JPH07113709B2

JPH07113709B2 - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH07113709B2
Application number: JP2253251A
Authority: JP
Inventors: 孝明田中; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1995-12-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: DE69123112T2; EP0477028A3; EP0477028B1; EP0477028A2; JPH04131815A; DE69123112D1; US5164821A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はライトバルブ上に形成される画像を照明光で照
射し、投写レンズによりスクリーン上に投写する投写型
表示装置に関する。

従来の技術大画面の画像を得るために、映像信号に応じた光学像を
形成する小型のライトバルブに、光源からの光を照射
し、投写レンズによりその光学像をスクリーン上に投写
拡大する方法が知られている。近年ライトバルブに液晶
パネルを用いた投写型表示装置が注目されている。従来
の投写型表示装置（たとえば、テレビジョン学会技術報
告資料CE6'89−17、pp55〜60）は、ランプと、ランプか
らの放射光を集光する集光光学系と、３枚のダイクロイ
ックミラーから構成される色分離光学系と、３枚のフィ
ールドレンズと、３枚のアクティブマトリックス方式の
液晶パネルと、３本の投写レンズと、スクリーンから構
成されている。３本の投写レンを用いるため、色合成光
学手段が不要となり、投写レンズの広角化が容易とな
る。したがって、コンパクトな投写型表示装置が構成で
きるという特徴を有している。

発明が解決しようとする課題光源からの光は自然光であるが、液晶パネルは偏光板に
より直線偏光化して利用する。液晶パネルの液晶セル壁
面の液晶分子配向方向とダイクロイックミラーのｐ偏光
方向とのなす角度が略45度の場合には、ダイクロイック
ミラーのｐ偏光成分とｓ偏光成分の平均値成分の色光が
利用される。ダイクロイックミラーの分光透過率特性の
透過率10％の波長と透過率90％の波長の差を傾斜幅とす
ると、ｐ偏光,s偏光成分の分光透過率特性の傾斜幅に比
べて、平均値成分の傾斜幅は大きくなる。この傾斜幅が
大きいと、ダイクロイックミラーの分光透過率特性の入
射角依存や膜厚不均一による投写画像の色むらが大きく
なるという課題がある。また、ダイクロイックミラーの
分光透過率特性に微小なバラツキがある場合には、投写
画像の明るさと色度が変化するという課題を有する。

本発明は上記課題を解決し、投写画像の色むらがなく、
色再現範囲の調整が容易な投写型表示装置を提供するの
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に、本発明の第１の投写型表示
装置は、光源と、前記光源からの白色光を青，緑，赤の
色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光
学手段からの出射光を受け偏光方向の方位を変換させる
1/2波長板と、前記1/2波長板からの出射光を受け映像信
号に応じた光学像が形成される３つのライトバルブと、
前記ライトバルブからの出射光を受け前記光学像をスク
リーン上に投写する３本の投写レンズとを備えたもので
ある。

本発明の第２の投写型表示装置は、光源と、前記光源か
らの白色光を青，緑，赤の色成分の光に分離する色分離
光学手段と、前記色分離光学手段からの各色光が入射し
映像信号に応じた光学像が形成される３つのライトバル
ブと、前記ライトバルブから出射する青，緑，赤の色成
分の光を合成する色合成光学手段と、前記色合成光学手
段からの出射光を受け前記光学像をスクリーン上に投写
する投写レンズと、偏光方向の方位を変換させる1/2波
長板とを備えたものである。

本発明の第３の投写型表示装置は光源と、前記光源から
の白色光を青，緑，赤の色成分の光に分離する色分離光
学手段と、前記色分離光学手段からの各色光が入射する
1/2波長板を備えたフィールドレンズと、前記フィール
ドレンズからの出射光を受け映像信号に応じた光学像が
形成される３つのライトバルブと、前記光学像をスクリ
ーン上に投写する投写レンズと、前記フィールドレンズ
を回転する手段とを備え、前記フィールドレンズを回転
することにより投写画像の明るさ，色度を調整するよう
構成したものである。

