JPH03152526A - 液晶カラー投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、液晶板を用いた液晶カラー投射装置に係り
、特にＲ，Ｇ、Ｂ別に設けた白黒液晶板の表示映像を加
色混合して投射する液晶カラー投射装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 近年、液晶デイスプレィ技術の進展は著しく、コントラ
ストや色再現性に優れる液晶板の出現によって、カラー
液晶板を映像表示担体として用い、大型スクリーンに拡
大投射する液晶カラー投射装置が実用化されている。こ
の種の装置は光源からの光を収束光学系でほぼ並行光線
に収束して、透過型カラー液晶板に照射し、透過光を投
射光学系を介してスクリーン上に拡大投射するものであ
るが、現在実用に供されているカラー液晶板の画素数は
７〜９万画素であり、−絵素としての赤（Ｒ）、緑（Ｇ
）、青（Ｂ）の画素を一組とするとこの３分の１の画素
数となり、大型スクリーンに投射した場合は画素の粗さ
が目立ち、実用的でない。

そこで、液晶パネルを用いた際の絵素数の粗さを克服す
るため、３枚の白黒液晶板を用い、これらの液晶板に全
波長の光源をＲ，Ｇ、Ｂの３色光に分離（分光）する色
分Ｎ（グイタロイック）ミラーを介してＲ，Ｇ、Ｂの光
を入射させ、各々の液晶板でＲ画像、０画像、８画像を
生成してダイクロイックプリズム（プリズム方式）ある
いはダイクロイックミラー（ミラ一方式）で混合し、投
射光学系を介して大型スクリーン上にカラー画像を再生
する方式が提案され、実用化されている。

第４図〜第６図によってこれらの従来装置について説明
する。

第４図は光の色分離および混合にダイクロイックミラー
を用いたミラ一方式と呼ばれる液晶カラー投射装置の模
式図である６図において１はハロゲンランプ等の光源で
あり、この光源１からの光は全反射ミラー２で反射され
、収束光学系３で収束されてほぼ並行光線になり、青色
光のみを分離反射する青ダイクロイックミラー４に入射
する。

青ダイクロイックミラー４で分離された青色光５はミラ
ー６で収束光学系３の光軸と並行に反射されて、偏光板
付き液晶板７に入射する。

偏光板付き液晶板７の詳細について第６図を用いて説明
する。偏光板付き液晶板７は対置させた２枚の透明ガラ
ス板８ａ、８ｂの対向面に互いに直交するＸ透明電極９
およびＹ透明電極１０をそれぞれ設け、これらの電極９
，１０間にネマティック液晶１１をその液晶分子が電極
９および１０にかけて螺旋状に９０度ねじれて配列する
ように封入した液晶セルがマトリクス状に配置され、更
に透明ガラス板８ａ、８ｂの外側に電極９の界面で液晶
分子の配向と同じ向きの偏光方位を有する偏光子１２お
よび検光子１３からなる一対の偏光板が貼着されている
。このように構成された液晶板７のＸ、Ｙ電極９．１０
に、投射すべき任意の映像の構成画素に応じて選択的に
電圧を供給しておき、偏光子１２側から光（例えば青色
光５）を入射すると、全方位振動の光５は偏光子１２に
よって直線偏光されてＸ電極９に直交する方位の振動成
分のみが液晶１１に到達する。投射する映像の構成画素
に応じて電圧を供給された部位の液晶分子は旋光性が解
消され、この状態の部位へ入射した偏光光はそのまま透
過し、電圧が供給されていない部位の液晶に入射した偏
光光は液晶分子の旋光性で９０度回転されて、偏光子１
２と偏光面を一致させて設けた検光子１３において遮断
される、従って偏光板付き液晶板７を透過した青色光５
は映像情報を有する青色映像光５ａとなる。

第４図において、青ダイクロイックミラー４で青色成分
５を失いそのミラー４を透過した光は黄色になる。その
黄色光１４は赤ダイクロイックミラー１５に入射し、赤
色光１６が分離され、残る緑色光１７はそのミラー１５
を透過する０分離された赤色光１６は偏光板付き液晶板
７と同一構成の液晶板１８に入射し、赤色映像光１６ａ
となる、青色映像光５ａと赤色映像光１６ａは混合用ダ
イクロイックミラー１９で混合されてマゼンタ色映像光
２０となる。

一方、緑色光１７はやはり偏光板付き液晶板７と同一構
成の液晶板２１に入射し、緑色映像光１７ａとなり、ミ
ラー２２で反射されて混合用ダイクロイックミラー２３
に入射する。緑色映像光１７ａとマゼンタ色映像光２０
は混合用ダイクロイックミラー２３で混合されて、ＲＧ
Ｂ加色混合映像光２４となり、投射光学系２５を介して
大型スクリーン２６に拡大投射されて、カラー映像が再
生される。

