JP3410579B2

JP3410579B2 - 投影型カラー画像表示装置

Info

Publication number: JP3410579B2
Application number: JP10443695A
Authority: JP
Inventors: 岳柴谷; 義弘水口; 浩中西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JPH08297327A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モザイク状のカラーフ
ィルターを用いないで一枚の液晶表示素子によりカラー
表示を行う単板式の投影型カラー画像表示装置に関し、
特にコンパクトな投影型カラー液晶テレビジョンシステ
ムや情報表示システムに適用される投影型カラー画像表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の投影型表示装置について説明す
る。投影型表示装置に使用される液晶表示素子は、それ
自体は発光しないので別に光源を設ける必要があるが、
投影型ブラウン管表示装置に用いられるブラウン管と比
較すると、色再現範囲が広いこと、小型・軽量であるた
め持ち運びしやすいこと、コンバージェンス調整が不要
であることなどの非常に優れた特徴を持っているため、
今後の発展が期待される。上述したような液晶表示素子
を用いた投影型カラー画像表示方式には、三原色に応じ
て液晶表示素子を３枚用いる３板式と、１枚のみを用い
る単板式がある。前者の３板式の投影型カラー画像表示
装置は、白色光を赤・緑・青の３原色それぞれの色光に
分割する光学系と、その色光を制御して画像を形成する
液晶表示素子をそれぞれ独立に設け、各色の画像を光学
的に重畳してフルカラー表示を行う構成をなっている。
この３板式の構成では、白色光源から放射される光を有
効に利用できるが、光学系が繁雑で部品点数が多くなっ
てしまい、コスト及び小型化の点では後述の単板式に比
べて一般的に不利である。

【０００３】後者の単板式の投影型カラー画像表示装置
は、３原色カラーフィルターがモザイク状またはストラ
イプ状等のパターンに形成された液晶表示素子を投影光
学系によって投影するもので、例えば特開昭５９−２３
０３８３号に開示されている。単板式は液晶表示素子の
使用は１枚のみであり、かつ光学系も３板式に比べて単
純な光学系で構成することができ、低コスト、小型の投
影型システムに適している。しかし、カラーフィルター
を用いるため、入射光の約１／３しか利用できず、他の
光はカラーフィルターによって吸収または反射される。
つまり、カラーフィルターを用いる単板式での画面の明
るさは、等しい光源を用いた３板式と比較して約１／３
に低下してしまう。

【０００４】光源を明るくすることは明るさの低下に対
する１つの解決法であるが、民生用として使用する場
合、消費電力の大きな光源を用いることは好ましくな
い。また、吸収タイプのカラーフィルターを用いる場
合、カラーフィルターに吸収された光のエネルギーは熱
に変わるため、いたずらに光源を明るくすると、液晶表
示素子の温度上昇を引き起こすだけでなく、カラーフィ
ルターの退色が加速される。したがって、与えられた光
束を如何に有効に利用するかが投影型カラー画像表示装
置の利用価値を向上させる上で重要な課題である。

【０００５】そこで、このような単板式の投影型カラー
画像表示装置の欠点を解決すべく、複数のダイクロイッ
クミラーを扇形に配置して光利用率向上を図ったカラー
画像表示装置が提案されている（特開平４−６０５３８
号）。

【０００６】図７は、特開平４−６０５３８号で示され
る単板式投影型カラー画像表示装置の概略構成図であ
る。球面鏡２を有する白色光源１からの光は、コンデン
サーレンズ３でほぼ平行光とされ、その白色光束を３種
のダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが受け
る。ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、
それぞれ異なる角度で扇状にこの順に光軸上に配置され
ている。また、ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、
１３Ｂは、それぞれ赤、緑、青の各波長帯の光を選択的
に反射し、他は透過する特性を有しており、周知の多層
薄膜コーティング技術により形成されている。以下Ｒ、
Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、緑、青の各色を表す。

