JPH1164846A - 液晶投影表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶投影表示装置において色むらを生じさせ
ないまたは許容範囲に収める。 【解決手段】 赤緑青の三原色に対応した画素を周期的
に配置した液晶パネル６と、液晶パネル６の各赤緑青の
開口部に対して白色光を分光して異なる波長域の光を入
射させる回折格子５と、光源１が発光した光を平行光と
して回折格子５に入射させるレンズ４を備え、回折格子
５と液晶パネル６の開口部との間隔Ｌを、レンズ４に近
い側で狭く、レンズ４に遠い側で広くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の色フィルタ
ーの代りに回折格子によってカラー画像を生成する液晶
投影表示装置に関する。従来のカラー液晶表示装置は、
液晶表示素子の外面または内面にＲ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）の色フィルターを配置して、光源から照射した
光を該色フィルターを通すことによってＲＧＢの３原色
を作り、この３原色を液晶表示素子のライトバルブ効果
により強度を可変としてカラー表示を行っていた。

【０００２】特に、液晶表示素子の内面に色フィルター
を形成する場合は染色法や電着法などが提案されている
が、色フィルターの製造方法が複雑であったり、液晶表
示素子の製造工程に使用する各種薬品や加えられる熱エ
ネルギーによって色フィルターが劣化するなど、種々の
問題があった。また、液晶表示素子の外面に色フィルタ
ーを配置する場合も、表示画素との位置合せを精度よく
行うことが困難であったり、長期間使用すると湿気によ
り色フィルターが剥離するなど、種々の問題があった。
さらに、全般的には色フィルターによって作られたＲＧ
Ｂの色純度が低いことや、色フィルター自体が光源から
照射される光エネルギーによって劣化することも問題で
あった。

【０００３】このため、色フィルターの代りに回折格子
を用いた液晶投影表示装置が開発されている。この液晶
投影表示装置においては、光源のランプからの光をピン
ホール部で集光し、集光した光をコリメートレンズで平
行光として回折格子に入射させる。回折格子で回折され
た光は波長毎に分光して液晶パネルに入射し、光の透過
率が調整されて１つの画素の色が生成されて、スクリー
ン上に結像される。このような液晶投影表示装置におい
て、表示画像に色むらが生じないまたは色むらを許容で
きるような装置の開発が必要とされている。

【０００４】

【従来の技術】従来の液晶投影表示装置としては、例え
ば図１７に示すようなものがある。図１７において、１
０１は、光源としてのランプ、１０２はランプ１０１が
発光する光を反射する反射鏡、１０３は反射鏡１０２で
反射した光を集光するピンホール部、１０４はピンホー
ル部１０３で集光した光を平行光に変換するコリメート
レンズ、１０５はコリメートレンズ１０４から入射する
白色光を分光して異なる波長域の光を出射する回折格
子、１０６は赤（以下、Ｒ）、緑（以下、Ｇ）、青（以
下、Ｂ）の三原色に対応した画素を周期的に配置し、各
ＲＧＢの開口部に入射した光の透過率を制御する液晶パ
ネルである。回折格子１０５と液晶パネル１０６がカラ
ー画像の表示生成部分１０７を構成している。

【０００５】１０８は液晶パネル１０６を透過した光を
投影する投影レンズ、１０９はカラー画像が表示される
スクリーンである。スクリーン１０９を見る人は、表示
生成部分１０７側から見ても良いし、または表示生成部
分１０７の反対側から見ても良い。図１８は回折格子１
０５と液晶パネル１０６の拡大断面図である。

【０００６】図１８において、液晶パネル１０６にはＲ
の開口部１１０、Ｇの開口部１１１、Ｂの開口部１１２
がそれぞれ形成され、ＲＧＢの３つの開口部１１０，１
１１，１１２に対して１つの回折格子１０５Ａが配置さ
れている。１１３は回折格子１０５Ａに所定の入射角度
で入射された光であり、この光１１３は回折格子１０５
Ａにより回折されて、波長毎に赤色光１１４、緑色光１
１５、青色光１１６に分光して液晶パネル１０６にそれ
ぞれ入射する。すなわち、赤色光１１４はＲの開口部１
１０に、緑色光１１５はＧの開口部１１１に、青色光１
１６はＢの開口部１１２に、それぞれ入射する。

【０００７】図１７の液晶投影表示装置においては、メ
タルハライドランプや高圧水銀ランプなどの光源として
ランプ１０１を発した光は反射鏡１０２でピンホール部
１０３に集光される。ピンホール部１０３を透過した光
はコリメートレンズ１０４によって平行光束に変換さ
れ、回折格子１０５と液晶パネル１０６で構成される表
示生成部分１０７に入射される。

