JP5056526B2

JP5056526B2 - 投射装置

Info

Publication number: JP5056526B2
Application number: JP2008079959A
Authority: JP
Inventors: 富雄鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009237024A

Description

本発明は、例えば、スクリーンに画像を投射可能な単板式プロジェクタ等の投射装置の技術分野に関する。

この種の投射装置では、液晶パネル等の電気光学パネルを一枚用いて光を変調することによってＲＧＢのカラー画像を表示する単板式のものと、ＲＧＢの夫々の色光に対応した３枚の電気光学パネルを用いてカラー画像を表示する三板式のものとに大別される。単板式プロジェクタには、三色画像を時分割して順次表示することによってカラー画像を表示するものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、このようなプロジェクタに応用可能な光学補償板（位相差板）に関する技術も提案されている（例えば、特許文献２及び３。）。

特開２００４−２４００５０号公報特開２００１−１００１５３号公報特開２００２−５５２３１号公報

しかしながら、特許文献１乃至３に開示された技術によれば、ＲＧＢの各色光に対する光学補償が十分ではなく、より高いコントラストを有する画像を投射可能な技術に対する要請がある。

よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、カラー画像をより高いコントラストで投射可能な単板式プロジェクタ等の投射装置を提供することを課題とする。

本発明に係る投射装置は上記課題を解決するために、（ｉ）回転軸、（ｉｉ）該回転軸を中心とする回転方向に沿って各々が相互に重ならないように配置されており、相互に異なる色光を透過可能な複数のカラーフィルタ、並びに、（ｉｉｉ）前記複数のカラーフィルタの夫々に入射する入射光の光路、及び前記複数のカラーフィルタの夫々を透過する色光の光路の少なくとも一方に配置された光学補償板を有しており、前記回転方向に沿って前記回転軸を中心にして回転可能なカラーホイールと、前記カラーホイールから見て前記色光が出射される出射側に配置されており、前記色光を変調する光変調装置とを備え、前記光学補償板が有する第１屈折率楕円体の長軸は、前記光変調装置が有する第２屈折率楕円体による前記色光に対する位相差の補償をキャンセルするように、前記回転方向に沿って傾いている。

本発明に係る投射装置によれば、カラーホイールは、例えば、円板形状を有しており、回転軸を中心に回転可能に配置されている。カラーホイールは、回転軸を中心とする回転方向に沿って各々が相互に重ならないように配置されており、相互に異なる色光を透過可能な複数のカラーフィルタを有している。これらカラーフィルタは、例えば、カラーホイールのうち回転方向に沿って当該カラーホイールを各々等分する部分であり、光源から出射された光に各々含まれる赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の夫々の色光を透過可能である。

カラーホイールは、前記複数のカラーフィルタの夫々に入射する入射光の光路、及び前記複数のカラーフィルタの夫々を透過する色光の光路の少なくとも一方に配置された光学補償板を有している。このような光学補償板によれば、投射装置の動作時において、複数の色光の位相が補償可能である。

光変調装置は、例えば、液晶パネル等の光変調が可能な電気光学パネルを含んでおり、前記カラーホイールから見て前記色光が出射される出射側に配置されている。このような、光変調装置によれば、画像信号に基づいて動作可能な画素部の動作に応じて、カラーホイールを透過した色光に対する透過率を変更でき、画像信号に応じた画像をスクリーンに投射可能である。特に、本発明に係る投射装置によれば、カラーホイールが回転することによって時分割で各色光に対応した画像をスクリーンに投射できるため、これら時分割で順に表示される画像から構成されるカラー画像をスクリーンに投射可能である。

前記光学補償板が有する第１屈折率楕円体の長軸は、前記光変調装置が有する第２屈折率楕円体による前記色光に対する位相差の補償をキャンセルするように、前記回転方向に沿って傾いている。したがって、本発明に係る投射装置によれば、光変調装置に入射する色光の位相を適切な位相に補償することが可能であり、スクリーンに投射される画像のコントラストを高めることができる。

