JP4125631B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照射された光を入力された画像信号に応じて光変調し変調された光を投写面上に投写する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投写型表示装置として、画像信号が表示される液晶パネルを用いてカラー画像を投写スクリーンに投写す表示装置がある。図３は従来例の投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【０００３】
図３に示すように、投写型表示装置においては、光源１から出射された光束はリフレクタ２で反射され、インテグレータ３１，３２およびコンデンサレンズ５により均一な光束になる。また、光はコンデンサレンズ５に入射する前に、偏光変換素子 により偏光分離と偏光変換が行われＳ偏光の光束となっている。白の光束をダイクロイックミラー６１で赤色光（Ｒ）が分離され、さらにダイクロイックミラー６２で緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）が分離される。
【０００４】
各色光のうち、赤色光（Ｒ）は反射ミラー７１とコンデンサレンズ９Ｒとで赤色液晶パネル１１Ｒに向けて入射する。緑色光（Ｇ）はコンデンサレンズ９Ｇで緑色液晶パネル１１Ｇに向けて入射する。青色光（Ｂ）はリレーレンズ８１，８２と反射ミラー７２，７３と構成されたリレー光学系を経て、青色液晶パネル１１Ｂに向けて入射する。各色光は各色液晶パネルにより光変調をうけ、変調された各色光はクロスダイクロイックプリズム１３で色合成される。
【０００５】
図４は図３の投写型表示装置の色合成部の詳細を拡大図である。各色液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの入射側には入射側偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが配置され、これらの偏光板は各色液晶パネルに入射する偏光の偏光面を揃えるためのものである。また、各色液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの出側にも出射側偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが配置され、これらの偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは各色液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで変調された偏光の偏光面を揃えるためのものである。
【０００６】
なお、入射側偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと出射側偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの透過軸は直交するように（クロスニコルに）設定され、出射側偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの透過軸に等しい方向の光のみを透過させ、それ以外の偏光方向を持つ光は出射側偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂで吸収される。クロスダイクロイックプリズム１３では３つの変調された光が合成され、投写レンズ１４で投写スクリーン上に結像される。
【０００７】
図５は他の従来例の模式的平面図である。この液晶表示装置は、赤色光、緑色光、青色光の３色の光を各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射し、各々で得た画像光をダイクロイックプリズム１３を介して反射または透過させ、投写レンズ１４からスクリーン（図示せず）へ写し出す透過型液晶プロジェクターから成る点で第１の従来例と同様であるが、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの入射側にのみ入射側偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが配置され、出射側偏光板１２ａがダイクロイックプリズム１３に接着されている点で相違する。この液晶表示装置では、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂがダイクロイックプリズム１３の各面に可視光硬化型の接着剤１００によって直接接着されている。
【０００８】
液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂをダイクロイックプリズム１３の各面に接着するには、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに可視光硬化型接着剤１００を塗布し、ダイクロイックプリズム１３の各面に位置合わせしながら貼り付ける。その後、可視光硬化型接着剤１００に所定波長の可視光を照射することで硬化させ、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂをダイクロイックプリズム１３の各面に固着する。