作用本発明は上記した構成によって、1/2波長板により、色
分離光学系から出射するｐ偏光成分またはｓ偏光成分の
色光を液晶パネルが利用する偏光方向の方位に変換さ
せ、液晶パネルに入射する色光の分光分布の傾斜幅を小
さくする。したがって、ダイクロイックミラーの分光透
過率特性の入射角依存や膜厚不均一による投写画像の色
むらを低減できる。1/2波長板を回転させる手段を備え
ることにより、液晶パネルが利用する色光の分光分布特
性を制御できるため、投写画像の明るさと色度の調整が
可能となる。さらに、1/2波長板を備えたフィールドレ
ンズを備えるために、境界面での表面反射損失を低減
し、光学系の全透過率を向上させる。

実施例以下本発明の第１の実施例の投写型表示装置について図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の投写型表示装置の構成を示した
もので、ライトバルブとして液晶パネルを用いている。
１はランプ、２は放物面鏡、３はランプ１と放物面鏡２
から構成される光源、４は紫外線・赤外線カットフィル
タ、5,6,7はダイクロイックミラー、８はダイクロイッ
クミラー５〜７から構成される色分離光学手段,9B,9G,9
Rはフィールドレンズ、10,11,12は1/2波長板、13,15は
偏光板、14は各絵素毎にスイッチング素子を備える液晶
セル、16B,16G,16Rは液晶セル14と偏光板13,15から構成
される液晶パネル、17B,17G,17Rは投写レンズ、18はス
クリーンである。

以上のような構成要素よりなり、つぎにその相互の関連
と動作について説明する。

メタルハライドランプ，キセノンランプ，ハロゲンラン
プ等のランプ１から放射される光は放物面鏡２により、
略平行光に変換される。光源３からの略平行光は、紫外
線・赤外線カットフィルタ４により、前面に紫外線・赤
外線が透過しないようにした後、色分離光学手段８に入
射する。色分離光学手段８は、青反射のダイクロイック
ミラー５、緑反射のダイクロイックミラー６、赤反射の
ダイクロイックミラー７によって光源からの白色光を
青，緑，赤の色光に分離する。色分離光学手段８によっ
て分離された青，緑，赤の各色光は、フィールドレンズ
9B,9G,9Rに入射する。フィールドレンズ9B,9G,9Rは液晶
パネル16B,16G,16Rの周辺部を透過する光を投写レンズ1
7B,17G,17Rに入射させるためのもので、平面側を液晶パ
ネル16B,16G,16Rに向けた平凸レンズである。フィール
ドレンズからの出射光は1/2波長板10,11,12に入射す
る。

1/2波長板は、一般に円偏光，楕円偏光の逆転、直線偏
光の方位変換などに利用される。1/2波長板10,11,12は
液晶パネルが利用する直線偏光の色光の分光分布を制御
するように配置される。1/2波長板には無機光学単結晶
波長板，延伸樹脂フィルム波長板，薄膜波長板などがあ
る。波長板の二つの固有偏光の方向を中性軸とする。３
枚の1/2波長板10,11,12の波長設定は入射する色光の波
長に応じて、投写画像の青，緑，赤の色度の主波長で設
定するのが望ましいが、コスト低下を図るために、３枚
とも550nm付近で波長制定を行なった1/2波長板を用いて
もよい。無機光学単結晶波長板は製作コストが高いた
め、安価な延伸樹脂フィルムで構成された波長板が実用
的である。延伸樹脂フィルムの1/2波長板には片面に粘
着剤が塗布され、平板ガラスに貼付される。平板ガラス
に回転機構を設けることにより、1/2波長板の中性軸を
回転させる。1/2波長板10,11,12には強力な光が入射す
るため、熱により樹脂フィルムの劣化が問題となるため
冷却に注意する必要がある。しかしながら、冷却の手段
を設けない場合には耐熱性の高い薄膜波長板を用いても
よい。薄膜波長板は斜方蒸着した薄膜が膜面に垂直に入
射する光線に対して複屈折を生じることを利用したもの
である。斜方蒸着膜は膜厚、すなわち蒸着時間によって
任意にリタデーションの設定ができる。また、他の光学
多層膜と同様な成膜であるため大面積化も容易である。

