JP3571582B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【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投影型画像表示素子に関する。
【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。
【０００３】
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ＴＦＴ（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為の配線電極とを設ける必要がある。
【０００４】
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。
【０００５】
したがって、液晶表示素子が透過型である場合には、図１１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。
【０００６】
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。
【０００７】
そこで、この問題を解決する為に、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１２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。
【０００８】
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（Ｐ．３−２７〜３−３２）や特開平５−１５８０１２号公報に提案されている。
【０００９】
電子ディスプレイフォーラム９７では、図１３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。
【００１０】
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。
【００１１】
特開平５−１５８０１２号公報では、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（引例では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を一つの画像の区切り（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または、フィールドシーケンシャル方式などと呼ばれる。
【００１２】
本引例では、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１４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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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画像表示装置は、次に説明するような課題を有する。
【００１５】
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。
【００１６】
特開平５−１５８０１２号公報では、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。
【００１７】
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な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。
【００１８】
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。
【００１９】
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有り、液晶を用いた場合は非常に不利である。
【００２０】
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実現することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１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を有し、光路上に少なくとも１枚の波長規制手段が挿入されていることにより、上記目的が達成される。
【００２２】
本発明の請求項２の画像表示装置は、請求項１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え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する色、または、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偏光制御手段を含んでいることにより、上記目的が達成される。
【００２３】
本発明の請求項３の画像表示装置は、請求項１、２の画像表示装置において、前記波長規制手段が、前記光分離手段と少なくとも１枚の前記反射型画像表示素子の間に配置され、該反射型画像表示素子で表示を行う波長域の光を透過させることにより、上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の請求項４の画像表示装置は、請求項１、２、３の画像表示装置において、前記波長規制手段が、前記光分離手段と該異なる２つのグループの色光に共通する色の光が入射する前記反射型画像表示装置との間に配置され、該共通する色の波長域の光を透過させることにより、上記目的が達成される。
【００２５】
本発明の請求項５の画像表示装置は、請求項１、２の画像表示装置において、前記波長規制手段が、光路上に配置され、前記偏光制御手段で偏光方向が変換される光と、それ以外の光の波長との境界の波長域の光をカットすることにより、上記目的が達成される。
【００２６】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２７】
請求項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、明るさを飛躍的にアップすることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、波長規制手段が挿入されていることにより、本来前記反射型画像表示装置に照射されるべきでない色および偏光方向の光を規制することができるために、色純度を向上することができると共にコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３０】
請求項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または、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、明るさをアップすることができる。
【００３１】
また、従来の方式では図１４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板式と同じで、３倍の明るさのアップを実現できる。
【００３２】
