JP3423250B2 - Liquid crystal projection display - Google Patents
Liquid crystal projection displayInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、液晶パネルに光を照射
して画像をスクリーン上に投影する液晶投射型表示装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、液晶投射型表示装置のダイクロ
イックミラー等を省略した従来の光学系構成例を示して
いる。(１)はランプ、(２)はレンズ、(３)は入射側イン
テグレータレンズ、(４)は出射側インテグレータレン
ズ、(５)は集光レンズ、(６)はコンデンサーレンズ、
(７)はマイクロレンズ付き液晶パネル、(８)は投写レン
ズである。
【０００３】上記光学系では、入射側インテグレータレ
ンズ(３)を経て、出射側インテグレータレンズ(４)を構
成する個々の凸レンズ部(41)(41)に入射した光はマイク
ロレンズ付き液晶パネル(７)全体を照射するため、照度
むらの無い均一なスクリーン特性を得ることができる。
【０００４】マイクロレンズ付き液晶パネル(７)のマイ
クロレンズについて説明する。液晶パネル(７)には図５
に示すように、画素１つ１つに設けられたＴＦＴ(９)等
を保護するため光の入射側にブラックマトリックス(10)
(以下ＢＭ)が設けられており、この部分で遮光されてし
まう。遮光される割合は、液晶パネル(７)のサイズや画
素数によって変わるが、凡そ４０％から６０％である。
【０００５】この遮光される光を少なくするのが図６に
示すマイクロレンズ(11)であり、ＢＭ(10)のない画素の
開口部に対応してマイクロレンズ(11)を設けて光を集光
し、ＢＭ(10)又はＴＦＴ(９)で遮光されないようにして
いる。但し、マイクロレンズ(11)で高輝度化の効果を得
るためには、できる限り平行な光を入射する必要があ
る。
【０００６】図７に示す如く、マイクロレンズ(11)とＢ
Ｎ(10)までの距離をＬ１、画素の開口部の大きさをＷ１
とすると、
Ｔ１＝ＴＡＮ-1 (Ｗ１／２Ｌ１)………
であり、Ｔ１がこれ以上大きいと光がＢＭ(10)に当たっ
てしまう。又、Ｌ１を小さくすればＴ１を大きくするこ
とができるが、この場合マイクロレンズ(11)で集光する
時の角度が大きくなって前記投写レンズ(８)で光がけら
れることになり、むやみにＬ１を小さくすることができ
ない。
【０００７】図８は、一例として０.９インチＸＧＡパ
ネルの画素開口部の大きさを示す。水平方向より垂直方
向の開口部寸法がかなり小さくなっているため、前記
式からすると、液晶パネル(７)への光入射角は水平方向
より垂直方向の平行度を高めないと高輝度化できない。
【０００８】一方、この光学系では、図９に示す如く、
液晶パネル(７)と集光レンズ(５)の距離をＬ２、集光レ
ンズ(５)での光幅をＷ２とした時に、液晶パネル(７)へ
の光線入射角Ｔ２は下記式で表される。
Ｔ２＝ａ・ＴＡＮ-1(ｗ２／２Ｌ２)………
(ａ≒１．１ コンデンサーレンズ(６)による屈折の影
響)
従来の液晶投射型表示装置では、ランプ(１)と入射側イ
ンテグレータレンズ(３)との間のレンズ部(２)は、水平
方向と垂直方向の焦点距離が等しい普通の凸レンズであ
るため、集光レンズ(５)での光幅Ｗ２は水平方向と垂直
方向が同じであり、液晶パネル(７)への光線入射角は水
平・垂直方向で同じで前記マイクロレンズ(11)による高
輝度化の効果が得にくい問題がある。
【０００９】水平・垂直の両方向とも集光レンズ(５)で
の光幅Ｗ２を小さくすることは、出射側インテグレータ
レンズ(４)を構成する個々の凸レンズ部(41)(41)の大き
さが小さくなり、入射側インテグレータレンズ(３)を構
成する個々の凸レンズ部(31)(31)から出た光が、出射側
インテグレータレンズ(４)の対応する凸レンズ部(41)に
入り難くなるため光利用効率が悪くなってしまう。本発
明は、上記問題を解決する液晶投射型表示装置を明らか
にするものである。
【００１０】
【課題を解決する手段】本発明は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に
対応する３つの液晶板パネルを具え、１つのランプ(１)
からの光を入射側インテグレータレンズ(３)と出射側イ
ンテグレータレンズ(４)により集光し、前記液晶パネル
に導く液晶投射型表示装置において、パネル(７)の画素
開口部の大きさは、水平方向より垂直方向の寸法が小さ
くなっており、入射側インテグレータレンズ(３)のラン
プ側に、水平方向より垂直方向が焦点距離の短いレンズ
部(12)を設けており、入射側インテグレターレンズを構
成する個々の凸レンズ部(31)(31)の焦点距離は、水平方
向よりも垂直方向の方が長いことを特徴とする。
【００１１】
【作用及び効果】ランプ(１)と入射側インテグレータレ
ンズ(４)の間に設けたレンズ部(12)は、水平方向より垂
直方向の方が焦点距離が短いため、集光レンズ(５)での
光幅を、水平方向へ絞るより垂直方向へ大きく絞ること
ができ、液晶パネル(７)の垂直方向へ、より平行に近い
光を入射させることができるため高輝度化を実現でき
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一例を図を用いて詳述する。
図１は、投写装置の平面図である。シャーシ(100)内に
は、投写レンズ(８)の光軸を挟んで、Ｒ光とＢ光に対応
した液晶パネル(７)(7a)が配備され、両液晶パネル(７)
(7a)の間にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成するプリズム体(10
1)が配備される。プリズム体(101)を挟んで投写レンズ
(８)の反対側には、Ｇ光に対応した液晶パネル(7b)が設
けられ、各液晶パネル(７)(7a)(7b)の外側にコンデンサ
レンズ(６)(6a)(6b)が液晶パネルに対向して配備されて
いる。
【００１３】シャーシ(100)への光路入口には、ランプ
(１)、レンズ部(12)、入射側インテグレータレンズ
(３)、出射側インテグレータレンズ(４)及び集光レンズ
(５)が配備されている。集光レンズ(５)とコンデンサー
レンズ(６)(6a)(6b)との光路上には、全反射ミラー(91)
(92)(93)、ダイクロイックミラー(200)(201)が光路に対
して４５度に傾いて配備されている。
【００１４】集光レンズ(５)を出た光は、ダイクロイッ
