JP2008090196A

JP2008090196A - プリズムユニット及びこれを用いた投射型表示装置

Info

Publication number: JP2008090196A
Application number: JP2006273573A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Kamioka; 上岡和雅; Masaaki Inui; 乾真朗; Tatsuo Morita; 森田達雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】
低コスト化が可能なプリズムユニット及びこれを用いた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】
光源と、光源からの光を複数色の光に分離する色分離部と、光の各々に対応して配置されたライトバルブと、ライトバルブからの光を合成する合成プリズムと、合成プリズムからの光を投射する投射レンズとを有する投射型表示装置であって、ライトバルブに対応して設けられ、ライトバルブを保持し、孔が設けられたライトバルブ枠体と、ライトバルブ枠体の孔に対応した位置に孔を設けた光学フレームを、ライトバルブ枠体の孔と光学フレームの孔に接着剤を充填し、固化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶パネル等のライトバルブに表示された光学像を、スクリーン等に投射するプロジェクタ等の投射型表示装置に関するものである。

下記特許文献１には、液晶パネル部は固着用の孔部を有し、液晶パネル部を固着配置する配置部には、液晶パネル部の孔部に対して挿入される複数のピンによるピン群が形成され、液晶パネル部は、孔部にピン群を挿入した状態で位置調整され、孔部内に固着剤が充填されることで配置部に対して固着された技術が開示されている。

特開２００５−３３８２２５号公報

上記特許文献１では、直径が細い形状の複数個のピンを光学フレームに植立させる必要があるため、製作が非常に困難であり、コストアップの要因となっていた。また光学フレームを部品として保管する際や、液晶パネル枠体を取り付ける際に誤ってぶつけてしまった場合などには、ピンが細い為変形したり、破損しやすいという問題があった。

本発明は、上記した課題に鑑みて成されたもので、その目的は、低コスト化が可能な投射型表示装置を提供することにある。

本発明の一面は、ライトバルブを保持し、孔が設けられたライトバルブ枠体と、ライトバルブ枠体の孔に対応した位置に孔を設けた光学フレームを、ライトバルブ枠体の孔と光学フレームの孔に接着剤を充填し、固化させる。

本発明によれば、低コスト化が可能な投射型表示装置を提供することができる。

次に、実施例１について図面を参照して説明する。尚、全ての図において、共通な機能を有する部分には同一符号を付して示し、また、煩雑さを避けるために、一度述べたものについてはその繰り返した説明を省略する。

図１〜図５は、実施例１の説明図である。図１から順に説明する。

図１は、実施例１の投射型表示装置の概観を示す斜視図で、図１（ａ）は投射型表示装置の正面側、図１（ｂ）は投射型表示装置の天地を反転させた背面側を示す。図１において、投射型表示装置１は、図１（ａ）のように、排気口２が側面に面しており、吸気口３が前面に面している。また、操作ボタン４は上面に設けてある。また、図１（ｂ）に示すように、パネル吸気口５が底面に面して配置されている。投射型表示装置１は、操作ボタン４により装置外部から操作して、動作させる。動作時には、投射レンズ１０より図示していないスクリーンなどに映像を投射して表示する。

図２は、図１に示した投射型表示装置１の内部を示す斜視図である。図２において、投射型表示装置１の内部には、光学エンジン３００と光源１００が設けてある。光学エンジン３００では、この光源１００からの光を分光部（図示せず）で３色に分光し、液晶パネル（図示せず）へ導いて光強度変調し、変調後の光を投射部である投射レンズ１０で装置外部のスクリーン（図示せず）などに投射して映像として表示する。

図３は、図２に示した光学エンジン３００の内部を示す簡易図である。

図３において、光学エンジン３００の分光部は、それぞれを形成する光学部品が剛体である光学エンジンケース３２０内部に取り付けられた形態で形成されている。まず、光源１００から入った光の処理内容を、順を追って説明する。以下、赤色をＲ、緑色をＧ、青色をＢとする。

