JP3777836B2

JP3777836B2 - Reflective light modulation element and projection display device

Info

Publication number: JP3777836B2
Application number: JP32049298A
Authority: JP
Inventors: 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000152267A

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８（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。
【０００６】
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）。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【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９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９では、青光と緑光に注目して説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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反射型画素電極だけに完全に導き入れる事が出来ず、図９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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（表示画素と画素ユニットとの関係について）
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。
【００１５】
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。すなわち、一つの画素ユニットと表示される画像上の一つの画素が対応している。従って、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光と、入射時とは異なる第２微小レンズを経て第１レンズアレイ方向に戻っていく不要な光を低減すれば、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ことが判る。
【００１６】
（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、各々異なる３色の色光用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３色の色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３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３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、前記反射型画素電極上の特定の領域だけに光を入射させ、前記特定の領域以外の領域には光を入射させないように、前記第１と第２の電極の内の、少なくとも一方の電極の近傍に遮光層を形成したことを特徴とする。
【００１７】
例えば、隣接する反射型画素電極との境界部付近に入射する光を遮光するように、第１と第２の電極の内の、少なくとも一方の電極の近傍に遮光層が形成された構成を採用することが出来る。
【００１８】
あるいは、隣接する画素ユニットとの境界部付近に入射する光を遮光するように、第１と第２の電極の内の、少なくとも一方の電極の近傍に遮光層が形成された構成としても良い。
【００１９】
上記の様な構成を採用すれば、隣接する反射型画素電極や隣接する画素ユニットに入射する不要な光を低減することができ、色表現性に優れた表示画像を実現することが出来る。ここで、遮光層は非反射性であることが望ましいが、大きな光散乱性を有するならば、反射性の遮光層であっても良い。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。
【００２０】
反射型光変調素子の集光手段及び偏向手段が、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場合が多く、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、上記の反射型光変調素子の構成を採用すれば、隣接する画素ユニット間の境界部付近には遮光層が形成されているため、この領域に入射した光はほとんど反射されず、集光手段であるレンズアレイにはほとんど光は戻らない。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、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。
【００２１】
ところで、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、同じの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、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、上記の反射型光変調素子においては、隣接する反射型画素電極との境界部付近に関して、画素ユニット内の３つの反射型画素電極が並ぶ方向に沿って存在する境界部付近には、遮光層を配置しない構成としても良い。この様な構成を採用すれば、画素ユニット内の３つ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、可能な限り寸法の大きな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。
【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各々の波長域が異なる３つ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３つ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、前記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、各々の波長域が異なる３つ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、前記色光分離手段に偏光分離手段の機能を合わせ持たせる事もできる。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の基板１２５上に設けられた第１の電極である透明電極１３０、及び、第２の基板１４５上に第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。遮光層については後述するが、複数の反射型画素電極１４０の間に配置されている。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、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、各々の反射型画素電極を囲むように、隣接する反射型画素電極との境界部１７０付近には、遮光層１７１が形成されている。遮光層１７１は、第２の電極１４０に反射型画素電極と共に埋め込まれた状態で形成され、第２の電極は平坦化されている。ここで、遮光層１７１は光吸収性、あるいは、光散乱性を有する薄膜によって形成されている。但し、遮光層が電極としての機能を有していなければ、反射型画素電極のように光反射性の薄膜により形成されていても問題はない。その理由は、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、光変調を受けずに反射された光は、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がないためである。
【００３２】
