JPH08227103A - Projection type display device - Google Patents

Projection type display device

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Publication number
JPH08227103A
JPH08227103A JP7281667A JP28166795A JPH08227103A JP H08227103 A JPH08227103 A JP H08227103A JP 7281667 A JP7281667 A JP 7281667A JP 28166795 A JP28166795 A JP 28166795A JP H08227103 A JPH08227103 A JP H08227103A
Authority
JP
Japan
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light
light source
display device
projection
lens
Prior art date
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Application number
JP7281667A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Nakamura
弘喜 中村
Yoshihiro Watanabe
好浩 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7281667A priority Critical patent/JPH08227103A/en
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a projection type liquid crystal display element where brightness is improved and irregular luminance on one display pixel is completely reduced, and by which a high-quality display picture is obtained. CONSTITUTION: This projection type display device is equipped with an elliptical condensing mirror 5, a light source 4 arranged near the 1st focal point of an ellipsoid, a collimator lens 6 having a focal point near the 2nd focal point of the ellipsoid, and an optical modulation element array constituted by two- dimensionaly arranging an optical modulation element 2 having a lens array on the collimator lens 6 side and having area S. When it is assumed that the length of a light emitting part is L, the square of the ratio of the minor axis to the major axis of an ellipse is μ, the focal length of the lens 6 is (f), a distance between the lens array and the aperture part of the modulation element 2 is (m), and refractive index between the lens array and the modulation element is (n), an expression is satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、映像信号に基づき画像
表示を行なう表示装置に係り、特に、画像を反射型もし
くは透過型のスクリーン上に表示させる投射型表示装
置、及び投射型表示装置に用いる光変調素子アレイに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device for displaying an image based on a video signal, and more particularly to a projection display device for displaying an image on a reflective or transmissive screen and a projection display device. The present invention relates to a light modulation element array.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、プラズマ発光パネルや液晶パネル
は、CRT表示装置に代わる小型で軽量な平面表示装置
として注目されている。この平面表示装置は、表示動作
において自ら光を放つ自発光型のものと、表示動作にお
いて独立した光源から入射する光の透過率を制御する透
過率制御型のものとに分類できる。例えば、プラズマ発
光パネルは自発光型に属し、液晶パネルは透過率制御型
に属する。特に、この液晶パネルに代表される透過率制
御型の表示装置は、次世代の表示装置の本命として考え
られ、その技術開発が様々な実用分野で進められてい
る。
2. Description of the Related Art At present, a plasma light emitting panel and a liquid crystal panel are drawing attention as a small and lightweight flat panel display device which replaces a CRT display device. This flat display device can be classified into a self-luminous type that emits light by itself in a display operation and a transmittance control type that controls the transmittance of light incident from an independent light source in a display operation. For example, the plasma emission panel belongs to the self-emission type, and the liquid crystal panel belongs to the transmittance control type. In particular, the transmittance control type display device represented by this liquid crystal panel is considered to be a favorite of the next generation display device, and its technical development is being advanced in various practical fields.

【0003】一般的な液晶パネルは、液晶デバイスハン
ドブックで紹介されているツイステッドネマティック
(TN)型に代表されるように、偏光板を使用して線偏
光された光を複屈折性または旋光性を示す液晶層に入射
させることをことを特徴とする。
A general liquid crystal panel, as represented by a twisted nematic (TN) type introduced in a liquid crystal device handbook, uses a polarizing plate to make linearly polarized light birefringent or optical rotatory. It is characterized in that it is incident on the liquid crystal layer shown.

【0004】このような液晶パネルが用いられた投射型
表示装置901は、例えば図1に示すように、赤
(R),緑(G),青(B)の各色に対応する液晶パネ
ル911−R,911−G,911−Bと、この液晶パ
ネル911−R,911−G,911−Bに光を照射す
る光源921および光源921からの光源光を平行光に
する放物線型集光ミラー931を備えた光源光学系と、
各液晶パネル911−R,911−G,911−Bから
選択的に透過される透過光をスクリーン上に投影する投
射レンズ941を備えた投射光学系とから構成されてい
る。
A projection type display device 901 using such a liquid crystal panel, as shown in FIG. 1, is a liquid crystal panel 911-corresponding to each color of red (R), green (G) and blue (B). R, 911-G, 911-B, and a light source 921 for irradiating the liquid crystal panels 911-R, 911-G, 911-B, and a parabolic condenser mirror 931 for converting the light source light from the light source 921 into parallel light. A light source optical system having
The liquid crystal panels 911-R, 911-G, and 911-B are configured by a projection optical system having a projection lens 941 for projecting transmitted light on the screen.

【0005】投射型表示装置の場合は、明るさの改善が
重要な問題であり、この観点から液晶パネルにマイクロ
レンズアレイを配置して実効の開口率を改善したり、液
晶層に偏光板のいらない高分子分散型液晶を用いる等の
試みがなされている。
In the case of a projection type display device, improvement of brightness is an important issue. From this viewpoint, a microlens array is arranged in a liquid crystal panel to improve the effective aperture ratio, or a polarizing plate is used in the liquid crystal layer. Attempts have been made to use unnecessary polymer-dispersed liquid crystals.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した投
射型表示装置901にあっては、光源光を放物線型集光
ミラ−を用いて平行光化して、液晶パネルに入射させて
いるが、この場合、光源の電極部等が影となってしまう
ため、液晶パネルへ入射される光の角度分布が大きくな
り、かつ、図2に示すように、平行成分が欠落してしま
う。このため、液晶パネルの光入射軸側にマイクロレン
ズを配置して実効の開口率の改善を図るための効果が充
分に達成することが出来ないという問題を有していた。
By the way, in the above-mentioned projection type display device 901, the light source light is collimated by using a parabolic condensing mirror and is incident on the liquid crystal panel. In this case, since the electrode part of the light source and the like are shadowed, the angular distribution of the light incident on the liquid crystal panel becomes large, and the parallel component is missing as shown in FIG. Therefore, there is a problem that the effect for improving the effective aperture ratio by disposing the microlens on the light incident axis side of the liquid crystal panel cannot be sufficiently achieved.

【0007】本発明の目的は、明るさの改善を図るとと
もに、一表示画素面内での輝度むらが充分に低減され、
高品位の表示画像が得られる投射型表示装置を提供する
ことにある。
The object of the present invention is to improve the brightness and to sufficiently reduce the unevenness of brightness in one display pixel plane.
An object of the present invention is to provide a projection type display device capable of obtaining a high quality display image.

【0008】本発明の他の目的は、上記投射型表示装置
に用いる光変調素子アレイを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a light modulation element array used in the projection type display device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明(請求項1)は、主として光の複屈折性ある
いは旋光性を用いて光の透過率を制御する光変調手段、
前記光変調手段に光源からの光源光を導く光源光学系、
及び前記光変調手段により変調された変調光をスクリー
ンに投射する投射光学系を具備する投射型表示装置にお
いて、前記光源光学系は、光源と、この光源からの光源
光の集光角を制御する光源光制御手段とを備え、この光
源光制御手段は、光源からの光源光を集光する手段と、
前記光源光が集光される位置の近傍に配置される絞り手
段と、コリメータレンズとを含むことをことを特徴とす
る投射型表示装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention (Claim 1) is directed to an optical modulation means for controlling the light transmittance mainly using the birefringence or optical rotatory power of light,
A light source optical system that guides light source light from a light source to the light modulator,
And a projection type display device having a projection optical system for projecting the modulated light modulated by the light modulating means onto a screen, wherein the light source optical system controls a light source and a converging angle of the light source light from the light source. A light source light control means, and the light source light control means, means for condensing the light source light from the light source,
A projection-type display device comprising: a diaphragm unit arranged near a position where the light from the light source is condensed, and a collimator lens.

【0010】また、本発明(請求項2)は、略楕円面の
一部を凹面反射面とする楕円集光ミラー、前記楕円面の
第一焦点近傍に配置された光源、前記楕円面の第二焦点
近傍に焦点をもつコリメータレンズ、このコリメータレ
ンズ側にレンズアレイを有し、面積Sを有する光変調素
子を二次元的に配置した光変調素子アレイ、及び投射レ
ンズを具備する投射型表示装置において、前記光源の発
光部の長さをL、楕円集光ミラーの楕円の短径と長径の
比の二乗をμ、コリメータレンズの焦点距離をf、レン
ズアレイと変調素子の開口部までの距離をm、レンズア
レイと変調素子間の屈折率nとするとき、下記式を満た
すことをことを特徴とする投射型表示装置を提供する。
Further, according to the present invention (claim 2), an elliptical focusing mirror having a concave reflecting surface on a part of the substantially elliptical surface, a light source arranged in the vicinity of the first focal point of the elliptic surface, and a first elliptic surface. Projection display device including a collimator lens having a focal point in the vicinity of two focal points, a light modulator element array having a lens array on the collimator lens side and two-dimensionally arranging light modulator elements having an area S, and a projection lens Where L is the length of the light emitting portion of the light source, μ is the square of the ratio of the minor axis and the major axis of the ellipse of the elliptical focusing mirror, f is the focal length of the collimator lens, and the distance between the lens array and the aperture of the modulator. Where m is the refractive index between the lens array and the modulator, and the following expression is satisfied.

【0011】[0011]

【数7】 (Equation 7)

【0012】また、本発明(請求項3)は、上記投射型
表示装置(請求項2)において、前記楕円面の第二焦点
近傍もしくは第二焦点位置とコリメータレンズとの間に
光線方向を修正する光学素子を具備することを特徴とす
る投射型表示装置を提供する。
According to the present invention (claim 3), in the projection type display device (claim 2), the light ray direction is corrected near the second focus of the ellipsoidal surface or between the second focus position and the collimator lens. There is provided a projection type display device comprising an optical element for

【0013】また、本発明(請求項4)は、上記投射型
表示装置(請求項3)において、下記式を満たすことを
特徴とする投射型表示装置を提供する。
Further, the present invention (Claim 4) provides a projection type display device characterized by satisfying the following expression in the projection type display device (Claim 3).

【0014】[0014]

【数8】 (Equation 8)

【0015】 θ1 :arctan( (μ/(1−μ))) θ2 :光線方向を修正する光学素子にθ1 の光が入射時
の光線方向を修正する光学素子からの出射光の角度 また、本発明(請求項5)は、上記投射型表示装置(請
求項4)において、前記光線方向を修正する光学素子に
より、光源光からの光束の空間的強度分布を調整する調
整機構を有することを特徴とする投射型表示装置を提供
する。
Θ 1 : arctan ((μ / (1-μ))) θ 2 : angle of light emitted from the optical element that corrects the light ray direction when the light of θ 1 is incident on the optical element that corrects the light ray direction Further, the present invention (Claim 5) has, in the projection type display device (Claim 4), an adjusting mechanism for adjusting a spatial intensity distribution of a light flux from the light source light by an optical element for correcting the light ray direction. A projection type display device is provided.

【0016】また、本発明(請求項6)は、上記投射型
表示装置(請求項2)において、前記楕円集光ミラーと
前記光変調素子アレイ装置との間に、前記楕円集光ミラ
ーと対置するように配置された、略球状凹面の一部を反
射面とする集光ミラーが配置されていることを特徴とす
る投射型表示装置を提供する。
According to the present invention (Claim 6), in the projection display device (Claim 2), the elliptical light converging mirror is placed between the elliptic light converging mirror and the light modulator array device. There is provided a projection type display device characterized in that a condensing mirror having a part of a substantially spherical concave surface as a reflecting surface is arranged as described above.

【0017】また、本発明(請求項7)は、上記投射型
表示装置(請求項2)において、前記光源と楕円面の第
二焦点位置との間に配置された、前記光源から出射され
た光を互いに直交する2つの偏光波に分岐する手段と、
前記2つの偏光波の一方の偏光波の偏光面を他方の偏光
波の偏光面と一致させる手段と、前記楕円面の第二焦点
位置近傍に集光させる集光手段とを有することを特徴と
する投射型表示装置を提供する。
Further, according to the present invention (claim 7), in the projection type display device (claim 2), the light is emitted from the light source arranged between the light source and the second focal point position of the elliptical surface. Means for splitting the light into two polarized waves orthogonal to each other,
A means for aligning a polarization plane of one polarization wave of the two polarization waves with a polarization plane of the other polarization wave, and a condensing means for condensing the polarization plane near the second focus position of the ellipsoid. Provided is a projection type display device.

【0018】また、本発明(請求項8)は、上記投射型
表示装置(請求項2)において、前記レンズアレイは、
前記光変調素子の開口領域を規定する遮光部材の位置よ
りも前記光源に対して遠い光路上に焦点位置を有するこ
とを特徴とする投射型表示装置を提供する。
The present invention (claim 8) is the projection type display device (claim 2), wherein the lens array is
There is provided a projection type display device having a focal position on an optical path farther from the light source than a position of a light shielding member defining an opening area of the light modulation element.

【0019】また、本発明(請求項9)は、上記投射型
表示装置(請求項2)において、前記楕円面の第二焦点
近傍に、光学絞りからなる光源光制御手段を有し、光学
絞りの直径をDとすると、下記式を満たすことを特徴と
する投射型表示装置を提供する。
Further, according to the present invention (claim 9), in the projection type display device (claim 2), a light source light control means composed of an optical diaphragm is provided in the vicinity of the second focal point of the ellipsoid, and the optical diaphragm is provided. The following formula is provided, where D is the diameter of the projection display device.

【0020】[0020]

【数9】 [Equation 9]

【0021】また、本発明(請求項10)は、上記投射
型表示装置(請求項2)において、前記光源と光変調素
子アレイとの間に、光源から出射された光に光の波長に
依存して異なる進行方向を与える方向分光手段と、この
方向分光手段により分光された光を、複数の変調素子か
らなる変調素子グループ内に、入射する光の波長分布が
互いに異なる変調素子が少なくとも一対存在するよう
に、前記変調素子グループの変調素子間において、空間
的に分離する分光結像手段とを備え、それぞれに変調素
子がその入射光の色に対応する駆動信号で駆動されてい
ることを特徴とする投射型表示装置。
Further, according to the present invention (claim 10), in the projection display device (claim 2), the light emitted from the light source is dependent on the wavelength of the light between the light source and the light modulation element array. Directional spectroscopic means for giving different traveling directions, and at least one pair of modulation elements having different wavelength distributions of incident light exist in the modulation element group composed of a plurality of modulation elements. As described above, between the modulator elements of the modulator element group, there is provided a spectral imaging means for spatially separating, and each modulator element is driven by a drive signal corresponding to the color of the incident light. Projection display device.

【0022】また、本発明(請求項11)は、上記投射
型表示装置(請求項10)において、前記分光結像手段
であるレンズと変調素子アレイ装置の表示領域を規定す
る部材との間にあるN個の光学媒体の厚さをti 、屈折
率をni (i=1〜N)とするとき、変調素子グループ
内の隣接する二つの変調素子の表示寄与部分の中心間の
距離をΔA、また、その二つの変調素子のそれぞれに入
射する光の大気中における角度差をθ0 とするとき、下
記の式を満たす2つの変調素子が少なくとも一対存在す
ることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
According to the present invention (claim 11), in the projection type display device (claim 10), between the lens which is the spectral image forming means and a member which defines a display area of the modulation element array device. When the thickness of a certain N optical media is t i and the refractive index is n i (i = 1 to N), the distance between the centers of the display contributing portions of two adjacent modulation elements in the modulation element group is ΔA, and a projection type display characterized in that there is at least one pair of two modulation elements that satisfy the following equation, where θ 0 is the angle difference between the light incident on each of the two modulation elements in the atmosphere. Provide a device.

【0023】[0023]

【数10】 [Equation 10]

【0024】また、本発明(請求項12)は、上記投射
型表示装置(請求項10)において、前記変調素子グル
ープ内の一つの変調素子に、前記方向分光手段により供
給される光の大気中における角度の広がりθw が、下記
式を満たすことを特徴とする投射型表示装置を提供す
る。
According to the present invention (Claim 12), in the projection display device (Claim 10), one of the modulation elements in the modulation element group is in the atmosphere of light supplied by the direction spectroscopic means. The projection type display device is characterized in that the angle spread θ w at satisfies the following expression.

【0025】θw <2θ0 また、本発明(請求項13)は、上記投射型表示装置
(請求項10)において、前記変調素子グループ内の一
つの変調素子に、前記方向分光手段により供給される光
の大気中における角度の広がりθw に対して、変調素子
の表示に寄与しない部分の幅aと、表示に寄与する部分
の幅bが下記式の関係を満たすことを特徴とする投射型
表示装置を提供する。
Θ w <2θ 0 Further , according to the present invention (Claim 13), in the projection type display device (Claim 10), one modulation element in the modulation element group is supplied by the direction spectroscopic means. Projection type, characterized in that the width a of the portion of the modulator that does not contribute to the display and the width b of the portion that contributes to the display satisfy the relationship of the following formula with respect to the angular spread θ w of the light in the atmosphere. A display device is provided.

【0026】θw <θ0 (2a+b)/(a+b) また、本発明(請求項14)は、上記投射型表示装置
(請求項13)において、前記光学絞りの、前記方向分
光手段により分光される方向における絞りの幅をDw
コリメータレンズの焦点距離をfとするとき、下記式に
示す関係を満たすことを特徴とする投射型表示装置を提
供する。
Θ w0 (2a + b) / (a + b) Further, according to the present invention (Claim 14), in the projection type display device (Claim 13), the light is dispersed by the direction spectroscopic means of the optical diaphragm. width D w of the aperture in that direction,
Provided is a projection-type display device characterized by satisfying the relationship shown in the following formula, where f is the focal length of the collimator lens.

【0027】[0027]

【数11】 [Equation 11]

【0028】また、本発明(請求項15)は、上記投射
型表示装置(請求項10)において、結像光学系と変調
素子との間にあるN個の媒体の厚さをti とし、屈折率
をni (i=1〜N)とするとき、下記式(a)に示す
変調素子の幅Wa において規定される角度θwa、下記式
(b)及び(c)に示すθc 、及び、下記式(d)に示
す、すべての変調素子の表示寄与部の中心を含む最小の
円の直径ΔAmax に対して規定されるθs に対して、投
射レンズのF値が下記式(e)を満たすことを特徴とす
る投射型表示装置を提供する。
According to the present invention (Claim 15), in the projection display device (Claim 10), the thickness of N media between the imaging optical system and the modulator is t i , When the refractive index is n i (i = 1 to N), the angle θ wa defined in the width W a of the modulator shown in the following formula (a) and the θ c shown in the following formulas (b) and (c). , And θ s defined in the following expression (d) for the minimum circle diameter ΔA max including the centers of the display contributing parts of all the modulation elements, the F value of the projection lens is Provided is a projection type display device characterized by satisfying (e).

【0029】[0029]

【数12】 (Equation 12)

【0030】また、本発明(請求項16)は、上記投射
型表示装置(請求項10)において、前記投射レンズに
開口絞りが設けられ、開口絞りの中に透過率の波長分布
をもつ領域が設けられていることを特徴とする投射型表
示装置を提供する。
According to the present invention (claim 16), in the projection type display device (claim 10), an aperture stop is provided in the projection lens, and an area having a wavelength distribution of transmittance is provided in the aperture stop. Provided is a projection type display device characterized by being provided.

【0031】また、本発明(請求項17)は、上記投射
型表示装置(請求項9)において、前記スクリーン上も
しくは周辺の明るさを検出する照度検出手段を含み、前
記光源光制御手段は前記照度検出手段の出力に基づいて
前記光源光の集光角を制御する投射型表示装置を提供す
る。
The present invention (Claim 17) includes, in the projection display apparatus (Claim 9), illuminance detecting means for detecting the brightness on or around the screen, and the light source light control means is provided with the illuminance detecting means. Provided is a projection type display device which controls a converging angle of the light source light based on an output of an illuminance detecting means.

【0032】また、本発明(請求項18)は、上記投射
型表示装置(請求項9)において、前記表示パネルに映
像信号を供給する表示パネル駆動手段を含み、前記光源
光制御手段は前記映像信号の輝度レベルに基づいて前記
光源光の集光角を制御する投射型表示装置を提供する。
According to the present invention (claim 18), in the projection display device (claim 9), there is provided a display panel driving means for supplying a video signal to the display panel, and the light source light control means is for the video image. Provided is a projection type display device which controls a converging angle of the light source light based on a brightness level of a signal.

【0033】また、本発明(請求項19)は、上記投射
型表示装置(請求項9)において、前記投射光学系のF
値を検出するF値検出手段を含み、前記光源光制御手段
は前記F値に基づいて前記光源光の集光角を制御する投
射型表示装置を提供する。
According to the present invention (claim 19), in the projection type display device (claim 9), the F of the projection optical system is used.
The light source light control means includes an F value detection means for detecting a value, and the light source light control means provides a projection type display device for controlling a converging angle of the light source light based on the F value.

【0034】また、本発明(請求項20)は、上記投射
型表示装置(請求項2)において、フロスト処理を施し
ていない光源を用いる投射型表示装置を提供する。
The present invention (Claim 20) provides the projection type display device (claim 2) which uses a light source which is not subjected to frost processing.

【0035】また、本発明(請求項21)は、上記投射
型表示装置(請求項2)において、直流点灯光源もしく
は交流点灯光源である投射型表示装置を提供する。
The present invention (Claim 21) provides the projection type display device which is the DC lighting light source or the AC lighting light source in the projection type display device (Claim 2).

【0036】また、本発明(請求項22)は、略楕円面
の一部を凹面反射面とする楕円集光ミラー、前記楕円集
光ミラーの楕円面の第一焦点近傍に配置され、長さLの
発光部を有する光源、前記楕円面の第二焦点近傍に焦点
をもち、焦点距離がfであるコリメータレンズ、コリメ
ータレンズ側にレンズアレイを有する光変調素子を二次
元的に配置した光変調素子アレイ、及び投射レンズ、を
備えた投射型表示装置に用いる光変調素子アレイにおい
て、前記レンズアレイと変調素子の開口部までの距離を
m、レンズアレイと変調素子間の屈折率nとし、変調素
子の面積Sとするとき、下記式を満たす投射型表示装置
に用いる光変調素子アレイを提供する。
Further, according to the present invention (claim 22), an elliptical focusing mirror having a concave reflecting surface on a part of a substantially elliptical surface is disposed in the vicinity of the first focal point of the elliptical surface of the elliptical focusing mirror and has a length of Light modulation having a light source having a light emitting portion of L, a collimator lens having a focal point near the second focal point of the elliptical surface and having a focal length of f, and a light modulation element having a lens array on the collimator lens side two-dimensionally In a light modulation element array used for a projection type display device including an element array and a projection lens, the distance between the lens array and the aperture of the modulation element is m, and the refractive index n between the lens array and the modulation element is Provided is a light modulation element array used in a projection type display device that satisfies the following expression, where S is the area of the element.

【0037】[0037]

【数13】 (Equation 13)

【0038】また、本発明(請求項24)は、上記光変
調素子アレイ(請求項23)において、前記光線方向を
修正する光学素子を有し、光線方向を修正する場合、下
記式を満たす投射型表示装置に用いる光変調素子アレイ
を提供する。
According to the present invention (claim 24), in the light modulation element array (claim 23), there is provided an optical element for correcting the light ray direction, and when the light ray direction is corrected, a projection satisfying the following formula is satisfied. Provided is an optical modulation element array used in a display device.

