JP2650184C - - Google Patents

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JP2650184C
JP2650184C JP2650184C JP 2650184 C JP2650184 C JP 2650184C JP 2650184 C JP2650184 C JP 2650184C
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light
liquid crystal
valve means
color
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】 この発明は投写式表示装置、特にその光学系の構造に関するものである。 【0002】 【従来の技術】 従来、投写式の表示装置としては映画やスライド、或いはCRTによるプロジ
ェクションテレビがあった。映画やスライドはフィルム上に焼き付けられた像を
投写するものであり、フィルムを媒体として投写するという制約があるため、入
力信号に対してオンライン的に画像を見ることができなかった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】 一方、CRTによるプロジェクションテレビは、CRT(ブラウン管)そのも
のが26インチ以上の大画面を構成することが物理的に制約が大きいことから誕
生した方式であり、CRTの発射光をそのまま投映するため、CRTの明るさが
かなり必要となり、そのため特殊なCRTを大電力で用い、クーリングして用い
るという非常に大きなシステムであり、家庭用として使用することが難しいとい
う問題点があった。 【0004】 また、CRTによるプロジェクションテレビは、光量が不十分で、スクリーン
上の明るさが不十分なことと、3管の光をスクリーン上で合成するため、スクリ
ーン位置とシステム位置を微妙に調整してもスクリーン上で色ずれを起こし易く
、全体として非常に画質が低下しており、かなり見にくい画面になるという問題
点があった。 【0005】 更に、システムが特殊で大形なCRTや、特殊の電源、調整系を備えており、
コスト的にかなり高いものになるという問題点があった。 【0006】 従来の投写式の表示装置には上述の間題点があり、大画面テレビ又は投写式テ
レビの利点を生かしきれずに、その普及が遅れている。 【0007】 この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高画質
で、扱い易く、システムもコンパクトな投写式表示装置を提供することを目的と
するものである。 【0008】 【課題を解決するための手段】 本発明に係る投写式表示装置は、赤色光が入射され該赤色光を変調して画像を
生成する第1の透過型ライトバルブ手段と、緑色光が入射され該緑色光を変調し
て画像を生成する第2の透過型ライトバルブ手段と、青色光が入射され該青色光
を変調して画像を生成する第3の透過型ライトバルブ手段と、前記第1の透過型
ライトバルブ手段、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び前記第3の透過型ラ
イトバルブ手段により生成された画像を合成する合成手段と、前記合成手段によ
り合成された画像を投写する投写光学手段とを備え、 前記第1の透過型ライトバルブ手段、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び
前記第3の透過型ライトバルブ手段は、前記色光を入射する入射側偏光板と、前
記入射側偏光板を透過した色光を入射する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶
パネルを透過した色光の内特定の偏光方向の色光を透過させる出射側偏光板とを
有し、 前記第1の透過型ライトバルブ手段、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び
前記第3の透過型ライトバルブ手段のそれぞれの出射側偏光板を透過した色光が
前記合成手段に入射されてなり、 前記各透過型液晶パネルは、一対の基板間にツイステッド・ネマチック型液晶
を挟持し、一方の前記基板上に形成された液晶駆動電極を有する複数の画素と、
前記一方の基板上に形成され前記複数の液晶駆動電極に接続された複数の薄膜ト
ランジスタとを有するアクティブマトリックス型透過型液晶パネルであって、前
記入射側偏光板を透過した色光を他方の前記基板側から入射した後に、前記複数
の薄膜トランジスタが形成された前記一方の基板に入射し、その後前記一方の基 板側から出射させるように構成してなり、当該3つの透過型液晶パネルは互いに
同一分解能の前記複数の画素を有し、 前記3つの透過型液晶パネルから前記投写光学手段までの光路長を互いに同一
となるように構成し、且つ前記合成手段は入射された3つの色光を同一光軸上に
合成してなる ことを特徴とする。 【0009】 【作用】 本発明において、透過型ライトバルブ手段は、入射側偏光板と出射側偏光板と
の間にTN方式の透過型液晶パネルを配置した構成であることから、白色光では
なく、そのおよそ1/3の光強度に落とされた色光を各々の透過型ライトバルブ
手段の入射側偏光板に入射しており、このため、光強度が落とされた色光を入射
する分、入射側偏光板での発熱は抑えられる。従って、入射側偏光板の寿命を長
くすることができる。さらに、入射側偏光板の発熱による温度上昇の影響を受け
て液晶パネルでのコントラストが低下することも抑えられる。 また、TN方式の各透過型液晶パネルを色光が透過した後にそれぞれ出射側偏
光板を設けて色光を偏光するので、合成手段のミラー等を反射・透過して偏光が
乱される前に、また光拡散してしまう前に、それぞれの出射側偏光板によって、
各画素での色光の強度を決定し、コントラストの良い各色光の画像を形成するこ
とができるので、3つの色光の画像を合成して得た合成画像のコントラストを向
上することができる。 また、白色光に比べておよそ1/3の光強度に落とされた色光が入射側偏光板
にてさらに光強度を落としてから透過型液晶パネルに入射するので、光に起因し
て発生する薄膜トランジスタの光リークが低減できる。従って、入射側偏光板で
の発熱を抑えるだけでなく、薄膜トランジスタのリーク電流をも抑えて画質を向
上することができる。 また、TN方式の各透過型液晶パネルは、薄膜トランジスタが形成される基板
とは反対の基板側から色光を入射し、薄膜トランジスタが形成される基板側から
出射するように配置することにより、白色光のおよそ1/3の光強度に落とされ た光を入射側偏光板を介してさらに光強度を落とし、さらに液晶パネルの基板の
うち薄膜トランジスタの形成されていない基板側から光入射してさらに光強度を
落とす構成を採用したので、薄膜トランジスタでの光リークを大きく低減するこ
とができる。 【0010】 さらに、本発明においては、3つの透過型液晶パネルが同一分解能の画素を有
し、且つ3つの透過型液晶パネルから投写光学手段までの光路長が互いに同一に
なるように構成し、さらにその上、各ライトバルブの出射側偏光板を透過した色
光を同一光軸上に合成するようにしたので、合成画像上において3つの透過型液
晶パネルの画素が同位置になるように合成される。よって、合成画像の各画素位
置において3つの色光の確実な加法混色が実現できる。 また、3つの透過型液晶パネルが同一分解能の画素を有し、且つそれぞれの色
光において液晶パネルと投写光学手段との間の光路長を互いに同一になるように
構成し、さらに各色光の画像は同一光軸上に合成されて投写されるので、各色光
の光束の大きさがほぼ同じとなり、スクリーン上の投写画面における画面内強度
分布が各色光で同一となる。さらに、光束の大きさがほぼ同じであれば3つの透
過型液晶パネルの画素を同位置に合わせ易くなる。 よって、色むらのない色再現性の良い高画質な画像が得られる。 【0011】 【発明の実施の形態】 図1はこの発明の一実施例に係る投写式液晶表示装置の光学系の構成図である
。この実施例においては、液晶パネル33〜35を挟むように偏光板36〜38
、39〜41と単色のカラーフィルタ42〜44が配置してある。色合成手段と
して半透過プリズム30a,30bが用いられ、半透過プリズム30a,30b
にて光軸合成が行なわれた光はレンズ31によりスクリーン32に投写される。
そして、液晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路の中心軸は同一平面
上にあり、また、液晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路長が等しく
なるように配置されている。 【0012】 例えば光源45からの光は単色のカラーフィルタ42を透過することにより赤
の光になり偏光板41を介して液晶パネル33に入射し、その後偏光板37を介
して半透過プリズム30aに入射する。同様にして、光源46,47からの光は
単色のカラーフィルタ44,45を透過することにより緑、青の光になり、偏光
板40,39を介して液晶パネル35,34に入射し、その後偏光板36,38
を介して半透過プリズム30bに入射する。半透過プリズム30bに入射した緑
の光は半透過膜47によりそのまま透過し、青の光は反射して半透過プリズム3
0aに入射する。半透過プリズム30aに入射した赤の光は半透過膜48により