このように各々の反射型画素電極を取り囲むように遮光層を形成することにより、隣接する反射型画素電極に入射する不要な光を低減することができる。また、遮光層に入射した光は、ほとんど正反射されないため、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光も低減することができる。従って、反射型画素電極間における光クロストークを低減でき、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。また、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。
【００３３】
なお、遮光層１７１の形成位置あるいはその形態は、本例に限定されるものではなく、例えば、図２（Ａ）に示すように、反射型画素電極１４０の表面を部分的に覆うように形成されていても良く、この様な構成では、反射型画素電極を形成した後に遮光層１７１を形成すれば良いため、遮光層１７１を形成し易いという特徴がある。あるいは、図２（Ｂ）に示すように、第１の電極である透明電極１３０の側に遮光層１７１が形成されていても良い。
【００３４】
（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、遮光層の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。
【００３５】
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から構成される画素ユニット１４９の周辺部に、すなわち、隣接する画素ユニット間の境界部１７０付近だけに遮光層１７１が形成された構成となっている。
【００３６】
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場合が多い。この様な反射型画素電極の配置状態で、画素ユニット間の境界を越えて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が、一方、画素ユニット内部に配置された３種類の反射型画素電極おいて、それらの反射型画素電極の境界を越えて色光が入射したとしても、色光の波長が比較的連続しているため、色表現性に与える影響はそれほど大きくはない。
【００３７】
従って、隣接する画素ユニット間の境界部付近にだけ遮光層を形成した本例の構成では、表示画素間におけるクロストークを低減し、色表現性を高めることが出来る。同時に、画素ユニットの内部には遮光層が配置されないので、その分反射型画素電極の寸法を大きくすることができる。よって、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。
【００３８】
（第１、第２実施例の変形例）
ところで、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。この点を考慮した反射型光変調素子の構成例を第１及び第２実施例の変形例として説明する。尚、図４は、第１実施例の反射型光変調素子１００の変形例であり、図５は、第２実施例の反射型光変調素子２００の変形例である。
【００３９】
先の２つの実施例で示した反射型光変調素子１００、２００では、いずれも、Ｘ方向に沿った境界部付近にも遮光層が形成されていたが、上記の内容を鑑みて、図４及び図５に示すように、Ｘ方向に沿った境界部１７２付近には遮光層を配置しない構成としても良い。その結果、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。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。
【００４０】
（第３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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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出来る。また、広範囲の色を表現することが出来る。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。
【００４５】
（第４実施例）
先の第３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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（第３及び第４実施例の変形例）
尚、第３及び第４実施例において用いた色光分離素子４２０に偏光分離素子の機能を併せ持たせることが出来る。その様な構成を採用すれば、光源部４１０と反射型光変調素子１００との間の距離、及び、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、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３及び第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。
【００４９】
なお、各実施形態において詳細な説明を省略したが、各実施形態に共通に用いられる反射型画素電極が設けられる第２の基板１４５には、画素電極に駆動信号を供給するためのスイッチング素子として、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子が形成されており、ガラスやシリコンなどが基板として用いられ、その上にＴＦＴ素子及び反射型画素電極が配置される。
【００５０】
また、ＴＦＴ素子やＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）素子をスイッチング素子として使用する、いわゆるアクティブマトリクス型液晶パネルを光変調のために用いた反射型光変調素子に限らず、スイッチング素子を用いないタイプのいわゆる単純マトリクス型液晶パネルを用いた反射型光変調素子にも適用できるものである。
【００５１】
さらに、液晶層を光変調層としたものに限らず、例えばマイクロミラーによって光変調を行う光変調素子を用いたものであっても良い。
【００５２】
なお、各実施例においては、赤、緑、青色光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。
【００５３】
【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、隣接する反射型画素電極間の境界部付近に、あるいは、隣接する画素ユニット間の境界部付近に遮光層を配置しているので、隣接する反射型画素電極や隣接する画素ユニットに入射する不要な光を低減でき、また、入射時とは異なる経路で戻っていく戻り光を低減できる。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。また、この様な反射型光変調素子を用いることにより、色表現性に優れた明るく高品位な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】（Ａ）、（Ｂ）は、遮光層の形成位置について説明するための図である。
【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５】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６】本発明の第３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８】（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９】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、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
１２５・・・第１の基板
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・・・青光用の反射型画素電極
１４０Ｇ、１４１Ｇ、１４２Ｇ、１４３Ｇ・・・緑光用の反射型画素電極
１４０Ｒ、１４１Ｒ、１４２Ｒ、１４３Ｒ・・・赤光用の反射型画素電極
１４５・・・第２の基板
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・・・遮光層
１７２・・・Ｘ方向に沿った境界部
４００、５００、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
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. 8A and 8B show an example of the 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.
