JPH0723937B2 - 投写式表示装置 - Google Patents

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、投写式の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が難しいという問題
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、赤色光が入射され、入
射光に赤色光の制御信号に基いた変調を施して透過させ
る第１のアクティブマトリックス型透過型液晶ライトバ
ルブと、緑色光が入射され、入射光に緑色光の制御信号
に基いた変調を施して透過させる第２のアクティブマト
リックス型透過型液晶ライトバルブと、青色光が入射さ
れ、入射光に青色光の制御信号に基いた変調を施して透
過させる第３のアクティブマトリックス型透過型液晶ラ
イトバルブと、第１のアクティブマトリックス型透過型
液晶ライトバルブ、第２のアクティブマトリックス型透
過型液晶ライトバルブ及び第３のアクティブマトリック
ス型透過型液晶ライトバルブによりそれぞれ変調された
透過光を合成する色合成手段と、色合成手段により合成
された光束を拡大投写する投写光学手段とを有する。そ
して、色合成手段は、変調された各原色光を投写光学手
段の同一光軸上に合成するダイクロイックミラーを有す
る。

（作 用） 本発明においては、赤、緑及び青の各原色光はそれぞれ
の第１のアクティブマトリクス型透過型液晶ライトバル
ブ〜第３のアクティブマトリクス型透過型液晶ライトバ
ルブにそれぞれより変調される。その際これらのライト
バルブはアクティブマトリクス方式により駆動される。
変調された各原色光はライトバルブを透過し、ダイクロ
イックミラーにより投写光学手段の同一光軸上に合成さ
れ、そして、投写光学手段により拡大投写されて所望の
拡大投写画像が得られる。

（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る。この実施例においては、液晶
パネル33〜35を挾むように偏光板36〜38、39〜41と単色
のカラーフィルタ43〜45が配置してある。色合成手段と
して半透過プリズム30a,30bが用いられ、半透過プリズ
ム30a,30bにて光軸合成が行なわれた光はレンズ31によ
りスクリーン32に投写される。そして、液晶パネル33〜
35からレンズ31までの各光路の中心軸は同一平面上にあ
り、また、液晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路
長が等しくなるように配置されている。

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41を介して液晶パネ
ル33に入射し、その後偏光板37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44,45を透過することにより緑，青の
光になり、偏光板40,39を介して液晶パネル35,34に入射
し、その後偏光板36,38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
の光は半透過膜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33,35,34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31に投写される。

この実施例では、液晶パネル33〜35からレンズ31までの
各光路長が等しくなるように配置されており、各液晶パ
ネル33〜35の影像がスクリーン32上で一致する。

第２図は光路長が変化したときの結像位置の説明図であ
る。例えば、被写体Ａがレンズ31によりスクリーン32上
に結像しているものとして、その位置が変化して被写体
ａの位置になればレンズ31によりスクリーン32aに結像
することになる。このように被写体の位置が変化すると
結像位置も変化するが、この実施例では上述のように液
晶パネル33〜35からレンズ31までの各光路長が等しくな
るように配置されており、赤、緑及び青の各色光による
影像の結像位置が一致しているので、色ぶれなどがおき
ず、高画質な影像が得られるように配慮されている。

また、液晶パネル33〜35は基本的にはTN（ツイステッド
・ネマチック）方式とし、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、透過型でも反射型
で良く、特に透過型にした場合には光学系が簡単にな
る。

第３図は液晶パネル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、多結晶製又はアモルファス
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
せるので高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、
安定性等において優れている。

また、液晶パネル33〜35は透過型のものが用いられてお
り、光学系の構成が極めて簡単になっている。

また、この実施例においては液晶パネル33〜35による３
パネル投写方式が用いられており、液晶パネル33〜35か
らの光を合成するので、もとの光量が下げられる、同一
分解能のパネルなら１パネル方式に比し分解能は３倍向
上する、という利点の他、カラーフィルタは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こ
と、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があ
る。

また、レンズ31の一軸上に液晶パネル33〜35の光を合成
しており、レンズからスクリーンまでの距離や、投写サ
イズの変更に対しても、単純にレンズの操作のみで焦点
を合わせるという、操作が簡単化されている。

また、液晶パネル33〜35が相互に直角に配置され、半透
過型プリズム30a,30bの反射面が直角に配置されてお
り、光学系の構成がコンパクトになり、90゜ずつ角度が
ずれた方向からの色光を１本の光束に合成できるので、
製品にした時の光学系のレイアウトがすっきりする。

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、10万lx〜50万lxと
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11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側に配置している。カラーフィルタ
を液晶パネルに内蔵させた場合には、カラーフィルタ層
を液晶材料より光源側に配置して、TFTを搭載したガラ
ス基板を液晶材料の投写レンズ側へ配置することで対応
できる。その結果、TFT面へは、必ずカラーフィルタ及
びガラス基板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見に
くくなる現像を防ぐことができる。