偏光制御手段としては、例えば、ＵＳＰ５，７５１，３８４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。
【００３３】
請求項３の構成によれば、前記偏光制御手段は、現実には図３に示すように、Ｒ，Ｇも一部偏光が乱れＢに混じり、Ｂも完全には偏光方向が回転せずに一部Ｒ，Ｇに混じる。また、その色の境界部分の波長域は偏光状態が混じっていることになる。
【００３４】
さらに、前記光分離手段も完全に偏光方向にしたがって分離することができないので、同様に混色がおこり、さらに偏光方向も混じることになるのでコントラスト比の低下につながる。そこで、前記光分離手段とそれぞれの前記反射型画像表示装置の間に、その反射型画像表示そうにで表示させる波長域の光を透過させる波長規制手段を挿入することにより、色純度を向上することができると共に不要光によるコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３５】
請求項４の構成によれば、それぞれの前記反射型画像表示装置すべてに波長規制手段を挿入しなくとも、前記光分離手段と該異なる２つのグループの色光に共通する色の光が入射する前記反射型画像表示装置との間のみに、該共通する色の波長域の光を透過させる波長規制手段が挿入されることにより、効果的に色純度を向上することができると共に不要光によるコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３６】
請求項５の構成によれば、前記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において、その色の波長の境界域における偏光が混じっている状態の波長域を、波長規制手段を光路上に挿入することにより規制をすることにより、コントラスト比が向上すると共に色純度が向上する。
【００３７】
【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。
【００３８】
（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１では光源１０１として、１２０Ｗ，アーク長１．４ｍｍのＰｈｉｌｉｐｓ社製のＵＨＰ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１０２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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、略平行光にされたのち、偏光板１０７に入射する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
本実施形態１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１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。
【００４５】
本実施形態１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良い。
【００４６】
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、ＰＢＳ１０９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。
【００４７】
ＰＢＳ１０９を透過・反射した光は、それぞれ対応する反射型液晶表示素子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。
【００４８】
反射型液晶表示素子１１０としては、０．９型ＸＧＡパネルで、応答速度２ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃのＮｅｍａｔｉｃ液晶を用いた。
【００４９】
液晶のモードとしては、上記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。
【００５０】
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。
【００５１】
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ＰＢＳ１０９を透過し、反射型液晶表示素子１１０−２に入射する。
【００５２】
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光は、上記スピードで順次切り替わり反射型液晶表示素子１１０−１に入射する。
【００５３】
よって、回転カラーフィルター１０３一周で、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が反射型液晶表示素子１１０で変調されることになる。
【００５４】
本実施形態１では、回転カラーフィルター１０３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かまわない。この時、回転カラーフィルター１０３の回転速度を上げる変わりに、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。
【００５５】
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。
【００５６】
偏光制御素子１１２は、偏光制御素子１０８と同様のものを用い、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持つ。
【００５７】
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。
【００５８】
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 倍の明るさアップを実現できた。
【００５９】
本実施形態１では、Ｂの光の偏光を回転させる偏光制御手段である偏光制御素子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良い。また、本実施形態１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良い。
【００６０】
また、本実施形態１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手段を配置したが、光出射側の偏光板１１３と偏光制御手段である偏光制御素子１１２は必ずしも必要ではない。
【００６１】
しかし、この構成のままでは、偏光制御素子１１２の特性が図３に示すような特性であるために、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）はさまざまな偏光方向が存在することになり、その領域の波長の光はＰＢＳ１０９によって光路を選択することができないので、色純度の低下に繋がる。
【００６２】
また、黒表示において、その領域の波長の光が反射型液晶表示素子１１０で反射した後、ＰＢＳ１０９の消光比に応じて若干の光量が偏光制御素子１１２に入射する。しかし、さまざまな偏光方向が存在するので偏光板１１３で完全にその波長域の光をカットすることができずにコントラスト比の低下にも繋がる。
