JP2003315731A

JP2003315731A - プロジェクタ表示装置

Info

Publication number: JP2003315731A
Application number: JP2002124533A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murayama; 任村山; Hitoshi Urabe; 仁卜部
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】フリッカーや表示画面にムラが生じることが
ない、安価で画像のきれいな大型プロジェクタ表示装置
を提供する。【解決手段】白色光源と、該白色光源の光を複数色に
色分解するプリズムと、該プリズムからの各複数色光を
斜めに入射させて該各複数色光の透過率をそれぞれ電気
機械的に制御して反射させる複数個の２次元光変調（Ｍ
ＥＭ）アレイと、該各ＭＥＭアレイから出射する各複数
色光を色合成するプリズムと、該プリズムから出射する
光を入射する投影レンズとから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像を拡大
投影するプロジェクタ表示装置に関し、特にシリコン基
板上に形成した反射型ＭＥＭアレイを用いるプロジェク
タ表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラー画像を拡大投影するプロジ
ェクタ表示装置としては、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒ
ｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）やＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａ
ｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）によるものが
よく知られている。ＬＣＤプロジェクタは、光源からの
光を液晶表示素子に照射して光を透過させ、液晶表示素
子に表示されたカラー画像を投影レンズでスクリーンに
拡大投影するようになっている。ＬＣＤは光源からの光
を偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透過
させるため、光利用効率が低下する問題があり、また、
小型ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたＬＣＤは二枚
の基板間に液晶を封入し、配向させなければならないこ
とも相まって、大面積化が困難であり、高価格となって
いる。したがって、ＬＣＤプロジェクタも高価にならざ
るを得なかった。また、液晶には高速性がないため高速
表示のＬＣＤプロジェクタにおいては残像の影響が生じ
た。さらに、表示素子を機械的に固定する場合固定部分
にストレスが加わり、複屈折が生じる。その複屈折が全
体に均一に加わるのではなくて押さえた部分に強く生
じ、離れるにしたがって弱くなっていくので、当然に光
量分布ができてしまい、面積の小さい表示素子の場合そ
のストレスおよび光量分布の影響は画面の中央部近辺に
まで及ぶことになり、表示画面にムラが生じた。

【０００３】一方、ＤＬＰプロジェクタはＤＭＤ（Ｄｉ
ｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）
を用いた反射型ディスプレイであるが、ＤＭＤ自体の製
法が複雑であるため、高価になっていた。ＤＭＤ製法は
Ｓｉ基板を使用することは通常のＳｉデバイス（ＬＳ
Ｉ）と同様であるが、その複雑な３次元構造を形成する
ために通常のＬＳＩの工程とは大きく異なったエッチン
グ技術を必要としている。また、その構造および製造上
の理由から、１画素１０μｍ程度が微細化の限度ではな
いかとも言われている。画素の微細化に制限があると、
高解像化（多画素化）の中では、チップスサイズを大き
くすることとなり、製造コストの増加を引き起こす原因
となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するもので、残像の生じない、表示画面にムラのな
い、安価で画像のきれいな大型プロジェクタ表示装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載のプロジェクタ表示装置の発明は、白
色光源と、該白色光源の光を複数色に色分解するプリズ
ムと、該プリズムからの各複数色光を斜めに入射させて
該各複数色光の透過率をそれぞれ電気機械的に制御して
反射させる複数個のＭＥＭアレイと、該各ＭＥＭアレイ
から反射する各複数色光を色合成するプリズムと、該プ
リズムからの光を入射する投影レンズとからなることを
特徴とする。請求項２記載の発明は、請求項１記載のプ
ロジェクタ表示装置において、前記ＭＥＭアレイへの入
射角度が前記ＭＥＭアレイ垂直面に対して３０度以上で
あることを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項
１又は２記載のプロジェクタ表示装置において、前記Ｍ
ＥＭアレイにて、画像信号に応じて各画素を輝度に対応
したスイッチング操作をすることで表示画像を表示する
ことを特徴とする。

