JPH03146942A - 液晶投射型表示装置 - 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】 （発明の目的） ［産業上の利用分野］ この発明は、液晶を用いて構成されるライトバルブを介
して、ダイクロイックミラーで分光された光を制御し、
投射表示させる液晶投射型表示装置に関する。

［従来の技術］ 第８図は従来の液晶を用いた投射型表示装置の例を示す
もので、光源１１で発生された光は、球面反射鏡（リフ
レクタ）　１２で反射し、集光レンズ１３によって平行
光とされるようにする。この集光レンズ１３からの出力
光は、第１のダイクロイ・ツクミラー１４１に供給され
、この第１のダイクロイックミラー１４１を透過した光
は、第２のダイクロイックミラー１４２に供給すると共
に、反射された光は第３のダイクロイックミラー１４３
に供給される。

この第３のダイクロイックミラー１４３で、は、供給さ
れた光の一部を反射して第４のダイクロイックミラー１
４４に供給すると共に、他の一部は透過して第５のダイ
クロイックミラー１４５に供給されるようになる。

すなわち、集光レンズ１３からの出力光は、第１乃至第
３のダイクロイックミラー１４１−１４３によって、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色光に分光し、この
分光された３原色の光の通路には、３原色それぞれに対
応する液晶ライトバルブ１５１〜１５３が設定される。

そして、この液晶ライトバルブ１５１〜１５３でそれぞ
れ制御された３原色光は、第６のダイクロイックミラー
１４１３を介して投射レンズ１６に集められ、図示しな
い投射スクリーンに投射表示されるようになる。

この様に構成される液晶表示装置にあっては、光源１１
の光が集光レンズ１３によって集光され、第１乃至第３
のダイクロイックミラー１４１−１４３によって３原色
光の波長に分光され、この３原色それぞれに対応する信
号によって制御される液晶ライトバルブ１５１−１５３
をそれぞれ通過され、光制御される。そして、この液晶
ライトバルブ１５１〜１５３をそれぞれ通過した光は、
第４乃至第６のダイクロイックミラー１４４〜１４Ｂに
よって再び合成され、投射レンズ１Ｂによって投射スク
リーンに拡大投射されるようになる。

ここで、第１乃至第６のダイクロイックミラー１４１〜
１４６は、それぞれ分光する特定した原色光の波長域の
み反射するようにした特殊コーティングが施されたミラ
ーで構成、される。

この様な投射型表示装置において、光源１１と球面反射
鏡１２と、さらに集光レンズ１３との位置関係は、第９
図に示すような状態のときに、最も効率的に光を集める
ことができる。この状態での立体角Φは、次の式で表現
される。

Φ−２π（１−ｃｏｓθｌ） 但し、′０６≦θｌ≦９０゜ したがって、反射鏡１２の反射率をＲｆとすると、第９
図で示した状態における集光率Ωは、次の式で表現され
る。

Ω−［（２π　（１−ｃｏｓ　　θ１　）　　）　　／
４π］ｘ　（１＋Ｒｆ　） そして、反射鏡１２の反射率Ｒｆを、はぼ“１″である
とすると、集光率Ωは次のようになる。

Ω−１−ｃｏｓ　　θｌ この式より明らかなように、θ１を大きくすれば集光率
は上がるが、このθｌを大きくするには集光レンズ１３
を光源１１に接近させるか、またはその口径を大きくし
なければならない。しかし、光源ｌｌは高熱を発してい
るものであり、接近させることに限界がある。また、反
射鏡１２からの反射光は、光源１１の位置で焦点を結ぶ
ものであるが、光源１１は例えばメタルハライドランプ
によって構成され、このメタルハライドランプは不透明
であるので、集光率は低下してしまう。

この様に球面反射鏡１２を使用した集光系の構成では、
集光率を向上させるために限界があり、より集光率を向
上させるためには、反射鏡を楕円面若しくは放物面等の
非球面とした集光系が考えられる。

第１０図は非球面反射鏡１２１を使用した例を示すもの
で、この様な反射鏡１２１を用いれば、光源１１からの
光の反射光は、光源で焦点を結ぶことがなく、光源での
集光率の低下はない。また立体角も大きく取れるので、
球面反射鏡を用いた場合よりも高集光となる。

この様な球面反射鏡１２１にあっては、理想的な環境下
では反射光は光軸に対して平行となる。しかし、実際の
光源１１はアーク長があるので、光束の中心の光軸が、
液晶ライトバルブ１５の端部分はど広がった状態となる
。したがって、このままの状態で液晶ライトバルブ１５
に光を透過させると、大口径のレンズが必要となる。し
たがって第１１図で示すように、液晶ライトバルブ１５
の前面に凸レンズ１７を配置し、主光軸を光軸方向に曲
げて、小口径の投射レンズの使用が可能とされるように
している。