【０００７】ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１
３Ｂによって作られたＲ、Ｇ、Ｂの光束は、液晶表示素
子７の光源側に貼り合わせて配置されているマイクロレ
ンズアレイ６に入射する。液晶表示素子７はそれぞれ対
応する色信号が独立して印加されている表示電極で駆動
される液晶部位を有し、その液晶部位は画素開口部とな
っている。一方のマイクロレンズアレイ６は、上記画素
開口部へ光束を色毎に分配して照射し、かつそれぞれの
画素開口部に収束させるように構成されている。尚、マ
イクロレンズアレイ６のマイクロレンズの周期は液晶表
示素子７のＲ、Ｇ、Ｂ３画素分の周期に対応している。
液晶表示素子７を経た光束は、フィールドレンズ８およ
び投影レンズ９により投影スクリーン１０上に投影され
る。

【０００８】また、他の方式として、色の分離と画素開
口部への収束を同時に行うホログラム素子を直視用の液
晶表示素子に適用し、照明光の利用効率を高める方式が
提案されている（特開平６−２２２３６１号）。図８は
特開平６−２２２３６１号における一実施例の構成図で
ある。この構成において、液晶表示素子１５の光入射側
にホログラム素子１４が設けられている。このホログラ
ム素子１４は入射した光の全ての波長域について回折を
起こすタイプのホログラムである。ホログラム素子１４
に白色光を入射させると白色光に含まれる光成分の波長
の大小に応じて異なる角度に回折する。また、ホログラ
ム素子１４は、液晶表示素子１５のＲ、Ｇ、Ｂ３画素分
の周期で光を収束する働きを持っており、この働きによ
って液晶表示素子１５の各色毎の画素開口部に所定の色
の光を収束させる。

【０００９】上述した特開平６−２２２３６１号におけ
る他の実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３画素分の周期を持つ
マイクロレンズアレイで入射光を集光し、その後方に設
置したホログラム素子で波長の大小に応じて異なる角度
に光を回折し、液晶表示素子のＲ、Ｇ、Ｂの各画素開口
部に光を振り分けている。尚、特開平６−２２２３６１
号における液晶表示素子１５にはカラーフィルター１６
が設けられている。以上のことは、特開平６−２８１９
３２号にも同時に開示されている。

【００１０】更に、特開平６−２２２３６１号における
他の実施例では、波長の大小に応じて異なる角度に回折
するホログラム素子と、光を収束する働きを持つホログ
ラム素子と分離したものが開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の特開
平４−６０５３８号における単板式の投影型カラー画像
表示装置では、吸収型のカラーフィルターを用いないの
で光の利用効率が向上するが、以下のような問題があっ
た。

【００１２】図７において、所定の波長域成分のみ順次
反射するダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ
によって白色光束は各色の光束に分離されるが、そのた
めに光束の進路を６０゜〜９０゜と大きく曲げる配置を
とるため、光学系が占めるスペースが大きくなってい
る。また、ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１３
Ｂは光路に対して斜めに配置するので、光路に垂直に置
いた場合と比較してダイクロイックミラー１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂの表面積を大きくする必要があり、このため
光学部品のコストが上昇する。

【００１３】また、ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂによって分割された各色の光束は液晶表示素
子７にそれぞれ異なる角度で入射するが、このとき同時
に各色の光束が液晶表示素子７上でほぼ同一に重なるよ
うに、ダイクロイックミラー１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを
設定する必要がある。これは、液晶表示素子７の面内で
Ｒ、Ｇ、Ｂの光の混合比が変化しホワイトバランスが崩
れないようにするためである。

【００１４】この特開平４−６０５３８号における単板
式の投影型カラー画像表示装置では、液晶表示素子から
の光束の出射角が色毎に異なっており、全体の光の広が
りかたが相当大きくなっている。図９（ａ）は、各色毎
の光の出射角を示す。

