JPH10221681A - 反射型単板式カラー画像表示素子およびそれを用いた投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ安価な構成で高輝度の画像表示を可
能とする反射型単板式カラー表示素子およびそれを用い
た投射型画像表示装置を提供する。 【解決手段】 Ｇ光はマイクロレンズ４１ｂに入射角０
で入射して集光され、画素電極１２Ｇ₂ の中心点で焦点
を結ぶと共に、ここで反射し、同じマイクロレンズ４１
ｂから平行光束として出射する。Ｂ光は、Ｘ軸方向に入
射角θでマイクロレンズ４１ｂに入射して集光され、画
素電極１２Ｂ₂ の中心点で焦点を結ぶと共に、ここで反
射し、隣りのマイクロレンズ４１ａを通って平行光束と
して出射する。Ｒ光は、Ｙ軸方向に入射角θでマイクロ
レンズ４１ｂに入射して集光され、画素電極１２Ｒ₂ の
中心点で焦点を結ぶと共に、ここで反射し、隣りのマイ
クロレンズ４１ｄを通って平行光束として出射する。各
画素電極には画像信号を印加する。反射型であっても、
３色の入射光を独立に変調でき、カラー表示が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は単板のみでカラー表
示が可能な反射型単板式カラー画像表示素子およびそれ
を用いた投射型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、直視型表示装置のほ
かに、スクリーンに投影して表示を行う投射型の表示装
置（液晶プロジェクタ）がある。この投射型液晶表示装
置は、単一の白色光源から放射される光を色分離手段に
よりカラー表示のための３原色に分光してそれぞれの原
色光をその色に対応する液晶表示素子の画素（液晶セ
ル）に導き、ここで再生画像に応じて変調した後、スク
リーン上に投影させてカラー画像の表示を行うものであ
る。このような投射型液晶表示装置は、赤（ Red＝
Ｒ），緑（Green ＝Ｇ），青（Blue＝Ｂ）の３色の色分
離手段を備えた液晶表示素子（液晶パネル）を１枚用い
て構成した単板方式と、モノクロ液晶パネルを赤，緑，
青の各色光路ごとにそれぞれ配し全体で３枚の液晶パネ
ルを用いて構成した３板方式とに大別される。

【０００３】このうち単板方式の投射型液晶表示装置
は、白色光源から放射される光を液晶パネルに備えられ
た色分離手段により赤，緑，青の３原色の色光に分光し
て、これらの各色光を例えばデルタ（トライアングル）
状に規則的に配列された各色用画素（液晶セル）に入射
させると共に、これらの各入射色光をそれぞれ再生画像
に応じて空間的に変調して透過出力するようにしたもの
である。この場合の色分離手段としては、従来よりカラ
ーフィルタ等が用いられており、構造が簡単で小型化・
軽量化および低価格化が容易であるが、その一方、カラ
ーフィルタによる光吸収が多いため、高輝度化に難点が
あると共に、冷却の点でも不利である。このような問題
に対処すべく、例えば特開平４−６０５３８号公報ある
いは「ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ ’９５，ｐ８８７」
には、カラーフィルタを用いずに、液晶画素を駆動する
３個の画素ごとに１個の集光用マイクロレンズを対向配
置し、このマイクロレンズの各々にそれぞれ異なる方向
からＢ，Ｒ，Ｇの３色を入射させて集光し、その出射光
をＢ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素にそれぞれ入射させ
るようにした単板方式のカラー液晶表示装置（以下、単
板ＣＦレス方式カラー液晶表示装置という。）が開示さ
れている。この装置では、カラーフィルタを用いないの
で光吸収が少なく、しかも画素と画素との間の領域（画
素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴが形成された
ブラックマトリクス部分）に入射した光をも有効利用す
ることができ、実質的な開口率が高くなるので、高輝度
化が可能となる。

【０００４】図７は従来の単板ＣＦレス方式カラー液晶
表示装置に用いられる液晶表示素子の断面構成を表すも
のである。この液晶表示素子１２０は、素子本体１２０
Ａと、この素子本体１２０Ａの前面に付設された結像手
段としてのマイクロレンズアレイ１２０Ｂとにより構成
されている。素子本体１２０Ａは２枚のガラス基板１２
１，１２２の間に液晶層１２３を封入したもので、この
液晶層１２３をデューティ駆動するためのマトリックス
電極構造を構成する画素電極１２４Ｒ，１２４Ｇ，１２
４Ｂと走査電極１２５とがガラス基板１２１，１２２の
内面に配列された構造を有している。画素電極１２４
Ｒ，１２４Ｇ，１２４Ｂおよび走査電極１２５はいずれ
も透明導電膜で形成されている。

