JPH11311751A

JPH11311751A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH11311751A
Application number: JP10121248A
Authority: JP
Inventors: Toshio Obayashi; 稔夫尾林; Hisayuki Mihara; 久幸三原
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示素子の信号電極とマイクロレンズのず
れによる色むら、輝度むら、周辺光量が低下を防ぎ、高
品位な投写型表示装置を実現する。【解決手段】液晶表示素子２０ににマイクロレンズ１０
を付加し、前記液晶表示素子に所定の角度で光束を入射
させる第１の光学素子１４を備え、前記第１の光学素子
から出射される光束に広がりを持たせることができるよ
うにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶プロジェク
タによりテレビジョン等を拡大投写する投写装置に係
り、特にマイクロレンズを付加した液晶表示素子を備え
た投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許第０２６２２１８５号には、１枚の
液晶表示素子に異なる方位から互い波長域が相違する複
数の光束を照射した後、これらを合成してカラー表示を
行う単板式カラー液晶表示装置に関して述べられてい
る。

【０００３】前記液晶表示素子には信号電極に対応する
マイクロレンズが付加されており光源からの光束をコン
デンサレンズ等用いて、平行光にし、複数の色に分割し
ている。そして複数の色に分割された光束を、それぞれ
異なる方向からマイクロレンズに入射させ、各色の光束
の集光スポットがそれぞれ別の信号電極（画素を構成す
る液晶セルの開口部）を透過することで、光の利用効率
が高くカラー画像を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロレンズと液晶表示素子を貼り合せるとき生じる貼り合
せ誤差や、マイクロレンズの伸縮により、マイクロレン
ズと液晶表示素子開口部との間に位置ずれが生じる。こ
のようなずれは、図５に示すようにマイクロレンズ１０
と液晶表示素子を一体化した状態で、開口部とマイクロ
レンズのずれは周辺にいくほど大きくなる場合が多い。
図５の開口部Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０、…
の周囲の点線が理想的なマイクロレンズの位置で、実線
がずれた状態を示している。

【０００５】このようなずれがあると、各色の光束の対
応する液晶表示素子の対応するセルの開口部以外のセル
の開口部に入射し、各色の色純度を低下させたり、各色
の光束が対応するべきセルの開口部に集光しなかった
り、さらにはずれて透過率が低下し、スクリーン上に投
写したときに暗くなる。

【０００６】図６に、液晶表示素子の信号電極とマイク
ロレンズの位置がずれているときの光束の概略を示す。
即ち、図６（Ｂ）において、１０はマイクロレンズ、２
０は液晶表示素子である。液晶表示素子２０において、
２２は表示電極、２３は液晶層、２４，２５はそれぞれ
ガラス基板である。またＲ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ０、Ｇ
０、Ｂ０、…は、それぞれ信号電極に相当し、液晶セル
の開口部であり、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の１組でカラー表示
用の１画素を構成する。

【０００７】矢印Ｒの範囲は、赤の波長成分を反射する
ダイクロイックミラーからの光束であり、矢印Ｇの範囲
は、緑の波長成分を反射するダイクロイックミラーから
の光束であり、矢印Ｂの範囲は、青の波長成分を反射す
るダイクロイックミラーからの光束である。図６（Ａ）
は、マイクロレンズ１０と各Ｒ，Ｇ，Ｂの光束との関係
を示している。１画素に対応するマイクロレンズと液晶
表示素子が理想的な位置関係であれば、光束は、破線の
位置に一致すべきであるが、ずれていると、実線で示す
ような位置関係となる。

【０００８】このようなずれが生じた場合、先に述べた
ような色の混色が生じる。あるいは透過率が低下するな
どの問題がある。そこでこの発明は、色むら、輝度む
ら、周辺光量が低下を防ぎ、映像品位を向上させること
が可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、液晶表示素子にマイクロレンズを付加
し、前記液晶表示素子に所定の角度で光束を入射させる
第１の光学素子を備え、前記第１の光学素子から出射さ
れる光束に広がり又は集光性を持たせることができるよ
うにしたものである。これにより液晶表示素子に対する
照明の効率劣化や、ずれを防止でき高品位の投写型装置
を得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１はこの発明の一実施の形態
である。図１は、光学系にこの発明が適用されたマイク
ロレンズカラーセパレーション方式液晶プロジェクタを
示している。

【００１１】１１はメタルハライドランプあるいは高圧
水銀ランプによる光源であり、楕円面鏡１２の第１焦点
に配置されている。この楕円面鏡１２で集光反射された
光は、楕円面鏡１２の第２焦点Ｆ１２で集光し、コンデ
ンサレンズ１４に入射する。このコンデンサレンズ１４
の焦点Ｆ２１は、楕円面鏡１２の焦点Ｆ１２よりも楕円
面鏡１２側に位置するように、当該コンデンサレンズ１
４が配置されている。

【００１２】もし上記の焦点Ｆ１２とＦ２１とが一致す
ると、コンデンサレンズ１４は入射光束を平行光にす
る。しかし、この装置では、焦点Ｆ１２とＦ２１とが不
一致であるために、出射光は広がりながら出力される。
これにより、後述するように液晶表示素子２０に照射さ
れる光として、周辺に傾いた光をマイクロレンズに入射
することになり、結果的に、マイクロレンズの開口部か
らのずれによる輝度低下を補うことができる。

