JP3747621B2 - カラー投影表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示素子によりカラー表示を行う単板式の投影型カラー液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、単板式の投影型カラー液晶表示装置として、特開平９−５７７３号公報，特開平８−１１４７８０号公報等に記載されている如く、白色光束を三原色の光束に分割し、且つその光束を異なる角度で同一の液晶表示素子に照射し、その液晶表示素子により変調された光束を投影する類のものが開示されている。これらは、モザイク状のカラーフィルターを用いないので、フィルターを透過しない光束を捨ててしまうという事がなく、それだけ効率よく投影を行う事ができ、画像の明るさを必要とする液晶プロジェクター等に適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成においては、いずれも透過型液晶を用いているため、液晶の画素に付随した回路を必要とするので、開口効率が低くなってしまい、その分明るさが低くなってしまうという問題がある。つまり、通常用いられるＴＦＴ液晶は、各画素毎にトランジスタ回路が設けてあるので、光束が透過する際に、この部分では遮られる事になる。本発明は、例えば、開口効率が高く、明るい反射型液晶を用い、且つダイクロイック偏光ビームスプリッタにより、照明光を異なる複数の波長域の光束に分解し、相互に異なる角度で液晶パネルに入射し、カラー画像を生成する構成とする事により、効率の良いカラー投影表示装置を提供する事を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、白色光源と、その白色光源からの白色光束を赤，緑，青の三原色の光束に分割し、且つその光束を互いに異なる方向に曲げる分割手段と、その分割手段により互いに異なる方向から入射する光束を変調してカラー画像を形成するカラー表示素子と、そのカラー表示素子により変調された光束を投影する投影手段とを備えたカラー投影表示装置であって、前記カラー表示素子は、波長範囲毎に異なる方向から前記光束を受け、変調した反射光を出す反射型カラー表示素子であるカラー投影表示装置において、前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記光束が、前記分割手段を透過して前記投影手段に達する構成であり、前記分割手段は、互いに異なる角度を成す反射面を持つプリズムであり、前記白色光束は、波長範囲毎に異なる前記反射面で反射され、前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、そのレンズ素子に複屈折性を有する材料を組み合わせる事により、前記入射する光束と前記反射型カラー表示素子により変調して反射された光束とに対して、それぞれ異なるレンズ作用を行わせるようにし、前記分割手段は、異なった波長域毎にＳ偏光を反射し、可視光域の波長のＰ偏光をほぼ透過する偏光ビームスプリッタ面を３面持ったダイクロイック偏光ビームスプリッタである構成とする。
【０００５】
さらに、前記プリズムにより分割された光束がそれぞれ前記反射型カラー表示素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。
【０００６】
また、前記プリズムに入射する前記光束はＳ偏光であり、前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記反射光はＰ偏光である構成とする。そして、前記波長範囲は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの波長範囲である構成とする。
【０００８】
また、前記反射型カラー表示素子の各画素に、前記入射する光束をそれぞれ所定の方向に反射する回折格子を配設した構成とする。
【０００９】
また、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は、赤又は青領域である構成とする。
【００１０】
さらに、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は青領域であり、次に分離される光束の波長領域は赤領域である構成とする事もできる。
【００１１】
また、前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより分割された光束がそれぞれ前記レンズ素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。
【００１２】
また、前記反射型カラー表示素子は、反射型カラー液晶である構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態の全体構成を模式的に示す図である。同図において、１は白色光源、２は白色光源１を取り囲むように配設され、白色光源１からの光を反射するリフレクター、３は白色光源１の上方に配設され、白色光源１からの光の内、紫外線及び赤外線を遮断する平板状のＵＶＩＲカットフィルター、４は更にその上方に配設され、表面に小さいレンズが多数配列された板状の第１レンズアレイ、５は更にその上方に配設され、白色光源１からの光を特定の偏光光に変換する三角形状の偏光変換プリズム、６はその右側に配設され、表面に小さいレンズが多数配列された板状の第２レンズアレイである。
【００１４】
ここで、白色光源１としては、例えばメタルハライドランプが用いられる。また、上記第１レンズアレイ４，偏光変換プリズム５，第２レンズアレイ６により、いわゆるインテグレータを形成している。これは、光源ムラをなくし、また見かけ上、多数の光源が存在する形に変換するものである。
【００１５】
また、７は第２レンズアレイ６の右方に配設され、白色光源１からの白色光束を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色の光束に分割するブロック状のダイクロイック偏光ビームスプリッタ、８はその下方に配設され、そのダイクロイック偏光ビームスプリッタ７からの光束を集光する平板状のレンズ素子、９は更にその下方に配設され、表示素子としての働きをする反射型液晶（反射型カラー液晶）である。また、１０はダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の上方に配設され、偏光方向を整える偏光板、１１は更にその上方に配設され、反射型液晶９の表示情報を投影表示する投影光学系である。
【００１６】
同図に示すように、白色光源１からの直接光及びリフレクター２の反射光が混在した照明光（白色光束）は、ＵＶＩＲカットフィルター３を透過してほぼ可視光のみとなり、続いて第１レンズアレイ４を透過し、更に偏光変換プリズム５に入射する。ここでは白色光束の内、Ｓ偏光の成分は５ａ面で反射され、Ｐ偏光成分は５ｂ面で反射されて、第２レンズアレイ６へと射出する。Ｓ偏光光束とＰ偏光光束が第２レンズアレイ６上に結像する位置は異なるので、Ｐ偏光のみを１／２波長板でＳ偏光とする事で、全てＳ偏光とする。第２レンズアレイ６を透過した照明光は、Ｓ偏光のみの白色光束としてダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射する。
