JP3804789B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置、いわゆる液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置は、従来、図１１に示すように構成されている。
【０００３】
投射型表示装置９０の照明ユニット（照明光学系）１０では、白色光源１１からの無偏光の白色光が、一部は直接、残部はリフレクタ１２で反射して、対向する一対のマルチレンズアレイ１３および１４を透過することによって、光束中心に垂直な平面上の一定領域内で均一な強度分布を有する光束に変換される。さらに、その光束は、偏光変換素子１５によって無偏光の光が直線偏光の光に変換され、コンデンサレンズ１６を介して照明ユニット１０から出射する。
【０００４】
照明ユニット１０から出射した光束は、ダイクロイックミラー２１によって、赤の色光３Ｒと緑および青の色光３ＧＢとに分離され、赤色光３Ｒが、ミラー２２で反射して、コンデンサレンズ２８Ｒを介して、赤用の液晶ライトバルブ３０Ｒに入射する。
【０００５】
また、緑および青の色光３ＧＢは、ダイクロイックミラー２３によって、緑の色光３Ｇと青の色光３Ｂとに分離され、緑色光３Ｇが、コンデンサレンズ２８Ｇを介して、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに入射し、青色光３Ｂが、リレーレンズ２４、ミラー２５、リレーレンズ２６、ミラー２７およびコンデンサレンズ２８Ｂを介して、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する。
【０００６】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、それぞれ透過型の液晶パネルによって構成され、それぞれ赤、緑、青の色信号によって画像が書き込まれる。
【０００７】
分離された赤、緑、青の色光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂによって変調されて、赤、緑、青の画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに変換され、その画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが、ダイクロイックプリズム４０によって合成され、その合成後の画像光５が、投射レンズ５０によってスクリーン１１０上に拡大投影される。
【０００８】
図１１は、照明ユニット１０から投射レンズ５０までの光学ユニットが投射型表示装置９０として、スクリーン１１０と別体に構成される前面投射型表示装置の場合であるが、照明ユニットから投射レンズまでの光学ユニットとスクリーンとがキャビネット内に配置される背面投射型表示装置の光学ユニットも、図１１の投射型表示装置９０と同様に構成される。
【０００９】
しかしながら、上述した従来の投射型表示装置では、以下に示すように、液晶ライトバルブを構成する液晶パネルの視野角特性によって、スクリーン上のコントラストを、ある一定値以上にすることができない。
【００１０】
図１２は、図１１の投射型表示装置９０において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０に入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したもので、液晶ライトバルブ３０は、赤用、緑用または青用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇまたは３０Ｂである。
【００１１】
ただし、図１１の投射型表示装置９０は、照明ユニット１０から液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂまでの光路長を、赤色光３Ｒおよび緑色光３Ｇでは等しくし、青色光３Ｂでは赤色光３Ｒおよび緑色光３Ｇより長くして、青を不等長とする場合であるが、図１２では、便宜上、赤、緑、青の色光につき、照明ユニット１０から液晶ライトバルブ３０までの光路長が等しいものとする。
【００１２】
通常、液晶ライトバルブ３０の開口サイズに比べて照明ユニット１０の光出射口サイズは相対的に大きい。そのため、照明ユニット１０から出射した光は、集光されながら、液晶ライトバルブ３０に入射し、液晶ライトバルブ３０から見ると、その法線３２の方向に対して、ある角度範囲内のあらゆる方向から光が入射することになる。
【００１３】
しかし、液晶ライトバルブ３０を構成する液晶パネルとしては、液晶分子の長軸が液晶層の上下間で９０°ねじれた旋光モードのＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いるため、視野角によって光シャッター特性が異なる。
【００１４】
視野角としては、図１３に示すように、液晶パネル３１への入射光３３ａによる液晶パネル３１からの出射光３３ｂの、液晶パネル３１の出射面３４上における基準方位に対する角度φを方位角、液晶パネル３１の法線３２に対する角度θを極角と定義する。出射面３４上の表示画面で見て、φ＝０°は右方向、φ＝９０°は上方向、φ＝１８０°は左方向、φ＝２７０°は下方向である。
【００１５】
図１４に、ある液晶パネルを全黒状態にして、光遮断率の視野角依存性を測定した結果を示す。同心円の中心はθ＝０、数字５で示した円はθ＝５°、数字１０で示した円はθ＝１０°、数字１５で示した円はθ＝１５°である。
【００１６】
「９９％〜」とした領域は、１％以下の光しか透過しない視野角範囲であり、「９０％〜」とした領域は、１０％以下の光しか透過しない視野角範囲であり、「８０％〜」とした太線で囲まれる領域は、２０％以下の光が透過する視野角範囲であり、「７０％〜」とした破線で囲まれる領域は、３０％以下の光が透過する視野角範囲である。
【００１７】
したがって、この液晶パネルでは、図１３に示した出射面３４側から見て、図１２の矢印３５で示すように上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束３７については、十分な光シャッター性能を発揮し、コントラストが高くなるものの、図１２の矢印３６で示すように下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束３８については、光シャッター性能が劣り、コントラストが低くなる。
【００１８】
そして、スクリーン上のコントラストは、液晶ライトバルブ３０に入射する各光束のコントラストの相加平均値となるので、上述した従来の投射型表示装置では、スクリーン上のコントラストを、ある一定値以上にすることができない。
【００１９】
この問題を解決するために、特許文献１（特開平６−２２２２１３号公報）には、光学異方性を有する光学フィルムを用いることが示されている。
【００２０】
また、この出願の基礎となる出願の出願日の後に公知となった特許文献２（特開２００２−１５６７０３公報）には、投射型表示装置において、液晶ライトバルブの光学特性に基づく特定の角度成分の光を選択的に遮光する手段を設けることが示されている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平６−２２２２１３号公報。
【特許文献２】
特開２００２−１５６７０３公報。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるような光学異方性を有する光学フィルムは、製造方法が複雑で、高価になるとともに、強力な光が照射されると光学異方性が変化してしまう問題がある。
【００２３】
