JP4125631B2 - 投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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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