【００１７】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射したＳ偏光のみの白色光束は、図示したＢの面で青色の光束のみ反射され、その他は透過する。そして、この透過した光束はＲの面で赤色の光束のみ反射され、その他は透過する。さらに、この透過した光束は緑色の光束のみとなっており、Ｇの面で反射される。これら三原色に分割された光束は、レンズ素子８を透過し、反射型液晶９上の各画素に集光される。反射型液晶９では、各時点において画面表示に使用する画素をＯＮとして、ここに入射してきた光束のＳ偏光をＰ偏光に変換して反射し、使用しない画素をＯＦＦとして、ここに入射してきた光束をＳ偏光のまま反射する。
【００１８】
反射型液晶９で反射された光束は、再びレンズ素子８を透過してダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射し、ここでＰ偏光の光束即ち反射型液晶９のＯＮの画素により反射された光束のみ透過し、偏光板１０を経て完全にＰ偏光に整えられて、投影光学系１１に入射し、画像投影される。尚、上述したように、いわゆるインテグレータからダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射する光束は、Ｓ偏光に偏光方向をそろえたものである事が望ましい。
【００１９】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７には、図示したようにＢ，Ｒ，Ｇの３面のスプリッタが必要となる。これは、後述するように、照明光を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色に色分解し、光量の損失を抑えて反射型液晶９の各色の画素に効果的に導くために、このような構成とするものである。ここでのポイントは、各色によってレンズ素子８への入射角が異なっているところである。これについては後に詳述する。
【００２０】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７における各色の反射の順番は、本実施形態においては入射側（照明光側）から順に、Ｂ→Ｒ→Ｇと表記しているが、これに限るものではない。即ち、入射側からＲ→Ｇ→ＢでもＲ→Ｂ→ＧでもＢ→Ｇ→Ｒでも差し支えない。但し、上述の白色光源１の材料として使用されるメタルハライドランプは、赤色の強度が弱いので、この場合は投影光学系１１のレンズ周辺で生じるケラレの影響をなくすために、前記赤（Ｒ）の反射の順番を本実施形態のように真ん中に持ってくるのがよい。
【００２１】
また、後述するように、Ｒ，Ｇ，Ｂ各面において、偏光ビームスプリッタの働きを持たせるコーティング（ダイクロイックコート）を施すのであるが、緑色（Ｇ）のＳ偏光が反射されるときの光束の波長帯域が、比較的広くなってしまうので、入射側の最初にＧの面をおく事は、反射する波長帯域の設定の仕方によって、赤（Ｒ）又は青（Ｂ）の一部が付随して反射してしまうので、好ましくない。
【００２２】
反射型液晶９のパネルとしての配置は、図１の矢印Ａで示す方向を短辺とし、紙面に垂直な方向を長辺とする事が望ましい。これにより、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の体積を小さくする事ができる。また、反射型液晶９から投影光学系１１までのレンズバックを短くする事ができるので、投影光学系もコンパクトにする事ができる。尚、Ｐ偏光を透過させる偏光板１０は、原理的には必要のないものであるが、これを用いる事により、投影する画像のコントラストを高める事ができる。
【００２３】
図２は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７は、▲１▼〜▲４▼の４つのガラスプリズムの接合により構成される。これらガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間には、それぞれコーティング面が形成されており、これらを上記Ｂ，Ｒ，Ｇ各面に対応させる事により、それぞれＳ偏光の各色の光束を反射して色分解を行う。
【００２４】
同図において、ガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間にそれぞれ形成されているコーティング面Ｂ，Ｒ，Ｇにおける、図の左側から入射する上記照明光の入射角は、それぞれθａ，θｂ，θｃで表される。また、Ｂ面とＲ面における各反射光同士が交わる角度をθB-R 、Ｇ面とＲ面における各反射光同士が交わる角度をθG-R とおくと、これらはそれぞれＢ面，Ｇ面における反射光のレンズ素子８（ひいては表示素子の働きをする反射型液晶９）への入射角となる。尚、Ｒ面における反射光のレンズ素子８への入射角は略０゜である。
【００２５】
まず、本実施形態における各角度の関係を見ると、下記の表１のようになり、レンズ素子８への入射角θB-R，θG-Rをこの表のように設定すると、各コーティング面への入射角はそれに対応するθａ，θｂ，θｃのようになる。レンズ素子８への入射角θB-R，θG-Rをこれ以上の角度にすると、反射型液晶９より反射してきた光束の集光が困難となり、投影光学系１１のレンズ径を大きくしなければならなくなってくる。逆に、この角度が小さすぎると、色分解が十分に行えないといった問題が出てくる。従って、レンズ素子８（表示素子）への入射角の最適値範囲は、
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
となる。
【００２６】
【表１】
【００２７】
また、上記ガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間にそれぞれ形成されるコーティング面の膜構造は、図３のようになる。そして、表１に示す、各コーティング面への入射角θａ，θｂ，θｃでＳ偏光を効果的に反射し、Ｐ偏光を透過する膜構成は、下記の表２のようになる（Ｓ偏光を反射する角度とその膜構成）。ここで、ガラスの屈折率を１．６２とする。それぞれの角度θに対して高屈折率材料（ＮＨ）と低屈折率材料（ＮＬ）を、同表に示すような構成で、図３に示すように積層する事で、各コーティング面が得られる。
【００２８】
ここで、λは設計波長を表し、青（Ｂ）の領域ではおよそ４００〜５００（ｎｍ）、緑（Ｇ）の領域ではおよそ５００〜６００（ｎｍ）、赤（Ｒ）の領域ではおよそ６００〜７００（ｎｍ）の波長を適切に選択し、１／４波長の厚さで積層すれば良い。それぞれの入射角θａ，θｂ，θｃが表２のθの値のいずれかに一致すると、良い偏光分離が得られる。尚、良好な偏光分離と色分離を行うために、通常は２０層ぐらい積層される。
【００２９】
【表２】
【００３０】
