(57)【要約】【課題】輝度ムラがなく、コントラストの高い画像を表示する投写型表示装置が実現する。【解決手段】液晶パネル５１と、液晶パネル５１の入射側に設けられた入射側偏光板５４と、出射側に設けられた出射側偏光板５５、５６と、入射側偏光板５４と出射側偏光板５５との間に設けられた光学補償板５２、５３、６０とを有する。光学補償板５２は、液晶パネル５１の入射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償し、光学補償板５３は出射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償する。光学補償板６０は、出射側偏光板５６に入射する光の偏光軸と出射側偏光板の透過軸とのズレに起因して発生する位相差を補償する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を画像信号に基づいて変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルに入射する光の光路上に配置された第１の偏光手段と、
前記液晶パネルから出射される光の光路上に配置され、前記第１の偏光手段と透過軸が直交している第２の偏光手段と、
前記液晶パネルから出射される光の光路上であって、前記液晶パネルと前記第２の偏光手段との間に配置され、前記第２の偏光手段と透過軸が平行な第３の偏光手段と、
前記第１の偏光手段と前記第２の偏光手段との間に配置された第１から第３の補償手段とを有し、
前記第１の補償手段は、前記液晶パネルの入射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償し、
前記第２の補償手段は、前記液晶パネルの出射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償し、
前記第３の補償手段は、前記第３の偏光手段に入射する光の偏光軸と前記第３の偏光手段の透過軸とのズレに起因して発生する位相差を補償することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記第３の偏光手段及び前記第３の補償手段の少なくとも一方が入射光の光軸回りに回転可能であることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記第１から第３の偏光手段は、直線偏光のみを透過させる偏光板であり、
前記第３の補償手段は、前記第３の偏光手段に入射する光の偏光軸と前記第３の偏光手段の透過軸とのズレに起因して発生する位相差と逆の位相を入射光に与える光学補償板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成素子によって形成された画像を投写する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な投写型表示装置は、光源、照明光学系、画像形成素子及び投写光学系を少なくとも有する。照明光学系は、光源から発せられた光を画像形成素子に導いて、画像形成素子を照明する。画像形成素子は、画像信号に基づいて照明光を変調させて画像（光像）を形成する。投写光学系は、画像形成素子によって形成された画像を投写する。
【０００３】
ここで、画像形成素子に液晶パネルを用いた投写型表示装置によって黒色の画像を表示（投写）すると、表示画像中に、相対的に明るい部分と暗い部分とが現れる（輝度ムラが現れる）。その理由は次のとおりである。通常、液晶パネルの入射側および出射側には、透過軸が互いに直交する偏光板が配置されており、液晶パネルに入射する光は予め直線偏光に変換される。そして、白色の画像を表示するときには、入射側の偏光板を通過して液晶パネルに入射した光の偏光軸を90度回転させる。すると、液晶パネルから出射された光の偏光軸と出射側の偏光板の透過軸とが平行になるので、液晶パネルから出射された光は出射側の偏光板を通過する。一方、黒色の画像を表示するときには、液晶パネルに入射した光の偏光軸を回転させない。すると、液晶パネルから出射された光の偏光軸と出射側の偏光板の透過軸とが垂直するので、液晶パネルから出射された光は出射側の偏光板によって遮断（吸収）される。
【０００４】
しかし実際には、液晶パネル（液晶層）の入射側及び出射側のプレチルト角に起因して、該液晶パネルから出射される光が部分的に楕円偏光になる。より具体的には、液晶パネルから出射される複数の光束の一部が楕円偏光に変換される。要するに、液晶パネルの光学異方性によって、出射光束の一部に位相差が生ずる。この結果、楕円偏光に変換された一部の光束が出射側の偏光板を通過し、上記輝度ムラが発生する。
【０００５】
