JP3122466B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はライトバルブに形成される光学像を照射光で
照射すると共に照射レンズによりスクリーン上に投射す
る投射型表示装置に関するものであり、特にその光源に
関するものである。

背景技術 従来は、大画面の映像表示を行なうために、赤用、緑
用、青用の液晶ライトバルブに各色の映像信号に応じた
光学像を形成し、ハロゲンランプ等の白色光源により分
離された赤、緑、青の光を前記光学系に照射した後に再
び合成し、投射レンズによりスクリーン上に拡大投射す
る方法がよく知られている。しかし、光源にハロゲンラ
ンプを用いると消費電力が高く大部分が熱に変換される
ので、放熱の問題が生じるとともに、白色光を赤色、緑
色、青色に分離するための光学系が必要となるため装置
の小型化、低価格化の妨げになっていた。

そこで、これらの問題点を解決する投射型表示装置と
して、特開平１−128689号公報に示すようなものが提案
されていた。第47図は特開平１−128689号公報による従
来の投射型表示装置の構成図を示す。第47図で101は赤
色光を発光する赤色光源管、102は緑色光を発光する緑
色光源管、103は青色光を発光する青色光源管であり、
各色光源管は単色の発光が可能なCRT方式光源管であ
る。また、104は赤色光を変調する赤色用液晶ライトバ
ルブ、105は緑色光を変調する緑色用液晶ライトバル
ブ、106は青色光を変調する青色用液晶ライトバルブで
あり、107は変調された赤色光、緑色光、青色光を合成
する合成プリズム、108は合成光を投射する投射レンズ
である。ここで、各色光源管の発光部の大きさは、各色
用液晶ライトバルブ104、105、106の画像形成部を覆う
大きさを持つ。

また、第48図は各色光源管であるCRT方式光源管の断
面図である。第48図のCRT方式光源管は陰極線管（CRT）
と類似の構造をしており、ヒータ50、カソード49、第１
グリッド44、第２グリッド43、第３グリッド42、過集束
レンズ48をガラスバルブ46内に有している。このガラス
バルブの正面内側には蛍光面41が形成されている。また
蛍光面41の内部側表面には加速用高圧電極としてのアル
ミバック51が施されている。また、ガラスバルブ46はベ
ース部45に取り付けられており、各種の電極はこのベー
ス部45を通して外部に取り出されている。

次に動作について説明する。

まず、第48図のCRT方式光源管では、ヒータ50を加熱
し第１グリッド44、第２グリッド43、第３グリッド42、
に適当な電位を与え、各グリッドにより過集束レンズ48
を形成させ、アルミバック51に約10KVの高電圧を印加す
る。これにより、カソード49からの電子ビーム47が過集
束された後に加速され蛍光面に投射され、可視光を発す
る。

このようにして、赤色光源管101からは赤色光が発光
され、赤色成分の画像が赤色用液晶ライトバルブ104に
表示される。赤色用液晶ライトバルブ104を透過した赤
色光の画像は合成プリズム107によって反射される。緑
色光源管102からは緑色光が発光され、緑色成分の画像
が緑色用液晶ライトバルブ105に表示される。緑色用液
晶ライトバルブ105を透過した緑色光の画像は合成プリ
ズム107によって透過される。青色光源管103からは青色
光が発光され、青色成分の画像が青色用液晶ライトバル
ブ106に表示される。青色用液晶ライトバルブ106を透過
した青色光の画像は合成プリズム107によって反射され
る。この様にして、合成プリズム107で合成された画像
は投射レンズ108で拡大され投射光109がスクリーン（図
示せず）に投射される。

従来の投射型表示装置は以上のように構成されている
ので、ライトバルブと光源の間に空間がある為に、完全
拡散光である光源からの発光光の大部分が、ライトバル
ブや投射レンズに入射されず、スクリーンまで導かれな
い為に、発光光の利用効率が悪くなるという問題があっ
た。

発明の開示 この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、発光光の大部分をライトバルブや投写レ
ンズ、スクリーンに導き、光の利用効率を高めるととも
に光源管を小型化した投射型表示装置を得ることを目的
とする。また部品点数を少なくすると共に調整機構を簡
単化し、さらには高電圧の引き回し線数を少なくする事
ができ、低価格、小型で信頼性の高い投射型表示装置を
得ることを目的とする。

この発明に係る第１の投射型表示装置は、電子線発生
手段と、電子線励起により発光する蛍光体層からなる発
光部を具備した光源管と、映像信号に応じた光学像が形
成されるライトバルブと、前記光源管から照射された光
によるライトバルブの光学像をスクリーンに投射する光
学系を備えた投射型表示装置において、前記発光部から
拡散する発光光を前記ライトバルブに向けて集光する集
光光学系を前記ライトバルブと発光部の間に設けたこと
を特徴とする。前記発光部面積はライトバルブ面積より
小さく形成されたことが好ましい。

前記集光光学系は前記発光部からの光を集光する凸レ
ンズを備える。この凸レンズはライトバルブ側の表面が
回転楕円面の形状であることが好ましい。またこの凸レ
ンズは、前記光源管に接して配置され前記光源管に面す
る側が平面であり前記ライトバルブと面する側が凸であ
る平凸レンズであることが好ましい。子の場合、平凸レ
ンズは、前記ライトバルブと面する側の光軸に垂直な断
面積が凸側から平面側に向かって減少する錐状形状を有
することが好ましい。

また前記集光光学系は、前記発光部から拡散する発光
光を反射して前記ライトバルブに向けて集光する反射手
段を備えることができる。この反射手段は、前記発光部
に対向するように前記発光部と前記凸レンズの間に設け
られ、前記凸レンズの光軸を中心とする開口部を有する
反射層を備えることが好ましい。更に前記反射層は、回
転放物面状に形成されたことが好ましい。また前記発光
部を前記開口部に対して凹面状に形成しても良い。ま
た、前記蛍光体層の前面部に干渉多層膜を備えることが
できる。

また本発明に係る第２の投射型表示装置は、電子線発
生手段と電子線励起によりそれぞれが異なる色に発光す
る蛍光体層からなる複数の発光部とを一つの容器内に具
備した光源管と、上記各色の映像信号に応じた光学像が
形成される複数のライトバルブと、上記光源から照射さ
れた複数色の光によるライトバルブの異なる色の各光学
像を合成する光学系素子と、上記光学系素子により合成
された光をスクリーンに導く光学系と、を備えるもので
ある。この場合、前記光源管が、全色の発光輝度を同時
に調整する第１の制御手段と、各色の発光輝度を独立に
調整する第２の制御手段とを備える事が好ましい。

更に第１および第２の投射型表示装置の特徴を組み合
せ、前記複数の発光部から拡散する発光光をそれぞれ前
記ライトバルブに向けて集光する集光光学系を前記ライ
トバルブと発光部の間に設けることが好ましい。集光光
学系は、前記光源管の前記ライトバルブと面する側に前
記複数の発光部の位置に対応させてそれぞれ設けられた
複数の凸レンズを備えることができる。また集光光学系
は、前記複数の発光部から拡散する発光光を反射してそ
れぞれの前記ライトバルブに向けて集光する反射手段を
備えることできる。この場合、反射手段は，前記発光部
に対向するように前記複数の発光部と前記複数の凸レン
ズの間に設けられ、それぞれの凸レンズの光軸を中心と
する複数の開口部を有する反射層を備えることが好まし
い。更に異なる色に発光する複数の前記発光部がさらに
マトリックス状に複数に分割され、前記複数の凸レンズ
はそれぞれ、前記マトリックス状に複数に分割された各
発光部に対応するマトリックス状レンズアレイを備える
ことができる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の投射型表示装置の基本構成を示す側
面図である。

第２図は第１図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細
な構成を示す断面図である。

第３図は平凸レンズを用いた投射型表示装置の光源管
周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第４図は平凸レンズ形状前面パネルを用いた投射型表
示装置の光源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第３図、第４図の
平凸レンズの曲率半径中心の位置と集光効果の関係を示
した図である。

第６図は複数のレンズを有する光源管周辺の構成を示
す断面図である。

第７図は回転楕円面形状平凸レンズを有する投射型表
示装置の断面図である。

第８図は第７図の投射型表示装置の光源管周辺の構成
を示す断面図である。

第９図は第８図の平凸レンズの楕円面を生成する楕円
の形状を説明するための図である。

第10図は回転楕円面レンズを有する他の投射型表示装
置の断面図である。

第11図は前面側が回転楕円面形状の平凸レンズ前面パ
ネルを用いた投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す
断面図である。

第12図は前面側が回転楕円面形状のメニスカスレンズ
を用いた投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面
図である。

第13図は後部側が裁頭円錐形状のレンズを用いた投射
型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図である。

第14図は後部側が裁頭円錐形状のレンズを用いた他の
投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ
る。

第15図（ａ）は後部側が裁頭角錐形状のレンズを用い
た投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ
る。

第15図（ｂ）は第15図（ａ）のレンズの正面図であ
る。

第16図は反射層を有する投射型表示装置の構成を示す
断面図である。

第17図は第16図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細
な構成を示す断面図である。

第18図は第16図の投射型表示装置の反射層付近の詳細
な構成を示す部分断面図である。

第19図は反射層を有する他の投射型表示装置の光源管
周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第20図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第21図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第22図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第23図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。

第24図は３色複合光源管を有する投射型表示装置の構
成を示す側面図である。

第25図は第24図の３色複合光源管の斜視図である。

第26図は第24図の３色複合光源管のＡ−Ａ線断面図で
ある。

第27図は集光レンズを備えた３色複合光源管を有する
投射型表示装置の構成を示す側面図である。

第28図は第27図の３色複合光源管の斜視図である。

第29図は第27図の３色複合光源管のＡ−Ａ線断面図で
ある。

第30図は集光レンズを備えた３色複合光源管を有する
他の投射型表示装置の構成を示す側面図である。

第31図は第30図の３色複合光源管の断面図である。

第32図は集光レンズを備えた３色複合光源管を有する
更に他の投射型表示装置の斜視図である。

第33図は第32図の複合光源型投射型表示装置の側面図
である。

第34図は第32図の複合光源型投射型表示装置の液晶ラ
イトバルブの画像パターンを示す図である。

第35図は第32図の投射型表示装置の複合光源管周辺部
の斜視図である。

第36図は第35図のＡ−Ａ線の断面図である。

第37図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する投
射型表示装置の構成を示す側面図である。

第38図は第37図の投射型表示装置の光源管部分の斜視
図である。

第39図は第37図の投射型表示装置の光源管部分の正面
図である。

第40図は第38図のＡ−Ａ線の断面図である。

第41図は第37図の投射型表示装置のマトリックス状平
凸レンズアレイの凸面形状を生成する楕円を示す図であ
る。

第42図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する他
の光源管部分の構成を示す断面図である。

第43図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する更
に他の光源管部分の構成を示す断面図である。

第44図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する他
の投射型表示装置の構成を示す側面図である。

第45図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する他
の光源管部分の構成を示す断面図である。

第46図はマトリックス状平凸レンズアレイを有する更
に他の光源管部分の構成を示す断面図である。

第47図は従来の投射型表示装置の構成を示す側面図で
ある。

第48図は従来の投射型表示装置の光源管の詳細を示す
断面図である。

発明を実施するための最良の形態 光源光学系の基本的構成 第１図は本発明の投射型表示装置の光源光学系の基本
的構成を示す。104、105、106、107、108、109は、それ
ぞれ赤色用液晶ライトバルブ、緑色用液晶ライトバル
ブ、青色用液晶ライトバルブ、合成プリズム、投射レン
ズ、投射光であり、上記の従来例と同一のものである。

201は赤色光を発光する赤色光源管、202は緑色光を発
光する緑色光源管、203は青色光を発光する青色光源管
であり、各色光源管は上記従来例による単色の発光が可
能なCRT方式光源管であるが、その発光部面積はライト
バルブ面積より小さくなるように構成されている。ま
た、204は光学レンズであり、各色光源管と各色ライト
バルブの間にそれぞれ設けられている。

第２図は第１図の一部を示す詳細図であり、104は赤
色用液晶ライトバルブ、204は光学レンズであり、赤色
液晶ライトバルブ104の画像形成部52を十分覆うだけの
口径を持つ。201は赤色光源管であり、ガラスバルブ46
内に、過集束電子ビーム47を形成する電子銃40と蛍光面
41が設けられており、蛍光面41の電子ビーム47照射面側
には加速用高圧電極としてのアルミバック51が施されて
いる。ここで、蛍光面41の大きさは赤色用液晶ライトバ
ルブ104の画像形成部52の大きさに比べて小さくなるよ
うにして、ガラスバルブ46の前面部に塗布されている。
また、蛍光面41はその中心部が光学レンズ204の焦点に
位置するように設置されている。

第２図に示したような赤色光源管201では電子銃40よ
りの過集束電子ビーム47のすべでが蛍光面41全体に照射
されるが、過集束電子ビーム47の電流値が一定であれば
蛍光面41の面積が小さければ小さいほど、蛍光面41への
入射電子密度は高くなり、蛍光面41の発光輝度は高くな
る。この様にして光学レンズ204の焦点距離に位置する
微小面積の蛍光面41は非常に高輝度で発光する。

蛍光面41の中心部から発せられた光は、光学レンズ20
4側の半空間全体に発せられるが、このうち半頂角がθ
の円錐内に出射した光は光学レンズ204に入射し平行光
となって赤色液晶ライトバルブ104の画像形成部52に入
射し、合成プリズム107、投射レンズ108を介してスクリ
ーン（図示せず）に投射表示される。また、蛍光面41の
中心部からずれた蛍光面41周辺部から発せられた光は、
光学レンズ204側の半空間全体に発せられ、そのうち光
学レンズに入射した光は平行光から少しずれた光線とな
るが、その大部分は赤色液晶ライトバルブ104の画像形
成部52に入射する。画像形成部52に入射した光は合成プ
リズム107、投射レンズ108を介してスクリーン（図示せ
ず）に投射表示される。この時、投射レンズ108内部の
すべての点から合成プリズム107を通して赤色ライトバ
ルブ104を見た時の輝度は、光学レンズ204が無い場合
に、高輝度で輝く微小面積の蛍光面41が赤色ライトバル
ブ104の後方全体に広がって存在する場合と等価とな
る。

第２図では赤色光源管201について説明したが、緑色
光源管202、青色光源管203についても、同様に微小面積
の蛍光面からの光が液晶ライトバルブ105、106の画像形
成部全体に入射し、合成プリズム107、投射レンズ108を
介してスクリーン（図示せず）に投射され、高輝度で輝
く各色微小面積の蛍光面が対応する各色ライトバルブの
後方全体に広がって存在する場合と等価となる。

この様に、光源管内の一定電流の電子ビームを微小面
積の蛍光体発光部に集中照射し、高輝度で発光し半空間
全体へ出射する光の多くの部分をレンズで集光し、ライ
トバルブや投射レンズに導くことで光の利用効率を高く
することが可能となる。

