JPH06265842A

JPH06265842A - 投写形液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06265842A
Application number: JP5048948A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Jitsukata; 寛實方; Yoshihiro Konuma; 順弘小沼; Susumu Kojima; 進小島; Shigeru Mori; 繁森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】反射式光散乱モード液晶パネルの画像を反射式
光学系を用いてスクリーン上に投写する投写形液晶表示
装置において、ランプ光が光学系を通過する際に光学部
品の界面において生じた反射光がスクリーン上に投写さ
れないようにして、スクリーン上に再生した画像のコン
トラスト比を向上し、高画質な画像を得る。【構成】第２集光レンズ７を投写レンズ１２側に凸面の
みを向けた平凸レンズとし、該集光レンズと色分解合成
素子との間および色分解合成素子と反射式光散乱モ−ド
液晶パネルとの間を透明な光学媒質を介して結合する。【効果】第２集光レンズ７の入射面で生じた不要反射光
が広い範囲に拡がるので、不要反射光の大部分を絞り、
鏡筒、遮光板等で遮断し、スクリーンに到達しなくな
り、コントラスト比が向上した高画質な画像を再生でき
る投写形表示装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は反射式の光散乱モード液
晶パネルに表示した画像を投写レンズを用いてスクリー
ン上に投写する投写形液晶表示装置に係り、特に光学系
の内部で生ずる反射光を改善し、コントラスト比が良い
高画質な画像を再生する投写形液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大画面の画像表示装置として、従来は陰
極線管を用いた投写形表示装置が一般的であった。しか
し、装置が大きく、重いという問題があるため、小形、
軽量な表示装置の開発が望まれ、小形、軽量で薄い液晶
パネルを用いて、小形化した投写形液晶表示装置が実用
化されている。投写形液晶表示装置の多くは、３枚の透
過式ＴＮ(Twisted Nematic)液晶パネルあるいは１枚の
透過式ＴＮ液晶パネルを用いてスクリーン上にカラー画
像を再生するものである。一方、ＴＮ液晶パネルに代わ
り例えば、透明な高分子材中にネマチック液晶を分散さ
せ、外部から引加する電圧の大きさに応じて、液晶パネ
ルを透過する光の状態を散乱あるいは非散乱とする透過
式の光散乱モード液晶パネルを用いた投写形液晶表示装
置が特開平４−１１３３４４号公報に開示されている。

【０００３】また、反射式の光散乱モード液晶パネルを
用いた投写形液晶表示装置として特開平４−１９４９２
１号公報が開示されている。この公知例は反射式の光散
乱モード液晶パネルを照明するランプ光の中心軸と液晶
パネルから反射された光の中心軸を異ならせた投写光学
系を用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち透過式ＴＮ液晶パネルを用いた投写形液晶
表示装置はＴＮ液晶パネルに２枚の偏光板を用いるた
め、入射光の約６０％が偏光板に吸収されてしまう。ま
た、画素を駆動するために必要な配線電極や能動素子部
は不透明な材料で構成せざるを得ないので画素部の開口
率（画素部の内、ランプ光が透過できる部分の割合）が
小さくなり、液晶パネルの光透過率は１０％程度になっ
てしまう。従って、ランプ光の約９０％は損失となるた
め、スクリーン上の再生画像が暗く、暗室内で使用せざ
るを得なかった。また、スクリーン輝度を向上させるた
めに大電力のランプを使用すると、消費電力が増大する
問題、液晶パネルの温度上昇が大きくなり動作が不安定
になる等の問題があった。

【０００５】一方、液晶パネルの光利用率を改善するも
のとして、偏光板が不要な光散乱モードの液晶パネルが
開発され始めている。更に透過式液晶パネルの開口率が
小さいという課題を解決するために、配線電極や能動素
子部の上にも反射電極を形成し、ランプ光の利用率を向
上する反射式の散乱モード液晶パネルと反射式光学系に
よりスクリーンに投写した再生画像の輝度を向上するこ
とが提案されている。しかし、図１０に示したような従
来の反射式投写光学系は集光レンズ７や色分解合成素子
９の界面において反射光１８を生じやすく、スクリ−ン
に再生した画像のコントラスト比が低下する問題があっ
た。特にランプ光が両凸レンズの集光レンズ７を出射す
る面は凹面であるから、該面で生ずる反射光１８は、あ
たかも凹面鏡で反射されたかの如く、収束されながらス
クリ−ン１６の方向に向かい、絞り１３を通過してスク
リ−ン１６に投写される。このように光学系の内部で生
じた不要反射光がスクリーン上に投写されると、再生画
像の黒部分に不要反射光が重畳され、再生画像の黒部分
の輝度が増大してしまう。この結果、スクリーン上に再
生した画像の明部輝度と黒部輝度との比で定義するコン
トラスト比が低下し、高画質な画像を再生できないとい
う問題を生じてしまう。

