JP2004219727A

JP2004219727A - 色補正フィルタ及び投写型表示装置

Info

Publication number: JP2004219727A
Application number: JP2003007157A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mito; 真也三戸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】色再現範囲を拡げるためにイエロー成分を反射させるフィルタなどの色補正フィルタを導入した場合、赤・緑・青の色純度の向上に伴って白色の色度も大きく変化し、黒体軌跡から離れた色度特性となる。これを電気回路で補正した場合、コントラス性能が劣化する。
【解決手段】ガラス基板の両面または片面に、赤・緑・青の３原色光の色純度を向上させるためのイエロー成分、若しくはイエロー成分とシアン成分をカットさせる特性と、白色の色度を補正するための少なくともイエロー成分の補色に相当する青色成分の波長領域においてハーフミラー性能を示す特性とを同時に有する多層膜が形成された色補正フィルタを用いる。これにより、コントラスト性能を劣化させることなく、色再現範囲の向上と白色の色度補正を両立させることが出来、良好な表示品位の投写画像を表示できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平行平面基板上に多層膜を積層して波長を選択的に透過または反射させる色補正フィルタと、この色補正フィルタを用いライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大画面映像を得るために、ライトバルブに映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置が従来からよく知られている。赤，緑，青の３原色光に対応してライトバルブを３つ用いれば高輝度，高解像度でかつ色再現性の良好な投写画像を表示できる。
【０００３】
ライトバルブを３つ用いた投写型表示装置の構成例を図１１に示す。光源としてのランプ１からの放射光は、凹面鏡２によって略平行光に変換され、照明光学系９によってライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上に集光される。照明光学系９は、光源像を細分化してライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上に高効率で均一性の高い照明をするためのレンズアレイ４，５、集光レンズ６，８、照明光導入ミラー７とで構成される。照明光学系９からの光は、全反射プリズム１０を経て白色光を赤、青、緑の３原色光に分解する色分解合成プリズム１１よって分解された後、対応する３つのライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに入射する。３つのライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、それぞれの映像信号に応じて光の進行方向を変調して光学像を形成する反射型のライトバルブである。ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂからの反射光は色分解合成プリズム１１によって再び１つに合成され、全反射プリズム１０を透過して投写レンズ１３によって拡大投写される。
【０００４】
色分解合成プリズム１１だけでは達成できない色再現範囲を実現する必要がある場合、光源１から全反射プリズム１０までの間に色補正フィルタ３を導入する。図１１の例においては凹面鏡２レンズアレイ４との間に色補正フィルタ３を配置している。
【０００５】
色補正フィルタ３は例えば図１２に示す分光透過率特性を有するようなものを用いればよい。この色補正フィルタ３は、５８５ｎｍをピーク波長とするイエロー成分を約８５％反射させたものである。このような色補正フィルタ３を用いることによって、３原色光のうち、緑成分のイエロー側成分と赤成分のイエロー側成分がカットされるため、緑色光と赤色光の色純度を任意にかつ飛躍的に向上させることができる。
【０００６】
以上のような色補正フィルタ３を用いた図１１に示した投写型表示装置の出力光の分光スペクトル例を図１３に、白色光と赤・緑・青の３原色光のｘｙ色度座標グラフを図１４に示す。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−８３７２２号公報
【特許文献２】
特開平７−７２４５０号公報
【特許文献３】
特許第３３２９０７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示した投写型表示装置は、色補正フィルタ３によって図１４に示す赤・緑・青の３原色光の色度点を結ぶ３角形の面積が大きくなり、色再現範囲は向上されている。しかし、一方で、白色光の色度座標は、３原色光の色再現範囲が拡大されるほど、一般に白色色度の基準値とされる黒体軌跡カーブから離れていく傾向にある。
【０００９】
従来、この問題に対しては、電気回路によって赤・緑・青の出力強度を調整する手段をもちいていた。しかし、この方法によると黒表示の色度は補正できないうえ、白表示のときのみ３原色光のいずれかを減衰させるため、白表示の明るさと黒表示の明るさとの比で表されるコントラスト比が低下する。
【００１０】
