WO2007123024A1 - 液晶プロジェクタおよび画像再生装置 - Google Patents

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Kikuo Kaise
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Sony Corporation
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Definitions

  • Liquid crystal projector and image reproduction apparatus Liquid crystal projector and image reproduction apparatus
  • the present invention relates to a projector (a projection display device) using a liquid crystal display panel (a liquid crystal display device) as a light valve, a mobile phone terminal, a digital camera, a video camera, a personal computer, a game machine, a toy And the like.
  • a projector a projection display device
  • a liquid crystal display panel a liquid crystal display device
  • a projector is generally considered to be generally installed and used in a house, and as a light source as shown in JP-A-63-118125 and JP-A-4-60538, etc.
  • Metal lamps such as metal halide lamps, high pressure mercury lamps and xenon lamps are used.
  • a laser is used as a light source, laser excitation is controlled for each pixel in a raster pattern, and laser light emitted from the laser is Scan a raster pattern by a scanner It is shown to display a two-dimensional image on a raster pattern.
  • solid-state lasers such as semiconductor lasers, V, so-called LDs, and solid-state lasers (DPSSL: Diode Pumped Solid State Laser) pumped by semiconductor lasers have been realized.
  • the length of one side can be about several 100 / zm in the semiconductor laser, and in the nonlinear optical crystal of the solid laser, it can be about several mm in the lOOmW output class.
  • semiconductor lasers or solid-state lasers have a long life, hardly need replacement, and can be easily cooled with a small amount of heat generation, which is high in luminous efficiency, as compared with metallo, ride lamps and the like.
  • a semiconductor laser or solid-state laser can emit light of a wavelength optimum for display within each of the red, green and blue wavelength regions, depending on the type and composition of the crystal. Purity is improved, and unnecessary light for display such as infrared light and ultraviolet light is not emitted.
  • the semiconductor laser or solid-state laser can also perform on / off switching instantaneously, and control of the emitted light amount is easy.
  • the LED when using as an LED a light source with a large divergence angle of the emitted light as the light source of the projector, the LED is a liquid crystal. It becomes too large compared to the display area of the display panel, and as a result, the light utilization efficiency decreases.
  • semiconductor lasers or solid-state lasers can be made smaller by themselves as compared to LEDs, and the divergence angle of the emitted light can be made extremely small, and the light Utilization efficiency can be greatly improved.
  • the laser light source is closer to the point light source as compared to the LED, optimization of the etendue is simplified, the light utilization efficiency is increased, and as a result, the same amount of light is achieved in the projector. However, compared to the case where an LED is used as a light source, the amount of light emitted from the light source can be reduced.
  • the cooling device can be simplified or eliminated.
  • black display is realized by turning off the laser light in the method in which the laser light is raster-scanned by the scanner.
  • the image contrast is lowered as a result of making it difficult to instantaneously complete the laser light (make the light amount zero) while modulating the laser light at high speed.
  • the object of the present invention is to reduce the size of the entire projector to such an extent that the entire projector can be incorporated in a small device such as a mobile telephone terminal, and to improve the light utilization efficiency and the image contrast which are indispensable as a projector.
  • the liquid crystal projector of the present invention relates to the case where the red, green and blue three colors are configured in a single plate type
  • a light source section comprising a first, a second and a third laser which are respectively a semiconductor laser or a solid state laser and emit red, green and blue laser light beams, and an incident side substrate and an emission side substrate
  • a liquid crystal display panel in which liquid crystal layers constituting red, green and blue pixels are formed, and a microlens array consisting of a large number of microlenses is formed on an incident side substrate thereof;
  • the laser beam of each color emitted from the light source section is spread over the entire display area of the liquid crystal display panel by diffraction or refraction of light, and is incident on the corresponding pixel of the liquid crystal layer of the liquid crystal display panel.
  • a light beam diffusion molded optical element which is diffusion molded to
  • the laser beam of each color diffused and shaped by the light beam diffusion and shaping optical element is converted into a beam of substantially parallel light, and the micro-relief of the liquid crystal display panel is obtained.
  • the red, green and blue laser light beams emitted from the first, second and third lasers of the light source unit are respectively diffracted or refracted light beams.
  • diffusion molding being performed so as to be incident on the corresponding pixels of the liquid crystal layer over the entire display region of one liquid crystal display panel by the diffusion-type optical element, it is possible to obtain many colors including red, green and blue.
  • the color image is projected onto the external screen.
  • the first, second and third lasers are semiconductor lasers or solid-state lasers, and can be extremely miniaturized, and a diffractive or refractive light beam diffusion-shaped optical element is also sufficient.
  • the entire projector can be made extremely compact, and can be incorporated into a compact device such as a mobile telephone terminal.
  • the image light modulated by the liquid crystal display panel is enlarged and projected as diffused light by the projection lens, so the flickering feeling of the screen is felt.
  • the "settled" image peculiar to liquid crystal, which is almost untouched, can be obtained.
  • the entire projector can be downsized to such an extent that it can be incorporated in a small device such as a mobile telephone terminal, and the improvement of light utilization efficiency and image contrast which are indispensable as a projector can be realized. Can be realized.
  • FIG. 1 is a view showing a first example of a single-panel liquid crystal projector.
  • FIG. 2 is a view showing an example of a diffractive optical element.
  • FIG. 3 is a view showing an example of a liquid crystal display panel.
  • FIG. 4 is a view showing an example of the arrangement of pixels and microlenses.
  • FIG. 5 is a view showing a specific example of a liquid crystal display panel.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second example of a single-panel liquid crystal projector.
  • FIG. 7 is a view showing an example of a refractive optical element.
  • FIG. 8 is a view showing an example of a light source unit.
  • FIG. 9 is a view showing an example of a light source unit.
  • FIG. 10 is a view showing an example of each laser.
  • FIG. 11 is a view showing an example of each laser.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a pixel array.
  • FIG. 13 is a view showing an example in which each laser is integrated on one substrate.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a two-plate liquid crystal projector.
  • FIG. 15 is a view showing an example of a liquid crystal display panel.
  • FIG. 16 is a view showing an example of a two-plate type liquid crystal projector.
  • FIG. 17 is a view showing an example of a three-panel liquid crystal projector.
  • FIG. 18 is a view showing a mobile phone terminal as an example of the image reproduction device of the present invention.
  • liquid crystal display panel liquid crystal light valve
  • FIGS. 1 to 5 (1-1. First Example of Basic Configuration (When a Diffractive Optical Element is Used): FIGS. 1 to 5)
  • FIG. 1 shows the case of using a diffractive optical element as a light beam diffusion / forming optical element as a first example of the basic configuration of a single-plate liquid crystal projector.
  • the Y direction is the direction perpendicular to the paper surface in FIG.
  • a red laser 11R, a green laser 11G and a blue laser 1 IB are arranged in the X direction.
  • Semiconductor lasers are used as the red laser 11R and the blue laser 11B, respectively.
  • red laser 11R an InAlGaP-based one is used, and the blue laser 11B and For this purpose, GaN-based or InGaN-based ones are used.
  • the oscillation mode of the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 1 IB may be a multi mode.
  • a narrow stripe width is realized in a semiconductor laser, and in a solid laser, there is a force that may cause periodical polarization inversion.
  • a multimode semiconductor laser or solid-state laser is used as the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 1 IB according to the insensitivity of the light beam diffusion molded optical element (diffractive optical element or refractive optical element) to the shape of the incident light beam. It can be used.
  • a single mode semiconductor laser or solid state laser may be used.
  • a semiconductor laser by making it possible to use multimode oscillation rather than performing mode control, the yield of usable semiconductor lasers is improved and the manufacturing cost is lowered.
  • the red, green and blue laser light beams 1R, 1G and 1B emitted from the red laser 11R, the green laser 11G and the blue laser 1 IB are, for example, ⁇ -2 plates (1Z2 wavelength plate) 29R, 29G and 29 ⁇ are transmitted to be incident on the diffractive optical element 21.
  • Laser light emitted from a semiconductor laser or solid-state laser has a variation in polarization direction depending on the device alignment accuracy in which the polarization direction is not always constant for each device due to the variation of the laser internal electric field.
  • Force By inserting ⁇ 2 plates 29 R, 29 G, and 29 ⁇ in this way and adjusting their rotational positions, the polarization directions of the laser light beams 3 R, 3 G, and 3 ⁇ of each color incident on the liquid crystal display panel 40 described later are obtained. It can be made to coincide with the polarization axis of the liquid crystal display panel 40.
  • an appropriate retardation film or retardation plate may be used to correct the polarization direction.
  • an appropriate retardation film or retardation plate may be used to correct the polarization direction.
  • commonly used Al; GaAs based semiconductor lasers Pumped YVO + KTP second harmonic based solid-state lasers have different polarization directions for each device
  • the polarization ratio is about 10 in many cases.
  • the polarization ratio can be increased by compensating and optimizing the retardation value using an appropriate retardation film.
  • the light loss by the polarizing plates 33 and 34 before and after the liquid crystal display panel 40 is reduced, and the light utilization efficiency is further improved. It can be improved.
  • a laser beam beam emitted from a semiconductor laser or solid laser as a light source of a projector by a diffractive or refractive light beam diffusion molded optical element is used as a display area of a liquid crystal display panel as a liquid crystal light valve.
  • the diffractive optical element is used as the light beam diffusion molded optical element.
  • Diffractive optical elements themselves are known as “Diffuser” or “Beam Shaper” or the like.
  • Diffuser Design shows that diffusive molding of light beam is performed by [Diffuser 3; Tamama 'Beam Shaper].
  • Reference 2 shows a method of manufacturing a “diffraction type lens” and the like.
  • Diffuser is such that each point of the incident light beam is diffracted (1: N mapping) so that one point of light of the incident light beam is diffracted to a large number of points on the output plane (Output Plane).
  • Beam Shaper diffracts one point of light with an incident light beam into one point on the output plane (1: (1) Mapping is to diffract the light of each point of the incident light beam to each point on the output plane.
  • a transmissive red diffractive optical element 21R, a green diffractive optical element 21G and a blue diffractive optical element 21B are used, respectively, and a red laser 11R, a green laser 11G and a blue. It arranges in the arrangement direction of the laser 11B.
  • the red diffractive optical element 21 R crosses the entire area of the display area of the liquid crystal display panel 40 as indicated by laser light beams 2 R and 3 R, as indicated by laser light beams 2 R and 3 R, for the red laser light beam 1 R emitted from the red laser 11 R. Further, as described later, diffusion molding is performed so as to be incident on the red pixel of the liquid crystal layer 48 of the liquid crystal display panel 40.
  • the green diffractive optical element 21 G extends across the entire display region of the liquid crystal display panel 40 as shown by laser beam 2 G and 3 G, as indicated by laser beam 2 G and 3 G, for the green laser beam 1 G emitted from the green laser 11 G.
  • the blue diffractive optical element 21B is formed by diffusion molding so as to be incident on the green pixels of the liquid crystal layer 48, and the blue laser light beam 1B emitted from the blue laser 11B is converted to the laser light beams 2B and 3B. As shown in FIG. 4, the light is diffused and formed so as to enter the blue pixels of the liquid crystal layer 48 over the entire display region of the liquid crystal display panel 40.
  • the diffraction optical element 21a for a certain color is performed by mapping the laser light beam 1a incident on the diffraction pattern forming portion 21c as described above. It is assumed that the light is diffracted in the whole area including the points PI, P2, P3 and P4 of each corner of the display area 40a of the liquid crystal display panel 40, and the diffractive optical element 21 as a whole comprises the respective colors from the diffractive optical elements 21R, 21G and 21B.
  • the diffracted light power is diffused in the form of dots, and the dots are made uniform so as to overlap on the display area 40a, and the display area 40a is illuminated.
  • the light divergence angle ⁇ is determined by the beam diameter of the laser light beam la. As described later, this light divergence angle ⁇ can be sufficiently reduced to 1 degree or less.
  • the laser beam emitted from the laser generally has a Gaussian shape, and it is difficult to uniformly irradiate the liquid crystal display panel 40 as it is.
  • a uniform luminance distribution can be obtained on the liquid crystal display panel 40 by diffusing and shaping the laser light beam and irradiating the liquid crystal display panel 40.
  • the diffractive optical elements 21 R, 21 G and 21 B for each color be formed integrally on a single transparent substrate.
  • the diffractive optical elements 21R, 21G, and 21B are compared with the case where they are aligned and arranged.
  • the alignment of the first and second lenses 21 B and 21 B can be performed easily and accurately, and the entire diffractive optical element 21 can be miniaturized.
  • the diffractive optical element 21 as described above uses computer simulation based on the beam diameter of the laser light beams 1R, 1G and 1B of each color, the beam shape of the color light to be obtained, and the like. Once done, it can be created.
  • a red laser beam 2R diffused and formed by the red diffractive optical element 21R and a green diffused and formed by the green diffractive optical element 21G are converted into approximately parallel light laser light beams 3R, 3G and 3B, respectively, to the liquid crystal display panel 40. Arrange the field lens 31 to be incident.
  • the liquid crystal display panel 40 is a transmissive liquid crystal display device in which a liquid crystal layer 48 is formed between the incident side substrate 41 and the emission side substrate 46, and the polarizing plate 33 and the polarizing plate 33 are provided on the front side and front side of the liquid crystal display panel 40.
  • a microlens array is formed on the incident side substrate 41 of the liquid crystal display panel 40.
  • the incident side substrate 41 is formed by forming a microlens array 44 made of transparent resin or the like between transparent substrates 42 and 43 which also has a force such as quartz.
  • An opposing common electrode 45 made of a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) is formed on the substrate 43.
  • the light emitting side substrate 46 is a liquid crystal driving circuit 47 according to an active matrix method on one surface side of a transparent substrate made of quartz or the like, a scanning line which is made of polysilicon or the like, a signal line which is also made of aluminum or the like, ITO or the like. It is assumed that a pixel electrode, which is also a transparent conductive material, and a TFT (Thin Film Transistor) as a pixel switching element are formed.
