JPH10274810A - 投影型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るく、高解像度で色再現範囲が広い投影型
画像表示装置を提供する。 【解決手段】 光源１、放物面鏡２、偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）３を備え、ＰＢＳ３で反射されたＳ偏光
が、Ｐ偏光とＳ偏光のカットオフ波長の差が透過率５０
％のときに４０ｎｍ以下であるクロスダイクロイックプ
リズム４に入射される。クロスダイクロイックプリズム
４では、ＰＢＳ３からの光のＲ、Ｂの波長域を反射、Ｇ
の波長域を透過させることにより光を分離後、それぞれ
の色に対応した反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５
−Ｂに入射させ、その反射光は、クロスダイクロイック
プリズム４により再び合成される。そして、反射型液晶
表示素子５にて偏光が回転されてＰ偏光となった光のみ
が、ＰＢＳ３を透過し、投影レンズ７を通ってスクリー
ン８上に投影され、Ｓ偏光は光源１側に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンパクト
な投影型カラー液晶テレビジョンシステムや情報表示シ
ステムに適用され、３枚の画像表示素子によりカラー表
示を行う投影型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子では、マトリクス状に規則
的に配列された画素電極に独立した駆動電圧をそれぞれ
印加することによって液晶の光学特性を変化させ、画像
や文字などを表示するように構成されている。上述した
画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式としては、
単純マトリクス方式と、非線形２端子素子や３端子素子
を液晶表示素子に設けた場合のアクティブマトリクス方
式とがある。

【０００３】後者のアクティブマトリクス方式の場合に
は、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子やＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）素子等のスイッチング素子と、画素電極
に駆動電圧を供給する為の配線電極とを設ける必要があ
る。また、このスイッチング素子に強い光が入射する
と、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時
に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記スイッチ
ング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶部
分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作
が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラス
ト比が低下するという難点がある。

【０００４】したがって、液晶表示素子が透過型である
場合には、図１０に示すように、ＴＦＴ１０１などのス
イッチング素子および画素電極が設けられたＴＦＴ基板
とは液晶層を挟んで対向する対向基板にブラックマトリ
クス１０２と称される遮光手段を設けて、上述した光入
射領域に入射する光を遮断する必要がある。よって、透
過型の液晶表示素子の場合には、各々遮光性のあるＴＦ
Ｔ１０１、ゲートバスライン１０３およびソースバスラ
イン１０４に加えて、ブラックマトリクス１０２によっ
ても遮光されるため、画素の区画中に占める有効な画素
開口部の面積、即ち開口率が小さくなる。

【０００５】さらに、これらスイッチング素子や配線電
極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程
度以下の大きさで形成することは困難である。よって、
液晶表示素子の高精細化に伴って、画素電極のピッチが
小さくなるほど開口率がさらに低下する。

【０００６】次に、このような液晶表示素子を使用した
従来の投影型画像表示装置について説明する。

【０００７】液晶表示素子を用いた投影型カラー画像表
示方式には、液晶表示素子を１枚のみを用いる単板式
と、赤、青、緑の３原色に応じて液晶表示素子を３枚用
いる３板式とがある。前者の単板式は、モザイク状、ス
トライプ状等の３原色カラーフィルターパターンを備え
た液晶表示素子を投影光学系によって投影するもので、
例えば特開昭５９−２３０３８３号に開示されている。
単板式は、液晶表示素子の使用は１枚のみであり、光学
系も３板式と比べて単純な構成で済み、投影型システム
の低コスト化や小型化に適しているが、光源からの光の
２／３がカラーフィルターでカットされる為、一般的に
照度が低いという難点がある。

【０００８】これに対して後者の３板式は、光源からの
白色光を赤、緑、青（以下ではＲ、Ｇ、Ｂと呼ぶ）の３
原色それぞれの色光に分割する光学系と、その分割され
た色光に基づく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
ー表示を行うように構成されている。この３板式の構成
では、３枚の液晶表示素子におけるコンバージェンスの
調整機構や色分離合成の為の光学部品が必要となる為、
構成は複雑になるが、白色光源から放射される光を有効
に利用できるため、単板式と比べて高輝度化を図ること
ができるという利点がある。

【０００９】しかし、このような投影型液晶表示装置
に、透過型の液晶表示素子を用いた場合は、前述したよ
うに液晶表示素子が高精細化するにしたがって、その開
口率が低下し、３板式の投影型画像表示装置においても
十分な明るさを得ることが困難となる。そこで、この問
題を解決する為に、反射型の液晶表示素子を用いた投影
型画像表示装置が開発されている。

