JP2001100153A - カラーシャッタ及びカラー画像表示方法 - Google Patents
カラーシャッタ及びカラー画像表示方法Info
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Abstract
を高めることを可能としたカラーシャッタ、およびそれ
を用いたカラー画像表示方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 可視波長全域にわたって入射光を偏光に
変換するための、入射光側から順に配列された第1,第
2および第3の偏光子、それぞれ複数枚からなる第1お
よび第2の複屈折位相子、入射光の可視波長全域にわた
り印加電圧によって偏光面の回転角を変化させることの
可能な第1および第2の偏光回転子、および入射光の特
定波長を吸収することによって偏光に変換するための、
少なくとも1枚の吸収型部分偏光子を備え、第1および
第2の偏光回転子に印加する電圧の選択により、透過光
をRGB3原色に切り換えることを特徴とする。
Description
RGB色分解するためのカラーシャッタ、及び継時混色
によりカラー画像を表示する表示方法に関する。
て、RGB画像を画素毎に分割し表示する空間分割表示
と、RGB画像を時間的に表示し、画像に同期してRG
Bカラーフィルタを切り換える継時加法混色表示(フィ
ールドシーケンシャル表示)とがある。
べ、画素をRGB分割する必要が無いため、高精細性に
優れている。継時加法混色表示は、RGB色に3分割さ
れた円盤状のフィルタを各RGB画像表示に同期させて
回転させる方法が最も良く知られている。
替える方法としては、液晶セル2枚とその前後に色偏光
板を設け、液晶セルのON/OFFスイッチングにより
光の偏光面制御を行うことによって偏光板に吸収される
波長を選択し、RGB表示を行う、いわゆる液晶カラー
シャッタがボス(Bos)らにより提案されている(特
公平4−49928号公報)。
例えばブルーの波長域を吸収するイエロー(GR透過)
色偏光板と、イエロー(GR)の波長域を吸収するブル
ー色偏光板の2枚を、吸収軸を直交させて配置する。ま
た、レッド色偏光板とシアン(BG)色偏光板を同様に
吸収軸直交の条件で配置し、2組の色偏光板間に液晶セ
ルを配置する。これに全波長域直線偏光子であるニュー
トラル偏光板と液晶セルを付加し、入射(もしくは出
射)する光の偏光軸を選択する。
偏光板の吸収軸を透過する偏光でレッド表示、同様に、
イエロー色偏光板とシアン色偏光板の組み合わせでグリ
ーン表示、ブルー色偏光板とシアン色偏光板の組み合わ
せでブルー色が表示されることになる。
的動作が無いこと、表示画面とカラーシャッタの面積を
等しくすることができるため、省スペースに優れている
こと等が挙げられる。
2色性色素をPVA(ポリビニルアルコール)基材に含
浸させ、延伸配向処理を行った2色性色素偏光板を使用
している。2色性色素偏光板は、図21に示すように、
吸収軸方向に偏光面を有する偏光光の特定波長を吸収す
る部分偏光子である。
2色性色素偏光板と同様の機能を有し、これに替わる色
偏光板としてシャープ(Sharp)らによりPRS
(Polarizer Retarder Stac
k)が提案されている(米国特許第5,751,384
号)。これは、ニュートラル偏光板に複屈折位相差フィ
ルムを位相軸方位を所定の角度で複数枚積層することに
よって構成される。
のリタデーションと位相軸方位を適宜設定することによ
り、図22に示すように、ニュートラル偏光板側から入
射した白色光を例えばニュートラル偏光板偏光軸に対し
ブルーの波長域光が0゜出射、グリーン、レッド(イエ
ロー)帯域光を90゜出射とすることが可能となる。
2色性色素偏光板を、互いの吸収軸を直交させて配置さ
せたに等しい。PRSは2色性色素偏光板に比べ、ニュ
ートラル偏光板吸収軸以外の吸収媒質を含まないため、
透過率が高いという利点がある。
は、入射光の偏光面制御によって透過色を切り換える方
式のため、入射光が非偏光である自然光を想定した場
合、非偏光光から偏光光への変換の際に一方の偏光成分
が吸収される。従って、本質的にカラーフィルタに比べ
透過率が低い。そのため、液晶カラーシャッタの透過率
を向上させることが重要である。
光学特性は、液晶カラーシャッタの透過率に大きく影響
する。上に述べた2色性色素偏光板とPRSの二つの色
偏光板において、PRS方式は、吸収部材をニュートラ
ル偏光板以外に含まないため、透過率の点で有利であ
る。反面、PRSでは、入射光を例えばブルー/イエロ
ー、シアン/レッドのように1組のPRS構成で互いに
補色となる光を直交する偏光軸に振り分けることにな
る。
とグリーン、ブリーンとレッド境界領域の光成分がRG
B表示のうち何れかの色表示に含まれることになる。従
って、RGB全てにおいて色純度を高めることは難し
い。
3〜図29に、PRSを用いた従来の発明における液晶
カラーシャッタの構造、各PRSでの透過率特性、及び
CIE1976UCS色度図上におけるRGB色再現域
を示した。
を示す。ニュートラル偏光板105,106,107間
に液晶セルから成る偏光回転子103,104が挿入さ
れ、それぞれ電圧制御により偏光面の透過/90゜回転
が2値的に選択でき、透過光に対して計4種類の偏光状
態を与えることができる。更に、複屈折位相差フィルム
層108,109が挿入され、ニュートラル偏光板10
5と複屈折位相差フィルム層108、同じく106と1
09でPRS構造を成している。
屈折位相差フィルム層108を透過する光においてニュ
ートラル偏光板105の透過軸と吸収軸方向に偏光軸を
