JP2000098235A

JP2000098235A - 表示装置及びその光学装置，光源ユニット

Info

Publication number: JP2000098235A
Application number: JP11279404A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Deguchi; 雅晴出口; Yoshio Ariki; 美雄有木; Takashi Tsunoda; 隆史角田; Futoshi Yamazaki; 太志山崎; Takesuke Maruyama; 竹介丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【構成】光源１から出射された光を反射し被照射面５
の方向に向ける作用を持つ第１の凹面鏡２と、光源１か
ら出射し第１の凹面鏡２で反射されない光の方向を該凹
面鏡２で反射するように変える第２の凹面鏡３とを設け
た照明光学系とする。また、この照明光学系を用いた液
晶表示装置において、液晶表示素子における光源から放
射された光が入射する側の面に、液晶の画素配列の各１
画素に対応する単位レンズ部からなり液晶の画素配列と
同一の配列を有するマイクロレンズアレイを密着して設
ける。【効果】光源からの光利用効率が高く、小型高性能な
照明光学系と、該照明光学系を用いることにより、明る
く小型で性能の良い、液晶表示装置を提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射され
る光が効率良く被照射面を明るく照らし、さらに被照射
面に入射する光の角度の小さな、例えば、ライトバルブ
たる透過型の液晶表示素子などを備えた表示装置と、そ
こに形成される光学像を照明するのに好適な光学装置，
光源ユニット（以下、これらを含めて照明光学系とい
う）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、照明光学系を用いる装置とし
て、各種照明装置あるいは表示装置等の開発が進んでい
る。例えば表示装置として、ライトバルブ上に光学的特
性の変化として映像信号に応じて形成される光学像を、
光源を含む照明光学系による照明光で照射し、この光学
像を直接見る直視型表示装置、あるいは光学像を投射レ
ンズによりスクリーン上に投射する投射型表示装置等が
開発されている。近年、こうした表示装置に用いられる
ライトバルブとして透過型の液晶表示素子を用いた液晶
表示装置が数多く提案されて来ており、さらに、こうし
た液晶表示装置自体の小型化が進むとともに解像度等の
性能も急速に向上し、この種液晶表示素子を用いた表示
装置の小型・高性能化が進んでいる。

【０００３】一方、上記したような表示装置あるいは照
明装置に用いられる照明光学系として、光源から出射し
た光を被照射面に効率良く集めることにより、被照射面
を明るく照らすようにした技術の開発も進んでいる。従
来提案されている液晶表示素子をライトバルブとして用
いた液晶表示装置等に使用される照明光学系として、例
えば、「フラットパネル・ディスプレイ’９１」；日経
ＢＰ社（１９９０年発行）の２０２ページ図１５に示さ
れているように、光源からの出射光を、被照射面である
液晶表示素子すなわち液晶パネルの方向に集める作用を
持つ凹面鏡を用いた構成のものがある。しかし、前記し
たような表示装置あるいは照明装置などの小型・高性能
化に伴ない、それに用いられる照明光学系のより一層の
小型・高性能化が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】照明光学系の小型・高
性能化のための条件のひとつとして、光源から出射され
る光を効率良く被照射面に集めることが挙げられる。す
なわち、光源の放射する全ての光のエネルギーに対する
被照射面上に照射される光のエネルギーの比率（以下、
光利用効率と呼ぶ）を高くすることにより、被照射面を
明るく照らすことが重要となる。一般に、照明光学系に
おいて、一定の距離に置かれたある一定の大きさを持つ
被照射面を明るくする方法としては、光利用効率を高く
すること以外に、照明光学系の光源自体の高出力化が考
えられる。近年、上述したような照明装置あるいは表示
装置に用いられている光源としてメタルハライド，キセ
ノン，ハロゲン等の光源を用いたランプがあり、こうし
たランプの明るさ等の性能および寿命が改善されて来て
いる。しかし、さらに高出力化した場合には、発熱など
によるランプの寿命および該ランプを用いた装置の寿
命，大きさ等に影響するため、ランプの高出力化は難し
い。このため、照明光学系において光利用効率をできる
だけ高くすることで、被照射面を明るくすることが必要
である。

【０００５】さらに、高性能な照明光学系の他の条件と
しては、被照射面の輝度むらの減少がある。すなわち、
例えば液晶表示装置等では、該装置に用いられる照明光
学系により生じる被照射面上の輝度むらが、そのまま画
像のむらとなり高性能な表示装置を得ることができなく
なってしまう。従って、そうした輝度むら等の少ない照
明光学系が必要である。

【０００６】一方、照明光学系の小型・高性能化のもう
ひとつの条件は、光源を出射した光が被照射面に入射す
る角度を適性化することである。すなわち、例えば、被
照射面が前記液晶表示素子であった場合には、液晶の特
性は該液晶に入射する光の角度に影響されるため、でき
る限り同じ角度で光が入射する必要がある。また、照明
光学系で液晶以外のダイクロイックミラー等の光を反
射，分光させるもの、あるいは、マイクロレンズ，ファ
イバー等の光学部品を照射する場合も、各部品の特性は
該部品に入射する光の角度に影響されるため、それぞれ
の部品および仕様に合わせて光の入射角度を適性化して
やる必要があり、多くの場合それは、できる限り同じ角
度で光が入射した方が良い。

【０００７】以上のように、照明光学系の小型・高性能
化には光利用効率を高くすること、被照射面上の輝度む
らを少なくすること、さらに被照射面への光の入射角度
をそろえること、及びこうした照明光学系全体が小型で
あることが条件となる。

【０００８】一般に、照明光学系において、光利用効率
を高くするためには、光源を小型化すること、および光
源から出射した光をレンズ等により被照射面に集光する
ことが考えられる。

【０００９】光源を小型化することは光源を点光源に近
付けることであり、その方法としては、ランプなどの発
光部分すなわち光源自体の小型化と、光源の大きさは変
えずに、該光源を用いる系を大型化することにより相対
的に光源を小型化することの２つがある。しかし、光源
自体を小型化すると、同じ出力であった場合には発熱等
により光源の寿命が短くなるなどの問題が生じ、大幅に
小型化することは難しい。また、光源を用いる系全体を
大型化して、相対的に光源を小型化する場合には、照明
光学系の構成要素や被照射面が相対的に大型化すること
になり、小型な照明光学系および表示装置等を得ること
ができない。このため、系を相対的に大きくすることに
も限界がある。

【００１０】一方、光利用効率を高くするために光源か
ら出射した光をレンズ等により被照射面に集光させよう
とした場合、後述するように、被照射面への光の入射角
度がきつくなったり、被照射面での輝度むら等を生じ好
ましく無い。このことから、従来、レンズ等により被照
射面に集光させることにも限界があった。

