JP2000347323A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で光源から照射される光の利用効
率を高め、安価で明るい画像表示装置を提供する。 【解決手段】 光源からの赤、緑、青の３原色の光を回
転カラーフィルター１０３で２つの色光グループに分け
て順次導出し、偏光制御素子１０８で赤、緑、青の光の
うちの２色を他の１色と偏光方向を変えるように制御
し、偏光ビームスプリッタ１０９で偏光方向に応じた光
に分離し、分離した光を反射型画像表示素子１１０−
１、１１０−２で画像に応じた信号により変調し、この
変調した光を投影レンズ１１１にてスクリーンに投影す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば液晶プロジェ
クタのような、光源から画像表示素子を経た光を投影レ
ンズによりスクリーンに拡大投影する画像表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、マトリクス状に規則的
に配列された画素電極に画像信号に対応した駆動電圧を
それぞれ印加することによって液晶の光学特性を変化さ
せ、画像や文字などを表示するように構成されている。
上述した画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式と
しては、単純マトリクス方式と、非線形２端子素子や３
端子素子を液晶表示素子に設けた場合のアクティブマト
リクス方式とがある。後者のアクティブマトリクス方式
の場合には、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子やＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）素子等のスイッチング素子と、
画素電極に駆動電圧を供給するための配線電極とを設け
る必要がある。

【０００３】このスイッチング素子に強い光が入射する
と、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時
に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記スイッチ
ング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶部
分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作
が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラス
ト比が低下するという難点がある。

【０００４】したがって、液晶表示素子が透過型である
場合には、図１８に示すように、ＴＦＴ１５０１などの
スイッチング素子および画素電極が設けられたＴＦＴ基
板とは液晶層を挟んで対向する対向基板にブラックマト
リクス１５０２と称される遮光手段を設けて、上述した
光入射領域に入射する光を遮断する必要がある。よっ
て、透過型の液晶表示素子の場合には、各々遮光性のあ
るＴＦＴ１５０１、ゲートバスライン１５０３およびソ
ースバスライン１５０４に加えて、ブラックマトリクス
１５０２によっても遮光されるため、画素の区画中に占
める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくな
る。

【０００５】さらに、これらスイッチング素子や配線電
極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程
度以下の大きさで形成することは困難である。よって、
液晶表示素子の高精細化、小型化に伴って、画素電極の
ピッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。

【０００６】そこで、このような問題を解決するため
に、反射型の液晶表示素子が開発されている。反射型液
晶表示素子は、図１９に示すようにスイッチング素子と
してのＴＦＴ１５０１の上に反射型の画素電極１６０１
を形成することができるため、同じ液晶表示サイズで
は、前記透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとる
ことができ、投影型液晶表示装置における明るさの向上
には非常に効果的である。このような反射型液晶表示素
子を投影型画像表示装置に適用した方式が電子ディスプ
レイフォーラム９７（頁３−２７乃至３−３２）や特開
平５−１５８０１２に提案されている。

【０００７】電子ディスプレイフォーラム９７では、図
２０に示すように、光源１７０１から出射された光をダ
イクロイックミラーで、赤、緑、青（以下順にＲ、Ｇ、
Ｂと呼ぶ）の３原色の光に分離し、それぞれの光を対応
する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１７０２に入射さ
せる。偏光ビームスプリッタ１７０２では、入射光を互
いに直交する２方向の直線偏光成分に分離し、１方の光
が対応する反射型液晶表示素子１７０４に入射する。反
射型液晶表示素子１７０４で反射され、偏光方向が変調
されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、再度ＰＢＳ１７０２に入射
し、クロスダイクロイックミラー１７０３で合成された
後、投影レンズ１７０５でスクリーンに投影される。こ
の方式は、３板式液晶プロジェクションと呼ばれ、光源
からのＲ、Ｇ、Ｂの光を効率良く利用できるため、非常
に明るい画像が実現できる。

【０００８】特開平５−１５８０１２では、光源からの
Ｒ、Ｇ、Ｂの光を時分割で順次選択した後、ＰＢＳに入
射させる。ＰＢＳでは入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分
に分離し、一方を画像表示素子に入射させる。（この例
ではＳ偏光成分を入射させている）。画像表示素子には
入射される色に同期させて信号が入力され、Ｒ、Ｇ、Ｂ
を一つの区切り（１フレーム）として表示する。この方
式は、タイムシーケンシャル方式又は、フィールドシー
ケンシャル方式などと呼ばれる。

【０００９】この例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を時分割する
ために、光源からの白色光をＲ、Ｇ、Ｂの光に分離する
ダイクロイックミラーとそれぞれの光を透過、遮断する
シャッターを組み合わせて構成しているが、図２１に示
すようなＲ、Ｇ、Ｂの透過域を有する回転カラーフィル
ターを用いる方法もある。この方式では、反射型画像表
示素子とＰＢＳは１つでよく、また、色分離、色合成用
の光学系が不要なため、低価格でコンパクトなシステム
が実現できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反射型
液晶表示装置を用いた以上のような投影型画像表示装置
は、次に説明するような問題がある。電子ディスプレイ
フォーラム９７に提案されている方法では、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の各色に対応した反射型画像表示素子及びＰＢＳがそれ
ぞれ３つ必要であり、また、色分離用の光学系と色合成
用クロスダイクロイックプリズムも必要となるため、シ
ステムのコストが非常に高くなるだけでなく、システム
サイズが非常に大きくなるという欠点を有する。

【００１１】特開平５−１５８０１２では、上記３板式
での課題は解決されるものの光源からのＲ、Ｇ、Ｂの光
を時分割で反射型画像表示素子に入射させているため、
例えばＲの光が選択されている時は、Ｇ、Ｂは実質上利
用できなくなり、明るさが原理的に１／３に低下してし
まう。

