JP3347357B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー表示を行う投写型
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示を行う投写型表示装置とし
て、例えば図１を参照すると、光源部１１と、色分離部
１２、１３、１４と、光変調部１５と、各光変調部１５
を透過した光をスクリーン１７上へ投写する投写部１６
とからなるものがある。さらに特定すると、光変調部１
５は前後に偏光子を含む液晶パネルからなり、各色の光
を画像信号により変調する。色分離部１２、１３、１４
はダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックプリ
ズム）からなり、光の三原色の各色に従った所定の波長
帯域の光を反射及び透過により直線偏光として取り出す
ようになっている。例えば、色分離部１２は青反射特性
を有し、色分離部１３は赤反射特性を有し、色分離部１
４は緑反射特性を有するようになっている。

【０００３】従って、色分離部１２では青色が反射して
関連する光変調部１５へ向かい、青色の画像を形成す
る。色分離部１３では赤色が反射して関連する光変調部
１５へ向かい、赤色の画像を形成する。さらに、色分離
部１４では緑色が反射して関連する光変調部１５へ向か
い、緑色の画像を形成する。これらの各色の画像は関連
する投写部（投写レンズ）１６によりスクリーン１７上
へ投写され、スクリーン１７上で色合成された画像を形
成するようになっている。

【０００４】このような色分離部１２、１３、１４の設
計は、光源部１１から各色分離部１２、１３、１４への
入射光の入射角が４５度となる条件で行われる。そし
て、光源光はＰ偏光とＳ偏光を含み、色分離部１２、１
３、１４の設計においては、Ｐ偏光及びＳ偏光のうちの
いずれかを利用するか選択し、選択した直線偏光の透過
及び反射特性に応じて設計する。一般にＰ偏光を利用す
ることが多いようである。ただし、本願の関連出願で
は、青色及び赤色の反射分離にＳ偏光を選択し、緑色の
反射分離にＰ偏光を選択することを提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したような投写型
表示装置では、３個の色分離部１２、１３、１４が一列
に配置され、光変調部１５及び投写部１６が三列に並
び、スクリーン１７上で色合成された画像を形成するよ
うになっている。このような構成においては、それぞれ
の色分離部１２、１３、１４から取り出されたＰ偏光又
はＳ偏光は、図１の紙面に平行又は垂直な振動面を有す
ることになる。

【０００６】従って、光変調部１５へ入射するＰ偏光又
はＳ偏光の振動面も図１の紙面に平行又は垂直なものと
なる。このため、前後に偏光子を含む液晶パネルからな
る光変調部１５では、入射側の偏光子及び入射側のパネ
ル基板のラビング方向を入射するＰ偏光又はＳ偏光の振
動面と一致させる必要があった。このため、図４に示す
ように、パネル基板のラビング方向は縦と横の組合せし
かとることができず、液晶パネルの液晶分子の配向方向
が色分離部１２、１３、１４の配置に従って決まってし
まうという問題点があった。

【０００７】液晶パネルでは観視者の見る方向によって
表示特性が変化することはよく知られたことであり、そ
のような表示特性を改善するために液晶分子の配向方向
（ラビング方向）を変化させるのが有効であることが知
られているが、上記したような投写型表示装置では自由
に液晶分子の配向方向（ラビング方向）を設定すること
ができないという問題点があった。本発明の目的は、色
分離部と光変調部の間で直線偏光の振動面を回転させて
光変調部において所望の振動とすることのできる投写型
表示装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による投写型表示
装置は、光源部１１と、該光源部からの光源光を青色、
緑色、赤色の三色光に分離する色分離部１２、１３、１
４と、該色分離部により取り出された光の振動面を所定
の角度回転させる二分の一波長板１９と、該二分の一波
長板を通った各色の光を画像信号により変調する液晶パ
ネル１５と、該液晶パネルの入射側及び出射側に配置さ
れる偏光子と、該液晶パネルを透過した光をスクリーン
１７上へ投写する投写部１６とを備え、該色分離部は光
の偏光方向により反射及び透過の特性が異なるものであ
り、該色分離部により取り出され、該二分の一波長板に
より振動面を該所定の角度回転させられて該入射側の偏
光子を透過して該液晶パネルに入射する偏光の方向が、
該三色光のうちの二色の光について直交するように該二
分の一波長板が配置されていることを特徴とするもので
ある。また、本発明による投射型表示装置は、光源部
と、該光源部からの光源光を所定の波長帯域の光として
取り出す色分離部と、該色分離部により取り出された光
の振動面を所定の角度回転させる第１の二分の一波長板
と、該第１の二分の一波長板を通った各色の光を画像信
号により変調する液晶パネルと、該液晶パネルを透過し
た光の振動面を所定の角度回転させる第２の二分の一波
長板と、該第２の二分の一波長板を通った光を合成する
色合成部と、該色合成部を通った光をスクリーン上へ投
写する投写部とを備え、該色分離部により取り出され、
該第１の二分の一波長板により振動面を該所定の角度回
転させられて該液晶パネルに入射する偏光の方向が、該
三色光のうちの二色の光について直交するように該第１
の二分の一波長板が配置されていることを特徴とするも
のである。

