JP2009042505A - プロジェクタ及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】B光を変調することで著しく劣化するB光用液晶ライトバルブの寿命を、光量を著しく低下させることなく延ばすことができるようにする。
【解決手段】ランプユニット102からの光を画像情報に応じて、R光、G光、B光毎に変調する複数の液晶ライトバルブ108と、この各液晶ライトバルブ108にて変調された色光を合成するクロスダイクロイックプリズム109とを有し、B光用液晶ライトバルブ108Bに入射されるB光をB光用回転シャッタ111で点滅させる。B光を点滅させることで、B光用液晶ライトバルブ108Bに入射されるB光の積算光量が減少し、相対的に寿命を延ばすことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、特定色光に対して劣化の著しい特定色光用光変調素子に入射する光量を減少させるようにしたプロジェクタ及び電子機器に関する。
従来、スクリーン上に拡大画像を投射して表示させるプロジェクタは、光源と、光源から出射された光束をダイクロイックミラーを用いて三色の色光R,G,Bに分離し、分離された光束を各色光毎に、画像情報に応じて変調する3枚の光変調素子と、各光変調素子で変調された光束を、合成する色合成光学装置(クロスダイクロイックプリズム)とを備える、いわゆる三板式のものが知られている。
光変調素子の一例である液晶ライトバルブは、ガラス基板、石英基板等の2枚の透明な基板間に、電気光学物質としての液晶を封入して構成されており、一方の基板に、例えば薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、「TFT」と略称)等の能動素子をマトリクス状に配置し、他方の基板に対向電極を配置して、両基板間に封止した液晶層の光学特性を画像信号に応じて変化させることで、画像表示を可能にしている。
ところで、最近のプロジェクタは、スクリーン上に投射する画像の高輝度化、高解像度化の要望が強く、この要望に対応するため光源用ランプとして高出力ランプを採用する傾向にあり、当然、液晶ライトバルブを透過する各色光の強度が強くなる。液晶ライトバルブの一対の基板間の対向面に形成されている配向膜がポリイミド等からなる有機配向膜の場合、透過する光の強度が強くなると、この有機配向膜が劣化する。
特に、液晶ライトバルブは、B(青色)光に対して劣化が顕著に激しいという劣化特性の周波数依存性があり、従って、B光を光変調させる液晶ライトバルブは、R(赤色)光とG(緑色)光とを各々光変調させる各液晶ライトバルブに比し、劣化進行が早期化されてしまう。
その結果、B光用液晶ライトバルブと、R光用液晶ライトバルブ、及びG光用液晶ライトバルブとの交換サイクルが異なり、メンテナンスが煩雑化する問題がある。
この対策として、例えば特許文献1(特開2004-317948号公報)には、B光用液晶ライトバルブの配向膜を、テトラカルボン酸類のモル数に対し、置換ビフェニル構造を含むジアミン化合物のモル比が0.4〜0.9倍として、B光に対する有機配向膜の劣化を抑えるようにした技術が開示されている。
特開2004-317948号公報
しかし、上述した文献に開示されている技術では、B光用液晶ライトバルブに形成されている有機配向膜の組成を改善することで、劣化対策を行っているが、有機配向膜の組成改善では、劣化進行を抑制することはできるが、B光用液晶ライトバルブの寿命をより延命させるには限界がある。
又、B光の光量を、他の光(R,G)の光量に比し著しく低下させれば、B光用液晶ライトバルブに入射する光量が減少するため、B光用液晶ライトバルブの寿命を延ばすことができる。しかし、B光用液晶ライトバルブに入射する光量を単純に減少させてしまうと、スクリーン上に投射される画像の色調が変化し、表示品質が悪化してしまう問題がある。
尚、B光による劣化は、液晶ライトバルブのみならず、LCOS(Liquid Crystal On Silicon)を代表とする反射型ライトバルブを用いた場合においても反射面の劣化の進行が著しくなる可能性がある。
本発明は、上記事情に鑑み、その色光を変調することで著しく劣化する光変調素子の寿命を、光量を著しく低下させることなく、しかも色変調部の構成を大きく変えることなく延命させることのできるプロジェクタ及び電子機器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため第1発明は、光源からの光を画像情報に応じて色光毎に変調する複数の光変調素子と、複数の該光変調素子で変調された色光を合成する色合成光学手段とを有するプロジェクタにおいて、特定色光を変調する特定色光用光変調素子と、前記特定色光用光変調素子に入射する前記特定色光を点滅させる点滅手段とを備えることを特徴とする。
このような構成では、特定色光を変調する特定色光用光変調素子に入射される特定色光を、点滅手段により点滅させるようにしたので、特定色光用光変調素子の積算光量が減少し、その分、特定色光用光変調素子の寿命を延ばすことができる。又、点滅により特定色光の積算光量を減少させるようにしたので、特定色光の光量が著しく低下することがない。