【００１１】従って、本発明の目的はこうした従来の問
題点を解決し、光源からの光の光利用効率が高く、かつ
小型・高性能な照明光学系、即ち、光学装置及び光源ユ
ニットと、該照明光学系を用いることにより、明るく小
型で性能の良い表示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決するため、光を出射する光源を有し、該光源から
出射された光を被照射面上に照射させる作用を有する照
明光学系において、光源から出射された光を反射し被照
射面の方向に向ける作用を持つ放物反射面もしくは楕円
反射面の第１の凹面鏡と、光源から出射し第１の凹面鏡
で反射されない光が該第１の凹面鏡で反射するように光
の方向を変える第２の凹面鏡とを、設けた構成としてい
る。

【００１３】次に、本発明による作用について説明す
る。図１は本発明による照明光学系及びこれを用いた表
示装置の原理断面図を示したものである。

【００１４】図１（ａ）は、本発明による照明光学系の
原理断面図を示しており、光源１から出射した光は、第
１の凹面鏡２である反射鏡で反射されるか、あるいは光
源１から出射した光の一部は第１の凹面鏡２で反射され
ることなく、集光レンズ群４の方向へ向かう。これらの
光の内、その一部は図に示す様に設けられた第１の凹面
鏡２で反射されない光の方向を、該第１の凹面鏡２で反
射するように変える手段としての第２の凹面鏡３で反射
され、また他の光は第２の凹面鏡３で反射されることな
く、そのまま集光レンズ群４の方向に向かう。最終的に
上記第２の凹面鏡３を経由した光も、集光レンズ群４を
通過後被照射面５に照射される。なお、本発明における
照明光学系において、第２の凹面鏡３の作用は集光レン
ズ群４が無い場合にも有効である。

【００１５】図１（ｂ）は、本発明による照明光学系を
用いた直視型表示装置の原理断面図を示しており、図１
（ａ）の如き照明光学系により、例えば液晶表示素子で
あるようなライトバルブ６を照射する。該ライトバルブ
６は、光学特性の変化として、映像信号に応じて光学像
を形成する作用を有しており、本装置はライトバルブ６
の画像を直視するものである。

【００１６】また、図１（ｃ）は、本発明による照明光
学系を用いた投射型表示装置の原理断面図を表してお
り、上記図１（ｂ）に示したライトバルブ６による像
を、投射レンズ８により拡大してスクリーン９上に投射
するものである。

【００１７】次に、本発明による具体的作用について説
明する。前述のように、照明光学系の小型・高性能化に
は、光源を小型化することが有効である。これを図２に
より説明する。

【００１８】図２は光源以外の照明光学系を１枚の薄肉
レンズとして代表させて照明光学系を模式的に表したも
のである。図２（ａ），（ｂ）は、光源が点光源である
場合を示し、図２（ｃ），（ｄ）は、ある大きさを持つ
光源として、光源を線光源で示したものである。

【００１９】図２（ａ）に示すように、光源が点光源１
１であった場合には、該点光源１１を出射した光の内、
薄肉レンズ１０に入射した光は該薄肉レンズ１０により
完全アフォーカル光とすることができ、これにより、少
なくとも薄肉レンズ１０を通過し被照射面５に入射する
光は、全て被照射面５に垂直に入射することとなる。ま
た、図２（ｂ）は図２（ａ）の状態より、点光源１１を
薄肉レンズ１０から離した場合である。この図に示すよ
うに、点光源１１を薄肉レンズ１０から離した場合に
は、点光源１１を出射した光が薄肉レンズ１０を通過し
てある点で集光することになる。この場合には、少なく
とも該薄肉レンズ１０に入射した光を全て被照射面５に
集めることができるが、図に示すように、図２（ａ）に
示した光の状態からずれ、被照射面５にある角度θを持
って入射することとなる。図２（ａ）に示したものでは
θ＝０となる。従って、被照射面５に入射する光の角度
θを０にしたい場合には、図２（ａ）に示すようにする
ことが望まれる。

【００２０】一方、図２（ｃ）は図２（ａ）の光源があ
る長さを持った場合を示している。この図に示す線光源
１２は、点光源の集まりと考えられる。この線光源１２
の中央の点光源から出射した光が図２（ａ）の状態であ
るとすると、図２（ｃ）の破線で示した光路となり、ま
た、線光源１２の薄肉レンズ１０から最も離れた先端に
おける点光源の光は図２（ｂ）に示す状態となり、図２
（ｃ）の実線で示す光路となる。さらに、線光源１２の
薄肉レンズ１０に最も近い端における点光源の光は、図
２（ｃ）で一点鎖線で示す光路となる。また、図２
（ｄ）は、図２（ｃ）における線光源１２を薄肉レンズ
（１０）から離した状態を示している。これらの図から
明らかな様に、光源がある大きさを持つと、様々な点光
源の光が被照射面に入射することになる。従って、光源
から出射する光の総エネルギーが等しいとすると、光源
が大きくなることにより、光源からの光が拡散して出射
することになり、その結果、光利用効率及び光の入射す
る角度が悪化することになる。

【００２１】次に、さらにこのことを実際の照明光学系
として凹面鏡を用いたもので説明する。図３は、凹面鏡
として、断面が放物形状となっている放物面鏡による光
の反射状態を示したものである。

【００２２】図３（ａ）は光源が点光源１１である場合
を示している。図に示すように、点光源１１を放物面鏡
１３の焦点位置に置いた場合には、点光源１１を出射し
放物面鏡１３で反射した光は、該放物面鏡１３の中心軸
すなわち光軸に対し平行に進む。従って、図２（ａ）に
示した状態と等価な照明光学系となる。

【００２３】また、図３（ｂ）は光源が線光源１２の場
合を示しており、図示するように、線光源１２の中央の
点を放物面鏡１３の焦点位置になるように配置してお
り、この線光源１２の中央の点光源から出射した光は、
図３（ｂ）の破線で示した光路となる。これに対し、線
光源１２の両端における点光源からの光は、中央の点光
源から出射した光と別の光路を通り、これにより放物面
鏡１３反射面上の１点からは、ある角度ψを持った光線
の束すなわち光束が出ていくことになる。従って、図３
（ｂ）は図２（ｃ）と等価な照明光学系となる。

【００２４】以上のことから、ほぼ同等な光のエネルギ
ーを放射する光源では、できる限り小さい方、すなわち
点光源に近い方が、光利用効率および被照射面への光入
射角度の点で有利である。

【００２５】一方、前述したように、光源の小型化とし
ては、光源自体の小型化の他に、該光源を用いる系の拡
大により、相対的に光源を小型化させる方法がある。光
源自体の小型化は、前述したように、光源の寿命が短く
なる等の問題があり困難である。そこで、相対的に光源
を小型化することについてを、次に説明する。

【００２６】図４は光源の大きさはそのままで、光学系
として上記放物面鏡１３を大きくした場合を、そうでな
い場合と対比して表している。

【００２７】図４（ｂ）に示すように、被照射面５を含
め放物面鏡１３等の照明光学系を図４（ａ）よりも拡大
することによって、放物面鏡１３反射面上の１点からの
光束の角度ψは小さくなり、これにより拡大した放物面
鏡１３による反射光は、拡大した被照射面５に小さい角
度で入射するとともに光利用効率も良くなる。しかし、
系全体を拡大することにより小型化が達成できなくなる
という問題が生じる。

