JP2000131646A

JP2000131646A - 投写表示装置

Info

Publication number: JP2000131646A
Application number: JP10305140A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Imaoka; 裕文今岡
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】読出し光を有効利用できる画素電極の有効領
域に集光させ光利用率を高め、高輝度で高コントラスト
な投写表示装置を提供する。【解決手段】空間光変調部の配向膜を画素電極１６₁
の対角方向Ｆ₁から形成し、ホログラムレンズアレイ８
Ｒの単位レンズ８ｅのピッチを画素電極層１６の画素電
極１６₁のピッチと同一にし、かつ単位レンズ８ｅは、
画素電極１６₁のディスクリネーション領域以外の有効
領域に集光する焦点距離を有する。読出し光が乱反射し
て光利用率が低下することが防止でき、高輝度で、高コ
ントラストな投写表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型空間光変調
素子を備えた投写表示装置に係わり、特に反射型空間光
変調素子を用いた３板方式の投写表示装置の輝度向上及
びコントラストの改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、透過型や反射型の空間光変調
素子を用いた投写表示装置が知られている。透過型の空
間光変調素子は、液晶を駆動する駆動回路及び配線が液
晶パネルの面内にあって画素の周辺に約１０μｍ程の幅
で形成されているため、液晶パネルの表示領域全面に対
する光変調に係わる画素領域の占める割合（以下、開口
率という）が低い。現状最も開口率の高い透過型空間光
変調素子でも開口率は６０％程度の報告しかない。透過
型空間光変調素子は、画素数が増し（高解像度）画素密
度が上がると、開口率が低下するので、この透過型空間
光変調素子を搭載した投写表示装置では高輝度な表示画
像を得ることが困難であった。そこで近年、高輝度、高
解像度の投写表示装置として反射型空間光変調素子を用
いた投写表示装置が開発され実用化している。特に、小
型で低価格の投写表示装置に搭載されている反射型空間
光変調素子は、アクティブマトリクス反射型空間光変調
素子である。

【０００３】アクティブマトリクス反射型空間光変調素
子は、大略、基板上に所定のピッチを有してマトリクス
状に形成された複数の画素電極と、前記基板と前記画素
電極の間に形成され、前記画素電極を駆動する駆動回路
と、前記画素電極上に形成された光変調層とからなる構
成を有している。このアクティブマトリクス反射型空間
光変調素子の動作は、前記駆動回路により前記光変調層
に画像情報の書き込みを行うと共に、前記光変調層側か
ら読出し光を照射し、前記画像情報に対応して光変調さ
れた情報光を放射することによって行われる。

【０００４】通常、このアクティブマトリクス反射型空
間光変調素子の光変調に係わらない無効となる領域は、
前記画素電極間の０．５乃至０．７μｍ程であるから、
例えば１４μｍの画素電極ピッチを有するアクティブマ
トリクス反射型空間光変調素子の場合では、９０乃至９
３％の開口率を得ることができる。従って、高輝度、高
解像度の投写表示装置を提供するのに好適な空間光変調
素子として注目されている。

【０００５】以下に、アクティブマトリクス反射型空間
光変調素子を用いた従来例の３板方式カラー投写表示装
置及びアクティブマトリクス反射型空間光変調素子につ
いて図９、図１０を用いて説明する。図９は、従来例の
３板方式カラー投写表示装置の概略を示す平面図であ
る。図１０は、アクティブマトリクス反射型空間光変調
素子を示す概略断面図である。まず初めに、従来例の３
板方式カラー投写表示装置の構成について説明する。３
板方式カラー投写表示装置は、光源１と、光源１から放
射された不定偏光の読出し光ｗのうちシアン光ｇｂと赤
色光ｒ（以下、Ｒ光ｒという）に分離し、かつＲ光ｒを
反射し、シアン光ｇｂを通過させる赤色ダイクロイック
ミラー２（以下、Ｒダイクロイックミラー２という）
と、Ｒダイクロイックミラー２で反射されたＲ光ｒを反
射するミラー３と、Ｒダイクロイックミラー２を通過し
たシアン光ｇｂを緑色光ｇ（以下、Ｇ光ｇという）と青
色光ｂ（以下、Ｂ光ｂという）に分離し、かつＧ光ｇを
反射し、Ｂ光ｂを通過させる緑色ダイクロイックミラー
４（以下、Ｇダイクロイックミラー４という）と、ミラ
ー３から反射されたＲ光ｒ、Ｇダイクロイックミラー４
により反射されたＧ光ｇ及び分離されたＢ光ｂをそれぞ
れＰ偏光成分とＳ偏光成分に偏光分離する偏光ビームス
プリッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂとからなる。

【０００６】更に、偏光ビームスプリッター１０Ｒ、１
０Ｇ、１０Ｂで偏光分離されたＳ偏光成分を光変調し、
かつ反射するアクティブマトリクス反射型空間光変調素
子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂが偏光ビームスプリッター１０Ｒ、
１０Ｇ、１０Ｂに隣接して設けられている。アクティブ
マトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂによ
りＰ偏光成分に光変調されたＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光
ｂ₁のうち、Ｒ光ｒ₁を選択的に反射するダイクロイック
ミラー１１ｒとＢ光ｂ₁を選択的に反射するダイクロイ
ックミラー１１ｂとをクロスさせた構成を有し、かつＲ
光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁を合成する色合成ダイクロ
イックミラー１１とを有している。なお、ダイクロイッ
クミラー１１ｒとダイクロイックミラー１１ｂは、Ｇ光
ｇ ₁をそのまま通過させる。更にまた、色合成ダイクロ
イックミラー１１で合成されたＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ
光ｂ₁を図示しないスクリーン上に投写するための投写
レンズ１２を備えている。