反射し、緑及び青の光はそのまま透過して、赤、緑及び青の光がレンズ31の光
軸に合成されてレンズ31に向けられる。 【0013】 各液晶パネル33,35,34には、テレビ信号であれば色復調されたビデオ
信号が対応する各フィルタの配置されたパネルに入力され、そこで透過率が制御
されるので、色合成されてレンズ31に向けられた光は色調整がなされ、レンズ
31により拡大されてスクリーン32に投写される。 【0014】 この実施例では、液晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路長が等し
くなるように配置されており、各液晶パネル33〜35の影像がスクリーン32
上で一致する。 【0015】 図2は光路長が変化したときの結像位置の説明図である。例えば、被写体Aが
レンズ31によりスクリーン32上に結像しているものとして、その位置が変化
して被写体A’の位置になればレンズ31によりスクリーン32aに結像するこ
とになる。このように被写体の位置が変化すると結像位置も変化するが、この実
施例では上述のように液晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路長が等
しくなるように配置されており、赤、緑及び青の各色光による影像の結像位置が
一致しているので、色ぶれなどがおきず、高画質な影像が得られるように配置さ
れている。 【0016】 また、液晶パネル33〜35はTN(ツイステッド・ネマチック)方式とし、
液晶材料とそれを両側から挟んだガラス板とにより構成されている。このTN方
式はコントラスト、階調性、応答速度、透過率、寿命等において優れ、透過型に
した場合には光学系が簡単になる。 【0017】 図3は液晶パネル33〜35の構成例を示す説明図であり、ここではアクティ
ブマトリックス方式について図示されている。液晶は通常では多重化が難しく、
そのため使用する走査線数が少なく解像度が落ちざるを得なかったが、この図に
示すようなアクティブマトリックス方式によりその欠点を解決している。走査線
に対応するタイミング線12によりトランジスタ10がオンし、表示データをデ
ータ線13を介して画素に配置されている液晶駆動電極11に書き込む。その後
、トランジスタ10がオフしても、書き込まれた表示データはそのまま保持され
、液晶を駆動する。ここに用いるトランジスタ10は透明基板上に形成する必要
があるので、多結晶製又はアモルファスのシリコン薄膜トランジスタ(以下TF
Tという)が使われる。 【0018】 このTFTは薄膜でありスタテック駆動されるので、コントラスト、階調性、
応答性に優れ、また、画素数を増やせるので高解像度が高くなるという利点があ
る。また、このTFTは、ガラス基板上に形成できること、透明度(透過率、ス
ペクトル)、トランジスタ特性(移動度、オン/オフ比、スイッチング速度、集
積度)、コスト、安定性等において優れている。 【0019】 また、液晶パネル33〜35は透過型のものが用いられており、光学系の構成
が極めて簡単になっている。 【0020】 また、この実施例においては液晶パネル33〜35による3パネル投写方式が
用いられており、液晶パネル33〜35からの光を合成するので、もとの光量が
下げられる。また、同一分解能のパネルであるので、1パネル方式に比し分解能
は3倍向上する。これらの利点の他、カラーフィルタは3色が微細配置されたも のでなくて単色のベタフィルタでよいこと、画素欠陥が3枚とも同位置に生じる
可能性は非常に少ないので、固定画素欠陥を消去できる等の利点がある。 【0021】 また、レンズ31の一軸上に液晶パネル33〜35の光を合成しており、レン
ズからスクリーンまでの距離や、投写サイズの変更に対しても、単純にレンズの
操作のみで焦点を合わせるという、操作が簡単化されている。 【0022】 また、液晶パネル33〜35が相互に直角に配置され、半透過型プリズム30
a,30bの反射面が直角に配置されており、光学系の構成がコンパクトになり
、90°ずつ角度がずれた方向からの色光を1本の光束に合成できるので、製品
にした時の光学系のレイアウトがすっきりする。 【0023】 ところで、この実施例においては原理的に液晶パネル33〜35の像を拡大再
生してみることになるので、光源45〜47は輝度の高いランプが必要となる。
その結果、液晶パネル33〜35面での照度は非常に高く、10万lx〜50万
lxとなる。一方、TFTは半導体であるが故に光が入射すると起電力が発生し
、トランジスタ13がオフの状態であっても、光電流によってオン状態に近づい
てしまい、表示画面のコントラストが著しく低下する。通常このコントラストの
低下が起こり始める照度は、白色光で約10万lxであり、光の波長で言えば長
波長側、即ち赤色から赤外が最も吸収する帯域である。 【0024】 この光によるコントラスト低下を防ぐために、この実施例においてはカラーフ
ィルタ42〜44を液晶パネル33〜35に対して光源45〜47側に配置して
いる。カラーフィルタを液晶パネルに内蔵させた場合には、カラーフィルタ層を
液晶材料より光源側に配置して、TFTを搭載したガラス基板を液晶材料の投写
レンズ側へ配置することで対応できる。その結果、TFT面へは、必ずカラーフ
ィルタ及びガラス基板を介した光が入射されるので、青及び緑の光は等価的に1
/10以下の光量、また、赤の光でも1/5の光量に落とされ、強烈な光入射に
起因するTFTの光電流の誘起は押さえられ、画像のコントラストが低下し見に くくなる現像を防ぐことができる。 【0025】 図4はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の光学系の構成図であり、
この実施例では色合成手段として半透過ミラー52,53を利用している。例え
ば光源62からの光はカラーフィルタ59に入射しその内赤の光が透過し、赤の
光は液晶パネル56(偏光板は省略してある)を通過した後、半透過ミラー52
を透過する。光源63からの光はカラーフィルタ60に入射してその内緑の光が
透過し、緑の光は液晶パネル57(偏光板は省略してある)を通過した後、半透
過ミラー53を透過して、更に全反射ミラー55で反射された後再び半透過ミラ
ー52で反射される。光源64からの光はカラーフィルタ61に入射してその内
青の光が透過し、青の光は液晶パネル58(偏光板は省略してある)を通過した
後、全反射ミラー54で反射した後、更に半透過ミラー53で反射され、全反射
ミラー55で反射された後再び半透過ミラー52で反射される。 【0026】 半透過ミラー52を透過した赤の光並びに半透過ミラー52を反射した緑及び
青の光は、レンズ50の一軸上に合成され、レンズ50により拡大されてスクリ
ーン51に投写される。 【0027】 この実施例においても、レンズ50から各液晶パネル56,57,58まで光
路の中心軸は同一平面上にあり、また各光路長は同一になるように構成されてい
る。 【0028】 また、液晶パネル56,57,58が平行に配置され、また、半透過ミラー5
2,53が平行に配置されているので、同一方向からの色光を1本の光束に合成
でき、更に光路を内側に折り畳むことができるので、製品にしたときの光学系の
配置がすっきりし、コンパクトにまとめることができる。 【0029】 図5はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の光学系の構成図であり、
この実施例は色合成手段として半透過ミラー75,76を用いた例である。例え ば緑の光77は液晶パネル73(偏光板は省略してある)で変調された後、半透
過ミラー75に入射する。青の光78は液晶パネル74(偏光板は省略してある
)で変調された後、半透過ミラー75に入射する。半透過ミラー75に入射した
緑の光は透過し青の光は反射して、緑の光及び青の光は色合成されて半透過ミラ
ー76に入射する。 【0030】 赤の光は液晶パネル72(偏光板は省略してある)で変調された後、半透過ミ
ラー76に入射する。半透過ミラー76に入射した緑及び青の光は透過し赤の光
は反射して、緑、青及び赤の光は色合成されてレンズ70に向けられ、レンズ7
0によりスクリーン71に投写される。 【0031】 この実施例においても、レンズ70から各液晶パネル72,73,74まで光
路の中心軸は同一平面上にあり、また各光路長は同一になるように構成されてい
る。 【0032】 以上の実施例はいずれも光路中に半透過膜を挿入して色合成をしている(例え
ば図1の半透過膜47,48、図4の半透過ミラー52,53、図5の半透過ミ
ラー75,76)。従って、光源の光量が十分ある場合は問題ないが、少ない場
合には半透過膜での光損失を最少にする必要がある。この時は各3つの光束が赤
,緑,青と波長が異なるということと、或いはTN液晶の性質上偏光しているこ
とを利用することで対応できる。 【0033】 図6(イ)は光学ガラス80に干渉膜81を形成した半透過ミラーの説明図で
ある。同図(ロ)はその特性図である。この干渉膜81は例えば赤色光は透過、
赤色光以外は反射する性質があり、この結果、例えば赤の光を透過し緑の光を反
射して、赤及び緑の光を光損失なく合成することができる。この方式においては
、波長選択反射特性を適当に選択すると透過率・反射率ともに高めることができ
、赤・緑・青の3色の色光を損失なく合成でき、光の利用率が高められる。 【0034】 図7は偏光面を利用した半透過ミラーの説明図である。TN液晶は画面に偏光
