JP2942129B2

JP2942129B2 - 投影型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP2942129B2
Application number: JP5328805A
Authority: JP
Inventors: 尚幸田中; 浩浜田; 浩中西; 岳柴谷
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1999-08-30
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JPH07181487A; US5633737A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モザイク状のカラーフ
ィルタを用いないで一枚の液晶表示素子により、カラー
表示を行う単板式の投影型カラー液晶表示装置に関する
ものであり、特に、コンパクトな投影型カラー液晶テレ
ビジョンシステムや情報表示システムに適用される投影
型カラー液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、それ自体発光しないの
で別に光源を設ける必要があるが、投影型カラー液晶表
示装置は、投影型ブラウン管表示装置と比較すると、色
再現範囲が広い、小型・軽量であるため持ち運びしやす
い、地磁気に影響されないのでコンバージェンス調整が
不要など非常に優れた特徴を持っている。このため、今
後の発展が期待されている。

【０００３】液晶表示素子を用いた投影型カラー画像表
示方式には、三原色に応じて液晶表示素子を三枚用いる
三板式と、一枚のみを用いる単板式とがある。前者の三
板式は、白色光を赤・緑・青の三原色の色光にそれぞれ
分割する光学系と、各色光を制御して画像を形成する三
枚の液晶表示素子とをそれぞれ独立に備えており、各色
の画像を光学的に重畳してフルカラー表示を行うもので
ある。この三板式の構成では、白色光源から放射される
光を有効に利用でき、かつ色の純度も高いという利点が
あるが、上述のように色分離系と色合成系が必要なた
め、光学系が繁雑で部品点数が多くなってしまい、低コ
スト化及び小型化の点では、後述の単板式に比べて一般
的に不利である。

【０００４】これに対して、後者の単板式は、液晶表示
素子を一枚のみ用いる構成であり、モザイク状、ストラ
イプ状等の三原色カラーフィルタパターンを備えた液晶
表示素子を投影光学系によって投影するもので、例えば
特開昭５９−２３０３８３号公報に開示されたものがあ
る。単板式は使用する液晶表示素子が一枚ですみ、かつ
光学系の構成も三板式に比べて単純になるので、低コス
ト、小型の投影型システムに適している。

【０００５】しかしながら、上記単板式の場合にはカラ
ーフィルタによる光の吸収または反射が起こるため、入
射光の約１／３しか利用できない。つまり、カラーフィ
ルタを用いる単板式での画面の明るさは、等しい明るさ
の光源を用いた三板式と比較して約１／３に低下してし
まう。

【０００６】このような欠点を解決するため、例えば特
開平４−６０５３８号公報には、図１４に示すように、
扇形に配置されたダイクロイックミラー５４Ｒ・５４Ｇ
・５４Ｂを用いて、白色光源５１からの白色光を赤、
青、緑の各光束に分割し、光の利用効率を向上させるよ
うにした単板式のカラー液晶表示装置が提案されてい
る。

【０００７】この装置において、上記ダイクロイックミ
ラー５４Ｒ・５４Ｇ・５４Ｂにより分割された各光束
は、液晶表示素子５７の光源側に配置されているマイク
ロレンズアレイ５５にそれぞれ異なった角度で入射す
る。上記マイクロレンズアレイ５５を通過した各光束
は、それぞれに対応した色信号が独立して印加される信
号電極により駆動される液晶部位に、各光束の入射角度
に応じて分配照射される。この装置では、吸収型のカラ
ーフィルタを用いないので、光の利用効率が向上し、極
めて明るい画像を提供することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分光手
段として上記のようにダイクロイックミラー５４Ｒ・５
４Ｇ・５４Ｂを用いたカラー液晶表示装置においては、
以下に述べるような原因により、画質の低下が招来され
るという問題が生じている。

【０００９】すなわち、図１５に示すようにマイクロレ
ンズアレイ５５によって液晶表示素子５７の信号電極５
６Ｒ・５６Ｇ・５６Ｂにより駆動される各絵素開口部に
収束された各光束は、液晶表示素子５７を通過した後、
大きな角度範囲でそれぞれ発散していく。このため、図
１４に示すスクリーン６０に画像を投影するには、カラ
ーフィルタを用いたカラー液晶表示装置よりも、大口径
の投影レンズ５９を用いなければ、光利用効率が低下
し、画質の低下が招来される。

【００１０】また、本願発明者らは、上記の装置におい
ては、ダイクロイックミラー５４Ｒ・５４Ｇ・５４Ｂの
配列、すなわち色を分割する順序に特別な考慮がされて
いないこと、また、扇型に配置した複数のダイクロイッ
クミラー５４Ｒ・５４Ｇ・５４Ｂの間で起こる多重反射
により、混色が発生し易いこと等が原因となって、三原
色の色純度が低下し、画像品位に悪影響を及ぼすという
虞れがあることを見出した。

【００１１】このような画像品位の低下について図１６
（ａ）を用いて説明する。尚、図においては、白色光源
に近い順から順に青、緑、赤の波長域の光を反射させる
ダイクロイックミラー５４Ｂ・５４Ｇ・５４Ｒがそれぞ
れ角度θだけずらして扇型に配置された例を示してい
る。また、αは白色光がダイクロイックミラー５４Ｂに
入射する角度である。

【００１２】３枚のダイクロイックミラー５４Ｂ・５４
Ｇ・５４Ｒに入射した白色光は、ダイクロイックミラ
ー５４Ｂで反射される青の光束ダイクロイックミラー
５４Ｂを通過し、ダイクロイックミラー５４Ｇで反射さ
れ、再度ダイクロイックミラー５４Ｂを通過して得られ
る緑の光束ダイクロイックミラー５４Ｂ・５４Ｇを通
過し、ダイクロイックミラー５４Ｒで反射され、再度ダ
イクロイックミラー５４Ｂ・５４Ｇを通過して得られる
赤の光束の三光束に分けられる。このとき、緑の光束は
青の光束に対して、赤の光束は緑色光束に対して、それ
ぞれ進行方向が２θの角度だけ傾けられ、前述の液晶表
示素子５７に入射する。

【００１３】ところが、実際には、上記以外にも余計な
反射のために生じる迷光が存在する。ダイクロイックミ
ラー５４Ｂ・５４Ｇ・５４Ｒは、周知の多層薄膜コーテ
ィング技術によって形成され、設計時に光束が入射する
角度が決定されている。しかしながら、設計入射角とは
異なる角度で光束が入射すると、分光特性が変わってい
き、設計入射角と実際の入射角との差が大きくなるにつ
れて、分光特性の変化も大きくなる。

【００１４】図１６（ｂ）は、入射角度を４５°として
設計したダイクロイックミラー５４Ｂ（青の波長域を反
射し他の波長域は透過する）の分光特性と、設計入射角
度とは異なる２０°で光束を入射させたときダイクロイ
ックミラー５４Ｂが示す実際の分光特性を示すものであ
る。尚、図において、４５°入射の分光特性は実線、２
０°入射の分光特性を点線で示してある。図から明らか
なように、設定入射角より小さい角度で光束が入射する
と、５００ｎｍ付近の立ち上がりの波長が長波長側にシ
フトし、特性曲線にはリップル（正弦波状の透過率曲線
のうねり）が発生する。さらに立ち上がり特性において
は、透過率が５０％となる付近に段ができているが、こ
れは、自然光入射時においてのみ発生し、ｓ偏光とｐ偏
光とに対する分光特性の不一致が原因で起こるものであ
り、リップルと合わせて特性上好ましいものではない。

【００１５】すなわち、例えば非偏光の自然光を照射し
た際、ダイクロイックミラー５４Ｇで反射された緑色光
は、ダイクロイックミラー５４Ｂにおける入射角の設計
値αよりも２θ小さい角度で再度ダイクロイックミラー
５４Ｂに入射するので、上述のように、ダイクロイック
ミラー５４Ｂの波長特性が変化し、反射域の長波長側へ
のシフトおよびリップルの増加が発生する。したがっ
て、ダイクロイックミラー５４Ｂにて、緑の色光の一部
が反射される。

【００１６】これにより、わずかではあるが、図１７
（ａ）に示すように、迷光Ｍが発生し、この迷光Ｍがダ
イクロイックミラー５４Ｇに再度達すると、その大部分
がダイクロイックミラー５４Ｇで反射される。ダイクロ
イックミラー５４Ｇで反射した迷光Ｍは、上記αよりも
４θ小さい角度、すなわちダイクロイックミラー５４Ｒ
で反射した赤の光束と同じ角度で、もう一度ダイクロイ
ックミラー５４Ｂに入射する。このときダイクロイック
ミラー５４Ｂを透過した迷光Ｍの進行方向は、やはり上
記赤の光束が、ダイクロイックミラー５４Ｂを通過した
後の角度と同じであり、ダイクロイックミラー５４Ｂが
最初に反射した青の光束に対して、４θの角度差をもっ
ている。これは、液晶表示素子５７内の赤色光を変調す
る絵素に緑の迷光Ｍがわずかに含まれることを意味する
ものである。

【００１７】同様に、ダイクロイックミラー５４Ｒによ
って反射された赤色光束は、上記ダイクロイックミラー
５４Ｇ・５４Ｂに対して、それぞれ設計値より２θ、４
θ小さい角度で入射する。このため、上記ダイクロイッ
クミラー５４Ｇ・５４Ｂは同様に特性シフトを起こし、
赤色光束の一部が上記ダイクロイックミラー５４Ｇ・５
４Ｂで反射する。これにより、生じる迷光Ｎは、ダイク
ロイックミラー５４Ｒで反射し、ダイクロイックミラー
５４Ｇ・５４Ｂを透過した光、あるいはダイクロイック
ミラー５４Ｇで反射し、ダイクロイックミラー５４Ｂを
透過した光である。この迷光Ｎは、赤の光束と２θの角
度差を持ち、青、緑、赤のどの光束とも異なる角度で上
記液晶表示素子５７に入射する。

【００１８】さらに、これ以上の反射を繰り返して発生
する迷光も存在するが、反射を繰り返す度に光強度が小
さくなること、また、反射を繰り返す度に液晶表示素子
への入射角度が光軸に対し大きくなり、投影レンズのＦ
値で制限される有効径をはみ出すので、過度に反射を繰
り返して発生する迷光は色純度にそれほど影響を及ぼさ
ない。

