JP2727490B2

JP2727490B2 - 液晶プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP2727490B2
Application number: JP5078617A
Authority: JP
Inventors: 誠山下
Original assignee: KASHIO KEISANKI KK
Current assignee: KASHIO KEISANKI KK
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH075412A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は複数の液晶表示パネルを
用いて画像を合成投影する液晶プロジェクタ装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、光源からの光をチャートに照射し、
このチャートの画像を投影するプロジェクタ装置とし
て、図３に示すようにな液晶プロジェクタ装置が知られ
ている。この種の液晶プロジェクタ装置は、光源１から
発生した光およびリフレクタ２で反射された光をダイク
ロイックミラー３、４で赤、緑、青の３種類の波長に分
割し、この分割された３種類の各波長光を全反射ミラー
５〜７で反射して各色用の液晶表示パネル８〜１０に照
射し、この各液晶表示パネル８〜１０に表示された各色
ごとの画像をダイクロイックプリズム（画像合成手段）
１１でカラー画像に合成して投影レンズ１２で図示しな
いスクリーンに拡大投影する。すなわち、光源１で発生
した光のうち、青波長の光はダイクロイックミラー３を
透過し、この透過した光が全反射ミラー５で反射されて
青用の液晶表示パネル８に照射される。また、緑波長の
光はダイクロイックミラー３で反射され、この反射光が
次のダイクロイックミラー４で再び反射されて緑用の液
晶表示パネル９に照射される。さらに、赤波長の光はダ
イクロイックミラー３で反射され、次のダイクロイック
ミラー４を透過し、この透過した光が全反射ミラー６、
７で順次反射されて赤用の液晶表示パネル１０に照射さ
れる。この場合、各ダイクロイックミラー３、４は光源
１からの光を各色の波長に分割する以外に、各波長の光
を反射する際には、反射面に対して水平方向の直線偏光
成分をもつ光（以下、Ｓ偏光という）を強調し、また透
過する際にはＳ偏光に対して直角方向の直線偏光成分を
もつ光（以下、Ｐ偏光という）を強調する特性をもって
いる。そのため、赤、青の各波長光はＰ偏光が強調され
て各液晶表示パネル８、１０に照射され、緑の波長光は
Ｓ偏光が強調されて液晶表示パネル９に照射される。一
方、各色の画像を表示する液晶表示パネル８〜１０は、
それぞれ、一対の透明な電極基板間に液晶を封入して液
晶セルを構成し、この液晶セルの前後面に偏光板を設け
た構成となっている。この場合、各液晶表示パネル８〜
１０は入射側と出射側の偏光板の透過軸の角度が狭角で
８０度ぐらいが最も良好なコントラストを得られるた
め、出射側の偏光板の透過軸は８０度ずれている。ま
た、各液晶表示パネル８〜１０に表示された画像を合成
するダイクロイックプリズム１１は、その内部にダイク
ロイック面１１ａ、１１ａを有し、このダイクロイック
面１１ａ、１１ａで画像を反射および透過により合成す
る。この場合、ダイクロイック面１１ａ、１１ａは上述
したダイクロイックミラー３、４と同じ偏光特性をもっ
ている。すなわち、ダイクロイック面１１ａ、１１ａで
画像を反射して合成する際には、ダイクロイック面１１
ａ、１１ａの反射面に対してＳ偏光成分（図４（Ｄ）参
照）を強調して効率よく反射し、またダイクロイック面
１１ａ、１１ａを透過して合成する際には、ダイクロイ
ック面１１ａ、１１ａの透過面に対してＰ偏光成分を強
調して効率よく透過する。このような偏光特性は、ダイ
クロイックミラー３、４よりも特にダイクロイックプリ
ズム１１の方が顕著に現われる。