【０００６】本発明の目的は、スクリーン上に明るい再
生画像を表示できる反射式の光散乱モード液晶パネルを
用いた投写形液晶表示装置において、光学系の内部で生
ずる不要反射光を改善して、コントラスト比の良い、高
画質な画像を再生する投写形液晶再生装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ランプから
放出された光束を第１の集光光学系によりミラ−上に収
束し、前記ミラ−によりランプ光の進行方向を変更し、
投写レンズと色分解合成素子との間に投写レンズ側に凸
面を有する平凸レンズからなる第２集光レンズを前記ミ
ラーからほぼ該集光レンズの焦点距離の間隔で配置し、
前記第２集光レンズと光学媒質とを介して結合した色分
解合成素子に略平行なランプ光を入射させ、前記ランプ
光から異なるスペクトル成分を有する光に分解し、該色
分解合成素子と光学媒質を介して結合した少なくとも２
枚以上の反射式の光散乱モード液晶パネルを照明し、該
散乱モ−ド液晶パネルに供給した映像信号内容に応じて
変調され、複数の反射式の光散乱モード液晶パネルから
反射され光を、前記色分解合成素子により合成し、前記
第２集光レンズ及び投写レンズを介してスクリーン上に
投写することにより達成される。

【０００８】また、１枚の反射式光散乱モ−ド液晶パネ
ルを用いた投写形液晶表示装置の場合には、ランプから
放出された光束を第１の集光光学系によりミラ−上に収
束し、前記ミラ−によりランプ光の進行方向を変更し、
投写レンズと反射式光散乱モ−ド液晶パネルとの間に投
写レンズ側に凸面を有する平凸レンズからなる第２集光
レンズを前記ミラーからほぼ該集光レンズの焦点距離の
間隔で配置し、前記第２集光レンズと光学媒質を介して
結合した反射式光散乱モ−ド液晶パネルに略平行なラン
プ光を入射して照明し、該光散乱モ−ド液晶パネルに供
給した映像信号内容に応じて変調、反射される光を前記
第２集光レンズ及び投写レンズを介してスクリーン上に
投写することにより達成される。

【０００９】

【作用】投写レンズと反射式の光散乱モード液晶パネル
との間に投写レンズ側に凸面を有する第２集光レンズを
具備することにより、ランプ光が該第２集光レンズに入
射した時に該レンズの凸面形状の表面で生じる不要反射
光はランプ光の入射角度と入射点におけるレンズ面の法
線方向により決定される。第２集光レンズの表面で生じ
る不要反射光はあたかも凸面鏡で反射されたかの如く、
該第２集光レンズの凸面側から広い範囲に拡がりながら
発散する光となる。従って、投写レンズの鏡筒や投写レ
ンズと第２集光レンズとの間に配置した絞り、遮光板等
により大部分の不要反射光を遮断し、スクリーンまで到
達する不要反射光を大幅に低減できる。この結果、スク
リーンに再生した画像の黒部分に重畳していた不要光を
少なくでき、コントラスト比の良い高画質な画像を再生
することが可能となる。

【００１０】また、第２集光レンズ材と色分解合成素子
材との間及び該色分解合成素子材と反射式光散乱モード
液晶パネルのガラス材との間、あるいは第２集光レンズ
材と反射式光散乱モード液晶パネルのガラス材との間を
前記光学部品材料の屈折率とほぼ一致する光学媒質を介
して結合することにより、光学部品の界面で生ずる不要
反射光を少なくし、再生画像の黒部分の輝度増加を防止
して、コントラスト比の良い高画質な画像を再生でき
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の投写形液晶表示装置の実施例
を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるもの
ではない。

【００１２】（実施例１）第１図は第１の実施例を示す
概略構成図である。本実施例の投写形液晶表示装置を構
成する主なものは、ランプ１、放物面リフレクタ２、第
１集光レンズ５からなる光源部、平凸レンズ１枚からな
る第２集光レンズ７、投写レンズ１２、ミラー６、遮光
板１４、投写レンズ鏡筒１５からなる投写レンズ部、白
色のランプ光から赤、緑、青色の光を分離する色分解合
成素子９、３原色光を独立して変調する３枚の反射式光
散乱モード液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ，１１Ｂ及びスク
リーン１６である。

