JPH04141648A - 投写型液晶表示装置 - 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］ 本発明は液晶ライトバルブにより形成した画像を投写レ
ンズにより拡大投写する投写型の液晶表示装置に関する
。

［従来の技術］ 従来は、第３図または第４図に示すような構成の投写型
液晶表示装置が知られていた。光ｎ（１）を出射した光
は、光分離手段によって赤、緑、青の３原色に分離され
る。第３図の場合、赤色反射ダイクロイックミラー（３
）によって反射された赤色成分Ｒは反射ミラー（４）に
よって進路を変えられつつ直進し、青色透過ダイクロイ
ックミラー（５）によって反射された緑色成分Ｇはその
まま直進し、青色透過ダイクロイックミラー（５）を透
過した青色成分Ｂもやはりそのまま直進して、それぞれ
の色に対応する液晶ライトバルブ（６Ｒ）（６Ｇ）、　
　（６Ｂ）によって光変調され、光合成手段である赤色
透過ダイクロイックミラー（２１）および青色透過ダイ
クロイックミラー（２２）によって合成された後、投写
レンズ（２３）によって前方のスクリーン（１４）上に
拡大投写される。

また、第４図の場合、青色反射ダイクロイックミラー（
２４）によって反射された青色成分Ｂは反射ミラー（４
）によって進路を変えられつつ直進し、赤色透過ダイク
ロイックミラー（２５）によって反射された緑色成分Ｇ
はそのまま直進し、赤色透過ダイクロイックミラー（２
５）を透過した赤色成分Ｒは反射ミラー（４）によって
進路を変えられつつ直進して、それぞれの色に対応する
液晶ライトバルブＣ６Ｒ）、　　（６Ｇ）、　　（６Ｂ
）によって光変調され、光合成手段であるダイクロイッ
クプリズム（２６）によって合成された後、投写レンズ
（２０）によって前方のスクリーン（１４）上に拡大投
写される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第３図に示す従来技術の場合、結像光学系の一
部である光合成手段として２枚のダイクロイックミラー
（２１）、　　（２２）を用い、投写レンズ（２３）の
光軸に対して４５°傾けて配置し、それらが投写レンズ
の光軸に対して非回転対称の光学系を形成するため、投
写レンズの光軸に対して非回転対称の諸収差を生じて画
像品質を劣化する原因となる。また、それらの収差はダ
イクロイックミラー（２１）、　　（２２）の基板厚の
増加に伴い増大するが、それを減少させるために基板厚
を薄くすると、基板に反りが生じ易く透過光および反射
光に歪をもたらすため、やはり画像品質を劣化する原因
となる。さらに、液晶ライトハルツ（６）の高精細化は
液晶ライトハルツ（６）およびダイクロイックミラー（
２１）、　　（２２）のサイズを大型化し、それに伴い
上記収差および歪の問題が大きくなるため、画像品質は
一層劣化する。また、その大型化は光学系全体の大型化
から投写レンズ（２３）の大型化を導き、投写レンズ（
２３）の性能劣化の原因となるが、ダイクロイックミラ
ー（２１）、　　（２２）による光合成手段では、それ
らを救済することはできない。

一方、第４図の従来技術の場合は、上記のような収差１
反りによる悪影響、投写レンズの大型化および性能劣化
については問題ないが、Ｇ、　　Ｂのワーキングディス
タンスとＲのワーキングディスタンスの違いにより光分
離手段内での光の発散状態がＧ、　　ＢとＲとて異なる
ため、スクリーン（１４）上で色むらを発生させて画像
劣化の大きな原因となる。

本発明の投写型液晶表示装置は以上の課題を解決するも
ので、その目的とするところは、光合成手段を原因とす
る諸収差および画像歪を抑制すること、各原色間におけ
るワーキングディスタンスの違いによる色むら発生を防
止すること、および、小型、高性能な投写レンズの使用
を可能にすることにより、液晶ライトバルブの高精細、
大型化においても高い投写画像品質を実現しうる投写型
液晶表示装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明の投写型液晶表示装
置は、光源と、光源からの光を分離する光分離手段と、
光分離手段からの光を変調する液晶ライトバルブと、液
晶ライトバルブからの変調された光を合成する光合成手
段と、光合成手段からの光を投写する投写レンズとを有
する投写型液晶表示装置であって、光分離手段によって
分離された各原色間において光源から液晶ライトバルブ
までの距Ｎ（ワーキングディスタンス）を等しくすると
ともに、光合成手段としてダイクロイックプリズムを用
いたことを特徴とする。

