JP3543552B2 - 投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
１枚の液晶パネルで３色の光を変調することによってカラー画像を表示可能な投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルを用いてカラー画像を表示する投写型表示装置には、赤色光（Ｒ）用、緑色光（Ｇ）用、青色光（Ｂ）用の３枚のモノクロ液晶パネルを用いた投写型表示装置と、１枚のモノクロ液晶パネルと３色用のカラーフィルタ等を組み合わせて構成したカラー液晶パネルを１枚のみ用いた投写型表示装置とがある。図９は、カラー液晶パネルの表示面の一部を拡大して示す概略正面図である。図９の格子状の１マスは、液晶パネルの表示の１画素を示している。カラー液晶パネルは、液晶パネルの縦方向および横方向の１画素毎に、光の３原色であるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが規則的に繰り返し配置されている。そして、横方向に並んだＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素が１組で画像の１絵素を表し、３つの画素を通過する光の輝度を調整することにより、１絵素の表示色が決定されている。
【０００３】
カラー液晶パネルに使用されるカラーフィルタには、大別して、光吸収型と光反射型の２種類のものがある。中でも光反射型のカラーフィルタは、カラーフィルタとしての光透過率が高いため、明るいカラー液晶パネルを実現しやすいという特徴がある。反射型のカラーフィルタとしては、誘電体多層膜によって形成される光反射型のダイクロイックカラーフィルタが利用される。図１０は、ダイクロイックカラーフィルタにより構成された緑色のカラーフィルタ特性の一例を示す説明図である。ダイクロイックカラーフィルタは、図１０に示すように、透過する光の波長域として設定された波長域の光、すなわち、緑色光の光透過率が９０％程度と高く、その他の波長域、すなわち青色光および赤色光はほとんど透過せず反射する。したがって、光吸収も原理的にほとんどなく、耐光性にも優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ダイクロイックカラーフィルタは、上述したように、設定された色光のみを透過し、他の２色の色光を反射する。したがって、このようなカラーフィルタを備えたカラー液晶パネルでは、カラーフィルタに入射された光の１／３程度しか有効に利用できず、残りの２／３程度の光は無駄な光として反射され損失してしまうことになる。ただし、入射光は、赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ等しい比率で構成されているものとする。すなわち、カラーフィルタを備えたカラー液晶パネルを用いた投写型表示装置では、光の利用効率が悪いという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、複数色のカラーフィルタを備えたカラー液晶パネルを用いた投写型表示装置において、光の高利用効率化を図る技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、
照明光を射出する照明手段と、
複数種類のダイクロイック膜で構成されたカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタに照射された前記照明光を複数色の光に分離するとともに、与えられた画像信号に基づいて前記複数色の光をそれぞれ変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された複数色の変調光を投写面上に投写する投写手段と、
前記照明光のうち、前記カラーフィルタで反射した反射光をさらに反射して、前記カラーフィルタを再び照射する戻り光とするための反射手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
複数種類のダイクロイック膜は、例えば、赤色光、緑色光、青色光のみを透過させ、他の色光を反射する性質を有している。本発明の構成においては、光変調手段に備えるカラーフィルタで反射された反射光は再度反射手段で反射され、戻り光となって再び光変調手段、すなわちカラーフィルタを照射する。すなわち、光変調手段で反射された反射光を反射手段を介して、再び光変調手段を照射する照明光として利用することができるので、光の利用効率が高い投写型表示装置を実現することができる。
【０００８】
上記投写型表示装置において、
前記反射手段からの戻り光の光束が、全体として前記反射光の光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射することが好ましい。
【０００９】
上記のようにすれば、光変調手段に備えるカラーフィルタで反射された反射光のほとんど全ては、反射手段で反射されて再びカラーフィルタを照射することができるため、光の利用効率を高めることができる。
【００１０】
ここで、前記反射手段からの戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記光変調手段からの反射光は集光して結像する収束光であり、
前記反射手段は前記収束光の収束位置に配置された平面鏡であり、
前記反射手段からの戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路と前記反射光の中心光路に対してほぼ対称な光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射するようにしてもよい。
【００１２】
反射手段を収束光の収束位置に配置された平面鏡とした場合、反射手段は収束位置に集光された光を反射できればよく、その大きさを小さくすることができるため、装置の小型化が可能である。
【００１３】
上記投写型表示装置において、
前記照明手段と前記反射手段とは、前記照明光の中心軸と前記戻り光の中心軸とが、前記光変調手段の中心を垂直に通る中心光軸に対して略対称となるように配置されていることが好ましい。このようにすれば、反射手段からの戻り光を最も効率よく照明光として利用することが可能である。
【００１４】
ここで、前記投写手段は前記投写手段の中心軸が前記中心光軸に対してずれて配置され、前記反射手段は前記投写手段の中心軸の前記中心光軸に対するずれ方向と同じ方向にずれて配置され、前記照明手段は前記中心光軸に対して前記反射手段とは反対の方向にずれて配置されていることが好ましい。投写型表示装置は、一般的に、画像の投写方向を装置に対して上方向とする「あおり投写」とする場合が多い。したがって、上記のように照明手段と反射手段とを配置すれば、あおり投写に適した配置とすることができる。
【００１５】
上記投写型表示装置の各場合において、
前記反射手段は、さらに、前記戻り光が前記カラーフィルタを再び照射する照明効率を増加させるように、前記戻り光を集光する集光手段を備えるようにしてもよい。このようにすれば、照明手段から射出される光が発散光である場合に、このような発散光を集光手段によって集光させることができるため、反射手段で反射した戻り光が光変調手段を照射する照明効率を向上させることができる。なお、このような集光手段を備えた反射手段としては、凹面ミラー、凸レンズと平面ミラー等で構成可能である。
【００１６】
また、前記反射手段は、さらに、入射する光を拡散させる拡散手段を備えるようにしてもよい。カラーフィルタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの補色の光がそれぞれ反射される。このような補色光を拡散手段で拡散させることによって戻り光を白色に近い光にすることができるため、光変調手段を照射する照明効率を向上させることができる。なお、このような拡散手段としては、スリガラスや、回折格子を利用した光拡散板で構成可能である。
【００１７】
なお、反射手段をどのような構成とするかは、照明手段から射出される光の性質（平行光、集光光、発散光等）に応じて、反射手段からの戻り光が再びカラーフィルタを照射するように決定すればよい。
【００１８】
また、上記投写型表示装置の各場合において、
前記照明手段は、
