JPH09504123A - カラー液晶投影表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 カラー液晶投影表示装置において、３本の異なるカラーの照明ビーム（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が相互に異なる角度でＬＣパネル（２０）に入射する。パネルは表示素子のアレイ（４０）と入射側にマイクロレンズ素子（４２）のマイクロレンズアレイを有し、これらマイクロレンズ素子は表示素子のグル−プと重なり合い、各ビームの光を表示素子の組にそれぞれ入射させる。投影レンズ（３０）はパネルからの出射光をスクリ−ン（３１）に入射させる。このビーム形態は、パネルの出射側から離れた側の位置において３本の出射ビームがほぼ分離された区域を通過するように選択する。前記位置にフィルタ手段（５０）を配置し、各区域において不所望な迷光を除去してカラーの鮮明度を改善する。アレイの各マイクロレンズ素子はあるカラービームの光をある表示素子上に入射させ、他の２本のカラービームの光を前記表示素子と直接隣接しない表示素子に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】 カラー液晶投影表示装置 本発明は、行及び列の表示素子のアレイを有し、光を変調して表示出射光を発 生する液晶パネルと、３本の異なるカラー照明ビームを、互いに異なる角度で前 記パネルに入射させる照明手段と、前記パネルからの表示出射光を集光してスク リ−ン上に投影する投影レンズとを具え、前記パネルに、その入射側にマイクロ レンズ素子のアレイが設けられ、これらマイクロレンズ素子により３個の異なる カラーの入射光をアレイ中の各表示素子の組にそれぞれ入射させ、各マイクロレ ンズ素子が３個の表示素子から成るグル−プと重なりあうカラー液晶投影表示装 置に関するものである。 この形式の投影装置は欧州特許出願公開第０４６５１７１号から既知である。 記載されている実施例において、例えば金属ハライドアークランプで構成される 白色光源からほぼ平行な白色光が発生し、このビームは互いに異なる傾斜面で配 置された３個のダイクロィックミラ−に入射する。これらダイクロィックミラ− は３本の異なるカラービーム赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）をそれぞれ発生し 、これらのビームは３個の異なる角度でパネルの入射側に入射し、中央のビーム はパネルに直交するように入射しパネルの領域で相互に重なりあっている。パネ ルはその入射側にマイクロレンズアレイを有する。アレイの各マイクロレンズ素 子は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の表示素子を構成する３個の直接隣接する ＬＣ表示素子のグル−プと重なり合い、異なるカラーの入射ビームの光を集束さ せると共に３個の表示素子の各表示素子をそれぞれ通過するように作用する。表 示素子は、通過する光を供給されたＲ、Ｇ及びＢの信号に応じて変調する。アレ イ中の全ての表示素子からの変調された出射光は投影レンズにより集光されて表 示スクリ−ン上に投影される。 この装置は他の既知のＬＣ投影装置に勝る利点を有する。３個の個別のＬＣパ ネルを有し各パネルが各カラー光とそれぞれ作用する形式の装置に比べて、同一 の表示解像度を得るのにパネルの表示素子の密度が３倍になるが、部品点数及び 装置の構造の複雑度が相当低減する。白色光の照明ビームと協動して表示素子と 関連する赤、緑及び青のカラーマイクロフィルタアレイを用いることによりカラ ー光が得られる単一のＬＣパネルを用いる通常のカラーＬＣ投影装置に比べて、 通常の装置では入射光の２／３の光がカラーフィルタにより吸収又は反射される ので、所定の光源の場合光出力つまり輝度は顕著に増大する。 一方、欧州特許出願公開第０４６５１７１号に記載の装置に問題が無いわけで なく、迷光の影響を受け易くカラー鮮明度及びカラーコントラストが劣化した表 示画像が生じてしまう。欧州特許出願公開第０４６５１７１号において、迷光に よる課題は、照明光の平行度が悪いため、すなわち照明ビームが予め定めた方向 以外の方向からパネルに入射するため発生することが記載されている。この場合 、光源からの光は集光レンズによりスポットに集束され、スリット又はピンホー ルにより不要な光を除去することが考えられる。