JP2007328080A - 投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光利用率が図れ、白バランスが良好な投射表示装置を提供する。
【解決手段】ＲＧＢ用レーザ光を出射するレーザ光源２，３，４と、入射面５Ａ〜５Ｃと出射面５Ｆを有するダイクロイックミラーと、入射面５Ａ〜５Ｃ側にそれぞれ配置された多重化されたホログラムレンズを有するホログラムフィルタ９，１０，１１と、出射面５Ｆ側に配置され、ＲＧＢ光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過させる偏光ビームスプリッタ１２と、ＲＧＢ光の映像信号に応じて変調する画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを有し、偏光ビームスプリッタ１２から出射した一方向の偏光成分のＲＧＢ光を各画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂで変調すると共に、他方の偏光成分のＲＧＢ用レーザ光に変換して偏光ビームスプリッタ１２で反射又は透過させて投射レンズ１８に出射させる反射型液晶表示素子１３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光利用率の向上が図れ、良好な白バランスが得られる投射表示装置に関するものである。

ホログラムレンズアレイをカラーフィルタに用いた投射表示装置の開発が行われている。
この投射表示装置は、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載されている投射表示装置について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、投射表示装置２１は、読み出し光を入射させる傾斜面を有する台形状のカップリングプリズム２２と、カップリングプリズム２２の下部に取り付けられ、このカップリングプリズム２２に入射した読み出し光を３原色光に分離し、Ｓ偏光成分のみを回折して出射する複数のホログラムレンズからなるホログラムカラーフィルタ２３と、ホログラムカラーフィルタ２３の下部に配置され、ホログラムカラーフィルタ２３の複数のホログラムレンズで回折されて出射するＳ偏光成分の３原色光に応じた映像信号で変調すると共にＰ偏光成分に変調した後、反射させて出射する液晶パネル２４と、カップリングプリズム２２の上面に形成され、液晶パネル２４から出射するＰ偏光成分の変調光のみを通過させる偏光板２５と、この偏光板２５を通過したＰ偏光成分の変調光をスクリーンＳに投射する投射レンズ１８とを備えている。

液晶パネル２４は、駆動部が形成されたアクティブマトリクス基板１４上に３原色光に対応する３つの画素電極（Ｒ（赤）用画素電極１５Ｒ、Ｇ（緑）用画素電極１５Ｇ、Ｂ（青）用画素電極１５Ｂ）を組とし、この組が規則的に２次元配列され、アクティブマトリクス基板１４の駆動部によって駆動される画素電極層１５と、Ｓ偏光成分の読み出し光の光変調を行う光変調層１６と、光透過性の共通電極１７とが順次積層された構成を有している。

その動作は、以下のようである。
読み出し光をカップリングプリズム２２の傾斜面に対して所定角度で入射させた後、ホログラムカラーフィルタ２３の複数のホログラムレンズで３原色光に分離すると共に、Ｓ偏光成分のみを回折させて出射して液晶パネル２４に入射させ、この液晶パネル２４の共通電極１７、光変調層１６を通過させ、各色光に対応する各画素電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに入射させる。
各画素電極１５Ｇ、１５Ｇ、１５Ｂでは、この３原色光をアクティブマトリクス基板１４の駆動部から供給される変調信号に基づいた信号変調を行うと共に光変調層１６でＳ偏光成分に直交する偏光面を有するＰ偏光成分に光変調した後、共通電極１７、ホログラムカラーフィルタ２３を介してカップリングプリズム２２の上面方向に出射する。そして、カップリングプリズム２２の上面に形成されている偏光板２５でＰ偏光成分の変調光のみを通過させて、投射レンズ１８に入射させた後、この投射レンズ１８の所定倍率で拡大してスクリーンＳに投射する。
特開平９−１８９８０９号公報

しかしながら、各画素電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂで反射されて再びホログラムカラーフィルタ２３に再入射するＰ偏光成分の変調光は、このホログラムカラーフィルタ２３で回折されるため、読み出し光の全光量のうちの５０％程度がロスとなり、光利用率が悪かった。

