TW200825610A - Projection device and image display device - Google Patents

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TW200825610A TW096130624A TW96130624A TW200825610A TW 200825610 A TW200825610 A TW 200825610A TW 096130624 A TW096130624 A TW 096130624A TW 96130624 A TW96130624 A TW 96130624A TW 200825610 A TW200825610 A TW 200825610A
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Yoshikazu Hazama
Kikuo Kaise
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Description

200825610 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於液晶投影機等投射裝置、以及將從該投 裝置投射之影像光放大投影至營幕背面，以顯示影像之北 . 投型顯示器等圖像顯示裝置。 月 【先前技術】 近年來’關於藉由投射光學系統放大投射液晶面板上之 目像之液晶投影機’低價化、使用壽命增長化、高對比化 攀 正在進展，於家庭中利用洛曰如旦/ i也,. r W用履日日奴影機之個案增加。最近關 於液晶投影機’亦強烈要求實現大晝面且高精細之圖像， 液晶面板之像素數年年持續增加。 、=此’液晶面板之像素數雖年年增加，但伴隨於其，將 液：面板尺寸大型化係有違於顯示裝置小型化之要求，因 此藉由縮小像素尺寸來對應高像素化。 然:，若縮小像素尺寸，由於製作於各像素内之資料 # 射田線、電谷線等各種布線’或薄膜電晶體、薄膜二 極體等各種電子元件在！像素中所佔比率會增加，因此可 讓有助於圖像顯示之光穿透或反射之部分（開口部）會因各 " 種布線或各種電子元件而縮小。 V 。一般而言，開口部於1像素中所佔比率（開口率）為 ° 从度’ jtb開D率越小，穿透液晶面板之光變少。 [大 j 匕， y γ I ^ % 一 4提案有各種不大幅縮小像素尺寸，而藉由改良 、、示方式來增加像素數之技術。 例如於專利文獻！中’提案有—種顯示方式，其係將白 120699.doc 200825610 色光分離為紅、綠及藍3色光，對於鄰接3個點之各個照射 互異色之光，並且週期性地切換其等色彩之光之光路。藉 此，由於在各點可進行1像素之全彩顯#，目此相較於以 往顯示方式以鄰接3個點來進行丨像素之全彩顯示，可使像 . 素數約增加至3倍。 • [專利文獻1]曰本特開20〇〇-1〇5362號公報 【發明内容】 然而’於專利文獻1中，為了週期性地切換3色光之光 路’使用電流計鏡或步進鏡等機械性轉動之光學零件。因 此，轉動時會產生噪音，轉動之光學零件容易發生故障， 可靠性極低，具有不耐實用之問題。 本發明係有鑑於該問題所完成者，丨目的在於提供一種 切換各色光之光路時不會產生嗔音，且可靠性高之投射裝 置及圖像顯示裝置。 本發明之第-投射裝置係包含：光源部，其係分別個別 參 冑立射出波長互異之複數色光；及光路切換部，其係於每 特定時間，電性地切換從光源部射出之各色光之光路。此 投射裝置進一步具有：擴散成形部，其係將從光路切換部 輸出之各色光予以擴散成形；平行光化部，其係將由擴散 • 《形部所擴散成形之各色光^以平行光化；色彩影像光產 生部，其係包括於由平行光化部所平行光化之各色光之射 入區域上矩陣狀地配置有複數微透鏡之微透鏡陣列、及對 於各微透鏡對向配置有數目與從光源部射出之色光之色彩 數相等之點之像素部，並藉由穿透過各點之各色光來產生 120699.doc 200825610 色彩影像光；及投射部，其係放大投射由色彩影像光產生 部所產生之色彩影像光。本發明之第一圖像顯示裝置係内 建有上述第一投射裝置，並將從此第一投射裝置所投射之 影像光，放大投影至螢幕背面以顯示影像。 於本發明之第一投射裝置及第一圖像顯示裝置中，從光 源部個別獨立射出之各色光之光路係由光路切換部，於每 特定時間電性地切換。 本發明之第二投射裝置係具備光源部，其係分別個別獨 立射出波長互異之複數色光，並且於每特定時間，電性地 切換個別獨立射出之各色光之波長。此投射裝置進一步具 有··擴散成形部，其係將從光源部射出之各色光予以擴散 成形，平行光化部，其係將由擴散成形部所擴散成形之各 色光予以平行光化；色彩影像光產生部，其係包括於由平 亍光化所平行光化之各色光之射入區域上矩陣狀地配置 有複數微透鏡之微透鏡陣列、及對於各微透鏡對向配置有 數目與從光源部射出之色光之色彩數相等之點之像素部， 並藉由穿透過各點之各色光來產生色彩影像光；及投射 部’其係放大投射由色彩影像光產生部所產生之色彩影像 光。本發明之第二圖像顯示裝置係内建有上述第二投射裝 置，並將從此第二投射裝置所投射之影像光，放大投影至 螢幕背面以顯示影像。 於本發明之第二投射裝置及第二圖像顯示裝置中，由光 '、P個別獨立射出各色光之波長，並且於每特定時間電性 地切換。 120699.doc 200825610 若根據本發明之第—投射裝置及第-圖像顯示裝置，由 於藉由光路切換部4每料時間電性地切換從光源部個 別獨立射出之各色光之光路’因此切換各色光之光路時盈 噪音，可靠性提升。 