JP2823722B2 - 偏光合成素子及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、不定偏光光から直線偏
光光を作り出し、光源からの光の利用効率の向上を図る
ことが可能な偏光合成素子及びこれを用いた液晶表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直線偏光光を利用する素子とし
て、代表的なものにＴＮ液晶表示素子があり、これを液
晶ライトバルブとして用いた液晶表示装置としては、例
えば、特開昭６３−１５２２５号公報または特開昭６３
−１１６１２３号公報に記載のように、単一光源から出
力された白色光をダイクロイックミラーにより、赤，
青，緑の色の三原色に分光し、この三原色光を３枚の液
晶ライトバルブにそれぞれ入射することにより、三原色
に対応する画像を得て、これら画像をダイクロイックミ
ラー、あるいは、ダイクロイックプリズムを用いて合成
することにより、カラー画像を得て、このカラー画像を
１本の投写レンズを用いて、スクリーン上に拡大投写さ
せるものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、液晶ライトバルブとして用いる液晶表示素子は、そ
の両端が偏光板によってそれぞれ構成されており、これ
により、液晶表示素子に入射した光線は、Ｐ偏光光ある
いはＳ偏光光のうち一方しか出射されない。すなわち、
液晶表示素子を透過する光量、すなわち、光の利用効率
は半減し、かなりの光の損失が生じてしまう。

【０００４】ここで、Ｐ偏光光とは入射面に対して平行
な偏光面（電気ベクトルの振動している平面）をもつ直
線偏光光のことをいい、Ｓ偏光光とは入射面に対して垂
直な偏光面をもつ直線偏光光のことをいう。

【０００５】例えば、従来では、前記偏光板として一般
に染料（２色性色素）を分有する偏光板を用いており、
その場合、Ｐ偏光光を透過する素子では、Ｓ偏光光は吸
収するので光の損失が生じてしまう。

【０００６】また、上記従来技術においては、液晶表示
素子の開口率に問題があることも同様に指摘されてい
た。ここでは、開口率は次のように定義する。 開口率＝１画素中の表示に寄与する有効面積／１画素全
領域の面積

【０００７】すなわち、その問題というのは、液晶表示
素子のうち、表示に寄与しない部分が大きいと開口率は
小さくなり、光の利用効率が悪くなるということであ
る。表示に寄与しない部分（遮光部）としては、各電極
の金属配線，個々の画素を個別に制御する手段として付
加された非線形素子あるいはスイッチング素子，画素電
極の周囲のギャプなどが挙げられる。

【０００８】また、同一液晶表示素子のパネルサイズで
精細度を高くするには画素ピッチを小さくする必要があ
るが、この場合、液晶表示素子の構成要素のすべてを相
似的に縮小できれば開口率は変化しないが、エッチング
精度，位置合わせ精度の点から、電極の金属配線の幅や
付加素子の大きさはある程度以下には小さくできない。
その結果、精細度を高くしていくと開口率が小さくなる
という問題がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、Ｐ偏光光（あるいはＳ偏光光）の
みならず、Ｓ偏光光（あるいはＰ偏光光）をも有効に利
用して、光の利用効率を向上させ明るい画像を得ること
のできる偏光合成素子及びこれを用いた液晶表示装置を
提供することにある。さらに、液晶表示素子の開口率を
大きくして、光の利用効率を向上させ明るい画像を得る
ことのできる液晶表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの不定偏光光をＰ偏光光とＳ
偏光光の２つの直線偏光に分離する偏光ビームスプリッ
ターと、互いに直交する光軸上に４５度傾けた状態で反
射面が配置されるように構成され、前記偏光ビームスプ
リッターによって分離した偏光光のうちＳ偏光光（また
はＰ偏光光）を、もう一方の偏光光の偏光方向と等しく
なるように変換し（すなわち、Ｐ偏光光（またはＳ偏光
光）に変換し）、液晶表示素子に入射させる２個の直角
プリズムと、によって偏光合成素子を構成するようにし
た。

【００１１】そして偏光ビームスプリッターによって分
離して得られたＰ偏光光（またはＳ偏光光）の光軸と前
記直角プリズムにより偏光方向を変換して得られたＰ偏
光光（またはＳ偏光光）の光軸はそれぞれ偏心してお
り、この偏心による光の利用効率の低下を防止するため
に、光軸をそれぞれ所定量偏心した少なくとも２枚の偏
心レンズを更に付加して偏光合成素子を構成することと
した。

【００１２】さらに、前記偏光合成素子を構成する少な
くとも２枚の偏心レンズより出射された偏光光を透過す
ることにより画像を表示する液晶表示素子において、各
マイクロレンズがそれぞれ前記液晶表示素子における画
素配列と等しくなるよう配列され、各マイクロレンズの
形状がそれぞれ１画素に対応する領域の形状（正方形、
矩形など）と等しい平面レンズアレイを、前記偏光光の
入射される側の透明基板上に密着し、各マイクロレンズ
の焦点がそれぞれ液晶の層の中またはその近傍で、か
つ、画素電極のほぼ中央に位置するよう、設けるように
した。さらには、前記平板マイクロレンズアレイとして
屈折率分布型マイクロレンズアレイを用いることによっ
て、前記透過型の液晶表示素子の、前記偏光光の入射さ
れる側の透明基板として代用させるようにした。

【００１３】

【作用】光源より出射した光線は凹面鏡により反射し、
集束レンズ系に入射する。集束レンズ系に入射した光線
は、集束された後、ほぼ平行光束となって偏光ビームス
プリッターと直角プリズムにより構成される偏光合成素
子に入射する。

【００１４】ここで、集束レンズ系より出射した光線は
不定偏光光であって、偏光ビームスプリッターに入射し
て、Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離される。偏光ビームス
プリッターにより分離されたＳ偏光光（またはＰ偏光
光）は、互いに直交する光軸上に４５度傾けた状態で反
射面が配置するように構成した２個の直角プリズムによ
り、その進路をそれぞれ９０度折り曲げられてＰ偏光光
（またはＳ偏光光）に変換される。これにより、光軸の
異なる隣接した２つの出射面、すなわち、偏光ビームス
プリッターの出射面と直角プリズムの出射面より、それ
ぞれ、偏光方向が同一の偏光光、すなわち、Ｐ偏光光
（またはＳ偏光光）が同一の方向に出射し、発散レンズ
系に入射する。

【００１５】そして、このＰ偏光光（またはＳ偏光光）
は一般には発散レンズ系により発散されて液晶表示素子
に入射する。ここで、前記偏光合成素子出射後の光線
は、先に集束レンズ系により、液晶表示素子に対してか
なり小さく絞られているので、偏光ビームスプリッター
によって分離して得られたＰ偏光光（またはＳ偏光光）
と直角プリズムにより偏光方向を変換して得られたＰ偏
光光（またはＳ偏光光）との光軸の偏心による液晶表示
素子に入射する光の利用効率の低下はほぼなくなり、明
るい画像が得られる。

【００１６】本発明では、発散レンズ系の代わりに、光
軸がそれぞれに所定量偏心した２枚の偏心レンズによっ
て、光軸の異なる隣接した２つの出射面（偏光ビームス
プリッターの出射面と直角プリズムの出射面）より出射
する偏光光の光軸ずれを補正して明るい画像を得てい
る。また、２個の直角プリズムの代わりに、ミラー等の
反射板を２枚使用しても良い。

【００１７】さらに、本発明のように、偏光光の入射さ
れる側の透明基板上に平板マイクロレンズを密着して設
けることにより、入射光が有効に画素電極に導かれ、各
電極の金属配線、個々の画素を個別に制御する手段とし
て付加された非線形素子あるいはスイッチング素子、画
素電極の周囲のギャプなどの表示に寄与しない部分（遮
光部）で遮断されることによる入射光のケラレがほとん
ど生じないために、開口率が大きく明るい画像の表示が
得られる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明するわけであるが、その前に、図１は本発明の実施
例を理解するのに役立つ液晶表示装置を示す構成図であ
るが、これについて説明する。

【００１９】図１において、１は光源であり、例えばメ
タルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色光源であ
る。２は凹面鏡であり、３は光源１からの白色光を集束
するための集束レンズ系であり、１枚の正のパワーを有
するレンズ（凸レンズ）と１枚の負のパワーを有するレ
ンズ（凹レンズ）により構成される。４は偏光合成素子
であり、偏光手段としての偏光ビームスプリッターと変
換手段としての２個の直角プリズムにより構成される。
５は偏光合成素子４を出射した後の光線を発散するため
の発散レンズ系であり、１枚の負のパワーを有するレン
ズと１枚の正のパワーを有するレンズにより構成され
る。６は液晶表示素子であり、７は液晶表示素子６上の
表示画像を拡大するための投写レンズであり、８はスク
リーンである。９〜１３はいずれも液晶表示素子６の駆
動回路であり、そのうち、９はビデオ・クロマ処理回
路、１０はＲＧＢ出力回路、１１はＸドライバ、１２は
同期処理回路、１３はコントローラ、１４はＹドライバ
である。

