JP2004341554A - Projection type color liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、投写型カラー液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a projection type color liquid crystal display device.
図8は、カラー画像をスクリーン上に投写する投写型カラー液晶表示装置の内部構造を示した概略構成図である。図8に示すように、この投写型カラー液晶表示装置は、光源1から白色光が出射され、この光が2枚のダイクロイックミラー2、3にて赤色用と緑色用と青色用の3つの光路に分割される。各光路上には、液晶パネル4、5、6が配置されており、各パネル4、5、6上に形成された画像上を光が通過して得られる赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の映像光は、2枚のミラー7、8及び2枚のダイクロイックミラー9、10によって一つの出射光路上に集められる。これにより、赤色画像、緑色画像、青色画像の重ね合わせがなされ、この重ね合わせにより形成されたカラー画像は投写レンズ11を経てスクリーン12上に投影される。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an internal structure of a projection type color liquid crystal display device that projects a color image on a screen. As shown in FIG. 8, in this projection type color liquid crystal display device, white light is emitted from a light source 1 and this light is passed through two
上記した従来の投写型カラー液晶表示装置においては、図9に示すように、光源1としてメタルハライドランプやキセノンランプなどのランプ1aとリフレクタ1bとを組み合わせたものが用いられている。
In the above-mentioned conventional projection type color liquid crystal display device, a combination of a lamp 1a such as a metal halide lamp or a xenon lamp and a
ところで、投写型カラー液晶表示装置は、光源1の光を平行光として液晶パネル4(5、6)を照射するように構成されているが、従来のメタルハライドランプやキセノンランプなどのランプ1aにあっては、アーク長が2mm前後あり、このアーク長に比例して、現状では6〜8度の拡がり角を持って光が広がる。 By the way, the projection type color liquid crystal display device is configured to irradiate the liquid crystal panel 4 (5, 6) with the light of the light source 1 as parallel light. However, the projection type color liquid crystal display device is different from a conventional lamp 1a such as a metal halide lamp or a xenon lamp. For this reason, the arc length is about 2 mm, and the light spreads with a divergence angle of 6 to 8 degrees at present in proportion to the arc length.
しかしながら、光源1からの光が広がると、色ずれや色ムラの原因となるなどの問題があった。さらに、投写レンズ11を含めた光の利用率が低下するという問題もあった。
However, there is a problem that the spread of the light from the light source 1 causes color shift and color unevenness. Further, there is a problem that the utilization rate of light including the
また、特開平8−190095号公報(IPC:G02F 1/1335)には、ホログラムカラーフィルタを用いた液晶表示装置用の平行光源が提案されている。この光源は、微小集束レンズアレイと各微小レンズの焦点又はその軸外れ位置に配置された白色微小一次光源とからなり、液晶表示装置に入射させるほぼ平行な光を発生するものである。 In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19095 (IPC: G02F 1/1335) proposes a parallel light source for a liquid crystal display device using a hologram color filter. This light source comprises a micro focusing lens array and a white micro primary light source disposed at the focal point of each micro lens or at an off-axis position thereof, and generates substantially parallel light to be incident on the liquid crystal display device.
しかしながら、上記した光源は、白色光であり、カラー液晶表示装置に用いるためには、ホログラムカラーフィルタなどにより白色光を赤、緑、青の3原色に分離する必要があり、部品点数が多くなる難点がある。また、白色光を3色の光に分離するので、液晶表示装置に与えられる光は光源から出射された光の1/3であり、高輝度化にも限界があった。 However, the above-mentioned light source is white light, and in order to use the light source in a color liquid crystal display device, it is necessary to separate white light into three primary colors of red, green and blue by a hologram color filter or the like, and the number of parts increases. There are difficulties. Further, since white light is separated into light of three colors, the light given to the liquid crystal display device is one-third of the light emitted from the light source, and there is a limit in increasing the luminance.
この発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたものにして、光源からの光の利用率を向上させ、高輝度化が図れる投写型カラー液晶表示装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a projection-type color liquid crystal display device capable of improving the utilization rate of light from a light source and achieving high luminance, in consideration of the above-described conventional problems.