【０００５】マイクロレンズアレイ１２０Ｂは、例えば
紙面に対して垂直方向に延びる複数の蒲鉾型のマイクロ
レンズ１２１Ｂからなり、１つのマイクロレンズ１２１
Ｂが３画素（画素電極１２４Ｒ，１２４Ｇ，１２４Ｂ）
に対向して配置された状態となっている。マイクロレン
ズアレイ１２０Ｂには、図示しないダイクロイックミラ
ー等の色分離手段によって色分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各
色光が互いに異なる角度で入射し、これらの各色光がマ
イクロレンズ１２１Ｂによって各対応画素（画素電極１
２４Ｒ，１２４Ｇ，１２４Ｂ）上にそれぞれ集光される
ようになっている。画素電極１２４Ｒ，１２４Ｇ，１２
４Ｂにそれぞれに入射した各色光は、再生画像に応じて
画素電極１２４Ｒ，１２４Ｇ，１２４Ｂに与えられる駆
動信号によって強度変調され、ガラス基板１２２を透過
したのち、図示しない投影レンズにより合成されて図示
しないスクリーン上に拡大して結像されるようになって
いる。なお、ここでは簡単化のために、液晶表示素子の
構成要素である偏光板，配向膜等は省略している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のマ
イクロレンズを用いた単板ＣＦレス方式カラー液晶表示
装置では透過型の液晶表示素子が用いられており、反射
型の液晶表示素子を用いて構成したものは存在していな
かった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単かつ安価な構成で高輝度の画像
表示を可能とする反射型単板式カラー画像表示素子およ
びそれを用いた投射型画像表示装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型単板式カ
ラー画像表示素子は、規則的に配列された画素電極に対
向して所定の距離を隔てて配置されると共に互いに異な
る方向から入射するカラー表示用の各原色光をそれぞれ
の入射方向に対応した方向に位置する当該原色用の画素
電極に集光するマイクロレンズと、画素電極に印加され
る画像信号に応じて、マイクロレンズに入射した各原色
光を変調する変調手段と、マイクロレンズにより集光さ
れた各原色光を反射させる反射層とを備えている。

【０００９】本発明の反射型単板式カラー画像表示素子
は、さらに、反射層をマイクロレンズの焦点位置に配置
し、マイクロレンズの光軸に平行な入射光は反射層で反
射したのち同一のマイクロレンズを逆進してマイクロレ
ンズの光軸に平行な方向へ出射すると共に、マイクロレ
ンズの光軸に対して所定の角度をなす入射光は反射層で
反射したのち入射時に通過したマイクロレンズと隣接す
るマイクロレンズを通過して出射するように構成するこ
とができる。さらに、本発明の反射型単板式カラー画像
表示素子は、白色光から色分離した３つの色光をカラー
表示用の原色光とし、そのうちの１つはマイクロレンズ
に垂直入射すると共に、他の２つはマイクロレンズの光
軸を通る互いに直交する２平面の中で光軸に対してそれ
ぞれ所定の角度をなして入射するように構成することが
できる。

【００１０】本発明の投射型画像表示装置は、上記請求
項１に記載の反射型単板式カラー画像表示素子を用いて
構成したものである。

【００１１】本発明の反射型単板式カラー画像表示素子
では、互いに異なる方向からマイクロレンズに入射した
各原色光は、それぞれの入射方向に対応した方向の当該
原色用の画素電極に集光され、反射層によって反射され
る。この間、マイクロレンズに入射した各原色光は、画
素電極に印加される画像信号に応じて変調される。反射
層をマイクロレンズの焦点位置に配置し、マイクロレン
ズをリレー光学系として利用するようにしたときには、
反射層で反射したのち入射時のマイクロレンズと同一ま
たは隣接するマイクロレンズを通過して出射する光は、
発散しない平行光となる。さらに、白色光から色分離し
た３つの色光のうちの１つをマイクロレンズに垂直入射
させ、他の２つをマイクロレンズの光軸を通る互いに直
交する２平面の中で光軸に対してそれぞれ所定の角度を
なして入射させるように構成したときには、３つの色光
に対する独立変調が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施の形態に係る反射型
単板式カラー画像表示素子を液晶表示素子に適用した場
合の平面構造を表し、図２は図１のＸ−Ｘ′断面を表す
ものである。なお、図１におけるＹ軸方向についての断
面（Ｙ−Ｙ′断面）は図２と同様であるので、その図示
を省略する。これらの図に示したように、この液晶表示
素子は、画素基板１０と、この画素基板１０の前面側
（光入射側）に所定距離を隔てて対向配設された対向基
板２０と、画素基板１０と対向基板２０とによって挟ま
れた液晶層３０と、対向基板２０の前面側（光入射側）
に密着して配設されたマイクロレンズアレイ４０とを備
えている。ここで、液晶層３０は、画素電極および対向
電極と共に本発明における変調手段に対応するものであ
る。