【００２０】以下、本装置の動作について説明する。上
記構成において、光源１は凹面鏡２の焦点位置近傍に配
置されており、光源１からの白色光は凹面鏡２を反射し
てほぼ平行光束となり、集束レンズ系３に入射する。集
束レンズ系３に入射した光線は該集束レンズ系３の正の
パワーを有するレンズにより集束され、負のパワーを有
するレンズによりほぼ平行光束となり、偏光合成素子４
を介して発散レンズ系５に入射する。発散レンズ系５に
入射した光線は該発散レンズ系５の負のパワーを有する
レンズにより発散され、正のパワーを有するレンズによ
りほぼ平行光束となり、液晶表示素子６に入射する。そ
して、液晶表示素子６上に表示された画像は、投写レン
ズ７により拡大され、その結果、スクリーン８上に拡大
した画像が得られる。

【００２１】また、レーザーディスク，ＶＴＲ等（図示
せず）から入力されたビデオ入力はビデオ・クロマ処理
回路９により処理された後、ＲＧＢ出力回路１０に入力
される。ＲＧＢ出力回路１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する
映像信号を、液晶表示素子６をＡＣ駆動するため、垂直
期間ごとに極性反転し、Ｘドライバ１１を介して液晶表
示素子６に入力する。なお、前記ビデオ・クロマ処理回
路９，ＲＧＢ出力回路１０，Ｘドライバ１１及びＹドラ
イバ１４は同期処理回路１２，コントローラ１３により
同期がとられている。

【００２２】次に、図２を用いて図１の偏光合成素子４
の構成及び動作について詳細に説明する。図２は図１の
偏光合成素子を示す斜視図である。

【００２３】図２において、１５は不定偏光光をＰ偏光
光とＳ偏光光の２つの直線偏光光に分離するための偏光
手段としての偏光ビームスプリッターであり、１６は該
偏光ビームスプリッター１５により分離して得られたＰ
偏光光をＳ偏光光に変換するための変換手段としての２
個の直角プリズムである。

【００２４】集束レンズ系３を出射し、偏光ビームスプ
リッター１５に入射する光線１７は不定偏光光１８であ
り、該不定偏光光１８は前記偏光ビームスプリッター１
５によりＰ偏光光１９とＳ偏光光２０の２つの直線偏光
光に分離される。そのうち、Ｐ偏光光１９は偏光ビーム
スプリッター１５を透過してそのまま発散レンズ系５を
介して液晶表示素子６に入射する。

【００２５】一方、Ｓ偏光光２０は偏光ビームスプリッ
ター１５を反射して、互いに直交する光軸上に４５度傾
けた状態で反射面が配置されるように構成した２個の直
角プリズム１６に入射し、それら直角プリズム１６によ
ってその進路をそれぞれ９０度折り曲げられながら２回
の反射によりＰ偏光光２１に変換されて、発散レンズ系
５を介して液晶表示素子６に入射する。

【００２６】この様に、集束レンズ系３より出射された
不定偏光光１８を、偏光合成素子４によって、すべてＰ
偏光光（Ｐ偏光光１９とＰ偏光光２１）にして液晶表示
素子６に入射させることにより、入射した光線はすべて
液晶表示素子６の偏光板を通過するので、従来、液晶表
示素子４においては、光源からの不定偏光光のうち、Ｐ
偏光光あるいはＳ偏光光のいずれか一方の直線偏光光の
みしか利用できなかったものが、本装置では、光源から
の不定偏光光のほぼ全て、言い替えれば、Ｐ偏光光とＳ
偏光光の両偏光光を有効に利用でき、光の利用効率を大
幅に改善することができる。

【００２７】なお、図２に示すように、本装置における
偏光合成素子４は構成部品として２個の直角プリズム１
６を使用したが、これは、ミラー等の反射板を使用して
もよい。しかし、本装置のように直角プリズム１６を使
用することにより、前記偏光合成素子４の構成部品（偏
光ビームスプリッター１５、直角プリズム１６）を相互
に光学的接着により一体化することができ、これによっ
て偏光ビームスプリッター１５に入射した光が直角プリ
ズム１６から出射されるまで外に洩れなくすることがで
きるので、光の利用効率が良く、さらにコンパクトな偏
光合成素子４を実現できる。

【００２８】一方、発散レンズ系５では、前述したよう
に、入射した光線を負のパワーを有するレンズにより発
散させ、正のパワーを有するレンズによりほぼ平行光束
として、液晶表示素子６に入射しているが、ここで、発
散レンズ系５の負のパワーを有するレンズの有効径は偏
光合成素子４を出射する光束よりも大きくなっている。
さらに、光源１からの光線は集束レンズ系３により集束
され、この集束された状態でＰ偏光光とＳ偏光光とに分
離、偏光変換され、その後、発散レンズ系５により発散
されて液晶表示素子６に入射しているので、偏向合成素
子４におけるＰ偏光光１９，２１の光軸の偏心による光
の利用効率の低下はほぼなくなり、明るい画像が得られ
る。

【００２９】以上説明したように、従来は、光源からの
不定偏光光のうち、Ｐ偏光光あるいはＳ偏光光のいずれ
か一方の直線偏光光のみしか利用されていなかったもの
が、本装置においては、光源からの不定偏光光のほぼ全
て、言い替えれば、Ｐ偏光光とＳ偏光光の両偏光光を有
効に利用することができるので、光の利用効率が大幅に
改善される。

【００３０】次に、以上説明した図１の装置に対する変
形例について以下説明する。図３は図１の装置に対する
第１の変形例の概略を示す構成図であり、特に光源１か
ら液晶表示素子６までで構成される照明光学系の構成を
示している。図３において、図１と対応する構成要素に
は同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００３１】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ６０ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ ６０ ｄ₃ ＝ ２０ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ ∞ ｄ₄ ＝ ７５ ｒ₅ ＝−２４ ｄ₅ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₆ ＝ ２４ ｄ₆ ＝ １５ ｒ₇ ＝ − ｄ₇ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₈ ＝ − ｄ₈ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₉ ＝−４０ ｄ₉ ＝ ５ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝ ４０ ｄ₁₀＝ ８５ ｒ₁₁＝ ∞ ｄ₁₁＝ １８ ｎ₄＝1.51633 γ₄＝64.15 ｒ₁₂＝−７５ ｄ₁₂＝ ２０ ｒ₁₃＝ − ｄ₁₃＝ − （液晶表示素子面）

【００３２】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００３３】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離１１mm、有効径８０mmの放物
形状のものを用いた。第７、８面は偏光合成素子面であ
り、１０mm×１０mmの偏光ビームスプリッター及び、１
０mm×１０mmの直角プリズムである。第１３面は液晶表
示素子面であり、３インチ（６１mm×４６mm）のＴＦＴ
液晶表示素子を用いた。

【００３４】光源１は凹面鏡２の焦点位置に配置されて
いるので、光源１から射出する光線は平行光束となり、
集束レンズ系３に入射し、集束レンズ系３の正のパワー
を有するレンズにより集束され、負のパワーを有するレ
ンズにより平行光束となる。この時、凹面鏡２から射出
する光束はφ８０mmであり、集束レンズ系３の正のパワ
ーを有するレンズによりφ１５mmまで絞られ、さらに、
負のパワーを有するレンズにより平行光束となり、偏光
合成素子４に入射する。偏光合成素子４射出後の光束は
発散レンズ系５の負のパワーを有するレンズによりφ８
０mmまで発散され、正のパワーを有するレンズにより平
行光束となり、液晶表示素子６に入射する。このとき、
偏光合成素子４を出射する光線はすべてＰ偏光光であ
り、すべて液晶表示素子６の偏光板を通過するので、光
の利用効率が大幅に改善できる。

【００３５】図４は図１の装置に対する第２の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
４において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００３６】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ６０ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ ６０ ｄ₃ ＝ ２０ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ ∞ ｄ₄ ＝ ７５ ｒ₅ ＝−２４ ｄ₅ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₆ ＝ ２４ ｄ₆ ＝ １５ ｒ₇ ＝ − ｄ₇ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₈ ＝ − ｄ₈ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₉ ＝ ２５ ｄ₉ ＝ ５ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−２５ ｄ₁₀＝ ９０ ｒ₁₁＝ ∞ ｄ₁₁＝ ２０ ｎ₄＝1.51633 γ₄＝64.15 ｒ₁₂＝−５５ ｄ₁₂＝ ２０ ｒ₁₃＝ − ｄ₁₃＝ − （液晶表示素子面）

【００３７】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００３８】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離１１mm、有効径８０mmの放物
形状のものを用いた。第７、８面は偏光合成素子面であ
り、１０mm×１０mmの偏光ビームスプリッター及び、１
０mm×１０mmの直角プリズムである。第１３面は液晶表
示素子面であり、３インチ（６１mm×４６mm）のＴＦＴ
液晶表示素子を用いた。

【００３９】本変形例では、集束レンズ系３を１枚の正
のパワーを有するレンズと１枚の負のパワーを有するレ
ンズにより構成しており、発散レンズ系５を２枚の正の
パワーを有するレンズにより構成している。

【００４０】光源１は凹面鏡２の焦点位置に配置されて
おり、光源１からの白色光は平行光束となり、集束レン
ズ系３に入射する。集束レンズ系３に入射する光線は正
のパワーを有するレンズにより集光され、負のパワーを
有するレンズによりほぼ平行光束となり、偏光合成素子
４に入射する。

【００４１】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。ここ
で、発散レンズ系５の２枚の正のパワーを有するレンズ
は、光源側にある正のパワーを有するレンズの液晶表示
素子側の焦点位置と、液晶表示素子側にある正のパワー
を有するレンズの光源側の焦点位置とが一致するように
配置されているので、発散レンズ系５に入射した光線は
平行光束となって、液晶表示素子６に入射する。

