JP2006293341A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率が良く、明るく、かつ色再現範囲の広い画像表示ができる液晶投射型表示装置を得ること。
【解決手段】入射光を３つの色光に分離する色分離手段と、それぞれの色光の偏光状態を個別に変調する３つの液晶変調素子と、特定の偏光のみを透過もしくは反射する偏光選択手段と、各色光を合成する色合成手段と、該色合成手段を通過する光束に基づく液晶変調素子による変調画像を投影する投影手段とを有し、該液晶変調素子はネマティック相ポジ型によるＴＮモード動作をし、該３枚の液晶変調素子は同一の構造から成り、該液晶変調素子への電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内、最も長い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、残る２つの色光を変調する２つの液晶変調素子は、各色光の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与していること。
【選択図】図８

Description

本発明は画像表示装置に関し、特に、画像パターンを液晶変調素子によって偏光状態による変調画像を生成し、偏光状態を選択する偏光選択手段により強度変調画像に変換して、投影対象物に拡大投影する際に好適なものである。

従来、投射型の画像表示装置に用いられている画像変調手段としての２次元画素光学スイッチに液晶変調素子があり、この液晶変調素子を用いた液晶プロジェクタが知られている。液晶プロジェクタに用いる液晶変調素子には、例えば透明電極を有する第１の透明基板と、画素を形成する透明電極及び配線，スイッチング素子等を有する第２の透明基板と、その間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を２枚の透明基板間で連続的に９０°ねじった構成の、いわゆるＴＮ（Twisted Nematic）液晶変調素子が知られている。

また、このような透過型の液晶変調素子の他に２次元画素光学スイッチとして一方の基板に反射鏡を内蔵した反射型の液晶変調素子が知られている。

液晶変調素子は、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）効果を利用し、偏光状態を制御して画像を形成するのに用いられている。このうち誘電異方性が正のネマチック液晶を螺旋ホモジニアス配向し、液晶の複屈折によって光学的スイッチングを行うＴＮモード動作の液晶変調素子が一般に採用されている。

このＴＮモードを用い、ＥＣＢ効果で変調を制御する場合、液晶層に対して無電圧印加状態では、液晶分子長軸と胴径方向(短軸方向)に屈折率の異なる液晶分子は、液晶層の層厚方向に対してほぼ垂直な平面内で約９０度のツイスト螺旋状に配列される。このため液晶層は、面内の所定方向に対して複屈折を有し、液晶層を通過する光波動に対してリタデーション（偏光方向が異なる２つの光束間の光路長差）を与えて、光波動の偏光状態を変化させる作用を及ぼす。

一般的な液晶変調素子の設計では、入射光をポラライザ-等の偏光制御手段を介して波動の偏波を所定方向の直線偏光状態にした光波動を液晶層に入射させ、この所定方向に振動する直線偏光状態の光が液晶層を通過するときに、入射光波長（ある光波長帯域の重心波長）において半波長だけのリタデーションを与えるようにしている。

液晶層を通過した光は入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射する。

その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ-等の偏光制御手段を出射側に配することで偏光状態を選択し、選択された光は偏光制御手段を透過するよう構成している。

この設計に対して、ＥＣＢ効果を用いて、液晶層に電圧を印加すると、液晶分子はその分子長軸方向を液晶層の層厚方向にチルト動作を起こし、液晶層厚方向の複屈折量が減少する。そうすると、液晶層を通過した光波動は、液晶層印加電圧に応じて楕円偏光状態となり、光出射側に配された偏光制御手段によって、振動方向が直交変換されない光成分が遮断される。これによって、入射光の強度を変調するように構成している。

この液晶変調素子の基本動作原理を図５、図６を用いて説明する。

図５は透過型の液晶変調素子を用いた場合の動作説明図である。図５では光源（不図示）からの光は図示しないポラライザ-等からなる偏光選択素子を介して、図中、矢印ＩＷ方向から偏光方向が透過型の液晶変調素子３００の液晶の配向方向と４５°をなす直線偏光ＬＩＷが透過型の液晶変調素子３００に入射する。

この際、入射光ＬＩＷは透過型の液晶変調素子３００の液晶層を２つの固有モードに分かれて伝播し、出射する光ＬＯＷは２つの固有モードの間に次式（１）で表わされるリタデーションδ（λ）をもって図中、矢印ＯＷ方向に出射する。
δ(λ)＝２π（ｄ・Δｎ）／λ （１）
このとき、λは入射光ＬＩＷの波長、ｄは液晶層の厚さ、Δｎは液晶層の屈折率異方性Δｎである。

次に光ＬＯＷを出射側に配置した入射光ＬＩＷの偏光方向とは直交する直線偏光を透過するポラライザ等の偏光選択手段３０１を通過させる。この場合、透過型の液晶変調素子３００を透過し、偏光選択手段３０１を透過する光量、すなわち、透過型の液晶変調素子３００の透過率Ｔ(λ)は次のようになる。

偏光選択手段３０１の透過率が透過すべき直線偏光に対して１００％、かつ透過型の液晶変調素子３００の開口率が１００％で、無偏光透過率が１００％だとすると、位相差δ（λ）に対して偏光選択手段３０１を通過して図中矢印ＭＷ方向に出射する光ＬＭＷの光透過率Ｔ(λ)は
Ｔ(λ)＝０.５（１−cos(δ(λ))） （２）
で表わされる。

尚、以下液晶変調素子の透過率というときは（２）式で示すように偏光選択素子を介して、液晶変調素子３００に入射する直線偏光の光量に対する偏光選択素子３０１を通過する光量の比をいう。

尚、液晶層に対して電圧を印加すると液晶分子が液晶層の挟み込み基板に対して水平から垂直の方向に動作し、その結果見掛け上屈折率異方性Δｎは減少する。このためリタデーションδ（λ）は減少し、δ＝０となると透過率Ｔ＝０となり、黒表示となる。

一方、電圧無印加の状態で、屈折率異方性Δｎは最大であり、ｄ・Δｎ＝λ／２となるように液晶層厚さｄ、及び液晶層の屈折率異方性Δｎを決めておけばδ（λ）＝πとなって、透過率Ｔ＝１となり、最大の明表示となる。

