CN101937133A

CN101937133A - 投影式显示装置

Info

Publication number: CN101937133A
Application number: CN2010102142225A
Authority: CN
Inventors: 田中孝明
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP5263031B2; US20100328560A1; JP2011008060A; CN101937133B; US8130331B2

Abstract

一种投影式显示装置，具备：照明光学系统，将来自光源的光聚光，并使其以相互不同的角度入射至被照明区域；颜色分离元件；液晶光阀，将被颜色分离的光束进行调制而形成右眼用及左眼用的图像光；颜色合成元件；波长选择性偏振光旋转元件，使规定的颜色光的偏振方向旋转而使其与其他颜色光的偏振方向一致；以及投影透镜，将图像放大投影。液晶光阀具备：入射侧微透镜阵列，对于右眼及左眼图像用像素，分别使右眼用及左眼用光束透射；以及出射侧微透镜阵列，将透射了像素的光聚光。投影透镜具备使右眼用及左眼用图像光的偏振方向正交的偏振光分离元件。由一台投影式显示装置能够显示抑制了右眼及左眼用图像光的闪烁及串扰的高效率的立体图像。

Description

投影式显示装置

技术领域

本发明涉及将在光阀上形成的图像用照明光照射，并由投影透镜放大投影在屏幕上的投影式显示装置，特别涉及立体显示用的投影式显示装置。

背景技术

例如，在日本特开2005-65055号公报中公开了将小型、设置性良好且能够获得稳定的立体显示图像的立体显示用的影像显示装置，通过以液晶面板为光阀的一台投影式显示装置来构成的技术。图11表示该以往的投影式显示装置。

形成蓝、绿、红色光的图像的光学系统100包括光源灯101、颜色分离用的二向色镜102、103、反射镜104～106以及形成图像的液晶面板107r、107g、107b。来自液晶面板107r、107g、107b的蓝、绿、红色光由合成棱镜108合成，并经由偏振光旋转液晶109由投影透镜110投影。偏振光旋转液晶109在0°和90°之间切换投影光的偏振方向。

从光学系统100按每一场交替出射蓝、绿、红各颜色光的右眼用颜色光和左眼用颜色光。此时，绿色光的右眼用颜色光及左眼用颜色光的出射定时相对于红、蓝色光的右眼用颜色光及左眼用颜色光的出射定时偏移1场。并且，来自合成棱镜108的投影光的偏振方向由偏振光旋转液晶109按每一场在0°和90°之间切换。由此，能够利用偏振光眼镜观察立体图像。

作为偏振光旋转液晶109，由于以高速控制偏振光，因此使用5msec左右的OCB(Optically Compensated Bend：光学补偿弯曲)模式液晶、具有μsec级的高速响应性的强感应液晶等。根据这样的结构，能够通过投影图像的设置调整容易的一台小型投影式显示装置来显示闪烁少的立体影像。

但是，由于按每一场形成右眼用图像及左眼用图像并切换，因此发生右眼用图像入射至左眼、左眼用图像入射至右眼的串扰(crosstalk)。如果串扰大，则成为双重像的图像。另外，由于分时切换右眼用图像和左眼用图像，因此切换速度慢，于是产生闪烁。为了消除串扰、闪烁，不仅对偏振光控制用的液晶单元要求高速的响应性，而且对图像形成用的液晶光阀同样要求高速的响应性。

高精细、高画质的图像显示所需要的液晶光阀的响应性在各灰度等级上至少为8msec以下，优选要求5msec以下的响应性。在投影式显示装置中使用的实用的液晶光阀是TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式液晶或VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式液晶，其响应速度是10msec以上。因此，在该液晶光阀中，难以确保5msec以下的响应性。

发明内容

本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种立体显示装置，构成为对光阀不要求高的响应速度，而能够由一台投影式显示装置来显示右眼用及左眼用图像的串扰非常小且没有闪烁的立体影像。