  • a liquid crystal layer 48 is formed by arranging liquid crystal between the two, forming red pixels (sub-pixels for red display) Pr, green pixels (sub-pixels for green display) Pg, and blue pixels (blue Sub-pixel for display) Pb is formed.
  • red pixels sub-pixels for red display
  • green pixels sub-pixels for green display
  • blue pixels blue Sub-pixel for display
  • the liquid crystal drive circuit 47 is formed as described above, and the microlens array 44 combines the hexagonal microlenses 44 a into one display unit as viewed from the incident side of the laser light beam. It shall be formed in large numbers at one ratio.
  • Reference numeral 19a indicates a light shielding layer (black layer) and a scanning line, and reference numeral 19c indicates a signal line.
  • the display units can also be arranged in a square arrangement, in which case the microlenses 44 a have a rectangular (square or rectangular) shape when viewed from the incident side of the laser light beam.
  • the square arrangement is suitable for displaying characters and the like, and is often used in computer displays such as VGA and SXGA.
  • the laser light beams 3R, 3G and 3B incident on the liquid crystal display panel 40 are substantially collimated beams by the field lens 31, respectively.
  • the lens 44a is preferably aspheric in order to suppress spherical aberration.
  • each partial laser beam 3r, 3g and 3b is distributed and collected by the microlens 44a, and is incident on the corresponding pixels Pr, Pg and Pb of the liquid crystal layer 48, respectively.
  • the red diffractive optical element 21R described above causes the red laser light beam 1R emitted from the red laser 11R to finally enter the red pixel Pr of the liquid crystal layer 48 through the microlens 44a.
  • the green diffractive optical element 21G is formed by diffusion molding so that the green laser light beam 1G emitted from the green laser 11G is finally transmitted through the microlens 44a to the green of the liquid crystal layer 48.
  • the blue diffraction optical element 21B is formed by diffusion molding so as to be incident on the pixel Pg of the blue light beam 11B, and the blue laser light beam 1B emitted from the blue laser 11B is Finally, the light is diffused and formed so as to be incident on the blue pixel Pb of the liquid crystal layer 48 through the micro lens 44a.
  • each of the lasers 11R, 11G and 11B is regarded as a point light source in a pseudo manner, the light divergence angle a shown in FIG. 1 and FIG. 2 can be made sufficiently small, and the irradiation light amount on the screen is Compared to the case where a lamp is used as a light source, the light utilization efficiency can be improved to about 30% even with a single plate type. Therefore, the laser output can be reduced and the heat generation of each laser can be suppressed. Such high efficiency liquid crystal projectors have never existed.
  • a red image signal is applied to the portion of the pixel Pr of the liquid crystal layer 48, modulation of the transmittance of the portion of the pixel Pr is controlled, and a portion of the pixel Pg of the liquid crystal layer 48 is green.
  • the image signal is applied to modulate and control the transmittance of the portion of the pixel Pg, and the blue image signal is applied to the portion of the pixel Pb of the liquid crystal layer 48 to modulate and control the transmittance of the portion of the pixel Pb.
  • red image light is obtained as laser light transmitted through the portion of the pixel Pr
  • green image light is obtained as laser light transmitted through the portion of the pixel Pg, and transmitted through the portion of the pixel Pb.
  • laser light blue image light is obtained, and as laser light transmitted through the liquid crystal display panel 40, multicolor image light obtained by combining the image lights of the respective colors is obtained.
  • the multicolor image light is projected by the projection lens 50 onto a screen outside the projector.
  • the projection lens 50 is a combination of a plurality of lenses.
  • FIG. 1 As an example, it is configured as follows.
  • red laser 11R an InAlGaP-based semiconductor laser with an oscillation wavelength of 635 nm to 640 nm is used
  • blue laser 11B a GaN-based semiconductor laser with an oscillation wavelength of 445 nm is used.
  • the output is 100mW
  • the vertical light divergence angle is 30 degrees (FWHM)
  • the horizontal light divergence angle is 10 degrees
  • the transverse mode is single mode
  • the longitudinal mode is multimode.
  • a solid state laser using + KTP second harmonic is used. Output is 100mW, horizontal mode is thin
  • Guru mode vertical mode is multi mode.
  • the parallelism between the laser light beams 1R, 1G, and IB is important in controlling the incident angle of the laser light beams 2R, 2G, and 2B diffused and formed by the diffractive optical element 21 into the field lens 31.
  • a certain force S such that its parallelism falls within one degree in the X and ⁇ directions
  • the laser beam is controlled by the so-called active alignment method so as to have such parallelism.
  • the distance between the laser light beams 1R and 1G and the distance between the laser light beams 1G and 1B are respectively about 1.5 mm, and the diffractive optical elements 21 for the laser light beams 1R, 1G and 1B are on the order.
  • the beam size (beam diameter) is about 0.6 mm to 0.8 mm.
  • the light scattering angle a can be 1 degree or less, and the incident angle ⁇ of the laser light to the liquid crystal display panel 40 as shown in FIG. 3 can be several degrees (4 to 6 degrees).
  • a transparent resin such as epoxy or urethane
  • the width Ds of the signal line 19c is 2.0 m, and the width Dp of the pixels Pr, Pg, Pb is 8. 7 ⁇ m. Therefore, the pitch of the display unit consisting of one pixel Pr, Pg and Pb is 32.
  • the liquid crystal display panel 40 has a display unit with a pitch of 32. 1 m in the X direction and a pitch of 20.4 ⁇ m in the Y direction, for example, 188 units in the X direction, the Y direction. There are 2 20 pairs (440 rows) in two rows. Therefore, the entire display area is more than 6 mm in the X direction and less than S9 mm in the Y direction. It is also possible to further increase the definition.
  • the radius of curvature of the micro lens 44a is 25.2 / z m, the aspheric constant is ⁇ 0.765, and the focal length fa is approximately 120 m in air equivalent value of principal point H force.
  • the single-plate liquid crystal projector of the example of FIG. 1 described above uses a red laser 11R, a green laser 11G and a blue laser 11B, each of which is a semiconductor laser or a solid laser, as light sources, and diffractive optical elements 21R of each color.
  • a red laser 11R a green laser 11G and a blue laser 11B, each of which is a semiconductor laser or a solid laser, as light sources, and diffractive optical elements 21R of each color.
  • 21G and 21B the optical system of the light source unit and the entire projector can be significantly miniaturized.
  • the maximum diffraction angles of the diffractive optical elements 21 R, 21 G and 21 B are on the liquid crystal display panel 40.
  • the brightness uniformity is in a trade-off relationship with the brightness uniformity, but the brightness uniformity can be increased up to about 30 degrees without impairing the brightness uniformity, whereby the diffractive optical element 21 and the liquid crystal display panel 40 can be obtained.
  • the distance of the projector can be shortened, and the overall length of the projector can be shortened.
  • the optical system of the entire projector has a width in the X direction and Y direction of 1 cm, a length in the Z direction of 3.5 cm, and a volume of several cm It could be downsized to about three .
  • the light divergence angle ⁇ can be sufficiently reduced to 1 degree or less.
  • the light utilization efficiency can be made high enough to be around 30%. Therefore, the laser output power can be reduced, which is advantageous in terms of heat control and safety measures.
  • the light scattering angle is large (usually about 10 to 15 degrees) unless an aperture or the like is used, and in the case of a single-plate type, color mixing occurs and the color purity is
  • the light divergence angle ⁇ can be made sufficiently small such as 1 degree or less as described above. No reduction in purity occurs.
  • the light incident angle to the projection lens 50 can also be reduced, a lens with a large F number can be used as the projection lens 50, and the degree of freedom in design of the projection lens 50 is increased. The cost of the lens 50 can be reduced.
  • black display is realized by blocking the corresponding display units of the liquid crystal layer 48 by the liquid crystal drive circuit 47 which is eliminated by turning off the laser beam beams 1R, 1G and 1B of the respective colors. Image contrast does not decrease.
  • the light divergence angle a and the incident angle ⁇ can be reduced as described above, it is possible to reduce the decrease in contrast due to the light being obliquely incident on the polarizing plates 33 and 34.
  • FIG. 6 shows a second example of the basic configuration of the single-panel liquid crystal projector. As an example of The case where a refractive optical element is used as a shaping
  • a red laser 11R, a green laser 11G and a blue laser 1 IB are provided as light sources, but in this example, for example, laser light beams 1R and 1B power on both sides are directed to the principal point of the fino red lens 31.
  • each of the lasers 11R, 11G and 11B is disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the central laser light beam 1G.
  • the laser light beams 1R, 1G and 1B of the respective colors may be made parallel.
  • a refractive optical element is used as the light beam diffusion molded optical element, and the laser light beams 1R, 1G and 1 B of the respective colors emitted from the respective lasers 11R, 11G and 11B are The ⁇ 2 plates 29R, 29G, and 29 ⁇ are transmitted to be incident on the refractive optical element 23.
  • the refractive optical element itself is known and is on the Internet (eg, URL; http:
  • the refractive optical element is a two-dimensional assembly of micro lenses having various shapes and curvatures, and can diffuse and shape a light beam by refraction of light.
  • Each of the micro lenses has different curvatures and radiuses of about 50 m in side length, and light incident on each micro lens is refracted by the micro lenses and overlapped to finally have a predetermined shape. It is possible to make the brightness distribution uniform as well.
  • each micro lens By refracting, condensing and diffusing incident light, and superimposing it, it is shaped into a predetermined shape, and uniformity of the luminance distribution is also obtained.
  • the refractive optical element 23 as shown in a partially enlarged view in FIGS. 7 (A) and (B) common to the laser light beams 1R, 1G, and 1 B of the respective colors.
  • a large number of two-dimensionally formed microlenses 23a as described above are disposed on one side, and the laser beam beams 1R, 1G, and 1B of each color are liquid as shown by laser beam 2R, 2G, and 2B, respectively.
  • Diffusion molding is performed so as to be incident on corresponding pixels of the liquid crystal layer 48 of the liquid crystal display panel 40 over the entire display region of the liquid crystal display panel 40.
  • the light 9 in FIG. 7 (B) shows how the light incident on a certain microlens is refracted.
  • the refractive index is determined only by the dispersion relation of the material forming the element, and in the visible light region, the refractive index for light of each color is hardly changed. Can be made common to the laser light beams 1R, 1G and 1B of the respective colors.
  • Such a refractive optical element 23 can be designed by computer simulation, can be made into a master by an electron beam, and can be made using a resin.
  • a field lens 31 is disposed between the refractive optical element 23 and the liquid crystal display panel 40, and the laser light beams 2R, 2G and 2B of the respective colors diffused and formed by the refractive optical element 23 are approximately
  • the conversion to a parallel light laser beam and the incidence on the liquid crystal display panel 40 are the same as in the example of FIG.
  • the configuration of the liquid crystal display panel 40 is also the same as the example of FIG. 1 including the point of forming the microlens array 44 on the incident side substrate 41 as shown in FIG.
  • the lasers 11R, 11G and 11B are simply arranged in one direction as shown in FIG. 1 or FIG. 6, and the laser light beams 1R, 1G and 1B emitted from the lasers 11R, 11G and 11B are used as they are.
  • the distance between adjacent laser light beams may not be sufficiently reduced due to the package of the laser or the like.
  • the light source unit 10 is configured as shown in FIG. 8 as an example.
  • the central green laser 11G made of a DPSS laser is disposed at a position retracted from the red laser 11R and the blue laser 11B, and one end of the polarization mode optical fiber 13G is Connect the green laser 11G, and the other end of the optical fiber 13G between the red laser 11R package 1 lr and the blue laser 11B can package 1 lb, the optical fiber 13G
  • the other end force is configured to emit a green laser beam 1G.
  • the distances between the laser light beams 1R and 1G and between the laser light beams IB and 1G can be shortened.
  • the diffraction optical elements 21R and 21G and the diffractions are diffracted.
  • the spacing (pitch) between the optical elements 21B and 21G can be shortened.
  • the green laser 11G can be installed separately from the red laser 11R and the blue laser 11B. Therefore, especially in a small-sized electronic device, The degree of freedom can be given to the arrangement of light sources.
  • the green laser 11G which is a DPSS laser power, is larger than the red laser 11R and the blue laser 11B, which are semiconductor lasers.
  • the laser light beam emitted from the semiconductor laser diverges at different angles in the vertical direction and the horizontal direction as described above in which the cross-sectional shape is not circular, but the laser light entering the diffractive optical element 21 or the refractive optical element 23 It is desirable that the beam have a circular cross section. Also, the laser light beam emitted from the DPSS laser is, in fact, quite small in beam diameter.
  • the light divergence angle a shown in FIGS. 1, 2 and 6 corresponds to the beam diameter of the laser light beam emitted from the laser, and the smaller the beam diameter, the smaller the light divergence angle. . Therefore, in the case where the laser light incident on the liquid crystal display panel 40 is condensed by the microlens 44a and incident on the corresponding pixel as described above, the laser is emitted from the laser in order to make the condensing shape as small as possible. It is necessary to make the beam diameter of the laser light beam as small as possible.
  • the diffracted light in two-dimensional directions with periodic pitches in each of the red diffractive optical element 21R, the green diffractive optical element 21G, and the blue diffractive optical element 21B.
  • the laser light beam is incident on the diffractive optical element for red 21R, the diffractive optical element for green 21G, and the diffractive optical element for blue 21B while covering a plurality of basic periods. If the beam diameter of the laser beam 1G incident on the green diffractive optical element 21G is too small, the green diffracted light V must be uniformly diffused in two dimensions. Can not Therefore, it is desirable that the beam diameter of each color of laser light beams 1R, 1G and IB to be incident on the diffractive optical element 21 be about 0.5 mm to 1 mm.