【００１４】画素基板１０は、ガラス基板１１と、この
ガラス基板１１の前面側（液晶層３０と接する側）に規
則的に（周期的に）配置された多数の画素電極１２
Ｂ₁ ，１２Ｂ₂ ，１２Ｂ₃ ，１２Ｇ₁ ，１２Ｇ₂ ，１２
Ｇ₃ ，１２Ｒ₁ ，１２Ｒ₂ ，１２Ｒ₃ 等と、これらの各
画素電極に対して画像信号に応じた電圧を印加するため
のスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ
（Thin Film Transistor；ＴＦＴ，図示せず）等からな
るブラックマトリクス部１３とを備えている。画素電極
１２Ｇ₁ 等は、入射した光を表面で反射させる反射電極
として構成されている。画素電極１２Ｇ₁ 等とマイクロ
レンズアレイ４０の光出射面との距離は、平行な入射光
がマイクロレンズ４１ａ等で屈折されて画素電極１２Ｇ
₁ 等の中心上に焦点を結ぶような距離ｄに設定されてい
る。ここで、反射電極としての画素電極の表面は、本発
明における反射層に対応するものである。

【００１５】ブラックマトリクス部１３には、各画素ご
とに設けられたＴＦＴのゲート電極およびドレインにそ
れぞれ共通接続されたデータラインおよびアドレスライ
ン（いずれも図示せず）が延設されており、これらのラ
インの組合せにより選択された各画素電極に対応色
（Ｂ，Ｒ，Ｇ）用の画像信号電圧が印加されることによ
って、その画素電極に対応した領域の液晶層３０の液晶
分子配向が変化し、ここを通過する光の偏光方向を変化
させるようになっている。なお、ブラックマトリクス部
１３は、図示しないアルミニウム等の金属膜で遮光され
ており、光照射によってＴＦＴが誤動作することがない
ようになっている。

【００１６】図１に示したように、Ｘ軸方向においては
Ｇ用とＢ用の画素電極が交互に（ここでは、１２Ｂ₁ ，
１２Ｇ₁ ，１２Ｂ₂ ，１２Ｇ₂ ，１２Ｂ₃ ，１２Ｇ₃ ，
…という順序に）配設され、一方、Ｙ軸方向においては
Ｇ用とＲ用の画素電極が交互に配設されている。Ｇ用の
画素電極はＸ軸とＹ軸との交点位置に配置された形とな
っている。なお、Ｒ用，Ｇ用およびＢ用画素電極で囲ま
れたダミー画素電極１２ｄは本実施の形態では使用され
ない。

【００１７】対向基板２０は、ガラス基板２１と、ガラ
ス基板２１の後面側（液晶層３０に接する側）の全面あ
るいは必要な領域（すなわち、少なくとも画素基板１０
の画素電極と対向する領域）に形成された対向電極２２
とを備えている。対向電極２２は透明電極であり、一定
の電位（例えば接地電位）に固定されている。

【００１８】マイクロレンズアレイ４０は、集光用の多
数のマイクロレンズ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…等を含ん
で構成されている。これらのマイクロレンズは、例えば
選択的イオン拡散法による屈折率分布型レンズとして形
成されるが、その他の任意の方法で形成されたものであ
ってもよい。

【００１９】各マイクロレンズは、その光軸がＧ用の各
画素電極の中心を通るように配設され、かつ、そのＧ用
の画素電極に隣接するＢまたはＲ用の画素電極の中心点
上で隣りのマイクロレンズと接するように配設されてい
る。Ｘ軸方向についてみると、例えばマイクロレンズ４
１ｂは、その光軸１４ｂが画素電極１２Ｇ₂ の中心を通
るように配設されており、しかも、隣接する画素電極１
２Ｂ₂ の中心点上で隣りのマイクロレンズ４１ａに接す
ると共に、隣接する画素電極１２Ｂ₃ の中心点上で隣り
のマイクロレンズ４１ｃと接している。他のマイクロレ
ンズ４１ａ，４１ｃ等についても同様である。また、Ｙ
軸方向についても同様である。結局、図１に示したよう
に、１つのマイクロレンズは５個の画素電極（Ｇ用が１
個、ＢおよびＲ用が各２個）に対応して配設されている
ことになる。

【００２０】各マイクロレンズには、ダイクロイックミ
ラー（本図では図示せず）によって白色光から色分離し
て得られたＢ，Ｇ，Ｒの３つの光束が互いに異なる方向
から入射するようになっている。本実施の形態では、Ｇ
光はマイクロレンズの光軸と平行な方向から（すなわ
ち、液晶表示素子に垂直に）入射し、Ｂ光はマイクロレ
ンズの光軸からＸ軸方向に所定角度θをなすようにして
入射し、Ｒ光はマイクロレンズの光軸からＹ軸方向に所
定角度θをなすようにして入射するようになっている。
なお、図２では、配向板や必要な偏光板等は図示を省略
している。