【００４２】図５は図１の装置に対する第３の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
５において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００４３】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ６０ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ ５５ ｄ₃ ＝ ２４ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ ∞ ｄ₄ ＝ ９５ ｒ₅ ＝ １５ ｄ₅ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₆ ＝−１５ ｄ₆ ＝ １５ ｒ₇ ＝ − ｄ₇ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₈ ＝ − ｄ₈ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₉ ＝−４０ ｄ₉ ＝ ５ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝ ４０ ｄ₁₀＝ ８５ ｒ₁₁＝ ∞ ｄ₁₁＝ ２０ ｎ₄＝1.51633 γ₄＝64.15 ｒ₁₂＝−７５ ｄ₁₂＝ ２０ ｒ₁₃＝ − ｄ₁₃＝ − （液晶表示素子面）

【００４４】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００４５】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離１１mm、有効径８０mmの放物
形状のものを用いた。第７、８面は偏光合成素子面であ
り、１０mm×１０mmの偏光ビームスプリッター及び、１
０mm×１０mmの直角プリズムである。第１３面は液晶表
示素子面であり、３インチ（６１mm×４６mm）のＴＦＴ
液晶表示素子を用いた。

【００４６】本変形例では、集束レンズ系３を２枚の正
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を１枚の負のパワーを有するレンズと１枚の正の
パワーを有するレンズにより構成している。

【００４７】光源１は凹面鏡２の焦点位置に配置されて
おり、光源１からの白色光は平行光束となり、集束レン
ズ系３に入射する。ここで、集束レンズ系３の２枚の正
のパワーを有するレンズは、光源側にある正のパワーを
有するレンズの液晶素子側の焦点位置と、液晶表示素子
側にある正のパワーを有するレンズの光源側の焦点位置
とが一致するように配置されているので、集束レンズ系
３に入射した光束は平行光束となって、偏光合成素子４
に入射する。

【００４８】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。発散レ
ンズ系５に入射した光線は、発散レンズ系５の中の負の
パワーを有するレンズで発散され、正のパワーを有する
レンズにより平行光束となり、液晶表示素子６に入射す
る。

【００４９】図６は図１の装置に対する第４の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
６において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００５０】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ６０ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ ５５ ｄ₃ ＝ ２４ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ ∞ ｄ₄ ＝ ９５ ｒ₅ ＝ １５ ｄ₅ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₆ ＝−１５ ｄ₆ ＝ １５ ｒ₇ ＝ − ｄ₇ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₈ ＝ − ｄ₈ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₉ ＝ ２５ ｄ₉ ＝ ５ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−２５ ｄ₁₀＝ ９０ ｒ₁₁＝ ∞ ｄ₁₁＝ ２０ ｎ₄＝1.51633 γ₄＝64.15 ｒ₁₂＝−５５ ｄ₁₂＝ ２０ ｒ₁₃＝ − ｄ₁₃＝ − （液晶表示素子面）

【００５１】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００５２】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離１１mm、有効径８０mmの放物
形状のものを用いた。第７、８面は偏光合成素子段面で
あり、１０mm×１０mmの偏光ビームスプリッター及び、
１０mm×１０mmの直角プリズムである。第１３面は液晶
表示素子面であり、３インチ（６１mm×４６mm）のＴＦ
Ｔ液晶表示素子を用いた。

【００５３】本変形例では、集束レンズ系３を２枚の正
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を２枚の２枚の正のパワーを有するレンズにより
構成している。

【００５４】光源１は凹面鏡２の焦点位置に配置されて
おり、光源１からの白色光は平行光束となり、集束レン
ズ系３に入射する。ここで、集束レンズ系３の２枚の正
のパワーを有するレンズは、光源側にある正のパワーを
有するレンズの液晶素子側の焦点位置と、液晶素子側に
ある正のパワーを有するレンズの光源側の焦点位置とが
一致するように配置されているので、集束レンズ系３に
入射した光束は平行光束となって、偏光合成素子４に入
射する。

【００５５】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。ここ
で、発散レンズ系５の２枚の正のパワーを有するレンズ
は、光源側にある正のパワーを有するレンズの液晶表示
素子側の焦点位置と、液晶表示素子側にある正のパワー
を有するレンズの光源側の焦点位置とが一致するように
配置されているので、発散レンズ系５に入射した光線は
平行光束となって、液晶表示素子６に入射する。

【００５６】図７は図１の装置に対する第５の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
７において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００５７】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝１００ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ １７ ｄ₃ ＝ １０ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝−１７ ｄ₄ ＝ １５ ｒ₅ ＝ − ｄ₅ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₆ ＝ − ｄ₆ ＝ １５ （偏光合成素子射面） ｒ₇ ＝−３０ ｄ₇ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₈ ＝ ３０ ｄ₈ ＝ ８５ ｒ₉ ＝ ∞ ｄ₉ ＝ １８ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−７５ ｄ₁₀＝ ２０ ｒ₁₁＝ − ｄ₁₁＝ − （液晶表示素子面）

【００５８】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００５９】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離３７mm、離心率０．７４、有
効径６６mmの楕円形状のものを用いた。第７、８面は偏
光合成素子面であり、１０mm×１０mmの偏光ビームスプ
リッター及び、１０mm×１０mmの直角プリズムである。
第１３面は液晶表示素子面であり、３インチ（６１mm×
４６mm）のＴＦＴ液晶表示素子を用いた。

【００６０】本変形例では、集束レンズ系３を１枚の正
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を１枚の負のパワーを有するレンズと１枚の正の
パワーを有するレンズにより構成している。

【００６１】光源１は凹面鏡２の第１焦点位置（液晶表
示素子６とは反対側の焦点位置）に配置されており、光
源１からの白色光は凹面鏡２の第２焦点位置（液晶表示
素子６側の焦点位置）に一旦焦点をむすんだ後、集束レ
ンズ系３に入射する。ここで、集束レンズ系３の１枚の
正のパワーを有するレンズは、凹面鏡２の第２焦点位置
（液晶表示素子６側の焦点位置）と正のパワーを有する
レンズの焦点位置とが一致するよう配置されているの
で、集束レンズ系３に入射した光束は平行光束となっ
て、偏光合成素子４に入射する。

【００６２】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。発散レ
ンズ系５に入射した光線は、発散レンズ系５の中の負の
パワーを有するレンズで発散され、正のパワーを有する
レンズにより平行光束となり、液晶表示素子６に入射す
る。

【００６３】図８は図１の装置に対する第６の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
８において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００６４】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝１００ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝ １７ ｄ₃ ＝ １０ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝−１７ ｄ₄ ＝ １５ ｒ₅ ＝ − ｄ₅ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₆ ＝ − ｄ₆ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₇ ＝−３０ ｄ₇ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₈ ＝ ３０ ｄ₈ ＝ ８５ ｒ₉ ＝ ∞ ｄ₉ ＝ １８ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−７５ ｄ₁₀＝ ２０ ｒ₁₁＝ − ｄ₁₁＝ − （液晶表示素子面）

【００６５】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００６６】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離３７mm、離心率０．７４、有
効径６６mmの楕円形状のものを用いた。第７、８面は偏
光合成素子面であり、１０mm×１０mmの偏光ビームスプ
リッター及び、１０mm×１０mmの直角プリズムである。
第１３面は液晶表示素子面であり、３インチ（６１mm×
４６mm）のＴＦＴ液晶表示素子を用いた。

【００６７】本変形例では、集束レンズ系３を１枚の正
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を２枚の正のパワーを有するレンズにより構成し
ている。

【００６８】光源１は凹面鏡２の第１焦点位置（液晶表
示素子６とは反対側の焦点位置）に配置されており、光
源１からの白色光は凹面鏡２の第２焦点位置（液晶表示
素子６側の焦点位置）に一旦焦点をむすんだ後、集束レ
ンズ系３に入射する。ここで、集束レンズ系３の１枚の
正のパワーを有するレンズは、凹面鏡２の第２焦点位置
（液晶表示素子６側の焦点位置）と正のパワーを有する
レンズの焦点位置とが一致するよう配置されているの
で、集束レンズ系３に入射した光束は平行光束となっ
て、偏光合成素子４に入射する。

【００６９】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。ここ
で、発散レンズ系５の２枚の正のパワーを有するレンズ
は、光源側にある正のパワーを有するレンズの液晶表示
素子側の焦点位置と、液晶表示素子側にある正のパワー
を有するレンズの光源側の焦点位置とが一致するように
配置されているので、発散レンズ系５に入射した光線は
平行光束となって、液晶表示素子６に入射する。

【００７０】図９は図１の装置に対する第７の変形例の
概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素子
６までで構成される照明光学系の構成を示している。図
９において、図１と対応する構成要素には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。

【００７１】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ７４ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝−１４ ｄ₃ ＝ ５ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ １４ ｄ₄ ＝ １５ ｒ₅ ＝ − ｄ₅ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₆ ＝ − ｄ₆ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₇ ＝−３０ ｄ₇ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₈ ＝ ３０ ｄ₈ ＝ ８５ ｒ₉ ＝ ∞ ｄ₉ ＝ １８ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−７５ ｄ₁₀＝ ２０ ｒ₁₁＝ − ｄ₁₁＝ − （液晶表示素子面）

【００７２】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００７３】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離３７mm、離心率０．７４、有
効径６６mmの楕円形状のものを用いた。第７、８面は偏
光合成素子面であり、１０mm×１０mmの偏光ビームスプ
リッター及び、１０mm×１０mmの直角プリズムである。
第１３面は液晶表示素子面であり、３インチ（６１mm×
４６mm）のＴＦＴ液晶表示素子を用いた。