【００１３】メタルハライドランプ、キセノンランプあ
るいはハロゲンランプなどのランプ１から放出された白
色の光は、例えば、回転放物面形状を有するランプリフ
レクタ２により略平行な光束となる。ランプ光はコール
ドミラー３により赤外光が透過され可視光が反射され
る。更に、コールドフィルタ４によりランプ光から赤外
光及び紫外光を反射し、可視域の光を得る。第１集光レ
ンズ（焦点距離ｆ１）５と投写レンズの鏡筒１５内のミ
ラー６との間隔を第１集光レンズ５の焦点距離ｆ１にほ
ぼ一致させて配置し、略平行なランプ光を第１の集光レ
ンズ５によりミラー６上に収束する。ランプ光はミラー
６により進行方向をほぼ９０度変更され、投写レンズ１
２側に凸面を有する１枚の第２集光レンズ（焦点距離ｆ
２）７に入射するランプ光１５７となる。第２集光レン
ズ７は凸面を１面有する平凸レンズからなり、ミラー６
と第２集光レンズ７間の距離を該レンズの焦点距離ｆ２
にほぼ一致するように配置し、ミラー６上に収束したラ
ンプ光を第２集光レンズ７により略平行光に変換し、色
分解合成素子９に入射させる。

【００１４】色分解合成素子９は例えば、３角柱状プリ
ズムを４個接着し、その２つの対角面に２種類のダイク
ロイック膜９Ｒ、９Ｂを成膜したダイクロイックプリズ
ムを用いる。ダイクロイック膜９Ｒは白色のランプ光か
ら赤色光成分を反射して、青色及び緑色光を透過し、ダ
イクロイック膜９Ｂはランプ光から青色光成分を反射し
て、緑色及び赤色光を透過するので緑色光はダイクロイ
ック膜９Ｒ、９Ｂを透過してダイクロイックプリズム９
を直進して出射する。したがって、ダイクロイックプリ
ズム９は入射した白色のランプ光を赤、緑、青色の３原
色光に分解して異なる側面に出射し、それぞれ赤色、緑
色、青色の駆動信号に基づいた画像を表示する反射式の
光散乱モード液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを照明
する。

【００１５】本実施例に用いる光散乱モード液晶パネル
は例えば、透明な樹脂等の高分子材にカプセル状のネマ
チック液晶を分散した高分子分散型液晶(Polymer Dispe
rsedLiquid Crystal 以下、ＰＤＬＣと略記する）と呼
ばれるものを使用する。なお、ＰＤＬＣ以外にも、高分
子材の間隙にネマチック液晶が連続して満たされている
ポリマーネットワーク液晶（Polymer Network Liquid C
rystal ）、スメチックＡ相の液晶材料などを用いるこ
とができる。

【００１６】反射式のＰＤＬＣパネルの断面構造は例え
ば、図２に示したように２枚の基板１０、１５０の間に
ＰＤＬＣを挟んだものである。一方の基板１５０はシリ
コンの単結晶あるいは多結晶ウエファを用い、該ウエフ
ァにトランジスタもしくはダイオード等の能動素子１５
１を多数形成し、前記能動素子に光の反射電極として働
くアルミニューム等の高反射率の金属電極１５２を接続
する。他方の基板１０は透明な前面プレ−ト基板であ
り、ガラス（あるいはプラスチックフィルム）に透明電
極１５６を設ける。基板間１５０と１０との間に設けた
透明な樹脂材（高分子材）１５３中に略球形状にマイク
ロカプセル化したネマチック液晶１５４を多数分散させ
た構造である。ＰＤＬＣはネマチック液晶の屈折率とカ
プセルを形成している高分子材の屈折率との整合を利用
して、液晶パネルに入射した光を散乱あるいは非散乱の
状態に制御するものである。

【００１７】液晶層に電界がかかっていない、ＯＦＦの
場合には、液晶の棒状分子はカプセル界面に沿って配向
し、液晶分子は色々な方向を向いている。このため、液
晶とカプセル（高分子材）との間に屈折率差を生じてお
り、入射光１５７は反射電極１５２で反射された後、カ
プセル界面で色々な方向に屈折させられる。屈折した光
は更に周囲の他のカプセルで連鎖的にさまざまな方向に
屈折し、広い範囲に拡がる散乱反射光１５８となってＰ
ＤＬＣパネルを出射するので、該画素は白濁して不透明
となる。

【００１８】一方、液晶層に電界がかかるＯＮの場合に
は、液晶の棒状分子は電界の方向に配向する。この時、
ネマチック液晶とカプセルとの屈折率差が小さくなるよ
うな材料を選択しておくと、液晶とカプセルとの間で光
の屈折を生じない。従って、該画素のＰＤＬＣは透明と
なり、入射光１５７は反射電極１５２で反射され、非散
乱光１５９がＰＤＬＣパネルから出射する。ＰＤＬＣが
ＯＮした時の透過率は約８５％近くに達し、偏光板を用
いるＴＮ液晶に比べ光利用効率を２倍以上高くでき、ス
クリーン上に明るい画像を再生できる特長がある。

