JP2002268140A - 投射型カラー表示装置 - Google Patents

投射型カラー表示装置

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JP2002268140A
JP2002268140A JP2001065528A JP2001065528A JP2002268140A JP 2002268140 A JP2002268140 A JP 2002268140A JP 2001065528 A JP2001065528 A JP 2001065528A JP 2001065528 A JP2001065528 A JP 2001065528A JP 2002268140 A JP2002268140 A JP 2002268140A
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light
display device
color
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optical system
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Shoji Toyoda
尚司 豊田
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の構成を改良することにより、装置の小
型・軽量化、および低価格化を図ることのできる投射型
表示装置を提供すること。 【解決手段】 投射型カラー表示装置1000におい
て、原色に対応する色光R、G、Bを出射する複数の面
状発光源部300R、300G、300Bを用い、これ
らの面状発光源部から出射された色光R、G、Bをそれ
ぞれ、ライトバルブ100R、100G、100Bで光
変調した後、ダイクロイックプリズム1112(色合成
光学系)により合成した後、投射レンズ1114(投射
光学系)を介してスクリーン1120にカラー画像とし
て拡大投射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射され
た光をライトバルブで色毎に光変調した後、合成して投
射する投射型カラー表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光源から出射された光をライトバルブで
色毎に光変調した後、合成して投射する投射型カラー表
示装置は、従来、図9に示すように、透過型の液晶装置
を含む液晶表示モジュールが各々、R(赤色光)、G
(緑色光)、B(青色光)用のライトバルブ100R、
100G、100Bとして用いられている。この投射型
カラー表示装置1100において、メタルハライドラン
プ等の白色光源のランプユニット1102(点光源)か
ら投射光が発せられると、この光は、以下に説明する導
光光学系を介してライトバルブ100R、100G、1
00Bに導かれる。すなわち、ランプユニット1102
からの投射光は、3枚のミラー1106、および2枚の
ダイクロイックミラー1108(色分離光学系)によっ
て、RGBの3原色に対応する光成分R、G、Bに分け
られ、各色に対応するライトバルブ100R、100
G、100Bに各々導かれる。この際、特にB光は、長
い光路による光損失を防ぐために、入射レンズ112
2、リレーレンズ1123、および出射レンズ1124
からなるリレーレンズ系1121を介して導かれる。
【0003】そして、ライトバルブ100R、100
G、100Bにより各々変調された3原色に対応する光
成分は、ダイクロイックプリズム1112(色合成光学
系)により再度合成された後、投射レンズ1114(拡
大投射光学系)を介してスクリーン1120にカラー画
像として拡大投射される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
投射型カラー表示装置1100は、ランプユニット11
02から出射された白色光を色分離光学系によって、R
GBの3原色に対応する光成分R、G、Bに分離した
後、ライトバルブ100R、100G、100Bで光変
調を行うため、ランプユニット1102からライトバル
ブ100R、100G、100Bに至る光路上に多数の
光学部品が必要である。このため、従来の投射型カラー
表示装置1100では、装置の小型・軽量化、および低
価格化を図れないという問題点がある。
【0005】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
光源の構成を改良することにより、装置の小型・軽量
化、および低価格化を図ることのできる投射型表示装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る投射型カラー表示装置では、所定の色
光を出射する複数の面状発光源部と、該複数の面状発光
源部に対してそれぞれが対向して配置された複数のライ
トバルブと、該複数のライトバルブの各々から出射され
た各変調光を合成して出射する色合成光学系と、該色合
成光学系から出射された合成光を投射する投射光学系と
を有することを特徴とする。
【0007】本発明では、原色に対応する色光を出射す
る複数の面状発光源部を用い、これらの面状発光源部か
ら出射された色光をそれぞれ、各ライトバルブで光変調
した後、色合成光学系で合成し、この合成した光を投射
光学系によってスクリーンなどに投射する。このため、
白色光を色分離光学系によって各色光に分離した後、各
ライトバルブに入射させる構成と違って、色分離光学系
が不要である。また、色分離光学系を用いないので、光
路が短く、かつ、各色の光路間に差が生じないので、光
路調整用のレンズなども不要である。従って、装置の小
