これにより、入射側偏光板３０で発生した熱が液晶層２２に伝わるのを抑制できる。この結果、液晶層２２の温度が上昇するのを抑制できる。
　［変形例２］
　次に、第１実施形態の変形例２について説明する。図７は、変形例２に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。
　出射側偏光板３１は、ＣＦ基板２１から離間して配置される。これにより、出射側偏光板３１で発生した熱が液晶層２２に伝わるのを抑制できる。この結果、液晶層２２の温度が上昇するのを抑制できる。
　［効果］
　以上詳述したように第１実施形態では、点光源１１からの光を透過する液晶表示素子５と、液晶表示素子５からの投影光を受ける球状スクリーン２とを備える。また、点光源１１と液晶表示素子５との間には入射側偏光板３０が設けられ、液晶表示素子５と球状スクリーン２との間には出射側偏光板３１が設けられ、点光源１１と入射側偏光板３０との間には点光源１１からの光のうち反射軸と平行な成分を反射する反射型偏光板３２が設けられる。そして、反射型偏光板３２の反射軸は、入射側偏光板３０の吸収軸と平行に設定される。
　従って第１実施形態によれば、反射型偏光板３２は、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分を反射するので、反射型偏光板３２を透過した光には、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分がほとんど含まれない。よって、入射側偏光板３０が吸収する光成分が低減されるため、入射側偏光板３０が発熱するのを抑制できる。これにより、液晶表示素子５、特に液晶層２２の温度上昇が抑制されるため、液晶表示素子５の表示特性が劣化するのを抑制することができ、特にコントラストが低下するのを抑制することができる。
　図８は、液晶表示素子（ＬＣＤ）における環境温度に対する温度上昇の一例を示すグラフである。図８の縦軸は、環境温度に対する温度上昇ΔＴ（℃）を示す。
　図８（ａ）は、ＬＣＤの発熱に対して対策を施していない従来例に関するグラフである。図８（ｂ）は、図９に示すように、ＬＣＤと光源との間にＩＲ（赤外線）カットフィルターを挿入した比較例に関するグラフである。図８（ｃ）は、図１０に示すように、熱拡散シートをＬＣＤに挿入した比較例に関するグラフである。熱拡散シートは、光源光学系からの光を通過させる開口部を有するように形成され、例えばＬＣＤに含まれる偏光板に接するように配置される。
　図８（ｄ）は、反射型偏光板を入射側偏光板と光源との間に挿入した実施例（すなわち本実施形態の図１の構成に対応する）に関するグラフである。図８（ｅ）は、反射型偏光板を入射側偏光板と光源との間に挿入し、かつ入射側偏光板を基板から離した実施例（すなわち本実施形態の図６の構成に対応する）に関するグラフである。
　図８（ｄ）の実施例１、及び図８（ｅ）の実施例２では、図８（ａ）の従来例、図８（ｂ）の比較例１、及び図８（ｃ）の比較例２に比べて、温度上昇ΔＴを抑制できる。特に、図８（ｅ）の実施例２では、温度上昇ΔＴを抑制できる効果が大きい。
　［第２実施形態］
　図１１は、本発明の第２実施形態に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。
　球面投影表示装置１は、ケース１０に支持され、かつ偏光板３０と反射型偏光板３２との間に設けられたＩＲ（赤外線）カットフィルター３３をさらに備える。ＩＲカットフィルター３３以外の構成は、第１実施形態と同じである。ＩＲカットフィルター３３は、点光源１１側から入射する赤外線をカットする。すなわち、ＩＲカットフィルター３３は、点光源１１自身の主な熱の発生源である赤外線が液晶表示素子５に入射されるのを抑制する機能を有する。
　なお、図１１では、ＩＲカットフィルター３３は、偏光板３０と反射型偏光板３２との間に設けられている。しかし、この構成に限定されず、ＩＲカットフィルター３３は、第２レンズＬ２と反射型偏光板３２との間に配置されてもよい。また、ＩＲカットフィルター３３は、点光源１１と第１レンズＬ１との間に配置されてもよい。
　図１２は、ＩＲカットフィルター３３の透過率と点光源１１の分光放射輝度とを説明するグラフである。図１２の破線は、ＩＲカットフィルター３３の透過率Ｔ（％）を表し、図１２の実線は、点光源１１の分光放射輝度Ｌλ（Ｗ／（ｓｒ・ｍ２・ｎｍ））を表している。図１２の横軸は、波長λ（ｎｍ）を表している。
　例えば、ＩＲカットフィルター３３は、波長λが７００ｎｍ以上の光（電磁波）をカットする。これにより、波長７００ｎｍ以上の光が液晶表示素子５に入射するのを防ぐことができるため、点光源１１からの赤外線に起因して液晶表示素子５で熱が発生するのを抑制することができる。この結果、液晶層２２の温度上昇が抑制される。
　［第３実施形態］
　図１３は、本発明の第３実施形態に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。
