JPH0980371A

JPH0980371A - 投影型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0980371A
Application number: JP7230417A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Miyake; 隆浩三宅; Kazuhiko Ueda; 和彦上田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】投影型カラー液晶表示装置において、光源の
明るさを増大させたり、平行度の向上のための光源の縮
小や液晶表示素子の各絵素への入射スポットの径の増大
を行ったりすることなく、より明るい表示を実現する。【解決手段】互いに異なる波長域を有する、それぞれ
の波長域に対応して第１平面内で規定される入射角で入
射する複数の光束に対し、各光束毎に光変調処理を施す
液晶表示素子１２を備え、白色光源１からの光から、回
転楕円面鏡２や偏光ビームスプリッター１３等により、
第１及び第２の投影用光束群を形成し、該第１及び第２
の投影用光束群を、これらの間で波長域が同一である各
組の２つの光束の光軸が該第１平面とは異なる第２平面
内で一定の角度をなし、かつ該液晶表示素子に対する各
波長域の光束の入射角が、該第１平面内で規定される互
いに異なる入射角となるよう、該液晶表示素子に入射さ
せるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影型カラー液晶表
示装置に関し、特に単板式の液晶表示装置において投影
用光として用いる光源光の有効利用に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラウン管に表示された画像をス
クリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものと
して、液晶表示素子を用いた投影型テレビの開発が行わ
れてきた。このような液晶表示素子を用いた投影型カラ
ー画像表示装置として、特開平４−６０５３８号公報に
開示のように、液晶表示素子を１枚用いる単板式のもの
があり、これは、光学系が簡単で小型のシステムに適し
たものとして知られている。

【０００３】図７は、このような画像表示装置の一例で
あるカラー液晶表示装置の構成を示す図である。図にお
いて、２００は、透過型の液晶表示素子１２及びその白
色光源１を有するカラー液晶表示装置で、白色光源１か
らでた光は、その第１焦点が光源の位置と一致するよう
配置された回転楕円面鏡２で反射して、該回転楕円面鏡
の第２焦点に集光するようになっている。

【０００４】この第２焦点に集光した光は、該第２焦点
付近に配置されているインテグレーター１１により光の
角度分布が均一化されて発散した光となり、これがコン
デンサーレンズ３で平行化される。この平行化された光
は、それぞれ赤，緑，青の光を選択的に反射するダイク
ロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより、赤，緑，青の
３原色に分離され、３方向から液晶表示素子１２内のそ
れぞれの色に対応する各絵素に入射する。

【０００５】ここで各液晶表示素子１２は、入射光を表
示信号に基づいて変調する液晶表示パネル２０と、その
光入射側に配置され、各色の入射光を液晶パネル２０の
対応する絵素上に集光させるマイクロレンズアレイ１０
と、さらに該マイクロレンズアレイ１０の光入射側に配
置された入射側偏光板８と、上記液晶表示パネル２０の
光出射側に配置された出射側偏光板９とから構成されて
いる。

【０００６】図８は、該液晶表示パネル２０の詳細な構
成を示す断面模式図である。

【０００７】該液晶表示パネル２０は、対向するよう配
置された一対の基板３３，２６に液晶層３０を挟持して
なる構造となっている。上記両基板の一方の基板（以
下、アクティブマトリクス基板という。）３３の表面に
は、複数の絵素電極２１がマトリクス状に配置されてい
る。また、該基板３３上には、該絵素電極の各列（ある
いは各行）に対応させて信号ライン２４が設けられ、該
絵素電極の各行（あるいは各列）に対応させてゲートラ
インが設けられている。さらに上記基板３３上には、各
絵素電極２１毎にこれを駆動する薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）２２及び補助容量２３が設けられており、該各Ｔ
ＦＴ２２のゲート２５は対応するゲートラインに接続さ
れ、そのソースは対応する信号ライン２４に接続されて
いる。また、該ＴＦＴのドレインは、対応する絵素電極
２１、及び対応する補助容量２３の一方の電極に接続さ
れている。この補助容量２３の他方の電極には、後述す
る対向電極と同じレベルの電位が印加されるようになっ
ている。なお、２２ａは上記ＴＦＴ２２を構成する半導
体層、２２ｂはゲート絶縁膜である。

【０００８】また、このアクティブマトリクス基板３３
と液晶層３０を介して対向する対向基板２６の内面に
は、対向電極２７及び遮光膜２８が順に形成され、遮光
膜２８には絵素電極２１と対向する位置に開口部（絵素
開口部）３２が形成されている。ここで、上記両基板３
３、２６の間に封入されている液晶層３０としては、例
えばツイステッドネマティック配向された液晶層が用い
られている。また、ここで、１つの絵素は、絵素電極２
１と、ＴＦＴ２２と、補助容量２３等から構成されてい
る。

【０００９】図９は、上記液晶表示素子１２を構成する
液晶表示パネル２０とマイクロレンズアレイ１０との断
面構造を示す模式図である。図９に示すように、マイク
ロレンズアレイ１０は複数のマイクロレンズ１０ａから
構成されている。また、上記各マイクロレンズ１０ａに
対する各色の入射角は、各色の光束の集光スポットがそ
れぞれ対応する色の絵素開口部３２上にのみ形成される
よう設定されている。ここで、マイクロレンズアレイ１
０は、イオン交換法を用いて、球面レンズの外周部が相
互に融合した６角形形状をしたマイクロレンズ１０ａを
複数作製してなるものであり、マイクロレンズ１０ａの
配列と絵素配列との相対的な位置関係は図１０に示すよ
うになっている。

