JP5748242B2 - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタに関し、特に、ＬＥＤ（Light emitted Device）等の固体光源を備えた３板型の液晶プロジェクタに関する。

ＬＥＤ等の固体光源は、高圧水銀ランプと比較して、発光色の色純度が良いこと、小型で寿命特性に優れていることなどの利点を有することから、最近では、固体光源を備えた３板型のプロジェクタが提供されている。

例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの３つの光源を備えた３板型の液晶プロジェクタが知られている。

この３板型の液晶プロジェクタでは、赤色ＬＥＤから出射された赤色の光が赤色用液晶パネル部に照射され、緑色ＬＥＤから出射された緑色の光が緑色用液晶パネル部に照射され、青色ＬＥＤから出射された青色の光が青色用液晶パネル部に照射される。そして、各液晶パネル部を透過した赤色、緑色および青色の各色の光が色合成部により合成され、色合成部で合成された各色の光が投射レンズによってスクリーンへ投射される。

ところで、ＬＥＤの性能は、年々向上しているものの、その発光光束は放電ランプに比べてまだまだ小さいため、ＬＥＤを用いたプロジェクタの投射画像の明るさは十分とは言えない。ここで、光束（Luminus Flux）は光源からある方向に放射された全ての光の明るさを表わすものであり、その単位はルーメン（ｌｍ）である。光束が大きいとは、光量が大きいことと同義である。

明るい投射画像を得るための第１のアプローチとして、光源の発光光束を大きくする方法がある。具体的には、発光面積の大きなＬＥＤや、ＬＥＤをアレイ状に配置したものを用いることで、発光光束の大きな光源を実現することができる。

しかし、上記の第１のアプローチには、以下のようの問題がある。

一般に、プロジェクタにおいて、光源からの光をどれだけ投射光として利用できるかは、光源の発光面積と発散角の積で定義される光源側のエテンデュー（Etendue）と、液晶パネルの面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積で定義される結像側のエテンデューとの関係によって決まる。つまり、プロジェクタにおいては、光源側のエテンデューの値を、結像側のエテンデューの値以下にしないと、光源からの光を効率良く投射光として利用できない。

したがって、ＬＥＤをアレイ状に配列したり、あるいは、発光面積が大きなＬＥＤを用いたりして、光源の発光光束を大きくしても、光源側のエテンデューの値が、結像側のエテンデューの値を上回ってしまう場合には、投射画像の明るさを向上することはできない。このエテンデューの制約のために、光源の発光光束を大きくするだけでは、十分な明るさの投射画像を得られていないのが現状である。

明るい投射画像を得るための第２のアプローチとして、光源から出射された光の利用効率を高める方法がある。以下に、その方法を簡単に説明する。

一般に、液晶プロジェクタにおいて、液晶パネル部は、液晶パネルと、この液晶パネルの入射面側および出射面側にそれぞれ配置された２つの偏光板とからなる。液晶パネル部では、入射面側の偏光板を透過した光は直線偏光となって液晶パネルに入射する。直線偏光の入射光は、液晶パネルの液晶層を厚み方向に伝播しながら、液晶の持つ屈折率異方性（複屈折）に応じてその偏光状態が変化していく。出射面側の偏光子は、液晶層を通過した出射光のうち、特定方向の偏光光だけを透過させる。

上記の液晶パネル部では、入射光のうちの一方の偏光（Ｓ偏光またはＰ偏光）のみが使用され、他方の偏光は吸収または反射されて、画像の形成には寄与しない。このため、入射光が非偏光である場合は、液晶パネル部にて略５０％の光損失が生じる。

上述した３板型の液晶プロジェクタにおいて、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤから出射された各色の光はいずれも非偏光であるため、各ＬＥＤから出射された光をそのまま液晶パネル部に入射させると、液晶パネル部にて略５０％の光損失が生じる。

そこで、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤそれぞれから出射された各色の光の光路中に、第１および第２のプリズムからなる偏光変換素子を設けて、各液晶パネル部による損失を低減し、光利用効率を高める方法（第２のアプローチ）が考えられている。

第１および第２のプリズムのそれぞれは、２つの直角プリズムを貼り合わせた直方体形状のプリズムである。

第１のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜が形成されており、ＬＥＤから出力された光がその偏光分離膜に対して略４５度の入射角で入射するように構成されている。偏光分離膜を透過したＰ偏光の進行方向に位置する面が射出面であり、この射出面よりＰ偏光の光を出射する。

第２のプリズムは、２つの直角プリズムの貼り合わせた面に反射膜が形成されており、第１のプリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光の光がその反射膜に略４５度の入射角で入射するように構成されている。反射膜で反射された光の進行方向に位置する面が射出面であり、この射出面に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するための位相差板が設けられている。

第１のプリズムから射出したＰ偏光の光と、第２のプリズムから射出したＰ偏光の光とは同じ方向に進行する。

しかし、上記の第２のアプローチにおいて、偏光変換素子の出射面（第１および第２の出射面）の面積は、ＬＥＤの発光面積の略２倍となる。このため、光源側のエテンデューの値が結像側のエテンデューの値を上回ってしまい、その結果、投射光として利用されない光が増大して、光利用効率が低下する。このように、エテンデューの制約のために、偏光変換素子を用いても、さほど光利用効率を高めることはできず、十分な明るさの投射画像を得られていないのが現状である。

明るい投射画像を得るための第３のアプローチとして、光源側のエテンデューの値を増大させることなく、光源の発光光束を増大させる方法がある（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の３板型プロジェクタは、ピーク波長が異なる第１および第２の緑色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤを有する。