そこで、この発明は、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを備え、かつ、照明光学系から分解光学系を介して液晶ライトバルブに至る光路長として、赤、緑、青のいずれか１色の色光の光路長が他の２色の色光の光路長より長い投射型表示装置において、長期に渡って高コントラストを維持できるとともに、簡単に低コストで製造できるようにしたものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の1色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２５】
第２の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２６】
第３の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の1色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる第１の光学フィルタが配置され、かつ、
上記２つの位置のうちの、他方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第２の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる第２の光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態：図１および図２〕
図１は、この発明の投射型表示装置の第１の実施形態を示す。
【００２８】
この実施形態の投射型表示装置１００は、後述のように光学フィルタ１７を配置する点を除いて、図１１に示した投射型表示装置９０と同じで、照明ユニット１０では、白色光源１１からの無偏光の白色光が、一部は直接、残部はリフレクタ１２で反射して、光束１として、対向する一対のマルチレンズアレイ１３および１４を透過することによって、光束中心１ａに垂直な平面上の一定領域内で均一な強度分布を有する光束に変換される。さらに、その光束は、偏光変換素子１５によって無偏光の光が直線偏光の光に変換され、コンデンサレンズ１６を介して照明ユニット１０から出射する。
【００２９】
照明ユニット１０から出射した光束２は、ダイクロイックミラー２１により、赤の色光３Ｒと緑および青の色光３ＧＢとに分離され、赤色光３Ｒが、ミラー２２で反射して、コンデンサレンズ２８Ｒを介して、赤用の液晶ライトバルブ３０Ｒに入射する。
【００３０】
また、緑および青の色光３ＧＢは、ダイクロイックミラー２３により、緑の色光３Ｇと青の色光３Ｂとに分離され、緑色光３Ｇが、コンデンサレンズ２８Ｇを介して、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに入射し、青色光３Ｂが、リレーレンズ２４、ミラー２５、リレーレンズ２６、ミラー２７およびコンデンサレンズ２８Ｂを介して、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する。
【００３１】
分離された赤、緑、青の色光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂによって変調されて、赤、緑、青の画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに変換され、その画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが、ダイクロイックプリズム４０によって合成され、その合成後の画像光５が、投射レンズ５０によってスクリーン１１０上に拡大投影される。
【００３２】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルは、図１４の視野角特性のように、上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣るものである。
【００３３】
この実施形態では、照明ユニット１０の光出射口の下部位置に、光学フィルタ１７として、図２の分光特性７Ｂで示すように、不等長の青の波長域λｂを遮断し、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを透過させるフィルタを配置する。ただし、青の波長域λｂを遮断するフィルタの代わりに、青の波長域λｂの一部を減衰させるフィルタでもよい。
【００３４】
図２は、図１の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したもので、レンズ２９は、図１のリレーレンズ２４および２６に相当する。ちなみに、レンズ２９（リレーレンズ２４および２６）は、液晶ライトバルブ３０Ｂが照明ユニット１０により照明される範囲が、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇが照明ユニット１０により照明される範囲とほぼ同一となるように、照明ユニット１０からの光を導光する。
【００３５】
図２に示すように、図１の投射型表示装置１００では、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ上から下に突き抜ける光束３Ｒｄ，３Ｇｄとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射するとともに、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ下から上に突き抜ける光束３Ｒｕ，３Ｇｕとして入射し、光学フィルタ１７が存在しなければ、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射する。
【００３６】
しかし、照明ユニット１０の光出射口の下部位置には、青の波長域λｂのみを遮断する光学フィルタ１７が配置される。
【００３７】
そのため、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の青色光成分が遮断されて、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに青の色光３Ｂが、コントラストの低下を招く上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射するのが阻止される。
【００３８】
照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の青色光成分は、光学フィルタ１７によって遮断されないので、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに青の色光３Ｂが、コントラストが高くなる下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射する。
【００３９】
したがって、液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する各光束のコントラストの相加平均値としての、スクリーン上の青のコントラストが向上する。この場合、液晶ライトバルブ３０Ｂへの入射光量が減少するが、その減少分は最小限に抑えることができる。
【００４０】
照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の赤色光成分および緑色光成分は、光学フィルタ１７によって影響を受けず、スクリーン上の赤および緑のコントラストは変化しない。
【００４１】
光学フィルタ１７は、透明基板上に低屈折率材料層と高屈折率材料層とを交互に多層に渡って形成することによって作製することができ、簡単に低コストで製造することができる。しかも、その材料としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの光に対して安定な無機材料を用いることができ、光学フィルタ１７に強力な光が長時間照射されても、光学フィルタ１７の分光特性は変化しない。
