JP4281181B2

JP4281181B2 - 液晶プロジェクター

Info

Publication number: JP4281181B2
Application number: JP32291999A
Authority: JP
Inventors: 聡宮坂; 芳男鈴木; 義樹城地; 敬一仁藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP2001142091A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型映像画面を得るための映像信号に応じて光を変調する液晶パネルを使用した液晶プロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、大型映像画面を得るための、映像信号に応じて光を変調する液晶パネルを使用した液晶プロジェクターが提案されている。
【０００３】
このような液晶パネルにより変調された光をスクリーンに投射する液晶プロジェクターにおいては、従来コントラストの向上を図るために、液晶パネルにおいて、遮光時の光の透過率を小さくすることなどの改善が行われていた。
【０００４】
一方で、ノート型のパーソナルコンピュータ等に用いられる直視型の液晶パネルでは、複数のユーザーが、ある程度の角度を有した位置から同一の画面を見ることが想定される為、例えば４０度以上の広い視野角でのコントラストを考慮した構成を採っている。
【０００５】
その一つの例として、ディスコティック液晶や棒状液晶、その他３次元複屈折をもつ位相差フィルムを用いて上述の直視型液晶パネルの偏光状態の変化を補正して視野角特性の改善を行っている。
【０００６】
また他の例として、超ねじれネマティック（ＳＴＮ）液晶ディスプレイに別の液晶層を設けて視野角補正が行われている。これは、ＳＴＮ液晶の複屈折が大きいことによる単色性能や温度依存に対する問題の解決策である。
【０００７】
ところで、ランプのリフレクタの光軸方向に出射した光を変調するライトバルブとして液晶パネルを使用し、投射光学系でスクリーンに投射する構成の液晶プロジェクターにおいては、コントラストの向上を図る場合に、その液晶パネルの視野角の改善を行う必要はないものとされていた。
【０００８】
しかしながら、斯かる液晶プロジェクターは、以下に述べる原因により入射側偏光板から出射した直線偏光が映像信号を変調する液晶パネルによって乱されて楕円偏光になり、出射側偏光板で漏れが生じ、黒レベルが下がらず、コントラストが低下するということになる。
【０００９】
図６に示す如く、液晶パネルの液晶分子１７には例えば２°〜４°のプレチルト角θがある。これは駆動電圧を印加したときに液晶分子が傾く方向を導く為に、液晶パネル面２２に施された配向処理方向に対して与えられる初期分子配列の角度とされる。このプレチルト角の影響で液晶パネル面２２に角度をもって入射した光２３は偏光が乱れる。これは液晶パネル面２２に斜めに入射した光２３からは、この液晶分子１７が図７に示す如く斜めに見えるためであり、この液晶分子１７の屈折率の異方性により、長軸２４方向成分は位相が遅れ、これにより直線偏光の入射光２３は、液晶分子１７で遅相軸方向成分と進相軸方向成分との間に位相差が生じ、結果として、図８に示す如き楕円偏光２６となる。
【００１０】
上述と同様にして、種々の方向から入射した直線偏光は、偏光状態が液晶分子１７によって変化し、入射方向に応じて図９に示す如くなる。図６は液晶分子１７が１つの場合についてであるが、実際にはこの液晶分子１７は複数個存在し、ツイストマティック液晶の場合は液晶パネルの前面と後面とで略９０度ねじれている。この為この液晶パネルを通過したあとの光の偏光状態は、多数の異なる向きの液晶分子による偏光変化を足し合わせたものとなる。
【００１１】
この結果、液晶パネルに垂直に入射した光は直線偏光が保たれるが、ある角度で斜めに入射した光に関しては、偏光が乱されて、入射光に応じた楕円偏光になる。このため液晶パネルの出射側にある偏光板で楕円偏光による漏れが生じるため、黒レベルが上がり、液晶パネルのコントラスト特性が悪くなる。
【００１２】
実際に液晶プロジェクターの液晶パネルに対する照明光の角度成分は、１０度前後までの光が含まれており、一例として、図５に示す如く照明光には垂直入射する光はほとんど含まれず大部分が角度をもって入射するため、この液晶分子のプレチルト角の影響を受けて、偏光状態が変化してしまう。図５において横軸は入射角成分、縦軸は強度である。
