JPH10111486A

JPH10111486A - 表示装置および表示装置用液晶パネル並びに投射型表示装置

Info

Publication number: JPH10111486A
Application number: JP9149718A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Watanabe; 邉好浩渡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】画素開口部への入射光の利用効率が高く、表
示パネルへの入射光の照度分布が均一で、当該入射光の
発散角が小さく、角画素に適正な入射光が入射され、か
つ、安価な表示装置を提供する。【構成】光源（１１０）からの照射光を、結像素子ア
レイ（１１７）を介して画素が配設された表示パネルに
入射させ、光強度が制御された透過光を映像表示手段に
投射して映像表示を行う表示装置において、光源と結像
素子アレイとの間に、照射光を結像素子アレイに分割し
て分配する光分配手段（１１３）を設ける。光分配手段
は複数個のレンズからなるレンズアレイ、あるいは２以
上の異なる回転楕円面から構成された楕円面反射鏡（３
１０２）が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示装置に係り、特
に液晶表示パネルを用いた投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面表示用の表示装置として投
射型の液晶表示装置が注目されている。投射型の液晶表
示装置としては、レーザ光を用いて透過／非透過の２次
元パターンを液晶パネル上に形成する形式のもの、薄膜
トランジスタ等をスイッチ素子として用いて電気的に透
過／非透過の２次元パターンを液晶パネル上に形成する
形式のもの等がある。特に、電気的に表示パターンを形
成する液晶パネルを用いた液晶表示装置は、動画の表示
が可能であり、大画面テレビ用として期待されている。

【０００３】液晶パネルのようなライトバルブとして動
作する表示パネルを用いた投射型液晶装置のうち、特に
カラー表示のものに着目すると、３板式液晶表示装置と
単板式液晶表示装置とに大別される。３板式液晶表示装
置は、図４０に示すように、ダイクロイックミラー等で
光源の光を３原色に分離して、分離された光の強度分布
をそれぞれ液晶パネルにより形成し、それらを再びダイ
クロイックミラー等で合成することによりカラー映像を
得るものをいう。一方、単板式液晶表示装置とは、図４
２に示されるように一枚の表示パネルを用いてカラー表
示を実現するものをいい、３板式に比べて、表示パネル
が１枚で済むため、低コスト化が容易であると考えられ
る。

【０００４】さて、液晶パネルに代表されるマトリクス
透過制御型の表示パネルを用いた投射型表示装置におい
ては、その映像を形成するマトリクスの１単位である画
素が表示面上に占める面積に対して、実際に表示に寄与
する透過面積は通常かなり小さい。これは、画素を動作
させるために必要な駆動電圧または電流を得るための配
線、スイッチ素子である薄膜トランジスタ等の大部分が
不透明であることや、画素と画素との境界部分の正確な
透過率制御が困難であるために、有効な透過面積を制限
せざるを得ないからである。この表示に寄与する透過面
積の部分、即ち、画素の開口部を画素開口と称すること
とする。

【０００５】通常、表示パネルに対する照射光は、画素
単位ではほぼ均一な強度で入射するが、画素開口以外の
部分に入射した光は遮断されてしまう。そこで、この画
素開口の照射光入射側に、画素の配置に対応した光学的
な結像素子を配設して画素開口に相関する照度分布を形
成し、透過光の割合を向上させることにより投射型表示
装置の光利用効率を向上させる技術が知られている。通
常、画素の照射光入射側に配設する結像素子として、微
小なレンズをアレイ状に並べたものが使用されており、
これをマイクロレンズアレイと称する。

【０００６】図４０は、マイクロレンズアレイを用いた
３板式投射型表示装置の光学構成を示す説明図である。

【０００７】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ４０１０の周囲に、光照射側に開口部が開設さ
れた放物面リフレクタ４０１１が配設され、放物面リフ
レクタ４０１１の開口部側に赤外線及び紫外線を遮断す
るフィルタ４０１２が配設されている。

【０００８】フィルタ４０１２を介した照射光が照射さ
れる側には、照射光を３原色に分離する第１、第２のダ
イクロイックミラー４０１３、４０１４がフィルタ４０
１２に対して約４５度の角度で配設され、第１のダイク
ロイックミラー４０１３で反射された赤色光を反射する
第１のミラー４０１５が、第１のダイクロイックミラー
４０１３に略平行に配設されている。第１のミラー４０
１５により反射された赤色光が照射される位置には、赤
色の映像に関する電気信号すなわち赤色映像信号により
駆動される第１の液晶モジュールが配設される。第１の
液晶モジュールは、映像信号の入射側から出射側に順
に、入射側偏光板４０３１、マイクロレンズアレイ４０
３２、赤色映像信号で駆動される液晶パネル４０３３、
出射側偏光板４０３４、フィールドレンズ４０３５から
構成されている。

【０００９】第１のダイクロイックミラー４０１３を透
過した照射光のうち緑色光は第２のダイクロイックミラ
ー４０１４で反射され、青色光は第２のダイクロイック
ミラー４０１４を透過する。緑色光が照射される位置に
は、緑色の映像に関する電気信号すなわち緑色映像信号
で駆動される液晶パネル４０４３を備えた第２の液晶モ
ジュールが配設され、第１の液晶モジュール及び第２の
液晶モジュールの出射側には、第３のダイクロイックミ
ラー４０１７が第１の液晶モジュール及び第２の液晶モ
ジュールの液晶パネル４０３３及び４０４３に対して約
４５度の角度で配設されている。第１の液晶モジュール
からの射出光は第３のダイクロイックミラー４０１７を
透過し、第２の液晶モジュールからの射出光は第３のダ
イクロイックミラー４０１７によって反射される。

【００１０】第２のダイクロイックミラー４０１４を透
過した青色光が照射される位置には、青色映像信号で駆
動される液晶パネル４０５３を備えた第３の液晶モジュ
ールが配設されており、第３の液晶モジュールの出射側
には第２のミラー４０１６が液晶パネル４０５３に対し
て約４５度の角度で配設されている。

【００１１】第３のダイクロイックミラー４０１７から
の光及び第２のミラー４０１６からの青色光が照射され
る位置には、第３のダイクロイックミラー４０１７及び
第２のミラー４０１６に略平行に第４のダイクロイック
ミラー４０１８が配設されており、第３のダイクロイッ
クミラー４０１７からの光は第４のダイクロイックミラ
ー４０１８を透過し、第２のミラー４０１６からの青色
光は第４のダイクロイックミラー４０１８で反射され、
ここで、各液晶モジュールから出射された３原色の映像
が合成される。合成された映像は、投射レンズ４０１９
を介してスクリーン４０２０に投射される。

【００１２】次に、図４０に示したマイクロレンズアレ
イを用いた３板式投射型表示装置の動作について説明す
る。

【００１３】メタルハライドランプ４０１０の光は、放
物面リフレクタ４０１１により概略平行光となり、赤外
線及び紫外線を遮断するフィルタ４０１２により不要な
不可視光線を除去された白色光となって第１のダイクロ
イックミラー４０１３に入射する。第１のダイクロイッ
クミラー４０１３は赤色光のみを反射する特性を有する
ものであり、反射された赤色光は第１のミラー４０１５
で反射されて第１の液晶モジュールの入射側偏光板４０
３１に入射する。入射側偏光板４０３１により赤色偏光
となった赤色光はマイクロレンズアレイ４０３２に入射
し、赤色映像信号により駆動される液晶パネル４０３３
に入射する。液晶パネル４０３３の画素は、９０度ツイ
ステッドネマティックモードで動作し、最明表示の時に
入射した偏光を９０度旋光させ、暗表示の時には旋光さ
せずに透過させる。

【００１４】マイクロレンズアレイ４０３２上のマイク
ロレンズは、液晶パネル４０３３の画素開口部にそれぞ
れ対応した位置に配設されており、画素開口部に入射光
を集光する機能を有する。

【００１５】図４１は、マイクロレンズアレイ上のマイ
クロレンズが液晶パネルの画素開口部に入射光を集光す
る様子を模式的に示した説明図である。マイクロレンズ
アレイ４１０１上のマイクロレンズに入射した入射光
は、光入射側基板４１０２を透過して画素４１０３の開
口部に集光され、光出射側基板４１０４を介して出射さ
れる。

【００１６】図４０に戻って、マイクロレンズアレイ４
０３２の機能により液晶パネル４０３３の画素開口部を
高効率で透過した赤色光は、出射側偏光板４０３４が液
晶パネル４０３３による旋光の状態に応じて透過率が変
化するフィルタとして機能するため、光強度の映像とな
り、フィールドレンズ４０３５及び投射レンズ４０１９
によりスクリーン４０２０上に拡大投影される。

【００１７】フィールドレンズ４０３５と投射レンズ４
０１９との間には、第３及び第４のダイクロイックミラ
ー４０１７及び４０１８があるが、第３のダイクロイッ
クミラー４０１７は赤色光を透過し、緑色光は反射する
特性であり、第４のダイクロイックミラー４０１８は赤
色光及び緑色光を透過し、青色光のみを反射する特性で
あるので、赤色光は影響を受けない。

【００１８】一方、第１のダイクロイックミラー４０１
３を透過した緑色光及び青色光は、第２のダイクロイッ
クミラー４０１４により分離され、赤色光と同様に、緑
色の映像信号により駆動される液晶パネル４０４３及び
青色の映像信号により駆動される液晶パネル４０５３に
よって光強度を制御された緑色の映像、青色の映像とな
り、第３及び第４のダイクロイックミラー４０１７及び
４０１８と第２のミラー４０１６とにより赤色の映像と
合成されて拡大投射される。

【００１９】さて、一枚の表示パネルのみでカラー表示
を実現する表示装置は各種あるが、代表的なものとし
て、表示パネル上に３原色それぞれの色の強度信号によ
り駆動される画素のそれぞれに対応するカラーフィルタ
を形成する形式の表示装置と、表示パネルの直前、即
ち、光入射側に結像素子アレイを配置し、３原色の光線
をそれぞれ角度を変えて照射して、３原色それぞれの色
の強度信号で駆動される画素のそれぞれに対応した色の
光を入射させてカラー表示を実現する形式の表示装置と
がある。

【００２０】この２つの形式の表示装置を比較すると、
カラーフィルタを用いる形式の表示装置はカラーフィル
タが３色中の２色を吸収または反射して光信号に損失を
生ずるのに対して、結像素子アレイを用いる形式の表示
装置はこのような損失を生じないので、カラーフィルタ
を用いる形式の表示装置よりも明るい表示が実現できる
表示装置として期待されている。

【００２１】図４２は、結像素子アレイを用いた単板式
カラー表示装置の光学構成を示す説明図である。図４２
に示した構成の例においては、結像素子アレイとしてマ
イクロレンズアレイを用い、結像素子に照射する光線を
角度に応じて３色に分離するために、異なる角度で配設
された複数のダイクロイックミラーを用いている。

【００２２】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ４２１０の周囲には、光照射側に開口部が開設
された楕円リフレクタ４２１１が配設され、楕円リフレ
クタ４２１１の開口部側には、平行光を得るための円錐
レンズ４２１２が配設されている。円錐レンズ４２１２
の光出射側には、光の角度分布を調整するための絞り４
２１３が円錐レンズ４２１２の周縁部を覆うように配設
されている。

【００２３】円錐レンズ４２１２及び絞り４２１３の光
出射側には、赤外線及び紫外線を遮断するフィルタ４２
１４、コンデンサレンズ４２１５、３枚のダイクロイッ
クミラーから構成される色分解ミラー４２１６が順に配
設されている。色分解ミラー４２１６は、入射光を相互
に異なった反射角度の３原色の光に分解するために、３
枚のダイクロイックミラーが相互に微小な角度をなすよ
うに配設されている。色分解ミラー４２１６によって３
原色に分解された光が反射する位置には、順に配置され
た入射側偏光板４２１７、マイクロレンズアレイ４２１
８、液晶パネル４２１９、出射側偏光板４２２０から構
成される液晶モジュールが配設され、液晶モジュールの
出射側には、フィールドレンズ４２２１及び投射レンズ
４２２２が配設されている。さらに、実際の構成では、
投射レンズ４２２２により投射された像が結像されるス
クリーンが用いられるが、当該構成部分は、図面上は省
略されている。以上が、結像素子アレイを用いた単板式
カラー表示装置の光学構成である。

【００２４】以下、図４２に示した結像素子アレイを用
いた単板式カラー表示装置の動作について説明する。

【００２５】メタルハライドランプ４２１０からの光
が、回転楕円リフレクタ４２１１によって円錐レンズ４
２１２の光入射側の面の直前の位置に集光される。円錐
レンズ４２１２は、集光された光の出射角度を出射光の
光軸側に集中させて平行光をより容易に得られるように
している。円錐レンズ４２１２からの出射光の出射角度
を絞り４２１３により制限しているのは、絞り４２１３
の光出射部分の面積とコンデンサレンズ４２１５の焦点
距離とにより、コンデンサレンズ４２１５の出射側で得
られる光の角度分布が決まるので、後述する所定の角度
分布を得るためである。

【００２６】絞り４２１３から出射した光は、赤外線及
び紫外線遮断フィルタ４２１４により不要な不可視光線
を除去された後、コンデンサレンズ４２１５に入射す
る。

【００２７】コンデンサレンズ４２１５は、通常のガラ
スの球面レンズで作製すると球面収差の大きい厚肉レン
ズになるので、フレネルレンズとして軽量化するととも
に収差の低減を図ったものを用いている。

【００２８】コンデンサレンズ４２１５により略平行光
となった光は、３枚のダイクロイックミラーから構成さ
れる色分解ミラー４２１６に入射する。色分解ミラー４
２１６を構成する３枚のダイクロイックミラーの特性
は、この３枚のダイクロイックミラーをそれぞれダイク
ロイックミラー４２１６Ｒ，４２１６Ｇ，４２１６Ｂと
すると、ダイクロイックミラー４２１６Ｒは可視光のう
ち赤色光のみを反射し、同様にダイクロイックミラー４
２１６Ｇは緑色光、ダイクロイックミラー４２１６Ｂは
青色光のみを反射するものである。