【0039】[0039]

【数14】 [Equation 14]

【0040】θ1 :arctan( (μ/(1−μ))) θ2 :光線方向を修正する光学素子にθ1 の光が入射時
の光線方向を修正する光学素子からの出射光の角度 従来の投射型表示装置によれば、次のような理由から液
晶パネルに入射する光線の平行光成分が欠落し、集光角
の大きな光が入射する。即ち、ある有限の発光長を有し
た光源を放物線型集光ミラーに対して垂直に配置するた
めに、図2に示すように、光源の引き出し電極部等が影
となり、液晶パネルに対する垂直入射成分が欠落する。
加えて、従来の投射型表示装置に用いられている光源
は、色むら及び輝度むら低減のために、石英ガラス管球
表面にフロスト処理と称する拡散処理を施しているため
に、集光角の大きな成分が増加する。
Θ 1 : arctan ((μ / (1-μ))) θ 2 : The angle of light emitted from the optical element that corrects the light ray direction when the light of θ 1 is incident on the optical element that corrects the light ray direction According to the conventional projection type display device, the parallel light component of the light beam incident on the liquid crystal panel is lost due to the following reason, and the light having a large converging angle is incident. That is, since the light source having a certain finite light emission length is arranged perpendicularly to the parabolic condensing mirror, as shown in FIG. Is missing.
In addition, since the light source used in the conventional projection display device is subjected to a diffusion treatment called frost treatment on the surface of the quartz glass tube in order to reduce the color unevenness and the brightness unevenness, Larger ingredients increase.

【0041】しかし、このような入射光学系は、通常の
マイクロレンズを持たずに入射光をただ光変調する液晶
のような変調素子に用いる場合はそれほど問題はない
が、液晶パネルの入射側にマイクロレンズアレイを配置
し、液晶パネルの遮光領域による透過率損失を低下させ
ようという場合は、より平行な光を液晶パネルに入射さ
せることが、実効的な光透過率を改善するために必要で
ある。
However, such an incident optical system is not so problematic when it is used for a modulation element such as a liquid crystal which simply modulates incident light without having an ordinary microlens. When arranging a microlens array to reduce the transmittance loss due to the light shielding area of the liquid crystal panel, it is necessary to make more parallel light incident on the liquid crystal panel in order to improve the effective light transmittance. is there.

【0042】そこで、本発明の投射型表示装置において
は、図3(a),(b),(c)に示すように、マイク
ロレンズ1からなる光源光集光手段を有する光変調素子
2の、マイクロレンズアレイ1と変調領域規定領域間の
距離mと、マイクロレンズアレイ1と変調領域規定領域
間の光学媒体3の屈折率nと、変調素子面積Sとに対し
て、光源4の発光長L、楕円状集光ミラー5の形状パラ
メータ(長径、短径)、及びコリメータレンズ6の焦点
距離を最適化することにより、マイクロレンズ1による
実効開口率の改善効果を高めることができる。
Therefore, in the projection type display apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c), the light modulation element 2 having the light source light condensing means composed of the microlens 1 With respect to the distance m between the microlens array 1 and the modulation area defining area, the refractive index n of the optical medium 3 between the microlens array 1 and the modulation area defining area, and the modulation element area S, the light emission length of the light source 4 By optimizing L, the shape parameters (major axis, minor axis) of the elliptical focusing mirror 5, and the focal length of the collimator lens 6, the effect of improving the effective aperture ratio by the microlens 1 can be enhanced.

【0043】これは、投射型表示装置に用いられる光源
が点光源でない以上、光束が所定の角度分布を持つこと
が重要である。本発明によれば、楕円状集光ミラー5の
第一焦点近傍に光源4を配置し、第二焦点近傍に光源光
を集光し、コリメータレンズ6を介して略平行な光を光
変調素子2に導く構成となっている。
It is important that the light flux has a predetermined angular distribution as long as the light source used in the projection display device is not a point light source. According to the present invention, the light source 4 is arranged in the vicinity of the first focus of the elliptical condenser mirror 5, the light source light is condensed in the vicinity of the second focus, and the substantially parallel light is converted into the light modulation element via the collimator lens 6. It is configured to lead to 2.

【0044】投射型表示装置の重要なアイテムである高
輝度化を達成するためには、マイクロレンズ1の実効開
口率改善効果だけを考慮して、入射する光の平行度を高
める、即ち集光角を小さくするために、例えば楕円集光
ミラー5の第二焦点位置近傍に絞り手段を配置したり、
コリメータレンズ6の焦点距離を長くした場合は、光変
調素子2に入射する総光束を低下させることになり、高
輝度化がすぐには達成できない。
In order to achieve high brightness, which is an important item of the projection type display device, the parallelism of the incident light is increased, that is, the condensing light is taken into consideration, considering only the effect of improving the effective aperture ratio of the microlens 1. In order to reduce the angle, for example, a diaphragm means may be arranged near the second focus position of the elliptical focusing mirror 5,
When the focal length of the collimator lens 6 is increased, the total luminous flux incident on the light modulation element 2 is reduced, and high brightness cannot be achieved immediately.

【0045】即ち、マイクロレンズ1を有する光変調素
子2のパラメータのサイズにより、光源光学系のパラメ
ータのサイズの最適化を図る必要がある。実際に、本発
明の光学構成での液晶パネル面での入射光の集光角分布
は、図2に示すようになり、従来の放物線型ミラーとフ
ロスト処理光源を用いたものと比べて、低集光角成分が
欠落することなく、かつ、高集光角成分も低減でき、更
に、光束を低下させことなく、マイクロレンズによる実
効開口率改善効果を高めることができる。
That is, it is necessary to optimize the parameter size of the light source optical system by the parameter size of the light modulation element 2 having the microlens 1. In fact, the converging angle distribution of the incident light on the liquid crystal panel surface in the optical configuration of the present invention is as shown in FIG. 2, which is lower than that of the conventional parabolic mirror and the frosted light source. It is possible to reduce the high-convergence angle component without missing the converging angle component, and further to enhance the effective aperture ratio improving effect of the microlens without lowering the luminous flux.

【0046】ここで、本発明の光学系と光変調素子の概
要を説明する。
Here, the outline of the optical system and the optical modulator of the present invention will be described.

【0047】楕円は二つの焦点をもち、この形状をもつ
楕円集光ミラー5は、第一の焦点位置に置かれた光源4
の光を他方の第二焦点の位置に集光する作用を持ってい
る。
The ellipse has two focal points, and the elliptical focusing mirror 5 having this shape has the light source 4 placed at the first focal position.
Has a function of condensing the light of the second focus position on the other side.

【0048】ここで、楕円ミラー5の第一焦点近傍にフ
ロスト処理を施していない光源4を配置し、他方の第二
焦点近傍に光源の像を作る時、その像の大きさは以下の
様に考えられる。光源としては、フロスト処理を施して
いないものが、フロスト処理により発光点が拡大されな
いという観点から望ましい。
Here, when the light source 4 which is not subjected to the frost processing is arranged near the first focus of the elliptical mirror 5 and an image of the light source is formed near the other second focus, the size of the image is as follows. Conceivable. As the light source, it is desirable to use a light source that has not been subjected to frost processing from the viewpoint that the light emitting point is not enlarged by the frost processing.

【0049】すなわち、光源を図3(a)に示すよう
に、楕円ミラー5の第一焦点においたとき、楕円の他方
の第二焦点位置にできる光源像の直径を考える。この
時、光源のアークまたはフィラメントの長手方向を、楕
円の光軸に平行にしているものとする。
That is, let us consider the diameter of the light source image that can be formed at the second focus position of the other ellipse when the light source is at the first focus of the elliptical mirror 5 as shown in FIG. 3 (a). At this time, the longitudinal direction of the arc or filament of the light source is assumed to be parallel to the optical axis of the ellipse.

【0050】図3(a)に示すように、楕円ミラー5の
長軸を2A、短軸を2Bとすると、楕円の方程式は、下
記式(1)により表される。
As shown in FIG. 3A, when the major axis of the elliptical mirror 5 is 2A and the minor axis is 2B, the equation of the ellipse is expressed by the following equation (1).

【0051】 x2 /A2 + y2 /B2 =1 (1) ここで、光源4からの光束が楕円ミラー5に照射してい
る光の強度が最も強いと考えられる、楕円の光軸に対し
て垂直な方向を考える。光源4のある焦点から、垂直な
光が楕円ミラー5に照射される位置までの距離hは、下
記式(2)により表される。
X 2 / A 2 + y 2 / B 2 = 1 (1) Here, the optical axis of the ellipse, which is considered to have the strongest intensity of the light beam from the light source 4 irradiating the elliptic mirror 5, Consider the direction perpendicular to. The distance h from a certain focal point of the light source 4 to the position where vertical light is irradiated on the elliptical mirror 5 is expressed by the following equation (2).

【0052】 h= B2 /A (2) また、焦点間の距離Wは、下記式(3)により表され
る。
H = B 2 / A (2) Further, the distance W between the focal points is expressed by the following equation (3).

【0053】[0053]

【数15】 (Equation 15)

【0054】さて、ミラー5から反射した像は、距離に
比例して大きくなると考えられるので、光源4の長さL
は、第二焦点の位置では次の大きさに拡大される。
Since the image reflected from the mirror 5 is considered to grow in proportion to the distance, the length L of the light source 4 is increased.
Is enlarged to the next size at the position of the second focal point.

【0055】[0055]

【数16】 [Equation 16]

【0056】また、この時、図3(a)に示すように、
第二焦点の位置に斜めに光が入射するので、光軸に垂直
な方向での直径Q1 は、照射角θ1 に対して1/cos
θ1倍になる。
At this time, as shown in FIG.
Since light is obliquely incident on the position of the second focal point, the diameter Q 1 in the direction perpendicular to the optical axis is 1 / cos with respect to the irradiation angle θ 1 .
θ becomes 1 time.

【0057】以上の考察により、楕円ミラー5の楕円の
第二の焦点位置にできる像の直径Q1 は、下記式(5)
により表される。
From the above consideration, the diameter Q 1 of the image formed at the second focal point of the ellipse of the elliptical mirror 5 is given by the following equation (5).
Represented by

【0058】[0058]

【数17】 [Equation 17]

【0059】ただし、μ=(B/A)2 である。However, μ = (B / A) 2 .

【0060】この関係式は、光源4の発光特性を大幅に
簡略化して求めているが、いくつかの光源、ミラーを用
いて実験したところ図4に示すようになった。図4で
は、横軸にμ=(B/A)2 をとり、縦軸に光源像径と
電極間距離の比(Q1 /L)をとっている。
This relational expression is obtained by greatly simplifying the light emission characteristics of the light source 4, but when experiments were conducted using several light sources and mirrors, the results were as shown in FIG. In FIG. 4, μ = (B / A) 2 is plotted on the horizontal axis, and the ratio (Q 1 / L) between the light source image diameter and the interelectrode distance is plotted on the vertical axis.

【0061】下記式(6)におけるように、係数αを用
いて考えると、α=1の上記式(5)より多少ずれる。
これは、実際の光源の発光がア−クに垂直な方向にも幅
をもつためであると考えられる。この実験結果より、実
際の像の直径Q1 は、下記式(6)となり、αの値は1
〜1.2程度である。
Considering using the coefficient α as in the following equation (6), it is slightly deviated from the above equation (5) where α = 1.
It is considered that this is because the light emission of the actual light source has a width in the direction perpendicular to the arc. From this experimental result, the actual image diameter Q 1 is given by the following equation (6), and the value of α is 1
It is about 1.2.

【0062】[0062]

【数18】 (Equation 18)

【0063】また、光源が長手方向を楕円ミラ−に平行
に(楕円ミラ−の光軸に垂直に)配置されている場合
は、実際の像の直径Q1 は、下記式(7)により表され
る。
When the light source is arranged with the longitudinal direction parallel to the ellipse mirror (perpendicular to the optical axis of the ellipse mirror), the actual image diameter Q 1 is expressed by the following equation (7). To be done.

【0064】[0064]

【数19】 [Formula 19]

【0065】また、光源像Q1 の位置に光学素子を挿入
して、光源像から発散する光線の方向を制御し、コリメ
ータレンズの焦点距離を延したり、表示むらの軽減を図
ることが有効である。このような光線方向を修正する光
学素子としては、凸状もしくは凹状の円錐レンズや、1
枚もしくは複数枚のグレーティングレンズを挿入すれば
よい。
Further, it is effective to insert an optical element at the position of the light source image Q 1 to control the direction of light rays diverging from the light source image to extend the focal length of the collimator lens and reduce display unevenness. Is. As an optical element that corrects such a ray direction, a convex or concave conical lens or
It suffices to insert one or more grating lenses.

【0066】また、これらの光学素子の位置を制御する
ことにより、変調素子アレイに入射する光の照度むらを
制御することができ、ひいては投射時の輝度むらを制御
することができる。また、この光線方向を修正する光学
素子は、楕円状集光ミラーに対して光源を垂直に配置し
た場合に生じる液晶パネル面での光源電極部等による影
響で発生する照度むらを低減するためにも有効である。
Further, by controlling the positions of these optical elements, it is possible to control the illuminance unevenness of the light incident on the modulation element array, and consequently the brightness unevenness at the time of projection. Further, the optical element for correcting the direction of the light rays is provided in order to reduce uneven illuminance caused by the influence of the light source electrode portion or the like on the liquid crystal panel surface, which occurs when the light source is arranged perpendicularly to the elliptical condenser mirror. Is also effective.

【0067】この場合は、幾何光学的な光学量の保存の
関係から、コリメ−タ−レンズ側から見た光源像の大き
さは、光学素子の特性により等価的に増減する。即ち、
光源像における幾何学的広がり(geometric
extent)の保存により、光源像から出射する光線
の角度の最大広がり角θmax1を、光学素子によってθ
max2に変換すると、角度が変化した分だけ発光面積が増
加したように見える。
In this case, the size of the light source image as seen from the collimator lens side is equivalently increased or decreased depending on the characteristics of the optical element in view of the geometrical optical conservation of the optical quantity. That is,
Geometric spread in source image
The maximum divergence angle θ max1 of the angle of the light beam emitted from the light source image is
When converted to max2 , it seems that the light emitting area is increased by the change in the angle.

【0068】すなわち、図5に示すように、光学素子が
ない場合の光源像からの光の発散角をθmax1、光学素子
からの出射光の発散角をθmax2とし、光源像からの光の
発散角をθ1 、光学素子が光線の方向を修正する角度を
Δθとすると、光学素子からの出射光の発散角θ2 は、
下記式(8)に示すようになる。
That is, as shown in FIG. 5, the divergence angle of the light from the light source image when there is no optical element is θ max1 , and the divergence angle of the light emitted from the optical element is θ max2 . If the divergence angle is θ 1 and the angle at which the optical element corrects the direction of the light ray is Δθ, the divergence angle θ 2 of the light emitted from the optical element is
It becomes as shown in the following formula (8).

【0069】 Q2 =Q1 ・tanθmax1/tanθmax2 (8) さて、以上のような光源像からの発散光に対して、コリ
メ−タ−レンズを配置することで光線を概略平行にする
事ができる。すなわち図3(a)に示すように、表示パ
ネル側から見た光源像近傍に焦点を持つレンズ6を配置
する事で,平行な光線を表示パネルに照射することが可
能となる。もちろんこの光線は、平行とは言っても光源
像の大きさに対応した角度分布を持つ。この角度分布
は、光源像の大ききさQおよびコリメ−タ−レンズ6の
焦点距離fから下記式(9)に示すようになる。
Q 2 = Q 1 · tan θ max1 / tan θ max2 (8) Now, by arranging a collimator lens for the divergent light from the light source image as described above, the light rays are made substantially parallel. You can That is, as shown in FIG. 3A, by arranging the lens 6 having a focus near the light source image viewed from the display panel side, it is possible to irradiate the display panel with parallel light rays. Of course, this light ray has an angular distribution corresponding to the size of the light source image, although it is parallel. This angular distribution is given by the following equation (9) from the size Q of the light source image and the focal length f of the collimator lens 6.

【0070】 θ=tan-1(Q/2f) (9) さて、TN液晶パネル等の光変調素子アレイの光入射側
にレンズアレイ1aを配置した場合、レンズアレイ1a
中の個々のマイクロレンズにより光源像が結像する。光
変調素子2を透過する光強度を考える場合、特に重要な
のは変調素子2の配置された面上における光強度分布で
ある。すなわち、変調素子2の配置された面とは、たと
えば通常のTN液晶パネルであれば、2枚のガラス基板
の間であり、この面における光透過面積が特に重要であ
る。
Θ = tan −1 (Q / 2f) (9) Now, when the lens array 1 a is arranged on the light incident side of the light modulation element array such as the TN liquid crystal panel, the lens array 1 a
A light source image is formed by the individual microlenses inside. When considering the intensity of light transmitted through the light modulation element 2, what is particularly important is the light intensity distribution on the surface on which the modulation element 2 is arranged. That is, the surface on which the modulation element 2 is arranged is, for example, between two glass substrates in the case of a normal TN liquid crystal panel, and the light transmission area on this surface is particularly important.

【0071】図3(b)に示すように、この面上におけ
る光の分布は、入射光の角度θに対して、下記式(1
0)により表される。
As shown in FIG. 3B, the distribution of light on this surface is expressed by the following equation (1) with respect to the angle θ of the incident light.
It is represented by 0).

【0072】 Wp =2m・tanθn (10) ただし、θn は、レンズアレイ1aと変調素子2との間
にある光学媒体3の屈折率nにより、入射光線の角度分
布θが屈折してできた角度分布であり、下記式(11)
により表される。
W p = 2 m · tan θ n (10) where θ n is the angle distribution θ of the incident light refracted by the refractive index n of the optical medium 3 between the lens array 1 a and the modulation element 2. The resulting angular distribution is expressed by the following formula (11).
Represented by

【0073】 θn =sin-1(sinθ/n) (11) 次に、マイクロレンズを通った光と、変調素子アレイ中
のひとつの変調素子の関係を考える。以下、変調素子の
一つを画素と呼ぶ。液晶パネル等の変調素子アレイの画
素は、図3(c)に示すように、光を透過する幅が画素
を構成する幅よりも狭く、更に望ましくは開口部の幅よ
りも狭いことが望まれる。すなわち、光を透過可能な面
積が画素一つあたりの面積分率よりも小さくすることが
望ましい。そこで、この光を透過する面積の部分に入射
する光の強度を、光を透過しない面積の部分よりも強く
する事で、透過光強度を大きくすることができる。この
ためには、上式(10)の幅Wp が、画素の配置されて
いる間隔P以下である必要がある。すなわち、 Wp <P (12) である。
Θ n = sin −1 (sin θ / n) (11) Next, consider the relationship between the light that has passed through the microlens and one modulation element in the modulation element array. Hereinafter, one of the modulation elements is called a pixel. As shown in FIG. 3C, the pixel of the modulation element array such as a liquid crystal panel is required to have a light transmission width smaller than the width of the pixel, and more preferably smaller than the width of the opening. . That is, it is desirable that the area through which light can be transmitted be smaller than the area fraction per pixel. Therefore, the intensity of transmitted light can be increased by making the intensity of light incident on the area of the light transmitting area stronger than that of the area of the light non-transmitting area. For this purpose, the width W p in the above equation (10) needs to be equal to or less than the interval P at which the pixels are arranged. That is, W p <P (12).

【0074】さて、この条件をより詳しく考察する。上
記のWp であるが、配置の間隔と言っても、画素の配列
の形式や方向により異なる。たとえば、図6に示すよう
な液晶パネル等で代表的な格子配列(ストライプ配列)
について考えると、縦方向では間隔はWy 、横方向では
x 、対角線方向ではWt である。画素に入射する光線
の角度分布がマイクロレンズの光軸に対して対称に、か
つ、均一に分布している場合、画素の入射面には円形の
光が入射する。
Now, this condition will be considered in more detail. Although it is W p described above, the arrangement interval also depends on the form and direction of the pixel arrangement. For example, a typical lattice arrangement (stripe arrangement) in a liquid crystal panel as shown in FIG.
, The spacing is W y in the vertical direction, W x in the horizontal direction, and W t in the diagonal direction. When the angular distribution of light rays incident on the pixel is symmetrical and uniform with respect to the optical axis of the microlens, circular light is incident on the incident surface of the pixel.

【0075】このとき、この円内の入射光の照度がマイ
クロレンズが無く均一な照度分布の時よりも強くなるた
めには、ひとつの画素の面積よりも、下記式(13)に
示すように、円の面積が小さい事が必要である。
At this time, in order for the illuminance of the incident light in this circle to be stronger than in the case of a uniform illuminance distribution without a microlens, the following formula (13) is used rather than the area of one pixel. , It is necessary that the area of the circle is small.

【0076】 π(Wp /2)2 <Wx ・Wy (13) 同様に、画素を他の配置とした場合や、入射光の角度分
布が非対称で偏った場合でも、角度分布により作られる
面積をSangle 、1画素の面積をSpixel とすれば、下
記式(14)が成立する必要がある。
Π (W p / 2) 2 <W x · W y (13) Similarly, even if the pixel is arranged in another arrangement or the angle distribution of incident light is asymmetrical and biased, If the available area is S angle and the area of one pixel is S pixel , the following expression (14) needs to be established.

【0077】 Sangle ≦ Spixel (14) 次に、Sangle は小さければ小さい程良いかどうか考え
る。まず、Sangle が小さいと言うことは、すなわち入
射光の角度分布幅θ、またはマイクロレンズと画素の間
隔mが小さいと言うことである。ところが、θを小さく
するためには、光源の発光部の大きさを小さくしたり、
コリメ−タ−レンズの収差を押さえたりする必要があ
る。しかし、発光部の小さい光源は一般に発光効率や寿
命が悪化することが多く、小さくする事で特性が悪化す
る事も考えられる。
S angle ≦ S pixel (14) Next, it is considered whether the smaller S angle is, the better. First, that the S angle is small means that the angle distribution width θ of the incident light or the distance m between the microlens and the pixel is small. However, in order to reduce θ, the size of the light emitting portion of the light source may be reduced,
It is necessary to suppress the aberration of the collimator lens. However, in general, a light source with a small light emitting portion often deteriorates the light emitting efficiency and the life, and it can be considered that the characteristics are deteriorated by reducing the light emitting portion.

【0078】また、コリメ−タ−レンズの収差について
も、低収差のレンズは一般にコストを上昇させる事にな
り望ましくない。また、マイクロレンズと画素の間隔に
ついても、これを短くすることは、マイクロレンズのN
Aを小さくする必要があり、画素からの出射光の角度を
大きくして、投射光学系の設計の効率を落とす原因にな
る。すなわち、Sangle は、これらの観点からは大きい
方が良いのである。
As for the aberration of the collimator lens, a lens having a low aberration generally increases the cost, which is not desirable. Also, regarding the distance between the microlens and the pixel, it is necessary to shorten
It is necessary to reduce A, and this increases the angle of the light emitted from the pixel, which causes a reduction in the efficiency of designing the projection optical system. That is, it is better that the S angle is large from these viewpoints.

【0079】そこで、Sangle と画素の開口部の面積S
A を考えると、Sangle がSA よりも小さくなり、変調
素子への入射光を全て開口部に集めて透過させる事がで
きれば、それ以上Sangle を小さくする必要はなくな
る。
Therefore, S angle and the area S of the pixel opening are
Considering A , if S angle becomes smaller than S A and all the light incident on the modulation element can be collected and transmitted through the opening, there is no need to further reduce S angle .

