JP2001166292A - 投影型ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】偏光板と反射型液晶表示パネルとの間に位相板
を配置した構成において、位相板の温度変化を防止し、
コンパクトな構成で効率が良く、低コストであり、さら
には高コントラストが得られる投影型ディスプレイ装置
を提供する。 【解決手段】反射型液晶表示パネルと、その反射型液晶
表示パネルの前方に配置され、偏光子と検光子とを兼ね
た偏光板と、その偏光板と前記反射型液晶表示パネルと
の間に少なくとも１枚配置された位相板とを有する表示
部と、前記反射型液晶表示パネルを照明する照明光学系
と、その反射型液晶表示パネルからの光を投影する投影
光学系と、から成る投影型ディスプレイ装置において、
前記偏光板からの熱が前記位相板に伝達しないように、
その偏光板とその位相板とを所定の間隔だけあけた構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子等のいわゆる反射型表示パネルを用いた、プロジェク
ター表示装置等のいわゆる投影型ディスプレイ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、反射型液晶表示素子等のいわ
ゆる反射型表示パネルを用いた、プロジェクター表示装
置等のいわゆる投影型ディスプレイ装置に関しては、種
々の光学系の構成が提案されている。例えば、照明光学
系，空間変調素子としての表示パネル，投影光学系より
成り、更に表示パネルの直前に偏光板を配置した構成の
ものがある。これは、この偏光板を通過した特定の偏光
軸を持つ入射光が、表示パネルの各画素により変調され
て或いは変調されずに反射され、再び偏光板に戻ってこ
こで遮断されるか或いはここを透過する事により、所望
の画像表示を行うものである。

【０００３】この場合、例えばいわゆる照明光学系から
の照明光を、表示パネルの法線方向より若干斜め方向か
らその表示パネルに入射させ、ここで正反射したものを
投影光としていわゆる投影光学系に導くといった構成が
とられる。また、表示パネルへの入射光に対応する偏光
板（偏光子）と、表示パネルからの射出光に対応する偏
光板（検光子）とが分離した構成のものが提案されてい
る。なお、その他の構成として、表示パネルの直前にＰ
ＢＳ（偏光ビームスプリッター）プリズムを配置し、い
わゆるクロスニコル変調を行う構成のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た、偏光子と検光子とが分離した構成のものでは、入射
光と反射光の分離を行うためのスペースを非常に大きく
取る必要があり、投影光学系が大型化してしまい、コス
ト高となる。また、上述したその他の構成として、表示
パネルの直前にＰＢＳプリズムを配置し、いわゆるクロ
スニコル変調を行う場合、一般にＰＢＳプリズムは高価
であり、いわゆる３板式の投影型ディスプレイ装置とも
なると、各表示パネル毎にＰＢＳプリズムが必要とな
り、非常なコスト高となる。

【０００５】そこで、偏光子と検光子とを同一の偏光板
で兼用した構成とすると、スペース効率が良く、またコ
ストダウンを図る事ができる。このとき、一般に、表示
パネルとして反射型液晶表示素子を用いた場合、良好な
画像のコントラストを達成するためには、液晶の各画素
において電圧を印加しない状態を画像表示のＯＦＦ状態
とする、いわゆるノーマリブラック使用が望ましい。本
構成でこれを実現するためには、偏光板と反射型液晶表
示パネルとの間に位相板を配置する必要がある。

【０００６】具体的には、表示パネルとその直前に配置
された偏光板との間に、その偏光板の偏光軸（透過軸）
と４５度を成す関係の遅相軸或いは進相軸を持つ１／４
波長板を位相板として配置した構成とする。これは、こ
の偏光板を通過した特定の偏光軸を持つ入射光が、表示
パネルにより変調されない場合は、１／４波長板を往復
通過する事により１／２波長板としての働きを受け、偏
光軸が９０度回転し、再び偏光板に戻ってここで遮断さ
れて、黒表示を行うものである。

