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JPH11282379A - 投写型ディスプレイ - Google Patents

投写型ディスプレイ

Info

Publication number
JPH11282379A
JPH11282379A JP10079775A JP7977598A JPH11282379A JP H11282379 A JPH11282379 A JP H11282379A JP 10079775 A JP10079775 A JP 10079775A JP 7977598 A JP7977598 A JP 7977598A JP H11282379 A JPH11282379 A JP H11282379A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
polarized light
component
green
red
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10079775A
Other languages
English (en)
Inventor
Kuniharu Takizawa
國治 滝沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP10079775A priority Critical patent/JPH11282379A/ja
Publication of JPH11282379A publication Critical patent/JPH11282379A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Projection Apparatus (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 SN比の劣化を改善して明るい画像を表示で
き、かつ光学系の設計が容易で、安価な投写型ディスプ
レイを提供する。 【解決手段】 赤色光用反射型空間光変調素子22Rと
ダイクロイックプリズム23の間に赤色光用1/4波長
板18Rを挿入し、かつ緑色光用反射型空間光変調素子
22Gとダイクロイックプリズム23の間に緑色光用1
/4波長板18Gを挿入し、かつ青色光用反射型空間光
変調素子22Bとダイクロイックプリズム23の間に青
色光用1/4波長板18Bを挿入することにより、マル
チカラーやフルカラーなどの2次元画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチカラーやフ
ルカラーなどの2次元画像をスクリーンに投射して表示
する投写型ディスプレイに関する。
【0002】[発明の概要]本発明は、赤色光用反射型
空間光変調素子とダイクロイックプリズムの間に赤色光
用1/4波長板を挿入し、かつ緑色光用反射型空間光変
調素子とダイクロイックプリズムの間に緑色光用1/4
波長板を挿入し、かつ青色光用反射型空間光変調素子と
ダイクロイックプリズムの間に青色光用1/4波長板を
挿入することにより、マルチカラーやフルカラーなどの
2次元画像を表示する。
【0003】
【従来の技術】従来の投写型ディスプレイ100は、図
11の上面図に示すように、可視光を発光するランプ1
0、赤外光を遮断する赤外光カットフィルタ12、紫外
光を遮断する紫外光カットフィルタ13、および可視光
を平行光線にするレンズ11を備えた光源部7と、ラン
プ10で発生した白色光を赤色(R)光、緑色(G)
光、青色(B)光に分離して、R光用偏光ビームスプリ
ッタ9Rと、G光用偏光ビームスプリッタ9GとB光用
偏光ビームスプリッタ9Bとに分配する白色光分配光学
系8と、白色光分配光学系8からのR光をP成分あるい
はS成分だけの直線偏波光としてR光用反射型空間光変
調素子22Rに送るR光用偏光ビームスプリッタ9R
と、白色光分配光学系8からのG光をP成分あるいはS
成分だけの直線偏波光としてG光用反射型空間光変調素
子22Gに送るG光用偏光ビームスプリッタ9Gと、白
色光分配光学系8からのB光をP成分あるいはS成分だ
けの直線偏波光としてB光用反射型空間光変調素子22
Bに送るB光用偏光ビームスプリッタ9Bとを備えてい
る。
【0004】また、空間光変調素子として、R光用偏光
ビームスプリッタ9Rから送られたP成分あるいはS成
分だけの直線偏波状態のR光を位相変調するR光用反射
型空間光変調素子22Rと、G光用偏光ビームスプリッ
タ9Gから送られたP成分あるいはS成分だけの直線偏
波状態のG光を位相変調するG光用反射型空間光変調素
子22Gと、B光用偏光ビームスプリッタ9Bから送ら
れたP成分あるいはS成分だけの直線偏波状態のB光を
位相変調するB光用反射型空間光変調素子22Bとを備
えている。
【0005】さらに、R光用反射型空間光変調素子22
R、G光用反射型空間光変調素子22GおよびB光用反
射型空間光変調素子22Bから送られてくるRGB光を
合成し、1つのビームとして投射レンズ24に送るダイ
クロイックプリズム23を備えてから構成されている。
【0006】図12は前記ダイクロイックプリズムを構
成を模式的に示している。同図において、ABCDおよびA'
B'C'D'は、ダイクロイックプリズムの上面と下面を表
す。AA'C'C面には、B光を反射し、それ以外の可視光を
透過する誘電体多層膜ミラーが形成されている。また、
BB'D'D面には、R光を反射し、それ以外の可視光を透過
する誘電体多層膜ミラーが形成されている。
【0007】投射レンズ24は、RGB光用反射型空間
光変調素子22R、22G、22Bで形成されたRGB
光画像をスクリーン2に結像する。白色光分配光学系8
は、白色光を反射するミラー14と、R光を透過し、G
B光を反射する誘電体多層膜ミラー15と、G光を反射
し、B光を透過する誘電体多層膜ミラー16と、R光を
反射するミラー17からなる。
【0008】この従来の投写型ディスプレイは、 (1)反射型空間光変調素子を用いているため、入射光
の大部分を変調することができ、明るい画像を表示する
ことが可能である (2)ダイクロイックプリズムを用いているため、反射
型空間光変調素子と投射レンズの距離を短くすることが
でき、ディスプレイとスクリーンの距離が短くても、大
面積の画像を表示することができる (3)また、反射型空間光変調素子と投射レンズの距離
が短いため、装置をコンパクトに纏めることが出来る などの優れた特性を有している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の投写型ディスプレイ10においては、ダイクロ
イックプリズムを用いているため、以下に述べるよう問
題があった。
【0010】<ダイクロイックプリズムの問題点>図1
2(a),(b)は、ダイクロイックプリズムの概観を示す図
であるが、透明材料からなる同じ形の4個の直角3角柱
(図12(a):∠AEBと∠A'E'B'は直角)を組み合わせて構
成されている。上述したように、図12(b)のBB'D'D面
にはR光を反射してそれ以外の光を透過する誘電体多層
膜ミラーが形成されている。また、AA'C'C面にはB光を
反射してそれ以外の光を透過する誘電体多層膜ミラーが
設けられている。
【0011】これらの誘電体多層膜ミラーは、R光もし
くはB光を完全に反射することは不可能であり、図13
に示すように、透過率は波長によって異なる反射率を示
す。図13の青色光用誘電体多層膜ミラーの反射特性が
示すように、必要な波長領域(例えば青色光では400
〜480nm)の反射率を大きくすると、反射率がゼロに
なってほしい領域(500nmより長波長の領域)でも数
%の反射率が残り、雑音光を形成する。また、図13の
赤色光用誘電体多層膜ミラーの反射特性が示すように、
雑音光を小さくすると、必要な領域(赤色光では600
〜700nm)の反射率が低下してしまう。また、いずれ
の場合でも、RGB光の境界に当たる波長領域では、大
量の光が反射せずに透過してしまう。
【0012】図11からダイクロイックプリズム23と
R光用、G光用およびB光用偏光ビームスプリッタ9
R、9G、9B、赤色光用、緑色光用、青色光用反射型
空間光変調素子22R、22G、22Bを抜き出した構
成の上面図である図14を用いて、図13の誘電体多層
膜ミラーの反射特性から生じるダイクロイックプリズム
の問題点を明らかにする。図14では、B光の光路のみ
が記載されているが、G光およびR光についてもB光と
同様に赤色光用、緑色光用、青色光用反射型空間光変調
素子22R、22G、22Bを経由する光線が存在す
る。ここでは、図面の記載が複雑になるのを避けるた
め、B光の光路の一部だけを記載している。図14の6
00〜710は、B光の通過点である。図14では説明
上、通過点610、680、690を大きく離して記載
し、通過点630、640、710、720を大きく離