図６は反射型の液晶変調素子を用いた動作説明図である。図６では、光源からの光ＬＩＷは図中矢印ＩＷ方向から偏光ビームスプリッタ４０１に入射し、偏光選択膜４０１ａにてＰ成分の光ＬＩＷＢが図中矢印ＩＷＢ方向に通過し、Ｓ成分の光ＬＩＷＡが図中矢印ＩＷＡ方向に反射偏向される。矢印ＩＷＡの光成分ＬＩＷＡは紙面垂直方向に直線偏光した光が選択される。

反射型の液晶変調素子４００の液晶の配向方向は光ＬＩＷＡの直線偏光方向に対して４５°に傾いている。矢印ＩＷＡの方向から反射型の液晶変調素子４００に入射した光ＬＩＷＡは反射型の液晶変調素子４００の液晶層を２つの固有モードに分かれて伝播する。そして、図中矢印ＯＷ方向に反射出射するときには光ＬＯＷ２つのモードの間に次式（３）で表わされるリタデーションδ（λ）をもって出射する。
δ(λ)＝２π（２ｄ・Δｎ)／λ （３）
このとき、λは入射光の波長、ｄは液晶層の厚さ、Δｎは液晶層の屈折率異方性Δｎである。

そこで図中矢印ＯＷ方向に出射する光ＬＯＷのうち紙面垂直方向成分（偏光ビームスプリッタ４０１に対してＳ偏光成分）の光ＬＢＷは偏光分離面４０１ａによって図中矢印ＢＷ方向に反射され光源側へもどり、紙面平行方向成分（偏光ビームスプリッタ４０１に対してＰ偏光成分）の光ＬＢＷは偏光分離面４０１ａによって図中矢印ＭＷ方向に透過される。反射型の液晶変調素子４００を反射し、偏光ビームスプリッタ４０１を透過する光量、すなわち、反射型の液晶変調素子４００の反射率Ｒ(λ)は次のようになる。偏光ビームスプリッタ４０１のＳ偏光反射率が１００％、Ｐ偏光透過率が１００％、かつ反射型の液晶変調素子４００の開口率が１００％、無偏光反射率が１００％だとすると、リタデーションδ（λ）に対して図中矢印ＭＷ方向に出射する反射率（光転送率）Ｒ(λ)は
Ｒ(λ)＝０.５（１−cos(δ(λ))） （４）
で表わされる。

ここで、反射型の液晶表示素子の反射率というときは（４）式で示すように偏光ビームスプリッタ４０１ａを介して液晶変調素子４００に入射する直線偏光の光量に対する偏光ビームスプリッタ４０１を通過する光量の比をいう。

尚、液晶層に対して電圧を印加すると液晶分子が液晶層の挟み込み基板に対して水平から垂直の方向に動作し、その結果見掛け上屈折率異方性Δｎは減少する。このためリタデーションδ（λ）は減少し、δ＝０となると転送率Ｒ＝０となり、黒表示となる。

一方、電圧無印加の状態で、屈折率異方性Δｎは最大であり、２ｄ・Δｎ＝λ／２となるように液晶層厚さｄ、及び液晶層の屈折率異方性Δｎを決めておけばδ（λ）＝πとなって、転送率Ｒ＝１となり、最大の明表示となる。

このＴＮモードでＥＣＢ効果制御を用いた変調制御を行う液晶変調素子は、上記説明した原理に伴って、位相差δが波長に依存する量であることから明らかのように、光の波長λと、リタデーションδの光波長に依存しない長さの絶対量を示すリタデーションの付与量に関して制限が生じるものである。つまり、色の３原色の入射光の波長帯域はＲ,Ｇ,Ｂ（赤色,緑色,青色）それぞれの色の波長帯域をもっており、波長帯域はおおよそ１００ｎｍ弱の幅を有する。

したがって所定基準で設計されたＴＮ型の液晶変調素子は、液晶層に電圧が印加されていない状態において所定の波長の光に対して半波長の量だけのリタデーションを与える構成となっている。そのため、各色に対応する１００ｎｍ弱の波長帯域においては、波長によって半波長より多くのリタデーションが与えられたり、または半波長より少ないリタデーションが与えられたりする現象が必然的に生ずる。

もうひとつの関連する制限としては、ＴＮモードを利用しているため、液晶層の複屈折量は、液晶層に電圧が印加されていない状態が最大となり、ＥＣＢ効果制御によってリタデーション付与量を減少させる方向に制御は可能であるが、逆の方向であるリタデーション付与量を増加させることは不可能な構成となっている。

一方、液晶変調素子を２次元画素光学スイッチとして用いたフルカラー表示タイプの投射型表示装置（カラープロジェクター）は、透過型の液晶変調素子、反射型の液晶変調素子にかかわらず、加法混色表示の３原色であるＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色光を個々に２次元画像として変調して、その後、光合成手段を用いてフルカラーの画像を表示する構成が主流となっている。このカラープロジェクターでは、ＲＧＢ各色の光を変調する液晶変調素子を３枚使用して構成している。

このような３つの液晶表示素子を利用したカラープロジェクターとしては、特許文献１に記載したようなものが知られている。
特開２００４−２４５９７７号公報

そこで、本発明では、電圧無印加状態における液晶変調素子からのリタデーション付与量が、ＲＧＢ（ＲＧＢの３色には限らず、勿論４色以上の色光を合成する構成に適用しても構わない。）の各色ごとに異なることによる、カラーバランスの崩れや光量落ち等を防ぐ、又はそれらの度合いを低減することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第１色光に対して半波長の位相差を付与するために第１電圧を前記第１液晶変調素子に印加し、前記第２色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記第２液晶変調素子に印加し、前記第３色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第２電圧よりも高い第３電圧を前記第３液晶変調素子に印加することを特徴としている。

また、本発明の第２側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さく、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さいことを特徴としている。

また、本発明の第３側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであって、前記第１及び２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きいことを特徴としている。

また、本発明の第４側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きく、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであることを特徴としている。

また、本発明の第５側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、 前記３つの液晶変調素子に同一の電圧を印加された状態において、前記３つの液晶変調素子は同一波長の光に対して同一のリタデーションを付与するように構成されており、前記３つの液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第２、３液晶変調素子は、各々の液晶変調素子に電圧を印加することによって、前記第２、３色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与していることを特徴としている。