  • the light source unit is configured as shown in FIG. 9 as an example. Specifically, in this example, the laser light beam IGo emitted from the central green laser 11G made of a DPSS laser is expanded by the beam expander 12G to be incident on the diffractive optical element 21.
  • the laser light beam IRo which also emits red laser 11R (can package l lr) power, has a cross-sectional shape made circular by a collimation unit 14R consisting of two cylindrical lenses 15R and 16R. Furthermore, it is reflected twice by the prism 17R to make the laser light beam 1R passing a position close to the laser light beam 1G, and the laser light beam ⁇ ⁇ emitted from the blue laser 11B (can package l ib) has two cylindrical
  • the cross-sectional shape is made circular by a collimation unit 14B consisting of lenses 15B and 16B, and reflected twice by a prism 17B to make a laser light beam 1B close to the laser light beam 1G and passing through a position.
  • the cross section of the red laser light beam 1R and the blue laser light beam 1B close to a circle with a beam diameter of 0.8 ⁇ , respectively.
  • Astigmatism for the red laser beam 1R and the blue laser beam 1B can be reduced, and the green laser beam 1G can be reduced to 0.6 ⁇ at the position of the diffractive optical element 21
  • the beam diameter can be made.
  • the distance between the laser light beams 1R and 1G and the distance between the laser light beams IB and 1G can be made sufficiently small such as 1.5 mm.
  • Each of the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 1 IB can have an emission surface (output surface) extended or arranged in the ⁇ direction. It is important to do so, especially to increase the amount of light emitted.
  • FIG. 10 is a view of the liquid crystal display panel 40 side.
  • the green laser 11G which consists of a DPSS laser, has an output surface 18 in its package l lg. A plurality of g are arranged in the Y direction, and laser light beams are emitted from the respective output faces 18g.
  • the red laser 11R and the blue laser 11B respectively have a plurality of semiconductor lasers 18a in the Y direction as a heat sink 18h. It is assumed that the laser beam is emitted from the respective semiconductor lasers 18a as well as the array formation.
  • the red laser 11R and the blue laser 11B respectively form a metal block 18c such as copper on one surface of the Peltier element 18p, and a semiconductor laser 18a on one surface of the metal block 18c.
  • a metal block 18c such as copper on one surface of the Peltier element 18p
  • a semiconductor laser 18a on one surface of the metal block 18c.
  • the emitting multi stripe semiconductor laser it is assumed that laser light beams are emitted from the respective semiconductor lasers 18s.
  • the liquid crystal display panel 40 is a so-called square in which pixels of the same color are arranged in the Y direction. It can be arrayed. In particular, in the case of displaying characters and figures, a square arrangement is preferable.
  • the microphone lens 44a shown in FIG. 3 can be a cylindrical lens extending in the Y direction. Even when the microphone lens 44a is a cylindrical lens, it is desirable that the light incident side of the microphone lens 44a be elliptical or hyperbolic.
  • a collimator lens is used instead of the field lens 31 described above.
  • the emission surface of the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 1 IB is increased. It is possible to increase the brightness of the image and to reduce the spatial noise peculiar to the laser.
  • each color is set by setting the number of output faces 18g and the number of semiconductor lasers 18a in the example of FIG. 10 or FIG. 11 (A), or setting the number of semiconductor lasers 18s in the example of FIG. 11 (B).
  • Ray of The light quantity of the whole light can be made uniform or adjusted.
  • a plurality of light emission surfaces 19b respectively formed in the Y direction are used as a laser light source in which a red laser 11R, a green laser 11G and a blue laser 1 IB are integrated.
  • the red laser light emitted from the laser 19 r, the green laser light emitted from the laser 19 g, and the blue laser light emitted from the laser 19 b are each a diffractive optical element 21 (or a refractive optical element).
  • the diffusion element is formed by the optical element 23), and is incident on the red pixel Pr, the green pixel Pg and the blue pixel Pb of the liquid crystal layer 48 through the collimator lens 32 and the microlens 44a of the liquid crystal display panel 40 .
  • the liquid crystal display panel 40 can be of a square arrangement as shown in FIG. 12 and has a line shape extending the light source image on the pixels Pr, Pg, Pb in the Y direction.
  • the micro lens 44a can be a cylindrical lens that extends in the Y direction.
  • a short wavelength may be used, unlike the respective examples shown in the drawings. It is desirable to center the blue laser light beam.
  • liquid crystal display panels liquid crystal light bulbs
  • FIG. 14 shows an example of a two-plate liquid crystal projector.
  • a red laser 11R and a blue laser 11B are disposed close to each other as light sources. And place the green laser 11G at another location.
  • the red laser 11R and the blue laser 11B are semiconductor lasers as described above, and the green laser 11G is a DPSS laser as described above.
  • a red diffractive optical element 21R and a blue diffractive optical element 21B are disposed in front of the red laser 11R and the blue laser 11B, and thereby red laser light emitted from the red laser 11R
  • the beam 1R and the blue laser beam 1B emitted from the blue laser 1 IB are diffused and formed so as to enter the corresponding pixels across the entire display region of the liquid crystal display panel 80 described later. .
  • Laser light beams 2R and 2B diffused and formed by the diffractive optical element 21R for red and the diffractive optical element 21B for blue are respectively converted into laser light beams 3R and 3B of parallel light beams by the field lens 31RB.
  • the light is converted to be incident on the liquid crystal display panel 80.
  • liquid crystal display panel 80 a liquid crystal layer constituting pixels of red and blue is formed between an incident side substrate on which a microlens array is formed and an emission side substrate.
  • the incident side substrate 81 forms a microlens array 84 between the transparent substrates 82 and 83, and a transparent conductive material such as ITO is formed on the transparent substrate 83.
  • the output side substrate 86 is made of a transparent conductive material such as a scanning line, a signal line, or ITO as a liquid crystal drive circuit 87 based on the reflective matrix method on one side of the transparent substrate.
  • the pixel electrode and the TFT as a pixel switching element are formed.
  • the opposing common electrode 85 and the liquid crystal driving circuit 87 are opposed to each other so that a slight gap is formed between the above-described incident side substrate 81 and the emission side substrate 86.
  • a liquid crystal is injected between the two to form a liquid crystal layer 88, thereby forming a red pixel Pr and a blue pixel Pb.
  • the microlenses 84 a are formed at a ratio of one to a set (display unit) of the red pixel Pr and the blue pixel Pb.
  • the microlens 84a is a cylindrical lens extending in the direction perpendicular to the plane of the drawing of FIG.
  • the red and blue laser light beams 3R and 3B incident on the liquid crystal display panel 80 as collimated light beams by the field lens 31RB are, as shown in FIG.
  • the laser beams 3r and 3b are distributed and collected by the microlenses 84a, respectively, to be incident on the corresponding pixels Pr and Pb of the liquid crystal layer 88.
  • a red image signal is applied to the portion of the pixel Pr of the liquid crystal layer 88, modulation of the transmittance of the portion of the pixel Pr is controlled, and the portion of the pixel Pb of the liquid crystal layer 88 is blue.
  • An image signal is applied to modulate and control the transmittance of the portion of the pixel Pb.
  • red image light is obtained as laser light transmitted through the portion of the pixel Pr
  • blue image light is obtained as laser light transmitted through the portion of the pixel Pb.
  • the red image light 5R and the blue image light 5B transmit the dichroic prism 63 and enter the projection lens 50.
  • a green diffractive optical element 21G is disposed in front of the green laser 11G, whereby a green laser beam 1G emitted from the green laser 11G is transmitted to a liquid crystal display panel described later. Diffusion molding is performed so as to be incident on each pixel across the entire display area of 65 G
  • the laser light beam 2G diffused and formed by the green diffractive optical element 21G is reflected by the mirror 37, converted into a parallel light beam laser light beam 3G by the field lens 31G, and is incident on the liquid crystal display panel 65G. .
  • the liquid crystal display panel 65 G is a liquid crystal display device for single color display, and its pixels correspond to display units each consisting of one red pixel Pr and one blue pixel Pb of the liquid crystal display panel 80 described above.
  • the green image signal is applied to the portion of each pixel, and the transmittance of the portion of each pixel is modulated and controlled. Therefore, green image light 5G is obtained as laser light transmitted through the liquid crystal display panel 65G.
  • the green image light 5 G is reflected by the reflection film 63 a of the dichroic prism 63 and projected. Make it incident on the lens 50.
  • the angle between the red laser beam 1 R and the blue laser beam 1 B is 6 degrees.
  • the example of FIG. 14 is a case where the green diffractive optical element 21 G is a transmissive diffractive optical element, and a reflective diffractive optical element is disposed at the position of the mirror 37 as a green diffractive optical element. A little.
  • each diffractive optical element it is possible to use a refractive optical element as described above.
  • Red light has the highest degree of recognition as a red light with a wavelength of about 620 nm, but with current semiconductor lasers, those that can obtain laser light with a wavelength of about 620 nm lack reliability due to, for example, lack of stability with temperature. It is inferior. Therefore, for example, as a red laser, a semiconductor laser is used which can obtain a laser beam with a wavelength of about 640 nm, which has high reliability although the recognition degree as red is somewhat low.
  • two red lasers are used to increase the recognition degree as red.
  • the red laser 11 Rs and the green laser 11 G are disposed close to each other at the green laser 11 G in the example of FIG.
  • the red laser l lRs is a semiconductor laser similar to the red laser 11 R.
  • the reflective red diffractive optical element 21 rs and the green diffractive optical element 21 Ga are disposed, respectively, whereby the red laser l l rs emits light.
  • the red laser light beam lRs and the green laser light beam 1G emitted from the green laser 11G are reflected, respectively, and are extended to the entire display region of the liquid crystal display panel 90 described later and to the corresponding pixels. Diffusion molding to be incident.
  • the laser light beams 2Rs and 2G thus converted are converted into parallel light beam laser light beams 3Rs and 3G by the field lens 31RG, respectively, and enter the liquid crystal display panel 90.
  • the liquid crystal display panel 90 has a liquid crystal layer constituting red and green pixels formed between the light-incident side substrate on which the microlens array is formed and the light-emitting side substrate, and the liquid shown in FIG.
  • the blue pixel Pb of the crystal display panel 80 is replaced with a green pixel.
  • red image light 5Rs and green image light 5G are obtained.
  • the optical systems of the red laser 11R and the blue laser 11B at different places are the same as the example of FIG.
  • the red image light 5Rs transmitted through the liquid crystal display panel 90 is reflected by the reflection film 63a of the dichroic apertured prism 63, and the red image transmitted through the liquid crystal display panel 80.
  • the green image light 5G transmitted through the liquid crystal display panel 90 is reflected by the reflection film 63a of the dichroic prism 63 and made incident on the projection lens 50,
  • the blue image light 5 B transmitted through the display panel 80 is transmitted through the dichroic prism 63 and made incident on the projection lens 50.
  • multicolor image light can be projected on a screen outside the projector, and the recognition degree of red in the multicolor image can be enhanced.
  • the angle of the laser light beam IRs with respect to the laser light beam 1G is 1.5 degrees
  • the angle of the laser light beam 2Rs with respect to the laser light beam 2G is 3 degrees.
  • the refractive optical element as described above can be used instead of each diffractive optical element.
  • liquid crystal display panels liquid crystal light valves
  • FIG. 17 shows an example of a three-plate liquid crystal projector.
  • the red laser 11R, the green laser 11G, and the blue laser 1 IB are disposed at different locations, and the red diffractive optical element 21R emits red light emitted from the red laser 11R.
  • the laser light beam 1R is diffused and formed so as to enter the respective pixels across the entire display region of the liquid crystal display panel 65R described later, and is emitted from the green laser 11G by the green diffractive optical element 21G.
  • the green laser light beam 1G is diffusion-molded so as to be incident on each pixel across the entire display region of the liquid crystal display panel 65G described later, and the blue laser 11B is formed by the reflective blue diffractive optical element 21Ba.
  • the emitted blue laser light beam 1B is reflected and diffused and formed so as to be incident on each pixel across the entire display region of the liquid crystal display panel 65B described later.
  • the laser light beam 2R diffused and formed by the red diffractive optical element 21R is reflected by the mirror 39, converted into a parallel light beam laser light beam 3R by the field lens 31R, and is incident on the liquid crystal display panel 65R.
  • the laser light beam 2G diffused and formed by the green diffraction optical element 21G is converted into a parallel light beam laser light beam 3G by the field lens 31G and is incident on the liquid crystal display panel 65G, and the blue diffraction optical element 21Ba
  • the laser light beam 2B reflected and diffusion-shaped is converted by the field lens 31B into a laser light beam 3B of a parallel light beam to be incident on the liquid crystal display panel 65B.
  • the liquid crystal display panel 65R is a liquid crystal display device for single color display, for the red, the liquid crystal display panel 65G for the green, and the liquid crystal display panel 65B for the blue.
  • red image light 5R is obtained as laser light transmitted through the liquid crystal display panel 65R
  • green image light 5G is obtained as laser light transmitted through the liquid crystal display panel 65G
  • the liquid crystal display panel 65B is obtained.
  • Blue image light 5B is obtained as a laser beam that has passed through the
  • the green image light 5G is transmitted through the cross dichroic prism 69 and is incident on the projection lens 50, and the red image light 5R is reflected on the reflection film of the cross dichroic prism 69.
  • the blue image light 5 B is reflected by 69 r to be incident on the projection lens 50, and the blue image light 5 B is reflected by the reflection film 69 b of the cross-dike prism 69 to be incident on the projection lens 50.
  • multi-color image light can be projected on the screen outside the projector.
  • a reflective red diffractive optical element is disposed at the position of the mirror 39, and instead of the reflective blue diffractive optical element 21Ba, it is for blue.
  • a mirror is placed at the position of the diffractive optical element 21Ba, and a transmissive diffractive optical element for blue at the position in front of it. Elements may be arranged.
