JPH09160011A

JPH09160011A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JPH09160011A
Application number: JP7326097A
Authority: JP
Inventors: Akitsugu Hatano; 晃継波多野; Hiroshi Nakanishi; 浩中西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】反射方式かつ単板式により、表示品位が良好
で光利用効率が高く、かつ小型化、低コスト化を図るよ
うにする。【解決手段】光源からの光を集光手段が集光し、ホロ
グラム素子７（第１の光学手段）が、一部の光の光束を
透過させると共に残りの色の光束を相互に異なる方向に
回折して反射させる。そして、ホログラム素子７を透過
した色の光束が反射型液晶表示素子８の所定の画素８ａ
に入射する。ホログラム素子６（第２の光学手段）は、
反射した複数の色の光束を、透過した色の光束を含む各
色の光束の主光線が互いにほぼ平行となるように回折し
て反射させる。そして、ホログラム素子６にて反射した
色の光束は、透過光の入射した画素８ａと隣接する画素
８ａに入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子を用いてカラー表示を行う単板式の投影型画像表示装
置に関し、特に投影型カラーディスプレイ、プレゼンテ
ーション用ディスプレイ、オーバーへッドプロジェクタ
等に好適に用いられる投影型画像表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】投影型画像表示装置には、ブラウン管を
使用するものと、液晶表示素子を使用するものとが知ら
れている。液晶表示素子は、それ自体発光しないため別
に光源を設ける必要があるが、ブラウン管と比較すると
色再現範囲が広く、また、小型、軽量であるため持ち運
びしやすく、コンバージェンス調整が不要であるなどの
非常に優れた特徴を持っているため、今後の発展が期待
される。

【０００３】上述した液晶表示素子を使用するカラー表
示用の投影型画像表示装置は、３原色に応じて液晶表示
素子を３枚用いる３板式と、１枚のみ用いる単板式とが
あり、また、使用する液晶表示素子の構造により透過方
式と反射方式とに分類される。したがって、透過方式か
つ３板式、透過方式かつ単板式、反射方式かつ３板式、
および反射方式かつ単板式の４つに大別される。

【０００４】透過方式かつ３板式の投影型画像表示装置
では、白色光を赤、緑、青の３原色それぞれの色光に分
離する光学系と、その色光を制御して画像を形成する液
晶表示素子とをそれぞれ独立に設け、各色の画像を光学
的に重畳してフルカラー表示を行う構成をとる。

【０００５】透過方式かつ単板式の投影型画像表示装置
では、３原色カラーフィルターがモザイク状又はストラ
イプ状等のパターンに形成された液晶表示素子により得
られた光を投影光学系によって投影する構成である（例
えば、特開昭５９−２３０３８３号）。

【０００６】上述した透過方式かつ３板式の投影型画像
表示装置では、白色光源から放射される光を有効に利用
できるが、光学系が繁雑で部品点数が多いためにコスト
及び小型化の点では透過方式かつ単板式の投影型画像表
示装置に比べて一般に不利である。一方、透過方式かつ
単板式の投影型画像表示装置は、液晶表示素子の使用が
１枚のみであり、光学系も透過方式かつ３板式の投影型
画像表示装置に比べて単純な光学系で構成することがで
き、低コスト、小型の投影型システムに適している。し
かし、透過方式かつ単板式の投影型画像表示装置は、カ
ラーフィルタを用いるため、入射光の約１／３しか利用
できず、他の光はカラーフィルタにより吸収または反射
される。つまり、カラーフィルタを用いた単板式の投影
型画像表示装置での明るさは、等しい光源を用いた透過
方式かつ３板式の投影型画像表示装置と比較して約１／
３に低下する。

【０００７】光源を明るくすることは明るさの低下に対
する１つの解決方法であるが、民生用として使用する場
合、消費電力の大きな光源を用いることは好ましくな
い。また、吸収タイプのカラーフィルタを用いる場合、
カラーフィルタに吸収された光のエネルギーは熱に変わ
るため、いたずらに光源を明るくすると、液晶表示素子
の温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィルタの
退色が加速される。従って、与えられた光束を如何に有
効に利用するかが投影型画像表示装置の利用価値を向上
させる上で重要な課題である。このような課題を解決す
る方法として、透過方式かつ単板式の投影型液晶表示装
置では、図９に示すように、光利用効率を向上させるた
めにカラーフィルタの替りにホログラム素子８２とマイ
クロレンズアレイ８３とを組み合わせた構成のもの、及
び図１０に示すように、透過型液晶表示素子９１の３画
素９３のピッチに対応した周期構造と、赤、緑、青の各
画素９３に集光する機能とを持たせ、かつ、赤、緑、青
用の各回折格子を１画素ピッチづつずらして形成したホ
ログラム素子９２を用いた構成のものが提案されている
（特開平５−２４９３１８号）。