図１１〜１４に示した従来例においては、例えば電気回路で黒体軌跡上の色温度６５００Ｋに相当する白色光に調整した場合、約４０％ものコントラスト劣化を招くことになる。
【００１１】
本発明は、コントラスト性能を劣化させることなく、色再現範囲の向上と白色光色度の補正を両立させ、表示品位が良好な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため本発明の色補正フィルタは、少なくとも１つのピーク波長を少なくとも４０％以上反射させる特性を有し、かつ前記少なくとも１つのピーク波長の色成分に対する補色成分の波長領域の平均透過率が３０％以上７０％以下の範囲内であるハーフミラー特性を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、光源の放射光をライトバルブ上に集光する照明光学系と、ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、光源と照明光学系との間、または照明光学系の光路中に上記の色補正フィルタを配置していることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を参照して説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における投写型表示装置の概略構成を示したものであり、同図において、１は光源としてのランプ、９は照明光学系、１１は色分解合成プリズム、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはライトバルブ、１３は投写レンズ、２１は色補正フィルタである。なお、色補正フィルタ２１以外は図１１に示した従来例と同一の構成である。
【００１６】
ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に配列され、映像信号に応じて光の進行方向を変調し反射角の変化として光学像が形成される反射型タイプである。
【００１７】
ランプ１は超高圧水銀ランプを用い、凹面鏡２は断面形状が放物面をなす放物面鏡ある。ランプ１の発光体中心が凹面鏡２の略焦点付近に位置するように配置されることによって、ランプ１から出力される放射光を略平行光に変換する。また、凹面鏡２はガラス製機材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる光学多層膜を形成したものである。凹面鏡２を出力した光は色補正フィルタ２１を経て照明光学系９に入射する。
【００１８】
照明光学系９は、光源像を細分化してライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上に高効率で均一性の高い照明をするためのレンズアレイ４，５、集光レンズ６，８、照明光導入ミラー７とで構成される。凹面鏡２から出力する光は光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、面内に輝度の不均一性が残る。そこで、第１のレンズアレイ４は細分化された各レンズの開口形状を二次面光源として扱い、ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの有効表示面と同じアスペクト比とし、第１のレンズアレイ４の各レンズから、対応する第２のレンズアレイ５の各レンズ上に光源像をレンズアレイの数だけ細分化して結像させるようにする。第２のレンズアレイ５からの出力光は第２のレンズアレイ５と集光レンズ６，８とによってライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上に第１のレンズアレイ４の各レンズ形状の像が重畳されて照明される。
【００１９】
こうすることによって、均一でかつライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのアスペクト比に対応した集光効率の高い照明をさせることができる。
【００２０】
なお、この場合、第２レンズアレイ５の各レンズの開口形状は、第１のレンズアレイ４によって細分化されて結像させたランプ１のアーク像の大きさと形状に対応してレンズ開口部の輝度分布ができるだけ最密充填となるように最適化すれば、より集光効率の高い照明を実現することができる。
【００２１】
照明光学系９を出射した照明光は、全反射プリズム１０に入射するように構成している。全反射プリズム１０は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には非常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には臨界角以上の角度で入射して全反射されてライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ側に斜め方向から進行し、投写画像としてライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから反射された光は臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して投写レンズ１３に入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム１０を設けることにより、光学系全体をコンパクトに構成できる。
【００２２】