【００６３】
そこで、本実施形態１では図７のような透過率特性を持つトリミングフィルター１１４を挿入した。すると、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）の光は偏光制御素子１０８に入射することがないので、色純度が良く、コントラスト比が２倍以上向上した。
【００６４】
なお、トリミングフィルター１１４は薄膜蒸着技術による反射型タイプでも良いし、色素等による吸収タイプのものでも良い。また、本実施形態１では図１の位置に挿入したが、光路状であればどこに挿入しても同じ効果が得られる。
【００６５】
（実施形態２）
図８は本発明の投影型カラー画像表示装置の実施形態２の模式図である。本実施形態２は実施形態１と同じく、光源１０１として、１２０Ｗ，アーク長１．４ｍｍのＰｈｉｌｉｐｓ社製のＵＨＰ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１０２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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、略平行光にされたのち、偏光板１０７に入射する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
本実施形態２でも実施形態１と同じく、偏光制御素子１０８として、ＵＳＰ ５，７５１，３８４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２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。
【００７２】
本実施形態２でも実施形態１と同じく、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良い。
【００７３】
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、ＰＢＳ１０９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。
【００７４】
ＰＢＳ１０９を透過・反射した光は、それぞれ対応する反射型液晶表示素子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。
【００７５】
反射型液晶表示素子１１０としては、０．９型ＸＧＡパネルで、応答速度２ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃのＮｅｍａｔｉｃ液晶を用いた。
【００７６】
液晶のモードとしては、上記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。
【００７７】
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。
【００７８】
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ＰＢＳ１０９を透過し、反射型液晶表示素子１１０−２に入射する。
【００７９】
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光は、上記スピードで順次切り替わり反射型液晶表示素子１１０−１に入射する。
【００８０】
よって、回転カラーフィルター１０３一周で、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が反射型液晶表示素子１１０で変調されることになる。
【００８１】
本実施形態２例でも、回転カラーフィルター１０３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かまわない。この時、回転カラーフィルター１０３の回転速度を上げる変わりに、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。
【００８２】
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。
【００８３】
偏光制御素子１１２は、偏光制御素子１０８と同様のものを用い、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持つ。
【００８４】
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。
【００８５】
波長規制手段を除いたここまでの構成およびその効果は実施形態１と同じである。
【００８６】
さらに、この構成のままでは、偏光制御素子１０８、１１２の特性が図３に示すような特性であるために、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）はさまざまな偏光方向が存在することになり、その領域の波長の光はＰＢＳ１０９によって光路を選択することができないので、色純度の低下に繋がるのは実施形態１と同じであることはもちろんである。
【００８７】
しかし、現実には色の境界領域（図３におけるハッチング領域）以外でも若干本来の偏光方向でない光が透過する。（図３におけるリップル部分）。
【００８８】
そのリップル部分の光はＰＢＳ１０９によって、本来の光路を選択しないのでこの光も色純度の低下に繋がる。
【００８９】
また、黒表示において、リップル部分の光が反射型液晶表示素子１１０で反射した後、ＰＢＳ１０９の消光比に応じて若干の光量が偏光制御素子１１２に入射し、実施形態１と同じく完全にその光をカットすることができずにコントラスト比の低下にも繋がる。
【００９０】
したがって実施形態１のような波長規制手段の代わりに、図９のような透過率特性を持つカラーフィルター８０１を反射型液晶表示素子１１０−１の直前に、図１０のような透過率特性を持つカラーフィルター８０２を反射型液晶表示素子１１０−２の直前に挿入することにより、本来反射型液晶表示素子を照射しない波長域の光はカットされるので、色純度の良いコントラスト比の高い画像が得られた。
【００９１】
また、挿入するカラーフィルターが本実施形態２のように２枚であれば確実に色純度を向上可能であるが、カラーフィルターが１枚だけの場合はどちらの反射型液晶表示素子の前に挿入してもよい。
【００９２】
ただし、１色の光だけが照射される反射型液晶表示素子に対しては、２色分の本来照射されるべきでない光が照射されるので、１枚の場合は１色の光だけが照射される反射型液晶表示素子の前に挿入した方が効果が高く、本実施形態２では反射型液晶表示素子１１０−２の前だけにカラーフィルターを挿入し、もう一方だけに挿入する場合に比べて約１．８倍の効果があった。
【００９３】
実施形態１と組み合わせると、なお確実な色純度の向上とコントラスト比の向上が得られた。
【００９４】
【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アップすることなく、飛躍的に明るさをアップすることができる。
【００９５】
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アップを行うことができる。
【００９６】
