JP2017122859A - 光変調装置、投写型表示装置、および、光変調装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の投写画像を生成可能な光変調装置を提供する。【解決手段】光変調装置３ａは、光源からの光が通過する開口３２１を有する部材３２と、部材３２に対して光源と反対側に設けられ、部材３２の開口３２１を通過した光が照射される光変調素子３１ａとを有し、光変調素子３１ａには、マークが設けられており、部材３２には、部材３２の光源側からマークを視認可能な領域が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光変調素子を備えた光変調装置および投写型表示装置に関する。

従来から、光変調素子を備えた投写型表示装置が知られている。このような投写型表示装置は、光変調素子に対する異物の侵入を防ぐ防塵部材、不要な照明光を遮光する遮光部材、および、偏光の向きを整える光学素子を備えることにより、高品質な投写画像を生成することが可能となる。

しかし、防塵部材、遮光部材、および、光学素子は、光変調素子に対して所定の位置からずれると、コントラストの低下、色むら調整精度の低下、または、画像端部の色付など、投写画像が劣化する可能性がある。このため、これらの部品には高い位置精度が求められ、これらの部品の組立作業において各部品同士の相互位置調整に多くの時間を要する。

特許文献１には、液晶モジュールの外形を基準にして、液晶モジュールに対する光学素子および偏光板のアライメントを行うプロジェクタの調整方法が開示されている。

特開２０１０−１９０９４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている調整方法では、液晶モジュール（光変調素子）と液晶モジュールを保持する外形フレームとの位置ずれが発生する可能性がある。そして、外形フレームを基準として位置決めされる偏光板および光学素子は、この位置ずれを含んだ状態で調整される。このため、特許文献１の調整方法では、偏光板や光学素子の位置調整を高精度に行うことができず、高品質の投写画像を生成することができない場合がある。

そこで本発明は、高品質の投写画像を生成可能な光変調装置、投写型表示装置、および、光変調装置の製造方法を提供する。

本発明の一側面としての光変調装置は、光源からの光が通過する開口を有する部材と、前記部材に対して前記光源と反対側に設けられ、該部材の前記開口を通過した前記光が照射される光変調素子とを有し、前記光変調素子には、マークが設けられており、前記部材には、該部材の光源側から前記マークを視認可能な領域が設けられている。

本発明の他の側面としての投写型表示装置は、光源と前記光変調装置とを有する。

本発明の他の側面としての光変調装置の製造方法は、光源からの光が通過する開口を有する部材と、該部材の前記開口を通過した前記光が照射される光変調素子とを有する光変調装置の製造方法であって、前記光変調素子を、該光変調素子の熱を放出する放熱器に取り付けて光変調素子ユニットを形成するステップと、前記光変調素子に設けられたマークを基準として、前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、高品質の投写画像を生成可能な光変調装置、投写型表示装置、および、光変調装置の製造方法を提供することができる。

実施例１における光変調素子ブロックの分解斜視図である。 実施例１における光変調素子ブロックの構成図である。 実施例１における光変調素子ユニットの要部の平面図、および、照明範囲の説明図である。 実施例１における光変調素子ブロックの要部の平面図、および、光変調素子ブロックの組み立て方法の説明図である。 実施例２における光変調素子ブロックの分解斜視図である。 実施例２における光変調素子ブロックの構成図である。 実施例２における光変調素子ブロックの要部の平面図である。 実施例２における遮光マスクと防塵カバーとの取り付け方法の説明図である。 各実施例における投写型表示装置の外観概略図である。 各実施例における投写型表示装置の内部構造図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図９および図１０を参照して、本実施形態における投写型表示装置の全体構成について説明する。図９は、本実施形態における投写型表示装置１００の外観概略図である。図１０は、投写型表示装置１００の内部構造図である。

１は光源である。２は、光源１からの光（白色光）をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分解し、各色に対応する光変調素子ブロック３に導く光学部品を収納する光学ブロックである。４は、光源１からの光を外部スクリーンへ拡大投写する投写レンズである。５は、光変調素子を含む光学部品を冷却する風を光学部品まで導風する冷却ダクトである。６は、光変調素子を冷却する冷却ファンである。７は、投写型表示装置１００の内部に設けられている各部品を収納する外装ケースである。