【００１５】ところで、液晶表示素子からの全ての出射
光束をスクリーンに投影するためには図９（ｂ）の大径
円で示す大口径の（Ｆ値の小さい）投影レンズを用いな
ければならない。しかし、投影レンズはＦ値を小さくす
るほど作製が難しくなり、コスト上昇の要因となる。コ
ストダウンの為に必要とされるＦ値より大きなＦ値、つ
まり図９（ｂ）の小径円で示す小口径の投影レンズを用
いると投影レンズの瞳位置でＲ光およびＢ光のケラレ
（図９（ｂ）の斜線部）が発生し、この２つの色光のス
クリーン到達光束が減少する。また、液晶プロジェクタ
ーによく用いられる光源のうち、例えばメタルハライド
ランプ、ハロゲンランプ等はスペクトル分布が一様では
なく、メタルハライドランプは赤域に輝線スペクトルが
ないため赤が弱く、ハロゲンランプは青域に輝線スペク
トルがないため青が弱いスペクトル分布となっている。
このため、小口径の投影レンズ、および上記ランプを用
いると、元々少ない色光が、更に投影レンズの瞳位置で
ケラレるため、ホワイトバランスが大きく緑側にシフト
してしまう。つまり、特開平４−６０５３８号における
単板式の投影型カラー画像表示装置で、スペクトルが一
様でない光源を使い、コストダウンの為に必要なＦ値よ
り大きなＦ値の投影レンズを用いると、投影レンズの瞳
位置でのケラレのためホワイトバランスが悪化してしま
うという欠点を有している。

【００１６】次に、上述の特開平６−２２２３６１号及
び特開平６−２８１９３２号における従来の問題点を説
明する。これら特開平６−２２２３６１号等でも、光の
利用効率は向上するが、以下のような問題があった。

【００１７】（１）ホログラム素子１４は、上述したよ
うに光を収束する働きを持つことにより周期構造を必要
とする。従って、液晶表示素子１５の画素に対して正確
に位置合わせをする必要がある。しかし、白色光を収束
するマイクロレンズアレイと比較して、ホログラム素子
１４は色分離の機能を余分に持っているため、この機能
が位置合わせ作業の際に妨げとなって正確な位置合わせ
が困難である。特に、マイクロレンズアレイ、ホログラ
ム素子および液晶表示素子の位置合わせについては、そ
れぞれが周期構造を持つため、非常に困難である。

【００１８】（２）ホログラム素子は一度原盤となるも
のが作製されれば後はそれを複製して量産できるという
メリットがある。しかし、マイクロレンズと同等の集光
状態を再現するためには、前記ホログラム素子１４では
液晶表示素子の画素に対応した集光させる働きを持たせ
なければならないため、複数回に分けて露光する必要が
あり、その結果、工程が繁雑になり大本の原盤ホログラ
ム素子を作るのが難しい。

【００１９】（３）マイクロレンズアレイで光を収束
し、マイクロレンズアレイの後方にホログラム素子で色
分離を行う場合は、ホログラム素子に入射する時点で光
の入射角分布が生じており、回折角がわずかずつ異なっ
てくる。そのため画素開口部における集光スポットが大
きくなってしまい、それを補正するためにはホログラム
素子の干渉縞にマイクロレンズアレイの形状に即した周
期性を持たせる必要がある。このようなホログラム素子
に周期性を持たせることによる不利な点は、上記（１）
で述べたとおりである。

【００２０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、軽量小型化を図ることが
でき、また低コスト化が可能な投影型カラー画像表示装
置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型カラー画
像表示装置は、光源と、該光源からの光束を複数の色の
光束に分割し、各々異なる方向に回折する、波長選択性
を有する光学素子と、該ホログラム素子からの該複数の
色の光束を収束させるマイクロレンズアレイと、該マイ
クロレンズアレイにて収束された該複数の色の光束が対
応する画素に入射される液晶表示素子と、該液晶表示素
子により変調された該複数の色の光束を受け、該液晶表
示素子に表示された画像を投影する光学手段と、を具備
し、該液晶表示素子に入射する３原色の色光のうち、該
光源の発光スペクトルが最も弱い色光を該液晶表示素子
の表示面法線に近い角度で入射させるように該光学素子
の回折波長域および回折角度を選んでおり、そのことに
より上記目的が達成される。

【００２２】前記光学素子としては、回折する光束の波
長域および回折角の異なるホログラム素子を２つ以上積
層して用いてもよく、また、２つ以上の波長域の光束に
対して各々異なる回折角を有する多重ホログラム素子で
構成してもよい。