さらに、トリミングフィルターやカラーフィルターを挿入することにより、偏光制御手段の光学特性による偏光の回転が不十分な点を補うことができ色純度とコントラスト比を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】トリミングフィルターの光学特性の説明図である。
【図８】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９】カラーフィルターの光学特性の説明図である。
【図１０】カラーフィルターの光学特性の説明図である。
【図１１】透過型液晶表示素子の画素部の説明図である。
【図１２】反射型液晶表示素子の説明図である。
【図１３】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１４】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 反射型液晶表示素子
１１１ 投影レンズ
１１２ 偏光制御素子
１１３ 偏光板
１５０１ ＴＦＴ
１５０２ ブラックマトリックス
１５０３ ゲートバスライン
１５０４ ソースバスライン
１６０１ 反射電極
１７０１ 光源
１７０２ ＰＢＳ
１７０３ クロスダイクロイックミラー
１７０４ 反射型液晶表示素子
１７０５ 投影レンズ
【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投影型画像表示素子に関する。
【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。
【０００３】
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ＴＦＴ（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為の配線電極とを設ける必要がある。
【０００４】
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。
【０００５】
したがって、液晶表示素子が透過型である場合には、図１１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。
【０００６】
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。
【０００７】
そこで、この問題を解決する為に、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１２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。
【０００８】
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（Ｐ．３−２７〜３−３２）や特開平５−１５８０１２号公報に提案されている。
【０００９】
電子ディスプレイフォーラム９７では、図１３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。
【００１０】
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。
【００１１】
特開平５−１５８０１２号公報では、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（引例では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を一つの画像の区切り（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または、フィールドシーケンシャル方式などと呼ばれる。
【００１２】
本引例では、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１４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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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画像表示装置は、次に説明するような課題を有する。
【００１５】
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。
【００１６】
特開平５−１５８０１２号公報では、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。
【００１７】
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な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。
【００１８】
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。
【００１９】
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有り、液晶を用いた場合は非常に不利である。
【００２０】
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実現することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１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を有し、光路上に少なくとも１枚の波長規制手段が挿入されていることにより、上記目的が達成される。
【００２２】
本発明の請求項２の画像表示装置は、請求項１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え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する色、または、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偏光制御手段を含んでいることにより、上記目的が達成される。
【００２３】
本発明の請求項３の画像表示装置は、請求項１、２の画像表示装置において、前記波長規制手段が、前記光分離手段と少なくとも１枚の前記反射型画像表示素子の間に配置され、該反射型画像表示素子で表示を行う波長域の光を透過させることにより、上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の請求項４の画像表示装置は、請求項１、２、３の画像表示装置において、前記波長規制手段が、前記光分離手段と該異なる２つのグループの色光に共通する色の光が入射する前記反射型画像表示装置との間に配置され、該共通する色の波長域の光を透過させることにより、上記目的が達成される。
【００２５】
本発明の請求項５の画像表示装置は、請求項１、２の画像表示装置において、前記波長規制手段が、光路上に配置され、前記偏光制御手段で偏光方向が変換される光と、それ以外の光の波長との境界の波長域の光をカットすることにより、上記目的が達成される。
【００２６】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２７】
