JP3670783B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カラー液晶表示装置においては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色を得るために各々の着色材料を印刷等して形成したカラーフィルターを用いていたが、かかるカラーフィルターでは、光源からの白色光が各色画素に入射するときのその色画素に対する補色の成分が無駄になる等の理由により、光の利用効率が悪いという欠点を有していた。
【０００３】
一方、特開平７−９２３２７号公報や特開平７−９２３２８号公報（Ｇ０２Ｂ５／３２）に記載されているように、ホログラムを用いて入射光を回折分光して所定の空間的な周期でＲ，Ｇ，Ｂの色成分に分散し、この各色成分をマイクロレンズアレイで収束させ、液晶パネルに入射させる装置が提案され、上記の着色材によるカラーフィルターの欠点を解消することが可能になっている。
【０００４】
また、偏光ビームスプリッタを使用した光源分離光学系による映像表示装置が知られている。この装置は、例えば立体映像表示用として用いられるもので、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を二つの液晶パネルにそれぞれ導くものである。このような構成の映像表示装置に、前記のホログラムから成るカラーフィルターを用いることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶パネルには、液晶層部分を挟むよう光入射側偏光板と光出射側偏光板とが設けられており、通常は、上記入射側偏光板における光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応し、出射側偏光板における光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光とは９０度異なる斜め４５度偏光光に対応するように設定している。そして、上記の回折格子を用いたカラーフィルターにおいては、斜め４５度偏光光とＰ偏光光とＳ偏光光とで相互に回折効率が異なる傾向が見られる。
【０００６】
この発明は、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を回折格子を用いたカラーフィルターで色分光して二つの液晶パネルにそれぞれ導いて二つの映像を投影する構成において、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、この発明のカラー液晶表示装置は、光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成であれば、前記の偏光ビームスプリッタを経た光のうち一方の光は例えばＰ偏光光となり、他方の光はＳ偏光光となるが、前記カラーフィルターがＰ偏光光に対して回折効率が高いものであれば、前記Ｐ偏光光はそのままカラーフィルターに導かれて高い回折効率で色分光され、また、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換された上で前記カラーフィルターに導かれて高い回折効率で色分光されることになるから、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００１２】
また、この発明のカラー液晶表示装置は、光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっているとともに、一方の液晶パネルに一方の眼用の映像を表示し、他方の液晶パネルに他方の眼用の映像を表示するようになっていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
【００１３】
上記の構成であれば、観察者に立体映像を認識させるための右眼用映像と左眼用映像とを共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００１４】
例えば、前記カラーフィルターを反射型グレーティングとし、前記第１の方向を有する偏光光はＰ偏光光とする。また、前記カラーフィルターを透過型ホログラムとし、前記第１の方向を有する偏光光をＳ偏光光とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。楕円反射鏡２の第１焦点位置に配置された光源（例えば、メタルハライドランプ）１から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの色成分を含む光は、楕円反射鏡２の第２焦点位置の近傍に配置された図示しないスリット板を経て不要光部分（平行度を低くしてしまう部分）が除去され、更に図示しないコリメータレンズにて平行光化されてカラーフィルター３に所定の入射角度Φで入射されるようになっている。
【００１７】
カラーフィルター３は、反射型の回折格子から成り、光源１からの光を入射すると、Ｒ色成分とＧ色成分とＢ色成分を所定の分散角で回折分光するようになっている。ここで、カラーフィルター３にて回折分光されたＧ色成分における反射光の反射角度Ψは、入射角度Φ＞反射角度Ψの関係を持つようにしてある。また、このカラーフィルター３は、前記光源１からの光のうちＰ偏光光に対して高い回折効率を持つ。図２は、このカラーフィルター３における回折効率を示したグラフであり、横軸を波長（λ）、縦軸を回折効率（％）として表している。この図から分かるように、このカラーフィルター３は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの可視光の範囲で、Ｐ偏光光に対する回折効率が斜め４５度偏光光に対する回折効率よりも常に高くなっている。
【００１８】
液晶パネル１０は、前記カラーフィルタ３にて回折分光された反射光を入射する入射側偏光板４と、この入射側偏光板４の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ５と、このマイクロレンズアレイ５の光出射側に配置された液晶層部６と、この液晶層部６の光出射側に配置された出射側偏光板７とから成る。
【００１９】
前記入射側偏光板４は、その光透過軸方向がＰ偏光光に対応するように設定されている。前記液晶層部６は、Ｒ色成分、Ｇ色成分、及びＢ色成分に対応する画素部を有している。そして、前記マイクロレンズアレイ５により、前記Ｒ色成分とＧ色成分とＢ色成分は、相互に異なる位置に収束され、Ｒ色成分は液晶層部６におけるＲ画素部を通り、Ｇ色成分は液晶層部６におけるＧ画素部を通り、Ｂ色成分は液晶層部６におけるＢ画素部を通るようになっている。また、出射側偏光板７は、その光透過軸方向が前記Ｐ偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定されている。
【００２０】
前記液晶パネル１０を通過し、液晶パネル１０で変調され形成された像は、投写レンズ８で拡大され、スクリーン９上に投影されるようになっている。
【００２１】
これによれば、入射側偏光板４の光透過軸方向がＰ偏光光に対応するように設定された前記の液晶パネル１０は、前記カラーフィルター３からＰ偏光光を得て表示を行うことができる。そして、上記Ｐ偏光光は図２に示したように回折効率が高いから、光源１の光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００２２】
図３は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。図１に示したカラー液晶表示装置との相違点は、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定され、出射側偏光板７０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定された液晶パネル１１を備えている点と、当該液晶パネル１１の光入射側に位相差フィルム（又はパネル）１２が備えられている点である。位相差フィルム１２は、前記カラーフィルター３にて反射されたＰ偏光光を入射側偏光板４０における光透過軸方向に対応した斜め４５度偏光光に変換する。