全反射プリズム１０とライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとの間には色分解合成プリズム１１が配置されおり、ライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは赤用、緑用、青用に３つ用いている。色分解合成プリズム１１は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーが形成されている。
【００２３】
全反射プリズム１０から入射した光が、まず青反射ダイクロイックミラーによって青色光のみ反射され青色用ライトバルブ１２Ｂに入射する。次に、青反射ダイクロイックミラーを透過した光は赤反射ダイクロイッミラーによって赤色光のみ反射され赤色用ライトバルブ１２Ｒに入射する。そして、青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーをいずれも透過した緑色光は緑色用ライトバルブ１２Ｇに入射する。３色の光はそれぞれ対応するライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによって反射された後、再び青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーによって１つ合成され、全反射プリズム１０に入射する。このように、白色光を赤、青、緑の３原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号に対応する３つのライトバルブ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを用いることで、高精細でフルカラーの投写画像を表示できる。
【００２４】
ライトバルブ１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇに入射した照明光うち、白表示に相当する光は全反射プリズム１０、投写レンズ１３を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大投写される。一方、黒表示に相当する光は投写レンズ１３の有効径外に進行し、スクリーンには到達しない。
【００２５】
色補正フィルタ２１の分光透過率特性を図２、３に示す。色補正フィルタ２１は、ガラス基板の片面に図３−ａに示すようにピーク波長を５８５ｎｍとするイエロー成分を約８５％反射させる分光透過率特性を示す第１の誘電体多層膜が形成され、もう一方も面には図３―ｂに示すように４２０〜５６０ｎｍの波長帯域において略平坦に平均透過率が約５０％となる分光透過率特性を示す第２の誘電体多層膜が形成されており、全体として図２に示すような分光透過率特性を示す。第１及び第２の誘電体多層膜は、いずれも高屈折率層としてのＮｂ_２Ｏ_５と低屈折率層としてのＳｉＯ_２との交互周期層構造を有するものである。
【００２６】
なお、高屈折率層として、他に、Ｔａ_２Ｏ５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＳ、ＨｆＯ_２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなるものを用いても良い。また、低屈折率層として、他にＭｇＦ_２を用いても良い。
【００２７】
色補正フィルタ２１を用いた図１に示した投写型表示装置の出力光の分光スペクトルを図４にｘｙ色度座標グラフを図５に示す。
【００２８】
色補正フィルタ２１が、図１１〜１４の従来例に示したようなイエロー成分を反射させる特性に加え、イエロー成分の補色に相当する青色成分から、超高圧水銀ランプの特徴である強い緑色成分に至る波長帯域でほぼ平坦な特性で反射させる特性を有していることで、白色光の色度が従来例の図１４と比較して黒体軌跡に近づいていることがわかる。
【００２９】
従って、黒表示の色度も同じように黒体軌跡に近い特性を示すと同時に、白表示においても電気回路で調整する必要がほとんどないため、コントラスト性能を劣化させることなく色再現範囲を拡大させることができる。
【００３０】
このとき、イエロー成分のピーク波長における反射率は、少なくとも４０％以上であることが望ましい。４０％未満の場合は緑色成分と赤色成分の色純度を十分に向上させることが出来ず、色再現範囲の拡大があまり期待できない。
【００３１】
また、イエロー光のピーク波長は５７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であることが望ましい。５７０ｎｍより短波長側、または５９０ｎｍより長波長波長側となった場合は、緑色成分、または赤色成分の色純度向上より光量劣化の方が著しくなり、全体として赤・緑・青の輝度バランスが大きく崩れてしまう。この場合、十分な色再現範囲と明るさとの両立が困難となる可能性が生じる。
【００３２】
さらに、４２０〜５６０ｎｍにおける平均透過率は３０％以上７０％以下であることが望ましい。７０％より大きい場合はほとんどのケースにおいて、白色の色度補正量としては不十分となり、３０％より小さい場合は逆に過剰補正となり、所望の色度点から再び離れてしまう恐れがある。
【００３３】
なお、本実施の形態においてはライトバルブとして光の進行方向を変調する反射型のライトバルブを用いたが、光の偏光方向や散乱状態を変調するタイプのライトバルブや、透過型ライトバルブのタイプを用いた場合でも同様の効果を発揮する。