【００２９】図４３は、色分解ミラー４２１６を構成す
る３枚のダイクロイックミラーの特性の一例を示すグラ
フである。グラフ中の曲線Ｂ，Ｇ，Ｒがそれぞれダイク
ロイックミラー４２１６Ｒ，４２１６Ｇ，４２１６Ｂの
光の波長に対する反射率の特性を示している。即ち、上
述のように、ダイクロイックミラー４２１６Ｒは可視光
のうち赤色光のみを反射し、同様にダイクロイックミラ
ー４２１６Ｇは緑色光、ダイクロイックミラー４２１６
Ｂは青色光のみを反射する。

【００３０】図４４は、色分解ミラー４２１６を構成す
る３枚のダイクロイックミラーの配置の角度を模式的に
表した説明図である。前述のように、色分解ミラー４２
１６は、入射光を相互に異なった反射角度の３原色の光
に分解するために、３枚のダイクロイックミラー４２１
６Ｒ，４２１６Ｇ，４２１６Ｂが相互に微小な角度をな
すように配設されている。具体的には、３枚のダイクロ
イックミラー４２１６Ｒ，４２１６Ｇ，４２１６Ｂの中
央に位置するダイクロイックミラー４２１６Ｂが入射光
の光軸に対して４５度の角度をなすように配置され、そ
の両側にダイクロイックミラー４２１６Ｒ，４２１６Ｇ
がそれぞれダイクロイックミラー４２１６Ｂに対して約
２．３度の角度をなすように配置されている。３枚のダ
イクロイックミラー４２１６Ｒ，４２１６Ｇ，４２１６
Ｂを、このように配置することにより、入射光は、液晶
パネル４２１９の水平方向に異なった角度を有する３原
色の光信号に分離される。

【００３１】以上のように、３原色に角度分離された光
は、図４２における液晶モジュールの入射側偏光板４２
１６により偏光された後、マイクロレンズアレイ４２１
７及び液晶パネル４２１８に入射する。

【００３２】図４５は、マイクロレンズアレイと液晶パ
ネルとの関係を模式的に表した説明図であり、マイクロ
レンズアレイ４５０１の１つのマイクロレンズに入射し
た光の様子をマイクロレンズアレイ４５０１及び液晶パ
ネルの水平断面の一部を拡大して示している。液晶パネ
ルは、光入射側基板４５０２、画素部４５０３、光出射
側基板４５０４から構成されている。

【００３３】結像素子アレイであるマイクロレンズアレ
イ４５０１の１つの結像素子（マイクロレンズ）に角度
分離された３原色の光Ｒ，Ｇ，Ｂ（光Ｒは赤色光、光Ｇ
は緑色光、光Ｂは青色光）が入射する。この角度分離に
よって与えられる角度差により、３原色の光Ｒ，Ｇ，Ｂ
は、液晶パネルを構成する光入射側基板４５０２を介し
て、液晶パネルの画素部４５０３の１画素中の各色ごと
に設けられた開口部にそれぞれ分離して入射する。

【００３４】このとき、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの入射光の角
度差Δθに対して、光入射側基板４５０２の厚さｔ及び
屈折率ｎ、画素ピッチＰpixel 並びに結像素子ピッチＰ
lensの間には、以下のような関係が成立している。

【００３５】

【数２】このように色分離された光がそれぞれ対応する色の開口
部を透過し、光出射側基板４５０４から出射され、図４
２における出射側偏光板４２２０を透過することによっ
てカラー映像が形成され、フィールドレンズ４２２１及
び投射レンズ４２２２によりスクリーンへと拡大投射さ
れて、大画面表示を実現することができる。

【００３６】ところで、投射型表示装置が有する問題点
の１つとして、表示むらが発生しやすい点が挙げられ
る。この問題点の原因は、光源のランプからの光を液晶
パネルに集光する際に、液晶パネルの表示部外にはみ出
して照射される光を少なくし、かつ、表示部の端部まで
中央部と同様に光を照射して明るくすることが困難なた
めである。

【００３７】図４６は、投射型表示装置の液晶表示パネ
ルの入射照度を模式的に表した説明図である。通常の光
源を使用した場合には、照明の周縁部に向かうに従い照
度が徐々に減少するため、図４６（ａ）に示した場合の
ように照度の均一度が高い部分のみを表示パネルに当て
て使用すると、周縁部の光の無駄が大きく効率が悪い。
一方、図４６（ｂ）に示した場合のように表示パネル外
に漏れる光を少なくしようとすると、表示領域の周縁部
が非常に暗くなり、輝度むらまたは照度むらが大きくな
る。また、表示部の形状が、通常、四角形であることも
集光を困難にする原因の１つである。

【００３８】以上の照明効率、照度むらの問題を解決す
る手段として、１組のレンズアレイを用いた照明装置が
提案され用いられている。

【００３９】図４７は、１組のレンズアレイを用いた照
明装置の概略構成図である。この照明装置は、第１のレ
ンズアレイ４７０１に照明光を入射させ、入射光を第１
のレンズアレイ４７０１中のレンズの個数分に分割し、
第１のレンズアレイ４７０１中の各レンズからの出射光
を第２のレンズアレイ４７０２の対応する各レンズに入
射させ、第２のレンズアレイ４７０２の各レンズからの
出射光を液晶パネル等の表示パネル４７０３に照射する
ものである。

【００４０】第１のレンズアレイ４７０１の個々のレン
ズの形状を液晶パネル４７０３の表示面の形状と相似形
とし、第２のレンズアレイ４７０２の焦点距離を第１の
レンズアレイ４７０１の個々のレンズの形状が表示パネ
ル４７０３面に表示パネル４７０３とほぼ同じ大きさで
投影されるように設定することにより、液晶表示面全体
に均一で効率の良い照明を実現することができる。

【００４１】図４８にこの２つのレンズアレイを用いた
照明装置を含む表示装置の例を示す。

【００４２】ランプ４８０１の光が放物面反射鏡４８０
２により赤外線・紫外線カットフィルタ４８０３を介し
て第１のレンズアレイ４８０４ａに集光される。第１の
レンズアレイ４８０４ａは、光を表示パネルと相似な形
状に分割して第２のレンズアレイ４８０４ｂに集光す
る。第２のレンズアレイ４８０４ｂは、第１のレンズア
レイ４８０４ａ中の個々のレンズからの光を表示パネル
４８０７に投射する。表示パネル４８０７の前には、コ
ンデンサレンズ４８０５および偏光板４８０６があり、
第２のレンズアレイ４８０４ｂからの光を概略平行光化
して、また偏光されて液晶パネル４８０７に入射する。
液晶パネル４８０７で偏光状態を変調された光は、偏光
板４８０８で光強度の変調に変換され、フィールドレン
ズ４８０９および投射レンズ４８１０により投射され
る。

【００４３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
アレイを用いた光源には、結像素子アレイを用いた形式
の表示パネルへ適用することが困難であるという問題点
がある。その理由は、レンズアレイを使用することによ
り、表示パネルに入射する光の角度が多数に離散し、光
源からの光の角度分布が非常に大きくなるためである。

【００４４】図４９は通常の照明光学系における出射光
の角度分布、図５０は３×５のレンズアレイを用いた照
明装置における出射光の角度分布を、表示パネルに対す
る入射角の傾き角θと方位角φを持つ平面に表示した説
明図である。図４９に示された通常の照明光学系の場合
は、表示パネル上の垂直入射状態の部分を中心として広
がり、ひとかたまりの分布をなしている。これに対し
て、図５０に示されたレンズアレイを使用した照明装置
の場合は、レンズアレイ中の各レンズからの出射光が角
度上で分離しているので、同じ光量の場合には原理的に
全体の分布範囲は広くなる。

【００４５】表示パネルの画素の近傍に配置したマイク
ロレンズ等の結像素子により画素の開口部に光を集光す
る場合は、入射光の角度分布の大きさによって結像素子
と画素開口部との距離が制限される。

【００４６】図５１は、入射光の入射角の角度分布の範
囲が小さい場合と大きい場合とにおける結像素子と画素
開口部との最大距離をそれぞれ模式的に表した説明図で
ある。

【００４７】図５１（ａ）に示された入射角θｉが小さ
い場合においては、結像素子と画素開口部との距離ｔを
長くとることができるので、結像素子による発散角θou
t も小さくなる。これに対して、図５１（ｂ）に示され
た入射角θｉが大きい場合においては、結像素子と画素
開口部との距離ｔを短くする必要があり、従って、結像
素子による発散角θout も大きくなる。即ち、レンズア
レイを使用した照明装置の場合は、結像素子と画素開口
部とを接近させる必要があることと、発散角θouｔが非
常に大きくなるという問題がある。

【００４８】この問題は、結像素子による表示パネルの
透過率の向上を目的とする場合においても、または、入
射角度により色を分離するために結像素子を用いる場合
においても、同様に発生する問題であり、レンズアレイ
を用いた光源の投射型表示装置への適用を困難なものと
している。

【００４９】さらに、入射角度により色を分離する方式
の単板式カラー表示装置の液晶パネルとレンズアレイを
用いた光源とを組み合わせることはより困難である。

【００５０】図５２は、通常の照明光学系の場合におけ
る３色に角度分離した後の角度分布を平面上に表示した
説明図、図５３は、レンズアレイを使用した照明装置の
場合における３色に角度分離した後の角度分布を平面上
に表示した説明図である。図５２と図５３とを比較する
と、図５３に示されたレンズアレイを使った照明装置の
場合は、図５２に示された通常の照明光学系の場合に対
して、非常に大きな角度分布を有することが分かる。

【００５１】上述したように、この角度分布にさらに結
像素子による発散角が加わった光が表示パネルに入射
し、投射レンズにより表示スクリーン上に投射される。
発散角の大きい光が表示パネルに入射すると、表示パネ
ル上における表面反射等が増大して光量が低下する可能
性が増大する。また、例えば表示パネルが液晶パネルの
場合、液晶パネルの光の角度により表示特性が変化する
という性質（視角特性）があり、発散角の大きい光を用
いることは表示性能に悪影響を及ぼす。

【００５２】さらに、表示パネルに発散角の大きい光が
入射した状態で表示パネルの像を投射レンズにより表示
スクリーンに投射しようとすると、発散角の大きい光を
投射するためには非常にＦ数の小さい投射レンズが要求
される。Ｆ数の小さい投射レンズは、通常、高価で重
く、また設計上も解像度の向上や歪の低減を図るのが困
難である。このことは投射型表示装置のサイズ及び重量
の増加、コストの増加、性能の低下をもたらすことにな
る。

【００５３】さらに、レンズアレイを２組用いる光学系
の場合は、複雑な形状の光学素子が２つ必要になる上、
光学系の光路長が長くなり、投射型表示装置のセットサ
イズが増大してしまう欠点がある。また、光学素子が複
数入る事で、反射面が増えて光学損失が増し、効率が低
下してしまう。

【００５４】本発明は上記各問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、画素開口部への入射光の利用効率が
高く、表示パネルへの入射光の照度分布が均一で、当該
入射光の発散角が小さく、各画素に適正な入射光が入射
されることにより表示性能が良好で、かつ、光路長が短
く小型で安価な表示装置、表示装置用液晶パネルならび
に投射型表示装置を提供することである。

【００５５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、光源か
らの照射光を、この照射光を結像する複数個の結像素子
が形成された結像素子アレイを介して、透過光の強度を
制御する単位である画素が２次元状に配設された表示パ
ネルに入射し、前記照射光の強度が制御された透過光を
映像表示手段に投射して映像表示を行う表示装置におい
て、前記光源と前記結像素子アレイとの間に、前記照射
光を前記結像素子アレイに分割して分配する光分配手段
を配設したことを特徴とする。

【００５６】この光分配手段は、液晶パネルへの照射光
の照度分布が均一で表示性能が良好である。しかも光路
長が短く、小型で安価である。

【００５７】光分配手段としては、照射光を前記複数の
レンズごとに分割して集光する、複数個のレンズから構
成されたレンズアレイ、あるいは２以上の異なる回転楕
円面から構成された楕円面反射鏡で、各回転楕円面の２
つの焦点のうち一方の焦点の位置が前記光源位置と略一
致するものが用いられる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る表示装置の実
施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【００５９】最初に、本発明に係る表示装置を実現する
ことができる原理について説明する。光源となるランプ
とレンズアレイと結像素子アレイとの位置関係により決
まる離散的な角度分布の入射光を以下のように設定す
る。

【００６０】（１）色の角度分離を用いない形式の表
示装置の場合には、表示パネルの入射面側に設けられた
結像素子アレイ中の１つの結像素子により入射光の角度
分布に基づいて表示パネルの画素開口部に生じる離散的
な放射照度分布の間隔を、画素が形成されている間隔
と、表示パネル上の画素開口が形成される面内の少なく
とも一方向において一致させるかまたはその整数倍とな
るようにする。

【００６１】（２）または、表示パネルの画素開口部
に生じる離散的な放射照度分布を一方向にそろえる様に
する。

【００６２】（３）一方、色の角度分離を用いる形式
の表示装置の場合には、同一色の光の放射照度分布の間
隔を、当該色に対応する画素が形成されている間隔と、
表示パネル上の画素開口が形成される面内の少なくとも
一方向において一致させるかまたはその整数倍となるよ
うにする。

【００６３】（４）また、同一色の離散的な放射照度
分布を、異なる色の画素が配置されている方向と異なる
（平行ではない）一方向にそろえる。

【００６４】（５）そして、いずれの場合において
も、表示パネル上の画素開口が形成される面内の上記一
致する方向以外の他の方向において、離散的な照度分布
が画素の配設間隔の整数倍の間隔とならない場合には、
結像素子アレイの他の方向における屈折力を間隔を一致
させた方向における屈折力よりも弱くする。具体的に
は、以下のような条件設定を行う。

