(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を反射させる第１、第２の半透過ミラー及び第１のミラーと、
一対のガラス基板、液晶、一対の偏光板、及びカラーフィルターで構成され、前記白色光を変調する第１、第２及び第３の液晶パネルと、
前記第１の液晶パネルからの像を反射させる第３の半透過ミラー、前記第２の液晶パネルからの像を反射させる第４の半透過ミラー、及び前記第３の液晶パネルからの像を反射させる第２のミラーと、
少なくとも前記第１、第２、第３及び第４の半透過ミラー、前記第１、第２及び第３の液晶パネル、前記第１及び第２のミラーを浸す冷却液と、
前記第２のミラー、前記第３及び第４の半透過ミラーにより反射した像を投影する投影レンズとを有し、
前記冷却液中において、前記冷却液よりも屈折率の小さい空気または不活性ガスが充填された中空部分を有し、
前記第１、第２及び第３の液晶パネルからの像の焦点位置が同じになるように、当該像が前記中空部分を通過する距離はそれぞれ異なることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
白色光を反射させる第１、第２の半透過ミラー及び第１のミラーと、
一対のガラス基板、液晶、一対の偏光板、及びカラーフィルターで構成され、前記白色光を変調する第１、第２及び第３の液晶パネルと、
前記第１の液晶パネルからの像を反射させる第３の半透過ミラー、前記第２の液晶パネルからの像を反射させる第４の半透過ミラー、及び前記第３の液晶パネルからの像を反射させる第２のミラーと、
少なくとも前記第１、第２、第３及び第４の半透過ミラー、前記第１、第２及び第３の液晶パネル、前記第１及び第２のミラーを浸す冷却液が充填された筐体と、
前記第２のミラー、前記第３及び第４の半透過ミラーにより反射した像を投影する投影レンズとを有し、
前記筐体内に、前記冷却液よりも屈折率の小さい空気または不活性ガスが充填された中空部分を有し、
前記第１、第２及び第３の液晶パネルからの像の焦点位置が同じになるように、当該像が前記中空部分を通過する距離はそれぞれ異なることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の前記冷却液は透光性であることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の前記冷却液はフッ素系の不活性液体または油であることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記中空部分は透光性であることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記中空部分は前記第１の液晶パネル及び前記第２の液晶パネルの出力側に設けられていることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、前記カラーフィルターはＲＧＢのカラーフィルターであることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の前記カラーフィルターを重ねてなる、前記液晶パネルの一部を遮光する遮光膜を有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、画像を投影する形式の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルを用いて映像をスクリーンに投影する形式の表示装置が知られている。このような投影型の表示装置としては、特開昭６０─３２９１号公報に記載された技術が公知である。図８に従来より公知の投影型の表示装置の概要を示す。
【０００３】
図８に示すのは、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を合成してスクリーン（または適当な被投影面）にカラー画像を投影表示する構成である。図８において、８０１がＲ（赤）の画像を表示するための光で、カラーフィルター８０４を透過した後、液晶パネル８０７に照射される。液晶パネル８０７では適当な光変調がなされ、Ｒに対応した像が形成される。半透過ミラー８１３では、全反射ミラー８１２で反射されたＧとＢに対応する像が液晶パネル８０７で光変調されたＲに対応した像と合成される。そしてＲＧＢの像を合成することによって得られた像（カラー画像）は、投影レンズ８１４を介してスクリーン８１５に投影される。
【０００４】
一般的な液晶パネル８０７（８０８、８０９も同じ）の構成は、９０度の異なる角度で配置された一対の偏光板の間に一対のガラス基板が配置され、この一対のガラス基板間にＴＮ型の液晶が挟んで保持された構成を有している。
【０００５】
８０２は、Ｇ（緑）の画像を表示するための光であり、カラーフィルター８０５を透過した後、液晶パネル８０８を透過し、所定の光変調がなされる。この光変調によって、Ｇに対応する像が形成される。液晶パネル８０８で光変調がなされることによって形成されたＧの像は、半透過ミラー８１１を透過する。半透過ミラー８１１では、全反射ミラー８１０で反射されたＢの像とＧの像が合成される。
【０００６】
８０３は、Ｂ（青）の像を表示するための光であり、カラーフィルター８０６を透過した後、液晶パネル８０９を透過し、所定の光変調がなされる。液晶パネル８０９で光変調がなされたＢの像は、全反射ミラー８１０で反射され、半透過ミラー８１１でＧの像と合成される。
【０００７】
以上説明したような原理に基づく表示装置においては、以下に示すような事項を満足することが要求される。
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡略化する）