【００１２】さらに、この方式では、例えば、１／６０
秒を１フレームとして、画像表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ
それぞれに割り当てられた表示時間は、５ｍsec程度で
あり、この時間内に表示を行わなければならないため、
非常に応答速度が速い素子が必要となる。これはＣＲＴ
などと異なり、応答速度が比較的遅い液晶を用いた場合
には、大きな問題である。

【００１３】また、この方式では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色
が時分割で表示されるため、動画などを表示した場合や
視線が移動した場合、それぞれの原色が分離して見える
現象（以降、色ブレーキングと呼ぶ）が発生し、画質を
低下させる。この色ブレーキング現象を低減するため
に、駆動周波数を上げて表示を行う方法があるが、素子
の応答速度をさらに高速化する必要があり、液晶を用い
た場合は非常に不利である。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、小型、軽量かつ明る
い反射型液晶表示素子を用いた画像表示装置を提供する
ことである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成の画
像表示装置は、光源と、該光源からの赤、緑、青の３原
色の光を２つの色光のグループに分け、該２つのグルー
プの色光を時分割で順次切り替えると共に、該光源から
の赤、緑、青の３原色の光のうち、２色を他の１色と偏
光方向を異ならせて照射する機能を有する照明手段と、
該光源からの光を偏光方向によって分離する光分離手段
と、該光分離手段で分離された光を変調する複数枚の反
射型画像表示素子と、該反射型画像表示素子で変調され
た光を投影する投影手段とを備えたことを特徴とする。

【００１６】本発明の第２の構成の画像表示装置は、第
１の構成の画像表示装置において、前記照明手段が、前
記光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色
を含む異なる２つのグループの色光を順次切り替えて選
択する機能を有する色切替手段と、該異なる２つのグル
ープの色光に共通する色、又は、それ以外の２色の光の
偏光方向を変換させる機能を有する第１の偏光制御手段
より成ることを特徴とする。

【００１７】本発明の第３の構成の画像表示装置は、第
１の構成の画像表示装置において、前記照明手段が、前
記光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色
を含む色光のグループと残りの１色のグループを順次切
り替えて選択する機能を有する色切替手段と、該２色を
含む色光のグループの中の一方の色、又は、他方のグル
ープの光の偏光方向を変換させる機能を有する第２の偏
光制御手段を含んでいることを特徴とする。

【００１８】本発明の第４の構成の画像表示装置は、第
２の構成の画像表示装置において、前記光分離手段の前
記投影手段側に前記第１の偏光制御手段と同様の機能を
有する第３の偏光制御手段が配置されていることを特徴
とする。

【００１９】本発明の第５の構成の画像表示装置は、第
３の構成の画像表示装置において、前記光分離手段の前
記投影手段側に前記第２の偏光制御手段と同様の機能を
有する第４の偏光制御手段が配置されていることを特徴
とする。

【００２０】本発明の第６の構成の画像表示装置は、第
２又は第４の構成の画像表示装置において、前記第１の
偏光制御手段の光入射側の光路上に１方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。

【００２１】本発明の第７の構成の画像表示装置は、第
３又は第５の構成の画像表示装置において、前記第２の
偏光制御手段の光入射側の光路上に１方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。

【００２２】本発明の第８の構成の画像表示装置は、第
４又は第６の構成の画像表示装置において、前記第３の
偏光制御手段の光出射側の光路上に１方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。

【００２３】本発明の第９の構成の画像表示装置は、第
５又は第７の構成の画像表示装置において、前記第４の
偏光制御手段の光出射側の光路上に１方向の偏光方向の
みを透過する偏光選択素子が配置されていることを特徴
とする。

【００２４】本発明の第１０の構成の画像表示装置は、
第１乃至第９のいずれかの構成の画像表示装置におい
て、前記反射型画像表示素子が２枚配置されており、一
方が前記３原色の光のうちの１色に対応しており、他方
が残りの２色に対応していることを特徴とする。

【００２５】本発明の第１１の画像表示装置は、第２、
第４、第６、第８、第１０のいずれかの構成の画像表示
装置において、前記色切替手段で選択される前記異なる
２つの色光に共通する色以外の２色の光のうち、光源の
スペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選択時間を他
方の色光の選択時間より長くすることを特徴とする。

【００２６】本発明の第１２の構成の画像表示装置は、
第２、第４、第６、第８、第１０のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される前記
異なる２つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が含まれ
ており、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選
択時間より長くしたことを特徴とする。

【００２７】本発明の第１３の構成の画像表示装置は、
第３、第５、第７、第９、第１０のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される色光
のうち、光源のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光
の選択時間を他方の色光の選択時間より長くしたことを
特徴とする。

【００２８】本発明の第１４の構成の画像表示装置は、
第３、第５、第７、第９、第１０のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記色切替手段で選択される色光
のうち、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選
択時間より長くしたことを特徴とする。

【００２９】本発明の第１５の構成の画像表示装置は、
第２、第４、第６、第８、第１０のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記異なる２つの色光に共通する
色が、対応する光源のスペクトル強度の最も弱い光であ
ることを特徴とする。

【００３０】本発明の第１６の構成の画像表示装置は、
第２、第４、第６、第８、第１０のいずれかの構成の画
像表示装置において、前記異なる２つの色光に共通する
色が、緑であることを特徴とする。

【００３１】本発明の第１７の構成の画像表示装置は、
第２乃至第１６のいずれかの構成の画像表示装置におい
て、前記色切替手段が、赤、緑、青の３原色すべてを透
過させるエリアを有していることを特徴とする。