【0080】実際には、開口部の形状と入射光により画
素上で出来る像の形状は必ずしも一致しないので、全て
の光線を開口部に入射させる為には、像の幅Wp が開口
部の最小幅Amin を下回れば良い。すなわち、たとえば
入射光の分布が光軸に対して均一に一定の角度分布θで
入射しており、画素上に直径Wp の円状の入射光分布に
なっており、また開口部が図6に示すように長方形をし
ていた場合、下記式(15)に示すように、その短辺A
x がWp と等しくなっていて、 Wp =Ax (15) かつ入射光の分布と開口部が完全に位置が重なっていれ
ば、ちょうど全ての光を透過することができる。また、
逆にこれ以上Wp を小さくしても、透過する光は増え
ず、逆に上記したようなデメリットが増える事になる。
In reality, the shape of the opening and the shape of the image formed on the pixel by the incident light do not necessarily match, so that the width W p of the image should be equal to that of the opening in order to make all the rays incident on the opening. It suffices if it is less than the minimum width A min . That is, for example, the distribution of the incident light is uniformly incident on the optical axis with a constant angular distribution θ, and the distribution of the circular incident light having a diameter W p is formed on the pixel, and the opening is formed as shown in FIG. In the case of a rectangular shape as shown in FIG.
If x is equal to W p, and W p = A x (15) and the position of the incident light distribution and the aperture are completely overlapped, all the light can be transmitted. Also,
On the contrary, if W p is made smaller than this, the amount of transmitted light does not increase, and conversely the above-mentioned disadvantages increase.

【0081】実際には、入射光の分布と開口部との位置
あわせ余裕を見込んで、Ax よりもWp をある程度小さ
くする事が必要になる場合も考えられる。従って、Wp
の最小値としてはAx よりもやや小さく設定されるべき
である。
In practice, it may be necessary to make W p smaller than A x to some extent in consideration of the distribution of incident light and the alignment margin with the opening. Therefore, W p
The minimum value of should be set slightly smaller than A x .

【0082】実際の合せ余裕としては、液晶パネルの組
立て工程における合せ精度が参考になる。液晶パネルの
場合に、合せ精度は±2〜±5μm程度である。この上
に同様な精度でマイクロレンズを形成したとすれば、±
4〜±10μmの誤差が発生する。すなわち、8〜20
μmの合せ余裕が必要になる。これを見込むとWp =A
x −(8〜20)(μm)であればよい。
As the actual alignment margin, the alignment accuracy in the liquid crystal panel assembling process can be referred to. In the case of a liquid crystal panel, the alignment accuracy is about ± 2 to ± 5 μm. If a microlens is formed on this with the same accuracy, ±
An error of 4 to ± 10 μm occurs. That is, 8 to 20
An alignment margin of μm is required. Considering this, W p = A
It may be x − (8 to 20) (μm).

【0083】すなわち、図6に示すような長方形の画素
に長方形の開口部を考える場合、短い開口辺の長さをA
m とすると、下記式(16)が成立する。
That is, when a rectangular opening is considered in a rectangular pixel as shown in FIG. 6, the length of the short opening side is set to A.
When m , the following formula (16) is established.

【0084】 Am −(8〜20)μm≦Wp かつ π(Wp /2)2 <Wx ・Wy (16)A m − (8 to 20) μm ≦ W p and π (W p / 2) 2 <W x · W y (16)

【数20】 (Equation 20)

【0085】即ち、Wp =mQ/(f・n)であるため
に、画素と同じ面積を有する円の直径、即ち下記式
That is, since W p = mQ / (f · n), the diameter of a circle having the same area as the pixel, that is, the following formula

【数21】 [Equation 21]

【0086】よりもWp を小さくするように、楕円状集
光ミラーの長径A、短径Bのパラメータ、光源の発光長
L、コリメータレンズの焦点距離f、マイクロレンズと
画素との間の屈折率n、マイクロレンズと画素間の距離
mを設定することで、高効率化を図ることができる。
The parameters of the major axis A and the minor axis B of the elliptical condenser mirror, the light emitting length L of the light source, the focal length f of the collimator lens, and the refraction between the microlens and the pixel are set so that W p is made smaller than that. High efficiency can be achieved by setting the rate n and the distance m between the microlens and the pixel.

【0087】以上に加えて、図7に示すように、楕円状
集光ミラー5で反射されずに第二焦点に集光されない光
成分を有効に利用するという観点で、楕円状集光ミラー
5と対置する形で円形状の集光ミラー7を配置し、その
反射光を光源中心に戻すことにより、光源光をさらに有
効に利用することができる。
In addition to the above, as shown in FIG. 7, from the viewpoint of effectively utilizing the light component which is not reflected by the elliptical condenser mirror 5 and is not condensed at the second focus, the elliptical condenser mirror 5 is used. The light source light can be used more effectively by arranging the circular condenser mirror 7 so as to face it and returning the reflected light to the center of the light source.

【0088】この構成は、液晶パネル8面での照度むら
を低減するためや、実効発光長を短くするために、楕円
状集光ミラー5に対して光源電極間を水平方向になるよ
うに配置した場合に、光源4からの液晶パネル側に発光
される光が有効に利用できないときに、上記円状集光ミ
ラー7を用いることは、特に有効である。
In this structure, in order to reduce the unevenness of illuminance on the surface of the liquid crystal panel 8 and to shorten the effective light emission length, the light source electrodes are arranged horizontally with respect to the elliptical condenser mirror 5. In this case, when the light emitted from the light source 4 to the liquid crystal panel side cannot be effectively used, it is particularly effective to use the circular condenser mirror 7.

【0089】楕円状集光ミラー5に対して光源電極が垂
直に配置される構成においても、高輝度に有効であるこ
とはいうまでもない。また、本発明のように、楕円状集
光ミラー5で第二焦点に光源光を集光する構成では、対
置する円状集光ミラー7の開口部を小さくすることがき
るために、効率向上が増大するという効能も有してい
る。なお、図7において、参照数字9はフィ−ルドレン
ズ、10は円錐レンズを示す。
It goes without saying that even in the configuration in which the light source electrode is arranged perpendicular to the elliptical condenser mirror 5, it is effective for high brightness. Further, as in the present invention, in the configuration in which the light source light is condensed at the second focus by the elliptical condenser mirror 5, the opening of the circular condenser mirror 7 that is placed opposite can be made small, so that the efficiency is improved. It also has the effect of increasing. In FIG. 7, reference numeral 9 is a field lens and 10 is a conical lens.

【0090】また、光源4の電極間が長い光源を用いる
場合や、フロスト処理を施した光源4を用いる場合は、
液晶パネルへの入射光の集光角の角度分布が広がるため
に、後に説明する図9に示す表示装置に搭載したよう
に、楕円状集光ミラー5の第二焦点近傍に絞り制御手段
を配置することで、高集光角成分を除去して平行度を高
めればよく、そうすることでマイクロレンズの実効開口
率の十分な改善効果を得ることができる。
When using a light source having a long distance between electrodes of the light source 4, or when using a frosted light source 4,
Since the angular distribution of the converging angle of the incident light on the liquid crystal panel is widened, the aperture control means is arranged near the second focus of the elliptical converging mirror 5 as mounted on the display device shown in FIG. 9 described later. By doing so, it suffices to remove the high-focusing-angle component and increase the parallelism. By doing so, it is possible to obtain a sufficient effect of improving the effective aperture ratio of the microlens.

【0091】更に、第二焦点近傍に配置した絞り制御手
段により、液晶パネルへ入射する光の集光角分布を自由
に制御することができるとともに、液晶パネルへ入射す
る照度むらも制御することができる。絞り径を小さくす
ると、集光角を小さくでき、液晶パネルへ入射する照度
むらも小さくすることができる。但し、絞り径を小さく
することで、マイクロレンズの実効開口率低減効果を大
きくすることができるが、総光束は低減されるために、
投射時のスクリーン照度は低下してしまう。
Further, the aperture control means arranged in the vicinity of the second focus can freely control the converging angle distribution of the light incident on the liquid crystal panel and also control the illuminance unevenness incident on the liquid crystal panel. it can. If the aperture diameter is made small, the converging angle can be made small and the illuminance unevenness incident on the liquid crystal panel can be made small. However, by reducing the aperture diameter, the effect of reducing the effective aperture ratio of the microlens can be increased, but since the total luminous flux is reduced,
The screen illuminance at the time of projection decreases.

【0092】このため、投射型表示装置の使用照明環境
に合わせて絞り径を制御し、例えば、暗い部屋での使用
の場合は、投射照度よりも照度むらを低減するように絞
り径を小さくし、明るい部屋で見る場合は照度むらより
も投射照度を稼ぐために絞り径を大きくするというよう
な使い方ができる。
For this reason, the aperture diameter is controlled according to the illumination environment of the projection type display device. For example, in the case of use in a dark room, the aperture diameter is made smaller so as to reduce the unevenness of illumination than the projected illumination. However, when viewing in a bright room, you can use it to increase the aperture diameter in order to gain projection illuminance rather than uneven illuminance.

【0093】また、絞り制御手段は部屋の明るさのみな
らず、映像の輝度信号に合わせ制御してもよいことはい
うまでもない。また、リア型の投射型表示装置を複数台
並べて大画面を達成しようとする場合などは、投射型表
示装置間の周辺領域の照度低下が大きいと問題であるた
めに、照度むらを小さくするように絞り径を小さく制御
する方式を用いるとよい。
It goes without saying that the aperture control means may control not only the brightness of the room but also the brightness signal of the image. In addition, when trying to achieve a large screen by arranging a plurality of rear projection type display devices, it is problematic that the illuminance in the peripheral area between the projection type display devices is large. It is preferable to use a method of controlling the aperture diameter to be small.

【0094】しかし、明るい投射型装置を達成するとい
う観点では、上記のように実際には光源光の平行度をよ
くすると総光束が低下するという問題が発生するため
に、光源光の総光束とマイクロレンズの改善効果の相乗
作用を利用して、最適な平行度の光束を表示パネルに入
射させることが必要であり、この絞り手段を用いる場合
の平均直径D(m)も、上記と同様に前記光源光制御手
段を構成するコリメータレンズ6の節点と絞りの中心と
の距離L(m)とし、また前記画素の面積をS(m2
とし、前記マイクロレンズの節点と前記画素開口の距離
m(m)とし、前記マイクロレンズと前記開口との間に
ある媒体の屈折率nに対して、下記式(17)の関係を
満たすように設定することで、マイクロレンズによる明
るさ改善の最適化を図ることができる。
However, from the viewpoint of achieving a bright projection type apparatus, since the problem that the total luminous flux decreases when the parallelism of the light source light is actually improved as described above, It is necessary to utilize the synergistic effect of the improvement effect of the microlens to cause the light flux with the optimum parallelism to enter the display panel, and the average diameter D (m) when using this diaphragm means is also the same as above. The distance L (m) between the nodal point of the collimator lens 6 and the center of the diaphragm forming the light source light control means, and the area of the pixel is S (m 2 ).
And the distance m (m) between the node of the microlens and the pixel aperture is set so that the relationship of the following formula (17) is satisfied with respect to the refractive index n of the medium between the microlens and the aperture. By setting, it is possible to optimize the brightness improvement by the microlens.

【0095】[0095]

【数22】 [Equation 22]

【0096】また、図8に示すように、前記光源と前記
絞り手段との間に前記光源から出射された光を互いに直
交するP波とS波の2偏光波に分岐する手段と、前記2
偏光波の一方の偏光波面を他方の偏光波面に一致させる
手段と、前記絞り手段に集光させる手段を備えることに
より、表示パネルに入射する光強度を増大させることが
でき、明るい投射型表示装置を達成できる。
Further, as shown in FIG. 8, means for splitting the light emitted from the light source between the light source and the diaphragm means into two polarization waves of P wave and S wave which are orthogonal to each other, and
By providing means for matching one polarized wave front of the polarized wave with the other polarized wave front and means for condensing the diaphragm means, it is possible to increase the light intensity incident on the display panel, and a bright projection display device. Can be achieved.

【0097】また、上記の構成を用いることにより、偏
光変換素子を光源と表示パネル間に配置するだけの通常
の偏光変換光学では、表示パネルへの入射光の角度分布
が均一ではないため、マイクロレンズを搭載した表示パ
ネルには適用できないという問題を解消できるととも
に、絞り手段もしくは光線方向を修正する光学素子によ
る輝度ムラ制御が可能である。
Further, by using the above structure, in the ordinary polarization conversion optics in which the polarization conversion element is only arranged between the light source and the display panel, the angle distribution of the incident light on the display panel is not uniform, so that It is possible to solve the problem that it cannot be applied to a display panel equipped with a lens, and it is possible to control luminance unevenness by a diaphragm means or an optical element that corrects the light beam direction.

【0098】また、図9に示すように、前記光源光学系
に、色分離手段と、各色光を表示パネルに対してそれぞ
れ所望の角度で入射させる手段と、前記各色光を各色画
素に結像させる手段を設けることにより、カラーフィル
タを有しない表示パネル1枚を用いてカラー画像を投射
することができる。このため、カラーフィルタの耐光性
が問題とならず、かつ、カラーフィルターによる光損失
もないため、明るさを増大させることができる。
Further, as shown in FIG. 9, color separation means, means for making each color light incident on the display panel at a desired angle, and each color light imaged on each color pixel as shown in FIG. By providing such a means, it is possible to project a color image by using one display panel having no color filter. Therefore, the light resistance of the color filter does not pose a problem, and the light loss due to the color filter does not occur, so that the brightness can be increased.

【0099】これについて、例えば色分離手段と液晶パ
ネルに所望の角度で入射させる方向分光手段として、ダ
イクロイックミラーを3枚重ねたものを用いた場合につ
いて、図10を参照して説明する。もちろん、ダイクロ
イックミラーはプリズムでも代替可能である。図10に
示すように、コリメータレンズ6で平行光化された白色
光を、例えばそれぞれ青色のみ、緑色のみ、赤色のみを
反射するダイクロイックミラー11a,11b,11c
を用い、それぞれのミラー11a,11b,11cを配
置する角度を制御することで、液晶パネルへ入射する各
色の光の角度制御が可能である。
A case where three dichroic mirrors are used as the directional spectroscopic means for making the color separation means and the liquid crystal panel enter at a desired angle will be described with reference to FIG. Of course, the dichroic mirror can be replaced by a prism. As shown in FIG. 10, the dichroic mirrors 11a, 11b, 11c that reflect the white light collimated by the collimator lens 6, for example, only blue, green, and red, respectively.
The angle of the light of each color incident on the liquid crystal panel can be controlled by controlling the angle at which the respective mirrors 11a, 11b, 11c are arranged using.

【0100】例えば、幅Dw の白色光が入射し、およそ
θ=45度の角度に傾斜して配置された3枚のミラーで
反射して、およそ90度角度を変えて液晶パネルに入射
する。液晶パネルに対して緑色の光がほぼ垂直に入射
し、それに対して青色と赤色の光はそれぞれ正負の角度
Δθだけ異なる角度で入射しているが、それらの光は液
晶パネルの位置では同じ範囲に入射するようになってい
る。
For example, white light with a width D w is incident, reflected by three mirrors arranged at an angle of about θ = 45 degrees, and incident on the liquid crystal panel with an angle of about 90 degrees changed. . Green light is incident almost perpendicularly to the liquid crystal panel, whereas blue light and red light are incident at different angles by positive and negative angles Δθ, but those lights are in the same range at the position of the liquid crystal panel. It is designed to be incident on.

【0101】そのためには、3枚のミラーの角度は、図
10に示すように、それぞれΔθだけ傾け、かつ、その
中心位置、即ち、入射光束の中心とミラーが交わる点を
入射光束の方向からそれぞれ下記式(18)、(19)
で示されるd1 及びd2 だけずらす必要がある。
For this purpose, the angles of the three mirrors are inclined by Δθ as shown in FIG. 10, and the center position, that is, the point where the center of the incident light beam and the mirror intersect with each other is from the direction of the incident light beam. The following formulas (18) and (19) respectively
It is necessary to shift by d 1 and d 2 shown by.

【0102】 d1 =Lm {tan (θ+Δθ)−tan (θ)} (18) d2 =Lm {tan (θ)−tan (θ−Δθ)} (19) Lm は、図10に示すように、入射光束の中心と表示パ
ネルとの距離である。
D 1 = L m {tan (θ + Δθ) −tan (θ)} (18) d 2 = L m {tan (θ) −tan (θ−Δθ)} (19) L m is shown in FIG. As shown, it is the distance between the center of the incident light beam and the display panel.

【0103】θが45度でない場合も同様に、光束を一
致させる条件に配置することが望ましい。また、3つの
光線が表示パネルに入射するまでの距離が異なるが、通
常は入射光束のわずかな非平行成分のために、距離によ
り光束の強度分布が変化するために、各色の光路長をそ
ろえることも表示むらの低減の観点からは重要である。
各色の光束の距離差を小さくすることを優先したい場合
は、上記の式よりもd1 ,d2 を小さくすることにな
る。
Similarly, when θ is not 45 degrees, it is desirable that the light beams are arranged under the condition that they match each other. Further, although the distances until the three light rays are incident on the display panel are different, since the intensity distribution of the light flux is changed depending on the distance due to a slight non-parallel component of the incident light flux, the optical path lengths of the respective colors are aligned. This is also important from the viewpoint of reducing display unevenness.
When it is desired to give priority to reducing the distance difference between the light fluxes of the respective colors, d 1 and d 2 are made smaller than the above equation.

【0104】以上のように形成した角度の異なる各色の
光束を液晶パネルの所望の画素に導く結像光学系とし
て、マイクロレンズを用いて表示を行う。即ち、液晶パ
ネルの入射側に、隣合う複数の画素を画素グループ(例
えば赤、緑、青)と呼ぶと、この画素グループ毎にマイ
クロレンズを配置することで、この単位画素グループ内
において、波長に依存して入射する光束の角度が異なる
ことを利用して、それらの異なるそれぞれの画素に入射
する色に対応した映像信号により駆動すれば、カラー表
示が実現できる。
Display is performed by using a microlens as an image forming optical system for guiding the light flux of each color having different angles formed as described above to a desired pixel of the liquid crystal panel. That is, when a plurality of adjacent pixels are called a pixel group (for example, red, green, and blue) on the incident side of the liquid crystal panel, by arranging a microlens for each pixel group, the wavelength in the unit pixel group is increased. By utilizing the fact that the angles of the incident light beams are different depending on, the color display can be realized by driving with the video signals corresponding to the colors incident on the respective different pixels.

【0105】この分光結像光学系と画素グループとの関
係を以下に示す。
The relationship between this spectral imaging optical system and the pixel groups is shown below.

【0106】画素グループは、赤色R、緑色G、青色B
の3色に対応する3画素により構成されている場合、画
素グループ毎の結像光学系はおよそ画素グループの大き
さのレンズを用いることができる。Rの画素の開口部に
はRに相当する波長の光が、Gの画素開口部にはGの波
長の光が、Bの画素開口部にはBの光が入射する。
The pixel groups are red R, green G, and blue B.
If the image forming optical system for each pixel group is composed of three pixels corresponding to the three colors, the lens having the size of the pixel group can be used. Light having a wavelength corresponding to R enters the opening of the R pixel, light of the G wavelength enters the opening of the G pixel, and B light enters the opening of the B pixel.

【0107】この場合、結像光学系であるマイクロレン
ズアレイと対向基板と遮光層とマイクロレンズを接着す
るための接着層と画素の開口部の関係は、図11に示す
ようになる。
In this case, the relationship between the microlens array which is the image forming optical system, the counter substrate, the light shielding layer, the adhesive layer for adhering the microlenses, and the opening of the pixel is as shown in FIG.

【0108】図11では、G光が表示パネルにほぼ垂直
に入射し、B光及びR光がそれぞれG光に対してθR
びθB の角度で入射するものとしている。この角度θR
及びθB をもつ入射面内におけるマイクロレンズのサイ
ズPlensと画素のサイズPpi xel は、下記式(20)に
示すように表される。
In FIG. 11, it is assumed that the G light is incident on the display panel substantially perpendicularly, and the B light and the R light are incident on the G light at angles of θ R and θ B , respectively. This angle θ R
And size P pi xel size P lens-- pixel microlens at an incident plane with theta B is expressed as shown in the following formula (20).

【0109】[0109]

【数23】 (Equation 23)

【0110】また、マイクロレンズと遮光層との間にあ
る対向基板や接着層等の各種材料の厚さ及び屈折率をそ
れぞれti ,ni とすると、画素グループ内の二つの画
素の開口部の中心間の距離をΔA、また、その二つの画
素のそれぞれに入射する光の大気中における角度差をθ
0 (θ0 =θr =−θb ,θg =0)とするとき、下記
式(21)に示す関係を満たすときに、R,G,Bの光
がそれぞれの画素の開口部に入射する。
If the thickness and the refractive index of various materials such as the counter substrate and the adhesive layer between the microlens and the light shielding layer are t i and n i , respectively, the openings of the two pixels in the pixel group are formed. The distance between the centers of the two is ΔA, and the angle difference in the atmosphere of the light incident on each of the two pixels is θ.
When 00 = θ r = −θ b , θ g = 0) is satisfied, R, G, and B lights are incident on the openings of the respective pixels when the relationship shown in the following formula (21) is satisfied. To do.

【0111】[0111]

【数24】 [Equation 24]

【0112】実際には、光源から供給される一つの色の
光にも角度分布が存在する。これが方向分光手段の作る
色毎の角度分布よりも十分に小さくない場合には、隣り
の画素に入射すべき光が入射して色が混ざり、方向分光
手段により分解した色に対して色再現性が劣化する。
Actually, there is an angular distribution even in the light of one color supplied from the light source. If this is not sufficiently smaller than the angular distribution for each color created by the directional spectroscopic means, the light that should be made incident on the adjacent pixel is mixed and the colors are mixed, and color reproducibility is obtained for the color separated by the directional spectroscopic means. Deteriorates.

【0113】例えば、R,G,Bの3色に分ける場合、
それぞれの入射光の角度分布の大ききさは入射光の遮光
膜部にできた像の幅に対応する。入射光の角度分布幅θ
w は、R,G,Bの各色が重なり合わずに独立したR,
G,Bが得られるためには下記式(22)を満たす必要
がある。
For example, when dividing into three colors of R, G and B,
The magnitude of the angular distribution of each incident light corresponds to the width of the image formed on the light shielding film portion of the incident light. Angle distribution width of incident light θ
w is an independent R, G, B color without overlapping,
In order to obtain G and B, it is necessary to satisfy the following formula (22).

【0114】 θw < 2θ0 (22) また、より厳密には、遮光部の幅aと、開口部の幅bを
考えると、画素の開口部の距離ΔA=a+bがθ0 に対
応すると考えれば、下記式(23)が成立する。
Θ w <2θ 0 (22) More strictly, considering the width a of the light-shielding portion and the width b of the opening, it is considered that the distance ΔA = a + b of the opening of the pixel corresponds to θ 0. For example, the following formula (23) is established.