第５図はＲ，Ｇ、Ｂに分離された光の混合にダイクロイ
ックプリズムを用いたプリズム方式と呼ばれる液晶カラ
ー投射装置の模式図である。同図において、第４図と同
一または相当部分は同一符号を付してその説明を省略す
る０図から明らかなように、この方式は３枚の偏光板付
き液晶板７゜１８．２１において、ＲＧＢ映像光を得る
までは前述のミラ一方式と同様である。ミラ一方式はＲ
ＧＢ映像光を２枚のダイクロイックミラーを用いて混合
しているが、プリズム方式はダイクロイックプリズム２
７を用いて混合しており、小形化に適している。ダイク
ロイックプリズム２７は３角プリズム４枚を貼り合わせ
、その貼り合わせ面に色分光用被膜を介在させたもので
、ミラ一方式における混合用ダイクロイックミラー１９
および２３と同じ働きをする。このように、ＲＧＢ別の
液晶パネルを背後から投射し、加色混合方式でスクリー
ン上にカラー映像を形成する液晶カラー投射装置は、３
枚の液晶パネルを用いて一映像を構成するので、画素数
が３倍になり、高解像度の映像が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来装置に使用されている偏光板付き液
晶板は偏光子において入射される全方位振動の光から特
定方位の振動成分のみを透過させ、他の成分は吸収する
ので、半分以上の光量を損失する。したがって投射映像
が低輝度となると共に、光を吸収した液晶板は発熱し、
液晶の劣化や破損につながるという課題があった。この
ため大光量の光源を用いて投射映像の輝度を向上させる
にも限度があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するためにこの発明は、光源から
の自然光を反射光と透過光に分光する偏光ビーム分光手
段と、分光した反射光と透過光をそれぞれＲ，Ｇ、Ｂ光
に分離する一対のＲ，Ｇ。

Ｂ色発光手段と、色分離された光を映像情報に変換して
反射する一対の液晶表示手段と、光源の光軸に直交しか
つ一方のＲ，Ｇ、Ｂ色発光手段に対向させて配設され、
液晶表示手段にて反射されてＲ，Ｇ、Ｂ色発光手段で混
合され更に偏光ビーム分光手段にて合成された合成カラ
ー映像光を投射する投射光学手段とを備えたものである
。

［作　用］ 光源から放射されて収束された自然光が偏光ビーム分光
手段において反射光と透過光に分光される。これらの反
射光および透過光は一対のＲ，Ｇ、Ｂ色発光手段に入射
されて、Ｒ，Ｇ、Ｂ光がそれぞれ分離されて一対の液晶
表示手段に入射され、その液晶表示手段に供給される画
像信号に対応した電圧に応じて旋光あるいは不旋光化さ
れて反射される。

これらの反射光はそれぞれ往路と同一経路を経て反射お
よび透過直線偏光光線毎にＲ，Ｇ、Ｂ光が加色混合され
ながら偏光ビーム分光手段に到達し、この偏光面が互い
に直交する加色混合光は合成された後映像光と非映像光
に分離され、映像光のみが投射光学手段を介してスクリ
ーン上にカラー映像として拡大投射される。

［実施例］ 以下、本発明の詳細につき第１図乃至第３図を参照して
説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す装置の模式図におい
て、３０は光源手段であり、第２図に詳細を示すごとく
、ハロゲンランプ３１、半球ミラー３２、コンデンサレ
ンズからなる第１および第２の収束光学系３３，３４、
コールドミラー３５、空間フィルタ３６、冷却ファン３
７から構成されている。ランプ３１から放射される自然
光はミラー３２で効率よく反射され、第１の収束光学系
３３で射出光の焦点が空間フィルタ３６に結ばれるよう
に収束される。この収束光は赤外線を透過して除去する
コールドミラー（赤外線ミラー）３５において反射され
、空間フィルタ３６に入射する。空間フィルタ３６は中
央に細孔が穿設されており、前述の反射光をこの細孔を
通すことによって反射光以外の光、すなわち雑光を除去
する。

空間フィルタ３６を通過した反射光は第２の収束光学系
３４でほぼ平行線に収束されて、偏光ビーム分光手段３
８に入射する。偏光ビーム分光手段３８は収束光学系３
４の光軸に対して偏光ビームスプリッタの製造上の制約
に起因する波長依存特性を最小に制御し得る所定角度、
−数的には４５度傾斜させて配設した偏光ビームスブリ
ット面３９を備えてなり、入射光は互いに直交する直線
偏光光に分光されて、一方は反射され、他方は透過され
る。このようにして得られた反射直線偏光光４０と透過
直線偏光光４１はそれぞれの光軸上に配設された一対の
Ｒ，Ｇ、Ｂ色分元手段、例えば分光用ダイクロイックプ
リズム５０および５１に入射して、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）
、および青（Ｂ）光４２，４３．４４および４５，４６
．４７に分離される９分離された各々の単色光４２〜４
４および４５〜４７は、分光用ダイクロイックプリズム
５０および５１のそれぞれの射出面に並行に設けた６枚
の液晶表示板６２〜６４．６５〜６７からなる一対の液
晶表示手段６０および６１に入射する。