【０００８】図１８は表示生成部分１０７の回折格子１
０５と液晶パネル１０６の断面を拡大したもので、液晶
パネル１０６のＲＧＢの３つの開口部１１０，１１１，
１１２に対して１つの回折格子１０５Ａが配置されてい
る。回折格子１０５Ａに所定の入射角度で入射された光
１１３は回折格子１０５Ａによって回折されて波長毎に
進行方向が分かれる。これによって、赤の波長域の光
（赤色光）１１４はＲの開口部１１０に、緑の波長域の
光（緑色光）１１５はＧの開口部１１１に、青の波長域
の光（青色光）１１６はＢの開口部１１２にそれぞれ入
射する。図１８中では液晶パネル１０６を簡略化して開
口部分だけを示しているが、液晶が持っている光の偏光
方向を調節する特性によって各開口部１１０，１１１，
１１２に入射された光の透過率が制御される。

【０００９】このようにして、回折格子１０６と液晶で
赤色光１１４、緑色光１１５、青色光１１６の強度が調
整されることで１つの画素の色が生成される。液晶パネ
ル１０６を透過した光は投影レンズ１０８でスクリーン
１０９上に結像される。このような回折格子１０５とＲ
ＧＢの１組で形成される画素を２次元に配列し、個々の
開口部１１０，１１１，１１２の透過率を制御すること
でスクリーン１０９上にカラー画像が形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の液晶
投影表示装置にあっては、ランプからコリメートレンズ
に至る光源系は平行光束を作る一般的な光学系を有し、
ピンホール部を通過した光は、コリメートレンズによっ
て平行光束に変換される。しかしながら、一般の光学材
料の屈折率は光の波長に対応してわずかに変化している
ため、全ての波長の光が平行光にはならない。図１９は
一般的な光学材料のＢＫ７の各波長での屈折率を示す
が、波長の短い光に対する屈折率の方が波長の長い光に
対する屈折率よりもわずかに大きい。

【００１１】したがって、レンズなどで光を屈折させる
場合には波長の短い光の方が大きい角度で屈折される。
図２０に示すように、コリメートレンズ１０４によって
緑の波長域の光（緑色光）１１５が平行光束に変換され
る場合には、波長の短い青色光１１６はわずかに収束し
ており、波長の長い赤色光１１４はわずかに発散する。

【００１２】すなわち、緑色光１１５は、コリメートレ
ンズ１０４により平行光束に変換されるが、赤色光１１
４は緑色光１１５に対してわずかに外側に発散し、青色
光１１６は緑色光１１５に対して内側にわずかに収束す
る。このような光が回折格子１０５と液晶パネル１０６
に入射されると、表示される映像の色が青色と赤色でわ
ずかな分布を持つことが問題となる。図２１（Ｃ）に示
すように平行光束は所定の入射角度で入射されるが、コ
リメートレンズ１０４に近い側の回折格子１０５におい
て光の入射角度は波長の短い青色光１１６では大きく、
波長の長い赤色光１１４では小さくなっている。所定よ
りも大きい角度で入射された青色光１１６は、回折格子
１０５で回折された後に所定よりも大きな出射角度で出
射される。一方、所定よりも小さい入射角度で入射され
た赤色光１１６においても、回折された後の出射角度は
所定よりも大きな回折角度で回折される。つまり、回折
格子１０５で回折された光の分光の大きさは所定よりも
大きくなる。

【００１３】この結果、Ｂの開口部１１２においては所
定の波長よりも長い波長の光が透過し、Ｒの開口部１１
６においては所定の波長よりも短い波長の光が透過す
る。したがって、コリメートレンズ１０４に近い位置の
液晶パネル１０６で表示される青色と赤色はわずかに緑
色が混じった色で表示されてしまう。すなわち、青色光
１１６は、Ｂの開口部１１２の外側に入射し、所定の波
長である４６０ｎｍよりも長い波長の光が開口部１１２
を透過するので、青色は緑に近い青色で表示される。ま
た、赤色光１１６は、Ｒの開口部１１０の外側に入射
し、所定の波長である６３０ｎｍよりも短い波長の光が
開口部１１０を透過するので、赤色は緑に近い赤色で表
示される。

