JP2004279922A - Projection display device - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で安価な投射型表示装置を提供できるようにする。
【解決手段】光源11と、光源11からの光を変調する光変調手段17と、光変調手段17によって変調された光を投射する投射手段18とを備えた投射型表示装置10であって、光源11が異なる色の色光R、G、Bを射出可能な複数の光源11r、11g、11bであり、光変調手段17が、異なる色光R、G、Bを変調する画素が配列され、各色光R、G、Bに対応した画素ごとに駆動されるライトバルブからなり、複数の光源11r、11g、11bから入射される各色光R、G、Bの入射角度が異なる構成とされ、これら入射角度の異なる各色光R、G、Bをに分離して、各色光R、G、Bに対応するライトバルブ上の各画素に対して集光する色光分離手段16が備えられたことを特徴とする。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a small and inexpensive projection display device.
A projection display device including a light source, a light modulating means for modulating light from the light source, and a projecting means for projecting light modulated by the light modulating means. The light source 11 is a plurality of light sources 11r, 11g, 11b capable of emitting different color light R, G, B, and the light modulating means 17 is arranged with pixels for modulating the different color light R, G, B. It comprises a light valve driven for each pixel corresponding to R, G, and B, and the incident angles of the respective color lights R, G, and B incident from the plurality of light sources 11r, 11g, and 11b are different from each other. And a color light separating means 16 for separating each of the color lights R, G, and B into light and condensing them on each pixel on a light valve corresponding to each of the color lights R, G, and B. .
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関し、特に小型の投射型液晶表示装置の構成にに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶ライトバルブ等の光変調装置を用いて映像光を合成し、合成された映像光を投射レンズ等からなる投射光学系を通じてスクリーンに拡大投射する投射型表示装置が従来から知られている。
図8は、投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。図中符号110は光源、120R,120G,120Bはダイクロイックミラー(色分離光学系)、130はマイクロレンズアレイ、140は液晶ライトバルブ(光変調手段)、150は投射レンズを示している。
光源110はメタルハライドランプ111と、ランプの光を反射する球面鏡112と、ランプの光を平行光にするコンデンサーレンズ113とからなる。赤色光・緑色光・青色光反射用のダイクロイックミラー120R,120G,120Bは、赤(以後、Rと表記)・緑(以後、Gと表記)・青(以後、Bと表記)の各波長帯の光を選択的に反射して、光源110の光を3色の色光に分離する。各ダイクロイックミラー120R,120G,120Bは数度ずつ角度を異ならせて配置されているので、分離された色光は、3方向からマイクロレンズアレイ130に入射する。
【0003】
マイクロレンズアレイ130に入射した色光は、液晶ライトバルブ140の各色光に対応した画素に分離されて変調される。
液晶ライトバルブ140によって変調された3つの色光は、投射光学系である投射レンズ150により投射スクリーン160上に投射され、拡大された画像が表示される(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特許第2622185号公報 (第3頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の投射型表示装置においては、光源から射出された光をダイクロイックミラーを用いて3つの色光に分離し、各色光を液晶ライトバルブの各色光に対応した画素に分離して変調した後、投射レンズでスクリーン上に投射する構成を採用していた。そのため、光学照明系が大型になると共に、多数の光学部品が必要であるため、根本的に装置の小型化を図るのが困難であり、安価にならないという問題があった。
【0006】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型で安価な投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の投射型表示装置は、光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、前記光源が異なる色の色光を射出可能な複数の光源であり、前記光変調手段が、異なる色光をそれぞれ変調する複数の画素が配列され、各色光に対応した画素ごとに駆動されるライトバルブからなり、前記複数の光源から入射される各色光の入射角度が異なる構成とされ、これら入射角度の異なる各色光を各色光ごとに分離して、各色光に対応する前記ライトバルブ上の各画素に対して集光する色光分離手段が備えられたことを特徴とする。
【0008】
すなわち、本発明の投射型表示装置は、異なる色の各色光が光源から射出された後、各色光ごとに異なる角度で色光分離手段に入射し、色光分離手段により各色光ごとに対応する画素へ分離されて、光変調手段をなすライトバルブが各色光に対応する画素ごとに駆動されて投射される画像を合成している。したがって、白色光からR、G、Bの色光を分離する3枚のダイクロイックミラーを用いる従来の単板式の投射型表示装置と異なり、色分離光学系が不要となり照明光学系を小型化できる。そのため、部品点数を大きく削減できるとともに装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【0009】