【００７４】本変形例では、集束レンズ系３を１枚の負
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を１枚の負のパワーを有するレンズと１枚の正の
パワーを有するレンズにより構成している。

【００７５】光源１からの白色光は凹面鏡２反射後、集
束レンズ系３に入射し、集束レンズ系３の負のパワーを
有するレンズにより平行光束となり、偏光合成素子４に
入射する。

【００７６】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。発散レ
ンズ系５に入射した光線は、発散レンズ系５の中の負の
パワーを有するレンズで発散され、正のパワーを有する
レンズにより平行光束となり、液晶表示素子６に入射す
る。

【００７７】図１０は図１の装置に対する第８の変形例
の概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表示素
子６までで構成される照明光学系の構成を示している。
図１０において、図１と対応する構成要素には同一符号
を付し、その詳細説明は省略する。

【００７８】以下、本変形例における具体的な数値例を
あげる。 ｒ₁ ＝ − ｄ₁ ＝−１１ （光源面） ｒ₂ ＝ − ｄ₂ ＝ ７４ （凹面鏡面） ｒ₃ ＝−１４ ｄ₃ ＝ ５ ｎ₁＝1.51633 γ₁＝64.15 ｒ₄ ＝ １４ ｄ₄ ＝ １５ ｒ₅ ＝ − ｄ₅ ＝ １０ （偏光合成素子入射面） ｒ₆ ＝ − ｄ₆ ＝ １５ （偏光合成素子出射面） ｒ₇ ＝ ２５ ｄ₇ ＝ ５ ｎ₂＝1.51633 γ₂＝64.15 ｒ₈ ＝−２５ ｄ₈ ＝ ９０ ｒ₉ ＝ ∞ ｄ₉ ＝ ２０ ｎ₃＝1.51633 γ₃＝64.15 ｒ₁₀＝−５５ ｄ₁₀＝ ２０ ｒ₁₁＝ − ｄ₁₁＝ − （液晶表示素子面）

【００７９】上記において、ｒ_iは光源側からｉ番目の
レンズ面の曲率半径であって、曲率中心が液晶表示素子
側にあるとき正、光源側に有るときを負としている。ｄ
_iは同じくｉ番目のレンズ面とこれと隣わる（ｉ＋１）
番目レンズ面との間の光軸上での距離を表す。ｎ_j、γ_j
はそれぞれ光源側からｊ番目のレンズの屈折率、アッベ
数である。

【００８０】また、第１面は光源面であり、本変形例で
は１５０ｗのメタルハライドランプを用いた。第２面は
凹面鏡面であり、焦点距離３７mm、離心率０．７４、有
効径６６mmの楕円形状のものを用いた。第７、８面は偏
光合成素子面であり、１０mm×１０mmの偏光ビームスプ
リッター及び、１０mm×１０mmの直角プリズムである。
第１３面は液晶表示素子面であり、３インチ（６１mm×
４６mm）のＴＦＴ液晶素子を用いた。

【００８１】本変形例では、集束レンズ系３を１枚の負
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５を２枚の正のパワーを有するレンズにより構成し
ている。

【００８２】光源１からの白色光は凹面鏡２反射後、集
束レンズ系３に入射し、集束レンズ系３の負のパワーを
有するレンズにより平行光束となり、偏光合成素子４に
入射する。

【００８３】この平行光束は偏光合成素子４により、Ｓ
偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変
換されたＳ偏光光は発散レンズ系５に入射する。ここ
で、発散レンズ系５の２枚の正のパワーを有するレンズ
は、光源側にある正のパワーを有するレンズの液晶表示
素子側の焦点位置と、液晶表示素子側にある正のパワー
を有するレンズの光源側の焦点位置とが一致するように
配置されているので、発散レンズ系５に入射した光線は
平行光束となって、液晶表示素子６に入射する。

【００８４】以上述べた各変形例では、約１．７倍から
約１．９倍、液晶表示素子通過後の照度が向上した。な
お、前記集束レンズ系３のレンズに非球面レンズを用い
ればレンズ枚数の削減及び輝度むら等の性能が著しく改
善される。

【００８５】ところで、以上説明した図１の装置及びそ
れに対する各変形例では、すべて、液晶表示素子を１枚
のみしか用いていないが、いわゆる色の３原色（Ｒ，
Ｇ，Ｂ）に対応する３枚の液晶表示素子を用いることも
できる。そこで、図１の装置に対する応用例として、そ
の様な３枚の液晶表示素子を用いた液晶表示装置につい
て図１１を用いて説明する。

【００８６】図１１は図１の装置に対する一応用例の概
略を示す構成図である。図１１において、図１と対応す
る構成要素には同一符号を付し、その詳細説明は省略す
る。その他、３３は全反射ミラー、３４はＢＧ反射ダイ
クロイックミラー、３５、３６はＢ反射ダイクロイック
ミラー、３７はＧ反射ダイクロイックミラーである。

【００８７】光源１から出射する白色光は凹面鏡２を反
射し、集束レンズ系３に入射する。本応用例では、集束
レンズ系３を１枚の正のパワーを有するレンズと１枚の
負のパワーを有するレンズにより構成しており、集束レ
ンズ系３に入射した光線は該集束レンズ系３の正のパワ
ーを有するレンズにより集束され、負のパワーを有する
レンズによりほぼ平行光束となり、偏光合成素子４に入
射する。

【００８８】偏光合成素子４に入射した光束は偏光ビー
ムスプリッターと直角プリズムによりＳ偏光光はＰ偏光
光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変換されたＳ偏光
光は発散レンズ系５に入射する。本応用例では、発散レ
ンズ系５を１枚の負のパワーを有するレンズと１枚の正
のパワーを有するレンズにより構成しており、発散レン
ズ系５に入射した光線は負のパワーを有するレンズによ
り発散され、正のパワーを有するレンズによりほぼ平行
光束となって出射する。

【００８９】該発散レンズ系５を出射した光線は、該光
線の光軸に対して４５°の角度に配置された全反射ミラ
ー３３によりその進路を９０°折り曲げられて、該光線
の光軸に対して４５°の角度に配置されたＢ（青）、Ｇ
（緑）反射のＢＧ反射ダイクロイックミラー３４に入射
し、Ｂ、Ｇは反射し、Ｒ（赤）は透過する。

【００９０】ＢＧ反射ダイクロイックミラー３４を反射
したＢ、Ｇは、該光線の光軸に対して４５°の角度に配
置されたＢ反射のＢ反射ダイクロイックミラー３５に入
射し、ＢはＢ反射ダイクロイックミラー３５を反射し、
Ｂ用の液晶表示素子６に入射し、ＧはＢ反射ダイクロイ
ックミラー３５を透過し、Ｇ用の液晶表示素子６に入射
する。一方、ＢＧ反射ダイクロイックミラー３４を透過
したＲは、該光線の光軸に対して４５°の角度に配置さ
れた全反射ミラー３３によりその進路を９０°折り曲げ
られて、Ｒ用の液晶表示素子６に入射する。

【００９１】さらに、Ｂ用の液晶表示素子６を出射した
Ｂは、該光線の光軸に対して４５°の角度に配置された
Ｂ反射のＢ反射ダイクロイックミラー３６を反射し、該
光線の光軸に対して４５°の角度に配置されたＧ反射の
Ｇ反射ダイクロイックミラー３７を透過し、投写レンズ
７に入射する。

【００９２】Ｇ用の液晶表示素子６を出射したＧは、該
光線の光軸に対して４５°の角度に配置された全反射ミ
ラー３３を反射し、該光線の光軸に対して４５°の角度
に配置されたＧ反射のＧ反射ダイクロイックミラー３７
を反射し、投写レンズ７に入射する。Ｒ用の液晶表示素
子６を出射したＲは、Ｂ反射ダイクロイックミラー３６
を透過し、Ｇ反射ダイクロイックミラー３７を透過し、
投写レンズ７に入射する。

【００９３】そして、前記Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の液晶表示
素子６上に表示された画像は投写レンズ７により拡大さ
れ、その結果、スクリーン８上に拡大した画像を得る。
ここで、各液晶表示素子６を出射し、投写レンズ７に入
射するＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれの光軸が一致しており、
さらに、各液晶表示素子６から投写レンズ７までの距離
が一致しているので、スクリーン８上にはＲ、Ｇ、Ｂの
合成されたカラーの拡大画像が得られる。

【００９４】次に、以上を踏まえて、本発明の一実施例
として、図１の装置のそれとは異なる偏光合成素子を用
いた液晶表示装置について説明する。図１２は本発明の
一実施例としての液晶表示装置を示す構成図である。図
１２において、図１と対応する構成要素には同一符号を
付し、その詳細説明は省略する。その他、４’は偏光合
成素子である。