次に、図１乃至図４を参照して、本発明の実施例１における光変調素子ブロック（光変調装置）について説明する。図１は、光変調素子ブロック３ａの分解斜視図である。図２は、各部品を組み立てた状態の光変調素子ブロック３ａの構成図である。図３（ａ）は、光変調素子ユニット３１の要部の平面図（ｘｙ平面図）であり、図１中の矢印Ｗから見た領域Ｒ１の範囲内を示している。図３（ｂ）は、照明範囲Ｓの説明図である。図４（ａ）は、光変調素子ブロック３ａの要部の平面図（ｘｙ平面図）であり、図２中の矢印Ｘから見た領域Ｒ２の範囲内を示している。図４（ｂ）は光変調素子ブロック３ａの組み立て方法（位置合わせ方法）の説明図である。

３１は光変調素子ユニットである。光変調素子ユニット３１は、光入射面にカバーガラスが接着された光変調素子３１ａ、および、放熱器３１ｂ（ヒートシンク）を備えて構成される。放熱器３１ｂは、光変調素子３１ａの熱を放出するように機能する。３２は遮光マスク（遮光部材）である。遮光マスク３２は、光変調素子３１ａのカバーガラスよりも大きい外形形状を有する。また遮光マスク３２は、画素領域（有効画素領域）に相似し、かつ有効画素領域よりも大きい開口３２１を有する。このような構成により、遮光マスク３２は、光源からの光のうち開口３２１の外側に照射される光を遮光する領域（第２の領域）を有する。光変調素子３１ａは、遮光マスク３２に対して光源と反対側に設けられており、遮光マスク３２の開口３２１を通過した光が光変調素子３１ａに照射される。遮光マスク３２の開口３２１の位置は、後述のように、刻印３１２と副開口３２２との位置合わせ（アライメント）を行うことにより、光変調素子３１ａの有効画素領域に合わせて調整可能に固定されている。

図３（ａ）に示されるように、光変調素子３１ａの照明光入射面には有効画素領域３１１が設けられている。また光変調素子３１ａには、複数の刻印３１２（マーク）が設けられている。刻印３１２は、照明範囲Ｓの端から十分に外側へ離れた位置に設けられているため、スクリーンなどへ投写される映像に影響を及ぼさない。図３（ｂ）に示されるように、照明範囲Ｓは、光変調素子３１ａに入射する照明光の光強度のピーク値の８０％以上の値が得られる範囲であると定義される。また刻印３１２は、図３中のｘ_１、ｘ_２、ｙ_１、ｙ_２で表されるように、有効画素領域３１１の端からの位置精度が確保されている。このように、光変調素子３１ａの刻印３１２は、有効画素領域３１１に対する位置決め基準として機能する。

本実施例において、刻印３１２は、光変調素子３１ａの製造工程で用いられる（光変調素子３１ａに回路を形成する際に用いられる）アライメントマークであることが好ましい。これにより、有効画素領域３１１に対する刻印３１２の外形寸法や位置寸法のばらつきは、ｎｍ（ナノメートル）単位となる。また、有効画素領域３１１に対する遮光マスク３２の取り付け位置の精度は±数十μｍ程度であるため、刻印３１２を位置決め基準とする場合に懸念される外形寸法および位置寸法のバラつきは無視できる。

図４（ａ）に示されるように、遮光マスク３２は、光変調素子ユニット３１の有効画素領域３１１に対応して有効光束を通過させる開口３２１を有する。また遮光マスク３２は、光変調素子ユニット３１の刻印３１２を視認可能な（確認可能な）複数の副開口３２２（第２の開口または第１の領域）を有する。遮光マスク３２の副開口３２２は、光変調素子３１ａの刻印３１２に対応する位置に形成されている。本実施例では、遮光マスク３２の開口３２１の端部から光変調素子ユニット３１の刻印３１２までの間隔（距離）が所定の距離（図４（ａ）中のｘ_３、ｘ_４、ｙ_３、ｙ_４）となるように、光変調素子ユニット３１に対する遮光マスク３２の取り付け位置を調整する。