【００２３】
図４は、図３のカラー液晶表示装置における各光学素子と偏光方向との関係を示した模式図である。この図４から分かるように、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定された液晶パネル１１は、位相差フィルム１２から斜め４５度偏光光を得て表示を行うことができる。かかる液晶パネルは一般的に用いられているものであるから、カラー液晶表示装置のコスト低減が図れる。そして、上記斜め４５度偏光光はカラーフィルター３にて反射されたＰ偏光光を偏光方向回転させて得られるものであり、上記Ｐ偏光光は図２に示したように回折効率が高いから、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００２４】
なお、カラーフィルター３は、全可視光範囲（特に、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの範囲）において常にＰ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合のみに限定されるものではなく、可視光範囲において概ねＰ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合を含むものである。
【００２５】
また、光源１とカラーフィルター３との間に、図１３（ａ）に示すように、前記光源１からの光をＰ偏光光化する光学素子２０を設けてもよい。この光学素子２０は、Ｐ偏光光は透過させるがＳ偏光光は反射させる偏光ビームスプリッタ２０ａ，２０ｂと、前記偏光ビームスプリッタ２０ｂの光出射側に配置され、Ｓ偏光光をＰ偏光光化させる１／２λ板２０ｃとから成る。このような光学素子２０を設けておくことにより、光源１からの光の利用の無駄を極力少なくすることができ、カラー液晶表示装置の一層の高輝度化が図れる。なお、かかる光学素子２０は一例であり、このような構造のものに限られるものではない。
【００２６】
（実施の形態２）
次に、この発明の他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同様の機能を有する部材には同一の符号を付記してその説明を省略している。
【００２７】
図５は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。このカラー液晶表示装置は、透過型の回折格子（この実施の形態では回折格子としてホログラムを用いている）から成るカラーフィルター３０を備えている。このカラーフィルター３０は、図６に示しているように、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの可視光範囲で、Ｓ偏光光に対する回折効率が斜め４５度偏光光に対する回折効率よりも常に高くなっている。なお、カラーフィルター３０への入射角度Φと、カラーフィルター３にて回折分光されたＧ色成分における透過光の出射角度Ψは、入射角度Φ＞出射角度Ψの関係を持つようにしてある。
【００２８】
液晶パネル１０′は、前記カラーフィルタ３０にて回折分光された反射光を入射する入射側偏光板４′と、この入射側偏光板４′の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ５と、このマイクロレンズアレイ５の光出射側に配置された液晶層部６と、この液晶層部６の光出射側に配置された出射側偏光板７′とから成る。前記入射側偏光板４′は、その光透過軸方向がＳ偏光光に対応するように設定されている。また、出射側偏光板７′は、その光透過軸方向が前記Ｓ偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定されている。
【００２９】
これによれば、入射側偏光板４′の光透過軸方向がＳ偏光光に対応するように設定された前記の液晶パネル１０′は、前記カラーフィルター３０からＳ偏光光を得て表示を行うことができる。そして、上記Ｓ偏光光は図６に示したように回折効率が高いから、光源１の光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００３０】
図７は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。図５に示したカラー液晶表示装置との相違点は、入射側偏光板４０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対応するように設定され、出射側偏光板７０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定された液晶パネル１１を備えている点と、当該液晶パネル１１の光入射側に位相差フィルム（又はパネル）１２が備えられている点である。そして、この位相差フィルム１２は、前記カラーフィルター３にて反射されたＳ偏光光を斜め４５度偏光光に変換するものである。
【００３１】
かかる構成であれば、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定された液晶パネル１１は、位相差フィルム１２から斜め４５度偏光光を得て表示を行うことができる。かかる液晶パネルは一般的に用いられているものであるから、カラー液晶表示装置のコスト低減が図れる。そして、上記斜め４５度偏光光はカラーフィルター３０を透過したＳ偏光光を偏光方向回転させて得られるものであり、上記Ｓ偏光光は図６に示したように回折効率が高いから、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。
【００３２】
なお、カラーフィルター３０は、全可視光範囲（特に、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの範囲）において常にＳ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合のみに限定されるものではなく、可視光範囲において概ねＳ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合を含むものである。
【００３３】
また、光源１とカラーフィルター３０との間に、図１３（ｂ）に示すように、前記光源１からの光をＳ偏光光化する光学素子２１を設けてもよい。この光学素子２１は、Ｐ偏光光は透過させるがＳ偏光光は反射させる偏光ビームスプリッタ２１ａ，２１ｂと、前記偏光ビームスプリッタ２１ａの光出射側に配置され、Ｐ偏光光をＳ偏光光化させる１／２λ板２１ｃとから成る。このような光学素子２１を設けておくことにより、光源１からの光の利用の無駄を極力少なくすることができ、カラー液晶表示装置の一層の高輝度化が図れる。なお、かかる光学素子２１は一例であり、このような構造のものに限られるものではない。
【００３４】
次に、カラーフィルターが反射型の回折格子（表面レリーフ型）から成る場合を例に、当該カラーフィルターを、可視光の範囲においてＰ偏光光の効率＞Ｓ偏光光の効率とするための条件（範囲）について説明する。図８（ａ）は反射型の回折格子を模式的に示した縦断側面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢示Ａ部分の拡大図である。同図（ｂ）に示すように、頂角をθtp、ブレーズ角をθB、溝ピッチをｐとするとき、θtp＝７０°〜９０°、θB ＝１７°〜２５°、ｐ＝５００ｎｍ〜９００ｎｍの条件（範囲）に設定する。なお、可視光の範囲においてＰ偏光光の効率＞Ｓ偏光光の効率とするための条件が、かかる範囲に限定されないことは勿論である。
【００３５】
