JP3491809B2 - 投影型画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクタのような投射型画像表示装置に関し、より詳細に
は、光源からの光を液晶表示素子などの画像表示素子に
より変調し、その変調された光を投影レンズによりスク
リーンに拡大投影する投射型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した液晶表示素子は、マトリクス状
に規則的に配列された画素電極に、画像信号に対応した
駆動電圧をそれぞれ印加することによって液晶の光学特
性を変化させ、画像や文字などを表示するように構成さ
れている。前記画素電極に独立した駆動電圧を印加する
方式としては、以下の２方式がある。その一つの方式は
単純マトリクス方式であり、他の一つの方式は非線形２
端子素子や３端子素子を液晶表示素子に設けた場合のア
クテイブマトリクス方式である。

【０００３】後者のアクティブマトリクス方式の場合に
は、画素電極をオンオフ駆動するためのＭＩＭ（金属−
絶縁体−金属）素子やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子
等のスイッチング素子と、画素電極に駆動電圧を供給す
る為の配線電極とを設ける必要がある。

【０００４】前記スイッチング素子においては、スイッ
チング素子に強い光が入射すると、ＯＦＦ状態における
素子抵抗が下がり、電圧印加時に充電した電荷が放電さ
れるため、スイッチング素子や配線電極が形成された領
域に存在する液晶部分には、正規の駆動電圧が印加され
ず、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下すると
いう難点がある。

【０００５】したがって、液晶表示素子が透過型である
場合には、図１５に示すように、画素電極が設けられた
ＴＦＴ基板にスイッチング素子としてのＴＦＴ１６０１
を設けると共に、ＴＦＴ基板とは液晶層（図示せず）を
挟んで対向する対向基板に、遮光手段としてのブラック
マトリクス１６０２を設け、ＴＦＴ１６０１に入射する
光を遮断する必要がある。よって、透過型の液晶表示素
子の場合には、各々遮光性のあるＴＦＴ１６０１や、配
線電極としてのゲートバスライン１６０３およびソース
バスライン１６０４に加えて、ブラックマトリクス１６
０２によっても遮光されるため、画素の区画中に占める
有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくなる。

【０００６】さらに、これらスイッチング素子や配線電
極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程
度以下の大きさで形成することは困難である。よって、
液晶表示素子の高精細化や小型化に伴って画素電極のピ
ッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。

【０００７】そこで、この問題を解決する為に、反射型
の液晶表示素子が開発されている。反射型液晶表示素子
は、図１６に示すように、スイッチング素子としてのＴ
ＦＴ１６０１の上に反射型の画素電極１７００を形成す
ることができるため、同じ液晶表示素子のサイズでは、
前記透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとること
ができ、投影型液晶表示装置における明るさの向上には
非常に効果的である。

【０００８】このような反射型液晶表示素子を投影型画
像表示装置に適用した方式が、種々提案されている。そ
の提案としては、特開平４−３３８７２１や、ＥＩＡＪ
／ＳＥＭＩ主催 電子ディスプレイフォーラム９７、講
演集３−２７ページ〜３−３２ページ（１９９７,４、
１６−１８）、特開平４−３１９９１０などがある。

【０００９】特開平４−３３８７２１で提案の投影型画
像表示装置は、図１７に示すように構成されている。す
なわち、光源１１から出射された光を偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）１２により互いに直交する２方向の直線
偏光成分に分離する。図中の１１ａは放物面鏡である。
分離された光のうちＰＢＳ１２で反射された光は色分離
合成用クロスダイクロイックプリズム１３に入射する。
色分離合成用クロスダイクロイックプリズム１３では、
入射した白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原
色の光に分離し、それぞれの色に対応する反射型液晶表
示素子１４に入射させる。各反射型液晶表示素子１４で
反射された光は、色分離合成用クロスダイクロイックプ
リズム１３により合成され、ＰＢＳ１２を透過し、投影
レンズ１５でスクリーン１６に投影されるように構成さ
れている。

【００１０】電子ディスプレイフォーラム９７にて提案
されている方式の投影型画像表示装置は、図１８に示す
ように基本原理は上記特開平４−３３８７２１の投影型
画像表示装置と同じであるが、色分離は偏光ビームスプ
リッタ１２の光源１１側に配置した２つのダイクロイッ
クミラー１７で行い、色合成を行うクロスダイクロイッ
クプリズム１３を偏光ビームスプリッタ１２の投影レン
ズ１５側に配置している点が異なる。なお、１８は反射
ミラーである。

【００１１】特開平４−３１９９１０で提案の投影型画
像表示装置は、図示は省略するが、反射型液晶表示素子
として光散乱型液晶表示素子を用い、シュリーレン光学
系を備えた方式が開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置
は、次に説明するような課題を有する。

【００１３】特開平４−３３８７２１の構成では、図１
７に示すように複屈折モードの反射型液晶表示素子１４
を用いている為、クロスダイクロイックプリズム１３に
入射する光の偏光状態は、その往路と復路とで９０°異
なっている。クロスダイクロイックプリズム１３は、通
常、その反射面での偏光依存性が大きいため、往路で白
色光をＲ、Ｇ、Ｂの光に分離する場合と、復路で合成す
る場合とで、分光特性が大きくシフトする。

【００１４】図１９（ａ）に、クロスダイクロイックプ
リズムによる、Ｂ色の反射光のＳ偏光およびＰ偏光に対
する分光特性の一例を示し、図１９（ｂ）に、クロスダ
イクロイックプリズムによる、Ｒ色の反射光のＳ偏光お
よびＰ偏光に対する分光特性の一例を示す。

【００１５】この図より理解されるように、クロスダイ
クロイックプリズムには、Ｓ偏光とＰ偏光の両偏光の光
が入射するが、プロジェクションの明るさや色再現範囲
に大きく依存するのは、Ｒ、Ｂの各色光に対してはＳ偏
光より帯域の狭いＰ偏光となり、Ｇの色光に対してはＰ
偏光より帯域の狭いＳ偏光となる。

【００１６】ところが、図２０（ａ）で示すように、Ｐ
偏光で制限を受けるＲおよびＢの色光の明るさや色再現
範囲を調節すると、Ｐ偏光およびＳ偏光に対する波長依
存性が大きいために、Ｓ偏光で制限を受け、Ｇの色光の
帯域幅は斜線にて示す様に狭くなり、Ｇの色光の表示や
ホワイトバランスに支障を来す。逆に、Ｇの色光の明る
さや色再現範囲を調節すると、図２０（ｂ）に示すよう
に、ＲおよびＢの各色光に対して上記Ｇの色光と同様の
問題が発生する。

【００１７】さらに、Ｐ偏光およびＳ偏光に対する分光
特性の波長シフトがある場合、以下に示す問題が発生す
る。図２１に示すように、例えばＳ偏光の光がクロスダ
イクロイックプリズム１３に入射した場合、Ｒの色光に
対応する反射型液晶表示素子１４Ｒにはクロスダイクロ
イックプリズム１３で反射されたＲの帯域のＳ偏光
（ａ）が入射する。そして、反射型液晶表示素子１４Ｒ
により画像信号に合わせて偏光状態が変調されて反射さ
れる。反射光には図２２に示すように、この変調によっ
てＰ偏光成分が含まれる。図２２に示す斜線部の光
（ｂ）が、クロスダイクロイックプリズム１３のＲ反射
面を透過し、Ｂの色光に対応する液晶表示素子１４Ｂに
入射することになる。この光が液晶表示素子１４Ｂによ
り、再度Ｓ偏光に変えられた場合、その反射光であるＳ
偏光（ｃ）はＲの色光に対応する液晶表示素子１４Ｒに
は返らず、Ｇの色光に対応する液晶表示素子１４Ｇの方
向に反射される。Ｇの色光に対応する液晶表示素子１４
Ｇで再度この光がＰ偏光に変えられると、Ｇの色光に対
応する液晶表示素子１４Ｇで反射されたＰ偏光（ｄ）
は、クロスダイクロイックプリズム１３のＲ反射面を透
過し、投影レンズに入射することになり、迷光やゴース
トとしてスクリーン上に投影される。

