JPH11311750A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示素子の信号電極とマイクロレンズのず
れによる色むら、輝度むら、周辺光量が低下を防ぎ、高
品位な投写型表示装置を実現する。 【解決手段】光軸上に配列されそれぞれ異なる波長反射
透過特性を有する複数枚のダイクロイックミラー１６
Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと、光束入射側に電極にそれぞれ対
応するマイクロレンズ１０を付加した液晶表示素子２０
を具備し、前記複数枚のダイクロイックミラーは、前記
液晶表示素子に照射する照明範囲がほぼ一致するように
少なくとも１枚が移動調整できるようになっている。

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、液晶プロジェク
タによりテレビジョン等を拡大投写する投写装置に係
り、特にマイクロレンズを付加した液晶表示素子を備え
た投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許第０２６２２１８５号には、１枚の
液晶表示素子に異なる方位から互い波長域が相違する複
数の光束を照射した後、これらを合成してカラー表示を
行う単板式カラー液晶表示装置に関して述べられてい
る。

【０００３】前記液晶表示素子には信号電極に対応する
マイクロレンズが付加されており光源からの光束をコン
デンサレンズ等用いて、平行光にし、複数の色に分割し
ている。そして複数の色に分割された光束を、それぞれ
異なる方向からマイクロレンズに入射させ、各色の光束
の集光スポットがそれぞれ別の信号電極（画素を構成す
る液晶セルの開口部）を透過することで、光の利用効率
が高くカラー画像を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロレンズと液晶表示素子を貼り合せるとき生じる貼り合
せ誤差や、マイクロレンズの伸縮により、マイクロレン
ズと液晶表示素子開口部との間に位置ずれが生じる。こ
のため、各色の光束の対応する液晶表示素子の対応する
セルの開口部以外のセルの開口部に入射し、各色の色純
度を低下させたり、各色の光束が対応するべきセルの開
口部に集光しなかったり、さらにはずれて透過率が低下
し、スクリーン上に投写したときに暗くなる。

【０００５】図６に液晶表示素子の信号電極とマイクロ
レンズの位置がずれているときの光束の概略を示す。即
ち、図６（Ｂ）において、１０はマイクロレンズ、２０
は液晶表示素子である。液晶表示素子２０において、２
２は表示電極、２３は液晶層、２４，２５はそれぞれガ
ラス基板である。またＲ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ０、Ｇ０、
Ｂ０、…は、それぞれ信号電極に相当し、液晶セルの開
口部であり、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の１組でカラー表示用の
１画素を構成する。

【０００６】矢印Ｒの範囲は、赤の波長成分を反射する
ダイクロイックミラーからの光束であり、矢印Ｇの範囲
は、緑の波長成分を反射するダイクロイックミラーから
の光束であり、矢印Ｂの範囲は、青の波長成分を反射す
るダイクロイックミラーからの光束である。図６（Ａ）
は、マイクロレンズ１０と各Ｒ，Ｇ，Ｂの光束との関係
を示している。１画素に対応するマイクロレンズと液晶
表示素子が理想的な位置関係であれば、光束は、破線の
位置に一致すべきであるが、ずれていると、実線で示す
ような位置関係となる。

【０００７】このようなずれが生じた場合、先に述べた
ような色の混色が生じる。あるいは透過率が低下するな
どの問題がある。そこで、各ダイクロイックミラーを調
整し、液晶表示素子への各色の光束の入射角を、各光束
が対応する信号電極を最も効率よく透過させる必要があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図７には、ダイクロイ
ックミラーＭＲ，ＭＧ，ＭＢと，マイクロレンズ１０を
有する液晶表示素子２０との関係を示している。ダイク
ロイックミラーＭＲ，ＭＧ，ＭＢを調整する際、その可
動支点が、光軸上にあると、次のような問題が生じる。
即ち、ダイクロイックミラーＭＲ，ＭＧ，ＭＢからの液
晶表示素子２０の照射面に入射する各光束の照明範囲２
２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが一致しなくなる。すると、周辺
が暗くなったり、色むら、輝度むらが生じるという問題
がある。これは、液晶表示素子の表示範囲に対する効率
的な照明範囲がずれるからである。図では、照明範囲２
２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂがずれている様子を示している。

