JP3777883B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の液晶装置を光変調用に用いた投射型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、この投射型表示装置において投射画像のコントラストを向上するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板の間で透過偏光軸がねじれ配向した液晶（ＴＮ液晶／ツイステッドネマティックモードの液晶）を用いた液晶装置は、たとえば投射型表示装置のライトバルブとして用いられている。たとえば、図１に示す投射型表示装置では、光源２０１から出射された非偏光な光は、インテグレータ光学系３００において１種類の直線偏光光に変換され出射された後、色光分離光学系３８０において、赤、緑、青の３色の色光に分離され、各色光毎に液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射した各色光は、各液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂで変調され、出射された後、クロスダイクロイックプリズム４２０に入射し、クロスダイクロイックプリズム４２０において合成された後、投射レンズ４０１から投射スクリーン上にカラー画像として投射される。
【０００３】
このように構成した投射型表示装置において、いずれの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂも装置光軸に対して垂直に配置されるため、いずれの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂにおいても、入射光量の６時−１２時方向における分布を図９に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの入射面に対する法線方向で入射光量が最高を示し、この法線方向から６時および１２時に傾くにつれて入射光量が徐々に減少していく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに用いた液晶装置における液晶の配向状態を模式的に示すように、液晶装置（液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）を構成するアクティブマトリクス基板３０および対向基板２０の表面に配向膜（図示せず。）となるポリイミド膜などを形成した後、矢印Ａおよび矢印Ｂでそれぞれのラビング方向を示すように、一対の基板間で互いに直角をなす方向にそれぞれラビング処理を施した後、基板２０、３０を貼り合わせ、その隙間に液晶３９を充填すると、液晶３９は、配向膜へのラビング方向に長軸方向を向けて配向し、一対の基板２０、３０間において液晶３９の長軸方向は９０°捩じれる。その結果、液晶装置では、基板２０、３０間の中央に位置する液晶３９の配向状態（長軸方向および長軸の傾き）によりコントラスト特性が方向性を示す。すなわち、図１０に示すように液晶３９を配向させたときには、図１１（Ａ）に３時−９時方向におけるコントラスト比の入射角依存性を示すように、液晶装置の３時−９時方向においてコントラスト比は、６時−１２時を中心に左右対称の特性を示すが、図１１（Ｂ）に６時−１２時方向におけるコントラスト比の入射角依存性を示すように、６時−１２時方向では６時（この例における明視方向）にやや傾いた方向においてコントラストが最高を示す一方、それから外れると大幅に低下する。特に、明視方向とは反対側に相当する１２時の方向（この例における逆明視方向）では、コントラストが急峻に低下する。
【０００５】
しかも、赤色光、緑色光、青色光のコントラスト比の入射角依存性をそれぞれ、二点鎖線ＬR、実線ＬG、一点鎖線ＬBで示すように、赤色光、緑色光、青色光の間においては、その波長の違いに起因してコントラスト比のレベルが相違し、赤色光は緑色光と比較してコントラスト比が高い一方、青色光は緑色光と比較してコントラスト比が低い。その結果、投射型表示装置から投射されたカラー画像のコントラストは、コントラスト比が最も低い青色光のコントラスト特性に支配され、従来の投射型表示装置においては、コントラストという面ではさらに一層の改善が必要である。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、液晶装置における各色光のコントラスト特性の差を考慮して光学系を改良することにより、コントラスト比の高い投射型表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段により分離された複数の色光を変調する複数の光変調用の液晶装置と、該複数の液晶装置により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射レンズと、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上に前記光源からの光が入射する複数の集光レンズを備えるレンズアレイとを有する投射型表示装置において、前記集光レンズアレイの外周側領域に選択遮光手段が配置されていることを特徴とする。また、その場合、前記色光分離手段は、前記光源からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射し、前記選択遮光手段は赤色光、緑色光および青色光のうち、当該青色光を遮光することが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、集光レンズアレイの外周領域に選択遮光手段が配置されているため、例えば、色光分離手段が前記光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射する場合には、選択遮光手段は、赤色光、緑色光および青色光のうち、青色光が入射する前記液晶装置への当該青色光の入射角度範囲を狭めることができる。
【０００９】
すなわち、従来であれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれの光が入射する液晶装置においても、図９に示すように、入射角度分布が同様であったものを、本発明では、液晶装置での視野角特性が低い色光（たとえば青色光）が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ｂ）に示すように、入射角度範囲を狭め、液晶装置での視野角特性が高い色光が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ａ）に示すように、入射角度範囲を狭めることをしない。従って、青色光が入射する液晶装置に対しては、入射面に対する法線方向に対して大きく傾いた方向からの光が入射しないため、この青色光用の液晶装置のコントラスト特性が、たとえば緑色光が入射する液晶装置のコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００１０】
また本発明では、選択遮光手段は誘電体多層膜からなることが好ましい。このような構成によれば、誘電体多層膜からなるフィルムをレンズアレイ周辺に付着すればよいため、所定の位置に容易に取り付けることが可能である。
【００１１】
本発明では、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段により分離された複数の色光を変調する複数の光変調用の液晶装置と、該複数の液晶装置により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射レンズとを有する投射型表示装置において、前記複数の色光のうち、少なくとも前記液晶装置での視野角特性（本願明細書では、コントラスト比の入射角依存性のことを意味する。）が最も低い色光が入射する前記液晶装置に対して当該色光の入射角度範囲を狭める入射角度範囲制限手段を有していることを特徴とする。
【００１２】
たとえば、前記色光分離手段が前記光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射する場合には、前記入射角度範囲制限手段は、赤色光、緑色光および青色光のうち、青色光が入射する前記液晶装置への当該青色光の入射角度範囲を狭める。
【００１３】
すなわち、従来であれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれの光が入射する液晶装置においても、図９に示すように、入射角度分布が同様であったものを、本発明では、液晶装置での視野角特性が低い色光（たとえば青色光）が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ｂ）に示すように、入射角度範囲を狭め、液晶装置での視野角特性が高い色光が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ａ）に示すように、入射角度範囲を狭めることをしない。従って、青色光が入射する液晶装置に対しては、入射面に対する法線方向に対して大きく傾いた方向からの光が入射しないため、この青色光用の液晶装置のコントラスト特性が、たとえば緑色光が入射する液晶装置のコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００１４】