【００３２】以下、本発明の作用について説明する。第
１の構成によれば、これまでＲ、Ｇ、Ｂの単色を時分割
で表示するため、明るさが３枚の画像表示素子を用いる
方式のものと比べると１／３に低下していたが、本方式
を用いることでＲ、Ｇ、Ｂのうちの２色を含む異なる２
つの色光を使用するため、常に３原色のうちの２色が使
用でき、システムサイズを大きくすることなく、明るさ
を飛躍的に向上させることができる。

【００３３】さらに、本方式では、上述したように異な
る２色の色光を順次切り替えて表示しているため、色光
間の色ブレーキングは発生するが、従来のように３原色
に分離して見えるのではなく、２色に分離して確認さ
れ、また、この色光にはＲ、Ｇ、Ｂのうち２色が含まれ
ているため、人間には色ブレーキング現象が大きく緩和
されて確認される。

【００３４】第２の構成によれば、色切替手段により異
なる２色の色光を順次選択し、両方の色光に共通する色
又はそれ以外の２色のどちらかの偏光を第１の偏光制御
手段によって回転させることにより、効率よく所定の光
を対応する反射型画像表示素子に入射させることがで
き、明るさを更に向上させることができる。

【００３５】また、従来の方式では、図２１に示すよう
に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色が透過するエリアを３分割する必
要があったが、本方式を用いた場合、図２に示すように
異なる２つの色光のエリアで分割するため、応答速度に
対する要求が基本的に１．５倍に緩和される（明るさも
理想的には１．５倍向上する）。また、２つの色光に共
通して含まれる色は、常に反射型画像表示素子に照射さ
れるため、応答速度に対する要求は、従来の３板式方式
と同じで、３倍の明るさの向上を実現できる。

【００３６】第１の偏光制御手段としては、例えばＵＳ
Ｐ5,751,384に開示されているような素子を利用でき
る。この素子は、波長板を複数枚その軸の角度を変えて
積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光を回転させる
機能を有するもので、例えば、Ｂの偏光を回転させる素
子を用いた場合、図５に示すように、白色の直線偏光が
本素子に入射すると、その出射光のうちＲ、Ｇの偏光方
向は維持され、Ｂの偏光方向のみ回転させることができ
る。

【００３７】第３の構成によれば、色切替手段にて光分
離手段に入射する色光を切り替える毎に、各反射画像表
示素子には対応する色光が、照射される時と照射されな
い時とが、繰り返される。この反射型画像表示素子に色
光が照射されない時を利用して、反射型画像表示素子に
画像信号を書き込み、色光の照射時にその画像信号に合
わせて、光の偏光方向を変調することができる。

【００３８】これまで、例えば液晶パネルを用いたフィ
ールドシーケンシャル方式では、液晶に電界を印加して
から、液晶分子が完全に反応するまでの間（液晶の応答
時間）は、光を利用できなかった（以下ブランキングタ
イムと呼ぶ）が、本発明では、上記したように光の非照
射時間を利用して、画像信号を書き込むためブランキン
グタイムをとる必要がなく、光利用効率を更に向上させ
ることができる。

【００３９】第４の構成によれば、第１の偏光制御手段
と同様の機能を有する第３の偏光制御手段を光分離手段
の撮影手段側に配置することで、異なる偏光方向で出射
された光の偏光方向を揃えることができ、スクリーンと
して明るい照明下でも高いコントラスト比が保てる偏光
スクリーンを用いることができる。偏光スクリーンは、
スクリーン面に偏光板が貼り付けられており、ランダム
偏光で入射した光の半分をカットする。この偏光板の透
過軸とプロジェクションから出射される光の偏光方向を
一致させておけば、プロジェクションからの入射光はほ
とんどカットされないため、外光の影響を半減でき、高
いコントラスト比を維持できる。

【００４０】第５の構成によれば、第２の偏光制御手段
と同様の機能を有する第４の偏光制御手段を光分離手段
の投影手段側に配置することで上記第４の構成と同様
に、異なる偏光方向で出射された光の偏光方向を揃える
ことができるため、偏光スクリーンを用いることで明る
い照明下でも高いコントラスト比を保つことができる。

【００４１】第６の構成によれば、偏光選択手段を第１
の偏光制御手段の光入射側の光路上に配置することによ
り、第１の偏光制御手段に直線偏光を入射できるため、
第１の偏光制御手段及び、光分離手段で効率よく色分
離、偏光分離を行うことができ、明るく、コントラスト
比の高い画像を実現することができる。

【００４２】第７の構成によれば、偏光選択手段を第２
の偏光制御手段の光入射側の光路上に配置することによ
り第６の構成と同様に第２の偏光制御手段に直線偏光を
入射できるため、第２の偏光制御手段の及び光分離手段
で効率よく色分離・偏光分離を行うことができ、明るく
コントラスト比の高い画像を実現できる。

【００４３】第８の構成によれば、偏光選択手段を第３
の偏光制御素子の光出射側の光路上に設けることによ
り、本来光分離素子で光源方向に返される光が、光分離
素子を通過しても、偏光選択手段でカットされるため、
コントラスト比の高い画像を実現することができる。

【００４４】第９の構成によれば、偏光選択手段を第４
の偏光制御素子の光出射側の光路上に設けることによ
り、第８の構成と同様に本来光分離素子で光源方向に返
される光が、光分離素子を通過しても、偏光選択手段で
カットされるため、コントラスト比の高い画像を実現す
ることができる。

【００４５】第１０の構成によれば、反射型画像表示素
子が２枚配置されており、一方の反射型画像表示素子が
Ｒ、Ｇ、Ｂのうちのいずれか２色、他方が残りの１色に
対応することにより、従来の方式では、Ｒ、Ｇ、Ｂの光
を一色ずつ表示していたが、２色の光を同時に利用でき
るため、明るさを飛躍的に向上させることができる。

