JPH02290391A

JPH02290391A - 投写式表示装置

Info

Publication number: JPH02290391A
Application number: JP1145276A
Authority: JP
Inventors: Shinji Morozumi; 両角　伸治
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1990-11-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は投写式表示装置、特にその光学系の構造に関
するものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）従来、
投写式の表示装置としては映画やスライド、或いはＣＲ
Ｔによるプロジェクションテレビがあった。映画やスラ
イドはフィルム上に焼き付けられた像を投写するもので
あり、フイルムを媒体として投写するという制約がある
ため、入力信号に対してオンライン的に画像を見ること
ができなかった。

一方、ＣＲＴによるプロジェクションテレビは、ＣＲＴ
　（ブラウン管）そのものが２６インチ以上の大画面を
構成することが物理的に制約が大きいことから誕生した
方式であり、ＣＲＴの発射光をそのまま投映するため、
ＣＲＴの明るさがかなり必要となり、そのため特殊なＣ
ＲＴを大電力で用い、クーリングして用いるという非常
に大きなシステムであり、家庭用として使用することが
難しいという問題点があった。

また、ＣＲＴによるプロジエクションテレビは、光量が
不十分で、スクリーン上の明るさが不十分なことと、３
管の光をスクリーン上で合成するため、スクリーン位置
とシステム位置を微妙に調整してもスクリーン上で色ず
れを起こし易く、全体として非常に画質が低下しており
、かなり見にくい画面になるという問題点があった。

更に、システムが特殊で大形なＣＲＴや、特殊の電源、
調整系を備えており、コスト的にかなり高いものになる
という問題点があった。

従来の投写式の表示装置には上述の問題点があり、大画
面テレビ又は投写式テレビの利点を生かしきれずに、そ
の普及が遅れている。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであり、高画質で、扱い易く、シ゜ステムもコン
パクトな投写式表示装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段）第１の発明に係る投写式表示装置は、赤・緑・青に対応
した３本の色光を生成する色光生成手段と、赤に対応し
た色光を変調する第１のライトバルブと、緑に対応した
色光を変調する第２のライトバルブと、青に対応した色
光を変調するための第３のライトバルブと、第１のライ
トバルブ、第２のライトバルブ及び第３のライトバルブ
でそれぞれ変調された３本の色光を合成して１本の光束
にする色合成手段と、色合成手段で合成された光を投写
する単一の投写光学手段とを有する。

そして、色合成手段は、第１のライトバルブ、第２のラ
イトバルブ及び第３のライトバルブからの出射光は投射
手段の一軸上に合成する。

（作　用）この発明においては、色光生成手段により発生した赤、
緑及び青の各色先はそれぞれ第１のライトバルブ、第２
のライトバルブ及び第３のライトバルブで変調される。

色合成手段は、変調された赤、緑及び青の色光を投射手
段の一軸上に合成して１本の光束にし、単一の投写光学
手段はそれを投写する。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例に係る投写式液晶表示装置
の光学系の構成図である。この実施例においては、液晶
パネル３３〜３５を挾むように偏光板３６〜３８、３９
〜４ｌと単色のカラーフィルタ４３〜４５が配置してあ
る。色合成手段として半透過プリズム３０ａ　，　３０
ｂが用いられ、半透過プリズム３０ａ　，　３０ｂにて
光軸合成が行なわれた光はレンズ３１によりスクリーン
３２に投写される。そして、液晶パネル３３〜３５から
レンズ３１までの各光路の中心軸は同一平面上にあり、
また、液晶パネル３３〜３５からレンズ３１までの各光
路長が等しくなるように配置されている。

例えば光源４５からの光は単色のカラーフィルタ４２を
透過することにより赤の光になり偏光板４１を介して液
晶パネル３３に入射し、その後偏光板３７を介して半透
過プリズム３０ａに入射する。同様にして、光源４６．
　４７からの光は単色のカラーフィルタ４４．　４５を
透過することにより緑，青の光になり、偏光板４０．　
３９を介して液晶パネル３５．　３４に入射し、その後
偏光板３８．　３８を介して半透過プリズム３０ｂに入
射する。半透過プリズム３０ｂに入射した緑の光は半透
過膜４７によりそのまま透過し、青の光は反射して半透
過プリズム３０ａに入射する。半透過プリズム３０ａに
入射した赤の光は半透過膜４８により反射し、緑及び青
の光はそのまま透過して、赤、緑及び青の光がレンズ３
ｌの光軸に合成されてレンズ３１に向けられる。

