JP2952904B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像形成のための液晶ライトバルブを複数
枚用い、投写して画像表示を行う投写型液晶表示装置に
関する。

［従来の技術］ 従来、複数枚の液晶ライトバルブを用いた投写型液晶
表示装置は、投写光源の白色光の三原色への色分離に２
枚のダイクロイックミラーを組み合わせて用い、青色光
と緑色光を入射角45度の反射で、残りの赤色光を透過で
三原色を取り出し、変調・合成・投写して画像表示を行
っていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述の従来技術では、投写光源は理想的な点
光源にはならず、集光しても拡散傾向となり、ダイクロ
イックミラーへ光が入射するときに正確に45度で入射し
ないので、ダイクロイックミラーの角度依存性から入射
角度に応じて、反射・透過共に色ムラが生じる。その色
ムラのある色光が液晶ライトバルブで変調あれ、ダイク
ロイックプリズムで合成され、スクリーン上では色ムラ
がそのまま表示されてしまうといった問題点を有する。

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スクリーン上において色ムラの
無い高画質な画像表示を行う投写型液晶表示装置を提供
するところにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの
光を反射するリフレクタと、前記リフレクタによって反
射された光を３色の色光に分離する色分離手段と、前記
色分離手段により分離された色光をそれぞれ変調する３
つの変調手段と、前記変調手段によって変調された３色
の光を合成する色合成手段と、前記色合成手段により合
成された光を投写する投写手段と、を有する投写型表示
装置であって、前記色分離手段は、前記光源から出射さ
れた３色の色光を第１の色光と第２及び第３の色光とに
分離する第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダ
イクロイックミラーによって分離された前記第２及び第
３の色光を前記第２の色光と前記第３の色光とに分離す
る第２のダイクロイックミラーと、を有し、前記色合成
手段は、４つのプリズムの貼り合わせ面に沿って、前記
第１の色光を反射する第１の反射面と前記第３の色光を
反射する第２の反射面とが形成されてなり、前記リフレ
クタは、前記光源からの光を数度から数十度の拡散角度
で前記ダイクロイックミラーに向けて出射させ、前記第
１のダイクロイックミラーは、前記リフレクタから出射
された光の拡散角度に対応して、入射角度が大きな部分
から小さな部分までのＳ偏光の波長選択特性が揃うよう
に波長選択特性を連続的に変化させてなり、前記第２の
ダイクロイックミラーは、前記リフレクタから出射され
た光の拡散角度に対応して、入射角度が大きな部分から
小さな部分までのＰ偏光の波長選択特性が揃うように波
長選択特性を連続的に変化させてなり、前記色合成手段
によって、Ｓ偏光の前記第１の色光が反射され、Ｓ偏光
の前記第３の色光が反射され、Ｐ偏光の前記第２の色光
が透過されて合成される、ことを特徴とする。

［作用］ 拡散傾向のある光源からの光を、入射角の大きな部分
から入射角の小さな部分までの波長選択特性が、連続的
に異なるダイクロイック面を用い、反射光及び出射光の
波長特性を揃えてやることで色ムラの無い色光を変調手
段に入射させることが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明す
る。

第１図は、本発明の投写型液晶表示装置の平面図であ
る。

ハロゲンランプ・キセノンランプ・メタルハライドラ
ンプ等の光源１より出射される白色光は、パラボラリフ
レクター２により集光され、熱線カットフィルター３に
入射し、可視光のみとなりダイクロイックミラー系に入
射する。ここで集光手段として楕円ミラーや球面ミラー
と集光レンズとの組合せを用いて集光してもよい。しか
しここで光源１は点光源ではないので完全な平行光とは
ならず、拡散方向の光の強度が大きい。

こうして、集光された光は色分離のダイクロイックミ
ラー系に入射する。色分離のダイクロイックミラー系
は、青色反射ダイクロイックミラー４、緑色反射ダイク
ロイックミラー５及び反射ミラー６から構成されてい
る。

第２図（ａ）は青色反射ダイクロイックミラー４の波
長特性図で、実線は中心部、点線は光路Ａ部、一点鎖線
は光路ＢのＳ偏光の特性である。第２図（ｂ）は緑色反
射ダイクロイックミラー５の波長特性図で、実線は中心
部、点線は光路Ａ部、一点鎖線は光路Ｂ部のＰ偏光の特
性である。それぞれ横軸に波長、縦軸に透過率をとって
あり、入射角は45度の特性である。以後波長を数値で表
す場合は、透過率50％の数値とする。

