JPH0769567B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数枚の像形成用透過型ライトバルブを用いた
投射型表示装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のライトバルブ方式の投射型カラー表示装置は、特
開昭58−150937号公報（US特許334680,334682）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
クミラーによって単色の画像を合成投射するもの、SID'
75ダイジェスト 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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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（CR
T）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。

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言えなか
った。

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表示装置を提供す
ることにある。

〔問題点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原色の各色光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各々変調する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で変調
された各色光を色合成する色合成手段と、該色合成手段
で色合成された光を投射する投射光学手段とを有する投
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ツイステッドネマチッ
ク（以下TNと称する）型液晶パネルより構成され、各々
が変調する３原色の各色光の主波長と各々の液晶の波長
−透過率特性のピークとを一致させるように設定してな
ることを特徴とする。

〔実施例〕

第１図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と赤光を反射するダイクロイック
ミラー（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。

第２図は投射型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、クリティカル照明、テレセントリック照明など
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。

次に作用を説明する。第２図に示すように、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ー1,2に
入射した白色光８は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）光
に分離される。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
トバ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。ライトバルブはスクリー
ン９に投射型レンズ６によって結像する位置に置かれて
いる。ライトバルブ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、単色の動画像を形成した。

透過型ライトバルブは、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、
ツイステッドネマチック液晶モード（以下TN液晶モード
と称する。）のリ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。

本発明のライトバルブは各色光の主波長が波長依存性に
合うように、パラメータを変化させている。本実施例で
は、液晶パネルはTN液晶モードを用いており、各色光の
主波長が下式の波長依存特性と合うように、ライトバル
ブ構成上のパラメータを変化させ、光源光から分離され
液晶パネルに入射されて変調される各色光の主波長と各
々の液晶の波長−透過率特性のピークとを一致させるよ
うに設定している。

Δｎ＝液晶の複屈折率,T＝透過率，λ＝波長,d＝厚さ 上記式に示す波長依存性から、Δｎ＝1.5のネマチック
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、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。

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、第３図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。投射レンズの
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。

ここで第６図を参照しながら、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
っている。同期制御回路はVCO11,ループフィルター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15、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。

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う。

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SID'83 DIGEST P.156に記載したものに
準じている。

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、位置合わせがされている。

R,G,Bの３原色を合成し、フルカラー表示を行う場合等
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わせが望ま
れる。また、各色の画素ピッチが等しい場合には、半画
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。

第１図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。

本発明のダイクロイックミラーは各色の分離合成機能が
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、第１図では赤光、青光は垂直方向の偏光
成分が多く、緑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、第１図
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。また、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
位設定で行うこともできる。

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ー群に入射する。第１
図に示すように、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。

ダイクロイックミラーは第１図以外の配慮も用いること
ができる。第４図，第５図はその構成例である。第４
図，第５図の場合は同一平面上にダイクロイックミラ
ー，ライトバルブ，投射光学系を配置している。このた
め第１図の例に比べ薄型のシステムを構成できる。

第４図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
一平面上に配置されている。第１図の場合と同様、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。

第５図は第１図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。

第５図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
ックミラー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。

また、各色光に対するライトバルブ４の位置は、第４
図，第５図の場合も第１図と同様、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。

また第２図，第３図，第４図，第５図に示すように、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。

以下に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例では、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。

次に、画像変調された色光は第２のダイクロイックミラ
ー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
離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，青に白色光を分離する
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源色となる。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、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。

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。

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。

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、光源からライトバル
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
クミラー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。

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、ライトバルブ面の法線に対し０〜45°傾けてもよ
い。つまり、透過型ライトバルブの消光比の入射角度依
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TN型液晶モード
やゲストホストモード、複屈折モード等がある。

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、複屈折モード，ゲストホストモードのライトバルブ
のモードはもちろん用いることが可能である。また上記
以外のライトバルブモード、例えば散乱状態−透明状態
のスイッチング現象（液晶の動的散乱モード等）や、液
晶の記憶型表示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、透過型ライトバルブであれば
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
レクトロフォレティ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。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、光源と、該光源から
の光を３原色の各色光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各々変調する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
で変調された各色光を色合成する色合成手段と、該色合
成手段で色合成された光を投射する投射光学手段とを有
す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TN型液晶パネルより構成され、各々が変調する
３原色の各色光の主波長と各々の液晶の波長−透過率特
性のピークとを一致させるように設定してなるので、以
下の如き格段の効果を奏することができる。

（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。

（ｂ）透過型液晶ライトバルブは薄板状のコンパクト形
状でり、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。

（ｃ）色分離手段により分離された赤色光の主波長と赤
色光用透過型液晶ライトバルブの波長−透過率特性の曲
線のピークを一致させ、緑色光の主波長と緑色光用透過
型液晶ライトバルブの波長−透過率特性の曲線のピーク
を一致させ、青色光の主波長とと青色光用透過型液晶ラ
イトバルブの波長−透過率特性の曲線のピークを一致さ
せることにより、ライトバルブの消光比特性を十分に引
き出すことによって、合成投射した画像のコントラス
ト、色再現性をさらに向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフルカラー投射型表示装置の一例
を示す照明構造図である。 第２図は第１図の照明構造を用いた投射型表示装置の構
成図である。 第３図は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。 第４図は本発明による平面配置型構成図である。 第５図は本発明による十字型ダイクロイックミラーを用
いた平面配置型構成図である。 第６図は実施例で用いたライトバルブの駆動を説明する
回路図である。 １……青反射ダイクロイックミラー ２……赤反射ダイクロイックミラー ３……ミラー 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 ８……スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−193520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−2916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−150937（ＪＰ，Ａ)

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原色の色光に
   分離する色分離手段と、該色分離手段により分離された
   各色光を各々変調する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で変調された各色光を
   色合成する色合成手段と、該色合成手段で色合成された
   光を投射する投射光学手段とを有す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TN型液晶パネルより構
   成され、各々が変調する３原色の各色光の主波長と各々
   の液晶の波長−透過率特性のピークとを一致させるよう
   に設定してなる ことを特徴とする投射型表示装置。