クミラー(200)がＲ光の通過を許し、Ｇ光とＢ光を反射
する。Ｒ光は全反射ミラー(91)により反射されて、コン
デンサレンズ(５)を通過してＲ光に対応した液晶パネル
(７)を照射する。Ｒ光はプリズム体(101)に反射され
て、投写レンズ(８)に向けて照射される。Ｇ光はダイク
ロイックミラー(201)に反射され、コンデンサレンズ(6
a)、液晶パネル(6a)、プリズム体(101)を経て投写レン
ズ(８)に向けて照射される。Ｂ光は全反射ミラー(92)(9
3)により反射された後に、コンデンサレンズ(6b)、液晶
パネル(7b)、プリズム体(101)を経て投写レンズ(８)に
向けて照射される。投写レンズ(７)からの画像は、スク
リーン(300)に投写される。
【００１５】図２は、本発明を解り易くするために、図
１においてダイクロイックミラー(200)(201)、全反射ミ
ラー(91)(92)(93)等を省略した光学系の構成を示してお
り、本発明の特徴は、ランプ(１)と入射側インテグレー
タレンズ(３)との間に配備したレンズ部(12)は、水平方
向より垂直方向の曲率が大きな、即ち、水平方向より垂
直方向の焦点距離の短いトーリックレンズである点であ
る。
【００１６】こうすることで、集光レンズ(５)での光幅
を垂直方向の方が水平方向より絞ることができ、液晶パ
ネル(７)の垂直方向へ、より平行に近い光を入射させる
ことができるため高輝度化することができる。
【００１７】図２では、垂直方向の方が水平方向より焦
点距離の短いレンズ部(12)を単独で設けているが、図３
に示すように入射側インテグレータレンズ(３)自体のラ
ンプ側を膨らませて入射側インテグレータレンズ(３)
と、垂直方向の方が水平方向より焦点距離の短いレンズ
部(12)とを一体成形してもよい。
【００１８】尚、本発明の実施に際し、入射側インテグ
レータレンズ(３)の各凸レンズ部(31)(31)の垂直方向の
焦点距離を水平方向の焦点距離より長くすることが望ま
しい。この理由は下記の通りである。
【００１９】入射側インテグレータレンズ(３)を出た光
の焦点距離は、レンズ部(12)と入射側インテグレータレ
ンズ(３)の夫々の焦点距離の合成となる。レンズ部(12)
は、水平方向よりも垂直方向の方が焦点距離が短いた
め、図４Ｂに示す如く、入射側インテクレータから出た
光が、出射側インテグレータレンズ(４)の水平方向に対
して該レンズ(４)上で焦点を結ぶようにすれば、図４Ａ
に示す如く、垂直方向に対しては出射側インテグレータ
レンズ(３)より前の位置で焦点を結んでしまう。
【００２０】入射側インテグレータ(３)の各凸レンズ部
(31)(31)から出た光は、出射側インテグレータレンズ
(４)の対応する凸レンズ部(41)(41)に入らなければなら
ないが前記の如く、出射側インテグレータレンズ(４)上
で最小の光幅に絞られないので光の利用効率が悪くなっ
てしまう。そこで、入射側インテグレータレンズ(３)の
垂直方向の焦点距離を水平方向の焦点距離より長くする
ことによって、出射側インテグレータレンズ(３)上で、
水平方向に対しても垂直方向に対しても焦点を結ばし
て、光の利用効率を上げることができるのである。
【００２１】本発明は、上述の如く構成することによ
り、マイクロレンズ付パネルを使用した時の光利用効率
の最適化を図ることができ、高輝度化が可能となる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal projection display device which irradiates a liquid crystal panel with light and projects an image on a screen. 2. Description of the Related Art FIG. 9 shows an example of a conventional optical system configuration in which a dichroic mirror and the like of a liquid crystal projection display device are omitted. (1) is a lamp, (2) is a lens, (3) is an entrance-side integrator lens, (4) is an exit-side integrator lens, (5) is a condenser lens, (6) is a condenser lens,
(7) is a liquid crystal panel with a micro lens, and (8) is a projection lens. In the above-mentioned optical system, the light incident on the individual convex lens portions (41) and (41) constituting the exit-side integrator lens (4) via the entrance-side integrator lens (3) is transmitted to the liquid crystal panel (7) with microlenses. ) Since the entire surface is illuminated, uniform screen characteristics without uneven illuminance can be obtained. The micro lens of the liquid crystal panel with micro lens (7) will be described. FIG. 5 shows the LCD panel (7).
As shown in FIG. 2, a black matrix (10) is provided on the light incident side to protect the TFT (9) and the like provided for each pixel.
