JP2006293341A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像表示装置に関し、特に、画像パターンを液晶変調素子によって偏光状態による変調画像を生成し、偏光状態を選択する偏光選択手段により強度変調画像に変換して、投影対象物に拡大投影する際に好適なものである。 The present invention relates to an image display device, and in particular, generates a modulated image based on a polarization state of an image pattern by a liquid crystal modulation element, converts the image pattern into an intensity-modulated image by a polarization selection unit that selects the polarization state, and magnifies and projects the image pattern onto a projection object. This is particularly suitable.
従来、投射型の画像表示装置に用いられている画像変調手段としての2次元画素光学スイッチに液晶変調素子があり、この液晶変調素子を用いた液晶プロジェクタが知られている。液晶プロジェクタに用いる液晶変調素子には、例えば透明電極を有する第1の透明基板と、画素を形成する透明電極及び配線,スイッチング素子等を有する第2の透明基板と、その間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を2枚の透明基板間で連続的に90°ねじった構成の、いわゆるTN(Twisted Nematic)液晶変調素子が知られている。 Conventionally, there is a liquid crystal modulation element in a two-dimensional pixel optical switch as an image modulation means used in a projection type image display apparatus, and a liquid crystal projector using this liquid crystal modulation element is known. A liquid crystal modulation element used for a liquid crystal projector includes, for example, a first transparent substrate having a transparent electrode, a second transparent substrate having a transparent electrode and wiring, a switching element and the like forming a pixel, and a dielectric anisotropy therebetween. There is known a so-called TN (Twisted Nematic) liquid crystal modulation element in which a positive nematic liquid crystal is sealed and a liquid crystal molecular long axis is continuously twisted by 90 ° between two transparent substrates.
また、このような透過型の液晶変調素子の他に2次元画素光学スイッチとして一方の基板に反射鏡を内蔵した反射型の液晶変調素子が知られている。 In addition to such a transmission type liquid crystal modulation element, a reflection type liquid crystal modulation element having a reflecting mirror built in one substrate is known as a two-dimensional pixel optical switch.
液晶変調素子は、ECB(Electrically Controlled Birefringence)効果を利用し、偏光状態を制御して画像を形成するのに用いられている。このうち誘電異方性が正のネマチック液晶を螺旋ホモジニアス配向し、液晶の複屈折によって光学的スイッチングを行うTNモード動作の液晶変調素子が一般に採用されている。 The liquid crystal modulation element is used to form an image by controlling the polarization state using an ECB (Electrically Controlled Birefringence) effect. Of these, a liquid crystal modulation element of TN mode operation in which nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is helically oriented and optically switched by birefringence of the liquid crystal is generally employed.
このTNモードを用い、ECB効果で変調を制御する場合、液晶層に対して無電圧印加状態では、液晶分子長軸と胴径方向(短軸方向)に屈折率の異なる液晶分子は、液晶層の層厚方向に対してほぼ垂直な平面内で約90度のツイスト螺旋状に配列される。このため液晶層は、面内の所定方向に対して複屈折を有し、液晶層を通過する光波動に対してリタデーション(偏光方向が異なる2つの光束間の光路長差)を与えて、光波動の偏光状態を変化させる作用を及ぼす。 When modulation is controlled by the ECB effect using this TN mode, liquid crystal molecules having different refractive indices in the major axis direction and the minor axis direction (minor axis direction) of the liquid crystal molecule are applied to the liquid crystal layer when no voltage is applied to the liquid crystal layer. Are arranged in a twist spiral of about 90 degrees in a plane substantially perpendicular to the layer thickness direction. For this reason, the liquid crystal layer has birefringence in a predetermined direction within the surface, and gives retardation (optical path length difference between two light beams having different polarization directions) to the light wave passing through the liquid crystal layer. It acts to change the polarization state of the wave.
一般的な液晶変調素子の設計では、入射光をポラライザ-等の偏光制御手段を介して波動の偏波を所定方向の直線偏光状態にした光波動を液晶層に入射させ、この所定方向に振動する直線偏光状態の光が液晶層を通過するときに、入射光波長(ある光波長帯域の重心波長)において半波長だけのリタデーションを与えるようにしている。 In general design of liquid crystal modulation elements, incident light is incident on a liquid crystal layer through a polarization control means such as a polarizer, and the polarization of the wave is changed to a linear polarization state in a predetermined direction, and the light is vibrated in this predetermined direction. When the linearly polarized light passing through the liquid crystal layer passes through the liquid crystal layer, a retardation of only a half wavelength is given at the incident light wavelength (the center of gravity wavelength of a certain light wavelength band).
液晶層を通過した光は入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射する。 The light that has passed through the liquid crystal layer is emitted with the vibration direction changed to a direction perpendicular to the vibration direction of the linearly polarized light before entering the liquid crystal layer.
その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ-等の偏光制御手段を出射側に配することで偏光状態を選択し、選択された光は偏光制御手段を透過するよう構成している。 After that, the polarization state is selected by arranging the polarization control means such as a polarizer having a crossed Nicol arrangement with the polarization control means arranged on the incident side on the emission side, and the selected light is transmitted through the polarization control means. It is composed.
この設計に対して、ECB効果を用いて、液晶層に電圧を印加すると、液晶分子はその分子長軸方向を液晶層の層厚方向にチルト動作を起こし、液晶層厚方向の複屈折量が減少する。そうすると、液晶層を通過した光波動は、液晶層印加電圧に応じて楕円偏光状態となり、光出射側に配された偏光制御手段によって、振動方向が直交変換されない光成分が遮断される。これによって、入射光の強度を変調するように構成している。 In contrast to this design, when a voltage is applied to the liquid crystal layer using the ECB effect, the liquid crystal molecules are tilted in the direction of the molecular major axis in the thickness direction of the liquid crystal layer, and the birefringence amount in the liquid crystal layer thickness direction is increased. Decrease. Then, the light wave that has passed through the liquid crystal layer becomes an elliptically polarized state in accordance with the voltage applied to the liquid crystal layer, and the light component whose vibration direction is not orthogonally converted is blocked by the polarization control means arranged on the light exit side. Thus, the intensity of incident light is modulated.
この液晶変調素子の基本動作原理を図5、図6を用いて説明する。 The basic operation principle of this liquid crystal modulation element will be described with reference to FIGS.
図5は透過型の液晶変調素子を用いた場合の動作説明図である。図5では光源(不図示)からの光は図示しないポラライザ-等からなる偏光選択素子を介して、図中、矢印IW方向から偏光方向が透過型の液晶変調素子300の液晶の配向方向と45°をなす直線偏光LIWが透過型の液晶変調素子300に入射する。 FIG. 5 is an operation explanatory diagram when a transmissive liquid crystal modulation element is used. In FIG. 5, light from a light source (not shown) passes through a polarization selection element composed of a polarizer (not shown) and the like. The linearly polarized light LIW forming an angle is incident on the transmissive liquid crystal modulation element 300.
この際、入射光LIWは透過型の液晶変調素子300の液晶層を2つの固有モードに分かれて伝播し、出射する光LOWは2つの固有モードの間に次式(1)で表わされるリタデーションδ(λ)をもって図中、矢印OW方向に出射する。
δ(λ)=2π(d・Δn)/λ (1)
このとき、λは入射光LIWの波長、dは液晶層の厚さ、Δnは液晶層の屈折率異方性Δnである。
At this time, the incident light LIW propagates through the liquid crystal layer of the transmissive liquid crystal modulation element 300 in two eigenmodes, and the emitted light LOW is a retardation δ expressed by the following equation (1) between the two eigenmodes. The light is emitted in the direction of the arrow OW in the figure with (λ).
δ (λ) = 2π (d · Δn) / λ (1)
In this case, λ is the wavelength of the incident light LIW, d is the thickness of the liquid crystal layer, and Δn is the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer.
次に光LOWを出射側に配置した入射光LIWの偏光方向とは直交する直線偏光を透過するポラライザ等の偏光選択手段301を通過させる。この場合、透過型の液晶変調素子300を透過し、偏光選択手段301を透過する光量、すなわち、透過型の液晶変調素子300の透過率T(λ)は次のようになる。 Next, the light LOW is passed through a polarization selection means 301 such as a polarizer that transmits linearly polarized light orthogonal to the polarization direction of the incident light LIW arranged on the exit side. In this case, the amount of light transmitted through the transmissive liquid crystal modulation element 300 and transmitted through the polarization selection unit 301, that is, the transmittance T (λ) of the transmissive liquid crystal modulation element 300 is as follows.
偏光選択手段301の透過率が透過すべき直線偏光に対して100%、かつ透過型の液晶変調素子300の開口率が100%で、無偏光透過率が100%だとすると、位相差δ(λ)に対して偏光選択手段301を通過して図中矢印MW方向に出射する光LMWの光透過率T(λ)は
T(λ)=0.5(1−cos(δ(λ))) (2)
で表わされる。
Assuming that the transmittance of the polarization selection means 301 is 100% with respect to the linearly polarized light to be transmitted, the aperture ratio of the transmissive liquid crystal modulation element 300 is 100%, and the non-polarized light transmittance is 100%, the phase difference δ (λ) In contrast, the light transmittance T (λ) of the light LMW that passes through the polarization selecting means 301 and is emitted in the direction of the arrow MW in the figure is T (λ) = 0.5 (1-cos (δ (λ))) ( 2)
It is represented by
尚、以下液晶変調素子の透過率というときは(2)式で示すように偏光選択素子を介して、液晶変調素子300に入射する直線偏光の光量に対する偏光選択素子301を通過する光量の比をいう。 In the following, when the transmittance of the liquid crystal modulation element is referred to, the ratio of the amount of light passing through the polarization selection element 301 to the amount of linearly polarized light incident on the liquid crystal modulation element 300 through the polarization selection element as shown in the equation (2) is used. Say.
尚、液晶層に対して電圧を印加すると液晶分子が液晶層の挟み込み基板に対して水平から垂直の方向に動作し、その結果見掛け上屈折率異方性Δnは減少する。このためリタデーションδ(λ)は減少し、δ=0となると透過率T=0となり、黒表示となる。 When a voltage is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules move from the horizontal to the vertical direction with respect to the sandwiched substrate of the liquid crystal layer, and as a result, the apparent refractive index anisotropy Δn decreases. Therefore, the retardation δ (λ) decreases, and when δ = 0, the transmittance T = 0 and black display is obtained.
一方、電圧無印加の状態で、屈折率異方性Δnは最大であり、d・Δn=λ/2となるように液晶層厚さd、及び液晶層の屈折率異方性Δnを決めておけばδ(λ)=πとなって、透過率T=1となり、最大の明表示となる。 On the other hand, when no voltage is applied, the refractive index anisotropy Δn is maximum, and the liquid crystal layer thickness d and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer are determined so that d · Δn = λ / 2. In this case, δ (λ) = π and the transmittance T = 1, and the maximum bright display is obtained.
図6は反射型の液晶変調素子を用いた動作説明図である。図6では、光源からの光LIWは図中矢印IW方向から偏光ビームスプリッタ401に入射し、偏光選択膜401aにてP成分の光LIWBが図中矢印IWB方向に通過し、S成分の光LIWAが図中矢印IWA方向に反射偏向される。矢印IWAの光成分LIWAは紙面垂直方向に直線偏光した光が選択される。 FIG. 6 is an operation explanatory diagram using a reflective liquid crystal modulation element. In FIG. 6, the light LIW from the light source enters the polarization beam splitter 401 from the direction of the arrow IW in the drawing, the P component light LIWB passes through the polarization selection film 401a in the direction of the arrow IWB in the drawing, and the S component light LIWA. Is reflected and deflected in the direction of arrow IWA in the figure. As the light component LIWA of the arrow IWA, light linearly polarized in the direction perpendicular to the paper surface is selected.
反射型の液晶変調素子400の液晶の配向方向は光LIWAの直線偏光方向に対して45°に傾いている。矢印IWAの方向から反射型の液晶変調素子400に入射した光LIWAは反射型の液晶変調素子400の液晶層を2つの固有モードに分かれて伝播する。そして、図中矢印OW方向に反射出射するときには光LOW2つのモードの間に次式(3)で表わされるリタデーションδ(λ)をもって出射する。
δ(λ)=2π(2d・Δn)/λ (3)
このとき、λは入射光の波長、dは液晶層の厚さ、Δnは液晶層の屈折率異方性Δnである。
The liquid crystal alignment direction of the reflective liquid crystal modulation element 400 is inclined at 45 ° with respect to the linear polarization direction of the light LIWA. Light LIWA incident on the reflective liquid crystal modulation element 400 from the direction of the arrow IWA propagates in the liquid crystal layer of the reflective liquid crystal modulation element 400 in two eigenmodes. When the light is reflected and emitted in the direction of the arrow OW in the figure, the light LOW is emitted with the retardation δ (λ) expressed by the following equation (3) between the two modes.
