(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色用の液晶表示素子と、
緑色用の液晶表示素子と、
青色用の液晶表示素子と、
光源からの光を互いに色が異なる複数の光に分離して、各色の光を該複数の画像表示素子の対応する素子に入射させる第１光学系と、
該３つの画像表示素子からの各色の光を合成する第２光学系と、
該第２光学系により合成された各色の光を投影することによって画像を表示する投射型表示装置において、
前記第１光学系によって分離された赤色光の光路又は緑色光の光路に対して挿脱可能で、前記赤色光の帯域又は前記緑色光の帯域においてエッジフィルタとして機能するダイクロイックフィルタを有しており、
前記ダイクロイックフィルタを前記赤色光の光路又は緑色光の光路に挿入した状態で前記３つの液晶表示素子からの各色の光を用いて前記画像を表示することにより、前記赤色光又は緑色光の色純度を向上させる表示と、
前記ダイクロイックフィルタを前記赤色光の光路又は緑色光の光路から外した状態で前記３つの液晶表示素子からの各色の光を用いて前記画像を表示することにより、明るさを重視した表示と、
を行うことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記ダイクロイックフィルタは、５７０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の帯域の光を遮光することを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオ表示、大画面表示等に使用される投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、表示装置の使用目的が多様化しており、このため使用目的に合わせて最適な色純度、色バランス、照度等が得られる表示装置が求められている。
【０００３】
図１０は従来の投射型表示装置の一例を示す。
【０００４】
同図において、反射鏡２を有する光源部１から射出された白色光は、フライアイレンズ３及び４、ＰＳ変換素子５、コンデンサレンズ６等を通過した後、第１光学系としてのダイクロイックミラーＤＭ１によって赤色帯域光Ｒは透過し、緑色及び青色帯域光は反射される。次いで、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した赤色帯域光は全反射ミラーＭ１によって光路を９０度変え、フィールドレンズ７Ｒ、トリミングフイルタＴＲを介して画像表示素子からなる赤色液晶表示部８Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は第２光学系としての合成用ダイクロイックプリズム９に入射し、該ダイクロイックプリズム９により光路を９０度変えて投射レンズ１０に入る。
【０００５】
一方、該ダイクロイックミラーＤＭ１によって反射され、光路を９０度変えた緑色及び青色帯域光は同じく第１光学系としてのダイクロイックミラーＤＭ２により緑色帯域光Ｇを反射してその光路を９０度変え、フィールドレンズ７Ｇ、トリミングフイルタＴＧを介して画像表示素子からなる緑色液晶表示部８Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は合成用ダイクロイックプリズム９に入射して投射レンズ１０に入り、該ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した青色帯域光Ｂはコンデンサレンズ１１、全反射ミラーＭ２、リレーレンズ１２、全反射ミラーＭ３、フィールドレンズ７Ｂを介して画像表示素子からなる青色液晶表示部８Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は合成用ダイクロイックプリズム９に入射し、該ダイクロイックプリズム９により光路を９０度変えて投射レンズ１０に入る。
【０００６】
そして、該合成用ダイクロイックプリズム９により合成された３色光は投射レンズ１０により投射される。
【０００７】
なお、一般に光源部１の光源としてはハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰ（フィリップス社製：登録商標）等が使用され、ダイクロイックミラーＤＭ１及びＤＭ２はそれぞれ図１１（ａ）及び（ｂ）に示す分光透過率を有し、トリミングフイルタＴＲ及びＴＧはそれぞれ図１１（ｃ）及び（ｄ）に示す分光透過率を有している。
【０００８】