【０００８】また、反射方式かつ３板式の投影型液晶表
示装置では、投影光である白色光を赤、緑、青の３原色
それぞれの色光に分離し、各反射型液晶表示素子で反射
された各色の画像を合成してカラー表示を行う光学系
と、その色光を制御して画像を形成する反射型液晶表示
素子としての光書込型液晶表示素子又は反射型ＴＦＴ−
ＬＣＤとをそれぞれ独立に設けた構成が採用されてい
る。この反射方式かつ３板式の投影型液晶表示装置の構
成では、透過方式の投影型液晶表示装置に比べ高開口率
化が可能なため、白色光源から放射される光を有効に利
用できるが、光学系が繁雑で部品点数が多くなるため、
コスト及び小型化の点では透過方式の投影型液晶表示装
置、及び反射方式かつ単板式の投影型液晶表示装置に比
べて一般に不利である。

【０００９】また、反射方式かつ単板式の投影型液晶表
示装置では、その１つの構成例として、投影光である白
色光をカラーフィルタと組み合わせた反射型ＴＦＴ−Ｌ
ＣＤで反射させカラー表示を行う光学系と、カラーフィ
ルタを通過した各色光を制御して画像を形成する１枚の
反射型ＴＦＴ−ＬＣＤとを設けた構成のものが知られて
いる。しかし、この構成のようにカラーフィルタを用い
た場合には、入射光の約１／３しか利用できず、他の光
はカラーフィルタにより吸収または反射される。つま
り、カラーフィルタを用いた反射方式かつ単板式の投影
型液晶表示装置における明るさは、等しい光源を用いた
反射方式かつ３板式の投影型液晶表示装置と比較して約
１／３に低下する。また、吸収タイプのカラーフィルタ
を用いる場合、カラーフィルタに吸収された光のエネル
ギーは熱に変わるため、ＴＦＴ−ＬＣＤの温度上昇を引
き起こし、表示特性が変化する。そこで、このカラーフ
ィルタでの問題を解決する方法として、投射光である白
色光を誘電体ミラーで赤、緑、青の３原色それぞれの色
光に分離した後、時分割方式で赤、緑、青の各色を１枚
の光書込型液晶表示素子で反射させてカラー表示を行う
光学系と、各色光を制御して画像を形成する１枚の光書
込型液晶表示素子とを設けた構成が提案されている（特
開平５−１５８０１２号）。この反射方式かつ単板式の
投影型液晶表示装置では、吸収型のカラーフィルタを用
いないため、反射型液晶表示素子の温度上昇を低減で
き、温度による表示特性の変化を防止する事ができる。
また、反射型液晶表示素子の使用は１枚のみであり、か
つ光学系を３板式の投影型液晶表示装置に比べて単純な
光学系で構成できるため、低コスト化及び小型化が可能
である。

【００１０】このように種々の投影型液晶表示装置にお
いては、相反する利点と欠点とを有するため、用途に応
じて通常使い分けられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た時分割方式を用いた反射方式かつ単板式の投影型画像
表示装置においては以下のような問題点がある。即ち、
吸収型のカラーフィルタを用いない代わりに時分割方式
を用いてカラー化するため、赤、緑、青の各光は１フレ
ーム当たり１／３以下の時間しか反射型液晶表示素子に
入射しない。よって、実際には投射光の約１／３しか利
用ができない。このため、等しい光量の投影光を用いた
３板式のものと比較して明るさは約１／３に低下するの
で、時分割方式を用いた反射方式かつ単板式の投影型画
像表示装置では光利用効率が低くなるという問題があ
る。

【００１２】また、上述した特開平５−２４９３１８号
にて提案した透過方式かつ単板式の投影型画像表示装置
の構成（図９参照）を、反射方式のものに適用しようと
する場合、以下に示す難点がある。すなわち、図９に示
すホログラム素子８２とマイクロレンズアレイ８３とを
組み合わせた構成を反射型液晶表示素子８１に適用した
場合、赤、緑、青の各画素に入射する光束の入射角度が
各々異なり、斜めから入射するため反射型液晶表示素子
８１で反射した光は、入射光路とは異なった光路を通過
する事になる。このため、光学系を通して投影された画
像は、赤、緑、青の各画素の情報が所定の位置とは異な
る位置に表示されるため、表示品位の低下した画像しか
得られず実際には使用する事が出来ない。

【００１３】この特開平５−２４９３１８号にて提案し
た、図１０に示す別構成を、反射型液晶表示素子に適用
した場合には、以下に示す問題がある。すなわち、赤、
緑、青の各画素９３に入射する光束は各画素９３に集光
して入射するため、液晶表示素子９１で変調されて反射
した光束は入射光と同一の光路上を通過する事になる。
しかしながら、液晶表示素子９１で赤、緑、青の３画素
で１絵素情報を表示するとき、この構成では赤、緑、青
の各画素９３からの反射光は、１画素ピッチづつずれて
いるため、１絵素情報を表示する境界域では隣接する別
の画素情報を有する画素の色と色混合が発生するため、
色ずれや絵素輪郭が不明瞭になり表示品位の低下した画
像しか得られないという問題がある。

【００１４】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、反射方式かつ単板式であ
って、表示品位が良好で光利用効率が高く、かつ小型
化、低コスト化を図ることができる投影型画像表示装置
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型画像表示
装置は、光源と、該光源からの光を集光する集光手段
と、該集光手段を透過した光を複数の色の光束に分割す
べく、一部の光の光束を透過させると共に残りの色の光
束を相互に異なる方向に回折して反射させる第１の光学
手段と、該第１の光学手段にて反射された色の光束を、
該第１の光学手段を透過した光束を含む各光束の主光線
が互いにほぼ平行となるよう回折させる第２の光学手段
と、該主光線が互いにほぼ平行とされた複数の色の光束
が入射され、画像情報を表示する反射型液晶表示素子
と、該反射型液晶表示素子にて反射された該画像情報を
持つ光を投影する投影手段とを具備し、そのことにより
上記目的が達成される。この投影型画像表示装置におい
て、前記第１および第２の光学手段がホログラム素子か
らなる構成とすることができる。