図４は、レンズ素子８と反射型液晶９の構成の一例を模式的に示す図であり、照明光が入射する状態を示している（以下、図４〜図９については、紙面に沿った方向が短辺、紙面に垂直な方向が長辺とする）。同図に示すように、レンズ素子８の構成要素として、反射型液晶９の直前に、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状のマイクロレンズアレイ８ａが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、複屈折性を持つ材料８ｂが施されている。その上の８ｃは、保護用のガラス等でできた透明板である。尚、マイクロレンズアレイ８ａは、後述するレンチキュラーレンズであっても良い。
【００３１】
今、同図の矢印で示す方向より、三原色に色分解された照明光が、レンズ素子８に入射したとすると、この照明光はＳ偏光であるので、複屈折性を持つ材料８ｂは、斜線で模式的に示すように、このＳ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ａ，８ｂの働きが相俟って、Ｒ，Ｇ，Ｂの各所望の色を反射するように配置された反射型液晶９のそれぞれの画素９′上に光束を集光する。こうする事で、光の損失をなくし、画像を明るくする事ができる。
【００３２】
尚、この複屈折性を持つ材料には、液晶が最適であり、配向処理で液晶の配向方向をコントロールして配置すれば良い。さらに、電気的に或いは配向処理により所望の配向になった時点で、紫外線を照射して固まったままにしてしまうような、ＵＶキュアブル液晶といった材料を使う事も良い。
【００３３】
図５は、図４と同じ構成であるが、反射型液晶９により反射された照明光が射出する状態を示している。図５（ａ）に示すように、今、反射型液晶９のそれぞれの画素９′より、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光束が矢印で示す方向に射出したとすると、画像に使用する光束は、反射型液晶９によりＳ偏光からＰ偏光に変換されており、複屈折性を持つ材料８ｂは、このＰ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働く。このとき、レンズ素子８は、全体が均質で同じ屈折率を持った材料と同等になるので、射出光束がマイクロレンズアレイ８ａの影響を受けて画像が乱れるという事はなくなる。
【００３４】
ただ、本例においては、図５（ｂ）に反射光束のみを取り出して示すと、反射光束のＲ，Ｇ，Ｂ各々のＦナンバーは、ＲのＦナンバーで代表させて同図の実線で角度ｆとして示すように、３色とも同じ値であるにもかかわらず、主光線の反射する方向がＲ，Ｇ，Ｂによって異なっているため、同図の点線で角度ｆ′として示すように、個々のＦナンバー以上の広がりを持って射出する事になる。ここでは、Ｇ，Ｂの光束は、Ｒの光束に対して両側に広がるように射出しているので、これを是正し、ひいては投影光学系１１のＦナンバーを小さく（即ち光学系を明るく）する必要がある。
【００３５】
そこで、図６に示すように、Ｇ，Ｂの主光線が矢印で示すようにＲと同じ方向を向くように、反射型液晶９の画素９′の内、Ｇ，Ｂが反射するものの反射部に、図示しないＤＯＥ（回折格子）を配設してやる事で、投影光学系１１をコンパクトにする事ができる。ここでは、画素９′の内、Ｒが反射するものについては、ＤＯＥは無くても差し支えない。
【００３６】
また、画素毎にＤＯＥの形状を変えて、反射型液晶９の画面の周辺に向かうほど、より強く光を回折させるようにＤＯＥを配設する事により、コンデンサレンズとしての働きを持たせる事もできる。図７は、このコンデンサレンズの機能を模式的に示す説明図である。同図（ａ）に示すように、反射型液晶９がコンデンサレンズの機能を持たないときは、矢印で示すように、反射光束が相当の広がりを持って投影光学系１１に至るので、それを集光するために、投影光学系１１のレンズ径は或程度大きくなる。
【００３７】
それに対して、同図（ｂ）に示すように、反射型液晶９がコンデンサレンズの機能を持つときは、矢印で示すように、広がりを抑えた状態で投影光学系１１に至るので、それを集光する投影光学系１１のレンズ径は小さくて済み、更にコンパクトとなる。
【００３８】
図８は、レンズ素子８と反射型液晶９の構成の他の例を模式的に示す図であり、照明光が入射する状態を示している。同図に示すように、レンズ素子８の構成要素として、反射型液晶９の直前に、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状のマイクロレンズアレイ８ａが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、複屈折性を持つ材料８ｂが施されている。
【００３９】
更にその上にはフレネルレンズ８ｄが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、別の複屈折性を持つ材料８ｅが施されている。その上の８ｃは、保護用のガラス等でできた透明板である。尚、マイクロレンズアレイ８ａは、後述するレンチキュラーレンズであっても良い。
【００４０】
今、同図の矢印で示す方向より、三原色に色分解された照明光が、レンズ素子８に入射したとすると、この照明光はＳ偏光であるので、別の複屈折性を持つ材料８ｅは、このＳ偏光に対して、フレネルレンズ８ｄの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働き、これらは均質な材料と同等になる。さらに、複屈折性を持つ材料８ｂは、斜線で模式的に示すように、このＳ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ａ，８ｂの働きが相俟って、Ｒ，Ｇ，Ｂの各所望の色を反射するように配置された反射型液晶９のそれぞれの画素９′上に光束を集光する。こうする事で、光の損失をなくし、画像を明るくする事ができる。
【００４１】
図９は、反射型液晶９により反射された照明光が射出する状態を短辺全長に渡って模式的に示している。そして、同図（ａ）はフレネルレンズが無い場合であり、図５で説明したものと同じ状態を、全体的に示した形となっている。また、同図（ｂ）はフレネルレンズがある場合である。
【００４２】
同図（ｂ）に示すように、今、反射型液晶９のそれぞれの画素９′より、Ｒ，Ｇ，Ｂ（図示せず）の各色の光束が矢印で示す方向に射出したとすると、画像に使用する光束は、反射型液晶９によりＳ偏光からＰ偏光に変換されており、複屈折性を持つ材料８ｂは、このＰ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働く。このとき、図５の場合と同様にして、射出光束がマイクロレンズアレイ８ａの影響を受けて画像が乱れるという事はなくなる。
【００４３】
さらに、別の複屈折性を持つ材料８ｅは、斜線で模式的に示すように、このＰ偏光に対して、フレネルレンズ８ｄの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ｄ，８ｅの働きが相俟って、コンデンサレンズとして機能し、射出光束が広がりを抑えた状態で図示しない投影光学系１１に至るので、それを集光する投影光学系１１のレンズ径は小さくて済み、コンパクトとなる。
