(57)【要約】【課題】従来の技術による諸問題を解決するためのＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンを提供する。【解決手段】ＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンは、液晶層を含む１枚以上の液晶パネルと、第一ビームを発生する光源と、第一ビームを集めて液晶パネルに投射する集光システムとを含む。そのうち第一ビームは液晶パネルの表面と一定の入射角をもち、該入射角は液晶層の液晶プレチルト角と１度以下の夾角をもつ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を含む１枚以上の液晶パネルと、
第一ビームを発生する光源と、
第一ビームを集めて液晶パネルに投射する集光システムとを含むＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンであり、そのうち第一ビームは液晶パネルの表面と一定の入射角をもち、該入射角は液晶層の液晶プレチルト角と１度以下の夾角をもつことを特徴とするオフアクシス光学エンジン。
【請求項２】
前記液晶パネルは反射型パネルであり、前記第一ビームは液晶パネルの表面によって反射されて第二ビームを形成することを特徴とする請求項１記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項３】
前記オフアクシス光学エンジンは更に、集光システムと液晶パネルとの間に設けられ、第一偏光方向を提供する偏光子を含むことを特徴とする請求項１記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項４】
前記オフアクシス光学エンジンは更に、液晶パネルと投影レンズとの間に設けられ、第二偏光方向を提供する検光子を含むことを特徴とする請求項３記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項５】
前記第一偏光方向が第二偏光方向に平行することを特徴とする請求項４記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項６】
前記第一偏光方向が第二偏光方向に直交することを特徴とする請求項４記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項７】
前記オフアクシス光学エンジンは更に、光源と集光システムとの間に設けられる導光管とカラーホイールを含み、前記第一ビームを導光管とカラーホイールに通して赤、青、緑のビームを順次形成することができることを特徴とする請求項１記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項８】
前記液晶層の液晶分子が垂直配向であることを特徴とする請求項１記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項９】
前記液晶プレチルト角が０〜２０度であることを特徴とする請求項１記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１０】
液晶層を含む液晶パネルを含むＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンであり、そのうち液晶層は、第一ビームが液晶パネルに入射する方向と平行する液晶長軸方向を有することを特徴とするオフアクシス光学エンジン。
【請求項１１】
前記液晶パネルは反射型パネルであり、前記第一ビームは液晶パネルの表面によって反射されて第二ビームを形成することを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１２】
前記オフアクシス光学エンジンは更に、
第一ビームを発生する光源と、
第一ビームが液晶パネルに入射する方向を調整する集光システムと、
集光システムと液晶パネルとの間に設けられ、第一偏光方向を提供する偏光子と、
液晶パネルと投影レンズとの間に設けられ、第二偏光方向を提供する検光子とを含むことを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１３】
前記第一偏光方向が第二偏光方向に平行することを特徴とする請求項１２記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１４】
前記第一偏光方向が第二偏光方向に直交することを特徴とする請求項１２記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１５】
前記第一ビームが順次に赤、青、緑のビームを含むことを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１６】
前記第一ビームが赤、青または緑のビームを含むことを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１７】
前記液晶層の液晶分子が垂直配向であることを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【請求項１８】
前記液晶層の液晶分子は０〜２０度の液晶プレチルト角を有することを特徴とする請求項１０記載のオフアクシス光学エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンに関し、特にＶＡＮ（垂直配向ネマチック）型ＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣｏＳ（リキッドクリスタル・オン・シリコン）プロジェクトシステムは液晶プロジェクトシステムと類似している。両者の相違点は、液晶プロジェクトシステムは透過型であって液晶を透過した光線を変調するものであり、それに比べてＬＣｏＳプロジェクトシステムは反射型であってガラス基板、液晶及びＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）チップの回路と反射膜などの素子からなる液晶パネルで、光源からの光信号を変調するものである。
【０００３】
