JPH03107838A - 液晶カラー投射装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液晶板を用いた液晶カラー投射装置に係り
、特にＲＧＢ別に設けた白黒液晶板の表示映像を加色混
合して投射する液晶カラー投射装置に関するものである
。

［従来の技術］ 近年、液晶デイスプレィ技術の進展は著しく、コントラ
ストや色再現性に優れる液晶板の出現によって、カラー
液晶板を映像表示担体として用い、大型スクリーンに拡
大投射する液晶カラー投射装置が実用化されている。こ
の種の装置は光源からの光を収束光学系で平行光線に収
束して、透過型カラー液晶板に照射し、投射光学系を介
して透過光をスクリーンとに拡大投射するものであるが
、現在実用に供されているカラー液晶板の画素数は７〜
９万画素であり、−絵素としての赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）の画素を一組とするとこの３分の１の絵素数と
なり、大型スクリーンに投射した場合、画素の粗さが目
立ち、実用的でない。

そこで、液晶パネルの絵素数の粗さを克服するため、３
枚の白黒液晶板を用い、これらの液晶板に全波長の光源
をＲ−Ｇ−８の３色光に分離（分光）する色分！（ダイ
クロイック）ミラーを介してＲ−Ｇ−Ｂの光を入射させ
、各々の液晶板でＲ画像、０画像、８画像を生成してダ
イクロイックプリズムあるいはダイクロイックミラーで
混合し、投射光学系を介して大型スクリーン上にカラー
画像を再生する方式が提案され、実用化されている。

第４図〜第６図によってこれらの従来装置について説明
する。

第４図は光の色分離および混合にダイクロイックミラー
を用いたミラ一方式と呼ばれる液晶カラー投射装置の模
式図である０図において１はハロゲンランプ等の光源で
あり、この光源１からの光は全反射ミラー２で反射され
、収束光学系３で収束されてほぼ平行光線になり、青色
光のみを分離反射する青ダイクロイックミラー４に入射
する９青ダイクロイツクミラー４で分離された青色光５
はミラー６で収束光学系３の光軸と平行に反射されて、
偏光板付き液晶板７に入射する。

偏光板付き液晶板７の詳細について第６図を用いて説明
する。偏光板付き液晶板７は対置させた２枚の透明ガラ
ス板８１．８□の対向面にＸ座標軸を与える透明電極９
およびｙｓＦ！Ａ軸を与える透明電極１０をそれぞれ設
けて、これらの電極９゜１０ｆｍにネマティック液晶１
１をその液晶分子が電極９および１０にかけてらせん状
に９０度ねじれて配列するように封入し、さら透明ガラ
ス板８厘、８２の外側に電極９の界面で液晶分子の配向
と同じ向きの偏光方位を有する偏光子１２および検光子
１３からなる一対の偏光板が貼着されている。このよう
に構成された液晶板７のＸ、Ｙ電極９．１０に、投射す
べき任意の映像の構成画素に応じて選択的に電圧を供給
しておき、偏光−ＰＩ３側から光（例えば青色光５）を
入射したばあいに、全方位振動の光５は偏光子１２によ
って直線偏光されてＸ電極９に直交する方位の振動成分
のみが液晶１１に到達する。投射する映像の構成画素に
応じて電圧を供給された部位の液晶分子は旋光性が解消
され、この状態の部位へ入射した偏光光線はそのまま透
過し、電圧が供給されていない部位の液晶に入射した偏
光光線は液晶分子の旋光性で９０度回転されて、偏光子
１２と偏光面を一致させて設けた検光子１３において遮
断される。従って偏光板付き液晶板７を透過した青色光
５は映像情報を有する青色映像光５Ｉとなる。　第４図
において、青ダイクロイックミラー４で青色成分５を失
いそのミラー４を透過した光は黄色になる。

その黄色光１４は赤ダイクロイックミラー１５に入射し
、赤色光１６が分離され、残る緑色光１７はそのミラー
１５を透過する０分離された赤色光１６は偏光板付き液
晶板７と同一構成の液晶板１８に入射し、赤色映像光１
６１となる。青色映像光５Ｉと赤色映像光１６１は混合
用ダイクロイックミラー１９で混合されてマゼンタ色映
像光２０となる。

一方、緑色光１７はやはり偏光板付き液晶板７と同一構
成の液晶板２１に入射し、緑色映像光１７１となり、ミ
ラー２２で反射されて混合用ダイクロイックミラー２３
に入射する。緑色映像光１７１とマゼンタ色映像光２０
は混合用ダイクロイックミラー２３で混合されて、ＲＧ
Ｂ加色混合映像光２４となり、投射光学系２５を介して
大型スクリーン２６に拡大投射されて、カラー映像が再
生される。