本発明において、前記入射角度範囲制限手段としては、たとえば、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上で、当該光路の外周側を通る光に対して、前記入射角度範囲を狭めるべき色光を選択的に遮る選択遮光手段を用いることができる。たとえば、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上に、前記光源からの光が入射する複数の集光レンズを備えるレンズアレイと、前記集光レンズによって集光される光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変化素子アレイとを備えている場合には、前記レンズアレイの外周側領域に前記選択遮光手段を配置する。
【００１５】
本発明において、前記入射角度範囲制限手段は、入射角度範囲を狭めるべき前記液晶装置に入射する色光の明視方向および逆明視方向への傾きを当該液晶装置の入射面に対する法線方向に対して１０°以下内に制限することが好ましい。このような制限範囲では、入射角度を狭めることによるコントラスト比の向上が十分であるとともに、投射された画像において特定の色が暗くなることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本形態に係る液晶装置は、従来の液晶装置と基本的な構成が同一なので、共通する機能を有する部分には同じ符号を付して説明する。
【００１７】
［投射型表示装置の構成］
図１は、本発明が適用される投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ軸の正方向、ｚ軸の正方向側からみて１２時の方向をｙ軸の正方向、３時の方向をｘ軸の正方向とする。
【００１８】
図１に示すように、投射型表示装置１は、光源ユニット２０１と、光学ユニット３０１と、投射レンズ４０１とを有している。
【００１９】
光学ユニット３０１は、第１の光学要素３２０、第２の光学要素３３０、および重畳レンズ３７０を備えたインテグレータ光学系３００を有している。また、光学ユニット３０１は、ダイクロイックミラー３８２、３８６、および反射ミラー３８４を含む色光分離光学系３８０を有している。さらに、光学ユニット３０１は、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、および反射ミラー３９４、３９８を含む導光光学系３９０を有している。さらにまた、光学ユニット３０１は、３枚のフィールドレンズ４００、４０２、４０４、３枚の液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、およびクロスダイクロイックプリズム４２０を有している。
【００２０】
光源ユニット２０１は、光学ユニット３０１の第１の光学要素３２０の入射面側に配置されている。投射レンズ４０１は、光学ユニット３０１のクロスダイクロイックプリズム４２０の出射面側に配置されている。
【００２１】
図２は、図１に示す投射型表示装置１の照明領域である３枚の液晶ライトバルブを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、第１の光学要素３２０の外観を示す正面図、側面図およびこの第１の光学要素３２０の微小レンズが形成されている側の一部を拡大して示す斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図、およびこの偏光変換素子アレイの機能を示す説明図である。なお、図２は、説明を容易にするため、インテグレータ照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。
【００２２】
図２に示すインテグレータ照明光学系は、光源ユニット２０１に備えられた光源２００と、光学ユニット３０１に備えられたインテグレータ光学系３００とを有している。インテグレータ光学系３００は、第１の光学要素３２０、第２の光学要素３３０、および第３の光学要素である重畳レンズ３７０を備えている。第２の光学要素３３０は、集光レンズ３４０、遮光板３５０および偏光変換素子アレイ３６０を備えている。
【００２３】
光源２００は、光源ランプ２１０および凹面鏡２１２を備えている。光源ランプ２１０から出射された放射状の光源（放射光）は、凹面鏡２１２によって反射されて略平行な光線束として第１の光学要素３２０の方向に出射される。光源ランプ２１０としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが用いられることが多い。凹面鏡２１２としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【００２４】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、第１の光学要素３２０は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ３２１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列されたレンズアレイである。レンズ横方向中心からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在する。この例では、Ｍ＝１０、Ｎ＝４である。各小レンズ３２１をｚ方向から見た外形形状は、液晶ライトバルブ４１０の形状と略相似系をなすように設定されている。例えば、液晶ライトバルブの画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ３２１のアスペクト比も４：３に設定される。また、図２に示すように、第２の光学要素３３０にも集光レンズ３４０が形成されているが、この集光レンズ３４０は、図３を参照して説明した第１の光学要素３２０と同様な構成のレンズアレイである。なお、第１の光学要素３２０および集光レンズ３４０のレンズの向きは、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向のどちらを向いていてもよい。また、図２に示すように互いに反対の方向を向いていても良い。
【００２５】
再び図２において、偏光変換素子アレイ３６０は、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２が光軸を挟んで対称な向きに配置されている。
【００２６】
この偏光変換素子アレイ３６１は、図４（Ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ３６３と、偏光ビームスプリッタアレイ３６３の光出射面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３６４（図中斜線で示す。）とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ３６３は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材３６５が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材３６５の界面には、偏光分離膜３６６と反射膜３６７とが交互に形成されている。λ／２位相差板３６４は、偏光分離膜３６６あるいは反射膜３６７の光の出射面のｘ方向の写像部分に、選択的に貼りつけられる。この例では、偏光分離膜３６６の光の出射面のｘ方向に写像部分にλ／２位相差板３６４を貼りつけている。
【００２７】
このように構成した偏光変換素子アレイ３６１は、入射された光束を１種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換して出射する機能を有する。
【００２８】
すなわち、図４（Ｂ）に示すように、偏光変換素子アレイ３６１の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射すると、この入射光は、まず、偏光分離膜３６６によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜３６６によって略垂直に反射され、反射膜３６７によってさらに反射されてから出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３６６をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の出射領域にはλ／２位相差板３６４が配置されており、このｐ偏光光は、ｓ偏光光に変換されて出射される。従って、偏光変換素子アレイ３６１を透過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって出射される。また、偏光変換素子アレイ３６１から出射される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板３６４を、反射膜３６７によって反射されたｓ偏光光が出射する出射面に配置するようにすればよい。
