KR100697105B1 - 광 변조 소자 및 화상 투사 표시 장치 - Google Patents

광 변조 소자 및 화상 투사 표시 장치 Download PDF

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Abstract

간단하고 또한 콤팩트한 구성으로 조립이나 조정이 용이한 동시에, 발열량을 증대시키지 않고 고휘도(高輝度)의 컬러 화상 표시를 가능하게 한다.
액정 패널의 3개의 화소 전극부마다 집광용의 마이크로 렌즈와 진행 방향 변환용의 마이크로 렌즈를 설치한다. 마이크로 렌즈에 의해 집광된 B광 및 G광의 진행 방향을 마이크로 렌즈에 의해 변화시켜, 각 주광선(主光線)을 화소 전극부에 수직으로 입사시킨다. 마이크로 렌즈를 통과한 각 색광은 대응하는 화소 전극부 상에 초점을 맺는다. 마이크로 렌즈는 배율 1의 릴레이 광학계를 구성하고, 각 화소 전극부에서 반사한 광은 동일 마이크로 렌즈에 의해 평행 광속(光束)으로 변환되어, 액정 패널로부터 출사된다. 액정 패널로부터의 출사광은 각 색광 모두 입사 방향으로 향한다.
액정 패널, 화소 전극부, 마이크로 렌즈, 평행 광속, 출사광.

Description

광 변조 소자 및 화상 투사 표시 장치{LIGHT MODULATING DEVICE AND VIDEO DISPLAY PROJECTOR}
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치에 있어서의 광학계(系)의 전체 구성을 나타낸 평면도.
도 2는 도 1에 나타낸 액정 패널의 주요부 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1에 나타낸 액정 패널의 주요부 구조를 나타낸 평면도.
도 4는 도 2에 나타낸 액정 패널에 있어서의 화소 전극부 부근의 구조를 나타낸 확대 단면도.
도 5는 도 1에 나타낸 액정 패널에 있어서의 전체적인 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 6은 도 1에 나타낸 액정 패널에 있어서의 부분적인 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 7은 비교예로서의 액정 패널의 주요부 구성을 나타낸 단면도.
도 8은 도 7에 나타낸 액정 패널의 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 9는 도 2 및 도 3에 나타낸 액정 패널의 변형예를 나타낸 단면도.
도 10은 도 2 및 도 3에 나타낸 액정 패널의 다른 변형예를 나타낸 단면도.
도 11은 도 2 및 도 3에 나타낸 액정 패널의 또 다른 변형예를 나타낸 단면 도.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치에 사용되는 액정 패널의 주요부 구조를 나타낸 단면도.
도 13은 도 12에 나타낸 액정 패널의 작용을 설명하기 위한 설명도.
도 14는 도 2 및 도 9 내지 도 12에 나타낸 액정 패널에 있어서의 화소 전극부 및 마이크로 렌즈의 다른 배열예를 나타낸 평면도.
도 15는 도 1에 나타낸 화상 투사 표시 장치의 광학계의 일 변형예를 나타낸 평면도.
도 16은 도 1에 나타낸 화상 투사 표시 장치의 광학계의 다른 변형예를 나타낸 평면도.
본 발명은 화상 신호에 따라 화소마다 광을 변조하여 화상 표시를 가능하게 하는 광 변조 소자에 관한 것이며, 특히 단판(單板)만으로 컬러 표시가 가능한 광 변조 소자 및 그것을 사용한 화상 투사 표시 장치에 관한 것이다.
액정 소자 등의 광 변조 소자를 사용한 화상 표시 장치에는, 직시형(直視型) 표시 장치 외에, 스크린에 투영하여 표시를 행하는 액정 프로젝터 등의 화상 투사 표시 장치가 있다. 이 화상 투사 표시 장치는 컬러 표시에 사용되는 3개의 색광을 광 변조 소자의 각 색에 대응하는 화소로 인도하고, 여기에서 화상 신호에 따른 광 변조를 행한 후 스크린 상에 투영시켜 컬러 화상의 표시를 행하는 것이다. 이와 같은 광 변조 소자로서 액정 표시 소자(이하, 액정 패널이라고 함)를 사용한 화상 투사 표시 장치는 적색(Red=R), 녹색(Green=G), 청색(Brue=B)의 3색의 색 분리 수단을 구비한 액정 패널을 1장 사용하여 구성한 단판 방식과, 색 분리 수단을 구비하고 있지 않은 액정 패널을 R, G, B의 각 색 광로마다 각각 배치하여 전체 3장의 액정 패널을 사용하여 구성한 3판 방식으로 대별된다.
이 중, 3판 방식에서는 R, G, B용의 3매의 액정 패널이 필요하므로, 장치 코스트가 비싸지고, 또 각 색용의 액정 패널 외에, 이들에 의해 형성된 각 색의 화상을 합성하기 위한 비교적 큰 사이즈의 프리즘이나 미러 등이 필요하게 되므로, 장치 내에 쓸데없는 공간이 생겨, 콤팩트화가 곤란하게 된다. 또, 3장의 액정 패널을 배치할 때의 위치나 각도의 조정이 용이하지 않고, 또한 3장의 액정 패널 중 1장이라도 갭(gap) 불균일(액정층 두께의 불균일성)이 있으면, 합성 후의 표시 화상에 휘도(輝度) 불균일이 생겨 이것이 색 불균일로서 나타나게 되기 때문에, 모든 액정 패널에 대하여 갭의 균일성을 엄격히 유지할 필요가 있어, 제조 상의 곤란을 수반한다.
이와 같은 이유 때문에, 최근에는 단판 방식의 화상 투사 표시 장치가 주목되고 있다. 이 단판 방식의 화상 투사 표시 장치는 백색 광원으로부터 방사(放射)되는 광을 액정 패널 상에 구비된 색 분리 수단에 의해 적색, 녹색, 청색의 3원색의 색광으로 분광하여, 이들 각 색광을 규칙적으로 배열된 각 색용 화소(액정 셀)에 입사시키는 동시에, 이들 각 입사 색광을 각각 화상 신호에 따라 공간적으로 변조하여 투과 출력하도록 한 것이다. 이 경우의 색 분리 수단으로서는, 종래부터 컬러 필터 등이 사용되고 있으며, 구조가 간단하고 소형화·경량화 및 저가격화가 용이하지만, 한편 컬러 필터의 광 흡수에 의한 발열량이 많으므로, 고휘도화가 곤란하다. 또, 이 경우에는 액정 패널의 충분한 냉각이 필요 불가결하게 되는 등, 장치 구성이 복잡화 및 대형화된다.
이 문제에 대처하기 위해, 예를 들면 일본국 특개평 4(1992)-60538호 공보 또는「ASIA DISPLAY '95, p887」에는, 컬러 필터를 사용하지 않고 컬러 표시를 가능하게 한 단판 방식의 컬러 액정 표시 장치(이하, 단판 CF레스 방식 컬러 액정 표시 장치라고 함)가 제안되어 있다. 이 장치는 3개의 화소마다 1개의 집광용 마이크로 렌즈를 대향 배치하고, 이 마이크로 렌즈의 각각에 각각 상이한 방향으로부터 B, R, G의 각 색광을 입사시켜 집광하고, 그 출사광을 B, R, G의 각색에 대응한 화소에 각각 입사시키도록 한 것이며, 컬러 필터를 사용하지 않으므로 광 흡수가 적고, 나아가 화소와 화소와의 사이의 영역(화소 구동용 스위칭 소자가 형성된 블랙 매트릭스 부분)에 입사한 광도 유효하게 이용할 수 있어 실질적인 개구율이 높아지므로, 고휘도화가 가능하다. 그리고, 여기에서 말하는 개구율이란 유효 표시 영역에서 차지하는 표시 화소의 비율을 말한다.
그러나, 상기한 종래의 단판 CF레스 방식에서는, 투과형의 액정 패널을 사용하고 있으므로, 표시 화소의 영역(화소 전극이 차지하는 부분과 거의 동일함)과 블랙 매트릭스 영역이 서로 겹치는 것은 허용되지 않아, 결국 블랙 매트릭스 영역의 존재가 개구율을 저하시켜, 고휘도화의 장해로 되어 있는 것에는 변함이 없었다.
이와 같이, 종래의 마이크로 렌즈를 사용한 단판 CF레스 방식 컬러 액정 표시 장치에서는 투과형의 액정 패널이 사용되고 있어, 개구율의 향상이 더 한층 곤란했다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 간단하고 또한 콤팩트한 구성으로 조립이나 조정이 용이한 동시에, 발열량을 증대시키지 않고 고휘도의 컬러 화상 표시를 가능하게 하는 광 변조 소자 및 그것을 사용한 화상 투사 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광 변조 소자는, 복수 색광(色光)의 각각에 대응하게 되어 2차원적으로 배열되는 동시에, 입사하는 광을 반사 가능하게 형성된 복수의 화소(畵素) 전극과, 복수 색광에 대응하게 된 일군(一群)의 화소 전극마다, 이들 일군의 화소 전극 마다에 대향하는 위치에 배치되는 동시에, 서로 상이한 방향으로부터 입사하는 각 색광을, 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광하는 집광(集光) 수단과, 집광 수단에 의해 집속(集束)되는 각 색광의 진행 방향을, 그 주광선(主光線)이 화소 전극의 반사 표면과 수직이 되는 방향으로 변환하여 출사하고, 각 색광을 대응하는 화소 전극에 입사시키는 진행 방향 변환 수단과, 진행 방향 변환 수단으로부터 출사되어 고반사율 금속으로 이루어지는 화소 전극에서 반사되는 각 색광을, 화소 전극에 인가되는 화상 신호에 따라 변조(變調)하는 광 변조 수단을 구비하며, 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단을 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈 간의 거리가 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하고, 또한 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성된다. 또한, 진행 방향 변환 수단을 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용 화소 전극 상에 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성하는 것도 가능하다.