また、本発明の第６側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、ある電圧を印加された状態において、前記第１、２液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第１のリタデーションを付与するように構成されており、前記ある電圧を印加された状態において、前記第３液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第１のリタデーションとは異なっており、前記第１液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第３液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第３色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第２色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第２液晶変調素子には０より大きな電圧を印加されることを特徴としている。

また、本発明の第７側面の画像表示装置は、第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、ある電圧を印加された状態において、前記第２、３液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第１のリタデーションを付与するように構成されており、前記ある電圧を印加された状態において、前記第１液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第１のリタデーションとは異なっており、前記第１液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第２液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第２色光の略中心波長の半波長に相当しており、前記第３色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第３液晶変調素子には０(zero)より大きな電圧を印加されることを特徴としている。

本発明によれば、従来と比較してカラーバランスが良い及び／又は明るい画像を表示することが可能な液晶表示装置を提供することができる。

本実施例においては、ＲＧＢ３色に対して同一の液晶変調素子を用いた場合に起こりうる、カラーバランスの崩れ（特定の色の光量落ち）や光量落ち等の問題を解決する、又はカラーバランスの崩れや光量落ち等の度合いを低減するための解決策を示す。

ここで、従来の同一に構成された液晶変調素子をＲＧＢ各色光の変調素子として用い、視感度特性が最も高い（人間の目に対して最も見え易い）グリーン色（Ｇ）の重心波長近傍の光波長に対して半波長のリタデーションを与える、つまり視感度が最も高い波長の光に合わせてすべての液晶変調素子のリタデーションを設定した場合は、以下のような問題がある。例えば、Ｇ（緑）色の光に対しては、適切なリタデーション量（ここでは半波長）を付与できるが、Ｒ（赤）色の光は電圧無印加状態においてもリタデーション付与量が半波長未満となってしまい、結果的に表示される画像の中のＲ（赤）色の光量が落ちることとなってしまう。

そこで、次のような解決策が考えられる。画像表示装置（液晶表示装置）において、ＲＧＢ各色を変調する液晶変調素子として、それぞれの色専用の液晶変調素子を用意し、それぞれの液晶変調素子のそれぞれの色光に対するリタデーション付与量を適切に設定するという方法である。但し、この場合は、ＲＧＢ各色ごとに異なる仕様の液晶変調素子を製作しなければならないため、製造工程が大掛かりになってしまう。

そこで、本実施例においては、Ｇ（緑）色用の液晶表示素子として構成されたものを、Ｇ色光路とＢ色光路とに配置する。このように構成した上で、Ｂ色光路に配置された液晶変調素子に対しては、液晶層への印加電圧を調整する（ここでは、Ｇ色光路に配置された液晶変調素子に対する印加電圧よりも、Ｂ色光路に配置された液晶変調素子に対する印加電圧を高くする。）ことにより、Ｂ（青）色の明るさを調整する。そうすれば、Ｇ色とＢ色とは適切な光量を得ることができる。その上で、Ｒ色光路に配置される液晶変調素子は、上述のＧ色光路とＢ色光路とに共通に配置された液晶変調素子とは異なる液晶変調素子とする。すなわち、Ｒ色光へのリタデーション付与量が適切に設定された、すなわちここでは電圧無印加状態でＲ色光（の重心波長）へのリタデーション付与量が半波長となるような液晶変調素子を、Ｒ色光路に配置することにより、カラー画像中のＲ色光を適切な明るさとすることができる。

つまり、本実施例においては、ＲＧＢ色光のすべての光路に同じ液晶変調素子を配置し、Ｇ色光の重心波長に合わせてすべての液晶変調素子を同じように制御した場合と比較して、Ｒ色光（及び／又はＢ色光）の損失量が少ない画像を表示することができる液晶表示装置について具体的に述べる。

以下において、本実施例の液晶表示装置に用いている液晶変調素子の駆動制御を図１から図４を用いて説明する。

本実施例は「ネマティック相ポジ型によるＴＮ(Twisted Nematic)モード動作の液晶変調素子」を用いており、液晶分子の長軸方向の屈折率が胴径方向（矩形方向）の屈折率に比べて大きい液晶素子である。ここでＴＮモード（又はＴＮ型）の液晶変調素子とは、液晶層に電圧が印加されていない状態において所定の波長の光に対して半波長の量だけのリタデーションを与える構成となっている。

図１は透過型の液晶変調素子のＴＮモードを用いた液晶層に電圧が印加されていない状態を示す模式図、図２は透過型の液晶変調素子のＴＮモードを用いた液晶層に所定電圧が印加された状態を示す模式図である。

透過型の液晶変調素子は透明基板１０１と、対向透明基板１０２と、これら２枚の基板間に挟持された液晶分子１００を含む液晶層１００ａを有している。

透明基板１０１には不図示の行及び列にマトリクス状に配置した、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる透明な画素電極１０４と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜１０６と、画素電極１０４を電気的に駆動するためのスイッチング素子１０３と、不図示の配線とを備え、画素電極１０４を電気的に個別に駆動しうる構成よりなっている。

また、対向透明基板１０２には例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる透明共通電極１０５と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜１０７が形成されている。

次に透過型の液晶変調素子の動作を説明する。図１において、光源からの光ＬＩＷは不図示の偏光選択手段を介して偏光方向が液晶分子１００の基板界面での配向方向と４５°をなす直線偏光として図中矢印方向ＩＷに入射する。入射光ＬＩＷは液晶層１００ａを２つの固有モードに分かれて伝播通過し、図中矢印ＯＷ方向へ光ＬＯＷとして出射する。

このとき液晶層１００ａにおいて２つのモードの間に次式で表わされるリタデーションΔを生じる。
Δ＝ｄ・Δｎ （５）
（５）式において、ｄは液晶層１００ａの厚さ、Δｎは液晶層の屈折率異方性である。

そこで透過型の液晶変調素子に入射する、入射光ＬＩＷの直線偏光と直交する成分の光の透過率Ｔ（λ）は、次のようになる。透過型の液晶変調素子の開口率が１００％、無偏光透過率が１００％だとすると、リタデーションΔに対して矢印ＯＷ方向に出射するときの光透過率Ｔ(λ)は
Ｔ(λ)＝０.５（１−cos(２πΔ/λ)） （６）
となる。