【０００６】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項記載のプロジェクタ表示装置において、前記
ＭＥＭアレイが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色
成分に対応した３板から成り、該３板を並置することを
特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項記載のプロジェクタ表示装置において、前記
３板が前記色分解プリズムにより色毎に分解される位置
に対応して配置されることを特徴とする。請求項６記載
の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のプロジェ
クタ表示装置において、前記投影レンズにより必要な表
示サイズに拡大投影されることを特徴とする。請求項７
記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載のプロ
ジェクタ表示装置において、シリコン基板上に前記ＭＥ
Ｍアレイを形成したことを特徴とする。以上の構成によ
って、白色光源とプリズムで色分解し斜め入射によっ
て、３色の独立した光源が不要となり、またＭＥＭアレ
イによって反射型光変調するので、安価で画像のきれい
な大型プロジェクタ表示装置が得られる。また、ＭＥＭ
素子の場合は偏光を使っていないので、前述の複屈折が
おきても表示画面にムラが生じることがない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図を参照し
て説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るプ
ロジェクタ表示装置を示すものである。図１において、
１０は白色光源で、ランプ１１とリフレクター１２とか
ら成る。ランプ１１としては例えば高圧水銀灯が用いら
れる。２０はプリズムによる色分離手段である。白色光
源からの光は色分離手段２０の平面からの垂直面に対し
て１０度以上の角度で入射しているのが特徴である。こ
れによって白色光源からの光が色分離手段２０の面に対
して角度をもって入射するので、波長の違いに応じてＲ
（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の３色に分離されることと
なる。３０は凸レンズ等の集光手段で、色分離手段２０
で分離された３色をそれぞれ所定の範囲に集光させる。
４０は所定の集光範囲にそれぞれ設けられた光変調素子
で、特に光の透過率をそれぞれ電気機械的に制御して反
射させるタイプの２次元光変調アレイ（以後、「ＭＥＭ
アレイ」と言う。）である。

【０００８】ＭＥＭアレイはＲ／Ｇ／Ｂそれぞれについ
てこのようなＭＥＭアレイ１板で構成しており、全体で
３板で構成となっている。１板のＭＥＭアレイはそれぞ
れ多数のＭＥＭ素子がマトリクス状に配設されて成り、
各ＭＥＭ素子が画素を構成する。ＭＥＭ素子には上下に
電極があり、２電極間に電圧を印加しないときはＭＥＭ
素子に到来した光が吸収され、電極に電圧を印加すると
光が反射するようになる。ＭＥＭアレイへの光入射は角
度をつけておくようにする。特にその入射角度はＭＥＭ
アレイ垂直面に対して３０度以上としておくのが好まし
い。その理由を図２を用いて説明する。図２において、
屈折率がｎ１の物質と屈折率がｎ２の物質とが接してお
り、屈折率ｎ１の物質側から屈折率ｎ２の物質側へ垂直
面Ｖに対して入射角θ１の角度で光が入射し、垂直面Ｖ
に対してθ２の角度で光が屈折して進んだとする。この
場合、屈折の法則により、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２ここで、ｎ１＞ｎ２、例えば、ｎ１＝２．０、ｎ２＝
１．０、とすると、次の条件を満たす角度θ１が存在
し、θ＞θ１で全反射を起こす。ｎ１ｓｉｎθ１＝１このとき、ｎ１＝２．０であるから、ｓｉｎθ１＝１／２すなわち、θ１＝３０度となる。可動膜にＳｉＮあるい
はポリイミド（ｎ＝２．０）を用い、その上の上部電極
にＩＴＯ等を用いることを考えると、入射角は３０度以
上が好ましいことになる。

