JPH07152026A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各色光の強度を調整することのできる投射型液
晶表示装置を提供する。 【構成】光源と、該光源からの光を３原色に分離する色
分離手段と、該色分離手段により分離された各色光を変
調する３つの透過型液晶ライトバルブと、該各透過型液
晶ライトバルブにより変調された各色光を合成する色合
成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する
投射光学手段とを備える投射型表示装置において、前記
各透過型液晶ライトバルブは偏光手段を有し、前記３原
色の強度をそれぞれ調整するために、前記偏光手段の偏
光軸の方向を各原色毎に調整してなる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数枚の像形成用ライト
バルブを用いた投射型カラー表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のライトバルブ方式の投射図カラー
表示装置は、特開昭５８−１５０９３７（ＵＳ 特許３
３４６８０．３３４６８２）に開示されているように、
反射型ライトバルブとダイクロイックミフーによって単
色の画像を合成投射するもの、ＳＩＤ′７５タイジェス
ト，Ｐ．２４、ＳＩＤ’７２ダイジェスト，Ｐ．６２，
オプトロニクス（１９８５）ＮＯ．４，Ｐ．７３に記載
の油膜ライトバルブ方式などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前者の反射型ライトバ
ルブ方式は、第１に反射型のライトバルブであるために
表面での反射光によるコントラストの低下を招く。第２
にライトバルブが陰極線管（ＣＲＴ）の光によってアド
レスされるため、大がかりな装置となる。第３にダイク
ロイックミラーは色分離特性の他に入射光と出射光を分
離するための優れた偏光分離特性を要求されていた。

【０００４】後者の油膜ライトバルブ方式は、装置が大
がかりで、高価であり、寿命や光の利用効率の点で充分
とはいえなかつた。

【０００５】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、コントラストに優
れ、光源光の利用効率の高いコンパクトな投射型力ラー
表示装置を提供することにある。また、別の目的は、ス
クリーン上での色再現性が高く、製品間での色再現性の
機差の少ない投射型表示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、光源と、該光源からの光を３原色に分離する色分離
手段と、該色分離手段により分離された各色光を変調す
る３つの透過型液晶ライトバルブと、該各透過型液晶ラ
イトバルブにより変調された各色光を合成する色合成手
段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射
光学手段とを備える投射型表示装置において、前記各透
過型液晶ライトバルブは偏光手段を有し、前記３原色の
強度をそれぞれ調整するために、前記偏光手段の偏光軸
の方向を各原色毎に調整してなることを特徴とする。

【０００７】

【実施例】図１は本発明によるフルカラー投射型表示装
置の照明構造を示すものである。青光を反射するダイク
ロイックミラー（Ｂミラー）１を赤光を反射するダイク
ロイックミラ−（Ｒミラー）２をクロス状に組み合わ
せ、入射光束の分離と合成を行なっている。３は光束の
方向を曲げるためのミラーである。４は赤、緑、青に対
応した画像を形成する透過型ライトバルブである。ここ
ではアクティブマトリクス（薄膜トランジスタマトリク
ス等）駆動による液晶パネルを用いた。

【０００８】図２は投射光学系を含む全体の構成図であ
る。簡単のため緑色だけを描いてある。照明系として
は、ケーラー照明、クリティ力ル照明テレセントリツク
照明などを採用することができる。５はコンデンサーレ
ンズ、６は投射レンズ、７は光源、９はスクリーンであ
る。

【０００９】次に作用を説明する。図２に示すように光
源７は白色光（例えばハロゲンランプ）を発し、コンデ
ンサーレンズ５により集光される。ダイクロイックミラ
−１，２に入射した白色光８は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）光に分解される。分離された色光は、ミラー３
によって方向を曲げられ、透過型ライトバルブ４に入射
する。ライトハルブ面は入射光を有効に透過させるため
に、減反射コーティングを施されている。ライトバルプ
はスクリーン９に投射レンズ６によって結像する位置に
置かれている。ライトバルプは各色光に対応した画像を
形成する。この場合は赤、緑、青のビデオ信号１８を各
液晶パネルに供給し、単色の図画像を形成した。