第１の緑色ＬＥＤの光軸は、第２の緑色ＬＥＤの光軸と直交しており、ダイクロイックミラーが、これら第１および第２の緑色ＬＥＤの光軸が交差する位置に設けられている。

第１の緑色ＬＥＤから出力された緑色の光ビームは、ダイクロイックミラーにて反射され、その反射光は緑用液晶パネルに照射される。第２の緑色ＬＥＤから出力された緑色の光ビームは、ダイクロイックミラーを透過し、その透過光は上記の緑用液晶パネルに照射される。

赤色ＬＥＤから出力された赤色の光ビームは、赤用液晶パネルに照射される。青色ＬＥＤから出力された青色の光ビームは、青用液晶パネルに照射される。

赤用液晶パネルからの赤色画像光、緑用液晶パネルからの緑色画像光および青用液晶パネルからの青色画像光は、クロスダイクロイックプリズムにより合成される。クロスダイクロイックプリズムにて合成された画像光は、投射レンズによってスクリーン上に投射される。

上記の３板型プロジェクタにおいては、第１の緑色ＬＥＤから出力された第１の緑色の光ビームと第２の緑色ＬＥＤから出力された第２の緑色の光ビームとは、ダイクロイックミラーを介して、同一の光路で緑用液晶パネルに照射される。この構成によれば、光源側のエテンデューの値は増大しないため、第１および第２の緑色ＬＥＤから出力された第１および第２の緑色の光ビームのほとんどを投射光として利用することができる。また、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤから出力された赤色および青色の光ビームのほとんどを投射光として利用することができる。

特開２００４−３２５４７７号公報

第１のアプローチにおいては、エテンデューの制約にために、十分な明るさの投射画像を得られていないのが現状である。加えて、液晶パネル部での光損失（略５０％）の問題もある。

第２のアプローチにおいては、偏光変換素子を用いることで液晶パネル部での光損失の問題を解消することができるものの、エテンデューの制約のために、十分な明るさの投射画像を得られていないのが現状である。

第３のアプローチにおいては、エテンデューの制約の問題を解消することができるものの、液晶パネル部の光損失の問題があり、やはり、十分な明るさの投射画像を得ることは困難である。加えて、緑色光源として、２つの緑色ＬＥＤを用いるため、装置が大きくなり、コストも増大する。

また、ＬＥＤ等の固体光源をプロジェクタの光源として用いる場合は、以下の点を考慮する必要がある。

一般に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの出力特性は異なっており、赤色ＬＥＤや緑色ＬＥＤの最大出力値は青色ＬＥＤのそれよりも小さい。

赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤをそれぞれ最大出力で駆動した場合に、投射画像の輝度が最も高くなる。しかし、最大出力で駆動された各色のＬＥＤからの光（赤、緑、青）の混色比率は、最適なホワイトバランスを得るための所定の混色比率とは異なるため、投射画像が不自然な色になり、画質が低下する。このため、通常は、緑色ＬＥＤの最大出力値を基準にして赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤの出力を制限することで、最適なホワイトバランスを得ている。

上記から、最適なホワイトバラスを維持しつつ明るい投射画像を得るには、緑色ＬＥＤの発光光束を増大する必要がある。

本発明の目的は、エテンデューの制約の問題を解消し、少なくとも緑色光源について、液晶パネル部の光損失を低減し、かつ、発光光束を大きくすることができる、光利用効率が高い、小型の液晶プロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液晶プロジェクタは、
それぞれが入射光を空間的に変調して画像を表示する第１乃至第３の液晶パネル部と、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する赤色光を出力する赤色光源を備え、該赤色光源から出力された前記赤色光が前記第１の液晶パネル部に照射される第１の照明部と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する緑色光を出力する緑色光源と、青色の波長帯域にピーク波長を有する青色光を出力する青色光源とを備え、該緑色光源から出力された前記緑色光を振動方向が互い直交する第１および第２の直線偏光に分離し、該第１の直線偏光を前記第２の液晶パネル部に照射させ、該第２の直線偏光と該青色光源から出力された前記青色光とを前記第３の液晶パネル部に照射させる第２の照明部と、
前記第１乃至第３の液晶パネル部で表示された画像を合成する偏光色合成部と、
前記偏光色合成部で合成された合成画像光を投射する投射レンズと、
入力映像信号に基づいて、前記赤色光源、緑色光源および青色光源の点灯状態を制御し、前記第１乃至第３の液晶パネル部に画像を表示させる制御手段と、を有する。

本発明の別の液晶プロジェクタは、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する赤色光を出力する赤色光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する緑色光を出力する緑色光源と、
青色の波長帯域にピーク波長を有する青色光を出力する青色光源と、
前記赤色光源から出力された前記赤色光を振動方向が互い直交する第１および第２の直線偏光に分離する第１の偏光分離部と、
前記緑色光源から出力された前記緑色光を前記第１および第２の直線偏光に分離する第２の偏光分離部と、
前記第１の直線偏光の赤色光と前記第１の直線偏光の緑色光とを入射光とし、該入射した赤色および緑色の光を同一の光路で出射する第１の色合成部と、
前記第２の直線偏光の緑色光と前記青色光源から出射された前記青色光とを入射光とし、該入射した緑色および青色の光を同一の光路で出射する第２の色合成部と、
前記第２の直線偏光の赤色光を空間的に変調して画像を表示する第１の液晶パネル部と、
前記第１の色合成部から出射された前記赤色および緑色の光を空間的に変調して画像を表示する第２の液晶パネル部と、
前記第２の色合成部から出射された前記緑色および青色の光を空間的に変調して画像を表示する第３の液晶パネル部と、
前記第１乃至第３の液晶パネルで表示された画像を合成する偏光色合成部と、
前記第２の偏光色合成部で合成された画像光を投射する投射レンズと、
入力映像信号に基づいて、前記赤色光源、緑色光源および青色光源の点灯状態を制御し、前記第１乃至第３の液晶パネル部に画像を表示させる制御手段と、を有する。