【0115】 θw <θ0 (2a+b)/(a+b) (23) θw は、楕円状集光ミラーの第二焦点位置近傍に絞りを
設けるか、もしくは発光長の十分に短い光源を用いるこ
とで、対応することができる。この場合、上記のように
不必要な角度範囲の光を除去できる。もちろん、θw
より小さい方が開口部に効率よく光が入射するので、有
利であることはいうまでもない。但し、そのために光源
からの光を光源光制御手段内で大きく損失する状態であ
ると、全体の効率がかえって悪くなるので、表示装置全
体で最適化することが必要である。
Θ w0 (2a + b) / (a + b) (23) θ w is determined by providing a diaphragm near the second focus position of the elliptical focusing mirror or using a light source with a sufficiently short emission length. You can deal with it. In this case, light in an unnecessary angle range can be removed as described above. Needless to say, the smaller θ w is, of course, advantageous because the light efficiently enters the opening. However, if the light from the light source is largely lost in the light source light control means for that reason, the overall efficiency is rather deteriorated, and therefore it is necessary to optimize the entire display device.

【0116】方向分光手段が作る角度分布が一平面内に
ある場合には、3つの画素は一列に並ぶことになる。図
12(b)に示すように、一列に画素が並ぶ場合は、一
方向に屈折力を有する円筒面レンズを用いることもでき
る。もちろん、他の方向へも屈折力を併せ持つレンズを
用いた方がよいことはいうまでもない。例えば、全方向
に屈折力を有するような凸レンズを用いればよい。
When the angle distribution formed by the direction spectroscopic means is in one plane, the three pixels are arranged in a line. When pixels are arranged in a line as shown in FIG. 12B, a cylindrical lens having a refractive power in one direction can be used. Of course, it goes without saying that it is better to use a lens that also has a refractive power in other directions. For example, a convex lens having a refractive power in all directions may be used.

【0117】円筒レンズを使用する場合は、画素グルー
プ内で一列に並ぶ画素の方向に屈折力を持つ方向をそろ
えるようにレンズを配置することが望ましい。
When a cylindrical lens is used, it is desirable to arrange the lenses so that the directions of the pixels lined up in a line within the pixel group are aligned in the direction of the refractive power.

【0118】また、図12(c)に示すように、一方向
に隣合った3画素毎にR,G,Bの画素が並び、垂直方
向にも3画素毎にR,G,Bの画素が並ぶモザイク型の
場合には、3色の画素の位置が3色の並びと垂直方向で
も異なり、結像光学系を配置すべき位置が互いに異なる
ため、レンズも互い違いに配置する必要がある。
Further, as shown in FIG. 12C, R, G, and B pixels are arranged every three adjacent pixels in one direction, and R, G, and B pixels are also arranged every three pixels in the vertical direction. In the case of a mosaic type in which is aligned, the positions of the pixels of the three colors are different from each other in the direction perpendicular to the array of the three colors, and the positions where the imaging optical system should be disposed are different from each other, and therefore the lenses must be disposed also in a staggered manner.

【0119】また、図12(a)に示すように、トライ
アングル型の配置をもつ画素を用いることも可能であ
る。この場合は、レンズの中心点(光軸)に対して回転
対称である、例えば球面凸レンズ状のレンズを、画素グ
ループの3つの画素の開口部のほぼ中央に、レンズの中
心が重なるように配置するとよい。そして、入射光束と
して、レンズの中心軸とそれぞれの画素の開口の中心と
の距離から上式を用いて逆算される入射角度の3色の光
を入射すればよい。
Further, as shown in FIG. 12A, it is also possible to use pixels having a triangle type arrangement. In this case, for example, a lens having a spherical convex lens shape that is rotationally symmetric with respect to the center point (optical axis) of the lens is arranged so that the center of the lens overlaps with the center of the opening of the three pixels of the pixel group. Good to do. Then, as the incident light flux, light of three colors having an incident angle which is calculated back from the distance between the central axis of the lens and the center of the aperture of each pixel by using the above equation may be incident.

【0120】この3色の入射光の角度差は、同一平面内
に存在しないが、方向分光素子として、例えば前述のダ
イクロイックミラーを用いて、3色の反射光が3方向に
ずれる状態を作れば、実現することができる。
Although the angle difference of the incident lights of the three colors does not exist in the same plane, if the dichroic mirror described above is used as the direction spectroscopic element, for example, a state where the reflected lights of the three colors deviate in three directions is created. Can be realized.

【0121】また、このような全方向に屈折力をもつ結
像光学系を用いる場合には、画素の配置の縦横のピッチ
P=Px 及びP=Py に対して、下記式(24)を満た
す角度θwmを考えると、それぞれの方向で下記式(2
5)を満たす角度分布の光束を入射する必要がある。
When such an image forming optical system having a refractive power in all directions is used, the following formula (24) is given for the vertical and horizontal pitches P = P x and P = P y of the pixel arrangement. Considering the angle θ wm that satisfies the following formula (2)
It is necessary to enter a light beam having an angular distribution that satisfies 5).

【0122】[0122]

【数25】 (Equation 25)

【0123】 θ< 2θwm (25) また、以上のような方向分光手段と分光結像手段を備え
た場合でも、各画素グループ毎に形成した分光結像手段
同士の境界において、正常に結像しない領域が存在する
と、この部分に入射した光が意図しない挙動を示し、意
図しない波長の光が画素に入射する可能性がある。従っ
て、分光結像手段同士の境界部が不安な場合にはこの部
分に遮光膜を形成し、光の透過を抑えることが望まし
い。
Θ <2θ wm (25) Further, even when the direction spectroscopic means and the spectral imaging means as described above are provided, normal imaging is performed at the boundary between the spectral imaging means formed for each pixel group. If there is a region that does not exist, the light that has entered this portion may behave unintentionally, and light with an unintended wavelength may enter the pixel. Therefore, when the boundary between the spectral image forming means is uncertain, it is desirable to form a light shielding film in this part to suppress the transmission of light.

【0124】以上のようなフロスト処理を行っていない
光源と楕円状集光ミラーとコリメータレンズからなる光
源光学系を用い、更に第二焦点位置近傍に絞り手段を配
置した場合、絞りから出射する光束がちょうど絞りの形
の光源となり、これが入射光が液晶パネルで集光された
時の位置分布に相当する。これに対してコリメータレン
ズが結像光学系に相当するために、Ppixel を絞りの形
状にすれば、この光源から出射する光束の角度分布を見
積ることができる。逆に、上記の角度の条件を満たすよ
うに絞りの形状を設計することが可能である。
When a light source optical system including a light source that has not been subjected to the above frost processing, an elliptical focusing mirror and a collimator lens is used and a diaphragm means is arranged near the second focal position, a light beam emitted from the diaphragm Serves as a light source in the form of a diaphragm, which corresponds to the position distribution when incident light is collected by the liquid crystal panel. On the other hand, since the collimator lens corresponds to the image forming optical system, if the P pixel has a diaphragm shape, the angular distribution of the light flux emitted from this light source can be estimated. On the contrary, it is possible to design the shape of the diaphragm so as to satisfy the above angle condition.

【0125】色結像光学系として、ある特定の方向のみ
に屈折力を有する場合、即ち、色結像光学系に屈折力を
有しない方向がある場合には、その方向での角度分布は
規制されない。従って、例えば色結像光学系として円筒
面レンズを用いる場合を考えると、屈折力を持つ方向に
対しては上記の式を満たす絞りの幅とし、それに対して
垂直な方向に対してはより幅を広くすることができる。
従って、例えば楕円形または図13に示すような長方形
の絞りを用いると良い。また、このように縦横比が1:
1ではない絞りの場合には絞りに対して光を効率よく集
束するために絞りの長軸の方向に光源の発光部の長軸を
揃えることが望ましい。
When the color imaging optical system has a refractive power only in a specific direction, that is, when the color imaging optical system has a direction not having a refractive power, the angular distribution in that direction is restricted. Not done. Therefore, considering the case of using a cylindrical lens as the color imaging optical system, for example, the width of the diaphragm that satisfies the above equation is set for the direction having the refractive power, and the width is set wider for the direction perpendicular to it. Can be widened.
Therefore, for example, an elliptical diaphragm or a rectangular diaphragm as shown in FIG. 13 may be used. Also, the aspect ratio is 1:
In the case of a diaphragm other than 1, it is desirable to align the major axis of the light emitting portion of the light source in the direction of the major axis of the diaphragm in order to efficiently focus light on the diaphragm.

【0126】上記のような条件を満たす光源光学系を用
いることが望ましいが、そうでない場合でも、各色の目
的とする波長分布に対してカラーフィルタを画素に付加
して、隣同士で起る混色を防ぐことができる。また、同
様に、方向分光手段や分光結像手段の能力が不十分な場
合にも、補助的に画素にカラーフィルターを形成するこ
とで、色の分離を助けることかができる。
It is desirable to use a light source optical system satisfying the above conditions, but even if it is not, a color filter is added to a pixel for a desired wavelength distribution of each color, and color mixture occurs next to each other. Can be prevented. Further, similarly, even when the capability of the direction spectroscopic unit or the spectral imaging unit is insufficient, it is possible to assist the color separation by forming a color filter in the pixel in an auxiliary manner.

【0127】次に、液晶パネルからの出射光を投射する
条件について考える。
Next, the conditions for projecting the light emitted from the liquid crystal panel will be considered.

【0128】投射光学系としては、異なる角度で画素か
らの出射する光を効率よく投射するために、十分に入射
瞳径の大きな投射レンズを使用することが必要である。
即ち、液晶パネルからの出射光束の角度分布は、光源で
発生する各色それぞれがもつ角度分布θw 、方向分光手
段により発生する角度分布θs 、分光結像手段により発
生する角度分布θc の組合わせとなる。
As the projection optical system, it is necessary to use a projection lens having a sufficiently large entrance pupil diameter in order to efficiently project light emitted from the pixels at different angles.
That is, the angular distribution of the luminous flux emitted from the liquid crystal panel is a combination of the angular distribution θ w of each color generated by the light source, the angular distribution θ s generated by the direction spectroscopic means, and the angular distribution θ c generated by the spectral imaging means. It will be a match.

【0129】光源で発生する角度分布θw と分光結像手
段により発生する角度分布θc については、以下のよう
になる。即ち、分光結像手段であるマイクロレンズ及び
着目する画素の開口部の幅Wa に対して、この両者を透
過できる入射光束の角度分布θwaも、上記と同様に下記
式(26)に示すような関係となる(図14参照)。
The angular distribution θ w generated by the light source and the angular distribution θ c generated by the spectral image forming means are as follows. That is, with respect to the width W a of the aperture of the pixel of interest and the microlens that is the spectral image forming means, the angular distribution θ wa of the incident light beam that can pass through both is also shown in the following equation (26). Such a relationship is established (see FIG. 14).

【数26】 (Equation 26)

【0130】この透過可能な入射角度θwaと、光源より
入射する光線の角度分布θw を比較して、より小さい側
が有効な入射角度分布θewとなる。
The incident angle θ wa which can be transmitted is compared with the angular distribution θ w of the light rays incident from the light source, and the smaller incident side is the effective incident angle distribution θ ew .

【0131】分光結像手段であるレンズにより発生する
角度分布θc は、レンズの焦点距離fを大気中の焦点距
離fair に変換した場合、焦点距離fair とレンズの入
射口径Pに対して、下記式(27)に示すようになる。
When the focal length f of the lens is converted into the focal length f air in the atmosphere, the angular distribution θ c generated by the lens which is the spectral image forming means is relative to the focal length f air and the entrance diameter P of the lens. , As shown in the following formula (27).

【0132】 θc =2 tan-1{P/(2fair )} (27) レンズの実際の焦点距離fと、大気中の焦点距離fair
とは、レンズを出射した光が焦点までに透過するN個の
媒体の厚さti と屈折率ni (i=1,2,…,N)に
対して、下記式(28)及び(29)により表される。
Θ c = 2 tan −1 {P / (2f air )} (27) Actual focal length f of lens and focal length f air in the atmosphere
Is the following formulas (28) and (28) for the thicknesses t i and the refractive indices n i (i = 1, 2, ..., N) of the N media through which the light emitted from the lens passes to the focal point. 29).

【0133】[0133]

【数27】 [Equation 27]

【0134】単一の画素に対する出射光の角度分布θpx
は、下記式(30)により表される。
Angular distribution of emitted light for a single pixel θ px
Is represented by the following formula (30).

【0135】[0135]

【数28】 [Equation 28]

【0136】画素グループ全体からの出射光の角度分布
は、上記のθpxに、方向分光手段により発生する角度θ
s が加わる。θs は、画素グループ内の色分離する画素
同士の中ですべての画素の開口部の中心を含む最小の円
の直径ΔAmax を示す下記式(31)により求められ
る。
The angular distribution of the emitted light from the entire pixel group is the angle θ generated by the direction spectroscopic means in the above θ px.
s is added. θ s is obtained by the following formula (31) indicating the diameter ΔA max of the smallest circle including the centers of the openings of all the pixels in the pixel group that are color-separated.

【0137】[0137]

【数29】 [Equation 29]

【0138】ΔAmax は、例えば画素グループ内の画素
が直線上に並んでいる場合には、画素グループ内で最も
離れた画素の間隔であり、例えば画素グループが正三角
形の頂点に配置される3画素より構成されている場合に
はその正三角形の1辺の長さTに対してΔAmax =2T
/ 3である。
ΔA max is the distance between the furthest pixels in the pixel group, for example, when the pixels in the pixel group are arranged in a straight line. For example, the pixel group is arranged at the apex of an equilateral triangle. When it is composed of pixels, ΔA max = 2T for the length T of one side of the equilateral triangle.
/ 3.

【0139】以上のθs を用いれば、最終的な出射光束
の分布幅θout は、下記式(32)により求められる。
By using the above θ s , the final distribution width θ out of the outgoing light flux can be obtained by the following equation (32).

【0140】 θout =θpx+θs (32) 即ち、3つの画素が直線上に並ぶ場合、最大画素間距離
はΔAの二倍である2ΔAである。また、これはθ0
二倍である2θ0 に相当する。従って、上記のθpxと加
えて、最終的な出射光束の分布幅θout は、下記式(3
3)により表される。
Θ out = θ px + θ s (32) That is, when three pixels are arranged on a straight line, the maximum inter-pixel distance is 2ΔA, which is twice ΔA. This also corresponds to 2θ 0 , which is twice θ 0 . Therefore, in addition to the above θ px , the final distribution width θ out of the luminous flux is calculated by the following formula (3
It is represented by 3).

【0141】[0141]

【数30】 [Equation 30]

【0142】また、三角形の配置の画素の分光結像手段
を備える場合には、画素グループ内のそれぞれの画素が
直線上にないが、3つの画素の開口部間の最大距離ΔA
max を上記の式に適用して、θs を求めることができ
る。
Further, when the spectral image forming means for the pixels arranged in a triangle is provided, each pixel in the pixel group is not on a straight line, but the maximum distance ΔA between the openings of the three pixels is ΔA.
θ s can be determined by applying max to the above equation.

【0143】以上の出射光の角度分布の光を効率よく投
射するためには、投射レンズの集光角θcol を上記の出
射光の角度分布θout よりも大きくすることが望まし
い。即ち、集光角θcol を投射用レンズや撮影用レンズ
の特性を示すパラメータとしてよく用いられているFナ
ンバーを用いると、下記式(34)のように表記出来
る。
In order to efficiently project the light having the above-mentioned angular distribution of the emitted light, it is desirable that the condensing angle θ col of the projection lens be larger than the angular distribution θ out of the emitted light. That is, if the F-number, which is often used as the parameter indicating the characteristics of the projection lens or the photographing lens, is used as the converging angle θ col , it can be expressed as the following formula (34).

【0144】[0144]

【数31】 [Equation 31]

【0145】しかし、液晶パネルの出射光の分布θout
を投射するために、投射レンズのFナンバーは、下記式
(35)を満たす必要がある。
However, the distribution of the light emitted from the liquid crystal panel θ out
The F number of the projection lens needs to satisfy the following expression (35) for projecting.

【0146】[0146]

【数32】 [Equation 32]

【0147】[0147]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例に係る
投射型液晶表示装置について、図面を参照して説明す
る。図15に示すように、この投射型液晶表示装置10
0は、3板式、即ち、赤(R)用、緑(G)用および青
(B)用の3枚の液晶パネル201−R,201−G,
201−Bを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projection type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 15, this projection type liquid crystal display device 10
0 is a three-plate type, that is, three liquid crystal panels 201-R, 201-G for red (R), green (G) and blue (B).
201-B.

【0148】本実施例に係る投射型液晶表示装置の光源
光学系は、回転楕円型の反射鏡121と、この反射鏡1
21の第一焦点近傍に配置されたフロスト処理を施して
いないクリアタイプのDC点灯式の250Wメタルハラ
イド光源(アーク長3mm)111と、コールドミラー
131と、コリメータレンズ141を備えている。
The light source optical system of the projection type liquid crystal display device according to the present embodiment has a spheroidal reflecting mirror 121 and this reflecting mirror 1.
A clear type DC lighting type 250W metal halide light source (arc length 3 mm) 111, which is arranged in the vicinity of the first focal point 21 and which is not subjected to frost processing, a cold mirror 131, and a collimator lens 141 are provided.

【0149】光源111からの光源光は、楕円型反射鏡
121により第二焦点近傍に一度集光された後、コール
ドミラー131を経て、コリメータレンズ141により
平行光として各液晶パネル201−R,201−G,2
01−Bに導かれる。各液晶パネルの光入射側には光源
光集束手段であるマイクロレンズが配置されており、ま
た、各液晶パネルの出射側にはフィールドレンズと、投
射レンズとが配置されている。
The light source light from the light source 111 is once condensed near the second focal point by the elliptical reflecting mirror 121, then passes through the cold mirror 131, and is collimated by the collimator lens 141 as parallel light beams in each of the liquid crystal panels 201-R and 201. -G, 2
01-B. A microlens, which is a light source light converging unit, is arranged on the light incident side of each liquid crystal panel, and a field lens and a projection lens are arranged on the emission side of each liquid crystal panel.

【0150】ここで、楕円状集光ミラーの形状パラメー
タとしては、長径A=60mm、短径B=44.72m
mのものを用い、楕円中心から第一焦点及び第二焦点ま
での距離は40mm、コリメータレンズの焦点距離は1
47mmという光学系の構成を用いた。
Here, as the shape parameters of the elliptical condenser mirror, the major axis A = 60 mm and the minor axis B = 44.72 m.
The distance from the center of the ellipse to the first focus and the second focus is 40 mm, and the focal length of the collimator lens is 1
An optical system configuration of 47 mm was used.

【0151】また、この実施例に係る投射型液晶表示装
置では、光源111は、楕円型反射鏡121に対する位
置精度の簡素化等から、楕円型反射鏡121に垂直に固
定されているため、光源111の電極等の影響から光源
光の中心部分の光束が小さくなる。このため、この実施
例に係る投射型液晶表示装置の光源光学系では、光源1
11と絞り手段151との間に、絞り手段151側に凸
状の円錐レンズ161(頂角120°)が配置されてい
る。
Further, in the projection type liquid crystal display device according to this embodiment, the light source 111 is fixed vertically to the elliptical reflecting mirror 121 because of the simplification of the positional accuracy with respect to the elliptic reflecting mirror 121. Due to the influence of the electrodes and the like of 111, the light flux at the central portion of the light source light becomes small. Therefore, in the light source optical system of the projection type liquid crystal display device according to this embodiment, the light source 1
A convex conical lens 161 (vertical angle 120 °) is arranged on the diaphragm means 151 side between the diaphragm 11 and the diaphragm means 151.

【0152】この円錐レンズ161は、光源の電極部等
により遮光されることにより生じる光束の中心部分の強
度低下を防止する光線方向を修正する光学素子(中抜け
補正素子)として作用する。尚、凸の円錐レンズ161
の他にも、発散され、有効活用されない光束を中心部分
に導くものであれば、凹状の錐体レンズであっても、ま
た1枚乃至複数枚のグレーティングレンズで構成したも
のや、ディフューザー等であっても良い。円錐レンズの
頂角は、100〜140度が望ましいが、レンズに用い
るガラス材の屈折率によって最適化してもよい。
The conical lens 161 acts as an optical element (middle gap correcting element) that corrects the direction of the light beam that prevents the intensity of the central portion of the light beam from being reduced due to being blocked by the electrode portion of the light source. Incidentally, the convex conical lens 161
In addition to the above, a concave cone lens, a lens composed of one or more grating lenses, a diffuser, or the like may be used as long as it guides a light beam that is diverged and is not effectively used. It may be. The apex angle of the conical lens is preferably 100 to 140 degrees, but may be optimized depending on the refractive index of the glass material used for the lens.

【0153】ここで、光源を楕円型反射鏡に対して垂直
に配置する場合には、中抜け補正素子は必ずしも用いな
くてもよい。また、図15には、付加的に付け加えるこ
とで明るさ及び照度むらを制御し得る絞り制御手段と、
スクリーン照度もしくは周辺照度の検出手段も合わせて
示している。
Here, when the light source is arranged perpendicularly to the elliptical reflecting mirror, the void correction element is not necessarily used. Further, in FIG. 15, an aperture control means capable of controlling brightness and illuminance unevenness by additionally adding,
The means for detecting screen illuminance or ambient illuminance is also shown.

【0154】次に、各液晶パネル201−R,201−
G,201−Bの配置について説明する。光源光学系か
らの光源光は、UV−IRフィルタを経て、第1ダイク
ロイックミラー411により緑(G)光のみが反射さ
れ、この緑(G)光は、第2全反射ミラー413により
反射され、液晶パネル201−Gに導かれる。そして、
緑(G)光は、光液晶パネル201−Gを透過した後、
第1フィールドレンズ415を介して出射される。
Next, each liquid crystal panel 201-R, 201-
The arrangement of G and 201-B will be described. The light source light from the light source optical system passes through the UV-IR filter, only the green (G) light is reflected by the first dichroic mirror 411, and the green (G) light is reflected by the second total reflection mirror 413. It is guided to the liquid crystal panel 201-G. And
After the green (G) light passes through the optical liquid crystal panel 201-G,
The light is emitted through the first field lens 415.

【0155】第1ダイクロイックミラー411を透過し
た光源光は、第2ダイクロイックミラー417により赤
(R)光のみが反射されて、液晶パネル201−Rに導
かれる。そして、液晶パネル201−Rを透過した赤
(R)光は、第2フィールドレンズ419を介して第1
合成ミラー421により液晶パネル201−Gを経た緑
(G)光と合成される。
Of the light source light transmitted through the first dichroic mirror 411, only the red (R) light is reflected by the second dichroic mirror 417 and is guided to the liquid crystal panel 201-R. Then, the red (R) light transmitted through the liquid crystal panel 201-R is transmitted through the second field lens 419 to the first
The synthesizing mirror 421 synthesizes the green (G) light that has passed through the liquid crystal panel 201-G.

【0156】第2ダイクロイックミラー417を透過し
た光源光は、液晶パネル201−Bに導かれ、液晶パネ
ル201−Bを透過した青(B)光は、第3フィールド
レンズ423、第3全反射ミラー425を介して第2合
成ミラー427に至り、ここで液晶パネル201−Gお
よび液晶パネル201−Rを透過し合成された赤(R)
光および緑(G)光と合成され、投射光学系に導かれ
る。
The light source light transmitted through the second dichroic mirror 417 is guided to the liquid crystal panel 201-B, and the blue (B) light transmitted through the liquid crystal panel 201-B is reflected by the third field lens 423 and the third total reflection mirror. A second synthetic mirror 427 is reached via 425, where red (R) is transmitted through the liquid crystal panels 201-G and 201-R and synthesized.
The light and the green (G) light are combined and guided to the projection optical system.

