JP2828067B2 - 投写式表示装置 - Google Patents
投写式表示装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は投写式表示装置、
特にその光学系の構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、投写式表示装置としては映画やス
ライド、或いはＣＲＴによるプロジェクションテレビが
あった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】映画やスライドはフィ
ルム上に焼き付けられた像を投写するものであり、フィ
ルムを媒体として投写するという制約があるため、入力
信号に対してオンライン的に画像を見ることができなか
った。 【０００４】一方、ＣＲＴによるプロジェクションテレ
ビは、ＣＲＴ（ブラウン管）そのものが２６インチ以上
の大画面を構成することが物理的に制約が大きいことか
ら誕生した方式であり、ＣＲＴの発射光をそのまま投映
するため、ＣＲＴの明るさがかなり必要となり、そのた
め特殊なＣＲＴを大電力で用い、クーリングして用いる
という非常に大きなシステムであり、家庭用として使用
することは難しいという問題点があった。 【０００５】また、ＣＲＴによるプロジェクションテレ
ビは、光量が不十分で、スクリーン上の明るさが不十分
なことと、３管の光をスクリーン上で合成するため、ス
クリーン位置とシステム位置を微妙に調整してもスクリ
ーン上で色ずれを起こし易く、全体として非常に画質が
低下しており、かなり見にくい画面になるという問題点
があった。 【０００６】更に、システムが特殊で大形なＣＲＴや、
特殊の電源、調整系を備えており、コスト的にかなり高
いものになるという問題点があった。 【０００７】従来の投写式の表示装置には上述の問題点
があり、大画面テレビ又は投写式テレビの利点を生かし
きれずに、その普及が遅れている。 【０００８】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたものであり、高画質で、扱い易く、シス
テムもコンパクトな投写式表示装置を提供することを目
的とするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の投写式表示装置
は、赤色光を変調する第１の変調手段と、緑色光を変調
する第２の変調手段と、青色光を変調する第３の変調手
段と、前記第１、第２及び第３の変調手段によりそれぞ
れ変調された色光を合成する合成手段と、前記合成手段
により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、
前記第１、第２及び第３の変調手段のそれぞれは、マト
リクス型液晶パネルと、該マトリクス型液晶パネルから
出射した色光を透過させる偏光手段とを有し、前記各マ
トリクス型液晶パネルから出射された各色光は、それぞ
れの前記偏光手段を透過してから前記合成手段に入射さ
れてなり、前記第２の変調手段の偏光手段を透過した緑
色光の光軸の延長上に前記投写光学手段が配置され、前
記緑色光の光軸を挟んだ両側に、前記第１の変調手段の
マトリクス型液晶パネル及び偏光手段と、前記第３の変
調手段のマトリクス型液晶パネル及び偏光手段とが配置
され、前記第１の変調手段の偏光手段及び前記第３の変
調手段の偏光手段をそれぞれ透過した赤色光及び青色光
は、前記合成手段により反射されて前記緑色光の光軸と
同一光軸上に合成されてなることを特徴とする。 【００１０】 【作用】本発明においては、３つの色光を変調する３つ
の変調手段を有し、各変調手段はマトリクス型液晶パネ
ルと、そこから出射された各色光を透過する偏光手段を
有し、偏光手段を透過した各色光毎に画像が形成され
る。ここで形成された各色光毎の画像の光は、合成手段
により合成される。各色光を合成後に偏光手段を透過さ
せてしまうと、液晶パネルから偏光手段までの距離が離
れて色光が拡散し鮮明な画像形成ができないが、本発明
では各色光毎に画像形成してから合成するので、鮮明な
表示画像品質を得ることができる。 【００１１】また、赤色光と青色光の変調手段のマトリ
クス型液晶パネル及び偏光手段は、緑色光の変調手段の
偏光手段を透過した緑色光の光軸上の両側に、光軸を挟
んで配置され、偏光手段を透過した青色光と赤色光を合
成手段により反射させて緑色光の光軸上に合成するの
で、緑色光の光軸の両側に青色光と赤色光のマトリクス
型液晶パネル及び偏光手段が配置される。また、この緑
色光の光軸の延長上には投写光学手段も配置される。そ
れにより、各部材がバランス良く配置され安定感のある
投写式表示装置を構成できる。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態に係
る投写式液晶表示装置の光学系の構成図であり、この実
施形態では３パネル投写方式が用いられている。この投
写式液晶表示装置においては半透過プリズム３０を用い
て光軸合成を行なっている。液晶パネル３３，３４，３
５を挾むように偏光板３６，３７，３８，３９，４０，
４１と単色のカラーフィルタ４２，４３，４４が配置さ
れている。例えば光源４５からの光は単色のカラーフィ
ルタ４２を透過することにより赤の光になり偏光板３９
を介して液晶パネル３３に入射し、その後偏光板３６を
介して半透過プリズム３０ａに入射する。同様にして、
光源４６，４７からの光は単色のカラーフィルタ４３，
４４を透過することにより緑，青の光になり、偏光板４