このとき、λは入射光の波長である。

即ち液晶素子自体が与えるリタデーションΔに対して、透過率Ｔ（λ）は入射光の波長λに依存することなる。リタデーションΔがλ/2の場合に、Ｔ（λ）＝１となり、最大透過が得られ、かつリタデーションΔは液晶に電圧を印加しない状態、即ち図１の場合が最大となり、この状態以上にリタデーションΔを増大させることができない。

図２は図1の状態において、図中点線矢印１０８の電界を、透明電極１０４、１０５間に与えた状態（電圧印加状態）を示している。

液晶分子１００は印加電界によって液晶層厚方向に若干チルト変位した状態である。液晶分子１００は分子の屈折率異方性を有する長軸方向を光の透過方向にチルトすることで、横波である光波動に対して、見かけ上の屈折率異方性Δｎが減少することとなる。

即ち、図１の状態に対して図２の状態は液晶に電圧を印加することで式（５）に示すリタデーションΔが減少した状態を示している。

一方、色の３原色（ＲＧＢ色）を分離して液晶変調素子を照明する光スペクトルは、例えば光源に超高圧水銀ランプを用いた場合、図７のようにＲ色（実線）、Ｇ色（破線）、Ｂ色（一点鎖線）に分解される。

各色の波長帯域の重心波長（中心波長）はＲ色でＲＣ、Ｇ色でＧＣ、Ｂ色でＢＣの波長となる。

ここで重心波長λ0とは図７の各色光の波長帯域の曲線で囲まれる面積の重心の横軸（波長）の波長をいう。もしくは、単に各色の代表的な波長を選んでそれを上述の重心波長としても構わない。

図１に示す液晶に電圧を印加しない状態において、色の３原色中、最長波長であるＲ色の波長帯域の重心波長ＲＣの波長に対して１/２波長分（±５％の範囲内）のリタデーションΔＲ＝ＲＣ／２＝ｄ・Δｎを与えるように液晶層１００ａの屈折率異方性Δｎと液晶層１００ａの厚さｄにて液晶変調素子を構成する。その上で、Ｒ色変調用の液晶変調素子（液晶パネル）は、電圧を印加しない状態（即ちＲ色光に対して略１/２波長のリタデーションを付与する状態）から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加する状態までの範囲内で各画素ごとに印加電圧を調節することにより、Ｒ色光の変調を行う。

Ｇ色変調用の液晶パネルには、図７に示すような、リタデーションΔがＧ色の波長帯域の重心波長ＧＣに対して１／２波長分（±５％の範囲内）となるだけ液晶に電圧を印加した状態（印加電圧ＥＧ）から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加（印加電圧ＥＧＯ）する状態までの範囲内で、各画素ごとに印加電圧を調節することによりＧ色光の変調を行う。

さらに、Ｂ色変調用の液晶パネルには、リタデーションΔがＢ色の波長帯域の重心波長ＢＣに対して１／２波長分（±５％の範囲内）となるだけ液晶に電圧を印加した状態（印加電圧ＥＢ）から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加（印加電圧ＥＢＯ）する状態までの範囲内で、各画素ごとに印加電圧を調節することによりＢ色光の変調を行う。

このように構成することによって、最長波長帯域であるＲ色の透過率を損失させることなく（表示される画像内のＲ色の光量を損失させることなく、又は表示される画像内のＲ色の光量が減少することによるカラーバランスの崩れを防ぎつつ、或いは表示される画像内のＲ色の光量低下、光量損失やそれに基づくカラーバランスの崩れの度合いを低減しつつ）光の利用効率を向上させることができる。また、カラーバランスを調整する（カラーごとの光量のバランスを取る）ために、Ｒ色の波長帯域をＧ側にシフトする（或いはＧ側に広げる）ことによる色純度の劣化を防ぐことを可能としている。

また、本実施例は、液晶変調素子の最大リタデーション量ΔｍａｘをＲ色の重心波長（±５％の範囲内）に設定しているため、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合に限らず、ＲとＧの色の変調に対して同一構成の液晶変調素子を用い、Ｂの色の変調においてはＲ及びＧの色光の光路に配置された液晶変調素子とは異なる整理液晶変調素子を用いても構わない。具体的には、実質的に電圧無印加状態でＢ色の重心波長に対して半波長分の位相差を与え、その状態からＢ色の重心波長に対して位相差を与えない、すなわちその液晶変調素子のＢ色の重心波長に対する屈折率異方性△ｎがほぼ０となる状態までの間で印加電圧を変化させることが可能な液晶変調素子を用いても構わない。

この場合、フォトンエネルギーの高い短波長光による耐光性劣化を抑制するために、Ｂ色光変調用の液晶変調素子にだけ耐光性の高い液晶または処々のポリマー材料を用いたものを用いることが可能となるという利点がある。

この他Ｇ色とＢの色の変調に対して同一構成の液晶変調素子を用い、Ｒ色の変調に対しては、その液晶変調素子とは異なる構成の液晶変調素子を用いるようにしても良い。その場合は、Ｒ色用の液晶変調素子の電圧無印加状態のリタデーション付与量がＲ色光の重心波長ＲＣの１／２波長分とし、又Ｇ色用の液晶変調素子の電圧無印加状態におけるＧ色光の重心波長ＧＣに対するリタデーション付与量は重心波長ＧＣの１／２波長分とする。この場合、この液晶変調素子は電圧無印加状態で、Ｂ色光の重心波長ＢＣに対して、重心波長ＢＣの１／２波長分の位相差を与えない状態になっているため、Ｂ色光の光路中に配置された、Ｇ色及びＢ色共通の液晶変調素子に関しては、所定の電圧を印加した状態におけるリタデーション付与量がＢ色の重心波長ＢＣの１／２波長分になるように制御すれば良い。

次に反射型の液晶変調素子について説明する。

図３は反射型の液晶変調素子のＴＮモードを用いた液晶層に電圧が印加されていない状態を示す模式図、図４は反射型液晶変調素子のＴＮモードを用いた液晶層に所定電圧が印加された状態を示す模式図である。

