JPH06118368A

JPH06118368A - 液晶プロジェクターの構造

Info

Publication number: JPH06118368A
Application number: JP4270557A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Fujimori; 基行藤森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】光学ユニットの液晶パネル間の画素位置及び
投射レンズと液晶パネルとの焦点距離位置合わせを行な
う調整機構を用いることによる光学ユニットの大型・重
量化を改善し、部品点数増とこれに伴なう組立・調整工
数増大と、外乱による画素ズレ、流体抵抗増大による液
晶パネル冷却の限界等を改善した液晶プロジェクターを
得る。【構成】ダイクロイックプリズムに液晶パネルを直接
固定する構造とし、液晶パネルにフレキシブルプリン
ト基板を導通可能なように固着して回路手段と接続する
構造とし、ダイクロイックプリズムの出射面のみに後
偏光板を配置する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネルを用いた液
晶プロジェクターの光学系の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、（１）特願昭６３−１３３８７
２号の発明「液晶プロジェクタ」に開示されているよう
に、回路基板に実装された液晶パネル５４、５５、５６
の各々は支持板６５、６６にねじ止めされて一体化され
る。これを光学ヘッド１７の上板５９にバネ６４によっ
て、前後・左右・上下方向（３軸方向）の位置決の調整
を必要としている。また、（２）特願平３−２８４３０
号の発明「投射形液晶プロジェクタ」に開示されている
ように、回路基板１０に実装された液晶パネル７ａ・７
ｃの各々は固定板Ａに固定される。固定板Ａ〜Ｄの４種
類の固定板の相互の組み合わせ結合によって、左右・上
下・回転方向（３軸方向）の画素間のアライメント位置
決め調整を必要としている。更に、固定板Ｄと上下の２
種の補助板２９・３４を介して上下の筐体８ａ・８ｂと
の組み合わせ結合によって、前後・ピッチング（縦揺
れ）・ヨーイング（片搖れ）方向（３軸方向）のフォー
カス合わせ位置決め調整、即ち合計６軸方向の調整を可
能とする調整機構を必要としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、赤・青・緑光
用の液晶パネルの相互の画素位置を精密に合わせようと
し、更に、スクリーンへの投射画面の焦点を鮮明に合わ
せようとする程調整機能は複雑化してしまう。加えて、
より高画素化する場合も同様であり、以下の様な問題点
を生じる。

【０００４】（ａ）調整機構に於いて、先ず、液晶パネ
ルはガラス材から構成されるため、補強・保護及び導通
結合させるために回路基板等の介在部材を用いなくては
調整機構に組み込めない。このため、調整機構の必要最
小寸法が決まってしまい、本来の小型な液晶パネルのサ
イズに対して調整機構が大きくなってしまい、且、複雑
な構造となる。次に、３軸もしくは６軸方向の調整を行
なう調整ストローク分に加え、複雑化した機構部品の形
状及び位置公差分を加味する量だけ更に大きくなると同
時に、調整機構相互間の干渉防止を図るスペースをとる
ことによって光学系の主要部分の平面サイズが決ってし
まう。従って、光学ユニット及び製品が大型・重量化し
てしまう。

【０００５】即ち、液晶パネル及びダイクロイックプリ
ズムを小型化しても、小型化した量だけ光学ユニットが
小さくできない構造的限界を有する。

【０００６】次に、３軸もしくは６軸方向の調整を行な
うためには各軸方向の調整を行なわせる部材を相互に積
み重ねた構造とすることによって、投射レンズのバック
フォーカスが大きくなり、使用レンズ枚数が増すために
大形化する。

【０００７】従って、製品の大型化・重量化による製品
設計及びデザインへの制約条件を多くし、取扱い性・可
搬性・設置性向上へのブレーキとなっている。

【０００８】（ｂ）調整構造の複雑化は部品点数を増加
させる。部品点数の増加と部品の大型化（特に光学部品
類）はコスト増加にダイレクト起因する。

【０００９】（ｃ）組立作業工数も部品点数に比例して
増加する。液晶プロジェクタが多量生産する程市場が形
成されていない現在、自動化は図れない。従って人工数
に頼る状況に於いては組立費増加は避けられない。

【００１０】（ｄ）特に調整作業は人工数多く要する。
加工費の中の数割以上を占めてしまう。

【００１１】また、工程内に於ける部品交換（主に光学
部品）が生じ易いために工数増が発生しやすい。更に、
アフターサービスを行なう上で教育が難しく運用上大き
なネックとなっている。