【００１９】上記迷光Ｍ・Ｎは、同図（ｂ）に示すよう
に、マイクロレンズアレイ５５によって、液晶表示素子
５７内の各色に対応する信号電極５６Ｂ・５６Ｇ・５６
Ｒにより駆動される各絵素に各光束を振り分ける段階
で、混色の原因になる。つまり、迷光Ｍ（緑色）は、ダ
イクロイックミラー５４Ｒによって反射された赤の光束
と同じ角度で液晶表示素子５７に入射することになり、
赤の光束と共に信号電極５６Ｒに入射し、上記の迷光Ｎ
（赤色）は、一つのマイクロレンズが受け持つ絵素以外
の絵素、つまり別のマイクロレンズが赤、緑、青色の光
束を集光する隣の絵素群を駆動する信号電極５６Ｂ’に
入射してしまう場合がある。つまり、上記公報に記載さ
れた装置には、ダイクロイックミラー５４Ｂ・５４Ｇ・
５４Ｒの配列順序と分光特性に注意が払われていなかっ
たため、迷光により三原色の色純度が低下してしまうと
いう欠点を有していた。

【００２０】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みな
されたものであって、その目的は、光利用効率の低下、
色純度の低下等を招来することなく、高品質のフルカラ
ー画像を実現できる投影型カラー液晶表示装置を提供す
ることにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る投
影型カラー液晶表示装置は、上記の課題を解決するため
に、白色光源と、この白色光源からの白色光束を互いに
異なる波長域を有する複数の光束に分割する光束分割手
段と、この光束分割手段により分割された複数の光束が
照射される液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設
けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子
の対応する絵素開口部に収束させる第１のマイクロレン
ズアレイと、上記液晶表示素子により変調された複数の
光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラー液晶表
示装置において、上記複数の光束のそれぞれの主光線を
平行化する第２のマイクロレンズアレイが設けられてい
ることを特徴としている。

【００２２】また、請求項２の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、白色光
源と、この白色光源からの白色光束を互いに異なる波長
域を有する複数の光束に順次分割する光束分割手段と、
この光束分割手段により分割された複数の光束が照射さ
れる液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設けら
れ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子の対
応する絵素開口部に収束させるマイクロレンズアレイ
と、上記液晶表示素子により変調された複数の光束を投
影する投影手段とを備えた投影型カラー液晶表示装置に
おいて、上記光束分割手段は、前記白色光源に近い側か
ら順に赤、黄、青の光束を分割する選択手段を含むこと
を特徴としている。

【００２３】また、請求項３の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、請求項
２記載の投影型カラー液晶表示装置において、上記光束
分割手段が、ダイクロイックミラーであることを特徴と
している。

【００２４】また、請求項４の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、白色光
源と、この白色光源からの白色光束を互いに異なる波長
域を有する複数の光束に順次分割する光束分割手段と、
この光束分割手段により分割された複数の光束が照射さ
れる液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設けら
れ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子の対
応する絵素開口部に収束させるマイクロレンズアレイ
と、上記液晶表示素子により変調された複数の光束を投
影する投影手段とを備えた投影型カラー液晶表示装置に
おいて、上記光束分割手段は、特定の長波域の光束を反
射するダイクロイックミラーと全反射ミラーとを含んで
なり、該全反射ミラーは、上記白色光源からの光路上で
最も遠い位置に配置されることを特徴としている。

【００２５】また、請求項５の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、白色光
源と、この白色光源からの白色光束を互いに異なる波長
域を有する複数の光束に順次分割する光束分割手段と、
この光束分割手段により分割された複数の光束が照射さ
れる液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設けら
れ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子の対
応する絵素開口部に収束させるマイクロレンズアレイ
と、上記液晶表示素子により変調された複数の光束を投
影する投影手段とを備えた投影型カラー液晶表示装置に
おいて、上記白色光源の特性に対して少なくとも黄色ま
たはシアンの波長域の光を減少させる補正手段を備えて
いることを特徴としている。

【００２６】また、請求項６の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、白色光
源と、この白色光源からの白色光束を互いに異なる波長
域を有する複数の光束に分割する光束分割手段と、この
光束分割手段により分割された複数の光束が照射される
液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設けられ、上
記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子の対応する
絵素開口部に収束させるマイクロレンズアレイと、上記
液晶表示素子により変調された複数の光束を投影する投
影手段とを備えた投影型カラー液晶表示装置において、
上記光束分割手段は、上記白色光束のｐ偏光成分、もし
くはｓ偏光成分のいずれかに適した分光特性を有するよ
う設計されていることを特徴としている。

【００２７】また、請求項７の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、請求項
６記載の投影型カラー液晶表示装置において、上記複数
の光束のｐ偏光成分、あるいはｓ偏光成分のみを上記液
晶表示素子の入射側偏光板の透過軸方向と一致させる方
向変換手段を有することを特徴としている。

【００２８】また、請求項８の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、請求項
７記載の投影型カラー液晶表示装置において、上記方向
変換手段として、光束分割手段と液晶表示素子との間
に、光学的異方性を有する光学素子を配置することを特
徴としている。

【００２９】また、請求項８の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、白色光
源と、この白色光源からの白色光束を互いに異なる波長
域を有する複数の光束に分割する光束分割手段と、この
光束分割手段により分割された複数の光束が照射される
液晶表示素子と、液晶表示素子の光源側に設けられ、上
記複数の光束を各波長域ごとに液晶表示素子の対応する
絵素開口部に収束させるマイクロレンズアレイと、上記
液晶表示素子により変調された複数の光束を投影する投
影レンズとを備えた投影型カラー液晶表示装置におい
て、上記投影レンズの瞳面上の有効領域に、上記複数の
光束の進路に対応させて、少なくとも一つの波長選択領
域が形成された波長規制手段が設けられていることを特
徴としている。

【００３０】

【作用】請求項１の構成によれば、液晶表示素子の光源
側に配置された第１のマイクロレンズアレイは、異なる
波長域を有する複数の光束を液晶表示素子における各波
長域に対応する絵素開口部に収束させる。このような複
数の光束は、液晶表示素子に対してそれぞれ異なる角度
から照射されるので、第１のマイクロレンズアレイによ
る収束後は、各々角度に応じて広がっていこうとする
が、第２のマイクロレンズアレイにより、これらの複数
の光束の主光線が平行化される。

【００３１】すなわち、この第２のマイクロレンズアレ
イは、フィールドレンズと同様の働きをするものであ
り、このように各色の光束の主光線を収束させることが
可能になることにより、投影手段として例えば小口径の
投影レンズを用いた場合でも、全光束をほとんどカット
することなく、有効に利用することができる。したがっ
て、光の利用効率の向上により明るく、かつ、ホワイト
バランスのよいカラー画像を得ることができるようにな
る。また、大口径の投影レンズ等を使用する必要がなく
なるため、製造コストの低減を実現できる。

【００３２】また、請求項２の構成によれば、上記白色
光束を互いに異なる波長域の複数の光束に分割する際、
光束分割手段は長波長側から順次分割を行うようになっ
ている。上記光束分割手段として、例えば請求項３記載
のように、可視域において長波長側の光束を反射する複
数のダイクロイックミラーを用いた場合、他のダイクロ
イックミラーで反射された光束が設計入射角度と異なる
角度で入射すると、その場合の分光特性は長波長側にシ
フトし、ダイクロイックミラーで反射すべき波長域が、
設計時と比べると長波長側にずれることになる。しかし
ながら、上記のように長波長側の光束から順次分割して
いけば、他のダイクロイックミラーで反射された光束が
設計入射角度とは異なる角度で入射された場合でも、分
光特性の変化に関わらず、迷光の発生を防ぐことが可能
になる。したがって、混色を抑制し、分割した各光束の
色純度を向上することができるので、色再現範囲が広く
なり、高画質なフルカラー表示を実現できる。

【００３３】また、上記光束分割手段として、白色光源
に最も近い位置に設けられた赤の光束を分割する選択手
段により、白色光束からまず赤色光束が分離される。こ
の次に白色光源に近い位置に設けられた黄（赤と緑）の
光束を分割する選択手段は、赤と緑の光束を分割できる
ものであるが、白色光束のうち赤の光束は、上記赤光束
用の選択手段により、既に分離されているので、緑の光
束のみが分離される。そして白色光源から最も遠い位置
に設けられた青の選択手段により、青色の光束が分離さ
れる。

【００３４】また、青の選択手段に光束が入射する際に
は、既に赤と緑の光束が除去された状態なので、選択手
段として、反射手段を用いた場合には、請求項４記載の
ように、この青の光束を得る手段として、全光束反射手
段を用いることも可能である。

【００３５】また、選択手段として、例えばダイクロイ
ックミラーを用いた場合には、緑反射用のダイクロイッ
クミラーを作製するよりも、黄反射用のダイクロイック
ミラーを作製する方が、波長選択性の高いものを低コス
トで作製することが可能である。したがって、このよう
な構成の選択手段を用いることにより、色純度の向上に
より、画質の向上を図ることが可能になると共に、コス
ト低減を実現できる。

【００３６】また、請求項５の構成によれば、色純度低
下の原因となる黄色及びシアンの波長域の光を含む自然
光等を用いた場合でも、補正手段により、上記黄色、あ
るいはシアンの波長域の光が減少するので、より色純度
の高い画像表示を実現することが可能になる。

【００３７】また、請求項６の構成によれば、上記光束
分割手段は、ｐ偏光成分、あるいはｓ偏光成分のいずれ
かに適した分光特性を有するよう設計する方が、自然光
を利用することを前提として設計するよりも、波長選択
性の高いものを得ることができる。したがって、偏光状
態を限定して設計した光束分割手段を用い、さらに、例
えば請求項８に記載の光学的異方性を有する光学素子等
を利用した請求項７に記載の方向変換手段により、上記
複数の光束のｐ偏光成分、あるいはｓ偏光成分のみを上
記液晶表示素子の入射側偏光板の透過軸方向と一致させ
ることにより、上記何れかの偏光成分のみを利用して、
色純度の高い、高画質のフルカラー表示を実現すること
が可能になる。

【００３８】請求項９の構成によれば、上記波長規制手
段を例えば単板式の投影型カラー液晶表示装置に適用す
ると、液晶表示素子における波長域の対応していない絵
素開口部を通過した波長域の光束を投影レンズの瞳面に
設けられた波長規制手段で遮断することが可能になる。
したがって、装置構成をコンパクトにするために光束の
平行度の悪い白色光源を用いた場合や、光束分割手段に
おいて迷光が発生した場合でも、意図に反した混色を抑
え、色純度の高い高画質の投影画像を得ることができ
る。また、混色を抑えるために色分離特性を考慮して光
束分割手段を慎重に設計したり、光束分割手段に特別な
防止対策を施す必要がなくなるため、製造コストを低減
でき、低価格で装置を提供することが可能になる。

【００３９】

【実施例】〔実施例１〕本発明の一実施例について図１及び図２に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

【００４０】図２は、本発明の一実施例に係る投影型カ
ラー液晶表示装置の模式図である。本実施例では、１５
０Ｗ、アーク長ＡＬ＝５ｍｍ、アーク径Ａφ＝2.２ｍｍ
のメタルハライドランプを白色光源１として用いてい
る。白色光源１は、そのアークが図において紙面に垂直
になるように配置されている。白色光源１としては、上
記のメタルハライドランプ以外に、例えばハロゲンラン
プやキセノンランプ等を使用することも可能である。

