JP2000347323A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
率を高め、安価で明るい画像表示装置を提供する。 【解決手段】 光源からの赤、緑、青の3原色の光を回
転カラーフィルター103で2つの色光グループに分け
て順次導出し、偏光制御素子108で赤、緑、青の光の
うちの2色を他の1色と偏光方向を変えるように制御
し、偏光ビームスプリッタ109で偏光方向に応じた光
に分離し、分離した光を反射型画像表示素子110−
1、110−2で画像に応じた信号により変調し、この
変調した光を投影レンズ111にてスクリーンに投影す
る。
Description
クタのような、光源から画像表示素子を経た光を投影レ
ンズによりスクリーンに拡大投影する画像表示装置に関
する。
に配列された画素電極に画像信号に対応した駆動電圧を
それぞれ印加することによって液晶の光学特性を変化さ
せ、画像や文字などを表示するように構成されている。
上述した画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式と
しては、単純マトリクス方式と、非線形2端子素子や3
端子素子を液晶表示素子に設けた場合のアクティブマト
リクス方式とがある。後者のアクティブマトリクス方式
の場合には、MIM(金属−絶縁体−金属)素子やTF
T(薄膜トランジスタ)素子等のスイッチング素子と、
画素電極に駆動電圧を供給するための配線電極とを設け
る必要がある。
と、OFF状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時
に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記スイッチ
ング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶部
分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作
が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラス
ト比が低下するという難点がある。
場合には、図18に示すように、TFT1501などの
スイッチング素子および画素電極が設けられたTFT基
板とは液晶層を挟んで対向する対向基板にブラックマト
リクス1502と称される遮光手段を設けて、上述した
光入射領域に入射する光を遮断する必要がある。よっ
て、透過型の液晶表示素子の場合には、各々遮光性のあ
るTFT1501、ゲートバスライン1503およびソ
ースバスライン1504に加えて、ブラックマトリクス
1502によっても遮光されるため、画素の区画中に占
める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくな
る。
極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程
度以下の大きさで形成することは困難である。よって、
液晶表示素子の高精細化、小型化に伴って、画素電極の
ピッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。
に、反射型の液晶表示素子が開発されている。反射型液
晶表示素子は、図19に示すようにスイッチング素子と
してのTFT1501の上に反射型の画素電極1601
を形成することができるため、同じ液晶表示サイズで
は、前記透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとる
ことができ、投影型液晶表示装置における明るさの向上
には非常に効果的である。このような反射型液晶表示素
子を投影型画像表示装置に適用した方式が電子ディスプ
レイフォーラム97(頁3−27乃至3−32)や特開
平5−158012に提案されている。
20に示すように、光源1701から出射された光をダ
イクロイックミラーで、赤、緑、青(以下順にR、G、
Bと呼ぶ)の3原色の光に分離し、それぞれの光を対応
する偏光ビームスプリッタ(PBS)1702に入射さ
せる。偏光ビームスプリッタ1702では、入射光を互
いに直交する2方向の直線偏光成分に分離し、1方の光
が対応する反射型液晶表示素子1704に入射する。反
射型液晶表示素子1704で反射され、偏光方向が変調
されたR、G、Bの光は、再度PBS1702に入射
し、クロスダイクロイックミラー1703で合成された
後、投影レンズ1705でスクリーンに投影される。こ
の方式は、3板式液晶プロジェクションと呼ばれ、光源
からのR、G、Bの光を効率良く利用できるため、非常
に明るい画像が実現できる。
R、G、Bの光を時分割で順次選択した後、PBSに入
射させる。PBSでは入射光をP偏光成分とS偏光成分
に分離し、一方を画像表示素子に入射させる。(この例
ではS偏光成分を入射させている)。画像表示素子には
入射される色に同期させて信号が入力され、R、G、B
を一つの区切り(1フレーム)として表示する。この方
式は、タイムシーケンシャル方式又は、フィールドシー
ケンシャル方式などと呼ばれる。
ために、光源からの白色光をR、G、Bの光に分離する
ダイクロイックミラーとそれぞれの光を透過、遮断する
シャッターを組み合わせて構成しているが、図21に示
すようなR、G、Bの透過域を有する回転カラーフィル