上記本発明の投射型表示装置においては、光源から色光分離手段へ入射される色光の入射角度を各色光ごとに異ならせる入射角変更手段が備えられていることが望ましい。
入射角変更手段が備えられていることにより、光源を、各色光ごとに異なる入射角度を持たせられないような狭い空間に配置しても、例えば平面状に配置しても、各色光を色光分離手段へ異なる入射角度で入射させることができるため、平面状に配置して小型化することができる。
【0010】
上記光源の具体的な形態としては、異なる色の色光をそれぞれ射出可能な複数の発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下LEDと略記する)を用いることができる。また、発光ダイオードから射出される各色光の指向性は、本発明の投射型表示装置に適応するのに十分ではないので、該発光ダイオードから射出された色光を平行光に変換する平行光化手段が備えられていることが望ましい。
現在、R、G、Bの各色光について高出力のLEDが提供されており、この種のLEDと平行光化手段とをアレイ状に平面的に配列することによって、薄型で小型な本発明の投射型表示装置に好適な光源を得ることができる。
【0011】
上記入射角変更手段の具体的な形態としては、平行光化手段により平行光化された光が入射される1つのコンデンサレンズからなることが望ましい。
1つのコンデンサレンズであれば、光が入射する位置により屈折して曲がる角度が変わるため、各色光ごとに入射位置を変えれば、射出される角度も各色光ごとに変えることができる。また、コンデンサレンズは安価で設置スペースも取らない部品であるので、小型化、コスト削減に有利である。
【0012】
上記色光分離手段の具体的な形態としては、光変調手段のR、G、Bの各色光に対応する一組の画素に対してマイクロレンズが1つずつ配列されたものを用いることができる。
マイクロレンズを配列したものであればその厚さを薄く抑え、かつ色光の分離が可能な本発明の投射型表示装置に好適な色光分離手段を得ることができる。
【0013】
上記本発明の投射型表示装置においては、均一照明手段を備えることが望ましい。
均一照明手段が備えられることにより、光変調手段に入射される光束の輝度分布が均一化され、光変調手段により変調され投射される光束の輝度分布が均一化される。つまり光束のムラがなくなるため、一番暗い部分を基準に投射される光束の輝度を規定する必要がなくなり、光源は必要最低限の輝度で光束を射出すればよく、光源の小型化、低価格化を図りやすくなる。
【0014】
上記均一照明手段としては、透明な棒状の導光体もしくは内面が反射面とされた管状の導光体からなるロッドインテグレータを用いることが望ましい。
投射型表示装置に用いる均一照明手段としてはフライアイインテグレータも良く知られているが、フライアイインテグレータの場合、2つのフライアイレンズ間、もしくはフライアイインテグレータとライトバルブの間に空間が必要であり、これが装置の小型化の障害となる。それに比べて、ロッドインテグレータの場合、フライアイインテグレータと照度均一化の原理が異なり、入射光がロッドレンズ内で内面反射を繰り返すことにより射出面で既に照度が均一化された光が得られる。よって、フライアイインテグレータのような空間が必要なく、光源や後段のライトバルブ等に密着させることもでき、小型化に有利となる。
【0015】
上記ロッドレンズとしては、入射側から射出側に向けて広がる形状になっていてもよい。
ロッドレンズの形状が、入射側から射出側に向けて断面が広くなるテーパ形状であるため、入射側からある角度で入射した光束がロッドレンズの外周面で一回反射すると、入射時の角度よりも小さな角度で反射されることになる。つまり、ロッドレンズから射出される時には、入射したときの角度より小さな角度で射出されることになる。すると、色光がロッドレンズからライトバルブに入射される時にライトバルブの外側に漏れる色光が減少し、ライトバルブに入射される各色光の輝度を高めることができる。その結果、光源から射出される各色光の利用効率を高めることができ、射出できる光の強度が低い小型の光源でも使用することができる。
【0016】
また、上記光源から入射される光の偏光状態を一方向にそろえる偏光変換手段を備えることが望ましい。偏光変換手段の挿入位置は、均一照明手段よりも光源側に配置しても良いし、均一照明手段よりも液晶ライトバルブ側に配置しても良い。
偏光変換手段を備えることにより、光源からの射出光をライトバルブで表示に寄与する一偏光方向の偏光にそろえることができるので、光の利用効率を高めることができ、光の強度が低い小型の光源でも使用することができる。
【0017】
その場合、偏光変換手段としては、偏光ビームスプリッタ(Polarized Beam Splitter、以下、PBSと略記する)を用いることが望ましい。
PBSはもともと平板状の形状を有しているため、本発明の投射型表示装置に好適である。また、このPBSを光源(例えばLEDアレイ)、均一照明手段(例えば、ロッドインテグレータ)、液晶ライトバルブ等に密着させて使用することもできる。
【0018】
また、偏光変換手段としては、互いに直交する直線偏光のうち一方を透過し、他方を反射する反射型偏光子を用いることができ、反射手段を同時に用いることが望ましい。反射型偏光子の挿入位置は均一照明手段と液晶ライトバルブとの間が望ましく、反射手段の配置位置は均一照明手段の入射端面が望ましい。
反射型偏光子が備えられていることにより、光源からの射出光のうちライトバルブで表示に寄与する一方の偏光のみを透過させることができる。かつ反射手段が備えられていることにより、他方の偏光の一部を一方の偏光に変換させて表示に寄与させることができるので光の利用効率を高めることができ、光の強度が低い小型の光源でも使用することができる。
【0019】
つまり、反射型偏光子により反射された他方の偏光は、反射型偏光子と反射手段が配置された均一照明手段との間で反射を繰り返す。他方の偏光はこの反射の際に、偏光方向が回転して一部が一方の偏光に変換されて反射型偏光子を透過して表示に寄与することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施の形態〕
以下、本発明の第1の実施の形態について図1から図5を参照して説明する。
図1は投射型表示装置10を上面から見た全体構成を示す概略図であって、図2は同じく投射型表示装置10を側面から見た全体構成を示す概略図である。
図1および図2において、符号11はLEDアレイ(光源)、12は第一のコンデンサレンズ(平行光化手段)、13はPBS(偏光変換手段)、14は第二のコンデンサレンズ(入射角変更手段)、15はロッドインテグレータ(均一照明手段)、16はマイクロレンズアレイ(色光分離手段)、17は液晶ライトバルブ(光変調手段)、18は投射レンズ(投射手段)である。