【００２３】

【００２４】

【作用】請求項１から３の構成によれば、従来のように
光源からの白色光束を反射させて光路を曲げずに済み、
色分割手段である光学素子を光路にほぼ垂直に配置する
ので、光学素子をマイクロレンズアレイと液晶表示素子
に重ね合わせることが可能になる。したがって、従来よ
りも装置の光路長を短くでき、これにより投影型カラー
画像表示装置の軽量小型化とコストダウンを図ることが
できる。さらに、発光スペクトルの弱い色光は液晶表示
素子の表示面法線に近い角度で入射し、また、出射する
のでコストダウンのために小口径（高Ｆ値）の投影レン
ズを用いても、投影レンズの瞳位置でのケラレがなくな
り、良好なホワイトバランスが維持できる。

【００２５】また、請求項２では、前記光学素子が波長
選択性のあるホログラム素子を重ねて構成する。このホ
ログラム素子は原盤を作製した後に複製を作ることによ
り安価に量産できるので、従来のようにダイクロイック
ミラーを使用したときよりもコストダウン可能である。
また、ホログラム素子をマイクロレンズ前方に配置する
ことによりホログラム素子自体については周期構造を持
たなくてもよい。従って、マイクロレンズアレイ程の精
密な位置合わせを必要としない。また、それ故に、ホロ
グラム素子の製造も容易である。

【００２６】また、請求項３では、色分割手段の光学素
子を１枚の多重ホログラム素子で構成するため部品点数
が少なくなりコストダウンの効果がさらに増す。

【００２７】

【００２８】前記ホログラム素子の構成要素としては、
図５に示すようにホログラム記録用基板上にできる２光
束の干渉縞を記録することにより作製したホログラム素
子を使用できる。ここで前記２光束の角度設定は、「レ
ーザーと画像」龍岡静夫著（共立出版）ｐ．７７−８１
に記述してあるように、使用する波長域の光がブラッグ
の回折条件を満たすような干渉縞が発生するように指定
すればよい。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００３０】（実施例１）図１は、本発明にかかる投影
型カラー液晶表示装置の全体を示す模式図である。本実
施例のカラー画像表示装置は、球面鏡２を備えた白色光
源１と、コンデンサーレンズ３と、ＧおよびＢのそれぞ
れに対してのみ回折効果を及ぼすホログラム素子４およ
び５と、マイクロレンズアレイ６を備えた液晶表示素子
７と、フィールドレンズ８および投影レンズ９からなる
投影光学系と、投影スクリーン１０とを有する。

【００３１】上記白色光源１として、本実施例では消費
電力が１５０Ｗ、アーク長が５ｍｍのメタルハライドラ
ンプを用いているが、ハロゲンランプやキセノンランプ
等を使用してもかまわない。白色光源１の背面には球面
鏡２が配置され、前面には口径が８０ｍｍφ、焦点距離
ｆｃが６０ｍｍのコンデンサーレンズ３が配置されてい
る。

【００３２】球面鏡２の中心は白色光源１の発光部の中
心と一致するように配置され、また白色光源１の発光部
の中心はコンデンサーレンズ３の焦点と一致するように
配置されている。コンデンサーレンズ３を出射した光束
はほぼ平行光となっている。白色光源１から平行光束を
得る手段としては、上記コンデンサーレンズを用いる方
式に限らず、回転放物面鏡を用いる方法や、回転楕円面
鏡とインテグレーターを併用する方法などが適宜選択さ
れる。

【００３３】尚、液晶表示素子７の温度上昇を低減する
ためには、カラー画像表示には無用な紫外線（ＵＶ）お
よび赤外線（ＩＲ）をカットするためのＵＶ−ＩＲカッ
トフィルタ（図１では省略している）を、図１中のコン
デンサーレンズ３と液晶表示素子７の間に挿入するとよ
い。

【００３４】図２は、本実施例で用いられる液晶表示素
子７の近傍部分を模式的に示す断面図である。但し、図
２では液晶表示素子７の構成要素である偏光板、配向膜
等は簡略化のため省略してある。