【００１０】

【表１】

【００１１】液晶パネルはツイステッドネマチック（以
下ＴＮと称する）液晶モードを用いている。表１に示す
波長依存性から、△ｎ＝１．５のネマテック液晶を用い
て、２番目のピークに合わせると、赤ライトバルブの液
晶層厚は８．４μｍの、緑ライトバルブの液晶層厚は
７．１μｍ、青ライトバルブの液晶層厚は５．８μｍの
に設定した。なお投射光が照射された後の定常温度を考
慮して各液晶層厚は決められている。

【００１２】またＴＮ液晶モードは消光比、の入射光角
度依存性があるために、図３に示すように入射光をライ
トバルブ面に対し法線より傾けて配置するとさらに有効
である。しかしこの場合、投射レンズの光軸から外れる
ために、結像位置が光軸から外れたり、台形に結像す
る。投射レンスの特性、結像範囲を考慮してライトバル
ブの傾き角は決められるが、我々がここで用いたＴＮ液
晶モードの場合、０〜３０゜の範囲が実用的であった。

【００１３】ここで図６を参照しながらＴＦＴ液晶パネ
ルの駆動を簡単に説明する。液晶パネルは交流駆動が必
要なため、ビデオ信号（１８）は１フィールド（１Ｆ）
ごとに極性反転回路（１０）により反転を行なってい
る。同期制御回路はＶＣＯ（１１）、ループフィルタ−
（１２）、位相比較器（１３）、分周器（１４）から成
り、Ｘ．Ｙのクロック．データ、及び、１Ｆ信号を発生
する。液晶パネル（４）にはＸ側シフトレジスター（１
５）それによってビデオ信号を各画素に分配するトラン
スミッションゲート（１７）、Ｙ側シフトレジスター
（１６）が結線されている。

【００１４】Ｘ側シフトレジスターはＴＦＴの列方向、
Ｙ側シフトレジスターは行方向のアドレスを行なう。

【００１５】これによりビデオ信号に対応した画素電圧
が、ＴＦＴ液晶画素に与えられ、画素表示を行なうこと
ができる。駆動及び液晶パネルの詳細は日経エレクトロ
ニクス，Ｎｏ,３５１（１９８４）Ｐ．２１１やＳＩ
Ｄ’８３ ＤＩＧＥＳＴ，Ｐ．１５６に記載したものに
準じている。

【００１６】また各色の液晶パネルは表示画像がスクリ
ーン上で合致するように、位置合せがされている。

【００１７】Ｒ．Ｇ．Ｂの３原色を合成し、フルカラー
表示を行なう場合等は、ミスコンバーゼンスが生じると
色ずれや、カラーゴーストとして表示されてしまう。特
にマトリクスパネルを用いる場合は、画素ピッチ以下で
の位置合せが望まれる。また、各色の面素ピッチが等し
い場合には、半面素程度を規則正しく変位させることに
よって、単色パネル以上に高解像変化をすることができ
る。

【００１８】図１からも明らかなように、Ｇパネル像に
対し、Ｒパネル像、Ｂパネル像は左右鏡像関係にある。

【００１９】本発明のダイクロイックミラーは色光の分
離合成機能があればよいが、誘電体薄膜の反射には必ず
偏光作用が生じる。つまり図１では赤光、青光は垂直方
向の偏光成分が多く、縁光は水平方向の偏光成分が多
い。このため偏光板を使用する電気光学効果モードでは
偏光板の方向を適宜調整する必要がある場合がある。例
えばＴＮ（９０゜ツイストしたネマチック液晶）液晶表
示モードを使用した場合、最も有効に光束を利用するた
めには、図１でＲパネルとＢパネルの入射側偏光板の透
過軸を垂直に、Ｇパネルの透過軸は水平にするとよい。

【００２０】また、本発明では、ホワイトバランス調
整、つまり各色の強度調整を偏光板の方位設定で行なっ
ている。

【００２１】こうして透過型ライトバルブによって画像
変調された色光は、再びダイクロイックミラ−群に入射
する。図１に示すように可逆的に赤、緑、青光は合成さ
れ、投射レンズ６によってスクリーン９上に投射、結像
する。

【００２２】ダイクロイックミラーは図１以外の配置も
用いることができる。図４、図５はその構成例である。
図４、図５の場合は同一平面上にダイクロイックミラ
−．ライトバルブ．投射光学系を配置している。このた
め図１の例に比べ薄型のシステムを構成できる。