【０００９】図１に戻って、５０はプリズムによる色合
成手段で、色分離手段２０と逆の作用をし、色分離手段
２０で分離された３色でここに到来した色を合成する。
７０，８０、９０は所望の拡大図を得るための光学系
で、特に９０は投影レンズである。これによって、色合
成手段５０で合成されて所望のカラーとなった画像がス
クリーン（図示なし。）に大きく表示されることとな
る。以上のように、本発明によれば、白色光を構成する
各色（波長）によって屈折率が異なることを利用してプ
リズムを使って白色光を色分解した後、ＭＥＭの３板で
３色を時間制御しながら反射させ、反射光を色ズレない
ように再び合成して、投影レンズで拡大投影するように
したので、安価で画像のきれいな大型プロジェクタ表示
装置が得られることとなる。

【００１０】図３は、図１の４０で示すシリコン基板上
に設けられた反射型ＭＥＭ素子の内部構成を示す縦断面
図である。図３において、ＭＥＭ素子は、Ｓｉ（シリコ
ン）基板２１と、Ｓｉ基板２１の上面に接して形成され
た絶縁層２２と、絶縁層２２の上面に接して形成された
下部電極層２３と、下部電極層２３の上面に接して形成
された絶縁層２２と、その上面の部分領域に形成された
空間の犠牲層空隙２４と、下部電極層２３の上面に犠牲
層空隙２４を覆って形成された可動膜２５と、可動膜２
５の上部に接して形成された上部電極層２６と、犠牲層
空隙２４を外れた可動膜２５の表面から下部電極層２３
の表面に達するまで貫通するコンタクトホール２７と、
コンタクトホール２７の上部の周囲からコンタクトホー
ル２７を通じて下部電極層２３の表面までに形成された
下部電極２８とを具備する。下部電極層２３は例えばポ
リシリコン（屈折率ｎ＝３．９）で実現され、その上下
を２２のＳｉＯ２（ｎ＝１．４）で覆っている。可動膜
２５はＳｉＮ（ｎ＝２．０）で実現され、上部電極層２
６はＩＴＯ（ｎ＝２．０）で透明に形成されている。空
隙層の屈折率はｎ＝１．０で、Ｓｉ基板２１の屈折率は
ｎ＝３．９である。

【００１１】ここで、図３のＭＥＭ素子についてその動
作原理を図４に基づいて説明する。上部電極層２６に電
圧Ｖ１が下部電極２８（図３）を通して下部電極層２３
に電圧Ｖ２が印加されると、上部電極と下部電極との電
位差Ｖ１−Ｖ２は、｜Ｖ１−Ｖ２｜＞Ｖｔ１であると、静電気力により上部電極層２６は下部電極２
８側に引っ張られて、図４（ａ）のように空隙層４がこ
の部分に無くなる（これをＭＥＭオン（Ａ）状態とす
る）。一方、｜Ｖ１−Ｖ２｜＜Ｖｔ２であると、静電気力により上部電極層２６は下部電極２
８から反発されて、図４（ｂ）のように空隙層４が生じ
る（これをＭＥＭオフ（Ｂ）状態とする）。Ｖｔ１、Ｖ
ｔ２は材料、サイズ等により決まる電圧値であるが、一
般に、Ｖｔ２はゼロに近い値であり、また、Ｖｔ１＞＞
Ｖｔ２である。Ａ状態、Ｂ状態には｜Ｖ１−Ｖ２｜に対
してヒステリシス特性がある。そのため、Ｖｔ１、Ｖｔ
２と２重の特性値がある。

