JPH04142530A - 投写型液晶表示装置 - 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】 ［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、第６図に示すように、投写光源２１の白色光
の色分離に２枚の色分離用ダイクロイックミラー２２及
びミラー２３を組み合わせて用い、緑色光と赤色光を入
射角４５度の反射で、残りの青色光を透過で三原色を取
り出し、各色光を液晶ライトバルブ２４で変調し、カラ
ー画像合成手段として２枚の色合成用ダイクロイックミ
ラー２５及びミラー２３を組み合わせて用い三色を合成
し、投写レンズ２６で拡大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、液晶ライトバルブが高精
細化した場合、非点収差のない主光線の平行な投写レン
ズを用いようとすると、投写レンズの他の性能の劣化が
生じたり、サイズが大きくなり、価格も非常に高くなる
ため実用向きでない。

そのため主光線の傾いた投写レンズを用いると投耳元学
系に含まれるカラー画像合成手段のダイクロイックミラ
ーが投写レンズの光軸に対して非回転対称の光学系とな
り非点収差を生じ、解像度の低下、コントラスト比の低
下等の画質の劣化を生ずる。また主光線の傾いた投写レ
ンズを用いるとダイクロイックミラーへの入射角が場所
により異なり波長選択特性が異なるため、色ムラが発生
するど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高解像度で
色ムラの無い高画質な画像表示を行い、小型・軽量・低
価格をも実現する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］ 本発明の投写型液晶表示装置は、画像形成のための液晶
ライトバルブと、光の色分離を行うダイクロイックミラ
ー系と、カラー画像合成のための手段と、光源及び投写
レンズからなる投写型液晶表示装置において、前記カラ
ー画像合成のための手段は波長選択特性を連続的に変化
させたダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とす
る。

［作用］ 上記構成による投写型液晶表示装置において、各原色に
対応するそれぞれの液晶ライトバルブからの変調光は、
複数個のダイクロイックプリズムと反射プリズムの組合
せからなるカラー画像合成手段により合成されて、投写
レンズより前方のスクリーンに拡大投写される。この時
、ダイクロイックプリズムは、投写レンズの主光線が傾
いていても、光軸に対して回転対称の光学系を形成する
ため、非点収差を除去する。また、ダイクロイックプリ
ズムの誘電体多層膜コートの波長選択特性を、投写レン
ズの主光線の傾きに応じて変化させることで波長選択特
性を等しくし、色ムラを生じさせない。また、ダイクロ
イックミラーによる光学系では屈折率がおよそ１．０の
空気であった大部分のスペースを、屈折率がおよそ１．
５であるガラスで埋めることによりその屈折率に相当し
て光路長を短縮できるため、投写レンズのバックフォー
カスを短縮する。従って、投写画像は高品質のものとな
り、小型・軽量・低価格化が図れる。

［実施例コ 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−２により集光され、赤外及び紫外線カツトフィル
ター３に入射し、はぼ平行な可視光のみが取り出される
。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。

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、
青緑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。

まず青緑色反射ダイクロイックミラー４に入射した白色
光のうち赤色光（概ね６００±２０　（ｎｍ１以上の波
長領域）は透過し、青緑色光（概ね６００±２０　［ｎ
ｍ］以下の波長領域）は反射する。透過した赤色光は反
射ミラーによって方向を変える。

反射した青緑色光は緑色反射ダイクロイックミラー５に
入射し、緑色光（概ね５００±２０から６００±２０　
［ｒ＋ｍ］の波長領域）は反射し、青色光（概ね５００
±２０　（ｎｍｌ以下の波長領域）は透過する。第２図
に青緑色反射ダイクロイックミラー４の波長特性を実線
で、緑色反射ダイクロイックミラー５の波長特性を点線
で示す。なお緑色反射ダイクロイックミラー５の赤領域
の特性は自由となる。偏光成分は後述するようにＰ偏光
成分の特性である。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。本実施例では
光源１にメタルハライドランプを用いたため、その発光
特性に応じて青緑色反射ダイクロイツクミラー４は５９
３　［ｎｍ］、緑色反射ダイクロイックミラー５は５０
７　［ｎｍ］としている。

こうして色分離された各色光は、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。ここで
各色光はほぼ平行光なので投写レンズの主光線の傾きに
応じて集光レンズ（図示せず）を液晶ライトバルブ７Ｒ
，７Ｇ、７Ｂの光の入射側に設置して、明るさの向上と
照度ムラの減少を達成する。

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、各色層の信号
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−白のモ
ード（電圧を印加すると透過率が下がる）のＴＮタイプ
であるので、光の入射側と出射側では偏光軸が直交した
偏光素子（図示せず）を用いている。偏光素子はダイク
ロイックミラー系ではＰ偏光（図面に対して水平方向）
に対応し、画像合成及び投写光学系ではＳ偏光（図面に
対して垂直方向）に対応している。これは、プリズムの
ように蒸着面に対して屈折率の高い媒質（屈折率が約１
．５）より光が入射した場合、波長分離特性は第３図の
ようにＳ偏光成分の方が優れているためであり、ミラー
だとどちらの偏光成分であってもほぼ同様な特性が得ら
れるためである。この構成だと、明るく色再現性の良い
画像表示が行われる。また偏光素子は光を吸収する偏光
板を用いた場合に熱を発生するため、液晶ライトバルブ
に影響しないように離して設置され且つ空冷ファンによ
る強制クーリングが施される。