上記のようにして黒色画像中に輝度ムラが発生すると、輝度ムラが発生していない場合に比べて全体的な照度が高くなる。この結果、黒色画像と白色画像との明るさの差が小さくなる。すなわち、コントラストが低下する。
【０００６】
以上の問題を解決するために、従来の投写型表示装置では、液晶パネルの光学異方性と逆の異方性を持つ光学補償板が入射側の偏光板と出射側の偏光板との間に挿入されていた。具体的には、液晶パネルの光学異方性は、主に液晶層のプレチルト角に起因して発生する位相差によるものであるので、この位相差を光学補償板で補償していた。つまり、液晶パネルを透過することにより発生する楕円偏光を直線偏光に変換していた。かかる光学補償板の詳細については特許文献１に記載されている。
【０００７】
一方、投写型表示装置の高輝度化が進むにつれて、出射側の偏光板に照射される光量が増加している。照射される光量が増加すれば、光の吸収量が増加し、光の吸収に伴って発生する熱量も増加する。この結果、出射側の偏光板の劣化が促進され、寿命が低下する。
【０００８】
そこで、特許文献２には、光の吸収量を分散させて各偏光板の劣化を遅らせるために、液晶パネルの出射側に偏光板を２枚配置することが記載されている。
【特許文献１】特開平８−５０２０６号公報
【特許文献２】特開２００２−７２１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、偏光板の特性にはバラツキが存在する。また、偏光板を設置するときには、設計値に対する誤差が生じる。よって、偏光板の数が増えるほど、偏光板の透過軸と該偏光板に入射する光の偏光軸との間にズレが生じる可能性が高まる。そして、偏光板の透過軸と該偏光板に入射する光の偏光軸との間にズレが生じると、偏光板から出射される光の一部が楕円偏光に変換され、後段の偏光板によって透過と遮断とを完全に制御することができなくなる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、輝度ムラがなく、コントラストの高い画像を表示する投写型表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明の投写型表示装置は、偏光板の透過軸と該偏光板に入射する光の偏光軸とのズレに起因して生じる位相差を補償する補償手段を備えていることを特徴とする。補償手段による補償とは、前記位相差を相殺する逆位相を与えることを意味している。逆位相は、偏光板に入射する光に予め与えてもよく、偏光板から出射された光に事後的に与えてもよい。
【００１２】
本発明の投写型表示装置の一つは、入射した光を画像信号に基づいて変調する液晶パネルと、前記液晶パネルに入射する光の光路上に配置された第１の偏光手段と、前記液晶パネルから出射される光の光路上に配置され、前記第１の偏光手段と透過軸が直交している第２の偏光手段と、前記液晶パネルから出射される光の光路上であって、前記液晶パネルと前記第２の偏光手段との間に配置され、前記第２の偏光手段と透過軸が平行な第３の偏光手段と、前記第１の偏光手段と前記第２の偏光手段との間に配置された第１から第３の補償手段とを有する。そして、前記第１の補償手段は、前記液晶パネルの入射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償する。前記第２の補償手段は、前記液晶パネルの出射側のプレチルト角に起因して発生する位相差を補償する。前記第３の補償手段は、前記第３の偏光手段に入射する光の偏光軸と前記第３の偏光手段の透過軸とのズレに起因して発生する位相差を補償する。
【００１３】
前記第３の偏光手段及び前記第３の補償手段の少なくとも一方が入射光の光軸回りに回転可能であることが好ましい。
【００１４】
前記第１から第３の偏光手段は、直線偏光のみを透過させる偏光板であることが好ましい。前記第３の補償手段は、前記第３の偏光手段に入射する光の偏光軸と前記第３の偏光手段の透過軸とのズレに起因して発生する位相差と逆の位相を入射光に与える光学補償板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、輝度ムラがなく、コントラストの高い画像を表示する投写型表示装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の投写型表示装置の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本例の投写型表示装置の内部構造を示す模式的平面図である。本例の投写型表示装置では、上下２分割の外装ケース１内に構成要素が収容されている。まず、外装ケース１内における主要構成要素の配置状態について概説する。ここでは、説明の便宜上、図１に示す外装ケース１の内部空間を縦横に４分割し、紙面右上の領域を第１エリア、同左上の領域を第２エリア、同左下の領域を第３エリア、同右下の領域を第４エリアと定義する。