【００２１】次に、図３および図４を参照して、このよ
うな構成の液晶表示素子の作用を説明する。なお、これ
らの図では、便宜上、斜線を省略している。また、図１
におけるＹ軸方向についての作用を表す断面図は図３お
よび図４と同様であるので図示を省略する。

【００２２】図３は、マイクロレンズアレイ４０と垂直
に（光軸と平行に）入射する平行なＧ光の軌跡を表すも
のである。この図に示したように、各マイクロレンズ４
１ａ，４１ｂ，４１ｃに入射したＧ光は、それぞれ、画
素基板１０の画素電極１２Ｇ₁ ，１２Ｇ₂ ，１２Ｇ₃ の
各中心上に焦点を結び、ここで各光軸に関して入射光路
と対称な光路上へと反射される。例えば、マイクロレン
ズ４１ｂに入射し屈折されて画素電極１２Ｇ₂ の中心点
上に合焦したＧ光は、ここで反射されたのち、マイクロ
レンズ４１ｂの光軸１４ｂに関して入射光路と対称な光
路を経て再び同じマイクロレンズ４１ｂに戻り、ここか
ら平行な光となって出射される。他のマイクロレンズ４
１ａ，４１ｃ等に入射したＧ光についても同様である。
このとき、画素電極１２Ｇ₁ ，１２Ｇ₂ ，１２Ｇ₃ 等に
は画像信号に応じた信号電圧が印加されているため、こ
れにより、マイクロレンズ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ等か
ら出射するＧ光は選択的に変調を受けた形となる。ここ
で、変調とは、例えば偏光方向や光強度を変化させるこ
とをいうが、その他の変調方法であってもよい。

【００２３】図４は、マイクロレンズアレイ４０の光軸
に対してＸ軸方向（図１）へ所定の角度θをなす方向か
らマイクロレンズ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ等に入射した
Ｂ光の軌跡を表すものである。ここで、入射角θは次の
（１）式を満たす角度であり、本発明における所定の角
度に対応する。 θ＝ｔａｎ^-1〔（Ｌ／２）／ｄ〕 ＝ｔａｎ^-1（Ｌ／２ｄ）…（１） 但し、Ｌはマイクロレンズの直径、ｄは上記したように
画素電極１２Ｇ₁ 等とマイクロレンズアレイ４０の光出
射面との距離である。

【００２４】この図に示したように、各マイクロレンズ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃにそれぞれ入射角θで入射した
Ｂ光は、画素基板１０上の画素電極１２Ｂ₁ ，１２
Ｂ₂ ，１２Ｂ₃ の各中心上に焦点を結び、ここで各画素
電極の中心を通る垂線に関して入射光路と対称な光路上
へと反射されて、隣接するマイクロレンズへと向かう。
例えば、マイクロレンズ４１ｂに入射角θで入射し屈折
されて画素電極１２Ｂ₂ の中心点上に合焦したＢ光は、
ここで反射されたのち、この画素電極１２Ｂ₂ の中心を
通る垂線に関して入射光路と対称な光路を経て隣りのマ
イクロレンズ４１ａに入射し、ここから平行な光となっ
てＸ軸を含む面内で出射角θで出射される。他のマイク
ロレンズ４１ａ，４１ｃ等に入射したＢ光についても同
様である。このとき、画素電極１２Ｂ₁ ，１２Ｂ₂ ，１
２Ｂ₃ 等には画像信号に応じた信号電圧が印加されてい
るため、これにより、マイクロレンズ４１ａ，４１ｂ，
４１ｃ等から出射するＢ光は選択的に変調を受けた形と
なる。

【００２５】マイクロレンズアレイ４０の光軸に対して
Ｙ軸方向（図１）へ角度θをなす方向からマイクロレン
ズ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ等に入射したＲ光の軌跡につ
いても図４の場合と同様である。図１において、例え
ば、マイクロレンズ４１ｂに入射角θで入射し屈折され
て画素電極１２Ｒ₂ の中心点上に合焦したＲ光は、ここ
で反射されたのち、この画素電極１２Ｒ₂ の中心を通る
垂線に関して入射光路と対称な光路を経て隣りのマイク
ロレンズ４１ｄに入射し、ここから平行な光となってＹ
軸を含む面内で出射角θで出射される。他のマイクロレ
ンズ４１ａ，４１ｃ等に入射したＲ光についても同様で
ある。