【００１８】上述した迷光やゴーストの問題は、Ｂ色の
帯域の光についても同様に現れ、また、クロスダイクロ
イックプリズム１３にＰ偏光を入射させても、同様の原
理で迷光やゴーストの問題は発生する。

【００１９】一方、電子ディスプレイフォーラム９７で
提案されている方法では、図１８に示すように、色分離
は偏光ビームスプリッタ１２の光源１１側に設けた２つ
のダイクロイックミラー１７で行い、色合成は偏光ビー
ムスプリッタ１２より投影レンズ１５側に設けたクロス
ダイクロイックプリズム１３で行っている為、上記のよ
うな問題は発生しない。しかし、図１８中で、点線で囲
った色分離を行うブロック部分が必要となり、図２３に
示すように反射型の液晶表示素子１４の代わりに透過型
液晶表示素子２４を用いた投影型画像表示装置用の光学
系と比べ、システムサイズが大きくなるという欠点を有
する。

【００２０】特開平４−３１９９１０の構成では、光散
乱型液晶表示素子を用いているため、基本的にクロスダ
イクロイックプリズムには非偏光（ランダム偏光）が入
射するので、上記特開平４−３３８７２１の構成で発生
した、往路と復路での分光スペクトルのシフトは起こら
ない。しかし、クロスダイクロイックプリズムの色分離
面に対するＰ偏光及びＳ偏光の平均の分光スペクトルと
なる為、図２４に示すように、分光特性の透過から反射
へ変化する境界での急峻性が低くなり、透過率が５０％
近辺で階段状となった特性を示す。よって、Ｒ、Ｇ、Ｂ
の色純度および光利用効率が、極端に低下する。なお、
図２４（ａ）は、Ｂ色反射光のＰ偏光及びＳ偏光に対す
る分光特性の一例を示し、図２４（ｂ）はＲ色反射光の
Ｐ偏光及びＳ偏光に対する分光特性の一例を示す。

【００２１】本発明は、このような従来技術の課題を解
決する為になされたものであり、小型、軽量でありかつ
明るい表示が可能である、反射型液晶表示素子を用いた
投影型画像表示装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の投影
型画像表示装置は、光源と、該光源からの光を波長帯域
の異なる複数の光に色分離し、また、各色の光を偏光方
向によって透過または反射させて偏光分離する、複数の
光学素子からなる光学手段と、該光学手段からの光を受
け、画像信号に合わせ偏光方向を変調する反射型画像表
示素子と、該反射型画像表示素子により変調された光を
合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された
光を投影する投影手段とを備えた投影型画像表示装置に
おいて、該光学手段の少なくとも１つの光学素子は、色
分離と偏光分離の両方の機能を兼ね備えており、色分離
と偏光分離の両方の機能を兼ね備えた光学素子は、色分
離と偏光分離の機能を有する面内において光学的異方性
軸を有し、赤、緑、青の３原色の少なくとも１つの波長
帯域において、入射光の該光学的異方性軸に平行な直線
偏光成分を反射し、該入射光の該光学的異方性軸に直交
する直線偏光成分を透過する機能を有することを特徴と
しており、そのことにより上記目的が達成される。本発
明の請求項２の投影型画像表示装置は、前記光学素子
は、複屈折性を持った複屈折性層と等方性層とを交互に
積層した多層構造を有し、該複屈折性層は、積層された
面内において光学的異方性軸を有し、該等方性層の屈折
率は、該複屈折性層の常光の屈折率ｎｏまたは異常光の
屈折率ｎｅのいずれか一方と一致することを特徴とす
る。

【００２３】

【００２４】

【００２５】本発明の請求項３の投射型画像表示装置
は、前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼ね備えた光
学素子が、緑用反射型画像表示素子に対応しており、青
あるいは赤の少なくともどちらかの波長帯域の光を透過
すると共に、緑の波長帯域において、偏光分離機能を有
する光学素子であることを特徴とする。

【００２６】本発明の請求項４の投射型画像表示装置
は、前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼ね備えた光
学素子の少なくとも一つが、赤、緑、青の３原色のうち
１つの波長帯域において偏光分離機能を有し、他の波長
帯域の光を透過する２つの素子を、各素子の光学的異方
性軸を直交させて積層した積層素子であることを特徴と
する。

【００２７】本発明の請求項５の投射型画像表示装置
は、前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼ね備えた光
学素子の少なくとも一つが、赤、緑、青の３原色のうち
１つ波長帯域において偏光分離機能を有し、他の波長帯
域の光を透過する２つの素子を、各素子の光学的異方性
軸を平行にし、かつ、両素子間に１／２波長板を設置し
た３層構造の積層素子であることを特徴とする。

【００２８】本発明の請求項６の投射型画像表示装置
は、前記反射型画像表示素子が、前記積層素子からの透
過光及び反射光のそれぞれに対して１枚対応しており、
該積層素子により偏光方向が同じ光を波長帯域によって
透過及び反射することにより分離し、それぞれの光を対
応する反射型液晶表示素子に入射させると共に、該反射
型画像表示素子により偏光方向が変調された光を合成す
ることを特徴とする。

【００２９】本発明の請求項７の投射型画像表示装置
は、前記積層素子が、該光源に含まれる赤、緑、青の３
原色の光を同じ方向に進む偏光方向が直交する２色の光
と残りの光とに分離する機能を有する光学素子であるこ
とを特徴とする。

【００３０】本発明の請求項８の投射型画像表示装置
は、赤、緑、青の３原色の光のうち前記積層素子により
分離された同方向に進む偏光方向が直交する２色の光以
外の残りの光を受け、該積層素子により分離された２色
以外の残りの光の中から、残りの１色のＰ偏光またはＳ
偏光のどちらかの光を選択し、対応する該反射型画像表
示素子に入射させる機能を備えた偏光分離素子を有する
ことを特徴とする。

【００３１】本発明の請求項９の投射型画像表示装置
は、赤、緑、青の３原色の少なくとも一つの光路に、Ｐ
偏光成分またはＳ偏光成分のどちらか一方をカットする
偏光フィルタを備えていることを特徴とする。

【００３２】本発明の請求項１０の投射型画像表示装置
は、赤、緑、青の３原色の少なくとも一つの光路に、光
の偏光方向を変える波長板を備えていることを特徴とす
る。

【００３３】以下、本発明の作用について説明する。

【００３４】請求項１の構成によれば、反射型画像表示
素子を用いた投影型画像表示装置において、色分離と偏
光分離の両方の機能を兼ね備えた光学素子を用いること
により、これまで別々の素子で行っていた色分離と偏光
分離とを１つの光学素子で同時に行える為、明るさ、
Ｃ．Ｒ.などの表示特性を低下させることなく、部品点
数を削減でき、光学システムの大幅な小型、低コスト化
を図ることができる。また、色分離と色合成を別々の光
学素子で行うことにより、特開平４−３３８７２１での
課題である素子の偏光依存性の影響を受けず、赤、緑、
青の色純度やホワイトバランスのズレ、ゴーストなどの
問題が発生しない。また、色分離と偏光分離の両方の機
能を兼ね備えた光学素子として、その色分離（または、
偏光分離）面内において光学的異方性を有する素子を使
用することにより、反射型画像表示素子に入射する光の
偏光方向を、光学的異方性軸を回転させることにより任
意に選択できる。よって、光学系や反射型画像表示素子
の特性に合わせ、最適な偏光方向の光を容易に入射させ
ることができ、明るく、Ｃ.Ｒ.の良い投影型画像表示装
置を実現することができる。 請求項２の構成によれば、
層数や層厚などを調整して必要とする波長帯域に対して
偏光分離特性を持つようにすることができる。