図４（ｂ）に示されるように、光変調素子３１ａには、照明範囲Ｓの外側の４つの角部のそれぞれに４つの刻印３１２が設けられている。本実施例において、刻印３１２の形状は略八角形であるが、これに限定されるものではない。一方、遮光マスク３２には、光変調素子３１ａの４つの刻印３１２のそれぞれに対応する４つの副開口３２２（４つの領域、第１の領域）が形成されている。すなわち遮光マスク３２には、遮光マスク３２の光源側から４つの刻印３１２を視認可能な４つの副開口３２２が設けられている。４つの副開口３２２の各々は、４つの刻印３１２の各々よりも大きい面積を有する。本実施例において、副開口３２２の形状は略正方形であるが、これに限定されるものではない。

遮光マスク３２を光変調素子３１ａ（光変調素子ユニット３１）に取り付ける際に、遮光マスク３２は、光変調素子３１ａに設けられた４つの刻印３１２のうち対角に位置する２つの刻印３１２を基準として、遮光マスク３２を光変調素子ユニット３１に取り付ける。より具体的には、対角に位置する２つの刻印３１２のそれぞれの端部と、２つの刻印３１２に対応する２つの副開口３２２のそれぞれの端部との間の距離が所定の範囲内になるように、遮光マスク３２を光変調素子ユニット３１に取り付ける。例えば、刻印３１２の端部と副開口３２２の端部との間の距離Ａ１、Ｂ１がそれぞれ所定の範囲内になるように位置合わせされた後、対角に位置する刻印３１２と副開口３２２の端部の間の距離Ａ２、Ｂ２がそれぞれ所定の範囲内になるように位置合わせされる。所定の範囲は、例えば、刻印３１２の径の長さＤＭや副開口３２２の長さＸＯ、ＹＯを基準として決定される任意の範囲に設定可能である。

これにより、有効画素領域３１１と開口３２１との位置関係を偏りなく調整することができる。すなわち、有効画素領域３１１の端部から遮光マスク３２の開口３２１の端部までの間隔（図４（ａ）中のＨ_１、Ｖ_１）を均一に保ちながら、遮光マスク３２を光変調素子ユニット３１に取り付けることができる。これにより、複数の光変調素子ブロック３ａを用いる投写型表示装置１００において、各光変調素子ブロック３ａに関する遮光マスク３２の相対位置ずれを抑制することが可能である。

その結果、従来のように光変調素子に通電して有効画素領域３１１を表示させることなく、光変調素子ユニット３１と遮光マスク３２との位置調整（位置合わせ）を行うことができる。このため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光変調素子ユニット３１の遮光マスク３２の開口３２１の端部の相互ずれを抑制することができる。これにより、投影映像の端部の近傍における色付きを低減することが可能である。したがって、本実施例の投写型表示装置によれば、低コストで高画質の投写画像を生成することができる。

次に、図５乃至図８を参照して、本発明の実施例２における光変調素子ブロック（光変調装置）について説明する。図５は、光変調素子ブロック３ｂの分解斜視図である。図６は、各部品を組み立てた状態の光変調素子ブロック３ｂの構成図である。図７は、光変調素子ブロック３ｂの要部の平面図であり、光変調素子３１ａと遮光マスク３２ｂとの取り付け構造（位置決め構造）を示している。図８は、遮光マスク３２ｂと防塵カバー３３との取り付け方法（位置決め方法）の説明図である。

光変調素子ユニット３１は、実施例１と同様に、光入射面にカバーガラスが接着された光変調素子３１ａ、および、放熱器３１ｂ（ヒートシンク）を備えて構成される。遮光マスク３２ｂ（遮光部材）は、画素領域（有効画素領域）に相似し、かつ有効画素領域よりも大きい開口３２１ｂを有する。また遮光マスク３２ｂは、光変調素子３１ａの刻印３１２（マーク）を視認可能な複数の副開口３２２ｂ、３２３ｂ（第２の開口）を有する。遮光マスク３２ｂの開口の位置は、刻印３１２と副開口３２２ｂ、３２３ｂとの位置合わせ（アライメント）を行うことにより、光変調素子３１ａの有効画素領域に合わせて調整可能に固定されている。