【００１０】その反射型液晶表示素子は、図１１に示す
ようにスイッチング素子としてのＴＦＴ１０１の上に反
射型の画素電極１００を形成することができるため、同
じ液晶表示素子サイズでは、前記透過型液晶表示素子よ
りも開口率を大きくとることができ、投影型液晶表示装
置における明るさの向上には非常に効果的である。

【００１１】このような反射型液晶表示素子に、光源か
らの白色光をＰ偏光、Ｓ偏光の光に分離する偏光ビーム
スプリッタ（以下ＰＢＳと記す）と、白色光をＲ、Ｇ、
Ｂの３原色に分離するクロスダイクロイックプリズムと
を組み合わせた方式が提案されている（特開平４−３３
８７２１）。但し、特開平４−３３８７２１では、以下
に課題として挙げるクロスダイクロイックプリズムに入
射するＰ偏光とＳ偏光に対する分光特性の波長シフトに
関して、また、この波長シフトがプロジェクションの表
示特性に及ぼす影響に関しては何ら言及されていない。

【００１２】また、特開平４−３１９９１０には、反射
型液晶表示素子として光散乱型液晶表示素子を用い、シ
ュリーレン光学系を備えた方式が開示されているが、こ
の出願においても光散乱型液晶表示素子を用いたことに
よるクロスダイクロイックプリズムの色分離特性への影
響については何ら言及されていない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した提
案の特開平４−３３８７２１の構成では、複屈折モード
の反射型液晶表示素子を用いている為、クロスダイクロ
イックプリズムに入射する光の偏光状態が、その往路、
復路で９０°回転する。クロスダイクロイックプリズム
は、通常、その反射面での偏光依存性が大きいため、白
色光をＲ、Ｇ、Ｂの光に分離する場合と、逆に合成する
場合とで、分光特性が大きくシフトする。

【００１４】図１２（ａ）に、Ｂ反射光のクロスダイク
ロイックプリズムのＳ偏光、Ｐ偏光に対する分光特性の
一例を示し、図１２（ｂ）に、Ｒ反射光のクロスダイク
ロイックプリズムのＳ偏光、Ｐ偏光に対する分光特性の
一例を示す。この図１２より理解されるように、クロス
ダイクロイックプリズムには、Ｓ偏光、Ｐ偏光の両偏光
の光が入射するが、プロジェクションの明るさや色再現
範囲に大きく依存するのは、Ｒ、Ｂの各色光に対しては
Ｓ偏光より帯域の狭いＰ偏光、Ｇの色光に対してはＰ偏
光より帯域の狭いＳ偏光となる。

【００１５】ところが、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対する波長依
存性が大きいと、図１３（ａ）で示すようにＰ偏光で制
限を受けるＲ、Ｂの色光の明るさや色再現範囲を調節す
ると、Ｓ偏光で制限を受ける、斜線にて示すＧの色光の
帯域幅が狭くなり、Ｇの色光の表示やホワイトバランス
に支障を来す。また、反対に、Ｇの色光の明るさや色再
現範囲を調節すると、図１３（ｂ）に示すようにＲ、Ｂ
の各色光に対して上記Ｇの色光と同様の問題が発生す
る。

【００１６】さらに、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対する分光特性
の波長シフトがある場合、以下に示す問題が発生する。
図１４に示すように、例えばＳ偏光の光がクロスダイク
ロイックプリズムに入射した場合、Ｒの色光に対応する
反射型液晶表示素子５−Ｒにはクロスダイクロイックプ
リズム４で反射されたＲの帯域のＳ偏光（ａ）が入射す
る。そして、反射型液晶表示素子５−Ｒにより画像信号
に合わせて偏光状態が変調されて反射される。よって、
この変調を受けた光にはＰ偏光成分が含まれるため、後
述する図３に示す斜線部の光（ｂ）が、クロスダイクロ
イックプリズムのＲ反射面を透過し、Ｂの色光に対応す
る液晶表示素子５−Ｂに入射することになる。この光が
液晶表示素子５−Ｂにより、再度Ｓ偏光に変えられた場
合、その反射光（ｃ）はＲの色光に対応する液晶表示素
子５−Ｒには返らず、Ｇの色光に対応する液晶表示素子
５−Ｇの方向に反射される。Ｇの色光に対応する液晶表
示素子５−Ｇで再度この光がＰ偏光に変えられると、Ｇ
の色光に対応する液晶表示素子５−Ｇで反射された光
（ｄ）は、クロスダイクロイックプリズム４のＲ反射面
を透過し、投影レンズに入射することになり、迷光やゴ
ーストとしてスクリーン上に投影される。