して記載し、通過点650と660を大きく離して記載
し、さらに通過点620,670,700を大きく離し
て記載しているが、実際はそれ程離れているわけではな
い。図14の入出力面に対してB光が垂直に入射し、か
つB光が完全な平行光線ならば、通過点610、68
0、690は同一の位置に、また通過点630、64
0、710、720も同一位置に、また通過点650と
660も同一位置に、さらに通過点620,670,7
00も同一位置になるはずである。
【0013】ここで、以下に記す条件の下で投射光の信
号対雑音比(S/N)を求める。 (1)入射光(B光の場合通過点600を通る光)の規
格化強度を1とする。 (2)AA'C'C面の誘電体多層膜ミラーのB光に対する反
射率を1-Ab、透過率をAbとする。 (3)AA'C'C面の誘電体多層膜ミラーのR光に対する反
射率を0、透過率を1(100%に相当)とする。 (4)AA'C'C面の誘電体多層膜ミラーのG光の短波長成
分(全G光パワーの50%)に対する透過率を1-Ag、反
射率をAgとする。また残りの長波長成分はすべてBB'D'D
面を透過する。 (5)BB'D'D面の誘電体多層膜ミラーのR光に対する反
射率を1-Ar、透過率をArとする。 (6)BB'D'D面の誘電体多層膜ミラーのB光に対する反
射率を0、透過率を1とする。 (7)BB'D'D面の誘電体多層膜ミラーのG光の長波長成
分(全G光パワーの50%)に対する透過率を1-Ag、反
射率をAgとする。また残りの短波長成分はすべてBB'D'D
面を透過する。 (8)AA'C'C面およびBB'D'D面を4回以上反射する雑音
成分は非常に小さいため無視する。 (9)赤色光用反射型空間光変調素子22RにS成分だ
けを持つ直線偏波光が光路R1を伝搬して入射したと
き、赤色光用反射型空間光変調素子22Rで変調され、
R光用偏光ビームスプリター9Rを直進して光路R2を
伝搬するP成分だけを持つ直線偏波光(信号光とする)
の規格化強度をTrとし、赤色光用反射型空間光変調素子
22RにP成分だけを持つ直線偏波光が光路R2を伝搬
して入射したときの、R光用偏光ビームスプリッタ9R
を直進して光路R2を伝搬するP成分だけを持つ直線偏
波光(雑音光)の規格化強度を1-Tr とする。 (10)青色光用反射型空間光変調素子22BにS成分だ
けを持つ直線偏波光が光路B1を伝搬して入射したと
き、青色光用反射型空間光変調素子22Bで変調され、
B光用偏光ビームスプリッタ9Bを直進して光路B2を
伝搬するP成分だけを持つ直線偏波光(信号光とする)
の規格化強度をTbとし、青色光用反射型空間光変調素子
22BにP成分だけを持つ直線偏波光が光路B2を伝搬
して入射したときの、B光用偏光ビームスプリッタ9B
を直進して光路B2を伝搬するP成分だけを持つ直線偏
波光(雑音光)の規格化強度を1-Tbとする。 (11)緑色光用反射型空間光変調素子22GにS成分だ
けを持つ直線偏波光が光路G1を伝搬して入射したと
き、緑色光用反射型空間光変調素子22Gで変調され、
G光用偏光ビームスプリッタ9Gを直進して光路G2を
伝搬するP成分だけを持つ直線偏波光(信号光とする)
の規格化強度をTgとし、緑色光用反射型空間光変調素子
22GにP成分だけを持つ直線偏波光が光路G2を伝搬
して入射したときの、G光用偏光ビームスプリッタ9G
を直進して光路G2を伝搬するP成分だけを持つ直線偏
波光(雑音光)の規格化強度を1-Tgとする。 (12)R光用、G光用、B光用の偏光ビームスプリッタ
はP成分を完全に透過し、S成分を完全に反射する理想
的な特性を有する。 (13)図14を構成する光学素子の吸収、散乱、反射等
は無視する。図14に示されているB光を例に取り、信
号光強度と雑音光強度を見積もる。通過点610でのB
光強度はTbであるから、通過点620の信号光強度Psb
は、 Psb = (1-Ab)Tb …(1) で与えられる。一方、AA'C'C面の誘電体多層膜ミラーを
抜けた雑音となるB光強度は、通過点630でAbTbとな
る。この光は赤色光用反射型空間光変調素子22Rに入
射して変調されるため、通過点640での強度は、AbTb
(1-Tr)となる。この雑音光の一部はAA'C'C面の誘電体多
層膜ミラーで反射され、通過点650での強度は、Ab2T
b(1-Tr)となる。この光は緑色光用反射型空間光変調素
子22Gで変調されるため、通過点660での強度は、
Ab2Tb(1-Tr)(1-Tg)となる。この雑音光は再びAA'C'C面
の誘電体多層膜ミラーに入り、これを透過し、最終通過
点670に達する。このときB光の雑音強度はAb2(1-A
b)Tb(1-Tr)(1-Tg)となる。また、通過点640を通過し
たB光はAA'C'C面の誘電体多層膜ミラーを透過し、通過
点680、690、700を通過して別の雑音光(その
強度は、Ab2(1-Ab)Tb(1-Tr)(1-Tb)である)として出射
する。雑音光はこれだけでなく、図14の通過点71
0、720を通る光線が示すように、赤色光用反射型空
間光変調素子22R、青色光用反射型空間光変調素子2
2B、緑色光用反射型空間光変調素子22G、ダイクロ
イックプリズム23などを通過や反射して多重反射を繰
り返しながら、無数の雑音光線をダイクロイックプリズ
ム23から出射する。ここで雑音光のなかで大きな強度
を持つ光線であるAb2が掛かっている項だけ取り出し、
その強度を計算すると、B光の雑音強度の内輪に見積も
った総和Pnbは、
【数1】 で与えられる。
【0014】同様に計算すると、R光の信号強度Psrは Psr = (1-Ar)Tr …(3) となる。また、R光の内輪に見積もった雑音強度Pnrは
【数2】 で与えられる。
【0015】さらに、G光は、(4)、(7)の条件を
考慮して、その信号強度Psgを求めると、 Psg = (1-Ag)Tg …(5) となる。また、(4)、(7)の条件を考慮しながら内
輪に見積もった雑音強度Pngを求めると、
【数3】 となる。
【0016】(1)〜(6)式より、信号対雑音比S/N
は、
【数4】 で与えられる。
【0017】簡単のためAg=Ab=0.1およびTg=Tb=0.1とお
いて、(7)式を用いてS/NとArとの関係を求めた1例
を図15に示す。これより反射型空間光変調素子の変調
と、ダイクロイックプリズムのクロストーク特性が信号
対雑音比に大きな影響を与えることが分かる。例えば、
Tr=0.6の場合、Ar>0.08では信号対雑音比が100対1
以下になる。また、Tr=0.1の場合、Arの値の如何に係わ
らず信号対雑音比は、最大でも約33対1にしかならな
い。
【0018】上記の問題を避けるには、ダイクロイック
プリズムの反射率を向上させ、かつダイクロイックプリ
ズム23の反射率の低い波長の光をダイクロイックプリ
ズム23に光が入射する前、即ち白色光分配光学系8や
白色光分配光学系8からダイクロイックプリズム23に
至るまでの光路で、3原色光の波長を制限しなければな
らない。この方法は、雑音光を減らすことはできるが、
それと共に信号光も減少させることとなり、投射された
画像が暗くなるという好ましくない結果を招く。
【0019】本発明は上記の事情に鑑み、SN比の劣化
を改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が
容易で、安価な投写型ディスプレイを提供することを目
的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項1では、白色光を発生する光源
と、白色光を赤色光、緑色光、青色光の3原色光に分解
して別々の光路に振り分ける機能を持つダイクロイック
ミラーを含む白色光分配光学系と、赤色光を互いに直交
するP成分だけを持つ直線偏波光とS成分だけを持つ直
線偏波光に分離する赤色光用偏光ビームスプリッタと、
緑色光を互いに直交するP成分だけを持つ直線偏波光と
S成分だけを持つ直線偏波光に分離する緑色光用偏光ビ
ームスプリッタと、青色光を互いに直交するP成分だけ
を持つ直線偏波光とS成分だけを持つ直線偏波光に分離
する青色光用偏光ビームスプリッタと、赤色のP成分だ
けを持つ直線偏波光あるいはS成分だけを持つ直線偏波
光を任意の偏光状態の光に変える赤色光用反射型空間光
変調素子と、緑色のP成分だけを持つ直線偏波光あるい
はS成分だけを持つ直線偏波光を任意の偏光状態の光に
変える緑色光用反射型空間光変調素子と、青色のP成分
だけを持つ直線偏波光あるいはS成分だけを持つ直線偏
波光を任意の偏光状態の光に変える青色光用反射型空間
光変調素子と、赤色光用偏光ビームスプリッタから出射
した赤色の直線偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い
偏光状態を持つ赤色の楕円偏波光に変換する赤色光用1
/4波長板と、緑色光用偏光ビームスプリッタから出射
した緑色の直線偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い