【００６５】図５４は、レンズアレイを用いた照明装置
及び結像素子アレイを用いた表示パネルにおける、レン
ズアレイのレンズ形成間隔とコンデンサレンズとの距離
及び表示パネル上の画素形成間隔と結像素子アレイ・画
素開口間の距離との関係を模式的に表した説明図であ
る。

【００６６】この表示装置は、照明装置に用いられるレ
ンズアレイ５４０１と、レンズアレイ５４０１から距離
Ｌをおいて配置されたコンデンサレンズ５４０２と、コ
ンデンサレンズ５４０２を介した入射光が色角度分離光
学系５４０３を介して入射され、マイクロレンズから構
成される結像素子アレイ５４０４と、結像素子アレイ５
４０４の後に厚さｔの光学媒体５４０５を挟持して配置
され、結像素子アレイ５４０４を介した入射光が入射さ
れる表示パネル上の画素開口部５４０６とを含むも概略
構成を有している。

【００６７】レンズアレイ５４０１は、図４７における
レンズアレイ４７０２に相当するレンズであり、たとえ
ば図４７におけるレンズアレイ４７０１に入射する光の
平行度が十分に高い場合は、このレンズアレイは不要と
なる。すなわち、より光源側のレンズアレイ、図４７に
おけるレンズアレイ４７０１の個々のレンズの光が、そ
のままでも表示パネル４７０３に、十分に集まるからで
ある。従って、この場合には、実際には図５４において
もレンズアレイ５４０１は不要となり、以下の説明で、
レンズアレイ５４０１としているものは、より光源側に
ある第一のレンズアレイにより形成される複数の光源像
のことである。

【００６８】レンズアレイ５４０１に形成されている個
々のレンズの横方向の間隔をＰｉ、光学媒体の相対屈折
率をｎ、液晶パネルの横方向の画素間隔をＰｐとする
と、Ｐｐ／（ｎ・ｔ）＝Ｐｉ／Ｌ（式２）の関係が成立する。実際には、設計誤差、測定誤差等が
生ずるため、必ずしも式２に厳密に一致する必要はな
い。実際の配置の条件は、収差の低減等の要請から上記
の理想的な条件から多少異なったものとすることもあり
得る。

【００６９】画素開口の位置は、最大でレンズアレイ５
４０１の１レンズ分だけずれても、入射光が各画素開口
の位置から外れることはないことから、レンズアレイ５
４０１のレンズの横方向におけるレンズ間の数Ｍに対し
て、両端で１だけずれることを許容する幅を持たせるこ
とができ、次式の条件が得られる。

【００７０】

【数３】ここで、ＰとＰ0の二つの量をＰ＝Ｐｐ／（ｎ・ｔ）（式４）Ｐ0＝Ｐi／Ｌ（式５）と定義すれば、式２はＰ＝Ｐ0 （式６）と書ける。

【００７１】このＰ0を図５５に示されるように、（Ｍ
＋１）個のレンズにより形成されるＭ個の間隙の幅で
ある状態を考える。

【００７２】この図で両端のＰ0に対して、それぞれ最
小の範囲と最大の範囲を考えると、図５６に示されるよ
うに、中心幅がＰ0だけ小さくなった場合、

【数４】と、中心幅がＰ0だけ大きくなった場合、

【数５】とが考えられ、この範囲では中心位置が基準となるＰ0
幅の場合の両端にＰの幅のものが収まることがわかる。
従って、式３の範囲でも条件が成立することがわかる。

【００７３】または、レンズアレイ５４０１を縦方向
（紙面内）のみの配列とし、一列にする事でも課題を解
決できる。

【００７４】そして、結像素子アレイ５４０４のマイク
ロレンズは、その焦点距離が図５４の紙面に垂直な断面
内においては画素開口部までの距離ｔに対して十分に長
い距離である非球面レンズとすると良い。また、さらに
図５４の紙面に垂直な断面内では屈折力を持たない円筒
面レンズとしても良い。加えて、表示パネルの画素開口
部５４０６に生じる離散的な放射照度の２次元分布によ
る色の角度分離を用いない形式の表示装置の場合には、
結像素子アレイ５４０４の各マイクロレンズの位置を、
画素が形成されている位置と一致させるとさらに良い。
色の角度分離を用いる形式の表示装置の場合も同様に、
結像素子アレイ５４０５の各マイクロレンズの位置を、
同一色に対応した画素が形成されている位置と一致させ
るとさらに良い。

【００７５】具体的には、前述した光の放射照度分布の
間隔を画素間隔と一方向において一致させる条件に加え
て、表示パネル上の画素開口の配置とレンズアレイ５４
０１中のレンズの配置とを相似とすると良い。コンデン
サレンズ５４０２の収差によりディストーションが発生
し得る場合には、結像素子アレイに入射する光の角度分
布がより正確な周期になるように、そのディストーショ
ンを逆補正する方向にレンズアレイ５４０１の配置間隔
を補正することが望ましい。

【００７６】画素開口の配置の縦横の間隔の比と表示画
面の縦横の比が異なる場合は、レンズアレイ５４０１と
光源との間に配設される他のレンズアレイの各レンズか
らの光を、配置間隔の異なるレンズアレイ５４０１に入
射させ、かつ、表示パネル及び結像素子アレイの近傍で
他のレンズアレイ中の各レンズを介した入射光をレンズ
アレイ５４０１により結像させるために、他のレンズア
レイの全体とレンズアレイ５４０１の全体とがそれぞれ
縦方向と横方向とにおいて異なる屈折力を有するものと
する必要がある。

【００７７】ここで、他のレンズアレイ及びレンズアレ
イ５４０１に必要とされる屈折力の大きさについて検討
する。屈折力の大きさを、集光を正、発散を負として、
その符号も含めて大小を表現したとき、他のレンズアレ
イの屈折力とレンズアレイ５４０１の屈折力とは、それ
ぞれ以下のように設定される。

【００７８】表示パネルの表示画面が縦ＶＦ、横ＨＦの
比の形状であり、画素開口の配置間隔が縦ＶＰ、横ＨＰ
である場合、他のレンズアレイ中のレンズの形状が縦Ｖ
Ｆ、横ＨＦの比の形状、レンズアレイ３００１の各レン
ズの配置間隔が縦ＶＰ、横ＨＰとなるので、ＶＦ／ＨＦ＜ＶＰ／ＨＰである場合には、他のレンズアレイ全体の屈折力は横方
向に対して縦方向の方が小さく、かつ、レンズアレイ５
４０１全体の屈折力は横方向に対して縦方向の方が大き
いものとする必要がある。

【００７９】逆に、ＶＦ／ＨＦ＞ＶＰ／ＨＰである場合には、他のレンズアレイ全体の屈折力は横方
向に対して縦方向の方が大きく、かつ、レンズアレイ５
４０１全体の屈折力は横方向に対して縦方向の方が小さ
いものとする必要がある。

【００８０】以上のように、結像素子アレイ５４０４の
各マイクロレンズの位置と放射照度の分布とを一致させ
た場合には、結像素子アレイ５４０４の各マイクロレン
ズとして、方向ごとに異なる屈折力を有する非球面レン
ズが適用可能であるのみならず、屈折力がすべての方向
で一致する球面レンズを適用することも可能となる。さ
らに、レンズアレイ５４０１の出射面には、絞りを設け
ると良い。例えばレンズアレイ５４０１の各レンズの中
央からの光が画素開口を透過するように設定を行った場
合、レンズアレイ５４０１のレンズとレンズとの境界部
の光は画素開口を透過できない条件となることが多く、
この境界部からの光が表示パネル部で吸収されることに
より発熱等の不都合が生ずる可能性があるからである。

【００８１】また、角度分離によりカラー表示を行う形
式の表示装置の場合は、レンズアレイ５４０１中のレン
ズのある部分からの光が角度分離の分離角よりも大きな
角度分布を有するために色分離を妨害する可能性があ
る。この色分離の妨害は、例えば３原色に対応した３つ
の開口が画素に設けられている場合、ある色の光が、そ
の色に対応する画素開口の隣の画素開口に入射すること
により発生するが、その条件は画素開口の幅により変化
する。色分離の妨害が発生しない最低限の必要条件とし
て、１色分の入射光の角度分布の幅が２画素開口分の幅
以下であることが挙げられる。図５７は、色分離の妨害
の発生を防止するための入射光の条件を模式的に表した
説明図である。各色に対応した画素開口部が非常に小さ
い場合は、図５７に示されるように、１色分の入射光の
角度分布の幅がおよそ２画素開口分の幅までに収まる場
合は混色が発生しない。この条件は、レンズアレイ５４
０１の出射面におけるレンズの幅をピッチの１／２に制
限したことに相当する条件である。

【００８２】この条件を満たすように、絞りをレンズア
レイ５４０１近傍に配置する場合、その出射幅は、各画
素にＮ個の開口が設けられているとき、２画素開口分の
幅までに収まればよいので、レンズアレイ５４０１に形
成されている個々のレンズの横方向の間隔Ｐｉに対して
絞りの幅をＷｓとすると、

【００８３】

【数６】の条件を満たせば良い。

【００８４】また、前述した２組のレンズアレイを用い
る光学系の欠点を除く他の方法として、光源からの光を
光分配手段としての複数の楕円反射鏡を用いて集光し、
これを合成することが提案されている。すなわち、複数
の回転楕円反射鏡のそれぞれの焦点の一方を光源の発光
部近傍に、集光側の他方の焦点の少なくとも一つは異な
る位置に配置するようにすることで、光源からの光は複
数の２次光源に分割され、レンズアレイを２組用いた場
合と同様の均一な表示を実現することができる。特に、
複数の回転楕円反射鏡による２次光源の近傍に、個々の
２次光源位置に対応したレンズを複数個並べたレンズア
レイを配置することにより、レンズアレイ中の各レンズ
が２次光源の光をそれぞれ集光するため、照明効率を向
上させることができる。

【００８５】以下、本発明に係る表示装置の各実施の形
態について、具体的に説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る表示装置の光学構成を示す説明図であり、結像
素子アレイを用いた単板式カラー表示装置に本発明の構
成を適用した第１の例である。結像素子アレイとしてマ
イクロレンズアレイを用い、結像素子に照射する光線を
角度に応じて３色に分離するために、異なる角度で配設
された複数のダイクロイックミラーを用いている。

【００８６】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ１１０の周囲には、光照射側に開口部が開設さ
れた楕円リフレクタ１１１が配設され、楕円リフレクタ
１１１の開口部には、赤外線及び紫外線を遮断するフィ
ルタ１１２並びにレンズアレイ１１３が配設されてい
る。メタルハライドランプ１１０は楕円リフレクタ１１
１の略焦点位置に位置するように配設されている。レン
ズアレイ１１３の各レンズからの照射光が集光される位
置には光の角度分布を調整し、横方向における各レンズ
間の光を遮断するするための絞り１２１が配設されてい
る。絞り１２１の光出射側には、コンデンサレンズ１１
５、３枚のダイクロイックミラー１１６Ｒ、１１６Ｂ、
１１６Ｇから構成される色分解ミラー１１６が順に配設
されている。色分解ミラー１１６は、入射光を相互に異
なった反射角度の３原色の光に分解するために、３枚の
ダイクロイックミラー１１６Ｒ、１１６Ｂ、１１６Ｇが
相互に微小な角度をなすように配設されている。

【００８７】色分解ミラー１１６によって３原色に分解
された光が反射する位置には、順に配置された入射側偏
光板１２２、マイクロレンズアレイ１１７、液晶パネル
１１８、出射側偏光板１２３から構成される液晶モジュ
ールが配設され、液晶モジュールの出射側には、フィー
ルドレンズ１１９及び投射レンズ１２０が配設されてい
る。さらに、実際の構成では、投射レンズ１２０により
投射された像が結像されるスクリーンが用いられるが、
当該構成部分は、図面上は省略されている。

【００８８】次にこの構成における動作を説明する。楕
円リフレクタ１１１の略焦点位置に配設されたメタルハ
ライドランプ１１０の光は、楕円リフレクタ１１１によ
って、楕円リフレクタ１１１が一部をなす楕円体の他の
焦点位置に向かって収束されるが、赤外線及び紫外線を
遮断するフィルタ１１２を透過して当該他の焦点よりも
メタルハライドランプ１１０側にあるレンズアレイ１１
３に入射する。

【００８９】図２はレンズアレイ１１３の構造を示すも
ので、図２（ａ）はレンズアレイ１１３の光軸に垂直な
方向から見た正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の線ＡＢ
に沿った断面図である。

【００９０】レンズアレイ１１３中の各レンズの形状は
液晶パネル１１８の表示面と相似形である縦横比が９対
１６の四角形になっている。レンズアレイ１１３は、図
２（ｂ）に示した断面形状から分かるように、楕円リフ
レクタ１１１が一部をなす楕円体の他の焦点位置に向か
って収束している光の進行方向を各レンズごとに、より
外側に移動させて光の収束を弱め、収束する位置を当該
他の焦点位置から移動させる。

【００９１】光が収束する位置では、レンズアレイ１１
３のレンズの数に等しい複数のランプ像が結像し照度分
布が発生する。このとき、ランプ像とこれに隣接するラ
ンプ像の間隔はそれぞれほぼ等しく、かつ、各ランプ像
が互いに重なり合う部分が最小限となるように、レンズ
アレイ１１３を設計する必要がある。なお、本実施の形
態においては、ランプ像の間隔は１８．５ｍｍとなって
いる。

【００９２】図３は、絞り１２１の正面図である。絞り
１２１は、第１のレンズアレイ１１３により生じるラン
プ像の間の光を遮断し、ランプ像を分離する働きをす
る。

【００９３】なお、本実施の形態では、横方向の分離が
重要であり、縦方向の分離は不必要であり、縦方向は、
少しでも透過光を増やす為に、ランプ像間を遮光しない
方が望ましい。そこで絞りは、縦のスリット状となって
いる。