【０００９】そこでこの発明は、ダイクロイックミラー
の調整が容易であり、調整しても、液晶表示素子の照射
面への光束領域が変化しないようにし、色むら、輝度む
ら、周辺光量が低下を防ぎ、映像品位を向上させること
が可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、光軸上に配列されそれぞれ異なる波長
反射透過特性を有する複数枚のダイクロイックミラー
と、光束入射側にマイクロレンズを付加した液晶表示素
子を具備してなり、前記複数枚のダイクロイックミラー
は、複数の波長域に分割した光束を相互に異なる方向よ
り前記マイクロレンズに照射するような方位に順次配列
され、かつ前記液晶表示素子に照射する照明範囲がほぼ
一致するように少なくとも１枚が移動調整できるよう構
成されるものである。これにより液晶表示素子に対する
照明の効率劣化や、ずれを防止でき高品位の投写型装置
を得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施の形態
である。図１は、光学系にこの発明が適用されたマイク
ロレンズカラーセパレーション方式液晶プロジェクタを
示している。

【００１２】１１はメタルハライドランプあるいは高圧
水銀ランプによる光源であり、楕円面鏡１２の第１焦点
に配置されている。この楕円面鏡１２で集光反射された
光は、楕円面鏡１２の第２焦点近傍に配置された、フラ
イアイレンズ部１３を通り、コンデンサレンズ１４に入
射している。フライアイレンズ部1 ３は、例えば水平垂
直方向に４つの凸レンズ（分割部）を対向させた形の第
１、第２のフライアイレンズで構成されている。フライ
アイレンズ部１３から出射された光は、各分割部からの
各光を液晶表示素子の全体を照射するように重ねて出射
する。コンデンサレンズ１４では、拡散光を平行光に変
換している。

【００１３】コンデンサレンズ１４により出射された光
は、光軸に対して傾斜して３枚がほぼ重なるように配置
されたダイクロイックミラー１６Ｂ，１６Ｒ，１６Ｇに
入射される。

【００１４】ここで例えばダイクロイックミラー１６Ｇ
は、赤の波長帯域の光を入射角が４５度へ反射し、ダイ
クロイックミラー１６Ｒは、青の波長帯域の光を入射角
が４５度よりも鈍角な方向に反射し、ダイクロイックミ
ラー１６Ｂは、緑の波長帯域の光を入射角が４５度より
も鋭角な方向に反射する。ダイクロイックミラー１６
Ｇ，１６Ｒ，１６Ｂは、コンデンサレンズ１４を出射し
た略平行光をそれぞれの色の光束に分離する。ダイクロ
イックミラー１６Ｇ，１６Ｒ，１６Ｂから反射された各
光は，マイクロレンズ１０を有した液晶表示素子２０に
照射される。液晶表示素子２０は、図示しない液晶ドラ
イブ回路から供給される映像信号に応じて、各Ｒ，Ｇ，
Ｂのセルの光透過量が制御されている。

【００１５】液晶表示素子２０から出射された光空間変
調像、つまりカラー光学像は、フィールドレンズ１００
を介して投写レンズ１０１に入射される。投写レンズ１
０１は、入射したカラー光学像を拡大してスクリーン１
０２に投写する。背面投写あるいは前面投写のいずれの
タイプでもよい。

【００１６】上記ダイクロイックミラー１６Ｇ，１６
Ｒ，１６Ｂが相互につくる角度は、光軸上の光束の入射
角の差θ(tanθ=p/fu マイクロレンズの空気中の焦点
距離をfu、対応する色の画素間隔をp とする) をほぼ満
足する。

