JP2008233921A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置に関し、光の利用効率を高くすることができるようにすることを目的とする。
【解決手段】偏光装置から出射され且つ第１の集光要素（１６ｘ）を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光（Ｌ₁）が第１の画素に入射し、第２の偏光（Ｌ₂）が第２の画素（１６ｙ）に入射し、そして、偏光装置から出射され且つ第２の集光要素（１６ｙ）を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光（Ｌ₁）が前記第２の画素（１６ｙ）に入射し、第２の偏光（Ｌ₂）が第３の画素（４６ｙ）に入射するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図８０

Description

本発明は液晶パネル等の空間変調子を備えた表示装置に関する。

一対の基板の間に液晶層を挟持してなる液晶パネルを用いた表示装置がある。液晶パネルはカラーフィルタを含み、それによってカラー表示を行うことができる。液晶パネルの各画素は複数の色ドット（開口）を含み、カラーフィルタはこれらの色ドットに配置された赤、緑、青の色部分を含む。カラーフィルタを用いると、光源の光の一部がカラーフィルタで吸収され、光の利用効率が低下するという問題がある。

また、例えば、特開平６−３１７７９４号公報や特開平６−３０８３３２号公報は、回折格子を用いて、カラー表示を行うことができる表示装置を開示している。回折格子は、白色光をそれぞれ定まった角度で進む赤、緑、青の色光に分離する。分離された赤、緑、青の色光を各画素の色ドットに導くために、マイクロレンズアレイが用いられる。マイクロレンズアレイは液晶パネルの画素に対応して設けられた集光要素を含む。また、マイクロレンズアレイを用いる代わりに、回折格子が、色分離機能と、集光機能（集光要素の機能）とを備えたものとすることができる。

回折格子を用いると、カラーフィルタのような光の吸収がないので、光の利用効率が高い。ただし、従来の液晶パネルの画素の形状は典型的に正方形をしており、正方形の各画素が一列に並んだ３つの色ドットを含むので、１つの色ドットの形状は辺の長さが１対３の長方形になる。集光要素によって集光され、回折格子から出射する円形状の色光のスポットが、長方形の色ドットに入射すると、長方形の長辺側には光が十分に入射できるが、長方形の短辺側では光が遮断され、光が十分に入射できない。このために、光の利用効率を十分に高くすることができるとは言えない。

また、液晶パネルは微小なピッチでできるだけ多くの画素を含む必要がある。できるだけ多くの画素を所望に応じた種々のパターンで配置されることが考えられる。例えば、各画素の３つの色ドットは水平に一列に配置されることができ、あるいは、各画素の３つの色ドットは水平に対して斜めに一列に配置されることができる。

種々の画素の配列に対して、集光要素の配列は画素の配列と全く同じ（合同）とすれば良さそうである。しかしながら、１つの集光要素が３つの色ドットをカバーしなければならないので、集光要素の配列を画素の配列と同じにすることができない場合もある。従来、画素の配列に対して、好ましい集光要素の配列が明らかにされていなかった。

また、液晶パネルでは、偏光子を用いると光の利用効率が低下する。従って、この場合にも、光の利用効率を高くすることのできる表示装置が望まれる。
本発明の目的は、光の利用効率を高くすることのできる表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、種々の配列で配置された画素に対して集光要素が適切な配列で配置された表示装置を提供することである。

本発明の他の目的は、偏光装置を用いて、光の利用効率を高くすることのできる表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、フィルタを用いて、色むらを低減することのできる表示装置を提供することである。

本発明の第１の特徴による表示装置は、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とを備え、該空間変調子の各画素は第１の方向に配置された複数の色ドットを含み、該複数の色ドットを取り囲む周辺部を含む各画素領域の該第１の方向の長さが該周期構造体の該集光要素の該第１の方向の長さよりも大きいことを特徴とするものである。

この構成において、光を一つの平面内で複数の色に分離し、集光要素によって画素の色ドットに導く場合に、色ドットの開口度が大きくなり、高い輝度をもった表示装置を得ることができる。
好ましくは、該空間変調子の画素の各色ドット領域の該第１の方向の長さが該色ドット領域の該第１の方向とは直交する方向の長さよりも大きい。

好ましくは、該空間変調子の画素はデルタ配列で配置される。この場合、該周期構造体の集光要素がデルタ配列で配置される。該周期構造体の該第１の方向に並んだ２つの集光要素が該第１の方向とは直交する方向に並んだ２つの画素と組をなしている。あるいは、該周期構造体の集光要素が正方配列で配置される。この場合、該周期構造体の該第１の方向に並んだ２つの集光要素が該第１の方向とは直交する方向に並んだ２つの画素と組をなしている。該周期構造体の集光要素が実質的に正方形の形状をしている。

好ましくは、該空間変調子が液晶パネルであり、該周期構造体が回折格子である。あるいは、該空間変調子が液晶パネルであり、該周期構造体がマイクロレンズアレイである。
また、好ましい態様として、本発明は、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子から所定の距離にある平面において該空間変調子の画素と関連する像を形成する手段とを備え、該平面における該像の空間周波数が該空間変調子の画素の空間周波数より小さいことを特徴とする表示装置を提供する。スクリーンをこの平面上に配置することにより、空間変調子により形成される画像をより鮮明に見ることができるようになる。この特徴は上記した最初の特徴とともに使用されることができる。

本発明の第２の特徴による表示装置は、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とを備え、該空間変調子の各画素は複数の色ドットを含み、該集光要素の単位体積当たりの個数が該画素の単位体積当たりの個数と同数又は整数倍であることを特徴とするものである。

表示装置を構成する上で、画素はできるだけ隙間無く一定のピッチで２次元的に配置される。集光要素は画素と同形状（合同）であれば、２次元的に配列が可能で、隙間無く配列することができる。また、集光要素は画素と相似形状であってもよく、例えば画素の形状を小さくしたり、あるいは集光要素を大きくしたりすることができる。

しかし、画素の面積は集光要素の面積とはほぼ等しくするのが好ましい。すると、画素と集光要素との組合せが制限される。そこで、好ましくは、集光要素の形状が画素の形状と異なるようにすると、画素と集光要素との種々の組合せを達成することができる。例えば、正方配列の画素とデルタ配列の集光要素との組合せ、デルタ配列の画素と正方配列の集光要素との組合せ、デルタ配列の画素とデルタ配列の集光要素との組合せ、モザイク配列の画素とデルタ配列の集光要素との組合せ、モザイク配列の画素と正方配列の集光要素との組合せ等を達成することができる。

画素と同様に、集光要素は一つの平面内に隙間無く並べられる必要がある。この要求と上記種々の組合せを達成する上で、集光要素は、正方形、長方形、六角形等の多角形の形状に形成されることができる。長方形は１対２の辺の長さを備え、例えば垂直に対して斜め４５度で配置される。多角形はその内角が全て鈍角であるように形成する。多角形は対向する平行線を備えた六角形であり、その対称軸が垂直に対して斜め４５度で配置される。対称軸が水平方向又は垂直方向にあるようにすることもできる。

本発明の第３の特徴による表示装置は、光源の光を互いに直交する振動面を有する第１及び第２の偏光に分離し、分離された第１及び第２の偏光の一方の振動面が他方の振動面と同じになり且つ互いに所定の角度をなして出射するようにした偏光装置と、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とからなり、該偏光装置から出射され且つ第１の集光要素を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光が第１の画素に入射し、第２の偏光が第２の画素に入射し、そして、該偏光装置から出射され且つ第２の集光要素を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光が前記第２の画素に入射し、第２の偏光が第３の画素に入射するようにしたことを特徴とするものである。

この構成によれば、偏光を使用する表示装置において、従来のように光源の光が偏光子により半分に減少されることがない。すなわち、光源の光を第１及び第２の偏光に分離し、分離された第１及び第２の偏光の一方の振動面が他方の振動面と同じになり且つ互いに所定の角度をなして出射して、第１及び第２の偏光がともに使用される（光源の光がほとんど使用される）。そして、第１及び第２の偏光がともに全ての画素に入射するようになっており、第１の偏光と第２の偏光との間に予期しない特性の差があったとしても、画像の表示が影響されない。

本発明の第４の特徴による表示装置は、光源と、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体と、該空間変調子を透過する赤のスペクトルバンドの長波長側に整合した赤カット機能と青スペクトルバンドの長波長側に整合した青カット機能とを備えたフィルターとを備えたことを特徴とする。

好ましくは、透過スペクトルの赤と青色スペクトルバンドのほぼ中間の波長に整合した波長カット機能を備えたフィルタをもつ。また、透過スペクトルの緑と青のスペクトルバンドのほぼ中間の波長に整合した波長カット機能を備えたフィルタをもつ。
さらに、本発明による表示装置は、光源と、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とからなり、該空間変調子の各画素が色分離方向に並んだ複数の色ドットを有し、該集光要素の数が該画素の数より多いことを特徴とするものである。