本発明の第１の実施の形態である液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。 図１に示す液晶プロジェクタのクロスダイクロイックミラーの構成を示す模式図である。 図２に示すクロスダイクロイックミラーの一方のダイクロイック膜のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示す特性図である。 図２に示すクロスダイクロイックミラーの他方のダイクロイック膜のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示す特性図である。 図１に示す液晶プロジェクタの制御系の構成を示すブロック図である。 図１に示す液晶プロジェクタの各光源の点灯動作および各液晶パネル部の表示動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。 図７に示す液晶プロジェクタのクロスダイクロイックミラーの構成を示す模式図である。 図７に示す液晶プロジェクタの各光源の点灯動作および各液晶パネル部の表示動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態の液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。 図１０に示す液晶プロジェクタの緑色光源の蛍光体ホイールを示す模式図である。 図１０に示す液晶プロジェクタの緑色光源の全体の構成を示す模式図である。

１０１Ｂ 青色光源
１０１Ｇ 緑色光源
１０１Ｒ 赤色光源
１２１ 偏光ビームスプリッタ
１１８、１１９、１２０ 液晶パネル部
１２６ クロスダイクロプリズム
１２７ 投射レンズ

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態である液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。

図１を参照すると、本実施形態の液晶プロジェクタは、緑色光源１０１Ｇ、赤色光源１０１Ｒおよび青色光源１０１Ｂの３つの光源を備える。

緑色光源１０１Ｇは、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が緑色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。赤色光源１０１Ｒは、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が赤色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。青色光源１０１Ｂは、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が青色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。

ただし、ＬＥＤなどでは、製造上の問題として、ピーク波長が±１０〜２０ｎｍ程度ばらつくことが知られているので、この製造上のばらつきの範囲内であれば、ピーク波長が実質的に同じものであるとする。また、緑色光源１０１Ｇ、赤色光源１０１Ｒおよび青色光源１０１Ｂそれぞれの発光面積は、エテンデューの制約を満たす面積範囲内の最大面積とする。

緑色光源１０１Ｇから出射した緑色の光（非偏光光）の進行方向に、レンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１２１が配置されている。緑色光源１０１Ｇから緑色の光は、レンズ１０２を介して偏光ビームスプリッタ１２１に入射する。

偏光ビームスプリッタ１２１は、入射光を互いに直角方向に振動する第１および第２の直線偏光光に分離する。ここでは、第１の直線偏光をＳ偏光、第２の直線偏光をＰ偏光と仮定しており、偏光ビームスプリッタ１２１はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過させるような偏光分離特性を有する。

偏光ビームスプリッタ１２１で反射された緑色のＳ偏光光の進行方向に、レンズ１０５、１０６、反射ミラー１２７が配置されている。偏光ビームスプリッタ１２１からの緑色のＳ偏光光は、レンズ１０５、１０６を順に通過した後、反射ミラー１２７にて略９０°の角度で反射される。

反射ミラー１２７は、緑色の光を反射することができるものであれば、どのような反射特性を有するミラーであってもよい。例えば、反射ミラー１２７は、アルミ蒸着されたミラーであってもよく、緑色の光を反射し、それ以外の色の光を透過または吸収する、誘電体多層膜よりなるダイクロイックミラーであってもよい。

反射ミラー１２７からの緑色のＳ偏光光の進行方向に、レンズ１１５、液晶パネル部１１８が配置されている。反射ミラー１２７からの緑色のＳ偏光光は、レンズ１１５を介して液晶パネル部１１８に照射される。

液晶パネル部１１８は、液晶パネルを２枚の偏光板で挟んだものである。液晶パネル部１１８では、入射面側の偏光板を透過した光は直線偏光となって液晶パネルに入射する。直線偏光の入射光は、液晶パネルの液晶層を厚み方向に伝播しながら、液晶の持つ屈折率異方性（複屈折）に応じてその偏光状態が変化していく。出射面側の偏光子は、液晶層を通過した出射光のうち、特定方向の偏光光だけを透過させる。ここでは、緑色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射されているので、緑色のＰ偏光光が液晶パネル部１１８から出射される。

青色光源１０１Ｂから出射した青色の光（非偏光光）の進行方向に、レンズ１０３、１１３、１１４、ダイクロイックミラー１２４、レンズ１１７、液晶パネル部１２０が配置されている。

青色光源１０１Ｂから出射した青色の光は、レンズ１０３、１１３、１１４を順に通過した後、ダイクロイックミラー１２４に入射する。

ダイクロイックミラー１２４は、青色光源１０１Ｂからの青色の光の光路と偏光ビームスプリッタ１２１を透過した緑色のＰ偏光光の光路とが交差（または直交）する位置に配置されている。ダイクロイックミラー１２４は、緑色の光を反射し、青色の光を透過させる特性を有する。

青色光源１０１Ｂから青色の光は、ダイクロイックミラー１２４を透過し、偏光ビームスプリッタ１２１からの緑色のＰ偏光光は、ダイクロイックミラー１２４によって略９０°の角度で反射される。ダイクロイックミラー１２４を透過した青色の光とダイクロイックミラー１２４で反射された緑色のＰ偏光光とは同一の光路でレンズ１１７を介して液晶パネル部１２０に照射される。