【００９４】スリットの幅は、式４より、１２．３ｍｍ
（＝１８．５×２／３）以下にする必要がある。第１の
実施の形態の例においては、画素開口の幅と組み立てマ
ージンを考慮して、５．３ｍｍとした。

【００９５】コンデンサレンズ１１５は焦点距離１５０
ｍｍのフレネル凸レンズであり、第１のレンズアレイ１
１３によるランプ像の間隔が１８．５ｍｍであることか
ら、コンデンサレンズ１１５を出射した光はおよそ７度
ごとの角度差で３つの角度に分離している。このコンデ
ンサレンズ１１５からの出射光は、色分解ミラー１１６
に入射される。

【００９６】色分解ミラー１１６は、図１に示すよう
に、３枚のダイクロイックミラー１１６Ｒ，１１６Ｇ，
１１６Ｂから構成されている。３枚のダイクロイックミ
ラー１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂの反射特性は、図４
３に示した３枚のダイクロイックミラーの反射特性と同
様である。図４３のグラフ中の曲線Ｂ，Ｇ，Ｒがそれぞ
れダイクロイックミラー１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂ
の光の波長に対する反射率の特性を示しており、ダイク
ロイックミラー１１６Ｒは可視光のうち赤色光のみを反
射し、同様にダイクロイックミラー１１６Ｇは緑色光、
ダイクロイックミラー１１６Ｂは青色光のみを反射す
る。

【００９７】図４は、色分解ミラー１１６を構成する３
枚のダイクロイックミラー１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６
Ｂの配置の角度を模式的に表した説明図である。

【００９８】図４を参照すると、色分解ミラー１１６
は、入射光を相互に異なった反射角度の３原色の光に分
解するために、３枚のダイクロイックミラー１１６Ｒ，
１１６Ｇ，１１６Ｂが相互に微小な角度をなすように配
設されている。この第１の実施の形態においては、３枚
のダイクロイックミラー１１６Ｒ，１１６Ｇ，１１６Ｂ
の中央に位置するダイクロイックミラー１１６Ｂが入射
光の光軸に対して４５度の角度をなすように配置され、
その両側にダイクロイックミラー１１６Ｒ，１１６Ｇが
それぞれダイクロイックミラー１１６Ｂに対して約１．
２度の角度をなすように配置されている。

【００９９】３枚のダイクロイックミラー１１６Ｒ，１
１６Ｇ，１１６Ｂを、このように配置することにより、
入射した白色光は、液晶パネル１１８の水平方向に２．
３度ごとに角度分離された原色の光信号に分離されて反
射される。

【０１００】以上のように、３原色に角度分離された光
は、図１における液晶モジュールの入射側偏光板１２２
により偏光された後、マイクロレンズアレイ１１７及び
液晶パネル１１８に入射し、さらに、出射側偏光板１２
３、フィールドレンズ１１９を透過後、投射レンズ１２
０により表示スクリーンに投射される。

【０１０１】マイクロレンズアレイ１１７から液晶パネ
ル１１８への光の入射の状態は、本発明に係る光源及び
マイクロレンズアレイにより液晶パネルの所定の画素に
所定の原色光のみが入射する状態が構成されている。

【０１０２】図５は、マイクロレンズアレイ１１７及び
液晶パネル１１８の一部を拡大した構成図である。図１
におけるマイクロレンズアレイ１１７は、図５に示され
るように複数個の円筒面レンズを平行に隙間なく並べて
形成された形状のマイクロレンズアレイ５０１であり、
その配列の間隔Ｐlensは、３原色を１組とする画素開口
５０２の配列の間隔Ｐpixel と等しくされている。

【０１０３】第１の実施の形態においては、図５に示さ
れるように、３原色を分担する画素開口を平行に並べた
配置としており、後述するように、その並べた横方向の
マイクロレンズアレイによる分離角をそれぞれ３色分の
角度としている。即ち、この例では、マイクロレンズア
レイによる横方向の分離角は、色分離素子であるダイク
ロイックミラーの分離角の３倍にすることにより、所定
の画素に複数のマイクロレンズを透過した同一色の光が
入射する。

【０１０４】従って、レンズアレイにより角度的に分離
された白色光であっても、角度分離手段を用いて所定の
色の光を所定の画素に入射させることが可能である。

【０１０５】また、色の角度分離方向である横方向に対
して直交する方向である縦方向においては、マイクロレ
ンズの焦点距離を長くするかまたは結像しないようにす
ることにより、レンズアレイの縦方向の角度分離により
発生する縦方向の照度分布を緩和し、表示パネルの縦方
向を仕切る遮光部に光が集中することを防止し、かつ、
マイクロレンズによる縦方向の出射光の角度を低減する
ことができる。

【０１０６】図５に示した例においては、マイクロレン
ズ５０１を円筒面レンズとすることにより、縦方向の結
像が起こらないようにしている。ここでは、３つの画素
開口に対して１つの円筒面レンズを結像素子として形成
している。図５では結像素子の縦断面が連続しているの
で、３つの画素開口の列に対して１つの結像素子が対応
している様にも見ることができるが、本発明の主旨にも
とるものではない。

【０１０７】図６は、液晶モジュールの入射側偏光板と
出射側偏光板との間の構成部分の横方向の断面図であ
り、図６（ａ）が本発明に係る表示装置の当該部分、図
６（ｂ）が従来の表示装置の当該部分を示しており、符
号６０１、６０４はマイクロレンズアレイ、符号６０
２、６０５は画素開口、符号６０３、６０６は液晶パネ
ルの光入射側基板をそれぞれ示している。

【０１０８】図６（ａ）の本発明に係る表示装置におい
て、マイクロレンズアレイ６０１への入射光としては、
図１におけるレンズアレイ１１３と色分解ミラー１１６
とにより、それぞれ１．２度の間隔ごとに９つの光が入
射している。

【０１０９】第１の実施に形態においては、マイクロレ
ンズアレイ６０１と液晶素子の画素開口の面６０２との
間隔は１．１２ｍｍとなっている。この１．１２ｍｍの
うち１．１０ｍｍは液晶セルを構成する対向電極を形成
したガラス基板（コーニング７０５９）であり、残りの
０．０２ｍｍはアクリル系接着剤である。これらの合成
屈折率はおよそ１．５２であり、マイクロレンズ６０１
の透過後はそれぞれの光の分離角はスネルの法則により
およそ１．５度になり、９つの入射光のそれぞれが間隔
３１μｍで画素開口部７０２に入射するようになってい
る。

【０１１０】従って、図６（ａ）に示されるように、マ
イクロレンズアレイ６０１の１つのマイクロレンズに入
射した光は３列の画素に入射することになる。また、画
素側から見ると、３列のマイクロレンズからの光が入射
することになる。

【０１１１】一方、図６（ｂ）の従来の表示装置におい
ては、単一の入射光がダイクロイックミラーで２．３度
ごとの３つの光となり、マイクロレンズアレイ６０４及
び光入射側基板６０６を介して画素開口部６０５に入射
する。画素開口部６０５への入射光の分散角が大きいた
め、マイクロレンズアレイ６０４と液晶素子の画素開口
部の面６０５との距離は０．５７ｍｍと短くせざるを得
ず、光入射側基板６０６としてはこの距離に収まる厚さ
のものを用いなければならない。また、マイクロレンズ
アレイ６０４の１つのマイクロレンズに入射した光は１
列の画素にのみ入射し、画素側から見ても、１列のマイ
クロレンズからの光のみが入射することになる。

【０１１２】以上のように、本発明に係る表示装置にお
いては、液晶パネルに３原色に分離した光が、液晶パネ
ルのそれぞれの３原色の明るさを示す映像信号で駆動さ
れる画素に入射することによりカラー表示を実現するこ
とができる。

【０１１３】以上の本発明の第１の実施の形態に係る表
示装置を、図４２に示した従来の単板式表示装置と比較
して本発明の効果を評価した。

【０１１４】表示の均一性については、投射画面を９分
割して、それらの各分割部分の中央の照度を測定し、そ
の９点の測定値の平均値と９点の測定値中の最大値との
比である最大／平均の大きさによって評価した。即ち、
この値が１に近いほど、表示の均一性が良好であること
を意味する。従来の単板式表示装置においてはこの値が
１．６であったのに対し、本発明の第１の実施の形態に
係る表示装置においては１．４と良好な値が得られた。

【０１１５】また、表示の明るさについては、先の照度
の９点平均と表示面積とに基づき、投射レンズからの出
射光束を求めて評価値とした。従来の単板式表示装置に
おいては１８０ルーメンであったのに対して、本発明の
第１の実施の形態に係る表示装置においては２００ルー
メンとおよそ１割増しの明るさが得られた。これは、光
源からの入射光を分割したことによる発散角の低減の効
果以外に、マイクロレンズの焦点距離が長くなったこと
によりマイクロレンズの球面収差等を低減することがで
きたことも原因となっていると考えられる。

【０１１６】また、本発明の構成は、製造工程において
も以下の点で顕著な効果がある。従来の表示装置の液晶
パネル部の構成を図６（ｂ）に示したが、従来の表示装
置においては、液晶パネルの光入射側基板６０６の厚さ
はおよそ０．５４ｍｍとされている。これに対して、本
発明の第１の実施の形態に係る表示装置においては、通
常液晶パネルの基板として用いられている厚さ１．１ｍ
ｍのガラス基板を利用することができた。即ち、従来の
単板式表示装置の液晶セルの組立て工程においては、対
向基板厚が薄くなったために液晶セルの液晶層の厚さの
均一化がより困難になり、また、組立て工程の生産装置
の条件設定等を変更する必要があるため量産対応にも支
障があった。これに対して、本発明の第１の実施の形態
に係る表示装置においては、通常の液晶セル組立て工程
を利用することができるので、そのまま従来の製造装置
で量産可能であり、設備コストの低減を図ることができ
る。（第２の実施の形態）図７は、本発明の第２の実施の形
態に係る表示装置の光学構成を示す説明図である。図７
の構成は図１に示した構成とほば同じであり、対応する
構成要素の参照符号は図１では１００番台、図７では７
００番台となっている他は同じとなっている。

【０１１７】この実施の形態が前述した第１の実施の形
態と異なるのは、第２のレンズアレイ７１４を絞り７２
１の前に挿入した点である。

【０１１８】このレンズアレイ７１４の正面図を図８に
示す。この第２のレンズアレイ７１４は、第１のレンズ
アレイ７１３からの光を効率良くマイクロレンズアレイ
７１７に集光する働きをするので、より明るさおよび表
示の均一性を向上させることができる。

【０１１９】第２のレンズアレイ７１４のレンズは図８
にその正面図が示されており、小さな凸レンズが、図２
に示したレンズアレイ７１３と同じ３列、計１３個配設
されている。各凸レンズの焦点距離は、後述するコンデ
ンサレンズ７１５の位置付近に第１のレンズアレイ７１
３の像を結像するように設定される。即ち、図７におい
て第２のレンズアレイ７１４中のレンズの焦点距離ｆ２
は、像と焦点の関係より、

【０１２０】

【数７】となる。ここで、Ｌ１は第１及び第２のレンズアレイ間
の距離、Ｌ２は第２のレンズアレイ７１４とコンデンサ
レンズ７１５との距離、Ｎは第１のレンズアレイ７１３
中の各レンズの大きさと液晶パネル７１８の表示面との
大きさの比である。第１の実施の形態の例においては、
Ｎの値は約４であり、また、第２のレンズアレイ７１４
に形成されているレンズの水平ピッチは、図８に示され
るように、１８．５ｍｍである。

【０１２１】この第２のレンズアレイ７１４の直後に配
設される絞り７２１が配設されているが、この絞り７２
１は図３における絞り１２１と同様であるので、その説
明を省略する。

【０１２２】コンデンサレンズ７１５はフレネル凸レン
ズであり、焦点距離は１５０ｍｍ、その焦点は第２のレ
ンズアレイ７１４のほぼ中央にある。第２のレンズアレ
イ７１４の各レンズの横方向における間隔が１８．５ｍ
ｍであることから、コンデンサレンズ７１５を出射した
光はおよそ７度ごとの角度差で３つの角度に分離してい
る。このコンデンサレンズ７１５からの出射光は、色分
解ミラー７１６に入射される。（第３の実施の形態）図９は、本発明の第３の実施の形
態に係る表示装置の光学構成を示す説明図であり、結像
素子アレイを用いた単板式カラー表示装置に本発明の構
成を適用した様子を示す。

【０１２３】第１の実施の形態と同様に、結像素子アレ
イとしてマイクロレンズアレイを用い、結像素子に照射
する光線を角度に応じて３色に分離するために、異なる
角度で配設された複数のダイクロイックミラーを用いて
いる。

【０１２４】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ９１０の周囲には、光照射側に開口部が開設さ
れた放物面リフレクタ９１１が配設され、放物面リフレ
クタ９１１の開口部には、赤外線及び紫外線を遮断する
フィルタ９１２並びに第１のレンズアレイ９１３が配設
されている。第１のレンズアレイ９１３の各レンズから
の照射光が集光される位置に第２のレンズアレイ９１４
が配設されている。第２のレンズアレイ９１４の光出射
側には、光の角度分布を調整するための絞り９２１が第
２のレンズアレイ９１４の各レンズの横方向における各
レンズ間の光を遮断するように配設されている。

【０１２５】第２のレンズアレイ９１４及び絞り９２１
の光出射側には、コンデンサレンズ９１５、３枚のダイ
クロイックミラーから構成される色分解ミラー９１６が
順に配設されている。色分解ミラー９１６は、入射光を
相互に異なった反射角度の３原色の光に分解するため
に、３枚のダイクロイックミラーが相互に微小な角度を
なすように配設されている。

【０１２６】色分解ミラー９１６によって３原色に分解
された光が反射する位置には、順に配置された入射側偏
光板９２２、マイクロレンズアレイ９１７、液晶パネル
９１８、出射側偏光板９２３から構成される液晶モジュ
ールが配設され、液晶モジュールの映像信号出射側に
は、フィールドレンズ９１９及び投射レンズ９２０が配
設されている。さらに、実際の構成では、投射レンズ９
２０により投射された像が結像されるスクリーンが用い
られるが、当該構成部分は、図面上は省略されている。