有する偏光成分の透過率波長依存性を示している。複屈
折位相差フィルム層108は5層構造を成しており、各
層のリタデーション値は600nm、各進相軸方位はニ
ュートラル偏光板105の透過軸に対し45゜/−15
゜/−15゜/10゜/10゜の配置となっている。図
24から、このPRS構造においてはイエロー/ブルー
の色偏光板が形成される。
6と複屈折位相差フィルム層109を透過する光におい
てニュートラル偏光板106の透過軸と吸収軸方向に偏
光軸を有する偏光成分の透過率波長依存性を示してい
る。複屈折位相差フィルム層109は6層構造を成して
おり、各層のリタデーション値は643nm、各進相軸
方位はニュートラル偏光板106の透過軸に対し8.3
゜/18゜/18゜/−3.7゜/−45゜/−78゜
の配置となっている。図25から、このPRS構造にお
いてはレッド/シアン色偏光板が形成される。
107の組み合わせから、液晶セル103,104の電
圧制御により得られるRGB透過特性は、図26におけ
る3001(ブルー),3002(グリーン),300
3(レッド)のようになる。
の前面に配置して継時混色表示の画像表示装置を形成し
た場合を考える。この時、光源としてTV用の標準蛍光
体P22の発光スペクトルを考え、色再現域を計算すれ
ば良い。P22発光スペクトルは、図26の704に示
した。
すように、従来の構成ではRGB色再現域3101は、
NTSC受像三原色801に比較して、レッド,ブルー
の再度が不足していることが明らかである。2種類のP
RSのリタデーション値を変更して、図24,図25に
示す透過率特性をシフトすることは可能であるが、レッ
ド,ブルーの彩度を向上させると、グリーンの彩度が低
下することとなる。
波長型に変更した場合でも、図29の3301に示すよ
うに、代表的なP45蛍光体(図28,904)を想定
して同様にRGB色再現性を計算すると、ブルーの彩度
は改善されるものの、レッドの彩度は大きく不足してい
ることが分かる。
ばシアンとレッド2枚の2色性色素偏光板を用い、互い
の吸収軸を直交させることにより1組の色偏光板を構成
することになる。この場合は、シアン,レッド系2色性
色素偏光板の吸収軸における分光透過率特性を独立に設
定することができるため、各々の色偏光板の最適化によ
りRGB表示色の色度座標値を任意に設定することがで
きる。
配向処理の不足により、透過軸方向にも吸収が生ずるた
め透過率が低下するという問題が生ずる。また、長波長
側を吸収するブルーやシアン系2色性色素はカットオフ
が急峻ではない上に2色比も低く、RGB表示色の色純
度と透過率に悪影響を与え易い。
過率を向上させつつRGB表示色の色純度を高めること
が必要となるが、従来提案された構成では、一長一短と
なり、両者を両立させることが困難であった。
され、透過率を向上させつつRGB表示色の色純度を高
めることを可能としたカラーシャッタ、およびそれを用
いたカラー画像表示方法を提供することを目的とする。
め、本発明は、可視波長全域にわたって入射光を偏光に
変換するための、入射光側から順に配列された第1,第
2および第3の偏光子、それぞれ複数枚からなる第1お
よび第2の複屈折位相子、入射光の可視波長全域にわた
り印加電圧によって偏光面の回転角を変化させることの
可能な第1および第2の偏光回転子、および入射光の特
定波長を吸収することによって偏光に変換するための、
少なくとも1枚の吸収型部分偏光子を備え、前記第1の
複屈折位相子は、前記第1の偏光子と第2の偏光子の間
に配置され、前記第2の複屈折位相子は、前記第2の偏
光子と第3の偏光子の間に配置され、前記第1の偏光回
転子は、前記第1の偏光子と第2の偏光子の間に挟ま
れ、前記第2の偏光回転子は、前記第2の偏光子と第3
の偏光子の間に挟まれ、前記第1の偏光回転子および第
2の偏光回転子の少なくとも一方が、前記第2の偏光子
と第1または第2の複屈折位相子の間に挟まれるように
配置され、前記吸収型部分偏光子は、前記第1の偏光回
転子と第1の複屈折位相子の間、および前記第2の偏光
回転子と第2の複屈折位相子の間の少なくとも一方に配
置され、前記第1および第2の偏光回転子に印加する電
圧の選択により、透過光をRGB3原色に切り換えるこ
とを特徴とするカラーシャッタを提供する。
第1の複屈折位相子の出射面における直交する第1の偏
光軸と第2の偏光軸のうち、前記第1の偏光軸の透過波
長スペクトルが、加法混色表示における3原色のうちの
1つとなっており、前記第2の偏光軸の透過波長スペク
トルが前記第1の偏光軸を透過する波長スペクトルの補
色となっており、前記第2の複屈折位相子の出射面にお
ける直交する第1の偏光軸と第2の偏光軸のうち、前記
第1の偏光軸の透過波長スペクトルが、前記第1の複屈
折位相子の出射面における第1の偏光軸を透過する偏光
の有する色とは異なる、加法混色表示における3原色の
うちの1つとなっており、前記第2の偏光軸の透過波長
スペクトルが前記第1の偏光軸を透過する波長スペクト
ルの補色となっており、前記吸収型部分偏光子の吸収軸
と前記複屈折位相子の偏光軸の一方が略一致した方位で
ある構成とすることが出来る。
を2色性色素を含有する有彩色偏光板とし、前記第1お
よび第2の複屈折位相子を複屈折位相差フィルムとする
ことが出来る。
軸が可視波長範囲において短波長側の領域を吸収する特
性を有し、その吸収端が前記第1の偏光子と第1の複屈
折位相子、または前記第2の偏光子と第2の複屈折位相
子において、吸収軸と略一致する偏光軸における透過波
長スペクトルの波長閾よりも長波長側に存在することが
望ましい。
リタデーションは200〜350nm、応答時間は1.