【0157】次に、この液晶パネル201−R,201
−G,201−Bについて説明する。尚、液晶パネル2
01−R,201−G,201−Bの構成は、その駆動
系を除いて差異はないので、緑(G)用の液晶パネル2
01−Gを例にとり説明する。この液晶パネル201−
Gは、100ミクロンピッチの表示画素が横方向に64
0個、縦方向に480個配列されて成り、液晶パネル2
01−Gの両主表面上には、図15に示すように、所定
の間隔を隔てて、偏光軸が違いに略直交するように一対
の偏光板203,205が配置されている。
Next, the liquid crystal panels 201-R and 201
-G and 201-B will be described. The liquid crystal panel 2
The configurations of 01-R, 201-G, and 201-B are the same except for the drive system, so that the liquid crystal panel 2 for green (G) is used.
01-G will be described as an example. This liquid crystal panel 201-
G has 100 micron pitch display pixels in the horizontal direction 64
The liquid crystal panel 2 consists of 0 pieces and 480 pieces arranged in the vertical direction.
As shown in FIG. 15, a pair of polarizing plates 203 and 205 are arranged on both main surfaces of 01-G at predetermined intervals so that their polarization axes are substantially orthogonal to each other.

【0158】液晶パネル201−Gは、図16および図
17に示すように、アレイ基板211と対向基板311
との間に、TN型液晶401が配向膜291,391を
介して、基板211,311間で90°ねじれるように
して保持されている。
As shown in FIGS. 16 and 17, the liquid crystal panel 201-G has an array substrate 211 and a counter substrate 311.
In between, the TN type liquid crystal 401 is held between the substrates 211 and 311 so as to be twisted by 90 ° via the alignment films 291 and 391.

【0159】アレイ基板211は、0.7mm厚の透明
なガラス基板210上に、図16に示す如く信号線22
1と走査線231とが略直交するように配置され、信号
線221と走査線231との交点近傍に薄膜トランジス
タ(以下、TFTと略称する。)241が配置されてい
る。このTFT241は、図17に示すように、走査線
231自体をゲート電極とし、走査線231上にゲート
絶縁膜243を介して半導体層として非晶質シリコン薄
膜245、この非晶質シリコン薄膜245を保護すると
共に寄生容量を抑えるため走査線231に対し自己整合
的に形成されたシリコンナイトライドから成る半導体保
護膜246を備えている。
The array substrate 211 is composed of a 0.7 mm thick transparent glass substrate 210 and a signal line 22 as shown in FIG.
1 and the scanning line 231 are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, and a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) 241 is arranged near the intersection of the signal line 221 and the scanning line 231. As shown in FIG. 17, this TFT 241 uses the scanning line 231 itself as a gate electrode, and the amorphous silicon thin film 245 as a semiconductor layer on the scanning line 231 via the gate insulating film 243, and the amorphous silicon thin film 245 as a semiconductor layer. In order to protect and suppress parasitic capacitance, a semiconductor protective film 246 made of silicon nitride formed in a self-aligned manner with the scan line 231 is provided.

【0160】また、TFT241は、非晶質シリコン薄
膜245と信号線221とをn+ 型非晶質シリコン薄膜
248を介して電気的に接続する、信号線221から延
在されたドレイン電極247と、信号線221と走査線
231とによって囲まれる領域に配置されたITO(I
ndium Tin Oxide)から成る画素電極2
51と非晶質シリコン薄膜245とをn+ 型非晶質シリ
コン薄膜250を介して電気的に接続するソース電極2
49とを備えている。このようにして、逆スタガ構造の
TFT241が構成されている。
Further, the TFT 241 has a drain electrode 247 extending from the signal line 221 for electrically connecting the amorphous silicon thin film 245 and the signal line 221 via the n + type amorphous silicon thin film 248. , ITO (I) disposed in a region surrounded by the signal line 221 and the scanning line 231.
Pixel electrode 2 made of ndium tin oxide)
51 and the amorphous silicon thin film 245 are electrically connected to each other via the n + -type amorphous silicon thin film 250.
And 49. In this way, the TFT 241 having the inverted stagger structure is formed.

【0161】更に、画素電極251との間でゲート絶縁
膜243を介して補助容量(Cs)を形成するための補
助容量線253が、走査線231に略平行して配置され
ている。更にまた、これらTFT241や画素電極25
1上には、保護膜255が配置されている。このよう
に、アレイ基板211は構成されている。
Further, an auxiliary capacitance line 253 for forming an auxiliary capacitance (Cs) between the pixel electrode 251 and the gate insulating film 243 is arranged substantially parallel to the scanning line 231. Furthermore, the TFT 241 and the pixel electrode 25
A protective film 255 is disposed on the first layer 1. In this way, the array substrate 211 is configured.

【0162】対向基板311は、0.7mm厚の透明な
ガラス基板310上に、アレイ基板211のTFT24
1および画素電極251周辺部を遮光するためのクロム
(Cr)から成るマトリクス状の遮光層313、遮光層
313上に配置される保護膜317、保護膜317上に
配置されるITOから成る対向電極319とによって構
成されている。尚、以上のようにした構成される液晶パ
ネル201−Gは、36%の開口率を達成している。
The counter substrate 311 is composed of a transparent glass substrate 310 having a thickness of 0.7 mm and the TFT 24 of the array substrate 211.
1 and a matrix-shaped light shielding layer 313 made of chromium (Cr) for shielding light around the pixel electrode 251; a protective film 317 disposed on the light shielding layer 313; and a counter electrode made of ITO disposed on the protective film 317. 319 and 319. The liquid crystal panel 201-G configured as described above has achieved an aperture ratio of 36%.

【0163】図15に示すように、対向基板311(厚
さ0.7mm)の主表面上には、マイクロレンズアレイ
基板511が接着層510を介して貼り付けられてい
る。ここで接着層510の厚さは、20μm程度であ
る。このマイクロレンズアレイ基板511は、各表示画
素に対応する集光レンズ513群から成り、集光レンズ
513の焦点位置は、アレイ基板211を構成するガラ
ス基板210に存在するよう設定されている。マイクロ
レンズの空気中の焦点距離は0.6mmである。
As shown in FIG. 15, a microlens array substrate 511 is attached via an adhesive layer 510 on the main surface of a counter substrate 311 (thickness 0.7 mm). Here, the thickness of the adhesive layer 510 is about 20 μm. The microlens array substrate 511 is composed of a group of condensing lenses 513 corresponding to each display pixel, and the focal position of the condensing lenses 513 is set so as to exist on the glass substrate 210 forming the array substrate 211. The focal length of the microlens in air is 0.6 mm.

【0164】次に、以上のように構成されるマイクロレ
ンズ付液晶パネルの、上記光学パラメータをもつ3板式
光学系での明るさの改善効果についての実験を示す。
Next, an experiment on the effect of improving the brightness of the liquid crystal panel with the microlens constructed as described above in the three-plate type optical system having the above optical parameters will be shown.

【0165】まず、同じ光学系を用いているが、マイク
ロレンズを具備しない液晶パネルを用いたときの9点平
均光束は、249lmであった(9点平均光束とは、4
0インチのスクリ−ンに投射し、図18に示すように、
投射画面を縦・横ともに三分割した9個の長方形の中心
の投射照度の平均値に投射面積をかけて求めた光束であ
る)。
First, the nine-point average light flux when using the same optical system but using a liquid crystal panel without a microlens was 249 lm (9-point average light flux is 4
Projecting on a 0 inch screen, as shown in FIG.
It is the luminous flux obtained by multiplying the projection area by the average value of the projected illuminance at the center of nine rectangles, which are obtained by dividing the projection screen into three vertically and horizontally).

【0166】これに対して、マイクロレンズを付けた液
晶パネルでは、9点平均光束は374lmとなり、マイ
クロレンズを具備しない液晶パネルの約1.5倍(実効
開口率54%)の明るさ改善が図れることがわかった。
この時のWp =m・Q2 /(f・n)の値は、50.3
μmであり2(S/π)1/2 =110.6μmよりも十
分に小さい(ここで、Q2 の中のθ2 は30°であ
る)。
On the other hand, in a liquid crystal panel with a microlens, the nine-point average luminous flux is 374 lm, which is about 1.5 times (brightness ratio 54%) improvement in brightness as compared with a liquid crystal panel without a microlens. I found that I could achieve it.
At this time, the value of W p = m · Q 2 / (f · n) is 50.3.
It is μm 2 (S / π) is sufficiently smaller than 1/2 = 110.6μm (here, theta 2 in Q 2 is 30 °).

【0167】次に、更にWp 値を小さくするようにマイ
クロレンズと画素間の距離mを低減した場合について実
験を行った。mを小さくするために対向基板厚を0.5
mmとしたもので同様な実験を行った。その結果、9点
平均光束は405lmとなり、マイクロレンズを具備し
ない液晶パネルを用いた場合に対して、1.62倍(実
効開口率59%)となった。このように、対向基板厚を
小さくすることで、mの値が小さくなり、Wp 値も小さ
くなるために、マイクロレンズによる実効開口率の改善
効果は大きくなる。
Next, an experiment was conducted for the case where the distance m between the microlens and the pixel was reduced so as to further reduce the W p value. The counter substrate thickness is 0.5 in order to reduce m.
The same experiment was conducted with the unit of mm. As a result, the 9-point average luminous flux was 405 lm, which was 1.62 times (effective aperture ratio 59%) as compared with the case of using a liquid crystal panel without a microlens. As described above, by reducing the thickness of the counter substrate, the value of m is reduced and the value of W p is also reduced, so that the effect of improving the effective aperture ratio by the microlens is increased.

【0168】次に、他のパラメータであるコリメータレ
ンズの焦点距離fの依存性のデータを示す。上記の光学
系においては、コリメータレンズの焦点距離を短くする
ことで、コリメータレンズ部で蹴られる光を抑制でき
る。そこで、f=110mmとした場合、マイクロレン
ズがついていない液晶パネルを用いた場合においても、
9点平均光束は338lmとなり、約1.35倍とな
る。
Next, the data of the dependence of the other parameter, the focal length f of the collimator lens, will be shown. In the above optical system, by shortening the focal length of the collimator lens, the light kicked by the collimator lens unit can be suppressed. Therefore, when f = 110 mm, even when a liquid crystal panel without a microlens is used,
The nine-point average luminous flux is 338 lm, which is about 1.35 times.

【0169】コリメータレンズの焦点距離を短くする
と、液晶パネルに入射する光の集光角が大きくなるが、
総光束は増大する。集光角を2つのf値で実測した結果
は、f=147mmの場合は全角約8度(±4度)であ
り、f=110mmの場合は全角で約12度(±6度)
であった(ここで、集光角は、ピーク光強度の50%と
なる光強度となる全角の幅として規定した)。このた
め、総光束は増大するがマイクロレンズ付パネルでのマ
イクロレンズの実効開口率の改善効果は入射光の平行度
が下がるために低下することが予測される。
When the focal length of the collimator lens is shortened, the converging angle of the light incident on the liquid crystal panel becomes large.
The total luminous flux increases. The measurement result of the converging angle with two f values is about 8 degrees (± 4 degrees) in the case of f = 147 mm, and about 12 degrees (± 6 degrees) in the case of f = 110 mm.
(Here, the converging angle is defined as the width of the full angle at which the light intensity is 50% of the peak light intensity). Therefore, although the total luminous flux increases, it is expected that the effect of improving the effective aperture ratio of the microlenses in the panel with microlenses will decrease because the parallelism of the incident light decreases.

【0170】実際に、f=110mmで対向基板厚0.
7mmのマイクロレンズ付液晶パネルを用いたもので
は、9点平均光束は420lmとf=147mmの場合
の0.7mmのものよりも明るくなり、f=147mm
のマイクロレンズ無しの液晶パネルと比べると1.68
倍となるが、実効開口率は46%と、f=147mmの
場合よりも低下する。fを短くするということはWp
値が大きくなるために、マイクロレンズの実効開口率の
改善効果は小さくなるが、液晶パネル面への総光束が上
記のように1.35倍となることで、トータルとしては
明るさが改善される。
Actually, when f = 110 mm and the counter substrate thickness is 0.
In the case of using a liquid crystal panel with a 7 mm microlens, the 9-point average luminous flux is 420 lm, which is brighter than that of 0.7 mm when f = 147 mm, and f = 147 mm.
1.68 compared to the liquid crystal panel without micro lens
Although doubled, the effective aperture ratio is 46%, which is lower than that in the case of f = 147 mm. Shortening f reduces the effect of improving the effective aperture ratio of the microlens because the value of W p increases, but the total luminous flux to the liquid crystal panel surface becomes 1.35 times as described above. Therefore, the brightness is improved as a whole.

【0171】更に、f=110mmで対向基板厚0.5
mmのものでは、9点平均光束は493lmとなり、同
様にf=147mmの対向基板厚0.5mmよりも明る
く、f=147mmでマイクロレンズ無しの液晶パネル
を用いた場合と比べると、1.97倍となる。実効開口
率は、53%となり、対向基板厚の低減によりWp 値が
下がることで、上記と同様にマイクロレンズ効果は増大
する。もちろん、上記のいずれの場合においても。Wp
<2(S/π)1/2 を満足していることはいうまでもな
い。
Further, when f = 110 mm, the counter substrate thickness is 0.5.
For 9 mm, the 9-point average luminous flux is 493 lm, which is also brighter than the counter substrate thickness of 0.5 mm at f = 147 mm, and is 1.97 as compared with the case of using a liquid crystal panel without microlenses at f = 147 mm. Doubled. The effective aperture ratio is 53%, and the W p value is lowered due to the reduction of the counter substrate thickness, and the microlens effect is increased as in the above case. Of course, in any of the above cases. W p
It goes without saying that <2 (S / π) 1/2 is satisfied.

【0172】図19に、マイクロレンズ基板と変調素子
の開口部を規定する遮光領域との距離mに寄与する対向
基板厚の変化に対するマイクロレンズ効果による実効開
口率の影響を示す実測値を示す(コリメ−タレンズの焦
点距離f=147mm)。対向基板厚が0.5mm程度
で極大を示し、それよりも厚いと実効開口率の低下が著
しく、対向基板厚が厚くなると、マイクロレンズを用い
ない場合のパネル開口率(36%)よりも透過率が低下
することがわかる。
FIG. 19 shows measured values showing the effect of the effective aperture ratio due to the microlens effect on the change in the counter substrate thickness that contributes to the distance m between the microlens substrate and the light-shielding region that defines the opening of the modulation element ( Focal length f of collimator lens f = 147 mm). The counter substrate shows a maximum at a thickness of about 0.5 mm, and if it is thicker than that, the effective aperture ratio is significantly reduced. If the counter substrate becomes thicker, the panel aperture ratio (36%) without the microlens is transmitted. It can be seen that the rate decreases.

【0173】ここで、Wp を決定するものとして、光源
の発光長Lもある。上記実施例では電極間長3mmのも
のを用いたが、総光束とマイクロレンズの実効開口率の
改善効果を考慮して最適化すればよいことはいうまでも
なく、電極間長としてもっと長いものを用いてもよく、
楕円状集光ミラーの形状も含めたパラメータ全体で最適
化すればよい。
Here, the light emission length L of the light source also determines W p . In the above embodiment, the electrode length of 3 mm is used, but it goes without saying that the electrode length may be optimized in consideration of the effect of improving the total luminous flux and the effective aperture ratio of the microlens. May be used,
All parameters including the shape of the elliptical focusing mirror may be optimized.

【0174】ここで、楕円状集光ミラーの形状パラメー
タ(長径A、短径B)と光源の発光長Lにより、第二焦
点位置での集束光径Q1 もしくは光線方向の修正素子を
入れた場合のQ2 の値により、マイクロレンズ効果の最
適化を図れることは説明したが、このQ1 及びQ2 の代
りに、第二焦点位置近傍に絞り手段を配置することによ
り、液晶パネルに入射する光の集光角制御を行ってもよ
いことはいうまでもない。
Here, depending on the shape parameters (major axis A, minor axis B) of the elliptical condenser mirror and the light emission length L of the light source, a focused light diameter Q 1 at the second focus position or a correction element in the light ray direction is inserted. Although it has been explained that the microlens effect can be optimized by the value of Q 2 in this case, instead of Q 1 and Q 2 , a diaphragm means is arranged in the vicinity of the second focal position so that the light enters the liquid crystal panel. It goes without saying that the control of the light collection angle may be performed.

【0175】この絞り手段の径をDとすると、マイクロ
レンズ効果をあげるための条件は以下の式(36)、
(37)に示すようになる。
Assuming that the diameter of the diaphragm means is D, the condition for enhancing the microlens effect is expressed by the following equation (36):
It becomes as shown in (37).

【0176】[0176]

【数33】 [Expression 33]

【0177】ここで、液晶パネルへ入射する光の集光角
θw は上記Dとコリメータレンズの焦点距離fとから以
下の式で求められる。
Here, the converging angle θ w of the light incident on the liquid crystal panel is obtained from the above D and the focal length f of the collimator lens by the following formula.

【0178】 θw =2tan -1(D/2f) (37) 図20は、画面中心付近の最大照度に表示面積(40イ
ンチ、横と縦の比4:3画面の場合、0.498m2
をかけて求めたピーク光束(lm)の集光角に対する依
存性を示す。なお、集光角は、絞り径を制御することに
より変化させた。図17に示すように、マイクロレンズ
を有しない液晶パネルを用いた場合(曲線a)は、集光
角θw を小さく絞るにつれてピーク光束は大きく減少す
るが、マイクロレンズを有する液晶パネルを用いた場合
(曲線b,c)は、減少が小さい。これは、集光角が小
さくなり、入射光が平行光となればなるほど、マイクロ
レンズの実効開口率改善効果が大きくなるためである。
Θ w = 2 tan −1 (D / 2f) (37) FIG. 20 shows that the maximum illuminance near the center of the screen is 0.498 m 2 when the display area is 40 inches and the ratio of width to height is 4: 3. )
The dependence of the peak luminous flux (lm) on the converging angle is shown. The converging angle was changed by controlling the aperture diameter. As shown in FIG. 17, when a liquid crystal panel having no microlens is used (curve a), the peak luminous flux is greatly reduced as the converging angle θ w is narrowed, but a liquid crystal panel having a microlens is used. In the case (curves b and c), the decrease is small. This is because the smaller the converging angle and the more parallel the incident light, the greater the effect of improving the effective aperture ratio of the microlens.

【0179】また、上記したように、マイクロレンズの
効果は、画素サイズに対応して対向基板厚の最適化(上
記では薄板化)を図ることにより実効開口率改善効果が
高まることは、図20に示すように、対向基板厚0.7
mmの場合(曲線b)よりも、対向基板厚0.5mmの
場合(曲線c)の方がより明るさの改善が図れているこ
とと、集光角低下による明るさ低下が小さいことからも
分る。
As described above, the effect of the microlens is that the effective aperture ratio improving effect is enhanced by optimizing the counter substrate thickness (thinning in the above case) corresponding to the pixel size. As shown in FIG.
The fact that the brightness is improved more when the opposing substrate thickness is 0.5 mm (curve c) than when it is mm (curve b) and the decrease in brightness due to the decrease in the light collection angle is small. I understand.

【0180】ここで、絞り手段を用いて液晶パネルから
入射する集光角を小さくすることは明るさの低下を招く
が、表示画像の照度むらを低減させるという利点を有し
ている。
Here, reducing the converging angle of light incident from the liquid crystal panel by using the diaphragm means brings about a decrease in brightness, but has an advantage of reducing unevenness in illuminance of a display image.

【0181】次に、3板式投射型表示装置100の表示
画像の照度むらについて測定した結果、並びに比較例と
して図1に示す従来の投射型表示装置901の表示画像
の輝度むらについて測定した結果を下記表1に示す。
尚、表示画像は、スクリーン上に対角40インチに拡大
投影した全面白表示とし、図18に示す表示画像上の9
点の照度を照度計により測定し、点5の照度を100と
した比率で表示した。また、実施例における集光角
(θ)は8°,6°,4°とした。
Next, the results of measuring the illuminance unevenness of the display image of the three-plate projection display device 100 and the results of measuring the brightness unevenness of the display image of the conventional projection display device 901 shown in FIG. 1 as a comparative example are shown. The results are shown in Table 1 below.
It should be noted that the display image is an entire white display which is enlarged and projected on a screen in a diagonal size of 40 inches, and is displayed on the screen as shown in FIG.
The illuminance at the point was measured by an illuminometer, and the illuminance at the point 5 was displayed as a ratio of 100. In addition, the light collection angles (θ) in the examples are 8 °, 6 °, and 4 °.

【0182】 表 1 点1 点2 点3 点4 点5 点6 点7 点8 点9 実施例1(8°) 32 61 30 38 100 38 33 60 32 実施例2(6°) 42 68 40 47 100 48 45 69 40 実施例3(4°) 59 87 57 64 100 65 55 84 56 比較例 23 43 24 27 100 26 20 40 24 上記表1に示すように、この実施例に係る投射型表示装
置100によれば、従来の投射型表示装置に比べ、表示
画像の中心部分及び周辺部分の各所で輝度むらの非常に
小さい良好な表示画像を得ることができたことがわか
る。
Table 1 point 1 point 2 points 3 points 4 points 5 points 6 points 7 points 8 points 9 Example 1 (8 °) 32 61 30 38 100 38 33 60 32 Example 2 (6 °) 42 68 40 47 100 48 45 69 40 Example 3 (4 °) 59 87 57 64 100 65 55 84 56 Comparative example 23 43 24 27 100 26 20 40 24 As shown in Table 1 above, the projection display device 100 according to this example According to the above, it can be seen that, compared with the conventional projection display device, it is possible to obtain a good display image in which the brightness unevenness is extremely small in the central portion and the peripheral portion of the display image.

【0183】そこで、この実施例に係る投射型表示装置
おいて、スクリーン上の照明照度が大きい、即ち明るい
環境下では、表示輝度むらよりもむしろコントラスト比
が高いことが、視覚的には良好な表示画像と認識される
ため、絞り手段151の集光角θw は、絞り制御手段7
21を用いることにより、十分に大きい範囲内で制御で
きる。
Therefore, in the projection type display apparatus according to this embodiment, it is visually good that the contrast ratio is higher than the display luminance unevenness in a bright environment, that is, in a bright environment. Since it is recognized as a display image, the converging angle θ w of the diaphragm means 151 is determined by the diaphragm control means 7.
By using 21, it is possible to control within a sufficiently large range.

【0184】また、スクリーン上の照度が大きい、即ち
暗い環境下では、表示輝度むらが少ないことが、視覚的
には良好な表示画像と認識されるため、集光角θw は、
輝度むらが低減される比較的小さい範囲内で制御するよ
うに、絞り手段を制御することもできる。更に、一表示
画像を複数のブロックに区分して表示する場合も、集光
角θw は比較的小さい範囲内で制御される方が、繋ぎ目
での輝度低下が目立たない。
Further, in a dark environment where the illuminance on the screen is large, that is, in the dark environment, it is visually recognized that the display brightness unevenness is small, so that the converging angle θ w is
It is also possible to control the diaphragm means so as to control within a relatively small range where the brightness unevenness is reduced. Further, even when one display image is divided into a plurality of blocks to be displayed, if the condensing angle θ w is controlled within a relatively small range, the brightness decrease at the joint is less noticeable.