０，４１を介して液晶パネル３４，３５に入射し、その
後偏光板３７，３８を介して半透過プリズム３０ｂに入
射する。半透過プリズム３０ｂに入射した緑の光は半透
過膜４７によりそのまま透過し、青の光は反射して半透
過プリズム３０ａに入射する。半透過プリズム３０ａに
入射した赤の光は半透過膜４８により反射し、緑及び青
の光はそのまま透過して、赤、緑及び青の光がレンズ３
１の光軸に合成されてレンズ３１に向けられる。 【００１３】各液晶パネル３３〜３５には、テレビ信号
であれば色復調されたビデオ信号が対応する各フィルタ
の配置されたパネルに入力され、そこで透過率が制御さ
れるので、色合成されてレンズ３１に向けられた光は色
調整がなされ、レンズ３１により拡大されてスクリーン
３２に投写される。 【００１４】光源４５〜４７、レンズ３１及びスクリー
ン３２に対し、像形成として液晶パネル３３〜３５が配
置されているが、この液晶パネル３３〜３５には基本的
にはＴＮ（ツイステッド・ネマチック）方式のものを使
用している。液晶パネル３３〜３５は、液晶材料とそれ
を両側から挾んだガラス板とにより構成されており、液
晶材料に電圧が印加されるとその透過率が変化して、液
晶シャッタとして機能する。このＴＮ方式はコントラス
ト、階調性、応答速度、透過率、寿命等において優れ、
特に透過型にした場合には光学系が簡単になるという利
点がある。 【００１５】この実施形態の特徴は、光学系を単なるラ
ンプ等からなる光源、レンズ、スクリーン等で簡単に構
成でき、また、液晶パネル３３〜３５は本来非常に薄い
ものであるから、システムはコンパクトに、低価格に、
同時に非常に扱い易くできることである。例えばレンズ
３１からスクリーン３２までの距離が変化しても、この
方式ではレンズ３１によりフォーカシングが簡単にでき
る。また、画面サイズはレンズ３１の焦点距離を変える
と任意に選ぶことができる。これは従来のＣＲＴによる
プロジェクションテレビでは実現不可能な特徴である。 【００１６】図２（イ）は液晶パネル３３〜３５の構成
例を示す説明図であり、ここではアクティブマトリック
ス方式について図示されている。液晶は通常では多重化
が難しく、そのため使用する走査線数が少なく解像度が
落ちざるを得なかったが、この図に示すようなアクティ
ブマトリックス方式によりその欠点を解決している。走
査線に対応するタイミング線１２によりトランジスタ１
０がオンし、表示データをデータ線１３を介して画素に
配置されている液晶駆動電極１１に書き込む。その後、
トランジスタ１０がオフしても、書き込まれた表示デー
タはそのまま保持され、液晶を駆動する。ここに用いる
トランジスタ１０は透明基板上に形成する必要があるの
で、多結晶性又はアモルファスのシリコン薄膜トランジ
スタ（以下ＴＦＴという）が使われる。 【００１７】このＴＦＴは薄膜でありスタテック駆動さ
れるので、コントラスト、階調性、応答性に優れ、ま
た、画素数を増やせるので解像度が高くなるという利点
がある。また、このＴＦＴは、ガラス基板上に形成でき
ること、透明度（透過率、スペクトル）、トランジスタ
特性（移動度、オン／オフ比、スイッチング速度、集積
度）、コスト、安全性等において優れている。 【００１８】図２（ロ）はＴＦＴを用いた液晶パネルの
構成例を示す断面図であり、ガラス基板１６にＴＦＴが
搭載され、駆動電極１９が形成されている。また、対向
ガラス基板１５上に駆動電極２０が形成され、シール剤
１７により、液晶材料１８が封じられている。この液晶
パネル３３〜３５のガラス基板１５，１６はその耐熱
性、平坦性、耐薬品性、透明性、低価格等においてこの
種の投写表示装置に適用するのに好適である。 【００１９】ところで、この実施形態においては原理的
に液晶パネル３３〜３５の像を拡大再生してみることに
なるので、光源４５〜４７は輝度の高いランプが必要と
なる。その結果、液晶パネル３３〜３５面での照度は非
常に高くなる。一方、ＴＦＴは半導体であるが故に光が
入射すると起電力が発生し、トランジスタ１０がオフの
状態であっても、光電流によってオン状態に近づいてし
まい、表示画面のコントラストが著しく低下する。通常
このコントラストの低下が起こり始める照度は、白色光
で約１０万ｌx であり、光の波長で言えば長波長側、即
ち赤色から赤外が最も吸収する帯域である。 【００２０】この光によるコントラストの低下を防ぐた
めに、この実施形態においてはカラーフィルタ４２〜４
４を液晶パネル３３〜３５に対して光源４５〜４７側に
配置し（図１、図２（ロ））、ＴＦＴを搭載したガラス
基板１６を液晶材料１８の投写レンズ３１側へ配置して
ある。この結果、ＴＦＴ面へは、必ずカラーフィルタ４
２〜４４及びガラス基板１５を介した光が入射されるの
で、青及び緑の光は等価的に１／１０以下の光量、ま
た、赤の光でも１／５の光量に落とされ、強烈な光入射
に起因するＴＦＴの光電流の誘起は押さえられ、画像の
コントラストが低下して見にくくなるという現像を防ぐ
ことができる。また、同一分解能のパネルならば１パネ
ル方式に比べて分解能が３倍向上する。加えて、人間の
目の分解能を利用した併置加法混色ではなく、完全な加
法混色なので、投写画像を近くで見ても、拡大率が大き
いときも良好な色再現ができる。また、画素欠陥が３枚
とも同位置に生じる可能性は非常に少ないので、固定画
素欠陥を消去できる等の利点がある。 【００２１】図３は投写式表示装置の参考例としての光
学系の構成を示す図である。この構成例は半透過ミラー
５２，５３を利用した投写式表示装置の例である。例え