光源から射出される光束を複数の部分光束に分割するとともに、前記複数の部分光束がそれぞれ前記光変調手段を照射するように重畳結合する分割重畳手段を備えるようにしてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、照明手段から射出された光束を分割した複数の部分光束のそれぞれが、光変調手段を照明する。分割された各部分光束はそれぞれがほぼ均一な照明光とすることができるため、光変調手段を照明する照明光は、より均一な照明光とすることができる。したがって、より均一な明るさの投写画像を得ることができる。
【００２０】
上記投写型表示装置の各場合において、
前記光変調手段で反射した反射光の光路上に前記反射光の方向を変更する折り返し手段を備え、
前記折り返し手段は、前記光変調手段の中心を垂直に通る中心光軸に対して前記折り返し手段とは反対側に向けて前記反射光を射出し、
前記反射手段は、前記折り返し手段で折り返された折り返し光の光路上に配置され、前記折り返し光が再び前記折り返し手段の方向に反射するようにしてもよい。
【００２１】
上記構成にすれば、投写型表示装置内の反射手段の配置位置を中心光軸に対して照明手段と同じ側に配置できるので、装置の小型化が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例としての投写型表示装置１００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置１００は、光源１１０と、カラー液晶パネル１２０と、反射鏡１３０と、投写レンズ系１４０とを備えている。第１実施例では、反射鏡１３０は凸面鏡である。投写スクリーン１５０へのあおり投写（投写レンズ系の光軸よりも投写面の中心が上方に来るように投写する状態）を実現するため、カラー液晶パネル１２０の中心を水平に通るシステム光軸ＳＣに対して投写レンズ系１４０は、上方に配置されている。これに対応して、光源１１０は、システム光軸ＳＣに対して下側に配置されている。反射鏡１３０は、システム光軸ＳＣに対して上側に配置されている。光源１１０と反射鏡１３０とは、光源１１０の光軸ＬＣと反射鏡１３０の光軸ＲＣとが液晶パネル１２０の中心で交差するとともに、システム光軸ＳＣを挟んで垂直方向にほぼ対称となるように配置されている。すなわち、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１１と、反射鏡１３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とはほぼ等しい。なお、以下の説明では、システム光軸ＳＣに沿った投写方向をｚ方向、ｚ方向からみて３時の方向（紙面に垂直な方向）をｘ方向、１２時の方向（紙面に平行な方向）をｙ方向とする。
【００２４】
光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から射出された放射光を反射し液晶パネル１２０を照射するように射出する凹面鏡１１４とを備えている。
【００２５】
カラー液晶パネル１２０は、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって、光源１１０から照射された光を変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。図２は、カラー液晶パネル１２０の構成を示す分解模式図である。透明基板１２１上には、薄膜トランジスタ１２２と画素電極１２３とが、画素毎に設けられている。画素電極１２３の上方には平面状の共通電極１２４が設けられており、画素電極１２３と共通電極１２４との間には液晶が充填されている。共通電極１２４の上には、対向基板（透明基板）１２５が設けられている。対向基板１２５の表面と裏面のいずれか一方には、カラーフィルタ１２６が設けられている。このカラーフィルタ１２６には、画素電極１２３に対向した部分に、光の３原色である赤色、緑色、青色の各３色に対応した赤色フィルタ１２６Ｒと，緑色フィルタ１２６Ｇと，青色フィルタ１２６Ｂとが規則的に配置されている。各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂは、誘電体多層膜からなるダイクロイックカラーフィルタで構成されている。対向基板１２５の上表面と透明基板１２１の裏面には、偏光板１２７，１２８がそれぞれ設けられている。カラー液晶パネル１２０は、液晶を挟んで対向基板１２５側が光の入射面側であり、透明基板１２１側が光の射出面（表示面）側である。
【００２６】
図３は、カラーフィルタ１２６の画像の１絵素に対応する部分を拡大して示す概略垂直断面図である。赤色フィルタ１２６Ｒは、その入射光（Ｒ１＋Ｇ１＋Ｂ１）のうち赤色光Ｒ１のみを透過し、残りの光（Ｇ１＋Ｂ１）を反射する。緑色フィルタ１２６Ｇは、その入射光（Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２）のうち緑色光Ｇ２のみを透過し、残りの光（Ｒ２＋Ｂ２）を反射する。青色フィルタ１２６Ｂは、その入射光（Ｒ３＋Ｇ３＋Ｂ３）のうち青色光Ｂ３のみを透過し、残りの光（Ｒ３＋Ｇ３）を反射する。画像情報は、各色毎に別々の情報を有し、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂを透過した光Ｒ１，Ｇ２，Ｂ３は、対応する画像情報にしたがって画素電極１２３と共通電極１２４との間（図２）に印可された電圧に応じて変調され、１絵素に対応する変調光がカラー液晶パネル１２０から射出される。したがって、カラー液晶パネル１２０を照射した光は、各絵素毎に変調されて射出される。
【００２７】
図１に示す投写レンズ系１４０は、カラー液晶パネル１２０から射出された変調光を投写スクリーン１５０上に拡大投写して、カラー画像を表示する投写光学系としての機能を有している。
【００２８】
一方、図３の各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂを透過できない光は、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂで反射して、図１に示した反射鏡１３０の方向に進む。反射鏡１３０に到達した反射光は、反射鏡１３０で反射して、再びカラー液晶パネル１２０を照射する。反射鏡１３０からカラー液晶パネル１２０に戻る戻り光は、液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光の光路をほぼ逆に辿るようにすることが好ましい。こうすれば、可能な限り多くの戻り光でカラー液晶パネル１２０を照射できるので、光の利用効率を高めることができる。
【００２９】
カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が図１の例のように収束光である場合には、反射鏡１３０は凸面鏡とすることが好ましい。一方、カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が発散光である場合には、反射鏡１３０を凹面鏡とすることが好ましい。また、カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が平行光である場合には、反射鏡１３０は平面鏡とすることが好ましい。さらに、１枚の反射鏡１３０のかわりに、平面ミラーと凸レンズ、平面ミラーと凹レンズ等のように、複数の光学素子を組み合わせて反射鏡１３０と同様の機能を実現するようにしてもよい。すなわち、カラー液晶パネル１２０からの反射光を再度反射してカラー液晶パネル１２０に戻す反射手段としては、液晶パネル１２０で反射する反射光の特性、すなわち、光源１１０から射出される光の特性に応じて、反射手段から液晶パネル１２０に戻る戻り光が、液晶パネル１２０から反射手段に向かう光の光路をほぼ逆に辿るようにする反射手段を選択することが好ましい。
【００３０】
なお、図３に示したように、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂで反射した光（Ｇ１＋Ｂ１），（Ｒ２＋Ｂ２），（Ｒ３＋Ｇ３）は、反射時においては、空間的に分離されている。しかしながら、光源ランプ１１２から放射された光は凹面鏡１１４によって略一方向に反射されるため、凹面鏡の形状によって光源１１０から射出される光束の拡がり方は変化する。そして、何より光源ランプ１１２は理想的な点光源ではないため、光源１１０から同じ方向に射出された光束も、実際には、少し異なった方向に向かって射出された光線の束である。したがって、空間的に分離された反射光（Ｇ１＋Ｂ１），（Ｒ２＋Ｂ２），（Ｒ３＋Ｇ３）は反射鏡１３０で反射して再び液晶パネル１２０を照射するまでに拡散して、光源１１０から射出された光と同様なほぼ白色光となる。すなわち、カラーフィルタ１２６で反射し、反射鏡１３０で反射した戻り光は、カラー液晶パネル１２０を照射する照明光として再び利用することが可能となる。なお、光源ランプ１１２が極めて点光源性に優れ、反射鏡１３０からの戻り光の拡散性が低い場合には、液晶パネル１２０と反射鏡１３０との間の光路上に拡散板を配置すればよい。拡散板としては、例えば、スリガラスや回折格子を利用した光拡散板がある。