偏光状態を持つ緑色の楕円偏波光に変換する緑色光用1
/4波長板と、青色光用偏光ビームスプリッタから出射
した青色の直線偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い
偏光状態を持つ青色の楕円偏波光に変換する緑色光用1
/4波長板と、別々の光路から入射する3原色光を合成
して1つの光路から出射する機能を持つダイクロイック
プリズムと、上記合成された光を投射する投射レンズと
を少なくとも有することを特徴とする。
【0021】請求項2では、請求項1に記載の投写型デ
ィスプレイにおいて、前記赤色光用反射型空間光変調素
子は、赤色光用画像電気信号で駆動し、前記緑色光用反
射型空間光変調素子は、緑色光用画像電気信号で駆動
し、前記青色光用反射型空間光変調素子は、青色光用画
像電気信号で駆動し、前記赤色光用反射型空間光変調素
子で変調された赤色光を再び前記赤色光用偏光ビームス
プリッタに導き、赤色のS成分もしくはP成分だけを持
つ直線偏波光を選択して前記赤色光用1/4波長板に導
き、前記緑色光用反射型空間光変調素子で変調された緑
色光を再び前記緑色光用偏光ビームスプリッタに導き、
緑色のS成分もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選
択して前記緑色光用1/4波長板に導き、前記青色光用
反射型空間光変調素子で変調された青色光を再び前記青
色光用偏光ビームスプリッタに導き、青色のS成分もし
くはP成分だけを持つ直線偏波光を選択して前記青色光
用1/4波長板に導き、前記赤色用1/4波長板を透過
させて円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ赤
色の楕円偏波光を前記ダイクロイックミラーに導き、前
記緑色用1/4波長板を透過させて円偏波光もしくは円
偏光に近い偏光状態を持つ緑色の楕円偏波光を前記ダイ
クロイックミラーに導き、前記青色用1/4波長板を透
過させて円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ
青色の楕円偏波光を前記ダイクロイックミラーに導き、
前記ダイクロイックプリズムで3原色光を合成して前記
投射レンズを経由してスクリーンに導き、フルカラーも
しくはマルチカラー画像を表示することを特徴とする。
【0022】請求項3では、請求項1または2に記載の
投写型ディスプレイにおいて、前記各反射型空間光変調
素子は、透明電極を積層した透明基板と、印加電圧が小
さいかゼロで液晶分子が動かないオフ状態のとき液晶分
子の長軸と平行な方向が前記透明基板の表面に対して垂
直に配列する、もしくは垂直から数度以内のずれになる
よう配列する負の誘電率異方性を持つネマチック液晶を
備えた光変調層と、この光変調層に接する2次元アレー
状電極と、この2次元アレー状電極に電圧を加え、前記
ネマチック液晶の配列を1画素ごとに制御するマトリッ
クス状に配列した電子回路を持つ基板と、を少なくとも
有することを特徴とする。
【0023】請求項4では、請求項1または2に記載の
投写型ディスプレイにおいて、前記各反射型空間光変調
素子は、透明電極を積層した透明基板と、印加電圧が小
さいかゼロのオフ状態のとき前記透明基板の表面と平行
に配列し、かつ前記透明基板に最も近いネマチック液晶
分子の長軸に平行な方向と透明基板に最も離れたネマチ
ック液晶分子の長軸に平行な方向が、45度の角度をな
すように配列した正の誘電率異方性を持つ45度捻れネ
マチック液晶を備えた光変調層と、この光変調層に接す
る2次元アレー状電極と、この2次元アレー状電極に電
圧を加え、前記45度捻れネマチック液晶の配列を1画
素ごとに制御するマトリックス状に配列した電子回路を
持つ基板と、を少なくとも有することを特徴とする。
【0024】請求項5では、請求項1または2に記載の
投写型ディスプレイにおいて、前記赤色光用、緑色光用
および青色光用1/4波長板が1軸性単結晶もしくは1
軸性有機化合物であることを特徴とする。
【0025】請求項6では、請求項1、2または5に記
載の投写型ディスプレイにおいて、前記赤色光用1/4
波長板を前記赤色光用偏光ビームスプリッタあるいはダ
イクロイックプリズムに密着させ、かつ前記緑色光用1
/4波長板を前記緑色光用偏光ビームスプリッタあるい
はダイクロイックプリズムに密着させ、かつ前記青色光
用1/4波長板を前記青色光用偏光ビームスプリッタあ
るいはダイクロイックプリズムに密着させたことを特徴
とする。
【0026】上記の構成において、請求項1および2の
投写型ディスプレイでは、前記光源から発生した白色光
をダイクロイックミラーを含む前記白色光分配光学系で
3原色光に分解し、赤色光を前記赤色光用偏光ビームス
プリッタに導き、緑色光を前記緑色光用偏光ビームスプ
リッタに導き、青色光を前記青色光用偏光ビームスプリ
ッタに導き、前記の赤色光用、緑色光用および青色光用
偏光ビームスプリッタで前記3原色光をそれぞれP成分
だけを持つ直線偏波光とS成分だけを持つ直線偏波光に
分解し、赤色のP成分もしくはS成分だけを持つ直線偏
波光を前記赤色光用反射型空間光変調素子に導き、緑色
のP成分もしくはS成分だけを持つ直線偏波光を前記緑
色光用反射型空間光変調素子に導き、青色のP成分もし
くはS成分だけを持つ直線偏波光を前記青色光用反射型
空間光変調素子に導き、赤色光用画像電気信号により、
前記赤色光用反射型空間光変調素子を駆動し、緑色光用
画像電気信号により、前記緑色光用反射型空間光変調素
子を駆動し、青色光用画像電気信号により、前記青色光
用反射型空間光変調素子を駆動し、前記赤色光用反射型
空間光変調素子で変調された赤色光を再び前記赤色光用
偏光ビームスプリッタに導き、赤色のS成分もしくはP
成分だけを持つ直線偏波光を選択して前記赤色光用1/
4波長板に導き、前記緑色光用反射型空間光変調素子で
変調された緑色光を再び前記緑色光用偏光ビームスプリ
ッタに導き、緑色のS成分もしくはP成分だけを持つ直
線偏波光を選択して前記緑色光用1/4波長板に導き、
前記青色光用反射型空間光変調素子で変調された青色光
を再び前記青色光用偏光ビームスプリッタに導き、青色
のS成分もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選択し
て前記青色光用1/4波長板に導き、前記赤色用1/4
波長板を透過して円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状
態を持つ赤色の楕円偏波光を前記ダイクロイックプリズ
ムに導き、前記緑色用1/4波長板を透過して円偏波光
もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ緑色の楕円偏波光
を前記ダイクロイックプリズムに導き、前記青色用1/
4波長板を透過して円偏波光もしくは円偏光に近い偏光
状態を持つ青色の楕円偏波光を前記ダイクロイックプリ
ズムに導き、前記ダイクロイックプリズムで3原色光を
合成して前記投射レンズを経由してスクリーンに導き、
フルカラーもしくはマルチカラー画像を表示する。
【0027】この一連の作用によって、従来の投写型デ
ィスプレイが抱えている問題を解決し、SN比の劣化を
改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が容
易で、安価な装置を提供する。
【0028】また、請求項3の投写型ディスプレイで
は、請求項1および2に記載の投写型ディスプレイにお
いて、透明電極に付いた透明基板と、印加電圧が小さい
かゼロで液晶分子が動かないオフ状態のとき、液晶分子
の長軸と平行な方向が前記透明基板の表面に対して垂直
に配列する、もしくは垂直から数度以内のずれになるよ
う配列する負の誘電率異方性を持つネマチック液晶と、
2次元アレー状電極と、前記2次元アレー状電極に電圧
を加え、前記ネマチック液晶の配列を1画素ごとに制御
するマトリックス状に配列した電子回路を持つ基板とを
少なくとも有する赤色光用反射型空間光変調素子と、緑
色光用反射型空間光変調素子と、青色光用反射型空間光
変調素子とを電気信号で駆動し、前記透明基板の表面に
対して垂直に配列する、もしくは垂直から数度以内のず
れになるよう配列している負の誘電率異方性を持つネマ
チック液晶の配列を変更し、前記反射型空間光変調素子
に入射する直線偏波光の偏光状態を変化させる。
【0029】この一連の作用によって、従来の投写型デ
ィスプレイが抱えている問題を解決し、SN比の劣化を
改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が容
易で、安価な装置を提供する。
【0030】また、請求項4の投写型ディスプレイで
は、請求項1および2に記載の投写型ディスプレイにお
いて、透明電極に付いた透明基板と、印加電圧が小さい
かゼロのオフ状態のとき前記透明基板の表面と平行に配
