JP3559105B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、画像を投影する形式の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルを用いて映像をスクリーンに投影する形式の表示装置が知られている。このような投影型の表示装置としては、特開昭６０─３２９１号公報に記載された技術が公知である。図３に従来より公知の投影型の表示装置の概要を示す。
【０００３】
図３に示すのは、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を合成してスクリーン（または適当な被投影面）にカラー画像を投影表示する構成である。図３において、３０１がＲ（赤）の画像を表示するための光で、カラーフィルター３０４を透過した後、液晶パネル３０７に照射される。液晶パネル３０７では適当な光変調がなされ、Ｒに対応した像が形成される。半透過ミラー３１３では、全反射ミラー３１２で反射されたＧとＢに対応する像が液晶パネル３０７で光変調されたＲに対応した像と合成される。そしてＲＧＢの像を合成することによって得られた像（カラー画像）は、投影レンズ３１４を介してスクリーン３１５に投影される。
【０００４】
一般的な液晶パネル３０７（３０８、３０９も同じ）の構成は、９０度の異なる角度で配置された一対の偏光板の間に一対のガラス基板が配置され、この一対のガラス基板間にＴＮ型の液晶が挟んで保持された構成を有している。
【０００５】
３０２は、Ｇ（緑）の画像を表示するための光であり、カラーフィルター３０５を透過した後、液晶パネル３０８を透過し、所定の光変調がなされる。この光変調によって、Ｇに対応する像が形成される。液晶パネル３０８で光変調がなされることによって形成されたＧの像は、半透過ミラー３１１を透過する。半透過ミラー３１１では、全反射ミラー３１０で反射されたＢの像とＧの像が合成される。
【０００６】
３０３は、Ｂ（青）の像を表示するための光であり、カラーフィルター３０６を透過した後、液晶パネル３０９を透過し、所定の光変調がなされる。液晶パネル３０９で光変調がなされたＢの像は、全反射ミラー３１０で反射され、半透過ミラー３１１でＧの像と合成される。
【０００７】
以上説明したような原理に基づく表示装置においては、以下に示すような事項を満足することが要求される。
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡略化する）
（３）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（４）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
【０００８】
（１）及び（２）は装置の取扱の良さ、低コスト化、故障率の低さ、といった問題を追求する場合に必要な要求事項となる。また使用に際して、（３）や（４）に示される光学調整がズレてしまうことを防ぐためにも全体の構成を簡略化することが求められる。これらの要求事項は、装置の商品化を考えた場合には重要な事項となる。
【０００９】
また、高品質な画像を表示しようとする場合には、上記（３）や（４）に示す要求事項が重要なものとなる。しかし、図３に示すような構成を採用する場合、特に（４）に示す要求事項を満足することが困難となる。即ち、各液晶パネルと投影レンズ３１４との空間的な距離が異なってしまうことで、液晶パネルで光学変調された各像の焦点位置（結像位置）が投影レンズ３１４において合わなくなってしまう。
【００１０】
図３に示す構成は、投影レンズ３１４の焦点距離を変化させることで、投影面までの距離が変わっても画像を表示できるという点に特徴がある。また、投影面までの距離を変えることによって、任意の大きさに画像を設定することができるという点に特徴がある。
【００１１】
しかし、投影レンズ３１４において、ＲＧＢの各像の焦点が合っていない場合、投影レンズ３１４を動かすことによって、色ズレが起きたり、不鮮明な画像になってしまう。
【００１２】
この投影レンズにおける各液晶パネルからの像の焦点位置の不一致の問題を解決する方法としては、ＲＧＢの各液晶パネルの位置を微妙に異ならせ、焦点位置を合わせる方法がある。しかし、ＲＧＢの各液晶パネルを異なった位置に配置することは、構成が複雑になるので（２）の構成要素を少なくするという要求事項と相反するものとなる。特にＲＢＧ３つの液晶パネルの位置や向きを独立に調整することは作製コストの増加を招くので好ましくない。また全体が大型化するという意味で（１）の要求事項とも相反する。また光軸合わせが困難となるという意味で（３）の要求事項とも相反する。
【００１３】