各液晶パネル３３，　３５．　３４には、テレビ信号で
あれば色復調されたビデオ信号が対応する各フィルタの
配置されたパネルに入力され、そこで透過率が制御され
るので、色合成されてレンズ３ｌに向けられた光は色調
整がなされ、レンズ３１により拡大されてスクリーン３
ｌに投写される。

この実施例では、液晶パネル３３〜３５がらレンズ３１
までの各光路長が等しくなるように配置されており、各
液晶パネル３３〜３５からの影像がスクリーン３２上で
一致する。

第２図は光路長が変化したときの結像位置の説明図であ
る。例えば、被写体Ａがレンズ３１によりスクリーン３
２上に結像しているものとして、その位置が変化して被
写体ａの位置になればレンズ３■によりスクリーン３２
ａに結像することになる。このように被写体の位置が変
化すると結像位置も変化するが、この実施例では液晶パ
ネル３３〜３５からレンズ３ｌまでの各光路長が等しく
なるように配置されており、赤、緑及び青の各色光によ
る影像の結像位置が一致しているので、色ぶれなどがお
きない。

また、液晶パネル３３〜３５は基本的にはＴＮ（ツイス
テッド・ネマチック）方式とし、液晶材料とそれを両側
から挾んだガラス板とにより構成されており、液晶に電
圧が印加されると、その透過率が変化して、液晶シャッ
タとして機能する。このＴＮ方式はコントラスト、階調
性、応答速度、透過率、寿命等において優れ、透過型で
も反射型で良く、特に透過型にした場合には光学系が簡
単になる。

第３図は液晶パネル３３〜３５の構成例を示す説明図で
あり、ここではアクティブマトリックス方式について図
示されている。液晶は通常では多重化が難しく、そのた
め使用する走査線数が少なく解像度が落ちざるを得なか
ったが、この図に示すようなアクティブマトリックス方
式によりその欠点を解決している。走査線に対応するタ
イミング線１２によりトランジスタｌＯがオンし、表示
データをデータ線ｌ３を介して画素に配置されている液
晶駆動電極ｌ１に書き込む。その後、トランジスタ１ｏ
がオフしても、書き込まれた表示データはそのまま保持
され、液晶を駆動する。ここに用いるトランジスタ１０
は透明基板上に形成する必要があるので、多結晶製又は
アモルファスのシリコン薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴ
という）が使われる。

このＴＰＴは薄膜でありスタテツク駆動されるので、コ
ントラスト、階調性、応答性に優れ、また、画素数を増
やせるので高解像度が高くなるという利点がある。また
、このＴＰＴは、ガラス基板上に形成できること、透明
度（透過率、スペクトル）、トランジスタ特性（移動度
、オン／オフ比、スイッチング速度、集積度）、コスト
、安全性等において優れている。

また、液晶パネル３３〜３５は透過型のものが用いられ
おり、光学系の構成が極めて簡単になっている。

また、この実施例においては液晶パネル３３〜３５によ
る３バネル投写方式が用いられており、液晶パネル３３
〜３５からの光を合成するので、もとの光量が下げられ
る、同一分解能のパネルなら１バネル方式に比し分解能
は３倍向上する、という利点の他、カラーフィルタは３
色が微細配置されたものでなくて単色のべタフィルタで
よいこと、画素欠陥が３枚とも同位置に生じる可能性は
非常に少ないので、固定画素欠陥を消去できる等の利点
ががある。

また、レンズ３１の一輔上に液晶パネル３３〜３５ノ光
を合成しており、レンズからスクリーンまでの距離や、
投写サイズの変更に対しても、単純にレンズの操作のみ
で焦点を合わせるという、操作が簡単化されている。

