(57)【要約】【課題】カラー表示装置に関し、偏光分離された光を有効に利用して高精細な画像を表示することのできる表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】表示装置は、光源（６２）と、偏光分離手段（７６）と、集光手段（１４）と、該集光手段を通った光を受けて画像変調するライトバルブ（１６）と、検光子（３４）とを備え、該偏光分離手段（７６）が、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質からなることを特徴とする。偏光分離手段を、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質で構成することにより、偏光分離された光をより有効に使えるようになる。【選択図】図３９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（６２）と、偏光分離手段（７６）と、集光手段（１４）と、該集光手段を通った光を受けて画像変調するライトバルブ（１６）と、検光子（３４）とを備え、該偏光分離手段（７６）が、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質からなることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
該偏光分離手段（７６）が、プリズム形の断面形状の凹部をもった透明な基板（７６ｆ）と、該基板の凹部に挿入された複屈折をもった物質（７６ｇ）からなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
該偏光分離手段（７６）が、プリズム形の断面形状をした有機高分子を延伸したものからなることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
さらに色分離手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
第１の回折格子（１２ｘ）と、第２の回折格子（１２ｙ）と、該第１及び第２の回折格子の間に配置された偏光変化手段（８６）とからなり、偏光分離と色分離を行うことができるようにしたことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
各画素（９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ）が互いに隣接する３個の表示ドット（Ａ、Ｂ、Ｃ）からなり、該３個の表示ドットの中心又は該３個の表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分がなす三角形の配列構造が、互いに直交する第１方向及び第２方向に等間隔に並ぶ正方配列構造であることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
第１方向には、三角形の中心付近を通って第１方向に延びる線に対して対称な三角形が並び、第２方向には、三角形の中心付近を通って第２方向に延びる線に対してミラー反転した三角形が互いに隣接して並ぶことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
画素を構成する３個の表示ドットが互いに異なる３種類の表示ドットであり、第１方向には、３種類の表示ドットの配列が同じ画素が並び、第２方向には、互いに隣接する画素を１８０度回転且つ画素の中心付近を通って第１方向に延びる線に対してミラー反転した表示ドット配列の画素が並ぶことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項９】
表示ドットが第１方向に平行な辺の長さと第２方向に平行な辺の長さとの比が概ね３対４の長方形であり、画素を構成する表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分の比が概ね４対√１３対√１３の二等辺三角形となるドット配列の画素を備えることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項１０】
表示ドットが第１方向に平行な方向に２辺を有する六角形であり、画素を構成する表示ドットの中心を結ぶ線分の比、又は画素を構成する表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分の比が、概ね４対√１３対√１３の二等辺三角形となるドット配列の画素を備えることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項１１】
光源と画素の間にレンズアレイを備え、１個のレンズで複数の表示ドットに光を集光することを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項１２】
投射レンズを備えた投射型表示装置であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入射光を色分解する回折格子と回折光を受ける液晶パネル等の透過型のライトバブルとを有し、カラー表示を行うことのできる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー表示装置は、例えば液晶パネル等のライトバブルを備え、ライトバブルに赤、緑、青の色部分を含むカラーフィルターを備えたものがある。ライトバブルは、１画素内にカラーフィルターの赤、緑、青の色部分と対応する表示電極を有し、例えば表示電極のオンオフにより、カラーフィルターの色部分を透過した光がライトバブルの対応する表示電極の部分を通ったり、遮断されたりする。カラーフィルターは特定の色の波長帯域の光を透過させ、残りの色の波長帯域の光を吸収又は反射させることにより透過させない。従って、観視者は透過した波長帯域の光を見ることになる。このタイプのカラー表示装置の問題点は、カラーフィルターを透過する一部分の光のみが利用され、透過しない多くの光を利用できないことである。