δ (λ) = 2π (2d · Δn) / λ (3)
In this case, λ is the wavelength of incident light, d is the thickness of the liquid crystal layer, and Δn is the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer.
そこで図中矢印OW方向に出射する光LOWのうち紙面垂直方向成分(偏光ビームスプリッタ401に対してS偏光成分)の光LBWは偏光分離面401aによって図中矢印BW方向に反射され光源側へもどり、紙面平行方向成分(偏光ビームスプリッタ401に対してP偏光成分)の光LBWは偏光分離面401aによって図中矢印MW方向に透過される。反射型の液晶変調素子400を反射し、偏光ビームスプリッタ401を透過する光量、すなわち、反射型の液晶変調素子400の反射率R(λ)は次のようになる。偏光ビームスプリッタ401のS偏光反射率が100%、P偏光透過率が100%、かつ反射型の液晶変調素子400の開口率が100%、無偏光反射率が100%だとすると、リタデーションδ(λ)に対して図中矢印MW方向に出射する反射率(光転送率)R(λ)は
R(λ)=0.5(1−cos(δ(λ))) (4)
で表わされる。
Therefore, the light LBW of the component perpendicular to the paper surface (S-polarized component with respect to the polarization beam splitter 401) of the light LOW emitted in the direction of the arrow OW in the figure is reflected in the direction of the arrow BW in the figure by the polarization separation surface 401a and returns to the light source side. The light LBW having a component parallel to the plane of the drawing (P-polarized component with respect to the polarization beam splitter 401) is transmitted in the direction of the arrow MW in the drawing by the polarization separation surface 401a. The amount of light reflected from the reflective liquid crystal modulation element 400 and transmitted through the polarization beam splitter 401, that is, the reflectance R (λ) of the reflective liquid crystal modulation element 400 is as follows. When the S-polarized light reflectance of the polarizing beam splitter 401 is 100%, the P-polarized light transmittance is 100%, the aperture ratio of the reflective liquid crystal modulation element 400 is 100%, and the non-polarized light reflectance is 100%, the retardation δ (λ) On the other hand, the reflectance (light transmission rate) R (λ) emitted in the direction of the arrow MW in the figure is R (λ) = 0.5 (1-cos (δ (λ))) (4)
It is represented by
ここで、反射型の液晶表示素子の反射率というときは(4)式で示すように偏光ビームスプリッタ401aを介して液晶変調素子400に入射する直線偏光の光量に対する偏光ビームスプリッタ401を通過する光量の比をいう。 Here, the reflectance of the reflective liquid crystal display element is the amount of light passing through the polarization beam splitter 401 with respect to the amount of linearly polarized light incident on the liquid crystal modulation element 400 via the polarization beam splitter 401a as shown by the equation (4). The ratio of
尚、液晶層に対して電圧を印加すると液晶分子が液晶層の挟み込み基板に対して水平から垂直の方向に動作し、その結果見掛け上屈折率異方性Δnは減少する。このためリタデーションδ(λ)は減少し、δ=0となると転送率R=0となり、黒表示となる。 When a voltage is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules move from the horizontal to the vertical direction with respect to the sandwiched substrate of the liquid crystal layer, and as a result, the apparent refractive index anisotropy Δn decreases. For this reason, the retardation δ (λ) decreases. When δ = 0, the transfer rate R = 0, and black is displayed.
一方、電圧無印加の状態で、屈折率異方性Δnは最大であり、2d・Δn=λ/2となるように液晶層厚さd、及び液晶層の屈折率異方性Δnを決めておけばδ(λ)=πとなって、転送率R=1となり、最大の明表示となる。 On the other hand, when no voltage is applied, the refractive index anisotropy Δn is maximum, and the liquid crystal layer thickness d and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer are determined so that 2d · Δn = λ / 2. In this case, δ (λ) = π, the transfer rate R = 1, and the maximum bright display is obtained.
このTNモードでECB効果制御を用いた変調制御を行う液晶変調素子は、上記説明した原理に伴って、位相差δが波長に依存する量であることから明らかのように、光の波長λと、リタデーションδの光波長に依存しない長さの絶対量を示すリタデーションの付与量に関して制限が生じるものである。つまり、色の3原色の入射光の波長帯域はR,G,B(赤色,緑色,青色)それぞれの色の波長帯域をもっており、波長帯域はおおよそ100nm弱の幅を有する。 The liquid crystal modulation element that performs modulation control using ECB effect control in the TN mode is based on the principle explained above, and as is clear from the fact that the phase difference δ is an amount dependent on the wavelength, There is a limitation on the amount of retardation that indicates the absolute amount of the retardation δ that does not depend on the light wavelength. In other words, the wavelength bands of incident light of the three primary colors are R, G, and B (red, green, and blue), and the wavelength band has a width of about 100 nm.
したがって所定基準で設計されたTN型の液晶変調素子は、液晶層に電圧が印加されていない状態において所定の波長の光に対して半波長の量だけのリタデーションを与える構成となっている。そのため、各色に対応する100nm弱の波長帯域においては、波長によって半波長より多くのリタデーションが与えられたり、または半波長より少ないリタデーションが与えられたりする現象が必然的に生ずる。 Therefore, the TN type liquid crystal modulation element designed on the basis of a predetermined standard is configured to give a retardation of a half wavelength amount to light of a predetermined wavelength when no voltage is applied to the liquid crystal layer. For this reason, in a wavelength band of less than 100 nm corresponding to each color, a phenomenon in which more retardation than half wavelength is given depending on the wavelength or retardation less than half wavelength is inevitably generated.
もうひとつの関連する制限としては、TNモードを利用しているため、液晶層の複屈折量は、液晶層に電圧が印加されていない状態が最大となり、ECB効果制御によってリタデーション付与量を減少させる方向に制御は可能であるが、逆の方向であるリタデーション付与量を増加させることは不可能な構成となっている。 As another related limitation, since the TN mode is used, the amount of birefringence of the liquid crystal layer is maximized when no voltage is applied to the liquid crystal layer, and the amount of retardation applied is reduced by controlling the ECB effect. Although the direction can be controlled, it is impossible to increase the amount of retardation applied in the opposite direction.
一方、液晶変調素子を2次元画素光学スイッチとして用いたフルカラー表示タイプの投射型表示装置(カラープロジェクター)は、透過型の液晶変調素子、反射型の液晶変調素子にかかわらず、加法混色表示の3原色であるRGB(レッド、グリーン、ブルー)の色光を個々に2次元画像として変調して、その後、光合成手段を用いてフルカラーの画像を表示する構成が主流となっている。このカラープロジェクターでは、RGB各色の光を変調する液晶変調素子を3枚使用して構成している。 On the other hand, a full color display type projection display device (color projector) using a liquid crystal modulation element as a two-dimensional pixel optical switch is capable of performing additive color mixing display regardless of whether it is a transmission type liquid crystal modulation element or a reflection type liquid crystal modulation element. The mainstream is a configuration in which RGB (red, green, blue) color lights, which are primary colors, are individually modulated as a two-dimensional image and then a full-color image is displayed using a light combining means. In this color projector, three liquid crystal modulation elements that modulate light of each RGB color are used.
このような3つの液晶表示素子を利用したカラープロジェクターとしては、特許文献1に記載したようなものが知られている。
そこで、本発明では、電圧無印加状態における液晶変調素子からのリタデーション付与量が、RGB(RGBの3色には限らず、勿論4色以上の色光を合成する構成に適用しても構わない。)の各色ごとに異なることによる、カラーバランスの崩れや光量落ち等を防ぐ、又はそれらの度合いを低減することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the amount of retardation applied from the liquid crystal modulation element in the state in which no voltage is applied is not limited to RGB (not limited to the three colors RGB), and may of course be applied to a configuration in which four or more color lights are combined. It is an object of the present invention to provide an image display device that can prevent color balance from being lost, light intensity drop, and the like due to being different for each color.
本発明の第1側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第1色光に対して半波長の位相差を付与するために第1電圧を前記第1液晶変調素子に印加し、前記第2色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第1電圧よりも高い第2電圧を前記第2液晶変調素子に印加し、前記第3色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第2電圧よりも高い第3電圧を前記第3液晶変調素子に印加することを特徴としている。 An image display device according to a first aspect of the present invention includes a TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of first color light, and TN that modulates the polarization state of second color light having a shorter wavelength than the first color light. Type liquid crystal modulation element, TN type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements An image display device including: an optical system configured to apply a first voltage to the first liquid crystal modulation element to give a half-wave phase difference to the first color light; A second voltage higher than the first voltage is applied to the second liquid crystal modulation element in order to give a half-wave phase difference, and the half-wave phase difference is given to the third color light. Applying a third voltage higher than the second voltage to the third liquid crystal modulation element. It is a symptom.
また、本発明の第2側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さく、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さいことを特徴としている。 The image display device according to the second aspect of the present invention modulates the polarization state of the TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light and the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements And an optical system for combining the first liquid crystal modulation element with respect to incident light in the absence of voltage applied to the incident light, rather than the retardation that the first liquid crystal modulation element provides to incident light with no voltage applied thereto. The retardation given to the incident light is smaller than the retardation that the second liquid crystal modulation element gives to the incident light when no voltage is applied to the incident light. Special It is set to.
また、本発明の第3側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであって、前記第1及び2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きいことを特徴としている。 The image display device according to the third aspect of the present invention modulates the polarization state of the TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light and the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements And an optical system that combines the retardation of the first liquid crystal modulation element to the incident light when no voltage is applied and the second liquid crystal modulation element to the incident light when no voltage is applied. The retardation that is substantially the same as the retardation, and the retardation that the first and second liquid crystal modulation elements give to the incident light when no voltage is applied, is the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the incident light when no voltage is applied. Also large It is characterized in that.
また、本発明の第4側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きく、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであることを特徴としている。 The image display device according to the fourth aspect of the present invention modulates the polarization state of the TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light and the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements The retardation of the first liquid crystal modulation element applied to the incident light when no voltage is applied is applied to the incident light when the second liquid crystal modulation element is applied with no voltage applied thereto. The retardation that the second liquid crystal modulation element gives to the incident light when no voltage is applied is substantially the same as the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the incident light when no voltage is applied. The It is a symptom.
また、本発明の第5側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、 前記3つの液晶変調素子に同一の電圧を印加された状態において、前記3つの液晶変調素子は同一波長の光に対して同一のリタデーションを付与するように構成されており、前記3つの液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第2、3液晶変調素子は、各々の液晶変調素子に電圧を印加することによって、前記第2、3色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与していることを特徴としている。 The image display device according to the fifth aspect of the present invention also modulates the TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light, and the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements And an optical system that synthesizes the three liquid crystal modulation elements in a state where the same voltage is applied to the three liquid crystal modulation elements, the three liquid crystal modulation elements have the same retardation with respect to light of the same wavelength. The amount of retardation applied when no voltage is applied to the three liquid crystal modulation elements corresponds to a half wavelength of a substantially central wavelength of the first color light, and the second and third liquid crystal modulations are configured. Each element is a liquid crystal modulation element By applying a voltage, is characterized in that by applying a retardation corresponding to a half wavelength of the approximate center wavelength of said second and third color light.
また、本発明の第6側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、ある電圧を印加された状態において、前記第1、2液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第1のリタデーションを付与するように構成されており、前記ある電圧を印加された状態において、前記第3液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第1のリタデーションとは異なっており、前記第1液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第3液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第3色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第2色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第2液晶変調素子には0より大きな電圧を印加されることを特徴としている。 The image display device according to the sixth aspect of the present invention also modulates a TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light and the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements The first and second liquid crystal modulation elements give the same first retardation to light of a certain wavelength in a state where a certain voltage is applied. The retardation applied to the light of the certain wavelength by the third liquid crystal modulation element in a state where the certain voltage is applied is different from the first retardation, and the first retardation is different from the first retardation. Liquid crystal modulation element The amount of retardation applied when no voltage is applied corresponds to the half wavelength of the approximate center wavelength of the first color light, and the amount of retardation applied when no voltage is applied to the third liquid crystal modulation element is approximately the center of the third color light. A voltage larger than 0 is applied to the second liquid crystal modulation element in order to provide a retardation corresponding to a half wavelength of the wavelength and corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength of the second color light. It is said.