本发明的投影式显示装置，具备：光源；照明光学系统，将来自上述光源的光聚光，并形成以相互不同的角度入射至被照明区域的右眼用的光束及左眼用的光束；颜色分离元件，将来自上述照明光学系统的光束分离为蓝、绿、红色光；三个液晶光阀，接受由上述颜色分离元件分离的各个颜色光的右眼用的光束及左眼用的光束，并根据右眼用影像信号及左眼用影像信号，形成右眼用的图像光及左眼用的图像光；颜色合成元件，接受从上述液晶光阀出射的上述右眼用的图像光及左眼用的图像光，并合成蓝、绿、红色光；波长选择性偏振光旋转元件，使由上述颜色合成元件合成后的光中的规定的颜色光的偏振方向旋转而使其与其他颜色光的偏振方向一致；以及投影透镜，将透射了上述波长选择性偏振光旋转元件的光放大投影。上述液晶光阀具备：多个像素，由右眼图像用像素及左眼图像用像素构成，并以矩阵状配置；入射侧的微透镜阵列，对于上述右眼图像用像素及上述左眼图像用像素，分别使上述右眼用的光束及左眼用的光束透射；以及出射侧的微透镜阵列，将透射了上述像素的光聚光。上述投影透镜具备使上述右眼用的图像光及左眼用的图像光的偏振方向正交的偏振光分离元件。

上述结构的投影式显示装置不对图像光进行分时而是连续地得到右眼用及左眼用的投影图像，可进行没有闪烁的立体显示。由于通过一个投影透镜进行放大投影，因此可进行设置性容易且稳定的立体显示。进而，由于由三个液晶光阀以及一个投影透镜构成，因此能够构成小型且明亮的立体显示用的投影式显示装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的投影式显示装置的结构的俯视图。

图2A是表示在该投影式显示装置中使用的液晶面板的结构的截面图。

图2B是从入射面看该液晶面板的像素结构的主视图。

图3是表示在该投影式显示装置中使用的投影透镜的结构和光线路径的俯视图。

图4是表示在该投影式显示装置中使用的偏振光分离元件上的光强度分布的图。

图5A是该偏振光分离元件的主视图。

图5B是从该偏振光分离元件的入射面看的主视图。

图6是表示本发明的实施方式2的投影式显示装置的结构的俯视图。

图7是表示在该投影式显示装置中使用的液晶面板的结构的截面图。

图8是表示在该投影式显示装置中使用的偏振光分离元件上的光强度分布的图。

图9A是表示在该投影式显示装置中使用的其他液晶面板的结构的截面图。

图9B是表示该液晶面板的微柱面透镜阵列的结构的斜视图。

图10是表示在该投影式显示装置中使用的偏振光分离元件上的光强度分布的图。

图11是表示以往的投影式显示装置的结构的图。

具体实施方式

本发明的投影式显示装置以上述结构作为基本，能够采用以下的方式。

即，可以构成为，上述出射侧的微透镜阵列由在光路方向上排列的第一微透镜阵列及第二微透镜阵列构成。

或者可以由一片构成出射侧的微透镜阵列。通过配置在像素的出射侧的一片微透镜阵列，将透射了像素的扩散光聚光，并使其入射至投影透镜，由此与使用2片微透镜阵列的情况相比，由偏振光分离元件将右眼用及左眼用图像的光束聚光的效率稍微下降，但能够以低价格构成液晶面板。

此外，也可以构成为，上述偏振光分离元件配置在投影透镜的主光线与光轴交叉的位置的附近。

此外，上述偏振光分离元件可以构成为，在将光的透射区域与上述右眼用及左眼用的图像光的通过区域对应地分割为两个区域后的一个区域上，具备使偏振方向旋转的1/2波阻片、以及来自上述1/2波阻片的偏振光所透射的第一偏振元件，在另一个区域上具备吸收轴与上述第一偏振元件正交的第二偏振元件。

此外，也可以构成为，上述偏振光分离元件的上述第一偏振元件及第二偏振元件是被贴合在水晶或蓝宝石玻璃的偏振膜。

此外，上述偏振光分离元件可以是具备将直线偏振光变换为圆偏振光的1/4波阻片的结构。

此外，也可以构成为，上述偏振光分离元件的上述第一偏振元件及第二偏振元件是无机偏振片。

此外，也可以构成为，上述偏振光分离元件在将光的透射区域与上述右眼用的图像光及左眼用的图像光的通过区域对应地分割为两个区域后的一个区域上，具备使偏振方向旋转的1/2波阻片。