３３は防塵カバー（防塵部材）である。防塵カバー３３は、遮光マスク３２ｂの開口３２１ｂよりも大きい開口３３２を有し、光変調素子３１ａのカバーガラスの表面に異物が付着するのを防止する。３４は波長板である。３５は波長板保持部材である。波長板保持部材３５は、波長板３４を保持し、遮光マスク３２ｂの開口３２１ｂよりも大きい開口３５１を有する。また波長板保持部材３５は、光変調素子３１ａに対して波長板３４を回転調整可能に構成されている。本実施例において、波長板保持部材３５の開口３５１の中心（開口中心）、防塵カバー３３の開口３３２の中心（開口中心）、および、波長板３４の回転調整の際の回転中心は、同一直線上に配置されている。具体的には、これらは光変調素子３１ａの有効画素領域３１１を照明する照明光の光軸と平行な直線Ｚ上（同一直線上）に配置されている。

図７に示されるように、光変調素子３１ａの有効画素領域３１１と遮光マスク３２ｂの開口３２１ｂとの相対位置は、実施例１と同様に調整可能である。ここで、遮光マスク３２ｂの副開口３２２ｂは、防塵カバー３３に設けられた後述の位置決めボス３３１（突起部または凸部）の直径ｄを内接円とする正方形である。また、遮光マスク３２ｂの副開口３２３ｂは、位置決めボス３３１の直径ｄと短辺長さが同一であり、長辺の長さをｕ_１（ｕ_１＞ｄ）とする長方形である。

図８に示されるように、防塵カバー３３は、遮光マスク３２ｂと対向する面（光源に対して反対側の面）側に、２つの位置決めボス３３１（突起部）を有する。２つの位置決めボス３３１は、遮光マスク３２ｂの副開口３２２ｂ、３２３ｂのそれぞれ対応する位置に設けられている。すなわち遮光マスク３２には、第２の開口として、副開口３２２ｂ（第１の開口部）および副開口３２３ｂ（第２の開口部）が形成されている。防塵カバー３３の位置決めボス３３１は、副開口３２２ｂに挿入される第１の突起部と、副開口３２３ｂに挿入される第２の突起部とを含む。副開口３２２ｂ、３２３ｂと位置決めボス３３１とが嵌合することにより、防塵カバー３３は、遮光マスク３２ｂに対して、ｘ、ｙ方向の移動、および、ｘｙ面内での回転がそれぞれ制限される。また、防塵カバー３３に設けられた複数の爪部３３３が光変調素子ユニット３１に係合することにより、防塵カバー３３は光変調素子ユニット３１に固定される。

その結果、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、波長板３４の回転中心と光変調素子３１ａの有効画素領域３１１の中心とが一致するため、波長板３４を回転させて色むら調整を高精度に行うことが可能である。したがって、低コストかつ高画質の投写画像を生成可能な投写型表示装置を提供することができる。

各実施例によれば、光変調素子に対して遮光部材や偏光板を高精度に位置調整可能であるため、コントラストの向上、色むらの低減、遮光部材の位置ずれによる画面淵部の色付き防止などを実現することが可能である。このため各実施例によれば、高品質の投写画像を生成可能な光変調装置、投写型表示装置、および、光変調装置の製造方法を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、各実施例において、光変調素子の刻印を基準として位置合わせを行うための領域（副開口）は、遮光マスクに形成されているが、遮光マスク以外の部材（光源からの光が通過する開口を有する部材）にも適用可能である。また、刻印を視認可能な領域として、遮光マスクには開口（副開口）が形成されているが、光変調素子の刻印に対応する位置に設けられた透明部であってもよい。また、光変調素子は反射型の液晶パネルであるが、透過型の液晶パネルであってもよい。

３ａ、３ｂ 光変調素子ブロック（光変調装置）
３２、３２ｂ 遮光マスク（部材）
３１２ 刻印（マーク）
３２２、３２２ｂ、３２３ｂ 副開口部（領域）
１００ 投写型表示装置