列し、かつ前記透明基板に最も近いネマチック液晶分子
の長軸に平行な方向と透明基板に最も離れたネマチック
液晶分子の長軸に平行な方向が、45度の角度をなすよ
うに配列した正の誘電率異方性を持つ45度捻れネマチ
ック液晶と、2次元アレー状電極と、前記2次元アレー
状電極に電圧を加え、前記45度捻れネマチック液晶の
配列を1画素ごとに制御するマトリックス状に配列した
電子回路を持つ基板とを少なくとも有する赤色光用反射
型空間光変調素子と、緑色光用反射型空間光変調素子
と、青色光用反射型空間光変調素子とを電気信号で駆動
し、45度ネマチック液晶の配列を変更し、前記反射型
空間光変調素子に入射する直線偏波光の偏光状態を変化
させる。
【0031】この一連の作用によって、従来の投写型デ
ィスプレイが抱えている問題を解決し、SN比の劣化を
改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が容
易で、安価な装置を提供する。
【0032】また、請求項5の投写型ディスプレイで
は、請求項1および2に記載の投写型ディスプレイにお
いて、1軸性単結晶もしくは1軸性有機化合物である赤
色光用、緑色光用および青色光用1/4波長板により、
直線偏波光を円偏波光もしくは円偏光に近い楕円偏波光
に変換して、画像を表示する。
【0033】この一連の作用によって、従来の投写型デ
ィスプレイが抱えている問題を解決し、SN比の劣化を
改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が容
易で、安価な装置を提供する。
【0034】また、請求項6の投写型ディスプレイで
は、請求項1、2および5に記載の投写型ディスプレイ
において、前記赤色光用1/4波長板を前記赤色光用偏
光ビームスプリッタあるいはダイクロイックプリズムに
密着させ、かつ前記緑色光用1/4波長板を前記緑色光
用偏光ビームスプリッタあるいはダイクロイックプリズ
ムに密着させ、かつ前記青色光用1/4波長板を前記青
色光用偏光ビームスプリッタあるいはダイクロイックプ
リズムに密着させることにより、赤色光用、緑色光用お
よび青色光用1/4波長板の反射を軽減する。また、1
軸性有機化合物の1/4波長板を偏光ビームスプリッタ
あるいはダイクロイックプリズムに密着させることによ
り、重量やスペースの増加を最小限に抑えつつ、直線偏
波光を円偏波光もしくは円偏光に近い楕円偏波光に変換
して、画像を表示する。
【0035】この一連の作用によって、従来の投写型デ
ィスプレイが抱えている問題を解決し、SN比の劣化を
改善して明るい画像を表示でき、かつ光学系の設計が容
易で、安価な装置を提供する。
【0036】
【発明の実施の形態】《投写型ディスプレイの構成》図
1は本発明による投写型ディスプレイの構成図である。
この図に示す投写型ディスプレイ1は、スクリーン2上
に円偏波光あるいは円偏光に近い偏光状態の楕円偏波光
である赤色(R)、緑色(G)および青色(B)画像を
表示して、観察者にフルカラーまたはマルチカラー画像
を見せる。
【0037】投写型ディスプレイ1は、可視光を発光す
るランプ10、赤外光を遮断する赤外光カットフィルタ
12、紫外光を遮断する紫外光カットフィルタ13、お
よびランプ10から出射した光を平行光線にするレンズ
11を備えた光源部7と、RGB光を分離して、それぞ
れをR光用偏光ビームスプリッタ9R、G光用偏光ビー
ムスプリッタ9G、B光用偏光ビームスプリッタ9Bに
分配する白色光分配光学系8とを備えている。
【0038】また、空間光変調素子として、R光用偏光
ビームスプリッタ9Rで分離されたP成分だけあるいは
S成分だけを持つ直線偏波光を変調する赤色光用反射型
空間光変調素子22Rと、G光用偏光ビームスプリッタ
9Gで分離されたP成分だけあるいはS成分だけを持つ
直線偏波光を変調する緑色光用反射型空間光変調素子2
2Gと、B光用偏光ビームスプリッタ9Gで分離された
P成分だけあるいはS成分だけを持つ直線偏波光を変調
する青色光用反射型空間光変調素子22Bとを備えてい
る。
【0039】また、1/4波長板として、赤色光用反射
型空間光変調素子22Rで変調され、かつ再びR光用偏
光ビームスプリッタ9Rを経由した赤色の直線偏波光
を、円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ楕円
偏波光に変換するR光用1/4波長板18Rと、緑色光
用反射型空間光変調素子22Gで変調され、かつG再び
光用偏光ビームスプリッタ9Gを経由した緑色の直線偏
波光を、円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ
楕円偏波光に変換するG光用1/4波長板18Gと、青
色光用反射型空間光変調素子22Bで変調され、かつ再
びB光用偏光ビームスプリッタ9Bを経由した青色の直
線偏波光を、円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を
持つ楕円偏波光に変換するB光用1/4波長板18Bと
を備えている。
【0040】さらに、R光用1/4波長板18Rを通過
したR光と、G光用1/4波長板18Gを通過したG光
と、B光用1/4波長板18Bを通過したB光とを合成
して投射レンズ24に送るダイクロイックプリズム23
と、ダイクロイックプリズム23からの変調光をスクリ
ーン2に拡大投影する投射レンズ24を備えている。
【0041】上記の構成において、この投写型ディスプ
レイ1では、白色光分配光学系8から分配されたRGB
光をRGB光用偏光ビームスプリッタ9R、9G、9B
でRGB光をそれぞれP成分だけを持つ直線偏波光とS
成分だけを持つ直線偏波光に分け、RGB画像電気信号
で駆動される赤色光用、緑色光用および青色光用反射型
空間光変調素子22R、22G、22Bで前記RGB光
のP成分だけあるいはS成分だけを持つ直線偏波光の偏
光状態を変えるように変調する。これらRGB光を再び
前記RGB光用偏光ビームスプリッタ9R、9G、9B
に入れて、S成分だけあるいはP成分だけを持つ直線偏
波状態の強度変調されたRGB光として取り出す。これ
らの直線偏光したRGB強度変調光をR光用、G光用、
B光用の1/4波長板18R、18G、18Bで円偏波
光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ楕円偏波光に変
換し、れらのRGB光をダイクロイックプリズム23で
合成して投射レンズ24に送り、スクリーン2にフルカ
ラーあるいはマルチカラー画像を表示する。
【0042】白色光分配光学系8は、赤外光カットフィ
ルタ12および紫外光カットフィルタ13によって前記
平行光中に含まれている赤外光および紫外光をカットさ
れたRGB光を反射するミラー14と、R光を透過し、
GB光を反射するダイクロイックミラー15と、G光を
反射し、B光を透過するダイクロイックミラー16と、
R光を反射するミラー17とを備えており、紫外光カッ
トフィルタを通過したRGB光をミラー14で反射し、
ダイクロイックミラー15,16によりRGB光をR光
用偏光ビームスプリッタ9R、G光用偏光ビームスプリ
ッタ9G、B光用偏光ビームスプリッタ9Bにそれぞれ
分配する。
【0043】R光用偏光ビームスプリッタ9Rは、望ま
しくは各入出力面に反射防止膜がコーティングされ、前
記白色光分配光学系8から出射されるR光中に含まれる
P成分だけあるいはS成分だけを持つ直線偏波光を選択
して赤色光用反射型空間光変調素子22Rに導く。さら
にR光用偏光ビームスプリッタ9Rは、赤色光用反射型
空間光変調素子22Rから出射した光からS成分だけあ
るいはP成分だけを持つ直線偏波光を選別するととも
に、ダイクロイックプリズム23に導く。
【0044】G光用偏光ビームスプリッタ9Gは、望ま
しくは各入出力面に反射防止膜がコーティングされ、前
記白色光分配光学系8から出射されるG光中に含まれる
P成分だけあるいはS成分だけを持つ直線偏波光を選択
して緑色光用反射型空間光変調素子22Gに導く。さら
にG光用偏光ビームスプリッタ9Gは、緑色光用反射型
空間光変調素子22Gから出射した光からS成分だけあ
るいはP成分だけを持つ直線偏波光を選別するととも
に、ダイクロイックプリズム23に導く。
【0045】B光用偏光ビームスプリッタ9Bは、望ま
しくは各入出力面に反射防止膜がコーティングされ、前
記白色光分配光学系8から出射されるB光中に含まれる
P成分だけあるいはS成分だけを持つ直線偏波光を選択
して青色光用反射型空間光変調素子22Bに導く。さら
にB光用偏光ビームスプリッタ9Bは、青色光用反射型
空間光変調素子22Bから出射した光からS成分だけあ
るいはP成分だけを持つ直線偏波光を選別するととも
に、ダイクロイックプリズム23に導く。
【0046】R光用1/4波長板18Rは、R光用偏光
ビームスプリッタ9Rで選択された直線偏波光を円偏波