以上のように構成された従来の投射型表示装置において、各液晶パネルのコントラストが十分に高い場合、赤色帯域光の色純度は光源光のスペクトル特性とダイクロイックミラーＤＭ１とトリミングフイルタＴＲの分光透過率とによって決定され、緑色帯域光の色純度は光源光のスペクトル特性とダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２とトリミングフイルタＴＧの分光透過率とによって決定され、青色帯域光の色純度は光源光のスペクトル特性とダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２の分光透過率とによって決定されており、最適な色バランス及び色純度が得られるように各光学素子の設計がされていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、投射型表示装置の使用目的によっては、たとえ装置が大型になっても明るい表示が必要とされる場合、色純度が低下しても明るい表示が必要とされる場合、白黒モードで色純度は必要ないなど様々な要求がある。
【００１０】
従来の投射型表示装置は色純度を高めるためには５７０ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光をカットすることで最適な色バランス及び色純度を得ていた。
【００１１】
しかしながら、多くのランプの場合、分光分布で５８０ｎｍ付近にピークが存在し、この付近の波長を使用すると照度の向上につながっている。
【００１２】
そこで、色純度を変えうる光学素子（ＤＦ）としてのバンドカットフィルタを光路中に出し入れする機構を持つ投射型表示装置が特開平７−７２４５０号公報で知られている。
【００１３】
この投射型表示装置では明るさを優先した表示または色再現性を優先した表示を１台の装置で実現できるが、色再現性を優先した表示にした場合、バンドカットフイルタであるために投影に必要な波長の透過率も低くなり易く、必要以上に暗くなってしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、前述従来例の問題点に鑑み、明るさを優先した表示と色再現性を優先した表示を１台の装置で実現できる、改良された投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明は、投射表示装置において明るさ優先の表示と色再現優先の表示を選択的に行うのに、可視領域において所定の波長以上の領域を通過させそれ以外の領域を阻止するか、可視領域において所定の波長以下の領域を通過させそれ以外の領域を阻止する、エッジフィルタの如き光学素子を用いる。また本発明は、画像表示素子の種類や数によらず様々な構成の投射型表示装置に適用できるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
請求項１に示す発明は、光源からの光を互いに色が異なる複数の光に分離し、各色の光を複数の画素群のうちの対応する画素群に入射させ、該複数の画素群からの各色の光を投影する投射型表示装置において、可視領域において所定の波長以上の領域を通過させそれ以外の領域を阻止するか、可視領域において所定の波長以下の領域を通過させそれ以外の領域を阻止する光学素子を用いて、少なくとも一つの色の純度を可変にしたことを特徴としており、前記複数の画素群を、互いに異なる複数の（通常３個）画像表示素子に設ける形態と、単一の画像表示素子に設ける形態とがある。
【００１７】
請求項２に示す本発明は、光源からの光を互いに色が異なる複数の光に分離し、各色の光を複数の画素群のうちの対応する画素群に入射させ、該複数の画素群からの各色の光を投影する投射型表示装置において、可視領域において所定の波長以上の領域を通過させそれ以外の領域を阻止するか、可視領域において所定の波長以下の領域を通過させそれ以外の領域を阻止することで所定の色の純度を上げる光学素子を所定の光路に対して挿脱可能および／または傾動可能に配置したことにより、明るさを優先した表示または色再現性を優先した表示の切り換えがエッジフィルタによって行なわれるため、バンドカットフイルタに比べ投影に必要な波長の透過率が高く、色再現性を優先した表示の際の光量の低下をできるだけ小さくすることができる。
【００１８】
請求項３に示す本発明は、複数の画像表示素子と、光源からの光を互いに色が異なる複数の光に分離して、各色の光を該複数の画像表示素子の対応する素子に入射させる第１光学系と、該複数の画像表示素子からの各色の光を合成する第２光学系と、該第２光学系により合成された各色の光を投影する投射型表示装置において、可視領域において所定の波長以上の領域を通過させそれ以外の領域を阻止するか、可視領域において所定の波長以下の領域を通過させそれ以外の領域を阻止することで該各色のうちの所定の色の純度を上げる光学素子を所定の光路に対して挿脱可能および／または傾動可能に配置したことにより、明るさを優先した表示または色再現性を優先した表示ができ、また、光学素子はエッジフイルタであるため、バンドカットフイルタに比べ投影に必要な波長の透過率が高く、色再現性を優先した表示の際の光量の低下をできるだけ小さくすることができる。
【００１９】
請求項４に示す本発明は、該所定の光路は、該第１光学系のダイクロイックミラー群と該光源の間の光路であることにより、表示品質を落とすことなく容易に前記２種類の表示ができる。
【００２０】
