JPH095773A

JPH095773A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH095773A
Application number: JP7157911A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Murakami; 正治村上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小形軽量で低価格化が実現でき、同時に光利
用率が高く高輝度化が可能な投写型液晶表示装置を提供
する。【構成】光源５１からの光束を第１偏光ビームスプリ
ッタ５４により互いに偏光方向が直交する２つの直線偏
光光に分離し、いずれか一方の光束を輝度信号表示用の
液晶表示パネル５６に入射してモノクロ画像を生成し、
他方の光束を、ダイクロイックミラー５８〜６０により
異なる複数の波長域の光束に分解し、相互に異なる角度
で色信号表示用の液晶表示パネル６１に入射してカラー
画像を生成し、モノクロ画像、カラー画像を第２偏光ビ
ームスプリッタ６５で合成し、投写レンズ６６を介して
拡大表示することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モノクロ用とカラー用
２つの液晶表示パネルを用いて液晶表示画像を拡大投映
する投射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、投射型液晶表示装置は、
ＣＲＴ式の投射型表示装置に比べ、小形軽量で投射画面
サイズも容易に変えられるなどの特徴があり、これから
の表示装置として期待されている。

【０００３】従来の一般的な投射型液晶表示装置の構成
を図５に示す。図５において、白色光源１１で発光され
た白色光は集光ミラー１２で前方に集められ、液晶表示
パネル１３に照明される。液晶表示パネル１３にツイス
テッドネマティック（ＴＮ）液晶を使う場合は、画像形
成のために、入射側、出射側の光路中にそれぞれ偏光板
１４、１５が配置される。

【０００４】液晶表示パネル１３には、高画質な画像を
表示するために、各画素に薄膜トランジスタなどのスイ
ッチング素子を形成したアクティブマトリクス型の液晶
表示素子が用いられる。白色光源１１としては、ハロゲ
ンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなど
が用いられる。

【０００５】液晶表示パネル１３を透過した光は投射レ
ンズ１６を介してスクリーン１７に投射される。この状
態で投射レンズ１６を調整してフォーカスを合わせ、液
晶表示パネル１３を映像信号により駆動することで、ス
クリーン１７の照射面に画像を表示することができる。

【０００６】ところで、上記のような投射型液晶表示装
置には、３原色に応じてモノクロの液晶表示パネルを３
枚用いる３板式と、カラーフィルタの付いた液晶表示パ
ネルを１枚用いる単板式がある。

【０００７】３板式では、一般的に白色光源で発光され
る白色光を光学的にＲＧＢの３原色に分け、それぞれに
対応して液晶表示パネルを配置して光変調を行い、光学
的に合成することでフルカラーで表示する。この方式は
単板式に比べて同一条件では約３倍の明るさが得られ、
高精細化も容易であるが、部品点数が多くなるため、コ
スト高で、装置も大きくなってしまう。

【０００８】一方、単板式の場合には、部品点数が少な
く、コスト的にも有利であり、装置の小型化が図れると
いう利点があるが、３原色カラーフィルタを備えている
ため、照射光の約２／３がカラーフィルタによって吸
収、反射されてしまい、高輝度化が困難である。

【０００９】この欠点を解決する方法として、カラーフ
ィルタが不要な単板式によるフルカラー表示方式が特開
平４−６０５３８に開示されている。この方式の原理を
図６及び図７を参照して簡単に説明する。

【００１０】図６はその構成を示すもので、白色光源２
１で発光された白色光は集光ミラー２２で前方に平行光
として集められる。この白色平行光はダイクロイックミ
ラー２３、２４、２５によってＲＧＢの３原色光に分解
され、それぞれわずかずつ角度を付けられて、入射面に
マイクロレンズアレイ２６が積層された液晶表示パネル
２７に照射される。液晶表示パネル２７の出射光はフィ
ールドレンズ２８を介して投射レンズ２９に集められ、
スクリーン３０上に表示画像が投射される。

【００１１】図７は上記液晶表示パネル２７とマイクロ
レンズアレイ２６の断面を示す模式図である。液晶表示
パネル２７は、ガラス基板２７１、２７４の間に電極層
２７２及び液晶層２７３を封入し、ＲＧＢの各画素２７
５Ｒ、２７５Ｇ、２７５Ｂを周期的に配列したものであ
る。マイクロレンズアレイ２６のアレイピッチは３画素
周期で対応している。