1/2波長板10,11,12から出射した光は、同一平面上に配
置した透過型の３つの液晶パネル16B,16G,16Rに入射す
る。液晶パネル16B,16G,16Rはツイストネマチックモー
ドの液晶セル14の両側に偏光板13,15を平行ニコルに配
置して構成される。液晶パネル16B,16G,16Rはアクティ
ブマトリックス方式であって、映像信号に応じて透過率
の変化として光学像が形成される。液晶パネル16B,16G,
16Rで形成された光学像は、光軸を互いに平行に配置し
た３本の投写レンズ17B,17G,17Rにより、スクリーン18
上に拡大投写され、青，緑，赤の投写画像はスクリーン
18上で合成される。スクリーン18上で３つの液晶パネル
16B,16G,16Rで形成される画像を合成するために、３つ
の液晶パネル16B,16G,16Rの中央部以外の２枚の液晶パ
ネル16B,16Rを投写レンズ17B,17Rの光軸に対して平面上
の位置と傾きを微動させて、青，緑，赤の投写画像をス
クリーン18上で重ね合せている。

第２図にダイクロイックミラー５、1/2波長板10、偏光
板13,15、液晶セル14の偏光方向の状態を示す。ここ
で、液晶セル14の入射光側及び出射光側壁面の分子配向
方向はｘ方向に対して略45度の状態にある。入射光側の
偏光板13の偏光軸とｘ方向とのなす角度をθ（鋭角）と
すると、1/2波長板は中性軸と偏光板13の偏光軸とのな
す角度がθ/2となるように配置する。1/2波長板10はｘ
方向すなわち、ｐ偏光成分の色光が入射側の偏光板13を
透過するように偏光方向の方位を変換させ、液晶セル14
にｐ偏光成分の色光を入射させる。したがって、液晶パ
ネル16Bはダイクロイックミラーのｐ偏光成分の色光を
利用して光学像を形成する。さらに、1/2波長板を回転
させることにより、偏光方向の方位が連続的に制御でき
るため、液晶パネルが利用する色光の分光分布特性がｐ
偏光成分からｓ偏光成分の範囲で制御できる。

偏光板13と1/2波長板10は分離して示しているが、粘着
剤により偏光板13を1/2波長板10に密着させてもよい。
この場合、偏光板13と1/2波長板10,11,12とは一体化さ
れ、偏光板13の偏光軸と1/2波長板10の中性軸の位置合
わせ精度が高くなる。1/2波長板に回転機構を付加すれ
ば、偏光板13の回転による投写画像のコントラスト調整
が可能となる。また、1/2波長板と空気、空気と偏光板
の境界面における屈折率の差による光の表面反射損失が
低減し、光の透過率が向上する。

第３図にダイクロイックミラー５の分光透過率特性を示
す。ここで、実線はｐ偏光成分、一点鎖線はｓ偏光成
分、破線はｐ偏光とｓ偏光の平均値成分の特性である。
透過率が10％となる波長と90％となる波長の差である傾
斜幅Δλはｐ偏光成分のΔλ_１より平均値成分のΔλ_２
が大きい。光源３からの光は完全な平行光でないために
ダイクロイックミラー５に入射する光の入射角はダイク
ロイックミラーの場所によって変わり、分光透過率特性
が短波長あるいは長波長側にシフトする。このため、液
晶パネル16B上に照射させる色光の明るさ、色度が液晶
パネル16B面内で変化し、投写画像の色むらとなる。同
様にダイクロイックミラーの膜厚が不均一な場合も投写
画像に色むらを生じる。ダイクロイックミラー５の傾斜
幅Δλが大きい程液晶パネル16B面上での照明光の明る
さ，色度の変化は大きい。1/2波長板10の中性軸の方向
設定によりｐ偏光成分の分光特性の色光が偏光板13を透
過するように制御できるため、ｐ偏光,s偏光の平均値成
分の色光より傾斜幅Δλが小さくなり、投写画像の色む
らを低減できる。また、1/2波長板10を回転させること
により、液晶パネル16Bはｐ偏光成分からｓ偏光成分の
範囲の色光が利用できるために、投写画像の色度と明る
さが調整できる。したがって、ダイクロイックミラー５
の分光透過率特性にバラツキがあっても、1/2波長板10
でそのバラツキを補正できる。ダイクロイックミラー6,
7についても、1/2波長板11,12は同様な作用を有する。
青，緑，赤の各投写画像の明るさ，色度の微調整が可能
となるため、白バランス調整が容易となる。