また、本発明の第7側面の画像表示装置は、第1色光の偏光状態を変調するTN型の第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、ある電圧を印加された状態において、前記第2、3液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第1のリタデーションを付与するように構成されており、前記ある電圧を印加された状態において、前記第1液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第1のリタデーションとは異なっており、前記第1液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第2液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第2色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第3色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第3液晶変調素子には0(zero)より大きな電圧を印加されることを特徴としている。 The image display device according to the seventh aspect of the present invention modulates the polarization state of the TN-type first liquid crystal modulation element for modulating the polarization state of the first color light and the second color light having a shorter wavelength than the first color light. A TN-type second liquid crystal modulation element, a TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light, and image light emitted from the three liquid crystal modulation elements The second and third liquid crystal modulation elements provide the same first retardation with respect to light of a certain wavelength in a state where a certain voltage is applied. The retardation applied to the light of the certain wavelength by the first liquid crystal modulation element in a state where the certain voltage is applied is different from the first retardation, and the first retardation is different from the first retardation. Liquid crystal modulation element The amount of retardation applied when no voltage is applied corresponds to a half wavelength of the approximate center wavelength of the first color light, and the amount of retardation applied when no voltage is applied to the second liquid crystal modulation element is approximately the center of the second color light. A voltage greater than 0 (zero) is applied to the third liquid crystal modulation element in order to provide a retardation corresponding to a half wavelength of the wavelength and corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength of the third color light. It is characterized by that.
本発明によれば、従来と比較してカラーバランスが良い及び/又は明るい画像を表示することが可能な液晶表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device capable of displaying an image having a better color balance and / or a brighter color than conventional ones.
本実施例においては、RGB3色に対して同一の液晶変調素子を用いた場合に起こりうる、カラーバランスの崩れ(特定の色の光量落ち)や光量落ち等の問題を解決する、又はカラーバランスの崩れや光量落ち等の度合いを低減するための解決策を示す。 In the present embodiment, problems such as color balance disruption (light loss of a specific color) and light loss that may occur when the same liquid crystal modulation elements are used for RGB three colors, or color balance Solutions for reducing the degree of collapse, light loss, etc. are shown.
ここで、従来の同一に構成された液晶変調素子をRGB各色光の変調素子として用い、視感度特性が最も高い(人間の目に対して最も見え易い)グリーン色(G)の重心波長近傍の光波長に対して半波長のリタデーションを与える、つまり視感度が最も高い波長の光に合わせてすべての液晶変調素子のリタデーションを設定した場合は、以下のような問題がある。例えば、G(緑)色の光に対しては、適切なリタデーション量(ここでは半波長)を付与できるが、R(赤)色の光は電圧無印加状態においてもリタデーション付与量が半波長未満となってしまい、結果的に表示される画像の中のR(赤)色の光量が落ちることとなってしまう。 Here, a conventional liquid crystal modulation element having the same configuration is used as a modulation element for each color light of RGB, and has the highest visibility characteristic (most visible to human eyes) in the vicinity of the center of gravity wavelength of the green color (G). When retardation of a half wavelength is given to the light wavelength, that is, when the retardation of all the liquid crystal modulation elements is set in accordance with the light having the highest visibility, there are the following problems. For example, an appropriate retardation amount (in this case, a half wavelength) can be imparted to G (green) light, but the retardation imparting amount of R (red) light is less than half a wavelength even when no voltage is applied. As a result, the light quantity of R (red) in the displayed image is reduced.
そこで、次のような解決策が考えられる。画像表示装置(液晶表示装置)において、RGB各色を変調する液晶変調素子として、それぞれの色専用の液晶変調素子を用意し、それぞれの液晶変調素子のそれぞれの色光に対するリタデーション付与量を適切に設定するという方法である。但し、この場合は、RGB各色ごとに異なる仕様の液晶変調素子を製作しなければならないため、製造工程が大掛かりになってしまう。 Therefore, the following solutions can be considered. In an image display device (liquid crystal display device), a liquid crystal modulation element dedicated to each color is prepared as a liquid crystal modulation element for modulating each color of RGB, and the amount of retardation applied to each color light of each liquid crystal modulation element is appropriately set. It is a method. However, in this case, since the liquid crystal modulation elements having different specifications for each color of RGB must be manufactured, the manufacturing process becomes large.
そこで、本実施例においては、G(緑)色用の液晶表示素子として構成されたものを、G色光路とB色光路とに配置する。このように構成した上で、B色光路に配置された液晶変調素子に対しては、液晶層への印加電圧を調整する(ここでは、G色光路に配置された液晶変調素子に対する印加電圧よりも、B色光路に配置された液晶変調素子に対する印加電圧を高くする。)ことにより、B(青)色の明るさを調整する。そうすれば、G色とB色とは適切な光量を得ることができる。その上で、R色光路に配置される液晶変調素子は、上述のG色光路とB色光路とに共通に配置された液晶変調素子とは異なる液晶変調素子とする。すなわち、R色光へのリタデーション付与量が適切に設定された、すなわちここでは電圧無印加状態でR色光(の重心波長)へのリタデーション付与量が半波長となるような液晶変調素子を、R色光路に配置することにより、カラー画像中のR色光を適切な明るさとすることができる。 Therefore, in the present embodiment, the G (green) color liquid crystal display element is arranged in the G color light path and the B color light path. With this configuration, the voltage applied to the liquid crystal layer is adjusted for the liquid crystal modulation element arranged in the B color optical path (here, the voltage applied to the liquid crystal modulation element arranged in the G color optical path is adjusted). In addition, the brightness of the B (blue) color is adjusted by increasing the voltage applied to the liquid crystal modulation element disposed in the B-color optical path. If it does so, G light and B color can obtain appropriate light quantity. In addition, the liquid crystal modulation element arranged in the R color optical path is a liquid crystal modulation element different from the liquid crystal modulation elements arranged in common in the G color optical path and the B color optical path. That is, a liquid crystal modulation element in which the amount of retardation applied to the R color light is appropriately set, that is, in this case, the amount of retardation applied to the R color light (center of gravity wavelength) is half wavelength when no voltage is applied. By arranging in the optical path, the R color light in the color image can be set to an appropriate brightness.
つまり、本実施例においては、RGB色光のすべての光路に同じ液晶変調素子を配置し、G色光の重心波長に合わせてすべての液晶変調素子を同じように制御した場合と比較して、R色光(及び/又はB色光)の損失量が少ない画像を表示することができる液晶表示装置について具体的に述べる。 That is, in this embodiment, the same liquid crystal modulation elements are arranged in all the optical paths of the RGB color light, and the R color light is compared with the case where all the liquid crystal modulation elements are controlled in the same manner according to the center of gravity wavelength of the G color light. A liquid crystal display device capable of displaying an image with a small loss amount of (and / or B color light) will be specifically described.
以下において、本実施例の液晶表示装置に用いている液晶変調素子の駆動制御を図1から図4を用いて説明する。 Hereinafter, drive control of the liquid crystal modulation element used in the liquid crystal display device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施例は「ネマティック相ポジ型によるTN(Twisted Nematic)モード動作の液晶変調素子」を用いており、液晶分子の長軸方向の屈折率が胴径方向(矩形方向)の屈折率に比べて大きい液晶素子である。ここでTNモード(又はTN型)の液晶変調素子とは、液晶層に電圧が印加されていない状態において所定の波長の光に対して半波長の量だけのリタデーションを与える構成となっている。 This embodiment uses a “nematic phase positive type TN (Twisted Nematic) mode liquid crystal modulation element”, and the refractive index in the major axis direction of the liquid crystal molecules is larger than the refractive index in the body diameter direction (rectangular direction). It is a large liquid crystal element. Here, the TN mode (or TN type) liquid crystal modulation element is configured to give a retardation of a half wavelength amount to light of a predetermined wavelength when no voltage is applied to the liquid crystal layer.
図1は透過型の液晶変調素子のTNモードを用いた液晶層に電圧が印加されていない状態を示す模式図、図2は透過型の液晶変調素子のTNモードを用いた液晶層に所定電圧が印加された状態を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which no voltage is applied to a liquid crystal layer using a TN mode of a transmissive liquid crystal modulator, and FIG. 2 is a predetermined voltage applied to the liquid crystal layer using a TN mode of a transmissive liquid crystal modulator. It is a schematic diagram which shows the state to which was applied.
透過型の液晶変調素子は透明基板101と、対向透明基板102と、これら2枚の基板間に挟持された液晶分子100を含む液晶層100aを有している。 The transmissive liquid crystal modulation element includes a transparent substrate 101, a counter transparent substrate 102, and a liquid crystal layer 100a including liquid crystal molecules 100 sandwiched between these two substrates.
透明基板101には不図示の行及び列にマトリクス状に配置した、例えばITO(インジウム・ティン・オキサイド)からなる透明な画素電極104と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜106と、画素電極104を電気的に駆動するためのスイッチング素子103と、不図示の配線とを備え、画素電極104を電気的に個別に駆動しうる構成よりなっている。 A transparent pixel electrode 104 made of, for example, ITO (indium tin oxide), a liquid crystal alignment film 106 made of, for example, a polyimide polymer, and a pixel, arranged in a matrix in rows and columns (not shown) on the transparent substrate 101. A switching element 103 for electrically driving the electrode 104 and a wiring (not shown) are provided, and the pixel electrode 104 can be electrically driven individually.
また、対向透明基板102には例えばITO(インジウム・ティン・オキサイド)からなる透明共通電極105と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜107が形成されている。 In addition, a transparent common electrode 105 made of, for example, ITO (indium tin oxide) and a liquid crystal alignment film 107 made of, for example, a polyimide-based polymer are formed on the opposing transparent substrate 102.
次に透過型の液晶変調素子の動作を説明する。図1において、光源からの光LIWは不図示の偏光選択手段を介して偏光方向が液晶分子100の基板界面での配向方向と45°をなす直線偏光として図中矢印方向IWに入射する。入射光LIWは液晶層100aを2つの固有モードに分かれて伝播通過し、図中矢印OW方向へ光LOWとして出射する。 Next, the operation of the transmissive liquid crystal modulation element will be described. In FIG. 1, light LIW from a light source is incident on an arrow direction IW in the figure as linearly polarized light whose polarization direction forms 45 ° with the alignment direction at the substrate interface of the liquid crystal molecules 100 through a polarization selection unit (not shown). Incident light LIW propagates and passes through the liquid crystal layer 100a in two eigenmodes and is emitted as light LOW in the direction of the arrow OW in the figure.
このとき液晶層100aにおいて2つのモードの間に次式で表わされるリタデーションΔを生じる。
Δ=d・Δn (5)
(5)式において、dは液晶層100aの厚さ、Δnは液晶層の屈折率異方性である。
At this time, a retardation Δ expressed by the following equation is generated between the two modes in the liquid crystal layer 100a.
Δ = d · Δn (5)
In the formula (5), d is the thickness of the liquid crystal layer 100a, and Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer.
そこで透過型の液晶変調素子に入射する、入射光LIWの直線偏光と直交する成分の光の透過率T(λ)は、次のようになる。透過型の液晶変調素子の開口率が100%、無偏光透過率が100%だとすると、リタデーションΔに対して矢印OW方向に出射するときの光透過率T(λ)は
T(λ)=0.5(1−cos(2πΔ/λ)) (6)
となる。
Therefore, the transmittance T (λ) of the light component incident on the transmissive liquid crystal modulation element and orthogonal to the linearly polarized light of the incident light LIW is as follows. Assuming that the aperture ratio of the transmissive liquid crystal modulation element is 100% and the non-polarized light transmittance is 100%, the light transmittance T (λ) when emitted in the arrow OW direction with respect to the retardation Δ is T (λ) = 0. 5 (1-cos (2πΔ / λ)) (6)
It becomes.
このとき、λは入射光の波長である。 At this time, λ is the wavelength of the incident light.
即ち液晶素子自体が与えるリタデーションΔに対して、透過率T(λ)は入射光の波長λに依存することなる。リタデーションΔがλ/2の場合に、T(λ)=1となり、最大透過が得られ、かつリタデーションΔは液晶に電圧を印加しない状態、即ち図1の場合が最大となり、この状態以上にリタデーションΔを増大させることができない。 That is, the transmittance T (λ) depends on the wavelength λ of incident light with respect to the retardation Δ provided by the liquid crystal element itself. When retardation Δ is λ / 2, T (λ) = 1 is obtained, maximum transmission is obtained, and retardation Δ is maximum when no voltage is applied to the liquid crystal, that is, in the case of FIG. Δ cannot be increased.
図2は図1の状態において、図中点線矢印108の電界を、透明電極104、105間に与えた状態(電圧印加状態)を示している。 FIG. 2 shows a state (voltage application state) in which the electric field indicated by the dotted line arrow 108 is applied between the transparent electrodes 104 and 105 in the state of FIG.