第2発明は、第1発明において、前記点滅手段は、前記光源と前記特定色光用光変調素子との間の光路上に配設されていることを特徴とする。
このような構成では、点滅手段を、光源と特定色光用光変調素子との間の光路上に配設しただけであるため、従来からある色変調部の構成を大きく変える必要が無く、高い汎用性を得ることができる。
第3発明は、第1或いは第2発明において、前記点滅手段は前記光源の直前に配設されていることを特徴とする。
このような構成では、点滅手段を光源の直前に配設することで、従来からある色変調部の構成を変更する必要がなく、より高い汎用性を得ることができる。
第4発明は、第1〜3発明において、前記点滅手段が回転シャッタであり、該回転シャッタを回転させることで前記特定色光を点滅させることを特徴とする。
このような構成では、点滅手段を回転シャッタとし、この回転シャッタを回転させるだけで特定色光を点滅させるようにしたので、取扱性が良い。
第5発明は、第1〜3発明において、前記点滅手段が前記特定色光を反射させる反射ミラーであり、該反射ミラーを微動させることで前記特定色光を点滅させることを特徴とする。
このような構成では、点滅手段を特定色光を反射させる反射ミラーとし、この反射ミラーを微動させることで特定色光を点滅させるようにしたので、点滅手段と反射ミラーとを共用化した分、部品点数の簡素化が実現できる。
第6発明は、第1〜5発明において、前記特定色光用光変調素子が液晶ライトバルブであることを特徴とする。
このような構成では、特定色光用光変調素子を液晶ライトバルブとしたので、この液晶ライトバルブの劣化の進行を抑制させることができる。
第7発明は、第1〜5発明において、前記特定色光用光変調素子が反射型ライトバルブであることを特徴とする。
このような構成では、特定色光用光変調素子を反射型ライトバルブとしたので、この反射型ライトバルブの劣化の進行を抑制させることができる。
第8発明による電子機器は、第1〜7発明の何れかに記載のプロジェクタを備えることを特徴とする。
このような構成では、電子機器に、第1〜7発明の何れかに記載のプロジェクタが備えられているので、電子機器に内装されているプロジェクタの寿命を延ばすことができる。
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1は液晶プロジェクタユニットの光学的な構成を示す説明図、図2は液晶ライトバルブをその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図、図3はTFT基板と対向基板とを貼り合わせて液晶を封入する組立工程終了後の液晶ライトバルブであって、図2のH−H'断面図である。
図1に示すように、電子機器の一例である液晶プロジェクタユニットは、液晶プロジェクタ100とスクリーン120とを有している。
液晶プロジェクタ100は、光源としてのランプユニット102と、このランプユニット102の直前に配設されている点滅手段としてのB光用回転シャッタ111と、ランプユニット102から投射された光の波長領域のうちのR,G,Bの三原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部103と、色変調部103から出射した光を、スクリーン120上に拡大投射する投射レンズ104とを備えている。又、ランプユニット102は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等のランプ102aと、このランプ102aからの射出光を平行光として反射するリフレクタ102bとを有している。
B光用回転シャッタ111は円板状に形成され、モータに連設する回転機構を介して回転自在にされている。このB光用回転シャッタ111の回転中心は、ランプユニット102の光軸に対して偏心されており、又、このB光用回転シャッタ111に、B光に対応する波長をカットするB光カットフィルタ部111aが所定領域(本実施形態では、全体のおよそ1/3領域)に形成されている。従って、このB光用回転シャッタ111が回転すると、光軸上をB光カットフィルタ部111aが通過する間、白色光に含まれているB光がカットされる。回転機構は、画像情報に同期して表示に影響しない帰線期間においては、光軸上にB光カットフィルタ部111aを臨ませる。或いはこの回転機構によりB光用回転シャッタ111を高速で定速回転させてB光を一定周期で点滅させる。
通常の液晶ライトバルブは、B光に対しては、他のR光やG光に比し劣化が顕著に激しいという劣化特性の周波数依存性を有している。又、液晶ライトバルブの寿命は、入射される色光の積算光量で決定される。従って、後述するB光用液晶ライトバルブ108Bに入射されるB光を、B光用回転シャッタ111で点滅させることで、B光用液晶ライトバルブ108Bに入射されるB光の積算光量が減少し劣化が抑制されて寿命を延ばすことができる。
