JP3057232B2 - 2板式液晶プロジェクタ - Google Patents
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Description
を2枚使用する新規な液晶プロジェクタ、即ち2板式液
晶プロジェクタに関する。
量産化に成功して以来、様々な技術的問題が解決されて
きた。たとえば、光源と照明対象物との間のフォーム変
換によるエネルギー損失の問題と光源の照度のむらの問
題とはいずれも光学レンズアレイ積分器(Optical Lens
Array Integrator またはGlass Rod Integrator)の使
用により、また偏光吸収によるエネルギー損失の問題は
偏光変換技術(Polarization Conversion Technique)に
より、そしてディスプレイの色階調の問題はダイクロイ
ックミラーの使用によりそれぞれ解決されている。ま
た、解像度に関しては、高温多晶薄膜トランジスタ液晶
ディスプレイ(High Temperature Poly-TFTLCD)の使用
により、高密度(1.3 ”,1024×768)、高解像度(VGA,
SVGA, XGA)、及び高画質(コントラスト比> 200:
1)の目標が達成されている。
効率を実現することができる。たとえば EPSON社製のEL
P-7300は、CRT, PDP, LED, FEL等のあらゆるディスプレ
イ中で最高の発光効率を誇る。目下、液晶プロジェクタ
は高輝度(>1200ANSIルーメン)、高解像度(>1280×
1024)小型化、軽量化の方向に向けて研究開発の努力が
続けられている。
板式の2種類があり、いずれも透過型の液晶パネルを使
用している。ただし、解像度が高くなるに伴って液晶パ
ネルの大きさを現レベルにとどめるためには、透過型か
ら反射型に変更して開口数(numerical aperture)を増
加させる必要がある。
に TFTの下が形成されている。この反射金属層自身に光
を遮る機能があるため、 TFTの発光時の TFTでの電流の
漏洩を防ぐためにブラックマトリックスを使用する必要
がない。このため、反射型は透過型に比して、各画素の
面積が小さくてすみ、より好ましい開口数を有すること
ができる。ただし、反射型液晶パネルの面積縮小により
プロジェクタ全体の集光率が低下するため、ある特定発
散角である特定面積を照射するために一定アーク距離を
有する電球を使用した場合には、照明システムの集光率
には眼界がある。
光学システムは透過型に比べて複雑である。反射型液晶
プロジェクタはまた、偏光ビームスプリッタ(Polariza
tion BeamSplitter:PBS)を使用する必要がある。反射
型液晶プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタを通過
して液晶パネル上に照射される光は、たとえばP偏光な
どの偏光ビームであり、液晶パネルで光変調されて偏光
角が異なるS偏光となって反射された後、さらに偏光ビ
ームスプリッタで反射されてスクリーン上に投射され
る。
るため、偏光ビームスプリッタが可視光領域全体、即ち
400〜 700nmの全範囲において優れた分光効果を有して
いる必要がある。即ち、S偏光とP偏光のスプリット比
(beam-splitting ratio)がシステム全体の要求に見合
う必要があり、特に、光線の入射角が大きい場合でも同
様であることが重要である。 LCDパネルの入射角が大き
いということは、表示装置のための集光率が高いことを
意味する。このため、システム全体の集光率が制限され
ることはない。しかしながら、そのような偏光ビームス
プリッタは設計及び製造が非常に困難である。従って、
偏光ビームスプリッタは、反射型液晶プロジェクタの光
学特性の主たる制限要因となっている。
偏光ビームスプリッタが必要であり、この偏光ビームス
プリッタを映写レンズと液晶パネルとの間に設けるた
め、映写レンズの後部焦点距離(rear focus)を長くと
らなくてはならない。一般的に、反射型液晶プロジェク
タの映写レンズは透過型のものよりも後部焦点距離が長
く、設計を一層複雑化させる原因となっている。
構成を示す図である。同図に示されるように、公知の液
晶プロジェクタは一般に、光源10、プレ偏光部12、