好ましくは、該集光素子を該画素数以上配置した。回折格子セル数（ＮＸ、ＮＹ）が色ドットをひとかたまりとした画素数数（ＭＸ、ＭＹ）に対して、ＮＸ×ＮＹ≧（ＭＸ＋２）×（ＭＹ＋２）とした。

基本的な構成
図１は、回折格子を用いた投射型液晶表示装置を概略的に示す図である。表示装置１０は光源１２と、回折格子１４と、集光要素１６と、液晶パネル（空間変調子）１８と、投射レンズ２０と、スクリーン２２とからなる。光源１２はメタルハライドランプ等の白色光源であって、できるだけ平行な光線を回折格子１４の表面に対して斜め方向へ照射する。

図３から図５は回折格子１４と集光要素１６の作用を説明するために集光要素１６が回折格子１４とは別に形成されている例を示す図である。この例において、集光要素１６はマイクロレンズアレイ１６ａとして形成されたマイクロレンズである。
図４に示されるように、回折格子１４は透明な板材に所定の格子ピッチで凸部と凹部が形成されたものである。しかし、図示の回折格子１４以外の回折格子を使用することができることは明らかであろう。例えば、回折格子１４は凸部と凹部とを設けたものの代わりに、屈折率分布型のものとすることができる。

入射光Ｌｉが回折格子１４に斜めに入射すると、回折格子１４の回折作用により、一次回折光Ｌ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B が回折格子１４から異なった角度で出射する。一次回折光Ｌ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B は赤、緑、青色の波長帯域の光であり、緑色の一次回折光Ｌ_G が赤の一次回折光Ｌ_R と青の一次回折光Ｌ_B との間にある。さらに、０次回折光Ｌ_O 、０次回折光Ｌ_O に対して一次回折光Ｌ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B の反対側に位置する一次回折光、及び二次回折光等が出射するが、これらは投射レンズにほとんど入らないためここでは無視する。

このように、回折格子１４は色分離作用を行う。
図３に示されるように、液晶パネル１８は例えば液晶層２４が一対の透明な基板２６、２８で挟持されているＴＮ型液晶パネルからなる。基板２６、２８はそれぞれ透明な電極３０、３２と、配向膜３４、３６とを有する。基板２６、２８の両側には偏光子３８及び検光子４０が配置され、回折格子１４及びマイクロレンズアレイ１６ａは偏光子３８側に配置される。

一方の電極３０は例えば共通電極であり、他方の電極３２は例えば図５に示すようなアクティブマトリクスとともに基板２８に設けられている。図５において、アクティブマトリクスは、ゲートバスラインＧＢ、データバスラインＤＢ、及びＴＦＴ４２を含む。１つの画素は３つの画素電極３２（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）によって形成される。画素電極３２Ｒは赤色の光を透過させ、画素電極３２Ｇは緑色の光を透過させ、画素電極３２Ｂは青色の光を透過させるようになっている。

図３及び図５に示されるように、１つのレンズ素子１６は、３つの画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂからなる１つの画素と対応して配置され、それぞれの色の一次回折光Ｌ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B を各画素に集光する。回折格子１４を出た一次回折光Ｌ_R 、Ｌ_G 、Ｌ_B はそれぞれのレンズ素子１６を通って液晶パネル１８の各画素に入射する。この際、赤色の一次回折光Ｌ_R は赤の画素電極３２Ｒに入射し、緑色の一次回折光Ｌ_G は緑の画素電極３２Ｇに入射し、青色の一次回折光Ｌ_B は青の表示電極３２Ｂに入射する。画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂと共通電極３０との間の電圧を制御することにより、それぞれの色の光が画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを透過するか、遮断されるかが制御される。このようにして、透過した色を合わせて投射レンズ２０で投射すると、スクリーン２２上にカラー表示を行うことができる。

図１及び図２の例においては、集光要素１６が回折格子１４に作りこまれている。すなわち、この回折格子１４は図４のものと同様の凹凸の格子を有するとともに、集光要素１６が回折格子１４のぞれそれの画素に対応する部分に所定のパターンの屈折率分布として形成され、図５の集光要素１６と同様の集光作用を有する。従って、この回折格子１４は回折による色分離作用と集光要素１６の集光作用とを有するものである。

図７は色分離作用を行うために回折格子１４の代わりに互いに異なった角度で配置したダイクロイックミラー４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂを設けた例を示す図である。ダイクロイックミラー４４Ｂは青色の光を反射させ、且つ他の色の光を透過せる。ダイクロイックミラー４４Ｒは赤色の光を反射させ、且つ他の色の光を透過せる。ダイクロイックミラー４４Ｇは緑色の光を反射させ、且つ他の色の光を透過せる。

従って、赤色の光（Ｒ）、緑色の光（Ｇ）、及び青色の光（Ｂ）がそれぞれのダイクロイックミラー４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂで異なった角度で反射する。こうして、ダイクロイックミラー４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂは図３から図５の回折格子１４と同様の色分離作用を行う。このダイクロイックミラー４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂに対して、マイクロレンズアレイ１６ａの集光要素１６及び液晶パネル１８を図３及び図５のものと同様の関係で配置すると、前の例と同様の作用が得られる。

従って、以後の説明において、集光要素１６は、図１および図２のように回折格子１４に作りつけられたもの、図３から図５のもののように回折格子１４とともに配置されるマイクロレンズアレイ１６ａとして形成されたもの、及び図７のようにダイクロイックミラー４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂとともに配置されるマイクロレンズアレイ１６ａとして形成されたものを全て包含する。

広い色ドット
図７は液晶パネル１８の２つの画素４６Ａ、４６Ｂを示している。各画素４６Ａ、４６Ｂは図面において第１の方向（図面において水平な方向、以後同じ）に配置された画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを含む。一画素領域は画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを取り囲む周辺部を含むものとする。ここで、周辺部はハッチングで示された遮光膜（ブラックマトリクス）として形成されている。２つの画素４６Ａ、４６Ｂの画素領域を明瞭にするために、遮光膜は互いに逆向きのハッチングで示されている。また、請求の範囲においては、各画素内の画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの部分を色ドットと呼び、色ドットの周辺部を含む領域を色ドット領域と呼ぶ。
１画素領域は第１の方向（水平な方向）に細長い長方形である。図において、各画素４６Ａ、４６Ｂの第１の方向の長さは２Ｂであり、第１の方向とは直交する方向の長さはＡ／２である。もしＡ＝Ｂであれば、各画素領域の横と縦の長さの比は４対１になる。各画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを含む各ドット領域の第１の方向の長さは２Ｂ／３であり、各ドット領域の第１の方向とは直交する方向の長さはＡ／２である。もしＡ＝Ｂであれば、各ドット領域のの横と縦の長さの比は４対３になる。

図８は従来の一画素４６Ｐ内の画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの構成を示す図である。一画素４６Ｐはほぼ正方形に形成され、画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂは一画素４６Ｐを３等分した各色ドット領域内に配置される。従って、画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂはかなり縦に長い長方形になる。そこで、例えば丸いスポット状の一次回折光Ｌ_B が画素電極３２Ｂに照射されると、丸いスポット状の一次回折光Ｌ_B は画素電極３２Ｂの横にはみ出す部分が、光の利用効率を低下させる。

そこで、画素形状及び色ドットの形状を図７に示されるように形成することによって、各画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの形状を正方形に近づけ、よって図８に示した丸いスポット状の一次回折光Ｌ_B が画素電極３２Ｂの横にはみ出すのを減少させて、光の利用効率を向上させることができる。
図９は図７の２つの画素４６Ａ、４６Ｂを１ユニットとして、これらの画素ユニットをデルタ配列したことを示す図である。

図１０は図９のデルタ配列の画素４６Ａ、４６Ｂをもつ液晶パネル１８とデルタ配列の集光要素１６をもつ回折格子１４との組み合わせの例を示す図である。集光要素１６は第１の方向（水平な方向）に一列に配置され、第１の方向とは直交する方向には半ピッチずつずらして配置される。各集光要素１６は横と縦の比がＢ対Ａの長方形であり、好ましくはＢ＝Ａの正方形である。

縦に並べた２つの画素４６Ａ、４６Ｂが横に並べた２つの集光要素１６に対応するように、２対２の対応で配置される。これは図７の寸法Ａ、２Ｂと、図９の寸法Ａ、Ｂととの関係から明らかである。より詳細には、図１０の破断した部分に示す２つの画素４６Ａ、４６Ｂに対して、２つの集光要素１６Ａ、１６Ｂが対応する。

右側の集光要素１６Ａが上側の画素４６Ａに対応し、集光要素１６Ａは図１０の右下から左上方向に光を向けながら３つの画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに色光を集光する。同様に、左側の集光要素１６Ｂが下側の画素４６Ｂに対応し、集光要素１６Ｂは図１０の左上から右下方向に光を向けながら３つの画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに色光を集光する。従って、２つの集光要素１６Ａ、１６Ｂはこのように集光方向が異なるように屈折率の分布が形成されており、図１０においては隣接する集光要素１６円弧状のパターンが逆向きになっている。