【０００３】
カラーフィルターの代わりに回折格子を使用したカラー表示装置が、例えば特開昭６２─２９３２２２号公報、及び特開昭６２─２９３２２３号公報に記載されている。
回折格子は、自然光等の入射光を、実質的に回折されない０次回折光、特定の色の波長帯域の光に分離された複数の一次回折光、及び二次回折光等に分離するものである。０次回折光及び一次回折光を効率よく利用すれば、カラーフィルタを使用する場合よりも光の利用効率を高めることができると期待されている。しかし、０次回折光及び一次回折光は回折格子から異なった角度で出射するので、これらを液晶パネルの表示電極のピッチに合わせて利用することは難しい。０次回折光及び一次回折光のうち、利用されない光が制御されることなく出射すると、高品位の画像を得ることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開昭６２─２９３２２２号公報においては、液晶パネルの表示電極が、回折格子を透過した一次回折光の赤、緑、青の色の波長帯域の光を受けるように形成され、０次回折光は液晶パネルの遮光部に当たるようになっている。この場合、遮光部は１つの画素の赤、緑、青の表示電極の間、又は１つのグループの赤、緑、青の表示電極の直ぐに隣接した位置に設けられる。
【０００５】
従って、０次回折光と一次回折光とは液晶パネルの１つの画素内に入射することになる。しかし、０次回折光と一次回折光との間の角度は複数の一次回折光間の角度とは異なるので、０次回折光及び一次回折光が液晶パネルの表面に一定のピッチで当たるようにすることは難しく、よって１画素内のそれぞれの色の表示電極を一定の間隔で同じ大きさとなるようにするのは難しい。従って、一定の表示面内に多数の小さな画素を設けるのが難しくなり、精細な表示装置を得ることができなくなる。しかも、±一次回折光を利用する場合には、液晶パネルへの入射角の変化はさらに大きくなる。
【０００６】
特開昭６２─２９３２２３号公報においては、回折格子を透過した一次回折光の赤及び青色の波長帯域の光が利用され、一次回折光の緑色の波長帯域の光は利用されず、遮光される。緑色は、０次回折光を利用している。しかし、０次回折光は回折格子の入射光と同じであるので、入射光が緑色の波長帯域の光を多く含むものでなければならず、一次回折光の赤及び青色の波長帯域の光の光量が少なくなる。
【０００７】
また、この場合にも、０次回折光と一次回折光との間の角度は複数の一次回折光間の角度とは異なるので、０次回折光及び一次回折光が液晶パネルの表面に一定のピッチで当たるようにすることは難しく、精細な表示装置を得ることができなくなる。特に、この場合には、一次回折光の中心にある緑色の波長帯域の光が遮光されるので、赤色と緑色の表示電極の間の狭い領域に遮光部を設けなければならなくなる。
【０００８】
回折格子を用いて色分離を行う表示装置では、できるだけ平行な光線を回折格子に入射させることが好ましい。
また、液晶表示装置では液晶パネルとともに通常偏光子と検光子とが使用される。しかし、偏光子は光源の光のほぼ半分を吸収し、光を吸収することによって発熱する。特に投射型表示装置では、強い光源を使用する必要があるため、偏光子の発熱量が大きくなり、偏光子を冷却することが必要になる。
【０００９】
偏光子は光源の光のほぼ半分を吸収し、吸収された光は利用されないので、光の利用効率を低下させる。このため、光の利用効率を改善する手段が求められている。例えば、特開平６─３２４３２９号公報は、偏光ビームスプリッタとマイクロレンズアレイを用いた液晶表示装置を開示している。これによれば、偏光ビームスプリッタにより分離されたＰ偏光とＳ偏光をともに利用することができる。そして、分離されたＰ偏光とＳ偏光をさらによりよく利用することが求められている。
【００１０】
本発明の目的は、回折格子を通った０次回折光及び一次回折光を効率よく処理して高精細な画像を表示することのできる表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、できるだけ平行な光線を回折格子に入射できるようにした投射型表示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、高精細な画像を表示するのに適した表示ドットの配列を改善した表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴による表示装置は、光源と、偏光分離手段と、集光手段と、該集光手段を通った光を受けて画像変調するライトバルブと、検光子とを備え、該偏光分離手段が、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質からなることを特徴とする。これらの構成により、偏光分離された光をより有効に利用できるようになる。
【００１２】
さらに、本発明の他の特徴による表示装置は、各画素が互いに隣接する３個の表示ドットからなり、該３個の表示ドットの中心又は該３個の表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分がなす三角形の配列構造が、互いに直交する第１方向及び第２方向に等間隔に並ぶ正方配列構造であることを特徴とする。この構成により、小型で高精細で、ギラツキ感の小さい表示装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