請求項５に示す本発明は、該所定の光路は、該第１光学系のダイクロイックミラー群が定める光路であることにより、光学素子をスペースをとることなく出し入れでき、表示品質を落とすことなく２種類の表示ができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本実施例の投射型表示装置の構成図であって、前述図１２に示す従来例と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略し、相違する点のみを説明する。
【００２３】
本実施例では、前述従来例のトリミングフイルタＴＲ，ＴＧを除去するとともに、赤色波長光路中のトリミングフイルタＴＲに代えて表示モード切り換用の光学素子としてのダイクロイックフイルタＤＦを配設し、該ダイクロイックフイルタＤＦを光路中に出し入れ可能な機構に設けたものである。その他の構成は前述従来例と同様である。
【００２４】
なお、図２はダイクロイックフイルタＤＦの分光透過率特性を、図３（ａ），（ｂ）はそれぞれダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２の分光透過率特性を示し、これらの分光透過率特性は光源部１としてあるＵＨＥ（松下電器産業株式会社製：登録商標）ランプ使用の場合の一例である。ただし、これらの値に限定されるものでなく、要求される明るさ及び色純度や光源の種類等に応じて種々の値を設定することができる。
【００２５】
以上の構成の本実施例において、反射鏡２を有する光源部１から射出された白色光は、フライアイレンズ３及び４、ＰＳ変換素子５、コンデンサレンズ６等を通過した後、第１光学系としてのダイクロイックミラーＤＭ１によって赤色帯域光Ｒは透過し、緑色及び青色帯域光は反射される。次いで、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した赤色帯域光は全反射ミラーＭ１によって光路を９０度変え、フィールドレンズ７Ｒを介して液晶表示部８Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は第２光学系としての合成用ダイクロイックプリズム９に入射し、該ダイクロイックプリズム９により光路を９０度変えて投射レンズ１０に入る。
【００２６】
一方、該ダイクロイックミラーＤＭ１によって反射され、光路を９０度変えた緑色及び青色帯域光は第１光学系としてのダイクロイックミラーＤＭ２により緑色帯域光Ｇを反射してその光路を９０度変え、フィールドレンズ７Ｇを介して液晶表示部８Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は合成用ダイクロイックプリズム９に入射して投射レンズ１０に入り、該ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した青色帯域光Ｂはコンデンサレンズ１１、全反射ミラーＭ２、リレーレンズ１２、全反射ミラーＭ３、フィールドレンズ７Ｂを介して液晶表示部８Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調され、光変調された光は合成用ダイクロイックプリズム９に入射し、該ダイクロイックプリズム９により光路を９０度変えて投射レンズ１０に入る。
【００２７】
そして、該合成用ダイクロイックプリズム９により合成された３色光は投射レンズ１０により投射される。
【００２８】
ここで、ダイクロイックフイルタＤＦが照射光路中に挿入されていない場合は、ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２のカット波長によって決定される色純度は、ビデオ表示において必要な色純度よりも低いが、明るい表示となり、例えば会社や学校等でのプレゼンテーションなどには十分な色純度に設定されている。また、ダイクロイックフイルタＤＦが照射光路中に挿入されていない場合には、約５７０〜６００ｎｍの帯域光も投射光として利用しているが、５８５ｎｍ近傍の光は緑純度、赤純度をそれぞれ低下させる光である。
【００２９】
次に、ビデオ表示など色純度の高い高品質な表示が必要とする場合のようにエッジフィルタであるダイクロイックフイルタＤＦが照射光路中に挿入される場合は、約５７０〜６００ｎｍの帯域光が液晶表示部側へは射出されなくなり、緑色帯域表示光として約５１０〜５７０ｎｍの光が利用され、赤色帯域表示光として約６００ｎｍ以上の光が利用される。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれダイクロイックフイルタＤＦの挿入時と非挿入時におけるスペクトル特性を示す。
【００３１】
このようにダイクロイックフイルタＤＦを照射光路中に挿入することで色純度を向上させることができる。しかし、ハンドカットフィルタにより色純度を低下させる光を遮断すると、色純度は向上するものの必要以上に光量が低下してしまう。前記ダイクロイックフイルタＤＦの場合、エッジフィルターであるため光量を大幅に低下させずに色純度及び色バランスを確保できるようにカット帯域及び透過率を設定できている。