光源１００から入った光は、マルチレンズＡ５００から光学エンジンケース３２０内に入り、続くマルチレンズＢ５１０へと進み、フォーカスレンズ５２０、ダイクロイックミラーＡ４１０へと進む。ダイクロイックミラーＡ４１０は、例えば、Ｒ反射ＧＢ透過ダイクロイックミラーであり、ここで、Ｒ光成分が反射され、さらに全反射ミラーＡ４２０で反射されて、コンデンサレンズＲ４３０及び偏光板Ｒ４３５を通って、ライトバルブである液晶パネル４０Ｒへと進む。そして、ＧＢ光成分はダイクロイックミラーＡ４１０を透過して、Ｇ反射Ｂ透過ダイクロイックミラーであるダイクロイックミラーＢ４４０へと進み、Ｇ光が反射されて、コンデンサレンズＧ４５０および偏光板Ｇ４５５を通って液晶パネル４０Ｇへと進む。ダイクロイックミラーＢ４４０を透過したＢ光成分はリレーレンズＡ４６０へと進み、以降、全反射ミラーＢ４６５、リレーレンズＢ４７０、全反射ミラーＣ４８０、リレーレンズＣ４９０、偏光板Ｂ４９５の順に進み、液晶パネル４０Ｂへと進む。このとき、ダイクロイックミラーＡ４１０とダイクロイックミラーＢ４４０が、光の波長成分を３色成分（Ｒ,Ｇ,Ｂ）に分光する分光部である。また、マルチレンズＡ５００、マルチレンズＢ５１０，フォーカスレンズ５２０、コンデンサレンズＲ４３０、コンデンサレンズＧ４５０、リレーレンズＡ４６０、リレーレンズＢ４７０、リレーレンズＣ４９０等が照明光を液晶パネルに導き、フォーカスレンズ５２０及びリレーレンズＢ４７０は位置調整を行った後、剛体である光学エンジンケース３２０に取り付けてある。これは、単純に光学部品を組み立てて取り付けただけでは、光学エンジンケース３２０や光学部品の加工精度により、光軸が設定している光軸の中心からずれて照明範囲が、液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの開口範囲からはずれることがあるため、フォーカスレンズ５２０及びリレーレンズＢ４７０の位置を調整することにより、最終的な照明範囲を調整して、液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの開口範囲すべてに照明範囲をあわせるためである。６０は合成プリズム（以下、疑義が生じない限り合成プリズムを単に「プリズム」と省略する）であり、各液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ，４０Ｂにて光変調された光学像を合成し、投射レンズ１０にて装置外部に投射する。

図４は、プリズム周辺の光学部品の詳細図である。

図４に示すようにプリズムホルダ３５０にプリズム６０が取り付けられ、プリズム６０を取り囲むように、光学フレーム５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂが取り付けられている。また、光学フレーム５０Ｒには液晶パネル４０Ｒを有する液晶パネル枠体４１Ｒが、光学フレーム５０Ｇには液晶パネル４０Ｇを有する液晶パネル枠体４１Ｇが、光学フレーム５０Ｂには液晶パネル４０Ｂを有する液晶パネル枠体４１Ｂがそれぞれ接着剤８０にて取り付けられている。光学フレームは、ポリカーボネート材などの熱可塑性高分子材料でできている。プリズムホルダ３５０の出射側には投射レンズ１０が取り付けられている。

図５は、プリズムユニット３０を示す図である。

図５では、２色成分の液晶パネル４０Ｇ、４０Ｂがそれぞれに対応する光学フレーム５０Ｇ、５０Ｂを介してプリズム６０に取り付いた状態（内部がわかるように接着剤８０は図示していない）、また、取り付け構造の特徴を説明する為に１色成分の液晶パネル４０Ｒ、光学フレーム５０Ｒは分解された状態で示している。

図５に示すように、プリズム６０の周囲に各色成分に対応した液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ，４０Ｂが取り付けられている。光学フレーム５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂは、それぞれプリズム６０の側面６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂに固着されている。液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、これらの光学フレーム５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに、それぞれ液晶パネル枠体４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂを介して取り付けられている。なお、液晶パネル４０Ｒとプリズム６０との間には、偏光フィルム７０Ｒが設けられており、他の液晶パネル４０Ｇ，４０Ｂとプリズム６０との間にも、同様に偏光フィルム７０Ｇ，７０Ｂが設けられている。

