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JP3110336B2 - 投射型カラー液晶表示装置 - Google Patents

投射型カラー液晶表示装置

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JP3110336B2
JP3110336B2 JP09022505A JP2250597A JP3110336B2 JP 3110336 B2 JP3110336 B2 JP 3110336B2 JP 09022505 A JP09022505 A JP 09022505A JP 2250597 A JP2250597 A JP 2250597A JP 3110336 B2 JP3110336 B2 JP 3110336B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１枚の液晶表示素
子の表示画像をスクリーン面に拡大投射する投射型カラ
ー液晶表示装置に関するものであり、主としてパーソナ
ルコンピューターやテレビ、ビデオ等の画像を表示する
ために用いられる投射型カラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子で表示された画像を拡大投
射する投射型カラー液晶表示装置には、３枚の液晶表示
素子を用いる３板式と、１枚の液晶表示素子を用いる単
板式とがある。３板式の投射型カラー液晶表示装置で
は、光源の光から赤，緑，青の三原色に色分離された各
光が、３枚の液晶表示素子のうち各色に対応する液晶表
示素子を照明した後、各液晶表示素子で表示された画像
が光学的に合成され、合成された画像が投射レンズによ
って投射される。ところが、一般的に光学系が複雑にな
り、装置が大きく高価になってしまう。この３板式に対
し、単板式の投射型カラー液晶表示装置では、１枚の液
晶表示素子のみを使うため、装置の大きさや製造費用の
点において３板式のものに比べて有利である。
【０００３】単板式の投射型カラー液晶表示装置では、
直視型の液晶テレビと同様に、モザイク状の三原色のカ
ラーフィルターパターンが液晶表示素子に配置され、液
晶表示素子の一画素に１つのカラーフィルターが形成さ
れるので、光源の光が液晶表示素子を照明すると、各色
のカラーフィルターによって選択された色光が液晶表示
素子の画素を透過する。例えば、赤を表示する画素には
赤のカラーフィルターが形成され、赤の色光はこの赤の
カラーフィルターを透過するが、緑および青の色光がこ
の赤のカラーフィルターで吸収または反射される。従っ
て、液晶表示素子への入射光のうち３分の１の光しか表
示画像として利用されず、同じ光源を用いた３板式の投
射型カラー液晶表示装置の場合と比較して、最終的に投
射された画像の明るさが約３分の１に低下するという問
題がある。この問題を解決する方法として、マイクロレ
ンズアレイを具備した１枚の液晶表示素子を、後述する
ように特殊な配置の３枚のダイクロイックミラーによっ
て色分離した光で照明する方法が、特開平４−６０５３
８号公報に示されている。図５は、この公報による単板
式投射型カラー画像表示装置の構成を用いた従来の投射
型カラー液晶表示装置の一例を示す概略構成図であり、
次に、従来の投射型カラー液晶表示装置について、図５
を参照して説明する。
【０００４】従来の投射型カラー液晶表示装置は、図５
に示すように、光源１０２と、光源１０２に備え付けら
れた放物面鏡１０３と、光源１０２からの光の進行方向
に配置され、後述するようにそれぞれが傾けられた、色
分離光学手段であるダイクロイックミラー（Ｂ）１１
０、ダイクロイックミラー（Ｒ）１１１およびダイクロ
イックミラー（Ｇ）１１２と、３枚のダイクロイックミ
ラー１１０，１１１，１１２でそれぞれ反射された光の
進行方向に順次配置された偏光板１０６、マイクロレン
ズアレイ１０４、液晶表示素子１０５、偏光板１０７、
フィールドレンズ１１３および投射レンズ１０８と、投
射レンズ１０８によってカラー表示画像を投射するスク
リーン１０９とで構成される。本文および図中のＲ，
Ｇ，Ｂはそれぞれ赤，緑，青を表す。また、以下の文中
でもＲ，Ｇ，Ｂを同様の意味として用いる。
【０００５】上記マイクロレンズアレイ１０４は、前述
した特開平４−６０５３８号公報に記載されているもの
と同様の構造をしている。色分離光学手段であるダイク
ロイックミラー（Ｂ）１１０は、青の波長域の光を反射
し、それより長波長域である赤と緑の光を透過させる特
性を有している。ダイクロイックミラー（Ｒ）１１１
は、赤の波長域の光を反射し、それより短波長域である
青と緑の光を透過させる特性を有している。ダイクロイ
ックミラー（Ｇ）１１２は、緑と青の波長域の光を反射
し、それより長波長域である赤の光を透過させる特性を
有している。それら３枚のダイクロイックミラー１１
０，１１１，１１２がそれぞれ、互いに平行な状態から
図５の紙面に垂直な方向を回転軸として順次数度ずつ回
転して配置されている。３枚のダイクロイックミラー１
１０，１１１，１１２がこのように配置されることによ
り、色光ごとに異なった入射角でマイクロレンズアレイ
１０４の各レンズに入射した３つの各光束が、入射角ご
との異なった位置に集光される。
【０００６】このマイクロレンズアレイ１０４によるそ
れぞれの集光位置が、液晶表示素子１０５内の各色光に
対応する画素の位置に一致するように、隣り合う２つの
ダイクロイックミラーで相互につくる角度が決められて
いる。
【０００７】このように構成された従来の投射型カラー
液晶表示装置では、光源１０２から発せられた白色光は
放物面鏡１０３によりほぼ平行光となり、ダイクロイッ
クミラー（Ｂ）１１０に入射し、青の光が反射される。
このダイクロイックミラー（Ｂ）１１０で反射されずに
透過した赤と緑の光がダイクロイックミラー（Ｒ）１１
１に入射し、赤の色光が反射される。同様に、このダイ
クロイックミラー（Ｒ）１１１で反射されずに透過した
緑の光がダイクロイックミラー（Ｇ）１１２に入射し、
反射される。反射された３つの各光が偏光板１０６に入
射し、この偏光板１０６で、表示画像に利用される直線
偏光と呼ばれる、ある特定方向の偏光成分の光のみが透
過して、色光ごとに異なった角度でマイクロレンズアレ
イ１０４に入射する。ここで、前述したように傾けられ
た３枚のダイクロイックミラー１１０，１１１，１１２
により各色光が反射されるので、各色光がマイクロレン
ズアレイ１０４の各レンズにより、色光に対応する液晶
表示素子１０５の各画素に集光される。このようにして
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光がそれぞれ、液晶表示素子１０５内
の対応した色の画素に選択的に入射し、表示画像となっ
て液晶表示素子１０５を出射する。出射した光は偏光板
１０７に入射し、直線偏光の成分のみが透過してフィー
ルドレンズ１１３に入射する。このフィールドレンズ１
１３で、液晶表示素子１０５を透過して拡がっていく光
が収束され、この光が投射レンズ１０８によりスクリー
ン１０９に拡大投影される。フィールドレンズ１１３が
特に用いられる必要はないが、フィールドレンズ１１３
を用いることにより投射レンズ１０８の口径を小さくで
きる。
【０００８】従って、マイクロレンズアレイを用いた投
射型カラー液晶表示装置では、各色光に対応した液晶表