液晶パネル部１２０は、液晶パネル部１１８と同様、液晶パネルを２枚の偏光子で挟んだ構造を有するが、Ｓ偏光光が出射されるように構成されている。具体的には、青色光源１０１Ｂから青色の光（非偏光光）が液晶パネル部１２０に照射された場合は、液晶パネル部１２０は、青色のＳ偏光光を出射する。緑色光源１０１Ｇからの緑色のＰ偏光光が液晶パネル部１２０に照射された場合は、液晶パネル部１２０は、緑色のＳ偏光光を出射する。

赤色光源１０１Ｒから出射した赤色の光（非偏光光）の進行方向に、レンズ１１１、１１２、１１６、液晶パネル部１１９が配置されている。

赤色光源１０１Ｒから出射した赤色の光は、レンズ１１１、１１２、１１６を順に通過した後、液晶パネル部１１９に照射される。

液晶パネル部１１９は、液晶パネル部１１８と同様、液晶パネルを２枚の偏光子で挟んだ構造を有するが、Ｓ偏光光が出射されるように構成されている。ここでは、赤色光源１０１Ｒから赤色の光（非偏光光）が液晶パネル部１１９に照射されるので、液晶パネル部１１９は赤色のＳ偏光光を出射する。

液晶パネル部１１９は、液晶パネル部１２０と対向するように配置されている。液晶パネル部１１８から出射された緑色のＰ偏光光の光路は、液晶パネル部１１９から出射された赤色のＳ偏光光の光路および液晶パネル部１２０から出射された青色または緑色のＳ偏光光の光路のそれぞれと１点で交差（または直交）しており、この交点に、クロスダイクロイックミラー１２６が配置されている。

図２に、クロスダイクロイックミラー１２６の一例を示す。

図２に示すように、クロスダイクロイックミラー１２６は、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム１２６ａ〜１２６ｄからなる。

直角プリズム１２６ａ、１２６ｂの接合面と直角プリズム１２６ｃ、１２６ｄの接合面により一様な第１の平面が形成されており、この第１の平面に、ダイクロイック膜１ａが形成されている。

直角プリズム１２６ａ、１２６ｄの接合面と直角プリズム１２６ｂ、１２６ｃの接合面により、第１の平面と交差（または直交）する一様な第２の平面が形成されており、この第２の平面に、ダイクロイック膜１ｂが形成されている。

クロスダイクロイックミラー１２６では、液晶パネル部１１８からの緑色の画像光（Ｐ偏光）および液晶パネル部１１９からの赤色の画像光（Ｓ偏光）はともに、ダイクロイック膜１ａの一方の面に略４５度の入射角で入射し、液晶パネル部１２０からの青色または緑色の画像光（Ｓ偏光）は、ダイクロイック膜１ａの他方の面に略４５度の入射角で入射する。

図３に、ダイクロイック膜１ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示す。図３において、縦軸は透過率（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図３中、中央に示したスペクトルは、緑色光源１０１Ｇの発光スペクトルである。

カットオフ波長を透過率が５０％になる波長と定義する。Ｐ偏光で入射する光に対するダイクロイック膜１ａのカットオフ波長は、青色の波長域以下の光を反射し、それ以外の波長域（緑色および赤色の波長域を含む）の光を透過するように設定されている。

また、Ｓ偏光で入射する光に対するダイクロイック膜１ａのカットオフ波長は、赤色の波長域以上の光を透過し、それ以外の波長域（緑色および青色の波長域を含む）の光を反射するように設定されている。

図３に示した特性によれば、ダイクロイック膜１ａは、液晶パネル部１１８からの緑色の画像光（Ｐ偏光）および液晶パネル部１１９からの赤色の画像光（Ｓ偏光）をともに透過させ、液晶パネル部１２０からの青色または緑色の画像光（Ｓ偏光）を反射する。

また、クロスダイクロイックミラー１２６では、液晶パネル部１１８からの緑色の画像光（Ｐ偏光）および液晶パネル部１２０からの青色または緑色の画像光（Ｓ偏光）はともに、ダイクロイック膜１ｂの一方の面に略４５度の入射角で入射し、液晶パネル部１１９からの赤色の画像光（Ｓ偏光）は、ダイクロイック膜１ｂの他方の面に略４５度の入射角で入射する。

図４に、ダイクロイック膜１ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示す。図４において、縦軸は透過率（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示す。図４中に示したスペクトルは、赤色光源１０１Ｒの発光スペクトルである。

Ｐ偏光で入射する光に対するダイクロイック膜１ｂのカットオフ波長は、赤色の波長域の光を反射し、それ以外の波長域（緑色および青色）の光を透過するように設定されている。なお、ダイクロイック膜１ｂは、赤外の波長域のＰ偏光を透過する。

また、Ｓ偏光で入射する光に対するダイクロイック膜１ｂのカットオフ波長は、緑色の波長域以下の光を透過し、それ以外の波長域（赤色の波長域を含む）の光を反射するように設定されている。

図４に示した特性によれば、ダイクロイック膜１ｂは、液晶パネル部１１８からの緑色の画像光（Ｐ偏光）および液晶パネル部１２０からの青色または緑色の画像光（Ｓ偏光）をともに透過させ、液晶パネル部１１９からの赤色の画像光（Ｓ偏光）を反射する。

図３に示した分光透過特性を有するダイクロイック膜１ａおよび図４に示した分光透過特性を有するダイクロイック膜１ｂはいずれも、誘電体多層膜より形成することができる。この場合、カットオフ波長の設定は、誘電体多層膜の材料、積層数、膜厚、屈折率などにより調整することができる。

