JP3724216B2 - Reflective light modulation element and projection display device - Google Patents

Reflective light modulation element and projection display device Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型の光変調素子と、それを用いて形成された表示画像をスクリーン上に投写表示する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラー表示が可能な光変調素子を１枚用いて構成した単板方式の投写型表示装置（いわゆるプロジェクター）では、その光学的な構成が簡単であることから、小型化、軽量化、及び低価格化を実現しやすいという特徴がある。
【０００３】
この単板方式の投写型表示装置に用いる光変調素子として、特開平８−２４０８６８号公報に開示されている様なカラーフィルターを使用しない色光分離型の反射型光変調素子が注目されている。この種の色光分離型の反射型光変調素子（以下では単に反射型光変調素子と呼称する）を用いて構成した投写型表示装置の光学構成の一例を図９（Ａ）、（Ｂ）を用いて簡単に説明する。
【０００４】
反射型光変調素子７００は、光が入射する側に設けた透明な第１の電極１３０と、３種類の色光（赤光、緑光、青光）に対応する３種類の反射型画素電極７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１Ｂからなる画素ユニット７０２を基本的な繰り返し単位として、その画素ユニット７０２を平面状に配列して構成した第２の電極１４０と、両者の電極に挟持された光変調層（液晶層）１５０と、３種類の色光を画素ユニット内の対応する各々の反射型画素電極部分に導き入れるための集光手段１１０と偏向手段１２０とを備えている。
【０００５】
光源部４１０から出射された照明光は、まず、ダイクロイックミラー（色光分離手段）４２０によって進行方向が異なる３種類の色光（赤光、緑光、青光）に分離された後、偏光ビームスプリッタ（偏光分離手段）４４０によって１種類の偏光光（例えばＳ偏光光）となり、第１レンズアレイ（集光手段）１１０に入射する。ここで、第１レンズアレイを構成する第１微小レンズ１１１は画素ユニットの配列と対応しており、すなわち、１つの第１微小レンズ１１１が画素ユニット内の３種類の反射型画素電極７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１Ｂと対応しており、第１微小レンズ１１１に入射した照明光は色光毎に空間的に異なる位置に集光されつつ第２レンズアレイ１２０に達する。従って、この第１微小レンズ１１１を照明光が通過することによって、３種類の反射型画素電極に対応し、なおかつ空間的に分離された色光が形成されることになる。その後、これらの色光は、第２レンズアレイ（偏向手段）１２０を構成する第２微小レンズ１２１によって、その進行方向が第２微小レンズ１２１への入射位置に応じて曲げられ、各々の色光の主光線の方向が反射型画素電極７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１Ｂの反射面と略垂直となる状態で光変調層である液晶層１５０に入射する。入射した照明光は液晶層１５０を往復する間に変調を受け（偏光状態を変え）、同時に、反射面で反射されて、入射時と略同一の経路を逆に辿って再び偏光ビームスプリッタ４４０に入射する（以下では、この様な光を戻り光と呼称する）。偏光ビームスプリッタ４４０は変調を受けた各色光の内の特定の偏光光（例えばＰ偏光光）のみを透過させ投写レンズに導き入れる。そして、投写レンズ４７０は反射型光変調素子に形成されたカラー画像をスクリーン上（図示せず）に投写表示する。
【０００６】
この様な反射型光変調素子では、光変調素子への入射方向が予め分離された３種類の色光からなる照明光を光変調素子の対応する画素に空間的に分離しながら入射させて各々の色光を変調するため、従来のカラーフィルターを用いて構成した光変調素子と比べて、大きな光損失を伴うことなくカラー画像を形成することができ、また、光変調素子が反射型であることから、光の変調を行う画素（反射面）と画素部分に所定の電圧を印加する回路素子とを、光変調素子の厚み方向に立体的に配置することができるため、平面上に配列される画素の高密度化を比較的容易に実現できる等の特徴がある。従って、この種の反射型光変調素子では明るく高精細なカラー画像を比較的容易に実現することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の様な反射型光変調素子では、色表現性が劣り、表現できる色の範囲が狭くなると言う欠点を有している。この点を図１０を用いて説明する。尚、青光と赤光の振る舞いは基本的には同じであるため、図１０では、青光と緑光に注目して説明する。
【０００８】
光源部４１０から出射される照明光は、ある角度分布を有する発散光或いは集束光であり、いわゆる完全な平行光ではない。従って、第１及び第２レンズアレイによって集光された各々の色光はある有限の大きさの集光像７６０を形成し、その集光像７６０の大きさは光源部から出射される照明光の平行性が低下するほど大きくなる。また、第２レンズアレイ１２０と第２の電極１４０との間には、少なくとも第１の電極１３０と光変調層１５０を配置する必要があることから、第２の電極１４０である反射型画素電極７０１Ｒ、７０１Ｇ、７０１Ｂは、第２レンズアレイ１２０から離れた場所に配置される。
【０００９】
従って、第１レンズアレイ１１０で集光された各色光は、その光束径を十分に細く絞られない状態で第２レンズアレイ１２０に入射するため、反射型光変調素子に入射した赤、緑、青の各々の色光を対応する画素だけに完全に導き入れる事が出来ず、図１０に斜線で示すように、本来ならば青光用の反射型画素電極７０１Ｂに到達すべき青光の一部７７０が、隣接する赤光用の反射型画素電極７１１Ｒに入射する現象が生じる。この赤光用の反射型画素電極７１１Ｒに入射した青光は、赤光用の反射型画素電極７１１Ｒにとっては不要な光であり、その結果、隣接する画素間において混色や色のにじみを生じ、反射型光変調素子全体では、色表現性が低下し、表現できる色の範囲も狭くなる。一方、緑光用の反射型画素電極７０１Ｇは画素ユニット７０２の略中央部に配置されているため、反射型光変調素子に対して略垂直に入射する緑光では、小さな寸法の集光像を形成し易く、上述の青光（や赤光）で生じる隣接画素への不要な光の混入は非常に少ない。
【００１０】
以上のような点に鑑みて、本発明の課題は、隣接画素に入射する不要な光を低減することにより、色表現性に優れ、広範囲の色を表現できる反射型光変調素子を実現することにあり、その様な反射型光変調素子を用いることによって、明るく高品位なカラー画像を投写表示できる投写型表示装置を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（課題を解決するための原理の説明）
まずはじめに、反射型光変調素子を用いた投写型表示装置において、スクリーン上に投写表示される画像と反射型光変調素子に形成された画像との光学的な関係について説明する。尚、ここでは、集光手段及び偏向手段としてレンズアレイを用いた反射型光変調素子を想定している。
【００１２】
主光線の方向が予め分離された赤、緑、青の３種類の色光によって構成された照明光は、集光手段である第１レンズアレイの第１微小レンズによって空間的に分離された色光に変換された後、３種類の色光に対応した各々の反射型画素電極で反射され、戻り光（反射光）となって、照明光が入射したのと同じ位置にある第１微小レンズに戻り、１つの投写光に合成され、スクリーン上に導かれる。ここで、投写レンズを介してスクリーン上に投写表示される画像は、３種類の色光に対応した反射型画素電極の像ではなく、３種類の戻り光（反射光）が再び１つに合成される第１レンズアレイの第１微小レンズ（及びその近傍）の像（色と明るさの分布により形成されるイメージ）に他ならない。このことから、各々の色光が入射する反射型画素電極の寸法形状を、３種類の画素電極間において必ずしも同一に設定する必要はないと言える。即ち、３種類の画素電極間において、各々の画素電極の寸法形状が異なっていても、その寸法形状の違い自体は投写表示される画像に直接影響を及ぼすものではなく、隣接する画素電極への不要な色光の混入と、その結果生じる色光間における戻り光の光量バランスの不均一性こそが投写画像に直接影響を及ぼすと言える。
【００１３】
従って、第１レンズアレイで集光され第２レンズアレイで主光線の方向が曲げられた各々の色光を、対応する反射型画素電極だけに入射させ、そこで反射されて第１レンズアレイの第１微小レンズに戻ってくる戻り光の光量を３種類の反射型画素電極間において等しくなるように、各々の色光の集光状態や集光位置に応じて反射型画素電極の寸法形状やその配置の仕方を最適化した反射型光変調素子を構成すれば、明るく、色表現性に優れた投写画像を実現することができる。
【００１４】
（課題を解決するための手段及びその作用・効果）
上記課題を解決するために、本発明に係わる第１の反射型光変調素子は、光が入射する側に設けた透明な第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けた互いに異なる複数色の色光用の複数の反射型画素電極を画素ユニットとし、前記画素ユニットを所定の順序でマトリックス状に配列した第２の電極と、前記第１と第２の電極との間に設けた光変調層と、前記第１の電極側に配置され、入射方向が異なる前記複数色の色光の入射光の各々を集光して対応する前記反射型画素電極に導く集光手段と、前記集光手段と前記第１の画素電極との間に配置され、前記集光手段から入射する前記複数色の色光の各々の主光線の出射方向を対応する前記反射型画素電極の略法線方向に向ける偏向手段とを有し、入射方向が予め分離された前記複数色の色光を照明光として用いる反射型光変調素子において、前記画素ユニットを構成する前記複数の反射型画素電極のうち、少なくとも１つの反射型画素電極の寸法形状が、他の反射型画素電極の寸法形状と異なっていることを特徴とする。
【００１５】
上記の第１の反射型光変調素子の構成によれば、集光手段によって集光された各々の色光の集光像の大きさ（光束径）やその集光位置に応じて、光が反射する反射型画素電極の大きさを設定することが出来るので、各々の色光を対応する特定の反射型画素電極だけに効率よく導くことが出来る。従って、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光を低減でき、その結果、明るく、色表現性に優れた表示画像を実現することが出来る。尚、集光手段及び偏向手段としては、微小レンズをアレイ状に配列して構成したレンズアレイや回折素子、及び、ホログラム素子等を用いることが出来る。
【００１６】
また、本発明に係わる第２の反射型光変調素子は、光が入射する側に設けた透明な第１の電極と、前記第１の電極に対向して設けた互いに異なる複数色の色光用の複数の反射型画素電極を画素ユニットとし、前記画素ユニットを所定の順序でマトリックス状に配列した第２の電極と、前記第１と第２の電極との間に設けた光変調層と、前記第１の電極側に配置され、入射方向が異なる前記複数色の色光の入射光の各々を集光して対応する前記反射型画素電極に導く集光手段と、前記集光手段と前記第１の画素電極との間に配置され、前記集光手段から入射する前記複数色の色光の各々の主光線の出射方向を対応する前記反射型画素電極の略法線方向に向ける偏向手段とを有し、入射方向が予め分離された前記複数色の色光を照明光として用いる反射型光変調素子において、前記画素ユニットを構成する前記３つの反射型画素電極を前記画素ユニットの略中央部付近に配置し、隣接する画素ユニットとの境界部付近には反射型画素電極を配置しない構成としたことを特徴とする。
【００１７】
反射型光変調素子の集光手段が、複数の微小レンズをマトリックス状に配列して構成したレンズアレイによって構成されている場合を想定すると、隣接する画素ユニット間の境界部付近に入射した光の一部は、反射型画素電極で反射された後、入射時に通過してきた微小レンズとは異なる他の微小レンズに入射する。特に、画素ユニット間の境界部付近では、赤光用の反射型画素電極と青光用の反射型画素電極が画素ユニット間の境界を挟むように両隣して配置されるため、この様な反射型画素電極の配置状態で、隣接する反射型画素電極に不要な色光が入射した場合には、色光の波長が大幅に異なっているため、色表現性に大きな影響を与える。この様な反射型画素電極の配置状態であっても、上記の第２の反射型光変調素子の構成を採用すれば、画素ユニット間の境界部付近には反射型画素電極が配置されないため、この領域に入射した光は有効に反射されず、レンズアレイ（集光手段）に戻る光は極めて減少する。その結果、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光を低減でき、明るく、色表現性に優れた表示画像を実現することが出来る。尚、上記の反射型画素電極の構成は、集光手段に回折素子やホログラム素子を用いた場合においても同様に効果的である。
【００１８】
ここで、本発明に係わる第１の反射型光変調素子に採用されている反射型画素電極の配置構成と、本発明に係わる第２の反射型光変調素子に採用されている反射型画素電極の配置構成とを併用しても良い。すなわち、本発明に係わる第２の反射型光変調素子においては、前記画素ユニットは３つの反射型画素電極からなり、該３つの反射画素電極のうち、少なくとも１つの反射型画素電極の寸法形状が、他の反射型画素電極の寸法形状と異なっていることを特徴とする。
【００１９】
この様な構成を採用すれば、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光をより一層低減できるので、明るく、色表現性に優れた表示画像を実現することが出来る。