【０００７】なお、図１０に示すように、アクティブマ
トリクス反射型空間光変調素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは、以
下の構成を有している。アクティブマトリクス反射型空
間光変調素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの各構成は、全て共通し
ているので、アクティブマトリクス反射型空間光変調素
子９Ｒについて説明し、その他のアクティブマトリクス
反射型空間光変調素子９Ｇ、９Ｂについての説明を省略
する。アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ
は、シリコン基板１４と、このシリコン基板１４上に形
成されたアクティブマトリクス駆動回路１５と、このア
クティブマトリクス駆動回路１５によって選択的に制御
駆動される画素電極１６₁を所定ピッチを有し、規則的
に配列した画素電極層１６と、配向膜１７と、光変調層
１８と、配向膜１９と、透明な共通電極２０と、ガラス
基板２１とからなる。

【０００８】次に、従来例の３板方式カラー投写表示装
置の動作について説明する。光源１から放射された不定
偏光の読出し光ｗをＲダイクロイックミラー２に照射
し、この読出し光ｗをＲダイクロイックミラー２により
Ｒ光ｒとシアン光ｇｂに分離する。Ｒ光ｒは、Ｒダイク
ロイックミラー２により反射され、ミラー３で再度反射
されて偏光ビームスプリッター１０Ｒに達する。一方、
シアン光ｇｂは、Ｒダイクロイックミラー２を通過し、
Ｇダイクロイックミラー４によりＧ光ｇとＢ光ｂに分離
される。Ｇ光ｇは、Ｇダイクロイックミラー４により反
射され、偏光ビームスプリッター１０Ｇに入射する。Ｂ
光ｂは、Ｇダイクロイックミラー４を通過し、偏光ビー
ムスプリッター１０Ｂに入射する。

【０００９】この後、Ｒ光ｒ、Ｇ光ｇ及びＢ光ｂは、偏
光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂにより
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、Ｐ偏光成分は、偏
光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂを通過
して、偏光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ及び１０
Ｂの外に捨てられる。一方、Ｓ偏光成分は、偏光ビーム
スプリッター１０Ｒ、１０Ｇ及び１０Ｂにより反射され
て、アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ、
９Ｇ及び９Ｂに入射し、このアクティブマトリクス反射
型空間光変調素子９Ｒ、９Ｇ及び９ＢでＰ偏光成分に光
変調された後、反射されてＰ偏光成分を有するＲ光
ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁を射出する。

【００１０】Ｒ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁は、色合成
ダイクロイックプリズム１１に入射すると、Ｒ光ｒ
₁は、色合成ダイクロイックプリズム１１のダイクロイ
ックミラー１１ｒで、Ｂ光ｂ₁は、色合成ダイクロイッ
クプリズム１１のダイクロイックミラー１１ｂで反射さ
れ、またＧ光ｇ₁は色合成ダイクロイックプリズム１１
のダイクロイックミラー１１ｒ及びダイクロイックミラ
ー１１ｂをそのまま通過して投写レンズ１２方向に射出
される。この後、各Ｒ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁は、
投写レンズ１２により図示しないスクリーン上にカラー
画像を表示することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した従
来例の３板方式カラー投写表示装置には以下の２つの問
題点を有していた。まず初めに、第１の問題点について
図１１を参照して説明する。図１１は、画素電極近傍部
における読出し光の反射の様子を示す要部拡大断面図で
ある。同図において、図９、図１０と同一の構成要素に
ついては同一の符号を用いて示し説明を省略する。以下
では、アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９
Ｒ、９Ｇ、９ＢにＲ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂが入射した場
合の様子は同様であるので、アクティブマトリクス反射
型空間光変調素子９ＲにＲ光ｒが入射した場合を例にと
り説明する。

【００１２】アクティブマトリクス反射型空間光変調素
子９Ｒに入射するＲ光ｒは、画素電極層１６全面を照射
するため、画素電極１６₁の表面のみならず画素電極ギ
ャップ部１６ａも照射する。この際、Ｒ光ｒは、画素電
極１６₁では、入射角度と同じ角度で反射されるが、画
素電極ギャップ部１６ａでは、エッジ部１６ｂ、側面１
６ｃ及び底部１６ｄ等で乱反射される。