【００１０】具体的に言うと、液晶表示パネル２０で
は、各色に対応する絵素は、表示画面の１水平ライン毎
に、赤，緑，青の順に繰り返し配列されており、各絵素
に対応する表示領域は、遮光膜２８の開口部（絵素開口
部）３２内の領域となっている。そして、絵素開口部３
２の配列は、正方形のブロックを縦横に、横一列毎に横
方向にその幅寸法の半分だけずらして並べたような配列
となっており、６角形の個々のマイクロレンズは、その
レンズ光軸中心が緑絵素の中心と一致するように配列さ
れている。

【００１１】上記ダイクロイックミラーにより赤，緑，
青の各色毎に所定の角度で反射された赤，緑，青の入射
光のうちＰ偏光光のみがＰ偏光透過型偏光板８を透過
し、該入射光のうちの例えばＳ偏光光は該偏光板８に吸
収される。

【００１２】そして、緑のＰ偏光光はマイクロレンズア
レイ１０に対し垂直に入射し、緑のＧ絵素３２内に集光
スポットを形成し、赤及び青のＰ偏光光は、緑のＰ偏光
光に対してそれぞれ左右（図９の紙面の上下）にθ傾い
た方向からマイクロレンズアレイ１０に入射し、緑の絵
素の左右に配置されている赤のＲ絵素３２，青のＢ絵素
３２内にスポットを形成する。

【００１３】このように上記従来の液晶表示装置では、
１枚の液晶表示素子１２における赤、緑、青の各絵素に
それぞれの色の光束が集光され、さらに、各絵素を透過
した光が偏光板９、フィールドレンズ５、投影レンズ６
を介してスクリーン７に投影されて、カラー画像表示が
行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来方
式の投影型カラー液晶表示装置では、照明光の平行度が
悪い場合や想定されている方向とは異なる方向から光が
液晶表示素子に入射する場合、表示のコントラストの低
下や色純度の低下を引き起こす可能性がある。

【００１５】また、マイクロレンズアレイ１０で集光し
た光のうち絵素開口部３２の大きさからはみ出す平行度
の悪い光は液晶表示素子１２を透過しない。そのため照
明光の平行度はできるだけ良くする必要がある。

【００１６】例えば、絵素ピッチを縦横とも１００μ
ｍ、絵素開口部３２の大きさを縦５０μｍ，横７０μ
ｍ、絵素数を縦４５０個，横６００個とした３インチパ
ネルの場合、マイクロレンズアレイ１０の焦点距離を、
対向基板２６の厚さ１．１ｍｍ（ｎ＝１．５３）に相当
する距離（空気中換算距離＝１．１ｍｍ／１．５３＝
０．７２ｍｍ）とすると、緑の絵素の開口部に入射する
光の平行度の許容量は、絵素の縦方向＝±ｔａｎ^-1（２
５／７２０）＝±２．０°、横方向＝±ｔａｎ^-1（３５
／７２０）＝±２．８゜となる。また、赤あるいは青の
絵素の開口部に入射する光はその平行光束の主光線の方
向が緑のそれに対して±ｔａｎ^-1（１００／７２０）＝
±８゜傾き、光の平行度の許容量は同じく絵素の縦方向
＝±２．０゜、横方向＝±２．８゜程度となる。

【００１７】これに対し光源として２５０Ｗ、アーク長
３．０ｍｍのメタルハライドランプを用い、第１焦点距
離２２ｍｍ、第２焦点距離１１０ｍｍ、有効径φ８０ｍ
ｍの楕円ミラーを用いて、液晶表示素子に対して有効径
φ８０ｍｍの平行光を照射した場合、その光の平行度は
±１０゜ｍａｘ程度となった。

【００１８】つまり、従来方式の液晶表示装置では、有
効に利用できる光源光は平行度が±１０゜ｍａｘ程度の
照射光のうちたかだかその平行度が絵素の縦方向±２．
０゜、絵素の横方向±２．８゜までの光のみとなり、そ
れより平行度が悪い光は利用することができなかった。

【００１９】そのため、従来方式の液晶表示装置では、
より明るい装置を実現するには光源の輝度を上げるかあ
るいは光の平行度を良くする必要がある。

【００２０】例えば、より明るい液晶表示装置を実現す
るため、明るい光源を採用しようとした場合、アークの
大きさは大きくなる。したがってその光の平行度は悪く
なり有効に利用できる光が少なくなる。また、光の平行
度を良くして有効に利用できる光量を増加させるため、
光源のアークの大きさを小さくしたりあるいは液晶表示
素子に入射する照明光の大きさを大きくしたりした場
合、前者では光源の絶対光量が減少し、後者では液晶表
示素子からはみ出す光が増加する。つまり従来の方式に
おいてさらに明るい液晶表示装置を実現することは困難
であり、またこれまでに、上記のような課題を解決した
投影型カラー液晶表示装置はなかった。