【００２８】従って、光源を小型化することが光利用効
率および被照射面への光の入射角度の点で有利である
が、光源の寿命が短くなる、あるいは、系全体が大型化
するなどの問題が生じ、照明光学系およびそれを用いた
装置の小型・高性能化を達成することが困難となる。

【００２９】一方、これに対し、光源の大きさをそのま
まとして、光利用効率を上げるために、レンズ等により
光源からの光を被照射面上に集光させた場合には、前記
図２（ｂ）もしくは図２（ｄ）の関係と等価になり、や
はり被照射面５への光の入射角度が悪化することとな
る。

【００３０】一般に、光源と凹面鏡，レンズ等の光学系
では、多くの光を小さい被照射面５上に集めるために
は、その光源の像を被照射面５近傍に結像させるのが良
く、この時光利用効率はほぼ最大となる。しかしその場
合には、図５（ｂ）に示すように、光源の像を被照射面
５近傍に結像させない図５（ａ）場合よりも被照射面５
への入射角度が大きくなってしまう。

【００３１】さらに、光源の像を被照射面近傍に像の結
像倍率を被照射面の大きさに合わせて結像させた場合に
は、光源自身に輝度むらや影があった場合、それらのむ
らがそのまま被照射面に反映され、結局、被照射面上の
輝度むらとなって好ましくない。

【００３２】以上述べたように、従来の照明光学系とし
て、単一の凹面鏡とレンズによる組合せでは、光利用率
を大きくすると被照射面への光の入射角度がきつくな
り、さらに、被照射面の輝度むらが増加するという傾向
にあり、それを補正しようとした場合には照明光学系お
よびそれを用いた装置全体が大型化することになり、小
型・高性能化には限界があった。

【００３３】また、単一の凹面鏡とレンズを組合せた照
明光学系では、大きく分けて光源を出射し凹面鏡で反射
した後に被照射面に向かう光と、該凹面鏡で反射しない
光とがあった。図６にその状態を示す。

【００３４】図６に示した構成においては、凹面鏡１４
で反射した光のほとんどを被照射面５に入射するように
した場合でも、光源１より出射して凹面鏡１４で反射し
ない光（以降、直接光と呼ぶ）は、直接被照射面５の方
向に放射され、図６に示す一部の直接入射光１５の光し
か被照射面５に入射せず、そのため、特に被照射面５が
凹面鏡１４に比較して小さい場合には、直接光のほとん
どの部分を被照射面５への照射に使用していないことに
なる。

【００３５】上記直接光を凹面鏡等で反射させるため、
凹面鏡を拡大したり、光源を覆う方向に形状を曲げたり
すると、前述のように被照射面への光の入射角度がきつ
くなったり、全体が大型化する等の問題となり、小型・
高性能な照明光学系を得られなくなってしまう。

【００３６】そこで、本発明では、上記直接光を、被照
射面への光の入射角度をきつくすることなく被照射面に
入射させ、これにより光利用効率を高くするようにして
いる。図７は本発明の照明光学系における第２の凹面鏡
３による光の反射状態を示している。

【００３７】図７に示す第１の凹面鏡２は、該第１の凹
面鏡２で反射する光のほとんどを被照射面５に入射させ
る作用を有し、また第２の凹面鏡３は、前記図６に示し
たような構成においては光源１を出射し第１の凹面鏡２
で反射していなかった直接光の一部を、該第２の凹面鏡
３で反射することにより光源１の方向へ再び戻す作用を
有している。従って、第２の凹面鏡３で反射された光
は、ほとんど再び光源１に戻り、再び光源１から出射す
ることになる。これにより、光源１を出射し第１の凹面
鏡２で反射する光のエネルギーが増えることになり、光
の利用効率を高くすることができる。このとき、第２の
凹面鏡３以外の構成を変えていないため、被照射面５に
入射する光の状態を変えずに光のエネルギーのみを増や
すことになり、被照射面５に入射する光の角度はほとん
ど変わることが無い。

【００３８】従って、本発明によれば、従来に較べ被照
射面に入射する光の角度を悪化させずに光利用効率を高
くすることができ、また反対に光利用効率を従来と同等
とすれば、凹面鏡の反射面を小さくするなどして被照射
面に入射する光の角度を緩くすることができ、照明光学
系およびそれを用いた液晶表示装置等の小型・高性能化
に有効である。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した各実施形
態によって説明する。図８は本発明による照明光学系
（光学装置及び光源ユニット）の第１実施形態を示す断
面図である。図８において、光源１は、例えばメタルハ
ライド，キセノン，ハロゲン等を用いたランプであり、
１３は前記第１の凹面鏡２に対応した放物面鏡であり、
１６は本発明による第２の凹面鏡３に対応した球面鏡で
あり、５は被照射面である。

【００４０】本実施形態において、光源１は、放物面鏡
（第１の凹面鏡）１３のいわゆる焦点位置近傍に設けら
れており、光源１より出射した光の一部は、放物面鏡１
３により反射され、被照射面５に入射する。また、光源
１より出射した光の一部は、上記球面鏡（第２の凹面
鏡）１６により反射される。その際、球面鏡１６は、光
源１がほぼ球面鏡１６の中心になるように設置されてお
り、これにより、光源１を出射し球面鏡１６で反射され
た光は、再び光源１に向かい、該光源１から初めに出射
した方向とほぼ正反対の方向に出射される。従って、球
面鏡１６で反射され再び光源１に戻った光は、上記放物
面鏡１３で反射される。放物面鏡１３は、光源１より出
射し該放物面鏡１３で反射した光を、ほとんど被照射面
５に入射させる作用を有しており、これにより、球面鏡
１６で反射され再び光源１に戻った光が放物面鏡１３で
反射した場合にも、その光はほぼ被照射面５に入射す
る。

【００４１】図９は上記球面鏡（第２の凹面鏡）１６の
一例を示す斜視図である。同図に示した球面鏡１６は、
光の通過する円形の出射窓１７を有しており、図８の構
成において、光源１より出射し放物面鏡１３により反射
された光と、光源１から出射し球面鏡１６で反射されな
い光（直接光）を通過させる。尚、例えば本例の球面鏡
１６の如き本発明による第２の凹面鏡の出射窓１７に相
当する部分は、図９に示すような円形のみでなく、矩形
等の多角形あるいはその他の形状を有していても良い。

