JP2008268639A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】色再現性の向上を図ることができるプロジェクタの提供。
【解決手段】プロジェクタは、複数色の色フィルタを備えてカラー画像を形成する画像形成手段５と、広帯域の波長の光を発生する発光ダイオード１と、発光ダイオード１で発生した光を画像形成手段５に照射して生成される投影画像を投影する投影光学系６と、発光ダイオード１と画像形成手段５との間の光路中または画像形成手段５と投影光学系６との間の光路中に配置され、発光ダイオード１で発生した光の内、複数の色フィルタのそれぞれの透過波長域の少なくとも一つの境界付近における光を減光する減光フィルタ３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

従来から、液晶表示パネルに形成した画像を投影光学系によりスクリーン上に投影する各種のプロジェクタが知られている。近年、光源に高輝度白色ＬＥＤを用いてプロジェクタユニットの小型化を図り、プロジェクタを携帯電話等に組み込む構成も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

高輝度白色ＬＥＤは、一般的に青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの前面に配されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体層とで実現されている。蛍光体層は、青色ＬＥＤの光を吸収して黄色成分の光を発生する。この発生した黄色成分の光と吸収されなかった青色成分の光とが混色されて白色光が得られる。そして、この白色光をＲＧＢフィルタが設けられた液晶表示パネルに照射して、カラー画像を投影するようにしている。

特開２００６−９３８０１号公報

しかしながら、上述した白色ＬＥＤから出射される白色光は、青色成分の波長と黄色成分の波長とに光強度のピークを有している。そのため、Ｇ（緑）フィルタおよびＲ（赤）フィルタのそれぞれを透過した光（緑色成分、赤色成分）は強度分布の偏りが生じ、色再現性に問題があった。

請求項１の発明は、複数色の色フィルタを備えてカラー画像を形成する画像形成手段と、広帯域の波長の光を発生する発光ダイオードと、発光ダイオードで発生した光を画像形成手段に照射して生成される投影画像を投影する投影光学系と、発光ダイオードと画像形成手段との間の光路中または画像形成手段と投影光学系との間の光路中に配置され、発光ダイオードで発生した光の内、複数の色フィルタのそれぞれの透過波長域の少なくとも一つの境界付近における光を減光する減光フィルタとを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のプロジェクタにおいて、発光ダイオードは、青色光を発生する青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードから発生された青色光の一部を吸収して黄色光を発生する蛍光体とを備え、減光フィルタは、黄色光の波長域における色フィルタの透過波長域の境界付近の光を減光することを特徴とするプロジェクタ。
請求項３の発明は、請求項２に記載のプロジェクタにおいて、画像形成手段の各画素には、赤色フィルタを有する赤色表示素子と、緑色フィルタを有する緑色表示素子と、青色フィルタを有する青色表示素子とがそれぞれ設けられていること特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２に記載のプロジェクタにおいて、画像形成手段の各画素には、赤色フィルタを有する赤色表示素子と、緑色フィルタを有する緑色表示素子と、青色フィルタを有する青色表示素子と、入射光をほぼそのまま出射する白色表示素子とがそれぞれ設けられていること特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、画像形成手段は反射型液晶表示パネルであり、発光ダイオードで発生した光を異なる二つの偏光光に分離して、一方の偏光光を前記反射型液晶表示パネルへと出射する偏光ビームスプリッタを備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載のプロジェクタにおいて、減光フィルタは、偏光ビームスプリッタの分離特性の入射角度依存性に起因して生じる光の色変化も抑制するように、色フィルタの透過波長域の境界付近における光を減光することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載のプロジェクタにおいて、減光フィルタは、黄色光の波長域の光をほぼ一様に減光するとともに、色フィルタの透過波長域の境界付近における光をさらに減光することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項５〜７いずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、発光ダイオードで発生した光を略平行光とする照明光学系を備えたものである。
請求項９の発明は、請求項５〜８いずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、減光フィルタを偏光ビームスプリッタに一体に形成したものである。

本発明によれば、プロジェクタの色再現性の向上を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明によるプロジェクタの第１の実施の形態を示す概略構成図である。プロジェクタは、白色ＬＥＤ１、集光レンズ２、フィルタ３、偏光ビームスプリッタ（以下では、ＰＢＳと記す）ブロック４、反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（LiquidCrystal on Silicon）５、投影レンズ６および表示制御部７を備えている。

白色ＬＥＤ１は、その内部に青色ＬＥＤと、その青色ＬＥＤの前面に配されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体層とを有している。青色ＬＥＤから青色成分の光が出射されると、青色成分の光の一部が蛍光体に吸収され、蛍光体から黄色成分の光が発生する。この黄色成分の光と残りの青色成分の光とを混色することで白色光が実現されている。

