(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を発生する光源と、前記光源からの光を平行光にするリフレクタと、前記リフレクタからの光の偏光方向を揃える偏光素子と、前記偏光素子からの光を３原色における第１と第２の原色を合成した光と第１と第３の光の原色を合成した光とに単位時間毎に切り替える回転式色フィルターを備え、前記回転式色フィルターから出た光の特定波長域の偏光方向を選択的に９０度回転する第１の積層波長板と、前記第１の積層波長板からの光をＡの光とＢの光に偏光方向によって異なる方向へ分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子からの前記Ａの光を変調し画像を表示する第１の液晶表示パネル及び、前記Ｂの光を変調し画像を表示する第２の液晶表示パネルが配置されており、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルからの光が前記偏光分離素子により再び合成され、前記偏光分離素子によって合成された光の偏光方向を揃える第２の積層波長板と、前記第２の積層波長板を出た光において不要な光を除去する偏光素子と、前記偏光素子からの光をスクリーン上に投影する投射レンズより構成される反射型液晶表示装置において、前記Ａの光は３原色の赤緑青における赤の光であり、前記Ｂの光は前記３原色における緑の光と青の光が単位時間毎に切り替わり、前記第１の液晶表示パネルは前記赤の光を変調し、前記第２の液晶表示パネルは前記緑の光と前記青の光を単位時間毎に交互に変調し、前記第１の積層波長板及び前記第２の積層波長板は赤帯域の光の偏光方向を９０度回転することを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の積層波長板と前記第２の積層波長板は偏光方向を回転する波長帯域が互いに３０ｎｍ以下異なることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項３】
白色光を発生する光源と、前記光源からの光を平行光にするリフレクタと、前記リフレクタからの光の偏光方向を揃える偏光素子と、前記偏光素子からの光を３原色における第１と第２の原色を合成した光と第１と第３の光の原色を合成した光とに単位時間毎に切り替える回転式色フィルターを備え、前記回転式色フィルターから出た光の特定波長域の偏光方向を選択的に９０度回転する第１の積層波長板と、前記第１の積層波長板からの光をＡの光とＢの光に偏光方向によって異なる方向へ分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子からの前記Ａの光を変調し画像を表示する第１の液晶表示パネル及び、前記Ｂの光を変調し画像を表示する第２の液晶表示パネルが配置されており、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルからの光が前記偏光分離素子により再び合成され、前記偏光分離素子によって合成された光の偏光方向を揃える第２の積層波長板と、前記第２の積層波長板を出た光において不要な光を除去する偏光素子と、前記偏光素子からの光をスクリーン上に投影する投射レンズより構成される反射型液晶表示装置において、
前記Ａの光は３原色の赤緑青における青の光であり、前記Ｂの光は前記３原色における赤の光と緑の光とが単位時間毎に切り替わり、前記第１の液晶表示パネルは前記青の光を変調し、前記第２の液晶表示パネルは前記緑の光と前記赤の光を単位時間毎に交互に変調し、前記第１の積層波長板及び前記第２の積層波長板は青帯域の光の偏光方向を９０度回転することを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第１の積層波長板と前記第２の積層波長板は偏光方向を回転する波長帯域が互いに３０ｎｍ以下異なることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示装置に係わり、特に液晶プロジェクタや、液晶リアプロジェクションテレビ等に用いられる反射型液晶表示装置に好適に利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平７−１０４２３８号公報のような２枚の液晶表示パネルを備えた液晶表示装置がある。これは、１枚の液晶表示パネルで３原色の中の１色を変調し、もう１枚の液晶表示パネルで、前述の１色と補色の関係にある残りの２色を、時間的に分割して各々の色を変調する投射型液晶表示装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の技術は、２枚の液晶表示パネル各々に偏光分離素子と、色合成をするダイクロックフィルタを備える必要があり、投射レンズのバックフォーカスが長くなり、投射レンズが大きくなる。また、色分離に４５度入射のダイクロイックフィルタを用いており、照明系のＦナンバが小さくなると、ダイクロイックミラーにおいて、左右の入射する角度の違いにより画像のユニホミティが低下しやすい。さらに、色分離の光路と、色合成の光路が分かれているので、必然的に部品点数が増え、体積が大きくなり、コストも増大する、という欠点があった。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑み、これを解決した液晶表示装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のような手段を採った。