【００１７】
外装ケース１の第１エリアには、主に電源ユニット１０が配置されている。一方、第２エリア〜第４エリアには、主に光学エンジン２０が配置されている。より具体的には、第４エリアに光源ランプ２１が配置され、第２エリアに投写レンズ２２が配置されている。そして、光源ランプ２１から発せられた光は、概ね第４エリア、第３エリア、第２エリアの順で反時計回りに進行し、投写レンズ２２から出射される。また、第２、第３エリアには、吸気口（不図示）と、吸気口から外気を取り込むための吸気ファン（シロッコファン）２３、２４がそれぞれ配置され、第１エリアには、排気口（不図示）と、外装ケース１内の空気を外部に排気するための排気ファン（軸流ファン）２５とが配置されている。吸気ファン２３、２４によって各吸気口から導入された外気は、外装ケース１内の所定の経路を通過する過程で所定の冷却対象物を冷却した後、排気ファン２５によって排気口から外部に排気される。もっとも、ここでは各エリアに配置されている主要構成要素について概説したに過ぎない。よって、各エリアには上記要素以外の要素が配置されることもあり、また、ある要素が複数のエリアに跨って配置されることもある。
【００１８】
図２は、光学エンジン２０の概略図である。光学エンジン２０は、既述の光源ランプ２１と、光源ランプ２１から発せられた光（照明光）の輝度分布を均一化させるインテグレータ光学系３０とからなる照明光学系３１を有する。また、照明光学系３１から発せられた光を赤・緑・青の各色光に分離する色分離光学系４０を有する。さらに、色分離光学系４０によって分離された色光ごとに用意された３つの液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂと、それら液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂによって変調された光を合成するクロスダイクロイックプリズム（ＸＤＰ）７０と、ＸＤＰ７０によって合成された光を投写する投写レンズ２２とを有する。
【００１９】
照明光学系３１を構成している光源ランプ２１は、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどの高圧放電ランプである。光源ランプ２１の周囲にはリフレクタ３２が配置されている。光源ランプ２１から発せられた光は、リフレクタ３２によって反射されて一対のレンズアレイ３３ａ、３３ｂに入射し、輝度分布の均一化が図られる。具体的には、前段のレンズアレイ３３ａは、入射した光を分割し、多数の２次光源像を形成する。形成された２次光源像は、後段のレンズアレイ３３ｂおよびフィールドレンズ３４によって、液晶パネル上で重畳される。尚、レンズアレイ３３ｂとフィールドレンズ３４との間には、偏光変換素子３５が配置されており、フィールドレンズ３４に入射する光の偏光面が揃えられる（本例ではＳ偏光に揃えられる）。
【００２０】
色分離光学系４０は、青色反射ダイクロイックミラー４１と、緑色反射ダイクロイックミラー４２と、反射ミラー４３、４４、４５とを有する。インテグレータ光学系３０から出射された光は、まず青色反射ダイクロイックミラー４１に入射する。青色反射ダイクロイックミラー４１に入射した光のうち、青色光は、該ミラー４１によって反射された後、反射ミラー４３によって反射されて液晶パネルユニット５０Ｂに入射する。
【００２１】
一方、青色反射ダイクロイックミラー４１を透過した緑色光および赤色光のうち、緑色光は、青色反射ダイクロイックミラー４１の後段に配置されている緑色反射ダイクロイックミラー４２によって反射されて液晶パネルユニット５０Ｇに入射する。
【００２２】
緑色反射ダイクロイックミラー４２を透過した赤色光は、緑色反射ダイクロイックミラー４２の後段に配置されている反射ミラー４３、４４によって順次反射されて液晶パネルユニット５０Ｒに入射する。
【００２３】
尚、各色光の光路上には、必要に応じてリレー光学系を設けることもできる。特に、最も光路長の長い赤色光の光路上には、リレー光学系を設けることが好ましい。
【００２４】
また、各液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂの手前には、集光レンズ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂ（図１）がそれぞれ配置されており、各色光は、各集光レンズ４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂによってコリメートされた上で対応する液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂに入射する。
【００２５】