図２（ａ）は、白色ＬＥＤ１から出射される白色光のスペクトル強度分布を示す図である。白色ＬＥＤ１からは幅広い波長域を有する広帯域の光が出射されるが、スペクトル強度分布には２つのピークが存在する。その一つは、青色ＬＥＤから出射される青色成分の光に対応する比較的幅の狭いピークであり、ピーク波長は約４６０ｎｍとなっている。二つ目のピークは、蛍光体から発生する黄色成分の光に対応する幅の広いピークであり、ピーク波長は約５８０ｎｍとなっている。

白色ＬＥＤ１から出射された照明光は、集光レンズ２によって略平行光とされる。略平行光とされた照明光はフィルタ３を介してＰＢＳブロック４へと入射する。ＰＢＳブロック４には、入射光軸に対して角度４５度で偏光分離部４ａが形成されている。フィルタ３は、ＰＢＳブロック４の入射面４ｂに一体に形成されている。フィルタ３の詳細については後述する。

フィルタ３を透過した光はＰＢＳブロック４内へと入射し、偏光分離部４ａに４５度の角度で入射する。偏光分離部４ａに入射した光は、偏光分離部４ａを透過するＰ偏光と、偏光分離部４ａで反射されるＳ偏光とに分離される。偏光分離部４ａを透過したＰ偏光は、反射型液晶であるＬＣＯＳ５に入射する。一方、偏光分離部４ａで反射されたＳ偏光は、投影には利用しない不要光としてＰＢＳブロック４の面４ｃから出射される。例えば、面４ｃに黒色処理などの無反射処理を施しても良い。また、フィルタ３と照明レンズ２との間に、照明光を直線偏光（Ｐ偏光）に変換したり、照明光から直線偏光を抽出したりする偏光板を配置しても良い。

上述したようにＬＣＯＳ５は反射型液晶表示パネルであり、ＬＣＯＳ５に入射した光は、液晶層を図示上方に進行した後、ＬＣＯＳ５の反射面で反射されて再び液晶層を図示下方に進行してＬＣＯＳ５から出射される。ＬＣＯＳ５には表示制御部７から映像信号が入力され、映像信号のレベルに応じて各表示素子に電圧が印加される。その際、電圧の印加状態に応じて液晶層の液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、ＬＣＯＳ５からＰＢＳブロック４へと出射される光は、Ｓ偏光である変調光とＰ偏光である非変調光との混合光となる。

ＬＣＯＳ５はカラーの表示パネルであって、図４（ａ）に示すように、２次元的に配列された表示素子の各々には赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（ｂ）のカラーフィルタが設けられており、Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の表示素子で一つの画素が構成される。例えば、Ｒ表示素子，Ｇ表示素子およびＢ表示素子の全てをオン表示すると赤，緑，青の各色が混色され、その画素は白色を表示した状態となる。

ＰＢＳブロック４の偏光分離部４ａは、ＬＣＯＳ５から入射した混合光の内、Ｓ偏光である変調光のみを反射して投影レンズ６へと導く。投影レンズ６は、ＰＢＳブロックからの変調光を、投影光として不図示のスクリーン等に投影する。一方、Ｐ偏光である非変調光は、偏光分離部４ａを透過する。

［フィルタ３の詳細説明］
次に、フィルタ３の機能について詳細に説明する。ＬＣＯＳ５に設けられたカラーフィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ）は、一般的に図２（ｂ）に示すような透過特性を有している。図２（ｂ）に示した透過特性では、Ｂフィルタは波長＝４６０ｎｍを中心とする波長域の光を透過し、Ｇフィルタは波長＝５３０ｎｍを中心とする波長域の光を透過し、Ｒフィルタは波長＝６３０ｎｍを中心とする波長域の光を透過する。

一方、白色ＬＥＤ１から出射される照明光は、図２（ａ）に示したようなスペクトル強度分布を有している。図２（ａ）に示す例では、Ｇフィルタの波長域とＲフィルタの波長域との境界、すなわち、Ｇフィルタの透過率が減少するラインとＲフィルタの透過率が減少するラインとが交差する谷間の部分の波長と、照明光の長波長側のピーク波長とがほぼ一致している。

そのため、白色ＬＥＤ１から出射される照明光をＲフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタに通すと、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタを透過したＲ光成分、Ｇ光成分およびＢ光成分は図２（ｃ）に示すような分布となる。すなわち、図２（ｃ）のＲ光成分およびＧ光成分は、波長＝５８０ｎｍ側に偏った分布となっている。その結果、フィルタ３が設けられていない従来のプロジェクタでは、赤色および緑色の色再現性が悪くなるという問題があった。