[0006]
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 going back and forth through the liquid crystal layer 150, and at the same time, is reflected by the reflecting surface, and reversely follows a path substantially the same 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).
[0007]
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).
[0008]
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.
[0009]
[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. 9 will be described with attention paid to blue light and green light.
[0010]
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.
[0011]
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 blue light cannot be completely introduced only into the corresponding reflective pixel electrode, and as shown by the oblique lines in FIG. 9, the blue light that should normally reach the blue reflective pixel electrode 701B. Part of 770 enters the reflective pixel electrode 711R for adjacent red light.
[0012]
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).
[0013]
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.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
(Relationship between display pixel and pixel unit)
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.
[0015]
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. That is, one pixel unit corresponds to one pixel on the displayed image. Therefore, if unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode and unnecessary light returning to the first lens array direction through the second minute lens different from the incident light are reduced, the color expression is excellent. It can be seen that a reflective light modulation element capable of expressing a wide range of colors can be realized.
[0016]
(Means for solving the problems and their effects)
In order to solve the above problems, a reflective light modulation element according to the present invention includes a transparent first electrode provided on a light incident side and three different ones provided to face the first electrode. A reflective pixel electrode for color light is used 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 arranged on the first electrode side, condensing each of the three color lights having different incident directions and leading them to the corresponding reflective pixel electrode, and the condensing unit and the first A deflecting unit disposed between the pixel electrode and directing the chief ray emission direction of each of the three color lights incident from the light collecting unit in a substantially normal direction of the corresponding reflective pixel electrode; The three colors of light having incident directions separated in advance are used as illumination light. Of the first and second electrodes so that light is incident only on a specific region on the reflective pixel electrode and light is not incident on a region other than the specific region. The light-shielding layer is formed in the vicinity of at least one of the electrodes.
[0017]
For example, a configuration is adopted in which a light shielding layer is formed in the vicinity of at least one of the first and second electrodes so as to shield light incident near the boundary between adjacent reflective pixel electrodes. I can do it.
[0018]
Alternatively, a light shielding layer may be formed in the vicinity of at least one of the first and second electrodes so as to shield light incident in the vicinity of the boundary between adjacent pixel units.
[0019]
By adopting the configuration as described above, unnecessary light incident on adjacent reflective pixel electrodes and adjacent pixel units can be reduced, and a display image with excellent color expression can be realized. Here, the light shielding layer is desirably non-reflective, but may be a reflective light shielding layer as long as it has a large light scattering property. 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.
[0020]
Assuming that the condensing means and the deflecting means of the reflective light modulation element are constituted by a lens array formed by arranging a plurality of microlenses in a matrix, the light enters the vicinity of the boundary between adjacent pixel units. A portion 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 often arranged adjacent to each other so as to sandwich the boundary between the pixel units. When unnecessary colored light is incident on an adjacent reflective pixel electrode in a state where the reflective pixel electrode is arranged, the wavelength of the colored light is significantly different, which greatly affects the color expression. Even in such an arrangement state of the reflective pixel electrodes, if the configuration of the reflective light modulation element described above is employed, a light shielding layer is formed near the boundary between adjacent pixel units. Light that has entered the region is hardly reflected, and hardly returns to the lens array that is a condensing means. As a result, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be reduced, and a display image excellent in 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.
[0021]
By the way, in the direction orthogonal to the direction in which the colored light is separated, the same type of reflective pixel electrodes corresponding to the same colored light are arranged in a line, so that between the reflective pixel electrodes arranged in this direction. In this case, most of the light incident on the adjacent reflective pixel electrodes is the same color light, and even if such light is incident on the adjacent reflective pixel electrodes, the influence on the color expression is small. Therefore, in the above-described reflection type light modulation element, with respect to the vicinity of the boundary part between the adjacent reflection type pixel electrodes, the vicinity of the boundary part existing along the direction in which the three reflection type pixel electrodes in the pixel unit are arranged is shielded. It is good also as a structure which does not arrange | position a layer. By adopting such a configuration, a reflective pixel electrode having a size as large as possible can be arranged in a direction orthogonal to the direction in which the three reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged. The amount of reflected 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.