【0185】例えば、この実施例に係る投射型表示装置
100によれば、各種ショールームやAVルームのよう
な、少し暗い照明環境であるスクリーン照度が30(l
x)の場合、集光角θw を4〜6°に設定することによ
り、100:1以上のコントラスト比を確保しつつ、図
18中、点5に対する点1の照度の低下を40〜60%
に抑えることにより、表示輝度むらが小さく、しかもコ
ントラスト比が高い表示が成されるため、良好な表示画
像が視認される。
For example, according to the projection type display apparatus 100 in this embodiment, the screen illuminance, which is a slightly dark illumination environment such as various showrooms and AV rooms, is 30 (l).
In the case of x), by setting the converging angle θ w to 4 to 6 °, while maintaining the contrast ratio of 100: 1 or more, in FIG. %
Since the display brightness unevenness is small and the contrast ratio is high by suppressing the display ratio to 1, a good display image is visually recognized.

【0186】また、通常の事務所内あるいは一般家庭内
の照明環境であるスクリーン照度が200(lx)の場
合、集光角θw を8°以上に設定することにより、50
0(lm)以上の高いピーク光束が得られ、しかも図1
8中、点5に対する点1の照度の低下を、視覚的に表示
むらが認識されにくい30%程度の低下に抑えること
で、良好な表示画像が視認される。
When the screen illuminance is 200 (lx), which is the illumination environment in a normal office or a general home, the converging angle θ w is set to 8 ° or more to
A high peak luminous flux of 0 (lm) or more is obtained, and moreover, as shown in FIG.
By suppressing the decrease in the illuminance at the point 1 with respect to the point 5 at a rate of about 30% at which it is difficult to visually recognize the display unevenness, a good display image is visually recognized.

【0187】以上のように、この実施例に係る投射型表
示装置100によれば、特有の光源光学系の構成によ
り、スクリーン照度が小さくなるにつれて集光角θw
小さくなるように光源光の集光角θw を制御し、これに
より表示画像の輝度むらを防止すると共に、スクリーン
照度に応じた表示照度を得ることができる。
As described above, according to the projection type display apparatus 100 in this embodiment, the light source optical system is designed so that the condensing angle θ w becomes smaller as the screen illuminance becomes smaller. By controlling the converging angle θ w , it is possible to prevent the uneven brightness of the display image and obtain the display illuminance according to the screen illuminance.

【0188】この実施例では、3板式の投射型表示装置
100を例にとり説明したが、液晶パネル自体がストラ
イプ状、モザイク状あるいはデルタ配列された少なくと
も3原色の色部から成るカラーフィルタを備えた、図2
1に示すように構成される単板式の投射型表示装置10
0でも良いことはいうまでもない。
In this embodiment, the three-plate projection type display device 100 has been described as an example, but the liquid crystal panel itself is provided with a color filter composed of color portions of at least three primary colors arranged in a stripe shape, a mosaic shape or a delta arrangement. , Fig. 2
1. A single plate type projection display device 10 configured as shown in FIG.
Needless to say, 0 is acceptable.

【0189】また、この他にも、各液晶パネル201−
R、201−G、201−Bごとに光源光の集光角θw
を制御する絞り手段を設け、各色ごとに個別に光源光の
集光角θw を制御するようにしても良い。また、このよ
うな特性は、マイクロレンズを用いない液晶パネルを用
いた場合にも適用できることはいうまでもない。
In addition to this, each liquid crystal panel 201-
Convergence angle θ w of the light source light for each of R, 201-G and 201-B
It is also possible to provide a diaphragm means for controlling the above, and individually control the converging angle θ w of the light source light for each color. Needless to say, such characteristics can also be applied to the case of using a liquid crystal panel that does not use microlenses.

【0190】更に、この実施例において、絞り手段15
1の集光角θw が、環境照度信号ESに応じて、絞り制
御手段721により制御される構成も可能である。ま
た、各液晶パネル201−R、201−G、201−B
に供給される映像信号VSの輝度信号に基づいて制御さ
れるものであっても、これらを組み合わせて用いるもの
であっても良い。
Further, in this embodiment, the diaphragm means 15
A configuration is also possible in which the condensing angle θ w of 1 is controlled by the aperture control unit 721 according to the environmental illuminance signal ES. In addition, each liquid crystal panel 201-R, 201-G, 201-B
It may be controlled based on the luminance signal of the video signal VS supplied to, or a combination of these may be used.

【0191】例えば、映像信号VSに含まれる輝度信号
の時間的平均強度と輝度信号のブランキングレベル(黒
レベル)との差に基づいて、差が小さい場合は集光角θ
w を小さく、差が大きい場合は集光角θw を大きく制御
することにより、表示画像の表示輝度に依存せず、良好
な表示画像を確保することができる。
For example, based on the difference between the temporal average intensity of the luminance signal included in the video signal VS and the blanking level (black level) of the luminance signal, when the difference is small, the converging angle θ.
By controlling the converging angle θ w to be large when w is small and the difference is large, it is possible to secure a good display image without depending on the display brightness of the display image.

【0192】この実施例では、絞り制御手段721によ
り絞り手段151の開口直径Dを制御して集光角θw
制御したが、絞り手段151を光源111の光軸に沿っ
て移動させることにより、実効的な開口直径Dを制御し
て集光角θw を制御しても良い。
In this embodiment, the aperture control means 721 controls the aperture diameter D of the aperture means 151 to control the converging angle θ w , but by moving the aperture means 151 along the optical axis of the light source 111. The effective aperture diameter D may be controlled to control the light collection angle θ w .

【0193】ここで、上記実施例に用いた光源は、光源
光を拡散させるフロスト処理を施していないものを用い
た。これは絞り手段への光源光の集光効率をあげる点で
有効であるために用いていたが、もちろんフロスト処理
をしたものを用いてもよい。また、上記実施例では光源
に直流点灯式光源を用いた。これも同様に、直流点灯式
光源の方が交流点灯式光源よりも陽極と陰極との間での
発光分布をより小さくすることができるという点で、上
記光学系には最適であるためであるが、もちろん交流点
灯式光源を用いてもよいことはいうまでもない。
Here, as the light source used in the above-mentioned embodiment, one not subjected to the frost treatment for diffusing the light from the light source was used. This is used because it is effective in increasing the efficiency of collecting the light from the light source to the diaphragm means, but of course, a frosted one may be used. Further, in the above embodiment, a direct current lighting type light source was used as the light source. This is also because the DC lighting type light source is optimal for the above optical system in that the light emission distribution between the anode and the cathode can be made smaller than that of the AC lighting type light source. However, it goes without saying that an AC lighting type light source may be used.

【0194】また、上記した実施例の如く、マイクロレ
ンズは入射側にのみ配置しても、また出射側にも配置し
てもよい。入射側のみにマイクロレンズアレイ基板41
1を配置する場合、マイクロレンズアレイ基板411で
対向基板311の遮光層313付近に集束された光は、
その後発散するため投射レンズにおける蹴られにより光
利用効率が低下する恐れがある。このため、マイクロレ
ンズアレイ基板411の使用にあたっては、マイクロレ
ンズアレイ基板411の各集光レンズ413の焦点位置
の選定が重要である。
Further, as in the above-mentioned embodiments, the microlenses may be arranged only on the incident side or the emitting side. Microlens array substrate 41 only on the incident side
When 1 is arranged, the light focused by the microlens array substrate 411 near the light shielding layer 313 of the counter substrate 311 is
Since the light diverges thereafter, there is a risk that the light utilization efficiency will be reduced due to kicking of the projection lens. Therefore, when using the microlens array substrate 411, it is important to select the focal position of each condenser lens 413 of the microlens array substrate 411.

【0195】即ち、各集光レンズ413で集束された後
に広がる光源光が、各フィールドレンズに十分に収まる
よう、焦点位置を選定する必要がある。特に、各フィー
ルドレンズの小型化を達成するのであれば、各集光レン
ズ413の焦点位置は、光入射側から離れる方が良い。
しかし、各集光レンズ413の焦点位置が光入射側から
遠ざかるにつれて、マイクロレンズアレイ基板411の
効果は低下し、液晶パネル201−Gの実効開口率は小
さくなる。このようなことから、各集光レンズ413の
焦点位置は、TN型液晶401内よりはむしろ出射側の
基板中もしくは基板外に設定すると良い。
That is, it is necessary to select the focal position so that the light source light, which is spread after being converged by each condenser lens 413, is sufficiently contained in each field lens. In particular, if the miniaturization of each field lens is achieved, the focal position of each condenser lens 413 is better to be away from the light incident side.
However, as the focus position of each condenser lens 413 moves away from the light incident side, the effect of the microlens array substrate 411 decreases and the effective aperture ratio of the liquid crystal panel 201-G decreases. Therefore, the focal position of each condenser lens 413 is preferably set inside or outside the substrate on the emission side rather than inside the TN type liquid crystal 401.

【0196】特に、この実施例では、対向基板311の
ガラス基板310厚が0.7mm以下であることから、
各集光レンズ413の焦点位置は、透過光が第1フィー
ルドレンズ415に十分に収まるようにマイクロレンズ
アレイ基板411から0.8〜1.1mmの距離、即ち
ガラス基板210内にあるよう設定するとよい。
Particularly, in this embodiment, since the thickness of the glass substrate 310 of the counter substrate 311 is 0.7 mm or less,
The focus position of each condensing lens 413 is set to be within a distance of 0.8 to 1.1 mm from the microlens array substrate 411, that is, within the glass substrate 210 so that the transmitted light is sufficiently contained in the first field lens 415. Good.

【0197】即ち、液晶パネルの入射側にマイクロレン
ズを配置した場合、マイクロレンズで集光された光はそ
の後発散するために、図23(a),(b),(c)に
示すように、投射型表示装置の実効開口率は投射レンズ
のF値に大きく依存する。つまり、マイクロレンズの焦
点位置を短くすると、各液晶パネルを透過した後の変調
光は、投射レンズに入射するまでの発散の度合が大き
く、投射型表示装置の明るさ改善のためには投射レンズ
のレンズ径を大きくするか又は、焦点距離を短くするこ
とが必要であり、結果としてF値が小さくなる。
That is, when a microlens is arranged on the incident side of the liquid crystal panel, the light condensed by the microlens diverges after that, as shown in FIGS. 23 (a), (b) and (c). The effective aperture ratio of the projection display device largely depends on the F value of the projection lens. That is, when the focal position of the microlens is shortened, the modulated light after passing through each liquid crystal panel has a large degree of divergence until it enters the projection lens, and the projection lens is used to improve the brightness of the projection display device. It is necessary to increase the lens diameter or to reduce the focal length, resulting in a smaller F value.

【0198】図23(a),(b),(c)は、縦軸に
マイクロレンズを有する投射型表示装置の実効開口率、
横軸に投射レンズのF値をとった場合の実効開口率のF
値依存性を示している。このうち、図23(a)は、光
源光の集光角が4度の場合を示しており、図中、曲線
(A)、(B)、(C)、(D)、(E)は、マイクロ
レンズの実効的な焦点位置(対向基板の屈折率等を考慮
した)が0.56mm、0.7mm、0.84mm、
1.05mm、1.4mmの場合を示している。また、
図23B及び23Cは、光源光の集光角が6度、8度の
場合をそれぞれ示している。これらの図から、マイクロ
レンズの焦点距離を短くすると、投射レンズのF値の依
存性が増大することが分る。
23 (a), (b) and (c) show the effective aperture ratio of a projection type display device having a microlens on the vertical axis.
F of effective aperture ratio when F value of projection lens is taken on the horizontal axis
Shows value dependency. Of these, FIG. 23A shows a case where the light source light has a converging angle of 4 degrees, and the curves (A), (B), (C), (D), and (E) are shown in the figure. , The effective focus position of the microlens (considering the refractive index of the counter substrate, etc.) is 0.56 mm, 0.7 mm, 0.84 mm,
The case of 1.05 mm and 1.4 mm is shown. Also,
23B and 23C show the cases where the light source light collection angles are 6 degrees and 8 degrees, respectively. From these figures, it can be seen that when the focal length of the microlens is shortened, the dependency of the F value of the projection lens increases.

【0199】投射型表示装置では、投射映像の拡大・縮
小を可能にするために、投射レンズとしてはズーム式が
用いられている。このため、投射レンズが広角側ではF
値は4程度だが、望遠側では5程度と大きくなる。この
ようなことから、投射型表示装置では、投射レンズのF
値の変動に表示画像の明るさが影響を受けにくいことが
好ましい。即ち、投射型表示装置とスクリーンとの間が
大きく離れた位置から映像を投射する場合は、望遠側で
投射することになり、また、拡大投影すること等で周辺
輝度低下が生じやすい状況の場合は、絞り手段により絞
り径を絞り集光角を小さく制御する方が、輝度むらを軽
減するためには望ましい。
In the projection type display device, a zoom type is used as the projection lens in order to enlarge / reduce the projected image. Therefore, when the projection lens is on the wide angle side,
The value is about 4, but it increases to about 5 on the telephoto side. Therefore, in the projection display device, the F of the projection lens is
It is preferable that the brightness of the display image is not easily affected by the fluctuation of the value. That is, when the image is projected from a position greatly separated from the projection display device and the screen, the image is projected on the telephoto side, and in a situation where the peripheral brightness is likely to be lowered due to the magnified projection or the like. In order to reduce the uneven brightness, it is preferable to control the diaphragm diameter by the diaphragm means to be small so as to reduce the brightness unevenness.

【0200】以上のように、投射型表示装置において、
マイクロレンズの焦点距離を短くすることが必ずしも有
効ではなく、投射型表示装置におけるマイクロレンズの
焦点位置は液晶層内、あるいは出射側基板(この実施例
ではアレイ基板)側にある方がトータルの実効開口率の
向上には望ましい。
As described above, in the projection type display device,
It is not always effective to shorten the focal length of the microlenses, and the total effective position of the microlenses in the projection display device is within the liquid crystal layer or on the emission side substrate (array substrate in this embodiment) side. It is desirable for improving the aperture ratio.

【0201】マイクロレンズの焦点位置を上記のように
設定することで、投射レンズのレンズ径の設計に自由度
が持たせられ、装置の小型化、低廉価化が達成される。
更に、マイクロレンズの焦点距離を上記のように設定す
ることで、表示画像の拡大・縮小に際して投射レンズの
F値が変動しても、投射型表示装置の実効開口率の変動
を抑制することができ、かつ、均質な表示画像輝度が得
られる。
By setting the focal position of the microlens as described above, the design of the lens diameter of the projection lens has a degree of freedom, and the downsizing and cost reduction of the apparatus can be achieved.
Further, by setting the focal length of the microlens as described above, even if the F value of the projection lens fluctuates when enlarging / reducing the display image, fluctuations in the effective aperture ratio of the projection display apparatus can be suppressed. It is possible to obtain a uniform display image brightness.

【0202】なお、投射レンズのF値の変動に対して、
より均質な表示画像を確保するために、F値の変動に応
じて絞り手段の開口径を制御してもよい。例えば、長距
離投射して投射レンズを望遠側に設定すると、F値が大
きくなり、輝度むらが大きくなるが、絞り手段の絞り径
を小さくして集光角を小さくすることで、輝度むら低下
を抑制することができる。逆に、中心の明るさを改善し
たい場合は、絞り手段の開口径を大きくして集光角を増
大させることで、全体の明るさ改善を図ることもでき
る。
Incidentally, with respect to the variation of the F value of the projection lens,
In order to secure a more uniform display image, the aperture diameter of the diaphragm means may be controlled according to the variation of the F value. For example, when a long-distance projection is performed and the projection lens is set to the telephoto side, the F value increases and the brightness unevenness increases, but the brightness unevenness decreases by reducing the diaphragm diameter of the diaphragm means to reduce the light collection angle. Can be suppressed. On the contrary, when it is desired to improve the central brightness, the overall brightness can be improved by increasing the aperture diameter of the diaphragm means to increase the light collection angle.

【0203】また、図20の曲線(c)は、図20の曲
線(b)のマイクロレンズの焦点位置がマイクロレンズ
基板から0.8mmに設定されているのに対して、焦点
位置が1.4mmと投射レンズ側に設定されている場合
の投射レンズのF値が5におけるピーク光束の集光角依
存性を示している。
In the curve (c) of FIG. 20, the focal position of the microlens of the curve (b) of FIG. 20 is set to 0.8 mm from the microlens substrate, while the focal position is 1. 4 shows the converging angle dependence of the peak light flux when the F value of the projection lens is 4 mm and is set to 5 on the projection lens side.

【0204】この図から、マイクロレンズの焦点位置を
より長くすることにより、ピーク光束自体は若干減少す
るものの、ピーク光束の集光角依存性はより一層小さく
することができ、低集光角設定にすることで表示輝度の
均一性を向上させることもできる。
From this figure, by making the focal position of the microlens longer, the peak light flux itself is slightly decreased, but the dependence of the peak light flux on the converging angle can be further reduced, and the low converging angle setting is performed. It is also possible to improve the uniformity of display brightness.

【0205】また、上記実施例では、図15に示す絞り
制御手段として、サーボモータを内蔵し、サーボモータ
により円形の開口径を変化させる構造としたが、この開
口の形状は四角形あるいは楕円形等であってもよい。ま
た、サーボモータにより開口部の上下、左右、もしくは
両方を遮光する遮光板が稼働する構造であってもよい。
Further, in the above embodiment, as the diaphragm control means shown in FIG. 15, the servo motor is built in and the circular opening diameter is changed by the servo motor, but the shape of the opening is a quadrangle or an ellipse. May be Further, the structure may be such that a light shielding plate that shields the upper and lower sides, the right and left sides, or both of the openings is operated by a servo motor.

【0206】また、マイクロレンズの焦点位置が光源側
に近い方が、液晶パネルを透過する時の実効開口率が向
上することを考慮すると、対向基板のガラス基板厚を薄
く設定することが有効であることはすでに説明した。そ
こで、対向基板厚を薄く設定すれば、液晶パネルでの実
効開口率を低下させることなく、マイクロレンズの焦点
位置を長く設定することができ、これにより投射型表示
装置の実効開口率が向上される。しかも、マイクロレン
ズの焦点位置を長く設定できるために、投射型表示装置
の実効開口率が投射レンズのF値の変動に大きく依存す
ることがなくなるという利点もある。
Considering that the closer the focal position of the microlens is to the light source side, the more the effective aperture ratio when passing through the liquid crystal panel is improved, it is effective to set the glass substrate thickness of the counter substrate thin. Some things have already been explained. Therefore, if the counter substrate thickness is set thin, the focal position of the microlens can be set long without lowering the effective aperture ratio of the liquid crystal panel, which improves the effective aperture ratio of the projection display device. It Moreover, since the focal position of the microlens can be set long, there is an advantage that the effective aperture ratio of the projection display device does not largely depend on the variation of the F value of the projection lens.

【0207】ところで、図21に示すように、単板式の
投射型表示装置にあっては、光学系の構成が比較的簡単
であるため、投射レンズのバックフォーカス長を短くで
き、これにより投射レンズのF値を2.2〜4程度に小
さくすることができる。従って、マイクロレンズの開口
数NA(NA=n・sinδ)及び焦点距離は、投射レ
ンズのF値もしくは開口数NAにより最適化することが
重要である。即ち、マイクロレンズの開口数NAは、投
射レンズの開口数NAよりも小さく設計することが投射
レンズでの蹴られを抑制することができ望ましい。
By the way, as shown in FIG. 21, in the projection type display device of a single plate type, the back focus length of the projection lens can be shortened because the optical system has a relatively simple structure, and thus the projection lens can be shortened. The F value can be reduced to about 2.2 to 4. Therefore, it is important to optimize the numerical aperture NA (NA = n · sin δ) and the focal length of the microlens according to the F value or the numerical aperture NA of the projection lens. That is, it is desirable that the numerical aperture NA of the microlens is designed to be smaller than the numerical aperture NA of the projection lens so that kicking in the projection lens can be suppressed.

【0208】ここで、液晶パネル面に入射する照度むら
を低減するための光線方向を修正する中抜け補正素子に
ついて説明する。すでに説明したように、光源を楕円状
集光ミラーに垂直に配置すると照度むらが発生する。そ
のために、上記実施例では頂角が120度の円錐レンズ
を用いて、光束の中心位置の強度の減少を補正してい
る。この時、光線方向を修正する作用のために、第二焦
点位置での光束径Q2 は、円錐レンズを用いない場合の
1 よりも約2.5倍大きくなる。そして、中心の照度
が低下した光源の照度むらを、円錐レンズの両傾斜面で
屈折させて各々の傾斜面からの光を中心部に修正させる
ことで、中抜けを補正しているものである。
Here, a hollow defect correcting element for correcting the direction of a light beam for reducing the unevenness of illuminance incident on the liquid crystal panel surface will be described. As described above, when the light source is arranged perpendicularly to the elliptical condenser mirror, uneven illuminance occurs. Therefore, in the above embodiment, a conical lens having an apex angle of 120 degrees is used to correct the decrease in the intensity of the central position of the light flux. At this time, due to the effect of correcting the direction of the light beam, the light beam diameter Q 2 at the second focal position becomes about 2.5 times larger than Q 1 when the conical lens is not used. Then, the uneven illuminance of the light source whose illuminance at the center is lowered is refracted by both inclined surfaces of the conical lens to correct the light from each inclined surface to the central portion, thereby correcting the void. .

【0209】このような光線方向の修正は、円錐レンズ
の光学特性をグレーティングレンズで代替させることも
できる。即ち、図24の断面図に示すような一定角度
(頂角60度)の斜面を有する同心円状または渦巻状の
溝を有するグレーティングレンズを用いればよい。
For such correction of the ray direction, the optical characteristics of the conical lens can be replaced by a grating lens. That is, a grating lens having a concentric circular or spiral groove having an inclined surface with a constant angle (apex angle 60 degrees) as shown in the sectional view of FIG. 24 may be used.

【0210】ここで、頂角θが60°で200μmのピ
ッチの溝を同心円状に形成したグレーティングレンズを
用いた場合の、中抜け補正の概念を図25(a)に示
す。このようなグレーティングレンズ103を用いた表
示素子では、入射側において左の円302の上半分から
出た光は、右側における円304の下半分にくるものが
殆どとなり、わずかに円の上半分に到達するものがくる
ようになる。このようにして、左側の入射側では、中抜
けの光源光302を用いても、右側の出射側では中心部
で光強度が補強されるようになる。
FIG. 25 (a) shows the concept of hollow correction when a grating lens having apex angle θ of 60 ° and grooves of 200 μm pitch formed concentrically is used. In the display element using such a grating lens 103, most of the light emitted from the upper half of the left circle 302 on the incident side comes to the lower half of the circle 304 on the right side, and slightly to the upper half of the circle. Things that will arrive will come. In this way, even if the hollow source light 302 is used on the left incident side, the light intensity is reinforced at the center on the right emitting side.

