JPH0749494A

JPH0749494A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH0749494A
Application number: JP5193697A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Nakayama; 唯哲中山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1995-02-21
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: JP3374452B2

Abstract

(57)【要約】【構成】色温度の低い光源ランプ１００から放射され
た白色光束は曲面反射鏡１０１で反射され、ほぼ平行な
光束となる。ダイクロイックミラー１０２は、黄色光Ｒ
Ｇを反射し、青色光Ｂを透過させる。また色温度の高い
光源ランプの場合は、ダイクロイックミラー１０２を赤
色透過とし、シアン色ＢＧを反射させる。液晶パネル１
０７には平面的に２色分離するカラーフィルターが設け
られている。【効果】色温度が低い光源ランプや、色温度の高い光
源ランプを用いた場合でも、容易に最適な白色光を出力
できる。また、非常に簡単な構成で明るく高解像度の表
示を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光束変調を行なう液晶
パネルの映像をスクリーン上に拡大表示する投写型表示
装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型の液晶パネルを用いた投写型表示
装置は、一般に液晶プロジェクターと呼ばれ、小型軽量
であることからおもに家庭用として実用化されている。

【０００３】従来の液晶プロジェクターの光学系は２種
類に分類することができる。１つは３板式と言われるも
ので、白色光源からの光束をＲ・Ｇ・Ｂの３色に分離
し、それぞれの色光を３枚の液晶パネルで変調するとい
うものである。もう一つは単板式と言われるもので、白
色光が照射される１枚の液晶パネルの各画素上にＲ・Ｇ
・Ｂのうちのいづれかの原色光を選択的に透過させるカ
ラーフィルターを設け、平面的に配置された３つの画素
が１つの絵素を形成するというものである。

【０００４】また、特開昭６２−１４３０８７号公報に
開示されるような、液晶パネルを２枚用いる方式の提案
が多数なされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが３板式の液晶
プロジェクターは、解像度が高くて高画質である反面、
光学系の構成が複雑になり家庭用には高価格になってし
まうという問題点があった。また単板式の液晶プロジェ
クターでは、光学系が非常に簡単であるので低価格にな
る反面、画素が荒くて輝度分布に周期的なむらがあり、
低画質であるという問題点があった。また、３板あるい
は単板の方式では各原色への画素数の配分が均等である
ため、光源光の波長分布が出射光の波長分布として現
れ、現在一般に用いられている光源ランプの波長分布
は、映像色の規格値を再現するためには不向きなものが
多いため、そのままでは色バランスが不適当であり、バ
ランスをとるためには過剰な色光をフィルターで減光さ
せるという方法がとられていた。

【０００６】また、これまで提案されてきた２枚の液晶
パネルを用いる方式は、一方のパネルを緑色光の変調に
用いるため、出射光のホワイトバランスが大幅に崩れて
しまい、Ｒ・Ｇ・Ｂ各色のバランスをとるためにはかな
り暗くしなくてはならないという問題点があった。

【０００７】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは光学系の構成が比較
的容易で解像度が高く、しかも出射光のホワイトバラン
スが良い高画質な投写型表示装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の投写型表示装置
は、３原色の色成分を含む光を出射する照明装置と、前
記照明装置の出力光を複数の色光に分離するための色分
離手段と、前記色分離手段から出射する各色光を変調し
映像情報に応じた光学像を形成する複数の液晶パネル
と、前記複数の液晶パネルからの出力光を１つに合成す
る色合成手段と、前記色合成手段からの出力光を受け前
記液晶パネルの光学像をスクリーン上に投写表示する投
写レンズとを備え、前記色分離手段は、前記照明装置の
出力光を波長分離によって青色と黄色（赤・緑）の２つ
の色光に分離し、前記液晶パネルは各色光に対応して２
枚配置され、そのうち黄色光の入射する前記液晶パネル
には、各画素上に赤色透過と緑色透過のカラーフィルタ
ーが交互に配置され、前記照明装置からは、青色の光量
が赤色の光量に比べて少ない白色光が射出されることを
特徴とする。