【００１４】なお、図２１（Ｂ）に示すように、回折格
子１０５に３８．６度の入射角１１７でＲＧＢの平行束
が入射されるとき、回折格子１０５で分光された５４５
ｎｍの波長の緑色光１１５は、Ｇの開口部１１１の中心
を通り、４６０ｎｍの波長の短い青色光１１６はＢの開
口部１１２の中心を通り、６３０ｎｍの波長の長い赤色
光１１４はＲの開口部１１０の中心を通る。開口部１１
０，１１１，１１２の間隔１１８は、４５μｍの周期で
形成され、液晶パネル１０６と回折格子１０５との間隔
１１９は７００μｍに設定されている。すなわち、コリ
メートレンズ１０４から近い側でも、コリメートレンズ
１０４から遠い側でも液晶パネル１０６と回折格子１０
５との間は７００μｍの一定値に設定されている。

【００１５】一方、コリメートレンズ１０４から遠い位
置では、図２１（Ａ）に示すように波長の短い青色光１
１６は回折格子１０５への入射角度が小さく、波長の長
い赤色光１１４は入射角度が大きくなる。その結果この
位置では、回折格子１０５で回折された光の分光の大き
さは所定よりも小さくなる。これによりＢの開口部１１
２においては所定の波長よりも短い波長の光が透過し、
Ｒの開口部１１０においては所定の波長よりも長い波長
の光が透過することになる。その結果、コリメートレン
ズ１０４から遠い位置の液晶パネル１０６で表示される
青色と赤色はそれぞれ本来よりも濃い色で表示されてし
まう。

【００１６】すなわち、青色光１１６は、Ｂの開口部１
１２の内側にわずかにそれて入射し、所定の波長である
４６０ｎｍよりも短い波長の光が開口部１１２を透過す
るので、青色は青むらさき、すなわち濃い青色に表示さ
れる。また、赤色光１１４は、Ｒの開口部１１０の内側
にわずかにそれて入射し、所定の波長である６３０ｎｍ
よりも長い波長の光が開口部１１０を透過するので赤色
は赤むらさき、すなわち濃い赤色に表示される。

【００１７】この結果、表示画像の青色と赤色は、液晶
パネル１０６におけるコリメートレンズ１０４に近い位
置と遠い位置の間で色の分布を生じる。本発明は、この
ような従来の問題に鑑みてなされたものであって、表示
画像にに色むらが生じない、または色むらが許容できる
ような液晶投影表示装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、図１に示すように構成する。請求項１の発
明は、赤緑青の三原色に対応した画素を周期的に配置し
た液晶パネル６と、該液晶パネル６の各赤緑青の開口部
に対して白色光を分光して異なる波長域の光を入射させ
る回折格子５と、光源１が発光した光を平行光として前
記回折格子５に入射させるレンズ４を備えた液晶投影表
示装置において、前記回折格子５と前記液晶パネル６の
開口部との間隔Ｌを、前記レンズ４に近い側で狭く、前
記レンズ４に遠い側で広くした。

【００１９】請求項２の発明は、液晶投影表示装置にお
いて、前記間隔Ｌを制御する部材として前記レンズ４に
近い側で直径が小さく、前記レンズ４に遠い側で直径が
大きいスペーサを用いた。請求項３の発明は、液晶投影
表示装置において、前記スペーサは前記液晶パネル６と
前記回折格子５を張り合わせる接着剤に混入される直径
の異なるビーズとした。

【００２０】請求項４の発明は、赤緑青の三原色に対応
した画素を周期的に配置した液晶パネル６と、該液晶パ
ネル６の各赤緑青の開口部に対して白色光を分光して異
なる波長域の光を入射させる回折格子５と、光源１が発
光した光を平行光として前記回折格子５に入射させるレ
ンズ４を備えた液晶投影表示装置において、前記レンズ
４の端部の光の屈折角度を所定値以下にした。

【００２１】請求項５の発明は、赤緑青の三原色に対応
した画素を周期的に配置した液晶パネル６と、該液晶パ
ネル６の各赤緑青の開口部に対して白色光を分光して異
なる波長域の光を入射させる回折格子５と、光源１が発
光した光を平行光として前記回折格子５に入射させるレ
ンズ４を備えた液晶投影表示装置において、前記レンズ
４としてレンズ端部の波長分散が１．０度以下となるＦ
ナンバーが０．６以上のものを使用するようにした。

【００２２】このような構成を備えた本発明の液晶投影
表示装置によれば、液晶パネル６のレンズ（以下、コリ
メートレンズ）４に近い位置では、コリメートレンズ４
による波長分散によって波長の短い光の入射角度は大き
く、波長の長い光の入射角度は小さくなっている。その
ため、回折格子５で回折された光の分光の大きさは、所
定よりも大きくなっている。ここで、回折格子５と液晶
パネル６の開口部の間隔Ｌを所定より狭く設定すれば、
ＢおよびＲの開口部に所定の波長の光を入射させること
ができる。

