JPH03150553A

JPH03150553A - 液晶カラー投射装置

Info

Publication number: JPH03150553A
Application number: JP1288668A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Inada; 稲田　智英
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1991-06-26

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Ｊ本発明は、液晶板を用いた液晶カラー投射装置に係り、
特にＲ，、Ｇ、Ｂ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
の種の装置は光源がちの光を収束光学系で略平行光線に
収束して、透過型カラー液晶板に照射し、透過光を投射
光学系を介してスクリーン上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
万〜９万画素であり、−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の画
素数となり、大型スクリーンに投射した場合は画素の粗
さが目立つため、実用的でない。

そこで、液晶パネルを用いた際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、Ｂの３色光に分離（分光）する色
分離（ダイクロイック）ミラーを介してＲ，Ｇ、Ｈ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（プリズム方式）ある
いはダイクロイックミラー（ミラ一方式）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１１図および第１２図によってこれらの従来装置につ
いて説明する。

第１１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。同図において、１はハロゲンラング等の
光源であり、この光源からの光は全反射ミラー２で反射
され、収束光学系３で収束されて略平行光線となり、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。

青ダイクロイックミラー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
付液晶板７に入射する。

偏光板付液晶板７の詳細について第１２図を用いて説明
する。偏光板付液晶板７は対置させた２枚の透明ガラス
板８ａ、８ｂの対向面に互いに直交するＸ透明電極９お
よびＸ透明電極１０をそれぞれ設け、これらの電極９．
１０間にネマティック液晶１１をその液晶分子が電極９
および１０にかけて螺旋状に９０度捩しれて配列するよ
うに封入し、更に透明ガラス板８ａ、８ｂ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［！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、偏光子１２１１ＩＪから光（例え
ば青色光５）を入射すると、全方位振動の光５は偏光子
１．２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。したがって、偏光板付液晶板７を透
過した青色光らは映像信号を有する青色映像光５ａとな
る。

第１１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は赤ガイクロイックミラー１５に入射し、
赤色光１６分離され、残る緑色光１７はそのミラー１５
を透過する。分離された赤色光１６は偏光板付液晶板７
と同一構成からなる液晶板１８に入射し赤色映像光１．
６　ａとなる。

青色映像光５ａと赤色映像光１．６　ａ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はやはり偏光板付液晶板７と同一構成
の液晶板２１に入射し、緑色映像光１７ａ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■７ａ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、ＲＧＢ
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。

一方、プリズム方式は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ダイクロ
イックプリズムを用い、ＲＧＢ別映像光を混合する方式
であり、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、ＲＧＢ別の液晶パネルを背後から投射し、
加色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液晶
板は偏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の
で、半分以上の光量を損失する。したがって、投射映像
が低輝度となると共に、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った問題があった。こ
のため、大光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。

したがって、本発明は上述したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、液晶板
の発熱が少なく、高輝度の映像が得られるようにした液
晶カラー投射装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は上記目的を達成するために、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
分光手段と、その偏光ビーム分光手段によって分光され
た反射および透過直線偏光光線の光軸上にそれぞれ配設
されその直線偏光光線をＲ，Ｇ、Ｂ成分に分離して射出
する一対のＲ，Ｇ−Ｂ色分光手段と、前記一対のＲ−Ｇ
、Ｂ色分光手段からのＲ，、Ｇ、Ｂ光によってそれぞれ
照射されそれらのＲ，Ｇ、Ｂ光に映像情報をそれぞれ付
与して透過する一対の液晶表示手段と、前記一対の液晶
表示手段を透過した映像情報を有するＲ、Ｇ、Ｂ光を液
晶表示手段ごとに加色混合し射出する一対の加色混合手
段と、前記一対の加色混合手段からの偏光面が互いに直
交する加色混合光を合成すると共に映像光と非映像光に
分離して射出する偏光ビーム合成手段と、前記偏光ビー
ム合成手段からの合成カラー映像光の光軸上に配設され
その合成カラー映像光を投射する投射手段とで構成した
ものである。

［作用］光源から放射されて収束光学系により収束された自然光
が偏光ビーム分光手段において反射光と透過光に分光さ
れる。これらの反射光および透過光は一対のＲ，Ｇ、Ｂ
色分光手段に入射されて、Ｒ，、Ｇ、Ｂ光がそれぞれ分
離されて一対の液晶表示手段に入射され、その液晶表示
手段に供給される画像信号に対応した電圧に応じて旋光
あるいは不旋光化されて、液晶表示手段を透過する。