【００１９】ＰＤＬＣパネルに供給された赤、緑、青色
の駆動信号の内容に応じ反射式ＰＤＬＣパネル１１Ｒ、
１１Ｇ、１１Ｂにより変調された３原色のランプ光は散
乱あるいは非散乱の状態で、再度前記ダイクロイックプ
リズム９に入射する。ＰＤＬＣパネル１１Ｒで変調され
た赤色光はダイクロイック膜９Ｒ、ＰＤＬＣパネル１１
Ｂで変調された青色光はダイクロイック膜９Ｂにより第
２集光レンズ７側に反射され、またＰＤＬＣパネル１１
Ｇで変調された緑色光は２つのダイクロイック膜９Ｒ、
９Ｂを透過し、白色の光束に合成されてダイクロイック
プリズム９を出射する。各色のＰＤＬＣパネルがＯＮの
時には非散乱のランプ光１５９はダイクロイックプリズ
ム９を略平行な光となって出射し、第２集光レンズ７に
入射する。非散乱光１５９は第２集光レンズ７によりミ
ラー６の近傍に配置した絞り１３の開口部付近に収束し
た後、投写レンズ１２によりスクリ−ン１６に投写され
る。なお、ミラー６は第２集光レンズ７の中心軸からず
らして配置しているので、反射式ＰＤＬＣパネル１１
Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから反射された非散乱のランプ光１
５９は第２集光レンズ７により前記ミラー６と異なった
位置に収束し、絞り１３の開口部を通過し、投写レンズ
１２により投写され、スクリーン１６上に明るいカラー
画像を再生する。

【００２０】一方、反射式ＰＤＬＣパネル１１Ｒ、１１
Ｇ、１１ＢがＯＦＦの場合には、ＰＤＬＣパネルから色
々な方向に拡がる散乱光１５８が反射されるが、その大
部分は絞り１３の開口部以外の部分、投写レンズ鏡筒１
５、遮光板１４等により遮断されるか、若しくはミラー
６により第１集光レンズ５側に反射され、スクリーン１
６まで到達できないのでスクリーン１６は暗くなる。こ
のように絞り１３と第２集光レンズ７等により反射式Ｐ
ＤＬＣパネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂによって変調され
た散乱光１５８と非散乱光１５９を選択する、いわゆる
シュリーレン光学系とすることによりスクリーン上に投
写した画像のコントラスト比を改善している。

【００２１】ところで、ランプ光１５７が空気中から第
２集光レンズ７に入射すると空気と該レンズ材との屈折
率差により、その界面に於いて点線で示したような反射
光１８を生じてしまう。空気（屈折率ｎa≒１）中から
ガラス（例えば、クラウンガラスとすると屈折率ｎg≒
１．５２）に光が入射する時にはその界面に於いて、約
４．３％の反射光を生ずることが知られている。空気と
ガラスとの界面で生ずる反射光を低減するためにフッ化
マグネシウムなどを蒸着して反射防止膜をガラスの表面
に成膜し、約４％生じていた反射光を約１％から０．２
％位に改善することがよく行われている。

【００２２】しかし、本実施例のような反射式の光学系
では、ランプ光がレンズ等の光学部品を通過する際、そ
の表面で生じた反射光（以下、スクリーン上に画像を再
生するために必要のない光であるから不要反射光と呼
ぶ）の大部分はスクリーン１６側に向かい、スクリーン
に投写した画像のコントラスト比を低下させる原因とな
るので、不要反射光がスクリーン面に到達しないように
する必要がある。本実施例の光学系では特に、第２集光
レンズ７に入射するランプ光１５７によって生ずる不要
反射光１８がコントラスト比を低下させる主な原因とな
る。ところで、ランプ光が第２集光レンズ７の界面にお
いて生ずる不要反射光は入射点においてスネルの法則に
従う方向に不要反射光１８を生じる。第２集光レンズ７
の入射面形状とスクリーン上に投写される不要反射光強
度との関係を測定したところ、入射面の形状が凹面、平
面、凸面の順にスクリーン上に到達する不要反射光の強
度を小さくできることが判明した。例えば、両凸レンズ
の出射面や凹レンズの入射面のような凹面で生じた不要
反射光はあたかも凹面鏡で反射されたかの如く、収束さ
れながらスクリ−ン方向に向かう光となり、不要反射光
の大部分は絞り１３の開口部を通過してスクリーン１６
に到達し易いので、スクリーンに投写された不要反射光
強度が高く、コントラスト比が大幅に低下してしまう。
また、色分解合成素子９のような入射面が平面の場合に
は不要反射光は略平行な状態となるので、不要反射光は
絞り１３の開口部を通過してスクリーン１６に到達し易
く、コントラスト比が低下する。一方、入射面が凸面の
場合には不要反射光はあたかも凸面鏡で反射されたかの
如く、広い範囲に発散する光となり、不要反射光の大部
分は絞り１３、鏡筒１５等に遮断され、絞り１３の開口
部を通過してスクリーン１６に到達する光を少なくでき
る。従って、スクリーン上に再生した画像のコントラス
ト比を改善するためには、第２集光レンズ７を投写レン
ズ１２側に凸面を有するレンズで構成する必要がある。