여기에서, 주광선이란 사광선속(斜光線束)의 중심 광선을 말한다. 사광선속이란 메리디오널(meridional) 광선 중에서 광축에 평행이 아닌 광선을 말한다. 메리디오널 광선이란 광축을 포함하는 면 내에 있는 광선을 말한다. 다음의 설명에서도 이 정의에 따르는 것으로 한다.
본 발명의 화상 투사 표시 장치는, 복수의 색광을 생성하는 색광 생성 수단과, 색광 생성 수단으로부터의 각 색광을 반사하는 동시에 각 색광에 대하여 화상 신호에 따른 광 변조 처리를 행하는 광 변조 소자와, 광 변조 소자로 반사되어 변조된 각 색광을 스크린 상에 투사하는 투사 수단을 구비한 화상 투사 표시 장치로서, 상기 광 변조 소자가, 복수 색광의 각각에 대응하게 되어 2차원적으로 배열되는 동시에, 입사하는 광을 반사 가능하게 형성된 복수의 화소 전극과, 복수의 색광에 대응하게 된 일군의 화소 전극마다, 이들 일군의 화소 전극 마다에 대향하는 위치에 배치되는 동시에, 서로 상이한 방향으로부터 입사하는 각 색광을, 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광하는 집광 수단과, 집광 수단에 의해 집속되는 각 색광의 진행 방향을, 그 주광선이 화소 전극의 반사 표면과 수직이 되는 방향으로 변환하여 출사하고, 각 색광을 대응하는 화소 전극에 입사시키는 진행 방향 변환 수단과, 진행 방향 변환 수단으로부터 출사되어 화소 전극에서 반사되는 각 색광을, 화소 전극에 인가되는 화상 신호에 따라 변조하는 광 변조 수단을 포함하며, 광 변조 소자의 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단을 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈 간의 거리가 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하고, 또한 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 진행 방향 변환 수단을 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용 화소 전극 상 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 광 변조 소자 또는 화상 투사 표시 장치에서는, 복수의 화소 전극마다 설치된 집광 수단에 대하여 서로 상이한 방향으로부터 입사한 각 색광은, 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광되고, 또한 진행 방향 변환 수단에 의해, 그 주광선이 화소 전극의 반사 표면과 수직으로 되는 방향으로 진행 방향이 변환되어, 대응하는 화소 전극에 입사된다. 화소 전극에 입사한 각 색광은 그곳에서 반사된다. 그동안, 각 색광은 광 변조 수단에 의해 화소 전극에 인가되는 화소 신호에 따라 변조된다. 이 경우, 반사 광속의 주광선 방향은 입사 광속의 주광선 방향과 거의 일치한다.
특히, 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단을 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈 간의 거리가 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하고, 또한 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성한 경우, 또는 진행 방향 변환 수단을 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용 화소 전극 상 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성한 경우에는, 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단은 릴레이 광학계(系)를 구성하게 되고, 화소 전극에서 반사한 각 색광선은 주광선에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진(逆進)하여 출사된다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치의 광학계의 개략 구성을 나타낸 것으로, 장치를 바로 위에서 내려다 본 상태를 나타내고 있다. 그리고, 이 도면에서는 번잡을 피하게 위해, 주된 광선의 경로만을 그리고, 다른 것을 생략하고 있다. 이 장치는 반사형 단판 CF레스 마이크로 렌즈 방식의 화상 투사 표시 장치로서 구성된 것이며, 백색광을 방사(放射)하는 광원(11)과, 광원(11)으로부터 방사된 백색광 중 자외 및 적외 영역의 광을 제거하는, 예를 들면 다층막을 증착한 석영 유리로 이루어지는 UV/IR 컷 필터(12)와, UV/IR 컷 필터(12)를 통과 후 발산하는 광을 거의 평행의 광속으로 변환하는, 예를 들면 유리로 이루어지는 콜리메이터 렌즈(13)와, 콜리메이터 렌즈(13)로부터 출사한 광속의 단면 내 강도 분포를 균일화하기 위한, 예를 들면 유리로 이루어지는 인테그레이터(15)와, 인테그레이터(15)로부터의 발산광을 집속시키기 위한, 예를 들면 유리로 이루어지는 콘덴서 렌즈(16)를 구비하고 있다.
광원(11)은 발광체(11a)와, 예를 들면 Al로 이루어지는 회전 대칭의 오목 거울(11b)을 포함하여 구성된다. 발광체(11a)로서는, 예를들면 메탈 할라이드(metal halide)계의 램프가 사용된다. 오목 거울(11b)로서는 가능한 한 집광 효율이 양호한 형상의 것이 좋고, 예를 들면 회전 타원형 거울이나 회전 포물선형 거울 등이 사용된다. 인테그레이터(15)는 광원(11)으로부터 출사한 백색광을 확산시켜 후술하는 액정 패널(68)에서의 면 내 조도(照度) 분포를 균일화하기 위한 것이고, 예를 들면 다수의 마이크로 렌즈를 배열하여 형성한 1쌍의 렌즈 어레이(플라이 아이 렌즈), 또는 글래스 로드 등에 의해 구성된다.
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이 화상 투사 표시 장치는 또한, 콘덴서 렌즈(16)의 후방의 광로 상에 설치된, 예를 들면 다층막을 증착시킨 광학 프리즘으로 이루어지는 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter; 이하, 간략하여 PBS라고 함)(17)와, 이상의 각 광학 부재에 공통의 광축(10)과 거의 직교하는 광축(10')에 따른 광로 상에 차례로 설치된, 예를 들면 다층막을 증착한 유리로 이루어지는 다이크로익 미러(dichroic mirror)(66B, 66R, 66G)와, 광축(10')과 거의 직교하는 광축(10")에 대하여 수직이 되도록 배치된 액정 패널(68)과, PBS(17)에 관해 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)와 반대측에 설치된, 예를 들면 유리로 이루어지는 투영 렌즈(70)를 구비하고 있다.
PBS(17)는 광축(10)에 대하여 거의 45°의 각도를 이루는 편광 분리면(17a)을 가지고 있다. 이 편광 분리면(17a)은 콘덴서 렌즈(16)로부터 출사된 광축(10)과 거의 평행의 광속(光束) 중의 s 편광 성분만을, 광축(10)과 거의 직교하는 직각 방향(광축(10')과 거의 평행의 방향)으로 반사하는 동시에, p 편광 성분을 그대로 투과시키도록 되어 있다. 여기에서, p 편광 성분은 PBS(17)의 편광 분리면(17a)에 입사하는 광의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면(편광 분리면(17a)의 법선(法線)과 파면(波面) 법선(광의 진행 방향)을 포함하는 면) 내에 포함되는 직선 편광을 지칭하고, s 편광 성분은 PBS(17)의 편광 분리면(17a)에 입사하는 광의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면과 직교하는 직선 편광을 지칭한다.
다이크로익 미러(66B, 66G)는 각각 다이크로익 미러(66R)를 사이에 두고 이것으로부터 서로 역향의 방향으로 미소한 각도(여기에서는 δ라고 함)를 이루도록 조정되고 있으며, PBS(17)로부터의 s 편광 광속을 선택적으로 반사하여 B, R, G의 각 색광으로 색 분해를 하고, 각각을 액정 패널(68)에 상이한 각도로 입사시키는 기능을 가지고 있다. 이 예에서는, 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)는 R광이 액정 패널(68)에 수직으로 입사하여, B광 및 G광에 대하여 각각 〔+2δ〕,〔-2δ〕의 각도로서 액정 패널(68)에 입사하도록 배치되어 있다. 다만, 액정 패널(68)에 수직 입사하는 광이 B광( 또는 G광)이고, 수직 방향에 대하여 각각 〔+2δ〕,〔-2δ〕의 각도로 입사하는 광이 R광, G광(또는 R광, B광)이도록 배치해도 된다. 여기에서, 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)가 본 발명에 있어서의 「색광 생성 수단」에 대응한다.