【００１７】この各ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６
Ｇ，１６Ｂの平面方向を見た場合、その延長上には一点
で交差する交点Ｘが存在する。さらに、各ダイクロイッ
クミラー１６Ｇ，１６Ｒ，１６Ｂの各端部（内側と外
側）には、交点Ｘを中心にもつ円弧状にガイド１７Ra，
１７Rb，１７Ga，１７Gb，１７Ba，１７Gbを設けられて
いる。このガイド１７Ra，１７Rb，１７Ga，１７Gb，１
７Ba，１７Gbによりダイクロイックミラー１６Ｇ，１６
Ｒ，１６Ｂを案内するように移動すれば、液晶表示素子
２０に入射する光束の照明範囲を移動することなく液晶
表示素子２０の入射光束の角度が調整できる。この角度
の調整は、スクリーン上でそれぞれの各色の輝度、また
は色純度が最大になる等に選んでやれば良い。

【００１８】図２はダイクロイックミラー調整前後の光
束の概略図である。即ち、図２（Ｂ）において、１０は
マイクロレンズ、２０は液晶表示素子である。液晶表示
素子２０において、２２は、表示電極、２３は液晶層、
２４，２５はそれぞれガラス基板である。またＲ０、Ｇ
０、Ｂ０、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０、…は、それぞれ信号電極
に相当し、液晶セルの開口部であり、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０
の１組でカラー表示用の１画素を構成する。

【００１９】矢印Ｒの範囲は、赤の波長成分を反射する
ダイクロイックミラーからの光束であり、矢印Ｇの範囲
は、緑の波長成分を反射するダイクロイックミラーから
の光束であり、矢印Ｂの範囲は、青の波長成分を反射す
るダイクロイックミラーからの光束である。図２（Ａ）
は、マイクロレンズ１０と各Ｒ，Ｇ，Ｂの光束との関係
を示している。調整の後の光束の入射する範囲（点線で
示す）は、マイクロレンズ１０と液晶表示素子２０が理
想的な位置関係となったときを示している。実線の範囲
は調整前の状態を示している。

【００２０】これにより、各色の輝度、色純度は向上
し、明るく高品位な映像を得ることができる。上記の説
明では、すべてのダイクロイックミラー１６Ｇ，１６
Ｒ，１６Ｂを調整のために可動可能なように説明した
が、少なくとも１つを調整可能としても本発明の目的は
達成されるものである。

【００２１】この発明は上記の実施例に限定されるもの
ではない。図３はこの発明の他の実施の形態である。マ
イクロレンズ１０の伸縮等による焦点距離のバラツキが
少いが、マイクロレンズ１０と液晶表示素子２０の開口
部との貼り合せ誤差がある場合は、各光束相互間の入射
角は変えずに液晶表示素子への入射角を移動すればよ
い。

【００２２】そこで最初ダイクロイックミラーが相互に
つくる角度は、光軸上の光束の入射角の差θ(tanθ=p/f
u マイクロレンズの空気中の焦点距離をfu、対応する
色の画素間隔をp とする) をほぼ満足するように設定
し、このダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ
を１組とし、先の実施の形態で述べた交点Ｘが中心とな
るように移動する。図の例は、ダイクロイックミラー１
６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの１組が点線の位置から実線の位
置に移動した状態を示している。これにより先の実施の
形態と同様の効果が得られる。マイクロレンズ１０に対
する光束の入射角を一体として可変している。

【００２３】この発明は、上記の第１、第２の実施の形
態に限定されるものではない。図４に第３の実施の形態
を示す。ダイクロイックミラーが相互につくる角度が、
光軸上の光束の入射角の差θ(tanθ=p/fu マイクロレ
ンズの空気中の焦点距離をfu、対応する色の画素間隔を
p とする) をほぼ満足するように配置し、ダイクロイッ
クミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを第１の実施の形態で
述べた交点Ｘ近傍で各ダイクロイックミラー１６Ｒ，１
６Ｇ，１６Ｂの片側一方を回動支点として固定状態と
し、もう一方は交点Ｘを中心に回転移動できるようにす
る。

【００２４】この実施の形態においても、液晶表示素子
２０に入射する光束の照明範囲を移動することなく液晶
表示素子２０の入射光束の角度が調整でき、第１の実施
の形態と同様の効果が得られる。