偏光分離膜を透過又は偏光分離膜で反射して集光手段に向かう偏光と反射ミラーで反射した偏光は、互いの間に偏光分離角度を形成して集光手段へ向かって進むようにしたことにより、或いは偏光分離手段が、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質からなることにより、偏光分離された光をより有効に利用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の第１実施例の表示装置を示す図である。表示装置１０は、一次元回折格子１２と、マイクロレンズアレイとして形成された集光素子１４と、ライトバルブとしての液晶パネル１６とからなる。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、回折格子１２は透明な板材に格子ピッチＨで凸部と凹部が形成されたものである。図示の回折格子１２以外の回折格子を使用することができることは明らかであろう。例えば、回折格子１２は体積ホログラム等の屈折率分布型のものを用いてもよい。集光素子１４は一次元アレイでも、二次元アレイでもよい。集光素子１４の素子部分であるレンズとしては、分布屈折率型レンズ、フレネルレンズでもよい。
【００１６】
入射光Ｌｉが回折格子１２に入射すると、０次回折光Ｌｏ、及び一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が出射する。なお、二次回折光等はここでは無視する。０次回折光Ｌｏは実質的に回折されていず、０次回折光Ｌｏの出射角度は入射光Ｌｉの入射角度と同じである。一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は赤、緑、青色の波長帯域の光であり、それぞれの色成分の出射角度は互いに異なり且つ０次回折光Ｌｏの出射角度とは異なっている。一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB の出射角度は波長に依存していることは公知の通りである。本発明の好ましい態様においては、緑色の一次回折光ＬG が液晶パネル１６に垂直に入射するようになっている。
【００１７】
なお、一次回折光は０次回折光Ｌｏの両側に存在する。つまり、０次回折光Ｌｏの両側に、実線で示される一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB と、破線で示される一次回折光がある。実線で示される一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は液晶パネル１６の法線に近い角度で液晶パネル１６に入射するが、破線で示される一次回折光は法線に対して大きな角度で液晶パネル１６に入射し、通常の視角内には入らないのでここでは利用しない。
【００１８】
図１に示されるように、液晶パネル１６は例えばＴＮ型液晶パネルからなり、液晶層１８が一対の透明な基板２０、２２で挟持されている。基板２０、２２はそれぞれ透明な電極２４、２６と、配向膜２８、３０とを有する。基板２０、２２の両側には偏光子３２及び検光子３４が配置され、回折格子１２及び集光素子１４は偏光子３２側に配置される。
【００１９】
電極２４は例えば共通電極であり、電極２６は例えば図３に示すようなアクティブマトリクスとともに基板２２に設けられている。アクティブマトリクスは、ゲートバスライン３６、データバスライン３８、ＴＦＴ４０、及び表示ドットとしての表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂからなる。３つの表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが１つの画素（単位領域）を形成し、１画素内で、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは光の波長の順に配置されている。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、３つの表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂからなる１つの画素が、集光素子１４の１つの素子部分（レンズ）と対応して配置されている。図１では、素子部分及び画素にそれぞれＮ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の番号がつけられている。回折格子１２を出た一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は集光素子１４を通って液晶パネル１６に入射するが、Ｎ番目の素子部分を通った一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB はＮ番目の画素に入射する。Ｎ番目の画素においては、赤色の一次回折光ＬR は赤に対応する表示電極２６Ｒに入射し、緑色の一次回折光ＬG は緑に対応する表示電極２６Ｇに入射し、青色の一次回折光ＬB は青に対応する表示電極２６Ｂに入射する。
【００２１】
Ｎ番目の素子部分を通った０次回折光Ｌｏは、Ｎ番目の画素とは別のＮ＋２番目の画素に入射する。図４においては、Ｎ番目の素子部分を通る一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が入射するＮ番目の画素の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂがハッチングで示され、同じくＮ番目の素子部分を通る０次回折光Ｌｏが入射するＮ＋２番目の画素の領域がハッチングで示されている。０次回折光Ｌｏは矢印で示されるように水平方向で斜め前方向に進む。