【００１２】マイクロレンズアレイ２６に異なった角度
から入射した各色の光は、それぞれ液晶表示パネル２７
との接合面で屈折され、その色に対応した画素２７５
Ｒ、２７５Ｇ、２７５Ｂの開口部に集光される。したが
って、カラーフィルタを用いなくともフルカラー表示が
行なえる。

【００１３】しかしながら、上記の方式によっても、液
晶表示パネルにＴＮ型液晶を用いる場合には偏光板が必
要なため、光の約半分が吸収されてしまい、光利用率が
低下して明るくできないという欠点がある。明るくする
ために光源の発光量を増大することが考えられるが、偏
光板の耐熱性の問題から限界がある。

【００１４】光利用率を上げて高輝度化を図る方法とし
て、２つの直線偏光の両方を利用する方法が特開平３−
２０１６９５、特開平４−２６７２４６、実開平３−９
８５８２などで開示されている。図８を参照してその一
例を簡単に説明する。

【００１５】図８はその構成を示すもので、白色光源３
１で発生される白色光は集光ミラー３２で平行光として
前方に集光され、ＵＶＩＲフィルタ３３で不要な光成分
が除去され、第１偏光ビームスプリッタ３４でＰ波とＳ
波に分離される。

【００１６】Ｐ波は直進して反射ミラー３５を介してモ
ノクロ液晶表示パネル３６に入射される。Ｓ波は反射ミ
ラー３７を介してカラー液晶表示パネル３８に入射され
る。それぞれの液晶表示パネル３６、３８の出射光は第
２偏光ビームスプリッタ３９で合成され、投射レンズ４
０でフルカラー映像が拡大投射される。

【００１７】このような方法によれば、偏光板が原理的
に不要になり、光利用率が向上する。しかし、カラー液
晶表示パネルにカラーフィルタを使用しているため、高
輝度化は望めないという欠点がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の投射型液晶表示装置において、３板式では部品点数
が多くなるため、コスト高で、装置も大きくなってしま
うという問題がある。また、単板式ではカラーフィルタ
が照射光を吸収、反射してしまうため、高輝度化が困難
であるという問題がある。

【００１９】本発明の課題は、上記の問題を解決し、小
形軽量で低価格化が実現でき、同時に光利用率が高く、
高輝度化が可能な投射型液晶表示装置を提供することに
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の投射型液晶表示装置は、投射用の光を生成
する投射光生成手段と、この手段で生成された投射光を
入射して互いに偏波方向が直交する２つの直線偏光光に
分離する直交偏光光分離手段と、前記２つの直線偏光光
のうちのいずれか一方の光束を輝度信号に応じて透過さ
せてモノクロ画像を生成する第１の液晶表示パネルと、
前記２つの直線偏光光のうちの他方の光束を互いに異な
る複数の波長域の光束に分解し、相互に異なる角度で集
光する複数の特定波長域分離集光手段と、この手段で互
いに異なる方向から集光される光束を色信号に応じて透
過させてカラー画像を生成する第２の液晶表示パネル
と、前記第１及び第２の液晶表示パネルからそれぞれ出
射されるモノクロ画像及びカラー画像を合成する画像合
成手段と、この手段で合成された画像を投射する画像投
射手段とを具備して構成する。

【００２１】前記特定波長域分離集光手段は、互いに異
なる波長域を反射する複数のダイクロイックミラーを、
前記２つの直線偏光光のうちの他方の光束の光軸上に互
いに異なる角度で配置することで実現する。

【００２２】前記第２の液晶表示パネルには、入射面に
マイクロレンズアレイを形成しておく。前記第１の液晶
表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとは同一構造と
する。

【００２３】前記第１の液晶表示パネルの入射側及び出
射側にはそれぞれ位相差板を配置しておく。前記第１、
第２の液晶表示パネルの少なくともいずれか一方の入射
側及び出射側には、それぞれ偏光板を配置しておく。

【００２４】

【作用】上記構成による投射型液晶表示装置では、投射
用の光を生成して、互いに偏波方向が直交する２つの直
線偏光光に分離し、いずれか一方の光束を第１の液晶表
示パネルに入射して輝度信号に応じて透過させてモノク
ロ画像を生成し、他方の光束を互いに異なる複数の波長
域の光束に分解し、相互に異なる角度で集光して第２の
液晶表示パネルに入射し、色信号に応じて透過させてカ
ラー画像を生成し、第１及び第２の液晶表示パネルから
それぞれ出射されるモノクロ画像及びカラー画像を合成
して投射するようにしている。