액정 패널(68)은 반사형 CF레스 마이크로 렌즈 방식의 액정 표시 소자이고, 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에서 반사된 각 색광을 반사하는 동시에 각각에 대하여 화상 신호에 따른 선택적인 변조를 행하도록 되어 있다. 이와 같은 액정 패널(68)로서는, 예를 들면 이른바 전계(電界) 제어 복굴절(複屈折)(ECB) 모드로 동작하는 것이 사용 가능하다. 후술하는 바와 같이, 액정 패널(68)은 B, R, G의 각색에 대응하여 규칙적으로 2차원 배치된 화소 전극(본 도면에서는 도시하지 않음)이 형성된 화소 기판(도시하지 않음)과, 이 화소 기판과 대향하도록 하여 배치된 대향 기판(도시하지 않음)과, 화소 기판과 대향 기판과의 사이를 충진시키도록 배치된 액정층(도시하지 않음)을 포함하여 구성된다. 여기에서, 액정 패널(68)이 본 발명에서의 「광 변조 소자」에 대응한다. 그리고, 액정 패널(68)의 구조에 대하여는 상세히 후술한다.
예를 들면 유리로 이루어지는 투영 렌즈(70)는 액정 패널(68)에서 반사되고, 또한 다이크로익 미러(66)에서 반사된 각 색광 중, PBS(17)를 투과한 p 편광을 집광하여 스크린(71) 상에 투영하기 위한 것이다. 이 투영 렌즈(70)는 그 초점이 액정 패널(68)의 반사면에 일치하도록 배치되는 동시에, 액정 패널(68)과 스크린(71)이 공역 관계(conjugate relationship)가 되도록 되어 있다. 여기에서, 투영 렌즈(70)가 본 발명에서의 「투사 수단」에 대응한다.
그리고, 도 1에 나타낸 각 광학 소자에 대하여는, 도면 상에서 광축(10, 10', 10")과 직교하는 방향을 화면 수평 방향, 지면과 수직의 방향을 화면 수직 방향이라고 부르고, 다음의 설명에서도 이들 정의에 따르기로 한다.
도 2는 도 1에서의 액정 패널(68)의 한 단면 구조를 나타내고, 도 3은 액정 패널(68)의 평면 구조를 나타낸 것이다. 여기에서, 도 2는 도 3에서의 X-X' 단면에 상당한다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(68)은, 화소 기판(20)과, 이 화소 기판(20)의 전면측(前面側)(광 입사면측)에 소정 거리를 두고 대향 설치된 대향 기판(30)과, 화소 기판(20)과 대향 기판(30)에 의해 끼워진 예를 들면 네머틱(nematic) 액정으로 이루어지는 액정층(40)을 구비하고 있다. 여기에서, 주로 액정층(40)이 본 발명에서의 광 변조 수단에 대응한다.
그리고, 다음의 설명에서 전면측이란 광 입사면측을 말하고, 후면측이란 광 출사면측을 말하는 것으로 한다.
화소 기판(20)은 유리 기판(21)과, 이 유리 기판(21)의 전면측에 액정측(40)과 접하도록 하여 규칙적으로(주기적으로) 배치된 다수의, 예를 들면 Al로 이루어지는 화소 전극부(22)와, 이들 각 화소 전극부(22)에 대하여 화상 신호 전압을 각각 인가하기 위한 스위칭 소자나 배선 등이 형성된 블랙 매트릭스부(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 상기 스위칭 소자로서는, 예를 들면 박막 트랜지스터(Thin Film Transister; TFT)가 사용된다. 화소 전극부(22)는 입사한 광을 표면에서 반사시키는 반사 전극으로서 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 각 화소 전극부(22)는 도 3에 나타낸 바와 같이 폭이 좁고 길이가 긴 형상을 이루고 있으며, 이들이 스트라이프형으로 배열되어 있다. 각 화소 전극부(22)는 B, R, G 중 어느 하나의 색광용으로 할당되어 있다. 여기에서, B, R, G의 각 색광용 화소 전극부(22)를 각각 PB, PR, PG로 기록하기로 하면, 각 화소 전극부(22)는 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 하나의 방향(도면에서는 좌로부터 우로 향하는 방향)에 따라 PB, PR, PG라고 하는 순서로 반복 배열이 이루어지고 있다. 그리고, 화소 전극부(22)의 상세한 구조에 대하여는 후술한다.
대향 기판(30)은 유리 기판(34)과, 이 유리 기판(34)의 후면측에 형성된 복수의, 예를 들면 유기수지로 이루어지는 마이크로 렌즈(35)와, 이 마이크로 렌즈(35)의 후면측에 형성된 투명한, 예를 들면 유기수지로 이루어지는 수지층(36)을 구비하고 있다. 이 수지층(36) 중, 후면측의 부분은 복수의 마이크로 렌즈(33)를 이루도록 형성되어 있다. 수지층(36)의 후면측에는, 다른 투명한 예를 들면 유기수지로 이루어지는 수지층(31)이 형성되어 있다. 이 수지층(31)의 후면측은, 예를 들면 CMP법(화학 기계 연마법) 등을 사용하여 연마되어 있으며, 그 위에 예를 들면 ITO로 이루어지는 대향 전극(32)이 형성되어 있다. 이 경우, 수지층(31)에 대한 대향 전극(32)의 밀착성을 높이기 위해, 수지층(31)의 위에 예를 들면 투명한 이산화 실리콘막 등을 형성한 후 그 위에 대향 전극(32)을 형성하도록 해도 된다. 여기에서, 마이크로 렌즈(35)가 본 발명에서의 「집광 수단」및 「제1 렌즈」에 대응하고, 마이크로 렌즈(33)가 본 발명에서의 「진행 방향 변환 수단」및 「제2 렌즈」에 대응한다.
대향 전극(32)은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전막으로 형성되고, 일정한 전위(예를 들면 접지 전위)로 고정되어 있다. 마이크로 렌즈(35)는, 3개의 화소 전극부 PB, PR, PG(22)의 조(組)에 대하여 하나씩, 이들 일군의 화소 전극부 마다에 대향하는 위치에, 형성된 집광용 렌즈이다. 도 2의 예에서는, 각 마이크로 렌즈(35)는 유리 기판(34)의 후면 상에 돌출하도록 하여 형성된 것이며, 전면측이 평면을 이루고 후면측이 철면(凸面)을 이루는 평철(平凸) 렌즈를 구성하고 있다. 한편, 마이크로 렌즈(33)는 3개의 화소 전극부 PB, PR, PG의 조에 대하여(즉, 하나의 마이크로 렌즈(35)에 대응하여) 하나씩 형성된 진행 방향 변환용 렌즈이다. 도 2의 예에서는, 각 마이크로 렌즈(33)는 상기와 같이 수지층(31)의 일부로서 일체로 형성된 것이며, 마이크로 렌즈(35)와 동일하게, 전면측이 평면을 이루고 후면측이 철면을 이루는 평철 렌즈를 구성하고 있다.
마이크로 렌즈(33)는, 예를 들면 CD-ROM(독출 전용 CD)과 동일한 스탬퍼 방식에 의해 수지를 사용하여 유리 기판(34) 상에 부가적으로 형성 가능하다. 수지층(31)은, 예를 들면 사출 성형법 등에 의해 형성 가능하다. 그리고, 수지층(36)은 예를 들면 마이크로 렌즈(35)가 형성된 유리 기판(34)과 수지층(31)과의 사이를 맞추어 붙이기 위한 접착용 수지층으로서 형성 가능하다. 다만, 그 밖의 방법에 의해서도 형성 가능하다. 예를 들면, 수지층(31)에 대신하여 유리 기판을 사용하고, 이 유리 기판의 전면에, 드라이 에칭이나 웨트 에칭 등에 의해, 마이크로 렌즈(33)를 구성하는 곡면을 형성하도록 해도 된다. 또, 수지층(36)에 대신하여 유리 기판을 사용하고, 이 유리 기판의 전면 및 후면에, 드라이 에칭이나 웨트 에칭 등에 의해, 마이크로 렌즈(33, 35)를 구성하는 곡면을 형성하도록 해도 된다. 그리고, 유리 기판(34) 대신에 예를 들면 석영 기판 등을 사용하는 것도 가능하다.
각 마이크로 렌즈(33, 35)는 각각의 광축이 각 화소 전극부(12)의 중심을 통하도록 설치되어 있다. 또, 각 마이크로 렌즈(33, 35)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 구면(球面) 또는 그에 가까운 형상의 비구면으로 이루어지는 철면을 가지고 있지만, 그 외측 둘레의 형상(평면 형상)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 3개의 화소 전극부 PB, PR, PG가 차지하는 영역에 대응한 직사각형 형상으로 되어 있다. 마이크로 렌즈(35)와 마이크로 렌즈(33)와의 사이의 거리(엄밀하게는, 각 마이크로 렌즈의 주점(主点) 간 거리) L은 마이크로 렌즈(33)로부터 출사한 각 색광이 화소 전극부(12)에 수직으로 입사하도록 하기 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 진행 방향 변환용 마이크로 렌즈(33)의 초점 거리 f2와 동일하게 설정되어 있다. 또한, 마이크로 렌즈(35) 및 마이크로 렌즈(33)로 이루어지는 조합 렌즈계의 합성 초점 위치는 화소 전극부(22)의 반사면에 일치하도록 설정되어 있다.
마이크로 렌즈(35)와 마이크로 렌즈(33)와의 사이의 거리 L은, 다음의 (1)식을 충족시키도록 설정되어 있다. 여기에서, p는 화소 전극부(22)의 배열 피치이다.
