JP2005215669A - ディスプレイシステム及び当該ディスプレイシステム用光学変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスプレイシステムに内蔵されて吸収損失なしに偏光を変換する光学変換モジュールを提供し、光源の光利用効率を高め、ディスプレイの輝度向上を図る。
【解決手段】 光学変換モジュール６１０は、ディスプレイシステムの光変調器と光源との間に配置される。この光学変換モジュール６１０は、光拡散層６２２とシリンドリカルレンズ６２０のアレイとの間に変換ユニット６１２のアレイを配設させてなる。変換ユニット６１２は、ランダム偏光を第１および第２の偏光成分に分離する偏光ビームスプリッター６１４と、第２の偏光成分を第１の偏光成分にする位相差板６１８を備える。このような構成により、光の吸収損失なしに、最高の光利用効率で一定方向の偏光を取り出すことができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般のディスプレイシステムに関し、さらに詳細には、ディスプレイシステムに組み込まれ偏光の変換を行う光学変換モジュールに関する。

図１は、従来の液晶ディスプレイシステムの概略図を示す。

バックライト型液晶ディスプレイシステムは、液晶パネル１１０を備えているのが通常であり、この液晶パネル１１０は、その後方に配置されたバックライト光源１２０が放出する光の経路を制御するものである。液晶パネル１１０は、液晶層１１２を透明な前側基板１１３と透明な後側基板１１４との間に挟み込んだ構成となっている。

前側基板１１３には通常が形成され、さらに当該上に上部カラーフィルタ上に偏光子１１６が配置されている。一方、後側基板１１４には、液晶層１１２に電界を印加することでその液晶配向を制御する薄膜トランジスタ素子が実装されている。このような構成により、バックライト光源１２０からの光が液晶パネル１１０により変調され画像表示される。

上記のような従来のディスプレイシステムでは、液晶パネル１１０に入る光が所定方向の一面内だけで振動する直線偏光でなければならない。そこで、後側基板１１４に隣接して底部偏光子１１８が設けられており、これによって、所定の偏光成分が透過し、他の偏光成分が吸収するということが行われている。ここで、偏光方向が偏光子１１８の入射面に平行であるのがＰ偏光成分であり、偏光子１１８の入射面に直交であるのがＳ偏光成分である。平行光は底部偏光子１１８に吸収されるため、理論上、利用される光は、光源から放出されるランダム偏光の５０％にしか満たないが、実際には、その他各種の散乱要因により、さらに低いものとなっている。

光利用効率向上を図るための公知の手段として以下のものがある。それは、二重輝度向上フィルム（ＤＵＡＬ−ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＦＩＬＭ）１３０とリフレクタ１３２とからなる組立体を使用する手段である。二重輝度向上フィルム１３０は、Ｓ偏光成分を透過する一方、Ｐ偏光成分の光を反射してリフレクタ１３２に戻す。Ｐ偏光成分は、リフレクタ１３２に反射されると、再びＳ偏光成分およびＰ偏光成分両方からなる光となって二重輝度上昇フィルム１３０へと向かう。そして、このうちのＳ偏光成分は、二重輝度上昇フィルム１３０を透過し、Ｐ偏光成分は反射されてリフレクタ１３２に入射する。かかる分離方式により、Ｐ偏光成分は相次いでＳ偏光成分に変換されていく。

上記公知手段によれば、いくらかの改善は図られるであろうが、詳細に観察すると，Ｐ偏光成分がリフレクタ１３２で反射される際に、依然として光吸収が起こっていることが分かる。このような現象は液晶ディスプレイの輝度低下をもたらすものである。こうして生じる輝度不足への対策としては、供給電流の増加により光源の光強度を調整することが挙げられる。しかし、このような対処法は、ディスプレイシステムの消費電力を増加させるものであるから、より大きな熱を発生し、電気負荷がかかることとなり、光源の構成部材の耐用年数を短縮させ、かえって悪い結果をもたらすことになる。