この様に集光系を構成した場合、この集光系を出た光の
主光軸は、第１２図で示すようにダイクロイックミラー
１４の中心部分に比較して上部では狭角度θ２で入射し
、下部では広角度θ３で入射されるようになる。

液晶投射型表示装置にあっては、ダイクロイックミラー
に対する光の入射角度が４５°とされるように設計され
ているものであり、光の入射角が４５°のときに所定の
波長対透過特性を持つように設計されている。

したがって、この様な状態ではダイクロイックミラー１
４の光入射角度が、その中心部分と周辺部分とで差があ
るため、部位によって分光波長に差が生じ、再生画像に
色むらが生ずる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
ダイクロイックミラーに対する光の入射角度が、このダ
イクロイックミラーの部位によって変化するような状態
であっても、投射画像上に色むらが発生することなく、
良質の投射画像が再生されるようにした液晶投射型表示
装置を提供しようとするものである。

（発明の構成） ［課題を解決するための手段］ この発明に係る液晶投射型表示装置にあっては、光源か
らの光を分光手段によって３原色の光に分光すると共に
、この３原色光の通路にそれぞれ液晶ライトバルブから
なる色制御手段を設定する。そして、この色制御手段に
それぞれダイクロイックミラー膜からなる色補正手段を
設定する。

この場合この色補正手段は、例えば光制御手段を構成す
る液晶ライトバルブに設定されたダイクロイックミラー
膜によって構成し、あるいは光制御手段を構成する凸レ
ンズに設定されたダイクロイックミラー膜によって構成
するもので、このダイクロイックミラー膜は、一方の側
から他方の側に向けて規則的に変化するように構成され
る。

［作用］ この様に構成される液晶投射型表示装置にあっては、液
晶ライトバルブを含む光制御手段において、例えば上部
から下部に、または下部から上部に規則的に、一定人射
角度に対する分光波長特性が変化する。したがって、光
の入射角度が液晶ライトバルブの端部と中央部とで相違
する状態であっても、この光制御部を通過した光の像に
は色むらが生じないようになり、投射画像は色むらのな
い良質なものとされるようになる。

［実施例］ ２１からの光は、例えば放物面の反射鏡２２で反射され
、第１のダイクロイックミラー２３１に導かれる。

このダイクロイックミラー２３１では、供給された光の
一部が透過されて第２のダイクロイックミラー２８２に
供給され、また一部は反射されて第３のダイクロイック
ミラー２３３に供給される。そして、第２のダイクロイ
ックミラー２３２で反射された光は、第１の液晶ライト
バルブ２４１を介して第４のダイクロイックミラー２３
４に供給されると共に、第３のダイクロイックミラー２
８８で反射された光は、第２の液晶ライトバルブ２４２
を介して第４のダイクロイックミラー２３４に供給され
る。また第３のダイクロイックミラー２３３を透過した
光は、第３の液晶ライトバルブ２４３を介して第５のダ
イクロイックミラー２３５に供給される。そして、第４
および第５のダイクロイックミラー２３４および２３５
からの出力光は、第６のダイクロイックミラー２３６に
集められ、投射レンズ２５を介して、図示しない投射ス
クリーンに投射される。

そして、第１乃至第３の液晶ライトバルブ２４１〜２４
３のそれぞれ光入力端には、凸レンズ２６１〜２６３が
それぞれ配置設定されている。

ここで、第１乃至第６のダイクロイックミラー０ ２３１〜２３６は、それぞれ光入射角度が４５°のとき
の波長対透過率特性を設定するダイクロイックミラー膜
が形成されているもので、第２図はそのダイクロイック
ミラー特性の例を示している。この第２図においてＲは
Ｒ（赤）波長用ダイクロイックミラー特性、ＧはＧ（緑
）波長用ダイクロイックミラー特性、ＢはＢ（青）波長
用ダイクロイックミラー特性をそれぞれ示している。

そして、第１のダイクロイックミラー２３１はＢおよび
Ｇ波長の光を反射し、Ｒ波長の光を透過するように設定
され、このＲ波長の光が第２のダイクロイックミラー２
３２で反射されて第１の液晶ライトバルブ２４１に供給
されるようにする。また、第１のダイクロイックミラー
２３１で反射された光は、第３のダイクロイックミラー
２３３でＧ波長のみが反射され、第２の液晶ライトバル
ブ２４２に供給されるようにし、さらに第３のダイクロ
イックミラー２３３を透過したＢ波長の光は、第３の液
晶ライトバルブ２４３に供給されるようにする。