【0021】
本実施の形態の投射型表示装置10は、図1に示すように、R、G、Bの各色光を射出可能な複数のLED11r、11g、11bが配列されたLEDアレイ11と、LED11r、11g、11bから射出される各色光を平行光にするためのマイクロコンデンサレンズ19、19、19が配列された第一のコンデンサレンズ12と、第一のコンデンサレンズ12から入射される色光の偏光を行うPBS13と、PBS13から入射される色光の射出角を変更する第二のコンデンサレンズ14と、第二のコンデンサレンズ14から入射される色光の照度を均一化するためのロッドインテグレータ15と、ロッドインテグレータ15から入射される各色光を分離して集光するマイクロレンズ20が配列されたマイクロレンズアレイ16と、マイクロレンズアレイ16で分離され集光された各色光を変調して画像を合成する液晶ライトバルブ17と、液晶ライトバルブ17によって合成された画像をスクリーンSに拡大投射する投射レンズ18とから概略構成されている。
【0022】
LEDアレイ11を構成するLED11r、11g、11bの横方向の配列は、図1に示すように、例えば色光の射出方向に対して右から左へLED11b、LED11g、LED11rの順に配置されている。また縦方向については、図2に示すように、LEDアレイ11が投射型表示装置10のシステム光軸Cよりも上方に配置されている。
第一のコンデンサレンズ12は、マイクロコンデンサレンズ19、19、19がLED11r、11g、11bと対向するように横方向に配列され、かつシステム光軸Cよりも上方に配列されて構成されている。
【0023】
PBS13は、図2および図3に示すように配置され、色光投射方向の略垂直面に対して上辺が色光投射方向へ略45°傾斜している偏光分離膜13aと、システム光軸Cよりも下方に配置され色光投射方向の略垂直面に対して下辺が色光投射方向へ略45°傾斜している反射ミラー13bと、システム光軸Cよりも下方に配置されている1/2波長板(位相差板)13cとから構成されている。また横方向については、図1に示すようにLEDアレイ11および第一のコンデンサレンズ12と少なくとも同じ長さだけ設けられている。
【0024】
第二のコンデンサレンズ14は、図1および図2に示すように、その中心軸がシステム光軸Cに一致するように配置された一枚の球面レンズから構成されている。
ロッドインテグレータ15としては、透明な棒状の導光体(例えば、ガラス棒)、もしくは内面が反射面とされた管状の導光体(例えば、複数の反射ミラーを内側に向けて管状に配置した万華鏡)などが用いられる。本実施の形態の場合、ロッドインテグレータの形状としては、入射側から射出側に向けて断面が同一寸法の導光体が用いられている。
【0025】
マイクロレンズアレイ16は、図4に示すように、例えば略四角形で縦および横の曲率が同じ一枚のマイクロレンズ20が、後述するR、G、Bの各色光に対応した一組の画素23r、23g、23bに対応するように配列されて構成されている。
液晶ライトバルブ17には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)を用いたTN(Twisted Nematic)モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。液晶セルには、図4および図5に示すように、縦長のストライプ状画素がマトリクスス状に配列され、例えば色光の射出方向に対して右から左へRに対応した画素23r、Gに対応した画素23g、Bに対応した画素23bの順に配列されている。
液晶ライトバルブ17およびマイクロレンズアレイ16の外面には、図1に示すように、入射側偏光板24、射出側偏光板25がその透過軸が互いに直交するように配置されて設けられている。
【0026】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置10における作用について説明する。
LEDアレイ11から射出されたR、G、Bの各色光は、図3に示すように、第一のコンデンサレンズ12に入射され平行光となってPBS13に射出される。
PBS13に入射された各色光は、各色光に含まれるp偏光Lp、s偏光Ls(直線偏光)のうちの一方(例えば、p偏光Lp)がそのまま直進してPBS13を透過する。残る他方(例えば、s偏光Ls)は偏光分離膜13aに反射されてシステム光軸Cよりも下方に配置されている反射ミラー13bに向かい、反射ミラー13bにより液晶ライトバルブ17の方向へ反射されて、1/2波長板13cによりp偏光Lpに変換されて透過する。つまり、PBS13を透過することによりp偏光Lpにそろえられ、かつシステム光軸Cの上方のみに入射された各色光がシステム光軸Cの上下にわたり射出される。
【0027】
PBS13から射出された各色光は、図1に示すように、第二のコンデンサレンズ14を通過する位置により異なる角度で屈折して、システム光軸Cに対して各色光ごとに異なる角度でロッドインテグレータ15へ射出される。
図1に従って説明すると、システム光軸C上に配置されたLED11gからの色光Gの光軸は、システム光軸Cに沿ってマイクロコンデンサレンズ19およびPBS13を通過して、第二のコンデンサレンズ14に入射する。第二のコンデンサレンズ14の中心軸はシステム光軸Cと一致しているので、色光Gの光軸は屈折により曲がることなく直進する。また、LED11bからの色光Bの光軸は、マイクロコンデンサレンズ19およびPBS13を直進して通過して、第二のコンデンサレンズ14に入射する。色光Bの光軸は、第二のコンデンサレンズ14の中心軸から離れた所に入射するので、透過する際に屈折してシステム光軸C方向に曲がる。LED11rからの色光Rの光軸も同様に、第二のコンデンサレンズ14を透過する際に屈折してシステム光軸C方向に曲がる。
【0028】
第二のコンデンサレンズ14から射出された各色光がロッドインテグレータ15の入射端面に到達した時点では、LEDから射出された光束の中心部に相当する部分の輝度が高く、周縁部に相当する部分の輝度が低い照度分布を有している。
各色光がロッドインテグレータ15内に入射されると、各色光はロッドインテグレータ15内で内面反射を繰り返し、射出端面から射出される時点では照度が均一化される。また、内面反射する際には、システム光軸Cと平行なロッドインテグレータ15の外周面に入射する角度と同じ角度で反射するので、各色光は、ロッドインテグレータ15の入射端面に入射した時と同じ角度で射出される。
【0029】
ロッドインテグレータ15から射出された各色光は、入射側偏光板24を透過してマイクロレンズ16に入射される。
マイクロレンズ16に入射される各色光は、図5に示すように、各々異なる角度でマイクロレンズ16に入射されるので、各々異なる位置に分離集光される。その各色光の集光位置には、液晶ライトバルブ17の画素23r、23g、23bが配置されているので、例えば画素電極がオフ状態では液晶ライトバルブ17に入射されたp偏光がs偏光に変換(変調)されて射出側偏光板25を透過して射出される一方、画素電極がオン状態では色光は遮断される。