【００４４】
図１０は、フレネルレンズ８ｄの形状を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面縦断面図である。フレネルレンズの表面は、通常、画面の中央部を中心とした輪帯状をしているが、これを本実施形態で使用する場合、ここを通過した反射光束の主光線が、投影光学系１１の光軸に必ずしも平行とはならないので、これが画像の質に影響する事がある。こういう場合はむしろ、本発明とは直接関係はないが、図１１に平面図（ａ）及び正面縦断面図（ｂ）で示すように、短辺方向にのみストライプの入ったフレネルレンズを使用する事により、長辺方向の光束の広がりを抑えるにとどめる方が良いときもある。
【００４５】
図１２は、マイクロレンズアレイ８ａの形状を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面縦断面図である。マイクロレンズアレイは、通常、同図に示すように、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状であるが、これは、本実施形態においては、図１３に平面図（ａ）及び側面縦断面図（ｂ）で示すように、ストライプ状の一方向のみの色分離効果を持つレンチキュラーレンズとしても良い。この場合、色分離する方向は、色分解により光束が広がっている方向と一致させる事は言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の特に請求項１によれば、効率の良いカラー投影表示装置を提供する事ができる。
【００４７】
また、プリズムとする事で、所望の反射特性が得やすくなる。
【００４８】
また、請求項２に関して、入射角の角度差を大きくしすぎると、投影光学系のＦナンバーを小さくしなければならず、レンズ径が大きくなってしまい、コストアップとなり、逆に入射角の角度差を小さくし過ぎると、色分解の精度が悪くなり、色再現性が悪くなったり、光量損失をおこして画像が暗くなったりするが、この請求項２の条件式範囲に設定する事で、これらの不具合を解決する事ができる。
【００４９】
また、請求項３によるならば、照明光を無駄なく使え、明るくする事ができる。また、表示のコントラストを高くする事ができる。
【００５０】
また、請求項４によるならば、簡便な構成でフルカラー表示できる。
【００５１】
また、請求項５によるならば、回折格子により集光レンズの効果を持たせる事ができ、投影レンズをコンパクトにする事ができる。また、それによりコストダウンを図る事ができる。
【００５２】
また、請求項６によるならば、ダイクロイックコートを短波長側或いは長波長側のどちらか一方の反射率の精度を管理するだけで、ダイクロイック偏光ビームスプリッタを比較的簡単に製造する事ができ、コストダウンも図る事ができる。
【００５３】
また、請求項７によるならば、白色光源の材料としてメタルハライドランプを使用する場合、赤色の強度が弱い事に鑑み、投影光学系のレンズ周辺で生じるケラレの影響をなくした構成とする事ができる。
【００５４】
また、請求項８に関して、入射角の角度差を大きくしすぎると、投影光学系のＦナンバーを小さくしなければならず、レンズ径が大きくなってしまい、コストアップとなり、逆に入射角の角度差を小さくし過ぎると、色分解の精度が悪くなり、色再現性が悪くなったり、光量損失をおこして画像が暗くなったりするが、この請求項８の条件式範囲に設定する事で、これらの不具合を解決する事ができる。
【００５５】
また、請求項９によるならば、カラー液晶は、入射光と射出光（反射光）で偏光方向を９０゜回転する事ができ、光学系を構成しやすく、また安価に製造する事ができるので、コストダウンを図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を模式的に示す図。
【図２】ダイクロイック偏光ビームスプリッタの構成を模式的に示す図。
【図３】ガラスプリズムのコーティング面の膜構造の説明図。
【図４】レンズ素子と反射型液晶の構成の一例を模式的に示す図。
【図５】反射型液晶により反射された照明光が射出する状態を示す図。
【図６】反射型液晶にＤＯＥを配設したときの照明光の射出状態を示す図。
【図７】反射型液晶のコンデンサレンズ機能を模式的に示す説明図。
【図８】レンズ素子と反射型液晶の構成の他の例を模式的に示す図。
【図９】照明光が射出する状態をフレネルレンズの有無で比較する図。
【図１０】フレネルレンズの形状を模式的に示す図。
【図１１】短辺方向にストライプのあるフレネルレンズを模式的に示す図。
【図１２】マイクロレンズアレイの形状を模式的に示す図。
【図１３】レンチキュラーレンズの形状を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 白色光源
２ リフレクター
３ ＵＶＩＲカットフィルター
４ 第１レンズアレイ
５ 偏光変換プリズム
６ 第２レンズアレイ
７ ダイクロイック偏光ビームスプリッタ
８ レンズ素子
９ 反射型液晶
１０ 偏光板
１１ 投影光学系
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示素子によりカラー表示を行う単板式の投影型カラー液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、単板式の投影型カラー液晶表示装置として、特開平９−５７７３号公報，特開平８−１１４７８０号公報等に記載されている如く、白色光束を三原色の光束に分割し、且つその光束を異なる角度で同一の液晶表示素子に照射し、その液晶表示素子により変調された光束を投影する類のものが開示されている。これらは、モザイク状のカラーフィルターを用いないので、フィルターを透過しない光束を捨ててしまうという事がなく、それだけ効率よく投影を行う事ができ、画像の明るさを必要とする液晶プロジェクター等に適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成においては、いずれも透過型液晶を用いているため、液晶の画素に付随した回路を必要とするので、開口効率が低くなってしまい、その分明るさが低くなってしまうという問題がある。つまり、通常用いられるＴＦＴ液晶は、各画素毎にトランジスタ回路が設けてあるので、光束が透過する際に、この部分では遮られる事になる。