【００３１】
なお、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１１と、反射鏡１３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とは、極力小さい方が好ましい。すなわち、光源１１０から射出した光および反射鏡１３０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）は、極力小さい方が好ましい。このようにすれば、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
上述したように、本実施例によれば、液晶パネル１２０に備えられたカラーフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）１２６で反射された光も再び利用することができるので、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。
【００３３】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例としての投写型表示装置２００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置２００は、第１実施例の投写型表示装置１００（図１）の光源１１０を光源２１０に、反射鏡１３０を反射鏡２３０に置き換えた構成を有し、それら以外は、第１実施例と全く同じである。
【００３４】
光源２１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ２１２と、光源ランプ２１２から射出された放射光が反射されて液晶パネル１２０を照射するように射出する凹面鏡２１４とを備えている。この凹面鏡２１４は、光源２１０から射出された光を、光源ランプ２１２の位置（一次焦点）とは別の位置（二次焦点）に集束させるような楕円面鏡である。
【００３５】
反射鏡２３０は、光源２１０から射出した光が液晶パネル１２０で反射後に集束する位置（楕円面鏡２１４の二次焦点）に配置されている。したがって、反射鏡２３０の反射面上に光源２１０の２次光源像が形成されるため、反射鏡２３０の寸法を小さくすることが可能である。これにより、光源２１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ２１と、反射鏡２３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とを、第１実施例に比べて小さくすることができる。したがって、光源２１０から射出した光および反射鏡２３０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）を、小さくすることができる。すなわち、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率を第１実施例に比べてさらに向上させることができる。また、光学系の大きさを小型化することができる。
【００３６】
Ｃ．第３実施例：
図５は、第３実施例としての投写型表示装置３００の要部を示す概略垂直断面図である。投写型表示装置３００は、第１実施例の投写型表示装置１００の光源１１０の出力側に、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とを備え、液晶パネル１２０の入射面側（光源１１０側）にフィールドレンズ３５０を備えた構成を有している。また、反射鏡１３０を反射鏡３６０に置き換えた構成としている。
【００３７】
光源１１０と、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とは、被照明領域である液晶パネル１２０を均一に照射するためのインテグレータ照明光学系を構成している。
【００３８】
図６は、第１のレンズアレイ３２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ３２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ３２２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。第２のレンズアレイ３３０は、第１のレンズアレイ３２０の小レンズ３２２に対応するように、小レンズ３３２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズ３２２をｚ方向から見た外形形状は、液晶パネル１２０の表示領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。この実施例では、小レンズ３２２のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。
【００３９】
第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０は、光源１１０からの射出光を複数の部分光束に分割する光束分割手段としての機能を有している。そのうち、第１のレンズアレイ３２０は、光源１１０からの射出光を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させる機能を有している。また、第２のレンズアレイ３３０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【００４０】
図５に示す投写型表示装置３００において、光源１１０から射出された平行光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ３２０の各小レンズ３２２から射出された部分光束は、小レンズ３２２の集光作用によって第２のレンズアレイ３３０の対応する各小レンズ３３２内で光源１１０の光源像が結像されるように集光される。すなわち、第１のレンズアレイ３２０の小レンズ３２２の数だけ、対応する第２のレンズアレイ３３０の小レンズ３３２内に２次光源像が形成される。
【００４１】
重畳レンズ３４０は、第２のレンズアレイ３３０の各小レンズ３３２から射出された複数の部分光束を重畳させて、被照明領域である液晶パネル１２０に集光させる重畳光学系としての機能を有する。上記の結果、液晶パネル１２０は、ほぼ均一に照射される。なお、フィールドレンズ３５０は、第２のレンズアレイ３３０から射出された光束をそれぞれの中心軸に平行な光束に変換する機能を有している。
【００４２】
反射鏡３６０の配置位置は、液晶パネル１２０を照射した各部分光束のうちカラーフィルタ１２６を透過できずに反射した反射光が再び集光されて、各部分光束による複数の光源像が結像される位置であることが好ましい。反射鏡３６０をこの位置に配置すれば、反射鏡３６０のサイズを最も小さくすることが可能である。ただし、この位置に限定されるわけではなく、液晶パネル１２０における反射光の光路上に配置され、その反射光を再び反射できるサイズであればよい。
【００４３】
反射鏡３６０で反射された各部分光束の戻り光は、再び液晶パネル１２０を照射する。したがって、本実施例の投写型表示装置３００においても、第１実施例の投写型表示装置１００と同様に、液晶パネル１２０に備えられたカラーフィルタ１２６で反射された光も再び利用することができるので、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。また、本実施例においては、インテグレータ照明光学系を用いているので、第１実施例に比べてより均一な照明光を利用することができ、投写画像全体の明るさの均一性を向上させることができる。
【００４４】
なお、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とを備えるインテグレータ照明光学系の構成は、これに限定される必要はない。例えば、第２のレンズアレイ３３０の各小レンズ３３２の機能とを有する１枚のレンズアレイを２枚のレンズ３３０，３４０の代わりに使用することも可能である。
