JPH11242197A

JPH11242197A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH11242197A
Application number: JP10046037A
Authority: JP
Inventors: Osamu Murakami; 治村上; Hiroki Sakai; 宏樹酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】単板反射型の投写型表示装置において、装置
の小型化に有利な構成を提案すること。【解決手段】投写型表示装置１における投光色切替手
段である液晶シャッター５は、赤色光束Ｒを吸収可能な
第１のゲストホスト層１５、緑色光束Ｇを吸収可能な第
２のゲストホスト層１６、および青色光束Ｂを吸収可能
な第３のゲストホスト層１７を備えている。これらのゲ
ストホスト層への供給電圧をオンオフ制御して、第１の
ゲストホスト層１５を透過状態、第２および第３のゲス
トホスト層１６および１７を吸光状態にすると、液晶シ
ャッター５からは赤色光束Ｒのみが出射される。このよ
うに、液晶シャッター５が投光色切替手段としての機能
を担っているので、モータによってカラーフィルターを
回転駆動する等の必要がない。このため、機械的な可動
部品を無くすことができ、装置の小型化に大変有利であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射され
た光束を、反射式光変調手段によって変調し、変調後の
光束を投写光学系を介して投写面上に拡大投写する投写
型表示装置に関するものである。特に、単独の反射式光
変調手段を用いて、カラー画像を表示可能な投写型表示
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源から出射された光束を画像情報に応
じて光変調手段によって変調し、その変調した変調光束
を投写光学系を介してスクリーン等の投写面上に拡大投
写する構成の投写型表示装置が知られている。投写型表
示装置の光変調手段としては、液晶ライトバルブや微少
な鏡により光の反射を制御するデジタル・マイクロミラ
ー・デバイス（ＤＭＤＴＩ社商標）と呼ばれるものが
用いられる。

【０００３】光変調手段としてＤＭＤを用いた投写型表
示装置のうち、１枚のみのＤＭＤを備えた単板反射型の
投写型表示装置では、ＤＭＤに対してＲ、Ｇ、Ｂの３原
色の色光束を順次導いて、ＤＭＤで各色光束毎に変調し
た後に、投写光学系を介して投写面上において視覚的な
カラー画像を形成する。このような投写型表示装置で
は、ＤＭＤに所定の色光束（Ｒ、Ｇ、またはＢ）を導く
投光色切替手段としてカラーフィルターが使用される。
例えば、光源から出射された光束のうち、赤色光束のみ
を透過可能な領域、緑色光束のみを透過可能な領域、お
よび青色光束のみを透過可能な領域が等角度間隔で形成
された円板状のカラーフィルターが用いられる。このカ
ラーフィルターをモータを用いて適当な角度だけ回転さ
せて、光源からの出射光束がいずれかの領域に導かれる
ようにすることにより、ＤＭＤに対してそれぞれ色光束
が単独で供給される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラー
フィルターを回転させる場合には、モータやカラーフィ
ルターを回転させるための機械的な機構が必要となる。
このような機械的な機構を設置するためのスペースは、
光学素子等に比べると非常に広いので、装置の小型化を
図る上での制約となる。このため、光学系や制御系等を
幾らコンパクトに纏めたとしても、装置を大幅に小型化
するのは困難である。

【０００５】本発明の課題は、上記の点に鑑みて、単板
反射型の投写型表示装置において、装置の小型化に有利
な構成を提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、単板反射型の投写型表示装置におい
て、印加電圧に応じて透過波長特性が変化する液晶シャ
ッターを用いるようにしている。すなわち、本発明で
は、光源と、この光源から出射された光束に含まれる第
１および第２の色光束を変調可能な反射式光変調手段
と、この反射式光変調手段によって変調された第１およ
び第２の色光束を投写面上に拡大投写する投写光学系
と、前記投写面上に拡大投写される色光束を前記第１ま
たは第２の色光束に切り換える投光色切替手段とを有
し、前記投写光学系によって、前記投写面上に前記第１
および第２の色光束を交互に投写して、当該投写面上に
おいてカラー画像を形成する投写型表示装置（単板反射
型の投写型表示装置）において、前記投光色切替手段
は、前記光源から前記投写面までの光路上に配置された
液晶シャッターを含み、当該液晶シャッターは印加電圧
に基づいて透過波長特性の変化する液晶層を備え、当該
液晶層に印加する電圧に応じて前記第１または第２の色
光束を選択的に透過可能である。