すなわち、第１乃至第３のダイクロイックミラー１ −２３１〜２３３は、３原色光の分光手段を構成するよ
うになり、この分光手段で分光された３原色それぞれの
光は、第１乃至第３の液晶ライトバルブ２４１〜２４３
に供給される。そして、第４乃至第６のダイクロイック
ミラー２３４〜２３６は、分光手段で分光され、液晶ラ
イトバルブ２４１〜２４３により構成された光制御手段
で制御された光を合成する光合成手段を構威し、この合
成手段で合成された光が、投射レンズ２５を介して投射
されるようになる。

ここで、例えば光入射角度が３５°、４５゜５５°と変
わった場合のダイクロイックミラー特性を考察してみる
と、例えばＢ波長用ダイクロイックミラーにおいて、第
３図で示すようになる。

すなわち、入射角４５°でＢ波長特性が設定されるよう
にしたダイクロイックミラーにおいては、その入射角が
変化する毎に、透過する波長が連続的に変化する。

また、第４図は透過率が５０％時の波長対入射角度特性
を示すもので、この図から明らかとなる２ ように、第１２−図で示したように光が０２若しくはθ
３で入射したときと４５″で入射したときとでは、透過
率５０％の波長（分光波長）が相違している。したがっ
て、この第１２図においてダイクロイックミラー１４の
分光波長が、４５°の入射角度で設定されていることか
ら、このダイクロイックミラー１４の端部では設定分光
波長以外の波長の光が、透過または反射されることにな
る。

この第１２図の例の場合、ダイクロイックミラー１４の
中心部分で入射角度４５°で光が入射され、このミラー
１４の上部では４５°以下、また下部では４５°以上の
入射角が設定される。したがって、光の入射角が４５°
のとき７００　ｎｍで分光するようにダイクロイックミ
ラー１４を設定した場合、このミラー１４の上部では７
００■より長い波長で分光し、下部では逆に７．００　
ｎｍより短い波長で分光するようになる。この様な分光
波長の相違は、色の相違として表れ、このダイクロイッ
クミラー１４の透過光または反射光の上部と下部では、
色むらが生ずる。そして、最終的に投射画像上に色むら
　３ となって表現されるようになる。

したがって、第１図で示した実施例装置において、第１
のダイクロイックミラー２３１の場合、その中心部分に
は光が４５″の角度で入射するが、図の上部では光が４
５°以下、下部では４５°以上の角度で入射している。

すなわち、第１２図で示したと同様の状態となる。

このため、一定入射角度に対するこのダイクロイックミ
ラー２３１の分光特性を、ミラー２３１の上部ではその
中心部分の分光波長より短い波長で分光するように設定
し、下部は逆に長い波長で分光するように設定する。こ
の様にすれば、ダイクロイックミラー２３１の上部と下
部、さらに中心部で、光の入射角度が相違する状態とな
っても、全面で同一分光波長が設定されるようになる。

第２および第３のダイクロイックミラー２３２および２
３３は、第２のダイクロイックミラー２３１と同様の分
光波長特性とすればよいが、光合成用の第４乃至第６の
ダイクロイックミラー２３４〜２３Ｂは、それぞれミラ
ー上部の光入射角度が広くなり、４ 下部が狭い角度となるので、ダイクロイックミラー２３
１とは逆の方向の分光波長特性で構成するもので、ミラ
ーの上部では長い波長で分光し、下部では短い波長で分
光するように構成すればよい。

第５図はこの様なミラーの位置対分光波長特性を示して
てるもので、実線で示す特性Ａは分光手段を構成する第
１乃至第３ダイクロイツクミラー２３１〜２３３の特性
を、破線で示す特性Ｂは光合成手段を構成する第４乃至
第６のダイクロイックミラー２３４〜２３６の特性を示
している。

この様に上端から下端に向けて、あるいは左端から右端
に向けて規則的に分光波長特性が変化するダイクロイッ
クミラー膜をコーティングしたダイクロイックミラーは
、コーティングされるダイクロイックミラー膜の厚さを
、上端から下端に向けて、あるいは左端から右端に向け
て規則的に変化させることによって碍られる。

次にこの様な分光特性の設定されるダイクロイックミラ
ーの製造方法の例について説明すると、その方法として
はミラーを傾けて膜を蒸着する方５ 法と補正板を使用する方法とがある。

第６図はミラーを傾けて蒸着する方法の例を示すもので
、蒸着室３０内にダイクロイックミラー膜を形成ずべき
ミラー３１を傾斜して設定し、その傾斜面に対向するよ
うにして蒸着源３３を設定する。

この蒸着源３３からの蒸着物質は、蒸着の過程で広がっ
てミラー３２に至るようになる。

この場合、ミラー３２は傾いて設定されているものであ
るため、その一方の端部分Ａは、他の端部分Ｂに比較し
て蒸着物質の空間密度が高いため、結果としてＡ部分は
Ｂ部分に比べて膜厚が厚くなり、Ａ端からＢ端に向けて
規則的にダイクロイックミラー膜の厚さが薄くなる。