光あるいは円偏光に近い偏光状態の楕円偏波光に変換し
て、このR光をダイクロイックプリズム23に送る。
【0047】G光用1/4波長板18Gは、G光用偏光
ビームスプリッタ9Gで選択された直線偏波光を円偏波
光あるいは円偏光に近い偏光状態の楕円偏波光に変換し
て、このG光をダイクロイックプリズム23に送る。
【0048】B光用1/4波長板18Bは、B光用偏光
ビームスプリッタ9Bで選択された直線偏波光を円偏波
光あるいは円偏光に近い偏光状態の楕円偏波光に変換し
て、このB光をダイクロイックプリズム23に送る。
【0049】RGB光用1/4波長板18R、18G、
18Bは、石英などの1軸性単結晶もしくは延伸された
プラスチックなど1軸性有機化合物からなり、これらを
RGB光用偏光ビームスプリッタ9R、9G、9Bに密
着させるか、あるいはダイクロイックプリズムに密着さ
せて反射の影響を抑えつつ、直線偏波光を円偏波光ある
いは円偏光に近い偏光状態の楕円偏波光に変換すること
も可能である。特に、1軸性有機化合物からなるRGB
光用1/4波長板18R、18G、18Bは、軽量、安
価、薄型のため、ディスプレイの重量、サイズ、コスト
に殆ど負担を掛けずに上記機能を達成することができ
る。
【0050】ダイクロイックプリズム23は、図12
(a)に示したような透明で同一材料からなる同じ形の4
個の直角3角柱を組み合わせた図12(b)に示したよう
な立方体もしくは直方体の形状を有し、BB'D'D面にR光
を反射し、それ以外の可視光を透過する誘電体多層膜ミ
ラーを、また、AA'C'C面にB光を反射し、それ以外の可
視光を透過する誘電体多層膜ミラーを持ち、ダイクロイ
ックプリズム23に入射したR光をBB'D'D面で反射し、
ダイクロイックプリズム23に入射したB光をAA'C'C面
で反射し、ダイクロイックプリズム23に入射したG光
を透過させる。ダイクロイックプリズム23は、R光用
偏光ビームスプリッタ9R、G光用偏光ビームスプリッ
タ9G、B光用偏光ビームスプリッタ9Bで選択された
RGB光を1つのビームとして投射レンズ24に送る。
【0051】また、赤色光用、緑色光用、青色光用反射
型空間光変調素子22R、22G、22Bは、RGB画
像電気信号IR、IG、IB を取り込んでこれで反射型空間
光変調素子の構成部品であるネマチック液晶の配列を制
御する。
【0052】《反射型空間光変調素子の構成》次に、図
2の反射型空間光変調素子の断面を示す概略図を参照し
ながら、上記実施の形態に用いられる反射型空間光変調
素子22R、22G、22Bについて詳細に説明する。
【0053】図2に示す反射型空間光変調素子22−1
は、シリコンあるいはガラス等から成る基板25と、こ
の基板25上に形成された2次元アレー状電極26と、
平板状透明電極27と、両電極26、27間に挿入され
た光変調層28と、平板状透明電極27に接した第1の
反射防止膜29と、この反射防止膜29に接した透明基
板30と、この透明基板30に接した第2の反射防止膜
31とを備えている。ここで、反射防止膜29,31を
省略することも可能である。また、2次元アレー状電極
26には、画素数に対応したスイッチ32が設けられ、
各電極には画像電気信号供給線33、走査信号供給線3
4およびスイッチ32を通して信号が接続される。即
ち、画像電気信号および走査信号が同時に供給されたス
イッチ32のみがON状態になり、2次元アレー状電極
26のうちON状態のスイッチ32に接続した電極だけに
画像電気信号が供給されるようになっている。
【0054】2次元アレー状電極26は、画素に対応す
る微小な画素電極からなり、各画素電極に少なくとも1
個のスイッチ32が付いている構造を有する。ここで、
画素数をL、画像電気信号供給線33の本数をMおよび
走査信号供給線34の本数をNとすると、L=M×Nの
関係を持つ。また直線偏波光35が直接スイッチ32に
入射するのを避けるため、図3に示すようにスイッチ3
2は2次元アレー状電極26の下に設置されている。画
素に対応する画素電極は、光を正反射できるように平坦
化されており、金属あるいは、金属とその上に形成され
た誘電体多層膜ミラーからなる。以後特に断らない限
り、画素に対応する画素電極は、電極に入射するほとん
どの光を正反射する平坦な金属からなるとする。
【0055】スイッチ32は、走査信号供給線34から
供給される走査信号を受けて画像電気信号供給線33か
ら供給される画像電気信号を2次元アレー状電極26に
送る機能を有し、走査信号が供給されない場合、2次元
アレー状電極26に送られた電荷を少なくとも次の走査
信号が供給されるまで逃がさない程高い遮断抵抗率をも
つことが必要である。
【0056】スイッチ32としては、MOS(Metal Ox
iside Semiconductor )トランジスタ、薄膜トランジス
タ(TFT:Thin Film Transistor)およびダイオード
などが用いられる。ダイオードを用いた代表的なスイッ
チとしては、リングダイオード接続(例えば、S. Togas
hi:SID Digest, pp.324-325 (1984))、逆対向ダイオ
ード接続(例えば、N. Szydlo :Japan Display ´83 D
igest, pp.416-418 (1985) )およびMIM(Metal In
sulator Metal )素子(例えば、S. Morozumi:Japan D
isplay ´83 Digest, pp. 404-407 (1983))などがあ
る。
【0057】《MOSトランジスタアレーを用いた反射
型空間光変調素子22−2》図4は、MOSトランジス
タアレーをスイッチ32として用いた反射型空間光変調
素子22−2の一部断面を示している。
【0058】図4に示すように、スイッチ32を構成す
るMOSトランジスタ40は、シリコン基板25a上に
形成されている。41がソース電極線、42がドレイン
電極線、43がゲート電極線であり絶縁層44および4
5に挟まれた状態で形成されている。また、この反射型
空間光変調素子22−2は、電荷を蓄積するコンデンサ
46と、絶縁層45上に形成され、直線偏波光35を遮
断する遮光層47と、遮光層47上に絶縁層48を挟ん
で形成され、ドレイン電極線42から電荷を受けて光変
調層28に電界を供給する前記電極26と、全画素共通
の前記透明電極27と、透明基板30と、第1の反射防
止膜29および第2の反射防止膜31とを備えている。
勿論、第1の反射防止膜29および第2の反射防止膜3
1を省略することは可能である。電極26は前述したよ
うに1画素に対応する大きさを有し、ソース電極線41
とゲート電極線42に供給される電荷量に応じて、画素
各電極ごと独立に駆動される。また、透明電極27は、
コモン電極であり、全ての画素に同じ電位を供給する役
目を持つ。
【0059】なお、同図に破線で示すように、電極26
と光変調層28の間に誘電体多層膜ミラー49を形成
し、変調された直線偏波光35をより一層効率的に利用
することも可能である。
【0060】《TFTアレーを用いた反射型空間光変調
素子22−3》図5は、TFTアレーをスイッチ32と
して用いた反射型空間光変調素子22−3の一部断面を
示している。
【0061】図5において、25bはガラス基板、50
はゲート電極、51はSiNx からなる絶縁層、52は
非晶質シリコン(a−Si)のチャンネル層、53はこ
のチャンネル層52を保護するSiNx 絶縁層、54は
ソース電極、55はn+ a−Si膜、56はSiNx か
らなる絶縁層、57はドレイン電極、26はこのドレイ
ン電極57と接続され光変調層28に電界を印加するた
めの電極、27は全画素共通の透明電極、29は第1の
反射防止膜、30は透明基板、31は第2の反射防止
膜、35は直線偏波光である。ここでも、第1の反射防
止膜29,および第2の反射防止膜31を省略すること
は可能である。
【0062】図5に示すTFTアレーをスイッチ32と
して用いた反射型空間光変調素子22−3の構造では、
図4の遮光層47に相当する遮光層はないが、図6に示
すように遮光層58を設けることも可能である。また図
4および図5に破線で示すように、電極26と光変調層
28の間に誘電体多層膜ミラー49を形成し、変調され
た直線偏波光35をより一層効率的に利用することも可
能である。
【0063】なお、図5や図6に示す反射型空間光変調
素子22−3には、a−Si膜52,55が用いられて
いるが、このa−Si膜52,55に代えて耐熱特性や
応答特性に優れたポリシリコン膜を用いることもでき
る。
【0064】《MIN素子を用いた反射型空間光変調素
子22−4》図7は、さらに他の一例として、MIN素
子を用いた反射型空間光変調素子22−4の一部断面を
示している。
【0065】ここで、25cはガラス基板、60は絶縁
膜、61はタンタル(Ta)膜の電極、62はTa25
からなる絶縁膜、63は絶縁膜、26は金属電極、5
8は遮光層、64は絶縁層、28は光変調層、27は全