【００４２】
したがって、この実施形態によれば、長期に渡って高コントラストを維持することができるとともに、投射型表示装置１００を簡単に低コストで製造することができる。
【００４３】
〔第２の実施形態：図３および図４〕
図３は、この発明の投射型表示装置の第２の実施形態を示す。
【００４４】
この実施形態の投射型表示装置１００は、図１の光学フィルタ１７に代えて光学フィルタ１８を配置する点を除いて、図１の投射型表示装置１００と同じである。
【００４５】
この実施形態では、照明ユニット１０の光出射口の上部位置に、光学フィルタ１８として、図４の分光特性８Ｇで示すように、緑の波長域λｇを遮断し、青の波長域λｂおよび赤の波長域λｒを透過させるフィルタ、または、同図の分光特性８Ｒで示すように、赤の波長域λｒを遮断し、青の波長域λｂおよび緑の波長域λｇを透過させるフィルタを配置する。ただし、分光特性８Ｇのように緑の波長域λｇを遮断するフィルタの代わりに、緑の波長域λｇの一部を減衰させるフィルタでもよい。また、分光特性８Ｒのように赤の波長域λｒを遮断するフィルタの代わりに、赤の波長域λｒの一部を減衰させるフィルタでもよい。
【００４６】
図４は、図２と同様に、図３の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したものである。
【００４７】
図４に示すように、図３の投射型表示装置１００では、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ下から上に突き抜ける光束３Ｒｕ，３Ｇｕとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射するとともに、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射した光束は、光学フィルタ１８が存在しなければ、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ上から下に突き抜ける光束３Ｒｄ，３Ｇｄとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射する。
【００４８】
しかし、照明ユニット１０の光出射口の上部位置には、緑の波長域λｇまたは赤の波長域λｒのみを遮断する光学フィルタ１８が配置される。
【００４９】
したがって、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇのみを遮断するフィルタが配置された場合には、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の緑色光成分が遮断されて、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに緑の色光３Ｇが、コントラストの低下を招く上から下に突き抜ける光束３Ｇｄとして入射するのが阻止される。
【００５０】
照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の緑色光成分は、光学フィルタ１８によって遮断されないので、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに緑の色光３Ｇが、コントラストが高くなる下から上に突き抜ける光束３Ｇｕとして入射する。
【００５１】
したがって、液晶ライトバルブ３０Ｇに入射する各光束のコントラストの相加平均値としての、スクリーン上の緑のコントラストが向上する。この場合も、液晶ライトバルブ３０Ｇへの入射光量の減少分は最小限に抑えることができる。
【００５２】
照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の青色光成分および赤色光成分は、光学フィルタ１８によって影響を受けず、スクリーン上の青および赤のコントラストは変化しない。
【００５３】
光学フィルタ１８として、赤の波長域λｒのみを遮断するフィルタが配置された場合には、上記と同様に、スクリーン上の赤のコントラストが向上する。
【００５４】
さらに、この実施形態の別の例として、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを減衰または遮断し、青の波長域λｂを透過させるフィルタを配置してもよい。この場合には、上述したところから明らかなように、スクリーン上の緑および赤のコントラストが向上する。しかも、照明ユニット１０の光出射口の上部一箇所に配置された光学フィルタ１８が緑色光および赤色光に作用するので、２色用に一つの光学フィルタでよく、部品点数を削減することができる。
【００５５】
〔第３の実施形態：図５〜図８〕
図５は、この発明の投射型表示装置の第３の実施形態を示す。
【００５６】
この実施形態では、図１の実施形態と図３の実施形態を組み合わせて、照明ユニット１０の光出射口の下部位置に光学フィルタ１７を配置し、上部位置に光学フィルタ１８を配置する。
【００５７】
一例として、光学フィルタ１７としては、図６の分光特性７Ｂで示すように青の波長域λｂのみを遮断するフィルタを配置し、光学フィルタ１８としては、同図の分光特性８Ｇまたは８Ｒで示すように緑の波長域λｇまたは赤の波長域λｒのみを遮断するフィルタを配置する。
【００５８】
また、別の例として、光学フィルタ１７としては、図７の分光特性７Ｂで示すように青の波長域λｂのみを遮断するフィルタを配置し、光学フィルタ１８としては、同図の分光特性８ＧＲで示すように緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを遮断するフィルタを配置する。
【００５９】
図８は、図２および図４と同様に、図５の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したものである。
【００６０】
この実施形態では、図１の実施形態と同様に、スクリーン上の青のコントラストが向上するとともに、図３の実施形態と同様に、光学フィルタ１８の分光特性に応じて、スクリーン上の緑または赤あるいは緑および赤のコントラストが向上する。
【００６１】
特に、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを減衰または遮断するフィルタを配置する場合には、青、緑および赤の全てにつき、スクリーン上のコントラストが向上する。しかも、この場合、３色用に２つの光学フィルタでよく、部品点数を削減することができる。
【００６２】
〔他の実施形態〕
光学フィルタ１７または１８は、照明ユニット１０の光出射口に配置する代わりに、照明ユニット１０内のコンデンサレンズ１６の光出射面に上述した多層膜を形成して配置し、あるいは、マルチレンズアレイ１３の光入射側、マルチレンズアレイ１３とマルチレンズアレイ１４との間、マルチレンズアレイ１４と偏光変換素子１５との間、または偏光変換素子１５とコンデンサレンズ１６との間などに配置してもよい。
【００６３】
また、図５の実施形態のように光学フィルタ１７および１８を配置する場合、その一方は照明ユニット１０の光出射口に配置し、他方はマルチレンズアレイ１３の光入射側に配置するなど、光学フィルタ１７および１８を、光束中心１ａを挟んで斜め方向に対向するように配置してもよい。
【００６４】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルが、上述した実施形態とは逆に、下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣る視野角特性を有する場合には、上述した実施形態とは逆に、光学フィルタ１７は、照明ユニット１０の光出射口の上部位置など、光束中心１ａの上方位置に配置し、光学フィルタ１８は、照明ユニット１０の光出射口の下部位置など、光束中心１ａの下方位置に配置する。
【００６５】