【００１６】本発明の投影型画像表示装置は、光源と、
該光源からの光を集光すると共に、該光を複数の色の光
束に分割するように回折させて色毎に分離した光束の配
列を作って透過させる第３の光学手段と、該第３の光学
手段にて得られた複数の色の光束を、それぞれの主光線
が互いにほぼ平行となるよう回折させる第４の光学手段
と、該第４の光学手段にて主光線が互いにほぼ平行とさ
れた複数の色の光束が入射され、画像情報を表示する反
射型液晶表示素子と、該反射型液晶表示素子にて反射さ
れた該画像情報を持つ光を投影する投影手段とを具備
し、そのことにより上記目的が達成される。この投影型
画像表示装置において、前記第３および第４の光学手段
がホログラム素子からなる構成とすることができる。

【００１７】本発明の投影型画像表示装置において、前
記反射型液晶表示素子が光書込型液晶ライトバルブから
なり、該光書込型液晶ライトバルブに投影媒体の画像を
書込むための書込み光学系を具備する構成とすることが
できる。

【００１８】本発明の投影型画像表示装置において、前
記光書込型液晶ライトバルブの書込み側に、投影媒体の
画像の光を複数の色の光束に分割するよう回折させて色
毎に分離した光束の配列を作る第５の光学手段を具備す
る構成とすることができる。以下に、本発明の作用につ
き説明する。

【００１９】本発明にあっては、光源からの光を集光手
段が集光し、第１の光学手段が集光手段を透過した光を
複数の色の光束に分割すべく、一部の光の光束を透過さ
せると共に残りの色の光束を相互に異なる方向に回折し
て反射させる。このとき、第１の光学手段と反射型液晶
表示素子との位置関係を調整しておくと、第１の光学手
段を透過した色の光束が反射型液晶表示素子の所定の画
素に入射する。

【００２０】第２の光学手段は、反射した複数の色の光
束を、透過した色の光束を含む各色の光束の主光線が互
いにほぼ平行となるように回折して反射させる。このと
き、第２の光学手段と反射型液晶表示素子との位置関係
を調整しておくと、第２の光学手段にて反射した色の光
束を、透過光の入射した画素と隣接する画素に入射させ
ることができる。

【００２１】したがって、各色の光束の主光線に対する
反射型液晶表示素子の位置関係を調整しておくことによ
り、反射型液晶表示素子に各入射光がほぼ垂直に入るよ
うにでき、反射型液晶表示素子で変調された出射光は入
射光と同一光路上を逆方向に進む事ができることとな
る。

【００２２】この構成によれば、隣接する別の画素情報
を有する画素の色と色混合が発生しないため、絵素輪郭
が明瞭で表示品位が良い表示が得られる。また、集光手
段と第１、第２の光学手段とを用いるので、従来のカラ
ーフィルタ等での光損失を大幅に低減することが出来る
ため、光利用効率を向上する事ができる。さらに、１枚
の反射型液晶表示素子を使用するため、小型化および低
コスト化が図れる。

【００２３】また、本発明にあっては、光源からの光を
第３の光学手段が集光すると共に、該光を複数の色の光
束に分割するように回折させて色毎に分離した光束の配
列を作って透過させる。第４の光学手段は、第３の光学
手段にて得られた複数の色の光束を、それぞれの主光線
が互いにほぼ平行となるよう回折させる。このとき、第
３、第４の光学手段と反射型液晶表示素子との位置関係
を調整しておくと、それぞれの主光線が互いにほぼ平行
となった複数の色の光束を、反射型液晶表示素子にほぼ
垂直に入るようにでき、反射型液晶表示素子で変調され
た出射光は入射光と同一光路上を逆方向に進む事ができ
ることとなる。

【００２４】この構成によれば、隣接する別の絵素情報
を有する画素の色と色混合が発生しないため、絵素輪郭
が明瞭で表示品位が良い表示が得られる。また、第３と
第４の光学手段とを用いるので、従来のカラーフィルタ
等での光損失を大幅に低減することが出来るため、光利
用効率を向上する事ができる。さらに、１枚の反射型液
晶表示素子を使用するため小型化でき、かつ集光手段を
さらに減らすことが出来るため、一層低コスト化が可能
である。

【００２５】また、本発明において、反射型液晶表示素
子を光書込型液晶ライトバルブで構成させると、光書込
型液晶ライトバルブには画素構造がないため、投影媒体
の画像を書き込むための書込手段を選択することによっ
て容易に高解像度化することができる。

【００２６】また、本発明において、光書込型液晶ライ
トバルブの書込み側に、投影媒体の画像の光を複数の色
の光束に分割するように回折させ色毎に分離した光束の
配列を作る第５の光学手段を設ける構成とすると、投影
媒体に制限されることなくどのような投影媒体でも投影
することができるため、機能の向上を図ることができ
る。