【００１７】上述した迷光やゴーストの問題は、Ｂの帯
域の光についても同様に現れ、また、クロスダイクロイ
ックプリズム４にＰ偏光を入射させても、同様の原理で
迷光やゴーストの問題は発生する。

【００１８】特開平４−３１９９１０では、光散乱型液
晶表示素子を用いているため、基本的にクロスダイクロ
イックプリズムにはランダム偏光が入射するので、上記
複屈折モードの反射型液晶表示素子を用いた場合に発生
した往路、復路での分光スペクトルのシフトは起こらな
い。しかし、クロスダイクロイックプリズムの色分離面
に対するＰ偏光及びＳ偏光の平均の分光スペクトルとな
る為、図１５に示すように、分光特性の透過から反射へ
変化する境界での急峻性が低くなり、透過率が５０％近
辺で階段状となった特性を示す。よって、Ｒ、Ｇ、Ｂの
色純度および光利用効率が、極端に低下する。

【００１９】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、明るく、高解像度で色再
現範囲が広い投影型画像表示装置を提供することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の投影
型画像表示装置は、偏光光を、ダイクロイックプリズム
または複数のダイクロイックミラーからなる色分離合成
手段へ入射させて複数色の光に分離させ、その後に各色
光を、各々別の反射型画像表示素子へ入射させて各反射
型画像表示素子からの反射光を該色分離合成手段へ入射
させて各色光を合成し、投影手段にて投影する投影型画
像表示装置であって、該色分離合成手段が、Ｐ偏光成分
に対するカットオフ波長とＳ偏光成分に対するカットオ
フ波長との差を、該カットオフ波長を透過率が５０％と
なる波長と定義したときに４０ｎｍ以下とするものであ
るので、そのことにより上記目的が達成される。

【００２１】本発明の請求項２の投影型画像表示装置
は、光源と、該光源からの光を２つの直交する直線偏光
光に分離し、該２つの直交する直線偏光光のうちの一方
である前記偏光光を前記色分離合成手段に入射させる偏
光分離手段とを備え、かつ、前記反射型画像表示素子が
該偏光分離手段からの直線偏光の偏光状態を変化させる
複屈折型の動作モードのものからなることを特徴とす
る。

【００２２】本発明の請求項３の投影型画像表示装置
は、ダイクロイックプリズムまたは複数のダイクロイッ
クミラーからなる色分離合成手段へ光を入射させて複数
色の光に分離させ、その後に各色光を、各々別の偏光に
依存しない反射型画像表示素子へ入射させて各反射型画
像表示素子からの反射光を該色分離合成手段へ入射させ
て各色光を合成し、投影手段にて投影する投影型画像表
示装置であって、該色分離合成手段が、Ｐ偏光成分に対
するカットオフ波長とＳ偏光成分に対するカットオフ波
長との差を、該カットオフ波長を透過率が５０％となる
波長と定義したときに４０ｎｍ以下とするものであるの
で、そのことにより上記目的が達成される。

【００２３】本発明の請求項４の投影型画像表示装置
は、前記画像表示素子の各々が光散乱型液晶表示素子で
あり、該散乱型液晶表示素子で散乱された光を選択的に
除去するシュリーレン光学系を備えていることを特徴と
する。

【００２４】本発明の請求項５の投影型画像表示装置
は、前記画像表示素子の各々が、該画像表示素子からの
出射光の角度を所定の方向に変角することができる反射
型画像表示素子であり、該反射型画像表示素子で反射さ
れた光を出射角度によって選択的に除去する光学系を備
えていることを特徴とする。

【００２５】本発明の請求項６の投影型画像表示装置
は、光源を備え、該光源と前記反射型画像表示素子との
間の光路上に、前記色分離合成手段により反射または透
過されるＳ偏光に対する赤、緑、青の各波長帯域の少な
くとも一つを制限する色制限手段が設けられていること
を特徴とする。

【００２６】本発明の請求項７の投影型画像表示装置
は、光源を備えると共に、該光源と前記画像表示素子と
の間の光路上に設置され、該色分離合成手段により反射
または透過されるランダム偏光に対する赤、緑、青の各
波長帯域の少なくとも一つを制限する色制限手段を備え
ていることを特徴とする。

【００２７】以下、本発明の作用について説明する。

【００２８】請求項１の構成によれば、色分離合成手段
におけるＰ偏光とＳ偏光のそれぞれに対するカットオフ
波長の差を４０ｎｍ以下としているので、必要な光を効
率良く分離合成できるため、色純度、ホワイトバランス
が良い画像を実現することができる。