しかしながら、このような構成 を採用したのでは、装置が複雑化し高価になるばかりでなく、より大きな空間が 必要になり小型の投影装置として不適当なものになってしまう。 本発明の目的は、改良されたカラーＬＣ投影表示装置を提供することにある。 本発明によれば、冒頭部で述べた形式のカラー液晶投影表示装置において、パ ネルに入射する３本の異なるカラー照明ビームを、パネルの出射側から離れた位 置においてこれら３本のビームがそれぞれ空間的にほぼ分離された区域を通過す るように互いに及びマイクロレンズアレイのマイクロレンズ素子に対して選択し 、前記位置に前記区域と関連するビームのカラー光以外のカラー光を除去するフ ィルタ手段を設けたことを特徴とするカラー液晶投影表示装置が提供される。 本発明によれば、主として迷光に起因する不所望なカラー成分光がスクリーン に入射する前にパネルの出射側においてこれらの成分光を除去することにより、 改善された鮮明度及びより高いコントラストの画像表示をおこなうことが出来る 。本発明は以下の認識にき基づいている。すなわち、第１に、欧州特許出願公開 第０４６５１７１号のようなパネルに入射する光ビームの非平行度に起因する単 純な迷光以外にシステム中に迷光の原因となる多数の源が存在する。第２に、パ ネルの出射側の領域において３個の異なるカラービームが十分に分離されていれ ば、 少なくとも迷光の大部分はパネルの出射側でフィルタリングすることにより容易 に除去することができる。 迷光の発生原因は光源自身及びその光発生領域の広がりである。例えば、金属 ハライドアークランプのようなアークランプはある大きさのアークを有し、アー クの中心の高輝度の部分から離れた区域で発生した光は迷光を増大させてしまう 。マイクロレンズ素子は、このアークを理想的には高輝度部分が表示素子の開口 すなわち絞りに入射するように結像する。この場合、アークの外側のより弱い部 分からの光は隣接する表示素子に容易に結像してしまう。 マイクロレンズアレイ自身の構造により、マイクロレンズ素子間の結合部での 光の散乱により迷光を発生してしまう。マイクロレンズ素子の表面、又はグラデ ィエントインデクス型のマイクロレンズアレイの場合ノーマル材料部とドープド 材料部との間の界面でも光を散乱させる。さらに、ＬＣパネルの基板上には、例 えば列及び行のアドレス導体並びにアクティブマトリックス型のパネルの場合に はスイチッグデバイスのような回路素子が存在しており、これら回路素子によっ ても光が散乱してしまう。 本発明によれば、３個の異なるカラービームが互いに分離される位置が存在す るようにシステムを配置すると共にこの位置において各ビームを適切にフィルタ することにより、迷光がスクリ−ン上に投影される前に少なくとも迷光の大部分 が除去される。３本のカラー光ビームは良好に規定された光路を通過するので、 この構成は比較的容易に実現できる。システムの構成要素を適切に配置すること により、通常の方法で適切な光路を通過する照明ビームを形成することができる 。 投影レーザの開口絞りの位置はフィルタ手段にとって好適な区域である。３本 のビームが開口絞りの異なる部分をそれぞれ通過すれば、３セグメントカラーフ ィルタをこの位置に配置して各部分において誤ったカラー光を吸収することがで きる。開口絞りは、簡単な通常の方法ではフィルタ手段を配置する最も望ましい 位置であると考えられる。この位置において、ビームは他のいかなる位置よりも 一層良好に規定される。 欧州特許出願公開第０４６５１７１号に記載されているように、マイクロレン ズアレイのマイクロレンズ素子は３本の照明ビームの光をこのマイクロレンズ素 子と関連する３個の表示素子のうちの１個の素子（円筒のマイクロレンズ素子の 場合３列の表示素子がもちいられる）にそれぞれ集束させるように機能するので 、表示素子を通過した後表示素子から出射した個々の光は発散する。欧州特許出 願公開第０４６５１７１号のシステムでは、関連する３個の表示素子はマイクロ レンズ素子の下側に存在する。３本の出射ビームが通常の方法で互いに分離され る位置を形成するため、パネルの出射側における３本のビーム間の角度は各ビー ムの拡がりよりも大きくなるように増大させることができる。本発明の好適実施 例においては、マイクロレンズ素子について、第３の照明ビームのいずれかの側 の２本の照明ビームを、第３の照明ビームが通過する表示素子のいずれかの側の 、この表示素子と直接隣接しない表示素子を通過させるように構成する。