JPH06281910A - 液晶プロジェクション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投影面が光学系の光軸に垂直でない場合で
も、台形に変形したりピントずれのない再現性のよい投
影画像を映し出すことができる液晶プロジェクション装
置を提供する。 【構成】 光源（４０）からの光をダイクロイックミラ
ーでＲ，Ｇ，Ｂ三原色に分離してアクティブマトリック
スにより絵素単位で表示駆動される３枚の液晶パネルに
照射し、これら３枚の液晶パネルを通過した光をダイク
ロイックミラーで同一光軸上に合致させた後投影レンズ
（４２）により投影面に拡大投影するプロジェクション
装置に、投影面が垂直でない場合、３枚の液晶パネルの
一軸合成像と光学系の光軸に垂直な面とのなす角度と、
投影面と光学系の光軸に垂直な面とのなす角度とが同一
になるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマトリックス駆動される
液晶パネルを少なくとも３枚用いて加法三原色（赤、
緑、青）の色光をそれぞれ制御し、それらを任意の割合
で加色混合させた小型、軽量のプロジェクション装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大量の情報を効率良く表示するための表
示パネルとして用いられているマトリックス液晶パネル
は、少なくともドットマトリックス状に配列された多数
の絵素電極とそれに印加された電圧に応じて光を変調す
る液晶層を構成要素として含み、各絵素にそれと対応す
る映像信号を印加することにより、中間調を含む任意の
単色映像を表示させるものが一般的である。

【０００３】液晶パネルの動作モードには、ツイステッ
ド・ネマテイック（ＴＮ）、ゲスト・ホスト（ＧＨ）、
ダイナミック・スキャッタリング・モード（ＤＳＭ）、
複屈折（ＤＡＰ又はＥＣＢなど）、相転移など多くのモ
ードが有り、いずれもが本発明に適用される。

【０００４】従来の液晶のテレビジョン（ＴＶ）への応
用例では単一のパネルを用い、モノクロームの画像表示
が行われている。ＭＯＳ−ＦＥＴの集積されたＳｉウエ
ファー基板により駆動されるＧＨ液晶パネルを用いた腕
時計型液晶ＴＶや、ＴＮ液晶パネルを用いたポケッタブ
ルＴＶが商品化されている。液晶についての詳細は、佐
々木編「液晶エレクトロニクスの基礎と応用」オーム社
（１９７９）などに示されている。

【０００５】液晶パネルの個々の絵素を個別に制御する
為には通常次の三方式のいずれかが用いられる。

【０００６】（１） 単純マトリックス方式 二枚の基板のそれぞれにストライプ状の行電極と列電極
を設け、それらが直交するように貼り合わせてパネルを
構成する。行電極には順次行選択信号が印加され、列電
極には行選択信号と同期して画像信号が印加される。行
電極と列電極の交点が絵素となり、両電極に挟まれた部
分の液晶がその電位差に応答して光学特性を変える。

【０００７】液晶は実効値に応答する素子である為、電
圧平均化法による駆動ではクロストークの発生が問題と
なり、走査ライン数をあまり大きく設定することができ
ない。

【０００８】このような問題を克服する為に、次の二つ
の方式が開発されている。

【０００９】（２） 非線形素子の付加 各絵素にバリスター、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ／Ｉｎｓｕｌ
ａｔｏｒ／Ｍｅｔａｌ）などの非線形素子を付加し、ク
ロストークを抑制する方式である。

【００１０】（３） スイッチング素子の付加 各絵素にスイッチング・トランジスタを付加し、個別に
駆動する方式である。選択期間中に駆動電圧が印加さ
れ、絵素及び蓄積コンデンサーに電圧が充電されかつそ
れが非選択期間中にも保持される。尚、液晶自体も容量
性の付加であり、その時定数が駆動の繰り返し周期に比
べて十分大きい場合には、蓄積コンデンサーは省略する
ことができる。

【００１１】スイッチング・トランジスタとしては薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）またはシリコン・ウエファ上に
形成されたＭＯＳ−ＦＥＴなどが用いられる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のカラー液晶パネル（たとえば、特公昭５４−１８８
８６号）では同一のパネル上に三原色の着色手段をスト
ライプ状又はモザイク状に配置し、カラーブラウン管
（ＣＲＴ）と同じ原理により加色混合されるので、加法
三原色（赤、緑、青）が用いられる。このような加法混
合が行われるシステムで減法三原色（黄色、シアン、マ
ゼンタ）を用いるのは色再現範囲が狭くなるので得策で
はない。

【００１３】従来のプロジェクションＴＶは、三原色の
それぞれに専用のＣＲＴを用い、それらにより再生され
た画像をレンズによりスクリーン上に投影する方式であ
る。現行の技術ではＣＲＴの明るさは十分では無いの
で、あまり大画面に投影することができない。又、少し
でも明るく見せる為に指向性のスクリーンを用いるので
視角は非常に狭くなる。