上述のように、これまでに提案されてきた技術的解決策は満足のいく結果を出せるものではなかった。よって、液晶ディスプレイシステムは、より光利用効率の高いものに改善される必要がある、つまり、より詳細には、ディスプレイシステムに内蔵され、かつ、吸収損失なしにランダム偏光を直線偏光に変換できるようにすることで、消費電力を増加させずに液晶ディスプレイの輝度を向上させ得るような光学変換モジュールが必要とされる。
特開平０５−０２７２０３

そこで、本発明の目的は、ディスプレイシステムに内蔵され、かつ、吸収損失なしに、偏光を変換する光学変換モジュールを提供し、光源の光利用効率を高め、ひいてはディスプレイシステムの輝度を向上することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、ディスプレイシステムであって、光変調器と、
光源と、変換ユニットのアレイのうち１個以上が、ランダム偏光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変えて直線偏光を出射する位相差板と、を有し、前記光変調器と前記光源との間の領域の全体にわたって配される変換ユニットのアレイと、
を備えることを特徴とするディスプレイシステムに関する。

前記位相差板が１／２波長板であることが好ましい。

前記光源からのランダム偏光を集光して前記偏光ビームスプリッタに導くように構成されたシリンドリカルレンズのアレイをさらに備えることが好ましい。

前記直線偏光を散乱させて前記光変調器に入射する光拡散層をさらに備えることが好ましい。

前記偏光ビームスプリッタから出射された第１の偏光成分を前記光変調器に導くリフレクタをさらに備えることが好ましい。

前記変換ユニットは、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すよう設けられることが好ましい。

前記光変調器が液晶パネルであることが好ましい。

前記光源がバックライトユニットであることが好ましい。

前記シリンドリカルレンズは、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すよう設けられることが好ましい。

前記位相差板は、１個のリフレクタと１個の偏光ビームスプリッタとの間に配置されることが好ましい。

前記位相差板は、前記リフレクタの上に配置されることが好ましい。

また、本発明は、１個以上の変換ユニットの組立体からなり、ランダム偏光を直線偏光に変換する光学変換モジュールであって、前記変換ユニットが、ランダム偏光を第１の偏光成分と第２の偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ、および、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変えて直線偏光を出射する位相差板、を備えてなる、光学変換モジュールに関する。

本発明は、前記位相差板が１／２波長板であることが好ましい。

本発明は、ランダム偏光を集光して前記偏光ビームスプリッタへ導く１個以上のシリンドリカルレンズをさらに備えることが好ましい。

本発明は、前記直線偏光を散乱させる光拡散層をさらに備えることが好ましい。

本発明は、前記変換ユニットが複数個備えられ、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すことが好ましい。

本発明は、前記偏光ビームスプリッタを通る光路を変えるリフレクタをさらに備えることが好ましい。

本発明は、前記シリンドリカルレンズは、各々が互いに直線的に平行に配列されてアレイ配置を成すよう設けられることが好ましい。

本発明は、前記位相差板は、前記リフレクタと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置されることが好ましい。

本発明は、前記位相差板は、前記リフレクタの上に配置されることが好ましい。

本発明の光学変換モジュールによれば、光源からのランダム偏光を吸収損失なしに直線偏光に変換することができるため、光源から放出される光量の大部分が光変調器に到達する。こうして光利用効率が改善されるので、光源の消費電力を増加することなく液晶パネルの輝度を向上することができ、さらには、光利用効率の不足に起因して生じる各種の弊害も解消される。

一実施形態において、本発明に係るディスプレイシステムは、光変調器、光源、および前記光変調器と前記光源との間の領域全体にわたって配設される変換ユニットのアレイを備えており、１個以上の前記変換ユニットは、ランダム偏光を第１の偏光成分と第２の偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ、および前記第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換して、一方向の偏光を出射する位相差板をそれぞれ有している。

一例としての前記変換ユニットの位相差板は、１／２位相差板である。さらに一例として、前記ディスプレイシステムは、前記光源からのランダム偏光を集光して前記偏光ビームスプリッタに導くように構成されたシリンドリカルレンズのアレイを備える。さらに一例として、前記ディスプレイシステムは、前記一方向の偏光を散乱させて前記光変調器に入射する光拡散層を備える。さらに一例として、前記ディスプレイシステムは、前記偏光ビームスプリッタから出射される第１の偏光成分を前記光変調器へ導くリフレクタを備える。さらに一例として、前記変換ユニットは、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置をなすよう設けられている。