L×tan(2δ) = p …… (1)
마이크로 렌즈(35, 33)는 모두 집광 능력을 가지도록 구성되어 있다. 구체적으로는 다음의 (2)식을 충족시키도록 되어 있다.
n1＞n0, n1＞n2＞n3 …… (2)
여기에서, n0, n1, n2, n3은 각각 유리 기판(34), 마이크로 렌즈(35), 수지층(36), 수지층(31)의 굴절율이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 각 마이크로 렌즈(35)에는 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G(도 1))에 의해 백색광으로부터 색 분리하여 얻어진 B, G, R 3개의 광속이 서로 상이한 방향으로부터 입사하도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 도면에 나타낸 바와 같이, R광은 마이크로 렌즈(35)의 광축(50)과 평행의 방향으로부터 액정 패널(68)과 수직으로 입사하고, B광은 마이크로 렌즈의 광축(50)과 각도 2δ를 이루도록 하여 입사하고, G광은 B광과는 반대의 방향으로부터 마이크로 렌즈(35)의 광축(50)과 각도 2δ를 이루도록 하여 입사하도록 되어 있다. 그리고, 도 5에서는 광선과의 혼동을 회피하기 위해, 단면을 나타내는 사선의 도시를 생략하고 있다.
도 4는 도2에서의 화소 전극부(22) 및 그 부근의 확대 단면 구조를 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 화소 전극부(22)는 TFT(100)와, 화소 전극(110)을 포함하고 있다. TFT(100)는 유리 기판(21) 상에 선택적으로 형성되고, 주로 TFT(100)의 채널 영역으로서 기능하는, 예를 들면 폴리실리콘으로 이루어지는 활성층(101)과, 활성층(101) 상의 대략 중앙 영역에 선택적으로 차례로 적층되어 형성된 게이트 절연막(102) 및 게이트 전극(103)과, 활성층(101)의 드레인 영역에 접속된 드레인 전극(105a)과, 활성층(101)의 소스 영역에 접속된 소스 전극(105b)을 구비하고 있다. 게이트 전극(103)은, 예를 들면 불순물을 도핑한 다결정 실리콘(폴리실리콘)이나 폴리실리사이드 등으로 형성되고, 게이트 절연막(102)은 예를 들면 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(Si3N4) 등으로 형성되고, 드레인 전극(105a) 및 소스 전극(105b)은, 예를 들면 알루미늄 등으로 형성되어 있다. 여기에서, 화소 전극(110)이 본 발명에서의 「화소 전극」에 대응한다.
활성층(101), 게이트 절연막(102) 및 게이트 전극(103)으로 이루어지는 게이트 구조는 예를 들면 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지는 절연층(104)에 의해 덮여 있다. 이 절연막(104)에는 활성층(101)의 드레인 영역 및 소스 영역에 달하는 콘택트 홀이 각각 형성되고, 그 각각에 드레인 전극(105a) 및 소스 전극(105b)이 충진된 형으로 되어 있다. 절연층(104), 드레인 전극(105a) 및 소스 전극(105b)은, 예를 들면 절연막으로 이루어지는 평탄화층(106)에 의해 덮여 있다. 이 평탄화층(106)의 위에는, 예를 들면 감광성의 유기 블랙층(107)이 전체면에 형성되고, 또한 이 유기 블랙층(107)의 위에, 예를 들면 알루미늄, 금(Au) 또는 은(Ag) 등의 고반사율 금속으로 이루어지는 화소 전극(110)이 선택적으로 형성되어 있다. 다만, 화소 전극(110)을 보다 낮은 반사율의 금속층과, 이 금속층의 위에 유전(誘電) 다층막 등에 의해 형성한 고반사층에 의해 구성하도록 해도 된다. 유기 블랙층(107)은 화소 전극(110)이 형성되어 있지 않은 영역으로부터 광이 하층부에 입사하여 TFT(100)를 오동작시키는 것 등을 방지하기 위한 것으로, 예를 들면 후지헌트사의 컬러 모자이크 CK-2000 등을 사용하여 형성된다.
평탄화층(106) 및 유기 블랙층(107)에는, 이들을 관통하여 소스 전극(105b)의 상면에 달하는 콘택트 홀이 형성되어 있다. 그리고, 이 콘택트 홀에 채워진 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 등으로 이루어지는 접속 플라그층(109)에 의해 소스 전극(105b)과 화소 전극(110)이 전기적으로 접속되어 있다. 드레인 전극(105a)은 도시하지 않은 데이터 라인에 접속되고, 게이트 전극(103)은 도시하지 않은 어드레스 라인에 접속되어 있다. 그리고, 이들 라인의 조합에 의해 선택된 각 화소 전극에 대응색(B, R, G)용 화상 신호 전압이 인가되도록 되어 있다.
화소 전극(110)의 상방은 액정층(40)에 의해 채워지고, 또한 그 액정층(40) 위에 대향 전극(32)이 배치되어 있다. 화소 전극(110)에 화상 신호 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정층(40)의 액정 분자(40a)는 장축이 액정층(40)의 두께 방향(즉, 화소 전극(110)과 수직의 방향)으로 향하도록 정렬되어 있다. 이 상태에서는, 이 도면에 나타낸 바와 같이 입사한 s 편광이 액정층(40)을 거쳐 화소 전극(110)에서 반사되어 다시 액정층(40)을 거쳐 출사되는 동안은 편광 방향은 회전하지 않고, 그대로 s 편광으로서 출사하도록 되어 있다. 한편, 화소 전극(110)에 화상 신호 전압이 인가되면, 그 전압이 인가된 화소 전극(110)에 대응한 영역의 액정층(40)의 액정 분자 배향(配向)이 도 6에 나타낸 바와 같이 변화된다. 구체적으로는, 액정층(40)의 두께 방향에 있어서의 중앙 영역의 액정 분자(40a)의 틸트(tilt)각이 45°로 되고, 거기에서부터 화소 전극(110)까지는 대향 전극(32)에 근접함에 따라 틸트각이 90°에 근접하는 배향으로 된다. 이 상태에서는, 입사한 s 편광은 액정층(40) 내를 왕복하는 동안에 편광 방향이 90°회전하여, p 편광이 되어 출사하도록 되어 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 화상 투사 표시 장치의 작용을 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 화상 투사 표시 장치의 전체의 작용을 설명한다. 광원(11)으로부터 방사된 백색광은, UV/IR 컷 필터(12)에 의해 자외선 영역 및 적외선 영역의 광을 제거하여 일단 수속한 후 발산하여 콜리메이터 렌즈(13)에 입사한다. 콜리메이터 렌즈(13)는 입사해 온 광을 광축(10)에 거의 평행하는 광속으로 변환하여 출사한다. 이 광속은 인테그레이터(15)에 입사하고, 여기에서 광속 단면 내의 강도 분포가 균일화되는 작용을 받은 후 출사되어 확산하여, 콜리메이터 렌즈(16)에 입사한다. 콜리메이터 렌즈(16)는 입사 광속을 집광하여, 광축(10)에 거의 평행한 텔리센트릭(telecentric) 광속으로 변환한다.
콘덴서 렌즈(16)에 의해 거의 텔리센트릭으로 된 광속은, PBS(17)에 입사한다. 이 입사 광속 중, p 편광 성분은 편광 분리면(17a)을 직진하여 투과하고, s 편광 성분은 편광 분리면(17a)에서 거의 직각 방향으로 반사되어, 광축(10')에 따라 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에 입사한다. 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)는 입사한 s 편광 광속을 B, R, G의 3색광으로 색 분해하는 동시에, 각 색광을 서로 상이한 각도 방향으로 반사한다. 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에서 색 분해되어 반사된 각 색광은, 액정 패널(68)에 각각 상이한 방향으로부터 입사한다. 이 때의 입사광은, 상기한 바와 같이, R광에 대하여 B광 및 G광이 각각 2δ의 각도를 이루고 있다. 액정 패널(68)은 B, R, G의 각 색광을 반사할 때, 화소마다 화상 신호에 따른 변조를 행하여, p 편광과 s 편광이 혼합된 광속을 출사한다. 이 ps 혼합 광속은 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에서 반사되어 PBS(17)에 입사한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 단계에서 이미 각 색광의 색 합성은 완료되어 있다. PBS(17)의 편광 분리면(17a)은 입사한 ps 혼합 광속 중에서, s 편광은 광원(11)의 방향으로 반사하고, p 편광은 그대로 투과시킨다. PBS(17)를 출사한 p 편광 광속은 투영 렌즈(70)에 의해 집광되어 스크린(71) 상에 투사되어, 그곳에 컬러 화상이 표시된다.
다음에, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 액정 패널(68)의 작용을 설명한다.
도 5는 액정 패널(68)에 입사한 각 색광의 궤적을 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(68)에 대하여 수직으로 입사한 R광은 1조의 마이크로 렌즈(35 및 33)에 의해 집광되어 액정층(40)을 통과하여, 화소 전극부 PR의 광축(50)이 통과하는 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, 입사한 R광속의 중심 광선은 화소 전극부 PR에 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 또, 중심 광선 이외의 입사 광선은, 화소 전극부 PR에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 중심 광선에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(33 및 35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68)로부터 수직으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 R광에 대하여 동일하다.