此外，也可以构成为，上述出射侧的微透镜阵列是在上述右眼用及左眼图像用像素的排列方向上具有曲率的柱面透镜阵列。

此外，也可以构成为，上述液晶光阀的右眼及左眼图像用像素在上述液晶光阀的纵横比的短边方向上排列。

此外，也可以构成为，上述液晶光阀是TN模式液晶或VA模式液晶。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

[实施方式1]

图1是表示本发明的实施方式1的投影式显示装置的结构的俯视图。其中也有以截面表示的部分。作为液晶光阀，使用TN模式或VA模式的透射式的液晶面板。

作为光源使用放电灯1，配置在反射镜2内。在反射镜2的聚光侧配置有凹透镜3，在其出射侧配置了由第一及第二透镜阵列板4、5、偏振光变换光学元件6以及聚光透镜7构成的照明光学系统。

聚光透镜7的出射侧的光学系统包括蓝色反射的二向色镜8、绿色反射的二向色镜9、反射镜10、11、12、中继镜13、14、物镜15、16、17、入射侧偏振片18、19、20、液晶面板21、22、23、出射侧偏振片24、25、26、颜色合成棱镜27以及波长选择性偏振光旋转元件28。颜色合成棱镜27由红色反射的二向色镜和蓝色反射的二向色镜构成。来自波长选择性偏振光旋转元件28的光由投影透镜29投影。在投影透镜29配置有偏振光分离元件30。

以下，说明该投影式显示装置的结构的细节及作用。从灯1放射的光由反射镜2聚光，并通过凹透镜3变换为大致平行光。变换为大致平行光的光入射至由多个透镜元件构成的第一透镜阵列板4。入射至第一透镜阵列板4的光束被分割为多个光束。第一透镜阵列板4的各透镜元件具有与液晶面板21、22、23相似的开口形状。被分割的多个光束收敛在由多个透镜构成的第二透镜阵列板5。第二透镜阵列板5的透镜元件的焦点距离被决定为：第一透镜阵列板4和液晶面板21、22、23大致成为共轭关系。

从第二透镜阵列板5出射的光入射至偏振光变换光学元件6。偏振光变换光学元件6由偏振光分离棱镜和1/2波阻片构成，将来自灯的自然光变换为一个偏振方向的光。来自偏振光变换光学元件6的光入射至聚光透镜7。聚光透镜7是用于将从第二透镜阵列板5的各透镜元件出射的光重叠照明在液晶面板21、22、23上的透镜。

从聚光透镜7出射的光通过构成分离元件的蓝色反射的二向色镜8及绿色反射的二向色镜9分离为蓝、绿、红色光。绿色光透射物镜15和入射侧偏振片18而入射至液晶面板21。蓝色光由反射镜10反射之后，透射物镜16和入射侧偏振片19而入射至液晶面板22。红色光由中继镜13、14以及反射镜11、12透射、折射以及反射，并透射物镜17、入射侧偏振片20而入射至液晶面板23。

3片液晶面板21、22、23是有源矩阵方式的液晶面板，通过与影像信号对应地控制对像素的施加电压，使入射的光的偏振状态变化。在各个液晶面板21、22、23的两侧，入射侧偏振片18、19、20以及出射侧偏振片24、25、26配置成透射轴相互正交。通过液晶面板21、22、23、入射侧偏振片18、19、20以及出射侧偏振片24、25、26的各个组合，构成对各色光的液晶光阀。由各个液晶光阀将各色光调制，分别形成绿、蓝、红的右眼用及左眼用的图像。

透射了出射侧偏振片24、25、26的各色光入射至颜色合成棱镜27。在颜色合成棱镜27中，红色光由红色反射的二向色镜反射，蓝色光由蓝色反射的二向色镜反射，并与绿色光合成。对各色光的液晶光阀构成为：对于颜色合成棱镜27的反射面，绿色光以P偏振光透射、反射，红、蓝色光以S偏振光透射、反射。将绿色光使用为P偏振光，将蓝、红色光使用为S偏振光，这是因为对各色光的分光特性能够在宽带域上提高透射率或反射率。