【００９５】以下、本実施例の動作について説明する。
上記構成において、光源１は凹面鏡２（ここでは放物形
状）の焦点位置近傍に配置されており、光源１からの白
色光は凹面鏡２を反射してほぼ平行光束となり、集束レ
ンズ系３に入射する。集束レンズ系３に入射した光線は
該集束レンズ系３の正のパワーを有するレンズにより集
束され、その横断面の面積が液晶表示素子６の表示面の
面積の約１／４の大きさになったら、負のパワーを有す
るレンズによりほぼ平行光束となって、偏光合成素子
４’に入射する。従って、集束レンズ系３を介すること
により、光線は、平行光束の状態を保ったまま、その横
断面の面積が液晶表示素子６の表示面の面積の約１／４
の大きさになって、偏光合成素子４’に入射することに
なる。具体的に、本実施例では液晶表示素子６として
１．７インチ相当のパネルを使用し、集束レンズ系３を
介することにより光線をφ１５mmまで絞り込んでいる。

【００９６】偏光合成素子４’を出射した光線は液晶表
示素子６に入射する。そして、液晶表示素子６上に表示
された画像は、投写レンズ７により拡大され、その結
果、スクリーン８上に拡大した画像が得られる。

【００９７】また、レーザーディスク，ＶＴＲ等（図示
せず）から入力されたビデオ入力はビデオ・クロマ処理
回路９により処理された後、ＲＧＢ出力回路１０に入力
される。ＲＧＢ出力回路１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する
映像信号を、液晶表示素子６をＡＣ駆動するため、垂直
期間ごとに極性反転し、Ｘドライバ１１を介して液晶表
示素子６に入力する。なお、前記ビデオ・クロマ処理回
路９，ＲＧＢ出力回路１０，Ｘドライバ１１及びＹドラ
イバ１４は同期処理回路１２，コントローラ１３により
同期がとられている。

【００９８】次に、図１３を用いて図１２の偏光合成素
子４’の構成及び動作について詳細に説明する。図１３
は図１２の偏光合成素子を示す斜視図である。図１３に
おいて、図２と対応する構成要素には同一符号を付し、
その詳細説明は省略する。その他、４０はレンズ光軸が
所定量偏芯した偏芯レンズ、４１は偏光ビームスプリッ
ター１５の出射面、４２は直角プリズム１６の出射面で
ある。

【００９９】集束レンズ系３を出射し、偏光ビームスプ
リッター１５（本実施例では１５mm×１５mm）に入射す
る光線１７は、不定偏光光１８であり、該不定偏光光１
８は前記偏光ビームスプリッター１５によりＰ偏光光１
９とＳ偏光光２０の２つの直線偏光光に分離される。

【０１００】そのうち、Ｐ偏光光１９は偏光ビームスプ
リッター１５を透過してその出射面４１を介してそのま
ま偏芯レンズ４０に入射し、その偏芯レンズ４０によっ
て約２倍に拡大されて液晶表示素子６に入射する。

【０１０１】一方、Ｓ偏光光２０は偏光ビームスプリッ
ター１５を反射して、互いに直交する光軸上に４５度傾
けた状態で反射面が配置されるように構成した２個の直
角プリズム１６に入射し、それら直角プリズム１６によ
ってその進路をそれぞれ９０度折り曲げられながら２回
の反射によりＰ偏光光２１に変換されて、その出射面４
２を介して偏芯レンズ４０に入射し、その偏芯レンズ４
０によって約２倍に拡大されて液晶表示素子６に入射す
る。

【０１０２】次に、図１４を用いて図１３の偏芯レンズ
４０の構成及び動作について説明する。図１４は図１３
の偏光合成素子を液晶表示素子側から見て示した正面図
である。図１４において、４３は液晶表示素子６の表示
面（一点鎖線で示される領域）である。

【０１０３】偏芯レンズ４０は、図１３で示したよう
に、偏光ビームスプリッター１５の出射面４１と直角プ
リズム１６の出射面４２にそれぞれ取り付けられてい
る。ここで、偏光ビームスプリッター１５の出射面４１
と直角プリズム１６の出射面４２の各々の面積は、図１
４に示すように、液晶表示素子６の表示面４３の面積の
約１／４に設定されており、さらに、偏光ビームスプリ
ッター１５の出射面４１と直角プリズム１６の出射面４
２の位置（光軸に垂直な方向の位置）は、液晶表示素子
の表示面４３の位置（光軸に垂直な方向の位置）に対
し、図１４に示すような位置関係となるように配置され
ている。

【０１０４】また、各偏芯レンズ４０は、それぞれ、図
１４に示すように、点線にて示された平凹レンズ４４の
一部を、各出射面４１，４２の偏芯量に合わせて切り取
って得られたものである。

【０１０５】ここで、平凹レンズ４４の直径は、前記出
射面４１，４２の対角をＤ（本実施例では２１．２mm）
とすると、２Ｄに設定されており、また、その焦点距離
は、偏光合成素子４’と液晶表示素子６との間の距離に
対し、その拡大倍率が約２倍になるように、設定されて
いる。

【０１０６】従って、図１４に示すように、偏光レンズ
４０によって、偏光ビームスプリッター１５の出射面４
１の部分と直角プリズム１６の出射面４２の部分が、そ
れぞれ、約２倍に拡大されると、液晶表示素子６の位置
（光軸方向における位置）において、その拡大像は、そ
れぞれ互いに一致すると共に、液晶表示素子６の表示面
４３とも一致することになる。ここで説明を補足する
と、発散レンズ系として、光軸を液晶表示素子の対角位
置に合わせた凹レンズ（４４）を配置すると、偏光合成
素子の外縁から出射した光線は、レンズの光軸位置を通
過するため光線の角度が変化せず光軸に平行な角度で通
過し、その後液晶表示素子の対角位置に到達する。一
方、偏光合成素子の中心部分からでる光線は、レンズの
光軸位置から離れた場所を通過するため光線の角度が変
化し光軸にたいし角度を持って通過する。光線の角度
は、液晶表示素子の反対の対角位置に到達するようにレ
ンズの焦点距離を設定してある。（倍率２倍）これによ
って、偏光合成素子から出射された光束の面積は４倍に
広がり、液晶表示素子の全域にまんべんなく到達するこ
とが可能となる。

【０１０７】このため、偏光ビームスプリッター１５の
出射面４１から偏芯レンズ４０を介して出射したＰ偏光
光１９と、直角プリズム１６の出射面４２から偏芯レン
ズ４０を介して出射したＰ偏光光２１とは、それぞれ、
液晶表示素子６の位置（光軸方向における位置）におい
て、互いに一致して合成され、液晶表示素子６の表示面
４３に過不足なく入射する。

【０１０８】この様に、偏光ビームスプリッター１５の
出射面４１及び直角プリズム１６の出射面４２からそれ
ぞれ出射したＰ偏光光１９，２１を、偏芯レンズ４０に
よって、約２倍に拡大して、液晶表示素子６の表示面４
３で合成させることにより、図１の装置において用いら
れていた発散レンズ系５が省略でき、さらにコンパクト
な液晶表示装置が得られる。

【０１０９】なお、仮に、偏光合成素子４’と液晶表示
素子６との間の距離に対し、偏芯レンズ４０の拡大倍率
（すなわち、平凹レンズ４４の拡大倍率）を前述の２倍
よりも大きくすると、偏光ビームスプリッター１５の出
射面４１の部分と直角プリズム１６の出射面４２の部分
の拡大像が、液晶表示素子６の表示面４３よりも大きく
なり、光利用率が大幅に低下してしまう。逆に、拡大倍
率を２倍よりも小さくにすると、拡大像が液晶表示素子
６の表示面４３よりも小さくなり、輝度むらを生じてし
まう。従って、上記のごとく、偏光合成素子４’と液晶
表示素子６との間の距離に対し、偏芯レンズ４０の拡大
倍率を約２倍に設定することが本実施例において、非常
に重要となる。

【０１１０】以上説明したように、従来は、光源からの
不定偏光光のうち、Ｐ偏光光あるいはＳ偏光光のいずれ
か一方の直線偏光光のみしか利用されていなかったもの
が、本実施例においては、光源からの不定偏光光のほぼ
全て、言い替えれば、Ｐ偏光光とＳ偏光光の両偏光光を
有効に利用することができるので、光の利用効率が大幅
に改善される。本実施例では、約１．９倍、液晶表示素
子通過後の照度が向上した。

【０１１１】また、本実施例によれば、偏光ビームスプ
リッターの出射面及び直角プリズムの出射面からそれぞ
れ出射したＰ偏光光を、偏芯レンズによって、約２倍に
拡大して、液晶表示素子の表示面で合成させることがで
きるので、発散レンズ系を省略でき、さらにコンパクト
な液晶表示装置が得られる。

【０１１２】また、光源からの光線を、集束レンズ系に
よって液晶表示素子の表示面の面積の約１／４に集束す
るので、偏光合成素子の各構成部品が小形化でき、コス
ト的にも有利となる。

【０１１３】さらに、また、図１３に示したように、本
実施例における偏光合成素子４’は、その各構成部品
（偏光ビームスプリッター１５、直角プリズム１６、及
び偏芯レンズ４０）を相互に光学的接着により一体化す
ることができ、これによって、偏光ビームスプリッター
１５に入射した光線が偏芯レンズ４０から出射されるま
で、外に洩れなくでき、光の利用効率が良く、コンパク
トな偏光合成素子を実現できる。また、偏芯レンズ４０
については、図１５に示すように、１枚の平凹レンズ４
４から４枚の偏芯レンズ４０が作成できる点も有利であ
る。

【０１１４】ところで、本実施例において、偏光合成素
子４’と液晶表示素子６との間に、以下に述べるような
補正レンズをさらに設けることにより、さらなる効果が
期待できる。

