JPH02103084A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学系の構成が簡単で、奥行きを薄くするこ
とが可能な、大画面を得るのに適した液晶プロジェクタ
に関する。

〔従来の技術〕

従来から透過形液晶表示装置を利用した液晶プロジェク
タは種々提案されており、例えば、特開昭６２−１５９
１２０号公報には第２図に示すような構成のものが開示
されている。第２図において、液晶表示素子（以後単に
液晶と略称）２の背後に光源１、集光レンズ４が、また
液晶２の前方には投写レンズ５が設けられている。光源
１からの光は集光レンズ４により集光され、液晶２に照
射される。液晶を通過した光は、投写レンズ５に入射す
る。投写レンズ５は、液晶上の表示画像の拡大投影像を
反射型スクリーン６上に結像し、その反射光を観視する
。この構成により、小さな画面の液晶を用いて大画面の
表示像が得られる。

また液晶を用いて大画面を得る装置として、特開昭６１
−１３８２８８号公報には第３図に示すような徹孕のも
のが開示されている。この装置では、点光源からの光を
液晶２に照射し、その表示の拡大像を拡散面３上に結像
させる構成になっている。

この構成では、投写レンズが不要であり、かつ液晶より
も大きなサイズの画面が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

特開昭６２−１５９１２０号公報に開示されている従来
の技術には、■投写レンズが必要であり構成が複雑、■
投写レンズからスクリーン塩の投写距離が長いため投写
にはかなりのスペースを必要とする、などの問題がある
。例えは４０型の表示画面サイズを確保するには１〜２
ｍの投写距離が必要である。投写距離を短＜シようとす
ると、レンズは広角となり、中心に比べて周辺輝度は劣
化する。

また液晶素子の透過率も光の透過方向によって異なり、
一般には、垂直方向よりも斜め方向で透過率は悪くなる
。この現象を第４図を用いて説明する。横軸は液晶への
印加電圧、縦軸は透過率を相対値で表示している。例え
ば印加電圧がＶ。のとき、垂直に光が入射した場合と、
垂直から２０度傾斜して入射した場合とでは、透過率は
夫々Ｔ（１＊Ｔｏ′となり、かなりの差が生じており、
２０度入射時に透過率Ｔ０を得ようとすれば印加電圧を
■。′まで上げなければならない。即ち、液晶の各位置
によって、入射光の角度が異なるとき、液晶への印加電
圧が各位置とも同じであれば、画面上に輝度むらが生じ
る。

また、特開昭６１−１３８２８８号公報に開示されたも
のは、単純な構成ではあるが、液晶サイズに対して、表
示像の拡大倍率を大きくとろうとすると、光源が有限な
大きさを有するため、像がぼけるという問題がある。特
にドツト数の多い、きめの細かい液晶を用いたとき、此
の問題は致命的である。

また、今後ハイビジョン放送が開始される予定であるが
、この画面のアスペクト比は９：１６であり、現用の３
：４に比べて横長になっている。デイスプレィとしては
、この両方のアスペクト比に対応できるようにすること
が望ましい。第５図に示すように、例えば３：４の液晶
を用いて、９：１６の画面を表示するときには、上下部
の一部に無表示部を作成すれば良い。しかし、このとき
には、以下に示すように、解像度特性が劣化する。即ち
アスペクト比が３＝４のときには、ＭＸＮの全ての画素
で表示しているのに対し、９：１６では、（ＭＸＢＸＨ
）ＸＮの画素しか有効に用いていない。即ち２５俤の画
素が無表示部となっている。

本発明は、■投写レンズが不要で単純な構成、■奥行き
が薄くコンパクト、■大画面表示が可能、■光の利用率
が良い、０画面上の輝度むらが少ない、■アスペクト比
の変更が容易、な液晶プロジェクタを提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためｉこ本発明液晶プロジェクタに
おいては、発光部分の小さな光源、液晶、及び光を拡散
するスクリーンを備え、光源からの光を液晶に照射し、
この液晶の表示の拡大投写像をスクリーン上に結像させ
る構成とし、光源と液晶の間、又はスクリーンと液晶の
間、又はこれらの両方（こ、非軸対称レンズ、又は軸対
称非球面レンズ、又はこれら両方を配置し、また、光源
または上記レンズによる光源の像と、スクリーンとの間
隔りと、スクリーン上の画面の対角の長さＤの間に、０
．２＜Ｌ／Ｄ＜１．９なる関係を成立させ、また液晶の
画素への印加電圧を各画素ごとに異ならせるようにした
。