２本の サイドビームの光はある表示素子のいずれかの側の１個分の素子だけ離れた表示 素子にそれぞれ入射する。ある光ビームが表示パネルにほぼ垂直に入射し、この ビームの光があるマイクロレンズ素子によりこのマイクロレンズ素子の下側表示 素子、例えばこの列のｎ番目の素子を通過するものとすると、このビームのいず れかの側の照明ビームの光はそれぞれ（ｎ＋２）番目及び（ｎ−２）番目の表示 素子に入射する。あるいは、２本のサイドビームの光は、ある表示素子から３個 分の素子だけ離れた素子、すなわち（ｎ＋４）番目及び（ｎ−４）番目の表示素 子に入射する。 マイクロレンズアレイは、欧州特許出願公開第０４６５１７１号のように、表 示素子の平行な列に沿って延在する半円柱状のマイクロレンズ素子のアレイで構 成することができ、あるいは球面又はトロイダル面のマイクロレンズ素子の矩形 又は六角形の形態のアレイで構成することができる。球面のマイクロレンズ素子 は、前述したデルタカラー表示素子の形態に必要である。円筒素子以外の球面又 はトロイダル面のマイクロレンズ素子は、円筒のマイクロレンズ素子が一方向に のみ光を集束させる場合光量を浪費し迷光の源となる可能性があるので、より好 ましいものであると考えられる。 本発明によるカラー液晶投影表示装置の実施例を図面を参照して説明する。 図１は本発明のカラーＬＣ投影表示装置の線図である。 図２は図１の装置の実施例のＬＣパネルの拡大した線図的断面図であり、動作 中の光路の一例を示す。 図３は図１の装置の別の実施例のＬＣパネルの拡大した線図的断面図であり、 動作中の光路の一例を示す。 図面は線図的でありスケール通りに図示されていない。特に厚さ及び間隔のよ うな寸法は拡大され、他の寸法は縮小されている。 図１を参照するに、本発明の投影装置はテレビジョン表示及びデータグラフィ ック表示用に用いることができ、好ましくはアークランプの形態の光源１０を具 える。この光源は白色光を発生し、発生した白色光は後ろ側の反射器により集光 レンズ１１を経て白色光のほぼ平行なビーム１２を形成する。ビーム１２に対し て傾斜して配置され結像軸のまわりで互いに異なる回転角で配置した３個のダイ クロィックミラ−１４、１５、１６の組により白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青 （Ｂ）の成分ビームに分離する。破線で示す赤のビームは第１のミラ−１４の入 射面で反射する。透過した青及び緑の光のうち実線で示す緑のはミラ−１４の後 方の第２のミラ−１５で反射する。破線で示す透過した青の光はミラ−１４及び １５の後方に配置したミラ−１６で反射する。３本のＲ、Ｇ及びＢのビームは、 入射側にマイクロレンズアレイ２１を有するＬＣ表示パネル２０に入射する。光 源、ダイクロィックミラ−及びＬＤパネルは、３本の照明ビームＲ、Ｇ及びＢが 相互に異なる角度でＬＣパネルに入射し、緑のビームはパネル面にほぼ直交し、 赤及び青のビームは直交位置からいづれかの側に図１の角度だけ傾いて入射する ように配置する。 ＬＣパネル２０は通常の形態のものであり、個別に動作可能なＬＣ表示素子の 行及び列のアレイで構成する。マイクロレンズアレイ２１はマイクロレンズ素子 の組で構成され、各マイクロレンズ素子は３個の隣接する表示素子のグル−プに 整列すると共にそれらにの上に配置する。マイクロレンズアレイ２１は、各マイ クロレンズ素子と関連する各表示素子つまり供給されたビデオ信号に応じて光を 変調する表示素子の各組を通過した赤、緑及び青の照明ビームを収束させるよう に作用する。 動作中、マイクロレンズ素子は、３個の異なる色で異なる角度で入射し光源か らの白色光を３個のライン画像に分割することによって得られる３個の異なる色 の異なる角度で入射した照明ビームの光をそれぞれ収束し、各マイクロレンズ素 子はは各表示素子に対応する。パネル２０の表示素子は、アレイの表示素子の列 を選択することにより、ビデオ信号が供給される関連する駆動回路（図示せず） によりビデオ信号中のビデオ情報に応じて選択された列の表示素子を駆動するこ とにより通常の態様で入射した各光を変調するように駆動され、この動作はビデ オ信号の順次フィールド毎に繰り返されて順次表示出力を発生する。