JP2689975B2 - 投写式表示装置 - Google Patents
投写式表示装置Info
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Description
【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問題点
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、赤色光を変調する第１の透過型ライトバルブ手
段と、緑色光を変調する第２の透過型ライトバルブ手段
と、青色光を変調する第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
ブ手段により変調された色光を合成する合成手段と、前
記合成手段により合成された光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手段
と、前記入射側偏光手段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手段
とを有し、前記各透過型液晶パネルは複数の画素をマト
リクス状に配置してなり、前記第２の透過型ライトバル
ブ手段の出射側偏光手段を透過した変調後の緑色光の光
軸上に前記投写光学手段が配置され、前記第１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手段を透過した赤色光及び青
色光は、前記変調後の緑色光の光軸と９０°の角度を有
し且つ互いに反対の方向から前記合成手段に入射され、
当該合成手段により反射されて前記変調後の緑色光と同
一光軸上に合成され、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、
入射側偏光手段と出射側偏光手段との間に透過型液晶パ
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手段に入射してお
り、このため、光強度が落とされた色光を入射する分、
入射側偏光手段での発熱は抑えられる。従って、入射側
偏光手段の寿命を長くすることができる。さらに、入射
側偏光手段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。 【００１０】また、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手段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
側偏光手段によって、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。 【００１１】さらに、本発明においては、それぞれの液
晶パネルから投写光学手段までの光路長を互いに同一に
なるように構成し、され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り、合成画像の各画素位置において
３つの色光の加法混色が実現できる。 【００１２】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。 【００１３】また、緑色光用の透過型ライトバルブ手段
により変調された緑色光の光軸上に投写光学手段が配置
され、赤色光用の透過型ライトバルブ手段及び青色光用
の透過型ライトバルブ手段により変調された赤色光及び
青色光が、上記緑色光の光軸と９０°の角度を有し且つ
互いに反対の方向から合成手段に入射され、当該合成手
段により反射されて緑色光と同一光軸上に合成されるの
で、投写式表示装置において、緑色光の光軸方向に投写
光学手段が配置され、その緑色光の光軸の両側に赤色光
を変調するライトバルブ手段と青色光を変調するライト
バルブ手段がそれぞれ配置される構成であるため、投写
式表示装置として両側にバランス良く部品を配置でき、
装置の設置が安定化する。 【００１４】 【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。 【００１５】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４
１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４
４，４５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３０ａに入射する。半透過プリズム３０
ａ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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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、披写体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３
１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。 【００１９】また、液晶パネル３３〜３５は基本的には
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お
り、液晶に電圧が印加されると、その透過率が変化し
て、液晶シャッタとして機能する。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、透過型でも反射型で良く、特に透過型にした場合
には光学系が簡単になる。 【００２０】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ＴＦＴという）が使われる。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】また、この実施例においては液晶パネル３
３〜３５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、３枚の液晶
パネルの画素を投写画像においける同位置に重ねること
により画素欠陥が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。 【００２４】また、レンズ３１の一軸上に液晶パネル３
３〜３５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。 【００２５】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３０ａ，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。 【００２６】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、１０万１ｘ〜５０万１ｘ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１０万１ｘ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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】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７０によりスクリーン７１
に投写される。 【００３０】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。 【００３１】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の透過膜４
７，４８、図４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。 【００３２】図５（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。 【００３３】図６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
的に偏光光である。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。 【００３４】図７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又
は図４の光学系を内蔵した投写本体８６から出た光束８
８はスクリーン８７に投映される。 【００３５】 【発明の効果】以上のように本発明によれば次のような
効果を奏することができる。 【００３６】（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。 【００３７】（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。 【００３８】それぞれの色光ごとに入射側偏光手段に
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、入射側偏光手段の温度上昇が抑えられ
る。従って、入射側偏光手段の寿命を長くすることがで
きる。さらに、入射側偏光手段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。 【００３９】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手段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