反射型の液晶変調素子はシリコン基板２０１と、対向透明基板２０２と、これら２枚の基板間に挟持された液晶分子２００を含む液晶層２００ａを有している。

シリコン基板２０１には不図示の行及び列にマトリクス状に配置したアルミニウムからなる鏡面状に仕上げられたミラー画素電極２０４と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜２０６と、前記ミラー画素電極２０４を電気的に駆動するためのＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子を含むスイッチング回路層２０３とを備え、ミラー画素電極２０４を電気的に個別に駆動しうる構成よりなっている。

また、対向透明基板２０２（液晶層側）には、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる透明共通電極２０５と、例えばポリイミド系高分子からなる液晶配向膜２０７が形成されている。

次に反射型の液晶変調素子の動作を説明する。図３において、光源からの光ＬＩＷは不図示の偏光選択手段を介して偏光方向が液晶分子１００の基板界面での配向方向と４５°をなす直線偏光として図中矢印ＩＷ方向に入射する。入射光ＬＩＷは液晶層２００ａを２つの固有モードに分かれて伝播反射し、図中矢印ＯＷ方向へ光ＬＯＷとして出射する。このとき液晶層２００ａにおいて２つのモードの間に次式で表わされるリタデーションΔを生じる。
Δ＝２ｄ・Δｎ （７）
（７）式において、ｄは液晶層の厚さ、Δｎは液晶層２００ａの屈折率異方性である。そこで反射型の液晶変調素子をミラー画素電極２０４で反射往復し出射する光の内、入射光ＬＩＷの直線偏光と直交する成分の光の反射率Ｒ（λ）は次のようになる。

反射型の液晶変調素子の開口率が１００％、無偏光反射率が１００％だとすると、リタデーションΔに対して矢印ＯＷ方向に出射する光反射率Ｒ(λ)は
Ｒ(λ)＝０.５（１−cos(２πΔ/λ)） （８）
となる。

このとき、λは入射光の波長である。即ち前記透過型液晶の例と同様に、液晶素子自体が与えるリタデーションΔに対して、反射率Ｒ（λ）は入射光波長λに依存することなる。リタデーションΔがλ/2の場合にＲ（λ）＝１となり最大反射が得られ、かつリタデーションΔは液晶に電圧を印加しない状態、即ち図３の場合が最大となり、この状態以上にリタデーションΔを増大させることができない。

図４は図３の状態において、図中点線矢印２０８の電界を透明電極２０４,２０５間に与えた状態（電圧印加状態）を示している。

液晶分子２００は印加電界によって液晶層厚方向に若干チルト変位した状態である。液晶分子２００は分子の屈折率異方性を有する長軸方向を光の反射方向にチルトすることで、横波である光波動に対して、見かけ上の屈折率異方性Δｎが減少することとなる。即ち、図３の状態に対して図４の状態は液晶に電圧を印加することで式（７）に示すリタデーションΔが減少した状態を示している。

そこで、図３に示す液晶に電圧を印加しない状態において、色の３原色中、最長波長であるレッド色波長帯域の重心波長（中心波長）ＲＣの波長に対して1/2波長分のリタデーションΔＲ＝ＲＣ／２＝ｄ・Δｎを与えるように液晶層２００ａの屈折率異方性Δｎと液晶層２００ａの厚さｄにて液晶変調素子を構成する。

レッド色変調用の液晶パネルには、電圧を印加しない状態から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。Ｇ色変調用の液晶パネルには、図４に示すような、リタデーションΔがＧ色波長帯域の重心波長ＧＣに対して１／２波長分となるだけ液晶に電圧を印加した状態から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。

さらに、Ｂ色変調用の液晶パネルには、リタデーションΔがＢ色波長帯域の重心波長ＢＣに対して１／２波長分となるだけ液晶に電圧を印加した状態から屈折率異方性Δｎがほぼ０になる電圧を印加する範囲で反射変調を行う。これによって、最長波長帯域であるＲ色の反射率を損失させることなく光の利用効率を向上させ、かつカラーバランスを調整するために、Ｒ色の波長帯域をＧ側にシフトすることによる色純度の劣化を防ぐことを可能としている。

また、前記透過型液晶の例と同様に、本実施例は、液晶変調素子の最大リタデーション量Δmaxをレッド色の重心波長に設定しているため、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合に限らず、ＲとＧの色の変調に対して同一の液晶変調素子を用いる場合でも構わない。

この場合、フォトンエネルギーの高い短波長光による耐光性劣化を抑制するためにＢ色光変調用の液晶変調素子を耐光性の高い液晶または処々のポリマー材料を用いたものとして専用に用いることが可能となるという利点がある。

以上のように本実施例における液晶変調素子はネマティック相ポジ型によるＴＮモード動作の変調素子であって、３枚の液晶変調素子は同一の構造から成り、液晶変調素子への電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内、最も長い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、残る２つの色光を変調する２つの液晶変調素子は、各色光の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。

ここで、３枚の液晶変調素子が同一構造の場合は、具体的に言うと以下のような構成だと言える。例えば、第１色光（Ｒ色）の偏光状態を変調する第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光（Ｇ色）の偏光状態を変調する第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光（Ｂ色）の偏光状態を変調する第３液晶変調素子とを有し、前記３つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記３つの液晶変調素子はＴＮ型液晶変調素子であって、前記第１色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第１電圧を前記第１液晶変調素子に印加し、前記第２色光に対して半波長のリタデーションを付与するために前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記第２液晶変調素子に印加し、前記第３色光に対して半波長のリタデーションを付与するために前記第２電圧よりも高い第３電圧を前記第３液晶変調素子に印加する。また、同様の構成の画像表示装置において、前記３つの液晶変調素子はＴＮ型液晶変調素子であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションの方が小さく、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションの方が小さくなるように構成しても良い。

この他、本実施例における３枚の液晶変調素子は、光変調する３つの色光のうち、波長の短い順に光変調する液晶変調素子を液晶変調素子Ｂ，Ｇ，Ｒとするとき、２つの液晶変調素子Ｇ，Ｒは同一構造から成り、液晶変調素子Ｂは他の２つの液晶変調素子Ｇ，Ｒと異なった構造から成り、液晶変調素子Ｂへの電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内最も短い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Ｒの電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内最も長い波長の色の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Ｇは、中間の色光の波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。