型・軽量化、および低価格化を図ることができる。
【0008】本発明において、前記複数の面状発光光源
部、および前記複数のライトバルブは、例えば、赤色光
用、緑色光および青色光用である。
【0009】本発明において、前記ライトバルブは、例
えば、液晶ライトバルブである。
【0010】本発明において、前記複数の面状発光源部
は、例えば、それぞれ所定の色光を出射する複数の発光
ダイオードを備えている。
【0011】また、前記複数の面状発光源部としては、
それぞれ、白色光を出射する白色光源と、該白色光源か
ら出射された光を所定色の蛍光に変換して出射する蛍光
体とを備えているものを用いることができる。
【0012】さらに、前記複数の面状発光源部として
は、それぞれ、有機エレクトロルミネッセンス発光体を
備えているものを用いてもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。なお、各実施形態を説明するにあたっ
て、各実施形態で共通な構成を説明しておく。
【0014】[全体構成]図1は、本発明を適用した投
射型カラー表示装置の光学系の構成を示す説明図であ
る。
【0015】図1に示すように、本発明に係る投射型カ
ラー表示装置1000は、赤色光(R)、緑色光
(G)、青色光(B)をそれぞれ出射する3つの面状発
光源部300R、300G、300Bと、これら3つの
面状発光源部300R、300G、300Bのそれぞれ
に対向するように配置されたライトバルブ100R、1
00G、100Bと、これら3つのライトバルブ100
R、100G、100Bから出射された各変調光を合成
して出射するダイクロイックプリズム1112(色合成
光学系)、このダイクロイックプリズム1112から出
射された合成光を拡大投射する投射レンズ1114(投
射光学系)とを有している。
【0016】従って、本発明を適用した投射型カラー表
示装置1000では、面状発光源部300R、300
G、300Bから出射された色光R、G、Bはそれぞ
れ、対応するライトバルブ100R、100G、100
Bに入射した後、各ライトバルブ100R、100G、
100Bで光変調された後、ダイクロイックプリズム1
112に向けて出射される。そして、ライトバルブ10
0R、100G、100Bにより各々変調された3原色
に対応する光成分R、G、Bは、ダイクロイックプリズ
ム1112により合成された後、投射レンズ1114を
介してスクリーン1120にカラー画像として拡大投射
される。
【0017】このため、本発明を適用した投射型カラー
表示装置1000では、白色光を色分離光学系によって
各色光に分離した後、各ライトバルブ100R、100
G、100Bに入射させる構成と違って、色分離光学系
が一切、不要である。また、色分離光学系を用いないの
で、光路が短く、かつ、各色の光路間に差が生じないの
で、光路調整用のレンズも不要である。従って、装置の
小型・軽量化、および低価格化を図ることができる。
【0018】このように構成した投射型カラー表示装置
1000において、ライトバルブ100R、100G、
100Bとしては、図2ないし図6を参照して説明する
液晶装置(液晶ライトバルブ)を用いることができる。
【0019】図2は、各ライトバルブとして使用可能な
アクティブマトリクス型液晶装置のTFTアレイ基板を
その上に形成された各構成要素と共に、対向基板の側か
ら見た平面図である。図3は、図2のH−H´の断面図
である。図4は、図1に示す液晶装置の端部(図1のH
−H′におけるH′側の端部)を拡大して模式的に示す
断面図である。図5は、液晶装置の画像表示領域を構成
するマトリクス状に形成された複数の画素における各種
素子、配線等の等価回路である。なお、図4において
は、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさと
するため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
また、図3においては、集光の様子を理解し易く描くた
めに、マイクロレンズおよびTFTの配置関係を実際の
配置関係とは異ならしめてある。
【0020】図2、図3および図4に示すように、液晶
装置100において、TFTアレイ基板10と対向基板
20とは、それぞれの基板に形成された画素電極9aと
対向電極21とが対向するように配置されている。ここ
で、画素電極9aは、TFTアレイ基板10においてマ
トリクス状に形成されている一方、対向電極21は対向
基板20の全面に形成されている。
【0021】対向基板20の下側の面(カバーガラスと
の接着面)には、多数のマイクロレンズ55が形成され
ており、対向基板20はマイクロレンズアレイ板として
構成されている。このようにしてマイクロレンズ55が
形成された対向基板20の下側の面には、接着剤210
により、第1の基板としてのカバーガラス200が接着
されている。接着剤210は、マイクロレンズ55より
小さな屈折率を有するアクリル系の光硬化性の接着剤か
らなり、両者間の屈折率の違いにより、マイクロレンズ
55は、集光レンズとしての機能を果たす。ここで、マ
イクロレンズ55はそれぞれ、入射した光をTFTアレ
イ基板10に形成されている画素電極9aのそれぞれに
集光するようにマトリクス状に形成され、かつ、カバー
ガラス200には、複数のマイクロレンズ55の相互の
境界にそれぞれ対向する位置に遮光膜23が形成されて
いる。画素電極9aおよび対向電極21は、ITO膜
(インジウム・ティン・オキサイド膜)から形成されて
いる。
【0022】シール材52は、TFTアレイ基板10
と、カバーガラス200とを全面接着した対向基板20
とを貼り合わせてパネル5とするための、例えば紫外線
硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、TFTアレイ基板1
0上に塗布された後、TFTアレイ基板10と対向基板
20とを重ねた状態で、紫外線照射、加熱等により硬化
させたものである。ここで、シール材52中には、両基
板内の距離(基板間ギャップ)を所定値とするためのグ
ラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材(スペ
ーサ)が配合される。
【0023】液晶装置100において、シール材52の
形成領域の内側には、この領域に沿って画像表示領域1
0aを規定する見切り用の遮光膜53が対向基板20の
側に形成されている。シール材52には、その途切れ部
分によって液晶注入口108が形成され、この液晶注入
口108は液晶の注入を終えた後、シール材52と同一
あるいは異なる材料からなる封止材109で塞がれてい
る。
【0024】シール材52が形成された領域の外側の周
辺領域には、データ線駆動回路101および外部回路接
続用の端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿っ
て形成され、走査線駆動回路104は、この一辺に隣接
する2辺に沿って設けられている。さらに、TFTアレ
イ基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側
に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複
数の配線105が形成されている。
【0025】液晶装置100において、TFTアレイ基
板10には、対向基板20のコーナー部に相当する4箇
所に上下導通電極19が形成されているとともに、TF
Tアレイ基板10と対向基板20との間には、これらの
基板間の電気的導通をとるための上下導通材106が設
けられている。
【0026】図3において、TFTアレイ基板10上に
は、画素スイッチング用TFT30や走査線、データ
線、容量線等の配線が形成された後の画素電極9aの表
面に、スピンコート法により成膜されたポリイミド系材
料からなる配向膜32が形成されている。また、対向基
板20の側において、カバーガラス200上には、対向
電極21の他、各画素毎に非開口領域を規定する一般に
ブラックマスク又はブラックマトリクスと称される遮光
膜23が形成され、この表面には、スピンコート法など
により成膜されたポリイミド系材料からなる配向膜24
が形成されている。これらの配向膜32、24はそれぞ
れ、ポリイミド系の樹脂材料を塗布した後、焼成し、し
かる後に、液晶層50中の液晶を所定方向に配向させる
と共に、液晶に所定のプレチルト角を付与するための配
向処理が施される。
【0027】液晶層50は、例えば一種又は数種類のネ
マティック液晶を混合した液晶からなり、配向膜32、
24間で、所定の配向状態をとる。遮光膜23は、表示
画像におけるコントラスト比の向上を図る機能を有して
いる。
【0028】なお、TFTアレイ基板10の方にも、後
述する走査線および容量線に沿って縞状の遮光膜11a
が形成されている。この遮光膜11aは、TFTのチャ
ネル領域を含む領域をTFTアレイ基板10の側からそ
れぞれ覆っている。このようにTFT30の下側に遮光
膜11aを形成すれば、TFTアレイ基板10の側から
の裏面反射(戻り光)や複数の液晶装置100をダイク
ロイックプリズム1112を介して対向させたときに他
の液晶装置100からプリズム等を突き抜けて来る光な
どが当該液晶装置100のTFT30に入射するのを未
然に防ぐことができる。
【0029】本実施形態の液晶装置100は、各色の光
が入射してくるため、カラーフィルタが形成されていな
い。
【0030】図5に示すように、本実施形態の液晶装置
100において、画像表示領域10aを構成するマトリ
クス状に形成された複数の画素は、画素電極9aを制御
するためのTFT30がマトリクス状に複数形成されて
おり、画像信号が供給されるデータ線6aがTFT30
のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書
き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順
次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線
6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしても
良い。また、TFT30のゲートに走査線3aが電気的
に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aに
パルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に
線順次で印加するように構成されている。画素電極9a
は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、
スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけその
スイッチを開くことにより、データ線6aから供給され
る画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで
書き込む。TFT30を介して画素電極9aに書き込ま
れた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、対
向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持され