【００２０】
さらに、色光が方向分離される方向に対して直交する方向においては、同じ色光に対応する同種類の反射型画素電極は一列に配置されているので、この方向に並ぶ反射型画素電極間においては、隣接する反射型画素電極に入射する光のほとんどは同じ色光であり、従って、この様な光が隣接する反射型画素電極に入射しても色表現性に与える影響は小さい。従って、本発明に係わる第２の反射型光変調素子において、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向においては、隣接する画素ユニットとの境界部付近には前記反射型画素電極を配置せず、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向に対して直交する方向においては、隣接する画素ユニットとの境界部付近にも前記反射型画素電極を配置した構成とすることが望ましい。この様な構成を採用すれば、画素ユニット内の反射型画素電極が並ぶ方向に対して直交する方向においては、可能な限り大きな寸法の反射型画素電極を配置することが出来るため、色光の反射光量を増加でき、明るい表示画像を実現することが出来る。勿論、色表現性に大きな影響を与える不要な光が隣接する反射型画素電極に入射する現象を効果的に抑制できるため、色表現性を低下させることはほとんどない。
【００２１】
また、上記の第１及び第２の反射型光変調素子では、前記画素ユニットを構成する前記複数の反射型画素電極のうち、中央に位置する反射型画素電極の、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向における寸法が、他の反射型画素電極よりも小さく設定した構成を採用することが出来る。画素ユニットの中央部に配置された反射型画素電極に入射する色光は、偏向手段によってその進行方向をほとんど曲げられない光であるため、一般的には、小さな寸法の集光像を形成し易い。それに対して、画素ユニットの両側に配置された反射型画素電極に入射する色光は、偏向手段によってその進行方向を曲げられた光であるため、小さな寸法の集光像を形成し易くはない。従って、上記の構成を採用することにより、画素ユニットの両側に配置された反射型画素電極の寸法を大きくできるので、色表現性に大きな影響を与える不要な光が隣接する反射型画素電極に入射する現象を抑制しつつ、色光の反射光量を増加でき、明るく、色表現性に優れた表示画像を実現することが出来る。尚、画素ユニットの略中央部に緑光用の反射型画素電極を、その両側に赤光用及び青光用の反射型画素電極を配置する場合には、集光手段によって形成される集光像の寸法は色光の波長に比例することを考慮して、赤光用の反射型画素電極の寸法を最も大きくし、緑光用の反射型画素電極の寸法を最も小さく設定すれば、色表現性の向上に対して一層効果的である。
【００２２】
本発明に係わる第１の投写型表示装置は、前記の反射型光変調素子と、略平行な光を出射する光源部と、前記光源部からの光を互いに波長域が異なる複数色の色光に分離すると共に、各々の色光の進行方向を分離する色光分離手段と、前記色光分離手段からの３つの色光の各々を、さらに偏光状態の異なる２種類の偏光光に分離し、前記一方の偏光状態を有する前記複数色の色光を前記反射型光変調素子に入射させる偏光分離手段と、前記反射型光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
或いは、本発明に係わる第２の投写型表示装置は、略平行な光束を出射する光源部と、前記光源部からの光を偏光状態の異なる２種類の偏光光に分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段からの偏光光の内の一方の偏光光を、さらに互いに波長域が異なる複数色の色光に分離すると共に、各々の色光の進行方向を分離する色光分離手段と、前記反射型光変調素子で変調された光束をスクリーン上に投写する投写手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
以上の本発明に係わる第１及び第２の投写型表示装置は、前記の反射型光変調素子を用いて構成されているので、明るく、色表現性に優れた高品位なカラー画像を投写表示することができる。ここで、前記の第１の投写型表示装置に採用した構成によれば、反射型光変調素子と投写手段との間には主に偏光分離手段だけが配置されるので、反射型光変調素子と投写手段との間の距離を比較的短く設定でき、その結果として、明るい投写画像を表示することが出来る。一方、前記の第２の投写型表示装置に採用した構成によれば、偏光分離手段には発散角が比較的小さな光を入射させることができるので、偏光分離手段における偏光分離性能の入射角依存性を低減でき、その結果として、コントラスト比の高い投写画像を表示することが出来る。尚、反射型光変調素子と投写手段との間に配置される色光分離手段を屈折率の高いガラスプリズムで構成すれば、反射型光変調素子と投写手段との間の距離をより短く設定できるため、光利用効率の高い、より一層明るい投写画像を表示できる投写型表示装置を実現することが出来る。
【００２５】
さらに、上記第１及び第２の投写型表示装置において、前記色光分離手段と前記偏光分離手段の両方の機能を兼ね備えた光分離手段を、前記色光分離手段と前記偏光分離手段に代えて用いることができる。その場合にも、反射型光変調素子と投写手段との間の距離をより短く設定できるため、光利用効率の高い、より一層明るい投写画像を表示できる投写型表示装置を実現することが出来る。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を各実施例に基づいて説明する。尚、以下の実施例においては、特にことわりのない限り、互いに直交する３つの方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。
【００２７】
（第１実施例）
図１（Ａ）は、本発明の第１実施例に使用される色光分離型の反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図であり、図１（Ｂ）はその反射型光変調素子に形成されている反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、この反射型光変調素子１００は、主に、光が入射する側から順に、集光手段である第１レンズアレイ１１０、偏向手段である第２レンズアレイ１２０、第１の電極である透明電極１３０、及び、第２の電極である複数の反射型画素電極１４０とを備えており、透明電極１３０と反射型画素電極１４０との間には光変調層である液晶層１５０が形成されている。第１レンズアレイ１１０は複数の第１微小レンズ１１１によって、また、第２レンズアレイ１２０は複数の第２微小レンズ１２１によって各々形成されており、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂからなる一つの画素ユニット１４９に対して、一つの第１微小レンズ１１１及び一つの第２微小レンズ１２１が各々対応した構成となっている。第１レンズアレイ１１０は、第１レンズアレイに異なる角度で入射する赤光１６０Ｒ、緑光１６０Ｇ、青光１６０Ｂの各々を集光する機能（集光作用）を有し、第２レンズアレイ１２０は、第２レンズアレイを通過する光束の主光線の方向を変化させる機能（偏向作用）を有している。尚、本例においては、画素ユニット１４９の両端に赤光用及び青光用の反射型画素電極１４０Ｒ、１４０Ｂを配置した構成としているが、これに限定されるものではない。
【００２９】
それぞれ異なる角度で反射型光変調素子１００に入射した赤光１６０Ｒ、緑光１６０Ｇ、青光１６０Ｂの光束は、第１レンズアレイ１１０を構成する第１微小レンズ１１１によって各々集光され、反射型光変調素子への入射角の違いに応じて、第２レンズアレイ１２０を構成する第２微小レンズ１２１上の異なる位置に入射する。ここで、赤光１６０Ｒと青光１６０Ｂは反射型光変調素子の入射面の法線に対してある角度（θＲ＞０、θＢ＞０、θＧ＝０）を伴って入射する色光であるため、第２レンズアレイ１２０の偏向作用によって各々の主光線の方向は液晶層１５０の法線の方向に略一致するように曲げられ、赤光１６０Ｒと青光１６０Ｂは液晶層１５０に略垂直に入射して、各々対応する赤光用及び青光用の反射型画素電極１４０Ｒ、１４０Ｂで反射される。一方、反射型光変調素子に対して略垂直に入射する緑光１６０Ｇは、第２微小レンズ１２１の偏向作用をほとんど受けることなく、液晶層１５０に略垂直に入射し、緑光用の反射型画素電極１４０Ｇで反射される。液晶層１５０に入射した色光は、液晶層を往復する間に外部からの画像信号（図示せず）に応じて変調される。反射型画素電極で反射された色光は、入射時の光路と略同一の光路を逆に通って、すなわち、赤光１６０Ｒと青光１６０Ｂは第２微小レンズ１２１でその進行方向を再び曲げられ、一方、緑光１６０Ｇは第２微小レンズ１２１でその進行方向をほとんど曲げられることなく反射型光変調素子１００から出射される。
【００３０】
次に、反射型画素電極１４０の平面的な配置状態について、図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ｂ）に示すように、本例の反射型画素電極１４０は、３種類の反射型画素電極間においてその寸法形状が全く同一ではなく、３種類の色光の集光状態に応じて、反射型画素電極の寸法形状が各々異なっている。すなわち、色光の入射方向が分離される方向（Ｘ方向）における反射型画素電極の寸法は、赤光用、青光用、緑光用の順に小さく（ＤＲ＞ＤＢ＞ＤＧ）、一方、色光の入射方向が分離されない方向（Ｙ方向）における反射型画素電極の寸法（ＤＹ）は、いずれも同じに設定されている。
【００３１】
このように３種類の反射型画素電極の寸法形状を設定し、各々の色光を対応する反射型画素電極の略中央部に集光した状態で入射させれば、色光の集光状態を考慮して反射型画素電極の寸法と画素ユニット内における配置場所が設定されているので、隣接する反射型画素電極に不要な光として入射する色光を低減することができる。また、戻り光（反射型画素電極で反射された光）が入射時に通過した第２微小レンズとは異なる別の第２微小レンズに入射する現象を抑制することができる。
【００３２】
また、第２微小レンズの周辺部を通過する赤光と青光は、第２微小レンズの中央部を通過する緑光に比べて第２微小レンズの影響をより受け易い。例えば、第２微小レンズの成型精度が悪い場合には、対応する反射型画素電極からずれた位置に色光が集光されたり、集光像の寸法が大きくなるが、その様な現象が生じた場合でも、本例の反射型光変調素子１００では、上記のように３種類の反射型画素電極が設定されているため、隣接する反射型画素電極に不要な光として入射する色光を低減することができる。
【００３３】
さらに、レンズを形成する物質は、一般的にその屈折率などに波長依存性を有するため、色光の波長に応じて集光像の寸法は変化し、また、第２微小レンズによって曲げられる光の角度も、光の波長によって変化する。特に、第１及び第２微小レンズにおける光の回折現象を考慮すると、波長の長い赤光によって形成された集光像の寸法は、赤光よりも波長の短い青光や緑光によって形成された集光像の寸法よりも大きくなるため、隣接する反射型画素電極に不要な光となって入射する割合が最も高い色光は波長がより長い赤光であると言える。しかしながら、本例の反射型光変調素子１００では、３種類の反射型画素電極のＹ方向における寸法を赤光用の反射型画素電極が最も大きく、緑光用の反射型画素電極が最も小さいというように設定しているため、隣接する反射型画素電極に不要な光として入射する色光を効果的に低減することができる。
【００３４】
従って、反射型光変調素子１００に入射した各々の色光は対応する反射型画素電極だけに入射し、そこで反射され、入射時と同一の光路を逆に通って反射型光変調素子から出射されるので、混色や色のにじみ、及び隣接する画素ユニット間における光クロストーク等を防止することができる。その結果、色表現性に優れ、広範囲の色を表現できる反射型光変調素子を実現することが出来る。
【００３５】
尚、隣接する反射型画素電極に不要な別の色光が入射する現象は、反射型光変調素子に入射する光の平行性が低下するほど顕著に生じることから、本例の反射型光変調素子は平行性の悪い照明光を出射する光源の使用を想定した場合には特に効果的であると言える。
【００３６】
（第１実施例の変形例）
第１実施例では、赤光用と青光用の反射型画素電極１４０Ｒ、１４０Ｂの画素電極の寸法形状が、両者の間において異なるように設定されていたが、赤光の集光像の寸法と青光の集光像の寸法の違いは僅かであるので、図２に示すように、赤光用と青光用の反射型画素電極１４１Ｒ、１４１Ｂの寸法形状を両者の間において同一に設定しても良い。すなわち、３種類の色光に対応した３種類の反射型画素電極間において、それらの反射型画素電極の寸法形状は、画素ユニットの中程に配置されている緑光用の反射型画素電極１４１Ｇだけが、画素ユニットの両端に配置されている他の色光用の反射型画素電極に比べて小さく設定されている（ＤＲ＝ＤＢ＞ＤＧ）。この様な構成を採用することにより、第１実施例の場合と同様に色表現性に優れ、広範囲の色を表現できる反射型光変調素子を実現できると共に、反射型光変調素子の設計及び製造をより容易に行えるという特徴がある。
【００３７】
（第２実施例）
次に、別の実施例について説明する。図３（Ａ）は、本発明の第２実施例に使用される色光分離型の反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図であり、図３（Ｂ）はその反射型光変調素子に形成されている反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。この反射型光変調素子２００は、図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明した反射型光変調素子１００と比較した場合、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極の画素ユニット内部における寸法形状や配置の仕方が異なっており、その他の構成は同様である。従って、第１実施例の反射型光変調素子１００と同じ機能を有する部分には同じ番号を付し、重複する部分及びその機能については、説明を省略する。