【００１２】図５は、ＭＥＭ素子がオン、オフすると到
来光が透過、反射する理由について説明する図である。
図４で説明したように、上部電極と下部電極にそれぞれ
印加する電圧Ｖ１、Ｖ２によってＭＥＭ素子がオン、オ
フし、それに応じて空隙が無くなったり、生じたりす
る。図５（ａ）はＭＥＭオン（Ａ）状態、図５（ｂ）は
ＭＥＭオフ（Ｂ）状態をそれぞれ示している。図５
（ａ）のＭＥＭオン（Ａ）状態では、入射光は最上層の
ＩＴＯ２６（ｎ＝２．０）からＳｉＮ２５（ｎ＝２．
０）、ＳｉＯ₂２２（ｎ＝１．４）を通過し、ポリシリ
コン２３（ｎ＝３．９）に到達する。ポリシリコン２３
は光の吸収が多いため減衰するが、一部は透過して、さ
らにＳｉＯ₂２２（ｎ＝１．４）を透過し、Ｓｉ基板２
１（ｎ＝３．９）に達する。Ｓｉ基板２１は厚みが厚い
ため、ここに到達した光はすべて吸収される。したがっ
て、このＭＥＭオン（Ａ）状態では反射率は０に近い。
一方、図５（ｂ）のＭＥＭオフ（Ｂ）状態では、入射光
はＩＴＯ２６（ｎ＝２．０）からＳｉＮ２５（ｎ＝２．
０）と進むが、空隙層４（ｎ＝１．０）には界面での全
反射により入らない。したがって、入射光のほとんどは
ＳｉＮ２５／空隙層４界面にて全反射するので、このＭ
ＥＭオフ（Ｂ）状態では反射率は非常に高いことにな
る。

【００１３】次に、ＭＥＭアレイの平面構成について説
明する。図６はＭＥＭアレイの平面図（概念）である。
図６においてＭＥＭアレイはＲ／Ｇ／Ｂのいずれか１色
用の単板で、ここではＲ用のＭＥＭアレイとする。他に
ＭＥＭアレイがＧ用とＢ用にも用いられており、図６に
おいてはＲ用ＭＥＭの説明をしているが、Ｇ用、Ｂ用Ｍ
ＥＭに関しても同様である。基板５１の全面に絶縁層５
２が配設され、その上にストライプ状の下部電極層５３
が多数本（図では６本であるが、実際はもっと多い）、
図で横方向に平行に配設されている。この下部電極層５
３の上に下部電極層５３を横切る方向にストライプ状の
可動膜５５が多数本（図では６本であるが、実際はもっ
と多い）平行に配設されている。それぞれの可動膜５５
の上にストライプ状の上部電極層５６が配設されてい
る。下部電極層５３と上部電極層５６の各交差部分（図
で３６個）が各１画素を構成する。

【００１４】下部電極層５３には走査信号電圧Ｖｇ（図
４のＶ２）が与えられ、上部電極層５６には画像信号電
圧Ｖｓ（図４のＶ１）が与えられる。走査信号電圧Ｖｇ
と画像信号電圧Ｖｓとの差が所定電圧（Ｖｔ１）を超え
るように設定されているので、走査信号電圧Ｖｇが与え
られた下部電極層５３と画像信号電圧Ｖｓが与えられた
上部電極層５６との交差部に位置するＭＥＭ素子が可動
する。ＭＥＭ素子が可動すると、図５の原理に基づき可
動したＭＥＭ素子は非反射となり、非可動ＭＥＭ素子は
光（ここではＲ光）を反射することとなる。

【００１５】そこで、下部電極層５３に走査信号電圧Ｖ
ｇ１を所定時間与えて、この時間中に上部電極層５６は
画像信号電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４、Ｖｓ
５、Ｖｓ６、・・・，Ｖｓｎを画像信号に応じて印加し
たり、しなかったりするタイミング制御することによ
り、該当ストライプのＭＥＭ可動膜５５が可動・非可動
となり、非可動ＭＥＭからは赤色光が反射し、可動ＭＥ
Ｍでは反射しない。次に、同じく下部電極層５３に走査
信号電圧Ｖｇ２を所定時間与えて、この時間中に上部電
極層５６に画像信号電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ
４、Ｖｓ５、Ｖｓ６、・・・，Ｖｓｎを画像信号に応じ
て印加したり、しなかったりするタイミング制御するこ
とにより、非可動ＭＥＭから赤色光が反射する。以下同
様に、下部電極層５３に走査信号電圧Ｖｇ３、・・・に
ついても行われる。この結果、所定時間中ＭＥＭアレイ
のすべての素子が可動・非可動の制御をされ、非可動Ｍ
ＥＭ素子から赤色光を反射することとなる。