5ms以内であり、入射光の偏光面回転角が0゜(18
0゜)と90゜に切り換え可能なことが望ましい。
する画像表示手段と、この画像表示手段の表示画面前面
に配置された、上述のカラーシャッタとを備え、前記画
像表示手段は、RGB3原色用の白黒画像を継時的に表
示し、画像表示に同期してカラーシャッタの透過色を切
り換えることを特徴とするカラー画像表示方法を提供す
る。
ャッタ及びカラー画像表示方法によると、3つの偏光
子、2つの複屈折位相子、2つの偏光回転子、および少
なくとも1つの吸収型部分偏光子を適宜組合せて配列す
ることにより、透過率を向上させつつRGB表示色の色
純度を高めることが可能となった。
ー画像表示方法においては、少なくとも3つの全波長型
偏光子、すなわちニュートラル偏光板を備えており、少
なくとも2組の複数の複屈折位相差フィルムからなる複
屈折位相子が各偏光板間に挿入され、偏光面を0゜(透
過)/90゜回転の制御可能な偏光回転子、主として液
晶セルがニュートラル偏光板間に、かつ少なくとも1組
の複屈折位相子が液晶セルの外側に位置するよう挿入さ
れ、少なくとも1枚の吸収型部分偏光子、主に2色性色
素型有債色偏光板が、複屈折位相子と偏光回転子間に挿
入された構成を有している。
光板として、LCD(液晶表示素子)に一般的に使用さ
れている沃素系もしくは2色性色素系の吸収型偏光板の
他、PBS(偏光ビームスプリッタ )や円偏光子、例
えばコレステリック液晶に1/4波長板を付加して直線
偏光子としたものが使用可能である。
として通常延伸処理を施したPC(ポリカーボネート)
を使用することが一般的であるが、他にもPVA(ポリ
ビニルアルコール)、PSF(ポリスルフォン)、PM
MA(ポリメチルメタアクリレート)など、光学的に透
明で、複屈折性を示す材料からなるフィルムを使用する
ことができる。また、SiO2 、LiNbO3 などの複
屈折性光学結晶も使用可能である。
以上であり、そのリタデーションは基本的に全て同じ値
を取る。但し、組み合わせの上で、同じ進相軸方位を取
る場合があるので、その2層を2倍のリタデーション値
を有する層に置き換えることができるのは言うまでもな
い。
差フィルムを用いることが一般的であるが、望ましくは
2軸性位相差フィルムを用いる方が良い。これは、斜め
入射光に対し、リタデーション変化を少なくすることが
できるためであり、適正にリタデーション補償を行った
2軸性位相差フィルムを使用することによって、垂直方
向とほぼ同等な特性を与える視角の範囲を大幅に広げる
ことが可能となる。
屈折率をnx 、ny (即ちΔn=n x −ny )とし、厚
み方向の屈折率nz をnz =(nx +ny )/2とする
ことが望ましい。
相子の各々1組と該複屈折位相子の前段もしくは後段に
配置された1つの全波長偏光子により、色偏光板が2組
形成される。各組の色偏光板において、前段に全波長偏
光子がある場合、入射白色光に対し出射する透過光は、
直交する偏光軸が各々レッド/シアン、グリーン/マゼ
ンタ、ブルー/イエローの色を有する偏光光となるよう
な何れかの組み合わせとなる。且つ、2組の色偏光板
は、それぞれ異なる組み合わせ、例えば前段がブルー/
イエロー、後段がレッド/シアンとなるように設定する
ことが肝要である。
ルは、複屈折位相子のリタデーションの他、全波長偏光
子の偏光軸、複屈折位相子の進相軸方位の組み合わせに
より調整することができる。
場合は、直交する入射偏光角の組み合わせを適宜選択
し、入射する偏光角をどちらか選択することで、出射す
る透過色を上の組み合わせにすることとなる。なお、複
屈折位相子側における2つの直交する偏光主軸は、必ず
しも全波長偏光子の透過軸、吸収軸に一致するとは限ら
ない。
であるが、その他にもPLLZTなど非線型光学結晶を
用いることも可能である。
料を用いて、TN(ツイスティッドネマチック)、ST
N(スーパー ツイスティッド ネマチック)、PIツ
イストセル、OCB(Optically Compe
nsated Birefringence)等の動作
モードが使用することができ、スメクチック系液晶材料
を用いて、SSFLC(Surface Stabil
ized Ferroelectric Liquid
Crystal)、DHF(Deformed He
lix Ferroelectric liquid
crystal)、AFLC(Anti−Ferroe
lectric Liquid Crystal)、T
LAF(Threshold−Less Anti−F
erroelectric liquid cryst
al)等の動作モードを使用することができる。
面を90゜回転させるか否かの選択を電圧あるいはそれ
に代る何らかの方法で行うことができれば良く、可視光
全域にわたって均一に偏光面の回転が可能なことが望ま
しい。また、応答時間が短いことも重要である。応答時
間の面からは、PIツイストセル、(SS)FLC、A
FLC、TLAF等が望ましく、これらは1.5ms以
内でのスイッチングが可能である。
件、すなわちリタデーションを200〜350nm、望