【００２７】また、本発明において、前記第１、第２、
第３および第４の光学手段としてホログラム素子を使用
すると、低コスト化及び装置の小型化ができる利点を有
している。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について以下に
説明する。

【００２９】（実施形態１）図１は本実施形態に係る投
影型画像表示装置の構成を示す模式図である。本実施形
態の投影型画像表示装置は、球面鏡２を備えた白色光源
１と、コンデンサーレンズ３と、偏光ビームスプリッタ
４と、集光手段としてのマイクロレンズアレイ５と、赤
と青のそれぞれの色に対してのみ回折効果を及ぼす２枚
の反射型ホログラム素子６および７と、反射型液晶表示
素子８と、投影手段としての投影レンズ９および投影ス
クリーン１０とを有する。

【００３０】上記白色光源１として、本実施形態では消
費電力１５０Ｗ、アーク長５ｍｍのメタルハライドラン
プを用いているが、ハロゲンランプやキセノンランプ等
を使用することもできる。白色光源１の背面には球面鏡
２が配置され、前面には口径８０ｍｍφ、焦点距離６０
ｍｍのコンデンサーレンズ３が配置されている。球面鏡
２の中心は、白色光源１の発光部の中心と一致するよう
に配置され、また白色光源１の発光部の中心はコンデン
サーレンズ３の焦点と一致するように配置されている。

【００３１】コンデンサーレンズ３を出射した光束はほ
ぼ平行光となっている。白色光源１から平行光束を得る
手段としては、上記コンデンサーレンズ３を使用する方
式に限らず、回転放物面鏡を用いる方式、または回転楕
円面鏡とインテグレーターを併用する方式が適時選択さ
れる。

【００３２】コンデンサーレンズ３の前方には、偏光ビ
ームスプリッタ４が配置されている。偏光ビームスプリ
ッタ４に入射した光のうちＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光
成分は偏光ビームスプリツタ４で進行方向が直角に曲げ
られ、マイクロレンズアレイ５に入射する。

【００３３】図２は、本実施形態で用いられる反射型液
晶表示素子８の近傍付近を模式的に示す断面図である。
但し、図２では反射型液晶表示素子８の構成要素である
液晶層、配向膜等は簡略化のため省略してある。反射型
液晶表示素子８の入射側に集光手段として設けたマイク
ロレンズアレイ５は、反射型液晶表示素子８の赤、緑、
青に対応する３つの画素８ａに対して１つのマイクロレ
ンズ５ａが対応するように配置されている。以下、Ｒ、
Ｇ、Ｂは、それぞれ赤、緑、青の各色を表す。マイクロ
レンズアレイ５により集光された光は、ホログラム素子
６、７に入射する。

【００３４】ホログラム素子６は、ガラスなどの透明基
板６ｂとホログラム記録材料６ａとからなり、ホログラ
ム記録材料６ａは回折効果および集光機能を有する２つ
の領域６ｃ、６ｄと回折効果の無い領域６ｅとからな
る。マイクロレンズアレイ５により集光された光は、ホ
ログラム素子６の回折効果の無い領域６ｅを通って、回
折されることなくホログラム素子７に入射する。

【００３５】ホログラム素子７は、ガラスなどの透明基
板７ｂとホログラム記録材料７ａとからなり、ホログラ
ム記録材料７ａは回折効果および集光機能を有する領域
７ｃと回折効果の無い領域７ｄとからなる。回折効果お
よび集光機能を有する領域７ｃは、Ｇをそのまま透過
し、Ｒ、Ｂのそれぞれに対して回折効果を及ぼす構成と
なっている。これにより、Ｒ、Ｂの回折角を適時選択す
ることにより、図３に示すように入射した光を、Ｒ、
Ｇ、Ｂの主光線を異なる３方向に分離させることができ
る。ホログラム素子７により反射されたＲ、Ｂのそれぞ
れの光束は、図２に示すように、ホログラム素子６の回
折効果および集光機能を有する領域６ｃ、６ｄに入射す
る。両領域６ｃ、６ｄは、各々入射したＲ、Ｂの光を、
ホログラム素子７をそのまま透過したＧの主光線に対し
てほぼ平行にして反射する。

【００３６】そして、ホログラム素子７をそのまま透過
したＧの光は、反射型液晶表示素子８のＧに対応する画
素８ａに入射し、回折効果および集光機能を有する領域
６ｃ、６ｄで反射されたＲ、Ｂの光は、反射型液晶表示
素子８のＧに対応する画素８ａの隣の画素８ａに各々入
射する。

【００３７】なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光を反射型液晶表示
素子８の隣合う３つの画素８ａの各々に入射させるに
は、ホログラム素子６、７の回折角や、ホログラム素子
７の透明ガラス基板７ｂの厚みなどを調整するのが好ま
しい。また、画素８ａ上に焦点が位置するようにするた
めには、マイクロレンズ５ａの焦点距離と、ホログラム
素子６、７の全体の厚みおよび反射型液晶表示素子８の
入射側表面から画素８ａまでの距離との両者を一致させ
るのが好ましい。