【００１６】このように、ＭＥＭ素子では各画素の輝度
レベルは１フレーム時間における反射時間（ＭＥＭのオ
フ時間）のデューティ比（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）によ
って決定される。すなわち、１フレーム時間の全期間に
渡ってＭＥＭオフ状態であれば、その画素は常に反射で
あり、輝度信号は最大となる。一方、１フレーム時間の
全期間に渡ってＭＥＭオン状態であれば、その画素は常
に透過であり、反射は最小になり、したがって輝度信号
も最小となる。実際の輝度レベルはＶ１、Ｖ２により入
力され、画素のオン／オフ時間が規定される。画像信号
からＭＥＭオンする時間が外部回路にて決定される。そ
れに合わせて、ＭＥＭオンし、入射光の反射時間が変わ
る。観察者の目での信号積分効果により、各画素に対応
した投影光レベルが決まり、画素の集合として画像が形
成される。

【００１７】図１の４０にて示されているように、本発
明においてはＲ／Ｇ／Ｂ３板のＭＥＭを配している。上
述したＭＥＭ動作およびその結果としての入射光の反射
制御については、各色に対して同様である。

【００１８】ここで各ＭＥＭアレイを動作させるための
画像信号処理について説明する。図７は３色３板基本形
の画像信号処理部を示す図である。同図において、ＭＥ
ＭアレイはＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ用に各１板づつ用いられ
る。まず、表示させようとする画像データは通常ｂｉｔ
ｍａｐ（Ｒ／Ｇ／Ｂ）、ＹＣ又はＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ
ＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏ
ｕｐ）等の圧縮データの形態で扱われている。そこでフ
ォマット変換部７２では、この圧縮データをハード又は
ソフトによってまず伸張し、その後ＹＣデータに変換す
る（７２１）。さらにこのようにして得られたＹＣデー
タ又は元々がＹＣデータであればそれをハード又はソフ
トによってＲＧＢデータに変換する（７２２）。変換さ
れたＲＧＢデータをＲ／Ｇ／Ｂの色毎のデータに変換す
る（７２３）

【００１９】信号処理部７４はデータフォマット変換部
７４１と単純マトリクス駆動タイミング発生部７４２と
信号レベル変換部７４３とから成る。表示素子は表示方
式により階調の視認性が異なっているので、良好な階調
表現のためには輝度信号の階調変換を実施することが必
要となる場合がある。そこで必要に応じてルックアップ
テーブル（ＬＵＴ）により最適な階調に変換することが
生じる。信号処理部７４のデータフォマット変換部７４
１はこの処理を行うところである。そこでブロック７２
３で得られたＲ／Ｇ／Ｂデータはデータフォマット変換
部７４１において、ＬＵＴにより階調変換され、その
後、Ｒ／Ｇ／Ｂの色毎のデータに分解される（７４
１）。ＭＥＭ表示素子では上述のように単純マトリクス
でのオン時間デューティ比例制御方式が使用される。単
純マトリクス駆動タイミング発生部７４２はその駆動タ
イミングをとるところである。ロジックレベルでのタイ
ミングができたところで、ＭＥＭ素子の実際の駆動に合
わせた信号レベルにレベルシフトする必要がある。信号
レベル変換部７４３はこの処理を行う。各信号レベル変
換部７４３からの信号はそれぞれＲ／Ｇ／Ｂ用の各ＭＥ
Ｍ板に送られ、画像様信号となってＲ／Ｇ／Ｂの各ＭＥ
Ｍ板の各ＭＥＭ素子（画素）を駆動し、所望の画像が得
られることになる。