【００２９】
このように、偏光変換素子アレイ３６１は、隣り合う１つの偏光分離膜３６６および１つの反射膜３６７を含み、さらに１つのλ／２位相差板３６４で構成される１つのブロックを、１つの偏光変換素子３６８とみなすことができる。従って、偏光変換素子アレイ３６１は、このような偏光変換素子３６８が、ｘ方向に複数列配列されたものといえる。ここの示す例では、４列の偏光変換素子３６８で構成されている。なお、偏光変換素子アレイ３６２は偏光変換素子アレイ３６１と全く同様であるので説明を省略する。
【００３０】
このように構成した投射型表示装置１において、図２に示す光源２００から出射された非偏光な光は、インテグレータ光学系３００を構成する第１の光学要素３２０の複数の小レンズ３２１および第２の光学要素３３０に含まれる集光レンズ３４０の複数の小レンズ３４１によって複数の部分光束２０２に分割されるとともに、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の偏光分離膜３６６の近傍に集光される。ここで、集光レンズ３４０は、第１の光学要素３２０から出射された複数の部分光束が２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の偏光分離膜３６６上に集光されるように導く機能を有している。従って、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２に入射した複数の部分光束は、図４（Ｂ）を参照して説明したように、１種類の直線偏光光に変換され出射される。２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２から出射された複数の部分光束は、重畳レンズ３７０によって後述する液晶ライトバルブ４１０（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）上で重畳される。従って、このインテグレータ照明光学系は液晶ライトバルブ４１０を均一に照明することができる。
【００３１】
再び図１において、投射型表示装置１において、反射ミラー３７２は、照明光学系の構成によっては必ずしも必要としないが、本形態では、重畳レンズ３７０から出射された光束を色光分離光学系３８０の方向に導くために設けられている。
【００３２】
色光分離光学系３８０は、２枚のダイクロイックミラー３８２、３８６を備え、重畳レンズ３７０から出射される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から出射される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤光用の液晶ライトバルブ４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から出射された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブ４１０Ｇ、４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２、４０４も同様である。第１のダイクロイックミラー３８２で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー３８６を透過し、導光光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、および反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｂに達する。なお、青色光に導光光学系３９０が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。
【００３３】
３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂはいずれも、図５、図６および図７に示す構成を有している。
【００３４】
図５および図６はそれぞれ、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとして用いられる液晶装置１００を対向基板の側からみた平面図、および図５のＨ−Ｈ′線で切断したときの液晶装置１００の断面図である。図７は、液晶装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図５および図６には、液晶装置の方向を表すために、時計における時刻に相当する数字を付してあり、ここに付した時刻は、図１０および図１１に表した時刻と対応する。
【００３５】
図５および図６において、液晶装置１００（液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）は、画素電極８がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板３０と、対向電極３２が形成された対向基板２０と、これらの基板２０、３０間に封入、挟持されている液晶３９とから概略構成されている。アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０とは、対向基板２０の外周縁に沿って形成されたギャップ材含有のシール材５２によって所定の間隙を介して貼り合わされている。また、アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０との間には、ギャップ材含有のシール材５２によって液晶封入領域４０が区画形成され、この内側に液晶３９が封入されている。シール材５２としては、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。また、ギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球を用いることができる。
【００３６】
対向基板２０はアクティブマトリクス基板３０よりも小さく、アクティブマトリクス基板３０の周辺部分は、対向基板２０の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板３０の駆動回路（走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０）や入出力端子４５は対向基板２０から露出した状態にある。ここで、シール材５２は部分的に途切れて液晶注入口２４１が構成されている。対向基板２０とアクティブマトリクス基板３０とを貼り合わせた後、液晶注入口２４１から液晶３９を封入した後、液晶注入口２４１を封止剤２４２で塞ぐ。なお、対向基板２０には、シール材５２の内側において横長の長方形に画像表示領域７を仕切るための額縁用の遮光膜５５も形成されている。また、対向基板２０のコーナー部のいずれにも、アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材５６が形成されている。
【００３７】
このように構成した液晶装置１００において、画像表示領域７を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、図７に示すように、画素電極８、およびこの画素電極８を制御するためのＴＦＴ１０とから構成され、画像信号が供給されるデータ線９０がＴＦＴ１０のソースに電気的接続されている。このデータ線９０には、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが順次供給される。また、走査線９１を介してＴＦＴ１０のゲート電極にはパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極８は、ＴＦＴ１０のドレインに電気的接続されており、ＴＦＴ１０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線９０から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。画素電極８を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、対向基板２０に形成された対向電極３２との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極８と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量４０が付加されてる。このように蓄積容量４０を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線９２を設けても良いし、前段の走査線９１との間で容量を形成しても良い。
【００３８】
このように構成した液晶装置１００では、画素毎に液晶に印加する電場を制御することにより、液晶の配向状態を画素毎に制御できる。従って、液晶装置１００では、入射した光が透過するか否かを画素毎に制御できるので、与えられた画像情報（画像信号）に基づいて変調する光変調手段として機能する。それ故、３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射される。
【００３９】