  • the refractive optical element as described above can be used instead of each diffractive optical element.
  • each embodiment mentioned above is a case where it is considered as 3 color composition of red, green, and blue, it can be considered as composition of 2 colors or 1 color in 3 colors.
  • the green laser 11G and the diffractive optical element 21G for green are not provided, and the liquid crystal display panel 40 is shown in FIG.
  • the blue laser 11B and the blue diffractive optical element 21B are not provided in the example of FIG.
  • the display panel 80 may be a liquid crystal display device for single color display for red.
  • the display panel 40 may be a liquid crystal display device for single color display for green.
  • FIG. 18 shows an example of the image reproduction apparatus of the present invention.
  • a single-panel liquid crystal projector 110 as in the example of FIG. 1 or FIG. 6 is built in a mobile phone terminal 100 as a liquid crystal projector of the present invention.
  • the mobile phone terminal 100 has a base 101 provided with various keys and a microphone for transmission, with an open / close unit 101 provided with a speaker and a receiver such as a liquid crystal display and an organic EL display.
  • the liquid crystal projector 110 is built in the side of the base 102 opposite to the side where the antenna 103 is provided.
  • the semiconductor memory which is obtained by the mobile phone communication network or obtained by photographing the subject with the camera incorporated in the mobile phone terminal 100, and which is built in the mobile phone terminal 100 can be obtained. It is recorded on a recording medium such as a node disc or a memory card attached to the mobile phone terminal 100!
  • the image data to be read is processed by the image processing unit inside the mobile phone terminal 100, converted into red, green and blue image signals, and the liquid of the liquid crystal projector 110 is processed.
  • the multicolor image light 7 can be projected onto the screen 200 outside the mobile phone terminal 100.
  • the screen 200 it is possible to use a room wall, a desk top, a sheet placed on the desk, and the like.
  • the liquid crystal projector according to the present invention is not limited to a mobile phone terminal, and may be recorded in a built-in or mounted recording medium (storage device) such as a digital camera (digital still camera), a video camera, a mobile computer, or a game machine.
  • a digital camera digital still camera
  • video camera video camera
  • mobile computer or a game machine.
  • Existing image data can be processed and incorporated into an apparatus for reproducing an image.

Landscapes

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Abstract

　プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の機器に内蔵できる程度に小型化できるようにするため、赤用回折光学素子（２１Ｒ）によって赤のレーザ光ビーム（１Ｒ）を、緑用回折光学素子（２１Ｇ）によって緑のレーザ光ビーム（１Ｇ）を、青用回折光学素子（２１Ｂ）によって青のレーザ光ビーム（１Ｂ）を、それぞれ液晶表示パネル（４０）の表示領域の全域に渡り、かつ液晶層（４８）の対応する画素に入射するように拡散成形し、拡散成形されたレーザ光ビーム（２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ）を、フィールドレンズ（３１）を介して液晶表示パネル（４０）に入射させる。液晶表示パネル（４０）は、赤、緑および青の画素を形成し、かつ入射側基板（４１）にマイクロレンズアレイを形成したものとし、各色のレーザ光をマイクロレンズで分配集光して対応する画素に入射させる。回折光学素子の代わりに屈折型光学素子を用いることもできる。

Description

明 細 書
液晶プロジェクタおよび画像再生装置
技術分野
[0001] この発明は、液晶表示パネル (液晶表示装置）をライトバルブとして用いたプロジェ クタ (投射型表示装置）、および、携帯電話端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、パー ソナルコンピュータ、ゲーム機、玩具などの画像再生装置に関する。
背景技術
[0002] プロジェクタは、従来一般に、住居内などに設置して使用するものとして考えられ、 特開昭 63— 118125号公報ゃ特開平 4— 60538号公報などに示されているように、 光源として、メタルノヽライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプなどのランプが用 いられている。
[0003] しかし、ランプを光源とすると、（a)光源部の口径が大きくなり、プロジェクタ全体が 大型化する、（b)光源部の発熱量が大きぐファンなどの冷却装置を必要とし、プロジ ェクタ全体がいっそう大型化する、（c)ファンなどによるノイズが大きぐ消費電力も大 きくなる、（d)紫外線など、不要かつ有害な波長領域の光が照射され、有機物を使用 した液晶表示パネルの信頼性を損ねるおそれがある、 (e)光源を高速でオン'オフす ることができず、光量の調整も難しい、（f)ランプの断線や寿命によって、頻繁にラン プ交換が必要となる、などの問題がある。
[0004] そのため、プロジェクタの光源としてランプ以外の発光素子 (発光体)を用いることが 考えられている。
[0005] 具体的に、特開 2005— 116799号公報や、 G. Harbers, M. Keuper, S. Paoli ni; 'Performance of High Power LED Illuminators m Color Sequen tial Projection Displays", IDW' 03 pl585〜pl588には、光源として LED ( 発光ダイオード)を用いることが示されて 、る。
[0006] さらに、特表 2005— 526288号公報には、光源としてレーザを用い、レーザの励 起を、ラスタパターン中のピクセルごとに制御するとともに、レーザから放出されたレ 一ザ光を、 2つの走査ミラー力 なるスキャナによってラスタパターン上に走査させて 、ラスタパターン上に 2次元画像を表示することが示されて 、る。
[0007] レーザにつ 、ては、半導体レーザ、 V、わゆる LDや、半導体レーザによって励起さ れる固体レーザ（DPSSL : Diode Pumped Solid State Laser)などの固体レ 一ザが実現されており、その大きさも、半導体レーザでは、一辺の長さを数 100 /z m 程度にすることができ、固体レーザの非線形光学結晶では、 lOOmW出力クラスで数 mm程度にすることができる。
[0008] また、半導体レーザまたは固体レーザは、メタルノ、ライドランプなどと比較すると、長 寿命で、ほとんど交換が不要であり、発光効率も高ぐ発熱も少なぐ冷却しやすい。
[0009] また、半導体レーザまたは固体レーザは、結晶の種類や組成によって、赤、緑およ び青の各波長領域内の、表示に最適な波長の光を出射させることが可能であり、色 純度が向上し、赤外光や紫外光などの表示に不要な光も出射されない。
[0010] さらに、半導体レーザまたは固体レーザは、オン'オフのスイッチングも瞬時に行うこ とができ、出射光量の制御も容易である。
発明の開示
[0011] 特開 2005— 116799号公報や G. Harbers, M. Keuper, S. Paolini; "Perfor mance oi High Power LED Illuminators m Color Sequential Projec tion Displays", IDW' 03 pl585〜pl588に示されているように、液晶プロジェク タの光源として LEDを用いると、光源としてランプを用いる場合に比べて、光源部を 小型化することができ、プロジェクタ全体を小型化することができる力 それでも、プロ ジェクタ全体としては、「手のひら」に載る程度のサイズが限度であり、プロジェクタを 携帯電話端末などの小型の機器に内蔵させることは難しい。
[0012] しかも、特開 2005— 116799号公報でも指摘されているように、 LEDは、出射され る光の発散角が大きぐこれをプロジェクタの光源として用いた場合、ェテンデュ (Ete ndue)が液晶表示パネルの表示領域に比べて大きくなり過ぎ、結果として光利用効 率が低下する。
[0013] これに対して、半導体レーザまたは固体レーザは、それ自体として小型化すること ができるだけでなぐ LEDと比較すると、出射される光の発散角を圧倒的に小さくす ることができ、光利用効率を大きく向上させることができる。 [0014] これは、レーザ光源は、 LEDと比較すると、より点光源に近づくため、ェテンデュの 最適化が簡単になり、光利用効率が上昇して、結果として、プロジェクタにおいて同 程度の光量を達成するのに、光源として LEDを用いた場合と比較すると、光源の出 射光量が少なくて済む力 である。
[0015] その結果、光源としてレーザを用いた場合には、冷却装置を簡略化し、または不要 とすることができる。
[0016] しかしながら、特表 2005— 526288号公報〖こ示されているよう〖こ、スキャナによって レーザ光をラスタスキャンさせる方法では、黒表示はレーザ光をオフにすることによつ て実現するが、レーザ光を高速で変調しながら瞬間的にレーザ光が完全に出射され ないようにする（光量をゼロにする）ことは難しぐ結果として画像コントラストが低下す る欠点がある。
[0017] そこで、この発明の課題は、プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の機器に 内蔵できる程度に小型化することができるとともに、プロジェクタとして不可欠な光利 用効率の向上および画像コントラストの向上を実現することができるようにすることで ある。
[0018] 上記の課題を解決するための、赤、緑および青の 3色につき単板式に構成する場 合に係る、この発明の液晶プロジェクタは、
それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、かつ、それぞれ赤、緑および青 のレーザ光ビームを出射する第 1、第 2および第 3のレーザを有する光源部と、 入射側基板と出射側基板との間に、赤、緑および青の画素を構成する液晶層が形 成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ が形成された液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記光源部から出射された各色のレーザ光ビーム を、それぞれ前記液晶表示パネルの表示領域の全域に渡り、かつ前記液晶表示パ ネルの前記液晶層の対応する画素に入射するように拡散成形する光ビーム拡散成 形光学素子と、
この光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された各色のレーザ光ビームを 、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記液晶表示パネルの前記マイクロレ ンズに入射させるレンズ系と、
前記液晶表示パネルを透過した画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする。
[0019] 上記の構成の液晶プロジェクタでは、光源部の第 1、第 2および第 3のレーザから出 射された赤、緑および青のレーザ光ビームが、それぞれ回折型または屈折型の光ビ ーム拡散成形光学素子によって、一枚の液晶表示パネルの表示領域の全域に渡り 、かつその液晶層の対応する画素に入射するように拡散成形される結果、赤、緑およ び青を含む多色画像が外部のスクリーン上に投射されるようになる。
[0020] し力も、第 1、第 2および第 3のレーザは、半導体レーザまたは固体レーザであって 、著しく小型化することができ、回折型または屈折型の光ビーム拡散成形光学素子も 、十分に小型化することができるので、プロジェクタ全体を著しく小型化することがで き、携帯電話端末などの小型の機器に内蔵することが可能となる。
[0021] さらに、照明光としてレーザ光を使用するので、光利用効率が向上するとともに、黒 表示は、各色のレーザ光ビームをオフにすることによってではなぐ液晶駆動回路に より液晶層の対応する表示単位を遮光することによって実現されるので、画像コントラ ストが低下することもない。
[0022] さらに、特表 2005— 526288号公報に示されたレーザスキャン方式とは異なり、液 晶表示パネルで変調された画像光が投射レンズによって拡散光として拡大投影され るため、画面のチラツキ感がほとんどなぐ液晶に特有な「落ち着いた」画像が得られ る利点がある。
[0023] 以上のように、この発明によれば、プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の 機器に内蔵できる程度に小型化することができるとともに、プロジェクタとして不可欠 な光利用効率の向上および画像コントラストの向上を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]単板式の液晶プロジェクタの第 1の例を示す図である。
[図 2]回折光学素子の一例を示す図である。
[図 3]液晶表示パネルの一例を示す図である。