本発明は、例えば、開口効率が高く、明るい反射型液晶を用い、且つダイクロイック偏光ビームスプリッタにより、照明光を異なる複数の波長域の光束に分解し、相互に異なる角度で液晶パネルに入射し、カラー画像を生成する構成とする事により、効率の良いカラー投影表示装置を提供する事を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、白色光源と、その白色光源からの白色光束を赤，緑，青の三原色の光束に分割し、且つその光束を互いに異なる方向に曲げる分割手段と、その分割手段により互いに異なる方向から入射する光束を変調してカラー画像を形成するカラー表示素子と、そのカラー表示素子により変調された光束を投影する投影手段とを備えたカラー投影表示装置であって、前記カラー表示素子は、波長範囲毎に異なる方向から前記光束を受け、変調した反射光を出す反射型カラー表示素子であるカラー投影表示装置において、前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記光束が、前記分割手段を透過して前記投影手段に達する構成であり、前記分割手段は、互いに異なる角度を成す反射面を持つプリズムであり、前記白色光束は、波長範囲毎に異なる前記反射面で反射され、前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、そのレンズ素子に複屈折性を有する材料を組み合わせる事により、前記入射する光束と前記反射型カラー表示素子により変調して反射された光束とに対して、それぞれ異なるレンズ作用を行わせるようにし、前記分割手段は、異なった波長域毎にＳ偏光を反射し、可視光域の波長のＰ偏光をほぼ透過する偏光ビームスプリッタ面を３面持ったダイクロイック偏光ビームスプリッタである構成とする。
【０００５】
さらに、前記プリズムにより分割された光束がそれぞれ前記反射型カラー表示素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。
【０００６】
また、前記プリズムに入射する前記光束はＳ偏光であり、前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記反射光はＰ偏光である構成とする。そして、前記波長範囲は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの波長範囲である構成とする。
【０００８】
また、前記反射型カラー表示素子の各画素に、前記入射する光束をそれぞれ所定の方向に反射する回折格子を配設した構成とする。
【０００９】
また、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は、赤又は青領域である構成とする。
【００１０】
さらに、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は青領域であり、次に分離される光束の波長領域は赤領域である構成とする事もできる。
【００１１】
また、前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより分割された光束がそれぞれ前記レンズ素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する構成とする。
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。
【００１２】
また、前記反射型カラー表示素子は、反射型カラー液晶である構成とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態の全体構成を模式的に示す図である。同図において、１は白色光源、２は白色光源１を取り囲むように配設され、白色光源１からの光を反射するリフレクター、３は白色光源１の上方に配設され、白色光源１からの光の内、紫外線及び赤外線を遮断する平板状のＵＶＩＲカットフィルター、４は更にその上方に配設され、表面に小さいレンズが多数配列された板状の第１レンズアレイ、５は更にその上方に配設され、白色光源１からの光を特定の偏光光に変換する三角形状の偏光変換プリズム、６はその右側に配設され、表面に小さいレンズが多数配列された板状の第２レンズアレイである。
【００１４】
ここで、白色光源１としては、例えばメタルハライドランプが用いられる。また、上記第１レンズアレイ４，偏光変換プリズム５，第２レンズアレイ６により、いわゆるインテグレータを形成している。これは、光源ムラをなくし、また見かけ上、多数の光源が存在する形に変換するものである。
【００１５】
また、７は第２レンズアレイ６の右方に配設され、白色光源１からの白色光束を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色の光束に分割するブロック状のダイクロイック偏光ビームスプリッタ、８はその下方に配設され、そのダイクロイック偏光ビームスプリッタ７からの光束を集光する平板状のレンズ素子、９は更にその下方に配設され、表示素子としての働きをする反射型液晶（反射型カラー液晶）である。また、１０はダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の上方に配設され、偏光方向を整える偏光板、１１は更にその上方に配設され、反射型液晶９の表示情報を投影表示する投影光学系である。
【００１６】
同図に示すように、白色光源１からの直接光及びリフレクター２の反射光が混在した照明光（白色光束）は、ＵＶＩＲカットフィルター３を透過してほぼ可視光のみとなり、続いて第１レンズアレイ４を透過し、更に偏光変換プリズム５に入射する。ここでは白色光束の内、Ｓ偏光の成分は５ａ面で反射され、Ｐ偏光成分は５ｂ面で反射されて、第２レンズアレイ６へと射出する。Ｓ偏光光束とＰ偏光光束が第２レンズアレイ６上に結像する位置は異なるので、Ｐ偏光のみを１／２波長板でＳ偏光とする事で、全てＳ偏光とする。第２レンズアレイ６を透過した照明光は、Ｓ偏光のみの白色光束としてダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射する。
【００１７】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射したＳ偏光のみの白色光束は、図示したＢの面で青色の光束のみ反射され、その他は透過する。そして、この透過した光束はＲの面で赤色の光束のみ反射され、その他は透過する。さらに、この透過した光束は緑色の光束のみとなっており、Ｇの面で反射される。これら三原色に分割された光束は、レンズ素子８を透過し、反射型液晶９上の各画素に集光される。反射型液晶９では、各時点において画面表示に使用する画素をＯＮとして、ここに入射してきた光束のＳ偏光をＰ偏光に変換して反射し、使用しない画素をＯＦＦとして、ここに入射してきた光束をＳ偏光のまま反射する。
【００１８】
反射型液晶９で反射された光束は、再びレンズ素子８を透過してダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射し、ここでＰ偏光の光束即ち反射型液晶９のＯＮの画素により反射された光束のみ透過し、偏光板１０を経て完全にＰ偏光に整えられて、投影光学系１１に入射し、画像投影される。尚、上述したように、いわゆるインテグレータからダイクロイック偏光ビームスプリッタ７に入射する光束は、Ｓ偏光に偏光方向をそろえたものである事が望ましい。