【００３８】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この反射型光変調素子２００では、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極１４２Ｒ、１４２Ｇ、１４２Ｂを画素ユニット１４９の略中央部付近に配置し、隣接する画素ユニット間の境界部１７０付近には反射型画素電極を配置しない構成となっている。また、３種類の反射型画素電極１４２Ｒ、１４２Ｇ、１４２Ｂの寸法形状はいずれも同一に設定されている。
【００３９】
この様に３種類の反射型画素電極を配置することによって、隣接する画素ユニット間の境界を越えて隣りの画素ユニットの反射型画素電極に入射する不要な光や、入射時とは異なる第２微小レンズを経て第１微小レンズ方向に戻っていく不要な戻り光を低減できるため、色表現性に優れ、広範囲の色を表現できる反射型光変調素子を実現することが出来る。
【００４０】
ここで、反射型画素電極が配置されていない領域、すなわち、隣接する画素ユニット間の境界部１７０付近に入射した光は、変調作用を受けないため、偏光状態を変化させずに反射型光変調素子２００から出射される。従って、ノーマリ黒の表示モードにおいて反射型光変調素子を使用する構成とすれば、反射型画素電極が配置されていない領域に入射した光は、そのまま光源部（図示せず）側に戻っていくため、表示状態に悪影響を及ぼすことはない。
【００４１】
（第２実施例の変形例）
先に第１実施例で示した反射型光変調素子１００の様に、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極に入射する各々の色光の集光性を考慮して、３種類の反射型画素電極のＸ方向における大きさを変えた設定としても良い。例えば、図４に示すように、緑光の集光特性が他の赤光及び青光に対して優れている点を考慮して、緑光用の反射型画素電極１４３ＧのＸ方向における寸法（ＤＧ）を小さくし、その分他の赤光用及び青光用の反射型画素電極１４３Ｒ、１４３ＢのＸ方向における寸法（ＤＲ、ＤＢ）を大きくした構成とすれば、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光をさらに低減できるので、色表現性がより一層優れ、広範囲の色を表現できる反射型光変調素子を実現することが出来る。勿論、第１実施例のように、３種類の反射型画素電極のＹ方向における寸法を赤光用の画素電極が最も大きく、緑光用の画素電極が最も小さいというように設定した構成としても良いことは明白である。
【００４２】
（第３実施例）
先の第２実施例で示した反射型光変調素子２００では、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極を画素ユニットの略中央部付近に配置し、Ｘ方向及びＹ方向の両方向において、隣接する画素ユニットとの境界部付近には反射型画素電極を配置しない構成としたが、色光の入射方向が分離される方向（Ｘ方向）に直交した方向（Ｙ方向）においては、隣接画素に不要な光が入射する可能性は比較的小さく、よって、色表現性に影響を及ぼす可能性も比較的小さいと言える。この点を考慮した別の実施例について説明する。図５（Ａ）は、本発明の第３実施例に使用される色光分離型の反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図であり、図５（Ｂ）はその反射型光変調素子に形成されている反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。この反射型光変調素子３００は、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明した反射型光変調素子２００と比較した場合、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極の画素ユニット内における寸法形状や配置の仕方が異なっており、その他の構成は同様である。従って、第２実施例の反射型光変調素子２００と同じ機能を有する部分には同じ番号を付し、重複する部分及びその機能については、説明を省略する。
【００４３】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この反射型光変調素子３００では、色光の入射方向が分離される方向（Ｘ方向）に沿った境界部１７１付近においては、境界線１７３にほぼ接するように反射型画素電極１４４Ｒ、１４４Ｇ、１４４Ｂを配置し、Ｙ方向に沿った境界部１７２付近においては反射型画素電極を配置しない構成となっている。従って、Ｙ方向に隣接する画素ユニット間においては、反射型画素電極がほぼ隙間無く配置された状態となっている。
【００４４】
この様な構成を採用することにより、反射型画素電極の寸法を大きくできるので、色表現性に及ぼす影響を最小限に抑えつつ、反射型画素電極における反射光量を増加させ、光利用効率の高い反射型光変調素子を実現することが出来る。
【００４５】
尚、本例においても、先の第１実施例で説明したように、赤光用、緑光用及び青光用の３種類の反射型画素電極に入射する各々の色光の集光性を考慮して、３種類の反射型画素電極のＸ方向における大きさを変えた設定としても良い。
【００４６】
（第４実施例）
次に、上記の反射型光変調素子を用いて構成した投写型表示装置について説明する。図６にその光学構成の概要を示す投写型表示装置４００は、主に、略平行な照明光束を出射する光源部４１０、色光分離素子４２０、偏光分離素子４４０、第１実施例で説明した反射型光変調素子１００、及び、反射型光変調素子１００上に形成された表示画像をスクリーン（図示せず）上に投写表示する投写レンズ４７０から構成され、更に、色光分離素子４２０と偏光分離素子４４０との間には入射側偏光板４３０が、また、偏光分離素子４４０と投写レンズ４７０との間には出射側偏光板４６０が、そして、偏光分離素子４４０と反射型光変調素子１００との間には１／４波長板４５０が配置された構成となっている。
【００４７】
色光分離素子４２０は青光反射ダイクロイックミラー４２１、緑光反射ダイクロイックミラー４２２、赤光反射ダイクロイックミラー４２３の３枚のダイクロイックミラーから構成され、各々の反射面は互いに非平行な状態で配置されている。従って、光源部４１０から出射された略平行な照明光束は、３枚のダイクロイックミラー４２１、４２２、４２３によって反射されることによって進行方向が僅かに異なる青光、緑光、赤光に分離され、入射側偏光板４３０を経てほぼ一種類の偏光光束（本例の場合はＳ偏光光束）となった後、偏光分離素子４４０に入射する。尚、光源部４１０として一種類の偏光光束を出射できる光学装置を用いた場合や、後述する偏光分離素子４４０の偏光分離性能が優れている場合には、入射側偏光板４３０を省略しても良い。
【００４８】
偏光分離素子４４０は、入射した光を偏光状態の違いによって２種類の偏光光束に空間的に分離する機能を有するもので、２つの直角プリズム４４１の斜面の間に偏光分離膜４４２を挟み込むようにして形成した偏光ビームスプリッタを用いることが出来る。色光分離素子４２０によって進行方向が僅かに異なる青光、緑光、赤光に分離された各々の色光（Ｓ偏光光束）は、偏光分離素子４４０の偏光分離膜４４２で反射され、１／４波長板４５０を経て、互いに僅かに異なる角度を伴って反射型光変調素子１００に入射する。反射型光変調素子１００では、先に第１実施例で説明したように、外部からの画像信号（図示せず）に応じて光を変調し、画像信号を含んだ反射光束を出射する。すなわち、反射型光変調素子１００に入射したＳ偏光光束は、外部からの画像信号に応じて反射型画素電極毎に偏光面の回転を受け、変調が施された光束はＰ偏光状態となり、変調が施されなかった光束はＳ偏光状態のまま反射型光変調素子１００から出射される。
【００４９】
反射型光変調素子１００からの出射光束は、再度、１／４波長板４５０を経て偏光分離素子４４０に入射する。ここで、反射型光変調素子１００で変調を施されＰ偏光状態となった色光は偏光分離素子４４０の偏光分離膜４４２をそのまま通過し、一方、変調を施されずにＳ偏光状態のままの色光は偏光分離膜４４２で反射され、色光分離素子４２０の方向に戻っていく。偏光分離素子４４０の偏光分離膜４４２を通過した光束は、出射側偏光板４６０を経て、投写レンズ４７０によってスクリーン（図示せず）上に導かれ、反射型光変調素子１００の第１レンズアレイ１１０に形成されたイメージが投写画像となって表示される。尚、１／４波長板４５０は反射型光変調素子１００の変調性能を補うために、また、出射側偏光板４６０は偏光分離素子４４０の偏光分離性能を補うために使用されるが、先の入射側偏光板４３０の場合と同様に、反射型光変調素子１００の変調性能や偏光分離素子４４０の偏光分離性能が優れている場合には省略しても良い。
【００５０】
この様に構成された投写型表示装置４００には、先に第１実施例で説明した反射型光変調素子１００が使用されているので、隣接する表示画素間における色クロストークや、色のにじみ、及び混色が少なく、色表現性に優れた投写画像を得ることができ、また、広範囲の色を表現することができる。さらに、反射型光変調素子１００と投写レンズ４７０との間には主に偏光分離素子４４０だけが配置されるので、反射型光変調素子と投写レンズとの間の距離を比較的短く設定でき、その結果として、明るい投写画像を表示することが出来る。尚、反射型光変調素子１００に代えて、先に説明したその他の反射型光変調素子を用いた場合にも、同様に高性能な投写型表示装置を実現できることは明白である。
【００５１】
（第５実施例）
先の第４実施例で説明した投写型表示装置４００に対して、色光分離素子４２０と偏光分離素子４４０の配置場所を変えた別の投写型表示装置に対しても上記の反射型光変調素子を用いることが出来る。図７を用いて、その様な構成の投写型表示装置５００の光学構成について説明する。尚、第４実施例の投写型表示装置４００と同じ機能を有する部分には同じ番号を付し、重複する部分及びその機能については、説明を省略する。
【００５２】
図７に示すように、この投写型表示装置５００では、光源部４１０から出射された略平行な照明光束は入射側偏光板４３０を経て偏光分離素子４４０の偏光分離膜４４２で進行方向を略９０度変え、Ｓ偏光光束となって色光分離素子４２０に入射する。色光分離素子４２０に入射した照明光束（Ｓ偏光光束）は、互いに非平行な状態で配置された３枚のダイクロイックミラー４２１、４２２、４２３で反射されることによって進行方向が僅かに異なる青光、緑光、赤光に分離され、１／４波長板４５０を経て反射型光変調素子１００に入射する。反射型光変調素子１００では外部からの画像信号（図示せず）を含んだ反射光束が生成され、その光束は、再度、１／４波長板４５０、色光分離素子４２０、偏光分離素子４４０、出射側偏光板４６０及び投写レンズ４７０を経てスクリーン（図示せず）上に導かれ、反射型光変調素子１００の第１レンズアレイ１１０に形成されたイメージが投写画像として表示される。
【００５３】
一般的に、偏光分離素子４４０の偏光分離性能は入射する光に対して大きな角度依存性を有するため、偏光分離素子４４０に入射する光束には高い平行性が要求される。これに対して、上記のように構成された投写型表示装置５００では、光源部４１０からの照明光束や色光分離素子４２０からの反射光束を、略平行な状態で偏光分離素子４４０に入射させることが出来るため、優れた偏光分離性能を発揮させることができ、その結果、明るく、コントラストの高い投写画像を得ることが出来る。勿論、先の第４実施例の場合と同様に、本発明の反射型光変調素子１００が使用されているので、隣接する表示画素間における色クロストークや、色のにじみ、及び混色が少なく、色表現性に優れた投写画像を実現できる。
【００５４】
（第４及び第５実施例の変形例）
第４及び第５実施例において用いた色光分離素子４２０と偏光分離素子４４０の両方の機能を有する光分離手段４８０を用いた投写型表示装置に対しても上記の反射型光変調素子を用いることが出来る。図８を用いて、その様な構成の投写型表示装置６００の光学構成について説明する。尚、第４実施例の投写型表示装置４００と同じ機能を有する部分には同じ番号を付し、重複する部分及びその機能については、説明を省略する。
【００５５】
図８に示すように、この投写型表示装置６００では、光源部４１０から出射された略平行な照明光束は入射側偏光板４３０を経て光分離素子４８０に入射し、偏光分離機能と色光分離機能を兼ね備えた３枚の偏光ダイクロイックミラー４８１、４８２、４８３で反射されると同時に、進行方向が僅かに異なり、且つ、いずれもＳ偏光状態にある青光、緑光、赤光に分離され、１／４波長板４５０を経て反射型光変調素子１００に入射する。反射型光変調素子１００では外部からの画像信号（図示せず）を含んだ反射光束が生成され、その光束は、再度、１／４波長板４５０、光分離素子４８０、出射側偏光板４６０及び投写レンズ４７０を経てスクリーン（図示せず）上に導かれ、反射型光変調素子１００の第１レンズアレイ１１０に形成されたイメージが投写画像として表示される。
【００５６】
上記のように構成された投写型表示装置６００では、反射型光変調素子１００と投写レンズ４７０との間の距離を短く出来るため、光学系における光利用効率を高められ、その結果、より一層明るい投写画像を得ることが出来る。勿論、先の第４及び第５実施例の場合と同様に、本発明の反射型光変調素子１００が使用されているので、隣接する表示画素間における色クロストークや、色のにじみ、及び混色が少なく、色表現性に優れた投写画像を実現できる。
【００５７】