示素子内の各画素に対して選択的に色光を入射させるの
で、カラーフィルターが不要であり、カラーフィルター
での光の損失がなく、カラーフィルターを用いていた場
合より光を効率良く利用することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロレンズアレイを用いた従来の投射型カラー液晶表示装
置では、波長選択性を有する３枚のダイクロイックミラ
ー１１０，１１１，１１２を色分離光学手段として用い
ることにより白色光に対し赤，緑，青の色分離を行なう
が、光源からの光が、偏光に関しては自然光のままであ
り、液晶表示素子で光を表示画像として利用するため
に、光源からの自然光を直線偏光化する偏光板１０６を
使う必要がある。従って、自然光に含まれるｐ偏光とｓ
偏光のうちどちらかの偏光成分は偏光板１０６により吸
収されて損失する。すなわち、光源から発せられる全光
の半分程度の損失は避けられない。また、吸収された光
が熱に変わり偏光板の性能を劣化させるという問題も引
き起こし、高光出力光源の採用が制限される。以上説明
した通り、従来の単板式の投射型カラー液晶表示装置で
は、偏光板での光の吸収あるいは反射によって光源から
の光の利用効率が低いことと、光の吸収に伴う偏光板の
劣化の問題がある。さらに、３枚のダイクロイックミラ
ーの配置に微調整が必要とされるうえ、振動による位置
ずれが生じる可能性がある。
【００１０】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
に鑑み、マイクロレンズアレイを用いて１枚の液晶表示
素子の表示画像を拡大投射する単板式の投射型カラー液
晶表示装置において、液晶表示素子の光源側に配置され
た偏光板での光の反射あるいは吸収による光の損失をな
くし、光源から発せられる光の利用効率が高い投射型カ
ラー液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】また、上記目的に加えて、従来用いられて
いたダイクロイックミラーの配置の調整不要な投射型カ
ラー液晶表示装置を提供することにある。
【００１２】上記目的を達成するための本発明は、光源
と、液晶表示素子と該液晶表示素子の前後に配置された
２枚の偏光板とを含む液晶表示手段と、赤，緑，青の３
つの色光がそれぞれ異なる入射角で入射されることによ
り前記各色光を前記液晶表示素子内のそれぞれ異なる画
素に集光させるマイクロレンズアレイと、前記光源から
の光を赤，緑，青の３つの色光に分離すると共に、分離
された色光をそれぞれ異なる入射角で前記マイクロレン
ズアレイに入射させる色分離光学手段とを有する投射型
カラー液晶表示装置において、前記色分離光学手段は、
偏光変換部と色分離部とを組み合わせた一体構造となっ
て前記光源と前記マイクロレンズアレイとの間の光路中
に配置され、前記光源からの光の偏光を同一方向に統合
し、統合した光を赤，緑，青の３つの光に分離するもの
であり、前記偏光変換部は、一対の偏光ビームスプリッ
タと、位相差板と、ミラーをこの順番で前記光源からの
光の進行方向に沿って配置したものであり、前記光源側
から数えて１番目の偏光ビームスプリッタは前記光源側
から入射する光に対して一方の偏光方向の直線偏光成分
を前記色分離部に向けて反射し、他方の偏光方向の直線
偏光成分は透過し、２番目の偏光ビームスプリッタは前
記光源側から入射する光に対し、前記他方の偏光方向の
直線偏光成分は透過し、前記一方の偏光方向の直線偏光
成分を前記色分離部に向けて前記光源側と正反対から入
射する光に対して反射するように、前記一対の偏光ビー
ムスプリッタは形成され、前記ミラーは前記光の進行方
向に対し垂直に配置され、前記位相差板は前記他方の偏
光方向の直線偏光成分を前記ミラーにより反射され前記
位相差板を透過した後に前記一方の偏光方向の直線成分
に偏光の位相を変換し、前記色分離部は、三角プリズム
の斜面の上に第１のくさび形プリズムを接合し、該第１
のくさび形プリズムの上に第２のくさび形プリズムを接
合し、かつ、前記三角プリズムと前記第１のくさび形プ
リズムとの接合面と、前記第１および第２のくさび形プ
リズムどうしの接合面と、前記第２のくさび形プリズム
の上面とに、特定の波長域の光のみを反射させて残りの
波長域の光を透過させる複数の光反射膜を互いに非平行
な配置にそれぞれ形成した構造であることを特徴とする
ものである。
【００１３】また、本発明は、光源と、液晶表示素子と
該液晶表示素子の前後に配置された２枚の偏光板とを含
む液晶表示手段と、赤，緑，青の３つの色光がそれぞれ
異なる入射角で入射されることにより前記各色光を前記
液晶表示素子内のそれぞれ異なる画素に集光させるマイ
クロレンズアレイと、前記光源からの光を赤，緑，青の
３つの色光に分離すると共に、分離された色光をそれぞ
れ異なる入射角で前記マイクロレンズアレイに入射させ
る色分離光学手段とを有する投射型カラー液晶表示装置
において、前記色分離光学手段は、偏光変換部と色分離
部とを組み合わせた一体構造となって前記光源と前記マ
イクロレンズアレイとの間の光路中に配置され、前記光
源からの光の偏光を同一方向に統合し、統合した光を
赤，緑，青の３つの光に分離するものであり、前記偏光
変換部は、前記光源側から入射する光に対して一方の偏
光方向の直線偏光成分を前記色分離部に向かう方向と正
反対の方向に反射し他方の偏光方向の直線偏光成分を透
過する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッ
タで反射された前記一方の偏光方向の直線偏光成分の進
行方向に垂直に配置された位相差板と、該位相差板の前
記偏光ビームスプリッタ側と反対側に配置されたミラー
とを有し、前記ミラーにより反射された前記一方の偏光
方向の直線偏光成分は前記位相差板を透過した後に前記
他方の偏光方向の直線成分に偏光の位相を変換し、前記
光源側から入射する光で前記偏光ビームスプリッタを透
過する前記他方の偏光方向の直線偏光成分を前記色分離
部に向けて反射するプリズムとで構成されたものであ
り、前記色分離部は、三角プリズムの斜面の上に第１の
くさび形プリズムを接合し、該第１のくさび形プリズム
の上に第２のくさび形プリズムを接合し、かつ、前記三
角プリズムと前記第１のくさび形プリズムとの接合面
と、前記第１および第２のくさび形プリズムどうしの接
合面と、前記第２のくさび形プリズムの上面とに、特定
の波長域の光のみを反射させて残りの波長域の光を透過
させる複数の光反射膜を互いに非平行な配置にそれぞれ
形成した構造であることを特徴とするものである。
【００１４】また、前記色分離光学手段は、前記偏光変
換部と前記色分離部との間の光路中に位相差調整手段が
配置されるように前記偏光変換部と前記色分離部とが前
記位相差調整手段を介して接合された構成であり、前記
複数の光反射膜は各々、前記位相差調整手段を透過して
変換された直線偏光成分に対して、特定の波長域の光の
みを反射させて残りの波長域の光を透過させるものであ
ることが好ましい。
【００１５】
【００１６】
【００１７】さらに、前記色分離部は、前記第２のくさ
び形プリズムの上面に形成された光反射膜の上に、前記
第２のくさび形プリズムと同一な屈折率または近い屈折
率の部材を接合した構造であることが好ましい。
【００１８】上記の通りの発明では、光源からの光の利
用効率を上げるためにマイクロレンズアレイを用いて１
枚の液晶表示素子の表示画像を拡大投射する単板式の投
