JP2005128349A - 液晶パネルおよびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 組立て調整個所を減らすことにより、信頼性が高く、低コスト化を図った液晶パネルおよびプロジェクタを提供する。
【解決手段】 このプロジェクタ１は、赤、緑、青の３色光２ｒ，２ｇ，２ｂを出射するＬＥＤアレイ２と、ＬＥＤアレイ２から出射された３色光２ｒ，２ｇ，２ｂを各色に応じた画像信号で変調して赤、緑、青の３色画像光３ｒ，３ｇ，３ｂを出力する液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを有する液晶パネル３Ａと、赤色画像光３ｒ、緑色画像光３ｇをそれぞれ反射する反射プリズム４Ｒ，４Ｇと、３色画像光３ｒ，３ｇ，３ｂを合成する合成プリズム５と、合成プリズム５の合成によって得られたカラー画像光５ａをスクリーン７に拡大投影する投影レンズ６とを備える。液晶パネル３Ａの各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、共通の枠体８に予め位置合せして取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３つの液晶空間光変調器を有する液晶パネル、およびそれを用いたプロジェクタに関し、特に、組立て調整個所を減らすことにより、信頼性が高く、低コスト化を図った液晶パネルおよびプロジェクタに関する。

液晶空間光変調器を用いたプロジェクタは、低価格で大画面のディスプレイを実現できる装置として、大画面ＴＶや討議・プレゼンテーション用ディスプレイとして活用されつつある（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

図６は、その特許文献１に記載された従来のプロジェクタを示す。このプロジェクタ１は、平行な白色光１０ａを出射する白色光源１０と、白色光源１０から出射された白色光１０ａを赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂに分離するダイクロイック分離プリズム１１と、赤色光２ｒを液晶空間光変調器３０Ｒに入射させる反射ミラー１３Ｒ，１４Ｒと、緑色光２ｇを液晶空間光変調器３０Ｇに入射させる反射ミラー１３Ｇ，１４Ｇと、赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂを各色に応じた画像信号で変調する液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと、各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂによって変調された赤色画像光３ｒ，緑色画像光３ｇ，青色画像光３ｂを合成する合成プリズム５と、合成プリズム５の合成によって得られたカラー画像光５ａをスクリーン７に拡大投影する投影レンズ６とを備える。

各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、スクリーン７上に投影される画像にぼけが発生しないように、投影レンズ６までの光学距離が等しく、かつ、それぞれの位置が投影レンズ６の物点となるように合成プリズム５の周囲に配置されている。この場合、各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂにおける１画素のサイズが２０〜３０μｍであるため、各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、１μｍ程度の精度でそれぞれの画素の位置合せを行っている。このような構成により、カラー画像光５ａがスクリーン７に拡大投影され、家庭などでぼけの少ない大画面のカラー映像を楽しむことができる。
特開昭６２−１２５７９１号公報（第７図） 特開２０００−２９２７６３号公報（第１図） 特開２０００−２９８３０９号公報（第１図） 特開２００２−４０３８９号公報（第１図）

しかし、従来のプロジェクタによると、各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを合成プリズム５に対して高精度に３次元的に位置合せを行っているため、大掛かりな組立て装置が必要となり、組立てに時間を要している。また、白色光源１０から出射された白色光１０ａを赤、緑、青の平行光に分解した後、それらを各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂに入射させるために複数の反射ミラーが必要となることから、それらの高精度の位置・角度調整にも多大の工数を要している。従って、これがプロジェクタの低コスト化を難しくしている大きな要因となっている。

従って、本発明の目的は、組立て調整個所を減らすことにより、信頼性が高く、低コスト化を図った液晶パネルおよびプロジェクタを提供することにある。

第１の発明は、上記目的を達成するため、赤、緑、青の３色光を各色に応じた画像信号でそれぞれ変調する３つの液晶空間光変調器を有する液晶パネルにおいて、前記３つの液晶空間光変調器は、同一平面上に配置されたことを特徴とする液晶パネルを提供する。