パネル２０ からの表示光は動作した表示素子の個別に変調された光出力で構成され、投影レ ンズ３０により集光されてスクリ−ン３１上に投影され、画像が表示される。従 って、このシステムを用いれば、フルカラー投写表示を行うのに１個のＬＣパネ ルと１個の投影レンズだけが必要である。 上述した投影システムは多くの点において欧州特許出願公開第０４６５１７１ 号の投影システムと類似しており、光源１０、ダィクロィックミラ−１４、１５ 及び１６の組並びにＬＣ表示パネル２０とそのマイクロレンズアレイ２１の一般 的な構造及び動作原理についてはこの出願内容を参照することができ、これらの 事項についての記載は本願発明の内容として援用する。 一方、図１の投影システムは、得られた表示画像のカラー再現性及びコントラ ストにおいて有益な改良となる欧州特許出願公開第０４６５１７１号の投影シス テムとは異なる技術的構成を有している。２個の変形例を示す図２及び図３に基 づいて詳細に説明するように、本発明の投影システムはカラーの鮮明度及びコン トラストの損失を起こす迷光に起因する特有の課題を解消する。 迷光は多数の光源により発生する。迷光の原因となるある光源は光源１０の中 央のアーク輝度領域から離れた光である。理想的には、光源は点光源でなければ ならないが、アークランプは有限長のアークから光を発生するので、集光レンズ １１により発生した照明ビームの光従ってパネル２０に入射した異なるカラーの 照明ビームの各光は完全に平行にならない。欧州特許出願公開第０４６５１７１ 号の投影システムにおいて、アレイの各マイクロレンズは３個の直接隣接する表 示素子の各グル−プと重なっており、赤、緑及び青のアークを下側の３個の表示 素子上にそれぞれ結像する。最良の効率を得るためには、好ましくは結像された アークの輝度部分が各表示素子の開口区域をちょうど満たす必要がある。一方、 このように構成する結果として、並びに３本の照明ビームが完全に平行でなく僅 かに広がっているため、アークの外側のより弱い部分からの光は、結像したアー クの輝度部分を受光しそれぞれ異なるカラーの光だけを受光する表示素子のいず れかの側で表示素子上に容易に結像することができる。 マイクロレンズアレイ２１の構造によっても迷光が発生し、特に隣接するマイ クロレンズ素子を分離する領域から光が散乱し、マイクロレンズ素子の表面、又 は、グラディエントインデックス型マイクロレンズの場合ノーマルの材料と不純 物が添加れさた材料との間の界面でも迷光が発生する。同様に、ＬＣパネル２０ の基板に支持された回路素子、行及び列のアドレス導体の組、及びアクティブマ トリックスＬＣパネルの場合例えばＴＦＴのようなスイチング素子においても散 乱光が発生する。有限長のアークによる迷光効果により散乱光は本来入射すべき カラーの表示素子以外の表示素子に入射してしまう。従って、例えば赤の光だけ を駆動させるように意図した表示素子は微小量の緑及び青の光を受光してしまい 、これらの光は、変調された後集光されスクリ−ン上に投影され、誤ったカラー 光がカラーの鮮明性を劣化させてしまう。 図１の投影装置において、迷光の少なくともはスクリ−ンに到達する前に除去 されるので、表示画像は改良されたカラー鮮明性を有している。この効果が達成 される方法は、正しいカラー光が良好に規定された光路を経てシステムを通過す るという事項及び異なるカラーの正しい光の光路がパネルとスクリ−ンとの間の ある点において明確に規定されれば、誤ったカラーの迷光のほぼ大部分を通常の 簡単な方法で除去できるという認識を理解することにより得られる。このため、 ３個の異なるカラーの光ビームの相互間の及びマイクロレンズアレイに対する方 向を適切に選択し、パネルの出射側から離間したある位置において３本の変調さ れたビームを大幅に分離させ、この位置において空間的にほぼ分離した区域を経 て通過させ、例えば図１の符号４０で示すカラーフィルタ手段を配置して各区域 に関して正しいカラーの光だけを通過させる。従って、このフィルタ手段は赤、 緑及び青の簡単なセグメントのカラーフィルタで構成され、パネル２０から出射 した赤、緑及び青のビームからの誤ったカラーのいかなる光をも吸収する。 パネルの出射側から離間した位置においてほぼ完全に分離した区域をビームが 通過することにより、図１の投影装置は欧州特許出願公開第０４６５１７１号の 投影システムとは明らかに相違している。