JPH08227064A - 投写式表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 色光生成手段と、第１のライトバルブ手
段と、第２のライトバルブ手段と、第３のライトバルブ
手段と、合成手段と、投写光学手段とを有し、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
偏光板とを有し、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
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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。

【０００７】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。

【０００８】（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。

【０００９】

【発明の実施形態】図１はこの発明の一実施形態に係る
投写式液晶表示装置の光学系の構成図であり、この実施
形態では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３６，３７，３８，３９，４０，４
１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４３，４
４を透過することにより緑，青の光になり、偏光板４
０，４１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３
１の光軸に合成されてレンズ３１に向けられる。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】この実施形態の特徴は、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。

【００１３】図２（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１
０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、多結晶性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。

【００１４】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。

【００１５】図２（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１５，１６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。

【００１６】ところで、この実施形態においては原理的
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。

【００１７】この光によるコントラストの低下を防ぐた
めに、この実施形態においてはカラーフィルタ４２〜４
４を液晶パネル３３〜３５に対して光源４５〜４７側に
配置し（図１、図２（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４
２〜４４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。

【００１８】第３は本発明の他の実施形態の投写式表示
装置の光学系の構成を示す図である。この実施形態は半
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６
０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。

【００１９】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５
０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。

【００２０】このとき、レンズ５０から各液晶パネル５
６，５７，５８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。

【００２１】図４は本発明の他の実施形態の光学系の構
成を示した図である。この実施形態は半透過ミラー７
５，７６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。

【００２２】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７
１に投写される。

【００２３】以上の実施形態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（例えば図１の透過膜４
７，４８、図３の半透過ミラー５２，５３、図４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。

【００２４】図５（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。

【００２５】図６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。

【００２６】図７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、図１、
図３又は図４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。

【００２７】

【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。

【００２８】（ｂ）ＴＦＴの形成された基板を投写光学
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。

【００２９】（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。

【００３０】（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、操作が簡単化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る投写式液晶表示装
置の光学系の構成図である。

【図２】（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。

【図３】この発明の他の実施形態に係る投写式液晶表示
装置の光学系の構成図である。

【図４】この発明の他の実施形態に係る投写式液晶表示
装置の光学系の構成図である。

【図５】（イ），（ロ）は上記実施形態において用いら
れる干渉膜を用いた半透過ミラーの説明図でる。

【図６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図
である。

【図７】上記実施形態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

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 投写式表示装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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、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、前記投写光学手段から
それぞれの前記透過型液晶パネルまでの光路長を同一と
したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の構成としたことにより、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
ることができる。特に、投写光学手段からそれぞれの前
記透過型液晶パネルまでの光路長を同一としたので、投
写光学手段の位置における光束の大きさが各色光でほぼ
同じとなるから、投写光学手段で投写される光の面内強
度分布が各色光で均一となり、よって色むらのない高画
質な画像が得られる。

【０００８】

【実施例】図１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３６，３７，３８，３９，４０，４１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３０
ａ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。色光生成手段としてカ
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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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３
１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。

【００１２】図２（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１
０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、多結晶性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。

【００１３】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。

【００１４】図２（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１５，１６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。

【００１５】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。

【００１６】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（図１、図２（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。

【００１７】図３は本発明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。

【００１８】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５
０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。

【００１９】このとき、レンズ５０から各液晶パネル５
６，５７，５８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。

【００２０】図４は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。

【００２１】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７
１に投写される。

【００２２】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（例えば図１の透過膜４
７，４８、図３の半透過ミラー５２，５３、図４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。

【００２３】図５（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。

【００２４】図６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。

【００２５】図７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、図１、
図３又は図４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。

【００２６】

【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。

【００２７】（ｂ）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。 それぞれの色光ごと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。

【００２８】（ｃ）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、操作が簡単化される。

【００２９】（ｄ）投写光学手段からそれぞれの前記透
過型液晶パネルまでの光路長を同一としたので、投写光
学手段の位置における光束の大きさが各色光でほぼ同じ
となるから、投写光学手段で投写される光の面内強度分
布が各色光で均一となり、よって色むらのない高画質な
画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】（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。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】（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ある。

【図６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図
である。

【図７】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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。