【００３５】液晶表示素子７には光の入射側、即ちコン
デンサーレンズ３の側の面に、液晶表示素子７から遠い
順にホログラム素子４、ホログラム素子５、およびマイ
クロレンズアレイ６が積み重なって貼り合わされてい
る。コンデンサーレンズ３を通過して略平行光となった
白色光束は、ホログラム素子４、５にほぼ垂直に入射す
る。ホログラム素子４はＧの光束に対してのみ回折効果
を及ぼす構成となっており、ホログラム素子５はＢの光
束に対してのみ回折効果を及ぼす構成となっている。回
折を受けないＲの光束はホログラム素子４および５をそ
のまま通過する。上記ホログラム素子４、５でのＧ、Ｂ
の回折角を適宜選択することで、入射した白色光束のう
ちＧおよびＢの光束を、紙面内においてＲの光束に対し
て対称となるようにθずつ異なる角度で出射させる。

【００３６】この相対的な角度θは、後述する液晶表示
素子７の画素配列ピッチをＰとし、マイクロレンズアレ
イ６の焦点距離をｆμとすると、下記（１）式のように
なる。

【００３７】 θ＝ｔａｎ^-1（Ｐ／ｆμ） … （１）本実施例では、図５に示すように、ホログラム記録用感
光材料として、例えばデュポン（株）製オムニデックス
３５２を用い、これを塗布した透明基板に対して、アル
ゴンレーザ（波長５１４．５ｎｍ）にて２つの平行光束
を両者間の角度を調整して照射し、このとき生じた干渉
縞を記録することにより、Ｇ用のホログラム素子４及び
Ｂ用のホログラム素子５を作製した。なお、ホログラム
記録用光源としては、上記の他にＨｅ−Ｎｅレーザ、Ｋ
ｒレーザ等を用いることができる。

【００３８】図４は、図１においてホログラム素子４、
５のみを抜き出して光の進行経路を示したものである。
本発明では、ホログラム素子４、５の後方に設置された
マイクロレンズアレイ６により液晶表示素子７の画素に
対応する光を収束させるため、ホログラム素子４、５の
回折条件はそれぞれ面内において一定で周期性は不要で
あり、干渉縞の記録もそれぞれ１回で終了する。また、
本実施例のホログラム素子４、５は、従来例で用いたも
のとは波長選択性を有するホログラムである点が異なっ
ている。

【００３９】ホログラム素子４および５の働きにより
Ｒ、Ｇ、Ｂの各光束は、ホログラム素子４、５の出射側
に存在するマイクロレンズアレイ６にそれぞれ異なる角
度で入射する。図１では、Ｒの光束はマイクロレンズア
レイ６に垂直に入射する。

【００４０】マイクロレンズアレイ６は液晶表示素子７
のＲ、Ｇ、Ｂに対応する３画素に対して１つのマイクロ
レンズが対応するように配置されており、その焦点距離
ｆμは７２０μｍ（ガラス基板中では対向基板厚の１．
１ｍｍに相当）とし、液晶表示素子７に光学接着材を用
いて貼りつけた。

【００４１】液晶表示素子７は、図３に示すようなデル
タ配列でマトリックス状に配置された矩形状の画素１２
が、該画素１２をスイッチングする半導体薄膜トランジ
スタを介してダイナミック表示駆動されるツイステッド
・ネマティックモード（ＴＮ）のアクティブマトリクス
型液晶表示素子を用いた。また、画素ピッチは縦横とも
１００μｍ、画素開口部の大きさは縦５０μｍ×横７０
μｍ、画素数は縦４８０×横６４０とした。

【００４２】従って、マイクロレンズアレイ６の焦点距
離ｆμが７２０μｍ、液晶表示素子７の画素ピッチＰが
１００μｍであるため、本実施例では上記（１）式に基
づき、ホログラム素子の、Ｒ光に対する回折角度θは、
θ＝ｔａｎ^-1（１００／７２０）≒８゜となる。よっ
て、液晶表示素子７にはＲの光束が垂直入射し、Ｇ、Ｂ
の２光束はそれぞれ±θの角度で入射することになる。
これによって、マイクロレンズアレイ６による各色の集
光スポットは、液晶表示素子７の対応する画素に入射す
ることになる。

【００４３】液晶表示素子７は入力された画像信号を基
にした駆動信号により入射された光を変調する。この変
調を受けて液晶表示素子７を通過した光は、フィールド
レンズ８で効率よく投影レンズ９に導かれ、投影レンズ
９は投影スクリーン１０上に液晶表示素子７で作られる
カラー画像を拡大投影する。