次に、上記図１、図３、図５、及び図７に示した、入射角度Φと出射角度又は反射角度（以下、回折角という）Ψとの関係について説明する。入射角度Φと回折角Ψとは、前述のごとく、Φ＞Ψの関係を持つようにしてある。なお、入射角度Φと回折角Ψの正負関係は図９に示すようになっている。従って、光入射側の正（＋）領域側から入射角度が例えば４０度で光が入射した場合、反射型の回折格子から成るカラーフィルター３にあっては、反射光が光入射側の正（＋）領域側で４０度未満の範囲、及び光入射側の負（−）領域側に存在する場合に上記の関係を満たすことになり、透過型の回折格子から成るカラーフィルター３０にあっては、透過光が光出射側の正（＋）領域側で４０度未満の範囲及び光出射側の負（−）領域側に存在する場合に上記の関係を満たすことになる。
【００３６】
ここで、前記のマイクロレンズアレイ６が用いられる場合には、光源１の照明光において特に平行度が求められる。例えば、液晶パネル１０，１０′，１１に入射するときに±３度程度の平行度が要求されることがあるが、従来においては、照明光と入射角と回折角との関係については全く考慮されていなかった。この発明では、上記のごとくΦ＞Ψの関係を持つようにしてあるので、カラーフィルター３，３０に入射するときの平行度は液晶パネルに入射するときに求められる角度（±３度）よりも大きくてよいことになる。従って、光源１の照明光に要求される平行度は緩和され、光源１の照明範囲の大きさを大きくとれることになるため、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。
【００３７】
回折角Ψを０度とした場合には、カラーフィルター３，３０と液晶パネル１０，１０′，１１とを平行に配置できるので、これらの組付けにおける精度確保が比較的容易になるという利点があるが、Ψ＜０（即ち、非平行）とするのが光の利用効率向上のために望ましいということを見い出すことができた。これについて以下に説明する。
【００３８】
図１０は、カラーフィルターを成すホログラムのグレーティングピッチｄを横軸にとり、縦軸に回折角（Ψ545 ）及び入射角Φをとったグラフである。このグラフは、以下の第１式と第２式とにより求められる。
【００３９】
【数１】
ただし、Φ：ホログラムへの入射角
Ψ：ホログラムからの回折１次光出射角（回折角）
λ：波長
ｄ：ホログラムのグレーティイングピッチ
Ψ620：６２０ｎｍの回折１次光出射角
Ψ545：５４５ｎｍの回折１次光出射角
【００４０】
上記図１０のグラフからは、ΦとΨとｄの相互の関係を知ることができる。そして、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、光源光の拡がり角をθA としたとたきのホログラムを経た光の拡がり角をθB を求め、各Φ，Ψについて、θB ／θAを求めると、図１１に示すグラフが得られる。この図１１のグラフの横軸はΦ−Ψであり、縦軸はｅ（ｅ＝θB ／θA ）である。この図１１から分かるように、Φ−Ψが大きければ大きいほどｅは小さくなり、ｅ＜１の場合において、光源１の照明光に要求される平行度は緩和され、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。ｅ＜１の場合とは、Φ−Ψ＞０の場合であり、図１０においては、ハッチングで表している部分に相当する。そして、図１１のグラフにおいて最もｅが小さなるときは、Ψ＝−６°のときである。つまり、Ψ＝０°であることが高輝度化において最適となるのではなく、Ψ＜０とすることが高輝度化において好適となることが見い出される。この発明では、Φ＞Ψ且つΨ＜０とすることにより、カラー液晶表示装置の高輝度化を図っている。
【００４１】
（実施の形態３）
図１４は、この発明の実施の形態の立体映像表示が行えるカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。楕円反射鏡２の第１焦点位置に配置された光源（例えば、メタルハライドランプ）５１から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの色成分を含む光は、楕円反射鏡の第２焦点位置の近傍に配置されたスリット板５２を経ることで不要光成分（平行度を低くしてしまう部分）が除去され、更にコリメータレンズ５３にて平行光化されて偏光ビームスプリッタ５４に至る。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ５４に至った光は、これを直進透過して得られるＰ偏光光と、前記直進方向に対して９０°の角度で反射して得られるＳ偏光光とに分離される。
【００４３】
Ｐ偏光光が入射される位置には、反射型の回折グレーティングから成る第１の回折カラーフィルター５５が設けられている。反射型の回折グレーティングは、実施の形態１等で述べたように、Ｐ偏光光に対して高い回折効率を持っている。第１の回折カラーフィルター５５により、光は赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光され、各色光は、第１の液晶パネル５６における赤色用画素、緑色用画素、及び青色用画素にそれぞれ導かれる。第１の液晶パネル５６は、映像信号に応じて各色用の画素の透過量が制御されており、前記Ｐ偏光光の各色光が変調され、映像光となって第１の投写レンズ５７に至る。なお、第１の液晶パネルには、液晶パネルのラビング方向に応じて、位相差フィルムを設置したＰ偏光光に対応する入射側偏光板と、Ｓ偏光光を出射する出射側偏光板がある。投写レンズ５７は、前記映像光を拡大して図示しないスクリーンに投影するようになっている。
【００４４】
一方、Ｓ偏光光が入射される位置には、第１のλ／２位相差板５８および全反射ミラー５９が備えられ、前記全反射ミラー５９にて反射された光が入射される位置に反射型の回折グレーティングから成る第２の回折カラーフィルター６０が設けられている。即ち、前記のＳ偏光光は、前記第１のλ／２位相差板５８にてＰ偏光光に変換された上で前記第２の回折カラーフィルター６０に入射し、当該Ｐ偏光光が反射するときに赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光される。
【００４５】
前記第２の回折カラーフィルター６０の反射光が入射される位置には、第２の液晶パネル６２が設けられている。即ち、赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光された各色のＰ偏光光は、前記第２の液晶パネル６２における赤色用画素、緑色用画素、及び青色用画素にそれぞれ導かれる。第２の液晶パネル６２は、映像信号に応じて各色用の画素の透過量が制御されており、前記Ｐ偏光光の各色光が変調され、映像光となって第２の投写レンズ６３に至る。なお、第２の液晶パネルには、液晶パネルのラビング方向に応じて、位相差フィルムを設置したＰ偏光光に対応する入射側偏光板と、Ｐ偏光光を出射する出射側偏光板がある。投写レンズ５７は、前記映像光を拡大して前記スクリーンに投影するようになっている。
【００４６】
図示しない映像信号供給部は、前記第１の液晶パネル５６に左眼用映像を、第２の液晶パネル６２に右眼用映像をそれぞれ供給するようになっている。このように映像が各液晶パネルに供給された場合、スクリーン上に投写された左眼映像はＳ偏光光であり、右眼映像はＰ偏光光であるため、左眼にはＰ偏光光を吸収しＳ偏光光と透過する偏光板を、右眼にはＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を吸収する偏光板を備えた偏光メガネを装着することにより、左右眼にそれぞれ対応した映像が観察され、良好なカラー立体映像が得られる。
【００４７】