若根據本發明之第二投射裝置及第二圖像顯示裝置，由 於藉由光源部，於每特定時間電性地切換個別獨立射出之 各色光之波長，因此切換各色光之光路時無噪音，可靠性 提升。 【實施方式】 以下，參考圖式來詳細說明有關本發明之實施型態。 [第一實施型態] 圖1係表示有關本發明之第一實施型態之液晶投影機 U投射裝置）之概略結構。此液晶投影機1係將無彩色遽光 器之液晶面板60(色彩影像光產生部）作為光閥使用之單板 式投影機，個別獨立射出RGB 3色光之3色光源10(光源部） 係作為液晶面板60之背光使用。 此液晶投影機1係沿著從3色光源10射出之光之光轴，依 序配置3色光源10、偏光板20、波導型光開關3〇(光路切換 部）、繞射型光學元件40(擴散成形部）、像場透鏡5〇(平行 光化部）、液晶面板60及投射透鏡70(投射部）而構成。 3色光源10係由紅色雷射10R、綠色雷射l〇G及藍色雷射 10B所組成，例如並排配置此等以使各個之光軸互為平行 而構成。 紅色雷射10R係由例如InAlGaP系半導體雷射所組成，藍 120699.doc 200825610 色雷射1 〇B係由例如GaN系或InGaN系半導體所組成。另一 方面，綠色雷射10G係由例如藉由半導體雷射激發之固體 雷射所組成。作為固體雷射有例如由YV04+KTP (KTi0P04)、結晶 PPLN(Periodically PoledLiNb03 ··週期 性極化 LiNb03)或 PPMgO · LN(Periodically PoledMgO · LiNb03 :週期性極化MgO · LiNb03)等所組成之固體雷 射。此外，綠色雷射10G亦儘可能與紅色雷射10R或藍色 雷射10B相同地藉由半導體雷射來構成。而且，如後述， 由於3色光源10之振盪模式之繞射型光學元件40對於入射 光之光束形狀遲鈍，因此單模及多模均可。 偏光板20係由偏光板20R、20G、20B所組成，於從3色 光源10射出之各色光（光束光）之光路上，配置此等各1個而 構成。偏光板20R、20G、20B係由例如與各色光之波長相 對應之半波片所組成，使各色光之偏光方向與液晶面板60 之偏光軸一致。此外，由固體雷射構成3色光源1 0之情況 時，亦可藉由相位差膜或相位差板來構成偏光板20R、 20G、20B，以補正偏光方向。 例如利用Al ; GaAs系半導體雷射激發YV04+KTP二次高 調波之固體雷射係偏光方向容易依各裝置而改變，偏光率 1〇程度者甚多，將此固體雷射作為綠色雷射10G使用之情 況時，藉由相位差膜來構成偏光板20G，使用其來補償延 遲值並予以最佳化，可增大偏光率。如此，藉由利用半波 片或相位差膜等來調整偏光軸，可減少液晶面板60之偏光 板（未圖示）所造成之光損失，更加提高光利用效率。 120699.doc 200825610 波導型光開關30係以光纖32及鏡之至少一方光學地連接 複數又叉型元件3 1而構成。此外，於以下舉例說明以光纖 32來連接各父又型元件31之情況。如圖所示， 於父叉型兀件31 ’由含有例如TiiLiNb〇3結晶結晶）之 2道波$係父互父又而形成，至少各波導之端部於交叉型 兀件31之表面露出。而且，鄰接於2道波導之一部分設有 未圖不之1對電極，於丨對電極施加電壓，利用藉此產生之 電場，各波導之一方端部（輪入端ΤΙ、T2)及另一方端部 (輸出知T3 T4)之連接關係會變化。總言之，由於交叉型 元件3 1作為可電性地切換光路之光開關而作用，因此波導 型光開關3G可於每特定時間，任意地切換對於各繞射型光 學元件4〇a、40b、4〇c(後述）輸出之色光之色彩。 於此，波導型光開關3 〇亦可於每丨場、每〗訊框或每複數 Λ框切換從3色光源1〇射出之各色光之光路，或以〗場或 1 Λ框之頻率之整數倍頻率，來切換從3色光源1〇射出之各 色光之光路。 例如於電壓未施加於丨對電極之關閉狀態之情況下，如 圖2(A)所示，輸入端以與輸出端乃互相連接，並且輸入端 丁2與輸出端Τ4互相連接。而且，於〗對電極施加電壓之開 啟狀怨之情況下，如圖2(B)所示，輸入端丁丨與輸出端丁4互 相連接，並且輸入端T2與輸出端13互相連接。 藉由將此具有光開關功能之複數交叉型元件31配置為陣 列狀，可實現各種連接態樣之光開關。例如參考圖3，來 說明有關將9個交叉型元件31排列為3χ3陣列狀之情況下之各 120699.doc •10- 200825610 交叉型元件31與光纖32之連接態樣之一例。此外，以下， 構成波導型光開關30之各交叉型元件3 1係表現作為3><3行 列之要素。 3色光源10側（圖3左側）之3個交叉型元件3 i(要素（丨〗）、 要素（2，1)及要素（3，υ)之各輸入端T1係與偏光板2〇r、 20G、20B之射出側之面中各色光射出之區域呈對向配 置。分別經由光纖32而於要素（1，1)之輸出端丁3連接有要 素（1，2)之輸入端τΐ，於要素（丨，u之輸出端丁4連接有要素 (2，2)之輸入端T1，於要素（2，1)之輸出端T3連接有要素（i 2)之輸入端T2，於要素（2，1)之輸出端丁4連接有要素（3，2) 之輸入端T1，於要素（3，1)之輸出端T3連接有要素（2，之 輸入端T2，於要素（3, 1}之輸出端丁4連接有要素（3, 2)之輸 入端T2。然後，分別經由光纖32而於要素（1，2)之輸出端 T3連接有要素（1，3)之輸入端下丨，於要素（1，2)之輸出端^ 連接有要素（2，3)之輸入端T1，於要素（2，2)之輸出端丁3連 接有要素（1，3)之輸入端T2，於要素（2，2)之輸出端T4連接 有要素（3，3)之輸入端T1，於要素（3，2)之輸出端丁3連接有 要素（2, 3)之輸入端Τ2，於要素（3, 2)之輸出端^連接有要 素（3，3)之輸入端T2。並且，繞射型光學元件4〇側（圖3右 側）之3個交叉型元件31(位於要素（1，3)、要素（2，3)及要素 (3，3)之父叉型元件3丨）之各輸出端T3係與繞射型光學元件 40之射入側之面呈對向配置。 於波導型光開關30為此結構之情況時，藉由適當組合各 父又型元件3 1之開啟狀態及關閉狀態，可任意切換紅色光 120699.doc -11· 200825610