通过了颜色合成棱镜27的合成光入射至波长选择性偏振光旋转元件28。波长选择性偏振光旋转元件28是将相位差膜层叠而构成的，具有使指定波段的光的偏振方向旋转的作用，使绿色光的偏振方向旋转90度，而不使红、蓝色光的偏振方向旋转。因此，绿、蓝、红的偏振方向成为S偏振光，入射至投影透镜29。入射至投影透镜29的光通过偏振光分离元件30被分离为右眼用图像光和左眼用图像光的偏振光相互正交。右眼用图像光和左眼用图像光放大投影在屏幕(未图示)上。这里，将从偏振光分离元件30的斜线部分出射的P偏振光设为左眼用图像光。被放大投影的投影图像通过偏振光眼镜呈现为立体显示图像。

图2A、图2B表示液晶面板21、22、23的结构，图2A是表示其一部分的截面图，图2B是表示像素排列的状况的一部分的俯视图。液晶面板21、22、23具有矩阵结构的像素33，由被玻璃基板31、32夹持并封入的液晶层以及对各像素33配置的薄膜晶体管构成。像素33如图2B所示以像素间距P排列。各个像素33包含用于形成右眼用图像光的右眼图像用像素R以及用于形成左眼用图像光的左眼图像用像素L。右眼图像用像素R和左眼图像用像素L在液晶面板的纵横比的长边方向上以间距Ps(＝P/2)排列。在像素33的入射侧配置有微透镜阵列35和盖玻片34，在像素33的出射侧配置有第一微透镜阵列36、第二微透镜阵列38以及盖玻片37、39。

微透镜阵列35、36、38以间距P对应于像素33而形成为矩阵状。通过入射侧的微透镜阵列35的各微透镜，从入射角+θ1方向入射至液晶面板的光聚光在左眼图像用像素L，从入射角-θ1方向入射至液晶面板的光聚光在右眼图像用像素R，有选择地透射。入射侧的微透镜阵列35的焦点距离f1(空气中换算值)由(式1)决定。

f1＝(P/2)/tan(2θ1)…(式1)

出射侧的第一微透镜阵列36配置在像素33的附近，其焦点距离f2被设定为将入射侧的微透镜阵列35附近的像成像在第二微透镜阵列38的附近。第二微透镜阵列38的焦点距离f3大致设定为f1。图2所示的实线表示以±θ1入射的光的状况，虚线表示平行的光入射的情况的光的状况。透射了像素33的扩散光通过出射侧的第一及第二微透镜阵列36、38被高效率地聚光，并入射至投影透镜29。在将从偏振光分离元件30出射的P偏振光作为左眼用图像光的情况下，在红、蓝光路中由合成棱镜27反射，方向相对于绿光束反向。因此，对液晶面板21、22、23施加的影像信号被设定为，对要向偏振光分离元件30的斜线部分聚光的光进行调制后的像素光成为左眼用。

在图3表示投影透镜的结构和绿光路中的光线的状况。投影透镜29是由5个透镜组40、41、42、43、44以及偏振光分离元件30构成的远心变焦透镜。表示了从液晶面板21出射并透射出射侧偏振片24、颜色合成棱镜27、波长选择性偏振光旋转元件28以及投影透镜29的光轴上的光线和轴外光线的状况。在轴上和轴外的主光线交叉的位置的附近配置有偏振光分离元件30。该主光线交叉的位置是入射角为-θ方向的光束和入射角为+θ方向(斜线部分)的光束被分离的位置。由于有液晶面板21的微透镜(参照图2A)的作用，因此向液晶面板21以+θ方向的角度照射的斜线部分的光束聚光在偏振光分离元件30的斜线部分的区域。这里，在液晶面板21没有入射侧及出射侧的微透镜的情况下，以+θ方向的角度照明的斜线部分的光束聚光在偏振光分离元件30的斜线部分的相反侧的区域。