【０００９】
この可視光硬化型接着剤１００に可視光を照射して硬化させる際、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにも可視光が照射され、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ内のＴＦＴ等の駆動素子へも可視光が照射される場合がある。しかし、可視光であることから、照射されてもＴＦＴ等の駆動素子の特性（しきい値電圧等）を変動させずに硬化できることになる。
【００１０】
この液晶表示装置では、赤色光Ｒの入射によって液晶パネル１１Ｒで生成された赤色の画像光がダイクロイックプリズム１３で直角に反射し、出射側偏光板１２ａを介して投写レンズ１４側へ進む。また、緑色光の入射によって液晶パネル１１Ｇで生成された緑色の画像光はダイクロイックプリズム１３を透過し、出射側偏光板１２ａを介して投射レンズ１４側へ進む。また、青色光の入射によって液晶パネル１１Ｂで生成された青色の画像光はダイクロイックプリズム１３で直角に反射し、出射側偏光板１２ａを介して投写レンズ１４側へ進む。
【００１１】
このような光路において、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ、可視光硬化型接着剤１００およびダイクロイックプリズム１３との各間の屈折率変化が少ないことから、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで生成された各色の画像光は反射なく進むことができる。また、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ、可視光硬化型接着剤１００およびダイクロイックプリズム１３との各間の屈折率変化を少なくできることからダイクロイックプリズム１３の各面での光の反射を少なくでき、反射防止膜を形成する必要がなくなる。
【００１２】
この従来例では、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂがダイクロイックプリズム１３に接着されているため、各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂで発生した熱をダイクロイックプリズム１３へ効率良く伝えることができ、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの温度上昇を抑制でき、また、投射レンズ１４の焦点深度の範囲内であるダイクロイックプリズム１３の画像光入射面に液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが接着されていることから、この部分へのゴミの付着がなく、画像への悪影響を防止できる（例えば特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０―２８２４８３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例の投写型表示装置では、その表示の明るさを高めるために光の強度を高くすることが望ましい。ところが、偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに入射した光のうち透過軸と異なる方向の偏光光は遮断されることになり、この遮断された光は偏光板に吸収されて熱となる。この発熱により偏光板はもとより、偏光板の近くに備えられている液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの温度も上昇してしまう。この温度上昇に伴って、液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの光学特性等が低下してしまうので、投写された画像のコントラストが悪化してしまうと言う問題があった。
【００１５】
そのため、クロスダイクロイックプリズム１３、３つの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ、これら液晶パネルを挟むように配置された６つの偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって構成されている色合成部の冷却は、それぞれの部材が十分に冷却できるようにする必要があった。発熱量が多い偏光板や熱による特性悪化が著しい液晶パネルを十分に冷却するためには、風量を多くする必要がある。ところが、従来の部品配置のままで風量を多くすると、騒音の増加が避けられない。
【００１６】