【００４１】白色光源１の背面には、球面鏡２が設けら
れている。この球面鏡２は、その中心が、上記白色光源
１における発光部の中心と一致するように配置されてい
る。白色光源１の前面には口径８０ｍｍφ、焦点距離ｆ
ｃ＝６０ｍｍのコンデンサレンズ３が設けられている。
このコンデンサレンズ３は、その焦点が、上記白色光源
１の発光部の中心と一致するように配置されている。こ
のような配置により、コンデンサレンズ３からは、略平
行な白色光束が得られる。

【００４２】このときの光束におけるアーク長方向（図
において紙面に垂直な方向）の平行度及びアーク径の方
向（図において紙面に平行な方向）の平行度θｗは、 θｗ＝ｔａｎ^-1（ＡＬ／ｆｃ）≒4.８° θｗ＝ｔａｎ^-1（Ａφ／ｆｃ）≒2.１° ・・・（１）上記の式（１）からそれぞれ求められる。

【００４３】白色光源１から平行光束を得る手段として
は、上記の構成に限らず、例えば回転放物面鏡を用いる
方法、回転楕円面鏡とインテグレータを使用する方法等
が適宜選択される。

【００４４】上記コンデンサレンズ３の前方には、３種
のダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂ（光束分割手
段）がそれぞれ異なる角度で配置されている。ダイクロ
イックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂは、それぞれ赤、緑、青
の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、他は透
過する特性を有し、この順に光軸上に配置されている。
以下、Ｒ・Ｇ・Ｂは、それぞれ赤、緑、青の各色を表す
ものとする。

【００４５】これらのダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ
・４Ｂは、周知の多層薄膜コーティング技術により形成
される。赤のダイクロイックミラー４Ｒは約６００ｎｍ
より長波長、青のダイクロイックミラー４Ｂは約５００
ｎｍより短波長の可視光をそれぞれ反射し、緑のダイク
ロイックミラー４Ｇはおよそ５７０ｎｍ〜５００ｎｍの
範囲の可視光を反射するように、各々形成される多層薄
膜の条件が設定されている。

【００４６】上記白色光源１から一番遠い所に配置され
るダイクロイックミラー４Ｂは、ダイクロイックミラー
４Ｒ・４Ｇを透過した、すなわちダイクロイックミラー
４Ｒ・４Ｇにおける反射により残った可視光を反射すれ
ば良く、他の波長域の光については反射しなくてもよ
い。何れのダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂも赤
外線を透過するように設計すると、赤外線は液晶表示素
子に到達しなくなるので、液晶表示素子の温度上昇を低
減するのに効果的である。

【００４７】三枚のダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・
４Ｂの中で、白色光源１に一番近い所に設けられたダイ
クロイックミラー４Ｒは、白色光源１からの光束が例え
ば３０°前後で入射するように設けられている。その他
のダイクロイックミラー４Ｇ・４Ｂは、上記ダイクロイ
ックミラー４Ｒに対してそれぞれ平行な状態から、図に
おいて紙面に垂直な方向の軸を回転軸として、角度θず
つ順次傾けて配置されている。この相対的な角度θは、
後述する液晶表示素子７の絵素配列ピッチＰ及び液晶表
示素子７に設けられたマイクロレンズアレイ５の焦点距
離ｆμから求めることができる。ダイクロイックミラー
４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを上記のように配置すると、赤波長
域、緑波長域、青波長域のそれぞれの光束が、上記マイ
クロレンズアレイ５に対してそれぞれ角度２θずつずれ
て入射する。

【００４８】本実施例では、図１（ａ）に示すように、
緑の光束が、マイクロレンズアレイ５に垂直入射し、赤
及び青の各光束は、この緑の光束を中心に図において紙
面と平行な方向に対称に位置するように、角度がつけら
れている。この赤、青、緑の順番は、白色光源１のスペ
クトル分布及びダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂ
の特性を考慮して決定され、必ずしも図１（ａ）の順番
に限るものではない。

【００４９】また、本実施例では、白色光をダイクロイ
ックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂにより三原色に分解する例
を示したが、本発明は四色以上に分解するような構成と
することも可能で、四色以上に分解した場合には、例え
ばグラフィック表示用にも適用することが可能である。

【００５０】前記した液晶表示素子７は、一対のガラス
基板１２・１６を有している。液晶表示素子７における
光入射側に設けられた第１のガラス基板１２には、その
両面に第１及び第２マイクロレンズアレイ５・６が設け
られている。液晶表示素子７における光出射側に設けら
れた第２のガラス基板１６と第２のマイクロレンズアレ
イ６との間には、液晶が封入されて液晶層１４が形成さ
れている。上記第２のガラス基板１６には、第２のマイ
クロレンズアレイ６と対向する面に、上記液晶を単純マ
トリックス駆動するためのストライプ状の信号電極１５
Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂが形成されている。また、第２のマ
イクロレンズアレイ６における上記第２のガラス基板１
６と対向する面には、上記信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１
５Ｂと直交する走査電極１３が形成されている。

【００５１】信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂ及び走査
電極１３は、ともに透明導電膜で形成されており、信号
電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂには、それぞれＲ・Ｇ・Ｂ
信号が入力される。本実施例では、上記液晶表示素子７
として、走査電極本数２２０本、走査電極ピッチ２００
μｍ、信号電極本数６００本、信号電極ピッチ１００μ
ｍのスーパー・ツイステッド・ネマティック・モード
（ＳＴＮ）で動作する単純マトリックス型液晶表示素子
を用いている。

【００５２】この液晶表示素子７には、従来用いられて
いたカラーフィルタを付加する必要はないが、駆動信号
の割当ては縦ストライプ型とし、各色ごとに対応する映
像信号が信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂに印加され
る。尚、図においては、液晶表示素子７の構成要素であ
る偏光板、配向膜等を簡略化のため省略している。

【００５３】また、第１及び第２マイクロレンズアレイ
５・６の各表面には、図１（ｂ）に示すように、レベリ
ング層２０・２２がそれぞれ形成され、さらに第２マイ
クロレンズアレイ６上に形成されたレベリング層２２表
面には、カバーガラス２１が設けられている。上記第１
及び第２のマイクロレンズアレイ５・６としては、上記
信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂ三本分に相当する幅３
００μｍの縦方向のレンチキュラーレンズ（蒲鉾状のレ
ンズが平行に配列されたもの）をイオン交換法により透
明基板に配列したレンチキュラーレンズ基板が用いられ
る。その焦点距離は、液晶表示素子７における第１のガ
ラス基板１２の厚さと第２のマイクロレンズアレイ６の
厚さとを加えた厚さｔ＝1.１ｍｍとほぼ等しくなるよう
に設定される。ただし、第１のマイクロレンズアレイ５
の焦点距離を空気中で測定すると、ｔ／ｎ≒1.１ｍｍ／
1.５３≒0.７２ｍｍとなる。尚、ｎは第１のガラス基板
１２の屈折率である。

【００５４】このような構成の第１及び第２のマイクロ
レンズアレイ５・６は、上記レンチキュラーレンズの軸
方向と、液晶表示素子７における信号電極１５Ｒ・１５
Ｇ・１５Ｂの長手方向が平行になるように、第１のガラ
ス基板１２の両面にそれぞれ接着されている。

【００５５】尚、第１及び第２のマイクロレンズアレイ
５・６の製造方法としては、イオン交換法[Appl.Opt.Vo
l.21,p.1052(1984),またはElectron.Lett.Vol.17,p.452
(1981)] 、膨潤法（鈴木他、“プラスチックマイクロレ
ンズの新しい作製法”第２４回微小光学研究会）、熱ダ
レ法[Zoran D.Popovic et al. “Technique for monoli
thic fabrication of microlenz arrays”,Appl.Opt.Vo
l.27,p.1281 (1988)]、蒸着法（特開昭５５−１３５８
０８号公報）、熱転写法（特開昭６１−６４１５８号公
報）、機械加工法、特開平３−２４８１２５号公報に示
されている方法等が利用できる。

【００５６】また、前記第１のガラス基板１２の部分
は、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５・６の向き
を反転させても同様の効果が得られ、レベリング層２０
・２２及びカバーガラス２１は、マイクロレンズの材
料、製造方法、及び液晶表示素子の製造工程の条件次第
で省略することが可能である。

【００５７】上記第１のマイクロレンズアレイ５に所定
の方向から平行光束を照射すると、第１のマイクロレン
ズアレイ５は、第２のマイクロレンズアレイ６の出射側
近傍に、レンチキュラーレンズのピッチに対応する３０
０μｍ間隔でライン状に各光束を集光する。この集光ラ
インの幅Ｗは、第１のマイクロレンズアレイ５の焦点距
離をｆμとすると、上記した照明光の平行度θｗに対し
て、下記の式（２）のようになる。

【００５８】Ｗ＝ｆμ×ｔａｎθｗ・・・（２）この式（２）に前記した式（１）を代入すると、Ｗ＝Ａ
φ（光源のアーク径）×ｆμ（マイクロレンズの焦点距
離）／ｆｃ（コンデンサレンズの焦点距離）＝2.２ｍｍ×0.７２ｍｍ／６０ｍｍ＝２6.４μｍ・・・（３）となる。走査電極１３及び液晶層１４の厚みは、第１の
マイクロレンズアレイ５の焦点距離に比べて微小なた
め、この部分の厚さは無視でき、この集光ラインの幅Ｗ
が、そのまま信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂに照射さ
れる各光束の幅Ｗｅであると考えてよい。したがって、
Ｗｅ≒２6.４μｍとなり、上記したピッチでストライプ
状に形成された信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂの中に
収まるようになっている。

【００５９】また、各ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ
・４Ｂの相対的な角度は、絵素配列ピッチをＰ、第１の
マイクロレンズアレイ５の焦点距離をｆμ、各光束の入
射角の差を２θとすると、Ｐ＝ｆμ×ｔａｎ２θ ・・・（４）の関係を満たせば、最初の集光ライン（三種のダイクロ
イックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂのうち、白色光源１に最
も近い位置に配されたダイクロイックミラー４Ｒで反射
した光による集光ライン）に対して、順次他の集光ライ
ンがそれぞれ上記のピッチ分だけずれた位置に形成され
る。これにより、第１のマイクロレンズアレイ５を構成
するマイクロレンズ一つに対応する隣接した三個の信号
電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂに、各々対応する色の集光
ラインが収まるようになっている。