【００３５】

【００３６】

【００３７】請求項３の構成によれば、色分離と偏光分
離の両方の機能を兼ね傭えた光学素子を、緑用反射型画
像表示素子に対応させることにより、後述する図１に示
すような構成において、色合成手段であるクロスダイク
ロイックプリズムに対して、緑を透過、青と赤を反射さ
せて色合成することができる。これにより、緑反射の面
では、青、赤反射用誘電体膜と比べると誘電体膜の層数
が多くなりコスト高となるが、緑透過の構成をとること
により、クロスダイクロイックプリズムを安価に作製で
きる。更に、本構成によれば、波長帯域が連続していな
い赤と青の光を反射させて合成することにより、色合成
時での光ロスや迷光の発生を抑えることができる。

【００３８】請求項４の構成によれば、色分離と偏光分
離の両方の機能を兼ね備えた光学素子を光学的異方性を
直交させて２枚積層した積層素子とすることにより、１
枚の積層素子で上記色分離と偏光分離の機能を備えた素
子２枚と同様の機能を果たすことができる為、光学シス
テムをさらに小型化することができる。

【００３９】請求項５の構成によれば、色分離と偏光分
離の両方の機能を兼ね備えた光学素子を、その光学的異
方性軸を平行にし、かつ、両素子間に１／２波長板を設
置した３層構造の積層素子とすることにより、１枚の積
層素子で上記色分離と偏光分離の機能を備えた素子２枚
と同様の機能を果たすことができる為、光学システムを
さらに小型化することができる。

【００４０】請求項６の構成によれば、従来、偏光分離
素子と反射型画像表示素子が１対１対応していた構成を
解消できる。つまり、本構成をとることにより、１枚の
積層素子からの透過光及び反射光に対して反射型画像表
示素子がそれぞれ１枚対応している為、光学システムの
小型化が図れるだけでなく、該積層素子への入射光の偏
光方向が同じ方向に揃っている為、積層素子の方向に、
光を向わせる素子として、単純に色分離のみを行う安価
なダイクロイックミラーを使用できるため、低コスト化
を図ることができる。

【００４１】請求項７の構成によれば、前記積層素子
が、光源に含まれる赤、緑、青の３原色の光から偏光方
向の直交する２色の光を同じ方向に分離することによ
り、従来では偏光分離素子と反射型画像表示素子が１対
１対応していた構成に対して、１枚の偏光分離素子で、
２枚の反射型画像表示素子に該積層素子からの光を振り
分けることができるため、光学システムの小型化を図る
ことができる。

【００４２】請求項８の構成によれば、赤、緑、青の３
原色の光のうち該積層素子により分離された偏光方向が
直交する２色の光以外の残りの光は、残りの１色を対応
する反射型画像表示素子に入射させる偏光分離素子に入
射する。このとき、この偏光分離素子に残りの１色の光
のＰ偏光またはＳ偏光のみを選択する機能を持たせるこ
とにより、表示に寄与しない光をカットでき、コントラ
スト比が高く、ゴーストの無い画像を実現することがで
きる。

【００４３】請求項９の構成によれば、３原色の少なく
とも一つの光路に対し、Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分の
どちらか一方をカットする偏光フィルタを備えているこ
とにより、偏光分離素子からの漏れ光にともなう投影画
像のコントラスト比の低下を防止できるだけでなく、次
に示す原理で発生するゴーストをカットすることができ
る。

【００４４】図２５にゴーストの発生メカニズムの一例
を示す。積層素子１１０５に入射した光が直線偏光の場
合、それぞれの成分光は対応する反射型画像表示素子１
４Ｇ、１４Ｂに入射するが、積層素子１１０５に入射し
た光が自然偏光の場合、一方の偏光成分を有する光は、
対応する反射型画像表示素子ではなく、異なる反射型画
像表示素子に入射する。例えば、反射型画像表示素子１
４Ｇに緑のＳ偏光が入射するように積層素子１１０５が
設定されていると、積層素子１１０５に入射した緑のＰ
偏光は、反射型画像表示素子１４Ｂに入射し変調された
後、Ｓ偏光となった光としてスクリーンに入射すること
になり、この光がゴーストとなる。

【００４５】請求項１０の構成によれば、赤、緑、青の
光路上に光の偏光方向を回転させる波長板を入れること
により、クロスダイクロイックプリズムや色分離素子、
偏光分離素子の分光特性及び反射型画像表示素子の特性
に合わせて、入射光の偏光方向を変えることができる
為、光利用率及び赤、緑、青の色純度を向上させること
ができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて具体的に説明する。

【００４７】（実施形態１）図１は本実施形態１の投影
型カラー画像表示装置を示す模式図である。

【００４８】本実施形態では光源１０１として、１５０
Ｗ、アーク長３ｍｍのメタルハライドランプを用いた。
光源としては、この他にハロゲンランプやキセノンラン
プを用いることができる。光源１０１の背面には光源か
らの光を略平行光として出射するための放物面鏡１０２
が配置されている。

【００４９】光源１０１の前方には、光源１０１からの
白色光のうち、赤の波長帯域の光を透過させ、緑、青の
波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー１０３が
配置されている。ダイクロイックミラー１０３を透過し
た赤の光は、偏光分離素子１０４に入射し、Ｓ偏光の光
のみ反射型液晶表示素子１０５Ｒに入射する。一方、ダ
イクロイックミラー１０３で反射された緑、青の波長帯
域の光は、青の波長帯域の光を透過し、かつ、緑のＳ偏
光を反射、緑のＰ偏光を透過する偏光分離素子（以下、
上記素子のように可視光の中で、ある特定の波長帯域に
対してのみ偏光分離機能を有する素子を狭帯域偏光分離
素子と記す）１０６に入射し、緑のＳ偏光を反射型液晶
表示素子１０５Ｇの方向に反射させる。

【００５０】狭帯域偏光分離素子１０６を透過した青の
光は、反射ミラー１０７で反射された後、偏光分離素子
１０８に入射し、偏光分離素子１０８はそのＳ偏光成分
のみ反射型液晶表示素子１０５Ｂの方向に反射させる。

【００５１】本実施形態では、前記偏光分離素子１０
４、１０８として、スリーエム社製の偏光選択反射フィ
ルム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ Ｄ−ＢＥＦ）を用い
たが、誘電体膜で作製した偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）や特開昭５７−１５８８０１に開示されている偏光
性素子などを用いることができる。Ｄ−ＢＥＦや特開昭
５７−１５８８０１に開示されている偏光性素子は、そ
の面内において光学的異方性軸を有しており、入射した
光のうち光学的異方性軸の方向の直線偏光成分を反射
し、光学的異方性軸に直交する方向の偏光成分の光を透
過する機能を有する。

【００５２】このような機能を有する偏光分離素子１０
４、１０８の基本構造について、図２を用いて説明す
る。

【００５３】これらの偏光分離素子１０４、１０８は、
分子的な配向により複屈折性を持った複屈折性層２０２
と等方性層２０３とを交互に積層した多層構造のもので
ある。複屈折性層２０２は、積層された面内において光
学的異方性軸２０１を有している。また、等方性層２０
３の屈折率は、複屈折性層２０２の常光の屈折率ｎｏま
たは異常光の屈折率ｎｅのいずれか一方と一致するもの
が選ばれる。