【００１２】（ｅ）画素合わせ、フォーカス合わせ精度
を均一に、しかも安定させることが大変である。人によ
る作業環境はスクリーンに投影する画像を見て調整を行
なえるようにするために暗い。この条件下では神経の集
中が継続しにくく非常に疲れやすいことによる。

【００１３】（ｆ）性能面に於いては、先ず、液晶パネ
ルの相互の画素位置のズレ（以降画素ズレと言う）が衝
撃及び振動を受けることによって生じ易い。調整機構自
体の歪及び位置ズレに依るものと、筐体の歪が調整機構
に伝わることに依るものとに起因する。これを防止する
ために光学ユニットの下筐体を剛性を有する材質でそれ
に合った製造方法（例えばアルミダイキャスト製造や、
プレス部品の板厚増加とリブの溶接補強）を用いたり、
外装筐体と光学ユニットへの歪の伝わり難い構造を採用
したり、部品補強等によるコストアップと大型化が避け
られない。

【００１４】次に、画質に関して、光源のランプからの
光束の一部が調整機構を構成する部材に当って反射した
光が迷光となる。また、液晶パネルと偏光板との間に於
いて反射した光も迷光となる。これ等の迷光が投射レン
ズに呑み込まれて投射映像のコントラストを落とした
り、ボケを生じ易くしている。更に、調整機構に加わる
歪によって液晶パネルの液晶層のギャップにも少なから
ず影響を与える。これによって、透過率の変化を起こ
し、赤・青・緑光の合成バランスを崩して色ムラの起因
となる。これ等を防ぐためには、必然的に調整機構及び
光学ユニットが大型化し、また重くなってしまう。

【００１５】次に、液晶パネルが遮光することによって
高温となる。これを冷やす必要があるが液晶パネルは狭
く、複雑な機構内に装着されているため、適正に冷やす
ためには冷却用空気の整流構造を必要とし、且、流体抵
抗に打ち勝つ風圧と風速を必要とする。従って冷却用構
造が複雑となり、また、パワーの大きな冷却ファンを用
いるために騒音が大きくなる。また、ランプ光の光束が
集中する液晶パネルの中央部分が高温となるが現状の冷
却方式では十分冷却できず、従って、製品の使用温度範
囲の高温側の規制要因となっている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶プロジェク
ターの構造は、（１）少なくとも、光源・該光源を赤・青・緑光に分
離する分離光学手段・前記赤・青・緑光の各々を変調す
る液晶パネル・該液晶パネルを駆動・制御する回路手段
・前記液晶パネルに変調された赤・青・緑光を合成する
合成光学手段・該合成光学手段により合成された映像光
を投影する投射レンズ等を有する液晶プロジェクタに於
いて、前記合成光学手段に前記液晶パネルを固定するよ
うに構成したことを特徴とする。

【００１７】（２）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段
は少なくとも一つ以上のダイクロイックプリズムもしく
はクロスミラー等を組み合わせて構成したことを特徴と
する。

【００１８】（３）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段
は四辺形またはＬ字形の一体形状に構成されることを特
徴とする。

【００１９】（４）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段
に前記液晶パネルを直接貼り付けた構造としたことを特
徴とする。

【００２０】（５）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段
に前記液晶パネルを中間部材を介して貼り付ける構造と
したことを特徴とする。

【００２１】（６）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記液晶パネルは
導通可能なように固着したフレキシブルプリント基板を
有し、前記回路手段と導通を図る構造としたことを特徴
とする。

【００２２】（７）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記分離光学手段
は赤・青・緑光の三原色光を二色光以下に混合して分離
し、前記合成光学手段に固定する前記液晶パネルは二つ
以下としたことを特徴とする。

【００２３】（８）前記請求項１の前文で構成される
液晶プロジェクターの構造に於いて、前記液晶パネルを
構成する後偏光板を前記合成光学手段の出射光面のみに
配置したことを特徴とする。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の液晶プロジェクターの構造の
実施例を図面を用いて詳細に説明する。