【０１２７】第３の実施の形態に係る表示装置が第２の
実施の形態に係る表示装置と異なる点は、光源からの照
射光の反射板として、回転放物面鏡（放物面リフレク
タ）９１１を用いている点と、第１及び第２のレンズア
レイ９１３及び９１４のレンズアレイ全体としての屈折
力の与え方、そして、コンデンサレンズ９１５としてフ
レネルレンズではなく、通常の凸平単レンズを用いた点
である。

【０１２８】反射板として回転放物面鏡（放物面リフレ
クタ）９１１を用いたことにより、第１のレンズアレイ
９１３に入射する光はほぼ平行光となっており、全体と
して凸レンズの特性が与えられた第１のレンズアレイ９
１３を用いたことにより、第１のレンズアレイ９１３中
の各レンズ要素ごとに集光すると同時に、全体としても
集光する状態となり、第１のレンズアレイ９１３よりも
小さい第２のレンズアレイ９１４に光が入射する。第２
のレンズアレイ９１４は全体として凹レンズの特性を有
しており、入射した光を緩やかな発散光に変える。ま
た、第１のレンズアレイ９１３中の各レンズと第２のレ
ンズアレイ９１４中の各レンズとは１対１に対応してお
り、コンデンサレンズ９１５を通して液晶パネル９１８
上に第１のレンズアレイ９１３中の各レンズが結像され
るようになっている。

【０１２９】この第３の実施の形態に係る表示装置の輝
度分布は、上記の最大値／９点平均値の値が１．２と良
好な値が得られた。また、表示の明るさは、図４２に示
した従来の単板式表示装置と比較すると、およそ１．１
倍の２００ルーメンとなった。この値の明るさは、本発
明の第１の実施の形態に係る表示装置と同じであるが、
第１のレンズアレイ８１３のレンズ形状をより最適化す
ることにより、おある程度改善できると考えられる。（第４の実施の形態）図１０は、本発明の第４の実施の
形態に係る表示装置の光学構成を示す説明図であり、こ
の実施の形態は色ごとの角度分離素子及び色結像素子と
して、位相制御型の回折格子を画素毎に対応して形成し
たシートを用いたものである。

【０１３０】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ１００１の周囲には、光照射側に開口部が開設
された楕円リフレクタ１００２が配設され、楕円リフレ
クタ１００２の開口部には、赤外線及び紫外線を遮断す
るフィルタ１００３並びに第１のレンズアレイ１００４
が配設されている。メタルハライドランプ１００１は楕
円リフレクタ１００２の略焦点位置に位置するように配
設されている。第１のレンズアレイ１００４の各レンズ
からの照射光が集束される位置に第２のレンズアレイ１
００７が配設されており、第２のレンズアレイ１００５
の光出射側には、光の角度分布を調整するための絞り１
００６が第２のレンズアレイ１００５の各レンズの横方
向における各レンズ間の光を遮断するように配設されて
いる。

【０１３１】第２のレンズアレイ１００５及び絞り１０
０６の光出射側には、コンデンサレンズ１００７が配設
されている。このコンデンサレンズ１００７により、第
２のレンズアレイ１００５の各レンズからの出射光が平
行光となる。但し、コンデンサレンズ１００７は、第１
の実施の形態とは異なり、その焦点位置を第２のレンズ
アレイ１００５とは異なる位置に置いている。即ち、コ
ンデンサレンズ１００７は、回転楕円反射板（楕円リフ
レクタ１００２）の光軸に垂直な方向にレンズの中心を
ずらすことにより、第２のレンズアレイ１００５中の各
レンズから出射した光線同士では平行だが、回折格子ア
レイ素子１００９に対してはおよそ４０度に傾いた角度
で入射するように配置されている。

【０１３２】コンデンサレンズ１００７の光出射側に
は、順に配置された入射側偏光板１００８、回折格子ア
レイ素子１００９、液晶パネル１０１０、出射側偏光板
１０１１から構成される液晶モジュールが配設され、液
晶モジュールの映像信号出射側には、フィールドレンズ
１０１２及び投射レンズ１０１３が配設されている。さ
らに、実際の構成では、投射レンズ１０１３により投射
された像が結像されるスクリーンが用いられるが、当該
構成部分は、図面上は省略されている。

【０１３３】入射側偏光板１００８は、コンデンサレン
ズ１００７からの出射光がほぼ垂直に入射する角度に配
設されている。偏光板の偏光度は斜め入射の方が低いの
で、コントラスト比を改善するためである。コンデンサ
レンズ１００７からの出射光は、入射側偏光板１００８
により偏光となって回折格子アレイ素子１００９に入射
する。

【０１３４】図１１は、入射光が回折格子アレイ素子及
び光入射側基板を介して画素開口に入射する様子を模式
的に表した説明図である。符号１１０１は回折格子アレ
イ素子、符号１１０２は画素開口部、符号１１０３は光
入射基板をそれぞれ示している。第３の実施の形態にお
いては、画素開口部１１０２の画素間隔は９６μｍ、光
入射側基板１１０３の厚さは、０．６ｍｍであり、入射
光１と入射光２との角度差はおよそ１３度である。

【０１３５】入射光１及び２が回折格子アレイ素子１１
０１に入射すると、各回折格子ごとに分光して画素開口
部に照射され、各回折格子からの分光した入射光は、そ
れぞれその入射経路上にある相互に隣接した２つの画素
開口に入射する。

【０１３６】図１２は、第４の実施の形態において用い
た回折格子アレイ素子の格子パターンを模式的に表した
説明図である。この回折格子アレイ素子は透過型の位相
回折格子であり、入射光に対して、横方向においては結
像作用があるが、縦方向においては影響を与えない。従
って、回折は横方向のみに発生するので、縦方向の角度
分布による画素上の光強度分布は発生しない。この回折
格子アレイ素子の回折格子のピッチは、最大の部分で
０．９７７μｍ、最小の部分で０．７６１μｍであっ
た。

【０１３７】第４の実施の形態に係る表示装置における
輝度分布については、最大値／９点平均値の値が１．３
５と比較的良好な値が得られた。（第５の実施の形態）図１３は、本発明の第５の実施の
形態に係る表示装置の光学構成を示す説明図であり、結
像素子アレイを用いた３板式カラー表示装置に本発明の
構成を適用した例である。

【０１３８】照射光を発生する光源であるメタルハライ
ドランプ１３１０の周囲に、光照射側に開口部が開設さ
れた複合楕円リフレクタ１３１１が配設され、複合楕円
リフレクタ１３１１の開口部側に赤外線及び紫外線を遮
断するフィルタ１３１２並びに第１のレンズアレイ１３
１３が配設されている。フィルタ１３１２及び第１のレ
ンズアレイ１３１３を介した入射光が集束される位置に
は、第２のレンズアレイ１３１４が配設されている。

【０１３９】第２のレンズアレイ１３１４の光出射側に
は、照射光を３原色に分離する第１のダイクロイックミ
ラー１３１５が複合楕円リフレクタ１３１１の光軸に対
して約４５度の角度で配設される。第１のダイクロイッ
クミラー１３１５は、赤色光とそれ以外の光を分離する
機能を有しており、照射される光のうち赤色光のみを反
射し、それ以外の光を透過させる。

【０１４０】第１のダイクロイックミラー１３１５で反
射された赤色の反射光の進行経路上に第１のコンデンサ
レンズ１３１８が配設されており、第１のコンデンサレ
ンズ１３１８を介した赤色光が照射される位置には、そ
の赤色光を反射する第１のミラー１３１９が、第１のダ
イクロイックミラー１３１５に略平行に配設されてい
る。

【０１４１】第１のミラー１３１９により反射された赤
色光が照射される位置には、赤色の像を形成する第１の
液晶モジュールが配設される。第１の液晶モジュール
は、入射光の入射側から出射側に順に、入射側偏光板１
３３１、マイクロレンズアレイ１３３２、液晶パネル１
３３４、出射側偏光板１３３５、フィールドレンズ１３
３６から構成されている。

【０１４２】第１のダイクロイックミラー１３１５を透
過した光の進行経路上に第２のコンデンサレンズ１３１
６が配設されており、第２のコンデンサレンズ１３１６
を介した光が照射される位置には、第２のダイクロイッ
クミラー１３１７が第１のダイクロイックミラー１３１
５に略平行に配設されている。第２のダイクロイックミ
ラー１３１７は、緑色光と青色光を分離する機能を有
し、照射される光のうち緑色光を反射し、青色光を透過
させる。

【０１４３】緑色光が照射される位置には、液晶パネル
１３４４を備えた第２の液晶モジュールが配設され、第
１の液晶モジュール及び第２の液晶モジュールの光出射
側には、第３のダイクロイックミラー１３２０が第１の
液晶モジュール及び第２の液晶モジュールの液晶パネル
１３３４及び１３４４に対して約４５度の角度で配設さ
れている。第１の液晶モジュールからの赤色光は第３の
ダイクロイックミラー１３２０を透過し、第２の液晶モ
ジュールからの緑色光は第３のダイクロイックミラー１
３２０によって反射される。

【０１４４】第２のダイクロイックミラー１３１７を透
過した青色光が照射される位置には、青色の映像を形成
する液晶パネル１３５４を備えた第３の液晶モジュール
が配設されており、第３の液晶モジュールの出射側には
第２のミラー１３２１が液晶パネル１３５４に対して約
４５度の角度で配設されている。

【０１４５】第３のダイクロイックミラー１３２０から
の照射光及び第２のミラー１３２１からの青色光が照射
される位置には、第３のダイクロイックミラー１３２０
及び第２のミラー１３２１に平行に第４のダイクロイッ
クミラー１３２２が配設されており、第３のダイクロイ
ックミラー１３２０からの照射光は第４のダイクロイッ
クミラー１３２２を透過し、第２のミラー１３２１から
の青色光は第４のダイクロイックミラー１３２２で反射
され、ここで、各液晶モジュールから出射された３原色
の光は再び合成される。合成された光の映像は、投射レ
ンズ１３２３を介してスクリーンに投射される。

【０１４６】第５の実施の形態に係る表示装置が、図４
０に示された従来の３板式投射型表示装置と異なる点
は、光源の構成部分、及びマイクロレンズアレイと液晶
パネルとの関係である。

【０１４７】まず、光源について説明する。第５の実施
の形態においては、メタルハライドランプ１３１０の光
を集める反射鏡として、２種類の回転楕円面を組み合わ
せた複合楕円リフレクタ１３１１を用いている。

【０１４８】図１４（ａ）は複合楕円リフレクタの正面
図、図１４（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図１４（ａ）の
線ＣＤ及びＥＦに沿った断面図である。図１４（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示されるように、第５の実施の形態にお
ける複合楕円リフレクタ１３１１は、２種類の回転楕円
面１４０１及び１４０２を組み合わせた反射鏡である。
回転楕円面１４０１と回転楕円面１４０２とは、焦点位
置がほぼ一致しており、楕円の一方の略焦点位置にラン
プの発光部を配置することにより、他方の焦点位置に光
を集束することが可能であることは、通常の１種類の回
転楕円面からなる反射鏡と同様である。通常の反射鏡と
異なる点は、光軸に対して垂直横方向に配置した回転楕
円面１４０１の離心率が垂直縦方向に配置した回転楕円
面１４０２の離心率よりも大きくなっており、反射鏡か
ら出射して焦点へ集束していく光の断面は縦よりも横が
広くなる点である。これは、特開平７−２７０７８９号
公報（特願平６−０６２３９６号）に開示された原理に
基づくものであり、３種類以上の回転楕円を用いる事も
可能である。

【０１４９】この複合楕円リフレクタを構成する回転楕
円面の焦点位置は、光源として用いるランプの発光部の
大きさの範囲内に位置するように、精度良く一致させて
おく必要がある。この焦点位置の配置は、回転楕円の一
方の焦点位置に配置された光源からの光を反射面が受光
して反射し、他方の焦点位置に集光する機能を複数の回
転楕円面で同時に行うために必要とされる。この第５の
実施の形態においては、反射鏡の加工精度等を考慮する
と、およそ±０．４ｍｍ以内の範囲で焦点が一致してい
ると考えられる。この範囲の幅は、光源として用いたメ
タルハライドランプのアークの発光長がおよそ３ｍｍで
あることから、条件を十分に満たしている。

【０１５０】図１５（ａ）は第１のレンズアレイ１３１
３の正面図、図１５（ｂ）及び（ｃ）は図１５（ａ）の
線ＧＨ及びＩＪに沿った断面図である。

【０１５１】複合楕円リフレクタの開口部に配設された
第１のレンズアレイは、縦横比９対１６の横長の表示パ
ネル用の横長のレンズから構成されるが、レンズは３×
３の配置であり全体としても横長の形状になっている。
しかし、入射光の断面も横長であり、このような形状で
あることによって光利用効率が低下することはない。ま
た、図１５（ｂ）及び（ｃ）の断面図に示されるよう
に、第１のレンズアレイを構成する各レンズは凹レンズ
であり、かつ、レンズアレイ全体としての屈折力は縦方
向の方が負に強く（即ち、小さく）なっており、第２の
レンズアレイに入射する位置においては、光の分布は、
縦横比１対１の第２のレンズアレイのレンズの配置に一
致するようになっている。

【０１５２】図１６（ａ）は、第２のレンズアレイ１３
１４の平面図、図１６（ｂ）及び（ｃ）は図１６（ａ）
の線ＫＬ及びＭＮに沿った断面図である。図１６（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示されるように、第２のレンズアレイ
は、円形の凸レンズが３×３の配置に形成されたもので
あり、全体としても略凸形の形状となっている。

【０１５３】また、第５の実施の形態における表示パネ
ルは、縦横の画素の配置間隔が等しい液晶パネルであ
り、第２のレンズアレイもレンズの配置が縦横で等しい
ものを用いている。