第５図はＲＧＢに分離されたた光の混合にダイクロイッ
クプリズムを用いたプリズム方式と呼ばれる液晶カラー
投射装置の模式図である。同図において、第４図と同一
または相当部分は同一符号を付してその説明を省略する
６図から明らかなように、この方式は３枚の偏光板付き
液晶板７．　１８．２１において、ＲＧＢ映像光を得る
までは前述のミラ一方式と同様である。ミラ一方式はＲ
ＧＢ映像光を２枚のダイクロイックミラーを用いて混合
しているが、プリズム方式はダイクロイックグリズム２
７を用いて混合しており、小形化に適している。ダイク
ロイックプリズム２７は３角プリズム４枚を貼り合わせ
、その貼り合わせ面に色混合用被膜を介在させたもので
、ミラ一方式における混合用ダイクロイックミラー１９
および２３と同じ働きをする。

このように、ＲＧ　Ｂ別の液晶パネルを背後から投射し
、混合方式でスクリーン上にカラー映像を形成する液晶
カラー投射装置は、３枚の液晶パネルを用いて一映像を
構成するので、画素数が３倍になり、高解像度の映像が
得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来装置に使用されている偏光板付き液
晶板はｆＩｉｉ光子において入射される全方位振動の光
から特定方位の振動成分のみを透過させ、他の成分は吸
収すると共に、この透過した偏光光線のうち、液晶をそ
のまま透過した投射すべき光（映像）のみ検光子を透過
させ、液晶において９０度回転された非映像光は検光子
において吸収するので、投射映像が低輝度になる。また
光源のエネルギが大きいので光を吸収した液晶板は発熱
し、液晶の劣化や破損につながるという課題があった。

このため大容量の光源を用いて投射映像の輝度を向上さ
せるにも限度があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するためにこの発明は、光源から
の自然光を偏光ビームスプリット手段で反射光と透過光
に分光し、このいずれが一方の直線偏光光を一対のダイ
クロイックミラーでＲＧＢ色光に分離した後、液晶板背
面に光反射体を配設した液晶表示手段にそれぞれ入射し
、その液晶表示手段において表示映像に応じて９０度旋
回光と不旋回光を生成し、共に反射させて混合した後、
偏光ビームスプリット手段を透過または反射した映像光
を投射光学手段において拡大投射するようにしたもので
ある。

［作用１ 光源から放射されて収束された自然光が偏光ビームスプ
リット手段において反射光と透過光に分光される。反射
光は第１の色分離手段に入射され、ＲＧＢ光のうち予め
定められた１色光が分離反射され、他の２色光は透過さ
れる。この透過光は第２の色分離手段に入射されて、こ
れら２色光のうち予め定められた１色光が分離反射され
、残る１色光は透過される。このようにして得られたＲ
ＧＢ先はツイストネマティック液晶板背面に反射体を配
設した液晶表示手段にそれぞれ入射されて、液晶表示手
段に電圧が供給されて、旋光性が解消した液晶セルへの
入射光はそのまま反射され、電圧が供給されない液晶セ
ルへの入射光は偏光面が９０度回、転され光反射体によ
って反射される。これらの反射光はそれぞれ往路と同一
経路を経て加色混合されながら偏光ビームスプリット手
段に到達し、反射光のうち９０度回転を受けているもの
のみが偏光ビームスプリット手段を透過して、投射光学
手段を介してスクリーン上に拡大投射される。一方、加
色混合された反射光のうち、９０度回転を受けていない
光は、偏光ビームスプリット手段において反射され、収
束光学系を介して光源に戻る。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の示す装置の断面図であり
、３０は光源手段であり、ハロゲンランプ３１、半球ミ
ラー３２、コンデンサレンズからなる収束光学系３３お
よび冷却ファン３４がら構成されている。ランプ３１か
ら放射される自然光はミラー３２で効率良く反射され、
収束光学系３３で後述する投射レンズに焦点が合うよう
に収束されたほぼ平行光線３５となって、開光ビームス
アリット手段４１に入射される。偏光ビームスプリット
手段４１は光源手段３０からの収束光３５の光軸に対し
偏光ビームスプリッタの製造−Ｌの制約に起因する波長
依存特性を最小に抑制し得る所定角度、一般的には記号
４１ａの面を４５度傾斜させて配設された偏光ビームス
プリッタがらなり、入射した収束光は互いに直交する直
線偏光光線すなわち透過光４３と反射光４２に分光され
る。この装置では透過光４３は使用していない、　ｒｌ
１４光ビームスプリット手段４１において、反射された
直線ＩＨ光光線４２は反射光４２の光軸上にその先軸に
対して４５度傾斜させて配設した第１の色分離手段４４
に入射する。第１の色分離手段４４は例えば青ダイクロ
イックミラーが用いられ、入射した直線偏光光線４２か
ら青色光４５のみを分離して反射し、残る赤および緑の
２色からなる黄色光４６を透過する。第１の色分離手段
４４を透過した黄色光４６はその光軸に対して４５度傾
斜させて配設した第２の色分離手段４７に入射する。第
２の色分離手段４７は例えば赤ダイクロイックミラーが
用いられ、入射した黄色光４６から赤色光４８を分離し
て反射し、緑色光４９を透過する。