【００１９】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７には、図示したようにＢ，Ｒ，Ｇの３面のスプリッタが必要となる。これは、後述するように、照明光を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色に色分解し、光量の損失を抑えて反射型液晶９の各色の画素に効果的に導くために、このような構成とするものである。ここでのポイントは、各色によってレンズ素子８への入射角が異なっているところである。これについては後に詳述する。
【００２０】
ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７における各色の反射の順番は、本実施形態においては入射側（照明光側）から順に、Ｂ→Ｒ→Ｇと表記しているが、これに限るものではない。即ち、入射側からＲ→Ｇ→ＢでもＲ→Ｂ→ＧでもＢ→Ｇ→Ｒでも差し支えない。但し、上述の白色光源１の材料として使用されるメタルハライドランプは、赤色の強度が弱いので、この場合は投影光学系１１のレンズ周辺で生じるケラレの影響をなくすために、前記赤（Ｒ）の反射の順番を本実施形態のように真ん中に持ってくるのがよい。
【００２１】
また、後述するように、Ｒ，Ｇ，Ｂ各面において、偏光ビームスプリッタの働きを持たせるコーティング（ダイクロイックコート）を施すのであるが、緑色（Ｇ）のＳ偏光が反射されるときの光束の波長帯域が、比較的広くなってしまうので、入射側の最初にＧの面をおく事は、反射する波長帯域の設定の仕方によって、赤（Ｒ）又は青（Ｂ）の一部が付随して反射してしまうので、好ましくない。
【００２２】
反射型液晶９のパネルとしての配置は、図１の矢印Ａで示す方向を短辺とし、紙面に垂直な方向を長辺とする事が望ましい。これにより、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の体積を小さくする事ができる。また、反射型液晶９から投影光学系１１までのレンズバックを短くする事ができるので、投影光学系もコンパクトにする事ができる。尚、Ｐ偏光を透過させる偏光板１０は、原理的には必要のないものであるが、これを用いる事により、投影する画像のコントラストを高める事ができる。
【００２３】
図２は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ７は、▲１▼〜▲４▼の４つのガラスプリズムの接合により構成される。これらガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間には、それぞれコーティング面が形成されており、これらを上記Ｂ，Ｒ，Ｇ各面に対応させる事により、それぞれＳ偏光の各色の光束を反射して色分解を行う。
【００２４】
同図において、ガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間にそれぞれ形成されているコーティング面Ｂ，Ｒ，Ｇにおける、図の左側から入射する上記照明光の入射角は、それぞれθａ，θｂ，θｃで表される。また、Ｂ面とＲ面における各反射光同士が交わる角度をθB-R 、Ｇ面とＲ面における各反射光同士が交わる角度をθG-R とおくと、これらはそれぞれＢ面，Ｇ面における反射光のレンズ素子８（ひいては表示素子の働きをする反射型液晶９）への入射角となる。尚、Ｒ面における反射光のレンズ素子８への入射角は略０゜である。
【００２５】
まず、本実施形態における各角度の関係を見ると、下記の表１のようになり、レンズ素子８への入射角θB-R，θG-Rをこの表のように設定すると、各コーティング面への入射角はそれに対応するθａ，θｂ，θｃのようになる。レンズ素子８への入射角θB-R，θG-Rをこれ以上の角度にすると、反射型液晶９より反射してきた光束の集光が困難となり、投影光学系１１のレンズ径を大きくしなければならなくなってくる。逆に、この角度が小さすぎると、色分解が十分に行えないといった問題が出てくる。従って、レンズ素子８（表示素子）への入射角の最適値範囲は、
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
となる。
【００２６】
【表１】
また、上記ガラスプリズムの▲１▼−▲２▼間，▲２▼−▲３▼間，▲３▼−▲４▼間にそれぞれ形成されるコーティング面の膜構造は、図３のようになる。そして、表１に示す、各コーティング面への入射角θａ，θｂ，θｃでＳ偏光を効果的に反射し、Ｐ偏光を透過する膜構成は、下記の表２のようになる（Ｓ偏光を反射する角度とその膜構成）。ここで、ガラスの屈折率を１．６２とする。それぞれの角度θに対して高屈折率材料（ＮＨ）と低屈折率材料（ＮＬ）を、同表に示すような構成で、図３に示すように積層する事で、各コーティング面が得られる。
【００２８】
ここで、λは設計波長を表し、青（Ｂ）の領域ではおよそ４００〜５００（ｎｍ）、緑（Ｇ）の領域ではおよそ５００〜６００（ｎｍ）、赤（Ｒ）の領域ではおよそ６００〜７００（ｎｍ）の波長を適切に選択し、１／４波長の厚さで積層すれば良い。それぞれの入射角θａ，θｂ，θｃが表２のθの値のいずれかに一致すると、良い偏光分離が得られる。尚、良好な偏光分離と色分離を行うために、通常は２０層ぐらい積層される。
【００２９】
【表２】
図４は、レンズ素子８と反射型液晶９の構成の一例を模式的に示す図であり、照明光が入射する状態を示している（以下、図４〜図９については、紙面に沿った方向が短辺、紙面に垂直な方向が長辺とする）。同図に示すように、レンズ素子８の構成要素として、反射型液晶９の直前に、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状のマイクロレンズアレイ８ａが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、複屈折性を持つ材料８ｂが施されている。その上の８ｃは、保護用のガラス等でできた透明板である。尚、マイクロレンズアレイ８ａは、後述するレンチキュラーレンズであっても良い。
【００３１】
今、同図の矢印で示す方向より、三原色に色分解された照明光が、レンズ素子８に入射したとすると、この照明光はＳ偏光であるので、複屈折性を持つ材料８ｂは、斜線で模式的に示すように、このＳ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ａ，８ｂの働きが相俟って、Ｒ，Ｇ，Ｂの各所望の色を反射するように配置された反射型液晶９のそれぞれの画素９′上に光束を集光する。こうする事で、光の損失をなくし、画像を明るくする事ができる。
【００３２】
尚、この複屈折性を持つ材料には、液晶が最適であり、配向処理で液晶の配向方向をコントロールして配置すれば良い。さらに、電気的に或いは配向処理により所望の配向になった時点で、紫外線を照射して固まったままにしてしまうような、ＵＶキュアブル液晶といった材料を使う事も良い。
【００３３】