第３図は平凸レンズを用いた投射型表示装置の部分図
である。第３図で、205はCRT方式光源管で、前面パネル
206、筒状側板207、背面板208で構成され、その内部は
真空に保たれている。また、前面パネル206に蛍光面4
1、アルミバック51が施され、背面板208に電子銃40が設
けられている。209はアクリル成形により成形された平
凸レンズである。210は透明接着剤であり、平凸レンズ2
09と前面パネル206を空気層無く接着している。また、2
11は液晶ライトバルブであり、映像信号に対応した画像
が形成される。ここで、蛍光面41の大きさは液晶ライト
バルブ211の画像形成部52の大きさに比べて小さくなる
ようにして設けられており、電子銃40からの電子ビーム
47が蛍光面41全面に照射されるのは第１図、第２図の装
置の場合と同様である。

第１図、第２図の装置の場合と同様の動作により、微
小面積の蛍光面41は高輝度で発光する。ここでミクロ的
に見ると蛍光面41と前面パネル206の間には屈折率が１
の空間が存在する。したがって、高輝度で発光した蛍光
面41の中心部よりの光は蛍光面41出射直後はこの前面パ
ネル206と蛍光面41の間の空間の半空間全体に出射され
るが、すぐに前面パネル206に入射しこれらの全光束は
半頂角がφ（ここでφ＝sin^-1（1/n）、ｎは前面パネル
206の屈折率）の円錐内を進行する。

この半頂角φの円錐内を進む全光束のうち、半頂角θ
の円錐内を進む光束は、前面パネル206、透明接着剤21
0、平凸レンズ209がほぼ同等の屈折率をもつため、その
まま直進し、平凸レンズ209出射後、より平行光に近く
なり上記実施例１と同様にして、液晶ライトバルブ211
の画像形成部52に入射し、その光の大部分は合成プリズ
ム107、投射レンズ108を介してスクリーン（図示せず）
に投射表示される。

この様に、蛍光面から半空間に出射された全光束が半
頂角φの円錐内に集光されるので、そのうち、液晶ライ
トバルブ211の画像形成部52からスクリーンまで到達す
る光の割合は多くなり、光の利用効率は非常に高くな
る。

第４図は平凸レンズ形状前面パネルを用いた投射型表
示装置の詳細な構成を示す部分図である。212は平凸レ
ンズ形状前面パネルであり、ガラスカッティングや所望
形状のカーボン型に溶融ガラスを流し込むような成形法
により製造される。この平凸レンズ形状前面パネル212
と筒状側板207、背面板208により、内部を真空に保った
CRT方式光源管213を構成している。

この、第４図に示す装置でも上記の第３図の装置と同
様に作用するが、前面パネル部がレンズと一体に構成さ
れている為、第３図のような接着剤層が不要となる為
に、それぞれの界面による反射が全く無くなり光の損失
を防ぐことが可能となる。また、製造工程において、第
３図のような構成では必要となる前面パネルとアクリル
レンズを接着する工程が不要となるので、工程が簡略化
される上に、アクリルレンズ接着時の位置合わせズレの
可能性も皆無になる。なお、レンズ形状前面パネルを平
凸レンズ形状前面パネルの場合で説明したが、両凸レン
ズ形状前面パネルでも同様に作用することは言うまでも
ない。

また、第３図、第４図で平凸レンズの曲率半径の中心
が蛍光体中心部よりも、ライトバルブ側に存在するよう
に構成した場合に、光の利用効率をさらに高くする事が
可能となる。以下に、第５図をもとにその効果を説明す
る。

第５図は、第３図、第４図の平凸レンズ209、212の曲
率半径中心Ｏと発光点Ｐの位置関係と各々の場合の光線
の集光効果を示した図である。第５図（ａ）は発光点Ｐ
が曲率半径中心Ｏより前方にある場合、第５図（ｂ）は
発光点Ｐが曲率半径中心Ｏと同一点にある場合、第５図
（ｃ）は発光点Ｐが曲率半径中心Ｏより後方にある場
合、について発光点Ｐから半空間に出射した光の進行方
向をそれぞれ示している。上で第３図の装置について述
べたように、発光点Ｐよりの光は蛍光面出射直後は前面
パネルと蛍光面の間の空間の半空間全体に出射される
が、すぐに前面パネルに入射しこれらの全光束は半頂角
がφ（ここでφ＝sin^-1（1/n）、ｎは前面パネルの屈折
率）の円錐内を進行する。これらの光は、レンズ部出射
時に屈折を伴い空間を進行するが、発光点Ｐが曲率半径
中心Ｏと同一点にある場合は、発光点Ｐからの光はレン
ズ出射面に垂直に入射するのでそのまま直進し、それ以
外の場合は入射角θｉより出射角θｏが大きくなるよう
に屈折して空間を進行する。

従って、第５図に示すように発光点Ｐから半空間に出
射した光は、レンズ通過後はそれぞれ、（ａ）半頂角
α、（ｂ）半頂角φ、（ｃ）半頂角βの円錐内を進行す
る。ここで、α＞φ＞βなる関係となるので、発光点Ｐ
が曲率半径中心Ｏより後方にある場合（第５図（ｃ））
に最も小さな半頂角の円錐内に発光点Ｐよりの全光束が
集光され、その前面に設置される液晶ライトバルブの画
像形成部からスクリーンへ最も多くの光が導かれ、光の
利用効率を高くすることができる。

なお、第１〜４図の実施例装置ではライトバルブと発
光部の間に光学レンズをひとつ設けた場合について説明
したが、第６図に示すように、レンズ形状前面パネル21
4とライトバルブ211の間にさらに光学レンズ204を設け
るなど複数のレンズを用いてもよいことは言うまでもな
い。

回転楕円面レンズを有する投射型表示装置 第７図は回転楕円面平凸レンズを有する投射型表示装
置の断面図である。105、106、107、108、109は上述の
実施例と同一のものである。201は赤色光を発光する赤
色光源管、202は緑色光を発光する緑色光源管、203は青
色光を発光する青色光源管であり、各色光源管は上記従
来例による単色の発光が可能なCRT方式光源管である。
また、その発光部面積はライトバルブ面積より小さくな
るように構成されている。

第８図は第７図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細
な構成を示す断面図である。205は光源管であり、前面
パネル206、筒状側板207、背面板208で構成され、その
内部は真空に保たれている。またCRT方式光源管205内に
は、過集束電子ビーム47を形成する電子銃40と蛍光面41
が設けられており、蛍光面41の電子ビーム照射面側には
加速用高圧電極としてのアルミバック51が施されてい
る。209は平凸レンズでありその表面形状は第９図に示
す曲線をｘ軸を中心に回転させてできる回転楕円面であ
る。

第９図の曲率は光軸上の発光点を原点とし、光軸をｘ
軸、光軸を直交し原点を通る直線をｙ軸としたときに （ｘ−ｃ）²/a²＋y²/b²＝１ （ここでライトバルブの対角線の長さをＬ、レンズの屈
折率をｎとしたとき、ｂ≧L/2、ａ＝bn（n²−
１）^−1/2、ｃ＝ｂ（n²−１）^−1/2）で表わされる楕円
のｘ≧ｃの部分であり、原点が楕円の焦点の一つに一致
している。この平凸レンズは治具（図示せず）あるいは
粘着テープ（図示せず）等により外部から前面パネル20
6と密着させている。また、211はライトバルブであり映
像信号に対応した画像が画像形成部52に表示される。

第８図に示したようなCRT方式光源管205では電子銃40
からの過集束電子電子ビーム47のすべてが蛍光面41全体
に照射されるが、過集束電子電子ビーム47の電流値が一
定であれば蛍光面41の面積が小さければ小さいほど、蛍
光面41への入射電子密度は高くなり、蛍光面41の発光輝
度は高くなる。この様にして微小面積の蛍光面41は非常
に高輝度で発光する。

蛍光面41から発した光は、屈折率が１の微小空間を通
過した直後に、前面パネル206に入射するため、これら
の全光束は半頂角がφ（ここでφ＝sin^-1（1/n）、ｎは
前面パネルの屈折率）の円錐内を進む。この円錐内を進
む全光束は、前面パネル206、平凸レンズ209がほぼ同等
の屈折率をもつため、そのまま直進し、平凸レンズ209
の表面に達する。このレンズ表面の形状が前記の回転楕
円体の場合、屈折率の光は、原点からの出射角をθとし
たとき−tan^-1（b/c）≦θ≦tan^-1（b/c）の範囲内の任
意の光に対して光軸に平行になる。この平行光は液晶ラ
イトバルブの画像形成部に入射し、合成プリズム、投射
レンズを介してスクリーンに投射表示される。この様
に、ｎ＝1.5の時は｜φ｜≦|tan^-1（b/c）｜となるの
で、光軸付近に存在する発光部から半空間に出射された
全光束が半頂角φの円錐内に集光されるとともに、レン
ズ表面の回転楕円体形状によって、ほぼ完全な平行光と
なり、液晶ライトバルブの画像形成部からスクリーンま
でほぼ100％の光が到達するため、光の利用効率は非常
に高くなる。さらに合成プリズム107（色合成系）に入
射する光の入射角のばらつきが少なくなり、投射画像の
明るさ及び色の均一性が向上する。

第10図は回転楕円面レンズを有する他の投射型表示装
置の断面図である。205〜209、40、41、47、51は上記実
施例装置に示すものと同一のものである。210は前面パ
ネル206、平凸レンズ209とほぼ同一の屈折率を持つ透明
接着剤であり、前面パネル206と平凸レンズ209とを空気
層なく接着している。透明接着剤としては、例えば本実
施例では２液付加反応型シリコーンRTV樹脂（信越化学
工業（株）製KE1603A/B）を用いている。平凸レンズ209
の平面側の厚みは第８図に示した場合に比べて接着剤層
の厚み分だけ短くなっている。

この、第10図に示す装置でも第７図、第８図の装置と
同様に作用するが、前面パネル面とレンズとが透明接着
剤により接着されている為、外部からレンズを保持する
手段が不要になる。さらに、前面パネルとレンズとの間
の空間層が皆無になるため界面による反射が少なくな
り、光の損失を減らすことができる。

第11図は前面側が回転楕円面形状の平凸レンズ前面パ
ネルを用いた投射型表示装置の光源管周辺の詳細な構成
を示す断面図である。212は前面側が回転楕円面形状の
平凸レンズ形状前面パネルであり、第８図は平凸レンズ
209の平面部側を前面パネル206の厚み分だけ全長を長く
したものである。この平凸レンズ形状前面パネル212と
筒状側板207、背面板208により、内部を真空に保ったCR
T方式光源管205を構成している。

この第11図の装置でも第７図、第８図の装置と同様に
作用するが、前面パネル部がレンズと一体に構成されて
いるため、外部からレンズを支える手段が不要になる。
さらに第10図の接着剤層210が不要となるために、それ
ぞれの界面による反射が全くなくなり光の損失を防ぐこ
とが可能となる。また、製造工程において、実施例２の
ような構成では必要となる前面パネルとレンズを接着す
る工程が不要となるので、工程が簡略化される上にレン
ズ接着時の位置合わせズレの可能性も皆無になる。

第12図は前面側が回転楕円面形状のメニスカスレンズ
を用いた投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面
図である。240は平凸レンズであり、レンズの屈折率を
ｎ、φ＝sin^-1（1/n）、前面パネル206の厚みをｔとし
たときt/cosφ以上の長さを曲率半径の球面部をもつも
のである。このレンズの曲率中心を光軸上の発光点に一
致するように構成し、平面側を前面パネルに密着あるい
は前面パネルと一体成形する。250はライトバルブ側
（前面側）が第８図に示すものと同一位置に同一座標で
表される回転楕円体であり、光源側は光軸上の発光点を
曲率中心とし立体角がπsin2φ以上となる大きさの球面
であるメニスカスレンズである。

光軸上の発光点から発した光は、上記第７図、第８図
の実施例と同様の動作により半頂角φの円錐内に集光さ
れ平凸レンズ240から発するが、球面の曲率中心と発光
点が一致しているため光はレンズ出射面に垂直に出射し
空気中を直進していく。この光はメニスカスレンズ250
の球面側に垂直に入射した後、レンズ中を直進し回転楕
円面に到達する。さらにこの光は上記第７図、第８図の
実施例と同様の作用により光軸に平行に進む。

この第12図に示す実施例では上記第７図、第８図の実
施例と同様に作用するが、光源とレンズ出射面との間に
空間が存在するため、光源の冷却効果が増すと共に、軽
量化が図れる。

後部錐形レンズを有する投射型表示装置 第13図は後部が裁頭円錐形状のレンズを用いた投射型
表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図である。260
は、平面側の径を球面側の最大径より細くした平凸レン
ズであり、後部が裁頭円錐形状を有する。平凸レンズ20
6はライトバルブ211側に球面が位置し、その球面部の最
大径はライトバルブ211の画画像形成部52を覆うだけの
大きさを有する。一方、球面部の最大径部分より光源側
は、光源の蛍光面41方向に向かうにつれてその径が細く
なっている。ここで、球面部の最大部分より光源側は、
前面パネル206の屈折率をｎとしたとき、半頂角がφ＝s
in^-1（1/n）で、蛍光面41上に頂点が位置する円錐体を
前面パネル206の表面位置で切断した裁頭円錐体形状で
あり、その軸は蛍光面41に垂直である。

なお、平凸レンズ260の光軸に垂直な最大断面はライ
トバルブを覆う大きさとしたが、レンズの集光率やレン
ズとライトバルブの距離によってこの大きさをかえ、ラ
イトバルブの画像形成部52の全領域に光が入射するよう
な大きさにすることも可能である。

この第13図に示す実施例では、上記の実施例と同様の
作用により蛍光面から出射された全光束が円錐内に集光
されるため光の利用効率が増す。さらに、発光部の各点
から発した光は半頂角がφの円錐体を重ね合わせてでき
る立体内のみを通過し、それ以外の空間は通過しない。
従って平凸レンズのうち光が通過しないこの部分を形成
しないことにより、光を損失することなく、発光部の近
傍に空間が生じるため光源の冷却効果が増すと共に、レ
ンズの軽量化が図れる。

第14図は後部側が裁頭円錐形状のレンズを用いた他の
投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ
る。CRT方式光源管205の断面形状を平凸レンズ260の平
面形状と一致させている。平凸レンズ260は前面パネル2
06と密着設置する。

この第14図に示す装置でも第14図の装置と同様に作用
するが、CRT方式光源管205の断面形状を平凸レンズ260
の平面部形状と一致させ、光の発生部と光の光路以外の
不用な部分を形成していないので、空間の有効利用が出
来るとともに光源の小型化が図れる。

なお、第14図では平凸レンズ260を前面パネル206に密
着させた例を述べたが、CRT方式光源管205の断面形状と
平凸レンズ260の平面部形状が一致しているので、平凸
レンズ260と前面パネル206とを一体成形してもよい。