【００２０】以上図１の実施の形態では、白色光源の斜
め入射の例を説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、垂直入射であっても実現することができ
る。これは、干渉膜を用いるＭＥＭ方式を採用すること
によって可能となる。図８は干渉膜ＭＥＭ方式の動作原
理を示す図である。干渉膜ＭＥＭの構成は、表面側から
ＩＴＯから成る透明電極２６と、ＳｉＮ／ＳｉＯ₂多層
膜干渉フィルター層から成る可動層２５と、空隙層４
と、ＳｉＯ₂（２２）、ポリシリコン２３、ＳｉＯ₂ （２
２）、Ｓｉ基板２１の順で積層されて成る。そして、上
部電極２６と下部電極２３にそれぞれ印加する電圧Ｖ
１、Ｖ２によってＭＥＭ素子がオン、オフし、それに応
じて空隙が無くなったり生じたりする。図８（ａ）は可
動層２５の下側に空隙層４の無いＭＥＭオン状態（Ａ状
態）を示し、図８（ｂ）は空隙層４が生じるＭＥＭオフ
状態（Ｂ状態）をそれぞれ示している。

【００２１】図８（ｂ）のＭＥＭオフ状態（Ｂ状態）で
は可動層２５の下側に空隙層４が生じているので、この
状態でＲ／Ｇ／Ｂのうち特定の波長範囲で反射率が極め
て高くなるように干渉フィルターが形成されている。す
なわち、Ｒ用ＭＥＭにおいてはＲの波長範囲で反射率が
極めて高くなるように、Ｇ用ＭＥＭにおいてはＧの波長
範囲で、そしてＢ用ＭＥＭにおいてはＢの波長範囲で反
射率が極めて高くなるように、それぞれ干渉フィルター
が形成されている。したがって、このように形成するこ
とによって、Ｒ／Ｇ／Ｂのうち該当の色については入射
光はほぼ反射光となる。

【００２２】一方、図８（ａ）のＭＥＭオン状態（Ａ状
態）では可動層２５の下側に空隙層４が無くてＳｉＯ２
（２２）と接触しているので、上記の反射条件を満たさ
なくなる。その結果、入射光はＳｉＯ２（２２）を通過
し、ポリシリコン２３に到達する。ポリシリコンは光の
吸収が多いため減衰するが、一部は透過してさらにＳｉ
Ｏ２（２２）を透過し、Ｓｉ基板２１に達する。Ｓｉ基
板２１は厚みが厚いため、ここに到達した光はすべて吸
収されることとなる。したがって、このＭＥＭオン状態
では反射率は０に近い。このＭＥＭ構成を使用して、垂
直入射の場合の構成について以下に説明する。

【００２３】図９は本発明の第２の実施の形態に係る垂
直入射型のプロジェクタ表示装置を示すものである。図
９において、７１は白色光源で例えば高圧水銀灯が用い
られている。７２はビームスプリッタ（ＢＳ）で、白色
入力光の反射および反射光の透過の機能を有する。７３
（７３１，７３２，７３３）は３個のダイクロイック
（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ）フィルタから成る色分離合成プリ
ズム、７６は赤色光用ＭＥＭアレイ、７７は緑色光用Ｍ
ＥＭアレイ、７８は青色光用ＭＥＭアレイである。

【００２４】この垂直入射型のプロジェクタ表示装置の
動作原理は次のようになる。光源からの白色光束７１は
ＢＳ７２で反射され、３個のプリズム７３１，７３２，
７３３群から成る色分解プリズムに入射される。各プリ
ズムの一面は色分離用に光学薄膜が多層コーティングさ
れており、入射光束はまず色分解プリズム７３３で青が
分離して他が透過し、次いで色分解プリズム７３１で赤
が分離して緑が透過し、ＲＧＢ３色にそれぞれ分離され
る。Ｒ／Ｇ／Ｂ３色にそれぞれ分離された各光束のうち
Ｒ、Ｂの２色は色分解プリズム７３３，７３１の他面で
それぞれ全反射した後、各プリズム７３３，７３１をそ
れぞれ透過し、Ｇ色はそのまま色分解プリズム７３２を
透過し、それぞれのＭＥＭアレイ７６，７７，７８に照
射される。各ＭＥＭアレイ７６，７７，７８の中の各Ｍ
ＥＭ素子は画像様にしたがって各画素に対応するＭＥＭ
素子が反射（ＯＮ）時間の制御がなされて所定の光変調
を受けることにより、それに応じた反射光が色分解プリ
ズム７３１，７３２，７３３を通って逆戻りし、色合成
プリズム７２を通して合成されて出力光７９として出力
される。そこでこの先に拡大投影レンズを設けておけ
ば、プロジェクタ表示装置が得られる。この第２の実施
の形態によれば、１個のＢＳと３個の組み合わせプリズ
ムで色分解・合成および偏光分離が同時にできるので、
光学系の簡素化、軽量化、低コスト化、小型化が可能と
なる。