【０００３】

【従来技術の問題点】このような液晶プロジェクタ装置
に用いられる各液晶表示パネル８〜１０は、入射側の偏
光板の透過軸をダイクロイックミラー３、４の各偏光方
向に合わせ、出射側の偏光板の透過軸をダイクロイック
プリズム１１のダイクロイック面１１ａ、１１ａの各偏
光方向に合わせる必要がある。しかし、各液晶表示パネ
ル８〜１０は、入射側と出射側の偏光板の透過軸が８０
度ずれているため、出射側の偏光板の透過軸をダイクロ
イックプリズム１１の偏光方向に合わせると、入射側の
偏光板の透過軸がダイクロイックミラー３、４の偏光方
向に対して１０度（θ）のずれが生じる。逆に、入射側
の偏光板の透過軸をダイクロイックミラー３、４の偏光
方向に合わせると、出射側の偏光板の透過軸がダイクロ
イックプリズム１１の偏光方向に対して１０度のずれが
生じる。この場合、ダイクロイックプリズム１１は上述
したような偏光特性をもっており、この偏光特性がダイ
クロイックミラー３、４よりも顕著であるため、各液晶
表示パネル８〜１０の出射側の偏光板の透過軸を前者の
ようにダイクロイックプリズム１１のダイクロイック面
１１ａ、１１ａの偏光方向と合致させる必要がある。そ
のため、上述した前者のように液晶表示パネル８〜１０
の入射側の偏光板の透過軸がダイクロイックミラー３、
４の偏光方向に対して１０度ずれる。このことを赤、青
の各波長光の場合について、図４を参照して説明する。
ダイクロイックプリズム１１のダイクロイック面１１
ａ、１１ａは反射の際にＳ偏光成分を強調するため、そ
の偏光軸は図４（Ｄ）に示すようにＳ偏光方向（図では
縦軸方向）となっている。そのため、赤用および青用の
各液晶表示パネル８、１０の出射側の偏光板８ｂ、１０
ｂの透過軸を図４（Ｃ）に示すようにＳ偏光方向に設定
して、ダイクロイックプリズム１１の反射に対する偏光
軸と一致させる。すると、各液晶表示パネル８、１０の
入射側の偏光板８ａ、１０ａの透過軸は図４（Ｂ）に示
すように８０度ずれているので、図４（Ａ）に示すよう
にダイクロイックミラー３、４での偏光方向（Ｐ偏光方
向）と一致せず、１０度（θ）のずれが生じる。このよ
うな偏光誤差は赤用および青用の各液晶表示パネル８、
１０に限らず、緑用の液晶表示パネル９についても同様
に生じる。このように光源１からダイクロイックプリズ
ム１１までの各光路系において、上述したような偏光誤
差が生じると、この偏光誤差だけ光源１からの光量を損
失するので、投影されるカラー画像の明るさおよびコン
トラストが低下するという問題がある。この場合、たと
えば液晶表示パネルが１つであり、画像の合成を行わな
い構成であれば、液晶表示パネルの入射側または出射側
に配置したミラー設定角席を特定の角度に設定すること
で対処できるが、光路が同一平面上に位置しなくなるた
め、設計と製造が煩雑になる。また、複数の液晶表示パ
ネルを用いて、それらの画像を合成する場合には対処で
きない。

【０００４】

【発明の目的】この発明は上述した事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、光源からダイクロ
イックプリズム等の画像合成手段までの各光路系におい
て偏光誤差を確実に防ぎ、光量の損失をなくし、明るく
コントラストの良い良好な投影画像を得ることのできる
液晶プロジェクタ装置を提供することにある。

【０００５】

【発明の要点】この発明は、上述した目的を達成するた
めに、光源と、前後に配置する２枚の偏光板の透過軸が
平行または直交以外で最適となる液晶セルと、入射側偏
光板と、出射側偏光板と、投影手段と、前記光源からの
光を前記液晶セルまで導く第１のミラー手段と、前記液
晶セルからの画像光を前記投影手段まで導く第２のミラ
ー手段とを備えた液晶プロジェクタ装置において、前記
各偏光板を互いの透過軸が平行またＭ直交になるように
配置するとともに、前記光源から前記投影手段までの光
路の光軸が一平面上に位置するように配置し、前記清晶
セルの少なくとも前後いずれかに光の偏光方向を調整す
る旋光手段を設けて、この旋光手段を介した前記液晶セ
ルの入射側での光の偏光方向と出射側での光の偏光方向
を互に直交若しくは平行になるようにしたことを特徴と
する。