1/2波長板10,11,12には広帯域の光が入射するため、1/2
波長板の設定波長の公差は非常にゆるい。青，緑，赤の
色光が入射する10,11,12の1/2波長板に設定波長が550nm
付近である同一の1/2波長板を用いても、傾斜幅が若干
大きくなり、明るさ，色度調整範囲が多少変化するだけ
で大きな問題はない。

1/2波長板10,11,12はｐ偏光成分の色光が偏光板13を透
過するように配置したが、ｓ偏光成分の色光が透過する
ようにしてもよい。

以下本発明の第２の実施例の投写型表示装置について図
面を参照しながら説明する。第４図に本発明の第２の実
施例における投写型表示装置の構成を示す。光源３、青
反射のダイクロイックミラー５、緑反射のダイクロイッ
クミラー６から構成される色分離光学手段８′、フィー
ルドレンズ9B,9G,9R、1/2波長板10,11,12、液晶パネル1
6B,16G,16Rは第１図と同様の構成である。第１図と異な
るのは、ミラー25,26を用いていることと、ダイクロイ
ックミラー22,23から構成される色合成手段24を配置し
１本の投写レンズを用いている点である。

以上のような構成において、つぎにその動作を説明する
と、光源３からの略平行光は、紫外線・赤外線カットフ
ィルタ４により、前面に紫外線・赤外線が透過しないよ
うにした後、色分離光学手段８′に入射する。色分離光
学手段８′は、青反射のダイクロイックミラー５、緑反
射のダイクロイックミラー６によって光源からの白色光
を青，緑，赤の色光に分離する。色分離光学手段８′に
よって分離された青，緑，赤の各色光は、フィールドレ
ンズ9B,9G,9Rを通過後、1/2波長板10,11,12に入射す
る。1/2波長板10,11,12は液晶パネルが利用する色光の
分光分布を制御する。液晶パネル16B,16G,16Rは1/2波長
板10,11,12から出射した光を受けて映像信号に応じた光
学像を形成する。液晶パネル16B,16G,16Rから出射した
光は緑反射のダイクロイックミラー22、赤反射のダイク
ロイックミラー23から構成される色合成手段24により各
色光が合成された後、投写レンズ21によって拡大投写さ
れる。第１の実施例と同様に1/2波長板の中性軸の方向
設定によりｐ偏光成分の分光特性の色光が偏光板13を透
過するよう制御できるため、ｐ偏光,s偏光の平均値成分
の色光より傾斜幅Δλが小さくなり、投写画像の色むら
を低減できる。また、1/2波長板10,11,12を回転させる
ことにより、液晶パネル16B,16G,16Rはｐ偏光成分から
ｓ偏光成分の範囲の色光が利用できるために、投写画像
の明るさや色度が調整できる。また、偏光板13と1/2波
長板10,11,12を一体化すれば、偏光板13の回転による投
写画像のコントラストが調整できる。

1/2波長板10,11,12は液晶パネル16B,16G,16Rと色合成光
学手段24の間に配置してもよい。液晶パネルから出射し
た直線偏光の光は、1/2波長板により偏光方向の方位が
ダイクロイックミラー22,23のｐ偏光方向あるいはｓ偏
光方向に変換されて、ダイクロイックミラー22,23に入
射する。したがって、1/2波長板10,11,12を色分解光学
手段８′と液晶パネル16B,16G,16Rの間に配置した場合
と同様な効果を有する。

以下に本発明の第３の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第５図に本発明の第３の実施例における投
写型表示装置の構成を示す。第１の実施例の投写表示装
置の構成と異なるのはフィールドレンズ9B,9G,9Rに1/2
波長板10,11,12を密着させ、フィールドレンズ9B,9G,9R
が回転する手段を備えている点である。

フィールドレンズ9B,9G,9Rは平面側を液晶パネル16B,16
G,16Rに向けた平凸レンズである。1/2波長板10,11,12は
片面に粘着剤が塗布され、フィールドレンズ9B,9G,9Rに
平面側に密着される。フィールドレンズ9B,9G,9Rの外周
部は円または円弧状であり、回転機構の付加を容易にす
る。