これらの液晶表示板６２〜６７は、前記従来の液晶板の
ごとく偏光板は備えておらず、画像信号に対応した電界
に応じて直線偏光光たる入射光が旋光あるいは不旋光化
されて射出される反射形の偏光板無し液晶表示板を用い
、薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと称する）アクティ
ブ・マトリクス方式によって駆動される。すなわち、ガ
ラス板上にＸ、Ｙ方向の透明ストライブ電極を形成し、
画電極において囲まれるスペースにそれぞれ液晶セル（
画素に相当する）を配置すると共に、これらの液晶セル
とＸ、Ｙ電極の交点とを透明のＴＰＴによって接続し、
さらに、ガラス板の内面に共通電極としてＸ方向の透明
ストライプ電極を設けることによって、ＴＰＴのスイッ
チング動作によって任意の画素の液晶セルに電圧を供給
して、当該液晶セルの液晶分子を旋光あるいは不旋光化
する方式である。この方式はＴＰＴの的確なスイッチン
グ動作によって、画素間のクロストークを防ぎ、ハイコ
ントラスト、早い応答速度、高い階調特性が得られる利
点があるが、この装置で用いられる液晶板はアクティブ
マトリクス方式に限らずＸＹ［極外周にスイッチング素
子を配置したパッシブマトリクス方式のものであっても
よい。

さて、このように構成されたそれぞれの液晶表示板６２
〜６７のＸ、Ｙｉ極に、投射すべき任意の同一映像に応
じて選択的に電圧を供給しておき、直線偏光されたＲＧ
Ｂ色光４２〜４４．４５〜４７を照射すると、液晶セル
に入射した光は電圧に応じて旋光あるいは不旋光化され
ることによって映像情報を付与されて射出される。それ
らの映像情報を有するＲ、Ｇ、８反射光４２ａ〜４４ａ
、４５ａ〜４７ａはそれぞれ往路と同一経路を経て分光
用ダイクロイックプリズム５０．５１に入射され、液晶
表示板６２〜６７の反射映像光４２ａ〜４４ａ、４５ａ
〜４７ａをそれぞれ加色混合して偏光ビーム分光手段３
８に射出する。偏光ビーム分光手段３８は分光用ダイク
ロイックプリズム５０．５１からの偏光面が互いに直交
する加色混合光４０ａおよび４１ａを反射並びに透過し
て映像光（旋回光）と非映像光（不旋回光）に分離して
合成し、自然光となったカラー映像光４８のみを投射光
学手段８０に供給し、その投射光学手段８０でスクリー
ン（図示せず）上に投射してカラー映像が再生される。

一方、混合された反射光のうち旋回されていない非映像
光４つは、光源手段３０のランプ３１に戻ることとなる
。

上述の実施例においては、Ｒ，Ｇ、Ｂ色分光手段５０．
５１にグイクロイックプリズムを用いた場合について説
明したが、プリズム方式に代えて、ダイクロイックミラ
ーを用いたミラ一方式によっても本装置と同様に作用す
る装置を構成することができる。

以下、ミラ一方式による本発明の他の実施例について第
５図を参照して説明する。同図において、第１図と同一
または相当部分は同一符号を付してその説明を省略する
。

図から明らかなように、この方式は偏光ビーム分光手段
３８において、互いに直交する直線偏光光４０および４
１を得るまでは前述のミラ一方式と同様である。偏光ビ
ーム分光手段３８において得られた反射直線偏光光４０
と透過直線偏光光４１は、それぞれの光軸上にその光軸
に対して４５度傾斜させて配設された第１および第２の
Ｒ，Ｇ、Ｂ色分元手段１０１および１０２に入射する。

色分離手段１０１，１０２は例えばそれぞれ青ダイクロ
イックミラー１０３および１０５と赤ダイクロイックミ
ラー１０４および１０６とで構成され、青ダイクロイッ
クミラー１０３．１０５は入射した直線偏光光４０．４
１から青色光１０７゜１１１のみを分離して反射し、残
る赤および緑の２色からなる黄色光１０８，１１２を透
過する。