なお、各実施例においては、赤、緑、青の組み合わせを例にして説明したが、本発明はこれに限るものではなく、複数食の色光を組み合わせてカラー表示を行うものであればいずれの色光の組み合わせにも適用できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、色光分離型の反射型光変調素子において、反射型光変調素子に入射する色光の集光状態や集光位置を考慮して、各々の色光に対応した３種類の反射型画素電極の寸法形状やその配置の仕方を設定しているので、各々の色光を対応する特定の反射型画素電極だけに効率よく導き入れることができる。従って、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光を低減でき、その結果、明るく、色表現性に優れた画像を表示することが出来る。また、この様な反射型光変調素子を用いることにより、明るく、色表現性に優れた投写画像を表示する投写型表示装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施例に係わる反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図、（Ｂ）は反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【図２】本発明の第１実施例の変形例に係わる反射型光変調素子において、その反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第２実施例に係わる反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図、（Ｂ）は反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【図４】本発明の第２実施例の変形例に係わる反射型光変調素子において、その反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第３実施例に係わる反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図、（Ｂ）は反射型画素電極の平面的な配置状態を模式的に示した配置図である。
【図６】本発明の第４実施例に係わる投写型表示装置の光学構成を模式的に示した平面図である。
【図７】本発明の第５実施例に係わる投写型表示装置の光学構成を模式的に示した平面図である。
【図８】本発明の第６実施例に係わる投写型表示装置の光学構成を模式的に示した平面図である。
【図９】（Ａ）は、従来の反射型光変調素子を用いて構成した投写型表示装置の光学構成を模式的に示した平面図、（Ｂ）は従来の反射型光変調素子の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図１０】従来の反射型光変調素子において生じる光学的な問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００、７００・・・反射型光変調素子
１１０・・・第１レンズアレイ（集光手段）
１１１・・・第１微小レンズ
１２０・・・第２レンズアレイ（偏向手段）
１２１・・・第２微小レンズ
１３０・・・透明電極（第１の電極）
１４０・・・反射型画素電極（第２の電極）
１４０Ｂ、１４１Ｂ、１４２Ｂ、１４３Ｂ、１４４Ｂ・・・青光用の反射型画素電極
１４０Ｇ、１４１Ｇ、１４２Ｇ、１４３Ｇ、１４４Ｇ・・・緑光用の反射型画素電極
１４０Ｒ、１４１Ｒ、１４２Ｒ、１４３Ｒ、１４４Ｒ・・・赤光用の反射型画素電極
１４９・・・画素ユニット
１５０・・・液晶層（光変調層）
１６０Ｂ・・青光
１６０Ｇ・・緑光
１６０Ｒ・・赤光
１７０・・・境界部
１７１・・・Ｘ方向に沿った境界部
１７２・・・Ｙ方向に沿った境界部
１７３・・・境界線
４００、５００、６００、８００・・・投写型表示装置
４１０・・・光源部
４２０・・・色光分離素子
４２１・・・青光反射ダイクロイックミラー
４２２・・・緑光反射ダイクロイックミラー
４２３・・・赤光反射ダイクロイックミラー
４３０・・・入射側偏光板
４４０・・・偏光分離素子
４４１・・・直角プリズム
４４２・・・偏光分離膜
４５０・・・１／４波長板
４６０・・・出射側偏光板
４７０・・・投写レンズ
４８０・・・光分離素子
４８１・・・青光反射ダイクロイックミラー
４８２・・・緑光反射ダイクロイックミラー
４８３・・・赤光反射ダイクロイックミラー
７０１Ｂ・・青光用の反射型画素電極
７０１Ｇ・・緑光用の反射型画素電極
７０１Ｒ・・赤光用の反射型画素電極
７０２・・・画素ユニット
７１１Ｒ・・隣接する赤光用の反射型画素電極
７６０・・・集光像
７７０・・・青光の一部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflection-type light modulation element and a projection display device that projects and displays a display image formed using the reflection light modulation element on a screen.
[0002]
[Prior art]
A single-plate projection display device (a so-called projector) configured by using one light modulation element capable of color display has a simple optical configuration, and thus can be reduced in size, weight, and cost. It is easy to realize.
[0003]
As a light modulation element used in the single-plate projection display apparatus, a color light separation type reflection light modulation element which does not use a color filter as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-240868 has attracted attention. FIGS. 9A and 9B show an example of an optical configuration of a projection display device configured using this type of color light separation type reflection type light modulation element (hereinafter simply referred to as a reflection type light modulation element). A brief description will be given.
[0004]
The reflective light modulation element 700 includes a transparent first electrode 130 provided on the light incident side, and three types of reflective pixel electrodes 701R corresponding to three types of color light (red light, green light, and blue light). A pixel unit 702 composed of 701G and 701B is used as a basic repeating unit, and a second electrode 140 is formed by arranging the pixel units 702 in a planar shape, and a light modulation layer (liquid crystal layer) sandwiched between the electrodes. 150, and a condensing unit 110 and a deflecting unit 120 for introducing three kinds of color lights into each corresponding reflective pixel electrode portion in the pixel unit.
[0005]
The illumination light emitted from the light source unit 410 is first separated into three types of color light (red light, green light, and blue light) having different traveling directions by a dichroic mirror (color light separation means) 420, and then a polarization beam splitter (polarized light). One type of polarized light (for example, S-polarized light) is generated by the separation unit 440 and is incident on the first lens array (condensing unit) 110. Here, the first microlenses 111 constituting the first lens array correspond to the arrangement of the pixel units, that is, one first microlens 111 has three types of reflective pixel electrodes 701R and 701G in the pixel unit. , 701B, and the illumination light incident on the first microlens 111 reaches the second lens array 120 while being condensed at spatially different positions for each color light. Therefore, when the illumination light passes through the first microlens 111, color light corresponding to the three types of reflective pixel electrodes and spatially separated is formed. After that, the traveling direction of these colored lights is bent by the second minute lens 121 constituting the second lens array (deflecting means) 120 according to the incident position on the second minute lens 121, and the main light of each colored light. The light enters the liquid crystal layer 150 that is a light modulation layer in a state where the direction of the light beam is substantially perpendicular to the reflection surfaces of the reflective pixel electrodes 701R, 701G, and 701B. The incident illumination light undergoes modulation (changes the polarization state) while reciprocating through the liquid crystal layer 150, and at the same time, is reflected by the reflecting surface and traces substantially the same path as that at the time of incidence to the polarization beam splitter 440 again. Incident light (hereinafter, such light is referred to as return light). The polarization beam splitter 440 transmits only specific polarized light (for example, P-polarized light) out of the modulated color lights and guides it to the projection lens. The projection lens 470 projects and displays the color image formed on the reflective light modulation element on a screen (not shown).