【００１３】この焦点Ｆ１２とＦ２１のずれは、後述す
るマイクロレンズの伸縮率により計算することができる
が、例えばスクリーン上の周辺輝度を測定し、この周辺
輝度が最大となるようにコンデンサレンズ１４の位置を
調整してもよい。

【００１４】コンデンサレンズ１４により出射された光
は、光軸に対して傾斜して３枚がほぼ重なるように配置
されたダイクロイックミラー１６Ｂ，１６Ｒ，１６Ｇに
入射される。

【００１５】ここで例えばダイクロイックミラー１６Ｇ
は、赤の波長帯域の光を入射角が４５度、ダイクロイッ
クミラー１６Ｒは、青の波長帯域の光を入射角が４５度
よりも鈍角な方向に反射し、ダイクロイックミラー１６
Ｂは、緑の波長帯域の光を入射角が４５度よりも鋭角な
方向に反射する。ダイクロイックミラー１６Ｇ，１６
Ｒ，１６Ｂは、コンデンサレンズ１４を出射した略平行
な光をそれぞれの色の光束に分離する。ダイクロイック
ミラー１６Ｇ，１６Ｒ，１６Ｂから反射された各光は，
マイクロレンズ１０を有した液晶表示素子２０に照射さ
れる。液晶表示素子２０は、図示しない液晶ドライブ回
路から供給される映像信号に応じて、各Ｒ，Ｇ，Ｂのセ
ルの光透過量が制御されている。

【００１６】液晶表示素子２０から出射された光空間変
調像、つまりカラー光学像は、フィールドレンズ１００
を介して投写レンズ１０１に入射される。投写レンズ１
０１は、入射したカラー光学像を拡大してスクリーン１
０２に投写する。背面投写あるいは前面投写のいずれの
タイプでもよい。

【００１７】上記ダイクロイックミラー１６Ｇ，１６
Ｒ，１６Ｂが相互につくる角度は、光軸上の光束の入射
角の差θ(tanθ=p/fu マイクロレンズの空気中の焦点
距離をfu、対応する色の画素間隔をp とする) をほぼ満
足する。

【００１８】コンデンサレンズ１４を出射した光束は、
広がりながら（光軸となす角をγ）ダイクロイックミラ
ー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂに入射している。図２に示す
ように、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ
により分離された各色の光束は、マイクロレンズ１０の
中心近傍に入射する入射角４５φR,４５φG 、４５φB
よりも、マイクロレンズの周囲側に入射する光束の入射
角４６ηR,４６ηG,４６ηB は、γだけ傾いて入射す
る。

【００１９】この結果、マイクロレンズ１０に対する周
囲側での光束の入射角を、マイクロレンズの中心周辺に
入射する光束の入射角に対して、傾けていることにな
る。このようにすると、液晶表示素子２０における画素
（液晶セル）を通過する光束を、周辺の方がマイクロレ
ンズとセルの位置ずれが大きいので、中心より入射光を
傾けた方が光束はセルを効率よく通過できることにな
る。この結果、周辺側の色むらや輝度むらを抑圧するこ
とができる。

【００２０】図２はダイクロイックミラーからマイクロ
レンズに入射する光光束の概略図であり、更に説明を加
える。即ち、図２（Ｂ）において、１０はマイクロレン
ズ、２０は液晶表示素子である。液晶表示素子２０にお
いて、２２は、表示電極、２３は液晶層、２４，２５は
それぞれガラス基板である。またＲ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ
０、Ｇ０、Ｂ０、…は、それぞれ信号電極に相当し、液
晶セルの開口部であり、Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０の１組でカラ
ー表示用の１画素を構成する。

【００２１】矢印Ｒの範囲は、赤の波長成分を反射する
ダイクロイックミラーからの光束であり、矢印Ｇの範囲
は、緑の波長成分を反射するダイクロイックミラーから
の光束であり、矢印Ｂの範囲は、青の波長成分を反射す
るダイクロイックミラーからの光束である。図２（Ａ）
は、マイクロレンズ１０と各Ｒ，Ｇ，Ｂの光束との関係
を示している。調整の後の光束の入射する範囲（点線で
示す）は、マイクロレンズ１０と液晶表示素子２０が理
想的な位置関係となったときを示している。実線の範囲
はずれている状態を示している。

【００２２】上記したような光学系を用いることによ
り、特に表示面の周囲近傍の色むらが無く周辺まで明る
い高品位な映像を得ることができる。この発明は上記の
実施例に限定されるものではない。