【０００９】

【作用】上記構成においては、色分離部１２、１３、１
４と光変調部１５との間に二分の一波長板１９が挿入さ
れており、色分離部１２、１３、１４から取り出された
直線偏光は二分の一波長板１９を透過する間に振動面が
所定の角度回転し、よって光変調部１５に入射する直線
偏光の振動面は色分離部１２、１３、１４から取り出さ
れたものから変化している。従って、光変調部１５の設
計を色分離部１２、１３、１４の配置に拘束されること
なく実施でき、表示性能を向上させることができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の投写型表示装置
を示す図である。この投写型表示装置は、光源部１１
と、色分離部１２、１３、１４と、各色分離部により取
り出された直線偏光の振動面を所定の角度回転させる二
分の一波長板１９と、光変調部１５と、各光変調部１５
を透過した光をスクリーン１７上へ投写する投写部（投
写レンズ）１６とからなる。また、二分の一波長板１９
の手前には集光レンズ１８が設けられ、光変調部１５を
通った光を投写部１６内の一点で集光し、投写部１６か
ら拡大する光線を出射する。

【００１１】光変調部１５は前後に偏光子２０、２１を
有する液晶パネルからなり、各色の光を画像信号により
変調する。液晶パネルは、一対のガラス基板の間に液晶
を封入し、これらのガラス基板に設けた透明電極により
液晶を駆動して画像を形成するものである。ツイストネ
マチック型液晶の場合には、これらの偏光子２０、２１
の透過軸は相互に直角に配置される。

【００１２】色分離部１２、１３、１４はダイクロイッ
クミラー（あるいはダイクロイックプリズム）からな
り、光の三原色の各色に従った波長で反射及び透過の変
化する特性を有し、光源光を所定の波長帯域の直線偏光
として取り出す。実施例では、光源部１１に近い色分離
部１２は青反射特性を有し、その特性が図６に示されて
いる。中央の色分離部１３は赤反射特性を有し、その特
性が図７に示されている。光源部１１から遠い色分離部
１４は緑反射特性を有し、その特性が図８に示されてい
る。なお、本発明はこのような配置に限定されるもので
はなく、色分離部１２、１３、１４の順番を入れ換えて
もよい。

【００１３】光源光はＰ偏光とＳ偏光を含む。Ｐ偏光は
入射面（図１の紙面）に平行な振動面を有する偏光であ
り、Ｓ偏光は入射面に垂直な振動面を有する偏光であ
る。後で説明するが、図６から図８の実施例では、青反
射色分離部１２及び赤反射色分離部１３はＳ偏光を利用
し、緑反射色分離部１４はＰ偏光を利用している。

【００１４】図２は、例えば青反射色分離部１２及びそ
のＳ偏光の振動面１２Ａ、二分の一波長板１９及びその
光軸１９Ａ、液晶パネルの入射側の偏光子２０及びその
透過軸２０Ａ、ならびに出射側の偏光子２１及びその透
過軸２１Ａの関係を示している。青反射色分離部１２で
反射するＳ偏光の振動面１２Ａが、例えば図２で上下方
向になっているとすると、二分の一波長板１９の光軸１
９ＡはＳ偏光の振動面１２Ａに対して角度αの関係で配
置される。すると、二分の一波長板１９の出射光は最初
のＳ偏光の振動面１２Ａに対して角度２αの関係の振動
面を有する直線偏光になる。実施例では、角度αはπ／
８であり、角度２αはπ／４（すなわち４５度）になっ
ている。