この色分離において、前述したように光源１からの光
は平行光でなく拡散傾向の特性であるため第１図の光路
図の光路Ａ部と光路Ｂ部では、光路Ａ部での入射角は45
度より小さくなり光路Ｂ部での入射角は45度より大きく
なる。第３図（ａ）は一般的な青色反射ダイクロイック
ミラー（500［nm］）の角度依存性を表す特性図で、第
３図（ｂ）は一般的な緑色反射ダイクロイックミラー
（590［nm］）の角度依存性を表す特性図である。この
図からわかるように入射角度が変わると波長選択特性が
変わる。反射光は入射角度が大きくなると短波長側にシ
フトし、入射角度が小さくなると長波長側にシフトす
る。透過光は反射光に対応し、それぞれシフトする。つ
まり緑色光に関して言えば、光路Ａ側では黄色っぽい緑
色光が緑色変調液晶ライトバルブ7Gに入射し、光路Ｂ側
では青緑色っぽい緑色光が入射することになる。

本発明においては、光源１から角度を持って出射する
光束と、ダイクロイックミラーの角度依存性を考慮し、
光路Ａ部から光路Ｂ部まで波長選択特性を連続的に変化
させたダイクロイックミラーを用いている。（第２図
（ａ）及び第２図（ｂ）参照）そのため、光路Ａ部及び
光路Ｂ部での反射光及び透過光の波長特性がほぼ等しく
なる。

本実施例では、拡散角度が±５度とした場合で、青色
反射ダイクロイックミラー４の波長選択特性は光路Ａ部
で505［nm］、光路Ｂ部で495［nm］となるように連続的
に制御し、緑色反射ダイクロイックミラー５は光路Ａ部
で588［nm］、光路Ｂ部で569［nm］となるように制御し
たダイクロイックミラーを用いることで、スクリーン上
の色ムラが最小となった。またスクリーン上に表示され
る三原色の色度は、ダイクロイックミラーの中心部の波
長特性によりほぼ決まる。青色光は概ね500［nm］以下
の波長領域、緑色光は概ね510［nm］から580［nm］の波
長領域、赤色光は概ね590［nm］以上の波長領域とな
る。なお光源１より出射される光の拡散角度はランプと
リフレクターにより異なり、数度から十数度で、光源１
からの拡散角度に対応してダイクロイックミラーの波長
選択性（光路Ａ部から光路Ｂ部までの波長特性）を最適
に選んでやれば、どんな光源１であっても色ムラをなく
すことが可能である。

このようなダイクロイックミラーは、蒸着源からの距
離を部分的に変化させ、つまり蒸着源に対して斜めにな
るように蒸着器にセットして蒸着を行うことで作成され
る。それで、蒸着源からの距離が変わることで膜厚が変
わり、その膜厚を連続的にコントロールすることで波長
選択特性も連続的に変化する。

こうして色ムラの無い色光が各色の変調液晶ライトバ
ルブに入射することになる。色分離された各色光は、反
射ミラー６によりそれぞれ方向を変えそれぞれ各色変調
用の液晶ライトバルブ7R,7G,7Bに入射する。

各色変調用の液晶ライトバルブ7R,7G,7Bはアクティブ
マトリクス液晶パネルを用い、各色用の信号電圧を印加
し、電圧の大きさによって各色ごとに透過率を制御し画
像を形成する。ここで液晶ライトバルブ7R,7G,7Bは、入
射光の透過率の制御を行うシャッターの機能を果たすた
め、アクティブマトリクス液晶パネルや時分割駆動液晶
パネルのみならず、信号電圧により透過率を可変する液
晶パネルであればよい。さらには機械式、電磁式等によ
り透過率の制御可能なバルブで置き換えることも可能で
ある。

液晶ライトバルブ7R,7G,7Bはノーマリー黒のモード
（電圧を印加すると透過する）であるので、光の入射側
と出射側では同一の偏光軸を持った偏光素子（図示せ
ず）を用いている。青色変調液晶ライトバルブ7Bと赤色
変調液晶ライトバルブ7RはＳ偏光（図面に対して平行方
向）に対応し、緑色変調液晶ライトバルブ7GはＰ偏光
（図面に対して垂直方向）に対応している。これは、色
分離のダイクロイックミラー系の波長分離特性と、色合
成のダイクロイックプリズム８の波長合成特性を重ねる
ことなく、色光の減衰を最小限とし、明るい画像表示を
行うためである。

液晶ライトバルブ7R,7G,7Bにより変調された各色光
は、ダイクロイックプリズム８に入射し、合成され、投
写レンズ11によりスクリーンに拡大投写し、カラー画像
表示を行う。

画像合成のための手段として用いるダイクロイックプ
リズム８は、赤色反射面９と青色反射面10を互いに直交
するように構成されている。これは直角プリズムの直角
を挟んだ両面に、誘電体多層膜を蒸着したもので、直角
部分を中心にして４個張り合わせたものである。