[図 4]画素およびマイクロレンズの配列形状の一例を示す図である。 [図 5]液晶表示パネルの具体例を示す図である。
[図 6]単板式の液晶プロジェクタの第 2の例を示す図である。
[図 7]屈折型光学素子の一例を示す図である。
[図 8]光源部の一例を示す図である。
[図 9]光源部の一例を示す図である。
[図 10]各レーザの一例を示す図である。
[図 11]各レーザの一例を示す図である。
[図 12]画素配列の一例を示す図である。
[図 13]各レーザを一枚の基板に集積する場合の一例を示す図である。
[図 14] 2板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。
[図 15]液晶表示パネルの一例を示す図である。
[図 16]2板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。
[図 17] 3板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。
[図 18]この発明の画像再生装置の一例としての携帯電話端末を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0025] [1.第 1の実施形態 (単板式）：図 1〜図 13]
第 1の実施形態として、赤、緑および青の 3色につき一枚の液晶表示パネル (液晶 ライトバルブ)を用いる単板式の場合を示す。
[0026] (1 - 1.基本的な構成の第 1の例（回折光学素子を用いる場合）：図 1〜図 5)
図 1に、単板式の液晶プロジェクタの基本的な構成の第 1の例として、光ビーム拡散 成形光学素子として回折光学素子を用いる場合を示す。
[0027] 方向を明確にするために、図示するように、 X方向、 Y方向および Z方向を定義する
。 Y方向は、図 1では紙面に垂直な方向である。
[0028] <光源部 >
この例では、光源として、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IB を、 X方向に配列して設ける。
[0029] 赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bとしては、それぞれ半導体レーザを用いる。
例えば、赤色レーザ 11Rとしては、 InAlGaP系などのものを用い、青色レーザ 11Bと しては、 GaN系や InGaN系のものを用いる。
[0030] 一方、緑のレーザ光を出射する半導体レーザは、現在のところ実現されて!ヽな 、た め、緑色レーザ 11Gとしては、半導体レーザによって励起される固体レーザ、いわゆ る DPSS (Diode Pumped Solid State)レーザ、例えば、 YVO +KTP (KTiO
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PO )、結晶 PPLN (Periodically Poled LiNbO )、または PP (Periodically Po
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led) MgO-LN (LiNbO )などを用いる。
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[0031] 赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBの発振モードは、マルチ モードでもよい。温度変化などに対するモード安定性や偏光安定性を図るために、 半導体レーザでは狭ストライプ幅を実現し、固体レーザでは周期的分極反転 (perio dically poled)を図ることがある力 この発明では、後述の光ビーム拡散成形光学 素子（回折光学素子または屈折型光学素子)の入射光ビームの形状に対する鈍感 性によって、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBとして、マルチ モードの半導体レーザまたは固体レーザを用いることができる。
[0032] もちろん、シングルモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いてもよい。一般 に半導体レーザの場合は、モード制御をするよりは、多モード発振まで利用できるよ うにすることによって、使用できる半導体レーザの歩留まりが向上し、製造コストが低 下する。
[0033] 赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBから出射された赤、緑お よび青のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1Bは、例えば、それぞれ λ Ζ2板（1Z2波 長板） 29R, 29Gおよび 29Βを透過させて、回折光学素子 21に入射させる。
[0034] 半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光は、レーザ内部電界の変 動のために、偏光方向が必ずしもデバイスごとに一定ではなぐデバイスの糸且立て精 度によっても、偏光方向がばらつく力 このように λ Ζ2板 29R, 29Gおよび 29Βを揷 入し、かつその回転位置を調整することによって、後述の液晶表示パネル 40に入射 する各色のレーザ光ビーム 3R, 3Gおよび 3Βの偏光方向を液晶表示パネル 40の偏 光軸に合致させることができる。
[0035] λ Ζ2板の代わりに、適切な位相差フィルムまたは位相差板を用いて偏光方向を補 正するようにしてもよい。例えば、一般的に使用されている Al;GaAs系半導体レーザ 励起 YVO +KTP二次高調波利用の固体レーザは、デバイスごとに偏光方向が変
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わり、偏光比 10程度のものが多い。このような場合、適切な位相差フィルムを用いて リタ一デーシヨン値を補償し最適化することによって、偏光比を大きくすることができる
[0036] このように λ Ζ2板や位相差フィルムなどにより偏光軸を調整することによって、液 晶表示パネル 40の前後の偏光板 33および 34による光の損失を少なくし、光利用効 率をより向上させることができる。
[0037] <光ビーム拡散成形光学素子としての回折光学素子 >
この発明では、回折型または屈折型の光ビーム拡散成形光学素子によって、プロ ジェクタの光源としての半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光ビー ムを、液晶ライトバルブとしての液晶表示パネルの表示領域の全域に渡るように拡散 成形するが、図 1の例は、その光ビーム拡散成形光学素子として回折光学素子を用 いる場合である。
[0038] 回折光学素子（DOE : Diffractive Optical Element)それ自体は、" Diffuser" または" Beam Shaper"などとして知られて ヽる。
[0039] 例えば、参考文献 1 ( Adam Fedor； Digital Optics Corp. "Binary Optic
Diffuser Design")に【ま、 'Diffuser 3;た ίま' Beam Shaper"によって光ビ ~~ムを 拡散成形することが示されており、参考文献 2 (池田欣史「回折型レンズ」；OPTRO NICS 2005年 No3 ppl75〜178)には、「回折型レンズ」の製造方法などが示 されている。
[0040] "Diffuser"は、入射した光ビームのある 1点の光を出力プレーン（Output Plane )上の多数の点に回折するように（1 :Nのマッピング）、入射した光ビームの各点の光 を出力プレーン上の各点に回折するものであり、 "Beam Shaper"は、入射した光ビ ームのある 1点の光を出力プレーン上のある 1点に回折するように（1 : 1のマッピング） 、入射した光ビームの各点の光を出力プレーン上の各点に回折するものである。
[0041] 図 1の例では、回折光学素子 21として、それぞれ透過型の赤用回折光学素子 21R 、緑用回折光学素子 21Gおよび青用回折光学素子 21Bを、赤色レーザ 11R、緑色 レーザ 11Gおよび青色レーザ 11Bの配列方向に配列して設ける。 [0042] 赤用回折光学素子 21Rは、赤色レーザ 11Rから出射された赤のレーザ光ビーム 1 Rを、レーザ光ビーム 2Rおよび 3Rで示すように液晶表示パネル 40の表示領域の全 域に渡り、かつ後述のように液晶表示パネル 40の液晶層 48の赤の画素に入射する ように拡散成形するものとする。
[0043] 同様に、緑用回折光学素子 21Gは、緑色レーザ 11Gから出射された緑のレーザ光 ビーム 1Gを、レーザ光ビーム 2Gおよび 3Gで示すように液晶表示パネル 40の表示 領域の全域に渡り、かつ液晶層 48の緑の画素に入射するように拡散成形するものと し、青用回折光学素子 21Bは、青色レーザ 11Bから出射された青のレーザ光ビーム 1Bを、レーザ光ビーム 2Bおよび 3Bで示すように液晶表示パネル 40の表示領域の 全域に渡り、かつ液晶層 48の青の画素に入射するように拡散成形するものとする。
[0044] すなわち、例えば、赤用回折光学素子 21R、緑用回折光学素子 21Gおよび青用 回折光学素子 21Bを、それぞれ Diffuserとする場合、図 2に示すように（ただし、図 2 では、図 1に示すフィールドレンズ 31による光の屈折を省略している）、ある色用の回 折光学素子 21 aは、その回折パターン形成部 21cに入射したレーザ光ビーム 1 aを、 上記のようなマッピングによって液晶表示パネル 40の表示領域 40aの、各コーナー の点 PI, P2, P3, P4を含む全域に回折するものとし、回折光学素子 21全体として は、回折光学素子 21R, 21Gおよび 21Bからの各色の回折光力 それぞれドット状 に拡散し、表示領域 40a上で各ドットが重なるように均一化され、表示領域 40aを照 射するように構成する。
[0045] この場合、光発散角 αはレーザ光ビーム laのビーム径によって決まる力 後述のよ うに、この光発散角 αを 1度以下というように十分に小さくすることができる。
[0046] レーザから出射されたレーザ光ビームは、一般に Gaussian形状をしており、そのま までは、液晶表示パネル 40上に均一に照射させることは難しいが、このように回折光 学素子 21によりレーザ光ビームを拡散成形して液晶表示パネル 40上に照射させる ことによって、液晶表示パネル 40上に均一な輝度分布を得ることができる。
[0047] 各色用の回折光学素子 21R, 21Gおよび 21Bは、一枚の透明基板に集積して形 成することが望ましい。これによつて、回折光学素子 21R, 21Gおよび 21Bを個々に 形成した後、位置合わせをして配置する場合に比べて、回折光学素子 21R, 21Gお よび 21Bの位置合わせを容易かつ正確に行うことができるとともに、回折光学素子 21 全体を小型化することができる。
[0048] 以上のような回折光学素子 21は、各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1Bのビー ム径ゃビーム形状、得ようとするスクリーン上の輝度分布などをもとに、コンピュータシ ミュレーシヨンを行った上で、作成することができる。
[0049] 図 1に示すように、回折光学素子 21の前方には、赤用回折光学素子 21Rによって 拡散成形された赤のレーザ光ビーム 2R、緑用回折光学素子 21Gによって拡散成形 された緑のレーザ光ビーム 2G、および青用回折光学素子 21Bによって拡散成形さ れた青のレーザ光ビーム 2Bを、それぞれほぼ平行光のレーザ光ビーム 3R, 3Gおよ び 3Bに変換して液晶表示パネル 40に入射させるフィールドレンズ 31を配置する。
[0050] <液晶表示パネルおよび投射レンズ >
液晶表示パネル 40は、入射側基板 41と出射側基板 46との間に液晶層 48を形成 した透過型の液晶表示装置とし、液晶表示パネル 40の手前側および前方側には、 偏光板 33および 34を配置する力 図 1の例のような単板式の場合には、液晶表示パ ネル 40の入射側基板 41にマイクロレンズアレイを形成する。
[0051] 具体的に、図 3に示すように、入射側基板 41は、石英など力もなる透明基板 42, 4 3間に、透明榭脂などカゝらなるマイクロレンズアレイ 44を形成し、透明基板 43上に、 I TO (Indium Tin Oxide)などの透明導電材料からなる対向共通電極 45を形成し たものとする。
[0052] 出射側基板 46は、石英などカゝらなる透明基板の一面側に、アクティブマトリクス方 式による液晶駆動回路 47として、ポリシリコンなど力 なる走査線、アルミニウムなど 力もなる信号線、 ITOなどの透明導電材料力もなる画素電極、および画素スィッチン グ素子としての TFT (Thin Film Transistor)を形成したものとする。
[0053] 液晶表示パネル 40としては、上記の入射側基板 41および出射側基板 46を、両者 間に僅かな間隙が形成されるように、対向共通電極 45と液晶駆動回路 47を対向さ せて配置し、両者間に液晶を注入して、液晶層 48を形成し、赤の画素（赤表示用の 副画素） Pr、緑の画素（緑表示用の副画素） Pgおよび青の画素（青表示用の副画素 ) Pbを形成する。 [0054] この場合、一例として、図 4に示すように、レーザ光ビームの入射側から見て、赤の 画素 Pr、緑の画素 Pgおよび青の画素 Pbの組 (表示単位）力 いわゆる Δ配置で多 数構成されるように、上記の液晶駆動回路 47を形成するとともに、マイクロレンズァレ ィ 44は、レーザ光ビームの入射側から見て六角形状のマイクロレンズ 44aを、 1つの 表示単位に対して 1つの割合で多数形成したものとする。参照符号 19aは遮光層（黒 色層）および走査線を示し、参照符号 19cは信号線を示す。
[0055] もちろん、表示単位を正方配列にすることもでき、その場合には、マイクロレンズ 44 aは、レーザ光ビームの入射側から見て矩形 (正方形または長方形)状にする。正方 配列は、文字などの表示に適し、 VGAや SXGAなどのコンピュータ用ディスプレイで よく用いられている。
[0056] 図 1および図 3に示すように、液晶表示パネル 40に入射するレーザ光ビーム 3R, 3 Gおよび 3Bは、それぞれフィールドレンズ 31によって、ほぼ平行光のビームとされる ので、それぞれのマイクロレンズ 44aは、球面収差を抑制するために非球面とするこ とが望ましい。
[0057] このように液晶表示パネル 40の入射側基板 41にマイクロレンズアレイ 44を形成す ることによって、それぞれ赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IB から出射され、それぞれ赤用回折光学素子 21R、緑用回折光学素子 21Gおよび青 用回折光学素子 21Bで拡散成形され、それぞれフィールドレンズ 31でほぼ平行光 のビームとされた赤、緑および青のレーザ光ビーム 3R, 3Gおよび 3Bは、図 3に示す ように、それぞれの部分的なレーザ光 3r, 3gおよび 3bが、それぞれ、マイクロレンズ 4 4aで分配集光されて、液晶層 48の対応する画素 Pr, Pgおよび Pbに入射するように なる。
[0058] すなわち、上記の赤用回折光学素子 21Rは、赤色レーザ 11Rから出射された赤の レーザ光ビーム 1Rを、これが最終的にマイクロレンズ 44aを介して液晶層 48の赤の 画素 Prに入射するように拡散成形するものとし、緑用回折光学素子 21Gは、緑色レ 一ザ 11Gから出射された緑のレーザ光ビーム 1Gを、これが最終的にマイクロレンズ 4 4aを介して液晶層 48の緑の画素 Pgに入射するように拡散成形するものとし、青用回 折光学素子 21Bは、青色レーザ 11Bから出射された青のレーザ光ビーム 1Bを、これ が最終的にマイクロレンズ 44aを介して液晶層 48の青の画素 Pbに入射するように拡 散成形するものとする。
[0059] 各レーザ 11R, 11Gおよび 11Bは擬似的に点光源とみなされるため、図 1および図 2に示した光発散角 aは、十分に小さくすることができ、スクリーン上への照射光量は 、光源としてランプを使用した場合に比べて著しく増加させることができ、光利用効率 は、単板式であっても、 30%程度に向上させることができる。したがって、レーザ出力 を低減させ、各レーザでの発熱を抑制することができる。このような高効率の液晶プロ ジェクタは、これまで存在しない。
[0060] 液晶表示パネル 40は、液晶層 48の画素 Prの部分に赤の画像信号が印加されて、 画素 Prの部分の透過率が変調制御され、液晶層 48の画素 Pgの部分に緑の画像信 号が印加されて、画素 Pgの部分の透過率が変調制御され、液晶層 48の画素 Pbの 部分に青の画像信号が印加されて、画素 Pbの部分の透過率が変調制御される。