ここで、液晶パネルで画像を表示する仕組みを説明する。液晶パネル４０Ｒに入射する光は、あらかじめ図示しない偏光変換部により偏光方向がそろった（たとえばＳ偏光など）の光となっている。液晶パネル４０Ｒで、設定した画素に対応する液晶部分では、偏光方向を回転する／しないの制御を行って、入射光の変調を行う。そして、偏光方向を回転した画素に対応する部分からの光は入射のたとえばＳ偏光に対してＰ偏光などに回転し、出力する。ここで、偏光フィルム７０Ｒの透過方向に設定してある偏光方向と先ほどの回転した画素部分の光の偏光方向であるＰ偏光が一致する配置になっており、液晶パネル４０Ｒで偏光を回転した画素部分の光は偏光フィルム７０Ｒを透過する。液晶パネル４０Ｒから出る、回転していないＳ偏光の成分は、偏光フィルム７０Ｒに吸収される。

このようにして、偏光フィルムと液晶パネルとの組み合わせにより、液晶パネルの画素毎のオン／オフの制御動作が実現され、さらに、この画素毎の制御を組み合わせて１枚の光学像である画像として表示することが可能となる。

３色成分の液晶パネルから出力された光は、プリズム６０にて合成される。３色成分の合成は、プリズム６０内部のクロスダイクロイックミラー面（図示せず）により実現される。液晶パネル４０Ｇから出力された光は、プリズム６０では透過して直進し、液晶パネル４０Ｒ及び液晶パネル４０Ｂから出力された光は、プリズム６０内ではそれぞれ図示しないクロスダイクロイックミラー面で直角に反射して、投射レンズ１０方向に進む。このようにして、３色成分のそれぞれを担当する液晶パネルからの映像を、プリズム６０が合成することができる。

各液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの表示画像がプリズム６０により合成されて表示されるため、３色成分の表示位置を、完全に一致して合成しなければならない。このためには、投射レンズ１０側から見て、３枚の液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂが同じ焦点位置、同じ画面位置にある必要がある。このために、プリズム６０周りに液晶パネルを固定する場合には、通常は、液晶パネルの位置合わせ調整（コンバージェンス調整）が行われる。そして、コンバージェンス調整後には、液晶パネルの位置がずれると、合成される映像が乱れることになるため、調整後の位置が確実に固定されているようにする必要がある。

次に光学フレームと液晶パネルの取り付け方法を説明する。ここでは、光学フレーム５０Ｒに対する液晶パネル４０Ｒの取り付け方法で代表的に示す。

まず、光学フレーム５０Ｒをプリズム６０に接着剤、両面テープ等の接着部により固定する。そして、プリズム６０に対して液晶パネル４０Ｒの位置をコンバージェンス調整し、その調整後に液晶パネル枠体４１Ｒが有する複数の孔４５Ｒと光学フレーム５０Ｒの有する凸部５５の中心の孔５６に接着剤８０を充填し、接着固定を行う。同様に、プリズム６０に接着された光学フレーム５０Ｒ、５０Ｂにそれぞれ液晶パネル４０Ｒ，４０Ｂがコンバージェンス調整を行った後に接着固定される。ここで、接着剤８０は、紫外線を照射することにより硬化する硬化型接着剤を用いる。

次に、液晶パネル４０の接着固定について詳細に説明する。

図６は液晶パネルの固定部の断面図である。

図５で説明したように液晶パネル枠体４１が有する複数の孔４５と光学フレーム５０の有する凸部５５の中心の孔５６とに接着剤を充填し、接着処理を行っている。この際に液晶パネル枠体４１と光学フレーム５０の凸部５５の間にはコンバージェンス調整によって生じる隙間が存在するが、接着剤８０に粘度、チクソ性のあるものを使用することで、隙間に対して孔５６が十分に大きいため、隙間にはほとんど接着剤が流れ込むことなく、孔５６に接着剤が充填され、確実に接着固定することができる。

ここでは光学フレーム５０の凸部５５が有する孔５６の形状を丸孔にて説明をしたが、四角や多角形といった丸孔以外の孔形状でも同様の効果を得られることは言うまでもない。

また、接着剤８０においては、紫外線硬化型接着剤を用いたが、熱硬化型接着剤などの他の接着剤においても同様の効果を得られることは言うまでもない。

上記実施例１においては、孔５６は貫通孔であるが、貫通孔でなくても同様の効果を得られることは言うまでもない。

上記したように、光学フレーム５０の接着剤８０を充填している部分にピンが無い簡単な形状である為、光学フレーム５０も容易に製作できる。さらに接着剤の充填が容易となり、作業性が大幅に改善される。また、液晶パネル枠体４１の孔４５内部に部材が存在しない為、接着剤固化時の収縮力の影響がなくなり、液晶パネル４０の調整位置精度を精度良く保つことが可能となる。