偏光ビームスプリッタ14、ダイクロイックプリズム1
6、液晶パネル18a〜18c、及び映写レンズ20を
備えてなる。光源10は偏光されていない光(非偏光)
を発する。光源10から発した偏光されていない光は、
プレ偏光部12で直線偏光された後、偏光ビームスプリ
ッタ14で反射されてダイクロイックプリズム16に到
達する。このダイクロイックプリズム16は、直線偏光
された光の緑色光成分のみを透過させ、赤色光成分及び
青色光成分を反射する。そして、緑, 青, 赤の各光成分
は、ダイクロイックプリズム16による透過または反射
を経て液晶パネル18a〜18cにそれぞれ投射され
る。液晶パネル18a〜18cはそれぞれ、光を緑,
青, 赤のビデオ信号で変調する。緑、青、赤の各光成分
は、液晶パネル18a〜18cによる反射を経た後、元
と垂直の方向に偏光角が変化するため、再び偏光ビーム
スプリッタ14へ入射した場合にはそのまま透過し、映
写レンズ20を経てスクリーン22に投射される。
は、次のような問題点がある。まず、この液晶プロジェ
クタは、ダイクロイックプリズム及び偏光ビームスプリ
ッタを有するため、後部焦点距離を長くとる必要があ
り、システム全体の設計が困難なうえ高価な映写レンズ
を使用する必要がある。次に、入射光はS偏光であり、
出射光はP偏光であるため、ダイクロイックプリズム及
び偏光ビームスプリッタのコーティングが原因となっ
て、S偏光とP偏光との間にスペクトル線のシフトが生
じる。さらに、使用できる偏光ビームスプリッタは、全
可視光領域において偏光機能を有するような広帯域のも
のである必要がある。換言すれば、このような偏光ビー
ムスプリッタは設計が複雑なうえ製作費が非常に高価で
ある。また、このような偏光ビームスプリッタは開口数
が小さいため、液晶プロジェクタの集光が困難である。
に、図2のような構成も提案されている。この種の液晶
プロジェクタは、光源30、ダイクロイックミラー32
a〜32c、反射鏡34a, 34b、反射型液晶パネル
36, 43, 45、偏光ビームスプリッタ38, 42,
44、集光部(x-cube)40、及び映写レンズ48を備
えてなる。まず、ダイクロイックミラー32a〜32c
を利用して白色光から3原色光(赤, 緑, 青)を分離し
た後、各原色光を偏光ビームスプリッタ38,42, 4
4でそれぞれ処理する。この例では、偏光ビームスプリ
ッタとして狭い帯域に対応するものを使用すればよく、
同時にその開口数を向上させることもできるが、システ
ム全体の構成が複雑化するという問題点がある。
うな公知例では、偏光ビームスプリッタの設計が複雑な
うえ製作費が非常に高価であり、またそのような偏光ビ
ームスプリッタは開口数が小さいため、液晶プロジェク
タの集光が困難であるという問題がある。また、図2に
示されているような公知例では、偏光ビームスプリッタ
として狭い帯域に対応するものを使用すればよく、同時
にその開口数を向上させることもできるが、システム全
体の構成が複雑化するという問題点がある。
たものであり、本発明の主要目的は、システム構成の複
雑化という前記問題点を解決し、新規な2板式の液晶プ
ロジェクタを提供することにある。この新規な液晶プロ
ジェクタでは、システム構成の簡略化を図ることによ
り、必要な部品数を大幅に減少させ、生産の簡略化とコ
ストの低下を実現することが可能であり、特に映写モニ
ター(Projection Monitor)への応用に適している。
ため、本発明では、2枚の液晶パネル(2板式液晶パネ
ル)を使用して主に時系列方式により光の3原色の光変
調を行なう。まず緑色光は、2板式液晶パネルの内の1
枚を使用して充分な輝度を付与し、赤色光及び青色光
は、残りの1枚を使用して時系列方式により交互に輝度
を付与する。従って、これらの原色光が偏光ビームスプ
リッタへ入射する前に、緑色光の偏光角を赤色光及び青
色光のそれと区別しておく必要がある。本発明に係る液
晶プロジェクタでは、ダイクロイックミラー及び偏光角
回転部(polarization rotating device)を採用するこ
とにより、緑色光を赤色光及び青色光から分離し、緑色
光の偏光角を赤色光及び青色光の偏光角と直交関係にな
るようにする。まず、偏光された照射光がダイクロイッ
クミラーに到達すると、緑色光のみが透過されて赤色光