図１１は単純にデルタ配列の画素４６Ａ、４６Ｂをもつ液晶パネル１８と正方配列の集光要素１６をもつ回折格子１４との組み合わせの例を示す図である。集光要素１６は第１の方向及びそれとは直交する方向にはマトリクス状に配置される。画素４６Ａ、４６Ｂは図７の画素４６Ａ、４６Ｂを横に半ピッチずらした形体で配列される。

斜めに並べた２つの画素４６Ａ、４６Ｂが横に並べた２つの集光要素１６に対応するように、２対２の対応で配置される。より詳細には、図１１の破断した部分に示す２つの画素４６Ａ、４６Ｂに対して、２つの集光要素１６Ａ、１６Ｂが対応する。右側の集光要素１６Ａが上側の画素４６Ａに対応し、右側の集光要素１６Ａと上側の画素４６ＡとはＴ字を形成するように配置される。集光要素１６Ａは図１１の下から上方向に光を向けながら３つの画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに色光を集光する。同様に、左側の集光要素１６Ｂが下側の画素４６Ｂに対応し、左側の集光要素１６Ｂと下側の画素４６Ｂとは逆Ｔ字を形成するように配置される。集光要素１６Ｂは図１１の上から下方向に光を向けながら３つの画素電極３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに色光を集光する。２つの集光要素１６Ａ、１６Ｂはこのように集光方向が異なるように屈折率の分布が形成される。

図１２は図１０及び図１１の液晶パネル１８と集光要素１６との組み合わせを用いるのに適した投射型表示装置１０の構成を説明する図である。投射レンズ２０が適切な焦点ｆを持つ光学系においては、投射レンズ２０に関して液晶パネル１８及び集光要素１６の反対側に、液晶パネル１８の像１４′及び集光要素１６の像１６′が形成される。スクリーン２２を液晶パネル１８の像１４′の位置に配置すると、観視者はスクリーン２２上で液晶パネル１８の像１４′を見ることになる。また、スクリーン２２を集光要素１６の像１６′の位置に配置すると、観視者はスクリーン２２上で集光要素１６の像１６′を見ることになる。

本発明では、好ましくは、スクリーン２２を集光要素１６の像１６′の位置に配置し、観視者はスクリーン２２上で集光要素１６の像１６′を見ることができるようにする。液晶パネル１８の像１８′を観ても、集光要素１６の像１６′を観ても、液晶パネル１８によって空間変調された画像の形状は同じであるが、集光要素１６の像１６′を見るようにした方が画像を明瞭に見ることができる。

集光要素１６の空間周波数は液晶パネル１８の色ドットの空間周波数よりも低い。本願の発明者の検討によれば、同様の画像を見る場合でも、空間周波数の低い画像を見る場合には画像の視認性が高く、空間周波数の高い画像を見る場合には画像の視認性が低くなることが分かった。従って、液晶パネル１８の色ドットは集光要素１６の３倍の空間周波数で配置されているので、集光要素１６の像１６′を見る方が明瞭に画像を見ることができる。

このようにして、デルタ配列の集光要素１６（図１０）の像１６′又は正方配列の集光要素１６（図１１）の像１６′を明瞭に見ることができる。デルタ配列の画像は映像等に適しており、正方配列の画像はコンピュータの表示等に適している。投射レンズ２０の焦点深度が大きくて、集光要素１６の像１６′だけでなく、液晶パネル１８の像１４′も見えてしまうことがある。このような場合には、投射レンズ２０の解像度を、空間周波数の低い集光要素１６に対してＭＴＦ３０パーセント以上で、空間周波数の高い色ドットに対してＭＴＦ２０パーセント以下にするとよい。両者のＭＴＦの差は１０パーセント以上あるのが好ましい。こうすれば、色ドットが解像されず、画素が解像されることになり、集光要素１６（図１０）の像１６′を明瞭に見ることができる。

この構成は、複数の画素（色ドット）を有する液晶パネル１８と、液晶パネル１８から所定の距離にある平面において液晶パネル１８の画素と関連する像を形成する手段とを備え、該平面における該像の空間周波数が液晶パネル１８の色ドットの空間周波数より小さい構成になっている。
図１３はこの原理を直視型表示装置にも応用した例を示している。液晶パネル１８は複数の色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを有する複数の画素４６を有し、この液晶パネル１８から所定の距離にある平面４８において液晶パネル１８の画素４６と対応する像５０を形成するようになっている。この場合、回折格子１４を設けてもよく、あるいは色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂにカラーフィルタを設けてもよい。図示の例では、色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂにカラーフィルタを設けてある。回折格子１４がないので、集光要素１６は必要ではない。ただし、集光要素１６とは別のレンズを設けることはできる。

液晶パネル１８に光を照射することにより、１組の色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを通った光が平面４８において１つの像５０を形成するようにする。ここで、平面４８における像５０の空間周波数が液晶パネル１８の色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂの空間周波数より小さい構成になっており、上記したのと同じ理由により、像５０を明瞭に見ることができる。画素４６は正方配列であるので、像５０は正方配列になる。

図１４は画素４６がデルタ配列の例を示し、その他の構成は図１３と同様である。画素４６がデルタ配列であるので、平面４８（図１３参照）における像５０は正方配列になる。
図１５はデルタ配列の変形例を示している。１画素の色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂは一列に並んでいず、三角形状のパターンで並んでおり、２つの画素で長方形を形成するようになっている。この配列をモザイク配列と言う。その他の特徴は図１３と同様である。平面４８（図１３参照）における像５０はＸ、Ｘ′で示されており、正方配列になる。

画素と集光要素の組合せ
次に、図１６から図７７を参照して画素４６と集光要素１６との新規な組合せの例について説明する。これらの例は集光要素１６が図１及び図２に示されるように回折格子１４と一体的に形成されている場合に特に有利である。上記したように、液晶パネル１８の各画素４６は３つの色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを含む。図１６から図７７においては、色ドット３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂを単にＲ、Ｇ、Ｂで示してある。

画素４６と集光要素１６を組み合わせる上で、集光要素１６の単位体積当たりの個数が画素４６の単位体積当たりの個数と同数又は又は整数倍であることが好ましい。また、画素４６の形状が集光要素１６の形状と合同であるか相似であれば、画素４６と集光要素１６との対応をとりやすい。しかし、これから述べる実施例においては、集光要素１６の形状が画素４６の形状と異なっていることが多い。それにもかかわらず、画素４６と集光要素１６との対応をとることができる。

図１６は正方配列の画素４６を示す図である。正方配列においては、４つの隣接する画素４６の中心が正方形を形成する。あるいは、正方配列の画素４６は互いに直交する第１の方向（図において水平な方向）及び第２の方向（図において垂直な方向）に周期性を備えた配列と言うことができる。あるいは、正方配列を色ドットＲ、Ｇ、Ｂの配列で表現することもできる。すなわち、図１６においては、色ドットＲ、Ｇ、Ｂは互いに垂直な第１及び第２の方向に周期性を備え、１つの画素の３つの色ドットＲ、Ｇ、Ｂが第１及び第２の方向の一つと平行な線上にある。図１６においては、１つの画素の３つの色ドットＲ、Ｇ、Ｂが水平な線上にある。

図１７は正方配列の集光要素１６を示す図である。正方配列の集光要素１６は画素の場合と同様に第１及び第２の方向に周期性を備えた配列と言うことができる。
図１８は図１６に示す正方配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。図１９はこのときの集光要素１６の特徴を示す。

図２０は正方配列の集光要素１６の変形例を示す図である。この場合にも、４つの隣接する集光要素１６の中心が正方形を形成し、また、集光要素１６は第１及び第２の方向に周期性を備えている。図２０においては、各集光要素１６は縦横の辺の比が１対２の長方形の形状に形成されている。長方形の辺は、水平に対して４５°で斜め方向に延びる。言い換えれば、集光要素１６は、第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形（長方形）の形状を有している。

図２１は図１６に示す正方配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図２２はこのときの集光要素１６の特徴を示す。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応し、集光要素１６の中心の周期は画素４６の周期と一致している。集光要素１６の形状は画素４６の形状とは異なるので、表示を劣化させるモワレが発生しにくい特徴がある。

また、集光要素１６によって集光した光のビーム径は集光要素１６の長軸方向がもっとも小さくなる。（集光要素１６の開口の大きさによる）ために、液晶パネル１８の画素の色ドットＲ、Ｇ、Ｂの開口部の形状に合わせてビーム径の形状を操作することができる。また、集光要素１６の短軸方向から入射させるような縞の設計においては、図１９の集光要素１６の形状よりも図２２の集光要素１６の形状にした方が縞のピッチの分布が少なくなる。回折格子１４は縞のピッチによって最適な溝の深さが変化し、露光によって作成する回折格子１４は溝の深さが一定となることから、縞のピッチの分布が少ない方が高回折効率となりやすい。