【００２１】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためになされたもので、光源の明るさを増大させた
り、光源の縮小や液晶表示素子の各絵素への入射スポッ
トの径の増大により平行度を向上させたりすることな
く、より明るい表示を実現することができる投影型カラ
ー液晶表示装置を得ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る投影型カラー液晶表示装置は、互いに異なる波長域
を有する、それぞれの波長域に対応して第１平面内で規
定される入射角で入射する複数の光束に対し、各光束毎
に光変調処理を施す液晶表示素子と、該液晶表示素子の
光出射側に設けられ、該液晶表示素子を透過した各光束
を表示画面上に投影してカラー画像を合成するための光
学系とを備えている。また、該液晶表示装置は、波長域
が互いに異なる複数の光束からなる第１の投影用光束群
を発生する第１の光束群発生手段と、該第１の投影用光
束群における各光束に対応した、該各光束の波長域と同
一の波長域を有する複数の光束からなる第２の投影用光
束群を発生する第２の光束群発生手段と、該第１及び第
２の投影用光束群を、これらの間で波長域が同一である
各組の２つの光束の光軸が該第１平面とは異なる第２平
面内で一定の角度をなし、かつ該液晶表示素子に対する
各波長域の光束の入射角が、該第１平面内で規定される
互いに異なる入射角となるよう、該液晶表示素子に入射
させる光学手段とを備えている。そのことにより上記目
的が達成される。

【００２３】この発明（請求項２）は、請求項１記載の
投影型カラー液晶表示装置において、前記液晶表示素子
を、前記各波長域に対応した色別に各画素に対応させて
設けられ、該色毎に独立した表示信号を受けて液晶を駆
動する複数のカラー表示電極と、前記第１及び第２の投
影用光束群の間で同一の波長域を有する各組の２つの光
束を、該波長域に対応する色のカラー表示電極で駆動さ
れる液晶部位に集光させるマイクロレンズアレイとを有
する構成としたものである。

【００２４】以下、本発明の作用について説明する。

【００２５】この発明（請求項１）においては、互いに
異なる波長域を有する、それぞれの波長域に対応して第
１平面内で規定される入射角で入射する複数の光束に対
し、各光束毎に光変調処理を施す液晶表示素子を備え、
該第１及び第２の投影用光束群を、これらの間で波長域
が同一である各組の２つの光束の光軸が該第１平面とは
異なる第２平面内で一定の角度をなし、かつ該液晶表示
素子に対する各波長域の光束の入射角が、該第１平面内
で規定される互いに異なる入射角となるよう、該液晶表
示素子に入射させるようにしたから、液晶表示素子に
は、それぞれカラー表示に必要な波長域に対応する光束
を有する２つの投影用光束群が異なる方向から入射され
ることとなる。

【００２６】このため、光源の明るさを増大させたり、
平行度の向上のための光源の縮小や液晶表示素子の各絵
素への入射スポットの径の増大を行ったりすることな
く、各絵素に入射する各色の光の量を増大することがで
きる。

【００２７】例えば、液晶表示素子の入射面側に配置さ
れた偏光板により吸収されるような光を、該偏光板を透
過する透過光とともに、該透過光の光軸とは一定の角度
をなす方向から液晶表示素子に入射させることができ
る。これにより従来無駄にしていた光を有効に使うこと
ができる。

【００２８】この発明（請求項２）においては、前記第
１及び第２の投影用光束群の間で同一の波長域を有する
各組の２つの光束が、該波長域に対応する絵素上にその
集光スポットを形成するよう、マイクロレンズアレイ
と、液晶表示素子を構成する絵素との位置関係を設定し
ているので、第１及び第２の投影用光束群の光を、すべ
て、液晶表示素子の各絵素に対して割り当てることがで
き、第１及び第２の投影用光束群の光を無駄なく利用し
て、液晶表示素子を透過する光の光量を多くできる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。なおこれらの図において、同一符号
は、同一または相当部分を示す。

【００３０】（実施の形態１）図１及び図２は、本発明
の実施の形態１による単板式液晶表示装置を説明するた
めの図であり、図１（ａ）は該単板式液晶表示装置を模
式的に示す平面図、図１（ｂ）は該装置を図１（ａ）の
矢印Ｉｂの方向から見た構造を示す背面図、図２（ａ）
は該装置を図１（ａ）の矢印IIａの方向から見た構造を
示す左側面図である。

【００３１】図において、図７〜図９と同一符号は従来
の液晶表示装置２００と同一のものを示し、１０１は本
実施の形態１による、１枚の液晶表示素子１２を用いた
単板式の投影型カラー液晶表示装置で、白色光源１とし
て、２５０Ｗ、アーク長３．０ｍｍのメタルハライドラ
ンプを有しており、該光源１からでた光は、その第１焦
点が光源の位置となっている回転楕円面鏡２で反射して
該回転楕円面鏡の第２焦点に集光するようになってい
る。ここで、該回転楕円面鏡２としては、第１焦点距離
が２２ｍｍ、第２焦点距離がｌ１０ｍｍ、有効径φが８
０ｍｍのものを用いている。

【００３２】また、この液晶表示装置１０１では、コン
デンサーレンズ３とダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，
４Ｂとの間に、光源光のＰ偏光光（第１の投影用光束
群）を透過するとともに、光源光のＳ偏光光を反射する
偏光ビームスプリッタ１３が配置されており、さらに該
偏光ビームスプリッタ１３の後段には、該Ｓ偏光光を、
透過したＰ偏光光に対してなす角度が２φとなるよう反
射するミラー１４が設けられている。また、該ミラー１
４の後段には、該ミラー１４により反射されたＳ偏光光
をＰ偏光光（第２の投影用光束群）に変換するλ／２板
１５が配置されている。ここでは、該λ／２板１５を透
過したＰ偏光光、及び偏光ビームスプリッタ１３を透過
したＰ偏光光は、それぞれ上記ダイクロイックミラー４
Ｒ，４Ｇ，４Ｂにて各色の光束に分離されて液晶表示装
置１２に入射するようになっている。