このように、Ｇ，Ｒ用の液晶変調素子が同じ構造で、Ｂ用の液晶変調素子がそれらとは異なる構造の場合は、具体的にいうと以下のような構成だと言える。例えば、第１色光の偏光状態を変調する第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調する第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調する第３液晶変調素子とを有し、前記３つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記３つの液晶変調素子はＴＮ型液晶変調素子であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションと、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションとが実質的に同じであって、前記第１及び２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションが、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも大きい。

この他本実施例における２つの液晶変調素子Ｇ，Ｂは同一構造から成り、液晶変調素子Ｒは他の２つの液晶変調素子Ｇ,Ｂと異なった構造から成り、液晶変調素子Ｒへの電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内最も長い光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Ｇの電圧無印加時のリタデーション付与量は、３つの色光の内中間の色光の光波長帯域の略中心波長の半波長に相当し、液晶変調素子Ｂは、最も短い色光の波長帯域の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを、電圧の所定印加によって付与している。

このように、Ｂ，Ｇ用の液晶変調素子が同じ構造で、Ｒ用の液晶変調素子がそれらとは異なる構造の場合は、具体的にいうと以下のような構成だと言える。例えば、第１色光の偏光状態を変調する第１液晶変調素子と、前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調する第２液晶変調素子と、前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調する第３液晶変調素子とを有し、前記３つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示する画像表示装置において、前記３つの液晶変調素子はＴＮ型液晶変調素子であって、前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションが、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも大きく、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションと、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションとが実質的に同じである。

尚、ここで言う「同一構造」とは、電圧無印加状態で同一の波長の光に対して実質的に同一のリタデーション（位相差）を与え、所定の電圧を印加した状態で同一の波長に対して実質的に同一のリタデーションを与えることを意味している。つまり、外観等が若干違っていたとしても、同一構造であることはありえる。

本実施例は、上述の限りではない。例えば、各液晶変調素子Ｒ、Ｇ、Ｂすべてが互いに異なる構造であっても構わない。すなわち各液晶変調素子が入射光（どの波長の光であっても構わないが、可視光領域内であることが望ましい）に対して、互いに異なるリタデーション（光路長差）を与えるように構成しても構わない。具体的には、電圧無印加状態の液晶変調素子Ｒが入射光（どのような波長の光でも構わないが、可視領域内の光であることが望ましい）に与えるリタデーション（光路長差）が、電圧無印加状態の液晶変調素子Ｇが入射光に与えるリタデーションよりも大きく、電圧無印加状態の液晶変調素子Ｇが入射光に与えるリタデーションが電圧無印加状態の液晶変調素子Ｂが入射光に与えるリタデーションよりも大きくなるように構成する。尚、ここで言うリタデーションとは、偏光方向が互いに直交する２つの光の光路長差のことであり、その光路長差が同じであっても（構造が同じであっても）、その光路長差を与えられた光の波長が異なれば、結果として与えられる位相差が異なる。

この場合、液晶変調素子Ｒが電圧無印加状態でＲ色光（Ｒ色光の代表波長、又はＲ色光波長領域）に与える位相差（phase difference）と、液晶変調素子Ｇが電圧無印加状態でＧ色光（Ｇ色光の代表波長、又はＧ色光波長領域）に与える位相差（phase difference）と、液晶変調素子Ｂが電圧無印加状態でＢ色光（Ｂ色光の代表波長、又はＢ色光波長領域）に与える位相差（phase difference）とが実質的に同じ（一方が他方の９５％以上１０５％以下、好ましくは９８％以上１０２％以下）であり、その位相差が略半波長であることが望ましい。但し、実際に半波長の位相差を各色光に与える際には、各液晶変調素子に微量の電圧を印加しても構わない。

尚、リターデーションが実質的に同じとは一方が他方の９５％以上１０５％以下、好ましくは９８％以上１０２％以下のことをいう。

以上のように、本実施例の画像表示装置の構成の特徴は以下のようになる。

第１色光の偏光状態を変調する第１液晶変調素子と、
第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調する第２液晶変調素子と、
第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調する第３液晶変調素子とを有し、３つの液晶変調素子からの画像光を合成して表示している。

このとき、３つの液晶変調素子はＴＮ型液晶変調素子であること、
そして
◎第１色光に対して半波長のリタデーション（第１色光の半波長分に相当するリタデーション）を付与するために第１電圧を前記第１液晶変調素子に印加し、第２色光に対して半波長のリタデーション（第２色光の半波長分に相当するリタデーション）を付与するために第１電圧よりも高い第２電圧を第２液晶変調素子に印加し、第３色光に対して半波長のリタデーション（第３色光の半波長分に相当するリタデーション）を付与するために第２電圧よりも高い第３電圧を第３液晶変調素子に印加すること、
◎第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも、第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションの方が小さく、第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも、第３液晶変調素子が電圧無印加状態で前記入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションの方が小さいこと
◎第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションと、第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションとが実質的に同じであって、
第１及び２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションが、第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも大きいこと
◎第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションが、第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションよりも大きく、第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションと、第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に（例えば第１色光に）与えるリタデーションとが実質的に同じであること
◎第１色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第１電圧を第１液晶変調素子に印加し、第２色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第１電圧よりも高い第２電圧を第２液晶変調素子に印加し、第３色光に対して半波長のリタデーションを付与するために第２電圧よりも高い第３電圧を第３液晶変調素子に印加すること、が特徴である。

これによって明るく、色再現範囲の広い画像表示ができる液晶投射型の画像表示装置の達成を容易にしている。

次に、本実施例の投写型表示装置の実施例１を図８に基づき説明する。図８は投写型表示装置の実施例１を構成する主要な光学系の断面図である。

図８において、不図示の外部ビデオ入力信号を光変調パネル駆動信号に変換する光変調パネルドライバー３からのドライブ信号を図中の実線を介して透過型の液晶変調素子からなるレッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｂをそれぞれ独立制御する。