[0006]
In such a reflection-type light modulation element, illumination light composed of three kinds of color lights whose incident directions to the light modulation element are separated in advance are incident on the corresponding pixels of the light modulation element while being spatially separated. Because it modulates colored light, it can form a color image without significant light loss compared to a light modulation element configured using a conventional color filter, and the light modulation element is a reflection type. Since the pixel (reflecting surface) that modulates light and the circuit element that applies a predetermined voltage to the pixel portion can be three-dimensionally arranged in the thickness direction of the light modulating element, the pixels are arranged on a plane. There is a feature that it is possible to realize a high density of the battery relatively easily. Accordingly, a bright and high-definition color image can be realized relatively easily with this type of reflective light modulation element.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflection type light modulation element as described above has the disadvantage that the color expression is inferior and the range of colors that can be expressed becomes narrow. This point will be described with reference to FIG. Since the behavior of blue light and red light is basically the same, FIG. 10 will be described with attention paid to blue light and green light.
[0008]
The illumination light emitted from the light source unit 410 is divergent light or focused light having a certain angular distribution, and is not so-called perfect parallel light. Therefore, each color light condensed by the first and second lens arrays forms a condensed image 760 having a certain finite size, and the size of the condensed image 760 is the size of the illumination light emitted from the light source unit. The larger the parallelism is, the larger it becomes. In addition, since it is necessary to dispose at least the first electrode 130 and the light modulation layer 150 between the second lens array 120 and the second electrode 140, the reflective pixel electrode that is the second electrode 140. 701R, 701G, and 701B are arranged at locations away from the second lens array 120.
[0009]
Accordingly, since each color light collected by the first lens array 110 enters the second lens array 120 in a state where the light beam diameter is not sufficiently narrowed, red, green, Each color light of blue cannot be completely introduced only to the corresponding pixel, and as shown by the oblique line in FIG. 10, a part of the blue light that should originally reach the reflective pixel electrode 701B for blue light A phenomenon occurs in which 770 enters the adjacent red pixel electrode 711R for red light. The blue light incident on the red-light reflective pixel electrode 711R is unnecessary light for the red-light reflective pixel electrode 711R, and as a result, color mixing and color bleeding occur between adjacent pixels. In the entire reflection type light modulation element, the color expression is lowered and the range of colors that can be expressed is narrowed. On the other hand, since the reflective pixel electrode 701G for green light is disposed at the substantially central portion of the pixel unit 702, the green light incident substantially perpendicularly to the reflective light modulation element forms a condensed image with a small size. It is easy and there is very little mixing of the unnecessary light to the adjacent pixel which arises with the above-mentioned blue light (or red light).
[0010]
In view of the above points, an object of the present invention is to realize a reflective light modulation element that is excellent in color expression and can express a wide range of colors by reducing unnecessary light incident on adjacent pixels. Accordingly, it is an object of the present invention to realize a projection display device capable of projecting and displaying a bright and high-quality color image by using such a reflective light modulation element.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(Explanation of the principle to solve the problem)
First, an optical relationship between an image projected and displayed on a screen and an image formed on the reflective light modulation element in a projection display device using the reflective light modulation element will be described. Here, a reflection type light modulation element using a lens array is assumed as the light collecting means and the deflecting means.
[0012]
Illumination light composed of three types of color light of red, green, and blue in which the directions of chief rays are separated in advance is converted into color light that is spatially separated by the first microlenses of the first lens array that is a condensing means. After the conversion, the light is reflected by each reflective pixel electrode corresponding to the three kinds of color light, becomes return light (reflected light), returns to the first microlens at the same position where the illumination light is incident, It is synthesized into one projection light and guided onto the screen. Here, the image projected and displayed on the screen through the projection lens is not an image of the reflective pixel electrode corresponding to the three types of color light, but the three types of return light (reflected light) are again combined into one. This is nothing but the image (the image formed by the distribution of color and brightness) of the first microlens (and its vicinity) of the first lens array. From this, it can be said that the size and shape of the reflective pixel electrodes on which the respective color lights are incident are not necessarily set to be the same among the three types of pixel electrodes. That is, even if the dimensional shape of each pixel electrode is different among the three types of pixel electrodes, the difference in dimensional shape itself does not directly affect the projected image. It can be said that the mixing of unnecessary color light and the resulting non-uniformity in the balance of the quantity of return light between the color lights directly affects the projected image.
[0013]
Therefore, each color light condensed by the first lens array and bent in the direction of the principal ray by the second lens array is incident only on the corresponding reflective pixel electrode, and is reflected there and reflected by the first lens array. The size and shape of the reflective pixel electrode and its arrangement are set according to the condensing state and condensing position of each color light so that the amount of return light returning to the microlens is equal between the three types of reflective pixel electrodes. If a reflection type light modulation element optimized in the way is configured, a bright projected image with excellent color expression can be realized.
[0014]
(Means for solving the problems and their actions and effects)
In order to solve the above-described problems, a first reflective light modulation element according to the present invention includes a transparent first electrode provided on a light incident side and a first electrode provided opposite to the first electrode. A plurality of reflective pixel electrodes for different colors of color light are used as a pixel unit, and the pixel unit is provided between the first electrode and the second electrode arranged in a matrix in a predetermined order. A light modulating layer disposed on the first electrode side, and a condensing unit that condenses each of the incident lights of the plurality of color lights having different incident directions and guides them to the corresponding reflective pixel electrode, A substantially normal direction of the reflective pixel electrode, which is disposed between the condensing means and the first pixel electrode, and corresponds to the emission direction of the principal rays of each of the plurality of color lights incident from the condensing means The plurality of colors having incident directions separated in advance. In the reflection type light modulation element using the light as illumination light, the dimension shape of at least one reflection type pixel electrode of the plurality of reflection type pixel electrodes constituting the pixel unit is different from the dimension shape of the other reflection type pixel electrode. It is characterized by being different.
[0015]
According to the configuration of the first reflective light modulation element, the light is reflected according to the size (light beam diameter) of the condensed image of each color light collected by the condensing means and the condensing position thereof. Since the size of the reflective pixel electrode to be set can be set, each color light can be efficiently guided only to the corresponding specific reflective pixel electrode. Therefore, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be reduced. As a result, a bright display image with excellent color expression can be realized. As the light condensing means and the deflecting means, a lens array, a diffraction element, a hologram element, or the like configured by arranging micro lenses in an array can be used.
[0016]
The second reflective light modulation element according to the present invention is for a transparent first electrode provided on a light incident side and a plurality of different color lights provided opposite to the first electrode. A plurality of reflective pixel electrodes as a pixel unit, a second electrode in which the pixel units are arranged in a matrix in a predetermined order, and a light modulation layer provided between the first and second electrodes, A condensing unit that is disposed on the first electrode side and condenses each of the incident light beams of the plurality of colors having different incident directions, and guides the incident light to the corresponding reflective pixel electrode; the condensing unit; A deflecting unit disposed between the pixel electrode and directing an emission direction of each principal ray of the plurality of color lights incident from the light collecting unit in a substantially normal direction of the corresponding reflective pixel electrode; The color light of the plurality of colors having incident directions separated in advance is used as illumination light In the reflective light modulation element, the three reflective pixel electrodes constituting the pixel unit are arranged in the vicinity of a substantially central part of the pixel unit, and the reflective pixel electrode is arranged in the vicinity of a boundary part with the adjacent pixel unit. It is characterized by not having a configuration.
[0017]
Assuming that the condensing means of the reflective light modulation element is configured by a lens array configured by arranging a plurality of microlenses in a matrix, the light incident on the vicinity of the boundary between adjacent pixel units is assumed. A part of the light is reflected by the reflective pixel electrode and then enters another microlens that is different from the microlens that has passed at the time of incidence. In particular, in the vicinity of the boundary between the pixel units, the reflective pixel electrode for red light and the reflective pixel electrode for blue light are arranged adjacent to each other so as to sandwich the boundary between the pixel units. When unnecessary color light is incident on the adjacent reflective pixel electrode in the arrangement state of the type pixel electrode, the wavelength of the color light is significantly different, which greatly affects the color expression. Even in such an arrangement state of the reflection type pixel electrode, if the configuration of the second reflection type light modulation element is employed, the reflection type pixel electrode is not arranged near the boundary between the pixel units. The light incident on this area is not effectively reflected, and the light returning to the lens array (condensing means) is extremely reduced. As a result, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be reduced, and a bright display image with excellent color expression can be realized. The configuration of the reflective pixel electrode is also effective when a diffraction element or a hologram element is used as the light collecting means.
[0018]
Here, the arrangement configuration of the reflection type pixel electrode employed in the first reflection type light modulation element according to the present invention and the reflection type pixel electrode employed in the second reflection type light modulation element according to the present invention. These arrangement configurations may be used in combination. That is, in the second reflective light modulation element according to the present invention, the pixel unit includes three reflective pixel electrodes, and at least one of the three reflective pixel electrodes has a dimensional shape. This is characterized in that the size and shape of other reflective pixel electrodes are different.
[0019]
By adopting such a configuration, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be further reduced, so that a bright display image with excellent color expression can be realized.
[0020]
Furthermore, in the direction orthogonal to the direction in which the color lights are separated, the same type of reflective pixel electrodes corresponding to the same color light are arranged in a line, so that between the reflective pixel electrodes arranged in this direction, Since most of the light incident on the adjacent reflective pixel electrodes is the same color light, even if such light is incident on the adjacent reflective pixel electrodes, the influence on the color expression is small. Accordingly, in the second reflective light modulation element according to the present invention, the reflective pixel electrode is arranged in the vicinity of the boundary between adjacent pixel units in the direction in which the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged. In addition, in the direction orthogonal to the direction in which the reflection type pixel electrodes in the pixel unit are arranged, it is desirable that the reflection type pixel electrode is also arranged near the boundary between adjacent pixel units. . By adopting such a configuration, the reflective pixel electrodes having the largest possible size can be arranged in the direction orthogonal to the direction in which the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged. The amount of light can be increased, and a bright display image can be realized. Of course, it is possible to effectively suppress the phenomenon in which unnecessary light that greatly affects the color expression is incident on the adjacent reflective pixel electrode, so that the color expression is hardly deteriorated.
[0021]
In the first and second reflective light modulation elements, the reflective pixel electrode located in the center of the plurality of reflective pixel electrodes constituting the pixel unit is reflected in the pixel unit. It is possible to adopt a configuration in which the dimension in the direction in which the type pixel electrodes are arranged is set smaller than that of the other reflection type pixel electrodes. Since the color light incident on the reflective pixel electrode disposed in the center of the pixel unit is light whose traveling direction is hardly bent by the deflecting means, generally, it is easy to form a condensed image with a small size. . On the other hand, since the color light incident on the reflection type pixel electrodes arranged on both sides of the pixel unit is light whose traveling direction is bent by the deflecting means, it is not easy to form a condensed image with a small size. Therefore, by adopting the above configuration, it is possible to increase the size of the reflective pixel electrodes arranged on both sides of the pixel unit, so that unnecessary light that greatly affects the color expression is incident on the adjacent reflective pixel electrodes. While suppressing this phenomenon, the amount of reflected color light can be increased, and a bright display image with excellent color expression can be realized. When a reflective pixel electrode for green light is arranged at a substantially central portion of the pixel unit and reflective pixel electrodes for red light and blue light are arranged on both sides thereof, a condensed image formed by the condensing means. If the size of the reflective pixel electrode for red light is set to the largest and the size of the reflective pixel electrode for green light is set to the smallest, considering that the size of It is more effective for improvement.