一方、投写型表示装置のホームユースのニーズが高まり、投写型表示装置の小型化、静音化が求められている。従って、冷却用の風量を低減し静音化を行うのが望ましいが、風量の低下は偏光板や液晶パネルへの冷却不足を引き起こしてしまい問題であった。また、通常の投写型表示装置にはＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光を合成するために、３つの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂがあり、それぞれの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの出射側にそれぞれ偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが配置されるので部品の点数が多くこれも問題であった。
【００１７】
また、他の従来例の投写型表示装置でも、クロスダイクロイックプリズム１３の出射側に偏光板１２ａが１枚しか配置されていないので、もともと上記の３枚の偏光板１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに吸収された光が、偏光板１２ａ１枚に全て吸収されてしまう。従って、偏光板１２ａの熱負荷がかなり上がり、これによる劣化も速くなってしまうので、偏光板１２ａの装置寿命が律速となってしまう問題がある。さらに静かな冷却構成は望めないという問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、従来技術における上述の課題を解決し、偏光板や液晶パネルに対して充分な冷却を行い、液晶パネルの温度上昇を抑え、また、色合成部の部品点数を低減する投写型表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、照射された光を入力された画像信号に応じて光変調し、変調された光を色合成手段により合成して投写面上に投写する投写型表示装置において、前記色合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用い、このクロスダイクロイックプリズムの光出射面側に偏光方向が一致しない光を吸収する３枚の偏光板を配置し、クロスダイクロイックプリズムに最も近い偏光板の吸収軸の透過率を６７％、次に近い偏光板の吸収軸の透過率を５０％、最も遠い偏光板の吸収軸の透過率を０％とすることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、投写型表示装置が、光源と、この光源から出射された白色光束を３原色の光束に分離する色分離手段と、これら分離された各色の光束を画像信号に応じて変調する光変調手段と、これら変調された光を合成する色合成手段と、この色合成された光を投写面上に投写する投写手段とを有することができ、また、光変調手段として、画像信号が表示される液晶パネルを用いることが出来る。
【００２１】
さらに、本発明において、３枚の偏光板は、クロスダイクロイックプリズムまたは基板ガラスの一面に取り付けられることができ、また、３枚の偏光板のうちクロスダイクロイックプリズムに最も近い方の１枚はクロスダイクロイックプリズムの出射面に取り付けられことができ、さらに、３枚の偏光板のうち２枚は基板ガラスの両面に取り付けられることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の１つの実施形態としての投写型表示装置を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態としての投写型表示装置は、光源１と、リフレクタ２と、インテグレータ３１，３２と、偏光変換素子４と、コンデンサレンズ５と、赤反射の色分離ダイクロイックミラー６１と、緑反射の色分離ダイクロイックミラー６２と、全反射ミラー７１，７２，７３と、リレーレンズ８１，８２と、コンデンサレンズ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと、液晶パネル入射側偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、赤用液晶パネル１１Ｒと、緑用液晶パネル１１Ｇと、青用液晶パネル１１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１３と、クロスダイクロイックプリズム出射側偏光板１２０、１２１，１２２と、投写レンズ１４とを有している。
【００２４】
光源１から放射された白色光束はリフレクタ２で反射され、ほぼ平行な光束となって出射する。このほぼ平行な光束はインテグレータ３１，３２と偏光変換素子４とを経て、Ｓ偏光に統一された光束となる。次に、このＳ偏光の光束は、赤反射の色分離ダイクロイックミラー６１および緑反射の色分離ダイクロイックミラー６２とで、赤色光、緑色光および青色光に分離される。
【００２５】
赤色光は、反射ミラー７１とコンデンサレンズ９Ｒと偏光板１０Ｒとを経て赤用液晶パネル１１Ｒに入射する。一方、緑色光は、コンデンサレンズ９Ｇと偏光板１０Ｇとを経て緑用液晶パネル１１Ｇに入射する。最後に、青色光はリレーレンズ８１と反射ミラー７２とリレーレンズ８１と反射ミラー７３とコンデンサレンズ９Ｂと偏光板１０Ｂとを経て青用液晶パネル１１Ｂに入射する。ここで、偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの透過軸はＳ偏光と同方向に設定されている。