板を用いて表示させており、液晶パネルから人間の眼に入射する光は光原理的に
偏向光である。従って、例えば緑と青、赤と緑で偏光面を90°ずらしておくと
偏光面の選択的な透過、反射が可能になる。このような原理に基づいて、光学ガ
ラス82上に透過特性のよい偏光反射面83を偏光面が水平になるように形成す
る。赤の光は水平偏光させておくとそのまま透過するが、緑の光は垂直偏光させ
てあるので反射する。この方式においても、偏光反射面及び入射する色光の偏光
軸を適当に選択すること、及び波長選択特性を利用した色合成手段を併用するこ
とによって、透過率・反射率ともに高めることができ、赤・緑・青の3色の色光
を損失なく合成でき、光の利用効率が高められる。 【0035】 図8は以上のようにして液晶パネルを用いて作製した投写型画像表示装置の外
観図であり、図1、図4又は図5の光学系を内蔵した投写本体86から出た光束
88はスクリーン87に投映される。 【0036】 【発明の効果】 以上のように本発明によれば次のような効果が得られている。 【0037】 (a)透過型液晶パネルを用いているので、反射型の場合のような偏光ビーム
スプリッタが不要であり、偏光光学系が簡略化され、システムがコンパクトにま
とまる。また、反射型の場合のように非変調光が投写光に混じることがないので
、そのような場合のコントラストの劣化がない。 【0038】 (b)また、3パネル投写方式を採用しているので次の利点がある。 それぞれの色光ごとに入射側偏光板に入射しているので、その光強度は白色光
に比べておよそ1/3になり、入射側偏光板の温度上昇が抑えられる。従って、
入射側偏光板の寿命を長くすることができる。さらに、入射側偏光板での発熱に
よる温度上昇の影響を受けて透過型液晶パネルでのコントラストが低下すること
を抑えられる。 TN方式の各透過型液晶パネルを色光が透過した後にそれぞれ出射側偏光板を
設けて色光を偏光するので、合成手段のミラー等を反射・透過して偏光が乱され
る前に、また光拡散してしまう前に、それぞれの出射側偏光板によって、各画素
での色光の強度を決定し、コントラストの良い各色光の画像を形成することがで
きるので、3つの色光の画像を合成して得た合成画像のコントラストを向上させ
ることができる。 更に、同一分解能の液晶パネルならば1パネル方式に比べて分解能が3倍向上
する。加えて、人間の目の分解能を利用した併置加法混色ではなく、完全な加法
湿色になるので、投写画像を近くで見ても、拡大率が大きいときでも良好な色再
現ができる。 液晶パネルに画素欠陥があったとしても画素欠陥が3枚とも同位置に生じる可
能性は非常に少ないので、固定画素欠陥を解消できる等の利点がある。 【0039】 (c)白色光に比べておよそ1/3の光強度に落とされた色光が入射側偏光手
段にてさらに光強度を落としてからツイステッド・ネマチック型液晶を用いた透
過型液晶パネルに入射するので、光に起因して発生する薄膜トランジスタの光リ
ークが低減できる。従って、入射側偏光手段での発熱を抑えるだけでなく、薄膜
トランジスタのリーク電流をも抑えて画質を向上することができる。 また、各透過型液晶パネルは、薄膜トランジスタが形成される基板とは反対の
基板側から色光を入射し、薄膜トランジスタが形成される基板側から出射するよ
うに配置することにより、白色光のおよそ1/3の光強度に落とされた光を入射
側偏光手段を介してさらに光強度を落とし、さらに液晶パネルの基板のうち薄膜
トランジスタの形成されていない基板側から光入射してさらに光強度を落とす構
成を採用したので、薄膜トランジスタでの光リークを大きく低減することができ
る。 【0040】 (d)各透過型液晶パネルで生成された画像を合成手段により同一光軸上に合
成し投写するので、投写光学手段からスクリーンまでの距離や、投写サイズの変
更に対しても、単純に投写光学手段の操作のみで焦点を合わせることができ、操 作が簡単化される。 【0041】 (e)3つの透過型液晶パネルが同一分解能の画素を有し、さらに投写光学手
段からのそれぞれの透過型液晶パネルまでの光路長を同一となるように構成し、
且つ各色光の画像は同一光軸上に合成されて投写されるので、投写光学手段の位
置における各色光の光束の大きさがほぼ同じとなるから、投写画面における画面
内強度分布が各色光どうしで同一となり、また光束の大きさが各色光でほぼ同じ
であるから、3つの液晶パネルの画素を同位置に合わせ易くなる。よって、色む
らのない色再現性の良い高画質な画像が得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a projection display device, and more particularly to a structure of an optical system thereof. [0002] Conventionally, as a projection type display device, there has been a movie, a slide, or a CRT projection television. Movies and slides project an image printed on film, and because of the restriction of projecting using film as a medium, images cannot be viewed online with respect to an input signal. [0003] On the other hand, a projection television using a CRT is a system that was born from the fact that a CRT (CRT) itself constitutes a large screen of 26 inches or more, which is physically limited. Since the light emitted from the CRT is directly projected, the brightness of the CRT is considerably required. Therefore, a special CRT is used with a large electric power and is used for cooling, which is a very large system, and is difficult to use for home use. There was a problem. [0004] In addition, the projection television using a CRT has insufficient light intensity and insufficient brightness on the screen, and the screen position and the system position are finely adjusted because light from three tubes is synthesized on the screen. However, there is a problem that a color shift easily occurs on the screen, the image quality is extremely reduced as a whole, and the screen becomes considerably hard to see. Further, the system is equipped with a special and large CRT, a special power supply and an adjustment system,
There was a problem that the cost was considerably high. [0006] The conventional projection display device has the above-mentioned problems, and its use has been delayed because the advantages of the large-screen television or the projection television cannot be fully utilized. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a projection display apparatus which has high image quality, is easy to handle, and has a compact system. [0008] A projection display apparatus according to the present invention includes a first transmissive light valve unit that receives red light, modulates the red light to generate an image, and a green light. A second transmissive light valve means that receives light and modulates the green light to generate an image; a third transmissive light valve means that receives blue light and modulates the blue light to generate an image; Synthesizing means for synthesizing the images generated by the first transmissive light valve means, the second transmissive light valve means, and the third transmissive light valve means; and synthesizing the image synthesized by the synthesizing means. Projection optical means for projecting, the first transmission type light valve means, the second transmission type light valve means, and the third transmission type light valve means, , A transmission-type liquid crystal panel that receives the color light that has passed through the side-polarization plate; and an emission-side polarization plate that transmits color light in a specific polarization direction among the color lights that have passed through the transmission-type liquid crystal panel. Color light transmitted through the output side polarizing plate of each of the mold type light valve means, the second transmission type light valve means, and the third transmission type light valve means is incident on the synthesizing means; The panel sandwiches a twisted nematic liquid crystal between a pair of substrates, and a plurality of pixels having a liquid crystal driving electrode formed on one of the substrates,
An active matrix transmissive liquid crystal panel having a plurality of thin film transistors formed on the one substrate and connected to the plurality of liquid crystal drive electrodes, wherein the color light transmitted through the incident side polarizing plate is provided on the other substrate side. , The light is incident on the one substrate on which the plurality of thin film transistors are formed, and then emitted from the one substrate side, and the three transmissive liquid crystal panels have the same resolution as each other. A plurality of pixels, wherein the optical path lengths from the three transmissive liquid crystal panels to the projection optical unit are configured to be the same as each other, and the synthesizing unit converts the three color lights incident on the same optical axis. It is characterized by being synthesized. In the present invention, the transmissive light valve means has a configuration in which a TN type transmissive liquid crystal panel is disposed between the incident-side polarizing plate and the outgoing-side polarizing plate. The color light whose intensity has been reduced to about 1/3 thereof is incident on the incident-side polarizing plate of each transmission type light valve means. Heat generation in the polarizing plate is suppressed. Therefore, the life of the incident side polarizing plate can be extended. In addition, it is possible to suppress a decrease in contrast in the liquid crystal panel due to an influence of a temperature rise due to heat generation of the incident side polarizing plate. In addition, after the color light is transmitted through each transmission type liquid crystal panel of the TN mode, the output side polarizing plate is provided to polarize the color light. Before the light is diffused, by each output side polarizing plate,
Since the intensity of the color light at each pixel can be determined and an image of each color light having good contrast can be formed, the contrast of a combined image obtained by combining three color light images can be improved. In addition, since the color light whose intensity is reduced to about 1/3 of that of the white light is further reduced by the incident side polarizing plate and then enters the transmission type liquid crystal panel, the thin film transistor generated due to the light is generated. Light leakage can be reduced. Therefore, it is possible to not only suppress the heat generation in the incident-side polarizing plate but also suppress the leak current of the thin film transistor and improve the image quality. Further, each of the transmissive liquid crystal panels of the TN mode receives white light by arranging so that color light enters from the substrate side opposite to the substrate on which