【００４５】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例としての投写型表示装置４００の要部を示す概略垂直断面図である。投写型表示装置４００は、第３実施例の投写型表示装置３００（図５）の第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０を第１と第２のレンズアレイ４２０，４３０に置き換えた構成を有し、それら以外は、第３実施例と全く同じである。
【００４６】
第１のレンズアレイ４２０は複数の偏心レンズで構成されている。第１のレンズアレイ４２０は、第３実施例における第１のレンズアレイ３２０の機能と重畳レンズ３４０の機能とを合わせもち、複数の偏心レンズから射出する各部分光束のそれぞれを集光するとともに、第１のレンズアレイ４２０から射出される光束全体を集光させて、各部分光束を液晶パネル１２０で重畳させる機能を有している。第２のレンズアレイ４３０は、第１のレンズアレイ４２０から射出された各部分光束が同一の液晶パネル１２０を照明するように集光されて進む光路上で、かつ各部分光束毎に一旦集光されて複数の２次光源像を結像する位置に配置されている。したがって、第２のレンズアレイ４３０のサイズを第１のレンズアレイ４２０よりも小さくすることが可能である。ここで、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４１は、第２のレンズアレイ４３０のサイズに起因して決定される。したがって、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４１と、反射鏡３６０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４２とを、第３実施例に比べて小さくすることができる。すなわち、光源１１０から射出した光および反射鏡３６０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）を、小さくすることができる。これにより、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率を第３実施例に比べてさらに向上させることができる。
【００４７】
Ｅ．第５実施例：
図８は、第５実施例としての投写型表示装置５００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置５００は、第１実施例の投写型表示装置（図１）の反射鏡１３０とカラー液晶パネル１２０との間の光路上に折り返しミラー５６０を配置し、反射鏡１３０の配置位置をシステム光軸ＳＣに対して下側、すなわち光源１１０と同じ側に配置するようにしている。すなわち、この投写型表示装置５００においては、液晶パネル１２０と反射鏡１３０との間の液晶パネル１２０の反射光および反射鏡１３０の戻り光の光路が折り返しミラー５６０で折り返されている。
【００４８】
このような構成にすれば、第１実施例に比べて、上下方向の配置スペースを小さくすることが可能である。このような折り返しミラーは、上述した他の実施例にも適用可能である。
【００４９】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば次のような変形も可能である。
【００５０】
（１）上記各実施例では、液晶パネルで反射された光を再反射するための反射鏡と、光源とをシステム光軸に対して上下方向に配置しているが、システム光軸に対して左右方向に配置するようにしてもよい。このようにしても、同様に、投写型表示装置における光の利用効率を第１実施例に比べてさらに向上させることができる。
【００５１】
（２）また、液晶パネルを照明する照明光としてランダムな偏光方向を有する光源光をそのまま利用しているが、これを１種類の直線偏光光に変換して利用するようにしてもよい。液晶パネルを照射する照明光を、通常、液晶パネルの入射面に設けられている偏光板を透過可能な直線偏光光に変換して利用すれば、この偏光板による光の損失を防ぐことができる。したがって、投写型表示装置における光の利用効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例としての投写型表示装置１００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図２】カラー液晶パネル１２０の構成を示す分解模式図である。
【図３】カラーフィルタ１２６の画像の１絵素に対応する部分を拡大して示す概略垂直断面図である。
【図４】第２実施例としての投写型表示装置２００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図５】第３実施例としての投写型表示装置３００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図６】第１のレンズアレイ３２０の外観を示す斜視図である。
【図７】第４実施例としての投写型表示装置４００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図８】第５実施例としての投写型表示装置５００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図９】カラー液晶パネルの表示面の一部を拡大して示す概略正面図である。
【図１０】ダイクロイックカラーフィルタにより構成された緑色のカラーフィルタ特性の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…投写型表示装置
１１０…光源
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１２０…（カラー）液晶パネル
１２１…透明基板
１２２…薄膜トランジスタ
１２３…画素電極
１２４…共通電極
１２５…対向基板
１２６…カラーフィルタ
１２６Ｂ…青色フィルタ
１２６Ｇ…緑色フィルタ
１２６Ｒ…赤色フィルタ
１２７，１２８…偏光板
１３０…反射手段
１４０…投写レンズ系
１５０…投写スクリーン
２００…投写型表示装置
２１０…光源
２１２…光源ランプ
２１４…凹面鏡
２３０…反射手段
３００…投写型表示装置
３２０…第１のレンズアレイ
３２２…小レンズ
３３０…第２のレンズアレイ
３３２…小レンズ
３４０…重畳レンズ
３５０…フィールドレンズ
３６０…反射手段
４００…投写型表示装置
４２０…第１のレンズアレイ
４３０…第２のレンズアレイ
５００…投写型表示装置
５６０…折り返しミラー
【発明の属する技術分野】
１枚の液晶パネルで３色の光を変調することによってカラー画像を表示可能な投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルを用いてカラー画像を表示する投写型表示装置には、赤色光（Ｒ）用、緑色光（Ｇ）用、青色光（Ｂ）用の３枚のモノクロ液晶パネルを用いた投写型表示装置と、１枚のモノクロ液晶パネルと３色用のカラーフィルタ等を組み合わせて構成したカラー液晶パネルを１枚のみ用いた投写型表示装置とがある。図９は、カラー液晶パネルの表示面の一部を拡大して示す概略正面図である。図９の格子状の１マスは、液晶パネルの表示の１画素を示している。カラー液晶パネルは、液晶パネルの縦方向および横方向の１画素毎に、光の３原色であるＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが規則的に繰り返し配置されている。そして、横方向に並んだＲ、Ｇ、Ｂの３つの画素が１組で画像の１絵素を表し、３つの画素を通過する光の輝度を調整することにより、１絵素の表示色が決定されている。
【０００３】