図２に示したクロスダイクロイックプリズム１２６において、直角プリズム１２６ａの斜面が出射面である。液晶パネル部１１９からの赤色の画像光（Ｓ偏光）はダイクロイック膜１ｂで反射され、その反射された画像光は出射面より出射される。液晶パネル部１１８からの緑色の画像光（Ｐ偏光）はダイクロイック膜１ａ、１ｂを透過し、その透過した画像光は出射面より出射される。液晶パネル部１２０からの緑色または青色の画像光（Ｓ偏光）はダイクロイック膜１ａで反射され、その反射された画像光は出射面より出射される。こうして、クロスダイクロイックプリズム１２６の出射面からは、赤色、青色、緑色の画像光を合成した画像光が出射される。

図１に示した投射レンズ１２７は、クロスダイクロイックプリズム１２６の出射面と対向する位置に配置されている。投射レンズ１２７は、クロスダイクロイックプリズム１２６の出射面より出射された画像光を外部スクリーン上に投射する。外部スクリーンは、専用スクリーンであっても、壁などの構造体であってもよい。

赤色光源１０１Ｒ、レンズ１０４、１１１、１１２、１１６は、赤色光を液晶パネル部１１９に照射する第１の照明部であるが、その構成は図１に示した構成に限定されない。例えば、レンズの数は４枚に限定されず、他の枚数であってもよい。さらに、赤色光源１０１Ｒから出射された赤色光の光路中に、ロッドインテグレータあるいはフライアイインテグレータなどの照度分布均一化の光学部品を設けても良い。

緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂ、レンズ１０２、１０３、１０５、１０６、１０７、１０８、１１３、１１４、１１５、１１７は、緑色光を液晶パネル部１１８、１２０に照射し、青色光を液晶パネル部１２０に照射する第２の照明部である。第２の照明部の構成も、図１に示した構成に限定されない。レンズの枚数は適宜に変更することができる。緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂのそれぞれの光路中に上記の照度分布均一化の光学部品を設けても良い。

次に、本実施形態の液晶プロジェクタの制御系の構成について説明する。

図５に、その制御系の構成を示す。図５には、説明を簡略化するため、レンズ系を省いた概念的なブロック図が記載されている。

図５を参照すると、制御系は、制御部１、光源駆動部２０１および液晶駆動部２０３を有する。

制御部１は、液晶パネル部１１８〜１２０をそれぞれ駆動するための駆動タイミング信号を液晶駆動部３に供給する。制御部１は、青色光源１０１Ｂ、緑色光源１０１Ｇおよび赤色光源１０１Ｒをそれぞれ駆動するための点灯タイミング信号を光源駆動部２に供給する。

光源駆動部２は、制御部１からの点灯タイミング信号に従って、赤色光源１０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂの点灯状態を個別に制御する。

液晶駆動部３は、外部映像供給装置から入力された映像信号と制御部１からの駆動タイミング信号に基づいて、液晶パネル部１１８〜１２０を個別に駆動する。外部映像供給装置は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。

図６は、青色光源１０１Ｂ、緑色光源１０１Ｇおよび赤色光源１０１Ｒの点灯動作および液晶パネル部１１８〜１２０の表示動作を説明するためのタイミングチャートである。

図６を参照すると、１フレームは第１および第２のサブフレームからなる。この例では、第１および第２のサブフレームは同じ長さである。例えば、フレーム周期は６０Ｈｚであり、サブフレーム周期は１２０Ｈｚである。なお、１フレームにおける第１のサブフレームの期間と第２のサブフレームの期間との割合は適宜に設定することができる。

ｎフレームのうちの第１のサブフレームの期間において、光源駆動部２は、青色光源１０１Ｂを点灯状態とするとともに緑色光源１０１Ｇを消灯状態とし、液晶駆動部３は、入力映像信号から得られた青色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１２０に表示させる。この場合、液晶パネル部１２０は、青色画像を表示するが、液晶パネル部１１８は非表示状態とされる。

ｎフレームのうちの第２のサブフレームの期間において、光源駆動部２は、青色光源１０１Ｂを消灯状態とするとともに緑色光源１０１Ｇを点灯状態とし、液晶駆動部３は、入力映像信号から得られた緑色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１１８、１２０にそれぞれ表示させる。この場合、液晶パネル部１１８、１２０はそれぞれ緑色画像を表示する。

ｎフレームの期間において、光源駆動部２は、青色光源１０１Ｒを点灯状態とし、液晶駆動部３は、入力映像信号から得られた赤色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１１９に表示させる。この場合、液晶パネル部１１９は赤色画像を表示する。

図６に示した動作によれば、ｎフレームの第１のサブフレームの期間において、青色画像が液晶パネル部１２０に表示されるとともに、赤色画像が液晶パネル部１１９に表示される。続く第２のサブフレーム期間において、赤色画像が液晶パネル部１１９に表示されるとともに、緑色画像が液晶パネル部１１８に表示される。よって、人間の眼の積分効果により、観察者は、ｎフレームにおいて、第１のサブフレームの期間に表示された青色および緑色の画像と、第２のサブフレームの期間に表示された赤色および緑色の画像とを合成したカラー画像を観察することができる。

本実施形態の液晶プロジェクタにおいては、赤色光源１０１Ｒからの赤色の光は液晶パネル部１１９に照射される。緑色光源１０１Ｇからの緑色の光は、偏光ビームスプリッタ１２１によってＰ偏光とＳ偏光に分離され、緑色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射される。緑色のＰ偏光光は、ダイクロイックミラー１２４によって青色光源１０１Ｂからの青色の光（非偏光）と合成され、この合成された青色および緑色の光は、同一の光路で液晶パネル部１２０に照射される。