Lr、綠色光Lg及監色光LB之各光路之位置關係，進而可任 意切換對於各繞射型光學元件40a、40b、40c輸出之色光 之色彩。 例如圖4(A)所示，於僅使要素（2，1)、要素（1，2)、要素 (2, 2)、要素（3, 2)及要素（2, 3)為開啟狀態之情況時，對於 要素（1，1)之輸入端ΤΊ輸入之紅色光1^係從要素（1，3)之輸 出端T3輸出，對於要素（1，2)之輸入端丁 1輸入之綠色光Lg 係從要素（2，3)之輸出端T3輸出，對於要素（1，3)之輸入端 T1輸入之藍色光LB係從要素（3，3)之輸出端T3輸出。總言 之，於此情況下，由於從圖4(A)之紙面上侧以紅色光Lr、 綠色光LG、藍色光Lb之順序排列並輸入之各色光係不改變 排列而輸出，因此分別對於繞射型光學元件41輸出紅色 光LR ’對於繞射型光學元件4〇b輸出綠色光，對於繞射 型光學元件40c輸出藍色光LB。 而且’例如圖4(B)所示，於僅使要素（1，1)、要素（3，J) 及要素（2, 3)為開啟狀態之情況時，對於要素（1，丨）之輸入 端T1輸入之紅色光Lr·從要素（2，3)之輸出端口輸出，對 於要素（1，2)之輸入端T1輸入之綠色光。係從要素（3，3)之 輸出端T3輸出，對於要素3)之輸入端^輸入之藍色光 Lb係從要素（1，3)之輸出端T3輸出。總言之，於此情況 下’由於從圖4(B)之紙面上侧以紅色光lr、綠色光LG、藍 色光LB之順序排列並輸入之各色光係從圖4(B)之紙面上側 以藍色光LB、紅色光LR、綠色光lg之順序切換排列而輸 出’因此分別對於繞射型光學元件40a輸出藍色光，對 120699.doc -12- 200825610 於繞射型光學元件40b輸出紅色光LR，對於繞射型光學元 件40c輸出綠色光Lg。 而且，例如圖4(C)所示，於僅使要素（2，1)、要素（1，3) 及要素（3，3)為開啟狀態之情況時，對於要素（i，i)之輸入 端T1輸入之紅色光“係從要素（3, 3)之輸出端T3輸出，對 於要素（1，2)之輸入端Τ1輸入之綠色光Lg係從要素（1，3)之 輸出端T3輸出，對於要素（1，3)之輸入端以輸入之藍色光 LB係從要素（2，3)之輸出端T3輸出。總言之，於此情況 下’由於從圖4(C)之紙面上側以紅色光lr、綠色光lg、藍 色光lb之順序排列並輸入之各色光係從圖4(c)之紙面上側 以綠色光LG、藍色光LB、紅色光lr之順序切換排列而輸 出，因此分別對於繞射型光學元件40a輸出綠色光Lg，對 於繞射型光學元件40b輸出藍色光Lb，對於繞射型光學元 件40c輸出紅色光Lr。 然而，與上述相同，作為可任意切換對於各繞射型光學 元件40a、40b、40c輸出之色光之色彩之連接態樣，可考 慮例如圖5或圖7所示者。於圖5之情況下，6個交叉型元件 31排列為2x3之陣列狀，藉此可如圖6(A)〜(c)所示，任意 切換對於各繞射型光學元件40a、40b、4〇c所輸出之色光 之色彩。於圖7之情況下，3個交叉型元件31排列為1χ3之 陣列狀，藉此可如圖8(Α)〜(C)所示，任意切換對於各繞射 型光學元件40a、40b、40c所輸出之色光之色彩。因此， 於波導型光開關30為圖5或圖7所示之結構之情況下，可比 波導型光開關30如圖3所示之結構之情況更減少交叉型元 120699.doc -13- 200825610 件3 1之數目。 此外，於圖7之情況時，由於要素（2，2)之輸入端T2及輸 出端T4未與其他交叉型元件31連接，因此將連接於要素 (2，2)之輸入端T2之光纖32之一端與偏光板20B對向配置， ’ 並且將連接於要素（2，2)之輸出端T4之光纖32之一端與繞 射型光學元件40對向配置。 繞射型光學元件40係由繞射型光學元件40a、40b、40c 所組成，於從波導型光開關30輸出之各色光（光束光）之光 路上，配置此等各1個而構成。繞射型光學元件4〇a、 40b、40c係將從波導型光開關3〇輸出之各色光，遍及液晶 面板60之顯示區域（未圖示）之全區擴散成形。具體而言， 各繞射型光學元件40a、40b、40c係將約略垂直射入波導 型光開關30側之面之各色光（光束光），轉換為光軸方向互 異之擴散光，並且以互異之射入角，來使此等擴散光射入 像場透鏡50。 _ 繞射型光學元件40a、40b、40c係藉由例如d〇e (Diffractive 0ptical Element :繞射光學元件）所構成。 DOE係例如於輸出平面上之許多點繞射射入光，藉由於輸 出平面上互相重g各繞射光，以便將射出光之剖面形狀成 ， 形為特定形狀及大小，並且亮度分布平均地照射輸出平 面。此DOE係具有對於射入光之光束形狀遲鈍之性質。 