【0030】
液晶ライトバルブ17において、各色光を選択変調して透過させることにより画像が合成され、液晶ライトバルブ17から射出された光は、図1に示すように、投射レンズ18に入射されて投射スクリーンSに向けて射出される。
【0031】
上記の構成によれば、LED11r、11g、11bからR、G、Bの異なる色光を射出して、各色光を異なる角度でマイクロレンズアレイ16に入射させているので、従来の投射型表示装置のように色分離光学系を必要としない。そのため、部品点数を削減できるとともに装置構成を簡単にでき、小型化とコスト低減とを図ることができる。
また、第二のコンデンサレンズ14を用いて、LEDアレイ11から射出した色光を異なる角度でマイクロレンズアレイ16に入射させているので、LED11r、11g、11bを、異なる角度でマイクロレンズアレイ16に各色光を入射させられないような狭い空間に配置することができ、小型化を図ることができる。
また、光源であるLEDアレイ11や、平行光化手段である第一のコンデンサレンズ12や、偏光手段であるPBS13が平板状の形状であり、均一照明手段であるロッドインテグレータ15が狭い空間でも使用できるため、装置全体として従来のものに比べて小型化を図ることが可能となる。
【0032】
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態について図6を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態では、ロッドインテグレータ15の断面が入射側から射出側に向けて同一寸法のものを用いたのに対して、本実施の形態においては断面が入射側から射出側に向けて広くなるロッドインテグレータを用いた点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図6を用いてロッドインテグレータ周辺のみを説明し、光源等の説明を省略する。
【0033】
本実施の形態の投射型表示装置において、ロッドインテグレータ(均一照明手段)51としては、第1の実施の形態と同じく、透明な棒状の導光体もしくは内面が反射面とされた管状の導光体などが用いられる。ロッドインテグレータ51の形状としては、図6に示すように、入射端面52から射出端面53に向けて断面が広くなり、入射端面52と射出端面53との間の外周に反射面54が配置されている導光体が用いられている。
【0034】
上記の構成からなる投射型表示装置の作用について説明する。
各色光が入射端面52からロッドインテグレータ51内に入射されると、図6に示すように、各色光はロッドインテグレータ51の反射面52に対して、入射した角度と同じ角度で反射する。反射面52は入射側から射出側に向けてシステム光軸Cに対して離れるように傾斜して配置されているので、反射面52に反射された色光は、システム光軸Cに対して入射時の角度よりも小さな角度で反射される。そのため、各色光は射出端面53から射出される時には、入射したときの角度より小さな角度で射出される。射出端面53から射出された各色光は、システム光軸Cに対する角度が小さくなっているので、入射側偏向板24とマイクロレンズアレイ16を透過して液晶ライトバルブ17に入射する時に液晶ライトバルブ17よりも外側に漏れる光が少なくなる。
【0035】
上記の構成によれば、ロッドインテグレータ51の形状が、入射端面52から射出端面53に向けて断面が広くなっているので、射出端面53から射出される各色光のシステム光軸Cに対する角度が小さくなり、液晶ライトバルブ17よりも外側に漏れる光を少なくすることができる。そのため、液晶ライトバルブ17に入射される各色光の輝度を高めることができ、LED11r、11g、11bから射出される各色光の利用効率を高めることができるので、射出できる光の強度が低い小型のLEDでも使用することができる。
【0036】
なお、ロッドインテグレータ51を用いると、射出端面53から射出される各色光のシステム光軸Cに対する角度を小さくすることができるが、これは、上述した各色光を各色光に対応した画素に分離集光させるのに支障をきたすものではない。例えば、各色光ごとに異なる角度をつける第二のコンデンサレンズを調節することで、各色光につける角度を任意に設定することができるので、射出端面53から射出される各色光の角度を調節することができ、各色光に対応した画素に分離集光させることができる。
【0037】
〔第3の実施の形態〕
以下、本発明の第3の実施の形態を、図7を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1、第2の実施の形態と同様であり、偏光手段およびロッドインテグレータの構成が異なる。より具体的には、偏光手段としてPBS13の代わりに反射型偏光子を用い、ロッドインテグレータ15に反射ミラーが設けられている。よって本実施の形態では図7を用いて偏光手段およびロッドインテグレータの構成のみを説明して、その他の構成については説明を省略する。
【0038】
本実施の形態の投射型表示装置において、偏光変換手段としては互いに直交する直線偏光のうち一方(例えば、p偏光)を透過して他方(例えば、s偏光)を反射する反射型偏光子(偏光変換手段)81が用いられ、図7に示すように、ロッドインテグレータ15と液晶ライトバルブ17との間に配置されている。また、ロッドインテグレータ15の入射端面には、反射ミラー(反射手段)82が反射面をロッドインテグレータ15の内方を向くように配置されている。反射ミラー82には、略中央部に第二のコンデンサレンズ14からロッドインテグレータ15に色光が入射できるように開口部83が設けられている。
【0039】
上記の構成からなる投射型表示装置の作用について説明する。
ロッドインテグレータ15から射出された各色光は、図7に示すように、反射型偏光子81に入射し、p偏光は透過される。s偏光は反射され、ロッドインテグレータ15内を逆方向(入射端面側)に伝搬される。
反射型偏光子81で反射されたs偏光は、その後ロッドインテグレータ15の入射端面に到達するが、開口部83以外の領域に反射ミラー82が配置されているため、この反射ミラー82に反射され、再度ロッドインテグレータ15の射出側へと伝搬される。s偏光は、これらロッドインテグレータ15の内面、反射型偏光子81、反射ミラー82で反射される時に偏光方向が回転してその一部がp偏光に変換される。この変換されたp偏光は反射型偏光子81を透過する。
【0040】
上記の構成によれば、光源からの射出光のうちライトバルブで表示に寄与するp偏光のみを透過させることができるとともに、s偏光の一部をp偏光に変換させて表示に寄与させることができるので光の利用効率を高めることができ、光の強度が低い小型の光源でも使用することができる。
また、反射型偏光子81は、PBS13よりも構成が単純であるため、一般的にその価格が安くなり、投射型表示装置を安価にすることができる。