【００３８】したがって、反射型液晶表示素子８に入射
するＲ、Ｇ、Ｂ光の各主光線は互いに平行となり、ま
た、Ｇ光の主光線に垂直に反射型液晶表示素子８を設け
ておくことにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ光は反射型液晶表示素子
８にほぼ垂直に入射することとなる。反射型液晶表示素
子８は、その各画素８ａが、各画素８ａに設けられた図
示しない半導体薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を駆動回路
にてスイッチングすることによりオン・オフされ、アク
ティブマトリクス駆動が行われる。この駆動により反射
型液晶表示素子８は、所望の画像を表示する。反射型液
晶表示素子８の液晶表示モードとしては、ネマティック
液晶を用いたハイブリッド電界効果（ＨＦＥ）モードを
使用した。

【００３９】この反射型液晶表示素子８に入射したＳ偏
光成分の光は、各画素８ａの画像情報に対応して変調さ
れて偏光状態が変化し、Ｐ偏光成分が含まれるようにな
る。従って、液晶表示素子８で反射されたＲ、Ｇ、Ｂ光
の各々は、入射光と同一光路上を逆進して合成され、偏
光ビームスプリッタ４に入る。そして、偏光ビームスプ
リッタ４に入った光は透過する事が出来るため、投影レ
ンズ９を介して投影スクリーン１０上に投影され、カラ
ー画像が表示される。

【００４０】以上のように、本実施形態ではＲ、Ｇ、Ｂ
に対応する３画素８ａに対して１つのマイクロレンズ５
ａが対応するように配置され（図２参照）、３画素領域
の白色光をホログラム素子６、７を用いてＲ、Ｇ、Ｂの
各波長成分を選択的に回折する構成であるので、Ｒ、
Ｇ、Ｂに対応する各画素に集光させることができる。

【００４１】本実施形態のホログラム素子６、７では、
Ｒ、Ｂの各光束に対して９０％以上の回折効率が得られ
ている。このため、従来のカラーフィルタ等で生じてい
た光吸収により生じる光損失を大幅に低減することが出
来るため、光利用効率を向上する事ができる。さらに、
本実施形態の構成によれば、隣接する別の画素情報を有
する画素の色と色混合が発生しないため、画素輪郭が明
瞭で表示品位が良い表示が得られる。また、１枚の反射
型液晶表示素子でシステムを構成することが出来るた
め、小型化、低コスト化が図れる。

【００４２】本実施形態の投影型画像表示装置に用いら
れる上記ホログラム素子６および７の各々は、図４に示
す光学系を用いて以下のように作製した。透明基板４２
（前記透明ガラス基板６ｂ、７ｂに相当）の片面に、ホ
ログラム記録部４１（前記６ａ、７ａに相当）を形成す
る。本実施形態では、ホログラム記録部４１の材料とし
ては、例えばデュポン（株）製オムニデックス６００を
用いた。そして、ホログラム記録部４１を有する透明基
板４２のどちらか一方の側（図示例ではホログラム記録
部４１側）に、各ホログラム素子（６または７）に要求
されるレンズ性能を有するマイクロレンズアレイ４３を
密着させた状態で、アルゴンレーザー（４８８ｎｍ）の
ビームを分割した２光束を、両者のなす角度を所定の角
度に調整して照射し、このとき生じた干渉縞をホログラ
ム記録材料に記録する。

【００４３】ホログラム作製方法についてより詳細に説
明する。前記ホログラム記録部４１は、モノマ、開始剤
および増感色素を含む高分子記録フィルム（前記オムニ
デックス６００を含む）であり、以下に示すａ〜ｃの３
つの工程により、Ｒ、Ｂそれぞれに対応する干渉縞をホ
ログラム記録材料に記録することが出来る。

【００４４】ａ）レーザー光による露光：２０ｍＪ／ｃ
ｍ²（物体光強度と参照光強度の合計）ｂ）紫外線照射：１００ｍＪ／ｃｍ² ｃ）加熱：１４０℃（２時間）初期状態では、モノマは高分子記録フィルム内に均一に
分布しているが、上記ａ工程に基づいてレーザー光によ
る露光を行うと、露光部でモノマが重合してポリマに変
わって行くにつれ、周囲からモノマが移動する。これに
より、露光部ではモノマの密度が高くなり、その他の領
域では低くなる。この時ポリマとモノマの屈折率が異な
れば、干渉縞に対応した屈折率分布が発生する。

【００４５】次に、上記ｂ工程に基づいて紫外線を全面
に照射し、未反応のモノマの重合を完結させる。そして
最後に、上記ｃ工程に基づいて加熱し、屈折率変調を増
強する。

【００４６】以上の工程により、ＲまたはＢの光に対応
する各ホログラム６または７を１つずつ作製して積層し
た。

【００４７】なお、集光機能を必要としないホログラム
素子の場合は、図５に示すように、ホログラム記録部と
しての感光材料上に出来る２光束の干渉縞を屈折率の差
（△ｎ）として記録することにより作製できる。２光束
の角度設定は、「レーザと画像」龍岡静夫著（共立出
版）ｐ．７７−８１に記述してあるように、使用する波
長域の光がブラッグの回折条件を満たすような干渉縞の
発生する条件に設定すればよい。なお、ホログラム素子
６、７としては、Ｒ、Ｂ光を多重露光することにより作
製した１つの多重ホログラム素子を用いてもよい。