[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 three 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 makes the three color lights incident on the reflection type light modulation element, and a projection unit that projects the light modulated by the reflection type light modulation element on a screen.
[0023]
Alternatively, a second projection display apparatus according to the present invention includes the reflection type light modulation element, a light source unit that emits a substantially parallel light beam, and two types of polarized light having different polarization states. A polarized light separating means for separating light, and one of the polarized lights from the polarized light separating means is separated into three colored lights having different wavelength ranges, and the colored light separating the traveling directions of the colored lights. It is characterized by comprising separation means and projection means for projecting the light beam modulated by the reflective light 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, the color light separating means can have the function of the polarization separating means. 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 that is a first electrode provided on the first substrate 125, and a plurality of reflective pixel electrodes 140 that are second electrodes on the second substrate 145. A liquid crystal layer 150 that is a light modulation layer is formed between the electrode 130 and the reflective pixel electrode 140. Although the light shielding layer will be described later, it is disposed between the plurality of reflective pixel electrodes 140. 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 collected by the first microlenses 111 constituting the first lens array 110, respectively, 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, 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 by the deflecting action of the second lens array 120, and enters the liquid crystal layer 150 substantially perpendicularly. And reflected by the reflection pixel electrodes 140R and 140B for blue light.
[0030]
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.
[0031]
Next, a planar arrangement state of the reflective pixel electrode 140 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1B, a light shielding layer 171 is formed in the vicinity of the boundary 170 between adjacent reflective pixel electrodes so as to surround each reflective pixel electrode. The light shielding layer 171 is formed in a state of being embedded in the second electrode 140 together with the reflective pixel electrode, and the second electrode is flattened. Here, the light shielding layer 171 is formed of a light-absorbing or light-scattering thin film. However, as long as the light shielding layer does not function as an electrode, there is no problem even if it is formed of a light reflective thin film like a reflective pixel electrode. The reason for this is that if the reflective light modulation element is used in the normally black display mode, the light reflected without light modulation returns directly to the light source (not shown) side. This is because the display state is not adversely affected.
[0032]
Thus, by forming the light shielding layer so as to surround each reflective pixel electrode, unnecessary light incident on the adjacent reflective pixel electrode can be reduced. Further, since the light incident on the light shielding layer is hardly specularly reflected, unnecessary light that returns to the direction of the first microlens through the second microlens different from that at the time of incidence can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the optical crosstalk between the reflection type pixel electrodes, realize a reflection type light modulation element that is excellent in color expression and can express a wide range of colors. In addition, the phenomenon in which another color light that is not required to enter the adjacent reflective pixel electrode is more noticeable as the parallelism of the light incident on the reflective light modulation element is reduced. Can be said to be particularly effective when a light source that emits illumination light with poor parallelism is assumed.
[0033]
The formation position or form of the light shielding layer 171 is not limited to this example. For example, the light shielding layer 171 is formed so as to partially cover the surface of the reflective pixel electrode 140 as shown in FIG. In such a configuration, the light shielding layer 171 may be formed after the reflection type pixel electrode is formed, and thus the light shielding layer 171 is easily formed. Alternatively, as shown in FIG. 2B, a light shielding layer 171 may be formed on the transparent electrode 130 side which is the first electrode.
[0034]
(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 is different in the arrangement of the light shielding layer as compared with the reflection type light modulation element 100 described with reference to FIGS. 1A and 1B, and the other configurations are the same. It is. 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.
[0035]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the reflective light modulation element 200 includes three types of reflective pixel electrodes 142R, 142G, and 142B for red light, green light, and blue light. The light shielding layer 171 is formed in the peripheral part of the pixel unit 149, that is, only in the vicinity of the boundary part 170 between adjacent pixel units.
[0036]
In the vicinity of the boundary between the pixel units, the reflection pixel electrode for red light and the reflection pixel electrode for blue light are often arranged adjacent to each other so as to sandwich the boundary between the pixel units. In this arrangement of reflective pixel electrodes, when colored light is incident beyond the boundary between pixel units, the wavelength of the colored light is significantly different, which greatly affects color expression. In the three types of reflective pixel electrodes arranged inside the pixel unit, even if colored light enters beyond the boundary of the reflective pixel electrodes, the wavelength of the colored light is relatively continuous. The effect on sex is not so great.