【００２３】一方、液晶パネル６のコリメートレンズ４
から遠い位置では、コリメートレンズ４による波長分散
によって波長の短い光の入射角度は小さく、波長の長い
光の入射角度は大きくなっている。そのため、回折格子
５で回折された光の分光の大きさは所定よりも小さくな
っている。ここで、回折格子５と液晶パネル６の開口部
との間隔Ｌが所定よりも広ければ、ＢおよびＲの開口部
に所定の波長の光を入射させることができる。つまり、
液晶パネル６と回折格子６をウェッジ角を付けて配置す
ることによって、液晶パネル６の全ての開口部に所定の
波長の光を入射させることができ、表示画面の色むらを
生じさせないまたは許容範囲に収めることができる。

【００２４】また、画面内に生じる色むらはコリメート
レンズ４の波長分散に起因している。一般にレンズの波
長分散は光を屈折させる角度に依存しており、光を大き
く曲げる程に波長分散も大きくなる。したがって、最も
光を大きく曲げているレンズの端部において波長分散は
最も大きくなっている。レンズ端部での光の屈折角度を
小さくすることで、波長分散が小さくなり、表示画面内
の色むらを生じさせないまたは許容範囲に収めることが
できる。レンズ端部の屈折角はレンズのＦナンバーに対
応しており、Ｆナンバーが大きければ屈折角は小さくな
る。したがって、コリメートレンズ４のＦナンバーを画
面内の色むらが許容できるように選択すれば良い。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
全体構成図である。図１において、１は光源としてのラ
ンプであり、ランプ１は例えばメタルハライドランプや
高圧水銀ランプなどのランプで構成される。ランプ１の
外側には反射鏡２が設けられる。

【００２６】ランプ１が発する光は、反射鏡２により反
射されてピンホール部に集光される。４はコリメートレ
ンズ（レンズ）であり、コリメートレンズ４はピンホー
ル部３を透過した光を平行光（平行光束）に変換する。
コリメートレンズ４で変換された平行光は、回折格子５
に入射し、回折格子５は液晶パネル６の各ＲＧＢの開口
部に対して光（白色光）を分光して異なる波長域の光
（赤色光、緑色光、青色光）を入射する。液晶パネル６
はＲＧＢの三原色に対応した画素を周期的に配置し、液
晶が持っている光の偏光方向を調整する特性によって各
開口部に入射された光の透過率を制御する。液晶パネル
６と回折格子５がカラー画像を表示するために表示生成
部分７を構成している。

【００２７】回折格子５と液晶パネル６の開口部との間
隔Ｌは、平行光を生成するコリメートレンズ４に近い側
で狭く、コリメートレンズ４に遠い側で広がるように設
定されている。回折格子５と液晶パネル６で赤色光、緑
色光、青色光の強度が調整されることで一つの画素の色
が生成される。液晶パネル６を透過した光は投影レンズ
８でスクリーン９上に投影され、スクリーン９上にはカ
ラー画像が表示される。スクリーン９を見る人は、表示
生成部分７側で見ても良いし、表示生成部分７と反対側
で見ても良い。

【００２８】図２は回折格子５の一つの回折格子を示
す。図２において、一つの回折格子５Ａは、六角形状に
形成され、ガラス基板に接着される反対側は凹凸状に形
成されている。すなわち、図３に示すように、回折格子
５Ａは、ガラス基板１０上に凹凸状に形成され、ホトポ
リマからなる紫外線硬化樹脂よりなる。また、図４に示
すように回折格子５Ａは屈折率が低い樹脂５Ｂと屈折率
が高い樹脂５Ｃとで交互に形成されている。

【００２９】図５（Ａ）に示すように１個１個の回折格
子５Ａがそれぞれ集合して回折格子５が形成される。す
なわち、回折格子５はガラス基板１０上にハニカム状に
生成される。図５（Ｂ）は液晶パネル６の開口側を示
し、液晶パネル６はＲＧＢの三原色に対応した画素が周
期的に配置されている。１１はＲの開口部、１２はＧの
開口部、１３はＢの開口部であり、これらの開口部１
１，１２，１３はＲＧＢの画素に対応して周期的に形成
されている。図５（Ｃ）は回折格子５と液晶パネル６と
を合わせて構成される表示生成部７である。一個の回折
格子５Ａの中心がＧの開口部１２の中心に一致するよう
に、また、一個の回折格子５Ａの各かど部がＲの開口部
１１の中心およびＢの開口部１３の中心にそれぞれ一致
するように、回折格子５と液晶パネル６が配置される。
また、回折格子５と液晶パネル６の間隔Ｌがコリメート
レンズ４に近い側で狭く、コリメートレンズ４に遠い側
で広がるように配置されている。したがって、回折格子
５に入射した光は回折格子５で回折されて赤色光、緑色
光、青色光に分光してＲの開口部１１の中心、Ｇの開口
部１２の中心およびＢの開口部１３の中心をそれぞれ透
過するようになっている。