【００２６】このように、本実施の形態では、マイクロ
レンズの光軸と平行に入射した光はそのマイクロレンズ
の直下の画素電極に入射するようにする一方、マイクロ
レンズの光軸に対して（１）式を満たす入射角θで入射
した光は隣接するマイクロレンズとの接点の直下にある
画素電極に入射するようにしたので、図示しないダイク
ロイックミラー等の色分離手段により分光された光をマ
イクロレンズの光軸に対してそれぞれ異なる角度をなす
ように入射させることにより、Ｘ軸方向については３原
色のうちの２色（ここでは、ＧとＢ）を独立して変調す
ることができ、同様に、Ｙ軸方向についても３原色のう
ちの２色（ここでは、ＧとＲ）を独立して変調すること
ができる。したがって、Ｘ軸とＹ軸の２軸方向について
このような独立変調が行われることにより、結局、Ｒ，
Ｇ，Ｂの３色の光がそれぞれ独立して変調されることと
なる。しかも、マイクロレンズで集光された各色光が画
素電極１２Ｇ₁ ，１２Ｂ₁ ，１２Ｒ₁ 等の上に焦点を結
ぶようにしたので、マイクロレンズ４１ａ，４１ｂ，４
１ｃ等は倍率が１のリレー光学系を構成することとな
り、各画素電極の表面で反射した光は、それぞれ通過し
てきたマイクロレンズまたはそれと隣り合うマイクロレ
ンズよって平行光束に変換されて出射される。したがっ
て、液晶表示素子からの出射光は発散しない平行光とし
て取り出されることとなる。

【００２７】次に、以上のような構成の液晶表示素子を
用いて構成した投射型液晶表示装置について説明する。

【００２８】図５は上記した液晶表示素子を用いて構成
した投射型液晶表示装置における光学系の概略構成を表
すものである。この図は、液晶表示素子が電界制御複屈
折（ＥＣＢ）モードで動作するものである場合の一例で
ある。この投射型液晶表示装置では、光源５０から放射
された白色光を平行光に変換するコリメータレンズ５１
と、コリメータレンズ５１から出射される白色平行光を
Ｒ，Ｇ Ｂの３原色光に色分離するダイクロイックミラ
ー５２と、入射する光のうちのｐ偏光成分のみを通過さ
せｓ偏光成分を反射させる偏向ビームスプリッタ５３
（Polarization Beam Splitter；以下、単に「ＰＢＳ」
と記す。）と、ＰＢＳ５３を通過して入射してきた各色
光に対して選択的に変調を行ったうえで反射する液晶表
示素子５４と、液晶表示素子５４からの反射光のうちＰ
ＢＳ５３で反射された各色のｓ偏光成分を集光合成し、
スクリーン５５上に投影する投影レンズ５６とを備えて
いる。ここで、ｐ偏光成分とは、ＰＢＳ５３の偏光分離
面５３ａに入射する光の電気ベクトルの振動方向が入射
面（偏光分離面５３ａの法線と波面法線（光の進行方
向）とを含む面）内に含まれる直線偏光をいい、ｓ偏光
成分とは、ＰＢＳ５３の偏光分離面５３ａに入射する光
の電気ベクトルの振動方向が入射面と直交する直線偏光
をいう。

【００２９】ここで、液晶表示素子５４は図１および図
２に示した構造を有する反射型単板式カラー液晶表示素
子であり、図１におけるＸ軸方向が図５におけるＸ軸方
向と一致し、図１におけるＹ軸方向が図５の紙面と垂直
な方向と一致するように配置されている。

【００３０】なお、本図では、ダイクロイックミラーと
しては、Ｇ光およびＢ光分離用のダイクロイックミラー
５２Ｇ，５２Ｂのみを図示し、Ｒ光分離用のダイクロイ
ックミラーは図示を省略している。ここで、ダイクロイ
ックミラー５２Ｂは、ダイクロイックミラー５２Ｇに対
して、図の紙面と平行な方向に微小角度（ここでは、θ
／２）をなすように配置されている。また、図示しない
Ｒ光分離用のダイクロイックミラーは、ダイクロイック
ミラー５２Ｇに対して、紙面と直交する方向に微小角度
（ここでは、θ／２）をなすように配置されている。

【００３１】次に、以上のような構成の投射型液晶表示
装置の作用を説明する。

【００３２】光源５０より放射された白色光はダイクロ
イックミラー５２によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色（ここで
は、Ｇ光５７ＧとＢ光５７Ｂのみを図示）に分離され、
互いに異なる方向に反射される。このとき、Ｇ光に対
し、Ｂ光およびＲ光はそれぞれＸ軸，Ｙ軸方向にそれぞ
れθの角度をなしている。これらの３原色の光は、ＰＢ
Ｓ５３を通過してｐ偏光成分のみとなり、液晶表示素子
５４へ入射する。

