(57)【要約】【課題】  反射型偏光板の偏光度不足によるコントラスト低下や不要光の多重反射による画質劣化を解消することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示パネル２１４の光入射側に反射型偏光板２１１を配置し、反射型偏光板２１１と液晶表示パネル２１４の間に液晶の複屈折を補償する光学補償板２１３を配置し、さらに、反射型偏光板２１１と光学補償板２１３の間に吸収型偏光板２１２を配置して、反射型偏光板２１１と吸収型偏光板２１２の光透過軸を対応させた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルにて変調された光を拡大投射する投射レンズと、前記液晶表示パネルを照射する光を出射する光源とを備えた液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルの光入射側に反射型偏光板を配置し、前記反射型偏光板と前記液晶表示パネルの間に液晶の複屈折を補償する光学補償板を配置し、さらに、前記反射型偏光板と前記光学補償板の間に吸収型偏光板を配置して、前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板の光透過軸を対応させたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射型偏光板が無機物質から成ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記吸収型偏光板の偏光度は前記反射型偏光板の偏光度より低く設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板がそれぞれ光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板のいずれか一方が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光学補償板が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、投射型の液晶表示装置に係わり、特にその液晶表示ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、投射型液晶表示装置の高輝度化，高コントラスト化に伴い、液晶表示パネルと共に偏光板の光学寿命が重要となってきている。特に、青色波長帯域は短波長の強力な光により偏光板のフィルムに焼けが発生することがあった。この対策として、無機偏光板が開発され、その代表的なものにMOXTEK社のワイヤーグリッド方式無機偏光板がある。この偏光板は、ある一定方向の偏光のみを透過し、それ以外の偏光は反射する，いわゆる反射型偏光板である。そのため、光照射による経時劣化がほとんどなく、長寿命を要求されるリアプロジェクションＴＶなどへ利用する投射型液晶表示装置に用いられることがあった。
【０００３】
さらに、反射型無機偏光板は従来の吸収型有機偏光板（例えば、染料系偏光板）に比べ、偏光度が低いという欠点があり、これを補償するために、光学補償板と呼ばれる位相差板と組み合わせて、高コントラスト化を実現する部品構成が採用されている。
【０００４】
また、特許文献１には、液晶表示パネルの光入射側に吸収型偏光板を配置し、この吸収型偏光板の光入射側に反射型偏光板を配置したものが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３５６７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような反射型無機偏光板を使用した場合、従来の吸収型有機(フイルム)偏光板使用時と比較して、コントラストの低下が起こったり、或いは液晶表示パネルに組み込まれてブラックマトリクスを形成する金属薄膜で反射した光が再度反射型無機偏光板を照射し、幾度かの多重反射を繰り返した後、最終的に表示画像の中に不要光として入り、数本の線状ムラが発生して画質を劣化させたりしていた。特に、液晶表示パネルの光入射側に高コントラスト化を目的として、光学補償板を配置した構造とした場合には、光学補償板で発生する位相差により、直線偏光の一部が楕円偏光となり、振動方向が直交する直線偏光が発生していた。これが、前記多重反射を重畳し画質劣化が顕著なものになっていた。
【０００６】
そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、反射型偏光板の偏光度不足によるコントラスト低下や不要光の多重反射による画質劣化を解消することができる液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、照射された光を映像信号に基づいて変調する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルにて変調された光を拡大投射する投射レンズと、前記液晶表示パネルを照射する光を出射する光源とを備えた液晶表示装置において、前記液晶表示パネルの光入射側に反射型偏光板を配置し、前記反射型偏光板と前記液晶表示パネルの間に液晶の複屈折を補償する光学補償板を配置し、さらに、前記反射型偏光板と前記光学補償板の間に吸収型偏光板を配置して、前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板の光透過軸を対応させたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記反射型偏光板が無機物質から成ることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記吸収型偏光板の偏光度を前記反射型偏光板の偏光度より低く設定したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板がそれぞれ光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記反射型偏光板と前記吸収型偏光板のいずれか一方が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、前記光学補償板が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願の請求項１記載の発明によれば、液晶表示パネルの光入射側に反射型偏光板を配置し、反射型偏光板と液晶表示パネルの間に液晶の複屈折を補償する光学補償板を配置すると共に、さらに、反射型偏光板と光学補償板の間に吸収型偏光板を配置して、反射型偏光板と吸収型偏光板の光透過軸を対応させたことにより、吸収型偏光板と光学補償板の協働作用によるコントラスト向上効果で反射型偏光板の偏光度不足によるコントラスト低下が解消されると共に、吸収型偏光板による不要反射光の吸収と光学補償板による黒表示ムラ解消の協働作用で不要光の多重反射による画質劣化が解消される。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、反射型偏光板が無機物質から成るものであるから、耐熱性に優れている。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、吸収型偏光板の偏光度を反射型偏光板の偏光度より低く設定したことにより、不要な偏光を吸収することで発生する熱をできるだけ抑制して、吸収型偏光板の劣化の加速要因である温度上昇を防ぐことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、反射型偏光板と吸収型偏光板がそれぞれ光軸に直交する面内において回動調整可能に構成されているので、反射型偏光板の光透過軸と吸収型偏光板の光透過軸とがずれた場合にも、反射型偏光板と吸収型偏光板を通過する光の光透過軸を、それぞれの回動調整により完全に一致させて、更なるコントラスト向上を図ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明のように、反射型偏光板と吸収型偏光板のいずれか一方が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成しても、上記とほぼ同様な効果が得られる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、光学補償板が光軸に直交する面内において回動調整可能に構成することにより、画面の均一性が向上し、特に、黒表示における均一性が格段に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本願発明を液晶プロジェクタに適用した実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の３板式液晶プロジェクタの光学系を示した平面図である。
【００２０】
メタルハライドランプ等から成る光源１０から出射された白色光は、インテグレータレンズ１１、及び集光レンズ１２を経た後、全反射ミラー１３よって光路を９０°変更されて第１ダイクロイックミラー１４へと導かれる。上記のインテグレータレンズ１１は、一対のレンズ群から構成され、個々のレンズ部分が後述する液晶表示パネルの全面を照射するように設計されており、光源１０から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。
【００２１】
第１ダイクロイックミラー１４は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー１４を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー１５にて反射されて光路を変更され、赤色光用の透過型の液晶表示パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｒに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。
【００２２】