【０００７】本発明の投写型表示装置では、液晶シャッ
ターの液晶層に印加する電圧を制御するだけで第１また
は第２の色光束を選択的に出射させることができるの
で、上述したカラーフィルターを用いる必要がない。こ
のため、モータ等のカラーフィルターを回転駆動させる
機械的な機構が不要となるので、その機械的な機構の占
有スペースを無くすことができ、装置を大幅に小さくで
きる。

【０００８】ここで、液晶シャッターとしては、例え
ば、液晶の複屈折率を電圧によって制御可能なＥＣＢ方
式（Electrically Controlled Birefringence ）の液晶
シャッターを用いることが可能である。また、ゲストホ
スト型の液晶シャッターを用いることができる。すなわ
ち、前記液晶層に、印加電圧に基づいて前記第１の色光
束を吸収し、前記第２の色光束を透過する第１のゲスト
ホスト層と、印加電圧に基づいて前記第２の色光束を吸
収し、前記第１の色光束を透過する第２のゲストホスト
層とを設け、前記第１および第２のゲストホスト層に印
加する電圧に応じて前記第１または第２の色光束を選択
的に透過させることが可能である。第１の色光束のみを
透過させるときには、例えば、第１のゲストホスト層へ
の印加電圧をオンにして、この層を透過状態とし、第２
のゲストホスト層への印加電圧をオフにして、この層を
吸光状態とすれば、液晶シャッターから第１の色光束の
みを出射させることができる。

【０００９】さらに、液晶シャッターとしては、コレス
テリック液晶層を備えた液晶シャッターを用いることも
可能である。コレステリック液晶層に電圧を印加する
と、相転移が起こり、その液晶層の透過波長特性が変化
する。このため、この相転移現象を利用して、液晶シャ
ッターから第１または第２の色光束を選択的に透過させ
ることができる。

【００１０】さらにまた、液晶シャッターとしては、２
枚のカラー偏光板と、２枚のπセルと、１枚の偏光板と
を備えたものを用いることも可能である。

【００１１】液晶シャッターに電圧を印加するための電
極は、ＩＴＯからなるベタ電極を採用することが望まし
い。ＩＴＯからなる電極を形成することにより、光束が
電極を通過する際の光損失を低減できる。また、ベタ電
極とすることで電極を形成する際の製造工程を簡略化で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明を
適用した投写型表示装置を説明する。図１には投写型表
示装置の概略構成を示してある。この図に示す投写型表
示装置１は、１枚のＤＭＤを備えた単板反射型の投写型
表示装置であり、ＤＭＤによって変調された赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の色光束を順次に繰り返し
投写面上に投写することにより視覚的に１つのカラー画
像を形成するものである。

【００１３】投写型表示装置１は、光源２と、この光源
２から出射された光束Ｗに含まれる赤色光束Ｒ、緑色光
束Ｇ、および青色光束Ｂを変調可能な１枚のＤＭＤ３
と、このＤＭＤ３によって変調された各色光束Ｒ、Ｇ、
Ｂを投写面であるスクリーン６に拡大投写する投写レン
ズ４と、スクリーン６に拡大投写される光束を、赤色光
束Ｒ、緑色光束Ｇ、または青色光束Ｂに切り替え可能な
投光色切替手段を構成している液晶シャッター５とを有
している。

【００１４】光源２からの出射光束Ｗは液晶シャッター
５に照射され、照射光に含まれる赤色光束Ｒ、緑色光束
Ｇ、および青色光束Ｂのうちの１つの色光束のみが透過
してＤＭＤ３の側に向かう。

【００１５】ＤＭＤ３は、周知の通り、複数の画素のそ
れぞれの対応して配置された鏡面素子を備えており、こ
れらの鏡面素子の反射角度が適当なタイミングで切り換
えられることにより、それぞれの画素毎に投写面上に拡
大投写される色光の光量を制御できるようになってい
る。また、反射時に画像情報に対応して変調を施す。