第２の発明は、上記目的を達成するため、赤、緑、青の３色光を出射する光源と、前記３色光を各色に応じた画像信号で変調する３つの液晶空間光変調器と、前記３つの液晶空間光変調器によって変調された前記３色光を合成する合成光学系と、前記合成光学系の合成によって得られたカラー画像光をスクリーンに拡大投影する投影レンズとを備え、前記３つの液晶空間光変調器は、同一平面上に配置されたことを特徴とするプロジェクタを提供する。

上記第１および第２の発明によれば、３色光を変調する３つの液晶空間光変調器を同一平面上に配置することにより、組立て工数の大幅な低減が可能となる。

本発明によれば、３つの液晶空間光変調器を同一平面上に配置することにより、３つの液晶空間光変調器の位置調整が容易となるので、従来のプロジェクタに比べて組立て調整個所を減らすことができ、これにより信頼性が高く、低コスト化が図れる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの主要部を示す。このプロジェクタ１は、図１（ａ）に示すように、平行な赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂの３色光を出射するＬＥＤアレイ２と、ＬＥＤアレイ２から出射された３色光を各色に応じた画像信号で変調して赤色画像光３ｒ、緑色画像光３ｇ、青色画像光３ｂの３色画像光を出力する液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを有する液晶パネル３Ａと、赤色画像光３ｒを反射する反射プリズム４Ｒと、緑色画像光３ｇを反射する反射プリズム４Ｇと、赤色画像光３ｒ、緑色画像光３ｇ、青色画像光３ｂの３色画像光を合成する合成プリズム５と、合成プリズム５の合成によって得られたカラー画像光５ａをスクリーン７に拡大投影する投影レンズ６とを備える。

ＬＥＤアレイ２は、図１（ａ）に示すように、それぞれ２次元状に配置された複数の赤色ＬＥＤ２０Ｒ、緑色ＬＥＤ２０Ｇおよび青色ＬＥＤ２０Ｂを有する。また、ＬＥＤアレイ２は、一つのＬＥＤの周辺を示す図１（ｂ）に示すように、基板２１と、基板２１の表面に２次元状に形成された複数のカップ状の凹部２１ａと、各凹部２１ａの底面に配置された複数のＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと、各凹部２１ａおよびＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを封止するとともに、ＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの発光光をほぼ平行光に整形する複数の樹脂モールドレンズ２２とを備える。なお、複数の樹脂モールドレンズ２２の代りにマイクロレンズアレイ等を用いてもよい。

液晶パネル３Ａの各液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、複数の画素がマトリクス状の配列され、共通の保持体としての枠体８に予め位置合せして取り付けられている。

赤色用の反射プリズム４Ｒは、直角プリズムの斜辺に赤色光２ｒを反射する干渉膜（ダイクロイック膜）を成膜し、それらを２つ組み合わせたものである。また、緑色用の反射プリズム４Ｇは、直角プリズムの斜辺に緑色光２ｇを反射する干渉膜を成膜し、それらを２つ組み合わせたものである。

合成プリズム５は、直角プリズムの直角を挟む２辺にそれぞれ赤色光２ｒを反射し、他の色の光を透過させる干渉膜と緑色光２ｇを反射し、他の色の光を透過させる干渉膜とを成膜し、それらを４つ組み合わせたものである。