【００４４】液晶表示素子７の入射側表面にマイクロレ
ンズアレイ６を貼りつける際は、従来と同様に画素とマ
イクロレンズとの正確な位置調整をする必要があるが、
本発明のホログラム素子については、周期構造を持たな
いので正確な位置調整を必要としない。このことは、後
述の実施例２でも同様である。

【００４５】また、ホログラム素子４、５をマイクロレ
ンズアレイ６および液晶表示素子７に対してごく近距離
に配置することで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光束の液晶表示素子
７上での照度分布のズレは殆ど無視できる。本実施例で
はホログラム素子４、５をマイクロレンズアレイ６に貼
りつけ、照度分布のズレを最小にして投影画像のホワイ
トバランスを高めている。このことは実施例２でも同様
である。

【００４６】本実施例では光源１にメタルハライドラン
プを用いたので発光スペクトルのうち、Ｒ成分が最も弱
いが、Ｒの光束を中心に配したので、コストダウンのた
めの投影レンズ９の口径を小さくしてもケラレは生じに
くく、ホワイトバランスの悪化が起こりにくい。これ
は、例えば、光源１にＢの光量の少ないハロゲンランプ
を使った場合、ホログラム素子４、５はＢ以外のＲ、Ｇ
を回折させるものを使用すればよく、その場合はＲ、
Ｇ、Ｂの各光束が液晶表示素子７の対応する色の画素に
集光されるようにマイクロレンズアレイ６の各マイクロ
レンズと画素の配置は適宜変更される。光源の発光スペ
クトルが均一で、かつ投影レンズ９の口径が大きく、十
分にケラレを無視できる場合は、ホログラム素子４、５
で回折させる色は、図２の例に限らず、自由に選ぶこと
ができる。

【００４７】上述したマイクロレンズアレイ６の製造方
法としては、イオン交換法｛Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．Ｖｏ
ｌ．２１，ｐ．１０５２（１９８４），又はＥｌｅｃｔ
ｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．１７，ｐ．４５２（１９８
１）｝を利用できる。更には、膨潤法（鈴木他、“プラ
スチックマイクロレンズの新しい作製法”第２４回微小
光学研究会）、熱ダレ法｛ＺｏｒａｎＤ．Ｐｏｐｏｖ
ｉｃｅｔａｌ．“Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｍ
ｏｎｏｌｉｔｈｉｃｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｍ
ｉｃｒｏｌｅｎｚａｒｒａｙｓ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐ
ｔ．Ｖｏｌ．２７，ｐ．１２８１（１９８８）｝、蒸着
法（特開昭５５−１３５８０８号）、熱転写法（特開昭
６１−６４１５８号）、機械加工法、または特開平３−
２４８１２５号に示されている方法等が利用できる。

【００４８】本発明ではマイクロレンズアレイ６の一面
に液晶表示素子７を貼りつけ、さらにもう一方の面には
ホログラム素子４、５を貼りつけるので、マイクロレン
ズアレイ６の光学面は両側とも平面の方が機械的強度の
点で好ましい。

【００４９】そこで、本実施例では、平板ガラスの内部
に屈折率分布型マイクロレンズを作り込むイオン交換法
で作製したマイクロレンズアレイを用いた。但し、本発
明に用いるマイクロレンズアレイは、その製法をイオン
交換法に限定するものではない。例えば、熱ダレ法等
の、平板基板に物理的形状のマイクロレンズを作り込む
製法による場合でも、レンズ形状の凹凸が生じる側の面
にレベリング層やカバーガラス等を設けて平坦化する工
程を追加することで、その集光機能および貼り合せ後の
機械的強度を損なうことなく作製することが可能であ
る。このことは、実施例２でも同様である。

【００５０】（実施例２）図６は、本実施例の投影型カ
ラー画像表示装置ホログラム素子として用いる多重ホロ
グラム素子の近傍を示す図である。

【００５１】本実施例２の投影型カラー画像表示装置の
基本構成は、実施例１とほぼ同様であり、ホログラム素
子４、５を重ねて用いる代わりに、一枚のホログラムに
２つの干渉縞を重ねて記録した多重ホログラム素子１１
を用いたものである。