【００４６】第１１の構成によれば、色切替手段で選択
される異なる２つの色光に共通する色以外の２色の光の
うち、光源のスペクトル強度が弱い方の光を含む色光の
選択時間を他方の色光の選択時間より長くすることによ
り、スペクトル強度にかたよりがあるランプ（例えばメ
タルハライドランプやハロゲンランプ）を用いても、ス
ペクトルの弱い光の光量を相対的に増やすことができ、
ホワイトバランスを改善することができる。

【００４７】従来、ホワイトバランスを重視するＡＶ用
プロジェクトションに用いた場合、スペクトル分布の強
い光をカットして、ホワイトバランスの調整を行ってい
たため、明るさを大幅に低下させていたが、この方式で
は、明るさの低下は最小限に抑えられるため、ＡＶ用プ
ロジェクションには非常に有利となる。

【００４８】第１２の構成によれば、色切替手段で選択
される異なる２つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が
含まれており、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色
光の選択時間より長くすることにより、視感度が高く明
るさに大きな影響を及ぼす緑の光量を増加させることが
でき、明るさを向上させることができる。このことによ
り、ホワイトバランスのずれが発生した場合でも、デー
タプロジェクション用として用いた場合、ホワイトバラ
ンスは重視されないため、大きな問題とならない。

【００４９】第１３の構成によれば、色切替手段で選択
される色光のうち、光源のスペクトル強度が弱い方の光
を含む色光の選択時間を他方の色光の選択時間より長く
することにより、第１１の構成と同様に、スペクトル強
度にかたよりがあるランプ（例えば、メタルハライドラ
ンプやハロゲンランプ）を用いても、スペクトルの弱い
光の光量を相対的に増加させることができ、ホワイトバ
ランスを改善することができる。

【００５０】第１４の構成によれば、色切替手段で選択
される色光のうち、緑が含まれる色光の選択時間を他方
の色光の選択時間より長くすることにより、第１２の構
成と同様に視感度が高く明るさに大きな影響を及ぼす緑
の光量を増加させることができ、明るさを向上させるこ
とができる。

【００５１】第１５の構成によれば、異なる２つの色光
に共通する色が、対応する光源のスペクトル強度の最も
弱い光とすることにより、この光は、常に対応する反射
が画像表示装置に入射されるため、スペクトル強度にか
たよりがあるランプ（例えばメタルハライドランプやハ
ロゲンランプ）を用いても、良好なホワイトバランスを
得ることができる。

【００５２】従来、ホワイトバランスを重視するＡＶ用
プロジェクションに用いた場合、スペクトル分布の強い
光をカットして、ホワイトバランスの調整を行っていた
ため、明るさを大幅に低下させていたが、この方式で
は、明るさの低下は最小限に抑えられるため、ＡＶ用プ
ロジェクションには非常に有利となる。

【００５３】第１６の構成によれば、異なる２つの色光
に共通する色を緑とすることにより、視感度が高く明る
さに大きな影響を及ぼす緑の光量を増加させることがで
き、明るさを向上させることができる。このことによ
り、ホワイトバランスのずれが発生した場合でも、デー
タプロジェクション用として用いた場合はホワイトバラ
ンスは重視されないため、大きな問題とはならない。

【００５４】第１７の構成によれば、色切替手段が透明
な領域を有することで、その領域ではＲ、Ｇ、Ｂの光が
すべて透過することになり、スクリーン上で白表示を行
う時に、明るさを向上させることができる。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。 （実施形態１）図１は本発明の投影型カラー画像表示装
置の模式図である。本実施形態では光源１０１として、
１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのPhilips社製のＵＨＰ
ランプ（高圧水銀ランプ）を用いた。光源としてはこの
他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライド
ランプを用いることができる。光源１０１の背面には光
源からの光をその第２焦点に集光させるための楕円鏡１
０２が配置されている。楕円鏡１０２の第２焦点近傍に
は、図２に示すようにシアン（Ｂ、Ｇの成分を含む色
光）とマゼンタ（Ｂ、Ｒの成分を含む色光）の光を透過
する領域を有する回転カラーフィルター１０３が配置さ
れており、その前方には、ガラスロッド１０４が配置さ
れている。このガラスロッド１０４は、その内部で光を
反射させて光を伝達するもので、その光出射面が後述す
る反射型液晶表示素子１１０に略結像するように配置さ
れている。

【００５６】ガラスロッド１０４の光出射面では、ロッ
ド内部で光が全反射を繰り返すため、照度分布がほぼ均
一になっている。これにより反射型液晶表示素子１１０
に入射する光の照度分布を改善することができる。ガラ
スロッド１０４を出射した光は、照明レンズ１０５とフ
ィールドレンズ１０６に入射し、略平行光にされた後、
偏光板１０７に入射する。偏光板１０７では、紙面に対
して垂直方向の光のみを透過し、偏光制御素子１０８に
入射させる。

【００５７】偏光制御素子１０８は、図３に示すような
特性を有しており、入射光のうちＢの成分の光のみ偏光
方向を紙面に対して平行方向に回転し、ＰＢＳ１０９に
入射させる。図３において、実線は図４に示す光学系に
おいて、ＰＢＳを反射した光の特性で、破線は、ＰＢＳ
を透過した光の特性である。

【００５８】本実施形態では、偏光制御素子１０８とし
て、ＵＳＰ5,751,384に開示されているような素子を使
用した。この素子は波長板を複数枚その軸の角度を変え
て積層し、ある特定の波長域の光のみの偏光を回転させ
る機能を有するもので、例えば、本実施形態のようにＢ
の偏光を回転させる素子を用いた場合、図５に示すよう
に、白色の直線偏光が本素子に入射すると、その出射光
のうちＲ、Ｇの偏光方向は維持され、Ｂの偏光方向のみ
回転させることができる。