第15図（ａ）は後部側が裁頭角錐形状のレンズを用い
た投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ
る。270はライトバルブ側が球面で、光源側が平面であ
る平凸レンズであり、球面側正面からみた外形が矩形状
で、かつライトバルブ211の画像形成部を覆うだけの大
きさを持つように、第13図の装置の平凸レンズ260の外
周部を削り落とした構造となっている。さらに、第13図
の平凸レンズ260と同様に、球面部側の断面がライトバ
ルブ211の画像形成部52と同一である部分より光源側の
断面は小さくなっておりその部分の形状は角錐体状にな
っている。

第15図（ｂ）は平凸レンズ270のライトバルブ側から
の正面図である。一点鎖線で示した円は第13図の実施例
における平凸レンズ260の外形を示す。この平凸レンズ2
70は透明接着剤を介して前面パネル206に取り付けられ
る。

なお、平凸レンズ270のライトバルブ側からの正面外
形を、ライトバルブ211の画像形成部52の形状と同一に
したが、平凸レンズ270の集光率や平凸レンズ270からラ
イトバルブ211までの距離によって、その大きさを変
え、ライトバルブ211の画像形成部52の全領域に光が入
射するような大きさにする事も可能である。

この第15図に示す実施例では上記第13図の実施例と同
様の作用により、蛍光面から出射された全光束は、半頂
角がφの円錐体をその頂点を発光面に沿わせて重ね合わ
せてできる立体内を進行し、前面パネル206から出射す
るが、このうち平凸レンズ270内部に進行した光は、平
凸レンズ270球面部の出射面に達する。これらの光は、
レンズ出射面で屈折されライトバルブの画像形成部全体
に入射する。一方前面パネル206を出射するが平凸レン
ズ270に入射しない光（図の斜線部を通過する光）は、
仮に第13図に示す平凸レンズ260（図中一点鎖線で示
す）があったとしても、平凸レンズ260出射後は画像形
成部52には入射しない光である。このため、第15図に示
すような平凸レンズ270を用いてもライトバルブの画像
形成部に入射する光量は減少しない。このように発光部
の直前に設置した平凸レンズのうちライトバルブに入射
しない光の光路部を形成していないために、ライトバル
ブを通過しスクリーンに投射される光の量が減衰するこ
となく、光源の冷却効果が増すと共に、レンズの軽量
化、小型化が図れる。

以上第13図、第14図、第15図の実施例では平凸レンズ
の凸面は球面の例を示したが、第７図、第８図の実施例
のような回転楕円体にして出射光を平行光として光の利
用効率を高めても同様の効果を奏すのは言うまでもな
い。

反射層を有する投射型表示装置 第16図は反射層を有する投射型表示装置の構成を示す
断面図である。図において、104、105、106、107、10
8、109はそれぞれ赤色用液晶ライトバルブ、緑色用液晶
ライトバルブ、青色用液晶ライトバルブ、合成プリズ
ム、投射レンズ、投射光である。また201は赤色光を発
光する赤色光源管、202は緑色光を発光する緑色光源
管、203は青色光を発光する青色光源管であり、各色光
源管201,202,203は上記従来例による単色の発光が可能
なCRT方式光源管である。また、300は中央に開口部を有
する拡散反射層であり、各色光源管201,202,203の発光
部表面に設けられている。拡散反射層300は例えば酸化
マグネシウム（MgO）を発光部表面に塗布して形成され
る。204は平凸型の光学レンズであり、各色光源管201,2
02,203の発光部前面に拡散反射層300を挟んで設けられ
ている。

第17図は第16図の投射型表示装置の光源管周辺を拡大
して詳細に示す断面図である。205はCRT方式光源管で、
前面パネル206、筒状側板207、背面板208で構成され、
その内部は真空に保たれている。前面パネル206の内面
に蛍光面41、アルミバック51が施され、背面板208に電
子線発生手段である電子銃40が設けられている。300は
拡散反射層であり、前面パネル206の発光光の進行方向
側の表面に形成され、その中央部には開口部300aを有し
ている。209はアクリル成形により成形された平凸型光
学レンズであり、その焦点が蛍光面41付近になるような
形状になっており、前面パネル206の前面部に拡散反射
層300を介して透明接着剤で取り付けられている。これ
により拡散反射層300の中央開口部300aでは平凸型光学
レンズ209と前面パネル206は空気層無く接着されてい
る。104は液晶ライトバルブである。開口部300aを通っ
た光を平凸型光学レンズ209で集光し、平凸型光学レン
ズ209を透過した発光光によって、液晶ライトバルブ104
には映像信号に対応した画像が形成される。

第17図に示したようなCRT方式光源管205では、電子銃
40より過集束電子ビーム47のすべてがアルミバック51を
介して蛍光面41全体に照射され、蛍光面41から可視光を
発する。この可視光は前面パネル206を通して前面に出
射しようとする。

第18図は第17図における開口部300aを有する拡散反射
層300の効果を説明するためのもので、発光部周辺の拡
大断面図である。図において、51はアルミバック、41は
蛍光面、206は前面パネル、300は中央部に開口部300aを
有する拡散反射層、209は平凸型光学レンズである。

図に示すように、蛍光面41上の開口部300aの中央部に
対向する点Ｐから発した光は、以下のようにして出射さ
れる。ミクロ的に見ると蛍光面41と前面パネル206の間
には屈折率が１の空間が存在する。このため、点Ｐより
の光は蛍光面41出射直後はこの前面パネル206と蛍光面4
1の間の空間の半空間全体に出射されるが、すぐに前面
パネル206に入射する。これらの全光束は半頂角がφ
（φ＝sin^-1（1/n）、ｎは前面パネル206の屈折率）の
円錐内を進行する。従って、前面パネル206の厚みをｔ
とした時、開口部300aの半径をｔ・tanφとすれば、点
Ｐから半空間に出射した全ての光は、反射層300にも遮
られることなく平凸型光学レンズ209内の半頂角φの円
錐内を進行する。

一方、蛍光面41の開口部300a以外の点Ｑから出射した
光は、前面パネル206内では半頂角φの円錐内を進行す
るが、それらの光は拡散反射層300にぶつかり乱反射さ
れる。そして、その一部は再び前面パネル206の蛍光面4
1側界面や蛍光面41で乱反射される。このように、開口
部300a以外の点Ｑから出射した光は、前面パネル206の
両界面で乱反射を繰り返しながら、点Ｐに達した光のみ
が開口部300aを通過して平凸型光学レンズ209内部を進
行する。

従って、拡散反射層300の開口部300aから平凸型光学
レンズ209内部に進行する光は、点Ｐからの直接の光に
更にそれ以外の点Ｑからの多重反射光を加えた光となる
ので高輝度な光となる。

この後、第17図に示すように、拡散反射層300の開口
部300aを通過して、平凸型光学レンズ209内部の半頂角
φの円錐内を進行する高輝度光は、平凸型光学レンズ20
9を出射すると、ほぼ平行な光線となってライトバルブ1
04の画像形成部52全体を透過する。

さらにこの後、第16図に示すように、赤色光源管201
から発光されたほぼ平行な赤色光は、赤色成分の画像が
表示される赤色用液晶ライトバルブ104を透過し、合成
プリズム107によって反射される。緑色光源管202から発
光されたほぼ平行な緑色光は、緑色成分の画像が表示さ
れる緑色用液晶ライトバルブ105を透過し、合成プリズ
ム107によって透過される。青色光源管203から発光され
たほぼ平行な青色光は、青色成分の画像が表示される青
色用液晶ライトバルブ106を透過し、合成プリズム107に
よって反射される。この様にして、合成プリズム107で
合成された画像は投射レンズ108で拡大され投射光109が
スクリーン（図示せず）に投射される。

以上のように、蛍光面41の前面に開口部300aを有する
反射層300を設け、開口部300aからの出射光が蛍光面41
と反射層300の多重反射光を含むようにし、さらにレン
ズ209の集光効果でその光の大部分をライトバルブ104,1
05,106や投射レンズ108,スクリーンに導くことで、光の
利用効率を高くできた。

なお、第17図では蛍光面41は前面パネル206全面に塗
布した場合を示してあるが、開口部300aから遠く離れた
蛍光面41から発光した光は多重反射を繰り返すうちに光
が減衰してしまうので、開口部300aより出射する光に加
えられる多重反射光は開口部300aの周辺部のものの影響
が強い。従って、蛍光面41を前面パネル206の開口部300
aに対向する部分の近傍領域に、例えば塗布して形成
し、その蛍光面41全体に電子ビーム47を照射すれば、電
子ビーム電流が同じであれば蛍光面41への電子ビーム電
流密度が高くなるので、蛍光面41の発光輝度をより高く
することが可能となる。

さらに、第16図、第17図の装置では開口部300aから発
せられた光を投射する光学レンズ209を平凸型光学レン
ズとし、前面パネル206の表面に接着する構成のものを
示したが、光学レンズが両凸レンズ等の他の形状のもの
を用い、前面パネルに接着するかわりに、前方に２枚以
上設けても上記と同様の効果を奏するのは言うまでもな
い。

第19図は反射層を有する他の投射型表示装置の光源管
周辺の詳細な構成を示す断面図断面図である。図におい
て、212は平凸レンズ形状の前面パネルであり、ガラス
カッティングや所望形状のカーボン型に溶融ガラスを流
し込むような成形により製造され、電子銃40側の平面部
には蛍光面41が塗布されている。この平凸レンズ形状前
面パネル212と筒状側板207、背面板208により、内部を
真空に保ったCRT方式光源管213を構成している。302は
帯状の拡散反射層であり、平凸レンズ形状前面パネル21
2の球面部周囲に設けられている。即ち、平凸レンズ形
状前面パネル212の球面部の、蛍光面41の中心部を頂点
とする半頂角φの円錐で切りとる部分が開口部300aとな
った拡散反射層302が平凸レンズ形状前面パネル212の球
面部に塗布された構成となっている。なお、第19図にお
いて第17図の実施例と同様の構成要素には同一符号を付
し、その説明は省略する。

第19図に示す光源管では、第17図における光源管と同
様に、蛍光面41の中心部以外からの出射光は拡散反射層
302と蛍光面41との多重反射を繰り返す。そして蛍光面4
1の中心部からの出射光と合成され、高輝度光となり平
凸レンズ形状の前面パネル212からほぼ平行光となって
出射され、上記実施例と同様の効果を奏する。

第20図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。図におい
て、212は平凸レンズ形状の前面パネルであり、ガラス
カッティングや所望形状のカーボン型に溶融ガラスを流
し込むような成形により製造される。その電子銃40側の
平面部には蛍光面41が塗布され、他方の曲面は回転放物
面状になっている。回転放物面とは、例えばｙ＝kx²な
る曲線をｙ軸の回りに回転させてできる曲面である。ｙ
軸を発光光の光軸に一致させており、その平凸レンズ形
状前面パネル212の中心部厚みは1/（4k）、その半径は1
/（2k）となっている。303は平凸レンズ形状前面パネル
212の表面に設けた、例えばアルミ箔のような鏡面の反
射層である。また反射層303は、蛍光面41の中心部を頂
点とする半頂角φの円錐で切りとる部分が開口部300aと
なっており、この部分には反射層303を設けていない。2
20は凹凸レンズで、その凹曲面は平凸レンズ形状前面パ
ネル212表面の回転放物面と同一曲面であり、回転放物
面において平凸レンズ形状前面パネル212と透明接着剤
で空気層なく接着している、なお、第20図において第17
図の実施例と同様の構成要素には同一符号を付し、その
説明は省略する。

第20図に示す光源管では、第17図における光源管と同
様に、蛍光面41の中心部からの出射光に、蛍光面41の中
心部以外からの出射光を反射層303による反射により合
成し、高輝度光として取り出す。ここで、反射層303が
ｙ＝kx²なる曲線をｙ軸の回りに回転させてできる回転
放物面であり、平凸レンズ形状前面パネル212の中心部
厚みが1/（4k）、その半径は1/（2k）となっている。こ
のため、蛍光面41の中心部以外のあらゆる部分から蛍光
面41に対して垂直方向に出射した光は、反射層303によ
り反射され蛍光面41の中心部に集光される。従って、集
光光が蛍光面41中心部で再反射され蛍光面41中心部から
の出射光と合成されて凹凸レンズ220から出射される光
は非常に高輝度な光となる。

なお、第20図の構成に加え、平凸レンズ形状前面パネ
ル212と蛍光面41の間に干渉多層膜を設け、蛍光面41か
らの出射光に垂直方向の指向性を持たせて、その効果を
さらに大きくすることもできる。第21図はその場合の光
源管部と液晶ライトバルブ部を拡大して詳細に示す断面
図である。図において、53は干渉多層膜で、低屈折率層
と高屈折率層の膜を交互に形成して構成している。具体
的には、例えば低屈折率層として二酸化珪素（SiO₂）、
高屈折率層として二酸化チタン（TiO₂）を用いた６層コ
ーティングのものや、低屈折率層として二酸化珪素（Si
O₂）、高屈折率層として酸化タンタル（TaO₂またはTa₂O
₅）を用いた６層コーティングのものがある。

このような干渉多層膜53が蛍光面41と平凸レンズ形状
前面パネル212の間に存在すると、蛍光面41から発せら
れて干渉多層膜53に入射してくる光のうち、入射角の小
さいものだけを透過し、入射角の大きいものは反射して
蛍光面41側へ戻す作用をする。干渉多層膜53への入射角
が大きくて蛍光面41側に反射された光は再び蛍光面41で
乱反射される。この乱反射された光のうち、干渉多層膜
53への入射角の小さいものだけを透過し、残りはまた反
射される。この過程が繰り返されることにより、発散角
が小さい範囲に光束が集約され、垂直方向に指向性を持
った光が発せられる。

第22図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。図におい
て、215は平凸レンズ形状前面パネルであり、ガラスカ
ッティングや所望形状のカーボン型に溶融ガラスを流し
込むような成形により製造され、その電子銃40側の平面
部には蛍光面41が塗布されている。また、平凸レンズ形
状前面パネル215は、その光軸を含む平面での断面の外
形の一部がノコギリ状となっており、このノコギリ状部
分には反射層304が帯状に塗布されている。なお、第22
図で第17図と同様の構成要素には同一符号を付して、そ
の説明は省略する。

第22図に示す光源管216は第17図における光源管と同
様に、蛍光面41の中心部からの出射光に、中心部以外か
らの出射光が合成される。即ち、中心部以外からの出射
光は、反射層304により反射され中心部に集光される。
このため高輝度光が平凸レンズ形状前面パネル215より
出射される。

第23図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光
源管周辺の詳細な構成を示す断面図である。図におい
て、217は蛍光面41を凸面部に形成した平凸レンズ形状
前面パネルであり、218は光源管である。平凸レンズ形
状前面パネル217の電子銃40側の凸面の形状は、球面ま
たは回転放物面状となっている。

第23図に示す光源管218では、第17図における光源管
と同様に、反射層305の開口部300aから出射する光は、
蛍光面41から直接出射する光と、他の部分から出射し拡
散反射層300と蛍光面41の間での多重反射を繰り返した
光との合成となる。この時、蛍光面41が開口部300aに対
して凹面状となっているために、開口部300aから離れた
部分の蛍光面41から出射されて多重反射される光は開口
部300aに到達し易くなる。従って、開口部300aから出射
する光は非常に高輝度な光となる。なお、実施例６と同
様に、平凸レンズ形状前面パネル217の凸面部と蛍光面4
1の間に干渉多層膜を設けて、蛍光面各点からの出射光
に蛍光面に対して垂直方向の指向性を持たせれば、さら
に開口部300aに到達する多重反射光成分は大きくなる。