【０１１５】図１６は図１２の偏光合成素子と液晶表示
素子との間に設けられる補正レンズを示す構成図であ
る。図１６において、図１２と対応する構成要素には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。その他、４５
は補正レンズである。図１６に示すように、補正レンズ
４５は、正のパワーを有するレンズから成り、偏光合成
素子４’と液晶表示素子６の間で、かつ液晶表示素子６
の近傍側に設けられる。

【０１１６】従って、偏光合成素子４の偏芯レンズ４０
から出射して、発散された光線は、液晶表示素子６の寸
前で、正のパワーを有する補正レンズ４５により平行光
束となり、液晶表示素子６に入射する。これにより、液
晶表示素子特有の入射光線の角度依存によるコントラス
ト性能への影響を改善することができる。

【０１１７】次に、以上説明した図１２の実施例に対す
る変形例について以下説明する。図１７は図１２の実施
例に対する第１の変形例の概略を示す構成図であり、特
に光源１から液晶表示素子６までで構成される照明光学
系の構成を示している。図１７において、図１２と対応
する構成要素には同一符号を付し、その詳細説明は省略
する。本変形例では、集束レンズ系３を２枚の正のパワ
ーを有するレンズにより構成している。

【０１１８】光源１は凹面鏡２の焦点位置近傍に配置さ
れており、光源１からの白色光は凹面鏡２を反射してほ
ぼ平行光束となり、集束レンズ系３に入射する。集束レ
ンズ系３に入射した光線は、光源側にある正のパワーを
有するレンズにより該レンズの焦点付近で集束され、そ
の後、その横断面の面積が液晶表示素子６の表示面の面
積の約１／４の大きさになったら、偏光合成素子側の正
のパワーを有するレンズによりほぼ平行光束となって、
偏光合成素子４’に入射する。そして、この平行光束は
偏光合成素子４’により、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換さ
れ、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変換されたＳ偏光光は合成さ
れて、液晶表示素子６に入射する。この様に、集束レン
ズ系３を２枚の正のパワーを有するレンズにより構成し
ても、図１２における集束レンズ系３と同様の作用を得
ることができる。

【０１１９】図１８は図１２の実施例に対する第２の変
形例の概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表
示素子６までで構成される照明光学系の構成を示してい
る。図１８において、図１２と対応する構成要素には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。本変形例で
は、凹面鏡２を楕円形状（あるいは所謂マルチミラー）
の凹面鏡により構成し、集束レンズ系３を１枚の正のパ
ワーを有するレンズにより構成している。

【０１２０】光源１は凹面鏡２の中心に近い側の焦点位
置（以後、前側楕円焦点と呼ぶ）の近傍に配置されてお
り、光源１からの白色光は凹面鏡２を反射して凹面鏡２
の集束レンズ系３に近い側の焦点位置（以後、後側楕円
焦点と呼ぶ）の近傍に集束し、その後、その横断面の面
積が液晶表示素子６の表示面の面積の約１／４の大きさ
になったら、集束レンズ系３に入射する。集束レンズ系
３に入射した光線は、正のパワーを有するレンズにより
ほぼ平行光束となって、偏光合成素子４’に入射する。
そして、この平行光束は偏光合成素子４’により、Ｓ偏
光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光に変換
されたＳ偏光光は合成されて、液晶表示素子６に入射す
る。

【０１２１】この様に、凹面鏡２を楕円形状の凹面鏡に
より構成し、集束レンズ系３を１枚の正のパワーを有す
るレンズにより構成しても、図１２における集束レンズ
系３と同様の作用を得ることができる。

【０１２２】図１９は図１２の実施例に対する第３の変
形例の概略を示す構成図であり、特に光源１から液晶表
示素子６までで構成される照明光学系の構成を示してい
る。図１９において、図１２と対応する構成要素には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。本変形例で
は、凹面鏡２を楕円形状（あるいは所謂マルチミラー）
の凹面鏡により構成し、集束レンズ系３を１枚の負のパ
ワーを有するレンズにより構成している。

【０１２３】光源１は凹面鏡２の前側楕円焦点の近傍に
配置されており、光源１からの白色光は凹面鏡２を反射
して凹面鏡２の後側楕円焦点の近傍に集束し、その途中
で、その横断面の面積が液晶表示素子６の表示面の面積
の約１／４の大きさになったら、集束レンズ系３に入射
する。集束レンズ系３に入射した光線は、負のパワーを
有するレンズによりほぼ平行光束となって、偏光合成素
子４’に入射する。そして、この平行光束は偏光合成素
子４’により、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光
光とＰ偏光光に変換されたＳ偏光光は合成されて、液晶
表示素子６に入射する。

【０１２４】この様に、凹面鏡２を楕円形状の凹面鏡に
より構成し、集束レンズ系３を１枚の負のパワーを有す
るレンズにより構成しても、図１２における集束レンズ
系３と同様の作用を得ることができる。

【０１２５】また、集束レンズ系３を上記以外のレンズ
枚数（２枚以上）及び構成としても、図１２における集
束レンズ系３と同様の作用を得ることが可能であること
は言うまでもない。さらに、集束レンズ系３のレンズに
非球面レンズを用いればレンズ枚数の削減及び輝度むら
等の性能が著しく改善される。

【０１２６】ところで、以上説明した図１２の実施例及
びそれに対する各変形例では、すべて、液晶表示素子を
１枚のみしか用いていないが、いわゆる色の３原色
（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応する３枚の液晶表示素子を用いる
こともできる。そこで、図１２の実施例に対する応用例
として、その様な３枚の液晶表示素子を用いた液晶表示
装置について図２０を用いて説明する。

【０１２７】図２０は図１２の実施例に対する一応用例
の概略を示す構成図である。図２０において、図１２，
図１６と対応する構成要素には同一符号を付し、その詳
細説明は省略する。その他、３３は全反射ミラー、４６
はＢＲ反射ダイクロイックミラー、４７，４８はＲ反射
ダイクロイックミラー、４９はＲＧ反射ダイクロイック
ミラーである。

【０１２８】光源１は凹面鏡２（ここでは放物形状）の
焦点位置近傍に配置されており、光源１からの白色光は
凹面鏡２を反射してほぼ平行光束となり、集束レンズ系
３に入射する。集束レンズ系３に入射した光線は該集束
レンズ系３の正のパワーを有するレンズにより集束さ
れ、その横断面の面積が液晶表示素子６の表示面の面積
の約１／４の大きさになったら、負のパワーを有するレ
ンズによりほぼ平行光束となって、偏光合成素子４’に
入射する。

【０１２９】偏光合成素子４’に入射した光束は、偏光
ビームスプリッターによりＳ偏光光とＰ偏光光の２方向
の直線偏光光に分離された後、２個の直角プリズムによ
りＳ偏光光はＰ偏光光に変換され、Ｐ偏光光とＰ偏光光
に変換されたＳ偏光光は偏光ビームスプリッターと直角
プリズムの出射面を介して偏芯レンズに入射し、偏芯レ
ンズにより、約２倍に拡大されて各液晶表示素子６面上
で合成されるように、偏光合成素子４’を出射する。

【０１３０】偏光合成素子４’を出射した光線は、該光
線の光軸に対して４５°の角度に配置された全反射ミラ
ー３３により、その進路を９０°折り曲げられて、該光
線の光軸に対して４５°の角度に配置されたＢ（青）、
Ｒ（赤）を反射するＢＲ反射ダイクロイックミラー４６
に入射し、Ｂ、Ｒは反射し、Ｇ（緑）は透過する。

【０１３１】ＢＲ反射ダイクロイックミラー４６を反射
したＢ、Ｒは、該光線の光軸に対して４５°の角度に配
置されたＲのみを反射するＲ反射ダイクロイックミラー
４７に入射し、ＲはＲ反射ダイクロイックミラー４７を
反射し、補正レンズ４５を介してＲ用の液晶表示素子６
に入射する。また、ＢはＲ反射ダイクロイックミラー４
７を透過し、補正レンズ４５を介してＢ用の液晶表示素
子６に入射する。

【０１３２】一方、前記ＢＲ反射ダイクロイックミラー
４６を透過したＧは、該光線の光軸に対して４５°の角
度に配置された全反射ミラー３３により、その進路を９
０°折り曲げられた後、補正レンズ４５を介してＧ用の
液晶表示素子６に入射する。こうして、Ｒ，Ｇ，Ｂそれ
ぞれに対応する画像を別々に得る。

【０１３３】さらに、Ｒ用の液晶表示素子６を出射した
Ｒは、該光線の光軸に対して４５°の角度に配置された
Ｒを反射するＲ反射ダイクロイックミラー４８を反射
し、該光線の光軸に対して４５°の角度に配置されたＲ
とＧを反射するＲＧ反射ダイクロイックミラー４９を反
射し、投写レンズ７に入射する。

【０１３４】Ｇ用の液晶表示素子６を出射したＧは、該
光線の光軸に対して４５°の角度に配置された前記Ｒ反
射ミラー４８を透過し、該光線の光軸に対して４５°の
角度に配置された前記ＲＧ反射ダイクロイックミラー４
９を反射し、前記Ｒと同様に投写レンズ７に入射する。

【０１３５】Ｂ用の液晶表示素子６を出射したＢは、該
光線の光軸に対して４５°の角度に配置された全反射ミ
ラー３３により、その進路を９０°折り曲げられて、さ
らに前記ＲＧ反射ダイクロイックミラー４９を透過し、
前記Ｒ，Ｇと同様に投写レンズ７に入射する。