【００４２】図１０は本発明による照明光学系の第２実
施形態を示す断面図である。本実施形態は、図８に示し
た前記第１実施形態における放物面鏡１３の替わりに、
第１の凹面鏡として楕円面鏡１８を用いたものである。
図１０に示すように、本実施形態では、光源１は上記楕
円面鏡１８の頂点側の楕円第１焦点位置近傍に置かれ、
これにより、光源１において楕円面鏡１８の頂点側の楕
円第１焦点位置近傍から出射し該楕円面鏡１８により反
射された光は、楕円面鏡１８の光源１を設けた焦点と反
対側の焦点である楕円第２焦点１９の近傍に集光され
る。一方、光源１を出射し楕円面鏡１８で反射されずに
前記球面鏡（第２の凹面鏡）１６に入射した光は、球面
鏡１６により反射され、再び光源１の方向に戻り、図８
に示す第１実施形態と同様に該光源１を通過し、上記楕
円面鏡１８で反射され、従って楕円第２焦点１９の近傍
に集光される。これにより、従来直接光として被照射面
５の照射に寄与していなかった光を被照射面５の照射に
用いることができ、これにより、光利用効率の良い照明
光学系を得ることができる。

【００４３】図１１は本発明による照明光学系の第３実
施形態を示す断面図である。本実施形態は、上記した図
１０の第２実施形態において、光源１と被照射面５の間
に集光レンズ群４を設けたものである。図１１における
集光レンズ群４は、楕円面鏡１８および球面鏡１６によ
り楕円第２焦点１９の近傍に集光された光を被照射面５
に角度良く集める作用を有しており、これにより、図１
０に示す第２実施形態における被照射面５への光入射角
度が補正され、光利用効率が良く、かつ、光入射角度
（前記図４におけるθ）が小さい照明光学系とすること
ができる。さらに、上記集光レンズ群４を少なくとも１
面が非球面である構成とすることにより、該非球面は、
被照射面５上の輝度むら等の光むらを補正する作用を持
たせることができるので、光利用効率を高くした場合に
も、光のむらが少ない性能の良い照明光学系を得ること
ができる。

【００４４】図１２は前記球面鏡１６の他の１例を示し
たものである。図１２に示す球面鏡１６は、前記図９に
示した球面鏡１６の出射窓１７に相当する部分の穴が開
いていない構造のものである。図１２における球面鏡１
６は、例えばガラスにより半球中空状に製造された後、
アルミニウム等の膜を内部に蒸着することにより反射面
を形成するものであり、この際、図１２の斜線部で示し
た反射面２０の部分にのみ蒸着することにより、蒸着さ
れない部分を光の透過する透過面２１とするようにした
ものである。これにより、図９に示す出射窓１７と同等
の作用があるとともに、球面鏡１６に穴を開ける等の作
業が必要無くなり、さらに、光の出射窓に相当する透過
面２１の大きさを上記半球中空状のガラス等を作り直す
ことなく調節することが可能となり、これにより、本球
面鏡１６を用いる系に適したように被照射面５の明るさ
及び光入射角度を調整することができる。

【００４５】図１３は前記球面鏡１６の更に他の１例を
示している。図１３の球面鏡１６は、前記図９に示した
球面鏡１６の出射窓１７に、前記図１１で示したような
照明光学系に用いる集光レンズ群４の１部あるいは全て
をはめ込んだものである。これによって、図１３に示す
集光レンズ群４は球面鏡１６により保持され、集光レン
ズ群４を新たに保持する鏡筒等の部品点数を減少するこ
とができる。尚、以上述べた球面鏡１６は半球でなくて
も良い。

【００４６】図１４は本発明の第４実施形態に係る照明
光学系を示しており、本実施形態は、前記各実施形態よ
りさらに被照射面への光の入射角度を減少させ得る構成
をとっている。

【００４７】図１４（ａ）は楕円面鏡（第１の凹面鏡）
１８の開口径（図に示すＤ）が大きい場合を、また、図
１４（ｂ）は楕円面鏡１８の開口径が図１４（ａ）に比
べ小さい場合（本第４実施形態）をそれぞれ示してい
る。本図に示すように被照射面５への光の入射角度（図
１４に示すθ）は、楕円面鏡１８の開口径が大きい場合
には被照射面５へ入射する光の内２２に示すものが最も
大きくなり、楕円面鏡１８の開口径が小さい場合には被
照射面５へ入射する光の内２３に示すものが最も大きく
なり、図示から明らかなように、入射光２３の入射角度
の方が入射光２２の入射角度より小さくなる。従って、
入射角度θが小さい方が良い場合には、図１４（ｂ）に
示すように、本発明における前記第１の凹面鏡に対応す
る楕円面鏡１８の開口径Ｄを小さくすることにより、こ
れを達成することができ、さらに、該楕円面鏡１８およ
び球面鏡１６を小型化することも可能となる。また、本
実施形態においても、図１１に示した第３実施形態のよ
うに集光レンズ群４を設けても良く、その場合の集光レ
ンズの効果は前記第３実施形態と同様である。

【００４８】一方、図１４から明らかなように、球面鏡
１６の光の出射窓１７の部分の大きさを変えることによ
り、被照射面５へ入射する光の角度および光利用効率を
調整することも可能である。すなわち、例えば出射窓１
７の大きさを小さくすることによって、図１４に示すよ
うな被照射面５に最も大きい角度（図１４のθ）で入射
する光を遮光し被照射面５に入射させないようにするこ
とができ、これにより被照射面５全体での光の入射角度
に対する光のエネルギーを調整することができる。従っ
て、本発明における照明光学系において、放物面鏡，楕
円面鏡等よりなる第１の凹面鏡２、球面鏡等よりなる第
２の凹面鏡３、および集光レンズ群４の形状は、照明光
学系を用いる装置における被照射面の大きさ，該装置に
用いる光源の大きさおよび特性，該装置に要求される被
照射面の光利用効率および被照射面への光入射角度，さ
らに装置全体の大きさ等を考慮して、最適な形状に設定
されるものである。

【００４９】図１５は本発明による照明光学系の第５実
施形態の各構成を示している。

【００５０】図１５（ａ）及び（ｂ）は本発明における
前記第１の凹面鏡として放物面鏡１３を用いたものであ
り、また、図１５（ｃ）及び（ｄ）は本発明における前
記第１の凹面鏡として楕円面鏡１８を用いたものであ
る。図１５の各例とも、光源１は放物面鏡１３の焦点あ
るいは楕円面鏡１８の頂点側にある楕円第１焦点の近傍
に設けている。これにより、上記焦点位置の光源１から
出射し放物面鏡１３あるいは楕円面鏡１８で反射された
光は、図に示すように、それぞれの凹面鏡に対応し、図
１５（ａ）及び（ｂ）では光軸にほぼ平行に進み、また
図１５（ｃ）及び（ｄ）では楕円第２焦点に集光するよ
うに進み、それぞれ集光レンズ群４に入射される。