一方、第１ダイクロイックミラー１４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１６に導かれる。第２ダイクロイックミラー１６は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー１６にて反射した緑色波長帯域の光は、緑色光用の透過型の液晶パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｇに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。
【００２３】
また、第２ダイクロイックミラー１６を透過した青色波長帯域の光は、リレーレンズ１７，１９、全反射ミラー１８，２０を経て青色光用の透過型の液晶表示パネルと偏光板等から成る液晶表示ユニット２１ｂに導かれて、ここで映像信号に基づき光変調される。
【００２４】
各液晶表示ユニット２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを経て得られた変調光（各色映像光）は、ダイクロイックプリズム２２によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２３によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示されることになる。
【００２５】
図２（ａ）は、上記各液晶表示ユニット２１ｒ，２１ｇ，２１ｂの構成を示す図、図２（ｂ）は反射型偏光板から吸収型偏光板と光学補償板を経て液晶表示パネルに至る光の偏光状態による透過状況を示した説明図である。この図２（ｂ）において実線の矢印は入射光の偏光方向を示し、点線の矢印は偏光板の光透過軸方向を示している。
【００２６】
上記各液晶表示ユニット２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、図２（ａ）に示すように、入射側偏光板である反射型偏光板２１１及び吸収型偏光板２１２と、光学補償板２１３と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成る液晶表示パネル２１４と、出射側偏光板２１５とを備えて成っている。
【００２７】
反射型偏光板２１１は、これに垂直に入射した無偏光の入射光のうち、その光透過軸方向に振動方向が一致する直線偏光（必要な偏光）は透過し、光透過軸方向に振動方向が直交する直線偏光（不要な偏光）の殆どを反射することができる。反射型（無機）偏光板２１１は、長寿命化を目的として使用するもので、ワイヤーグリッド方式やフォトニック結晶方式等いずれの方式も使用可能である。
【００２８】
一方、吸収型偏光板２１２は、コントラストの補償（向上）と不要反射光の吸収による表示画質の向上を目的として使用するもので、不要な偏光は吸収し、必要な偏光を透過する。このとき、不要な偏光を吸収することで発生する熱をできるだけ抑制するために、吸収型偏光板２１２の偏光度は、反射型偏光板２１１の偏光度よりも低いものとしている。これは、吸収型偏光板２１２が例えば染料系偏光板の場合、染料の量をコントロールすることにより実現できる。すなわち、反射型偏光板２１１より偏光度の低い吸収型偏光板２１２を用いる理由としては、吸収型偏光板２１２の劣化の加速要因である温度上昇を防ぐためであり、偏光度の低い方が染料による光吸収が少なく、温度上昇が抑制されるからである。偏光度の低い吸収型偏光板としては、例えば、金属微粒子をガラス中に分散したタイプの無機偏光板を使用しても良い。
【００２９】
また、光学補償板２１３は、液晶の複屈折を補償するもので、コントラスト向上と黒表示ムラの解消を目的に使用している。
【００３０】
上記反射型偏光板２１１の光透過軸と吸収型偏光板２１２の光透過軸は対応させて概略平行に設定する。これらの光透過軸がずれて設定された場合には、十分な表示性能が得られないので、後述する第２の実施形態では図示しない回動調整機構を用いて、図２（ｂ）に一点鎖線の矢印で示す方向に回動調整して設定する。反射型偏光板２１１としては、ここでは例えばワイヤーグリッド方式の無機偏光板が用いられる。なお、反射型偏光板２１１にて反射された光は光源方向へと戻ることになる。
【００３１】
図２（ｂ）において、反射型偏光板２１１に垂直に入射した楕円偏光の光のうち、反射型偏光板２１１の光透過軸方向に振動方向が一致する直線偏光は透過し、反射型偏光板２１１の光透過軸方向と振動方向が直交する直線偏光はその殆どが反射される。反射型偏光板２１１は、このように不要な偏光は反射するものであるから、光エネルギーの吸収がなく、それ自体の温度上昇は少ない。
【００３２】
上記の反射型偏光板２１１については前述したように良好な偏光度を望むことができないが、この反射型偏光板２１１を透過した直線偏光は、吸収型偏光板２１２を透過することでその偏光度を高められることになるから、投写映像において十分なコントラストを得ることが可能である。そして、吸収型偏光板２１２にて吸収されることになるその光透過軸に垂直な振動方向の直線偏光の殆どは予め反射型偏光板２１１にて反射されるから、吸収型偏光板２１２は僅かな量の光を吸収するに過ぎない。すなわち、吸収型偏光板２１２への入射光量が増大してもその殆どは当該吸収型偏光板２１２を透過する光であり、吸収は僅かしか生じないから、従来の吸収型偏光板のみを設置するときに比べ、吸収型偏光板２１２の温度上昇は抑えられる。