また、液晶パネル３３〜３５が相互に直角に配置され、
半透過型プリズム３０ａ　，　３０ｂの反射面が直角に
配置されており、光学系の構成がコンパクトになり、９
０″ずつ角度がずれた方向からの色光を１本の光束に合
成できるので、製品にした時の光学系のレイアウトがす
っきりする。

ところで、この実施例においては原理的に液晶パネル３
３〜３５の像を拡大再生してみることになるので、光源
４５〜４７は輝度の高いランプが必要となる。その結果
、液晶パネル３３〜３５面での照度は非常に高く、１０
万ΩＸ〜５０万Ｄｘとなる。一方、ＴＰＴは半導体であ
るが故に光が入射すると起電力が発生し、トランジスタ
１１がオフの状態であっても、光電流によってオン状態
に近づいてしまい、表示画面のコントラストが著しく低
下する。通常このコントラストの低下が起こり始める照
度は、白色光で約ｌＯ万ΩＸであり、光の波長で言えば
長波長側、即ち赤色から赤外が最も吸収する帯域である
。

この光によるコントラスト低下を防ぐために、この実施
例においてはカラーフィルタ４２〜４４を液晶パネル３
３〜３５に対して光源４５〜４７側に配置している。カ
ラーフィルタを液晶パネルに内蔵させた場合には、カラ
ーフィルタ層を液晶材料より光源側に配置して、ＴＰＴ
を搭載したガラス基板を液晶材料の投写レンズ側へ配置
することで対応できる。その結果、ＴＦＴ面へは、必ず
カラーフィルタ及びガラス基板を介した光が入射される
ので、青及び緑に光は等価的に１／１０以下の光量、ま
た、赤の光でもｌ／５の光量に落とされ、強烈な光入射
に起因するＴＰＴの光電流の誘起は押さえられ、画像の
コントラストが低下し見にくくなる現像を防ぐことがで
きる。

第４図はそのときのＴＰＴに照射される光の強度とコン
トラストとの関係を示した特性図である。

この特性図において、ＡはＴＰＴを投写レンズ側に配置
した場合のＴＰＴに照射される光の強度とコントラスト
であり、ＢはＴＰＴを光源側に配置した場合である。両
者を比較すれば明らかなように、Ａの方がＴＰＴに照射
される光の強度を下げることができ、コントラストが大
となっていることが分かる。また、Ａ−はＴＦＴを投写
レンズ側に配置すると共に、色光生成手段を設けた場合
のＴＰＴに照射される光の強度とコントラストであり、
Ｂ−はＴＰＴを光源側に配置に配置すると共に、色光生
成手段を設けた場合である。両者を比較すれば明らかな
ように、Ａ′の方が更にＴＰＴに照射される光の強度を
下げることができることが分かる。

第５図はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の
光学系の構成図であり、この実施例では色合成手段とし
て半透過ミラー５２．　５３を利用している。例えば光
源６２からの光はカラーフィルタ５９に入射しその内赤
の光が透過し、赤の光は液晶パネル５６（偏光板は省略
してある）を通過した後、半透過ミラー５２を透過する
。光源６３からの光はカラーフィルタ６０に入射してそ
の内線の光が透過し、緑の光は液晶バネル５７（偏光板
は省略してある）を通過した後、半透過ミラー５３を透
過して、更に全反射ミラー５５で反射された後再び半透
過ミラー５２で反射される。光源６４からの光はカラー
フィルタ６１に入射してその内青の光が透過し、青の光
は液晶パネル５８（偏光板は省略してある）を通過した
後、全反射ミラー５４で反射した後、更に半透過ミラー
５３で反射され、全反射ミラー５５で反射された後再び
半透過ミラー５２で反射される。

半透過ミラー５２を透過した赤の光並びに半透過ミデー
５２を反射した緑及び青の光は、レンズ５０の一軸上に
合成され、レンズ５０により拡大されてスクリーン５１
に投写される。

この実施例においても、レンズ５０から各液晶パネル５
６，　５７．　５８まで光路の中心軸は同一平面上にあ
り、また各光路長は同一になるように構成されている。

また、液晶パネル５Ｂ，　５７．　５８が平行に配置さ
れ、また、半透過ミラー５２．　５３が平行に配置され
ているので、同一方向からの色光を１本の光束に合成で
き、更に光路を内側に折り畳むことができるので、製品
にしたときの光学系の配置がすっきりし、コンパクトに
まとめることができる。

