JPS63298217A - 透過形液晶表示装置 - Google Patents

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〕 本発明は主に透過形液晶ディスプレイ、透過形液晶テレ
ビ、さらには投写形液晶ディスプレイ。

投写形液晶テレビに係り、特にその高輝度化、高コント
ラスト化に好適な照明装置に関する〇〔従来の技術〕 透過形液晶パネルの表示画像コントラストを向上させる
手段として、液晶パネルを照射する光線を平行光線とす
る手段があり、平行光線照明を適用した透過形液晶表示
装置の従来例が特開昭５９−７９２８号公報に記載され
ている。しかし、この従来例では、照明用平行光線を得
る方法として、単に反射鏡、凸レンズを用いるとの記載
だけＫとどまり、具体的な構成は示されていない。また
、透過形液晶パネルの平行光照明を適用した他の例とし
て特公昭５９−１２３８７１号公報がある。該公報で、
平行光を得る手段として放物面鏡を使用する方法。

放物面鏡と光導管を使用する方法を提示しているが、そ
れらの方法で得られる光線は平行光線と拡散光線の混合
した光線である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来技術においては純度のよい平行光線照明を得る
ことができず、したがって液晶パネル画像のコントラス
トを最大限に高めることが不可能であった。

本発明の目的は光源が発生する光を最大限とり込み、そ
れをほぼ完全な平行光に変換した高輝度平行光照明装置
を得、該照明装置で透過形液晶パネルを照射して高輝度
、高コントラストの透過形液晶表示装置を得ることにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は前方に開口部を有する回転楕円面鏡内部の第
１の焦点近傍に光を発する光源を配置し、該回転楕円面
値の前方の第２の焦点近傍に該楕円面鏡の焦点距離の約
２倍の焦点距離の第１の収束レンズを配置し、該第１の
収束レンズの前方に第２の収束レンズまたは軸はずし放
物面鏡を配置し、それらの前方に透過形液晶パネルを配
置することにより、達成される。

〔作用〕

回転楕円面鏡内部の第１の焦点近傍に配置した光源から
発した光線の進路な既路次の３通りに分類することがで
きる。すなわち、第１の光線として、回転楕円面鏡に入
射せず該楕円面鏡外に出射する光線、第２の光線として
、回転楕円面鏡に入射し、反射した後第２の焦点に集光
し、再度発散する光線、第６の光線として、光源構造体
等に入射した後吸収され損失となる光線等に分類される
。

前記光線のうち、第１の光線の前方に出射する光線につ
いては該楕円面鏡の第２の焦点近傍に配置した該楕円面
鏡焦点距離の約２倍の焦点距離の第１の収束レンズによ
りほぼ平行光線とし、第２の光線については該楕円面鏡
の第２焦点の前方に配置した第２の収束レンズまたは軸
はずし放物面鏡によりほぼ平行光線とする。それら平行
光線で透過形液晶パネルを照射することにより、該液晶
パネル画像の輝度、コントラストを最大限に高めること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。第１図は本発明
透過形液晶表示装置−実施例の模式断面図である。第１
図の構成において、光源Ｔを該光源Ｔの発光点１−１が
回転楕円面鏡２の第１の焦点Ｆ１近傍になるように配置
している。また、焦点距離が該楕円面鏡２の焦点距離の
約２倍の第１の収束レンズ３を該楕円面鏡２の第２の焦
点Ｆ、近傍に配置し、また、焦点Ｆ、の前方に第２の収
束レンズ４を配置している。ここで、第１の収束レンズ
３は光軸近傍はレンズ作用がなく、外周部分にし、ンズ
作用を有する構造となっている。以上により液晶パネル
照明部分を構成し、その前方に透過形液晶パネル７、透
過形光拡散板８を配置して透過形液晶表示装置を構成し
ている。以上の構成にシいて、発光点１−１から出射す
る光線を光線進路の違いによって略３分類することがで
きる。それらは、該楕円面鏡２の前方外部に直接出射し
、第１の収束レンズ３に入射する光線Ｌｌ　、該楕円面
鏡２に入射し、反射した後、該楕円面鏡の第２の焦点Ｆ
、に収束した後、再度発散し第２の収束レンズ４に入射
する光線Ｌ２　、光源Ｔの外管１−２．１−５等に入射
し、消滅して損失となる第３の光線Ｌ３等である。