【００２６】
赤用液晶パネル１１Ｒでは、赤色光に対応する画像情報が入力され、この画像情報に応じて変調され、変調された光束がＰ偏光となって赤色情報を持つ光学像が形成される。同様に、緑用液晶パネル１１Ｇには、緑色光に対応する画像情報が入力され、この画像情報に応じて変調され、変調された光束がＰ偏光となって緑色情報を持つ光学像が形成され、青用液晶パネル１１Ｂにおいても同様にＰ偏光の青色情報を持つ光学像が形成される。
【００２７】
これらの赤液晶パネル１１Ｒと緑用液晶パネル１１Ｇと青用液晶パネル１１Ｂで形成された光学像がクロスダイクロイックプリズム１３で色合成される。色合成された光束は、クロスダイクロイックプリズム出射側に備えられた偏光板１２０，１２１，１２２を経て投写レンズ１４に入射する。ここで、クロスダイクロイックプリズムの出射側に配置された偏光板の透過軸は、Ｓ偏光と直交の方向に設定されている。投写レンズ１４で合成された光学像を拡大してスクリーンに投写する。
【００２８】
図２は図１のクロスダイクロイックプリズム１３の周辺を拡大した図である。各色液晶パネルの入射側にそれぞれ配置された３つの偏光板１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが配置されている。これら偏光板１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂでは入射光束を各液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの透過軸方向に一致させるように偏光方向を合わせる働きをしている。偏光方向が一致しなかった光束は偏光板に吸収され熱となる。一方、偏光板を透過したＳ偏光光は、それぞれの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射する。３つの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射した各色光は、画像信号によって変調されて各色光の画像を形成する。３つの液晶パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出された各色光は、液晶パネルによってＰ偏光となり、クロスダイクロイックプリズム１３に入射する。
このダイクロイックプリズム１３では、赤色光と青色光を反射し、緑色光は透過する。この結果、３つの色光が合成される。クロスダイクロイックプリズム１３で合成された合成光はこのプリズム１３の射出面側に配置された偏光板１２０〜１２２に入射する。ここで、クロスダイクロイックプリズム１３からの出射される光の光量は、クロスダイクロイックプリズム１３に入射する３つの光の光量の総和となるので、入射側よりも出射側の光量は多くなる。よって、出射側に配置する偏光板は発熱の観点から複数枚にするのが望ましい。
【００２９】
従って、図２に示すように偏光板を３枚（偏光板１２０，１２１，１２２）としている。この場合は、設置空間を無駄にしないために偏光板の１枚（１２０）をクロスダイクロイックプリズム１３の射出面に貼り付け、他の２枚偏光板１２１，１２２を同じ基板ガラス１５の両面に貼り付ければ良い。さらにこの場合、クロスダイクロイックプリズム１３に近い側にある２つの偏光板１２０，１２１として、偏光度が低い（透過率が高い）ものを採用することが望ましい。
【００３０】
このようにすれば、全ての偏光板１２０〜 １２２が偏光度が高い（透過率が低い）ものを使用する場合より、光の損失が少ない。また、クロスダイクロイックプリズムの出射側に３つの偏光板１２０，１２１，１２２を備えることにより偏光板１枚当たりの熱吸収を低減でき、偏光板１枚当たりの放熱が容易になる。よって、偏光板への冷却が適切に行うことができ、偏光板の寿命を延ばすことができる。
【００３１】
例えば、投写画面を全黒表示する場合、すなわち全ての光束がクロスダイクロイックプリズム１３の出射側に配置された３枚の偏光板１２０，１２１，１２２に吸収される時、クロスダイクロイックプリズム１３に一番近い偏光板１２０の吸収軸の透過率を６７％、偏光板１２１の吸収軸の透過率を５０％、偏光板１２２の吸収軸透過率を０％とすると、総光量の１／３づつが偏光板１２０、偏光板１２１、偏光板１２２に等分に吸収される。このように各偏光板の吸収軸の透過率を調整することにより、３つの偏光板１２０，１２１，１２２がそれぞれに吸収する熱量を等しくできる。
【００３２】
このことは、３枚の偏光板１２０〜 １２２の冷却を一括してすることができ、一括冷却で３つの偏光板１２０〜１２２の劣化を等しくすることが可能になることを意味している。よって、適切な一括冷却により３つの偏光板１２０〜１２２の寿命を一致させることが可能で、これは信頼性という観点で考えると工業上重要かつ有意義な意味を持つ。
【００３３】
