JPH0255383A - 液晶ライトバルブを使用した投射装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は３枚の透過型液晶ライトバルブを使用した投射
装置に関する。

（従来の技術） 小型テレビ、ＯＡ機器に軽重、小型、低電圧駆動、低消
費電力等の特゛徴を生かして液晶表示モジュールが多く
用いられるようになってきた。さらに、最近はその受光
型、透過型の性能を利用してライトバルブとして応用し
、ＯＨＰ　（オーバーヘッドプロジェクタ−）用シート
の代用や光プリンター等へ使用され製品化されている。

また、テレビジョンの映像信号を液晶ライトバルブに加
え強力な光源からの光を制御し、大画面に拡大投射する
液晶プロジェクションテレビも発表されている（特開昭
６２−３０２１５号公報参照）。

上記した液晶ライトバルブを使用した投射装置の例を第
４図（ａ）、　（ｂ）に示す。

第４図（ａ）において、反射鏡１を有する光ｌｌ１２の
光を集光レンズ３で集光してダイクロイックプリズムに
よる分光手段４に入射させる。この分光手段４では第１
反射面５で８（青）成分を、第２反射面６でＲ（赤）成
分を反射させるとともにＧ（緑）成分を透過させて光源
２からの光を３色に分光する。各反射面で反射させた光
をそれぞれ鏡７．８及び１１９．１０で反射してダイク
ロイックプリズムによる光合成手段１１へと導き、ここ
で前記透過したＧ成分と合成して投射レンズ１４を通し
てスクリーン１５へ投射させる。光合成手段１１は周知
のように８成分を反射させる第３反射面１２とＲ成分を
反射させる第４反射面１３とを有しているとともにＧ成
分を透過させる構成とされている。

この光合成手段１１への各光の成分の光路中、−膜内に
はプリズムで図示のように四角に形成された光合成手段
１１の光の各成分の入射面に、それぞれの光のための液
晶ライトバルブ１６が配置されている。

各液晶ライトバルブ１６にビデオ信号等の電気信号を色
ごとに加えることによってスクリーン１５上にフルカラ
ーの画像を投射できるのは周知の通りである。

第４図（ｂ）は分光手段の構造を変えたもので、それぞ
れ特定の範囲の波長の光を反射させ、他は透過する３枚
のミラー１７〜１９で光源２からの光を３色に分光する
ようにしたもので、その他は１第４図（ａ）と特に変ら
ない。

一般に偏光にはＳ偏光とこれと９０度偏光角の異なるＰ
偏光とがある。

一般的に光はダイクロイック面等の反射面で反射すると
Ｓ偏光成分が多くなる。そのＳ偏光成分の偏波方向は反
射面に対して平行となる。

ダイクロイックプリズムで構成される前記第４図（ａ＞
の分光手段４で分光されたＲ、Ｇ、Ｂ各成分の波長対透
過率の特性は、第５図（ａ）〜（Ｃ）に示すようになる
。第５図（ａ）　、　（Ｃ）に示すように、Ｂ、Ｒ成分
はＳ偏光光がほとんどでＰ偏光光はわずかである。また
、第５図（ｂ）に示すように、Ｇ成分については双方の
光が混合しているが、Ｐ偏光光は波長範囲が広く色純度
がよくない。したがって、Ｇ成分についてはＰ偏光光を
除くことが望ましい。

そこで、液晶ライトバルブ１６の入射光側の偏光板をＳ
偏光光が通りやずい構造にすれば、Ｓ偏光が選択されて
Ｒ成分とＢ成分の効率が上がり、Ｇ成分に関しても色純
度が上がることになる。

一方、光合成手段１１も通常ダイクロイックプリズムで
あるので、偏光と分光特性の関係は上記と同様に第５図
に示すようになっている。したがって、光合成手段１１
についても、ＳＱ光で使用した方がＲ成分とＢ成分の効
率は上がり、Ｇ成分の色純度も上がる。つまり、液晶ラ
イトバルブ１６の出射光も入射光と同様にＳ偏光となる
ことが望ましいので、出射光側の偏光板をＳ偏光用のも
のにすればよい。なお、第４図にＪ３いて、■印は、そ
の箇所の光が紙面に対して直角方向の偏波成分を持った
偏光（Ｓ偏光）であることを示している。