本発明に係る投射装置によれば、高いコントラストを有する高品位なカラー画像を投射可能である。

本発明に係る投射装置の一の態様では、前記第１屈折率楕円体は、前記回転方向に沿って前記カラーフィルタが占める部分を規定する角度の範囲の中央において、前記第１屈折率楕円体の長軸が前記第２屈折率楕円体の長軸に沿うように設けられていてもよい。

この態様によれば、「前記回転方向に沿って前記カラーフィルタが占める部分を規定する角度の範囲の中央」とは、カラーホイールが回転方向に沿って回転した際に、カラーフィルタのうち当該カラーフィルタに入射した入射光の光軸上が重なる部分をいう。このような部分において、前記第１屈折率楕円体の長軸が前記第２屈折率楕円体の長軸に沿うように設けられていることによって、前記第２屈折率楕円体によって変更される色光の位相の変化を補償することが可能である。これにより、高いコントラストを有する画像を投射可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る投射装置の一実施形態である投射型プロジェクタを説明する。図１は、本実施形態に係るプロジェクタの光学的な構成を図式的な示した図式的な構成図である。図２は、本実施形態に係るプロジェクタの一部の構成を図式的に示した斜視図である。図３は、液晶パネルの構成を示した平面図であり、図４は、図３のＨ−Ｈ´断面図である。図５は、カラーホイールが備える光学補償板を構成する屈折率楕円体の傾き方向と、液晶パネルが有する屈折率楕円体の傾き方向との相対的な関係を示した図式的平面図である。図６は、カラーホイールが備える光学補償板を構成する屈折率楕円体のチルト角と、液晶パネルが有する屈折率楕円体のチルト角との相対的な関係を示した図式的断面図である。

図１において、プロジェクタ５００は、光源としてのリフレクタ５１０、高圧水銀ランプ５２０、集光光学系５３０、カラーホイール４００、本発明の「光変調装置」の一例である液晶装置１、及び投射レンズ５４０を備えて構成されており、その動作時において、スクリーン６００にカラー画像を表示可能である。

次に、図２乃至図６を参照しながら、カラーホイール４００及び液晶装置１の相対的な位置関係及び詳細な構成を説明する。

図２において、カラーホイール４００及び液晶装置１の夫々は、リフレクタ５１０或いは高圧水銀ランプ５２０から出射された入射光の光路Ｐ上に配置されている。

カラーホイール４００は、複数のカラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂからなる本体部４１０、及び、本発明の「光学補償板」の一例である光学補償板４２０を備えて構成されている。

カラーホイール４００は、プロジェクタ５００の動作時において、回転軸Ｃを含む回転軸Ｒｘを中心にして中心とする回転方向Ｒｄに沿って回転可能である。光学補償板４２０は、本体部４１０から見て液晶装置１の側に配置されている。

複数のカラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂは、回転軸Ｃを含む回転軸Ｒｘを中心にして中心とする回転方向Ｒｄに沿って各々が相互に重ならないように配置されている。複数のカラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂの夫々は、入射光に含まれる赤色、緑色及び青色の夫々の色光を透過可能である。

液晶装置１は、液晶パネル１００、ケース部３１０、及びＦＰＣ３３０を備えて構成されている。液晶パネル１００は、プロジェクタ５００の動作時において、カラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂの夫々を透過した赤色光、緑色光及び青色光の夫々を変調可能である。ＦＰＣ３３０は、外部回路及び液晶パネル１００を電気的に相互に接続している。ＦＰＣ３３０は、プロジェクタ５００の動作時において、外部回路から液晶パネル１００に画像信号を含む各種信号を供給する。

ここで、図３及び図４を参照しながら、液晶パネル１００の詳細な構成を説明する。

図３及び図４において、液晶パネル１００では、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０が対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に、液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。尚、ギャップ材を、シール材５２に混入されるものに加えて若しくは代えて、画像表示領域１０ａ又は画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域に、配置するようにしてもよい。