再び、図１において、３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム４２０に入射する。クロスダイクロイックプリズム４２０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム４２０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投射するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム４２０で生成された合成光は、投射レンズ４０１の方向に出射される。投射レンズ４０１は、この合成光を投射スクリーン上に投射する機能を有し、投射スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００４０】
［コントラスト特性向上のための構成］
このように構成した投射型表示装置１において、本形態では、図３（Ｂ）に示すように、光源２００から色光分離光学系３８０に至る光路上に配置された光学部品のうち、第２の光学要素３２０の光源２００の側に位置する面には、その外周部分に、青色光成分を選択的に反射する誘電体多層膜が形成されたフィルム３１０（選択遮光手段/入射角度範囲制限手段）が貼られている。このフィルム３１０は、第２の光学要素３２０の外周縁に沿って枠状に形成されている。このため、図３（Ａ）、（Ｃ）には、多数の小レンズ３２１のうち、最も外側で並ぶ小レンズ３２１については、フィルム３１０によって、赤色光成分および緑色光成分は通過するが、青色光成分が通過しない部分であるとして斜線を付してある。
【００４１】
このように構成した投射型表示装置１において、第１の光学要素３２０では、光源ユニット２０１から出射された光のうち、赤色光成分および緑色光成分は、フィルム３１０が貼られている領域も含めて、小レンズ３２１が形成されている領域全体から第２の光学要素３３０に向けて出射されるが、青色光成分は、小レンズ３２１が形成されている領域のうち、裏面側にフィルム３１０が形成されていない微小レンズ３２１（斜線の付されていない領域）からのみ第２の光学要素３３０に向けて出射される。すなわち、青色光については、光束が絞られた状態となる。従って、インテグレータ光学系３００から色光分離光学系３８０および導光光学系３９０を経て各色光が液晶ライトバルブ４１０（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）に照射された際、赤色用の液晶ライトバルブ４１０Ｒおよび緑色用の液晶ライトバルブ４１０Ｇには、それらの入射角度と入射光量の分布を図８（Ａ）に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇの入射面に対する法線方向を中心に、この法線方向から１０°以上も傾いたようなかなり広い角度範囲からもそれぞれの色光が入射する。これに対して、赤色光、緑色光、青色光のうち、最も視野角特性の低い青色光については、第１の光学要素３２０に貼られたフィルム３１０によって光束が絞られているので、青色用の液晶ライトバルブ４１０Ｂには、その入射角度と入射光量の分布を図８（Ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇの入射面に対する法線方向から１０°以上も傾いた光は入射しない。このように、本形態では、青色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｒに対しては、入射面に対する法線方向に対して６時方向あるいは１２時方向に大きく傾いた方向から入射してコントラスト比を低下させるような色光が入射しないように入射角度範囲が制限されているので、青色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｒのコントラスト特性は、たとえば緑色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｇのコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置１から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００４２】
また、青色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｒの入射角度範囲を制限するのは約１０°であるため、コントラスト比の向上には十分であり、かつ、投射された画像において青色光のみが暗いという不具合も発生しない。また、入射光を絞るのは青色光だけであるので、画像が暗くなるという不具合も発生しない。
【００４３】
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、光源ユニット２０１から色光分離光学系３８０に至る光路に配置された各光学要素のうち、第１の光学要素３２０の外周側に対して、青色光を反射することにより遮光するフィルム３１０を貼った構成であったが、この光路の外周側部分で所定の色光（たとえば青色光）を遮ることができれば、第２の光学要素３３０の外周側などに対してフィルム３１０を貼ってもよい。
【００４４】
また、上記形態では、青色の光を選択的に反射するフィルムを用いたが、青色の光を選択的に反射、あるいは吸収する膜を第１の光学要素３２０あるいは第２の光学要素３３０の外周側にコーティングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１に示す投射型表示装置の照明領域である３枚の液晶ライトバルブを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した投射型表示装置のインテグレータ照明光学系に用いた第１の光学要素の外観を示す正面図、側面図、および第１の光学要素の微小レンズが形成されている側の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２に示すインテグレータ照明光学系に用いた偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図、およびこの偏光変換素子アレイの機能を示す説明図である。
【図５】液晶装置（ライトバルブ）を対向基板の方からみたときの平面図である。
【図６】図５のＨ−Ｈ′線で切断したときの液晶装置の断面図である。
【図７】液晶装置の構成を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明を適用した投射型表示装置において、赤色用・緑色用の液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフ、および青用の液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフである。
【図９】従来の投射型表示装置に用いた液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフである。
【図１０】液晶装置において基板間で液晶の長軸が９０°捩じれていく様子を示す説明図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、液晶装置の３時−９時方向におけるコントラスト特性を示すグラフ、および液晶装置の６時−１２時方向におけるコントラスト特性を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 対向基板
３０ アクティブマトリクス基板
３９ 液晶
１００ 液晶装置
２００ 光源
２０１ 光源ユニット
２０２ 部分光束
２１０ 光源ランプ
２１２ 凹面鏡
３００ インテグレータ光学系
３０１ 光学ユニット
３１０ 青色光選択反射用のフィルム（選択遮光手段/入射角度範囲制限手段）
３２０ 第１の光学要素（集光レンズ、レンズアレイ）
３２１ 小レンズ
３３０ 第２の光学要素
３４０ 集光レンズ
３４１ 小レンズ
３５０ 遮光板
３５１ 開口部
３６０ 偏光変換素子アレイ
３６１、３６２ 偏光変換素子アレイ
３６３ 偏光ビームスプリッタアレイ
３６４ λ／２位相差板
３６６ 偏光分離膜
３６７ 反射膜
３６８ 偏光変換素子
３７０ 重畳レンズ
３７２ 反射ミラー
３８０ 色光分離光学系
３８２ 第１のダイクロイックミラー
３８４ 反射ミラー
３８６ 第２のダイクロイックミラー
３９０ 導光光学系
３９２ 入射側レンズ
３９４、３９８ 反射ミラー
３９６ リレーレンズ
４０１ 投射レンズ
４１０ 液晶ライトバルブ（照明領域）
４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ 液晶ライトバルブ
４２０ クロスダイクロイックプリズム