【０００６】

【実施例】以下、図１および図２を参照して、この発明
の一実施例を説明する。この場合、前述した従来例と同
一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

【０００７】図１は液晶プロジェクタ装置の概略構成を
示す。この液晶プロジェクタ装置は、光源１からの光お
よびリフレクタ２で反射された光を５枚のダイクロイッ
クミラー１６〜２０で赤、緑、青の各波長に分割し、こ
の分割した光の偏光方向をそれぞれ旋光用の各液晶パネ
ル２１〜２３で調整して各色用の液晶表示パネル１３〜
１５に照射することにより、この各液晶表示パネル１３
〜１５に表示された各色の画像をダイクロイックプリズ
ム１１で合成して投影レンズ１２で図示しないスクリー
ンに投影する構成となっている。

【０００８】ダイクロイックミラー１６〜２０は前述し
た従来例と同様に、光源１から光を赤、緑、青の３種類
の波長光に分割し、この分割した光を各旋光用の液晶パ
ネル２１〜２３に照射する機能をもっている以外に、各
波長の光を反射する際には、反射面に対して水平方向の
Ｓ偏光成分（図２（Ｂ）参照）を強調し、また透過する
際にはＳ偏光に対して直角方向のＰ偏光成分を強調する
特性をもっている。この場合、従来のように全反射ミラ
ー５〜７を用いずに、総てダイクロイックミラー１６〜
２０を用いているので、赤、緑、青の各波長はその帯域
が精度よく分割される。

【０００９】旋光用の液晶パネル２１〜２３はそれぞれ
各液晶表示パネル１３〜１５の前面側に配置され、光を
旋光させて光の偏光方向を調整するものである。この液
晶パネル２１〜２３はそれぞれ電極をもたない透明基板
間に液晶を封入し、その外側面に偏光板を設けたＴＮ型
の構造となっているが、赤用および青用の液晶パネル２
１、２３と、緑用の液晶パネル２２とでは液晶分子のね
じれ角が異なっている。すなわち、赤用と青用の各液晶
パネル２１、２３は液晶分子のねじれ角が９０度である
が、入射側と出射側の偏光板２１ａ、２３ａの透過軸の
角度は最もコントラストがよい狭角で８０度ぐらいに設
定されている（図２（Ｃ）参照）。そのため、入射側の
偏光板（図示せず）の透過軸を図２（Ｂ）に示すように
ダイクロイックミラー１６〜２０の反射面に対する偏光
方向（Ｓ偏光方向）と一致させると、出射側の偏光板２
１ａ、２３ａの透過軸は図２（Ｃ）に示すように８０度
ずれているので、Ｓ偏光方向と直角方向のＰ偏光方向
（横軸方向）に対して１０度（θ）ずれた状態となる。
また、緑用の液晶パネル２２は液晶分子のねじれ角が１
０度であり、入射側と出射側の偏光板２２ａの透過軸の
角度が１０度ずれている（図２（Ｆ）参照）。そのた
め、入射側の偏光板（図示せず）の透過軸を図２（Ｂ）
に示すようにダイクロイックミラー１６〜２０の反射面
に対する偏光方向（Ｓ偏光方向）と一致させると、出射
側の偏光板２２ａの透過軸は図２（Ｆ）に示すように１
０度ずれているので、Ｓ偏光方向（縦軸方向）に対して
１０度ずれた状態となる。