ターを用いる方法もある。この方式では、反射型画像表
示素子とPBSは1つでよく、また、色分離、色合成用
の光学系が不要なため、低価格でコンパクトなシステム
が実現できる。
液晶表示装置を用いた以上のような投影型画像表示装置
は、次に説明するような問題がある。電子ディスプレイ
フォーラム97に提案されている方法では、R、G、B
の各色に対応した反射型画像表示素子及びPBSがそれ
ぞれ3つ必要であり、また、色分離用の光学系と色合成
用クロスダイクロイックプリズムも必要となるため、シ
ステムのコストが非常に高くなるだけでなく、システム
サイズが非常に大きくなるという欠点を有する。
での課題は解決されるものの光源からのR、G、Bの光
を時分割で反射型画像表示素子に入射させているため、
例えばRの光が選択されている時は、G、Bは実質上利
用できなくなり、明るさが原理的に1/3に低下してし
まう。
秒を1フレームとして、画像表示する場合、R、G、B
それぞれに割り当てられた表示時間は、5msec程度で
あり、この時間内に表示を行わなければならないため、
非常に応答速度が速い素子が必要となる。これはCRT
などと異なり、応答速度が比較的遅い液晶を用いた場合
には、大きな問題である。
が時分割で表示されるため、動画などを表示した場合や
視線が移動した場合、それぞれの原色が分離して見える
現象(以降、色ブレーキングと呼ぶ)が発生し、画質を
低下させる。この色ブレーキング現象を低減するため
に、駆動周波数を上げて表示を行う方法があるが、素子
の応答速度をさらに高速化する必要があり、液晶を用い
た場合は非常に不利である。
なされたものであり、その目的は、小型、軽量かつ明る
い反射型液晶表示素子を用いた画像表示装置を提供する
ことである。
像表示装置は、光源と、該光源からの赤、緑、青の3原
色の光を2つの色光のグループに分け、該2つのグルー
プの色光を時分割で順次切り替えると共に、該光源から
の赤、緑、青の3原色の光のうち、2色を他の1色と偏
光方向を異ならせて照射する機能を有する照明手段と、
該光源からの光を偏光方向によって分離する光分離手段
と、該光分離手段で分離された光を変調する複数枚の反
射型画像表示素子と、該反射型画像表示素子で変調され
た光を投影する投影手段とを備えたことを特徴とする。
1の構成の画像表示装置において、前記照明手段が、前
記光源に含まれる赤、緑、青の3原色の光のうちの2色
を含む異なる2つのグループの色光を順次切り替えて選
択する機能を有する色切替手段と、該異なる2つのグル
ープの色光に共通する色、又は、それ以外の2色の光の
偏光方向を変換させる機能を有する第1の偏光制御手段
より成ることを特徴とする。
1の構成の画像表示装置において、前記照明手段が、前
記光源に含まれる赤、緑、青の3原色の光のうちの2色
を含む色光のグループと残りの1色のグループを順次切
り替えて選択する機能を有する色切替手段と、該2色を
含む色光のグループの中の一方の色、又は、他方のグル
ープの光の偏光方向を変換させる機能を有する第2の偏
光制御手段を含んでいることを特徴とする。
2の構成の画像表示装置において、前記光分離手段の前
記投影手段側に前記第1の偏光制御手段と同様の機能を
有する第3の偏光制御手段が配置されていることを特徴
とする。
3の構成の画像表示装置において、前記光分離手段の前
記投影手段側に前記第2の偏光制御手段と同様の機能を
有する第4の偏光制御手段が配置されていることを特徴
とする。
2又は第4の構成の画像表示装置において、前記第1の
偏光制御手段の光入射側の光路上に1方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。
3又は第5の構成の画像表示装置において、前記第2の
偏光制御手段の光入射側の光路上に1方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。
4又は第6の構成の画像表示装置において、前記第3の
偏光制御手段の光出射側の光路上に1方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。
5又は第7の構成の画像表示装置において、前記第4の
偏光制御手段の光出射側の光路上に1方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。
第1乃至第9のいずれかの構成の画像表示装置におい
て、前記反射型画像表示素子が2枚配置されており、一
方が前記3原色の光のうちの1色に対応しており、他方
が残りの2色に対応していることを特徴とする。
第4、第6、第8、第10のいずれかの構成の画像表示
装置において、前記色切替手段で選択される前記異なる
2つの色光に共通する色以外の2色の光のうち、光源の
スペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選択時間を他
方の色光の選択時間より長くすることを特徴とする。
第2、第4、第6、第8、第10のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される前記
異なる2つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が含まれ
ており、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選