the thin film transistor is formed and exits from the substrate side on which the thin film transistor is formed. The light intensity reduced to approximately one third of the light intensity is further reduced through the incident side polarizing plate, and further, the light is incident from the side of the liquid crystal panel substrate on which the thin film transistor is not formed. Since the dropping configuration is employed, light leakage in the thin film transistor can be significantly reduced. Further, in the present invention, the three transmissive liquid crystal panels have pixels of the same resolution, and the optical path lengths from the three transmissive liquid crystal panels to the projection optical means are configured to be the same, Furthermore, since the color lights transmitted through the output side polarizing plates of each light valve are combined on the same optical axis, the pixels of the three transmissive liquid crystal panels are combined so as to be at the same position on the combined image. You. Therefore, reliable additive color mixing of the three color lights can be realized at each pixel position of the composite image. Further, the three transmissive liquid crystal panels have pixels having the same resolution, and the optical path lengths between the liquid crystal panel and the projection optical means are the same for each color light. Since they are combined and projected on the same optical axis, the luminous flux of each color light is substantially the same, and the in-screen intensity distribution in the projection screen on the screen is the same for each color light. Furthermore, if the size of the luminous flux is almost the same, it becomes easy to align the pixels of the three transmissive liquid crystal panels at the same position. Therefore, a high-quality image without color unevenness and with good color reproducibility can be obtained. FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of a projection type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the polarizing plates 36 to 38 are sandwiched between the liquid crystal panels 33 to 35.
, 39-41 and monochromatic color filters 42-44. Transflective prisms 30a and 30b are used as color combining means, and transflective prisms 30a and 30b are used.
The light having undergone the optical axis synthesis is projected on a screen 32 by a lens 31.
The central axes of the optical paths from the liquid crystal panels 33 to 35 to the lens 31 are on the same plane, and the optical paths are arranged so that the optical path lengths from the liquid crystal panels 33 to 35 to the lens 31 are equal. For example, the light from the light source 45 passes through the monochromatic color filter 42 to become red light, enters the liquid crystal panel 33 via the polarizing plate 41, and then enters the semi-transmissive prism 30 a via the polarizing plate 37. Incident. Similarly, the lights from the light sources 46 and 47 pass through the monochromatic color filters 44 and 45 to become green and blue lights, enter the liquid crystal panels 35 and 34 via the polarizing plates 40 and 39, and thereafter, Polarizing plates 36, 38
And enters the semi-transmissive prism 30b. The green light incident on the semi-transmissive prism 30b is transmitted through the semi-transmissive film 47 as it is, and the blue light is reflected and
0a. The red light incident on the semi-transmissive prism 30a is reflected by the semi-transmissive film 48, the green and blue lights are transmitted as they are, and the red, green and blue lights are combined with the optical axis of the lens 31 and Pointed. In each of the liquid crystal panels 33, 35, and 34, in the case of a television signal, a color-demodulated video signal is input to a panel on which a corresponding filter is arranged, and the transmittance is controlled there. The light directed to the lens 31 is subjected to color adjustment, enlarged by the lens 31 and projected on the screen 32. In this embodiment, the optical paths from the liquid crystal panels 33 to 35 to the lens 31 are arranged so as to have the same optical path length.