また、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルが、パネル出射面側から見て、左方から右方に見たときの、液晶パネルを右から左に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、パネル出射面側から見て、右方から左方に見たときの、液晶パネルを左から右に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣る視野角特性を有する場合、または、その逆の視野角特性を有する場合には、光学フィルタ１７は、パネル出射面側から見て、光束中心１ａの左方位置または右方位置に配置し、光学フィルタ１８は、パネル出射面側から見て、逆に光束中心１ａの右方方置または左方位置に配置する。
【００６６】
図示した実施形態は、青を不等長とする場合であるが、緑を不等長とし、または赤を不等長としてもよい。
【００６７】
さらに、上述した実施形態は、図９に示すように、投射型表示装置１００とスクリーン１１０が別体に構成される前面投射型表示装置の場合であるが、図１０に投射型表示装置１００として示すように、図９の投射型表示装置１００に相当する表示装置本体１０２、反射ミラー１０３およびスクリーン１０４がキャビネット１０１内に配置される背面投射型表示装置にも、この発明を適用することができる。
【００６８】
〔発明の検証〕
図１、図３、図５に示した投射型表示装置１００で光学フィルタ１７および１８を配置しない場合を比較例とし、光学フィルタ１７または１８を配置した各実施形態の各例を実施例として、スクリーン上のコントラストを測定し、この発明の効果を検証した。
【００６９】
コントラストについては、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに信号を入力して、スクリーン上に全白状態および全黒状態を投影し、スクリーンの中心位置での、全白のときの輝度Ｙｗおよび全黒のときの輝度Ｙｋを、輝度計によって測定して、コントラスト比（Ｙｗ：Ｙｋ）を求め、コントラスト値（Ｙｗ／Ｙｋ）を算出した。コントラスト値が大きいほど、コントラストが高く、画質が良いと判断する。
【００７０】
＜比較例＞
比較例では、コントラスト値は４００であった。
【００７１】
＜実施例１＞
実施例１は、図１の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は４５０であった。
【００７２】
＜実施例２＞
実施例２は、図３の実施形態において、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は５００であった。
【００７３】
＜実施例３＞
実施例３は、図３の実施形態において、光学フィルタ１８が赤の波長域λｒのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は４７０であった。
【００７４】
＜実施例４＞
実施例４は、図５の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断し、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は５５０であった。
【００７５】
＜実施例５＞
実施例５は、図５の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断し、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は６００であった。
【００７６】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを備え、かつ、照明光学系から分解光学系を介して液晶ライトバルブに至る光路長として、赤、緑、青のいずれか１色の色光の光路長が他の２色の色光の光路長より長い投射型表示装置において、長期に渡って高コントラストを維持することができるとともに、投射型表示装置を簡単に低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射型表示装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図３】この発明の投射型表示装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】図３の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図５】この発明の投射型表示装置の第３の実施形態を示す図である。
【図６】図５の実施形態の光学フィルタの第１の例を示す図である。
【図７】図５の実施形態の光学フィルタの第２の例を示す図である。
【図８】図５の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図９】前面投射型の投射型表示装置の例を示す図である。
【図１０】背面投射型の投射型表示装置の例を示す図である。
【図１１】従来の投射型表示装置の一例を示す図である。
【図１２】図１１の投射型表示装置の作用の説明に供する図である。
【図１３】視野角を定義するための図である。
【図１４】液晶パネルの視野角特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置、いわゆる液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置は、従来、図１１に示すように構成されている。
【０００３】
投射型表示装置９０の照明ユニット（照明光学系）１０では、白色光源１１からの無偏光の白色光が、一部は直接、残部はリフレクタ１２で反射して、対向する一対のマルチレンズアレイ１３および１４を透過することによって、光束中心に垂直な平面上の一定領域内で均一な強度分布を有する光束に変換される。さらに、その光束は、偏光変換素子１５によって無偏光の光が直線偏光の光に変換され、コンデンサレンズ１６を介して照明ユニット１０から出射する。
【０００４】
照明ユニット１０から出射した光束は、ダイクロイックミラー２１によって、赤の色光３Ｒと緑および青の色光３ＧＢとに分離され、赤色光３Ｒが、ミラー２２で反射して、コンデンサレンズ２８Ｒを介して、赤用の液晶ライトバルブ３０Ｒに入射する。
【０００５】
また、緑および青の色光３ＧＢは、ダイクロイックミラー２３によって、緑の色光３Ｇと青の色光３Ｂとに分離され、緑色光３Ｇが、コンデンサレンズ２８Ｇを介して、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに入射し、青色光３Ｂが、リレーレンズ２４、ミラー２５、リレーレンズ２６、ミラー２７およびコンデンサレンズ２８Ｂを介して、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する。
【０００６】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、それぞれ透過型の液晶パネルによって構成され、それぞれ赤、緑、青の色信号によって画像が書き込まれる。
【０００７】
分離された赤、緑、青の色光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂによって変調されて、赤、緑、青の画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに変換され、その画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが、ダイクロイックプリズム４０によって合成され、その合成後の画像光５が、投射レンズ５０によってスクリーン１１０上に拡大投影される。
【０００８】