【００２５】図１０は本発明の第３の実施の形態に係る
別のタイプの垂直入射型のプロジェクタ表示装置を示す
ものである。図１０において、８１は白色光源で例えば
高圧水銀灯が用いられている。８３１はダイクロイック
プリズム、８３２，８３３はＢＳ、８３４は色合成プリ
ズムで、各反射面は必要に応じてダイクロイックミラー
が形成されている。８５は白色光の均質化を行なうＲ／
Ｂフィルタ、８６は赤色光用ＭＥＭアレイ、８７は緑色
光用ＭＥＭアレイ、８８は青色光用ＭＥＭアレイ、８９
は出力光である。

【００２６】この装置の動作原理は次のようになる。光
源からの白色光束８１は、プリズム８３１のダイクロイ
ックミラー面でまず緑が分離し、次のＢＳ８３３のミラ
ー面で反射した後、緑用ＭＥＭアレイ８７に照射され
る。プリズム８３１のダイクロイックミラー面を透過し
た赤と青は次のＢＳ８３２のミラー面で赤が反射して赤
用ＭＥＭアレイ８６に照射される。一方、青はＢＳ８３
２を透過して青用ＭＥＭアレイ８８に照射される。各Ｍ
ＥＭアレイ７６，７７，７８の中の各ＭＥＭ素子は画像
様にしたがって各画素に対応するＭＥＭ素子が反射（Ｏ
Ｎ）時間の制御がなされて所定の光変調を受けることに
より、それに応じた反射光が色合成プリズム８３４に集
まり、ここで色合成されて出力光８９として出力され
る。そこでこの先に拡大投影レンズを設けておけば、プ
ロジェクタ表示装置が得られる。この第３の実施の形態
によれば、第２の実施の形態同様光学系の簡素化、軽量
化、低コスト化、小型化が可能となる。

【００２７】以上の図１〜図１０において、反射型ＭＥ
Ｍアレイはすべてシリコン基板上に作ったので集積度を
高めることができ、小型化に寄与することとなった。し
かしながら、本発明は必ずしもこれでなくても動作する
わけで、例えばガラス基板に反射型ＭＥＭを形成したも
のを用いてもよい。また、以上の例では、白色光源をプ
リズムで色分解してＲ／Ｇ／Ｂ色光を得ていたが、この
代わりにＲ／Ｇ／Ｂの光源（ＬＥＤ）を各々１個づつあ
るいは複数置いて、これによって各反射型ＭＥＭアレイ
を照射するようにしても良い。

【００２８】

【発明の効果】白色光源と、該白色光源の光を複数色に
色分解するプリズムと、該プリズムからの各複数色光を
反射させる複数個のＭＥＭアレイと、該各ＭＥＭアレイ
から出射する各複数色光を色合成するプリズムと、該プ
リズムから出射する光を入射する投影レンズとから構成
することにより、表示画面にムラが生じることがない、
安価で画像のきれいな大型プロジェクタ表示装置が得ら
れることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタ
表示装置を示す。