【００５４】これらの偏光分離素子１０４、１０８に入
射した光は、複屈折性層２０２を透過し、等方性層２０
３に入射する。等方性層２０３の屈折率が複屈折性層２
０２の常光の屈折率と一致するように選ばれている場
合、入射した光のうち常光成分２０４は透過し、異常光
成分２０５のうち一部は複屈折性層２０２と等方性層２
０３との屈折率差により反射される。また、複屈折性層
２０２と等方性層２０３が交互に積層されている為、各
層において異常光の一部が反射され、結果として、常光
成分２０４は透過し、異常光成分２０５は反射される。
よって、偏光分離素子１０４、１０８は、異常光成分２
０５に対しては、誘電体薄膜と同様の原理で光を反射す
ることになる。

【００５５】狭帯域偏光分離素子１０６としては、図３
に示すような分光特性を有する誘電体ミラーを用い、反
射型液晶表示素子１０５ＧにＳ偏光の緑色光を入射させ
た。この狭帯域偏光分離素子１０６においても、先に述
べた特開昭５７−１５８８０１に開示されている偏光性
素子やＤ−ＢＥＦなどを、層数や層厚などを調整して必
要とする波長帯域に対して偏光分離特性を持つようにす
ることによって用いることができる。誘電体ミラーで
は、図３に示すように、そのカットオフ波長がＳ偏光に
比べてＰ偏光では長波長側にシフトするため、本実施形
態において用いる場合は、その光反射面に対するＳ偏光
成分しか反射させることができないが、前記偏光性素子
やＤ−ＢＥＦなどの素子を誘電体ミラーの代わりに用い
た場合、素子自体が光学的異方性軸を有し、その光学的
異方性軸に沿った偏光方向の光を反射させることができ
る為、その角度を調節することにより、使用する反射型
液晶表示素子１０５Ｇの特性に合わせ、任意の偏光方向
の光を入射させることができる。

【００５６】これらの反射型液晶表示素子１０５Ｒ、１
０５Ｇ、１０５Ｂに入射した光は、画像信号に合わせて
偏光方向が変調された後、偏光分離素子１０４、１０８
及び狭帯域偏光分離素子１０６に再度入射し、偏光方向
が変調された光のみ、偏光分離素子１０４、１０８及び
狭帯域偏光分離素子１０６を透過して、色合成用のクロ
スダイクロイックプリズム１０９により合成されて、投
影レンズ１１０に入射する。このとき、偏光分離素子１
０４、１０８及び狭帯域偏光分離素子１０６を通過した
反射型液晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂから
の反射光はＰ偏光である。一方、本実施形態に用いたク
ロスダイクロイックプリズム１０９は、Ｓ偏光に対して
分光特性が最適化されている為、クロスダイクロイック
プリズム１０９の光入射面に貼り合わせた１／２λ板
（図示せず）により、偏光方向を９０°回転させ、Ｓ偏
光として入射させた。

【００５７】本実施形態では、反射型液晶表示素子１０
５として、１．３型ＸＧＡパネル（１０２４×７６８ド
ット）を用いた。液晶のモードとしては垂直配向であ
り、図４（ａ）に示すように電圧が印加されていない時
は、液晶分子４０２は、ガラス基板４０１に対して垂直
に配向しており、直線偏光を入射させると、そのままの
偏光状態で反射される。これらの光は、再度偏光分離素
子１０４、１０８および狭帯域偏光分離素子１０６で反
射され、光源１０１側の光路方向に戻される。なお、図
４（ａ）中の４０３は反射電極である。

【００５８】これに対して、図４（ｂ）に示すように電
圧を印加すると、液晶分子４０２がガラス基板４０１に
対して水平方向に配向する。ここに直線偏光が入射する
と液晶の屈折率異方性により、偏光方向が変調される。
このとき、液晶層を光が往復する間に、液晶分子４０２
の長軸と短軸に対する光の位相差が１／２λとなるよう
に液晶層厚（セル厚）や△ｎ（液晶分子の長軸と短軸の
屈折率差）を調節すると、反射型液晶表示素子１０５で
反射される光は、入射光の偏光方向に対して、９０°回
転した直線偏光となり、偏光分離素子１０４、１０８お
よび狭帯域偏光分離素子１０６を透過する。液晶のモー
ドとしては、上記垂直配向の他、ＴＮなど光の偏光を利
用するものであれば、如何なるものでも適用できる。

【００５９】本実施形態では、上記光学部品の他に、コ
ントラスト比の向上とゴースト防止の為に、偏光離素子
１０４、１０８及び狭帯域偏光分離素子１０６の前後に
偏光フィルタ１１１と１１２を配置した。入射側の偏光
フィルタ１１１は、Ｐ偏光をカットするように、その透
過光学軸が紙面に対し平行にセットされている。これに
より、偏光分離素子１０４、１０８及び狭帯域偏光分離
素子１０６には、Ｓ偏光成分の光しか入射せず、偏光分
離素子の消光比が悪くても、反射型液晶表示素子１０５
Ｒ、１０５Ｇ、１０５ＢにはＳ偏光しか入射しないた
め、コントラスト比が向上する。この偏光フィルタ１１
１が無い場合、例えば、偏光分離素子１０８には、狭帯
域偏光分離素子１０６を透過した緑のＰ偏光成分の光が
入射することになり、この光が青用の反射型液晶表示素
子に入射すると、緑の光が青の画像信号に合わせて変調
され、ゴーストとして投影される。出射側の偏光フィル
タ１１２は、入射側の偏光フィルタ１１１とは光学軸を
直交させて配置されている。偏光フィルタ１１２も同様
の原理で、コントラスト比やゴーストの発生を防止する
働きをもつ。

【００６０】これらの偏光フィルタ１１１、１１２は、
本実施形態では偏光分離素子１０４、１０８及び狭帯域
偏光分離素子１０６の光入射側と出射側の両方に配置し
たが、入射側または出射側の一方に配置してもその効果
は得られる。また、入射側偏光フィルタ１１１及び１１
２と偏光分離素子１０４、１０８及び狭帯域偏光分離素
子１０６の間には光学部品を配置しないことが望まし
い。これは、これらの光学部品で光の偏光状態が乱さ
れ、その効果が低下するからである。

【００６１】上記条件にて光学系を構成したところ、明
るく、コントラストが良い画像が得られ、かつ、図１８
に示した反射型液晶表示素子を用いた従来のプロジェク
ションの光学系と比べると、約６５％にサイズを小さく
することができた。

【００６２】本実施形態では、反射型液晶表示素子１０
５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂには、紙面に対して垂直方向
に振動する光を入射させたが、Ｄ−ＢＥＦや特開昭５７
−１５８８０１に開示されている偏光性素子などを用い
た場合には、Ｐ偏光など、反射型液晶表示素子の特性に
合わせて入射させる光の偏光方向を調節することが望ま
しい。

【００６３】また、本実施形態ではダイクロイックミラ
ー１０３で赤の光を透過、緑と青の光を反射させる構成
としているが、本発明はこれに限らず、青を透過、緑と
赤を反射させる構成など、あらゆる組み合わせを取るこ
とができる。

【００６４】（実施形態２）図５は、本発明の実施形態
２に係る投影型カラー画像表示装置を示す模式図であ
る。本実施形態では実施形態１と同様の光学部品につい
ては同じ番号を記す。