ところで、この投射装置は液晶ライトバルブ１６が光路
中に挿入される。周知のようにこの液晶ライトバルブは
、液晶としてツイストネマチック型液晶が用いられ、そ
の液晶に゛重圧を印加することにより透過する光の偏光
方向を９０度変えるという性質を有している。その具体
的構造は第６図に示すように透明ガラス２１．２２の間
に液晶２３を挾んでパネルとし、いずれか一方の内面に
薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）２４を配置し、他方に透明
電極２５を配置して液晶２３に電圧を加えるようにして
いる。そして、パネル両面（入射光側及び出射光側）に
偏光板２６．２７を配置している。

周知のように偏光板にはＳ偏光光を通すＳ偏光板と、Ｐ
Ｇ；ｉ先光を通すＰ偏光板とがある。したがって、偏光
板２６．２７の組み合わせ方によって２種類の液晶ライ
トバルブを得ることができる。

すなわち、両面の偏光板に同種の偏光板を使用したもの
と異種の偏光板を使用したものである。液晶への電圧無
印加時に前者のものは光を遮り、後者のものは光を透過
させる。前者のものがノーマリ−ブラックと称され、後
者のものがノーマリ−ホワイトと称されているのも周知
の通りである。

前述したように、従来の投射装置においては液晶ライト
バルブ１６としては両面の偏光板をＳ偏光板としたもの
が望ましく、したがってノーマリ−ブラックの液晶モジ
ュールを使用しなければならなかった。

このノーマリ−ブラックの液晶ライトバルブの印加電圧
に対する光透過率特性を示したものが第７図（ａ）であ
る。図からも明らかなように電圧をある値以上に高くす
れば透過率が上昇して白くなり、電圧を低下させれば透
過率が下降して黒くなる。しかし、電圧を低下させても
完全に黒にはならない。したがって、黒の再現性が悪い
という欠点を有している。また、カラーで用いた場合に
コントラストが低くなり易いという欠点をも持っている
。

ざらに、液晶には電圧が低い部分く液晶がツイストして
いる時点）の特性が波長によって実線から破線（第７図
参照）で示すように変化するという波長依存の特性があ
る。これは光の波長と液晶のギャップ長（厚さ）の間に
ある相関関係によっている。つまり、ある厚さの液晶セ
ルにおいてコントラストが最もいい波長は決っており、
その他の波長で用いると黒レベルが上がってしまう。と
いうことは、例えば、緑の光用に厚さを決めて作った液
晶では赤と青の波を完全に絞ることができず、黒が紫色
になってしまう。例えば、黒いはずの髪が紫色になる。

この現象はかなり顕著であり、かつ、かなり映像の品位
を落してしまう。

この不都合を解決するには赤、青、緑の各信用にギャッ
プ長を最適化するマルチギャップ化の方法がある（特開
昭６０−２０２４２３号公報参照）。しかし、この方法
は現在の技術レベルで１〜２μｍの精度で厚さを制御す
るのは難かしく、さらに画面の全体にわたって均一の厚
さにするのはさらに困難であるという問題がある。さら
に、３種類の液晶ライトバルブを製造し、管理するのも
厄介である。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように従来の液晶ライトバルブを用いた投射装置
では黒での色むらが発生し高画質の映像を得ることがで
きなかった。

本発明はこれを改善し、従来のものに比し高画質の映像
を得ることができる液晶ライトバルブを使用した投射装
置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） そのため、本発明は光合成手段をその第３゜第４反射面
を分光手段で偏向したＳ偏光光では反射せず、それと偏
光方向が９０度ずれているＰ偏光光をよく反射する向き
に配置したことを特徴とするもので、さらに、その光合
成手段へのそれぞれの光の成分の入射光路中に光入射側
がＳ偏光板で光出射側がＰ偏光板としたノーマリ−ホワ
イトの液晶ライトバルブを配置したことを特徴とするも
のである。

（作用） 光源から出た光は分光手段によって３色に分光されるが
、そのとき前述のように少なくとも２色は反射させられ
偏光してＳ偏光となる。そのＳ偏光とされた光がノーマ
リ−ホワイトの液晶ライトバルブに入射されるが、本発
明の場合入射側がＳ偏光板であり出射側がＰ偏光板であ
るので、この液晶ライトバルブを出る光はＰ偏光光であ
る。