【０００６】
即ち、第１の手段による反射型液晶表示装置は、白色光を発生する光源と、前記光源からの光を平行光にするリフレクタと、前期リフレクタからの光の偏光方向を揃える偏光素子と、前記偏光素子からの光を３原色における第１と第２の原色を合成した光と第１と第３の光の原色を合成した光とに単位時間毎に切り替える回転式色フィルターを備え、前記回転式色フィルターから出た光の特定波長域の偏光方向を選択的に９０度回転する第１の積層波長板と、前記第１の積層波長板からの光をＡの光とＢの光に偏光方向によって異なる方向へ分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子からの前記Ａの光を変調し画像を表示する第１の液晶表示パネル及び、前記Ｂの光を変調し画像を表示する第２の液晶表示パネルが配置されており、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルからの光が前記偏光分離素子により再び合成され、前記偏光分離素子によって合成された光の偏光方向を揃える第２の積層波長板と、前記第２の積層波長板を出た光において不要な光を除去する偏光素子と、前記偏光素子からの光をスクリーン上に投影する投射レンズより構成される反射型液晶表示装置において、前記Ａの光は３原色の赤緑青における赤の光であり、前期Ｂの光は前記３原色における緑の光と青の光が単位時間毎に切り替わり、前記第１の液晶表示パネルは前記赤の光を変調し、前記第２の液晶パネルは前記緑の光と前記青の光を単位時間毎に交互に変調し、前記第１の積層波長板及び前記第２の積層波長板は赤帯域の光の偏光方向を９０度回転することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の手段による反射型液晶表示装置は、前記第１の手段において、前記第１の積層波長板と前記第２の積層波長板は偏光方向を回転する波長帯域が互いに３０ｎｍ以下異なることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の手段による反射型液晶表示装置は、白色光を発生する光源と、前記光源からの光を平行光にするリフレクタと、前記リフレクタからの光の偏光方向を揃える偏光素子と、前記偏光素子からの光を３原色における第１と第２の原色を合成した光と第１と第３の光の原色を合成した光とに単位時間毎に切り替える回転式色フィルターを備え、前記回転式色フィルターから出た光の特定波長域の偏光方向を選択的に９０度回転する第１の積層波長板と、前記第１の積層波長板からの光をＡの光とＢの光に偏光方向によって異なる方向へ分離する偏光分離素子と、前記偏光分離素子からの前記Ａの光を変調し画像を表示する第１の液晶表示パネル及び、前記Ｂの光を変調し画像を表示する第２の液晶表示パネルが配置されており、前記第１の液晶表示パネルと前記第２の液晶表示パネルからの光が前記偏光分離素子により再び合成され、前記偏光分離素子によって合成された光の偏光方向を揃える第２の積層波長板と、前記第２の積層波長板を出た光において不要な光を除去する偏光素子と、前記偏光素子からの光をスクリーン上に投影する投射レンズより構成され、前記Ａの光は３原色の赤緑青における青の光であり、前記Ｂの光は前記３原色における赤の光と緑の光とが単位時間毎に切り替わり、前記第１の液晶表示パネルは前記青の光を変調し、前記第２の液晶パネルは前記緑の光と前記赤の光を単位時間毎に交互に変調し、前記第１の積層波長板及び前記第２の積層波長板は青帯域の光の偏光方向を９０度回転することを特徴とする。
【０００９】
更に、第４の手段による反射型液晶表示装置は、前記第３の手段において、前記第１の積層波長板と前記第２の積層波長板は偏光方向を回転する波長帯域が互いに３０ｎｍ以下異なることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３、図４及び図５を用いて、本発明における第１の具体的な実施形態を示す。図中の１０１はリフレクタ、１０２は白色光源で、平行光線の光源を構成している。１０３は回転式色フィルタで、前記白色光源からの光を３原色における第１の色と第２の色を合成した光と、第１の色と第３の色を合成した光に単位時間毎に切り替えるもので、第１、第２、第３の色はそれぞれ赤、緑、青である。