【００４８】また、上述した本実施形態ではＲ、Ｂ用の
２つのホログラム素子６、７を作製して用いたが、本発
明はこれに限らず、反射型液晶表示素子８の画素８ａの
配列に合わせてＧ、Ｒ用やＧ、Ｂ用ホログラム素子を作
製して用いるようにしてもよい。また、本発明は、３つ
の異なる色に分離するだけでなく、用途に応じて異なる
色の２光束や４光束等の複数の光束に分離するホログラ
ム素子を用いるようにしてもよい。

【００４９】なお、ホログラム記録用の光源としては、
上述したアルゴンレーザーの他に、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
ー、ＹＡＧレーザー、Ｋｒレーザー等を用いることがで
きる。また、ホログラム記録部４１としては、上述した
デュポン（株）製オムニデックス６００などの光重合型
フォトポリマの他に、重クロム酸ゼラチンやハロゲン化
銀、ポリビニルカルバゾール等の体積ホログラムが作製
可能な材料であればどのような材料でも使用することが
できる。

【００５０】また、本発明では集光手段としてマイクロ
レンズアレイ５を用いたが、この他に集光機能を持たせ
たホログラム素子を使用することもできる。そのホログ
ラム素子の作製方法としては、上述の２光束を用いた方
法の他に、所望の干渉縞をコンピュータにより計算して
電子ビーム描画等により作製した計算機ホログラムをマ
スターホログラムとし、これをホログラム記録材料と密
着させた状態で、ホログラム記録材料にレーザー光を照
射することで複製する方法を用いることができる。

【００５１】また、反射型液晶表示素子８としては、本
実施形態では反射型ＴＦＴ−ＬＣＤを用いたが、反射タ
イプの光書込型液晶表示素子やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ
ＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等を用いる
こともできる。

【００５２】（実施形態２）図６は本実施形態に係る投
影型画像表示装置の構成を示す模式図である。本実施形
態の投影型画像表示装置は、球面鏡２を備えた白色光源
１と、コンデンサーレンズ３と、偏光ビームスプリッタ
４と、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色に対して回折効果を及
ぼす２枚の透過型ホログラム素子５２、５３と、反射タ
イプの光書込型液晶表示素子５１と、光書込型液晶表示
素子５１を挟んで偏光ビームスプリッタ４とは反対側に
設けられた書込みレンズ５５と、光書込型液晶表示素子
５１と書込みレンズ５５との間に設けられ、投影媒体５
６からの書込み光をＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの波長成分に
回折する透過型ホログラム素子５４と、反射タイプの光
書込型液晶表示素子５１から反射され、該画像情報を持
つ光を投影する投影レンズ９および投影スクリーン１０
からなる投影手段とを有する。

【００５３】この投影型画像表示装置においては、偏光
ビームスプリッタ４で進行方向が直角に曲げられたＳ偏
光成分の光が、透過型ホログラム素子５２、５３に入射
する構成になっている。また、偏光ビームスプリッタ４
に近い側の透過型ホログラム素子５３は集光機能を有し
ており、本実施形態では実施形態１で用いた集光手段と
してのマイクロレンズアレイを省略している。

【００５４】図７は、本実施形態で用いられる反射タイ
プの光書込型液晶表示素子５１の近傍付近を模式的に示
す断面図である。光書込型液晶表示素子５１の読み出し
光側に配置したホログラム素子５３は、ガラスなどの透
明基板５３ｂとホログラム記録部５３ａとからなり、ホ
ログラム記録部５３ａはＲ、Ｇ、Ｂの各光に対して画像
情報の１画素に対応する微少領域ごとにパターン化され
たＲ用、Ｇ用、Ｂ用ホログラムの３つを積層した積層タ
イプであり、画面全体に各パターンが形成されている。
このホログラム素子５３は、画像情報の１画素に対応す
る微少領域に入射した白色光をＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの波
長成分に回折し、集光する機能を有している。このホロ
グラム素子５３を透過したＲ、Ｇ、Ｂ光は、ホログラム
素子５２に入射する際に、それぞれ約１／３画素の領域
を占め、互いに分離してホログラム素子５２に入射す
る。なお、ホログラム素子５３は、１つのホログラム記
録材料にＲ、Ｇ、Ｂ用ホログラムを多重露光して作製し
た多重ホログラム素子としてもよい。

【００５５】ホログラム素子５２は、ガラスなどの透明
基板５２ｂとホログラム記録部５２ａとからなり、ホロ
グラム記録部５２ａは、入射したＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれ
の光に対してのみ回折効果を及ぼすホログラムＲＨ、Ｇ
Ｈ、ＢＨで構成され、各ホログラムは約１／３画素の領
域を占めている。このホログラム素子５２は、Ｒ、Ｇ、
Ｂ光に対して適切な回折角が設定されており、これによ
り光書込み型液晶表示素子５１に垂直に入射させること
ができ、かつＲ、Ｇ、Ｂ光の主光線を互いに平行とする
事ができる。