【００３３】次に動作について説明する。

【００３４】白色光源１からでた光は回転楕円面鏡２で
反射して該回転楕円面鏡の第２焦点に集光する。このと
き集光した光は第２焦点付近に配置しているインテグレ
ーター１１で光の角度分布が均一化され、発散した光が
コンデンサーレンズ３で平行化される。この平行化され
た光のうちＰ偏光光は、偏光ビームスプリッター１３を
透過し、該平行化された光のうちＳ偏光光は、鉛直面内
（該Ｓ偏光光の到来方向、及び液晶表示素子の表示面の
垂直方向を含む平面内）の所定方向に反射される。そし
て、該反射されたＳ偏光光は、ミラー１４により上記鉛
直面内で上記Ｐ偏光光（第１のＰ偏光光）に対して角度
差２φをなす方向に反射され、λ／２板１５を介してＰ
偏光光（第２のＰ偏光光）に変換される。

【００３５】次に、これらの第１及び第２のＰ偏光光の
赤，緑，及び青の光は、ダイクロイックミラー４Ｒ，４
Ｇ，４Ｂにより、水平面内（液晶表示素子の表示面の水
平方向を含み、かつ上記鉛直面と垂直な平面内）におい
てそれぞれ所定の反射角を持つよう選択的に反射され、
赤、緑、及び青の３つの光束に分離される。

【００３６】これにより上記鉛直面内では同一色の光が
角度差φをもって２方向から、上記水平面内では３色の
光が角度差θをもって３方向から液晶表示素子１２に入
射され、合計６本の光束がそれぞれの方向から液晶表示
素子１２内の対応する色の絵素に入射する。各絵素を透
過した光は偏光板９、フィールドレンズ５、投影レンズ
６を介してスクリーン７に投影され、カラー画像表示が
行われる。

【００３７】以下詳述すると、上記回転楕円面鏡２によ
り集光された光は、該第２焦点付近に配置しているイン
テグレーター１１で光の角度分布が均一化され、発散し
た光がコンデンサーレンズ３で平行化される。この平行
化された光は、偏光ビームスプリッター１３によりＰ偏
光光とＳ偏光光とに分岐される。つまり、Ｐ偏光光は該
偏光ビームスプリッター１３を透過し、Ｓ偏光光は該偏
光ビームスプリッター１３により、図１（ａ）の紙面と
垂直方向に反射される（図２（ａ）参照）。

【００３８】該偏光ビームスプリッター１３により反射
されたＳ偏光光は、ミラー１４により、上記偏光ビーム
スプリッター１３を透過したＰ偏光光（第１のＰ偏光
光）に対して角度差２φをなすよう反射され、さらにλ
／２板１５によりＰ偏光光（第２の偏光光）に変換され
る。

【００３９】次に、これらの第１及び第２の偏光光は、
赤、青、及び緑の光を選択的に反射するダイクロイック
ミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにより、赤、青、及び緑の３原
色に分離される。このとき、ダイクロイックミラーによ
る光の分離は、赤，青の光が、緑の光に対して所定の角
度θをなすよう行われる。

【００４０】これにより、液晶表示素子１２の各絵素に
は、図１（ｂ）の紙面と平行な面内にて液晶表示素子の
光入射面と垂直な方向と角度差φをなす２方向から、第
１及び第２のＰ偏光光の同一色の光が入射する。また、
第１及び第２のＰ偏光光の異なる色の光は、図１（ａ）
の紙面と平行な面内にて液晶表示素子の光入射面と垂直
な方向と、これと角度差θをなす２方向の３方向から液
晶表示素子に入射し、対応する色の絵素に入射すること
となる。つまり、液晶表示素子１２には、合計６つの方
向からの光が入射する。

【００４１】なお、該液晶表示素子１２は、従来のもの
と同一の構成となっており、マイクロレンズアレイ１０
と液晶表示パネル２０とから構成されており、液晶表示
パネル２０は図９に示すように１つの絵素が絵素電極２
１，これを駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２，
補助容量２３等から構成されている。また、対向基板に
形成された遮光膜２８には、絵素電極２１に整合する開
口部（絵素開口部）３２が形成されている。

【００４２】ここで、個々のマイクロレンズ１０ａに対
する各色の入射角については、水平面内では、図３
（ａ）に示すように赤色の光束と青色の光束が緑色の光
束に対してそれぞれθをなし、鉛直面内では図３（ｂ）
に示すように、各色の、入射方向の異なる光束同士がそ
れぞれレンズ光軸に対して角度φをなして、各色の集光
スポットがそれぞれ別の絵素開口部に入射するように設
定されている。なお、説明の都合上、図３では光束の主
光線のみを表示しており、図３（ｂ）では緑色の光束の
主光線のみを表示している。

【００４３】また、マイクロレンズアレイ１０は、例え
ば球面レンズの外周部が相互に融合した６角形のマイク
ロレンズ１０ａを複数イオン交換法により作製してなる
ものであり、その絵素配列とマイクロレンズアレイの相
対的な位置関係は図２（ｂ）に示すようになっている。