[0061] したがって、画素 Prの部分を透過したレーザ光として、赤の画像光が得られ、画素 Pgの部分を透過したレーザ光として、緑の画像光が得られ、画素 Pbの部分を透過し たレーザ光として、青の画像光が得られ、液晶表示パネル 40を透過したレーザ光と しては、これら各色の画像光が合成された多色画像光が得られる。
[0062] この多色画像光は、投射レンズ 50によって、プロジェクタ外部のスクリーン上に投射 する。投射レンズ 50は、複数のレンズを組み合わせたものである。
[0063] <具体例 >
図 1の例では、一例として、以下のように構成する。
[0064] 赤色レーザ 11Rとしては、発振波長 635nm〜640nmの InAlGaP系の半導体レー ザを用い、青色レーザ 11Bとしては、発振波長 445nmの GaN系の半導体レーザを 用いる。それぞれ、出力は 100mW、垂直方向の光発散角は 30度 (FWHM)、水平 方向の光発散角は 10度、横モードはシングルモード、縦モードはマルチモードであ る。
[0065] 緑色レーザ 11Gとしては、 808nm半導体レーザ励起、発振波長 532nmの、 YVO
+KTP二次高調波利用の固体レーザを用いる。出力は 100mW、横モードはシン
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グルモード、縦モードはマルチモードである。 [0066] レーザ光ビーム 1R, 1G, IB間の平行度は、回折光学素子 21によって拡散成形さ れたレーザ光ビーム 2R, 2Gおよび 2Bのフィールドレンズ 31への入射角を制御する 上で重要である力 S、その平行度が X方向および γ方向で 1度以内に収まるようにする
。具体的には、いわゆるアクティブァライメント方式によって、レーザ光を発振しつつ、 そのような平行度になるように制御する。
[0067] レーザ光ビーム 1R, 1G間の距離、およびレーザ光ビーム 1G, 1B間の距離は、そ れぞれ 1. 5mm程度とし、レーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1Bの回折光学素子 21上の ビームサイズ (ビーム径）は、 0. 6mm〜0. 8mm程度とする。その結果、上記の光発 散角 aは 1度以下、図 3に示すような液晶表示パネル 40へのレーザ光の入射角 φは 数度 (4〜6度)程度とすることができる。
[0068] 液晶表示パネル 40は、図 5に示すように、入射側基板 41の透明基板 42, 43およ び出射側基板 46を石英（n= l . 459)で形成し、マイクロレンズ 44a (マイクロレンズ アレイ 44)を屈折率 1. 669の透明榭脂（エポキシ系ゃチォウレタン系など）で形成す る。
[0069] 信号線 19cの幅 Dsは 2. 0 m、画素 Pr, Pg, Pbの幅 Dpは 8. 7 μ mである。した がって、画素 Pr, Pg, Pbの 1つずつからなる表示単位のピッチは 32. である。
[0070] 液晶表示パネル 40としては、このように X方向のピッチが 32. 1 m、 Y方向のピッ チが 20. 4 μ mの表示単位を、例えば、 X方向には 188個、 Y方向には 2列一組で 2 20組 (440列）、形成する。したがって、表示領域全体は、 X方向が 6mm強、 Y方向 力 S9mm弱である。さらに高精細化することも可能である。
[0071] マイクロレンズ 44aの曲率半径は 25. 2 /z m、非球面定数は—0. 765、焦点距離 fa は主点 H力もの空気中換算値で約 120 mとする。
[0072] <効果 >
上述した図 1の例の単板式の液晶プロジェクタは、光源として、それぞれ半導体レ 一ザまたは固体レーザからなる赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 11Bを用い、かつ各色用の回折光学素子 21R, 21Gおよび 21Bを用いるので、光源 部およびプロジェクタ全体の光学系を著しく小型化することができる。
[0073] 回折光学素子 21R, 21Gおよび 21Bの最大回折角は、液晶表示パネル 40上にお ける輝度の均一性とトレードオフ (trade off)の関係にあるが、輝度の均一性を損ね ない範囲で 30度程度まで大きくすることができ、これにより回折光学素子 21と液晶表 示パネル 40との距離を短縮することができ、プロジェクタ全体の長さを短縮することが できる。
[0074] 具体的に、上記の具体例 (試作例）では、プロジェクタ全体の光学系は、 X方向およ び Y方向の幅を lcm、 Z方向の長さを 3. 5cm、体積を数 cm3程度まで、小型化する ことができた。
[0075] また、光源として、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 11Bからな るレーザ光源を用いるので、上記のように光発散角 αを 1度以下というように十分に 小さくすることができ、光利用効率を 30%程度というように十分に高くすることができ る。したがって、レーザ出力パワーを小さくすることができ、発熱対策上および安全対 策上、有利となる。
[0076] また、光源としてランプを用いる場合には、アパーチャ一などを利用しないと、光発 散角が大きく（通常は 10度〜 15度程度）、単板式の場合、混色を生じ、色純度が低 下するが、この発明の上述した図 1の例の単板式の液晶プロジェクタでは、上記のよ うに光発散角 αを 1度以下というように十分に小さくすることができるので、混色による 色純度の低下を生じない。
[0077] また、投射レンズ 50への光入射角も小さくすることができるので、投射レンズ 50とし て Fナンバーの大きいレンズを使用することができ、投射レンズ 50の設計の自由度が 増し、投射レンズ 50の低コストィ匕を図ることができる。
[0078] さらに、黒表示は、各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1Bをオフにすることによつ てではなぐ液晶駆動回路 47により液晶層 48の対応する表示単位を遮光することに よって実現されるので、画像コントラストが低下することもない。
[0079] さらに、上記のように光発散角 aおよび入射角 φを小さくすることができるので、光 が偏光板 33, 34に斜めに入射することによるコントラストの低下を低減することができ る。
[0080] (1 - 2.基本的な構成の第 2の例 (屈折型光学素子を用いる場合）：図 6、図 7) 図 6に、単板式の液晶プロジェクタの基本的な構成の第 2の例として、光ビーム拡散 成形光学素子として屈折型光学素子を用いる場合を示す。
[0081] この例でも、光源として、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IB を設けるが、この例では、例えば、両側のレーザ光ビーム 1Rおよび 1B力 フィーノレド レンズ 31の主点に向力うように、中央のレーザ光ビーム 1Gに対して、それぞれ所定 角度で傾斜するように、各レーザ 11R, 11Gおよび 11Bを配置する。
[0082] これは、屈折型光学素子の場合には、上述した回折光学素子の場合と異なり、中 心光は斜めに入射させて出射光の中心線を一致させた方が、光学系の設計が簡単 であるからである。もちろん、図 1の例と同様に、各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよ び 1Bを平行にしてもよい。
[0083] そして、この例では、光ビーム拡散成形光学素子として屈折型光学素子を用い、各 レーザ 11R, 11Gおよび 11Bから出射された各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1 Bを、例えば、それぞれ λ Ζ2板 29R, 29Gおよび 29Βを透過させて、屈折型光学素 子 23に入射させる。
[0084] 屈折型光学素子それ自体は、知られており、インターネット上 (例えば、 URL ;http:
/ / www.rpcphotonics .com/ engineer— diffuser.htm)などで参照すること力できる。
[0085] 屈折型光学素子は、多様な形状および曲率をもったマイクロレンズを 2次元的に集 合させたもので、光の屈折によって光ビームを拡散成形することができる。各マイクロ レンズは、辺の長さが 50 m程度の、異なった曲率、半径のもので、各マイクロレン ズに入射した光は、マイクロレンズで屈折され、重なり合って、最終的に所定の形状 に成形され、輝度分布も均一にすることができる。
[0086] 回折光学素子の場合は、表面に形成された微小な回折パターンが回折像を形成し 、それら回折光を重ね合わせるのに対して、屈折型光学素子の場合は、各マイクロレ ンズが、入射光を屈折させ、集光拡散させ、重畳することによって、所定の形状に成 形され、輝度分布の均一性も得られる。
[0087] 図 6の例では、屈折型光学素子 23として、各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1 Bに対して共通の、図 7 (A) (B)に一部分を拡大して示すように一面側に上記のよう なマイクロレンズ 23aを 2次元的に多数形成したものを配置し、各色のレーザ光ビー ム 1R, 1Gおよび 1Bを、それぞれレーザ光ビーム 2R, 2Gおよび 2Bで示すように液 晶表示パネル 40の表示領域の全域に渡り、かつ液晶表示パネル 40の液晶層 48の 対応する画素に入射するように拡散成形する。なお、図 7 (B)の光 9は、あるマイクロ レンズに入射した光の屈折の様子を示したものである。
[0088] 屈折型光学素子では、屈折率は素子を形成している材料の分散関係のみによって 決まり、可視光領域では各色の光に対する屈折率がほとんど変わらないので、このよ うに屈折型光学素子 23を各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび 1Bに対して共通に することができる。
[0089] このような屈折型光学素子 23は、コンピュータシミュレーションにより設計し、電铸に よりマスターを作り、樹脂を用いて作成することができる。
[0090] 屈折型光学素子 23と液晶表示パネル 40との間にフィールドレンズ 31を配置して、 屈折型光学素子 23によって拡散成形された各色のレーザ光ビーム 2R, 2Gおよび 2 Bを、それぞれほぼ平行光のレーザ光ビームに変換して液晶表示パネル 40に入射さ せることは、図 1の例と同じである。
[0091] 液晶表示パネル 40の構成も、図 3に示したように入射側基板 41にマイクロレンズァ レイ 44を形成する点を含めて、図 1の例と同じである。
[0092] したがって、この例でも、図 1の例と全く同様の効果が得られる。
[0093] (1 - 3.光源部の好ましい例：図 8および図 9)
<第 1の例：図 8 >
光源部については、各レーザ 11R, 11Gおよび 11Bを図 1または図 6のように単に 一方向に配列し、各レーザ 11R, 11Gおよび 11Bから出射されたレーザ光ビーム 1R , 1Gおよび 1Bを、そのまま回折光学素子 21または屈折型光学素子 23に入射させる と、レーザのパッケージなどのために、隣接するレーザ光ビーム間の距離を十分に小 さくできないことがある。
[0094] そこで、光源部 10は、一例として、図 8に示すように構成する。具体的に、この例で は、 DPSSレーザからなる中央の緑色レーザ 11Gを、赤色レーザ 11Rおよび青色レ 一ザ 11Bに対して後退した位置に配置し、偏波モードの光ファイバ 13Gの一端を、 緑色レーザ 11Gに接続し、光ファイバ 13Gの他端を、赤色レーザ 11Rのカンパッケ ージ 1 lrと青色レーザ 11Bのカンパッケージ 1 lbとの間に導 、て、光ファイバ 13Gの 他端力 緑のレーザ光ビーム 1Gが出射されるように構成する。
[0095] これによれば、レーザ光ビーム 1R, 1G間、およびレーザ光ビーム IB, 1G間の距 離を短縮することができ、図 1の例では、回折光学素子 21R, 21G間、および回折光 学素子 21B, 21G間の間隔 (ピッチ)を短縮することができる。
[0096] また、緑色レーザ 11Gのみを光ファイバ 13Gに接続することによって、緑色レーザ 1 1Gを赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bから離間して設置することもできるので 、特に小型の電子機器内では、光源の配置に自由度を持たせることができる。一般 的に DPSSレーザ力 なる緑色レーザ 11Gは半導体レーザからなる赤色レーザ 11R および青色レーザ 11Bより大きくなるので、このように構成すると便利である。
[0097] <第 2の例：図 9 >
半導体レーザから出射されるレーザ光ビームは、断面形状が円形ではなぐ上記の ように垂直方向および水平方向に異なる角度で発散するが、回折光学素子 21また は屈折型光学素子 23に入射するレーザ光ビームは、断面形状が円形に近いものが 望ましい。また、 DPSSレーザから出射されるレーザ光ビームは、実際上、ビーム径 力かなり小さい。
[0098] 図 1、図 2および図 6に示した光発散角 aは、レーザから出射されたレーザ光ビーム のビーム径に応じたものとなり、ビーム径が小さいほど、光発散角気が小さくなる。そ のため、上記のように液晶表示パネル 40に入射したレーザ光をマイクロレンズ 44aに よって集光して対応する画素に入射させる場合、できるだけ集光形状を小さくするに は、レーザから出射されるレーザ光ビームのビーム径をできるだけ小さくする必要が ある。
[0099] しかし、例えば、図 1の例で、赤用回折光学素子 21R、緑用回折光学素子 21Gお よび青用回折光学素子 21Bを、それぞれ周期的なピッチによって回折光を 2次元方 向に均一的に拡散させる、いわゆる Difuserとして形成する場合、赤用回折光学素 子 21R、緑用回折光学素子 21Gおよび青用回折光学素子 21Bには、それぞれ複数 の基本周期を覆ってレーザ光ビームが入射することが必要であり、緑用回折光学素 子 21Gに入射するレーザ光ビーム 1Gのビーム径が小さすぎると、緑の回折光につ V、ては、 2次元方向に均一的に拡散させることができなくなる。 [0100] そのため、回折光学素子 21に入射する各色のレーザ光ビーム 1R, 1Gおよび IB のビーム径は、 0. 5mm〜l. Omm程度とすることが望ましい。
[0101] そこで、光源部は、一例として、図 9に示すように構成する。具体的に、この例では、 DPSSレーザからなる中央の緑色レーザ 11Gから出射されたレーザ光ビーム IGoは 、ビームエキスパンダ 12Gによってビーム径を拡大して、回折光学素子 21に入射さ せる。
[0102] また、赤色レーザ 11R (カンパッケージ l lr)力も出射されたレーザ光ビーム IRoは 、 2個のシリンドリカルレンズ 15Rおよび 16Rからなるコリメ一シヨンユニット 14Rによつ て断面形状を円形に近づけ、さらにプリズム 17Rによって 2度反射させて、レーザ光 ビーム 1Gに近い位置を通るレーザ光ビーム 1Rとするとともに、青色レーザ 11B (カン パッケージ l ib)から出射されたレーザ光ビーム ΙΒοは、 2個のシリンドリカルレンズ 1 5Bおよび 16Bからなるコリメ一シヨンユニット 14Bによって断面形状を円形に近づけ、 さらにプリズム 17Bによって 2度反射させて、レーザ光ビーム 1 Gに近 、位置を通るレ 一ザ光ビーム 1Bとする。
[0103] このように構成することによって、赤のレーザ光ビーム 1Rおよび青のレーザ光ビー ム 1Bを、それぞれ 0. 8πιπιΦというようなビーム径の、断面が円形に近いものとするこ とができ、かつ赤のレーザ光ビーム 1Rおよび青のレーザ光ビーム 1Bについての非 点収差を軽減することができるとともに、緑のレーザ光ビーム 1Gを、回折光学素子 2 1の位置で 0. 6πιπιΦというようなビーム径にすることができる。
[0104] また、レーザ光ビーム 1R, 1G間の間隔、およびレーザ光ビーム IB, 1G間の間隔 を、それぞれ 1. 5mmというような十分に小さいものとすることができる。
[0105] (1 -4.各レーザおよび液晶表示パネルの他の例：図 10〜図 13)
<第 1の例：図 10〜図 12>
赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBは、それぞれ出射面（出 力面）がー方向に延長または配列されたものとすることができる。特に光出射量を増 カロさせるためには、そのようにすることが重要である。