またプリポラライザを光源１と液晶ライトバルブ７Ｒ，
７Ｇ、７Ｂの間に挿入し、不要な偏光成分を取り除く方
法や吸収のない偏光素子を用いることで熱対策がされる
。

液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ、７Ｂにより変調された各
色光は、カラー画像合成のための手段であるダイクロイ
ックプリズムに入射し、合成され、投写レンズ１１によ
りスクリーンに拡大投写され、カラー画像表示が行われ
る。

カラー画像合成のための手段であるダイクロイックプリ
ズムは緑色反射ダイクロイックプリズム８と青色反射プ
リズム９と反射プリズム１０から構成されている。

赤色変調液晶ライトバルブ７Ｒにより変調された赤色光
は、緑色反射ダイクロイックプリズム８を透過し、更に
青色反射ダイクロイックプリズム９を透過し、投写レン
ズ１１に達する。また緑色変調液晶ライトバルブ７Ｇに
より変調された緑色光は、緑色反射ダイクロイックプリ
ズム８で反射し、青色反射ダイクロイックプリズム９を
透過し、投写レンズ１１に達する。また青色変調液晶ラ
イトバルブ７Ｂにより変調された青色光は、反射プリズ
ム１０で反射し、更に青色反射ダイクロイックプリズム
９で反射し、投写レンズ１１に達する。

第４図（ａ）は緑色反射ダイクロイックプリズム８の波
長特性図で、実線は中心部、点線は光路Ａ部、−点鎖線
は光路８部のＳ偏光の特性である。

第４図（ｂ）は青色反射ダイクロイックプリズム９の波
長特性図で、実線は中心部、点線は光路Ａ部、−点鎖線
は光路８部のＳ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。

このカラー画像合成において、投写レンズ１１の主光線
は平行でなく傾きを持つため、第１図の主光線の光路Ａ
部と光路８部では、光路Ａ部での入射角は４５度より小
さくなり光路８部での入射角は４５度より大きくなる。

第５図（ａ）は−船釣な緑色反射ダイクロイックプリズ
ム（５９０［ｎｍ１）の角度依存性を表す特性図で、第
５図（ｂ）は−船釣な青色反射ダイクロイックプリズム
（５００［ｎ１ｌ）の角度依存性を表す特性図である。

それぞれＳ偏光成分の特性である。この図かられかるよ
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、光路Ｂ側
では青緑色っぽい緑色光がスクリーン上に結像すること
になる。

本発明においては、投写レンズ１１の主光線の傾きと、
ダイクロイックプリズムの角度依存性を考慮し、光路Ａ
部から光路３部まで波長選択特性を連続的に変化させた
ダイクロイックプリズムを用いている。（第４図（ａ）
及び第４図（ｂ）参照）そのため、光路Ａ部及び光路３
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、主光線最大傾角が±８度とした場合で、
緑色反射ダイクロイックプリズム８の波長選択特性は中
心部で５９３　（ｒ＋ＩＩ！］、光路Ａ部で５７８　［
ｎｍｌ、光路３部で６０８　［ｎｍ］となるように連続
的に制御し、青色反射ダイクロイックプリズム９は中心
部で５０７　［ｒｖｌ、光路Ａ部で４９５　［ｎｍ］、
光路３部で５１９　［ｎｍ］となるように連続的に制御
したダイクロイックプリズムを用いることで、スクリー
ン上の色ムラが最小となった。つまり光路Ａ部での入射
角でも光路３部での入射角でも、中心部と同じ波長特性
で反射、透過が行なわれる。

またスクリーン上に表示される三原色の色度は、色分離
のダイクロイックミラー系とダイクロイックプリズムの
中心部の波長特性によりほぼ決まる。

青色光は概ね５０７　［ｎｍ］以下の波長領域、緑色光
は概ね５０７　［ｎｍ］から５９３　［ｎｍ］の波長領
域、赤色光は概ね５９３　［ｎｍ］以上の波長領域とな
る。

さらに緑色の色純度を上げ、希望のホワイトバランスを
とる場合には、グリーンフィルター（例えば５１０から
５６０　［ｎｍ］の波長域を透過）を緑色変調液晶ライ
トバルブ７Ｇの光の入射側に挿入することにより可能と
なる。

なお投写レンズ１１の主光線最大傾角はレンズ性能・サ
イズ・価格等の設計思想により異なり、数度から士数度
で、その角度とプリズム内の通過点に対応してダイクロ
イックプリズムの波長選択特性（光路Ａ部から光路３部
までの波長特性）を最適に選んでやれば、どんな投写レ
ンズ１１であっても色ムラをなくすことが可能である。