ば、光源６２からの光はカラーフィルタ５９に入射しそ
の内赤の光が透過し、赤の光は液晶パネル５６（偏光板
は省略してある）を通過した後、半透過ミラー５２を透
過する。光源６３からの光はカラーフィルタ６０に入射
してその内緑の光が透過し、緑の光は液晶パネル５７
（偏光板は省略してある）を通過した後、半透過ミラー
５３を透過して、更に全反射ミラー５５で反射された後
再び半透過ミラー５２で反射される。光源６４からの光
はカラーフィルタ６１に入射してその内青の光が透過
し、青の光は液晶パネル５８（偏光板は省略してある）
を通過した後、全反射ミラー５４で反射した後、更に半
透過ミラー５３で反射され、全反射ミラー５５で反射さ
れた後再び半透過ミラー５２で反射される。 【００２２】半透過ミラー５２を透過した赤の光並びに
半透過ミラー５２で反射した緑及び青の光は、レンズ５
０の一軸上に合成され、レンズ５０により拡大されてス
クリーン５１に投写される。 【００２３】このとき、レンズ５０から各液晶パネル５
６，５７，５８までの各光路長は同一になるように構成
されており、各液晶パネル５６，５７，５８の投影像が
スクリーン５１上で一致するようにして、高画質の影像
が得られるように配慮されている。 【００２４】図４は本発明の他の実施形態の光学系の構
成を示した図である。この実施形態は半透過ミラー７
５，７６を用いた投写式表示装置の例であり、全反射ミ
ラーを省略した構成になっている。例えば緑の光７７は
液晶パネル７３（偏光板は省略してある）で変調された
後、半透過ミラー７５に入射する。青の光７８は液晶パ
ネル７４（偏光板は省略してある）で変調された後、半
透過ミラー７５に入射する。半透過ミラー７５に入射し
た緑の光は透過し青の光は反射して、緑の光及び青の光
は色合成されて半透過ミラー７６に入射する。 【００２５】赤の光７９は液晶パネル７２（偏光板は省
略してある）で変調された後、半透過ミラー７６に入射
する。半透過ミラー７６に入射した緑及び青の光は透過
し赤の光は反射して、緑、青及び赤の光は色合成されて
レンズ７０に向けられ、レンズ７０によりスクリーン７
１に投写される。 【００２６】以上の実施形態はいずれも光路中に半透過
膜を挿入して色合成をしている（例えば図１の透過膜４
７，４８、図３の半透過ミラー５２，５３、図４の半透
過ミラー７５，７６）。従って、光源の光量が十分ある
場合は問題ないが、少ない場合には半透過膜での光損失
を最少にする必要がある。この時は各３つの光束が赤，
緑，青と波長が異なるということと、或いはＴＮ液晶の
性質上偏光していることを利用することで対応できる。 【００２７】図５（イ）は光学ガラス８０に干渉膜８１
を形成した半透過ミラーの説明図である。同図（ロ）は
その特性図である。この干渉膜８１は例えば赤色光は透
過、赤色光以外は反射する性質があり、この結果、例え
ば赤の光を透過し緑の光を反射して、赤及び緑の光を光
損失なく合成することができる。この方式においては、
波長選択反射特性を適当に選択することで、透過率・反
射率を共に高めることができ、赤・緑・青の３色の色光
を損失なく合成でき、光の利用率が高められる。 【００２８】図６は偏光面を利用した半透過ミラーの説
明図である。ＴＮ液晶は画面に偏光板を用いて表示させ
ており、液晶パネルから人間の眼に入射する光は光原理
的に偏向光である。従って、例えば緑と青、赤と緑で偏
光面を９０°ずらしておくと偏光面の選択的な透過、反
射が可能になる。このような原理に基づいて、光学ガラ
ス８２上に透過特性のよい偏光反射面８３を偏光面が水
平になるよう形成する。赤の光は水平偏光させておくと
そのまま透過するが、緑の光は垂直偏光させてあるので
反射する。この方式においても、偏光反射面及び入射す
る色光の偏光軸を適当に選択し、また、波長選択性を利
用した色合成手段を併用することで、透過率・反射率を
共に高めることができ、赤・緑・青の３色の色光を損失
なく合成でき、光の利用率が高められる。 【００２９】図７は以上のようにして液晶パネルを用い
て作製した投写型画像表示装置の外観図であり、図１、
図３又は図４の光学系を内蔵した投写本体８６から出た
光束８８はスクリーン８７に投映される。 【００３０】以上に説明した各実施形態によれば具体的
には次のような効果が得られる。 【００３１】（ａ）透過型液晶パネルを用いているの
で、反射型の場合のように偏光ビームスプリッタが不要
であり、偏光光学系が簡略化され、システムがコンパク
トにまとまる。また、反射型の場合のように非変調光が
投写光に混じることがないので、そのような場合のコン
トラストの劣化がない。 【００３２】（ｂ）ＴＦＴの形成された基板を投写光学
手段側に配置したので、ＴＦＴに照射される光強度が下
げられ、その結果、光に起因する光電流が抑えられ、表
示画面のコントラストの低下を抑えることができる。 【００３３】（ｃ）また、３パネル投写方式を採用して
いるので次の利点がある。 【００３４】色光生成手段により分離された色光
（赤、緑、青）がそれぞれライトバルブ手段に入射する
ので、ＴＦＴに照射される光強度を下げることができ、
上述の（ｂ）の効果が得られる。更に、白色光が３原色
に分離された後に入射側偏光板に入射しているので、そ
の光強度はおよそ１／３になり、入射側偏光板の温度上
昇が抑えられる。このため、透過型液晶パネルの温度上
昇も抑えられ、温度変化によるコントラストの低下が抑
えられ、また、偏光板の寿命も長くなる。 【００３５】更に、同一分解能のパネルならば１パネ
ル方式に比べて分解能が３倍向上する。加えて、人間の