【００２３】そこで本実施例では、第２集光レンズ７を
投写レンズ１２側に凸面を有する１枚の平凸レンズ（ｎ
g≒１．５１７、ｆ２＝１２３．０ｍｍ、Ｒ２＝６３．
５ｍｍ、Ｒ２／Ｄ＝０．９３）とした。第２集光レンズ
７の凸面側には前記の反射防止膜（図示せず）を成膜
し、空気と凸面との界面において生ずる不要反射光を低
減すると共に、ランプ光１５７を第２集光レンズ７の凸
面側から入射させ、該入射面で生ずる不要反射光が広い
範囲に拡がるようにしてスクリ−ン方向に進まないよう
にした。すなわち、ランプ光の入射面が凸面であるから
入射点における凸面の法線方向は入射点によって異な
り、各入射点においてスネルの法則に従って生ずる不要
反射光１８は色々な方向に拡がる光となる。該不要反射
光１８の大部分は絞り１３、遮光板１４、鏡筒１５など
によって遮られ、絞り１３の開口部を通過してスクリー
ン１６に到達する不要反射光を凹面を含む第２集光レン
ズの場合と比較すると約１／５に低減した。不要反射光
１８の方向（拡がり具合い）は前記凸面の曲率半径Ｒ２
とランプ光の入射角度によって決定される。第２集光レ
ンズ７の凸面の曲率半径Ｒ２はレンズ材の屈折率ｎgと
該レンズの焦点距離ｆ２により（数１）から決まる。

【００２４】Ｒ２≒ｆ２（ｎg−１）（数１）スクリーン上に到達する不要反射光強度と第２集光レン
ズの凸面の曲率半径Ｒ２との関係を測定したところ、凸
面の曲率半径Ｒ２をレンズ口径Ｄで正規化した値Ｒ２／
Ｄが０．５から１．５の間、望ましくは０．５＜Ｒ２／
Ｄ＜１の範囲であれば不要反射光による明るさを実用上
問題のないレベル以下にでき、高いコントラスト比の再
生画像を得ることができた。

【００２５】一方、ダイクロイックプリズム９の入射面
や出射面及び反射式ＰＤＬＣパネルのガラス基板１０は
平面であるから、前記したように生じた不要反射光は略
平行な光となり絞り１３の開口部を通過しスクリーンに
投写されやすく、スクリーンに再生画像のコントラスト
比を低下させる原因となる。そこで、第２集光レンズ７
とダイクロイックプリズム９及びダイクロイックプリズ
ム９と反射式ＰＤＬＣパネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの
界面において不要反射光を抑制するため、第２集光レン
ズ７の平面部とダイクロイックプリズム９の入射面との
間に透明な光学媒質８、またダイクロイックプリズム９
と反射式ＰＤＬＣパネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂのガラ
ス基板１０との間に透明な光学媒質８を具備する。光学
部品と光学媒質の界面において生ずる不要反射光は光学
部品と光学媒質との屈折率比を１に近くすることにより
低減でき、該光学媒質の屈折率をｎm、光学部品材の屈
折率をｎg、前記２つの屈折率の比をｐ＝ｎm／ｎgとす
ると、光学部品と光学媒質との界面で生ずる不要光の反
射率Ｒは数２で示される。

【００２６】Ｒ＝（１−ｐ）・（１−ｐ）／｛（１＋ｐ）・（１＋ｐ）｝（数２）例えば、光学部品材としてクラウンガラス（屈折率ｎg
≒１．５１７）を用いる場合には前記屈折率にほぼ等し
い屈折率を有するシリコンオイル、例えばニコン社イマ
ージョンオイルＡ（ＭＡＸ２０２３４、ｎm≒１．５１
５）あるいは光学接着剤、アーテル社接着剤オプトクレ
ールＵＴ−２０Ｈ（ｎm≒１．５１）などを用いること
により、不要反射光の反射率Ｒを約０．００００４％か
ら０．０００５％に低減できる。該光学媒質を用いた実
験により、上述の反射防止膜に比べ光学部品の界面で生
じていた不要反射光を大幅に低減でき、良好な結果を得
ている。