図３（ａ）はフィルタ３の透過特性の一例を示したものである。フィルタ３は、いわゆるノッチフィルタとしての特性を備えており、波長＝５８０ｎｍを中心とする所定波長幅（例えば、±２０ｎｍ程度）の光を減光する。フィルタ３の透過特性、例えば減光する波長域や減光の程度に関しては、黄色成分のピークの高さや形状などに応じて、Ｇ光成分とＲ光成分とが適切に分離されるように設定すれば良い。

図２（ａ）に示すような特性の照明光を図３（ａ）に示すようなフィルタ３に通すと、透過光は図３（ｂ）に示すような分布となる。波長５８０ｎｍ付近において分布が符号Ａで示すように変化し、斜線を施した部分がカットされることになる。そのため、このような照明光をＲ、Ｇ、Ｂフィルタに通すと、Ｒ光成分、Ｇ光成分およびＢ光成分は図３（ｃ）に示すような分布となる。破線はフィルタ３を用いない場合（図２（ｃ）の場合）と比較すると、図４（ｂ）の斜線部分がカットされた分だけ、波長５８０ｎｍ付近におけるＧ光成分およびＲ光成分の強度が減少する。その結果、Ｒ光成分とＧ光成分との分離が良くなり、赤色および緑色の色再現性が向上する。

−第２の実施の形態−
上述したＬＣＯＳ５では、一画素中にＲ，Ｇ，Ｂフィルタを有する３つの表示素子が設けられているが、画像の輝度を高めるために、さらに白色（Ｗ）表示素子を加えた「ＲＧＢＷ」方式を採用する場合がある。図４（ｂ）は「ＲＧＢＷ」方式のフィルタ配列の一例を示したものである。Ｗ表示素子には色フィルタは配置されていない。Ｗ表示素子においては、電圧印加状態では入射した照明光がそのまま反射されることになる。そのため、Ｗ表示素子で形成される白色は、図２（ａ）に示す照明光と同様のスペクトル強度分布を有することになる。

一方、Ｒ，Ｇ，Ｂ表示素子により生成される白色は、図２（ｃ）のＲ光成分、Ｇ光成分およびＢ光成分を混色して得られる白色となる。図２（ａ）に示す分布と図２（ｃ）に示す分布とを比較すると、ＲＧＢフィルタを通したことにより波長５８０ｎｍ付近の分布が異なっており、同じ白色であっても色合いが異なることになる。その結果、Ｗ表示素子を用いる場合には、Ｗ表示素子の光をどの程度混ぜるかによって色温度が異なり、色再現が難しくなる。

ところが、上述したようにフィルタ３を設けることで波長５８０ｎｍ付近の光をカットすると、Ｒ，Ｇ，Ｂ表示素子により生成される白色は、図３（ｃ）のＲ光成分、Ｇ光成分およびＢ光成分を混色して得られる白色となる。一方、Ｗ表示素子による白色のスペクトル強度分布は、図３（ｂ）の斜線部分をカットしたものとなる。すなわち、その結果、フィルタ３を設けてＬＣＯＳ５を照明する照明光の波長５８０ｎｍ付近の光をカットすることで、従来のようなＲＧＢ表示素子による白色とＷ表示素子による白色との間の、波長５８０ｎｍ付近の分布の違いを低減することができ、色再現性の向上を図ることができる。

−第３の実施の形態−
ところで、色再現性を損なう原因としては、上述した照明光の色成分の分布の他に、ＰＢＳブロック４の偏光分離部４ａに対する照明光の入射角度のバラツキがある。ＰＢＳの分離性能は、図５（ａ）に示すように光の進行方向と偏光分離部４ａとの角度αが４５°の時に発揮されるように設計されている。図５（ｂ）は透過されるＰ偏光の透過率の角度依存性を模式的に示したものであり、角度αが４５°の場合と３５°の場合について示している。角度αが３５°と小さくなると、短波長側（青色成分の波長）において透過率が低下する。その結果、フィルタ３が設けられていないＰＢＳブロック４を透過したＰ偏光のスペクトル強度分布は、図６（ｂ）の一点鎖線で示すように、青色成分の強度が低下することになる。そのため、照明光は黄色味を帯びた白色光となり、白色の色再現性が低下してしまう。

そこで、第３の実施の形態では、フィルタ３の透過特性を、図６（ａ）の破線で示すような透過特性と実線で示すような透過特性とを併せ持つような特性とする。具体的には、破線の特性を有するフィルタ３ａと、実線の透過特性を有するフィルタ３ｂとをＰＢＳブロック４の照明光入射面に形成すれば良い。図６（ｂ）の破線で示すように、フィルタ３ｂを用いることにより、照明光の強度は波長＝約５８０ｎｍを中心とした黄色成分が減少する。おおまかには、青色成分の減少に対応するＳ１で示す部分の面積と、黄色成分の減少に対応するＳ２で示す部分の面積とが同程度となれば良い。