從3色光源10射出之各色光之剖面光強度分布一般呈高 士形狀，於該狀況下難以平均照射於液晶面板6〇上，但藉 由如此利用繞射型光學元件4〇a、4〇b、4〇c來將各色光^ 120699.doc -14- 200825610 散成形’並照射於液晶面板60上，可於液晶面板60上獲得 平均之亮度分布。 像場透鏡50係用以將各繞射型光學元件40a、40b、40c 所擴散成形之各色光予以平行光化，其共通地配置於各色 ▲ 光之光路上。於此像場透鏡50，如上述射入有射入角互異 之各色光（擴散光），因此折射穿透像場透鏡50之各色光（平 行光）係以互異之射入角射入液晶面板6〇。 籲 於此，由於射入液晶面板60之各色光之射入角係取決於 射入像場透鏡50之各色光之射入角，並且射入像場透鏡5〇 之各色光之射入角係按照使各色光射入繞射型光學元件 40a、40b、40c之何者而變化，因此藉由以波導型光開關 30來選擇射入各繞射型光學元件40a、40b、4〇c之色光之 色彩’可任意切換各色光對於液晶面板6〇之射入角。 液晶面板60係藉由主動矩陣驅動來顯示圖像之穿透型顯 不裝置，其作為光閥而作用，以將從像場透鏡5〇側射入之 • 各色光予以光調變。如圖9所示，此液晶面板60係從像場 透鏡50侧依序具有射入側基㈣、液晶㈣及射出側基板 63 ° - 射入側基板61係從像場透鏡50側依序貼合有透明基板 - 61A、微透鏡陣列61B及透明基板61C之疊層構造。 微透鏡陣列61B係於像場透鏡5〇所平行光化之各色光之 射入區域，將複數微透鏡61D配置為矩陣狀而構成。微透 鏡陣列61B係藉由使例如透明樹脂等硬化所形成之曲面狀 之透鏡，如圖10(A)〜(C)所示，折射由像場透鏡5〇所平行 120699.doc -15- 200825610 光化之各色光’使其個別射入後述之像素開口部。 透明基板61A、61C係由例如石英等組成，從外部保護 微透鏡陣列61B。於透明基板61A之微透鏡陣列61B側表 面，矩陣狀地形成有形狀呈反轉微透鏡61D之形狀之凹 陷，透明基板61A與微透鏡陣列61B互相無間隙地相接。 於透明基板61C之液晶層62側表面，形成由IT〇(Indium
Tm Oxide:氧化銦錫）等透明導電性材料所形成之對向共 同電極64。 射出側基板63係由石英等所組成之透明基板，於此透明 基板之液晶層62側表面設有像素部67。此像素部67係複數 像素開口部65介以黑矩陣66而規則配置之構造，與從3色 光源10射出之色光之色數相等數目（本實施型態為3個）之像 素開口部65對於各微透鏡61Ε)呈對向配置。 像素開口部65係由ΙΤΌ等所組成，與隔著液晶層62對向 配置之對向共同電極64共同構成！點。如上述，於各像素 開口部65射入由微透鏡陣列61B所聚光之各色光中之一色 光，因應穿透各像素開口部65之各色光之色彩之像素信號 施加於各像素開口部65。 然而’如圖10(A)〜(C)所示，藉由以波導型光開關30切 換射入液晶面板60之各色光（1^、Lg、Lb)之射入角，因應 於其’射入各點（各像素開口部65)之光之色彩會依序變 化。因此’藉由以波導型光開關3〇週期性地切換射入液晶 面板60之各色光之射入角（光路），並且與波導型光開關30 所進订之各色光之射入角（光路）之切換相對應來切換施加 120699.doc -16- 200825610 於各點（各像素開口部65)之像素信號，可從穿透各點之各 色光來產生色彩影像光。總言之，能以！個點（像素開口部 65)來進行1像素之全彩顯示（多色）。 投射透鏡70係將於液晶面板6〇調變後之色彩影像光，投 射於設在液晶投影機1外部之螢幕（未圖示）上。 於本實施型態之液晶投影機1，從3色光源1〇個別獨立射 出之紅色光LR、綠色光lg '藍色光Lb係由偏光板20調整偏
光方向與液晶面板60之偏光軸一致後，以波導型光開關3〇 週期性地切換各色光之光路。藉此，由於週期性地切換射 入各繞射型光學元件4〇a、40b、40c之色光，因此可週期 性地切換於各繞射型光學元件4〇a、4〇b、4〇c擴散成形之 各色光對於像場透鏡50之射入角，進而可週期性地切換各 色光對於液晶面板60之射入角。其結果，由於可使各色光 週期性地射入液晶面板60之各點，因此能以丨個點來進行^ 像素之全彩（多色）顯示，相較於以鄰接3個點來進行丨像素 之全彩顯示之以往之顯示方式，可使像素數約增加至3 倍。 ^而，於本實施型態，為了週期性地切換各色光對於液 晶面板60之射入角而使用波導型光開關3〇。如上述，此波 導型光開關30係經由光纖32,來連接作為電性地切換各色 =之，路之光開關而作用之交叉型元件31，於切換光路 時’完全不會產生如電流計鏡或步進鏡等機械性轉動之光 學零件之噪音。而且，於㈣光料，完全㈣機械性地 運動，因此波導型光開關30發生故障之可能性極低，可靠 120699.doc -17- 200825610 性極高。而且，切換光路 他控制信號等取得同步。失之虞’容易與其 因此，於本實施型態中，相較於 個點來進行1像素之全來__ ” 方式以郇接3 供，… 顯不，不僅可使像素數約增加至3 口亚且於切換各色光之光路時益吟立， ^ ^ 、、 9 可靠性提升，無 發生知失之虞，容易取得同步。 而且，於本實施型態，由 %便用紅色雷射10R、綠色雷
射10G及藍色雷射1犯所組成 尺巴九源1 〇，因此不須使用