【００３３】液晶表示素子５４内における入射と反射の
様子は、図３および図４で説明した通りであるので、こ
こでは詳細な説明を省略して結果のみを説明する。Ｘ軸
方向について見ると、液晶表示素子５４に垂直入射した
平行なＧ光はそのまま垂直に反射し、平行光となって元
の光路を経てＰＢＳ５３に入射し、ここでｓ偏光成分の
みが選択的に直角方向に反射される。一方、液晶表示素
子５４に入射角θで入射した平行なＢ光は、反射角θで
反射され、平行光として出射される。したがって、入射
光と反射光とのなす角度は２θとなる。この反射したＢ
光はＰＢＳ５３によってｓ偏光成分のみが選択的に反射
され、紙面内においてＧ光の反射方向と角度θをなす方
向に進む。なお、図示は省略するがＲ光についても同様
であり、液晶表示素子５４によってＹ軸方向に角度θで
反射されたのち、ＰＢＳ５３によってｓ偏光成分のみが
選択的に反射され、紙面と垂直な面内においてＧ光の反
射方向と角度θをなす方向に進む。

【００３４】液晶表示素子５４の液晶層３０（図２）
は、画素電極に電圧を印加していない状態では例えば光
軸と平行な方向に配向しているが、電圧を印加すること
により光軸と直交する方向に配向するようになってい
る。但し、電圧印加時の配向方向はＰＢＳ５３を通過し
たｐ偏光の偏光方向に対して４５度の傾きをもつように
設定されている。したがって、液晶表示素子５４に入射
したＧ，Ｂ，Ｒの各色光は、液晶層３０（図３，図４）
を往復する間に、各画素電極ごとに、偏光方向が印加電
圧に応じた角度だけ変化するような変調を選択的に受け
る。そして、液晶表示素子５４から出射された各色光の
うちのｓ偏光成分のみがＰＢＳ５３で反射されて投影レ
ンズ５６に導かれて集光合成され、スクリーン５５上へ
の結像に供される。

【００３５】このように本実施の形態に係る投射型液晶
表示装置では、ダイクロイックミラーにより分離された
３色光のうち、１色（ここでは、Ｇ光）を液晶表示素子
５４のマイクロレンズに垂直入射させると共に、他の２
色をマイクロレンズの光軸に対してＸおよびＹ軸方向に
それぞれθ＝ｔａｎ^-1（Ｌ／２ｄ）ずつ傾けて入射させ
るようにしたので、３つの色光に対して独立に変調（こ
こでは、偏光方向を変化させること）を行うことができ
る。また、透過型ではなく反射型としたので、従来より
も開口率が大きくなる。これは、反射型ではＴＦＴ基板
上の配線や画素トランジスタ等の上に反射電極を形成で
きるという理由からである。したがって、この点でも高
輝度化が可能である。さらに、各色の光束に着目した場
合、液晶表示素子５４からの反射光は発散せず、平行光
として投影レンズ２４に入射するので、この点でも光の
利用効率が高まり、高輝度化に効果がある。また、カラ
ーフィルタを必要としないので吸収等による光量低下を
防止でき、スクリーン上における高輝度化を図ることが
できる。

【００３６】次に、上記した液晶表示素子の他の適用例
を説明する。

【００３７】図６は、上記した構造の液晶表示素子（図
１および図２）を用いて構成した他の投射型液晶表示装
置における光学系の概略構成を表すものである。この図
は、液晶表示素子が光散乱モードで動作するものである
場合について例示したものである。この投射型液晶表示
装置は、光源６０から放射された白色光を集光するため
の集光レンズ６１と、集光レンズ６１からの出射光を平
行光に変換するコリメータレンズ６２とを備えている。
ここで、集光レンズ６１とコリメータレンズ６２とはリ
レー光学系を構成するように配置されている。この投射
型液晶表示装置は、さらに、コリメータレンズ６２から
出射した白色光をＧ，Ｂ，Ｒ光に色分離するダイクロイ
ックミラー６３と、このダイクロイックミラー６３によ
って分離されて入射してきた各色光を画素ごとに選択的
に反射させる液晶表示素子６４と、集光レンズ６１およ
びコリメータレンズ６２からなるリレー光学系の光軸か
ら僅かに外れた位置に、ハーフミラー６５Ｇと並んで配
置された反射ミラー６６Ｂと、反射ミラー６６Ｂによっ
て反射された光をスクリーン６７上に集光合成して投影
する投影レンズ６８とを備えている。

【００３８】ここで、液晶表示素子６４は図１および図
２に示した構造を有する反射型単板式カラー液晶表示素
子であり、図５の場合と同様に、図１におけるＸ軸方向
が図６におけるＸ軸方向と一致し、図１におけるＹ軸方
向が図６の紙面と垂直な方向と一致するように配置され
ている。