【００５１】図１５（ａ）における集光レンズ群４は、
該レンズに平行に入射された光を光源１側の正の屈折力
を有する凸レンズで集束させた後、被照射面５側の負の
屈折力を有する凹レンズにより再びほぼ光軸に平行な光
とする作用を持ち、図１５（ｂ）における集光レンズ群
４は、該レンズに光軸と平行に入射された光を若干集束
するように出射する作用を有し、図１５（ｃ）における
集光レンズ群４は、楕円面鏡１８により反射された光を
光軸に対しほぼ平行に出射する作用を有し、また、図１
５（ｄ）における集光レンズ群４は、楕円面鏡１８によ
り反射された光を光源１側の正の屈折力を有する凸レン
ズでさらに集束させた後、被照射面５側の凸レンズによ
り再びほぼ光軸に平行な光とする作用を有している。以
上の各集光レンズ群４により、被照射面５が比較的小さ
い場合にも、光利用効率を高くして被照射面５を照射す
ることができる。さらに、図１５に示す実施形態におい
て、集光レンズ群４のレンズ面の少なくとも１面を非球
面とすることにより、図１１に示した第３実施形態と同
様に、被照射面５における輝度むら等の光によるむらを
減少させることができる。

【００５２】尚、以上述べた本発明における照明光学系
において、第１の凹面鏡は、放物面鏡，楕円面鏡以外の
非球面形状でも、また、光軸に対し回転対称でなくても
良く、さらに、第２の凹面鏡は、球面鏡以外の放物面
鏡，楕円面鏡等の非球面形状を有していても良いことは
言うまでもない。また、光源の位置は、該光源の大きさ
および特性、さらに光源に対する被照射面の光利用効率
および被照射面への光入射角度等を考慮して、最適な位
置に設定されるものであり、必ずしも放物面鏡あるいは
楕円面鏡の焦点位置に限定されるものでは無い。

【００５３】以上の構成により、本発明による照明光学
系では、従来の構成である照明光学系に対し、被照射面
への入射角度を悪化させずに光利用効率を約２倍にでき
る効果を得た。

【００５４】次に、本発明による照明光学系を用いた液
晶表示装置の実施形態について説明する。

【００５５】図１６は本発明による照明光学系を用いた
液晶表示装置の第１実施形態を示しており、前記した図
１（ｂ）に示した表示装置のライトバルブ６として液晶
表示素子２４を用いた表示装置となっている。なお、本
実施形態及び後述する液晶表示装置の各実施形態におけ
る光源１を含む照明光学系は、上述してきた本発明の各
実施形態による照明光学系となっており、その具体的な
作用，効果は前記の通りであるので、それらに関する説
明は重複を避けるため省略する。

【００５６】本実施形態では、図１６に示すように前記
照明光学系からの光が、被照射面である液晶表示素子２
４に入射する。本実施形態における液晶表示素子２４
は、例えばツイステッド・ネマティック（ＴＮ）型液晶
表示素子であるような透過型の液晶表示素子であり、該
透過型の液晶表示素子は、透明な電極被膜を持つ一対の
透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各
々の偏光方向が互いに９０°異なるように２枚の偏光子
（偏光板）を配置したものであり、液晶の電気光学効果
により偏光面を回転させる作用と、偏光子の偏光成分の
選択作用とを、組み合わせることにより入射光の透過光
量を制御して画像情報を表示するようになっている。本
発明の照明光学系によれば、小型で光利用効率が高く、
かつ、上記液晶表示素子２４である被照射面への光の入
射角度（図４のθ）が小さくでき、これにより、液晶の
特性すなわち表示素子の性能が良く、明るく小型な液晶
表示装置を得ることができる。

【００５７】図１７は本発明による照明光学系を用いた
液晶表示装置の第２実施形態を示している。本実施形態
の液晶表示装置は、図１６に示した液晶表示素子２４の
光源１から出射された光が入射する側の面に、該液晶表
示素子２４の画素配列の各１画素に対応する単位レンズ
部からなり該液晶表示素子２４の画素配列と同一の配列
を有するマイクロレンズアレイ７を設けた構成としたも
のである。ここで、本実施形態におけるマイクロレンズ
アレイ７の作用を図を用いて詳細に説明する。

【００５８】図１８は上記マイクロレンズアレイを付加
した液晶表示素子の１例を示す斜視図である。図１８の
液晶表示素子２４は、図１６の前記実施形態の液晶表示
素子と同等の透過型の液晶表示素子を用い、該液晶表示
素子２４にマイクロレンズアレイとして平板マイクロレ
ンズアレイ２５を設けた場合を示しており、この平板マ
イクロレンズアレイ２５は図中の破線で示すような２次
元配列のマイクロレンズアレイとなっている。ここで、
図１８において、２６，２６は対向する一対の基板（透
明基板）、２７は一方の基板２６に設けた透明の対向電
極、２８は液晶、２９は他方の基板２６に設けた透明の
画素電極、３０は、２９と同じ基板２６に設けられた各
電極の金属配線，個々の画素を個別に制御する手段とし
て付加された非線形素子あるいはスイッチング素子，画
素電極の周囲のギャップなどであり、表示に寄与しない
部分（遮光部）である。そして、これら２６〜３０によ
って液晶セル６０が構成されている。また、本液晶表示
素子２４においては、各々の偏光方向が互いに９０°異
なるように２枚の偏光板３１，３１を液晶セル６０の表
裏側にそれぞれ配置しており、液晶２８の電気光学効果
により偏光面を回転させる作用と、偏光板３１の偏光成
分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光３２
の透過光量を制御して画像情報を表示するようにしてい
る。なお、図１８において、３３は液晶表示素子２４か
らの出射光である。

【００５９】上記した平板マイクロレンズアレイ２５
は、透過型の液晶表示素子２４の１画素に相当する領域
の形状と等しい単位レンズ部（単位屈折率分布領域）２
５ａを、液晶表示素子２４の画素配列と等しく形成した
ものよりなっている。そして、各単位レンズ部２５ａの
焦点位置を、液晶面でかつ画素電極２９のほぼ中央部に
一致するかあるいはその近傍になるように設定してお
り、これによって透過型の液晶表示素子２４への入射光
が遮光部３０で遮断されることが少なく有効に画素電極
２９に導かれる作用を有している。従って、平板マイク
ロレンズアレイ２５の各単位レンズ部２５ａの作用によ
り開口率（液晶表示素子に入射する光のエネルギーに対
する該液晶表示素子を出射する光のエネルギーの比率）
が高くなり、すなわち明るい画像情報表示が得られるこ
ととなる。

【００６０】図１９（ａ）は前記液晶表示素子２４に入
射する光と平板マイクロレンズアレイ２５を構成してい
る各単位レンズ部２５ａとの関係を示す図である。図１
９（ａ）に示す様に、上記した如き平板マイクロレンズ
アレイ２５を液晶表示素子２４のようなライトバルブに
設けると、平板マイクロレンズアレイ２５に入射する光
軸３５に平行な入射光３２ａは、平板マイクロレンズア
レイ２５の各単位レンズ部２５ａの焦点位置に集束する
ことになり、ライトバルブに入射する平行光はすべて遮
光部３０でなく画素電極２９を通過することになり、明
るい画像情報表示を得ることが出来る。