図２３は正方配列の集光要素１６の変形例を示す図である。この場合にも、４つの隣接する集光要素１６の中心が正方形を形成し、また、集光要素１６は第１及び第２の方向に周期性を備えている。図２３においては、各集光要素１６は六角形の形状に形成されている。六角形の辺は第１及び第２の方向とは平行ではない。言い換えれば、集光要素１６は、第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形（六角形）の形状を有し、内角の角度を鈍角としている。

図２４は図１６に示す正方配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。回折格子１４の集光要素１６は円形状が最も集光ビームの面積を小さくすることができるため、このような多角形を用いると液晶パネルの実質的な開口率を向上させることができる。そして、光利用効率を向上させることが可能となる。

図２５は正方配列の画素４６の変形例を示す図である。この場合にも、隣接する４つの画素４６の中心は正方形を形成する。また、各色については色ドットＲ、Ｇ、Ｂは互いに垂直な第１の方向及び第２の方向に周期性を備え、１つの画素４６の３つの色ドットＲ、Ｇ、Ｂが第１及び第２の方向に対して角度をなす第１の線上にある。１つの画素４６について、３つの色ドットＲ、Ｇ、Ｂは階段状のパターンで形成されている。

図２６は図２５に示す正方配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。
図２７は図２５に示す正方配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。

図２８は図２５に示す正方配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６を逆向きにして組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。
図２９は図２５に示す正方配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。

図３０は図２５に示す正方配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６を逆向きにして組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。これらの図において、集光要素１６は太い線で示されている。
光は回折格子１４へ斜めに入射され、ＲＧＢの光の分離は入射角を含む平面内となる（図４参照）。従って、図２５のように色ドットＲ、Ｇ、Ｂをシフトさせた方が光利用効率を高くすることが可能となる。図２５〜図３０においては、光は右上斜め４５度方向から左下方向に向かって入射させるのに適している。

図３１は正方配列の画素４６の変形例を示す図である。この場合にも、隣接する４つの画素４６の中心は正方形を形成する。また、各色については色ドットＲ、Ｇ、Ｂは互いに垂直な第１の方向及び第２の方向に周期性を備え、１つの画素４６の３つの色ドットＲ、Ｇ、Ｂが第１及び第２の方向に対して角度をなす第１の線上にある。色ドットＲ、Ｇ、Ｂはこの第１の線の方向に長手方向を有する長方形として形成される。

図３２は図３１に示す正方配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。この構成では、上記したように、液晶パネル１８の像をスクリーン２２上に形成するのではなく、集光要素１６の像をスクリーン２２上に形成するようにすれば、集光要素１６の正方配列と同一な表示配列とすることができる。

図３３は図３１に示す正方配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。集光要素１６が画素４６と同一な形状になる。
図３４は図３１に示す正方配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。画素４６は集光要素１６に関してミラー対称形となる。

図３５は図３１に示す正方配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。
図３６は図３１に示す正方配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。画素４６と集光要素１６とは一対一で対応する。

図３１から図３６に示す画素４６においては、画素４６は縦横比が１対２の長方形で、長軸（短軸）を水平に対して４５度傾斜させることによって、図１６の画素４６と同様に上下左右が同周期の正方配列とすることができる。この配列における色ドットＲ、Ｇ、Ｂの形状は縦横比が３対２の長方形である。図１６のような正方配列では色ドットＲ、Ｇ、Ｂの形状の縦横比が３対１であり、開口部が細長く、回折格子による集光ビームを効率よく透過させることが困難であった。しかし、この配列によって効率よく集光ビームを透過させることができるようになって、光利用効率を向上させることができるようになった。

また、図２４、２５は回折格子エレメントが内角が鈍角の多角形であって、実施例２と同様な理由から、光利用効率が向上する。また、入射角を回折格子エレメントの短軸方向から入射することによって、回折格子エレメントの縞ピッチの分布も少なく、色分離方向にもドット位置を合わせることが可能となり、光の利用効率が向上する。

図３７はデルタ（トライアングル）配列の画素４６を示す図である。この配列は映像表示用として用いられる配列である。すなわち、画素４６が互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方（図示の例においては垂直方向）に周期性を備え、周期性のある（垂直な）列の画素４６はそれに隣接する列の画素４６とは反転した形状を有する。水平な列で見るときには、隣接する２つの列の色ドットＲ、Ｇ、Ｂでは周期が１／２位相ずらして配置される。

図３８はデルタ配列の集光要素１６を示す図である。集光要素１６は第１及び第２の方向に平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ第１及び第２の方向の一方に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では周期が１／２位相差ずらして配置されている。
図３９は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図３８に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。この構成では、１つの集光要素１６は、それと重なった位置にある画素４６の色ドットＧと、その画素４６の片側にある画素４６の色ドットＲと、反対側にある画素４６の色ドットＢとに光を集光させる。つまり、画素４６が横長の画素（図７参照）と見立てているのと同様で、この画素４６に色分離及び集光させる回折格子１４の縞は図１８の正方配列での縞より分布を少なくすることができる。そのため、上記したように、高い回折効率を得ることができる。また、デルタ配列の画素４６は通常凸型の画素であるが、横一列の横長の画素として駆動させてもよい。

図４０はデルタ配列の集光要素１６の変形例を示す図である。集光要素１６は第１及び第２の方向とは異なる第３及び第４の方向にそれぞれ平行な長辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向の一方に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では一方の列の集光要素の短辺が他方の列の集光要素の長辺に当接するように交互の向きで周期が１／２位相ずらして配置されている。

図４１は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図４０に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。
図４２はデルタ配列の集光要素１６の変形例を示す図である。集光要素１６は第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形（六角形）の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向の一方に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では周期が１／２位相ずらして配置されている。

図４３は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図４２に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図４１及び図４３の構成の作用は図３９の構成の作用と同様である。
図４４はデルタ配列の変形例であるモザイク配列の画素４６を示す図である。色ドットＲ、Ｇ、Ｂはモザイク配列になっている。画素４６はＬ字形に配置された色ドットＲ、Ｇ、Ｂを含むが、Ｌ字のコーナー部には、色ドットＲ又はＢが位置する。画素４６は垂直な方向に周期性を備える。隣接する２つの水平な列の色ドットＲ、Ｇ、Ｂでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの水平な列の色ドットＲ、Ｇ、Ｂでは周期が−１／３位相ずらして配置される。例えば、一番上の列の色ドットＧ、Ｒ、Ｂのシリーズは、その下の列では１色ドット分左側に移動し、さらにその下の列では１色ドット分右側に移動している。１色ドット分は１／３位相差に相当する。

図４５はモザイク配列の画素４６の変形例を示す図である。色ドットＲ、Ｇ、Ｂはモザイク配列になっている。画素４６は長方形であり、一列に配置された色ドットＲ、Ｇ、Ｂを含む。色ドットＲ、Ｇ、Ｂの配列は図４４の色ドットＲ、Ｇ、Ｂの配列と同じである。
図４６は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図３８に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図４６の構成では、図４７に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の（２種類のピッチ分の異なる縞形状をもった）集光要素１６を使用する。

図４８は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図４０に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図４８の構成では、図４９に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。
図５０は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図４２に示すデルタ配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図５０の構成では、図５１に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。これらの集光要素の配列はデルタ配列と等しく、集光要素を見るようにすることによって、画素４６はモザイク配列だが表示を映像表示用によいデルタ配列とすることが可能となる。

図５２は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図５２の構成では、図５３に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。二種の縞形状は回折される光の出射方向が図において上下方向に異なるように設計されている。これらの集光要素１６の配列は正方配列であり、画素４６はモザイク配列だが、表示をテキスト（文字）表示用によい配列とすることができる。

図５４は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図５４の構成では、図５５に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。
図５６は図４５に示すモザイク配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図５６の構成では、図５７に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。

図５８及び図５９は図４４及び図４５のモザイク配列の画素４６の変形例を示す図である。図４４及び図４５の例では画素４６は色ドットの２列毎に周期性があったのに対して、この例では画素４６は色ドットの３列毎に周期性がある。そして、この例においては、垂直方向に見て３列毎に同色の色ドットがくる。色ドットの並び方が図５８と図５９では同一であるが、図５８では画素内の色ドットがＬ字形、図４９では長方形である。この場合、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットではさらに周期が１／３位相ずらして配置される。例えば、青色の色ドットＢは、図４４及び図４５では下にいくに従ってジグザグになるが、図５８及び図５９では下にいくに従って一定の斜め方向にいく。

図６０は図５９に示すモザイク配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図６０の構成では、図６１に示すように集光位置の異なる集光機能をもった４種類の集光要素１６を使用する。
図６２は図５９に示すモザイク配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図６２の構成では、図６３に示すように集光位置の異なる集光機能をもった４種類の集光要素１６を使用する。４種類の集光要素１６は水平方向及び垂直方向に異なる集光機能を有する。

図６４は図５９に示すモザイク配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図６４の構成では、図６５に示すように集光位置の異なる集光機能をもった４種類の集光要素１６を使用する。
図６６は図５９に示すモザイク配列の画素４６と長方形であるデルタ配列同等の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。