【００５２】多重ホログラム素子１１に対する干渉縞の
書き込み方法は、基本的には実施例１で用いたホログラ
ム素子と同じであるが、１枚のホログラムに対して、複
数の干渉縞を書き込む必要がある。具体的には以下のよ
うにすることができる。例えば実施例１のようにＧ、Ｂ
に対応する２つの干渉縞を書き込む場合、まず一方の光
（Ｇ、Ｂのどちらでもよい）に対応する干渉縞を書き込
んだ後、他方の光の干渉縞を書き込む。この場合、それ
ぞれの干渉縞に対する露光量は１度しか記録しない場合
の半分にする必要がある。

【００５３】上記作製法をもとに、実施例１と同じ感光
材料及びレーザを用い、Ｇ、Ｂに対応する２つの干渉縞
を書き込んだ多重ホログラム１１を作製したところ、実
施例１のホログラム素子４、５を積層した場合と同等の
効果が得られた。

【００５４】なお、上述した実施例１、２ではホログラ
ム素子を感光材料を用いて光の干渉縞を屈折率の差とし
て書き込む方法にて作製したが、ホログラム素子の作製
法としてはその他に、ＵＶ硬化樹脂や透明プラスチック
等を用い、ブレーズド格子やグレーティングで作製する
方法などを採用することができる。

【００５５】また、上述した実施例１、２では、１つの
波長に対して選択性のあるホログラム素子２枚または多
重ホログラム素子１枚を用いる構成としたが、本発明は
これに限らない。たとえば、その他にも、波長選択性が
あり、白色光で再生ができるものであれば、いかなるも
のでも使用することができる。この場合には、１つのホ
ログラム素子で２以上の光束の出射角を調整することが
可能である。

【００５６】また、本発明にあっては、色純度を向上さ
せるために、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応する３枚のホログ
ラム素子、あるいは１枚の多重ホログラム素子を用いて
もよい。

【００５７】また、本発明にあっては、色純度低下の要
因であるＲ、Ｇ、Ｂ以外の不要な光を画素に入射させな
いホログラム素子、例えば回折により光を反射させる特
性を持つホログラム素子を追加した構成としてもよい。

【００５８】また、上述した実施例で用いたホログラム
素子４、５および１１は、前述した方法で一旦記録作製
した後は、公知の複製技術により同等の回折効果を持つ
光学素子を量産でき、安価に作ることができる。このた
め、従来のダイクロイックミラーを色分離の手段として
用いた場合よりも低コスト化が図れる。また、色分離か
ら液晶表示素子までの光路長を最短にでき、投影型カラ
ー画像表示装置全体のサイズを小さくすることが可能で
ある。

【００５９】更には、実施例１、２において液晶表示素
子７のフィールドレンズ８の側に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の
光束の主光線が互いに平行となるよう回折させる、波長
選択性のあるホログラム素子を重ねて配置してもよい。
これにより投影レンズ９の入射瞳での集光位置が色によ
ってばらつくのを防止して、一カ所に重複させることが
できる。その結果、投影レンズの直径を小さくでき、ま
たコストの低廉化を図ることができる。この目的に用い
るホログラム素子としては、本発明のホログラム素子
４、５および１１と同じものを使用することが可能であ
る。図１０（ａ）はその場合の液晶表示素子７付近の構
成と光の進行状況を表す図であり、図１０（ｂ）は同じ
く、投影型画像表示装置全体の概略構成図である。ホロ
グラム素子に実施例１のごとくＧ、Ｂの光を回折させる
ものを選んだ場合、液晶表示素子７のフィールドレンズ
８側に設けるホログラム素子１６、１７もＧ、Ｂの光を
回折させるものを使用し、光束の進行方向をＲの光と同
様にする。