次に、本発明の特徴である液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ及びその近傍の構成について説明する。もっとも、各液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ及びその近傍の構成は共通である。そこで、液晶パネルユニット５０Ｇ及びその近傍の構成についてのみ説明する。
【００２６】
図３は、液晶パネルユニット５０Ｇ及びその近傍の構成を示す模式図である。液晶パネルユニット５０Ｇは、液晶パネル５１と、２つの光学補償板５２、５３とを有する。光学補償板５２は、液晶パネル５１の入射側プレチルト角に起因して出射光に発生する位相差を補償する。一方、光学補償板５３は、液晶パネル５１の出射側プレチルト角に起因して出射光に発生する位相差を補償する。光学補償板５２は本発明の第１の補償手段に相当し、光学補償板５３は、第２の補償手段に相当する。もっとも、液晶パネル５１の入射側プレチルト角に起因して出射光に発生する位相差および出射側プレチルト角に起因して出射光に発生する位相差を一つの光学補償板によって補償してもよい。すなわち、第１の補償手段および第２の補償手段を一つの光学補償板によって実現してもよい。
【００２７】
液晶パネル５１の前段には、入射側偏光板５４が配置されている。入射側偏光板５４は、液晶パネル５１に入射する光の光路上に配置された偏光手段であり、本発明の第１の偏光手段に相当する。
【００２８】
一方、液晶パネル５１の後段には、入射側偏光板５４と透過軸が直交する向きで２つの出射側偏光板５５、５６が配置されている。出射側偏光板５５は、透過軸が入射側偏光体５４と直交する偏光手段であり、本発明の第２の偏光手段に相当する。また、入射側偏光体５４と直交している出射側偏光板５６の透過軸は、出射側偏光板５５の透過軸とは平行である。すなわち、出射側偏光板５６は、液晶パネル５１から出射される光の光路上に配置され、第２の偏光手段と透過軸が平行な偏光手段である。また、液晶パネル５１と第２の偏光手段である出射側偏光板５５との間に配置された偏光手段である。よって、出射側偏光板５６は、本発明の第３の偏光手段に相当する。尚、出射側偏光板を２つ設けたのは、光の吸収量を分散して各偏光板５５、５６の寿命を延ばすためである。
【００２９】
本例では、液晶パネル５１に入射する光は、予めＳ偏光に揃えられており、入射側偏光板５４はＳ偏光のみを透過させる。よって、液晶パネル５１によって偏光面が90度回転させられた光（Ｐ偏光）のみが出射側偏光体５５、５６を通過できる。
【００３０】
入射側偏光板５４と液晶パネル５１との間には、第３の補償手段としての光学補償板６０が配置されている。この光学補償板６０は、出射側偏光板５６の透過軸と出射側偏光板５６に入射する光の偏光軸とのズレに起因して発生する位相差を補償する。より具体的には、光学補償板６０は、入射した光に、上記ズレによって生ずる位相差と逆の位相を予め与える。これによって、上記ズレに起因して発生する位相差が相殺され、出射側偏光体５６から出射される光束の全てが所期の直線偏光となる。尚、既述の光学補償板５２、５３も逆位相を与えて位相差を補償する点では光学補償板６０と共通している。
【００３１】
表１に、本例の投写型表示装置と、従来の投写型表示装置との比較評価の結果を示す。ここで、従来の投写型表示装置は、図３に示す光学補償板５４を備えていない点を除き、本例の投写型表示装置と同一の構造を有する。
【００３２】
今回の比較評価では、それぞれの投写型表示装置によって同一のスクリーン上に同一の黒色画像（所謂「全黒」）と白色画像（所謂「全白」）とを投写し、コントラスト及び面内黒照度を比較した。
【００３３】
ここでのコントラストとは、全白を投写したときの面内照度と全黒を投写したときの面内照度との比である。面内照度は、ANSI規格に基づいて測定した。具体的には、図１０に示すように、投写画像を（ａ）〜（i）の９個のエリアに等分し、各エリアの照度の平均を求めた。
【００３４】
面内黒照度とは、図１０に示すエリア（ａ）とエリア（ｉ）の照度の和と、エリア（ｃ）とエリア（ｇ）の照度の和との差をエリア（ｅ）の照度で除した値である。
【００３５】
今回の比較評価は、本例の投写型表示装置と従来の投写型表示装置について、上記コントラスト及び面内黒照度をそれぞれ８回ずつ求め、それぞれの平均値をもって比較した。表１に示す数値も平均値である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記比較評価では、本例の投写型表示装置がコントラストと面内黒照度比の双方において改善されていることが確認された。具体的には、本例の投写型表示装置は、従来の投写型表示装置に比べて、コントラストが15％の向上し、面内黒照度比が約5分の1に低減されていた。