図６７は図５９に示すモザイク配列の画素４６と六角形であるデルタ配列同等の集光要素１６を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。図６６及び図６７においては、一種類の縞形状の集光要素４６を使用することができる。
図６８から図７３はデルタ配列の画素４６と正方配列の集光要素１６との組合せの例を示す図である。

図６８は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図１７に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図６８の構成では、図６９に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。
図７０は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図２０に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図７０の構成では、図７１に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。

図７２は図３７に示すデルタ配列の画素４６と図２３に示す正方配列の集光要素１６とを組み合わせた構成を示す図である。図７２の構成では、図７３に示すように集光位置の異なる集光機能をもった２種類の集光要素１６を使用する。これら例においても、正方配列の集光要素１６の像をスクリーンに投射するようにして、コンピュータに適した表示を得ることができる。

図７４は正方配列の画素４６の変形例を示す図である。従来の画素の構成では、回折格子１４の波長に対する分光回折効率の特性や、光学配置の特性、不要な短、長波長の光の影響などから緑の表示が明るくなる傾向がある。そこで、図７４のように緑の色ドットＧは細長い形状とし、赤及び青の色ドットＲ、Ｂを集光されたビームが透過しやすいように縦横比を小さい形状にする。

図７５、図７６、及び図７７は、この画素４６と図１７、図２０、図２３の集光要素１６と組み合わせた構成を示す図である。この手法によって、中と青の表示は明るくなり、赤、緑、青のバランスがよくなる。また、赤、緑、青の分光方向（斜め）に対して隣の色ドットが隣接していないために不要な短、長波長の光の影響が少なく、色純度を向上させることができる。

図６８及び図６９の画素４６においては、緑の色ドットＧの縦横比が６対２、赤の色ドットＧの縦横比が３対４、青の色ドットＢの縦横比が３対４であるのが好ましい。あるいは、その逆に、緑の色ドットＧの縦横比が２対６、赤の色ドットＧの縦横比が４対３、青の色ドットＢの縦横比が４対３とすることもできる。
偏光分離及び混合
以下図７８から図１１０を参照して偏光装置を使用した実施例について説明する。

図７８に示される表示装置１０は、光源１２と、偏光装置５２と、偏光子５４と、集光要素１６を含む回折格子１４と、液晶パネル１８と、検光子５６と、フィールドレンズ５８と、投射レンズ２０とからなる。フィールドレンズ５８は前の実施例においても設けることができる。
偏光装置５２は光源１２の光を第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ に分離する偏光ビームスプリッタ６０を含む。この場合、第１の偏光Ｌ₁ は偏光ビームスプリッタ６０を透過してまっすぐに進み、第２の偏光Ｌ₂ は偏光ビームスプリッタ６０で反射される。偏光装置５２はさらに１／２波長板６２及びミラー６４を含み、第２の偏光Ｌ₂ は１／２波長板６２を透過することにより、第２の偏光Ｌ₂ の振動面が第１の偏光Ｌ₁ の振動面とほぼ同じになる。第２の偏光Ｌ₂ はミラー６４で反射される。こうして、第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ は互いの間に角度θをなして偏光子５４へ向かう。第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ はすでに直線偏光になっているので、偏光子５４は省略することができる。偏光子５４は第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を成形するために設けられる。

集光要素１６を含む回折格子１４の基本的な作用は最初に説明したように、回折により光を色分離し、且つ液晶パネル１８の画素４６で集光させるものである。検光子５８は図３の検光子４０と同じである。
図７９は偏光装置５２の変形例を示す図である。この偏光装置５２は偏光ビームスプリッタ６０と反射ミラー６６、６８とからなる。光源１２からのランダムな偏光である光は偏光ビームスプリッタ６０によって第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ に分離され、分離された第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を反射ミラー６６、６８によって入射光、透過光、及び反射光で作る平面に対して法線方向に折り曲げ、よって振動面を同じにし且つ角度θを形成させる。角度θはミラーの角度で調節可能である（図７８においても同様）。

この偏光装置５２は図７８の例の１／２波長板６２を用いない。波長板の効果は一般的に波長に依存し、ある波長においては直線偏光を異なる向きに変換できるが、他の波長では楕円偏光となってしまい、可視光域の全域を使用する液晶表示装置では、損失となってしまう。この偏光装置５２は波長板を用いないために偏光方向、波長による損失がなく、光利用効率が向上する。また、この偏光装置５２は第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ の光路も等しく、混合後の光学素子による収差も発生しにくい特徴がある。また、θは画素４６の大きさ、集光要素１６と液晶パネル１８との距離、画素４６の配列によって決定される。

図８０及び図８１は図４３に示されたデルタ配列の画素４６とデルタ配列の集光要素１６との組合せの構成に類似した構成を示している。図４３では色ドットＧの上に集光要素１６の中心が配置されていた。本実施例では、そのような関係はない。
図８１においては、垂直方向の１列の集光要素１６が１６ｘ、１６ｙ、１６ｚで示され、（ハッチングで示す）２組の色ドットＢ、Ｇ、Ｒが画素４６ｘ、４６ｙで示されている。他の画素４６ｚが２つの画素４６ｘ、４６ｙの間に介在している。この実施例では、１列おきの画素４６ｘ、４６ｙに注目する。図８０でも同様の集光要素１６ｘ、１６ｙ、１６ｚと２組の画素４６ｘ、４６ｙが示されている。

図８０に示されるように、角度θをなす第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ は集光要素１６を通り、画素４６ｘ、４６ｙに入射する。詳細には、上の集光要素１６ｘを通る第１の偏光Ｌ₁ は画素４６ｘの上方にある別の画素に入射し、第２の偏光Ｌ₂ は画素４６ｘに入射する。中の集光要素１６ｘを通る第１の偏光Ｌ₁ は画素４６ｘに入射し、第２の偏光Ｌ₂ は画素４６ｙに入射する。下の集光要素１６ｘを通る第１の偏光Ｌ₁ は画素４６ｙに入射し、第２の偏光Ｌ₂ は画素４６ｙの下方にある画素に入射する。

上の集光要素１６ｘと画素４６ｘとの間の距離は中の集光要素１６ｘと画素４６ｙとの間の距離と等しい。また、上の集光要素１６ｘから画素４６ｘへ入射する第２の偏光の入射角Ｌ₂ が中の集光要素１６ｘから画素４６ｘへ入射する第１の偏光Ｌ₁ の入射角と等しい。
さらに、図８１に示されるように、集光要素１６ｘ、１６ｙ、１６ｚの隣には、１／２位相差ずらして配置された別の画素と集光要素がある。それらの集光要素が画素４６ｘ、４６ｙの間の画素４６ｚ及び画素４６ｘ、４６ｙの上及び下の画素に対応して作用する。

この構成によれば、偏光を使用する表示装置において、従来のように光源１２の光が偏光子により半分に減少されることがない。すなわち、光源１２の光が第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ として全て利用される。そして、第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ がともに各画素に入射し、偏光ビームスプリッタや反射ミラーの特性から第１の偏光と第２の偏光との間で光強度が異なっても、表示される画像の明るさは第１及び第２の偏光の和であるので、明るさむらとはならない。よって、従来の表示に比べ、偏光損失が軽減された明るい表示となる。
図８０において、画素ピッチ（ドットピッチ）をｈ、１つの集光要素から入射する２組の画素の中心間の距離ｄ、液晶パネル１８と集光要素１６との間の距離ｔ、液晶パネル１８と集光要素１６との間に存在する媒体（回折格子）の屈折率ｎとするとθは以下の通りとなる。（θ′は媒体中の角度）。

ｓｉｎ（θ／２）＝ｎ×ｓｉｎ（θ′／２） （１）
ｔａｎ（θ′／２）＝ｄ／２／ｔ （２）
ｄ＝２ｈ （３）
これらの式からθ′を消去すると、θは以下の関係を満足する。
ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
または、
ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｈ² ／（ｔ² ＋ｈ² ） （５）
例えば、画素ピッチが５０μｍ、集光素子とパネル間の距離が１．１ｍｍ、媒体の屈折率が１．５の場合、θ＝７．８°となる。

図８２、図８３、及び図８４は、画素配列が正方配列のときの例を示す。図８２においては、集光素子１６は水平方向及び垂直方向に平行な辺を備えた四角形（図は正方形）の例である。集光素子１６の中心は隣り合う画素４６ｘ、４６ｙの間でその２組の画素４６ｘ、４６ｙの中心から等距離のところにある。上の集光要素１６ｘは第１の偏光Ｌ₁ を画素４６ｘの上方の画素に向けて出射し、第２の偏光Ｌ₂ を画素４６ｘに向けて出射する。中の集光要素１６ｙは第１偏光Ｌ₁ を画素４６ｘに向けて出射し、第２の偏光Ｌ₂ を画素４６ｙに向けて出射する。下の集光要素１６ｚは第１の偏光Ｌ₁ を画素４６ｙに向けて出射し、第２の偏光Ｌ₂ を画素４６ｙの下方の画素に向けて出射する。従って、この場合には、図８０及び図８１の例のように１つおきの画素に出射するのではなく、連続的な画素に出射する。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図８３は集光要素１６が水平方向及び垂直方向とは異なる方向に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。集光要素１６ｙの中心は隣り合う画素の間で２組の画素４６ｘ、４６ｙの中心から等距離にある。集光要素１６ｙは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射する。集光要素１６ｘは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ の一方を画素４６ｘに向けて出射し、集光要素１６ｚは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ の他方を画素４７ｙに向けて出射する。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図８４は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。集光要素１６の中心は隣り合う画素４６の間でその２組の画素４６の中心から等距離にある。集光要素１６ｙは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射する。集光要素１６ｘは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ の一方を画素４６ｘに向けて出射し、集光要素１６ｚは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ の他方を画素４７ｙに向けて出射する。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