【００２５】この場合、第１、第２の液晶表示パネルに
同じ液晶パネルを用いて、一方は輝度信号用の高解像度
モノクロ表示を行い、他方はマイクロレンズを装着し色
信号用の低解像度カラー表示を行うことにより、液晶表
示パネルの共用化によるコストダウンが図れる。また、
パネルサイズが同じであるため、光学系の設計が容易
で、しかも簡単な構成で済む。しかも、光源の光を捨て
ることなく、両方の偏光光が利用できるため、高輝度化
が実現できる。また、偏光板による光吸収が低減される
ため、温度上昇が少なくなり、劣化を抑制することがで
きる。

【００２６】特定波長域を分離集光するには、互いに異
なる波長域を反射する複数のダイクロイックミラーを、
２つの直線偏光光のうちの他方の光束の光軸上に互いに
異なる角度で配置することで実現できる。

【００２７】前記第２の液晶表示パネルに入射面にマイ
クロレンズアレイを形成しておくことで、特定波長域の
分離集光と伴って、カラー画像を生成可能となる。前記
第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルとは
同一構造とすることで、共有化を図ることができ、コス
ト低減を実現できるようになる。

【００２８】前記第１の液晶表示パネルの入射側及び出
射側にそれぞれ位相差板を配置しておくことで、第１、
第２の液晶表示パネルが互いに同じ偏光軸の入射光を受
け、駆動信号で光を変調できるので、駆動電圧対透過率
特性を揃えることができるようになる。

【００２９】前記第１、第２の液晶表示パネルの少なく
ともいずれか一方の入射側及び出射側にそれぞれ偏光板
を配置してより偏光度を向上させることにより、ＴＮ型
液晶素子の場合でもハイコントラストの画像が表示でき
るようになる。

【００３０】

【実施例】以下、図１乃至図４を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。図１は本発明に係る投射型液晶表
示装置の第１の実施例の構成を示すもので、白色光源５
１からの白色光は集光ミラー５２で前方に集められ、Ｕ
ＶＩＲカットフィルタ５３で不要な紫外光や赤外光が除
去されて可視光のみとなり、第１偏光ビームスプリッタ
５４に入射される。

【００３１】この第１偏光ビームスプリッタ５４は入射
光を２つの直線偏光光（Ｓ波、Ｐ波）に分離するもの
で、Ｓ波は反射ミラー５５を介し輝度信号表示用の液晶
表示パネル（モノクロ）５６に入射される。この液晶表
示パネル５６には、入射側に１画素に１つのマイクロレ
ンズが配置されたマイクロレンズアレイガラス板５７が
装着される。このマイクロレンズアレイガラス板５７は
実効開口率を向上させるためのものである。

【００３２】一方、Ｐ波は直進してＲ反射ダイクロイッ
クミラー５８、Ｇ反射ダイクロイックミラー５９、Ｂ反
射ダイクロイックミラー６０でそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの３
原色光に分離され、色信号表示用の液晶表示パネル（モ
ノクロ）６１に、所定の角度をもって入射される。

【００３３】この色信号表示用の液晶表示パネル６１
は、輝度信号表示用の液晶表示パネル５６と同構成であ
り、入射側にマイクロレンズアレイガラス板６２が装着
される。また、この液晶表示パネル６１の構造は図７に
示したものと同じであり、カラーフィルタがなくてもダ
イクロイックミラー５８〜６０の入射角調整によりフル
カラーの表示画像が得られる。

【００３４】これら２つの液晶表示パネル５６、６１の
出射光は、それぞれコンデンサレンズ６３、６４で集光
され、第２の偏光ビームスプリッタ６５で合成された
後、投射レンズ６６によって拡大投射される。

【００３５】すなわち、上記構成による投射型液晶表示
装置では、白色光源５１からの白色光を集光ミラー５２
で前方に集め、ＵＶＩＲカットフィルタ５３で可視光の
みとし、第１の偏光ビームスプリッタ５４でＳ波、Ｐ波
に分離する。

【００３６】そして、Ｓ波を反射ミラー５５を介し輝度
信号表示用の液晶表示パネル５６に通してモノクロ映像
を得る。また、Ｐ波を反射ダイクロイックミラー５８、
５９、６０でそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの３原色光に分離し、
色信号表示用の液晶表示パネル６１に所定の角度をもっ
て入射してカラー映像を得る。