【００５９】本実施形態では、偏光制御素子１０８とし
て上記素子を用いたが、同様の機能を有するものであれ
ば、いかなるものでも利用でき、例えばコレステリック
液晶などを用いてもよい。偏光制御素子１０８を出射し
た光がＰＢＳ１０９に入射するとＲ、Ｇの光は、ＰＢＳ
１０９に対してＳ偏光となるため反射され、Ｂの光はＰ
偏光となるために透過する。ＰＢＳ１０９を透過・反射
した光は、それぞれ対応する反射型液晶素子１１０−
１、２に入射して、画像信号に合わせて変調された後、
再度ＰＢＳ１０９に向けて反射され、偏光方向が変調さ
れた光のみが、投影レンズ１１１に入射し、スクリーン
に投影される。反射型液晶素子１０９としては、０．９
型ＸＧＡパネルで、応答速度２ｍsec〜３ｍsecのＮｅｍ
ａｔｉｃ液晶を用いた。液晶モードとしては、上記の他
に強誘電液晶など応答速度の比較的速いものであればい
かなるものでも使用できる。

【００６０】この時、シアンとマゼンタの透過域を有す
る回転カラーフィルター１０３は１／６０秒で回転して
いるため、シアン、マゼンタそれぞれに割り当てられた
時間は、約８ｍsec程度で、この時間毎に色が切り替わ
る。このうち、この２つの色光に共通するＢに対して
は、回転カラーフィルター１０３の回転に関係なく常時
ＰＢＳ１０９を透過し、反射型液晶素子１１０−２に入
射する。一方、シアン、マゼンタからＢの光がぬけると
Ｒ、Ｇの光となる。このＲ、Ｇの光は、上記のスピード
で順次切り替わり反射型液晶素子１１０−１に入射す
る。よって、回転カラーフィルター１０３の一周で、
Ｒ、Ｇ、Ｂの光が反射型液晶素子１１０で変調されるこ
とになる。

【００６１】本実施形態では、回転カラーフィルター１
０３を１／６０秒で回転させたが、２倍速やそれ以上の
速度にしてもよい。この時、回転カラーフィルター１０
３の回転速度を上げる代わりに、図６に示すように、カ
ラーフィルターの分割数を多くしても同様の効果が得ら
れる。ＰＢＳ１０９と投影レンズ１１１の間には、偏光
制御素子１１２と偏光板１１３が配置されている。偏光
制御素子１１２は偏光制御素子１０８と同様の物を用
い、Ｂの光のみの偏光方向を回転し、Ｒ、Ｇ、Ｂの偏光
方向を揃える働きをもつ。偏光板１１３は、偏光制御素
子１１２からの光のうちＰＢＳ１０９で本来カットされ
る光の漏れ光をカットして、Ｃ．Ｒ．を向上させる。上
記構成にて、プロジェクションを構成したところ、従来
の単板式のフィールドシーケンシャル方式と比べ明るさ
を約１．５倍に向上させることができた。

【００６２】本実施形態では、Ｂの光の偏光を回転させ
る偏光制御素子１０８、１１２を用いたが、Ｒ、Ｇの偏
光方向を回転させてもよく、ＰＢＳ１０９に入射する各
色のＰ、Ｓ偏光が入れ替わってもよい。また、本実施形
態では白色をＲ、ＧとＢに分離したが、Ｇ、ＢとＲなど
あらゆる組み合わせが可能である。この場合、偏光制御
素子１０８、１１２で回転させる光の色を変えるだけで
よい。また、本実施形態では、ＰＢＳ１０９の光入射側
及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置した
が、光出射側の偏光板１１３と偏光制御素子１１２は必
ずしも必要でない。

【００６３】（実施形態２）図７は本発明の第２の実施
形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターの特性のみ実
施形態１と異なるため、実施形態１に対応する部分には
同一符号を付し詳細な説明を省略する。本実施形態は、
図８（ａ）（ｂ）に示すようなマゼンタの領域をシアン
の領域より１０％程度大きくした回転カラーフィルター
７０１−１あるいはマゼンタとイエロー（Ｒ、Ｇの成分
を含む光）の領域を有した回転カラーフィルター７０１
−２を用いたものである。但し、マゼンタとイエローの
回転カラーフィルター７０１−２を用いた場合は、偏光
制御素子１０８、１１２に代え、図９に示す特性を有す
るＲの偏光方向のみ回転する偏光制御素子７０２、７０
３を用いた。偏光制御素子７０２、７０３としては、こ
の他にＧあるいはＢのみの偏光方向を回転させるものを
用いることができる。

【００６４】図８（ａ）の回転カラーフィルター７０１
−１は、Ｒを含むマゼンタの領域が実施形態１で用いた
ものよりも大きくなるため、スペクトル強度の弱いＲの
光が強くなる。図８（ｂ）の回転カラーフィルター７０
１−２を用いた場合は、Ｒはマゼンタやイエローに共通
して含まれているため、回転カラーフィルター７０１−
２の色領域や回転速度に関係なく、常に反射型液晶表示
素子１１０に照射されるため、図８（ａ）と同様にＲの
光を強くすることができる。

【００６５】本実施形態で用いているPhilips社製のＵ
ＨＰランプは、Ｒのスペクトルが弱く、ホワイトバラン
スが悪いため、上記特性を有する回転カラーフィルター
７０１を用いることにより良好なホワイトバランスを得
ることができる。本回転カラーフィルター７０１−１、
７０１−２を用いてプロジェクションを構成したとこ
ろ、実施形態１と比べ明るさを大きく低下させることな
く、ＡＶ用プロジェクションとして非常に良好なホワイ
トバランスを得ることができる。