分色鏡來進行色彩分離。茲A ^ 办刀離猎此，可相較於使用分色鏡進行 色彩分離之情況更加使裝置小型化。 而且’於本實施型態，如圖10(A)〜(c)所示，由於對於 液晶面板60始終照射各色光（Lr、Lg、Lb)，因&不會有對 於液晶面板時間分割式地照射每i色之各色光之情況下構 成問題之色彩分割之虞。❿且，相較於對於液晶面板時間 分割式地照射每1色之各色光之情況，光利用效率高能 以低耗電來實現明亮之顯示。 而且，於本實施型態，如圖1〇(A)〜（C)所示，改變射入 液晶面板60之各色光（LR、LG、LB)之射入角以依序變化射 入各像素開口部65之光之色彩，而此係對於與液晶面板6〇 之各微透鏡61D呈對向配置之3個像素開口部6 5依序照射各 色光。因此，投射在螢幕上之圖像不會有產生雷射光特有 之斑點雜訊之虞。 [第二實施型態] 圖11係表示有關本發明之第二實施型態之液晶投影機 120699.doc -18 - 200825610 2(投射裝置）之概略結構。相較於上述實施型態之液晶投影 機1 ’此液晶投影機2之相異點在於具備3色交換光源11來 作為液晶面板60之背光，並且未具備波導型光開關30。因 此，以下主要說明有關與上述實施型態之相異點，並適當 省略有關與上述實施型態共同之結構、作用及效果之記 載。 3色交換光源11係包含3色雷射11A、IB、11C，及控制 此等3色雷射ΠΑ、IB、11C之光射出之控制部（未圖示）而 構成，例如並排配置3色雷射11A、1B、11C，以使各個之 光軸互為平行而構成。 各3色雷射11A、1B、11C係具有可從約略同一位置射出 紅色光、綠色光及藍色光之雷射構造，藉由控制部之控 制’從各3色雷射11A、IB、11C射出色彩互異之色光，並 且週期性地切換從各3色雷射11A、IB、11C射出之光之色 彩。例如圖12所示，於某期間，分別從3色雷射u A射出 紅色光，從3色雷射11B射出綠色光，從3色雷射11C射出 監色光’接著，於期間τ2，分別從3色雷射11A射出綠色 光，從3色雷射11B射出藍色光，從3色雷射uc射出紅色 光，其後，於期間τ3，分別從3色雷射11A射出藍色光，從 3色雷射11B射出紅色光，從3色雷射llc射出綠色光。 如此’於本實施型態，由於從各3色雷射丨丨a、iB、1 ic 週期性地射出色彩互異之色光，因此與使用波導型光開關 30切換各色光之光路之情況相同，可週期性地切換射入各 繞射型光學元件40a、40b、40c之色光。藉此，可週期性 120699.doc •19- 200825610 地切換於各繞射型光學元件40a、4〇b、4〇c擴散成形之各 色光對於像場透鏡50之射入角，進而可週期性地切換各色 光對於液晶面板60之射入角。其結果，由於可使各色光週 期性地射入液晶面板60之各點，因此能以〗個點來進行^象 素之全彩（多色）顯示，相較於以往顯示方式以鄰接3個點來 進行1像素之全彩顯示，可使像素數約增加至3倍。因此， 與上述實施型態相同，於切換各色光之光路時無噪音，可 罪性知:升’無發生損失之虞，容易取得同步。 而且，於本實施型態，由於使用包含3色雷射UA、 IB、11C而構成之3色光源10，因此不須使用分色鏡來進 行色彩分離。藉此，可相較於使用分色鏡進行色彩分離之 情況更加使裝置小型化。 [第三實施型態] 圖13係表示有關本發明之第三實施型態之液晶投影機 3 (投射裝置）之概略結構。相較於上述第二實施型態之液晶 投影機2，此液晶投影機3之相異點在於具備3色交換光源 陣列12、偏光板陣列21及繞射型光學元件陣列4丨來作為液 晶面板60之背光。因此，以下主要說明有關與上述第二實 施型態之相異點，並適當省略有關與上述第二實施型態共 同之結構、作用及效果之記載。 3色交換光源陣列11係分別具有複數上述第一實施型態 之紅色雷射10R、綠色雷射10G及藍色雷射10B，並且具有 控制此#光射出之控制部（未圖示）。例如圖14(A)〜(C)所 示，將紅色雷射10R、綠色雷射10G及藍色雷射10B於二維 120699.doc -20- 200825610 方向週期性地配置，以使各個之光軸互為平行而構成。此 外，於圖14(A)〜(C)，權宜地省略偏光板陣列21。 偏光板陣列21係於二維方向週期性地配置上述第一實施 型態之偏光板20R、20G、20B而構成，於從紅色雷射 10R、綠色雷射10G及藍色雷射log射出之各色光（光束光） 之光路上，將此等各配置1個而構成。 繞射型光學元件陣列41係於二維方向週期性地配置上述 第一實施型態之繞射型光學元件4〇a、40b、40c而構成， 於從偏光板20R、20G、20B輸出之各色光（光束光）之光路 上’將此專各配置1個而構成。 從3色交換光源陣列丨丨，藉由控制部之控制週期性地切 換被驅動之紅色雷射l〇R、綠色雷射1〇G及藍色雷射1〇B。 例如圖14(A)所示，於某期間，驅動配置於3色交換光源陣 列11之上段之紅色雷射1 0R、綠色雷射i 〇G及藍色雷射 10B，分別射出紅色光、綠色光及藍色光，接著如圖i4(B) 所示，驅動配置於3色交換光源陣列丨丨之中段之紅色雷射 10R、綠色雷射l〇G及藍色雷射1〇b，以不同於先前期間之 排列來分別射出紅色光、綠色光及藍色光，其後如圖 14(C)所示’驅動配置於3色交換光源陣列〗丨之下段之紅色 雷射10R、綠色雷射1 〇G及藍色雷射丨〇B，以不同於先前期 間之排列來分別射出紅色光、綠色光及藍色光。 從3色交換光源陣列丨丨射出之各色光係於穿透偏光板陣 列21後，於繞射型光學元件陣列41擴散成形，並經由像場 透鏡50而照射於液晶面板6〇。 120699.doc -21· 200825610 如此，於本實施型態，由於從3色交換光源陣列丨丨週期 性地射出色彩互異之色光，因此與使用波導型光開關3〇切 換各色光之光路之情況相同，可週期性地切換射入各繞射 型光學元件40a、40b、40c之色光。