JP3189772B2 - 反射方式の投射型画像表示装置 - Google Patents

反射方式の投射型画像表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射方式の投射型
画像表示装置に係り、特に照明効率の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、屋外公衆用や管制業務用のディス
プレイ、またハイビジョン等の高精細映像の表示用ディ
スプレイ等のように、映像を大画面に表示するための投
射型表示装置の要望が高まっている。その投射型表示装
置には大別すると透過方式と反射方式のものがあるが、
双方の方式とも、LCD(Liquid Crysta
l Display)パネルを用いた空間光変調部が適
用され、LCDパネルに読出し光を入射させ、その入射
光を映像信号に対応させて画素単位で変調することによ
り投射光を得るようになっている(特開平9−1898
09号公報参照)。一般に、反射方式の装置は、透過方
式と比較して、液晶層にブラックストライプを設ける必
要がないために液晶セル部分の開口率が大きく、また読
出し光の吸収による発熱が非常に少ないことから、発光
出力が大きい読出し光を照射しながらより明るい映像が
得られ、多用されている。
【0003】ここで従来の投射型画像表示装置の一例を
説明すると、図4において1は断面台形状のカップリン
グプリズム、2はガラス基板、3は透過型ホログラムを
用いたカラーフィルター、4は薄板ガラス層、5は内部
に液晶6を封入して変調光を形成するLCD(Liqu
id Crystal Display)パネルであ
る。カップリングプリズム1の側面の入射面1Aから入
射した読出し光Lが所定の角度θでホログラムよりなる
カラーフィルター3に当たり、R、G、Bのフィルター
要素によって分光・回折されて下方のLCDパネル6に
届き、ここで偏光を受けて変調される。この変調光は上
方へ反射されて、カップリングプリズム1から図中にお
いて上方へ出て行く。この変調光が投影レンズ等により
例えばスクリーン上に拡大投影されることになる。尚、
カップリングプリズム1とガラス基板2の屈折率は、略
同じとなるように設定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の画
像表示装置において、ホログラムよりなるカラーフィル
ター3に対する読出し光Lの入射角度θが略60度の時
に、ホログラムの効率が略最高となるように設定されて
いることから、光の照明光率を向上させるためには、反
射を少なくするためには入射面1Aに対して略直角に読
出し光Lを入射させて、カラーフィルター3に対して
は、入射各θが略60度になるようにしている。一般
に、光源(図示せず)に使用されているランプ、例えば
白色光ランプの発光は点光源ではないため、小面積を高
効率で照射することは困難である。従って、入射面1A
における照明面積S1(断面で表示、以下同様)が大き
い程、照明効率が高いが、図4に示す装置例では照明面
積をS1以上に増加することはできず、この点より照明
効率が制限されてしまうという問題があった。
【0005】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目
的は、照明効率を向上させることができる反射方式の投
射型画像表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、LCDパネル
と、透過型ホログラムを用いたカラーフィルターと、ガ
ラス基板と、側面が読出し光を入射させる入射面になさ
れたカップリングプリズムを有する反射方式の投射型画
像表示装置において、前記カップリングプリズムの屈折
率n1と前記ガラス基板の屈折率n2がn1>n2とな
るように設定したものである。
【0007】このように屈折率の関係を設定することに
より、ホログラムのカラーフィルターへの入射角を所定
の角度に維持しつつ、プリズムの入射面における照射面
積を拡大でき、結果的に照明効率を向上させることがで
きる。また、プリズムとガラス基板の接合部にこれらの
両屈折率の中間の値の屈折率n3を持つ反射率低下部材
を介在させると、界面部分における反射光を抑制するこ
とができ、その分、光利用率も向上させることができ
る。更に、上記接合部に反射防止膜を介在させることに
より、接合部である境界部分における読出し光の反射を
防止し、結果的に、光利用率を更に向上させて画像のコ
ントラストを向上させることができる。更に、上記実施
例を組み合わせることにより、更に照明効率や光利用率
を向上させることが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る反射方式の
投射型画像表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。図1は本発明に係る投射型画像表示装置を示す