【００２９】ここで、色分離合成手段におけるＰ偏光と
Ｓ偏光のカットオフ波長の差を４０ｎｍ以下とする理由
を図１６に基づいて説明する。

【００３０】この図に示すように、Ｂの色光とＲの色光
の透過率が５０％となる波長を５００ｎｍ、６００ｎｍ
とすると、カットオフ波長の差を４０ｎｍとした場合に
は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光の総てを有効に利用することが
できるからである。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光の波長帯
域は、一般に、Ｒ：６００〜７００ｎｍ、Ｇ：５００〜
６００ｎｍ、Ｂ：４００〜５００ｎｍである。また、こ
の図において、Ｂの色光のＳ偏光とＲの色光のＳ偏光と
が５５０ｎｍ付近で交差している。つまり、立ち上がり
を２０ｎｍとすると、Ｂの色光のＳ偏光については、５
００ｎｍ＋１０ｎｍ（立ち上がりの半分）＋４０ｎｍ
（カットオフ波長の差）＝５５０ｎｍとなり、一方、Ｒ
の色光のＳ偏光については、６００ｎｍ−１０ｎｍ（立
ち上がりの半分）−４０ｎｍ（カットオフ波長の差）＝
５５０ｎｍとなるからである。

【００３１】但し、カットオフ波長の差を４０ｎｍとす
るとＧの光量は十分に実用レベルを確保することができ
るが、Ｒ、Ｂの色光と比べると少し光量が少なく、多少
のホワイトバランスの調整が必要となるため、理想的に
は、カットオフ波長の差は３０ｎｍ以下にするのが好ま
しい。

【００３２】また、カットオフ波長とは、色分離合成手
段における透過率（または反射率）が５０％となる波長
と定義する。

【００３３】請求項２の構成によれば、複屈折モードの
液晶表示素子を用いることにより、プロジェクションシ
ステムとしての色純度が、前述したようにＲ、Ｂでは色
分離合成手段に入射するＰ偏光、ＧではＳ偏光の分光特
性でほぼ決定されるため、図図１６に示す光のカットオ
フ波長での立ち上がり（又は立ち下がり）の特性が急峻
となり、明るく、色再現範囲の広い画像を実現できる。

【００３４】請求項３の構成によれば、非偏光モードの
画像表示素子を用いることにより、光源からの光に含ま
れるＰ偏光、Ｓ偏光の両偏光の光を効率良く利用できる
だけでなく、請求項１の構成による場合で説明した図１
６と同様な理由により、より明るい画像を実現すること
ができる。

【００３５】請求項４の構成によれば、光散乱モードの
反射型液晶表示素子とシュリーレン光学系とを用いるこ
とにより、散乱光と非散乱光とを効率良く分離すること
ができ、明るく、コントラストの高い画像を実現するこ
とができる。

【００３６】請求項５の構成によれば、該画像表示素子
からの出射光の角度を所定の方向に変角することができ
る反射型画像表示素子と該画像表示素子からの光を出射
角度によって選択的に除去する光学系を用いることによ
り、明るく、コントラストの高い画像を実現する事がで
きる。

【００３７】請求項６の構成によれば、色制限手段、例
えばフィルターを設置することにより、後述する図３の
斜線部（ｂ）による迷光やゴーストを防止することがで
きる。

【００３８】但し、非偏光モードの反射型画素表示素子
を用いた場合、ランダム偏光が色分離合成手段に入射す
る。よって、色分離合成手段で分離される光の分光特性
は図１７に示したようにＰ偏光、Ｓ偏光の平均値となる
ため、Ｒ、Ｇ、Ｂに対するカットオフ波長での立ち上が
り又は立ち下がり特性の急峻性が複屈折モードの画像表
示素子を用いた場合より悪くなり、Ｒ、Ｇ、Ｂの色純度
が低下する。この解消には、以下の請求項７の構成のよ
うにすればよい。

【００３９】請求項７の構成によれば、色制限手段、た
とえばフィルターを設置することにより、カットオフ波
長での立ち上がり又は立ち下がり特性の劣化によるＲ、
Ｇ、Ｂの色純度の低下を防止でき、色再現範囲の広い画
像を実現できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００４１】（実施形態１）図１は本実施形態に係る投
影型カラー画像表示装置の模式図である。

【００４２】本実施形態では、光源１として、１５０
Ｗ、アーク長３ｍｍのメタルハライドランプを用いた。
光源１としては、この他にハロゲンランプやキセノンラ
ンプを用いる事ができる。光源１の背面には、光源１か
らの光を略平行光として出射するための放物面鏡２が配
置されている。