さらに一例として、前記ディスプレイシステムの光変調器は液晶パネルである。さらにまた一例として、前記ディスプレイシステムの光源はバックライト光源である。

以上は、本発明についての概要であって、特許請求の範囲を制限するものと解されてはならない。ここに開示する動作および構造は、各種の方式で実施され得るものであり、このような変更や修飾は、本発明およびそのより広範な各種態様から逸脱しない限りにおいて行うことができるものである。以下に、特許請求の範囲によってのみ定義される本発明のその他の態様、創作的特徴および長所を、限定を行わずに、詳細に説明する。

本発明は、ディスプレイシステムに内蔵されて偏光を変換する光学変換モジュールの組立体に係るものである。この光学変換モジュールは、ディスプレイシステムの光源からのランダム偏光を受け、吸収損失なく直線偏光に変換するものである。よって、本発明によれば、ディスプレイシステムの光変調器が光を最大限に利用することができる。

図２は、本発明の一実施形態によるディスプレイシステムの概略構成を説明する機能図である。このディスプレイシステムは、光変調器４１０と光源４１４との間に設けられる光学変換モジュール４１２を備えている。光学変換モジュール４１２は、光源４１４からのランダム偏光を受けて、直線偏光に変換する。光変調器４１０は直線偏光を受けて変調し、画像として表示する。

図３は、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイシステムの一部を表す断面図である。ここでは例示の目的で、液晶パネルを光変調器として用いた液晶ディスプレイシステムの実施形態について説明するが、本発明が開示する光学変換モジュールは、任意のタイプの光変調器を備えたディスプレイシステムに適用可能であると共に、任意のタイプの光変調器を備えたディスプレイシステムに応じた適宜変更を施すことができる。

ディスプレイシステムは、光変調器５１０、光変調器５１０の後方に配置される光源５２０、および光源５２０と光変調器５１０との間に位置する光学変換モジュール６１０を備えている。この実施形態の光変調器５１０は、代表的な一例として、前側基板５１３と後側基板５１４との間に液晶層５１２を挟持して構成される液晶パネルである。前側基板５１３および後側基板５１４は、ガラス、石英、又はその他の好適な透明材料からなるものとすることができる。

一例として、光源５２０は、導光板５２４の一側に冷陰極蛍光ランプ５２２が組み付けられて構成されたものであり得る。

ここに開示するバックライトは、サイドエッジ型バックライト又はサイドライト型バックライトとして周知のものであるが、これだけに限られることはなく、本発明では、その他のタイプのバックライト、例えば、光源が光変調器の直下に配置されるタイプのバックライトも使用可能である。また、冷陰極蛍光ランプの代わりに、その他のタイプの発光源、例えば、発光ダイオードなどを使用する設計としてもよい。

前側基板５１３及び後側基板５１３の外表面には偏光子５１６及び偏光子５１８がそれぞれ形成されている。後側基板５１４に隣接して配置された底部偏光子５１８は、その入射面に直交する方向に偏光する光を透過する一方で、他の偏光成分を遮断する。

光変調器５１０と光源５２０との間には、底部偏光子５１８を臨むようにして光学変換モジュール６１０が設けられている。光学変換モジュール６１０は、光源５２０からのランダム偏光を、実質的な吸収損失なしに直線偏光に変換するように構成されている。

図４及び図５はそれぞれ、本発明の一実施形態による光学変換モジュールの斜視図および上面図である。

光学変換モジュール６１０は、シリンドリカルレンズ６２０のアレイと光拡散層６２２との間に変換ユニット６１２のアレイを配設させて構成されている。一例として、変換ユニット６１２は、図５の上面図に示される如く、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すように配されている。