第７図は補正板を使用する方法を示している。

すなわち、（Ａ）図で示すように蒸着源３３から等距離
となるようにして、１枚乃至複数枚の補正板３４１　、
３４２を対向設定し、この補正板３４１あるいは３４２
を介して蒸着物質がミラー３２に蒸着されるようにする
。この場合、（Ｂ）図で示すように補正板３４１および
３４２は、それぞれ回転中心３５を通　６ る直径線上に配置され、その外周部に対応する位置と内
周部に対応する位置とで幅が異なるように（この例の場
合は内周部に頂点が設定される２等辺３角型状）構成さ
れ、ミラー３２は中心３５の回りで矢印で示すように回
転されるようにする。

この様にして蒸着すれば、ミラー３２のＢ部分は補正板
３４１　、３４２によって遮られる時間がＡ部分に比較
して短くなる。このため、Ｂ部分はＡ部分に比較して蒸
着膜の脱気圧が厚くなり、Ａ端からＢ端に向けて規則的
に蒸着膜厚が厚くなる。

この様なダイクロイックミラー膜の製造方法は一般的に
知られている方法であり、ミラーを配置する角度、若し
くは補正板の形状および枚数を任意に設定することで、
所定の特性のダイクロイックミラーを製造することがで
きる。

なお、上記実施例においてはダイクロイックミラーに対
して所定の分光特性が設定されるようにダイクロイック
ミラー膜を形成するように説明した。しかし、液晶ライ
トパルプと一体的に組み合わせ使用される凸レンズ２６
１〜２６３に上記のよう７ な規則的に変化するダイクロイックミラー膜を形成し、
ダイクロイックミラー２３１〜２３３の分光光からの、
設定分光波長以外の波長を、この凸レンズ２４（〜２４
３部でカットするようにしても同様の効果が発揮される
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る液晶投射型表示装置によれ
ば、ダイクロイックミラーあるいはこのミラーに組み合
わせ構成される凸レンズに対してダイクロイックミラー
膜を形成し、その特性を部位によって変化させるように
することにより、高集光率の集光系と共に、小口径の投
射レンズを用いて、明るい再生画面を投射表示させるこ
とができるようになり、特に色むらのない美麗な色が再
現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る液晶投射型表示装置
を説明する構成図、第２図は上記装置に使用されるダイ
クロイックミラーの特性を説明する図、第３図ダイクロ
イックミラーの入射角度の８ 違いによる透過率特性を説明する図、第４図は同じく入
射角度対波長特性を示す図、第５図は上記実施例におけ
るダイクロイックミラーの位置に対応する分光波長の特
性を説明する図、第６図および第７図はそれぞれ実施例
で使用されるダイクロイックミラーの製造方法を説明す
る図、第８図は従来の投射型表示装置を説明する構成図
、第９図はこの装置の集光系を説明する図、第１０図は
反射鏡に非球面鏡を使用した例を説明する図、第１１図
は同じく凸レンズを組み合わせた場合を説明する図、第
１２図はダイクロイックミラーに対する光入射角度を説
明する図である。 ２１・・・光源、２２・・・反射鏡（放物面）　、２３
１〜２３６・・・第１乃至第６のダイクロイックミラー
（光分光手段および光合成手段）　、２４１〜２４３・
・・第１乃至第３の液晶ライトバルブ、２５・・・投射
レンズ、２８１〜２６３・・・凸レンズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの出射光を３原色に分光する、複数のダ
   イクロイックミラーを含み構成した分光手段と、 この分光手段で分光された前記３原色それぞれに対応し
   て設定され、それぞれ前記３原色光を制御する複数の液
   晶ライトバルブを含み構成した光制御手段と、 この光制御手段で制御された前記３原色光を合成する、
   複数のダイクロイックミラーを含み構成した光合成手段
   と、 この合成手段で合成された光を投射する投射表示手段と
   、 一定の入射角度に対する分光波長が、一方の側から他方
   の側に向けて規則的に変化するように設定されたダイク
   ロイックミラー膜からなる色補正手段とを具備し、 この色補正手段は、前記光制御手段にそれぞれに対する
   前記３原色光の通路に設定されるようにしたことを特徴
   とする液晶投射型表示装置。
2. （２）前記光分光手段を構成する３原色それぞれに対応
   するダイクロイックミラーに、それぞれ前記色補正手段
   が設定されるようにした請求項１の液晶投射型表示装置
   。
3. （３）前記３原色それぞれに対応して設定された光制御
   手段は、それぞれ液晶ライトバルブおよびこの液晶ライ
   トバルブに入射される光通路に設定された凸レンズによ
   って構成され、前記凸レンズに前記色補正手段がそれぞ
   れ設定されるようにした請求項１の液晶投射型表示装置
   。