択時間より長くしたことを特徴とする。
第3、第5、第7、第9、第10のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される色光
のうち、光源のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光
の選択時間を他方の色光の選択時間より長くしたことを
特徴とする。
第3、第5、第7、第9、第10のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される色光
のうち、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選
択時間より長くしたことを特徴とする。
第2、第4、第6、第8、第10のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記異なる2つの色光に共通する
色が、対応する光源のスペクトル強度の最も弱い光であ
ることを特徴とする。
第2、第4、第6、第8、第10のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記異なる2つの色光に共通する
色が、緑であることを特徴とする。
第2乃至第16のいずれかの構成の画像表示装置におい
て、前記色切替手段が、赤、緑、青の3原色すべてを透
過させるエリアを有していることを特徴とする。
1の構成によれば、これまでR、G、Bの単色を時分割
で表示するため、明るさが3枚の画像表示素子を用いる
方式のものと比べると1/3に低下していたが、本方式
を用いることでR、G、Bのうちの2色を含む異なる2
つの色光を使用するため、常に3原色のうちの2色が使
用でき、システムサイズを大きくすることなく、明るさ
を飛躍的に向上させることができる。
る2色の色光を順次切り替えて表示しているため、色光
間の色ブレーキングは発生するが、従来のように3原色
に分離して見えるのではなく、2色に分離して確認さ
れ、また、この色光にはR、G、Bのうち2色が含まれ
ているため、人間には色ブレーキング現象が大きく緩和
されて確認される。
なる2色の色光を順次選択し、両方の色光に共通する色
又はそれ以外の2色のどちらかの偏光を第1の偏光制御
手段によって回転させることにより、効率よく所定の光
を対応する反射型画像表示素子に入射させることがで
き、明るさを更に向上させることができる。
に、R、G、Bの各色が透過するエリアを3分割する必
要があったが、本方式を用いた場合、図2に示すように
異なる2つの色光のエリアで分割するため、応答速度に
対する要求が基本的に1.5倍に緩和される(明るさも
理想的には1.5倍向上する)。また、2つの色光に共
通して含まれる色は、常に反射型画像表示素子に照射さ
れるため、応答速度に対する要求は、従来の3板式方式
と同じで、3倍の明るさの向上を実現できる。
P5,751,384に開示されているような素子を利用でき
る。この素子は、波長板を複数枚その軸の角度を変えて
積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光を回転させる
機能を有するもので、例えば、Bの偏光を回転させる素
子を用いた場合、図5に示すように、白色の直線偏光が
本素子に入射すると、その出射光のうちR、Gの偏光方
向は維持され、Bの偏光方向のみ回転させることができ
る。
離手段に入射する色光を切り替える毎に、各反射画像表
示素子には対応する色光が、照射される時と照射されな
い時とが、繰り返される。この反射型画像表示素子に色
光が照射されない時を利用して、反射型画像表示素子に
画像信号を書き込み、色光の照射時にその画像信号に合
わせて、光の偏光方向を変調することができる。
ールドシーケンシャル方式では、液晶に電界を印加して
から、液晶分子が完全に反応するまでの間(液晶の応答
時間)は、光を利用できなかった(以下ブランキングタ
イムと呼ぶ)が、本発明では、上記したように光の非照
射時間を利用して、画像信号を書き込むためブランキン
グタイムをとる必要がなく、光利用効率を更に向上させ
ることができる。
と同様の機能を有する第3の偏光制御手段を光分離手段
の撮影手段側に配置することで、異なる偏光方向で出射
された光の偏光方向を揃えることができ、スクリーンと
して明るい照明下でも高いコントラスト比が保てる偏光
スクリーンを用いることができる。偏光スクリーンは、
スクリーン面に偏光板が貼り付けられており、ランダム
偏光で入射した光の半分をカットする。この偏光板の透
過軸とプロジェクションから出射される光の偏光方向を
一致させておけば、プロジェクションからの入射光はほ
とんどカットされないため、外光の影響を半減でき、高
いコントラスト比を維持できる。
と同様の機能を有する第4の偏光制御手段を光分離手段
の投影手段側に配置することで上記第4の構成と同様
に、異なる偏光方向で出射された光の偏光方向を揃える
ことができるため、偏光スクリーンを用いることで明る
い照明下でも高いコントラスト比を保つことができる。
の偏光制御手段の光入射側の光路上に配置することによ
り、第1の偏光制御手段に直線偏光を入射できるため、
第1の偏光制御手段及び、光分離手段で効率よく色分
離、偏光分離を行うことができ、明るく、コントラスト
比の高い画像を実現することができる。