【００１４】また、大形のＣＲＴを３本用い、スクリー
ンと一体化した構成になっているので、非常に大掛りな
装置となり設置場所に制限を受ける。

【００１５】プロジェクションタイプの液晶表示として
はレーザー書き込みのものが既に提案されているが、単
色表示で動画表示ができないものであり本発明とは原理
的に異なりまた装置は大掛りなものになる。

【００１６】さらに、被照射体の投影面に対して斜め方
向から投影表示された場合、投影画面が台形に変形した
りピントがずれるなどの問題が発生する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的としたものであり、請求項１記載の液晶プロジェ
クション装置は、アクティブマトリックスにより絵素単
位で表示駆動され、それぞれが独立に加法三原色の投射
光を制御する少なくとも３枚の液晶パネルを各投射光の
光路上に配置し、加法混合されたカラー表示パターンを
投影表示する液晶プロジェクション装置において、前記
液晶パネルの各々を通過した投射光が光路屈折手段によ
り同一光軸上に合致された後、被照射体上に投影表示さ
れる光学系が配設され、該光学系の前記光軸に対して非
垂直に配置される前記被照射体の投影表示面に対して前
記液晶パネルが平行に設定されていることを特徴とす
る。また、請求項２記載の液晶プロジェクション装置
は、各パネルの制御する色光の波長域が、 「赤：λ１より長波長側 緑：λ１〜λ２ 青：λ２より短波長側 ただし、λ１＝５６０〜６００ｎｍ，λ２＝４８０〜５
２０ｎｍであり、それぞれの液晶パネルが制御すべき色
光の強度がピークの５０％になる波長を表す。」となる
ように選定されていることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明では少なくとも３枚の液晶パネルを、そ
れぞれ独立に三原色の色光を制御するライトバルブとし
て用いることにより、赤、緑、青の各波長域の光はそれ
ぞれ対応する液晶パネルによってその強度が変調され、
それらが合成される結果任意の色が再現できる小型軽量
で明るく視角依存性のない新規有用なプロジェクション
装置を提供することができる。

【００１９】また、被照射体面に対して斜め方向から投
影表示された場合でも変形やピントずれのない再現性の
よい投影画像が得られる。

【００２０】

【実施例】まず、ＴＦＴが集積されたアクティブ・マト
リックス基板を作製する。図１（Ａ）はＴＦＴの一例を
模式的に描いた平面図であり、図１（Ｂ）はその断面図
である。

【００２１】ＴＦＴはガラスなどの透明な絶縁性基板
（１０）の上にゲート電極（１１）、ゲート絶縁膜（１
２）、半導体膜（１３）、ソース電極（１４）、及びド
レイン電極（１５）が順次パターン化され積層されて構
成されている。ドレイン電極（１５）には絵素電極（１
６）及び必要に応じて設けられた蓄積コンデンサー（１
７）が接続される。薄膜形成法としては真空蒸着法、ス
パッタリング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、減圧Ｃ
ＶＤ法などが用いられ、シャドウマスクやフォトリソグ
ラフィーの技術によってパターン化される。このＴＦＴ
が形成された基板で液晶を駆動する為に更に光シールド
及び配向膜を設ける。半導体膜（１３）としてｎ型半導
体を用いた場合、ゲート電極（１１）に正の電圧を印加
すると半導体膜（１３）のゲート絶縁膜（１２）側の界
面に電子の蓄積層が形成されソース電極（１４）とドレ
イン電極（１５）との間の抵抗が減少する。

【００２２】図１（Ｃ）はＴＦＴパネルで液晶を駆動す
る場合の結線図である。

【００２３】ゲート電極（１１）には周期的に走査パル
スが印加され、ＴＦＴは、オン（ＯＮ）状態にされる。
これに同期してソース電極（１４）には画像信号が印加
され、ＴＦＴを通して絵素電極（１６）及び必要に応じ
て設けられた蓄積コンデンサー（１７）に印加され、液
晶を駆動する。蓄積コンデンサー（１７）はＴＦＴがオ
フ（ＯＦＦ）状態の期間中も液晶に印加すべき電圧を保
持する為のものである。液晶の時定数が走査周期に比べ
て十分大きければ蓄積コンデンサーは特に設けなくても
良い。次に、ガラスなどの透明な基板上に透明導電膜及
び液晶を配向させる為の配向膜が設けられた対向電極側
の基板を作製する。