この発明は、裏面側にヒートシンクが装着された絶縁基板の表面上に赤色の発光素子を複数個2次元的に配列すると共に、その赤色発光素子からの光を発光素子の前面に配置された光学素子にて平行収束させた赤色光源と、この赤色光源からの光が照射され赤色の画像を変調する赤色用表示パネルと、裏面側にヒートシンクが装着された絶縁基板の表面上に緑色の発光素子を複数個2次元的に配列すると共に、その緑色発光素子からの光を発光素子の前面に配置された光学素子にて平行収束させた緑色光源と、この緑色光源からの光が照射され緑色の画像を変調する緑色用表示パネルと、裏面側にヒートシンクが装着された絶縁基板の表面上に青色の発光素子を複数個2次元的に配列すると共に、その青色発光素子からの光を発光素子の前面に配置された光学素子にて平行収束させた青色光源と、この青色光源からの光が照射され青色の画像を変調する青色用表示パネルと、前記各表示パネルを透過した映像光を合成する光学手段と、この光学手段で合成されたカラー画像をスクリーンに投影する投写レンズと、を備えていることを特徴とする。 The present invention relates to an optical device in which a plurality of red light-emitting elements are two-dimensionally arranged on a front surface of an insulating substrate on which a heat sink is mounted on a back surface, and light from the red light-emitting elements is arranged on a front surface of the light-emitting element. A red light source parallel-converged by the element, a red display panel that emits light from this red light source to modulate a red image, and a green light-emitting element on the surface of an insulating substrate with a heat sink attached to the back side Are arranged two-dimensionally, and a green light source in which light from the green light-emitting element is collimated and converged by an optical element disposed in front of the light-emitting element, and a green light emitted by the light from the green light source. A green display panel for modulating an image and a plurality of blue light-emitting elements are two-dimensionally arranged on the surface of an insulating substrate on which a heat sink is mounted on the back side, and light from the blue light-emitting elements is used as a light-emitting element. Front A blue light source collimated by the arranged optical elements, a blue display panel irradiated with light from the blue light source to modulate a blue image, and an optical unit for combining video light transmitted through each of the display panels And a projection lens for projecting the color image synthesized by the optical means onto a screen.
前記各色の発光素子は1行ずつはピッチずらして配置され、前記発光素子の前面に配置される光学素子が亀甲状に構成するとよい。 It is preferable that the light-emitting elements of the respective colors are arranged at a pitch shifted by one row, and the optical elements arranged on the front surface of the light-emitting elements are formed in a turtle-shape.
また、前記各表示パネルはそれぞれの光源上に装着することができる。 Further, each of the display panels can be mounted on each light source.
以上説明したように、この発明の液晶表示装置の光源に用いる発光ダイオードなどで構成される発光素子は、広い色再現範囲で均一な表示ができる点光源であるので、その前面に光学素子を配置することで、分散角を小さくでき、平行に極めて近い照明光を得ることができるとともに、光の利用効率を向上させることができる。 As described above, since the light-emitting element including the light-emitting diode used as the light source of the liquid crystal display device of the present invention is a point light source capable of performing a uniform display in a wide color reproduction range, the optical element is disposed in front of the light source. By doing so, the dispersion angle can be reduced, illumination light that is very close to parallel can be obtained, and the light use efficiency can be improved.
そして、上記の光源を用いたこの発明の投写型カラー液晶表示装置は、平行に極めて近い照明光をそれぞれの表示パネルに与えることができ、色ずれ、色ムラを解消できると共に、光の利用率が向上する。また、赤、緑、青の光をそれぞれ直接表示パネルに与えることができるので、光分離手段などによる光の損失を無くすことができ、光の利用率の高い投写型カラー液晶表示装置を提供することができる。 In addition, the projection type color liquid crystal display device of the present invention using the above-described light source can provide illumination light that is extremely parallel to each display panel, can eliminate color shift and color unevenness, and can reduce the light utilization rate. Is improved. In addition, since red, green, and blue light can be directly applied to the display panel, loss of light due to light separating means and the like can be eliminated, and a projection type color liquid crystal display device with high light utilization can be provided. be able to.