【００４３】光源１の前方には、放物面鏡２からの光を
Ｐ偏光とＳ偏光とに分離するＰＢＳ３が配置され、ＰＢ
Ｓ３で反射されたＳ偏光がクロスダイクロイックプリズ
ム４に入射される。クロスダイクロイックプリズム４で
は、ＰＢＳ３からの光のＲ、Ｂの波長域を反射、Ｇの波
長域を透過させることにより光を分離後、それぞれの色
に対応した反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ
に入射させる。

【００４４】反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−
Ｂとしては、１．３型Ｓ−ＶＧＡ（画素ピッチは３３μ
ｍ×３３μｍ）で、表示モードが光の偏光を利用して画
像を表示する複屈折型のものを用いた。よって、入射光
は、３枚の反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ
によって、画像信号に合わせて偏光状態が変調されて反
射される。また、本実施形態では、クロスダイクロイッ
クプリズム４のＲの出射面４Ｒと反射型液晶表示素子５
−Ｒとの間にダイクロイックフィルター６−Ｒを配置
し、クロスダイクロイックプリズム４のＢの出射面４Ｂ
と反射型液晶表示素子５−Ｂとの間にダイクロイックフ
ィルター６−Ｂを配置した。なお、クロスダイクロイッ
クプリズム４と反射型液晶表示素子５−Ｇとの間にもＧ
用のダイクロイックフィルターを配してもよい。また、
ダイクロイックフィルターは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長帯域
の少なくとも一つを制限するように設けるようにしても
よい。また、ダイクロイックフィルターの配置位置につ
いては、クロスダイクロイックプリズム４と各反射型液
晶表示素子との間に限らず、光源と反射型液晶表示素子
との間であれば任意の箇所としてもよい。

【００４５】液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂで反
射された光は、クロスダイクロイックプリズム４により
再び合成される。そして、反射型液晶表示素子５−Ｒ、
５−Ｇ、５−Ｂにて偏光が回転されてＰ偏光となった光
のみが、ＰＢＳ３を透過し、投影レンズ７を通ってスク
リーン８上に投影され、Ｓ偏光は光源１側に戻される。

【００４６】このように構成された本実施形態の投影型
カラー画像表示装置において、クロスダイクロイックプ
リズム４に入射した光は、Ｓ偏光に対する分光特性に従
ってＲ、Ｇ、Ｂの各色光に分離されたのち、それぞれの
色に対応した反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−
Ｂで画像信号に合わせてＰ偏光に回転され、再度、クロ
スダイクロイックプリズム４で合成される。このとき、
Ｂの色光に関する図１２（ａ）とＲの色光に関する図１
２（ｂ）とに示すように、Ｂの色光もＲの色光も、Ｐ偏
光に対するクロスダイクロイックプリズム４の分光特性
の方がＳ偏光のものより帯域が狭い。このため、その明
るさ及び色純度はＰ偏光により規制され、図１３（ａ）
に示すように、Ｇの色光はＲの色光、Ｂの色光とは逆
に、Ｓ偏光に対する分光特性の方が狭い為、Ｓ偏光によ
り規制される。

【００４７】よって、図１２に示すように、Ｐ偏光、Ｓ
偏光に対する分光特性の波長特性の差が大きいクロスダ
イクロイックプリズムでは、図１３（ａ）に示すように
Ｒの色光、Ｂの色光に対して最適設計を行なうと、Ｇの
色光の帯域が狭くなる。また、図１３（ｂ）に示すよう
に、Ｇの色光に対して最適設計を行なうと、Ｒの色光、
Ｂの色光の帯域が狭くなるため、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を
効率良く分離することが困難である。

【００４８】本発明に適用したクロスダイクロイックプ
リズム４は、Ｐ偏光とＳ偏光に対する分光特性の波長シ
フト量が２５ｎｍに設計されており、Ｒ、Ｂの各色光に
対してはＰ偏光、Ｇの色光に対してＳ偏光での帯域を、
図３に示すように十分に確保できるため、目標とする明
るさ及び色純度を得ることができる。

【００４９】また、Ｒ、Ｂの光路上に配置したダイクロ
イックフィルター６−Ｒ、６−Ｂは、上記クロスダイク
ロイックプリズム４のＰ偏光と同様の分光特性を有して
いる。