このようにして、第１および第２の色分離手段４４．４
７で分離された赤、緑、および青の光は同一構造の３枚
の液晶板５１，５２．５３からなる液晶表示手段５０に
入射する。

これらの液晶板５１，５２．５３の詳細について第２図
および第３図を参照して説明する。第２図は例えば液晶
板５１の平面図であり、第３図はその縦断面図である０
図において５４．５５は透明ガラス板であり１両ガラス
板５４．５５問には棒状の液晶分子が光軸の回りに９０
度回転した状態で配向されたツイストネマティック（以
ｒ、ＴＮと称する）液晶を封入した液晶セル５６がマト
リクス状に配置され、ガラス板５５の外側面にはアルミ
蒸着等によって形成した光反射体５７が配設されている
。この実施例においては光反射体５７をガラス板５５に
被着させたが、両者を離して設けても同等の効果を得る
ことができる。このＴＮ液晶は薄膜トランジスタ（以下
、ＴＰＴと称する）アクティブ・マトリクス方式によっ
て駆動される。即ちガラス板５５上にＸ、Ｙ方向の透明
ストライプ電極５８．５９を形成し、画電極に囲まれる
スペースにそれぞれ液晶セル５６（画素に相当する）を
配置すると共に、これらの液晶セル５６とＸ、Ｙ電極５
８．５９の交点とを透明のＴＦＴ６０によって接続し、
さらにガラス板５４の内面に共通電極６１としてＸ方向
の透明ストライプ電極を設けることによって、トランジ
スタ６０のスイッチング動作によって任意の画素の液晶
セル５６に電圧を供給して、当該液晶セル５６の液晶分
子の旋光性を解消する方式である。この方式はＴＰＴの
的確なスイッチング動作によって、画素間のクロストー
クを防ぎ、ハイコントラスト、早い応答速度、高い階調
特性が得られる利点があるが、この装置で用いられる液
晶板はアクティブマトリクス方式に限らず、ＸＹ電極外
周にスイッチング素子を配置したパッシブマトリクス方
式のものであっても良い。

さて、このように構成された液晶板５１．５２゜５３の
Ｘ、Ｙ電極５８．５９に投射すべき任意の映像の反転映
像に応じて選択的に電圧を供給しておき、直線偏光され
たＲＧＢ色光４５．４８．４９が入射されると、電圧が
供給されている液晶セル５６に入射した光はそのまま液
晶を透過して反射体５７で反射されるが、電圧が供給さ
れていない部分に対応するものは入射した光が旋光性に
よって９０度回転されて反射体５７で反射される。

それらの反射光４５１．４８ｔ　、４９ｔはそれぞれ往
路と同一経路を経て赤ダイクロイックミラー４７および
青ダイクロイックミラー４４で混合されながら偏光ビー
ムスプリット手段４１に到達し反ｑ（光のうち、９０度
回転されている光、即ち映像光５０のみが、偏光ビーム
ステリット手段を透過して、投射光学手段５４でスクリ
ーン（図示していない）上に投射され、カラー映像が再
生される。

一方、混合された反射光のうち９０度回転を受けていな
い光は、偏光ビームスプリット手段４１で反射され、収
束光学系３３を経て、ラン１３１（こ戻ることとなる。

この装置では液晶表示手段に接して偏光板を使用してい
ないので液晶表示手段が従来のもののように偏光板によ
って吸収される光線によって加熱されることはないが、
画面を明るくするために光源のエネルギを高くすれば相
応の発熱は伴うことになる。そこでコンデンサレンズよ
り先の光路にエチレングリコール・ジエチルエーテル等
の光の屈折率がガラスと同等のものを充填しておけば、
その冷却効果によって液晶の劣化が防止できる。

この場合、液晶は従来のように偏光板に接しているわけ
ではないので、その冷却効果は従来のものよりも優れた
ものになる。それに加え、従来のものは偏光板が液晶に
接していたため、偏光板で直接液晶を加熱していたが、
本願はそのような加熱が行われないことに加え、より効
率的な冷却が行われることと相まって、冷却効果がｍ著
になる。