の偏光制御手段の光入射側の光路上に配置することによ
り第6の構成と同様に第2の偏光制御手段に直線偏光を
入射できるため、第2の偏光制御手段の及び光分離手段
で効率よく色分離・偏光分離を行うことができ、明るく
コントラスト比の高い画像を実現できる。
の偏光制御素子の光出射側の光路上に設けることによ
り、本来光分離素子で光源方向に返される光が、光分離
素子を通過しても、偏光選択手段でカットされるため、
コントラスト比の高い画像を実現することができる。
の偏光制御素子の光出射側の光路上に設けることによ
り、第8の構成と同様に本来光分離素子で光源方向に返
される光が、光分離素子を通過しても、偏光選択手段で
カットされるため、コントラスト比の高い画像を実現す
ることができる。
子が2枚配置されており、一方の反射型画像表示素子が
R、G、Bのうちのいずれか2色、他方が残りの1色に
対応することにより、従来の方式では、R、G、Bの光
を一色ずつ表示していたが、2色の光を同時に利用でき
るため、明るさを飛躍的に向上させることができる。
される異なる2つの色光に共通する色以外の2色の光の
うち、光源のスペクトル強度が弱い方の光を含む色光の
選択時間を他方の色光の選択時間より長くすることによ
り、スペクトル強度にかたよりがあるランプ(例えばメ
タルハライドランプやハロゲンランプ)を用いても、ス
ペクトルの弱い光の光量を相対的に増やすことができ、
ホワイトバランスを改善することができる。
プロジェクトションに用いた場合、スペクトル分布の強
い光をカットして、ホワイトバランスの調整を行ってい
たため、明るさを大幅に低下させていたが、この方式で
は、明るさの低下は最小限に抑えられるため、AV用プ
ロジェクションには非常に有利となる。
される異なる2つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が
含まれており、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色
光の選択時間より長くすることにより、視感度が高く明
るさに大きな影響を及ぼす緑の光量を増加させることが
でき、明るさを向上させることができる。このことによ
り、ホワイトバランスのずれが発生した場合でも、デー
タプロジェクション用として用いた場合、ホワイトバラ
ンスは重視されないため、大きな問題とならない。
される色光のうち、光源のスペクトル強度が弱い方の光
を含む色光の選択時間を他方の色光の選択時間より長く
することにより、第11の構成と同様に、スペクトル強
度にかたよりがあるランプ(例えば、メタルハライドラ
ンプやハロゲンランプ)を用いても、スペクトルの弱い
光の光量を相対的に増加させることができ、ホワイトバ
ランスを改善することができる。
される色光のうち、緑が含まれる色光の選択時間を他方
の色光の選択時間より長くすることにより、第12の構
成と同様に視感度が高く明るさに大きな影響を及ぼす緑
の光量を増加させることができ、明るさを向上させるこ
とができる。
に共通する色が、対応する光源のスペクトル強度の最も
弱い光とすることにより、この光は、常に対応する反射
が画像表示装置に入射されるため、スペクトル強度にか
たよりがあるランプ(例えばメタルハライドランプやハ
ロゲンランプ)を用いても、良好なホワイトバランスを
得ることができる。
プロジェクションに用いた場合、スペクトル分布の強い
光をカットして、ホワイトバランスの調整を行っていた
ため、明るさを大幅に低下させていたが、この方式で
は、明るさの低下は最小限に抑えられるため、AV用プ
ロジェクションには非常に有利となる。
に共通する色を緑とすることにより、視感度が高く明る
さに大きな影響を及ぼす緑の光量を増加させることがで
き、明るさを向上させることができる。このことによ
り、ホワイトバランスのずれが発生した場合でも、デー
タプロジェクション用として用いた場合はホワイトバラ
ンスは重視されないため、大きな問題とはならない。
な領域を有することで、その領域ではR、G、Bの光が
すべて透過することになり、スクリーン上で白表示を行
う時に、明るさを向上させることができる。
に基づいて具体的に説明する。 (実施形態1)図1は本発明の投影型カラー画像表示装
置の模式図である。本実施形態では光源101として、
120W、アーク長1.4mmのPhilips社製のUHP
ランプ(高圧水銀ランプ)を用いた。光源としてはこの
他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライド
ランプを用いることができる。光源101の背面には光
源からの光をその第2焦点に集光させるための楕円鏡1
02が配置されている。楕円鏡102の第2焦点近傍に
は、図2に示すようにシアン(B、Gの成分を含む色
光)とマゼンタ(B、Rの成分を含む色光)の光を透過
する領域を有する回転カラーフィルター103が配置さ
れており、その前方には、ガラスロッド104が配置さ
れている。このガラスロッド104は、その内部で光を
反射させて光を伝達するもので、その光出射面が後述す
る反射型液晶表示素子110に略結像するように配置さ
れている。
ド内部で光が全反射を繰り返すため、照度分布がほぼ均
一になっている。これにより反射型液晶表示素子110
に入射する光の照度分布を改善することができる。ガラ
スロッド104を出射した光は、照明レンズ105とフ