【００５０】図２（ａ）はそのＢの色光に対応したダイ
クロイックフィルター６−Ｂの分光特性を示し、図２
（ｂ）はそのＲの色光に対応したダイクロイックフィル
ター６−Ｒの分光特性を示す。このダイクロイックフィ
ルター６−Ｒ、６−Ｂの機能としては、前述したように
図３に示す斜線部の光による迷光やゴーストを防止する
為、反射型液晶表示素子に光が入射する前に斜線部の光
をカットするためのものである。よって、このフィルタ
ーで反射された光は、入射時と偏光方向が同じであるた
め、クロスダイクロイックプリズム４とＰＢＳ３で反射
され、光源１に戻される。

【００５１】上記条件にてプロジェクションを構成した
ところ、光源１からの白色光を効率良く利用でき、明る
く、色再現範囲の広い画像を実現することができた。

【００５２】本実施形態では、クロスダイクロイックプ
リズム４にＳ偏光を入射させたが、Ｐ偏光を入射した場
合でも同様の設計のクロスダイクロイックプリズムを用
いることができる。但し、この場合、Ｒ、Ｂの各色光に
対応した反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｂには、Ｓ偏
光の分光特性より帯域の狭いＰ偏光が入射するため、こ
の両者の液晶表示素子に対しては迷光やゴーストは発生
しにくいが、Ｇの色光に対応した反射型液晶表示素子５
−Ｇには、帯域の広いＰ偏光が入射し、その一部が画像
信号に合わせてＳ偏光として反射されるが、クロスダイ
クロイックプリズムの透過帯域がＳ偏光に対しては狭い
ため、図３に示す斜線部の光がＲ、Ｂの各色光に対応し
た液晶表示素子の方向に反射される。よって、このらの
光が迷光やゴーストの原因となるため、Ｇの光路中にＳ
偏光と同じか、それより狭い分光特性を有する反射又は
吸収タイプのフィルターを設置するか、あるいはＲ、Ｂ
光路にそれぞれの色光に対応した吸収タイプのフィルタ
ーを設置することが望ましい。

【００５３】尚、上述したフィルターの設置場所や分光
特性はあくまで一例であり、上記実施形態に限定される
ものではない。

【００５４】（実施形態２）図４は、本発明の第２の実
施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では、実施形態１と同様の光学部品につ
いては同じ番号を記す。

【００５５】本実施形態では、楕円反射鏡９の第１焦点
に光源１を設置している。光源１からの光は、楕円反射
鏡９の第２焦点近辺に設置された反射鏡１０により反射
され、集光レンズ１１を通してクロスダイクロイックプ
リズム４に入射される。クロスダイクロイックプリズム
４では、入射光のＲ、Ｂの波長域を反射させ、Ｇの波長
域を透過させることにより光を分離後、それぞれの色に
対応した反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに
入射させる。

【００５６】反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−
Ｂとしては、図５に示すように、高分子中にカプセル状
にネマティック液晶を含有し、光を散乱させることによ
り画像を表示するポリマー分散型液晶表示素子を用い
た。ポリマー分散型液晶では、電圧非印加時は、図５
（ａ）に示すように、液晶の分子がほぼランダムに配向
しているため、高分子との界面で散乱が生じる。これに
対し、電圧印加時は、図５（ｂ）に示すように液晶分子
が電界方向に配向するため、この時の液晶の電界方向に
対する屈折率と高分子の屈折率とが一致するように設定
すると光散乱が生じず、透明になる。よって、入射光は
３枚の反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂによ
って、画像信号に合わせて散乱され反射される。

【００５７】また、クロスダイクロイックプリズム４の
Ｒの色光の出射面と反射型液晶表示素子５−Ｒとの間に
はダイクロイツクフィルター６−Ｒを配置し、クロスダ
イクロイックプリズム４のＧの色光の出射面と反射型液
晶表示素子５−Ｇとの間にはダイクロイツクフィルター
６−Ｇを配置し、クロスダイクロイックプリズム４のＢ
の色光の出射面と反射型液晶表示素子５−Ｂとの間には
ダイクロイツクフィルター６−Ｂを配置した。

【００５８】反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−
Ｂで反射された光は、図４に示すように、クロスダイク
ロイックプリズム４により再び合成され、集光レンズ１
１にて投影レンズ７の瞳に集光される。投影レンズ７の
瞳には、反射型液晶表示素子５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂで
散乱された光をカットし、非散乱光を透過させるアパー
チャー１２が設置されており、アパーチャー１２を通過
した光のみ投影レンズ６を通ってスクリーン８上に投影
される。