【0211】ここで、液晶パネルの中心部では、2種の
指向性をもった光が混在するようになる。そのため、照
度分布やマイクロレンズ効果の一様性を改善するため
に、必要に応じて、混在を小さくするように頂角を設定
するか、又は図25(b)に示すように2枚構成のグレ
ーティングレンズ203,204としてもよい。
Here, in the central portion of the liquid crystal panel, lights having two kinds of directivity are mixed. Therefore, in order to improve the illuminance distribution and the uniformity of the microlens effect, the apex angle is set so as to reduce the mixture, or the two-element configuration is used as shown in FIG. The grating lenses 203 and 204 may be used.

【0212】図26(a)〜(d)には、例として1枚
構成の場合のグレーティングレンズの位置による液晶パ
ネル面の照度分布を示した。ここで、zの値は第二焦点
位置からの距離であり、+方向が液晶パネル側への移動
距離を示す。このように、中抜け補正素子の位置を変え
ると、照度分布を制御することができ、照度むらを低減
することが必要な、例えばデータプロジェクター等の用
途では、回転楕円型反射鏡の第二焦点位置近傍(z=−
5〜0mm)に配置し、映像用途では中心強度を高める
ようにz=10mm(液晶パネル側へ)に移動させると
いうような使い方ができる。同じようなことは、最適位
置が多少変るものの凸型円錐レンズ等においても可能で
ある。
FIGS. 26A to 26D show the illuminance distribution on the liquid crystal panel surface depending on the position of the grating lens in the case of the single-lens configuration as an example. Here, the value of z is the distance from the second focus position, and the + direction indicates the movement distance to the liquid crystal panel side. In this way, by changing the position of the void correction element, it is possible to control the illuminance distribution, and it is necessary to reduce the illuminance unevenness. For example, in applications such as data projectors, the second focal point of the spheroidal reflector is used. Near the position (z =-
It can be used for moving to z = 10 mm (to the liquid crystal panel side) so as to increase the center strength for video applications. The same thing can be done with a convex conical lens or the like, although the optimum position changes slightly.

【0213】ここで、上記構成の光学系の更なる効率化
を計る光学系構成について説明する。上記光学系におい
ては、楕円状集光ミラーにより第二焦点位置にほとんど
光が集光される。しかし、楕円状集光ミラーで反射、集
光されない成分が液晶パネル側に出てくる。そのため、
図7に示すように、上記の光成分を有効に利用するため
に楕円状集光ミラーと対置するように開口部を有する円
形状集光ミラー7を配置するとよい。円形状の半径とし
ては60mm、開口部の直径は44mmのものを用いて
総光束の改善効果を実測した。
Now, an optical system configuration for further improving the efficiency of the optical system having the above configuration will be described. In the above optical system, almost all the light is focused at the second focal position by the elliptical focusing mirror. However, a component that is not reflected or condensed by the elliptical condenser mirror appears on the liquid crystal panel side. for that reason,
As shown in FIG. 7, a circular condensing mirror 7 having an opening may be arranged so as to be opposed to the elliptical condensing mirror in order to effectively use the above-mentioned light components. The effect of improving the total luminous flux was measured by using a circular radius of 60 mm and an opening diameter of 44 mm.

【0214】その結果、マイクロレンズの有り無しに係
わらず約1.2倍の改善が計れることを確認した。この
時光源としては、上記と同様にフロスト処理を施してい
ないものを用い、かつ、円状ミラー7で反射した光を光
源の発光部に効率よく戻すために通常用いられている、
液晶パネルの側の保温膜を排除したものを用いた。更
に、上記の実施例と同様に、DC点灯型で陽極を液晶パ
ネル側に配置したメタルハライドランプを用いた。DC
点灯型のものでは、陽極を液晶パネル側に配置したもの
のほうが、照度分布が良好であり、望ましい。
As a result, it was confirmed that an improvement of about 1.2 times could be achieved regardless of the presence or absence of the microlens. At this time, as the light source, a light source that has not been subjected to the frost treatment as described above is used, and it is usually used to efficiently return the light reflected by the circular mirror 7 to the light emitting portion of the light source.
A liquid crystal panel without a heat insulating film was used. Further, as in the above-mentioned embodiment, a DC halide type metal halide lamp having an anode arranged on the liquid crystal panel side was used. DC
In the lighting type, the one in which the anode is arranged on the liquid crystal panel side is preferable because the illuminance distribution is better.

【0215】この複合集光ミラー構造は、主集光ミラー
が楕円ミラーであるため、第二焦点位置に光が集光さ
れ、また第二の円状ミラーの開口部を小さくできるの
で、効率の改善効果を上げることが容易である。また、
この構成は、光源を楕円状集光ミラーに垂直に配置する
構成ではなく、水平に配置し電極部が影として作用して
生じる照度むらを低減する構成の場合のように、どうし
ても楕円状集光ミラーと対置しない発光光成分を有効に
用いる際には、更に有効であることはいうまでもない。
In this composite condensing mirror structure, since the main condensing mirror is an elliptical mirror, light is condensed at the second focal position and the opening of the second circular mirror can be made small, so that the efficiency is high. It is easy to improve the improvement effect. Also,
In this configuration, the light source is not arranged vertically to the elliptical condenser mirror, but is arranged in the horizontal direction to reduce the uneven illuminance caused by the electrode portion acting as a shadow. It is needless to say that it is even more effective when the emitted light component that does not face the mirror is used effectively.

【0216】次に、TN型液晶等の偏光板を必要とする
光変調素子を用いる場合の効率改善手段としての偏光変
換技術を、上記光学系に応用する例について説明する。
従来の修正変換素子光学系では、光束を分割するような
構成となるために、マイクロレンズを用い、実効開口率
改善を図ろうとするものには適用が難しかった。そこ
で、本発明の変形例として、図8に示すように、楕円状
集光ミラーとその第二焦点位置との間に偏光変換素子、
λ/4板、反射ミラー、凹のプリズム、円錐レンズを配
置した光学系がある。
Next, an example of applying the polarization conversion technique as an efficiency improving means in the case of using a light modulation element requiring a polarizing plate such as a TN type liquid crystal to the above optical system will be described.
Since the conventional correction conversion element optical system has a structure for splitting a light beam, it has been difficult to apply it to an optical system using a microlens to improve the effective aperture ratio. Therefore, as a modified example of the present invention, as shown in FIG. 8, a polarization conversion element is provided between the elliptical condenser mirror and its second focal position.
There is an optical system in which a λ / 4 plate, a reflecting mirror, a concave prism, and a conical lens are arranged.

【0217】光源光は、偏光変換素子に入射してP波と
S波の成分に各々分けられた後に、S波成分はλ/4板
を通り、P波に変換された後に反射ミラーで反射され、
P波成分は反射ミラーで反射されて再度第二焦点位置で
合成される。そして、コリメータレンズを通して同様に
液晶パネルに照射するものである。
The source light is incident on the polarization conversion element and divided into P-wave and S-wave components, and the S-wave component passes through the λ / 4 plate, is converted to P-wave, and is then reflected by the reflection mirror. Is
The P wave component is reflected by the reflection mirror and is again combined at the second focal position. Then, the liquid crystal panel is similarly irradiated through the collimator lens.

【0218】図8では、説明の簡略化のため、液晶パネ
ルは1枚構成のものを示す。このような構成により、液
晶パネルには第二焦点位置に収束された光束を点光源と
した光がマイクロレンズ付パネルに導入されるため、上
記と同様にマイクロレンズの実効開口率の改善効果がパ
ネル面でほぼ均一に達成されるという特徴を有する。コ
ントラスト比をよくするという観点から、液晶パネルの
前に偏光板をおいてもよいことはいうまでもない。
FIG. 8 shows a single liquid crystal panel for the sake of simplicity. With such a configuration, the liquid crystal panel introduces the light, which has the light flux converged at the second focal point position as the point light source, into the panel with the microlens. Therefore, the effect of improving the effective aperture ratio of the microlens is similar to the above. It is characterized in that it is achieved almost uniformly on the panel surface. It goes without saying that a polarizing plate may be provided in front of the liquid crystal panel from the viewpoint of improving the contrast ratio.

【0219】次に、カラーフィルタ付の液晶パネルを用
いずに、1枚のパネルでカラー表示を達成する投射型表
示装置の実施例について図9を用いて説明する。
Next, an embodiment of a projection type display device which achieves color display with one panel without using a liquid crystal panel with a color filter will be described with reference to FIG.

【0220】まず、光学系構成を光源側から説明する。
上記と同様のフロスト処理なしのDC点灯250Wメタ
ルハライドランプ4と、この光源からの白色光束を楕円
状集光ミラー5、円状集光ミラー7、及び円錐レンズ1
0により絞りへ集束する(ここで、楕円状集光ミラーと
円状集光ミラーと円錐レンズは、上記実施例のものと同
じものを用いた)。絞りを通過した光束は、コリメータ
レンズ群13により平行光線となる。この光線は、3枚
のダイクロイックミラーにより構成される方向分光手段
に入射する。
First, the optical system configuration will be described from the light source side.
A DC lighting 250 W metal halide lamp 4 without frost treatment similar to the above, a white light flux from this light source, an elliptical focusing mirror 5, a circular focusing mirror 7, and a conical lens 1.
The light is focused on the diaphragm by 0 (here, the elliptical condenser mirror, the circular condenser mirror, and the conical lens are the same as those used in the above embodiment). The light flux that has passed through the diaphragm is converted into parallel light rays by the collimator lens group 13. This light beam is incident on the direction spectroscopic means composed of three dichroic mirrors.

【0221】R光束は、第1のミラ−により反射され、
マイクロレンズによる分光結像手段を有する液晶パネル
に入射する。また、同様に、G光束は第2のミラ−によ
り、B光束は第3のミラ−により分光結像手段に入射す
る。TN液晶を用いた場合は、液晶パネルの前後には偏
光板を配置する。
The R luminous flux is reflected by the first mirror,
It is incident on a liquid crystal panel having a spectral image forming means by microlenses. Similarly, the G light flux is incident on the spectral imaging means by the second mirror and the B light flux is incident on the spectral imaging means by the third mirror. When TN liquid crystal is used, polarizing plates are arranged before and after the liquid crystal panel.

【0222】G光束に対してR光束とB光束は、約4.
8度の角度差をもって入射するようになっている。これ
らの角度差のために、図23に示すように、マイクロレ
ンズにより、3色の光は3画素に分れて表示パネルの画
素に入射する。表示パネルを出射した光束は、フィール
ドレンズにより集束されて投射レンズに入射し、投射レ
ンズによりスクリーンに拡大投射される。
The R and B light fluxes are about 4.
It is designed to be incident with an angle difference of 8 degrees. Due to these angle differences, as shown in FIG. 23, the light of three colors is divided into three pixels by the microlens and enters the pixels of the display panel. The light flux emitted from the display panel is focused by the field lens, enters the projection lens, and is enlarged and projected on the screen by the projection lens.

【0223】次に、図9及び図10に示す本実施例に係
る投射型表示装置の光学的な構成について詳しく説明す
る。
Next, the optical construction of the projection type display apparatus according to this embodiment shown in FIGS. 9 and 10 will be described in detail.

【0224】まず、用いた液晶パネルは、上記の実施例
と同様の方法で形成した。画素数は、水平方向に60μ
m間隔に1920画素、垂直方向には180μm間隔で
480画素が形成され、表示部の対角サイズは144m
mとなっている。水平方向の画素数はVGA表示(64
0画素)の3倍の画素数であり、カラーフィルターは搭
載されていないが、RGB用のそれぞれに対応する画素
が配置されている。画素の配置はストライプ配置であ
り、画素グループは横に3画素である。
First, the liquid crystal panel used was formed by the same method as in the above-mentioned embodiment. The number of pixels is 60μ in the horizontal direction.
1920 pixels at m intervals and 480 pixels at 180 μm intervals in the vertical direction, the diagonal size of the display is 144 m.
It has become m. The number of pixels in the horizontal direction is VGA display (64
The number of pixels is three times the number of pixels (0 pixels), and no color filter is mounted, but pixels corresponding to RGB are arranged. The pixel arrangement is a stripe arrangement, and the pixel group has 3 pixels horizontally.

【0225】また、本実施例で用いられる分光結像手段
はマイクロレンズであり、図12Bに示されるように、
これは例えばガラス基板に円筒レンズを形成し、更にレ
ンズとレンズの間を遮光するように幅20μmの遮光膜
を形成したものである。垂直方向には画素グループが同
じ水平位置で連続するので、見かけ上、間隔180μm
のストライプ状になっている。これは水平画素の3画素
分の間隔であり、上述の関係式を満たしている。
The spectral image forming means used in this embodiment is a microlens, and as shown in FIG. 12B,
For example, a cylindrical lens is formed on a glass substrate, and a light-shielding film having a width of 20 μm is formed so as to shield light between the lenses. Since the pixel groups are continuous at the same horizontal position in the vertical direction, the apparent spacing is 180 μm.
It has a stripe shape. This is an interval of three horizontal pixels and satisfies the above relational expression.

【0226】また、焦点距離は、屈折率1.54のガラ
スに対して1.4mmになるように設定されている。こ
れは、マイクロレンズと画素の間にある屈折率1.5
4、厚さ1.1mmの対向基板、及びマイクロレンズと
対向基板を接着するアクリル系接着剤の屈折率1.5、
厚さ0.03mmを考えると、画素部よりもより出射側
に焦点を結ぶように設定されている。
The focal length is set to 1.4 mm for glass having a refractive index of 1.54. This has a refractive index of 1.5 between the microlens and the pixel.
4, a 1.1 mm-thick counter substrate, and a refractive index of 1.5 of an acrylic adhesive that bonds the microlens and the counter substrate,
Considering a thickness of 0.03 mm, the focal point is set to be closer to the emission side than the pixel portion.

【0227】画素の開口部は、それぞれの画素で水平方
向に対して31.5μm、垂直方向に対しては135μ
mのほぼ長方形の形状となっている。
The pixel aperture is 31.5 μm in the horizontal direction and 135 μm in the vertical direction in each pixel.
It has a substantially rectangular shape of m.

【0228】本実施例では、液晶パネルに入射する光
は、垂直方向に関しては、分光結像手段の影響がないた
めに、光源の出射光束の角度分布は10度とほぼ等しい
角度分布で液晶パネルに入射する。これに対して、屈折
力を示す水平方向では、光が集光され、そしてパネルか
ら出射後は発散するため、投射レンズへの入射角度は増
す。この角度を見積るために、式(26)、式(2
7)、式(30)を適用して、より単一の画素に対する
入射光束の角度分布θpxを計算する。
In the present embodiment, the light incident on the liquid crystal panel is not affected by the spectral image forming means in the vertical direction, so that the angular distribution of the light flux emitted from the light source is substantially equal to 10 degrees. Incident on. On the other hand, in the horizontal direction showing the refracting power, the light is condensed and diverges after it is emitted from the panel, so that the incident angle to the projection lens is increased. In order to estimate this angle, equation (26) and equation (2
7), the equation (30) is applied to calculate the angular distribution θ px of the incident light flux for a single pixel.

【0229】まず、式(26)により液晶パネルへの有
効な光束の角度分布θew=θwaは、開口部の幅W=3
1.5μmよりθew=2.5度である。また、式(2
8)よりマイクロレンズの屈折率1.54の媒体に対す
る焦点距離は1.4mmより、fair =0.91mmと
なる。従って、マイクロレンズにより発生する角度分布
θc は、マイクロレンズの有効幅P=160μmより、
式27からθc =10度となる。従って、各画素の実効
的な水平方向の入射角度はθpx=12.5度となる。ま
た、方向分光手段により発生する入射角度差θs は式
(31)より、θs=9.6度である。
First, the angular distribution θ ew = θ wa of the effective light flux to the liquid crystal panel is calculated by the equation (26) so that the width W a of the opening is W a = 3.
From 1.5 μm, θ ew = 2.5 degrees. Also, the formula (2
From 8), the focal length of the microlens with respect to the medium having the refractive index of 1.54 is 1.4 mm and f air is 0.91 mm. Therefore, the angular distribution θ c generated by the microlens is calculated from the effective width P = 160 μm of the microlens.
From Expression 27, θ c = 10 degrees. Therefore, the effective horizontal incident angle of each pixel is θ px = 12.5 degrees. Further, the incident angle difference θ s generated by the direction spectroscopic means is θ s = 9.6 degrees from the equation (31).

【0230】従って、本実施例では、これらの光を有効
に拡大投射するために、式(35)を満たすF値として
はF=2.6以下が必要であるために、本実施例ではF
=2.5の明るい投射レンズを用いた。
Therefore, in this embodiment, in order to effectively magnify and project these lights, the F value satisfying the equation (35) must be F = 2.6 or less.
= 2.5 bright projection lens was used.

【0231】次に、光源部の絞り手段の設定について説
明する。光源からの光束は、楕円状ミラーと円状ミラー
および円錐レンズにより絞りの位置に集光されている。
絞りより出射する光束は、その形状を絞りにより制限さ
れ、そしてコリメータレンズによりその形状の制限が角
度分布の制限へ変換される。光源のアークの方向(電極
間の方向)は、図9の紙面に垂直な方向に向けられてい
る。また、絞りは、図26に示すように、アークの方向
に長い長方形型となっており、コリメータレンズの焦点
距離170mmより、その出射光束は、図9の紙面に平
行な方向に対しては約4度、紙面に垂直な方向に対して
は約10度となっている。また、コリメータレンズは、
円錐レンズも含めた形で色消しとなるように設計されて
いる。
Next, the setting of the diaphragm means of the light source section will be described. The light flux from the light source is condensed at the position of the diaphragm by the elliptical mirror, the circular mirror and the conical lens.
The shape of the light beam emitted from the diaphragm is limited by the diaphragm, and the shape limitation is converted into the angular distribution limitation by the collimator lens. The direction of the arc of the light source (the direction between the electrodes) is oriented in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Further, as shown in FIG. 26, the diaphragm has a rectangular shape that is long in the direction of the arc. From the focal length of the collimator lens of 170 mm, the emitted light flux is approximately parallel to the paper surface of FIG. It is 4 degrees and about 10 degrees with respect to the direction perpendicular to the paper surface. Also, the collimator lens is
It is designed to be achromatic, including the shape of a conical lens.

【0232】コリメータレンズを出た白色光束は、光軸
に対して約45度に配置されたダイクロイックミラーに
より反射される。これらは、方向分光手段である。これ
らは、表示パネルと分光結像手段の関係より要求される
分離角度4.8度は満たすように、ダイクロイックミラ
ーは入射光に対して45−4.8/2=42.6度に、
ダイクロイックミラーは入射光に対して45+4.8/
2=47.4度に配置されている。そして、それぞれの
ミラーの位置は、ダイクロイックミラーの中心点から9
0mmの距離に配置される表示パネルの位置で重なるよ
うに、式(18),(19)に従ってそれぞれミラーは
7.9mm光源側に、ミラーは7.3mm光源と反対側
に中心点を入射光束方向に沿って離して配置されてい
る。
The white light flux emitted from the collimator lens is reflected by the dichroic mirror arranged at about 45 degrees with respect to the optical axis. These are directional spectroscopic means. In order to satisfy the separation angle of 4.8 degrees required by the relationship between the display panel and the spectral image forming means, the dichroic mirror is 45-4.8 / 2 = 42.6 degrees with respect to the incident light.
The dichroic mirror is 45 + 4.8 / for incident light.
2 = 47.4 degrees. The position of each mirror is 9 from the center of the dichroic mirror.
According to formulas (18) and (19), the mirror is incident on the 7.9 mm light source side and the mirror is incident on the opposite side of the 7.3 mm light source from the center point so that they overlap at the position of the display panel arranged at a distance of 0 mm. They are spaced apart along the direction.

【0233】入射光は、まずダイクロイックミラーによ
りB成分のみ反射され、次にダイクロイックミラーを透
過した光束の中でG成分がダイクロイックミラーにより
反射され、残りのR成分はミラーにより反射される。R
成分を反射するミラーは、ダイクロイックミラーでも、
また全反射ミラーでもよい。このようにして白色光が要
求される角度を持つ光束に分光される。
Of the incident light, only the B component is first reflected by the dichroic mirror, then the G component of the light flux transmitted through the dichroic mirror is reflected by the dichroic mirror, and the remaining R component is reflected by the mirror. R
The mirror that reflects the component is a dichroic mirror,
It may also be a total reflection mirror. In this way, white light is split into light beams having the required angle.

【0234】本実施例によれば、投射光束が最大400
lmに達する非常に明るい投射型表示装置を達成するこ
とができた。吸収型のカラーフィルターを用いた同サイ
ズの表示パネルと同じ光源を用いたものでは、230l
m程度であり、本発明によりおよそ1.7倍の明るさを
得ることができた。
According to this embodiment, the maximum projected light flux is 400.
It was possible to achieve a very bright projection display device reaching lm. With a display panel of the same size using an absorption type color filter and using the same light source, 230 l
It was about m, and the present invention could obtain a brightness of about 1.7 times.

【0235】また、カラーフィルターを用いるもので
は、カラーフィルターの光吸収のために、画面中央部の
温度が周囲に対して高くなりやすく、表示むらが発生し
やすかったが、それに対して本実施例では表示パネル部
に光を吸収する要素がほとんどないために、冷却も電動
ファンによる簡単な空冷により十分に冷却でき、表示む
ら等も発生しない。
In the case of using the color filter, the temperature of the central portion of the screen is likely to be higher than the surroundings due to the light absorption of the color filter, and display unevenness is likely to occur. However, since there is almost no light absorbing element in the display panel portion, cooling can be sufficiently performed by simple air cooling with an electric fan, and display unevenness does not occur.

【0236】以上のように、本発明の構成により明る
く、かつ、表示むらの少ない高性能な投射型表示装置が
実現できた。
As described above, a bright and high-performance projection display device with less display unevenness can be realized by the structure of the present invention.

【0237】ここで、上記の実施例では、液晶層として
TN液晶を用いる場合を説明したが、液晶層としてはど
のようなものでもよく、またデジタルミラーデバイス
(DMD)素子等を用いることもできる。その場合、方
向分光手段により発生した色毎の出射角度の差が問題と
なる。
In the above embodiments, the case where the TN liquid crystal is used as the liquid crystal layer has been described, but any liquid crystal layer may be used, and a digital mirror device (DMD) element or the like may be used. . In that case, the difference in the emission angle for each color generated by the direction spectroscopic means becomes a problem.

【0238】これらの素子では、投射光学系に絞りを備
えるが、色により出射角度が異なるので、絞りも色毎に
複数必要となる。即ち、液晶パネルからの出射光が各色
毎に角度分布をもつことで、フィールドレンズにより投
射レンズ部の絞りの位置でR、G、Bに分れ、それぞれ
に対応した開口部をもつ絞りが必要となる。この時、単
純に開口絞りを3つ作ると、それぞれの色の光に対応す
る開口部以外の残りの2つの開口絞り部も有効になって
しまい、所望の特性が得られない。そこで、各光線の色
に合わせたカラーフィルターA,B,Cを投射光学系の
絞りに備えることで、絞りを色毎に独立して作用させる
ことができる(図22(a),(b)参照)。
In these elements, the projection optical system is provided with a diaphragm, but since the emission angle differs depending on the color, a plurality of diaphragms are required for each color. That is, since the emitted light from the liquid crystal panel has an angular distribution for each color, the field lens divides into R, G, and B at the stop position of the projection lens unit, and a stop having openings corresponding to each is required. Becomes At this time, if three aperture stops are simply formed, the remaining two aperture stops other than the apertures corresponding to the respective colors of light are also effective, and desired characteristics cannot be obtained. Therefore, by providing the color filters A, B, and C that match the colors of the respective rays in the diaphragm of the projection optical system, the diaphragm can be operated independently for each color (FIGS. 22A and 22B). reference).