【０００７】入射光が表示パネルにより変調されると、
これにより、その偏光軸と４５度を成す関係の遅相軸或
いは進相軸を持つ１／４波長板を往復通過したときと同
等の１／２波長板としての働きを受け、さらに実際に上
述の１／４波長板そのものを往復通過する事によって１
／２波長板としての働きを受ける。これにより最終的に
１波長板を通過したときと同等となって、偏光軸は元の
方向となり（実際は１８０度回転）、偏光板を通過して
白表示、或いはいわゆる多板方式の場合は各表示パネル
の色表示を行う。

【０００８】ところが、画像表示がＯＦＦ即ち黒表示を
行う状態では、偏光板で全ての光を吸収するために、こ
こで非常に多くの熱を発生してしまう。このとき、偏光
板に位相板が接着されていたり、或いは互いに近接した
構成であると、偏光板から位相板へと熱が伝わり、位相
板の温度が上昇して、その温度変化により屈折率差が変
化し、位相特性が変化する。そうすると、画像表示がＯ
ＦＦの状態でも、位相板を往復通過した光の偏光軸が、
偏光板の偏光軸（透過軸）に対して正確に９０度を成さ
なくなり、完全には遮断されなくなるので、良好なコン
トラストを得る事が困難となってしまう。

【０００９】本発明は、このような問題点に鑑み、偏光
板と反射型液晶表示パネルとの間に位相板を配置した構
成において、位相板の温度変化を防止し、コンパクトな
構成で効率が良く、しかも低コストであり、さらには高
コントラストが得られる投影型ディスプレイ装置を提供
する事を目的とする。

【００１０】

【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、反射型液晶表示パネルと、その反射型
液晶表示パネルの前方に配置され、偏光子と検光子とを
兼ねた偏光板と、その偏光板と前記反射型液晶表示パネ
ルとの間に少なくとも１枚配置された位相板とを有する
表示部と、前記反射型液晶表示パネルを照明する照明光
学系と、その反射型液晶表示パネルからの光を投影する
投影光学系と、から成る投影型ディスプレイ装置におい
て、前記偏光板からの熱が前記位相板に伝達しないよう
に、その偏光板とその位相板とを所定の間隔だけあけた
事を特徴とする。

【００１１】また、以下の条件式を満足する事を特徴と
する。 ０．３＜ｄ＜２０ 但し、 ｄ：偏光板と位相板の間隔（ｍｍ） である。

【００１２】さらに、前記偏光板と前記位相板との間に
流体を流す事を特徴とする。また、流体を流す方向は、
前記反射型液晶表示パネルの接続基板が接続される辺と
略平行である事を特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一
実施形態の投影型ディスプレイ装置の光学系の主な構成
を模式的に示す側面図である。同図において、１は光源
であり、２は光源１を取り囲むように配置され、光源１
からの光を反射する傘状のリフレクターである。また、
リフレクター２の後方には、光が進む順に集光レンズ
３、第１レンズアレイ４、少し離れて第２レンズアレイ
５が配置されている。第１レンズアレイ４は、格子状に
組み合わされた各セルを有しており、第２レンズアレイ
５は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わさ
れた各セルを有している。

【００１４】集光レンズ３は、光源１及びリフレクター
２からの光を、第１レンズアレイ４を介して第２レンズ
アレイ５に集光する。また、第２レンズアレイ５さらに
は図示しない重ね合わせレンズにより、第１レンズアレ
イ４の各セルの像が照明光として重なり合うようにして
いる。以上の構成を照明光学系と呼ぶ。さらに、第２レ
ンズアレイ５の後方には、照明光を表示パネルに入射光
として集光し、表示パネルからの反射光を投影光として
投影光学系に導く、軸が上方へ偏心したコンデンサーレ
ンズ６が配置されている。また、コンデンサーレンズ６
の後方には、偏光板７，位相板８，及び反射型液晶表示
素子を用いた表示パネル９が配置されている。

【００１５】光源１及びリフレクター２からの光は、照
明光学系を経て、各光学部材６〜８を通過し、若干斜め
上方より光軸Ｌに沿って表示パネル９に入射する。表示
パネル９は図の鉛直方向より若干右に傾いて配置されて
いる。表示パネル９に入射した入射光は、水平前方（図
の左方）に反射光として反射され、光軸Ｚに沿って上記
各光学部材を、８〜６と逆方向に再び通過し、投影光学
系１０に導かれ、これにより投影光として画像投影され
る。