［作用　］ 上記構成による投写型液晶表示装置において、各原色に
対応するそれぞれの液晶ライトハルツからの出射光は、
？１１個のダイクロイックプリズムと反射プリズムの組
合せからなる光合成手段により合成されて、投写レンズ
により前方のスクリーン上に拡大投写される。この時、
ダイクロイックプリズムは、投写レンズの光軸に対して
回転対称な光学系を形成するため、この光合成手段によ
って発生する諸収差は投写レンズによって吸収できる。

また、ダイクロイックプリズムの誘電体多層膜コーテイ
ング面である斜面を研磨することにより、画像品質に影
響を与えない程度の平面度を実現できるため、反射面の
反りの影響を除去できる。

また、ダイクロイックミラーによる光学系においては屈
折率がおよそ１．０の空気であった大部分のスペースを
、屈折率がおよそ１．５であるガラスで埋めることによ
りその屈折率に対応して光路長を短縮できるため、投写
レンズのハックフォーカスを短縮し投写レンズの小型化
と高性能化をもたらす。

さらに、照明光学系においては各原色間でのワーキング
ディスタンスを等しく構成てきるため、ワーキングディ
スタンスの違いを原因とする投写画像の色むらを防止で
きる。

［実施例コ 以下（こ本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は、本発明の一実！Ｉ！ＩＩにおける光学系の構成
図である。第１図において、ハロゲンランプ、キセノン
ランプ、メタルハライドランプ等の高演色性を有するラ
ンプを用いた光Ｒ（１）を８射した光は光分離手段（２
”）　：二人射し、赤色反射ダイクロイックミラー（３
）により赤色光（約６００　ｎｍ以上の光）が反射され
、その他の光が透過される。反射された赤色光は反射ミ
ラー（４）によって進路を変えられ、赤色用液晶ライト
バルブ（６Ｒ）に入射する。赤色反射ダイクロイックミ
ラー（３）を透過した光は、青色透過ダイクロイックミ
ラー（５）に入射し緑色光（約５００　ｎｍから　約６
００　ｎｍ０間の光）が反射され、その他の充である青
色光（約５００　ｎｍ以下の光）が透過される。反射さ
れた緑色光は緑色用液晶ライトハルツ（６Ｇ）に入射し
、透過した青色光は青色用液晶ライトハル７（６Ｂ）に
入射する。入射した各色光は、液晶ライトバルブ（６Ｒ
）、　　（６Ｇ）。

（６Ｂ）によって各色毎に対応した光変調、即ち、印加
される信号電圧の大きさによって各色毎に画像を形成す
る。液晶ライトバルブ（６Ｒ）、　　（６Ｇ）、　　（
６Ｂ）は、入射光の透過率の制御を行うシャッターの機
能を果たすため、アクティツマトリクス液晶パネルや単
純マトリクス液晶パネルのみならず、信号電圧に応じて
透過率を可変できる液晶パネルてあればよい。また、液
晶ライトハルツ（６Ｒ）、　　（６Ｇ）、　　（６Ｂ）
は、それぞれその前後に偏光子（７）と検光子（８）を
備えることにより画像表示を可能とする。液晶ライトバ
ルブ（６Ｒ１，（６Ｇ）、　　（６Ｂ）によって光変調
を受けた各色光は光合成手段（９）に入射し、赤色光は
赤色透過ダイクロイックプリズム（１０）を透Ａｒ＆青
色透過ダイクロイックプリズム（１１）で反射され、緑
色光は赤色透過ダイクロイックプリズム（１０”ｌ及び
青色透過ダイクロイックプリズム（１１）で反射され、
青色光は反射プリズム（１２）で反射された後青色透過
ダイクロイックプリズム（１１）を透過する。ダイクロ
イックプリズム（１０）および（１１）は、それぞれの
所望反射特性を有する誘電体多層膜コーティングを施し
た２個の直角プリズムの斜面同士を光学接着したキュー
フ形状を有する。また、反射プリズム（１２）は、やは
り斜面に所望反射特性を有する誘電体多層膜コーティン
グを施した単体の直角プリズムである。上記のようにし
て色合成された光は、投写レンズ（１３）に入射し前方
のスクリーン（１４）上に拡大投写される。なお、液晶
ライトハルツ（６Ｒ）、　　（６Ｇ　）、　　（６Ｂ　
）の位置を互いに置き換えても、それに対応する反射特
性を有するダイクロイックミラーおよびダイクロイック
プリズムを設定することによって上記と同様の光分離お
よび光合成が可能である。

