【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、投写型画像表示装置の大画面ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、液晶等を光シャッターアレイに用い、光学系を駆使した投射型ディスプレイが盛んに研究されている。 この方式は、ＣＲＴや種々のフラットパネルディスプレイでは実現が困難である大画面ディスプレイに対応するべく考案された。 投射型ディスプレイは、
スクリーンのどの方向から照射するかによってフロント（前面投射）方式とリア（背面投射）方式に分けられる。 図１に、従来用いられている投射型ディスプレイの概念図を示す。 従来技術では、光源としてはハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプなど、各種ランプが用いられている。 光シャッターアレイとしては、ほとんど２次元パターンを形成する液晶が用いられている。 カラー画像を表示する方法としては、上述したような光源からの光を、カラーフィルターを用いて光の３原色に色分割し、それぞれの発光色の画像パターンを光シャッターアレイで形成し、それらを合成したものをスクリーン上に拡大投影する方法がよく用いられている。 一方、光シャッターアレイにラインアレイを用いて、その１次元パターンを光学的な線順次走査手段を用いることでスクリーン上に画像を形成する方法が考案されている〔Ｋ． Ｍｕｒａｎｏ ｅｔ ａｌ． ，Ｊｐｎ．
ｏｆ Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ，ｖｏｌ． ２４（１９
８５）Ｓｕｐｐｌ． ２４−２，ｐｐ． １３９−１４
３〕。 この概念図を図２に示す。 このような画像形成方法は、２次元パターンを形成することができない光シャッターアレイを用いる場合有効である。 しかし、従来の方法では、ランプの光による画像を直接スクリーンに投射することから、非常に明るいランプが必要となり、非常に高いパワーをランプに印加している。 そのため、発熱や寿命の劣化等が問題となる。 特にランプにより発生した熱は液晶や偏光版の劣化を引き起こし、このディスプレイシステム自身の寿命を短くしている。 また同様な理由から、スクリーン上に写し出される画像のコントラスト等、画質の点で現行のＣＲＴに比べて不十分である。

【０００３】

【目的】本発明の目的は、従来問題であった光源の信頼性を改善するとともに、光源の発熱を少なくし、ディスプレイシステム自身の信頼性を高め、さらに、表示品質の高い大画面ディスプレイを提供することを目的とする。

【０００４】

【構成】光源（ａ）、光源（ａ）よりの光を透過させることで１次元パターンを形成する光シャッターアレイ（ｂ）、該１次元パターンを拡大する画像拡大部（ｃ）、該拡大されたパターンをスクリーン（ｄ）上に投影する光学的な線順次走査手段（ｅ）およびスクリーン（ｄ）を有する投写型大画面ディスプレイにおいて、
スクリーン（ｄ）として、前記拡大されたパターンの光で励起され発光し画像を表示する螢光体（ｆ）を有するものを使用することを特徴とする大画面ディスプレイおよび画像表示方法に関する。

【０００５】従来技術によるスクリーン上での画像の形成方法としては、前述したように光シャッターアレイで２次元パターンを作製する場合と１次元パターンを作製する場合の２通りが考案されている。 本発明では、前記したように光シャッターアレイを用いて走査するラインのパターンを形成する。 すなわち、１次元パターンを作製する方法をとっている。 この理由としては、光源として紫外光を用いた場合、光シャッターアレイとしてよく使われている液晶のガラス基板を、紫外線が透過する石英に変える必要がある。 そのため、作製する２次元パターンと同じ面積の石英基板が必要となり、コストが増える。 一方、光源が赤外光の場合、使用できる発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）か半導体レーザー（ＬＤ）が最適であるが、これらはいずれも微小な点光源であることから、２次元パターンと同じ面積を照射することは困難である。 以上の理由から、１次元パターンを用いて、スクリーン上で画像を形成する方法が望ましい。 しかし、コスト等の点を考慮しなければ、２次元パターンを用いてもスクリーン上の発光を利用するという本発明の効果はもちろん達成し得る。 前記１次元パターンを形成する光シャッターアレイとしては、液晶パネルが用いられるが、高分子分散液晶を用いた液晶パネルを使用する場合は、ＴＮ液晶で用いられる配向膜と偏向板が不必要なため、液晶投射ディスプレイに好適である。

【０００６】また、本発明では従来技術と異なり、スクリーン上での発光により画像を形成することから、表示品質のよいディスプレイを実現できる。 同時に、光源の働きとしては、螢光体の励起だけなので従来技術に比べてパワーが小さくでき、光源の発熱は少なくできる。 しかも、カラー表示の場合、光の３原色にそれぞれ対応した発光を示す螢光体を、スクリーン上に形成することで実現できるので、従来技術に比べてカラーフィルターが不要で、構成が簡単になる。 本発明は、スクリーンに螢光体を形成するため、スクリーンに汎用性が無いことからリア方式が望ましい。