【００２７】なお、光学媒質はシリコンオイルや光学接
着剤に限定されるものではなく、光学部品材の屈折率に
合わせて屈折率比ｐをほぼ１とするものがよく、例えば
シリコンゲル（ｎm≒１．４２、ダウコーニング社シ
ルポット３６８，１８４あるいは信越化学工業社ＫＥ１
０５１、ＫＥ１０５等）、紫外線硬化樹脂（ｎm≒１．
４７）、グリセリンとエチレングリコールを混合した水
溶液（ｎm≒１．４２）及び５０％重量以上のエチレン
グリコール水溶液（ｎm≒１．４５）も割合良好な実験
結果が得られた。

【００２８】また、本実施例では光学媒質８を介して光
学部品を密着させた後、その周囲をシール材（例えば、
ダウコーニング社７８４ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＳ
ＥＡＬＡＮＴ）で囲むようにしているが、光学媒質が洩
れないようなシール構造を具備することにより該光学媒
質層の厚さを任意に設定できることは言うまでもない。

【００２９】（実施例２）図３は本発明の投写形液晶表
示装置の第２の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は１枚の反射式カラーＰ
ＤＬＣパネル１１Ｃ用い、第１の実施例にあったダイク
ロイックプリズム９を省略したことが第１の実施例とは
異なる。カラーフィルタを内蔵した反射式ＰＤＬＣパネ
ル１１Ｃは１枚の液晶パネルのみでカラー画像を再生で
きるので投写形液晶表示装置を小形化、安価にできる。
なお、平凸レンズからなる第２集光レンズ７と光学媒質
８の動作は第１の実施例と同じであるから説明を省略す
る。

【００３０】（実施例３）図４は本発明の投写形液晶表
示装置の第３の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は図３に示した第２の実
施例と同様に１枚の反射式カラーＰＤＬＣパネル１１Ｃ
を用い、第１の実施例にあった色分解合成素子であるダ
イクロイックプリズム９の代わりにダイクロイックプリ
ズムと同一形状かつ同じガラス材からなるガラスブロッ
ク１９を具備したことが第１の実施例とは異なる。カラ
ーフィルタを内蔵した反射式ＰＤＬＣパネル１１Ｃは１
枚の液晶パネルのみでカラー画像を再生できるので投写
形液晶表示装置を小形化、安価にできることは第２の実
施例と同様であり、ガラスブロック２０を具備すること
により第１の実施例で用いた投写レンズ１２と同一のバ
ックフォーカス（投写レンズ１２からＰＤＬＣパネル１
１Ｃまでの光学距離）にできるので３枚のＰＤＬＣパネ
ルを用いた第１の実施例と投写レンズ１２とを共用で
き、光学系の原価を低減できる。なお、平凸レンズから
なる第２集光レンズ７と光学媒質８の動作は第１の実施
例と同じであるから説明を省略する。

【００３１】（実施例４）図５は本発明の投写形液晶表
示装置の第４の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は赤、青色の２色カラー
ＰＤＬＣパネル１１ＲＢと緑色用のモノクロームＰＤＬ
Ｃパネル１１Ｇを用い、第１の実施例にあった３原色分
解合成用のダイクロイック膜９Ｒ、９Ｂの代わりに、
赤、青色光を反射し、緑色光を透過するダイクロイック
膜９ＲＢを成膜したダイクロイックプリズム９０を具備
したことが第１の実施例とは異なる。ダイクロイックプ
リズム９０に成膜したダイクロイック膜９ＲＢは白色の
ランプ光から赤色、青色の光を反射し、緑色の光を透過
するので、赤・青色のカラーフィルタを有するＰＤＬＣ
パネル１１ＲＢは赤、青色の光で照明され、モノクロー
ムＰＤＬＣパネル１１Ｇは緑色の光で照明される。同一
画素数のＰＤＬＣパネル１１Ｇ、１１ＲＢを使用する
と、緑色用のＰＤＬＣパネル１１Ｇの画素数は赤色、青
色の２倍にできる。従って、解像度に最も寄与する緑色
の画素数を多くできるので図３、図４に示した実施例に
比べ、解像度が高いカラー画像を再生することが可能と
なる。従って、２枚の反射式ＰＤＬＣパネルを用い、３
枚のＰＤＬＣパネルを用いた第１の実施例より若干解像
度は劣るが、解像度の良い投写形液晶表示装置を安価に
実現できる。なお、平凸レンズからなる第２集光レンズ
７と光学媒質８の動作は第１の実施例と同じであるから
説明を省略する。