透過した黄色光１０８，１１２は、その光軸に対して４
５度傾斜させて配設した赤ダイクロイックミラー１０４
，１０６に入射し、黄色光１０８゜１１２から赤色光１
０９，１１３を分離して反射し、緑色光１１０，１１４
を透過する。このようにして、色分光手段１０１，１０
２で分離されたＲ、Ｇ、Ｂ光は同一構造の６枚の液晶表
示板１２２〜１２７からなる一対の液晶表示手段１２０
および１２１に入射する。

これらの液晶表示板１２２〜１２７に、投射すべき任意
の同一映像に応じて選択的に電圧を供給しておき、直線
偏光されたＲ、Ｇ、Ｂ色光１０７．１０９，１１０，１
１１，１１３および１１４が入射されると、前述の実施
例同様画像信号に対応した電圧に応じて旋光あるいは不
旋光化されて反射される。それらの反射光１０７ａ、１
０９ａ１１０ａ、１ｌｌａ、１１３ａおよび１１４ａは
それぞれ往路と同一経路を経て、赤ダイクロイックミラ
ー１０４，１０６および青ダイクロイックミラー１０３
，１０５で混合されながら偏光ビームスブリット手段３
８に到達し、反射光４０ａ４１ａのうち、旋回されてい
る光、即ち映像光４８のみが投射光学手段８０でスクリ
ーン上に投射されてカラー映像が再生され、旋回されて
いない光、即ち非映像光４９はランプ３１に戻ることと
なる。

なお上述の実施例では、６枚の液晶表示板を用いて同一
映像を投射する場合について述べたが、３枚の液晶表示
板からなる液晶表示手段毎に異なる映像を生成させて、
両映像を合成して投射することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、光源からの自然光を偏
光ビーム分光手段で分光し、分光したそれぞれの直線偏
光光をＲ，Ｇ、Ｂ色分光手段でＲ、Ｇ、Ｂ色光に分離し
た後、液晶表示手段に入射し、液晶表示手段で表示映像
に応じて生成した旋回および不旋回光を反射させて直線
偏光光ごとにＲ，Ｇ、Ｂ色分光手段でカラー映像光に加
色混合し、さらに偏光ビーム分光手段で反射および透過
直線偏光光ごとのカラー映像光を合成した後、投射光学
手段において拡大投射するようにしたので、従来装置に
比べて次の利点がある。

従来のこ種の装置においては、光源からの全方位の光を
液晶板前面に貼り付けた偏光子で直線偏光化するために
半分以上の光量を損失すると共に、液晶表示板後面に貼
り付けた検光子で映像光以外の光を吸収するが、この装
置は偏光ビーム分光手段で互いに偏光方向が直交する直
線偏光光に分離した後、偏光板のない液晶表示板によっ
てそれぞれの直線偏光光ごとにカラー映像光を得、さら
に偏光ビーム分光手段で両直線偏光光ごとのカラー映像
光のみを１映像に合成して投射しているので、偏光子に
よる光吸収がなく、高輝度の映像が得られると共に、偏
光子および検光子による光吸収に伴う発熱によって液晶
が劣化することもないので、液晶板の誤動作を防止でき
、装置の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す模式図、第２図は第
１図における光源手段の詳細を示す模式図、第３図はこ
の発明の他の実施例を示す模式図、第４図は従来のミラ
ー式液晶カラー投射装置の模式図、第５図は従来のプリ
ズム式液晶カラー投射装置の模式図、第６図は第４図お
よび第５図における液晶表示板の動作を説明するための
図である。 ３０・・・光源手段、３８・・・偏光ビーム分光手段、
３９・・・偏光ビームスブリット面、５０・５１・・・
Ｒ，Ｇ、Ｂ色分光手段、６０，６１・・・液晶表示手段
、６２〜６７・・・液晶表示板、８０・・・投射光学手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 収束光学系を備えた光源手段と、 その光源手段からの収束光の光軸上にその光軸に対して
   所定角度傾斜させて配設した偏光ビーム分光手段と、 その偏光ビーム分光手段によって分光された反射および
   透過直線偏光光線の光軸上にそれぞれ配設されその直線
   偏光光線をＲ、Ｇ、Ｂ成分に分離して射出する一対のＲ
   ・Ｇ・Ｂ色分光手段と、前記一対のＲ・Ｇ・Ｂ色分光手
   段からのＲ、Ｇ、Ｂ光によってそれぞれ照射されそれら
   のＲ、Ｇ、Ｂ光に映像情報をそれぞれ付与して反射する
   一対の液晶表示手段と、 前記光源手段の収束光の光軸に直交しかつ一方の前記Ｒ
   、Ｇ、Ｂ色分光手段に対向させて配設され、前記液晶表
   示手段にて反射されて前記Ｒ、Ｇ、Ｂ色分光手段で混合
   され更に偏光ビーム分光手段にて合成された合成カラー
   映像光を投射する投射光学手段とからなることを特徴と
   する液晶カラー投射装置。