【０１３６】そして、前記Ｒ用、Ｇ用、Ｂ用の液晶表示
素子６上に表示される画像を投写レンズ７により拡大
し、スクリーン８上に拡大した画像を得る。ここで、各
液晶表示素子６を出射し、投写レンズ７を照射するＲ、
Ｇ、Ｂはそれぞれの光軸が一致しており、さらに、各液
晶表示素子から投写レンズ７までの距離が一致している
のでスクリーン８上にはＲ、Ｇ、Ｂが合成されたカラー
の拡大画像が得られる。

【０１３７】また、本応用例においては、図１２の実施
例と同様に、光源１からの光束を集束レンズ系３によっ
て、その横断面の面積が液晶表示素子６の表示面の面積
の約１／４になるように、集束するので、偏光合成素子
４’の各構成要素部品が小形にできる点に加えて、偏光
合成素子４’の偏光レンズによって、偏光ビームスプリ
ッターと直角プリズムの出射面の部分がそれぞれ拡大さ
れても、その拡大像は液晶表示素子６の表示面と一致
し、それより大きくならないことから、偏光合成素子
４’と液晶表示素子６との間に設ける全反射ミラー３３
及びダイクロイックミラー４６，４７，４８（所謂色分
離光学系）の大きさを従来以上に大きくする必要が無い
点で有利となる。

【０１３８】なお、以上説明した各実施例等において
は、液晶表示素子６の偏光板がＰ偏光光を通過させるも
のであったため、偏光合成素子４または４’において
は、光源１からの不定偏光光を、偏光ビームスプリッタ
ーによりＰ偏光光とＳ偏光光に分離した後、２個の直角
プリズムによりＳ偏光光をＰ偏光光に変換して、すべて
Ｐ偏光光にして液晶表示素子６に入射させていたが、液
晶表示素子６の偏光板がＳ偏光光を通過させるものであ
る場合には、偏光合成素子４または４’において、２個
の直角プリズムによりＰ偏光光をＳ偏光光に変換して、
すべてＳ偏光光にして液晶表示素子６に入射させるよう
にすれば良いことは、言うまでもない。

【０１３９】ところで、以上説明した各実施例等におい
ては、液晶表示素子６として、図２１に示すような一般
的な液晶表示素子を用いている。図２１は一般的な液晶
表示素子を示す斜視図である。

【０１４０】図２１において、２２は一対の透明基板
で、一方の透明基板２２の対向面側には透明の対向電極
２３が、また、他方の透明基板２２の対向面側には透明
の画素電極２５がそれぞれ設けられており、この対をな
す透明基板２２，２２間に液晶２４が封入されている。
２６は上記他方の透明基板２２に設けられた各電極の金
属配線、個々の画素を個別に制御する手段として付加さ
れた非線形素子やスイッチング素子、画素電極の周囲の
ギャップなどで形成される表示に寄与しない部分（遮光
部）である。２７は各透明基板２２，２２の外側にそれ
ぞれ設けた偏光板であり、図では該偏光板２７と透明基
板２２間は離れて描いてあるが、密着した構成であって
も差し支えない。

【０１４１】この様に、図２１に示す液晶表示素子６に
は、表示に寄与しない部分（遮光部）２６が存在するた
め、前述したように、この表示に寄与しない部分（遮光
部）２６が大きいと開口率は小さくなり、光の利用効率
が悪くなるという問題が生じる。

【０１４２】そこで、本発明の他の実施例として、かか
る問題点を解決した実施例について、以下説明する。図
２２は本発明の他の実施例として液晶表示装置において
用いられる液晶表示素子を示す斜視図である。

【０１４３】図２２において、図２１と対応する構成要
素には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。その
他、６’は液晶表示素子、２８は平板マイクロレンズア
レイであり、本実施例の特徴であるところの屈折率分布
型で実質上は図中の破線で示すような２次元配列のレン
ズアレイである。２９は入射光線、３０は出射光線であ
る。

【０１４４】平板マイクロレンズアレイ２８は液晶２４
に対して常に入射光線２９側に設ける。すなわち、図の
出射光線３０が逆に入射光線になる場合は平板マイクロ
レンズアレイ２８は図中の他方の透明基板２２側に設け
ることになる。

【０１４５】次に、図２３を用いて本実施例の特徴であ
る構成要素の位置関係及び形状について説明する。図２
３は図２２の液晶表示素子における各構成要素の位置関
係を説明するために模式的に描いた平面図である。

【０１４６】図２３において、図２２と対応する構成要
素には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。その
他、３１（斜線領域）は図２２の液晶２４中の１画素に
対応した領域である。

【０１４７】この１画素に対応した領域３１（斜線領
域）内において、実線枠が表示に有効な（すなわち、光
が透過する）画素電極２５であり、それ以外が金属配
線、スイッチング素子などの表示に寄与しない部分（遮
光部）２６である。そして、図中の点線枠がマイクロレ
ンズアレイ２８の個々のレンズ形状を示している。

【０１４８】本実施例の特徴は、図中に示すように、平
板マイクロレンズアレイ２８の個々のレンズ形状を液晶
２４中の１画素に対応した領域３１の形状と同一形状及
び同一配列になるようにした点である。

【０１４９】なお、本発明者らは、この平板マイクロレ
ンズアレイ２８として、液晶の１画素に対応、すなわち
正方形、矩形等の角形状で、かつ２元マトリクス状の埋
め込み型３次元屈折率分布型レンズを、従来のイオン交
換法技術を発展させ平板基板ガラスに選択的イオン交換
を行うことにより、製作することが可能であることを見
い出した。

【０１５０】次に、図２４を用いてこの平板マイクロレ
ンズアレイ２８の作用について説明する。図２４は図２
２の液晶表示素子における主要断面を示す断面図であ
る。図２４において、３２は平板マイクロレンズアレイ
２８の個々の屈折率分布領域（レンズ部）である。

【０１５１】この屈折分布領域３２は、図中に示すよう
に平板マイクロレンズアレイ２８中のどちら側に設けて
も良い。ただし、透明基板２２側に設ける方がレンズの
焦点距離を短くできるので製作技術の点で有利である。

【０１５２】さらに、この屈折率分布領域３２を調整す
ることによって、その焦点を液晶２４の層の中あるいは
その近傍で、かつ画素電極２５の中央に来るように設定
する。これにより、図示しない偏光板を通過してきた光
軸に平行な入射光線２９は平板マイクロレンズアレイ２
８によって集束されて、金属配線、スイッチング素子な
どの表示に寄与しない部分（遮光部）２６を通らないの
で、従来の開口率に依存する光利用率の劣化が大幅に改
善される。

【０１５３】次に、以上説明した図２２の実施例に対す
る変形例について以下説明する。図２５は図２２の実施
例に対する一変形例を示す斜視図である。図２５におい
て、図２２と対応する構成要素には同一符号を付し、そ
の詳細説明は省略する。本変形例では、平板マイクロレ
ンズアレイ２８を液晶２４の片側の基板として代用して
いる。

【０１５４】前述したように、平板マイクロレンズアレ
イ２８として屈折率分布型を用いることで、平板マイク
ロレンズアレイ２８の外見は精度の良い平板となるの
で、基板として十分使用できる。また、平板マイクロレ
ンズアレイ２８の個々のレンズ形状は、図２３で示した
ように、液晶２４中の１画素に対応した領域の形状と同
一形状及び同一配列となるようにし、かつ、平板マイク
ロレンズアレイの屈折率分布領域は、図２４で示したよ
うに、そのどちら側に設けても良いことは、図２２の実
施例と同様である。

【０１５５】なお、図示していないが、平板マイクロレ
ンズアレイ２８からのアルカリイオンの溶出による液晶
劣化を防ぐために、平板マイクロレンズアレイ２８と液
晶２４の間に保護膜をアンダーコートする必要はある。

【０１５６】本変形例によれば、平板マイクロレンズア
レイ２８におけるレンズの後側主点から液晶２４までの
距離を大幅に短くすることができるので、入射光線の角
度依存によるところの開口率上への影響がほとんど無く
なる利点がある。

【０１５７】

【発明の効果】従来では、光源からの光のうち、液晶表
示素子の偏光板により半分以上が吸収され、Ｐ偏光光あ
るいはＳ偏光光のいずれか一方の直線偏光光のみしか利
用できなかったものが、本発明によれば、光源からの光
を偏光変換することにより、ほぼすべてを、Ｐ偏光光あ
るいはＳ偏光光のいずれか一方の直線偏光光にして液晶
表示素子に入射させることができるので、光源からの光
のほぼすべて、言い替えれば、Ｐ偏光光とＳ偏光光の両
偏光光を有効に利用でき、光の利用効率を大幅に改善す
ることができる。

【０１５８】また、本発明によれば、液晶表示素子の開
口率を大きくできるので、光の有効利用率を大幅に改善
できる。従って、以上により、画面の明るい液晶表示装
置を実現することができる。また、本発明によれば、光
源からの光を集束レンズ系によって一旦集光させるの
で、偏光合成素子の各構成部品を小形で実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を理解するのに役立つ液晶表示
装置を示す構成図である。