請求項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、明るさを飛躍的にアップすることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、波長規制手段が挿入されていることにより、本来前記反射型画像表示装置に照射されるべきでない色および偏光方向の光を規制することができるために、色純度を向上することができると共にコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３０】
請求項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または、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、明るさをアップすることができる。
【００３１】
また、従来の方式では図１４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板式と同じで、３倍の明るさのアップを実現できる。
【００３２】
偏光制御手段としては、例えば、ＵＳＰ５，７５１，３８４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。
【００３３】
請求項３の構成によれば、前記偏光制御手段は、現実には図３に示すように、Ｒ，Ｇも一部偏光が乱れＢに混じり、Ｂも完全には偏光方向が回転せずに一部Ｒ，Ｇに混じる。また、その色の境界部分の波長域は偏光状態が混じっていることになる。
【００３４】
さらに、前記光分離手段も完全に偏光方向にしたがって分離することができないので、同様に混色がおこり、さらに偏光方向も混じることになるのでコントラスト比の低下につながる。そこで、前記光分離手段とそれぞれの前記反射型画像表示装置の間に、その反射型画像表示そうにで表示させる波長域の光を透過させる波長規制手段を挿入することにより、色純度を向上することができると共に不要光によるコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３５】
請求項４の構成によれば、それぞれの前記反射型画像表示装置すべてに波長規制手段を挿入しなくとも、前記光分離手段と該異なる２つのグループの色光に共通する色の光が入射する前記反射型画像表示装置との間のみに、該共通する色の波長域の光を透過させる波長規制手段が挿入されることにより、効果的に色純度を向上することができると共に不要光によるコントラスト比の低下を防ぐことが可能である。
【００３６】
請求項５の構成によれば、前記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において、その色の波長の境界域における偏光が混じっている状態の波長域を、波長規制手段を光路上に挿入することにより規制をすることにより、コントラスト比が向上すると共に色純度が向上する。
【００３７】
【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。
【００３８】
（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１では光源１０１として、１２０Ｗ，アーク長１．４ｍｍのＰｈｉｌｉｐｓ社製のＵＨＰ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１０２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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、略平行光にされたのち、偏光板１０７に入射する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
本実施形態１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１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。
【００４５】
本実施形態１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良い。
【００４６】
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、ＰＢＳ１０９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。
【００４７】
ＰＢＳ１０９を透過・反射した光は、それぞれ対応する反射型液晶表示素子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。
【００４８】
反射型液晶表示素子１１０としては、０．９型ＸＧＡパネルで、応答速度２ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃのＮｅｍａｔｉｃ液晶を用いた。
【００４９】
液晶のモードとしては、上記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。
【００５０】
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。
【００５１】
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ＰＢＳ１０９を透過し、反射型液晶表示素子１１０−２に入射する。
【００５２】
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光は、上記スピードで順次切り替わり反射型液晶表示素子１１０−１に入射する。
【００５３】
よって、回転カラーフィルター１０３一周で、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が反射型液晶表示素子１１０で変調されることになる。
【００５４】
本実施形態１では、回転カラーフィルター１０３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かまわない。この時、回転カラーフィルター１０３の回転速度を上げる変わりに、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。
【００５５】
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。
【００５６】
偏光制御素子１１２は、偏光制御素子１０８と同様のものを用い、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持つ。
【００５７】
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。
【００５８】
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 倍の明るさアップを実現できた。
【００５９】
本実施形態１では、Ｂの光の偏光を回転させる偏光制御手段である偏光制御素子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良い。また、本実施形態１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良い。