【００３９】なお、図６においても、ダイクロイックミ
ラーとしては、Ｇ光およびＢ光分離用のダイクロイック
ミラー６３Ｇ，６３Ｂのみを図示し、Ｒ光分離用のダイ
クロイックミラーは図示を省略している。これらのダイ
クロイックミラーの配置関係は、上記実施の形態（図
５）と同様であるので説明を省略する。また、本図で
は、Ｂ光用の反射ミラー６６Ｂのみを図示し、Ｒ光用の
反射ミラーの図示を省略したが、このＲ光用の反射ミラ
ーは、紙面と垂直方向に集光レンズ６１の光軸から僅か
にずれた位置に配置される。

【００４０】次に、以上のような構成の投射型液晶表示
装置の作用を説明する。

【００４１】光源６０より放射された白色光は、集光レ
ンズ６１およびコリメータレンズ６２からなるリレー光
学系によって平行光となり、ダイクロイックミラー６３
によってＲ，Ｇ，Ｂの３原色に分離される。こうして分
離された各色光は、液晶表示素子６４へそれぞれ異なる
角度で入射し、上記の実施の形態と同様にして反射され
る。ここで、Ｘ軸方向について見ると、Ｇ光は液晶表示
素子６４に垂直入射してそのまま垂直反射するので、元
の光路を経てコリメータレンズ６２によって焦点を結
ぶ。一方、Ｂ光は入射角θで入射し反射角θで反射する
ので、元の光路を通らず、反射ミラー６６Ｂの位置に焦
点を結ぶ。Ｙ軸方向についても同様であり、液晶表示素
子６４で反射されたＲ光は、図示しないＲ光用の反射ミ
ラーの位置に焦点を結ぶ。そして、反射ミラー６６Ｂ等
で反射した各色光は、投影レンズ６８によって集光合成
され、スクリーン６７上に結像する。液晶表示素子６４
内における入射と反射の様子は、図３および図４で説明
した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

【００４２】このように、本実施の形態に係る投射型液
晶表示装置においても、反射型としたので開口率が大き
くなって高輝度化が図れること、反射光は発散しない平
行光であるため光利用効率が高いこと、カラーフィルタ
を必要としないので吸収等による光量低下を防止できる
こと、等の利点がある。

【００４３】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能であ
る。例えば、上記実施の形態に係る液晶表示素子におい
ては、マイクロレンズによって集光された各色光が反射
電極としての画素電極に焦点を結びそこで反射される配
置としたが、本発明はこれに限定されず、焦点を結ぶ前
または焦点を結んだ後に画素電極で反射されるように構
成することも可能である。但し、これらの場合にはマイ
クロレンズはリレー光学系を構成しないので、反射後マ
イクロレンズから出射する光は平行光にはならない。

【００４４】また、上記実施の形態に係る液晶表示素子
においては、画素電極１２Ｇ₁ 等を反射電極としたが、
これに限らず、透過電極としてその裏面にアルミニウム
（Ａｌ）等の反射板を設けるようにしてもよい。

【００４５】また、上記実施の形態に係る液晶表示素子
においては、液晶表示素子に垂直入射する光をＧ光と
し、Ｘ，Ｙ軸方向でそれぞれ入射角θで入射する光をそ
れぞれＢ光，Ｒ光としたが、本発明はこれに限られるも
のではなく、より一般に、Ｇ光，Ｂ光，Ｒ光のいずれか
１つを垂直入射させると共に他の２つをＸ，Ｙ軸方向に
おいてそれぞれ入射角θで入射させるようにしてもよ
い。さらに、カラー表示用の各原色はＧ，Ｂ，Ｒには限
定されず、他の色の組合せ（例えば、シアン（Ｃ）、マ
ゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等）を用いるようにして
もよい。

【００４６】また、上記実施の形態に係る液晶表示素子
においては、液晶層を変調手段の１部として利用するよ
うにして説明したが、本発明は、他の方式の変調手段を
用いた表示素子にも適用することは可能である。

【００４７】また、上記の各実施の形態に係る投射型液
晶表示装置においては、液晶表示素子が電界制御複屈折
モードまたは光散乱モードで動作するものである場合に
ついて説明したが、その他のモードで動作するものに本
発明を適用することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項３のいずれか１に記載の反射型単板式カラー画像表
示素子によれば、互いに異なる方向からマイクロレンズ
に入射した各原色光をそれぞれの入射方向に対応した方
向の当該原色用の画素電極に集光させると共に、この入
射光を反射層によって反射させ、マイクロレンズに入射
してから出射されるまでの間に各原色光ごとに対応画素
電極に印加した画像信号に応じて変調を行うようにした
ので、単板方式かつ反射型でありながらカラー表示を実
現することができる。しかも、反射型としたことによ
り、開口率を大きくとることができ高輝度化が可能にな
ると共に、これを用いて投射型画像表示装置を構成する
場合には装置の各構成要素の配置の自由度が向上し、装
置の小型化が可能になる。また、カラーフィルタを必要
としないので吸収等による光量低下を防止でき、この点
でも高輝度化に効果がある。