〔作用〕

発光部分の小さな光源すなわち点光源に近い光源からの
光は、先ず液晶ｉこ照射される。其の後、光は直進し、
スクリーンに到達する。このとき、スクリーン上に液晶
表示の像が得られるが、実際には真の点光源は得られず
、光源に大きさがあるから、スクリーン上の拡大像はぼ
けてしまう。このぼけを対策するために、液晶と光源の
間に凹レンズを配置する。この凹レンズにより、光源の
縮小虚像が得られ、見かけ上光源が小さくなる。しかし
、このとき光の利用率が悪くなるという問題が生じる。

利用率を向上させるためには、液晶と光源、または液晶
と光源のレンズによる像、の間隔を狭くすれば良い、即
ち広角状態で使用すれば良い。しかし、この時には、中
心と周辺の輝度−様性が悪くなる。そこで、液晶と光源
の間に配置されたレンズを、周辺部に移るに従い、凹レ
ンズ作用を弱くし、又は周辺部ではレンズ作用をなくす
か、又は、逆に凸レンズ作用を呈するようにした非球面
レンズとすることによって、中心と周辺の輝度−様性を
改善する。この際、周辺部では若干フォーカスが劣化す
るが、一般に周辺部では、中心部に比べて若干のフォー
カス劣化は許容される。しかし、このとき、スクリーン
上の画像の直線性が悪くなる。即ち、中心部に比べて、
周辺部では画像が縮まる。これを補正するために、液晶
とスクリーンの間に非球面レンズを配置する。この非球
面レンズを、中心部では凸レンズ作用、周辺ではこの凸
レンズ作用が次第に弱くなるか、又はレンズ作用がなく
なるか、又は凹レンズ作用をするような形状とすること
によって画像の直線性を改善することが出来る。この液
晶とスクリーンの間に設けるレンズとして、中心部では
レンズ作用がなく、周辺部に移るに従って凹レンズ作用
となる形状の非球面レンズを用いても同様に画像の直線
性を改善できる。

また、光源と液晶、又は液晶とスクリーンの間に非軸対
称なレンズを配置することによって、スクリーン上での
液晶像の拡大率を、方向によって変えることが出来る。

例えば、光軸と垂直線を含む面内の焦点距離と、光軸と
水平線を含む面内の焦点距離が異なるレンズを配置する
ことによって、液晶上の縦横比に対して、スクリーン上
の縦横比を異ならせることが出来る。例えば液晶上で３
：４のアスペクト比であった像を、スクリーン上では９
：１６とすることができ、また此の逆も可能である。

点光源からの光を液晶に照射し、スクリーン上に其の拡
大像を得るという本発明の構成において、光の利用率を
向上させるには、光源、又は光源のレンズによる像と、
液晶との間隔を狭くすれば良い。このとき、中心部では
、この間隔を短くすることによって、単調にスクリーン
上の輝度は向上する。しかし周辺部では、ある値をピー
クに、逆に低下する。デイスプレィとしては、全体の光
量を増加することも必要であるが、中心部と周辺部の輝
度比率を一定の範囲内に確保する必要があり、この限界
は１　：　０．２位、゛すなわち周辺輝度は、中心輝度
の２０チ以上を確保する必要がある。また輝度が明るい
個所を暗くすることは、フィルタ等を配置することによ
って容易に行うことが出来る。

そこで本発明に係る構成において、光の利用率を最大限
確保するには、周辺部に着眼し、その輝度が最大限確保
できる条件を見出し、中心部については、明るくなり過
ぎるが、それはフィルタ号を設けることによって暗くす
れば良い。