（３）温度上昇を抑制する構成とする。
（４）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（５）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
【０００８】
（１）及び（２）は装置の取扱の良さ、低コスト化、故障率の低さ、といった問題を追求する場合に必要な要求事項となる。この要求事項は、装置の商品化を考えた場合には重要な事項となる。
【０００９】
（３）は、必要とする輝度を得るために、光源の発光強度を強くする場合に大きな問題となる。
【００１０】
投影型の表示装置はその構成上、図８に示すように最終的に画像が表示されるまでの間に光が各種フィルターや液晶パネル、さらには半透過ミラー等の光学素子を何回か透過する必要がある。このために、表示される画像が暗くなってしまうという原理的な問題がある。
【００１１】
この問題を解決するために、発光強度の強いランプ（明るい光源）を用いる必要がある。しかし、発光強度の強いランプは、その光が照射される部分を加熱してしまい、装置内の温度を上昇させてしまう。
【００１２】
良く知られているように、液晶材料は温度の上昇に対して、物性の変化を起こしやすい。即ち、温度が高くなることで、液晶の応答速度に変化が生じ、光学変調能力が変化してしまう。そしてこの結果表示が不鮮明になってしまう。
【００１３】
また、温度が上昇すると、レンズやミラーといった光学装置の光学特性が変化してしまったり、光軸がずれてしまうという問題が生じる。
【００１４】
このような問題を解決するためには、適当な冷却手段を配置し、許容される温度以下に装置内部を保つ必要がある。この冷却手段としては、一般的に空冷ファンを用いて、強制空冷する構成が採用されている。
【００１５】
この場合、空冷効果を高めるために装置の内部にある程度の空間を作り、空気が流れるようにする必要がある。しかし、このような構成は、上記（１）や（２）といった要求事項と相反するものとなる。また、空冷ファンの騒音や振動もまた大きな問題となってしまう。また、空冷ファンを用いた強制空冷を行うことで、液晶パネルの表面や光学系の表面にゴミ（塵）が付着するという問題もある。
【００１６】
また、高品質な画像を表示しようとする場合には、上記（４）や（５）に示す要求事項が重要なものとなる。しかし、図８に示すような構成を採用する場合、特に（５）に示す要求事項を満足することが困難となる。即ち、各液晶パネルと投影レンズ８１４との空間的な距離が異なってしまうことで、液晶パネルで光学変調された各像の焦点が投影レンズ８１４において合わなくなってしまう。
【００１７】
図８に示す構成は、投影レンズ８１４の焦点距離を変化させることで、投影面までの距離が変わっても画像を表示できるという点に特徴がある。また、投影面までの距離を変えることによって、任意の大きさに画像を設定することができるという点に特徴がある。
【００１８】
しかし、投影レンズ８１４において、ＲＧＢの各像の焦点が合っていない場合、投影レンズ８１４を動かすことによって、色ズレが起きたり、不鮮明な画像になってしまう。
【００１９】
この投影レンズにおける各液晶パネルからの像の焦点位置の不一致の問題を解決する方法としては、ＲＧＢの各液晶パネルの位置を微妙に異ならせ、焦点位置を合わせる方法がある。しかし、ＲＧＢの各液晶パネルを異なった位置に配置することは、構成が複雑になる意味で（２）の構成要素を少なくするという要求事項と相反するものとなる。また全体が大型化するという意味で（１）の要求事項とも相反する。また光軸合わせが困難となるという意味で（４）の要求事項とも相反する。
【００２０】
以上述べたように、前述の複数の要求事項を全て満足することは困難である。従って例えば、高輝度（明るい画面）を有する画像を得る装置は、装置全体が大きく、しかもコスト的にも高いものとなっているのが現状である。これは、前述の（１）及び（２）の要求事項は諦め、他の要求事項を満足したものといえる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、前述した、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡素化する）
（３）温度上昇を抑制する構成とする。
（４）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（５）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要求事項を満足した投影型の表示装置を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するために手段】
本明細書で開示する発明の基本的な構成は、ＲＧＢの各色に対応する複数の液晶パネルで光学変調された像を重ね合わせる構成において、各像の焦点の位置（結像の位置）を合わせるまたは概略合わせることを特徴とする。
【００２３】
この各像の焦点の位置を合わせる方法として、各像が通過する光学的な長さを調整する。そしてこの各像が通過する光学的な長さを調整する方法として、各像を屈折率の高い液体中を異なる長さで通過させ焦点の位置を変化させる方法、レンズを用いて各像の焦点の位置を調整する方法を挙げることができる。
【００２４】
また、本明細書で開示する方法は、ＲＧＢの各像に対応する光を生成する方法として、カラーフィルターを用いることを特徴とする。
【００２５】
本明細書で開示する発明の一つは、
ＲＧＢのカラーフィルターを備え、
ＲＧＢのそれぞれに対応して設けられた少なくも３つの液晶パネルと、
前記液晶パネルに接した冷却用の液体と、
ＲＧＢのカラーフィルターを重ねた前記液晶パネルの一部を遮光する遮光膜と、