【００６０】
また、本実施形態１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手段を配置したが、光出射側の偏光板１１３と偏光制御手段である偏光制御素子１１２は必ずしも必要ではない。
【００６１】
しかし、この構成のままでは、偏光制御素子１１２の特性が図３に示すような特性であるために、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）はさまざまな偏光方向が存在することになり、その領域の波長の光はＰＢＳ１０９によって光路を選択することができないので、色純度の低下に繋がる。
【００６２】
また、黒表示において、その領域の波長の光が反射型液晶表示素子１１０で反射した後、ＰＢＳ１０９の消光比に応じて若干の光量が偏光制御素子１１２に入射する。しかし、さまざまな偏光方向が存在するので偏光板１１３で完全にその波長域の光をカットすることができずにコントラスト比の低下にも繋がる。
【００６３】
そこで、本実施形態１では図７のような透過率特性を持つトリミングフィルター１１４を挿入した。すると、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）の光は偏光制御素子１０８に入射することがないので、色純度が良く、コントラスト比が２倍以上向上した。
【００６４】
なお、トリミングフィルター１１４は薄膜蒸着技術による反射型タイプでも良いし、色素等による吸収タイプのものでも良い。また、本実施形態１では図１の位置に挿入したが、光路状であればどこに挿入しても同じ効果が得られる。
【００６５】
（実施形態２）
図８は本発明の投影型カラー画像表示装置の実施形態２の模式図である。本実施形態２は実施形態１と同じく、光源１０１として、１２０Ｗ，アーク長１．４ｍｍのＰｈｉｌｉｐｓ社製のＵＨＰ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１０２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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、略平行光にされたのち、偏光板１０７に入射する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
本実施形態２でも実施形態１と同じく、偏光制御素子１０８として、ＵＳＰ ５，７５１，３８４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２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。
【００７２】
本実施形態２でも実施形態１と同じく、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良い。
【００７３】
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、ＰＢＳ１０９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。
【００７４】
ＰＢＳ１０９を透過・反射した光は、それぞれ対応する反射型液晶表示素子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。
【００７５】
反射型液晶表示素子１１０としては、０．９型ＸＧＡパネルで、応答速度２ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃのＮｅｍａｔｉｃ液晶を用いた。
【００７６】
液晶のモードとしては、上記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。
【００７７】
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。
【００７８】
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ＰＢＳ１０９を透過し、反射型液晶表示素子１１０−２に入射する。
【００７９】
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光は、上記スピードで順次切り替わり反射型液晶表示素子１１０−１に入射する。
【００８０】
よって、回転カラーフィルター１０３一周で、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が反射型液晶表示素子１１０で変調されることになる。
【００８１】
本実施形態２例でも、回転カラーフィルター１０３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かまわない。この時、回転カラーフィルター１０３の回転速度を上げる変わりに、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。
【００８２】
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。
【００８３】
偏光制御素子１１２は、偏光制御素子１０８と同様のものを用い、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持つ。
【００８４】
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。
【００８５】
波長規制手段を除いたここまでの構成およびその効果は実施形態１と同じである。
【００８６】
さらに、この構成のままでは、偏光制御素子１０８、１１２の特性が図３に示すような特性であるために、色の境界領域（図３におけるハッチング領域）はさまざまな偏光方向が存在することになり、その領域の波長の光はＰＢＳ１０９によって光路を選択することができないので、色純度の低下に繋がるのは実施形態１と同じであることはもちろんである。
【００８７】
しかし、現実には色の境界領域（図３におけるハッチング領域）以外でも若干本来の偏光方向でない光が透過する。（図３におけるリップル部分）。
【００８８】
そのリップル部分の光はＰＢＳ１０９によって、本来の光路を選択しないのでこの光も色純度の低下に繋がる。
【００８９】
また、黒表示において、リップル部分の光が反射型液晶表示素子１１０で反射した後、ＰＢＳ１０９の消光比に応じて若干の光量が偏光制御素子１１２に入射し、実施形態１と同じく完全にその光をカットすることができずにコントラスト比の低下にも繋がる。
【００９０】
したがって実施形態１のような波長規制手段の代わりに、図９のような透過率特性を持つカラーフィルター８０１を反射型液晶表示素子１１０−１の直前に、図１０のような透過率特性を持つカラーフィルター８０２を反射型液晶表示素子１１０−２の直前に挿入することにより、本来反射型液晶表示素子を照射しない波長域の光はカットされるので、色純度の良いコントラスト比の高い画像が得られた。
【００９１】
また、挿入するカラーフィルターが本実施形態２のように２枚であれば確実に色純度を向上可能であるが、カラーフィルターが１枚だけの場合はどちらの反射型液晶表示素子の前に挿入してもよい。
【００９２】