射型カラー液晶表示装置において、色分離光学手段が前
記光源と前記マイクロレンズアレイとの間の光路中に配
置され、光源からの光の偏光を同一方向に統合し、統合
した光を赤，緑，青の３つの光に分離する。このような
色分離光学手段が配置されたことにより、偏光成分が互
いに直行するｐ偏光とｓ偏光の両成分を含む、光源から
の光が色分離光学手段に入射すると、両偏光成分のうち
いずれかの偏光成分が変換され、光源からの光が全て同
じ偏光方向の成分に統一される。さらに、この偏光方向
が統一された光が、色分離光学手段により赤，緑，青の
３つの色光に色分離されると共に、分離された各色光が
それぞれ異なる入射角でマイクロレンズアレイに入射さ
れる。それぞれ異なる入射角でマイクロレンズアレイに
入射した各色光は、このマイクロレンズアレイによって
液晶表示手段内部の液晶表示素子内のそれぞれ異なる画
素に集光され、各色光が液晶表示素子の各色に対応する
画素を透過して表示画像になる。この時、液晶表示素子
の光源側に配置された偏光板の光学軸の向きを、偏光方
向が統一された直線偏光の向きに一致させることによ
り、この偏光板に入射する全ての光が透過するので、光
源からの光のｐ，ｓ両偏光成分が無駄なく利用され、光
利用効率は極めて高くなる。
【００１９】また、前記色分離光学手段が偏光変換部と
色分離部とからなり、前記偏光変換部は、一対の偏光ビ
ームスプリッタと、位相差板と、ミラーをこの順番で光
源からの光の進行方向に沿って配置したものであり、光
源側から数えて１番目の偏光ビームスプリッタは光源側
から入射する光に対して特定の偏光方向の直線偏光成分
を前記色分離部に向けて反射し、２番目の偏光ビームス
プリッタは前記直線偏光成分と同一の直線偏光成分を前
記色分離部に向けて光源側と正反対から入射する光に対
して反射するように、前記一対の偏光ビームスプリッタ
は形成され、前記色分離部は、互いに非平行な配置に形
成された、特定の波長域の光のみを反射させて残りの波
長域の光を透過させる複数の光反射膜を有する。このよ
うに前記色分離光学手段が構成されたことにより、光源
からの光のうちｐあるいはｓ偏光成分が１番目の偏光ビ
ームスプリッタで色分離部に向けて反射され、反射され
ないもう一方の偏光成分は、１番目と２番目の偏光ビー
ムスプリッタおよび位相差板を透過した後にミラーで進
行方向と正反対の方向に反射され、再び位相差板を透過
する。この時、透過した偏光は位相差板を１往復するこ
とによりその偏光方向が９０度回転し、１番目の偏光ビ
ームスプリッタで反射された偏光成分と同一方向の偏光
成分となり、光源側と正反対から２番目の偏光ビームス
プリッタへ入射して色分離部に向けて反射される。この
ように偏光変換部により偏光方向が統一されて色分離部
へ反射された光は、色分離部に入射し、色分離部に形成
された複数の光反射膜によって特定の波長域の光が順次
反射されることで、赤，緑，青の３つの色光に分離され
る。また、この複数の光反射膜は互いに非平行な配置な
ので、同一方向から入射してそれぞれの光反射膜で反射
された各色光が互いに非平行となって進み、マイクロレ
ンズアレイにそれぞれ異なった入射角で入射する。
【００２０】また、前記色分離光学手段は偏光変換部と
色分離部とからなり、前記偏光変換部は、前記光源側か
ら入射する光に対して特定の偏光方向の直線偏光成分を
前記色分離部に向かう方向と正反対の方向に反射する偏
光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタで反射
された該直線偏光成分の進行方向に配置された位相差板
と、該位相差板の前記偏光ビームスプリッタ側と反対側
に配置されたミラーと、前記光源側から入射する光で前
記偏光ビームスプリッタを透過する直線偏光成分を前記
色分離部に向けて反射するプリズムとで構成されたもの
であり、前記色分離部は、上記と同様に、互いに非平行
な配置に形成された、特定の波長域の光のみを反射させ
て残りの波長域の光を透過させる複数の光反射膜を有す
る。このように偏光偏光部が構成されたことにより、光
源からの光のうち、直線偏光成分であるｐあるいはｓ偏
光成分が、偏光ビームスプリッタにより色分離部に向か
う方向と正反対の方向に反射されて位相差板に入射す
る。位相差板に入射した直線偏光成分は、位相差板を透
過し、ミラーで正反対の方向に反射されて再び位相差板
を透過し、色分離部に入射される。この時、直線偏光成
分が位相差板を１往復することにより、その偏光方向が
９０度回転し、偏光ビームスプリッタを透過した直線偏
光成分と同一方向になる。一方、偏光ビームスプリッタ
を透過した直線偏光成分は、プリズムによって色分離部
に向けて反射される。ここで、偏光ビームスプリッタで
反射された直線偏光成分が一旦、色分離部から離れる方
向に進み、ミラーで反射されて再び色分離部に向けて進
ことにより、この直線偏光成分の光路長を、偏光ビーム
スプリッタを透過した直線偏光成分の光路長と同じ長さ
にすることができる。このように偏光変換部によって偏
光方向が統一された光は、色分離部に入射し、上記のよ
うに、色分離部の複数の光反射膜によって特定の波長域
の光が順次反射されることで赤，緑，青の３つの色光に
分離され、それらの色光がマイクロレンズアレイにそれ
ぞれ異なった入射角で入射する。従って、光源からの光
がほぼ全て液晶表示素子を投射する光に利用され、偏光
ビームスプリッタよって分離された２つの光の光路長を
等しくしたことにより、照度分布が均一な投射画像を得
ることができる。
【００２１】さらに、前記色分離光学手段は、前記偏光
変換部と前記色分離部との間の光路中に位相差調整手段
が配置された構成にしたことにより、偏光変換部で統一
された直線偏光成分の光を位相差調整手段によって異な
る偏光方向の直線偏光成分に変換することができ、変換
する前の直線偏光成分に比べ、色分離部の光反射膜での
反射率がより高い直線偏光成分にすることができる。従
って、光反射膜での光の損失を抑えることができる。
【００２２】さらに、前記色分離部は、三角プリズムの
斜面の上に第１のくさび形プリズムを接合し、その第１
のくさび形プリズムの上に第２のくさび形プリズムを接
合した構造であり、前記光反射膜の各々は、前記三角プ
リズムと前記第１のくさび形プリズムとの接合面と、前
記第１および第２のくさび形プリズムどうしの接合面
と、前記第２のくさび形プリズムの上面とに形成され
る。色分離部がこのように形成されたことにより、光反
射膜が三角プリズムやくさび形プリズムに形成され、従
来用いられたダイクロイックミラーの配置の調整が必要
なくなる上に、外部からの振動による悪影響を抑えるこ
とができる。
【００２３】さらに、上記のように三角プリズムと第１
および第２のくさび形プリズムとを接合し、それぞれの
接合面と第２のくさび形プリズムの上面とに光反射膜を
形成した色分離部において、第２のくさび形プリズムの
上面に形成された光反射膜の上に、第２のくさび形プリ
ズムと同一な屈折率または近い屈折率の部材を接合する
ことにより、第２のくさび形プリズム上面の光反射膜
に、特定の波長域の光を反射させて残りの波長域の光を
透過させるといった特性を持たせることが容易になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２５】（第１の実施の形態）図１は、本発明の投
射型カラー液晶表示装置の第１の実施形態を示す概略構
成図である。本実施形態の投射型カラー液晶表示装置は