液晶分子100は印加電界によって液晶層厚方向に若干チルト変位した状態である。液晶分子100は分子の屈折率異方性を有する長軸方向を光の透過方向にチルトすることで、横波である光波動に対して、見かけ上の屈折率異方性Δnが減少することとなる。 The liquid crystal molecules 100 are in a state of being slightly tilted displaced in the liquid crystal layer thickness direction by the applied electric field. The liquid crystal molecule 100 tilts the long axis direction having the refractive index anisotropy of the molecule in the light transmission direction, thereby reducing the apparent refractive index anisotropy Δn with respect to the light wave that is a transverse wave. Become.
即ち、図1の状態に対して図2の状態は液晶に電圧を印加することで式(5)に示すリタデーションΔが減少した状態を示している。 That is, the state of FIG. 2 shows a state in which the retardation Δ shown in the equation (5) is decreased by applying a voltage to the liquid crystal as compared with the state of FIG.
一方、色の3原色(RGB色)を分離して液晶変調素子を照明する光スペクトルは、例えば光源に超高圧水銀ランプを用いた場合、図7のようにR色(実線)、G色(破線)、B色(一点鎖線)に分解される。 On the other hand, the light spectrum for illuminating the liquid crystal modulation element by separating the three primary colors (RGB colors), for example, when an ultrahigh pressure mercury lamp is used as the light source, as shown in FIG. 7, is R color (solid line) and G color ( Broken line) and B color (dashed line).
各色の波長帯域の重心波長(中心波長)はR色でRC、G色でGC、B色でBCの波長となる。 The center-of-gravity wavelength (center wavelength) of the wavelength band of each color is RC for R, GC for G, and BC for B.
ここで重心波長λ0とは図7の各色光の波長帯域の曲線で囲まれる面積の重心の横軸(波長)の波長をいう。もしくは、単に各色の代表的な波長を選んでそれを上述の重心波長としても構わない。 Here, the center-of-gravity wavelength λ 0 is the wavelength on the horizontal axis (wavelength) of the center of gravity of the area surrounded by the curve of the wavelength band of each color light in FIG. Alternatively, a representative wavelength of each color may be selected and used as the above-described center-of-gravity wavelength.
図1に示す液晶に電圧を印加しない状態において、色の3原色中、最長波長であるR色の波長帯域の重心波長RCの波長に対して1/2波長分(±5%の範囲内)のリタデーションΔR=RC/2=d・Δnを与えるように液晶層100aの屈折率異方性Δnと液晶層100aの厚さdにて液晶変調素子を構成する。その上で、R色変調用の液晶変調素子(液晶パネル)は、電圧を印加しない状態(即ちR色光に対して略1/2波長のリタデーションを付与する状態)から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加する状態までの範囲内で各画素ごとに印加電圧を調節することにより、R色光の変調を行う。 In the state where no voltage is applied to the liquid crystal shown in FIG. 1, the wavelength of the center wavelength RC of the wavelength band of the R color which is the longest wavelength among the three primary colors is 1/2 wavelength (within a range of ± 5%). The liquid crystal modulation element is constituted by the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer 100a and the thickness d of the liquid crystal layer 100a so as to give the retardation ΔR = RC / 2 = d · Δn. In addition, the liquid crystal modulation element (liquid crystal panel) for R color modulation has a refractive index anisotropy Δn from a state where no voltage is applied (that is, a state where a retardation of approximately ½ wavelength is imparted to R color light). The R color light is modulated by adjusting the applied voltage for each pixel within a range up to a state where a voltage of almost zero is applied.
G色変調用の液晶パネルには、図7に示すような、リタデーションΔがG色の波長帯域の重心波長GCに対して1/2波長分(±5%の範囲内)となるだけ液晶に電圧を印加した状態(印加電圧EG)から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加(印加電圧EGO)する状態までの範囲内で、各画素ごとに印加電圧を調節することによりG色光の変調を行う。 As shown in FIG. 7, the liquid crystal panel for G color modulation is liquid crystal as long as the retardation Δ is ½ wavelength (within ± 5%) of the center of gravity wavelength GC of the G color wavelength band. By adjusting the applied voltage for each pixel within the range from the state where the voltage is applied (applied voltage EG) to the state where the voltage where the refractive index anisotropy Δn is almost zero is applied (applied voltage EGO), Modulates color light.
さらに、B色変調用の液晶パネルには、リタデーションΔがB色の波長帯域の重心波長BCに対して1/2波長分(±5%の範囲内)となるだけ液晶に電圧を印加した状態(印加電圧EB)から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加(印加電圧EBO)する状態までの範囲内で、各画素ごとに印加電圧を調節することによりB色光の変調を行う。 Further, in the liquid crystal panel for B color modulation, a voltage is applied to the liquid crystal so that the retardation Δ is 1/2 wavelength (within ± 5% of range) with respect to the center of gravity wavelength BC of the B color wavelength band. The B color light is modulated by adjusting the applied voltage for each pixel within a range from (applied voltage EB) to a state in which a voltage at which the refractive index anisotropy Δn is substantially 0 is applied (applied voltage EBO). .
このように構成することによって、最長波長帯域であるR色の透過率を損失させることなく(表示される画像内のR色の光量を損失させることなく、又は表示される画像内のR色の光量が減少することによるカラーバランスの崩れを防ぎつつ、或いは表示される画像内のR色の光量低下、光量損失やそれに基づくカラーバランスの崩れの度合いを低減しつつ)光の利用効率を向上させることができる。また、カラーバランスを調整する(カラーごとの光量のバランスを取る)ために、R色の波長帯域をG側にシフトする(或いはG側に広げる)ことによる色純度の劣化を防ぐことを可能としている。 With this configuration, the transmittance of the R color, which is the longest wavelength band, is not lost (the light amount of the R color in the displayed image is not lost, or the R color in the displayed image is not lost). While preventing the color balance from being lost due to a decrease in the amount of light, or reducing the light amount of the R color in the displayed image, reducing the amount of light loss and the color balance based on it, improving the light utilization efficiency be able to. In addition, in order to adjust the color balance (to balance the amount of light for each color), it is possible to prevent deterioration of color purity by shifting the wavelength band of the R color to the G side (or to the G side). Yes.
また、本実施例は、液晶変調素子の最大リタデーション量ΔmaxをR色の重心波長(±5%の範囲内)に設定しているため、R、G、Bの全ての色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合に限らず、RとGの色の変調に対して同一構成の液晶変調素子を用い、Bの色の変調においてはR及びGの色光の光路に配置された液晶変調素子とは異なる整理液晶変調素子を用いても構わない。具体的には、実質的に電圧無印加状態でB色の重心波長に対して半波長分の位相差を与え、その状態からB色の重心波長に対して位相差を与えない、すなわちその液晶変調素子のB色の重心波長に対する屈折率異方性△nがほぼ0となる状態までの間で印加電圧を変化させることが可能な液晶変調素子を用いても構わない。 In this embodiment, since the maximum retardation amount Δmax of the liquid crystal modulation element is set to the center wavelength of the R color (within a range of ± 5%), the modulation of all colors of R, G, and B is performed. Not only when the same liquid crystal modulation element is used, but the liquid crystal modulation element having the same configuration is used for the modulation of the R and G colors, and the liquid crystal arranged in the optical paths of the R and G color lights in the modulation of the B color. An organized liquid crystal modulation element different from the modulation element may be used. Specifically, a phase difference corresponding to a half wavelength is given to the centroid wavelength of B color in a substantially no voltage applied state, and no phase difference is given to the centroid wavelength of B color from that state, that is, the liquid crystal You may use the liquid crystal modulation element which can change an applied voltage until the refractive index anisotropy (DELTA) n with respect to the gravity center wavelength of B color of a modulation element becomes substantially zero.
この場合、フォトンエネルギーの高い短波長光による耐光性劣化を抑制するために、B色光変調用の液晶変調素子にだけ耐光性の高い液晶または処々のポリマー材料を用いたものを用いることが可能となるという利点がある。 In this case, in order to suppress light resistance deterioration due to short wavelength light with high photon energy, it is possible to use only liquid crystal modulation elements for B color light modulation using liquid crystals with high light resistance or various polymer materials. There is an advantage of becoming.
この他G色とBの色の変調に対して同一構成の液晶変調素子を用い、R色の変調に対しては、その液晶変調素子とは異なる構成の液晶変調素子を用いるようにしても良い。その場合は、R色用の液晶変調素子の電圧無印加状態のリタデーション付与量がR色光の重心波長RCの1/2波長分とし、又G色用の液晶変調素子の電圧無印加状態におけるG色光の重心波長GCに対するリタデーション付与量は重心波長GCの1/2波長分とする。この場合、この液晶変調素子は電圧無印加状態で、B色光の重心波長BCに対して、重心波長BCの1/2波長分の位相差を与えない状態になっているため、B色光の光路中に配置された、G色及びB色共通の液晶変調素子に関しては、所定の電圧を印加した状態におけるリタデーション付与量がB色の重心波長BCの1/2波長分になるように制御すれば良い。 In addition, a liquid crystal modulation element having the same configuration may be used for the modulation of the G color and the B color, and a liquid crystal modulation element having a configuration different from the liquid crystal modulation element may be used for the modulation of the R color. . In this case, the amount of retardation applied to the liquid crystal modulation element for R color without applying voltage is set to ½ wavelength of the center of gravity wavelength RC of the R color light, and G for the liquid crystal modulation element for G color with no voltage applied. The amount of retardation applied to the barycentric wavelength GC of the color light is set to ½ wavelength of the barycentric wavelength GC. In this case, since the liquid crystal modulation element is in a state in which no voltage is applied and does not give a phase difference corresponding to ½ wavelength of the centroid wavelength BC to the centroid wavelength BC of the B color light, the optical path of the B color light If the liquid crystal modulation element common to the G color and the B color disposed inside is controlled so that the amount of retardation applied in a state where a predetermined voltage is applied is ½ wavelength of the barycentric wavelength BC of the B color good.
次に反射型の液晶変調素子について説明する。 Next, a reflective liquid crystal modulation element will be described.
図3は反射型の液晶変調素子のTNモードを用いた液晶層に電圧が印加されていない状態を示す模式図、図4は反射型液晶変調素子のTNモードを用いた液晶層に所定電圧が印加された状態を示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which no voltage is applied to the liquid crystal layer using the TN mode of the reflective liquid crystal modulation element, and FIG. 4 is a diagram illustrating a case where a predetermined voltage is applied to the liquid crystal layer using the TN mode of the reflective liquid crystal modulation element. It is a schematic diagram which shows the state applied.
反射型の液晶変調素子はシリコン基板201と、対向透明基板202と、これら2枚の基板間に挟持された液晶分子200を含む液晶層200aを有している。 The reflective liquid crystal modulation element has a silicon substrate 201, a counter transparent substrate 202, and a liquid crystal layer 200a including liquid crystal molecules 200 sandwiched between the two substrates.
シリコン基板201には不図示の行及び列にマトリクス状に配置したアルミニウムからなる鏡面状に仕上げられたミラー画素電極204と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜206と、前記ミラー画素電極204を電気的に駆動するためのMOSFET等からなるスイッチング素子を含むスイッチング回路層203とを備え、ミラー画素電極204を電気的に個別に駆動しうる構成よりなっている。 The silicon substrate 201 has a mirror pixel electrode 204 made of aluminum and arranged in a matrix in rows and columns (not shown), a liquid crystal alignment film 206 made of, for example, a polyimide polymer, and the mirror pixel electrode 204. And a switching circuit layer 203 including a switching element made of a MOSFET or the like for electrically driving the mirror pixel electrode 204, and the mirror pixel electrode 204 can be electrically driven individually.
また、対向透明基板202(液晶層側)には、例えばITO(インジウム・ティン・オキサイド)からなる透明共通電極205と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜207が形成されている。 Further, a transparent common electrode 205 made of, for example, ITO (indium tin oxide) and a liquid crystal alignment film 207 made of, for example, a polyimide-based polymer are formed on the counter transparent substrate 202 (liquid crystal layer side).