【００１３】ところで、一般的に偏光ビームスプリッタ
ーは、ブリュースター角（Ｐ偏光成分は１００％透過
し、Ｓ偏光成分の透過が最小となる角度）を有してお
り、このブリュースター角からずれて入射する光は透過
させてしまう性質を有している。このため、図９におい
て、偏光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに
入射するＲ光ｒ、Ｇ光ｇ及びＢ光ｂの入射角度がブリュ
ースター角からずれると、Ｓ偏光成分までが透過してし
まう。アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９
Ｒ、９Ｇ及び９Ｂの画素電極１６₁の表面以外の部分に
入射したＲ光ｒ、Ｇ光ｇ及びＢ光ｂは、乱反射した光と
なり、偏光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ
のブリュースター角からずれた光となるので、その透過
光中にＳ偏光成分が含まれることになる。このＳ偏光成
分は前記偏光ビームスプリッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０
Ｂを透過し、投写レンズ１２を介して図示しないスクリ
ーンに投写されることになるので、投写画像のコントラ
ストを劣化させる問題があった。

【００１４】次に、第２の問題点について図１２を参照
して説明する。図１２は、画素電極表面に斜め蒸着によ
り形成された配向膜の結晶成長の様子を示す概略断面図
である。一般的に、アクティブマトリクス反射型空間光
変調素子に用いられる光変調層は、コントラスト性能に
優れた垂直配向型液晶である。この垂直配向型液晶は、
液晶配向を基板に対して完全に垂直とすると、外部電界
の強さに応じて倒れる液晶分子の倒れる方向が定まらず
不安定な動作となってしまうので、液晶分子を予め一定
方向に所望の角度θだけ傾けておく（プリチルト）こと
で、不安定動作を回避する構造を有している。なお、前
記液晶配向は、基板に対して配向膜を斜めに蒸着して、
この配向膜上に液晶を形成することにより得られる。

【００１５】図１２に示すように、配向膜１７を斜め上
方から蒸着して形成する場合を考えると、画素電極１６
₁の表面には、配向膜１７の結晶１７ａが蒸着方向と同
じ角度θだけ傾いて成長する。このような配向膜１７上
に液晶分子１８ａを置くと、液晶分子１８ａは、配向膜
１７の結晶１７ａの傾き角度θと同じ傾き角度を有して
配列する。ところが、蒸着方向の蔭となる画素電極１６
₁の側面１６ｃや画素電極ギャップ部１６ａの底部１６
ｄには、配向膜１７の結晶１７ａが異常成長する異常成
長部分１６ｃ'、１６ｄ'を生じる。異常成長部分１６
ｃ'、１６ｄ'は、液晶の配向状態が乱され、光変調には
何ら寄与しない領域である。このような液晶配向の乱さ
れた領域は、ディスクリネーションと呼ばれ、画素電極
ギャップ部１６ａのみならず画素電極１６₁の表面でそ
のエッジ部１６ｂから２乃至３μｍの範囲まで影響を及
ぼし、画素電極１６₁の表面の投写画像に関わる有効領
域を狭めている。このため、例えば画素ピッチが１４μ
ｍのアクティブマトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ、
９Ｇ、９Ｂの場合、Ｒ光ｒ、Ｇ光ｒ及びＢ光ｂは、ディ
スクリネーション発生領域を照射するので、投写画像に
関わる画素電極層１６の有効領域は、全体の画素電極層
１６の５６％程度となり高輝度な投写表示装置を得るこ
とができなかった。本発明は上記問題に鑑みて成された
ものであり、読出し光を有効利用できる画素電極の有効
領域に集光させ光利用率を高め、高輝度で高コントラス
トな投写表示装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の投写表示装置に
おける第１の発明は、少なくとも、光源と、前記光源か
ら放射された不定偏光の読出し光を３原色光に色分解す
る色分解手段と、前記色分解手段により色分解された前
記不定偏光の各色を互いに直交する２つの直線偏光成分
に変換する各色の偏向板と、前記２つの直線偏光成分の
一方を主に回折し、他方を透過させる偏光分離機能を有
すると共に、色分解された各色光を集光する単位レンズ
が第１のピッチを有してマトリクス状に配列された各色
のホログラムレンズアレイと、画素電極が第２のピッチ
を有してマトリクス状に配列された画素電極層上に配向
膜を介して形成された光変調層を有し、前記ホログラム
レンズアレイにより回折された前記一方の直線偏光成分
を前記光変調層で他方の直線偏向成分に光変調した後、
前記画素電極層で反射する各色の反射型空間光変調素子
と、前記各色の反射型空間光変調素子から射出された前
記各色光を合成する色合成手段と、前記合成手段により
合成された前記各色光をスクリーンに拡大投影する投写
レンズとからなる投写表示装置において、前記配向膜を
前記画素電極の対角方向から形成し、前記第１のピッチ
を前記第２のピッチと同一にし、かつ前記単位レンズ
は、前記一方の直線偏光成分を前記画素電極のディスク
リネーション領域以外の有効領域に集光する焦点距離を
有することを特徴とする。