この欧州特許出願公開第０４６５１７ １号の投影システムで、パネルを通過した後３本の照明ビームはそれらの中心線 は依然として互いに角度をなし、拡がりを有しており、すなわち発散してマイク ロレンズ素子に入射し、従って３本のカラービームは互いにオーバラップしてい る。これは、アークの有限の大きさの結果しての拡がりに加えられることになる 。拡がりビームのオーバラップする場合、迷光を除去するのにフィルタを用いる ことができない。 ３本のビームが空間的に分離される位置を作り出し、例えば光源の大きさ、マ イクロレンズ素子の焦点距離、マイクロレンズ素子と表示素子との間の距離、及 び表示素子の間隔及び開口区域を適切に選択することにより選択的なカラーフィ ルタリングを可能にしようとする試みは実行不可能である。代わりに、ビームの 幾何学的形態は変更される。 この目的を達成する投影装置の変形例を図２及び図３を参照して説明する。図 ２及び図３はＬＣパネル及びこれの光路の一部を線図的に示す。両方の例におい て、マイクロレンズ素子が付加的な拡がりを導入するという重要な思想によりパ ネルから出射した３本のカラービーム間の角度が増大し、この結果３本のビーム は完全に分離されることになる。離間した所定の表示素子及び欧州特許出願第０ ４６４５１７１号の形態を利用した表示素子とマイクロレンズ素子との間に距離 がある場合ビーム間の角度は固定されており、また隣接するマイクロレンズ素子 が互いに接触している場合すなわち個々の素子が互いに明らかに離間してしない 場合、このビーム間の角度は個々のビームの拡がりよりも小さい。ビームを分離 させる所望の目的は、２本のサイドビームすなわちパネル面に直交入射するビー ムのいずれかの側のビームが中央のビームの表示素子と直接隣接する表示素子を 通過せず１個分離れた表示素子（図２）又はそれよりもはるかに離れた表示素子 （図３）を通過するように配置することにより達成される。 図２はＬＣパネル２０の代表的な部分を断面として示す。パネル２０は２個の 離間した基板３５及び３６を具え、これら基板間に捩じれネマティック液晶材料 を設ける。これら基板は表示素子の行及び列のアレイを規定する電極組（図示せ ず）をそれぞれ支持し、ある列の数個の素子と関連するカラーを示すＲ，Ｇ及び Ｂの文字を有する簡単なブロック４０として示す。基板３５の外側面に支持され ているマイクロレンズアレイ２１はマイクロレンズ素子４２で構成され、各マイ クロレンズ素子はこの列の３個の隣接する表示素子の各グル−プと整列しこのグ ル−プと直接重なり合い、マイクロレンズ素子の幅はグル−プの幅にほぼ対応す る。基板面にほぼ直交してマイクロレンズ素子４２に入射する緑の光は、図２の 光路に示すように、このマイクロレンズ素子により下側のグル−プの中央のＧの 表示素子４０に収束される。欧州特許出願第０４６５１７１号のシステムのよう にこのマイクロレンズ素子に入射する赤及び青の光を中央の緑の表示素子と直接 隣接する表示素子上に収束させる代わりに、赤及び青の光は中央の緑の表示素子 からいずれかの側の１個分離れた表示素子上にそれぞれ収束させる。例えば、こ のアレイのｍ番目のマイクロレンズ素子がこの列のｎ−１番目、ｎ番目及びｎ＋ １番目の表示素子とオーバラップしている場合、緑の光はｍ番目のマイクロレン ズ素子４２によりこの列のｎ番目の表示素子に入射し、このｍ番目のマイクロレ ンズ素子に入射する赤及び青のサイドビームはそれぞれｎ＋２番目及びｎ−２番 目の表示素子に入射する。（ｍ番目のマイクロレンズ素子を通過する赤及び青の 光の光路は、図面を明瞭にするため図２において図示しないことにする。）図２ の光路で示すように、赤及び青の光は、前述したｍ番目のマイクロレンズ素子の いずれかの側のｍ−１及びｍ＋１番目のマイクロレンズ素子によりｎ番目の表示 素子と直接隣接するｎ−１及びｎ＋１番目の表示素子に入射する。適切なカラー 光は、同様な態様でマイクロレンズ素子によりこの列の別の表示素子の各々に入 射する。他の列の表示素子も同様な方法で照明される。 このため、赤及び青の照明ビームの方向は、緑の照明ビームの方向に対応する パネルの法線の互いに反対の向きで互いに等しい角度を有する。図２から明らか なように、パネル２０からの赤及び青の変調された出射光は拡がっているが、重 要なことに、３本のカラービーム間の角度は、これらの中心線により決定され、 欧州特許出願第０４６５１７１号のシステムの角度よりもはるかに大きい。この 結果、パネルから離れた位置において、赤、青及び緑の出射ビームはほぼ分離さ れ極めて微小な部分しかオーバラップしてしない。