これらの透過光は一対の加色混合手段に入射されて、反
射および透過直線偏光光線毎にＲ，Ｇ、Ｂ光が加色混合
される。この偏光面が互いに直交する加色混合光は偏光
ビーム合成手段によって合成されると共に、映像光と非
映像光に分離され、映像光のみが投射光学手段を介して
スクリーン−Ｌにカラー映像として拡大投射される。

［実施例］以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１、図は本発明に係る液晶カラー投射装置の一実施例
を示す斜視図、第２図はその側面図、第３図は第２図に
おける■−■線矢視図、第４図は第１図の平面図である
。

これらの図において、３０は光源手段であり、第５図に
詳細に示すように、ハロゲンランプ３１、半球ミラー３
２、コンデンサレンズからなる第１および第２の収束光
学系３３．３４、コールドミラー３５、空間フィルタ３
６、冷却ファン３７等で概ね構成されている。ランプ３
１から放射される自然光はミラー３２で効率よく反射さ
れ、第１の収束光学系３３で射出光の焦点が空間フィル
タ３６に結ばれるように収束される。この収束光は赤外
線を透過して除去するコールドミラー（赤外線ミラー）
３５において反射され、空間フィルタ３６に入射する。

空間フィルタ３６は中央に細孔が穿設されており、前述
の反射光をこの細孔を通すことによって反射光以外の光
、すなわち雑光を除去する。

空間フィルタ３６を通過した反射光は第２の収０来光学系３４で略平行光線に収束され、偏光ビーム分光
手段３８に入射する。偏光ビーム分光手段３８は収束光
学系３４の光軸に対し、て偏光ビームスプリッタの製造
−Ｆの制約に起因する波長依存特性を最小に制御し得る
所定角度、一般的には４５度傾斜させて配設した偏光ビ
ームスブリット面３９を備えてなり、一方は反射され、
他方は透過される。

このようにして得られた反射直線偏光光４ｏと透過直線
偏光光４１はそれぞれ光軸上に配設された第１および第
２のＲ，Ｇ、Ｂ色分光手段、例えば分光用ダイクロイッ
クプリズム５ｏおよび５１に入射して、赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）および青（Ｂ）光４２ａ、４３ａ、４４ａおよび４
５ａ、４６ａ、４７ａ（第３図）に分離される。分離さ
れた各々の単色光４．２　ａ−４４ａおよび４５ａ〜５
７ａは、分光用ダイクロイックプリズム５０および５１
のそれぞれの射出面に４５度傾斜させて配設した全反射
ミラー６１〜６６（第２図、第３図）の反射面に対向さ
せて９０度傾斜させて配設した全反射ミラー６７〜７２
（第２図、第４図）にて全反射されて、それぞれの光軸
に直交させて設けた６枚の液晶表示板８０〜８４．８５
〜８７からなる一対の液晶表示手段８０および８１に入
射する。

これらの液晶表示板８２〜８７の詳細について第６図お
よび第７図を参照し、て説明する。第６図は液晶板８２
〜８７の平面図であり、第７図はその縦断面図である。

これらの図において、９１．９２は透明ガラス板であり
、両ガラスＷ９１．９２同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チ
ック（ＴＮ）液晶を封入した液晶セル９３がマトリック
ス状に配置されている。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・マトリックス方
式によって駆動される。すなわち、ガラス板９２上にＸ
、Ｙ方向の透明ストライブ電極９４．９５を形成し、画
電極において囲まれるスペースにそれぞれ液晶セル（画
素に相当する）を配置すると共に、これらの液晶セル９
３とｘ、Ｙ電極９４．９５の交点とを透明のＴＦＴ９６
によって接続し、さらにガラス板９１の内面に共通電極
９７としてＸ、Ｙ方向の透明ストライブ電極を設けるこ
とによって、ＴＦＴ９６のスイッチング動作によって任
意の画素の液晶セル９３に電圧を供給して、当該液晶セ
ル９３の液晶分子の旋光性を解消する方式である。この
方式はＴＦＴ９６の的確なスイッチング動作によって、
画素間のクロス１−−りを防ぎ、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ックス方
式に限らず、Ｘ、Ｙ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ックス方式のものであってもよい。