【００３０】図６は図５（Ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
図６において、１０はガラス基板、５は回折格子であ
り、これらのガラス基板１０と回折格子５が回折手段１
４を構成している。６は液晶パネルであり、液晶パネル
６は、ガラス基板１５、ブラックマトリックスに形成さ
れた薄膜トランジスタ１６、液晶１７、透明電極１８、
ガラス基板１９および偏光板２０により構成されてい
る。回折格子５と液晶パネル６は明示されていないが、
その間隔Ｌがコリメートレンズ４に近い側で狭く、コリ
メートレンズ４に遠い側で広くなるように配置されてい
る。ガラス基板１０を透過して、回折格子５に所定の入
射角度で入射した光は、回折格子５で回折されて分光
し、赤色光２１はＲの開口部１１の中心に、緑色光２２
はＧの開口部１２の中心に、青色光２３はＢの開口部１
３の中心にそれぞれ入射する。薄膜トランジスタ１６の
オンオフ制御で透明電極１８が駆動制御され、液晶１７
が持っている光の偏光方向を調整する特性により偏光板
２０での透過率が各開口部１１，１２，１３を通過する
光ごとに制御される。

【００３１】図７は回折格子５から分光して液晶パネル
６に入射するときの入射位置のずれの説明図である。図
７（Ｂ）に示すように、液晶パネル６のＲＧＢのそれぞ
れの開口部１１，１２，１３は４５μｍの間隔Ｌ１の周
期で配列されており、回折格子５から液晶パネル６の開
口部１１，１２，１３までの間隔Ｌ２が７００μｍであ
る。空間周波数１１４４本／ｍｍの回折格子５に３８．
６度の入射角（θ）で平行光２４が入射される時、回折
格子５で分光された光の５４５ｎｍの波長の緑色光２２
はＧの開口部１２の中心を通り、さらに４６０ｎｍの波
長の青色光２３はＢの開口部１３の中心を、６３０ｎｍ
の波長の赤色光２１はＲの開口部１１の中心を通る。回
折格子５が開口部１１，１２，１３の位置に焦点を結ぶ
ようなレンズ機能を持つことも可能である。このとき、
回折格子５の空間周波数は分布を持っており平均の空間
周波数が約１１４４本／ｍｍとなる。

【００３２】図７（Ｃ）に示すようにコリメートレンズ
４によって約３０度屈折された光が回折格子５に入射す
る場合、入射光の波長分散の大きさは波長が４６０ｎｍ
と６３０ｎｍの青色光２３と赤色光２１の間では約０．
７°になる。この波長分散を持った光がコリメートレン
ズ４に最も近い位置の回折格子５に入射するとき、回折
格子５で分光された４６０ｎｍの青色光２３は液晶パネ
ル６のＢの開口部１３の中心から約２．２μｍだけＧの
開口部１２から離れる方向にずれた位置に入射され、６
３０ｎｍの赤色光２１は液晶パネル６のＲの開口部１１
の中心から約２．２μｍだけＧの開口部１２から離れる
方向にずれた位置に入射される。これによって、Ｂの開
口部１３を透過する光は本来の青色からわずかに水色に
ずれ、Ｒの開口部１１を透過する光は本来の赤色からわ
ずかに橙色にずれる。ここで、液晶パネル６の開口部１
１，１２，１３と回折格子５の間の間隔が本来の７００
μｍから３２μｍの間隔Ｌ３だけ短い６６８μｍの間隔
Ｌ４であれば、ＢとＲの開口部１３，１１の中心に４６
０ｎｍと６３０ｎｍの波長の青色光２３、赤色光２１を
入射することができる。したがって、所定の青色と赤色
を表示することが可能となる。すなわち、液晶パネル６
と回折格子５の間隔Ｌ４をコリメートレンズ４に近い側
では狭くすると、色むらは生じない。

【００３３】一方、図７（Ａ）に示すように、コリメー
トレンズ４から遠い側の回折格子５においては、回折格
子５による分光の大きさが小さくなっており、これによ
って４６０ｎｍと６３０ｎｍの波長の青色光２３と赤色
光２１はＢとＲの開口部１３，１１の中心からそれぞれ
約２．２μｍだけＧ側に偏った位置に入射される。ここ
で、液晶パネル６の開口部１１，１２，１３と回折格子
５の間の間隔が本来の７００μｍから３６μｍの間隔Ｌ
５だけ長い７３６μｍの間隔Ｌ６であれば、ＢとＲの開
口部１３，１１の中心に４６０ｎｍと６３０ｎｍの波長
の光を入射することができ、所定の青色と赤色を表示す
ることが可能となる。すなわち、液晶パネル６と回折格
子５の間隔Ｌ６を広くすると、色むらは生じない。