【００１６】このように、表示パネル９に対して斜めに
照明を行う事で、入射光と反射光の分離を行う事ができ
る。また、表示パネル９は各光軸に対して傾いて配置さ
れており、コンデンサーレンズ６も各光軸に対して傾い
ているとともに大きく偏心しているので、これらにより
発生する非軸対称な収差を補正するために、投影光学系
１０は、各レンズ群１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが
互いに偏心した構成になっている。

【００１７】さらに、本実施形態では、偏光板７と位相
板８との間の空間に、例えば上方より冷却ファン１１で
空気を強制的に流す事により、偏光板７からの放熱を促
し、更にその熱を位相板８に伝える事なく外部へ放出し
ている。詳しくは後述する。

【００１８】図２は、コンデンサーレンズ６から表示パ
ネル９までの表示部を示した部分拡大図である。同図に
示すように、コンデンサーレンズ６の後方には、偏光板
７，位相板８，及び反射型液晶表示素子を用いた表示パ
ネル９が配置されている。このうち、位相板８は１／４
波長板であり、また表示パネル９は、電圧印加時に往復
で１／２波長板としての作用を示し、電圧無印加時には
波長板として作用しないという特性を有する。

【００１９】このような反射型液晶表示素子を用いた表
示パネル（以下、反射型液晶表示パネルと呼ぶ）による
画像表示の構成を改めて説明する。一般に、反射型液晶
表示パネルを使用する場合、上述したように、電圧を印
加しないときに黒表示を行う方が、高いコントラストが
得られる事が知られている。特に、電圧を印加しないと
きに垂直配向となる液晶を用いると、コントラストが高
くなる。ところが、本実施形態のように、偏光子と検光
子とを兼用した一枚の偏光板を、反射型液晶表示パネル
の直前に配置する場合、そのままでは電圧を印加しない
ときに白表示となり、いわゆるノーマリホワイトと呼ば
れる表示方式となってしまう。

【００２０】そこで、本実施形態では、往復通過により
偏光方向が９０度回転する１／４波長板を、位相板とし
て偏光板と反射型液晶表示パネルとの間に配置する。こ
れにより、電圧を印加しないときに黒状態を表示する、
いわゆるノーマリブラックの状態を実現し、高いコント
ラストを達成する事ができる。

【００２１】図３は、本実施形態における反射型液晶表
示パネルの電圧印加状態と、各光学要素通過後の偏光状
態との関係を示す図表である。ここでは電圧を印加した
とき及び電圧を印加しないときの、それぞれの偏光状態
の推移を表している。また同図において、ＬＣＤは反射
型液晶表示パネルを示している。まず、光源から出た光
はランダム偏光の状態であるが、通常は、図示しない偏
光変換手段により、或程度の一様な直線偏光状態に整え
られる。同図ではこれを縦方向の矢印で表している。

【００２２】次に、この状態で偏光板に入射した光は、
偏光板の偏光軸（透過軸）方向の偏光成分のみ透過し
て、ほぼ完全な直線偏光状態となる。そして、偏光板を
出た光は位相板に入射する。ここで、位相板の遅相軸或
いは進相軸と偏光板の偏光軸（透過軸）とが所定の角度
（例えば４５度）を成すように配置しておくと、位相板
を透過した光は円偏光となる。

【００２３】このとき、位相板の軸を所望の角度に正確
に配置する事ができるように、位相板の保持部材に回転
調整機構を設けている事が望ましい。これにより、反射
型液晶表示パネルに存在するプレチルトにより生じる若
干の位相差をキャンセルして、更に高いコントラストを
達成する事ができる。このプレチルトとは、一般に反射
型液晶表示パネルに僅かに存在する、電圧を印加しない
ときの配向のばらつきの事である。