図１１は、照明ユニット１０から投射レンズ５０までの光学ユニットが投射型表示装置９０として、スクリーン１１０と別体に構成される前面投射型表示装置の場合であるが、照明ユニットから投射レンズまでの光学ユニットとスクリーンとがキャビネット内に配置される背面投射型表示装置の光学ユニットも、図１１の投射型表示装置９０と同様に構成される。
【０００９】
しかしながら、上述した従来の投射型表示装置では、以下に示すように、液晶ライトバルブを構成する液晶パネルの視野角特性によって、スクリーン上のコントラストを、ある一定値以上にすることができない。
【００１０】
図１２は、図１１の投射型表示装置９０において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０に入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したもので、液晶ライトバルブ３０は、赤用、緑用または青用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇまたは３０Ｂである。
【００１１】
ただし、図１１の投射型表示装置９０は、照明ユニット１０から液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂまでの光路長を、赤色光３Ｒおよび緑色光３Ｇでは等しくし、青色光３Ｂでは赤色光３Ｒおよび緑色光３Ｇより長くして、青を不等長とする場合であるが、図１２では、便宜上、赤、緑、青の色光につき、照明ユニット１０から液晶ライトバルブ３０までの光路長が等しいものとする。
【００１２】
通常、液晶ライトバルブ３０の開口サイズに比べて照明ユニット１０の光出射口サイズは相対的に大きい。そのため、照明ユニット１０から出射した光は、集光されながら、液晶ライトバルブ３０に入射し、液晶ライトバルブ３０から見ると、その法線３２の方向に対して、ある角度範囲内のあらゆる方向から光が入射することになる。
【００１３】
しかし、液晶ライトバルブ３０を構成する液晶パネルとしては、液晶分子の長軸が液晶層の上下間で９０°ねじれた旋光モードのＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いるため、視野角によって光シャッター特性が異なる。
【００１４】
視野角としては、図１３に示すように、液晶パネル３１への入射光３３ａによる液晶パネル３１からの出射光３３ｂの、液晶パネル３１の出射面３４上における基準方位に対する角度φを方位角、液晶パネル３１の法線３２に対する角度θを極角と定義する。出射面３４上の表示画面で見て、φ＝０°は右方向、φ＝９０°は上方向、φ＝１８０°は左方向、φ＝２７０°は下方向である。
【００１５】
図１４に、ある液晶パネルを全黒状態にして、光遮断率の視野角依存性を測定した結果を示す。同心円の中心はθ＝０、数字５で示した円はθ＝５°、数字１０で示した円はθ＝１０°、数字１５で示した円はθ＝１５°である。
【００１６】
「９９％〜」とした領域は、１％以下の光しか透過しない視野角範囲であり、「９０％〜」とした領域は、１０％以下の光しか透過しない視野角範囲であり、「８０％〜」とした太線で囲まれる領域は、２０％以下の光が透過する視野角範囲であり、「７０％〜」とした破線で囲まれる領域は、３０％以下の光が透過する視野角範囲である。
【００１７】
したがって、この液晶パネルでは、図１３に示した出射面３４側から見て、図１２の矢印３５で示すように上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束３７については、十分な光シャッター性能を発揮し、コントラストが高くなるものの、図１２の矢印３６で示すように下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束３８については、光シャッター性能が劣り、コントラストが低くなる。
【００１８】
そして、スクリーン上のコントラストは、液晶ライトバルブ３０に入射する各光束のコントラストの相加平均値となるので、上述した従来の投射型表示装置では、スクリーン上のコントラストを、ある一定値以上にすることができない。
【００１９】
この問題を解決するために、特許文献１（特開平６−２２２２１３号公報）には、光学異方性を有する光学フィルムを用いることが示されている。
【００２０】
また、この出願の基礎となる出願の出願日の後に公知となった特許文献２（特開２００２−１５６７０３公報）には、投射型表示装置において、液晶ライトバルブの光学特性に基づく特定の角度成分の光を選択的に遮光する手段を設けることが示されている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平６−２２２２１３号公報。
【特許文献２】
特開２００２−１５６７０３公報。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるような光学異方性を有する光学フィルムは、製造方法が複雑で、高価になるとともに、強力な光が照射されると光学異方性が変化してしまう問題がある。
【００２３】
そこで、この発明は、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを備え、かつ、照明光学系から分解光学系を介して液晶ライトバルブに至る光路長として、赤、緑、青のいずれか１色の色光の光路長が他の２色の色光の光路長より長い投射型表示装置において、長期に渡って高コントラストを維持できるとともに、簡単に低コストで製造できるようにしたものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の1色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２５】
第２の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２６】
第３の発明の投射型表示装置は、
白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の1色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる第１の光学フィルタが配置され、かつ、
上記２つの位置のうちの、他方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第２の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる第２の光学フィルタが配置されたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態：図１および図２〕
図１は、この発明の投射型表示装置の第１の実施形態を示す。
【００２８】
この実施形態の投射型表示装置１００は、後述のように光学フィルタ１７を配置する点を除いて、図１１に示した投射型表示装置９０と同じで、照明ユニット１０では、白色光源１１からの無偏光の白色光が、一部は直接、残部はリフレクタ１２で反射して、光束１として、対向する一対のマルチレンズアレイ１３および１４を透過することによって、光束中心１ａに垂直な平面上の一定領域内で均一な強度分布を有する光束に変換される。さらに、その光束は、偏光変換素子１５によって無偏光の光が直線偏光の光に変換され、コンデンサレンズ１６を介して照明ユニット１０から出射する。
【００２９】
照明ユニット１０から出射した光束２は、ダイクロイックミラー２１により、赤の色光３Ｒと緑および青の色光３ＧＢとに分離され、赤色光３Ｒが、ミラー２２で反射して、コンデンサレンズ２８Ｒを介して、赤用の液晶ライトバルブ３０Ｒに入射する。
【００３０】