【００３４】このように、液晶パネル６と回折格子５を
ウェッジ角を付けて配置することによって、ＲＧＢの開
口部１１，１２，１３のそれぞれにほぼ所定の波長の光
を入射させることができ、表示画面の色むらを生じさせ
ないまたは許容範囲に収めることができる。ここで、回
折格子５と液晶パネル６の間隔Ｌ４，Ｌ６を厳密に６６
８ｎｍから７３６ｎｍまでに調節する必要はなく、色む
らが許容範囲に収まる程度に調節すれば良い。

【００３５】図８（Ａ），（Ｂ）は回折格子５と液晶パ
ネル６との張合せの説明図である。図８（Ａ），（Ｂ）
において、液晶パネル６と回折格子５の間隔Ｌを制御す
るために、液晶パネル６と回折格子５を張り合わせる接
着剤に混入するスペーサ２５の大きさを調整する。コリ
メートレンズ４に遠い側であって液晶パネル６と回折格
子５の間隔Ｌを広げたい部分では直径の大きいスペーサ
２５を混入し、コリメートレンズ４に近い側であって間
隔Ｌを狭くしたい部分では直径の小さいスペーサ２５を
混入する。スペーサ２５の大きさに対応して液晶パネル
６と回折格子５の接着層の厚さが変化するので間隔Ｌに
勾配をつけることができる。すなわち間隔Ｌは、コリメ
ートレンズ４に遠い側からコリメートレンズ４に近い側
に向かうにしたがって、次第に狭くなっている。接着剤
に混入するスペーサ２５としてはビーズを用いれば良
い。コリメートレンズ４に遠い側では直径が大きいビー
ズを用い、コリメートレンズ４に近い側では直径が小さ
いビーズを用い、コリメートレンズ４に遠い側から近い
側に向かうにつれてビーズの直径を除々に小さくする。

【００３６】回折格子５が液晶パネル６の開口部１１，
１２，１３に焦点を結ぶ機能を持つ場合には、回折格子
５の焦点距離が液晶パネル６と回折格子５の間隔Ｌに応
じて変化することが有効である。回折格子５で分光され
た光が液晶パネル６の開口部１１，１２，１３に焦点を
結ぶことによって開口部１１，１２，１３を通過する光
量が増える効果がある。ここで、回折格子５の焦点距離
がコリメートレンズ４から遠ざかるにしたがい順次長く
して、全ての領域の回折格子５が液晶パネル６の位置に
焦点を結ぶようにすれば、表示画面の明るさを向上する
ことができる。

【００３７】図９は本発明の他の実施形態を説明する説
明図である。図９において、３はピンホール部であり、
ピンホール部３で集光された光は、ピンホール部３を通
過してコリメートレンズ４に出射される。コリメートレ
ンズ４に入射する入射光は、コリメートレンズ４により
平行光に変換されて、回折格子５に出射される。コリメ
ートレンズ４の端部にある角度で入射する入射光は、コ
リメートレンズ４を通過するとき、波長分散が生じる。
コリメートレンズ４の中心に入射する入射光の場合に
は、コリメートレンズ４を通過するとき、波長分散は生
じない。コリメートレンズ４の端部での波長分散は、波
長が４６０ｎｍの青色光２６と６３０ｎｍの赤色光２７
の間で所定角度θ１（１．０度）まで許容される。コリ
メートレンズ４に波長分散に起因する画面内の色むら
は、１．０度以下のように波長分散が小さければ許容可
能になる。波長分散を低減するためには、Ｆナンバーが
大きいレンズをコリメートレンズ４に使用して、コリメ
ートレンズ４の端部での光の屈折角度を小さくすれば良
い。

【００３８】次に、コリメートレンズ４の波長分散が
１．０度まで許容される理由を説明する。図１０は色度
図である。図１０において、横軸はスモールユー（ｕ）
のダッシュを示し、縦軸はスモールブイ（ｖ）のダッシ
ュを示す。２８は単一波長の光の色を示す。単一波長の
光の色２８の左上端部は緑を、右上端部は赤を、下端部
は青をそれぞれ示す。色ずれの許容範囲は、色度向上に
おいておよそ０．０２と言われている。例えば、青の点
２９から３６０度方向の０．０２が色ずれの許容範囲３
０である。コリメートレンズ４の波長分散によるスクリ
ーン内での色むらは、表示画面の左右方向に分布を持つ
という特徴がある。したがって、図１１に示すように、
スクリーン９の表示画面の中央、例えば青の中央を基準
とすると、画面の両端部でそれぞれ０．０１ずれたとき
に許容限界となる。