第１図より明かなように、本発明においては、Ｒ，Ｇ、
　　Ｂの３原色についてのワーキングディスタンスが等
しく、光分離手段（２）内での光の発散状態に３原色間
での違いがないため、それを原因とする投写画像の色む
らを防止することができる。

一般に、結像光学系の中に屈折率の異なる物質を挿入す
ると必然的に球面収差、コマ収差、非点収差等の収差が
発生し、それは物質の厚さが大きくなる程増大する。結
像光学系にダイクロイックプリズムを使用する場合も同
様の収差が発生し、液晶ライトバルブ（６）が大きくな
るほどダイクロイックプリズム（１０）、　　（１１，
）、　　（１２）が大型になって上記諸収差は増大する
。しかし、本実施例においては第１図より明らかなよう
（こ、ダイクロイックプリズム（１０）、　　（１１）
、　　（１２）が投写レンズ（１３）の光軸に対して回
転対称な構成および配置であるため、投写レンズ（１３
）について予めダイクロイックプリズム（１０）、　　
（１１）、　　（１２）を含めた設計を行うことにより
、光合成手段（９）を原因とする諸収差を除去すること
ができる。光合成手段（９）としてダイクロイックミラ
ーを使用する場合もやはり上記諸収差が発生するが、上
記のように投写レンズ（１３）との関係でそれらの収差
を除去することができないため、光合成手段（９）とし
てダイクロイックプリズム（１０）、　　（１１）、　
　（１２）を使用することは溌晶うイトバルブ（６）が
大型になる程有利である。

また、光合成手段（９）の反射面の反りは画像歪の原因
となるが、ダイクロイックプリズム（１０）、　　（１
１）、　　（１２）の斜面は、１５０ｍｍｘｌｏｏｍｍ
程度の大型になっても平面度０．００１以上の研磨精度
が可能であり、この反りは画像歪の原因となるレベルで
はない。前述のように、ダイクロイックミラーの厚さは
、諸収差の発生量とミラーの反りによる歪量との間にト
レードオフの関係をもたらし、これは液晶ライトバルブ
（６）が大型になるほど顕著になるため、やはり光合成
手段（９）としてダイクロイックプリズム（１０）（１
１）、　　（１２）を使用することは液晶ライトハルツ
（６）が大型：こなるほど有利である。

本発明は、結像光学系である光合成手段（９）をダイク
ロイックプリズム（ＩＣ））、　　（１１）。

（１２）で構成しているため、前述の従来技術であるダ
イクロイックミラーによる結像光学系ては屈折率がおよ
そ１．０の空気であった大部分のスペースを、屈折率が
およそ１．５であるガラスで埋めることになる。従って
、液晶ライトハルツ（６）から投写レンズ（１３）まで
の光学的な光路長を従来技術の約１／１．５倍に短縮す
ることがてきる。この結果、投写レンズ（１３）のハッ
クフォーカスを約１／１．５倍に短縮することができる
ので、投写レンズ（１３）を小型とすることができる。

一般に、投写レンズの収差のうち投写画像の鮮鋭度を低
下させる性質のものは、投写レンズが大きくなるほどそ
の収差が大きくなる。従って、本発明によって投写レン
ズ（１３）のバックフォーカスを短縮することは、投写
レンズ（１３）を小型にするのみならず高性能化するた
め、投写画像品質を一層向上させるものである。

第２図は、本発明の別の実施例を表す光学系の構成図で
ある。光源（１５）からの出射光は、光分離手段である
ダイクロイックプリズム（１６）のダイクロイック反射
面において、上記実施例における分離特性と同様の波長
域によってＲ，Ｇ。