又、色変調部103は、光分離手段としての2枚のダイクロイックミラー105a,105bと3枚の反射ミラー107a〜107cと3枚の光変調素子としての液晶ライトバルブ108R,108G,108Bと、クロスダイクロイックプリズム109とを備えている。
クロスダイクロイックプリズム109は、4つの直角プリズムを貼り合わせた構造を有し、その内部に、B光を反射する誘電体多層膜及びR光を反射する誘電体多層膜が形成されている。従って、G光は、クロスダイクロイックプリズム109内をそのまま透過する。
クロスダイクロイックプリズム109に設けられている1つの出射面に投射レンズ104が配設され、この出射面に対向する入射面にG光用液晶ライトバルブ108Gが配設されている。又、このクロスダイクロイックプリズム109の他の2つの入射面の一方にR光用液晶ライトバルブ108Rが配設され、他方の入射面にB光用液晶ライトバルブ108Bが配設されている。
又、ダイクロイックミラー105a,105bは、ランプユニット102からの白色光を、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の三原色に分離(分光)するものである。すなわち、ダイクロイックミラー105aは、ランプユニット102の出射方向に、B光用回転シャッタ111を挟んで配設されており、ガラス基板等の透明基板の表面に、ランプユニット102からの白色光のうち、B光及びG光を反射し、R光を透過する性質のダイクロイック膜が形成されている。一方、ダイクロイックミラー105bは、ダイクロイックミラー105aの反射方向に対設されており、ガラス基板等の透明基板の表面に、ダイクロイックミラー105aから反射された光のうち、G光を反射し、B光を透過する性質のダイクロイック膜が形成されている。
このダイクロイックミラー105aの透過方向に、反射ミラー107aが対設されており、この反射ミラー107aの反射方向にR光用液晶ライトバルブ108Rが対設されている。
又、ダイクロイックミラー105bの反射方向にG光用液晶ライトバルブ108Gが対設されている。更に、このダイクロイックミラー105bの透過方向に反射ミラー107bが対設され、この反射ミラー107bの反射方向に反射ミラー107cが対設され、この反射ミラー107cの反射方向に、B光用液晶ライトバルブ108Bが対設されている。
次に、各液晶ライトバルブ108R,108G,108Bの構成について、図2、図3を用いて簡単に説明する。尚、各液晶ライトバルブ108R,108G,108Bは同一の構成を有しているため、これらを「液晶ライトバルブ108」と総称して説明する。
液晶ライトバルブ108は、TFT基板10と、これに対向配置される対向基板20とを有し、両基板10,20の対向面間の画像表示領域10aの周囲に設けたシール領域が、シール材31を介して貼り合わされている。尚、図示しないが両基板10,20の外表面に偏光板(図示せず)が配設されている。
更に、この両基板10,20の対向面間とシール材31とで囲まれた領域内に液晶32が挟持されている。この液晶32は、シール材31に切欠き形成された液晶注入口33からセル注入方式で注入される。尚、この液晶注入口33は液晶注入後、封止材34で封止される。又、液晶32を注入する方式としては、このようなセル注入方式以外に液晶滴下方式が知られている。この液晶滴下方式では、両基板10,20を貼り合わせる前に、液晶32をシール材31で囲まれた領域に予め滴下しておくため、シール材31に液晶注入口33を形成する必要はない。
又、対向基板20の4隅には、上下導通材56が設けられており、TFT基板10に設けられた上下導通端子57と対向基板20に設けられた対向電極21との間で電気的に導通されている。又、シール材31が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aを規定する遮光性の周辺遮光膜58が対向基板20側に設けられている。又、画像表示領域の周辺に広がる周辺領域のうち、シール材31が配置されたシール領域の外側部分には、データ線駆動回路61及び外部回路接続端子62がTFT基板10の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路63が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。更に、TFT基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路63間を電気的に接続するための複数の配線64が設けられている。尚、走査線駆動回路63、及び配線64は、シール材31の内側の周辺遮光膜58に対向する位置に配設されている。
更に、TFT基板10上には、画素スイッチング用のTFTや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に配向膜16が形成され、他方、対向基板20の最上層部分に配向膜22が形成されており、この両配向膜16,22間で、所定の配向状態が設定される。配向膜16,22は、ポリイミド樹脂等の配向性高分子からなり、印刷等により塗布されて形成されている。