【００２５】図１は本発明の一実施例を示す光学ユニッ
トの概略平面図、図２、図３は応用展開した一実施例を
示す概略平面図であり、図４、図６、図７は図１の合成
光学手段の部分のみを拡大した部分拡大図であり、図５
は図４に対応する部分組み立て断面図である。１は光源
であるメタルハライドランプ、２・３はランプ光を赤・
青・緑光に分離するダイクロイックミラー、４ａ・４ｂ
・４ｃは分離されたそれぞれの光を伝達する反射ミラー
で分離光学手段を構成し、５ａ・５ｂ・５ｃは赤・青・
緑光を変調する液晶パネル、６は合成光学手段として変
調された光を合成して映像光にするダイクロイックプリ
ズム、７は映像光を拡大投影する投射レンズである。合
成光学手段６の詳細は先ず図４と図５に示す通り、前記
ダイクロイックプリズム６に後偏光板８ａ・８ｂ・８ｃ
を接着し、該８ａ・８ｂ・８ｃの上に前記液晶パネル５
ａ・５ｂ・５ｃをＵＶ接着剤または導光性のある粘着剤
で固定する。尚、前記液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃの相
互の画素合わせは貼り合わせ治具を使用しＣＣＤ９を用
いて撮映した映像をＣＲＴ（図中省略）等に映し出して
画素合わせ調整作業をする。勿論、自動機によって完全
自動調整をすることもできる。前記ＣＣＤ９で撮映する
照明光は前記ＣＣＤ側から専用ランプ１０によって照明
するか、または、前記液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃを透
過させる方式も可能である。この画素合わせ作業に於い
て、液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃを構成する二枚のガラ
ス板を貼り合わせる作業のときに用いる合わせマーク
（画素群外周部に設けた二重四角または四角形状等の認
識用パターン）を用いて簡便、且、精確に合わせると効
果的である。また、前記プリズム６と前記ＣＣＤ９の間
にレンズ１２を配置して一度にＣＣＤ９が撮映できるよ
う撮影距離の調整も可能である。尚、合成光学手段６は
ダイクロイッククロスミラー方式のものであってもよ
い。

【００２６】次に、１１ａ・１１ｂ・１１ｃの前偏光板
は前記液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃと分離して配置され
る。（勿論、冷却効率が高ければ一体化も可能）図５に
示す通り、前記液晶パネル５ｂに形成された端子部には
１４の異方性導伝膜を介してポリイミドもしくはポリエ
ステル等を基材としたフレキシブル基板１３を導通・圧
着し、他端は回路手段（図中省略）にコネクター等によ
って接続している。前記フレキシブル基板１３は細密で
且、両面パターンを形成できるため、前記プリズム６の
小型化の障害にならない。

【００２７】次に、図６について図４との相違点につい
て説明する。１５ａ・１５ｂ・１５ｃ（各２個）は光軸
方向に寸法精度を高めた金属または樹脂材から成る中間
部材であり、前記後偏光板８ａ・８ｂ・８ｃと前記液晶
パネル５ａ・５ｂ・５ｃの間に配置固定している。前記
スペーサー１５ａ・１５ｂ・１５ｃによって形成された
空間部１５ｄ・１５ｅ・１５ｆは冷却用空気の流路を成
すと共に、前記液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃの着脱性を
高めている。尚、前記中間部材１５ａ・１５ｂ・１５ｃ
は、ＵＶ接着または粘着剤等により接着されている。前
記空間部１５ｄ・１５ｅ・１５ｆのスキ間によっては、
ＵＶ接着剤だけで中間部材を形成することも可能であ
る。

【００２８】次に、図７も図４との相違点について説明
する。前記スペーサー１５ａ・１５ｂ・１５ｃを前記プ
リズム６と後偏光板８ａ・８ｂ・８ｃとの間に配置した
ものである。

【００２９】さて、図２について図１との相違点につい
て説明する。合成光学手段６はＬ字形の形状をしたダイ
クロイックプリズムの合体であり、図の様に液晶パネル
５ａ・５ｂ・５ｃを固定している。固定方法と構造は上
記と同じである。また、図３は分離光学手段を構成する
ダイクロイックミラー２・３によってランプ光を緑・マ
ゼンタ光に分離し、その中の１色光は反射板４に反射さ
れて液晶パネル５ａに、他の１色光は前記ダイクロイッ
クミラー３に反射されて液晶パネル５ｂに至る。前記液
晶パネル５ａ・５ｂに変調された光は合成光学手段とし
てのダイクロイックプリズム６に合成されて映像光とな
り、７の投射レンズによって拡大投射される。

【００３０】次に図８は、前記ダイクロイックプリズム
６の出射光面のみに後偏光板８を貼り付けることによ
り、前記液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃは前偏光板１１ａ
・１１ｂ・１１ｃだけを配置する構造を示すものであ
る。後偏光板８の部品数と貼り付け工数削減に資する。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上詳述した如く、（１）合成光学手段に液晶パネルを固定するように構
成し、前記合成光学手段は少なくとも一つ以上のダイク
ロイックプリズムもしくはクロスミラー等を組み合わせ
て構成し、また、前記合成光学手段は四辺形またはＬ字
形の一体形状に構成されることによって、ａ．調整機構を不要とすることができる。これによって
光学ユニット（製品）の小型化への機構的制約条件を無
くすことができ、液晶パネルおよびダイクロイックプリ
ズム自身の小型化が即反映できるようになる。これによ
り、ドライバー回路内蔵のポリシリコンＴＦＴを使用し
た液晶パネルは小型であるメリットを最大限活かした製
品の小型・計量化を実現できる。