【００６５】放物面鏡１０２にて略平行光に変換された
光源１０１からの光は、積層素子６０１に入射する。

【００６６】積層素子６０１は、図６に示すように、緑
と青の波長帯域の光のそれぞれに対してのみ、素子の光
学的異方性軸と平行な偏光成分の光を反射し、直交する
偏光成分の光を透過する２枚の狭帯域偏光分離素子８０
１、８０２の光学的異方性軸を直交させて２枚積層した
ものである。その特性は、図７に示すように、入射した
白色光を偏光方向が直交する緑のＳ偏光と青のＰ偏光と
を反射し、その他の光を透過する特性である。この積層
素子６０１を構成する２枚の狭帯域偏光分離素子８０
１、８０２としては、実施形態１で述べた特開昭５７−
１５８８０１に開示されている偏光性素子やＤ−ＢＥＦ
などを用い、かつ、その層数や層厚などを調整して緑と
青の波長帯域に対して偏光分離特性を持つようにするこ
とによって実現することができる。

【００６７】積層素子６０１を透過した光は、図５に示
すように、狭帯域偏光分離素子６０２に入射する。

【００６８】狭帯域偏光分離素子６０２は、図８に示す
ように、赤の波長帯域の光に対してのみ偏光依存性を有
し、入射光のうち赤のＳ偏光成分のみ反射させて、その
他の光を透過させることにより、不必要な緑と青及び赤
のＰ偏光の光をカットする働きを持つ。この狭帯域偏光
分離素子６０２も上記積層素子と同様、実施形態１で述
べた特開昭５７−１５８８０１に開示されている偏光性
素子やＤ−ＢＥＦなどを用い、かつ、その層数や層厚な
どを調整して赤の波長帯域に対して偏光分離特性を持つ
ようにすることによって実現することができる。

【００６９】狭帯域偏光分離素子６０２で反射された赤
のＳ偏光は、図５に示すように、反射型液晶表示素子１
０５Ｒで画像信号に合わせて偏光方向が変調されて、反
射される。

【００７０】積層素子６０１で反射された緑と青の光
は、光学的異方性軸が紙面に対して、垂直に設置された
偏光分離素子６０３に入射し、緑のＳ偏光のみが反射型
液晶表示素子１０５Ｇの方向へ反射される。

【００７１】一方、偏光分離素子６０３を透過した青の
Ｐ偏光は、反射ミラー１０７で反射された後、偏光分離
素子６０４に入射する。偏光分離素子６０４は、その光
学的異方性軸が紙面に対して水平に設置されており、青
のＰ偏光が反射型液晶表示素子１０５Ｂの方向に反射さ
れる。

【００７２】上記偏光分離素子６０３、６０４として
は、本実施形態では可視域全域にわたって偏光分離特性
を有するスリーエム社製の偏光選択反射フィルムＤ−Ｂ
ＥＦを用いたが、特開平５７−１５８８０１に開示され
ている偏光性素子などを用いても良い。また、可視光全
域にわたって偏光依存性を有する必要はなく、偏光分離
素子６０３では緑と青に対して、偏光分離素子６０４で
は青に対して偏光分離特性を有するものであれば、使用
することができる。

【００７３】また、偏光分離素子６０３、６０４及び狭
帯域偏光分離素子６０２の前後には、クロスダイクロイ
ックプリズム１０９の分光特性や、光学部品および反射
型液晶表示素子の特性に応じて、Ｓ偏光とＰ偏光を変換
する波長板を挿入しても良く、本実施形態では、クロス
ダイクロイックプリズム１０９の赤の光の入射面に１／
２λ板（図示せず）を挿入した。

【００７４】偏光分離素子６０４と狭帯域偏光分離素子
６０２の光入出射側及び偏光分離素子６０３の光出射側
には、実施形態１と同様の理由で、偏光フィルタ６０
５、６０６を配置した。

【００７５】上記構成にてプロジェクションを構成した
ところ、実施形態１と同様に明るく、かつ、コンパクト
なプロジェクション光学系を実現できた。

【００７６】本実施形態では、反射型液晶表示素子１０
５Ｒ、１０５Ｇに紙面に対して垂直方向に振動する光
を、また、反射型液晶表示素子１０５Ｂには水平方向に
振動する光を入射する光を入射させたが、それぞれの反
射型液晶表示素子に入射する光の偏光方向は自由に設定
でき、９０°回転させても良い。

【００７７】さらに、本実施形態においても、積層素子
６０１により青と緑の光を反射させたが、反射させる光
を緑と赤の組み合わせにするなど、あらゆる組み合わせ
を取ることができる。

【００７８】また、実施形態１、２において、反射型液
晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｂには偏光分離素子１０
４、１０８、６０２、６０４からの反射光を入射させた
が、図９（ａ）に示すような配置にすることにより、偏
光分離素子１００ａ、１００ｂからの透過光を反射型液
晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｂに入射させる構成とする
ことができる。ただし、この場合、反射型液晶表示素子
１０５Ｒ、１０５Ｂの位置に合わせて、偏光分離素子１
００ａ、１００ｂの分光特性を調節する必要がある。さ
らに、実施形態１、２において、偏光分離素子１０４、
１０８、６０３、６０４および狭帯域偏光分離素子１０
６、６０２としてプレート状のものを用いたが、図９
（ｂ）に示すキューブ状のものを用いてもよい。この場
合、光路を空気から屈折率の異なるガラス等に置き換え
ることができるので、投影レンズ１１０から反射型液晶
表示素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂまでの光学的な
距離を短くでき、そのため、クロスダイクロイックプリ
ズム１０９および投影レンズ１１０の小型化によるコス
トダウンが図れるだけでなく、偏光分離素子として誘電
体ミラーを用いた場合、プレート状の場合と比べて素子
の性能を向上させることができる。

【００７９】（実施形態３）図１０は本発明の実施形態
３に係る投影型カラー画像表示装置を示す模式図であ
る。本実施形態では実施形態１、２と同様の光学部品に
ついては同じ番号を記す。

【００８０】放物面鏡１０２にて略平行光に変換された
光源１０１からの光は、光源１０１からの白色光のう
ち、赤の波長帯域の光を透過させ、緑、青の波長帯域の
光を反射するダイクロイックミラー１１０３に入射す
る。ダイクロイックミラー１１０３を透過した赤の光
は、偏光分離素子１１０４に入射し、Ｓ偏光の光のみ反
射型液晶表示素子１０５Ｒに入射する。

【００８１】偏光分離素子１１０４としては、本実施形
態では、スリーエム社製偏光選択反射フィルム（Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｆｉｌｍ Ｄ−ＢＥＦ）を用いたが、誘電体
膜で作製した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）や特開昭
５７−１５８８０１に開示されている偏光性素子などを
用いることができる。

【００８２】一方、ダイクロイックミラー１１０３で反
射された緑、青の波長帯域の光は、青の波長帯域のＳ偏
光を透過し、緑のＳ偏光を反射する積層素子１１０５に
入射する。

【００８３】この積層素子１１０５は、実施形態２で用
いたものと同様に、図１１に示すように、緑と青の波長
帯域の光のそれぞれに対してのみ、素子の光学的異方性
軸と平行な偏光成分の光を反射し、直交する偏光成分の
光を透過する２枚の狭帯域偏光分離素子１１０６Ｇ、１
１０６Ｂの光学的異方性軸を直交させて２枚積層したも
のであり、同一方向の偏光方向を有する緑、青の光をそ
の光学的異方性軸の方向によって反射または透過するよ
うに構成されている。本実施形態では、図１１に示すよ
うに、緑に対応する狭帯域偏光分離素子１１０６Ｇの光
学的異方性軸を紙面に対して垂直方向に、青に対応する
狭帯域偏光分離素子１１０６Ｂの光学的異方性軸の方向
を紙面に対して水平方向に設置することにより、緑の波
長帯域のＳ偏光を反射させ、青の波長帯域に対するＳ偏
光を透過させて、それぞれ対応する反射型液晶表示素子
１０５Ｇ、１０５Ｂに入射させる。