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の液晶装置を光変調用に用いた投射型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、この投射型表示装置において投射画像のコントラストを向上するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の基板の間で透過偏光軸がねじれ配向した液晶（ＴＮ液晶／ツイステッドネマティックモードの液晶）を用いた液晶装置は、たとえば投射型表示装置のライトバルブとして用いられている。たとえば、図１に示す投射型表示装置では、光源２０１から出射された非偏光な光は、インテグレータ光学系３００において１種類の直線偏光光に変換され出射された後、色光分離光学系３８０において、赤、緑、青の３色の色光に分離され、各色光毎に液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射した各色光は、各液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂで変調され、出射された後、クロスダイクロイックプリズム４２０に入射し、クロスダイクロイックプリズム４２０において合成された後、投射レンズ４０１から投射スクリーン上にカラー画像として投射される。
【０００３】
このように構成した投射型表示装置において、いずれの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂも装置光軸に対して垂直に配置されるため、いずれの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂにおいても、入射光量の６時−１２時方向における分布を図９に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの入射面に対する法線方向で入射光量が最高を示し、この法線方向から６時および１２時に傾くにつれて入射光量が徐々に減少していく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに用いた液晶装置における液晶の配向状態を模式的に示すように、液晶装置（液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）を構成するアクティブマトリクス基板３０および対向基板２０の表面に配向膜（図示せず。）となるポリイミド膜などを形成した後、矢印Ａおよび矢印Ｂでそれぞれのラビング方向を示すように、一対の基板間で互いに直角をなす方向にそれぞれラビング処理を施した後、基板２０、３０を貼り合わせ、その隙間に液晶３９を充填すると、液晶３９は、配向膜へのラビング方向に長軸方向を向けて配向し、一対の基板２０、３０間において液晶３９の長軸方向は９０°捩じれる。その結果、液晶装置では、基板２０、３０間の中央に位置する液晶３９の配向状態（長軸方向および長軸の傾き）によりコントラスト特性が方向性を示す。すなわち、図１０に示すように液晶３９を配向させたときには、図１１（Ａ）に３時−９時方向におけるコントラスト比の入射角依存性を示すように、液晶装置の３時−９時方向においてコントラスト比は、６時−１２時を中心に左右対称の特性を示すが、図１１（Ｂ）に６時−１２時方向におけるコントラスト比の入射角依存性を示すように、６時−１２時方向では６時（この例における明視方向）にやや傾いた方向においてコントラストが最高を示す一方、それから外れると大幅に低下する。特に、明視方向とは反対側に相当する１２時の方向（この例における逆明視方向）では、コントラストが急峻に低下する。
【０００５】
しかも、赤色光、緑色光、青色光のコントラスト比の入射角依存性をそれぞれ、二点鎖線ＬR、実線ＬG、一点鎖線ＬBで示すように、赤色光、緑色光、青色光の間においては、その波長の違いに起因してコントラスト比のレベルが相違し、赤色光は緑色光と比較してコントラスト比が高い一方、青色光は緑色光と比較してコントラスト比が低い。その結果、投射型表示装置から投射されたカラー画像のコントラストは、コントラスト比が最も低い青色光のコントラスト特性に支配され、従来の投射型表示装置においては、コントラストという面ではさらに一層の改善が必要である。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、液晶装置における各色光のコントラスト特性の差を考慮して光学系を改良することにより、コントラスト比の高い投射型表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段により分離された複数の色光を変調する複数の光変調用の液晶装置と、該複数の液晶装置により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射レンズと、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上に前記光源からの光が入射する複数の集光レンズを備えるレンズアレイとを有する投射型表示装置において、前記集光レンズアレイの外周側領域に選択遮光手段が配置されていることを特徴とする。また、その場合、前記色光分離手段は、前記光源からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射し、前記選択遮光手段は赤色光、緑色光および青色光のうち、当該青色光を遮光することが好ましい。
【０００８】
本発明によれば、集光レンズアレイの外周領域に選択遮光手段が配置されているため、例えば、色光分離手段が前記光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射する場合には、選択遮光手段は、赤色光、緑色光および青色光のうち、青色光が入射する前記液晶装置への当該青色光の入射角度範囲を狭めることができる。
【０００９】
すなわち、従来であれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれの光が入射する液晶装置においても、図９に示すように、入射角度分布が同様であったものを、本発明では、液晶装置での視野角特性が低い色光（たとえば青色光）が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ｂ）に示すように、入射角度範囲を狭め、液晶装置での視野角特性が高い色光が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ａ）に示すように、入射角度範囲を狭めることをしない。従って、青色光が入射する液晶装置に対しては、入射面に対する法線方向に対して大きく傾いた方向からの光が入射しないため、この青色光用の液晶装置のコントラスト特性が、たとえば緑色光が入射する液晶装置のコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００１０】
また本発明では、選択遮光手段は誘電体多層膜からなることが好ましい。このような構成によれば、誘電体多層膜からなるフィルムをレンズアレイ周辺に付着すればよいため、所定の位置に容易に取り付けることが可能である。
【００１１】
本発明では、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段により分離された複数の色光を変調する複数の光変調用の液晶装置と、該複数の液晶装置により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射レンズとを有する投射型表示装置において、前記複数の色光のうち、少なくとも前記液晶装置での視野角特性（本願明細書では、コントラスト比の入射角依存性のことを意味する。）が最も低い色光が入射する前記液晶装置に対して当該色光の入射角度範囲を狭める入射角度範囲制限手段を有していることを特徴とする。
【００１２】
たとえば、前記色光分離手段が前記光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射する場合には、前記入射角度範囲制限手段は、赤色光、緑色光および青色光のうち、青色光が入射する前記液晶装置への当該青色光の入射角度範囲を狭める。
【００１３】
すなわち、従来であれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれの光が入射する液晶装置においても、図９に示すように、入射角度分布が同様であったものを、本発明では、液晶装置での視野角特性が低い色光（たとえば青色光）が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ｂ）に示すように、入射角度範囲を狭め、液晶装置での視野角特性が高い色光が入射する液晶装置に入射する光については、図８（Ａ）に示すように、入射角度範囲を狭めることをしない。従って、青色光が入射する液晶装置に対しては、入射面に対する法線方向に対して大きく傾いた方向からの光が入射しないため、この青色光用の液晶装置のコントラスト特性が、たとえば緑色光が入射する液晶装置のコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００１４】
本発明において、前記入射角度範囲制限手段としては、たとえば、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上で、当該光路の外周側を通る光に対して、前記入射角度範囲を狭めるべき色光を選択的に遮る選択遮光手段を用いることができる。たとえば、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上に、前記光源からの光が入射する複数の集光レンズを備えるレンズアレイと、前記集光レンズによって集光される光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変化素子アレイとを備えている場合には、前記レンズアレイの外周側領域に前記選択遮光手段を配置する。