カラー液晶パネルに使用されるカラーフィルタには、大別して、光吸収型と光反射型の２種類のものがある。中でも光反射型のカラーフィルタは、カラーフィルタとしての光透過率が高いため、明るいカラー液晶パネルを実現しやすいという特徴がある。反射型のカラーフィルタとしては、誘電体多層膜によって形成される光反射型のダイクロイックカラーフィルタが利用される。図１０は、ダイクロイックカラーフィルタにより構成された緑色のカラーフィルタ特性の一例を示す説明図である。ダイクロイックカラーフィルタは、図１０に示すように、透過する光の波長域として設定された波長域の光、すなわち、緑色光の光透過率が９０％程度と高く、その他の波長域、すなわち青色光および赤色光はほとんど透過せず反射する。したがって、光吸収も原理的にほとんどなく、耐光性にも優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ダイクロイックカラーフィルタは、上述したように、設定された色光のみを透過し、他の２色の色光を反射する。したがって、このようなカラーフィルタを備えたカラー液晶パネルでは、カラーフィルタに入射された光の１／３程度しか有効に利用できず、残りの２／３程度の光は無駄な光として反射され損失してしまうことになる。ただし、入射光は、赤色光、緑色光、青色光がそれぞれ等しい比率で構成されているものとする。すなわち、カラーフィルタを備えたカラー液晶パネルを用いた投写型表示装置では、光の利用効率が悪いという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、複数色のカラーフィルタを備えたカラー液晶パネルを用いた投写型表示装置において、光の高利用効率化を図る技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、
照明光を射出する照明手段と、
複数種類のダイクロイック膜で構成されたカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタに照射された前記照明光を複数色の光に分離するとともに、与えられた画像信号に基づいて前記複数色の光をそれぞれ変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された複数色の変調光を投写面上に投写する投写手段と、
前記照明光のうち、前記カラーフィルタで反射した反射光をさらに反射して、前記カラーフィルタを再び照射する戻り光とするための反射手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
複数種類のダイクロイック膜は、例えば、赤色光、緑色光、青色光のみを透過させ、他の色光を反射する性質を有している。本発明の構成においては、光変調手段に備えるカラーフィルタで反射された反射光は再度反射手段で反射され、戻り光となって再び光変調手段、すなわちカラーフィルタを照射する。すなわち、光変調手段で反射された反射光を反射手段を介して、再び光変調手段を照射する照明光として利用することができるので、光の利用効率が高い投写型表示装置を実現することができる。
【０００８】
上記投写型表示装置において、
前記反射手段からの戻り光の光束が、全体として前記反射光の光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射することが好ましい。
【０００９】
上記のようにすれば、光変調手段に備えるカラーフィルタで反射された反射光のほとんど全ては、反射手段で反射されて再びカラーフィルタを照射することができるため、光の利用効率を高めることができる。
【００１０】
ここで、前記反射手段からの戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記光変調手段からの反射光は集光して結像する収束光であり、
前記反射手段は前記収束光の収束位置に配置された平面鏡であり、
前記反射手段からの戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路と前記反射光の中心光路に対してほぼ対称な光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射するようにしてもよい。
【００１２】
反射手段を収束光の収束位置に配置された平面鏡とした場合、反射手段は収束位置に集光された光を反射できればよく、その大きさを小さくすることができるため、装置の小型化が可能である。
【００１３】
上記投写型表示装置において、
前記照明手段と前記反射手段とは、前記照明光の中心軸と前記戻り光の中心軸とが、前記光変調手段の中心を垂直に通る中心光軸に対して略対称となるように配置されていることが好ましい。このようにすれば、反射手段からの戻り光を最も効率よく照明光として利用することが可能である。
【００１４】
ここで、前記投写手段は前記投写手段の中心軸が前記中心光軸に対してずれて配置され、前記反射手段は前記投写手段の中心軸の前記中心光軸に対するずれ方向と同じ方向にずれて配置され、前記照明手段は前記中心光軸に対して前記反射手段とは反対の方向にずれて配置されていることが好ましい。投写型表示装置は、一般的に、画像の投写方向を装置に対して上方向とする「あおり投写」とする場合が多い。したがって、上記のように照明手段と反射手段とを配置すれば、あおり投写に適した配置とすることができる。
【００１５】
上記投写型表示装置の各場合において、
前記反射手段は、さらに、前記戻り光が前記カラーフィルタを再び照射する照明効率を増加させるように、前記戻り光を集光する集光手段を備えるようにしてもよい。このようにすれば、照明手段から射出される光が発散光である場合に、このような発散光を集光手段によって集光させることができるため、反射手段で反射した戻り光が光変調手段を照射する照明効率を向上させることができる。なお、このような集光手段を備えた反射手段としては、凹面ミラー、凸レンズと平面ミラー等で構成可能である。
【００１６】
また、前記反射手段は、さらに、入射する光を拡散させる拡散手段を備えるようにしてもよい。カラーフィルタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの補色の光がそれぞれ反射される。このような補色光を拡散手段で拡散させることによって戻り光を白色に近い光にすることができるため、光変調手段を照射する照明効率を向上させることができる。なお、このような拡散手段としては、スリガラスや、回折格子を利用した光拡散板で構成可能である。
【００１７】
なお、反射手段をどのような構成とするかは、照明手段から射出される光の性質（平行光、集光光、発散光等）に応じて、反射手段からの戻り光が再びカラーフィルタを照射するように決定すればよい。
【００１８】
また、上記投写型表示装置の各場合において、
前記照明手段は、
光源から射出される光束を複数の部分光束に分割するとともに、前記複数の部分光束がそれぞれ前記光変調手段を照射するように重畳結合する分割重畳手段を備えるようにしてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、照明手段から射出された光束を分割した複数の部分光束のそれぞれが、光変調手段を照明する。分割された各部分光束はそれぞれがほぼ均一な照明光とすることができるため、光変調手段を照明する照明光は、より均一な照明光とすることができる。したがって、より均一な明るさの投写画像を得ることができる。
【００２０】
上記投写型表示装置の各場合において、
前記光変調手段で反射した反射光の光路上に前記反射光の方向を変更する折り返し手段を備え、
前記折り返し手段は、前記光変調手段の中心を垂直に通る中心光軸に対して前記折り返し手段とは反対側に向けて前記反射光を射出し、
前記反射手段は、前記折り返し手段で折り返された折り返し光の光路上に配置され、前記折り返し光が再び前記折り返し手段の方向に反射するようにしてもよい。
【００２１】
上記構成にすれば、投写型表示装置内の反射手段の配置位置を中心光軸に対して照明手段と同じ側に配置できるので、装置の小型化が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例としての投写型表示装置１００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置１００は、光源１１０と、カラー液晶パネル１２０と、反射鏡１３０と、投写レンズ系１４０とを備えている。第１実施例では、反射鏡１３０は凸面鏡である。投写スクリーン１５０へのあおり投写（投写レンズ系の光軸よりも投写面の中心が上方に来るように投写する状態）を実現するため、カラー液晶パネル１２０の中心を水平に通るシステム光軸ＳＣに対して投写レンズ系１４０は、上方に配置されている。これに対応して、光源１１０は、システム光軸ＳＣに対して下側に配置されている。反射鏡１３０は、システム光軸ＳＣに対して上側に配置されている。光源１１０と反射鏡１３０とは、光源１１０の光軸ＬＣと反射鏡１３０の光軸ＲＣとが液晶パネル１２０の中心で交差するとともに、システム光軸ＳＣを挟んで垂直方向にほぼ対称となるように配置されている。すなわち、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１１と、反射鏡１３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とはほぼ等しい。なお、以下の説明では、システム光軸ＳＣに沿った投写方向をｚ方向、ｚ方向からみて３時の方向（紙面に垂直な方向）をｘ方向、１２時の方向（紙面に平行な方向）をｙ方向とする。