【００２４】位相板を透過して円偏光となった光は、反
射型液晶表示パネルに入射する。反射型液晶表示パネル
は、電圧を印加したときには位相板として作用し、即ち
入射，射出の往復で１／２波長板の働きをするので、同
図の上段に示すように、例えば位相板からの右回りの円
偏光が入射すると、左回りの円偏光として射出する。一
方、反射型液晶表示パネルに電圧を印加しないときに
は、位相板として作用せず、即ち偏光状態を変化させな
いので、同図の下段に示すように、例えば位相板からの
右回りの円偏光が入射すると、右回りの円偏光のまま射
出する。

【００２５】反射型液晶表示パネルから射出した光は、
再び位相板に入射する。このとき、反射型液晶表示パネ
ルの電圧印加状態により、位相板を透過した後の偏光状
態が異なる。即ち、反射型液晶表示パネルに電圧を印加
した状態であると、上述のように左回りの円偏光として
射出するので、これが位相板を透過すると、偏光板の偏
光軸（透過軸）に対してほぼ平行な直線偏光となる。故
に、最終的に偏光板を透過し、結果として画像表示がＯ
Ｎの状態となる。

【００２６】一方、反射型液晶表示パネルに電圧を印加
しない状態であると、上述のように右回りの円偏光のま
ま射出するので、これが位相板を透過すると、偏光板の
偏光軸（透過軸）に対してほぼ垂直な直線偏光となる。
同図ではこれを横方向の矢印で表している。故に、最終
的に偏光板で遮断され、結果として画像表示がＯＦＦの
状態となる。

【００２７】また、図示しないが、反射型液晶表示パネ
ルに印加する電圧を調節する事により、ここから射出す
る光、ひいては位相板を透過した光を楕円偏光とする事
ができる。これにより、最終的に偏光板を透過する光の
量を制御する事ができ、画像表示において階調表現を行
う事ができる。

【００２８】以上示したように、本実施形態の構成で
は、位相板及び反射型液晶表示パネルのそれぞれの位相
差により、画像表示がＯＮの状態とＯＦＦの状態とを決
めており、言い換えれば偏光板における最終的な光の透
過，遮断を制御している。従って、何らかの原因で位相
板の位相差が変化すると、画像の明るさやコントラスト
が低下する事となる。

【００２９】ここで、図３における画像表示がＯＦＦの
状態では、偏光板に最終的に入射した光の殆どをここで
吸収する事になるので、偏光板は大きな熱源となる。一
般に、位相板は温度によりその屈折率差即ち位相特性が
変化する事が知られており、偏光板からの熱により温度
が上昇すると、上述したように、画像の明るさやコント
ラストが低下する。

【００３０】そこで、本実施形態では、図２に示すよう
に、偏光板７と位相板８とを所定の間隔だけあける事に
より、偏光板７から位相板８への直接の熱伝導を断つ構
成としている。このとき、以下の条件式を満足する事が
望ましい。 ０．３＜ｄ＜２０ 但し、 ｄ：偏光板と位相板の間隔（ｍｍ） である。

【００３１】上記条件式の下限値以下になると、偏光板
と位相板の距離が近くなりすぎ、偏光板の熱が位相板に
伝わってしまうので、位相板の位相特性が変化し、画像
の明るさとコントラストが低下するので好ましくない。
逆に、上限値以上になると、熱の遮断に関しては有利と
なるが、装置全体が大型化するので好ましくない。ま
た、更にコンパクトで高性能な投影型ディスプレイ装置
とするには、下限値を１ｍｍ、上限値を１０ｍｍとする
事が望ましい。一方、偏光板と位相板とが接着されてい
たり、同一の保持部材で保持されていたりすると、偏光
板の熱が直接或いは保持部材を介して位相板に伝わるの
で、好ましくない。

【００３２】さらに、本実施形態では、図２に矢印Ａで
示すように、偏光板７と位相板８との間の空間に、上方
より冷却ファン１１で流体（ここでは空気）を強制的に
流している。これにより偏光板７からの放熱を促し、更
にその熱を位相板８に伝える事なく外部へ放出してい
る。その結果、位相板の温度上昇を低減する事ができる
ので好ましい。また、偏光板７の両面や位相板８の両面
にも流体が流れるような構成にすると、より放熱を促す
事ができるので好ましい。