【００２３】図４のダイクロイックミラー（１）、
（２）は十字状に構成する必要がない簡便なシステムと
なっている。また色光を折り曲げるためのミラー（３）
も、ダイクロイックミラーと同一の平面上に配置されて
いる。図１の場合と同様（５）はコンデンサーレンズ、
（４）はライトバルブ（６）は投射レンズである。

【００２４】図５は図１の場合に用いた十字状のダイク
ロイックミラーを平面的に配置したものである。図５の
システムの特徴はライトバルブ（４）と光源（７）、コ
ンデンサーレンズ（５）との間の光路長が、赤光と緑
光．青光と緑光で異なっていることである。また、ダイ
クロイックミラ−（１）、（２）で反射される赤光、青
光は、紙面に対し垂直な偏光成分が多いため、光線方向
変更のためのミラー（３）での反射効率を高めることが
できる。

【００２５】また各色光に対するラィトバルブ（４）の
位超は、図４、図５の場合も図１と同様、各色共、投射
レンズ６に対し光学的に等距離な結像位置になければな
らない。

【００２６】また図２，図３，図４，図５に示すように
本システムは投射レンズが１つで済み、投射倍率や投射
距離を変える場合に、各色画像間のコンバーゼンス調整
が不要である利点もある。

【００２７】次に、本実施例に於ける効果を述べる。光
源光は第１のダイクロイックミラー群で複数の色光に分
離される。次に、色光に対応した透過型ライトバルブに
よって画像形成が行なわれ、色光は画像変調を受ける。
透過型ライトバルブを用いた結果、反射型ライトバルブ
では避けられないライトバルブ表面の反射光の影響を投
射光から除くことができ、投射画像のコントラストが向
上する。また、電気光学効果を用いた画像表示パネルを
採用することによって動画表示が可能となる。ライトバ
ルブとして、液晶やＰＬＺＴのような電気光学材料を用
いることができる。いずれにしろＣＲＴ光書き込み型の
反射型ライトバルブや油膜型ライトバルブに比べ、薄板
状のコンパクトな形状であり、装置全体の構成自由度が
増し、コンパクトにシステムを構成できる。

【００２８】次に画像変調された色光は第２のダイクロ
イックミラ群によって合成される。このとき第２のダイ
クロイックミラー群は、第１のダイクロイックミラー群
の波長分特性能とほぼ等しい性能を有し、分離された色
光を可逆的に合成する。例えば、赤、緑、青に白色光を
分明する第１のダイクロイックミラー群に対し、第２の
ダイクロイックミラー群は、第１のダイクロイックミラ
ー群とほぼ同等の赤、緑、青の色光分離特性を有し、可
逆的に赤、緑、青の画像色光を合成する。すべてのライ
トバルブが透過であれば合成光は光線色となる。本発明
のダイクロイックミラーの機能としては、色光の分離だ
けで十分であり、前記従来技術で必要であった偏光成分
を分離する性能は不要である。

【００２９】このように光源光を色光に分離し、変調、
合成することから、各色光に対応した複数の光源は不要
であり、単一光源で済む。

【００３０】このようにして合成されたカラー画像光
は、投射レンズによりスクリーンに結像する。

【００３１】複数の色光が合成されるため、各色に対応
した画像は正確に配置されている。例えば、赤、緑、青
の３原色光を用いてフルカラー表示を行なう場合、各原
色画像は互いにコンバーゼンスがとられて合成される。

【００３２】また、第１のダイクロイックミラー、第２
のダイクロイックミラーは、異なる色光分離特性を有す
る２枚を十字状に組み合わせることによって、光線から
ライトバルブ、ライトバルブから投射光学系との間の光
路長を短くとることが可能となった。さらにこれらのダ
イクロイックミラ−を平面上に配置することによって、
薄型でコンパクトなシステムを構成できる。

【００３３】透過側ライトバルブは、透過する色光に対
し、消光比の波長依存性を色光の主波長に一致させ、こ
れらを合成投射した画像のコントラストを向上させてい
る。例えば、ツイスラッドネマチック液晶モードのりタ
ーダンスによる波長−透過率曲線のピークを各色光の主
波長に一致させる。ゲスト−ホスト液晶モードの二色性
色素の二色性比ピークは各色光の主波長に一致させる。
等がある。表１は主要モードと波長依存性についてまと
めたものである。つまり本発明のライトパルブは各色光
の主波長が表１の波長依存特性に合うように、厚さ、使
用色素というライトバルブ構成上のパラメータを変化さ
せている。