ましくは250〜280nmとしてその位相軸を入射光
主軸に対し45゜とする。ネマチック系液晶セルの場合
は、交流電圧の無印加/印加により、偏光面の90゜回
転/位相差の消失による透過となる。また、スメクチッ
ク系液晶セルの場合は、印加電圧の極性選択により位相
軸を45゜回転させることができ、同様に90゜回転/
0゜回転を行うことになる。
としては、液晶層のΔnd波長分散を最適化するか、複
屈折位相差フィルムによる補償が有効である。この複屈
折位相差フィルムを先の複数枚からなる複屈折位相子の
構成に含めて考えることも出来る。
用いた有彩色偏光板が使用可能である。有彩色偏光板
は、一般に基材となるPVAに2色性色素を染色・含有
させ、延伸配向処理により吸収/透過の2色性を持たせ
たものである。本発明においては、いかなる色相の有彩
色偏光板も使用可能であるが、一般に短波長成分を吸収
し、長波長成分を透過する有彩色偏光板、いわゆるイエ
ロー偏光板、レッド偏光板、マゼンタ偏光板等の2色性
比が良好なことから、これらの有彩色偏光板を使用する
ことが望ましい。
エロー偏光板用には、CI−ダイレクトイエロー12、
CI−ダイレクトイエロー44、レッドまたはマゼンタ
系偏光板には、CI−ダイレクトレッド81、 CI−
ダイレクトレッド83等が使用可能であり、色素骨格と
してアゾ系、アントラキノン系、クマリン系色素が使用
できる。また、各種色素を適宜配合して使用することも
可能である。
屈折位相子の偏光主軸の一方と略一致していることが必
要である。また、その際、色偏光板の吸収軸方位と一致
する偏光主軸の透過波長スペクトルがなす色相は、略一
致していることが必要である。
場合、近接する複屈折位相子と全波長偏光板により与え
られる透過波長スペクトルは、ブルー/イエローであ
り、吸収軸はイエローの方位に略一致していなくてはな
らない。更に、近接する複屈折位相子と全波長偏光板に
より与えられるイエローの波長スペクトルにおけるカッ
トオフ波長λ1 と有彩色偏光板の吸収軸におけるイエロ
ーのカットオフ波長λ2の関係は、λ1 <λ2 であるこ
とが望ましい。
の場合は、近接する複屈折位相子と全波長偏光板により
与えられる透過波長スペクトルがレッド/シアンの組み
合わせとなり、同様に定義したカットオフ波長の関係は
λ1 >λ2 となることが望ましい。
構成されるが、このカラーシャッタに加え、白黒の2次
元画像を表示する画像手段、例えばモノクロCRT(陰
極線管)を観測者に対しカラーシャッタを挟んで相対す
るように設置し、2組の偏光回転子と画像表示を同期さ
せることにより、継時加法混色によるカラー画像表示が
可能となる。
光型画像表示デバイス、もしくはこれに準ずるものが使
用でき、CRT以外にもFED(Field Emis
sion Display)、PDP(Plasma
Display Panel)、無機/有機EL(El
ectro Luminescence)、TFT−L
CD(Thin Film Transistor−L
iquid Crystal Display)等を使
用することができる。
けでなく、投射型表示デバイスとしても使用可能であ
る。加えて、DMD(デジタルマイクロミラーデバイ
ス)を使用した単板反射型プロジェクターにも有効であ
る。
とは、高輝度で解像度が高く、発光減衰時間もしくは応
答時間が短いことである。例えば、RGBサブフィール
ドを1フレーム期間1/60sに表示する場合、3倍速
表示に相当し、各サブフィールド期間が5.5msとな
る。従って、この間にカラーシャッタの透過色を選択
し、応答後に背面の画像表示デバイスが表示色に対応す
る画像を表示し終えることになる。
ーシャッタにおける偏光面回転子を画面垂直方向に複数
領域に分割し、印加電圧の位相を順次遅らせることによ
りスクロール動作させることが望ましい。
る。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるもの
ではなく、これらの実施例を様々に組み合わせて使用す
ることが可能であるとともに、更に様々な修正例、変形
例として使用することも可能である。
例に係るカラーシャッタの構成を模式的に示した図であ
る。図1において、全波長偏光子である3つのニュート
ラル偏光板105,106,107が配置されている。
のニュートラル偏光板105,106の間に、1組の複
屈折位相子108、2色性色素による吸収型部分偏光子
であるイエロー偏光板101、および偏光回転子となる
反強誘電性液晶セル103が挿入されている。
107の間に、1組の複屈折位相子109、2色性色素
による吸収型部分偏光子であるマゼンタ偏光板102、
および偏光回転子となる反強誘電性液晶セル104が挿
入されている。
4の光学配置を模式的に示した図、図3は、反強誘電性
液晶セル103,104の偏光回転の駆動シーケンスを
模式的に示した図である。
電性液晶セル202(103,104)の前後に1対の
ニュートラル偏光板201a,201bをクロスニコル
で配置した場合を考える。図中、Pはニュートラル偏光