【００６６】本実施形態では、Ｒのスペクトル強度の弱
いＵＨＰランプを用いたが、Ｒ、Ｇ、Ｂのスペクトル強
度が異なるランプを用いた場合には、回転カラーフィル
ター７０１のスペクトルの弱い色の含まれている色光の
領域を大きくするか、あるいは、異なる２つの色光に共
通する色をスペクトルの弱い光にすることで、同様の効
果が得られる。例えば、ハロゲンランプを用いた場合
は、上記ＵＨＰランプとは異なり、Ｒの光が強く、Ｂの
光が弱いため、Ｂの含まれている色光の領域を大きくす
るか、マゼンタとシアンのようにＢを異なる２つの色光
に共通に含まれる色にすればよい。

【００６７】（実施形態３）図１０は本発明の第３の実
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターのみ実施形態
１と異なるため、実施形態１に対応する部分には同一符
号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態は図１１
（ａ）（ｂ）に示すようなシアンの領域をマゼンタより
１０％程度大きくした回転カラーフィルター１００１−
１あるいはシアン、イエローの領域を有した回転カラー
フィルター１００１−２を用いたものである。但し、シ
アンとイエローの回転カラーフィルター１００１−２を
用いた場合は、偏光制御素子１０８、１１２に代え、図
１２に示す特性を有するＧの偏光方向のみ回転する偏光
制御素子１００２、１００３を用いた。偏光制御素子１
００２、１００３としては、この他にＲ、Ｂのみの偏光
方向を回転させるものも用いることができる。

【００６８】その結果、図１１（ａ）に示す回転カラー
フィルター１００１−１を用いた場合は、視感度の高い
Ｇを含むシアンの光が強くなり、明るさを向上させるこ
とができる。また、図１１（ｂ）に示す回転カラーフィ
ルター１００１−２を用いた場合は、Ｇはシアンとイエ
ローの両方に共通して含まれているため、回転カラーフ
ィルター１００１−２の色領域や回転速度に関係なく、
常に反射型液晶表示素子１１０−２に照射されるため、
図１１（ａ）と同様にＧの光を強くすることができる。
上記２種類の回転カラーフィルター１００１−１あるい
は１００１−２を用いたところ、実施形態１と比べ、図
１１（ａ）の回転カラーフィルター１００１−１を用い
た場合では約１．２倍、図１１（ｂ）の回転カラーフィ
ルター１００１−２を用いた場合では約１．５倍の明る
さを向上させることができた。Ｇを強くすることで、ホ
ワイトバランスが、Ｇよりになるもののデータプロジェ
クションとしては、十分に使用できる範囲である。

【００６９】（実施形態４）図１３は本発明の第４の実
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では回転カラーフィルターのみ実施形態
１と異なるため、実施形態１に対応する部分には同一符
号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、回
転カラーフィルター１３０１として、図１４に示すよう
にシアン、マゼンタの透過領域に加え、透明領域を１５
％追加したものを使用している。

【００７０】この方式では、カラー表示を行う場合は、
実施形態１と同様にシアンとマゼンタの領域を使用し、
白表示時には、さらに透明領域を通過する光を利用する
もので、透明領域ではＲ、Ｇ、Ｂすべての光が透過する
ため、明るさを向上させることができる。この回転フィ
ルター１３０１を用いたところ、ホワイトバランスや
Ｒ、Ｇ、Ｂの色純度を変化させずに実施形態１と比べ、
約１．２倍の明るさ向上を実現することができた。本実
施形態で用いた回転カラーフィルター１３０１に透明領
域を設ける方式は、実施形態２や実施形態３に用いた回
転カラーフィルター７０１、１００１にも同様に使用す
ることができる。また、本実施形態では、回転カラーフ
ィルター１３０１にシアン、マゼンタのフィルターを用
いたが、マゼンタとイエローなどＲ、Ｇ、Ｂの３原色の
うち２色を含む異なる色光どうしの組み合わせであれば
いかなるものでもよい。

【００７１】（実施形態５）図１５は本発明の第５の実
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では実施形態１に対応する部分には同一
符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では図
１６に示すようなシアンの領域とＲの領域を有する回転
カラーフィルター１９０１を用いている。回転カラーフ
ィルターとしては、この他にマゼンタの領域とＧの領
域、イエローの領域とＢの領域を有するものを用いても
よい。また、これらの色光の領域の大きさは、目的に合
わせて調節してもよく、さらに、実施形態４の場合と同
様にＲ、Ｇ、Ｂのすべての光を透過する透過領域を回転
カラーフィルターに設けてもよい。

【００７２】偏光板１０７では、紙面に対して垂直方向
の光のみを透過し、偏光制御素子１０８に入射させる。
偏光制御素子１０８は、実施形態１で用いたものと同様
の機能を有しており、入射光のうちＲの成分の光のみ偏
光方向を紙面に対して平行方向に回転しＰＢＳ１０９に
入射させる。偏光制御素子１０８を出射した光がＰＢＳ
１０９に入射するとＢ、Ｇの光は、ＰＢＳ１０９に対し
てＳ偏光となるため反射される。そして、その後ダイク
ロイックミラー１９０２により、Ｂの光は反射されて反
射型液晶素子１１０−１に入射し、Ｇの光はダイクロイ
ックミラー１９０２を透過して、反射型液晶素子１１０
−２に入射する。一方、Ｒの光はＰ偏光となるためにＰ
ＢＳ１０９を透過し、反射型液晶素子１１０−３に入射
する。

【００７３】反射型液晶素子１１０−１、２、３にて画
像信号に合わせて変調されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、再度Ｐ
ＢＳ１０９に向けて反射され、偏光方向が変調された光
のみが投影レンズ１１１に入射し、スクリーンに投影さ
れる。反射型液晶素子１１０としては、０．９型ＸＧＡ
パネルで、応答速度６ｍsecのＮｅｍａｔｉｃ液晶を用
いた。この時、Ｒとシアン（ＢとＧで構成される色光）
の光は回転カラーフィルター１９０１にて時分割でＰＢ
Ｓ１０９に入射されるため、例えば、フィールド１（回
転カラーフィルター１９０１のシアン領域）では、Ｂ、
Ｇがそれぞれ反射型液晶素子１１０−１と１１０−２に
入射し、フィールド２（Ｒ領域）では、Ｒの光が反射型
液晶素子１１０−３に入射する。ここで、フィールド１
では、反射型液晶素子１１０−３にはＲの光は入射して
いないので、あらかじめこの時間内に次のフィールド２
で表示する画像信号を反射型液晶素子１１０−３に書き
込むことができる。

