JPH0723936B2

JPH0723936B2 - 投写式表示装置

Info

Publication number: JPH0723936B2
Application number: JP58111194A
Authority: JP
Inventors: 伸治両角
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1983-06-21
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: JPS602916A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は投写式表示装置、特にその光学系の構造に関
するものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）従来、投写式表示装置としては映画やスライド、或いは
CRTによるプロジェクションテレビがあった。映画やス
ライドはフィルム上に焼き付けられた像を投写するもの
であり、フィルムを媒体として投写するという制約があ
るため、入力信号に対してオンライン的に画像を見るこ
とができなかった。

一方、CRTによるプロジェクションテレビは、CRT（ブラ
ウン管）そのものが26インチ以上の大画面を構成するこ
とが物理的に制約が大きいことから誕生した方式であ
り、CRTの発射光をそのまま投映するため、CRTの明るさ
がかなり必要となり、そのため特殊なCRTを大電力で用
い、クーリングして用いるという非常に大きなシステム
であり、家庭用として使用することは難しいという問題
点があった。

また、CRTによるプロジェクションテレビは、光量が不
十分で、スクリーン上の明るさが不十分なことと、３管
の光をスクリーン上で合成するため、スクリーン位置と
システム位置を微妙に調整してもスクリーン上で色ずれ
を起こし易く、全体として非常に画質が低下しており、
かなり見にくい画面になるという問題点があった。

更に、システムが特殊で大形なCRTや、特殊の電源、調
整系を備えており、コスト的にかなり高いものになると
いう問題点があった。

従来の投写式の表示装置には上述の問題点があり、大画
面テレビ又は投写式テレビの利点を生かしきれずに、そ
の普及が遅れている。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであり、高画質で、扱い易く、システムもコンパ
クトな投写式表示装置を提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段）本発明に係る投写式表示装置は、白色光を受け赤色光、
緑色光及び青色光をそれぞれ生成する色光生成手段と、
赤色光を受けそれに対応する画像を生成する第１のライ
トバルブ手段と、緑色光を受けそれに対応する画像を生
成する第２のライトバルブ手段と、青色光を受けそれに
対応する画像を生成する第３のライトバルブ手段と、第
１のライトバルブ手段、第２のライトバルブ手段及び第
３のライトバルブ手段によりそれぞれ生成された画像を
合成する合成手段と、合成手段により合成された画像を
投写する投写光学手段とを有する。そして、第１のライ
トバルブ手段、第２のライトバルブ手段及び第３のライ
トバルブ手段は、それぞれが、色光生成手段からの色光
を偏光させる入射側偏光板と、偏光された色光の偏光方
向を制御する透過型液晶パネルと、偏光方向が制御され
た色光の内特定の偏光方向の色光を透過させる出射側偏
光板とを有する。

また、透過型液晶パネルは、第１の基板と、第２の基板
と、第１の基板と第２の基板の間に挾持された液晶部材
と、第１の基板上に形成された複数の画素電極と、第１
の基板上に形成され複数の画素電極のそれぞれに接続さ
れた能動スイッチング素子と、第２の基板上に形成され
た共通電極とを有し、各透過型液晶パネルを、各色光が
第２の基板側から入射するように配置している。

（作用）本発明においては、赤色光、緑色光及び青色光が色光生
成手段によりそれぞれ生成され、そして、第１のライト
バルブ手段、第２のライトバルブ手段及び第３のライト
バルブ手段により各色光に対応した画像がそれぞれ生成
される。そして、合成手段によりその画像が合成され、
投写光学手段により合成された画像が投写される。従っ
て、白色光は色光生成手段によりそれぞれ色分離されて
光量が約1/3になった後に入射側偏光板に入射する。ま
た、入射側偏光板を介して透過型液晶パネルに入射する
赤色光、緑色光及び青色光は、能動スイッチング素子が
形成された第１の基板とは反対側に位置する第２の基板
に入射し、能動スイッチング素子に照射される光強度が
下げられる。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例に係る投写式液晶表示装置
の光学系の構成図であり、この実施例では３パネル投写
方式が用いられている。この投写式液晶表示装置におい
ては半透過プリズム30を用いて光軸合成を行なってい
る。液晶パネル33,34,35を挾むように偏光板36,37,38,3
9,40,41と単色のカラーフィルタ42,43,44が配置されて
いる。例えば光源45からの光は単色のカラーフィルタ42
を透過することにより赤の光になり偏光板39を介して液
晶パネル33に入射し、その後偏光板36を介して半透過プ
リズム30aに入射する。同様にして、光源46,47からの光
は単色のカラーフィルタ43,44を透過することにより
緑，青の光になり、偏光板40,41を介して液晶パネル34,
35に入射し、その後偏光板37,38を介して半透過プリズ
ム30bに入射する。半透過プリズム30bに入射した緑の光
は半透過膜47によりそのまま透過し、青の光は反射して
半透過プリズム30aに入射する。半透過プリズム30aに入
射した赤の半透過膜48により反射し、緑及び青の光はそ
のまま透過して、赤、緑及び青の光がレンズ31の光軸に
合成されてレンズ31に向けられる。