[0037]
Therefore, in the configuration of this example in which the light shielding layer is formed only near the boundary between adjacent pixel units, crosstalk between display pixels can be reduced and color expression can be improved. At the same time, since the light shielding layer is not disposed inside the pixel unit, the size of the reflective pixel electrode can be increased accordingly. Therefore, it is possible to realize a reflective light modulation element with high light utilization efficiency by increasing the amount of reflected light at the reflective pixel electrode while minimizing the influence on color expression.
[0038]
(Modification of the first and second embodiments)
By the way, in the direction (Y direction) orthogonal to the direction (X direction) in which the incident direction of the color light is separated, the possibility that unnecessary light is incident on the adjacent pixels is relatively small. It can be said that the possibility of effect is relatively small. A configuration example of the reflection type light modulation element in consideration of this point will be described as a modification of the first and second embodiments. FIG. 4 shows a modification of the reflective light modulation element 100 of the first embodiment, and FIG. 5 shows a modification of the reflection light modulation element 200 of the second embodiment.
[0039]
In both of the reflection type light modulation elements 100 and 200 shown in the previous two embodiments, the light shielding layer is also formed in the vicinity of the boundary along the X direction. And as shown in FIG. 5, it is good also as a structure which does not arrange | position a light shielding layer in the boundary part 172 vicinity along a X direction. As a result, between the pixel units adjacent in the Y direction, the reflective pixel electrodes are arranged with almost no gap. 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.
[0040]
(Third 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.
[0041]
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.
[0042]
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 according to the image signal from the outside, and the modulated light beam is in the 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.
[0043]
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.
[0044]
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. In addition, a wide range of colors can be expressed. 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.
[0045]
(Fourth embodiment)
The reflection type light modulation element described above 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 display apparatus 400 described in the third 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.
[0046]
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).
[0047]
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, 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.
[0048]
(Modification of the third and fourth embodiments)
The color light separation element 420 used in the third and fourth embodiments can have the function of a polarization separation element. By adopting such a configuration, the distance between the light source unit 410 and the reflection type light modulation element 100 and the distance between the reflection type light modulation element 100 and the projection lens 470 can be shortened. The light utilization efficiency can be increased, and a brighter projected image can be obtained. Of course, as in the case of the third and fourth embodiments, since the reflective light modulation device 100 of the present invention is used, color crosstalk, color bleeding, and color mixing between adjacent display pixels are used. Therefore, it is possible to realize a projected image with less color expression.
[0049]
Although detailed description is omitted in each embodiment, the second substrate 145 provided with a reflective pixel electrode commonly used in each embodiment is a switching element for supplying a drive signal to the pixel electrode. For example, a TFT (Thin Film Transistor) element is formed, and glass, silicon, or the like is used as a substrate, and a TFT element and a reflective pixel electrode are disposed thereon.
[0050]
Further, a switching element is not used, not limited to a reflective light modulation element using a so-called active matrix liquid crystal panel for light modulation, which uses a TFT element or a TFD (Thin Film Diode) element as a switching element. The present invention can also be applied to a reflection type light modulation element using a so-called simple matrix type liquid crystal panel.
[0051]
Further, the liquid crystal layer is not limited to the light modulation layer, and for example, a light modulation element that performs light modulation with a micromirror may be used.
[0052]
In each example, a combination of red, green, and blue light 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 be applied to any combination of colored lights.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the color light separation type reflection type light modulation element, the light shielding layer is provided near the boundary between adjacent reflection type pixel electrodes or near the boundary between adjacent pixel units. Therefore, unnecessary light incident on adjacent reflective pixel electrodes and adjacent pixel units can be reduced, and return light returning along a path different from that at the time of incidence can be reduced. 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. Further, by using such a reflective light modulation element, it is possible to realize a projection display device that displays a bright and high-quality projection image 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.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a formation position of a light shielding layer. FIGS.