点光源、液晶、スクリーンを用いた本発明に係る構成で
は、光源からの光は、液晶の中心部では垂直に入射する
が、周辺部では斜めに光が入射する。第４図で説明した
ように、周辺部での液晶の透過率は中心部に比べて劣っ
ている。そこで、第４図に示すように、周辺部では、液
晶への印加電圧をｖ１′とすることによって、最小透過
率を得、印加電圧をｖ、′とすることによって最大透過
率が得られるようにすれば、中心部での液晶への印加電
圧Ｖ、、Ｖ、のときと同じ最小透過率Ｔ、及び最大透過
率Ｔ、が得られ、画面上での輝度むら、コントラストむ
らを改善することが出来る。この輝度むらを対策する原
理は、光源、液晶、及びこの液晶表示像を投写レンズに
よって拡大投影し、スクリ−ン上に結像させる構成とし
た液晶プロジェクタにも応用できる。

〔実施例〕

以下本発明の第１実施例を第１図（ａｔ　、　（ｂ）に
より説明する。第１図（ａ）において、光源１は、７０
Ｗのキセノンランプを用いている。この光源の大きさは
約０．２ＷＸ０．６闘である。液晶２には、第１図（ｂ
ｌに示すカラーフィルタ付きの対角長５インチ（５型）
の液晶表示素子を用いている。画素数は縦４８ｏ×横６
４０である。従って各画素の大きさは、縦。、１６關、
横０．１６Ｍである。緑色の画素について、ピッチをみ
ると、縦０．３２Ｍ　、横０．４８ｆｌとなっている。

発光部の長い方、即ちＱ、５ｍの方向を横になるように
配置する。このとき、縦方向では、光源の大きさより、
画素ピッチの方が粗い。しかし横方向では、光源の大き
さは画素ピッチよりも大きく、スクリーン３上でのフォ
ーカスが劣化する。

この対策のために、光源１と液晶２の間に非球面レンズ
４が配置されている。この非球面レンズの中心付近では
凹レンズ、周辺ではレンズ作用のない形状となっている
。中心部では倍率（＝ｂ／ａ　）　０．８　　周辺部で
は倍率１になるように設定されている。従って中心部か
ら見たときの横方向の光源の像の大きさは０．４８１ｍ
となり、画素ピッチと同じになる。周辺部から見たとき
の光源の像の大きさは０．６ｆｍであり、画素ピッチよ
りも若干粗い。

しかし、このときには、全体が単一の凹レンズに比べて
周辺部では光が発散されないため、光の利用率も悪くな
らない。従って、中心部が暗くなった分だけ、周辺光量
が増し、画面全体での均一性が向上する。

第２実施例を第６図に示す。第１実施例の場合と同じ部
品には同じ符号を付している。光源と液晶の間には、中
心付近でレンズ作用がなく、周辺で凸レンズ作用をする
非球面レンズ７が配置されているのが特徴である。本実
施例では、中心付近ではフォーカス及び明るさは、レン
ズを設けても変化しない。しかし周辺部ではフォーカス
は若干劣化するものの、周辺の光量が増大し、周辺、中
心の輝度差が少なくなる。第７図は第３実施例を示し、
第１実施例と異なる点は、液晶２とスクリーン３の間に
レンズ８が設けられている点にある。

第１実施例では、スクリーン上の画像の直線性が悪く、
中心付近では伸びた像、周辺では縮んだ像となる。本第
３実施例では、この問題を解決するために、中心部では
凸レンズ作用、周辺部ではレンズ作用のない非球面レン
ズを配置している。このレンズ形状を、中心部でレンズ
作用がなく、周辺部で凹レンズ作用をする非球面レンズ
としても同様の効果が得られる。更に、このレンズ形状
として、中心部で凹レンズ、周辺部でより強い凹レンズ
作用をする非球面形状としても同様な効果を得ることが
出来る。