【００１１】
回転式色フィルターは図４のように、赤と緑を合成した色である黄と、赤と青を合成したマゼンタを透過する色フィルタが交互に切り替わる配置になっており、その透過特性は図５に示すようになっている。
【００１２】
また、色の切り替わるタイミングは、反射型液晶パネルに送られる映像信号に同期するために、センサによって検知される。その後、光は第１の偏光素子１０４によって、Ｓ−偏光に偏光され、積層波長板１０５を透過する。
【００１３】
この積層波長板は任意の波長域の偏光方向を９０度回転する機能を有しており、このような素子の例としては、特表平１１−５０４４４１号公報がある。また、図３に示すように前記積層波長板の偏光方向を回転させる波長帯域は赤帯域である。即ち、図２に示すように、積層波長板１０５を透過した光で、赤の光は偏向方向が積層波長板１０５によって回転されＰ−偏光になり、緑または青の光はＳ−偏光が保たれている。
【００１４】
この積層波長板１０５を透過した光は、偏光分離手段１０６へ入射し、Ｐ−偏光は透過、Ｓ−偏光は反射され、異なる２方向へ分離される。積層波長板によって赤の光はＰ−偏光へ回転されているので赤の光は透過し、緑又は青の光は反射され、それぞれ反射型液晶パネル１０７、１０８へ入射する。
【００１５】
偏光分離素子の後に配置された２枚の反射型液晶パネルにおいて、１枚のパネル１０８は赤の光を変調し、もう１枚のパネル１０７は緑又は青の光を単位時間毎に交互に変調する（ここでいう「単位時間」とは、フィールドを１単位とする時間であり、即ち、フィールドごとに交互に変調されることを意味するものである。）。後者の液晶パネルへは、緑と青の映像信号が前記した回転式色フィルターに同期して切り替わる。
【００１６】
その後変調された光は再び前記の偏光分離手段１０６に入射し、合成される。合成された光は第２の積層波長板１０９へ入射し、赤の光の偏光方向が回転される。この第２の積層波長板の特性は、図３に示すように第１の波長板に対して３０ｎｍ以下長波長側に寄っているのが好ましい。この理由は後述する。
【００１７】
第２の積層波長板を出射した光は第２の偏光素子１１０によってＰ−偏光のみが透過され、不要な光はそこで除去される。その後、光は投射レンズ１１１を透過し、それによってスクリーン１１２へ像を結ぶ。またこの時、画面上の明るさを均一にする目的で、照明系にフライアイレンズ、若しくはロッドインテグレータと、そこから出射する光を反射型液晶パネルへ集光するレンズ系を備えていることが望ましい。
【００１８】
前記第２の積層波長板を、前記第１の波長板の特性と異なるものを採用する理由は、この後の偏光素子によって不必要な光を除去することが可能であるからである。ランプに含まれる黄色の光は投射された映像の色純度を低下させる原因になるので、除去することが必要である。
【００１９】
積層波長板はその特性が変化する立ち上がりの部分では、透過してきた光は楕円偏光になっている。前記第１と前記第２の積層波長板の特性を互いに異なるものにすれば、第１の積層波長板の特性が変化する帯域で楕円偏光になった光は、第２の積層波長板を透過しても偏光方向が回転されず、その後、第２の偏光素子によって除去される。
【００２０】
図１、図６、図７、図８及び図９を用いて、本発明に基づく第２の実施形態を示す。１０１はリフレクタ、１０２は白色光源で、平行光線の光源を構成している。１０３は回転式色フィルタで、前記白色光源からの光を３原色における第１の色と第３の色を合成した光と、第２の色と第３の色を合成した光に単位時間毎に切り替えるもので、第１、第２、第３の色はそれぞれ赤、緑、青である。
【００２１】
回転式色フィルターは図８のように、赤と青を合成した色であるマゼンタと、緑と青を合成したシアンを透過する色フィルタが交互に切り替わる配置になっており、その透過特性は図９に示すようになっている。その後、光は第１の偏光素子１０４によって、Ｓ−偏光に偏光され、積層波長板１０５を透過する。
【００２２】
図７に示すように前記積層波長板の偏光方向を回転させる波長帯域は青帯域である。即ち、図６に示すように、積層波長板を透過した光で、青の光は偏向方向が積層波長板によって回転されＰ−偏光になり、赤または緑の光はＳ−偏光が保たれている。
【００２３】
この積層波長板を透過した光は、偏光分離手段１０６へ入射し、Ｐ−偏光は透過、Ｓ−偏光は反射され、異なる２方向へ分離される。積層波長板によって赤の光はＰ−偏光へ回転されているので青の光は透過し、赤又は緑の光は反射され、それぞれ反射型液晶パネル１０７、１０８へ入射する。
【００２４】
偏光分離素子の後に配置された２枚の反射型液晶パネルにおいて、１枚のパネル１０８は青の光を変調し、もう１枚のパネル１０７は赤又は緑の光を単位時間毎に交互に変調する。後者の液晶パネルへは、赤と緑の映像信号が前記した回転式色フィルターに同期して切り替わる。その後変調された光は再び前記の偏光分離手段１０６に入射し、合成される。