藉此，可週期性地切 換於各繞射型光學元件40a、40b、40c擴散成形之各色光 對於像場透鏡50之射入角，進而可週期性地切換各色光對 於液晶面板60之射入角。其結果，由於可使各色光週期性 地射入液晶面板60之各點，因此能以丨個點來進行i像素之 全彩（多色）顯示，相較於以往顯示方式以鄰接3個點來進行 1像素之全彩顯示，可使像素數約增加至3倍。因此，與上 述實施型態相同，於切換各色光之光路時無噪音，可靠性 提升，無發生損失之虞，容易取得同步。 而且，於本實施型態，由於使用包含紅色雷射i〇r、綠 色雷射10G及藍色雷射1 〇B而構成之3色交換光源陣列丨i， 因此不須使用分色鏡來進行色彩分離。藉此，可相較於使 用分色鏡進行色彩分離之情況更加使裝置小型化。 [第四實施型態] 圖15係表示有關本發明之第四實施型態之液晶投影機 4(投射裝置）之概略結構。相較於上述第一實施型態之液晶 投影機1，此液晶投影機4之相異點在於：於3色光源1〇與 偏光板20間具備光束擴張器8〇，並進一步具備繞射型光學 元件130(光路切換部）來取代波導型光開關3〇，並且具備折 射型光學元件140(擴散成形部）來取代繞射型光學元件4〇。 因此，以下主要說明有關與上述第一實施型態之相異點， 120699.doc -22- 200825610 並適當省略有關與上述第一實施型態共同之結構、作用及 效果之記載。 光束擴張器80係由例如準直光學系統所組成，其使從3 色光源10射出之各色光之剖面形狀逼近圓形。 如圖16所示，繞射型光學元件130係從偏光板20侧，依 序配置透明基板131、液晶層132、透明基板133、液晶層 134及透明基板135而構成。分別於透明基板131之液晶層 132側表面，·形成個別電極136r、i36G、136B，於透明基 板135之液晶層134側表面，形成個別電極137R、137G、 137B，分別於透明基板133之液晶層132側表面形成共同電 極138a，於透明基板133之液晶層134側表面形成共同電極 13 8b。於液晶層132、134之侧面形成間隔物139。 透明基板131、133、135及間隔物139係由例如石英等所 組成。液晶層132、134係由高分子分散型液晶（p〇iyrner Dispersed Liquid Crystal: PDLC)所組成。此高分子分散 型液晶係具有：液晶高濃度地分散之液晶分散區域132A、 134A ;及聚合物高濃度地分散之聚合物區域132B、 143B，於液晶層132、134，於未施加電壓之狀態下，液晶 分散區域132A、134A之配向互異。藉此，於液晶層132與 液晶層13 4 ’因電壓施加而折射之方向互異。 設定個別電極136R與共同電極138a間之電壓為Vrl，個 別電極137R與共同電極138b間之電壓為Vr2，個別電極 136G與共同電極138a間之電壓為Vgl，個別電極137G與共 同電極138b間之電壓為Vg2，個別電極π6B與共同電極 120699.doc -23- 200825610 138a間之電壓為Vbl，個別電極1373與共同電極13讣間之 電壓為Vb2之情況時，例如圖17所示，若於vri、γΓ2、 Vgl、Vg2、Vbl、Vb2分別施加電壓，則射入繞射型光學 元件130之各色光係於期間τ1成為例如圖i8(a)，於期間丁2 成為例如圖18(B)，於期間X3成為例如圖18(C)。 於此，於期間τΐ，Vrl為〇伏特，Vr2為Vpr(>〇)伏特， Vgl 及 Vg2 為 Vpg(>〇)伏特，vbl 為 Vpb(>0)伏特，Vb2 為 〇伏 特；於期間τ2，Vrl及Vr2為Vpr伏特，Vgl為Vpg伏特， Vg2為0伏特，Vbl為0伏特，Vb2為Vpb伏特；於期間幻， Vrl為Vpr伏特，Vr2為0伏特，Vgl為0伏特，Vg2為Vpg伏 特，Vbl及Vb2為Vpb伏特 如圖18(A)〜(C)所例示，於液晶層132、134中施加有電 壓之區域’各色光不繞射而筆直地通過。另一方面，於液 晶層132中未施加有電壓之區域，各色光係於例如圖 18(A)〜（C)之紙面上側繞射並穿透，於液晶層134中未施加 有電壓之區域，各色光係於例如圖18(A)〜之紙面下側 繞射並穿透。總言之，如圖17所示，藉由於Vr 1、Vr2、 Vgl、Vg2、Vbl、Vb2分別施加電壓，可週期性地切換各 色光之射出方向（光路）。 折射型光學元件140係於從繞射型光學元件13〇輸出之各 色光（光束光）之光路上，共通地配置而構成。折射型光學 元件140係將從繞射型光學元件130輸出之各色光，遍及液 晶面板60之顯示區域（未圖示）之全區擴散成形。具體而 言’折射型光學元件140係將以互異之角度射入繞射型光 120699.doc -24- 200825610 學元件130侧之面之各色光（光束光），轉換為擴散光，並且 以互異之射入角，來使此等擴散光射入像場透鏡5〇。 此折射型光學元件140係將例如具有各種形狀及曲率之 微透鏡二維地排列而構成，以各微透鏡折射射入光，將各 折射光互相重疊，藉此將射出光之剖面形狀成形為特定形 狀及大小，並且亮度分布平均地照射輸出平面。此外，關 於此元件可於網際網路上（例如URL ; http://www. rpcphotonics.com/engineer—diffuser.htm)等參考。 於本實施型態，從3色光源1 〇個別獨立射出之紅色光 Lr、綠色光LG、藍色光LB係由偏光板20調整偏光方向與液 晶面板60之偏光軸一致後，以繞射型光學元件13〇週期性 地切換各色光之射出方向（光路）。