上記の構成によれば、光源側のエテンデューの値は増大しない。

また、液晶パネル部１１９、１２０は、Ｐ偏光の光を受けて、Ｓ偏光の光を出射するように構成され、液晶パネル部１１８は、Ｓ偏光の光を受けて、Ｐ偏光の光を出射するように構成されている。緑色光源１０１Ｇからの緑色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射され、緑色光源１０１Ｇからの緑色のＰ偏光光が液晶パネル部１２０に照射される。よって、緑色光源１０１Ｇからの緑色の光について、液晶パネル部１１８、１２０における光損失はほとんど生じない。

一方、赤色光源１０１Ｒおよび青色光源１０１Ｂはいずれも非偏光の光を出射するため、赤色光源１０１Ｒからの赤色の光および青色光源１０１Ｂからの青色の光については、略半分の光量が液晶パネル部１１９、１２０にて吸収または反射される。

しかしながら、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの出力特性は異なっており、現状では、緑色ＬＥＤの最大出力値が最も小さく、次いで、赤色ＬＥＤの最大出力値が小さい。通常、緑色ＬＥＤの最大出力値を基準として赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの出力範囲が設定されることから、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの出力には、ある程度の余裕がある。したがって、光源としてＬＥＤを用いた場合、液晶パネルによる光損失を考慮して、赤色光源１０１Ｒおよび青色光源１０１Ｂの出力を増大させることで、ある程度、赤色および青色の光量低下を抑制することができる。

加えて、人間の眼は赤色および青色に比較して緑色の輝度変化に敏感であることから、緑色光源１０１Ｇの液晶パネルによる光損失を低減することで、より効果的に、明るい投射画像を得ることが可能となる。

上述した本実施形態の液晶プロジェクタは、本発明の一例であり、その構成は適宜に変更することができる。

例えば、図６に示した光源の駆動動作および液晶パネルの点灯動作において、緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂを、通常の２倍の電流で時分割に駆動してもよい。この場合の緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂの光量は、緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂをそれぞれ１フレームの期間にわたって連続点灯させた場合の光量と略同じとなる。

さらに、赤色光源１０１Ｒと同様に、緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂを１フレーム期間点灯させてもよい。この場合は、液晶パネル部１２０は、１フレームの期間に、青色映像信号に基づく画像として、青色および緑色の光による画像を表示する。

上記の構成によれば、緑色光源１０１Ｇおよび青色光源１０１Ｂを連続的に点灯させることができるので、図６に示した動作に比較して、より明るい投射画像を提供することができる。

また、本実施形態では、緑色光源１０１Ｇについて、偏光変換素子を用いずに、液晶パネルでの光損失を低減するように構成されており、これにより、投射画像の明るさの増大を図るとともに、低コスト化を図っている。

加えて、緑色光源として複数の光源を用いる形態に比較して、緑色光源１０１Ｇは１つであり、光源の数が少ない分、低コスト化および小型化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態である液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。

図７に示す液晶プロジェクタは、偏光ビームスプリッタ１２２、反射ミラー１２５、レンズ１０９、１１０が追加され、反射ミラー１２７に代えてクロスダイクロイックミラー１２３が設けられた点以外は、第１の実施形態のものと同じ構成である。図７中、同じ構成には同じ符号を付し、ここでは、それらの詳細な説明は省略する。

レンズ１０４および偏光ビームスプリッタ１２２が、赤色光源１０２からの赤色の光の進行方向に配置されている。赤色光源１０２からの赤色の光はレンズ１０４を介して偏光ビームスプリッタ１２２に入射する。

偏光ビームスプリッタ１２２は、入射光を互いに直角方向に振動する第１および第２の直線偏光光に分離する。ここでは、第１の直線偏光をＳ偏光、第２の直線偏光をＰ偏光と仮定しており、偏光ビームスプリッタ１２２はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過させるような偏光分離特性を有する。

偏光ビームスプリッタ１２２で反射された赤色のＳ偏光光の進行方向に、レンズ１１０、１０９、クロスダイクロイックミラー１２３が配置されている。偏光ビームスプリッタ１２１、１２２は、偏光ビームスプリッタ１２１で反射された緑色のＳ偏光光の中心光線が偏光ビームスプリッタ１２２で反射された赤色のＳ偏光光の中心光線と一致するように設けられている。

クロスダイクロイックミラー１２３は、図８に示すように、互いに交差（または直交）するダイクロイック膜１２３ａ、１２３ｂを有する。

ダイクロイック膜１２３ａは、Ｓ偏光光に対して、赤色を反射し、緑色を透過する特性を有する。一方、ダイクロイック膜１２３ｂは、Ｓ偏光光に対して、赤色を透過し、緑色を反射する特性を有する。

偏光ビームスプリッタ１２２で反射された赤色のＳ偏光光は、レンズ１１０、１０９を介してクロスダイクロイックミラー１２３に入射する。偏光ビームスプリッタ１２１で反射された緑色のＳ偏光光は、レンズ１０５、１０６を介してクロスダイクロイックミラー１２３に入射する。

クロスダイクロイックミラー１２３では、偏光ビームスプリッタ１２２からの赤色のＳ偏光光はダイクロイック膜１２３ａにより反射され、偏光ビームスプリッタ１２１からの緑色のＳ偏光光はダイクロイック膜１２３ｂにより反射される。ダイクロイック膜１２３ａで反射された赤色のＳ偏光光とダイクロイック膜１２３ｂで反射された緑色のＳ偏光光とは、同一の光路でレンズ１１５を介して液晶パネル部１１８に照射される。

偏光ビームスプリッタ１２２を透過した赤色のＰ偏光光の進行方向に、レンズ１１１、１１２、反射ミラー１２５が配置されている。偏光ビームスプリッタ１２２を透過した赤色のＰ偏光光は、レンズ１１１、１１２を順次通過した後、反射ミラー１２５にて略９０°の角度で反射される。