ィールドレンズ106に入射し、略平行光にされた後、
偏光板107に入射する。偏光板107では、紙面に対
して垂直方向の光のみを透過し、偏光制御素子108に
入射させる。
特性を有しており、入射光のうちBの成分の光のみ偏光
方向を紙面に対して平行方向に回転し、PBS109に
入射させる。図3において、実線は図4に示す光学系に
おいて、PBSを反射した光の特性で、破線は、PBS
を透過した光の特性である。
て、USP5,751,384に開示されているような素子を使
用した。この素子は波長板を複数枚その軸の角度を変え
て積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光を回転させ
る機能を有するもので、例えば、本実施形態のようにB
の偏光を回転させる素子を用いた場合、図5に示すよう
に、白色の直線偏光が本素子に入射すると、その出射光
のうちR、Gの偏光方向は維持され、Bの偏光方向のみ
回転させることができる。
て上記素子を用いたが、同様の機能を有するものであれ
ば、いかなるものでも利用でき、例えばコレステリック
液晶などを用いてもよい。偏光制御素子108を出射し
た光がPBS109に入射するとR、Gの光は、PBS
109に対してS偏光となるため反射され、Bの光はP
偏光となるために透過する。PBS109を透過・反射
した光は、それぞれ対応する反射型液晶素子110−
1、2に入射して、画像信号に合わせて変調された後、
再度PBS109に向けて反射され、偏光方向が変調さ
れた光のみが、投影レンズ111に入射し、スクリーン
に投影される。反射型液晶素子109としては、0.9
型XGAパネルで、応答速度2msec〜3msecのNem
atic液晶を用いた。液晶モードとしては、上記の他
に強誘電液晶など応答速度の比較的速いものであればい
かなるものでも使用できる。
る回転カラーフィルター103は1/60秒で回転して
いるため、シアン、マゼンタそれぞれに割り当てられた
時間は、約8msec程度で、この時間毎に色が切り替わ
る。このうち、この2つの色光に共通するBに対して
は、回転カラーフィルター103の回転に関係なく常時
PBS109を透過し、反射型液晶素子110−2に入
射する。一方、シアン、マゼンタからBの光がぬけると
R、Gの光となる。このR、Gの光は、上記のスピード
で順次切り替わり反射型液晶素子110−1に入射す
る。よって、回転カラーフィルター103の一周で、
R、G、Bの光が反射型液晶素子110で変調されるこ
とになる。
03を1/60秒で回転させたが、2倍速やそれ以上の
速度にしてもよい。この時、回転カラーフィルター10
3の回転速度を上げる代わりに、図6に示すように、カ
ラーフィルターの分割数を多くしても同様の効果が得ら
れる。PBS109と投影レンズ111の間には、偏光
制御素子112と偏光板113が配置されている。偏光
制御素子112は偏光制御素子108と同様の物を用
い、Bの光のみの偏光方向を回転し、R、G、Bの偏光
方向を揃える働きをもつ。偏光板113は、偏光制御素
子112からの光のうちPBS109で本来カットされ
る光の漏れ光をカットして、C.R.を向上させる。上
記構成にて、プロジェクションを構成したところ、従来
の単板式のフィールドシーケンシャル方式と比べ明るさ
を約1.5倍に向上させることができた。
る偏光制御素子108、112を用いたが、R、Gの偏
光方向を回転させてもよく、PBS109に入射する各
色のP、S偏光が入れ替わってもよい。また、本実施形
態では白色をR、GとBに分離したが、G、BとRなど
あらゆる組み合わせが可能である。この場合、偏光制御
素子108、112で回転させる光の色を変えるだけで
よい。また、本実施形態では、PBS109の光入射側
及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置した
が、光出射側の偏光板113と偏光制御素子112は必
ずしも必要でない。
形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターの特性のみ実
施形態1と異なるため、実施形態1に対応する部分には
同一符号を付し詳細な説明を省略する。本実施形態は、
図8(a)(b)に示すようなマゼンタの領域をシアン
の領域より10%程度大きくした回転カラーフィルター
701−1あるいはマゼンタとイエロー(R、Gの成分
を含む光)の領域を有した回転カラーフィルター701
−2を用いたものである。但し、マゼンタとイエローの
回転カラーフィルター701−2を用いた場合は、偏光
制御素子108、112に代え、図9に示す特性を有す
るRの偏光方向のみ回転する偏光制御素子702、70
3を用いた。偏光制御素子702、703としては、こ
の他にGあるいはBのみの偏光方向を回転させるものを
用いることができる。
−1は、Rを含むマゼンタの領域が実施形態1で用いた
ものよりも大きくなるため、スペクトル強度の弱いRの
光が強くなる。図8(b)の回転カラーフィルター70
1−2を用いた場合は、Rはマゼンタやイエローに共通
して含まれているため、回転カラーフィルター701−
2の色領域や回転速度に関係なく、常に反射型液晶表示
素子110に照射されるため、図8(a)と同様にRの
光を強くすることができる。
HPランプは、Rのスペクトルが弱く、ホワイトバラン
スが悪いため、上記特性を有する回転カラーフィルター