【図２】図１の偏光合成素子を示す斜視図である。

【図３】図１の装置に対する第１の変形例の概略を示す
構成図である。

【図４】図１の装置に対する第２の変形例の概略を示す
構成図である。

【図５】図１の装置に対する第３の変形例の概略を示す
構成図である。

【図６】図１の装置に対する第４の変形例の概略を示す
構成図である。

【図７】図１の装置に対する第５の変形例の概略を示す
構成図である。

【図８】図１の装置に対する第６の変形例の概略を示す
構成図である。

【図９】図１の装置に対する第７の変形例の概略を示す
構成図である。

【図１０】図１の装置に対する第８の変形例の概略を示
す構成図である。

【図１１】図１の装置に対する一応用例の概略を示す構
成図である。

【図１２】本発明の一実施例としての液晶表示装置を示
す構成図である。

【図１３】図１２の偏光合成素子を示す斜視図である。

【図１４】図１３の偏光合成素子を液晶表示素子側から
見て示した正面図である。

【図１５】図１３の偏芯レンズの作成方法を説明するた
めの説明図である。

【図１６】図１２の偏光合成素子と液晶表示素子との間
に設けられる補正レンズを示す構成図である。

【図１７】図１２の実施例に対する第１の変形例の概略
を示す構成図である。

【図１８】図１２の実施例に対する第２の変形例の概略
を示す構成図である。

【図１９】図１２の実施例に対する第３の変形例の概略
を示す構成図である。

【図２０】図１２の実施例に対する一応用例の概略を示
す構成図である。

【図２１】一般的な液晶表示素子を示す斜視図である。

【図２２】本発明の他の実施例として液晶表示装置にお
いて用いられる液晶表示素子を示す斜視図である。

【図２３】図２２の液晶表示素子における各構成要素の
位置関係を説明するために模式的に描いた平面図であ
る。

【図２４】図２２の液晶表示素子における主要断面を示
す断面図である。

【図２５】図２２の実施例に対する一変形例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１…光源、２…凹面鏡、３…集束レンズ系、４，４’…
偏光合成素子、５…発散レンズ系、６，６’…液晶表示
素子、７…投写レンズ、８…スクリーン、９…ビデオク
ロマ処理回路、１０…ＲＧＢ出力回路、１１…Ｘドライ
バ、１２…同期処理回路、１３…コントローラ、１４…
Ｙドライバ、１５…偏光ビームスプリッター、１６…直
角プリズム、１７…光線、１８…不定偏光光、１９，２
１…Ｐ偏光波、２０…Ｓ偏光波、２２…透明基板、２３
…対向電極、２４…液晶、２５…画素電極、２６…遮光
部、２７…偏光板、２８…平板マイクロレンズアレイ、
２９…入射光線、３０…出射光線、３１…１画素に相当
する領域、３２…屈折率分布領域、３３…全反射ミラ
ー、３４…ＢＧ反射ダイクロイックミラー、３５，３６
…Ｂ反射ダイクロイックミラー、３７…Ｇ反射ダイクロ
イックミラー、４０…偏芯レンズ、４１…偏光ビームス
プリッター出射面、４２…直角プリズム出射面、４３…
拡大像、４４…平凹レンズ、４５…補正レンズ、４６…
ＢＲ反射ダイクロイックミラー、４７，４８…Ｒ反射ダ
イクロイックミラー、４９…ＲＧ反射ダイクロイックミ
ラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 雅晴 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所映像メディア研究所 内 (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所映像メディア研究所 内 (56)参考文献 特開 平１−187502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122626（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−88902（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−128103（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/28 G02F 1/13 G02F 1/1335

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不定偏光光を入射し、Ｐ偏光光とＳ偏光
   光とに分離して、そのうち、一方の偏光光を第１の出射
   面より出射し、他方の偏光光を第２の出射面より出射す
   ると共に、前記第１の出射面において、該第１の出射面
   より出射される前記偏光光の横断面の面積が、後記偏光
   合成素子の光出射側である後方に配置される液晶表示素
   子の表示面の面積のほぼ１／４である偏光ビームスプリ
   ッターと、少なくとも第１及び第２の反射面を有し、該
   第１の反射面に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを
   含む面と前記第２の反射面に対する入射光の光軸と反射
   光の光軸とを含む面とが相互に直交し、かつ、前記第１
   の反射面に対する入射光の入射角と前記第２の反射面に
   対する反射光の反射角がそれぞれ４５度となるように、
   前記第１及び第２の反射面を配置し、前記偏光ビームス
   プリッターの第２の出射面より出射された前記偏光光を
   前記第１の反射面に入射し、その偏光方向を前記偏光ビ
   ームスプリッターの第１の出射面より出射される前記偏
   光光の偏光方向と等しくなるように変換して、前記第２
   の反射面より出射面を介して出射すると共に、該出射面
   において、該出射面を介して出射される前記偏光光の横
   断面の面積が前記液晶表示素子の表示面の面積のほぼ１
   ／４である反射手段と、前記偏光ビームスプリッターの
   第１の出射面より出射された前記偏光光と前記反射手段
   の出射面より出射された前記偏光光とを入射し、それぞ
   れ、前記液晶表示素子の表示面上において、約２倍に拡
   大し、かつ、相互に一致して合成するよう、出射する少
   なくとも２枚の偏芯レンズと、で構成されることを特徴
   とする偏光合成素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の偏光合成素子におい
   て、前記反射手段は、２個の直角プリズムから成ると共
   に、前記偏光ビームスプリッターと前記直角プリズムと
   前記偏芯レンズとを、それぞれ所定の面同士を光学的接
   着等により貼り合わせて、一体化し、前記偏光ビームス
   プリッターに入射した光が前記偏芯レンズより出射され
   るまでの間に、外に漏れないようにしたことを特徴とす
   る偏光合成素子。
3. 【請求項３】 不定偏光光を出射する光源と、少なくと
   も１枚の正または負のパワーを有するレンズにより構成
   され、前記光源より出射された前記不定偏光 光を集束さ
   せる集束レンズ系と、該集束レンズ系により集束された
   前記不定偏光光を入射し、Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離
   して、そのうち、一方の偏光光を第１の出射面より出射
   し、他方の偏光光を第２の出射面より出射すると共に、
   前記第１の出射面において、該第１の出射面より出射さ
   れる前記偏光光の横断面の面積が液晶表示素子の表示面
   の面積のほぼ１／４である偏光ビームスプリッターと、
   少なくとも第１及び第２の反射面を有し、該第１の反射
   面に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面と前
   記第２の反射面に対する入射光の光軸と反射光の光軸と
   を含む面とが相互に直交し、かつ、前記第１の反射面に
   対する入射光の入射角と前記第２の反射面に対する反射
   光の反射角がそれぞれ４５度となるように、前記第１及
   び第２の反射面を配置し、前記偏光ビームスプリッター
   の第２の出射面より出射された前記偏光光を前記第１の
   反射面に入射し、その偏光方向を前記偏光ビームスプリ
   ッターの第１の出射面より出射される前記偏光光の偏光
   方向と等しくなるように変換して、前記第２の反射面よ
   り出射面を介して出射すると共に、該出射面において、
   該出射面を介して出射される前記偏光光の横断面の面積
   が前記液晶表示素子の表示面の面積のほぼ１／４である
   反射手段と、前記偏光ビームスプリッターの第１の出射
   面より出射された前記偏光光と前記反射手段の出射面よ
   り出射された前記偏光光とを入射し、それぞれ、前記液
   晶表示素子の表示面上において、約２倍に拡大し、か
   つ、相互に一致して合成するよう、出射する少なくとも
   ２枚の偏芯レンズと、該偏芯レンズより出射された前記
   偏光光を透過することにより画像を表示する前記液晶表
   示素子と、で構成されることを特徴とする液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の液晶表示装置におい
   て、前記反射手段は、２個の直角プリズムから成ると共
   に、前記偏光ビームスプリッターと前記直角プリズムと
   前記偏芯レンズとを、それぞれ所定の面同士を光学的接
   着等により貼り合わせて、一体化し、前記偏光ビームス
   プリッターに入射した光が前記偏芯レンズより出射され
   るまでの間に、外に漏れないようにしたことを特徴とす
   る液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の液晶表示装置
   において、前記液晶表示素子は、各マイクロレンズがそ
   れぞれ画素配列と等しくなるよう配列され、 各マイクロ
   レンズの形状がそれぞれ１画素に対応する領域の形状
   （正方形、矩形など）と等しい平面レンズアレイを、前
   記偏光光の入射される側の透明基板上に密着し、各マイ
   クロレンズの焦点がそれぞれ液晶の層の中またはその近
   傍で、かつ、画素電極のほぼ中央に位置するよう、配置
   して成ることを特徴とする液晶表示装置。
6. 【請求項６】 請求項３または４に記載の液晶表示装置
   において、前記液晶表示素子は、各マイクロレンズがそ
   れぞれ画素配列と等しくなるよう配列され、各マイクロ
   レンズの形状がそれぞれ１画素に対応する領域の形状
   （正方形、矩形など）と等しい平面レンズアレイを、前
   記偏光光の入射される側の透明基板として代用し、各マ
   イクロレンズの焦点がそれぞれ液晶の層の中で、かつ、
   画素電極のほぼ中央に位置するよう、配置して成ること
   を特徴とする液晶表示装置。
7. 【請求項７】 請求項３，４，５または６に記載の液晶
   表示装置において、前記集束レンズ系を構成するレンズ
   のレンズ面のうち、少なくとも１面以上のレンズ面は非
   球面から成ることを特徴とする液晶表示装置。