【０００９】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を含む光を出射する照明装置と、前記照明装置の出力
光を複数の色光に分離するための色分離手段と、前記色
分離手段から出射する各色光を変調し映像情報に応じた
光学像を形成する複数の液晶パネルと、前記複数の液晶
パネルからの出力光を１つに合成する色合成手段と、前
記色合成手段からの出力光を受け前記液晶パネルの光学
像をスクリーン上に投写表示する投写レンズとを備え、
前記色分離手段は、前記照明装置の出力光を波長分離に
よって赤色とシアン色（青・緑）の２つの色光に分離
し、前記液晶パネルは各色光に対応して２枚配置され、
そのうちシアン色光の入射する前記液晶パネルには、各
画素上に青色透過と緑色透過のカラーフィルターが交互
に配置され、前記照明装置からは、赤色の光量が青色の
光量に比べて少ない白色光が射出されることを特徴とす
る。

【００１０】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を含む光を出射する照明装置と、前記照明装置の出力
光を２つの色光に分離するための色分離手段と、前記色
分離手段から出射する各色光を変調し映像情報に応じた
光学像を形成する２枚の液晶パネルと、前記２枚の液晶
パネルからの出力光を１つに合成する色合成手段と、前
記色合成手段からの出力光を受け前記液晶パネルの光学
像をスクリーン上に投写表示する投写レンズとを備え、
前記２枚の液晶パネルの一方には、各画素上に色光を選
択的に透過させるカラーフィルターが配置され、この液
晶パネルと前記色合成手段の間には、光学的ローパスフ
ィルタが配置されていることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による投写型表示装置について
図面に基づき詳細に説明する。

【００１２】本発明の投写型表示装置の光学系の基本的
構成を図１に示す。光源ランプ１００は、放射光の色温
度が比較的低いハロゲンランプやスズ系のメタルハライ
ドランプなどが用いられる。この光源ランプ１００と曲
面反射鏡１０１で構成される照明装置からは、ほぼ平行
な光束が出射する。照明装置を出射した光束は、色分離
手段である黄色（赤・緑）反射のダイクロイックミラー
１０２に４５度前後の角度で入射し、反射する黄色光Ｒ
Ｇと透過する青色光Ｂに分離される。色分離の境界波長
は、例えば５００ｎｍとする。透過した青色光Ｂは、ア
ルミ蒸着膜による反射鏡１０４で折曲げられ、集光レン
ズ１０６および液晶パネル１０８に入射する。この液晶
パネル１０８には、青色光に対応する画像情報が入力さ
れ、変調によって青色の光学像が形成される。一方黄色
光は、反射鏡１０３に反射され、集光レンズ１０５及び
液晶パネル１０７に入射する。液晶パネル１０７には、
赤色と青色の光学像が形成される。液晶パネル１０７，
１０８を通過した各色光は、色合成手段である黄色反射
のダイクロイックミラー１１０で一つに合成され、投写
レンズ１１１によって各光学像はスクリーン上に拡大投
写される。ダイクロイックミラー１０２とダイクロイッ
クミラー１１０は、両方に同じ特性のものを使用できる
ので、図中に点線で示されるように両者を一枚のダイク
ロイックミラーで構成することができる。また、ダイク
ロイックミラー１１０は、投写レンズ１１１のバックフ
ォーカスを小さくして投写拡大率を上げるために、プリ
ズムタイプのものを用いても良い。

【００１３】赤及び緑の色光を変調する液晶パネル１０
７上には、図２（Ａ）で示されるような配列のカラーフ
ィルターが装着されている。赤色透過のカラーフィルタ
ー２００と緑色透過のカラーフィルター２０１は交互に
配置され、斜めモザイク状の配列になっている。また、
ストライプ状の配列にすることもできる。各カラーフィ
ルターは、液晶パネル内の各画素に対応しており、各画
素はカラーフィルターを透過した色光をその色に対応し
た映像信号で変調する。このように、一枚の液晶パネル
の画素を赤色と緑色に分割した場合、赤及び緑色の映像
の解像度が、青色の場合に比べて半分になってしまう
が、映像の解像度は輝度の解像度で決まるため、この場
合の解像度は３板方式の液晶プロジェクターとほぼ同じ
になる。