【００１３】
よって液晶プロジェクターにおいて液晶パネルのプレチルト角が及ぼすコントラスト低下に影響を及ぼす問題があることがわかった。
【００１４】
この問題を解決するため、位相差板や位相差フィルムを液晶パネルに対して所定の角度傾けて置くことにより、この液晶パネル内の液晶分子器平均化された作用について補正する方法が特願平１１−２１２１７９号に開示されている。これは液晶パネルの入射側に設置された第１の偏光板と出射側に配置された第２の偏光板との間に位相差板や位相差フィルムなどの位相差補正手段が配置され、その位相差補正手段を第１又は第２の偏光板の偏光軸に平行な軸を回転軸として所定の角度傾斜させることで偏光変化の入射角依存性をもたせ、液晶分子のプレチルトに伴う遅相軸方向と進相軸方向との間に生じた位相差を打ち消すものである。
【００１５】
この方法は、位相差板や位相差フィルムを液晶パネルに対して傾けて、液晶プロジェクターの光学系に配置する必要があるため、その空間を必要とし、更に複雑な角度調整機構が必要となる。
【００１６】
また上述の特願平１１−２１２１７９号には、さらに上述位相差補正手段の傾斜角に対応する２軸方向のリタデーションを有するフィルム状の光学補償手段を利用して、液晶分子のプレチルトに伴う遅相方向と進和方向との間に生じた位相差を打ち消す発明が開示されている。
【００１７】
これにより液晶プロジェクタの光学系に配置するため空間が必要な問題点を解消することができるが、上述光学補償手段は所定の傾斜角を持つ液晶分子に対してのみ最適の補償関係となっている。従って、位相差によるコントラストの平均的レベルの改善には効果があるが、全ての液晶分子に対応して位相差を打ち消すことができない問題があった。
【００１８】
本発明は斯る点に鑑み、比較的簡単な構成で、良好にコントラストの向上を図ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶プロジェクターは、第１及び第２の偏光板間に映像信号に応じて光源の光軸方向に出射した光を変調するツイストネマチック液晶を用いた液晶パネルを設けた液晶プロジェクターにおいて、前記第１の偏光板と前記液晶パネルとの間に前記液晶パネルに対して、前記液晶パネルとは液晶分子のプレチルト方向が同じで、ツイスト方向が同じである補正用液晶パネルを前記光軸を中心に略１８０度回転して配置して設けたものである。
【００２０】
また、本発明液晶プロジェクターは、第１及び第２の偏光板間に映像信号に応じて光源の光軸方向に出射した光を変調する液晶パネルを設けた液晶プロジェクターにおいて、この第１の偏光板とこの液晶パネルと間にこの液晶パネルに対して、この液晶パネルとは配向方向が表裏逆で、ツイスト方向が逆である補正用液晶パネルをこの光軸を中心に配置して設けたものである。
【００２１】
本発明によれば、液晶パネルに対し、この液晶パネルと配向方向が同じである補正用液晶パネルを液晶パネルの入射側プレチルト角とこの補正用液晶パネルの入射側のプレチルト角が互いに逆方向となると共に、この液晶パネルと補正用液晶パネルとの出射側のプレチルト角も互いに逆向きになり、ベレーク補償板の原理に基づく補正関係となり、コントラストを向上することができる。
【００２２】
また本発明によれば、補正用液晶パネルを電圧駆動により液晶分子を最適な補正のできる配列状態にできるようにしているので、直線偏光がこの補正用パネルとこの液晶パネルとを通過したときに、直線偏光を保つことができコントラストを向上することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明液晶プロジェクターの実施の形態の例につき説明しよう。
【００２４】
図１は、本例による液晶プロジェクターの光学系の構成を示す。この図１において、１はメタルハライドランプを示し、このメタルハランドランプ１よりの出射光を第１及び第２のマルチレンズアレイ２及び３と集光レンズ４を介して、赤色及び緑色光Ｒ及びＧを通過し、青色光Ｂを反射する色分離ミラー７に入射する。
【００２５】
この色分離ミラー７で反射した青色光Ｂを集光レンズ６ａ、ミラー５ａ及び集光レンズ６ｂを介して後述する液晶変調装置１０に入射する。
【００２６】
また、この色分離ミラー７を通過した赤色及び緑色光Ｒ及びＧを緑色光Ｇを通過し、赤色光Ｒを反射する色分離ミラー８に入射する。この色分離ミラー８で反射した赤色光Ｒを集光レンズ６ｃを介して後述する液晶変調装置１１に入射する。
【００２７】