(Hereinafter referred to as BM), and light is shielded at this portion. The light shielding ratio varies depending on the size of the liquid crystal panel 7 and the number of pixels, but is approximately 40% to 60%. A microlens (11) shown in FIG. 6 reduces the light to be shielded. The microlens (11) is provided corresponding to the opening of the pixel without the BM (10) to collect the light. The BM (10) or the TFT (9) does not block light. However, in order to obtain the effect of increasing the brightness with the microlens (11), it is necessary to make the light as parallel as possible. As shown in FIG. 7, a micro lens (11) and B
L1 is the distance to N (10), and W1 is the size of the aperture of the pixel.
Then, T1 = TAN −1 (W1 / 2L1)..., And if T1 is larger than this, light will hit the BM (10). Further, if L1 is reduced, T1 can be increased. In this case, however, the angle at which light is condensed by the microlens (11) becomes large, so that light is emitted by the projection lens (8). L1 cannot be reduced. FIG. 8 shows the size of a pixel opening of a 0.9 inch XGA panel as an example. Since the size of the opening in the vertical direction is much smaller than that in the horizontal direction, according to the above equation, the light incident angle on the liquid crystal panel (7) cannot be increased without increasing the parallelism in the vertical direction than in the horizontal direction. On the other hand, in this optical system, as shown in FIG.
When the distance between the liquid crystal panel (7) and the condenser lens (5) is L2 and the light width at the condenser lens (5) is W2, the light incident angle T2 on the liquid crystal panel (7) is expressed by the following equation. You. T2 = a · TAN −1 (w2 / 2L2) (a ≒ 1.1 Influence of refraction by the condenser lens (6)) In the conventional liquid crystal projection display device, the lamp (1) and the incident side integrator lens ( Since the lens portion (2) between (3) and (3) is an ordinary convex lens having the same focal length in the horizontal and vertical directions, the light width W2 in the condenser lens (5) is the same in the horizontal and vertical directions. In addition, the angle of incidence of light on the liquid crystal panel 7 is the same in the horizontal and vertical directions, and there is a problem that it is difficult to obtain the effect of increasing the brightness by the microlens 11. Reducing the light width W2 of the condenser lens (5) in both the horizontal and vertical directions requires that the size of each of the convex lens portions (41) and (41) constituting the exit-side integrator lens (4) be reduced. The light emitted from the individual convex lens portions (31) and (31) constituting the incident-side integrator lens (3) is difficult to enter the corresponding convex lens portion (41) of the output-side integrator lens (4). Usage efficiency will be worse. The present invention is to clarify a liquid crystal projection display device that solves the above problem. [0010] The present invention relates to R light, G light and B light.