また、図６に示すように、３つの画素電極がＲ用画素電極１５Ｒ、Ｇ用画素電極１５Ｇ、Ｂ用画素電極１５Ｂの順に配列されている場合に、中央のＧ用画素電極１５Ｇで反射されるＧ光は、投射レンズ１８の中央部付近を通過するため、スクリーンＳへの投射に利用される投射レンズ１８の有効領域をはずれることはないが、Ｒ用画素電極１５Ｒ及びＢ用画素電極１５Ｂでそれぞれ反射されるＲ光及びＢ光は、スクリーンＳへの投射に利用されない投射レンズ１８の両端の無効領域αを通過することがある。
このため、白バランスが変わったり、設計通りの色温度を再現できなかったりしていた。

そこで、本発明は、上記問題を解決するべく、光利用率の向上が図れ、白バランスが良好な投射表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、一方向の偏光成分を有する第１乃至第３の色光に応じた駆動信号でそれぞれ変調を行った後、合成して映像光として取り出し、この映像光を投射レンズでスクリーン上に拡大投射する投射表示装置において、前記第１乃至第３の色光を出射する第１乃至第３のレーザ光源と、前記第１の色光を反射し、その他の色光を透過する対角方向に配置された第１の色光用反射面と、前記第１の色光用反射面に交差するように対角方向に配置された前記第３の色光を反射し、その他の色光を透過する第３の色光用反射面とを有するダイクロイックミラーと、前記第１の色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第１の色用ホログラムフィルタと、前記ダイクロイックミラーを介して前記第１の色用ホログラムフィルタと反対側に配置され、前記第３の色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第３の色用ホログラムフィルタと、前記第１の色用ホログラムフィルタと前記第３の色用ホログラムフィルタとの間にあって、かつ直交して配置され、前記第２色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第２の色用ホログラムフィルタと、前記ダイクロイックミラーの第１の色光用反射面で反射された前記第の１色光、前記第３の色光用反射面で反射された前記第３の色光、前記第１の色光用反射面及び前記第３の色光用反射面を透過した前記第２の色光の前記一方向の偏光成分を透過させる偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、前記第１乃至第３の色光をそれぞれに対応した映像信号で変調する１組の各色光用の画素電極が規則的に配列された画素電極層を有し、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離膜を透過した前記一方向の偏光成分の前記第１乃至第３の色光を前記画素電極層で変調すると共に、他方の偏光成分の第１乃至第３の色光に光変調した後、合成して前記偏光分離膜で反射させて前記映像光として前記投射レンズ側に出射させる反射型液晶表示素子と、を備えたことを特徴とする投射表示装置を提供する。

本発明によれば、反射型液晶表示素子で各色光に応じた映像信号で変調されて、更に光変調された各色光は、各色用ホログラムフィルタを通過しないので、回折損失を生じないため光利用率を向上させることができる。
また、第１乃至第３の色光は、反射型液晶表示素子の各画素電極に入射して反射した後、投射レンズの有効領域内に入射するため、スクリーンに投射される映像光による映像は、白バランスや色温度が変わったりすることがなく、良好な画像となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
従来と同一構成には同一符号を付す。
図１は、本発明の実施の形態の投射表示装置を示す図である。
図２は、反射型液晶表示素子を示す断面図である。
図３は、実施の形態の投射表示装置の動作を説明するための図である。
図４は、実施の形態の変形例の投射表示装置を示す図である。

以下では、ＲＧＢ光は、Ｐ偏光成分の光とする。
図１に示すように、投射表示装置１は、Ｒ用レーザ光を出射するＲ用レーザ光源２と、Ｇ用レーザ光を出射するＧ用レーザ光源３と、Ｂ用レーザ光を出射するＢ用レーザ光源４と、ダイクロイックミラー５と、Ｒ光用プリズム６と、Ｇ光用プリズム７と、Ｂ光用プリズム８と、Ｒ用ホログラムフィルタ９と、Ｇ用ホログラムフィルタ１０と、Ｂ用ホログラムフィルタ１１と、偏光ビームスプリッタ１２と、反射型液晶表示素子１３と、投射レンズ１８とから構成されている。また、各ＲＧＢ用レーザ光のビーム径を拡大する図示しないビームエキスパンダが各レーザ光源２，３，４と各プリズム６，７，８との間にそれぞれ配置されている。