次に反射型の液晶変調素子の動作を説明する。図3において、光源からの光LIWは不図示の偏光選択手段を介して偏光方向が液晶分子100の基板界面での配向方向と45°をなす直線偏光として図中矢印IW方向に入射する。入射光LIWは液晶層200aを2つの固有モードに分かれて伝播反射し、図中矢印OW方向へ光LOWとして出射する。このとき液晶層200aにおいて2つのモードの間に次式で表わされるリタデーションΔを生じる。
Δ=2d・Δn (7)
(7)式において、dは液晶層の厚さ、Δnは液晶層200aの屈折率異方性である。そこで反射型の液晶変調素子をミラー画素電極204で反射往復し出射する光の内、入射光LIWの直線偏光と直交する成分の光の反射率R(λ)は次のようになる。
Next, the operation of the reflective liquid crystal modulation element will be described. In FIG. 3, light LIW from the light source is incident in the direction of arrow IW in the figure as linearly polarized light whose polarization direction forms 45 ° with the alignment direction at the substrate interface of the liquid crystal molecules 100 through a polarization selection unit (not shown). Incident light LIW is propagated and reflected through the liquid crystal layer 200a in two eigenmodes, and is emitted as light LOW in the direction of the arrow OW in the figure. At this time, a retardation Δ represented by the following equation is generated between the two modes in the liquid crystal layer 200a.
Δ = 2d · Δn (7)
In the formula (7), d is the thickness of the liquid crystal layer, and Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 200a. Therefore, the reflectance R (λ) of light of the component orthogonal to the linearly polarized light of the incident light LIW out of the light that is reflected back and forth from the reflective liquid crystal modulation element by the mirror pixel electrode 204 is as follows.
反射型の液晶変調素子の開口率が100%、無偏光反射率が100%だとすると、リタデーションΔに対して矢印OW方向に出射する光反射率R(λ)は
R(λ)=0.5(1−cos(2πΔ/λ)) (8)
となる。
Assuming that the aperture ratio of the reflective liquid crystal modulation element is 100% and the non-polarization reflectance is 100%, the light reflectance R (λ) emitted in the arrow OW direction with respect to the retardation Δ is R (λ) = 0.5 ( 1-cos (2πΔ / λ)) (8)
It becomes.
このとき、λは入射光の波長である。即ち前記透過型液晶の例と同様に、液晶素子自体が与えるリタデーションΔに対して、反射率R(λ)は入射光波長λに依存することなる。リタデーションΔがλ/2の場合にR(λ)=1となり最大反射が得られ、かつリタデーションΔは液晶に電圧を印加しない状態、即ち図3の場合が最大となり、この状態以上にリタデーションΔを増大させることができない。 At this time, λ is the wavelength of the incident light. That is, as in the case of the transmissive liquid crystal, the reflectance R (λ) depends on the incident light wavelength λ with respect to the retardation Δ provided by the liquid crystal element itself. When the retardation Δ is λ / 2, R (λ) = 1 and maximum reflection is obtained, and the retardation Δ is maximum when no voltage is applied to the liquid crystal, that is, in the case of FIG. 3, and the retardation Δ is larger than this state. It cannot be increased.
図4は図3の状態において、図中点線矢印208の電界を透明電極204,205間に与えた状態(電圧印加状態)を示している。 4 shows a state (voltage application state) in which the electric field indicated by the dotted arrow 208 in the drawing is applied between the transparent electrodes 204 and 205 in the state of FIG.
液晶分子200は印加電界によって液晶層厚方向に若干チルト変位した状態である。液晶分子200は分子の屈折率異方性を有する長軸方向を光の反射方向にチルトすることで、横波である光波動に対して、見かけ上の屈折率異方性Δnが減少することとなる。即ち、図3の状態に対して図4の状態は液晶に電圧を印加することで式(7)に示すリタデーションΔが減少した状態を示している。 The liquid crystal molecules 200 are in a state of being slightly tilted displaced in the liquid crystal layer thickness direction by the applied electric field. The liquid crystal molecule 200 tilts the major axis direction having the refractive index anisotropy of the molecule in the light reflection direction, thereby reducing the apparent refractive index anisotropy Δn with respect to the light wave that is a transverse wave. Become. That is, the state of FIG. 4 shows a state in which the retardation Δ shown in the equation (7) is decreased by applying a voltage to the liquid crystal as compared with the state of FIG.
そこで、図3に示す液晶に電圧を印加しない状態において、色の3原色中、最長波長であるレッド色波長帯域の重心波長(中心波長)RCの波長に対して1/2波長分のリタデーションΔR=RC/2=d・Δnを与えるように液晶層200aの屈折率異方性Δnと液晶層200aの厚さdにて液晶変調素子を構成する。 Therefore, in the state where no voltage is applied to the liquid crystal shown in FIG. 3, the retardation ΔR corresponding to ½ wavelength with respect to the wavelength of the center wavelength RC of the red color wavelength band which is the longest wavelength among the three primary colors. A liquid crystal modulation element is constituted by the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer 200a and the thickness d of the liquid crystal layer 200a so as to give = RC / 2 = d · Δn.
レッド色変調用の液晶パネルには、電圧を印加しない状態から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。G色変調用の液晶パネルには、図4に示すような、リタデーションΔがG色波長帯域の重心波長GCに対して1/2波長分となるだけ液晶に電圧を印加した状態から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。 The liquid crystal panel for red color modulation is subjected to reflection modulation in a range in which a voltage at which the refractive index anisotropy Δn is almost 0 is applied from a state where no voltage is applied. As shown in FIG. 4, the liquid crystal panel for G color modulation has a refractive index difference from a state in which a voltage is applied to the liquid crystal so that the retardation Δ is ½ wavelength with respect to the center wavelength GC of the G color wavelength band. Reflection modulation is performed within a range in which a voltage at which the directivity Δn becomes approximately 0 is applied.
さらに、B色変調用の液晶パネルには、リタデーションΔがB色波長帯域の重心波長BCに対して1/2波長分となるだけ液晶に電圧を印加した状態から屈折率異方性Δnがほぼ0になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。これによって、最長波長帯域であるR色の反射率を損失させることなく光の利用効率を向上させ、かつカラーバランスを調整するために、R色の波長帯域をG側にシフトすることによる色純度の劣化を防ぐことを可能としている。 Further, in the liquid crystal panel for B color modulation, the refractive index anisotropy Δn is almost from the state in which the voltage is applied to the liquid crystal so that the retardation Δ is ½ wavelength with respect to the center wavelength BC of the B color wavelength band. Reflection modulation is performed within a range in which a voltage of 0 is applied. As a result, the color purity by shifting the wavelength band of the R color to the G side in order to improve the light use efficiency without losing the reflectance of the R color, which is the longest wavelength band, and to adjust the color balance. It is possible to prevent the deterioration of.
また、前記透過型液晶の例と同様に、本実施例は、液晶変調素子の最大リタデーション量Δmaxをレッド色の重心波長に設定しているため、R、G、Bの全ての色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合に限らず、RとGの色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合でも構わない。 Similarly to the transmissive liquid crystal example, the present embodiment sets the maximum retardation amount Δmax of the liquid crystal modulation element to the center of gravity wavelength of the red color, so that all colors of R, G, and B can be modulated. On the other hand, not only when the same liquid crystal modulation element is used, but also when the same liquid crystal modulation element is used for the modulation of R and G colors.
この場合、フォトンエネルギーの高い短波長光による耐光性劣化を抑制するためにB色光変調用の液晶変調素子を耐光性の高い液晶または処々のポリマー材料を用いたものとして専用に用いることが可能となるという利点がある。 In this case, in order to suppress light resistance deterioration due to short-wavelength light with high photon energy, it is possible to use a liquid crystal modulation element for B-color light modulation exclusively as a liquid crystal with high light resistance or various polymer materials. There is an advantage of becoming.
以上のように本実施例における液晶変調素子はネマティック相ポジ型によるTNモード動作の変調素子であって、3枚の液晶変調素子は同一の構造から成り、液晶変調素子への電圧無印加時のリタデーション付与量は、3つの色光の内、最も長い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、残る2つの色光を変調する2つの液晶変調素子は、各色光の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。 As described above, the liquid crystal modulation element in this embodiment is a nematic phase positive type TN mode operation modulation element, and the three liquid crystal modulation elements have the same structure, and when no voltage is applied to the liquid crystal modulation element. The amount of retardation applied corresponds to the half wavelength of the center wavelength of the longest light wavelength band among the three color lights, and the two liquid crystal modulation elements that modulate the remaining two color lights are approximately the center of the light wavelength band of each color light. Retardation corresponding to half the wavelength is applied by applying a predetermined voltage.
ここで、3枚の液晶変調素子が同一構造の場合は、具体的に言うと以下のような構成だと言える。例えば、第1色光(R色)の偏光状態を変調する第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光(G色)の偏光状態を変調する第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光(B色)の偏光状態を変調する第3液晶変調素子とを有し、前記3つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記3つの液晶変調素子はTN型液晶変調素子であって、前記第1色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第1電圧を前記第1液晶変調素子に印加し、前記第2色光に対して半波長のリタデーションを付与するために前記第1電圧よりも高い第2電圧を前記第2液晶変調素子に印加し、前記第3色光に対して半波長のリタデーションを付与するために前記第2電圧よりも高い第3電圧を前記第3液晶変調素子に印加する。また、同様の構成の画像表示装置において、前記3つの液晶変調素子はTN型液晶変調素子であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションの方が小さく、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションの方が小さくなるように構成しても良い。 Here, when the three liquid crystal modulation elements have the same structure, specifically, it can be said that the configuration is as follows. For example, a first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light (R color), and a second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light (G color) having a shorter wavelength than the first color light. And a third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light (B color) having a wavelength shorter than that of the second color light, and an image that is displayed by synthesizing image light from the three liquid crystal modulation elements In the display device, the three liquid crystal modulation elements are TN type liquid crystal modulation elements, and a first voltage is applied to the first liquid crystal modulation element in order to give a half-wave retardation to the first color light, A second voltage higher than the first voltage is applied to the second liquid crystal modulation element in order to give half-wave retardation to the second color light, and half-wave retardation is given to the third color light. A third higher than the second voltage to Applying a pressure to the third liquid crystal modulation element. In the image display device having the same configuration, the three liquid crystal modulation elements are TN liquid crystal modulation elements, and the first liquid crystal modulation element gives incident light (for example, to the first color light) in a state where no voltage is applied. The retardation that the second liquid crystal modulation element gives to the incident light (for example, to the first color light) in a state where no voltage is applied is smaller than the retardation, and the second liquid crystal modulation element does not change the incident light (for example, in the state where no voltage is applied). The retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the incident light (for example, to the first color light) may be configured to be smaller than the retardation given to the first color light.
この他、本実施例における3枚の液晶変調素子は、光変調する3つの色光のうち、波長の短い順に光変調する液晶変調素子を液晶変調素子B,G,Rとするとき、2つの液晶変調素子G,Rは同一構造から成り、液晶変調素子Bは他の2つの液晶変調素子G,Rと異なった構造から成り、液晶変調素子Bへの電圧無印加時のリタデーション付与量は、3つの色光の内最も短い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Rの電圧無印加時のリタデーション付与量は、3つの色光の内最も長い波長の色の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Gは、中間の色光の波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。 In addition, the three liquid crystal modulation elements in this embodiment include two liquid crystal modulation elements B, G, and R when the liquid crystal modulation elements that perform light modulation in the order of the shortest wavelength among the three color lights that are light modulated. The modulation elements G and R have the same structure, the liquid crystal modulation element B has a different structure from the other two liquid crystal modulation elements G and R, and the amount of retardation applied to the liquid crystal modulation element B when no voltage is applied is 3 This corresponds to the half wavelength of the center wavelength of the shortest light wavelength band of the two color lights, and the retardation applied amount when no voltage is applied to the liquid crystal modulation element R is the light wavelength band of the color of the longest wavelength of the three color lights. The liquid crystal modulation element G, which corresponds to a half wavelength of a substantially central wavelength, imparts a retardation corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength in the wavelength band of intermediate color light by applying a predetermined voltage.
このように、G,R用の液晶変調素子が同じ構造で、B用の液晶変調素子がそれらとは異なる構造の場合は、具体的にいうと以下のような構成だと言える。例えば、第1色光の偏光状態を変調する第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調する第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調する第3液晶変調素子とを有し、前記3つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記3つの液晶変調素子はTN型液晶変調素子であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションと、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションとが実質的に同じであって、前記第1及び2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションが、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも大きい。 In this way, when the G and R liquid crystal modulation elements have the same structure and the B liquid crystal modulation element has a different structure, it can be said that the structure is as follows. For example, a first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light, a second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light, and a wavelength longer than the second color light. And a third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the short third color light, and the three liquid crystal modulation elements are TN. A retardation that the first liquid crystal modulation element gives to incident light (for example, to the first color light) in a state where no voltage is applied; For example, the retardation given to the first color light is substantially the same, and the retardation given to the incident light (for example, to the first color light) by the first and second liquid crystal modulation elements without applying a voltage is the third liquid crystal. Modulator element has no voltage Greater than the retardation applied to the incident light pressure state (e.g., the first color light).