目の分解能を利用した併置加法混色ではなく、完全な加
法混色なので、投写画像を近くで見ても、拡大率が大き
いときも良好な色再現ができる。 【００３６】画素欠陥が３枚とも同位置に生じる可能
性は非常に少ないので、固定画素欠陥を消去できる等の
利点がある。 【００３７】更に、色光生成色手段としてカラーフィ
ルタを用いた場合には、３色が微細配置されたものでな
くて、単色のベタフィルタでよい。従って、３色が微細
配置されたカラーフィルタ（１枚のカラーフィルタ）を
用いた場合には特定の色光のみが透過し他の色光は透過
しないので光量が約１／３になるが、単色のベタフィル
タを使用した場合にはそのようなことがないので、カラ
ーフイルタへの光量が同一ならば、本願の発明において
は１枚のカラーフィルタの場合に比べて、光源の光量を
約１／３に下げることができる。 【００３８】（ｄ）各透過型液晶パネルで生成された生
成された画像を合成手段により合成し投写するので、投
写光学手段からスクリーンまでの距離や、投写サイズの
変更に対しても、単純に投写光学手段の操作のみで焦点
を合わせることができ、操作が簡単化される。 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
つの色光を変調する３つの変調手段を有し、各変調手段
はマトリクス型液晶パネルと、そこから出射された各色
光を透過する偏光手段を有し、偏光手段を透過した各色
光毎に画像が形成される。ここで形成された各色光毎の
画像は、合成手段により合成される。各色光を合成後に
偏光手段を透過させてしまうと、液晶パネルから偏光手
段までの距離が離れて色光が拡散し鮮明な画像形成がで
きないが、本発明では各色光毎に画像形成してから合成
するので、鮮明な表示画像品質を得ることができる。ま
た、赤色光と青色光の変調手段のマトリクス型液晶パネ
ル及び偏光手段は、緑色光の変調手段の偏光手段を透過
した緑色光の光軸上の両側に、光軸を挟んで配置され、
偏光手段を透過した青色光と赤色光を合成手段により反
射させて緑色光の光軸上に合成するので、緑色光の光軸
の両側に青色光と赤色光のマトリクス型液晶パネル及び
偏光手段が配置される。また、この緑色光の光軸の延長
上には投写光学手段も配置される。それにより、各部材
がバランス良く配置され安定感のある投写式表示装置を
構成できる。
特にその光学系の構造に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、投写式表示装置としては映画やス
ライド、或いはＣＲＴによるプロジェクションテレビが
あった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】映画やスライドはフィ
ルム上に焼き付けられた像を投写するものであり、フィ
ルムを媒体として投写するという制約があるため、入力
信号に対してオンライン的に画像を見ることができなか
った。 【０００４】一方、ＣＲＴによるプロジェクションテレ
ビは、ＣＲＴ（ブラウン管）そのものが２６インチ以上
の大画面を構成することが物理的に制約が大きいことか
ら誕生した方式であり、ＣＲＴの発射光をそのまま投映
するため、ＣＲＴの明るさがかなり必要となり、そのた
め特殊なＣＲＴを大電力で用い、クーリングして用いる
という非常に大きなシステムであり、家庭用として使用
することは難しいという問題点があった。 【０００５】また、ＣＲＴによるプロジェクションテレ
ビは、光量が不十分で、スクリーン上の明るさが不十分
なことと、３管の光をスクリーン上で合成するため、ス
クリーン位置とシステム位置を微妙に調整してもスクリ
ーン上で色ずれを起こし易く、全体として非常に画質が
低下しており、かなり見にくい画面になるという問題点
があった。 【０００６】更に、システムが特殊で大形なＣＲＴや、
特殊の電源、調整系を備えており、コスト的にかなり高
いものになるという問題点があった。 【０００７】従来の投写式の表示装置には上述の問題点
があり、大画面テレビ又は投写式テレビの利点を生かし
きれずに、その普及が遅れている。 【０００８】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたものであり、高画質で、扱い易く、シス
テムもコンパクトな投写式表示装置を提供することを目
的とするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明の投写式表示装置
は、赤色光を変調する第１の変調手段と、緑色光を変調
する第２の変調手段と、青色光を変調する第３の変調手
段と、前記第１、第２及び第３の変調手段によりそれぞ
れ変調された色光を合成する合成手段と、前記合成手段
により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、
前記第１、第２及び第３の変調手段のそれぞれは、マト
リクス型液晶パネルと、該マトリクス型液晶パネルから
出射した色光を透過させる偏光手段とを有し、前記各マ
トリクス型液晶パネルから出射された各色光は、それぞ
れの前記偏光手段を透過してから前記合成手段に入射さ
れてなり、前記第２の変調手段の偏光手段を透過した緑
色光の光軸の延長上に前記投写光学手段が配置され、前
記緑色光の光軸を挟んだ両側に、前記第１の変調手段の
マトリクス型液晶パネル及び偏光手段と、前記第３の変
調手段のマトリクス型液晶パネル及び偏光手段とが配置
され、前記第１の変調手段の偏光手段及び前記第３の変
調手段の偏光手段をそれぞれ透過した赤色光及び青色光