【００１７】第２の発明として、少なくとも、光源と、
前記光源から放射された不定偏光の読出し光を３原色光
に色分解する色分解手段と、前記色分解手段により色分
解された前記不定偏光の各色を互いに直交する２つの直
線偏光成分に変換する各色の偏向板と、前記２つの直線
偏光成分の一方を主に回折し、他方を透過させる偏光分
離機能を有すると共に、色分解された各色光を集光する
レンチキュラーレンズが第１の列ピッチを有してマトリ
クス状に配列した各色のホログラムレンズアレイと、画
素電極が第２の列方向ピッチを有してマトリクス状に配
列された画素電極層上に配向膜を介して形成された光変
調層を有し、前記ホログラムレンズアレイにより回折さ
れた前記一方の直線偏光成分を前記光変調層で他方の直
線偏向成分に光変調した後、前記画素電極層で反射する
各色の反射型空間光変調素子と、前記各色の反射型空間
光変調素子から射出された前記各色光を合成する色合成
手段と、前記合成手段により合成された前記各色光をス
クリーンに拡大投影する投写レンズとからなる投写表示
装置において、前記配向膜を前記画素電極の片側列方向
から形成し、前記第１の列ピッチを前記第２の列方向ピ
ッチと同一にし、かつ前記レンチキュラーレンズは、前
記一方の直線偏光を前記画素電極のディスクリネーショ
ン領域以外の有効領域に集光する焦点距離を有すること
を特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について以下図
を参照しながら説明する。本発明の第１実施例は、画素
電極１６₁の対角方向から配向膜１７を形成し、この配
向膜１７上に光変調層１８を形成し、ホログラムレンズ
アレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂのレンズ配列ピッチを画素電極
１６₁の配列ピッチと同一にした空間光変調部１３Ｒ、
１３Ｇ、１３Ｂを用いた３板式投写表示装置である。図
１は、本発明の第１実施例の３板方式投写表示装置を示
す平面図である。図２は、本発明の第１実施例の３板方
式投写表示装置に用いられる空間光変調部を示す断面図
である。図３は、ホログラムレンズアレイ８Ｒの単位レ
ンズ８ｅと画素電極１６₁との配置関係を示す図であ
る。図３において、ホログラムレンズアレイ８Ｒと画素
電極１６₁との配置関係を示すために、ホログラムレン
ズアレイ８Ｒと画素電極１６₁の間の各層を省略した。
従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略
する。

【００１９】まず初めに、本発明の３板方式投写表示装
置の構成について説明する。図１に示すように、本発明
の３板方式投写表示装置は、光源１と、光源１から放射
された不定偏光の読出し光ｗのうち、シアン光ｇｂとＲ
光ｒに分離し、かつＲ光ｒを反射し、シアン光ｇｂを通
過させるＲダイクロイックミラー２と、Ｒダイクロイッ
クミラー２で反射されたＲ光ｒを反射するミラー３と、
Ｒダイクロイックミラー２を通過したシアン光ｇｂをＧ
光ｇとＢ光ｂに分離し、かつＧ光ｇを反射し、Ｂ光ｂを
通過させるＧダイクロイックミラー４と、ミラー３から
反射されたＲ光ｒが入射する偏光板５Ｒと、Ｇダイクロ
イックミラー４により反射されたＧ光ｇが入射する偏光
板５Ｇと、Ｇダイクロイックミラー４で分離されたＢ光
ｂが入射する偏光板５Ｂとからなる。

【００２０】更に、偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを通過した
Ｒ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂが入射する入射面６ａ、６ａ、
６ａ及びこの入射面６ａ、６ａ、６ａと対向する側に傾
斜部６ｂ、６ｂ、６ｂを有する台形状のカップリングプ
リズム６、６、６と、この傾斜部６ｂ、６ｂ、６ｂに配
置されたミラー７、７、７と、カップリングプリズム
６、６、６の底部６ｃ、６ｃ、６ｃに密着形成された空
間光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとからなる。空間光
変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、アクティブマトリク
ス反射型空間光変調素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ上にそれぞれ
対応して形成されたホログラムレンズアレイ８Ｒ、８
Ｇ、８Ｂと、薄板ガラス２２、２２、２２とからなる。

【００２１】カップリングプリズム６、６、６の上部６
ｄ、６ｄ、６ｄ上には、ミラー７、７、７で反射された
Ｒ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂが空間光変調部１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂに入射することによって、光変調後、反射さ
れたＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ ₁のうち一方の偏光成分
を除去し、他方の偏光成分を通過させる偏光ビームスプ
リッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、Ｒ光ｒ₁だけを選
択的に反射するダイクロイックミラー１１ｒ及びＢ光ｂ
₁だけを選択的に反射するダイクロイックミラー１１ｂ
をクロスさせた構成を有し、かつＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及び
Ｂ光ｂ₁を合成する色合成ダイクロイックミラー１１と
を有している。更にまた、色合成ダイクロイックミラー
１１で合成されたＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁を集光
し、図示しないスクリーン上に拡大投写するための投写
レンズ１２を備えている。

【００２２】次に、空間光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３
Ｂの構成について図２を参照しながら詳細に説明する。
空間光変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの構成は、ホログ
ラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを除き同一であるの
で、空間光変調部１３Ｒの構成についてのみを説明し、
その他の空間光変調部１３Ｇ、１３Ｂの構成についての
説明を省略する。図２に示すように、空間光変調部１３
Ｒは、アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ
上に形成されたホログラムレンズアレイ８Ｒと、ガラス
基板２２とから構成されている。