Equipped with three corresponding liquid crystal panel panels, one lamp (1)
The light from the liquid crystal panel is condensed by an incident side integrator lens (3) and an exit side integrator lens (4).
In the liquid crystal projection display device, the size of the pixel opening of the panel (7) is smaller in the vertical direction than in the horizontal direction, and is closer to the lamp side of the entrance-side integrator lens (3) than in the horizontal direction. vertical direction is provided shorter lens unit having a focal length (12), configured incident side integrase letter lens
The focal lengths of the individual convex lens portions (31) and (31)
It is characterized in that it is longer in the vertical direction than in the direction. The lens unit (12) provided between the lamp (1) and the incident side integrator lens (4) has a shorter focal length in the vertical direction than in the horizontal direction. The light width in 5) can be narrowed greatly in the vertical direction rather than in the horizontal direction, and light closer to parallel can be incident in the vertical direction of the liquid crystal panel (7), so that high brightness can be realized. . An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of the projection device. In the chassis (100), liquid crystal panels (7) and (7a) corresponding to R light and B light are provided with the optical axis of the projection lens (8) interposed therebetween, and both liquid crystal panels (7)
A prism body (10) that combines R, G, and B light during (7a)
1) is deployed. Projection lens with prism body (101) in between
A liquid crystal panel (7b) corresponding to G light is provided on the opposite side of (8), and condenser lenses (6) (6a) (6b) are provided outside each liquid crystal panel (7) (7a) (7b). It is provided facing the liquid crystal panel. A lamp is provided at the entrance of the optical path to the chassis (100).
(1), lens part (12), entrance side integrator lens
(3) Outgoing side integrator lens (4) and condenser lens
(5) is deployed. On the optical path between the condenser lens (5) and the condenser lenses (6), (6a) and (6b), a total reflection mirror (91)
(92) and (93), dichroic mirrors (200) and (201) are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical path. The light exiting the condenser lens (5) is allowed to pass the R light by the dichroic mirror (200), and reflects the G light and the B light. The R light is reflected by a total reflection mirror (91), passes through a condenser lens (5), and is a liquid crystal panel corresponding to the R light.
Irradiate (7). The R light is reflected by the prism body (101) and is emitted toward the projection lens (8). The G light is reflected by the dichroic mirror (201), and the condenser lens (6
a), the liquid crystal panel (6a) and the prism body (101) are irradiated to the projection lens (8). The B light is a total reflection mirror (92) (9
After being reflected by 3), the light passes through a condenser lens (6b), a liquid crystal panel (7b), and a prism body (101), and is emitted toward a projection lens (8). The image from the projection lens (7) is projected on a screen (300). FIG. 2 shows the configuration of an optical system in which the dichroic mirrors (200) and (201) and the total reflection mirrors (91), (92) and (93) are omitted from FIG. 1 to facilitate understanding of the present invention. The feature of the present invention is that the lens portion (12) provided between the lamp (1) and the incident-side integrator lens (3) has a larger curvature in the vertical direction than in the horizontal direction, that is, is more vertical than the horizontal direction. This is a toric lens having a short focal length in the direction. By doing so, the light width at the condenser lens (5) can be narrower in the vertical direction than in the horizontal direction, so that light more parallel to the vertical direction of the liquid crystal panel (7) is made incident. Therefore, the brightness can be increased. In FIG. 2, a single lens portion (12) having a shorter focal length in the vertical direction than in the horizontal direction is provided alone.
