JPH06230336A - 液晶プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射式分散型液晶パネルを用いた液晶プロジェ
クタにおいて、コントラスト比を向上すること及びスク
リーンに外光が入射しコントラスト比が低下した場合に
も、実用的に見やすい再生画像を得るようにすること。 【構成】反射式分散型液晶パネルから出射する非散乱光
を通過させ、散乱光の大部分を遮断する第１の絞りを具
備し、スクリーンの明るさ情報に基づいて該絞りの開口
面積を自動的に可変する。また、前記液晶パネルを照明
するランプ光が通過する光路中にランプ光の一部を遮断
する第２の絞りを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置（以下、液
晶パネルと略記する）の画像を光学系を用いてスクリー
ン上に投写し、拡大した画像を得る液晶プロジェクタに
関し、特に分散モード液晶表示装置を具備した液晶プロ
ジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射式液晶パネルを用いた液晶プ
ロジェクタは特開昭６３−２９２８９２号公報、反射式
の分散モード液晶（以下、分散型液晶と略記する）パネ
ルを用いた液晶プロジェクタは特開平３−９４２２５号
公報に開示されたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、反射式液晶プ
ロジェクタはスクリーンに画像を再生する本来の投写光
以外に投写光学系の光路中で生じた不要な反射光がスク
リーンに到達するとスクリーンに再生した画像のコント
ラスト比が低下し、表示画像の品位が低くなる課題があ
った。 また、スクリーンに外部から照明光などが入る
と、再生画像のコントラスト比が低下しやすく、再生画
像の品位が低くなる課題があった。

【０００４】本発明の目的は反射式光学系の光学部品表
面などで生ずる反射光がスクリーンに到達しないように
してコントラスト比の低下を少なくすること、およびス
クリーンに入射する外光の光量に応じて再生画像の輝
度、コントラスト比を調整して実用的に見やすい画像を
再生する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は反射式分散型液晶パネルからの主反射光が
通過する光路中に第１の絞り、該液晶パネルへの入射光
が通過する光路中に第２絞りを具備する。更に液晶プロ
ジェクタ周辺あるいはスクリーンの明るさを検出する手
段と前記明るさの情報に応じて前記絞りの開口面積を手
動あるいは自動的に可変する手段を具備する。

【０００６】

【作用】前記第１の絞りは反射式分散型液晶パネルがＯ
Ｎの時に反射したランプ光の大部分を遮断せずに透過さ
せる。一方、該分散型液晶パネルがＯＦＦの時には色々
な方向に散乱されたランプ光（散乱反射光）の大部分を
遮断し、ごく一部のランプ光を透過して、分散型液晶パ
ネルからの反射光を選択的にスクリーン上に投写してい
る。また、該第２の絞り９は投写レンズの第１群レンズ
３のレンズ表面で生ずる反射光を低減する作用と反射式
分散型液晶パネルに入射する光の広がり特性を改善して
コントラスト特性を向上する。また、該第１の絞り８あ
るいは第２の絞り９の開口面積の大きさを周囲あるいは
スクリーンの明るさに応じて自動的あるいは手動で可変
することによりスクリーン上に再生した画像の輝度、コ
ントラスト比の特性を変えることができるので、スクリ
ーンに入る外光が増加し、再生画像のコントラスト比が
低下した場合にはコントラスト比を向上して再生画像を
見やすくする。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例である分散型カ
ラー液晶パネルあるいは分散型モノクローム液晶パネル
を１枚用いた反射式液晶プロジェクタの構成図である。
メタルハライドランプ、キセノンランプなどの高効率な
光源１から放出した光束は集光光学系（図示せず）によ
り投写レンズ６の内部に配置した小さなミラー２上に集
束する光束１０となる。ランプ光束１０はミラー２によ
り投写レンズ６内の第１レンズ群３の方向に反射され
る。ミラー２により光路を曲げられた光は進行方向に拡
がる光束１１となる。光束１１は第１レンズ群３により
ほぼ平行な光束に変換され、反射式の分散型液晶パネル
５への入射光束１２となる。図２は分散型液晶パネルの
一例として高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liqu
id Cry-stal）を用いた反射式の液晶パネルの構造と動
作を説明する図である。反射式分散型液晶パネルは基板
５０上に画素を駆動する例えばＴＦＴ（薄膜トランジス
タ），ＭＯＳ−ＦＥＴなどの能動素子５１とアルミニュ
ウム，誘電体ミラー等で形成した反射ミラー５２を設
け、前記基板５０と前面ガラス（あるいはプラスチック
フィルム）５５、透明電極５６の間に設けた高分子材５
３中に球形状にマイクロカプセル化したネマチック液晶
５４を分散させたものである。分散型液晶はネマチック
液晶の屈折率とカプセルを形成している高分子材の屈折
率の整合を利用するものであり、その動作を次に説明す
る。液晶層に電圧を印加していない（ＯＦＦ）場合に
は、液晶はカプセル界面に沿って配向し、液晶分子は色
々な方向に向いているため、液晶とカプセル（高分子
材）の屈折率が異なっている。従って、入射光１２は反
射ミラー５２により反射された後カプセル界面の屈折率
差により色々な方向に屈折させられる。この屈折光は、
周囲の他のカプセルで連鎖的に屈折され、さまざまな方
向に散乱して広がる。このとき反射式分散型液晶パネル
を外部からみると白濁して見え、入射したランプ光１２
は広い角度範囲に広がった散乱反射光１５となる。一
方、液晶層に電圧が印加されている（ＯＮ）場合には、
電界から受ける力により液晶の棒状分子は電界の方向に
配向するようになる。この時、液晶とカプセルの屈折率
が一致するように液晶、高分子材の材料を選定しておく
と、液晶とカプセルの間の屈折率差が小さいので入射光
１２は液晶パネル内の反射ミラー５２で反射され、散乱
されずに分散型液晶パネルの外部に出てくる。この時分
散型液晶パネル５を外部から見ると透明な状態となり、
入射したランプ光１２は散乱されずにミラー５２で反射
される主反射光１４となる。