ただし、１色の光だけが照射される反射型液晶表示素子に対しては、２色分の本来照射されるべきでない光が照射されるので、１枚の場合は１色の光だけが照射される反射型液晶表示素子の前に挿入した方が効果が高く、本実施形態２では反射型液晶表示素子１１０−２の前だけにカラーフィルターを挿入し、もう一方だけに挿入する場合に比べて約１．８倍の効果があった。
【００９３】
実施形態１と組み合わせると、なお確実な色純度の向上とコントラスト比の向上が得られた。
【００９４】
【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アップすることなく、飛躍的に明るさをアップすることができる。
【００９５】
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アップを行うことができる。
【００９６】
さらに、トリミングフィルターやカラーフィルターを挿入することにより、偏光制御手段の光学特性による偏光の回転が不十分な点を補うことができ色純度とコントラスト比を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】トリミングフィルターの光学特性の説明図である。
【図８】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９】カラーフィルターの光学特性の説明図である。
【図１０】カラーフィルターの光学特性の説明図である。
【図１１】透過型液晶表示素子の画素部の説明図である。
【図１２】反射型液晶表示素子の説明図である。
【図１３】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１４】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 反射型液晶表示素子
１１１ 投影レンズ
１１２ 偏光制御素子
１１３ 偏光板
１５０１ ＴＦＴ
１５０２ ブラックマトリックス
１５０３ ゲートバスライン
１５０４ ソースバスライン
１６０１ 反射電極
１７０１ 光源
１７０２ ＰＢＳ
１７０３ クロスダイクロイックミラー
１７０４ 反射型液晶表示素子
１７０５ 投影レンズ
Claims (5)
- 光源と、該光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色をそれぞれ含む異なる２つのグループの色光を時分割で順次切り替えて選択する機能を有する色切替え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する色またはそれ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する偏光制御手段と、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有し、光路上に少なくとも１枚の波長規制手段が挿入され、
該波長規制手段は該偏光制御手段で偏光方向が変換される光の波長域とそれ以外の光の波長域との境界の波長域の光をカットすることを特徴とする画像表示装置。 - 光源と、該光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色をそれぞれ含む異なる２つのグループの色光を時分割で順次切り替えて選択する機能を有する色切替え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する共通色またはそれ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する偏光制御手段と、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、該光分離手段および該共通色の光が入射する該反射型画像表示素子との間に配置された波長規制手段とを有し、
該波長規制手段は該共通色以外の色の光を殆ど透過させずに該共通色の光を透過させることを特徴とする画像表示装置。 - 光源と、該光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色をそれぞれ含む異なる２つのグループの色光を時分割で順次切り替えて選択する機能を有する色切替え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する共通色またはそれ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する偏光制御手段と、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、該光分離手段および該共通色以外の色の光が入射する該反射型画像表示素子との間に配置された波長規制手段とを有し、
該波長規制手段は該共通色の光を殆ど透過させずに該共通色以外の色の光を透過させることを特徴とする画像表示装置。 - 光源と、該光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色をそれぞれ含む異なる２つのグループの色光を時分割で順次切り替えて選択する機能を有する色切替え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する共通色またはそれ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する偏光制御手段と、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、該光分離手段および該共通色の光が入射する該反射型画像表示素子との間に配置された第１波長規制手段と、該光分離手段および該共通色以外の色の光が入射する該反射型画像表示素子との間に配置された第２波長規制手段とを有し、
該第１波長規制手段は該共通色以外の色の光を殆ど透過させずに該共通色の光を透過させ、該第２波長規制手段は該共通色の光を殆ど透過させずに該共通色以外の色の光を透過させることを特徴とする画像表示装置。 - 光源と、該光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光のうちの２色をそれぞれ含む異なる２つのグループの色光を時分割で順次切り替えて選択する機能を有する色切替え手段と、該異なる２つのグループの色光に共通する共通色またはそれ以外の２色の光の偏光方向を変換させる機能を有する偏光制御手段と、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、該光分離手段および該共通色の光が入射する該反射型画像表示素子との間に配置された第１波長規制手段と、該光分離手段および該共通色以外の色の光が入射する該反射型画像表示素子との間 に配置された第２波長規制手段と、光路上に配置された少なくとも１枚の第３波長規制手段とを有し、
該第１波長規制手段は該共通色以外の色の光を殆ど透過させずに該共通色の光を透過させ、該第２波長規制手段は該共通色の光を殆ど透過させずに該共通色以外の色の光を透過させ、該第３波長規制手段は該偏光制御手段で偏光方向が変換される光の波長域とそれ以外の光の波長域との境界の波長域の光をカットすることを特徴とする画像表示装置。
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