３色複合光源管を有する投射型表示装置 第24図は３色複合光源管を有する投射型表示装置の構
成を示す側面図である。第47図と同一の部分には同一の
符号を付して重複説明は省略する。図において200は３
色光源管、401A、401Bはミラーである。

第25図は第24図の３色光源管200の外形斜視図であ
り、第26図は第25図のＡ−Ａ線における断面図である。
第25図、第26図において、３色光源管200は前面パネル
２と背面板３および筒状側板４により気密封止されたガ
ラス管体としての真空容器で構成され、上記前面パネル
２の内面には発光面５があり、電子ビームが当たるとＲ
（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの色で光
る蛍光体層からなる発光部5R、5G、5Bを設けている。６
は発光部5R、5G、5Bの周辺にそれぞれ対応して配置され
た複数の加速用陽極61〜64からなる陽極電極群であり、
これらの加速用電極61〜64には外部端子16を介して高電
圧が印加されるようになっている。13はアルミバック層
で発光部5R、5G、5Bの内部側表面に施され、加速用陽極
電極郡６と電気的に接続されている。

７は発光面５の各発光部5R、5G、5Bに対応して電子放
出用のカソード7R、7G、7Bがそれぞれ独立して配置され
たカソード電極群であり、これらカソード7R、7G、7Bは
各々の両端が背面板３上に固定された一対のサポート間
に支持されている。尚、各カソード7R、7G、7Bには、例
えばNiスリーブ上に酸化物をコーティングした傍熱型あ
るいはタングステンに酸化物をコーティングした直熱型
のものが使用できる。また、８はこのカソード電極群７
と発光面５との間に配置された制御グリッド電極であ
り、制御グリッド電極８には、発光面５の各発光部5R、
5G、5Bに対応してそれぞれカソード7R、7G、7Bよりの電
子ビーム47R、47G、47Bを非集束ビームとして通過すべ
く電子通過用穴9R、9G、9Bが設けられている。10はカソ
ード電極群７の背面側、つまり真空容器の一部をなす背
面板３上に、発光面５の各々の発光部5R、5G、5Bに対応
して、それぞれ対向配置された背面電極10R、10G、10B
からなる背面電極群であり、これら背面電極10R、10G、
10BはAg等の導体層から形成されている。そして、前記
各背面電極10R、10G、10Bは、各カソード7R、7G、7Bの
電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電位を印加する
ことにより、それらカソード7R、7G、7Bから放出する電
子ビーム47R、47G、47Bを個別に制御するものとなって
いる。また、前記制御グリッド電極８も各カソード7R、
7G、7Bの電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電位を
印加することにより、カソード7R、7G、7Bから放出する
電子ビーム47R、47G、47B全体を制御するものとなって
いる。尚、12は背面板３よりカソード電極群７、制御グ
リッド電極８および背面電極群10の各々の電極を外部へ
引き出す外部端子としてのリード線である。

次に、動作について説明する。まず各背面電極10R、1
0G、10Bがカソード7R、7G、7Bの電位に対して負の電位
の時、カソード7R、7G、7Bのまわりが負の電位で取り囲
まれるため、各カソード7R、7G、7Bからの電子は制御グ
リッド８および加速用陽極61〜64へ流れず、カットオフ
状態になる。そこで、前記背面電極10R、10G、10Bにカ
ソード7R、7G、7Bの電位に対して0Vから数Ｖの正電位を
加えていくと、カソード7R、7G、7Bから放出される電子
ビーム47R、47G、47Bが制御グリッド８へ向かって流れ
はじめる。この時制御グリッド８の電位が前記カソード
7R、7G、7Bに対して負の電位の時は、これら制御グリッ
ド８の電子通過用穴9R、9G、9Bから電子ビーム47R、47
G、47Bの通過ができず加速用陽極61〜64に電子ビーム47
R、47G、47Bは流れず、発光面５の各発光部5R、5G、5B
は発光しない。そして、制御グリッド８にカソード7R、
7G、7Bに対して0Vから数Ｖの正の電位を加えていくと、
これら制御グリッド８の電子通過用穴9R、9G、9Bから電
子ビーム47R、47G、47Bがそれぞれ通過し出し、アルミ
バック層13を介して、各発光部5R、5G、5Bに照射され、
各発光部5R、5G、5Bを発光させる事ができる。

この電子ビーム47R、47G、47Bは、制御グリッド８の
電子通過用穴9R、9G、9Bの直径、制御グリッド８とカソ
ード7R、7G、7Bとの間隔及び陽極電圧などの諸条件によ
って所定の広がりθを持つ非集束ビームとなって各発光
部5R、5G、5B全面に照射されるので、各発光部5R、5G、
5Bは高輝度で発光することができる。

さらに、制御グリッド８の電位を調整することで、３
色光源管200全体の輝度を調整でき、また、個々の背面
電極10R、10G、10Bの電位を調整することで赤色、緑
色、青色の各色の発光光の輝度を独立に調整することが
可能となる。

このようにして、３色光源管200からは赤色光403R、
緑色光403G、青色光403Bの３色の光が発光される。赤色
光403Rはミラー401Aで反射されたのち、赤色成分の画像
が表示された赤色用液晶ライトバルブ104を透過し、赤
色光の画像は合成プリズム107によって反射される。緑
色光403Gは緑色成分の画像が表示された緑色用液晶ライ
トバルブ105を透過した後、合成プリズム107を透過す
る。青色光403Bはミラー401Bで反射されたのち、青色成
分の画像が表示された青色用液晶ライトバルブ106を透
過し、青色光の画像は合成プリズム107によって反射さ
れる。この様にして、合成プリズム107で合成された画
像は投射レンズ108で拡大され、投射光109がスクリーン
（図示せず）に投射される。

ここで、上記液晶ライトバルブはTFT（薄膜トランジ
スタ）のTNモード液晶パネルを用いることで、各色につ
いて多階調表示ができるのでスクリーン上の画像はフル
カラー表示が可能となる。

また、制御グリッド８の電位を調整することでスクリ
ーン上の画像の輝度を変化させることができるので、ス
クリーン設置環境の照度に合わせた最適輝度の画像を得
ることができる。また、個々の背面電極10R、10G、10B
の電位を調整することでスクリーン上の画像の赤色、緑
色、青色の各色成分の輝度を独立に調整することが可能
となるのでホワイトバランス等の色度調整も簡単に行う
ことができる。

このように、光源として発光効率の高い電子線励起蛍
光体からなる３原色を発光する３つの発光部を一つの容
器に具備した光源管を用いたので、部品点数を少なくで
きる上に、高電圧の引き回し線を一つにできる事より、
周辺の電子回路を誤動作させたり破壊にいたらしめる確
率をほとんどゼロにすることができる。さらに、３色の
発光部が同一平面上に配されているので、一つの光源管
のみを調整できる調整機構があれば良く、低価格、小型
で信頼性の高い投射型表示装置を実現できる。

また、３色光源管200の発光効率を高めるために、前
面パネル２と発光部５の間に誘電体の多層膜を施して前
面パネル２表面の法線方向へ発光光を集光する事も可能
である。

さらには、３色光源管200の前面パネル２の前面部に
エチレングリコールやシリコンオイルなどの冷却液で満
たされた透明容器からなる冷却部を設けて、蛍光体層の
温度上昇を低く抑えることで、蛍光体の発光効率を高め
たり、寿命を長くすることが可能となる。

また、第24〜26図の実施例では、３色の光学像を合成
する光学系素子として合成プリズムを用いた場合につい
て説明したが、それぞれが赤色、緑色、青色のどれか１
色を反射させるダイクロイックミラーを複数枚組み合わ
せた物を用いても同様の効果を奏す。

また、第24〜26図の実施例ではライトバルブとして透
過型のものを例として説明したが、ライトバルブに反射
型の物を用いて、光源からの光を反射型のライトバルブ
に照射しライトバルブ上の光学像の反射光を投射レンズ
を通してスクリーンに拡大投射するものでも同様の効果
を奏す。

また、第24〜26図の実施例では１つの光源管が赤色、
緑色、青色の３色に発光する場合について説明したが、
スクリーン上の表示画像の表示色数が特定の複数色でよ
い場合は赤色、緑色、青色以外の色でも良く、また、一
つの光源管内に異なる２色からなる二つの発光部を備え
たものであっても第24〜26図の実施例と同様の効果を奏
す。

また、第24〜26図の実施例ではスクリーン全体の輝度
を調整する第１の制御手段として、カソード７と発光部
５の間に設けられたグリッド電極８、各色の発光輝度を
独立に制御する第２の制御電極として、カソード７背面
の背面電極10の場合について説明したが、電極構造はこ
れにとらわれる必要はなく、スクリーン全体の輝度を調
整する第１の制御電極もカソード７背面の各色の発光輝
度を独立に制御する背面電極10と同一平面上に互いにく
し型に対向するように設けてもよく、さらに、各色の発
光輝度を独立に制御する第２の制御電極をスクリーン全
体の輝度を調整するグリッド電極８と各カソード7R、7
G、7Bの間に設けても第24〜26図の実施例と同様の効果
を奏す。

平凸集光レンズを有する複合光源投射型表示装置 以下、平凸集光レンズを有する複合光源投射型表示装
置本発明を第27図、第28図、第29図を参照にして説明す
る。

第27図は本発明の投射型表示装置の一実施例を示す構
成図である。図において200は３色光源管、401A、401B
はミラー、209R、209G、209Bは、アクリル成形された平
凸レンズである。また、104は赤色光を変調する赤色用
液晶ライトバルブ、105は緑色光を変調する緑色用液晶
ライトバルブ、106は青色光を変調する青色用液晶ライ
トバルブであり、107は変調された赤色光、緑色光、青
色光を合成する合成プリズム、108は合成光を投射する
投射レンズである。

第28図は、第27図の３色光源管200周辺部分の外形斜
視図であり、第29図は第28図のＡ−Ａ線における断面図
である。第28図、第29図において、３色光源管200は前
面パネル２と背面板３および筒状側板４により気密封止
されたガラス管体としての真空容器で構成され、上記前
面パネル２の内面には発光面５があり、電子ビームが当
たるとＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれ
の色で光る蛍光体層からなる発光部5R、5G、5Bを設けて
いる。ここで、それぞれの発光部5R、5G、5Bの大きさ
は、第27図の各色液晶ライトバルブ104、105、106の画
像形成部の大きさに比べて小さくなるようにして設けら
れている。６は発光部5R、5G、5Bの周辺にそれぞれ対応
して配置された複数の加速用陽極61〜64からなる陽極電
極群であり、これらの加速用陽極61〜64には外部端子16
を介して高電圧が印加されるようになっている。13はア
ルミバック層で発光部5R、5G、5Bの内部側表面に施さ
れ、加速用陽極電極郡６と電気的に接続されている。７
は発光面５の各発光部5R、5G、5Bに対応して電子放出用
のカソード7R、7G、7Bがそれぞれ独立して配置されたカ
ソード電極群であり、これらカソード7R、7G、7Bは各々
の両端が背面板３上に固定された一対のサポート間に支
持されている。尚、各カソード7R、7G、7Bには、例えば
Niスリーブ上に酸化物をコーティングした傍熱型あるい
はタングステンに酸化物をコーティングした直熱型のも
のが使用できる。また、８はこのカソード電極群７と発
光面５との間に配置された制御グリッド電極であり、制
御グリッド電極８には、発光面５の各発光部5R、5G、5B
に対応してそれぞれカソード7R、7G、7Bよりの電子ビー
ム47を非集束ビームとして通過すべく電子通過用穴9R、
9G、9Bが設けられている。

10はカソード電極群７の背面側、つまり真空容器の一
部をなす背面板３上に、発光面５の各々の発光部5R、5
G、5Bに対応して、それぞれ対向配置された背面電極10
R、10G、10Bからなる背面電極群であり、これら背面電
極10R、10G、10BはAg等の導体層から形成されている。
そして、前記各背面電極10R、10G、10Bは、各カソード7
R、7G、7Bの電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電
位を印加することにより、それらカソード7R、7G、7Bか
ら放出する電子ビーム47を個別に制御するものとなって
いる。また、前記制御グリッド電極８も各カソード7R、
7G、7Bの電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電位を
印加することにより、カソード7R、7G、7Bから放出する
電子ビーム47全体を制御するものとなっている。尚、12
は背面板３よりカソード電極群７、制御グリッド電極８
および背面電極群10の各々の電極を外部へ引き出す外部
端子としてのリード線である。209R、209G、209Bはアク
リル成形により成形された平凸レンズであり、それぞれ
が、その焦点が、ほぼ各色発光部5R、5G、5Bの中心に位
置するように設けられ、ライトバルブの画像形成部を充
分おおうだけの口径を持つように構成されている。210
は透明接着剤であり、平凸レンズ209R、209G、209Bと前
面パネル２を空気層無く接着している。

次に動作について説明する。まず各背面電極10R、10
G、10Bがカソード7R、7G、7Bの電位に対して負の電位の
時、カソード7R、7G、7Bのまわりが負の電位で取り囲ま
れるため、各カソード7R、7G、7Bからの電子は制御グリ
ッド８および加速用陽極61〜64へ流れず、カットオフ状
態になる。そこで、前記背面電極10R、10G、10Bにカソ
ード7R、7G、7Bの電位に対して0Vから数Ｖの正電位を加
えていくと、カソード7R、7G、7Bから放出される電子ビ
ーム47が制御グリッド８へ向かって流れはじめる。この
時制御グリッド８の電位が前記カソード7R、7G、7Bに対
して負の電位の時は、これら制御グリッド８の電子通過
用穴9R、9G、9Bから電子ビーム47の通過ができず加速用
電極61〜64に電子ビーム47は流れず、発光面５の各発光
部5R、5G、5Bは発光しない。そして、制御グリッド８に
カソード7R、7G、7Bに対して0Vから数Ｖの正の電位を加
えていくと、これら制御グリッド８の電子通過用穴9R、
9G、9Bから電子ビーム47がそれぞれ通過し出し、アルミ
バック層13を介して、各発光部5R、5G、5Bに照射され、
各発光部5R、5G、5Bを発光させる事ができる。

この電子ビーム47は、制御グリッド８の電子通過用穴
9R、9G、9Bの直径、制御グリッド８とカソード7R、7G、
7Bとの間隔及び陽極電圧などの諸条件によって所定の広
がりθを持つ非集束ビームとなって各発光部5R、5G、5B
全面に照射される。この時、過集束電子ビーム47の電流
値が一定であれば各発光部5R、5G、5Bの面積が小さけれ
ば小さいほど、各発光部5R、5G、5Bの蛍光体層への入射
電子密度は高くなり、各発光部5R、5G、5Bの発光輝度は
高くなる。この様にして平凸レンズ209R、209G、209Bの
焦点距離に位置する微小面積の各発光部5R、5G、5Bは非
常に高輝度で発光する。