【０００８】この分散型液晶はＴＮ（ツイストネマッチ
ク）液晶に必要な偏光板が不要であり、偏光板による光
吸収が全くなく光損失が少ないので、ＴＮ液晶パネルに
比べ分散型液晶パネルの光利用効率を２倍以上に向上で
きる特長がある。

【０００９】図１において分散型液晶パネル５で反射さ
れた出射光１３の光軸は入射光１２の光軸と異なる角度
で投写レンズ６の第１レンズ群３に入るので、分散型液
晶パネルからの出射光１３はミラー２から少し離れた位
置に集束した後、第２レンズ群４を通過しスクリーン７
に分散型液晶パネル上の画像を結像する。投写レンズ６
内部には反射式の分散型液晶パネル５からの出射光１３
（主反射光１４および散乱反射光１５）を選択する第１
の絞り８と前記分散型液晶パネルへの入射光１０の一部
を遮断する第２の絞り９としてミラー２上に絞り９ある
いは投写レンズ６の鏡筒の一部に絞り９’を具備してい
る。第１の絞り８は出射光１３のうち、主反射光１４の
大部分を通過し、分散型液晶パネルがＯＦＦ時の散乱反
射光１５の大部分を遮断し除去するためのものである。
従って、分散型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタは
第１絞り８の開口面積Ｓ８の大小により、スクリーン上
に投写された再生画像の輝度Ｂｏｎとコントラスト比Ｃ
Ｒの特性を変化できる。

【００１０】例えば、図３は前記反射式分散型液晶パネ
ルを用いた本発明の液晶プロジェクタにおいて、投写レ
ンズ６の第１絞り８の開口面積Ｓ８とスクリーン上に再
生した画像の輝度Ｂｏｎ（主反射光１４による輝度）、
Ｂｏｆｆ（散乱反射光１５による輝度）とコントラスト
比ＣＲの測定結果の１例を示したものである。なお、こ
こでは分散型液晶プロジェクタのコントラスト比ＣＲは
分散型液晶パネルをＯＮした時のスクリーン輝度Ｂｏｎ
と分散型液晶パネルをＯＦＦした時のスクリーン輝度Ｂ
ｏｆｆの比で定義している。図３に示したように、絞り
８の開口面積Ｓ８を大きくすると、該分散型液晶パネル
５から反射された主反射光１４のうち、投写レンズ６が
スクリーンヘ投写できる光量を増大できるのでスクリー
ン輝度Ｂｏｎが増大する。しかし、絞りの８の開口面積
をＳ８”より大きくしても、スクリーン上の輝度は増大
しなくなり、ほぼ一定となる。この理由は投写レンズ６
が光学系で取り込んだ光束を全てスクリーンに投写する
と、絞り８の開口面積をさらに大きくしても、スクリー
ンに投写できる光束を増大できないので、スクリーン輝
度は一定となってしまう。一方、コントラスト比ＣＲは
投写レンズの第１の絞り８の開口面積Ｓ８を大きくする
とスクリーン輝度とは逆に低下してしまう。この理由は
開口面積Ｓ８を大きくすると、該分散型液晶パネルがＯ
ＦＦした時の反射光すなわち散乱反射光１５のうち絞り
８を通過する光量は絞り８の開口面積に比例して増加す
るため、スクリーン上のＯＦＦ輝度（再生画像の黒部の
輝度レベル）が増大し、その結果分散型液晶パネルがＯ
Ｎした時の輝度ＢｏｎとＯＦＦした時の輝度Ｂｏｆｆの
比で表されるコントラスト比ＣＲが低下するためであ
る。従って、本発明の液晶プロジェクタは、図３に示し
たように例えば絞り８の開口面積をＳ８’に設定してス
クリーン輝度は低いが高いコントラスト比の映像を再生
するか、絞り８の開口面積をＳ８”に設定してコントラ
スト比は低いが高輝度の映像を再生するか、使用者の好
みに合わせて変えることもできる。