第４実施例を第８図（ａ）、　（ｂ）に示す。第８図（
ａ）は垂直断面図、図（ｂ）は水平断面図である。第１
実施例と同じ部品には同じ符号を付しである。光源１と
液晶２の間にシリンドリカルレンズ９が配置されている
。液晶２のアスペクト比は３：４となっている。従って
、シリンドリカルレンズのないときには、スクリーン上
の画像も３：４のアスペクト比となる。シリンドリカル
レンズは、光軸と垂直線を含む面内ではレンズ作用がな
く、光軸と水平面を含む面内では凹レンズ作用を有し、
光源の像は、光源と液晶の間隔をｔとしたとき、液晶か
、４９ ’）　（ａ　ｘ１６　）　ｔの位置に来るように設定さ
れている。従って、スクリーン上の画像の水平方向はよ
り一層拡大され、９：１６のアスペクト比の画像が得ら
れる。また、此のシリンドリカルレンズを、光軸方向に
動く構造とすることによって、アスペクト比を任意の値
に設定することが出来る。例えば本シリンドリカルレン
ズを、光源に近付ければ、液晶のアスペクト比３：４に
近づく。通番こ液晶に近付ければ、より一層横長に出来
る。

第５実施例を第９図に示す。光源とスクリーンの間隔を
最適化して、光の利用率の向上を図っている点に特徴が
ある。光源とスクリーンの間隔りを変えた時のＬと画面
中心部の輝度Ｂ。の関係は、これらの関係を第１０図に
示す。中心部の輝度はＬの減少と共に単調に増加する。

しかし、周辺部り 度は、−５”；ｏ、７の辺りにピークを有する。従って
、Ｌとして０．２　＜　Ｌ／Ｄ　＜　１．９、望ましく
はピーク輝度の８０チが得られる様に、０．４＜Ｌ／Ｄ
＜１．１の値になるように設定することによって、光の
利用率を向上させることが出来る。このとき、中心部の
輝度はかなり明るくなるから、フィルタ等を用いて、暗
くすることによって、画面内での輝度むらを低減できる
。この原理は光源のレンズによる像とスクリーンの間隔
をＬにしたときも、同様に適用でき、０．２＜Ｌ／Ｄ＜
１．９のときに周辺部で最大輝度を確保できる。

第６実施例を第１１図に示す。本実施例では、液晶２の
画素への印加′１圧を各画素毎に変化させている点に特
徴がある。液晶上の谷点Ａ、Ｂ、Ｃに対して、光の入射
する方向が異なる。この光の入射条件に対して、液晶２
への印加電圧と透過率の関係を第１２図に示す。位置人
に対しては、最小透過率Ｔ、を得る電圧はｖｌ、最大透
過率Ｔ、を得る電圧はＶ６、位置Ｂにたいしては、最小
透過率Ｔ１を得る電圧はｖｌ′、最大透過率Ｔ、を得る
′１圧はｙ、　／とすることによって、位置Ａと位置Ｂ
の透過率は同じ特性となり、画面上の輝度むら、コント
ラストむらを低減できる。

また、一般に液晶では、上記輝度むらは垂直方向では生
じ易く、水平方向では比較的少ない。この場合には、上
記した補正の印加電圧を、垂直同期信号に同期して印加
することによって、かなりの効果を上げることが出来る
。

上記した輝度むらは、上下方向に対して対称なときには
、この輝度むら補正電圧を放物線状にする必要がある。

この輝度むらが上から下に単調に明るくなるか、または
逆に単調に暗くなるときには、直線状の補正を行えば良
い。

また左右方向に輝度むらが発生しているときには、補正
電圧を、水平同期信号に同期させて印加させる必要があ
る。

上記した液晶画素への印加電圧を変化させることによる
輝度むら補正は、液晶への光の入射が各画素に対して異
なっているどのような装置にも適用できる。例えば、第
２図に示す投写レンズ５を用いた液晶プロジェクタにお
いては、位置Ａ’　、　Ｂ’　。

σで光の入射方向が異なり、スクリーン上で輝度むらが
生じる。しかし、液晶の位置人ＩＢ’＃σに対して、各
印加電圧を変化させることによって、上記した原理（こ
より輝度むらを解消できる。