さらに、制御グリッド８の電位を調整することで、３
色光源管200全体の輝度を調整でき、また、個々の背面
電極10R、10G、10Bの電位を調整することで赤色、緑
色、青色の各色の発光光の輝度を独立に調整することが
可能となる。

このようにして、３色光源管200の微小面積の各発光
部5R、5G、5Bは高輝度で発光する。ここでミクロ的に見
ると各発光部5R、5G、5Bの蛍光体層と前面パネル２の間
には屈折率が１の空間が存在する。したがって、高輝度
で発光した各発光部5R、5G、5Bの中心部よりの光は、蛍
光体層出射直後はこの前面パネル２と蛍光体層間の空間
の半空間全体に出射されるが、すぐに前面パネル２に入
射しこれらの全光束は半頂角がφ（φ＝sin^-1（1/n）、
ただしｎは前面パネル２の屈折率）の円錐内を進行す
る。この半頂角φの円錐内を進む全光束のうち、半頂角
ωの円錐内を進む光束は、前面パネル２、透明接着剤21
0、平凸レンズ209R、209G、209Bがほぼ同等の屈折率を
もつため、そのまま直進し、平凸レンズ209R、209G、20
9B出射後、より平行光に近くなる。

ほぼ、平行光線となった赤色光403Rはミラー401Aで反
射されたのち、赤色成分の画像が表示された赤色用液晶
ライトバルブ104の画像形成部全体を透過し、赤色光の
画像は合成プリズム107によって反射される。ほぼ、平
行光線となった緑色光403Gは緑色成分の画像が表示され
た緑色用液晶ライトバルブ105の画像形成部全体を透過
した後、合成プリズム107を透過する。ほぼ平行光線と
なった青色光403Bはミラー401Bで反射されたのち、青色
成分の画像が表示された青色用液晶ライトバルブ106の
画像形成部全体を透過し、青色光の画像は合成プリズム
107によって反射される。この様にして、合成プリズム1
07で合成された画像は投射レンズ108で拡大され、投射
光109がスクリーン（図示せず）に投射される。

ここで、上記液晶ライトバルブはTFT（薄膜トランジ
スタ）のTNモード液晶パネルを用いることで、各色につ
いて多階調表示ができるのでスクリーン上の画像はフル
カラー表示が可能となる。

また、制御グリッド８の電位を調整することでスクリ
ーン上の画像の輝度を変化させることができるので、ス
クリーン設置環境の照度に合わせた最適輝度の画像を得
ることができる。また、個々の背面電極10R、10G、10B
の電位を調整することでスクリーン上の画像の赤色、緑
色、青色の各色成分の輝度を独立に調整することが可能
となるのでホワイトバランス等の色度調整も簡単に行う
ことができる。

このように、光源管内の一定電流の電子ビームを微小
面積の蛍光体発光部に集中照射することで、蛍光面から
半空間に出射された全光束が半頂角φの円錐内に集光さ
れ、さらに、平凸レンズ出射時に集光されるので、各色
液晶ライトバルブ104、105、106の画像形成部からスク
リーンまで到達する光の割合は多くなり、光の利用効率
は非常に高くなるとともに、光源として発光率の高い電
子線励起蛍光体からなる３原色を発光する３つの発光部
を一つの容器に具備した光源管を用いたので、部品点数
を少なくできる上に、高電圧の引き回し線を一つにでき
る事より、周辺の電子回路を誤動作させたり破壊にいた
らしめる確率をほとんどゼロにすることができる。さら
に、３色の発光部が同一平面上に配されているので、一
つの光源管のみを調整できる調整機構があれば良く、低
価格、小型で信頼性の高い投射型表示装置を実現でき
る。

次に他の一実施例を第30図、第31図を参照にして説明
する。第30図は平凸レンズを備える複合光源の投射型表
示装置の他の一実施例を示す側面図である。図において
200は３色光源管、401A、401Bはミラーである。300は中
央に開口部を有する拡散反射層であり、３色光源管の各
色発光部表面に設けられている。拡散反射層300は例え
ば酸化マグネシウム（MgO）を発光部表面に塗布して形
成される。209R、209G、209Bは、アクリル成形された平
凸レンズであり、３色光源管の各色発光部前面に拡散反
射層を挟んで設けられている。また、104は赤色光を変
調する赤色用液晶ライトバルブ、105は緑色光を変調す
る緑色用液晶ライトバルブ、106は青色光を変調する青
色用液晶ライトバルブであり、107は変調された赤色
光、緑色光、青色光を合成する合成プリズム、108は合
成光を投射する投射レンズである。

第31図は第30図の３色光源管部分の断面図である。第
31図において、３色光源管200は前面パネル２と背面板
３および筒状側板４により気密封止されたガラス管体と
しての真空容器で構成され、上記前面パネル２の内面に
は発光面５があり、電子ビームが当たるとＲ（赤色）、
Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの色で光る蛍光体層
からなる発光部5R、5G、5Bを設けている。６は発光部5
R、5G、5Bの周辺にそれぞれ対応して配置された複数の
加速用陽極61〜64からなる陽極電極群であり、これらの
加速用陽極61〜64には外部端子16を介して高電圧が印加
されるようになっている。13はアルミバック層で発光部
5R、5G、5Bの内部側表面に施され、加速用陽極電極郡６
と電気的に接続されている。７は発光面５の各発光部5
R、5G、5Bに対応して電子放出用のカソード7R、7G、7B
がそれぞれ独立して配置されたカソード電極群であり、
これらカソード7R、7G、7Bは各々の両端が背面板３上に
固定された一対のサポート間に支持されている。尚、各
カソード7R、7G、7Bには、例えばNiスリーブ上に酸化物
をコーティングした傍熱型あるいはタングステンに酸化
物をコーティングした直熱型のものが使用できる。ま
た、８はこのカソード電極群７と発光面５との間に配置
された制御グリッド電極であり、制御グリッド電極８に
は、発光面５の各発光部5R、5G、5Bに対応してそれぞれ
カソード7R、7G、7Bよりの電子ビーム47を非集束ビーム
として通過すべく電子通過用穴9R、9G、9Bが設けられて
いる。

10はカソード電極群７の背面側、つまり真空容器の一
部をなす背面板３上に、発光面５の各々の発光部5R、5
G、5Bに対応して、それぞれ対抗配置された背面電極10
R、10G、10Bからなる背面電極群であり、これら背面電
極10R、10G、10BはAg等の導体層から形成されている。
そして、前記各背面電極10R、10G、10Bは、各カソード7
R、7G、7Bの電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電
位を印加することにより、それらカソード7R、7G、7Bか
ら放出する電子ビーム47を個別に制御するものとなって
いる。また、前記制御グリッド電極８も各カソード7R、
7G、7Bの電位に対して負および0Vまたは数Ｖの正電位を
印加することにより、カソード7R、7G、7Bから放出する
電子ビーム47全体を制御するものとなっている。尚、12
は背面板３よりカソード電極群７、制御グリッド電極８
および背面電極群10の各々の電極を外部へ引き出す外部
端子としてのリード線である。

300は拡散反射層であり、前面パネル２の発光光の進
行方向側の表面に形成され、その中央部には開口部300a
を有している。209R、209G、209Bはアクリル成形により
成形された平凸型光学レンズであり、その焦点が発光部
5R、5G、5B付近になるような形状であると共に、光軸が
前記開口部300aの中心になるように、前面パネル２の前
面部に拡散反射層300を介して透明接着剤で取り付けら
れている。これにより拡散反射層300の中央開口部300a
では平凸型光学レンズ209R、209G、209Bと前面パネル２
は空気層無く接着されている。

次に第30図、第31図の実施例の動作について説明す
る。

まず各背面電極10R、10G、10Bがカソード7R、7G、7B
の電位に対して負の電位の時、カソード7R、7G、7Bのま
わりが負の電位で取り囲まれるため、各カソード7R、7
G、7Bからの電子は制御グリッド８および加速用陽極61
〜64へ流れず、カットオフ状態になる。そこで、前記背
面電極10R、10G、10Bにカソード7R、7G、7Bの電位に対
して0Vから数Ｖの正電位を加えていくと、カソード7R、
7G、7Bから放出される電子ビーム47が制御グリッド８へ
向かって流れはじめる。その時制御グリッド８の電位が
前記カソード7R、7G、7Bに対して負の電位の時は、これ
ら制御グリッド８の電子通過用穴9R、9G、9Bから電子ビ
ーム47の通過ができず加速用陽極61〜64に電子ビーム47
は流れず、発光面５の各発光部5R、5G、5Bは発光しな
い。そして、制御グリッド８にカソード7R、7G、7Bに対
して0Vから数Ｖの正の電位を加えていくと、これら制御
グリッド８の電子通過用穴9R、9G、9Bから電子ビーム47
がそれぞれ通過し出し、アルミバック層13を介して、各
発光部5R、5G、5Bに照射され、各発光部5R、5G、5Bを発
光させる事ができる。

この電子ビーム47は、制御グリッド８の電子通過用穴
9R、9G、9Bの直径、制御グリッド８とカソード7R、7G、
7Bとの間隔及び陽極電極などの諸条件によって所定の広
がりθを持つ非集束ビームとなって各発光部5R、5G、5B
全面に照射される。

このようにして、３色光源管200の各色発光部5R、5
G、5Bからは赤色、緑色、青色の３色の可視光を発し、
前面パネル２を通して前面に出射しようとするが、ま
ず、各発光部5R、5G、5B上の拡散反射層300の開口部300
a中央部の蛍光体層から発した光は、ミクロ的に見る
と、各発光部5R、5G、5Bの蛍光体層と前面パネル２の間
には屈折率が１の空間が存在するので、これらの発光点
よりの光は、蛍光体層出射直後はこの前面パネル２と各
発光部5R、5G、5Bの蛍光体層の間の空間の半空間全体に
出射され、その後、すぐに前面パネル206に入射し、こ
れらの全光束は半頂角がφ（φ＝sin^-1（1/n）、ただし
ｎは前面パネル206の屈折率）の円錐内を進行する。従
って、前面パネル２の厚みをｔとした時、拡散反射層30
0の開口部300aの半径をｔ・tanφとすればこの発光点か
ら半空間に出射した全ての光は、反射層にも遮られる事
なく平凸型光学レンズ209内の半頂角φの円錐内を進行
する。

一方、各発光部5R、5G、5Bの開口部300a以外の点から
出射した光は、前面パネル２内では半頂角φの円錐内を
進行するが、それらの光は拡散反射層300にぶつかり乱
反射される。そして、その一部は再び前面パネル２の蛍
光体層側界面や蛍光体層で乱反射される。このように、
開口部300a以外の点から出射した光は、前面パネル２の
両界面で乱反射を繰り返しながら、開口部300aの中心点
に達した光のみが拡散反射層300の開口部300aを通過し
て平凸型光学レンズ209内部を進行する。

この様に、拡散反射層300の開口部300aから平凸型光
学レンズ209内部に進行する光は、開口部300a中心点か
らの直接の光とそれ以外の点からの多重反射光を加えた
光となるので高輝度な光となる。このようにして、拡散
反射層300の開口部300aを通過して、各々の平凸型光学
レンズ209内部の半頂角φの円錐内を進行する各色高輝
度光は、平凸型光学レンズ209を出射すると、ほぼ平行
な光線403R,403G,403Bとなって各色液晶ライトバルブ10
4、105、106の画像形成部全体を透過する。

さらに、制御グリッド８の電位を調整することで、３
色光源管200全体の輝度を調整でき、また、個々の背面
電極10R、10G、10Bの電位を調整することで赤色、緑
色、青色の各色の発光光の輝度を独立に調整することが
可能となる。

このようにして、３色光源管200からはそれぞれ平行
な赤色光403R、緑色403G、青色光403Bの３色の光が発光
される。平行な赤色光403Rはミラー401Aで反射されたの
ち、赤色成分の画像が表示された赤色用液晶ライトバル
ブ104の画像形成部全体を透過し、赤色光の画像は合成
プリズム107によって反射される。平行な緑色光403Gは
緑色成分の画像が表示された緑色用液晶ライトバルブ10
5の画像形成部全体を透過した後、合成プリズム107を透
過する。平行な青色光403Bはミラー401Bで反射されたの
ち、青色成分の画像が表示された青色用液晶ライトバル
ブ106の画像形成部全体を透過し、青色光の画像は合成
プリズム107によって反射される。この様にして、合成
プリズム107で合成された画像は投射レンズ108で拡大さ
れ、投射光109がスクリーン（図示せず）に投射され
る。

ここで、上記液晶ライトバルブはTFT（薄膜トランジ
スタ）のTNモード液晶パネルを用いることで、各色につ
いて多階調表示ができるのでスクリーン上の画像はフル
カラー表示が可能となる。

また、制御グリッド８の電位を調整することでスクリ
ーン上の画像の輝度を変化させることができるので、ス
クリーン設置環境の照度に合わせた最適輝度の画像を得
ることができる。また、個々の背面電極10R、10G、10B
の電位を調整することでスクリーン上の画像の赤色、緑
色、青色の各色成分の輝度を独立に調整することが可能
となるのでホワイトバランス等の色度調整も簡単に行う
ことができる。

以上のように、蛍光面前面に開口部を有する反射層を
設け、開口部からの出射光が蛍光面と反射層の多重反射
光を含むようにし、さらにレンズの集光効果でその光の
大部分をライトバルブや投射レンズに導く事で、光の利
用効率を高くする事が可能となるとともに、光源として
発光効率の高い電子線励起蛍光体からなる３原色を発光
する３つの発光部を一つの容器に具備した光源管を用い
たので、部品点数を少なくできる上に、高電圧の引き回
し線を一つにできる事より、周辺の電子回路を誤動作さ
せたり破壊にいたらしめる確率をほとんどゼロにするこ
とができる。さらに、３色の発光部が同一平面上に配さ
れているので、一つの光源管のみを調整できる調整機構
があれば良く、低価格、小型で信頼性の高い投射型表示
装置を実現できる。

第32図は、更に他の実施例による平凸レンズ付き複合
光源式投射型表示装置の斜視図である。また第33図は第
32図の側面図である。

第32図で216は赤色光、緑色光、青色光を合成するダ
イクロイックプリズム、502は合成光を投射する投射レ
ンズ、435は光を反射させるミラー、420は光を変調する
アクティブマトリクス型の液晶ライトバルブであり、赤
色画像表示部421R、緑色画像表示部421G、青色画像表示
部421Bの３つの画像表示部を有している。また、400は
赤色光、緑色光、青色光を発する３色光源管であり、液
晶ライトバルブ420と３色光源管400の間の赤色画像表示
部421R、緑色画像表示部421G、青色画像表示部421Bに対
向する部分には、平凸レンズ433R、433G、433Bが設けら
れている。平凸レンズ433R、433G、433Bは、その平面側
が透明接着剤により３色光源管400と空気層なく密着し
て接着されている。