【００３３】また、流体を流す方向としては、図４に矢
印Ａで示すように、接続基板の一例としてのフレキシブ
ル基板１２が接続される反射型液晶表示パネル９の辺９
ａと略平行な方向である事が望ましい。こうする事によ
り、流体を流す手段（ここでは冷却ファン１１）の配置
スペースを確保するのに都合が良く、また流体が流れる
空間をより広く取る事ができるので好ましい。なお、温
度変化の影響が問題となるのは主に位相板であるが、偏
光板も温度変化によりその偏光特性が若干変化するの
で、これを防ぐために偏光板自身も冷却されるような構
成とする事が望ましい。

【００３４】その他、流体の別の例としては、エチレン
グリコールが挙げられる。これは、揮発性がなく無色透
明で人畜無害の液体である。具体的には、位相板及びそ
の周囲の空間をこのエチレングリコールで満たし、ポン
プ等で循環させるか、或いはプロペラ等で撹拌する事に
より、より効率の良い冷却を行う事ができる。

【００３５】なお、反射型表示パネルがいわゆる多板式
の場合は、各反射型液晶表示パネルに対応したそれぞれ
の表示部において、以上説明したものと同様の構成をと
る事ができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光板と反射型液晶表示パネルとの間に位相板を配置し
た構成において、位相板の温度変化を防止し、コンパク
トな構成で効率が良く、しかも低コストであり、さらに
は高コントラストが得られる投影型ディスプレイ装置を
提供する事ができる。

【００３７】具体的には、偏光板と位相板とを所定の間
隔だけあける事により、偏光板からの熱が位相板に伝達
しないようにして、位相板の位相特性の変動を防止し、
高効率，高コントラストの画像表示を行う事ができる。

【００３８】また、偏光板と位相板との間に流体を流す
事により、更に位相板の温度上昇を低減する事ができ
る。さらに、流体を流す方向を反射型液晶表示パネルの
接続基板が接続される辺と略平行とする事により、流体
を流す手段の配置スペースを確保する事ができ、また流
体が流れる空間をより広く取る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の投影型ディスプレイ装置
の光学系の主な構成を模式的に示す側面図。

【図２】コンデンサーレンズから表示パネルまでの表示
部を示した部分拡大図。

【図３】反射型液晶表示パネルの電圧印加状態と各光学
要素通過後の偏光状態との関係を示す図表。

【図４】流体を流す方向を模式的に示す図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ リフレクター ３ 集光レンズ ４ 第１レンズアレイ ５ 第２レンズアレイ ６ コンデンサーレンズ ７ 偏光板 ８ 位相板 ９ 表示パネル １０ 投影光学系 １１ 冷却ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA12 HA16 HA18 HA20 HA21 HA23 HA24 HA28 MA02 MA20 2H091 FA08X FA08Z FA10X FA11X FA14Z FA21X FA26X FA41Z LA04 LA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射型液晶表示パネルと、該反射型液晶
   表示パネルの前方に配置され、偏光子と検光子とを兼ね
   た偏光板と、該偏光板と前記反射型液晶表示パネルとの
   間に少なくとも１枚配置された位相板とを有する表示部
   と、 前記反射型液晶表示パネルを照明する照明光学系と、 該反射型液晶表示パネルからの光を投影する投影光学系
   と、から成る投影型ディスプレイ装置において、 前記偏光板からの熱が前記位相板に伝達しないように、
   該偏光板と該位相板とを所定の間隔だけあけた事を特徴
   とする投影型ディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 以下の条件式を満足する事を特徴とする
   請求項１に記載の投影型ディスプレイ装置。 ０．３＜ｄ＜２０ 但し、 ｄ：偏光板と位相板の間隔（ｍｍ） である。
3. 【請求項３】 前記偏光板と前記位相板との間に流体を
   流す事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影
   型ディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 前記流体を流す方向は、前記反射型液晶
   表示パネルの接続基板が接続される辺と略平行である事
   を特徴とする請求項３に記載の投影型ディスプレイ装
   置。