及び青色光は反射される。ダイクロイックミラーで透過
された緑色光は、4分の1波長板及び反射鏡を有する偏
光角回転部を通過することにより偏光角が90度回転さ
れ、赤色光及び青色光と直交する偏光角を有するように
なる。このため、次の偏光ビームスプリッタでは緑色光
のみが透過され、赤色光及び青色光は反射される。そし
て、緑色光と、赤色光及び青色光とはそれぞれ別々の液
晶パネル(計2枚)で光変調される。
ジェクタの第1の発明は、光源、カラー調整バルブ、ダ
イクロイックミラー、偏光角回転部、偏光ビームスプリ
ッタ、第1の反射型液晶パネル、第2の反射型液晶パネ
ル、及び映写レンズを有し、前記光源が発した第1の偏
光角を有する偏光を、前記ダイクロイックミラーにより
第1の色、第2の色、及び第3の色の各偏光成分に分離
し、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を、前記ダ
イクロイックミラーにより反射し、前記第3の色の偏光
を、前記ダイクロイックミラーを透過した後に前記偏光
角回転部で反射することにより偏光角を第2の偏光角に
変化させ、第1の偏光角を有する前記第1の色の偏光及
び第2の色の偏光と第2の偏光角を有する前記第3の色
の偏光とを、前記偏光ビームスプリッタへ入射し、前記
第3の色の偏光を、前記偏光ビームスプリッタを透過さ
せて前記第1の反射型液晶パネルで反射することにより
偏光角を第1の偏光角に変えた後、再び前記偏光ビーム
スプリッタへ入射して前記映写レンズへ向けて反射さ
せ、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を、前記偏
光ビームスプリッタで反射し、前記第1の色の偏光及び
第2の色の偏光を交互に通過させる前記カラー調整バル
ブ及び前記第2の反射型液晶パネルにより時系列方式で
光変調・反射することにより偏光角を第2の偏光角に変
えた後、前記偏光ビームスプリッタを透過させて前記映
写レンズへ入射させるべくなしてあることを特徴とす
る。
タの第2の発明は、第1の偏光角を有する偏光を発する
光源と、前記光源が発した第1の偏光角を有する偏光を
第1の色、第2の色、及び第3の色の各偏光成分に分離
すると共に、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を
反射し、前記第3の色の偏光を透過させるダイクロイッ
クミラーと、前記ダイクロイックミラーを透過した後の
前記第3の色の偏光を反射して偏光角を第2の偏光角に
変化させる偏光角回転部と、第1の偏光角を有する前記
第1の色の偏光及び第2の色の偏光と、第2の偏光角を
有する前記第3の色の偏光とが入射され、前記第1の色
の偏光及び第2の色の偏光を反射し、前記第3の色の偏
光を透過させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビー
ムスプリッタを透過した前記第3の色の偏光を反射させ
てその偏光角を第1の偏光角に変える第1の反射型液晶
パネルと、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を交
互に通過させるカラー調整バルブと、前記カラー調整バ
ルブが交互に通過させた前記第1の色の偏光及び第2の
色の偏光を反射させてそれらの偏光角を第2の偏光角に
変える第2の反射型液晶パネルとを備え、前記偏光ビー
ムスプリッタは、前記第2の反射型液晶パネルで反射さ
れた前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を通過させ
て、前記第3の色の偏光を反射させて、それぞれ前記映
写レンズへ入射させるべくなしてあることを特徴とす
る。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記カラー調
整バルブは、回転円盤または電気カラーシャッターであ
ることを特徴とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記カラー調
整バルブは、前記光源と前記ダイクロイックミラーとの
間に設けられていることを特徴とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記カラー調