【００５６】本実施形態の反射タイプの光書込型液晶表
示素子５１の構造を図８に示す。この光書込型液晶表示
素子５１は、画素構造のない光書込型液晶ライトバルブ
であり、以下のように構成されている。対向する一対の
透光性基板であるガラス基板７１ａ、７１ｂの間に液晶
層７８が設けられ、両ガラス基板７１ａ、７１ｂの液晶
層７８側にＩＴＯ透明電極からなる透明電極７２ａ、７
２ｂが形成されている。一方の透明電極７２ａ上には、
光導電体層７３、遮光層７４および誘電体ミラー層７５
が形成され、この誘電体ミラー層７５ともう一方のガラ
ス基板７１ｂとの上に配向膜７６ａ、７６ｂが形成され
ている。上記２つの透明電極７２ａ、７２ｂには交流電
源７９から電圧が印加される構成となっている。なお、
図中の７７は、液晶層７８をシールするシール材であ
る。また、光書込型液晶表示素子５１の液晶表示モード
としては、ネマティック液晶を基板垂直から数度傾斜さ
せた電界制御型複屈折（ＥＣＢ）モードを使用した。

【００５７】かかる光書込型液晶表示素子５１への投影
媒体５６の書込みは、図６および図７に示されるように
行われる。投影媒体５６の書込画像は、書込みレンズ５
５を通してホログラム素子５４に入射する。ホログラム
素子５４における書込み画像情報の１画素に対応する微
少領域に入射した白色光は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長
成分に回折かつ集光され、光書込型液晶表示素子５１に
入射される。その入射した前記光導電体層７３部分は導
電状態となって、光書込型液晶表示素子５１に投影媒体
５６の書込画像と同一の画像が形成される。光書込型液
晶表示素子５１に入射するＲ、Ｇ、Ｂ光は、それぞれ約
１／３画素に相当する領域を占め、互いに分離してい
る。

【００５８】一方、偏光ビームスプリッタ４側からこの
光書込み型液晶表示素子５１に入射したＳ偏光成分の光
は、光書込型液晶表示素子５１に形成された画像に対応
して変調されて偏光状態が変化し、Ｐ偏光成分が含まれ
るようになる。従って、光書込型液晶表示素子５１で反
射されたＲ、ＧおよびＢ光は、入射光と同一光路上を逆
進し合成され、偏光ビームスプリッタ４に入る。この偏
光ビームスプリッタ４に入った光は透過する事が出来
る。このとき、光書込型液晶表示素子５１の書き込み側
に入射するＲ、Ｇ、Ｂ光の位置と読み出し光側に入射す
るＲ、Ｇ、Ｂ光の位置を整合させることにより、光書込
型液晶表示素子５１に形成された画像を、投影レンズ９
を介して投影スクリーン１０上に投影でき、カラー画像
が表示される。

【００５９】本実施形態で使用したホログラム素子５２
の記録材料は実施形態１と同一のものを使用した。その
ホログラム素子５２の作製方法としては、以下のように
行うことができる。所望の干渉縞をコンピュータにより
計算し、電子ビーム描画等により作製した計算機ホログ
ラムをマスターホログラムとし、ホログラム記録材料と
密着させ、レーザー光を照射することで回折効率の高い
複製ホログラムを得る方法を採用した。なお、ホログラ
ム素子５４としてはＲ、Ｇ、Ｂ光を多重露光することに
より作製した多重ホログラム素子を用いた。この場合、
各光に対応する干渉縞を順次記録する必要があるため、
それぞれの干渉縞に対する露光量は１度しか記録しない
場合の１／３となる。

【００６０】以上のように、本実施形態では読み出し光
側に２枚の透過型ホログラム素子５２、５３を配置し、
書込み画像情報の１画素に対応する微少領域に入射した
白色光をＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長成分に回折かつ集光
し、それぞれの光を互いに分離して約１／３画素に相当
する領域に入射する事ができる。また、本実施形態では
Ｒ、Ｇ、Ｂの各光束に対して８５％以上の回折効率が得
られている。このため、従来のカラーフィルタ等で生じ
ていた光吸収により生じる光損失を大幅に低減すること
ができるため、光利用効率を向上させる事ができる。さ
らにこの構成によれば、隣接する別の絵素情報を有する
画素の色と色混合が発生しないため、絵素輪郭が明瞭で
表示品位が良い表示が得られる。また、１枚の反射型液
晶表示素子でシステムを構成することができ、さらに実
施形態１に比べて集光手段を削減することができるた
め、一層の小型化、低コスト化が図れる。

【００６１】また、反射型液晶表示素子に画素構造を持
たない光書込型液晶表示素子を用いる場合は、投影媒体
の画像を書き込む手段としてレーザー書込み方式等の高
精細な書込み手段を使用し、かつホログラム素子の画素
パターンを微細化することによって容易に高解像度化す
ることができる。