因此，如图2A所示的以入射角+θ1、-θ1向液晶面板照射的光束分别有选择地透射液晶面板的左眼图像用像素L或右眼图像用像素R。该光束在入射侧的微透镜阵列35的作用下，从像素33出射的光成为扩散光，但是在出射侧的微透镜阵列36、38的作用下被聚光。因此，右眼用及左眼用图像光在投影透镜29的偏振光分离元件30的位置上被分离。此外，即使在该位置上配置具有将区域分割为两个的边界部的偏振光分离元件30，在投影在屏幕上的图像中边界部也不显著。

在图4中表示偏振光分离元件30上的光强度分布。光强度分布表示偏振光分离元件30的入射面上的分布，是对于透射左眼图像用像素L的光，通过光束密度法将从灯1出射投影透镜29并到达屏幕的有效的光束进行仿真的结果。作为等光强度曲线，示出了将最大强度设为100％，并以10％间隔表示从100％到10％的曲线和5％的曲线。

作为主要的参数，灯的电弧长设定为1.1mm，照明光学系统的焦距比数设定为2.7、θ1＝5.3°，液晶面板的像素数设定为水平×垂直＝(960×2)×540。将像素33的间距P设定为17μm，将右眼图像用及左眼图像用像素R、L的间距Ps设定为8.5μm。将像素33的开口率设定为51％，将右眼图像用及左眼图像用像素R、L的开口率设定为25.5％。将入射侧的微透镜阵列35的焦点距离设定为46μm，将出射侧的第一微透镜阵列36的焦点距离f2设定为34μm，将出射侧的第二微透镜阵列38的焦点距离f3设定为49μm。将投影透镜的焦距比数设定为1.9。其中，焦点距离以空气换算长度表示。

通过入射侧的微透镜阵列35，从液晶面板的像素出射的光成为扩散光，但是通过出射侧的微透镜阵列36、38，高效率地聚光在投影透镜29。若将偏振光分离元件30的斜线部分区域的光束设为100％，则另一个区域的光束成为0％。即，透射了左眼图像用像素L的光束仅向偏振光分离元件30的斜线部分区域聚光，有选择地透射了右眼图像用像素R的光仅向偏振光分离元件30的另一个区域聚光，可知左眼用和右眼用的图像光完全被分离。

在图5A、5B中表示偏振光分离元件30的结构。图5A是俯视图，图5B是从偏振光分离元件30的入射面看的主视图。偏振光分离元件30是在玻璃基板46上的分割为两个的区域中的一个即斜线部分区域30a上贴合1/2波阻片45和第一偏振片47，在另一个区域30b上贴合第二偏振片48而成的。1/2波阻片45使偏振方向旋转90度，第二偏振片48具有与偏振片47的吸收轴正交的吸收轴。1/2波阻片45是将滞相轴设为45度的延伸树脂膜。第一偏振片47是将吸收轴设为90度的偏振膜，第二偏振片48是将吸收轴设为0度的偏振膜。为了高效地释放由偏振片吸收的光的热，优选代替玻璃基板46而使用导热高于玻璃的水晶或蓝宝石基板。

入射至偏振光分离元件30的S偏振光在斜线部分区域30a中，通过1/2波阻片45而偏振光旋转，通过第一偏振片47而不需要的偏振光成分被吸收，仅出射P偏振光成分的偏振光。在另一个区域30b中，仅出射S偏振光成分的光。

因此，有选择地透射左眼图像用像素L并透射偏振光分离元件30的斜线部分区域30a的P偏振光的光束作为左眼用图像光，并且有选择地透射右眼图像用像素R并透射偏振光分离元件30的另一个区域30b的S偏振光的光束作为右眼用图像光，放大投影在屏幕上。通过将右眼用图像光构成为S偏振光、将左眼用图像光构成为P偏振光的偏振光眼镜，能够观察立体图像。

偏振光分离元件30也可以为配置了将从第一及第二偏振片47、48出射的直线偏振光变换为圆偏振光的1/4波阻片的结构，通过1/4波阻片，正交的直线偏振光分别变换为右转、左转的圆偏振光，若利用圆偏振光方式的偏振光眼镜，则能够降低偏振光分离元件和偏振光眼镜的偏振方向的角度偏差带来的串扰。此外，作为偏振光分离元件30的偏振片，能够使用线栅方式等的无机偏振片。若采用无机偏振片，则比较昂贵，但不需要用于偏振片的散热的冷却单元。关于1/2波阻片、1/4波阻片，可以不是延伸膜，而可以采用使用了水晶等光学结晶的无机波阻片。若使用无机波阻片，则能够提高波阻片的耐久性。