【００６０】（実施例３）本発明の別の実施例を、図１
１に基づいて説明する。

【００６１】本実施例３における実施例１および２との
大きな違いは、白色光源１、反射鏡２、コンデンサレン
ズ３等で作られた略平行な白色光束を液晶表示素子７、
フィールドレンズ８、投影レンズ９からなる光軸とは斜
めに入射させる点である。ホログラム素子１８、１９、
２０はそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの光を、Ｒは液晶表示素子の
表示面法線方向に入射するように、ＧとＢはＲの光束を
中心にそれぞれθずつ異なる角度で入射するように回折
させる波長選択性を持つ。ホログラム素子１８、１９、
２０で回折された光束はそれ以降は、実施例１と同様の
状態になっており、同様の経路を辿って投影スクリーン
１０に投影されるので、それ以降の説明は省略する。
尚、実施例１に対する実施例２の変更に倣って、ホログ
ラム素子１８、１９、２０を一つの多重ホログラム素子
に置き換えてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１から３
に記載の投影型カラー画像表示装置は、光源から液晶表
示素子までの光路長を短くすることが可能になり、これ
により軽量小型化を図れ、低コストの装置を提供できる
とともに、投影画像のホワイトバランスを保持したま
ま、投影レンズにおけるコストダウンを図ることができ
る。

【００６３】請求項２に記載の構成では量産可能なホロ
グラム素子を用いることで光学部品のコストダウンを図
ることができる。請求項３に記載の構成ではホログラム
素子が１つで済むため、部品点数を減少させ得、更なる
コストダウンを図ることが可能である。

【００６４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る投影型カラー画像表示
装置を概略的に示す構成図である。

【図２】図１に示す投影型カラー画像表示装置に備わっ
た液晶表示素子の要部詳細図（断面図）である。

【図３】図１に示す投影型カラー画像表示装置に備わっ
たマイクロレンズアレイと液晶表示素子の画素配列とを
模式的に示す正面図である。

【図４】本発明の実施例１に用いるホログラム素子の近
傍を示す図である。

【図５】図４のホログラム素子の作製方法の説明図であ
る。

【図６】本発明の実施例２に用いる多重ホログラム素子
の近傍を示す図である。

【図７】従来の投影型カラー画像表示装置を示す図であ
る。

【図８】従来の画像表示装置を示す図である。

【図９】（ａ）は従来例（特開平４−６０５３６号）に
おける液晶表示素子通過後の光束の進み方を示し、
（ｂ）は投影レンズ瞳位置におけるケラレを示す図であ
る。

【図１０】（ａ）は本発明の他の実施例における液晶表
示素子の要部詳細図（断面図）を示し、（ｂ）はその液
晶表示素子を用いた投影型カラー画像表示装置を概略的
に示す構成図である。

【図１１】（ａ）は本発明の実施例３におけるホログラ
ム素子近傍を示し、（ｂ）はそのホログラム素子を用い
た投影型カラー画像表示装置を概略的に示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１白色光源２球面鏡３コンデンサーレンズ４、５ホログラム素子６マイクロレンズアレイ７液晶表示素子８フィールドレンズ９投影レンズ１０投影スクリーン１１多重ホログラム素子１２画素１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂダイクロイックミラー１４波長選択性のないホログラム素子１５液晶表示素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０２Ｂ 5/32 Ｇ０２Ｂ 5/32 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/13357 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＨ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (56)参考文献特開平７−98454（ＪＰ，Ａ) 特開平６−222361（ＪＰ，Ａ) 特開平４−60538（ＪＰ，Ａ) 特開平５−34817（ＪＰ，Ａ) 特開平８−114780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光束を複数の色の光束に分割し、各々異な
る方向に回折する、波長選択性を有する光学素子と、該ホログラム素子からの該複数の色の光束を収束させる
マイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイにて収束された該複数の色の光
束が対応する画素に入射される液晶表示素子と、該液晶表示素子により変調された該複数の色の光束を受
け、該液晶表示素子に表示された画像を投影する光学手
段と、を具備し、該液晶表示素子に入射する３原色の色光のうち、該光源
の発光スペクトルが最も弱い色光を該液晶表示素子の表
示面法線に近い角度で入射させるように該光学素子の回
折波長域および回折角度を選んでいる投影型カラー画像
表示装置。
【請求項２】前記光学素子が、回折する光束の波長域
および回折角の異なるホログラム素子を２以上積層して
構成されている請求項１に記載の投影型カラー画像表示
装置。
【請求項３】前記光学素子が、２以上の光束の波長域
に対して各々異なる回折角を有する多重ホログラム素子
からなる請求項１に記載の投影型カラー画像表示装置。