図１に示すように、放物面鏡３が備え付けられた光源２
から発する光の進行方向に、色分離光学手段１が配置さ
れており、色分離光学手段１は、機能面から偏光変換部
１０と色分離部１１とに分けられる。偏光変換部１０
は、一対の偏光ビームスプリッタ１２，１３と位相差板
１４とミラー１５とをこの順番で光源２からの光の進行
方向に沿って配置したものであり、光源２側から数えて
１番目の偏光ビームスプリッタ１２は光源２側から入射
する光に対してｓ偏光成分の光を色分離部１１に向けて
反射し、２番目の偏光ビームスプリッタ１３は、光源２
側と正反対から入射する光に対してｓ偏光成分の光を色
分離部１１に向けて反射するように一対の偏光ビームス
プリッタ１２，１３が形成されている。
【００２６】色分離部１１は、三角プリズムの斜面の上
に第１のくさび形プリズムを接合し、接合した第１のく
さび形プリズムの上に第２のくさび形プリズムを接合し
た構造であり、三角プリズムと第１のくさび形プリズム
との接合面と、第１および第２のくさび形プリズムどう
しの接合面と、第２のくさび形プリズムの上面とに、光
反射膜１６，１７，１８が互いに非平行な配置となり形
成されている。このような構造の偏光変換部１０の、ｓ
偏光成分の光を出射させる偏光ビームスプリッタ１２，
１３の側面と、色分離部１１の三角プリズムの側面と、
が接合されて色分離光学手段１が構成される。偏光変換
部１０と色分離部１１とが接している面に対して垂直
な、色分離部１１の三角プリズムの側面は、後述するよ
うに三角プリズムから光が出射する面であり、この面か
ら出射する光の進行方向に液晶表示手段１９が配置され
る。
【００２７】液晶表示手段１９は、光の進行方向に、偏
光板６、マイクロレンズアレイ４、液晶表示素子５およ
び偏光板７がこの順番で配置された構成であり、この液
晶表示手段１９から出射する光の進行方向に投射レンズ
８が配置され、投射レンズ８の前方にカラー表示画像を
投影するスクリーン９が配置されている。なお、図中に
示したｐ、ｓはそれぞれｐ偏光、ｓ偏光を表し、Ｂ，
Ｒ，Ｇはそれぞれ青，赤，緑の意味を表す。次では、こ
れらの構成部品について、さらに具体的に説明する。
【００２８】光源２としては、２５０Ｗのメタルハライ
ドランプを用いた。他にキセノンランプ、ハロゲンラン
プ等の高輝度白色光源を使用することができる。
【００２９】放物面鏡３はガラスを形成したもので、光
源からの赤外光成分を除去するために光源側の表面には
誘電体多層膜からなるコールドミラーが蒸着により形成
されている。光源からの光を集光し平行照明とするため
の手段は、放物面鏡を利用することだけに限らず、放物
面鏡の代わりとして球面鏡や楕円面鏡、その他の非球面
鏡を用いても構わない。また、反射された白色光をコン
デンサーレンズで一旦点状に集光し、その集光させた光
をスリットまたはピンホール等に通して不要な光を除去
するような構成とすることもできる。
【００３０】色分離光学手段１の形状や大きさは、主に
液晶表示素子５の大きさを基に決定される。本実施形態
では色分離光学手段１の光学ガラスの材料としてＳＦ１
０を用いた。後述する図２で示すような分光反射特性を
満たす光反射膜１６，１７，１８の形成が可能である材
料ならば、ＳＦ１０に限らずどのような材料でも構わな
い。
【００３１】色分離光学手段１の色分離部１１に形成さ
れた３種類の光反射膜１６，１７，１８は誘電体多層膜
で形成されている。
【００３２】偏光ビームスプリッタ１３とミラー１５と
の間に接着されている位相差板１４は、ポリビニルカー
ボネイトフィルムを一軸延伸し所望の複屈折性を持たせ
たものであり、光が一回透過した際の位相差が１／４波
長になるように調整されている。従って、位相差板１４
に入射した光が、ミラー１５で反射されることにより位
相差板１４を一往復した際に光の偏光方向が９０度回転
する。
【００３３】マイクロレンズアレイ４は、液晶表示素子
５内のＲ，Ｇ，Ｂの３画素に１個の割合で微小なレンズ
が平面上に形成されたものである。本実施形態では、選
択的イオン交換によって屈折率分布を形成し、凸レンズ
の作用を持たせた。マイクロレンズアレイの形成方法と
しては、選択的イオン交換による方法の他にプラスチッ
クあるいはガラス基板を金型によって成型する方法等が
知られている。本発明の投射型カラー液晶表示装置で
は、どのような方法で成形されたものでも適用可能であ
る。
【００３４】液晶表示素子５は、画素を形成するための
透明電極膜を施した２枚のガラス基板間に液晶を封入し
たもので、液晶にはツイステッドネマティック（ＴＮ）
液晶を使用している。各画素に電圧を印加することによ
り生じる液晶の状態変化が入射光の偏光状態を変化さ
せ、２枚の偏光板によって光強度を変調させる。液晶の
駆動方式には、各画素ごとにスイッチング素子である薄
膜トランジスタを形成し液晶を駆動するアクティブマト
リクス方式を採用している。液晶はＴＮ液晶以外でも、
スーパーツイストネマティック液晶、強誘電性液晶、複
屈折制御型液晶等を利用することができる。また、液晶
の駆動方式は、アクティブマトリックス方式に限らず、
時分割駆動の単純マトリクス方式等でも良い。
【００３５】投射レンズ８は、液晶表示素子５に表示さ
れた画像をスクリーン９に拡大投射するものであり、投
射画像のピント調整を行なうためのフォーカス調整機構
が付いている。画面の大きさを投射距離を変えずに変化
させるためのズーム機構を加えても良い。また、図５で
示した従来の投射型カラー液晶表示装置のように、偏光
板７と投射レンズ８の間にフィールドレンズ等を挿入し
て集光効果を高めることも可能である。
【００３６】図２は、色分離光学手段１の色分離部１１
に形成された光反射膜１６，１７，１８のそれぞれの分
光反射特性の一例を示す図である。図２に示す（ａ），
（ｂ），（ｃ）がそれぞれ、光反射膜１６，１７，１８
に対応してそれぞれのｓ偏光の分光反射特性を示し、横
軸が波長（ｎｍ）、縦軸が反射率（％）である。本実施
形態においては、青は波長４２０〜４９０ｎｍ、緑は波
長５００〜５６５ｎｍ、赤は波長５９０〜６８０ｎｍと
した。
【００３７】光反射膜１６の分光反射特性は、図２の
（ａ）に示すように波長４２０〜４９０ｎｍである青の
光のみを選択的に反射し、緑と赤の波長域の光を透過さ
せる特性を持つ。光反射膜１７の分光特性は、図２の
（ｂ）に示すように波長５９０〜６８０ｎｍである赤の
光を選択的に反射し、青と緑の波長域の光を透過させる
特性を持つ。光反射膜１８の分光反射特性は、図２の
（ｃ）に示すように、波長５６５ｎｍ以下である青と緑
の光を反射し、赤の波長域の光を透過させる特性を持
つ。図２の（ｂ）ではこのような特性の光反射膜１７と
なっているが、実際には青の光は光反射膜１６によって
既に反射されているため、光反射膜１７の青の光に対す
る特性が透過であっても反射であっても任意である。ま
た、図２の（ｃ）ではこのような特性の光反射膜１８と
なっているが、実際には青の光は光反射膜１６によって
既に反射され、赤の光は光反射膜１７によって既に反射
されているため、光反射膜１８の青または赤の光に対す
る特性が透過であっても反射であっても任意である。さ
らに、光反射膜１６，１７，１８ともｐ偏光に対する分
光反射特性は全く任意である。
【００３８】上述したように構成された本実施形態の投
射型カラー液晶表示装置の光学的な作用に関して、本発
明の特徴を最も良く表す、主要素子である色分離光学手
段１の働きを中心に順を追って説明する。