このとき、各光変調パネル２Ｒ,２Ｇ,２Ｂに印加する電圧を、前述したように制御している。

一方、照明手段１（側面図を横に記している）からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、レッド色を反射し、シアン色（グリーン色とブルー色）を透過するレッドシアン波長帯域分離用のダイクロイックミラー２０によってまずレッド色成分Ｒを偏向し、偏向されたレッド色Ｒは全反射ミラー２２によってレッド用光変調パネル２Ｒに導かれる。一方、レッドシアン波長帯域分離用のダイクロイックミラー２０によって透過分離されたシアン色成分は、イエロー色を反射し、ブルー色Ｂを透過するイエローブルー波長帯域分離用のダイクロイックミラー２１によってシアン色のイエロー成分のグリーン色成分を偏向し、偏向されたグリーン色Ｇはグリーン用光変調パネル２Ｇに導かれる。そして、イエローブルー波長帯域分離用のダイクロイックミラー２１によって透過分離されたブルー色Ｂ成分は、全反射ミラー２３と２４によってブルー用光変調パネル２Ｂに導かれる。このとき、光路長を延長するために、フーリエ変換レンズ２５と２６によるキャッツアイ光学系で瞳を光変調パネル２Ｂに転送するように構成している。

上記の照明構成で各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇを照明している。

一方、ビデオ信号に法って変調されたレッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇによって、紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光は、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。

クロスダイクロイックプリズム１２の各色の光入射表面に貼りつけられた、レッド用光変調パネル２Ｒにて変調を受けた光束はレッド用検光子（検光子とは、画像光とは異なる偏光状態の光を投射光学系に対して遮光する光学素子であって、例えば偏光板や偏光ビームスプリッタ等でも良い。）２７、グリーン用光変調パネル２Ｇにて変調を受けた光束はグリーン用検光子２８、ブルー用光変調パネル２Ｂにて変調を受けた光束はブルー用検光子２９によって紙面垂直方向に偏光偏波した変調光成分は透過し、紙面水平方向に偏光偏波した変調光成分は検光子に吸収され熱として消失する。以後各色の変調を受けた紙面垂直方向に偏光偏波した変調光成分はクロスダイクロイックプリズム１２に入射する。

クロスダイクロイックプリズム１２はＳ偏光偏波光に対して、レッド色Ｒを反射しグリーン色Ｇとブルー色Ｂを透過するレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｒとブルー色Ｂを反射してグリーン色Ｇとレッド色Ｒを透過するブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｂをクロス上状に配した構成より成っている。

したがってグリーンにおいては主体的にレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｒとブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｂを透過する特性を有しているものである。このクロスダイクロイックプリズム１２を用いることによって、レッド色Ｒの画像情報光はレッド反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｒによって投影レンズ４方向に偏向を受け、ブルー色Ｂの画像情報光はブルー反射用ダイクロイック波長帯域分離膜１２Ｂによって投影レンズ４方向に偏向を受け、グリーン色Ｇの画像情報発光は偏向作用を受けずに投影レンズ４の方向に進行する。

ただし各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。

次に、合波されたカラー色として変調された光Ｒ，Ｇ，Ｂはそのまま投影レンズ４の入射瞳によって捕らえられ、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇの光変調面と光拡散スクリーン５の光拡散面が投影レンズ４によって光学的共役関係に配されているため、光拡散スクリーン５に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン５に表示される。

本実施例の投写型表示装置の実施例２を図９に基づき説明する。図９は投写型表示装置の実施例２を構成する主要な光学系の断面図である。

図９において、不図示の外部ビデオ入力信号を光変調パネル駆動信号に変換する光変調パネルドライバー３からのドライブ信号を図中の実線を介して反射型の液晶変調素子からなるレッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇをそれぞれ独立制御し、一方、照明手段１（側面図を横に記している）からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、マゼンタ色（レッド色とブルー色）を反射しグリーン色Ｇを透過するマゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０によってまずマゼンタ色成分を偏向し、偏向されたマゼンタ色は、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子３４を通過して、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分Ｂと、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分が作成され、次に、偏光ビームスプリッタ３３に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分Ｂは偏光分離膜３３ａをＰ偏光波のため透過して、ブルー用光変調パネル２Ｂに導かれ、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分Ｒは偏光分離膜３３ａをＳ偏光波のため反射して、レッド用光変調パネル２Ｒに導かれる。

一方、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０によって透過分離されたグリーン色成分Ｇは、光路長を補正するためのダミーガラス３６を通過し、次に、偏光ビームスプリッタ３１に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分Ｇは偏光分離膜３１ａをＳ偏光波のため反射して、グリーン用光変調パネル２Ｇに導かれる。

上記の照明構成で各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇを照明している。

一方、ビデオ信号に法って変調されたレッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇによって、各光変調パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照明する光は、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇに配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。

照明光と同じ方向の偏光偏波成分は、照明光路を略引き返す光路を辿って光源ランプ側に戻り、照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分に関しては、レッド用光変調パネル２Ｒによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜３３ａをＰ偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３５を通過して、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分Ｒに変換され、次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は偏光分離膜３２ａをＳ偏光波のため反射して、投影レンズ４の方向に偏向を受ける。

ブルー用光変調パネル２Ｂによる変調光は偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜３３ａをＳ偏光波のため反射して、次に、レッド色Ｒの偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３５を作用を受けずに通過して、次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分Ｂは偏光分離膜３２ａをＳ偏光波のため反射して、投影レンズ４の方向に偏向を受ける。

グリーン用光変調パネル２Ｇによる変調光は偏光偏波方向が紙面水平方向となり、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜３２ａをＰ偏光波のため透過して、次に、光路長を補正するためのダミーガラス３７を通過し、次に、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分Ｇは偏光分離膜３２ａをＰ偏光波のため透過して、投影レンズ４の方向に導かれる。ただし各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇにおける複数配された画素は各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。

次に、合波されたカラー色として変調された光Ｒ，Ｇ，Ｂはそのまま投影レンズ４の入射瞳によって捕らえられ、各レッド用光変調パネル２Ｒ、グリーン用光変調パネル２Ｇ、ブルー用光変調パネル２Ｇの光変調面と光拡散スクリーン５の光拡散面が投影レンズ４によって光学的共役関係に配されているため、光拡散スクリーン５に転送されて、ビデオ信号に法った画像が光拡散スクリーン５に表示される。

以上説明したように、各実施例によれば、色の３原色用の液晶変調素子（変調用液晶パネル）を個々に形状の異なる個別品を用いることなく、最も光波長の長いレッド色光又はグリーン色光の利用効率を損失させることなく、明るくかつ色再現範囲の広い液晶投射型表示装置を簡易な方法で提供することができる。