また、シリンドリカルレンズ６２０は、各々が互いに平行に配列されて、変換ユニット６１２のアレイに対応するアレイ配置を成すように設けられる。このようなアレイ配置は、光学変換モジュールの厚さをより薄くでき、かつ、表示領域全体にわたって形成されるため、光変調器への照明を均一とすることができる。なお、ここでは平行なアレイ配置に特定して説明しているが、アレイ配置には液晶パネルの照明を十分かつ均一にできるようなその他各種のレイアウトも採用可能である。

各変換ユニット６１２は、偏光ビームスプリッタ６１４、リフレクタ６１６、及び位相差板６１８をそれぞれ有している。偏光ビームスプリッタ６１４は、ランダム偏光を２本の直交する偏光ビームに分離するものである。偏光ビームスプリッタ６１４は、２つの直角プリズムの組立体から構成された平行六面体（直方体）の形状を有するものとすることができる。シリンドリカルレンズ６２０は、各変換ユニット６１２に入射するランダム偏光を集光するのに十分な曲率を持っている。

一例として、シリンドリカルレンズ６１２は、各々が互いに平行に配列してアレイを形成し、偏光ビームスプリッタ６１４と一直線状となる平凸シリンドリカルレンズ（ｐｌａｎｏｃｏｎｖｅｘ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌｅｎｓ）であり得る。また、リフレクタ６１６はミラーコーティングを施し形成してもよい。

図６は、本発明の一実施形態による光学変換モジュールを通る光路を示す概略図である。シリンドリカルレンズ６２０のアレイは、光源５２０からのランダム偏光を偏光ビームスプリッタ６１４へ導く。ここで光源５２０からのランダム偏光は、第１または“Ｓ”偏光成分Ｓと、第１の偏光成分に直交する第２または“Ｐ”偏光成分Ｐとに分離される。つまり、偏光ビームスプリッタ６１４は、Ｓ偏光成分Ｓを反射してリフレクタ６１６へ導く一方で、Ｐ偏光成分Ｐを透過して位相差板６１８へ導く。偏光ビームスプリッタ６１４から出射したＳ偏光成分Ｓは、リフレクタ６１６に反射されて光拡散層６２２へ到達する。一方、偏光ビームスプリッタ６１４を透過したＰ偏光成分Ｐは、位相差板６１８を通過することでＳ偏光成分Ｓに変換されて前進する。

なお、この実施形態において、位相差板６１８は、偏光角を９０°回転することによりＰ偏光成分をＳ偏光成分にする１／２波長板である。このような構成より、変換ユニット６１２から光拡散層６２２へ出射される光が直線偏光となる。

光拡散層６２２は、光学変換モジュールから出射された光が均一となるような構成を採るが、変換ユニット６１２が、その形状が区別できないほど小さく形成されている場合には、任意の構成であってよい。

図７及び図８はそれぞれ、本発明による光学変換モジュールを構成する変換ユニットの各変形例を示す概略図である。

図７の変形例では、位相差板６１８’は、偏光ビームスプリッタ６１４に分離されてからリフレクタ６１６で反射されたＳ偏光成分ＳをＰ偏光成分Ｐに変換すべく、リフレクタ６１６上に配されている。よって、光学変換モジュールは、直線偏光、つまりＰ偏光成分を出射することとなる。

図８に示すもう一つの変形例では、上記とはまた異なり、位相差板６１８”は、偏光ビームスプリッタ６１４に反射されたＳ偏光成分ＳをＰ偏光成分Ｐに変換すべく、リフレクタ６１６と偏光ビームスプリッタ６１４との間に配置されている。

上の各実施形態でそれぞれ説明したように、本発明の光学変換モジュールによれば、光源からのランダム偏光を吸収損失なしに直線偏光に変換することができるため、光源から放出される光量の大部分が光変調器に到達する。こうして光利用効率が改善されるため、消費電力を増加させることなく液晶パネルの輝度向上が図られ、ひいては、不十分な光利用効率に起因して生じる弊害も解消される。

本発明が、各種の方法で実現されると共に、その他多様な変化が施されて実施され得るものであることは、当業者には自明である。よって、かかるその他の変化は、本発明の精神および範囲から逸脱するものと解されるべきではない。このことは、以上の詳細な説明に置換例や変形例がすでに示唆されていること、その他の形態も当該技術分野における通常の知識を有する者であれば想到し得ることからも明らかである。こうした、当業者に自明であるような変形例の全ては、特許請求の範囲及び当該特許請求の範囲と均等な範囲に含まれる。