【００１０】また、各液晶表示パネル１３〜１５は前述
した従来例と同様に、液晶分子のねじれ角が９０度のＴ
Ｎ型のものであり、それぞれ一対の透明な電極基板間に
液晶を封入して液晶セルを構成し、この液晶セルの外側
面に偏光板を設けてなり、各偏光板１３ａ〜１５ａ、１
３ｂ〜１５ｂの各透過軸の角度が狭角で８０度ぐらいに
設定され、この状態で最もコントラストがよい構成とな
っている。この場合、各液晶表示パネル１３〜１５は総
て同じ種類のノーマリ・ホワイト型のものであり、一対
の電極基板間に電圧を印加しない非駆動状態で光を透過
し、電圧を印加した駆動状態では光を遮断するようにな
っている。また、各液晶表示パネル１３〜１５のうち、
赤用と青用の各液晶表示パネル１３、１５は各偏光板１
３ａ、１３ｂ、１５ａ、１５ｂの各透過軸が図２（Ｄ）
（Ｅ）に示すように設定されている。すなわち、入射側
の偏光板１３ａ、１５ａの透過軸は図２（Ｄ）に示すよ
うに、偏光板１３ａ、１５ａに対するＰ偏光方向（横軸
方向）に対して１０度ずれ、これにより旋光用の液晶パ
ネル２１、２３の出射側の偏光板の透過軸と合致してお
り、また出射側の偏光板１３ｂ、１５ｂの透過軸は図２
（Ｅ）に示すように８０度ずれているので、ダイクロイ
ックプリズム１１のダイクロイック面１１ａの反射面に
対する偏光軸（Ｓ偏光方向）と合致する。また、緑用の
液晶表示パネル１４の各偏光板１４ａ、１４ｂの透過軸
は図２（Ｇ）（Ｈ）に示すように設定されている。すな
わち、入射側の偏光板１４ａの透過軸は図２（Ｇ）に示
すように、偏光板１４ａに対するＳ偏光方向（縦軸方
向）に対して１０度ずれ、これにより旋光用の液晶パネ
ル１５の出射側の偏光板の透過軸と合致しており、また
出射側の偏光板１４ｂの透過軸は図２（Ｈ）に示すよう
に８０度ずれているので、ダイクロイックプリズム１１
のダイクロイック面１１ａの透過面に対する偏光軸（Ｐ
偏光方向）と合致する。

【００１１】次に、このように構成された液晶フロジェ
クタ装置において、光源１からの光がダイクロイックプ
リズム１１に到達するまでの状態について説明する。光
源１から発生した光は図２（Ａ）に示すように、光の進
行方向に対する垂直な面内で方向分布が一様になってい
る。この光源１からの光はダイクロイックミラー１６〜
２０により赤、緑、青の３種類の波長帯域が精度よく分
割されるとともに、図２（Ｂ）に示すように各反射面で
Ｓ偏光成分が強調される。このようにＳ偏光成分が強調
された光は、それぞれ各旋光用の液晶パネル２１〜２３
に入射するのであるが、各液晶パネル２１〜２３の各入
射側の偏光板の透過軸はそれぞれダイクロイックミラー
１６〜２０の反射面に対するＳ偏光方向と同じ向きで合
致しているので、偏光誤差が生じることがなく、各液晶
パネル２１〜２３内に入射する。そのため、Ｓ偏光成分
の光は各旋光用の各液晶表示パネル２１〜２３に入射す
る際に光量を損失することはない。

【００１２】このように各液晶パネル２１〜２３に入射
した光は、出射側の各偏光板２１ａ〜２３ａから出て、
それぞれ赤用、緑用、青用の各液晶表示パネル１３〜１
５に入射するのであるが、赤用および青用の液晶パネル
２１、２３と緑用の液晶パネル２２とでは、その旋光状
態が異なるため、出射側の偏光板２１〜２３から出る光
の偏光方向が異なる。すなわち、赤、青の各波長光はそ
れぞれ各液晶パネル２１、２３内で８０度旋光され、そ
の偏光方向が図２（Ｃ）に示すように出射側の各偏光板
２１ａ、２３ａに対するＰ偏光方向（横軸方向）に対し
て１０度ずれる。また、緑の波長光は液晶パネル２２内
で１０度だけ旋光され、その偏光方向が図２（Ｆ）に示
すように出射側の偏光板２２ａに対するＳ偏光方向（縦
軸方向）に対して１０度ずれる。