偏光手段によって、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。 【００４０】更に、人間の目の分解能を利用した併置
加法混色ではなく、加法混色になるので、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。 【００４１】（ｃ）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。 【００４２】（ｄ）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。 【００４３】（ｅ）緑色光用の透過型ライトバルブ手段
により変調された緑色光の光軸上に投写光学手段が配置
され、赤色光用の透過型ライトバルブ手段及び青色光用
の透過型ライトバルブ手段により変調された赤色光及び
青色光が、上記緑色光の光軸と９０°の角度を有し且つ
互いに反対の方向から合成手段に入射され、当該合成手
段により反射されて緑色光と同一光軸上に合成されるの
で、投写式表示装置において、緑色光の光軸方向に投写
光学手段が配置され、その緑色光の光軸の両側に赤色光
を変調するライトバルブ手段と青色光を変調するライト
バルブ手段がそれぞれ配置される構成であるため、投写
式表示装置として両側にバランス良く部品を配置でき、
装置の設置が安定化する。
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問題点
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、赤色光を変調する第１の透過型ライトバルブ手
段と、緑色光を変調する第２の透過型ライトバルブ手段
と、青色光を変調する第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
ブ手段により変調された色光を合成する合成手段と、前
記合成手段により合成された光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手段
と、前記入射側偏光手段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手段
とを有し、前記各透過型液晶パネルは複数の画素をマト
リクス状に配置してなり、前記第２の透過型ライトバル
ブ手段の出射側偏光手段を透過した変調後の緑色光の光
軸上に前記投写光学手段が配置され、前記第１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手段を透過した赤色光及び青
色光は、前記変調後の緑色光の光軸と９０°の角度を有
し且つ互いに反対の方向から前記合成手段に入射され、
当該合成手段により反射されて前記変調後の緑色光と同
一光軸上に合成され、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、
入射側偏光手段と出射側偏光手段との間に透過型液晶パ
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手段に入射してお
り、このため、光強度が落とされた色光を入射する分、
入射側偏光手段での発熱は抑えられる。従って、入射側
偏光手段の寿命を長くすることができる。さらに、入射
側偏光手段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。 【００１０】また、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手段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
側偏光手段によって、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。 【００１１】さらに、本発明においては、それぞれの液
晶パネルから投写光学手段までの光路長を互いに同一に
なるように構成し、され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り、合成画像の各画素位置において
３つの色光の加法混色が実現できる。 【００１２】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。 【００１３】また、緑色光用の透過型ライトバルブ手段
により変調された緑色光の光軸上に投写光学手段が配置
され、赤色光用の透過型ライトバルブ手段及び青色光用
の透過型ライトバルブ手段により変調された赤色光及び
青色光が、上記緑色光の光軸と９０°の角度を有し且つ
互いに反対の方向から合成手段に入射され、当該合成手
段により反射されて緑色光と同一光軸上に合成されるの
で、投写式表示装置において、緑色光の光軸方向に投写
光学手段が配置され、その緑色光の光軸の両側に赤色光
を変調するライトバルブ手段と青色光を変調するライト
バルブ手段がそれぞれ配置される構成であるため、投写
式表示装置として両側にバランス良く部品を配置でき、
装置の設置が安定化する。 【００１４】 【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。 【００１５】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４
１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４
４，４５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３０ａに入射する。半透過プリズム３０
ａ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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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、披写体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３
１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。 【００１９】また、液晶パネル３３〜３５は基本的には
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お
り、液晶に電圧が印加されると、その透過率が変化し
て、液晶シャッタとして機能する。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、透過型でも反射型で良く、特に透過型にした場合
には光学系が簡単になる。 【００２０】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ＴＦＴという）が使われる。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】また、この実施例においては液晶パネル３
３〜３５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、３枚の液晶
パネルの画素を投写画像においける同位置に重ねること
により画素欠陥が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。 【００２４】また、レンズ３１の一軸上に液晶パネル３
３〜３５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。 【００２５】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３０ａ，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。 【００２６】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、１０万１ｘ〜５０万１ｘ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１０万１ｘ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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】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７０によりスクリーン７１
に投写される。 【００３０】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。 【００３１】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の透過膜４
７，４８、図４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。 【００３２】図５（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。 【００３３】図６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
的に偏光光である。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。 【００３４】図７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又