さて、このように構成された液晶表示板８２〜８７のＸ
、Ｙ電極９４．９５に、投射すべき任意の映像に応じて
選択的に電圧を供給しておき、直線偏光されたＲＧＢ色
光４２ａ〜４４ａ、４５ａ〜４７ａを照射すると、電圧
が供給されて液晶の旋光性が消滅した液晶セル９３に入
射した光はそのまま液晶セル９３を透過し、電圧が供給
されて３− いない液晶セル９２に入射した光は液晶の旋光性によっ
て偏光面が９０度回転されて透過する。

液晶表示手段８０．８１をそれぞれ透過した映像情報を
有するＲ、Ｇ、Ｂ光４２ｂ〜４４．　ｂ、４５ｂ〜４．
６　ｂは、それぞれの光軸トに配設された第１および第
２の加色混合手段、例えば液晶表示板８２〜８７に入射
面を平行に設けた混合用ダイクロイックプリズム１０１
．１０２に入射され、液晶表示板８２〜８７の透過映像
光４２ｂ〜４４ｂ、４５ｂ〜４７ｂをそれぞれ加色混合
して偏光ビーム合成手段１０３に射出する。偏光ビーム
合成手段１０３は混合用ダイクロイックプリズム１０１
．１０２の射出面に対し、入射面が平行に配置されかつ
両光軸の交差角を２分する角度に配設した偏光ビームス
ブリット面１０４を備えてなり、混合用ダイクロイック
プリズム】−０１，１０２からの偏光面が互いに直交す
る加色混合光４８ａおよび４８ｂを合成すると共に映像
光（不旋回光）と非映像光（旋回光）に分離して、自然
光となったカラー映像光４９のみを投射光学手段］、　
Ｏ５に＝１４供給し、その投射光学手段１０５でスクリーン（図示せ
ず）上に投射してカラー映像が再生される。

なお、分離された非映像光４９Ｔは、偏光ビーム合成手
段１０３から装置外部に放出される。

上記実施例においては、Ｒ，Ｇ、Ｂ色分光手段５０．５
１にダイクロイックプリズムを用いた場合について説明
したが、プリズム方式に代えて、ダイクロイックミラー
を用いたミラ一方式によっても本装置と同様に作用する
装置を構成することができる。

以下、ミラ一方式による本発明の他の実施例について第
８図〜第１０図を参照して説明する。第８図は第１０図
における■−■線矢視図、第９図は平面図、第１０図は
側面図である。なお、図中第１図〜第７図と同一構成部
品、部分については同一符号を以て示し、その説明を省
略する。

図から明らかなように、このミラ一方式は偏光ビーム分
光手段３８において、互いに直交する直線偏光光４０お
よび４１を得るまでは前述したプリズム方式と同様であ
る。偏光ビーム分光手段３８において得られた反射直線
偏光光４０と透過直線偏光光４１は、それぞれの光軸上
にその光軸に対して４５度傾斜させて配設された第１お
よび第２のＲ，Ｇ、Ｂ色分光手段１２０および１２１に
入射する。色分光手段１２０．１２１は例えばそれぞれ
青ダイクロイックミラー１１０および１１５と、赤ダイ
クロイックミラー１１１および１１３とで構成され、青
ダイクロイックミラー１１．０．１１２は入射した直線
偏光光４０．４１．から青色光４４ａ、４７ａのみを分
離して全反射ミラー６３．６６で垂直上方向に全反射し
、残る赤および緑の２色からなる黄色光１２７．１２８
を透過する。透過した黄色光１２７．１２８は、その光
軸に対して４５度傾斜させて配設した赤ダイクロイック
ミラー１１１．１１３に入射し、黄色光１２７．１２８
から赤色光４２ａ、４５ａを分離して全反射ミラー６１
．６４によって垂直上方向に全反射し、緑色光４３ａ、
４．６　ａを透過する。そして、緑色光４３ａ、４６ａ
は全反射ミラー６２．６５によって垂直上方向に全反射
する。

このようにして、色分光手段１２０．１２１で分離され
たＲ、Ｇ、Ｂ光は同一構造の６枚の液晶表示板８２〜８
７からなる一対の液晶表示手段８０．８１に入射する。

これらの任意の液晶表示板８２〜８７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Ｒ、Ｇ、Ｂ色光４２ａ、４３ａ、４
４ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａが入射されると、前述の
実施例と同様画像信号に対応した電圧に応じて旋光ある
いは不旋光化されて透過する。