第６図はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の
光学系の構成図であり、この実施例は色合成手段として
半透過ミラー７５．　７６を用いた例である。例えば緑
の光７７は液晶パネル７３（偏光仮は省略してある）で
変調された後、半透過ミラー７５に入射する。青の光７
８は液晶パネル７４（偏光板は省略してある）で変調さ
れた後、半透過ミラー７５に入射する。半透過ミラー７
５に入射した緑の光は透過し青の光は反射して、緑の光
及び青の光は色合成されて半透過ミラー７６に入射する
。

赤の光は液晶バネル７２（偏光仮は省略してある）で変
調された後、半透過ミラー７６に入射する。半透過ミラ
ー７６に入射した緑及び青の光は透過し赤の光は反射し
て、緑、青及び赤の光は色合成されてレンズ７０に向け
られ、レンズ７０によりスクリーン７１に投写される。

この実施例においても、レンズ７０から各液晶パネル７
２，　７３．　７４まで光路の中心軸は同一平面上にあ
り、また各光路長は同一になるように構成されている。

以上の実施例はいずれも光路中に半透過膜を挿入して色
合成をしている（例えば第１図の透過膜４７．４８　、
第６図の半透過ミラー５２，５３　、第７図の半透過ミ
ラー７５．７６　）。従って、光源の光量が十分ある場
合は問題ないが、少ない場合には半透過膜での光損失を
最少にする必要がある。この時は各３つの光束が赤，緑
．青と波長が異なるということと、或いはＴＮ液晶の性
質上偏光していることを利用することで対応できる。

第７図（イ）は光学ガラス８０に干渉膜８１を形成した
半透過ミラーの説明図である。同図（口）はその特性図
である。この干渉膜８ｌは例えば赤色光は透過、赤色光
以外は反射する性質があり、この結果、例えば赤の光を
透過し緑の光を反射して、赤及び緑の光を光損失なく合
成することができる。

この方式おいて、波長選択反射特性を適当に選択すると
透過率・反射率ともに高めることができ、赤・緑・青の
３色の色光を損失なく合成でき、光の利用率が高められ
る。

第８図は偏光面を利用した半透過ミラーの説明図である
。ＴＮ液晶は画面に偏光板を用いて表示させており、液
晶パネルから人間の眼に入射する光は光原理的に偏向光
である。従って、例えば緑と青、赤と緑で偏光面を９０
゜ずらしておくと偏光面の選択的な透過、反射が可能に
なる。このような原理に基づいて、光学ガラス８２上に
透過特性のよい偏光反射面８３を偏光面が水平になるよ
う形成する。赤の光は水平偏光させておくとそのまま透
過するが、緑の光は垂直偏光させてあるので反射する。

この方式においても、偏光反射面及び入射する色光の偏
光軸を適当に選択すること、及び波長選択特性を利用し
た色合成手段を併用することによって、透過率・反射率
ともに高めることができ、赤・緑・青の３色の色光を損
失なく合成でき、光の利用効率が高められる。

第９図は以上のようにして液晶パネルを用いて作製した
投写型画像表示装置の外観図であり、第１図、第５図又
は第６図の光学系を内蔵した投写本体８Ｇから出た光束
８８はスクリーン８７に投映される。

（発明の効果）以上のようにこの発明によれば、赤・緑・青の３本の色
光をそれぞれライトバルブで変調し、単一の投写光学手
段の一輔上に合成して投射するようにしたので次のよう
な効果が得られている。

（１）スクリーン上で表示される表示画面の解像度を、
１枚の液晶パネルの解像度より３倍高めることができる
。

（２）スクリーン上で表示される表示画面の明るさを１
枚の液晶パネルの明るさより３倍高めることができる。

（３）もとの光源の光量をｌ／３低くすることができる
。

（４）単色のべタフィルターでよいので低コストにでき
、また、液晶パネルの歩留りを高められる。従って、さ
らに解像度を高くすることができる。

（５）同一箇所に画素欠陥が生ずる可能性は非常に低い
ので、固定画素欠陥を消去できる。

（６）色再現性が高まる。

（７）ＣＲＴプロジエクタに比べてコンパクトなサイズ
で製品を実現できる。

（８）輝度信号と色信号を一度３原色毎の信号に変換し
てから３原色に対応した３枚のライトバルブで変調する
ため、光学系がシンプルで、解像度は高く、コントラス
トも良い。