【００８４】この積層素子１１０５を構成する狭帯域偏
光分離素子１１０６Ｇ、１１０６Ｂも、特開昭５７−１
５８８０１に開示されている偏光性素子やＤ−ＢＥＦな
どを用い、かつ、層数や層厚などを調整してそれぞれ対
応する色の波長帯域に対して偏光分離特性を持つように
することによって実現することができる。

【００８５】反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１０５Ｂに
入射した緑と青の帯域の光は、それぞれに対応した反射
型液晶表示素子で偏光方向が変調された後、緑の帯域の
光は、積層素子１１０５を透過し、青の光は積層素子１
１０５で反射されることにより、合成され、赤反射のダ
イクロイックミラー１１０７に入射する。ダイクロイッ
クミラー１１０７では、反射型液晶表示素子１０５Ｒで
反射された赤の帯域の光と反射型液晶表示素子１０５
Ｇ、１０５Ｂで反射された緑、青の帯域の光とが合成さ
れ、投影レンズ１１０でこれらの光が投影される。

【００８６】本実施形態では、偏光分離素子１１０４と
積層素子１１０５の光入出射側に実施形態１と同様の理
由で、偏光フィルタ１１０８、１１０９を配置した。

【００８７】上記構成にてプロジェクションの光学系を
構成したところ、明るくコントラストが高く、かつ、実
施形態１、２よりもさらにコンパクトなプロジェクショ
ンを実現できた。

【００８８】本実施形態では、ダイクロイックミラー１
１０３で赤の光を透過、緑と青の光を反射させたが、青
を透過、緑と赤を反射など、あらゆる組み合わせを取る
ことができる。

【００８９】また、本実施形態では、反射型液晶表示素
子１０５Ｒ、１０５ＢにＳ偏光の光を入射させたが、積
層素子１１０５を構成する緑と青に対応するそれぞれの
狭帯域偏光分離素子の光学的異方性軸を９０°回転させ
ることにより、Ｐ偏光を入射させることもできる。反射
型液晶表示素子１０５Ｒについても同様にＰ偏光を入射
させることができる。この場合も、上記Ｓ偏光を入射さ
せた場合と同様の効果を得ることができる。

【００９０】さらに、本実施形態では、反射型液晶表示
素子１０５Ｇ、１０５Ｂからの反射光と、反射型液晶表
示素子１０５Ｒからの反射光との偏光方向がダイクロイ
ックミラー１１０７の位置で同じになるように構成した
が、これらの光の偏光方向が直交している場合は、ダイ
クロイックミラーの代わりに偏光ビームスプリッタを用
いて光を合成しても良い。

【００９１】（実施形態４）図１２は本発明の実施形態
４に係る投影型カラー画像表示装置を示す模式図であ
る。本実施形態では実施形態１、２、３と同様の光学部
品については同じ番号を記す。

【００９２】放物面鏡１０２にて略平行光に変換された
光源１０１からの光は、積層素子１３０１に入射する。

【００９３】積層素子１３０１は、実施形態２、３で用
いた積層素子６０１、１１０５と同様の機能を有し、緑
と青の波長帯域の光のそれぞれに対してのみ、素子の光
学的異方性軸と平行な偏光成分の光を反射し、直交する
偏光成分の光を透過する２つの狭帯域偏光分離素子１３
０１Ｇ、１３０１Ｂの光学的異方性軸を直交させて２枚
積層したものである。その特性は、図７に示したよう
に、入射した白色光を偏光方向が直交する緑のＳ偏光と
青のＰ偏光を反射し、その他の光を透過する特性であ
る。

【００９４】この積層素子１３０１を構成する２枚の狭
帯域偏光分離素子１３０１Ｇ、１３０１Ｂとしては、実
施形態１で述べた特開平５７−１５８８０１に開示され
ている偏光性素子やスリーエム社製の偏光選択反射フイ
ルムＤ−ＢＥＦなどを用い、かつ、層数や層厚などを調
整して緑と青の波長帯域に対して偏光分離特性を持つよ
うにすることによって実現することができる。

【００９５】積層素子１３０１を透過した光は、狭帯域
偏光分離素子１３０２に入射する。狭帯域偏光分離素子
１３０２は、図８に示したように赤の波長帯域の光に対
してのみ偏光依存性を有し、入射光のうち赤のＳ偏光成
分のみ反射させて、その他の光を透過させることによ
り、不必要な緑と青及び赤のＰ偏光の光をカットする特
性を有する。

【００９６】この狭帯域偏光分離素子１３０２も、上記
積層素子１３０１と同様、実施形態１で述べた特開平５
７−１５８８０１に開示されている偏光性素子やスリー
エム社製の偏光選択反射フイルムＤ−ＢＥＦなどを用
い、かつ、層数や層厚などを調整して赤の波長帯域に対
して偏光分離特性を持つようにすることによって実現す
ることができる。

【００９７】狭帯域偏光分離素子１３０２で反射された
赤のＳ偏光は、反射型液晶表示素子１０５Ｒで画像信号
に合わせて偏光方向が変調されて、反射される。積層素
子１３０１で反射された緑と青の光は、光学的異方性軸
が紙面に対して、垂直に設置された偏光分離素子１３０
３に入射し、緑のＳ偏光のみが反射型液晶表示素子１０
５Ｇの方向へ反射され、青のＰ偏光は偏光分離素子１３
０３を透過し、反射型液晶表示素子１０５Ｂに入射す
る。

【００９８】偏光分離素子１３０３としては、本実施形
態では可視域全域で偏光分離機能を有するＤ−ＢＥＦを
用いたが、誘電体膜で作製した偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）や特開平５７−１５８８０１に開示されてい
る偏光性素子などを用いることができる。また、偏光分
離素子１３０３は、可視光全域で偏光分離機能を有する
必要はなく、入射する波長帯域の光に対して偏光分離機
能を有していれば良い。

【００９９】反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１０５Ｂに
入射した緑と青の帯域の光は、それぞれの反射型液晶表
示素子で偏光方向が変調された後、緑の帯域の光は、積
層素子１３０３を透過し、青の光は積層素子１３０３で
反射されることにより、合成され、赤反射のダイクロイ
ックミラー１３０４に入射する。ダイクロイックミラー
１３０４では、反射型液晶表示素子１０５Ｒで反射され
た赤の帯域の光と反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１０５
Ｂで反射された緑、青の帯域の光が合成され、投影レン
ズ１１０でこれらの光が投影される。

【０１００】本実施形態では、狭帯域偏光分離素子１３
０２の光入出射側に、実施形態１と同様の理由で、偏光
フィルタ１３０５、１３０６を配置した。

【０１０１】上記構成にてプロジェクションの光学系を
構成したところ、明るく、かつ、実施形態３と同様にコ
ンパクトなプロジェクション光学系を実現できた。

【０１０２】本実施形態では、積層素子１３０１で赤の
光を透過、緑のＳ偏光と青のＰ偏光を反射させたが、青
を透過、緑と赤を反射など、あらゆる組み合わせを取る
ことができ、また、使用する光の偏光方向も反射型液晶
表示素子の特性に合わせて変えることができる。

【０１０３】また、本実施形態では、反射型液晶表示素
子１０５Ｇ、１０５ＢにそれぞれＳ偏光とＰ偏光を入射
させたが、積層素子１３０１を構成する緑と青に対応す
るそれぞれの偏光分離素子の光学的異方性軸を９０°回
転させることにより、反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１
０５Ｂのそれぞれに入射する光の偏光方向を変えること
ができる。反射型液晶表示素子１０５Ｒについても同様
にＰ偏光を入射させることができる。

【０１０４】（実施形態５）図１３は本発明の実施形態
５に係る投影型カラー画像表示装置を示す模式図であ
る。本実施形態では実施形態１〜４と同様の光学部品に
ついては同じ番号を記す。