【００２２】
このように構成することによって、後で述べる例１から例３に示されるように、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを一定の間隔で同じ大きさにすることができ、しかも高い品位で高精細な表示装置を得ることができる。０次回折光Ｌｏはライトバルブ１６から出射するが、その出射角度は比較的に大きいので、観視者は通常の視角において０次回折光を見ることはなく、一次回折光による表示に影響がない。
【００２３】
図５は、表示装置１０の液晶パネル１６が上縁部１６ａ、下縁部１６ｂ、左縁部１６ｃ、右縁部１６ｄを有することを示している。この液晶パネル１６では、１つの画素の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが垂直方向で波長の順に（下から波長の長い順に）配置され、入射光が概ね斜め下から入射するようにすると、０次回折光Ｌｏは矢印で示されるように斜め上方向に進む。
【００２４】
ＴＮ型液晶パネルを使用した表示装置においては、一方向において良い画像の見られる視角は広いが、それに垂直な方向において良い画像の見られる視角は比較的に狭い。通常は広い視角方向を水平にし、狭い視角方向を垂直にすることが多い。図５の構成にすれば、０次回折光が狭い視角の上方向にライトバルブを通るので、その光がもともと狭い視角の範囲外を通り、表示に影響を与えることがない。また、図５とは上下逆にできることは明らかであろう。すなわち、１つの画素の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが垂直方向で波長の順に（上から波長の長い順に）配置され、入射光が概ね斜め上から入射するようにすると、０次回折光Ｌｏは斜め下方向に進む。
【００２５】
図６は、一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB 及び０次回折光Ｌｏの進む方向及びドットピッチ等を計算するためのジオメトリを示す図である。図中及び以下の式における符号は次の通りである。なお、図では回折格子１６は液晶パネル１６に対して角度Δで配置されているように示されているが、以下の説明では角度Δが０、すなわち回折格子１６が液晶パネル１６に対して平行であるとして説明する。ただし、Δが０でなくても結果は同じである。
【００２６】
Ｈ：回折格子１２の格子ピッチ
ｎ：基板２０の屈折率
Ｔ：基板２０の厚さＴ
Ｐ：表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂのドットピッチ
θ1 ：入射光Ｌｉの回折格子１２への入射角
θ（Ｒ）、θ（Ｂ）：緑色の一次回折光ＬG が液晶パネル１６へ垂直に入射するとき（Θ（Ｇ）＝０）の緑色の一次回折光ＬG の回折格子１２からの出射角を基準（０）としたときの赤色及び青色の一次回折光ＬR 、ＬB の回折格子１２からの出射角
θ（０）：０次回折光Ｌｏの回折格子１２からの出射角
Θ（Ｒ）、Θ（Ｂ）：一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB の液晶パネル１６の基板２０内での屈折角
Θ（０）：０次回折光Ｌｏの液晶パネル１６の基板２０内での屈折角
ｈ（Ｒ）、ｈ（Ｇ）、ｈ（Ｂ）：赤色光、緑色光、青色光の波長
【００２７】
回折格子１２への入射光と一次回折光の出射角との間に次の関係がある。入射角θ1 は０次回折光Ｌｏの回折格子１２からの出射角θ（０）と同じである。
ｈ（Ｇ）＝２Ｈ×ｓｉｎ（θ（０）／２）                        （１）
ｈ（Ｒ）＝２Ｈ×ｓｉｎ（（θ（０）−θ（Ｒ））／２）          （２）
ｈ（Ｂ）＝２Ｈ×ｓｉｎ（（θ（０）−θ（Ｂ））／２）          （３）
【００２８】
式（１）から、緑色の一次回折光ＬG が液晶パネル１６へ垂直に入射するときの入射角θ1 （及び出射角θ（０））が得られる。このθ（０）を式（２）、（３）に代入することにより、出射角θ（Ｒ）、θ（Ｂ）が得られる。そして、光が液晶パネル１６の基板２０に入射するときに生じる屈折の関係から下記の関係がある。
【００２９】
ｎ×ｓｉｎ（Θ（０））＝ｓｉｎ（θ（０））                    （４）
ｎ×ｓｉｎ（Θ（Ｒ））＝ｓｉｎ（θ（Ｒ））                    （５）
ｎ×ｓｉｎ（Θ（Ｂ））＝ｓｉｎ（θ（Ｂ））                    （６）
【００３０】
表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６ＢのピッチＰは下記の関係で得られる。
Ｔ×ｔａｎ（Θ（０））＝Ｐ×ｆ（Ｎ）                          （７）
Ｔ×ｔａｎ（Θ（Ｒ））＝−Ｐ                                  （８）
Ｔ×ｔａｎ（Θ（Ｂ））＝  Ｐ                                  （９）
ｆ（Ｎ）は液晶層に落ちる０次回折光と一次回折光との位置関係を規定する関数であり、実施例ではｆ（Ｎ）＝６とした。
これらの関係を使用して、下記の例１から例３の結果が得られる。
【００３１】
例１   例２   例３
パネルサイズ(in)        ７．８          ９．１        １１．３
ドットピッチＰ(mm)      ０．２４８      ０．１８５      ０．１４
基板厚さＴ(mm)          ０．７          １．１          １．１
回折格子の
空間周波数 (lp/mm)      １１００          ９３０        １２２５