（９）３管式ＣＲＴや色合成しないタイプの投写式表示
装置に比べて、レンズからスクリーンまでの距離や投写
画面サイズの変更に対しても、単純に、投写レンズの操
作のみで達成できるという効果がある。

（１０）スクリーン上での各色の位置合わせか、３管式
に比べて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る投写式表示装置の光
学系の構成図、第２図は光路長の説明図、第３図は第１
図の液晶パネルの構成図、第４図は液晶パネルのＴＰＴ
に照射される光の強度とコントラストとの関係を示した
特性図、第５図及び第６図はそれぞれこの発明の他の実
施例に係る投写式表示装置の光学系の構成図、第７図（
イ），（口）は上記実施例において用いられる干渉膜を
用いた半透過ミラーの説明図、第８図は偏光面の違いを
利用した半透過ミラーの説明図、第９図は上記実施例の
投写式液晶表示装置の斜視図である。３３〜３５．　５６〜５８．　７２〜７４・・・液晶パ
ネル、３０ａ，３０ｂ・・・半透過プリズム、５２，　
５３，　７５．　７８・・・半透過ミラー図第２図代理人　弁理士　佐　々　木　宗　治第図ＴＦＴＩＳ枦賞１でバｂ光の５棗へｍ％ｍ２第図第図ｎ第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）赤・緑・青に対応した３本の色光を生成する色光
生成手段と、前記赤に対応した色光を変調する第１のラ
イトバルブと、前記緑に対応した色光を変調する第２の
ライトバルブと、前記青に対応した色光を変調するため
の第３のライトバルブと、前記第１のライトバルブ、前
記第２のライトバルブ及び前記第３のライトバルブでそ
れぞれ変調された３本の色光を合成して１本の光束にす
る色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写す
る単一の投写光学手段とを有し、前記第１のライトバルブ、前記第２のライトバルブ及び
前記第３のライトバルブからの出射光を投射手段の一軸
上に合成する事を特徴とする投写式表示装置。
（２）前記第１のライトバルブ、前記第２のライトバル
ブ及び前記第３のライトバルブは、能動スイッチング素
子によって駆動されるアクティブマトリクス型の液晶ラ
イトバルブであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の投写式表示装置。
（３）前記第１のライトバルブ、前記第２のライトバル
ブ及び前記第３のライトバルブには赤・緑・青の３色の
色復調された信号が入力されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（４）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ前
記色合成面が相互に平行に配置されている事を特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（５）前記第１のライトバルブ、前記第２のライトバル
ブ及び前記第３のライトバルブは、相互に平行に配置さ
れている事を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の投
写式表示装置。
（６）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ前
記色合成面がお互いに直角となるように配置されている
事を特徴とする特許請求の範囲題１項記載の投写式表示
装置。
（７）前記第１のライトバルブ、前記第２のライトバル
ブ及び前記第３のライトバルブは、前記色合成手段に対
向し、かつ９０°ずつ角度のずれて配置された事を特徴
とする特許請求の範囲第６項記載の投写式表示装置。
（８）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ前
記色合成面が異なった波長選択特性を有する２面の選択
反射面を含む事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の投写式表示装置。
（９）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ前
記色合成面が偏光反射面を含む事を特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（１０）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ
前記色合成面が２面の半透過面を含む事を特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（１１）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ
前記色合成面が２枚のミラーに形成されている事を特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（１２）前記色合成手段は、色合成面を２面含み、かつ
前記色合成面が直角プリズムに形成されている事を特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
（１３）前記色合成手段は、複数の反射ミラーを含む事
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の投写式表示装
置。
（１４）前記投写光学手段は、当該投写光学手段からス
クリーンまでの距離や、画面サイズの変更や調整を、そ
の操作により行うものである事を特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の投写式表示装置。