図５は、図４と同じ構成であるが、反射型液晶９により反射された照明光が射出する状態を示している。図５（ａ）に示すように、今、反射型液晶９のそれぞれの画素９′より、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光束が矢印で示す方向に射出したとすると、画像に使用する光束は、反射型液晶９によりＳ偏光からＰ偏光に変換されており、複屈折性を持つ材料８ｂは、このＰ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働く。このとき、レンズ素子８は、全体が均質で同じ屈折率を持った材料と同等になるので、射出光束がマイクロレンズアレイ８ａの影響を受けて画像が乱れるという事はなくなる。
【００３４】
ただ、本例においては、図５（ｂ）に反射光束のみを取り出して示すと、反射光束のＲ，Ｇ，Ｂ各々のＦナンバーは、ＲのＦナンバーで代表させて同図の実線で角度ｆとして示すように、３色とも同じ値であるにもかかわらず、主光線の反射する方向がＲ，Ｇ，Ｂによって異なっているため、同図の点線で角度ｆ′として示すように、個々のＦナンバー以上の広がりを持って射出する事になる。ここでは、Ｇ，Ｂの光束は、Ｒの光束に対して両側に広がるように射出しているので、これを是正し、ひいては投影光学系１１のＦナンバーを小さく（即ち光学系を明るく）する必要がある。
【００３５】
そこで、図６に示すように、Ｇ，Ｂの主光線が矢印で示すようにＲと同じ方向を向くように、反射型液晶９の画素９′の内、Ｇ，Ｂが反射するものの反射部に、図示しないＤＯＥ（回折格子）を配設してやる事で、投影光学系１１をコンパクトにする事ができる。ここでは、画素９′の内、Ｒが反射するものについては、ＤＯＥは無くても差し支えない。
【００３６】
また、画素毎にＤＯＥの形状を変えて、反射型液晶９の画面の周辺に向かうほど、より強く光を回折させるようにＤＯＥを配設する事により、コンデンサレンズとしての働きを持たせる事もできる。図７は、このコンデンサレンズの機能を模式的に示す説明図である。同図（ａ）に示すように、反射型液晶９がコンデンサレンズの機能を持たないときは、矢印で示すように、反射光束が相当の広がりを持って投影光学系１１に至るので、それを集光するために、投影光学系１１のレンズ径は或程度大きくなる。
【００３７】
それに対して、同図（ｂ）に示すように、反射型液晶９がコンデンサレンズの機能を持つときは、矢印で示すように、広がりを抑えた状態で投影光学系１１に至るので、それを集光する投影光学系１１のレンズ径は小さくて済み、更にコンパクトとなる。
【００３８】
図８は、レンズ素子８と反射型液晶９の構成の他の例を模式的に示す図であり、照明光が入射する状態を示している。同図に示すように、レンズ素子８の構成要素として、反射型液晶９の直前に、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状のマイクロレンズアレイ８ａが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、複屈折性を持つ材料８ｂが施されている。
【００３９】
更にその上にはフレネルレンズ８ｄが配設されていて、その上面には、透過する偏光の方向によって屈折率が違う、別の複屈折性を持つ材料８ｅが施されている。その上の８ｃは、保護用のガラス等でできた透明板である。尚、マイクロレンズアレイ８ａは、後述するレンチキュラーレンズであっても良い。
【００４０】
今、同図の矢印で示す方向より、三原色に色分解された照明光が、レンズ素子８に入射したとすると、この照明光はＳ偏光であるので、別の複屈折性を持つ材料８ｅは、このＳ偏光に対して、フレネルレンズ８ｄの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働き、これらは均質な材料と同等になる。さらに、複屈折性を持つ材料８ｂは、斜線で模式的に示すように、このＳ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ａ，８ｂの働きが相俟って、Ｒ，Ｇ，Ｂの各所望の色を反射するように配置された反射型液晶９のそれぞれの画素９′上に光束を集光する。こうする事で、光の損失をなくし、画像を明るくする事ができる。
【００４１】
図９は、反射型液晶９により反射された照明光が射出する状態を短辺全長に渡って模式的に示している。そして、同図（ａ）はフレネルレンズが無い場合であり、図５で説明したものと同じ状態を、全体的に示した形となっている。また、同図（ｂ）はフレネルレンズがある場合である。
【００４２】
同図（ｂ）に示すように、今、反射型液晶９のそれぞれの画素９′より、Ｒ，Ｇ，Ｂ（図示せず）の各色の光束が矢印で示す方向に射出したとすると、画像に使用する光束は、反射型液晶９によりＳ偏光からＰ偏光に変換されており、複屈折性を持つ材料８ｂは、このＰ偏光に対して、マイクロレンズアレイ８ａの持つ屈折率と同じ屈折率の材料として働く。このとき、図５の場合と同様にして、射出光束がマイクロレンズアレイ８ａの影響を受けて画像が乱れるという事はなくなる。
【００４３】
さらに、別の複屈折性を持つ材料８ｅは、斜線で模式的に示すように、このＰ偏光に対して、フレネルレンズ８ｄの持つ屈折率とは違った屈折率の材料として働く。そして、これら８ｄ，８ｅの働きが相俟って、コンデンサレンズとして機能し、射出光束が広がりを抑えた状態で図示しない投影光学系１１に至るので、それを集光する投影光学系１１のレンズ径は小さくて済み、コンパクトとなる。
【００４４】
図１０は、フレネルレンズ８ｄの形状を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面縦断面図である。フレネルレンズの表面は、通常、画面の中央部を中心とした輪帯状をしているが、これを本実施形態で使用する場合、ここを通過した反射光束の主光線が、投影光学系１１の光軸に必ずしも平行とはならないので、これが画像の質に影響する事がある。こういう場合はむしろ、本発明とは直接関係はないが、図１１に平面図（ａ）及び正面縦断面図（ｂ）で示すように、短辺方向にのみストライプの入ったフレネルレンズを使用する事により、長辺方向の光束の広がりを抑えるにとどめる方が良いときもある。
【００４５】
図１２は、マイクロレンズアレイ８ａの形状を模式的に示す図であり、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は側面縦断面図である。マイクロレンズアレイは、通常、同図に示すように、表面に数十μｍオーダーの小さいレンズが多数配列された板状であるが、これは、本実施形態においては、図１３に平面図（ａ）及び側面縦断面図（ｂ）で示すように、ストライプ状の一方向のみの色分離効果を持つレンチキュラーレンズとしても良い。この場合、色分離する方向は、色分解により光束が広がっている方向と一致させる事は言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の特に請求項１によれば、効率の良いカラー投影表示装置を提供する事ができる。
【００４７】
また、プリズムとする事で、所望の反射特性が得やすくなる。
【００４８】
また、請求項２に関して、入射角の角度差を大きくしすぎると、投影光学系のＦナンバーを小さくしなければならず、レンズ径が大きくなってしまい、コストアップとなり、逆に入射角の角度差を小さくし過ぎると、色分解の精度が悪くなり、色再現性が悪くなったり、光量損失をおこして画像が暗くなったりするが、この請求項２の条件式範囲に設定する事で、これらの不具合を解決する事ができる。