【００１４】上述の構成では、青色画素の数が赤色や緑
色の画素数の２倍あるため、出射光の波長分布は、光源
の波長分布と異なり、青色の光量が相対的に多くなる。
図３には、ハロゲンランプを光源ランプとして用いた場
合の、光源スペクトルとスクリーンへ投写される光束の
スペクトル分布が示されている。光源から直接放射され
る光束の波長分布３００は、３２００Ｋの黒体放射分布
にほぼ同じとなっており、青色の光量が極めて少ない。
一方、スクリーンへ投写される光束は青色光が相対的に
増え、点線３０１で示されるように青色光がほぼ２倍の
比率に増加する。従って、投写される光束の相対色温度
は約５０００Ｋ程度まで上昇するが、このままでは赤色
の光束が過剰であるため紫がかった白色である。そこ
で、点線３０２で示されるところまで赤色の光量を減少
させれば、投写光束のホワイトバランスがかなり改善さ
れ、色温度が６０００Ｋ程度の白色光になる。映像表示
の白色の規格は色温度６５００Ｋであり、本構成では規
格に近い白色を容易に実現することができる。これは、
スズ系のメタルハライドランプの場合も同様である。ハ
ロゲン化スズを封入したメタルハライドランプは、高演
色高効率であるものの、色温度が３０００〜５０００Ｋ
程度と低いのが現状である。このランプを用いた場合も
ハロゲンランプの場合と同じく青色光束が相対的に多く
なるので、規格値に近い白色表示を比較的容易に実現す
ることができる。

【００１５】次に、光源の色温度が高い場合の構成につ
いて説明する。色温度の高い光源ランプとしては、例え
ばハロゲン化物としてのＤｙ，Ｎｄ，Ｃｓが封入された
メタルハライドランプがあり、このランプの色温度は７
０００〜９０００Ｋ程度と比較的高めである。図１にお
ける光源ランプ１００に色温度の高いものを用いる場合
は、ダイクロイックミラー１０２をシアン色（青・緑）
反射の特性とし、シアン色光ＢＧを反射させる。透過す
る赤色光Ｒは、液晶パネル１０８で変調される。色合成
用のダイクロイックミラー１１０は、色分離用のダイク
ロイックミラー１０２と同様、シアン色反射の特性とさ
れる。シアン色光ＢＧを変調する液晶パネル１０７に
は、図２（Ｂ）に示されるような配置のカラーフィルタ
ーが設けられている。緑色光を選択的に透過するカラー
フィルター２０２と青色光を選択的に透過するカラーフ
ィルター２０３が交互に配置される。さきに述べた色温
度の高いメタルハライドランプの波長分布特性は、例え
ば図４に示されるようなものがある。光源自体の波長分
布４００では、赤色の光量が青色に比べてかなり少な
い。このランプを上述の構成で用いた場合には、赤の光
量が相対的に多くなり、点線４０１で示される様に２倍
程度に増加する。従って、投写レンズを出射する光束の
色温度は６５００Ｋ程度になり、映像規格の白色を各色
光の光量を調整することなく容易に表現することができ
る。

【００１６】液晶パネルに設けられるカラーフィルター
としては、染色法や分散法による有機フィルターや、誘
電体多層膜によるダイクロイックフィルターなどがあ
る。このうちダイクロイックフィルターを用いる方法
は、有機フィルターを用いる場合に比べて光束の透過率
が高く、また色選択の特性が急峻であるため、色純度の
高い表示ができるという利点がある。例えば、図２
（Ａ）に示されたカラーフィルターとしては、図５
（Ａ）（Ｂ）に示される様なものが考えられる。図５
（Ａ）は、赤色を選択透過するダイクロイックフィルタ
ーの特性の例であり、入射する緑色光（５００〜５９０
ｎｍ）は反射し、赤色光５９０〜７００ｎｍは透過す
る。図５（Ｂ）は、緑色を選択透過するダイクロイック
フィルターの特性の例であり、緑色は透過し、赤色は反
射する。両者において青色の領域（４００〜５００ｎ
ｍ）は、透過あるいは反射のどちらであってもよいが、
図のように両者とも青色透過の特性としておくことで、
青色用の液晶パネルと互換性をもたせることができる。
青色の画素は、他色に比べて２倍の画素数があるので、
多少の画素欠陥があっても表示を著しく劣化させること
はない。従って、互換性をもたせることで、欠陥の多い
パネルを青色の表示用に使用し、トータルの画質が劣化
しないように生産コストを低減することができる。

【００１７】図１において、光学的ローパスフィルタ１
０９が図示されている。この光学的ローパスフィルタ１
０９には、例えば２次元あるいは１次元の正弦波状回折
格子が用いられ、入射する光束を適度に散乱させる。散
乱されるのは、カラーフィルターを搭載した側の液晶パ
ネル１０７上の光学像であり、投写像における周期的な
色の分布をある程度解消し、解像度を劣化させることな
く見やすい表示とすることができる。カラーフィルター
を搭載しない側の液晶パネル１０８は、均一な画素の配
置で解像度が高いため、光学的ローパスフィルタを配置
しなくてもよい。光学的ローパスフィルタのその他の効
果としては、透過型のスクリーンに投写表示した時の、
レンチキュラーレンズやフレネルレンズと周期的な画素
配列が相互作用することによって生じるモアレ縞による
画質劣化を防ぐということがある。