【００３４】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における投写型表示装置の概略構成を示したものであり、同図において、３１は光源としてのランプ、３３は色補正フィルタである。他の構成要素及び作用は図１に示した構成とほぼ同じである。
【００３５】
本実施の形態においては、ランプ３１ととして、キセノンランプを用いている。ランプ３１からの出力光は凹面鏡３２によって略平行光に変換され、色補正フィルタ３３を経て照明光学系３９に入射する。
【００３６】
照明光学系３９は、第１のレンズアレイ３４、第２のレンズアレイ３５，集光レンズ３６，３８，照明光導入ミラー３７によって構成される。
【００３７】
照明光学系９を出射した照明光は、全反射プリズム４０を経て色分解合成プリズム４１に入射し、赤・緑・青の３原色光に分解され、それぞれ対応する３つのライトバルブ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂに入射する。ライトバルブ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ上で形成された３色の光学像は、それぞれ対応するライトバルブ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂによって反射された後、再び色分解合成プリズム４１によって１つ合成され、全反射プリズム４０を透過して投写レンズ４３によってスクリーン上（図示せず）に拡大投写される。
【００３８】
本実施の形態で用いている色補正フィルタ３３の分光透過率特性を図７、８に示す。色補正フィルタ３３は、ガラス基板の片面に図８−ａに示すようにピーク波長を５７５ｎｍとするイエロー成分を約９５％反射させる分光透過率特性を示す第１の誘電体多層膜が形成され、もう一方も面には図３―ｂに示すようにピーク波長を４９０ｎｍとするシアン成分を約７５％反射させる特性と４２０〜４７０ｎｍの青色成分の波長帯域において略平坦に平均透過率が約６０％の分光透過率特性を示す第２の誘電体多層膜が形成されており、全体として図７に示すような分光透過率特性を示す。
【００３９】
第１及び第２の誘電体多層膜は、いずれも高屈折率層としてのＮｂ_２Ｏ_５と低屈折率層としてのＳｉＯ_２との交互周期層構造を有するものである。
【００４０】
なお、高屈折率層として、他に、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＳ、ＨｆＯ_２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなるものを用いても良い。また、低屈折率層として、他にＭｇＦ_２を用いても良い。
【００４１】
色補正フィルタ３３を用いた図６に示す投写型表示装置の出力光の分光スペクトルを図９にｘｙ色度座標グラフを図１０に示す。
【００４２】
色補正フィルタ３３が、イエロー成分とシアン成分を反射させる特性に加え、イエロー成分の補色に相当する青色成分の波長帯域でほぼ平坦な特性で透過させる特性を有していることで、白色光の色度がほぼ黒体軌跡上となるように補正されていることがわかる。
【００４３】
従って、本実施の形態においても、黒表示の色度も同じようにほぼ黒体軌跡上の色度特性を示すと同時に、白表示においても電気回路で調整する必要がほとんどないため、コントラスト性能を劣化させることなく色再現範囲を拡大させることができる。
【００４４】
このとき、イエロー成分とシアン成分のピーク反射率は、少なくとも４０％以上であることが望ましい。４０％未満の場合は赤色成分，緑色成分，青色成分の色純度を十分に向上させることが出来ず、色再現範囲の拡大があまり期待できない。
【００４５】
また、イエロー成分のピーク波長は５７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であることが望ましい。５７０ｎｍより短波長側、または５９０ｎｍより長波長波長側となった場合は、緑色成分、または赤色成分の色純度向上より光量劣化の方が著しくなり、全体として赤・緑・青の輝度バランスが大きく崩れてしまう。この場合、十分な色再現範囲と明るさとの両立が困難となる。同様に、シアン成分のピーク波長は４８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。４８０ｎｍより短波長側、または５００ｎｍより長波長波長側となった場合は、緑色成分、または青色成分の色純度向上より光量劣化の方が著しくなり、この場合も全体として赤・緑・青の輝度バランスが大きく崩れてしまい、十分な色再現範囲と明るさとの両立が困難となる。
【００４６】
さらに、青色成分である４２０〜４７０ｎｍにおける平均透過率は３０％以上７０％以下であることが望ましい。７０％より大きい場合はほとんどのケースにおいて、白色の色度補正量としては不十分となり、３０％より小さい場合は逆に過剰補正となり、所望の色度点から再び離れてしまう恐れがある。
【００４７】
なお、本実施の形態においてもライトバルブとして光の進行方向を変調する反射型のライトバルブを用いたが、光の偏光方向や散乱状態を変調するタイプのライトバルブや、透過型ライトバルブのタイプを用いた場合でも同様の効果を発揮する。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、コントラスト性能を劣化させることなく色再現範囲の向上と白色色度の補正を両立させることができ、良好な表示品位の投写画像を表示できる投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態による色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【図３】本発明の一実施の形態による色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【図４】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の出力光の分光スペクトル特性グラフ