【００１５】液晶パネルの入射側の偏光子２０の透過軸
２０Ａは二分の一波長板１９の出射偏光の方向と同じで
ある。よって光変調部１５を形成する液晶パネルの入射
側のパネル基板のラビング方向も二分の一波長板１９の
出射偏光の方向と同じである。そして、ツイストネマチ
ック型液晶の場合には、液晶パネルの出射側のパネル基
板のラビング方向及び出射側の偏光子２１の透過軸２１
Ａは液晶パネルの入射側のものと垂直な関係になる。

【００１６】このようにして、青反射色分離部１２で反
射するＳ偏光の振動面１２Ａが、例えば図２で上下方向
になっている場合でも、二分の一波長板１９を挿入する
ことによって、液晶パネルの入射側及び出射側のパネル
基板のラビング方向を斜めにすることができる。このよ
うに、液晶パネルの入射側及び出射側のパネル基板のラ
ビング方向を斜めにすると、液晶分子の配向状態は、液
晶パネルの縦方向には視角特性の変動が現れるが、横方
向には視角特性の変動がなくなり、図１のような投写型
表示装置では好ましい。なお、緑反射色分離部１４で利
用するＰ偏光の場合には、二分の一波長板１９の光軸１
９ＡはＰ偏光の振動面に対して同様に角度αの関係で配
置されるが、その傾け方向はＳ偏光の場合とは逆にす
る。

【００１７】図３は本発明の第２実施例の投写型表示装
置を示す図である。この投写型表示装置は、第１実施例
と同様に、光源部１１と、色分離部１２、１３、１４
と、二分の一波長板１９と、光変調部１５と、投写部
（投写レンズ）１６と、スクリーン１７とからなる。第
２実施例では、さらに、光変調部１５の後側に第２の二
分の一波長板２２が設けられ、第２の二分の一波長板２
２の出射光が色合成ダイクロイックミラー２３、２４、
２５を通ってスクリーン１７に投写されるようになって
いる。この場合、第２の二分の一波長板２２は第１の二
分の一波長板１９により斜めになった直線偏光の振動面
を元に戻して色合成ダイクロイックミラー２３、２４、
２５を透過させるようにしたものである。

【００１８】次に、図５から図８を参照して、第１実施
例で各色の色分離部１２、１３、１４毎に使用するＰ偏
光とＳ偏光について説明する。これは第１実施例の参考
のための説明であって、本発明はこれに限定されるもの
ではない。図５の実線Ａは青反射分離部１２の特性を簡
単化して示したものであり、波長ａ（ほぼ５００ｎｍ）
よりも短い波長の青色はその色分離部で反射し、波長ａ
よりも長い波長の色はその色分離部を透過することを示
している。このような色分離部１２の設計は、光源部１
１から各色分離部への入射光の入射角が４５度となる条
件で行われる。しかし、光源部１１からの光が平行光で
あれば問題はないが、発散光や収束光の非平行光がある
と、色分離の特性が変化する。例えば、入射角度が４５
度よりも大きいと一点鎖線Ｂの特性になり、入射角度が
４５度よりも小さいと二点鎖線Ｃの特性になる。このよ
うな特性の変動があると、前後の色分離部の作用が互い
に影響し、表示性能が低下する原因になる。図６から図
８はダイクロイックミラーを使用した色分離部の設計に
おいてこのような問題点を解決するのに有効である。

【００１９】図６を参照すると、青反射色分離部１２
は、Ｓ偏光に対しては波長ｂで反射及び透過の変化する
特性を有し、Ｐ偏光に対しては波長ｃで反射及び透過の
変化する特性を有する。すなわち、Ｓ偏光に対しては波
長ｂ以下で反射し、且つ波長ｂ以上で透過する特性を有
する。Ｐ偏光に対しては波長ｃ以下で反射し、且つ波長
ｃ以上で透過する特性を有する。