Matches above. FIG. 2 is an explanatory diagram of an image forming position when the optical path length changes. For example, assuming that the subject A is imaged on the screen 32 by the lens 31, if the position changes to the position of the subject A ', an image is formed on the screen 32a by the lens 31. As described above, when the position of the subject changes, the image formation position also changes. In this embodiment, as described above, the optical path lengths from the liquid crystal panels 33 to 35 to the lens 31 are arranged so as to be equal. Since the image formation positions of the green and blue color lights coincide with each other, the arrangement is such that high-quality images can be obtained without color blurring or the like. The liquid crystal panels 33 to 35 are of a TN (twisted nematic) type,
It is composed of a liquid crystal material and a glass plate sandwiching it from both sides. The TN method is excellent in contrast, gradation, response speed, transmittance, lifetime, and the like. When the transmission type is used, the optical system is simplified. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the liquid crystal panels 33 to 35. Here, the active matrix system is shown. Liquid crystal is usually difficult to multiplex,
Therefore, the number of scanning lines used was small and the resolution had to be reduced, but the drawback was solved by the active matrix system as shown in FIG. The transistor 10 is turned on by the timing line 12 corresponding to the scanning line, and the display data is written to the liquid crystal drive electrode 11 arranged in the pixel via the data line 13. After that, even if the transistor 10 is turned off, the written display data is held as it is, and the liquid crystal is driven. Since the transistor 10 used here needs to be formed on a transparent substrate, a polycrystalline or amorphous silicon thin film transistor (hereinafter referred to as TF) is used.
T) is used. Since this TFT is a thin film and is driven in a static manner, contrast, gradation,
There is an advantage that the responsiveness is excellent and the number of pixels can be increased, so that high resolution is increased. Further, this TFT is excellent in that it can be formed on a glass substrate, transparency (transmittance, spectrum), transistor characteristics (mobility, on / off ratio, switching speed, integration degree), cost, stability, and the like. The liquid crystal panels 33 to 35 are of a transmission type, and the configuration of the optical system is extremely simple. Further, in this embodiment, a three-panel projection method using the liquid crystal panels 33 to 35 is used, and light from the liquid crystal panels 33 to 35 is combined, so that the original light amount can be reduced. Further, since the panels have the same resolution, the resolution is improved three times as compared with the one-panel system. In addition to these advantages, the color filter may be a solid filter of a single color instead of a fine arrangement of three colors, and it is very unlikely that all three pixels will have pixel defects at the same position. There are advantages such as erasing. Further, the light of the liquid crystal panels 33 to 35 is combined on one axis of the lens 31, and the focus can be changed simply by operating the lens, even when the distance from the lens to the screen or the projection size is changed. The operation of matching is simplified. The liquid crystal panels 33 to 35 are arranged at right angles to each other, and the transflective prism 30
Since the reflecting surfaces of a and 30b are arranged at right angles, the configuration of the optical system becomes compact, and color light from directions shifted by 90 ° from each other can be combined into one light flux. The layout of the system is neat. In this embodiment, since the images of the liquid crystal panels 33 to 35 are enlarged and reproduced in principle, the light sources 45 to 47 need high-intensity lamps.
As a result, the illuminance on the liquid crystal panels 33 to 35 is extremely high, and ranges from 100,000 lx to 500,000 lx. On the other hand, when light is incident on the TFT because it is a semiconductor, an electromotive force is generated. Even when the transistor 13 is in an off state, the transistor 13 approaches an on state due to a photocurrent, and the contrast of a display screen is significantly reduced. Usually, the illuminance at which the reduction of contrast starts to occur is about 100,000 lx for white light, which is a long wavelength side in terms of light wavelength, that is, a band where red to infrared light is most absorbed. In this embodiment, the color filters 42 to 44 are arranged on the light sources 45 to 47 side with respect to the liquid crystal panels 33 to 35 in order to prevent a decrease in contrast due to the light. When a color filter is incorporated in a liquid crystal panel, this can be achieved by disposing the color filter layer on the light source side of the liquid crystal material and disposing the glass substrate on which the TFT is mounted on the projection lens side of the liquid crystal material. As a result, light through the color filter and the glass substrate is always incident on the TFT surface, so that blue and green light are equivalent to 1 light.
/ 10 or less, and even red light is reduced to 1/5, and the induction of photocurrent in the TFT due to intense light incidence is suppressed, and the development of the image contrast is reduced and it is difficult to see. Can be. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical system of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
In this embodiment, semi-transmissive mirrors 52 and 53 are used as color combining means. For example, light from the light source 62 is incident on the color filter 59 and red light is transmitted therethrough. Red light passes through a liquid crystal panel 56 (a polarizing plate is omitted), and then is transmitted through a semi-transmissive mirror 52.