【0041】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、平行光化手段に第一のコンデンサレンズ12を用いるものに適応して説明したが、この第一のコンデンサレンズ12を用いるものに限られることなく、LEDのキャップ部の形状をレンズ形状にすることにより射出される色光を平行光にするものなど、その他各種の方法に適応することができるものである。
【0042】
また、上記の実施の形態においては、複数の光源を直線状に配置したものに適応して説明したが、この光源を直線状に配置したものに限られることなく、さらに多くの光源を平面状に配置して面光源としたものに適応することができるものである。
【0043】
さらに、上記の実施の形態においては、複数の光源を直線状に配置したものに適応して説明したが、複数の光源を直線状に配置したものに限られることなく、複数の光源を曲線状に配置したものや、曲面状に配置したものに適応することができるものである。
この場合、第二のコンデンサレンズ14のような入射角偏光手段が備えられていなくても、各色光を異なる入射角で液晶ライトバルブ17に入射させることができる。そのため、第二のコンデンサレンズ14が不要となり、部品点数を減らすことができ、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態の投射型表示装置を示す上面図である。
【図2】本発明の第一の実施形態の投射型表示装置を示す側面図である。
【図3】本発明の第一の実施形態の偏光手段を示す側面図である。
【図4】本発明の第一の実施形態の色光分離手段および光変調手段を示す斜視分解面図である。
【図5】本発明の第一の実施形態の色光分離手段を示す上視断面図である。
【図6】本発明の第二の実施形態の均一照明手段を示す上視断面図である。
【図7】本発明の第三の実施形態の偏光手段および均一照明手段を示す上視断面図である。
【図8】従来の投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10 投射型表示装置 11 LEDアレイ(光源) 12 第一のコンデンサレンズ(平行光化手段) 13 PBS(偏光変換手段) 14 第二のコンデンサレンズ(入射角変更手段) 15 ロッドインテグレータ(均一照明手段) 16 マイクロレンズアレイ(色光分離手段) 17 液晶ライトバルブ(光変調手段) 18 投射レンズ(投射手段) 23r、23g、23b 画素51 ロッドインテグレータ(均一照明手段) 81 反射型偏光子(偏光変換手段) 82 反射ミラー(反射手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type display device, and particularly to a configuration of a small projection type liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A projection display device that combines image light using a light modulation device such as a liquid crystal light valve and enlarges and projects the combined image light onto a screen through a projection optical system including a projection lens or the like has been conventionally known.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a projection display device. In the figure,
The
[0003]
The color light incident on the
The three color lights modulated by the liquid
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2622185 (Page 3, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned projection type display device, the light emitted from the light source is separated into three color lights using a dichroic mirror, and each color light is separated and modulated into pixels corresponding to each color light of the liquid crystal light valve. And a configuration in which a projection lens projects the image on a screen. Therefore, the size of the optical illumination system becomes large, and a large number of optical components are required. Therefore, it is fundamentally difficult to reduce the size of the apparatus, and there is a problem that the apparatus is not inexpensive.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a small and inexpensive projection display device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a projection display device of the present invention includes a light source, light modulation means for modulating light from the light source, and projection means for projecting light modulated by the light modulation means. Projection display device, wherein the light source is a plurality of light sources capable of emitting different color light, the light modulation means, a plurality of pixels that respectively modulate the different color light is arranged, corresponding to each color light It comprises a light valve driven for each pixel, the incident angle of each color light incident from the plurality of light sources is different, and each color light having a different incident angle is separated for each color light to correspond to each color light. And a color light separating means for converging light on each pixel on the light valve.