【００６１】一方、前述の様に光源から出射される光は
様々な方向に放射されており、実際に液晶表示素子２４
に入射する光線は光軸３５に平行な光だけではなく、入
射角（図１９（ａ）のθ）の範囲の様々な光が入射す
る。図１９（ａ）に示す様に、光線が３２ｂのように入
射角θをもって平板マイクロレンズアレイ２５に入射す
る場合、画素電極２９に集束せず、遮光部３０に入射し
てしまう場合がある。そうすると遮光部３０に入射した
光は遮光され、出射光３３に含まれなくなるため、開口
率が低くなり、明るい画像情報表示を得ることが出来な
くなる。図１９（ｂ）はある照明光学系に対して、横軸
が平板マイクロレンズアレイ２５に入射する光線の角度
（図１９（ａ）のθ）を表しており、縦軸は開口率の相
対値を表している。また、図１９（ｂ）の３６ａは、図
１９（ａ）で示す間隔ｔが１．１ｍｍの場合を、３６ｂ
はｔがほぼ０ｍｍの場合をそれぞれ表している。図１９
（ｂ）に示す通り、光の入射角度が大きくなると、ｔが
大きい場合には開口率が大幅に小さくなり、これに対し
ｔが小さい場合にはｔが大きい場合に比べて開口率がほ
とんど変化しない。従って、さらに明るい画像を得よう
とした場合には、前記液晶表示素子２４であるようなラ
イトバルブに入射する光線の全てをある程度入射角が小
さく揃わせるようにすること、及び平板マイクロレンズ
アレイ２５と画素電極部分との間隔（図１９（ａ）の
ｔ）を小さくし、さらに各照明光学系及び構成にあわせ
て最適なマイクロレンズ形状を設定することが望まし
い。

【００６２】図２０は、図１７〜図１９に示した実施形
態における液晶表示素子２４に設けた平板マイクロレン
ズアレイ２５の外観斜視図を示している。図２０に示す
平板マイクロレンズアレイ２５は、例えば屈折率Ｎ₀ の
透明平板ガラス基板３７内に該屈折率Ｎ₀ と異なる屈折
率Ｎの領域を周期性を持って形成してなる、所謂屈折率
分布型のマイクロレンズアレイである。この、屈折率分
布型マイクロレンズアレイは、例えばイオン交換法によ
り形成することができる。

【００６３】上記イオン交換法は、透明平板状のガラス
に所要のパターンのマスク層を例えば金属によって形成
し、これを溶融塩槽に浸すことにより、ガラス中に含ま
れるＮａ＋（ナトリウムイオン），Ｋ＋（カリウムイオ
ン）等の陽イオンが溶融塩中に含まれるＴｌ＋（タリウ
ムイオン）等の陽イオンとガラスの露出面を通して交換
されることによって行われる。こうしてイオン交換され
た領域は、元のガラスと屈折率が異なるようになり、光
を屈折させる作用を有する単位屈折率分布領域（単位レ
ンズ部）２５ａになる。このイオン交換法により、多数
の単位レンズ部２５ａを形成することによって、透明平
板ガラスの内部に光を屈折させるレンズ作用を持たせる
ことができるため、表面が平らである平板マイクロレン
ズアレイ２５を形成することができ、また、さらに上記
所要のパターンのマスク層の形状及びイオン交換の時間
等を調整することによりイオン交換される領域の形状を
変えることが可能となり、その単位屈折率分布領域（単
位レンズ部）２５ａを図２０に示す様に略矩形形状とす
ることも可能となる。

【００６４】図２１に上記した略矩形の形状を有するマ
イクロレンズ（単位レンズ部２５ａ）により構成された
平板マイクロレンズアレイ２５の効果を示す。図２１
（ａ）は、液晶表示素子２４の１画素に対応したマイク
ロレンズとして、例えば屈折率分布領域であるようなレ
ンズ作用を有する領域（単位レンズ部２５ａ’）が円形
の形状であった場合を表しており、図２１（ａ）に示す
様に、平板マイクロレンズアレイ２５の単位レンズ部２
５ａ’に入射する光線４０は、前記したレンズ作用によ
り液晶表示素子２４の遮光部３０に到達しないで該液晶
表示素子２４を透過する。しかし、図２１（ａ）に示す
様に、単位レンズ部２５ａ’が円形の形状であった場合
には、液晶表示素子２４の１画素に相当する領域３９は
ほぼ矩形の形状を有しているため、単位レンズ部２５
ａ’と隣接した画素に対応した単位レンズ部２５ａ’と
の間にレンズ作用を有さないギャップが存在し、このた
め図２１（ａ）の上記ギャップ部に入射する光線４１に
ついては、液晶表示素子２４の遮光部３０に到達し、液
晶表示素子２４を透過しない。

【００６５】これに対し、図２１（ｂ）に示す様に、レ
ンズ作用を有する例えば屈折率分布領域である領域が、
液晶表示素子の１画素に相当する領域３９に対応して、
該領域３９とほぼ等しい平面形状（略矩形形状の）単位
レンズ部２５ａとなる様に形成することにより、上記し
た図２１（ａ）の前記光線４１はレンズ作用を受け、液
晶表示素子２４の遮光部３０に到達せず、該液晶表示素
子２４を透過するようになる。従って、図２１（ａ）に
対して図２１（ｂ）では液晶表示素子２４を透過する光
が増え、これによって見かけ上の開口率が大幅に改善で
き、明るい表示が得られる液晶表示装置を実現できる。
尚、本実施形態におけるレンズ作用を有する例えば屈折
率分布領域である単位レンズ部２５ａの形状は、平板マ
イクロレンズアレイ２５を用いる液晶表示素子２４の１
画素に対応した領域の形状に対応していれば良く、本実
施形態のような矩形に限定されるものではない。尚ま
た、透明平板ガラス基板内のレンズ作用を有する領域
は、前記液晶セル６０に対してどちら側（透明平板ガラ
ス基板の表裏どちら側）に設けてもよく、あるいは、透
明平板ガラス基板の両側に設けてもよい。

【００６６】一方、上述した様にマイクロレンズアレイ
を平板にすることにより、図２２に示す様に、平板マイ
クロレンズアレイ２５を液晶セル６０と一体化して形成
することも可能となる。図２２に示した液晶セル６０に
おいては、前記図１８の構成における一方の基板（入射
側の透明基板）２６を平板マイクロレンズアレイ２５と
兼用しており、これにより平板マイクロレンズアレイ２
５を液晶セル６０と一体化してある。斯様にすることに
より、単位レンズ部２５ａが液晶面に近付き、図１８に
おける入射光３２側の基板２６の厚み分が無くなっただ
け図１９（ａ）における前記間隔ｔを小さくできる。そ
の結果、前述した様に、液晶表示素子２４への光の入射
角度がある程度大きくなっても開口率は高いままで、よ
り明るい液晶表示素子が得られることになる。さらに上
記した様に、液晶セル６０と平板マイクロレンズアレイ
２５を一体で形成することにより、平板マイクロレンズ
アレイを設けた液晶表示素子の部品点数が少なくなりコ
スト等の製造面において適しており、また、液晶セルと
平板マイクロレンズアレイが一体でない場合に対し、各
単位レンズ部と液晶表示素子の各画素の位置合わせが簡
単になる。