【００３９】光源２から発せられた白色光は放物面鏡３
で集光され、ほぼ平行光となって、色分離光学手段１の
偏光変換部１０を構成する偏光ビームスプリッタ１２に
入射する。入射光は１つめの偏光ビームスプリッタ１２
によってｓ偏光の反射光とｐ偏光の透過光に分離され
る。透過したｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ１２と隣
接する２つめの偏光ビームスプリッタ１３を透過した
後、さらに位相差板１４を透過し、ミラー１５で反射さ
れて再度位相差板１４を透過する。この位相差板１４を
往復する際にｐ偏光はｓ偏光に変換され、変換されたｓ
偏光が偏光ビームスプリッタ１３に入射し、偏光ビーム
スプリッタ１３により色分離部１１の方向へ反射され
る。このように、ｐ，ｓ両偏光成分を含んだ光源からの
自然光が、偏光変換部１０によってｓ偏光に統一され、
光源からの入射方向と直交する向きに反射して、色分離
部１１に入射する。
【００４０】次に、この統一されたｓ偏光の光は、色分
離光学手段１の色分離部１１に形成された光反射面１６
に入射し、青の光がこの面で反射され、赤の光が光反射
膜１６を透過して光反射膜１７で反射され、緑の光が光
反射膜１６，１７を透過して光反射膜１８で反射され
る。このように光反射膜１６，１７，１８によってｓ偏
光の光がＢ，Ｒ，Ｇの光に順次色分離されると共に偏光
板６の方向へ反射され、色分離部１１の三角プリズムの
側面から出射する。出射したＢ，Ｒ，Ｇの各光はｓ偏光
成分のままで直線偏光なので、この偏光成分を透過する
ように配置した偏光子である偏光板６をほぼ全ての光が
透過し、マイクロレンズアレイ４に入射する。この入射
したＢ，Ｒ，Ｇの各光は、光反射面１６，１７，１８が
従来例の３つのダイクロイックミラーと同様に、互いに
なす角度が数度の角度を持つように非平行に形成されて
いるため、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ僅かに異なる角度でマ
イクロレンズアレイ４に入射する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各光は
マイクロレンズアレイ４の各レンズを透過した後、それ
ぞれの入射角の違いにより異なった三つの場所に焦点を
結ぶ。その焦点と、液晶表示素子５に形成された画素と
が一致しているため、Ｒに対応する画素にはＲの光、Ｇ
に対応する画素にはＧの光、Ｂに対応する画素にはＢの
光が選択的に入射する。この原理については、従来の投
射型カラー液晶表示装置と同様である。液晶表示素子５
を透過した光は、検光子である偏光板７を透過し、投射
レンズ８により集光され、スクリーン９に向かって投射
される。その結果、液晶表示素子５に表示された画像が
スクリーン９に拡大投射されることになる。
【００４１】以上、図１および図２を用いて説明した通
り、本実施形態の投射型カラー液晶表示装置では、光源
２からの光のｐ偏光成分をｓ偏光成分に偏光変換してｓ
偏光成分に統一し、統一されたｓ偏光成分を赤，緑，青
の各色成分に順次分離する色分離光学手段１を用いるこ
とで、光源２からの自然光のｐ偏光とｓ偏光の両成分を
投射光として利用できる。このため、原理的には１００
％に近い光源の光利用効率が得られ、従来の技術に比べ
ても２倍程度の光利用効率の向上が図れる。また、偏光
板６に入射する光は直線偏光であるため、入射した光が
ほぼ全て偏光板６を透過し、偏光板６による吸収はほと
んど無く、従来の問題点であった偏光板劣化が起こり得
ない。
【００４２】さらに、色分離部１１に形成された光反射
膜１６，１７，１８が、三角プリズムとくさび形プリズ
ムの接合面と、２つのくさび形プリズムの接合面と、く
さび形プリズムの上面とに形成されており、その上、色
分離光学手段１が偏光変換部１０と色分離部１１とを組
み合わせた一体構造であるので、従来、用いられていた
ダイクロイックミラーの配置の調整が不要で振動にも極
めて強い。
【００４３】（第２の実施の形態）図３は、本発明の投
射型カラー液晶表示装置の第２の実施形態を示す概略構
成図である。図３では、第１の実施形態と同一の構成部
品に同一の符号を付してあり、以下では、第１の実施形
態と異なる構成部品について述べる。本実施形態では第
１の実施形態と比較して、色分離光学手段と、液晶表示
手段の２枚の偏光板とが異なっている。
【００４４】本実施形態の投射型カラー液晶表示装置で
は、図３に示すように、光源２から発する光の進行方向
に、色分離光学手段２１が配置されており、色分離光学
手段２１は、第１の実施形態と同様に、機能面から偏光
変換部３０と色分離部３１とに分けられる。偏光変換部
３０は、光源２側から入射する光に対してｓ偏光成分の
光を色分離部３１の向かう方向とは正反対の方向に反射
する偏光ビームスプリッタ３２と、偏光ビームスプリッ
タ３２で反射されたｓ偏光の光の進行方向に配置された
位相差板３４と、位相差板３４の偏光ビームスプリッタ
３２側と反対側に配置されたミラー３５と、光源２側か
ら入射する光で偏光ビームスプリッタ３２を透過するｐ
偏光成分の光を色分離部３１に向けて反射するプリズム
３３とで構成されている。
【００４５】色分離部３１は、第１の実施形態で示した
ものと同様な形状であり、三角プリズムの斜面の上に第
１のくさび形プリズムを接合し、接合した第１のくさび
形プリズムの上に第２のくさび形プリズムを接合した構
造である。三角プリズムと第１のくさび形プリズムとの
接合面と、第１および第２のくさび形プリズムどうしの
接合面と、第２のくさび形プリズムの上面とに、光反射
膜３６，３７，３８が互いに非平行な配置となり形成さ
れている。
【００４６】偏光変換部３０の、色分離部３１に向けて
光が出射される、偏光ビームスプリッタ３２およびプリ
ズム３３の側面と、色分離部３１の三角プリズムの側面
と、が接合されて色分離光学手段２１が構成される。偏
光変換部３０と色分離部３１とが接している面に対して
垂直な、色分離部３１の三角プリズムの側面は、後述す
るように三角プリズムから光が出射する面であり、この
面から出射する光の進行方向に、液晶表示手段３９、投
射レンズ８およびスクリーン９が配置されている。液晶
表示手段３９では、偏光板２６，２７が第１の実施形態
で用いたもの異なっており、第１の実施形態で用いた偏
光板６，７が、ｓ偏光成分の光を透過させるものであっ
たのに対し、偏光板２６，２７は、ｐ偏光成分の光を透
過させるものである。なお、図中に示したｐ、ｓはそれ
ぞれｐ偏光、ｓ偏光を表し、Ｂ，Ｒ，Ｇはそれぞれ青，
赤，緑の意味を表す。次では、上記の構成部品につい
て、さらに具体的に説明する。
【００４７】プリズム３３は、直角プリズムであり、プ
リズム内部の全反射を利用して光路を直角に折り曲げる
ために反射率が１００％であって、このプリズム３３で
光損失が生じない。
【００４８】偏光ビームスプリッタ３２とミラー３５と
の間に接着されている位相差板３４は、ポリビニルカー
ボネイトフィルムを一軸延伸し所望の複屈折性を持たせ
たものであり、光が一回透過した際の位相差が１／４波
長になるように調整されている。従って、位相差板３４
に入射した光が、ミラー３５で反射されることにより位
相差板３４を一往復した際に光の偏光方向が９０度回転
する。すなわち、ｓ偏光はｐ偏光に、ｐ偏光はｓ偏光に
変換されることになる。本実施形態では、ｓ偏光をｐ偏
光に変換するために用いている。
【００４９】色分離部３１に形成された３種類の光反射