そして、前記回折カラーフィルター５５，６０は反射型の回折グレーティングからなり、この反射型の回折グレーティングは、実施の形態１で説明したように、Ｐ偏光光に対して高い回折効率を有している。図１４の構成であれば、偏光ビームスプリッタ５４を透過して得られるＰ偏光光はそのまま第１の回折カラーフィルター５５に導かれて高い回折効率で色分光され、また、偏光ビームスプリッタ５４を反射して得られるＳ偏光光はλ／２位相差板５８にてＰ偏光光に変換された上で第２の回折カラーフィルター６０に導かれて高い回折効率で色分光されることになり、観察者に立体映像を認識させるための右眼用映像と左眼用映像とを共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００４８】
また、この実施の形態では、この偏光メガネを用いて立体視を行う構成としたが、これ以外の立体映像表示、例えば、レンチキュラーレンズ板を用いる方法等にも用いることができる。
【００４９】
また、このような立体映像表示に限らず、２次元映像表示装置として用いることもできる。例えば、１フレームを構成する２フィールドのうち奇数側フィールドを一方の液晶パネル５６に表示し、偶数側フィールドを他方の液晶パネル６２に表示するようにすることが考えられる。この場合、カラー液晶パネルとしてストライプ配列のものを用いる場合には、スクリーン上での重ね合わせ画像において、一方の液晶パネルのＲ（赤）用画素部の位置が他方の液晶パネルのＲ用画素部の位置より１．５画素分ずれるようにすると、水平解像度を向上させることができる。また、液晶パネルとしてデルタ配列のものを用いる場合には、スクリーン上での重ね合わせ画像において、一方の液晶パネルと他方の液晶パネルの画素配置関係を１画素分ずれるようにすると、水平解像度を向上させることができる。
【００５０】
また、この実施の形態３では、回折カラーフィルターとして反射型の回折グレーティングを用いた場合の構成を示したが、透過型の回折ホログラムを用いて色分光をする構成とすることもできる。この透過型の回折ホログラムを用る構成を図１４を流用して簡単に説明すると、実施の形態２で示したように、透過型の回折ホログラムは、Ｓ偏光光に対する回折効率が高いので、偏光ビームスプリッタ５４を透過して得られるＰ偏光光を入射する位置にλ／２位相差板を設け、Ｐ偏光光をＳ偏光光化した上で透過型の回折ホログラムに導く。一方、偏光ビームスプリッタ５４を反射して得られるＳ偏光光を入射する側ではそのままＳ偏光光を透過型の回折ホログラムに導けばよい。
【００５１】
（実施の形態４）
この実施の形態のカラー液晶表示装置は、図１５に示すように、二つの偏光ビームスプリッタ７４（分離用），８４（合成用）を用いることで、一つの投写レンズ８５で二映像をスクリーン８６に投影するようにしている。光源７１から出射された光は、楕円リフレクタ７２にて反射され、コリメータレンズ７３で平行光化され、偏光ビームスプリッタ７４に入射されると、これを透過して得られるＰ偏光光と反射して得られるＳ偏光光とに分離され、前記Ｐ偏光光は反射型の回折グレーティング７７にて反射されて色分光され、前記Ｓ偏光光は位相差板７５にてＰ偏光光化された上で反射型の回折グレーティング７６にて反射されて色分光される。そして、前記回折グレーティング７７にて色分光されたＰ偏光光は、Ｐ偏光光を斜め４５度偏光光に変換する位相差板を備えた入射側偏光板７８、液晶パネル８０、及び斜め４５度偏光光をＳ偏光光に変換する位相差板を備えた出射側偏光板８２を順次経て偏光ビームスプリッタ８４に入射し、Ｓ偏光光ゆえに偏光ビームスプリッタ８４に反射されて投写レンズ８５に到る。また、前記回折グレーティング７６にて色分光されたＰ偏光光は、Ｐ偏光光を斜め４５度偏光光に変換する位相差板を備えた入射側偏光板７９、液晶パネル８１、及び斜め４５度偏光光をＰ偏光光に変換する位相差板を備えた出射側偏光板８３を順次経て偏光ビームスプリッタ８４に入射し、Ｐ偏光光ゆえに偏光ビームスプリッタ８４を透過して投写レンズ８５に到る。
【００５２】
かかる構成においても、実施の形態３と同様、Ｐ偏光光の状態において反射型の回折グレーティング７６，７７にて高い回折効率で色分光されることになり、二つの映像を共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。また、立体映像用に限らず、水平解像度を向上した２次元映像用としても用いることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のカラー液晶表示装置によれば、光源光に要求される照明光の平行度を緩和し光源光の利用効率を高くして高輝度化が図れる。また、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を回折格子を用いたカラーフィルターで色分光して二つの液晶パネルにそれぞれ導いて二つの映像を投影する構成のカラー液晶表示装置にあっては、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。
【図２】 この発明の第１の実施の形態のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターの回折効率を示したグラフである。
【図３】 図１のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。
【図４】 図３の機能を説明する説明図である。
【図５】 この発明の第２の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。
【図６】 この発明の第２の実施の形態のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターの回折効率を示したグラフである。
【図７】 図５のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。
【図８】 同図（ａ）はこの発明のカラーフィルターを成す反射型回折格子の断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢示Ａ部分の拡大図である。
【図９】 この発明のカラーフィルターを成す回折格子の入射角と反射角の正負関係を示す説明図である。
【図１０】 この発明のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターのグレーティングピッチと回折角および入射角との関係を示したグラフである。
【図１１】 この発明のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターへの入射角と回折角の差異を横軸にとり、縦軸に出射光の拡がり角と入射光源光の拡がり角との比率をとって示したグラフである。
【図１２】 同図（ａ）は反射型の回折格子を用いる場合の、同図（ｂ）は透過型の回折格子を用いる場合の図１１における出射光の拡がり角と入射光源光の拡がり角とをそれぞれ説明するための説明図である。
【図１３】 同図（ａ）は光源からの光をＰ偏光光化する光学素子の模式図であり、同図（ｂ）は光源からの光をＳ偏光光化する光学素子の模式図である。
【図１４】 この発明の実施の形態３のカラー液晶表示装置を示す構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４のカラー液晶表示装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 楕円反射鏡
３ カラーフィルター
３０ カラーフィルター
４ 入射側偏光板
４′ 入射側偏光板
４０ 入射側偏光板
５ マイクロレンズアレイ
６ 液晶層部
７ 出射側偏光板
７′ 出射側偏光板
７０ 出射側偏光板
８ 投写レンズ
９ スクリーン
１０ 液晶パネル
１０′液晶パネル
１１ 液晶パネル
１２ 位相差フィルム
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カラー液晶表示装置においては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色を得るために各々の着色材料を印刷等して形成したカラーフィルターを用いていたが、かかるカラーフィルターでは、光源からの白色光が各色画素に入射するときのその色画素に対する補色の成分が無駄になる等の理由により、光の利用効率が悪いという欠点を有していた。