Ｂの３原色に分離され、Ｒ，Ｂ成分は互いに反対方向に
反射され、Ｇ成分はダイクロイックプリズム（１６）を
透過する。ダイクロイックプリズム（１６）から互いに
異なる方向に出射した各色光は、それぞれ反射ミラー（
１７）によって進路を変換されて下方に向い、反射ミラ
ー（１８）によって再度進路を変換されてそれぞれの色
に対応する液晶ライトバルブ（６Ｒ）、　　（６Ｇ）、
　　（６Ｂ）に入射する。液晶ライトハルツ（６Ｒ）、
　　（６Ｇ）（６Ｂ）によってそれぞれの色に対応する
光変調を受けた各色光は、光合成手段であるダイクロイ
ックプリズム（１９）によって合成され、投写レンズ（
２０）によって前方のスクリーン（１４）上に拡大投写
される。第２図では単純化のために省略したが、液晶ラ
イトハルツ（６Ｒ）、　　（６Ｇ）（６Ｂ）の前後に偏
光子と検光子を配置することは第１図の実施例と同様で
ある。本実施例においても第１図の実施例と同様に、光
合成手段としてダイクロイックプリズム（１９）を用い
、投写レンズ（２０）の光軸に対して回転対称な配置と
するため、光合成手段を原因とする諸収差および投写画
像歪を防止することができる。また、第２図より明かな
ように、ワーキングディスタンスが各原色間で等しいた
め、各原色間でのワーキングディスタンスの違いを原因
とするスクリーン上での色むらも防止することができる
。本実施例が第１図の実施例と比較して優れる点は、ワ
ーキングディスタンスと投写レンズ（２０）のハックフ
ォーカスを最短にてきる構成にあり、ワーキングディス
タンスが短くなると投写画像はより明るくなり、バック
フォーカスが短くなると投写レンズ（２０）はより小型
、高性能になるため、投写画像品質は一層向上するので
ある。

以上説明したように、本発明は液晶ライトハルツが大型
になるほど画像品質向上の上で有効である。従って、ア
スペクトレシオが４＝　３の液晶ライトハルツによる投
写型液晶表示装置の場合は元より、アスペクトレシオが
１６＝　９と横長であるハイビジョン対応型の溌晶うイ
トハルフによる投写型液晶表示装置の場合はなお一層有
効である。

［発明の効果コ 本発明の投写型液晶表示装置は、以上説明したように、
光合成手段としてダイクロイックプリズムを用いること
により投写レンズの光軸に対して回転対称な結像光学系
を形成できるため、光合成手段によって発生する諸収差
を原因とする投写画像の品質劣化を防止できる。また、
ダイクロイックプリズムの反射面を研磨することにより
、反射面の反りを原因どする画像歪を防止できる。また
、結ｆ象光学系（二おける：まとんどのスペースをダイ
クロイックプリズムで埋めることにより、投写レンズの
ハックフォーカスを短縮し小型で高性能な投写レンズの
使用を可能にするため、投写画像品質は一層向上する。

さらに、ワーキングディスタンスが各原色間で等しい？
Ｓ成であるため、それを原因とする投写画像の色むらを
防止できる。総合的に、投写画像品質の極めて高い投写
型液晶表示装置を実現し、これ：よ高精細で大型の液晶
ライトハルツ、特にハイビジョン対応型の液晶ライトハ
ルツを用いた投写型液晶表示装置において極めて効果が
高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における光学系の構成図、 第２図は、本発明の別の実施例における光学系の構成図
、 第３図、第４図は、従来技術の光学系の構成図である。 １．１ ２　・ ３　・ ４．１ ５　・ ６　・ ７　・ ８　・ ９　・ １０　・ ５・・光源 ・光分離手段 ・赤色反射ダイクロイックミラー ７．１８・・反射ミラー ・青色透過ダイクロイックミラー ・液晶ライトハルツ ・偏光子 ・検光子 ・光合成手段 ・赤色透過ダイクロイックプリズム １１　・ １２　・ １６゜ ・青色透過ダイクロイックプリズム ・反射プリズム ２０・・投写レンズ １９・・ダイクロイックプリズム 以上 出願人セイコーエプソン株式会社 代理人弁理土鈴木喜三部（他１名） ５９′イクロイ・ツクミラ スタリ ヲ １６グイクロ・ｒ・ソクブリズ“ム ＼ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源と、前記光源からの光を分離する光分離手段と、前
   記光分離手段からの光を変調する液晶ライトバルブと、
   前記液晶ライトバルブからの変調された光を合成する光
   合成手段と、前記光合成手段からの光を投写する投写レ
   ンズとを有する投写型液晶表示装置であって、前記光分
   離手段によって分離された各原色間において前記光源か
   ら前記液晶ライトバルブまでの距離（ワーキングディス
   タンス）を等しくするとともに、前記光合成手段として
   ダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする投写
   型液晶表示装置。