【００１３】このように各旋光用の液晶パネル２１〜２
３から出射した光のうち、赤および青の波長光は図２
（Ｄ）に示す偏光方向で各液晶表示パネル１３、１５に
入射するのであるが、図２（Ｃ）に示すように旋光用の
液晶パネル２１、２３の出射側の偏光板２１ａ、２３ａ
の透過軸と、各液晶表示パネル１３、１５の入射側の偏
光板１３ａ、１５ａの透過軸とが一致しているので、こ
こでも偏光誤差を生じることがなく、各液晶表示パネル
１３、１５に入射し、光量を損失することはない。そし
て、このように各液晶表示パネル１３、１５に入射した
光はそれぞれ８０度旋光されて図２（Ｅ）に示すように
出射側の偏光板１３ｂ、１５ｂからダイクロイックプリ
ズム１１に入射するのであるが、この場合にも、出射側
の各偏光板１３ｂ、１５ｂの透過軸とダイクロイックプ
リズム１１のダイクロイック面１１ａ、１１ａの反射面
に対する各偏光軸（Ｓ偏光方向）とが合致しているの
で、ここにおいても偏光誤差がなく、光量を損失せずに
ダイクロイックプリズム１１に入射する。

【００１４】一方、緑の波長光は図２（Ｇ）に示す偏光
方向で液晶表示パネル１４に入射するのであるが、図２
（Ｆ）に示すように旋光用の液晶パネル２２の出射側の
偏光板２２ａの透過軸と、各液晶表示パネル１４の入射
側の偏光板１４ａの透過軸とが一致しているので、ここ
においても偏光誤差を生じることがなく、各液晶表示パ
ネル１３、１５に入射し、光量を損失することがない。
そして、このように各液晶表示パネル１４に入射した光
はそれぞれ８０度旋光されて図２（Ｈ）に示すように出
射側の偏光板１４ｂからダイクロイックプリズム１１に
入射するのであるが、この場合にも、出射側の各偏光板
１４ｂの透過軸とダイクロイックプリズム１１のダイク
ロイック面１１ａ、１１ａの透過面に対する偏光軸（Ｐ
偏光方向）とが合致しているので、偏光誤差がなく、光
量を損失せずにダイクロイックプリズム１１に入射す
る。

【００１５】このようにして、各液晶表示パネル１３〜
１５から各波長の光がダイクロイックプリズム１１に入
射すると、このダイクロイックプリズム１１のダイクロ
イック面１１ａ、１１ａでカラー画像を合成して投影す
るのであるが、ダイクロイック面１１ａ、１１ａで反射
により合成される画像の光、つまり赤、青の各波長光は
ダイクロイック面１１ａ、１１ａに対してＳ偏光で入射
して反射され、また透過により合成される画像の光、つ
まり緑の波長光はダイクロイック面１１ａ、１１ａに対
してＰ偏光で入射して透過するので、ダイクロイックプ
リズム１１の特性を充分に発揮することができ、光量の
損失が極めて少なく、明るくコントラストの良い良好な
合成画像を投影することができる。

【００１６】したがって、上記のような液晶プロジェク
タ装置によれば、各色用の液晶表示パネル１３〜１５の
入射側にそれぞれ旋光用の液晶パネル２１〜２３を配置
したので、この各液晶パネル２１〜２３により光源１か
らダイクロイックプリズム１１までの各光路系において
偏光誤差が生じないように調整することができる。その
ため、光源１からダイクロイックプリズム１１までの光
路系において、光量を損失することがないので、明るく
コントラストの良い良好な画像を投影することができ
る。特に、ダイクロイックプリズム１１はダイクロイッ
ク面１１ａ、１１ａで反射する画像の光がダイクロイッ
ク面１１ａ、１１ａに対してＳ偏光で入射し、またダイ
クロイック面１１ａ、１１ａを透過する画像の光がダイ
クロイック面１１ａ、１１ａに対してＰ偏光で入射する
ので、その特性を充分に発揮することができ、これによ
っても、明るくコントラストの良い投影画像を得ること
ができる。また、ダイクロイックミラー１６〜２０にお
いては、図２（Ｂ）に示すような反射面に対してＳ偏光
成分を強調した光を各旋光用の液晶パネル２１〜２３に
照射するようにしたので、その特性を充分に発揮でき、
これによっても、より一層、明るくコントラストの良い
投影画像を得ることができる。