画素共通の透明電極、30は透明基板、35は直線偏波
光、29、31は反射防止膜である。反射防止膜29、
31を省略することも可能である。電極26は1画素に
対応する大きさを有し、画像 情報に対応する電荷量を
蓄積し、各電極ごと独立に駆動される。また同図の破線
で示すように、電極26と光変調層28の間に誘電体多
層膜ミラー49を形成し、変調された直線偏波光35を
より一層効率的に利用することも可能である。
【0066】《単純マトリックス型電極構造の反射型空
間光空調素子22−5》このほか、スイッチ32を使用
しないいわゆる単純マトリックス型電極構造の空間光空
調素子もある。図8は、単純マトリックス型電極構造の
反射型空間光変調素子22−5の一例を示している。
【0067】図8において、25dは基板、69は電
極、28は光変調層、27は透明電極、30は透明基
板、35は直線偏波光である。ここで、基板25dは直
線偏波光35に対して透明または不透明のいずれの光学
特性をもつ材料でもよい。ただし、直線偏波光35に対
して透明な特性をもつ基板の場合には、図8に示すよう
に基板25dの後ろに基板25dを透過した光を吸収す
る光吸収板25fを設ける必要がある。また、図8に拡
大して示すように、透明基板30の両面に反射防止膜2
9および31を蒸着し、直線偏波光35の反射を抑える
こともできる。さらに、電極69と光変調層28の間に
誘電体多層膜ミラー49(図8には図示しない)を形成
し、変調された直線偏波光35をより一層効率的に利用
することも可能である。
【0068】《光変調層28の構成》図2〜図8に示し
た光変調層28は、前記2次元アレー状電極26と、平
板状透明電極27とに挟み込まれた枠状のシール部材に
よって形成される空きセル内に注入されるネマチック液
晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶あるいはこ
れら各液晶の混合物によって構成される群から選択され
た1種類以上の液晶によって構成されており、2次元ア
レー状電極26に画像電気信号が加えられると、光変調
層28に印加される電界が変化して、光変調層28を構
成する液晶の屈折率が変化する。そして、平板状透明電
極27側から直線偏波光が入射され、これがP成分だけ
を持つ直線偏偏波光であれば、液晶の屈折率に応じてこ
れをそのままP成分だけを持つ直線偏波光としたり、P
成分だけを持つ直線偏波光からS成分だけを持つ直線偏
波光までの任意の偏波状態の光にさせたり、また前記直
線偏波光がS成分だけを持つ直線偏波光であれば、液晶
の屈折率に応じてこれをそのままS成分だけを持つ直線
偏波光としたり、S成分だけを持つ直線偏波光からP成
分だけを持つ直線偏波光までの任意の偏波状態の光にさ
せた後、2次元アレー状電極26あるいはその上に設け
られた誘電体多層膜49によって反射させ、表示光とし
て出射させる。
【0069】ネマチック液晶、コレステリック液晶、ス
メクチック液晶あるいはこれら各液晶の混合物によって
構成される群のうち、ネマチック液晶は優れた階調表示
機能とテレビ画像を表示できる応答特性を備えており好
ましい。特に、印加電圧が小さいかゼロで液晶分子が動
かないオフ状態のとき、液晶分子の長軸と平行な方向が
平板状透明電極27の表面に対して垂直もしくは垂直か
ら数度以内のずれになるよう配列した負の誘電率異方性
を持つネマチック液晶(以後DAP(Deformationof Aligne
d Phase)モード液晶と呼ぶ)は、高いコントラスト比を
達成できるため、好適である。
【0070】さらに、印加電圧が小さいかゼロで液晶分
子が動かないオフ状態のとき前記平板状透明電極27の
表面と平行に配列し、かつ前記平板状透明電極27に最
も近いネマチック液晶分子の長軸に平行な方向と透明基
板から最も離れたネマチック液晶分子の長軸に平行な方
向が、45度の角度をなすように配列した正の誘電率異
方性を持つ45度捻れネマチック液晶も、高いコントラ
スト比を達成できるため、光変調層28に好適である。
【0071】また、これらの液晶に、基板間隙制御用の
セラミック粒子、プラスチック粒子、ガラス粒子、ガラ
ス繊維等のスペーサ、顔料、色素、粘度調整剤、その
他、本発明の性能に悪影響を与えない添加剤を添加して
も良い。
【0072】光変調層28としてDAPモード液晶を用い
た図2に示す反射型空間光変調素子を例に取り、反射型
空間光変調素子の動作を説明する。DAPモード液晶に電
界が印加されない場合、液晶分子は液晶分子の長軸と平
行な方向が平板状透明電極27の表面に対して垂直もし
くは垂直から数度以内のずれになるよう配列しているた
め、平板状透明電極27に垂直もしくはほぼ垂直に入射
する直線偏波光35は、任意の偏光状態で常に液晶の常
光屈折率noを感じる。従って直線偏波光の偏光状態は変
化せず、2次元アレー状電極26で正反射して、元の光
路を逆にたどる。従ってDAPモード液晶に電界が印加さ
れない場合は、スクリーンに直線偏波光が到達しないオ
フ状態になる。
【0073】次に、DAPモード液晶に電界が印加される
と、液晶分子は電界方向と交差するように動く。このと
き図9に示すように液晶分子80の長軸を含む平面81
とこの平面に直交し、かつ入射光の進行方向を含む平面
82とにそれぞれ45度の角度で交差する方向に直線偏
波光の電気ベクトルを設定すると、この直線偏波光35
は、平面82における常光屈折率noと平面81における
実効的な屈折率(常光屈折率noと異常光屈折率neの両方
に依存する屈折率)を感じるため、液晶中で偏光状態が
変化し、偏光状態の変化量に応じてスクリーンに到達す
る光量が変化し、画像が表示される。
【0074】このように、この実施の形態では、投写型
ディスプレイの光源10によってRGB光を生成し、白
色光分配光学系8によってRGB光をそれぞれR光用偏
光ビームスプリッタ9R、G光用偏光ビームスプリッタ
9GおよびB光用偏光ビームスプリッタ9Bに分配し、
R光用偏光ビームスプリッタ9RによってR光をP成分
だけを持つ直線偏波光とS成分だけを持つ直線偏波光に
分離して反射型空間光変調素子22Rに導き、G光用偏
光ビームスプリッタ9GのよってG光をP成分だけを持
つ直線偏波光とS成分だけを持つ直線偏波光に分離して
反射型空間光変調素子22Gに導き、B光用偏光ビーム
スプリッタ9BのよってB光をP成分だけを持つ直線偏
波光とS成分だけを持つ直線偏波光に分離して反射型空
間光変調素子22Bに導き、それぞれの反射型空間光変
調素子で変調された光を再びR光用偏光ビームスプリッ
タ9R、G光用偏光ビームスプリッタ9GおよびB光用
偏光ビームスプリッタ9Bに導いて反射型空間光変調素
子に印加された画像電気信号に応じた強度変調光に変換
してR光用1/4波長板18Rと、G光用1/4波長板1
8Gと、B光用1/4波長板18Bとにそれぞれ送り、
R光用1/4波長板18Rと、G光用1/4波長板18G
と、B光用1/4波長板18Bで偏光状態を変換された
RGB光をダイクロイックプリズム23で1つの光ビー
ムとして投射レンズ24を経由してスクリーン2にRG
B光画像を送って画像表示し、観察者にフルカラーまた
はマルチカラーの画像を見せることができる。
【0075】<本発明に係る実施の形態の効果>以上説
明したように、この発明による投写型ディスプレイ1
は、光源10から発生した白色光をダイクロイックミラ
ーを含む白色光分配光学系8で3原色光に分解し、赤色
光を前記赤色光用偏光ビームスプリッタ9Rに導き、緑
色光を前記緑色光用偏光ビームスプリッタ9Gに導き、
青色光を前記青色光用偏光ビームスプリッタ9Bに導
き、前記の赤色光用、緑色光用および青色光用偏光ビー
ムスプリッタ9R、9G、9Bで前記3原色光をそれぞ
れP成分だけを持つ直線偏波光とS成分だけを持つ直線
偏波光に分解し、赤色のP成分だけもしくはS成分だけ
を持つ直線偏波光を赤色光用反射型空間光変調素子22
Rに導き、緑色のP成分だけもしくはS成分だけを持つ
直線偏波光を緑色光用反射型空間光変調素子22Gに導
き、青色のP成分だけもしくはS成分だけを持つ直線偏
波光を青色光用反射型空間光変調素子22Bに導き、赤
色光用画像電気信号により、赤色光用反射型空間光変調
素子22Rを駆動して、赤色のP成分だけもしくはS成
分だけを持つ直線偏波光の偏光状態を制御し、緑色光用
画像電気信号により、緑色光用反射型空間光変調素子2
2Gを駆動して、緑色のP成分だけもしくはS成分だけ
を持つ直線偏波光の偏光状態を制御し、青色光用画像電
気信号により、青色光用反射型空間光変調素子22Bを
駆動して、青色のP成分だけもしくはS成分だけを持つ
直線偏波光の偏光状態を制御し、変調された赤色光を再
びR光用偏光ビームスプリッタ9Rに入れてS成分だけ
もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選択し、変調さ
れた緑色光を再びG光用偏光ビームスプリッタ9Gに入