Through. The light from the light source 63 is incident on the color filter 60 and the green light is transmitted therethrough. The green light is transmitted through the liquid crystal panel 57 (the polarizing plate is omitted) and then transmitted through the semi-transmissive mirror 53. After being further reflected by the total reflection mirror 55, the light is again reflected by the transflective mirror 52. The light from the light source 64 is incident on the color filter 61 and the blue light is transmitted therethrough. The blue light is reflected by the total reflection mirror 54 after passing through the liquid crystal panel 58 (the polarizing plate is omitted). Thereafter, the light is further reflected by the transflective mirror 53, reflected by the total reflection mirror 55, and then reflected again by the transflective mirror 52. The red light transmitted through the semi-transmissive mirror 52 and the green and blue lights reflected from the semi-transmissive mirror 52 are combined on one axis of the lens 50, enlarged by the lens 50, and projected on the screen 51. Also in this embodiment, the central axes of the optical paths from the lens 50 to the liquid crystal panels 56, 57, 58 are on the same plane, and the optical path lengths are the same. Further, the liquid crystal panels 56, 57, 58 are arranged in parallel, and
Since 2, 53 are arranged in parallel, color light from the same direction can be combined into one light beam, and the optical path can be folded inward, so that the arrangement of the optical system when it is made into a product is simple, Can be compacted. FIG. 5 is a configuration diagram of an optical system of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
This embodiment is an example in which semi-transmissive mirrors 75 and 76 are used as color combining means. For example, green light 77 is modulated by a liquid crystal panel 73 (a polarizing plate is omitted), and then enters a semi-transmissive mirror 75. The blue light 78 is modulated by a liquid crystal panel 74 (a polarizing plate is omitted), and then enters a semi-transmissive mirror 75. The green light incident on the semi-transmissive mirror 75 is transmitted and the blue light is reflected, and the green light and the blue light are color-combined and incident on the semi-transmissive mirror 76. The red light is modulated by a liquid crystal panel 72 (a polarizing plate is omitted) and then enters a semi-transmissive mirror 76. The green and blue light that has entered the semi-transmissive mirror 76 is transmitted, the red light is reflected, and the green, blue, and red lights are color-combined and directed to the lens 70,
0 is projected on the screen 71. Also in this embodiment, the central axis of the optical path from the lens 70 to each of the liquid crystal panels 72, 73, 74 is on the same plane, and the optical path lengths are the same. In each of the above embodiments, a color is synthesized by inserting a semi-transmissive film in the optical path (for example, semi-transmissive films 47 and 48 in FIG. 1, semi-transmissive mirrors 52 and 53 in FIG. 4, and FIG. 5). Semi-transmissive mirrors 75, 76). Therefore, there is no problem when the light amount of the light source is sufficient, but when it is small, it is necessary to minimize the light loss in the semi-transmissive film. At this time, it is possible to cope with the fact that each of the three light beams has a different wavelength from red, green, and blue, or that it is polarized due to the properties of the TN liquid crystal. FIG. 6A is an explanatory diagram of a semi-transmissive mirror in which an interference film 81 is formed on an optical glass 80. FIG. 2B is a characteristic diagram thereof. The interference film 81 transmits, for example, red light,
There is a property of reflecting light other than red light. As a result, for example, red light is transmitted and green light is reflected, so that red and green light can be combined without light loss. In this method, by appropriately selecting the wavelength selective reflection characteristics, both the transmittance and the reflectance can be increased, and the three color lights of red, green, and blue can be combined without loss, and the light utilization rate can be increased. FIG. 7 is an explanatory diagram of a semi-transmissive mirror using a polarization plane. The TN liquid crystal is displayed on a screen using a polarizing plate, and light entering the human eye from the liquid crystal panel is polarized light in principle. Therefore, for example, if the polarization planes are shifted by 90 ° between green and blue and between red and green, selective transmission and reflection of the polarization plane become possible. Based on such a principle, a polarization reflection surface 83 having good transmission characteristics is formed on the optical glass 82 so that the polarization plane is horizontal. Red light is transmitted as it is when it is horizontally polarized, while green light is reflected because it is vertically polarized. Also in this method, both the transmittance and the reflectance can be increased by appropriately selecting the polarization reflection surface and the polarization axis of the incident color light, and by using the color combining means utilizing the wavelength selection characteristics. -The three color lights of green and blue can be combined without loss, and the light use efficiency can be improved. FIG. 8 is an external view of a projection type image display device manufactured using a liquid crystal panel as described above, and a light beam emitted from a projection main body 86 incorporating the optical system of FIG. 1, FIG. 4 or FIG. 88 is projected on a screen 87. As described above, according to the present invention, the following effects are obtained. (A) Since a transmissive liquid crystal panel is used, a polarizing beam splitter as in the case of the reflective type is not required, the polarizing optical system is simplified, and the system is compact. Further, since the unmodulated light does not mix with the projection light as in the case of the reflection type, there is no deterioration in contrast in such a case. (B) Since the three-panel projection system is adopted, the following advantages are provided. Since each color light is incident on the incident-side polarizing plate, its light intensity is approximately 1 / of that of white light, and the temperature rise of the incident-side polarizing plate is suppressed. Therefore,
The life of the incident side polarizing plate can be extended. Further, it is possible to suppress a decrease in contrast in the transmission type liquid crystal panel due to an influence of a temperature rise due to heat generation in the incident side polarizing plate. After the color light is transmitted through each transmissive liquid crystal panel of the TN mode, the output side polarizing plate is provided to polarize the color light. Before performing this operation, the intensity of the color light at each pixel can be determined by the respective output-side polarizing plates, and an image of each color light with good contrast can be formed. The contrast of the synthesized image can be improved. Furthermore, if the liquid crystal panel has the same resolution, the resolution is improved three times as compared with the one-panel system. In addition, since it is not a juxtaposed additive color mixture utilizing the resolution of the human eye but a complete additive wet color, a good color reproduction can be obtained even when the projected image is viewed from a close place and the magnification is large. Even if there is a pixel defect in the liquid crystal panel, there is a very small possibility that three pixel defects will occur at the same position, so that there is an advantage that fixed pixel defects can be eliminated. (C) After reducing the light intensity of the color light, which has been reduced to approximately one-third the light intensity of the white light, by the incident-side polarizing means, the light is transmitted to a transmission type liquid crystal panel using a twisted nematic liquid crystal. Since the light is incident, light leakage of the thin film transistor caused by light can be reduced. Therefore, it is possible to improve the image quality by suppressing not only the heat generated by the incident side polarizing means but also the leak current of the thin film transistor. In addition, each of the transmissive liquid crystal panels is arranged so that color light is incident on the substrate side opposite to the substrate on which the thin film transistor is formed, and is emitted from the substrate side on which the thin film transistor is formed, so that approximately 1/1 of the white light. 