格子ピッチＨ (μm)      ０．９２        １．０８        ０．８１６
入射角θｉ (°)           ３９            ２９            ３５
入射光の拡がり角 (°)     ５              ４              ４．５
一次回折光の出射角θ
（Ｒ）( °)     −６．６        −４．９        −５．９
（Ｇ）( °)       ０              ０              ０
（Ｂ）( °)       ６．６          ４．９          ５．９
０次回折光の出射角θ( °) ３９            ２９            ３５
【００３２】
例１から例３に示されるように、一次回折光を液晶パネル１６の法線に近い角度とし、０次回折光を大きくすることによって、小さな一定のドットピッチＰで一定の面積で表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを形成することができる。一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB はこれらの表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを照射する。なお、光源は完全な平行光線を提供するものではないが、放物線形状のリフレクタを使用して、ほぼ平行な光線を入射させるようにした。この場合の入射光の拡がり角は５度以内であった。
【００３３】
図７は図５の変形例を示す図である。表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂはデルタ配列で配置され、１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂはハッチングで示されるように互いに上下関係で斜めに設けられる。１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは上から波長の長い順に配置され、入射光が概ね斜め上から入射するようにすると、０次回折光Ｌｏは矢印で示されるように斜め下方向に進み、一次回折光が入射する画素の次の次の画素へ入射する。
【００３４】
図８は図５の変形例を示す図である。この実施例が前の実施例と異なる点は、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの形状が縦長になっており、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの面積を小さくした場合でも、一次回折光の出射角を大きくする必要があり、それに応じて０次回折光の出射角を大きくすることができる。また、データバスライン３８を非直線状にし、データバスライン３８と各表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６ＢのＴＦＴの配線とが交差しないため、断線の可能性が少なくなる。
【００３５】
図９は表示装置１０をパソコン又はワープロ４２に設けた例を示す図である。４４はキーボードである。表示装置１０はキーボード４４に対して仰向きで１５度、うつ伏せで５度のチルト角内で使用されるのが一般的である。使用者の目は表示装置１０の上縁部における法線より上側にあり、天井照明からの照明光Ｌｘが表示装置１０の表面で反射して目に入らないようにして使用される。このような場合には、表示に利用されない０次回折光Ｌｏは下向きに表示装置１０から出るようにするのがよい。こうすれば、０次回折光Ｌｏは全く目に入らず、広い視角を実現できる。しかも、色光が左右方向に角度分離しないため、カラーシフトや色ムラも抑制できる。
【００３６】
図１０は壁かけ型表示装置１０の例を示す図である。この場合、表示装置１０はテレビ等に応用される。壁かけテレビでは、一般的に上視角と下視角は同じ仕様で１５度から３０度とされる。実際には、正面から見るか、やや下法から見上げる使い方をされるため、上視角よりも下視角が広いことが望ましい。従って、このような場合には、表示に利用されない０次回折光Ｌｏは上向きに表示装置１０から出るようにするのがよい。こうすれば、０次回折光Ｌｏは全く目に入らず、広い視角を実現できる。
【００３７】
図１１及び図１２はマルチパネルタイプの表示装置１０の例を示す図である。マルチパネルタイプの表示装置は対角１５インチの液晶パネル４６を１００個縦横に並べたものであり、対角１５０インチ（高さ２．３ｍ、幅３．１ｍ）の大きなディスプレイを形成する。各液晶パネル４６には、回折格子及び集光素子（図示せず）がこれまで説明したように取り付けられ、０次回折光Ｌｏが各液晶パネル４６を通るようになっている。
【００３８】
上から７段目まで液晶パネル４６はディスプレイの上方部分１０ａを構成し、下から３段目までの液晶パネル４６はディスプレイの下方部分１０ｂを構成する。上方部分１０ａの液晶パネル４６は０次回折光Ｌｏが上向きに出るようになっており、下方部分１０ｂの液晶パネル４６は０次回折光Ｌｏが下向きに出るようになっている。つまり、各液晶パネル４６の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが上方部分１０ａでは上から波長が短い順に配置され、入射光が下から上に向かって入射され、一方、下方部分１０ｂでは上から波長が長い順に配置され、入射光が上から下に向かって入射されるようになっている。従って、よい画像の見える視角はβで示される範囲になる。
【００３９】