【００６０】例えば本実施例では、上式の関係を満たす
ように、２θ＝ｔａｎ^-1（１００／７２０）＝８° ・・・（５）となるように設定されている。

【００６１】尚、第２のマイクロレンズアレイ６の焦点
距離も、第１のマイクロレンズアレイ５と同じｆμに設
定されている。

【００６２】上記液晶表示素子７における光出射方向の
前方には、図２に示すように、投影手段としてのフィー
ルドレンズ８及び投影レンズ９が設けられており、さら
に、この投影レンズ９の前方には、スクリーン１０が設
けられている。上記フィールドレンズ８の焦点距離は、
フィールドレンズ８及び投影レンズ９間の距離に設定さ
れており、液晶表示素子７から出射された各色の光束
は、上記フィールドレンズ８によって投影レンズ９が設
けられた位置に収束され、この投影レンズ９によりスク
リーン１０に投影される。尚、上記フィールドレンズ８
を用いずに、液晶表示素子７から直接投影レンズ９に光
を入射するような構成とすることも可能である。

【００６３】上記の構成において、白色光源１からダイ
クロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂに向かって白色光を
照射すると、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂが
各々異なる波長域の光束をそれぞれ反射することによ
り、上記白色光が三原色に分割される。各色の光束は、
ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂが配置された角
度に応じて、上述のように各々異なる角度で、第１のマ
イクロレンズアレイ５に入射する。

【００６４】この第１のマイクロレンズアレイ５からの
光は、第２のマイクロレンズアレイ６を介して、各色に
対応する上記信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂに集光さ
れるが、このとき、信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂを
その上に集光される色に対応した映像信号でそれぞれ駆
動すると、各色の光束はその信号に応じて強度が変調さ
れる。変調後の光束は、上記フィールドレンズ８及び投
影レンズ９を通過した後、スクリーン１０に投影され、
このスクリーン１０上でカラー画像表示が行われる。

【００６５】ところで、前記した従来の投影型カラー液
晶表示装置では、垂直入射以外の二光束の主光線が、液
晶表示素子を出射した後も２θの角度をもって伝搬して
しまうため、これらを全て捕捉し投影するためには、大
口径の投影レンズが必要になる。しかしながら、本実施
例では、出射光の拡がりを小さくするため、図１（ａ）
に示すように、上記した第２のマイクロレンズアレイ６
が設けられている。また、第１のマイクロレンズアレイ
５の焦点距離は、この第２のマイクロレンズアレイ６の
出射側近傍に第１のマイクロレンズアレイ５から出射さ
れた光束の焦点が位置するように、上記式（４）の関係
を満足するように設定されている。

【００６６】このように配置された第２のマイクロレン
ズアレイ６は、フィールドレンズと同様の機能を果た
し、各光束の主光線を互いに平行化することにより、そ
の出射方向を液晶表示素子７に対して垂直にし、液晶表
示素子７からの出射光の広がり角を小さくすることがで
きる。したがって、小口径の投影レンズを用いた場合で
も、全光束を有効に利用することができる。これによ
り、光利用効率が高く、ホワイトバランスの良いカラー
画像を得ることが可能になると共に、コストアップの原
因となっていた高価な大口径のレンズを用いなくてもよ
くなることから、投影型カラー液晶表示装置全体として
のコストアップを回避することが可能になる。

【００６７】尚、上記した第２のマイクロレンズアレイ
６は、液晶表示素子７において光出射側に設けられた第
２のガラス基板１６に形成しても同様の効果が得られ
る。

【００６８】〔実施例２〕次に、本発明の他の実施例を、図２及び図３に基づいて
説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、前
記の実施例の図面に示した部材と同一の機能を有する部
材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。

【００６９】本実施例の投影型カラー液晶表示装置で
は、前記実施例１で用いた単純マトリックス型液晶表示
素子の代わりに、マトリックス状に配置された矩形絵素
をスイッチングするアモルファス・シリコン半導体薄膜
トランジスタを介してダイナミック表示駆動される周知
のツイステッド・ネマティックモード（ＴＮ）のアクテ
ィブ・マトリックス型液晶表示素子を用いた例について
説明する。

【００７０】上記アクティブ・マトリックス型液晶表示
素子では、図３（ａ）に示すように絵素配列がデルタ配
列になっており、絵素配列ピッチは縦横とも１００μ
ｍ、絵素開口部の大きさは縦５０μｍ×横７０μｍ、絵
素数は縦４５０×横６００で、絵素開口率は３５％であ
る。図においては、各絵素に対応する各絵素電極３１Ｒ
・３１Ｇ・３１Ｂがデルタ配列をなしており、絵素電極
３１Ｒ・３１Ｇ・３１Ｂを示していない部分は遮光層で
ある。

【００７１】本実施例の投影型カラー液晶表示装置は、
上記のようなアクティブ・マトリックス型液晶表示素子
の他、図２に示すような前記実施例１と同様の構成を備
え、各構成部材の位置関係も前記実施例１と同様に設定
されているが、白色光源１として用いたメタルハライド
ランプのアークの向きは、紙面と平行に設定されてい
る。

【００７２】また、絵素配列が、上記のようなデルタ配
列の場合、第１及び第２のマイクロレンズアレイとして
レンチキュラーレンズを用いるのは不適当である。すな
わち、この場合には、図３（ａ）に示すように、方形状
のマイクロレンズ３２をレンガ積み状に配置したマイク
ロレンズアレイや、個々のマイクロレンズの形状は、必
ずしもそれに対応する絵素の組の形と相似形である必要
はないため、同図（ｂ）及び（ｃ）に示すように、球面
レンズの外周部が相互に融合した六角形のマイクロレン
ズ３３を稠蜜に配列した蜂の巣状のマイクロレンズアレ
イが用いられる。

【００７３】同図（ａ）及び（ｃ）に示す場合、一つの
マイクロレンズ３２（あるいは３３）により集光される
三原色の集光スポットは横一列に並び、１つのマイクロ
レンズ３２（あるいは３３）が横一列に並んだ三個の絵
素電極３１Ｒ・３１Ｇ・３１対応するように、絵素配列
とマイクロレンズアレイの相対的な位置関係が設定され
ている。一方、同図（ｂ）に示す場合には、一つのマイ
クロレンズ３３により集光される三原色の各集光スポッ
トが、それぞれ三角形の頂点を形成するように並び、一
つのマイクロレンズ３３がそれぞれ三角形の頂点となる
ように並んだ三個の絵素電極３１Ｒ・３１Ｇ・３１対応
するように、絵素配列とマイクロレンズアレイの相対的
な位置関係が設定されている。

【００７４】このように一組の集光スポットが三角形状
に照射される場合には、ダイクロイックミラー４Ｒ・４
Ｇ・４Ｂは、その面法線の方向を図２において紙面に対
して傾けるように配置する。これにより、マイクロレン
ズの光軸と各色の入射光のなす角は小さくなるので、マ
イクロレンズアレイの収差が低減される。

【００７５】さらに、第１及び第２のマイクロレンズア
レイは、ともに同じ形状となるように、同図（ａ）、あ
るいは同図（ｂ）に示すようなものを双方に用いてもよ
いし、同図（ｃ）に示すように、上記した蜂の巣状のマ
イクロレンズアレイと、レンガ積み状に形成したマイク
ロレンズアレイとを組み合わせて用いても良い。尚、同
図（ｃ）では、光源側に設けた第１のマイクロレンズア
レイ５に蜂の巣状のものを、液晶表示素子側に設けた第
２のマイクロレンズアレイ６にレンガ積み状のものを用
いている。尚、この場合、第１のマイクロレンズアレイ
５と第２のマイクロレンズアレイ６とを逆にすると、集
光スポットが第２のマイクロレンズアレイ６の境界にか
かるため好ましいものではない。マイクロレンズアレイ
の製法としては、例えば特開平３−２４８１２５号公報
に開示されているイオン交換法等が利用できる。

【００７６】以下、第１及び第２のマイクロレンズアレ
イ５・６ともに、同図（ａ）に示すようなレンガ積み状
のマイクロレンズアレイを用いた場合について説明す
る。

【００７７】投影型カラー液晶表示装置が図２に示すよ
うな構成の場合、ダイクロイックミラー４Ｇで反射され
た緑の光束は、液晶表示素子７及び第１のマイクロレン
ズアレイ５に垂直（図においては紙面に垂直）に照射さ
れ、第２のマイクロレンズアレイ６上に焦点を結ぶ。

【００７８】緑の光束は、第２のマイクロレンズアレイ
６では変化せずに、第１のマイクロレンズアレイ５を構
成するマイクロレンズのＮＡ（開口数）に対応した角度
で拡散しながら、各マイクロレンズの光軸上に配置され
ている緑の絵素を透過していく。赤及び青の光束は、緑
の光に対してそれぞれ左右８°傾いた方向から照射さ
れ、第１のマイクロレンズアレイ５により、それぞれ
赤、青の絵素の垂線と第２のマイクロレンズアレイ６の
交点に焦点を結ぶ。赤、青の各光束は、第２のマイクロ
レンズアレイ６によって主光線の伝搬方向が液晶表示素
子７に対して垂直な方向に変換され、それぞれ赤及び青
の絵素を透過する。絵素電極上の集光スポットの大きさ
は実施例１と同様の計算により６０μｍ×２6.４μｍと
なり、絵素開口部に収まる。

【００７９】尚、本実施例のように、絵素配列をデルタ
配列とした場合は、第一のマイクロレンズ５は画面の上
下方向にも集光能力をもたせた長方形のマイクロレンズ
アレイとした方が、スクリーン光束が向上するので好ま
しい。

【００８０】本実施例においても、第２のマイクロレン
ズアレイ６を設けたことにより、各光束の主光線が互い
に平行化され、その出射方向が液晶表示素子に対して垂
直になるので、実施例１と同様に、光利用効率を低下さ
せることなく、コストの削減を実現することが可能にな
る。

【００８１】また、前記実施例１及び２においては、照
明光の平行度が悪い場合や、迷光が液晶表示素子７に入
射すると表示コントラストの低下や色純度の低下を引き
起こす可能性があるので、必要に応じて白色光源１から
の白色光をコンデンサーレンズで一旦スポットに集光
し、スリットまたはピンホール等で不要な光をカットす
るような構成にしても良い。また、楕円ミラーとインテ
グレータを組み合わせた集光系を用いる場合には、イン
テグレータが照明光の平行度を規制する機能を果たすよ
うになる。また、白色光源１からの白色光を分割する代
わりに三原色に各々対応する三光源を用いて異なる方向
から液晶表示素子に各色光を照射するように構成しても
よい。

【００８２】〔実施例３〕次に、本発明のさらに他の実施例を、図４ないし図７に
基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便
宜上、前記の実施例の図面に示した部材と同一の機能を
有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略
する。

【００８３】図４は、本実施例における投影型カラー液
晶表示装置の模式図である。本実施例における投影型カ
ラー液晶表示装置は、前記実施例１と同様の白色光源
１、球面鏡２、及びコンデンサレンズ３を備えている。

【００８４】コンデンサレンズ３の前方には、白色光源
１からの白色光を三分割する三種のダイクロイックミラ
ー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂが設けられている。これらの
ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂは、白色
光源１から出射される白色光の光軸上に、この順序でそ
れぞれ異なる角度で配置されている。ダイクロイックミ
ラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂは、それぞれ赤、赤と緑、
青の各波長域の光を選択的に反射し、他は透過する特性
を有している。