さらに、フィルタ３ａを用いることにより、波長５８０ｎｍの近傍の強度がさらに減少し、Ｇ光成分とＲ光成分との分離特性を向上させることができる。なお、フィルタ３ａだけを用いた場合であっても、カットする光の波長域を大きくすることでフィルタ３ｂと同様の機能を与えることは可能である。

上述した実施の形態では、フィルタ３をＰＢＳブロック４の照明光入射面４ｂに形成したが、ＰＢＳブロック４の投影光出射面４ｄ、投影レンズ６の表面、集光レンズ２の出射面などに形成しても良い。さらに、フィルタ３を独立したフィルタ部材として、集光レンズ２とＰＢＳブロック４との間の光路中や、ＰＢＳブロック４と投影レンズ６との間の光路中に配置しても良い。また、画像を形成する手段としては、上述した反射型液晶表示パネルの他に、透過型の液晶表示パネルを用いることもできる。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明によるプロジェクタの第１の実施の形態を示す概略構成図である。 照明光を説明する図であり、（ａ）は照明光のスペクトル強度分布を示し、（ｂ）はＲＧＢフィルタの透過特性を示し、（ｃ）はＲＧＢフィルタを通した照明光のＢ光成分、Ｇ光成分、Ｒ光成分の分布を示す。 フィルタ３の効果を説明する図であり、（ａ）はフィルタ３の透過特性を示し、（ｂ）はフィルタ３を通した照明光のスペクトル強度分布を示し、（ｃ）は（ｂ）の照明光をＲＧＢフィルタに通した後のＢ光成分、Ｇ光成分、Ｒ光成分の分布を示す。 ＬＣＯＳ５におけるフィルタ配列の一例を示す図であり、（ａ）はＲＧＢ方式の場合を示し、（ｂ）はＲＧＢＷ方式の場合を示す。 ＰＢＳブロック４の分離特性の角度依存性を説明する図であり、（ａ）はＰＢＳブロック４と入射光との関係を示し、（ｂ）角度３５°の場合と角度４５°の場合の透過率を示す図である。 フィルタ３ａ，３ｂの効果を説明する図であり、（ａ）はフィルタ３ａ，３ｂの透過特性を示し、（ｂ）はフィルタ３ｂを用いた場合の照明光のスペクトル強度分布を示し、（ｃ）はフィルタ３ａ，３ｂを用いた場合の照明光のスペクトル強度分布を示す。

符号の説明

１：白色ＬＥＤ、２：集光レンズ、３：フィルタ、４：ＰＢＳブロック、５：ＬＣＯＳ、６：投影レンズ、７：表示制御部、

Claims (9)

1. 複数色の色フィルタを備えてカラー画像を形成する画像形成手段と、
   広帯域の波長の光を発生する発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードで発生した光を前記画像形成手段に照射して生成される投影画像を投影する投影光学系と、
   前記発光ダイオードと前記画像形成手段との間の光路中または前記画像形成手段と前記投影光学系との間の光路中に配置され、前記発光ダイオードで発生した光の内、前記複数の色フィルタのそれぞれの透過波長域の少なくとも一つの境界付近における光を減光する減光フィルタとを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記発光ダイオードは、青色光を発生する青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードから発生された青色光の一部を吸収して黄色光を発生する蛍光体とを備え、
   前記減光フィルタは、前記黄色光の波長域における前記色フィルタの透過波長域の境界付近の光を減光することを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記画像形成手段の各画素には、赤色フィルタを有する赤色表示素子と、緑色フィルタを有する緑色表示素子と、青色フィルタを有する青色表示素子とがそれぞれ設けられていること特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記画像形成手段の各画素には、赤色フィルタを有する赤色表示素子と、緑色フィルタを有する緑色表示素子と、青色フィルタを有する青色表示素子と、入射光をほぼそのまま出射する白色表示素子とがそれぞれ設けられていること特徴とするプロジェクタ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
   前記画像形成手段は反射型液晶表示パネルであり、
   前記発光ダイオードで発生した光を異なる二つの偏光光に分離して、一方の偏光光を前記反射型液晶表示パネルへと出射する偏光ビームスプリッタを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
6. 請求項５に記載のプロジェクタにおいて、
   前記減光フィルタは、前記偏光ビームスプリッタの分離特性の入射角度依存性に起因して生じる光の色変化も抑制するように、前記色フィルタの透過波長域の境界付近における光を減光することを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項６に記載のプロジェクタにおいて、
   前記減光フィルタは、前記黄色光の波長域の光をほぼ一様に減光するとともに、前記色フィルタの透過波長域の境界付近における光をさらに減光することを特徴とするプロジェクタ。
8. 請求項５〜７いずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
   前記発光ダイオードで発生した光を略平行光とする照明光学系を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
9. 請求項５〜８いずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
   前記減光フィルタを前記偏光ビームスプリッタに一体に形成したことを特徴とするプロジェクタ。

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