【００４４】具体的に言うと、液晶表示パネル２０で
は、各色に対応する絵素は、表示画面の１水平ライン毎
に、赤，緑，青の順に繰り返し配列されており、各絵素
は、遮光膜２８の開口部（絵素開口部）３２に対向して
位置している。つまり、絵素開口部３２の配列は、正方
形のブロックを縦横に、横一列毎に横方向にその幅寸法
の半分だけずらして並べたような配列となっており、６
角形の個々のマイクロレンズは、そのレンズ光軸中心が
青絵素と赤絵素の境界線中央上になるように配列されて
いる。ただし、この配置以外にレンズ光軸中心が赤絵素
と緑絵素の境界線の中央上になるようにあるいはレンズ
光軸中心が緑絵素と青絵素の境界線の中央上になるよう
にしてもよい。

【００４５】そして、液晶表示素子１２への入射光であ
る第１，第２のＰ偏光光は（Ｐ偏光透過型）偏光板８を
透過し、そのうち緑の光束はマイクロレンズアレイ１０
の光軸に対し鉛直面内で上下に角度φ傾いた方向から、
水平面内では傾きなしで入射して、緑の絵素内にスポッ
トを形成する。赤及び青の光束は、水平面内では緑の光
束に対してそれぞれ左右に角度θ傾いた方向から、鉛直
面内では上下に角度φ傾いた方向から、緑の絵素の左右
に配置された、赤あるいは青の絵素内に入射してスポッ
トを形成する。厳密に言うと、第１及び第２のＰ偏光光
の、個々のマイクロレンズ１０ａで集光された緑の光束
は、それぞれのマイクロレンズ１０ａに対応する緑の絵
素上に集光スポットを形成する。第１及び第２のＰ偏光
光の青，及び赤の光束についても、上記緑の光束と同様
に、各マイクロレンズ１０ａに対応する青，及び赤の絵
素上に集光スポットを形成する。

【００４６】こうして各絵素を透過した光は偏光仮９、
フィールドレンズ５、投影レンズ６を介してスクリーン
７に投影されカラー画像表示が行われる。

【００４７】次に、角度２φ、θの設定方法について説
明する。

【００４８】例えば、絵素ピッチを縦横とも１００μ
ｍ、絵素開口部の大きさを縦５０μｍ，横７０μｍ、絵
素数を縦４５０，横６００とした３インチパネルの場
合、マイクロレンズアレイの焦点距離を対向基板の厚さ
１．１ｍｍ（ｎ＝１．５３）に相当する距離（空気中換
算距離＝１．ｌｍｍ／１．５３＝０．７２ｍｍ）とする
と、マイクロレンズの光軸を含む水平面内（図３（ａ）
参照）において、緑の絵素の開口部に入射する光の平行
度の許容量は、±ｔａｎ^-1（３５／７２０）＝±２．８
゜となる。

【００４９】次に、赤あるいは青の絵素の開口部に入射
する光は、その平行光束の主光線の方向が、緑の絵素の
開口部に入射する光の平行光速の主光線の方向に対して
θ＝±ｔａｎ^-1（１００／７２０）＝±８゜傾いてお
り、光の入射角許容量は ±（ｔａｎ^-1（（ｌ００＋３５）／７２０）〜ｔａｎ^-1
（（１００−３５）／７２０））＝±（１０．６゜〜
５．２゜）となる。言い換えれば、水平面内で主光線がマイクロレ
ンズの光軸に対してθ＝±８゜傾いた光束に対する光の
平行度の許容量は、±（２．６゜〜（−２．８゜））と
なる。

【００５０】次に、マイクロレンズの光軸を含む鉛直面
内（図３（ｂ）参照）において、該光軸に対して対称な
２方向から緑，青，あるいは赤の絵素に入射する光は、
その平行光束の主光線の方向が、上記マイクロレンズの
光軸に対してφ＝±ｔａｎ^-1（１００／７２０）＝±８
゜傾いており、光の入射角許容量は、 ±（ｔａｎ^-1（（ｌ００＋２５）／７２０）〜ｔａｎ^-1
（（１００−２５）／７２０））＝±（９．８゜〜５．
９゜）となっている。言い換えれば、上記鉛直面内で、主光線
がマイクロレンズの光軸に対してφ＝±８゜傾いた光束
に対する光の平行度の許容量は、±（１．８゜〜（−
２．１゜））となる。

【００５１】従って、この実施の形態１では、例えば、
偏光ビームスプリッター１３を透過した第１のＰ偏光光
が上記鉛直面内でレンズ光軸に対してφ＝８゜傾いた方
向から液晶表示素子１２の対応する絵素内に取り込ま
れ、更に従来ムダになっていたＳ偏光光も第２のＰ偏光
光に変換されて、上記鉛直面内でレンズ光軸に対してφ
＝−８゜傾いた方向から液晶表示素子の対応する絵素内
に同じだけ取り込まれる。このため表示の明るさは従来
の約２倍に向上する。

【００５２】また、従来のようにＳ偏光光が偏光板で遮
断、吸収されて熱にかわることもないので、偏光板が溶
けたりあるいは燃えてしまったりすることがなくなる。

【００５３】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２による単板式液晶表示装置を説明するための模式
図であり、図４（ａ）は該装置の平面図、図４（ｂ）は
該装置を図４（ａ）の矢印IVｂの方向から見た図（背面
図）、図４（ｃ）は該装置を図４（ａ）の矢印IVｃの方
向から見た図（左側面図）である。