は、前記合成手段により反射されて前記緑色光の光軸と
同一光軸上に合成されてなることを特徴とする。 【００１０】 【作用】本発明においては、３つの色光を変調する３つ
の変調手段を有し、各変調手段はマトリクス型液晶パネ
ルと、そこから出射された各色光を透過する偏光手段を
有し、偏光手段を透過した各色光毎に画像が形成され
る。ここで形成された各色光毎の画像の光は、合成手段
により合成される。各色光を合成後に偏光手段を透過さ
せてしまうと、液晶パネルから偏光手段までの距離が離
れて色光が拡散し鮮明な画像形成ができないが、本発明
では各色光毎に画像形成してから合成するので、鮮明な
表示画像品質を得ることができる。 【００１１】また、赤色光と青色光の変調手段のマトリ
クス型液晶パネル及び偏光手段は、緑色光の変調手段の
偏光手段を透過した緑色光の光軸上の両側に、光軸を挟
んで配置され、偏光手段を透過した青色光と赤色光を合
成手段により反射させて緑色光の光軸上に合成するの
で、緑色光の光軸の両側に青色光と赤色光のマトリクス
型液晶パネル及び偏光手段が配置される。また、この緑
色光の光軸の延長上には投写光学手段も配置される。そ
れにより、各部材がバランス良く配置され安定感のある
投写式表示装置を構成できる。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態に係
る投写式液晶表示装置の光学系の構成図であり、この実
施形態では３パネル投写方式が用いられている。この投
写式液晶表示装置においては半透過プリズム３０を用い
て光軸合成を行なっている。液晶パネル３３，３４，３
５を挾むように偏光板３６，３７，３８，３９，４０，
４１と単色のカラーフィルタ４２，４３，４４が配置さ
れている。例えば光源４５からの光は単色のカラーフィ
ルタ４２を透過することにより赤の光になり偏光板３９
を介して液晶パネル３３に入射し、その後偏光板３６を
介して半透過プリズム３０ａに入射する。同様にして、
光源４６，４７からの光は単色のカラーフィルタ４３，
４４を透過することにより緑，青の光になり、偏光板４
０，４１を介して液晶パネル３４，３５に入射し、その
後偏光板３７，３８を介して半透過プリズム３０ｂに入
射する。半透過プリズム３０ｂに入射した緑の光は半透
過膜４７によりそのまま透過し、青の光は反射して半透
過プリズム３０ａに入射する。半透過プリズム３０ａに
入射した赤の光は半透過膜４８により反射し、緑及び青
の光はそのまま透過して、赤、緑及び青の光がレンズ３
１の光軸に合成されてレンズ３１に向けられる。 【００１３】各液晶パネル３３〜３５には、テレビ信号
であれば色復調されたビデオ信号が対応する各フィルタ
の配置されたパネルに入力され、そこで透過率が制御さ
れるので、色合成されてレンズ３１に向けられた光は色
調整がなされ、レンズ３１により拡大されてスクリーン
３２に投写される。 【００１４】光源４５〜４７、レンズ３１及びスクリー
ン３２に対し、像形成として液晶パネル３３〜３５が配
置されているが、この液晶パネル３３〜３５には基本的
にはＴＮ（ツイステッド・ネマチック）方式のものを使
用している。液晶パネル３３〜３５は、液晶材料とそれ
を両側から挾んだガラス板とにより構成されており、液
晶材料に電圧が印加されるとその透過率が変化して、液
晶シャッタとして機能する。このＴＮ方式はコントラス
ト、階調性、応答速度、透過率、寿命等において優れ、
特に透過型にした場合には光学系が簡単になるという利
点がある。 【００１５】この実施形態の特徴は、光学系を単なるラ
ンプ等からなる光源、レンズ、スクリーン等で簡単に構
成でき、また、液晶パネル３３〜３５は本来非常に薄い
ものであるから、システムはコンパクトに、低価格に、
同時に非常に扱い易くできることである。例えばレンズ
３１からスクリーン３２までの距離が変化しても、この
方式ではレンズ３１によりフォーカシングが簡単にでき
る。また、画面サイズはレンズ３１の焦点距離を変える
と任意に選ぶことができる。これは従来のＣＲＴによる
プロジェクションテレビでは実現不可能な特徴である。 【００１６】図２（イ）は液晶パネル３３〜３５の構成
例を示す説明図であり、ここではアクティブマトリック
ス方式について図示されている。液晶は通常では多重化
が難しく、そのため使用する走査線数が少なく解像度が
落ちざるを得なかったが、この図に示すようなアクティ
ブマトリックス方式によりその欠点を解決している。走
査線に対応するタイミング線１２によりトランジスタ１
０がオンし、表示データをデータ線１３を介して画素に
配置されている液晶駆動電極１１に書き込む。その後、
トランジスタ１０がオフしても、書き込まれた表示デー
タはそのまま保持され、液晶を駆動する。ここに用いる
トランジスタ１０は透明基板上に形成する必要があるの
で、多結晶性又はアモルファスのシリコン薄膜トランジ
スタ（以下ＴＦＴという）が使われる。 【００１７】このＴＦＴは薄膜でありスタテック駆動さ
れるので、コントラスト、階調性、応答性に優れ、ま
た、画素数を増やせるので解像度が高くなるという利点
がある。また、このＴＦＴは、ガラス基板上に形成でき
ること、透明度（透過率、スペクトル）、トランジスタ
特性（移動度、オン／オフ比、スイッチング速度、集積
度）、コスト、安全性等において優れている。 【００１８】図２（ロ）はＴＦＴを用いた液晶パネルの
構成例を示す断面図であり、ガラス基板１６にＴＦＴが
搭載され、駆動電極１９が形成されている。また、対向
ガラス基板１５上に駆動電極２０が形成され、シール剤