以上述べたように、前述の複数の要求事項を全て満足することは困難である。従って例えば、高い画質を有する画像を得る装置は、装置全体が大きく、しかもコスト的にも高いものとなっているのが現状である。これは、前述の（１）及び（２）の要求事項は諦め、他の要求事項を満足したものといえる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、前述した、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡素化する）
（３）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（４）ＲＧＢの光学的な光路長をそろえる構成とする。
といった要求事項を満足した投影型の表示装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するために手段】
本明細書で開示する発明は、
同一基板を用いて集積化された複数の光学変調素子と、
前記複数の光学変調素子の少なくとも一つに対応して設けられた光路長補正用のレンズと、
前記複数の光学変調素子で光学変調された像を合成し投影する手段と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成において、同一基板を用いて集積化された複数の光学変調素子として、図１に示す例を挙げることができる。図１に示す構成においては、１１１、１１３、１１４で示される液晶パネルが光学変調素子として機能する。これらの液晶パネルは、一対のガラス基板１０６と１１０を用いて集積化されている。ここではガラス基板を用いる例を示してあるが、石英基板を用いてもよい。
【００１７】
図１に示す構成においては、１１１の液晶パネルにおいてＲに対応する画像が光学変調される。また１１３の液晶パネルにおいてＧに対応する画像が光学変調される。また１１４の液晶パネルにおいてＧに対応する画像が光学変調される。
【００１８】
図１に示すように複数の液晶パネル（光学変調素子）を同一の基板を用いて集積化した場合、装置全体の構成の簡略化を図ることができる。また装置全体の大きさを小型化することができる。
【００１９】
図１に示す構成においては、１２１、１２２、１２３で示されるレンズが各液晶パネルからの像の焦点距離を補正するための光路長補正用のレンズである。これらのレンズによって、各液晶パネルからの像の焦点距離が調整され、投影レンズ１１９を通過する段階において、ＲＧＢの各像の焦点位置が合った状態とすることができる。
【００２０】
図１に示す構成においては、光路長補正用レンズがＲＧＢの各液晶パネルに対してそれぞれ対応させて配置されている。また図１に示す構成においては、ミラー１１６、半透過ミラー１１７、半透過ミラー１１８でＲＧＢの各画像が合成され、投影レンズ１１９からスクリーン１２０にカラー画像が投影される。図１に示す構成は、ＲＧＢの３つの画像を合成するための構成であるが、その少なくも１つの画像に対して、好ましくは２つの画像に対して光路長補正用のレンズを設ければよい。また例えば２つの液晶パネルからの画像を合成する構成の場合は、少なくとも一方の画像に対して、光路長補正用のレンズを設ければよい。
【００２１】
【作用】
同一の基板を用いて複数の光学変調素子を集積化することによって、装置の簡略化と小型を実現することができる。また、光学変調素子の少なくとも一つに対応させて光路長補正用のレンズを配置することで、各光学変調素子からの像を合成した場合に、各像の焦点の位置（結像位置）を合わせることができ、各像がずれない状態とすることできできる。
【００２２】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、液晶電気光学装置（液晶パネル）で形成されたＲＧＢそれぞれに対応する像を合成し、カラー画像を投影する構成に関する。本実施例に示す構成は、
（Ａ）ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルが集積化され一体化されている。
（Ｂ）適当な光学系を用い、液晶パネルの光学的な光路長（光学的な像の焦点距離）の調整を行う。そして、ＲＧＢの像の全てにおいて光路長（光学的な像の焦点距離）をそろえる構成とする。
【００２３】
図１に本実施例の投影型の液晶表示装置の概略の構成を示す。図１において、光源である白色光を発するランプ１０１から出た光はレンズ１０２で進行方向のそろった光（平行な光）に補正され、ダイクロックミラー１０３、１０４、１０５でＲＧＢに対応した光に分光される。
【００２４】
ダイクロックミラー１０３においてはＢに対応する波長分布を有する光が分光される。ダイクロックミラー１０３で反射されたＢに対応する光は、Ｂ用の液晶パネル１１４に入射し、所定の光学変調を受ける。液晶パネル１１４（１１１、１１３で示される構成も同じ）は、独立した液晶電気光学装置として機能する光学変調素子である。