を有し、
前記各液晶パネルから出た光はそれぞれに異なる長さで前記液体中を通過し、ＲＧＢに対応して設けられた前記３つの液晶パネルは同一の基板を用いて集積化されていることを特徴とする。
他の発明の構成は、
ＲＧＢのカラーフィルターを備え、
ＲＧＢのそれぞれに対応して設けられた少なくも３つの液晶パネルと、
ＲＧＢのカラーフィルターを重ね前記液晶パネルの一部を遮光する遮光膜と、
を有し、
前記各液晶パネルから出た光は光学系を用いてその焦点距離が所定の位置において合うまたは概略合う構成となっており、
ＲＧＢに対応して設けられた前記３つの液晶パネルは同一の基板を用いて集積化されていることを特徴とする。
【００２６】
また本明細書で開示する発明においては、液晶パネルとしてアクティブマトリクス構成を有する画素領域と周辺回路領域を有したものを用い、ＲＧＢのカラーフィルターを重ねて構成した遮光膜を周辺回路領域に対応して配置することを特徴とする。
【００２７】
本明細書で開示する発明においては、液晶パネルの冷却用の液体として、フッ素系の不活性液体を用いることができる。例えば通常フロナートと称されている液体を用いることができる。またある種の油、例えばセダ油等を用いることができる。
【００２８】
【作用】
レンズを用いることによって、ＲＧＢの各像の焦点の位置を制御する。こうすることで、投影された映像を構成するＲＧＢの各像の焦点の位置を合わせることができる。そして焦点ボケや色ズレの無い映像を投影することができる。
【００２９】
複数の光学変調素子からの像を合成する構成において、各光学変調素子を冷却するための液体中を各光学変調素子からの像がそれぞれ異なる距離でもって通過するようにすることで、最終的に各像を合成する場合に、各像の焦点の位置を合わせることができる。また液晶パネルを液体で冷却する構成とすることで、輝度の強い光源を用いることができる。そして表示される画像の輝度を高くすることができる。
【００３０】
例えば図３に示す構成においては、液晶パネル１１５から投影レンズ１１９までの距離が他のパネルから投影レンズ１１９までの距離に比較して最も長い。そこで、液晶パネル１１５から投影レンズ１１９に向かう像が最も長い距離で３０１の領域に存在する液体中を通過するような構成とする。
【００３１】
すると、像が液体中を通過する距離に従って像の焦点距離は短くなるので、液晶パネル１１５から投影レンズ１１９に向かう像の焦点距離の短縮率を最も大きくすることができる。この焦点距離の短縮率を適時設定することで、液晶パネル１１１からの像の焦点の位置と液晶パネル１１５からの像の焦点の位置が合うようにする。これは光学的に液晶パネル１１５を投影レンズ１１９に近づけたものと考えることができる。
【００３２】
このようにすると、液晶パネル１１１からの像の焦点位置と液晶パネル１１５からの像の焦点位置とが投影レンズ１１９を通過する段階で合う状態とすることができる。
【００３３】
即ち、液晶パネル１１５からの像が３０１で示される領域に存在する液体中を通過する距離を設定することで、液晶パネル１１５からの像の焦点距離を短くし、その焦点位置を液晶パネル１１１からの像の焦点位置を合わせる。
【００３４】
以上の原理を説明するためのイメージ図を図４に示す。図４に示す符号は図１に示すものと同じである。また各液晶パネルの記載は簡略化してあるが、その詳細も図１に示すものと同じである。
【００３５】
図４に示すのは、３０１で示される液体中に液晶パネルを浸すことによって得られる、見かけ上のＲＧＢ各液晶パネルの位置を示したものである。図４に示すのは、実際に液晶パネルが存在する位置を示したものではなく、投影レンズ１１９側から見ると、各液晶パネルがあたかもその位置にあるかの如く見えるということを示したものである。
【００３６】
図４に示すように各液晶パネルからの像が液体中を通過する距離の違いに従って、投影レンズ１１９側から見た各液晶パネルの見かけ上（光学的な）の位置は異なるものとなる。例えば、液晶パネル１１５からの像の焦点は短縮され、投影レンズ側から見ると、液晶パネル１１５を投影レンズ１１９に近づけたかのような状態となる。
【００３７】
このようにして、投影レンズ１１９に対する液晶パネル１１５からの光学的な距離と投影レンズ１１９に対する液晶パネル１１１からの光学的な距離とを合わせることができる。即ち、投影レンズ１１９における液晶パネル１１５からの像の焦点の位置（結像の位置）と液晶パネル１１１からの像の焦点の位置（結像の位置）とを合わせることができる。
【００３８】
このようにすることで、投影レンズ１１９の焦点を変化させても、液晶パネル１１１からの像の焦点の位置と液晶パネル１１５からの像の焦点の位置が同じように変化し、両者の結像がずれてしまうことがない。
【００３９】
また同様な原理により、液晶パネル１１３からの像の焦点距離を調整することにより、全ての液晶パネルからの像が同じ位置で焦点を結ぶ構成とすることができる。即ち、屈折率の高い材料（この場合は液体）中の像の通過距離を設定することにより、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの光学的な長さを同じものとし、このことにより、投影レンズ１１９において、ＲＧＢ各像の焦点の位置が同じとなるようにすることができる。そして、ＲＧＢで像がずれることがない構成とすることができる。
【００４０】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例は、液晶電気光学装置（液晶パネル）で形成されたＲＧＢそれぞれに対応する像を合成し、カラー画像を投影する構成に関する。本実施例に示す構成は、
（Ａ）ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルが集積化され一体化されている。