【００３８】
液晶パネルユニットの構造、偏光板や光学補償板の配置などは、図３に示す構造や配置に限定されるものではない。図４〜図９に液晶パネルユニットの構造、偏光板や光学補償板の配置の異なる例を示す。尚、ここでも液晶パネルユニット５０Ｇを例にとって説明する。
【００３９】
図４に示すように、光学補償板６０は、液晶パネルユニット５０Ｇと出射側偏光板５６との間に配置してもよい。より具体的には、光学補償板６０は、液晶パネルユニット５０Ｇの光学補償板５３と出射側偏光板５６との間に配置してもよい。尚、図４に示す液晶パネルユニット５０Ｇは、図３に示す液晶パネルユニット５０Ｇと同一の構造を有する。
【００４０】
図５に示すように、光学補償板６０は、２つの出射側偏光板５５、５６の間に配置してもよい。尚、図５に示す液晶パネルユニット５０Ｇは、図３に示す液晶パネルユニット５０Ｇと同一の構造を有する。
【００４１】
図６に示す液晶パネルユニット５０Ｇでは、光学補償板５２、５３が液晶パネル５１の入射側に配置されている。また、光学補償板６０は、液晶パネルユニット５０Ｇの入射側に配置されている。具体的には、入射側偏光板５４と光学補償板５２との間に光学補償板６０が配置されている。すなわち、３枚の光学補償板５２、５３、６０が入射側偏光板５４と液晶パネル５１との間に配置されている。
【００４２】
図７に示すように、光学補償板６０は、図６に示す液晶パネルユニット５０Ｇの出射側に配置してもよい。具体的には、図６に示す液晶パネルユニット５０Ｇの液晶パネル５１と出射側偏光板５６との間に光学補償板６０を配置してもよい。
【００４３】
また、図８に示すように、２つの出射側偏光板５５、５６の間に光学補償板６０を配置してもよい。
【００４４】
図９に示す液晶パネルユニット５０Ｇでは、液晶パネル５１の入射側に光学補償板５２が配置され、出射側に光学補償板５３が配置されている。すなわち、液晶パネル５１は、光学補償板５２と光学補償板５３とに挟まれている。光学補償板６０は、液晶パネルユニット５０Ｇの出射側に配置された２つの出射側偏光板５５、５６の間に配置されている。
【００４５】
図４〜図９に示す構成のいずれによっても、実施形態１の投写型表示装置と同等の作用効果が得られる。
【００４６】
本明細書では、各液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ及びその近傍の構成が共通である場合を例にとって本発明の実施形態を説明した。しかし、ＲＧＢの各光路上の構成は必ずしも共通でなくともよい。もっとも、上記構成を一部の光路上についてのみ適用する場合、Ｇ光路に適用するのがコントラスト向上の観点からは最も効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】投写型表示装置の内部構造を示す模式図である。
【図２】図１に示す光学エンジンの構成を示す模式図である。
【図３】図２に示す液晶パネルユニット及びその近傍の構成を示す模式図である。
【図４】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図５】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図６】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図７】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図８】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図９】液晶パネルユニット及びその近傍の構成例を示す模式図である。
【図１０】比較評価の方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  外装ケース
１０  電源ユニット
２０  光学エンジン
２１  光源ランプ
２２  投写レンズ
３０  インテグレータ光学系
３１  照明光学系
３２  リフレクタ
３３ａ、３３ｂ  レンズアレイ
３４  フィールドレンズ
３５  偏光変換素子
４０  色分離光学系
４１  青色反射ダイクロイックミラー
４２  緑色反射ダイクロイックミラー
４３、４４、４５  反射ミラー
５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ  液晶パネルユニット
５１  液晶パネル
５２、５３、６０  光学補償板
５４  入射側偏光板
５５、５６  出射側偏光板
７０  ＸＤＰ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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