【００３２】（実施例５）図６は本発明の投写形液晶表
示装置の第５の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は図１に示した第１の実
施例とは第２集光レンズが投写レンズ１２側に凸面を向
けた平凸レンズ７０と投写レンズ１２側に凸面を向けた
凸メニスカスレンズ７１を具備したことが異なる。な
お、投写レンズ１２側に凸面を向けた第２集光レンズ７
０、７１と光学媒質８の動作は第１の実施例と同じであ
るから説明を省略する。また、第２集光レンズの枚数は
２枚に限定されるものではなく、要は投写レンズ１２側
に凹面を有さないレンズで構成すればよい。

【００３３】（実施例６）図７は本発明の投写形液晶表
示装置の第６の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は図１に示した第１の実
施例とはダイクロイックプリズム９の代わりにＸ字状に
組み合わせた２種類のダイクロイックミラー９１Ｒ，９
１Ｂをシリコンオイル等の光学媒質８で充填したものを
具備したことが異なる。これらのダイクロイックミラー
の動作はダイクロイックプリズム９と同様であり、その
製造原価をダイクロイックプリズムに比べ低減すること
が目的である。なお、平凸レンズからなる第２集光レン
ズ７と光学媒質８の動作は第１の実施例と同じであるか
ら説明を省略する。

【００３４】（実施例７）図８は本発明の投写形液晶表
示装置の第７の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は図１に示した第１の実
施例とはランプリフレクタ２０が異なる。ランプリフレ
クタ２０は楕円面鏡であり、その第１の焦点位置にラン
プ１、第２焦点の位置にミラー６を配置し、ランプ光を
楕円面鏡のみでほぼ第２焦点の位置にあるミラー６に収
束することにより、第１の実施例に必要であった第１の
集光レンズを省略した。なお、平凸レンズからなる第２
集光レンズ７と光学媒質８の動作は第１の実施例と同じ
であるから説明を省略する。

【００３５】なお、ランプリフレクタは放物面鏡、楕円
面鏡に限られるものではなく、球面鏡と複数のレンズと
を組み合わせたものでもよく、また、複数の面形状を組
み合わせたランプリフレクタを用いても良い。

【００３６】（実施例８）図９は本発明の投写形液晶表
示装置の第８の実施例を示す概略構成図であり、第１の
実施例（図１）と同じものには同一の符号を付した。こ
の実施例の投写形液晶表示装置は図１に示した第１の実
施例とは投写レンズ１２とランプ１、ランプリフレクタ
２、第１集光レンズ３の配置を交換したことが異なる。
この構成とすることにより光学系の奥行き寸法（投写レ
ンズ１２の先端からＰＤＬＣパネル１１Ｂ間の寸法）を
小さくできる。なお、平凸レンズからなる第２集光レン
ズ７と光学媒質８の動作は第１の実施例と同じであるか
ら説明を省略する。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば偏光板が不要なため光損
失が少ない光散乱モード液晶パネルを反射式とすること
により光利用率を高くし、スクリーン上に明るい画像を
再生する投写形液晶表示装置において、反射式光学系で
生じた不要反射光を広い範囲に拡げることにより、不要
反射光の大部分を絞り、鏡筒、遮光板等で遮断して、ス
クリーンに到達しないようにして、コントラスト比が良
い高画質な画像を再生する投写形表示装置を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の投写形液晶表示装置で用いる反射式光
散乱モード液晶の構造及び動作を説明する図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第６の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図８】本発明の第７の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図９】本発明の第８の実施例を示す投写形液晶表示装
置を示す概略構成図である。