【０１０５】放物面鏡１０２にて略平行光に変換された
光源１０１からの光は、光源１０１からの白色光のう
ち、赤の波長帯域の光を透過させ、緑、青の波長帯域の
光を反射するダイクロイックミラー１４０１に入射す
る。ダイクロイックミラー１４０１を透過した赤の光
は、偏光分離素子１４０２に入射し、Ｓ偏光の光のみ反
射型液晶表示素子１０５Ｒに入射する。

【０１０６】偏光分離素子１４０２としては、本実施形
態では、スリーエム社製の偏光選択反射フィルム（Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ Ｄ−ＢＥＦ）を用いたが、誘電
体膜で作製した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）や特開
平５７−１５８８０１に開示されている偏光性素子など
を用いることができる。

【０１０７】一方、ダイクロイックミラー１４０１で反
射された緑、青の波長帯域の光は、青の波長帯域のＳ偏
光を透過し、緑のＳ偏光を反射する積層素子１４０３に
入射する。

【０１０８】この積層素子１４０３は、図１４に示すよ
うに、緑の波長帯域の光に対してのみ、素子の光学的異
方性軸と平行な偏光成分の光を反射し、光学的異方性軸
に直交する偏光成分及びその他の波長域の光を透過する
狭帯域偏光分離素子１４０４と、青の波長帯域の光に対
してのみ、素子の光学的異方性軸と平行な偏光成分の光
を反射し、光学的異方性軸に直交する偏光成分及びその
他の波長域の光を透過する狭帯域偏光分離素子１４０５
とを、両者の光学的異方性軸を平行にし、かつ、両素子
１４０４と１４０５の間に、入射光の偏光方向を９０°
回転させる波長板１４０６を配置した３枚積層構造のも
のであり、同一方向の偏光方向を有する緑、青の光を偏
光方向が直交する緑と青の光に分離し、対応する反射型
液晶表示素子１０５Ｇ、１０５Ｂに向わせる働きを持
つ。本実施形態では、狭帯域偏光分離素子１４０４、１
４０５の光学的異方性軸を紙面に対して、垂直に配置し
た。よって、反射型液晶表示素子１０５Ｇには緑のＳ偏
光、反射型液晶表示素子１０５Ｂには青のＰ偏光が入射
することになる。

【０１０９】上記積層素子１４０３を構成する狭帯域偏
光分離素子１４０４、１４０５も実施形態１で述べた特
開平５７−１５８８０１に開示されている偏光性素子や
Ｄ−ＢＥＦなどを用い、かつ、層数や層厚などを調整し
て緑と青の波長帯域に対して偏光分離特性を持つように
することによって実現することができる。

【０１１０】反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１０５Ｂに
入射した緑と青の波長域の光は、それぞれの反射型液晶
表示素子で偏光方向が変調された後、緑の帯域の光は、
積層素子１４０３を透過し、青の光は積層素子１４０３
で反射されることにより、合成され、赤反射のダイクロ
イックミラー１４０７に入射する。このとき、反射型液
晶表示素子１０５Ｇで反射されたＰ偏光のみが、狭帯域
偏光分離素子１４０４を透過し、波長板１４０６により
偏光方向が、９０°回転し、Ｓ偏光となる。一方、反射
型液晶表示素子１０５Ｂからの反射光はＳ偏光成分とな
った光のみが、狭帯域偏光分離素子１４０５で反射され
る。

【０１１１】よって、積層素子１４０３で合成された緑
と青の光は、両者ともＳ偏光となる。ダイクロイックミ
ラー１４０７では、反射型液晶表示素子１０５Ｒで反射
された赤の帯域の光と反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１
０５Ｂで反射された緑、青の帯域の光が合成され、投影
レンズでこれらの光が投影される。

【０１１２】本実施形態では、積層素子１４０３に入射
する光と出射する光の偏光方向が揃っている為、実施形
態４では狭帯域偏光分離素子１３０２の入出射側だけに
しか配置できなかった偏光フィルタ１３０５と１３０６
（図１２参照）を、積層素子１４０３の入出射側にも配
置できる、つまり図１３に示すように偏光フィルタ１４
０８、１４０９を配置できるので、実施形態３よりもコ
ントラスト比を向上させることができる。

【０１１３】上記構成にてプロジェクションの光学系を
構成したところ、明るく、コントラストが高く、かつ、
実施形態１、２よりもさらにコンパクトなプロジェクシ
ョン光学系を実現できた。

【０１１４】本実施形態では、ダイクロイックミラー１
４０１で赤の光を透過、緑と青の光を反射させたが、青
を透過、緑と赤を反射など、あらゆる組み合わせを取る
ことができる。

【０１１５】また、本実施形態では、反射型液晶表示素
子１０５Ｇ、１０５ＢにそれそれＳ偏光とＰ偏光を入射
させたが、積層素子１４０３を構成する緑と青に対応す
るそれそれの偏光分離素子の光学的異方性軸を９０°回
転させることにより、反射型液晶表示素子１０５Ｇ、１
０５Ｂのそれぞれに入射する光の偏光方向を変えること
ができる。反射型液晶表示素子１０５Ｒについても同様
に、入射する光の偏光方向を変えることができる。

【０１１６】さらに、実施形態３、４、５では反射型液
晶表示素子１０５Ｒには偏光分離素子からの反射光を入
射させたが、透過光が入射しても良く、また、反射型液
晶表示素子１０５Ｇと１０５Ｂの配置が入れ替わっても
良い。ただし、この場合、偏光分離素子の分光特性を反
射型液晶表示素子の位置に合わせて調節する必要があ
る。

【０１１７】また、実施形態３、４、５においても、実
施形態１、２と同様に反射型液晶表示素子や光学部品の
特性に合わせ、光の偏光方向を変換する波長板を挿入し
ても良く、さらに偏光分離素子、狭帯域偏光分離素子お
よび色合成用素子として、キューブ状のものを用いても
良い。この場合も、投影レンズから反射型液晶表示素子
までの光学的な距離を短くできるため、投影レンズの小
型化によるコストダウンを図ることができる。

【０１１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、反射型画
像表示素子を用いたプロジェクションにおいて、偏光分
離と色分離の両方の機能を兼ね備えた光学素子を用いる
ことにより、従来と比べて、光学系の大幅なコンパクト
化が図れる。また、偏光分離と色分離の両方の機能を兼
ね備えた光学素子を積層することにより、従来では一枚
の偏光分離素子に１枚の反射型画像表示素子が対応して
いたが、一枚の積層素子に２枚の反射型画像表示素子を
対応させられ、さらに光学系のコンパクト化を図ること
ができる。

【０１１９】さらに、この偏光分離と色分離の両方の機
能を兼ね備えた光学素子や積層素子の光入出射側に偏光
フィルタを配置することにより、該素子からの漏れ光や
不要光によるゴーストの発生を防止でき、コントラスト
比の高い、良好な画像を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る投影型カラー画像表
示装置の模式図である。

【図２】実施形態１に係る投影型カラー画像表示装置に
備わった、光学的異方性軸を有する偏光分離素子の説明
図（断面図）である。

【図３】実施形態１で用いた狭帯域偏光分離素子の分光
特性を示す図である。

【図４】実施形態１〜５で用いた反射型液晶表示素子の
動作説明図（断面図）である。

【図５】本発明の実施形態２に係る投影型カラー画像表
示装置の模式図である。

【図６】実施形態２で用いた積層素子の構成図（断面
図）である。

【図７】実施形態２で用いた積層素子の分光特性を示す
図である。

【図８】実施形態２で用いた狭帯域偏光分離素子の分光
特性を示す図である

【図９】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施形態１、２
に係る投影型カラー画像表示装置の別構成の模式図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態３に係る投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【図１１】実施形態３で用いた積層素子の構成図（斜視
図）である。