【００１８】次に、本発明の投写型表示装置の応用例に
ついて説明する。本発明の光学構成を有する液晶プロジ
ェクターは、例えば０．７”程度の小さい液晶パネルを
用いた場合にも明るく高画質であるので、小型の液晶プ
ロジェクターとして汎用的な用途に用いることができ
る。例えば、図６（Ａ）に示されるような折り畳み可能
なリアプロジェクター内部の投写ユニットとして用いる
ことができる。このリアプロジェクターは、投写ユニッ
ト６００と反射鏡６０１、開閉自在のスクリーン６０２
などで構成される。投写ユニット６００には、前述の投
写型表示装置が用いられ、本発明における光学系は小型
で投写レンズのバックフォーカスが短いため、投写距離
の短い本用途には大変好都合である。反射鏡６０１に
は、単に平面鏡を用いても良いが、凸面の球面鏡やトロ
イダルミラーを用いて光束を発散させれば、投写の拡大
率をかせぐことができる。スクリーン６０２の角度は、
５０度程度が見やすく、しかも各構成部材の配置が容易
である。反射鏡６０１は、スライド機構等によって基準
位置から回避できるようにしておけば、投写ユニット６
００からの投写光をそのまま外部に出射させることがで
き、前面投写のプロジェクターとして用いることができ
る。または、投写ユニット６００を取り外し可能にすれ
ば、容易に大画面の前面投写を行うことができる。

【００１９】図６（Ｂ）は、スクリーンの構成例を示し
てある。投写ユニットからの光束６０６はかなりの広角
で入射するため、はじめにフレネルレンズ６０５を通し
てスクリーンに垂直な平行光束に変換する。次にルーバ
６０４を通過し、さらに入射側が梨地状に処理された散
乱板６０３で散乱させ、所定の角度範囲での環視を可能
とする。散乱板６０３の平坦面側は、減反射コーティン
グを施すか、減反射コーティングを施した偏光板や１／
４波長板を貼付すれば、表面反射の少ない見やすい表示
となる。ルーバ６０４は、垂直に入射する光束はすべて
透過し、一定角度以上の光束は吸収遮蔽するものであ
り、投写光束は平行光であるため殆どが透過し、周囲か
らの外光は角度のついた光が多いために吸収され、フレ
ネルレンズ６０５や反射鏡６０１への迷光の侵入を防
ぎ、それによるコントラスト比の低下を防止している。
このルーバ６０４は必ずしも必要ではなく、例えば偏光
板で置き換えてもよく、偏光板では半分程度の光束が侵
入してしまうが、実用的に見やすい表示にすることがで
きる。

【００２０】図７（Ａ）（Ｂ）は、実際の使用形態の例
が示されている。図７（Ａ）は、折り畳んで持ち運び可
能なリアプロジェクターの例で、スクリーン７００は１
０〜１５インチ程度のものを用いる。側面には外光を遮
蔽する遮蔽膜７０２があり、布やレザーなどで構成され
ているので、折り畳み時は２つに折り畳まれる。また、
背面にも遮蔽膜７０１があり、この遮蔽膜７０１は、折
り畳み時にはスクリーン７００のカバーとなる。また、
脚部には見やすいスクリーンの角度にするためのチルト
機構７０３が設けられている。また、本体側面には映像
信号の入力部７０４がある。

【００２１】図７（Ｂ）は、折り畳み可能なリアプロジ
ェクターを天吊りに使用した状態を示す。本発明の光学
構成の液晶プロジェクターは、非常に軽量であるため容
易にこのような使用形態を実現できる。天井７０６に吊
り下げられたリアプロジェクター７０５は、表示を行わ
ない時には折り畳むことができるので、邪魔にならな
い。また、このような天吊りでの設置は車載用途に適し
た方法である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、液晶
パネルを２枚使用し、そのうち１枚に赤及び緑色のカラ
ーフィルターを設け、もう１枚の液晶パネルを青色用に
使用することによって、色温度の低い光源ランプであっ
ても最適な色温度の白色表示を容易に実現することがで
きる。