このような波長選択特性は、蒸着源からの距離を部分的
に変化させ、つまり蒸着面が蒸着源に対して斜めになる
ように蒸着器にセットして、通常のダイクロイックミラ
ーの誘電体多層膜コートと同様に蒸着を行うことで作成
される。このとき、蒸着源からの距離が変わることで膜
厚が変わり波長選択特性が変化し、さらにその膜厚を蒸
着面内で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。この膜を直角プリズムの斜面に形
成し、もう一つの直角プリズムの斜面とを貼合わせて立
方体状にした物がダイクロイックプリズムである。

反射プリズム１０は青赤縁の三色の液晶ライトバルブか
ら投写レンズ１１までの光路長を等しくするもので、反
射面は全反射とＡ１反射コートあるいは誘電体多層膜コ
ートを併用して反射率を高めている。さらにこれらのプ
リズムの光の入射面及び出射面には無反射コートが施さ
れ、明るさを高めている。

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。また主光線を傾けることができ
るため、さらには屈折率１．５程度のダイクロイックプ
リズムが光路内に含まれるため、バックフォーカスが短
くできるので小型・軽量で低価格化が図れる。非点収差
については光軸に対して回転対称となるためほとんど生
じない。

第７図は本発明の他の実施例を示す平面図であり、カラ
ー画像合成部分のみを示す。光の三原色の赤・緑・青の
色光が、各色変調液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ、７Ｂに
入射し変調された後、カラー画像合成のための手段であ
るダイクロイックプリズム３１に入射する。このダイク
ロイックプリズム３１は４つの直角プリズムを貼り合わ
せたもので、赤色反射面３２と青色反射面３３が十字状
に交差する構成である。前述した実施例と同様に中心部
に対して光路Ａ部と光路３部での波長選択特性を変化さ
せている。

光路Ａが赤色反射面３２に入射する部分では入射角が小
さくなり、光路Ｂが赤色反射面３２に入射する部分では
入射角が大きくなるため、赤色反射面３２は光路Ａ部で
は短波長側にシフトし、光路８部では長波長側にシフト
するように、光路Ａ部から光路８部までの波長選択特性
を連続的に変化させる。また光路Ａが青色反射面３３に
入射する部分では入射角が大きくなり、光路Ｂが青色反
射面３３に入射する部分では入射角が小さくなるため、
青色反射面３３は光路Ａ部では長波長側にシフトし、光
路８部では短波長側にシフトするように、光路Ａ部から
光路８部までの波長選択特性を連続的に変化させる。

こうして光路Ａ部からＢ部まで同一の選択特性となり、
色ムラの無い画像表示が投射レンズ１１を介して行なわ
れる。

本発明は、白色光を複数の色に分離し、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、色の選択波長を変えても、色分離の順番を変えても
、また液晶パネルのモードが変わっても（反射型も含む
）、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。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、カラー画像合成のた
めの手段に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プリズムを用いるため、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。

また投写レンズの非点収差を無くし高精細な画像表示が
できると共に、主光線を傾けられることとバックフォー
カスを短くできるため投写レンズ及び本体の小型・軽量
・低価格化が図れるといった効果がある。

これらの効果はハイビジョンやさらに高精細な画像を表
示する場合には、液晶ライトバルブのサイズが大きくな
ると共に高密度化されるため特に効果は絶大である。

【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図は青緑反射ダイクロイックミラー及び緑反射ダイ
クロイックミラーの波長特性図である。 第３図はダイクロイックプリズムの偏光特性を示す波長
特性図である。 第４図（ａ）は緑色反射ダイクロイックプリズムの波長
特性図で、第４図（ｂ）は青色反射ダイクロイックプリ
ズムの波長特性図である。 第５図（ａ）は緑色反射ダイクロイックプリズムの角度
依存性を示す特性図で、第５図（ｂ）は青色反射ダイク
ロイックプリズムの角度依存性を示す特性図である。 第６図は従来の投写型液晶表示装置の平面図である。 第７図は本発明の投写型表示装置の他の実施例を示す平
面図である。 １　・ ２　・ ３　・ ４　・ ５　・ ６　・ 　Ｒ Ｇ 　Ｂ ８　・ ９　・ ・光源 ・パラボラリフレクタ− ・赤外及び紫外線カツトフィルター ・青緑色反射ダイクロイックミラー ・緑色反射ダイクロイックミラー ・反射ミラー ・赤色変調液晶ライトバルブ ・緑色変調液晶ライトバルブ ・青色変調液晶ライトバルブ ・緑色反射ダイクロイックプリズム ・青色反射ダイクロイックプリズム ・反射プリズム ・投写レンズ ・ダイクロイックプリズム ・赤色反射面 ・青色反射面 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像形成のための液晶ライトバルブと、光の色分離を行
   うダイクロイックミラー系と、カラー画像合成のための
   手段と、光源及び投写レンズからなる投写型液晶表示装
   置において、前記カラー画像合成のための手段は波長選
   択特性を連続的に変化させたダイクロイックプリズムを
   用いたことを特徴とする投写型液晶表示装置。