进而，作为偏振光分离元件30，不限定于配置了第一及第二偏振片47、48的结构。即，在偏振光分离元件30上能够完全分离右眼用及左眼用的图像光，因此也可以是在玻璃基板46的分割为两个区域后的一个区域上仅贴合使偏振光旋转的1/2波阻片的结构。右眼用及左眼用图像光的偏振度多少下降，但由于未配置偏振片，因此没有光吸收，不需要散热及冷却单元。

如上所述，本实施方式的投影式显示装置具备以下的液晶面板，并且在投影透镜具备偏振光分离元件，上述液晶面板具有用于使以相互不同的角度入射的光束分别透射右眼用及左眼用的像素的入射侧的微透镜阵列、和将从像素出射的扩散光聚光的出射侧的微透镜阵列。由此，不对右眼用图像光和左眼用图像光分时而是连续地投影，串扰非常小，能够进行没有闪烁的立体图像显示。

根据本实施方式，将来自光源的自然光高效地变换为直线偏振光的光，均匀地向液晶面板照明，并使用具备右眼用像素及左眼用像素的绿、红、蓝的液晶面板，因此能够获得明亮、均匀且高精细的投影图像。此外，由于是由一个投影透镜构成的一台投影式显示装置，因此能够不需要设置调整且显示稳定的投影图像。进而，如果在二维图像(2D)显示用的投影式显示装置中使用形成了立体图像(3D)显示用的微透镜的液晶面板、并在投影透镜上配置偏振光分离元件，则能够容易地构成可进行2D/3D显示的投影式显示装置。

[实施方式2]

在图6中表示本发明的实施方式2的投影式显示装置的整体结构。在该投影式显示装置中，使用TN模式或VA模式的透射式液晶面板，作为液晶光阀。

该投影式显示装置具有基本与图1所示的实施方式1的投影式显示装置同样的结构。因此，对相同的要素赋予相同的参照号码，并省略重复的说明。该实施方式与实施方式1不同的是液晶面板50、51、52的结构。以下，说明液晶面板的结构和作用。

图7是表示液晶面板50、51、52的平面结构的截面图。液晶面板50、51、52具有矩阵结构的像素55，由被玻璃基板53、54夹持并封入的液晶层、以及对各像素55配置的薄膜晶体管构成。像素排列与图2B所示的排列相同，像素55以像素间距P排列。各个像素55的右眼图像用像素R和左眼图像用像素L在液晶面板的纵横比的长边方向上以间距Ps(＝P/2)排列。在液晶面板50、51、52的像素55的入射侧配置有微透镜阵列57和盖玻片56，在像素55的出射侧配置有微透镜阵列59和盖玻片58。

微透镜阵列57、59以间距P对应于像素55形成为矩阵状。通过微透镜阵列57，从入射角+θ2方向入射至液晶面板的光聚光在左眼图像用像素L，从入射角-θ2方向入射至液晶面板的光聚光在右眼图像用像素R，有选择地透射。微透镜阵列57的焦点距离f1(空气换算值)与图2A的结构同样地由(式1)决定。

出射侧的微透镜阵列59的焦点距离f3大致被设定为微透镜阵列59的主面与像素层间的距离。在图7中f3表示为大致f1。在图7中表示光束的实线示出了以±θ2入射的光的状况，虚线示出了平行的光入射的情况的光的状况。通过出射侧的微透镜阵列59，透射了像素55的扩散光有效地被聚光，并入射至投影透镜。

在图8中表示偏振光分离元件30上的光强度分布。光强度分布表示偏振光分离元件30的入射面上的分布，是对于透射左眼图像用像素L的光，通过光束密度法将从灯1放射、从投影透镜29出射并到达屏幕的有效的光束进行仿真的结果。等光强度曲线示出了将最大强度设为100％、以10％间隔表示了从100％到10％的曲线以及5％的曲线。主要的参数与图4的情况的仿真相同。