【００６７】以上説明したように、液晶表示装置におけ
る明るさを向上するためには、液晶表示素子の開口率を
上げることが有効であり、前記図１７におけるマイクロ
レンズアレイ７を設けることによって液晶表示素子２４
の見かけ上の開口率を上げるができ、より明るい表示が
可能な表示装置が得られる。しかし上述のように、マイ
クロレンズアレイ７を設けた液晶表示素子２４において
も、該マイクロレンズアレイ７に入射する光の角度は、
できるだけ単位レンズ部の光軸に平行に揃っている方が
より開口率を上げることができるため望ましい。このた
め、本発明による前記した照明光学系をマイクロレンズ
アレイ付きの液晶表示素子と組み合わせることにより、
マイクロレンズアレイを被照射面とした場合の光利用効
率を高くでき、かつ、マイクロレンズアレイに入射する
光の角度を従来と比較し単位レンズ部の光軸にほぼ平行
に近く揃わせることができる。これによって、マイクロ
レンズアレイによる開口率を向上させる効果が本発明に
よる照明光学系を用いない場合に対して大きく向上し、
本発明の照明光学系による高い光利用効率とマイクロレ
ンズアレイによる表示素子の開口率向上との相乗効果に
より、液晶表示装置の明るさ等の性能を大きく向上させ
ることができる。以上のように図１７に示した如く、本
発明による照明光学系をマイクロレンズアレイ付きの液
晶表示素子と組み合わせることにより、明るく小型で性
能の良い液晶表示装置を実現することができる。

【００６８】尚、本発明におけるマイクロレンズアレイ
は、前記した製法のみならず、プラスチックレンズの成
型、ガラス基板の表面に熱変形樹脂を材料として圧着押
圧成型法を用いた形成手法等のその他の材料及び製法に
よって製作してもよく、レンズとしての作用をもつもの
であれば、開口率が向上する効果があることは言うまで
もない。

【００６９】さらに、図１６および図１７に示した実施
形態では、液晶表示素子を直視する所謂直視型の液晶表
示装置の例を示したが、この液晶表示装置に、前記図１
（ｃ）に示すように投射レンズ８を設け、液晶表示素子
の像をスクリーン９上に拡大して投射する所謂投射型表
示装置としても用いることもできる。

【００７０】次に、本発明による照明光学系を用いた液
晶表示装置の第３実施形態を図２３によって説明する。
本実施形態の液晶表示装置は、図２３に示すように、前
記した液晶表示装置の第２実施形態において用いたマイ
クロレンズアレイ付きの液晶表示素子２４を、所謂色の
３原色であるＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３
色にそれぞれ対応して、合計３ユニット用いた３板式投
射型液晶表示装置（投射型のカラー液晶表示装置）とな
っている。

【００７１】本実施形態において、例えばメタルハライ
ド，キセノン，ハロゲン等のランプを用いた光源１より
出射した光線は、直接あるいは第１の凹面鏡２により反
射されて、もしくは第２の凹面鏡３で反射された後第１
の凹面鏡２により反射されて、熱線を反射し可視光を通
過させる赤外カットフィルタ４３を通過する。この赤外
カットフィルタ４３を通過した光線は、集光レンズ群４
に入射した後、光軸に対してほぼ平行となる様に出射さ
れ、その後光線は、該光線の光軸に対して４５°の角度
に配置されたＢ（青色）反射ダイクロイックミラー４４
ａにより、Ｂの光は反射され、Ｒ（赤色）とＧ（緑色）
の光は透過する。反射したＢ光線は、全反射ミラー４５
によりその光路を折り曲げられて第１の液晶表示素子２
４に入射される。一方、Ｂ反射ダイクロイックミラー４
４ａを透過したＲ及びＧ光線は、該光線の光軸に対して
４５°の角度に配置されたＧ反射ダイクロイックミラー
４４ｂに入射し、該Ｇ反射ダイクロイックミラー４４ｂ
によりＧ光線は反射され、Ｒ光線は透過する。反射した
Ｇ光線はそのまま第２の液晶表示素子２４に入射され
る。また、Ｇ反射ダイクロイックミラー４４ｂを透過し
たＲ光線は、全反射ミラー４５，４５によりその光路を
折り曲げられて第３の液晶表示素子２４に入射される。

【００７２】さらに、各液晶表示素子２４の液晶２８面
上に表示されるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する画像を、
Ｂ反射面４７及びＲ反射面４８を有し、かつその反射面
は各色の光線の光軸に対して４５°の角度となるように
構成されたダイクロイックプリズム４６によって合成
し、この合成された画像を投射レンズ８によって拡大
し、スクリーン９上に拡大した実像を得るように構成さ
れている。ここで、本実施形態における上記ダイクロイ
ックプリズム４６は、各液晶表示素子２４の液晶面上に
表示されるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する画像を合成す
る作用をもつものであれば、これに置き換えが可能であ
る。

【００７３】また、図２３に示す本実施形態における液
晶表示素子の駆動回路としては、例えば図２３の下方に
示す如き回路がある。すなわち、レーザーディスク，Ｖ
ＴＲなどから入力されるビデオ入力をビデオクロマ処理
回路５４により処理し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応した出力
回路５５にそれぞれ入力する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各出力回路
５５では、液晶表示素子２４をＡＣ駆動するため各色に
対応する映像信号を垂直期間ごとに極性反転し、各色に
対応したＸドライバ５６を介して液晶表示素子２４に入
力し、また、コントローラ５１の制御によって、各色に
対応したＹドライバ５１を介して液晶表示素子２４に電
圧を印加する。なお、上記ビデオクロマ処理回路５４，
各色に対応した出力回路５５，Ｘドライバ５６及びＹド
ライバ５１は、同期処理回路４９と各色に対応したコン
トローラ５０により同期がとられている。

【００７４】図２３に示す本実施形態によれば、例えば
第１の凹面鏡２，第２の凹面鏡３，集光レンズ群４は前
記図１１や図１５等に示した構成とし、また、平板マイ
クロレンズアレイを設けた液晶表示素子２４として、前
記図１８または図２２に示すものを用いることにより、
明るく小型でかつ性能のよい投射型の液晶表示装置を得
ることができる。なお、集光レンズ群４は凹面鏡等の構
成によっては無くてもよく、また、集光レンズ群４の一
部あるいは全部を、Ｂ反射ダイクロイックミラー４４ａ
より液晶表示素子側か、あるいは第１の凹面鏡２と第２
の凹面鏡３の間、すなわち第１の凹面鏡２の開口部近傍
に設けても良い。なお、平板マイクロレンズアレイ及び
照明光学系等の作用については既述してあり、ここでは
その詳細説明は省略する。