板201a,201bの偏光透過軸、Fは反強誘電性液
晶セル202の進相軸を示す。
デーションは250nm、即ち500nmの波長光に対
し1/2波長条件を満たしている。直交する偏光透過軸
Pを90゜/0゜とすると、進相軸Fは負極性電圧−V
0 を印加した場合90゜、正極性電圧+V0 を印加した
場合、偏光透過軸Pに対し45゜を成している。
に、時間的に正負極性の異なる絶対値の等しい電圧±V
0 を等期間ずつ反強誘電性液晶セル202に印加するこ
とで、印加信号のDC成分はキャンセルされ、焼き付き
を生じずに動作させることが可能となる。
合、偏光透過軸Pを透過し、反強誘電性液晶セル202
に入射する直線偏光の偏光面は90゜回転するため、出
射側偏光板201bの偏光透過軸Pを透過し、「明」状
態となる。一方、正極性電圧+V0 を印加した場合、偏
光面は回転せず、「暗」状態となる。
「明」、「暗」のスイッチングを行なうことが可能とな
る。また、この場合、偏光板201a,201bはニュ
ートラル偏光板であるため、明/暗のスイッチングとな
るが、少なくとも一方を部分偏光子とすることにより、
透過色を変化させることが可能となる。
103,104に印加する電圧波形の位相をずらすこと
により、4組の偏光条件を選択することが可能である。
材の光学配置をまとめて示した表である。光学配置を記
述するパラメータは、ニュートラル偏光板を透過軸、複
屈折位相差フィルム及び反強誘電性液晶セルを進相軸、
2色性色素偏光板を吸収軸で示した。第1の複屈折位相
差フィルム相108は5層、各リタデーション値は56
0nm、第2の複屈折位相差フィルム層109は6層、
各リタデーション値は643nmである。
複屈折位相差フィルム層108により、イエロー/ブル
ー色偏光板が形成されており、その各偏光主軸における
分光透過率を図4に示す。複屈折位相差フィルム層10
8の出射面における偏光主軸を0゜,90゜方向に取る
と、0゜方位の出射直線偏光の分光透過率曲線は、曲線
501となり、イエロー色を呈する。
過率曲線は、曲線502となり、分光透過率曲線501
の補色であるブルー色を呈することになる。加えて、部
分偏光子であるイエロー偏光板101が吸収軸方位0゜
として配置されるため、ニュートラル偏光板105、複
屈折位相差フィルム層108、イエロー偏光板101を
透過する分光透過率は、図4において、0゜方向は曲線
501,503の掛け算で得られる分光透過率(イエロ
ー)、90゜方向は曲線502,504の掛け算で得ら
れる分光透過率(ブルー)となる。
分光透過率曲線503は、分光透過率曲線501よりも
吸収端が長波長側に位置するため、合成されるイエロー
透過スペクトルは、イエロー偏光板101の分光透過率
曲線503の影響を大きく受けることになる。
ー偏光板101の透過軸分光透過率曲線504と分光透
過率曲線502の合成であるため、ブルーの分光透過率
曲線502に近似した曲線となる。
液晶セル103を介して第2のニュートラル偏光板10
6と第2の複屈折位相差フィルム層109により、レッ
ド/シアン色偏光板が形成されている。
に示した。図5において、0゜方位はレッド透過曲線6
01、90゜方位はシアン透過曲線602である。後段
に設けられた部分偏光子102は、マゼンタ偏光板であ
り、吸収軸は先のレッド透過曲線601と一致する0゜
方位となっている。
3、透過軸側が曲線604となり、これらの組み合わせ
で0゜方位の分光透過率は600nm付近のカットオフ
においてマゼンタ偏光板102における分光透過率曲線
603の影響を大きく受けたレッド色を呈する分光透過
特性、90゜方位の分光透過率はシアン透過曲線602
に近似したシアン色の分光透過特性となる。
2の反強誘電性液晶セル104とニュートラル偏光板1
07が設けられ、カラーシャッタの表示色を選択する。
液晶セル103,104に印加する電圧の極性と表示色
の関係を示す。例えば、正極性電圧+V0 を2つの反強
誘電性液晶セル103,104に与え、偏光面を回転さ
せずに透過させる場合、第1のニュートラル偏光板10
5、第1の複屈折位相差フィルム層108、イエロー偏
光板101において0゜方位を透過するイエロー波長曲
線と第2のニュートラル偏光板106、第2の複屈折位
相差フィルム層109、マゼンタ偏光板102において
0゜方位を透過するレッド波長曲線の合成、すなわちレ
ッド透過曲線が第3のニュートラル偏光板107により
検出され、レッド表示となる。
ル103,104に印加する電圧の極性、及び図6に、
透過する波長透過率特性を示す。ブルー表示が701、
グリーン表示が702、レッド表示が703である。
る透過率を示しているのに対し、図6は、無偏光光であ
る入射光に対する透過率を示した。これらの定義は以下
の図においても同様である。
モノクロCRTを組み合わせ、継時加法混色によりカラ
ー画像表示を行なう場合の色再現域を考える。CRTに
通常使用される蛍光体はP22であり、その発光スペク
トルを図6に示す(曲線704)。
B透過曲線701,702,703と発光スペクトル7