【００２４】
光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から射出された放射光を反射し液晶パネル１２０を照射するように射出する凹面鏡１１４とを備えている。
【００２５】
カラー液晶パネル１２０は、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって、光源１１０から照射された光を変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。図２は、カラー液晶パネル１２０の構成を示す分解模式図である。透明基板１２１上には、薄膜トランジスタ１２２と画素電極１２３とが、画素毎に設けられている。画素電極１２３の上方には平面状の共通電極１２４が設けられており、画素電極１２３と共通電極１２４との間には液晶が充填されている。共通電極１２４の上には、対向基板（透明基板）１２５が設けられている。対向基板１２５の表面と裏面のいずれか一方には、カラーフィルタ１２６が設けられている。このカラーフィルタ１２６には、画素電極１２３に対向した部分に、光の３原色である赤色、緑色、青色の各３色に対応した赤色フィルタ１２６Ｒと，緑色フィルタ１２６Ｇと，青色フィルタ１２６Ｂとが規則的に配置されている。各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂは、誘電体多層膜からなるダイクロイックカラーフィルタで構成されている。対向基板１２５の上表面と透明基板１２１の裏面には、偏光板１２７，１２８がそれぞれ設けられている。カラー液晶パネル１２０は、液晶を挟んで対向基板１２５側が光の入射面側であり、透明基板１２１側が光の射出面（表示面）側である。
【００２６】
図３は、カラーフィルタ１２６の画像の１絵素に対応する部分を拡大して示す概略垂直断面図である。赤色フィルタ１２６Ｒは、その入射光（Ｒ１＋Ｇ１＋Ｂ１）のうち赤色光Ｒ１のみを透過し、残りの光（Ｇ１＋Ｂ１）を反射する。緑色フィルタ１２６Ｇは、その入射光（Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２）のうち緑色光Ｇ２のみを透過し、残りの光（Ｒ２＋Ｂ２）を反射する。青色フィルタ１２６Ｂは、その入射光（Ｒ３＋Ｇ３＋Ｂ３）のうち青色光Ｂ３のみを透過し、残りの光（Ｒ３＋Ｇ３）を反射する。画像情報は、各色毎に別々の情報を有し、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂを透過した光Ｒ１，Ｇ２，Ｂ３は、対応する画像情報にしたがって画素電極１２３と共通電極１２４との間（図２）に印可された電圧に応じて変調され、１絵素に対応する変調光がカラー液晶パネル１２０から射出される。したがって、カラー液晶パネル１２０を照射した光は、各絵素毎に変調されて射出される。
【００２７】
図１に示す投写レンズ系１４０は、カラー液晶パネル１２０から射出された変調光を投写スクリーン１５０上に拡大投写して、カラー画像を表示する投写光学系としての機能を有している。
【００２８】
一方、図３の各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂを透過できない光は、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂで反射して、図１に示した反射鏡１３０の方向に進む。反射鏡１３０に到達した反射光は、反射鏡１３０で反射して、再びカラー液晶パネル１２０を照射する。反射鏡１３０からカラー液晶パネル１２０に戻る戻り光は、液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光の光路をほぼ逆に辿るようにすることが好ましい。こうすれば、可能な限り多くの戻り光でカラー液晶パネル１２０を照射できるので、光の利用効率を高めることができる。
【００２９】
カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が図１の例のように収束光である場合には、反射鏡１３０は凸面鏡とすることが好ましい。一方、カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が発散光である場合には、反射鏡１３０を凹面鏡とすることが好ましい。また、カラー液晶パネル１２０から反射鏡１３０に向かう光が平行光である場合には、反射鏡１３０は平面鏡とすることが好ましい。さらに、１枚の反射鏡１３０のかわりに、平面ミラーと凸レンズ、平面ミラーと凹レンズ等のように、複数の光学素子を組み合わせて反射鏡１３０と同様の機能を実現するようにしてもよい。すなわち、カラー液晶パネル１２０からの反射光を再度反射してカラー液晶パネル１２０に戻す反射手段としては、液晶パネル１２０で反射する反射光の特性、すなわち、光源１１０から射出される光の特性に応じて、反射手段から液晶パネル１２０に戻る戻り光が、液晶パネル１２０から反射手段に向かう光の光路をほぼ逆に辿るようにする反射手段を選択することが好ましい。
【００３０】
なお、図３に示したように、各色フィルタ１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂで反射した光（Ｇ１＋Ｂ１），（Ｒ２＋Ｂ２），（Ｒ３＋Ｇ３）は、反射時においては、空間的に分離されている。しかしながら、光源ランプ１１２から放射された光は凹面鏡１１４によって略一方向に反射されるため、凹面鏡の形状によって光源１１０から射出される光束の拡がり方は変化する。そして、何より光源ランプ１１２は理想的な点光源ではないため、光源１１０から同じ方向に射出された光束も、実際には、少し異なった方向に向かって射出された光線の束である。したがって、空間的に分離された反射光（Ｇ１＋Ｂ１），（Ｒ２＋Ｂ２），（Ｒ３＋Ｇ３）は反射鏡１３０で反射して再び液晶パネル１２０を照射するまでに拡散して、光源１１０から射出された光と同様なほぼ白色光となる。すなわち、カラーフィルタ１２６で反射し、反射鏡１３０で反射した戻り光は、カラー液晶パネル１２０を照射する照明光として再び利用することが可能となる。なお、光源ランプ１１２が極めて点光源性に優れ、反射鏡１３０からの戻り光の拡散性が低い場合には、液晶パネル１２０と反射鏡１３０との間の光路上に拡散板を配置すればよい。拡散板としては、例えば、スリガラスや回折格子を利用した光拡散板がある。
【００３１】
なお、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１１と、反射鏡１３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とは、極力小さい方が好ましい。すなわち、光源１１０から射出した光および反射鏡１３０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）は、極力小さい方が好ましい。このようにすれば、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
上述したように、本実施例によれば、液晶パネル１２０に備えられたカラーフィルタ（ダイクロイックカラーフィルタ）１２６で反射された光も再び利用することができるので、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。
【００３３】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例としての投写型表示装置２００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置２００は、第１実施例の投写型表示装置１００（図１）の光源１１０を光源２１０に、反射鏡１３０を反射鏡２３０に置き換えた構成を有し、それら以外は、第１実施例と全く同じである。
【００３４】
光源２１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ２１２と、光源ランプ２１２から射出された放射光が反射されて液晶パネル１２０を照射するように射出する凹面鏡２１４とを備えている。この凹面鏡２１４は、光源２１０から射出された光を、光源ランプ２１２の位置（一次焦点）とは別の位置（二次焦点）に集束させるような楕円面鏡である。