【００８５】ここで、青、緑、赤の波長域とは、それぞ
れ４００〜４９５ｎｍ、約４９５〜５７５ｎｍ、約５７
５〜７００ｎｍの波長域を示す。ただし、これらの各波
長域の光を全て利用すればスクリーン照度は高くなる
が、各原色の色純度は低下するので、色純度を重視する
場合には、４９５ｎｍ付近及び５７５ｎｍ付近の光をカ
ットする場合もある。この配置により赤、緑、青の光束
にそれぞれ分離される。

【００８６】通常緑の色光の分離には、前記実施例１と
同様に緑反射のダイクロイックミラーを用いるが、三種
のダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂのう
ち、白色光源１に最も近い位置に設けられた赤反射用の
ダイクロイックミラー３５Ｒの波長選択性が高ければ
（すなわち赤の波長域の透過率が０％に近く、他の波長
域での透過率が１００％に近く、境界域で急峻に分離す
る）、緑反射用のダイクロイックミラーの代わりに、黄
（赤と緑）反射のダイクロイックミラー３５Ｙを用いて
も所望の効果が得られる。

【００８７】このように、黄（赤と緑）反射のダイクロ
イックミラー３５Ｙを用いることの利点としては、緑
反射のダイクロイックミラーと比較して、黄（赤と緑）
反射のダイクロイックミラーは、薄膜の層膜数が少なく
てすむので、作製が容易であり、コストを低減できる。
緑反射のダイクロイックミラーはバンドカットフィル
タであり、分光特性が高性能のものを作製することは難
しいが、黄（赤と緑）反射のダイクロイックミラーはロ
ーパスフィルタであり、波長選択性の高いものが作製可
能である。等が挙げられる。

【００８８】黄（赤と緑）反射のダイクロイックミラー
を用いるには、赤反射のダイクロイックミラー３５Ｒ
で、前述のように赤と緑の境界域を急峻に分離すること
が前提となるが、自然光入射を前提とした赤反射のダイ
クロイックミラー３５Ｒでは、特性の急峻さを示す立ち
上がり幅を４０ｎｍ以下にすることが難しい。尚、この
場合の立ち上がり幅とは、透過率が１０％と９０％とな
る波長の差を意味している。

【００８９】立ち上がり幅を４０ｎｍ以下にすることが
難しい理由は、ｓ偏光（電場が、図において紙面に垂直
な方向に振動する光）と、ｐ偏光（電場が図において紙
面に平行な方向に振動する光）とに対する分光特性の不
一致が起こってしまうからである。つまり、偏光状態を
ｓ、もしくはｐ偏光に限定すれば、上記立ち上がり幅を
４０ｎｍ以下にすることが可能になる。例えば自然光
（非偏光）ではなく、ｓ、もしくはｐ偏光成分のみに規
定すると、実用レベルの層膜数で、立ち上がり幅を２０
ｎｍ前後までに減少させることが可能である。

【００９０】図５はその様子を示したもので、図中実線
はｐ偏光成分の入射に限定して設計した赤反射のダイク
ロイックミラーにおけるｐ偏光成分の透過率特性を、図
中破線は自然光入射設計時の赤反射ダイクロイックミラ
ーの自然光に対する透過率特性をそれぞれ示すものであ
る。

【００９１】この図から、非偏光（自然光）設計のダイ
クロイックミラーを用いるより、偏光状態を規定したも
のの方が、特性が急峻になることが明らかである。尚、
図には、偏光状態をｐ偏光に限定した場合の例を挙げた
が、ダイクロイックミラー３５Ｒをｓ偏光成分の入射に
限定して設計しても、ｐ偏光限定の場合と同様の分光特
性を有するように設計することができる。また、他の色
を反射するダイクロイックミラーも偏光状態を規定する
ことにより、赤反射のダイクロイックミラー３５Ｒと同
様に、波長選択性の向上を図ることができる。

【００９２】以下の説明では、ｐ偏光成分のみを用いる
ことに限定してダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・
３５Ｂを設計した場合を例に挙げる。尚、ｐ偏光に限定
したことで、自然光を用いる場合に比べて、利用する光
量が半分に落ちてしまうことになるが、ＴＮや、ＳＴＮ
のように偏光を利用するモードの液晶表示素子では、通
常、液晶表示素子に光を入射する段階で偏光板により総
光量の半分が吸収または反射されているため、ダイクロ
イックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを偏光状態を限定
して設計しても、後述の投影レンズ出射時の光量は変化
しない。

【００９３】上記のように設計されたダイクロイックミ
ラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂによる各色光の分割につい
て、図６を参照して説明する。図において、ダイクロイ
ックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂの設計入射角度は、
それぞれα、α−θ、α−２θであり、αは前記実施例
１と同様に例えば３０°前後に設定されている。θは後
述する液晶表示素子３７の絵素配列ピッチＰ及びマイク
ロレンズアレイ５の焦点距離ｆμから、前記実施例１と
同様に求められるものである。また、ダイクロイックミ
ラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂでは、入射角度によって分
光特性が若干変化するので、図においては、ダイクロイ
ックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂそれぞれの入射角度
に応じた分光特性を併せて示している。尚、分光特性の
概略を示す各グラフにおいて、縦軸は透過率を、横軸は
波長をそれぞれ示している。

【００９４】白色光源１からの光束が入射角αでダイク
ロイックミラー３５Ｒに入射する場合、この入射角に対
するダイクロイックミラー３５Ｒの分光特性は、赤の光
束の透過率がほぼ０％、緑と青の光束の透過率がほぼ１
００％である。したがって、赤の光束は、このダイクロ
イックミラー３５Ｒで反射される一方、緑と青の光束は
ダイクロイックミラー３５Ｒを透過した後、入射角α−
θでダイクロイックミラー３５Ｙに入射する。この入射
角に対するダイクロイックミラー３５Ｙの分光特性は、
緑の光束の透過率が０％、青の光束の透過率がほぼ１０
０％である。したがって、緑の光束は、ダイクロイック
ミラー３５Ｙに反射され、再びダイクロイックミラー３
５Ｒに入射するが、その入射角は、設計入射角αに比べ
て２θ小さくなっている。

【００９５】このように入射角が変化することにより、
ダイクロイックミラー３５Ｒの分光特性は、長波長側に
シフトするが（実際には、シフトだけではなく透過波長
域、反射波長域ともにリップルが発生するが、これも非
偏光の場合より少なくなる）、緑の光束に対しては１０
０％に近い透過率を有している。したがって、ダイクロ
イックミラー３５Ｙで反射された緑の光束は、ほとんど
ダイクロイックミラー３５Ｒを透過することになり、前
記した従来の投影型カラー液晶表示装置において、緑の
光束から発生した迷光は、かなり減少する。

【００９６】また、ダイクロイックミラー３５Ｙを透過
した青の光束は、ダイクロイックミラー３５Ｂによって
反射され、反射された青の光束は、ダイクロイックミラ
ー３５Ｙ・３５Ｒにそれぞれ設計入射角より２θ、４θ
小さい角度で入射する。この入射角に対するダイクロイ
ックミラー３５Ｒ・３５Ｙの各分光特性は、それぞれ長
波長側にシフトする（尚、ダイクロイックミラー３５Ｒ
と同様にリップルも発生する）。しかし、緑の光束の場
合と同様に、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙのい
ずれにおいても、上記した各入射角での青の光束の透過
率は、１００％に近く、青の光束のほとんどは、ダイク
ロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙを透過する。したがっ
て、前記した従来の投影型カラー液晶表示装置におい
て、三番目のダイクロイックミラーで反射された光によ
り発生した迷光もかなり少なくなる。

【００９７】したがって、白色光を三原色に分割するた
めに、従来の緑反射用のダイクロイックミラーに変え
て、黄反射のダイクロイックミラー３５Ｙを使用すると
共に、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを
ｐ偏光に限定して設計し、上記のように、ダイクロイッ
クミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂの配列を設定すること
により、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂ
における光束の色分解性能が向上すると共に迷光を減少
できるので、赤、緑、青のそれぞれの色の色純度が向上
する。

【００９８】また、本実施例では、ダイクロイックミラ
ー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを用いて白色光を三原色に分
離する例を示したが、４色以上に分離するような構成に
した場合にも本発明の適用が可能であり、例えばグラフ
ィック表示用に適用することも可能になる。

【００９９】ところで、ｐ偏光成分は、上述のように、
図４における紙面及び光の進行方向に対して垂直な方向
に振動しているが、液晶表示素子３７の入射側の偏光板
の透過軸は、通常、液晶層のラビング方向に対して平行
もしくは垂直となるように配されている。上記偏光板の
透過軸は、液晶表示素子３７の最適視覚方向を画面に対
して１２時または６時方向とするため、画面に対して斜
め４５°に設定され、ｐ偏光成分と一致しない場合が多
い。

【０１００】そこで、本実施例では、ダイクロイックミ
ラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂと液晶表示素子３７との間
に半波長板（方向変換手段）３６を配置した。半波長板
３６は複屈折性の物質によって形成された光学的異方性
を有する光学素子で、偏光方向を４５°回転させる機能
を有している。この半波長板３６をダイクロイックミラ
ー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを反射した各色の光束が通過
することにより、各光束のｐ偏光成分が回転し、液晶表
示素子３７の入射側偏光板の透過軸方向に一致する。
尚、本実施例では、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５
Ｙ・３５Ｂに自然光を入射させているが、利用する偏光
成分は、液晶表示素子の入射側偏光板で決まるので、ダ
イクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂにおける入
射側に偏光板を新たに付加する必要はない。

【０１０１】また、ｓ偏光成分についても、上記と同様
のことがいえるので、ｓ偏光に限定してダイクロイック
ミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを設計した場合には、ｓ
偏光成分を偏光板の透過軸方向に回転させる半波長板を
使用する。尚、上記方向変換手段としては、上記半波長
板の他、液晶等を使用することも可能である。

【０１０２】上記液晶表示素子３７は、前記実施例１で
用いた単純マトリックス型液晶表示素子７と同様の構成
であるが、本実施例の場合には、図７に示すように、第
１のガラス基板１２における光入射側の面のみにマイク
ロレンズアレイ５が設けられている。尚、このマイクロ
レンズアレイ５の形状等や、各ガラス基板１２・１６に
それぞれ形成された走査電極１３及び信号電極１５Ｒ・
１５Ｇ・１５Ｂ、ガラス基板１２・１６間に形成された
液晶層１４については、前記実施例１における液晶表示
素子７と略と同様である。また、この図においても、液
晶表示素子３７の構成要素である偏光板、配向膜等は簡
略化のために省略してある。