[0106] 図 10に、その一例を示す。図 10は、液晶表示パネル 40側力も見た図である。この 例では、 DPSSレーザからなる緑色レーザ 11Gは、そのパッケージ l lgに出力面 18 gを Y方向に複数配列形成して、それぞれの出力面 18gからレーザ光ビームが出射 されるものとし、赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bは、それぞれ、ヒートシンク 18 hに半導体レーザ 18aを Y方向に複数配列形成して、それぞれの半導体レーザ 18a 力もレーザ光ビームが出射されるものとする。
[0107] あるいは、赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bは、それぞれ、 011 (A)に示す ように、ペルチェ素子 18pの一面に銅などの金属ブロック 18cを形成し、金属ブロック 18cの一面に半導体レーザ 18aを Y方向に複数配列形成して、それぞれの半導体レ 一ザ 18aからレーザ光ビーム laが出射されるものとし、または図 11 (B)に示すように
Figure imgf000020_0001
emitting multi stripe)半 体レ 一ザとして、それぞれの半導体レーザ 18sからレーザ光ビームが出射されるものとす る。
[0108] この場合、液晶表示パネル 40は、図 12に示すように（図 12はレーザ光ビームの入 射側から見た図である）、同色の画素が Y方向に配列された、いわゆる正方配列のも のとすることができる。特に文字や図形を表示する場合は、正方配列が好ましい。
[0109] また、この場合、画素 Pr, Pg, Pb上の光源像を、画素ごとのドット状 (スポット状)で はなぐ Y方向に延長するライン状 (スリット状)のものとする場合には、図 3に示したマ イク口レンズ 44aは、 Y方向に延長するシリンドリカルレンズとすることができる。マイク 口レンズ 44aをシリンドリカルレンズとする場合も、その断面は光入射側を楕円形状や 双曲線形状などとすることが望ましい。
[0110] なお、このように赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBを出射面 がー方向に延長または配列されたものとする場合、上記のフィールドレンズ 31に代え て、コリメータレンズを用いる。
[0111] 以上の例のように、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBを出 射面が一方向に延長または配列されたものとすることによって、各色のレーザ光全体 の光量を増加させ、画像の輝度を高めることができるとともに、レーザに特有のスぺッ クルノイズを低減させることができる。
[0112] また、図 10または図 11 (A)の例で出力面 18gや半導体レーザ 18aの数を設定し、 または図 11 (B)の例で半導体レーザ 18sの数を設定することによって、各色のレー ザ光全体の光量を均一化し、または調整することができる。
[0113] <第 2の例：図 13 >
さらに、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBを一枚の基板に 集積することちできる。
[0114] 図 13に、その一例を示す。この例では、ヒートシンクレーザアレイ 19として、赤のレ 一ザ光を出射するレーザ（出射面） 19r、緑のレーザ光を出射するレーザ（出射面） 1 9g、および青のレーザ光を出射するレーザ（出射面） 19bが、それぞれ Y方向に複数 配列形成されたものを、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBが 一体ィ匕されたレーザ光源として用いる。
[0115] レーザ 19rから出射された赤のレーザ光、レーザ 19gから出射された緑のレーザ光 、およびレーザ 19bから出射された青のレーザ光は、それぞれ、回折光学素子 21 (ま たは屈折型光学素子 23)によって拡散成形し、コリメータレンズ 32を介し、液晶表示 パネル 40のマイクロレンズ 44aを介して、液晶層 48の赤の画素 Pr、緑の画素 Pgおよ び青の画素 Pbに入射させる。
[0116] この場合も、液晶表示パネル 40は、図 12に示したように正方配列のものとすること ができ、画素 Pr, Pg, Pb上の光源像を Y方向に延長するライン状のものとする場合 には、マイクロレンズ 44aは、 Y方向に延長するシリンドリカノレレンズとすることができる
[0117] <その他 >
いずれの色のレーザ光ビームを中央にするかは任意である力 例えば、回折光学 素子 21として Diff userを用いる場合、上記の回折角を大きくするには、図示した各 例とは異なり、短波長の青のレーザ光ビームを中央にすることが望ましい。
[0118] [2.第 2の実施形態（2板式）：図 14〜図 16]
第 2の実施形態として、赤、緑および青の 3色につき 2枚の液晶表示パネル (液晶ラ イトバルブ)を用いる 2板式の場合を示す。
[0119] (2— 1.第 1の例：図 14および図 15)
図 14に、 2板式の液晶プロジェクタの一例を示す。
[0120] この例では、光源として、赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bを近接して配置す るとともに、別の箇所に緑色レーザ 11Gを配置する。赤色レーザ 11Rおよび青色レ 一ザ 11Bは、それぞれ上述したような半導体レーザであり、緑色レーザ 11Gは、上述 したような DPSSレーザである。
[0121] 図 14では省略した力 この例でも、図 9の例のように、赤色レーザ 11Rおよび青色 レーザ 11Bに対して、それぞれから出射されたレーザ光ビームの断面形状を円形に 近づけるコリメ一シヨン光学系を設け、緑色レーザ 11Gに対して、それから出射され たレーザ光ビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダを設けることが望ましい
[0122] 赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bの前方には、赤用回折光学素子 21Rおよ び青用回折光学素子 21Bを配置し、これによつて、赤色レーザ 11Rから出射された 赤のレーザ光ビーム 1R、および青色レーザ 1 IBから出射された青のレーザ光ビーム 1Bを、それぞれ、後述の液晶表示パネル 80の表示領域の全域に渡り、かつその対 応する画素に入射するように拡散成形する。
[0123] 赤用回折光学素子 21Rおよび青用回折光学素子 21Bによって拡散成形されたレ 一ザ光ビーム 2Rおよび 2Bは、それぞれ、フィールドレンズ 31RBによって平行光ビ ームのレーザ光ビーム 3Rおよび 3Bに変換して、液晶表示パネル 80に入射させる。
[0124] 液晶表示パネル 80は、マイクロレンズアレイを形成した入射側基板と、出射側基板 との間に、赤および青の画素を構成する液晶層を形成したものである。
[0125] 具体的に、図 15に示すように、入射側基板 81は、透明基板 82, 83間に、マイクロ レンズアレイ 84を形成し、透明基板 83上に、 ITOなどの透明導電材料カゝらなる対向 共通電極 85を形成したものとし、出射側基板 86は、透明基板の一面側に、ァクティ ブマトリクス方式による液晶駆動回路 87として、走査線、信号線、 ITOなどの透明導 電材料からなる画素電極、および画素スイッチング素子としての TFTを形成したもの とする。
[0126] 液晶表示パネル 80としては、上記の入射側基板 81および出射側基板 86を、両者 間に僅かな間隙が形成されるように、対向共通電極 85と液晶駆動回路 87を対向さ せて配置し、両者間に液晶を注入して、液晶層 88を形成し、赤の画素 Prおよび青の 画素 Pbを形成する。 [0127] マイクロレンズ 84aは、赤の画素 Prと青の画素 Pbとの組（表示単位）に対して 1つの 割合で形成する。また、同色の画素を図 15の紙面に垂直な方向に配列する場合に は、マイクロレンズ 84aを、図 15の紙面に垂直な方向に延長するシリンドリカルレンズ とすることちでさる。
[0128] 上記のようにフィールドレンズ 31RBで平行光ビームとされて液晶表示パネル 80に 入射した赤および青のレーザ光ビーム 3Rおよび 3Bは、図 15に示すように、それぞ れの部分的なレーザ光 3rおよび 3bが、それぞれ、マイクロレンズ 84aで分配集光さ れて、液晶層 88の対応する画素 Prおよび Pbに入射するようになる。
[0129] 液晶表示パネル 80は、液晶層 88の画素 Prの部分に赤の画像信号が印加されて、 画素 Prの部分の透過率が変調制御され、液晶層 88の画素 Pbの部分に青の画像信 号が印加されて、画素 Pbの部分の透過率が変調制御される。
[0130] したがって、画素 Prの部分を透過したレーザ光として、赤の画像光が得られ、画素 Pbの部分を透過したレーザ光として、青の画像光が得られる。
[0131] 図 14に示すように、この赤の画像光 5Rおよび青の画像光 5Bは、ダイクロイツクプリ ズム 63を透過させて、投射レンズ 50に入射させる。
[0132] 一方、緑色レーザ 11Gの前方には、緑用回折光学素子 21Gを配置し、これによつ て、緑色レーザ 11Gから出射された緑のレーザ光ビーム 1Gを、後述の液晶表示パ ネル 65Gの表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形する
[0133] 緑用回折光学素子 21Gによって拡散成形されたレーザ光ビーム 2Gは、ミラー 37で 反射させ、フィールドレンズ 31Gによって平行光ビームのレーザ光ビーム 3Gに変換 して、液晶表示パネル 65Gに入射させる。
[0134] 液晶表示パネル 65Gは、単色表示用の液晶表示装置で、その画素は上記の液晶 表示パネル 80の赤の画素 Prおよび青の画素 Pbの 1つずつからなる表示単位に対 応するものとされ、その各画素の部分に緑の画像信号が印加されて、各画素の部分 の透過率が変調制御される。したがって、液晶表示パネル 65Gを透過したレーザ光 として、緑の画像光 5Gが得られる。
[0135] この緑の画像光 5Gは、ダイクロイツクプリズム 63の反射膜 63aで反射させて、投射 レンズ 50に入射させる。
[0136] したがって、単板式の場合と同様に、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光 を投射することができる。
[0137] なお、例えば、赤のレーザ光ビーム 1Rと青のレーザ光ビーム 1Bとの間の角度は 6 度とする。
[0138] 図 14の例は、緑用回折光学素子 21Gを透過型の回折光学素子とする場合である 力 緑用回折光学素子として、ミラー 37の位置に反射型の回折光学素子を配置して ちょい。
[0139] さらに、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光学素子を用 いることがでさる。
[0140] (2— 2.第 2の例：図 16)
赤色光は、波長が 620nm程度のもの力 赤としての認識度が最も高いが、現状の 半導体レーザでは、波長 620nm程度のレーザ光が得られるものは、温度に対する 安定性に欠けるなど、信頼性が劣る。そのため、例えば、赤色レーザとしては、赤とし ての認識度は幾分低いが、信頼性が高い、波長 640nm程度のレーザ光が得られる 半導体レーザを用いる。
[0141] そこで、 2板式の液晶プロジェクタの他の例として、図 16に示すように、赤色レーザ を 2個用いて、赤としての認識度を高める。
[0142] 具体的に、図 16の例では、図 14の例の緑色レーザ 11Gの箇所に、赤色レーザ 11 Rsおよび緑色レーザ 11Gを近接して配置する。赤色レーザ l lRsは、赤色レーザ 11 Rと同様の半導体レーザである。
[0143] 赤色レーザ l lRsおよび緑色レーザ 11Gの前方には、それぞれ反射型の赤用回折 光学素子 21Rsおよび緑用回折光学素子 21Gaを配置し、これによつて、赤色レーザ l lRsから出射された赤のレーザ光ビーム lRs、および緑色レーザ 11Gから出射され た緑のレーザ光ビーム 1Gを、それぞれ、反射させるとともに、後述の液晶表示パネ ル 90の表示領域の全域に渡り、かつその対応する画素に入射するように拡散成形 する。
[0144] 赤用回折光学素子 21Rsおよび緑用回折光学素子 21Gaによって反射し拡散成形 されたレーザ光ビーム 2Rsおよび 2Gは、それぞれ、フィールドレンズ 31RGによって 平行光ビームのレーザ光ビーム 3Rsおよび 3Gに変換して、液晶表示パネル 90に入 射させる。
[0145] 液晶表示パネル 90は、マイクロレンズアレイを形成した入射側基板と、出射側基板 との間に、赤および緑の画素を構成する液晶層を形成したもので、図 15に示した液 晶表示パネル 80の青の画素 Pbを緑の画素に置き換えたものである。
[0146] したがって、液晶表示パネル 90を透過したレーザ光として、赤の画像光 5Rsおよび 緑の画像光 5Gが得られる。
[0147] 別の箇所の赤色レーザ 11Rおよび青色レーザ 11Bにつ!/、ての光学系は、図 14の 例と同じである。
[0148] そして、図 16の例では、液晶表示パネル 90を透過した赤の画像光 5Rsを、ダイク口 イツクプリズム 63の反射膜 63aで反射させ、液晶表示パネル 80を透過した赤の画像 光 5Rと合成して、投射レンズ 50に入射させるとともに、液晶表示パネル 90を透過し た緑の画像光 5Gを、ダイクロイツクプリズム 63の反射膜 63aで反射させて、投射レン ズ 50に入射させ、液晶表示パネル 80を透過した青の画像光 5Bを、ダイクロイツクプ リズム 63を透過させて、投射レンズ 50に入射させる。
[0149] したがって、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光を投射することができると ともに、その多色画像における赤についての認識度を高めることができる。
[0150] なお、例えば、レーザ光ビーム IRsのレーザ光ビーム 1Gに対する角度は 1. 5度、 レーザ光ビーム 2Rsのレーザ光ビーム 2Gに対する角度は 3度とする。
[0151] この例でも、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光学素子 を用いることができる。
[0152] [3.第 3の実施形態（3板式）：図 17]
第 3の実施形態として、赤、緑および青の 3色につき別個の液晶表示パネル (液晶 ライトバルブ)を用いる 3板式の場合を示す。
[0153] 図 17に、 3板式の液晶プロジェクタの一例を示す。
[0154] この例では、赤色レーザ 11R、緑色レーザ 11Gおよび青色レーザ 1 IBを、別の箇 所に配置し、赤用回折光学素子 21Rによって、赤色レーザ 11Rから出射された赤の レーザ光ビーム 1Rを、後述の液晶表示パネル 65Rの表示領域の全域に渡り、かつ その各画素に入射するように拡散成形し、緑用回折光学素子 21Gによって、緑色レ 一ザ 11Gから出射された緑のレーザ光ビーム 1Gを、後述の液晶表示パネル 65Gの 表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形し、反射型の青 用回折光学素子 21Baによって、青色レーザ 11Bから出射された青のレーザ光ビー ム 1Bを、反射させるとともに、後述の液晶表示パネル 65Bの表示領域の全域に渡り 、かつその各画素に入射するように拡散成形する。
[0155] 赤用回折光学素子 21Rによって拡散成形されたレーザ光ビーム 2Rは、ミラー 39で 反射させ、フィールドレンズ 31Rによって平行光ビームのレーザ光ビーム 3Rに変換し て、液晶表示パネル 65Rに入射させ、緑用回折光学素子 21Gによって拡散成形さ れたレーザ光ビーム 2Gは、フィールドレンズ 31Gによって平行光ビームのレーザ光 ビーム 3Gに変換して、液晶表示パネル 65Gに入射させ、青用回折光学素子 21Ba によって反射し拡散成形されたレーザ光ビーム 2Bは、フィールドレンズ 31Bによって 平行光ビームのレーザ光ビーム 3Bに変換して、液晶表示パネル 65Bに入射させる。
[0156] 液晶表示パネル 65Rは赤用の、液晶表示パネル 65Gは緑用の、液晶表示パネル 65Bは青用の、それぞれ単色表示用の液晶表示装置である。
[0157] したがって、液晶表示パネル 65Rを透過したレーザ光として、赤の画像光 5Rが得ら れ、液晶表示パネル 65Gを透過したレーザ光として、緑の画像光 5Gが得られ、液晶 表示パネル 65Bを透過したレーザ光として、青の画像光 5Bが得られる。