反射ミラー１２５で反射された赤色のＰ偏光光は、レンズ１１６を介して液晶パネル部１１９に照射される。反射ミラー１２５は、赤色の光を反射することができるものであれば、どのような反射特性を有するミラーであってもよい。例えば、反射ミラー１２５は、アルミ蒸着されたミラーであってもよく、赤色の光を反射し、それ以外の色の光を透過または吸収する、誘電体多層膜よりなるダイクロイックミラーであってもよい。

次に、本実施形態の液晶プロジェクタの動作について説明する。

本実施形態の液晶プロジェクタも、図５に示した構成と同様の制御系を有するが、青色光源１０１Ｂ、緑色光源１０１Ｇおよび赤色光源１０１Ｒをそれぞれ時分割で点灯させる点が第１の実施形態のものと異なる。

図９は、青色光源１０１Ｂ、緑色光源１０１Ｇおよび赤色光源１０１Ｒの点灯動作および液晶パネル部１１８〜１２０の表示動作を説明するためのタイミングチャートである。

図９を参照すると、１フレームは第１および第２のサブフレームからなる。この例では、第１および第２のサブフレームは同じ長さである。例えば、フレーム周期は６０Ｈｚであり、サブフレーム周期は１２０Ｈｚである。

ｎフレームのうちの第１のサブフレームの期間において、光源駆動部２は、青色光源１０１Ｂ、１０１Ｒを点灯状態とするとともに緑色光源１０１Ｇを消灯状態とする。そして、液晶駆動部３は、入力映像信号から得られた青色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１２０に表示させるとともに、入力映像信号から得られた赤色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１１８、１１９に表示させる。この場合、液晶パネル部１１８、１１９は赤色画像を表示し、液晶パネル部１２０は青色画像を表示する。

ｎフレームのうちの第２のサブフレームの期間において、光源駆動部２は、青色光源１０１Ｂ、１０１Ｒを消灯状態とするとともに緑色光源１０１Ｇを点灯状態とする。そして、液晶駆動部３は、入力映像信号から得られた緑色映像信号に基づく画像を液晶パネル部１１８、１２０にそれぞれ表示させる。この場合、液晶パネル部１１８、１２０はそれぞれ緑色画像を表示するが、液晶パネル部１１９は非表示とされる。

図９に示した動作によれば、ｎフレームの第１のサブフレームの期間において、青色画像が液晶パネル部１２０に表示されるとともに、赤色画像が液晶パネル部１１８、１１９に表示される。続く第２のサブフレーム期間において、緑色画像が液晶パネル部１１８、１２０に表示される。よって、人間の眼の積分効果により、観察者は、ｎフレームにおいて、第１のサブフレームの期間に表示された青色および赤色の画像と、第２のサブフレームの期間に表示された緑色の画像とを合成したカラー画像を観察することができる。

本実施形態の液晶プロジェクタにおいては、第１の実施形態と同様、緑色光源１０１Ｇからの緑色の光は、偏光ビームスプリッタ１２１によってＰ偏光とＳ偏光に分離され、緑色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射される。緑色のＰ偏光光は、ダイクロイックミラー１２４によって青色光源１０１Ｂからの青色の光（非偏光）と合成され、この合成された青色および緑色の光は、同一の光路で液晶パネル部１２０に照射される。

また、赤色光源１０１Ｒからの赤色の光は、偏光ビームスプリッタ１２２によってＰ偏光とＳ偏光に分離され、赤色のＰ偏光光が液晶パネル部１１９に照射される。赤色のＰ偏光光は、クロスダイクロイックミラー１２３によって緑色光源１０１Ｇからの緑色の光と合成され、この合成された赤色および緑色の光は、同一の光路で液晶パネル部１１８に照射される。

上記の構成によれば、光源側のエテンデューの値は増大しない。

また、第１の実施形態と同様、緑色光源１０１Ｇからの緑色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射され、緑色光源１０１Ｇからの緑色のＰ偏光光が液晶パネル部１２０に照射されるので、緑色光源１０１Ｇからの緑色の光について、液晶パネル部１１８、１２０における光損失はほとんど生じない。

加えて、赤色光源１０１Ｒからの赤色のＳ偏光光が液晶パネル部１１８に照射され、赤色光源１０１Ｒからの赤色のＰ偏光光が液晶パネル部１１９に照射されるので、赤色光源１０１Ｒからの赤色の光について、液晶パネル部１１８、１１９における光損失はほとんど生じない。

赤色光源１０１Ｒおよび緑色光源１Ｇの最大出力値は、青色光源１０１Ｂのそれよりも小さい。したがって、最大出力値が青色光源１０１Ｂよりも小さな赤色光源１０１Ｒおよび緑色光源１Ｇの光利用効率を高くすることで、色再現性に優れた投射画像を提供することができる。

上記の他の効果は、第１の実施形態で説明したとおりである。

また、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した変更を適用することができる。

（他の実施形態）
上述した第１または第２の実施形態の液晶プロジェクタにおいて、赤色光源１０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂのうちの少なくとも１つを蛍光体を用いた光源としてもよい。

図１０に、本発明の他の実施形態の液晶プロジェクタの構成を示す。

図１０に示す液晶プロジェクタは、緑色光源１０１Ｇに代えて緑色光源２０１Ｇを設けた点以外は、第１の実施形態と同じ構成である。図１０中、同じ構成には同じ符号を付し、ここでは、それらの詳細な説明は省略する。

図１１に、蛍光体ホイール３０２を示し、図１２に、その蛍光体ホイール３０２を備えた緑色光源２０１Ｇの構成を示す。

図１１および図１２に示すように、蛍光体ホイール３０２は、円盤状の基板を備え、基板の一方の面に、励起光により励起されて緑色の蛍光を放出する蛍光体が塗布されている。基板は、励起光を透過するような材料よりなる。