【００３２】
なお、本実施例では、ダイクロイックフイルタＤＦを赤色帯域光の光路の液晶表示部８Ｒの直前に配設しているが、ダイクロイックミラーＤＭ１から液晶表示部８Ｒの間であれば、どこにおいても構わない。
【００３３】
図５及び図６は本発明の第２実施例を示すものである。説明を簡単にするために前述第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００３４】
図５は本実施例の投射型表示装置の構成図である。
【００３５】
本実施例では表示モードを切り換えるための光学素子としてのダイクロイックフイルタＤＦを、前述第１実施例の赤色帯域光の光路中に代えて、緑色帯域光の光路中の液晶表示部８Ｇの直前に配設し、該ダイクロイックフイルタＤＦを光路中に出し入れ可能な機構に設けたものである。その他の構成及び動作は前述第１実施例と同様である。
【００３６】
なお、本実施例ではダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２及びダイクロイックフイルタＤＦの分光透過率特性はそれぞれ図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すものである。ただし、これらの値に限定されるものでなく、要求される明るさ及び色純度や光源の種類等に応じて種々の値を設定することができる。
【００３７】
また、本実施例では、ダイクロイックフイルタＤＦを緑色帯域光の光路の液晶表示部８Ｇの直前に配設しているが、ダイクロイックミラーＤＭ１から液晶表示部８Ｇの間であれば、どこにおいても構わない。
【００３８】
なお、ダイクロイックミラーＤＭ１の分光透過率特性は以上の各実施例の値に限定されるものでなく、また、必要に応じてダイクロイックフイルタＤＦを複数枚使用してもよい。
【００３９】
図７ないし図９は本発明の参考例１を示すものである。
【００４０】
図７は参考例１の投射型表示装置の構成図、図８は表示モードを切り換えるための光学素子としてのダイクロイックミラーの構成図である。
【００４１】
参考例１では、コンデンサレンズ６とダイクロイックミラーＤＭ１の間の光路中に反射ミラーＭ４と光学素子としてのダイクロイックミラーＤＭ３を入れ替え可能に設けたものである。その他の構成は前述従来例と同様である。
【００４２】
以上のように構成することで、明るさを優先した表示と色再現性を優先した表示が１台で実現できる。
【００４３】
そして、図８に示すように該ダイクロイックミラーＤＭ３は平板状の基板ＤＭ３１の上下両面にダイクロイックコーティング層ＤＭ３２，ＤＭ３３がそれぞれコーティングされており、ダイクロイックコーティング層ＤＭ３２は図９（ａ）に示すように約５７０ｎｍ以下の帯域光を反射する分光反射率を有し、ダイクロイックコーティング層ＤＭ３３は図９（ｂ）に示すように約６００ｎｍ以上の帯域光を反射する分光反射率を有しているので、約５７０ｎｍから６００ｎｍの波長をカットできる。
【００４４】
また、このようにエッジフィルタを構成したものは、１枚にバンドパスの特性を持ったダイクロイックミラーをコーティングをしたものより、投影に必要な波長の反射率が高いため、色再現性を優先した表示の際も光量の低下をできる限り小さくできる。
【００４５】
液晶表示素子を複数枚使用したフルカラーの投射型表示装置の例をこれまで挙げてきたが、参考例１は光入射面側にマイクロレンズアレイを備える一枚の液晶表示素子を使用した単板式のフルカラー投射型表示装置にも適用可能である。これを参考例２として以下に説明する。図１２に参考例２の投射型表示装置の構成図、図１３に図１２のダイクロイックミラーＤＭ４〜７の分光透過率特性を示す。
【００４６】
図１４、図１５はそれぞれ参考例２の光路の概略、液晶表示素子８の内部構成と光路図を示している。図１３に示す分光反射率を示すダイクロイックミラーＤＭ４〜ＤＭ６でランプからの白色光を青、緑、赤色帯域光に分割し、これら青、緑、赤色帯域光を液晶表示素子８の光源側に設けられたマイクロレンズアレイ１４にそれぞれ異なる入射角で照射している。上記液晶表示素子８の液晶層１６は図１６に示すように青、緑、赤色帯域光に対応する画素に別れており、各画素が独立して駆動されるようになっている。そして青、緑、赤色帯域光は、マイクロレンズ１４を通過した後、上記の対応する画素に色毎に分配集光されるようになっている。なお、１５はガラス基板、１７はブラックマトリックスである。
【００４７】
光路中に図１３（ｃ）の分光反射率特性を持ったＤＭ６と図１３（ｄ）の分光反射率特性を持ったＤＭ７を入れ替えることでＤＭ６が光路にある場合は色再現性を優先した表示、ＤＭ７が光路にある場合は明るさを優先した表示を１台の装置で実現している。
【００４８】