る。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配
向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示
を可能にする。ノーマリーホワイトモードであれば、印
加された電圧に応じてこの液晶部分の入射光の透過光量
が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、印加さ
れた電圧に応じてこの液晶部分の入射光の透過光量が増
加し、全体として液晶装置100からは画像信号に応じ
たコントラストを持つ光が出射する。ここで、保持され
た画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9a
と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容
量70を付加する。
【0031】(面状発光源部の構成例1)図6は、本発
明に係る投射型カラー表示装置1000に使用可能な面
状発光源部300R、300G、300Bの一例を示す
説明図である。
【0032】本発明を適用した投射型カラー表示装置1
000において、各色の光を出射する面状発光源部30
0R、300G、300Bとしては、図6に示すよう
に、発光ダイオード301を縦横に配列したパネル30
2と、このパネル302から出射された光を反射させる
リフレクタ303とを備えたものを用いることができ
る。このような面状発光源部300R、300G、30
0Bでは、各種発光ダイオードから所定の色光R、G、
Bを出射するダイオードを選択して使用すればよい。
【0033】(面状発光源部の構成例2)図7は、本発
明に係る投射型カラー表示装置1000に使用可能な面
状発光源部300R、300G、300Bの別の一例を
示す説明図である。
【0034】本発明を適用した投射型カラー表示装置1
000において、各色の光を出射する面状発光源部30
0R、300G、300Bは、それぞれ、図7に示すよ
うに、面状の白色光源304と、この白色光源304か
ら出射された光を反射させるリフレクタ303と、白色
光源304から出射された光を所定色の蛍光に変換して
出射する蛍光板305とを備えているものを用いること
ができる。
【0035】ここで、蛍光板305は、いわゆる昼光蛍
光物質と称せられるものを用いて形成され、昼光に含ま
れる紫外から可視短波長域の光によって励起されて蛍光
を発するので、昼光下で実用的な発光効果を有してい
る。従って、蛍光板305は、白色昼光の下で極めて光
輝性の色を呈し、かつ、顔料を高濃度で充填した場合や
複数の顔料を混合した場合でも消光しない。また、蛍光
板305は、特定波長域の光については反射し、かつ、
特定波長域以外の光については吸収してこの特定波長域
の蛍光として出射するので、波長変換機能を有している
といえる。このため、蛍光板305は、カラーフィルタ
と比較して光損失が著しく小さい。
【0036】このような蛍光板305は、例えば、蛍光
染料などといった蛍光物質を合成樹脂微粒子中に固溶体
として含有させて成形したものなどから形成することが
できる。
【0037】蛍光物質としては、Rhodamine6G(赤)、B
asic yellow HG(黄)、Eoine(赤)、Brilliantsulfof
lavine FF(青)、3、6-テトラメチルシ゛アミノ-N-メ
チルフタルイミト゛(緑)、Dioxazine violet(青)、
Lumogen L Yellow Orenge(橙)、Lumogen L Brilliant
Yellow(黄)、Lumogen L Yellow(黄)、LumogenL Bl
ue(青)、Lumogen Brilliant Green(緑)、LumogenWa
ter Blue(青)、Fluorol 5G、エオシン、チオフラビ
ン、MnCl2(赤)、Sm2 (SO43 ・8H2
(橙)、Eu2 (SO43 ・8H2 O(赤)、CaW
4 (青)、CaMoO4 (黄緑)、BaPt(CN)
4 ・4H2 O(緑)、UO2 (NO3 2 ・6H2
(緑)、NaCl:Mn(赤)、KCl:Tl(青)、
CaF2 :Sm(橙)、ZnS:Cu(黄緑)、Zn
S:Ag(青)、ZnO:Zn(白緑)、CaS:Bi
(紫)、Zn2 SiO4 :Mn(緑)、3Ca3 (PO
42・Ca(F、Cl)2 :Sb、Mn、BaSi2
5 :Pb(紫外)、(Zn、Be)2 SiO4 :Mn
(橙)、CaSiO3 :Pb(深赤)、CaSiO3
Mn(深赤)、6MgO・As25 :Mn(深赤)、
Sr227 :Eu(青紫)、BaMg2 Al
1627:Eu(青)、MgGa24 :Mn(青緑)、
(Ce、Tb)MgAl1119(緑)、Y2 SiO5
Ce、Tb(緑)、Y23 :Eu(赤)、YVO4
Eu(赤)、(Sr、Mg、Ba)3 (PO4 2 :S
n(橙)、3.5MgO・5MgF2 ・GeO2 :Mn
(赤)、MgWO 4 (青)等が挙げられるが、本形態で
は、これらの蛍光物質の中から、赤色、緑色、青色の蛍
光を発するものを選択して使用すればよい。
【0038】(面状発光源部の構成例3)図8(A)、
(B)はそれぞれ、本発明に係る投射型カラー表示装置
1000に使用可能な面状発光源部300R、300
G、300Bのさらに別の一例を示す説明図、およびこ
の面状発光源部300R、300G、300Bに用いた
有機エレクトロルミネッセンス発光パネルの断面図であ
る。
【0039】本発明を適用した投射型カラー表示装置1
000において、各色の光を出射する面状発光源部30
0R、300G、300Bとしては、それぞれ、図8
(A)に示すように、有機エレクトロルミネッセンス発
光パネル306と、この有機エレクトロルミネッセンス