【００７４】反射型液晶素子１１０−１、１１０−２に
ついても同様に、フィールド２でＢ、Ｇに対応した画像
信号を書き込むことができる。本実施形態では、回転カ
ラーフィルター１９０１を１／６０秒で回転させたた
め、フィールド１とフィールド２に割り当てられた時間
は、約８ｍsec程度で、この時間毎に色が切り替わる。
よって、この時間より応答スピードが速い液晶材料を用
いれば、ブランキングタイムなしで、画像表示が可能と
なるため、明るさを向上させることができる。

【００７５】本実施形態では、回転カラーフィルター１
９０１を１／６０秒で回転させたが、２倍速それ以上の
速度にしてもよい。この時、回転カラーフィルター１０
３の回転速度を上げる代わりに、カラーフィルターの分
割数を多くしても同様の効果が得られる。また、液晶の
応答速度が、各フィールドに割り当てられた時間より遅
くても、ブランキングタイムを短くすることができるた
め、明るさ向上の効果はある。

【００７６】本実施形態では、３枚の反射型液晶素子を
用いたが、図１７に示すように２枚の反射型液晶素子を
用いてもよい。この場合、その一方が、Ｒ、Ｇ、Ｂのう
ち２色に対応することになるため、反射型液晶素子にカ
ラーフィルターを設置してもよい。また、応答速度が十
分に速い液晶材料を用いた場合は、２色の光を時分割で
照射する必要はなく、Ｒ、Ｇ、Ｂを同時に入射させるこ
ともできる。

【００７７】ＰＢＳ１０９と投影レンズ１１１の間には
偏光制御素子１１２と偏光板１１３が配置されている。
偏光制御素子１１２は、偏光制御素子１０８と同様のも
のを用い、Ｒの光のみの偏光方向を回転し、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の偏光方向を揃える働きを持つ。偏光板１１３は、偏光
制御素子１１２からの光のうちＰＢＳ１０９で本来カッ
トされる光の漏れ光をカットし、Ｃ．Ｒ．を向上させ
る。上記構成にて、プロジェクションを構成したとこ
ろ、従来の単板式のフィールドシーケンシャル方式と比
べ約１．５倍の明るさの向上を図ることができた。

【００７８】本実施形態では、Ｒの光の偏光を回転させ
る偏光制御素子１０８、１１２を用いたが、Ｂあるいは
Ｇの偏光方向を回転させてもよく、ＰＢＳ１０９に入射
する各色のＰ、Ｓ偏光が入れ替わってもよい。また、本
実施形態では白色をＢ、ＧとＲに分離したが、Ｇ、Ｒと
Ｂなどあらゆる組み合わせが可能である。この場合、偏
光制御素子１０８、１１２で回転させる光の色を変える
だけでよい。また、本実施形態では、ＰＢＳ１０９の光
入射側及び出射側の両方に偏光板と偏光制御素子を配置
したが、光出射側の偏光板１１３と偏光制御素子１１２
は必ずしも必要でない。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、異なる色
光のカラーフィルターと特定の波長域の光の偏光方向の
み回転させる偏光制御手段を組み合わせて使用すること
により、反射型画像表示素子で、常にＲ、Ｇ、Ｂのうち
２色の光を利用できるため、従来の単板式フィールドシ
ーケンシャルを用いた方式と比べ、サイズや価格を大幅
に上昇させることなく、飛躍的に明るさを向上させるこ
とができる。

【００８０】また、回転カラーフィルターでの色光の選
択領域を調整することにより、他の性能を低下させるこ
となく、スクリーン入射光のホワイトバランスの調整や
明るさの向上を行うことができる。

【００８１】さらに、回転カラーフィルターの異なる２
色の色光に共通する色を光源のスペクトル強度の弱い光
や強い光とすることで、上記色光感の調整と同様に、他
の性能を低下させることなく、スクリーン入射光のホワ
イトバランスの調整や明るさアップを行うことができ
る。さらに、回転カラーフィルターに上記２色の色光の
領域だけでなく、透明な領域を作成することで、白表示
時の明るさをさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１に係る投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【図２】 回転カラーフィルターの説明図である。

【図３】 実施形態１で用いた偏光制御素子の分光特性
である。

【図４】 偏光制御素子の分光特性測定に用いた光学系
の説明図である。

【図５】 偏光制御素子の機能の説明図である。

【図６】 別の回転カラーフィルターの説明図である。

【図７】 本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【図８】 実施形態２で用いる回転カラーフィルターの
説明図である。