【０１０３】前記半波長板３６を透過した赤、緑、青の
各光束は、マイクロレンズアレイ５にそれぞれ異なる角
度で入射される。本実施例では、緑の光束をマイクロレ
ンズアレイ５に垂直入射とし、赤及び青の光束は緑の光
束に対して、対称に角度がつけられている。このよう
に、各色の光束を所定の方向からマイクロレンズアレイ
５に照射すると、各光束は、マイクロレンズアレイ５を
構成するレンチキュラーレンズのピッチに対応した３０
０μｍ間隔で、上記信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５Ｂに
それぞれライン状に集光される。この集光ラインの幅Ｗ
は、前記実施例１で述べた式（３）により、２6.４μｍ
となり、ストライプ状の信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５
Ｂに収まるようになっている。

【０１０４】また、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５
Ｙ・３５Ｂを配置する相対的な角度についても、前記実
施例１と同様に、前記式（５）のように設定することに
より、各色の集光ラインがそれぞれピッチ分だけずれ、
なおかつ各色の対応する信号電極１５Ｒ・１５Ｇ・１５
Ｂ上に形成されるようになる。つまり、８°ずつ異なる
三方向から三原色の平行光束が、マイクロレンズアレイ
５に照射され、三原色の各集光ラインが１００μｍ間隔
で順次隣接した信号電極上に形成される。

【０１０５】また、本実施例の投影型カラー液晶表示装
置には、図４に示すように、前記実施例１と同様のフィ
ールドレンズ８、投影レンズ９及びスクリーン１０が設
けられており、液晶表示素子３７により変調された三原
色の各光束は、フィールドレンズ８及び投影レンズ９に
よりスクリーン１０に投影され、カラー画像表示が行わ
れる。

【０１０６】以上のように、本実施例の投影型カラー液
晶表示装置では、各色に光束を分離する際に発生する迷
光を抑制することができるので、色純度の向上を実現す
ることができ、高画質のフルカラー画像表示を実現でき
る。

【０１０７】〔実施例４〕次に、本発明のさらに他の実施例を図３及び図４を参照
して説明する。

【０１０８】本実施例の投影型カラー液晶表示装置は、
上記実施例３と略同様に、図４に示すような構成である
が、液晶表示素子３７として、単純マトリックス型の液
晶表示素子ではなく、前記実施例２と同様の絵素配列ピ
ッチ、電極数等を有するアクティブ・マトリックス型液
晶表示素子を用いている。

【０１０９】この実施例においては、白色光源１におけ
るアークの向きは、図４において紙面に平行になってい
る。液晶表示素子３７における絵素配列も、前記実施例
２と同様のデルタ配列である。液晶表示素子３７に設け
られるマイクロレンズアレイ５としては、個々のマイク
ロレンズの形状が、それに対応する絵素の組の形状と相
似形である必要はないので、図３（ａ）（ｂ）および
（ｄ）に示すような形状のものを使用することができ
る。同図（ｂ）に示すような六角形のマイクロレンズ３
３により構成されるマイクロレンズアレイ５を用いた場
合には、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂ
の面法線の方向を図４において紙面から傾けるよう、ダ
イクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを配置する
必要がある。

【０１１０】光束分割手段としては、前記実施例３と同
様に、赤及び青反射のダイクロイックミラー３５Ｒ・３
５Ｂと共に、緑反射のダイクロイックミラーの代わりと
して黄反射のダイクロイックミラー３５Ｙを用いてい
る。これらのダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３
５Ｂは、前記実施例３と同様の配列順序で配置され、ｐ
偏光成分に規定して設計されたものである。また、ダイ
クロイックミラー３５Ｒとマイクロレンズアレイ５との
間には、ｐ偏光成分を液晶表示素子３７における入射側
の偏光板の透過軸に一致させるよう回転させる半波長板
３６が設けられている。

【０１１１】上記の構成において、白色光源１から出射
された光は、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３
５Ｂにおいて各色の光束に分割され、ダイクロイックミ
ラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを配置した相対的な角度に
応じて、半波長板３６を介して各色の光束がマイクロレ
ンズアレイ５に入射される。マイクロレンズアレイ５か
ら液晶表示素子３７に入射された光は、液晶表示素子３
７で変調され、フィールドレンズ８及び投影レンズ９に
よってスクリーン１０に投影される。

【０１１２】このように、アクティブ・マトリックス型
液晶表示素子を用いた場合においても、前記実施例３と
同様に偏光状態を規定して設計したダイクロイックミラ
ー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを用い、さらに半波長板３６
を用いると、前記実施例３と同様の作用効果を得ること
が可能になり、色純度を向上して、高画質なフルカラー
表示を実現できる。

【０１１３】尚、本実施例ではｐ偏光成分に規定した
場合について説明したがｓ偏光成分に規定した場合にお
いても、同様の効果を得ることが可能である。

【０１１４】〔実施例５〕次に、本発明のさらに他の実施例を、図８及び図９に基
づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜
上、前記の実施例の図面に示した部材と同一の機能を有
する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略す
る。

【０１１５】前記実施例３・４では、光束分割手段とし
て、光源側より赤、黄（赤と緑）、青反射のダイクロイ
ックミラー３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂを配列した例を示し
たが、本実施例では、三枚目の青反射のダイクロイック
ミラー３５Ｂの代わりに、全波長域の光を反射させる全
反射ミラーを用いた例について説明する。この全反射ミ
ラーは、ガラス基板上に周知の技術により金属膜を蒸着
させて作製されたものである。

【０１１６】図８に示すように、本実施例の投影型カラ
ー液晶表示装置は、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５
Ｙ及び全反射ミラー４１により構成される光束分割手
段、及びその近傍の構成が、前記実施例３に係る投影型
カラー液晶表示装置とは異なっている。また、液晶表示
素子３７としては、前記実施例１と同様の単純マトリッ
クス型、あるいは前記実施例２と同様のアクティブ・マ
トリックス型のどちらを用いることも可能である。

【０１１７】白色光源１も上記実施例１と同様のメタル
ハライドランプが用いられるが、そのアークの向きは、
単純マトリックスの場合は図において紙面に垂直、アク
ティブマトリックス型の場合は紙面に平行とする。白色
光源１からの白色光束は、コンデンサレンズ３を介して
平行光束となり、赤反射、黄（赤と緑）反射のダイクロ
イックミラー３５Ｒ・３５Ｙ及び全反射ミラー４１に入
射されるる。

【０１１８】本実施例においても、偏光状態はｐ偏光に
限定しているため、赤、及び黄（赤と緑）反射のダイク
ロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙの色分離の特性は急峻で
ある。よって、青の波長域以外の光束は、赤及び黄（赤
と緑）反射のダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙでほ
とんど反射されており、黄（赤と緑）反射のダイクロイ
ックミラー３５Ｙを透過した光束は、青の波長域の光束
のみとなる。また、前記実施例３と同様に、ダイクロイ
ックミラー３５Ｒとマイクロレンズアレイ５との間に
は、ｐ偏光成分を液晶表示素子３７における入射側の偏
光板の透過軸方向に一致させるよう回転させる半波長板
３６が設けられている。

【０１１９】この状態では、三枚目に青反射のダイクロ
イックミラーを用いなくとも、全反射ミラー４１で十分
青の波長域のみを取り出すことが可能である。しかしな
がら、この場合、全反射ミラー４１により光の利用効率
が１００％に近くに向上する反面、色純度が悪い、４９
０〜５００ｎｍ付近（シアンに対応）及び５６０〜５９
０ｎｍ付近（黄に対応）の波長域の光も利用している。
そのため、連続スペクトルを持つ光源や、４９０〜５０
０ｎｍ付近、あるいは５６０〜５９０ｎｍ付近に輝線ス
ペクトルを持つ光源を白色光源１として用いる場合に
は、上記のような構成の光束分割手段を用いてダイクロ
イックミラーの特性による混色を抑制しても、色純度が
悪化する。また、全反射ミラー４１は、全反射域にわた
って反射させるため、赤外もしくは紫外域の発光が多い
ランプを用いる場合には、液晶表示素子に悪影響を与え
ることになる。

【０１２０】そこで、本実施例の投影型カラー液晶表示
装置では、コンデンサレンズ３とダイクロイックミラー
３５Ｒとの間に、トリミングフィルタ（補正手段）４２
を設けている。このトリミングフィルタ４２の分光特性
は、図９に示すように、上記した色純度の低下の原因と
なるＵＶ（紫外域）、４９０〜５００ｎｍ、５６０〜５
９０ｎｍ、ＩＲ（赤外域）の波長域の透過率を意図的に
低下させるように設定されている（４００ｎｍ未満と７
００ｎｍ以上はほぼ０％）。

【０１２１】このような特性を有するトリミングフィル
タ４２を用いることにより、青反射のダイクロイックミ
ラーの代わりに全反射ミラー４１を用いても、色純度の
高い三原色を得ることができる。また、表示画像のホワ
イトバランスは、白色光源１とトリミングフィルタ４２
によりほぼ決定されるので、このトリミングフィルタ４
２によるホワイトバランスの補正も可能になる。

【０１２２】また、本実施例においても、各色の光束の
入射角度は、前記実施例１と同様にそれぞれ８°に設定
されているため実施例１・２で行った計算と同様、マイ
クロレンズアレイ３５の集光スポットは液晶表示素子３
７内の信号電極に収まるようになっている。

【０１２３】以上のように、青の光束を得るために、上
記の全反射ミラー４１を用いた場合でも、光束の偏光状
態を限定し、ダイクロイックミラー３５Ｒ・３５Ｙの色
分離の特性を急峻にすると共に、上記トリミングフィル
タ４２で色純度低下の原因となる波長域の光を除去する
ことにより、混色が抑制され、三原色の色純度が向上す
る。また、色再現範囲が広くなり、鮮やかな画像を得る
ことができるようになる。

【０１２４】尚、本実施例では、光束の偏光状態をｐ偏
光に規定した場合を例に挙げて説明したが、ｓ偏光成分
に規定した場合でも、青色の光束を得るために全反射ミ
ラー４１を設けたり、トリミングフィルタ４２を設ける
ことにより、同様の効果を得ることが可能である。

【０１２５】〔実施例６〕次に、本発明のさらに、他の実施例を、図１０ないし図
１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説
明の便宜上、前記の実施例の図面に示した部材と同一の
機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明
を省略する。

【０１２６】本実施例の投影型カラー液晶表示装置は、
図１０に示すように、前記実施例１と同様の白色光源
１、球面鏡２、コンデンサレンズ３、及びダイクロイッ
クミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを備えている。白色光源１か
らの白色光は、コンデンサレンズ３により平行光とな
り、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂにより各色
の光束に分割される。ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ
・４Ｂの相対的な角度θは、前記実施例１と同様に設定
されており、各色の光束は、２θずつずれた角度でダイ
クロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂからそれぞれ出射さ
れる。