そしてここで使用した冷却材料は光に含まれる赤外線を
吸収する性質があるので、液晶の熱的影響を取り除くこ
とができる。また、その液による液晶の冷却と、対流に
よる熱バランスの維持が図れ、カラー映像を忠実に再現
できる。

なお、液晶を冷却することによって信頼性を向上させる
観点からすると、冷却部分は液晶の表面に接する部分だ
けでも良く、かつ液晶部分は高熱の部位から離れている
ことから、このように構成すれば、冷却液の充填手段も
簡単なもので実現できることになる。

以上の実施例は偏光ビームスプリット手段４１によって
分光された反射直線偏光光線を用いる構成としたが、偏
光ビームスプリット手段４１によって分光された透過直
線偏光光線を用いても同じ効果が得られる。それらはい
ずれも液晶パネルに電圧が供給された場合には液晶の旋
光性が解消されて入射した直線偏光が向きを変えずに反
射されるため、それらの光は偏光ビームスプリッタ手段
を透過せず、スクリーン上に投射されない、したがって
スクリーン上でポジの映像を表示するためには、液晶パ
ネルに反転映像信号を供給することになる。このために
は以上述べた液晶パネルと異なり、パネルに電圧が供給
された場合に入射した直線偏光が向きを変えて反射し、
パネルに電圧が供給されない場合に入射した直線偏光が
向きを変えないで反射される液晶パネルを用いれば、正
転の映像信号を供給することで、スクリーン上にポジの
映像を表示することができる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、光源からの自然光を偏
光ビームスプリット手段で反射光と透過光に分光し、こ
のいずれか一方の直線偏光光を一対のダイクロイックミ
ラーでＲＧＢ色光に分離した後、液晶板背面に光反射体
を配設した液晶表示手段にそれぞれ入射し、その液晶表
示手段において表示＠像に応じて９０度旋回光と不旋回
光を生成し、共に反射させて混合した後、偏光ビームス
プリット手段を透過または反射した映像光を投射光学手
段において拡大投射するようにしたので、従来装置に比
べて次の利点を有する。

（ａ）従来装置に使用される液晶板は透過形のため、液
晶の両面に偏光板を必要としたが、この発明のものは液
晶の片面に光反射体を設けるだけで良いので、偏光板に
よる光吸収がないため液晶が高温になることが防止でき
、このため液晶が劣化し難くいので液晶板の誤動作を防
止して装置の信頼性を向上させることができる。また、
液晶の温度が高くならないことから、光源の光量を増加
でき、画面が明るくできる。

（ｂ）光源からの照明光と投射光の切換に偏光ビームス
プリッタ−を設けて照明系と投射系を共用することによ
り、従来は照明系と投射系で２組のダイクロイックミラ
ーを必要としたのが、−組で良くなり、装置をより小形
化し得るとともに、経済性良く構成することができる。

（ｃ）光源から液晶表示手段までの光路長が各色（Ｒ，
Ｇ、Ｂ）とも同一となるため、照度が同一となり、色む
らが生じない。

（ｄ）容器内を冷却することで液晶面を冷却でき、これ
によって液晶の一劣化を更に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図における液晶表示装置の乎面図、第３図はその縦断
面図、第４図は従来のミラー式液晶カラー投射装置の模
式図、第５図は従来のプリズム式液晶カラー投射装置の
模式図、第６図は偏光の状態を説明するための図である
。 ３、・・・・光源手段、３１・・・・収束光学系、４】
・・・・偏光ビームスプリット手段、４４゜４７・・・
・色分離手段、５１，５２．５３・・・・液晶表示手段
、５４・・・・投射光学手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）収束光学系を備えた光源手段と、 その光源手段からの収束光の光軸上にその光軸に対して
   所定角度傾斜させて配設した偏光ビームスプリット手段
   と、 そのビームスプリット手段によつて分光された反射また
   は透過直線偏光光線の光軸上にその光軸に対して４５度
   傾斜させ互いに離間して配設されその直線偏光光線を協
   働してＲ・Ｇ・Ｂ成分に分離する第１および第２の色分
   離手段と、 第１および第２の色分離手段によって分離されたＲ・Ｇ
   ・Ｂ成分によってそれぞれ照射されるツイストネマティ
   ック液晶板背面に光反射体を配設し前記反射または透過
   直線偏光光線に応じた映像形成用駆動電圧が供給される
   液晶表示手段と、偏光ビームスプリット手段を挟み色分
   離手段に対向させて配設した投射光学手段とからなるこ
   とを特徴とする液晶カラー投射装置。
2. （２）請求項１において少なくとも液晶表示手段の表示
   面に接する状態で冷却液を封入したことを特徴とする液
   晶カラー投射装置。