[0008]
That is, in the projection display device of the present invention, after each color light of a different color is emitted from the light source, the light enters the color light separation unit at a different angle for each color light, and the color light separation unit applies the color light to the corresponding pixel for each color light. The separated light valves serving as light modulating means are driven for each pixel corresponding to each color light to synthesize the projected image. Therefore, unlike a conventional single-panel projection display device using three dichroic mirrors for separating R, G, and B color lights from white light, a color separation optical system is not required, and the illumination optical system can be downsized. Therefore, the number of parts can be greatly reduced, and the device configuration can be simplified, so that cost reduction can be achieved.
[0009]
It is preferable that the projection display device of the present invention includes an incident angle changing unit that changes an incident angle of the color light incident on the color light separating unit from the light source for each color light.
By providing the incident angle changing means, even if the light source is arranged in a narrow space in which a different incident angle cannot be provided for each color light, for example, even if it is arranged in a plane, each color light is Since the light can be incident on the separation means at different angles of incidence, it can be arranged in a plane to reduce the size.
[0010]
As a specific form of the light source, a plurality of light emitting diodes (Light Emitting Diodes, hereinafter abbreviated as LEDs) that can emit different colors of light can be used. In addition, since the directivity of each color light emitted from the light emitting diode is not sufficient to be applicable to the projection display device of the present invention, a parallel light converting means for converting the color light emitted from the light emitting diode into parallel light. Is desirably provided.
At present, LEDs with high output for each of the R, G, and B color lights are provided. By arranging such LEDs and the parallel light converting means in a plane in a plane, the thin and compact LED of the present invention is provided. A light source suitable for a projection display device can be obtained.
[0011]
As a specific form of the incident angle changing means, it is preferable that the incident angle changing means is formed of one condenser lens into which the light parallelized by the parallelizing means is incident.