以上説明した実施例のおいては、電圧無印加状態で略半波長のリタデーションを付与する液晶変調素子について記載してきたが、その限りではない。例えば電圧無印加状態では
リタデーションを実質的に与えず、電圧を印加して初めて入射光にリタデーションを付与する構成の液晶変調素子を用いても構わない。その場合であれば、透過型液晶変調素子を用いた液晶表示装置（液晶プロジェクタ）においては、液晶変調素子に揃えられた偏光方向（液晶変調素子の入射側の偏光板を透過する偏光方向）と液晶変調素子の出射側の偏光板を透過する偏光方向とが平行であれば、電圧無印加状態で白表示となるし、逆に、透過型液晶プロジェクターにおいては、液晶変調素子の入射側の偏光板を透過する偏光方向と液晶変調素子の出射側の偏光板を透過する偏光方向とが垂直であれば、電圧無印加状態で黒表示となる。また、反射型液晶変調素子を用いた液晶表示装置（液晶プロジェクタ）においては、液晶変調素子と対向する位置に偏光ビームスプリッタが配置されている場合には、電圧無印加状態では黒表示となる。但し、その場合であっても反射型液晶変調素子と偏光ビームスプリッタとの間に１/４波長板を適切に配置すれば、電圧無印加状態で白表示とすることもできる。

本実施例によれば、従来と比較してカラーバランスが良い及び／又は明るい画像を表示することが可能な画像装置を提供することができる。

本実施例の実施例に係る透過型の液晶変調素子の駆動状態を説明するための概略図 本実施例の実施例に係る透過型の液晶変調素子の駆動状態を説明するための概略図 本実施例の実施例に係る反射型の液晶変調素子の駆動状態を説明するための概略図 本実施例の実施例に係る反射型の液晶変調素子の駆動状態を説明するための概略図 透過型の液晶変調素子の動作を説明するための概略図 反射型の液晶変調素子の動作を説明するための概略図 液晶変調素子に入射する光波長分布を示す図 本実施例の実施例に係る透過型の液晶変調素子を用いた投射型表示装置の要部の概略図 本実施例の実施例に係る反射型の液晶変調素子を用いた投射型表示装置の要部の概略図

符号の説明

１ 照明手段
２Ｒ レッド用光変調パネル
２Ｇ グリーン用光変調パネル
２Ｂ ブルー用光変調パネル
３ 光変調パネルドライバー
４ 投影レンズ
５ 光拡散スクリーン
１２ クロスダイクロイックプリズム
２０ レッドシアン波長帯域分離ダイクロイックミラー
２１ イエローブルー波長帯域分離ダイクロイックミラー
２２ 全反射ミラー
２３ 全反射ミラー
２４ 全反射ミラー
２５ フーリエ変換レンズ
２６ フーリエ変換レンズ
２７ レッド用検光子
２８ グリーン用検光子
２９ ブルー用検光子
３０ マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー
３１ 偏光ビームスプリッタ
３２ 偏光ビームスプリッタ
３３ 偏光ビームスプリッタ
３４ ブルークロスカラー偏光子
３５ レッドクロスカラー偏光子
３６ ダミーガラス
３７ ダミーガラス
１００ 液晶分子
１０１ 透明基板
１０２ 対向透明基板
１０３ スイッチング素子
１０４ 透明画素電極
１０５ 透明共通電極
１０６ 液晶配向膜
１０７ 液晶配向膜
２００ 液晶分子
２０１ シリコン基板
２０２ 対向透明基板
２０３ スイッチング回路層
２０４ ミラー画素電極
２０５ 透明共通電極
２０６ 液晶配向膜
２０７ 液晶配向膜
３００ 透過型液晶素子
３０１ ポラライザ
４００ 反射型液晶素子
４０１ 偏光ビームスプリッタ

Claims (7)

1. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記第１色光に対して半波長の位相差を付与するために第１電圧を前記第１液晶変調素子に印加し、
   前記第２色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記第２液晶変調素子に印加し、
   前記第３色光に対して半波長の位相差を付与するために前記第２電圧よりも高い第３電圧を前記第３液晶変調素子に印加することを特徴とする画像表示装置。
2. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さく、
   前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションの方が小さいことを特徴とする画像表示装置。
3. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであって、
   前記第１及び２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きいことを特徴とする画像表示装置。
4. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記第１液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションが、前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションよりも大きく、
   前記第２液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションと、前記第３液晶変調素子が電圧無印加状態で入射光に与えるリタデーションとが実質的に同じであることを特徴とする画像表示装置。
5. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記３つの液晶変調素子に同一の電圧を印加された状態において、前記３つの液晶変調素子は同一波長の光に対して同一のリタデーションを付与するように構成されており、
   前記３つの液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、
   前記第２、３液晶変調素子は、各々の液晶変調素子に電圧を印加することによって、前記第２、３色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与していることを特徴とする画像表示装置。
6. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   ある電圧を印加された状態において、前記第１、２液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第１のリタデーションを付与するように構成されており、
   前記ある電圧を印加された状態において、前記第３液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第１のリタデーションとは異なっており、
   前記第１液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、
   前記第３液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第３色光の略中心波長の半波長に相当しており、
   前記第２色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第２液晶変調素子には０より大きな電圧を印加されることを特徴とする画像表示装置。
7. 第１色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第１液晶変調素子と、
   前記第１色光よりも波長の短い第２色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第２液晶変調素子と、
   前記第２色光よりも波長の短い第３色光の偏光状態を変調するＴＮ型の第３液晶変調素子と、
   前記３つの液晶変調素子から出射する画像光を合成する光学系とを有する画像表示装置であって、
   ある電圧を印加された状態において、前記第２、３液晶変調素子はある波長の光に対して同一の第１のリタデーションを付与するように構成されており、
   前記ある電圧を印加された状態において、前記第１液晶変調素子が前記ある波長の光に対して付与するリタデーションは、前記第１のリタデーションとは異なっており、
   前記第１液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第１色光の略中心波長の半波長に相当しており、
   前記第２液晶変調素子の電圧無印加時のリタデーション付与量は、前記第２色光の略中心波長の半波長に相当しており、
   前記第３色光の略中心波長の半波長に相当するリタデーションを付与するために、前記第３液晶変調素子には０(zero)より大きな電圧を印加されることを特徴とする画像表示装置。