この色分離ミラー８を通過した緑色光Ｇをミラー５ｂ、集光レンズ６ｄ、ミラー５ｃ及び集光レンズ６ｅを介して後述する液晶変調装置１２に入射する。
【００２８】
之等液晶変調装置１０，１１及び１２よりの夫々の光を色合成プリズム９に入射して合成し、この合成した光を投影レンズ１３を介してスクリーン（図示せず）に投影する如くする。
【００２９】
本例においては、この３つの液晶変調装置１０，１１及び１２を夫々図２に示す如く、同様に構成する。この図２において、１６は液晶パネルを示し、この液晶パネル１６には映像信号が供給され、この映像信号に応じて光を変調する如くなされている。この場合、液晶変調装置１０，１１及び１２の液晶パネル１６には夫々青色映像信号、赤色映像信号及び緑色映像信号が供給される。
【００３０】
この液晶パネル１６の光の入射側及び光の出射側に夫々偏光板１４ａ及び１４ｂを設け、１０度前後の拡がり角をもっている照明光をこの入射側の偏光板１４ａで直線偏光とし、この出射側の偏光板１４ｂで決められた偏光方向のみ透過する。
【００３１】
本例においては、図２に示す如く、この入射側の偏光板１４ａと液晶パネル１６との間に、この液晶パネル１６と配向方向（プレチルトしている方向を配向方向とする）が同じで、ツイスト方向が同じである補正用液晶パネル１５をこの液晶パネル１６とプレチルトが互いに逆方向となる如く光軸を中心に１８０度回転して平行に挿入する如くする。
【００３２】
この場合、図３に示す如く、液晶パネル１６の入射側プレチルト角θ₁と補正用液晶パネル１５の入射側プレチルト角θ₃が逆方向となり、またこの液晶パネル１６及び補正用パネル１５の夫々の出力側プレチルト角θ₂及びθ₄も逆方向となり、ベレーク補償板の原理に基づく補正関係になる。
【００３３】
この補正用液晶パネルは、従来周知の液晶パネルの如く電極が設けられ、駆動電圧を調整することにより、こ補正用液晶パネル１５の液晶分子を任意の配列状態にできる如くする。
【００３４】
本例によれば、液晶パネル１６に対し、この液晶パネル１６と配向方向が同じである補正用液晶パネル１５をツイスト方向が逆即ち液晶パネル１６の入射側プレチルト角θ₁とこの補正用液晶パネル１５の入射側プレチルト角θ₃が互いに逆方向となると共にこの液晶パネル１６と補正用液晶パネル１５との出射側のプレチルト角θ₂とθ₄も互いに逆向きになり、ベレーク補償板の原理に基づく補正関係となり、この液晶パネル１６では液晶分子１７により、図９に示す如く偏光が変化するが、この補正用液晶パネル１５により、この偏光変化を元に戻すように補正され直線偏光を保つことができる。また、その中間部においても、液晶パネル１６と補正用液晶パネル１５の液晶分子は互に補正関係になっている。
【００３５】
更に本例によれば補正用液晶パネル１５を電圧駆動により液晶分子を任意の配列状態にできるようにしているので、駆動電圧を調整することにより直線偏光がこの補正用パネル１５とこの液晶パネル１６とを通過したときに、良好に直線偏光を保つようにできる。
【００３６】
従って本例によれば、１０度前後の広がり角をもっている照明光を入射側の偏光板１４ａで直線偏光にし、この補正用液晶パネル１５で補正し、液晶パネル１６で変調し、出力側の偏光板１４ｂで決められた偏光方向のみ透過しコントラストを向上することができる。
【００３７】
因みに、１．３インチの液晶パネル１６に対し、この液晶パネル１６と同じ配向で同じツイスト方向の補正用液晶パネル１５を図２及び図３のような実験系で、コントラスト補正を行なったところ、補正前は１６９：１のコントラストが補正後は２８９：１まで上がった。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態の他の例を図４を参照して説明する。
一般的な、ツイストネマチック（ＴＮ）液晶の場合、図３に示す如く、補正用液晶パネル１５及び液晶パネル１６の入力側端部及び出力側端部は夫々補正関係にあり、それ以外の中間にある液晶分子同志も、補正用液晶パネル１５を図３のようにすると全て補正関係になる。
【００３９】
図４例は変調用の液晶パネル１６に対して、この液晶パネル１６とは配向方向が表裏逆で、ツイスト方向が逆である補正用液晶パネル２８を上述補正用液晶パネル１５の代りに用いたものである。この場合、液晶パネル１６の入射側プレチルト角θ₅と補正用液晶パネル１５の出射側プレチルト角θ₈及び液晶パネル１６の出射側プレチルト角θ₆と補正用液晶パネル１５の出射側プレチルト角θ₇が補正関係となっている。また、その中間部においても、液晶パネル１６と補正用液晶パネル１５の液晶分子の方向は互に補正関係になっている。