3, the light intensity is further reduced through the incident side polarizing means, and the light is further incident upon light from the side of the liquid crystal panel substrate where the thin film transistor is not formed. Since this is adopted, light leakage in the thin film transistor can be greatly reduced. (D) The images generated by the respective transmissive liquid crystal panels are synthesized on the same optical axis by the synthesizing means and are projected. Focusing can be achieved by simply operating the projection optical means, and the operation is simplified. (E) The three transmissive liquid crystal panels have pixels of the same resolution, and the optical path lengths from the projection optical means to the respective transmissive liquid crystal panels are configured to be the same,
Further, since the images of the respective color lights are synthesized and projected on the same optical axis, the size of the luminous flux of the respective color lights at the position of the projection optical means is substantially the same, so that the intensity distribution within the screen on the projection screen is different between the respective color lights. And the size of the luminous flux is substantially the same for each color light, it is easy to align the pixels of the three liquid crystal panels at the same position. Therefore, a high-quality image without color unevenness and with good color reproducibility can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の一実施例に係る投写式表示装置の光学系の構成図。 【図2】 光路長の説明図。 【図3】 液晶パネルのTFTに照射される光の強度とコントラストとの関
係を示した特性図。 【図4】 それぞれこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の光学系の
構成図。 【図5】 それぞれこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の光学系の
構成図。 【図6】 (イ),(ロ)は上記実施例において用いられる干渉膜を用いた
半透過ミラーの説明図。 【図7】 偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図。 【図8】 上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図。 【符号の説明】 33〜35,56〜58,72〜74・・・液晶パネル 30a,30b・・・・・・・・・・・・・半透過プリズム 52,53,75,76・・・・・・・・・半透過ミラー
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system of a projection display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical path length. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between the intensity of light emitted to a TFT of a liquid crystal panel and contrast. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical system of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram of an optical system of a projection display device according to another embodiment of the present invention. FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams of a semi-transmissive mirror using an interference film used in the embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram of a semi-transmissive mirror using a difference in polarization plane. FIG. 8 is a perspective view of the projection type liquid crystal display device of the embodiment. [Explanation of reference numerals] 33 to 35, 56 to 58, 72 to 74 ... liquid crystal panels 30a, 30b ... transflective prisms 52, 53, 75, 76 ... .... Semi-transparent mirror

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 赤色光が入射され該赤色光を変調して画像を生成する第1の透
過型ライトバルブ手段と、緑色光が入射され該緑色光を変調して画像を生成する
第2の透過型ライトバルブ手段と、青色光が入射され該青色光を変調して画像を
生成する第3の透過型ライトバルブ手段と、前記第1の透過型ライトバルブ手段
、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び前記第3の透過型ライトバルブ手段に
より生成された画像を合成する合成手段と、前記合成手段により合成された画像
を投写する投写光学手段とを備え、 前記第1の透過型ライトバルブ手段、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び
前記第3の透過型ライトバルブ手段は、前記色光を入射する入射側偏光板と、前
記入射側偏光板を透過した色光を入射する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶
パネルを透過した色光の内特定の偏光方向の色光を透過させる出射側偏光板とを
有し、 前記第1の透過型ライトバルブ手段、前記第2の透過型ライトバルブ手段及び
前記第3の透過型ライトバルブ手段のそれぞれの出射側偏光板を透過した色光が
前記合成手段に入射されてなり、 前記各透過型液晶パネルは、一対の基板間にツイステッド・ネマチック型液晶
を挟持し、一方の前記基板上に形成された液晶駆動電極を有する複数の画素と、
前記一方の基板上に形成され前記複数の液晶駆動電極に接続された複数の薄膜ト
ランジスタとを有するアクティブマトリックス型透過型液晶パネルであって、前
記入射側偏光板を透過した色光を他方の前記基板側から入射した後に、前記複数
の薄膜トランジスタが形成された前記一方の基板に入射し、その後前記一方の基
板側から出射させるように構成してなり、当該3つの透過型液晶パネルは互いに
同一分解能の前記複数の画素を有し、 前記3つの透過型液晶パネルから前記投写光学手段までの光路長を互いに同一
となるように構成し、且つ前記合成手段は入射された3つの色光を同一光軸上に
合成してなる ことを特徴とする投写式表示装置。
Claims: 1. A first transmissive light valve means for receiving red light and modulating the red light to generate an image, and receiving green light and modulating the green light to form an image. A second transmission type light valve means for generating blue light, a third transmission type light valve means for modulating the blue light and generating an image, the first transmission type light valve means, The second transmission type light valve means and the third transmission type light valve means, a combination means for combining the images generated by the light means, and a projection optical means for projecting the image combined by the combination means, The first transmission type light valve means, the second transmission type light valve means, and the third transmission type light valve means each include an incident-side polarizing plate for receiving the color light, and a color light transmitted through the incident-side polarizing plate. Incident transmission type An emission-side polarizing plate that transmits color light of a specific polarization direction among the color lights transmitted through the transmission-type liquid crystal panel, the first transmission-type light valve means, and the second transmission-type light. The color light transmitted through the respective output-side polarizers of the valve means and the third transmission type light valve means is incident on the synthesizing means. Each of the transmission type liquid crystal panels has a twisted nematic type between a pair of substrates. A plurality of pixels sandwiching liquid crystal and having a liquid crystal drive electrode formed on one of the substrates,
An active matrix transmissive liquid crystal panel having a plurality of thin film transistors formed on the one substrate and connected to the plurality of liquid crystal drive electrodes, wherein the color light transmitted through the incident side polarizing plate is provided on the other substrate side. , The light is incident on the one substrate on which the plurality of thin film transistors are formed, and then emitted from the one substrate side, and the three transmissive liquid crystal panels have the same resolution as each other. A plurality of pixels, wherein the optical path lengths from the three transmissive liquid crystal panels to the projection optical unit are configured to be the same as each other, and the synthesizing unit converts the three color lights incident on the same optical axis. A projection display device characterized by being synthesized.

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