【００１６】図２（Ａ）および（Ｂ）には鏡面素子の動
作例を示してある。各鏡面素子８は、ＤＭＤ３に導かれ
る色光束が赤色光束Ｒであるときには、画像情報に赤色
成分を有する画素に対応する鏡面素子８の反射角度が調
整され、この鏡面素子８で反射された赤色光束Ｒのみが
投写レンズ４に向けて反射される。例えば、全ての鏡面
素子８は、通常は図２（Ａ）および（Ｂ）に一点鎖線で
示す中立状態にあり、適当なタイミングで図２（Ａ）に
示すように表示色に赤色成分を有する画素に対応する鏡
面素子８のみが所定の角度傾き、この鏡面素子８で反射
された赤色光束Ｒのみが投写レンズ４に向かう。また、
図２（Ｂ）に示すように、上記以外の画素に対応する鏡
面素子８は上記の鏡面素子８とは反対の方向に所定の角
度傾き、この鏡面素子８に入射した赤色光束Ｒは投写レ
ンズ４から外れた方向（光路外）に反射される。

【００１７】なお、ＤＭＤ３に導かれる色光束が緑色光
束Ｇや青色光束Ｂの場合も、赤色光束Ｒと同様に、画像
情報の緑色成分または青色成分の画素に対応する光束の
みが投写レンズ４に向かって反射され、それ以外の光束
は投写レンズ４から外れた方向（光路外）に反射され
る。

【００１８】このようにして投写レンズ４に導かれた各
色光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、投写レンズ４を介してスクリーン
６に順次拡大投写され、スクリーン６において視覚的に
１つのカラー画像が形成される。すなわち、本例の投写
型表示装置１では、液晶シャッター５によって、順次に
投光色が切り換えられる。また、この切り替えに同期し
て、ＤＭＤ３が駆動され、投光色として選択された各色
光束に対する変調が施される。この結果、スクリーン６
には、カラー画像に対応して変調された各色光束が順次
に投写されるので、当該スクリーン６には視覚的にカラ
ー画像が写し出される。

【００１９】尚、各色光束がＤＭＤ３に順次照射される
単位期間中に、各画素に対応する鏡面素子が投写レンズ
４に向けて色光を反射する時間を変化させることによ
り、各光の階調が制御される。この結果、投写画像の表
示色数が増える。また同様にして、画像全体の色調を任
意に設定することができる。尚、ＤＭＤ３の各反射鏡の
制御（駆動）は、各色光の切り換わりのタイミングに同
期させて行う。

【００２０】図３は液晶シャッター５の概略構成図であ
る。液晶シャッター５は、第１、第２、および第３のゲ
ストホスト層を備える３層構造をしており、光源２から
の出射光束Ｗに含まれる赤色光束Ｒ、緑色光束Ｇ、およ
び青色光束Ｂのうちの１つの色光束を選択的に透過する
機能を有している。

【００２１】詳しく説明すると、液晶シャッター５は、
所定の方向に重ね合わされたガラス基板などからなる透
過率の高い４枚の基板１１、１２、１３、および１４を
有している。基板１１および１２の間、基板１２および
１３の間、基板１３および１４の間には、それぞれ、赤
色光束Ｒのみを吸収可能な第１のゲストホスト層１５、
緑色光束Ｇのみを吸収可能な第２のゲストホスト層１
６、および青色光束Ｂのみを吸収可能な第３のゲストホ
スト層１７が狭持されている。各基板１１〜１４におけ
るそれぞれの対向面には、ＩＴＯ等からなるベタ電極１
８が形成されている。

【００２２】第１のゲストホスト層１５には、液晶分子
（ホスト）１５ａおよび赤色光束Ｒを吸収する二色性色
素分子（ゲスト）１５ｂが含有されている。第１のゲス
トホスト層１５に印加する電圧をオンオフ制御すること
により、供給された光束に含まれる赤色光束Ｒは、この
層１５で吸収され、あるいはこの層１５を透過する。例
えば、ベタ電極１８を介して基板１１および１２の間に
オフ電圧を印加すると、液晶分子１５ａおよび二色性色
素分子１５ｂの配向方向が変化して、この第１のゲスト
ホスト層１５が吸光状態となって赤色光束Ｒが吸収され
る。一方、電圧のオン時には透過状態となって赤色光束
Ｒは透過する。

【００２３】第２のゲストホスト層１６には、液晶分子
（ホスト）１６ａおよび緑色光束Ｇを吸収する二色性色
素分子（ゲスト）１６ｂが含有されている。第２のゲス
トホスト層１６に印加する電圧をオンオフ制御すると、
供給された光束Ｗに含まれる緑色光束Ｇは、この層１６
で吸収され、あるいはこの層１６を透過する。例えば、
第１のゲストホスト層１５と同様に、ベタ電極１８を介
して基板１２および１３の間にオフ電圧を印加して、液
晶分子１６ａおよび二色性色素分子１６ｂの配向方向を
変化させると、この第２のゲストホスト層１６が吸光状
態となり、一方、電圧をオンすると、透過状態となる。