【０１２７】また、本投影型カラー液晶表示装置は、前
記実施例３と同様のマイクロレンズアレイ５が設けられ
た液晶表示素子３７を有している。この液晶表示素子３
７は、単純マトリックス型であり、各色に対応する信号
電極がストライプ状に設けられたものである。この液晶
表示素子３７における絵素配列ピッチＰ及びマイクロレ
ンズアレイ５の焦点距離ｆμを前記実施例１と同様に設
定すると、上記ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂ
によりそれぞれの色に分割された各光束は、上記マイク
ロレンズアレイ５に入射された後、液晶表示素子３７に
おける各色に対応した絵素開口部に集光される。

【０１２８】液晶表示素子３７において変調された光
は、フィールドレンズ８により投影レンズ４５に集光さ
れるが、本実施例では、この投影レンズ４５の構成が、
前記した各実施例とは異なっている。すなわち、投影レ
ンズ４５は、その瞳面上にカラーフィルタ４６を有して
いる。

【０１２９】図１１に示すように、液晶表示素子３７を
出射した光束は、フィールドレンズ８により液晶表示素
子３７からＬだけ離れた位置に設置された投影レンズ４
５の瞳面Ｑ上に集光される。このときマイクロレンズア
レイ５へ垂直に入射した緑の光束は主として光軸上に集
まり、垂直入射以外の二光束（赤と青）はそれぞれ光軸
から、Ｈ＝Ｌ×ｔａｎ２θ の式より求められたＨ離れた地点を中心に集められる。

【０１３０】投影レンズ４５の瞳面Ｑ上に配置されるカ
ラーフィルタ４６は、減反射コーティングが施されたガ
ラス基板上に、図１２（ａ）に示すように、赤、緑、青
の波長域の光をそれぞれ透過させる領域４６Ｒ・４６Ｇ
・４６Ｂが形成されたものである。各領域４６Ｒ・４６
Ｇ・４６Ｂは、投影レンズ４５における瞳面Ｑ上への各
色の光束の集光位置と一致するよう配置されている。
尚、図は、カラーフィルタ４６をスクリーン１０の側か
ら見たときのものである。

【０１３１】また、各領域４６Ｒ・４６Ｇ・４６Ｂの境
界は、瞳面Ｑ上での各色の光束の入射する中心点（前述
したようにＨだけ離れている）を互いに結んだ直線の垂
直２等分線となるように設定されている。カラーフィル
タ４６は、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを製
作するのと同様の技術で作られる干渉カラーフィルタを
用いると、各波長域の光については、透過率を１００％
近くにすることができ、明るさの点では最適である。し
かしながら、染料タイプまたは顔料分散タイプのカラー
フィルタの方が、製造コストが安いので、目標となる色
純度と価格に応じて適宜選択すればよい。

【０１３２】上記の構成において、白色光源１から出射
された光は、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂに
おいて各色の光束に分割され、ダイクロイックミラー４
Ｒ・４Ｇ・４Ｂを配置した相対的な角度に応じて、各色
の光束がマイクロレンズアレイ５に入射される。マイク
ロレンズアレイ５から液晶表示素子３７に入射された光
は、液晶表示素子３７で変調され、フィールドレンズ８
および投影レンズ４５によってスクリーン１０に投影さ
れる。上記投影レンズ４５には、カラーフィルタ４６が
設けられているので、上記各光束が投影レンズ４５を通
過する際には、このカラーフィルタ４６により、ダイク
ロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂで発生した迷光等が除
去され、色純度の高い光束のみがスクリーン１０に投影
され、フルカラー表示が行われる。

【０１３３】前述のように、従来では、ダイクロイック
ミラーにおいて生じた迷光も一緒にスクリーンに投影さ
れてしまい、色再現性が損なわれるという問題があっ
た。しかしながら、本実施例では、投影レンズ４５の瞳
面Ｑ上に配置したカラーフィルタ４６により赤、緑、青
の各光束に混じる迷光を取り除くことができる。したが
って、このカラーフィルタ４６において色純度を補正し
たのち、スクリーン１０に画像が投影されるので、各三
原色の色純度を高め、投影画像の色再現性を向上させる
ことができる。また、波長分離の特性を考慮してダイク
ロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを慎重に設計する必要
がなく、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂの裏面
に反射防止対策を施す必要もないので、製造コストの低
減を実現することも可能になる。

【０１３４】〔実施例７〕次に、本発明のさらに他の実施例を、図３、図１０、図
１２、及び図１３に基づいて説明すれば、以下の通りで
ある。尚、説明の便宜上、前記の実施例の図面に示した
部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記
し、その説明を省略する。

【０１３５】本実施例に係る投影型カラー液晶表示装置
は、図１０に示すように、前記実施例６と略同様の構成
を備えているが、液晶表示素子３７として前記実施例２
と同様のアクティブ・マトリックス型液晶表示素子を用
いている。

【０１３６】この実施例においては、白色光源１におけ
るアークの向きは、図において紙面に平行になってい
る。液晶表示素子３７における絵素配列も、前記実施例
２と同様のデルタ配列である。液晶表示素子３７に設け
られるマイクロレンズアレイ５としては、個々のマイク
ロレンズの形状が、それに対応する絵素の組の形状と相
似形である必要はないので、図３（ａ）（ｂ）及び
（ｄ）に示すような形状のものを使用することができ
る。同図（ｂ）に示すような六角形のマイクロレンズ３
３により構成されるマイクロレンズアレイ５を用いた場
合には、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂの面法
線の方向を図１０において紙面から傾けるよう、ダイク
ロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを配置する必要があ
る。

【０１３７】また、このときカラーフィルタ４６の色配
置は、同図（ａ）および同図（ｄ）の場合、前記実施例
６と同様に図１２（ａ）で良いが、図３（ｂ）の場合、
マイクロレンズの配置の変更に伴って、図１２（ｂ）に
示すようになる。このときも、投影レンズ４５の瞳面Ｑ
上における各光束の集光中心を互いに結んだ線の垂直２
等分線が、カラーフィルタ４６における各領域４６Ｒ・
４６Ｇ・４６の境界となるようにする。

【０１３８】上記の構成において、白色光源１から出射
された光は、ダイクロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂに
おいて各色の光束に分割され、ダイクロイックミラー４
Ｒ・４Ｇ・４Ｂを配置した相対的な角度に応じて、各色
の光束がマイクロレンズアレイ５に入射される。マイク
ロレンズアレイ５から液晶表示素子３７に入射された光
は、液晶表示素子３７で変調され、フィールドレンズ８
および投影レンズ４５によってスクリーン１０に投影さ
れる。上記投影レンズ４５には、カラーフィルタ４６が
設けられているので、上記各光束が投影レンズ４５を通
過する際には、このカラーフィルタ４６により、ダイク
ロイックミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂで発生した迷光等が除
去され、色純度の高い光束のみがスクリーン１０に投影
され、フルカラー表示が行われる。

【０１３９】したがって、本実施例においても、上記カ
ラーフィルタ４６により、ダイクロイックミラー４Ｒ・
４Ｇ・４Ｂにおける多重反射による迷光の影響を取り除
くことができ、実施例６と同様の効果が得られる。

【０１４０】また、上記実施例６及び７は、照明光の平
行度が悪い（光束の広がり角が大きい）場合にも有効と
なる。照明光の平行度が悪くなるにつれて、前記実施例
１で述べた式（２）で示したように、マイクロレンズア
レイ５の集光スポット径が大きくなる。余りに平行度が
悪い場合、マイクロレンズアレイ５で集光しても、赤・
緑・青に分割した光束が他の色を担当する絵素の開口部
に入ってしまい、混色の元となる。また、ダイクロイッ
クミラー４Ｒ・４Ｇ・４Ｂもその反射光または透過光の
波長特性が、その入射角度によって変動するので、各色
に分割した光束の色純度の低下を引き起こし、やはり投
影画像の色再現性を下げる要因となる。しかし、これら
の悪影響を及ぼす成分は投影レンズ４５の瞳面Ｑに設け
たカラーフィルタ４６によって取り除くことが可能にな
る。

【０１４１】また、照明光の混色や、迷光による悪影響
が、ある一色（例えば青色）に限られるなら、カラーフ
ィルタ４６は、青の波長選択領域のみを形成するだけで
も構わない。もちろん、同様の理由により２色分につい
てカラーフィルタ４６の波長選択領域を設けてもよい。

【０１４２】波長選択手段の形状は、前述の方法に限ら
ず、実際に瞳面上で観察される各色の光束の形状に即し
てもよい。例えば実施例７で図３（ｂ）及び（ｄ）に示
すようなマイクロレンズアレイを用いた場合、投影レン
ズの瞳面上には、マイクロレンズと相似系の六角形の光
束が前述の各色の集光中心毎に現れるので、図１３
（ａ）及び（ｂ）に示すように、カラーフィルタ４６に
おける各領域４６ａ・４６ｂ・４６ｃの形状もこれと同
じ大きさの六角形にすることが考えられる。

【０１４３】すなわち、図３（ｂ）に示すようなマイク
ロレンズアレイを用いた場合には、各領域４６ａ・４６
ｂ・４６ｃの形状を図１３（ｂ）に示すように、また、
図３（ｄ）に示すようなマイクロレンズアレイを用いた
場合には、各領域４６ａ・４６ｂ・４６ｃの形状を図１
３（ａ）に示すように、それぞれ形成することが可能で
ある。尚、図１３（ａ）及び（ｂ）において、カラーフ
ィルタの周囲の領域は、透明でよいが、他の理由で混色
が発生する虞れがある場合には、遮光して形成してもよ
い。

【０１４４】また、カラーフィルタ４６における波長選
択域の形状が、どのように形成された場合でも、レンズ
結像の原理から考えて、各領域の境界線が投影画像に影
を落としたりする虞れはない。

【０１４５】尚、前記実施例３〜５の投影型カラー液晶
表示装置が備えている各液晶表示素子３７に対して、前
記実施例１と同様に第２のマイクロレンズアレイ６を付
加することも可能であり、液晶表示素子３７に第２のマ
イクロレンズアレイ６を設けた場合には、前記実施例１
と同様の効果を上記実施例３〜７の各効果と併せて得る
ことができる。

【０１４６】実施例６・７は、光学系内に発生した迷光
や不完全な色分離光束を遮光することで、スクリーン投
影像に発生する混色（色純度低下）を抑制する。したが
って、赤・青・緑の光束分割段階でのダイクロイックミ
ラーの順番に特にこだわる必要はない。しかし、実施例
３〜５で用いた光束分割手段を実施例６・７の投影型カ
ラー液晶表示装置に適用すると、混色の元となる迷光を
その発生段階において極力減らすことができる。このよ
うに、遮光すべき光をなるべく発生しないようにするこ
とは、照明光の利用効率を向上させることになるので、
実施例６・７における作用・効果に加えて投影画像をよ
り明るくできるという効果が得られるものとなる。