【００１１】また、本発明は図１に示したように液晶プ
ロジェクタ周囲の明るさ若しくはスクリーンに入射する
外光強度を検出器１７で感知し、その情報に基づき、制
御器１８からの制御信号により駆動器１９をコントロー
ルして絞り８の開口面積Ｓ８を自動的に可変して、スク
リーンに外光が入射した時の再生画像のコントラスト比
低下を少なくする。すなわちスクリーンへ入射する外光
がない時および外光がある時（外光強度Ｌ）のコントラ
スト比ＣＲ，ＣＲ’はそれぞれ数１式、数２式で表され
る。

【００１２】

【数１】ＣＲ＝Ｂｏｎ／Ｂｏｆｆ

【００１３】

【数２】ＣＲ’＝（Ｂｏｎ＋Ｌ）／（Ｂｏｆｆ＋Ｌ） 数２式において外光Ｌがある時のコントラスト比ＣＲ’
はＢｏｎが大きい方、すなわち再生画像が明るい方がコ
ントラスト比の低下を少なくできる。例えば、外光がな
い時のコントラスト比ＣＲが高い場合を考える。まず、
Ｂｏｎ＝５００としコントラスト比ＣＲを１００（図３
のＡ点）とすると、Ｂｏｎ／Ｂｏｆｆは５００/５とな
り、外光Ｌ＝１００の時のＣＲ’は数２式から５．７と
なる。一方、高輝度の場合にはＢｏｎ＝１０００，ＣＲ
＝５０（図３のＢ点）とするとＢｏｎ／Ｂｏｆｆは１０
００/２０となり、外光がないときのコントラスト比Ｃ
Ｒは５０であるが、前記と同じ値の外光Ｌ＝１００時の
コントラスト比ＣＲ’は数２式から９．２となる。すな
わち、高輝度の場合には外光が小さい時のコントラスト
比は劣るが、外光Ｌが大きくなると逆転し、Ｌ＝１００
になるとコントラスト比を約２倍にできる。すなわち、
同じ強さの外光でも再生画像の明るさの大小により実際
のコントラスト比ＣＲ’が異なってしまうことがわか
る。

【００１４】図４は絞り８の開口面積の制御を行った場
合のコントラスト比変化の１例を示したものである。例
えば、スクリーンに入射する外光強度が小さい時には、
絞り８の開口面積を小さくして高コントラストの画像を
再生するように図３のＡ点に設定する（Ｓ８＝Ｓ８’に
設定）。この状態でスクリーンに入射する外光強度Ｌが
大きくなると、コントラスト比は図４のＡ点からＢ点に
向かって急激に低下してしまう。この理由は図３、図４
に示したＡ点では絞り８の開口面積を小さくして（Ｓ８
＝Ｓ８’）高コントラストの再生画像を得るように設定
してある。従って、図３に示したように液晶パネルがＯ
Ｎしたときのスクリーン輝度Ｂｏｎが小さく外光の影響
を受けやすく、外光Ｌが大きくなるとコントラスト比の
低下が大きい。図４のＢ点において絞り８の開口面積Ｓ
８をＳ８’からＳ８”に拡大すると、外光がない時のコ
ントラスト比は図３のＣ点に移動する。したがって、外
光がある時のコントラスト比は図４のＢ点からＤ点に変
化する。すなわち、絞り８の開口面積を外光強度に応じ
て制御することにより、コントラスト比を例えば図４の
Ｂ点からＤ点に改善できるのでコントラスト比を約２倍
に向上できる。