第34図は、液晶ライトバルブ420に形成されるパター
ン例を示す。422は上側ガラス基板、423は下側ガラス基
板であり、両ガラス基板の間には液晶が適当な配向処理
を施されて封入されている。下側ガラス基板423には、
表示信号ライン424と走査ライン426が直交する様にして
配設されており、その交点には薄膜トランジスタ（図示
せず）を介して画素電極428が接続されている。表示信
号ライン424へは表示信号端子425を、走査ライン426へ
は走査信号端子427を介して外部から信号が印加され
る。また、上側ガラス基板422の内面には透明電極で構
成される対向電極が配設されている。

画素電極428の集合によって赤色画像表示部421R、緑
色画像表示部421G、青色画像表示部421Bが構成される
が、３つの画像表示部は投射スクリーン（図示せず）上
で１つの画像に合成される。投射スクリーン上で合成さ
れる各点を構成する３つの画像表示部のそれぞれの対応
画素電極は、第34図に示すように点Ｏから等しい距離に
位置する。つまり、スクリーン上でコーナー部に対応す
る画素は、赤色画像表示部421Rでは画素電極Qr、緑色画
像表示部421Gでは画素電極Qg、青色画像表示部421Bでは
画素電極Qbが対応し、スクリーン上で文字の一部の点に
対応する画素は、赤色画像表示部421Rでは画素電極Pr、
緑色画像表示部421Gでは画素電極Pg、青色画像表示部42
1Bでは画素電極Pbが対応し、画素電極Qr、Qg、Qbは点Ｏ
から当距離にあり、画素電極Qr、Qg、Qbも点Ｏから当距
離に位置する。すなわち、投射スクリーン上に合成表示
される光学像の任意の一点を構成する３つの画像形成部
の各点が、点Ｏを中心とした円周上に位置する。さら
に、第32図のダイクロイックプリズム216の光の合成の
中心点は、前記、点Ｏの真上に位置するように配置され
ている。

第35図は、３色光源管400と平凸レンズ433R、433G、4
33B部分の斜視図であり、第36図は第35図の３色光源管4
00及び平凸レンズ433GのＡ−Ａ線での断面図である。図
において、３色光源管400は前面パネル402と背面板403
および側板404により気密封止されたガラス管体として
の真空容器で構成され、上記前面パネル402の内面に
は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの
色で光る蛍光体層406からなる３つの発光部405R、405
G、405Bが設けられている。ここで、３つの発光部405
R、405G、405Bの大きさは、液晶ライトバルブ420の赤色
画像表示部421R、緑色画像表示部421G、青色画像表示部
421Bのそれに比べて小さくなるようにして設けられてい
る。平凸レンズ433R、433G、433Bの凸面部の表面形状は （ｘ−ｃ）²/a²＋y²/b²＝１ （ここでライトバルブの画像形成部の対角線の長さを
Ｌ、レンズの屈折率をｎとしたとき、ｂ≧L/2、ａ＝bn
（n²−１）^−1/2、ｃ＝ｂ（n²−１）^−1/2）で表わされ
る楕円をｘ軸の周りに回転させてできる回転楕円体であ
る。また、３つの発光部405R、405G、405Bは前記楕円式
の原点に対応する位置に設けられている。

また、３色光源管400内の背面板403には各発光部405
R、405G、405Bに対して、それぞれ蛍光体層406全面を非
集束電子ビーム407で照射するための３つの電子銃408
（２つは図示せず）が設けられている。409、410、411
は、それぞれ上記電子銃408を構成するヒータ、陰極お
よびグリッドである。また、蛍光体層406は、青色ではZ
nS:Ag,Clが、緑色ではZnS:Au,Cu,Alが、赤色ではY₂O₂S:
Eu³⁺が用いられており、各蛍光体層406表面には高圧電
圧印加用の陽極としてのアルミバック412が施されてい
る。

続いて動作について説明する。まず、第36図でアルミ
バック412に十数キロＶの高圧電圧を加え、グリッド411
に陰極410に対して負の電圧を与えるとともにヒータ409
に所定の電流を与え、陰極410を加熱してグリッド411の
電圧を陰極410の電位に近づけると、陰極410から電子ビ
ーム407が蛍光体層406に向かって発射される。この電子
ビーム407は、グリッド411の中央に設けられた孔の直
径、グリッド411と陰極410との間隔及びアルミバック41
2の陽極電圧などの諸条件によって所定の広がり（θ）
を持つ非集束ビーム407となって蛍光体層406全面に加速
照射され、蛍光体層406を各発光部405R、405G、405Bの
蛍光体に応じた発光色に高輝度発光させる。ここで、過
集束電子ビーム407の電流値が一定であれば蛍光体層406
の面積が小さければ小さいほど、蛍光体層406への入射
電子密度は高くなり、蛍光体層406の発光輝度は高くな
る。この様にして微小面積の蛍光体層406は非常に高輝
度で発光する。

蛍光体層406から半空間に発する光は、屈折率が１の
微小空間を通過した直後に、前面パネル402に入射する
ため、これらの全光束は半頂角がφ（ここでφ＝sin^-1
（1/n）;nは前面パネルの屈折率）の円錐内を進む。こ
の円錐内を進む全光束は、前面パネル402、平凸レンズ4
33Gがほぼ同等の屈折率をもつため、そのまま直進し、
平凸レンズ433Gの表面に達する。このレンズ表面の形状
が前記の回転楕円体の場合、屈折後の光は、原点からの
出射角をθとしたとき−tan^-1（b/c）≦θ≦tan^-1（b/
c）の範囲内の任意の光に対して光軸に平行になる。従
って、ｎ＝1.5の時は｜φ｜≦|tan^-1（b/c）｜となるの
で、光軸上にある蛍光体層406から半空間に発する全光
束は平凸レンズ433G出射後は完全な平行光となる。

３色光源管400の平凸レンズ433Rの光軸付近に存在す
る赤色発光部405Rから半空間に出射された全赤色光は、
平凸レンズ433R出射後ほぼ完全な平行光となり、液晶ラ
イトバルブ420の赤色成分の画像が表示された赤色画像
表示部421R全体を透過して変調された後、ミラー435で
直角方向に反射され、さらにダイクロイックプリズム21
6によっても直角方向に反射される。平凸レンズ433Gの
光軸付近に存在する緑色発光部405Gから半空間に出射さ
れた全緑色光は、同様に緑色成分の画像が表示された緑
色画像表示部421G全体を透過して変調された後、ミラー
435で直角方向に反射され、ダイクロイックプリズム216
ではそのまま透過される。平凸レンズ433Bの光軸付近に
存在する青色発光部405Bから半空間に出射された全青色
光は、青色成分の画像が表示された青色画像表示部421B
全体を透過して変調された後、ミラー435で直角方向に
反射され、ダイクロイックプリズム216によっても直角
方向に反射される。この様にして、ダイクロイックプリ
ズム216で合成された３色の画像は投射レンズ502で拡大
投射され、スクリーンに表示される。尚、上記実施例で
は電子銃408は熱電子放出によるものの例を示したが、
電界放出や光電子放出によるものでも良いことは言うま
でもない。

ここで、赤色画像と青色画像は、ミラー435とダイク
ロイックプリズム216で２度反射されるが、緑色画像は
ミラー435によって１度だけ反射されるので、緑色画像
表示部421Gの画像は、赤色画像表示部421Rや青色画像表
示部421Bの画像に対して、鏡像関係になるようにして液
晶ライトバルブ420上にそれぞれ画像表示される。

以上のようにして、３色の光を発する光源管をひとつ
の容器に納めると共に、その発光部の前面の前面パネル
に凸面の表面形状が回転楕円体である平凸レンズを設け
たので、各色発光部よりの光がほぼ100％液晶ライトバ
ルブからスクリーンへと到達するため光の利用効率は非
常に高くなると共に、投射型表示装置が小型化される。
また、各色のグリッド411の電位を調整することで投射
スクリーン上の画像の赤色、緑色、青色の各色成分の輝
度を独立に調整することが可能となるので、ホワイトバ
ランス等の色度調整も簡単に行うことができる。さら
に、３色の発光部と画像形成部が、一体となって同一平
面上に配されているので、光学的位置合わせは、一つの
光源管のみを調整できる調整機構があれば可能となるの
で、低価格、小型で信頼性の高い投射型表示装置が実現
できる。

さらに、３色の各画像表示部421R、421G、421Bからダ
イクロイックプリズム216の画像合成点までの光学距離
を等しくする構成としたので、投射レンズ502までの光
学距離も等しくなり、拡大率や投射レンズ502と投射ス
クリーン間の結像距離も等しくなり、高画質表示が可能
となる。

マトリクス状平凸レンズアレイを有する光源管 第37図はマトリクス状平凸レンズアレイを有する光源
管を備えた本発明の一実施例を示す。図で501は赤色光
を発光する赤色光源管、502は緑色光を発光する緑色光
源管、503は青色光を発光する青色光源管である。各色
光源管は単色の発光が可能で、発光部が４×４のマトリ
クス状に分割されたCRT方式光源管である。また、各色
光源管の表面にはマトリクス状平凸レンズアレイ504が
設けられている。104は赤色光を変調する赤色用液晶ラ
イトバルブ、105は緑色光を変調する緑色用液晶ライト
バルブ、106は青色光を変調する青色用液晶ライトバル
ブであり、107は変調された赤色光、緑色光、青色光を
合成する合成プリズム、108は合成光を投射する投射レ
ンズである。

第38図はマトリクス状平凸レンズアレイ504が装着さ
れた緑色光源管502の外形斜視図である。第39図は第38
図のマトリクス状平凸レンズアレイ側から見た正面図、
第40図は第38図のＡ−Ａ断面構成図である。第38図、1
3、14において、緑色光源管502は、前面パネル２と背面
板３および筒状側板４により気密封止されたガラス管体
としての真空容器で構成され、上記前面パネル２の内面
には発光面５があり、電子ビームが当たると緑色で光る
蛍光体層（ZnS:Au,Cu,Al）からなる発光部5₁₁〜5₄₄（第
39図では5₂₁〜5₂₄のみ図示）を等ピッチ間隔で４×４の
マトリクス状に設けている。ここで、上記発光部5₁₁〜5
₄₄の第１、第２番目の添字は第１行〜第４行、第１列〜
第４列目に対応する。マトリクス状に配設された各発光
部5₁₁〜5₄₄の大きさは、その一辺が発光部5₁₁〜5₄₄の配
設ピッチに比べて、かなり小さくなるようにして設けら
れている。６は発光部5₁₁〜5₄₄の周辺にそれぞれ対応し
て配置された複数の加速用陽極61〜65からなる陽極電極
群であり、これらの加速用陽極61〜65には、外部端子16
を介して高電圧が印加されるようになっている。13はア
ルミバック層で発光部5₁₁〜5₄₄の内部側表面に施され、
加速用陽極電極郡６と電気的に接続されている。

７は、発光面５の各発光部5₁₁〜5₄₄に対応して電子放
出用のカソード7₁₁〜7₄₄がそれぞれ独立して配置された
カソード電極群であり、これらカソード7₁₁〜7₄₄は各々
の両端が背面板３上に固定された一対のサポート間に支
持されている。ここで、上記カソード7₁₁〜7₄₄の第１、
第２番目の添字は第１行〜第４行、第１列〜第４列目に
対応する。尚、各カソード7₁₁〜7₄₄には、例えばNiスリ
ーブ上に酸化物をコーティングした傍熱型、あるいはタ
ングステンに酸化物をコーティングした直熱型のものが
使用できる。また、８はこのカソード電極群７と発光面
５との間に配置された制御グリッド電極であり、制御グ
リッド電極８には、発光面５の各発光部5₁₁〜5₄₄に対応
してそれぞれカソード7₁₁〜7₄₄よりの電子ビーム47を通
過すべく電子通過用穴9₁₁〜9₄₄が設けられている。（上
記電子通過用穴9₁₁〜9₄₄の第１、第２番目の添字は第１
行〜第４行、第１列〜第４列目に対応する。） 10はカソード電極群７の背面側、つまり真空容器の一
部をなす背面板３上に、発光面５の各々の発光部5₁₁〜5
₄₄に対応して、それぞれ対向配置された背面電極10₁₁〜
10₄₄からなる背面電極群であり、これら背面電極10₁₁〜
10₄₄はAg等の導体層から形成されている。そして、前記
各背面電極10₁₁〜10₄₄は、各カソード7₁₁〜7₄₄の電位に
対して負および0Vまたは数Ｖの正電位を印加することに
より、それらカソード7₁₁〜7₄₄から放出する電子ビーム
47を個別に制御するものとなっている。また、前記制御
グリッド電極８も各カソード7₁₁〜7₄₄の電位に対して負
および0Vまたは数Ｖの正電位を印加することにより、カ
ソード7₁₁〜7₄₄から放出する電子ビーム47全体を制御す
るものとなっている。尚、12は背面板３よりカソード電
極群７、制御グリッド電極８および背面電極群10の各々
の電極を外部へ引き出す外部端子としてのリード線であ
る。504はアクリル成形により成形されたマトリクス状
平凸レンズアレイであり、それぞれが、焦点が発光部5
₁₁〜5₄₄の中心に位置すると共に、凸面が回転楕円体形
状であるような平凸レンズを４×４のマトリク状に配設
するように構成されている。なお、個々の平凸レンズは
凸面の回転楕円体面で隣接する平凸レンズと接するよう
に配設されているので、ひとつの発光部5₁₁〜5₄₄に対応
する個々の平凸レンズは、凸面方向から見た外形は第39
図に示すような矩形状となる。個々の平凸レンズの凸面
部の表面形状は第41図に示すような （ｘ−ｃ）²/a²＋y²/b²＝１ （ここで、前記個々の平凸レンズがつくる矩形の対角線
の長さをＬ、平凸レンズの屈折率をｎとしたとき、ｂ≧
L/2、ａ＝bn（n²−１）^−1/2、ｃ＝ｂ（n²−
１）^−1/2）で表わされる楕円をｘ軸の周りに回転させ
てできる回転楕円体である。210は透明接着剤であり、
マトリクス状平凸レンズアレイ504と前面パネル２を空
気層薄く接着している。また、第40図で105は緑色液晶
ライトバルブである。

次に動作について説明する。まず各背面電極10₁₁〜10
₄₄がカソード7₁₁〜7₄₄の電位に対して負の電位の時、カ
ソード7₁₁〜7₄₄のまわりが負の電位で取り囲まれるた
め、各カソード7₁₁〜7₄₄からの電子は制御グリッド８お
よび加速用陽極61〜64へ流れず、カットオフ状態にな
る。そこで、前記背面電極10₁₁〜10₄₄にカソード7₁₁〜7
₄₄の電位に対して0Vから数Ｖの正電位を加えていくと、
カソード7₁₁〜7₄₄から放出される電子ビーム47が制御グ
リッド８へ向かって流れはじめる。この時制御グリッド
８の電位が前記カソード7₁₁〜7₄₄に対して負の電位の時
は、これら制御グリッド８の電子通過用穴9₁₁〜9₄₄から
電子ビーム47の通過ができず加速用陽極61〜64に電子ビ
ーム47は流れず、発光面５の各発光部5₁₁〜5₄₄は発光し
ない。そして、制御グリッド８にカソード7₁₁〜7₄₄に対
して0Vから数Ｖの正の電位を加えていくと、これら制御
グリッド８の電子通過用穴9₁₁〜9₄₄から電子ビーム47が
それぞれ通過し出し、アルミバック層13を介して、各発
光部5₁₁〜5₄₄に照射され、各発光部5₁₁〜5₄₄を発光させ
る事ができる。