【０１５４】第２のレンズアレイの全体としての屈折力
は、縦方向の方が負に弱く（即ち、大きく）なってお
り、図１３における第１及び第２のコンデンサレンズ１
３１８及び１３１６を透過して、結像素子アレイである
マイクロレンズアレイ１３３２，１３４２，１３５２に
到達する時点では、表示パネルの表示面積と一致する光
強度分布となる。

【０１５５】図１３に戻って、マイクロレンズアレイ１
３３２を透過した光は、表示パネルである液晶パネル１
３３３の画素開口に光を集光する。他の液晶モジュール
においても同様である。

【０１５６】第２のレンズアレイ１３１４のレンズ形成
間隔が１４ｍｍであり、第２のレンズアレイと第１及び
第２のコンデンサレンズ１３１８及び１３１６との光の
経路の距離は１７６ｍｍ、マイクロレンズアレイ１３３
２のレンズ及び液晶パネル１３３３の画素の形成間隔は
６０μｍ、マイクロレンズアレイ１３３２と液晶パネル
１３３３の画素と距離は１．１５ｍｍとなっており、上
記の式３の条件を満たしている。

【０１５７】第５の実施の形態においては、全光束１
６，０００ルーメンのメタルハライドランプを用いて、
投射レンズからの出射光束５２０ルーメンを達成するこ
とができた。また、輝度分布については、最大値／９点
平均値の値が１．１３と非常に良好な値が得られた。（第６の実施の形態）図１７は、本発明における第６の
実施の形態に係る表示装置の光学構成を示す説明図であ
る。

【０１５８】メタルハライドランプ１７１０からの光
が、楕円面リフレクタ１７１１によつて反射され、赤外
線および紫外線をカットするフィルタ１７１２を経て第
１のレンズアレイ１７１３に入射され、第２のレンズア
レイ１７１４に収束される。この第２のレンズアレイで
は、屈折された光は絞り１７２１、コンデンサレンズ１
７１５、３枚のダイクロイックミラーから構成される色
分解ミラー１７１６を経て、入射側の偏光板１７２２、
マイクロレンズアレイ１７１７、液晶パネル１７１８、
出射側の偏光板１７２３よりなる液晶モジュールに入射
され、フィールドレンズ１７１９を介して投射レンズ１
７２０に供給される。

【０１５９】この実施形態におけるダイクロイックミラ
ー１７１６の後の光学的構成は、基本的には図４１に示
した従来の表示装置と同じであるが、第１のレンズアレ
イ１７１３および第２のレンズアレイ１７１４を備えて
いる点および第２のレンズアレイ１７１４が一列に配置
されている点に特徴がある。

【０１６０】これらの点を図１８〜２２を参照して説明
する。第１のレンズアレイ１７１３は、図１８に示す様
に４つのレンズから構成されており、それぞれのレンズ
からの光が図１９に示す第２のレンズアレイ１７１４に
集光する様に、それぞれのレンズ表面を傾斜させたレン
ズとなっている。

【０１６１】すなわち、レンズ１を透過した光は焦点１
に集光し、レンズ２は焦点２に、レンズ３は焦点３に、
レンズ４は焦点４にそれぞれ集光する。それぞれの焦点
の近傍には、図１９に示される第２のレンズアレイ１７
１４が配置され、第１のレンズアレイ１７１３からの光
はコンデンサレンズ１７１５の方向に修正され、ダイク
ロイックミラー１７１６の側に効率良く導かれる。

【０１６２】図２０は２つのレンズアレイ間の集光の様
子を図１７とは９０度異なる方向から見た様子をに示す
説明図である。図２５と図２８から、第２のレンズアレ
イ１７１４よりの光は、ダイクロイックミラーにより、
３色に角度的に分離される方向に対しては、１列の非常
に狭い範囲から照明しており、これとは９０度異なる向
きでは、４つのレンズが並んでおり、広い範囲から照明
していることがわかる。

【０１６３】図２１は球面状の凸レンズ２１０１から構
成されるマイクロレンズアレイ１７１７と開口部２１０
２との関係を示す説明図であって、個々のマイクロレン
ズから形成される放射照度の分布は、３色の画素開口が
並ぶ方向、すなわち表示画面の水平方向では狭く、垂直
方向では広くなる。

【０１６４】この様子は１つのマイクロレンズ２２０１
の、３枚のダイクロイックミラー１７１６の中心のダイ
クロイックミラーによる照明に対する様子が図２２に示
されており、ダイクロイックミラーによる青色光がＢの
画素開口２２０２に対し、図２２（ａ）に示す水平方向
では狭く集光され、図２２（ｂ）に示す垂直方向では広
く集光されていることがわかる。

【０１６５】この様に、図２１に示す画素開口２１０２
の形状とマイクロレンズアレイ２１０１による照明が整
合する事で、光利用効率が著しく向上するため、マイク
ロレンズアレイ１７１７と液晶パネル１７１８の関係に
対して、整合した照明を実現する事ができる。

【０１６６】本実施の形態における輝度分布は、最大値
と９点平均値の比の値が１．４と良好な値が得られた。
また表示の明るさは図４１に示した従来構成の単板式表
示装置と比較すると、およそ１．４倍の２５０ルーメン
となった。（第７の実施の形態）図２３に本発明の第７の実施の形
態にかかる単板式投射型表示装置の光学構成図を示す。
また、図２４に本実施例の光源部の垂直断面、図２５に
水平断面を示す。

【０１６７】まず、全体的な構成および動作を説明す
る。

【０１６８】メタルハライドランプ２３０１の光が凹面
反射鏡２３０２により、レンズアレイ２３０４に集光さ
れる。凹面反射鏡２３０２とレンズアレイ２３０４の間
には、赤外線・紫外線カットフィルタ２３０３があり、
可視光のみがレンズアレイ２３０４に入射する。

【０１６９】レンズアレイ２３０４に入射した光は、レ
ンズアレイによりコンデンサレンズ２３０５の方向に曲
げられ、またコンデンサレンズ２３０５により平行光化
され、偏光板２３０６により偏光されて液晶パネル２３
０７に入射する。

【０１７０】液晶パネル２３０７は、９０度ツイステッ
ドネマティック型の液晶パネルであり、出射光の偏光状
態を映像信号に応じて変調する。液晶パネル２３０７か
らの出射光は偏光板２３０８により光強度変調に変換さ
れ、コンデンサレンズ２３０９および投射レンズ２３１
０により投射される。

【０１７１】次に、この実施の形態における要点である
反射鏡の構造について説明する。本実施の形態の反射鏡
２３０２は、１５個の回転楕円面反射鏡２３０２０１〜
２３０１５により構成される。この反射鏡を正面から見
た様子を図２６に示す。各反射鏡の焦点の一方はランプ
２３０１の発光部にあり、他方の焦点はレンズアレイ２
３０４の対応する各レンズ位置付近にある。

【０１７２】液晶パネル２３０７の表示部は、縦と横の
比が１６：９になっており、各反射鏡はレンズアレイ３
１０４から見込んだ時の立体角が概略１６：９の長方形
になる様になっている。

【０１７３】図２４は図２６の反射鏡の中心を通り縦に
切断したものを含み、反射鏡での反射とレンズアレイに
よる屈折の様子を示す図であって、図３２の反射鏡２３
０２０２、２３０２０５、２３０２０６、２３０２０
８、２３０２１１、２３０２１４は図２６に示した反射
鏡２、５、６、８、１１、１４に対応している。これら
の反射鏡の焦点の一方は、ランプの置かれる位置である
焦点Ａにある。また、他方の焦点は、それぞれ焦点Ｂ
２、Ｂ５、Ｂ８、Ｂ１１、Ｂ１４にあり、レンズアレイ
２３０４中のそれぞれのレンズに対応している。また、
レンズアレイ中の反射鏡に対応する各レンズから反射鏡
を見込む角度は全てほとんど等しくなっている。

【０１７４】また、図２５は図２６の反射鏡の中心を通
り横に切断したものを含み、反射鏡での反射とレンズア
レイによる屈折の様子を示す図であって、図２５に示し
た反射鏡２３０２０７、２３０１０８、２３０２０９は
図２６に示した反射鏡２３０２０７、２３０１０８、２
３０２０９に対応する。

【０１７５】図２４および図２５に示される様に、レン
ズアレイ２３０４の出射面は凹レンズ状となっており、
レンズアレイ部に集光してきた光をコンデンサレンズ２
３０５の方向に向ける事ができる。

【０１７６】以上の様に、この実施の形態では複数の２
次光源により液晶パネルを照明しているので、均一性の
良い表示が可能となる。

【０１７７】本実施の形態と図４８に示した従来の表示
装置を比較すると、本実施例の方が小型化でき、部品点
数も少なくなっているために、表示装置全体の小型軽量
化が実現できる。また低コスト化も期待できる。（第８の実施の形態）図２７に本発明の第８の実施の形
態である、投射型表示装置の光学構成を示す。

【０１７８】ランプ２７０１の光は、第７の実施の形態
と同様に凹面反射鏡２７０２により一方向に集光され
る。凹面反射鏡２７０２は、図２８に正面図を示す様
に、６つの部分から構成され、それぞれの構成部からの
光が、レンズアレイ２７０３およびレンズアレイ２７０
４に集光される。

【０１７９】そして、レンズアレイ２７０４の出射面に
設けられた絞り２７０５を通り、赤外線・紫外線カット
フィルタ２７０６を通った後、コンデンサレンズ２７０
７により概略平行光となる。

【０１８０】この光は、ダイクロイックミラー２７０８
により３色に角度分離され、偏光板２７０９を通り偏光
となり、マイクロレンズアレイ２７１０に入射する。そ
して、液晶パネル２７１１および偏光板２７１２を透過
して変調され、フィールドレンズ２７１３および投射レ
ンズ２７１４により投射される。

【０１８１】図２８は反射鏡２７０２の正面図であっ
て、各反射鏡要素は縦方向が長い６つの部分により構成
され、また各反射鏡の要素はランプ２８０１の近傍およ
びレンズアレイ２８０４近傍に焦点を持つ回転楕円面と
なっている。

【０１８２】これらの反射鏡により反射されたランプ２
７０１からの光は、レンズ２７０３により、縦方向の焦
点位置をレンズアレイ２７０４よりもよりコンデンサレ
ンズ２７０７方向に伸ばされる。

【０１８３】図２７と垂直な断面方向から見た反射鏡２
７０２とレンズ２７０３およびレンズアレイ２７０４と
その光線の様子を図２９に示した。図２７と図２９よ
り、図２７の方向ではレンズアレイ２７０３は光線の方
向に影響を与えず、凹面反射鏡２７０２の焦点位置であ
るレンズアレイ２７０４の位置に集光している事が判
る。これに対して、図２９の方向では、レンズアレイ２
７０３が集光する位置をよりコンデンサレンズ２７０７
方向にずらす働きをしている。

【０１８４】コンデンサレンズ２７０７の焦点は、図２
７の面内では絞り２７０５の位置にあり、またそれと垂
直な図２９の面内では光の収束するレンズアレイ２７０
４とコンデンサレンズ２７０７の中間の位置にある。こ
れにより、図２７の面内では、コンデンサレンズ２７０
７を出射する光線の幅が広く、図２９の面内では狭くな
る。

【０１８５】この働きにより、凹面鏡２７０２の各構成
要素が縦長であったにもかかわらず、液晶パネル２７１
に照射される時点では、その表示部の形である縦横の比
９対１６とほぼ相似になる。

【０１８６】レンズアレイ２７０４からの出射面に設け
られた絞り２７０５は、図３１に示す様に縦方向のスリ
ット状となっており、コンデンサレンズ２７０７を透過
した後に必要な光の平行度が得られる様になっている。
また図３０にレンズアレイ２７０４を正面から見た形状
を示した。

【０１８７】ダイクロイックミラー２７０８は、図４３
に示す様な特性の３枚のダイクロイックミラーから構成
され、それぞれ図４に示す様に配置されている。これに
３つの異なる角度で入射した白色光は、それぞれ３色に
角度分離されて９つの光になる。

【０１８８】この光と、マイクロレンズ２７１０および
液晶パネル２７１１の関係は図６（ａ）に示したものと
同様である。

【０１８９】マイクロレンズアレイ２７１０中の各レン
ズを透過した光は、それぞれの色の映像信号で駆動され
る画素開口を透過するので、カラー表示が実現できる。

【０１９０】本実施例の表示装置を、図４２に示した従
来構成の単板式表示装置と比較し、本発明の効果を評価
した。

【０１９１】まず、表示の均一性であるが、投射画面を
９分割して、その分割部の中央の照度を測定し、その９
点の測定値の平均値と９点の測定値中の最大値との比で
ある最大／平均の大きさで評価した。

【０１９２】従来構成の単板式表示装置では、この値が
１．６であったが、本実施例では１．４倍と良好な値が
得られた。

【０１９３】また、表示の明るさを先の照度の９点平均
と表示面積から、投射レンズからの出射光束を求め評価
値とした。従来構成の単板式表示装置が１８０ルーメン
であったのに対して、本実施例では２２０ルーメンとお
よそ１．２倍の明るさが得られた。（第９の実施の形態）図３２に本発明の第９の実施の形
態である単板式投射型表示装置の光学構成図を示す。

【０１９４】ランプ３２０１の光は、第７の実施の実施
の形態と同様に凹面反射鏡３２０２により一方向に集光
される。凹面反射鏡３２０２は、図３３（ａ）の正面図
に示される様に、４つの部分から構成され、それぞれの
構成部からの光が、光線方向を修正する４つの平面ミラ
ー３２０３に反射した後、それぞれ４つの円錐型レンズ
３２０４に集光される。

【０１９５】そして、円錐型レンズ３２１２の出射面に
設けられた絞り３２０５を通り、赤外線・紫外線カット
フィルタ３２０６を通った後、コンデンサレンズ３２０
７により概略平行光となる。