また、緑および青の色光３ＧＢは、ダイクロイックミラー２３により、緑の色光３Ｇと青の色光３Ｂとに分離され、緑色光３Ｇが、コンデンサレンズ２８Ｇを介して、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに入射し、青色光３Ｂが、リレーレンズ２４、ミラー２５、リレーレンズ２６、ミラー２７およびコンデンサレンズ２８Ｂを介して、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する。
【００３１】
分離された赤、緑、青の色光３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは、それぞれ液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂによって変調されて、赤、緑、青の画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに変換され、その画像光４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが、ダイクロイックプリズム４０によって合成され、その合成後の画像光５が、投射レンズ５０によってスクリーン１１０上に拡大投影される。
【００３２】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルは、図１４の視野角特性のように、上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣るものである。
【００３３】
この実施形態では、照明ユニット１０の光出射口の下部位置に、光学フィルタ１７として、図２の分光特性７Ｂで示すように、不等長の青の波長域λｂを遮断し、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを透過させるフィルタを配置する。ただし、青の波長域λｂを遮断するフィルタの代わりに、青の波長域λｂの一部を減衰させるフィルタでもよい。
【００３４】
図２は、図１の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したもので、レンズ２９は、図１のリレーレンズ２４および２６に相当する。ちなみに、レンズ２９（リレーレンズ２４および２６）は、液晶ライトバルブ３０Ｂが照明ユニット１０により照明される範囲が、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇが照明ユニット１０により照明される範囲とほぼ同一となるように、照明ユニット１０からの光を導光する。
【００３５】
図２に示すように、図１の投射型表示装置１００では、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ上から下に突き抜ける光束３Ｒｄ，３Ｇｄとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射するとともに、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ下から上に突き抜ける光束３Ｒｕ，３Ｇｕとして入射し、光学フィルタ１７が存在しなければ、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射する。
【００３６】
しかし、照明ユニット１０の光出射口の下部位置には、青の波長域λｂのみを遮断する光学フィルタ１７が配置される。
【００３７】
そのため、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の青色光成分が遮断されて、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに青の色光３Ｂが、コントラストの低下を招く上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射するのが阻止される。
【００３８】
照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の青色光成分は、光学フィルタ１７によって遮断されないので、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂに青の色光３Ｂが、コントラストが高くなる下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射する。
【００３９】
したがって、液晶ライトバルブ３０Ｂに入射する各光束のコントラストの相加平均値としての、スクリーン上の青のコントラストが向上する。この場合、液晶ライトバルブ３０Ｂへの入射光量が減少するが、その減少分は最小限に抑えることができる。
【００４０】
照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の赤色光成分および緑色光成分は、光学フィルタ１７によって影響を受けず、スクリーン上の赤および緑のコントラストは変化しない。
【００４１】
光学フィルタ１７は、透明基板上に低屈折率材料層と高屈折率材料層とを交互に多層に渡って形成することによって作製することができ、簡単に低コストで製造することができる。しかも、その材料としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの光に対して安定な無機材料を用いることができ、光学フィルタ１７に強力な光が長時間照射されても、光学フィルタ１７の分光特性は変化しない。
【００４２】
したがって、この実施形態によれば、長期に渡って高コントラストを維持することができるとともに、投射型表示装置１００を簡単に低コストで製造することができる。
【００４３】
〔第２の実施形態：図３および図４〕
図３は、この発明の投射型表示装置の第２の実施形態を示す。
【００４４】
この実施形態の投射型表示装置１００は、図１の光学フィルタ１７に代えて光学フィルタ１８を配置する点を除いて、図１の投射型表示装置１００と同じである。
【００４５】
この実施形態では、照明ユニット１０の光出射口の上部位置に、光学フィルタ１８として、図４の分光特性８Ｇで示すように、緑の波長域λｇを遮断し、青の波長域λｂおよび赤の波長域λｒを透過させるフィルタ、または、同図の分光特性８Ｒで示すように、赤の波長域λｒを遮断し、青の波長域λｂおよび緑の波長域λｇを透過させるフィルタを配置する。ただし、分光特性８Ｇのように緑の波長域λｇを遮断するフィルタの代わりに、緑の波長域λｇの一部を減衰させるフィルタでもよい。また、分光特性８Ｒのように赤の波長域λｒを遮断するフィルタの代わりに、赤の波長域λｒの一部を減衰させるフィルタでもよい。
【００４６】
図４は、図２と同様に、図３の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したものである。
【００４７】
図４に示すように、図３の投射型表示装置１００では、照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射した光束は、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ下から上に突き抜ける光束３Ｒｕ，３Ｇｕとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、上から下に突き抜ける光束３Ｂｄとして入射するとともに、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射した光束は、光学フィルタ１８が存在しなければ、赤用、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇには、それぞれ上から下に突き抜ける光束３Ｒｄ，３Ｇｄとして入射し、青用の液晶ライトバルブ３０Ｂには、上下関係が逆転して、下から上に突き抜ける光束３Ｂｕとして入射する。
【００４８】
しかし、照明ユニット１０の光出射口の上部位置には、緑の波長域λｇまたは赤の波長域λｒのみを遮断する光学フィルタ１８が配置される。