【００３４】また透過型ライトバルブは、透過する色光
の光線透過方向が、ライトバルブ両の法線に対し０〜４
５゜傾いている。つまり、透過型ライトバルブの消光比
の入射光角度依存性に対し、より大きな消光比を得るた
めにライトバルブ面を傾けることを意味している。入射
光角依存性のあるライトバルブモードとしては、例えば
表１のＴＮ液晶モードやゲストーホストモード、被屈折
モード等がある。

【００３５】以上は透過型ライトバルブとしてＴＮ液晶
パネルを用いたが、表１に示したライトバルプのモード
はもちろん用いることが可能である。また表１以外のラ
イトバルプモード、例えば散乱状態一透明状態のスイッ
チング現象、（液晶の駆的散乱モード等）や、液晶の記
憶型表水モードも用いることができる。さらに液晶に限
定されることなく、透過型ラィトバルブであれば問題な
く応用することができる。例えばＰＬＺＴ等の透光性セ
ラミックの電気光学効果やエレクトロクロミック、エレ
クトロフオレテイックなども用いることができる。さら
にここでは、赤、緑、青の３色分離合成の実施例を挙げ
たが、２色もしくはさらに多色であっても有効である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれは、光源
と、該光源からの光を３原色に分離する色分離手段と、
該色分離手段により分離された各色光を変調する３つの
透過型液晶ライトバルブと、該各透過型液晶ライトバル
ブにより変調された各色光を合成する色合成手段と、該
色合成手段により合成された光を投射する投射光学手段
とを備える投射型表示装置において、前記各透過型液晶
ライトバルブは偏光手段を有し、前記３原色の強度をそ
れぞれ調整するために、前記偏光手段の偏光軸の方向を
各原色毎に調整してなることにより、以下の如き格段の
効果を奏することができる。

【００３７】（ａ）透過型液晶ライトバルブの採用によ
り、反射型ライトバルブで問題となっていたライトバル
ブ表面の反射光の影響を低減し、投射画像のコントラス
トを向上することができる。

【００３８】（ｂ）透過型液晶ライトバルブは薄板状の
コンパクトな形状であり、さらに単一の光源で投射が可
能となるばかりか、単一の投射光学手段でよいため、従
来の投射型表示装置に比べ、装置全体を大幅に小型化す
ることができる。

【００３９】（ｃ）スクリーン上での投射光の色バラン
スが変化しても、色バランスを調整でき、３原色間の色
バランスも補償することができるので、色再現性を向上
でき、製品間での機差を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフルカラー投射型表示装置の１例
を示す照明構造図。

【図２】図１の照明構造を用いた投射型表示装置の構成
図である。

【図３】傾斜型ライトバルブを用いた投射型表示装置の
構成図である。

【図４】本発明による平面配置型構成図である。

【図５】本発明による十字型ダイクロイックミラー、平
面配置型構成図である。

【図６】実施例で用いたライトバルブの駆動を説明する
回路図。

【符号の説明】

１・・・赤反射タイクロイックミラー ２・・・青反射タイクロイツクミラー ３・・・ミラ一 ４・・・透過型ライトバルブ ５・・・コンデンサーレンズ ６・・・投射レンズ ７・・・光源 ９・・・スクリーン

【手続補正書】

【提出日】平成６年８月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】また、本発明では、色バランス調整、つま
り各色の強度調整を偏光板の方位設定で行なっている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、該光源からの光を３原色に分離す
   る色分離手段と、該色分離手段により分離された各色光
   を変調する３つの透過型液晶ライトバルブと、該各透過
   型液晶ライトバルブにより変調された各色光を合成する
   色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射
   する投射光学手段とを備える投射型表示装置において、
   前記各透過型液晶ライトバルブは偏光手段を有し、前記
   ３原色の強度をそれぞれ調整するために、前記偏光手段
   の偏光軸の方向を各原色毎に調整してなることを特徴と
   する投射型表示装置。