【図５】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の投写画像のｘｙ色度特性グラフ
【図６】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の概略構成図
【図７】本発明の一実施の形態による色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【図８】本発明の一実施の形態による色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【図９】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の出力光の分光スペクトル特性グラフ
【図１０】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の投写画像のｘｙ色度特性グラフ
【図１１】従来の投写型表示装置の概略構成図
【図１２】従来の投写型表示装置における色補正フィルタの分光透過率特性グラフ
【図１３】従来の投写型表示装置における出力光の分光スペクトル特性グラフ
【図１４】従来の投写型表示装置における投写画像のｘｙ色度特性グラフ
【符号の説明】
１，３１ランプ
２，３２凹面鏡
２１，３３色補正フィルタ
９，３９照明光学系
１１，４１色分解合成プリズム
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ，４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂライトバルブ
１３，４３投写レンズ

Claims

少なくとも１つのピーク波長を少なくとも４０％以上反射させる特性を有し、かつ前記少なくとも１つのピーク波長の色成分に対する補色成分の波長領域の平均透過率が３０％以上７０％以下の範囲内であるハーフミラー特性を有することを特徴とする色補正フィルタ。
少なくとも４０％以上反射させるピーク波長の色成分はイエロー成分であることを特徴とする請求項１記載の色補正フィルタ。
イエロー成分のピーク波長は、５７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下である請求項２記載の色補正フィルタ。
補色成分の波長領域は、４２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である請求項２記載の色補正フィルタ。
ガラス基板の片面にイエロー成分を反射させる特性を有する誘電体多層膜が形成され、もう一方の面にイエロー成分に対する補色成分の波長領域に対してハーフミラー特性を有する誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする請求項２記載の色補正フィルタ。
少なくとも４０％以上反射させるピーク波長の色成分はイエロー成分とシアン成分であることを特徴とする請求項１記載の色補正フィルタ。
イエロー成分のピーク波長は、５７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であり、シアン成分のピーク波長は４８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項６記載の色補正フィルタ。
イエローの補色成分の波長領域は、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である請求項６記載の色補正フィルタ。
ガラス基板の片面にイエロー成分を反射させる特性を有する誘電体多層膜が形成され、もう一方の面にシアン成分を反射させる特性とブルー成分の波長領域に対してハーフミラー特性を有する誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする請求項６記載の色補正フィルタ。
誘電体多層膜は、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＳ、ＨｆＯ_２のいずれか、もしくはこれらの混合物からなる高屈折率層と、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２のいずれかからなる低屈折率層との交互多層構造であることを特徴とする請求項５または請求項９記載の色補正フィルタ。
光源と、画像形成手段としてのライトバルブと、前記光源の放射光を前記ライトバルブ上に集光する照明光学系と、前記ライトバルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを具備し、前記光源と前記照明光学系との間、または前記照明光学系の光路中に請求項１から１０記載のいずれかの色補正フィルタを配置していることを特徴とする投写型表示装置。
光源は水銀ランプを用いていることを特徴とする請求項１１記載の投写型表示装置。
光源はキセノンランプを用いていることを特徴とする請求項１１記載の投写型表示装置。