701を用いることにより良好なホワイトバランスを得
ることができる。本回転カラーフィルター701−1、
701−2を用いてプロジェクションを構成したとこ
ろ、実施形態1と比べ明るさを大きく低下させることな
く、AV用プロジェクションとして非常に良好なホワイ
トバランスを得ることができる。
いUHPランプを用いたが、R、G、Bのスペクトル強
度が異なるランプを用いた場合には、回転カラーフィル
ター701のスペクトルの弱い色の含まれている色光の
領域を大きくするか、あるいは、異なる2つの色光に共
通する色をスペクトルの弱い光にすることで、同様の効
果が得られる。例えば、ハロゲンランプを用いた場合
は、上記UHPランプとは異なり、Rの光が強く、Bの
光が弱いため、Bの含まれている色光の領域を大きくす
るか、マゼンタとシアンのようにBを異なる2つの色光
に共通に含まれる色にすればよい。
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターのみ実施形態
1と異なるため、実施形態1に対応する部分には同一符
号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態は図11
(a)(b)に示すようなシアンの領域をマゼンタより
10%程度大きくした回転カラーフィルター1001−
1あるいはシアン、イエローの領域を有した回転カラー
フィルター1001−2を用いたものである。但し、シ
アンとイエローの回転カラーフィルター1001−2を
用いた場合は、偏光制御素子108、112に代え、図
12に示す特性を有するGの偏光方向のみ回転する偏光
制御素子1002、1003を用いた。偏光制御素子1
002、1003としては、この他にR、Bのみの偏光
方向を回転させるものも用いることができる。
フィルター1001−1を用いた場合は、視感度の高い
Gを含むシアンの光が強くなり、明るさを向上させるこ
とができる。また、図11(b)に示す回転カラーフィ
ルター1001−2を用いた場合は、Gはシアンとイエ
ローの両方に共通して含まれているため、回転カラーフ
ィルター1001−2の色領域や回転速度に関係なく、
常に反射型液晶表示素子110−2に照射されるため、
図11(a)と同様にGの光を強くすることができる。
上記2種類の回転カラーフィルター1001−1あるい
は1001−2を用いたところ、実施形態1と比べ、図
11(a)の回転カラーフィルター1001−1を用い
た場合では約1.2倍、図11(b)の回転カラーフィ
ルター1001−2を用いた場合では約1.5倍の明る
さを向上させることができた。Gを強くすることで、ホ
ワイトバランスが、Gよりになるもののデータプロジェ
クションとしては、十分に使用できる範囲である。
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターのみ実施形態
1と異なるため、実施形態1に対応する部分には同一符
号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、回
転カラーフィルター1301として、図14に示すよう
にシアン、マゼンタの透過領域に加え、透明領域を15
%追加したものを使用している。
実施形態1と同様にシアンとマゼンタの領域を使用し、
白表示時には、さらに透明領域を通過する光を利用する
もので、透明領域ではR、G、Bすべての光が透過する
ため、明るさを向上させることができる。この回転フィ
ルター1301を用いたところ、ホワイトバランスや
R、G、Bの色純度を変化させずに実施形態1と比べ、
約1.2倍の明るさ向上を実現することができた。本実
施形態で用いた回転カラーフィルター1301に透明領
域を設ける方式は、実施形態2や実施形態3に用いた回
転カラーフィルター701、1001にも同様に使用す
ることができる。また、本実施形態では、回転カラーフ
ィルター1301にシアン、マゼンタのフィルターを用
いたが、マゼンタとイエローなどR、G、Bの3原色の
うち2色を含む異なる色光どうしの組み合わせであれば
いかなるものでもよい。
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では実施形態1に対応する部分には同一
符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では図
16に示すようなシアンの領域とRの領域を有する回転
カラーフィルター1901を用いている。回転カラーフ
ィルターとしては、この他にマゼンタの領域とGの領
域、イエローの領域とBの領域を有するものを用いても
よい。また、これらの色光の領域の大きさは、目的に合
わせて調節してもよく、さらに、実施形態4の場合と同
様にR、G、Bのすべての光を透過する透過領域を回転
カラーフィルターに設けてもよい。
の光のみを透過し、偏光制御素子108に入射させる。
偏光制御素子108は、実施形態1で用いたものと同様
の機能を有しており、入射光のうちRの成分の光のみ偏
光方向を紙面に対して平行方向に回転しPBS109に
入射させる。偏光制御素子108を出射した光がPBS
109に入射するとB、Gの光は、PBS109に対し
てS偏光となるため反射される。そして、その後ダイク
ロイックミラー1902により、Bの光は反射されて反
射型液晶素子110−1に入射し、Gの光はダイクロイ