【００２３】アクティブマトリクス反射型空間光変調素
子９Ｒは、シリコン基板１４と、このシリコン基板１４
上にアクティブマトリクス駆動回路１５と、このアクテ
ィブマトリクス駆動回路１５によって選択的に制御駆動
される画素電極１６₁を所定の画素ピッチでマトリクス
状に配列された画素電極層１６と、配向膜１７と、光変
調層１８と、配向膜１９と、透明な共通電極２０と、薄
板ガラス２１とを順次積層した構成からなる。ここで
は、光変調層１８は、垂直配向型液晶である。なお、１
６ａは各画素電極１６₁間の画素電極ギャップ部であ
る。また、ホログラムレンズアレイ８Ｒは、単位レンズ
８ｅを画素電極１６₁の配列ピッチと同一ピッチで、マ
トリクス状に配列したものである。

【００２４】更に、空間光変調部１３Ｒにおけるホログ
ラムレンズアレイ８Ｒの単位レンズ８ｅと画素電極層１
６の画素電極１６₁との関係について詳細に図２、図３
を参照しながら説明する。ホログラムレンズアレイ８
Ｒ、８Ｇ、８Ｂのそれぞれの単位レンズと画素電極との
関係は、同一であるので、ホログラムレンズアレイ８Ｒ
の単位レンズ８ｅと画素電極層１６の画素電極１６₁と
の関係のみを説明し、その他のホログラムレンズアレイ
８Ｇ、８Ｂについての説明を省略する。図３に示すよう
に、ホログラムレンズアレイ８Ｒの単位レンズ８ｅは、
マトリクス状に配列された画素電極１６₁に対応し、か
つ画素電極１６₁の配列ピッチと同一ピッチでマトリク
ス状に配列されている。

【００２５】ところで、画素電極１６₁の対角方向Ｆ₁か
ら蒸着によって配向膜１７を形成して光変調層１８を形
成すると、画素電極１６₁が蔭となるため、画素電極１
６₁の一辺１６ｂ'及び１６ｂ''の側面及び底部１６ｄを
含むディスクリネーション領域１６ｅ及び１６ｆを生じ
る。

【００２６】このため、単位レンズ８ｅは、ディスクリ
ネーション領域１６ｅ及び１６ｆ以外の画素電極１６₁
の有効領域だけに集光（網掛け部）させることができる
焦点距離を有している。

【００２７】次に、本発明の投写表示装置の動作につい
て説明する。光源１から放射された不定偏光の読出し光
ｗをＲダイクロイックミラー２に照射し、この読出し光
ｗをＲダイクロイックミラー２によりＲ光ｒとシアン光
ｇｂに分離する。Ｒ光ｒは、Ｒダイクロイックミラー２
により反射され、ミラー３で再度反射されて偏光ビーム
スプリッター１０Ｒに達する。一方、シアン光ｇｂは、
Ｒダイクロイックミラー２を通過し、Ｇダイクロイック
ミラー４によりＧ光ｇとＢ光ｂに分離される。Ｒ光ｒ
は、Ｒダイクロイックミラー２により反射され、ミラー
３で再度反射されて偏光板５Ｒに入射する。一方、シア
ン光ｇｂは、Ｒダイクロイックミラー２を通過し、Ｇダ
イクロイックミラー４によりＧ光ｇとＢ光ｂに分離され
る。Ｇ光ｇは、Ｇダイクロイックミラー４により反射さ
れ、偏光板５Ｇに入射する。Ｂ光ｂは、Ｇダイクロイッ
クミラー４を通過し、偏光板５Ｂに入射する。

【００２８】偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにそれぞれ入射し
たＲ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂは、不定偏光から直線偏光に
変換される。ここで、本発明の第１実施例の構成は、ホ
ログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの照明光とし
て、Ｓ偏光成分の読出し光を想定したものであるから、
偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂの透過軸は、その透過光の直線
偏光がホログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに対し
てＳ偏光成分となるように設定されている。

【００２９】この後、偏光板５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを通過し
たＳ偏光成分は、カップリングプリズム６、６、６の入
射面６ａ、６ａ、６ａから入射し、この入射面６ａ、６
ａ、６ａに対向する傾斜面６ｂ、６ｂ、６ｂに配置され
たミラー７、７、７の内面で反射して、ホログラムレン
ズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに斜めの傾斜角を有して入射
する。なお、傾斜面６ｂ、６ｂ、６ｂの傾斜角は、ホロ
グラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに対する入射光が
所定角度になるように設定されている。

【００３０】更に、Ｓ偏光成分を有するＲ光ｒ、Ｇ光
ｇ、Ｂ光ｂは、ホログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８
Ｂに入射すると、このホログラムレンズアレイ８Ｒ、８
Ｇ、８Ｂで回折され、それぞれの対応色の反射型空間光
変調素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの画素電極１６₁、１６₁、１
６₁上に集光する。この際、ホログラムレンズアレイ８
Ｒ、８Ｇ、８Ｂの単位レンズ８ｅ、８ｅ、８ｅの焦点を
調節することによって、各画素電極１６₁、１６₁、１６
₁の有効領域だけにＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ₁を集光さ
せることができる。このため、Ｓ偏光成分を有するＲ光
ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂを散乱させるとなく利用することが
できる。この後、Ｓ偏光成分のＲ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂ
は、アクティブマトリクス反射型空間光変調素子９Ｒ、
９Ｇ、９Ｂの光変調層１８、１８、１８によってＰ偏光
成分のＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ₁に光変調された後、
画素電極１６₁、１６₁、１６₁で反射され、Ｐ偏光成分
のＲ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ₁となってホログラムレン
ズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを通過していく。