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 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. 5 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.
FIG. 6 is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
8A is a plan view schematically showing an optical configuration of a projection display device configured using a conventional reflective light modulation element, and FIG. 8B is a configuration of a conventional reflective light modulation element. It is the fragmentary sectional view which showed typically.
FIG. 9 is a diagram for explaining an optical problem occurring in a conventional reflective light modulation element.
[Explanation of symbols]
100, 200, 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
125... First substrate
130 ... Transparent electrode (first electrode)
140... Reflective pixel electrode (second electrode)
140B, 141B, 142B, 143B... Reflective pixel electrodes for blue light
140G, 141G, 142G, 143G ... reflective pixel electrodes for green light
140R, 141R, 142R, 143R ... Reflective pixel electrodes for red light
145 ... second substrate
149 ... Pixel unit
150 ... Liquid crystal layer (light modulation layer)
160B ・・ Blue light
160G ・・ Green light
160R ... Red light
170 ... Boundary part
171 ... Light-shielding layer
172 ... Boundary portion along the X direction
400, 500, 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
701B ··· Reflection type 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

A transparent first electrode provided on the light incident side;
Reflective pixel electrodes for three different colors of light provided to face the first electrode as pixel units, and second electrodes 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 three color lights having different incident directions, and guiding them to the corresponding reflective pixel electrode;
An abbreviated method of the reflection type pixel electrode corresponding to the emission direction of the principal ray of each of the three color lights incident between the condensing unit and the first pixel electrode and incident from the condensing unit. Deflection means for directing in the line direction,
In the reflection type light modulation element using the three color light beams whose incident directions are separated in advance as illumination light,
Of the first and second electrodes, light is incident only on a specific area on the reflective pixel electrode, and light incident on the vicinity of the boundary between the reflective pixel electrodes is shielded. A light shielding layer is formed in the vicinity of at least one of the electrodes,
The light shielding layer is configured not to be disposed in the vicinity of the boundary portion along the direction in which the three reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged with respect to the vicinity of the boundary portion between adjacent reflective pixel electrodes. A reflective light modulation element characterized by the above.

A transparent first electrode provided on the light incident side;
Reflective pixel electrodes for three different colors of light provided to face the first electrode as pixel units, and second electrodes 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 three color lights having different incident directions, and guiding them to the corresponding reflective pixel electrode;
An abbreviated method of the reflection type pixel electrode corresponding to the emission direction of the principal ray of each of the three color lights incident between the condensing unit and the first pixel electrode and incident from the condensing unit. Deflection means for directing in the line direction,
In the reflection type light modulation element using the three color light beams whose incident directions are separated in advance as illumination light,
At least one of the first and second electrodes so that light is incident only on a specific region on the reflective pixel electrode, and light incident near the boundary between the adjacent pixel units is blocked. A light shielding layer is formed in the vicinity of one of the electrodes,
The light shielding layer is configured not to be disposed in the vicinity of the boundary portion along the direction in which the three reflective pixel electrodes in the pixel unit are arranged with respect to the vicinity of the boundary portion between adjacent reflective pixel electrodes. A reflective light modulation element characterized by the above.

The reflective light modulation element according to claim 1, a light source unit that emits substantially parallel light, light from the light source unit is separated into three color lights having different wavelength ranges, The color light separating means for separating the traveling direction of the color light, and each of the three color lights from the color light separating means are further separated into two kinds of polarized lights having different polarization states, and the three color lights having the one polarization state A projection type display device comprising: a polarization separation unit that causes the light to enter the reflection type light modulation element; and a projection unit that projects light modulated by the reflection type light modulation element onto a screen.

3. The reflection type light modulation element according to claim 1, a light source unit that emits a substantially parallel light beam, and polarization separation that separates light from the light source unit into two types of polarized light having different polarization states. Separating the polarized light from the polarized light from the polarized light separating means into three colored lights having different wavelength ranges, and separating the traveling direction of each colored light, and the reflection A projection display device comprising: projection means for projecting a light beam modulated by a projection light modulator on a screen.