膜３６，３７，３８は誘電体多層膜で形成されている。
光反射膜３６の、ｐ偏光に対する分光反射特性は、第１
の実施形態で用いた光反射膜１６の、ｓ偏光に対する分
光反射特性と同様であり、図２の（ａ）で示した分光反
射特性を有している。光反射膜３７および３８の、ｐ偏
光に対する分光反射特性においても、それぞれが光反射
膜１７および１８と対応して、光反射膜１７および１８
のｓ偏光に対する特性と同様である。光反射膜３６の分
光反射特性は、波長４２０〜４９０ｎｍである青の光の
みを選択的に反射し、緑と赤の波長域の光を透過させる
特性を持つ。光反射膜３７の分光特性は、波長５９０〜
６８０ｎｍである赤の光を選択的に反射し、青と緑の波
長域の光を透過させる特性を持つ。光反射膜３８の分光
反射特性は、波長５６５ｎｍ以下である青と緑の光を反
射し、赤の波長域の光を透過させる特性を持つ。光反射
膜３７は上記のような特性となっているが、実際には青
の光は光反射膜３６によって既に反射されているため、
光反射膜３７の青の光に対する特性が透過であっても反
射であっても任意である。また、光反射膜３８は上記の
ような特性となっているが、実際には青の光は光反射膜
３６によって既に反射され、赤の光は光反射膜３７によ
って既に反射されているため、光反射膜３８の青と赤の
光に対する特性が透過であっても反射であっても任意で
ある。さらに、光反射膜３６，３７，３８ともｓ偏光に
対する分光反射特性は全く任意である。なお、全反射の
影響等で光反射膜３８が上記のような特性を有すること
が困難な場合は、図３には示していないが、光反射膜３
８が形成された第２のくさび形プリズムの上に、くさび
形プリズムと同一な、もしくは屈折率が近い材料を接合
させることで、容易に要求される特性を得ることができ
る。
【００５０】上述したように構成された本実施形態の投
射型カラー液晶表示装置の光学的な作用に関して、本発
明の特徴を最も良く表す、主要素子である色分離光学手
段２１の働きを中心に順を追って説明する。
【００５１】光源２から発せられた白色光は放物面鏡３
で集光され、ほぼ平行光となって、色分離光学手段２１
の偏光変換部３０を構成する偏光ビームスプリッタ３２
に入射する。入射光は偏光ビームスプリッタ３２によっ
てｓ偏光の反射光とｐ偏光の透過光に分離される。反射
したｓ偏光は、色分離部３１側と反対の方向に進み、偏
光ビームスプリッタ３２に隣接する位相差板３４を透過
し、ミラー３５で反射されて再度、位相差板３４を透過
する。この位相差板３４を往復する際にｓ偏光はｐ偏光
に変換され、変換されたｐ偏光は偏光ビームスプリッタ
３２を透過し、色分離部３１の方向へ進む。一方、偏光
ビームスプリッタ３２を透過したｐ偏光は、プリズム３
３の斜面によって色分離部３１の方向へ全反射される。
このように、ｐ，ｓ両偏光成分を含んだ光源２からの自
然光が、偏光変換部３０によってｐ偏光に統一され、光
源２からの入射方向と直交する向きに反射して、色分離
部３１に入射する。
【００５２】次に、この統一されたｐ偏光の光は、色分
離光学手段２１の色分離部３１に形成された光反射面３
６に入射し、青の光がこの面で反射され、赤の光が光反
射膜３６を透過して光反射膜３７で反射され、緑の光が
光反射膜３６，３７を透過して光反射膜３８で反射され
る。このように光反射膜３６，３７，３８によってｐ偏
光の光がＢ，Ｒ，Ｇの光に順次色分離されると共に偏光
板２６の方向へ反射され、色分離部３１の三角プリズム
の側面から出射する。出射したＢ，Ｒ，Ｇの各光はｐ偏
光成分のままで直線偏光なので、この偏光成分を透過す
るように配置した偏光子である偏光板２６をほぼ全ての
光が透過し、マイクロレンズアレイ４に入射する。この
入射したＢ，Ｒ，Ｇの各光は、光反射面３６，３７，３
８が従来例の３つのダイクロイックミラーと同様に、互
いになす角度が数度の角度を持つように非平行に形成さ
れているため、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ僅かに異なる角度
でマイクロレンズアレイ４に入射する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各
光はマイクロレンズアレイ４の各レンズを透過した後、
それぞれの入射角の違いにより異なった三つの場所に焦
点を結ぶ。その焦点と、液晶表示素子５に形成された画
素とが一致しているため、Ｒに対応する画素にはＲの
光、Ｇに対応する画素にはＧの光、Ｂに対応する画素に
はＢの光が選択的に入射する。この原理については、従
来の投射型カラー液晶表示装置と同様である。液晶表示
素子５を透過した光は、検光子である偏光板２７を透過
し、投射レンズ８により集光され、スクリーン９に向か
って投射される。その結果、液晶表示素子５に表示され
た画像がスクリーン９に拡大投射されることになる。
【００５３】以上、図３を用いて説明した通り、本実施
形態の投射型カラー液晶表示装置では、光源２からの光
のｓ偏光成分をｐ偏光成分に偏光変換してｐ偏光成分に
統一し、統一されたｐ偏光成分を赤，緑，青の各色成分
に順次分離する色分離光学手段２１を用いることで、光
源２からの自然光のｐ偏光とｓ偏光の両成分を投射光と
して利用できる。このため、原理的には１００％に近い
光源の光利用効率が得られ、従来の技術に比べても２倍
程度の光利用効率の向上が図れる。また、偏光板２６に
入射する光は直線偏光であるため、入射した光がほぼ全
て偏光板２６を透過し、偏光板２６による吸収はほとん
ど無く、従来の問題点であった偏光板劣化が起こり得な
い。
【００５４】さらに、色分離部３１に形成された光反射
膜３６，３７，３８が、三角プリズムとくさび形プリズ
ムの接合面と、２つのくさび形プリズムの接合面と、く
さび形プリズムの上面とに形成されており、その上、色
分離光学手段２１が偏光変換部３０と色分離部３１とを
組み合わせた一体構造であるので、ダイクロイックミラ
ーの配置の調整が不要で振動にも極めて強い。
【００５５】ここで、偏光ビームスプリッタ３２で分離
されたｓ偏光とｐ偏光の光路長について述べる。一般
に、光源からの液晶表示素子までの光路が複数存在し、
それぞれの光路長が異なる光学系においては、各光路に
よって液晶表示素子を照明する光束の照度分布が異なる
ために、スクリーン上で色度や輝度分布の不均一を引き
起こすことが知られている。本実施形態では、偏光ビー
ムスプリッタ３２で分離された後、ｓ偏光とｐ偏光とは
異なる光路をとって液晶表示素子に到達することにな
る。従って、両光路の光路長が等しくない場合には、液
晶表示素子の左右で異なる照度分布となり、スクリーン
上でも左右非対象で不均一な輝度分布となってしまう。
しかしながら、偏光ビームスプリッタ３２でｐ偏光成分
とｓ偏光成分の分離後、ｐ偏光がプリズム３３の反射面
に到達するまでの距離と、ｓ偏光がミラー３５で反射さ
れて折り返し、偏光ビームスプリッタ３２の反射面に到
達するまでの距離とが等しくなるので、全体の光路長も
両者でほぼ等しくなる。よって、上述のような問題は生
じ得ず、光路長の点からも本実施形態は理想的であると
言える。
【００５６】（第３の実施の形態）図４は、本発明の投
射型カラー液晶表示装置の第３の実施形態を示す概略構
成図である。図４では、第２の実施形態と同一の構成部
品に同一の符号を付してあり、以下では、第２の実施形
態と異なる構成部品について述べる。本実施形態では第
２の実施形態と比較して、色分離光学手段と、液晶表示