１７により、液晶材料１８が封じられている。この液晶
パネル３３〜３５のガラス基板１５，１６はその耐熱
性、平坦性、耐薬品性、透明性、低価格等においてこの
種の投写表示装置に適用するのに好適である。 【００１９】ところで、この実施形態においては原理的
に液晶パネル３３〜３５の像を拡大再生してみることに
なるので、光源４５〜４７は輝度の高いランプが必要と
なる。その結果、液晶パネル３３〜３５面での照度は非
常に高くなる。一方、ＴＦＴは半導体であるが故に光が
入射すると起電力が発生し、トランジスタ１０がオフの
状態であっても、光電流によってオン状態に近づいてし
まい、表示画面のコントラストが著しく低下する。通常
このコントラストの低下が起こり始める照度は、白色光
で約１０万ｌx であり、光の波長で言えば長波長側、即
ち赤色から赤外が最も吸収する帯域である。 【００２０】この光によるコントラストの低下を防ぐた
めに、この実施形態においてはカラーフィルタ４２〜４
４を液晶パネル３３〜３５に対して光源４５〜４７側に
配置し（図１、図２（ロ））、ＴＦＴを搭載したガラス
基板１６を液晶材料１８の投写レンズ３１側へ配置して
ある。この結果、ＴＦＴ面へは、必ずカラーフィルタ４
２〜４４及びガラス基板１５を介した光が入射されるの
で、青及び緑の光は等価的に１／１０以下の光量、ま
た、赤の光でも１／５の光量に落とされ、強烈な光入射
に起因するＴＦＴの光電流の誘起は押さえられ、画像の
コントラストが低下して見にくくなるという現像を防ぐ
ことができる。また、同一分解能のパネルならば１パネ
ル方式に比べて分解能が３倍向上する。加えて、人間の
目の分解能を利用した併置加法混色ではなく、完全な加
法混色なので、投写画像を近くで見ても、拡大率が大き
いときも良好な色再現ができる。また、画素欠陥が３枚
とも同位置に生じる可能性は非常に少ないので、固定画
素欠陥を消去できる等の利点がある。 【００２１】図３は投写式表示装置の参考例としての光
学系の構成を示す図である。この構成例は半透過ミラー
５２，５３を利用した投写式表示装置の例である。例え
ば、光源６２からの光はカラーフィルタ５９に入射しそ
の内赤の光が透過し、赤の光は液晶パネル５６（偏光板
は省略してある）を通過した後、半透過ミラー５２を透
過する。光源６３からの光はカラーフィルタ６０に入射
してその内緑の光が透過し、緑の光は液晶パネル５７
（偏光板は省略してある）を通過した後、半透過ミラー
５３を透過して、更に全反射ミラー５５で反射された後
再び半透過ミラー５２で反射される。光源６４からの光
はカラーフィルタ６１に入射してその内青の光が透過
し、青の光は液晶パネル５８（偏光板は省略してある）
を通過した後、全反射ミラー５４で反射した後、更に半
透過ミラー５３で反射され、全反射ミラー５５で反射さ
れた後再び半透過ミラー５２で反射される。 【００２２】半透過ミラー５２を透過した赤の光並びに
半透過ミラー５２で反射した緑及び青の光は、レンズ５
０の一軸上に合成され、レンズ５０により拡大されてス
クリーン５１に投写される。 【００２３】このとき、レンズ５０から各液晶パネル５
６，５７，５８までの各光路長は同一になるように構成
されており、各液晶パネル５６，５７，５８の投影像が
スクリーン５１上で一致するようにして、高画質の影像
が得られるように配慮されている。 【００２４】図４は本発明の他の実施形態の光学系の構
成を示した図である。この実施形態は半透過ミラー７
５，７６を用いた投写式表示装置の例であり、全反射ミ
ラーを省略した構成になっている。例えば緑の光７７は
液晶パネル７３（偏光板は省略してある）で変調された
後、半透過ミラー７５に入射する。青の光７８は液晶パ
ネル７４（偏光板は省略してある）で変調された後、半
透過ミラー７５に入射する。半透過ミラー７５に入射し
た緑の光は透過し青の光は反射して、緑の光及び青の光
は色合成されて半透過ミラー７６に入射する。 【００２５】赤の光７９は液晶パネル７２（偏光板は省
略してある）で変調された後、半透過ミラー７６に入射
する。半透過ミラー７６に入射した緑及び青の光は透過
し赤の光は反射して、緑、青及び赤の光は色合成されて
レンズ７０に向けられ、レンズ７０によりスクリーン７
１に投写される。 【００２６】以上の実施形態はいずれも光路中に半透過
膜を挿入して色合成をしている（例えば図１の透過膜４
７，４８、図３の半透過ミラー５２，５３、図４の半透
過ミラー７５，７６）。従って、光源の光量が十分ある
場合は問題ないが、少ない場合には半透過膜での光損失
を最少にする必要がある。この時は各３つの光束が赤，
緑，青と波長が異なるということと、或いはＴＮ液晶の
性質上偏光していることを利用することで対応できる。 【００２７】図５（イ）は光学ガラス８０に干渉膜８１
を形成した半透過ミラーの説明図である。同図（ロ）は
その特性図である。この干渉膜８１は例えば赤色光は透
過、赤色光以外は反射する性質があり、この結果、例え
ば赤の光を透過し緑の光を反射して、赤及び緑の光を光
損失なく合成することができる。この方式においては、
波長選択反射特性を適当に選択することで、透過率・反
射率を共に高めることができ、赤・緑・青の３色の色光
を損失なく合成でき、光の利用率が高められる。 【００２８】図６は偏光面を利用した半透過ミラーの説
明図である。ＴＮ液晶は画面に偏光板を用いて表示させ
ており、液晶パネルから人間の眼に入射する光は光原理
的に偏向光である。従って、例えば緑と青、赤と緑で偏
光面を９０°ずらしておくと偏光面の選択的な透過、反