【００２０】青反射色分離部１２の設計に際しては、波
長ｂと波長ｃのうち、長い波長側に位置するものに相当
する偏光を用いる。図６に示される例では、波長ｂが波
長ｃよりも長い波長側にある。従って、青反射色分離部
１２には波長ｂで反射及び透過の変化する特性のＳ偏光
を用いる。すなわち、波長ｂが青色と緑色の限界となる
ほぼ５００ｎｍになるようにダイクロイックミラーの設
計を行う。

【００２１】すると、図１においては、光源光のうち、
Ｓ偏光の波長ｂ以下の帯域の光が青反射色分離部１２で
反射して取り出され、関連する光変調部１５へ向かう。
Ｓ偏光の残り（波長ｂ以上）の帯域及びＰ偏光の波長ｃ
以上の帯域の光は青反射色分離部１２を透過し、次の赤
反射色分離部１３に向かう。なお、Ｐ偏光の波長ｃ以下
の光は青反射色分離部１２で反射するが、関連する光変
調部１５の入射側の偏光子２０で遮断される。青反射色
分離部１２の特性をこのようにして定めた場合、緑反射
色分離部１４は青反射色分離部１２の用いるＳ偏光と異
なるＰ偏光を用いる。

【００２２】図７を参照すると、赤反射色分離部１３の
設計に際しては、Ｓ偏光に対しては波長ｄで反射及び透
過の変化する特性を有し、Ｐ偏光に対しては波長ｅで反
射及び透過の変化する特性を有する。すなわち、Ｓ偏光
に対しては波長ｄ以下で透過し、且つ波長ｄ以上で反射
する特性を有する。Ｐ偏光に対しては波長ｅ以下で透過
し、且つ波長ｅ以上で反射する特性を有する。

【００２３】赤反射色分離部１３の場合には、波長ｄと
波長ｅのうち、短い波長側に位置するものに相当する偏
光を用いる。図７に示される例では、波長ｄが波長ｅよ
りも短い波長側にある。従って、赤反射色分離部１３に
は波長ｄで反射及び透過の変化する特性のＳ偏光を用い
る。すなわち、波長ｄが緑色と赤色の境界のほぼ６００
ｎｍになるようにダイクロイックミラーの設計を行う。
赤反射色分離部１３の特性をこのようにして定めた場
合、緑反射色分離部１４は赤反射色分離部１３の用いる
Ｓ偏光と異なるＰ偏光を用いる。

【００２４】上記したように、図１においては、前の青
反射色分離部１２を透過するのは、Ｓ偏光の波長ｂ以上
の帯域及びＰ偏光の波長ｃ以上の帯域の光である。赤反
射色分離部１３は、透過してきた波長ｂ以上のＳ偏光の
うち、波長ｄ以上の帯域の光を反射させて取り出す。こ
の場合、波長ｄは波長ｃとは大きな差のある値であるか
ら、赤反射色分離部１３の作用は、前の青反射色分離部
１２の作用に多少のバラツキがあっても（波長ｂのバラ
ツキがあっても）全く影響されない。そして、赤反射色
分離部１３は、Ｓ偏光の波長ｂ〜ｄの帯域及びＰ偏光の
波長ｃ〜ｅの帯域を透過させる。なお、図６から図８に
おいて、反射から透過に変化する移行部、あるいは透過
から反射に変化する移行部は、それぞれ３本の線で示さ
れている。これは図５を参照して示したように入射角の
変化により特性がずれることを示している。このような
特性のずれは、図６から図８に従うと他の色分離部の作
用に影響を与えない。

【００２５】図８を参照すると、緑反射色分離部１４の
設計に際しては、光源光のうちのＰ偏光に対して第１の
波長帯域で反射及び透過の変化する特性を有するととも
に、Ｓ偏光に対して第２の波長帯域で反射及び透過の変
化する特性を有するように設計される。第１の波長帯域
は波長ｆ〜ｇの間にあり、第２の波長帯域は波長ｈ〜ｉ
の間にある。すなわち、Ｐ偏光は、波長ｆ以下で透過
し、波長ｆ〜ｇの間で反射し、波長ｇ以上で透過する。
同様に、Ｓ偏光は、波長ｈ以下で透過し、波長ｈ〜ｉの
間で反射し、波長ｉ以上で透過する。図３の例では、第
１の波長帯域（ｆ〜ｇ）の方が第２の波長帯域（ｈ〜
ｉ）よりも広い。