【図２】斜め入射光の屈折を説明する図である。

【図３】シリコン基板上に設けられた反射型ＭＥＭ素子
の内部構成を示す縦断面図である。

【図４】図３のＭＥＭ素子の動作原理を説明する図であ
る。

【図５】ＭＥＭ素子のオン、オフで到来光が反射、透過
する理由を説明する図である。

【図６】ＭＥＭアレイの平面図（概念）である。

【図７】３色３板基本形の画像信号処理部を示す図であ
る。

【図８】干渉膜ＭＥＭ素子の動作原理を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る垂直入射型の
プロジェクタ表示装置を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る別のタイプ
の垂直入射型のプロジェクタ表示装置を示す図である。

【符号の説明】

１０白色光源１１ランプ１２リフレクター２０プリズムによる色分離手段２１Ｓｉ基板２２絶縁層２３下部電極層２４犠牲層空隙２５可動膜２６上部電極層２７コンタクトホール２８下部電極３０凸レンズ等の集光手段４０ＭＥＭアレイ５０プリズムによる色合成手段５１基板５２絶縁層５３ストライプ状下部電極層５５ストライプ状可動膜５６ストライプ状上部電極層７０，８０光学系７１白色光源７２ビームスプリッタ７３１，７３２，７３３ダイクロイックフィルタから
成る色分離合成プリズム７６、７７、７８ＭＥＭアレイ７９出力光８１白色光源８３１ダイクロイックミラー８３２，８３３ＢＳ８３４色合成プリズム８５Ｒ／Ｂフィルタ８６、８７、８８ＭＥＭアレイ８９出力光９０投影レンズ１０１基板１０３電極１０５絶縁性遮光膜１０９絶縁性支柱１１１導電性可撓薄膜反射板１１３光変調部１１５ＭＥＭアレイ２０１基板２０３導電性反射板２０５絶縁性遮光膜２０７透明絶縁膜２０９絶縁性支柱２１１可撓薄膜遮光板２１５ＭＥＭアレイＶｇ走査信号電圧Ｖｓ画像信号電圧

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 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 ＺＨ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＦターム(参考） 2H088 EA12 EA14 HA01 HA02 HA04 HA06 HA08 HA12 HA13 HA21 HA23 HA24 HA28 KA04 KA05 MA04 MA20 2H091 FA02Y FA05X FA08X FA14Y FA21X FA26X FA41X FC26 FD01 GA01 GA02 GA07 GA09 GA11 GA13 KA01 LA11 LA15 LA30 MA07 2K103 AA01 AA04 AA11 AA14 AA16 AB06 BB01 BC08 CA14 CA46 5C060 BA03 BA09 BC05 EA01 EA02 GB03 JA09 JA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色光源と、該白色光源の光を複数色に
色分解するプリズムと、該プリズムからの各複数色光を
斜めに入射させて該各複数色光の透過率をそれぞれ電気
機械的に制御して反射させる複数個の２次元光変調アレ
イ（以後、「ＭＥＭアレイ」と言う。）と、該各ＭＥＭ
アレイから反射する各複数色光を色合成するプリズム
と、該プリズムからの光を入射する投影レンズとからな
ることを特徴とするプロジェクタ表示装置。
【請求項２】前記ＭＥＭアレイへの入射角度が前記Ｍ
ＥＭアレイ垂直面に対して３０度以上であることを特徴
とする請求項１記載のプロジェクタ表示装置。
【請求項３】前記ＭＥＭアレイにて、画像信号に応じ
て各画素を輝度に対応したスイッチング操作をすること
で表示画像を表示することを特徴とする請求項１又は２
記載のプロジェクタ表示装置。
【請求項４】前記ＭＥＭアレイは、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の各色成分に対応した３板から成り、
該３板を並置することを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項記載のプロジェクタ表示装置。
【請求項５】前記３板は前記色分解プリズムにより色
毎に分解される位置に対応して配置されることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項記載のプロジェクタ表
示装置。
【請求項６】前記投影レンズにより必要な表示サイズ
に拡大投影されることを特徴とする請求項１〜５のいず
れか１項記載のプロジェクタ表示装置。
【請求項７】シリコン基板上に前記ＭＥＭアレイを形
成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記
載のプロジェクタ表示装置。