한편, 액정 패널(68)에 R광의 입사 방향(즉, 광축(50)의 방향)과 각도 2δ를 이루어 입사한 B광은, 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광된 후, 그 마이크로 렌즈(35)에 대응한 마이크로 렌즈(33)에 의해 집광되는 동시에 주광선 BP의 진행 방향이 변경되어, 화소 전극부 PB 상의 거의 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, B광의 주광선 BP는 화소 전극부 PB와 거의 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 주광선 BP 이외의 입사 광선은 화소 전극부 PB에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 주광선 BP에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(33 및 35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68)로부터 B광의 입사 방향과 동일 방향으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 B광에 대하여 동일하다.
액정 패널(68)에, R광의 입사 방향(즉, 광축(50)의 방향)과 각도 2δ를 이루어 입사한 G광에 대해서도 동일하다. 즉, 입사한 G광은 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광된 후, 이 마이크로 렌즈(35)에 대응한 마이크로 렌즈(33)에 의해 집광되는 동시에 주광선 GP의 진행 방향이 변경되어, 화소 전극부 PG 상의 거의 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, G광의 주광선 GP는 화소 전극부 PG와 거의 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 주광선 GP 이외의 광선은 화소 전극부 PG에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 주광선 GP에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(33 및 35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68)로부터 G광의 입사 방향과 동일 방향으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 G광에 대하여 동일하다.
각 색광은 액정 패널(68)의 액정층(40) 내부를 왕복하는 동안에, 각 화소 전극부 PB, PR, PG에 인가된 화상 신호 전압에 따라 선택적으로 편광 방향의 변조를 받는다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 화소 전극부 PB, PR, PG의 화소 전극(110)에 화상 신호 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 액정층(40)의 액정 분자(40a)는 장축이 액정층(40)의 두께 방향으로 향하도록 정렬되어 있고, 입사한 s 편광은 액정층(40)을 왕복하는 동안에 편광 방향의 변조를 받지 않고, 그대로 s 편광으로서 출사한다. 한편, 화소 전극부 PB, PR, PG의 화소 전극(110)에 화상 신호 전압이 인가된 상태에서는, 그 전압이 인가된 화소 전극(110)에 대응한 영역의 액정층(40)의 액정 분자 배향이 도 6에 나타낸 바와 같이 변화하므로, 입사한 s 편광은 액정층(40) 내를 왕복하는 동안에 편광 방향이 90°회전하는 변조를 받아, 액정층(40)으로부터 p 편광으로 되어 출사한다. 여기에서, 편광 방향이 90°회전하는 것은, 액정층(40)의 복굴절성에 의한 것으로, 액정층(40) 내를 왕복하는 동안에 정상 광선과 이상 광선의 위상 차가 2분의 1 파장으로 동일하게 되는 것에 의한 것이다. 그리고, 화소 전극부(12)에 인가하는 화상 신호 전압을 중간적인 값으로 함으로써, 편광 방향의 회전각을 0∼90°의 사이에서 제어할 수 있도록 하면, 액정 패널(68)에서 반사한 ps 혼합 광 중 PBS(17)의 PBS면(17a)을 통과하는 p 편광 성분의 크기를 콘트롤할 수 있어, 중간 계조의 화상 표현이 가능하다.
액정 패널(68)에서 반사된 ps 혼합 상태의 각 색광은, 각각 원래의 광로를 따라, 도 1에 나타낸 바와 같이, 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에서 각각 반사되어 PBS(17)에 입사한다. PBS(17)의 편광 분리면(17a)에 입사한 ps 혼합 광속 중, s 편광은 광원(11)의 방향으로 반사되고, p 편광은 그대로 투과한다. 그리고, PBS(17)를 투과한 p 편광 광속은 투영 렌즈(70)에 의해 집광되어 스크린(71) 상에 투사되어, 컬러 화상이 표시된다.
여기에서, 본 실시형태의 액정 패널(68)에 대한 비교예에 대하여 설명한다.
도 7은 종래예로서의 액정 패널(680)의 단면 구조를 나타낸 것이다. 그리고, 이 도면에서, 도 2와 동일한 구성 요소에는 동일 부호가 부여되어 있다. 이 액정 패널(680)은 도 2에 나타낸 액정 패널(68)에서의 마이크로 렌즈(35)만을 포함하며, 마이크로 렌즈(33)를 갖지 않은 구성으로 되어 있다. 즉, 이 액정 패널(680)은 액정 패널(68)에서의 수지층(36, 31)에 대신하여, 단일 굴절률을 가지는 수지층(37)을 가지고 있다. 그 밖의 구성은 도 2의 액정 패널(68)과 동일하다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 이 종래예에 따른 액정 패널(680)에서는, 수직으로 입사한 R광은 본 실시형태의 액정 패널(68)의 경우와 동일하게 액정 패널(680)로부터 수직으로 출사하여, 입사 방향과 동일 방향으로 진행한다. 그런데, 액정 패널(680)은 액정 패널(68)과 상이하게 진행 방향 변환용의 마이크로 렌즈(33)를 가지고 있지 않으므로, 각도 2δ로 입사하는 B광 및 G광은 동 도면에 나타낸 바와 같이, 각각의 주광선과 화소 전극부 PB, PG가 수직이 되는 각도에서는 입사하지 않고, 반사광의 일부는 이웃의 마이크로 렌즈(35)로 향하게 된다. 따라서, 액정 패널(680)로부터 출사하는 B광 및 G광은, 원래의 입사 광로를 따를 수 없도록 발산하거나, 또는 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G(도 1))에의 입사각이 변화되어 버린다. 이 때문에, 광축(10')과 평행의 광속을 얻을 수 없어, 스크린(71) 상에 소기의 투사 영상을 얻을 수 없다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는 마이크로 렌즈(35) 외에 마이크로 렌즈(33)를 설치하고, 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광된 B광 및 G광의 진행 방향을 마이크로 렌즈(33)에 의해 변화시켜, 각각의 주광선이 화소 전극부 PB, PG에 수직으로 입사하도록 했으므로, 화소 전극부 PB, PG로부터의 반사광의 주광선의 방향은 입사광의 주광선의 방향에 거의 일치하여 화소 전극부 PB, PG와 수직의 방향이 되고, 또 주광선 이외의 광선의 반사 방향은 주광선에 관해, 대응하는 입사광의 방향과 거의 대칭이 된다. 따라서, 액정 패널(68)로부터의 출사광의 방향(정확하게는 주광선의 방향)은 각 색광 모두 각각의 입사 방향과 거의 일치하게 된다.
나아가, 본 실시형태에서는 마이크로 렌즈(35, 33)에서 집광된 각 색광이, 대응하는 화소 전극부 PB, PR, PG 상에 초점을 맺도록 했으므로, 마이크로 렌즈(35, 33)는 배율이 1인 릴레이 광학계를 구성하게 되고, 각 화소 전극부 PB, PR, PG에서 반사한 광은 동일 마이크로 렌즈(35, 33)에 의해 평행 광속으로 변환되어 액정 패널(68)로부터 출사된다. 즉, 액정 패널(68)로부터의 각 색의 출사광은 발산하지 않는 평행광으로서 나오게 된다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치에 의하면, 액정 패널을 투과형이 아니고 반사형으로서 구성했으므로, 도 4에 나타낸 바와 같이, TFT(100)나 배선 상의 반사 전극으로서의 화소 전극(110)을 형성할 수 있어, 종래의 투과형 액정 패널보다도 개구율이 커진다. 따라서, 고휘도화가 가능하게 된다. 또, 본 실시형태에 의하면, 집광용의 마이크로 렌즈(35)와는 별도로, 비교예(도 7)의 액정 패널(680)이 가지고 있지 않은 진행 방향 변환용의 마이크로 렌즈(33)를 설치하고, 이 마이크로 렌즈(33)에 의해, 마이크로 렌즈(35)에서 집광된 광속의 진행 방향을, 그 주광선이 화소 전극부(12)와 거의 수직이 되는 방향으로 변환하도록 했으므로, 액정 패널(68)로부터의 반사광은 각색 모두, 각각의 입사 방향으로 향해 출사하게 되어, 이 반사광을 원래의 광로에 따른 방향으로 인도하는 것이 용이해진다. 나아가, 본 실시형태에서는 마이크로 렌즈(35 및 33)에 의해 집광된 광이 화소 전극부(12) 상에서 초점을 맺도록 했으므로, 액정 패널(68)에서 반사한 각 색광은 각각 평행 광속으로 되어, 발산하지 않고 원래의 광로를 역진한다. 이 때문에, PBS(17)를 경유하여 투영 렌즈(70)에 입사하는 각 색광 또한 각각 거의 평행의 광속으로 되어, 반사광이 발산광인 경우와 비교하여 광 이용 효율을 높이는 것이 용이하게 진다. 즉, 고휘도화를 도모하는 데에 유리하다. 또한, 종래의 단판식 CF 방식의 액정 패널과는 달리 컬러 필터를 필요로 하지 않으므로, 컬러 필터에서의 흡수 등에 기인하는 광량 저하 및 발열을 적게 할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서의 액정 패널(68)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(35, 33)를 모두, 후면측에 철(凸)을 이루는 평철(平凸) 렌즈로서 형성하도록 했지만, 그 밖에, 예를 들면 도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같은 구성 및 형성 방법, 또는 이들 도면에 나타낸 각 층을 도면 사이에서 임의로 조합한 구성 및 형성 방법으로 해도 된다. 그리고, 이들 도면에서, 도 2와 동일 구성 요소에는 동일 부호가 부여되어 있다.