【００３７】このようにして得られたモノクロ映像とカ
ラー映像をそれぞれコンデンサレンズ６３、６４で集光
し、第２の偏光ビームスプリッタ６５で合成して投射レ
ンズ６６で拡大投射することで、フルカラー映像を投射
することができる。

【００３８】したがって、上記構成による投射型液晶表
示装置によれば、同じ構成の液晶表示パネルを輝度信号
表示用（５６）と色信号表示用（６１）にそれぞれ用い
ることができるので、２種類の液晶表示パネルを用いる
場合よりも低価格で実現でき、光学系も設計が容易にな
り、部品の共通化ができる。また、２つの偏光光（Ｐ
波、Ｓ波）を全て利用するので、光利用効率が非常に高
く、高輝度が実現できる。さらに、色信号表示用の液晶
表示パネル６１はカラーフィルタが不要なため、光の損
失が少なく、従来の約３倍の高輝度化が実現できる。

【００３９】尚、本実施例において、輝度信号表示用の
液晶表示パネル５６に付加されているマイクロレンズア
レイガラス板５７がなくても、同様の動作が成立つこと
は勿論である。

【００４０】図２は本発明に係る第２の実施例の構成を
示すものである。図１と比較してわかるように、この実
施例では輝度信号表示用の液晶表示パネル５６の両側に
位相差板６７、６８を設けている。

【００４１】すなわち、この構成では、液晶表示パネル
５６に入射する光の偏光方向を位相差板６７でＳ波から
一度Ｐ波に変換し、液晶表示パネル５６で９０度旋光さ
せてＳ波とし、このＳ波を再度位相差板６８でＰ波に変
換して、コンデンサレンズ６３を介して第２偏光ビーム
スプリッタ６５に入射するようにしている。

【００４２】この構成によれば、輝度信号表示用の液晶
表示パネル５６が色信号表示用の液晶表示パネル６１と
同じ偏光軸の入射光を受け、駆動信号で光を変調できる
ので、駆動電圧対透過率特性（Ｖ−Ｔ特性）を揃えるこ
とができる。したがって、ガンマ特性を揃えることがで
き、画質の合わせ込みが可能になり、これによって高画
質化が可能となる。

【００４３】図３は本発明に係る第３の実施例の構成を
示すものである。図１及び図２に示した第１及び第２の
実施例では、基本的に偏光ビームスプリッタ５４、６５
が偏光板の働きをしているため、液晶表示パネル５６、
６１の入射側、出射側の偏光板を省略しているが、図３
では図２の構成に偏光板を加えている。

【００４４】すなわち、ＴＮ型液晶素子の場合は、より
偏光度を向上させることにより、ハイコントラストの画
像が表示できるので、図３の構成では、輝度信号表示用
の液晶表示パネル５６の両側に偏光板６９、７０を、色
信号表示用の液晶表示パネル６１の両側に偏光板７１、
７２をそれぞれ設けて、液晶表示パネル５６，６１での
偏光度を高めている。

【００４５】図４は、以上述べた本発明の投射形液晶表
示装置を構成する液晶表示パネルを駆動するための信号
処理回路の構成図である。端子８１には複合映像信号が
加えられる。この復号映像信号はＹ／Ｃ分離回路８２で
輝度信号と色信号に分離される。輝度信号は周波数分離
回路８３で低域成分ＹＬと高域成分ＹＨに分離される。
一方、色信号は色復調回路８４で復調され、さらに低域
輝度成分ＹＬとマトリクスされて原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂと
して出力される。

【００４６】輝度信号の高域成分ＹＨと原色信号Ｒ、
Ｇ、Ｂは、それぞれ直流／交流変換回路（ＤＣ／ＡＣ）
８５、８６で液晶表示パネルを駆動するための交流信号
に変換され、それぞれ端子８７〜９０に出力される。こ
れらは、それぞれ輝度信号表示用の液晶表示パネル５６
と色信号表示用の液晶表示パネル６１に加えられ、これ
によってフルカラーで高精細な画像を表示できる。

【００４７】したがって、上述のいずれの実施例も、同
じ仕様の液晶表示パネルを輝度信号表示用と色信号表示
用に用いて構成しているので、低価格でしかも３板式に
比べ小形軽量にすることができ、高輝度の投射型液晶表
示装置を得ることができる。また、偏光板の光吸収が少
ないので劣化が少なく、高画質な映像を表示することが
できる。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、小形
軽量で低価格化が実現でき、同時に光利用率が高く、高
輝度化が可能な投射型液晶表示装置を提供することこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投射型液晶表示装置の第１の実施
例の構成を示す模式図。