As shown in the figure, the lamp side of the entrance-side integrator lens (3) itself is expanded to make the entrance-side integrator lens (3)
And a lens portion (12) having a shorter focal length in the vertical direction than in the horizontal direction may be integrally formed. In practicing the present invention, it is desirable that the vertical focal length of each convex lens portion (31) of the incident side integrator lens (3) be longer than the horizontal focal length. The reason is as follows. The focal length of the light exiting the incident side integrator lens (3) is the sum of the respective focal lengths of the lens section (12) and the incident side integrator lens (3). Lens part (12)
Since the focal length is shorter in the vertical direction than in the horizontal direction, as shown in FIG. 4B, light emitted from the entrance-side integrator is displaced relative to the horizontal direction of the exit-side integrator lens (4). FIG. 4A
As shown in (2), in the vertical direction, the focal point is formed at a position before the exit-side integrator lens (3). Each convex lens portion of the incident side integrator (3)
(31) The light emitted from (31) is output from the integrator lens
Although it is necessary to enter the corresponding convex lens portions (41) and (41) of (4), as described above, the light is not narrowed down to the minimum light width on the exit-side integrator lens (4), so that the light use efficiency is deteriorated. I will. Therefore, by making the vertical focal length of the incident side integrator lens (3) longer than the horizontal focal length, on the output side integrator lens (3),
By focusing in both the horizontal and vertical directions, the light use efficiency can be increased. According to the present invention, the light utilization efficiency when the panel with microlenses is used can be optimized and the brightness can be increased by employing the above-described configuration.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶投射型表示装置の平面図である。
【図２】同上の光学系の説明図であり、Ａ図は垂直方
向、Ｂ図は水平方向である。
【図３】レンズ部の他の実施例であり、Ａ図は垂直方
向、Ｂ図は水平方向である。
【図４】入射側インテグレータレンズを構成する個々の
凸レンズ部の垂直方向と水平方向の焦点距離が同じであ
る場合の、出射側インテグレータレンズに対する光の当
たり方の絞りの相違の説明図である。
【図５】液晶パネルの断面図である。
【図６】マイクロレンズ付き液晶パネルの断面図であ
る。
【図７】同上のパネルにおいて、有効利用できる光の角
度を示す説明図である。
【図８】液晶パネルの画素の開口寸法図である。
【図９】従来例の表示装置の光学系の説明図であり、Ａ
図は垂直方向、Ｂ図は水平方向である。
【符号の説明】
(１) ランプ
(12) レンズ部
(３) 入射側インテグレータレンズ
(４) 出射側インテグレータレンズ
(５) 集光レンズBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view of a liquid crystal projection display device of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of the above optical system, wherein FIG. 2A is a vertical direction and FIG. 2B is a horizontal direction . FIGS. 3A and 3B show another embodiment of the lens unit, wherein FIG. 3A is a vertical direction and FIG. 3B is a horizontal direction . FIG. 4 is an explanatory diagram of a difference in a stop in how light hits an exit-side integrator lens when the vertical and horizontal focal lengths of individual convex lens units constituting the entrance-side integrator lens are the same. FIG. 5 is a sectional view of a liquid crystal panel. FIG. 6 is a sectional view of a liquid crystal panel with microlenses. FIG. 7 is an explanatory diagram showing angles of light that can be effectively used in the panel. FIG. 8 is a view showing an opening size of a pixel of a liquid crystal panel. FIG. 9 is an explanatory diagram of an optical system of a conventional display device,
The figure is a vertical direction, and the figure B is a horizontal direction . [Description of References] (1) Lamp (12) Lens (3) Incident-side integrator lens (4) Exit-side integrator lens (5) Condensing lens
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335 - 1/13363 G02B 27/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G03B 21/00-21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335-1/13363 G02B 27/18
Claims (1)
板パネルを具え、１つのランプ(１)からの光を入射側イ
ンテグレータレンズ(３)と出射側インテグレータレンズ
(４)により集光し、前記液晶パネルに導く液晶投射型表
示装置において、パネル(７)の画素開口部の大きさは、
水平方向より垂直方向の寸法が小さくなっており、入射
側インテグレータレンズ(３)のランプ側に、水平方向よ
り垂直方向が焦点距離の短いレンズ部(12)を設けてお
り、入射側インテグレターレンズを構成する個々の凸レ
ンズ部(31)(31)の焦点距離は、水平方向よりも垂直方向
の方が長い液晶投射型表示装置。(57) [Claims] 1. Three liquid crystals corresponding to R light, G light and B light
Includes a panel panel, and allows light from one lamp (1) to enter the integrator lens (3) on the entrance side and the integrator lens on the exit side
(4) The liquid crystal projection type table which condenses light and leads it to the liquid crystal panel
In the display device, the size of the pixel opening of the panel (7) is
The dimension in the vertical direction is smaller than the horizontal direction, and a lens section (12) with a shorter focal length in the vertical direction than in the horizontal direction is provided on the lamp side of the entrance integrator lens (3) .
The individual convex lenses that constitute the entrance-side integrator lens
The focal lengths of the lens parts (31) and (31) are vertical rather than horizontal.
Is a longer liquid crystal projection display.
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