従って、パネル２０から離れ た領域において、３本のビームはパネルに平行な面内においてほぼ分離した別個 の区域を通過し、緑と青のビーム間及び緑と赤のビーム間において極めて微小な 部分だけがオーバラップし、この結果３個のカラーフィルタセグメントをこの領 域に位置決めして不所望なカラー光の大部分を吸収でき、正しいカラー光の大部 分をこれらほぼ分離された区域を通過させることができ、従って誤ったカラーの 不所望な光がスクリ−ンに投影されるのを低減することができる。投影レンズの 開口絞りの位置はセグメント化されたカラーフィルタについて特に有益な位置で ある。図１の符号４０で線図的に示す３セグメントカラーフィルタは簡単で単純 な方法で開口絞り位置に配置することができる。 図３の実施例において、前述した実施例と同一の部材に同一符号を付し、本例 において表示素子と関連するマイクロレンズ素子の配置は前述した例と同一とし 、緑の照明ビームはパネル２０の面にほぼ直交して入射する。赤及び青の照明ビ ームも緑のビームの軸のいずれかの側で等しい角度で入射する。一方、本例にお いて、赤及び青の照明ビームはパネルの法線に対してより大きな角度で入射する ので、所定のマイクロレンズ素子について緑の光は３個の表示素子から成る下側 のグル−プの中央の表示素子４０に入射し、赤及び青のサイドビームはこのマイ クロレンズ素子により中央の表示素子から３個の素子だけ離れた表示素子に入射 する。従って、アレイのｍ番目のマイクロレンズ素子がｎ−１番目、ｎ番目及び ｎ＋１番目の表示素子とオーバラップしている場合、ｍ番目のマイクロレンズ素 子によりｎ番目の表示素子に入射し、赤及び青のサイドビームはｍ番目のマイク ロレンズ素子によりｎ＋４番目及びｎ−４番目の表示素子にそれぞれ入射する。 図３の光路で示すように、青及び赤の光はそれぞれｍ＋１番目及びｍ−１番目の マイクロレンズ素子により中央のｎ番目の表示素子と直接隣接する表示素子すな わちｎ＋１番目及びｎ−１番目の表示素子にそれぞれ入射する。適切なカラー光 は同様な態様でマイクロレンズ素子によりこの列の他の表示素子に各々に入射す る。他の列の表示素子も同様な方法で照明される。 従って、本例において、パネルからの赤、緑及び青の変調された出射ビーム間 の角度は、それらの中心線で示すように、個々のビームの拡がりよりも一層大き くなる。図２の実施例と比較して、これらの角度は一層大きいので、パネルから 離れた位置において赤、緑及び青の出射ビームは完全に分離され、パネル２０と 平行な面内の個別の空間区域を占めることになる。図１で符号４０で示され投影 レンズの開口絞りの位置に配置された３セグメントフィルタは不所望なカラー光 を吸収し正しいカラーの光だけを個別の区域の各々を通過させ、これにより誤っ たカラーの不所望な光がスクリ−ン上に投影されるのが防止される。 小型のアークランプ及び典型的な大きさの表示素子並びに適切な厚さの基板を 用いれば、両方の実施例の出射ビームの全体の角度の拡がりを小さくすることが できる。投影レンズ３０の開口はこの角度の拡がりにより決定される。 図１、２及び３の投影システムについての光学設計の簡単な数学的な説明を行 う。 図１において、３個のダイクロイックミラ−１４、１５及び１６はこれらの間 でα／２の微小角を以て配置し、従ってＲ、Ｇ及びＢの照明ビームの中心線は反 射した後互いに角度αをなす。図２及び図３を参照するに、光ビームはマイクロ レンズ素子４２の湾曲した面で屈折する。一方、マイクロレンズ素子の中心にお いて、この面はパネル２０の基板３５に平行であるので、この点を通過する光は 屈折率差により変移するだけである。ｎを基板材料の屈折率としてスネルの屈折 の法則を適用すると、緑のビームの中心線と基板内の２本の赤及び青のサイドビ ームの中心線との間の角度βが与えられ、ｎｓｉｎβ＝ｓｉｎαとなる。ｔを基 板及びマイクロレンズ素子の厚さとし、ｄを表示素子間の間隔とし、欧州特許出 願第０４６５１７１号の場合のように２本のサイドビームがマイクロレンズ素子 により下側の３個の表示素子から成るグル−プの中央の緑の表示素子と直接隣接 する２個の表示素子に入射するものとすると、ビーム間の角度は、ｔａｎβ＝ｄ ／ｔを満たす必要がある。従って、所定の基板厚さ及び所定の表示素子間隔の場 合、角度βつまり角度αは特別に決定される。