예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 도 2에서의 액정 패널(68)의 마이크로 렌즈(33)에 대신하여, 전면(前面)측에 철을 이루는 평철 렌즈로서의 마이크로 렌즈(33a)를 가지도록 하여, 액정 패널(68a)을 구성해도 된다. 이 도면에서는, 도 2에서의 수지층(31)에 대신하여 유리 기판(31a)을 배치하고, 이 유리 기판(31a)의 전면측에, 예를 들면 수지제의 마이크로 렌즈(33a)를 부가 형성하도록 하고 있다. 다만, 유리 기판(31a)에 대신하여 예를 들면 투명한 수지 기판으로 하고, 이 수지 기판과 마이크로 렌즈(33a)를 일체로 형성하도록 해도 된다. 그리고, 도 9에서의 수지층(36a)은, 도 2에서의 수지층(36)과 마찬가지로, 예를 들면 마이크로 렌즈(35)가 형성된 유리 기판(34)과 마이크로 렌즈(33a)가 형성된 유리 기판(31a)과의 사이를 맞추어 붙이기 위한 접착용 수지층으로서 형성 가능하다. 다만, 그 밖의 방법에 의해서도 형성 가능하다. 예를 들면, 수지층(36a)에 대신하여 유리 기판을 사용하고, 이 유리 기판의 양면에 에칭에 의해 마이크로 렌즈면을 형성하도록 해도 된다.
또, 도 10에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(35a, 33a)를 모두 전면측에 철을 이루는 평철 렌즈로서 형성하도록 해도 된다. 이 도면의 예에서는, 도 9에서의 유리 기판(34) 및 마이크로 렌즈(35)에 대신하여, 유리 기판(34a) 및 그 내부에 형성한 마이크로 렌즈(35a)를 설치하고 있다. 그 밖의 구성은 도 9와 동일하다. 이 경우, 마이크로 렌즈(35a)는, 예를 들면 유리 기판(34a)의 후면측으로부터 소정의 이온을 선택적으로 확산시키는 선택적 이온 확산법을 사용한 굴절률 분포형 렌즈로하여 형성 가능하다. 그리고, 도 10에서의 수지층(36b) 또한 도 2에서의 수지층(36)과 마찬가지로, 예를 들면 마이크로 렌즈(35a)가 형성된 유리 기판(34a)과 마이크로 렌즈(33a)가 형성된 유리 기판(31a)과의 사이를 맞추어 붙이기 위한 접착용 수지층으로서 형성 가능하다. 다만, 그 밖의 방법에 의해서도 형성 가능하다. 예를 들면, 수지층(36b)에 대신하여 예를 들면 유리 기판을 사용하여, 이 유리 기판의 후면에 에칭에 의해 마이크로 렌즈면을 형성하도록 해도 된다.
또, 도 11에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(35a)를 전면측에 철을 이루는 평철 렌즈로서 형성하는 동시에, 마이크로 렌즈(33b)를 후면측에 철을 이루는 평철 렌즈로서 형성하도록 해도 된다. 이 도면의 예에서는, 도 10에서의 유리 기판(31a) 및 마이크로 렌즈(33a)에 대신하여, 유리 기판(31b) 및 그 전면측 내부에 형성한 마이크로 렌즈(33b)를 설치하고 있다. 그 밖의 구성은 도 10과 동일하다. 이 경우, 마이크로 렌즈(33b)는, 예를 들면 유리 기판(31b)의 전면측으로부터 소정의 이온을 선택적으로 확산시킴으로써 형성 가능하다. 그리고, 도 11에서의 수지층(36c) 또한 도 2에서의 수지층(36)과 마찬가지로, 예를 들면 마이크로 렌즈(35a)가 형성된 유리 기판(34a)과 마이크로 렌즈(33b)가 형성된 유리 기판(31b)과의 사이를 맞추어 붙이기 위한 접착용 수지층으로 하여 형성 가능하다. 다만, 그 밖의 방법에 의해서도 형성 가능하다. 예를 들면, 도 11에 있어서, 수지층(36c), 마이크로 렌즈(33b) 및 유리 기판(31b)에 대신하여, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(33)를 가지는 수지층(36) 및 수지층(31)을 형성하도록 해도 된다. 또, 예를 들면 수지층(36c)에 대신하여 유리 기판을 사용하도록 해도 된다.
〔제2 실시형태〕
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치에 사용되는 액정 패널(68d)의 단면 구조를 나타낸 것이다. 이 도면에서, 상기 제1 실시형태(도 2)와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고, 설명을 생략하기로 한다. 이 액정 패널(68d)은 도 2에서의 수지층(31) 및 수지층(36)에 대신하여, 후면측 내부에 매설(埋設)되도록 하여 예를 들면 유기수지로 이루어지는 마이크로 프리즘(37)이 선택적으로 형성된 수지층(36d)을 설치한 것이다. 각 마이크로 프리즘(37)은 능선(稜線)이 마이크로 렌즈(35)의 경계 부분에 대응한 위치에서 지면(紙面)과 직교하는 방향으로 뻗도록, 또한 각각의 바닥면이 화소 전극부 PB, PG를 거의 덮게 되도록 형성되어 있다. 화소 전극부 PR은 마이크로 프리즘(37)에 의해 덮여지지 않도록 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는 마이크로 프리즘(37)은 집광 능력을 갖지 않으므로, 마이크로 렌즈(35)만에 의한 초점 위치가 화소 전극부(22) 위에 있도록 되어 있다. 액정 패널(68d)에서의 그 밖의 구성은 도 2와 동일하다. 또, 화상 투사 표시 장치의 전체 구성도 또 도 1에 나타낸 것과 동일하고, 액정 패널(68)에 대신하여 액정 패널(68d)을 배치한 것이 된다. 여기에서, 마이크로 프리즘(37)이 본 발명에서의 「진행 방향 변환 수단」으로서의 「프리즘」에 대응한다.
다음에, 도 13을 참조하여, 이와 같은 구성의 액정 패널(68d)의 작용을 설명한다. 그리고, 이 도면에서는 단면을 나타내는 사선의 도시를 생략하고 있다.
도 13은, 액정 패널(68d)에 입사한 각 색광의 궤적을 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(68d)에 대하여 수직으로 입사한 R광은 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광되어 액정층(40)을 통과하여, 광축(50)이 통과하는 화소 전극부 PR의 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, 입사 광속의 중심 광선은 화소 전극부 PR에 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 또, 중심 광선 이외의 광선은, 화소 전극부 PR에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 중심 광선에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68)로부터 수직으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 R광에 대하여 동일하다.
한편, 액정 패널(68)에 R광의 입사 방향(즉, 광축(50)의 방향)과 각도 2δ를 이루어 입사한 B광은, 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광된 후, 그 마이크로 프리즘(37)에 의해 진행 방향이 변경되어, 화소 전극부 PB의 표면의 거의 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, B광의 주광선 BP는 화소 전극부 PB와 거의 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 주광선 BP 이외의 입사 광선은 화소 전극부 PB에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 주광선 BP에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68d)로부터 B광의 입사 방향과 동일 방향으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 B광에 대하여 동일하다.
액정 패널(68d)에, R광의 입사 방향(즉, 광축(50)의 방향)과 각도 2δ를 이루어 입사한 G광에 대해서도 동일하다. 즉, 입사한 G광은 마이크로 렌즈(35)에 의해 집광된 후, 이 마이크로 프리즘(37)에 의해 진행 방향이 변경되어, 화소 전극부 PG의 표면의 거의 중앙부에 초점을 맺는다. 이 때, G광의 주광선 GP는 화소 전극부 PG와 거의 수직으로 입사하여, 그대로 수직으로 반사된다. 주광선 GP 이외의 광선은 화소 전극부 PB에서 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 주광선 GP에 관해 그 입사 광선과 대칭으로 입사한 다른 광선의 입사 광로와 거의 동일 경로를 따라 역진하여 출사된다. 그리고, 이들 반사광은 동일 마이크로 렌즈(35)를 거쳐, 평행의 광으로 되어 액정 패널(68d)로부터 G광의 입사 방향과 동일 방향으로 출사된다. 이상의 작용은 모든 마이크로 렌즈(35)에 입사한 G광에 대하여 동일하다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면 마이크로 렌즈(35) 외에 마이크로 프리즘(37)을 설치하고, 마이크로 프리즘(37)에 의해 집광된 B광 및 G광의 진행 방향을 마이크로 프리즘(37)에 의해 변화시켜, 각각의 주광선이 각각 화소 전극부 PB, PG에 수직으로 입사하도록 했으므로, 상기 제1 실시형태의 경우와 동일하게, 액정 패널(68d)로부터의 출사광은 각 색광 모두 각각의 입사 방향으로 향하게 된다. 나아가, 마이크로 렌즈(35)에서 집광된 각 색광이 마이크로 프리즘(37)을 거쳐, 대응하는 화소 전극부 PB, PR, PG 상에 초점을 잇도록 했으므로, 마이크로 렌즈(35) 및 마이크로 프리즘(37)은 배율이 1인 릴레이 광학계를 구성하게 되고, 각 화소 전극부 PB, PR, PG에서 반사한 광은 동일 마이크로 렌즈(35)에 의해 평행 광속으로 변환되어 액정 패널(68d)로부터 출사된다. 즉, 액정 패널(68d)로부터의 각 색의 출사광은 발산하지 않는 평행광으로서 꺼내게 된다.