【００２５】
液晶パネル１１４は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１１４が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。
【００２６】
また、図示しないが、液晶を所定に領域に封じ込めるための封止材、液晶を配向させる配向膜、液晶に所定の電界を加えるための電極、該電極に電荷を保持させるためのスイッチング素子である薄膜トランジスタ、該薄膜トランジスタを駆動するために周辺回路（この周辺回路も薄膜トランジスタで構成されている）が形成されている。
【００２７】
ダイクロックミラー１０４においてはＧに対応する波長分布を有する光が分光される。ダイクロックミラー１０４で反射されたＧに対応する光は、Ｇ用の液晶パネル１１３に入射し、所定の光学変調を受ける。
【００２８】
液晶パネル１１３は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１１２が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。
【００２９】
ダイクロックミラー１０５においてはＲに対応する波長分布を有する光が分光される。ダイクロックミラー１０５で反射されたＲに対応する光は、Ｒ用の液晶パネル１１１に入射し、所定の光学変調を受ける。
【００３０】
液晶パネル１１１は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１０８が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。
【００３１】
液晶パネル１１４で光学変調を受けたＢの像は、レンズ１２３によってその焦点距離が調整される。そしてミラー１１６で反射され、さらに半透過ミラー１１７と１１８を経て、投影レンズ１１９に入射する。
【００３２】
液晶パネル１１３で光学変調を受けたＧの像は、レンズ１２２でその焦点距離が調整される。そして半透過ミラー１１７で反射され、さらに半透過ミラー１１８を経て、投影レンズ１１９に入射する。
【００３３】
液晶パネル１１１で光学変調を受けたＲの像は、レンズ１２１によってその焦点距離が調整される。そして半透過ミラー１１８で反射され投影レンズ１１９に入射する。
【００３４】
レンズ１２１、１２２、１２３は、各液晶パネル１１１、１１３、１１４からの像の焦点が同じ位置になるようにその光学特性が選択される。またはその設置位置が調整される。
【００３５】
投影レンズ１１９に入射する段階でＲＧＢの像は合成されている。そして、その合成画像は投影レンズ１１９によって焦点が調整され、スクリーン１２０または適当な投影面に投影が行われる。なお図１においては、レンズ１０２や投影レンズ１１９、さらにレンズ１２１〜１２３が単体のレンズで構成されているかの如く示されている。しかしこれらは単体のレンズを使用することに限らず、必要とする画質に応じてより複雑な光学系を利用するのでもよい。
【００３６】
図１に示す構成においては、１１１、１１３、１１５で示される各液晶パネルの全体が冷却用の液体に浸かっている。この液体は１２４の点線で示される領域に存在している。この液体は透光性の高い材料であることが必要である。また、少なくとも光が透過する部分には、透光性の材料でもって窓を形成する必要がある。また、液体が液晶セル内に進入しないように液晶セルの封止を十分に行うことも必要である。この液体としては、フッ素系の不活性液体を用いることができる。具体的には、フロリナートと称される液体を用いることができる。また、ある主の油。例えばセダ油を用いることができる。
【００３７】
また液体として、フロン系の液体に代表される不活性な材料を用いることは、液晶セルに外部から水分が侵入しないようにシールドする意味で好ましい。
【００３８】
また図１には示されていないが、１２４の領域に存在する冷却用の液体を冷却するために適当な材料でなる放熱器を配置してもよい。
【００３９】
図１に示す構成においては、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの空間的な距離に応じて、レンズ１２１〜１２３の光学特性やその設置位置を調整し、ＲＧＢの各像が投影レンズ１１９において同じ位置に焦点を結ぶ（結像）するようにしている。
【００４０】
なお、ＲＧＢ各像の焦点位置（結像位置）の位置合わせの精度は、要求される画質に応じて、所定の範囲内に収まるようにすればよい。また、ＲＧＢの全ての像に対応して焦点距離の補正のためのレンズ（図１では１２１〜１２３で示される）を設ける必要はない。例えば、Ｇの像の焦点にＲとＧの像の焦点を合わせるために、ＲとＧの像が通過する光路にレンズを配置するのでもよい。