【００２６】緑反射色分離部１４は、広い波長帯域を有
するものに相当するＰ偏光を用いるように設計されてい
る。すなわち、波長ｆがほぼ５００ｎｍで、波長ｇがほ
ぼ６００ｎｍとなるようにダイクロイックミラーの設計
を行う。この場合、赤反射色分離部１３及び青反射色分
離部１２は緑反射色分離部１４の用いるＰ偏光と異なる
Ｓ偏光を用いる。

【００２７】図８においては、Ｐ偏光領域が矢印の間に
示されているが、これは前の青反射色分離部及び赤反射
色分離部１３を透過したＰ偏光領域を示し、Ｐ偏光の波
長ｃ〜ｅの帯域の光である。このＰ偏光領域は緑反射色
分離部１４で使用する帯域よりもかなり広いので、緑反
射色分離部１４では前の青反射色分離部及び赤反射色分
離部１３でのバラツキ等の影響を受けないで緑色を取り
出すことができる。また、Ｓ偏光の波長ｂ〜ｄの帯域の
光も緑反射色分離部１４に到達し、その一部が反射する
が、関連する光変調部１５の入射側の偏光板により遮断
される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光変調部の設計を色分離部の配置に光束されることなく
実施でき、表示性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１の色分離部の直線偏光と二分の一波長板の
光軸の関係を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す図である。

【図４】従来技術を示す図である。

【図５】色分離部の特性の変動を示す図である。

【図６】青反射色分離部の透過特性を示す図である。

【図７】赤反射色分離部の透過特性を示す図である。

【図８】緑反射色分離部の透過特性を示す図である。

【符号の説明】

１１…光源部 １２、１３、１４…色分離部 １５…光変調部 １６…投写部 １７…スクリーン １９…二分の一波長板 ２２…第２の二分の一波長板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 義規 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 敏弘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山口 久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−131815（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部と、該光源部からの光源光を青
   色、緑色、赤色の三色光に分離する色分離部と、該色分
   離部により取り出された光の振動面を所定の角度回転さ
   せる二分の一波長板と、該二分の一波長板を通った各色
   の光を画像信号により変調する液晶パネルと、該液晶パ
   ネルの入射側及び出射側に配置される偏光子と、該液晶
   パネルを透過した光をスクリーン上へ投写する投写部と
   を備え、該色分離部は光の偏光方向により反射及び透過
   の特性が異なるものであり、該色分離部により取り出さ
   れ、該二分の一波長板により振動面を該所定の角度回転
   させられて該入射側の偏光子を透過して該液晶パネルに
   入射する偏光の方向が、該三色光のうちの二色の光につ
   いて直交するように該二分の一波長板が配置されている
   投写型表示装置。
2. 【請求項２】 該液晶パネルの後側に第２の二分の一波
   長板が設けられることを特徴とする請求項１に記載の投
   写型表示装置。
3. 【請求項３】 該色分離部がダイクロイックミラーから
   なることを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型表
   示装置。
4. 【請求項４】 光源部と、該光源部からの光源光を所定
   の波長帯域の光として取り出す色分離部と、該色分離部
   により取り出された光の振動面を所定の角度回転させる
   第１の二分の一波長板と、該第１の二分の一波長板を通
   った各色の光を画像信号により変調する液晶パネルと、
   該液晶パネルを透過した光の振動面を所定の角度回転さ
   せる第２の二分の一波長板と、該第２の二分の一波長板
   を通った光を合成する色合成部と、該色合成部を通った
   光をスクリーン上へ投写する投写部とを備え、該色分離
   部により取り出され、該第１の二分の一波長板により振
   動面を該所定の角度回転させられて該液晶パネルに入射
   する偏光の方向が、該三色光のうちの二色の光について
   直交するように該第１の二分の一波長板が配置されてい
   る投写型表示装置。