【００２４】第３のゲストホスト層１７には、液晶分子
（ホスト）１７ａおよび青色光束Ｂを吸収する二色性色
素分子（ゲスト）１７ｂが含有されている。第３のゲス
トホスト層１７への電圧をオンオフ制御することによ
り、供給された光束Ｗに含まれる青色光束Ｂは、この層
１７で吸収され、あるいはこの層１７を透過する。例え
ば、第１のゲストホスト層１５と同様に、ベタ電極１８
を介して基板１３および１４の間にオフ電圧を印加し
て、液晶分子１７ａおよび二色性色素分子１７ｂの配向
方向を変化させると、この第３のゲストホスト層１７が
吸光状態となり、一方、電圧をオンすると、透過状態と
なる。

【００２５】投写型表示装置１においては、各ゲストホ
スト層１５、１６、および１７に電圧を印加するため
に、それぞれの層に対応して電圧印加部２１、２２、お
よび２３が設けられている。この電圧印加部２１〜２３
は制御部２５によって各層に電圧を印加するタイミング
や電圧値等が制御されている。また、制御部２５は、Ｄ
ＭＤ３の鏡面素子８の駆動タイミングの制御も行ってい
る。すなわち、各ゲストホスト層１５、１６および１７
に印加される電圧をオンオフ制御して、ＤＭＤ３に赤色
光束Ｒのみが供給されるようにすると共に、画像情報に
赤色成分を有する画素に対応した鏡面素子１１を駆動制
御して、その反射角度を調整する。

【００２６】図４には、液晶シャッター５から赤色光束
Ｒのみが出射されるときの各ゲストホスト層の様子を示
してある。液晶シャッター５から赤色光束Ｒのみを出射
させる場合には、第２および第３のゲストホスト層１６
および１７にオフ電圧を印加して、これらの層１６およ
び１７を吸光状態にする。この時、第１のゲストホスト
層１５にはオン電圧を印加して、この層１５のみを透過
状態とする。それぞれのゲストホスト層１５、１６およ
び１７が、このような状態となっている場合に、光源か
らの出射光束Ｗが液晶シャッター５に供給されると、ま
ず、出射光束Ｗは第１のゲストホスト層１５を透過す
る。第１のゲストホスト層１５を透過した出射光束Ｗの
うち、そこに含まれる緑色光束Ｇが第２のゲストホスト
層１６で吸光され、その他の色光束（赤色光束Ｒおよび
青色光束Ｂ）が第３のゲストホスト層１７に向かう。そ
して、赤色光束Ｒおよび青色光束Ｂのうち、青色光束Ｂ
は第３のゲストホスト層１７で吸光される。この結果、
赤色光束Ｒのみが液晶シャッター５を透過することにな
る。

【００２７】なお、緑色光束Ｇのみが液晶シャッター５
を透過するようにするためには、第２のゲストホスト層
１６を透過状態とすると共に、第１および第３のゲスト
ホスト層１５および１７を吸光状態にすれば良い。ま
た、青色光束Ｂのみが液晶シャッター５を透過するよう
にするためには、第３のゲストホスト層１７を透過状態
とすると共に、第１および第２のゲストホスト層１５お
よび１６を吸光状態とすれば良い。

【００２８】このように投写型表示装置１においては、
各ゲストホスト層１５、１６、および１７に印加する電
圧に応じて赤色光束Ｒ、緑色光束Ｇ、または青色光束Ｂ
を選択的に透過可能な液晶シャッター５を投光色切替手
段として用いている。このため、カラーフィルターをモ
ータによって回転駆動する等の機械的な投光色の切替機
構を配置する必要はなく、液晶シャッター５を電気的に
制御するだけで良い。このため、モータ等の機械的な機
構を無くすことができるので、装置を小型にできる効果
は大きい。

【００２９】また、投写型表示装置１においては、各ゲ
ストホスト層１５、１６および１７に電圧を印加するた
めの電極１８として、ＩＴＯ等からなるベタの透明電極
を採用している。このように、透明電極を採用している
ので、光束が電極を通過する際の光損失を低減できる。
また、ベタ電極を形成できるので、各基板１１〜１４に
電極を形成する際の製造工程を簡略化できる。さらに、
画素を構成する為にマトリクス状に電極が配置された通
常の液晶パネルとは異なり、画素を構成する必要がな
い。このため、１枚の基板には単一の平面電極を配置で
き電極の抵抗を下げることができる。また、遮光膜を配
置せずに透明電極だけを配置すれば良いので、光の利用
効率の点で優れている。