【図１２】本発明の実施形態４に係る投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【図１３】本発明の実施形態５に係る投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【図１４】実施形態５で用いた積層素子の構成図（断面
図）である。

【図１５】従来技術に関する透過型液晶表示素子の画素
構造の説明図（斜視図）である。

【図１６】本発明の適用が可能な反射型液晶表示素子の
断面図である。

【図１７】反射型液晶表示素子を用いた従来のプロジェ
クションの光学系の説明図である。

【図１８】反射型液晶表示素子を用いた従来の投影型カ
ラー画像表示装置の模式図である。

【図１９】従来技術に関するクロスダイクロイックプリ
ズムの偏光依存性を示す図である。

【図２０】従来技術に関するクロスダイクロイックプリ
ズムで発生する問題点の説明図である。

【図２１】従来技術に関する迷光やゴーストの発生メカ
ニズムの説明図である。

【図２２】従来技術に関する迷光やゴーストの原因とな
る光の説明図である。

【図２３】透過型液晶表示素子を用いた従来のプロジェ
クションの光学系の説明図である。

【図２４】従来技術に関するクロスダイクロイックプリ
ズムのランダム偏光に対する分光特性を示す図である。

【図２５】本発明において偏光フィルタを用いる場合に
解消できる、ゴースト発生のメカニズムを説明する模式
図である。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ 放物面鏡 １０３ ダイクロイックミラー １０４ 偏光分離素子 １０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂ 反射型液晶表示素子 １０６ 狭帯域偏光分離素子 １０７ 反射ミラー １０８ 偏光分離素子 １０９ クロスダイクロイックプリズム １１０ 投影レンズ １１１ 偏光フィルタ １１２ 偏光フィルタ ２０１ 光学的異方性軸 ２０２ 複屈折性層 ２０３ 等方性層 ２０４ 常光成分 ２０５ 異常光成分 ４０１ ガラス基板 ４０２ 液晶分子 ４０３ 反射電極 ６０１ 積層素子 ６０２ 狭帯域偏光分離素子 ６０３、６０４ 偏光分離素子 ６０５ 偏光フィルタ ６０６ 偏光フィルタ ８０１、８０２ 狭帯域偏光分離素子 １１０３ ダイクロイックミラー １１０４ 偏光分離素子 １１０５ 積層素子 １１０６Ｇ、１１０６Ｂ 狭帯域偏光分離素子 １１０７ ダイクロイックミラー １１０８ 偏光フィルタ １１０９ 偏光フィルタ １３０１ 積層素子 １３０１Ｇ、１３０１Ｂ、１３０２ 狭帯域偏光分離素
子 １３０３ 偏光分離素子 １３０４ ダイクロイックミラー １３０５ 偏光フィルタ １３０６ 偏光フィルタ １４０１ ダイクロイックミラー １４０２ 偏光分離素子 １４０３ 積層素子 １４０４、１４０５ 狭帯域偏光分離素子 １４０６ 波長板 １４０７ ダイクロイックミラー １６０１ ＴＦＴ １６０２ ブラックマトリクス １６０３ ゲートバスライン １６０４ ソースバスライン １７００ 画素電極 １１ 光源 １２ 偏光ビームスプリッタ １３ クロスダイクロイックプリズム １４ 反射型液晶表示素子 １５ 投影レンズ １６ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ (56)参考文献 特開 平８−234202（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−84319（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−153774（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−268234（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−506984（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−509331（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335 - 1/13363 G02B 27/18 G03B 33/12

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源からの光を波長帯域の異
   なる複数の光に色分離し、また、各色の光を偏光方向に
   よって透過または反射させて偏光分離する、複数の光学
   素子からなる光学手段と、 該光学手段からの光を受け、画像信号に合わせ偏光方向
   を変調する反射型画像表示素子と、 該反射型画像表示素子により変調された光を合成する色
   合成素子と、 該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と
   を備えた投影型画像表示装置において、 該光学手段の少なくとも１つの光学素子は、色分離と偏
   光分離の両方の機能を兼ね備えており、 色分離と偏光分離の両方の機能を兼ね備えた光学素子
   は、色分離と偏光分離の機能を有する面内において光学
   的異方性軸を有し、赤、緑、青の３原色の少なくとも１
   つの波長帯域において、入射光の該光学的異方性軸に平
   行な直線偏光成分を反射し、該入射光の該光学的異方性
   軸に直交する直線偏光成分を透過する機能を有すること
   を 特徴とする投影型画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子は、複屈折性を持った複屈
   折性層と等方性層とを交互に積層した多層構造を有し、
   該複屈折性層は、積層された面内において光学的異方性
   軸を有し、該等方性層の屈折率は、該複屈折性層の常光
   の屈折率ｎｏまたは異常光の屈折率ｎｅのいずれか一方
   と一致することを特徴とする請求項１に記載の投影型画
   像表示装置。
3. 【請求項３】 前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼
   ね備えた光学素子が、緑用反射型画像表示素子に対応し
   ており、青あるいは赤の少なくともどちらかの波長帯域
   の光を透過すると共に、緑の波長帯域において、偏光分
   離機能を有する光学素子であることを特徴とする請求項
   １に記載の投影型画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼
   ね備えた光学素子の少なくとも一つが、赤、緑、青の３
   原色のうち１つの波長帯域において偏光分離機能を有
   し、他の波長帯域の光を透過する２つの素子を、各素子
   の光学的異方性軸を直交させて積層した積層素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影型画像表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記色分離と偏光分離の両方の機能を兼
   ね備えた光学素子の少なくとも一つが、赤、緑、青の３
   原色のうち１つ波長帯域において偏光分離機能を有し、
   他の波長帯域の光を透過する２つの素子を、各素子の光
   学的異方性軸を平行にし、かつ、両素子間に１／２波長
   板を設置した３層構造の積層素子であることを特徴とす
   る請求項１に記載の投影型画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記反射型画像表示素子が、前記積層素
   子からの透過光及び反射光のそれぞれに対して１枚対応
   しており、該積層素子により偏光方向が同じ光を波長帯
   域によって透過及び反射することにより分離し、それぞ
   れの光を対応する反射型液晶表示素子に入射させると共
   に、該反射型画像表示素子により偏光方向が変調された
   光を合成することを特徴とする請求項４または５に記載
   の投影型画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記積層素子が、該光源に含まれる赤、
   緑、青の３原色の光を同じ方向に進む偏光方向が直交す
   る２色の光と残りの光とに分離する機能を有する光学素
   子であることを特徴とする請求項４に記載の投影型画像
   表示装置。
8. 【請求項８】 赤、緑、青の３原色の光のうち前記積層
   素子により分離された同方向に進む偏光方向が直交する
   ２色の光以外の残りの光を受け、該積層素子により分離
   された２色以外の残りの光の中から、残りの１色のＰ偏
   光またはＳ偏光のどちらかの光を選択し、対応する該反
   射型画像表示素子に入射させる機能を備えた偏光分離素
   子を有することを特徴とする請求項７に記載の投影型画
   像表示装置。
9. 【請求項９】 赤、緑、青の３原色の少なくとも一つの
   光路に、Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分のどちらか一方を
   カットする偏光フィルタを備えていることを特徴とする
   請求項１、３、６、７または８に記載の投影型画像表示
   装置。
10. 【請求項１０】 赤、緑、青の３原色の少なくとも一つ
    の光路に、光の偏光方向を変える波長板を備えているこ
    とを特徴とする請求項１、３、６、７、８または９に記
    載の投影型画像表示装置。