【０００３】
一方、特開平７−９２３２７号公報や特開平７−９２３２８号公報（Ｇ０２Ｂ５／３２）に記載されているように、ホログラムを用いて入射光を回折分光して所定の空間的な周期でＲ，Ｇ，Ｂの色成分に分散し、この各色成分をマイクロレンズアレイで収束させ、液晶パネルに入射させる装置が提案され、上記の着色材によるカラーフィルターの欠点を解消することが可能になっている。
【０００４】
また、偏光ビームスプリッタを使用した光源分離光学系による映像表示装置が知られている。この装置は、例えば立体映像表示用として用いられるもので、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を二つの液晶パネルにそれぞれ導くものである。このような構成の映像表示装置に、前記のホログラムから成るカラーフィルターを用いることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶パネルには、液晶層部分を挟むよう光入射側偏光板と光出射側偏光板とが設けられており、通常は、上記入射側偏光板における光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応し、出射側偏光板における光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光とは９０度異なる斜め４５度偏光光に対応するように設定している。そして、上記の回折格子を用いたカラーフィルターにおいては、斜め４５度偏光光とＰ偏光光とＳ偏光光とで相互に回折効率が異なる傾向が見られる。
【０００６】
この発明は、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を回折格子を用いたカラーフィルターで色分光して二つの液晶パネルにそれぞれ導いて二つの映像を投影する構成において、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、この発明のカラー液晶表示装置は、光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成であれば、前記の偏光ビームスプリッタを経た光のうち一方の光は例えばＰ偏光光となり、他方の光はＳ偏光光となるが、前記カラーフィルターがＰ偏光光に対して回折効率が高いものであれば、前記Ｐ偏光光はそのままカラーフィルターに導かれて高い回折効率で色分光され、また、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換された上で前記カラーフィルターに導かれて高い回折効率で色分光されることになるから、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００１２】
また、この発明のカラー液晶表示装置は、光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっているとともに、一方の液晶パネルに一方の眼用の映像を表示し、他方の液晶パネルに他方の眼用の映像を表示するようになっていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
【００１３】
上記の構成であれば、観察者に立体映像を認識させるための右眼用映像と左眼用映像とを共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００１４】
例えば、前記カラーフィルターを反射型グレーティングとし、前記第１の方向を有する偏光光はＰ偏光光とする。また、前記カラーフィルターを透過型ホログラムとし、前記第１の方向を有する偏光光をＳ偏光光とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。楕円反射鏡２の第１焦点位置に配置された光源（例えば、メタルハライドランプ）１から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの色成分を含む光は、楕円反射鏡２の第２焦点位置の近傍に配置された図示しないスリット板を経て不要光部分（平行度を低くしてしまう部分）が除去され、更に図示しないコリメータレンズにて平行光化されてカラーフィルター３に所定の入射角度Φで入射されるようになっている。
【００１７】
カラーフィルター３は、反射型の回折格子から成り、光源１からの光を入射すると、Ｒ色成分とＧ色成分とＢ色成分を所定の分散角で回折分光するようになっている。ここで、カラーフィルター３にて回折分光されたＧ色成分における反射光の反射角度Ψは、入射角度Φ＞反射角度Ψの関係を持つようにしてある。また、このカラーフィルター３は、前記光源１からの光のうちＰ偏光光に対して高い回折効率を持つ。図２は、このカラーフィルター３における回折効率を示したグラフであり、横軸を波長（λ）、縦軸を回折効率（％）として表している。この図から分かるように、このカラーフィルター３は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの可視光の範囲で、Ｐ偏光光に対する回折効率が斜め４５度偏光光に対する回折効率よりも常に高くなっている。
【００１８】
液晶パネル１０は、前記カラーフィルタ３にて回折分光された反射光を入射する入射側偏光板４と、この入射側偏光板４の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ５と、このマイクロレンズアレイ５の光出射側に配置された液晶層部６と、この液晶層部６の光出射側に配置された出射側偏光板７とから成る。
【００１９】
前記入射側偏光板４は、その光透過軸方向がＰ偏光光に対応するように設定されている。前記液晶層部６は、Ｒ色成分、Ｇ色成分、及びＢ色成分に対応する画素部を有している。そして、前記マイクロレンズアレイ５により、前記Ｒ色成分とＧ色成分とＢ色成分は、相互に異なる位置に収束され、Ｒ色成分は液晶層部６におけるＲ画素部を通り、Ｇ色成分は液晶層部６におけるＧ画素部を通り、Ｂ色成分は液晶層部６におけるＢ画素部を通るようになっている。また、出射側偏光板７は、その光透過軸方向が前記Ｐ偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定されている。
【００２０】
前記液晶パネル１０を通過し、液晶パネル１０で変調され形成された像は、投写レンズ８で拡大され、スクリーン９上に投影されるようになっている。
【００２１】
これによれば、入射側偏光板４の光透過軸方向がＰ偏光光に対応するように設定された前記の液晶パネル１０は、前記カラーフィルター３からＰ偏光光を得て表示を行うことができる。そして、上記Ｐ偏光光は図２に示したように回折効率が高いから、光源１の光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００２２】
図３は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。図１に示したカラー液晶表示装置との相違点は、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定され、出射側偏光板７０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定された液晶パネル１１を備えている点と、当該液晶パネル１１の光入射側に位相差フィルム（又はパネル）１２が備えられている点である。位相差フィルム１２は、前記カラーフィルター３にて反射されたＰ偏光光を入射側偏光板４０における光透過軸方向に対応した斜め４５度偏光光に変換する。
【００２３】