【図２】本発明に係る投射型液晶表示装置の第２の実施
例の構成を示す模式図。

【図３】本発明に係る投射型液晶表示装置の第３の実施
例の構成を示す模式図。

【図４】本発明に係る投射型液晶表示装置の各実施例に
用いられる液晶表示パネル駆動回路の構成を示すブロッ
ク回路図。

【図５】従来の一般的な投射型液晶表示装置の構成例を
示す模式図。

【図６】従来のカラーフィルタ不要の単板式投射型液晶
表示装置の構成例を示す模式図。

【図７】図６の単板式投射型液晶表示装置の液晶表示パ
ネルの構造を示す断面図。

【図８】従来の２板式投射型液晶表示装置の構成を示す
模式図。

【符号の説明】

１１…白色光源１２…反射ミラー１３…液晶表示パネル１４、１５…偏光板１６…投射レンズ１７…スクリーン２１…白色光源２２…集光ミラー２３、２４、２５…ダイクロイックミラー２６…マイクロレンズアレイ２７…液晶表示パネル２７１、２７４…ガラス板２７２…電極層２７３…液晶層２７５Ｒ、２７５Ｇ、２７５Ｂ…画素２８…フィールドレンズ２９…投射ミラー３０…スクリーン３１…白色光源３２…集光ミラー３３…ＵＶＩＲフィルタ３４…第１偏光ビームスプリッタ３５…反射ミラー３６…モノクロ液晶表示パネル３７…反射ミラー３８…カラー液晶表示パネル３９…第２偏光ビームスプリッタ４０…投射レンズ５１…白色光源５２…集光ミラー５３…ＵＶＩＲフィルタ５４…第１偏光ビームスプリッタ５５…反射ミラー５６…輝度信号表示用液晶表示パネル５７…マイクロレンズアレイガラス板５８…Ｒ反射用ダイクロイックミラー５９…Ｇ反射用ダイクロイックミラー６０…Ｂ反射用ダイクロイックミラー６１…色信号表示用液晶表示パネル６２…マイクロレンズアレイガラス板６３、６４…コンデンサレンズ６５…第２偏光ビームスプリッタ６６…投射レンズ６７、６８…位相差板６９、７０、７１、７２…偏光板８１…復号映像信号入力端子８２…Ｙ／Ｃ分離回路８３…周波数分離回路８４…色復調回路８５、８６…直流／交流変換回路８７…輝度信号表示用の駆動信号出力端子８８、８９、９０…色信号表示用の駆動信号出力端子

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ 7426−5ＨＧ０９Ｆ 9/00 ３６０ＤＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＫＡ 9/31 9/31 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投射用の光を生成する投射光生成手段と、この手段で生成された投射光を入射して互いに偏波方向
が直交する２つの直線偏光光に分離する直交偏光光分離
手段と、前記２つの直線偏光光のうちのいずれか一方の光束を輝
度信号に応じて透過させてモノクロ画像を生成する第１
の液晶表示パネルと、前記２つの直線偏光光のうちの他方の光束を互いに異な
る複数の波長域の光束に分解し、相互に異なる角度で集
光する複数の特定波長域分離集光手段と、この手段で互いに異なる方向から集光される光束を色信
号に応じて透過させてカラー画像を生成する第２の液晶
表示パネルと、前記第１及び第２の液晶表示パネルからそれぞれ出射さ
れるモノクロ画像及びカラー画像を合成する画像合成手
段と、この手段で合成された画像を投射する画像投射手段とを
具備することを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】前記特定波長域分離集光手段は、互いに異
なる波長域を反射する複数のダイクロイックミラーを、
前記２つの直線偏光光のうちの他方の光束の光軸上に互
いに異なる角度で配置したものであることを特徴とする
請求項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項３】前記第２の液晶表示パネルは、入射面にマ
イクロレンズアレイを形成したものであることを特徴と
する請求項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項４】前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液
晶表示パネルとは同一構造であることを特徴とする請求
項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】前記第１の液晶表示パネルの入射側及び出
射側にそれぞれ位相差板を配置するしたことを特徴とす
る請求項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】前記第１、第２の液晶表示パネルの少なく
ともいずれか一方の入射側及び出射側にそれぞれ偏光板
を配置することを特徴とする請求項１記載の投射型液晶
表示装置。