藉此，由於週期性地切 換射入折射型光學元件140之各色光之射入角，因此可週 期性地切換於折射型光學元件140擴散成形之各色光對於 像場透鏡5 0之射入角，進而可週期性地切換各色光對於液 晶面板60之射入角。其結果，由於可使各色光週期性地射 入液晶面板60之各點，因此能以1個點來進行1像素之全彩 (多色）顯示，相較於以鄰接3個點來進行1像素之全彩顯示 之以往之顯示方式，可使像素數約增加至3倍。 然而，於本實施型態，為了週期性地切換各色光對於液 晶面板60之射入角而使用繞射型光學元件13〇。如上述， 此繞射型光學元件130係作為電性地切換各色光之射出方 向（光路）之光開關而作用，因此於切換射出方向（光路） 時，完全不會產生如電流計鏡或步進鏡等機械性轉動之光 I20699.doc -25- 200825610 學零件之噪音。而且，於切換射出方向(光路)時， 須機械性運動’因此繞射型光學元件13〇發 二 性極低，可靠性極高。而且，切換 口此 β t ^ 供耵出方向（光路）時，容 易與其他控制信號等取得同步。
因此’於本實施型態中，相較於以往顯示方式以鄰接3 個點來進行！像素之全彩顯示，不僅可使像素數約增加至3 倍’並且於切換各色光之射出方向（光路）時無噪音，可靠 性提升，無發生損失之虞，容易取得同步。 [適用例] 上述第-〜第四實施型態之液晶投影機w可對於内建有 螢㈣之背投型圖像顯示裝置適用。例如圖19所示，於圖 像,4 7Γ衣置5中，於液晶投影機i之投射側配置有榮幕9〇， 同樣地’例如圖20所示’於圖像顯示褒置6中，於液晶投 影機4之投射侧配置有螢幕9〇。藉此，將從液晶投影機【輸 出之色彩影像光投射至螢幕9〇之背面，於螢幕9〇之表面顯 示圖像。 此由於本適用例之圖像顯示裝置内建有上述第一〜 =四實施型態之液晶投影機卜4’因此會發揮與上述第一〜 苐四實施型態相同之作用、效果。 以上，舉出複數實施型態及適用例來說明本發明，但本 發明不限定於此等實施型態等，可有各種變形。 例如於上述實施型態，具體舉例說明液晶投影機1〜4之 …構，但未必要具備所有結構，而且亦可具備其他結構。 μ 口之’可因應用途或目的而有各種選擇。 120699.doc -26- 200825610 而且，於上述實施型憋等，說明有關使用主動矩陣型之 液晶面板60之情況，但本發明亦可適用於單純矩陣驅動 者。 而且，於上述實施型態等，說明有關使用液晶面板6〇來 作為光閥之情況，但當然亦可使用利用其他原理之顯示面 板來作為光閥。 而且，於上述實施型態，說明有關使用雷射來作為液晶 面板60之背光之情況，但當然亦可使用LED(發光二極體） 等單色系發光元件來作為背光。 而且，於上述實施型態，於各色光之光路上，未配置分 色鏡81(參考圖21)或稜鏡82(參考圖22)等光學元件，但亦 可於光路上配置此等。藉此，3色光源1 〇或3色交換光源陣 列11之配置可具自由度。 而且’於上述第四實施型態，繞射型光學元件13〇係包 含由高分子分散型液晶所組成之液晶層132、液晶層134而 構成’但亦可藉由其他繞射型光學元件之例如聲光元件 (AO元件）來構成。 【圖式簡單說明】 圖1係有關本發明之第一實施型態之液晶投影機之概略 結構圖。 圖2(A)、2(B)為交叉型元件之概略結構圖。 圖3係表示波導型光開關之一例之概略結構圖。 圖4(A)〜（C)係用以說明圖3之波導型光開關之動作之概 念圖。 120699.doc -27- 200825610 圖5係表示波導型光開關之其他例之概略結構圖。 圖6(A)〜(〇係用以說明圖5之波導型光開關之動作之概 念圖。 ® 7係表示波導型光開關之其他例之概略結構圖。 圖8(A)〜(〇係用以說明圖7之波導型光開關之動作之概 念圖。 圖9為圖1之液晶面板之概略結構圖。 圖10(A)〜（〇係用以說明圖9之液晶面板之動作之概余 圖。 圖11係有關本發明之第二實施型態之液晶投影機之概略 結構圖。 圖12(A)〜（c)係用以說明圖^23色交換光源之概念圖。 圖13係有關本發明之第三實施型態之液晶投影機之概略 結構圖。 圖14(A)〜（C)係用以說明圖13之3色交換光源陣列之動作 之概念圖。 圖15係有關本發明之第四實施型態之液晶投影機之概略 結構圖。 圖16為圖1 5之繞射型光學元件之概略結構圖。 圖17(1)〜（6)係用以說明圖16之繞射型光學元件之動作之 波形圖。 圖18(A)〜(C)係用以說明圖16之繞射型光學元件之動作 之波形圖。 圖19係有關本發明之第五實施型態之圖像顯示裝置之概 120699.doc -28- 200825610 略結構圖。 圖20係有關本發明之第六實施型態之圖像顯示裝置之概 略結構圖。 圖21係有關一變形例之液晶投影機之概略結構圖。 圖22係有關其他變形例之液晶投影機之概略結構圖。
【主要元件符號說明】 1， 2, 3, 4 液晶投影機 5, 6 圖像顯示裝置 10 3色光源 10B 藍色雷射 10G 綠色雷射 10R 紅色雷射 11 3色交換光源 11A，1B，11C 3色雷射 12 3色交換光源陣列 20, 20B，20G，20R 偏光板 21 偏光板陣列 30 波導型光開關 31 交叉型元件 32 光纖 40, 40a，40b，40c，130 繞射型光學元件 41 繞射型光學元件陣列 50 像場透鏡 60 液晶面板 120699.doc -29- 200825610