【００２５】
合成された光は第２の積層波長板１０９へ入射し、赤の光の偏光方向が回転される。この第２の積層波長板の特性は、図７に示すように第１の波長板に対して３０ｎｍ以下短波長側に寄っているのが好ましい。この理由は後述する。第２の積層波長板を出射した光は第２の偏光素子１１０によってＰ−偏光のみが透過され、不要な光はそこで除去される。その後、光は投射レンズ１１１を透過し、それによってスクリーン１１２へ像を結ぶ。
【００２６】
前記第２の積層波長板を、前記第１の波長板の特性と異なるものを採用する理由は、前述した実施例の１と同様である。ランプに含まれるシアンの光は投射された映像の色純度を低下させる原因になるので、除去することが必要である。前記第１と前記第２の積層波長板の特性を互いに異なるものにすれば、第２の偏光素子によって除去することが、第１の実施形態と同様な理由で可能である。
【００２７】
またこの時、画面上の明るさを均一にする目的で、照明系にフライアイレンズ、若しくはロッドインテグレータと、そこから出射する光を反射型液晶パネルへ集光するレンズ系を備えていることが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、積層波長板及び、反射型液晶パネルを２枚用いることによって、光の利用効率を極力損なわずに、時分割によってフルカラーを表示することが可能であり、また色分離と、色合成が１つのプリズムによってなされるために、光学素子の部品点数を削減でき、また、投射レンズからパネルまでの距離が非常に短く、バックフォーカスの短いレンズを採用することが可能になる。
【００２９】
更に、応答速度が数ミリ秒オーダーの反射型液晶パネルでも、反射型液晶パネルを２枚用いることによって、１枚に割り当てるデューティを減らすことが可能で、時分割による駆動が容易になる。
【００３０】
また、ランプの特性に合わせて、時分割駆動しない色を変更することによって、画像の色バランスを適正にすることも可能である。例えば、請求項１記載の発明によれば、赤の色が比較的少ない超高圧水銀ランプの場合は、赤色の画像を常にスクリーン上へ表示しておくことによって、その不足分を補うことができる。
【００３１】
逆に、請求項３記載の発明によれば、青色が少ないハロゲンランプなどを用いる場合は、青色の画像を常にスクリーン上へ表示することによって、色バランスを適正に保つことができる。また、請求項２に記載の発明によれば、画像の色純度を低下する原因となる黄色帯域の光は、第１の積層波長板と第２の積層波長板の特性をずらすことによって除去することが可能であり、同様に、請求項４に記載の発明によれば、画像の色純度を低下する原因となる黄色帯域の光は、第１の積層波長板と第２の積層波長板の特性をずらすことによって除去することが可能である。
【００３２】
本発明によれば、４５度入射のダイクロイックミラーを用いることが無いので、低Ｆナンバ、即ち立体角の大きな照明系を採用しても、スクリーン上での色むらを生じにくく、良好なユニホミティが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射型液晶表示装置の構成図である。
【図２】本発明に係る反射型液晶表示装置の液晶パネル周辺の構成図である。
【図３】本発明に係る反射型液晶表示装置の積層波長板の偏光透過特性である。
【図４】本発明に係る反射型液晶表示装置の回転式色フィルターの色の配置である。
【図５】本発明に係る反射型液晶表示装置の回転式色フィルターの透過特性である。
【図６】本発明に係る反射型液晶表示装置の液晶パネル周辺の他の構成図である。
【図７】本発明に係る反射型液晶表示装置の積層波長板の他の偏光透過特性である。
【図８】本発明に係る反射型液晶表示装置の回転式色フィルターの他の色の配置である。
【図９】本発明に係る反射型液晶表示装置の回転式色フィルターの他の透過特性である。
【符号の説明】
１０１、リフレクタ
１０２、白色光源
１０３、回転式色フィルター
１０４、偏光素子
１０５、積層波長板
１０６、偏光分離素子
１０７、反射型液晶パネル
１０８、反射型液晶パネル
１０９、積層波長板
１１０、偏光素子
１１１、投射レンズ
１１２、スクリーン
【図１】
0003618611.tif 000002
【図２】
0003618611.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003618611.tif 000005
【図５】
0003618611.tif 000006
【図６】
0003618611.tif 000007
【図７】
0003618611.tif 000008
【図８】
0003618611.tif 000009
【図９】
0003618611.tif 000010