【００２５】この発明はさらに上記の実施の形態に限定
されるものではない。図５は第４の実施の形態を示して
いる。照明光の平行度が悪い場合には、ダイクロイック
ミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂへの入射角が左右で異な
り、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの反
射スペクトルがシフトし、画面上で左右の色の傾斜が出
る。このため、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，
１６Ｂへの入射角に応じて反射特性を面内で変化させた
ものがある。特にこのような面内で反射特性が変化して
いるダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを用
いた場合、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６
Ｂを調整したときにダイクロイックミラーにあたる光束
の範囲が移動すると、スクリーン上に色むらがでてしま
う。

【００２６】そこで各ダイクロイックミラー１６Ｒ，１
６Ｇ，１６Ｂにおける光軸との交点７０R,７０G,７０B
が常に同じ位置であり、液晶表示素子２０への照明範囲
が常に同じなるよう移動できるガイド７１Ra，７１Rb，
７１Ga，７１Gb，７１Ba，７１Gbを各ダイクロイックミ
ラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの両端に設けるものであ
る。この場合は、光軸との交点を維持しながら個々のダ
イクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの角度が調
整されるのであるから、個々のダイクロイックミラー１
６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂに対してそれぞれ専用のガイド７
１Ra，７１Rb，７１Ga，７１Gb，７１Ba，７１Gbを設け
ることが好ましい。

【００２７】この実施の形態においても、液晶表示素子
２０に入射する光束の照明範囲を移動することなく液晶
表示素子２０への入射光束の角度が調整でき、第１の実
施の形態と同様の効果が得られる。

【００２８】なお上記の各実施の形態では、ダイクロイ
ックミラー全部がそれぞれ移動調整可能であるとして説
明しているが、３枚のダイクロイックミラーのうち少な
くとも１枚が移動調整可能であってもよい。またガイド
手段としては、種々の実施の形態が可能である。また調
整後は、完全な固定状態としてもよいし、さらに微調整
が可能なように微調整機能を設けてもよいことは勿論で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば液
晶表示素子の信号電極とマイクロレンズのずれによる色
むら、輝度むら、周辺光量が低下を防ぎ、高品位な投写
型表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す図。

【図２】この発明の他の実施の形態を示す図。

【図３】更にこの発明の他の実施の形態を示す図。

【図４】更に又この発明の他の実施の形態を示す図。

【図５】又この発明の他の実施の形態を示す図。

【図６】従来の液晶表示装置の要部の説明図。

【図７】従来の照明系の説明図。

【符号の説明】

１０…マイクロレンズ、２０…液晶表示素子、２２…走
査電極、２３…液晶層、２４，２５…ガラス基板、１１
…光源、１２…楕円面鏡、１３…フライアイレンズ部、
１４…コンデンサレンズ、１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…ダ
イクロイックミラー，１００…フィールドレンズ，１０
１…投写レンズ，１０２…スクリーン。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸上に配列されそれぞれ異なる波長反
   射透過特性を有する複数枚のダイクロイックミラーと、
   光束入射側にマイクロレンズを付加した液晶表示素子を
   具備してなり、 前記複数枚のダイクロイックミラーは、複数の波長域に
   分割した光束を相互に異なる方向より前記マイクロレン
   ズに照射するような方位に順次配列され、かつ前記液晶
   表示素子に照射する照明範囲がほぼ一致するように少な
   くとも１枚が移動調整できるように配設されていること
   を特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】 前記複数枚のダイクロイックミラーは、
   同時に移動可能であり、前記液晶表示素子に照射する照
   明範囲がほぼ一致することを特徴とする請求項１記載の
   投写型表示装置。
3. 【請求項３】 前記ダイクロイックミラーは、一端部を
   回動支点として固定されていることを特徴とする請求項
   １記載の投写型表示装置。
4. 【請求項４】 前記複数枚のダイクロイックミラーを調
   整のためにガイドするガイド手段は、移動調整前後にお
   ける入射光束の光軸がほぼ一致するようにガイドするこ
   とを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。