又、外部回路接続端子62には、図示しないフレキシブル配線基板(FPC)が電気的に接続されており、このフレキシブル基板から外部回路接続端子62を介して供給される画像情報に基づいて、画像表示領域10aに各光(R光、G光、B光)毎の画像が表示される。
このような構成からなる液晶プロジェクタユニットでは、ランプユニット102から投射された白色光は、B光用回転シャッタ111を透過してダイクロイックミラー105aに入射される。B光用回転シャッタ111は、画像情報に同期し、帰線期間においてはB光カットフィルタ部111aが光軸上に臨まされるようにセットされる。或いは、このB光用回転シャッタ111が高速で定速回転している。従って、このB光用回転シャッタ111が光軸上を通過する間は、白色光中のB光がカットされ、ダイクロイックミラー105aへは、B光が点滅された状態で出射される。
ダイクロイックミラー105aに入射された白色光は、R光が透過され、B光及びG光が反射される。そして、ダイクロイックミラー105aを透過したR光は、反射ミラー107aで反射されて、R光用液晶ライトバルブ108Rに入射される。
一方、ダイクロイックミラー105aにて反射されたG光及びB光は、次のダイクロイックミラー105bにてB光が透過され、G光が反射される。そして、ダイクロイックミラー105bを反射したG光は、G光用液晶ライトバルブ108Gに入射される。
又、ダイクロイックミラー105bを透過したB光は、2枚の反射ミラー107b,107cを介してB光用液晶ライトバルブ108Bに入射される。
各液晶ライトバルブ108R,108G,108Bは、画像情報に基づき、入射された光を光変調する。ところで、上述したように、液晶ライトバルブは、B光に対しては、他のR光やG光に比し劣化が顕著に激しいという劣化特性の周波数依存性を有している。
しかし、本実施形態では、B光をB光用回転シャッタ111で点滅させているため、B光用液晶ライトバルブ108Bに入射される積算光量が、B光カットフィルタ部111aによりカットされた分だけ少なくなる。従って、その分、B光用液晶ライトバルブ108Bは劣化進行が抑制され寿命を延ばすことができる。尚、B光を点滅させるとB光の積算光量は減少するが、輝度に大きく影響する色光は、主にG光であるため、スクリーン120上に表示される画像の色調が大きく変化してしまうことはない。
そして、クロスダイクロイックプリズム109に入射されたR光、G光、B光は合成されて、投射レンズ104方向へ出射され、この投射レンズ104からスクリーン120上にカラー画像が投射されて、このスクリーン120に拡大画像を表示する。
このように、本実施形態では、B光用回転シャッタ111により、光源から投射される白色光中のB光の積算光量を時分割で減少させて入射するようにしたので、B光用液晶ライトバルブ108Bの劣化進行が抑制され、相対的に寿命を延ばすことができる。又、B光用液晶ライトバルブ108Bの組成を改善することなく、当該B光用液晶ライトバルブ108Bの寿命を延ばすようにしたので、従来の液晶ライトバルブをそのまま採用することができる。
又、B光用回転シャッタ111を、ランプユニット102と色変調部103との間に介装しただけであるため、色変調部103の構成を大きく変更する必要がなく、高い汎用性を得ることができる。
尚、B光用回転シャッタ111に変えて、反射ミラー107b或いは107cを回動自在とし、その回動角を微動させることで、B光用液晶ライトバルブ108Bに入射されるB光を点滅させることも可能である。従って、この場合、B光用回転シャッタ111は不要となり、又、回動する反射ミラー107b或いは107cが点滅手段となる。
[第2実施形態]
図4は本発明の第2実施形態による液晶プロジェクタユニットの光学的な構成を示す説明図である。本実施形態で採用する液晶プロジェクタ100では、上述した第1実施形態で採用した液晶ライトバルブ108R,108G,108Bに変えて、LCOSを代表とする、光変調素子としての反射型ライトバルブ118R,118G,118Bを使用したものである。
すなわち、ランプユニット102から白色光が出射されると、回転するB光用回転シャッタ111により、白色光中のB光が所定周期で点滅され、或いは画像情報に同期してB光が所定にカットされて出射される。そして、B光用回転シャッタ111から出射した白色光は、ダイクロイックミラー105aにてR光が透過され、B光及びG光が反射される。ダイクロイックミラー105aを透過したR光は、偏光ミラー116aで反射され、R光用反射型ライトバルブ118Rに入射される。そして、このR光用反射型ライトバルブ118Rで光変調されて反射されたR光が、偏光ミラー116aを透過し、クロスダイクロイックプリズム109に入射される。
一方、ダイクロイックミラー105aにて反射されたG光及びB光は、偏光ダイクロイックミラー115にてB光が透過され、G光がG光用反射型ライトバルブ118G方向へ反射される。G光用反射型ライトバルブ118Gに入射されたG光は、そこで光変調されて反射され、偏光ダイクロイックミラー115を透過し、クロスダイクロイックプリズム109に入射される。