整バルブは、前記偏光ビームスプリッタと前記第2の反
射型液晶パネルとの間に設けられていることを特徴とす
る。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記第1の偏
光角と前記第2の偏光角とが直交関係にあることを特徴
とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記第1の色
は赤色であり、前記第2の色は青色であり、前記第3の
色は緑色であることを特徴とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記偏光角回
転部は、4分の1波長板及び反射鏡を有することを特徴
とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記光源は、
非偏光を発するためのランプ及び反射型ランプカバー
と、前記非偏光の光分布を調整すると共に光の強さ分布
を均等化するための第1のレンズアレイ及び第2のレン
ズアレイと、非偏光を第1の偏光角を有する偏光に変え
るための偏光部とを有することを特徴とする。
タは上述の第1及び第2の発明において、前記第1の反
射型液晶パネルの変調周波数は、前記第2の反射型液晶
パネルの変調周波数の1/2であることを特徴とする。
特徴、及び長所をより明瞭にするため、以下に好ましい
実施の形態を挙げ、図を参照しつつさらに詳しく説明す
る。
第1の実施の形態の構成を示す図である。本実施の形態
による2板式の液晶プロジェクタは、光源50、ダイク
ロイックミラー52、偏光角回転部54、偏光ビームス
プリッタ56、第1の反射型液晶パネル58、第2の反
射型液晶パネル60、カラー調整バルブ62、及び映写
レンズ64を備えてなる。
ェクタの動作原理を説明する。図4は、この液晶プロジ
ェクタで使用される光源の構成を示す図である。同図に
示されるように、この光源50は主に、ランプ502、
反射型ランプカバー504、及びUV−IRフィルタ506
を備えてなる。第1のレンズアレイ508及び第2のレ
ンズアレイ510は光学積分器を構成しており、光の強
さを均等に再分布させるために使用される。この光源5
0は、一般の投射システムで使用される光源と同様のも
のであり、ランプ502の光からUV−IRフィルタ506
でUV及びIRを除去し、第1のレンズアレイ508、第2
のレンズアレイ510、及び偏光部512で均等化・偏
光化を行なうことにより、投射用の光源に必要な均等な
偏光を発するためのものである。
であり、ダイクロイックミラー52及び偏光角回転部5
4へ入射する。ダイクロイックミラー(またはノッチフ
ィルタ)52は、赤色光R及び青色光Bを反射し、緑色
光Gのみを透過させる。このため、赤色光R及び青色光
Bはダイクロイックミラー52で反射されて偏光ビーム
スプリッタ56へ入射する。従って、偏光ビームスプリ
ッタ56へ入射した赤色光R及び青色光BはS偏光であ
る。そして、ダイクロイックミラー52を通過して偏光
角回転部54でP偏光に偏光角を変えた緑色光Gもま
た、偏光角回転部54で反射されて偏光ビームスプリッ
タ56へ入射する。ここで、偏光角回転部54は、4分
の1波長板及び反射鏡を含むことが可能である。
射し、P偏光を透過させることを主要特性とする。従っ
て、P偏光に偏光角を変えた緑色光Gは、偏光ビームス
プリッタ56を透過し、緑色光G成分の光変調を行なう
第1の反射型液晶パネル58へ入射する。第1の反射型
液晶パネル58で変調・反射された緑色光Gは、その偏
光角がすでにS偏光に変わっているため、次に偏光ビー
ムスプリッタ56へ入射したときには反射され、映写レ
ンズ64に到達してスクリーンに投射される。
は、偏光ビームスプリッタ56へ入射した後、カラー調
整バルブ62及び第2の反射型液晶パネル60へ向けて
反射される。このカラー調整バルブ62及び第2の反射
型液晶パネル60の組み合わせにより、赤色及び青色の
2色を時系列に変調するという本発明に特徴的な機能を
達成することができる。即ち、第2の反射型液晶パネル
60は、カラー調整バルブ62が赤色光R成分を透過さ
せている間に赤色光Rの変調を行なう。第2の反射型液
晶パネル60で変調・反射された赤色光Rの偏光角はP
偏光に変化しているため、次に偏光ビームスプリッタ5