また、絶縁性基板の裏面には、ヒートシンクを装着することで、発光素子の熱をこのヒートシンクから効率よく放熱できる。 In addition, by attaching a heat sink to the back surface of the insulating substrate, heat of the light emitting element can be efficiently radiated from the heat sink.
さらに、各色の発光素子は1行ずつはピッチずらして配置され、前記発光素子の前面に配置される光学素子が亀甲状に構成することで、周期性による光のムラを低減することができる。 Furthermore, the light emitting elements of each color are arranged with a pitch shift by one row, and the optical elements arranged on the front surface of the light emitting elements are formed in a turtle-shape, so that unevenness of light due to periodicity can be reduced.
以下、この発明をその実施の形態を示す図に基づいて説明する。図1は、この発明に用いられる第1の光源を示す概略平面図、図2は同概略側面図である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing an embodiment thereof. FIG. 1 is a schematic plan view showing a first light source used in the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view thereof.
図に示すように、この光源20は、複数の発光素子としての発光ダイオード(LED)21が絶縁性基板22上に2次元的に配置されている。そして、この発光ダイオード21の配置に合わせて光学素子としてのマイクロレンズアレイ23が装着されている。各発光ダイオード21は色再現範囲で均一な表示ができる点光源であり、発光ダイオード21の発光点から出射された光がマイクロレンズアレイ23により平行光束化されることにより、分散角が小さくなり平行に極めて近い照明光が得られる。
As shown in the drawing, the
上記した光源20を2インチ相当の液晶パネルを照射するメタルハイライドランプ200W程度の照明光として用いる場合には、30mm×40mm程度の絶縁基板22上に約1mmピッチ程度で、1000〜1500の発光ダイオード21を2次元的に配置すればよい。
When the
上記した光源20を3板式の投写型カラー液晶表示装置に用いる場合には、赤色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、赤色発光ダイオードを2次元的に配置したものを、緑色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、緑色発光ダイオードを2次元的に配置したものを、青色の画像が表示される液晶パネルを照射させる光源として、青色発光ダイオードを2次元的に配置したものを、それぞれ用意するとよい。
When the
図3は、この発明に用いられる第2の光源を示す概略側面図である。 FIG. 3 is a schematic side view showing a second light source used in the present invention.
図3に示すように、この光源20aは、発光素子としての赤色発光ダイオード21R、緑色発光ダイオード21G及び青色発光ダイオード21Bが絶縁性基板22上に2次元的に配置されている。そして、この発光ダイオード21R、21G、21Bの配置に合わせて光学素子としてのマイクロレンズアレイ23aが装着されている。このマイクロレンズアレイ23aは各色成分に応じて異なる角度で光を出射させるように構成されている。各色発光ダイオード21R、21G、21Bは色再現範囲で均一な表示ができる点光源であり、発光ダイオード21R、21G、21Bの発光点から出射された光がマイクロレンズアレイ23aにより所定の角度で平行光束化されることにより、分散角が小さく色成分に応じた角度を有する照明光が得られる。
As shown in FIG. 3, in the
また、絶縁性基板22の裏面には、ヒートシンク24が装着されており、発光ダイオード21R、21G、21Bの熱をこのヒートシンク24から放熱するように構成されている。
A
上記した光源20aを2インチ相当の液晶パネルを照射するメタルハイライドランプ200W程度の照明光として用いる場合には、30mm×40mm程度の絶縁基板22上に約1mmピッチ程度で、1000〜1500の発光ダイオード21R、21G、21Bを2次元的に配置すればよい。
When the
図4は、この発明に用いられる第3の光源を示す概略平面図である。この光源では、発光ダイオード21(21R、21G、21B)を1行づつ半ピッチずつずらして配置し、またマイクロレンズアレイ23(23a)は亀甲状に構成している。このように構成することで、周期性による光のムラを低減することができる。 FIG. 4 is a schematic plan view showing a third light source used in the present invention. In this light source, the light emitting diodes 21 (21R, 21G, 21B) are arranged so as to be shifted by a half pitch line by line, and the microlens array 23 (23a) is formed in a tortoiseshell shape. With such a configuration, light unevenness due to periodicity can be reduced.