この他本実施例における2つの液晶変調素子G,Bは同一構造から成り、液晶変調素子Rは他の2つの液晶変調素子G,Bと異なった構造から成り、液晶変調素子Rへの電圧無印加時のリタデーション付与量は、3つの色光の内最も長い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Gの電圧無印加時のリタデーション付与量は、3つの色光の内中間の色光の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Bは、最も短い色光の波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。 In addition, the two liquid crystal modulation elements G and B in this embodiment have the same structure, the liquid crystal modulation element R has a structure different from the other two liquid crystal modulation elements G and B, and no voltage is applied to the liquid crystal modulation element R. The amount of retardation applied when applied corresponds to the half wavelength of the approximate center wavelength of the longest light wavelength band among the three colored lights, and the amount of retardation applied when no voltage is applied to the liquid crystal modulation element G is the middle of the three colored lights. The liquid crystal modulation element B corresponds to a half wavelength of the center wavelength of the shortest color light by applying a predetermined voltage to the liquid crystal modulation element B. Yes.
このように、B,G用の液晶変調素子が同じ構造で、R用の液晶変調素子がそれらとは異なる構造の場合は、具体的にいうと以下のような構成だと言える。例えば、第1色光の偏光状態を変調する第1液晶変調素子と、前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調する第2液晶変調素子と、前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調する第3液晶変調素子とを有し、前記3つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記3つの液晶変調素子はTN型液晶変調素子であって、前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションが、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも大きく、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションと、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションとが実質的に同じである。 In this way, when the liquid crystal modulation elements for B and G have the same structure and the liquid crystal modulation element for R has a different structure, it can be said that the structure is as follows. For example, a first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light, a second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light, and a wavelength longer than the second color light. And a third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the short third color light, and the three liquid crystal modulation elements are TN. The retardation that the first liquid crystal modulation element gives to the incident light (for example, to the first color light) when no voltage is applied to the incident light when the second liquid crystal modulation element is applied with no voltage ( For example, the retardation applied to the incident light (for example, to the first color light) in a state in which no voltage is applied to the second liquid crystal modulation element and the third liquid crystal modulation element in the state in which no voltage is applied. Incident light For example, the first color light) and the retardation providing are substantially the same.
尚、ここで言う「同一構造」とは、電圧無印加状態で同一の波長の光に対して実質的に同一のリタデーション(位相差)を与え、所定の電圧を印加した状態で同一の波長に対して実質的に同一のリタデーションを与えることを意味している。つまり、外観等が若干違っていたとしても、同一構造であることはありえる。 The “same structure” as used herein refers to substantially the same retardation (phase difference) for light of the same wavelength when no voltage is applied, and the same wavelength when a predetermined voltage is applied. This means that substantially the same retardation is given. In other words, even if the appearance is slightly different, it is possible that they have the same structure.
本実施例は、上述の限りではない。例えば、各液晶変調素子R、G、Bすべてが互いに異なる構造であっても構わない。すなわち各液晶変調素子が入射光(どの波長の光であっても構わないが、可視光領域内であることが望ましい)に対して、互いに異なるリタデーション(光路長差)を与えるように構成しても構わない。具体的には、電圧無印加状態の液晶変調素子Rが入射光(どのような波長の光でも構わないが、可視領域内の光であることが望ましい)に与えるリタデーション(光路長差)が、電圧無印加状態の液晶変調素子Gが入射光に与えるリタデーションよりも大きく、電圧無印加状態の液晶変調素子Gが入射光に与えるリタデーションが電圧無印加状態の液晶変調素子Bが入射光に与えるリタデーションよりも大きくなるように構成する。尚、ここで言うリタデーションとは、偏光方向が互いに直交する2つの光の光路長差のことであり、その光路長差が同じであっても(構造が同じであっても)、その光路長差を与えられた光の波長が異なれば、結果として与えられる位相差が異なる。 This embodiment is not limited to the above. For example, all the liquid crystal modulation elements R, G, and B may have different structures. That is, each liquid crystal modulation element is configured to give different retardation (optical path length difference) to incident light (which may be light of any wavelength, but is preferably in the visible light region). It doesn't matter. Specifically, the retardation (optical path length difference) given to the incident light (light having any wavelength, but preferably in the visible region) by the liquid crystal modulation element R in a state where no voltage is applied, The retardation applied to the incident light by the liquid crystal modulation element G when no voltage is applied is greater than the retardation provided by the liquid crystal modulation element B when no voltage is applied to the incident light. It is configured to be larger. Here, the retardation means an optical path length difference between two lights whose polarization directions are orthogonal to each other. Even if the optical path length difference is the same (the structure is the same), the optical path length is the same. If the wavelength of the given light is different, the resulting phase difference is different.
この場合、液晶変調素子Rが電圧無印加状態でR色光(R色光の代表波長、又はR色光波長領域)に与える位相差(phase difference)と、液晶変調素子Gが電圧無印加状態でG色光(G色光の代表波長、又はG色光波長領域)に与える位相差(phase difference)と、液晶変調素子Bが電圧無印加状態でB色光(B色光の代表波長、又はB色光波長領域)に与える位相差(phase difference)とが実質的に同じ(一方が他方の95%以上105%以下、好ましくは98%以上102%以下)であり、その位相差が略半波長であることが望ましい。但し、実際に半波長の位相差を各色光に与える際には、各液晶変調素子に微量の電圧を印加しても構わない。 In this case, the phase difference given to the R color light (the representative wavelength of R color light or the R color light wavelength region) when the liquid crystal modulation element R is not applied with voltage, and the G color light when the liquid crystal modulation element G is not applied with voltage. A phase difference given to (a representative wavelength of G color light or a G color light wavelength region) and a liquid crystal modulation element B to B color light (a representative wavelength of B color light or a B color light wavelength region) in a state where no voltage is applied. It is desirable that the phase difference is substantially the same (one is 95% or more and 105% or less, preferably 98% or more and 102% or less), and the phase difference is substantially a half wavelength. However, when actually giving a half-wave phase difference to each color light, a minute amount of voltage may be applied to each liquid crystal modulation element.
尚、リターデーションが実質的に同じとは一方が他方の95%以上105%以下、好ましくは98%以上102%以下のことをいう。 Note that the retardation is substantially the same, one means 95% or more and 105% or less, preferably 98% or more and 102% or less of the other.
以上のように、本実施例の画像表示装置の構成の特徴は以下のようになる。 As described above, the characteristics of the configuration of the image display apparatus according to the present embodiment are as follows.
第1色光の偏光状態を変調する第1液晶変調素子と、
第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調する第2液晶変調素子と、
第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調する第3液晶変調素子とを有し、3つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示している。
A first liquid crystal modulation element for modulating the polarization state of the first color light;
A second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a wavelength shorter than that of the second color light, and combines and displays the image light from the three liquid crystal modulation elements.
このとき、3つの液晶変調素子はTN型液晶変調素子であること、
そして
◎第1色光に対して半波長のリタデーション(第1色光の半波長分に相当するリタデーション)を付与するために第1電圧を前記第1液晶変調素子に印加し、第2色光に対して半波長のリタデーション(第2色光の半波長分に相当するリタデーション)を付与するために第1電圧よりも高い第2電圧を第2液晶変調素子に印加し、第3色光に対して半波長のリタデーション(第3色光の半波長分に相当するリタデーション)を付与するために第2電圧よりも高い第3電圧を第3液晶変調素子に印加すること、
◎第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも、第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションの方が小さく、第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも、第3液晶変調素子が電圧無印加状態で前記入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションの方が小さいこと
◎第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションと、第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションとが実質的に同じであって、
第1及び2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションが、第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも大きいこと
◎第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションが、第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションよりも大きく、第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションと、第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に(例えば第1色光に)与えるリタデーションとが実質的に同じであること
◎第1色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第1電圧を第1液晶変調素子に印加し、第2色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第1電圧よりも高い第2電圧を第2液晶変調素子に印加し、第3色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第2電圧よりも高い第3電圧を第3液晶変調素子に印加すること、が特徴である。
At this time, the three liquid crystal modulation elements are TN liquid crystal modulation elements.
And a first voltage is applied to the first liquid crystal modulation element in order to give a half-wave retardation to the first color light (a retardation corresponding to the half-wavelength of the first color light). A second voltage higher than the first voltage is applied to the second liquid crystal modulation element to provide half-wave retardation (retardation corresponding to the half-wavelength of the second color light), and half wavelength relative to the third color light. Applying a third voltage higher than the second voltage to the third liquid crystal modulation element in order to provide retardation (a retardation corresponding to a half wavelength of the third color light);
Rather than the retardation that the first liquid crystal modulation element gives to incident light (for example, to the first color light) when no voltage is applied, the retardation that the second liquid crystal modulation element gives to incident light (for example, to the first color light) when no voltage is applied. Is smaller than the retardation that the second liquid crystal modulation element gives to incident light (for example, to the first color light) when no voltage is applied to the incident light (for example, the first liquid crystal modulation element). The retardation given to the colored light is smaller. ◎ The retardation given to the incident light (for example, to the first color light) when the first liquid crystal modulation element is not applied with voltage, and the incident light when the second liquid crystal modulation element is not applied with voltage. The retardation to be given (for example to the first color light) is substantially the same,
Retardation that the first and second liquid crystal modulation elements give to incident light (for example, to the first color light) in a state where no voltage is applied, and retardation that the third liquid crystal modulation element gives to incident light (for example, to the first color light) when no voltage is applied. The retardation that the first liquid crystal modulation element gives to the incident light (for example, to the first color light) in the state where no voltage is applied is applied to the incident light (for example, the first color light, for example). ) Larger than the applied retardation, the retardation applied to the incident light (for example, to the first color light) by the second liquid crystal modulation element in the absence of voltage application, and the incident light (for example, the first liquid crystal modulation element in the absence of voltage application). The retardation applied to the color light is substantially the same. A first voltage is applied to the first liquid crystal modulation element in order to give a half-wave retardation to the first color light. A second voltage higher than the first voltage is applied to the second liquid crystal modulation element in order to give half-wave retardation to the light, and a second voltage is given to give half-wave retardation to the third color light. It is characterized in that a higher third voltage is applied to the third liquid crystal modulation element.
これによって明るく、色再現範囲の広い画像表示ができる液晶投射型の画像表示装置の達成を容易にしている。 This facilitates the achievement of a liquid crystal projection type image display device capable of displaying a bright image with a wide color reproduction range.
次に、本実施例の投写型表示装置の実施例1を図8に基づき説明する。図8は投写型表示装置の実施例1を構成する主要な光学系の断面図である。 Next, Example 1 of the projection display apparatus of this example will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of main optical systems constituting the first embodiment of the projection display apparatus.
図8において、不図示の外部ビデオ入力信号を光変調パネル駆動信号に変換する光変調パネルドライバー3からのドライブ信号を図中の実線を介して透過型の液晶変調素子からなるレッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Bをそれぞれ独立制御する。 In FIG. 8, a red light modulation panel comprising a transmission type liquid crystal modulation element as a drive signal from a light modulation panel driver 3 for converting an external video input signal (not shown) into a light modulation panel drive signal through a solid line in the figure. The 2R, green light modulation panel 2G and blue light modulation panel 2B are independently controlled.
このとき、各光変調パネル2R,2G,2Bに印加する電圧を、前述したように制御している。 At this time, the voltage applied to each light modulation panel 2R, 2G, 2B is controlled as described above.