【００３５】
反射鏡２３０は、光源２１０から射出した光が液晶パネル１２０で反射後に集束する位置（楕円面鏡２１４の二次焦点）に配置されている。したがって、反射鏡２３０の反射面上に光源２１０の２次光源像が形成されるため、反射鏡２３０の寸法を小さくすることが可能である。これにより、光源２１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ２１と、反射鏡２３０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ１２とを、第１実施例に比べて小さくすることができる。したがって、光源２１０から射出した光および反射鏡２３０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）を、小さくすることができる。すなわち、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率を第１実施例に比べてさらに向上させることができる。また、光学系の大きさを小型化することができる。
【００３６】
Ｃ．第３実施例：
図５は、第３実施例としての投写型表示装置３００の要部を示す概略垂直断面図である。投写型表示装置３００は、第１実施例の投写型表示装置１００の光源１１０の出力側に、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とを備え、液晶パネル１２０の入射面側（光源１１０側）にフィールドレンズ３５０を備えた構成を有している。また、反射鏡１３０を反射鏡３６０に置き換えた構成としている。
【００３７】
光源１１０と、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とは、被照明領域である液晶パネル１２０を均一に照射するためのインテグレータ照明光学系を構成している。
【００３８】
図６は、第１のレンズアレイ３２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ３２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ３２２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。第２のレンズアレイ３３０は、第１のレンズアレイ３２０の小レンズ３２２に対応するように、小レンズ３３２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズ３２２をｚ方向から見た外形形状は、液晶パネル１２０の表示領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。この実施例では、小レンズ３２２のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。
【００３９】
第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０は、光源１１０からの射出光を複数の部分光束に分割する光束分割手段としての機能を有している。そのうち、第１のレンズアレイ３２０は、光源１１０からの射出光を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させる機能を有している。また、第２のレンズアレイ３３０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。
【００４０】
図５に示す投写型表示装置３００において、光源１１０から射出された平行光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ３２０の各小レンズ３２２から射出された部分光束は、小レンズ３２２の集光作用によって第２のレンズアレイ３３０の対応する各小レンズ３３２内で光源１１０の光源像が結像されるように集光される。すなわち、第１のレンズアレイ３２０の小レンズ３２２の数だけ、対応する第２のレンズアレイ３３０の小レンズ３３２内に２次光源像が形成される。
【００４１】
重畳レンズ３４０は、第２のレンズアレイ３３０の各小レンズ３３２から射出された複数の部分光束を重畳させて、被照明領域である液晶パネル１２０に集光させる重畳光学系としての機能を有する。上記の結果、液晶パネル１２０は、ほぼ均一に照射される。なお、フィールドレンズ３５０は、第２のレンズアレイ３３０から射出された光束をそれぞれの中心軸に平行な光束に変換する機能を有している。
【００４２】
反射鏡３６０の配置位置は、液晶パネル１２０を照射した各部分光束のうちカラーフィルタ１２６を透過できずに反射した反射光が再び集光されて、各部分光束による複数の光源像が結像される位置であることが好ましい。反射鏡３６０をこの位置に配置すれば、反射鏡３６０のサイズを最も小さくすることが可能である。ただし、この位置に限定されるわけではなく、液晶パネル１２０における反射光の光路上に配置され、その反射光を再び反射できるサイズであればよい。
【００４３】
反射鏡３６０で反射された各部分光束の戻り光は、再び液晶パネル１２０を照射する。したがって、本実施例の投写型表示装置３００においても、第１実施例の投写型表示装置１００と同様に、液晶パネル１２０に備えられたカラーフィルタ１２６で反射された光も再び利用することができるので、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。また、本実施例においては、インテグレータ照明光学系を用いているので、第１実施例に比べてより均一な照明光を利用することができ、投写画像全体の明るさの均一性を向上させることができる。
【００４４】
なお、第１のレンズアレイ３２０と、第２のレンズアレイ３３０と、重畳レンズ３４０とを備えるインテグレータ照明光学系の構成は、これに限定される必要はない。例えば、第２のレンズアレイ３３０の各小レンズ３３２の機能とを有する１枚のレンズアレイを２枚のレンズ３３０，３４０の代わりに使用することも可能である。
【００４５】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例としての投写型表示装置４００の要部を示す概略垂直断面図である。投写型表示装置４００は、第３実施例の投写型表示装置３００（図５）の第１と第２のレンズアレイ３２０，３３０を第１と第２のレンズアレイ４２０，４３０に置き換えた構成を有し、それら以外は、第３実施例と全く同じである。
【００４６】
第１のレンズアレイ４２０は複数の偏心レンズで構成されている。第１のレンズアレイ４２０は、第３実施例における第１のレンズアレイ３２０の機能と重畳レンズ３４０の機能とを合わせもち、複数の偏心レンズから射出する各部分光束のそれぞれを集光するとともに、第１のレンズアレイ４２０から射出される光束全体を集光させて、各部分光束を液晶パネル１２０で重畳させる機能を有している。第２のレンズアレイ４３０は、第１のレンズアレイ４２０から射出された各部分光束が同一の液晶パネル１２０を照明するように集光されて進む光路上で、かつ各部分光束毎に一旦集光されて複数の２次光源像を結像する位置に配置されている。したがって、第２のレンズアレイ４３０のサイズを第１のレンズアレイ４２０よりも小さくすることが可能である。ここで、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４１は、第２のレンズアレイ４３０のサイズに起因して決定される。したがって、光源１１０の光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４１と、反射鏡３６０の光軸ＲＣとシステム光軸ＳＣとのなす角θ４２とを、第３実施例に比べて小さくすることができる。すなわち、光源１１０から射出した光および反射鏡３６０からの戻り光が液晶パネルを照射する角度（システム光軸ＳＣに対する光の入射角度）を、小さくすることができる。これにより、液晶パネル１２０からの変調光を、投写レンズ系１４０の呑み込み角内により多く入射させることができるため、投写型表示装置における光の利用効率を第３実施例に比べてさらに向上させることができる。
【００４７】
Ｅ．第５実施例：