[0158] 図 17の例では、その緑の画像光 5Gを、クロスダイクロイツクプリズム 69を透過させ て、投射レンズ 50に入射させ、赤の画像光 5Rを、クロスダイクロイツクプリズム 69の反 射膜 69rで反射させて、投射レンズ 50に入射させ、青の画像光 5Bを、クロスダイク口 イツクプリズム 69の反射膜 69bで反射させて、投射レンズ 50に入射させる。
[0159] したがって、単板式や 2板式の場合と同様に、プロジェクタ外部のスクリーン上に多 色画像光を投射することができる。
[0160] なお、透過型の赤用回折光学素子 21Rの代わりに、ミラー 39の位置に反射型の赤 用回折光学素子を配置し、反射型の青用回折光学素子 21Baの代わりに、青用回折 光学素子 21Baの位置にミラーを配置し、その手前の位置に透過型の青用回折光学 素子を配置してもよい。
[0161] さらに、この例でも、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光 学素子を用いることができる。
[0162] [4.第 4の実施形態：2色または 1色の場合]
上述した各実施形態は、赤、緑および青の 3色構成とする場合であるが、 3色中の 2 色または 1色の構成とすることができる。
[0163] 例えば、赤および青の 2色構成の単板式の場合には、図 1の例において、緑色レー ザ 11Gおよび緑用回折光学素子 21Gを設けず、液晶表示パネル 40を図 15に示し た液晶表示パネル 80のように構成すればよぐ赤および緑の 2色構成の 2板式の場 合には、図 14の例において、青色レーザ 11Bおよび青用回折光学素子 21Bを設け ず、液晶表示パネル 80を赤用の単色表示用の液晶表示装置とすればよい。
[0164] また、例えば、緑 1色の構成とする場合には、図 1の例において、赤色レーザ 11R、 青色レーザ 11B、赤用回折光学素子 21Rおよび青用回折光学素子 21Bを設けず、 液晶表示パネル 40を緑用の単色表示用の液晶表示装置とすればよい。
[0165] [5.画像再生装置としての実施形態：図 18]
図 18に、この発明の画像再生装置の一例を示す。
[0166] この例は、携帯電話端末 100に、この発明の液晶プロジェクタとして、図 1または図 6の例のような単板式の液晶プロジェクタ 110を内蔵したものである。
[0167] 具体的に、携帯電話端末 100は、液晶ディスプレイや有機 ELディスプレイなどのデ イスプレイおよび受話用スピーカが設けられた開閉部 101を、各種キーおよび送話用 マイクロホンが設けられた基底部 102に対して開閉できる折り畳み型のもので、例え ば、その基底部 102の、アンテナ 103が設けられた側とは反対側の側部に、液晶プ ロジェクタ 110を内蔵する。
[0168] これによれば、携帯電話通信網によって取得され、または携帯電話端末 100に内 蔵されたカメラで被写体を撮影することにより得られて、携帯電話端末 100に内蔵さ れた半導体メモリゃノヽードディスク、または携帯電話端末 100に装着されたメモリカー ドなどの記録媒体に記録されて！ヽる画像データを、携帯電話端末 100の内部の画像 処理部で処理し、赤、緑および青の画像信号に変換して、液晶プロジェクタ 110の液 晶表示パネル 40に印加することによって、携帯電話端末 100の外部のスクリーン 20 0上に多色画像光 7を投射することができる。
[0169] スクリーン 200としては、部屋の壁、机の天板、机上に置かれた用紙などを利用す ることがでさる。
[0170] この発明の液晶プロジェクタは、携帯電話端末に限らず、デジタルカメラ（デジタル スチルカメラ）、ビデオカメラ、モバイルコンピュータ、ゲーム機など、内蔵または装着 された記録媒体 (記憶装置）に記録されている画像データを処理して、画像を再生す る装置に内蔵することができる。

Claims

請求の範囲
[1] それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青のレ 一ザ光ビームを出射する第 1、第 2および第 3のレーザを有する光源部と、
入射側基板と出射側基板との間に、赤、緑および青の画素を構成する液晶層が形 成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ が形成された液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記光源部から出射された各色のレーザ光ビーム を、それぞれ前記液晶表示パネルの表示領域の全域に渡り、かつ前記液晶表示パ ネルの前記液晶層の対応する画素に入射するように拡散成形する光ビーム拡散成 形光学素子と、
この光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された各色のレーザ光ビームを 、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記液晶表示パネルの前記マイクロレ ンズに入射させるレンズ系と、
前記液晶表示パネルを透過した画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[2] 請求項 1の液晶プロジェクタにおいて、
前記光源部は、前記第 1、第 2および第 3のレーザ中の少なくとも 1つ力 出射され たレーザ光ビームを、光ファイバを通じて前記光ビーム拡散成形光学素子に入射さ せることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[3] 請求項 1の液晶プロジェクタにおいて、
前記第 1および第 3のレーザは、半導体レーザであり、
前記第 2のレーザは、固体レーザであり、
前記光源部は、前記第 1および第 3のレーザから出射されたレーザ光ビームの断面 形状をほぼ円形に近づけるコリメーシヨン光学系と、前記第 2のレーザから出射された レーザ光ビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダとを有する、
ことを特徴とする液晶プロジェクタ。
[4] 請求項 1の液晶プロジェクタにおいて、
前記第 1、第 2および第 3のレーザが一方向に配列され、かつ、その両側の 2つのレ 一ザに対しては、それぞれのレーザから出射されたレーザ光ビームを中央のレーザ 力 出射されたレーザ光ビームに近づけるための、プリズムまたはその他の光学手段 が配置されたことを特徴とする液晶プロジェクタ。
[5] 請求項 1の液晶プロジェクタにおいて、
前記第 1、第 2および第 3のレーザは、それぞれ出射面が一方向に延長または配列 されて 、ることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[6] 請求項 5の液晶プロジェクタにおいて、
前記第 1、第 2および第 3のレーザが、一枚の基板に集積されていることを特徴とす る液晶プロジェクタ。
[7] 半導体レーザまたは固体レーザであって、赤、緑および青中の第 1色のレーザ光ビ 一ムを出射する第 1のレーザと、
前記第 1色用の第 1の液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記第 1のレーザ力 出射された第 1色のレーザ光 ビームを、前記第 1の液晶表示パネルの表示領域の全域に渡るように拡散成形する 第 1の光ビーム拡散成形光学素子と、
この第 1の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された第 1色のレーザ光 ビームを、ほぼ平行光のビームに変換して、前記第 1の液晶表示パネルに入射させ る第 1のレンズ系と、
それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青中の 第 2色および第 3色のレーザ光ビームを出射する第 2および第 3のレーザと、 入射側基板と出射側基板との間に、前記第 2色および第 3色の画素を構成する液 晶層が形成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレン ズアレイが形成された第 2の液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記第 2および第 3のレーザから出射された第 2色 および第 3色のレーザ光ビームを、それぞれ前記第 2の液晶表示パネルの表示領域 の全域に渡り、かつ前記第 2の液晶表示パネルの前記液晶層の対応する画素に入 射するように拡散成形する第 2の光ビーム拡散成形光学素子と、
この第 2の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された第 2色および第 3色 のレーザ光ビームを、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記第 2の液晶表 示パネルの前記マイクロレンズに入射させる第 2のレンズ系と、
前記第 1の液晶表示パネルを透過した第 1色の画像光と、前記第 2の液晶表示パ ネルを透過した第 2色および第 3色の画像光とを合成する合成光学手段と、 この合成光学手段からの画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青中の 第 1色および第 2色のレーザ光ビームを出射する第 1および第 2のレーザと、 入射側基板と出射側基板との間に、前記第 1色および第 2色の画素を構成する液 晶層が形成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレン ズアレイが形成された第 1の液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記第 1および第 2のレーザから出射された第 1色 および第 2色のレーザ光ビームを、それぞれ前記第 1の液晶表示パネルの表示領域 の全域に渡り、かつ前記第 1の液晶表示パネルの前記液晶層の対応する画素に入 射するように拡散成形する第 1の光ビーム拡散成形光学素子と、
この第 1の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された第 1色および第 2色 のレーザ光ビームを、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記第 1の液晶表 示パネルの前記マイクロレンズに入射させる第 1のレンズ系と、
それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青中の 第 3色および前記第 1色のレーザ光ビームを出射する第 3および第 4のレーザと、 入射側基板と出射側基板との間に、前記第 3色および第 1色の画素を構成する液 晶層が形成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレン ズアレイが形成された第 2の液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記第 3および第 4のレーザから出射された第 3色 および第 1色のレーザ光ビームを、それぞれ前記第 2の液晶表示パネルの表示領域 の全域に渡り、かつ前記第 2の液晶表示パネルの前記液晶層の対応する画素に入 射するように拡散成形する第 2の光ビーム拡散成形光学素子と、
この第 2の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された第 3色および第 1色 のレーザ光ビームを、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記第 2の液晶表 示パネルの前記マイクロレンズに入射させる第 2のレンズ系と、
前記第 1の液晶表示パネルを透過した第 1色および第 2色の画像光と、前記第 2の 液晶表示パネルを透過した第 3色および第 1色の画像光とを合成する合成光学手段 と、
この合成光学手段からの画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[9] 請求項 8の液晶プロジェクタにおいて、
前記第 1色は赤であり、かつ前記第 1および第 4のレーザは半導体レーザであること を特徴とする液晶プロジェクタ。
[10] それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青のレ 一ザ光ビームを出射する第 1、第 2および第 3のレーザと、
それぞれ赤用、緑用および青用の第 1、第 2および第 3の液晶表示パネルと、 それぞれ、光の回折または屈折によって、前記第 1、第 2および第 3のレーザから出 射された赤、緑および青のレーザ光ビームを、前記第 1、第 2および第 3の液晶表示 パネルの表示領域の全域に渡るように拡散成形する第 1、第 2および第 3の光ビーム 拡散成形光学素子と、
それぞれ、この第 1、第 2および第 3の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成 形された赤、緑および青のレーザ光ビームを、ほぼ平行光のビームに変換して、前記 第 1、第 2および第 3の液晶表示パネルに入射させる第 1、第 2および第 3のレンズ系 と、
前記第 1、第 2および第 3の液晶表示パネルを透過した赤、緑および青の画像光を 合成する合成光学手段と、
この合成光学手段からの画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[11] それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青中の 第 1色および第 2色のレーザ光ビームを出射する第 1および第 2のレーザを有する光 源部と、 入射側基板と出射側基板との間に、前記第 1色および第 2色の画素を構成する液 晶層が形成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレン ズアレイが形成された液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記光源部から出射された各色のレーザ光ビーム を、それぞれ前記液晶表示パネルの表示領域の全域に渡り、かつ前記液晶表示パ ネルの前記液晶層の対応する画素に入射するように拡散成形する光ビーム拡散成 形光学素子と、
この光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形された各色のレーザ光ビームを 、それぞれほぼ平行光のビームに変換して、前記液晶表示パネルの前記マイクロレ ンズに入射させるレンズ系と、
前記液晶表示パネルを透過した画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[12] それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、それぞれ赤、緑および青中の 第 1色および第 2色のレーザ光ビームを出射する第 1および第 2のレーザと、 前記第 1色用の第 1の液晶表示パネル、および前記第 2色用の第 2の液晶表示パ ネルと、
それぞれ、光の回折または屈折によって、前記第 1および第 2のレーザ力 出射さ れた第 1色および第 2色のレーザ光ビームを、前記第 1および第 2の液晶表示パネル の表示領域の全域に渡るように拡散成形する第 1および第 2の光ビーム拡散成形光 学素子と、
それぞれ、この第 1および第 2の光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形され た第 1色および第 2色のレーザ光ビームを、ほぼ平行光のビームに変換して、前記第 1および第 2の液晶表示パネルに入射させる第 1および第 2のレンズ系と、 前記第 1および第 2の液晶表示パネルを透過した第 1色および第 2の画像光を合成 する合成光学手段と、
この合成光学手段からの画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
[13] 半導体レーザまたは固体レーザからなるレーザ光源と、 2枚の基板間に液晶層が形成された液晶表示パネルと、
光の回折または屈折によって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光ビームを、 前記液晶表示パネルの表示領域の全域に渡るように拡散成形する光ビーム拡散成 形光学素子と、
この光ビーム拡散成形光学素子によって拡散成形されたレーザ光ビームを、ほぼ 平行光のビームに変換して前記液晶表示パネルに入射させるレンズ系と、
前記液晶表示パネルを透過した画像光を投射する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶プロジェクタ。
請求項 1〜 13のいずれかに記載の液晶プロジェクタが内蔵された画像再生装置。
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