（Ｂ）適当な光学系を用い、液晶パネルの光学的な光路長（光学的な像の焦点距離）の調整を行う。そして、ＲＧＢの像の全てにおいて光路長（光学的な像の焦点距離）をそろえる構成とする。
【００４１】
図１に本実施例の投影型の液晶表示装置の概略の構成を示す。また図２に図１を斜め方向から見た立体図を示す。図１（図２）において、光源である白色光を発するランプ１０１から出た光はレンズ１０２で進行方向のそろった光（平行な光）に補正され、半透過ミラー１０３、１０４、ミラー１０５で反射される。この反射された光（白色光）はＲＧＢの各液晶パネルにそれぞれ入射する。
【００４２】
半透過ミラー１０３で反射された光はＢ用の液晶パネル１１５に入射し所定の光学変調を受ける。
【００４３】
液晶パネル１１５（１１１、１１３で示される構成も同じ）は、独立した液晶電気光学装置として機能する光学変調素子である。
【００４４】
液晶パネル１１５は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１１４が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。またＢ（青）用のカラーフィルター１２７が液晶１１４に接して（または絶縁膜等を介して）配置されている。
【００４５】
また、図示しないが、液晶を所定に領域に封じ込めるための封止材、液晶を配向させる配向膜、液晶に所定の電界を加えるための電極、該電極に電荷を保持させるためのスイッチング素子である薄膜トランジスタ、該薄膜トランジスタを駆動するために周辺回路（この周辺回路も薄膜トランジスタで構成されている）が形成されている。
【００４６】
半透過ミラー１０４において反射された光はＧ用の液晶パネル１１３に入射し、所定の光学変調を受ける。
【００４７】
液晶パネル１１３は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１１２が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。またＢ（青）用のカラーフィルター１２６が液晶１１２に接して（または絶縁膜等を介して）配置されている。
【００４８】
ミラー１０５において反射された光はＲ用の液晶パネル１１１に入射し、所定の光学変調を受ける。
【００４９】
液晶パネル１１１は、ガラス基板１０７と１０９の間にＴＮ型の液晶１０８が挟んで保持され、さらにガラス基板の外側に一対の偏光板１０６と１１０が配置された構成を有している。またＢ（青）用のカラーフィルター１２５が液晶１０８に接して（または絶縁膜等を介して）配置されている。
【００５０】
液晶パネル１１５で光学変調を受けたＢの像は、レンズ１２３によってその焦点距離が調整される。そしてミラー１１６で反射され、さらに半透過ミラー１１７と１１８を経て、投影レンズ１１９に入射する。
【００５１】
液晶パネル１１３で光学変調を受けたＧの像は、レンズ１２２でその焦点距離が調整される。そして半透過ミラー１１７で反射され、さらに半透過ミラー１１８を経て、投影レンズ１１９に入射する。
【００５２】
液晶パネル１１１で光学変調を受けたＲの像は、レンズ１２１によってその焦点距離が調整される。そして半透過ミラー１１８で反射され投影レンズ１１９に入射する。
【００５３】
レンズ１２１、１２２、１２３は、各液晶パネル１１１、１１３、１１５からの像の焦点が同じ位置になるようにその光学特性が選択される。またはその設置位置が調整される。
【００５４】
投影レンズ１１９に入射する段階でＲＧＢの像は合成されている。そして、その合成画像は投影レンズ１１９によって焦点が調整され、スクリーン１２０または適当な投影面に投影が行われる。なお図１（図２）においては、レンズ１０２や投影レンズ１１９、さらにレンズ１２１〜１２３が単体のレンズで構成されているかの如く示されている。しかしこれらは単体のレンズを使用することに限らず、必要とする画質に応じてより複雑な光学系を利用するのでもよい。
【００５５】
図１に示す構成においては、１１１、１１３、１１５で示される各液晶パネルの全体が冷却用の液体に浸かっている。この液体は１２４の点線で示される領域に存在している。この液体は透光性の高い材料であることが必要である。また、少なくとも光が透過する部分には、透光性の材料でもって窓を形成する必要がある。また、液体が液晶セル内に進入しないように液晶セルの封止を十分に行うことも必要である。この液体としては、フッ素系の不活性液体を用いることができる。具体的には、フロリナートと称される液体を用いることができる。また、ある主の油。例えばセダ油を用いることができる。
【００５６】
また液体として、フロン系の液体に代表される不活性な材料を用いることは、液晶セルに外部から水分が侵入しないようにシールドする意味で好ましい。
【００５７】
また図１には示されていないが、１２４の領域に存在する冷却用の液体を冷却するために適当な材料でなる放熱器を配置してもよい。
【００５８】
図１に示す構成においては、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの空間的な距離に応じて、レンズ１２１〜１２３の光学特性やその設置位置を調整し、ＲＧＢの各像が投影レンズ１１９において同じ位置に焦点を結ぶ（結像）するようにしている。
【００５９】
なお、ＲＧＢ各像の焦点位置（結像位置）の位置合わせの精度は、要求される画質に応じて、所定の範囲内に収まるようにすればよい。また、ＲＧＢの全ての像に対応して焦点距離の補正のためのレンズ（図１では１２１〜１２３で示される）を設ける必要はない。例えば、Ｇの像の焦点にＲとＧの像の焦点を合わせるために、ＲとＧの像が通過する光路にレンズを配置するのでもよい。