赤色用の反射プリズム４Ｒと、緑色用の反射プリズム４Ｇと、合成プリズム５とは、光学接着剤によって互いに接合され、同一平面上に配置されている。

次に、以上のように構成された第１の実施の形態に係るプロジェクタ１の動作を説明する。ＬＥＤアレイ２の赤色ＬＥＤ２０Ｒ，緑色ＬＥＤ２０Ｇ，青色ＬＥＤ２０Ｂから平行な赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂを出射すると、液晶パネル３Ａの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、ＬＥＤアレイ２から出射された赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂを各色に応じた画像信号で変調する。赤色用の液晶空間光変調器３０Ｒによって変調された赤色画像光３ｒは、反射プリズム４Ｒで反射して合成プリズム５に入射し、緑色用の液晶空間光変調器３０Ｇによって変調された緑色画像光３ｇは、反射プリズム４Ｇで反射して合成プリズム５に入射し、青色用の液晶空間光変調器３０Ｂによって変調された青色画像光３ｂは、そのまま合成プリズム５に入射する。合成プリズム５は、赤色画像光３ｒ、緑色画像光３ｇおよび青色画像光３ｂを合成し、投影レンズ６は合成プリズム４の合成によって得られたカラー画像光５ａをスクリーン７に拡大投影する。

この第１の実施の形態によれば、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、同一平面上に配置されるため、比較的簡単な組立て装置（図略）によって高精度の位置合せを行うことが可能となる。また、２つの反射プリズム４Ｒ，４Ｇと合成プリズム５は、光学接着剤によって表面が同一面となるように接合されているので、位置調整が不要となる。このようにプリズム４Ｒ，４Ｇと液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの１次元的な組立てにより、赤、青、緑の変調光の位置・角度合せを可能とすることにより、従来のプロジェクタに比べて組立て調整個所を減らすことができ、組立て工数の大幅な低減が可能となる。これにより、信頼性が高く、低コストのプロジェクタを提供することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶パネルを示し、同図（ａ）は、平面図、同図（ｂ）は、要部断面図である。この液晶パネル３Ｂは、図２（ｂ）に示すように、コモン電極３２Ａを有するガラス，サファイア等からなる後方透明基板３１Ａと、信号線３３、走査線、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)３４、絶縁膜３５、画素電極３２Ｂ、図２（ａ）に示す信号線駆動回路３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂおよび走査線駆動回路３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ等を有するガラス，サファイア等からなる前方透明基板３１Ｂとの間に、高分子分散型液晶等からなる液晶層３６を挟んだ構造を有し、これらは薄膜プレセスにより形成される。画素電極３２Ｂは、前方透明基板３１Ｂ上にマトリクス状に配置されており、これらの画素電極３２Ｂに対応して液晶層３６にマトリクス状に形成された画素からなる液晶空間光変調素子３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂと、液晶空間光変調素子３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂを駆動する信号線駆動回路３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂおよび走査線駆動回路３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂにより液晶空間光変調素子３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを構成している。ＴＦＴ３４のゲートは走査線に接続され、ドレインは信号線３３に接続され、ソースは画素電極３２Ｂに接続されている。信号線駆動回路３７は、画像信号を信号線３３群を介してＴＦＴ３４のドレインに与え、走査線駆動回路３８は、ゲートパルスを走査線群を介してＴＦＴ３４のゲートに時系列的に与えるものである。

この第２の実施の形態によれば、液晶層３６の画素の相対位置は、薄膜プロセスにおけるマスクアライナの精度で決まるため、１μｍ以下の精度で設定することが可能となる。また、現在では、液晶空間光変調素子３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂの作製歩留まりは９０％を超えているため、このように一体化しても、大幅に歩留まりを下げることはなく、低コスト化を図ることができる。また、このように３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを同一平面上に配置した場合、それらを透過した赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、緑色光２ｂの平行光の間隔は、それらの変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの配置により予め設定されていて調節できないため、反射プリズム４Ｒ，４Ｇと合成プリズム５を高精度で作製する必要がある。現在のプリズム作製技術では、反射面の角度１０分以内、長さ精度１μｍ以下で量産することが十分可能であり、本実施の形態で求められる作製精度を十分満たせるものである。また、たまたま作製精度が不十分な場合、入射光２ｒ、２ｇ、２ｂの角度を後方の反射プリズム４Ｒ，４Ｇを調整することで合せることも可能である。また、本実施の形態では、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから投影レンズ６に至る光学距離が、反射プリズム４Ｒ，４Ｇの分だけ異なり、赤色光２ｒと緑色光２ｇの光路が長くなり、赤色画像光３ｒ、緑色画像光３ｇ、青色画像光３ｂで若干回折の程度が異なるが、赤、緑、青の３色光をそれぞれ高精度に平行光に整形することにより、その回折による画像のぼけは無視できる程度になる。