れてS成分だけもしくはP成分だけを持つ直線偏波光を
選択し、変調された青色光を再びB光用偏光ビームスプ
リッタ9Bに入れてS成分だけもしくはP成分だけを持
つ直線偏波光を選択し、選択された赤色の直線偏波光を
R光用1/4波長板18Rで円偏波光もしくは円偏光に
近い偏光状態を持つ楕円偏波光に変換し、選択された緑
色の直線偏波光をG光用1/4波長板18Gで円偏波光
もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ楕円偏波光に変換
し、選択された青色の直線偏波光をB光用1/4波長板
18Bで円偏波光もしくは円偏光に近い偏光状態を持つ
楕円偏波光に変換し、円偏波光もしくは円偏光に近い偏
光状態を持つ楕円偏波光に変換された赤色光、緑色光お
よび青色光を、前記ダイクロイックプリズム23に導
き、ダイクロイックプリズム23で合成されたこれら3
原色光を投射レンズ24を経由してスクリーン2に導
き、フルカラーもしくはマルチカラー画像を表示する。
【0076】このため、本発明の投写型ディスプレイ
は、次に述べるような機能を発揮する。
【0077】《本発明の投写型ディスプレイの機能》図
10に本発明の投写型ディスプレイの機能を説明する図
を示す。図10は、図14に示した従来の投写型ディス
プレイの構成の一部にR光用、G光用、B光用の1/4
波長板18R、18G、18Bを組み込んだ本発明の投
写型ディスプレイの構成の一部である。
【0078】以下の説明で用いるB光の強度を示す変数
の定義は、図14と同じであるとする。
【0079】通過点400におけるB光は、強度Tbの直
線偏波光であるが、B光用1/4波長板18Bにより、
通過点410では強度Tbの円偏波光もしくは円偏光に近
い楕円偏波光になる。この光がAA'C'C面の誘電体多層膜
ミラーを通過すると、通過点430での雑音光の強度
は、AbTbとなる。この光はR光用1/4波長板18Rに
よりS成分だけを持つ直線偏波光もしくはそれに近い楕
円偏波光に変換される。従って大部分の雑音光は、通過
点450を通って放出されるため、信号に影響を与えな
い。残りの僅かな光が赤色光用空間光変調素子22Rに
入射して変調され、破線のように青色光用および緑色光
用空間光変調素子22B,22Gに向かうが、R光用1
/4波長板18RとB光用1/4波長板18Bにより、あ
るいはR光用1/4波長板18RとG光用1/4波長板1
8Bにより、それぞれS成分だけを持つ直線偏波光もし
くはそれに近い楕円偏波光に変換されて、B光用偏光ビ
ームスプリッタ9BおよびG光用偏光ビームスプリッタ
9Gで光路を変更されるため、信号に影響を与えること
はない。
【0080】図10の構成は、G光およびR光について
も全く同じ効果を有しているため、ダイクロイックプリ
ズムの不完全な反射特性をほぼ完璧にカバーすることが
出来る。したがって、ダイクロイックプリズムのAA'C'C
面およびBB'D'D面に形成する2つの誘電体多層膜ミラー
の反射波長領域を十分広くとることが出来、明るい画像
を投射することが可能になる。さらに、2つの誘電体多
層膜ミラーの特性に依存することなく高い信号対雑音比
を達成できるため、安価なダイクロイックプリズムを用
いることが可能となる。
【0081】以上のことを纏めると本発明の投写型ディ
スプレイ1は次に述べるような効果を発揮する。
【0082】《第1の効果》まず、ダイクロイックプリ
ズムを構成する誘電体多層膜ミラーの反射特性に起因す
る信号対雑音比の劣化を大幅に改善することが出来る。
【0083】《第2の効果》そして、ダイクロイックプ
リズムに入射するRGB光の波長帯域を十分広くとるこ
とが出来るため、明るい画像を表示することが出来る。
【0084】《第3の効果》また、ダイクロイックプリ
ズムの反射特性を高度に設計する必要がないため、安価
なダイクロイックプリズムを使用することが出来る。
【0085】《第4の効果》また、白色光分配光学系に
おいてダイクロイックプリズムに入射させるRGB光の
波長領域をダイクロイックプリズムを構成する誘電体多
層膜ミラー反射特性に注意を払わずに設定できるため、
光学系の設計が容易になる。
【0086】《第5の効果》第3、第4の効果により、
投写型ディスプレイの製造コストを下げることが可能に
なる。
【0087】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、赤色
光用反射型空間光変調素子とダイクロイックプリズムの
間に赤色光用1/4波長板を挿入し、かつ緑色光用反射
型空間光変調素子とダイクロイックプリズムの間に緑色
光用1/4波長板を挿入し、かつ青色光用反射型空間光
変調素子とダイクロイックプリズムの間に青色光用1/
4波長板を挿入することにより、マルチカラーやフルカ
ラーなどの2次元画像を表示するもので、特許請求の範
囲に記載された構成を有するため、以下に述べるような
効果を奏する。
【0088】(1)ダイクロイックプリズムを構成する
誘電体多層膜ミラーの反射特性に起因する信号対雑音比
の劣化を大幅に改善することが出来る。
【0089】(2)ダイクロイックプリズムに入射する
RGB光の波長帯域を十分広くとることが出来るため、
明るい画像を表示することが出来る。
【0090】(3)ダイクロイックプリズムの反射特性
を高度に設計する必要がないため、安価なダイクロイッ
クプリズムを使用することが出来る。
【0091】(4)白色光分配光学系においてダイクロ
イックプリズムに入射させるRGB光の波長領域をダイ
クロイックプリズムを構成する誘電体多層膜ミラー反射
特性に注意を払わずに設定できるため、光学系の設計が
容易になる。
【0092】(5)第3、第4の効果により、投写型デ
ィスプレイの製造コストを下げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による投写型ディスプレイの実施の形態
を示す構成図である。
【図2】本発明による投写型立体画像表示装置の構成部
品である反射型空間光変調素子の構成を示す断面図であ
る。
【図3】本発明による投写型立体画像表示装置の構成部
品である反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図
である。
【図4】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図であ
る。
【図5】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図であ
る。
【図6】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図であ
る。
【図7】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図であ
る。
【図8】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子の他の構成を示す断面図であ
る。
【図9】本発明の投写型立体画像表示装置の構成部品で
ある反射型空間光変調素子を構成するDAP液晶とこのDAP
液晶に入射する光の電気ベクトルの関係を示す説明図で
ある。
【図10】本発明の投写型ディスプレイの構成の一部を
示す構成とそこを伝搬するB光の光路を模式的に示す説
明図である。
【図11】従来の投写型ディスプレイを示す構成図であ
る。
【図12】ダイクロイックプリズムの構成部品である直
角3角柱と、ダイクロイックプリズムの構成を示す説明
図である。
【図13】ダイクロイックプリズムの構成部品である誘
電体多層膜ミラーの反射率と波長との関係を示す説明図
である。
【図14】従来の投写型ディスプレイの一部を示す構成
とそこを伝搬するB光の光路を模式的に示す説明図であ
る。
【図15】ダイクロイックプリズムの誘電体多層膜ミラ
ーのR光に対する透過率Arと信号対雑音比S/Nとの関係
を示す説明図である。
【符号の説明】
1:本発明の投写型ディスプレイ、2:スクリーン、
7:光源部、8:白色光分配光学系、9R:R光用偏光
ビームスプリッタ、9G:G光用偏光ビームスプリッ
タ、9B:B光用偏光ビームスプリッタ、10:光源、
11:レンズ、12:赤外光カットフィルタ、13:紫
外光カットフィルタ、14:RGB光を反射するミラ
ー、15:R光を透過しGB光を反射するダイクロイッ
クミラー、16:G光を反射しB光を透過するダイクロ
イックミラー、17:R光を反射するミラー、18R:
R光用1/4波長板、18G:G光用1/4波長板、1
8B:B光用1/4波長板、22R:P成分だけもしく
はS成分だけを持つ赤色の直線偏波光を変調する赤色光
用反射型空間光変調素子、22G:P成分だけもしくは
S成分だけを持つ緑色の直線偏波光を変調する緑色光用
反射型空間光変調素子、22B:P成分だけもしくはS
成分だけを持つ青色の直線偏波光を変調する青色光用反
射型空間光変調素子、22−1,22−2,22−3,