【００６０】
本実施例に示す構成を採用することにより、レンズ１１９を通過するＲＧＢの各画像の焦点位置（結像位置）を合わせることができる。そしてこのようにすることで、投影レンズ１１９の焦点を変化させ、投影面までの距離を変化させたり、投影画像の大きさを変化させても、色ズレのない鮮明な画像を表示することができる。
【００６１】
また他に図１に示す構成が特徴とするのは、１つの液晶セル内にＲＧＢに対応する３つの液晶パネル１１１、１１３、１１５が集積化され一体化されていることである。このような構成とすることで、ガラス基板間に液晶を注入する工程（パネル組工程）を１回行うのみでよいという作製工程における簡略化を実現することができる。このような構成とすることは、特に装置全体の構成要素（構成部品）を少なくすることができるという意味で有用である。
【００６２】
また、同一基板を用いてＲＧＢ用の液晶パネルが形成されているので、液晶パネル間の光軸合わせを行う必要がないという特徴を有する。また、構成が簡略化され、小型化されるという特徴を有する。
【００６３】
本実施例に示す構成においては、１１６にミラーを用い、１１７と１１８で示される部分に半透過ミラーを用いた。しかし、これらの部分にダイクロックミラーを用いてもよい。
【００６４】
本実施例において液晶パネルとして、パッシブマトリクス型、さらにはＭＩＭ型の素子を用いたアクティブマトリクス型を採用してもよい。また、液晶材料として、強誘電性型液晶や分散型液晶を用いてもよい。
【００６５】
本実施例に示す構成を採用することにより、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。（簡略化する）
（２）構成要素を少なくする。
（３）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（４）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要求事項を全て満足することができる。
【００６６】
即ち、ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルを図１の１１１、１１３、１１５に示すように一体化することにより、（１）と（２）と（３）の要求事項を実現することができる。
【００６７】
また、液晶パネルを一体化し、さらにレンズを用いてＲＧＢの各像の焦点位置を合わせることで、（４）の要求事項を実現することができる。
【００６８】
また一体化した構成を液体で冷却するので、簡単な構成を実現するとともに、冷却効率を高めることができる。そしてこの結果、発光強度の強いランプを利用することができ、高い輝度を有する画像を表示することができる。
【００６９】
〔実施例２〕
本実施例は、液晶電気光学装置（液晶パネル）で形成されたＲＧＢそれぞれに対応する像を合成し、カラー画像を投影する構成に関する。本実施例に示す構成は、
（Ａ）ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルが集積化され一体化されている。
（Ｂ）適当な屈折率を有した液体を用い、液晶パネルの冷却と光学的な光路長（光学的な像の焦点距離）の調整を同時に行う。そして、ＲＧＢの像の全てにおいて光路長（光学的な像の焦点距離）をそろえる構成とする。各液晶パネルの詳細については図１に示すものと同様である。
【００７０】
投影レンズ１１９に入射する段階でＲＧＢの像は合成されている。そして、その合成画像は投影レンズ１１９によって焦点が調整され、スクリーン１２０または適当な投影面に投影が行われる。なお図１においては、レンズ１０２や投影レンズ１１９が単体のレンズで構成されているかの如く示されている。しかしレンズ１０２や投影レンズ１１９としては、必要とする画質に応じてより複雑な光学系を利用してもよい。
【００７１】
図３に示す構成においては、１１１、１１３、１１５で示される各液晶パネルの全体が冷却用の液体に浸かっている。この液体は３０１の点線で示される領域に存在している。この液体は屈折率が高く、また透光性の高い材料であることが必要である。また、少なくとも光が透過する部分には、透光性の材料でもって窓を形成する必要がある。また、液体が液晶セル内に進入しないように液晶セルの封止を十分に行うことも必要である。
【００７２】
また液体として、フロン系の液体に代表される不活性な材料を用いることは、液晶セルに外部から水分が侵入しないようにシールドする意味で好ましい。
【００７３】
また図３には示されていないが、３０１の領域に存在する冷却用の液体を冷却するために適当な材料でなる放熱器を配置してもよい。
【００７４】
図３に示す構成においては、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの空間的な距離に応じて、この液体中を液晶パネルからの光（像）が通過する長さを異ならせている。即ち、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの空間的な距離の違いに応じて、各液晶パネルからの光が通過する液体中での距離を設定している。こうすることで、投影レンズ１１９に到達する各液晶パネルからの像の焦点の位置をほぼ同じ位置にすることができる。
【００７５】
このようにして、ＲＧＢそれぞれの像の焦点距離を変化させ、最終的に投影レンズ１１９において、各像の焦点位置（結像位置）が合うようにすることができる。この各像の焦点の位置合わせの精度は、要求される画質に応じて、所定の範囲内に収まるようにすればよい。
【００７６】
図３に示す構成は、液晶パネルの冷却用の液体中を各液晶パネルからの像が通過する長さを設定することで、各液晶パネルからの像が結像する位置を適時設定することを特徴とする。