この配列での第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ 間の角度θは２組の画素が隣り合うため、角度計算は以下の通りとなる。
画素ピッチをｈ、１つの集光要素１６から入射する２組の画素４６の中心間の距離ｄ、集光要素１６と液晶パネル１８との間の距離ｔ、液晶パネル１８と集光要素１６との間の媒体（回折格子）の屈折率ｎとすると、θは以下の通りとなる。（θ′は媒体中の角度）。

ｓｉｎ（θ／２）＝ｎ×ｓｉｎ（θ′／２） （１）
ｔａｎ（θ′／２）＝ｄ／２／ｔ （２）
ｄ＝ｈ （６）
これらの式からθ′を消去すると、θは以下の関係を満足する。
ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
または、
ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｈ² ／（４ｔ² ＋ｈ² ） （７）
例えば、画素ピッチが５０μｍ、パネル間距離が１．１ｍｍ、媒体の屈折率が１．５の場合、θ＝３．９°となる。

図８５及び図８６は図８１と同様に、液晶パネルの画素配列がデルタ配列の場合を示す。図８１は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。
図８５は集光要素１６が水平方向及び垂直方向に平行な辺を備えた四角形（図は正方形）の例である。

図８６は集光要素１６が水平方向及び垂直方向とは異なる両方に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。
図８１、図８５及び図８６では、集光要素１６は第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射するが、１つの集光要素１６ｙに対応しているこの画素４６ｘ、４６ｙは、１組の（１列の）画素を介して（１列飛ばして）配置する。集光要素１６の中心はこの２組の画素の間で、画素の中心から等距離にある。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図８１から図８６のにおいては、回折格子は白色光を波長分離する機能を備え、分離方向は入射光線軸と、回折光線軸を含む平面内において波長分離するため、図８１から図８６においては、光源１２からの光の入射方向は右斜め方向（Ｒ、Ｂの関係より）であって、水平軸より±θ／２の角度で２光束を回折格子に入射させている。

図８７から図９１は液晶パネルの画素が変形正方配列であり、正方配列をＲ、Ｇ、Ｂ各色ドットを平行移動させた例である。
図８７は集光要素１６は水平方向及び垂直方向に平行な辺を備えた四角形（図は正方形）の例である。図８８、８９は単位回折格子が水平方向及び垂直方向とは異なった方向に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。図８８では四角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図８９では四角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。

図９０及び図９１は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。図９０では六角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図９１では六角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。
そして、図７７から図９１は集光要素１６ｙが第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射するが、１つの集光要素１６ｙに対応している画素４６ｘ、４６ｙは、１組の（斜め１列の）画素を介して（斜め１列飛ばして）配置する。集光要素の中心はこの２組の画素４６ｘ、４６ｙＲＧＢの間で、画素の中心から等距離にある。各ＲＧＢ画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図８７から図９１においては、光源から回折格子への入射方向は右斜め上方向（Ｒ、Ｂの関係より）であり、水平軸より±θ／２の角度で２光束を回折格子に入射させている。
図９２から図９６は液晶パネルの画素配列が変形正方配列であり、画素中心の周期を維持したまま、従来の細長い開口部を補正した例である。

図９２は集光要素１６は水平方向及び垂直方向に平行な辺を備えた四角形（図は正方形）の例である。図９３、図９４は集光要素１６が水平方向及び垂直方向とは異なった方向に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。図９３では四角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図９４では四角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。

図９５、図９６は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。図９５では六角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図９６では六角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。
そして、図９２から図９６は集光要素１６ｙは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射するが、１つの集光要素１６ｙに対応している画素４６ｘ、４６ｙは、１組の（斜め１列の）ＲＧＢ画素を介して（斜め１列飛ばして）配置する。集光要素１６ｙの中心はこの２組の画素４６ｘ、４６ｙの間で、画素の中心から等距離にある。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図９２から図９６においては、光源からの入射方向は右斜め上方向（Ｒ、Ｂの関係より）であってその軸より±θ／２の角度で２光束を回折格子に入射させている。
図８７から図９６の実施例における２つの光束の角度θは図の画素４６ｘ、４６ｙの中心間の距離をｄとおくと、図８３及び図８４の実施例で示したようにθは以下であらわすことができる。

ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
図９７及び図９８は、液晶パネルの画素配列がｍ列目とｍ＋１列目が１ドット（単色画素）シフトする周期で構成されるモザイク配列である。図９７は集光要素１６が水平方向及び垂直方向とは異なった方向に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。図９８は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。

そして、図９７及び図９８は集光要素１６ｙは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射するが、１つの集光要素１６ｙに対応している画素４６ｘ、４６ｙは、１組の（斜め１列の）ＲＧＢ画素を介して（斜め１列飛ばして）配置する。集光要素１６の中心はこの２組の画素４６ｘ、４６ｙの間で、画素の中心から等距離にある。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

この場合のθは以下の通りとなる。
ｓｉｎ（θ／２）＝ｎ×ｓｉｎ（θ′／２） （１）
ｔａｎ（θ′／２）＝ｄ／２／ｔ （２）
ｄ＝３ｈ （８）
これらの式からθ′を消去すると、θは以下の関係を満足する。

ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
または、
ｓｉｎ（θ／２）＝√（９ｎ² ｈ² ／（４ｔ² ＋９ｈ² ） （７）
例えば、画素ピッチが５０μｍ、パネル間距離が１．１ｍｍ、媒体の屈折率が１．５の場合、θ＝１１．７°となる。

図９９から図１０３は液晶パネルの画素配列が変形正方配列であり、画素中心の周期を維持したまま、従来の細長い開口部を補正している。このパネルの配列法に対応した例を以下に示す。
図９９は集光要素１６は水平方向及び垂直方向に平行な線を備えた四角形（図は正方形）の例である。図１００、図１０１は集光要素１６が水平方向及び垂直方向とは異なった方向に平行な線を備えた四角形（図は長方形）の例である。図１００では四角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図１０１では四角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。

図１０２、図１０３は集光要素１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。図１０２ででは六角形の長軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。図１０３では六角形の短軸方向がＲ、Ｇ、Ｂの配列方向に一致している。
そして、図９９から図１０３は集光素子１６ｙは第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ、４６ｙに向けて出射するが、１つの集光素子１７ｙに対応している画素４６ｘ、４６ｙは、１組の（斜め１列の）画素を介して（斜め１列飛ばして）配置する。集光素子１７ｙの中心はこの２組の画素４６ｘ、４６ｙの間で、画素の中心から等距離にある。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

図９９から図１０３においては、図８３及び図８４の実施例で述べた理由から光源から回折格子への光の入射方向は右斜め上方向（Ｒ、Ｂの関係より）であってその軸より±θ／２の角度で２光束を回折格子に入射させている。
２つの光束の間の角度θは図の画素４６ｘ、４６ｙの中心間の距離をｄとおくと、θは以下であらわすことができる。

ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
図１０４、図１０５、図１０６は、液晶パネルの画素配列がｍ列目とｍ＋１列目が１ドット（単色画素）シフトする周期で構成されるモザイク配列である。図１０４は集光素子１６は水平方向及び垂直方向に平行辺を備えた四角形（図は正方形）の例である。図１０５は集光素子１６が水平方向及び垂直方向とは異なった方向に平行な辺を備えた四角形（図は長方形）の例である。図１０６は集光素子１６が内角が全て鈍角で向き合う角度が等しい六角形の例である。

図１０４において、集光素子１６ｙ１は第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ１、４６ｙ１に向けて出射するが、集光素子１６ｙ２は第１及び第２の偏光Ｌ₁ 、Ｌ₂ を画素４６ｘ２、４６ｙ２に向けて出射する。ここで、集光素子１６ｙ１、ｙ２は画素と相対的な配置が異なるが、図１０７のように、２種の集光素子１６を用いることにより、前の実施例と同様な表示を可能とすることができる。

図１０５、図１０６においても、図１０８、図１０９のような２種の集光素子１６を用いることにより、画素と相対的な配置が可能となる。
図１０４から図１０６の集光素子１６は行ごとに同種の集光素子が配置され、１行おきに他の種類の集光素子が配置される。集光素子１６ｙ１、ｙ２に対応している画素４６ｘ、４６ｙ、１組の（１列の）画素を介して（１列飛ばして）配置する。集光素子の中心はこの２組の画素の間で、画素の中心から等距離にある。各画素は２つの光束が合成されるために明るい表示となる。