このディスプレイは高さ３．５ｍの室内の壁に取り付けられ、その下端部が床から０．７５ｍである。立って見るときの観視者の目の高さＥは例えば約１．８ｍであり、座って見るときの観視者の目の高さＦは例えば約１．０ｍであるとすると、どのような姿勢でこのディスプレイを見ても、０次回折光Ｌｏが目に入ることはない。
【００４０】
図１３及び図１４は本発明の第２実施例の表示装置を示す図である。この実施例でも、前の実施例と同様に、表示装置１０は、一次元回折格子１２と、集光素子１４と、ライトバルブとしての液晶パネル１６とからなる。
回折格子１２では、入射光Ｌｉが回折格子１２に入射すると、０次回折光Ｌｏ、及び一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が出射する。緑色の一次回折光ＬG が液晶パネル１６に垂直に入射するようになっている。
【００４１】
液晶パネル１６は図１のものと同様なＴＮ型液晶パネルからなり、表示ドットとしての表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを有する。この実施例では、追加の白表示電極２６Ｗが設けられ、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ及び白表示電極２６Ｗが１つの画素（単位領域）を形成する。１画素内で、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは光の波長の順に配置されている。
【００４２】
１つの画素は集光素子１４の１つの素子部分（レンズ）と対応して配置されている。回折格子１２を出た一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は集光素子１４のＮ番目の素子部分を通って液晶パネル１６のＮ番目のそれぞれの表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂに入射する。Ｎ番目の素子部分を通った０次回折光Ｌｏは、Ｎ番目の画素とは別のＮ＋１番目の画素の白表示電極２６Ｗに入射する。図１４においては、Ｎ番目の素子部分を通る一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が入射するＮ番目の画素の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂがハッチングで示され、Ｎ番目の素子部分を通る０次回折光Ｌｏが入射するＮ＋１番目の画素の白表示電極２６Ｗがハッチングで示されている。従って、この場合には、０次回折光Ｌｏを表示のために利用して、高効率の明るい表示を実現することができる。
【００４３】
１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、及び白表示電極２６Ｗは、一定の間隔で同じ大きさに形成され、高精細な画像を表示することのできる表示装置を得ることができる。
下記の例４から例６は一定の間隔で同じ大きさの表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、及び白表示電極２６Ｗを有する例である。なお、符号は前に説明したのと同様である。
【００４４】
例４   例５   例６
パネルサイズ(in)      １０．４        １２．１        １５
ドットピッチＰ(mm)      ０．３３        ０．２４６      ０．１４６
基板厚さＴ(mm)          ０．７          １．１          １．１
回折格子の
空間周波数 (lp/mm)      １１００          ９３０        １２２５
格子ピッチＨ (μm)      ０．９２        １．０８        ０．８１６
入射角θｉ (°)           ３９            ２９            ３５
入射光の拡がり角 (°)     ５              ４              ４．５
一次回折光の出射角θ
（Ｒ）( °)     −６．６        −４．９        −５．９
（Ｇ）( °)       ０              ０              ０
（Ｂ）( °)       ６．６          ４．９          ５．９
０次回折光の出射角θ( °) ３９            ２９            ３５
【００４５】
図１５は図１４の変形例を示す図である。この実施例は画素がΔ配列になっている点を除くと図１４の例と同様である。太線が１画素を示す。この場合の詳細を例７から例９に示す。
【００４６】
例７   例８   例９
パネルサイズ(in)        ５．２          ６．１          ７．５
ドットピッチＰ(mm)      ０．０８３      ０．０６２      ０．０４７
基板厚さＴ(mm)          ０．７          １．１          １．１
回折格子の
空間周波数 (lp/mm)      １１００          ９３０        １２２５
格子ピッチＨ (μm)      ０．９２        １．０８        ０．８１６
入射角θｉ (°)           ３９            ２９            ３５
入射光の拡がり角 (°)     ５              ４              ４．５
一次回折光の出射角θ
（Ｒ）( °)     −６．６        −４．９        −５．９
（Ｇ）( °)       ０              ０              ０