【００４９】
また、請求項３によるならば、照明光を無駄なく使え、明るくする事ができる。また、表示のコントラストを高くする事ができる。
【００５０】
また、請求項４によるならば、簡便な構成でフルカラー表示できる。
【００５１】
また、請求項５によるならば、回折格子により集光レンズの効果を持たせる事ができ、投影レンズをコンパクトにする事ができる。また、それによりコストダウンを図る事ができる。
【００５２】
また、請求項６によるならば、ダイクロイックコートを短波長側或いは長波長側のどちらか一方の反射率の精度を管理するだけで、ダイクロイック偏光ビームスプリッタを比較的簡単に製造する事ができ、コストダウンも図る事ができる。
【００５３】
また、請求項７によるならば、白色光源の材料としてメタルハライドランプを使用する場合、赤色の強度が弱い事に鑑み、投影光学系のレンズ周辺で生じるケラレの影響をなくした構成とする事ができる。
【００５４】
また、請求項８に関して、入射角の角度差を大きくしすぎると、投影光学系のＦナンバーを小さくしなければならず、レンズ径が大きくなってしまい、コストアップとなり、逆に入射角の角度差を小さくし過ぎると、色分解の精度が悪くなり、色再現性が悪くなったり、光量損失をおこして画像が暗くなったりするが、この請求項８の条件式範囲に設定する事で、これらの不具合を解決する事ができる。
【００５５】
また、請求項９によるならば、カラー液晶は、入射光と射出光（反射光）で偏光方向を９０゜回転する事ができ、光学系を構成しやすく、また安価に製造する事ができるので、コストダウンを図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を模式的に示す図。
【図２】ダイクロイック偏光ビームスプリッタの構成を模式的に示す図。
【図３】ガラスプリズムのコーティング面の膜構造の説明図。
【図４】レンズ素子と反射型液晶の構成の一例を模式的に示す図。
【図５】反射型液晶により反射された照明光が射出する状態を示す図。
【図６】反射型液晶にＤＯＥを配設したときの照明光の射出状態を示す図。
【図７】反射型液晶のコンデンサレンズ機能を模式的に示す説明図。
【図８】レンズ素子と反射型液晶の構成の他の例を模式的に示す図。
【図９】照明光が射出する状態をフレネルレンズの有無で比較する図。
【図１０】フレネルレンズの形状を模式的に示す図。
【図１１】短辺方向にストライプのあるフレネルレンズを模式的に示す図。
【図１２】マイクロレンズアレイの形状を模式的に示す図。
【図１３】レンチキュラーレンズの形状を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 白色光源
２ リフレクター
３ ＵＶＩＲカットフィルター
４ 第１レンズアレイ
５ 偏光変換プリズム
６ 第２レンズアレイ
７ ダイクロイック偏光ビームスプリッタ
８ レンズ素子
９ 反射型液晶
１０ 偏光板
１１ 投影光学系
Claims (9)
- 白色光源と、該白色光源からの白色光束を赤，緑，青の三原色の光束に分割し、且つ該光束を互いに異なる方向に曲げる分割手段と、該分割手段により互いに異なる方向から入射する光束を変調してカラー画像を形成するカラー表示素子と、該カラー表示素子により変調された光束を投影する投影手段とを備えたカラー投影表示装置であって、
前記カラー表示素子は、波長範囲毎に異なる方向から前記光束を受け、変調した反射光を出す反射型カラー表示素子であるカラー投影表示装置において、
前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記光束が、前記分割手段を透過して前記投影手段に達する構成であり、前記分割手段は、互いに異なる角度を成す反射面を持つプリズムであり、前記白色光束は、波長範囲毎に異なる前記反射面で反射され、前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、該レンズ素子に複屈折性を有する材料を組み合わせる事により、前記入射する光束と前記反射型カラー表示素子により変調して反射された光束とに対して、それぞれ異なるレンズ作用を行わせるようにし、前記分割手段は、異なった波長域毎にＳ偏光を反射し、可視光域の波長のＰ偏光をほぼ透過する偏光ビームスプリッタ面を３面持ったダイクロイック偏光ビームスプリッタである事を特徴とするカラー投影表示装置。 - 前記プリズムにより分割された光束がそれぞれ前記反射型カラー表示素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする請求項１に記載のカラー投影表示装置；
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。 - 前記プリズムに入射する前記光束はＳ偏光であり、前記反射型カラー表示素子により変調して反射された前記反射光はＰ偏光である事を特徴とする請求項１に記載のカラー投影表示装置。
- 前記波長範囲は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの波長範囲である事を特徴とする請求項１に記載のカラー投影表示装置。
- 前記反射型カラー表示素子の各画素に、前記入射する光束をそれぞれ所定の方向に反射する回折格子を配設した事を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のカラー投影表示装置。
- 前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は、赤又は青領域である事を特徴とする請求項１に記載のカラー投影表示装置。
- 前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより前記白色光束から最初に分離される光束の波長領域は青領域であり、次に分離される光束の波長領域は赤領域である事を特徴とする請求項６に記載のカラー投影表示装置。
- 前記反射型カラー表示素子と前記分割手段との間に、前記入射する光束を前記反射型カラー表示素子の各画素に集光するレンズ素子を配設し、前記ダイクロイック偏光ビームスプリッタにより分割された光束がそれぞれ前記レンズ素子に入射する入射角度の互いの角度差は、以下の条件式範囲を満足する事を特徴とする請求項６又は請求項７に記載のカラー投影表示装置；
５゜≦θB-R≦２０゜
５゜≦θG-R≦２０゜
但し、
θB-R：青（Ｂ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
θG-R：緑（Ｇ）領域の光束と赤（Ｒ）領域の光束のそれぞれの入射角度の互いの角度差
である。 - 前記反射型カラー表示素子は、反射型カラー液晶である事を特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のカラー投影表示装置。
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