断面構成図である。尚、従来装置で説明した部分と、同
一部分については、同一符号を付して説明する。図中に
おいて、1は断面台形状のカップリングプリズム、2は
ガラス基板、3は透過型ホログラムを用いたカラーフィ
ルター、4は薄板ガラス層、5は内部に液晶6を封入し
て変調光を形成するLCD(Liquid Cryst
al Display)パネルである。
【0009】ここにLCDパネル5は、ガラス基板また
はSi基板8と、その基板8上に形成されたアクティブ
マトリクス駆動回路9と、そのアクティブマトリクス駆
動回路9によって選択的に制御駆動される画素電極10
と、配向膜11と、スペーサで封止された液晶6と、配
向膜12と、透明な共通電極膜13とを順に積層させた
構造を有している。上記カラーフィルター3は、特開平
2−500937号公報と同様に透過型ホログラムをホ
ログラフィレンズアレイで構成したものであり、R、
G、Bの3原色を含んだ入射光を各原色毎に回折・分光
し、LCDパネル5の対応した画素電極10の位置へ略
垂直に集光する機能を有している。すなわち、光束の主
光線を画素電極10に対して略垂直に入射させ、且つそ
のレンズ作用によって光束を画素電極10に集束させ
る。
【0010】そして、本実施例において重要な点は、カ
ップリングプリズム1の屈折率n1がこの下に直接接合
されるガラス基板2の屈折率n2よりも大きく設定され
ている点である。これにより、読出し光Lは、両者の接
合部14において水平方向に向けて屈折して折れ曲がる
のでカラーフィルター3への入射角θを略60度に維持
するためには、プリズム1の入射面1Aへ入射する読出
し光Lの入射方向を角度αだけ図中上方へ移動し得るよ
うになっている。この場合、プリズム1の入射面1Aの
傾斜角度は、上記新たな入射方向の読出し光Lに対して
垂直に交わるように設定される。
【0011】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、白色ランプ等の光源(図
示せず)から放射された読出し光Lは、カップリングプ
リズム1の側面の入射面1Aに垂直に入射し、カップリ
ングプリズム1及びガラス基板2を透過して、この読出
し光Lは所定の角度θ、すなわち略60度でホログラム
よりなるカラーフィルター3に当たり、R、G、Bのフ
ィルター要素によって分光・回折されて下方のLCDパ
ネル6に届き、ここで偏光を受けて変調される。この変
調光は上方へ反射されて、カップリングプリズム1から
図中において上方へ出て行く。この変調光が投影レンズ
等により例えばスクリーン上に拡大投影されることにな
る。ここで、本実施例においては、カップリングプリズ
ム1の屈折率n1が、ガラス基板2の屈折率n2よりも
大きくなされているので、この境界となる接合部14で
読出し光Lはスネルの法則で屈折し、この接合部14に
おいて光は水平方向へ屈曲して入射角θ1よりも出射角
θ2が大きくなる。
【0012】ここで、カラーフィルター3に対する最適
な入射角θは、ここでは略60度に設定していることか
ら、これを満足するためにはカップリングプリズム1の
入射面1Aに対する読出し光Lの入射方向は、図4に示
す従来装置の場合よりも角度αだけ図1において上方に
向けることができる。従って、例えばカラーフィルター
3上において一定のエリアSを照明するためには、図4
に示す従来の装置例では照射面積はS1であったが、プ
リズム1の奥行き寸法を同じとすると本実施例では、照
射面積はS1よりも大きいS2となり、その増加分だけ
照射効率を向上させることができる。尚、図1において
一点鎖線で示す読出し光は、従来装置における読出し光
の軌跡を示す。
【0013】このように、照明効率を向上させることが
できることから、高効率の照明ができ、高輝度の投射型
画像表示装置(プロジェクター)を提供できる。尚、上
述のように、屈折率の異なる接合部14を読出し光が通
過する時に、この境界で光が反射することは避けられ
ず、この反射光L1の光量は、両部材の屈折率n1、n
2の差が大きい程、大きくなる。そこで、この反射光L
1の光量を抑制するために、図2に示すように、カップ
リングプリズム1とガラス基板2との間に両部材の屈折
率n1、n2の中間の値てある屈折率n3を有する反射
率低下部材としてマッチングオイル20を介在させるよ
うにしてもよい。マッチングオイルとしては、例えばシ
リコーンオイル等を用いることができる。また、反射率
低下部材としてマッチングオイル20の代わりに接着剤
を用いることができる。この接着剤としては、例えば紫
外線硬化タイプ接着剤等を用いるができる。
【0014】このように、両部材の屈折率n1、n2の
中間の屈折率n3を有するマッチングオイル20を両部
材1、2間に介在させるようにしたので、屈折率の変化
が抑制され、従って、その分、反射光L1の光量を図1
に示す装置例の場合よりも抑制することができる。この