ＬＣｏＳプロジェクトシステムの光学エンジンの構造は液晶パネルの数によって三板式と単板式に大別できる。三板式光学エンジンは光源からの光線をまず赤、青、緑に分けてそれぞれ対応する３枚の液晶パネルに投射し、更にそこから反射される三色画像を合わせてスクリーンに投射する。単板式光学エンジンは１枚の液晶パネルと、視覚の残像効果及び空間的合成を利用し、赤、青、緑の画像の一つに合成する。一般的には、単板式光学エンジンは構造が簡単であり所要空間も少ないから、低コストの利点があると言われる。単板式光学エンジンは三板式光学エンジンと同じように、ふつう液晶パネルに入射される光線を反射光と分離させるためにＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）を利用する。
【０００４】
図１を参照する。図１は従来の単板式オンアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。図１によれば、オンアクシス光学エンジン１０は入射ビームｂ１を発生する光源１２と、入射ビームｂ１を集光してその指向性を低める導光管１４と、入射ビームｂ１を赤、青、緑など単色ビームに順次分離させるカラーホイール１６と、入射ビームｂ１に特定の偏光方向を持たせる（例えばＳ偏光）偏光子１８と、偏光された入射ビームｂ１を液晶パネル２２に入射させるＰＢＳ２０とを含む。液晶パネル２２が明状態にある場合、入射されたＳ偏光はＰ偏光に変調反射され、ＰＢＳ２０はＰ偏光の反射ビームｂ２を検光子２４に投射する。検光子２４は特定偏光方向を有する光線（例えばＰ偏光）のみ透過させ、その光線は投影レンズを通してスクリーンに投射される。液晶パネル２２から反射されたＳ偏光のビームは光源１２に返される。
【０００５】
上記オンアクシス光学エンジンはシーケンシャルカラー型の光学エンジンである。というのは、カラーホイール１６の赤、青、緑ホイールを高速回転させて赤、青、緑の単色ビームを順次発生し、これらの三原色光を液晶パネル２２によって画面切替率の３倍以上の周波数でスクリーンに投射する。こうして使用者は視覚の残像効果によって合成画像を見ることができる。
【０００６】
従来の技術によれば、空間的合成技術を利用したスペイシャルカラー型光学エンジンも開発されている。それは、画面にある各ピクセルを三原色にそれぞれ対応するサブピクセルに細分して各々制御する方法をいう。サブピクセルの精密化にしたがい、使用者はサブピクセルを区別できなくなる。図２を参照する。図２は従来のスペイシャルカラー型オンアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。図２によれば、オンアクシス光学エンジン３０は入射ビームｂ１を発生する光源３２と、入射ビームｂ１に特定の偏光方向を持たせる（例えばＳ偏光）偏光子３４と、偏光された入射ビームｂ１を液晶パネル３８に入射させるＰＢＳ３６とを含む。液晶パネル３８が明状態にある場合、入射されたＳ偏光はＰ偏光に変調反射され、ＰＢＳ３６はＰ偏光のビームを検光子４０に投射する。検光子４０は特定偏光方向を有する光線（例えばＰ偏光）のみ透過させ、その光線は投影レンズを通してスクリーンに投射される。液晶パネル３８から反射されたＳ偏光のビームは光源３２に返される。
【０００７】
スペイシャルカラー型オンアクシス光学エンジン３０はカラーフィルターアレイで各サブピクセルの画面データを空間的に制御し、それに比べてシーケンスカラー型オンアクシス光学エンジン１０はカラーホイールで各ピクセルの画面データを時間的に制御する。その差異にもかかわらず、両者１０、３０はいずれも液晶パネルの入射光軸方向と反射光軸方向を制御するためのＰＢＳを必要とする。ＰＢＳは高価であるのみならず、光線をＰＢＳに通すときも光度を減らすことがあるので、改善する余地を残している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は前述の問題を解決するためのＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、液晶層を含む１枚以上の液晶パネルと、第一ビームを発生する光源と、第一ビームを集めて液晶パネルに投射する集光システムとを含むＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンを提供する。そのうち第一ビームは液晶パネルの表面と一定の入射角をもち、該入射角は液晶層の液晶プレチルト角と１度以下の夾角をもつ。
この発明は更に、液晶層を含む液晶パネルを含むＬＣｏＳプロジェクトシステムのオフアクシス光学エンジンを提供する。そのうち液晶層は、第一ビームが液晶パネルに入射する方向と平行する液晶長軸方向を有する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によるオフアクシス光学エンジンは、液晶パネルに入射する光線の光軸方向を液晶分子のプレチルト方向とほぼ平行することによって、ＰＢＳの設置を省略することを可能にする。かくして光学エンジンのコストを低減するのみならず、ＰＢＳによるコントラスト制限を解消してオンアクシス光学エンジンのような高コントラストを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
かかる装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図３を参照する。図３はこの発明によるオフアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。図３によれば、オフアクシス光学エンジン５０はシーケンスカラー型であり、入射ビームｂ１を発生する光源５２と、入射ビームｂ１を集光してその指向性を低める導光管５４と、入射ビームｂ１を赤、青、緑など単色ビームに順次分離させるカラーホイール５６と、分色後の入射ビームｂ１を、偏光子６０を通して反射型液晶パネル６２に投射する集光システム５８を含む。液晶パネル６２の反射ビームｂ２は更に検光子６４と投影レンズ６６を通してスクリーンに投射される。
【００１３】
この実施例では、カラーホイール５６の赤、青、緑ホイールを高速回転させて入射ビームｂ１から赤、青、緑などの単色ビームを順次発生して、更に単一または複数のレンズセットからなる集光システム５８で入射ビームｂ１が液晶パネル６２に入る光軸角度を調整する。特定の偏光方向を有する偏光子６０は入射ビームｂ１を偏光し、特定の偏光方向を有する検光子６４は特定の偏光方向を有する反射ビームｂ２のみを通す。入射ビームｂ１と反射ビームｂ２の偏光状態に対する変調方式（反射ビームｂ２の偏光方向を変えるか否か）により、検光子６４の偏光方向を偏光子６０の偏光方向に平行または垂直にさせるように設計することができる。