【００１５】図１に戻ってフォトダイオード、フォトト
ランジスタなどからなる光検出器１７はスクリーンの照
度あるいは液晶プロジェクタ周囲の明るさを検出する。
前記明るさの情報に基づき制御器１８からの制御信号を
駆動器１９に供給して絞り８の開口面積を可変すること
により、自動的に前記の如く外光強度Ｌが大きい時のコ
ントラスト比を改善し、実用的な再生画像の品位を向上
できる。なお、図１には示してないが、第１の絞り８と
同様に第２の絞り９，９’の開口面積も可変できること
は述べるまでもない。

【００１６】図５は、前記絞り８の開口形状の１例を示
したものである。絞り８の開口形状は分散型液晶パネル
５からの主反射光を通過し、散乱反射光の多くを遮断す
るものが良く、その開口形状は分散型液晶パネルの有効
画面とほぼ相似な形状が良く、実験によると略矩形状、
略楕円状、略円状の開口形状が良かった。また、略矩形
の開口形状の縦横比は標準テレビ用のものは略３対４、
ハイビジョンなどの横長画面用としては略９対１６が良
好であった。

【００１７】また、一般的に、反射式光学系においては
レンズなどの光学部品の表面で生じた反射光の大部分は
スクリーンに向かう光となり、透過式光学系に比べコン
トラスト比が低下しやすい。例えば、図１の不用反射光
１１’は液晶パネルへの入射光１１が投写レンズを構成
する第１群３のレンズ玉表面で生じた反射光の例を示し
たものであり、この反射光がスクリーンに到達するとコ
ントラスト比低下の原因となる。そこで、本実施例では
第２の絞りを分散型液晶パネル５への入射光１０が通過
する光路中に配置する。例えば、ミラー２の表面に非反
射物質などで形成した絞り９あるいは投写レンズ６の鏡
筒に設けた絞り９’などを配置する。第２の絞り９，
９’はランプ光の内、分散型液晶パネル５の有効画面内
を照らす光束１０を透過し、分散型液晶パネル５の有効
画面の外側を照らすフレア光１０’（液晶プロジェクタ
の動作に寄与しない光）を遮断するものである。第２の
絞りにより投写光学系の光学部品の表面で生ずる反射光
１１’を少なくして、スクリーン７に到達する不要反射
光を低減し、更に該絞りにより分散型液晶パネル５への
入射光の平行度を改善できるので再生画像のコントラス
ト比を向上できる。

【００１８】図６は本発明の第２の実施例である分散型
液晶パネルを３枚用いてカラー画像を再生する液晶プロ
ジェクタの例を示す構成図である。なお、図１と同じも
のには同一の符号を付してある。第２の実施例では３枚
の反射式分散型液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを用い、そ
れぞれ赤色、緑色、青色の画像を再生する。ダイクロイ
ックプリズム２０は４個の３角柱プリズムを組み合わせ
接着したもので、２つの対角面にはそれぞれ赤色光を反
射し、他の波長域の光を透過するダイクロイック膜２
１、青色光を反射し他の波長域の光を透過するダイクロ
イック膜２２をコーティングしたものである。投写ンズ
６から出射した白色光１２はダイクロイックプリズム２
０によって、３原色光の赤色光１２Ｒ，緑色光１２Ｇ，
青色光１２Ｂに波長分離され、それぞれ各色の画像を再
生する分散型液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを照明する。
３枚の分散型液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから反射され
た赤色、緑色、青色の主反射光と散乱反射光は再びダイ
クロイックプリズム２０に入射する。ダイクロイックプ
リズム２０は前記の３原色光を合成し、出射光１３とす
る。

【００１９】分散型液晶パネル５で反射され、ダイクロ
イックプリズム２０によって合成された出射光１３は入
射光１２の光軸とは異なった角度で第１レンズ群３に入
るので、出射光１３はミラー２から少し離れたた位置に
集束した後、投写レンズ６の第２レンズ群４を通過しス
クリーン７にカラー画像を結像する。

【００２０】なお、絞り８，９，９’、検出器１７、制
御器１８および駆動器１９の動作は第１の実施例と同じ
であるから説明を省略する。

【００２１】また、前記実施例は反射式の分散型液晶パ
ネルを用いた例で説明したが、透過式の分散型液晶パネ
ルでも同様であるから説明を省略する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、反射式分散型液晶パネ
ルを用いた液晶プロジェクタにおいて、スクリーンの明
るさを感知し、明るさの情報に応じて第１あるいは第２
の絞りの開口面積を自動的に可変することにより、再生
画像の輝度あるいはコントラスト比を調整し、スクリー
ンに入射する外光強度が変化しても実用的に見やすく品
位の高い画像を再生する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構造図である。