各液晶パネル33〜35には、テレビ信号であれば色復調さ
れたビデオ信号が対応する各フィルタの配置されたパネ
ルに入力され、そこで透過率が制御されるので、色合成
されてレンズ31に向けられた光は色調整がなされ、レン
ズ31により拡大されてスクリーン32に投写される。

光源45〜47、レンズ31及びスクリーン32に対し、像形成
として液晶パネル33〜35が配置されているが、この液晶
パネル33〜35には基本的にはTN（ツイステッド・ネマチ
ック）方式のものを使用している。液晶パネル33〜35
は、液晶材料とそれを両側から挾んだガラス板とにより
構成されており、液晶材料に電圧が印加されるとその透
過率が変化して、液晶シャッタとして機能する。このTN
方式はコントラスト、階調性、応答速度、透過率、寿命
等において優れ、特に透過型にした場合には光学系が簡
単になるという利点がある。

この実施例の特徴は、光学系を単なるランプ等からなる
光源、レンズ、スクリーン等で簡単に構成でき、また、
液晶パネル33〜35は本来非常に薄いものであるから、シ
ステムはコンパクトに、低価格に、同時に非常に扱い易
くできることである。例えばレンズ31からスクリーン32
までの距離が変化しても、この方式ではレンズ31により
フォーカシングが簡単にできる。また、画面サイズはレ
ンズ31の焦点距離を変えると任意に選ぶことができる。
これは従来のCRTによるプロジェクションテレビでは実
現不可能な特徴である。

第２図（イ）は液晶パネル33〜35の構成例を示す説明図
であり、ここではアクティブマトリックス方式について
図示されている。液晶は通常では多重化が難しく、その
ため使用する走査線数が少なく解像度が落ちざるを得な
かったが、この図に示すようなアクティブマトリックス
方式によりその欠点を解決している。走査線に対応する
タイミング線12によりトランジスタ10がオンし、表示デ
ータをデータ線13を介して画素に配置されている液晶駆
動電極11に書き込む。その後、トランジスタ10がオフし
ても、書き込まれた表示データはそのまま保持され、液
晶を駆動する。ここに用いるトランジスタ10は透明基板
上に形成する必要があるので、多結晶又はアモルファス
のシリコン薄膜トランジスタ（以下TFTという）が使わ
れる。

このTFTは薄膜でありスタテック駆動されるので、コン
トラスト、階調性、応答性に優れ、また、画素数を増や
せるので解像度が高くなるという利点がある。また、こ
のTFTは、ガラス基板上に形成できること、透明度（透
過率、スペクトル）、トランジスタ特性（移動度、オン
／オフ比、スイッチング速度、集積度）、コスト、安全
性等において優れている。

第２図（ロ）はTFTを用いた液晶パネルの構成例を示す
断面図であり、ガラス基板16にTFTが搭載され、駆動電
極19が形成されている。また、対向ガラス基板15上に駆
動電極20が形成され、シール剤17により、液晶材料18が
封じられている。この液晶パネル33〜35のガラス基板1
5,16はその耐熱性、平坦性、耐薬品性、透明性、低価格
等においてこの種の投写表示装置に適用するのに好適で
ある。

ところで、この実施例においては原理的に液晶パネル33
〜35の像を拡大再生してみることになるので、光源45〜
47は輝度の高いランプが必要となる。その結果、液晶パ
ネル33〜35面での照度は非常に高くなる。一方、TFTは
半導体であるが故に光が入射すると起電力が発生し、ト
ランジスタ10がオフの状態であっても、光電流によって
オン状態に近づいてしまい、表示画面のコントラストが
著しく低下する。通常このコントラストの低下が起こり
始める照度は、白色光で約10万lxであり、光の波長で言
えば長波長側、即ち赤色から赤外が最も吸収する帯域で
ある。