ように反射光L1の光量を抑制できるので、その分、光
利用率を向上させることができる。尚、この屈折率n3
は、屈折率n1とn2の範囲内ならばどのような値でも
よいが、好ましくはこれらの中間値を用いる。
【0015】また、この図2に示す実施例のように、屈
折率が調整されたマッチングオイル20を介在させて
も、僅かではあるが、例えば10%程度の反射光L1が
発生することは避けられない。そこで、更に光利用効率
を高めるために、図3に示すように、カップリングプリ
ズム1とガラス基板2との間に、反射防止膜21を介在
させるようにしてもよい。この反射防止膜21として
は、SiO2 、TiO2 、Al23 等を用いることが
でき、プリズム1の接合面或いはガラス基板2の接合面
にコーティングした状態で両部材を接合すればよい。
【0016】このように反射防止膜21を両部材間に介
在されることにより、この接合部14における反射光を
ほとんどなくすことができ、光利用率を更に向上させ
て、反射光によるコントラストの低下もなくすことがで
きる。尚、図1及び図3においてマッチングオイル20
及び反射防止膜21の厚みは構造を明確にするために大
きく記載したが、実際には非常に薄いのは勿論である。
また、ここではカラーフィルターに対する読出し光の最
適な入射角が略60度の場合を例にとって説明したが、
この数値に限定されないのは勿論である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の反射方式
の投射型画像表示装置によれば、次のように優れた作用
効果を発揮することができる。カップリングプリズムの
屈折率をこれに接合されるガラス基板の屈折率よりも大
きくしたので、カラーフィルターに対する最適な入射角
を維持しつつ、読出し光の入射方向をカラーフィルター
に対する法線側に移動させることができ、その分、入射
面積が広くなって照明効率を高めることができる。ま
た、プリズムとかガラス基板との間に両部材の屈折率の
中間の屈折率を有する反射率低下部材を介在させること
により、接合部における反射光をある程度抑制できるの
で、光利用効率を高めて反射光によるコントラストの低
下も抑制することができる。更に、プリズムとガラス基
板との間に反射防止膜を介在させることにより、反射光
をほとんどなくすことができるので、光利用効率を更に
向上させて、反射光によるコントラストの低下も一層抑
制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る投射型画像表示装置を示す断面構
成図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す断面構成図である。
【図3】本発明の更に他の実施例を示す断面構成図であ
る。
【図4】従来の投射型画像表示装置を示す断面構成図で
ある。
【符号の説明】 1…カップリングプリズム、1A…入射面、2…ガラス
基板、3…カラーフィルター、5…LCDパネル、6…
液晶、14…接合部、20…マッチングオイル(反射率
低下部材)、21…反射防止膜、L…読出し光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02F 1/1333 500 G02F 1/1333 500 1/1335 1/1335 520 520 (56)参考文献 特開 平9−189809(JP,A) 特開 平9−146091(JP,A) 特開 平9−269484(JP,A) 特表 平2−500937(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09F 9/00 G02B 5/20 G02B 5/32 G02F 1/1335

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LCDパネルと、透過型ホログラムを用
    いたカラーフィルターと、ガラス基板と、側面が読出し
    光を入射させる入射面になされたカップリングプリズム
    を有する反射方式の投射型画像表示装置において、前記
    カップリングプリズムの屈折率n1と前記ガラス基板の
    屈折率n2がn1>n2となるように設定したことを特
    徴とする反射方式の投射型画像表示装置。
  2. 【請求項2】 前記カップリングプリズムと前記ガラス
    基板との接合部に、n1>n3>n2の関係にある屈折
    率n3を有する反射率低下部材を介在させたことを特徴
    とする請求項1記載の反射方式の投射型画像表示装置。
  3. 【請求項3】 前記カップリングプリズムと前記ガラス
    基板の接合部に反射防止膜を介在させたことを特徴とす
    る請求項1記載の反射方式の投射型画像表示装置。
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