ＤＭ６が光路中にある時は５７０ｎｍ〜６００ｎｍの光を使用せず色再現性を優先した表示、ＤＭ７が光路中にある時は５７０ｎｍ〜６００ｎｍの光を使用して明るさを優先した表示になる。なお、ＤＭ７はダイクロイックミラーではなく、一般の金属ミラーでも構わない。
【００４９】
このように、ダイクロイックフィルターやダイクロイックミラーを照射光路中に挿脱させる機構を設ける以外にも所定の平行光の光路中で表示モード変更用のダイクロイックフィルターやダイクロイックミラーを傾動させて光軸に対する傾角度を変更する機構を設けることにより、複数の表示モードを実現することができる。なお、表示モード変更用のエッジフィルタ（ダイクロイックフィルターやダイクロイックミラー）の傾動や挿脱は手動で行うことも、動力発生機及び動力伝達機を組み合わせた電動で構成することも可能である。
【００５０】
また、以上の各実施例でのダイクロイックフイルタＤＦや参考例でのダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ６を光路中に出し入れする移動方向は、光軸に直交する方向ならば上下方向（図１７）、左右方向のいずれでもよく、移動方向に対応する駆動機構を用いてフィルタを出し入れする。またダイクロイックフイルタＤＦやダイクロイックミラーＤＭ３，ＤＭ６を保持する部材をある点を中心とする回動運動（図１８）させる回動機構によりフィルタＤＦを出し入れしてもよいことはいうまでもない。
【００５１】
また、以上の各実施例では画像表示素子として液晶表示素子（表示部）を用いていたが、本発明では、例えば微小な変形な可能なミラーまたは微小な傾動可能なミラーを２次元的に配置した反射型の表示素子など、他の形式の画像表示素子も用いることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、従来の明るさ優先の表示と色再現優先の表示が選択的に行える投射型表示装置において、従来よりも、色再現優先の表示の際の明るさを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の投射型表示装置の構成図である。
【図２】表示モード切換用の光学素子としてのダイクロイックフイルタの波長分光特性図である。
【図３】その第１光学系としての２枚のダイクロイックミラーの波長分光特性図である。
【図４】表示モード切換用の光学素子としてのダイクロイックフイルタの挿入時及び非挿入時のスペクトル分布図で、（ａ）は挿入時、（ｂ）は非挿入時である。
【図５】本発明の第２実施例の投射型表示装置の構成図である。
【図６】その第１光学系としての２枚のダイクロイックミラー及び表示モード切換用の光学素子としてのダイクロイックフイルタの波長分光特性図で、（ａ）及び（ｂ）はダイクロイックミラー、（ｃ）はダイクロイックフイルタである。
【図７】本発明の第３実施例の投射型表示装置の構成図である。
【図８】表示モード切換用の光学素子としてのダイクロイックミラーの構成図である。
【図９】そのダイクロイックミラーの両面コーティング層の分光反射率特性図で、（ａ）は上面のミラーＤＭ１、（ｂ）は下面のミラーＤＭ２のものである。
【図１０】従来例の投射型表示装置の構成図である。
【図１１】その２枚のダイクロイックミラー及びトリミングフイルタの分光透過率特性図で、（ａ）及び（ｂ）はダイクロイックミラー、（ｃ）及び（ｄ）はトリミングフイルタである。
【図１２】液晶表示素子を１枚のみ用いる本発明の第４実施例の構成図。
【図１３】第４実施例のダイクロイックミラーの波長分光特性。
【図１４】第４実施例の光路の概略図。
【図１５】図１２の液晶表示素子の内部構成図と光路図。
【図１６】図１２の液晶表示素子の各色帯域光と画素の位置関係を示す図。
【図１７】表示モード切換用光学素子の切換え移動方向の一例を示す図。
【図１８】表示モード切換用光学素子の切換え移動方向の他の例を示す図。
【符号の説明】
１  光源
２  反射鏡
３  第１フライアイレンズ
４  第２フライアイレンズ
５  ＰＳ変換素子
６  コンデンサレンズ
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ  フィールドレンズ
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ  液晶表示部
９  合成用ダイクロイックプリズム（第２光学系）
１０  投射レンズ
１１  コンデンサレンズ
１２  リレーレンズ
ＤＭ１  第１ダイクロイックミラー（第１光学系）
ＤＭ２  第２ダイクロイックミラー（第１光学系）
ＤＭ３  第３ダイクロイックミラー（光学素子）
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  全反射ミラー
ＤＦ  ダイクロイックフイルタ（光学素子）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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