다만, 다음의 점을 고려하면, 본 실시형태와 같이 진행 방향 변환 수단으로서 마이크로 프리즘(37)을 사용하기 보다도, 상기 제1 실시형태와 같이 마이크로 렌즈(33)를 사용하도록 한 쪽이 바람직하다. 첫째, 일반적으로 수지계 재료를 사용하여 렌즈나 프리즘을 형성하려고 한 경우에는, 프리즘의 형성은 렌즈의 형성보다도 곤란하고, 특히 에칭법에 의해 프리즘을 형성하는 것은 용이하지 않다. 둘째, 상기 제1 실시형태와 같이, 진행 방향 변환 수단으로서 마이크로 렌즈(33)를 사용한 경우, 마이크로 렌즈(35)에 의한 집속광이 마이크로 렌즈(33)의 어느 한 부분에 입사되어 있는 한, 거의 모든 광이 화소 전극부(22) 상의 초점 위치에 집속하는 데 대하여, 본 실시형태와 같이 마이크로 프리즘(37)의 굴절 작용을 이용하는 경우에는, 마이크로 렌즈(35)에 의한 집광속이 마이크로 프리즘(37)의 한쪽의 사면(斜面) 내에 입사할 필요가 있다. 이 사면에 입사하지 않고 다른 쪽의 사면에 입사하거나 또는 마이크로 프리즘(37)이 없는 영역에 입사한 광은, 발산하여 쓸모없이 되어 버리기 때문이다. 따라서, 본 실시형태의 경우보다도 상기 제1 실시형태의 경우의 쪽이, 마이크로 렌즈(35)에 의한 집광속의 스폿 사이즈를 작게 한다고 하는 조건이 완만하게 된다.
이상 몇개인가의 실시형태를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 각 실시형태에서는, 마이크로 렌즈(35) 등에 의해 집광된 각 색광이 화소 전극부(12) 상에 초점을 잇고 거기에서 반사되는 배치로 했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 초점을 맺기 전 또는 초점을 맺은 후에 화소 전극부(12)에서 반사되도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 액정 패널(68)로부터 출사되는 각색의 광속은 평행 광속으로 되지는 않지만, 각색 광속의 주광선의 방향은 대응하는 입사 광속의 방향과 거의 일치한다. 그리고, 조건에 따라서는, 오히려 초점 위치가 화소 전극부(12)의 후방에 있는 쪽이 바람직한 경우도 있다. 이러한 경우에는, 투영 렌즈(70)로서 F값이 보다 크고 어두운 렌즈를 사용할 수 있기 때문이다.
상기 실시형태에서는, 화소 전극(110(도 4)) 자체를 고반사율의 전극으로서 구성하고, 그 표면에서 입사광을 반사하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, 화소 전극을 투명 전극으로서 형성하는 동시에 그 이면(하층)에 예를 들면 알루미늄(Al) 등의 반사층을 설치하도록 해도 된다. 또, 상기 각 실시형태에서는 액정 패널(68)의 기체(基體)를 각 색광에 대하여 투명한 유리 기판(21)으로 했지만, 이에 대신하여, 각 색광에 대하여 불투명한 단결정 실리콘 기판을 사용하는 것도 가능하다. 액정 패널(68)은 투과형이 아니고 반사형이므로, 광을 투과시킬 필요가 없기 때문이다. 이와 같이 단결정 실리콘 기판(실리콘 웨이퍼)을 사용하도록 한 경우에는, 일반적인 반도체 제조 장치 및 제조 공정을 사용하여 TFT(100(도 4))로 바꾸어 MOS형 트랜지스터를 제작할 수 있으므로, 유리 기판 상에 TFT를 형성하는 경우와 비교하여 액정 패널의 제조가 용이하게 된다.
또, 상기 제1 실시형태에서는, 각색용의 화소 전극부 PB, PR, PG를 도 3에 나타낸 바와 같이, 스트라이프형으로 배치하는 동시에 마이크로 렌즈(35) 및 마이크로 렌즈(33)의 외측 둘레 형상(평면 형상)을 직사각형으로 했지만, 그 밖에 , 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 화소 전극부 PB, PR, PG를 델타 배열로 하는 동시에 마이크로 렌즈(35) 및 마이크로 렌즈(33)의 외측 둘레 형상을 6각형으로 해도 된다. 또는, 그 밖의 배열(예를 들면 다이아고널(diagonal) 모자이크 배열 등) 및 형상으로 하는 것도 가능하다.
또, 상기 각 실시형태에서는 PBS(17)에 의해 분리한 직선 편광 중, s 편광 광속을 이용하여 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에 의해 색 분리를 행하고, 각 색광을 액정 패널(68) 등으로 인도하도록 했지만, 그 밖에, 예를 들면 도 15에 나타낸 바와 같이, p 편광 광속을 이용하도록 해도 된다. 이 경우에는, 동 도면에 나타낸 바와 같이, 다이크로익 미러( 66B, 66R, 66G)를 PBS(17)의 후방에서의 광축(10) 상에 차례로 배치하는 동시에, 이 광축(10)과 거의 직교하는 방향으로 액정 패널(68) 등을 배치하면 된다. 그 밖의 구성은 도 1과 동일하다. 이와 같이 구성했을 때에는, 액정 패널(68)로부터 반사되어 온 ps 혼합 편광 중, PBS(17)를 통과한 후에 투영 렌즈(70)에 도달하여 화상 표시에 기여하는 것은 s 편광 광속이 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는 콘덴서 렌즈(16)로부터의 출사광을 PBS(17)에 의해 p 편광과 s 편광으로 분리한 다음, s 편광(도 15에 나타낸 변형예에서는 p 편광)을 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에 의해 각 색광으로 색 분리하도록 했지만, 그 밖에, 예를 들면 도 16에 나타낸 바와 같이, 콘덴서 렌즈(16)로부터의 출사광을 먼저 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)에 의해 각 색광으로 색 분리한 다음, 각 색광을 PBS(17)에 의해 p 편광과 s 편광으로 분리하고, 그 한쪽을 액정 패널(68)로 인도하도록 해도 된다. 이 경우에는, 동 도면에 나타낸 바와 같이, 콘덴서 렌즈(16)의 후방에 광축(10)에 따라 차례로 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)를 배치하는 동시에, 광축(10)과 거의 직교하는 방향으로 PBS(17)를 배치하면 된다. 또한, 이 경우에는, 동 도면에 나타낸 바와 같이, PBS(17) 및 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)를 통과하는 광축과 거의 직교하는 방향으로 액정 패널(68)을 배치하여 s 편광을 이용하는 방법과, 도시하지 않지만, PBS(17) 및 다이크로익 미러(66B, 66R, 66G)를 통과하는 광축 상에서의 PBS(17)의 후방에 액정 패널(68)을 배치하여 p 편광을 이용하는 방법이 있다. 그리고, 도 16에 나타낸 예에서는, 도 1 또는 도 15의 경우와 달리, 각 색광이 서로 각도 2δ를 이룬 상태에서 투영 렌즈(70)에 입사하고, 이 투영 렌즈(70)에 의해 스크린(71) 상에서 색 합성이 행해지게 되므로, 색 수차(收差)가 커질 가능성이 있다. 따라서, 이 점을 고려하면, 상기 제1 또는 제2 실시형태(도 1, 도 15)에 나타낸 바와 같은 배치 쪽이 보다 바람직하다고 할 수 있다.
그리고, 상기 도 1, 도 15 및 도 16에서는 도시하고 있지 않지만, 광원(11)으로부터 PBS(17)에 이르는 광로 중 어느 하나의 위치에, 이른바 ps 분리 합성 소자를 삽입 배치하도록 해도 된다. 이 ps 분리 합성 소자는 편광 분리 프리즘 등에 의해 ps 혼합 광속을 p 편광과 s 편광으로 분리하는 동시에, 그 한쪽(예를 들면 s 편광)의 편광 방향을 2분의 1 파장판 등의 위상판에 의해 90°회전시켜 다른 쪽과 동일 편광(여기에서는 p 편광) 상태로 변환하고, 이들 2개의 편광 광속(여기에서는 p 편광)을 아울러 출사하도록 한 것이고, 예를 들면 본 출원인에 의한 일본국 특원평 10(1998)-4260호에 그 상세가 기재되어 있다. 이 ps 분리 합성 소자를 사용한 경우에는, 광원으로부터의 대부분을 거의 손실없이 단일 편광 방향의 직선 편광(s 편광 또는 p 편광)으로 변환하여 PBS(17)에 입사시킬 수 있으므로, 이 PBS(17)에서의 광량 손실이 거의 없어, 한층 고휘도화가 가능하게 된다. 또, 이 ps 분리 합성 소자에 의해 미리 대략 단일 편광 방향으로 변환한 광속을 다시 PBS(17)에 입사시켜 ps 분리를 행하게 되므로, ps 분리의 정밀도가 향상되어, 화질의 향상에 효과가 있다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 광 변조 수단으로서 액정층을 사용하는 것으로 하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 외부로부터의 광을 반사하는 동시에 이것을 화상 신호에 따라 변조하여 출사시킬 수 있는 것이면, 다른 방식의 변조 수단을 사용한 표시 소자에도 적용 가능하다.