【００４１】
本実施例に示す構成を採用することにより、レンズ１１９を通過するＲＧＢの各画像の焦点位置（結像位置）を合わせることができる。そしてこのようにすることで、投影レンズ１１９の焦点を変化させることによって、投影面までの距離を変化させたり、投影画像の大きさを変化させても、色ズレのない鮮明な画像を表示することができる。
【００４２】
また他に図１に示す構成が特徴とするのは、１つの液晶セル内にＲＧＢに対応する３つの液晶パネル１１１、１１３、１１４が集積化され一体化されていることである。このような構成とすることで、ガラス基板間に液晶を注入する工程（パネル組工程）を１回行うのみでよいという作製工程における簡略化を実現することができる。このような構成とすることは、特に装置全体の構成要素（構成部品）を少なくすることができるという意味で有用である。
【００４３】
また、同一基板を用いてＲＧＢ用の液晶パネルが形成されているので、液晶パネル間の光軸合わせを行う必要がないという特徴を有する。また、構成が簡略化され、小型化されるという特徴を有する。
【００４４】
また、図１に示すような構成は、光学系を調整することにより、ＲＧＢの各像の光軸合わせを行う必要がないので、作製工程の簡略を実現することができる。このことは高い生産性が得られることを意味し、工業的に非常に有用なものとなる。
【００４５】
本実施例に示す構成においては、１１６にミラーを用い、１１７と１１８で示される部分に半透過ミラーを用いた。しかし、これらの部分にダイクロックミラーを用いてもよい。
【００４６】
また、本実施例に示す構成においては、ダイクロックミラーを用いてＲＧＢの各波長領域に対応する光を得ている。しかし、カラーフィルターを用いて、ＲＧＢに対応する光を得てもよい。またＲＧＢに対応する光源を別々に用意するのでもよい。
【００４７】
また液晶パネルの構成として、パッシブマトリクス型、さらにはＭＩＭ型の素子を用いたアクティブマトリクス型を採用してもよい。また、液晶材料として、強誘電性型液晶や分散型液晶を用いてもよい。
【００４８】
本実施例に示す構成を採用することにより、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。（簡略化する）
（２）構成要素を少なくする。
（３）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（４）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要求事項を全て満足することができる。
【００４９】
即ち、ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルを図１の１１１、１１３、１１４に示すように一体化することにより、（１）と（２）と（３）の要求事項を実現することができる。
【００５０】
また、液晶パネルを一体化し、さらにレンズを用いてＲＧＢの各像の焦点位置を合わせることで、（４）の要求事項を実現することができる。
【００５１】
また一体化した構成を液体で冷却するので、簡単な構成を実現するとともに、冷却効率を高めることができる。そしてこの結果、発光強度の強いランプを利用することができ、高い輝度を有する画像を表示することができる。
【００５２】
〔実施例２〕
本実施例は、図１の各液晶パネル１１１、１１３、１１４が集積化された構成に関する。図１に示されているのは、１１１、１１３、１１４で示される３つの液晶パネルが一体化された構成である。この構成は、実質的に１枚の液晶パネル中に３つ分の液晶パネルの機能が内蔵されている構成であり、パネルを構成する一対のガラス基板や偏光板は共通なものとなっている。
【００５３】
図２にこの図１に示す構成の一例を示す。図２には、１枚のガラス基板２０１上に３つのアクティブマトリクス型の液晶パネルを集積化するための構成が示されている。なお、図１の１０７で示されるのが図２おけるガラス基板２０１に相当する。
【００５４】
図２には、周辺回路２０２と２０３で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域２０４を有するＢ用の液晶パネル部（最終的にＢ用の液晶パネルを構成する部分となる）と、周辺回路２０５と２０６で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域２０７を有するＧ用の液晶パネル部と、周辺回路２０８と２０９で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域２１０を有するＲ用の液晶パネル部と、が同一のガラス基板２１０上に集積化されている状態が示されている。
【００５５】