【００７７】
即ち、冷却用の液体の屈折率に従って、この液体中を通過する像の焦点距離が短くなることを利用し、各液晶パネルから出た光が最終的に同じ位置に焦点を結ぶ（結像する）ようにしたことを特徴とする。
【００７８】
本実施例に示す構成を採用することにより、レンズ１１９を通過するＲＧＢの各画像の焦点位置（結像位置）を合わせることができる。そしてこのようにすることで、投影レンズ１１９の焦点を変化させることによって、投影面までの距離を変化させたり、投影画像の大きさを変化させても、色ズレのない鮮明な画像を表示することができる。
【００７９】
また他に図３に示す構成が特徴とするのは、１つの液晶セル内にＲＧＢに対応する３つの液晶パネル１１１、１１３、１１５が集積化され一体化されていることである。このような構成とすることで、ガラス基板間に液晶を注入する工程（パネル組工程）を１回行うのみでよいという作製工程における簡略化を実現することができる。
【００８０】
また、同一基板を用いてＲＧＢ用の液晶パネルが形成されているので、液晶パネル間の光軸合わせを行う必要がないという特徴を有する。また、構成が簡略化され、小型化されるという特徴を有する。
【００８１】
また、図３に示すような構成は、光学系を調整することにより、ＲＧＢの各像の光軸合わせや焦点合わせを行う必要がないので、複雑な光学調整の工程を必要としない。このことは、高い生産性が得られることを意味し、工業的に非常に有用なものとなる。
【００８２】
本実施例においては、ＴＮ型の液晶を用いたＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示装置（液晶パネル）を利用した。しかし液晶パネルの構成として、パッシブマトリクス型、さらにはＭＩＭ型の素子を用いたアクティブマトリクス型を採用してもよい。また、液晶材料として、ＳＴＮ型や強誘電性型液晶、さらには分散型液晶を用いてもよい。
【００８３】
本実施例に示す構成を採用することにより、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。（簡略化する）
（２）構成要素を少なくする。
（３）温度上昇を抑制する構成とする。
（４）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（５）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要求事項を全て満足することができる。
【００８４】
即ち、ＲＧＢそれぞれに対応する液晶パネルを図３の１１１、１１３、１１４に示すように一体化することにより、（１）と（２）と（４）の要求事項を実現することができる。
【００８５】
また、液晶パネルを一体化し、さらに液晶パネルの冷却手段とＲＧＢの各像の焦点位置を合わせる手段を液体を用いて構成することで、（１）と（２）と（３）と（５）の要求事項を実現することができる。
【００８６】
また一体化した構成を液体で冷却するので、簡単な構成を実現するとともに、冷却効率を高めることができる。そしてこの結果、発光強度の強いランプを利用することができ、高い輝度を有する画像を表示することができる。
【００８７】
〔実施例３〕
本実施例は、図１または図３に示される各液晶パネル１１１、１１３、１１５が集積化された構成に関する。図１または図３に示されているのは、１１１、１１３、１１５で示される３つの液晶パネルが一体化された構成である。この構成は、実質的に１枚の液晶パネル中に３つ分の液晶パネルの機能が内蔵されている構成であり、パネルを構成する一対のガラス基板や偏光板は共通なものとなっている。
【００８８】
図５に液晶パネルを構成する回路のブロック図の１例を示す。図５には、１枚のガラス基板５０１上に３つのアクティブマトリクス型の液晶パネルを集積化するための構成が示されている。例えば図１の１０７で示されるのが図５におけるガラス基板５０１に相当する。
【００８９】
図５には、周辺回路５０２と５０３で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域５０４を有するＲ用の液晶パネル部（最終的にＲ用の液晶パネルを構成する部分となる）と、周辺回路５０５と５０６で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域５０７を有するＧ用の液晶パネル部と、周辺回路５０８と５０９で駆動されるアクティブマトリクス型の画素領域５１０を有するＢ用の液晶パネル部と、が同一のガラス基板５０１上に集積化されている状態が示されている。
【００９０】
各周辺回路は、ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタでもって構成されている。この構成において、画素領域にはマトリクス状に配置された画素電極のそれぞれにスイッチング用の薄膜トランジスタが配置されている。また、周辺回路領域も薄膜トランジスタで構成されている。
【００９１】
これらの薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜をレーザー光の照射や加熱処理によって結晶化した結晶性珪素膜を用いて構成されている。
【００９２】
またここでは、ガラス基板を用いる例を示した。しかし、基板としては石英、その他透過性を有する材料を用いることができる。
【００９３】
図６に示すのは、図１または図３に示される各液晶パネル１１１、１１３、１１５が集積化された構成の断面図を示すものである。図６は、図１または図３または図７の集積化された液晶パネルの一部を拡大したのといえる。
【００９４】
図１または図３または図７においては示さなかったが１１１や１１３で示される液晶パネルは、図５で示されるように周辺駆動回路とアクティブマトリクス形式の画素領域とで構成される。