ダイクロイックミラー５は、ＲＧＢ用レーザ光を入射するそれぞれに対応した第１乃至第３入射面５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、対角方向に配置され、第１入射面５Ａから入射したＲ用レーザ光を反射し、これ以外の色用レーザ光を透過するＲ光用反射面５Ｄ及びＲ光用反射面５Ｄと交差するように対角方向に配置された第３入射面５Ｃから入射したＢ用レーザ光を反射し、これ以外の色用レーザ光を透過するＢ光用反射面５Ｅと、Ｒ光用反射面５Ｄで反射されたＲ用レーザ光、Ｂ光用反射面５Ｅで反射されたＢ用レーザ光及びＲ光用反射面５Ｄ及びＢ光用反射面５Ｅを透過したＧ用レーザ光を出射する出射面５Ｆとからなる。

Ｒ光用プリズム６は、Ｒ用レーザ光を入射する傾斜面を有し、ダイクロイックミラー５の第１入射面５Ａ側に対向配置された台形状のプリズムである。Ｇ光用プリズム７は、Ｇ用レーザ光を入射する傾斜面を有し、ダイクロイックミラー５の第２入射面５Ｂ側に対向配置された台形状のプリズムである。Ｂ光用プリズム８は、Ｂ用レーザ光を入射する傾斜面を有し、ダイクロイックミラー５の第３入射面５Ｃ側に対向配置された台形状のプリズムである。

Ｒ光用ホログラムフィルタ９は、Ｒ用レーザ光を回折する多重化された複数のホログラムレンズからなり、ダイクロイックミラー５の第１入射面５Ａに対向する側のＲ光用プリズム６の面に貼り合わされている。Ｇ光用ホログラムフィルタ１０は、Ｇ用レーザ光を回折する多重化された複数のホログラムレンズからなり、ダイクロイックミラー５の第２入射面５Ｂに対向する側のＧ光用プリズム７の面に貼り合わされている。Ｂ光用ホログラムフィルタ１１は、Ｂ用レーザ光を回折する多重化された複数のホログラムレンズからなり、ダイクロイックミラー５の第３入射面５Ｃに対向する側のＢ光用プリズム８の面に貼り合わされている。

更に、ＲＧＢ用ホログラムフィルタ９、１０、１１は、ホログラムレンズが所定のピッチを有して２次元配列されたものであり、Ｐ偏光成分の光を回折させて出射させるものである。
また、ＲＧＢ用ホログラムフィルタ９、１０、１１は、焦点距離が４０ｍｍ程度と長く、各ホログラムレンズで回折されたＲＧＢ用レーザ光が後述するＲＧＢ用画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを１組とする長さの周期で集光するように設計されている。
偏光ビームスプリッタ１２は、偏光分離膜１２Ａを有し、ダイクロイックミラー５の出射面５Ｆ側に配置されている。
この偏光分離膜１２Ａは、Ｐ偏光成分のＲＧＢ用レーザ光を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。反射型液晶表示素子１３は、偏光ビームスプリッタ１２のダイクロイックミラーの出射面５Ｆ側と反対側に配置されている。

図２に示すように、反射型液晶表示素子１３は、ＲＧＢ用レーザ光に対応する映像信号を変調する駆動部を有するアクティブマトリクス基板１４上に、この駆動部により駆動されるＲＧＢ用画素電極１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを１組として周期的に配列された画素電極層１５と、ＲＧＢ用レーザ光を変調する液晶層からなる光変調層１６と、光透過性の共通電極１７とが順次積層されて構成されている。

この反射型液晶表示素子１３は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離膜１２Ａを透過したＰ偏光成分のＲＧＢ用レーザ光をアクティブマトリクス基板１４の駆動部により各色用レーザ光に対応する映像信号で変調すると共にＳ偏光成分に光変調して反射させる。
投射レンズ１８は、偏光分離膜１２Ａで反射されたＳ偏光成分のＲＧＢ用レーザ光を出射する偏光ビームスプリッタ１２の出射側に配置されている。