赤色反射面９の分光特性は、Ｓ偏光成分のうち青色の
波長領域を透過し、赤色の波長領域を反射し、かつＰ偏
光成分の青緑色の波長領域を透過する（第４図の実線が
Ｓ偏光特性で、破線がＰ偏光特性である）。青色反射面
10の分光特性は、Ｓ偏光成分のうち赤色の波長領域を透
過し、青色の波長領域を反射し、かつＰ偏光成分の黄色
の波長領域を透過する（第４図の一点鎖線がＳ偏光特性
で、二点鎖線がＰ偏光特性である）。

投写レンズ11は、Ｆ値の小さなレンズを用いることで
明るい画像表示が行える。

本発明は、白色光を三原色に分離し、それぞれ変調
し、合成、投写する投写型液晶表示装置全てに有効であ
って、色分離の順番を変えても、液晶パネルのモードが
変わっても、また偏光特性がＳ偏光、Ｐ偏光のどちらで
あっても、本発明を用いれば色ムラの無い画像表示が可
能であるのは言うまでもない。さらには色合成において
ダイクロイックプリズムの他にダイクロイックミラーに
よる色合成方式においても、本発明は有効である。

他の実施例としては、画像合成のための手段として、
３本の投写レンズ11を用いて直接スクリーン上で合成し
たものでもよい。（1989年テレビジョン学会全国大会論
文集pp.81−82に示される光学系の色分離系に本発明に
用いた場合） また他にも平成元年電気・情報関連学会連合大会論文
集第３分冊pp.79−82や、1989年電子情報通信学会秋季
大会論文集第５分冊p.28,p.33等において、色分離系に
本発明は非常に有効である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、入射角度に応じて
波長選択特性を連続的に変えたダイクロイック面を用い
て色分離を行うことにより、色ムラの無い色光を各色変
調手段に入射することが可能となり、スクリーン上で色
ムラの無い高画質の画像表示が行えるといった効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投写型液晶表示装置の一実施例を示す
平面図である。（光路Ａ及び光路Ｂの光路も同時に示
す） 第２図（ａ）は青色反射ダイクロイックミラーの波長特
性図で、第２図（ｂ）は緑色反射ダイクロイックミラー
の波長特性図である。 第３図（ａ）は青色反射ダイクロイックミラーの角度依
存性を示す特性図で、第３図（ｂ）は緑色反射ダイクロ
イックミラーの角度依存性を示す特性図である。 第４図はダイクロイックプリズムの赤色反射面及び青色
反射面の波長特性図である。 １……光源 ２……パラボラリフレクター ３……熱線カットフィルター ４……青色反射ダイクロイックミラー ５……緑色反射ダイクロイックミラー ６……反射ミラー 7R……赤色変調液晶ライトバルブ 7G……緑色変調液晶ライトバルブ 7B……青色変調液晶ライトバルブ ８……ダイクロイックプリグム ９……赤色反射面 10……青色反射面 11……投写レンズ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 前記光源からの光を反射するリフレクタと、 前記リフレクタによって反射された光を３色の色光に分
   離する色分離手段と、 前記色分離手段により分離された色光をそれぞれ変調す
   る３つの変調手段と、 前記変調手段によって変調された３色の光を合成する色
   合成手段と、 前記色合成手段による合成された光を投写する投写手段
   と、を有する投写型表示装置であって、 前記色分離手段は、前記光源から出射された３色の色光
   を第１の色光と第２及び第３の色光とに分離する第１の
   ダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミ
   ラーによって分離された前記第２及び第３の色光を前記
   第２の色光と前記第３の色光とに分離する第２のダイク
   ロイックミラーと、を有し、 前記色合成手段は、４つのプリズムの貼り合わせ面に沿
   って、前記第１の色光を反射する第１の反射面と前記第
   ３の色光を反射する第２の反射面とが形成されてなり、 前記リフレクタは、前記光源からの光を数度から数十度
   の拡散角度で前記ダイクロイックミラーに向けて出射さ
   せ、 前記第１のダイクロイックミラーは、前記リフレクタか
   ら出射された光の拡散角度に対応して、入射角度が大き
   な部分から小さな部分までのＳ偏光の波長選択特性が揃
   うように波長選択特性を連続的に変化させてなり、 前記第２のダイクロイックミラーは、前記リフレクタか
   ら出射された光の拡散角度に対応して、入射角度が大き
   な部分から小さな部分までのＰ偏光の波長選択特性が揃
   うように波長選択特性を連続的に変化させてなり、 前記色合成手段によって、Ｓ偏光の前記第１の色光が反
   射され、Ｓ偏光の前記第３の色光が反射され、Ｐ偏光の
   前記第２の色光が透過されて合成される、ことを特徴と
   する投写型表示装置。