【０１４７】さらに、上記の各実施例においては、光束
分割手段として、ダイクロイックミラーを用い、各ダイ
クロイックミラーが反射する波長域を異ならせて、白色
光束を複数の光束に分割する場合を例に挙げて説明した
が、透過する波長域を調整することにより、白色光束を
複数の光束に分割するよう装置を構成することも可能で
あり、同様の効果が得られるものである。

【０１４８】

【発明の効果】請求項１の発明に係る投影型カラー液晶
表示装置は、以上のように、上記複数の光束のそれぞれ
の主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイが設
けられている構成である。

【０１４９】それゆえ、第２のマイクロレンズアレイに
より、液晶表示素子から出射した複数の光束は平行化さ
れるので、投影手段として例えば小口径の投影レンズを
用いた場合でも、全光束をほとんどカットすることな
く、有効に利用することができ、明るく、かつ、ホワイ
トバランスのよいフルカラー画像の実現が可能になると
いう効果を奏する。

【０１５０】また、請求項２の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記光束分割手段は、
前記白色光源に近い側から順に赤、黄、青の光束を分割
する選択手段を含む構成である。

【０１５１】また、請求項３の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記光束分割手段が、
ダイクロイックミラーである構成である。

【０１５２】それゆえ、請求項３記載のように、光束分
割手段としてダイクロイックミラーを用いた場合には、
他のダイクロイックミラーで反射された光束が設計入射
角度とは異なる角度で入射された場合でも、分光特性の
変化に関わらず、迷光の発生を防ぐことが可能になり、
混色を抑制して、分割した各光束の色純度を向上するこ
とができるので、色再現範囲が広くなり、高画質なフル
カラー表示を実現できるという効果を奏する。

【０１５３】また、請求項４の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記光束分割手段は、
特定の長波域の光束を反射するダイクロイックミラーと
全反射ミラーとを含んでなり、該全反射ミラーは、上記
白色光源からの光路上で最も遠い位置に配置される構成
である。

【０１５４】また、請求項５の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記白色光源の特性に
対して少なくとも黄色またはシアンの波長域の光を減少
させる補正手段を備えている構成である。

【０１５５】それゆえ、色純度低下の原因となる黄色及
びシアンの波長域の光を含む自然光等を用いた場合で
も、補正手段により、上記黄色、あるいはシアンの波長
域の光を減少させることができるので、より色純度の高
い画像表示を実現することが可能になるという効果を奏
する。

【０１５６】また、請求項６の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記光束分割手段は、
上記白色光束のｐ偏光成分、もしくはｓ偏光成分のいず
れかに適した分光特性を有するよう設計されている構成
である。

【０１５７】また、請求項７の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記複数の光束のｐ偏
光成分、あるいはｓ偏光成分のみを上記液晶表示素子の
入射側偏光板の透過軸方向と一致させる方向変換手段を
有する構成である。

【０１５８】また、請求項８の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記方向変換手段とし
て、光束分割手段と液晶表示素子との間に、光学的異方
性を有する光学素子を配置する構成である。

【０１５９】それゆえ、偏光状態を限定して設計した光
束分割手段を用い、さらに、例えば請求項７に記載の方
向変換手段として、例えば請求項８記載の光学素子を用
いて、上記複数の光束のｐ偏光成分、あるいはｓ偏光成
分のみを上記液晶表示素子の入射側偏光板の透過軸方向
と一致させることにより、上記何れかの偏光成分のみを
利用して、色純度の高い、高画質のフルカラー表示を実
現することが可能になるという効果を奏する。

【０１６０】また、請求項９の発明に係る投影型カラー
液晶表示装置は、以上のように、上記投影レンズの瞳面
上の有効領域に、上記複数の光束の進路に対応させて、
少なくとも一つの波長選択領域が形成された波長規制手
段が設けられている構成である。

【０１６１】それゆえ、装置構成をコンパクトにするた
めに光束の平行度の悪い白色光源を用いた場合や、光束
分割手段において迷光が発生した場合でも、意図に反し
た混色を抑え、色純度の高い高画質の投影画像を得るこ
とができると共に、色分離特性を考慮して光束分割手段
を慎重に設計したり、光束分割手段に特別な防止対策を
施す必要がなくなるため、低価格で装置を提供すること
が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における投影型カラー液晶表
示装置に備えられている液晶表示素子及びマイクロレン
ズアレイの断面図である。

【図２】図１に示す液晶表示素子を備えた投影型カラー
液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の他の実施例における投影型カラー液晶
表示装置に備えられるマイクロレンズアレイの形状を示
す模式図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例における投影型カラ
ー液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。

【図５】図４に示す投影型カラー液晶表示装置に設けら
れている赤反射用のダイクロイックミラーにおける自然
光入射設計時およびｐ偏光成分入射設計時の分光特性を
示すグラフである。

【図６】図４に示す投影型カラー液晶表示装置が有する
ダイクロイックミラーの配置状態と、光束の入射角度の
変化に伴った各ダイクロイックミラーの分光特性の変化
とを説明するための模式図である。

【図７】図４に示す投影型カラー液晶表示装置に備えら
れている液晶表示素子及びマイクロレンズアレイの断面
図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例における投影型カラ
ー液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。

【図９】図８に示す投影型カラー液晶表示装置に設けら
れたトリミングフィルタの分光特性を示すグラフであ
る。

【図１０】本発明のさらに他の実施例における投影型カ
ラー液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。

【図１１】図１０に示す投影型カラー液晶表示装置に備
えられた液晶表示素子と投影レンズとの位置関係を示す
模式図である。

【図１２】図１０に示す投影型カラー液晶表示装置に備
えられている投影レンズの瞳面に設けられたカラーフィ
ルタを示す模式図である。

【図１３】図１０に示す投影型カラー液晶表示装置に備
えられている投影レンズの瞳面に設けられたカラーフィ
ルタを示す模式図である。

【図１４】従来の投影型カラー液晶表示装置の概略の構
成を示す模式図である。

【図１５】図１４に示す投影型カラー液晶表示装置に設
けられている液晶表示素子及びマイクロレンズアレイの
断面図である。

【図１６】（ａ）は図１４に示す投影型カラー液晶表示
装置に設けられているダイクロイックミラーによる光の
分割状態を示す模式図、（ｂ）は青反射のダイクロイッ
クミラーの分光特性を示すグラフである。

【図１７】（ａ）は図１６（ａ）に示すダイクロイック
ミラーにおいて迷光が生じた状態を示す模式図、（ｂ）
は上記迷光が入射する液晶表示素子及びマイクロレンズ
アレイの断面図である。

【符号の説明】

１白色光源４Ｒ・４Ｇ・４Ｂダイクロイックミラー（光束分割手
段）５第１のマイクロレンズアレイ６第２のマイクロレンズアレイ７液晶表示素子９投影レンズ（投影手段）３５Ｒ・３５Ｙ・３５Ｂダイクロイックミラー（光束
分割手段）３６半波長板（方向変換手段）３７液晶表示素子４１全反射ミラー（全光束反射手段）４２トリミングフィルタ（補正手段）４５投影レンズ４６カラーフィルタ（波長規制手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴谷岳大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平３−56922（ＪＰ，Ａ) 特開平６−324329（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 530 G02B 27/10 G02F 1/13 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光
束分割手段と、この光束分割手段により分割された複数
の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子の光
源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶
表示素子の対応する絵素開口部に収束させる第１のマイ
クロレンズアレイと、上記液晶表示素子により変調され
た複数の光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラ
ー液晶表示装置において、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２の
マイクロレンズアレイが設けられていることを特徴とす
る投影型カラー液晶表示装置。
【請求項２】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に順次分割す
る光束分割手段と、この光束分割手段により分割された
複数の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子
の光源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに
液晶表示素子の対応する絵素開口部に収束させるマイク
ロレンズアレイと、上記液晶表示素子により変調された
複数の光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラー
液晶表示装置において、上記光束分割手段は、前記白色光源に近い側から順に
赤、黄、青の光束を分割する選択手段を含むことを特徴
とする投影型カラー液晶表示装置。
【請求項３】上記光束分割手段が、ダイクロイックミラ
ーであることを特徴とする請求項２記載の投影型カラー
液晶表示装置。
【請求項４】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に順次分割す
る光束分割手段と、この光束分割手段により分割された
複数の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子
の光源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに
液晶表示素子の対応する絵素開口部に収束させるマイク
ロレンズアレイと、上記液晶表示素子により変調された
複数の光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラー
液晶表示装置において、上記光束分割手段は、特定の長波域の光束を反射するダ
イクロイックミラーと全反射ミラーとを含んでなり、該
全反射ミラーは、上記白色光源からの光路上で最も遠い
位置に配置されることを特徴とする投影型カラー液晶表
示装置。
【請求項５】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に順次分割す
る光束分割手段と、この光束分割手段により分割された
複数の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子
の光源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに
液晶表示素子の対応する絵素開口部に収束させるマイク
ロレンズアレイと、上記液晶表示素子により変調された
複数の光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラー
液晶表示装置において、上記白色光源の特性に対して少なくとも黄色またはシア
ンの波長域の光を減少させる補正手段を備えていること
を特徴とする投影型カラー液晶表示装置。
【請求項６】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光
束分割手段と、この光束分割手段により分割された複数
の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子の光
源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶
表示素子の対応する絵素開口部に収束させるマイクロレ
ンズアレイと、上記液晶表示素子により変調された複数
の光束を投影する投影手段とを備えた投影型カラー液晶
表示装置において、上記光束分割手段は、上記白色光束のｐ偏光成分、もし
くはｓ偏光成分のいずれかに適した分光特性を有するよ
う設計されていることを特徴とする投影型カラー液晶表
示装置。
【請求項７】上記複数の光束のｐ偏光成分、あるいはｓ
偏光成分のみを上記液晶表示素子の入射側偏光板の透過
軸方向と一致させる方向変換手段を有することを特徴と
する請求項６記載の投影型カラー液晶表示装置。
【請求項８】上記方向変換手段として、光束分割手段と
液晶表示素子との間に、光学的異方性を有する光学素子
を配置することを特徴とする請求項７記載の投影型カラ
ー液晶表示装置。
【請求項９】白色光源と、この白色光源からの白色光束
を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光
束分割手段と、この光束分割手段により分割された複数
の光束が照射される液晶表示素子と、液晶表示素子の光
源側に設けられ、上記複数の光束を各波長域ごとに液晶
表示素子の対応する絵素開口部に収束させるマイクロレ
ンズアレイと、上記液晶表示素子により変調された複数
の光束を投影する投影レンズとを備えた投影型カラー液
晶表示装置において、上記投影レンズの瞳面上の有効領域に、上記複数の光束
の進路に対応させて、少なくとも一つの波長選択領域が
形成された波長規制手段が設けられていることを特徴と
する投影型カラー液晶表示装置。