【００１５】
本発明において、前記入射角度範囲制限手段は、入射角度範囲を狭めるべき前記液晶装置に入射する色光の明視方向および逆明視方向への傾きを当該液晶装置の入射面に対する法線方向に対して１０°以下内に制限することが好ましい。このような制限範囲では、入射角度を狭めることによるコントラスト比の向上が十分であるとともに、投射された画像において特定の色が暗くなることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本形態に係る液晶装置は、従来の液晶装置と基本的な構成が同一なので、共通する機能を有する部分には同じ符号を付して説明する。
【００１７】
［投射型表示装置の構成］
図１は、本発明が適用される投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ軸の正方向、ｚ軸の正方向側からみて１２時の方向をｙ軸の正方向、３時の方向をｘ軸の正方向とする。
【００１８】
図１に示すように、投射型表示装置１は、光源ユニット２０１と、光学ユニット３０１と、投射レンズ４０１とを有している。
【００１９】
光学ユニット３０１は、第１の光学要素３２０、第２の光学要素３３０、および重畳レンズ３７０を備えたインテグレータ光学系３００を有している。また、光学ユニット３０１は、ダイクロイックミラー３８２、３８６、および反射ミラー３８４を含む色光分離光学系３８０を有している。さらに、光学ユニット３０１は、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、および反射ミラー３９４、３９８を含む導光光学系３９０を有している。さらにまた、光学ユニット３０１は、３枚のフィールドレンズ４００、４０２、４０４、３枚の液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、およびクロスダイクロイックプリズム４２０を有している。
【００２０】
光源ユニット２０１は、光学ユニット３０１の第１の光学要素３２０の入射面側に配置されている。投射レンズ４０１は、光学ユニット３０１のクロスダイクロイックプリズム４２０の出射面側に配置されている。
【００２１】
図２は、図１に示す投射型表示装置１の照明領域である３枚の液晶ライトバルブを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、第１の光学要素３２０の外観を示す正面図、側面図およびこの第１の光学要素３２０の微小レンズが形成されている側の一部を拡大して示す斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図、およびこの偏光変換素子アレイの機能を示す説明図である。なお、図２は、説明を容易にするため、インテグレータ照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。
【００２２】
図２に示すインテグレータ照明光学系は、光源ユニット２０１に備えられた光源２００と、光学ユニット３０１に備えられたインテグレータ光学系３００とを有している。インテグレータ光学系３００は、第１の光学要素３２０、第２の光学要素３３０、および第３の光学要素である重畳レンズ３７０を備えている。第２の光学要素３３０は、集光レンズ３４０、遮光板３５０および偏光変換素子アレイ３６０を備えている。
【００２３】
光源２００は、光源ランプ２１０および凹面鏡２１２を備えている。光源ランプ２１０から出射された放射状の光源（放射光）は、凹面鏡２１２によって反射されて略平行な光線束として第１の光学要素３２０の方向に出射される。光源ランプ２１０としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが用いられることが多い。凹面鏡２１２としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【００２４】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、第１の光学要素３２０は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ３２１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列されたレンズアレイである。レンズ横方向中心からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在する。この例では、Ｍ＝１０、Ｎ＝４である。各小レンズ３２１をｚ方向から見た外形形状は、液晶ライトバルブ４１０の形状と略相似系をなすように設定されている。例えば、液晶ライトバルブの画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ３２１のアスペクト比も４：３に設定される。また、図２に示すように、第２の光学要素３３０にも集光レンズ３４０が形成されているが、この集光レンズ３４０は、図３を参照して説明した第１の光学要素３２０と同様な構成のレンズアレイである。なお、第１の光学要素３２０および集光レンズ３４０のレンズの向きは、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向のどちらを向いていてもよい。また、図２に示すように互いに反対の方向を向いていても良い。
【００２５】
再び図２において、偏光変換素子アレイ３６０は、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２が光軸を挟んで対称な向きに配置されている。
【００２６】
この偏光変換素子アレイ３６１は、図４（Ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ３６３と、偏光ビームスプリッタアレイ３６３の光出射面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３６４（図中斜線で示す。）とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ３６３は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材３６５が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材３６５の界面には、偏光分離膜３６６と反射膜３６７とが交互に形成されている。λ／２位相差板３６４は、偏光分離膜３６６あるいは反射膜３６７の光の出射面のｘ方向の写像部分に、選択的に貼りつけられる。この例では、偏光分離膜３６６の光の出射面のｘ方向に写像部分にλ／２位相差板３６４を貼りつけている。
【００２７】
このように構成した偏光変換素子アレイ３６１は、入射された光束を１種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換して出射する機能を有する。
【００２８】
すなわち、図４（Ｂ）に示すように、偏光変換素子アレイ３６１の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射すると、この入射光は、まず、偏光分離膜３６６によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜３６６によって略垂直に反射され、反射膜３６７によってさらに反射されてから出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３６６をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の出射領域にはλ／２位相差板３６４が配置されており、このｐ偏光光は、ｓ偏光光に変換されて出射される。従って、偏光変換素子アレイ３６１を透過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって出射される。また、偏光変換素子アレイ３６１から出射される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板３６４を、反射膜３６７によって反射されたｓ偏光光が出射する出射面に配置するようにすればよい。
【００２９】
このように、偏光変換素子アレイ３６１は、隣り合う１つの偏光分離膜３６６および１つの反射膜３６７を含み、さらに１つのλ／２位相差板３６４で構成される１つのブロックを、１つの偏光変換素子３６８とみなすことができる。従って、偏光変換素子アレイ３６１は、このような偏光変換素子３６８が、ｘ方向に複数列配列されたものといえる。ここの示す例では、４列の偏光変換素子３６８で構成されている。なお、偏光変換素子アレイ３６２は偏光変換素子アレイ３６１と全く同様であるので説明を省略する。
【００３０】