図４は、図３のカラー液晶表示装置における各光学素子と偏光方向との関係を示した模式図である。この図４から分かるように、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定された液晶パネル１１は、位相差フィルム１２から斜め４５度偏光光を得て表示を行うことができる。かかる液晶パネルは一般的に用いられているものであるから、カラー液晶表示装置のコスト低減が図れる。そして、上記斜め４５度偏光光はカラーフィルター３にて反射されたＰ偏光光を偏光方向回転させて得られるものであり、上記Ｐ偏光光は図２に示したように回折効率が高いから、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００２４】
なお、カラーフィルター３は、全可視光範囲（特に、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの範囲）において常にＰ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合のみに限定されるものではなく、可視光範囲において概ねＰ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合を含むものである。
【００２５】
また、光源１とカラーフィルター３との間に、図１３（ａ）に示すように、前記光源１からの光をＰ偏光光化する光学素子２０を設けてもよい。この光学素子２０は、Ｐ偏光光は透過させるがＳ偏光光は反射させる偏光ビームスプリッタ２０ａ，２０ｂと、前記偏光ビームスプリッタ２０ｂの光出射側に配置され、Ｓ偏光光をＰ偏光光化させる１／２λ板２０ｃとから成る。このような光学素子２０を設けておくことにより、光源１からの光の利用の無駄を極力少なくすることができ、カラー液晶表示装置の一層の高輝度化が図れる。なお、かかる光学素子２０は一例であり、このような構造のものに限られるものではない。
【００２６】
（実施の形態２）
次に、この発明の他の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同様の機能を有する部材には同一の符号を付記してその説明を省略している。
【００２７】
図５は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。このカラー液晶表示装置は、透過型の回折格子（この実施の形態では回折格子としてホログラムを用いている）から成るカラーフィルター３０を備えている。このカラーフィルター３０は、図６に示しているように、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの可視光範囲で、Ｓ偏光光に対する回折効率が斜め４５度偏光光に対する回折効率よりも常に高くなっている。なお、カラーフィルター３０への入射角度Φと、カラーフィルター３にて回折分光されたＧ色成分における透過光の出射角度Ψは、入射角度Φ＞出射角度Ψの関係を持つようにしてある。
【００２８】
液晶パネル１０′は、前記カラーフィルタ３０にて回折分光された反射光を入射する入射側偏光板４′と、この入射側偏光板４′の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ５と、このマイクロレンズアレイ５の光出射側に配置された液晶層部６と、この液晶層部６の光出射側に配置された出射側偏光板７′とから成る。前記入射側偏光板４′は、その光透過軸方向がＳ偏光光に対応するように設定されている。また、出射側偏光板７′は、その光透過軸方向が前記Ｓ偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定されている。
【００２９】
これによれば、入射側偏光板４′の光透過軸方向がＳ偏光光に対応するように設定された前記の液晶パネル１０′は、前記カラーフィルター３０からＳ偏光光を得て表示を行うことができる。そして、上記Ｓ偏光光は図６に示したように回折効率が高いから、光源１の光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れる。
【００３０】
図７は、この実施の形態のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。図５に示したカラー液晶表示装置との相違点は、入射側偏光板４０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対応するように設定され、出射側偏光板７０の光透過軸方向が前記斜め４５度偏光光に対して９０度回転された方向に対応するように設定された液晶パネル１１を備えている点と、当該液晶パネル１１の光入射側に位相差フィルム（又はパネル）１２が備えられている点である。そして、この位相差フィルム１２は、前記カラーフィルター３にて反射されたＳ偏光光を斜め４５度偏光光に変換するものである。
【００３１】
かかる構成であれば、入射側偏光板４０の光透過軸方向が斜め４５度偏光光に対応するように設定された液晶パネル１１は、位相差フィルム１２から斜め４５度偏光光を得て表示を行うことができる。かかる液晶パネルは一般的に用いられているものであるから、カラー液晶表示装置のコスト低減が図れる。そして、上記斜め４５度偏光光はカラーフィルター３０を透過したＳ偏光光を偏光方向回転させて得られるものであり、上記Ｓ偏光光は図６に示したように回折効率が高いから、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。
【００３２】
なお、カラーフィルター３０は、全可視光範囲（特に、波長が４００ｎｍから７００ｎｍの範囲）において常にＳ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合のみに限定されるものではなく、可視光範囲において概ねＳ偏光光が斜め４５度偏光光よりも回折効率が高い場合を含むものである。
【００３３】
また、光源１とカラーフィルター３０との間に、図１３（ｂ）に示すように、前記光源１からの光をＳ偏光光化する光学素子２１を設けてもよい。この光学素子２１は、Ｐ偏光光は透過させるがＳ偏光光は反射させる偏光ビームスプリッタ２１ａ，２１ｂと、前記偏光ビームスプリッタ２１ａの光出射側に配置され、Ｐ偏光光をＳ偏光光化させる１／２λ板２１ｃとから成る。このような光学素子２１を設けておくことにより、光源１からの光の利用の無駄を極力少なくすることができ、カラー液晶表示装置の一層の高輝度化が図れる。なお、かかる光学素子２１は一例であり、このような構造のものに限られるものではない。
【００３４】
次に、カラーフィルターが反射型の回折格子（表面レリーフ型）から成る場合を例に、当該カラーフィルターを、可視光の範囲においてＰ偏光光の効率＞Ｓ偏光光の効率とするための条件（範囲）について説明する。図８（ａ）は反射型の回折格子を模式的に示した縦断側面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢示Ａ部分の拡大図である。同図（ｂ）に示すように、頂角をθtp、ブレーズ角をθB、溝ピッチをｐとするとき、θtp＝７０°〜９０°、θB ＝１７°〜２５°、ｐ＝５００ｎｍ〜９００ｎｍの条件（範囲）に設定する。なお、可視光の範囲においてＰ偏光光の効率＞Ｓ偏光光の効率とするための条件が、かかる範囲に限定されないことは勿論である。
【００３５】
次に、上記図１、図３、図５、及び図７に示した、入射角度Φと出射角度又は反射角度（以下、回折角という）Ψとの関係について説明する。入射角度Φと回折角Ψとは、前述のごとく、Φ＞Ψの関係を持つようにしてある。なお、入射角度Φと回折角Ψの正負関係は図９に示すようになっている。従って、光入射側の正（＋）領域側から入射角度が例えば４０度で光が入射した場合、反射型の回折格子から成るカラーフィルター３にあっては、反射光が光入射側の正（＋）領域側で４０度未満の範囲、及び光入射側の負（−）領域側に存在する場合に上記の関係を満たすことになり、透過型の回折格子から成るカラーフィルター３０にあっては、透過光が光出射側の正（＋）領域側で４０度未満の範囲及び光出射側の負（−）領域側に存在する場合に上記の関係を満たすことになる。