04の組み合わせにより与えられる。その結果を図7の
802に示す。図7において、P22蛍光体を用い、空
間混色表示によりRGB表示を行なった通常のCRTに
おけるRGB色再現域は、801で表される。
来の発明(図27)よりもRGB全ての表示色において
彩度が高く、広い色再現域を有することがわかる。ま
た、カラーシャッタ用途として広く使われているCRT
用三波長蛍光体P45(図8、904)を用いたモノク
ロCRTとの組み合わせによりカラー表示を行なった場
合のRGB色再現域を図9に示す。
ド、グリーン表示における色度はほぼ同等であり、ブル
ーにおける色度点が著しく改善されていることが分か
る。
施例に係るカラーシャッタの構成を模式的に示す図であ
る。本実施例においては、2つの複屈折位相差フィルム
層1102,1103の構成層数を各々3層とし、部分
偏光子としてレッド偏光板1101を付加するのみで、
構成の簡略化と透過率の向上を図っている。
を示す表である。第1の複屈折位相差フィルム層110
2の出射面における偏光主軸は0゜と90゜としている
が、第1のニュートラル偏光板105の偏光透過軸方位
は8.1゜であり、先の主軸に一致していない。これは
図示していないがニュートラル偏光板105と複屈折位
相差フィルム層1102により得られるブルー/イエロ
ー偏光板のカットオフ特性を急峻にするためである。
リタデーション値は580nmであるが、1層目、2層
目をリタデーション1160nmの複屈折位相差フィル
ム1層に共通化しても良いことは言うまでも無い。
6、第2の複屈折位相差フィルム層1103により得ら
れるレッド/シアン分光透過率曲線1301,1302
及び部分偏光子であるレッド偏光板1101の吸収軸/
透過軸分光透過率曲線1303,1304を示す図であ
る。
透過曲線1303により600nm以下の成分は吸収さ
れるため、レッド表示時における色度が大きく改善され
る。ここで、第2の複屈折位相差フィルム層の各リタデ
ーション値は630nmである。
タにより得られるRGB分光透過率特性及びP22蛍光
体の発光スペクトルを示す。これらの透過曲線、発光ス
ペクトルを用いて得られるRGB色再現域は、図13の
1501に示す如く、通常CRTの色再現域801と比
較して同等以上であることが分かる。
施例に係るカラーシャッターを模式的に示す図である。
本実施例においては、第1の全波長偏光子と第3の偏光
子をPBS1601,1602として構成した点が最大
の特徴である。このような構成をとることで、対光性、
耐熱性が高まるため、投射型表示装置への使用が容易と
なる。
の入射光を白色光とし、PBS1602の出射側に液晶
ライトバルブ及び投射レンズを設けることにより、継時
混色表示によるカラー液晶プロジェクターを構成するこ
とが可能となる。更に、PBS1603を付加すること
で、第1の全波長偏光子であるPBS1601により反
射されるS偏光成分はPBS1603を介して光源方向
に反射されることになり、照明光の再帰利用により光利
用効率を高めることが可能となる。
の全波長偏光子106をニュートラル偏光板からPBS
にすることも可能であるし、第3の全波長偏光子160
2をPBSからニュートラル偏光板とすることも可能で
ある。加えて光路も一直線とする必要は無く、必要に応
じてL字としたり反射面を付加してコの字状とするなど
適宜変更が可能である。
応用例に係る実施例について説明する。 (実施例4)図15は、本発明の第4の実施例に係るカ
ラーシャッタをCRTに組み合わせ使用した場合の構成
例を示す図である。図15(a)に示すように、継時加
法混色に基づき、倍速表示可能な白黒CRT2102の
前面に、カラーシャッタ2101が配置されている。図
15(b)に示すように、カラーシャッタ2101は、
表示領域2103が複数本のストライプに分割されてお
り、各々の領域が独立に駆動可能な構成となっている。
液晶セル103、104の基板面液晶側にある透明電極
のうち、一方の透明電極を上記ストライプ状に分割し、
全面電極をコモン電極として、各々のストライプ側電極
端子に独立の電圧印加手段を設ければ良い。分割領域
は、液晶セル103、104間で一致させておくことは
言うまでもない。
16に示す。白黒CRT2102は、図16(b)に示
す駆動シーケンス2202に従い、R、G、B画像が面
面上部から下部に順次走査され、CRT表示面に塗布さ
れた白色蛍光体の発光により画像が順次表示される。こ
の走査に対応するように、カラーシャッタの表示を、図
16(a)の2201に示すように、ストライプ分割数
分等間隔に位相遅れさせて、順次切り換える。
に設けることなく、走査直後の蛍光体発光・残光期間に
正しい表示色をカラーシャッタに表示させることが可能
となる。
晶材料に正負の電圧極性により表示色を選択する液晶モ
ード、例えば強誘電性液晶を例としているため、1フレ
ーム期間で液晶に印加される平均電圧が0Vとなるよ
う、十分蛍光体の発光が減衰した期間に黒(K)表示期
間を設けた。
極性でR表示、+,−でG表示、−,+極性でB表示、
−,−極性でK表示となる場合、4つの表示色が1フレ