図８は、第５実施例としての投写型表示装置５００の要部を示す概略垂直断面図である。この投写型表示装置５００は、第１実施例の投写型表示装置（図１）の反射鏡１３０とカラー液晶パネル１２０との間の光路上に折り返しミラー５６０を配置し、反射鏡１３０の配置位置をシステム光軸ＳＣに対して下側、すなわち光源１１０と同じ側に配置するようにしている。すなわち、この投写型表示装置５００においては、液晶パネル１２０と反射鏡１３０との間の液晶パネル１２０の反射光および反射鏡１３０の戻り光の光路が折り返しミラー５６０で折り返されている。
【００４８】
このような構成にすれば、第１実施例に比べて、上下方向の配置スペースを小さくすることが可能である。このような折り返しミラーは、上述した他の実施例にも適用可能である。
【００４９】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば次のような変形も可能である。
【００５０】
（１）上記各実施例では、液晶パネルで反射された光を再反射するための反射鏡と、光源とをシステム光軸に対して上下方向に配置しているが、システム光軸に対して左右方向に配置するようにしてもよい。このようにしても、同様に、投写型表示装置における光の利用効率を第１実施例に比べてさらに向上させることができる。
【００５１】
（２）また、液晶パネルを照明する照明光としてランダムな偏光方向を有する光源光をそのまま利用しているが、これを１種類の直線偏光光に変換して利用するようにしてもよい。液晶パネルを照射する照明光を、通常、液晶パネルの入射面に設けられている偏光板を透過可能な直線偏光光に変換して利用すれば、この偏光板による光の損失を防ぐことができる。したがって、投写型表示装置における光の利用効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例としての投写型表示装置１００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図２】カラー液晶パネル１２０の構成を示す分解模式図である。
【図３】カラーフィルタ１２６の画像の１絵素に対応する部分を拡大して示す概略垂直断面図である。
【図４】第２実施例としての投写型表示装置２００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図５】第３実施例としての投写型表示装置３００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図６】第１のレンズアレイ３２０の外観を示す斜視図である。
【図７】第４実施例としての投写型表示装置４００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図８】第５実施例としての投写型表示装置５００の要部を示す概略垂直断面図である。
【図９】カラー液晶パネルの表示面の一部を拡大して示す概略正面図である。
【図１０】ダイクロイックカラーフィルタにより構成された緑色のカラーフィルタ特性の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…投写型表示装置
１１０…光源
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１２０…（カラー）液晶パネル
１２１…透明基板
１２２…薄膜トランジスタ
１２３…画素電極
１２４…共通電極
１２５…対向基板
１２６…カラーフィルタ
１２６Ｂ…青色フィルタ
１２６Ｇ…緑色フィルタ
１２６Ｒ…赤色フィルタ
１２７，１２８…偏光板
１３０…反射手段
１４０…投写レンズ系
１５０…投写スクリーン
２００…投写型表示装置
２１０…光源
２１２…光源ランプ
２１４…凹面鏡
２３０…反射手段
３００…投写型表示装置
３２０…第１のレンズアレイ
３２２…小レンズ
３３０…第２のレンズアレイ
３３２…小レンズ
３４０…重畳レンズ
３５０…フィールドレンズ
３６０…反射手段
４００…投写型表示装置
４２０…第１のレンズアレイ
４３０…第２のレンズアレイ
５００…投写型表示装置
５６０…折り返しミラー
Claims (10)
- 照明光を射出する照明手段と、
複数種類のダイクロイック膜で構成されたカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタに照射された前記照明光を複数色の光に分離するとともに、与えられた画像信号に基づいて前記複数色の光をそれぞれ変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された複数色の変調光を投写面上に投写する投写手段と、
前記照明光のうち、前記カラーフィルタで反射した反射光をさらに反射して、前記カラーフィルタを再び照射する戻り光とするための反射手段と、
を備え、
前記光変調手段からの反射光は集光して結像する収束光であり、
前記反射手段は前記収束光の収束位置に配置されることを特徴とする
投写型表示装置。 - 請求項１記載の投写型表示装置であって、
前記反射手段からの戻り光の光束が、全体として前記反射光の光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射する
投写型表示装置。 - 請求項２記載の投写型表示装置であって、
前記反射手段からの戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射する
投写型表示装置。 - 請求項２記載の投写型表示装置であって、
前記反射手段は平面鏡であり、
前記反射手段で反射した戻り光の光束のそれぞれが、前記反射手段で反射される前のそれぞれの光路と前記反射光の中心光路に対してほぼ対称な光路をほぼ逆方向に進んで、前記カラーフィルタを再び照射する
投写型表示装置。 - 照明光を射出する照明手段と、
複数種類のダイクロイック膜で構成されたカラーフィルタを備え、前記カラーフィルタに照射された前記照明光を複数色の光に分離するとともに、与えられた画像信号に基づいて前記複数色の光をそれぞれ変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された複数色の変調光を投写面上に投写する投写手段と、
前記照明光のうち、前記カラーフィルタで反射した反射光をさらに反射して、前記カラーフィルタを再び照射する戻り光とするための反射手段と、
を備え、
前記照明手段は、光源から射出される光束を複数の部分光束に分割するとともに、前記複数の部分光束がそれぞれ前記光変調手段を照射するように重畳結合する分割重畳手段を備え、
前記光変調手段からの反射光である複数の部分光束は、それぞれ集光して結像する収束光であり、
前記反射手段は前記収束光の収束位置に配置されることを特徴とする
投写型表示装置。 - 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記照明手段と前記反射手段とは、前記照明光の中心軸と前記戻り光の中心軸とが、前記光変調手段の中心を垂直に通る中心光軸に対して略対称となるように配置されている
投写型表示装置。 - 請求項６記載の投写型表示装置であって、
前記投写手段は、前記投写手段の中心軸が前記中心光軸に対してずれて配置され、
前記反射手段は、前記投写手段の中心軸の前記中心光軸に対するずれ方向と同じ方向にずれて配置され、
前記照明手段は、前記中心光軸に対して前記反射手段とは反対の方向にずれて配置されている
投写型表示装置。 - 前記反射手段は、さらに、前記戻り光が前記カラーフィルタを再び照射する照明効率を増加させるように、前記戻り光を集光する集光手段を備える請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の投写型表示装置。
- 前記反射手段は、さらに、入射する光を拡散させる拡散手段を備える請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の投写型表示装置。
- 請求項１ないし請求項９記載の投写型表示装置であって、
前記光変調手段で反射した反射光の光路上に前記反射光の方向を変更する折り返し手段を備え、
前記反射手段は、前記折り返し手段で折り返された折り返し光の光路上に配置され、前記折り返し光が再び前記折り返し手段の方向に反射する
投写型表示装置。
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| JP20975797A JP3543552B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | 投写型表示装置 |
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