【００２４】これら二枚の基板をスペーサーを介して貼
り合わせ、両基板の間隔に液晶を注入する。このような
液晶パネルを赤、緑、青の各色用に３枚作製する。液晶
のモードがＴＮの場合には各パネルの両面に偏光板を設
ける。尚、各パネルは赤、緑、青の色光を制御できれば
良く、必ずしも各パネル自体はその色の着色手段を備え
ている必要はない。

【００２５】この液晶パネルは次のようにして駆動され
る。駆動回路のブロック図の一例を図２に示す。

【００２６】ＴＶ電波はチューナーから色復調回路に至
る一連のＴＶ受信回路（３０）により処理されて赤、
緑、青の色映像信号となる。各色の映像信号は、液晶の
表示モードに応じた極性で各色に対応する液晶パネル
（２１）〜（２３）にそれぞれ印加される。この各色の
映像信号Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）はシフトレジス
ターとサンプルホールド回路からなるアナログ・ライン
メモリー（３１）〜（３３）に入力され、１ライン分の
映像信号が蓄えられる。

【００２７】次にこの１ライン分の映像信号は、走査パ
ルス発生回路（３４）により発生された走査信号に同期
してソース・ライン（１４）に出力される。ゲート・ラ
イン（１１）には走査パルスが順次印加され、そのライ
ン上のＦＥＴをＯＮ状態にする。このようにして個々の
絵素電極に映像信号がしかるべきタイミングでサンプル
・ホールドされ液晶が制御される。

【００２８】この液晶パネルを図３に示すような、光源
（４０）、コンデンサーレンズ（４１）、投影レンズ
（４２）、ダイクロイックミラー（４３）、（４４）、
ミラー（４５）からなる光学系に組み込み、プロジェク
ションＴＶを構成する。光源としては白熱電球、ハロゲ
ンランプ、キセノンランプなどが用いられるが、光源の
スペクトルは必ずしも連続スペクトルである必要はな
く、赤、緑、青の輝線スペクトルを発する蛍光管又は放
電管であってもよい。

【００２９】ここで、 本発明で用いられる色光の波長
範囲の選定基準を次に示す。

【００３０】本発明者は最明色の概念に基づき、加色混
合に於いて白色光源を有効に利用し、かつＮＴＳＣ方式
のＴＶ信号とのコンパティビィリティーを満足させる為
の最適条件が次のような条件であることを見出した。

【００３１】「赤：５９０ｎｍ以下を吸収、５９０ｎｍ
以上を透過 緑：４９５〜５６５ｎｍを透過、４９５ｎｍ以下及び５
６５ｎｍ以上を吸収 青：５１０ｎｍ以下及び６６５ｎｍ以上を透過、５１０
〜６６５ｎｍを吸収」 しかし、本発明の特徴の一つであるダイクロイックミラ
ーを用いて単一の白色光源の光を波長によって三分割し
て用いる場合には、この結果をそのまま用いることはで
きず、若干の修正を要する。つまり三つの色光のスペク
トルがオーバーラップせず、かつ三色を足し合わせた
時、全可視域をカバーすることが必要である。

【００３２】以上の事項を考慮すると各色光の波長域
は、次のように選定すればよいことになる。

【００３３】「赤：約５８０ｎｍより長波長側 緑：約５００〜５８０ｎｍ 青：約５００ｎｍより短波長側」 この場合、輝線スペクトルの中心波長はそれぞれ６１０
ｎｍ、５４０ｎｍ、４６０ｎｍ付近であることが色再現
範囲の点及びＮＴＳＣ方式の信号とのコンパティビィリ
ィティーの点で望ましい。

【００３４】ダイクロイックミラー（４３）、（４４）
は光源の光を赤、緑、青の三波長帯に分割し、それぞれ
の色光を液晶パネルで変調した後、再び合成する為のも
のである。ダイクロイックミラーは屈折率の異なる複数
の薄膜を積層したもので、干渉効果により特定の波長域
の光だけを反射し残りを透過させる。（４３）は赤を選
択的に反射し他の光を透過する。（４４）は青の光を選
択的に反射し他の光を透過する。このような構成によれ
ば単一の光源の各波長の光を有効に利用でき、吸収フィ
ルターによって必要な波長域の光だけを透過させる方式
に比べて光の利用効率が高くなる。

【００３５】再生画像の分解能は各パネルの絵素数によ
って決定されるが、液晶パネルの製造技術、歩留、コス
トなどの点で無制限に多くすることはできない。絵素数
が少ない場合、再生画像は粗い画質になる。本実施例で
は、画像の１画素を３つの絵素の重畳体で構成すること
により、解像度を向上させている。

【００３６】さらに、水平ラインの絵素数がＮＴＳＣ方
式のＴＶ信号の水平解像度（約３５０本）よりも小さい
場合には人間の視覚が明度に対しては空間分解能が高く
色相に対しては低いという特性を利用して、次のように
することにより見掛け上滑らかな画像を得ることができ
る。