【図９】 赤の波長域の偏光のみ回転させる偏光制御素
子の分光特性図である。

【図１０】 本発明の実施形態３に係る投影型カラー画
像表示装置の模式図である。

【図１１】 実施形態３で用いる回転カラーフィルター
の説明図である。

【図１２】 緑の波長域の偏光のみ回転させる偏光制御
素子の分光特性図である。

【図１３】 本発明の実施形態４に係る投影型カラー画
像表示装置の模式図である。

【図１４】 実施形態４で用いる回転カラーフィルター
の説明図である。

【図１５】 本発明の実施形態５に係る投影型カラー画
像表示装置の模式図である。

【図１６】 実施形態５で用いる回転カラーフィルター
の説明図である。

【図１７】 実施形態５に係る別の投影型カラー画像表
示装置の模式図である。

【図１８】 透過型液晶表示素子の画素部の説明図であ
る。

【図１９】 反射型液晶表示素子の説明図である。

【図２０】 従来の反射型液晶表示素子を用いた３板式
液晶プロジェクションの説明図である。

【図２１】 従来の回転カラーフィルターの説明図であ
る。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ 楕円鏡 １０３ 回転カラーフィルター １０４ ガラスロッド １０５ 照明レンズ １０６ フィールドレンズ １０７ 偏光板 １０８ 偏光制御素子 １０９ ＰＢＳ １１０−１、１１０−２、１１０−３ 反射型液晶素
子 １１１ 投影レンズ １１２ 偏光制御素子 １１３ 偏光板 ７０１−１、７０１−２ 回転カラーフィルター ７０２ 偏光制御素子 ７０３ 偏光制御素子 １００１−１、１００１−２ 回転カラーフィルター １００２ 偏光制御素子 １００３ 偏光制御素子 １３０１ 回転カラーフィルター １５０１ ＴＦＴ １５０２ ブラックマトリクス １５０３ ゲートバスライン １５０４ ソースバスライン １６０１ 反射電極 １９０１ 回転カラーフィルター １９０２ ダイクロイックミラー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA14 EA16 EA19 HA12 HA13 HA18 HA20 HA24 HA28 MA02 MA06 2H093 NA61 NA65 ND04 ND08 NE06 NF17 NG02 5C080 AA10 BB05 CC03 CC06 DD22 DD27 EE29 EE30 FF09 JJ05 JJ06 KK43

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 該光源からの赤、緑、青の３原色の光を２つの色光のグ
   ループに分け、該２つのグループの色光を時分割で順次
   切り替えると共に、該光源からの赤、緑、青の３原色の
   光のうち、２色を他の１色と偏光方向を異ならせて照射
   する機能を有する照明手段と、 該光源からの光を偏光方向によって分離する光分離手段
   と、 該光分離手段で分離された光を変調する複数枚の反射型
   画像表示素子と、 該反射型画像表示素子で変調された光を投影する投影手
   段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記照明手段が、前記光源に含まれる
   赤、緑、青の３原色の光のうちの２色を含む異なる２つ
   のグループの色光を順次切り替えて選択する機能を有す
   る色切替手段と、 該異なる２つのグループの色光に共通する色、又は、そ
   れ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する
   第１の偏光制御手段より成ることを特徴とする請求項１
   記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記照明手段が、前記光源に含まれる
   赤、緑、青の３原色の光のうちの２色を含む色光のグル
   ープと残りの１色のグループを順次切り替えて選択する
   機能を有する色切替手段と、 該２色を含む色光のグループの中の一方の色、又は、他
   方のグループの光の偏光方向を変換させる機能を有する
   第２の偏光制御手段を含んでいることを特徴とする請求
   項１記載の画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記光分離手段の前記投影手段側に前記
   第１の偏光制御手段と同様の機能を有する第３の偏光制
   御手段が配置されていることを特徴とする請求項２記載
   の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記光分離手段の前記投影手段側に前記
   第２の偏光制御手段と同様の機能を有する第４の偏光制
   御手段が配置されていることを特徴とする請求項３記載
   の画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１の偏光制御手段の光入射側の光
   路上に１方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
   配置されていることを特徴とする請求項２又は４記載の
   画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記第２の偏光制御手段の光入射側の光
   路上に１方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
   配置されていることを特徴とする請求項３又は５記載の
   画像表示装置。
8. 【請求項８】 前記第３の偏光制御手段の光出射側の光
   路上に１方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
   配置されていることを特徴とする請求項４又は６記載の
   画像表示装置。
9. 【請求項９】 前記第４の偏光制御手段の光出射側の光
   路上に１方向の偏光方向のみを透過する偏光選択素子が
   配置されていることを特徴とする請求項５又は７記載の
   画像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記反射型画像表示素子が２枚配置さ
    れており、一方が前記３原色の光のうちの１色に対応し
    ており、他方が残りの２色に対応していることを特徴と
    する請求項１乃至９のいずれかに記載の画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記色切替手段で選択される前記異な
    る２つの色光に共通する色以外の２色の光のうち、光源
    のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選択時間を
    他方の色光の選択時間より長くすることを特徴とする請
    求項２、４、６、８、１０のいずれかに記載の画像表示
    装置。
12. 【請求項１２】 前記色切替手段で選択される前記異な
    る２つの色光のうちの一方にのみ緑の成分が含まれてお
    り、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選択時
    間より長くしたことを特徴とする請求項２、４、６、
    ８、１０のいずれかに記載の画像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記色切替手段で選択される色光のう
    ち、光源のスペクトル強度の弱い方の光を含む色光の選
    択時間を他方の色光の選択時間より長くしたことを特徴
    とする請求項３、５、７、９、１０のいずれかに記載の
    画像表示装置。
14. 【請求項１４】 前記色切替手段で選択される色光のう
    ち、緑が含まれる色光の選択時間を他方の色光の選択時
    間より長くしたことを特徴とする請求項３、５、７、
    ９、１０のいずれかに記載の画像表示装置。
15. 【請求項１５】 前記異なる２つの色光に共通する色
    が、対応する光源のスペクトル強度の最も弱い光である
    ことを特徴とする請求項２、４、６、８、１０のいずれ
    かに記載の画像表示装置。
16. 【請求項１６】 前記異なる２つの色光に共通する色
    が、緑であることを特徴とする請求項２、４、６、８、
    １０のいずれかに記載の画像表示装置。
17. 【請求項１７】 前記色切替手段が、赤、緑、青の３原
    色すべてを透過させるエリアを有していることを特徴と
    する請求項２乃至１６のいずれかに記載の画像表示装
    置。