この場合のθは以下の通りとなる。
ｓｉｎ（θ／２）＝ｎ×ｓｉｎ（θ′／２） （１）
ｔａｎ（θ′／２）＝ｄ／２／ｔ （２）
ｄ＝２ｈ （３）
これらの式からθ′を消去すると、θは以下の関係を満足する。

ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｄ² ／（４ｔ² ＋ｄ² ） （４）
または、
ｓｉｎ（θ／２）＝√（ｎ² ｈ² ／（ｔ² ＋ｈ² ） （５）
例えば、画素ピッチが５０μｍ、パネル間距離が１．１ｍｍ、媒体の屈折率が１．５の場合、θ＝７．８°となる。

図１１０は集光素子１６がマイクロレンズアレイ１６ａである例を示す。色分離機構は図６に示したダイクロイックミラーを用いたものと同様である。図７９から図１０９に示した特徴は図１１０の光学装置１０にも同様に適用できる。
波長カットフィルタ
図１１１は他本発明の他の実施例について説明する。図１１１に示される表示装置１０は、光源１２と、波長カットフィルタ７０と、光源像消し装置７２と、コリメータレンズ７４と、偏光子５７と、集光要素１６を含む回折格子１４と、液晶パネル１８と、検光子５６と、フィールドレンズ５８と、投射レンズ２０とからなる。偏光子５７は図３の偏光子３８に相当する。

波長カットフィルタ７０は、赤のスペクトルバンドの長波長側に整合した赤カット機能と、青のスペクトルバンドの短波長側に整合した青カット機能とを備えたものであり、すなわちＵＶ−ＩＲカットフィルタとして構成されている。波長カットフィルタ７０は光源１２と光源像消し装置７２との間に配置される。光源像消し装置７２は光源１２から照射される光を一点に絞り、そこから発散性の光を出射する。光源像消し装置７２はコリメータレンズ７４の焦点の位置に配置され、コリメータレンズ７４を光源像消し装置７２から出射した光を平行光として回折格子１４へ出射する。

図１１２は回折格子１４を使用した色分離を示す図である。回折格子１４は白色光を赤、緑、及び青色の光に分離している。しかし、実際には、連続した波長の光が回折格子１４から出射され、赤、緑、及び青色及びその他の色の光が液晶パネル１８に入射する。液晶パネル１８の画素の色ドットＲ、Ｇ、Ｂ（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）はブラックマトリクス中に開口する開口部として形成され、分離された赤、緑、及び青色の光が来る位置に開口するように設計されたものである。従って、赤、緑以外の色の光はブラックマトリクスで遮光される。

図１１３は、回折格子１４（集光素子１６）とブラックマトリクス上の開口（Ｒ、Ｇ、Ｂ）とを示す図である。さらに、図１１３には、開口（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に入射するビームスポットが丸で示されている。各色ドットの中心を通過する光の波長をλＲ、λＧ、λＢで示されている。また、赤のスペクトルバンドの長波長側にある光の波長をλＲ＋、青のスペクトルバンドの長波長側にある光の波長をλＢ−で示してある。また、赤と緑の中間にある光の波長をλＲＧ、緑と青の中間にある光の波長をλＧＢとして示してある。照明系の平行度が悪い場合や、画素の色ドットのピッチが小さい場合には、開口に比べてビーム径が大きくなるため、本来遮光したい波長であるこれらの光が出射されることになる。

図１１４は赤、緑、青の各色ドットを通過する光のスペクトル特性を示す図である。回折格子１４の集光素子１６と液晶パネル１８の画素の色ドットＲ、Ｇ、Ｂは周期性をもって配置されるため、その周期性から、ある集光素子１６からある画素に入射する光に対して、不要な光が隣接する集光素子１６からもその画素に入射する。すなわち、赤、青については、図１１４に示されるように、２つのピークが存在する。１つはそれぞれ赤、青のスペクトルバンドをもつ必要なピーク（λＲ、λＢ）であるが、もう１つ（λＲ＋、λＢ−）は色純度を低下させる不要な光である。

赤、緑、青の色ドットを通過する光のスペクトルをまとめて図１１５に示す。必要な赤、緑、青のスペクトルバンド以外に、不要な赤、緑、青のスペクトルバンドも重なり合い、それぞれの色純度を低下させている。
図１１６の波長カットフィルタ７０の波長カット特性を示し、実線が赤カットフィルタの特性、破線が青カットフィルタの特性を示す図である。青カットフィルタのカット波長は、赤色ドットからの透過光で出現する短波長側ピークと青ドットからの透過光で出現する短波長側ピークのほぼ中間波長（３９０〜４５０ｎｍ）である。赤カットフィルタのカット波長は、青ドットからの透過光で出現する長波長側ピークとＲドットからの透過光で出現する長波長側ピークのほぼ中間波長（６２０〜６８０ｎｍ）である。

図１１８は図１１５の光のスペクトルに対して図１１７の波長カット特性によって波長カットした後光のスペクトルを示す図である。これによって、赤、緑、青のスペクトルバンドの高低波長域で出現する光については、λＲ＋、λＢ−の波長成分をカットし、この不要な光を除去することができる。
また、ＲＧＢの各バンドの重なりには、λＲＧ、λＧＢを中心とする狭帯域バンドカットフィルタ（図１１８）を挿入することで、改善することができる。これにより、適正な色純度をもち、明るい表示を実現することができる。従って、図１１６のカット特性と、図１１８のカット特性とを組み合わせた図１１９の波長カット特性を備えたフィルタを用いるのが好ましい。

図１２０から図１２２は、回折格子１４の集光素子１６の配列の例と画素の配列の例を示す図である。図１２０はともに正方配列の例である。図１２１はともにデルタ配列の例である。図１２２はともにモザイク配列の例である。これらの例においては、各画素の緑のＧドット上に集光素子１６の中心がくるように配置している。１個の集光素子１６は水平方向に並んだ３つの色ドットからなる画素に対して配置されているとする。集光素子１６は真下の緑の色ドットと左右の赤及び青の色ドットを１ユニットして、各色ドットに対応する。

図１２３は色ドットが横長の開口部として形成され、図１２４は色ドットが縦横長の開口部として形成された例を示す図である。
図１２５は、回折格子１４の集光素子１６と画素とが同じ個数である従来の場合を示している。図１２６は回折格子の集光素子１６を画素より上下左右に１個ずつ多く配置する本発明の実施例を示している。

回折格子１４の集光素子１６と画素とが同じ個数であり、且つ回折格子１４に入射する光の平行度が低いと、周期構造の影響を受ける画面の部分（中央部）と周期構造の影響を受けない画面の部分（周辺部）とで、透過するスペクトルが異なる。すなわち、各集光素子１６から対応する画素に向かって光が入射し、且つその集光素子１６から隣接する画素にも光が入射して影響を与える。画面の中央部においては、画素は隣接する画素から同じように影響を受けるので、色むらを生じさせることはない。これに対して、画面の周辺部においては、端部の画素にはそれよりも内側の集光素子からの影響はあるが、それよりも外側の（存在しない）集光素子からの影響をはない。従って、端部の画素とそれよりも内側にある画素とは、影響の受け方が異なり、色むらを生じさせる原因になる。

図１２６に示されるように、集光素子１６の数が画素の数よりも多いと、まず集光素子１６を画素と一対１で対応して配置するとともに、端部側の画素のまわりにさらに集光素子１６を配置することができる。従って、画面の周辺部においては、端部の画素にはそれよりも内側の集光素子１６及びその外側の集光素子１６からの影響をはない。従って、端部の画素とそれよりも内側にある画素とは、影響を受け、均一な影響を受けることになって、色むらを生じさせる原因とはならなくなる。図１２６に示すように、回折格子１４の集光素子１６を画素より上下左右に１個ずつ多く配置することで、画面の中央部と周辺部における回折格子の集光素子１６の影響を同じとすることができ、色むらの発生を抑えることができる。

回折格子の集光素子１６を液晶パネル１８の全周に沿って多く設ける必要はなく、回折格子１４の入射側の辺にのみ集光素子１６の数を増加することもできる。また、図１２７に示すように、液晶パネル１８のまわりに複数の列で集光素子１６の数を増加することもできる。集光素子１６の数（ＮＸ、ＮＹ）が色ドットをひとかたまりとした画素数（ＭＸ、ＭＹ）に対して、ＮＸ×ＮＹ＝（ＭＸ＋２）×（ＭＹ＋２）とするとよい。

以上説明したように、本発明によれば、表示装置としての光利用効率を向上させることができる。また、画素の配列と集光素子の配列とを適切に組合せた、所望の表示の様式を実現することができる。また、表示のモワレも少なく、不要な短、長波長の光の影響が少なく、色純度を向上させることができる。偏光を分離し且つ混合する偏光装置を用いて、光の損失のない、高い光利用効率の表示装置を得ることができる。また、色純度がよく、色むらがない表示装置を得ることができる。