一方、図２に示すように、２本の サイドビームが１個分離れた表示素子を通過する場合、ｔａｎβ＝２ｄ／ｔとな る。第３の表示素子を通過することは３カラー系において実行可能ではないが、 図３のように第４の表示素子を通過することによりｔａｎ＝４ｄ／ｔとなる。 基板の厚さ及び表示素子間隔はカラービームの中心線のまわりでの光の拡がり に依存する別の関係を満たす必要がある。。これは、光源の大きさ及び集光系（ 図１の１１）の有効焦点距離により決定される。図１の面において光源のアーク 長をｘとし、集光系から出射する光ビームのがほぼ平行であるとすると、ビーム の角度の拡がりγは、γ＝±ｔａｎ^-1〔ｘ／２ｆ〕となる。マイクロレンズ素子 の表面で屈折した後、基板内部での角度の拡がりは、ｎ・ｓｉｎδ＝ｓｉｎγで 与えられる。再びマイクロレンズ素子の中心部について検討すると、簡単化する ため中央の緑のビームについて検討すると、この光は１個の表示素子以上に拡が ってはならない。好ましくは、この光は表示素子の開口ａ内にある必要があるの で、ｔａｎδ＜ａ／２ｔが得られる。オフセンタービームについては僅かにより 複雑な関係がある。従って、いかなる所定の表示素子間隔及び角度的拡がりに対 して許容される最大基板厚さが存在する。 マイクロレンズ素子のパワーはその曲率半径により決定され（又はグラディエ ントインデックス型レンズの場合、屈折率プロハァイル）、このパワーを用いて マイクロレンズ素子の中心にない光線を制御する。特に、マイクロレンズ素子の 限界位置の光線を正しい表示素子の部分を通過させる必要がある。拡がり公差± δの全てのビームが用いられる場合、マイクロレンズ素子のパワーは、限界光線 が屈折して表示素子の中心で中心線と交差するようにする必要がある。これは、 マイクロレンズ素子の焦点距離ｆ′がｔ／ｎにほぼ等しいことを意味する。この 条件の場合、３本の全てのビームについて適用することはマイクロレンズ素子が 平坦な像を有していることを意味する。しかし、このようにはならないため、上 述した簡単な関係から僅かにずれた折衷した焦点面が必要である。個別のマイク ロレンズ素子が互いに接しており３個の表示素子の間隔にほぼ等しい幅を有して いる場合、液晶セルを通過する中心ビームの角度的拡がりεは±〔ｔａｎ^-1（３ ｄ／２ｔ）＋δ〕で与えられる。サイドビームは角度βの拡がりオフセットを有 することになる。集光系１１から出射した光ビームがほとんど平行でなき場合、 上記式は僅かにに変更する必要があるが、全体の結果として像が表示素子内に形 成されるほど十分に小さい倍率で光源は表示素子上にほぼ結像されることが見出 される。 中央のカラービームについての最大角εは、〔ｔａｎ^-1（３ｄ／２ｔ）＋δ〕 となる。サイドのカラービームの最小角はβ−〔ｔａｎ^-1（３ｄ／２ｔ）＋δ〕 となる。たとえβがほぼ零であっても、隣接する表示素子を３個のカラーについ て用いる場合εはβよりも一層大きくなるので、ビームの半分以上がオーバラッ プすることになる。図２の場合のように、他の表示素子を考慮すれば、εは容易 にβ以下にすることができるので、ビームの半分以下がオーバラップすることに なる。図３の場合のように、各４番目の表示素子においては、δが上記範囲内で あればビームはけっしてオーバラップすることはない。角度β及びεは基板とレ ンズの結合された厚さｔに反比例する。従って、ｔを最大にし、ａ／２ｔ＞ｔａ ｎδを維持することが望ましい。これは、光源の像がちょうど単一の表示素子の 開口に形成されるように厚さｔの値を設定することを意味する。従って、アーク の大きさが小さい小型のランプが望ましい。投影レンズ３０において、図１のパ ネル２０に隣接するように図示したストレイトフォワード型の集光レンズを開口 数０．７で用い、パネル２０が７５ｍｍの対角長を有する場合、１ｍｍのアーク 長でγ＝±０．５５°のビーム発散が与えられる。表示素子の開口部が４０μｍ の寸法を有している場合、基板の厚さは３ｍｍになる。表示素子の中心間間隔ｄ を５０μｍとすると、β＝７．６°及びε＝１．４°となる。 投影装置について種々の変更が可能であること明らかである。光源は金属ハラ イド又はキセノンアークランプとすることができ、例えば欧州特許出願公開第０ ４６５１７１号に記載されているようにハロゲンランプを用いることができる。 また、単一の白色光源とダィクロィックミラ−の組を用いて３本の照明ビームを 形成する必要もない。