この光によるコントラストの低下を防ぐために、この実
施例においてはカラーフィルタ42〜44を液晶パネル33〜
35に対して光源45〜47側に配置し（第１図、第２図
（ロ））、TFTを搭載したガラス基板16を液晶材料18の
投写レンズ31側へ配置してある。この結果、TFT面へ
は、必ずカラーフィルタ42〜44及びガラス基板15を介し
た光が入射されるので、青及び緑の光は等価的に1/10以
下の光量、また、赤の光でも1/5の光量に落とされ、強
烈な光入射に起因するTFTの光電流の誘起は押さえら
れ、画像のコントラストが低下して見にくくなるという
現像を防ぐことができる。

第３は本発明の他の実施例の投写式表示装置の光学系の
構成を示す図である。この実施例は半透過ミラー52,53
を利用した投写式表示装置の例である。例えば光源62か
らの光はカラーフィルタ59に入射しその内赤の光が透過
し、赤の光は液晶パネル56（偏光板は省略してある）を
通過した後、半透過ミラー52を透過する。光源63からの
光はカラーフィルタ60に入射してその内緑の光が透過
し、緑の光は液晶パネル57（偏光板は省略してある）を
通過した後、半透過ミラー53を透過して、更に全反射ミ
ラー55で反射された後再び半透過ミラー52で反射され
る。光源64からの光はカラーフィルタ61に入射してその
内青の光が透過し、青の光は液晶パネル58（偏光板は省
略してある）を通過した後、全反射ミラー54で反射した
後、更に半透過ミラー53で反射され、全半透過ミラー55
で反射された後再び半透過ミラー52で反射される。

半透過ミラー52を透過した赤の光並びに半透過ミラー52
で反射した緑及び青の光は、レンズ50の一軸上に合成さ
れ、レンズ50により拡大されてスクリーン51に投写され
る。

このとき、レンズ50から各液晶パネル56,57,58までの各
光路長は同一になるように構成されており、各液晶パネ
ル56,57,58の投影像がスクリーン51上で一致するように
して、高画質の影像が得られるように配慮されている。

第４図は本発明の他の実施例の光学系の構成を示した図
である。この実施例は半透過ミラー75,76を用いた投写
式表示装置の例であり、全反射ミラーを省略した構成に
なっている。例えば緑の光77は液晶パネル73（偏光板は
省略してある）で変調された後、半透過ミラー75に入射
する。青の光78は液晶パネル74（偏光板は省略してあ
る）で変調された後、半透過ミラー75に入射する。半透
過ミラー75に入射した緑の光は透過し青の光は反射し
て、緑の光及び青の光は色合成されて半透過ミラー76に
入射する。

赤の光79は液晶パネル72（偏光板は省略してある）で変
調された後、半透過ミラー76に入射する。半透過ミラー
76に入射した緑及び青の光は透過し赤の光は反射して、
緑、青及び赤の光は色合成されてレンズ70に向けられ、
レンズ70によりスクリーン71に投写される。

以上の実施例はいずれも光路中に半透過膜を挿入して色
合成をしている（例えば第１図の透過膜47,48、第３図
の半透過ミラー52,53、第４図の半透過ミラー75,76）。
従って、光源の光量が十分ある場合は問題ないが、少な
い場合には半透過膜での光損失を最少にする必要があ
る。この時は各３つの光束が赤，緑，青と波長が異なる
ということと、或いはTN液晶の性質上偏光していること
を利用することで対応できる。

第５図（イ）は光学ガラス80に干渉膜81を形成した半透
過ミラーの説明図である。同図（ロ）はその特性図であ
る。この干渉膜81は例えば赤色光は透過、赤色光以外は
反射する性質があり、この結果、例えば赤の光を透過し
緑の光を反射して、赤及び緑の光を光損失なく合成する
ことができる。この方式においては、波長選択反射特性
を適当に選択することで、透過率・反射率を共に高める
ことができ、赤・緑・青の３色の色光を損失なく合成で
き、光の利用率が高められる。

第６図は偏光面を利用した半透過ミラーの説明図であ
る。TN液晶は画面に編光板を用いて表示させており、液
晶パネルから人間の眼に入射する光は光原理的に偏向光
である。従って、例えば緑と青、赤と緑で偏光面を90゜
ずらしておくと偏光面の選択的な透過、反射が可能にな
る。このような原理に基づいて、光学ガラス82上に透過
特性のよい偏光反射面83を偏光面が水平になるよう形成
する。赤の光は水平偏光させておくとそのまま透過する
が、緑の光は垂直偏光させてあるので反射する。この方
式においても、偏光反射面及び入射する色光の偏光軸を
適当に選択し、また、波長選択性を利用した色合成手段
を併用することで、透過率・反射率を共に高めることが
でき、赤・緑・青の３色の色光を損失なく合成でき、光
の利用率が高められる。

第７図は以上のようにして液晶パネルを用いて作製した
投写型画像表示装置の外観図であり、第１図、第３図又
は第４図の光学系を内蔵した投写本体86から出た光束88
はスクリーン87に投映される。

