JPH08327967A

JPH08327967A - 投写式表示装置

Info

Publication number: JPH08327967A
Application number: JP8084361A
Authority: JP
Inventors: Shinji Morozumi; 伸治両角
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1996-12-13
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650183B2

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】第１のアクティブマトリクス型透過型液晶
パネルを透過した第１の色光の光軸上に、第２のアクテ
ィブマトリクス型透過型液晶パネルを透過した第２の色
光の光軸及び第３のアクティブマトリクス型透過型液晶
パネルを透過した第３の色光の光軸を重ねて合成するダ
イクロイックミラーを有し、第２及び第３のアクティブ
マトリクス型透過型液晶パネルを透過した第２及び第３
の色光は、第１のアクティブマトリクス型透過型液晶パ
ネルを透過した第１の色光の光軸に対して直角をなす光
軸を有すると共に、互いに反対方向から入射される。

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】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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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。

【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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【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、第１の色光が入射され、入射光に第１の色光の
制御信号に基いた変調を施す第１のアクティブマトリッ
クス型透過型液晶パネルを有する第１の液晶ライトバル
ブと、第２の色光が入射され、入射光に第２の色光の制
御信号に基いた変調を施す第２のアクティブマトリック
ス型透過型液晶パネルを有する第２の液晶ライトバルブ
と、第３の色光が入射され、入射光に第３の色光の制御
信号に基いた変調を施す第３のアクティブマトリックス
型透過型液晶パネルを有する第３の液晶ライ卜バルブ
と、前記第１のアクティブマトリックス型透過型液晶パ
ネル、前記第２のアクティブマトリックス型透過型液晶
パネル及び前記第３のアクティブマトリックス型透過型
液晶パネルによりそれぞれ変調されて透過した各色光を
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備え、前記色合
成手段は、前記第１のアクティブマトリクス型透過型液
晶パネルを透過した第１の色光の光軸上に、前記第２の
アクティブマトリクス型透過型液晶パネルを透過した第
２の色光の光軸及び前記第３のアクティブマトリクス型
透過型液晶パネルを透過した第３の色光の光軸を重ねて
合成するダイクロイックミラーを有し、前記第２及び第
３のアクティブマトリクス型透過型液晶パネルを透過し
た第２及び第３の色光は、前記第１のアクティブマトリ
クス型透過型液晶パネルを透過した第１の色光の光軸に
対して直角をなす光軸を有すると共に、互いに反対方向
から入射されることを特徴とする。

【０００９】

【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ックス型透過型液晶
ライ卜バルブ〜第３のアクティブマトリックス型透過型
液晶ライトバルプ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プマトリックス方式によ
り駆動される。

【００１０】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。

【００１１】

【発明の実施の形態】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る。この実施
例においては、液晶パネル３３〜３５を挟むように偏光
板３６〜３８、３９〜４１と単色のカラーフィルタ４２
〜４４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。

【００１２】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４
１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４
４，４５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３０
ａ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。

【００１３】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３２に投写される。

【００１４】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。

【００１５】図２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、披写体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３
１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
るように配置されている。

【００１６】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
とそれを両側から挟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
トラス卜、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。

【００１７】図３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。

【００１８】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、スぺクトル）、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。

【００１９】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。

【００２０】また、この実施例においては液晶パネル３
３〜３５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。また、同一分解能のパネルであるの
で、１パネル方式に比し分解能は３倍向上する。これら
の利点の他、カラーフィルタは３色が微細配置されたも
のでなくて単色のべ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ある。

【００２１】また、レンズ３１の一軸上に液晶パネル３
３〜３５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。

【００２２】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。

【００２３】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、１０万１ｘ〜５０万１ｘ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、
卜ランジスタ１３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１０万１ｘ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。

【００２４】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。

【００２５】図４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。

【００２６】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。

【００２７】この実施例においても、レンズ５０から各
液晶パネル５６，５７，５８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。

【００２８】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。

【００２９】図５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。

【００３０】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。

【００３１】この実施例においても、レンズ７０から各
液晶パネル７２，７３，７４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。

【００３２】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４の半透過ミラー５２，５３、図５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。

【００３３】図６（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。

【００３４】図７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。

【００３５】図８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４又は図５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。

【００３６】

【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。

【００３７】（ａ）ライ卜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。

【００３８】（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。

【００３９】（ｃ）ライトパルブにアクティブマ卜リッ
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。

【００４０】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、画素をピン卜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。

【００４１】そして、このアクティブマ卜リックス騒動
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ＮＴＳＣ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。

【００４２】（ｄ）変調された色光をダイクロイックミ
ラーにより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
使い勝手がよいものになっている。

【００４３】（ｆ）アクティブマトリクス型液晶パネル
においてはそのアクティブ素子ののスイッチングによる
画素における表示データの保持ができるので、クロスト
ークが低減され、コントラストが向上し、階調表示がで
きる。ＲＧＢの画素の位置合わせが容易であるため、色
が鮮明に表現できる。更に、画素数が増加してもクロス
トークが低減した高画質とすることができるため、画素
数の増大が可能であり、解像度も高くできる。

【００４４】（ｅ）ダイクロイックミラーに向けて３方
向から各色光を入射して合成するので、投写式表示装置
の色合成手段の構成がコンパクトになる。また、色合成
手段の構成がコンパクトになるため、液晶パネルから投
写光学手段に至る色光の光路長が短くでき、バックフォ
ーカスを短くできる。

【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表示装置の光
学系の構成図。

【図２】光路長の説明図。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】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。

【図６】（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。

【図７】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明
図。

【図８】上記実施例の投写式液晶表示装置の斜視図。

【符号の説明】

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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の色光が入射され、入射光に第１の
色光の制御信号に基いた変調を施す第１のアクティブマ
トリックス型透過型液晶パネルを有する第１の液晶ライ
トバルブと、第２の色光が入射され、入射光に第２の色光の制御信号
に基いた変調を施す第２のアクティブマトリックス型透
過型液晶パネルを有する第２の液晶ライトバルブと、第３の色光が入射され、入射光に第３の色光の制御信号
に基いた変調を施す第３のアクティブマトリックス型透
過型液晶パネルを有する第３の液晶ライ卜バルブと、前記第１のアクティブマトリックス型透過型液晶パネ
ル、前記第２のアクティブマトリックス型透過型液晶パ
ネル及び前記第３のアクティブマトリックス型透過型液
晶パネルによりそれぞれ変調されて透過した各色光を合
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
写光学手段とを備え、前記色合成手段は、前記第１のアクティブマトリクス型
透過型液晶パネルを透過した第１の色光の光軸上に、前
記第２のアクティブマトリクス型透過型液晶パネルを透
過した第２の色光の光軸及び前記第３のアクティブマト
リクス型透過型液晶パネルを透過した第３の色光の光軸
を重ねて合成するダイクロイックミラーを有し、前記第２及び第３のアクティブマトリクス型透過型液晶
パネルを透過した第２及び第３の色光は、前記第１のア
クティブマトリクス型透過型液晶パネルを透過した第１
の色光の光軸に対して直角をなす光軸を有すると共に、
互いに反対方向から入射されることを特徴とする投写式
表示装置。
【請求項２】前記ダイクロイックミラーはダイクロイ
ックプリズムに配置されてなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の投写式表示装置。
【請求項３】前記ダイクロイックプリズムに配置され
た２つの前記ダイクロイックミラー面は直角をなすこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の投写式表示装
置。