【００４０】
この全ての液晶分子が補正関係にあるためには、補正用ＴＮ液晶パネル２８のツイスト方向が図４に示す如く、変調用の液晶パネル１６と逆向きで配向方向が表と裏とで逆になるか、あるいは補正用ＴＮ液晶パネル１５のツイスト方向が図３に示す如く、変調用の液晶パネル１６と同じ向きで、光軸を中心に１８０度回転した配置になくてはならない。
【００４１】
尚、実際には、液晶パネル１６と補正用液晶パネル１５，２８の対応する全ての液晶分子が補正関係にあっても、液晶パネル１６、補正用液晶パネル１５，２８の製造上のバラツキや機構上の配置バラツキにより、配置しただけでは最良の補正関係が必ず得られるわけではない。しかし、この補正用液晶パネル１５，２８を電圧駆動できるようにしておけば、この駆動電圧や入力信号の周波数を調整することにより最適な補正ができる。
【００４２】
また上述例では、補正用液晶パネル１５，２８を電圧駆動する如く述べたが、この補正用液晶パネル１５，２８を最適な補正ができる状態に調整し、その状態で液晶分子を硬化するようにしても良い。
【００４３】
例えば、液晶ポリマー等で変調用の液晶パネル１６と全く同じ配向のものを作り、最適状態で紫外線等で硬化させる。
【００４４】
このように補正用液晶パネル１５，２８を硬化させることにより、調整不要で補正効果が見込まれる。
【００４５】
また本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、補正用液晶パネルを設けたので、変調用の液晶パネルによる偏光状態の変化を補正でき、コントラストが向上する。
【００４７】
また、本発明によれば、偏光板から出射した直線偏光は、変調用の液晶パネルにより入射角に応じて楕円偏光になるが、補正用液晶パネルは各々の楕円偏光を直線偏光に戻せるため、後の偏光板で光の漏れが起こらず、コントラストが向上する。
【００４８】
また本発明において、補正用液晶パネルを電圧駆動したときには、電気的に補正調整ができる。補正対象個々の液晶パネルはプレチルト角やギャップ幅のバラツキがあるが、本発明によればこの補正用液晶パネルの駆動電圧の調整により、最適な補正ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明液晶プロジェクターの実施の形態の例を示す構成図である。
【図２】本発明液晶プロジェクターに使用される液晶変調装置の例を示す構成図である。
【図３】図２の液晶変調装置の例の説明に供する構成図である。
【図４】本発明の実施の形態の他の例の要部の例を示す構成図である。
【図５】照明光の角度成分の例の説明に供する線図である。
【図６】液晶パネルの液晶分子のプレチルト例の説明に供する構成図である。
【図７】液晶パネルの液晶分子を入射光方向から見た例の説明に供する線図である。
【図８】液晶分子のプレチルトにより発生する位相差の例の説明に供する線図である。
【図９】液晶分子に対する光の入射方向による偏光状態の変化の例の説明に供する線図である。
【符号の説明】
１‥‥メタルハライドランプ、２，３‥‥マルチレンズアレイ、４，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ‥‥集光レンズ、５ａ，５ｂ，５ｃ‥‥ミラー、７，８‥‥色分離ミラー、９‥‥色合成プリズム、１０，１１，１２‥‥液晶変調装置、１３‥‥投影レンズ、１４ａ，１４ｂ‥‥偏光板、１５，２８‥‥補正用液晶パネル、１６‥‥液晶パネル、１７‥‥液晶分子

Claims

第１及び第２の偏光板間に映像信号に応じて光源の光軸方向に出射した光を変調するツイストネマチック液晶を用いた液晶パネルを設けた液晶プロジェクターにおいて、前記第１の偏光板と前記液晶パネルとの間に前記液晶パネルに対して、前記液晶パネルとは液晶分子のプレチルト方向が同じで、ツイスト方向が同じである補正用液晶パネルを前記光軸を中心に略１８０度回転して配置して設けたことを特徴とする液晶プロジェクター。
請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記補正用液晶パネルは、電圧駆動により、液晶分子を最適な補正のできる配列状態にできるようにしたことを特徴とする液晶プロジェクター。
請求項１記載の液晶プロジェクターにおいて、前記補正用液晶パネルは、液晶分子が最適な補正のできる配列状態で硬化されていることを特徴とする液晶プロジェクター。