手段の２枚の偏光板とが異なっている。
【００５７】本実施形態の投射型カラー液晶表示装置で
は、図４に示すように、光源２から発する光の進行方向
に、色分離光学手段４１が配置されており、色分離光学
手段４１では、第２の実施形態と同様な機能の、偏光変
換部３０と色分離部５１との間の光路中に、位相差調整
手段としての位相差板６０が配置されている。偏光変換
部３０は、偏光ビームスプリッタ３２、位相差板３４、
ミラー３５およびプリズム３３によって構成され、第２
の実施形態と全く同じ構成をしている。
【００５８】色分離部５１も、第２の実施形態で示した
ものと同様な形状であり、三角プリズムと、第１および
第２のくさび形プリズムとによって構成され、三角プリ
ズムと第１のくさび形プリズムとの接合面と、第１およ
び第２のくさび形プリズムどうしの接合面と、第２のく
さび形プリズムの上面とに、光反射膜５６，５７，５８
が互いに非平行な配置となり形成されている。
【００５９】偏光変換部３０の、色分離部３１に向けて
光が出射される、偏光ビームスプリッタ３２およびプリ
ズム３３の側面と、色分離部５１の三角プリズムの側面
とが位相差板６０を介して接合されて色分離光学手段４
１が構成される。位相差板６０に対して垂直な、色分離
部５１の三角プリズムの側面は、三角プリズムから光が
出射する面であり、この面から出射する光の進行方向
に、液晶表示手段５９、投射レンズ８およびスクリーン
９が配置されている。液晶表示手段５９では、偏光板４
６，４７が第２の実施形態で用いたもの異なっており、
第２の実施形態で用いた偏光板２６，２７が、ｐ偏光成
分の光を透過させるものであったのに対し、偏光板４
６，４７は、ｓ偏光成分の光を透過させるものである。
なお、図中に示したｐ、ｓはそれぞれｐ偏光、ｓ偏光を
表し、Ｂ，Ｒ，Ｇはそれぞれ青，赤，緑の意味を表す。
【００６０】また、光反射膜５６，５７，５８の、ｓ偏
光成分に対する分光反射特性はそれぞれ、第２の実施形
態で示した光反射膜３６，３７，３８の、ｐ偏光成分に
対する分光反射膜特性と対応して同様であり、ｐ偏光に
対しては任意である。
【００６１】本実施形態では、第２の実施形態と比較し
て、偏光変換部と色分離部との間の光路中に位相差板６
０を配置したことが大きく異なっている。ここで用いら
れる位相差板６０は、光が一回透過した際の位相差が１
／２波長になるように調整されている。従って、偏光変
換部３０で統一されたｐ偏光が位相差板６０を透過する
際に偏光方向が９０度回転し、ｐ偏光がｓ偏光になる。
【００６２】上述したように構成された本実施形態の投
射型カラー液晶表示装置の光学的な作用に関して、本発
明の特徴を最も良く表す、主要素子である色分離光学手
段４１の働きを中心に順を追って説明する。偏光変換部
３０で光源２からの光がｐ偏光成分に統一されるまでの
作用は第２の実施形態と全く同様であるので、その説明
を省略する。
【００６３】偏光変換部３０でｐ偏光成分に統一された
光は位相差板６０に入射し、位相差板６０を透過するこ
とによってｐ偏光成分がｓ偏光成分に変換される。変換
されたｓ偏光成分の光は、色分離部５１の三角プリズム
に入射し、さらに、光反射膜５６に入射し、青の光がこ
の面で反射され、赤の光が光反射膜５６を透過して光反
射膜５７で反射され、緑の光が光反射膜５６，５７を透
過して光反射膜５８で反射される。このように光反射膜
５６，５７，５８によってｓ偏光成分の光がＢ，Ｒ，Ｇ
の光に順次色分離されると共に偏光板４６の方向に反射
され、第２の実施形態と同様に、統一されて変換された
ｓ偏光成分の光がほぼ全て、液晶表示素子５の画像を投
射する光に利用される。
【００６４】一般的に、光反射膜での光の反射率は、ｐ
偏光成分に比べｓ偏光成分の方が高いので、本実施形態
のように光反射膜５６，５７，５８でｓ偏光成分の光を
反射させることによって、第２の実施形態のように各光
反射膜でｐ偏光成分の光を反射させる場合よりも、光の
損失が低い投射型カラー液晶表示装置を実現することが
できる。また、ｓ偏光成分の光を光反射膜で反射させる
構成にしたことにより、光反射膜自体の設計や形成も容
易になるという利点がある。
【００６５】また、位相差調整手段として位相差板６０
を用いたが、位相差板に限らず、光が一回透過した際の
位相差が１／２波長になるように調整されているものを
用いていれば問題がない。
【００６６】上記の第１から第３の実施形態において、
液晶表示手段の内部でマイクロレンズアレイが色分離光
学手段側の一方の偏光板と液晶表示素子との間に配置さ
れたが、マイクロレンズアレイをその一方の偏光板の光
源側の面に形成しても良く、また、マイクロレンズアレ
イが特に液晶表示手段に含まれる構成でなくとも良く、
各色光をそれぞれ、液晶表示素子の対応する画素に集光
することができれば問題はない。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、マイクロ
レンズアレイを用いて１枚の液晶表示素子の表示画像を
拡大投射する単板式の投射型カラー液晶表示装置におい
て、光源から発せられる光のｐあるいはｓ偏光成分をい
ずれかの偏光成分に統一し、偏光成分が統一された光に
よって液晶表示素子を照明するので、液晶表示素子と共
に配置した光源側の偏光板で、同一の偏光成分の光が透
過し、吸収または反射される光がほとんどなく、光源か
ら発せられる光をほとんど損失なく有効に利用できる効
果がある。マイクロレンズアレイを用いた従来の投射型
カラー液晶表示装置に同じ光源を用いた場合と比較し
て、光利用効率が２倍程度向上する。このため、小型軽
量、低コストという単板式の投射型カラー液晶表示装置
の利点を生かした上で、３板式の投射型カラー液晶表示
装置に匹敵する明るい投射画像を得ることができ、産業
上極めて有益である。また、液晶表示素子の光源側に配
置した偏光板での光の吸収がないので、偏光板の劣化が
起こらない投射型カラー液晶表示装置を実現する効果が
ある。
【００６８】さらに、三角プリズムの斜面上に第１のく
さび形プリズムを接合し、その第１のくさび形プリズム
の上に第２のくさび形プリズムを接合してなる色分離部
で、三角プリズムと第１のくさび形プリズムとの接合面
と、第１および第２のくさび形プリズムどうしの接合面
と、第２のくさび形プリズムの上面とに、特定の波長域
の光のみを反射させ、残りの波長域の光を透過する３つ
の光反射膜を形成して、光源からの光を赤，緑，青の３
つの色光に分離し、各色光ををそれぞれ異なった入射角
でマイクロレンズアレイに入射させるようにするので、
従来で同じ作用をさせるために複数のダイクロイックミ
ラーを用いていた場合と比較して、ダイクロイックミラ
ーの配置の調整が不要になり、振動によるダイクロイッ
クミラーの位置ずれもなくなり、振動に強い投射型カラ
ー液晶表示装置を実現する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す投射型カラー液
晶表示装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した色分離光学手段の色分離部に形成
された光反射膜の分光反射特性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す投射型カラー液
晶表示装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す投射型カラー液
晶表示装置の概略構成図である。