ックミラー1902を透過して、反射型液晶素子110
−2に入射する。一方、Rの光はP偏光となるためにP
BS109を透過し、反射型液晶素子110−3に入射
する。
像信号に合わせて変調されたR、G、Bの光は、再度P
BS109に向けて反射され、偏光方向が変調された光
のみが投影レンズ111に入射し、スクリーンに投影さ
れる。反射型液晶素子110としては、0.9型XGA
パネルで、応答速度6msecのNematic液晶を用
いた。この時、Rとシアン(BとGで構成される色光)
の光は回転カラーフィルター1901にて時分割でPB
S109に入射されるため、例えば、フィールド1(回
転カラーフィルター1901のシアン領域)では、B、
Gがそれぞれ反射型液晶素子110−1と110−2に
入射し、フィールド2(R領域)では、Rの光が反射型
液晶素子110−3に入射する。ここで、フィールド1
では、反射型液晶素子110−3にはRの光は入射して
いないので、あらかじめこの時間内に次のフィールド2
で表示する画像信号を反射型液晶素子110−3に書き
込むことができる。
ついても同様に、フィールド2でB、Gに対応した画像
信号を書き込むことができる。本実施形態では、回転カ
ラーフィルター1901を1/60秒で回転させたた
め、フィールド1とフィールド2に割り当てられた時間
は、約8msec程度で、この時間毎に色が切り替わる。
よって、この時間より応答スピードが速い液晶材料を用
いれば、ブランキングタイムなしで、画像表示が可能と
なるため、明るさを向上させることができる。
901を1/60秒で回転させたが、2倍速それ以上の
速度にしてもよい。この時、回転カラーフィルター10
3の回転速度を上げる代わりに、カラーフィルターの分
割数を多くしても同様の効果が得られる。また、液晶の
応答速度が、各フィールドに割り当てられた時間より遅
くても、ブランキングタイムを短くすることができるた
め、明るさ向上の効果はある。
用いたが、図17に示すように2枚の反射型液晶素子を
用いてもよい。この場合、その一方が、R、G、Bのう
ち2色に対応することになるため、反射型液晶素子にカ
ラーフィルターを設置してもよい。また、応答速度が十
分に速い液晶材料を用いた場合は、2色の光を時分割で
照射する必要はなく、R、G、Bを同時に入射させるこ
ともできる。
偏光制御素子112と偏光板113が配置されている。
偏光制御素子112は、偏光制御素子108と同様のも
のを用い、Rの光のみの偏光方向を回転し、R、G、B
の偏光方向を揃える働きを持つ。偏光板113は、偏光
制御素子112からの光のうちPBS109で本来カッ
トされる光の漏れ光をカットし、C.R.を向上させ
る。上記構成にて、プロジェクションを構成したとこ
ろ、従来の単板式のフィールドシーケンシャル方式と比
べ約1.5倍の明るさの向上を図ることができた。
る偏光制御素子108、112を用いたが、Bあるいは
Gの偏光方向を回転させてもよく、PBS109に入射
する各色のP、S偏光が入れ替わってもよい。また、本
実施形態では白色をB、GとRに分離したが、G、Rと
Bなどあらゆる組み合わせが可能である。この場合、偏
光制御素子108、112で回転させる光の色を変える
だけでよい。また、本実施形態では、PBS109の光
入射側及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置
したが、光出射側の偏光板113と偏光制御素子112
は必ずしも必要でない。
光のカラーフィルターと特定の波長域の光の偏光方向の
み回転させる偏光制御手段を組み合わせて使用すること
により、反射型画像表示素子で、常にR、G、Bのうち
2色の光を利用できるため、従来の単板式フィールドシ
ーケンシャルを用いた方式と比べ、サイズや価格を大幅
に上昇させることなく、飛躍的に明るさを向上させるこ
とができる。
択領域を調整することにより、他の性能を低下させるこ
となく、スクリーン入射光のホワイトバランスの調整や
明るさの向上を行うことができる。
色の色光に共通する色を光源のスペクトル強度の弱い光
や強い光とすることで、上記色光感の調整と同様に、他
の性能を低下させることなく、スクリーン入射光のホワ
イトバランスの調整や明るさアップを行うことができ
る。さらに、回転カラーフィルターに上記2色の色光の
領域だけでなく、透明な領域を作成することで、白表示
時の明るさをさらに向上させることができる。
表示装置の模式図である。
である。
の説明図である。
表示装置の模式図である。
説明図である。
子の分光特性図である。
像表示装置の模式図である。
の説明図である。
素子の分光特性図である。
像表示装置の模式図である。
の説明図である。
像表示装置の模式図である。
の説明図である。
示装置の模式図である。
る。
液晶プロジェクションの説明図である。
る。
子 111 投影レンズ 112 偏光制御素子 113 偏光板 701−1、701−2 回転カラーフィルター 702 偏光制御素子 703 偏光制御素子 1001−1、1001−2 回転カラーフィルター 1002 偏光制御素子 1003 偏光制御素子 1301 回転カラーフィルター 1501 TFT 1502 ブラックマトリクス 1503 ゲートバスライン 1504 ソースバスライン 1601 反射電極 1901 回転カラーフィルター 1902 ダイクロイックミラー
Claims (17)