【図２】分散型液晶パネルの構造および動作を説明する
図である。

【図３】分散型液晶プロジェクタの輝度、コントラスト
比特性などを示す図である。

【図４】絞りの開口面積を可変したときのコントラスト
比特性を示す図である。

【図５】絞りの開口形状を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す構造図である。

【符号の説明】

１…ランプ、 ２…反射ミラー、 ５，５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ…反射式分散型液晶パネル、 ６…投写レンズ、 ７…スクリーン、 ８…第１の絞り、 ９，９’…第２の絞り、 １２，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…分散型液晶パネルへの
入射光、 １３…分散型液晶パネルからの出射光、 １４…主反射光、 １５…散乱反射光、 １７…光検出器、 １８…制御器、 １９…駆動器、 ２０…ダイクロイックプリズム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 祐二 茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立 製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に応じて入射光を変調する液晶表
   示装置と、前記液晶表示装置を照明する光を放出するラ
   ンプ、該液晶表示装置により変調された光を投写してス
   クリーン上に画像を表示する液晶プロジェクタ装置にお
   いて、前記液晶表示装置への入射光の一部を遮断する絞
   り及び前記液晶表示装置によって変調された出射光の一
   部を遮断する絞りを設けたことを特徴とする液晶プロジ
   ェクタ装置。
2. 【請求項２】入力信号に応じて入射光を変調する反射式
   液晶表示装置と、前記液晶表示装置を照明する光を放出
   するランプとランプ光を集束する集光光学系、該液晶表
   示装置に入射する光（入射光）の光軸と液晶表示装置か
   ら反射された光（出射光）の光軸が微小な角度異なるよ
   うにした投写光学系および前記液晶表示装置の像を表示
   するスクリーンを有する液晶プロジェクタ装置におい
   て、前記投写光学系に前記液晶表示装置への入射光の一
   部を遮断する絞り及び前記液晶表示装置からの出射光の
   一部を遮断する絞りを設けたことを特徴とする反射式液
   晶プロジェクタ装置。
3. 【請求項３】入力信号に応じて入射光を散乱せずに透過
   （以下、前記透過光を主透過光と略記する）あるいは広
   い範囲に散乱（以下、前記の光を散乱光と略記する）さ
   せる透過式分散モード液晶表示装置を具備し、少なくと
   も該液晶表示装置からの主透過光の大部分を通過し、ま
   た該液晶表示装置からの散乱光の大部分を遮断し得る第
   １の絞りと該液晶表示装置に入射する光の光路中に第２
   の絞りを配置したことを特徴とする透過式液晶プロジェ
   クタ装置。
4. 【請求項４】入力信号に応じて入射光を散乱せずに反射
   （以下、前記反射光を主反射光と略記する）あるいは広
   い範囲に散乱（以下、前記の光を散乱反射光と略記す
   る）する反射式分散モード液晶表示装置を具備し、少な
   くとも該液晶表示装置によって反射された主反射光の大
   部分を通過し、また該液晶表示装置によって散乱された
   散乱反射光の大部分を遮断し得る第１の絞りと該液晶表
   示装置に入射する光の光路中に第２の絞りを配置したこ
   とを特徴とする反射式液晶プロジェクタ装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４において、該絞
   り形状を略矩形、辺数が３以上の略多角形状、略円状あ
   るいは略楕円状であり、望ましくは縦横比が略３：４か
   ら略９：１６の略矩形であることを特徴とする液晶プロ
   ジェクタ装置。
6. 【請求項６】請求項３または４において、前記絞りの開
   口面積を拡大あるいは縮小する手段を有することを特徴
   とする液晶プロジェクタ装置。
7. 【請求項７】請求項６において、該液晶プロジェクタ装
   置の周辺あるいはスクリーンの明るさを検出する手段を
   有し、検出した明るさに応じて前記絞りの開口面積を変
   化させる手段を具備しことを特徴とする液晶プロジェク
   タ装置。
8. 【請求項８】請求項７において、液晶プロジェクタ装置
   の周辺あるいはスクリーンの明るさを検出し、該明るさ
   の情報に応じ、明るい場合には前記絞りの開口面積を拡
   大し、暗い場合には該絞りの開口面積を縮小する制御を
   行うことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。