22−4,22−5:反射型空間光変調素子、23:ダ
イクロイックプリズム、24:投射レンズ、25:シリ
コンあるいはガラス等からなる基板、25a:シリコン
基板、25b:ガラス基板、25c:ガラス基板、25
d:基板、25f:光吸収板、26:2次元アレー状電
極、27:平板状透明電極、28:光変調層、29:反
射防止膜、30:透明基板、31:反射防止膜、32:
スイッチ、33:画像電気信号供給線、34:走査信号
供給線、35:直線偏波光、40:MOSトランジスタ、
41:ソース電極線、42:ドレイン電極線、43:ゲ
ート電極線、44,45:絶縁層、46:コンデンサ、
47:遮光層、48:絶縁層、49:誘電体多層膜ミラ
ー、50:ゲート電極、51:SiNx絶縁層、52:(a-S
i)チャンネル層、53:SiNx絶縁層、54:ソース電
極、55:n+a-Si膜、56:SiNx絶縁層、57:ドレイ
ン電極、58:遮光層、60:絶縁膜、61:Ta膜電
極、62,63,64:絶縁膜、69:電極、80:DA
Pモード液晶分子、81:DAPモード液晶分子の長軸と平
行な方向を含む平面、82:平面81と直交し、直線偏
波光の進行方向を含む平面、83:直線偏波光の電気ベ
クトル、IR:赤色光用画像電気信号、IG:緑色光用画像
電気信号、IB:青色光用画像電気信号。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 白色光を発生する光源と、 白色光を赤色光、緑色光、青色光の3原色光に分解して
    別々の光路に振り分ける機能を持つダイクロイックミラ
    ーを含む白色光分配光学系と、 赤色光を互いに直交するP成分だけを持つ直線偏波光と
    S成分だけを持つ直線偏波光に分離する赤色光用偏光ビ
    ームスプリッタと、 緑色光を互いに直交するP成分だけを持つ直線偏波光と
    S成分だけを持つ直線偏波光に分離する緑色光用偏光ビ
    ームスプリッタと、 青色光を互いに直交するP成分だけを持つ直線偏波光と
    S成分だけを持つ直線偏波光に分離する青色光用偏光ビ
    ームスプリッタと、 赤色のP成分だけを持つ直線偏波光あるいはS成分だけ
    を持つ直線偏波光を任意の偏光状態の光に変える赤色光
    用反射型空間光変調素子と、 緑色のP成分だけを持つ直線偏波光あるいはS成分だけ
    を持つ直線偏波光を任意の偏光状態の光に変える緑色光
    用反射型空間光変調素子と、 青色のP成分だけを持つ直線偏波光あるいはS成分だけ
    を持つ直線偏波光を任意の偏光状態の光に変える青色光
    用反射型空間光変調素子と、 赤色光用偏光ビームスプリッタから出射した赤色の直線
    偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い偏光状態を持つ
    赤色の楕円偏波光に変換する赤色光用1/4波長板と、 緑色光用偏光ビームスプリッタから出射した緑色の直線
    偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い偏光状態を持つ
    緑色の楕円偏波光に変換する緑色光用1/4波長板と、 青色光用偏光ビームスプリッタから出射した青色の直線
    偏波光を円偏波光あるいは円偏光に近い偏光状態を持つ
    青色の楕円偏波光に変換する緑色光用1/4波長板と、 別々の光路から入射する3原色光を合成して1つの光路
    から出射する機能を持つダイクロイックプリズムと、 上記合成された光を投射する投射レンズと、 を少なくとも有することを特徴とする投写型ディスプレ
    イ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の投写型ディスプレイに
    おいて、 前記赤色光用反射型空間光変調素子は、赤色光用画像電
    気信号で駆動し、 前記緑色光用反射型空間光変調素子は、緑色光用画像電
    気信号で駆動し、 前記青色光用反射型空間光変調素子は、青色光用画像電
    気信号で駆動し、 前記赤色光用反射型空間光変調素子で変調された赤色光
    を再び前記赤色光用偏光ビームスプリッタに導き、赤色
    のS成分もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選択し
    て前記赤色光用1/4波長板に導き、 前記緑色光用反射型空間光変調素子で変調された緑色光
    を再び前記緑色光用偏光ビームスプリッタに導き、緑色
    のS成分もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選択し
    て前記緑色光用1/4波長板に導き、 前記青色光用反射型空間光変調素子で変調された青色光
    を再び前記青色光用偏光ビームスプリッタに導き、青色
    のS成分もしくはP成分だけを持つ直線偏波光を選択し
    て前記青色光用1/4波長板に導き、 前記赤色用1/4波長板を透過させて円偏波光もしくは
    円偏光に近い偏光状態を持つ赤色の楕円偏波光を前記ダ
    イクロイックミラーに導き、 前記緑色用1/4波長板を透過させて円偏波光もしくは
    円偏光に近い偏光状態を持つ緑色の楕円偏波光を前記ダ
    イクロイックミラーに導き、 前記青色用1/4波長板を透過させて円偏波光もしくは
    円偏光に近い偏光状態を持つ青色の楕円偏波光を前記ダ
    イクロイックミラーに導き、 前記ダイクロイックプリズムで3原色光を合成して前記
    投射レンズを経由してスクリーンに導き、フルカラーも
    しくはマルチカラー画像を表示する、 ことを特徴とする投写型ディスプレイ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の投写型ディス
    プレイにおいて、 前記各反射型空間光変調素子は、 透明電極を積層した透明基板と、 印加電圧が小さいかゼロで液晶分子が動かないオフ状態
    のとき液晶分子の長軸と平行な方向が前記透明基板の表
    面に対して垂直に配列する、もしくは垂直から数度以内
    のずれになるよう配列する負の誘電率異方性を持つネマ
    チック液晶を備えた光変調層と、 この光変調層に接する2次元アレー状電極と、 この2次元アレー状電極に電圧を加え、前記ネマチック
    液晶の配列を1画素ごとに制御するマトリックス状に配
    列した電子回路を持つ基板と、 を少なくとも有することを特徴とする投写型ディスプレ
    イ。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載の投写型ディス
    プレイにおいて、 前記各反射型空間光変調素子は、 透明電極を積層した透明基板と、 印加電圧が小さいかゼロのオフ状態のとき前記透明基板
    の表面と平行に配列し、かつ前記透明基板に最も近いネ
    マチック液晶分子の長軸に平行な方向と透明基板に最も
    離れたネマチック液晶分子の長軸に平行な方向が、45
    度の角度をなすように配列した正の誘電率異方性を持つ
    45度捻れネマチック液晶を備えた光変調層と、 この光変調層に接する2次元アレー状電極と、 この2次元アレー状電極に電圧を加え、前記45度捻れ
    ネマチック液晶の配列を1画素ごとに制御するマトリッ
    クス状に配列した電子回路を持つ基板と、 を少なくとも有することを特徴とする投写型ディスプレ
    イ。
  5. 【請求項5】 請求項1または2に記載の投写型ディス
    プレイにおいて、 前記赤色光用、緑色光用および青色光用1/4波長板が
    1軸性単結晶もしくは1軸性有機化合物である、 ことを特徴とする投写型ディスプレイ。
  6. 【請求項6】 請求項1、2または5に記載の投写型デ
    ィスプレイにおいて、 前記赤色光用1/4波長板を前記赤色光用偏光ビームス
    プリッタあるいはダイクロイックプリズムに密着させ、
    かつ前記緑色光用1/4波長板を前記緑色光用偏光ビー
    ムスプリッタあるいはダイクロイックプリズムに密着さ
    せ、かつ前記青色光用1/4波長板を前記青色光用偏光
    ビームスプリッタあるいはダイクロイックプリズムに密
    着させた、 ことを特徴とする投写型ディスプレイ。
JP10079775A 1998-03-26 1998-03-26 投写型ディスプレイ Pending JPH11282379A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011092595A (ja) * 2009-10-30 2011-05-12 Canon Inc 光画像撮像装置および光画像の撮像方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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