射が可能になる。このような原理に基づいて、光学ガラ
ス８２上に透過特性のよい偏光反射面８３を偏光面が水
平になるよう形成する。赤の光は水平偏光させておくと
そのまま透過するが、緑の光は垂直偏光させてあるので
反射する。この方式においても、偏光反射面及び入射す
る色光の偏光軸を適当に選択し、また、波長選択性を利
用した色合成手段を併用することで、透過率・反射率を
共に高めることができ、赤・緑・青の３色の色光を損失
なく合成でき、光の利用率が高められる。 【００２９】図７は以上のようにして液晶パネルを用い
て作製した投写型画像表示装置の外観図であり、図１、
図３又は図４の光学系を内蔵した投写本体８６から出た
光束８８はスクリーン８７に投映される。 【００３０】以上に説明した各実施形態によれば具体的
には次のような効果が得られる。 【００３１】（ａ）透過型液晶パネルを用いているの
で、反射型の場合のように偏光ビームスプリッタが不要
であり、偏光光学系が簡略化され、システムがコンパク
トにまとまる。また、反射型の場合のように非変調光が
投写光に混じることがないので、そのような場合のコン
トラストの劣化がない。 【００３２】（ｂ）ＴＦＴの形成された基板を投写光学
手段側に配置したので、ＴＦＴに照射される光強度が下
げられ、その結果、光に起因する光電流が抑えられ、表
示画面のコントラストの低下を抑えることができる。 【００３３】（ｃ）また、３パネル投写方式を採用して
いるので次の利点がある。 【００３４】色光生成手段により分離された色光
（赤、緑、青）がそれぞれライトバルブ手段に入射する
ので、ＴＦＴに照射される光強度を下げることができ、
上述の（ｂ）の効果が得られる。更に、白色光が３原色
に分離された後に入射側偏光板に入射しているので、そ
の光強度はおよそ１／３になり、入射側偏光板の温度上
昇が抑えられる。このため、透過型液晶パネルの温度上
昇も抑えられ、温度変化によるコントラストの低下が抑
えられ、また、偏光板の寿命も長くなる。 【００３５】更に、同一分解能のパネルならば１パネ
ル方式に比べて分解能が３倍向上する。加えて、人間の
目の分解能を利用した併置加法混色ではなく、完全な加
法混色なので、投写画像を近くで見ても、拡大率が大き
いときも良好な色再現ができる。 【００３６】画素欠陥が３枚とも同位置に生じる可能
性は非常に少ないので、固定画素欠陥を消去できる等の
利点がある。 【００３７】更に、色光生成色手段としてカラーフィ
ルタを用いた場合には、３色が微細配置されたものでな
くて、単色のベタフィルタでよい。従って、３色が微細
配置されたカラーフィルタ（１枚のカラーフィルタ）を
用いた場合には特定の色光のみが透過し他の色光は透過
しないので光量が約１／３になるが、単色のベタフィル
タを使用した場合にはそのようなことがないので、カラ
ーフイルタへの光量が同一ならば、本願の発明において
は１枚のカラーフィルタの場合に比べて、光源の光量を
約１／３に下げることができる。 【００３８】（ｄ）各透過型液晶パネルで生成された生
成された画像を合成手段により合成し投写するので、投
写光学手段からスクリーンまでの距離や、投写サイズの
変更に対しても、単純に投写光学手段の操作のみで焦点
を合わせることができ、操作が簡単化される。 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
つの色光を変調する３つの変調手段を有し、各変調手段
はマトリクス型液晶パネルと、そこから出射された各色
光を透過する偏光手段を有し、偏光手段を透過した各色
光毎に画像が形成される。ここで形成された各色光毎の
画像は、合成手段により合成される。各色光を合成後に
偏光手段を透過させてしまうと、液晶パネルから偏光手
段までの距離が離れて色光が拡散し鮮明な画像形成がで
きないが、本発明では各色光毎に画像形成してから合成
するので、鮮明な表示画像品質を得ることができる。ま
た、赤色光と青色光の変調手段のマトリクス型液晶パネ
ル及び偏光手段は、緑色光の変調手段の偏光手段を透過
した緑色光の光軸上の両側に、光軸を挟んで配置され、
偏光手段を透過した青色光と赤色光を合成手段により反
射させて緑色光の光軸上に合成するので、緑色光の光軸
の両側に青色光と赤色光のマトリクス型液晶パネル及び
偏光手段が配置される。また、この緑色光の光軸の延長
上には投写光学手段も配置される。それにより、各部材
がバランス良く配置され安定感のある投写式表示装置を
構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る投写式液晶表示装置
の光学系の光製図である。 【図２】（イ）（ロ）は本発明におけるＴＦＴを用いた
液晶パネルの構成図である。 【図３】参考例に係る投写式液晶表示装置の光学系の構
成図である。 【図４】本発明の他の実施形態に係る投写式液晶表示装
置の光学系の構成図である。 【図５】（イ）（ロ）は上記実施形態において用いられ
る干渉膜を用いた半透過ミラーの説明図である。 【図６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図
である。 【図７】上記実施形態の投写式液晶表示装置の斜視図で
ある。 【符号の説明】 ３０ 半透過プリズム ３３〜３５，５６〜５８，７２〜７４ 液晶パネル ５２，５３，７５，７６ 半透過ミラー
の光学系の光製図である。 【図２】（イ）（ロ）は本発明におけるＴＦＴを用いた
液晶パネルの構成図である。 【図３】参考例に係る投写式液晶表示装置の光学系の構