【００２３】また本発明によれば液晶パネルを２枚使用
し、そのうち１枚に青及び緑色のカラーフィルターを設
け、もう１枚の液晶パネルを赤色用に使用することによ
って、色温度の高い光源ランプであっても最適な色温度
の白色表示を容易に実現することができる。

【００２４】以上２つの構成では、光学系の構成を極め
て簡単にでき、しかも表示の解像度が３板方式と同等で
あり、小型の液晶パネルを用いても明るい表示が実現で
きるため、汎用性のある投写ユニットとして用いること
ができる。

【００２５】また、カラーフィルターを設けた液晶パネ
ルの光束出射側に光学的ローパスフィルタを配置すれ
ば、非常に滑らかで均一な表示を実現でき、しかもリア
プロジェクターの投写ユニットとして用いた場合にスク
リーン上に発生するモアレ縞をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写型表示装置の光学系の構成例を示
す図。

【図２】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置に使用する
カラーフィルターの配列を示す図。（Ｂ）は、本発明の
投写型表示装置に使用するカラーフィルターの配列を示
す図。

【図３】本発明の投写型表示装置に用いるハロゲンラン
プの発光波長分布を示す図。

【図４】本発明の投写型表示装置に用いるメタルハライ
ドランプの発光波長分布を示す図。

【図５】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置に用いるダ
イクロイックカラーフィルターの透過率分布を示す図。
（Ｂ）は、本発明の投写型表示装置に用いるダイクロイ
ックカラーフィルターの透過率分布を示す図。

【図６】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置の応用例で
あるリアプロジェクターの構成を示す図。（Ｂ）は、ス
クリーンの構成例を示す図。

【図７】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置の応用例で
あるリアプロジェクターの使用形態を示す図。（Ｂ）
は、他の利用形態を示す図。

【符号の説明】

１００光源ランプ１０１曲面反射鏡１０２，１１０ダイクロイックミラー１０５，１０６集光レンズ１０７，１０８液晶パネル１０９光学的ローパスフィルタ１１１投写レンズ３００ハロゲンランプの発光波長分布４００メタルハライドランプの発光波長分布６００投写ユニット６０１反射鏡６０２スクリーン６０３散乱板６０４ルーバ６０５フレネルレンズ７０２遮蔽膜７０３チルト機構７０６天井

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を複数の色光に分離する
ための色分離手段と、前記色分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する複数の液
晶パネルと、前記複数の液晶パネルからの出力光を１つ
に合成する色合成手段と、前記色合成手段からの出力光
を受け前記液晶パネルの光学像をスクリーン上に投写表
示する投写レンズとを備える投写型表示装置において、前記色分離手段は、前記照明装置の出力光を波長分離に
よって青色と黄色（赤・緑）の２つの色光に分離し、前
記液晶パネルは各色光に対応して２枚配置され、そのう
ち黄色光の入射する前記液晶パネルには、各画素上に赤
色透過と緑色透過のカラーフィルターが交互に配置さ
れ、前記照明装置からは、青色の光量が赤色の光量に比
べて少ない白色光が射出されることを特徴とする投写型
表示装置。
【請求項２】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を複数の色光に分離する
ための色分離手段と、前記色分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する複数の液
晶パネルと、前記複数の液晶パネルからの出力光を１つ
に合成する色合成手段と、前記色合成手段からの出力光
を受け前記液晶パネルの光学像をスクリーン上に投写表
示する投写レンズとを備える投写型表示装置において、前記色分離手段は、前記照明装置の出力光を波長分離に
よって赤色とシアン色（青・緑）の２つの色光に分離
し、前記液晶パネルは各色光に対応して２枚配置され、
そのうちシアン色光の入射する前記液晶パネルには、各
画素上に青色透過と緑色透過のカラーフィルターが交互
に配置され、前記照明装置からは、赤色の光量が青色の
光量に比べて少ない白色光が射出されることを特徴とす
る投写型表示装置。
【請求項３】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を２つの色光に分離する
ための色分離手段と、前記色分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する２枚の液
晶パネルと、前記２枚の液晶パネルからの出力光を１つ
に合成する色合成手段と、前記色合成手段からの出力光
を受け前記液晶パネルの光学像をスクリーン上に投写表
示する投写レンズとを備える投写型表示装置において、前記２枚の液晶パネルの一方には、各画素上に色光を選
択的に透過させるカラーフィルターが配置され、この液
晶パネルと前記色合成手段の間には、光学的ローパスフ
ィルタが配置されていることを特徴とする投写型表示装
置。