【０１９６】この光は、ダイクロックミラー３２０８に
より３色に角度分離され、偏光板３２０９を通り偏光と
なり、マイクロレンズアレイ３２１０に入射する。そし
て、液晶パネル３２１１および偏光板３２１２を透過し
て変調され、フィールドレンズ３２１３および投射レン
ズ３２１４により投射される。

【０１９７】図３３（ｂ）は本実施の形態に用いた凹面
反射鏡３２０２の側面図であって、形状と、焦点の位置
を示している。図３３（ｂ）より判る様に、凹面反射鏡
３２０２は４つの回転楕円面より成る４つの反射鏡部か
ら構成される。それぞれの反射鏡部である反射鏡１、反
射鏡２、反射鏡３、反射鏡４の焦点は、一方の焦点は焦
点Ａに、他方の焦点はそれぞれ焦点Ｂ１、焦点Ｂ２、焦
点Ｂ３、焦点Ｂ４にある。

【０１９８】ランプは、ほぼ焦点Ａの位置におかれ、ラ
ンプからの光は４つの反射鏡部によりほぼ縦にならんだ
１列上の４つの部分に集光される。

【０１９９】この一列に並んだ焦点は、図３２上では、
紙面に垂直な面上にある。

【０２００】この焦点のやや前に配置されている４つの
平面反射鏡３２０４は、絞り３２０５の中心とコンデン
サレンズ３２０７の中心を通る光軸に対して、傾いて配
置された円錐型レンズ３２０４を透過した光が液晶パネ
ル３２１１の部分で重なる様に光線の方向を偏光する働
きをしている。これらの４つの反射鏡部からの光が重な
って照明されるので、光の強度の均一度が良くなる。

【０２０１】４つの円錐型レンズ３２０４の出射面に設
けられた絞り３２０５は、これらの円錐型レンズが縦方
向に配置されている状態に合わせた長方形の開口部を持
つ。この絞りを通った光は、コンデンサレンズ３２０７
を透過した後に図３４に示すような角度分布となる。

【０２０２】図３４は、液晶パネル３２１１に対する角
度分布を方位角φおよび傾き角θで示した図であり、４
つの円錐型レンズを通った４つの光により、縦方向の角
度分布が大きく、横方向の角度分布が小さい照明となる
事がわかる。

【０２０３】ダイクロイックミラー３２０８は、図４３
に示したものと同様な特性の３枚のダイクロイックミラ
ーから構成され、それぞれ図４に示したのと同様な配置
がされている。これに入射した白色光は、３色に角度分
離される。

【０２０４】この光と、マイクロレンズ３２１０および
液晶パネル３２１１の関係を図３５に示す。

【０２０５】マイクロレンズ３２１０は、球面状の凸レ
ンズであり、図３４に示される入射光が、液晶パネル３
２１１の開口部の形状の中に結像する様になっている。
この時、図３４に示される角度分布がダイクロイックミ
ラー３２０８により３つに、角度的に分離されており、
マイクロレンズアレイ３２０９中の各レンズを透過した
光は、それぞれの色の映像信号で駆動される画素開口を
透過するので、カラー表示が実現できる。

【０２０６】ダイクロイックミラー３２０８の中央のダ
イクロイックミラーにより反射されてマイクロレンズア
レイ３２０９に入射した光に対する、画素開口とひとつ
のマイクロレンズとの関係を図３６に示す。

【０２０７】３６０１はマイクロレンズであり、画素開
口３６０２に入射光を集光するが、中心のダイクロイッ
クミラーにより青色光がＢの画素開口に水平方向では狭
く（図２１（ａ））、垂直方向では広く（図２１
（ｂ））集光している。

【０２０８】この様に図３６に示す画素開口３６０２の
形状とマイクロレンズアレイによる照明が整合する事
で、光利用効率が非常に良くなる。

【０２０９】本実施の形態の表示装置を、図４２に示し
た従来構成の単板式表示装置と比較し、本発明の効果を
評価した。

【０２１０】まず、表示の均一性であるが、投射画面を
９分割して、その分割部の中央の照度を測定し、その９
点の測定値の平均値と９点の測定値中の最大値との比で
ある最大／平均の大きさで評価した。

【０２１１】従来構成の単板式表示装置では、この値が
１．６であったが、本実施の形態では１．３倍と良好な
値が得られた。

【０２１２】また、表示の明るさを先の照度の９点平均
と表示面積から、投射レンズからの出射光束を求め評価
値とした。従来構成の単板式表示装置が１８０ルーメン
であったのに対して、本実施の形態では２８０ルーメン
と、大幅に明るさが改善された。（第１０の実施の形態）図３７に本発明の第１０の実施
の形態である単板式投射型表示装置の光学構成図を示
す。

【０２１３】本実施の形態の特徴は、凹面反射鏡３７０
２により光が収束される位置に、偏光分離素子である偏
光ビームスプリッタ３７０３を配置したことである。

【０２１４】基本的な構成および動作は本発明の第９の
実施の形態と同じであるが、ここでは本実施の形態の特
徴部分である光源部について説明する。

【０２１５】凹面反射鏡３７０２は、図３８に示される
様に、反射鏡１および反射鏡２の２つの部分から構成さ
れ、それぞれはランプの光を２つの焦点位置、焦点Ｂ１
と焦点Ｂ２に集光する。

【０２１６】この２つの焦点の近くには、図３９に示さ
れるように、三角プリズム３９１１、偏光ビームスプリ
ッタ３９１２、１／２波長位相差板３９１３、凸レンズ
３９１４Ａおよび３９１４Ｂ、反射鏡３２１５がそれぞ
れ配置されている。

【０２１７】三角プリズム３９１１は、凹面反射鏡３７
０２からの光の向きをコンデンサレンズ３７０７の方向
に曲げるよう機能する。三角プリズム３９１１により向
きの変った光は、偏光ビームスプリッタ３９１２により
Ｐ偏光とＳ偏光に分離される。Ｐ偏光は、偏光ビームス
プリッタ３９１２を透過し、位相差板３９１３により偏
光方向をＳ偏光の方向に変えられ、凸レンズ３９１４Ａ
を通り、コンデンサレンズ３７０７の方向に出射する。

【０２１８】Ｓ偏光は、偏光ビームスプリッタの中で反
射し、凸レンズ３９１４Ｂを透過した後に反射鏡３９１
５によって反射され、コンデンサレンズ３７０７の方向
に出射する。

【０２１９】以上の様に、ランプ３７０１からの光は、
Ｓ偏光となり、絞り（図３９では省略）を通りコンデン
サレンズ３７０７に入射し、赤外線・紫外線カットフィ
ルタ３７０６を通った後、コンデンサレンズ３７０７に
より概略平行光となる。

【０２２０】もう一つ、第９の実施の形態と異なるの
は、図４１に示した偏光回転子３７１４が偏光板３７０
９の前に配置されていることである。

【０２２１】この偏光回転子３７１４は、液晶パネルに
対して４５度の向きの偏光を選択する偏光板３７０９の
偏光の方向と、ダイクロイックミラー３７０８からの光
の偏光の方向を揃える為に必要となる。

【０２２２】これにより、図４１に示す様な従来の投射
型表示装置においては、入射側の偏光板により入射光の
およそ１／２を損失していたものが、損失無く、表示に
利用する事ができる。

【０２２３】本実施の形態の表示装置を、図４１に示し
た従来構成の単板式表示装置と比較し、本発明の効果を
評価した。

【０２２４】まず、表示の均一性であるが、投射画面を
９分割して、その分割部の中央の照度を測定し、その９
点の測定値の平均値と９点の測定値中の最大値との比で
ある最大／平均の大きさで評価した。

【０２２５】従来構成の単板式表示装置では、この値が
１．６であったが、本実施の形態では１．５倍と良好な
値が得られた。

【０２２６】また、表示の明るさを先の照度の９点平均
と表示面積から、投射レンズからの出射光束を求め評価
値とした。従来構成の単板式表示装置が１８０ルーメン
であったのに対して、本実施の形態では４２０ルーメン
と、大幅に明るさが改善された。

【０２２７】

【発明の効果】本発明に係る表示装置によれば、光源か
らの照射光を、光分配手段を用いて液晶パネルの画素ご
とに均一に入射させているので、入射光の照度分布が均
一となり、表示むらの少ない良好な表示画質を得ること
ができる。

【０２２８】また、本発明にかかる表示装置によれば、
互いに異なる焦点位置を有する複数の反射鏡からなる反
射鏡を用いているので、光路長を短くでき、小型で効率
の良い表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の光
学構成を示す説明図。

【図２】第１の実施の形態における第１のレンズアレイ
の光軸に垂直な方向から見た正面図及び断面図。

【図３】第１の実施の形態における絞りの平面図。

【図４】第１の実施の形態における色分解ミラーを構成
する３枚のダイクロイックミラーの配置の角度を模式的
に表した説明図。

【図５】第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ及び液晶パネルの一部を拡大した構成図。

【図６】液晶モジュールの入射側偏光板と出射側偏光板
との間の構成部分の横方向の断面図。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る表示装置の光
学構成を示す説明図。

【図８】第２の実施の形態における第２のレンズアレイ
の平面図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る表示装置の光
学構成を示す説明図。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る表示装置の
光学構成を示す説明図。

【図１１】本発明の第４の実施の形態における入射光が
回折格子アレイ素子及び光入射側基板を介して画素開口
に入射する様子を模式的に表した説明図。

【図１２】本発明の第４の実施の形態において用いた回
折格子アレイ素子の格子パターンを模式的に表した説明
図。

【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る表示装置の
光学構成を示す説明図。

【図１４】本発明の第５の実施の形態における複合楕円
リフレクタの正面図及び断面図。

【図１５】本発明の第５の実施の形態における第１のレ
ンズアレイの正面図及び断面図。

【図１６】本発明の第５の実施の形態における第２のレ
ンズアレイの正面図及び断面図。

【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る単板式投射
型表示装置の光学構成を示す説明図。

【図１８】本発明の第６の実施の形態における第１のレ
ンズアレイの詳細を示す正面図および断面図。

【図１９】本発明の第６の実施の形態における第２のレ
ンズアレイの詳細を示す正面図および断面図。

【図２０】本発明の第６の実施の形態に係る単板式投射
型表示装置の光学構成を第１７図とは９０度異なった位
置から見た様子を示す説明図。

【図２１】本発明の第６の実施の形態におけるマイクロ
レンズアレイと画素開口との関係を模式的に表した説明
図。

【図２２】本発明の第６の実施の形態における一つのマ
イクロレンズと一つの画素開口との関係を模式的に表し
た説明図。

【図２３】本発明の第７の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置の光学構成を示す図である。

【図２４】本発明の第７の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置において、反射鏡周辺の垂直断面と、反
射鏡とその焦点の関係を示す図である。

【図２５】本発明の第７の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置において、反射鏡周辺の水平断面と、反
射鏡とその焦点の関係を示す図である。

【図２６】本発明の第７の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置における反射鏡の正面図である。

【図２７】本発明の第８の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置の光学構成を示す図である。

【図２８】本発明の第８の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置における反射鏡の正面図である。

【図２９】本発明の第８の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置において、反射鏡周辺の垂直断面と、レ
ンズアレイの構成を示す図である。

【図３０】本発明の第８の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置におけるレンズアレイを示す正面図であ
る。

【図３１】本発明の第８の実施の形態である投射型カラ
ー液晶表示装置における絞りを示す正面図である。

【図３２】本発明の第９の実施の形態に係る単板式投射
型表示装置の光学構成を示す説明図。

【図３３】本発明の第９の実施の形態に係る表示装置に
用いられる凹面鏡の構成を示す正面図および側面図。

【図３４】本発明の第９の実施の形態に係る表示装置に
おける絞りを通った光の角度分布を示す説明図。

【図３５】本発明の第９の実施の形態におけるマイクロ
レンズアレイと画素開口との関係を模式的に表した説明
図。

【図３６】本発明の第９の実施の形態における一つのマ
イクロレンズと一つの画素開口との関係を模式的に表し
た説明図。

【図３７】本発明の第１０の実施の形態に係る単板式投
射型表示装置の光学構成を示す説明図。

【図３８】本発明の第１０の実施の形態における反射鏡
の正面図および側面図。

【図３９】本発明の第１０の実施の形態における反射鏡
近傍の構成の詳細を説明する図。

【図４０】マイクロレンズアレイを用いた従来の３板式
投射型表示装置の光学構成を示す説明図。

【図４１】従来の３板式投射型表示装置におけるマイク
ロレンズアレイ上のマイクロレンズが液晶パネルの画素
開口部に入射光を集光する様子および透過率向上の原理
を模式的に示した説明図。

【図４２】結像素子アレイを用いた従来のマイクロレン
ズと配置角の異なる複数のダイクロイックミラーを用い
てカラー表示を行う単板式カラー表示装置の光学構成を
示す説明図。

【図４３】従来の単板式カラー表示装置における色分解
ミラーを構成する３枚のダイクロイックミラーの特性の
一例を示すグラフ。

【図４４】従来の単板式カラー表示装置における色分解
ミラーを構成する３枚のダイクロイックミラーの配置の
角度を模式的に表した説明図。

【図４５】従来の単板式カラー表示装置におけるマイク
ロレンズアレイと液晶パネルとの関係を模式的に表した
説明図。

【図４６】従来の投射型表示装置および本発明の投射型
表示装置の液晶表示パネルの入射照度を模式的に表し、
照度むらと周辺輝度の関係を示す説明図。

【図４７】１組のレンズアレイを用いて均一な照明を実
現する原理を説明する従来の照明装置の概略構成図。

【図４８】従来の２つのレンズアレイを用いた、カラー
フィルタによる単板型の投射型表示装置を示す図であ
る。

【図４９】通常の照明光学系における出射光の角度分布
を表示パネルに対する入射角の傾き角θと方位角φの平
面に表示した説明図。

【図５０】３×５のレンズアレイを用いた照明装置にお
ける出射光の角度分布を表示パネルに対する入射角の傾
き角θと方位角φの平面に表示した説明図。

【図５１】入射光の入射角の角度分布の範囲が小さい場
合と大きい場合とにおける結像素子と画素開口部との最
大距離をそれぞれ模式的に表した説明図。

【図５２】通常の照明光学系の場合における３色に角度
分離した後の角度分布を平面上に表示した説明図。

【図５３】レンズアレイを使用した照明装置の場合にお
ける３色に角度分離した後の角度分布を平面上に表示し
た説明図。

【図５４】レンズアレイを用いた照明装置及び結像素子
アレイを用いた表示パネルにおける、レンズアレイのレ
ンズ形成間隔とコンデンサレンズとの距離及び表示パネ
ル上の画素形成間隔と結像素子アレイ・画素開口間の距
離との関係を模式的に表した説明図。