又、偏光ダイクロイックミラー115を透過したB光は、反射ミラー107で反射されて偏光ミラー116bに入射され、この偏光ミラー116bでB光用反射型ライトバルブ118B側へ反射される。そして、このB光用反射型ライトバルブ118Bに入射されB光は、ここで光変調されて反射され、偏光ミラー116bを透過し、クロスダイクロイックプリズム109に入射される。
そして、クロスダイクロイックプリズム109に入射されたR光、G光、B光は光合成されて、投射レンズ104方向へ出射され、この投射レンズ104からスクリーン120上にカラー画像が投射されて、このスクリーン120に拡大画像を表示する。
このように、本実施形態では、B光用回転シャッタ111により、光源から投射される白色光中のB光の積算光量を時分割で減少させて入射するようにしたので、B光用反射型ライトバルブ118Bの劣化進行が抑制され、寿命を延ばすことができる。尚、B光用回転シャッタ111に変えて、反射ミラー107、或いは偏光ミラー116bを回動自在とし、その回動角を微動させることで、B光用反射型ライトバルブ118Bに入射されるB光を点滅させることも可能である。従って、この場合、B光用回転シャッタ111は不要となり、又、回動する反射ミラー107、或いは偏光ミラー116bが点滅手段となる。
又、本発明は上述した各実施形態に限るものではなく、例えばB光用回転シャッタ111は、光源102とB光用液晶ライトバルブ108B、或いはB光用反射型ライトバルブ118Bとの間の光路上の何れの位置に介装されていても良い。
本発明は、上述した各実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うプロジェクタ及び電子機器もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
又、電子機器としては、例えば、プロジェクタから投射された画像を黒板又は白板に投影し、その投影画像をCCD等の画像処理手段により画像信号に変換する電子黒板、又は車両のインストルメントパネルに埋設されたプロジェクタから投射された画像をミラーにより、フロントウインド上のスクリーン(ウインドシールド)に投射させてドライバに視認させるヘッドアップディスプレイ(HUD)であっても良い。更に、液晶ライトバルブは、TFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置以外に、パッシブマトリックス型の液晶装置、TFD(薄型ダイオード)をスイッチング素子として備えたものであっても良い。
第1実施形態による液晶プロジェクタユニットの光学的な構成を示す説明図 同、液晶ライトバルブをその上に形成された各構成要素と共に対向基板側から見た平面図 同、図2のH−H'断面図 第2実施形態による液晶プロジェクタユニットの光学的な構成を示す説明図
符号の説明
100…液晶プロジェクタ、102…ランプユニット、103…色変調部、108B…B光用液晶ライトバルブ、111…B光用回転シャッタ、111a…B光カットフィルタ部、115…偏光ダイクロイックミラー

Claims (8)

  1. 光源からの光を画像情報に応じて色光毎に変調する複数の光変調素子と、複数の該光変調素子で変調された色光を合成する色合成光学手段とを有するプロジェクタにおいて、
    特定色光を変調する特定色光用光変調素子と、
    前記特定色光用光変調素子に入射する前記特定色光を点滅させる点滅手段と
    を備えることを特徴とするプロジェクタ。
  2. 前記点滅手段は、前記光源と前記特定色光用光変調素子との間の光路上に配設されている
    ことを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。
  3. 前記点滅手段は前記光源の直前に配設されている
    ことを特徴とする請求項1或いは2記載のプロジェクタ。
  4. 前記点滅手段が回転シャッタであり、該回転シャッタを回転させることで前記特定色光を点滅させる
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のプロジェクタ。
  5. 前記点滅手段が前記特定色光を反射させる反射ミラーであり、該反射ミラーを微動させることで前記特定色光を点滅させる
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のプロジェクタ。
  6. 前記特定色光用光変調素子が液晶ライトバルブである
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のプロジェクタ。
  7. 前記特定色光用光変調素子が反射型ライトバルブである
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のプロジェクタ。
  8. 前記請求項1〜7の何れか1項に記載のプロジェクタを備えることを特徴とする電子機器。
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