図３において、シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａを規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。この一辺に沿ったシール領域よりも内側にサンプリング回路７が額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿ったシール領域５２ａの内側の額縁領域に、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上には、対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材１０７で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。更に、外部回路接続端子１０２と、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、上下導通端子１０６等とを電気的に接続するための引回配線９０が形成されている。

図４において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、駆動素子である画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。この積層構造の詳細な構成については図４では図示を省略してあるが、この積層構造の上に、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明材料からなる画素電極９ａが、画素毎に所定のパターンで島状に形成されている。

画素電極９ａは、後述する対向電極２１に対向するように、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａに形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０における液晶層５０の面する側の表面、即ち画素電極９ａ上には、配向膜１６が画素電極９ａを覆うように形成されている。

対向基板２０におけるＴＦＴアレイ基板１０との対向面上に、遮光膜２３が形成されている。遮光膜２３は、例えば対向基板２０における対向面上に平面的に見て、格子状に形成されている。対向基板２０において、遮光膜２３によって非開口領域が規定され、遮光膜２３によって区切られた領域が、カラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂの夫々を透過した色光を透過させる開口領域となる。尚、遮光膜２３をストライプ状に形成し、該遮光膜２３と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたデータ線等の各種構成要素とによって、非開口領域を規定するようにしてもよい。

遮光膜２３上に、ＩＴＯ等の透明材料からなる対向電極２１が複数の画素電極９ａと対向して形成されている。対向基板２０の対向面上における、対向電極２１上には、配向膜２２が形成されている。

尚、図３及び図４に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、サンプリング回路７等に加えて、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置１の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、図５及び図６を参照しながら、光学補償板４２０を構成する第１屈折率楕円体の長軸の傾き方向ＤＲ、ＤＧ及びＤＢ、及び液晶パネル１が含む第２屈折率楕円体１５０の長軸の傾き方向Ｄの相対的な関係を説明する。尚、第２屈折率楕円体１５０は、液晶パネル１００に設けられた不図示の光学補償板を構成している。図５（ａ）では、第１屈折率楕円体４５０のうちカラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂの夫々に対応する第１屈折率楕円体４５０の長軸が傾く傾き方向ＤＲ、ＤＧ及びＤＢの夫々を太線矢印で示しており、図５（ｂ）では、第２屈折率楕円体１５０の傾き方向Ｄを太線矢印で示している。以下では、特に光学補償板４２０のうちカラーフィルタ４００Ｒに重なる部分における第１屈折率楕円体４５０と、第２屈折率楕円体１５０との関係を詳細に説明する。

図５（ａ）及び図６に示すように、カラーフィルタ４００Ｒ、４００Ｇ及び４００Ｂの夫々は、本体部４１０を平面的に見て相互に等分している。図５（ａ）及び（ｂ）、並びに図６に示すように、第１屈折率楕円体４５０の長軸は、第１屈折率楕円体４５０が液晶パネル１００における第２屈折率楕円体１５０による各色光に対する位相差の補償をキャンセルするように、回転方向Ｒｄに沿って傾いている。

より具体的には、例えば、光学補償板４２０のうちカラーフィルタ４００Ｒに重なる部分では、カラーホイール４００が回転することによって、カラーフィルタ４００Ｒ及び液晶パネル１００が光軸Ｐ上で相互に正対した際に、第１屈折率楕円体４５０の長軸の傾き方向ＤＲは、回転方向Ｒｄに沿ってカラーフィルタ４００Ｒが占める部分を規定する角度θＲの範囲、即ち、カラーフィルタ４００Ｒ及び４００Ｇを相互に分ける分割線Ｌ０からカラーフィルタ４００Ｒ及び４００Ｂを相互に分ける分割線Ｌ２までの角度の範囲で回転方向Ｒｄに沿っている。特に、回転軸Ｒｘを中心にして分割線Ｌ０から分割線Ｌ２を規定する角度θＲの中央に相当する角度θＲｃで規定された直線Ｌ１上では、第１屈折率楕円体４５０の長軸の傾き方向ＤＲは、図中Ｘ方向に沿っている。また、図５（ｂ）に示すように、第２屈折率楕円体１５０の長軸は、Ｘ方向に沿って、第１屈折率楕円体４５０の傾き方向ＤＲの逆方向に傾いている。