If one condenser lens is used, the angle at which the light is refracted and bent changes depending on the position where the light is incident. Therefore, if the incident position is changed for each color light, the exit angle can be changed for each color light. Further, since the condenser lens is a component that is inexpensive and does not take up installation space, it is advantageous for miniaturization and cost reduction.
[0012]
As a specific form of the color light separating means, a light modulating means in which one microlens is arranged for one set of pixels corresponding to each of the R, G, and B color lights can be used.
If the microlenses are arranged, the color light separating means suitable for the projection type display device of the present invention capable of suppressing the thickness and separating the color light can be obtained.
[0013]
In the above-mentioned projection type display device of the present invention, it is desirable to provide uniform illumination means.
By providing the uniform illumination means, the luminance distribution of the light flux incident on the light modulation means is made uniform, and the luminance distribution of the light flux modulated and projected by the light modulation means is made uniform. In other words, since the unevenness of the light beam is eliminated, it is not necessary to regulate the brightness of the light beam projected on the basis of the darkest part, and the light source only needs to emit the light beam with the minimum necessary brightness. It becomes easy to plan.
[0014]
As the uniform illumination means, it is desirable to use a rod integrator made of a transparent rod-shaped light guide or a tubular light guide having an inner surface as a reflection surface.
A fly-eye integrator is well known as a uniform illuminating means used in a projection display device. In the case of a fly-eye integrator, a space is required between two fly-eye lenses or between a fly-eye integrator and a light valve. This is an obstacle to miniaturization of the device. On the other hand, in the case of the rod integrator, the principle of illuminance uniformity is different from that of the fly-eye integrator, and light whose illuminance is already uniformed on the exit surface is obtained by repeating internal reflection of incident light in the rod lens. Therefore, a space such as a fly-eye integrator is not required, and it can be in close contact with a light source, a light valve in a subsequent stage, or the like, which is advantageous for miniaturization.
[0015]
The rod lens may have a shape that spreads from the incident side to the emission side.
Since the shape of the rod lens is tapered so that the cross section increases from the incident side to the exit side, if the light beam incident at a certain angle from the incident side is reflected once on the outer peripheral surface of the rod lens, it will be larger than the angle at the time of incidence. Will also be reflected at a small angle. That is, when the light is emitted from the rod lens, the light is emitted at an angle smaller than the angle at which the light is incident. Then, the color light leaking to the outside of the light valve when the color light is incident on the light valve from the rod lens is reduced, and the brightness of each color light incident on the light valve can be increased. As a result, the use efficiency of each color light emitted from the light source can be increased, and a small light source having a low intensity of light that can be emitted can be used.
[0016]
In addition, it is desirable to provide a polarization conversion unit that aligns the polarization state of light incident from the light source in one direction. The insertion position of the polarization conversion means may be arranged closer to the light source than the uniform illumination means, or may be arranged closer to the liquid crystal light valve than the uniform illumination means.
By providing the polarization conversion means, the light emitted from the light source can be aligned with the polarized light in one polarization direction that contributes to the display by the light valve, so that the light use efficiency can be increased and the light intensity is small and small. Light sources can also be used.
[0017]
In that case, it is desirable to use a polarized beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) as the polarization conversion means.
Since the PBS originally has a flat plate shape, it is suitable for the projection display device of the present invention. Further, the PBS can be used in close contact with a light source (for example, an LED array), a uniform illumination means (for example, a rod integrator), a liquid crystal light valve, or the like.
[0018]
In addition, as the polarization conversion means, a reflection type polarizer that transmits one of linearly polarized lights orthogonal to each other and reflects the other can be used, and it is desirable to use the reflection means at the same time. The insertion position of the reflective polarizer is preferably between the uniform illumination means and the liquid crystal light valve, and the arrangement position of the reflection means is desirably the incident end face of the uniform illumination means.
Since the reflective polarizer is provided, only one polarized light which contributes to display by the light valve among the light emitted from the light source can be transmitted. And since the reflection means is provided, a part of the other polarized light can be converted into one polarized light to contribute to the display, so that the light use efficiency can be increased, and the light intensity is small and small. Light sources can also be used.
[0019]
That is, the other polarized light reflected by the reflective polarizer repeats reflection between the reflective polarizer and the uniform illuminating means provided with the reflecting means. At the time of this reflection, the other polarized light rotates in the polarization direction and is partially converted into one polarized light, and can be transmitted through the reflective polarizer to contribute to display.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the
1 and 2,
[0021]
As shown in FIG. 1, the
[0022]
As shown in FIG. 1, the horizontal arrangement of the
The
[0023]
The
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As the
[0025]
As shown in FIG. 4, the
The liquid crystal
As shown in FIG. 1, on the outer surfaces of the liquid crystal
[0026]
Next, the operation of the
The R, G, and B color lights emitted from the
One of the p-polarized light Lp and the s-polarized light Ls (linearly polarized light) (for example, the p-polarized light Lp) included in each of the color lights enters the
[0027]
As shown in FIG. 1, each color light emitted from the
Referring to FIG. 1, the optical axis of the color light G from the
[0028]
When each color light emitted from the
When each color light is incident on the
[0029]
Each color light emitted from the
As shown in FIG. 5, each color light incident on the
[0030]
An image is synthesized by selectively modulating and transmitting each color light in the liquid crystal
[0031]
According to the above configuration, different color lights of R, G, and B are emitted from the
Further, since the color light emitted from the
Further, the
[0032]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the cross section of the
[0033]
In the projection type display device of the present embodiment, as the rod integrator (uniform illumination means) 51, as in the first embodiment, a transparent rod-shaped light guide or a tubular light guide having an inner surface as a reflection surface is used. A body or the like is used. As shown in FIG. 6, the shape of the
[0034]
The operation of the projection display device having the above configuration will be described.