液晶表示手段８０．８１をそれぞれ透過した映像情報を
有するＲ、Ｇ、Ｂ光４２ｂ〜４４ｂ、４５ｂ〜４．７　
ｂは、それぞれの光軸上に配設された赤ダイクロイック
ミラー１１５．１１７および青ダイクロイックミラー１
１４．１１６によって混合されながら偏光ビーム合成手
段１０３に入射し、前述した実施例と同様不旋回光、す
なわち自然光となったカラー映像光のみが透過し、旋回
光である非映像光は反射する。そして、カラー映像光は
７投射光学手段１０５によってスクリーン上に投射されて
カラー映像を再生する。

［発明の効果］、以上説明したように本発明に係る液晶カラー投射装置
は、光源からの自然光を偏光ビーム分光手段で分光し、
分光したそれぞれの直線偏光光をＲｌＧ、Ｂ色分光手段
でＲ，Ｇ、Ｂ色光の分離した後、液晶表示手段に入射し
、液晶表示手段で表示映像に応じて生成した不旋回光を
透過させて直線偏光光ごとに加色混合手段でカラー映像
光に加色混合し、さらに偏光ビーム合成手段で反射およ
び透過直線偏光光ごとのカラー映像光を合成した後、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がある。

従来のこの種の装置においては、光源からの全方位の光
を液晶板前面に貼り付けた偏光子で直線偏光化するため
に半分以上の光量を損失すると共に、液晶表示板後面に
貼り付けた検光子で映像光以外の光を吸収するが、この
装置は偏光ビーム分光手段で互いに偏光方向が直交する
直線偏光光に８分離した後、偏光板のない液晶表示板によってそれぞれ
の直線偏光光ごとにカラー映像光を得、さらに偏光ビー
ム合成手段で両直線偏光光ごとのカラー映像光のみを１
映像に合成しているので、偏光子による光吸収がなく、
高輝度の映像が得られると共に、偏光子および検光子に
よる光吸収に伴う発熱によって液晶が劣化することもな
いので、液晶板の誤動作を防止でき、装置の信頼性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶カラー投射装置の一実施例を
示す斜視図、第２図はその側面図、第３図は第２図にお
ける■−■線矢視図、第４図は第１図の平面図、第５図
は第１図における光源手段の詳細を示す模式図、第６図
は第１図における液晶表示板の平面図、第７図はその縦
断面図、第８図〜第１０図は本発明の他の実施例を示す
もので、第８図は第１０図における■−■線矢視図、第
９図は平面図、第１０図は側面図、第１１図は従来装置
の模式図、第１２図は第１１図における液晶表示板の動
作を示す模式図である。３０・・・光源手段、３８・・・偏光ビーム分光手段、
５０．５１・・・Ｒ，Ｇ、Ｂ色分光手段、６１〜７２・
・・全反射ミラー、８０．８１・・・液晶表示手段、８
２〜８７・・・液晶表示板、１０１．１０２・・・加色
混合手段、１０３・・・偏光ビーム合成手段、１０５・・・投射光
学手段、１１０〜１１７・・・ダイクロイックミラー

Claims

【特許請求の範囲】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分光手段と、その偏光ビーム分光手段によって分光された反射および
透過直線偏光光線の光軸上にそれぞれ配設されその直線
偏光光線をＲ、Ｇ、Ｂ成分に分離して射出する一対のＲ
、Ｇ、Ｂ色分光手段と、前記一対のＲ、Ｇ、Ｂ色分光手
段からのＲ、Ｇ、Ｂ光によってそれぞれ照射されそれら
のＲ、Ｇ、Ｂ光に映像情報をそれぞれ付与して透過する
一対の液晶表示手段と、前記一対の液晶表示手段を透過した映像情報を有するＲ
、Ｇ、Ｂ光を液晶表示手段ごとに加色混合し射出する一
対の加色混合手段と、前記一対の加色混合手段からの偏光面が互いに直交する
加色混合光を合成すると共に映像光と非映像光に分離し
て射出する偏光ビーム合成手段と、前記偏光ビーム合成
手段からの合成カラー映像光の光軸上に配設されその合
成カラー映像光を投射する投射手段とからなることを特
徴とする液晶カラー投射装置。