【００９５】
図６においては、液晶パネル１１１が周辺駆動回路５０２とアクティブマトリクス形式の画素領域５０４を有している構成が示されている。画素領域５０４は液晶１０８に接しており、各画素電極に蓄積される電荷に対応して、各画素毎の液晶の光学特性を制御する。液晶１０８に入射する光６０７は、偏光板１１０とガラス基板１０７を透過し、さらにＲ用のカラーフィルター６０５を透過したものとなる。液晶１０８を通過した光はさらにガラス基板１０９と偏光板１０６を透過する。この一連の過程に中で光学変調が行われ、Ｒに対応した像が形成される。なお液晶は６００で示されるように基板１０７と１０９の間に充填されているが、実際に動作に寄与するのは、１０８で示される部分の液晶である。
【００９６】
同様に液晶１１２に入射する光６０８は、偏光板１１０とガラス基板１０７を透過し、さらにＧ用のカラーフィルター６０６を透過したものとなる。液晶１１２を通過した光はさらにガラス基板１０９と偏光板１０６を透過する。この一連の過程に中で光学変調が行われ、Ｇに対応した像が形成される。
【００９７】
以下にＲ用の液晶パネルを代表として、その詳細な構成をさらに説明する。図６に示すようにＲ用の液晶パネルの周辺回路５０２の対応する対向基板１０７側には、遮光用のマスク６０４が形成されている。この遮光用のマスクは、Ｒ用のカラーフィルター６０３とＧ用のカラーフィルター６０２とＢ用のカラーフィルタ６０１を重ねることで構成されている。
【００９８】
ＲＧＢのカラーフィルタを重ねると遮光用のマスクが形成されるのは以下の理由による。白色光をＲＧＢそれぞれのカラーフィルタに照射し、その透過光を調べると、それぞれの透過光のスペクトルの重なる部分はほとんど無い。即ち、白色光をＲＧＢ３つのカラーフィルターに通すと、最終的には光は透過しない状態となる。
【００９９】
図６に示すのはこの原理を使用し、ＲＧＢの各色を作るためのカラーフィルターを利用し、周辺回路用の遮光膜を形成したものである。周辺回路は高速動作が要求される薄膜トランジスタで構成されており、活性層に光が当たるこによる影響が大きい。即ち、光が当たることによって、動作特性が変化したり、動作不良を起こしやすい。従って、図６に示すように遮光用のマスク（遮光膜）６０４を配置することは重要なことなる。
【０１００】
また、この遮光用のマスクをＲＧＢ用のカラーフィルターを利用して形成することで特に遮光用のマスク材料を用いてマスクを形成する手間を省くことができる。このことは、作製コストを低減するために重要なこととなる。
【０１０１】
ここれは、Ｒ用の液晶パネル１１１を例として説明を行ったが、他の液晶パネルにおいても同様な構成を利用することができる。
【０１０２】
〔実施例４〕
本実施例は液晶パネル以外に光学系を構成するダイクロックミラー等をも冷却用の液体中に浸してしまうことを特徴とする。図７に本実施例の概略の構成を示す。
【０１０３】
図７において、７０１が液体が充填されている筐体である。この中に液体に浸った状態で半透過ミラー１０３、１０４、ミラー１０５、ＲＧＢの各液晶パネル１１１、１１３、１１５、ミラー１１６、半透過ミラー１１７、１１８が収納されている。図７における各符号は図１や図３に示すのと同じである。
【０１０４】
図７に示す構成においては、７０２で示す部分が中空になっており、この部分では液体ではなく空気（または不活性ガス）が充填されている。このような構成とすることで、各液晶パネルからの像の焦点距離を変化させ、投影レンズ１１９を通過するＲＧＢ各像の焦点の位置を合わせることができる。
【０１０５】
７０２で示される中空部分を像が通過することで、その通過距離に従って像の焦点距離が長くなる。これは、空気や不活性ガスの屈折率が液体に比較して小さいためである。従って、液晶パネル１１１と１１３は、その中空部分７０２の通過距離（各液晶パネルからの像の通過距離）に従って、その存在位置が投影レンズ１１９から見て見かけ上遠くなった状態となる。即ち、液晶パネル１１３と投影レンズ１１９との光学的な距離は長くなる。また、液晶パネル１１１と、投影レンズ１１９との光学的な距離はさらに長くなる。
【０１０６】
このようにすることで各液晶パネルから投影レンズ１１９までの光学的な距離を概略合わせることができる。そして、投影レンズ１１９において、ＲＧＢそれぞれの像の焦点の位置を合わせることができる。
【０１０７】
換言すれば、各液晶パネルから投影レンズ１１９までの光学的な長さを同じにすることによって、投影レンズ１１９において、ＲＧＢそれぞれの像の焦点の位置を合わせることができる。
【０１０８】
図７に示すような構成を採用した場合、光学系の大部分が冷却用の液体に浸った状態とすることができるので、例えば各種ミラーの表面にゴミ（塵）が付いたりすることを防ぐことができる。また全体に冷却効果を高くすることができる。
【０１０９】
なお図７では明らかでないが、筐体７０１や中空部分７０２の光（像）が透過する部分は、透光性を有する材料で構成する必要がある。
【０１１０】
〔実施例５〕
本実施例は、液晶パネルの構成の別な例を示す。一般に液晶パネルには、ブラックマトリクスという遮光手段が必要とされる。これは、画素の周辺境界において、液晶の応答は遅れたりすることにより、表示が不鮮明になってしまうことを防ぐために設けられる。またこのブラックマトリクスは、画素に配置される薄膜トランジスタの遮光をも兼ねている。
【０１１１】
本実施例は、このブラックマトリクスを構成する金属材料を用いて周辺回路の薄膜トランジスタの配線を行うことを特徴とする。図９に本実施例に示す液晶パネルの構成を示す。図９には、１つの液晶パネル（ＲまたはＧまたはＢ用の液晶パネル）の一部の構成が示されている。