【００３９】図１２は赤色の色ずれの許容限界の説明図
である。図１２において、液晶パネル６のＲＧＢの開口
部１１，１２，１３の間隔Ｌ１を４５μｍ、回折格子５
と開口部１１，１２，１３の間の間隔Ｌ２を７００μｍ
とし、ＲＧＢの各開口部１１，１２，１３の中心にはそ
れぞれ６３０ｎｍ，５４５ｎｍ，４６０ｎｍの赤色光２
１、緑色光２２、青色光２３が入射するとする。

【００４０】Ｒの開口部１１中心に６３０ｎｍからΔλ
ずれた波長の光が入射するとき、Ｒの開口部１１を通過
する光の色は色度図上の６３０ｎｍ付近のΔλの波長差
に相当する色の変化を生じる。色の変化量が色度図上で
０．０１の色の変化量は波長が６３０ｎｍ付近において
は１０ｎｍに相当する。つまり、あるＲの開口部１１で
は６３０ｎｍの波長の光が開口部１１の中心に入射し
て、さらに別のＲの開口部１１では６２０ｎｍの光が開
口部１１中心に入射するとき、これらの画素の間の色ず
れが許容限界となる。

【００４１】空間周波数が１１４４本／ｍｍの回折格子
５においては６３０ｎｍの波長の赤色光２１が３８．６
度の入射角度θで入射した時にＲの開口部１１の中心に
入射する。今、波長が６２０ｎｍの光２１ＡがＲの開口
部１１中心に入射する場合には回折格子５への光の入射
角度は当初の３８．６度から約０．７５度の角度θ２小
さい時である。したがって、赤色の波長域の光が回折格
子５に入射する時の入射角度の変化量は、赤色の表示色
のばらつきを許容範囲に収めるために約０．７５度まで
許容できる。

【００４２】図１３は青色の色ずれの許容限界の説明図
である。図１３において、Ｂの開口部１３中心に入射す
る４６０ｎｍの波長域においては、色度図上の０．０１
の色ずれは３ｎｍの波長差に相当する。したがって、Ｂ
の開口部１３の中心に４６０ｎｍから３ｎｍだけ異なっ
た波長の青色光２３Ａが入射する時に色ずれの許容限界
となる。

【００４３】空間周波数が１１４４本／ｍｍの回折格子
５においては４６０ｎｍの波長の青色光２３が３８．６
度の入射角度θで入射した時にＢの開口部１３の中心に
入射する。今、波長が４６０ｎｍから３ｎｍだけ長い４
６３ｎｍの光２３ＡがＢの開口部１３の中心に入射する
ためには回折格子５への光の入射角度は当初の３８．６
度の入射角度θから０．２５度の角度θ３だけ大きい場
合である。したがって、青色の波長域の光が回折格子５
に入射する時の入射角度の変化量は、青色の表示色のば
らつきを許容範囲に収めるためには約０．２５度の角度
θ３まで許容できる。

【００４４】以上からコリメータレンズ４の波長分散は
波長が４６０と６３０ｎｍの赤色光２１と青色光２３の
間で１．０度まで許容される。図１４はレンズ端部の波
長分散とＦナンバーとの関係を示すグラフである。図１
４において、コリメートレンズ４のレンズ端部の波長分
散が１．０度となるときのＦナンバーはおよそ０．６で
ある。したがって、コリメートレンズ４としてＦナンバ
ーが０．６以上のものを使用すれば表示画面の色むらを
許容範囲に収めることができる。

【００４５】図１５はレンズ端部の屈折角度の説明図で
ある。図１５において、３１はレンズ、Ｄはレンズ３１
の直径、θ４はレンズ端部の屈折角度、ｆは焦点距離を
それぞれ示す。レンズ端部の屈折角度θ４は、ｔａｎ^-1
（１／２Ｆ）で示される。ＦはＦナンバーを示し、ｆ／
Ｄである。図１６はレンズ端部の光の屈折角度とＦナン
バーの関係を示したグラフである。