【０００７】用いる螢光体材料の条件としては、光源の発光波長と螢光体の励起波長が同様な領域にあること、カラー表示を行う場合、発光波長が光の３原色の何れかに近いこと、発光効率ができるだけ大きいこと等を満足する必要がある。

【０００８】本発明に用いられる光シャッターアレイとしては、その応答速度が以下に示すような条件式を満足しているものが望ましい。 τ＜ｆ÷Ｌ （但し、τ；光シャッターアレイの応答速度、ｆ；１画面を走査する時間、Ｌ；走査線数） この条件を満足しない場合、スクリーンに照射したラインの次にラインのパターンを形成することができず、スクリーン上に満足に画像を形成できない。 さらに、光源の光を透過させる際、その透過率がより高いものの方が望ましいことは云うまでもない。 この様な条件を満足するものであれば、特に制限はない。

【０００９】次に、本発明に用いられる光学的な線順次走査手段としては例えばポリゴンミラー、ガルバノミラーのような方法を用いることができる。 ガルバノミラーはポリゴンミラーに比べて作製が簡単なミラーであるが、速い周期で光を移動させる場合は、多面ミラーの構成を持つポリゴンミラーの方が駆動部への負担が少ない。 以上のことから、走査条件とコストの関係から何れのミラーが望ましいかが決まる。

【００１０】本発明の光源としては、点光源に近似した高輝度光源、光学系の特性に合致した発光スペクトルを有すること、高効率および長寿命であること、
寿命までの特性変化が少ないこと、および瞬時点灯／
瞬時再点灯できることの特性を有することが望ましく、
ハロゲン電球、キセノン・ランプ、メタルハライド・ランプ等をあげることができる。 しかし、多くの螢光体の励起波長が紫外線領域であることから、発光波長も紫外線領域であることが望ましい。 具体的には、紫外光によるオゾン発生の少ない高圧水銀ランプが最適である。 しかし、この場合、光シャッターアレイや光学系に使われるレンズ等が、紫外光を透過するように設計変更する必要があり、製作コストが高くなる。 一方、赤外線励起により発光する螢光体材料を用いることで、光源が赤外発光となり、通常の光シャッターアレイや光学系を用いることができる。 赤外線励起により、発光する螢光体材料については、赤外輝尽効果を利用するものや量子計数作用を利用するもの、多段エネルギー伝達によるもの等が知られている。 これらのうち、赤外輝尽効果を利用するものについては、あらかじめ短波長の光を螢光体に照射して準案定状態に励起する必要がある。 この短波長の光は、スクリーン上に照射される室内光等いわゆる外光を利用することもできるが、輝尽励起光源をスクリーンの背面に設けるような方法を用いることで、外光の状態に関係なく安定した表示が実現できる。

【００１１】カラー表示の場合、光の３原色を示すそれぞれの螢光体のスクリーン上の配置パターンについては、特に制限は無いが、本発明と同様な線順次駆動を用いているカラー液晶に用いられるカラーフィルターの配置パターンが最適である。 この場合、光シャッターアレイで作製したパターンにスクリーン上に形成された各発光色を示す螢光体の位置関係が含まれることが必要である。 また、各発光色に対応した光シャッターアレイをそれぞれ設けることで、分解能の低い光シャッターアレイを用いてもその３倍の解像度を示すディスプレイが実現できる。

【００１２】本発明の画像表示方法において、光学的な線順次走査手段による１画面を走査する時間が１／６０
秒以下であることが好ましい。 螢光体の発光をスクリーン側から取り出す場合、スクリーンは螢光体の発光波長に対して透光性を有する必要がある。 また、螢光体の作製側から発光を取り出す場合、スクリーンは、光源の発光波長に対して透光性を有する必要がある。 形成する螢光体はスクリーンのどちら側でもよいが、螢光体の作製側から発光を取り出す場合、螢光体の作製面が露出することから、機械的衝撃等から保護する必要がある。