発光パネル306から出射された光を反射させるリフレ
クタ303とを備えているものを用いてもよい。このよ
うな面状発光源部300R、300G、300Bに使用
される有機エレクトロルミネッセンス発光パネル306
は、例えば、図8(B)に示すように、透明なガラス基
板306Aに、ITO膜などいった仕事関数の大きな陽
極306B、有機薄膜306C、306D、およびマグ
ネシウムやカルシウムなどといった仕事関数の陰極30
6Eがこの順に積層された構造になっており、陽極30
6Bと陰極306Eに電圧を印加すると、電子とホール
との再結合により発光する。ここで、有機薄膜306
C、306Dとしては、低分子系、あるいはポリマー系
の有機物が使用され、その分子構造あるいは、添加した
ドーパントの種類によって、赤色光、緑色光、青色光な
ど種々のルミネッセンス光を出射することができる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る投射
型カラー表示装置では、原色に対応する色光を出射する
複数の面状発光源部を用い、これらの面状発光源部から
出射された色光をそれぞれ、ライトバルブで光変調した
後、色合成光学系で合成した後、この合成した光を拡大
投射光学系によってスクリーンなどに投射する。このた
め、白色光を色分離光学系によって各色光に分離した
後、各ライトバルブに入射させる構成と違って、色分離
光学系が一切、不要である。また、色分離光学系を用い
ないので、光路が短く、かつ、各色の光路間に差が生じ
ないので、光路調整用のレンズも不要である。従って、
装置の小型・軽量化、および低価格化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した投射型カラー表示装置の光学
系の構成を示す説明図である。
【図2】本発明が適用される投射型カラー表示装置にお
いて、ライトバルブとして使用される液晶のTFTアレ
イ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板
の側から見た平面図である。
【図3】図2のH−H´の断面図である。
【図4】図2に示す液晶装置の端部を拡大して模式的に
示す断面図である。
【図5】図2に示す液晶装置の画像表示領域において、
マトリクス状に形成された複数の画素における各種素
子、配線等の等価回路である。
【図6】本発明に係る投射型カラー表示装置に使用可能
な面状発光源部の説明図である。
【図7】本発明に係る投射型カラー表示装置に使用可能
な別の面状発光源部の説明図である。
【図8】(A)、(B)はそれぞれ、本発明に係る投射
型カラー表示装置に使用可能なさらに別の面状発光源部
を示す説明図、およびこの面状発光源部に用いた有機エ
レクトロルミネッセンス発光パネルの断面図である。
【図9】従来の投射型カラー表示装置の光学系の構成を
示す説明図である。
【符号の説明】
100R、100G、100B ライトバルブ 300R、300G、300B 面状発光源部 1000 投射型カラー表示装置 1112 ダイクロイックプリズム(色合成光学系) 1114 投射レンズ(投射光学系) 1120 スクリーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 9/31 H04N 9/31 C Fターム(参考) 2H088 EA14 EA15 HA13 HA24 HA28 MA20 2H091 FA43Z FA44Z FA45Z LA11 LA12 MA07 5C058 EA11 EA26 EA51 5C060 BA04 BA08 BC05 GA02 HC25 HD03 HD07 JB06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の色光を出射する複数の面状発光源
    部と、該複数の面状発光源部に対してそれぞれが対向し
    て配置された複数のライトバルブと、該複数のライトバ
    ルブの各々から出射された各変調光を合成して出射する
    色合成光学系と、該色合成光学系から出射された合成光
    を投射する投射光学系とを有することを特徴とする投射
    型カラー表示装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記複数の面状発光
    源部、および前記複数のライトバルブは、それぞれ赤色
    光用、緑色光および青色光用であること特徴とする投射
    型カラー表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記ライト
    バルブは、液晶ライトバルブであることを特徴とする投
    射型カラー表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記複数の面状発光源部はそれぞれ、所定の色光を出射
    する複数の発光ダイオードを備えていることを特徴とす
    る投射型カラー表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記複数の面状発光源部はそれぞれ、白色光を出射する
    白色光源と、該白色光源から出射された光を所定色の蛍
    光に変換して出射する蛍光体とを備えていることを特徴
    とする投射型カラー表示装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記複数の面状発光源部は、それぞれ有機エレクトロル
    ミネッセンス発光体を備えていることを特徴とする投射
    型カラー表示装置。
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