[0022]
A first projection display device according to the present invention includes the reflective light modulation element, a light source unit that emits substantially parallel light, and light from the light source unit into a plurality of color lights having different wavelength ranges. And separating each of the three color lights from the color light separation means into two kinds of polarized lights having different polarization states, and separating the one polarization state. A polarization separation unit that causes the light beams of the plurality of colors to enter the reflective light modulation element, and a projection unit that projects the light modulated by the reflective light modulation element onto a screen. .
[0023]
Alternatively, a second projection display device according to the present invention includes a light source unit that emits a substantially parallel light beam, and a polarization separation unit that separates light from the light source unit into two types of polarized light having different polarization states, Colored light separating means for separating one of the polarized lights from the polarized light separating means into color lights of different colors having different wavelength ranges and separating the traveling directions of the respective colored lights, and the reflective light And projection means for projecting the light beam modulated by the modulation element onto a screen.
[0024]
Since the first and second projection display apparatuses according to the present invention are configured using the reflection type light modulation element, a bright and high-quality color image excellent in color expression is projected and displayed. can do. Here, according to the configuration adopted in the first projection display device, since only the polarization separation means is mainly disposed between the reflection type light modulation element and the projection means, the reflection type light modulation element. Can be set relatively short, and as a result, a bright projected image can be displayed. On the other hand, according to the configuration employed in the second projection display device, since the light having a relatively small divergence angle can be incident on the polarization separation means, the polarization separation performance of the polarization separation means depends on the incident angle. As a result, a projected image with a high contrast ratio can be displayed. If the color light separating means arranged between the reflection type light modulation element and the projection means is composed of a glass prism having a high refractive index, the distance between the reflection type light modulation element and the projection means can be set shorter. Therefore, it is possible to realize a projection display device that can display a brighter projected image with high light utilization efficiency.
[0025]
Further, in the first and second projection display devices, a light separation unit having both functions of the color light separation unit and the polarization separation unit is used instead of the color light separation unit and the polarization separation unit. Can do. Even in such a case, since the distance between the reflective light modulation element and the projection means can be set shorter, it is possible to realize a projection display device that can display a brighter projection image with high light utilization efficiency.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, unless otherwise specified, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction.
[0027]
(First embodiment)
FIG. 1A is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a color light separation type reflection type light modulation element used in the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an arrangement diagram schematically showing a planar arrangement state of reflection type pixel electrodes formed in a light modulation element.
[0028]
As shown in FIG. 1A, the reflective light modulation element 100 is mainly composed of a first lens array 110 as a condensing unit and a second lens array 120 as a deflecting unit in order from the light incident side. A transparent electrode 130 as a first electrode and a plurality of reflective pixel electrodes 140 as second electrodes, and a light modulation layer is provided between the transparent electrode 130 and the reflective pixel electrode 140. A certain liquid crystal layer 150 is formed. The first lens array 110 is formed by a plurality of first microlenses 111, and the second lens array 120 is formed by a plurality of second microlenses 121, respectively, and there are three types for red light, green light, and blue light. Each of the first microlens 111 and the second microlens 121 corresponds to one pixel unit 149 including the reflective pixel electrodes 140R, 140G, and 140B. The first lens array 110 has a function of condensing each of the red light 160R, the green light 160G, and the blue light 160B incident on the first lens array at different angles, and the second lens array 120 includes: It has a function (deflection action) for changing the direction of the principal ray of the light beam passing through the second lens array. In this example, the pixel unit 149 has the red and blue reflective pixel electrodes 140R and 140B disposed at both ends, but the present invention is not limited to this.
[0029]
The light beams of red light 160R, green light 160G, and blue light 160B incident on the reflective light modulation element 100 at different angles are respectively collected by the first microlenses 111 constituting the first lens array 110, and reflected light modulation. The light is incident on different positions on the second microlens 121 constituting the second lens array 120 according to the difference in the incident angle to the element. Here, since the red light 160R and the blue light 160B are colored light incident with a certain angle (θR> 0, θB> 0, θG = 0) with respect to the normal of the incident surface of the reflective light modulation element, Due to the deflection action of the second lens array 120, the direction of each principal ray is bent so as to substantially coincide with the direction of the normal line of the liquid crystal layer 150, and the red light 160R and the blue light 160B are incident on the liquid crystal layer 150 substantially perpendicularly. Then, the light is reflected by the corresponding red-light and blue-light reflective pixel electrodes 140R and 140B, respectively. On the other hand, the green light 160G incident substantially perpendicularly to the reflective light modulation element is substantially perpendicularly incident on the liquid crystal layer 150 without receiving the deflecting action of the second microlens 121, and is a reflective pixel electrode for green light. Reflected at 140G. The color light incident on the liquid crystal layer 150 is modulated in accordance with an external image signal (not shown) while reciprocating through the liquid crystal layer. The colored light reflected by the reflective pixel electrode passes through the optical path substantially the same as the incident optical path, that is, the traveling direction of the red light 160R and the blue light 160B is bent again by the second minute lens 121, On the other hand, the green light 160 </ b> G is emitted from the reflective light modulation element 100 with the second micro lens 121 being hardly bent in the traveling direction.
[0030]
Next, a planar arrangement state of the reflective pixel electrode 140 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1B, the reflective pixel electrode 140 of this example is not exactly the same in size and shape among the three types of reflective pixel electrodes, depending on the condensing state of the three types of colored light. The reflective pixel electrodes have different dimensions. That is, the dimensions of the reflective pixel electrode in the direction in which the incident direction of the color light is separated (X direction) are smaller in the order of red light, blue light, and green light (DR>DB> DG), while the incident color light The dimensions (DY) of the reflective pixel electrodes in the direction in which the directions are not separated (Y direction) are set to be the same.
[0031]
If the size and shape of the three types of reflective pixel electrodes are set in this way, and each color light is incident on the substantially central portion of the corresponding reflective pixel electrode, the condensed state of the color light is taken into consideration. Since the dimensions of the reflective pixel electrode and the location in the pixel unit are set, it is possible to reduce the color light incident on the adjacent reflective pixel electrode as unnecessary light. In addition, it is possible to suppress a phenomenon in which return light (light reflected by the reflective pixel electrode) is incident on another second microlens different from the second microlens that has passed at the time of incidence.
[0032]
Also, red light and blue light that pass through the periphery of the second microlens are more susceptible to the influence of the second microlens than green light that passes through the center of the second microlens. For example, when the molding accuracy of the second microlens is poor, colored light is condensed at a position shifted from the corresponding reflective pixel electrode, or the size of the condensed image is increased, but such a phenomenon has occurred. Even in this case, in the reflective light modulation element 100 of this example, since three types of reflective pixel electrodes are set as described above, it is possible to reduce the color light incident as unnecessary light on the adjacent reflective pixel electrodes. Can do.
[0033]
Further, since the substance forming the lens generally has a wavelength dependency on its refractive index and the like, the size of the condensed image changes according to the wavelength of the colored light, and the light that is bent by the second microlens. The angle also changes depending on the wavelength of light. In particular, in consideration of the light diffraction phenomenon in the first and second microlenses, the size of the condensed image formed by the red light having a long wavelength is the concentration formed by the blue light and the green light having a shorter wavelength than the red light. Since it becomes larger than the size of the light image, it can be said that the color light that has the highest ratio of being incident as unnecessary light on the adjacent reflective pixel electrode is red light having a longer wavelength. However, in the reflective light modulation element 100 of this example, the three reflective pixel electrodes in the Y direction are the largest in the reflective pixel electrode for red light and the smallest in the reflective pixel electrode for green light. Therefore, it is possible to effectively reduce the color light incident as unnecessary light on the adjacent reflective pixel electrode.
[0034]
Accordingly, each color light incident on the reflection type light modulation element 100 is incident only on the corresponding reflection type pixel electrode, is reflected there, and is emitted from the reflection type light modulation element through the same optical path as the incident light. Therefore, it is possible to prevent color mixing, color bleeding, optical crosstalk between adjacent pixel units, and the like. As a result, it is possible to realize a reflective light modulation element that is excellent in color expression and can express a wide range of colors.
[0035]
In addition, since the phenomenon in which another color light unnecessary for the adjacent reflective pixel electrode is incident occurs more significantly as the parallelism of the light incident on the reflective light modulation element decreases, the reflective light modulation element of this example Can be said to be particularly effective when a light source that emits illumination light with poor parallelism is assumed.
[0036]
(Modification of the first embodiment)
In the first embodiment, the dimensions of the pixel electrodes of the reflective pixel electrodes 140R and 140B for red light and blue light are set to be different from each other. Since the difference in the size of the condensed light image of blue and blue light is slight, as shown in FIG. 2, the reflective pixel electrodes 141R and 141B for red light and blue light are set to have the same size and shape between them. You may do it. That is, among the three types of reflective pixel electrodes corresponding to the three types of color light, the size of the reflective pixel electrodes is only that of the reflective pixel electrode 141G for green light arranged in the middle of the pixel unit. The pixel unit is set to be smaller than the reflective pixel electrodes for other color lights arranged at both ends of the pixel unit (DR = DB> DG). By adopting such a configuration, it is possible to realize a reflection type light modulation element that is excellent in color expression as in the case of the first embodiment and can express a wide range of colors, and design and manufacture of the reflection type light modulation element. The feature is that it can be performed more easily.
[0037]
(Second embodiment)
Next, another embodiment will be described. FIG. 3A is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of a color light separation type reflection type light modulation element used in the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an arrangement diagram schematically showing a planar arrangement state of reflection type pixel electrodes formed in a light modulation element. The reflection type light modulation element 200 has three types of reflection types for red light, green light and blue light when compared with the reflection type light modulation element 100 described with reference to FIGS. The dimension shape and arrangement method of the pixel electrode inside the pixel unit are different, and the other configurations are the same. Therefore, the same number is attached | subjected to the part which has the same function as the reflection type light modulation element 100 of 1st Example, and description is abbreviate | omitted about the overlapping part and its function.
[0038]
As shown in FIGS. 3A and 3B, in the reflective light modulation element 200, three types of reflective pixel electrodes 142R, 142G, and 142B for red light, green light, and blue light are connected to a pixel unit 149. The reflective pixel electrode is not disposed near the boundary 170 between the adjacent pixel units. The three types of reflective pixel electrodes 142R, 142G, 142B are all set to have the same size and shape.
[0039]
By disposing the three types of reflective pixel electrodes in this way, unnecessary light that enters the reflective pixel electrode of the adjacent pixel unit beyond the boundary between adjacent pixel units, or second light that is different from that at the time of incidence. Since unnecessary return light that returns to the first microlens through the microlens can be reduced, it is possible to realize a reflective light modulation element that is excellent in color expression and can express a wide range of colors.
[0040]
Here, since the light incident on the region where the reflective pixel electrode is not disposed, that is, near the boundary 170 between the adjacent pixel units is not subjected to the modulation action, the reflective light modulation is performed without changing the polarization state. The light is emitted from the element 200. Therefore, if the reflection type light modulation element is used in the normally black display mode, the light incident on the area where the reflection type pixel electrode is not arranged returns directly to the light source unit (not shown) side. Therefore, the display state is not adversely affected.