61 射入側基板 61A，61C，131，133, 135 透明基板 61B 微透鏡陣列 61D 微透鏡 62, 132, 134 液晶層 63 射出側基板 64 對向共同電極 65 像素開口部 66 黑矩陣 67 像素部 70 投射透鏡 80 光束擴張器 81 分色鏡 82 稜鏡 90 螢幕 132A， 134A 液晶分散區域 132B， 134B 聚合物區域 136B，136G，136R， 137B，137G，137R 個別電極 138a，138b 共同電極 139 間隔物 140 折射型光學元件 LB 藍色光 LG 綠色光 120699.doc •30- 200825610
LR 紅色光 Tl，T2 輸入端 T3, T4 輸出端 Vrl，Vr*2, Vgl，Vg2， 電壓 Vbl，Vb2 31- 120699.doc

Claims (1)

  1. 200825610 十、申請專利範圍： 1· 一種投射裝置，其特徵為包含·· 光源部，其係分別個別 ^ ; t射出波長互異之複數色 先路切換邛，其係於每 時間，電性地切換從前述 光源部射出之各色光之光路； 擴散成形部’其係將從前述光路切換部輸出之各色光 予以擴散成形；
    平行光化部，其係將由前述擴散成形部所擴散成形之 各色光予以平行光化； 色才> 衫像光產生部，其係包括··於由前述平行光化部 所平行光化之各色光之射入區域上矩陣狀地配置有複數 微透鏡之微透鏡陣列、及對於前述各微透鏡對向配置有 數目與從前述光源部射出之色光之色彩數相等之點（d〇t) 之像素部，並藉由穿透過前述各點之各色光來產生色彩 影像光；及 投射部’其係放大投射由前述色彩影像光產生部所產 生之色彩影像光。 2. 如請求項1之投射裝置，其中 前述光源部為半導體雷射及固體雷射之至少一方。 3. 如請求項1之投射裝置，其中 前述光路切換部為波導型光開關。 4. 如請求項1之投射裝置，其中 前述光路切換部係於液晶層兩側配置1對導電性透明 120699.doc 200825610 基板而構成之繞射型光學元件。 5 .如請求項1之投射裝置，其中 前述光路切換部為聲光元件。 6·如請求項1之投射裝置，其中 ' 刖述光路切換部係於每1場（field)、每1訊框或每複數 訊框，切換從前述光源部射出之各色光之光路。 7.如請求項1之投射裝置，其中 前述光路切換部係以1場或1訊框之頻率之整數倍頻率 來切換從前述光源部射出之各色光之光路。 8 ·如請求項1之投射裝置，其中 鈾述擴散成形部係亮度分佈均勻地擴散各色光之繞射 型光學元件。 ' 9·如請求項1之投射裝置，其中 月述擴散成形部係將複數微透鏡配置為矩陣狀而構成 之折射型光學元件。 _ 10·如請求項1之投射裝置，其中 前述色彩影像光產生部係從前述平行光化部側依序具 有射入側基板、液晶層及射出側基板之液晶面板； ’ 分別於前述射入側基板形成有前述微透鏡陣列，於前 • 述射出側基板形成有前述像素部。 11·如請求項1之投射裝置，其中 知述色彩影像光產生部係與由前述光路切換部所進行 之各色光之光路切換相對應而切換施加於前述各點之像 素信號。 120699.doc 200825610 12. —種投射裝置’其特徵為包含： 光源部，其係分別個別獨立射出波長互異之複數色 光，並且於每特定時間，電性地切換前述個別獨立射出 之各色光之波長； 擴散成形部，其係將從前述光源部射出之各色光予以 擴散成形； 平仃光化部，其係將由前述擴散成形部所擴散成形之 各色光予以平行光化； 色知〜像光產生部，其係包括··於由前述平行光化部 斤平行光化之各色光之射入區域上矩陣狀地配置有複數 微透鏡之微透鏡陣列、及對於前述各微透鏡對向配置有 數目與從前述光源部射出之色光之色彩數相等之點之像 素部’亚藉由穿透過前述各點之各色光來產生色彩影像 光；及 投射部，其係放大投射由前述色彩影像光產生部所產 生之色彩影像光。 13· —種圖像顯示裝置，其特徵為包含·· 光源部，其係分別個別獨立射出波長互異之複數色 光； —光路切換部，其係於每特定時間，電性地切換從前述 光源部射出之各色光之光路； 擴放成形部，其係將從前述光路切換部輸出之各色光 予以擴散成形； 平行光化部，其係將由前述擴散成形部所擴散成形之 120699.doc 200825610 各色光予以平行光化； 色彩影像光產生部，其係包括：於由前述平行光化部 所平行光化之各色光之射入區域上矩陣狀地配置有複數 微透鏡之微透鏡陣列、及對於前述各微透鏡對向配置有 數目與從前述光源部射出之色光之色彩數相等之點之像 素部，並藉由穿透過前述各點之各色光來產生色彩影像 光；及 投射部，其係將由前述色彩影像光產生部所產生之色 彩影像光放大投射至螢幕背面。 14· 一種圖像顯示裝置，其特徵為包含： 光源部，其係分別個別獨立射出波長互異之複數色 光，並且於每特定時間，電性地切換前述個別獨立射出 之各色光之波長； 擴散成形部，其係將從前述光源部射出之各色光予以 擴散成形； 平仃光化部’其係將由前述擴散成形部所擴散成形之 各色光予以平行光化； 色彩衫像光產生部，其係包括：於由前述平行光化部 所平行光化之各色光之射入區域上矩陣狀地配置有複數 谧透鏡之微透鏡陣列、及對於前述各微透鏡對向配置有 數目與從前述光源部射出之色光之色彩數相等之點之像 素邛，亚藉由穿透過前述各點之各色光來產生色彩影像 光；及 技射4 ’其係將由前述色彩影像光產生部所產生之色 衫影像光放大投射至螢幕背面。 120699.doc
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