- 【請求項1】 光源と、 該光源からの赤、緑、青の3原色の光を2つの色光のグ
ループに分け、該2つのグループの色光を時分割で順次
切り替えると共に、該光源からの赤、緑、青の3原色の
光のうち、2色を他の1色と偏光方向を異ならせて照射
する機能を有する照明手段と、 該光源からの光を偏光方向によって分離する光分離手段
と、 該光分離手段で分離された光を変調する複数枚の反射型
画像表示素子と、 該反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影手
段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項2】 前記照明手段が、前記光源に含まれる
赤、緑、青の3原色の光のうちの2色を含む異なる2つ
のグループの色光を順次切り替えて選択する機能を有す
る色切替手段と、 該異なる2つのグループの色光に共通する色、又は、そ
れ以外の2色の光の偏光方向を変換させる機能を有する
第1の偏光制御手段より成ることを特徴とする請求項1
記載の画像表示装置。 - 【請求項3】 前記照明手段が、前記光源に含まれる
赤、緑、青の3原色の光のうちの2色を含む色光のグル
ープと残りの1色のグループを順次切り替えて選択する
機能を有する色切替手段と、 該2色を含む色光のグループの中の一方の色、又は、他
方のグループの光の偏光方向を変換させる機能を有する
第2の偏光制御手段を含んでいることを特徴とする請求
項1記載の画像表示装置。 - 【請求項4】 前記光分離手段の前記投影手段側に前記
第1の偏光制御手段と同様の機能を有する第3の偏光制
御手段が配置されていることを特徴とする請求項2記載
の画像表示装置。 - 【請求項5】 前記光分離手段の前記投影手段側に前記
第2の偏光制御手段と同様の機能を有する第4の偏光制
御手段が配置されていることを特徴とする請求項3記載
の画像表示装置。 - 【請求項6】 前記第1の偏光制御手段の光入射側の光
路上に1方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
配置されていることを特徴とする請求項2又は4記載の
画像表示装置。 - 【請求項7】 前記第2の偏光制御手段の光入射側の光
路上に1方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
配置されていることを特徴とする請求項3又は5記載の
画像表示装置。 - 【請求項8】 前記第3の偏光制御手段の光出射側の光
路上に1方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
配置されていることを特徴とする請求項4又は6記載の
画像表示装置。 - 【請求項9】 前記第4の偏光制御手段の光出射側の光
路上に1方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
配置されていることを特徴とする請求項5又は7記載の
画像表示装置。 - 【請求項10】 前記反射型画像表示素子が2枚配置さ
れており、一方が前記3原色の光のうちの1色に対応し
ており、他方が残りの2色に対応していることを特徴と
する請求項1乃至9のいずれかに記載の画像表示装置。 - 【請求項11】 前記色切替手段で選択される前記異な
る2つの色光に共通する色以外の2色の光のうち、光源
のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選択時間を
他方の色光の選択時間より長くすることを特徴とする請
求項2、4、6、8、10のいずれかに記載の画像表示
装置。 - 【請求項12】 前記色切替手段で選択される前記異な
る2つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が含まれてお
り、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選択時
間より長くしたことを特徴とする請求項2、4、6、
8、10のいずれかに記載の画像表示装置。 - 【請求項13】 前記色切替手段で選択される色光のう
ち、光源のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選
択時間を他方の色光の選択時間より長くしたことを特徴
とする請求項3、5、7、9、10のいずれかに記載の
画像表示装置。 - 【請求項14】 前記色切替手段で選択される色光のう
ち、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選択時
間より長くしたことを特徴とする請求項3、5、7、
9、10のいずれかに記載の画像表示装置。 - 【請求項15】 前記異なる2つの色光に共通する色
が、対応する光源のスペクトル強度の最も弱い光である
ことを特徴とする請求項2、4、6、8、10のいずれ
かに記載の画像表示装置。 - 【請求項16】 前記異なる2つの色光に共通する色
が、緑であることを特徴とする請求項2、4、6、8、
10のいずれかに記載の画像表示装置。 - 【請求項17】 前記色切替手段が、赤、緑、青の3原
色すべてを透過させるエリアを有していることを特徴と
する請求項2乃至16のいずれかに記載の画像表示装
置。
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