[0041]
(Modification of the second embodiment)
As in the case of the reflection type light modulation element 100 shown in the first embodiment, the light condensing property of each color light incident on three types of reflection type pixel electrodes for red light, green light and blue light is considered. In addition, the size of the three types of reflective pixel electrodes may be changed in the X direction. For example, as shown in FIG. 4, in consideration of the fact that the condensing characteristic of green light is superior to other red light and blue light, the dimension (DG) in the X direction of the reflective pixel electrode 143G for green light If the size (DR, DB) in the X direction of the other red- and blue-light reflective pixel electrodes 143R and 143B is increased, the incident light enters the adjacent reflective pixel electrode. Since unnecessary light can be further reduced, it is possible to realize a reflection type light modulation element that is further excellent in color expression and can express a wide range of colors. Of course, as in the first embodiment, the dimensions in the Y direction of the three types of reflective pixel electrodes may be set such that the pixel electrode for red light is the largest and the pixel electrode for green light is the smallest. It is obvious.
[0042]
(Third embodiment)
In the reflective light modulation element 200 shown in the second embodiment, three types of reflective pixel electrodes for red light, green light, and blue light are arranged near the center of the pixel unit, and the X direction and In both directions of the Y direction, the reflective pixel electrode is not disposed near the boundary between adjacent pixel units, but the direction (Y direction) orthogonal to the direction in which the incident direction of the colored light is separated (X direction) In this case, the possibility that unnecessary light is incident on adjacent pixels is relatively small, and therefore, the possibility that the color expression is affected is also relatively small. Another embodiment in consideration of this point will be described. FIG. 5A is a partial cross-sectional view schematically showing the configuration of a color light separation type reflection type light modulation element used in the third embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an arrangement diagram schematically showing a planar arrangement state of reflection type pixel electrodes formed in a light modulation element. The reflection type light modulation element 300 has three types of reflection types for red light, green light, and blue light when compared with the reflection type light modulation element 200 described with reference to FIGS. The dimension shape and arrangement method of the pixel electrode in the pixel unit are different, and the other configurations are the same. Therefore, the same number is attached | subjected to the part which has the same function as the reflective optical modulation element 200 of 2nd Example, and description is abbreviate | omitted about the overlapping part and its function.
[0043]
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the reflection type light modulation element 300, in the vicinity of the boundary portion 171 along the direction (X direction) in which the incident direction of the colored light is separated, the boundary line 173 is displayed. The reflective pixel electrodes 144R, 144G, and 144B are disposed so as to be substantially in contact with each other, and the reflective pixel electrode is not disposed in the vicinity of the boundary portion 172 along the Y direction. Therefore, the reflective pixel electrodes are arranged with almost no gap between the pixel units adjacent in the Y direction.
[0044]
By adopting such a configuration, the size of the reflective pixel electrode can be increased, so that the amount of reflected light in the reflective pixel electrode is increased and the light utilization efficiency is high while minimizing the effect on color expression. A reflective light modulation element can be realized.
[0045]
Also in this example, as described in the first embodiment, the condensing property of each color light incident on the three types of reflective pixel electrodes for red light, green light, and blue light is considered. In addition, the size of the three types of reflective pixel electrodes may be changed in the X direction.
[0046]
(Fourth embodiment)
Next, a projection display device configured using the reflection type light modulation element will be described. The projection display apparatus 400, whose outline of the optical configuration is shown in FIG. 6, mainly includes a light source unit 410 that emits a substantially parallel illumination light beam, a color light separation element 420, a polarization separation element 440, and the reflection described in the first embodiment. Type light modulation element 100 and a projection lens 470 that projects and displays a display image formed on the reflection type light modulation element 100 on a screen (not shown), and further includes a color light separation element 420 and a polarization separation element. Between the polarization separation element 440 and the projection lens 470, and between the polarization separation element 440 and the reflective light modulation element 100. A quarter wavelength plate 450 is disposed between them.
[0047]
The color light separation element 420 is composed of three dichroic mirrors, a blue light reflecting dichroic mirror 421, a green light reflecting dichroic mirror 422, and a red light reflecting dichroic mirror 423, and the reflecting surfaces are arranged in a non-parallel state. Accordingly, the substantially parallel illumination light beam emitted from the light source unit 410 is reflected by the three dichroic mirrors 421, 422, and 423 to be separated into blue light, green light, and red light having slightly different traveling directions. After passing through the side polarizing plate 430, it becomes almost one type of polarized light beam (S-polarized light beam in this example) and then enters the polarization separation element 440. In the case where an optical device capable of emitting one type of polarized light beam is used as the light source unit 410, or when the polarization separation performance of the polarization separation element 440 described later is excellent, the incident side polarization plate 430 may be omitted. good.
[0048]
The polarization separation element 440 has a function of spatially separating incident light into two types of polarized light beams according to the difference in polarization state, and sandwiches the polarization separation film 442 between the inclined surfaces of the two right-angle prisms 441. A polarizing beam splitter formed in this way can be used. Each color light (S-polarized light beam) separated into blue light, green light, and red light whose traveling directions are slightly different by the color light separation element 420 is reflected by the polarization separation film 442 of the polarization separation element 440, and is a quarter wavelength plate. After 450, the light enters the reflective light modulation element 100 with slightly different angles. As described in the first embodiment, the reflective light modulator 100 modulates light according to an image signal (not shown) from the outside and emits a reflected light beam including the image signal. That is, the S-polarized light beam incident on the reflective light modulation element 100 is subjected to rotation of the polarization plane for each reflective pixel electrode in accordance with an external image signal, and the modulated light beam is in a P-polarized state and modulated The light flux that has not been subjected to is emitted from the reflective light modulation element 100 in the S-polarized state.
[0049]
The emitted light beam from the reflection type light modulation element 100 is incident on the polarization separation element 440 again through the quarter wavelength plate 450. Here, the color light that has been modulated by the reflective light modulation element 100 and has been in the P-polarized state passes through the polarization separation film 442 of the polarization separation element 440 as it is, but remains unpolarized and remains in the S-polarization state. The color light is reflected by the polarization separation film 442 and returns to the color light separation element 420. The light beam that has passed through the polarization separation film 442 of the polarization separation element 440 is guided to the screen (not shown) by the projection lens 470 through the output side polarizing plate 460, and the first lens array 110 of the reflective light modulation element 100. The image formed on the screen is displayed as a projected image. The quarter-wave plate 450 is used to supplement the modulation performance of the reflective light modulation element 100, and the output side polarizing plate 460 is used to supplement the polarization separation performance of the polarization separation element 440. As in the case of the incident-side polarizing plate 430, this may be omitted when the modulation performance of the reflective light modulation device 100 or the polarization separation performance of the polarization separation device 440 is excellent.
[0050]
Since the reflection type light modulation element 100 described in the first embodiment is used in the projection display apparatus 400 configured in this way, color crosstalk and color blur between adjacent display pixels are used. In addition, it is possible to obtain a projected image with little color mixing and excellent color expression, and to express a wide range of colors. Furthermore, since only the polarization separation element 440 is mainly disposed between the reflection type light modulation element 100 and the projection lens 470, the distance between the reflection type light modulation element and the projection lens can be set relatively short, As a result, a bright projected image can be displayed. It is obvious that a high-performance projection display device can be realized in the same manner when the other reflection type light modulation elements described above are used instead of the reflection type light modulation element 100.
[0051]
(5th Example)
The above reflection type light modulation element can be applied to another projection type display apparatus in which the arrangement positions of the color light separation element 420 and the polarization separation element 440 are changed with respect to the projection type display apparatus 400 described in the fourth embodiment. Can be used. The optical configuration of the projection display apparatus 500 having such a configuration will be described with reference to FIG. Note that parts having the same functions as those of the projection display apparatus 400 of the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the overlapping parts and their functions are omitted.
[0052]
As shown in FIG. 7, in the projection display apparatus 500, the substantially parallel illumination light beam emitted from the light source unit 410 passes through the incident-side polarizing plate 430 and travels in the polarization separation film 442 of the polarization separation element 440 in a traveling direction of about 90. The light is changed into an S-polarized light beam and enters the color light separation element 420. The illumination light beam (S-polarized light beam) incident on the color light separation element 420 is reflected by three dichroic mirrors 421, 422, and 423 arranged in non-parallel to each other, and thus the blue light whose traveling direction is slightly different. The light is separated into green light and red light, and enters the reflective light modulation element 100 through the quarter-wave plate 450. The reflective light modulation element 100 generates a reflected light beam including an image signal (not shown) from the outside, and the light beam is again emitted from the quarter-wave plate 450, the color light separation element 420, the polarization separation element 440, and the emission light. An image formed on the first lens array 110 of the reflective light modulation element 100 is displayed as a projection image through a side polarizing plate 460 and a projection lens 470 and guided onto a screen (not shown).
[0053]
In general, since the polarization separation performance of the polarization separation element 440 has a large angle dependency with respect to incident light, the light beam incident on the polarization separation element 440 is required to have high parallelism. On the other hand, in the projection display apparatus 500 configured as described above, the illumination light beam from the light source unit 410 and the reflected light beam from the color light separation element 420 are incident on the polarization separation element 440 in a substantially parallel state. Therefore, an excellent polarization separation performance can be exhibited, and as a result, a bright and high contrast projected image can be obtained. Of course, as in the case of the fourth embodiment, since the reflective light modulation device 100 of the present invention is used, there is little color crosstalk, color bleeding, and color mixing between adjacent display pixels, Projected images with excellent color expression can be realized.
[0054]
(Modification of the fourth and fifth embodiments)
The above reflection type light modulation element is also used for the projection display apparatus using the light separation means 480 having both functions of the color light separation element 420 and the polarization separation element 440 used in the fourth and fifth embodiments. I can do it. The optical configuration of the projection display apparatus 600 having such a configuration will be described with reference to FIG. Note that parts having the same functions as those of the projection display apparatus 400 of the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the overlapping parts and their functions are omitted.
[0055]
As shown in FIG. 8, in the projection display apparatus 600, the substantially parallel illumination light beam emitted from the light source unit 410 enters the light separation element 480 through the incident side polarizing plate 430, and the polarization separation function and the color light separation function. Are reflected by the three polarization dichroic mirrors 481, 482, 483, and the traveling directions are slightly different, and each of them is separated into blue light, green light and red light in the S polarization state. The light enters the reflective light modulation element 100 through the four-wavelength plate 450. The reflective light modulation element 100 generates a reflected light beam including an image signal (not shown) from the outside, and the light beam is again emitted from the quarter wavelength plate 450, the light separation element 480, the output side polarizing plate 460, and the like. An image guided to a screen (not shown) through the projection lens 470 and formed on the first lens array 110 of the reflective light modulation element 100 is displayed as a projection image.
[0056]
In the projection display device 600 configured as described above, since the distance between the reflective light modulation element 100 and the projection lens 470 can be shortened, the light use efficiency in the optical system can be increased, and as a result, the brightness is further enhanced. A projected image can be obtained. Of course, as in the case of the fourth and fifth embodiments, since the reflective light modulation device 100 of the present invention is used, color crosstalk, color blur, and color mixing between adjacent display pixels are used. Therefore, it is possible to realize a projected image with less color expression.
[0057]
In each embodiment, the combination of red, green, and blue has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any combination may be used as long as color display is performed by combining multiple meals of colored light. It can also be applied to combinations of colored lights.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the color light separation type reflection type light modulation element, the color light incident on the reflection type light modulation element is taken into consideration and the respective color lights are supported. Since the size and shape of the three types of reflective pixel electrodes and the manner in which they are arranged are set, each color light can be efficiently introduced only into the corresponding specific reflective pixel electrode. Therefore, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be reduced, and as a result, a bright image with excellent color expression can be displayed. Further, by using such a reflection type light modulation element, it is possible to realize a projection display device that displays a projected image that is bright and excellent in color expression.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a reflective light modulation device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a planar arrangement state of reflective pixel electrodes. It is the arrangement figure shown typically.