【００５９】このように構成された本実施形態の投影型
カラー画像表示装置では、クロスダイクロイックプリズ
ム４にランダム偏光の光が入射するため、その分光特性
は図１５に示したように、Ｐ偏光とＳ偏光の光に対する
分光特性の平均値となる。よって、通常のクロスダイク
ロイックプリズムでは各色間の境界での分光特性の立ち
上がり又は立ち下がり特性の急峻性が劣化し、Ｒ、Ｇ、
Ｂの色純度が大きく低下する。しかし、本実施形態では
実施形態１で用いたものと同様のものを用いたため、Ｐ
偏光とＳ偏光の波長依存性の差が少なく、図１７に示し
たようになり、Ｒ、Ｇ、Ｂの色純度低下を防止できる。

【００６０】Ｒ、Ｂの光路上に配置したダイクロイツク
フィルター６−Ｒ、６−Ｂは、図６（ａ）、図６（ｂ）
に示すように、上記クロスダイクロイックプリズム４の
Ｐ偏光と同様の分光特性を有し、Ｇ光路上に設置したダ
イクロイックフィルター６−Ｇは、図６（ｃ）に示すよ
うに、Ｓ偏光と同様の分光特性を有しており、クロスダ
イクロイックプリズム４の分光特性よりも狭い帯域であ
るため、スクリーン８上に投影されるＲ、Ｇ、Ｂの色純
度は、これらのフィルターによってほぼ決定される。

【００６１】また、本実施形態に用いたクロスダイクロ
イックプリズム４は、実施形態１で述べたようにＲ、Ｂ
の各色光に対してはＰ偏光に、Ｇの色光に対してはＳ偏
光に最適設計されているため、上記クロスダイクロイッ
クプリズム４のみを使用した時と比べ、さらに色純度を
向上させる事ができる。

【００６２】上記条件にてプロジェクションを構成した
ところ、光散乱型液晶表示素子を用いたことにより、光
源からの白色光に含まれるＰ偏光、Ｓ偏光の両成分を効
率良く利用でき、明るく、かつ、色再現範囲の広い画像
を実現することができた。

【００６３】本実施形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの光路上のす
べてに色純度補正用のフィルターを設置したが、本フィ
ルターは、色純度を補正する必要のない光路には必ずし
も設置する必要はなく、たとえばＲ、Ｇ、Ｂの各波長帯
域の少なくとも一つを制限するように設けてもよい。

【００６４】また、本実施形態では、非偏光モードの画
像表示素子として光散乱型画像表示素子を用いたが、
「ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＥＬＥＣＴＲＯＮ Ｄ
ＥＶＩＣＥＳ ｍｅｅｔｉｎｇ ；ＷＡＳＨＩＮＧＴＯ
Ｎ，ＤＣ ＤＥＣＥＭＢＥＲ５−８，１９９３」で報告
されているＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｒｒｏｒｄｅ
ｖｉｃｅ）素子などを用いてもよい。このＤＭＤ素子
は、図７に示すように、各画素を構成するミラーの角度
を静電気にて傾けることができるようにしてあり、その
ミラーによる光の出射角度を変角する構成である。

【００６５】また、上述した実施形態１、２では、色分
離合成手段として、４つのプリズムを貼り合わせたクロ
スダイクロイックプリズムを用いたが、本発明はこれに
限らない。例えば、図８に示すように３つのプリズム４
１、４２、４３で構成されたものや、図９（ａ）、
（ｂ）に示すように複数の誘電体ミラーを用いたものな
ど、色分離、合成ができるものであれば、本発明は如何
なるものでも適用できる。なお、図９（ａ）は、上述し
た実施形態１の投影型画像表示装置に対応する場合の構
成であり、図９（ｂ）は上述した実施形態２の投影型画
像表示装置に対応する場合の構成である。図９（ａ）、
（ｂ）において、図１や図４と同一部分には同一の符号
を付している。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ｐ偏光と
Ｓ偏光のカットオフ波長の差が４０ｎｍ以下である偏光
依存性の少ないダイクロイックプリズムやダイクロイッ
クミラー系の色分離合成手段を用いるので、明るく、高
解像度で色再現範囲が広く、ホワイトバランスの優れた
画像を実現できる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する画像表
示素子に入射する光のスペクトルを制限する色制限手段
を設けることにより、色分離合成手段の偏光依存性によ
って発生する迷光やゴーストを防止できるだけでなく、
上記ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー系
のみを用いた場合よりも、さらに色純度を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る投影型カラー画像表
示装置の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る投影型カラー画像表
示装置に備わったダイクロイックフィルターの分光特性
を示す図である。

【図３】本発明の実施形態１に係る投影型カラー画像表
示装置に備わったクロスダイクロイックプリズムの分光
特性を示す図である。

【図４】本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像表
示装置の構成を示す模式図である。

【図５】本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像表
示装置に備わった液晶表示素子を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像表
示装置に備わったダイクロイックフィルターの分光特性
を示す図である。