また上記した全ての実施例に対し、スクリーンを構成す
る一部品として、フレネルレンズを用いることによって
、点光源からの光を集光し、観視力向の輝度を明るくす
ることが出来る。またスクリーンと液晶、又は液晶と光
源の間に鏡を配置することによって薄型セットを実現で
きる。この鏡を、平面ではなく非球面とすることによっ
てセットの厚みを一層低減できる。またスクリーン面に
直角な方向と光軸方向を傾けることによってセットを薄
く出来る。

更に、発光部分の小さな光源、液晶、及び光を拡散する
スクリーンを備え、光源からの光を液晶に照射し、この
液晶の表示の拡大投写像をスクリーン上に結像させる構
成とし、光源と液晶の間、スクリーンと液晶の間、夫々
に、非軸対称レンズと軸対称非球面レンズを配置し、ま
た、非球面レンズによる光源の像とスクリーンの間隔り
と、スクリーン上の画面の対角長りの間に、少なくとも
０．２＜Ｌ／Ｄ＜　１．９、望ましくは０．４＜Ｌ／Ｄ
＜１．１なる関係を成立させ、更に、液晶の画素への印
加電圧を各画素ごとに異ならせ得るようにした液晶プロ
ジェクタを、複数組、相互に隣接、集合させて配設し、
一つの画像を分割した表示を、それぞれ、各液晶プロジ
ェクタの液晶表示素子に分担表示させることにより、ス
クリーン上に、上記−つの画像を複合拡大した巨大な画
像を結像させることが出来る。

即ち、各液晶プロジェクタは何れも、夫々、投影像の伸
び縮み、縦横比、輝度むらなどの補正、調整が自由にで
きるような構成になっているから、スクリーン上で、複
数分割拡大投写画像の境界部を目立たないように繋ぎ合
わせて複合することが出来るのである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、投写レンズを必要
としない液晶プロジェクタが実現できるので、シンプル
で軽量な装置を実現できる。また、光の集光率が良いた
め、明るい、あるいは低消費電力のセットを実現できる
。また画面の縦横比を、画素数を低減することなしに、
即ちフォーカスを劣化することなしに、容易に変えるこ
とが出来る。

また画面上の輝度むら、コントラストむらも大幅に改善
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１実施例の構成を示す断面図、第１図
（ｂｌは第１夾施例カラーフィルタ付きの液晶表示素子
を示す図、第２図、第３図は従来の液晶プロジェクタの
構成図、第４図は液晶表示素子への印加１圧と透過率の
関係を示す図、第５図は従来の液晶表示素子の画素利用
状況の説明図、第６図〜第１２図は本発明の第２〜第６
実施例を説明する図である。 １・・・光源 ２・・・液晶表示素子 ３・・・スクリーン ４．７．８・・・非球面レンズ ５・・・投写レンズ ９・・・シ リ ンドリカルレンズ 〒２図 テ′５図 印か０屯１ｆ（Ｖ） 尤 図 （ＩＩＬ） （ｂ） 〒５図 イ６図 〒ｒ７図 ４６図 ４０図 ％