【００４６】図１６において、Ｆナンバーが０．６のと
きのレンズ端部の屈折角度θ４は、およそ４０度であ
る。したがって、コリメータレンズ４のレンズ端部の屈
折角度を所定値（４０度）以下とすれば、表示画面の色
むらを許容範囲に収めることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、回折格子と液晶パネルの開口部との間隔を、レンズ
に近い側で狭く、レンズに遠い側で広くするようにした
ため、表示画面に色むらが生じない、または色むらを許
容できる。また、レンズに近い側で直径が小さく、レン
ズに遠い側で直径が大きいスペーサを用いるため、間隔
を容易に制御することができる。さらに、レンズの端部
の光の屈折角度を所定値以下とし、Ｆナンバーが所定値
以上のものを用いるため、表示画面の色むらを許容範囲
に収めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す全体構成図

【図２】一個の回折格子を示す図

【図３】回折格子の部分拡大断面図

【図４】回折格子の部分拡大正面図

【図５】回折格子と液晶パネルよりなる表示生成部を示
す図

【図６】図５（Ｃ）のＡ−Ａ断面図

【図７】分光の入射位置のずれの説明図

【図８】回折格子の張合せの説明図

【図９】本発明の他の実施形態を説明する説明図

【図１０】色度図

【図１１】画面の端部でのずれの説明図

【図１２】赤色のばらつきの許容限界の説明図

【図１３】青色のばらつきの許容限界の説明図

【図１４】レンズ端部の波長分散とＦナンバーとの関係
を示すグラフ

【図１５】レンズ端部の屈折角度の説明図

【図１６】レンズ端部の光の屈折角度とＦナンバーとの
関係を示すグラフ

【図１７】従来例を示す全体構成図

【図１８】回折格子の説明図

【図１９】波長と屈折率の関係を示す図

【図２０】コリメートレンズの波長分散の説明図

【図２１】従来例の問題点を説明する説明図

【符号の説明】

１：ランプ（光源） ２：反射鏡 ３：ピンホール部 ４：コリメートレンズ（レンズ） ５：回折格子 ５Ａ：一個の回折格子 ５Ｂ：屈折率が低い樹脂 ５Ｃ：屈折率が高い樹脂 ６：液晶パネル ７：表示生成部 ８：投影レンズ ９：スクリーン １０，１５，１９：ガラス基板 １１：Ｒの開口部 １２：Ｇの開口部 １３：Ｂの開口部 １４：回折手段 １６：薄膜トランジスタ １７：液晶 １８：透明電極 ２０：偏光板 ２１，２７：赤色光 ２１Ａ，２３Ａ：光 ２２：緑色光 ２３，２６：青色光 ２４：平行光 ２５：スペーサ ２８：単一波長の光の色 ２９：点 ３０：色ずれの許容範囲 ３１：レンズ Ｌ，Ｌ１〜Ｌ６：間隔 θ：入射角度 θ１，θ２，θ３：角度 θ４：屈折角度 Ｄ：レンズ直径 ｆ：焦点距離

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤緑青の三原色に対応した画素を周期的に
   配置した液晶パネルと、 該液晶パネルの各赤緑青の開口部に対して白色光を分光
   して異なる波長域の光を入射させる回折格子と、 光源が発光した光を平行光として前記回折格子に入射さ
   せるレンズを備えた液晶投影表示装置において、 前記回折格子と前記液晶パネルの開口部との間隔を、前
   記レンズに近い側で狭く、前記レンズに遠い側で広くし
   たことを特徴とする液晶投影表示装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶投影表示装置におい
   て、 前記間隔を制御する部材として前記レンズに近い側で直
   径が小さく、前記レンズに遠い側で直径が大きいスペー
   サを用いたことを特徴とする液晶投影表示装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の液晶投影表示装置におい
   て、 前記スペーサは前記液晶パネルと前記回折格子を張り合
   わせる接着剤に混入される直径の異なるビーズでなるこ
   とを特徴とする液晶投影表示装置。
4. 【請求項４】赤緑青の三原色に対応した画素を周期的に
   配置した液晶パネルと、 該液晶パネルの各赤緑青の開口部に対して白色光を分光
   して異なる波長域の光を入射させる回折格子と、 光源が発光した光を平行光として前記回折格子に入射さ
   せるレンズを備えた液晶投影表示装置において、 前記レンズの端部の光の屈折角度を所定値以下にしたこ
   とを特徴とする液晶投影表示装置。
5. 【請求項５】赤緑青の三原色に対応した画素を周期的に
   配置した液晶パネルと、 該液晶パネルの各赤緑青の開口部に対して白色光を分光
   して異なる波長域の光を入社させる回折格子と、 光源が発光した光を平行光として前記回折格子に入射さ
   せるレンズを備えた液晶投影表示装置において、 前記レンズとしてレンズ端部の波長分散が１．０度以下
   となるＦナンバーが０．６以上のものを使用することを
   特徴とする液晶投影表示装置。