図３は、本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタを示す。この第３の実施の形態に係るプロジェクタ１は、第１の実施の形態において、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから投影レンズ６に至る光学距離が等しくなるように屈折率（反射プリズム４Ｒ，４Ｇよりも高い屈折率）、および厚さが設定された透光性部材としてのガラススペーサ９Ａを青色用の液晶空間光変調器３０Ｂと合成プリズム５との間に配置したものである。この第３の実施の形態によれば、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから投影レンズ６に至る光学距離を一致させることができるので、各色の光学距離が異なることによる画像のぼけを防ぐことができる。

図４は、本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタを示す。この第４の実施の形態に係るプロジェクタ１は、第１の実施の形態において、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれの位置が投影レンズ６の物点となるように、緑色用の液晶空間光変調器３０Ｇと合成プリズム５との間にリレーレンズ９Ｂを挿入したものである。この第４の実施の形態によれば、３つの液晶空間光変調器３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを投影レンズ６の物点位置に揃えることができるので、画像のぼけを防ぐことができる。

図５は、本発明の第５の実施の形態に係るプロジェクタを示す。この第５の実施の形態に係るプロジェクタ１は、第１の実施の形態とは、光源側が異なるものであり、平行な白色光１０ａを出射する白色光源１０と、白色光源１０から出射された白色光１０ａを赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂに分離して青色光２ｂを青色用の液晶空間光変調器３０Ｂに入射するダイクロイック分離プリズム１１と、赤色光２ｒを赤色用の液晶空間光変調器３０Ｒに入射する反射プリズム１２Ｒと、緑色光２ｇを緑色用の液晶空間光変調器３０Ｇに入射する反射プリズム１２Ｇとを備える。

ダイクロイック分離プリズム１１は、直角プリズムの直角を挟む２辺にそれぞれ赤色光２ｒを反射し、他の色の光を透過させる干渉膜と緑色光２ｇを反射し、他の色の光を透過させる干渉膜とを成膜し、それらを４つ組み合わせたものである。

反射プリズム１２Ｒは、直角プリズムの斜辺に赤色光２ｒを反射する干渉膜を成膜し、それらを２つ組み合わせたものである。また、反射プリズム１２Ｇは、直角プリズムの斜辺に緑色光２ｇを反射する干渉膜を成膜し、それらを２つ組み合わせたものである。

ダイクロイック分離プリズム１１と反射プリズム１２Ｒ，１２Ｇは、光学接着剤によって表面が同一面となるように接合されている。

この第５の実施の形態によれば、白色光源１０の出力光を赤、青、緑に分解するためのダイクロイック分離プリズム１１と反射プリズム１２Ｒ，１２Ｇを一体化したので、白色光源１０と投影レンズ６を除いた総ての光学系の一体化が可能となり、さらに信頼性が高く、組立てコストの安いプロジェクタを提供することが可能となる。

なお、上記各実施の形態では、光源としてＬＥＤアレイを用いたが、面発光型半導体レーザや端面発光型半導体レーザを用いてもよい。これにより、光源の電気的効率が上げられ、使用電力を下げられる。また、この場合は光源と液晶空間光変調器等を含めて一体化してもよい。これにより、さらに組立て調整個所が減り、信頼性の高いプロジェクタを提供することが可能となる。