また、実施例１では、透過型の液晶パネルを用いた投射型表示装置に適用した場合について説明したが、反射型の液晶パネルを用いた投射型表示装置にも適用することが可能である。また、ライトバルブは液晶パネルに限定されず、微小ミラーをアレイ状に配置されたマイクロミラーデバイスにも適用可能である。

さらに、実施例１では、投射像を観察する方向から投射を行う前面投射型表示装置に適用した場合について説明したが、投射像を観察する方向とは反対側から投射を行う背面投射型表示装置にも適用可能であることは言うまでもない。

図７は、実施例２を示す液晶パネルの固定部の断面図である。

図７に示すように、液晶パネル枠体４１が有する孔４５の直径（φｄ）に対して、光学フレーム５０の凸部５５が有する孔５６’の直径（φＤ）を大きく形成している。その他の部分については実施例１と同様であるため、説明は省略する。

図７に示すように中心は一致しないことの方が多い。従って、図７のようにφＤ＞φｄとすることにより、コンバージェンス調整によって孔４５と孔５６’の中心がずれている場合においても、接着剤８０が孔５６’に充填されやすくなるという効果がある。

実施例１の投射型表示装置の外観を示す斜視図。実施例１の投射型表示装置の内部を示す斜視図。実施例１の光学系概略図。実施例１の投射型表示装置のプリズムと液晶パネル部を示す斜視図。実施例１のプリズムユニット３０を示す図。実施例１の液晶パネル固定部の断面図。実施例２の液晶パネル固定部の断面図。

符号の説明

１投射型表示装置
１０投射レンズ
３０プリズムユニット
４０液晶パネル
４１液晶パネル枠体
４５孔
５０光学フレーム
５５凸部
５６孔
６０プリズム
８０接着剤
１００照明部
３００光学エンジン
３２０光学エンジンケース
３５０プリズムホルダ

Claims

光を出射する光源と、前記光源からの光を複数色の光に分離する色分離部と、前記複数色の光の各々に対応して配置された複数個のライトバルブと、前記複数個のライトバルブからの光を合成する合成プリズムと、前記合成プリズムからの光を投射する投射レンズとを有する投射型表示装置であって、
前記複数個のライトバルブの各々に対応して設けられ、前記ライトバルブを保持し、孔が形成された複数個のライトバルブ枠体と、
前記合成プリズムに固着され、前記ライトバルブ枠体に形成された孔の位置に対応して形成された孔を有する複数個の光学フレームとを有し、
前記ライトバルブ枠体と前記光学フレームは、前記ライトバルブ枠体の孔と前記光学フレームの孔に接着剤を充填することにより固化されることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記光学フレームの孔の大きさは、前記ライトバルブ枠体の孔の大きさと異なることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記光学フレームの孔の大きさは、前記ライトバルブ枠体の孔の大きさよりも大であること特徴とする投射型表示装置。
請求項２又は３の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記接着剤は、粘性又はチクソ性を有することを特徴とする投射型表示装置。
複数色の光の各々に対応して配置された複数個のライトバルブと、前記複数個のライトバルブからの光を合成する合成プリズムとで形成されたプリズムユニットであって、
前記複数個のライトバルブの各々に対応して設けられ、前記ライトバルブを保持し、孔が形成された複数個のライトバルブ枠体と、
前記合成プリズムに固着され、前記ライトバルブ枠体に形成された孔の位置に対応して形成された孔を有する複数個の光学フレームとを有し、
前記ライトバルブ枠体と前記光学フレームは、前記ライトバルブ枠体の孔と前記光学フレームの孔に接着剤を充填することにより固化されることを特徴とするプリズムユニット。
請求項５に記載のプリズムユニットであって、
前記光学フレームの孔の大きさは、前記ライトバルブ枠体の孔の大きさと異なることを特徴とするプリズムユニット。
請求項５に記載のプリズムユニットであって、
前記光学フレームの孔の大きさは、前記ライトバルブ枠体の孔の大きさよりも大であること特徴とするプリズムユニット。
請求項６又は７の何れかに記載のプリズムユニットであって、
前記接着剤は、粘性又はチクソ性を有することを特徴とするプリズムユニット。