【００３６】
ここで、前記のマイクロレンズアレイ６が用いられる場合には、光源１の照明光において特に平行度が求められる。例えば、液晶パネル１０，１０′，１１に入射するときに±３度程度の平行度が要求されることがあるが、従来においては、照明光と入射角と回折角との関係については全く考慮されていなかった。この発明では、上記のごとくΦ＞Ψの関係を持つようにしてあるので、カラーフィルター３，３０に入射するときの平行度は液晶パネルに入射するときに求められる角度（±３度）よりも大きくてよいことになる。従って、光源１の照明光に要求される平行度は緩和され、光源１の照明範囲の大きさを大きくとれることになるため、光源光の利用効率が高くなり、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。
【００３７】
回折角Ψを０度とした場合には、カラーフィルター３，３０と液晶パネル１０，１０′，１１とを平行に配置できるので、これらの組付けにおける精度確保が比較的容易になるという利点があるが、Ψ＜０（即ち、非平行）とするのが光の利用効率向上のために望ましいということを見い出すことができた。これについて以下に説明する。
【００３８】
図１０は、カラーフィルターを成すホログラムのグレーティングピッチｄを横軸にとり、縦軸に回折角（Ψ545 ）及び入射角Φをとったグラフである。このグラフは、以下の第１式と第２式とにより求められる。
【００３９】
【数１】
Ψ：ホログラムからの回折１次光出射角（回折角）
λ：波長
ｄ：ホログラムのグレーティイングピッチ
Ψ620：６２０ｎｍの回折１次光出射角
Ψ545：５４５ｎｍの回折１次光出射角
【００４０】
上記図１０のグラフからは、ΦとΨとｄの相互の関係を知ることができる。そして、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、光源光の拡がり角をθA としたとたきのホログラムを経た光の拡がり角をθB を求め、各Φ，Ψについて、θB ／θAを求めると、図１１に示すグラフが得られる。この図１１のグラフの横軸はΦ−Ψであり、縦軸はｅ（ｅ＝θB ／θA ）である。この図１１から分かるように、Φ−Ψが大きければ大きいほどｅは小さくなり、ｅ＜１の場合において、光源１の照明光に要求される平行度は緩和され、カラー液晶表示装置の高輝度化が図れることになる。ｅ＜１の場合とは、Φ−Ψ＞０の場合であり、図１０においては、ハッチングで表している部分に相当する。そして、図１１のグラフにおいて最もｅが小さなるときは、Ψ＝−６°のときである。つまり、Ψ＝０°であることが高輝度化において最適となるのではなく、Ψ＜０とすることが高輝度化において好適となることが見い出される。この発明では、Φ＞Ψ且つΨ＜０とすることにより、カラー液晶表示装置の高輝度化を図っている。
【００４１】
（実施の形態３）
図１４は、この発明の実施の形態の立体映像表示が行えるカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。楕円反射鏡２の第１焦点位置に配置された光源（例えば、メタルハライドランプ）５１から出射されたＲ，Ｇ，Ｂの色成分を含む光は、楕円反射鏡の第２焦点位置の近傍に配置されたスリット板５２を経ることで不要光成分（平行度を低くしてしまう部分）が除去され、更にコリメータレンズ５３にて平行光化されて偏光ビームスプリッタ５４に至る。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ５４に至った光は、これを直進透過して得られるＰ偏光光と、前記直進方向に対して９０°の角度で反射して得られるＳ偏光光とに分離される。
【００４３】
Ｐ偏光光が入射される位置には、反射型の回折グレーティングから成る第１の回折カラーフィルター５５が設けられている。反射型の回折グレーティングは、実施の形態１等で述べたように、Ｐ偏光光に対して高い回折効率を持っている。第１の回折カラーフィルター５５により、光は赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光され、各色光は、第１の液晶パネル５６における赤色用画素、緑色用画素、及び青色用画素にそれぞれ導かれる。第１の液晶パネル５６は、映像信号に応じて各色用の画素の透過量が制御されており、前記Ｐ偏光光の各色光が変調され、映像光となって第１の投写レンズ５７に至る。なお、第１の液晶パネルには、液晶パネルのラビング方向に応じて、位相差フィルムを設置したＰ偏光光に対応する入射側偏光板と、Ｓ偏光光を出射する出射側偏光板がある。投写レンズ５７は、前記映像光を拡大して図示しないスクリーンに投影するようになっている。
【００４４】
一方、Ｓ偏光光が入射される位置には、第１のλ／２位相差板５８および全反射ミラー５９が備えられ、前記全反射ミラー５９にて反射された光が入射される位置に反射型の回折グレーティングから成る第２の回折カラーフィルター６０が設けられている。即ち、前記のＳ偏光光は、前記第１のλ／２位相差板５８にてＰ偏光光に変換された上で前記第２の回折カラーフィルター６０に入射し、当該Ｐ偏光光が反射するときに赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光される。
【００４５】
前記第２の回折カラーフィルター６０の反射光が入射される位置には、第２の液晶パネル６２が設けられている。即ち、赤色、緑色、及び青色にそれぞれ色分光された各色のＰ偏光光は、前記第２の液晶パネル６２における赤色用画素、緑色用画素、及び青色用画素にそれぞれ導かれる。第２の液晶パネル６２は、映像信号に応じて各色用の画素の透過量が制御されており、前記Ｐ偏光光の各色光が変調され、映像光となって第２の投写レンズ６３に至る。なお、第２の液晶パネルには、液晶パネルのラビング方向に応じて、位相差フィルムを設置したＰ偏光光に対応する入射側偏光板と、Ｐ偏光光を出射する出射側偏光板がある。投写レンズ５７は、前記映像光を拡大して前記スクリーンに投影するようになっている。
【００４６】
図示しない映像信号供給部は、前記第１の液晶パネル５６に左眼用映像を、第２の液晶パネル６２に右眼用映像をそれぞれ供給するようになっている。このように映像が各液晶パネルに供給された場合、スクリーン上に投写された左眼映像はＳ偏光光であり、右眼映像はＰ偏光光であるため、左眼にはＰ偏光光を吸収しＳ偏光光と透過する偏光板を、右眼にはＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を吸収する偏光板を備えた偏光メガネを装着することにより、左右眼にそれぞれ対応した映像が観察され、良好なカラー立体映像が得られる。
【００４７】
そして、前記回折カラーフィルター５５，６０は反射型の回折グレーティングからなり、この反射型の回折グレーティングは、実施の形態１で説明したように、Ｐ偏光光に対して高い回折効率を有している。図１４の構成であれば、偏光ビームスプリッタ５４を透過して得られるＰ偏光光はそのまま第１の回折カラーフィルター５５に導かれて高い回折効率で色分光され、また、偏光ビームスプリッタ５４を反射して得られるＳ偏光光はλ／２位相差板５８にてＰ偏光光に変換された上で第２の回折カラーフィルター６０に導かれて高い回折効率で色分光されることになり、観察者に立体映像を認識させるための右眼用映像と左眼用映像とを共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。
【００４８】
また、この実施の形態では、この偏光メガネを用いて立体視を行う構成としたが、これ以外の立体映像表示、例えば、レンチキュラーレンズ板を用いる方法等にも用いることができる。
【００４９】