は図４の光学系を内蔵した投写本体８６から出た光束８
８はスクリーン８７に投映される。 【００３５】 【発明の効果】以上のように本発明によれば次のような
効果を奏することができる。 【００３６】（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。 【００３７】（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。 【００３８】それぞれの色光ごとに入射側偏光手段に
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、入射側偏光手段の温度上昇が抑えられ
る。従って、入射側偏光手段の寿命を長くすることがで
きる。さらに、入射側偏光手段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。 【００３９】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手段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
偏光手段によって、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。 【００４０】更に、人間の目の分解能を利用した併置
加法混色ではなく、加法混色になるので、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。 【００４１】（ｃ）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。 【００４２】（ｄ）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。 【００４３】（ｅ）緑色光用の透過型ライトバルブ手段
により変調された緑色光の光軸上に投写光学手段が配置
され、赤色光用の透過型ライトバルブ手段及び青色光用
の透過型ライトバルブ手段により変調された赤色光及び
青色光が、上記緑色光の光軸と９０°の角度を有し且つ
互いに反対の方向から合成手段に入射され、当該合成手
段により反射されて緑色光と同一光軸上に合成されるの
で、投写式表示装置において、緑色光の光軸方向に投写
光学手段が配置され、その緑色光の光軸の両側に赤色光
を変調するライトバルブ手段と青色光を変調するライト
バルブ手段がそれぞれ配置される構成であるため、投写
式表示装置として両側にバランス良く部品を配置でき、
装置の設置が安定化する。
【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】本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】（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６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明
図。 【図７】上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図。 【符号の説明】 ３３〜３５，７２〜７４・・・液晶パネル ３０ａ，３０ｂ・・・・・・・・・・・・・半透過プリ
ズム ７５，７６・・・・・・・・・半透過ミラー
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】本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】（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６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明
図。 【図７】上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図。 【符号の説明】 ３３〜３５，７２〜７４・・・液晶パネル ３０ａ，３０ｂ・・・・・・・・・・・・・半透過プリ
ズム ７５，７６・・・・・・・・・半透過ミラー
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．赤色光を変調する第１の透過型ライトバルブ手段
と、緑色光を変調する第２の透過型ライトバルブ手段
と、青色光を変調する第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
ブ手段により変調された色光を合成する合成手段と、前
記合成手段により合成された光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手段と、前記入射
側偏光手段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手段とを有し、 前記各透過型液晶パネルは複数の画素をマトリクス状に
配置してなり、 前記第２の透過型ライトバルブ手段の出射側偏光手段を
透過した変調後の緑色光の光軸上に前記投写光学手段が
配置され、前記第１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
手段を透過した赤色光及び青色光は、前記変調後の緑色
光の光軸と９０°の角度を有し且つ互いに反対の方向か
ら前記合成手段に入射され、当該合成手段により反射さ
れて前記変調後の緑色光と同一光軸上に合成され、 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てなることを
特徴とする投写式表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8084363A JP2689975B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 投写式表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8084363A JP2689975B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 投写式表示装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1145275A Division JPH0723937B2 (ja) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | 投写式表示装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9151396A Division JP2790136B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 投写式表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08297266A JPH08297266A (ja) | 1996-11-12 |
| JP2689975B2 true JP2689975B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=13828447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8084363A Expired - Lifetime JP2689975B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 投写式表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2689975B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368963A (en) | 1978-06-29 | 1983-01-18 | Michael Stolov | Multicolor image or picture projecting system using electronically controlled slides |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5418886A (en) * | 1977-07-12 | 1979-02-13 | Mitsubishi Chem Ind Ltd | Production of olefin polymer |
| JPS5897983A (ja) * | 1981-12-07 | 1983-06-10 | Sony Corp | 投写形デイスプレイ装置 |
-
1996
- 1996-04-08 JP JP8084363A patent/JP2689975B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368963A (en) | 1978-06-29 | 1983-01-18 | Michael Stolov | Multicolor image or picture projecting system using electronically controlled slides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08297266A (ja) | 1996-11-12 |
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