これら３種類の光線Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３のうち、Ｌ２のみ
ならずＬｌをも平行光線に変換し、透過形液晶パネル照
射用として利用でき、液晶パネル画像の輝度シコントラ
スト向上に貢献する点に本発明の特徴がある。

従来より、平行光を得るための手段として回転放物面鏡
の焦点に発光点を配置する方法（図示せず）が知られズ
いるが、この方法では回転放物面鏡の長さを非常に長く
Ｌなければほぼ完全な平行光は得られない。本発明の第
１図に示す実施例において、回転楕円面鏡２の楕円方程
式を°　肴 −＋　　　＝１（ｘ≦ｏ　ｏｒ　ｚ≧０）とし、光源Ｔ
に第１図に示す形状のキセノンランプを使用した場合、
光線Ｌ　１ｓ　Ｌ　２を全光線Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３の約７
０チ程度にすることができ、また、Ｌ１＋Ｌ２を原理的
にほぼ全部平行光にすることができるのに対し、はぼ同
一大きさの回転放物面鏡を使用した方法では焦点に位置
した発光点から発し、放物面で反射した光線は平行光に
なるが、直接前方に向う光線は平行光線とはならず、全
光線のうち少なくとも約１５チ以上は発散光となる。

液晶パネルのコントラストは全方向同一でなく、特定の
方向についてのみコントラストが最良、最大である。そ
こで、その特定方向での輝度が最大になるよう背面より
光線を照射し、液晶パネル前面より出射したコントラス
ト最良なる光線を拡散板で散乱させ、拡散板上の画像を
観察する方式とすれば、広範囲の嫉視角で最良コントラ
ストの液晶パネル画像の嫉視が可能となる。この場合、
照射光線が平行光成分でなく、拡散光成分が含まれてい
れば、拡散板上の画像コントラスト、および解像度は含
まれる該拡散光成分量に見合って低下する。そこで、拡
散板上の画像コントラスト、解像度を最良にするために
は液晶パネル照射光はできるだけ平行光線がよく、その
ことから、原理的に拡散光が含まれる回転放物面鏡方式
は本発明の方式に比べ劣る。

次に、第１図において、発光点１−１から出射した光線
Ｌ１．Ｌ２が液晶パネル７に入射し、嫉視者の目に到達
する過穐について説明する。光線Ｌ１は焦点位置がＦ、
に合致した凸レンズ３に入射し、平行光Ｌ１−１となり
液晶パネル７に入射する。光線Ｌ２はＦ、に収束後発散
し、焦点がＦ、に合致した凸レンズ４に入射し、平行光
Ｌ２−１となり液晶パネル７に入射する。このとき凸レ
ンズ３は光軸近傍はレンズ作用がないため、該しどズ３
で光線Ｌ２は屈折されない。また、凸レンズ４は凸レン
ズ３で平行にされた光＃ＩＬ１−１を屈折しないような
外形小なる形状である。最良のコントラストが得られる
角度で液晶パネル７に入射した光ＭＬＩ−１，Ｌ２−１
は該パネル出射後、近接配置された透過形光拡散板８に
入射し広範囲に拡散される。広範囲に拡散された光線Ｌ
１−２．Ｌ２−２は原理的にコントラスト最良の成分だ
けであり、そこで、最良コントラスト画像を広い視角範
囲において嫉視できる。