なお、上記した光源20で白色光源を得る場合には、赤、青、緑の発光ダイオード21をランダムに2次元的に配置し、マイクロレンズアレイ23の全面に拡散板を設けて赤、
緑、青を合成するように構成すればよい。
When a white light source is obtained with the
What is necessary is just to comprise so that green and blue may be combined.
次に、この発明の投写型カラー液晶表示装置の実施の形態を図5に従い説明する。 Next, an embodiment of the projection type color liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to FIG.
図5に示すように、絶縁性基板上に赤色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(R)を用意する。この光源20(R)上に赤色用画像が表示される液晶パネル26を装着する。そして、赤色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光は、液晶パネル26上に形成された画像上を通過して赤色(R)の映像光としてダイクロプリズム27に与えられる。
As shown in FIG. 5, a red light emitting diode is two-dimensionally arranged on an insulating substrate, and a light source 20 (R) having a microlens array mounted thereon is prepared. A
また、絶縁性基板上に緑色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(G)を用意する。この光源20(G)上に緑色用画像が表示される液晶パネル25を装着する。そして、緑色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光は液晶パネル25上に形成された画像上を通過して緑色(G)の映像光としてダイクロプリズム27に与えられる。
Also, a light source 20 (G) having a green light emitting diode two-dimensionally arranged on an insulating substrate and a microlens array mounted thereon is prepared. A
さらに、絶縁性基板上に青色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(B)を用意する。この光源20(B)上に緑色用画像が表示される液晶パネル24を装着する。そして、青色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光化された光は液晶パネル24上に形成された画像上を通過して青色(B)の映像光としてダイクロプリズム27に与えられる。
Further, a blue light emitting diode is two-dimensionally arranged on an insulating substrate, and a light source 20 (B) having a microlens array mounted thereon is prepared. A
赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の映像光は、ダイクロイックプリズム27によって一つの出射光路上に集められる。これにより、赤色画像、緑色画像、青色画像の重ね合わせがなされ、この重ね合わせにより形成されたカラー画像は投写レンズ28を経てスクリーン12上に投影される。
The red (R), green (G), and blue (B) image lights are collected on one output optical path by the
上記した各光源20(R)、20(G)、20(B)の光の強度は、発光ダイオードに与える電流を制御することにより行えばよい。 The light intensity of each of the light sources 20 (R), 20 (G) and 20 (B) may be controlled by controlling the current applied to the light emitting diode.
次に、この光源を用いた投写型カラー液晶表示装置の参考例を図6に従い説明する。 Next, a reference example of a projection type color liquid crystal display device using this light source will be described with reference to FIG.
図6に示すように、絶縁性基板上に赤色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(R)を用意する。そして、赤色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束された光源20(R)からの光は、色合成手段30としての、ダイクロイックミラー30a及びダイクロイックミラー30bに与えられる。ダイクロイックミラー30aは、青色光を反射し、赤色光及び緑色光を透過する。また、ダイクロイックミラー30bは赤色光を反射し、緑色光及び青色光を透過する性質を有する。光源20(R)から出射された赤色光は、ダイクロイックミラー30bで反射され、所定の角度でマイクロレンズアレイ31方向へ案内される。
As shown in FIG. 6, a red light emitting diode is two-dimensionally arranged on an insulating substrate, and a light source 20 (R) having a microlens array mounted thereon is prepared. Then, the light emitted from the red light emitting diode and emitted from the light source 20 (R) as a parallel light by the microlens array is provided to the
また、絶縁性基板上に緑色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(G)を用意する。そして、緑色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光に光束され光源20(G)からの光は、色合成手段30に与えられる。光源20(G)から出射された緑色光は、ダイクロイックミラー30a、30bを透過し、マイクロレンズアレイ31に与えられる。