【００３３】
次に、実際の実験結果を以下に説明する。実験結果を表にしてまとめたものを図３に示す。
【００３４】
例えば、従来の吸収型偏光板のみを使用した場合は、コントラスト比が約９００：１であり、偏光板表面温度（有機）が約７１℃であった。この投射型液晶表示装置を連続使用した場合には、約３０００時間で焼けが発生した。次に吸収型偏光板の代わりに、ワイヤーグリッド式反射型偏光板を使用した場合、コントラスト比は約７６０：１に低下し、偏光板表面温度（無機）が約７８℃であったが、３０００時間経過時点でも焼けは発生しなかった。このことから、無機物質から成る反射型偏光板の方が耐熱性に優れていることが分かる。
【００３５】
さらに、ワイヤーグリッド式反射型偏光板と液晶表示パネルとの間に光学補償板を設置すると、コントラスト比は約１１６０：１まで向上した。ただし、図４に示すような線状のムラが黒表示画面で確認された。なお、図４は、線状のムラの発生箇所を分かりやすく示すため、黒表示画面を灰色で示して、線状ムラを強調表示している。
【００３６】
これに対して、第１の実施形態として、回動調整機構は使用せずに、ワイヤーグリッド式反射型偏光板２１１と光学補償板２１３の間に、反射型偏光板２１１より偏光度の低い吸収型偏光板２１２を光透過軸を対応させて設置すると、偏光板表面温度（有機）は約４４℃まで低下し、図４の線状ムラは完全に解消され、コントラスト比も約１６００：１まで向上した。
【００３７】
次に、第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態の光学系構成において、ワイヤーグリッド式反射型偏光板２１１，吸収型偏光板２１２及び光学補償板２１３をそれぞれ、液晶表示パネル２１５に照射される光軸に直交する面内において回動調整可能な構成としたものである。
【００３８】
上記ワイヤーグリッド式反射型偏光板２１１と吸収型偏光板２１２を回動調整することにより、コントラスト比は約１６６０：１まで向上した。これは、ワイヤーグリッド式反射型偏光板２１１と吸収型偏光板２１２を通過する光の光透過軸を、それぞれの回動調整により完全に一致させたことによるものである。
【００３９】
さらに、光学補償板２１３も回動調整することにより、画面の均一性が向上した。特に、黒表示における均一性が格段に向上した。具体的には、画面の均一性の指標となるＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）値が、調整前は（０．０４２，０．０７６）であったのが、（０．０２６，０．０４４）となった。
【００４０】
なお、上記の偏光板の回動調整は、反射型偏光板２１１と吸収型偏光板２１２のいずれか一方を回動調整可能としてもほぼ同様な効果が得られる。
【００４１】
さらに、特開２００６−３９０８７号公報に記載されているように、光学補償板を光軸に対して傾斜調整可能に構成しても良い。また、光学補償板は、液晶表示パネルの光入射側だけに配置されるものに限定されるものではなく、光入射側と光出射側に分離して配置されても良い。また、吸収型偏光板は、全ての液晶表示ユニット２１ｒ，２１ｇ，２１ｂに配置されるものに限定されるものではなく、何れか１つの液晶表示ユニットに配置されても良い。
【００４２】
また、光学系は図１に示したものに限定されるものではなく、本願発明は各種の光学系を備えたものに適用することができる。
【００４３】
また、液晶表示パネルは、ＴＮ(Twisted Nematic)／ＶＡ(Vertically Aligned)／ＩＰＳ(In-Plane-Switching)方式や、ＮＷ(Normally White)モード／ＮＢ(Normally Black)モードを問わない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明を３板式液晶プロジェクタに適用した実施形態の光学系を示した平面図。
【図２】（ａ）は液晶表示ユニットの構成を示す図で、（ｂ）は反射型偏光板から吸収型偏光板と光学補償板を経て液晶表示パネルに至る光の偏光状態による透過状況を示した説明図。
【図３】実際の実験結果を表にして示した図。
【図４】光学系内の光多重反射による表示画面の線状ムラを示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１０  光源
１１  インテグレータレンズ
１２  集光レンズ
１３，１５，１８，２０  全反射ミラー
１４  第１ダイクロイックミラー
１６  第２ダイクロイックミラー
１７，１９  リレーレンズ
２１ｒ，２１ｇ，１２ｂ  液晶表示ユニット
２１１  反射型偏光板
２１２  吸収型偏光板
２１３  光学補償板
２１４  液晶表示パネル
２１５  出射側偏光板
２２  ダイクロイックプリズム
２３  投写レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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