When each color light is incident on the
[0035]
According to the above configuration, since the cross section of the shape of the
[0036]
When the
[0037]
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first and second embodiments, and the configurations of the polarizing means and the rod integrator are different. More specifically, a reflection type polarizer is used instead of the
[0038]
In the projection display device of the present embodiment, as the polarization conversion means, a reflective polarizer (polarized light) that transmits one (for example, p-polarized light) and reflects the other (for example, s-polarized light) among mutually orthogonal linearly polarized lights. Conversion means) 81 is used, and is disposed between the
[0039]
The operation of the projection display device having the above configuration will be described.
Each color light emitted from the
The s-polarized light reflected by the
[0040]
According to the above configuration, of the light emitted from the light source, only the p-polarized light that contributes to display by the light valve can be transmitted, and a part of the s-polarized light can be converted to p-polarized light to contribute to display. Therefore, the light use efficiency can be increased, and a small light source having low light intensity can be used.
In addition, since the
[0041]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the description has been made in connection with the one using the
[0042]
Further, in the above-described embodiment, the description has been given by adapting the light source in which a plurality of light sources are arranged in a straight line. To be used as a surface light source.
[0043]
Further, in the above-described embodiment, the description has been given by applying the configuration in which the plurality of light sources are linearly arranged. However, the present invention is not limited to the configuration in which the plurality of light sources are linearly arranged. And those that are arranged in a curved shape.
In this case, each color light can be made to enter the liquid crystal
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view illustrating a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing the projection display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a polarizing means according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a color light separating unit and a light modulating unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view as viewed from above showing a color light separating unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top sectional view showing a uniform illumination unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top sectional view showing a polarization unit and a uniform illumination unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
Claims (11)
前記光源が異なる色の色光を射出可能な複数の光源であり、
前記光変調手段が、異なる色光をそれぞれ変調する複数の画素が配列され、各色光に対応した画素ごとに駆動されるライトバルブからなり、
前記複数の光源から入射される各色光の入射角度が異なる構成とされ、これら入射角度の異なる各色光を各色光ごとに分離して、各色光に対応する前記ライトバルブ上の各画素に対して集光する色光分離手段が備えられたことを特徴とする投射型表示装置。A projection display device including a light source, light modulation means for modulating light from the light source, and projection means for projecting light modulated by the light modulation means,
The light source is a plurality of light sources capable of emitting color light of different colors,
The light modulating means comprises a light valve in which a plurality of pixels respectively modulating different color lights are arranged, and each pixel corresponding to each color light is driven.
The angle of incidence of each color light incident from the plurality of light sources is configured to be different, each color light having a different angle of incidence is separated for each color light, for each pixel on the light valve corresponding to each color light A projection type display device comprising a color light separating means for condensing light.
該発光ダイオードから射出された色光を平行光に変換する平行光化手段が備えられたことを特徴とする請求項1または2に記載の投射型表示装置。The light source is a plurality of light-emitting diodes that can each emit a different color light,
3. The projection display device according to claim 1, further comprising a parallel light converting unit that converts color light emitted from the light emitting diode into parallel light.
該反射型偏光子に反射された偏光を再び該反射型偏光子へ反射する反射手段が備えられたことを特徴とする請求項9記載の投射型表示装置。The polarization conversion means comprises a reflective polarizer that transmits one of linearly polarized lights orthogonal to each other and reflects the other,
10. The projection display device according to claim 9, further comprising a reflection unit for reflecting the polarized light reflected by the reflective polarizer to the reflective polarizer again.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003073728A JP2004279922A (en) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | Projection display device |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011107710A (en) * | 2010-12-03 | 2011-06-02 | Seiko Epson Corp | Uniformizing optical element, illumination device and image forming display apparatus |
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2003
- 2003-03-18 JP JP2003073728A patent/JP2004279922A/en active Pending
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2011107710A (en) * | 2010-12-03 | 2011-06-02 | Seiko Epson Corp | Uniformizing optical element, illumination device and image forming display apparatus |
JP2020126089A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-20 | セイコーエプソン株式会社 | projector |
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