【００１３】

【実施例】

実施例１ 図２に本発明による投射型ディスプレイの概略構成図を示す。 ディスプレイは、赤、緑、青の組合せを１ドットとして３０×３０ドット、画面サイズ１０×１０ｃｍのカラー表示とした。 螢光体は紫外線励起により発光する材料とし、赤色発光用にＹＶＯ ₄ ：Ｅｕ（３＋）、緑色発光用にＹ ₂ ＳｉＯ ₅ ：Ｃｅ（３＋），Ｔｂ（３＋）、青色発光用にＳｒ ₁₀ （ＰＯ ₄ ） ₆ Ｃｌ ₂ ：Ｅｕ（２＋）をそれぞれ用いた。 スクリーン上への形成方法としては塗布法を用い、図３に示すような配置に形成した。 光源としては、高圧水銀ランプを光学素子を用いてライン光源とした。 光シャッターアレイは、分解能９０ドットの液晶のラインアレイを用いた。 この場合、ラインアレイは高圧水銀灯の光を透過するように構成されている。 本実施例では、光学的な線順次走査手段として、図に示すようにポリゴンミラーを用いたが、ガルバノミラーを用いても同様な結果が得られた。 １画面を走査する時間は、１
／６０秒とした。 この様な構成を用いることで、スクリーン上の発光によるカラー表示の３０×３０ドットの投射型ディスプレイが実現した。 本実施例では３０×３０
ドットのディスプレイとしたが、ドット数や画面サイズ等は、用いる光源や光シャッターアレイや種々の光学系の特性により決まるので、本実施例の結果に限定されない。 また、本実施例に用いた螢光体材料以外でも、同様な光特性を有する材料であれば同様な結果が得られる。

【００１４】実施例２ ここでは、実施例１と同様な構成を用いた。 螢光体は輝尽性螢光体材料とし、赤色発光用にＣａＳ：Ｅｕ，Ｓ
ｍ、緑色発光用にＣａＳ：Ｃｅ，Ｓｍ，青色発光用にＳ
ｒＳ：Ｃｅ，Ｓｍをそれぞれ用いた。 光源としては、発振波長１．２μｍの半導体レーザーを１０個水平方向に並べ、光学素子を用いてライン光源とした。 波長１．２
μｍの光は、用いた螢光体の輝尽励起スペクトルの帯域と一致している。 また、輝尽光の励気には外光を用いた。 この様な構成を用いることで、実施例１と同様な結果が得られた。 本実施例でも実施例１と同様、ドット数や画面サイズ等は、用いる光源や光シャッターアレイや種々の光学系の特性により決まるので、本実施例の結果に限定されない。 また、螢光体材料についても実施例１
と同様に、同様な光特性を有する材料であれば同様な結果が得られる。

【００１５】実施例３ 図４に示すような、ディスプレイ内部に輝尽光の励起用に蛍光灯を設け、それ以外の構成を実施例２と同様とする。 この様な構成を用いることで、実施例２に比べて、
外光の状態に左右されず、螢光体の発光が安定し、表示品質が向上する。 ただし、本実施例は、輝尽性螢光体材料についてのみ有効である。

【００１６】実施例４ ここでは、図５に示すような構成を用いた。 スクリーンは実施例２と同様のものを用いた。 光シャッターアレイは、赤色、緑色そして青色用に３種類設けた。 光シャッターアレイの分解能としては、実施例２で用いた９０ドットの１／３になる３０ドットの液晶のラインアレイを用いた。 光源は、実施例２と同様であるが、光学系は、
各発光色に対応した光シャッターアレイによりパターン化された光が、スクリーン上に形成されたそれぞれの螢光体に照射されるように構成されている。 この様な構成を用いることで、分解能の劣る光シャッターアレイを用いたにもかかわらず実施例２と同様な結果が得られた。

【００１７】

【効果】本発明は、スクリーン上での発光により画像を形成することから、表示品質のよいディスプレイを実現できる。 同時に、光源の働きとしては、螢光体の励起だけなので従来技術に比べてパワーが小さくでき、光源の発熱は少なくできる。 しかも、カラー表示の場合、光の３原色にそれぞれ対応した発光を示す螢光体を、スクリーン上に形成することで実現できるので、従来技術に比べてカラーフィルターが不要で、構成が簡単になり、製作コストの低い投写型ディスプレイが実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来用いられている投射型ディスプレイの概略図を示す。

【図２】本発明の実施例１の投射型ディスプレイの概略図を示す。

【図３】ディスプレイのスクリーン上に配置した３色発光用の螢光体の配置の概略図を示す。 図中、Ｒは赤色発光螢光体、Ｇは緑色発光螢光体、Ｂは青色発光螢光体を示す。

【図４】輝尽光励起用光源を設けた本発明の実施例３の投射型ディスプレイの概略図を示す。

【図５】光シャッターアレイとして、赤色、緑色、青色の３種類を設けた本発明の実施例４の投写型ディスプレイの概略図を示す。

【符号の説明】

１ スクリーン ２ 画像拡大部 ３ 光シャッター ４ 集光レンズ ５ 光源 ６ 螢光体 ７ ポリゴンミラー ８ 輝尽光励起用光源 ９ 輝尽性螢光体 １０ 赤色用光シャッター １１ 緑色用光シャッター １２ 青色用光シャッター １３ 赤色用光源 １４ 緑色用光源 １５ 青色用光源 １６ ハーフミラー