公知のディスプレイシステムを示す概略図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイシステムの概略構造を説明する機能図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイシステムの断面図ある。 本発明の一実施形態による光学変換モジュールの斜視図である。 本発明の一実施形態による、ディスプレイシステムにおける光学変換モジュールの配置を説明する上面図である。 本発明の一実施形態による光学変換器モジュールにおける光路を説明する概略図である。 本発明による光学変換モジュールの各変形例を説明する概略図である。 本発明による光学変換モジュールの各変形例を説明する概略図である。

符号の説明

４１０ 光変調器
４１２ 光学変換モジュール
４１４ 光源
５１０ 光変調器
５１２ 液晶層
５１３ 前側基板
５１４ 後側基板
５１６ 偏光子
５１８ 偏光子
５２０ 光源
５２２ 冷陰極蛍光ランプ
５２４ 導光板
６１０ 光学変換モジュール
６１２ 変換ユニット
６１４ 偏光ビームスプリッタ
６１６ リフレクタ
６１８ 位相差板
６２０ シリンドリカルレンズ
６２２ 光拡散層
６１８’ 位相差板
６１８” 位相差板
Ｓ Ｓ偏光成分
Ｐ Ｐ偏光成分

Claims (20)

1. ディスプレイシステムであって、
   光変調器と、
   光源と、
   変換ユニットのアレイのうち１個以上が、ランダム偏光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変えて直線偏光を出射する位相差板と、を有し、前記光変調器と前記光源との間の領域の全体にわたって配される変換ユニットのアレイと、
   を備えることを特徴とするディスプレイシステム。
2. 前記位相差板が１／２波長板であることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
3. 前記光源からのランダム偏光を集光して前記偏光ビームスプリッタに導くように構成されたシリンドリカルレンズのアレイをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
4. 前記直線偏光を散乱させて前記光変調器に入射する光拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
5. 前記偏光ビームスプリッタから出射された第１の偏光成分を前記光変調器に導くリフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
6. 前記変換ユニットは、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すよう設けられることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
7. 前記光変調器が液晶パネルであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
8. 前記光源がバックライトユニットであることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイシステム。
9. 前記シリンドリカルレンズは、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すよう設けられることを特徴とする請求項３に記載のディスプレイシステム。
10. 前記位相差板が１個のリフレクタと１個の偏光ビームスプリッタとの間に配置されることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイシステム。
11. 前記位相差板が前記リフレクタの上に配置されることを特徴とする請求項５に記載のディスプレイシステム。
12. １個以上の変換ユニットの組立体からなり、ランダム偏光を直線偏光に変換する光学変換モジュールであって、
    前記変換ユニットが、ランダム偏光を第１の偏光成分と第２の偏光成分とに分離する偏光ビームスプリッタと、
    前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変えて直線偏光を出射する位相差板と、
    を備えることを特徴とする光学変換モジュール。
13. 前記位相差板が１／２波長板であることを特徴とする請求項１２に記載の光学変換モジュール。
14. ランダム偏光を集光して前記偏光ビームスプリッタへ導く１個以上のシリンドリカルレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の光学変換モジュール。
15. 前記直線偏光を散乱させる光拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の光学変換モジュール。
16. 前記変換ユニットが複数個備えられ、各々が互いに直線的に平行に配列されて、アレイ配置を成すことを特徴とする請求項１２に記載の光学変換モジュール。
17. 前記偏光ビームスプリッタを通る光路を変えるリフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の光学変換モジュール。
18. 前記シリンドリカルレンズは、各々が互いに直線的に平行に配列されてアレイ配置を成すよう設けられることを特徴とする請求項１４に記載の光学変換モジュール。
19. 前記位相差板は、前記リフレクタと前記偏光ビームスプリッタとの間に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の光学変換モジュール。
20. 前記位相差板は、前記リフレクタの上に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の光学変換モジュール。