【００５４】図において、図１〜３と同一符号は実施の
形態１のものと同一のものを示し、１０２は本実施の形
態２による単板式液晶表示装置で、第１，第２の２つの
白色光源１、１’を有している。ここでは該各光源とし
て、２５０Ｗ、アーク長３．０ｍｍのメタルハライドラ
ンプを用いている。また、各光源１，１’に対して、焦
点が該各光源の位置と一致するよう回転放物面鏡２ａ、
２ａ’が配置されている。これらの回転放物面鏡２ａ、
２ａ’は、その焦点距離が２２ｍｍ、有効径φが８０ｍ
ｍとなっている。

【００５５】上記各光源１，１’から出たそれぞれの第
１及び第２の光は、上記回転放物面鏡２ａ、２ａ’で反
射されて平行化される。このとき、平行化された各光源
の主光線は、鉛直面（到来光の方向，及び液晶表示素子
の表示面の垂直方向を含む平面）内において実施の形態
１の場合と同じ角度２φをなすようになっている。

【００５６】これらの光は、それぞれ赤、青、緑の光を
選択的に反射するダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４
Ｂにより、赤、青、及び緑の３原色に分離される。この
とき分離された赤，青の光は、水平面（液晶表示素子の
表示面の垂直方向と垂直な平面）内において、緑の光に
対して角度θをなすこととなる。

【００５７】これにより、液晶表示素子１２の各絵素に
は、鉛直面内にてレンズ光軸と角度差φをなす２方向か
ら、第１及び第２の光の同一色の光が入射する。また、
第１及び第２の光の異なる色の光は、水平面内における
レンズ光軸方向と、これと角度差θをなす２方向の３方
向から液晶表示素子に入射し、対応する色の絵素に入射
することとなる。つまり、合計６つの方向からの光がそ
れぞれの色に対応する液晶表示素子１２内の各絵素に入
射する。

【００５８】この実施の形態２においても、各マイクロ
レンズ１０ａに対する各色の光の入射角は、各色の光束
の集光スポットがそれぞれ対応する色の絵素開口部にの
み入射するように設定されている。

【００５９】また、その液晶表示素子における絵素配列
とマイクロレンズとの相対的な位置関係は、実施の形態
１と同様に図２に示すようになっている。

【００６０】これにより、液晶表示素子１２に到達した
入射光（第１，第２の光）のうちＳ偏光光は、Ｐ偏光透
過型偏光板８により吸収され、そのＰ偏光光のみが透過
する。この時、緑の光は、鉛直面内でレンズ光軸に対し
上下に角度φ傾いた２方向から、水平面内ではレンズ光
軸に対する傾きなしで、液晶表示パネル２０に入射し、
その緑の絵素内にスポットを形成する。また、赤及び青
の光は、緑の光に対してそれぞれ水平面内ではレンズ光
軸に対して左右に角度θ傾いた方向から、鉛直面内では
それぞれレンズ光軸に対して上下に角度φ傾いた２方向
から液晶表示パネルに入射し、緑の絵素の左右に配置さ
れた、赤及び青の対応する色の絵素内にのみスポットを
形成する。

【００６１】こうして各絵素を透過した光は偏光板９、
フィールドレンズ５、及び投影レンズ６を介してスクリ
ーン７に投影されカラー画像表示が行われる。

【００６２】従って、この実施の形態２では、１つの光
源１からの光束が、例えば鉛直面内でレンズ光軸に対し
て角度φ傾いた方向から液晶表示素子の対応する絵素内
に取り込まれ、更にもう１つの光源１’からの光束がレ
ンズ光軸に対して角度（−φ）傾いた方向から液晶表示
素子の対応する絵素内に同じだけ取り込まれる。このた
め表示の明るきは従来の約２倍に向上する。

【００６３】また本実施の形態では、光源が２５０Ｗ、
アーク長３．０ｍｍのものを用いたが、このように２つ
の光源を使う場合には、例えば１つの光源を１２５Ｗ、
アーク長１．５ｍｍのようにその出力を抑えたアーク長
の短いものを使い、例えば、回転放物面鏡２ａ、２ａ’
をその焦点距離が１１ｍｍ、有効径がφ４０ｍｍといっ
たより小さいものにし、液晶光素子に入射する平行光の
平行度をそのままで、光束径を小さくすることもでき
る。これによってレンズ等の他の光学素子が小さくなり
装置が小型化されコストダウンできる。

【００６４】（実施の形態３）図５は本発明の実施の形
態３による単板式液晶表示装置を説明するための左側面
図である。

【００６５】図において、１０３は本実施の形態３の液
晶表示装置で、白色光源１として、２５０Ｗ、アーク長
３．０ｍｍのメタルハライドランプを有している。該白
色光源１に対して、焦点が光源の位置と一致するよう回
転放物面鏡２ａが設けられている。該回転放物面鏡２ａ
は、焦点距離が２２ｍｍ、有効径がφ８０×１６０ｍｍ
となっている。つまり、該回転放物面鏡２ａは、長方形
の開口を有し、その縦横の有効寸法が８０×１６０ｍｍ
となっている。また、該回転放物面鏡２ａの平行光の出
射側には、ウェッジプリズム１６が配置されており、該
プリズム１６により、回転放物面鏡２ａからの平行光
は、上記鉛直面内で光軸が角度２φをなす２つの光束
（第１，第２の光束）に変換されるようになっている。