【図１０】従来の投写形液晶表示装置を示す概略構成図
である。

【符号の説明】１…ランプ、２，２０…ランプリフレクタ、５…第１集
光レンズ、７，７０，７１…第２集光レンズ、８…光学
媒質、９，９０…ダイクロイックプリズム、１１R，１
１G，１１B，１１C，１１RB…反射式光散乱モ−ド液晶
パネル、１２，１２０…投写レンズ、１３…絞り、１４
…遮光板、１５…鏡筒、１６…スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森繁神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランプ、集光光学系、投写レンズ及び反射
式光散乱モード液晶パネルを有する投写形液晶表示装置
において、前記投写レンズと前記反射式光散乱モード液晶パネルと
の間に、投写レンズ側に凹面のないレンズを具備したこ
とを特徴とする投写形液晶表示装置。
【請求項２】ランプ、集光光学系、投写レンズ、色分解
合成素子及び、複数の反射式光散乱モード液晶パネルを
有する投写形液晶表示装置において、前記投写レンズと前記色分解合成素子との間に、投写レ
ンズ側に凸面を有する１枚の平凸レンズを前記色分解合
成素子と光学媒質とを介して結合し、また前記色分解合
成素子と複数の反射式光散乱モード液晶パネルとを光学
媒質を介して結合したことを特徴とする投写形液晶表示
装置。
【請求項３】ランプ、集光光学系、投写レンズ及び１枚
の反射式光散乱モード液晶パネルを有する投写形液晶表
示装置において、前記投写レンズと前記反射式光散乱モード液晶パネルと
の間に、投写レンズ側に凸面を有する１枚の平凸レンズ
を前記反射式光散乱モード液晶パネルと光学媒質とを介
して結合したことを特徴とする投写形液晶表示装置。
【請求項４】ランプから放出された光束を第１の集光光
学系により収束させて、投写レンズの鏡筒内部に配置し
たミラーによりランプ光の進行方向を変更させる手段
と、前記投写レンズと色分解合成素子との間に、投写レンズ
側に凸面を有する平凸レンズからなる第２の集光レンズ
を前記ミラーからほぼ第２集光レンズの焦点距離の間隔
で配置することにより、第２集光レンズと光学媒質を介
して結合した色分解合成素子に略平行なランプ光を入射
させる手段と、前記ランプ光から異なるスペクトル成分の光を得、前記
色分解合成素子と光学媒質とを介して結合した少なくと
も２枚以上の反射式の光散乱モード液晶パネルを照明す
る手段と、該液晶パネルに供給した映像信号内容に応じて変調さ
れ、複数の前記光散乱モード液晶パネルから反射され光
を前記色分解合成素子により合成する手段と、前記第２の集光レンズ及び投写レンズを介してスクリー
ン上に投写して画像を再生する手段とを有することを特
徴とする投写形液晶表示装置。
【請求項５】前記第２集光レンズは、投写レンズ側に凸
面を有する球面レンズあるいは非球面レンズからなり、
前記凸面の曲率半径Ｒ２とレンズ口径Ｄとの比Ｒ２／Ｄ
が、０．５から１．５の間であることを特徴とする請求
項１乃至４記載の投写形液晶表示装置。
【請求項６】前記比Ｒ２／Ｄが０．５から１．０の間で
あることを特徴とする請求項５記載の投写形液晶表示装
置。
【請求項７】前記光学媒質と前記第２集光レンズ材との
屈折率の比ｐ（ｐ＜１とする）が、０．９以上であっ
て、かつ前記光学媒質と前記色分解合成素子材との屈折
率比及び前記光学媒質と前記反射式光散乱モード液晶パ
ネルの前面透明プレート材との屈折率比が、０．９以上
であることを特徴とする請求項２乃至５記載の投写形液
晶表示装置。
【請求項８】前記比ｐが、０．９３以上であって、かつ
前記光学媒質と前記色分解合成素子材との屈折率比及び
前記光学媒質と前記反射式光散乱モード液晶パネルの前
面透明プレート材との屈折率比が、０．９３以上である
ことを特徴とする請求項７記載の投写形液晶表示装置。
【請求項９】前記光学媒質の厚さが、１０ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項２乃至８記載の投写形液晶表
示装置。
【請求項１０】前記光学媒質の厚さが、光学媒質を介す
る一方の光学部品と他方の光学部品とを実質的に密着さ
せる厚さであることを特徴とする請求項９記載の投写形
液晶表示装置。
【請求項１１】前記第２集光レンズは、１枚の平凸レン
ズと複数の凸メニスカスレンズとからなることを特徴と
する請求項２乃至１０記載の投写形液晶表示装置
【請求項１２】前記投写レンズ、前記第２集光レンズ、
前記ミラー、前記絞り及び前記遮光板を鏡筒の内部に具
備したことを特徴とする請求項２乃至１１記載の投写形
液晶表示装置。
【請求項１３】前記反射式光散乱モード液晶パネルは、
スメチックＡ相の液晶材料あるいは高分子材の中にネマ
チック液晶を分散保持したものであり、前記高分子材中
に独立して分散したカプセル状のネマチック液晶を包含
した構造あるいは前記高分子材中に多孔質状の細隙を介
して連続したネマチック液晶を包含した構造であること
を特徴とする請求項２乃至１２記載の投写形液晶表示装
置。