他方、従来の技術のように、各液晶パネルの出射側に１枚しか配置されていない場合、上記と同様に全黒表示し、赤色，緑色，青色の３つの色光の光量比率は一般的に２：７：１であるので、赤色光路用の偏光板１２Ｒでは総光量の２０％、緑色光路用の偏光板１２Ｇでは総光量の７０％、青色光路用の偏光板１２Ｂでは総光量の１０％程を吸収することになる。ここで、明らかなように緑色光路用の偏光板１２Ｇの熱負荷は、赤色と青色光路用の偏光板１２Ｒ，１２Ｂよりも大きい。したがって、緑色光路用の偏光板の劣化が最も早く、これが装置寿命の律速となる。さらに、各色光路に同じ冷却を行うような簡単な冷却構成は望めない。
【００３４】
本発明では、先に述べたように、各色光の偏光板の光吸収率を等しくでき、これは従来の緑色用偏光板における光吸収率の半分以下の吸収率であるので、偏光板の寿命を約２倍に伸ばすことが可能になった。さらに、従来は緑色の偏光板を十分に冷却するために、冷却用の風量は０．５ｍ³／ｍｉｍ以上必要であったが、本発明の実施形態では０．３ｍ³／ｍｉｎあれば十分であった。そのため冷却用ファンの能力を落とすことができ、これによって騒音レベルを約３ｄＢ（Ａ）も低下させることに成功した。
【００３５】
加えて、液晶パネルで変調された画像を投写スクリーン上にフォーカスさせる場合、液晶パネルとクロスダイクロイックプリズム１３の出射側に配置された偏光板との距離が長くなるため（偏光板に対してはデフォーカスになる）、この偏光板上のゴミ及び傷などを投写スクリーンに結像されることを抑制できる利点もある。また、液晶パネルと射出側偏光板との間において反射した光が迷光となる場合がある。この迷光は、コントラスト低下、投写画面外への迷光の投写、ボケなどの投写画像の劣化原因となる。よって、偏光板をクロスダイクロイックプリズム１３の出射側に配置したことにより、少なくともこのような液晶パネルと偏光板との間での反射がなくなり、投写画像の劣化要因を排除できるので質の高い投写表示装置を提供できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投写型表示装置によれば、発熱量の多い偏光板に充分な冷却を行うことにより液晶パネルの温度上昇を抑制でき、さらに、色合成部の周りの部品点数を削減し、投写型表示装置の低騒音化を可能にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における投写型表示装置の構成を示す概略平面図。
【図２】図１の投写表示装置のクロスダイクロイックプリズム及びその周辺の部分の拡大図。
【図３】従来例の投写型表示装置の光学系の概略平面図。
【図４】図３の投写型表示装置のクロスダイクロイックプリズム及びその周辺の部分の拡大図。
【図５】他の従来例の投写型表示装置のクロスダイクロイックプリズム及びその周辺の部分の概略平面図。
【符号の説明】
１ 光源
２ ランプのリフレクタ
３１，３２ インテグレータ
４ 偏光変換素子
５ コンデンサレンズ
６１，６２ ダイクロイックミラー
７１，７２，７３ 反射ミラー
８１，８２ リレーレンズ
９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ コンデンサレンズ
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ 偏光板
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ 液晶パネル
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ，１２０，１２１，１２２ 偏光板
１３ クロスダイクロイックプリズム
１４ 投写レンズ
１５ 基板ガラス
１００ 接着剤

Claims (5)

1. 光源と、
   この光源から出射された白色光束を３原色の光束に分離する色分離手段と、
   これら分離された各色の光束を画像信号に応じて変調する光変調手段と、
   これら変調された光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
   この色合成された光を投写面上に投写する投写手段と
   を有する投写型表示装置において、
   前記クロスダイクロイックプリズムの光出射面側に偏光方向が一致しない前記光を吸収する３枚の偏光板が配置され、
   前記クロスダイクロイックプリズムに最も近い偏光板の吸収軸の透過率を６７％、次に近い偏光板の吸収軸の透過率を５０％、最も遠い偏光板の吸収軸の透過率を０％とすることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記光変調手段として、画像信号が表示される液晶パネルを用いた請求項１記載の投写型表示装置。
3. 前記３枚の偏光板は、前記クロスダイクロイックプリズムまたは基板ガラスの一面に取り付けられる請求項１または２記載の投写型表示装置。
4. 前記３枚の偏光板のうち前記クロスダイクロイックプリズムに最も近い偏光板は前記クロスダイクロイックプリズムの出射面に取り付けられた請求項３記載の投写型表示装置。
5. 前記３枚の偏光板のうち２枚は前記基板ガラスの両面に取り付けられた請求項３記載の投写型表示装置。

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