【００６６】次に作用効果について説明する。

【００６７】上記光源１から出た光は、該回転放物面鏡
２ａで反射されて平行化される。そして、該平行化され
た光は、上記ウェッジプリズム１６を通ることにより、
図５の紙面左側の放物面鏡２ａ₁からの反射光（第１の
光束）の主光線ｍと、図５の紙面右側の放物面鏡２ａ₂
からの反射光（第２の光束）の主光線ｍ’とが、実施の
形態１におけるダイクロイックミラーに向かう２つの光
線と同じ角度差２φをもつこととなる。

【００６８】これらの光は、水平面内においては、それ
ぞれ赤、青、緑の光を選択的に反射するダイクロイック
ミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにより、赤、青、及び緑の３原
色の３つの光に分離される。この光の分離は、赤及び青
の光が緑の光に対して角度θをなすよう行われる。

【００６９】これにより、鉛直面内では同一色の光が角
度差φをもって２方向から、水平面内では３色の光が角
度差θをもって３方向から液晶表示パネルに入射するこ
ととなり、該液晶表示パネルに入射された合計６方向か
らの光は、それぞれの色に対応する図示しない液晶表示
素子内の各絵素に入射する。

【００７０】このとき、各マイクロレンズに対する各色
の入射角は、各色の光束の集光スポットが対応する色の
絵素開口部にのみ入射するように設定されている。

【００７１】また、その液晶表示素子における絵素配列
とマイクロレンズアレイの相対的な位置関係は、実施の
形態１と同様に図２（ｂ）に示すようになっている。

【００７２】これにより、液晶表示素子１２に到達した
入射光のうちＳ偏光光は、Ｐ偏光透過型偏光板８により
吸収され、そのＰ偏光光のみが透過する。この時、緑の
光は、鉛直面内でレンズ光軸に対し上下に角度φ傾いた
２方向から、水平面内ではレンズ光軸に対する傾きなし
で、液晶表示素子に入射し、その緑の絵素内に集光スポ
ットを形成する。また、赤及び青の光は、緑の光に対し
てそれぞれ水平面内でレンズ光軸に対して左右に角度θ
傾いた方向から、鉛直面内ではそれぞれレンズ光軸に対
して上下に角度φ傾いた２方向から液晶パネルに入射
し、緑の絵素の左右に配置された、赤及び青の対応する
色の絵素内にのみスポットを形成する。

【００７３】こうして各絵素を透過した光は偏光板９、
フィールドレンズ５、及び投影レンズ６を介してスクリ
ーン７に投影されカラー画像表示が行われる。

【００７４】従って、この実施の形態３においても、回
転放物面鏡２ａの左側部分からの反射光束が、例えば鉛
直面内でレンズ光軸に対して角度φ傾いた方向から液晶
表示素子の対応する絵素内に取り込まれ、更に回転放物
面鏡２ａの右側部分からの反射光束が、レンズ光軸に対
して角度（−φ）傾いた方向から液晶表示素子の対応す
る絵素内に上記のものと同じだけ取り込まれる。このた
め表示の明るきは従来の約２倍に向上する。

【００７５】また、本実施の形態３では他の実施の形態
１，２に比べ光学系がシンプルであり必要な光学素子も
少なくてすむため、装置の小型化、低コスト化の効果は
大きい。

【００７６】なお、上記実施の形態３では、ウェッジプ
リズムを用いて、その光軸が角度２φをなす２つの平行
光を得るようにしているが、このような２つの光線を得
る方法はこれに限るものではない。

【００７７】その他の方法としては、例えば、図５に示
す回転放物面鏡２ａを光源１を中心にして一定角度時計
回りに回転したものと、その逆方向に同一角度回転した
ものとを重ね合わせた形状とし、図６のように、回転放
物面鏡２ｂの紙面左側半分の放物面鏡部分２ｂ₁からの
反射光の主光線ｍと、その紙面右側半分の放物面鏡部分
２ｂ₂からの反射光の主光線ｍ’とが、上記角度差２φ
をなすようにしてもよい。

【００７８】図６に示すような形状の回転放物面鏡２ｂ
を用いることにより、ウェッジプリズムなどの光学素子
を増やすことなく、その光軸が角度２φをなす２つの平
行光を得ることができ、装置のよりコストダウンを図れ
て好ましい。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明（請求項１）に係る
液晶表示装置によれば、互いに異なる波長域を有する、
それぞれの波長域に対応して第１平面内で規定される入
射角で入射する複数の光束に対し、各光束毎に光変調処
理を施す液晶表示素子を備え、該第１及び第２の投影用
光束群を、これらの間で波長域が同一である各組の２つ
の光束の光軸が該第１平面とは異なる第２平面内で一定
の角度をなし、かつ該液晶表示素子に対する各波長域の
光束の入射角が、該第１平面内で規定される互いに異な
る入射角となるよう、該液晶表示素子に入射させるよう
にしたので、液晶表示素子には、それぞれカラー表示に
必要な波長域に対応する光束を有する２つの投影用光束
群が異なる方向から入射されることとなり、このため、
光源の明るさを増大させたり、平行度の向上のための光
源の縮小や液晶表示素子の各絵素への入射スポットの径
の増大を行ったりすることなく、各絵素に入射する各色
の光の量を増大することができる。