一方、照明手段1(側面図を横に記している)からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、レッド色を反射し、シアン色(グリーン色とブルー色)を透過するレッドシアン波長帯域分離用のダイクロイックミラー20によってまずレッド色成分Rを偏向し、偏向されたレッド色Rは全反射ミラー22によってレッド用光変調パネル2Rに導かれる。一方、レッドシアン波長帯域分離用のダイクロイックミラー20によって透過分離されたシアン色成分は、イエロー色を反射し、ブルー色Bを透過するイエローブルー波長帯域分離用のダイクロイックミラー21によってシアン色のイエロー成分のグリーン色成分を偏向し、偏向されたグリーン色Gはグリーン用光変調パネル2Gに導かれる。そして、イエローブルー波長帯域分離用のダイクロイックミラー21によって透過分離されたブルー色B成分は、全反射ミラー23と24によってブルー用光変調パネル2Bに導かれる。このとき、光路長を延長するために、フーリエ変換レンズ25と26によるキャッツアイ光学系で瞳を光変調パネル2Bに転送するように構成している。 On the other hand, the illumination light that is linearly polarized and polarized in the direction perpendicular to the paper surface from the illumination means 1 (the side view is written horizontally) reflects red and transmits cyan (green and blue). First, the red color component R is deflected by the dichroic mirror 20 for wavelength band separation, and the deflected red color R is guided to the red light modulation panel 2R by the total reflection mirror 22. On the other hand, the cyan component transmitted and separated by the dichroic mirror 20 for red / cyan wavelength band separation reflects the yellow color, and the cyan yellow component is reflected by the yellow / blue wavelength band separation dichroic mirror 21 that transmits the blue color B. The green color component is deflected, and the deflected green color G is guided to the green light modulation panel 2G. Then, the blue color B component transmitted and separated by the dichroic mirror 21 for separating the yellow-blue wavelength band is guided to the blue light modulation panel 2B by the total reflection mirrors 23 and 24. At this time, in order to extend the optical path length, the pupil is transferred to the light modulation panel 2B by the cat's eye optical system using the Fourier transform lenses 25 and 26.
上記の照明構成で各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gを照明している。 Each of the red light modulation panels 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G is illuminated with the above-described illumination configuration.
一方、ビデオ信号に法って変調されたレッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gによって、紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光は、各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。 On the other hand, the illumination light linearly polarized in the direction perpendicular to the paper surface by the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G modulated in accordance with the video signal is converted into each red light. Polarization retardation is given according to the modulation state of the pixels arranged in the modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G.
クロスダイクロイックプリズム12の各色の光入射表面に貼りつけられた、レッド用光変調パネル2Rにて変調を受けた光束はレッド用検光子(検光子とは、画像光とは異なる偏光状態の光を投射光学系に対して遮光する光学素子であって、例えば偏光板や偏光ビームスプリッタ等でも良い。)27、グリーン用光変調パネル2Gにて変調を受けた光束はグリーン用検光子28、ブルー用光変調パネル2Bにて変調を受けた光束はブルー用検光子29によって紙面垂直方向に偏光偏波した変調光成分は透過し、紙面水平方向に偏光偏波した変調光成分は検光子に吸収され熱として消失する。以後各色の変調を受けた紙面垂直方向に偏光偏波した変調光成分はクロスダイクロイックプリズム12に入射する。 The light beam, which is affixed to the light incident surface of each color of the cross dichroic prism 12 and modulated by the light modulation panel 2R for red, is a red analyzer (analyzer is light having a polarization state different from that of image light). An optical element that shields light from the projection optical system, and may be, for example, a polarizing plate or a polarizing beam splitter.) 27, the light beam modulated by the green light modulation panel 2G is the green analyzer 28, blue light. The light beam modulated by the light modulation panel 2B transmits the modulated light component polarized and polarized in the direction perpendicular to the paper surface by the blue analyzer 29, and the modulated light component polarized and polarized in the horizontal direction on the paper surface is absorbed by the analyzer. Dissipates as heat. Thereafter, the modulated light component polarized and polarized in the direction perpendicular to the plane of the paper subjected to the modulation of each color enters the cross dichroic prism 12.
クロスダイクロイックプリズム12はS偏光偏波光に対して、レッド色Rを反射しグリーン色Gとブルー色Bを透過するレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Rとブルー色Bを反射してグリーン色Gとレッド色Rを透過するブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Bをクロス上状に配した構成より成っている。 The cross dichroic prism 12 reflects the red color R and reflects the red color dichroic wavelength band separation film 12R that reflects the red color R and transmits the green color G and the blue color B, and reflects the blue color B and the green color G. The blue reflection dichroic wavelength band separation film 12B that transmits the red color R is configured in a cross-like shape.
したがってグリーンにおいては主体的にレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Rとブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Bを透過する特性を有しているものである。このクロスダイクロイックプリズム12を用いることによって、レッド色Rの画像情報光はレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Rによって投影レンズ4方向に偏向を受け、ブルー色Bの画像情報光はブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜12Bによって投影レンズ4方向に偏向を受け、グリーン色Gの画像情報発光は偏向作用を受けずに投影レンズ4の方向に進行する。 Accordingly, green has a characteristic of mainly transmitting through the red reflecting dichroic wavelength band separating film 12R and the blue reflecting dichroic wavelength band separating film 12B. By using the cross dichroic prism 12, the red color R image information light is deflected in the direction of the projection lens 4 by the red reflecting dichroic wavelength band separation film 12R, and the blue color B image information light is reflected by the blue reflecting dichroic wavelength. The band separation film 12B is deflected in the direction of the projection lens 4, and the image information light emission of green color G proceeds in the direction of the projection lens 4 without being subjected to the deflection action.
ただし各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。 However, a plurality of arranged pixels in each of the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G are adjusted or mechanically adjusted such that the predetermined pixels overlap with a predetermined accuracy. Electrically compensated.
次に、合波されたカラー色として変調された光R,G,Bはそのまま投影レンズ4の入射瞳によって捕らえられ、各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gの光変調面と光拡散スクリーン5の光拡散面が投影レンズ4によって光学的共役関係に配されているため、光拡散スクリーン5に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン5に表示される。 Next, the light R, G, B modulated as a combined color is captured by the entrance pupil of the projection lens 4 as it is, and each of the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation. Since the light modulation surface of the panel 2G and the light diffusion surface of the light diffusion screen 5 are arranged in an optical conjugate relationship by the projection lens 4, the image is transferred to the light diffusion screen 5 and the image based on the video signal is light diffusion. It is displayed on the screen 5.
本実施例の投写型表示装置の実施例2を図9に基づき説明する。図9は投写型表示装置の実施例2を構成する主要な光学系の断面図である。 Example 2 of the projection display apparatus of this example will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the main optical system constituting the embodiment 2 of the projection display apparatus.
図9において、不図示の外部ビデオ入力信号を光変調パネル駆動信号に変換する光変調パネルドライバー3からのドライブ信号を図中の実線を介して反射型の液晶変調素子からなるレッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gをそれぞれ独立制御し、一方、照明手段1(側面図を横に記している)からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、マゼンタ色(レッド色とブルー色)を反射しグリーン色Gを透過するマゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー30によってまずマゼンタ色成分を偏向し、偏向されたマゼンタ色は、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子34を通過して、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分Bと、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分が作成され、次に、偏光ビームスプリッタ33に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分Bは偏光分離膜33aをP偏光波のため透過して、ブルー用光変調パネル2Bに導かれ、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分Rは偏光分離膜33aをS偏光波のため反射して、レッド用光変調パネル2Rに導かれる。 In FIG. 9, a red light modulation panel comprising a reflection type liquid crystal modulation element as a drive signal from a light modulation panel driver 3 for converting an external video input signal (not shown) into a light modulation panel drive signal via a solid line in the figure. 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G are independently controlled. On the other hand, the illumination light linearly polarized in the direction perpendicular to the paper surface from the illumination means 1 (side view is shown horizontally) is applied. The magenta green wavelength band separation dichroic mirror 30 reflects the magenta color (red color and blue color) and transmits the green color G. The magenta color component is first deflected, and the deflected magenta color is half-wave converted to the blue polarized light. The blue color component B that passes through the blue cross-color polarizer 34 that gives the retardation of the light and is linearly polarized in the horizontal direction of the paper, and the vertical of the paper A red color component that is linearly polarized in the direction is created, and then the blue color component B that is incident on the polarization beam splitter 33 and linearly polarized in the horizontal direction in the drawing is transmitted through the polarization separation film 33a as a P polarized wave. Then, the red color component R, which is guided to the blue light modulation panel 2B and linearly polarized in the direction perpendicular to the paper surface, is reflected by the polarization separation film 33a due to the S-polarized wave and is guided to the red light modulation panel 2R. .
一方、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー30によって透過分離されたグリーン色成分Gは、光路長を補正するためのダミーガラス36を通過し、次に、偏光ビームスプリッタ31に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分Gは偏光分離膜31aをS偏光波のため反射して、グリーン用光変調パネル2Gに導かれる。 On the other hand, the green color component G transmitted and separated by the magenta green wavelength band separation dichroic mirror 30 passes through the dummy glass 36 for correcting the optical path length, and then enters the polarization beam splitter 31 in the direction perpendicular to the paper surface. The linearly polarized polarized green color component G is reflected by the polarization splitting film 31a as an S-polarized wave and guided to the green light modulation panel 2G.
上記の照明構成で各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gを照明している。 Each of the red light modulation panels 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G is illuminated with the above-described illumination configuration.
一方、ビデオ信号に法って変調されたレッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gによって、各光変調パネル2R、2G、2Bを照明する光は、各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。 On the other hand, the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G modulated according to the video signal are used to illuminate the light modulation panels 2R, 2G, and 2B. Polarization retardation is given according to the modulation state of the pixels arranged in the light modulation panel 2R for green, the light modulation panel 2G for green, and the light modulation panel 2G for blue.
照明光と同じ方向の偏光偏波成分は、照明光路を略引き返す光路を辿って光源ランプ側に戻り、照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分に関しては、レッド用光変調パネル2Rによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜33aをP偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子35を通過して、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分Rに変換され、次に、偏光ビームスプリッタ32に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は偏光分離膜32aをS偏光波のため反射して、投影レンズ4の方向に偏向を受ける。 The polarization polarization component in the same direction as the illumination light returns to the light source lamp side by following the optical path that substantially pulls back the illumination optical path, and for the polarization polarization component perpendicular to the polarization direction of the illumination light, the red light modulation The modulated light from the panel 2R has a polarization polarization direction that is horizontal to the paper surface, passes through the polarization separation film 33a of the polarization beam splitter 33 for the P-polarized wave, and then gives red half-wave retardation to the red polarized light. It passes through the cross-color polarizer 35 and is converted into a red color component R that is linearly polarized and polarized in the direction perpendicular to the paper surface. Then, the red color component that is incident on the polarization beam splitter 32 and linearly polarized and polarized in the direction perpendicular to the paper surface. Reflects the polarized light separation film 32 a due to the S-polarized wave and is deflected in the direction of the projection lens 4.
ブルー用光変調パネル2Bによる変調光は偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、偏光ビームスプリッタ33の偏光分離膜33aをS偏光波のため反射して、次に、レッド色Rの偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子35を作用を受けずに通過して、次に、偏光ビームスプリッタ32に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分Bは偏光分離膜32aをS偏光波のため反射して、投影レンズ4の方向に偏向を受ける。 The light modulated by the blue light modulation panel 2B is polarized in the direction perpendicular to the plane of the drawing, reflected by the polarization separation film 33a of the polarization beam splitter 33 due to the S-polarized wave, and then converted into the red R polarization by half wavelength. The blue color component B that passes through the red cross color polarizer 35 that gives the retardation of the light beam without being affected, and then enters the polarization beam splitter 32 and linearly polarized in the direction perpendicular to the paper surface, passes through the polarization separation film 32a. Reflected by the S-polarized wave and deflected in the direction of the projection lens 4.
グリーン用光変調パネル2Gによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ31の偏光分離膜32aをP偏光波のため透過して、次に、光路長を補正するためのダミーガラス37を通過し、次に、偏光ビームスプリッタ32に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分Gは偏光分離膜32aをP偏光波のため透過して、投影レンズ4の方向に導かれる。ただし各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。 The modulated light from the green light modulation panel 2G has the polarization polarization direction horizontal to the paper surface, passes through the polarization separation film 32a of the polarization beam splitter 31 for the P-polarized wave, and then dummy for correcting the optical path length. The green color component G that has passed through the glass 37 and then entered the polarization beam splitter 32 and linearly polarized and polarized in the horizontal direction on the paper surface is transmitted through the polarization separation film 32a as a P-polarized wave, and the direction of the projection lens 4 Led to. However, a plurality of arranged pixels in each of the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation panel 2G are adjusted or mechanically adjusted such that the predetermined pixels overlap with a predetermined accuracy. Electrically compensated.
次に、合波されたカラー色として変調された光R,G,Bはそのまま投影レンズ4の入射瞳によって捕らえられ、各レッド用光変調パネル2R、グリーン用光変調パネル2G、ブルー用光変調パネル2Gの光変調面と光拡散スクリーン5の光拡散面が投影レンズ4によって光学的共役関係に配されているため、光拡散スクリーン5に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン5に表示される。 Next, the light R, G, B modulated as a combined color is captured by the entrance pupil of the projection lens 4 as it is, and each of the red light modulation panel 2R, the green light modulation panel 2G, and the blue light modulation. Since the light modulation surface of the panel 2G and the light diffusion surface of the light diffusion screen 5 are arranged in an optical conjugate relationship by the projection lens 4, the image is transferred to the light diffusion screen 5 and the image based on the video signal is light diffusion. It is displayed on the screen 5.