ーム期間内に等期間表示されるようにKの各表示期間を
R、G、B表示期間の1/3となるようにして、RGB
表示切替え時に挿入することになる。PIセルなど、A
C電圧印加と0V印加により表示色を切り換えるような
液晶動作モードを使用する際には、K期間を挿入する必
要はない。
施例に係るカラーシャッタを透過型単板液晶プロジェク
ターに使用した場合の構成例を示す図である。図17
(a)において、高圧水銀ランプもしくはメタルハライ
ドランプ2301と放物面もしくは楕円状リフレクタ2
302からなる光源部からの光をオプティカルインテグ
レータ2303により照度を均一化し、偏光変換光学素
子2304に入射させる。
光ビームスプリッタ)の偏光分離機能と複屈折位相差フ
ィルムの偏光回転作用により、光源部からの無偏光光を
直線偏光光に変換する光学素子である。
光は、カラーシャッタ2101の入射偏光透過軸に一致
するように入射し、これまで述べてきたようにRGB表
示色に継時的に切り換えられ、透過型TFT液晶ライト
バルブ2305を照明する。
TFT−LCDの入射偏光軸に一致していることは言う
までもない。透過型TFT液晶ライトバルブ2305
は、カラーシャッタの表示色切り換えに同期して継時加
法混色表示を行い、画像は投射レンズ2306により透
過もしくは反射スクリーン面上に投影される。
解像度の画像を、単板式の構成で得ることができ、その
ため光学系がコンパクトとなり、軽量となるという利点
が得られる。
の前段に設けることにより、カラーシャッタの透過率を
向上することが可能となり、更にはカラーシャッタの出
射側偏光板107が透過型TFT液晶ライトバルブの入
射側偏光板を兼ねることが出来るため、光利用効率の向
上と部材低減による低コスト化を図ることが出来る。
に、領域分割しても全面一括して表示切替えしてもよい
が、領域分割する場合には、カラーシャッタの分割線が
液晶ライトバルブの画素ピッチ境界に沿って配置され、
投射レンズの焦点深度内になるよう、液晶ライトバルブ
に密接して配置されることが必要である。
7(b)の2307に示すように、黒表示期間を設けた
表示が望ましく、液晶ライトバルブの駆動シーケンス
は、図17(c)の2308に示すように、黒表示期間
中に画面更新を行うようにすると、動画像劣化が生じに
くいという利点がある。
施例に係るカラーシャッタをDMDに使用した場合の構
成例を示す図である。本実施例では、反射型表示デバイ
スであるDMD2401が継時加法混色表示を行うモノ
クロ画像表示素子であり、カラーシャッタ2101は、
光路中に設けられたスリット2402の近傍に配置され
る。
必要があり、その集光部であるスリット近傍にカラーシ
ャッタを配置することで、カラーシャッタを小型化する
ことが可能である。
例5と同様であるが、投射レンズの焦点深度を外れるこ
とから、全面一括切り換えが望ましい。
施例に係るカラーシャッタを2板式反射型液晶プロジェ
クターに使用した場合の構成例を示す図である。本実施
例では、入射偏光面を90°回転可能な偏光面回転素子
2501をカラーシャッタ2101の後段に付加し、カ
ラーシャッタの出射偏光面を表示色切り換えに同期して
偏光面切り換えを行う機構を設けた。
02の透過、反射選択を行うことができ、反射型液晶ラ
イトバルブ2502,2503のどちらに照明光を入射
させるかを選択することが可能となる。
0において、2601,2602,2603で示すよう
に、液晶ライトバルブに表示する画像の更新、表示を交
互に行うことができ、液晶ライトバルブの書込み時間を
広くすることができ、表示画像間のクロストークの少な
い高品位な画像を表示できると共に、光学系をコンパク
トにすることが可能となる。
2,2503のスクリーン結像位置を半画素程度ずらす
ことで、単板式液晶プロジェクターに対して2倍の解像
度を得ることができる。また、インタレース表示におけ
る画像素子との整合性を得るために、偶数フィールドの
画像を液晶ライトバルブ2502に、奇数フィールドの
画像を液晶ライトバルブ2503に表示させると、画素
ピッチのずれとインタレース画像信号との対応を正しく
とることができる。
カラーシャッタ及びカラー画像表示方法によると、3つ
の偏光子、2つの複屈折位相子、2つの偏光回転子、お
よび少なくとも1つの吸収型部分偏光子を適宜組合せて
配列することにより、透過率を向上させつつRGB表示
色の色純度を高めることが可能である。
構成を示す図。
る反強誘電性液晶セルの偏光面回転方法を説明する図。
る反強誘電性液晶セルの偏光面回転方法を説明する図。
偏光子と第1の複屈折位相子により得られる分光透過率
特性と第1の部分偏光子の分光透過率特性を示す図。
偏光子と第2の複屈折位相子により得られる分光透過率
特性と第2の部分偏光子の分光透過率特性を示す図。
分光透過率特性とP22蛍光体発光スペクトルを示す特
性図。
との組み合わせにより得られるRGB色再現域を示す色
度図。
分光透過率特性とP45蛍光体発光スペクトルを示す
図。
の組み合わせにより得られるRGB色再現域を示す色度
図。