なお、光線Ｌ１とＬ２との比率は該楕円面鏡２の形状、
光源Ｔの形状等により変化するが、該楕円面鏡２の離心
率が０．８〜０．９の場合、およそ１：２である。即ち
、該楕円面＠２を介さず、凸レンズ３で直接捕捉する光
線Ｌ１が有効光線Ｌ１．Ｌ２の約３０％、光線Ｌ２の５
０−であり、凸レンズ３を設置したことＫより５０％の
輝度アップがはかれることになる。なお、第１図におい
て凸レンズ３としてフレネルレンズを用いたが、これは
厚み低減の目的であり、その必要がなければ通常の凸レ
ンズでもよい。

画面輝度、光源Ｔの消費電力試算の一例を次に述べる。

液晶パネル７の大きさを対角６インチ。

透過膨拡散板８の画面輝度を３００　Ｇｄ／ｒｒ？　＋
咳払散板８のスクリーンゲインを２．液晶パネルの透過
率を５％と仮定した場合、必要光束は約１０ロムであり
、本方式照射光源の場合、光束利用利率を少なくとも５
０％程度確保できると考えられるため、発光点１−１で
発光する光束は約１００ｈあればよい。

光源丁にキセノンランプを使用した場合、それの発光効
率は約２５ＪＭｖ′Ｗであるから、光源Ｔの消費電力的
４Ｗで、画面輝度３００ｏｄ／ＴＩ？の高輝度、高コン
トラスト画面を得ることができる。

第２図は本発明装置の他の実施例である。この実施例は
第１の収束レンズ３で捕捉される光線Ｌ１が少なく、そ
のため、回転楕円画境２．第２の収束レンズ４′で集光
、平行光線化した光線Ｌ２−１の量を多くした場合の例
である。第２図に示す如く、焦点Ｆ、付近にレンズ５を
設置して光線Ｌ２の発散状態を加減することもできる。

第３図も本発明装置の他の実施例である。光線Ｌ１とＬ
２の集光、平行光線化は、第２の実施例と同じであるが
、さらに、光線Ｌ３の一部をも平行光線化することがで
きる。光＠Ｌ５は第１の収束レンズ３を通り、平行光と
なり、第１の反射鏡１２に入射し、第１のハーフミラ−
１３で反射し、液晶パネル７に向かう。また、第１のハ
ーフミラ−１３を通過した光線は、第２のハーフミラ−
１４で反射し、液晶パネル７に向かう。第１のハーフミ
ラ−１３と第２のハーフミラ−１４の透過率は、異なる
ミラーを用い、液晶パネル７に向かう光量を一定にする
。しかし、第２のハーフミラ−を透過する光もあり、こ
の透過光を利用する為に第２の反射鏡１５を設定してい
る。一方、第１の収束レンズ３により平行光となった光
線Ｌ１−１は、第１．第２のハーフミラ−１５、１４を
透過して液晶パネル７に向かう。ハーフミラ−で反射す
る光もあるが、この光は第２の反射鏡１５で、利用する
事が可能である。このように、第３の実施例では、Ｌ１
〜Ｌ３の光を平行光化することが可能である。

第４図も本発明装置の他の実施例であり、発光点１−１
を焦点Ｆ１より若干後方に下げた場合である。

この場合、回転楕円面鏡２で捕捉する光線Ｌ２の量が多
くなるため、画面中心部を特に高輝度にする場合等に有
効である。第５図も本発明装置の他の実施例であり、発
光点１−１を焦点Ｆ、より若干前方４ＣＬ、回転楕円面
鏡２′の反射面を広くした場合の例である。この場合も
該楕円面＠ｌ！！２′で捕捉する光線Ｌ２の量が多くな
る。

第６図も本発明装置の他の実施例である。本実施例は先
に述べた第１図〜第５図実施例に比べ、第２の収束レン
ズ４　＋　４’　＋　４”の代りに軸外し放物面鏡６を
用いたこと、平行光路９０度変更するため、平面＠　１
０−１　、１０−２　、１０−５を用いたことなどが異
なっている。なお、該放物面鏡６の焦点は回転楕円面鏡
２の焦点Ｆ、に一致させている。第６図の方式は回転楕
円面鏡２．軸外し放物面鏡６等の設計において工夫する
ことＫより、装置奥行きの低減をはかることもできる。