ところが、本発明の光合成手段の第３反射面及び第４反
射面はこのＰ偏光光を反射する向きに配置されている。

したがって、これらの光は第３反射面、第４反射面でよ
く反射され、この光合成手段を透過した光と合成される
。

このノーマリ−ホワイトの液晶ライトバルブの特性は第
７図（ｂ）に示す通りである。この場合、電圧を加えて
行くとある値以上でかなり透過率を下げることができる
ので、高いコントラストを得ることかできる。また、液
晶セルのギャップ長による光透過率特性のばらつき（第
７図（ｂ）の実線及び破線）は、印加電圧が低い側、す
なわち、明るいときに生じるがコントラストには悪影響
は及ぼさない。つまり、白色側の透過率にばらつきを生
じるが、黒が十分暗いので高コントラストである。また
、このばらつきはギャップ長が同じでも使用する光の波
長によっても生じるが、その影響がでるのは同様に透過
率の高い部分、即ち画面の明るい部分であるのでコント
ラストには影響がない。

多少白の部分での色むらが生じる場合があるが、駆動回
路のゲインの調整と光源の分光スペクトラムバランスを
調整すれば解決できる。

また、液晶セルの厚さが画面の部分によって違うことに
よって白色のラスター画面では部分によって色温度が多
少違い部分的に色付いて見えることがあるが、ノーマリ
−ブラックの液晶ライトバルブを用いた本発明の場合は
黒色ラスターが色付くよりはるかに見やすく、気になら
ない。

すなわち、本発明はコントラストの高い高画質の映像を
１ｇることができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図が本発明の一実論例の液晶ライトバルブを使用し
た投射装置を示す斜視図である。、第３図は第１図と同
一の図で理解しやすいように各色光成分の光路を記入し
である。以下の説明で、上下左右など方向を示す用語は
いずれも図面上での方向を指している。

光源３１の上に集光レンズ３２を配置し、その上に分光
手段３３を配置している。この分光手段３３に分光され
た日成分、Ｒ成分を反射させる鏡３４１．３４３が配置
されている。１１３４１，３４３で反（ト）されたＢ、
Ｒ成分の光は上方向に移動し、光合成手段３５に配置し
た鏡３４２，３４４に入射するようになっている。ここ
までの構成は従来のものと格別の相違はない。本実施例
はさらに分光手段３３を透過したＧ成分の光を右側に反
射さぜる鏡３４５を分光手段３３の上で且つ光合成手段
３５の下に配置し、さらに、この右側に反射した光を上
及び光合成手段３５へと導り鏡３４６．３４７が設けら
れている。

光合成手段３５は四角体に形成され、前記分光手段３３
の頁上にあり、分光手段３３で分光されたそれぞれの光
を入射すべき三面には液晶ライトバルブ３６．３６．３
６が配置されている。これらの液晶ライトバルブはその
入射側にＳ偏光板が張られ、出射側にＰ偏光板が張られ
たものである。

すなわち、ノーマリ−ホワイト型の液晶ライトバルブで
ある。

光合成手段３５それ自体は従来のものと同様ダイクロイ
ックプリズムによるものであるが、その第３反射面３５
１及び第４反射面３５２の向きが従来のものと異なるよ
うに配置されている。ずなわら、第３反射面３５１は分
光手段３３の第１反射面３３１で反射されて偏光したＳ
偏光成分が入射するときにそのＳ偏波方向に対して直角
の方向を向くようにされている。同様に第４反射面３５
２も分光手段３３の第２反射面３３２で反射した光のＳ
偏光成分が入射するときにそのＳＱ波方向に対して直角
の方向を向くようにされている。したがって、光合成合
成手段３５で合成された光は従来のものと異なり、分光
手段３３、光合成手段３５を並べた方向ではなく、それ
と直角方向へと導かれる。したがって、投射レンズ３７
は従来がそうであった分光手段３３と光合成手段３５の
並んだ方向ではなく、図示のようにその方向と直角方向
に配置される。