各周辺回路は、ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでもって構成されている。この構成において、画素領域にはマトリクス状に配置された画素電極のそれぞれにスイッチング用の薄膜トランジスタが配置されている。また、周辺回路領域も薄膜トランジスタで構成されている。
【００５６】
これらの薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜をレーザー光の照射や加熱処理によって結晶化した結晶性珪素膜を用いて構成されている。
【００５７】
またここでは、ガラス基板を用いる例を示した。しかし、基板としては石英、その他透過性を有する材料を用いることができる。
【００５８】
【発明の効果】
一体化された複数の光学変調素子の像を光路長補正用のレンズを用いてその焦点の位置を制御することで、各光学変調素子からの像を合成した場合に各像がズレてしまうことを防ぐことができる。
【００５９】
例えば、ＲＧＢ用の液晶パネルを採用し、さらに各液晶パネルからの像の焦点の位置を光路長補正用のレンズを用いて合わせることにより、ＲＧＢの各像がズレてしまうことがない表示を行うことができる。即ち、色ズレの無い画像を表示することができる。
【００６０】
複数の光学変調素子を同一の基板を用いて集積化することで、全体の構成を小型化し簡略化することができる。
【００６１】
本明細書で開示する発明を利用することで、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡略化する）
（４）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（５）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要請を全て実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影型の液晶表示装置の実施例を示す。
【図２】一体化された液晶パネルの概略の構成を示す。
【図３】従来より公知の投影型の液晶表示装置の構成を示す。
【符号の説明】
１０１ ランプ
１０２ レンズ
１０３、１０４、１０５ ダイクロックミラー
１０６、１１０ 偏光板
１０７、１０９、２０１ ガラス基板
１０８、１１２、１１４ 液晶
１１１ Ｒ用液晶パネル
１１３ Ｇ用液晶パネル
１１４ Ｂ用液晶パネル
１１６ ミラー
１１７、１１８ 半透過ミラー
１１９ 投影レンズ
１２０ 投影面（スクリーン）
１２１ 光路長補正用のレンズ
１２２ 光路長補正用のレンズ
１２３ 光路長補正用のレンズ
１２４ 冷却用の液体が存在する領域
２０２、２０３、２０５ 周辺回路
２０６、２０８、２０９ 周辺回路
２０４、２０７、２１０ 画素領域
３０１ Ｒ用の光
３０２ Ｇ用の光
３０３ Ｂ用の光
３０４ Ｒ用のカラーフィルタ
３０５ Ｇ用のカラーフィルタ
３０６ Ｂ用のカラーフィルタ
３０７、３０８、３０９ 液晶パネル
３１０、３１２ ミラー
３１１、３１３ 半透過ミラー
３１４ 投影レンズ
３１５ 投影面（スクリーン）

Claims (4)

1. 光源からの光を分光する複数のダイクロックミラーと、
   複数の前記ダイクロックミラーにより分光された光を変調し、一対の基板に集積化して形成された複数の液晶パネルと、
   複数の前記液晶パネルの少なくとも一つからの像の焦点距離を補正する光路長補正レンズと、
   前記光路長補正レンズによって焦点距離が補正された像を投影する投影レンズとを有し、
   複数の前記液晶パネルの各画素領域を駆動する周辺駆動回路は、前記一対の基板の一方に形成され、
   複数の前記液晶パネルは冷却液中に浸されていることを特徴とする表示装置。
2. 光源からの光を分光する３つのダイクロックミラーと、
   前記３つのダイクロックミラーにより分光された光を変調し、一対の基板に集積化して形成された３つの液晶パネルと、
   前記３つの液晶パネルの少なくとも一つからの像の焦点距離を補正する光路長補正レンズと、
   前記光路長補正レンズによって焦点距離が補正された像を投影する投影レンズとを有し、
   前記３つの液晶パネルの各画素領域を駆動する周辺駆動回路は、前記一対の基板の一方に形成され、
   前記３つの液晶パネルは冷却液中に浸されていることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の前記冷却液は透光性を有することを特徴とする表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の前記冷却液はフッ素系の不活性液体または油であることを特徴とする表示装置。

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