このように構成した投射型表示装置１において、図２に示す光源２００から出射された非偏光な光は、インテグレータ光学系３００を構成する第１の光学要素３２０の複数の小レンズ３２１および第２の光学要素３３０に含まれる集光レンズ３４０の複数の小レンズ３４１によって複数の部分光束２０２に分割されるとともに、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の偏光分離膜３６６の近傍に集光される。ここで、集光レンズ３４０は、第１の光学要素３２０から出射された複数の部分光束が２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２の偏光分離膜３６６上に集光されるように導く機能を有している。従って、２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２に入射した複数の部分光束は、図４（Ｂ）を参照して説明したように、１種類の直線偏光光に変換され出射される。２つの偏光変換素子アレイ３６１、３６２から出射された複数の部分光束は、重畳レンズ３７０によって後述する液晶ライトバルブ４１０（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）上で重畳される。従って、このインテグレータ照明光学系は液晶ライトバルブ４１０を均一に照明することができる。
【００３１】
再び図１において、投射型表示装置１において、反射ミラー３７２は、照明光学系の構成によっては必ずしも必要としないが、本形態では、重畳レンズ３７０から出射された光束を色光分離光学系３８０の方向に導くために設けられている。
【００３２】
色光分離光学系３８０は、２枚のダイクロイックミラー３８２、３８６を備え、重畳レンズ３７０から出射される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から出射される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤光用の液晶ライトバルブ４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から出射された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブ４１０Ｇ、４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２、４０４も同様である。第１のダイクロイックミラー３８２で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー３８６を透過し、導光光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、および反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｂに達する。なお、青色光に導光光学系３９０が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。
【００３３】
３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂはいずれも、図５、図６および図７に示す構成を有している。
【００３４】
図５および図６はそれぞれ、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとして用いられる液晶装置１００を対向基板の側からみた平面図、および図５のＨ−Ｈ′線で切断したときの液晶装置１００の断面図である。図７は、液晶装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図５および図６には、液晶装置の方向を表すために、時計における時刻に相当する数字を付してあり、ここに付した時刻は、図１０および図１１に表した時刻と対応する。
【００３５】
図５および図６において、液晶装置１００（液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）は、画素電極８がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板３０と、対向電極３２が形成された対向基板２０と、これらの基板２０、３０間に封入、挟持されている液晶３９とから概略構成されている。アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０とは、対向基板２０の外周縁に沿って形成されたギャップ材含有のシール材５２によって所定の間隙を介して貼り合わされている。また、アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０との間には、ギャップ材含有のシール材５２によって液晶封入領域４０が区画形成され、この内側に液晶３９が封入されている。シール材５２としては、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。また、ギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球を用いることができる。
【００３６】
対向基板２０はアクティブマトリクス基板３０よりも小さく、アクティブマトリクス基板３０の周辺部分は、対向基板２０の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板３０の駆動回路（走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０）や入出力端子４５は対向基板２０から露出した状態にある。ここで、シール材５２は部分的に途切れて液晶注入口２４１が構成されている。対向基板２０とアクティブマトリクス基板３０とを貼り合わせた後、液晶注入口２４１から液晶３９を封入した後、液晶注入口２４１を封止剤２４２で塞ぐ。なお、対向基板２０には、シール材５２の内側において横長の長方形に画像表示領域７を仕切るための額縁用の遮光膜５５も形成されている。また、対向基板２０のコーナー部のいずれにも、アクティブマトリクス基板３０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材５６が形成されている。
【００３７】
このように構成した液晶装置１００において、画像表示領域７を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、図７に示すように、画素電極８、およびこの画素電極８を制御するためのＴＦＴ１０とから構成され、画像信号が供給されるデータ線９０がＴＦＴ１０のソースに電気的接続されている。このデータ線９０には、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが順次供給される。また、走査線９１を介してＴＦＴ１０のゲート電極にはパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極８は、ＴＦＴ１０のドレインに電気的接続されており、ＴＦＴ１０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線９０から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。画素電極８を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、対向基板２０に形成された対向電極３２との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極８と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量４０が付加されてる。このように蓄積容量４０を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線９２を設けても良いし、前段の走査線９１との間で容量を形成しても良い。
【００３８】
このように構成した液晶装置１００では、画素毎に液晶に印加する電場を制御することにより、液晶の配向状態を画素毎に制御できる。従って、液晶装置１００では、入射した光が透過するか否かを画素毎に制御できるので、与えられた画像情報（画像信号）に基づいて変調する光変調手段として機能する。それ故、３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射される。
【００３９】
再び、図１において、３つの液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから出射された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム４２０に入射する。クロスダイクロイックプリズム４２０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム４２０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投射するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム４２０で生成された合成光は、投射レンズ４０１の方向に出射される。投射レンズ４０１は、この合成光を投射スクリーン上に投射する機能を有し、投射スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００４０】