【図５５】画素間隔と開口との関係を示す図。

【図５６】画素間隔と開口との関係を示す図。

【図５７】色分離の妨害の発生を防止するための入射光
の条件を模式的に表した説明図。

【符号の説明】

１１０、７１０、９１０、１００１、１３１０、１７１
０、２３０１、２７０１、３２０１、３７０１、４０１
０、４２１０、４８０１メタルハライドランプ１１１、７１１、１００２、１７１１、２３０２、４２
１１楕円リフレクタ１１２、７１２、９１２、１００３、１３１２、１７１
２、２３０３、２７０６、４０１２、４２１４赤外線
及び紫外線を遮断するフィルタ１１３、７１３、９１３、１００４、１３１３、１７１
３、２３０４、２７０３、４７０１、４８０４ａ第１
のレンズアレイ１１４、７１４、９１４、１００５、１３１４、１７１
４、２７０４１８０２、３００１、４７０２、４８０
４ｂ第２のレンズアレイ１１５、７１５、９１５、１００７、１３１６、１３１
８、１７１５、２３０５、２３０９、２７０７、３２０
７、４２１５、４８０５コンデンサレンズ１１６、７１６、９１６、１２１５、１３１７、１３２
０、１３２２、１７１６、２７０８、３２０８、４０１
３、４０１４、４０１７、４２１６色分解ミラー（ダ
イクロイックミラー）１１７、７１７、５０１、６０１、６０４、７０１、７
０４、９１７、１３３２、１７１７、２７１０、３２０
９、４０３２、４２１８、４５０１マイクロレンズア
レイ３２１０マイクロレンズ１１８、７１８、８１８、９１０、１３３４、１３４
４、１３５４、１７１８、２３０７、２７１１、３２１
１、４０３３、４０４３、４０５３、４８０７表示パ
ネル（液晶パネル）１１９、７１９、９１９、１０１２、１３３６、１７１
９、２３０９、２７１３、４０３５フィールドレンズ１２０、７２０、９２０、１０１３、１３２３、１７２
０、２３１０、２７１４、４０１９投射レンズ１２１、７２１、９２１、１００６、１７２１、２７０
５、３２０５、４２１３絞り１２２、７２２、９２２、１００８、１３３１、１７２
２、４０３１入射側偏光板１２３、７２３、９２３、１０１１、１３３５、１７２
３、４０３４、４２２０出射側偏光板６０２、６０５、７０２、７０５、１１０２、２１０
２、２２０２２７０３、２９０３、３００４画素開
口部７０３、７０６、１１０３光入射側基板９１１、４０１１放物面リフレクタ９０９、１１０１回折格子アレイ素子１３１１複合楕円リフレクタ１３１９、１３２１、２８１５、２８１６ミラー１４０１、１４０２回転楕円面２２０１マイクロレンズ２３０２０１〜２３０１５、３２０２１〜３２０２４
反射鏡２４１２円錐レンズ２７０２、３２０２、３７０２凹面反射鏡３２０３平面ミラー３２０４円錐型レンズ３７０３、３９１２偏光ビームスプリッタ３９１１三角プリズム３９１３位相差板３９１４Ａ、３９１４Ｂ凸レンズ３９１５反射鏡４０２０スクリーン４２１１回転楕円リフレクタ４２１２円錐レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照射光を、この照射光を結像す
る複数個の結像素子が形成された結像素子アレイを介し
て、透過光の強度を制御する単位である画素が２次元状
に配設された表示パネルに入射し、前記照射光の強度が
制御された透過光を映像表示手段に投射して映像表示を
行う表示装置において、前記光源と前記結像素子アレイとの間に、前記照射光を
前記結像素子アレイに分割して分配する光分配手段を配
設したことを特徴とする表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の表示装置において、前記光分配手段は、複数個のレンズから構成されたレン
ズアレイからなり、前記照射光を前記複数のレンズごと
に分割して集光するものであることを特徴とする表示装
置。
【請求項３】請求項２に記載の表示装置において、前記レンズアレイは、それぞれ複数個の第１のレンズか
ら構成された第１のレンズアレイおよび複数個の第２の
レンズから構成された第２のレンズアレイで構成され、前記第１のレンズアレイは、前記照明光を前記第１のレ
ンズ毎に分割して集光するものであり、前記第２のレンズアレイは、前記第１のレンズアレイに
よりそのレンズ毎に分割して前記照射光が集光された略
焦点位置のそれぞれを含む位置に、前記第２のレンズが
配設されたものであることを特徴とする表示装置。
【請求項４】請求項３に記載の表示装置において、前記第１のレンズアレイは、前記複数個の第１のレンズ
が１以上の列をなして配設されたものであることを特徴
とする表示装置。
【請求項５】請求項３に記載の表示装置において、前記第２のレンズアレイは、前記複数個の第２のレンズ
が１以上の列をなして配設されたものであることを特徴
とする表示装置。
【請求項６】請求項３に記載の表示装置において、前記結像素子アレイを構成する各結像素子は、前記表示
パネル内に配設された各画素に対応して配置されている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項７】請求項３に記載の表示装置において、前記結像素子アレイは、マイクロレンズから構成されて
なることを特徴とする表示装置。
【請求項８】請求項３に記載の表示装置において、前記結像素子アレイは、結像素子としての回折格子で構
成されてなることを特徴とする表示装置。
【請求項９】請求項３に記載の表示装置において、前記表示パネル内に配設された各画素は、映像信号に基
づいて画素開口の透過率制御を行い、かつ異なる色の映
像信号に基づいて透過率制御を行う２以上の自然数Ｎ個
の画素開口の一組に対応して配置されていることを特徴
とする表示装置。
【請求項１０】請求項９に記載の表示装置において、出射光の角度を光の波長に依存して変える色の角度分離
手段を前記第２のレンズアレイと前記結像素子アレイと
の間に配置したことを特徴とする表示装置。
【請求項１１】請求項９に記載の表示装置において、前記第２のレンズアレイの近傍に、前記第２のレンズア
レイの列が並ぶ方向に対する出射光の幅が、前記列が並
ぶ間隔の２／Ｎ（Ｎは前記画素の一単位に含まれる前記
画素開口数）以下に制限する絞りが配設されていること
を特徴とする表示装置。
【請求項１２】請求項１に記載の表示装置において、前
記第２のレンズアレイの出射側に、前記第２のレンズア
レイ近傍に焦点を持つコンデンサレンズを備え、このコ
ンデンサレンズと前記第２のレンズアレイとの距離を
Ｌ、前記第２のレンズアレイの前記列の形成数をＭ、前
記第２のレンズアレイの前記列の間隔をＰｉ、前記結像
素子アレイの前記第２のレンズアレイにおける前記列が
並ぶ方向における前記結像素子の形成ピッチをＰｐ、前
記結像素子と前記画素の画素開口部との距離をｔ、前記
結像素子アレイと前記画素部との間の光学媒体の相対屈
折率をｎとするとき、【数１】の条件を満たすことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】請求項３ないし１２のいずれかに記載の
表示装置において、前記結像素子アレイの中の結像素子
は、前記第２のレンズアレイにおける前記列が並ぶ方向
に直交する方向に対する屈折力が、前記第２のレンズア
レイにおける前記列が並ぶ方向に対する屈折力よりも弱
く設定されたものであることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】請求項１３に記載の表示装置において、
前記結像素子は円筒面レンズから構成されていることを
特徴とする表示装置。
【請求項１５】請求項３ないし１２のいずれかに記載の
表示装置において、前記第２のレンズアレイを構成する
レンズの配列が、前記結像素子アレイの結像素子の配列
に略似していることを特徴とする表示装置。
【請求項１６】請求項１５に記載の表示装置において、
前記表示パネルの略四角形である表示部の縦をＶＦ、横
をＨＦとし、前記結像素子の縦の配置間隔をＶＰ、横の
配置間隔をＨＰとすると、ＶＦ／ＨＦ＜ＶＰ／ＨＰであるときは、前記第１のレンズアレイ全体としての屈
折力は、横方向に対して縦方向の方が小さく、かつ、前
記第２のレンズアレイ全体としての屈折力は、横方向に
対して縦方向の方が大きく、ＶＦ／ＨＦ＞ＶＰ／ＨＰであるときは、前記第１のレンズアレイ全体としての屈
折力は、横方向に対して縦方向の方が大きく、かつ、前
記第２のレンズアレイの全体としての屈折力は、横方向
に対して縦方向の方が小さく設定されたものであること
を特徴とする表示装置。
【請求項１７】請求項３に記載の表示装置において、回
転楕円面を有し、前記光源からの光を一方向に反射する
反射鏡をさらに備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１８】請求項３に記載の表示装置において、放
物面を有し、前記光源からの光を一方向に反射する反射
鏡をさらに備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１９】請求項１に記載の表示装置において、前
記光分配手段は、２以上の異なる回転楕円面から構成さ
れた楕円面反射鏡であり、各回転楕円面の２つの焦点の
うち一方の焦点の位置が前記光源位置と略一致すること
を特徴とする表示装置。
【請求項２０】請求項１９に記載の表示装置において、
前記回転楕円面の２つの焦点のうちの他方側の焦点位置
が互いに異なる位置であることを特徴とする表示装置。
【請求項２１】請求項２０に記載の表示装置において、前記複数の回転楕円面反射鏡の焦点は、ほぼ一直線状に
並ぶように配置されたことを特徴とする表示装置。
【請求項２２】請求項１９に記載の表示装置において、
前記楕円反射鏡が前記一方側の焦点位置から見て、前記
表示パネルの表示面の形状と概略相似な形状の立体角を
張る複数の回転楕円反射鏡により構成されていることを
特徴とする表示装置。
【請求項２３】請求項２０に記載の表示装置において、前記複数の楕円反射鏡の他方側焦点の近傍位置にレンズ
を配置したことを特徴とする表示装置。
【請求項２４】請求項２３に記載の表示装置において、前記レンズは前記異なる焦点位置に対応した複数のレン
ズからなるレンズアレイであることを特徴とする表示装
置。
【請求項２５】請求項２３に記載の表示装置において、前記レンズアレイは全体として凹レンズ状をなすことを
特徴とする表示装置。
【請求項２６】光源と、この光源からの照明光を結像す
る複数個の結像素子が形成された結像素子アレイとの間
に、複数個の第１のレンズから構成され、前記照射光を前記
第１のレンズごとに分割して集光する第１のレンズアレ
イと、前記第１のレンズアレイにより前記第１のレンズ毎に分
割して前記照射光が集光された略焦点位置のそれぞれを
含む位置に、１以上の列をなして複数の第２のレンズが
配設された第２のレンズアレイと、映像表示を行うための映像表示手段とを備え、前記照射光の強度を制御した透過光を前記映像表示手段
に投射するため、透過光の強度を制御する単位である画
素が２次元状に配設されたことを特徴とする表示装置用
液晶パネル。
【請求項２７】光源と、透過率または反射率を制御可能な画素単位を２次元状に
配置した表示パネルと、前記表示パネルの透過率または反射率を制御して透過光
の光強度の制御を行う光強度制御手段と、前記光源からの光を集光して前記表示パネルに向ける反
射鏡と、前記表示パネルからの出射光をスクリーンまたは瞳に投
射して、スクリーンの透過光または反射光か、あるいは
瞳から入射する光強度パターンにより表示を行う表示制
御手段とを備え、前記反射鏡は、楕円面の二つの焦点のうち一方側焦点が
前記光源の近傍に配置され、他方側焦点が、互いに異な
る位置に配置された複数の楕円面反射鏡により構成され
ることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２８】請求項２７に記載の投射型表示装置にお
いて、前記複数の楕円反射鏡の他方側焦点の近傍位置にレンズ
を配置したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２９】請求項２７に記載の投射型表示装置にお
いて、前記楕円反射鏡の反射光を、前記楕円反射鏡の焦点付近
に焦点を持つ共通のコンデンサレンズを介して、前記表
示パネルを照明するようにしたことを特徴とする投射型
表示装置。
【請求項３０】請求項２７に記載の投射型表示装置にお
いて、前記楕円反射鏡が前記一方側の焦点位置から見て、前記
表示パネルの表示面の形状と概略相似な形状の立体角を
張る複数の回転楕円反射鏡により構成されていることを
特徴とする投射型表示装置。
【請求項３１】請求項２７に記載の投射型表示装置にお
いて、前記表示パネルと前記光源との間に、個々の画素単位に
対応した結像素子を配設したことを特徴とする投射型表
示装置。
【請求項３２】請求項３１に記載の投射型表示装置にお
いて、前記画素単位が複数の色の強度信号に応じた面積を持つ
とともに、前記楕円反射鏡と前記結像素子との間に、光
の波長に応じて結像素子への入射角を変える光の角度分
離手段を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３３】請求項２７に記載の投射型表示装置にお
いて、前記複数の回転楕円面反射鏡の焦点は、ほぼ一直線状に
並ぶように配置されたことを特徴とする投射型表示装
置。
【請求項３４】請求項２７に記載の表示装置において、
前記複数の回転楕円面反射鏡の焦点近傍に、偏光分離素
子を配置したことを特徴とする投射型表示装置。