【００３１】ここで、画素電極１６₁、１６₁、１６₁で
反射されたＰ偏光成分のみが空間光変調部１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂから射出することについて説明する。まず初
めに、ホログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂに用い
られる一般的なホログラムレンズアレイの特性について
以下に図５を用いて説明する。図５は、偏光分離機能を
有するホログラムレンズアレイ特性を示す図である。

【００３２】図５は、一例としてホログラムレンズアレ
イに入射する入射光の波長を５４０ｎｍ、ホログラムレ
ンズアレイの屈折率変化量△ｎを０．０３とし、各ベン
ドアングル（入射光と回折光とのなす角）においてＳ偏
光成分の回折効率が１００％と成るようにホログラムレ
ンズアレイの厚みｔを設定した条件下で、Ｐ偏光成分の
回折効率を計算によって求めたものである。この図から
明らかなように、ベンドアングルが大きいとＳ偏光成分
とＰ偏光成分の両方とも約１００％の回折効率が得ら
れ、ベンドアングルを１２０°以下にするとＰ偏光成分
の回折効率のみを５０％以下にすることができ、９０°
に近づけることで０％にすることができる。

【００３３】また、その回折効率の特性は入射光の波長
に対し大きな依存性を示すが、逆にその波長依存性を利
用することにより、所望の波長に対してＳ偏光成分が１
００％に近い回折効率で回折され、Ｐ偏光成分の回折効
率が極めて小さくなるような最適設計を行うこともでき
る。ホログラムレンズアレイを３原色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）
の各色について、それぞれの波長帯域のＳ偏光成分だけ
を高い回折効率で回折させると共にＰ偏光成分の回折効
率を抑制させるようなホログラムレンズアレイとして構
成することができる。

【００３４】図６乃至図８は、入射光の入射角６５°と
して最適設計条件に基づいたＲ、Ｇ、Ｂ用の各ホログラ
ムレンズアレイの回折効率と入射光の波長との関係を示
す図である。図６乃至図８では、ホログラムレンズアレ
イの屈折率変化量△ｎは、０．０６である。また、ホロ
グラムレンズアレイの厚さｔは、図６では、３μｍ、図
７では、２．５μｍ、図８では、２μｍである。各図に
おいて、実線はＳ偏光成分を、破線はＰ偏光成分を示
し、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの中心波長付近でＳ偏光成分に
ついて約１００％の回折効率が得られ、Ｐ偏光成分の回
折効率について３０％以下に抑制されている。図６乃至
図８の特性を有するホログラムレンズアレイを、図１の
各色光に対応させてホログラムレンズアレイ８Ｒ、８
Ｇ、８Ｂに使用した場合、ホログラムレンズアレイ８
Ｒ、８Ｇ、８Ｂに対する入射角を６５°（＝１８０−１
１５；ベンドアングル＝１１５度）にすると、各色に係
わるホログラムレンズアレイ８Ｒ，８Ｇ，８ＢはＳ偏光
成分を主に回折させ、このＳ偏光成分を画素電極１
６₁、１６₁、１６₁側に垂直に射出させることができ
る。逆に、画像信号に応じて光変調され、画素電極１６
₁、１６₁、１６₁で反射された読み出し光のＰ偏光成分
の多くは、前記ホログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８
Ｂで回折されることなく透過して行くことになる。

【００３５】更に、Ｒ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ₁は、ホ
ログラムレンズアレイ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ及び偏光ビーム
スプリッター１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂをこのまま通過
し、色合成ダイクロイックプリズム１１に入射する。Ｒ
光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁、Ｂ光ｂ₁のうちＲ光ｒ₁は、色合成ダイ
クロイックプリズム１１のダイクロイックミラー１１ｒ
で、Ｂ光ｂ₁は、色合成ダイクロイックプリズム１１の
ダイクロイックミラー１１ｂで反射され、Ｇ光ｇ₁は、
色合成ダイクロイックプリズム１１のＲダイクロイック
ミラー１１ｒ及びＲダイクロイックミラー１１ｂをその
まま通過して投写レンズ１２方向に射出される。この
後、各Ｒ光ｒ₁、Ｇ光ｇ₁及びＢ光ｂ₁は、投写レンズ１
２により、図示しないスクリーンに結像してカラー画像
を表示する。

【００３６】このようにホログラムレンズレイ８Ｒ、８
Ｇ、８Ｂを画素電極１６₁、１６₁、１６₁の配列ピッチ
と同一ピッチで配列し、ホログラムレンズアレイ８Ｒ、
８Ｇ、８Ｂの単位レンズ８ｅ、８ｅ、８ｅがＳ偏光成分
のＲ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂを画素電極１６₁、１６₁、１
６₁のデスクリネーション領域１６ｅ及び１６ｆ以外の
有効な画素電極１６₁、１６₁、１６₁領域に集光させる
ことができる焦点距離を有しているので、Ｓ偏光成分の
Ｒ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂが、画素電極ギャップ部１６
ａ、１６ａ、１６ａで乱反射して光利用率が低下するこ
とを防止でき、高輝度で、高コントラストな投写表示装
置が得られる。このため、読出し光のほとんど全てを投
写光として利用でき、高輝度な投写表示装置を提供でき
る。