また、上記各実施の形態では、透過型の液晶空間光変調器について説明したが、反射型の液晶空間光変調器にも透過型と同様に本発明を適用することができる。

また、反射プリズムの代りに反射ミラーを用い、合成プリズムの代りにＸ字状に配置したダイクロイックミラーを用いてもよい。これにより、ミラーの組立て調整が必要となるが、３つの液晶空間光変調器の組立て調整を減らすことができるとともに、部品コストを下げることができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの主要部を示す図、（ｂ）は、ＬＥＤアレイの要部断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶パネルの平面図、（ｂ）は、その要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタを示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るプロジェクタを示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係るプロジェクタを示す図である。 従来のプロジェクタを示す図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ ＬＥＤアレイ
２ｂ 青色光
２ｇ 緑色光
２ｒ 赤色光
３Ａ，３Ｂ 液晶パネル
３ｂ 青色画像光
３ｇ 緑色画像光
３ｒ 赤色画像光
４Ｒ，４Ｇ 反射プリズム
５ 合成プリズム
５ａ カラー画像光
６ 投影レンズ
７ スクリーン
８ 枠体
９Ａ ガラススペーサ
９Ｂ リレーレンズ
１０ 白色光源
１０ａ 白色光
１１ ダイクロイック分離プリズム
１２Ｒ，１２Ｇ 反射プリズム
１３Ｒ，１３Ｇ，１４Ｒ，１４Ｇ 反射ミラー
２０Ｒ 赤色ＬＥＤ
２０Ｇ 緑色ＬＥＤ
２０Ｂ 青色ＬＥＤ
２１ 基板
２１ａ 凹部
２２ 樹脂モールドレンズ
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ 液晶空間光変調器
３１Ａ 後方透明基板
３１Ｂ 前方透明基板
３２Ａ コモン電極
３２Ｂ 画素電極
３３ 信号線
３４ ＴＦＴ
３５ 絶縁膜
３６ 液晶層
３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ 信号線駆動回路
３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ 走査線駆動回路
３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ 液晶空間光変調素子

Claims (9)

1. 赤、緑、青の３色光を各色に応じた画像信号でそれぞれ変調する３つの液晶空間光変調器を有する液晶パネルにおいて、
   前記３つの液晶空間光変調器は、同一平面上に配置されたことを特徴とする液晶パネル。
2. 前記３つの液晶空間光変調器は、共通の保持体に保持されたことを特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
3. 前記３つの液晶空間光変調器は、共通の透明基板上に形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
4. 赤、緑、青の３色光を出射する光源と、
   前記３色光を各色に応じた画像信号で変調する３つの液晶空間光変調器と、
   前記３つの液晶空間光変調器によって変調された前記３色光を合成する合成光学系と、
   前記合成光学系の合成によって得られたカラー画像光をスクリーンに拡大投影する投影レンズとを備え、
   前記３つの液晶空間光変調器は、同一平面上に配置されたことを特徴とするプロジェクタ。
5. 前記３つの液晶空間光変調器は、前記投影レンズまでの光学距離が等しくなるように屈折率および厚さが設定された透光性部材が、少なくとも１つの前記液晶空間光変調器と前記投影レンズとの間に配置されたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。
6. 前記３つの液晶空間光変調器は、それぞれの位置が前記投影レンズの物点となるように少なくとも１つの前記液晶空間光変調器と前記投影レンズとの間にリレーレンズが配置されたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。
7. 前記合成光学系は、前記３色光のうち２色光をそれぞれ反射する２つの反射プリズムと、前記３色光のうち残りの１色光と前記２色光とを合成する合成プリズムとを備え、前記２つの反射プリズム、および前記合成プリズムは、同一平面上に配置されたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。
8. 前記光源は、白色光を出射する白色光源と、白色光を前記３色光に分離する分離プリズムと、前記３色光のうち前記分離プリズムで反射された２色光をそれぞれ反射する２つの反射プリズムとを備え、前記分離プリズム、および前記２つの反射プリズムは、同一平面上に配置されたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。
9. 前記光源は、前記３色光を出射する複数の発光ダイオードあるいは半導体レーザを有する光源アレイと、前記光源アレイから出射された前記３色光を平行光に整形する整形光学系とを備えたことを特徴とする請求項４記載のプロジェクタ。