FIG. 2 is an arrangement diagram schematically showing a planar arrangement state of the reflection type pixel electrode in a reflection type light modulation element according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a reflective light modulation element according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B shows a planar arrangement state of reflective pixel electrodes. It is the arrangement figure shown typically.
FIG. 4 is an arrangement diagram schematically showing a planar arrangement state of reflection type pixel electrodes in a reflection type light modulation element according to a modification of the second embodiment of the present invention.
5A is a partial cross-sectional view schematically showing a configuration of a reflective light modulation element according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5B shows a planar arrangement state of reflective pixel electrodes. It is the arrangement figure shown typically.
FIG. 6 is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
9A is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display device configured using a conventional reflection type light modulation element, and FIG. 9B is a configuration of a conventional reflection type light modulation element. It is the fragmentary sectional view which showed typically.
FIG. 10 is a diagram for explaining an optical problem that occurs in a conventional reflective light modulation element.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 700... Reflection type light modulation element
110... First lens array (light collecting means)
111 ... 1st micro lens
120 ... second lens array (deflection means)
121 ... 2nd minute lens
130 ... Transparent electrode (first electrode)
140... Reflective pixel electrode (second electrode)
140B, 141B, 142B, 143B, 144B ... Reflective pixel electrodes for blue light
140G, 141G, 142G, 143G, 144G ... reflective pixel electrodes for green light
140R, 141R, 142R, 143R, 144R ... reflective pixel electrodes for red light
149 ... Pixel unit
150 ... Liquid crystal layer (light modulation layer)
160B ・ ・ Blue light
160G ・ ・ Green light
160R ... Red light
170 ... Boundary part
171 ... Boundary portion along the X direction
172 ... Boundary portion along the Y direction
173 ... Boundary line
400, 500, 600, 800... Projection display device
410 ... Light source unit
420 ... Color light separating element
421 ... Blue light reflecting dichroic mirror
422 ... Green light reflecting dichroic mirror
423 ... Red light reflecting dichroic mirror
430: Incident side polarizing plate
440: Polarized light separating element
441 ... Right angle prism
442 ... Polarized light separation film
450 ... 1/4 wavelength plate
460: Emission side polarizing plate
470 ... Projection lens
480 ... Light separation element
481 ... Blue light reflecting dichroic mirror
482 ... Green light reflecting dichroic mirror
483: Red light reflecting dichroic mirror
701B .. Reflective pixel electrode for blue light
701G ・ ・ Reflective pixel electrode for green light
701R .. Reflective pixel electrode for red light
702 ... Pixel unit
711R .. Adjacent red pixel electrode for red light
760 ... Condensed image
770: Part of blue light

Claims (8)

光が入射する側に設けた透明な第１の電極と、
前記第１の電極に対向して設けた互いに異なる複数色の色光用の複数の反射型画素電極を画素ユニットとし、前記画素ユニットを所定の順序でマトリックス状に配列した第２の電極と、
前記第１と第２の電極との間に設けた光変調層と、
前記第１の電極側に配置され、入射方向が異なる前記複数色の色光の入射光の各々を集光して対応する前記反射型画素電極に導く集光手段と、前記集光手段と前記第１の画素電極との間に配置され、前記集光手段から入射する前記複数色の色光の各々の主光線の出射方向を対応する前記反射型画素電極の略法線方向に向ける偏向手段とを有し、
入射方向が予め分離された前記複数色の色光を照明光として用いる反射型光変調素子において、
前記画素ユニットを構成する前記複数の反射型画素電極のうち、少なくとも１つの反射型画素電極の寸法形状が、他の反射型画素電極の寸法形状と異なり、
前記画素ユニットを構成する前記複数の反射型画素電極のうち、中央に位置する反射型画素電極の、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向における寸法が、他の反射型画素電極よりも小さく、
前記反射型画素電極は平面状であることを特徴とする反射型光変調素子。A transparent first electrode provided on the light incident side;
A plurality of reflective pixel electrodes for a plurality of different color lights provided facing the first electrode as a pixel unit, and a second electrode in which the pixel units are arranged in a matrix in a predetermined order;
A light modulation layer provided between the first and second electrodes;
A condensing unit that is disposed on the first electrode side and condenses each of the incident light beams of the plurality of colors having different incident directions, and guides the incident light to the corresponding reflective pixel electrode; the condensing unit; A deflecting unit disposed between the pixel electrode and directing an emission direction of each principal ray of the plurality of color lights incident from the light collecting unit in a substantially normal direction of the corresponding reflective pixel electrode; Have
In the reflective light modulation element using the color lights of the plurality of colors, the incident directions of which are separated in advance, as illumination light,
Of the plurality of reflective pixel electrodes constituting the pixel unit, the dimensional shape of at least one reflective pixel electrode is different from the dimensional shape of other reflective pixel electrodes,
Of the plurality of reflective pixel electrodes constituting the pixel unit, the size of the reflective pixel electrode located in the center in the direction in which the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged is larger than that of the other reflective pixel electrodes. Is also small,
The reflection type light modulation element, wherein the reflection type pixel electrode is planar. 光が入射する側に設けた透明な第１の電極と、
前記第１の電極に対向して設けた互いに異なる複数色の色光用の複数の反射型画素電極を画素ユニットとし、前記画素ユニットを所定の順序でマトリックス状に配列した第２の電極と、
前記第１と第２の電極との間に設けた光変調層と、
前記第１の電極側に配置され、入射方向が異なる前記複数色の色光の入射光の各々を集光して対応する前記反射型画素電極に導く集光手段と、
前記集光手段と前記第１の画素電極との間に配置され、前記集光手段から入射する前記複数色の色光の各々の主光線の出射方向を対応する前記反射型画素電極の略法線方向に向ける偏向手段とを有し、
入射方向が予め分離された前記複数色の色光を照明光として用いる反射型光変調素子において、
前記画素ユニットを構成する前記３つの反射型画素電極を前記画素ユニットの略中央部付近に配置し、隣接する画素ユニットとの境界部付近には反射型画素電極を配置しない構成とし、
前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向においては、隣接する画素ユニットとの境界部付近には前記反射型画素電極を配置せず、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向に対して直交する方向においては、隣接する画素ユニットとの境界部付近にも前記反射型画素電極を配置したことを特徴とする反射型光変調素子。A transparent first electrode provided on the light incident side;
A plurality of reflective pixel electrodes for a plurality of different color lights provided facing the first electrode as a pixel unit, and a second electrode in which the pixel units are arranged in a matrix in a predetermined order;
A light modulation layer provided between the first and second electrodes;
A condensing unit arranged on the first electrode side, condensing each of the incident lights of the plurality of colors of light having different incident directions, and guiding them to the corresponding reflective pixel electrode;
A substantially normal line of the reflective pixel electrode, which is disposed between the light condensing means and the first pixel electrode, and corresponds to the emission direction of each principal ray of the plurality of color lights incident from the light condensing means. Deflection means for directing in a direction,
In the reflective light modulation element using the color lights of the plurality of colors, the incident directions of which are separated in advance, as illumination light,
The three reflective pixel electrodes constituting the pixel unit are arranged in the vicinity of a substantially central part of the pixel unit, and the reflective pixel electrode is not arranged in the vicinity of a boundary part between adjacent pixel units,
In the direction in which the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged, the reflective pixel electrodes are not arranged near the boundary between adjacent pixel units, and the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged. In the direction orthogonal to the reflection type light modulation element, the reflection type pixel electrode is also arranged in the vicinity of a boundary portion between adjacent pixel units. 請求項２において、
前記画素ユニットは３つの反射型画素電極からなり、該３つの反射画素電極のうち、少なくとも１つの反射型画素電極の寸法形状が、他の反射型画素電極の寸法形状と異なっていることを特徴とする反射型光変調素子。In claim 2,
The pixel unit includes three reflective pixel electrodes, and among the three reflective pixel electrodes, at least one reflective pixel electrode has a dimensional shape different from that of other reflective pixel electrodes. Reflective light modulation element. 請求項２または請求項３において、
前記画素ユニットを構成する前記複数の反射型画素電極のうち、中央に位置する反射型画素電極の、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向における寸法が、他の反射型画素電極よりも小さいことを特徴とする反射型光変調素子。In claim 2 or claim 3,
Of the plurality of reflective pixel electrodes constituting the pixel unit, the size of the reflective pixel electrode located in the center in the direction in which the reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged is larger than that of the other reflective pixel electrodes. Is a reflection type light modulation element characterized by being small. 請求項１または請求項４において、前記画素ユニット内の前記反射型画素電極が並ぶ方向における寸法は、赤光用、青光用、緑光用の順に小さいことを特徴とする反射型光変調素子。  5. The reflection type light modulation element according to claim 1, wherein dimensions in a direction in which the reflection type pixel electrodes in the pixel unit are arranged are small in order of red light, blue light, and green light. 請求項１または請求項２に記載の反射型光変調素子と、
略平行な光を出射する光源部と、
前記光源部からの光を互いに波長域が異なる複数色の色光に分離すると共に、各々の色光の進行方向を分離する色光分離手段と、
前記色光分離手段からの３つの色光の各々を、さらに偏光状態の異なる２種類の偏光光に分離し、前記一方の偏光状態を有する前記複数色の色光を前記反射型光変調素子に入射させる偏光分離手段と、
前記反射型光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。The reflection type light modulation element according to claim 1 or 2,
A light source that emits substantially parallel light;
Color light separating means for separating the light from the light source part into a plurality of color lights having different wavelength ranges and separating the traveling direction of each color light;
Polarized light that further separates each of the three color lights from the color light separating means into two types of polarized light having different polarization states, and makes the light beams of the plurality of colors having the one polarization state incident on the reflective light modulation element Separating means;
A projection display device comprising: projection means for projecting the light modulated by the reflective light modulation element onto a screen. 請求項１または請求項２に記載の反射型光変調素子と、
略平行な光束を出射する光源部と、
前記光源部からの光を偏光状態の異なる２種類の偏光光に分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段からの偏光光の内の一方の偏光光を、さらに互いに波長域が異なる複数色の色光に分離すると共に、各々の色光の進行方向を分離する色光分離手段と、
前記反射型光変調素子で変調された光束をスクリーン上に投写する投写手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。The reflection type light modulation element according to claim 1 or 2,
A light source that emits a substantially parallel light beam;
Polarization separation means for separating light from the light source unit into two types of polarized light having different polarization states;
Colored light separating means for separating one of the polarized lights from the polarized light separating means into color lights of different colors having different wavelength ranges and separating the traveling directions of the colored lights,
A projection display device, comprising: a projection unit that projects a light beam modulated by the reflective light modulation element onto a screen. 請求項６または請求項７において、
前記色光分離手段と前記偏光分離手段の両方の機能を兼ね備えた光分離手段を、前記色光分離手段と前記偏光分離手段に代えて用いたことを特徴とする投写型表示装置。In claim 6 or claim 7,
A projection display device, wherein a light separation means having both functions of the color light separation means and the polarization separation means is used in place of the color light separation means and the polarization separation means.
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