【００３７】次に、本発明の第２実施例の３板方式投写
表示装置について説明する。本発明の第２実施例は、本
発明の第１実施例の３板方式投写表示装置に用いられた
空間光変調素子の代わりに、画素電極１６₁、１６₁、１
６₁の片側列方向から配向膜１７を形成し、この配向膜
１７上に光変調層１８を形成し、ホログラムレンズアレ
イ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの列ピッチを画素電極１６₁、１
６₁、１６₁の列方向ピッチと同一にした空間光変調部１
３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを用いたものである。この空間光
変調部以外の構成は、本発明の第１実施例の構成及び動
作と同様であるので、本発明の第２実施例の構成及び動
作の説明を省略する。以下に、本発明の第２実施例に用
いられる３板方式投写表示装置に用いられる空間光変調
素子部について図４を参照しながら説明する。図４は、
ホログラムレンズアレイの単位レンズと画素電極との配
置関係を示す図である。図４において、ホログラムレン
ズアレイ８Ｒ₁と画素電極１６₁との配置関係を示すため
に、ホログラムレンズアレイ８Ｒ₁と画素電極１６₁との
間の各層を省略した。本発明の第１実施例と同一構成に
は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００３８】各ホログラムレンズアレイのそれぞれのレ
ンチキュラーレンズと画素電極との関係は、同一である
ので、ホログラムレンズアレイ８Ｒ₁のレンチキュラー
レンズ８ｅ₁と画素電極層１６の画素電極１６₁との関係
のみを説明し、その他のホログラムレンズアレイと画素
電極の関係についての説明を省略する。図４に示すよう
に、ホログラムレンズアレイ８Ｒ₁のレンチキュラーレ
ンズ８ｅ₁は、マトリクス状に配列された画素電極１６₁
に対応し、かつ画素電極１６₁の列方向ピッチと同一列
ピッチでストライプ状に配列されている。

【００３９】ところで、画素電極１６₁の片側列方向Ｆ₂
から蒸着によって配向膜１７を形成して、この配向膜１
７上に光変調層を形成すると、画素電極１６₁が陰とな
るため、画素電極１６₁の一辺の側面１６ｂ''及び画素
電極ギャップ部１６ａを含むディスクリネーション領域
１６ｆを生じる。

【００４０】このため、レンチキュラーレンズ８ｅ
₁は、ディスクリネーション領域１６ｆ以外の画素電極
１６₁の有効領域だけに集光（網掛け部）させることが
できる焦点距離を有したものである。

【００４１】このように、ホログラムレンズレイ８Ｒ、
８Ｇ、８Ｂのレンチキュラーレンズ８ｅ₁、８ｅ₁、８ｅ
₁を画素電極１６₁、１６₁、１６₁の列方向ピッチと同一
列ピッチで配列し、ホログラムレンズアレイ８Ｒ、８
Ｇ、８ＢのレンチキュラーレンズがＳ偏光成分のＲ光
ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光ｂを画素電極１６₁、１６₁、１６₁の
デスクリネーション領域１６ｆ以外の有効な画素電極１
６₁、１６₁、１６₁領域に集光させることができる焦点
距離を有するので、Ｓ偏光成分のＲ光ｒ、Ｇ光ｇ、Ｂ光
ｂが、画素電極ギャップ部１６ａで乱反射して光利用率
が低下することを防止でき、高輝度で、高コントラスト
な投写表示装置が得られる。このため、読出し光のほと
んど全てを投写光として利用でき、高輝度な投写表示装
置を提供できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の投写表示装置によれば、配向膜
を画素電極の対角方向から形成し、単位レンズのピッチ
を前記画素電極のピッチと同一にし、かつ前記単位レン
ズは、前記一方の直線偏光を前記画素電極のディスクリ
ネーション領域以外の有効領域に集光する焦点距離を有
するので、読出し光が乱反射して光利用率が低下するこ
とが防止でき、高輝度で、高コントラストな投写表示装
置が得られる。このため、読出し光のほとんど全てを投
写光として利用でき高輝度な投写表示装置を提供でき
る。また、配向膜を画素電極の片側列方向から形成し、
このレンチキュラーレンズの列ピッチを前記画素電極の
列方向ピッチと同一にし、前記一方の直線偏光を前記画
素電極のディスクリネーション領域以外の有効領域に集
光する焦点距離を有するので、読出し光のほとんど全て
を投写光として利用でき、高輝度な投写表示装置を提供
できる。更に、読出し光が画素電極間に入射して乱反射
されることがないから、高コントラストな投写表示装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３板方式カラー投写表示装置の構成を
示した概略平面図である。

【図２】本発明の空間光変調部を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施例における空間光変調部のホ
ログラムレンズアレイと画素電極との関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例における空間光変調部のホ
ログラムレンズアレイと画素電極との関係を示す図であ
る。