【００７５】なおここで、本発明における光源を含む照
明光学系に対し、該照明光学系により照射される被照射
面として、光の偏光方向を変える作用を持つ偏光変換素
子あるいは、ダイクロイックミラー等の光学部品等を配
置した場合にも、本発明の照明光学系による作用は変わ
らないことは言うまでもない。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光源か
らの光利用効率が高く、小型・高性能な照明光学系を得
ることができ、この照明光学系を用いる各種表示装置等
の装置の小型・高性能化に大きく寄与する。さらにこの
照明光学系を、マイクロレンズアレイ付きの液晶表示素
子と組み合わせることによって、より明るく小型で性能
の良い液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明光学系及びこれを用いた表示装置
の概略原理説明図である。

【図２】光源以外の照明光学系を１枚の薄肉レンズに代
表させて照明光学系を模式的に示す説明図である。

【図３】照明光学系の凹面鏡の作用を示す説明図であ
る。

【図４】照明光学系の凹面鏡の作用を示す説明図であ
る。

【図５】照明光学系による結像作用の様子を示す説明図
である。

【図６】照明光学系の光源からの直接光などを示す説明
図である。

【図７】本発明の照明光学系の原理を示す説明図であ
る。

【図８】本発明による照明光学系の第１実施形態を示す
断面図である。

【図９】本発明の照明光学系における第２の凹面鏡たる
球面鏡の１例を示す斜視図である。

【図１０】本発明による照明光学系の第２実施形態を示
す断面図である。

【図１１】本発明による照明光学系の第３実施形態を示
す断面図である。

【図１２】本発明の照明光学系における第２の凹面鏡た
る球面鏡の他の１例を示す斜視図である。

【図１３】本発明の照明光学系における第２の凹面鏡た
る球面鏡のさらに他の１例を示す断面図である。

【図１４】本発明による照明光学系の第４実施形態を示
す断面図である。

【図１５】本発明による照明光学系の第５実施形態の各
構成を示す断面図である。

【図１６】本発明の照明光学系を用いた液晶表示装置の
第１実施形態を示す断面図である。

【図１７】本発明の照明光学系を用いた液晶表示装置の
第２実施形態を示す断面図である。

【図１８】図１７の液晶表示素子の構成を示す斜視図で
ある。

【図１９】図１８の平板マイクロレンズアレイの作用を
示す原理説明図である。

【図２０】図１８の平板マイクロレンズアレイを模式的
に示す部分斜視図である。

【図２１】図１８の矩形単位レンズ部をもつ平板マイク
ロレンズアレイと円形単位レンズ部の作用とを対比して
示す説明図である。

【図２２】図１７の液晶表示素子の変形例を示す斜視図
である。

【図２３】本発明の照明光学系を用いた液晶表示装置の
第３実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１光源２第１の凹面鏡３第２の凹面鏡４集光レンズ群５被照射面６ライトバルブ７マイクロレンズアレイ８投射レンズ９スクリーン１０薄肉レンズ１１点光源１２線光源１３放物面鏡１６球面鏡１７出射窓１８楕円面鏡２５平板マイクロレンズアレイ２５ａ単位レンズ部２６基板（透明基板）２７対向電極２８液晶２９画素電極３０遮光部３１偏光板３２入射光３３出射光３５光軸４３赤外カットフィルタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃダイクロイックミラー４５全反射ミラー４６ダイクロイックプリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角田隆史神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者山崎太志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者丸山竹介神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源側からの光がマイクロレンズアレイ
を介して照射される光制御部を駆動回路で駆動して画像
表示を行なう表示装置において、光源と、該光源の光を反射する放物面を備えた第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射して該第１の凹面鏡部側に戻す第２
の凹面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡部側から
の光を該マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照
射するようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】光源側からの光がマイクロレンズアレイ
を介して照射される光制御部を駆動回路で駆動して画像
表示を行なう表示装置において、光源と、該光源の光を反射する第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射して該第１の凹面鏡部側に戻す第２
の凹面鏡と、該光源及び該第１の凹面鏡部からの光を光軸に対してほ
ぼ平行にする平行化手段とを備え、該平行化手段からの
光を該マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照射
するようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項３】前記平行化手段は、非球面を有したレン
ズを備えた構成であることを特徴とする請求項２に記載
の表示装置。
【請求項４】光源側からの光をマイクロレンズアレイ
を介して光制御部に照射する構成を有する表示装置用光
学装置において、光源と、該光源の光を反射する放物面を備えた第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射して該第１の凹面鏡部側に戻す第２
の凹面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡部側から
の光を該マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照
射するようにしたことを特徴とする表示装置用光学装
置。
【請求項５】光源側からの光をマイクロレンズアレイ
を介して光制御部に照射する構成を有する表示装置用光
学装置において、光源と、該光源の光を反射する第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射し該第１の凹面鏡部側に戻す第２の
凹面鏡と、該光源及び該第１の凹面鏡部側からの光を光軸に対して
ほぼ平行にする平行化手段とを備え、該平行化手段から
の光を該マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照
射するようにしたことを特徴とする表示装置用光学装
置。
【請求項６】光源側からの光が照射される光制御部を
駆動回路で駆動して画像表示を行なう表示装置におい
て、光源と、該光源の光を反射する楕円面を有し、略該光源位置に開
口端が位置する開口径寸法の第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射し該第１の凹面鏡側に戻す第２の凹
面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡部からの光を
該光制御部に照射するようにしたことを特徴とする表示
装置。
【請求項７】光源側からの光を光制御部に照射する構
成を有する表示装置用光学装置において、光源と、該光源の光を反射する楕円面を有し、略該光源の位置に
開口端が位置する開口径寸法の第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射し該第１の凹面鏡側に戻す第２の凹
面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡からの光を該
光制御部に照射するようにしたことを特徴とする表示装
置用光学装置。
【請求項８】表示装置用光源ユニットであって、光源と、該光源の光を反射する楕円面を有し、略該光源の位置に
開口端が位置する開口径寸法の第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射して該第１の凹面鏡側に戻す第２の
凹面鏡とを備えたことを特徴とする表示装置用光源ユニ
ット。
【請求項９】光源側からの光がマイクロレンズアレイ
を介して照射される光制御部を駆動回路で駆動して画像
表示を行なう表示装置において、光源と、該光源の光を反射する楕円面を有し、略該光源位置に開
口端が位置する開口径寸法の第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射し該第１の凹面鏡側に戻す第２の凹
面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡からの光を該
マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照射するよ
うにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】光源側からの光をマイクロレンズアレ
イを介して光制御部に照射する構成を有する表示装置用
光学装置において、光源と、該光源の光を反射する楕円面を有し、略該光源の位置に
開口端が位置する開口径寸法の第１の凹面鏡と、該光源からの光のうち該第１の凹面鏡部をはずれて外部
に拡散する光を反射し該第１の凹面鏡側に戻す第２の凹
面鏡とを備え、該光源及び該第１の凹面鏡部側からの光
を該マイクロレンズアレイを介して該光制御部に照射す
るようにしたことを特徴とする表示装置用光学装置。