Ｋ７図も本発明装置の他の実施例である。本実施例は液
晶パネル７の画像を投写レンズ１１で透過形スクリーン
８′に拡大投写する方式のものである。

本発明装置では液晶パネル７の照射光が平行光であるた
め、投写レンズ１１のＦ／１６を比較的大きくしても該
パネル７からの出射光Ｌ１−２’　、　Ｌ２−２’を十
分取り込むことが可能である。本方式を適用した装置の
画面輝度、光源Ｔの消費電力試算の一例を次に述べる。

該スクリーン８′の大きさを対角４０インチ、輝度を５
００６ｄ／ｒｒ？　＊該スクリーン８′のゲインを２．
液晶パネルの透過率を５チと仮定した場合、必要光束Ｇ
！　約４５００　Ｊｏｎである。各部分での損失のトー
タルも前記光束と同程度と仮定すると、発光点１−１で
発光する光束として約９０００４ｍ必要となる。光源Ｔ
にキセノンランプを使用した場合の電力は約３５０Ｗと
なる。なお、この場合、該スクリーン８′のゲインを８
程度に高めれば、１００Ｗ程度の低電力で５００６ｄ／
ｄの高輝度、高コントラストの大画面映倫を得ることが
可能になる。

以上の説明において、光源Ｔとして発光点１−１が比較
的点光源に近く、単位電力当りの発生光束が大で、かつ
、分光分布曲線が可視部では太陽光と略同様の連続スペ
クトルをもち、良好な演色性を有するキセノンランプを
具体例にとりあげたが、光源Ｔとしては発光点１−１が
点光源に近く、発生光束効率がよく、演色性がよいもの
であれば、他の光源でもよい。また、以上の実施例では
液晶パネル７への照射光の入射角度を規定しなかったが
それは該パネルの最大コントラストを示す方向へ照射光
を入射させることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の透過形液晶表示装置によれば、
液晶パネルの照射光源が高効率の平行光々源になり、低
電力で高輝度、高コントラストの表示画像を得ることが
できる。特に、平行光照射により液晶パネルの最大コン
トラストを示す視角におけるｇ！ｉｉ像を広い視角から
観視することができ、画像を多人数で観視する上で大き
な効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明透過形液晶表示装置−実施例の模式断面
図、第２図、第３図、第４図、第５図。 第６図、第７図はそれぞれ他の実施例の模式断面図であ
る。 ｆ・・・光源、１−１・・・発光点、１””２＋１　＝
３・・・外管、２．２′・・・回転楕円面鏡　３　、３
／　、　５１１・・・第１の収束レンズ、ａ　、　ａｌ
　、　ａ／／・・・第２の収束レンズ、５・・・レンズ
、６・・・軸外し放物面鏡、７・・・透過形液晶パネル
、８・・・透過形光拡散板、８′・・・透過形スクリー
ン、９・・・凹レンズ、１１・・・投写レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透過形液晶パネル、光源、光源の略背後にあって光
   源光を前方に反射する回転楕円面鏡、光源から前方に発
   する光の方向を制御するためのレンズまたは放物面鏡を
   そなえた透過形液晶表示装置において、該回転楕円面鏡
   の第１の焦点近傍に光源を配置し、第２の焦点近傍に焦
   点距離が該回転楕円面鏡の焦点距離の約２倍の第１の収
   束レンズを配置し、該第１の収束レンズをはさんで該楕
   円面鏡の配置側と反対側に第２の収束レンズまたは軸は
   ずし放物面鏡を配置し、それらの前方に透過形液晶パネ
   ルを配置したことを特徴とする透過形液晶表示装置。