次に、その動作について説明する。
まずは、Ｇ用ホログラムフィルタ１０に入射するＧ用レーザ光の場合について図３を用いて詳細に説明する。
図３に示すように、Ｇ用レーザ光源３から出射されたＰ偏光成分のＧ用レーザ光を図示しないビームエキスパンダでそのビーム径を拡げて、Ｇ光用プリズム７の傾斜面から所定の角度で入射させる。このＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、ホログラムフィルタ１０のホログラムレンズで回折される。Ｇ光用ホログラムフィルタ１０のホログラムレンズで回折して出射したＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、ダイクロイックミラー５のＲ光用反射面５Ｄ及びＢ光用反射面５Ｅを通過して出射面５Ｆ方向に出射する。

ダイクロイックミラー５の出射面５Ｆ方向に出射したＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
次に、この偏光ビームスプリッタ１２に入射したＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離膜１２Ａを通過し反射型液晶表示素子１３に入射する。
この際、前述したように、Ｇ用ホログラムフィルタ１０は、各ホログラムレンズで回折されたＧ用レーザ光がＲＧＢ用画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを１組とする長さの周期で集光するように設計されているので、反射型液晶表示素子１３に入射したＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、この周期毎に配列されているＧ用画素電極１５Ｇに入射することになる。

Ｇ光用画素電極１５Ｇに入射したＰ偏光成分のＧ用レーザ光は、画素電極１５Ｇに供給されているＧ用レーザ光用の映像信号により変調されると共に、光変調層１６でＳ偏光成分に光変調され、この画素電極１５Ｇで反射され、共通電極１７側から出射する。
反射型液晶表示素子１３の共通電極１７側から出射したＳ偏光成分のＧ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離膜１２Ａで反射されて投射レンズ１８側に出射する。

次に、Ｒ用ホログラムフィルタ９に入射するＲ用レーザ光の場合について説明する。
Ｒ用レーザ光源２から出射されたＰ偏光成分のＲ用レーザ光を図示しないビームエキスパンダでそのビーム径を拡げて、Ｒ用プリズム６の傾斜面から所定の角度で入射させる。
このＰ偏光成分のＲ用レーザ光は、ホログラムフィルタ９のホログラムレンズで回折される。Ｒ用ホログラムフィルタ９のホログラムレンズで回折されたＰ偏光成分のＲ用レーザ光は、ダイクロイックミラー５のＲ光用反射面５Ｄで反射され、出射面５Ｆ方向に出射する。

ダイクロイックミラー５の出射面５Ｆ方向に出射したＰ偏光成分のＲ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
次に、この偏光ビームスプリッタ１２に入射したＰ偏光成分のＲ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離膜１２Ａを通過し反射型液晶表示素子１３に入射する。

この後、前述したＧ用レーザ光の場合と同様に、Ｒ用ホログラムフィルタ９は、各ホログラムレンズで回折されたＲ用レーザ光がＲＧＢ用画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを１組とする長さの周期で集光するように設計されているので、反射型液晶表示素子１３に入射したＰ偏光成分のＲ用レーザ光は、この周期毎に配列されているＲ用画素電極１５Ｒに入射することになる。

反射型液晶表示素子１３に入射したＲ用レーザ光は、画素電極１５Ｒに供給されているＲ用レーザ光の映像信号により変調されると共に、光変調素子１６でＳ偏光成分に光変調されて、画素電極１５Ｒで反射され、共通電極１７側から出射する。
反射型液晶表示素子１３の共通電極１７側から出射したＳ偏光成分のＲ用レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１２の偏光分離膜１２Ａで反射されて投射レンズ１８側に出射する。

次に、Ｂ用ホログラムレンズフィルタ１１に入射するＢ用レーザ光の場合について説明する。
Ｂ用レーザ光の場合は、このＢ用レーザ光がダイクロイックミラー５のＢ光用反射面５Ｅで反射されること及び反射型液晶表示素子１３のＢ用画素電極１５Ｂで反射されること以外は、Ｒ用レーザ光の場合と同様である。

このようにして、偏光ビームスプリッタ１２から得られたＳ偏光成分のＲＧＢ用レーザ光は、投射レンズ１８により所定倍率で拡大してスクリーンＳに投射される。

以上のように、ＲＧＢ用レーザ光は、反射型液晶表示素子１３の各画素電極１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂで反射された後は、ＲＧＢ用ホログラムフィルタ９，１０，１１を通過しないので、ホログラムレンズで回折損失を生じることなく、スクリーンＳに拡大投射できる。
また、偏光分離膜１２Ａで反射されたＳ偏光成分のＲＧＢ用レーザ光は、回折することなく、そのまま投射レンズ１８に入射するので、この投射レンズ１８の有効領域に収めることができる。このため、スクリーンＳに投射される映像は、白バランスや色温度が変わったりすることを防止でき、良好な画像となる。