フィールドレンズに1/2波長板を密着させることによ
り、フィールドレンズと空気、空気と1/2波長板の表面
反射損失を減じ、光の透過率が向上する。また、1/2波
長板10,11,12の支持機構が不要となる。

偏光板13と1/2波長板10,11,12とフィールドレンズ9B,9
G,9Rを一体化すれば、偏光板13の回転による投写画像の
コントラスト調整が可能となる。また、境界面での表面
反射損失を低減できる。

第２の実施例で示した投写型表示装置においてもフィー
ルドレンズに1/2波長板を密着すれば同様な効果を示
す。

上記実施例において、ライトバルブに液晶パネルを用い
た例を示したが、電気光学効果など複屈折性，旋光性の
変化として映像信号に応じた光学像を形成するライトバ
ルブを用いてもよい。

発明の効果以上のように本発明によれば、1/2波長板を備えている
ために、液晶パネルが利用する色光の分光分布の傾斜幅
を小さくでき、ダイクロイックミラーの分光透過率特性
の入射角依存や膜厚不均一による投写画像の色むらを低
減できる。1/2波長板を回転させる手段を備えることに
より、液晶パネルが利用する色光の分光分布特性を調整
できるため、投写画像の明るさや色再現範囲の調整が可
能となるなど、非常に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の投写型表示装置の構成
図、第２図は1/2波長板、液晶パネルの偏光方向の状態
を示す説明図、第３図はダイクロイックミラーの分光透
過率特性図、第４図は本発明の第２の実施例の投写型表
示装置の構成図、第５図は本発明の第３の実施例の投写
型表示装置の構成図である。１……ランプ、２……放物面鏡、３……光源、４……紫
外線・熱線カットフィルタ、5,6,7,22,23……ダイクロ
イックミラー、8,8′……色分離光学手段、9B,9G,9R…
…フィールドレンズ、10,11,12……1/2波長板、13,15…
…偏光板、14……液晶セル、16B,16G,16R……液晶パネ
ル、17B,17G,17R,21……投写レンズ、18……スクリー
ン、24……色合成光学手段、25,26……ミラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの白色光を青，緑，
赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分
離光学手段からの出射光を受け偏光方向の方位を変換さ
せる1/2波長板と、前記1/2波長板からの出射光を受け映
像信号に応じた光学像が形成される３つのライトバルブ
と、前記ライトバルブからの出射光を受け前記光学像を
スクリーン上に投写する３本の投写レンズとを備えた投
写型表示装置。
【請求項２】光源と、前記光源からの白色光を青，緑，
赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分
離光学手段からの各色光が入射し映像信号に応じた光学
像が形成される３つのライトバルブと、前記ライトバル
ブから出射する青，緑，赤の色成分の光を合成する色合
成光学手段と、前記色合成光学手段からの出射光を受け
前記光学像をスクリーン上に投写する投写レンズと、偏
光方向の方位を変換させる1/2波長板とを備えた投写型
表示装置。
【請求項３】光源と、前記光源からの白色光を青，緑，
赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、前記色分
離光学手段からの各色光が入射する1/2波長板を備えた
フィールドレンズと、前記フィールドレンズからの出射
光を受け映像信号に応じた光学像が形成される３つのラ
イトバルブと、前記光学像をスクリーン上に投写する投
写レンズと、前記フィールドレンズを回転する手段とを
備え、前記フィールドレンズを回転することにより投写
画像の明るさ，色度を調整するようにした投写型表示装
置。
【請求項４】1/2波長板が回転する手段を備えた請求項
１または３記載の投写型表示装置。
【請求項５】1/2波長板が延伸樹脂フィルムで構成され
た請求項（１）ないし（３）のいずれかに記載の投写型
表示装置。
【請求項６】1/2波長板が薄膜で構成された請求項
（１）ないし（３）のいずれかに記載の投写型表示装
置。
【請求項７】1/2波長板に偏光板を備えた請求項（１）
ないし（３）のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項８】フィールドレンズは平凸レンズで、その平
面に1/2波長板を密着した請求項（３）記載の投写型表
示装置。