通过微透镜阵列57，从液晶面板50、51、52的像素55出射的光成为扩散光，但通过出射侧的微透镜阵列59，高效地聚光在投影透镜29。设偏振光分离元件30的斜线部分区域的光束为100％，则另一个区域的光束为4％。因此，透射了左眼图像用像素L的光束向偏振光分离元件30的斜线部分区域聚光，有选择地透射了右眼图像用像素R的光仅向偏振光分离元件30的另一个区域聚光，可知能够分离左眼用及右眼用的图像光。与图4的情况相比较，有选择地透射左眼图像用像素L并聚光在偏振光分离元件30的斜线部分区域的光束成为73％。通过由一片构成出射侧的微透镜阵列，聚光效率比形成了2片微透镜的情况下降，但能够构成低价格的液晶面板。

在图9A中表示在出射侧配置了微柱面透镜阵列的其他结构的液晶面板60、61、62。

液晶面板60、61、62具有矩阵结构的像素65，由被玻璃基板63、64夹持并封入的液晶层、以及按照各像素65配置的薄膜晶体管构成。像素65以像素间距P排列，各个像素65的右眼图像用像素R和左眼图像用像素L在液晶面板的纵横比的长边方向上以Ps(＝P/2)排列。在液晶面板60、61、62的像素65的入射侧配置有微透镜阵列67和盖玻片66，在像素65的出射侧配置有微柱面透镜阵列69和盖玻片68。

与图7的结构的不同点是：将出射侧的微透镜阵列69由一片结构的微柱面透镜阵列构成。在图9B中表示微柱面透镜阵列69的斜视图。出射侧的微柱面透镜阵列69是在右眼图像用像素R及左眼图像用像素L的排列方向上具有曲率的透镜，具有曲率形状的方向的焦点距离设为46μm。图9A中的表示光束的实线示出了以±θ3入射的光的状况，虚线示出了平行的光入射的情况的光的状况。通过出射侧的微柱面透镜阵列69，透射了像素65的扩散光被聚光，并入射至投影透镜。

在图10中表示偏振光分离元件30上的光强度分布。光强度分布是表示偏振光分离元件30的入射面上的分布，是对于透射左眼图像用像素L的光，通过光束密度法将由灯照射并出射投影透镜而到达屏幕上的有效的光束进行仿真的结果。等光强度曲线示出了将最大强度设为100％、以10％的间隔表示了从100％到10％的曲线以及5％的曲线。主要的参数与图8的情况的仿真相同。

通过微透镜阵列67，从液晶面板60、61、62的像素出射的光成为扩散光，但通过出射侧的微柱面透镜阵列69高效地聚光在投影透镜。如果将偏振光分离元件30的斜线部分区域的光束设为100％，则另一个区域的光束为4％，透射了左眼图像用像素L的光束向偏振光分离元件30的斜线部分区域聚光，有选择地透射了右眼图像用像素R的光向偏振光分离元件30的另一个区域聚光，右眼用图像光及左眼用图像光被分离。

通过使出射侧的由一片构成的微透镜阵列为柱面形状，能够缓解与右眼及左眼图像用像素R、L的排列方向正交的方向上的微透镜的对位精度。因此，通过图7所示的形成了出射侧的由一片构成的微透镜阵列的液晶面板，能够构成低价格的液晶面板。柱面形状的微透镜阵列也可以用于实施方式1的投影式显示装置的液晶面板。

在上述的实施方式1及2的投影式显示装置的液晶面板中，右眼及左眼图像用像素R、L在液晶面板的纵横比的长边方向上排列，但也可以为在短边方向上配置的结构。在该情况下，若将偏振光分离元件30的分割方向变更为短边方向，则能够得到在长边方向上配置的情况相同的效果。此外，由于水平方向的像素数减少，因此能够减小水平方向的面板尺寸，具有能够构成较小型的投影式显示装置的优点。