第２図によって光の各色成分の進行方向並びに偏光方向
についてさらに説明する。７ＪＳ２図において、（ａ）
は第１図における投射方向を正面とした場合の側面図、
（ｂ）は正面図、（Ｃ）は上面図である。（ａ）に示す
ようにＧ成分は分光手段３３を透過して鏡３４５，３４
６，３４７でそれぞれ反射して液晶ライトバルブ３６へ
入射する。（ｂ）に示すように８成分は鏡３４１，３４
２で反射されて液晶ライトバルブ３６へ入射され、Ｒ成
分は鏡３４３．３４４で反射させられて液晶ライトバル
ブ３６へ入射させられる。この日成分、Ｒ成分は第１反
射面３３１．第２反射面３３２で反射させられて偏光す
る。その偏光方向は（ｂ）では図示のように紙面に直角
なＳ偏光である。上から見た（Ｃ）では左右に実線矢印
（−）で示す偏光方向である。Ｇ成分に含まれていたＰ
偏光光は液晶ライトバルブ３６の入射側偏光板によって
除去される。

これらＢ、Ｒ，Ｇの３成分がそれぞれ液晶ライトバルブ
３６を通過して出た光はＰ偏光に変えられている。この
Ｐ偏光の偏光方向を（ｂ）では実線矢印く←→）で示し
てあり、また（Ｃ）ではこのＰ偏光の偏光方向は■印に
示すように第３反射面３５１、第４反射面３５２の方向
と一致しているので、減衰せずにＧ成分と合成されて投
射レンズ３７からスクリーン（図示せず）へと送られる
。

上記実施例は第４図（ａ＞に対応する例であるが、第４
図（ｂ）に対応する例も同様に構成させることができる
ことは理解できるであろう。

し発明の効果］ 以上のように本発明は、液晶ライトバルブをＳ偏向入射
、Ｐ偏向出射のノーマリ−ホワイトのものとし、光合成
手段の光反射面の反射方向を変えＰ偏光の偏光光を反射
できるようにしたので、黒の再現性を向上させることが
でき、コントラストの高い、色むらの生じない高画質の
映像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶ライトバルブを使用し
た役割装置の要部構成を示す斜視図、第２図は第１図の
動作を説明する説明図で、（ａ）。 （ｂ）　、　（ｃ）はそれぞれ第１図の側面図、正面図
及び平面図、第３図は第１図と同−図で光路を説明する
ための説明図、第４図は従来の液晶ライトバルブを使用
した投射装置の構成図、第５図は第４図の装置で分光さ
れたＲ、Ｇ、Ｂ各色成分それぞれの波長対透過率の関係
を示す特性図、第６図は液晶ライトバルブの断面図、第
７図はタイプの異なる液晶ライトバルブそれぞれの印加
電圧対透過率の関係を示す特性図である。 ３１・・・光源、　　　　　３３・・・分光手段、３３
１・・・第１反射面、　３３２・・・第２反射面、３５
・・・光合成手段、　　３５１・・・第３反射面、３５
２・・・第４反射面、 ３６・・・液晶ライトバルブ、 ３７・・・投射レンズ。 第１図 光Ａから 光源かう （Ｏ） 第２図 第４１ 第３図 第５図 第６ｒ：１１ｉ 第７１！！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも光の第１の成分を反射させる第１反射面と第
   ２の成分を反射させる第２反射面とを有し、これらの反
   射面を利用して光源からの光を３色に分光する分光手段
   と、前記第１反射面で反射させた光を反射させる第３反
   射面と前記第２反射面で反射された光を反射させる第４
   反射面とを有し、かつ、光の第３の成分を透過させたも
   のであつて、前記二つの反射面で反射させた第１、第２
   の光と透過される第３の光とを合成させる光合成手段と
   を有し、電圧印加によつて偏光方向が変化する液晶で形
   成させたパネル両面に偏光板を設けて透過光量を制御す
   る液晶ライトバルブを３枚それぞれの分光された光の前
   記光合成手段への光路中に設けた液晶ライトバルブを使
   用した投射装置において、 前記第３反射面と第４反射面との反射面方向を、それぞ
   れ第１反射面、第２反射面での反射で偏光された偏光方
   向に対して９０度異なる偏光方向の光を反射させる向き
   とし、前記各液晶ライトバルブをその両面の偏光板の偏
   光方向が９０度異なっているものとしたことを特徴とす
   る液晶ライトバルブを使用した投射装置。