Also, a light source 20 (G) having a green light emitting diode two-dimensionally arranged on an insulating substrate and a microlens array mounted thereon is prepared. Then, the light emitted from the green light emitting diode is converted into a parallel light by the microlens array, and the light from the light source 20 (G) is provided to the
さらに、絶縁性基板上に青色発光ダイオードを2次元的に配置し、その上にマイクロレンズアレイを装着した光源20(B)を用意する。そして、青色発光ダイオードから出射され、マイクロレンズアレイで平行光化された光源20(B)からの光は、色合成手段3
0に与えられる。光源20(B)から出射された青色光は、ダイクロイックミラー30aで反射され、所定の角度でマイクロレンズアレイ31方向へ案内される。
Further, a blue light emitting diode is two-dimensionally arranged on an insulating substrate, and a light source 20 (B) having a microlens array mounted thereon is prepared. The light emitted from the blue light emitting diode and collimated by the microlens array from the light source 20 (B) is
0 is given. The blue light emitted from the light source 20 (B) is reflected by the
即ち、光源20(R)、20(G)、20(B)から出射された光は2枚のダイクロイックミラー30a、30bからなる色合成手段30で集光され、各色に応じた分散角でマイクロレンズアレイ31に出射されるように、ダイクロイックミラー30a、30bの角度が調整されている。
That is, the light emitted from the light sources 20 (R), 20 (G), and 20 (B) is condensed by the color synthesizing means 30 including the two
色合成手段30により出射された赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の角度は互いに異なっており、これら各色成分はマイクロレンズアレイ31により相異なる位置に集束される。液晶パネル32は、マイクロレンズアレイ31で集束される位置にそれぞれその色成分に対応する画素部が形成されている。従って、マイクロレンズアレイ31により集束された赤色成分は液晶パネル32の赤(R)画素部、緑色成分は液晶パネル32の緑(G)画素部、青色成分は液晶パネル32の青(B)画素部を通る。そして、これら液晶パネル32の各画素部を通過し、液晶パネル32で変調され形成された映像が図示しない投射レンズで拡大され、スクリーン上に投影される。
The angles of the red light (R), green light (G), and blue light (B) emitted by the
上記光源を用いた投写型カラー液晶表示装置の更に他の参考例を図7に従い説明する。 Still another reference example of a projection type color liquid crystal display device using the above light source will be described with reference to FIG.
図7に示す投写型カラー液晶表示装置は、図3に示す光源20aを用いたものである。前述したように、光源20aの、赤色発光ダイオード21R、緑色発光ダイオード21G及び青色発光ダイオード21Bから出射された各光は、マイクロレンズアレイ23aにより各色成分に応じて異なる角度で液晶パネル31の前面に設けられたマイクロレンズアレイ31に向かって出射される。マイクロレンズアレイ23aから出射された赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の角度は互いに異なっており、これら各色成分はマイクロレンズアレイ31により相異なる位置に集束される。前述したように、液晶パネル32は、マイクロレンズアレイ31で集束される位置にそれぞれその色成分に対応する画素部が形成されている。従って、マイクロレンズアレイ31により集束された赤色成分は液晶パネル32の赤(R)画素部、緑色成分は液晶パネル32の緑(G)画素部、青色成分は液晶パネル32の青(B)画素部を通る。そして、これら液晶パネル32の各画素部を通過し、液晶パネル32で変調され形成された映像が図示しない投射レンズで拡大され、スクリーン上に投影される。
The projection type color liquid crystal display device shown in FIG. 7 uses the
なお、上記した例においては、発光素子として、発光ダイオードを用いたが、有機又は無機EL(エレクトロルミネッセンス)、半導体レーザなど他の発光素子を用いることもできる。 In the above-described example, a light emitting diode is used as the light emitting element, but another light emitting element such as an organic or inorganic EL (electroluminescence), a semiconductor laser, or the like can be used.
20 光源
20a光源
21 発光ダイオード
21R 赤色発光ダイオード
21G 緑色発光ダイオード
21B 青色発光ダイオード
22 絶縁性基板
23 マイクロレンズアレイ
24 ヒートシンク
20(R) 赤色用光源
20(G) 緑色用光源
20(B) 青色用光源
24、25、26 液晶パネル
27 ダイクロイックプリズム
28 投写レンズ
29 スクリーン
30 色合成手段
30a ダイクロイックミラー
30b ダイクロイックミラー
31 マイクロレンズアレイ
32 液晶パネル
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