【００４９】
したがって、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇのみを遮断するフィルタが配置された場合には、照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の緑色光成分が遮断されて、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに緑の色光３Ｇが、コントラストの低下を招く上から下に突き抜ける光束３Ｇｄとして入射するのが阻止される。
【００５０】
照明ユニット１０の光出射口の下部位置から出射する光束中の緑色光成分は、光学フィルタ１８によって遮断されないので、緑用の液晶ライトバルブ３０Ｇに緑の色光３Ｇが、コントラストが高くなる下から上に突き抜ける光束３Ｇｕとして入射する。
【００５１】
したがって、液晶ライトバルブ３０Ｇに入射する各光束のコントラストの相加平均値としての、スクリーン上の緑のコントラストが向上する。この場合も、液晶ライトバルブ３０Ｇへの入射光量の減少分は最小限に抑えることができる。
【００５２】
照明ユニット１０の光出射口の上部位置から出射する光束中の青色光成分および赤色光成分は、光学フィルタ１８によって影響を受けず、スクリーン上の青および赤のコントラストは変化しない。
【００５３】
光学フィルタ１８として、赤の波長域λｒのみを遮断するフィルタが配置された場合には、上記と同様に、スクリーン上の赤のコントラストが向上する。
【００５４】
さらに、この実施形態の別の例として、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを減衰または遮断し、青の波長域λｂを透過させるフィルタを配置してもよい。この場合には、上述したところから明らかなように、スクリーン上の緑および赤のコントラストが向上する。しかも、照明ユニット１０の光出射口の上部一箇所に配置された光学フィルタ１８が緑色光および赤色光に作用するので、２色用に一つの光学フィルタでよく、部品点数を削減することができる。
【００５５】
〔第３の実施形態：図５〜図８〕
図５は、この発明の投射型表示装置の第３の実施形態を示す。
【００５６】
この実施形態では、図１の実施形態と図３の実施形態を組み合わせて、照明ユニット１０の光出射口の下部位置に光学フィルタ１７を配置し、上部位置に光学フィルタ１８を配置する。
【００５７】
一例として、光学フィルタ１７としては、図６の分光特性７Ｂで示すように青の波長域λｂのみを遮断するフィルタを配置し、光学フィルタ１８としては、同図の分光特性８Ｇまたは８Ｒで示すように緑の波長域λｇまたは赤の波長域λｒのみを遮断するフィルタを配置する。
【００５８】
また、別の例として、光学フィルタ１７としては、図７の分光特性７Ｂで示すように青の波長域λｂのみを遮断するフィルタを配置し、光学フィルタ１８としては、同図の分光特性８ＧＲで示すように緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを遮断するフィルタを配置する。
【００５９】
図８は、図２および図４と同様に、図５の投射型表示装置１００において照明ユニット１０からの光束が液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射する様子を、分解光学系を省略して原理的に示したものである。
【００６０】
この実施形態では、図１の実施形態と同様に、スクリーン上の青のコントラストが向上するとともに、図３の実施形態と同様に、光学フィルタ１８の分光特性に応じて、スクリーン上の緑または赤あるいは緑および赤のコントラストが向上する。
【００６１】
特に、光学フィルタ１８として、緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを減衰または遮断するフィルタを配置する場合には、青、緑および赤の全てにつき、スクリーン上のコントラストが向上する。しかも、この場合、３色用に２つの光学フィルタでよく、部品点数を削減することができる。
【００６２】
〔他の実施形態〕
光学フィルタ１７または１８は、照明ユニット１０の光出射口に配置する代わりに、照明ユニット１０内のコンデンサレンズ１６の光出射面に上述した多層膜を形成して配置し、あるいは、マルチレンズアレイ１３の光入射側、マルチレンズアレイ１３とマルチレンズアレイ１４との間、マルチレンズアレイ１４と偏光変換素子１５との間、または偏光変換素子１５とコンデンサレンズ１６との間などに配置してもよい。
【００６３】
また、図５の実施形態のように光学フィルタ１７および１８を配置する場合、その一方は照明ユニット１０の光出射口に配置し、他方はマルチレンズアレイ１３の光入射側に配置するなど、光学フィルタ１７および１８を、光束中心１ａを挟んで斜め方向に対向するように配置してもよい。
【００６４】
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルが、上述した実施形態とは逆に、下方から上方に見上げたときの、液晶パネルを上から下に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、上方から下方に見下ろしたときの、液晶パネルを下から上に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣る視野角特性を有する場合には、上述した実施形態とは逆に、光学フィルタ１７は、照明ユニット１０の光出射口の上部位置など、光束中心１ａの上方位置に配置し、光学フィルタ１８は、照明ユニット１０の光出射口の下部位置など、光束中心１ａの下方位置に配置する。
【００６５】
また、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成する液晶パネルが、パネル出射面側から見て、左方から右方に見たときの、液晶パネルを右から左に突き抜ける光束については、十分な光シャッター性能を発揮し、パネル出射面側から見て、右方から左方に見たときの、液晶パネルを左から右に突き抜ける光束については、光シャッター性能が劣る視野角特性を有する場合、または、その逆の視野角特性を有する場合には、光学フィルタ１７は、パネル出射面側から見て、光束中心１ａの左方位置または右方位置に配置し、光学フィルタ１８は、パネル出射面側から見て、逆に光束中心１ａの右方方置または左方位置に配置する。
【００６６】
図示した実施形態は、青を不等長とする場合であるが、緑を不等長とし、または赤を不等長としてもよい。
【００６７】
さらに、上述した実施形態は、図９に示すように、投射型表示装置１００とスクリーン１１０が別体に構成される前面投射型表示装置の場合であるが、図１０に投射型表示装置１００として示すように、図９の投射型表示装置１００に相当する表示装置本体１０２、反射ミラー１０３およびスクリーン１０４がキャビネット１０１内に配置される背面投射型表示装置にも、この発明を適用することができる。
【００６８】
〔発明の検証〕
図１、図３、図５に示した投射型表示装置１００で光学フィルタ１７および１８を配置しない場合を比較例とし、光学フィルタ１７または１８を配置した各実施形態の各例を実施例として、スクリーン上のコントラストを測定し、この発明の効果を検証した。
【００６９】
コントラストについては、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに信号を入力して、スクリーン上に全白状態および全黒状態を投影し、スクリーンの中心位置での、全白のときの輝度Ｙｗおよび全黒のときの輝度Ｙｋを、輝度計によって測定して、コントラスト比（Ｙｗ：Ｙｋ）を求め、コントラスト値（Ｙｗ／Ｙｋ）を算出した。コントラスト値が大きいほど、コントラストが高く、画質が良いと判断する。
【００７０】
＜比較例＞