この電子ビーム47は、制御グリッド８の電子通過用穴
9₁₁〜9₄₄の直径、制御グリッド８とカソード7₁₁〜7₄₄と
の間隔及び陽極電圧などの諸条件によって所定の広がり
θを持つビームとなって各発光部5₁₁〜5₄₄全面に照射さ
れる。この時、電子ビーム47の電流値が一定であれば各
発光部5₁₁〜5₄₄の面積が小さければ小さいほど、各発光
部5₁₁〜5₄₄の蛍光体層への入射電子密度は高くなり、各
発光部5₁₁〜5₄₄の発光輝度は高くなる。この様にしてマ
トリクス状平凸レンズアレイ504の個々の平凸レンズの
焦点距離に位置する微小面積の各発光部5₁₁〜5₄₄は非常
に高輝度で発光する。

さらに、制御グリッド８の電位を調整することで、緑
色光源管502全体の輝度を調整でき、また、個々の背面
電極10₁₁〜10₄₄の電位を調整することで個々の発光部5
₁₁〜5₄₄の輝度を独立に調整することが可能となる。

このようにして、緑色光源管502の微小面積の各発光
部5₁₁〜5₄₄は高輝度で発光する。ここでミクロ的に見る
と各発光部5₁₁〜5₄₄の蛍光体層と前面パネル２の間には
屈折率が１の空間が存在する。したがって、高輝度で発
光した各発光部5₁₁〜5₄₄の中心部よりの光は、蛍光体層
出射直後はこの前面パネル２と蛍光体層間の空間の半空
間全体に出射されるが、すぐに前面パネル２に入射しこ
れらの全光束は半頂角がφ（φ＝sin^-1（1/n）;nは前面
パネルの屈折率）の円錐内を進行する。この半頂角φの
円錐内を進む全光束は、前面パネル２、透明接着剤21
0、マトリクス状平凸レンズアレイ504がほぼ同等の屈折
率をもつため、そのまま直進し、その大部分がマトリク
ス状平凸レンズアレイ504の個々の平凸レンズ表面に達
する。これら、全光束はこの平凸レンズ表面が回転楕円
体であるので平凸レンズ出射後は、完全な平行光とな
る。ここで個々の平凸レンズ表面が前記回転楕円体であ
る場合、第41図に示すような、原点を通り、傾きがtan
φである直線が楕円曲線と交わる点をＰとし、点Ｐから
ｘ軸に下ろした垂線の足の長さをｈとすると、ｈ＝L/2
の時、光軸の中心から出射した全光束が含まれる半頂角
φの円錐体の錐面に、マトリクス状平凸レンズアレイ50
4の矩形に形成された個々の平凸レンズの回転楕円体状
凸面が内接する。従って、この条件を満たすときに、各
発光部5₁₁〜5₄₄からの全光束の最も多くが平行光線に変
換されると共に、マトリクス状平凸レンズアレイ504表
面全面から平行な緑色光403Gが出射される。

以上は緑色光源管502の場合について説明したが、赤
色光源管501、青色光源管503についても、発光部5₁₁〜5
₄₄の蛍光体層を赤色光源管501ではY₂O₂S:Eu³⁺を、青色
光源管503ではZnS:Ag,Clを用い、他は緑色光源管502と
同一に構成する事で、マトリクス状平凸レンズアレイ50
4表面全面から平行な赤色光403R及び青色光403Bが出射
される。

平行光線となった赤色光403Rは、ミラー401Aで反射さ
れたのち、赤色成分の画像が表示された赤色用液晶ライ
トバルブ104の画像形成部全体を透過し、赤色光の画像
は合成プリズム107によって反射される。平行光線とな
った緑色光403Gは、緑色成分の画像が表示された緑色用
液晶ライトバルブ105の画像形成部全体を透過した後、
合成プリズム107を透過する。平行光線となった青色光4
03Bは、ミラー401Bで反射されたのち、青色成分の画像
が表示された青色用液晶ライトバルブ106の画像形成部
全体を透過し、青色光の画像は合成プリズム107によっ
て反射される。この様にして、合成プリズム107で合成
された画像は投射レンズ108で拡大され、投射光109がス
クリーン（図示せず）に投射される。

以上のように、光源管のひとつのライトバルブに対応
する発光部を複数に分割するとともに、光源管のライト
バルブと面する側に複数に分割された発光部の位置に対
応させて、個々の凸面が回転楕円体形状である複数の平
凸レンズからなるマトリクス状平凸レンズアレイを設け
たので、マトリクス状平凸レンズアレイから出射される
光は平行光となり、液晶ライトバルブの画像形成部から
スクリーンまでほぼ100％の光が到達するため、光の利
用効率は非常に高くなる。

さらに、ひとつのライトバルブに対して、ひとつの微
小発光部とひとつの平凸レンズを備えたものでは、平凸
レンズの口径がライトバルブを覆うだけの大きさが必要
となり、それにともなって平凸レンズの厚みが厚くなる
が、本実施例により発光部及び平凸レンズを分割するこ
とで、個々の平凸レンズの口径は小さくなるので、平凸
レンズ厚み、つまりは光源管が薄型小型化される。ま
た、ひとつのライトバルブに対して、ひとつの微小発光
部及び、ひとつの平凸レンズを備えたものでは、ライト
バルブに入射する光束は、ひとつの微小発光部に電子ビ
ームを照射させて得る必要があるが、本実施例による発
光部及び平凸レンズを分割したものでは、同じ光束を得
るために複数の微小発光部に電子ビームを照射すれば良
いので、照射電子ビーム密度は低くなる。一般に蛍光体
の経時輝度劣化は、照射電子ビーム量が多くなるに連れ
て悪くなる。従って、本実施例のように蛍光体の照射電
子ビーム密度を低くすることで、蛍光体寿命すなわち光
源管の寿命を長くすることが可能となる。

第42図は、緑色光源管502周辺部の他の構成を示す断
面図である。第42図で505はマトリクス状の平凸レンズ
型前面パネルである。このマトリクス状平凸レンズ型前
面パネル505と背面板３および筒状側板４により気密封
止されたガラス管体としての真空容器で緑色光源管を構
成している。マトリクス状平凸レンズ型前面パネル505
表面にはマトリクス状平凸レンズが一体成型により設け
られており、この様なマトリクス状平凸レンズ型前面パ
ネル505は、所望形状にくり抜かれたカーボン系の型の
中に高温の溶融ガラスを流し込んだ後に冷却して製造す
るか、板ガラスの上にレンズアレイ状のカーボン系の型
を載せ、一定の圧力を加えて高温の炉の中を通すことに
よって製造される。またマトリクス状平凸レンズ型前面
パネル505の個々の凸レンズの凸面形状は、上記第37図
の実施例で説明したような回転楕円形状で構成されてい
る。なお、第42図で第40図と同一構成要素には同一符号
を付し説明は省略する。さらに、赤色光源管501、青色
光源管503についても、発光部5₁₁〜5₄₄の蛍光体層を赤
色光源管501ではY₂O₂S:Eu³⁺を、青色光源管503ではZnS:
Ag,Clを用い、他は緑色光源管502と同一に構成する事で
実現できることは言うまでもない。

この第42図の実施例は、第37図の実施例と同様に動作
し、同様の効果を奏す。さらに、第37図の実施例のよう
な接着剤層が不要となるため、それぞれの界面での反射
がなくなり、光の損失を防ぐことができる上に、製造工
程において前面パネルとマトリクス状平凸レンズアレイ
を接着する工程が不要となる。

尚、上記第37図、第42図の実施例ではマトリクス状平
凸レンズアレイ504の個々の平凸レンズと発光部5₁₁〜5
₄₄が、４×４のマトリクスに分割された場合について説
明したが、分割数はこれに限るものではなく任意のｎ×
ｍのマトリクスやマトリクスでない任意の２次元的配列
の分割であっても同様の効果を奏す。

また、上記第37図、第42図の実施例では発光部5₁₁〜5
₄₄は、前面パネルの内面に蛍光体層が４×４のマトリク
スに塗り分けられた場合を説明したが、前面パネルの内
面の全面に一様に蛍光体を塗布し、電子ビームのみを４
×４もしくは、任意のｎ×ｍのマトリクス状の微小エリ
アに照射し、マトリクス状平凸レンズアレイ504の個々
の平凸レンズに対応した発光部を構成しても同様の効果
を層し、さらに製造行程において、蛍光体をマトリクス
状にパターニングする工程が不用となる。

次に更に他の実施例を、第43図を参照にして説明す
る。第43図の投射型表示装置の構成は第37図の実施例の
ものと同一である。第43図は第37図の緑色光源管502周
辺部の構造の他の実施例を示す断面図である。本実施例
における緑色光源管502も、発光部が４×４のマトリク
ス状に分割されたCRT方式光源管である。また、緑色光
源管502の表面にはマトリクス状平凸レンズアレイ504が
設けられている。

第43図で、緑色光源管502は前面パネル２と背面板３
および筒状側板４により気密封止されたガラス管体とし
ての真空容器で構成され、上記前面パネル２の内面には
発光面15があり、電子ビームが当たると緑色で光る蛍光
体層（ZnS:Au,Cu,Al）からなる発光部15₁₁〜15₄₄（第43
図では15₂₁〜15₂₄のみ図示）を等ピッチ間隔で４×４の
マトリクス状に設けている。ここで、上記発光部15₁₁〜
15₄₄の第１、第２番目の添字は第１行〜第４行、第１列
〜第４列目に対応する。マトリクス状に配設された各発
光部15₁₁〜15₄₄の大きさは、その一辺が発光部15₁₁〜15
₄₄の配設ピッチと同程度の大きさになるようにして設け
られている。また、６、61〜65、７、7₁₁〜7₄₄、８、9
₁₁〜9₄₄、10、10₁₁〜10₄₄、12、13、16、105は、上記第
37図の実施例で説明したものと同一構成要素であり、同
一の動作をする。

504はアクリル成形により成形されたマトリクス状平
凸レンズアレイであり、それぞれが、焦点が各色発光部
15₁₁〜15₄₄の中心に位置すると共に、凸面が回転楕円体
形状であるような平凸レンズを４×４のマトリクス状に
配設するように構成されている。なお、個々の平凸レン
ズは、凸面の回転楕円面で隣接する平凸レンズと接する
ように等ピッチで配列されているので、ひとつの発光部
15₁₁〜15₄₄に対応する個々の平凸レンズは、凸面方向か
ら見た外形は矩形状となるのは第37図の実施例と同様で
ある。510は前面パネル２とマトリクス状平凸レンズア
レイ504の間に設けられ、４×４のマトリクス状の開口
部17₁₁〜17₄₄を有する拡散反射層である。上記開口部17
₁₁〜17₄₄の第１、第２番目の添字は第１行〜第４行、第
１列〜第４列目に対応する。また、開口部17₁₁〜17
₄₄は、その中心がマトリクス状平凸レンズアレイ504の
個々の平凸レンズの光軸上になるよう等ピッチで配され
ている。さらに、各開口部17₁₁〜17₄₄は、前面パネル２
の厚みをｔ、その屈折率をｎとした時、その半径がｔ・
tanφ｛φ＝sin^-1（1/n）｝なる円形で構成されてい
る。拡散反射層510は、例えば酸化マグネシウム（MgO）
を前面パネル２の表面に塗布して形成され、その上に、
マトリクス状平凸レンズアレイ504が透明接着剤を用い
て接着されている。

続いて、動作について説明する。上記第37図の実施例
で説明したのと同様の動作により、各発光部15₁₁〜15₄₄
に電子ビーム47が照射されて、各発光部15₁₁〜15₄₄の全
面より緑色光が前面パネル２方向に出射される。まず、
各発光部15₁₁〜15₄₄の、マトリクス状平凸レンズアレイ
504の個々の平凸レンズの光軸上の蛍光体層（焦点位
置）から発した光は、以下のように進行する。

ミクロ的に見ると各発光部15₁₁〜15₄₄の蛍光体層と前
面パネル２の間には屈折率が１の空間が存在するので、
これら発光点よりの光は、蛍光体層出射直後はこの前面
パネル２と各発光部15₁₁〜15₄₄の間の空間の半空間全体
に出射され、その後、すぐに前面パネル２に入射しこれ
らの全光束は半頂角がφ（φ＝sin^-1（1/n）;nは前面パ
ネルの屈折率）の円錐内を進行する。従って、拡散反射
層510の各開口部17₁₁〜17₄₄は、その半径がｔ・tanφ
（ｔは前面パネル２の厚み）なる円形で構成されている
ので、この発光点から出射した全ての光は、拡散反射層
510も遮られる事なくマトリクス状平凸レンズアレイ504
の個々の平凸レンズ表面に達する。これらの光は、この
平凸レンズ表面が回転楕円体であるので平凸レンズ出射
後は、完全な平行光となる。

一方、各発光部15₁₁〜15₄₄の各開口部17₁₁〜17₄₄に対
向する部分以外の点から出射した光は、前面パネル２内
では半頂角φの円錐内を進行するが、それらの光は拡散
反射層510にぶつかり乱反射される。そして、その一部
は再び前面パネル２の蛍光体層側界面や蛍光体層で乱反
射される。このように、開口部17₁₁〜17₄₄以外の点から
出射した光は、前面パネル２の両界面で乱反射を繰り返
しながら、各開口部17₁₁〜17₄₄の中心点に達した光のみ
が拡散反射層510の開口部17₁₁〜17₄₄を通過してマトリ
クス状平凸レンズアレイ504の個々の平凸レンズ表面に
達し、完全平行光となって出射される。

この様に、拡散反射層510の各開口部17₁₁〜17₄₄を通
過してマトリクス状平凸レンズアレイ504の個々の平凸
レンズ表面に達し、出射される光は、開口部17₁₁〜17₄₄
中心点からの直接の光とそれ以外の点からの多重反射光
を加えた光となるので高輝度な緑色光となると共に、マ
トリクス状平凸レンズアレイ504表面全体からは平行な
緑色光403Gが出射される。

以上は緑色光源管502の場合について説明したが、赤
色光源管501、青色光源管503についても、発光部15₁₁〜
15₄₄の蛍光体層を赤色光源管501ではY₂O₂S:Eu³⁺を、青
色光源管503ではZnS:Ag,Clを用い、他は緑色光源管502
と同一に構成する事で、マトリクス状平凸レンズアレイ
504表面全面から平行な赤色光403R及び青色光403Bが出
射される。