【００３２】ｂ．上記ａ項によって、製品設計とデザイ
ンの自由度を高め、より取扱性・可搬性・設置性の向上
・改善を図ることが可能となる。

【００３３】ｃ．部品削減と小型化により光学ユニット
の構造は一段と簡略化できる。これにより、投げ込み方
式の組立方式の採用と調整作業の削減によって大巾なコ
スト低減が図れる。更に、アフターサービス性も向上す
る。

【００３４】ｄ．ダイクロイックプリズムのサイズは液
晶パネルのサイズに同等かやゝ大きい程度で良くなるた
め、投射レンズのバックフォーカスを短かくできる。従
って、使用レンズ枚数の少ない小型な投射レンズの使用
が可能となる。この効果として、光束の呑み込み量が増
してスクリーン照度を増すことができ、また、小型・計
量化とコスト低減に大きく寄与できる。

【００３５】ｅ．画素合わせ及びフォーカス調整精度を
均一化し、且、向上させることができる。フォーカス方
向の精度は許容鎖乱円以内の焦点位置のズレ量は投射レ
ンズ位置およびダイクロイックプリズムの寸法精度でほ
ゞ吸収可能であり、また、画素合わせは目視作業からＣ
ＣＤを利用した治具または機械合わせ作業を可能とする
からである。

【００３６】ｆ．振動・衝撃等による外乱によっても画
素ズレは生じない。液晶パネルが剛性を有するダイクロ
イックプリズムに固定されるため、変形および位置ズレ
等を防ぐことができるからである。これにより、光学ユ
ニットの筐体の材質・製造方法等への制約条件が無くな
り、樹脂材による筐体も可能となり、また外装筐体への
強度・構造等歪に関する配慮を必要以上に払う設計負荷
も軽減できる。

【００３７】ｇ．ランプ光が調整機構に乱反射して起こ
す迷光を抑えることができるため、投射映像のコントラ
ストを損ねることを防止できる。

【００３８】（２）合成光学手段に液晶パネルを直接
貼り付けた構造としたことによって、ａ．剛性を有するプリズムが液晶パネルを補強を兼ねる
ため、液晶層のギャップの変化を無くし、色ムラ防止を
可能とする。

【００３９】ｂ．更に、プリズムの熱容量が大きいた
め、液晶パネルの発熱を奪い冷却効果を有する。

【００４０】（３）合成光学手段に液晶パネルを中間
部材を介して貼り付ける構造としたことによって、ａ．プリズムと液晶パネルの間に中間部材によって生じ
る空間部が冷却用空気の流路を形成して液晶パネルを表
裏面から冷やすことができる。これと共に調整機構削除
を含めて流体抵抗を下げることができるため、低パワー
の冷却ファンを使用でき、低騒音化が図れる。

【００４１】ｂ．尚、本発明全体を通して、液晶パネル
周辺部分の調整機が削除されるため、光束の集中する液
晶パネルの中央部分を主体に冷却するように冷却ファン
からの流路から導かれた空気をノズルによって吹きつけ
るようなスポットクーリング構造を設けるスペースが確
保される。このスポットクーリングによって液晶パネル
発熱のピーク値を抑えることによって製品の許容使用温
度範囲を広げることができる。

【００４２】ｃ．液晶パネルの冷却効率が高まることに
より、ランプ光束を増すことができるため、開口率の小
さな小型液晶パネル、または、多画素の液晶パネルにも
ランプ光束を落とすことなく対応できる。

【００４３】ｄ．液晶パネル５ａ・５ｂ・５ｃのいづれ
かが工程中または市場に於いて不良になった場合でも、
前記中間部材１５ａ・１５ｂ・１５ｃの当該部品を外す
だけで良品に脱着するだけで再生可能となり、廃却部品
の削減と簡単な交換作業で行なえる。特に、アフターサ
ービス性を改善し、消費者の費用負担額を減らすことが
できる。

【００４４】（４）液晶パネルは導通可能なように固
着したフレキシブルプリント基板を有し、回路手段と導
通を図る構造としたことによって、ａ．フレキシブルプリント基板は細密・両面パターンが
可能であり、設計の自由度が高いので小型な基板設計が
できることにより、液晶パネルおよびプリズムの小型化
を助長する。