【００４９】特に、請求項２記載の反射型単板式カラー
画像表示素子によれば、反射層をマイクロレンズの焦点
位置に配置し、マイクロレンズをリレー光学系として利
用するようにしたので、反射層で反射したのち入射時の
マイクロレンズと同一または隣接するマイクロレンズを
通過して出射する光は発散しない平行光となる。このた
め、光の利用効率が高まり、高輝度化に効果がある。

【００５０】また、請求項３記載の反射型単板式カラー
画像表示素子によれば、白色光から色分離した３つの色
光のうちの１つをマイクロレンズに垂直入射させ、他の
２つをマイクロレンズの光軸を通る互いに直交する２平
面の中で光軸に対してそれぞれ所定の角度をなして入射
させるように構成したので、例えばＧ，Ｂ，Ｒという３
つの色光に対しても独立した変調が可能となり、単板方
式かつ反射型でのカラー表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示素子の要
部構成を表す平面図である。

【図２】図１の液晶表示素子におけるＸ−Ｘ′線に沿っ
た断面構成を表す断面図である。

【図３】この液晶表示素子の作用を説明するための図で
ある。

【図４】この液晶表示素子の作用を説明するための図で
ある。

【図５】この液晶表示素子を利用して構成した投射型液
晶表示装置の光学系の概略構成を表す図である。

【図６】この液晶表示素子を利用して構成した他の投射
型液晶表示装置の光学系の概略構成を表す図である。

【図７】従来の液晶表示素子の要部構成を表す断面図で
ある。

【符号の説明】 １０…画素基板、１２Ｇ₁ 〜１２Ｇ₃ ，１２Ｂ₁ 〜１２
Ｂ₃ ，１２Ｒ₁ 〜１２Ｒ₃ …画素電極、２０…対向基
板、２２…対向電極、３０…液晶層、４０…マイクロレ
ンズアレイ、４１ａ〜４１ｄ…マイクロレンズ、５０，
６０…光源、５２，６３…ダイクロイックミラー、５
４，６４…液晶表示素子、５３…偏向ビームスプリッ
タ、５５，６７…スクリーン、５６，６８…投影レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 規則的に配列された画素電極に対向して
   所定の距離を隔てて配置されると共に、互いに異なる方
   向から入射するカラー表示用の各原色光を、それぞれの
   入射方向に対応した方向に位置する当該原色用の画素電
   極に集光するマイクロレンズと、 前記画素電極に印加される画像信号に応じて、前記マイ
   クロレンズに入射した各原色光を変調する変調手段と、 前記マイクロレンズにより集光された各原色光を反射さ
   せる反射層とを備えたことを特徴とする反射型単板式カ
   ラー画像表示素子。
2. 【請求項２】 前記反射層は前記マイクロレンズの焦点
   位置に配置され、 前記マイクロレンズの光軸に平行な入射光は、前記反射
   層で反射した後、同一のマイクロレンズを逆進してマイ
   クロレンズの光軸に平行な方向へ出射し、 前記マイクロレンズの光軸に対して所定の角度をなす入
   射光は、前記反射層で反射した後、入射時に通過したマ
   イクロレンズと隣接するマイクロレンズを通過して出射
   することを特徴とする請求項１記載の反射型単板式カラ
   ー画像表示素子。
3. 【請求項３】 前記カラー表示用の原色光は、白色光か
   ら色分離された３つの色光であって、 そのうちの１つは、前記マイクロレンズに垂直入射し、 他の２つは、前記マイクロレンズの光軸を通る互いに直
   交する２平面の中で前記光軸に対してそれぞれ前記所定
   の角度をなして入射することを特徴とする請求項２記載
   の反射型単板式カラー画像表示素子。
4. 【請求項４】 規則的に配列された画素電極に対向して
   所定の距離を隔てて配置されると共に、互いに異なる方
   向から入射するカラー表示用の各原色光を、それぞれの
   入射方向に対応した方向に位置する当該原色用の画素電
   極に集光するマイクロレンズと、 前記画素電極に印加される画像信号に応じて、前記マイ
   クロレンズに入射した各原色光を変調する変調手段と、 前記マイクロレンズにより集光された各原色光を反射さ
   せる反射層とを備えてなる反射型単板式カラー画像表示
   素子、を用いて構成したことを特徴とする投射型画像表
   示装置。