【００８０】例えば、液晶表示素子の入射面側に配置さ
れた偏光板により吸収されるような光を、該偏光板を透
過する透過光とともに、該透過光の光軸とは一定の角度
をなす方向から液晶表示素子に入射させることができ
る。このように本発明では、光源光を無駄なく利用でき
るため従来のものに比べ表示画像が非常に明るくなると
いう効果がある。

【００８１】また、この発明（請求項２）によれば、上
記液晶表示素子において、前記第１及び第２の投影用光
束群の間で同一の波長域を有する各組の２つの光束が、
該波長域に対応する絵素上にその集光スポットを形成す
るよう、マイクロレンズアレイと、液晶表示素子を構成
する絵素との位置関係を設定しているので、第１及び第
２の投影用光束群の光を、すべて、液晶表示素子の各絵
素に対して割り当てることができ、第１及び第２の投影
用光束群の光を無駄なく利用して、液晶表示素子を透過
する光の光量を多くできる。この結果、高効率で明るい
液晶表示素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による投影型カラー液晶
表示装置を説明するための図であり、図１（ａ）は該液
晶表示装置の構成を模式的に示す平面図、図１（ｂ）は
該装置を、図１（ａ）の矢印Ｉｂの方向から見た構造を
示す背面図である。

【図２】上記実施の形態１による投影型カラー液晶表示
装置を説明するための図であり、図２（ａ）は該液晶表
示装置を、図１（ａ）の矢印IIａの方向から見た構造を
示す左側面図、図２（ｂ）は該液晶表示素子における絵
素とマイクロレンズアレイの位置関係を示す図である。

【図３】図３（ａ）は、上記実施の形態１の液晶表示装
置における液晶表示素子の水平面内での構造及び入射光
束の進路を示す図、図３（ｂ）は、該液晶表示素子の鉛
直面内での構造及び入射光束の進路を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態２による投影型カラー液晶
表示装置を説明するための図であり、図４（ａ）は該液
晶表示装置の構成を模式的に示す平面図、図４（ｂ）は
該装置を、図４（ａ）の矢印IVｂの方向から見た構造を
示す背面図、図４（ｃ）の矢印IVｃの方向から見た構造
を示す左側面図である。

【図５】本発明の実施の形態３による投影型カラー液晶
表示装置を説明するための左側面図である。

【図６】本発明の実施の形態３の変形例による投影型カ
ラー液晶表示装置を説明するための左側面図である。

【図７】従来の投影型カラー液晶表示装置を示す平面図
である。

【図８】従来の液晶表示装置を構成する液晶表示素子の
構造を拡大して示す断面拡大図である。

【図９】従来の液晶表示装置における液晶表示素子の水
平面内での構造を示す図である。

【図１０】従来の液晶表示装置における液晶表示素子の
絵素とマイクロレンズアレイとの位置関係を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１、１’ 光源２回転楕円面鏡２ａ、２ａ’、２ｂ回転放物面鏡２ａ₁、２ａ₂，２ｂ₁、２ｂ₂ 放物面鏡部分３コンデンサーレンズ４Ｒ、４Ｇ、４Ｂダイクロイックミラー５フィールドレンズ６投影レンズ７スクリーン８、９偏光板１０マイクロレンズアレイ１０ａマイクロレンズ１１インテグレーター１２液晶表示素子１３偏光ビームスプリッター１４全反射ミラー１５ λ／２板１６ウェッジプリズム２０液晶パネル２１絵素電極２２薄膜トランジスタ２３補助容量２４信号ライン２５ゲートライン２６対向基板２７対向電極２８遮光層３０液晶層３２絵素開口部３３ガラス基板１０１，１０２，１０３投影型カラー液晶表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる波長域を有する、それぞれ
の波長域に対応して第１平面内で規定される入射角で入
射する複数の光束に対し、各光束毎に光変調処理を施す
液晶表示素子と、該液晶表示素子の光出射側に設けられ、該液晶表示素子
を透過した各光束を表示画面上に投影してカラー画像を
合成するための光学系と、波長域が互いに異なる複数の光束からなる第１の投影用
光束群を発生する第１の光束群発生手段と、該第１の投影用光束群における各光束に対応した、該各
光束の波長域と同一の波長域を有する複数の光束からな
る第２の投影用光束群を発生する第２の光束群発生手段
と、該第１及び第２の投影用光束群を、これらの間で波長域
が同一である各組の２つの光束の光軸が該第１平面とは
異なる第２平面内で一定の角度をなし、かつ該液晶表示
素子に対する各波長域の光束の入射角が、該第１平面内
で規定される互いに異なる入射角となるよう、該液晶表
示素子に入射させる光学手段とを備えた投影型カラー液
晶表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投影型カラー液晶表示装
置において、前記液晶表示素子は、前記各波長域に対応した色別に各画素に対応させて設け
られ、該色毎に独立した表示信号を受けて液晶を駆動す
る複数のカラー表示電極と、前記第１及び第２の投影用光束群の間で同一の波長域を
有する各組の２つの光束を、該波長域に対応する色のカ
ラー表示電極で駆動される液晶部位に透過せしめるマイ
クロレンズアレイとを備えている投影型カラー液晶表示
装置。