【００３７】３枚の液晶パネルは各絵素の像を正確に重
ね合わせるのではなく、図４（Ｂ）に示す如く互いに絵
素ピッチの約１／３ずつずらせてセッティングする。図
４（Ａ）の如く各色の絵素をずらさないで正確に重ね合
わせると絵素間にゲート・ラインソース・ラインの影が
格子状に生じ、再生画像は粗いものになるが、各色の絵
素を１／３ピッチずつずらすと互いに前述の格子状の影
を埋めることになり、滑らかな画像が得られる。図中、
Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤、緑、青の絵素である。この
時、色相の変化には高い空間周波数成分を生じるが、こ
れは視覚特性上人間の目には感じられない。尚、各色の
絵素に印加されるべき映像信号のサンプリングは、各絵
素のずらせた位置に応じたタイミングで行えばより良い
ことは当然である。

【００３８】光源の光が強い場合、液晶パネルが熱せら
れ動作特性が変化するのを防ぐ為に、必要に応じてファ
ンによる空冷あるいは液晶パネルを絶縁油の中に浸漬し
て液冷する。

【００３９】このようにして構成されたプロジェクショ
ンＴＶはスライド・プロジェクター程度にコンパクトに
なり、従来のプロジェクションＴＶにくらべて設置場所
の自由度が増し、例えば天井に投影したり天井から吊り
下げて壁面に投影したりすることができるようになる。
又、投影距離を変えたり投影レンズを交換すれば画面サ
イズを自由に変更することも可能である。

【００４０】この場合、被照射体の投影面が光学系の光
軸に垂直でない場合、即ち投影面に対して斜め方向から
投影表示された場合、矩形の画面が台形に変形したりピ
ントがずれるなどの問題が生じるが、図５に示すような
光学系に「あおり」（それぞれの液晶パネルと各液晶パ
ネルにおける光軸のなす角度を変化させること）を導入
し、図に示したように３枚の液晶パネルそれぞれに形成
された画像の一軸合成像と光学系の光軸に垂直な面との
なす角度（ＡとＢとのなす角度）と、投影面と光学系の
光軸に垂直な面とのなす角度（Ａ´とＢ´とのなす角
度）とが同一になるようにすることにより投影画像の歪
やピントのずれを解決することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、投影面が光学系の光軸
に垂直でない場合でも、変形やピントずれのない再現性
のよい投影画像を映し出すことができる小型軽量で明る
く視覚依存性のない液晶プロジェクション装置を実現で
き、その実用的価値は多大である。

【００４２】尚、本発明の適用範囲はＴＶに限定される
ものではなく、各種の情報処理装置のディスプレイとし
て、文字表示やグラフィック表示にも適用できることは
明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ本発明
液晶プロジェクション装置におけるＴＦＴの模式平面
図、模式断面図、及び結線図

【図２】同装置の一実施例を示すブロック図

【図３】同装置の光学系の構成図

【図４】（Ａ）、及び（Ｂ）は同装置における絵素の配
置構成を説明する説明図

【図５】同装置における「あおり機構」の説明図

【符号の説明】

１１ ゲート電極 １２ ゲート絶縁膜 １３ 半導体膜 １４ ソース電極 １５ ドレイン電極 １６ 絵素電極 １７ 蓄積コンデンサー ２１，２２，２３ 液晶パネル ３０ ＴＶ信号受信回路 ３１，３２，３３ アナログ・ラインメモリ ３４ 走査パルス発生回路 ４０ 光源 ４１ コンデンサー・レンズ ４２ 投影レンズ ４３，４４ ダイクロイックミラー ４５ ミラー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクティブマトリックスにより絵素単位
   で表示駆動され、それぞれが独立に加法三原色の投射光
   を制御する少なくとも３枚の液晶パネルを各投射光の光
   路上に配置し、加法混合されたカラー表示パターンを投
   影表示する液晶プロジェクション装置において、前記液
   晶パネルの各々を通過した投射光が光路屈折手段により
   同一光軸上に合致された後、被照射体上に投影表示され
   る光学系が配設され、該光学系の前記光軸に対して非垂
   直に配置される前記被照射体の投影表示面に対して前記
   液晶パネルが平行に設定されていることを特徴とする液
   晶プロジェクション装置。
2. 【請求項２】 各パネルの制御する色光の波長域が、 「赤：λ１より長波長側 緑：λ１〜λ２ 青：λ２より短波長側 ただし、λ１＝５６０〜６００ｎｍ，λ２＝４８０〜５
   ２０ｎｍであり、それぞれの液晶パネルが制御すべき色
   光の強度がピークの５０％になる波長を表す。」となる
   ように選定された特許請求の範囲第１項記載の液晶プロ
   ジェクション装置。