蛍光体ホイール３０２の中央部はモータ３０３の出力軸に保持されており、モータ３０３により蛍光体ホイール３０２を回転させることができる。

蛍光体ホイール３０２の蛍光体が塗布された面とは反対の面側に、励起光源３０１が配置されている。蛍光体ホイール３０２を回転させながら励起光源３０１を点灯させ、蛍光体ホイール３０２の蛍光体面から緑色の蛍光が放出される。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

Claims (6)

1. それぞれが入射光を空間的に変調して画像を表示する第１乃至第３の液晶パネル部と、
   赤色の波長帯域にピーク波長を有する赤色光を出力する赤色光源を備え、該赤色光源から出力された前記赤色光が前記第１の液晶パネル部に照射される第１の照明部と、
   緑色の波長帯域にピーク波長を有する緑色光を出力する緑色光源と、青色の波長帯域にピーク波長を有する青色光を出力する青色光源とを備え、該緑色光源から出力された前記緑色光を振動方向が互い直交する第１および第２の直線偏光に分離し、該第１の直線偏光を前記第２の液晶パネル部に照射させ、該第２の直線偏光と該青色光源から出力された前記青色光とを前記第３の液晶パネル部に照射させる第２の照明部と、
   前記第１乃至第３の液晶パネル部で表示された画像を合成する偏光色合成部と、
   前記偏光色合成部で合成された合成画像光を投射する投射レンズと、
   入力映像信号に基づいて、前記赤色光源、緑色光源および青色光源の点灯状態を制御し、前記第１乃至第３の液晶パネル部に画像を表示させる制御手段と、を有する、液晶プロジェクタ。
2. 赤色の波長帯域にピーク波長を有する赤色光を出力する赤色光源と、
   緑色の波長帯域にピーク波長を有する緑色光を出力する緑色光源と、
   青色の波長帯域にピーク波長を有する青色光を出力する青色光源と、
   前記赤色光源から出力された前記赤色光を振動方向が互い直交する第１および第２の直線偏光に分離する第１の偏光分離部と、
   前記緑色光源から出力された前記緑色光を前記第１および第２の直線偏光に分離する第２の偏光分離部と、
   前記第１の直線偏光の赤色光と前記第１の直線偏光の緑色光とを入射光とし、該入射した赤色および緑色の光を同一の光路で出射する第１の色合成部と、
   前記第２の直線偏光の緑色光と前記青色光源から出射された前記青色光とを入射光とし、該入射した緑色および青色の光を同一の光路で出射する第２の色合成部と、
   前記第２の直線偏光の赤色光を空間的に変調して画像を表示する第１の液晶パネル部と、
   前記第１の色合成部から出射された前記赤色および緑色の光を空間的に変調して画像を表示する第２の液晶パネル部と、
   前記第２の色合成部から出射された前記緑色および青色の光を空間的に変調して画像を表示する第３の液晶パネル部と、
   前記第１乃至第３の液晶パネル部で表示された画像を合成する偏光色合成部と、
   前記偏光色合成部で合成された合成画像光を投射する投射レンズと、
   入力映像信号に基づいて、前記赤色光源、緑色光源および青色光源の点灯状態を制御し、前記第１乃至第３の液晶パネル部に画像を表示させる制御手段と、を有する、液晶プロジェクタ。
   
3. 前記第１乃至第３の液晶パネル部は、前記第１又は第２の直線偏光による画像を出力し、
   前記偏光色合成部は、
   前記第１ないし第３の液晶パネル部それぞれの出射光を入射する第１ないし第３の入射面と、
   前記合成画像光を出射する出射面と、
   前記第１の入射面より入射した前記赤色光を反射して前記出射面より出射させ、前記第２の入射面より入射した前記第１の直線偏光の緑色光を透過して前記出射面より出射させ、前記第３の入射面より入射した前記青色光および前記第２の直線偏光の緑色光を透過する機能を備える第１の反射面と、
   前記第３の入射面より入射した前記青色光および前記第２の直線偏光の緑色光を反射して前記出射面より出射させ、前記第２の入射面より入射した前記第１の直線偏光の緑色光を透過して前記出射面より出射させ、前記第１の入射面より入射した前記赤色光を透過する機能を備える第２の反射面と、を有する、請求項１または２に記載の液晶プロジェクタ。
4. 前記制御手段は、
   所定の期間において、前記赤色光源を点灯させて赤色画像を前記第１の液晶パネル部に表示させ、
   前記所定の期間を所定の割合で分割した第１および第２の期間のうち、該第１の期間において、前記青色光源を点灯させて青色画像を前記第３の液晶パネル部に表示させ、前記第２の期間において、前記緑色光源を点灯させて緑色画像を前記第２および第３の液晶パネル部に表示させる、請求項１に記載の液晶プロジェクタ。
5. 前記制御手段は、
   所定の期間を所定の割合で分割した第１および第２の期間のうち、該第１の期間において、前記青色光源を点灯させて青色画像を前記第３の液晶パネル部に表示させるとともに、前記赤色光源を点灯させて赤色画像を前記第１および第２の液晶パネル部に表示させ、該第２の期間において、前記緑色光源を点灯させて緑色画像を前記第２および第３の液晶パネル部に表示させる、請求項２に記載の液晶プロジェクタ。
6. 前記赤色光源、緑色光源および青色光源の少なくとも１つの光源は、励起光を出力する励起光源と、前記励起光により励起されることで蛍光を放出する蛍光体とから構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶プロジェクタ。

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