の構成を示す図。
偏光子と第2の複屈折位相子により得られる分光透過率
特性と第1の部分偏光子の分光透過率特性を示す図。
B分光透過率特性とP22蛍光体発光スペクトルを示す
図。
との組み合わせにより得られるRGB色再現域を示す色
度図。
の構成を示す図。
をCRTに組み合わせた構成を示す図。
の駆動方法を示す図。
を透過型単板液晶プロジェクターに使用した構成を示す
図。
をDMDに使用した構成を示す図。
を2板式反射型液晶プロジェクターに使用した構成を示
す図。
の駆動方法を示す図。
図。
偏光子と第1の複屈折位相子により得られる分光透過率
特性を示す図。
偏光子と第2の複屈折位相子により得られる分光透過率
特性を示す図。
B分光透過率特性とP22蛍光体発光スペクトルを示す
特性図。
との組み合わせにより得られるRGB色再現域を示す色
度図。
B分光透過率特性とP45蛍光体発光スペクトルを示す
特性図。
との組み合わせにより得られるRGB色再現域を示す色
度図。
板、 108,109,1102,1103…複屈折位相差フ
ィルム層、 501,502,601,602,1301,130
2,1801、1802,1901,1902…複屈折
位相差フィルム層出射面における分光透過率、 503,504,603,604,1303,1304
…2色性色素偏光板分光透過率、 701,702,703,901,902,903,1
401,1402,1403,3001,3002,3
003,3201,3202,3203…カラーシャッ
タ分光透過率、 704,904…蛍光体発光スペクトル、 801…カラーCRT色再現域、 802,1001,1501,3101,3301…カ
ラーシャッタ色再現域、 1601,1602,1603…PBS。
Claims (5)
- 【請求項1】可視波長全域にわたって入射光を偏光に変
換するための、入射光側から順に配列された第1,第2
および第3の偏光子、それぞれ複数枚からなる第1およ
び第2の複屈折位相子、入射光の可視波長全域にわたり
印加電圧によって偏光面の回転角を変化させることの可
能な第1および第2の偏光回転子、および入射光の特定
波長を吸収することによって偏光に変換するための、少
なくとも1枚の吸収型部分偏光子を備え、 前記第1の複屈折位相子は、前記第1の偏光子と第2の
偏光子の間に配置され、前記第2の複屈折位相子は、前
記第2の偏光子と第3の偏光子の間に配置され、 前記第1の偏光回転子は、前記第1の偏光子と第2の偏
光子の間に配置され、前記第2の偏光回転子は、前記第
2の偏光子と第3の偏光子の間に配置され、前記第1の
偏光回転子および第2の偏光回転子の少なくとも一方
が、前記第2の偏光子と第1または第2の複屈折位相子
の間に挟まれるように配置され、 前記吸収型部分偏光子は、前記第1の偏光回転子と第1
の複屈折位相子の間、および前記第2の偏光回転子と第
2の複屈折位相子の間の少なくとも一方に配置され、 前記第1および第2の偏光回転子に印加する電圧の選択
により、透過光をRGB3原色に切り換えることを特徴
とするカラーシャッタ。 - 【請求項2】前記第1の複屈折位相子の出射面における
直交する第1の偏光軸と第2の偏光軸のうち、前記第1
の偏光軸の透過波長スペクトルが、加法混色表示におけ
る3原色のうちの1つとなっており、前記第2の偏光軸
の透過波長スペクトルが前記第1の偏光軸を透過する波
長スペクトルの補色となっており、前記第2の複屈折位
相子の出射面における直交する第1の偏光軸と第2の偏
光軸のうち、前記第1の偏光軸の透過波長スペクトル
が、前記第1の複屈折位相子の出射面における第1の偏
光軸を透過する偏光の有する色とは異なる、加法混色表
示における3原色のうちの1つとなっており、前記第2
の偏光軸の透過波長スペクトルが前記第1の偏光軸を透
過する波長スペクトルの補色となっており、前記吸収型
部分偏光子の吸収軸と前記複屈折位相子の偏光軸の一方
が略一致した方位であることを特徴とする請求項1に記
載のカラーシャッタ。 - 【請求項3】前記吸収型部分偏光子が2色性色素を含有
する有彩色偏光板であり、前記第1および第2の複屈折
位相子は複屈折位相差フィルムであることを特徴とする
請求項1に記載のカラーシャッタ。 - 【請求項4】前記吸収型部分偏光子における吸収軸が可
視波長範囲において短波長側の領域を吸収する特性を有
し、その吸収端が前記第1の偏光子と第1の複屈折位相
子、または前記第2の偏光子と第2の複屈折位相子にお
いて、吸収軸と略一致する偏光軸における透過波長スペ
クトルの波長閾よりも長波長側に存在することを特徴と
する請求項1に記載のカラーシャッタ。 - 【請求項5】白黒の2次元画像を表示する画像表示手段
と、この画像表示手段の表示画面前面に配置された、請
求項1に記載のカラーシャッタとを備え、前記画像表示
手段は、RGB3原色用の白黒画像を継時的に表示し、
画像表示に同期してカラーシャッタの透過色を切り換え
ることを特徴とするカラー画像表示方法。
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