【００２３】図３（Ａ），図３（Ｂ），図４（Ａ），図
４（Ｂ）は，それぞれこの発明の他の実施の形態であ
る。図３（Ａ）の実施の形態から説明する。図１の実施
の形態と異なる点は、コンデンサレンズ１４ａは、先の
コンデンサレンズ１４よりも長い焦点距離の焦点Ｆ２
１’を有する点である。上記の焦点Ｆ１２とＦ２１’と
が一致すると、コンデンサレンズ１４は入射光束を平行
光にする。しかし、この装置では、焦点Ｆ１２とＦ２
１’とが不一致であり、このためにコンデンサレンズ１
４ａから出射した光は広がりながら次のダイクロイック
ミラーに入射する。この後の作用は、先の実施の形態と
同様である。即ち、コンデンサレンズ１４からの出射光
は、広がりながら出力される。

【００２４】図３（Ｂ）の実施の形態について説明す
る。上記の実施の形態は、コンデンサレンズ１４あるい
は１４ａの焦点と、楕円面鏡１２との焦点をずらす方法
により、コンデンサレンズ１４あるいは１４ａからの出
射光が広がりを持つようにしたが、この実施の形態は、
出射光の広がりを持たせるために、コンデンサレンズ１
４の出射光を凹レンズ３０を通してダイクロイックミラ
ーに照射するようにしている。このように構成しても先
の実施の形態と同様な効果を得ることができる。この場
合は、焦点Ｆ１２，Ｆ２１は一致させてもよい。

【００２５】図４（Ａ）の実施の形態について説明す
る。この実施の形態は、コンデンサレンズ１４の出力側
に、光軸の周囲が開口した凹レンズ３１を用いる例であ
る。つまり光束の広がりが必要な周囲近傍のみを効率的
に制御するようにしている。この実施の形態は中心近傍
の輝度を低下させることなく光り利用効率がよい。この
実施の形態についても先の実施の形態と同様な効果を得
ることができる。

【００２６】図４（Ｂ）の実施の形態について説明す
る。この実施の形態は、コンデンサレンズを用いずに、
光源からの光束を任意の角度で屈折可能なフレーネルレ
ンズ３２を用いる例である。

【００２７】コンデンサレンズのみを前後移動させる
と、液晶面での照明範囲が拡大し輝度が低下したり、照
明範囲が狭くなり周辺が暗くなる。そこで液晶位置も調
整する必要が生じる。しかし、装置全体が小型化し液晶
位置の調整に制限が加わるようになると、この例のよう
にフレーネルレンズ３２を用いると有効である。

【００２８】マイクロレンズの角度分布特性は例えば次
のように設定される。即ち、マイクロレンズの伸縮率、
液晶とマイクロレンズの貼りあわせ誤差ピッチから、液
晶の中心から周辺までのマイクロレンズと開口部のずれ
量を計算できる。このずれ量から、ダイクロイックミラ
ーへの光束の最適入射角度分布を求めることができる。
この入射角度分布により、フレーネルレンズの角度分布
特性を設定することができる。

【００２９】上記の説明では、光源からの光束を楕円面
鏡を用いて反射した光束を用いる例を説明したが、楕円
面鏡とフライアイレンズを併用する装置に適用すること
も可能である。

【００３０】また上記の実施の形態では光束に広がりを
持たせる手段として凹レンズを示したが、要はマイクロ
レンズに入射する周辺の光束を傾けてやれば良いので、
必ずしも凹レンズである必要はなく、集光性を持つ凸レ
ンズを用いても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば液
晶表示素子の信号電極とマイクロレンズのずれによる色
むら、輝度むら、周辺光量の低下を防ぎ、高品位な投写
型表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す図。

【図２】マイクロレンズと液晶表示素子配置例及びこの
発明の装置の動作原理をを説明するために示した図。

【図３】この発明の他の実施の形態を示す図。

【図４】更にこの発明の他の実施の形態を示す図。

【図５】マイクロレンズと液晶表示素子の貼りあわせ状
態の例を示す説明図。

【図６】液晶表示素子とダイクロイックミラーからの光
束との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１０…マイクロレンズ、２０…液晶表示素子、２２…走
査電極、２３…液晶層、２４，２５…ガラス基板、１１
…光源、１２…楕円面鏡、１３…フライアイレンズ部、
１４…コンデンサレンズ、１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…ダ
イクロイックミラー，１００…フィールドレンズ，１０
１…投写レンズ，１０２…スクリーン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、この光源からの光を反射して一
定方向へ反射する反射手段と、前記反射手段からの光束
の進行経路に設けられており、マイクロレンズを付加し
た液晶表示素子に所定の角度で光束を入射させる第１の
光学素子手段を備え、前記液晶表示素子の照射面の周囲の輝度を上げるため
に、前記第１の光学素子手段からの出射光に広がり又は
集光性を持たせるようにしたことを特徴とする投写型表
示装置。
【請求項２】前記第１の光学素子の焦点と、前記反射
手段の前方にある焦点とがずれていることを特徴とする
請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】前記第１の光学素子の焦点と、前記反射
手段の前方にある焦点とが一致しており、前記第１の光
学素子手段は、コンデンサレンズと凹又は凸レンズを含
むことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】前記凹又は凸レンズは、光軸中心部が開
口していることを特徴とする請求項３記載の投写型表示
装置。
【請求項５】前記第１の光学素子手段は、フレーネル
レンズであることを特徴とする請求項１記載の投写型表
示装置。