【００１７】なお、上述した実施例では旋光用の液晶パ
ネル２１〜２３に総て同一のＳ偏光成分の光を照射した
が、これに限らず、例えば従来と同じように異なる偏光
成分の光を照射してもよい。この場合には、各旋光用の
液晶パネルの入射側の偏光板の透過軸を入射する光の偏
光方向と一致させ、かつ出射側の偏光板の透過軸を各液
晶表示パネル１３〜１５の入射側の偏光板の透過軸と一
致するように、各旋光用の液晶パネルを構成すればよ
い。

【００１８】また、液晶パネル２１〜２３は各液晶表示
パネル１３〜１５の入射側に配置される必要がなく、液
晶表示パネル１３〜１５の出射側に配置してもよく、あ
るいは液晶表示パネル１３〜１５の各液晶セルを境にし
て、その入射側または出射側における各偏光板間に配置
してもよい。

【００１９】さらに、各液晶表示パネル１３〜１５は必
らずしもノーマリ・ホワイト型である必要はなく、ノー
マリ・ブラック型のものを用いてもよいことは勿論であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
の液晶プロジェクタによれば、光源と、前後に配置する
２枚の偏光板の透過軸が平行または直交以外で最適とな
る液晶セルと、入射側偏光板と、出射側偏光板と、投影
手段と、前記光源からの光を前記液晶セルまで導く第１
のミラー手段と、前記液晶セルからの画像光を前記投影
手段まで導く第２のミラー手段とを備えた液晶プロジェ
クタ装置において、前記各偏光板を互いの透過軸が平行
または直交になるように配置するとともに、前記光源か
ら前記投影手段までの光路の光軸が一平面上に位置する
ように配置し、前記液晶セルの少なくとも前後いずれか
に光の偏光方向を調整する旋光手段を設けて、この旋光
手段を介した前記液晶セルの入射側での光の偏光方向と
出射側での光の偏光方向を互に直交若しくは平行になる
ようにしたので、各偏光板の透過軸が直交若しくは平行
の時に最良な表示を行う液晶セルを用いた場合に、光源
からダイクロイックプリズム等のミラー面までの各光路
を同一平面上に設定しても偏光方向を最適に設定でき、
偏光板もしくはミラー面での光の損失を防いで、明るく
てコントラストの良い良好な投影画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の液晶プロジェクタ装置の
概略構成図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｈ）はこの発明の一実施例の各部材
における光の偏光方向を示す図である。

【図３】従来例の概略構成図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は従来例の各部材における光の
偏光方向を示す図である。

【符号の説明】

１光源１１ダイクロイックプリズム１１ａダイクロイック面１３〜１５液晶表示パネル１３ａ〜１５ａ入射側の偏光板１３ｂ〜１５ｂ出射側の偏光板１６〜２０ダイクロイックミラー２１〜２３液晶パネル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前後に配置する２枚の偏光板の
透過軸が平行または直交以外で最適となる液晶セルと、
入射側偏光板と、出射側偏光板と、投影手段と、前記光
源からの光を前記液晶セルまで導く第１のミラー手段
と、前記液晶セルからの画像光を前記投影手段まで導く
第２のミラー手段とを備えた液晶プロジェクタ装置にお
いて、前記各偏光板を互いの透過軸が平行または直交になるよ
うに配置するとともに、前記光源から前記投影手段まで
の光路の光軸が同一平面上に位置するように配置し、前記液晶セルの少なくとも前後いずれかに光の偏光方向
を調整する旋光手段を設けて、この旋光手段を介した前
記液晶セルの入射側での光の偏光方向と出射側での光の
偏光方向を互に直交若しくは平行になるようにしたこと
を特徴とする液晶プロジェクタ装置。