第４図はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の
光学系の構成図であり、この実施例では色合成手段とし
て半透過ミラー52,53を利用している。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。

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
を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。

この実施例においても、レンズ50から各液晶パネル56,5
7,58まで光路の中心軸は同一平面上にあり、また各光路
長は同一になるように構成されている。

また、液晶パネル56,57,58が平行に配置され、また、半
透過ミラー52,53が平行に配置されているので、同一方
向からの色光を１本の光束に合成でき、更に光路を内側
に折り畳むことができるので、製品にしたときの光学系
の配置がすっきりし、コンパクトにまとめることができ
る。

第５図はこの発明の他の実施例に係る投写式表示装置の
光学系の構成図であり、この実施例は色合成手段として
半透過ミラー75,76を用いた例である。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。

この実施例においても、レンズ70から各液晶パネル72,7
3,74まで光路の中心軸は同一平面上にあり、また各光路
長は同一になるように構成されている。

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４図
の半透過ミラー52,53、第５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６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
を適当に選択すると透過率・反射率ともに高めることが
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液晶は画面に偏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に形
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
を適当に選択すること、及び波長選択特性を利用した色
合成手段を併用することによって、透過率・反射率とも
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、光の利用効率が高められる。

第８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４図又
は第５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） 以上のように本発明によれば次のような効果が得られて
いる。

（ａ）ライトバルブに透過型のものを用いているので、
反射型の場合と異なり偏光ビームスプリッターが不要で
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、そのようなコントラスト
の劣化がない。

（ｂ）ライトバルブに液晶型のものを用いているので、
ライトバルブ自体の画像形成能力が高く、コントラス
ト、応答性、分解能、階調性等に優れている。

（ｃ）ライトバルブにアクティブマトリックス型のもの
を用いており、実質的にスタティック駆動ができるので
コントラストがよくクロストークもなく、応答度もよ
く、更に解像度もよいので、優れた画像が得られ、更
に、視野角が広くなり、ライトバルブに入射する光が平
行でなくとも、鮮明な画像が得られる。

アクティブマトリックス型のライトバルブを３枚使用し
ているので、３枚のライトバルブの対応する画素どうし
を位置合わせに使うことができ、３枚の液晶パネルの相
互の位置（上下左右方向、あおり角）が正確に調整でき
る。また、画素のピント合わせを３枚のライトバルブに
ついて行うことができるので、３枚のライトバルブの投
写レンズに対する位置が正確に調整できる。更に、画素
をピント合わせに使えるので、使用時のピント合せが容
易であり、オートフォーカスに特に有効である。

そして、このアクティブマトリックス駆動においては、
ライトバルブのマトリックスに電気的に２次元的にアド
レスされるので、特に書き込みのための光学系を必要と
せず、レーザーによる書き込み方式に比べて光学系が単
純になり、信頼性が高く、かつコストが低くなり、ま
た、迷光がなく、コントラストも大きい。迷光がないこ
とからそれを防止する手段も不要である。更に、電気的
にアドレスするので、高速駆動が可能であり、例えばNT
SCテレビ映像のようなフルカラーの動画再生が可能とな
る。

（ｄ）変調された色光をダイクロイックミラーにより投
写光学手段の同一光軸に合成するようにしたので、光学
系が単純化でき、装置の小形化が可能になっている。更
に、投写光学手段からスクリーンまでの距離や、投写サ
イズの変更に対しても、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、拡大率の自由度が高く、
使い勝手がよいものになっている。

【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表示装置の光
学系の構成図、第２図は光路長の説明図、第３図は液晶
パネルのTFTに照射される光の強度とコントラストとの
関係を示した特性図、第４図及び第５図はそれぞれこの
発明の他の実施例に係る投写式表示装置の光学系の構成
図、第６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、第７図は偏
光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図、第８図は
上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図である。 33〜35,56〜58,72〜74……液晶パネル、30a,30b……半
透過プリズム、52,53,75,76……半透過ミラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤色光が入射され、入射光に赤色光の制御
   信号に基いた変調を施して透過させる第１のアクティブ
   マトリックス型透過型液晶ライトバルブと、 緑色光が入射され、入射光に緑色光の制御信号に基いた
   変調を施して透過させる第２のアクティブマトリックス
   型透過型液晶ライトバルブと、 青色光が入射され、入射光に青色光の制御信号に基いた
   変調を施して透過させる第３のアクティブマトリックス
   型透過型液晶ライトバルブと、 前記第１のアクティブマトリックス型透過型液晶ライト
   バルブ、前記第２のアクティブマトリックス型透過型液
   晶ライトバルブ及び前記第３のアクティブマトリックス
   型透過型液晶ライトバルブによりそれぞれ変調された透
   過光を合成する色合成手段と、 前記色合成手段により合成された光束を拡大投写する投
   写光学手段とを有し、 前記色合成手段は、変調された各原色光を前記投写光学
   手段の同一光軸上に合成するダイクロイックミラーを有
   する投写式表示装置。