【００１４】
図４を参照する。図４はこの発明による液晶パネルの入射光軸方向及び液晶長軸方向との関係を表す説明図である。図４によれば、液晶パネル６２は平行する２枚の基板６２２、６２６と、基板６２６の反対側の基板６２２表面に設けられる配向膜６２４と、基板６２２の反対側の基板６２６表面に設けられる配向膜６２８と、基板６２２と基板６２６に挟まれる空間を充満する液晶層６３０とを含む。基板６２２はガラス基板などの光線を透過させる透明基板であり、基板６２６はＣＭＯＳ駆動回路及び反射膜などの素子を設ける半導体基板である。
【００１５】
この発明の好ましい実施例では、液晶層６３０の液晶分子は垂直配列され、言い換えれば液晶分子の長軸方向６３２が配向膜６２４、６２８と直交する。液晶分子の分布を均一にするため、液晶分子と配向膜６２４、６２８はあるプレチルト角をもつ。例えば液晶分子の長軸方向６３２と配向膜６２８表面の法線方向は０〜２０度（望ましくは３度）のプレチルト角θをもつ。
【００１６】
入射ビームは入射方向６３４に沿って液晶パネル６２に入り、また反射方向６３６に沿って液晶パネル６２を離れる。反射ビームの光度を高めるため、入射ビームの入射方向６３４はＬＣｏＳプロジェクトシステムの光学特性、例えば基板６２２、６２６間のセルギャップ、液晶プレチルト角θ及び配向膜６２４、６２８表面の配向方向などのパラメーターによって最適化する必要がある。この実施例では、入射ビームの入射方向６３４は液晶分子の長軸方向６３２とほぼ平行する。言い換えれば入射ビームの入射方向６３４と配向膜６２８の法線方向との間の入射角αを液晶プレチルト角θとほぼ一致するようにさせなければならず、或いは入射角αと液晶プレチルト角θの夾角を１度以下にする。
【実施例２】
【００１７】
入射角を液晶プレチルト角とほぼ一致するようにさせる概念はその他のオフアクシス光学エンジンにも応用することができる。図５を参照する。図５はこの発明の実施例２によるオフアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。図５によれば、オフアクシス光学エンジン７０はスペイシャルカラー型であり、入射ビームｂ１を発生する光源７２と、ビームｂ１を、偏光子７６を通して液晶パネル７８に投射する集光システム７４を含む。液晶パネル７８の反射ビームｂ２は、更に検光子８０と投影レンズ８２を通してスクリーンに投射される。特定の偏光方向を有する偏光子７６は入射ビームｂ１を偏光し、特定の偏光方向を有する検光子８０は特定の偏光方向を有する反射ビームｂ２のみを通す。入射ビームｂ１と反射ビームｂ２の偏光状態に対する変調方式（反射ビームｂ２の偏光方向を変えるか否か）により、検光子８０の偏光方向を偏光子７６の偏光方向に平行または垂直にさせるように設計することができる。
【００１８】
この実施例では、入射ビームｂ１が液晶パネル７８に入る入射方向は液晶分子の長軸方向６３２とほぼ平行しなければならない。詳しくは前記図４を参照し、ここで説明を省略する。
【００１９】
なお、この発明は単板式オフアクシス光学エンジンにのみ適するのではなく、入射角を液晶プレチルト角とほぼ一致するようにさせる概念は、更に三板式オフアクシス光学エンジンにも適用される。例えば、三板式オフアクシス光学エンジンでは、Ｘプリズムまたはその他の分光システムを利用して、偏光された入射ビームを赤、青、緑などの単色ビームに分けて、対応する３枚の液晶パネルにそれぞれ投射する。赤、青、緑のビームがそれぞれ液晶パネルに入る入射方向は液晶分子の長軸方向とほぼ一致しなければならない。詳しくは図４を参照し、ここで説明を省略する。反射された三色画像はＸプリズムまたはその他の装置で合わせてスクリーンに投射される。
【００２０】
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明によるオフアクシス光学エンジンは、液晶パネルに入射する光線の光軸方向を液晶分子のプレチルト方向とほぼ平行するようにさせることによって、ＰＢＳの設置を省略することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の単板式オンアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。
【図２】従来のスペイシャルカラー型オンアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。
【図３】この発明によるオフアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。
【図４】この発明による液晶パネルの入射光軸方向及び液晶長軸方向との関係を表す説明図である。
【図５】この発明の実施例２によるオフアクシス光学エンジンの構造を表す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０、３０                オンアクシス光学エンジン
１２、３２、５２、７２    光源
１４、５４                導光管
１５、５６                カラーホイール
１８、３４、６０、７６    偏光子
２０、３６                ＰＢＳ
２２、３８、６２、７８    液晶パネル
２４、４０、６４、８０    検光子
５０、７０                オフアクシス光学エンジン
５８、７４                集光システム
６６、８２                投影レンズ
６２２、６２６            基板
６２４、６２８            配向膜
６３０                    液晶層
６３２                    液晶長軸方向
６３４                    入射方向
６３６                    反射方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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