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光部分の小さな光源、透過形液晶表示装置、及び
   光を拡散するスクリーンを備え、光源からの光を液晶表
   示素子に照射し、この液晶表示素子の表示の拡大投写画
   像をスクリーン上に結像させるようにした液晶プロジェ
   クタにおいて、光源と液晶表示素子の間、又は液晶表示
   素子とスクリーンの間の、少なくとも１個所に、非軸対
   称なレンズを配設したことを特徴とする液晶プロジェク
   タ。 ２、非軸対称レンズをシリンドリカルレンズとした請求
   項１記載の液晶プロジェクタ。 ３、非軸対称レンズを光軸方向に移動可能な構造にした
   請求項１記載の液晶プロジェクタ。 ４、発光部分の小さな光源、透過形液晶表示装置、及び
   光を拡散するスクリーンを備え、光源からの光を液晶表
   示素子に照射し、この液晶表示素子の表示の拡大投写画
   像をスクリーン上に結像させるようにした液晶プロジェ
   クタにおいて、スクリーン上の画面の対角方向の長さを
   Ｄｍｍ、光源とスクリーンの間の光学距離をＬｍｍとし
   たとき、ＤとＬの間に０．２＜Ｌ／Ｄ＜１．９ なる関係が成立するようにしたことを特徴とする液晶プ
   ロジェクタ。 ５、発光部分の小さな光源、透過形液晶表示装置、及び
   光を拡散するスクリーンを備え、光源からの光を液晶表
   示素子に照射し、この液晶表示素子の表示の拡大投写画
   像をスクリーン上に結像させるようにした液晶プロジェ
   クタにおいて、光源と液晶表示素子の間、又は液晶表示
   素子とスクリーンの間、又はこれら双方に、非球面レン
   ズを配設したことを特徴とする液晶プロジェクタ。 ６、非球面レンズを液晶表示素子とスクリーンの間に配
   設し、その非球面の形状を、中心部では凹レンズ作用を
   有し、周辺に移るに従つて、凹レンズ作用が弱くなるか
   、又はレンズ作用がなくなるか、又は逆に凸レンズ作用
   を示すようにした請求項５記載の液晶プロジェクタ。 ７、非球面レンズを液晶表示素子とスクリーンの間に配
   設し、その非球面の形状を、中心部ではレンズ作用がな
   く、周辺に移るに従って、凸レンズ作用が強くなるよう
   にした請求項５記載の液晶プロジェクタ。 ８、請求項６記載の液晶プロジェクタにおいて、液晶表
   示素子とスクリーンの間に、更に別の非球面レンズを配
   設し、このレンズの非球面の形状を、中心部では凸レン
   ズ作用、周辺に移るに従って、凸レンズ作用が弱くなる
   か、又はレンズ作用がなくなるか、又は逆に凹レンズ作
   用を為すようにした液晶プロジェクタ。 ９、請求項７記載の液晶プロジェクタにおいて、液晶表
   示素子とスクリーンの間に、更に別の非球面レンズを配
   設し、このレンズの非球面の形状を、中心部ではレンズ
   作用がなく、周辺に移るに従って、凹レンズ作用が強く
   なるようにした液晶プロジェクタ。 １０、発光部分の小さな光源、透過形液晶表示装置、及
   び光を拡散するスクリーンを備え、光源からの光を液晶
   表示素子に照射し、この液晶表示素子の表示の拡大投写
   画像をスクリーン上に結像させるようにした液晶プロジ
   ェクタにおいて、液晶表示素子の各画素に印加する表示
   電圧を、画素ごとに異ならせたことを特徴とする液晶プ
   ロジェクタ。 １１、請求項１０記載の液晶プロジェクタにおいて、液
   晶表示素子の各画素に印加する表示電圧を、垂直同期信
   号に同期して変調したことを特徴とする液晶プロジェク
   タ。 １２、請求項１１記載の液晶プロジェクタにおいて、液
   晶表示素子の各画素に印加する表示電圧を、更に、水平
   同期信号に同期して変調したことを特徴とする液晶プロ
   ジェクタ。１３、請求項１１又は１２記載の液晶プロジ
   ェクタにおいて、変調波形を、直線、又は放物線、又は
   これらの組合せにしたことを特徴とする液晶プロジェク
   タ。 １４、発光部分の小さな光源、液晶、及び光を拡散する
   スクリーンを備え、光源からの光を液晶表示素子に照射
   し、液晶表示の拡大投写像をスクリーンに結像させる構
   成とし、液晶表示素子と光源、スクリーンと液晶表示素
   子の間に夫々非軸対称レンズと軸対称非球面レンズを配
   設し、光源側非球面レンズによる光源の像とスクリーン
   の間隔Ｌと、スクリーン上の画面の対角長Ｄの間に０．
   ２＜Ｌ／Ｄ＜１．９なる関係を成立させ、液晶表示素子
   への印加電圧を各画素毎に異ならせ得るようにした液晶
   プロジェクタを、相互に所定の距離、間隔をおいて複数
   組、隣接、集合させて配設し、一つの画像を分割した表
   示を、夫々、各液晶表示素子に分担表示させることによ
   り、スクリーン上に、上記一つの画像の複合拡大画像を
   結像させるようにしたことを特徴とする液晶プロジェク
   タ。