【００６２】また、光書込型液晶表示素子の書き込み側
に投影媒体の画像の光を複数の色に分離した光束の配列
にする光学手段を設けることで、投影媒体に制限される
ことなくノート型コンピュータの透過型ＴＦＴ−ＬＣＤ
画面や反射型ＬＣＤ画面や液晶テレビ、普通紙、ＯＨＰ
用透明フィルム、立体物等のどのような投影媒体でも書
込みが可能となる。しかも投影することができるため、
従来では単一の投影媒体（ＣＲＴ画面、ＬＣＤ画面等）
しか投影できなかったのに比べると、投影型液晶表示装
置の機能を向上させることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
の構成によれば、隣接する別の絵素情報を有する画素の
色と色混合が発生しないため、絵素輪郭が明瞭で表示品
位が良い表示が得られる。また、集光手段および第１、
第２の光学手段によるため、従来のカラーフィルタ等で
の光損失を大幅に低減することが出来るため、単板式で
３板式に匹敵する光利用効率を得ることができる。さら
に、単板式で投影システムを構成することが出来るた
め、３板式に比べて小型化、低コスト化が図れる。ま
た、本発明の請求項２の構成によれば、隣接する別の絵
素情報を有する画素の色と色混合が発生しないため、絵
素輪郭が明瞭で表示品位が良い表示が得られる。また、
第３と第４の光学手段によるため、従来のカラーフィル
タ等での光損失を大幅に低減することが出来るため、光
利用効率を向上する事ができる。さらに、単板式の反射
型液晶表示素子で投影型画像表示装置を構成することが
出来るため、小型化できると共に集光手段をさらに減ら
すことが出来るため、より一層低コスト化が可能であ
る。

【００６４】また、本発明の請求項３の構成によれば、
画素構造のない光書込型液晶ライドバルプを用いるの
で、投影媒体の画像を書き込むための書込手段を選択使
用することによって容易に高解像度化することができ
る。

【００６５】また、本発明の請求項４の構成によれば、
投影媒体に制限されることなく、どのような投影媒体で
も投影することができるため、投影型画像表示装置の機
能の向上を図ることができる。

【００６６】また、本発明の請求項５または６の構成に
よれば、第１、第２、第３および第４の光学手段として
ホログラム素子を使用することで低コスト化及び小型化
ができる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る投影型画像表示装置
の構成を概略的に示す模式図である。

【図２】図１に示す投影型画像表示装置に備わった液晶
表示素子の近傍の詳細図（断面図）である。

【図３】図１に示す投影型画像表示装置に備わったホロ
グラム素子の原理説明図である。

【図４】ホログラム素子の作製方法の説明図である。

【図５】従来から用いられている、ホログラム素子の作
製方法の説明図である。

【図６】本発明の実施形態２に係る投影型画像表示装置
の構成を概略的に示す模式図である。

【図７】図６に示す投影型画像表示装置に備わった光書
込型液晶表示素子の近傍の詳細図（断面図）である。

【図８】図６に示す投影型画像表示装置に備わった光書
込型液晶表示素子の詳細図（断面図）である。

【図９】透過型液晶表示素子とホログラム素子とマイク
ロレンズを組み合わせて構成された従来の画像表示装置
の一例を示す斜視図である。

【図１０】透過型液晶表示素子とホログラム素子を組み
合わせて構成された従来の画像表示装置の一例を示す模
式的な断面図である。

【符号の説明】

１白色光源２球面鏡３コンデンサーレンズ４偏光ビームスプリッタ５、４３マイクロレンズアレイ６、７、５２、５３、５４ホログラム素子６ａ、７ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａホログラム記録
部８反射型液晶表示素子９投影レンズ１０投影スクリーン５１光書込型液晶表示素子５５書込みレンズ５６投影媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を集光する集光手段と、該集光手段を透過した光を複数の色の光束に分割すべ
く、一部の光の光束を透過させると共に残りの色の光束
を相互に異なる方向に回折して反射させる第１の光学手
段と、該第１の光学手段にて反射された色の光束を、該第１の
光学手段を透過した光束を含む各光束の主光線が互いに
ほぼ平行となるよう回折させる第２の光学手段と、該主光線が互いにほぼ平行とされた複数の色の光束が入
射され、画像情報を表示する反射型液晶表示素子と、該反射型液晶表示素子にて反射された該画像情報を持つ
光を投影する投影手段とを具備する投影型画像表示装
置。
【請求項２】光源と、該光源からの光を集光すると共に、該光を複数の色の光
束に分割するように回折させて色毎に分離した光束の配
列を作って透過させる第３の光学手段と、該第３の光学手段にて得られた複数の色の光束を、それ
ぞれの主光線が互いにほぼ平行となるよう回折させる第
４の光学手段と、該第４の光学手段にて主光線が互いにほぼ平行とされた
複数の色の光束が入射され、画像情報を表示する反射型
液晶表示素子と、該反射型液晶表示素子にて反射された該画像情報を持つ
光を投影する投影手段とを具備する投影型画像表示装
置。
【請求項３】前記反射型液晶表示素子が光書込型液晶
ライトバルブからなり、該光書込型液晶ライトバルブに
投影媒体の画像を書込むための書込み光学系を具備する
請求項１または２に記載の投影型画像表示装置。
【請求項４】前記光書込型液晶ライトバルブの書込み
側に、投影媒体の画像の光を複数の色の光束に分割する
よう回折させて色毎に分離した光束の配列を作る第５の
光学手段を具備する請求項３に記載の投影型画像表示装
置。
【請求項５】前記第１および第２の光学手段がホログ
ラム素子からなる請求項１に記載の投影型画像表示装
置。
【請求項６】前記第３および第４の光学手段がホログ
ラム素子からなる請求項２に記載の投影型画像表示装
置。