平行光線となった赤色光403Rはミラー401Aで反射され
たのち、赤色成分の画像が表示された赤色用液晶ライト
バルブ104の画像形成部全体を透過し、赤色光の画像は
合成プリズム107によって反射される。平行光線となっ
た緑色光403Gは緑色成分の画像が表示された緑色用液晶
ライトバルブ105の画像形成部全体を透過した後、合成
プリズム107を透過する。平行光線となった青色光403B
はミラー401Bで反射されたのち、青色成分の画像が表示
された青色用液晶ライトバルブ106の画像形成部全体を
透過し、青色光の画像は合成プリズム107によって反射
される。この様にして、合成プリズム107で合成された
画像は投射レンズ108で拡大され、投射光109がスクリー
ン（図示せず）に投射される。

以上のように、ひとつのライトバルブに対応する光源
管の発光部を複数に分割するとともに、光源管のライト
バルブと面する側に複数に分割された発光部の位置に対
応させて、個々の凸面が回転楕円体形状である複数の平
凸レンズからなるマトリクス状平凸レンズアレイを設
け、さらに前面パネルとマトリクス状平凸レンズアレイ
の間にマトリクス状の開口部を有する拡散反射層を設け
たので、マトリクス状平凸レンズアレイから出射される
光は平行光となり、液晶ライトバルブの画像形成部から
スクリーンまでほぼ100％の光が到達するため、光の利
用効率は非常に高くなる。また、上記第37図の実施例と
同様に発光部及び平凸レンズを分割することで、個々の
平凸レンズの口径は小さくなるので、平凸レンズ厚み、
つまりは光源管が薄型小型化される。さらに、本実施例
では、一定の光量を得るために複数の広い面積の発光部
に電子ビームを照射し、それらの出射光が蛍光面と反射
層の多重反射を繰り返して、複数の開口部より、合成光
となって出射するようにしたので、照射電子ビーム密度
は低くなる。従って、蛍光体寿命すなわち光源管の寿命
を長くすることが可能となる。

尚、上記第43図の実施例ではマトリクス状平凸レンズ
アレイ504の個々の平凸レンズと拡散反射層510の開口部
17₁₁〜17₄₄および発光部15₁₁〜15₄₄が４×４のマトリク
スに分割された場合について説明したが、分割数はこれ
に限るものではなく任意のｎ×ｍのマトリクスやマトリ
クスでない任意の２次元的配列の分割であっても同様の
効果を層すのは言うまでもない。

また、上記第43図の実施例では発光部15₁₁〜15₄₄は、
前面パネルの内面に蛍光体層が４×４のマトリクスに塗
り分けられた場合を説明したが、前面パネルの内面の全
面に一様に蛍光体を塗布し、電子ビームのみを４×４も
しくは、任意のｎ×ｍのマトリクス状に照射し、前面パ
ネルの内面全体もしくは、拡散反射層510の開口部17₁₁
〜17₄₄に対応する開口部17₁₁〜17₄₄周辺を含む一定をエ
リアを発光させても同様の効果を奏し、さらに製造行程
において、蛍光体をマトリクス状にパターニングする行
程が不用となる。

本発明の他の実施例を第44図、第45図を参照して説明
する。

第44図は本発明のマトリクス状平凸レンズアレイを備
える投射型表示装置の他の一実施例を示す。図において
600は３色光源管、506は、アクリル成形されたマトリク
ス状平凸レンズアレイであり、401A、401Bはミラーであ
る。また、104は赤色光を変調する赤色用液晶ライトバ
ルブ、105は緑色光を変調する緑色用液晶ライトバル
ブ、106は青色光を変調する青色用液晶ライトバルブで
あり、107は変調された赤色光、緑色光、青色光を合成
する合成プリズム、108は合成光を投射する投射レンズ
である。

第45図は第44図の３色光源管部分の断面構成図であ
る。第45図において、３色光源管600は前面パネル２と
背面板３および筒状側板４により気密封止されたガラス
管体としての真空容器で構成され、上記前面パネル２の
内面には発光面25があり、電子ビームが当たると赤色で
光る蛍光体層（Y₂O₂S:Eu³⁺）からなり、等ピッチ間隔で
４×４のマトリクス状に配設された赤色発光部25R₁₁〜2
5R₄₄（第45図では25R₂₁〜25R₂₄のみ図示）と、電子ビー
ムが当たると緑色で光る蛍光体層（ZnS:Au,Cu,Al）から
なり、同じく等ピッチ間隔で４×４のマトリクス状に配
設された緑色発光部25G₁₁〜25G₄₄（第45図では25G₂₁〜2
5G₂₄のみ図示）及び、電子ビームが当たると青色で光る
蛍光体層（ZnS:Ag,Cl）からなり、同じく等ピッチ間隔
で４×４のマトリクス状に配設された青色発光部25B₁₁
〜25B₄₄（第45図では25B₂₁〜25B₂₄のみ図示）が設けら
れている。また、各色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G
₄₄、25B₁₁〜25B₄₄の大きさは、その一辺がそれぞれの各
色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G₄₄、25B₁₁〜25B₄₄の
配設ピッチに比べてかなり小さくなるようにして設けら
れている。

ここで、上記各色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25
G₄₄、25B₁₁〜25B₄₄の第１、第２番目の添字は第１行〜
第４行、第１列〜第４列目に対応する。すなわち、前面
パネル２の内面には微小発光部が全部で４行×12列設け
られており、第１列目〜第４列目は赤色、第５列目〜第
８列目は緑色、第９列目〜第12列目は青色にそれぞれ発
光する。また、３色光源管600内のその他の構成は第37
図の実施例によるものと同様で、アルミバック層13が各
色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G₄₄、25B₁₁〜25B₄₄の
内部側表面に施され、加速用電極群（図示せず）と電気
的に接続され、外部端子16を介して高電圧が印加される
ようになっている。また、背面板３上にはカソード電極
群と背面電極群（図示せず）がそれぞれ４×12個設けら
れ、制御グリッド電極８に設けられた４×12個の電子通
過用穴を通して各色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25
G₄₄、25B₁₁〜25B₄₄に照射する電子ビームを発生する。5
06はアクリル成形により成形されたマトリクス状平凸レ
ンズアレイであり、それぞれが、焦点が各色発光部25R
₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G₄₄、25B₁₁〜25B₄₄の中心に位置
すると共に、凸面が回転楕円体形状であるような平凸レ
ンズを４×12のマトリクス状に配設するように構成され
ている。マトリクス状平凸レンズアレイ506は前面パネ
ル２に透明接着剤210を介して接着される。

続いて動作を説明する。本実施例による３色光源管60
0は、第37図の実施例による各色光源管と同様の動作に
より、各色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G₄₄、25B₁₁
〜25B₄₄より出射された各色光はマトリクス状平凸レン
ズアレイ506通過後はそれぞれの色の平行光線となる。
すなわち、３色光源管600の前面パネル２上の、マトリ
クス状平凸レンズアレイ506の第１行〜第４行、第１列
〜第４列目の平凸レンズからは赤色平行光線403Rが、第
１行〜第４行、第５列〜第８列目の平凸レンズからは緑
色平行光線403Gが、第１行〜第４行、第９列〜第12列目
の平凸レンズからは青色平行光線403Bがそれぞれ出射さ
れる。

赤色平行光線403Rはミラー401Aで反射されたのち、赤
色成分の画像が表示された赤色用液晶ライトバルブ104
の画像形成部全体を透過し、赤色光の画像は合成プリズ
ム107によって反射される。緑色平行光線403Gは緑色成
分の画像が表示された緑色用液晶ライトバルブ105の画
像形成部全体を透過した後、合成プリズム107を透過す
る。青色平行光線403Bはミラー401Bで反射されたのち、
青色成分の画像が表示された青色用液晶ライトバルブ10
6の画像形成部全体を透過し、青色光の画像は合成プリ
ズム107によって反射される。この様にして、合成プリ
ズム107で合成された画像は投射レンズ108で拡大され、
投射光109がスクリーン（図示せず）に投射される。

第46図は、他の実施例における投射型表示装置の斜視
構成図である。700は３色光源管であり、ダイクロイッ
クプリズム216、投射レンズ502、ミラー435、液晶ライ
トバルブ420は、第32図、第33図の実施例における第32
図の同一符号を付した構成要素と同一のもので同一の動
作をする。700は３色光源管であり、上記第44図、第45
図の実施例における３色光源管600と同様な構成のもの
で、前面パネル２内面の赤色発光部25R₁₁〜25R₄₄、緑色
発光部25G₁₁〜25G₄₄、青色発光部25B₁₁〜25B₄₄を液晶ラ
イトバルブ420の赤色画像表示部421R、緑色画像表示部4
21G、青色画像表示部421Bのそれぞれに対向する部分に
設けたものである。507R、507G（図示せず）、507Bは焦
点が各色発光部25R₁₁〜25R₄₄、25G₁₁〜25G₄₄、25B₁₁〜2
5B₄₄の中心に位置すると共に、凸面が回転楕円体形状で
あるような平凸レンズを４×４のマトリクス状に構成さ
れるように、アクリル成形により成形されたマトリクス
状平凸レンズアレイである。マトリクス状平凸レンズア
レイ507Rは、赤色画像表示部421Rと赤色発光部25R₁₁〜2
5R₄₄の間に、マトリクス状平凸レンズアレイ507Gは、緑
色画像表示部421Gと緑色発光部25G₁₁〜25G₄₄の間に、マ
トリクス状平凸レンズアレイ507Bは、青色画像表示部42
1Bと青色発光部25B₁₁〜25B₄₄の間の前面パネル２上に透
明接着剤によって接着されている。

３色光源管700、マトリクス状平凸レンズアレイ507
R、507G、507Bは第44図、第45図の実施例の３色光源管6
00、マトリクス状平凸レンズアレイ506と同様の動作に
より、３色光源管700の前面パネル２上のマトリクス状
平凸レンズアレイ507Rからは赤色平行光線が、マトリク
ス状平凸レンズアレイ507Gからは緑色平行光線が、マト
リクス状平凸レンズアレイ507Bからは青色平行光線がそ
れぞれ出射される。

赤色平行光線は、液晶ライトバルブ420の赤色成分の
画像が表示された赤色画像表示部421R全体を透過して変
調された後、ミラー435で直角方向に反射され、さらに
ダイクロイックプリズム216によっても直角方向に反射
される。緑色平行光線は、同様に緑色成分の画像が表示
された緑色画像表示部421G全体を透過して変調された
後、ミラー435で直角方向に反射され、ダイクロイック
プリズム216ではそのまま透過される。青色平行光線
は、青色成分の画像が表示された青色画像表示部421B全
体を透過して変調された後、ミラー435で直角方向に反
射され、ダイクロイックプリズム216によっても直角方
向に反射される。この様にして、ダイクロイックプリズ
ム216で合成された３色の画像は投射レンズ502で拡大投
射され、スクリーンに表示される。

以上のように、ひとつの色のライトバルブに対応する
光源管の発光部を複数に分割するとともに、光源管のラ
イトバルブと面する側に複数に分割された発光部の位置
に対応させて、個々の凸面が回転楕円体形状である複数
の平凸レンズからなるマトリクス状平凸レンズアレイを
設けるとともに、３色の光を発する光源管をひとつの容
器に納めたので、光の利用効率が高くなる上に、部品点
数が削減され、高電圧の引き回しもひとつにでき、各色
投射光の合成時における発光面の面方向の位置合わせ
も、ひとつの光源管のみを調整できる位置合わせ調整機
構があれば良いので、光源管及び、投射型表示装置が非
常に小型化される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白松 直樹 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 産業システム研究所 内 (72)発明者 中西 邦文 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社 産業システム研究所 内 (56)参考文献 実開 昭52−53633（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−83523（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/14 G03B 33/12

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線発生手段と、電子線励起により発光
   する蛍光体層からなる発光部を具備した光源管と、 映像信号に応じた光学像が形成されるライトバルブと、 前記光源管から照射された光によるライトバルブの光学
   像をスクリーンに投射する光学系を備えた投射型表示装
   置において、 前記発光部から拡散する発光光を前記ライトバルブに向
   けて集光する集光光学系を前記ライトバルブと発光部の
   間に設けたことを特徴とする投射型表示装置。
2. 【請求項２】前記発光部面積はライトバルブ面積より小
   さく形成されたことを特徴とする請求項１記載の投射型
   表示装置。
3. 【請求項３】前記集光光学系は前記発光部からの光を集
   光する凸レンズを備えることを特徴とする請求項１記載
   の投射型表示装置。
4. 【請求項４】前記凸レンズは、前記光源管に接して配置
   され前記光源管に面する側が平面であり前記ライトバル
   ブと面する側が凸である平凸レンズであることを特徴と
   する請求項３記載の投射型表示装置。
5. 【請求項５】前記集光光学系は、前記発光部から拡散す
   る発光光を反射して前記ライトバルブに向けて集光する
   反射手段を備えることを特徴とする請求項１記載の投射
   型表示装置。
6. 【請求項６】前記反射手段は、前記発光部に対向するよ
   うに前記発光部と前記凸レンズの間に設けられ、前記凸
   レンズの光軸を中心とする開口部を有する反射層を備え
   ることを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
7. 【請求項７】前記蛍光体層の前面部に干渉多層膜を備え
   ることを特徴とする請求項６記載の投射型表示装置。
8. 【請求項８】電子線発生手段と電子線励起によりそれぞ
   れが異なる色に発光する蛍光体層からなる複数の発光部
   とを一つの容器内に具備した光源管と、 上記各色の映像信号に応じた光学像が形成される複数の
   ライトバルブと、 上記光源から照射された複数色の光によるライトバルブ
   の異なる色の各光学像を合成する光学系素子と、 上記光学系素子により合成された光をスクリーンに導く
   光学系と、を備える投射型表示装置。
9. 【請求項９】前記光源管が、全色の発光輝度を同時に調
   整する第１の制御手段と、各色の発光輝度を独立に調整
   する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする請求項
   ８記載の投射型表示装置。
10. 【請求項１０】前記複数の発光部から拡散する発光光を
    それぞれ前記ライトバルブに向けて集光する集光光学系
    を前記ライトバルブと発光部の間に設けたことを特徴と
    する請求項８記載の投射型表示装置。
11. 【請求項１１】各発光部面積はそれぞれのライトバルブ
    面積より小さく形成されたことを特徴とする請求項８記
    載の投射型表示装置。
12. 【請求項１２】前記集光光学系は、前記光源管の前記ラ
    イトバルブと面する側に前記複数の発光部の位置に対応
    させてそれぞれ設けられた複数の凸レンズを備えること
    を特徴とする請求項10記載の投射型表示装置。
13. 【請求項１３】前記集光光学系は、前記複数の発光部か
    ら拡散する発光光を反射してそれぞれの前記ライトバル
    ブに向けて集光する反射手段を備えることを特徴とする
    請求項８記載の投射型表示装置。
14. 【請求項１４】異なる色に発光する複数の前記発光部が
    さらにマトリックス状に複数に分割され、前記複数の凸
    レンズはそれぞれ、前記マトリックス状に複数に分割さ
    れた各発光部に対応するマトリックス状レンズアレイを
    備えることを特徴とする請求項12記載の投射型表示装
    置。