Claims (15)

1. 光源からの光が通過する開口を有する部材と、
   前記部材に対して前記光源と反対側に設けられ、該部材の前記開口を通過した前記光が照射される光変調素子と、を有し、
   前記光変調素子には、マークが設けられており、
   前記部材には、該部材の光源側から前記マークを視認可能な領域が設けられていることを特徴とする光変調装置。
2. 前記部材は、前記光源からの光のうち前記開口の外側に照射される光を遮光する領域を備える遮光部材であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記光変調素子の前記マークは、該光変調素子の照明範囲の外側に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調装置。
4. 前記マークを視認可能な領域は、前記光変調素子の前記マークに対応する位置に形成された第２の開口であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調装置。
5. 前記マークを視認可能な領域は、前記光変調素子の前記マークに対応する位置に設けられた透明部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調装置。
6. 前記光源側から前記光変調素子を覆う防塵部材を更に有し、
   前記防塵部材は、前記部材の前記第２の開口に挿入される突起部を有することを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
7. 前記部材には、前記第２の開口として、第１の開口部および第２の開口部が形成されており、
   前記防塵部材の前記突起部は、前記第１の開口部に挿入される第１の突起部と、前記第２の開口部に挿入される第２の突起部を含み、
   前記第１の開口部は正方形であり、前記第２の開口部は長方形であることを特徴とする請求項６に記載の光変調装置。
8. 前記光変調素子の前記マークは、該光変調素子に回路を形成する際に用いられるアライメントマークであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光変調装置。
9. 前記光源と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光変調装置と、を有することを特徴とする投写型表示装置。
10. 光源からの光が通過する開口を有する部材と、該部材の前記開口を通過した前記光が照射される光変調素子とを有する光変調装置の製造方法であって、
    前記光変調素子を、該光変調素子の熱を放出する放熱器に取り付けて光変調素子ユニットを形成するステップと、
    前記光変調素子に設けられたマークを基準として、前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップと、を有することを特徴とする光変調装置の製造方法。
11. 前記部材には、該部材の光源側から前記マークを視認可能な第１の領域と前記開口の外側に入射した光を遮光する第２の領域とが設けられており、
    前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップにおいて、該部材の前記光源側から前記第１の領域を介して前記マークを確認しながら、該部材を該光変調素子ユニットに取り付けることを特徴とする請求項１０に記載の光変調装置の製造方法。
12. 前記光源側から前記光変調素子を覆う防塵部材を、前記光変調素子ユニットに取り付けるステップを更に有し、
    前記部材の前記第１の領域は、第２の開口であり、
    前記防塵部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップにおいて、該防塵部材の突起部を前記部材の前記第２の開口に挿入し、該防塵部材の爪部を該光変調素子ユニットに係合することにより、該防塵部材を該光変調素子ユニットに取り付けることを特徴とする請求項１１に記載の光変調装置の製造方法。
13. 前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップにおいて、前記光変調素子に通電することなく、前記マークを基準として該部材と該光変調素子との位置合わせを行うことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光変調装置の製造方法。
14. 前記光変調素子の前記マークは、該光変調素子の照明範囲の外側に設けられた４つのマークであり、
    前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップにおいて、該部材は、前記光変調素子に設けられた前記４つのマークのうち対角に位置する２つのマークを基準として、該部材を該光変調素子ユニットに取り付けることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光変調装置の製造方法。
15. 前記部材には、前記第１の領域として、該部材の光源側から前記４つのマークを視認可能な４つの領域が設けられており、
    前記４つの領域の各々は、前記４つのマークの各々よりも大きい面積を有し、
    前記部材を前記光変調素子ユニットに取り付けるステップにおいて、該部材は、前記４つのマークのうち対角に位置する前記２つのマークのそれぞれの端部と、該２つのマークのそれぞれに対応する２つの領域の端部との間の距離が所定の範囲内になるように、該部材を該光変調素子ユニットに取り付けることを特徴とする請求項１４に記載の光変調装置の製造方法。