［コントラスト特性向上のための構成］
このように構成した投射型表示装置１において、本形態では、図３（Ｂ）に示すように、光源２００から色光分離光学系３８０に至る光路上に配置された光学部品のうち、第２の光学要素３２０の光源２００の側に位置する面には、その外周部分に、青色光成分を選択的に反射する誘電体多層膜が形成されたフィルム３１０（選択遮光手段/入射角度範囲制限手段）が貼られている。このフィルム３１０は、第２の光学要素３２０の外周縁に沿って枠状に形成されている。このため、図３（Ａ）、（Ｃ）には、多数の小レンズ３２１のうち、最も外側で並ぶ小レンズ３２１については、フィルム３１０によって、赤色光成分および緑色光成分は通過するが、青色光成分が通過しない部分であるとして斜線を付してある。
【００４１】
このように構成した投射型表示装置１において、第１の光学要素３２０では、光源ユニット２０１から出射された光のうち、赤色光成分および緑色光成分は、フィルム３１０が貼られている領域も含めて、小レンズ３２１が形成されている領域全体から第２の光学要素３３０に向けて出射されるが、青色光成分は、小レンズ３２１が形成されている領域のうち、裏面側にフィルム３１０が形成されていない微小レンズ３２１（斜線の付されていない領域）からのみ第２の光学要素３３０に向けて出射される。すなわち、青色光については、光束が絞られた状態となる。従って、インテグレータ光学系３００から色光分離光学系３８０および導光光学系３９０を経て各色光が液晶ライトバルブ４１０（４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ）に照射された際、赤色用の液晶ライトバルブ４１０Ｒおよび緑色用の液晶ライトバルブ４１０Ｇには、それらの入射角度と入射光量の分布を図８（Ａ）に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇの入射面に対する法線方向を中心に、この法線方向から１０°以上も傾いたようなかなり広い角度範囲からもそれぞれの色光が入射する。これに対して、赤色光、緑色光、青色光のうち、最も視野角特性の低い青色光については、第１の光学要素３２０に貼られたフィルム３１０によって光束が絞られているので、青色用の液晶ライトバルブ４１０Ｂには、その入射角度と入射光量の分布を図８（Ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ４１０Ｒ、４１０Ｇの入射面に対する法線方向から１０°以上も傾いた光は入射しない。このように、本形態では、青色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｒに対しては、入射面に対する法線方向に対して６時方向あるいは１２時方向に大きく傾いた方向から入射してコントラスト比を低下させるような色光が入射しないように入射角度範囲が制限されているので、青色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｒのコントラスト特性は、たとえば緑色光が入射する液晶ライトバルブ４１０Ｇのコントラスト特性と同等のレベルにまで向上する。その結果、投射型表示装置１から投射されるカラー画像のコントラストが向上する。
【００４２】
また、青色光用の液晶ライトバルブ４１０Ｒの入射角度範囲を制限するのは約１０°であるため、コントラスト比の向上には十分であり、かつ、投射された画像において青色光のみが暗いという不具合も発生しない。また、入射光を絞るのは青色光だけであるので、画像が暗くなるという不具合も発生しない。
【００４３】
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、光源ユニット２０１から色光分離光学系３８０に至る光路に配置された各光学要素のうち、第１の光学要素３２０の外周側に対して、青色光を反射することにより遮光するフィルム３１０を貼った構成であったが、この光路の外周側部分で所定の色光（たとえば青色光）を遮ることができれば、第２の光学要素３３０の外周側などに対してフィルム３１０を貼ってもよい。
【００４４】
また、上記形態では、青色の光を選択的に反射するフィルムを用いたが、青色の光を選択的に反射、あるいは吸収する膜を第１の光学要素３２０あるいは第２の光学要素３３０の外周側にコーティングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１に示す投射型表示装置の照明領域である３枚の液晶ライトバルブを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した投射型表示装置のインテグレータ照明光学系に用いた第１の光学要素の外観を示す正面図、側面図、および第１の光学要素の微小レンズが形成されている側の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２に示すインテグレータ照明光学系に用いた偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図、およびこの偏光変換素子アレイの機能を示す説明図である。
【図５】液晶装置（ライトバルブ）を対向基板の方からみたときの平面図である。
【図６】図５のＨ−Ｈ′線で切断したときの液晶装置の断面図である。
【図７】液晶装置の構成を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明を適用した投射型表示装置において、赤色用・緑色用の液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフ、および青用の液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフである。
【図９】従来の投射型表示装置に用いた液晶ライトバルブに入射する各色光の入射角度分布を示すグラフである。
【図１０】液晶装置において基板間で液晶の長軸が９０°捩じれていく様子を示す説明図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、液晶装置の３時−９時方向におけるコントラスト特性を示すグラフ、および液晶装置の６時−１２時方向におけるコントラスト特性を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 対向基板
３０ アクティブマトリクス基板
３９ 液晶
１００ 液晶装置
２００ 光源
２０１ 光源ユニット
２０２ 部分光束
２１０ 光源ランプ
２１２ 凹面鏡
３００ インテグレータ光学系
３０１ 光学ユニット
３１０ 青色光選択反射用のフィルム（選択遮光手段/入射角度範囲制限手段）
３２０ 第１の光学要素（集光レンズ、レンズアレイ）
３２１ 小レンズ
３３０ 第２の光学要素
３４０ 集光レンズ
３４１ 小レンズ
３５０ 遮光板
３５１ 開口部
３６０ 偏光変換素子アレイ
３６１、３６２ 偏光変換素子アレイ
３６３ 偏光ビームスプリッタアレイ
３６４ λ／２位相差板
３６６ 偏光分離膜
３６７ 反射膜
３６８ 偏光変換素子
３７０ 重畳レンズ
３７２ 反射ミラー
３８０ 色光分離光学系
３８２ 第１のダイクロイックミラー
３８４ 反射ミラー
３８６ 第２のダイクロイックミラー
３９０ 導光光学系
３９２ 入射側レンズ
３９４、３９８ 反射ミラー
３９６ リレーレンズ
４０１ 投射レンズ
４１０ 液晶ライトバルブ（照明領域）
４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ 液晶ライトバルブ
４２０ クロスダイクロイックプリズム
Claims (3)
- 光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段により分離された複数の色光を変調する複数の光変調用の液晶装置と、該複数の液晶装置により変調された色光を合成する色合成手段と、該色合成手段により合成された光を投射する投射レンズと、前記光源から前記色光分離手段に至る光路上に前記光源からの光が入射する複数の集光レンズを備えるレンズアレイとを有する投射型表示装置において、
前記集光レンズアレイの外周側領域に、前記複数の色光のうち、少なくとも前記液晶装置の視野角特性が最も低い色光を選択的に遮光する選択遮光手段が配置されていることを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項１において、前記色光分離手段は、前記光源からの光を赤色光、緑色光及び青色光に分離して前記複数の液晶装置の各々に出射し、
前記選択遮光手段は赤色光、緑色光および青色光のうち、当該青色光を遮光することを特徴とする投射型表示装置。 - 請求項２において、前記選択遮光手段は誘電体多層膜からなることを特徴とする投射型表示装置。
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