（発明の効果）以上のようにこの発明によれば次のような効果が得られ
ている。

（ａ）透過型液晶パネルを用いているので、反射型の場
合のように偏光ビームスプリッタが不要であり、偏光光
学系が簡略化され、システムがコンパクトにまとまる。
また、反射型の場合のように非変調光が投写光に混じる
ことがないので、そのような場合のコントラストの劣化
がない。

（ｂ）TFTの形成された起板を投写光学手段側に配置し
たので、TFTに照射される光強度が下げられ、その結
果、光に起因する光電流が抑えられ、表示画面のコント
ラストの低下を抑えることができる。

（ｃ）また、３パネル投写方式を採用しているので次の
利点がある。

色光生成手段により分離された色光（赤、緑、青）が
それぞれライトバルブ手段に入射するので、TFTに照射
される光強度を下げることができ、上述の（ｂ）の効果
が得られる。更に、白色光が３原色に分離された後に入
射側偏光板に入射しているので、その光強度はおよそ1/
3になり、入射側偏光板の温度上昇が抑えられる。この
ため、透過型液晶パネルの温度上昇も抑えられ、温度変
化によるコントラストの低下が抑えられ、また、偏光板
の寿命も長くなる。

更に、同一分解能のパネルならば１パネル方式に比べ
て分解能が３倍向上する。加えて、人間の目の分解能を
利用した併置加法混色ではなく、完全な加法混色なの
で、投写画像を近くで見ても、拡大率が大きいときも良
好な色再現ができる。

画素欠陥が３枚とも同位置に生じる可能性は非常に少
ないので、固定画素欠陥を消去できる等の利点がある。

更に、色光生成色手段としてカラーフィルタを用いた
場合には、３色が微細配置されたものでなくて、単色の
ベタフィルタでよい。従って、３色が微細配置されたカ
ラーフィルタ（１枚のカラーフィルタ）を用いた場合に
は特定の色光のみが透過し他の色光は透過しないので光
量が約1/3になるが、単色のベタフィルタを使用した場
合にはそのようなことがないので、カラーフイルタへの
光量が同一ならば、本願の発明においては１枚のカラー
フィルタの場合に比べて、光源の光量を約1/3に下げる
ことができる。

（ｄ）各透過型液晶パネルで生成された画像を色合成手
段により合成して投写しているので、投写光学手段から
スクリーンまでの距離や、投写サイズの偏光に対して
も、単純に投写光学手段の操作のみで焦点を合わせるこ
とができ、操作が簡単化される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る投写式液晶表示装置
の光学系の構成図である。第２図（イ），（ロ）はこの発明におけるTFTを用いた
液晶パネルの構成図である。第３図及び第４図はそれぞれこの発明の他の実施例に係
る投写式液晶表示装置の光学系の構成図である。第５図（イ），（ロ）は上記実施例において用いられる
干渉膜を用いた半透過ミラーの説明図でる。第６図は偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図
である。第７図は上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図であ
る。（符号の説明） 30……半透過プリズム 33〜35,56〜58,72〜74……液晶パネル 52,53,75,76……半透過ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色光を受け赤色光、緑色光及び青色光を
それぞれ生成する色光生成手段と、前記赤色光を受けそ
れに対応する画像を生成する第１のライトバルブ手段
と、前記緑色光を受けそれに対応する画像を生成する第
２のライトバルブ手段と、前記青色光を受けそれに対応
する画像を生成する第３のライトバルブ手段と、前記第
１のライトバルブ手段、前記第２のライトバルブ手段及
び前記第３のライトバルブ手段によりそれぞれ生成され
た画像を合成する合成手段と、該合成手段により合成さ
れた画像を投写する投写光学手段とを有し、前記第１のライトバルブ手段、前記第２のライトバルブ
手段及び第３のライトバルブ手段は、それぞれが、前記
色光生成手段からの色光を偏光させる入射側偏光板と、
前記偏光された色光の偏光方向を制御する透過型液晶パ
ネルと、前記偏光方向が制御された色光の内特定の偏光
方向の色光を透過させる出射側偏光板とを有し、前記透過型液晶パネルは、第１の基板と、第２の基板
と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に挾持された
液晶部材と、前記第１の基板上に形成された複数の画素
電極と、前記第１の基板上に形成され前記複数の画素電
極のそれぞれに接続された能動スイッチング素子と、前
記第２の基板上に形成された共通電極とを有し、前記各透過型液晶パネルを、前記各色光が前記第２の基
板側から入射するように配置したことを特徴とする投写
式表示装置。