【００３０】なお、液晶シャッター５をＤＭＤ３から見
て光源側に配置した例を説明したが、液晶シャッター５
をＤＭＤ３から見て投写レンズ４の側に配置しても良
い。

【００３１】また、投光色切替手段として使用可能な液
晶シャッターとしては、複数のゲストホスト層を備える
ものに限らず、その他のものであっても良い。例えば、
液晶の複屈折率を電圧によって制御可能なＥＣＢ方式の
液晶シャッターを用いることができる。また、コレステ
リック液晶層を備えた液晶シャッターを用いることも可
能である。このコレステリック液晶層に電圧を印加し
て、相転移を誘起させ、その液晶シャッターの透過波長
特性を変化させるようにすれば、所定の色光束のみを透
過することが可能である。

【００３２】また他の実施形態として、２枚の基板の配
向膜が同一方向にラビング処理されたπセルと呼ばれる
液晶パネルを用いる方法もある。２枚のπセルと２枚の
カラー偏光板と１枚の偏光板とを組み合わせることによ
り、液晶シャッターを構成することができる。

【００３３】さらに、投写型表示装置１のタイプとして
は、投写面（スクリーン）を観察する側から投写を行う
全面投写型のタイプであっても良く、また、投写面を観
察する側とは反対の方向から投写を行う背面投写型のタ
イプであっても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、単板反射型の投写型表示装置における投光色切替手
段として、液晶層に印加する電圧に応じて所定の色光束
を選択的に透過可能な液晶シャッターを用いるようにし
ている。従って、モータによってカラーフィルターを回
転駆動する等の必要はなく、液晶シャッターを電気的に
制御するだけで良いので、機械的な可動部品を無くすこ
とができ、投写型表示装置を大幅に小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した投写型表示装置の概略構成図
である。

【図２】ＤＭＤの鏡面素子の動作を説明するための図で
ある。

【図３】投光色切替手段としての液晶シャッターの概略
構成図である。

【図４】液晶シャッターから赤色光束のみが出射される
ときの各ゲストホスト層の様子を示す図である。

【符号の説明】

１投写型表示装置２光源３ＤＭＤ４投写レンズ５液晶シャッター６スクリーン８鏡面素子１１、１２、１３、１４基板１５第１のゲストホスト層１６第２のゲストホスト層１７第３のゲストホスト層１８ベタ電極２１、２２、２３電圧印加部２５制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ 9/31 9/31 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源から出射された光束に
含まれる第１および第２の色光束を変調可能な反射式光
変調手段と、この反射式光変調手段によって変調された
第１および第２の色光束を投写面上に拡大投写する投写
光学系と、前記投写面上に拡大投写される色光束を前記
第１または第２の色光束に切り替え可能な投光色切替手
段とを有し、前記投写光学系によって、前記投写面上に
前記第１および第２の色光束を交互に投写して、当該投
写面上においてカラー画像を形成する投写型表示装置に
おいて、前記投光色切替手段は前記光源から前記投写面までの光
路上に配置された液晶シャッターを含み、当該液晶シャ
ッターは印加電圧に基づいて透過波長特性の変化する液
晶層を備え、当該液晶層に印加する電圧に応じて前記第
１または第２の色光束を選択的に透過可能であることを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記液晶シャッター
の前記液晶層は、印加電圧に基づいて前記第１の色光束
を吸収し、前記第２の色光束を透過する第１のゲストホ
スト層と、印加電圧に基づいて前記第２の色光束を吸収
し、前記第１の色光束を透過する第２のゲストホスト層
とを備えており、当該液晶シャッターは、前記第１および第２のゲストホ
スト層に印加する電圧に応じて前記第１または第２の色
光束を選択的に透過可能であることを特徴とする投写型
表示装置。
【請求項３】請求項１において、前記液晶シャッター
の前記液晶層は、コレステリック液晶層であることを特
徴とする投写型表示装置。
【請求項４】請求項１において、前記液晶シャッター
は、２枚のカラー偏光板と、２枚のπセルと、１枚の偏
光板とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記液晶シャッターには、当該液晶層に電圧を印加するた
めのＩＴＯからなるベタ電極が形成されていることを特
徴とする投写型表示装置。