　入射側偏光板３０のＴＦＴ基板２０と反対面には、入射側偏光板３０に接するようにして熱拡散シート４０が設けられる。また、出射側偏光板３１のＣＦ基板２１と反対面には、出射側偏光板３１に接するようにして熱拡散シート４１が設けられる。図１４は、熱拡散シート４０の平面図である。熱拡散シート４１の構成も熱拡散シート４０の構成と同じである。熱拡散シート４０は、画像表示に必要な光を通過させる例えば円形の開口部４２を有する。なお、開口部４２の形状は、液晶表示素子５の投影光を遮蔽しないサイズを有する限り、円形以外の形状であってもよい。熱拡散シート（熱拡散板）４０、４１としては、グラファイトシート、熱伝導率が高い金属板（例えば銅、アルミニウム）、及びグラファイトシートと金属板との積層膜などが用いられる。熱拡散シート４０、４１はそれぞれ、例えば、ＴＦＴ基板２０、ＣＦ基板２１に貼り付けられる。
　熱拡散シート４０の一部は、ケース１０の外側に突き出るように形成される。同様に、熱拡散シート４１の一部は、ケース１２の外側に突き出るように形成される。熱拡散シート４０は、表面積が大きいほど放熱性が向上するため、熱拡散シート４０のうちケース１０の外側に突き出した部分は、その断面形状が波形であることが望ましい。同様に、熱拡散シート４１のうちケース１２の外側に突き出した部分は、その断面形状が波形であることが望ましい。
　第３実施形態によれば、偏光板３０、３１で発生した熱は熱拡散シート４０、４１に伝導され、さらに球面投影表示装置１の外に放熱される。これにより、液晶表示素子５の温度が上昇するのを抑制することができる。
　なお、熱拡散シート４０、４１は、必ずしも２枚必要ではなく、熱拡散シート４０、４１のうちいずれか一方のみ用いるようにしてもよい。また、第３実施形態の熱拡散シートを、第１実施形態の変形例、及び第２実施形態に適用することも可能である。
　第１乃至第３実施形態で説明した球面投影表示装置１を表示デバイスとして組み込む機器については、特に限定されないが、球面投影表示装置１は、例えばパチンコ遊技機等のアミューズメント装置に組み込めば、アミューズメント装置における娯楽性を高めることができる。また、球面投影表示装置１は、球状スクリーン２に球状の図形（例えば地球儀）を表示するのに適している。
　なお、上記第１乃至第３実施形態において、液晶表示素子５の投影光が照射されるスクリーンは、球状スクリーンに限定されず、平面スクリーンであってもよい。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
　１…球面投影表示装置、２…球状スクリーン、３…プロジェクタ部、４…光源部、５…液晶表示素子、６…投影部、１０…ケース，１２、１１…点光源、２０…ＴＦＴ基板、２１…ＣＦ基板、２２…液晶層、２３…スイッチングトランジスタ、２４…絶縁層、２５…画素電極、２６…コンタクトプラグ、２７…カラーフィルター、２８…共通電極、２９…シール材、３０，３１…偏光板、３２…反射型偏光板、３３…ＩＲカットフィルター、４０，４１…熱拡散シート

Claims (8)

  1. 　光源と、
    　前記光源からの光を透過する液晶表示素子と、
    　前記液晶表示素子からの投影光を受けるスクリーンと、
    　前記光源と前記液晶表示素子との間に設けられた第１偏光板と、
    　前記液晶表示素子と前記スクリーンとの間に設けられた第２偏光板と、
    　前記光源と前記第１偏光板との間に設けられ、前記光源からの光のうち反射軸と平行な成分を反射する反射型偏光板と、
    　を具備することを特徴とする表示装置。
  2. 　前記反射型偏光板の反射軸は、前記第１偏光板の吸収軸と平行であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記第１及び第２偏光板の少なくとも１つは、前記液晶表示素子から離れて配置されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  4. 　前記光源と前記液晶表示素子との間に設けられた赤外線カットフィルターをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  5. 　前記第１及び第２偏光板の少なくとも１つに接触するように設けられた熱拡散シートをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  6. 　前記熱拡散シートは、前記光源からの光を透過する開口部を有することを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
  7. 　前記スクリーンは、球状であり、かつ透過型であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  8. 　前記光源と前記反射型偏光板との間に設けられた第１光学系と、
    　前記第２偏光板と前記スクリーンとの間に設けられた第２光学系と、
    　をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
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