又、欧州特許出願第０４６５１７１号に記載されているよ うに、個別の赤、緑及び青の光源を用いることもできる。 ＬＣパネル２０は、簡単なマルチプレックス型のパネルを用いることも可能で あるが、スィチング素子としてＴＦＴ又は２端子非線形デバイスを用いるアクテ ィブマトリックス型のパネルを用いることが好ましい。 欧州特許出願第０４６５１７１号に記載されているように、種々の製造技術で 製造された種々の形式のマイクロレンズ素子を用いることが出来る。上述した実 施例において、平行な円柱状に延在する半円筒状のマイクロレンズ素子を有する マイクロレンズ素子アレイを用いることができ、表示素子列はそれぞれのカラー で構成する。矩形状又は六角形の形態に配置され各レンズ素子が３個の隣接する 素子と重なりあう球面のマイクロレンズ素子を用いることもできる。球面レンズ 素子を用いることにより、いずれか３個のインライン配置又はいわゆるデルタア レイ配置のカラー表示素子を用いることができる。 本明細書の開示内容から当業者にとって種々の変形が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．行及び列の表示素子のアレイを有し、光を変調して表示出射光を発生する液 晶パネルと、３本の異なるカラー照明ビームを、互いに異なる角度で前記パネル に入射させる照明手段と、前記パネルからの表示出射光を集光してスクリーン上 に投影する投影レンズとを具え、前記パネルに、その入射側にマイクロレンズ素 子のアレイが設けられ、これらマイクロレンズ素子により３個の異なるカラーの 入射光をアレイ中の各表示素子の組にそれぞれ入射させ、各マイクロレンズ素子 が３個の表示素子から成るグル−プと重なりあうカラー液晶投影表示装置におい て、前記パネルに入射する３本の異なるカラー照明ビームを、パネルの出射側か ら離れた位置においてこれら３本のビームがそれぞれ空間的にほぼ分離された区 域を通過するように互いに及びマイクロレンズアレイのマイクロレンズ素子に対 して選択し、前記位置に前記区域と関連するビームのカラー光以外のカラー光を 除去するフィルタ手段を設けたことを特徴とするカラー液晶投影表示装置。 ２．請求項１に記載のカラー液晶投影表示装置において、前記３本のビームが前 記投影レンズの開口絞りのほぼ空間的に分離された区域をそれぞれ通過し、前記 フィルタ手段を前記開口絞りの領域に配置したことを特徴とするカラー液晶投影 表示装置。 ３．請求項１又は２に記載のカラー液晶投影表示装置において、前記マイクロレ ンズ素子により、第３の照明ビームのいずれかの側の２本の照明ビームを、第３ の照明ビームが通過する表示素子のいずれかの側の、この表示素子と直接隣接し ない表示素子を通過させるように構成したことを特徴とするカラー液晶投影表示 装置。 ４．請求項３に記載のカラー液晶投影表示装置において、前記第３の照明ビーム のいずれかの側の２本の照明ビームの光が、前記第３の照明ビームが通過する表 示素子のいずれかの側の１個の表示素子だけ離れた表示素子にそれぞれ入射する ように構成したことを特徴とするカラー液晶投影表示装置。 ５．請求項３に記載のカラー液晶投影表示装置において、前記第３の照明ビーム のいずれかの側の２本の照明ビームの光が、前記第３の照明ビームが通過する表 示素子のいずれかの側の３個分の表示素子だけ離れた表示素子にそれぞれ入射す るように構成したことを特徴とするカラー液晶投影表示装置。 ６．請求項３から５までのいずれか１項に記載のカラー液晶投影表示装置におい て、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズ素子が、表示素子列の３個の隣 接する表示素子の各グル−プとそれぞれ重なりあうことを特徴とするカラー液晶 投影表示装置。 ７．請求項３から５までのいずれか１項に記載のカラー液晶投影表示装置におい て、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズ素子が、デルタ配置された３個 の隣接する表示素子の各グル−プとそれぞれ重なりあうことを特徴とするカラー 液晶投影表示装置。 ８．請求項１から７までのいずれか１項に記載のカラー液晶投影表示装置におい て、前記照明手段が、白色光源と、白色光を３個の異なるカラー成分光に分離す るダイクロィクミラ−の組とを具え、前記３本の異なるカラーの照明ビームを発 生することを特徴とするカラー液晶投影表示装置。