成図である。 【図４】本発明の他の実施形態に係る投写式液晶表示装
置の光学系の構成図である。 【図５】（イ）（ロ）は上記実施形態において用いられ
る干渉膜を用いた半透過ミラーの説明図である。 【図６】偏光面の違いを利用した半透過ミラーの説明図
である。 【図７】上記実施形態の投写式液晶表示装置の斜視図で
ある。 【符号の説明】 ３０ 半透過プリズム ３３〜３５，５６〜５８，７２〜７４ 液晶パネル ５２，５３，７５，７６ 半透過ミラー
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
G02F 1/13
G02F 1/1335
G02F 1/1347
G09F 9/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．赤色光を変調する第１の変調手段と、緑色光を変調
する第２の変調手段と、青色光を変調する第３の変調手
段と、前記第１、第２及び第３の変調手段によりそれぞ
れ変調された色光を合成する合成手段と、前記合成手段
により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、 前記第１、第２及び第３の変調手段のそれぞれは、マト
リクス型液晶パネルと、該マトリクス型液晶パネルから
出射した色光を透過させる偏光手段とを有し、前記各マ
トリクス型液晶パネルから出射された各色光は、それぞ
れの前記偏光手段を透過してから前記合成手段に入射さ
れてなり、 前記第２の変調手段の偏光手段を透過した緑色光の光軸
の延長上に前記投写光学手段が配置され、 前記緑色光の光軸を挟んだ両側に、前記第１の変調手段
のマトリクス型液晶パネル及び偏光手段と、前記第３の
変調手段のマトリクス型液晶パネル及び偏光手段とが配
置され、 前記第１の変調手段の偏光手段及び前記第３の変調手段
の偏光手段をそれぞれ透過した赤色光及び青色光は、前
記合成手段により反射されて前記緑色光の光軸と同一光
軸上に合成されてなることを特徴とする投写式表示装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8263394A JP2828067B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 投写式表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8263394A JP2828067B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 投写式表示装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7338837A Division JP2606619B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 投写式表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09236786A JPH09236786A (ja) | 1997-09-09 |
| JP2828067B2 true JP2828067B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=17388893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8263394A Expired - Lifetime JP2828067B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 投写式表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2828067B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368963A (en) | 1978-06-29 | 1983-01-18 | Michael Stolov | Multicolor image or picture projecting system using electronically controlled slides |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0723936A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-27 | Kooken Medical Kk | 経皮ガス分圧測定器用センサ |
-
1996
- 1996-10-03 JP JP8263394A patent/JP2828067B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368963A (en) | 1978-06-29 | 1983-01-18 | Michael Stolov | Multicolor image or picture projecting system using electronically controlled slides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09236786A (ja) | 1997-09-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980818 |