比較例では、コントラスト値は４００であった。
【００７１】
＜実施例１＞
実施例１は、図１の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は４５０であった。
【００７２】
＜実施例２＞
実施例２は、図３の実施形態において、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は５００であった。
【００７３】
＜実施例３＞
実施例３は、図３の実施形態において、光学フィルタ１８が赤の波長域λｒのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は４７０であった。
【００７４】
＜実施例４＞
実施例４は、図５の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断し、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇのみを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は５５０であった。
【００７５】
＜実施例５＞
実施例５は、図５の実施形態において、光学フィルタ１７が青の波長域λｂのみを遮断し、光学フィルタ１８が緑の波長域λｇおよび赤の波長域λｒを遮断する場合で、この場合、コントラスト値は６００であった。
【００７６】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを備え、かつ、照明光学系から分解光学系を介して液晶ライトバルブに至る光路長として、赤、緑、青のいずれか１色の色光の光路長が他の２色の色光の光路長より長い投射型表示装置において、長期に渡って高コントラストを維持することができるとともに、投射型表示装置を簡単に低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投射型表示装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図３】この発明の投射型表示装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】図３の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図５】この発明の投射型表示装置の第３の実施形態を示す図である。
【図６】図５の実施形態の光学フィルタの第１の例を示す図である。
【図７】図５の実施形態の光学フィルタの第２の例を示す図である。
【図８】図５の実施形態の作用の説明に供する図である。
【図９】前面投射型の投射型表示装置の例を示す図である。
【図１０】背面投射型の投射型表示装置の例を示す図である。
【図１１】従来の投射型表示装置の一例を示す図である。
【図１２】図１１の投射型表示装置の作用の説明に供する図である。
【図１３】視野角を定義するための図である。
【図１４】液晶パネルの視野角特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
Claims (11)
- 白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の 1 色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる光学フィルタが配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 白色光源からの白色光を、その強度分布が均一化された光束として出射する照明光学系と、その出射された白色光の光束を、赤、緑および青の色光に分離する分離光学系と、その分離された各色の色光が入射する各色用の液晶ライトバルブと、その各色用の液晶ライトバルブから出射した各色の画像光を合成する合成光学系と、その合成された画像光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、上記照明光学系から上記分離光学系を介して所定の１色用の液晶ライトバルブに至る第１の光路が他の２色用の液晶ライトバルブに至る第２の光路より長く構成された投射型表示装置において、
上記照明光学系内の光路上、または上記照明光学系と上記分離光学系との間の光路上における、上記白色光の光束の中心を挟んで対向する２つの位置のうちの、一方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記所定の 1 色用の液晶ライトバルブを、その全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第１の位置に、上記所定の１色の波長域の光を減衰または遮断させ、上記他の２色の波長域の光を透過させる第１の光学フィルタが配置され、かつ、
上記２つの位置のうちの、他方の位置である、当該位置を通過した光が上記分離光学系を介して上記他の２色用の液晶ライトバルブを、それぞれの全黒状態での光遮断率が相対的に低くなる視野角範囲の方向に突き抜ける第２の位置に、上記他の２色の波長域のうちの一部または全部の波長域の光を減衰または遮断させ、上記所定の１色の波長域の光を透過させる第２の光学フィルタが配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項１，２または３の投射型表示装置において、
上記所定の１色は青であることを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項１，２または３の投射型表示装置において、
上記第１の光路上に、上記所定の１色の色光が上記所定の１色用の液晶ライトバルブを照明する範囲が、上記他の２色の色光が上記他の２色用の液晶ライトバルブを照明する範囲とほぼ同一となるように、上記所定の１色の色光を上記所定の１色用の液晶ライトバルブに導光するリレー光学系が配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項１または２の投射型表示装置において、
上記照明光学系は、上記白色光源からの白色光を反射させ、ほぼ平行な光として出力するリフレクタと、このリフレクタからのほぼ平行な光を、その強度分布が均一化された光束として出射する一対のマルチレンズアレイとを有することを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項６の投射型表示装置において、
上記光学フィルタは、上記一対のマルチレンズアレイの光束出射側に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項６の投射型表示装置において、
上記光学フィルタは、上記一対のマルチレンズアレイの間に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項３の投射型表示装置において、
上記照明光学系は、上記白色光源からの白色光を反射させ、ほぼ平行な光として出力するリフレクタと、このリフレクタからのほぼ平行な光を、その強度分布が均一化された光束として出射する一対のマルチレンズアレイとを有することを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項９の投射型表示装置において、
上記第１および第２の光学フィルタは、上記一対のマルチレンズアレイの光束出射側に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項９の投射型表示装置において、
上記第１および第２の光学フィルタは、上記一対のマルチレンズアレイの間に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
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