6へ入射したときにはそのまま透過され、映写レンズ6
4に到達して緑色光G同様にスクリーンに投射される。
青色光Bに関しても赤色光Rと同様であり、第2の反射
型液晶パネル60は、カラー調整バルブ62が青色光B
成分を透過させている間に青色光Bの変調を行なう。第
2の反射型液晶パネル60で変調・反射された青色光B
は、赤色光Rと同様にP偏光に偏光角を変化させている
ため、次に偏光ビームスプリッタ56へ入射したときに
はそのまま透過され、映写レンズ64を経てスクリーン
に投射される。
晶パネル60上に赤色成分と青色成分とが1/120 秒ごと
に交互に表示されるように行なえばよい。一方、緑色光
Gは、緑色成分が液晶パネル58上に1/60秒ごとに表示
されるようにすればよい。投射画面の全輝度中、緑色成
分が70〜80%という絶対的大部分を占めており、対する
赤色及び青色成分はごく一部を占めるに過ぎないため、
赤色及び青色成分をこのように時系列方式で表示して
も、なおフルカラーの表示が実現可能になる。
第2の実施の形態の構成を示す図である。同図に示され
るように、この第2の実施の形態の液晶プロジェクタ
は、光源50、カラー調整バルブ51、ダイクロイック
ミラー52、偏光角回転部54、偏光ビームスプリッタ
56、第1の反射型液晶パネル58、第2の反射型液晶
パネル60、及び映写レンズ64を備えてなる。
相違点は、主にカラー調整バルブの設置位置にある。第
2の実施の形態では、カラー調整バルブ51は、光源5
0とダイクロイックミラー52との間に設置されてい
る。その動作原理は第1の実施の形態と同様であるた
め、ここでは説明を省略する。
は、回転円盤または電気カラーシャッターを使用するこ
とが可能である。第1の実施の形態では、カラー調整バ
ルブ62は偏光ビームスプリッタ56と第2の反射型液
晶パネル60との間に設置されており、赤色光R, 青色
光Bの透過の調整を主な役割としている。対する第2の
実施の形態では、カラー調整バルブ51は光源50とダ
イクロイックミラー52との間に設置されているため、
赤色光Rと青色光Bを交互に透過させる以外に、緑色光
Gをも透過させる必要がある。
の液晶ディスプレイは、従来の3板式のものと比べ、大
幅に部品数を削減し、設計を簡略化することができる。
また、偏光ビームスプリッタを1つ使用するだけでよい
ため、映写レンズの後部焦点距離を、透過型液晶ディス
プレイと同レベルにまで大幅に短縮することができる。
従って、本発明に係る2板式液晶ディスプレイは、部品
数が少ない、低コスト、据え付けが容易等の優れた効果
を奏する。
これらは決して本発明の範囲を限定するものではなく、
当該技術に熟知した者ならば誰でも、本発明の精神と領
域を逸脱しない範囲内で各種の変更や潤色を加えられる
べきであって、従って本発明の保護範囲は特許請求の範
囲で指定した内容を基準とする。
る。
ある。
実施の形態の構成を示す図である。
れる光源の構成を示す図である。
実施の形態の構成を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 光源、カラー調整バルブ、ダイクロイッ
クミラー、偏光角回転部、偏光ビームスプリッタ、第1
の反射型液晶パネル、第2の反射型液晶パネル、及び映
写レンズを有し、 前記光源が発した第1の偏光角を有する偏光を、前記ダ
イクロイックミラーにより第1の色、第2の色、及び第
3の色の各偏光成分に分離し、 前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を、前記ダイク
ロイックミラーにより反射し、 前記第3の色の偏光を、前記ダイクロイックミラーを透
過した後に前記偏光角回転部で反射することにより偏光
角を第2の偏光角に変化させ、 第1の偏光角を有する前記第1の色の偏光及び第2の色
の偏光と第2の偏光角を有する前記第3の色の偏光と
を、前記偏光ビームスプリッタへ入射し、 前記第3の色の偏光を、前記偏光ビームスプリッタを透
過させて前記第1の反射型液晶パネルで反射することに
より偏光角を第1の偏光角に変えた後、再び前記偏光ビ
ームスプリッタへ入射して前記映写レンズへ向けて反射
させ、 前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を、前記偏光ビ