【００４５】ｂ．多画素化する液晶パネルの入力端子数
の増加にも対応でき、しかも、可撓性を有するフレキシ
ブル基板であるため端子接続部への外力の加わる際、ダ
ンパーとなる。

【００４６】（５）分離光学手段は赤・青・緑光の三
原色光を二色以下に混合して分離し、合成光学手段に固
定する液晶パネルは二つ以下としたことによって、ａ．低開口率の液晶パネル使用によるスクリーン照度低
下をカバーしながら、製品サイズは小型にできる利点を
有する。

【００４７】（６）液晶パネルを構成する後偏光板を
合成光学手段の出射光面のみに配置したことによって、ａ．後偏光板の使用個数及び貼り付け工数低減が図れる
と共に、より簡素な構造にすることができる。

【００４８】ｂ．偏光板を用いた高輝度スクリーンとの
特性面・性能面のマッチングが柔軟に対応することがで
き、商品性を高められる。

【００４９】ｃ．将来、ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）
を用いた液晶パネルを使用した場合、偏光板不要の利点
を生かしてより簡素な構造にでき、しかも、ランプ光の
偏光不要という利点を生かして光学系の一層の小型化と
明るさ増加といった相矛盾した条件を満足させることに
大きく寄与できる。

【００５０】そこで本発明は、上述したような効果を得
たことにより、小型・軽量・安価・品質・信頼性・取扱
い性・可搬性・設置性およびデザイン性等を向上させた
液晶プロジェクターの商品を提供することを可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す液晶プロジェクター
の光学系の構造を示す概略平面図。

【図２】図１を応用展開した本発明の一実施例を示す
光学系の構造を示す概略平面図。

【図３】図１を応用展開した本発明の一実施例を示す
光学系の構造を示す概略平面図。

【図４】図１の合成光学手段の部分のみを拡大した部
分拡大図。

【図５】図４に対応した部分組立断面図。

【図６】図４の合成光学手段を応用展開した部分拡大
図。

【図７】図４の合成光学手段を応用展開した部分拡大
図。

【図８】図７の合成光学手段を応用展開した部分拡大
図。

【符号の説明】

１ランプ２ダイクロイックミラー３ダイクロイックミラー４ａ反射ミラー４ｂ反射ミラー４ｃ反射ミラー５ａ液晶パネル５ｂ液晶パネル５ｃ液晶パネル６ダイクロイックプリズム７投射レンズ８ａ後偏光板８ｂ後偏光板８ｃ後偏光板９ＣＣＤ１０専用ランプ１１ａ前偏光板１１ｂ前偏光板１１ｃ前偏光板１３フレキシブルプリント基板１４異方性導電膜１５ａ中間部材１５ｂ中間部材１５ｃ中間部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、光源・該光源を赤・青・緑
光に分離する分離光学手段・前記赤・青・緑光の各々を
変調する液晶パネル・該液晶パネルを駆動・制御する回
路手段・前記液晶パネルに変調された赤・青・緑光を合
成する合成光学手段・該合成光学手段により合成された
映像光を投影する投射レンズ等を有する液晶プロジェク
ターに於いて、前記合成光学手段に前記液晶パネルを固
定するように構成したことを特徴とする液晶プロジェク
ターの構造。
【請求項２】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段は少な
くとも一つ以上のダイクロイックプリズムもしくはクロ
スミラー等を組み合わせて構成したことを特徴とする液
晶プロジェクターの構造。
【請求項３】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段は四辺
形またはＬ字形の一体形状に構成されることを特徴とす
る液晶プロジェクターの構造。
【請求項４】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段に前記
液晶パネルを直接貼り付けた構造としたことを特徴とす
る液晶プロジェクターの構造。
【請求項５】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記合成光学手段に前記
液晶パネルを中間部材を介して貼り付ける構造としたこ
とを特徴とする液晶プロジェクターの構造。
【請求項６】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記液晶パネルは導通可
能なように固着したフレキシブルプリント基板を有し、
前記回路手段と導通を図る構造としたことを特徴とする
液晶プロジェクターの構造。
【請求項７】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記分離光学手段は赤・
青・緑光の三原色光を二色以下に混合して分離し、前記
合成光学手段に固定する前記液晶パネルは二つ以下とし
たことを特徴とする液晶プロジェクターの構造。
【請求項８】前記請求項１の前文で構成される液晶プ
ロジェクターの構造に於いて、前記液晶パネルを構成す
る後偏光板を前記合成光学手段の出射光面のみに配置し
たことを特徴とする液晶プロジェクターの構造。