【0239】また、絞りの大きさは各色の画素の出射光
の角度分布θpxに対応したものが必要になる。この時、
方向分光手段による分離角度θs により決定する複数の
絞りの間隔に対して絞りの大きさが大きくなり液晶パネ
ルから出射した光がフィールドレンズを通り投射レンズ
部の絞りに到達してもR、G、Bの各色光が重なりあっ
てしまうことが多い。この場合は、A、B、C、D、E
の各色の重なった領域、または独立した領域毎に入射光
の波長分布に対応したカラーフィルターを備えることで
各色毎に同じ集光角を設定することができ均一で優れた
特性を得ることができる。
Further, the size of the diaphragm needs to correspond to the angular distribution θ px of the emitted light of the pixels of each color. This time,
Even if the size of the diaphragm becomes large relative to the interval of the plurality of diaphragms determined by the separation angle θ s by the direction spectroscopic means and the light emitted from the liquid crystal panel passes through the field lens and reaches the diaphragm of the projection lens unit, R, G In many cases, the colored lights of B and B overlap each other. In this case, A, B, C, D, E
By providing a color filter corresponding to the wavelength distribution of the incident light in each overlapping area of each color or each independent area, the same light collection angle can be set for each color and uniform and excellent characteristics can be obtained. .

【0240】次に、上記実施例の変形例について図9を
用いて説明する。
Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG.

【0241】光学構成は、上記のものとほぼ同じである
が、光源光をコリメータレンズで平行光化した後に、コ
ールドミラーにより赤外線が取除かれて、かつその進路
が90度変えられていることと液晶パネルとして画素間
隔が水平方向で180μm、垂直方向で156μmであ
り、画素数は水平方向508画素、垂直方向が440画
素であり、画素配置がトライアング配置のものを用いて
いることが異なる。対向基板厚は1.1mmである。
The optical configuration is almost the same as that described above, but after the light source light is collimated by the collimator lens, the infrared rays are removed by the cold mirror and the path is changed by 90 degrees. And the liquid crystal panel has a pixel interval of 180 μm in the horizontal direction and 156 μm in the vertical direction, the number of pixels is 508 in the horizontal direction and 440 in the vertical direction, and the pixel arrangement is a triang arrangement. The opposite substrate thickness is 1.1 mm.

【0242】図27は、この実施例において、RGBの
3原色が交換的に分離されるようすを示した図である。
RGBそれぞれが、液晶パネルに対して垂直方向から約
8度の角度をもって3方向に向う入射光がマイクロレン
ズにより画素における位置分布となり、RGBそれぞれ
が適切な画素を通過する。
FIG. 27 is a diagram showing how the three primary colors of RGB are exchangeably separated in this embodiment.
Incident light traveling in three directions at an angle of about 8 degrees from the vertical direction with respect to the liquid crystal panel has a position distribution in pixels by the microlens, and each of RGB passes through an appropriate pixel.

【0243】また、この投射型表示装置では、方向分光
手段と分光結像手段により発生する発散光を効率よく投
射するために、F=2.5の明るいレンズを用いてい
る。
Further, in this projection type display device, a bright lens of F = 2.5 is used in order to efficiently project the divergent light generated by the direction spectroscopic means and the spectral imaging means.

【0244】また、方向分光手段として、約45度に傾
けたミラーを用いる例を示したが、これ以外の角度を適
用できることは言うまでもない。
Further, although an example in which a mirror inclined at about 45 degrees is used as the direction spectroscopic means has been shown, it goes without saying that other angles can be applied.

【0245】また、上述した実施例の液晶パネルとして
は、各表示画素毎にTFTから成るスイッチ素子が設け
られたアクティブマトリクス型液晶パネルを例に取り説
明したが、TFTは多結晶シリコン膜あるいは単結晶シ
リコン膜を主体として構成しても良く、またスイッチ素
子としてはTFTの他にもMIM(Metal Ins
ulator Metal)素子を用いても良い。更
に、液晶パネルとしては、アクティブマトリクス型液晶
パネルの他に、ストライプ状の電極が液晶組成物を保持
して略直交するよう配置された単純マトリクス型液晶パ
ネルを用いても良い。
Further, as the liquid crystal panel of the above-mentioned embodiment, an active matrix type liquid crystal panel in which a switch element composed of a TFT is provided for each display pixel has been described as an example. However, the TFT is a polycrystalline silicon film or a single film. The switch may be composed mainly of a crystalline silicon film, and the switch element may be an MIM (Metal Ins) other than the TFT.
Alternatively, an element (ultra metal) may be used. Further, as the liquid crystal panel, in addition to the active matrix type liquid crystal panel, a simple matrix type liquid crystal panel in which striped electrodes hold the liquid crystal composition and are arranged substantially orthogonal to each other may be used.

【0246】また、本発明は上記の実施例で示した内容
に限定されるものではなく、表示パネルとしてTN液晶
以外にも光源からの光強度を二次元的に強度変調するも
ので変調素子アレイであればよく、STN液晶や強誘電
液晶を用いたものでも全く同じであり、また、液晶以外
にもデジタルミラーデバイス(DMD)等を用いること
も可能である。
Further, the present invention is not limited to the contents shown in the above-mentioned embodiment, and the display panel is not limited to the TN liquid crystal, and is one which two-dimensionally modulates the light intensity from the light source and is a modulation element array. It is sufficient if the STN liquid crystal or the ferroelectric liquid crystal is used, and it is also possible to use a digital mirror device (DMD) or the like other than the liquid crystal.

【0247】また、表示装置としては、前方に投射する
タイプの投射型表示装置を実施例として示したが、投射
型の表示装置としてスクリーンの一方の面から投射し投
射した方向に対して逆方向から観察する背面投射型表示
装置にも有効であることはいうまでもない。
Further, as the display device, the projection type display device of the type that projects forward is shown as an example, but as the projection type display device, the direction opposite to the direction in which the image is projected from one surface of the screen is projected. It goes without saying that it is also effective for a rear projection display device that is observed from above.

【0248】更に、上記実施例では、方向分光手段とし
て、ミラ−3枚構成のものを用いて説明したが、プリズ
ムブロック、マイクロプリズム、回折格子等を用いても
よいことは言うまでもない。また、方向分光手段と分光
結像手段の両方の機能を併せもつホログラム光学素子等
を用いてもよいことは言うまでもない。
Further, in the above-mentioned embodiment, as the direction spectroscopic means, the one having the structure of three mirrors is used, but it goes without saying that a prism block, a micro prism, a diffraction grating or the like may be used. It goes without saying that a hologram optical element or the like having both the functions of the direction spectroscopic unit and the spectral image forming unit may be used.

【0249】[0249]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の投射型表
示装置によれば、高輝度でかつ輝度むらのない良好な表
示品位を有する表示画像が得られる。
As described above, according to the projection type display device of the present invention, it is possible to obtain a display image having high brightness and good display quality without uneven brightness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の3板式の投射型表示装置の概略を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a conventional three-panel projection type display device.

【図2】液晶パネル面における光源光の集光角分布を示
す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a light collection angle distribution of light source light on a liquid crystal panel surface.

【図3】本発明の投射型表示装置の光源光学系を説明す
るための図。
FIG. 3 is a diagram for explaining a light source optical system of the projection type display device of the present invention.

【図4】本発明の投射型表示装置の光源光学系におけ
る、楕円集光ミラ−の楕円率とQ1 /Lとの関係を示す
特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the ellipticity of an elliptical focusing mirror and Q 1 / L in the light source optical system of the projection display apparatus of the present invention.

【図5】本発明の投射型表示装置における、光線方向を
修正する光学素子を具備する光源光学系を説明するため
の図。
FIG. 5 is a diagram for explaining a light source optical system including an optical element that corrects the light ray direction in the projection display apparatus of the present invention.

【図6】本発明の投射型表示装置における画素構造及び
ストライプ配列を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a pixel structure and a stripe arrangement in the projection display device of the present invention.

【図7】本発明の投射型表示装置における、楕円集光ミ
ラ−に球面状集光ミラ−を付加した光源光学系を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a light source optical system in which a spherical converging mirror is added to an elliptical converging mirror in the projection type display device of the present invention.

【図8】本発明の投射型表示装置における、偏光変換光
学系を付加した光学系を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an optical system to which a polarization conversion optical system is added in the projection type display device of the present invention.

【図9】本発明の投射型表示装置における、方向分光手
段と分光結合手段を付加した光学系を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an optical system in which a direction spectroscopic unit and a spectral coupling unit are added in the projection type display device of the present invention.

【図10】図9における方向分光手段を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining the direction spectroscopic means in FIG.

【図11】図9における分光結合手段を説明する図。11 is a diagram for explaining the spectral coupling means in FIG.

【図12】本発明の投射型表示装置における、画素配列
と分光結合手段との関係を説明する図。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a pixel array and a spectral coupling unit in the projection display device of the present invention.

【図13】図9に示す光学系で用いた絞りの形状を示す
図。
13 is a diagram showing the shape of a diaphragm used in the optical system shown in FIG.

【図14】分光結合手段により発生する角度分布を説明
する図。
FIG. 14 is a diagram illustrating an angular distribution generated by a spectral coupling unit.

【図15】本発明の一実施例に係る3板式の投射型表示
装置の概略を示す図。
FIG. 15 is a diagram schematically showing a three-plate type projection display device according to an embodiment of the present invention.

【図16】図15に示す表示装置の液晶パネルの一部を
示す平面図。
16 is a plan view showing a part of a liquid crystal panel of the display device shown in FIG.

【図17】図16のライン17−17に沿った断面図。17 is a cross-sectional view taken along line 17-17 of FIG.

【図18】投影された表示画像の照度測定点を示す図。FIG. 18 is a diagram showing illuminance measurement points of a projected display image.

【図19】対向基板の厚さと実効開口率を示す特性図。FIG. 19 is a characteristic diagram showing the thickness of the counter substrate and the effective aperture ratio.

【図20】ピーク光束の集光角依存性を示す特性図。FIG. 20 is a characteristic diagram showing the converging angle dependence of the peak light flux.

【図21】本発明の他の実施例に係る単板式の投射型表
示装置の概略を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing an outline of a single-panel type projection display device according to another embodiment of the present invention.

【図22】投射レンズ入射部に挿入されるカラ−フィル
タの分光特性を説明する図。
FIG. 22 is a diagram illustrating spectral characteristics of a color filter inserted in a projection lens entrance part.

【図23】実効開口率のF値依存性を示す特性図。FIG. 23 is a characteristic diagram showing the F-number dependence of the effective aperture ratio.

【図24】光線方向を修正するグレ−ティングレンズの
断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view of a grating lens that corrects the ray direction.

【図25】グレ−ティングレンズの原理を説明する図。FIG. 25 is a diagram illustrating the principle of a grating lens.

【図26】グレ−ティングレンズの位置変化に対する照
度分布の変化を示す特性図。
FIG. 26 is a characteristic diagram showing changes in the illuminance distribution with respect to changes in the position of the grating lens.

【図27】本発明の第2の変形例における、液晶パネル
への入射光の方向を説明する図。
FIG. 27 is a diagram illustrating the direction of light incident on a liquid crystal panel according to a second modification of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マイクロレンズ 2…光変調素子 3…光学媒体 4,111…光源 5…楕円状集光ミラー 6…コリメータレンズ 7…円形集光ミラー 8…液晶パネル 9…フィ−ルドレンズ 10…円錐レンズ 100…投射型表示装置 151…第1絞り手段 201、201−R、201−G、201−B…液晶パ
ネル 411…マイクロレンズアレイ基板 413…集光レンズ 501…投射レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microlens 2 ... Light modulation element 3 ... Optical medium 4,111 ... Light source 5 ... Elliptical condensing mirror 6 ... Collimator lens 7 ... Circular condensing mirror 8 ... Liquid crystal panel 9 ... Field lens 10 ... Conical lens 100 ... Projection display device 151 ... First diaphragm means 201, 201-R, 201-G, 201-B ... Liquid crystal panel 411 ... Microlens array substrate 413 ... Condensing lens 501 ... Projection lens

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主として光の複屈折性あるいは旋光性を
用いて光の透過率を制御する光変調手段、 前記光変調手段に光源からの光源光を導く光源光学系、
及び前記光変調手段により変調された変調光をスクリー
ンに投射する投射光学系を具備する投射型表示装置にお
いて、 前記光源光学系は、光源と、この光源からの光源光の集
光角を制御する光源光制御手段とを備え、この光源光制
御手段は、光源からの光源光を集光する手段と、前記光
源光が集光される位置の近傍に配置される絞り手段と、
コリメータレンズとを含むことをことを特徴とする投射
型表示装置。
1. A light modulation means for controlling light transmittance mainly using light birefringence or optical rotatory power, a light source optical system for guiding light source light from a light source to the light modulation means,
And a projection type display device having a projection optical system for projecting the modulated light modulated by the light modulating means onto a screen, wherein the light source optical system controls a light source and a converging angle of the light source light from the light source. Light source light control means, the light source light control means, means for condensing the light source light from the light source, diaphragm means arranged in the vicinity of the position where the light source light is condensed,
A projection type display device comprising a collimator lens.
【請求項2】 略楕円面の一部を凹面反射面とする楕円
集光ミラー、 前記楕円面の第一焦点近傍に配置された光源、 前記楕円面の第二焦点近傍に焦点をもつコリメータレン
ズ、 このコリメータレンズ側にレンズアレイを有し、面積S
を有する光変調素子を二次元的に配置した光変調素子ア
レイ、及び投射レンズを具備する投射型表示装置におい
て、 前記光源の発光部の長さをL、楕円集光ミラーの楕円の
短径と長径の比の二乗をμ、コリメータレンズの焦点距
離をf、レンズアレイと変調素子の開口部までの距離を
m、レンズアレイと変調素子間の屈折率nとするとき、
下記式を満たすことをことを特徴とする投射型表示装
置。 【数1】
2. An elliptic focusing mirror having a concave reflecting surface on a part of a substantially elliptical surface, a light source arranged near the first focal point of the elliptic surface, and a collimator lens having a focal point near the second focal point of the elliptic surface. , Having a lens array on the collimator lens side and having an area S
In a projection-type display device including a light-modulating element array in which light-modulating elements having two-dimensionally are arranged, and a projection lens, the length of the light-emitting portion of the light source is L, and the short diameter of the ellipse of the elliptical focusing mirror is When the square of the ratio of the major axis is μ, the focal length of the collimator lens is f, the distance between the lens array and the aperture of the modulator is m, and the refractive index n between the lens array and the modulator is:
A projection display device characterized by satisfying the following formula. [Equation 1]
【請求項3】 前記楕円面の第二焦点近傍もしくは第二
焦点位置とコリメータレンズとの間に光線方向を修正す
る光学素子を具備することを特徴とする請求項2に記載
の投射型表示装置。
3. The projection type display device according to claim 2, further comprising an optical element for correcting a light ray direction in the vicinity of the second focus of the ellipsoid or between the second focus position and the collimator lens. .
【請求項4】 下記式を満たすことを特徴とする請求項
3に記載の投射型表示装置。 【数2】 θ1 :arctan( (μ/(1−μ))) θ2 :光線方向を修正する光学素子にθ1 の光が入射時
の光線方向を修正する光学素子からの出射光の角度
4. The projection display device according to claim 3, wherein the following formula is satisfied. [Equation 2] θ 1 : arctan ((μ / (1-μ))) θ 2 : The angle of the light emitted from the optical element that corrects the ray direction when the light of θ 1 is incident on the optical element that corrects the ray direction.
【請求項5】 前記光線方向を修正する光学素子によ
り、光源光からの光束の空間的強度分布を調整する調整
機構を有することを特徴とする請求項4に記載の投射型
表示装置。
5. The projection type display device according to claim 4, further comprising an adjusting mechanism for adjusting a spatial intensity distribution of a light beam from the light source light by an optical element that corrects the light ray direction.
【請求項6】 前記楕円集光ミラーと前記光変調素子ア
レイ装置との間に、前記楕円集光ミラーと対置するよう
に配置された、略球状凹面の一部を反射面とする集光ミ
ラーが配置されていることを特徴とする請求項2に記載
の投射型表示装置。
6. A condenser mirror, which is arranged between the elliptical condenser mirror and the light modulation element array device so as to face the elliptical condenser mirror, and which has a reflecting surface on a part of a substantially spherical concave surface. The projection type display device according to claim 2, wherein the projection type display device is arranged.
【請求項7】 前記光源と楕円面の第二焦点位置との間
に配置された、前記光源から出射された光を互いに直交
する2つの偏光波に分岐する手段と、前記2つの偏光波
の一方の偏光波の偏光面を他方の偏光波の偏光面と一致
させる手段と、前記楕円面の第二焦点位置近傍に集光さ
せる集光手段とを有することを特徴とする請求項2に記
載の投射型表示装置。
7. A means for branching the light emitted from the light source into two polarized waves orthogonal to each other, which is arranged between the light source and the second focal point position of the ellipsoid, and the two polarized waves. 3. The device according to claim 2, further comprising: a unit that matches a polarization plane of one polarized wave with a polarization plane of the other polarized wave; and a condensing unit that condenses the polarized plane near the second focal position of the ellipsoid. Projection display device.
【請求項8】 前記レンズアレイは、前記光変調素子の
開口領域を規定する遮光部材の位置よりも前記光源に対
して遠い光路上に焦点位置を有することを特徴とする請
求項2に記載の投射型表示装置。
8. The lens array according to claim 2, wherein the lens array has a focal position on an optical path farther from the light source than a position of a light blocking member that defines an opening region of the light modulation element. Projection type display device.
【請求項9】 前記楕円面の第二焦点近傍に、光学絞り
からなる光源光制御手段を有し、光学絞りの直径をDと
すると、下記式を満たすことを特徴とする請求項2に記
載の投射型表示装置。 【数3】
9. The light source light control means comprising an optical diaphragm is provided in the vicinity of the second focal point of the ellipsoid, and the following formula is satisfied, where D is the diameter of the optical diaphragm. Projection display device. (Equation 3)
【請求項10】 前記光源と光変調素子アレイとの間
に、光源から出射された光に光の波長に依存して異なる
進行方向を与える方向分光手段と、この方向分光手段に
より分光された光を、複数の変調素子からなる変調素子
グループ内に、入射する光の波長分布が互いに異なる変
調素子が少なくとも一対存在するように、前記変調素子
グループの変調素子間において、空間的に分離する分光
結像手段とを備え、それぞれに変調素子がその入射光の
色に対応する駆動信号で駆動されていることを特徴とす
る請求項2に記載の投射型表示装置。
10. A directional spectroscopic unit that gives different emission directions to the light emitted from the light source between the light source and the light modulation element array, depending on the wavelength of the light, and the light spectrally dispersed by the directional spectroscopic unit. In the modulation element group consisting of a plurality of modulation elements, there is at least one pair of modulation elements having different wavelength distributions of incident light, and the spatially separated spectral coupling between the modulation elements of the modulation element group. 3. The projection display device according to claim 2, further comprising an image means, wherein each of the modulation elements is driven by a drive signal corresponding to a color of the incident light.
【請求項11】 前記分光結像手段であるレンズと変調
素子アレイ装置の表示領域を規定する部材との間にある
N個の光学媒体の厚さをti 、屈折率をni(i=1〜
N)とするとき、変調素子グループ内の隣接する二つの
変調素子の表示寄与部分の中心間の距離をΔA、また、
その二つの変調素子のそれぞれに入射する光の大気中に
おける角度差をθ0 とするとき、下記の式を満たす2つ
の変調素子が少なくとも一対存在することを特徴とする
請求項10に記載の投射型表示装置。 【数4】
11. The thickness of the N optical media between the lens that is the spectral image forming means and the member that defines the display area of the modulation element array device is t i , and the refractive index is n i (i = 1 to
N), the distance between the centers of the display contributing portions of two adjacent modulators in the modulator group is ΔA, and
11. The projection according to claim 10, wherein there are at least one pair of two modulation elements that satisfy the following equation, where θ 0 is an angle difference between the light incident on each of the two modulation elements in the atmosphere. Type display device. [Equation 4]
【請求項12】 前記変調素子グループ内の一つの変調
素子に、前記方向分光手段により供給される光の大気中
における角度の広がりθw が、下記式を満たすことを特
徴とする請求項10に記載の投射型表示装置。 θw <2θ0
12. The angle spread θ w in the atmosphere of the light supplied by the directional spectroscopic means to one modulation element in the modulation element group satisfies the following expression: The projection display device described. θ w <2θ 0
【請求項13】 前記変調素子グループ内の一つの変調
素子に、前記方向分光手段により供給される光の大気中
における角度の広がりθw に対して、変調素子の表示に
寄与しない部分の幅aと、表示に寄与する部分の幅bが
下記式の関係を満たすことを特徴とする請求項10に記
載の投射型表示装置。 θw <θ0 (2a+b)/(a+b)
13. A width a of a portion that does not contribute to the display of the modulation element with respect to the angular spread θ w of the light supplied by the direction spectroscopic means to one modulation element in the modulation element group in the atmosphere. 11. The projection display device according to claim 10, wherein the width b of the portion that contributes to the display satisfies the relationship of the following expression. θ w0 (2a + b) / (a + b)
【請求項14】 前記光学絞りの、前記方向分光手段に
より分光される方向における絞りの幅をDw 、コリメー
タレンズの焦点距離をfとするとき、下記式に示す関係
を満たすことを特徴とする請求項13に記載の投射型表
示装置。 【数5】
14. The relation expressed by the following formula is satisfied, where D w is the width of the stop of the optical stop in the direction separated by the direction separating means and f is the focal length of the collimator lens. The projection type display device according to claim 13. (Equation 5)
【請求項15】 結像光学系と変調素子との間にあるN
個の媒体の厚さをti とし、屈折率をni (i=1〜
N)とするとき、下記式(a)に示す変調素子の幅Wa
において規定される角度θwa、下記式(b)及び(c)
に示すθc 、及び、下記式(d)に示す、すべての変調
素子の表示寄与部の中心を含む最小の円の直径ΔAmax
に対して規定されるθs に対して、投射レンズのF値が
下記式(e)を満たすことを特徴とする請求項10に記
載の投射型表示装置。 【数6】
15. An N located between the imaging optical system and the modulator.
Let t i be the thickness of each medium, and let n i (i = 1 to 1) be the refractive index.
N), the width W a of the modulation element shown in the following formula (a)
Θ wa defined by the following equations (b) and (c)
To indicate theta c, and are shown in the following formula (d), the diameter of the smallest circle containing the center of the display contribution of all modulation element .DELTA.A max
The projection display device according to claim 10, wherein the F value of the projection lens satisfies the following expression (e) with respect to θ s defined with respect to. (Equation 6)
【請求項16】 前記投射レンズに開口絞りが設けら
れ、開口絞りの中に透過率の波長分布をもつ領域が設け
られていることを特徴とする請求項10に記載の投射型
表示装置。
16. The projection display device according to claim 10, wherein the projection lens is provided with an aperture stop, and an area having a transmittance wavelength distribution is provided in the aperture stop.
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