如上所述，本发明的投影式显示装置具备以下的液晶面板，并且在投影透镜上具备偏振光分离元件，上述液晶面板具有用于使以相互不同的角度入射的光束分别透射右眼用及左眼用的像素的入射侧的微透镜阵列、以及将从像素出射的扩散光聚光的出射侧的微透镜阵列。由此，不对右眼用及左眼用的图像光分时而是连续地投影，串扰非常小，能够进行没有闪烁的立体图像显示。

此外，由于将来自光源的自然光有效地变换为直线偏振光的光，均匀地向液晶面板照明，并使用具备右眼用及左眼用像素的绿、红、蓝的液晶面板，因此能够得到明亮、均匀且高精细的投影图像。此外，由于是由一个投影透镜构成的一台单元，因此能够不需要设置调整且显示稳定的投影图像。进而，若在二维图像(2D)显示用的投影式显示装置中使用形成了立体图像(3D)显示用的微透镜的液晶面板，并在投影透镜上配置偏振光分离元件，则能够容易地构成可进行2D/3D显示的投影式显示装置。

另外，以使用TN模式液晶来作为图像形成用的液晶面板的情况为例进行了说明，但也可以是VA模式液晶。通过VA模式液晶，能够实现对比度高的投影图像。

Claims

1.一种投影式显示装置，其特征在于，具备：

光源；

照明光学系统，对来自上述光源的光进行聚光，并形成以相互不同的角度入射至被照明区域的右眼用的光束及左眼用的光束；

颜色分离元件，把来自上述照明光学系统的光束分离为蓝、绿、红色光；

三个液晶光阀，接受由上述颜色分离元件分离的各个颜色光的右眼用的光束及左眼用的光束，并根据右眼用影像信号及左眼用影像信号，形成右眼用的图像光及左眼用的图像光；

颜色合成元件，接受从上述液晶光阀出射的上述右眼用的图像光及左眼用的图像光，并对蓝、绿、红色光进行合成；

波长选择性偏振光旋转元件，使由上述颜色合成元件合成了的光之中的规定的颜色光的偏振方向旋转，而使该规定的颜色光的偏振方向与其他颜色光的偏振方向一致；以及

投影透镜，将透射了上述波长选择性偏振光旋转元件的光放大投影；

上述液晶光阀具备：多个像素，由右眼图像用像素及左眼图像用像素构成，并以矩阵状配置；入射侧的微透镜阵列，对于上述右眼图像用像素及上述左眼图像用像素，分别使上述右眼用的光束及左眼用的光束透射；以及出射侧的微透镜阵列，将透射了上述像素的光聚光；

上述投影透镜具备偏振光分离元件，该偏振光分离元件使上述右眼用的图像光及左眼用的图像光的偏振方向正交。

2.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述出射侧的微透镜阵列由在光路方向上排列的第一微透镜阵列及第二微透镜阵列构成。

3.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述出射侧的微透镜阵列由一片构成。

4.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件配置在投影透镜的主光线与光轴交叉的位置的附近。

5.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件，在与上述右眼用的图像光及左眼用的图像光的通过区域对应地将光的透射区域分割为两个区域后的一个区域上，具备使偏振方向旋转的1/2波阻片、以及来自上述1/2波阻片的偏振光所透射的第一偏振元件，在另一个区域上具备吸收轴与上述第一偏振元件正交的第二偏振元件。

6.如权利要求5所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件的上述第一偏振元件及第二偏振元件是贴合在水晶或蓝宝石玻璃上的偏振膜。

7.如权利要求5所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件具备将直线偏振光变换为圆偏振光的1/4波阻片。

8.如权利要求5所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件的上述第一偏振元件及第二偏振元件是无机偏振片。

9.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述偏振光分离元件在与上述右眼用的图像光及左眼用的图像光的通过区域对应地将光的透射区域分割为两个区域后的一个区域上，具备使偏振方向旋转的1/2波阻片。

10.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述出射侧的微透镜阵列是在上述右眼图像用像素及左眼图像用像素的排列方向上具有曲率的柱面透镜阵列。

11.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述液晶光阀的右眼图像用像素及左眼图像用像素在上述液晶光阀的纵横比的短边方向上排列。

12.如权利要求1所述的投影式显示装置，其中，

上述液晶光阀是扭曲向列模式液晶或垂直取向模式液晶。