以上説明したように、各実施例によれば、色の3原色用の液晶変調素子(変調用液晶パネル)を個々に形状の異なる個別品を用いることなく、最も光波長の長いレッド色光又はグリーン色光の利用効率を損失させることなく、明るくかつ色再現範囲の広い液晶投射型表示装置を簡易な方法で提供することができる。 As described above, according to each embodiment, the liquid crystal modulation elements (modulation liquid crystal panels) for the three primary colors are not red light components or green light having the longest light wavelength without using individual products having different shapes. A liquid crystal projection display device that is bright and has a wide color reproduction range can be provided by a simple method without losing the use efficiency of colored light.
以上説明した実施例のおいては、電圧無印加状態で略半波長のリタデーションを付与する液晶変調素子について記載してきたが、その限りではない。例えば電圧無印加状態では
リタデーションを実質的に与えず、電圧を印加して初めて入射光にリタデーションを付与する構成の液晶変調素子を用いても構わない。その場合であれば、透過型液晶変調素子を用いた液晶表示装置(液晶プロジェクタ)においては、液晶変調素子に揃えられた偏光方向(液晶変調素子の入射側の偏光板を透過する偏光方向)と液晶変調素子の出射側の偏光板を透過する偏光方向とが平行であれば、電圧無印加状態で白表示となるし、逆に、透過型液晶プロジェクターにおいては、液晶変調素子の入射側の偏光板を透過する偏光方向と液晶変調素子の出射側の偏光板を透過する偏光方向とが垂直であれば、電圧無印加状態で黒表示となる。また、反射型液晶変調素子を用いた液晶表示装置(液晶プロジェクタ)においては、液晶変調素子と対向する位置に偏光ビームスプリッタが配置されている場合には、電圧無印加状態では黒表示となる。但し、その場合であっても反射型液晶変調素子と偏光ビームスプリッタとの間に1/4波長板を適切に配置すれば、電圧無印加状態で白表示とすることもできる。
In the above-described embodiments, the liquid crystal modulation element that imparts a retardation of approximately half wavelength in a state where no voltage is applied has been described. However, the present invention is not limited thereto. For example, a liquid crystal modulation element having a configuration in which retardation is not substantially applied in a state where no voltage is applied, and the retardation is applied to incident light only after voltage is applied may be used. In that case, in a liquid crystal display device (liquid crystal projector) using a transmissive liquid crystal modulation element, the polarization direction aligned with the liquid crystal modulation element (the polarization direction transmitting through the polarizing plate on the incident side of the liquid crystal modulation element) and If the direction of polarization transmitted through the polarizing plate on the output side of the liquid crystal modulation element is parallel, white display is obtained when no voltage is applied. Conversely, in the case of a transmissive liquid crystal projector, the polarization on the incident side of the liquid crystal modulation element If the polarization direction that transmits through the plate and the polarization direction that transmits through the polarizing plate on the exit side of the liquid crystal modulation element are perpendicular, black display is obtained when no voltage is applied. Further, in a liquid crystal display device (liquid crystal projector) using a reflective liquid crystal modulation element, when a polarization beam splitter is disposed at a position facing the liquid crystal modulation element, black display is performed when no voltage is applied. However, even in such a case, white display can be performed in a state where no voltage is applied, by appropriately arranging a quarter-wave plate between the reflective liquid crystal modulation element and the polarizing beam splitter.
本実施例によれば、従来と比較してカラーバランスが良い及び/又は明るい画像を表示することが可能な画像装置を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide an image device capable of displaying an image having a better color balance and / or a brighter color than conventional ones.
1 照明手段
2R レッド用光変調パネル
2G グリーン用光変調パネル
2B ブルー用光変調パネル
3 光変調パネルドライバー
4 投影レンズ
5 光拡散スクリーン
12 クロスダイクロイックプリズム
20 レッドシアン波長帯域分離ダイクロイックミラー
21 イエローブルー波長帯域分離ダイクロイックミラー
22 全反射ミラー
23 全反射ミラー
24 全反射ミラー
25 フーリエ変換レンズ
26 フーリエ変換レンズ
27 レッド用検光子
28 グリーン用検光子
29 ブルー用検光子
30 マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー
31 偏光ビームスプリッタ
32 偏光ビームスプリッタ
33 偏光ビームスプリッタ
34 ブルークロスカラー偏光子
35 レッドクロスカラー偏光子
36 ダミーガラス
37 ダミーガラス
100 液晶分子
101 透明基板
102 対向透明基板
103 スイッチング素子
104 透明画素電極
105 透明共通電極
106 液晶配向膜
107 液晶配向膜
200 液晶分子
201 シリコン基板
202 対向透明基板
203 スイッチング回路層
204 ミラー画素電極
205 透明共通電極
206 液晶配向膜
207 液晶配向膜
300 透過型液晶素子
301 ポラライザ
400 反射型液晶素子
401 偏光ビームスプリッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination means 2R Red light modulation panel 2G Green light modulation panel 2B Blue light modulation panel 3 Light modulation panel driver 4 Projection lens 5 Light diffusion screen 12 Cross dichroic prism 20 Red cyan wavelength band separation dichroic mirror 21 Yellow blue wavelength band Separation dichroic mirror 22 Total reflection mirror 23 Total reflection mirror 24 Total reflection mirror 25 Fourier transform lens 26 Fourier transform lens 27 Red analyzer 28 Green analyzer 29 Blue analyzer 30 Magenta green wavelength band separation dichroic mirror 31 Polarizing beam splitter 32 Polarizing beam splitter 33 Polarizing beam splitter 34 Blue cross color polarizer 35 Red cross color polarizer 36 Dummy glass 37 Dummy glass 100 Liquid crystal molecule 101 Transparent substrate 102 Opposite transparent substrate 103 Switching element 104 Transparent pixel electrode 105 Transparent common electrode 106 Liquid crystal alignment film 107 Liquid crystal alignment film 200 Liquid crystal molecule 201 Silicon substrate 202 Opposing transparent substrate 203 Switching circuit layer 204 Mirror pixel electrode 205 Transparent common electrode 206 Liquid crystal alignment Film 207 Liquid crystal alignment film 300 Transmission type liquid crystal element 301 Polarizer 400 Reflection type liquid crystal element 401 Polarizing beam splitter
Claims (7)
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
前記第1色光に対して半波長の位相差を付与するために第1電圧を前記第1液晶変調素子に印加し、
前記第2色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第1電圧よりも高い第2電圧を前記第2液晶変調素子に印加し、
前記第3色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第2電圧よりも高い第3電圧を前記第3液晶変調素子に印加することを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
Applying a first voltage to the first liquid crystal modulation element to give a half-wave phase difference to the first color light;
Applying a second voltage higher than the first voltage to the second liquid crystal modulation element to give a half-wave phase difference to the second color light;
An image display device, wherein a third voltage higher than the second voltage is applied to the third liquid crystal modulation element in order to give a half-wave phase difference to the third color light.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さく、
前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さいことを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
The retardation that the second liquid crystal modulation element gives to the incident light in a state where no voltage is applied is smaller than the retardation that the first liquid crystal modulation element gives to the incident light in a state where no voltage is applied.
The image display apparatus according to claim 1, wherein the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the incident light in a state where no voltage is applied is smaller than the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the incident light in a state where no voltage is applied.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであって、
前記第1及び2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きいことを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
The retardation that the first liquid crystal modulation element gives to incident light in a state in which no voltage is applied is substantially the same as the retardation that the second liquid crystal modulation element gives to incident light in a state in which no voltage is applied,
The image display device according to claim 1, wherein the retardation that the first and second liquid crystal modulation elements give to incident light in a state where no voltage is applied is greater than the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to incident light in a state where no voltage is applied.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
前記第1液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きく、
前記第2液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第3液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであることを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
The retardation that the first liquid crystal modulation element gives to incident light when no voltage is applied is greater than the retardation that the second liquid crystal modulation element gives to incident light when no voltage is applied,
The retardation that the second liquid crystal modulation element gives to incident light in a state where no voltage is applied is substantially the same as the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to incident light in a state where no voltage is applied. Display device.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
前記3つの液晶変調素子に同一の電圧を印加された状態において、前記3つの液晶変調素子は同一波長の光に対して同一のリタデーションを付与するように構成されており、
前記3つの液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、
前記第2、3液晶変調素子は、各々の液晶変調素子に電圧を印加することによって、前記第2、3色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与していることを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
In the state where the same voltage is applied to the three liquid crystal modulation elements, the three liquid crystal modulation elements are configured to give the same retardation to light of the same wavelength,
The amount of retardation applied when no voltage is applied to the three liquid crystal modulation elements corresponds to the half wavelength of the substantially central wavelength of the first color light,
The second and third liquid crystal modulation elements are provided with a retardation corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength of the second and third color lights by applying a voltage to each of the liquid crystal modulation elements. Image display device.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
ある電圧を印加された状態において、前記第1、2液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第1のリタデーションを付与するように構成されており、
前記ある電圧を印加された状態において、前記第3液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第1のリタデーションとは異なっており、
前記第1液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、
前記第3液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第3色光の略中心波長の半波長に相当しており、
前記第2色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第2液晶変調素子には0より大きな電圧を印加されることを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
In a state where a certain voltage is applied, the first and second liquid crystal modulation elements are configured to give the same first retardation to light of a certain wavelength,
In the state where the certain voltage is applied, the retardation that the third liquid crystal modulation element gives to the light having the certain wavelength is different from the first retardation,
The amount of retardation applied when no voltage is applied to the first liquid crystal modulation element corresponds to a half wavelength of the substantially central wavelength of the first color light,
The amount of retardation applied when no voltage is applied to the third liquid crystal modulation element corresponds to a half wavelength of the substantially central wavelength of the third color light,
An image display device, wherein a voltage greater than 0 is applied to the second liquid crystal modulation element in order to provide a retardation corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength of the second color light.
前記第1色光よりも波長の短い第2色光の偏光状態を変調するTN型の第2液晶変調素子と、
前記第2色光よりも波長の短い第3色光の偏光状態を変調するTN型の第3液晶変調素子と、
前記3つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
ある電圧を印加された状態において、前記第2、3液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第1のリタデーションを付与するように構成されており、
前記ある電圧を印加された状態において、前記第1液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第1のリタデーションとは異なっており、
前記第1液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第1色光の略中心波長の半波長に相当しており、
前記第2液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第2色光の略中心波長の半波長に相当しており、
前記第3色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第3液晶変調素子には0(zero)より大きな電圧を印加されることを特徴とする画像表示装置。 A TN-type first liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the first color light;
A TN-type second liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the second color light having a shorter wavelength than the first color light;
A TN-type third liquid crystal modulation element that modulates the polarization state of the third color light having a shorter wavelength than the second color light;
An image display device having an optical system for combining image light emitted from the three liquid crystal modulation elements,
In a state where a certain voltage is applied, the second and third liquid crystal modulation elements are configured to give the same first retardation to light of a certain wavelength,
In the state where the certain voltage is applied, the retardation that the first liquid crystal modulation element gives to the light having the certain wavelength is different from the first retardation,
The amount of retardation applied when no voltage is applied to the first liquid crystal modulation element corresponds to a half wavelength of the substantially central wavelength of the first color light,
The amount of retardation applied when no voltage is applied to the second liquid crystal modulation element corresponds to a half wavelength of the approximate center wavelength of the second color light,
An image display device, wherein a voltage greater than 0 (zero) is applied to the third liquid crystal modulation element in order to provide a retardation corresponding to a half wavelength of a substantially central wavelength of the third color light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006073079A JP2006293341A (en) | 2005-03-16 | 2006-03-16 | Image display device |
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JP2006073079A JP2006293341A (en) | 2005-03-16 | 2006-03-16 | Image display device |
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Family Applications (1)
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JP2006073079A Pending JP2006293341A (en) | 2005-03-16 | 2006-03-16 | Image display device |
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JP (1) | JP2006293341A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015815A (en) * | 2011-06-06 | 2013-01-24 | Seiko Epson Corp | Projection type display device and optical unit |
JP2015138079A (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | セイコーエプソン株式会社 | Display device, and optical unit |
-
2006
- 2006-03-16 JP JP2006073079A patent/JP2006293341A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015815A (en) * | 2011-06-06 | 2013-01-24 | Seiko Epson Corp | Projection type display device and optical unit |
JP2015138079A (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | セイコーエプソン株式会社 | Display device, and optical unit |
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