【図５】ホログラムレンズにおけるＰ偏光成分の回折効
率のベンドアングル依存性を示す図ある。

【図６】Ｒ用ホログラムレンズアレイの回折効率と入射
光の波長との関係を示したものである。

【図７】Ｇ用ホログラムレンズアレイの回折効率と入射
光の波長との関係を示したものである。

【図８】Ｂ用ホログラムレンズアレイの回折効率と入射
光の波長との関係を示したものである。

【図９】アクティブマトリクス反射型空間光変調素子を
用いた従来例の３板方式カラー投写表示装置の平面図で
ある。

【図１０】従来のアクティブマトリクス反射型空間光変
調素子を示す断面図である。

【図１１】従来例のアクティブマトリクス反射型空間光
変調素子の画素電極近傍を示す要部拡大断面図である。

【図１２】斜め蒸着により画素電極近傍に形成された配
向膜の様子を示した概略断面図である。

【符号の説明】

１…光源、２…Ｒダイクロイックミラー（色分解手
段）、３…ミラー、４…Ｇダイクロイックミラー（色分
解手段）、５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ…偏光板、６ａ…入射面、
６ｂ…傾斜部、６ｃ…底部、７…ミラー、８Ｒ、８Ｇ、
８Ｂ…ホログラムレンズアレイ、８ｅ…単位レンズ、８
ｅ₁…レンチキュラーレンズ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ…アク
ティブマトリクス反射型空間光変調素子（反射型空間光
変調素子）、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…偏光ビームスプ
リッター、１１…色合成ダイクロイックプリズム（色合
成手段）、１１ｒ…ダイクロイックミラー、１１ｂ…ダ
イクロイックミラー、１２…投写レンズ、１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂ…空間光変調部、１４…シリコン基板、１５
…アクティブマトリクス駆動回路、１６…画素電極層、
１６₁…画素電極、１６ａ…画素電極ギャップ部、１６
ｂ…エッジ部、１６ｂ'，１６ｂ''…一辺、１６ｃ…側
面、１６ｄ…底部、１６ｅ、１６ｆ…ディスクリネーシ
ョン領域、１７、１９…配向膜、１７ａ…結晶、１８…
光変調層、１８ａ…液晶分子、２０…透明電極、２１…
薄板ガラス、２２…ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 ＤＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ 9/31 9/31 ＣＦターム(参考） 2H049 BA02 BA13 BB61 BC22 CA09 CA17 CA22 2H091 FA05X FA05Z FA10X FA14Z FA21X FA29X FA41Z GA01 GA02 GA06 GA13 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 5C058 AA08 BA05 BA08 EA12 EA33 EA35 EA51 5C060 BA03 BA08 BC05 DA05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC00 HC20 HC24 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、光源と、前記光源から放射された不定偏光の読出し光を３原色光
に色分解する色分解手段と、前記色分解手段により色分解された前記不定偏光の各色
を互いに直交する２つの直線偏光成分に変換する各色の
偏向板と、前記２つの直線偏光成分の一方を主に回折し、他方を透
過させる偏光分離機能を有すると共に、色分解された各
色光を集光する単位レンズが第１のピッチを有してマト
リクス状に配列された各色のホログラムレンズアレイ
と、画素電極が第２のピッチを有してマトリクス状に配列さ
れた画素電極層上に配向膜を介して形成された光変調層
を有し、前記ホログラムレンズアレイにより回折された
前記一方の直線偏光成分を前記光変調層で他方の直線偏
向成分に光変調した後、前記画素電極層で反射する各色
の反射型空間光変調素子と、前記各色の反射型空間光変調素子から射出された前記各
色光を合成する色合成手段と、前記合成手段により合成された前記各色光をスクリーン
に拡大投影する投写レンズとからなる投写表示装置にお
いて、前記配向膜を前記画素電極の対角方向から形成し、前記
第１のピッチを前記第２のピッチと同一にし、かつ前記
単位レンズは、前記一方の直線偏光成分を前記画素電極
のディスクリネーション領域以外の有効領域に集光する
焦点距離を有することを特徴とする投写表示装置。
【請求項２】少なくとも、光源と、前記光源から放射された不定偏光の読出し光を３原色光
に色分解する色分解手段と、前記色分解手段により色分解された前記不定偏光の各色
を互いに直交する２つの直線偏光成分に変換する各色の
偏向板と、前記２つの直線偏光成分の一方を主に回折し、他方を透
過させる偏光分離機能を有すると共に、色分解された各
色光を集光するレンチキュラーレンズが第１の列ピッチ
を有してマトリクス状に配列した各色のホログラムレン
ズアレイと、画素電極が第２の列方向ピッチを有してマトリクス状に
配列された画素電極層上に配向膜を介して形成された光
変調層を有し、前記ホログラムレンズアレイにより回折
された前記一方の直線偏光成分を前記光変調層で他方の
直線偏向成分に光変調した後、前記画素電極層で反射す
る各色の反射型空間光変調素子と、前記各色の反射型空間光変調素子から射出された前記各
色光を合成する色合成手段と、前記合成手段により合成された前記各色光をスクリーン
に拡大投影する投写レンズとからなる投写表示装置にお
いて、前記配向膜を前記画素電極の片側列方向から形成し、前
記レンチキュラーレンズは、前記第１の列ピッチを前記
第２の列方向ピッチと同一にし、前記一方の直線偏光を
前記画素電極のディスクリネーション領域以外の有効領
域に集光する焦点距離を有することを特徴とする投写表
示装置。