또, 상기 각 실시형태에 따른 화상 투사 표시 장치에 있어서는, 액정 패널(68) 등이 전계 제어 복굴절(ECB) 모드로 동작하는 것인 경우에 대하여 설명했지만, 그 밖의 모드로 동작하는 것에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
또, 상기 각 실시형태에 있어서는, 컬러 표시용의 3원색을 B, R, G로 했지만, 다른 기본색의 조합(예를 들면, 시안(C), 마젠타(M), 옐로(Y) 등)을 사용하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 청구항 1, 3 및 4항 중 어느 한 항에 기재된 광 변조 소자 또는 청구항 5, 7 및 8항 중 어느 한 항에 기재된 화상 투사 표시 장치에 의하면, 화소 전극을 고반사율 금속으로 구성하여 화소 전극이 반사층으로서도 기능할 수 있도록 함으로써 별도의 반사층이 필요없게 되므로, 제조 공정을 간략화시킬 수 있다.
또한, 서로 상이한 방향으로부터 입사한 각 색광을, 복수의 화소 전극마다 설치한 집광 수단에 의해, 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광하는 동시에, 이 집광되는 광속의 진행 방향을, 진행 방향 변환 수단에 의해, 그 주광선이 화소 전극의 반사 표면과 수직이 되는 방향으로 변환하여 대응하는 화소 전극에 입사시켜 반사시키고, 그 동안 화소 전극에 인가되는 화상 신호에 따라 각 색광을 변조하도록 했으므로, 각색의 반사광의 주광선의 방향은, 대응하는 입사광의 주광선의 방향에 거의 일치하여 화소 전극과 거의 수직이 되고, 또 주광선 이외의 반사 방향은 주광선에 관해, 대응하는 입사광의 방향과 거의 대칭이 된다. 따라서, 광 변조 소자로부터 출사되는 광은 각색 모두 입사 방향으로 향하게 된다. 즉, 반사광의 진행 방향을 입사광의 방향과 거의 동일하게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 단판 방식의 반사형이면서, 컬러 표시가 가능한 화상 투사 표시 장치를 실현하는 것이 용이하게 된다. 특히, 반사형으로 함으로써, 화소 전극에의 화상 신호 전압의 선택적 인가를 행하기 위한 스위칭 소자 등이 형성되는 구동 영역의 상방에 겹쳐 화소 전극을 형성하는 것도 가능하게 되므로, 종래의 투과형 단판 CF 방식의 경우보다도 개구율을 크게 취할 수 있어, 한층 고휘도화가 실현 가능하게 된다. 또, 단판 방식으로 함으로써, 종래의 3판 방식과 비교하여, 화상 투사 표시 장치의 각 구성 요소의 배치의 자유도가 향상되고, 또 장치의 소형화가 가능하게 되는 동시에, 조립이나 조정이 용이하게 된다. 또, 종래의 단판식 CF 방식과 달리, 컬러 필터를 필요로 하지 않으므로, 흡수 등에 의한 광량 저하나 발열을 억제할 수 있다. 따라서, 이 점에서도, 고휘도화에 유리하게 되며, 또 광 변조 소자를 냉각하기 위한 기구를 간략화할 수 있으므로 장치의 콤팩트화가 가능하게 된다.
특히, 청구항 2 기재의 광 변조 소자에 의하면, 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단을 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성하고, 제1 렌즈와 제2 렌즈 간의 거리가 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하고, 또한 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성했으므로, 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단은 릴레이 광학계를 구성하게 되고, 화소 전극의 표면에서 반사한 각 색광은 각각의 주광선에 관해 입사광과 대칭의 경로를 따라 역진하여 출사된다. 이 때문에, 예를 들면 입사광으로서 평행광을 사용하도록 하면, 광 변조 소자로부터 출사되는 각 색광도 또 평행광으로 되어, 발산되는 일이 없어지므로, 광의 이용 효율이 높아져, 한층 고휘도화가 가능하게 된다고 하는 효과가 있다.
또, 청구항 3 기재의 광 변조 소자에 의하면, 진행 방향 변환 수단을, 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용의 화소 전극 상에 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성하도록 했으므로, 반사광이 발산되지 않도록 하는 것이 가능하게 되어, 한층 고휘도화가 가능하게 된다고 하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 색광(色光)의 각각에 대응하여 2차원적으로 배열되는 동시에, 입사하는 광을 반사 가능하게 형성된 복수의 화소 전극과,
    상기 복수의 색광에 대응하여 배열된 일군의 화소 전극마다, 이들 일군의 화소 전극 마다에 대향하는 위치에 배치되는 동시에, 서로 상이한 방향으로부터 입사하는 각 색광을 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광하는 집광 수단과,
    상기 집광 수단에 의해 집속(集束)되는 각 색광의 진행 방향을, 그 주광선(主光線)이 화소 전극의 반사 표면과 수직이 되는 방향으로 변환하여 출사하고, 각 색광을 대응하는 화소 전극에 입사시키는 진행 방향 변환 수단과,
    상기 진행 방향 변환 수단으로부터 출사되어 고반사율 금속으로 이루어진 화소 전극에서 반사되는 각 색광을, 화소 전극에 인가되는 화상 신호에 따라 변조(變調)하는 광 변조 수단
    을 구비하며,
    상기 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단은 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성되고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 간의 거리가 상기 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하며, 또한 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 상기 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성되어 있는
    광 변조 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진행 방향 변환 수단은 상기 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용 화소 전극 상에 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 변조 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 표시의 기초로 되는 복수의 색광은 백색광으로부터 색 분리된 3개의 색광으로서, 그 중 하나의 색광은 상기 집광 수단에 수직 입사하고, 다른 2개의 색광은 상기 하나의 색광의 입사 방향에 대하여 각각 소정의 각도를 이루어 상기 집광 수단에 입사하는 것을 특징으로 하는 광 변조 소자.
  5. 복수의 색광을 생성하는 색광 생성 수단;
    상기 색광 생성 수단으로부터의 각 색광을 반사하는 동시에 각 색광에 대하여 화상 신호에 따른 광 변조 처리를 행하는 광 변조 소자; 및
    상기 광 변조 소자에서 반사되어 변조된 각 색광을 스크린 상에 투사하는 투사 수단을 구비하며,
    상기 광 변조 소자는,
    상기 복수 색광의 각각에 대응하여 2차원적으로 배열되는 동시에, 입사하는 광을 반사 가능하게 형성된 복수의 화소 전극과,
    상기 복수 색광에 대응하여 배열된 일군의 화소 전극마다, 이들 일군의 화소 전극 마다에 대향하는 위치에 배치되는 동시에, 서로 상이한 방향으로부터 입사하는 각 색광을 각 입사 방향에 대응한 방향으로 각각 집광하는 집광 수단과,
    상기 광 수단에 의해 집속되는 각 색광의 진행 방향을 그 주광선이 화소 전극의 반사 표면과 수직이 되는 방향으로 변환하여 출사하고, 각 색광을 대응하는 화소 전극에 입사시키는 진행 방향 변환 수단과,
    상기 진행 방향 변환 수단으로부터 출사되어 고반사율 금속으로 이루어진 화소 전극에서 반사되는 각 색광을, 화소 전극에 인가되는 화상 신호에 따라 변조하는 광 변조 수단
    을 포함하며,
    상기 집광 수단 및 진행 방향 변환 수단은 각각 제1 렌즈 및 제2 렌즈로 구성되고, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 간의 거리가 상기 제2 렌즈의 초점 거리와 거의 동일하며, 또한 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 초점 위치가 상기 화소 전극 상에 또는 그 부근에 있도록 구성되어 있는
    화상 투사 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 진행 방향 변환 수단은 상기 집광 수단에 의해 집속된 각 색광이 대응하는 색광용 화소 전극 상에 또는 그 부근에서 초점을 맺는 것을 가능하게 하는 프리즘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 투사 표시 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 컬러 표시의 기초로 되는 복수의 색광은 백생광으로부터 색 분리된 3개의 색광으로서, 그 중 하나의 색광은 상기 집광 수단에 수직 입사하고, 다른 2개의 색광은 상기 하나의 색광의 입사 방향에 대하여 각각 소정의 각도를 이루어 상기 집광 수단에 입사하는 것을 특징으로 하는 화상 투사 표시 장치.
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