図６に示すように、第２屈折率楕円体１５０は、液晶パネル１００における光の入射面Ｓ１と平行な面Ｓ２に対してチルト角θｃ２を有している。光学補償板４２０を構成する第１屈折率楕円体４５０は、カラーフィルタ４００Ｒの表面に対してチルト角θｃ１を有している。これらチルト角θｃ１及びθｃ２は、相互に等しい角度の大きさを有している。

以上説明した第１屈折率楕円体４５０の傾き方向ＤＲ及び第２屈折率楕円体１５０の傾き方向Ｄの相対的な関係と、チルト角θｃ１及びθｃ２の相互関係とによれば、第１屈折率楕円体４５０は、第２屈折率楕円体１５０によって変更される赤色光の位相の変化を補償することが可能である。カラーフィルタ４００Ｇ及び４００Ｂを透過する緑色光及び青色光についても、赤色光と同様に、カラーフィルタ４００Ｇ及び４００Ｂが液晶パネル１００と正対した際に、第２屈折率楕円体１５０によって変更される赤色光の位相の変化が第１屈折率楕円体４５０によって補償される。

したがって、本実施形態に係るプロジェクタ５００によれば、液晶装置１に入射する色光の位相を適切な位相に補償することが可能であり、スクリーン６００に投射される画像のコントラストを高めることができる。よって、プロジェクタ５００によれば、高いコントラストを有する高品位なカラー画像を投射可能である。

本実施形態に係るプロジェクタの光学的な構成を図式的な示した図式的な構成図である。本実施形態に係るプロジェクタの一部の構成を図式的に示した斜視図である。液晶パネルの構成を示した平面図である。図３のＨ−Ｈ´断面図である。カラーホイールが備える光学補償板を構成する屈折率楕円体の傾き方向と、液晶パネルが有する屈折率楕円体の傾き方向との相対的な関係を示した図式的平面図である。カラーホイールが備える光学補償板を構成する屈折率楕円体のチルト角と、液晶パネルが有する屈折率楕円体のチルト角との相対的な関係を示した図式的断面図である。

符号の説明

１・・・液晶装置、１００・・・液晶パネル、４１５０・・・第２屈折率楕円体、４００・・・カラーホイール、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ・・・カラーフィルタ、４２０・・・光学補償板、４５０・・・第１屈折率楕円体、５００・・・プロジェクタ

Claims

（ｉ）回転軸、（ｉｉ）該回転軸を中心とする回転方向に沿って各々が相互に重ならないように配置されており、相互に異なる色光を透過可能な複数のカラーフィルタ、並びに、（ｉｉｉ）前記複数のカラーフィルタの夫々に入射する入射光の光路、及び前記複数のカラーフィルタの夫々を透過する色光の光路の少なくとも一方に配置された光学補償板を有しており、前記回転方向に沿って前記回転軸を中心にして回転可能なカラーホイールと、
前記カラーホイールから見て前記色光が出射される出射側に配置されており、前記色光を変調する光変調装置とを備え、
前記光学補償板が有する第１屈折率楕円体の長軸は、前記光変調装置が有する第２屈折率楕円体による前記色光に対する位相差の補償をキャンセルするように、前記回転方向に沿って傾いていること
を特徴とする投射装置。
前記第１屈折率楕円体は、前記回転方向に沿って前記カラーフィルタが占める部分を規定する角度の範囲の中央において、前記第１屈折率楕円体の長軸が前記第２屈折率楕円体の長軸に沿うように設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の投射装置。