【図５】従来の技術による投射型カラー液晶表示装置の
概略構成図である。
【符号の説明】
１、２１、４１ 色分離光学手段 ２、１０２ 光源 ３、１０３ 放物面鏡 ４、１０４ マイクロレンズアレイ ５、１０５ 液晶表示素子 ６、７、２６、２７、４６、４７、１０６、１０７
偏光板 ８、１０８ 投射レンズ ９、１０９ スクリーン １０、３０ 偏光変換部 １１、３１、５１ 色分離部 １２、１３、３２ 偏光ビームスプリッタ １４、３４、６０ 位相差板 １５、３５、 ミラー １６、１７、１８、３６、３７、３８、５６、５７、５
８ 光反射膜 １９、３９、５９ 液晶表示手段 ３３ プリズム １１０、１１１、１１２ ダイクロイックミラー １１３ フィールドレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−15686（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340918（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/18 G02B 27/28 G02F 1/13 505

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、液晶表示素子と該液晶表示素子
    の前後に配置された２枚の偏光板とを含む液晶表示手段
    と、赤，緑，青の３つの色光がそれぞれ異なる入射角で
    入射されることにより前記各色光を前記液晶表示素子内
    のそれぞれ異なる画素に集光させるマイクロレンズアレ
    イと、前記光源からの光を赤，緑，青の３つの色光に分
    離すると共に、分離された色光をそれぞれ異なる入射角
    で前記マイクロレンズアレイに入射させる色分離光学手
    段とを有する投射型カラー液晶表示装置において、 前記色分離光学手段は、偏光変換部と色分離部とを組み
    合わせた一体構造となって前記光源と前記マイクロレン
    ズアレイとの間の光路中に配置され、前記光源からの光
    の偏光を同一方向に統合し、統合した光を赤，緑，青の
    ３つの光に分離するものであり、 前記偏光変換部は、一対の偏光ビームスプリッタと、位
    相差板と、ミラーをこの順番で前記光源からの光の進行
    方向に沿って配置したものであり、前記光源側から数え
    て１番目の偏光ビームスプリッタは前記光源側から入射
    する光に対して一方の偏光方向の直線偏光成分を前記色
    分離部に向けて反射し、他方の偏光方向の直線偏光成分
    は透過し、２番目の偏光ビームスプリッタは前記光源側
    から入射する光に対し、前記他方の偏光方向の直線偏光
    成分は透過し、前記一方の偏光方向の直線偏光成分を前
    記色分離部に向けて前記光源側と正反対から入射する光
    に対して反射するように、前記一対の偏光ビームスプリ
    ッタは形成され、前記ミラーは前記光の進行方向に対し垂直に配置され、
    前記位相差板は前記他方の偏光方向の直線偏光成分を前
    記ミラーにより反射され前記位相差板を透過した後に前
    記一方の偏光方向の直線成分に偏光の位相を変換し、 前記色分離部は、三角プリズムの斜面の上に第１のくさ
    び形プリズムを接合し、該第１のくさび形プリズムの上
    に第２のくさび形プリズムを接合し、かつ、前記三角プ
    リズムと前記第１のくさび形プリズムとの接合面と、前
    記第１および第２のくさび形プリズムどうしの接合面
    と、前記第２のくさび形プリズムの上面とに、特定の波
    長域の光のみを反射させて残りの波長域の光を透過させ
    る複数の光反射膜を互いに非平行な配置にそれぞれ形成
    した構造であることを特徴とする投射型カラー液晶表示
    装置。
  2. 【請求項２】 光源と、液晶表示素子と該液晶表示素子
    の前後に配置された２枚の偏光板とを含む液晶表示手段
    と、赤，緑，青の３つの色光がそれぞれ異なる入射角で
    入射されることにより前記各色光を前記液晶表示素子内
    のそれぞれ異なる画素に集光させるマイクロレンズアレ
    イと、前記光源からの光を赤，緑，青の３つの色光に分
    離すると共に、分離された色光をそれぞれ異なる入射角
    で前記マイクロレンズアレイに入射させる色分離光学手
    段とを有する投射型カラー液晶表示装置において、 前記色分離光学手段は、偏光変換部と色分離部とを組み
    合わせた一体構造となって前記光源と前記マイクロレン
    ズアレイとの間の光路中に配置され、前記光源からの光
    の偏光を同一方向に統合し、統合した光を赤，緑，青の
    ３つの光に分離するものであり、 前記偏光変換部は、前記光源側から入射する光に対して
    一方の偏光方向の直線偏光成分を前記色分離部に向かう
    方向と正反対の方向に反射し他方の偏光方向の直線偏光
    成分を透過する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビーム
    スプリッタで反射された前記一方の偏光方向の直線偏光
    成分の進行方向に垂直に配置された位相差板と、該位相
    差板の前記偏光ビームスプリッタ側と反対側に配置され
    たミラーとを有し、前記ミラーにより反射された前記一
    方の偏光方向の直線偏光成分は前記位相差板を透過した
    後に前記他方の偏光方向の直線成分に偏光の位相を変換
    し、前記光源側から入射する光で前記偏光ビームスプリ
    ッタを透過する前記他方の偏光方向の直線偏光成分を前
    記色分離部に向けて反射するプリズムとで構成されたも
    のであり、 前記色分離部は、三角プリズムの斜面の上に第１のくさ
    び形プリズムを接合し、該第１のくさび形プリズムの上
    に第２のくさび形プリズムを接合し、かつ、前記三角プ
    リズムと前記第１のくさび形プリズムとの接合面と、前
    記第１および第２のくさび形プリズムどうしの接合面
    と、前記第２のくさび形プリズムの上面とに、特定の波
    長域の光のみを反射させて残りの波長域の光を透過させ
    る複数の光反射膜を互いに非平行な配置にそれぞれ形成
    した構造であることを特徴とする投射型カラー液晶表示
    装置。
  3. 【請求項３】 前記色分離光学手段は、前記偏光変換部
    と前記色分離部との間の光路中に位相差調整手段が配置
    されるように前記偏光変換部と前記色分離部とが前記位
    相差調整手段を介して接合された構成であり、前記複数
    の光反射膜は各々、前記位相差調整手段を透過して変換
    された直線偏光成分に対して、特定の波長域の光のみを
    反射させて残りの波長域の光を透過させるものである請
    求項２に記載の投射型カラー液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記色分離部は、前記第２のくさび形プ
    リズムの上面に形成された光反射膜の上に、前記第２の
    くさび形プリズムと同一な屈折率または近い屈折率の部
    材を接合した構造である請求項１〜３のいずれか１項に
    記載の投射型カラー液晶表示装置。
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