また、このような立体映像表示に限らず、２次元映像表示装置として用いることもできる。例えば、１フレームを構成する２フィールドのうち奇数側フィールドを一方の液晶パネル５６に表示し、偶数側フィールドを他方の液晶パネル６２に表示するようにすることが考えられる。この場合、カラー液晶パネルとしてストライプ配列のものを用いる場合には、スクリーン上での重ね合わせ画像において、一方の液晶パネルのＲ（赤）用画素部の位置が他方の液晶パネルのＲ用画素部の位置より１．５画素分ずれるようにすると、水平解像度を向上させることができる。また、液晶パネルとしてデルタ配列のものを用いる場合には、スクリーン上での重ね合わせ画像において、一方の液晶パネルと他方の液晶パネルの画素配置関係を１画素分ずれるようにすると、水平解像度を向上させることができる。
【００５０】
また、この実施の形態３では、回折カラーフィルターとして反射型の回折グレーティングを用いた場合の構成を示したが、透過型の回折ホログラムを用いて色分光をする構成とすることもできる。この透過型の回折ホログラムを用る構成を図１４を流用して簡単に説明すると、実施の形態２で示したように、透過型の回折ホログラムは、Ｓ偏光光に対する回折効率が高いので、偏光ビームスプリッタ５４を透過して得られるＰ偏光光を入射する位置にλ／２位相差板を設け、Ｐ偏光光をＳ偏光光化した上で透過型の回折ホログラムに導く。一方、偏光ビームスプリッタ５４を反射して得られるＳ偏光光を入射する側ではそのままＳ偏光光を透過型の回折ホログラムに導けばよい。
【００５１】
（実施の形態４）
この実施の形態のカラー液晶表示装置は、図１５に示すように、二つの偏光ビームスプリッタ７４（分離用），８４（合成用）を用いることで、一つの投写レンズ８５で二映像をスクリーン８６に投影するようにしている。光源７１から出射された光は、楕円リフレクタ７２にて反射され、コリメータレンズ７３で平行光化され、偏光ビームスプリッタ７４に入射されると、これを透過して得られるＰ偏光光と反射して得られるＳ偏光光とに分離され、前記Ｐ偏光光は反射型の回折グレーティング７７にて反射されて色分光され、前記Ｓ偏光光は位相差板７５にてＰ偏光光化された上で反射型の回折グレーティング７６にて反射されて色分光される。そして、前記回折グレーティング７７にて色分光されたＰ偏光光は、Ｐ偏光光を斜め４５度偏光光に変換する位相差板を備えた入射側偏光板７８、液晶パネル８０、及び斜め４５度偏光光をＳ偏光光に変換する位相差板を備えた出射側偏光板８２を順次経て偏光ビームスプリッタ８４に入射し、Ｓ偏光光ゆえに偏光ビームスプリッタ８４に反射されて投写レンズ８５に到る。また、前記回折グレーティング７６にて色分光されたＰ偏光光は、Ｐ偏光光を斜め４５度偏光光に変換する位相差板を備えた入射側偏光板７９、液晶パネル８１、及び斜め４５度偏光光をＰ偏光光に変換する位相差板を備えた出射側偏光板８３を順次経て偏光ビームスプリッタ８４に入射し、Ｐ偏光光ゆえに偏光ビームスプリッタ８４を透過して投写レンズ８５に到る。
【００５２】
かかる構成においても、実施の形態３と同様、Ｐ偏光光の状態において反射型の回折グレーティング７６，７７にて高い回折効率で色分光されることになり、二つの映像を共に高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができる。また、立体映像用に限らず、水平解像度を向上した２次元映像用としても用いることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のカラー液晶表示装置によれば、光源光に要求される照明光の平行度を緩和し光源光の利用効率を高くして高輝度化が図れる。また、光源から出射された光を偏光ビームスプリッタによりＳ偏光光とＰ偏光光とに分離し、各偏光光を回折格子を用いたカラーフィルターで色分光して二つの液晶パネルにそれぞれ導いて二つの映像を投影する構成のカラー液晶表示装置にあっては、二つの映像をともに高輝度化でき、且つ両映像間の輝度差を無くすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。
【図２】 この発明の第１の実施の形態のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターの回折効率を示したグラフである。
【図３】 図１のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。
【図４】 図３の機能を説明する説明図である。
【図５】 この発明の第２の実施の形態のカラー液晶表示装置の構成を簡略的に示した模式図である。
【図６】 この発明の第２の実施の形態のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターの回折効率を示したグラフである。
【図７】 図５のカラー液晶表示装置の変形例を示した模式図である。
【図８】 同図（ａ）はこの発明のカラーフィルターを成す反射型回折格子の断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢示Ａ部分の拡大図である。
【図９】 この発明のカラーフィルターを成す回折格子の入射角と反射角の正負関係を示す説明図である。
【図１０】 この発明のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターのグレーティングピッチと回折角および入射角との関係を示したグラフである。
【図１１】 この発明のカラー液晶表示装置におけるカラーフィルターへの入射角と回折角の差異を横軸にとり、縦軸に出射光の拡がり角と入射光源光の拡がり角との比率をとって示したグラフである。
【図１２】 同図（ａ）は反射型の回折格子を用いる場合の、同図（ｂ）は透過型の回折格子を用いる場合の図１１における出射光の拡がり角と入射光源光の拡がり角とをそれぞれ説明するための説明図である。
【図１３】 同図（ａ）は光源からの光をＰ偏光光化する光学素子の模式図であり、同図（ｂ）は光源からの光をＳ偏光光化する光学素子の模式図である。
【図１４】 この発明の実施の形態３のカラー液晶表示装置を示す構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４のカラー液晶表示装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 楕円反射鏡
３ カラーフィルター
３０ カラーフィルター
４ 入射側偏光板
４′ 入射側偏光板
４０ 入射側偏光板
５ マイクロレンズアレイ
６ 液晶層部
７ 出射側偏光板
７′ 出射側偏光板
７０ 出射側偏光板
８ 投写レンズ
９ スクリーン
１０ 液晶パネル
１０′液晶パネル
１１ 液晶パネル
１２ 位相差フィルム
Claims (4)
- 光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
- 光を回折格子により回折分光し所定の分散角で異なる色成分に分散させるカラーフィルターを二つ、液晶パネルを二つ備え、光源からの光を偏光ビームスプリッタによって振動面が互いに直交する第１の方向の偏光光と第２の方向の偏光光とに分離し、第２の方向の偏光光を位相差板により第１の方向の偏光光に変換した上でそれぞれ前記カラーフィルターに導き、色分光を行わせて前記液晶パネルに導き、各液晶パネルにて変調して得られる両映像をスクリーン上に重ね合わせて投写するようになっているとともに、一方の液晶パネルに一方の眼用の映像を表示し、他方の液晶パネルに他方の眼用の映像を表示するようになっていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
- 前記カラーフィルターは反射型グレーティングであり、前記第１の方向を有する偏光光はＰ偏光光であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記カラーフィルターは透過型ホログラムであり、前記第１の方向を有する偏光光はＳ偏光光であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のカラー液晶表示装置。
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