【図７】本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像表
示装置に用いることができる他の液晶表示素子（ＤＭ
Ｄ）を示す斜視図である。

【図８】本発明に使用可能な別構成の色分離合成手段を
示す図である。

【図９】本発明に使用可能な更に別構成の色分離合成手
段を示す図である。

【図１０】透過型液晶表示素子の画素構造の説明図（斜
視図）である。

【図１１】反射型液晶表示素子の断面図である。

【図１２】従来のクロスダイクロイックプリズムの分光
特性である。

【図１３】従来のクロスダイクロイックプリズムで発生
する問題点の説明図である。

【図１４】迷光やゴーストの発生メカニズムの説明図で
ある。

【図１５】従来のクロスダイクロイックプリズムのラン
ダム偏光に対する分光特性である。

【図１６】本発明の原理説明に用いる図であり、本発明
に用いる色分離合成手段の特性を示す図である。

【図１７】本発明を適用したクロスダイクロイックプリ
ズムのランダム偏光に対する分光特性である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 放物面鏡 ３ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ） ４ クロスダイクロイックプリズム ５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ 反射型液晶表示素子 ６−Ｒ、６−Ｇ、６−Ｂ ダイクロイックフィルター ７ 投影レンズ ８ スクリーン ９ 楕円反射鏡 １０ 反射鏡 １１ 集光レンズ １２ アパーチャー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光光を、ダイクロイックプリズムまた
   は複数のダイクロイックミラーからなる色分離合成手段
   へ入射させて複数色の光に分離させ、その後に各色光
   を、各々別の反射型画像表示素子へ入射させて各反射型
   画像表示素子からの反射光を該色分離合成手段へ入射さ
   せて各色光を合成し、投影手段にて投影する投影型画像
   表示装置であって、 該色分離合成手段が、Ｐ偏光成分に対するカットオフ波
   長とＳ偏光成分に対するカットオフ波長との差を、該カ
   ットオフ波長を透過率が５０％となる波長と定義したと
   きに４０ｎｍ以下とするものである投影型画像表示装
   置。
2. 【請求項２】 光源と、該光源からの光を２つの直交す
   る直線偏光光に分離し、該２つの直交する直線偏光光の
   うちの一方である前記偏光光を前記色分離合成手段に入
   射させる偏光分離手段とを備え、かつ、前記反射型画像
   表示素子が該偏光分離手段からの直線偏光の偏光状態を
   変化させる複屈折型の動作モードのものからなる請求項
   １に記載の投影型画像表示装置。
3. 【請求項３】 ダイクロイックプリズムまたは複数のダ
   イクロイックミラーからなる色分離合成手段へ光を入射
   させて複数色の光に分離させ、その後に各色光を、各々
   別の偏光に依存しない反射型画像表示素子へ入射させて
   各反射型画像表示素子からの反射光を該色分離合成手段
   へ入射させて各色光を合成し、投影手段にて投影する投
   影型画像表示装置であって、 該色分離合成手段が、Ｐ偏光成分に対するカットオフ波
   長とＳ偏光成分に対するカットオフ波長との差を、該カ
   ットオフ波長を透過率が５０％となる波長と定義したと
   きに４０ｎｍ以下とするものである投影型画像表示装
   置。
4. 【請求項４】 前記画像表示素子の各々が光散乱型液晶
   表示素子であり、該散乱型液晶表示素子で散乱された光
   を選択的に除去するシュリーレン光学系を備えている請
   求項３に記載の投影型画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記画像表示素子の各々が、該画像表示
   素子からの出射光の角度を所定の方向に変角することが
   できる反射型画像表示素子であり、該反射型画像表示素
   子で反射された光を出射角度によって選択的に除去する
   光学系を備えている請求項３に記載の投影型画像表示装
   置。
6. 【請求項６】 光源を備え、該光源と前記反射型画像表
   示素子との間の光路上に、前記色分離合成手段により反
   射または透過されるＳ偏光に対する赤、緑、青の各波長
   帯域の少なくとも一つを制限する色制限手段が設けられ
   ている請求項１または２に記載の投影型画像表示装置。
7. 【請求項７】 光源を備えると共に、該光源と前記画像
   表示素子との間の光路上に設置され、該色分離合成手段
   により反射または透過されるランダム偏光に対する赤、
   緑、青の各波長帯域の少なくとも一つを制限する色制限
   手段を備えている請求項４または５に記載の投影型画像
   表示装置。