次に、実施の形態の変形例について図４を用いて説明する。
図４に示すように、変形例に示す投射表示装置１９は、実施例の投射表示装置１における偏光ビームスプリッタ１２の代わりにワイヤグリッド２０を用いたものであり、それ以外は同様である。
ワイヤグリッド２０は、偏光ビームスプリッタ１２よりも軽量であるので、実施例の効果に加えて、投射表示装置１９全体を軽くすることができる。

本発明の実施の形態の投射表示装置を示す図である。 反射型液晶表示素子を示す断面図である。 実施の形態の投射表示装置の動作を説明するための図である。 実施の形態の変形例の投射表示装置を示す図である。 従来の投射表示装置を示す図である。 各画素電極で反射されたＲＧＢ光が投射レンズに入射する様子を示す図である。

符号の説明

１，１９…投射表示装置、２…Ｒ用レーザ光源、３…Ｇ用レーザ光源、４…Ｂ用レーザ光源、５…ダイクロイックミラー、５Ａ…第１入射面、５Ｂ…第２入射面、５Ｃ…第３入射面、５Ｄ…Ｒ光用反射面、５Ｅ…Ｂ光用反射面、５Ｆ…出射面、６…Ｒ光用プリズム、７…Ｇ光用プリズム、８…Ｂ光用プリズム、９…Ｒ光用ホログラムフィルタ、１０…Ｇ光用ホログラムフィルタ、１１…Ｂ光用ホログラムフィルタ、１２…偏光ビームスプリッタ、１２Ａ…偏光分離膜、１３…反射型液晶表示素子、１４…アクティブマトリクス基板、１５…画素電極層、１５Ａ…Ｒ光用画素電極、１５Ｂ…Ｇ光用画素電極、１５Ｃ…Ｂ光用画素電極、１６…光変調層、１７…共通電極、１８…投射レンズ、２０…ワイヤグリッド

Claims (1)

1. 一方向の偏光成分を有する第１乃至第３の色光に応じた駆動信号でそれぞれ変調を行った後、合成して映像光として取り出し、この映像光を投射レンズでスクリーン上に拡大投射する投射表示装置において、
   前記第１乃至第３の色光を出射する第１乃至第３のレーザ光源と、
   前記第１の色光を反射し、その他の色光を透過する対角方向に配置された第１の色光用反射面と、前記第１の色光用反射面に交差するように対角方向に配置された前記第３の色光を反射し、その他の色光を透過する第３の色光用反射面とを有するダイクロイックミラーと、
   前記第１の色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第１の色用ホログラムフィルタと、
   前記ダイクロイックミラーを介して前記第１の色用ホログラムフィルタと反対側に配置され、前記第３の色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第３の色用ホログラムフィルタと、
   前記第１の色用ホログラムフィルタと前記第３の色用ホログラムフィルタとの間にあって、かつ直交して配置され、前記第２色光を回折させて、前記ダイクロイックミラー側に出射させる多重化されたホログラムレンズを有する第２の色用ホログラムフィルタと、
   前記ダイクロイックミラーの第１の色光用反射面で反射された前記第の１色光、前記第３の色光用反射面で反射された前記第３の色光、前記第１の色光用反射面及び前記第３の色光用反射面を透過した前記第２の色光の前記一方向の偏光成分を透過させる偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、
   前記第１乃至第３の色光をそれぞれに対応した映像信号で変調する１組の各色光用の画素電極が規則的に配列された画素電極層を有し、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離膜を透過した前記一方向の偏光成分の前記第１乃至第３の色光を前記画素電極層で変調すると共に、他方の偏光成分の第１乃至第３の色光に光変調した後、合成して前記偏光分離膜で反射させて前記映像光として前記投射レンズ側に出射させる反射型液晶表示素子と、
   を備えたことを特徴とする投射表示装置。
   
   

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