【０１１２】
図９に示す構成においては、周辺回路の特に駆動回路と呼ばれる部分と画素領域に配置される薄膜トランジスタが示されている。図９に示す構成においては、駆動回路を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の配線を行う材料と、ブラックマトリクス（図では画素薄膜トランジスタを遮光する遮光膜として機能部分が示されている）を構成する材料とを同一の材料でもって構成している。
【０１１３】
この材料としては、チタンやクロムを用いることができる。このような構成とすると、３層目の配線となるブラックマトリクス層配線によって、素子を横断するような配線を形成することができる。そして素子の集積化をより高くすることができる。
【０１１４】
図９に示す構成においては、駆動回路部分はＲＧＢのカラーフィルターを重ねた遮光膜によって遮光されている。
【０１１５】
【発明の効果】
一体化されたＲＧＢ用の液晶パネルを冷却用の液体に浸し、またこの冷却用の液体中を通過する光の長さを異ならせることで、所定の位置において各液晶パネルからの像の焦点位置を合わせることができる。
【０１１６】
例えば、図７に示す構成においては、投影レンズ１１９において、ＲＧＢ各像の焦点の位置を合わせることができる。このようにすることで、投影レンズ１１９の焦点を変化させ、画像の拡大や投影面積の大きさを変化させても画質が低下することを抑制することができる。
【０１１７】
またＲＧＢの各画像を得るためのカラーフィルターを利用して、液晶パネルの遮光を必要とする領域のマスク（遮光膜）を形成することで、構成を簡略化するとともに作製コストを低減させることができる。
【０１１８】
本明細書で開示する発明を利用することで、
（１）全体の構成を出来うる限り小型化する。
（２）構成要素を少なくする。（構成を簡略化する）
（３）温度上昇を抑制する構成とする。
（４）ＲＧＢの光軸をそろえやすい構成とする。
（５）ＲＧＢの光路長をそろえる構成とする。
といった要請を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影型の液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図。
【図２】投影型の液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図。
【図３】投影型の液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図。
【図４】実施例の動作原理を示すイメージ図。
【図５】液晶パネルの構成を示した図。
【図６】液晶パネルの構成を示した図。
【図７】投影型の液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図。
【図８】従来より公知の投影型の液晶表示装置の概要を示す。
【図９】液晶パネルの構成を示した図。
【符号の説明】
１０１                    ランプ
１０２                    レンズ
１０３、１０４、１０５    半透過ミラー
１０６、１１０            偏光板
１０７、１０９、５０１    ガラス基板
１０８、１１２、１１４    液晶
１１１                    Ｒ用液晶パネル
１１３                    Ｇ用液晶パネル
１１５                    Ｂ用液晶パネル
１１６                    ミラー
１１７、１１８            半透過ミラー
１１９                    投影レンズ
１２０                    投影面（スクリーン）
１２１、１２２、１２３    光路長補正用のレンズ
１２４                    冷却用の液体が存在する領域
１２５、６０３、６０５    Ｒ用のカラーフィルター
１２６、６０２、６０６    Ｇ用のカラーフィルター
１２７、６０１            Ｂ用のカラーフィルター
３０１                    冷却用の液体が存在する領域
６０４                    カラーフィルタを利用した遮光膜
６０７、６０８            入射光
５０２、５０３、５０５    周辺回路
５０６、５０８、５０９    周辺回路
５０４、５０７、５１０    画素領域
８０１                    Ｒ用の光
８０２                    Ｇ用の光
８０３                    Ｂ用の光
８０４                    Ｒ用のカラーフィルタ
８０５                    Ｇ用のカラーフィルタ
８０６                    Ｂ用のカラーフィルタ
８０７、８０８、８０９    液晶パネル
８１０、８１２            ミラー
８１１、８１３            半透過ミラー
８１４                    投影レンズ
８１５                    投影面（スクリーン）
【図１】
0003559107.tif 000002
【図２】
0003559107.tif 000003
【図３】
0003559107.tif 000004
【図４】
0003559107.tif 000005
【図５】
0003559107.tif 000006
【図６】
0003559107.tif 000007
【図７】
0003559107.tif 000008
【図８】
0003559107.tif 000009
【図９】
0003559107.tif 000010