ームスプリッタで反射し、前記第1の色の偏光及び第2
の色の偏光を交互に通過させる前記カラー調整バルブ及
び前記第2の反射型液晶パネルにより時系列方式で光変
調・反射することにより偏光角を第2の偏光角に変えた
後、前記偏光ビームスプリッタを透過させて前記映写レ
ンズへ入射させるべくなしてあることを特徴とする2板
式液晶プロジェクタ。 - 【請求項2】 第1の偏光角を有する偏光を発する光源
と、 前記光源が発した第1の偏光角を有する偏光を第1の
色、第2の色、及び第3の色の各偏光成分に分離すると
共に、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を反射
し、前記第3の色の偏光を透過させるダイクロイックミ
ラーと、 前記ダイクロイックミラーを透過した後の前記第3の色
の偏光を反射して偏光角を第2の偏光角に変化させる偏
光角回転部と、 第1の偏光角を有する前記第1の色の偏光及び第2の色
の偏光と、第2の偏光角を有する前記第3の色の偏光と
が入射され、前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を
反射し、前記第3の色の偏光を透過させる偏光ビームス
プリッタと、 前記偏光ビームスプリッタを透過した前記第3の色の偏
光を反射させてその偏光角を第1の偏光角に変える第1
の反射型液晶パネルと、 前記第1の色の偏光及び第2の色の偏光を交互に通過さ
せるカラー調整バルブと、 前記カラー調整バルブが交互に通過させた前記第1の色
の偏光及び第2の色の偏光を反射させてそれらの偏光角
を第2の偏光角に変える第2の反射型液晶パネルとを備
え、 前記偏光ビームスプリッタは、前記第2の反射型液晶パ
ネルで反射された前記第1の色の偏光及び第2の色の偏
光を通過させて、前記第3の色の偏光を反射させて、そ
れぞれ前記映写レンズへ入射させるべくなしてあること
を特徴とする2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項3】 前記カラー調整バルブは、回転円盤また
は電気カラーシャッターであることを特徴とする請求項
1または2に記載の2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項4】 前記カラー調整バルブは、前記光源と前
記ダイクロイックミラーとの間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2板式液晶プロジ
ェクタ。 - 【請求項5】 前記カラー調整バルブは、前記偏光ビー
ムスプリッタと前記第2の反射型液晶パネルとの間に設
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2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項6】 前記第1の偏光角と前記第2の偏光角と
が直交関係にあることを特徴とする請求項1または2に
記載の2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項7】 前記第1の色は赤色であり、前記第2の
色は青色であり、前記第3の色は緑色であることを特徴
とする請求項1または2に記載の2板式液晶プロジェク
タ。 - 【請求項8】 前記偏光角回転部は、4分の1波長板及
び反射鏡を有することを特徴とする請求項1または2に
記載の2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項9】 前記光源は、 非偏光を発するためのランプ及び反射型ランプカバー
と、 前記非偏光の光分布を調整すると共に光の強さ分布を均
等化するための第1のレンズアレイ及び第2のレンズア
レイと、 非偏光を第1の偏光角を有する偏光に変えるための偏光
部とを有することを特徴とする請求項1または2に記載
の2板式液晶プロジェクタ。 - 【請求項10】 前記第1の反射型液晶パネルの変調周
波数は、前記第2の反射型液晶パネルの変調周波数の1
/2であることを特徴とする請求項1または2に記載の
2板式液晶プロジェクタ。
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