本発明の第１実施例の表示装置を示す略図である。 図１の拡散格子に設けられる集光要素を示す図である。 図１の表示装置の変形例のマイクロレンズアレイを用いた表示装置を示す図である。 図３の拡散格子を示す側面図である。 図３の集光要素と画素との関係を示す図である。 図１の表示装置の変形例のダイクロイックミラーを用いた表示装置を示す図である。 図１から図６の液晶パネルの画素の例を示す図である。 従来の液晶パネルの画素の例を示す図である。 図７の画素を変形デルタ配列した例を示す図である。 変形デルタ配列の画素と正方配列の集光要素との関係を示す図である。 デルタ配列の画素とデルタ配列の集光要素との関係を示す図である。 集光要素の像を見るように構成された光学系を示す図である。 直視型表示装置の例を示す図である。 直視型表示装置の他の例を示す図である。 直視型表示装置の他の例を示す図である。 正方配列の画素を示す図である。 正方配列の集光要素を示す図である。 図１６に示す正方配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図１８における集光要素の特徴を示す図である。 正方配列の集光要素の変形例を示す図である。 図１６に示す正方配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図２１における集光要素の特徴を示す図である。 正方配列の集光要素の変形例を示す図である。 図１６に示す正方配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 正方配列の画素の変形例を示す図である。 図２５に示す正方配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図２５に示す正方配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図２５に示す正方配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素を逆向きにして組み合わせた構成を示す図である。 図２５に示す正方配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図２５に示す正方配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素を逆向きにして組み合わせた構成を示す図である。 正方配列の画素の変形例を示す図である。 図３１に示す正方配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図３１に示す正方配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図３１に示す正方配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。 図３１に示す正方配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図３１に示す正方配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。 デルタ配列の画素を示す図である。 デルタ配列の集光要素を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図３８に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 デルタ配列の集光要素の変形例を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図４０に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 デルタ配列の集光要素の変形例を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図４２に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 デルタ配列の変形例であるモザイク配列の画素を示す図である。 デルタ配列の画素の変形例を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図３８に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図４６で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図４０に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図４８で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図４２に示すデルタ配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図５０で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図５２で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図５４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図４５に示すモザイク配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図５４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 モザイク配列の画素の変形例を示す図である。 モザイク配列の画素の変形例を示す図である。 図５９に示すモザイク配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図６０で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図５９に示すモザイク配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図６２で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図５９に示すモザイク配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図６４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図５９に示すモザイク配列の画素と長方形のデルタ配列の集光要素を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。 図５９に示すモザイク配列の画素と六角形のデルタ配列の集光要素を逆にしたものとを組み合わせた構成を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図１７に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図６８で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図２０に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図７０で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図３７に示すデルタ配列の画素と図２３に示す正方配列の集光要素とを組み合わせた構成を示す図である。 図７２で使用する集光要素の特徴を示す図である。 正方配列の画素の変形例を示す図である。 図７４の正方配列の画素４６と図１７の集光要素１６と組み合わせた例構成を示す図である。 図７４の正方配列の画素４６と図２０の集光要素１６と組み合わせた構成を示す図である。 図７４の正方配列の画素４６と図２３の集光要素１６と組み合わせた構成を示す図である。 本発明の第３実施例による偏向装置を含む表示装置を示す図である。 図７８の偏向装置の一例を示す図である。 図７８の偏向装置を通った光が集光要素を介して画素に入射するところを示す図である。 図８０の構成とともに使用する画素の配列を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の一例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図７８の装置で使用される画素の配列及び集光要素の配列の他の例を示す図である。 図１０４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図１０４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図１０４で使用する集光要素の特徴を示す図である。 図７８の表示装置の変形例を示す図である。 本発明の第４実施例の表示装置を示す図である。 回折格子の集光素子と画素とを示す図である。 回折格子の集光素子と画素との関係、及び色ドットに入射するビームスポットを示す図である。 隣接する集光素子の影響を受けて画素に入射する光を示す図である。 図１１４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を合成して示した図である。 赤及び青カットフィルタの特性を示す図である。 図１１６のフィルタ特性によりカットされた後の光のスペクトラムを示す図である。 イエロ及びシアンカットフィルタの特性を示す図である。 図１１６及び図１１８のフィルタ特性を含むフィルタの特性を示す図である。 正方配列の画素及び集光素子の例を示す図である。 デルタ配列の画素及び集光素子の例を示す図である。 モザイク配列の画素及び集光素子の例を示す図である。 横長の色ドットをもつ液晶パネルを示す図である。 縦長の色ドットをもつ液晶パネルを示す図である。 集光素子の数と画素の数とが同じ例を示す図である。 集光素子の数が画素の数よりも多い例を示す図である。 集光素子の数が画素の数よりも多い例を示す図である。

符号の説明

１０ 表示装置
１２ 光源
１４ 回折格子
１６ 集光エレメント
１６ａ マイクロレンズアレイ
１８ 液晶パネル
２０ 投射レンズ
３２ 画素電極
３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ 画素電極（色ドット）
４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂ ダイクロイックミラー
４６、４６Ａ、４６Ｂ 画素
４８ 平面
５２ 偏光装置
６０ ビームスプリッタ
６２ １／２波長板
６４ ミラー
６６、６８ ミラー
７０ フィルタ

Claims (20)

1. 光源の光を互いに直交する振動面を有する第１及び第２の偏光に分離し、分離された第１及び第２の偏光の一方の振動面が他方の振動面と同じになり且つ互いに所定の角度をなして出射するようにした偏光装置と、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とからなり、該偏光装置から出射され且つ第１の集光要素を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光が第１の画素に入射し、第２の偏光が第２の画素に入射し、そして、該偏光装置から出射され且つ第２の集光要素を通った第１及び第２の偏光のうち、第１の偏光が前記第２の画素に入射し、第２の偏光が第３の画素に入射するようにしたことを特徴とする表示装置。
2. 該第１の集光要素と該第１の画素との間の距離が該第１の集光要素と該第２の画素との間の距離と等しいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 該第１の集光要素から該第２の画素へ入射する第２の偏光の入射角が該第２の集光要素から該第２の画素へ入射する第１の偏光の入射角と等しいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体とを備え、該空間変調子の各画素は複数の色ドットを含み、該集光要素の単位体積当たりの個数が該画素の単位体積当たりの個数と同数又は整数倍であり、該集光要素の形状が該画素の形状と異なっていることを特徴とする表示装置。
5. 該空間変調子の各画素は３つの色ドットを含み、該色ドットは互いに垂直な第１の方向及び第２の方向に周期性を備え、１つの画素の３つの色ドットが該第１及び第２の方向に対して角度をなす第１の線上にあり、
   該集光要素は該第１及び第２の方向にそれぞれ平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 該空間変調子の各画素は３つの色ドットを含み、該色ドットは互いに垂直な第１の方向及び第２の方向に周期性を備え、１つの画素の３つの色ドットが該第１及び第２の方向に対して角度をなす第１の線上にあり、
   該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
7. 該色ドットは該第１の線の方向に長手方向を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の表示装置。
8. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性のある列の画素はそれに隣接する列の画素とは反転した形状を有し、
   該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３及び第４の方向にそれぞれ平行な長辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向の一方に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では一方の列の集光要素の短辺が他方の列の集光要素の長辺に当接するように交互の向き周期が１／２位相ずらして配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
9. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
   該集光要素は該第１及び第２の方向に平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では周期が１／２位相ずらして配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
10. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３及び第４の方向にそれぞれ平行な長辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向の一方に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では一方の列の集光要素の短辺が他方の列の集光要素の長辺に当接するように交互の向き周期が１／２位相ずらして配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
11. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備え、隣接する２つの列の集光要素では周期が１／２位相ずらして配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
12. 前記集光要素は集光位置の異なる集光機能をもった少なくとも２種類の集光要素からなり、該第１及び第２の方向の一方に同種の集光機能の集光要素を配置し、その方向に直交する方向は１／２周期の位相差で配列し、その方向に隣合う該集光要素は集光機能が異なることを特徴とする請求項９、１０、又は１１のいずれかに記載の表示装置。
13. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向に平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
14. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
15. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が−１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
16. 該集光要素は異なる集光機能を備えた少なくとも２種類のものを含むことを特徴とする請求項１３、１４又は１５に記載の表示装置。
17. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向に平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
18. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の平行な２対の辺を含む四角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
19. 該空間変調子の画素は互いに垂直な第１の方向及び第２の方向の一方に周期性を備え、周期性を有する方向とは垂直な方向の列については、隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、次に隣接する２つの列の色ドットでは周期が１／３位相ずらして配置され、
    該集光要素は該第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に平行な１対の辺を含む多角形の形状を有し、且つ該第１及び第２の方向に周期性を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
20. 光源と、複数の画素を有する空間変調子と、該空間変調子の画素に対応する集光要素を有する周期構造体と、該空間変調子を透過する赤のスペクトルバンドの長波長側に整合した赤カット機能と青スペクトルバンドの長波長側に整合した青カット機能とを備えたフィルターとを備えたことを特徴とする表示装置。

Images