（Ｂ）( °)       ６．６          ４．９          ５．９
０次回折光の出射角θ( °) ３９            ２９            ３５
【００４７】
図１６は本発明の第３実施例を示す図である。この実施例でも、前の実施例と同様にして１画素内に表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが一定のピッチで設けられる。図１４の白表示電極２６Ｗの代わりに遮光部４８が設けられている。図１６はブラックマトリクス４８を示しており、表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの部分はブラックマトリクス４８の開口部４８ａとなっている。遮光部４８はブラックマトリクス４８の実体部として設けられる。
【００４８】
この場合には、集光素子１４のＮ番目の素子部分を通る一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が入射するＮ番目の画素の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂがハッチングで示され、Ｎ番目の素子部分を通る０次回折光Ｌｏが入射するＮ＋１番目の画素の遮光部４８がハッチングで示されている。この構成では、０次回折光Ｌｏは完全に遮断され、洩れ光のない、コントラストのよい表示装置が得られる。また、１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、一定の間隔で同じ大きさに形成され、高精細な画像を表示することのできる表示装置を得ることができる。
【００４９】
図１７から図２０は本発明の第４実施例を示す図である。この実施例は第１の実施例と基本的に類似している。第１の実施例は回折格子１２と、マイクロレンズアレイからなる集光素子１４を使用しているのに対して、この実施例は回折格子５２自体が回折機能と集光機能とを有するものである。このような回折格子５２の例は例えばASIA DISPLAY (1995) の７２７／７２９頁に「Holographic Optical Element for Liquid crystal Projector」として記載されている。
【００５０】
この回折格子５２は図１８に示されるように凹凸の格子を有し、凹凸の格子による光の回折機能は図１及び図２を参照したものと同じである。
図１９はこの回折格子５２の１画素相当部分を示している。回折格子５２はその内部に図１９に示されるような所定のパターンの屈折率分布を有し、この屈折率分布が集光手段として機能する。
【００５１】
従って、図１７に示すように、回折格子５２に入射した光のうち、一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は回折格子５２で回折及び集光されながらライトバルブ１６に入射する。回折格子５２の一画素相当の領域で拡散され、ライトバルブ１６に入射した一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は、図２０に示されるように１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを通る。０次回折光Ｌｏは回折格子５２で回折及び集光されることなくライトバルブ１６に入射する。
【００５２】
一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB の角度関係は、第１実施例のものと同様になるように構成されている。また、例１から例３の結果は、この第４実施例にもあてはまる。従って、０次回折光Ｌｏのライトバルブ１６への入射角が一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB のライトバルブ１６への入射角よりも大きく、緑色の波長帯域の光の中心部分がライトバルブ１６に垂直に入射するようになっている。
【００５３】
回折格子５２の所定の領域Ｎで回折された一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB が１つの単位領域（１画素）Ｎの複数の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを通り、回折格子（５２）の該所定の領域を通った０次回折光Ｌｏが該１つの単位領域とは別の単位領域Ｎ＋２を通る。１画素内の表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは表示の上下方向で光の波長の順に配置される。よって、０次回折光Ｌｏは表示画面に対して斜め上方向又は斜め下方向にライドバルブ１６を出射し、通常の視角の範囲外を通り、表示に影響を与えることがない。
【００５４】
以上説明したように、図１から図１６の実施例では、回折格子１２と集光素子１４とを組み合わせて、色分離機能と集光機能とを実現している。また、図１７から図２０の実施例では、回折格子５２単独で色分離機能と集光機能とを実現している。光の拡散により色分離を行うためにはいずれの構成も使用することができる。以後の実施例では、両者の構成のいずれかを示すものとして、回折格子素子５４と呼ぶ。また、これまでの実施例では１画素中の３個の表示ドットを表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂにより表していたが、これから述べる実施例では１画素中の３個の表示ドットを表示電極２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂの上に重なるブラックマトリクス（遮光膜）の開口部２６ｒ、２６ｇ、２６ｂによりあらわすことにする。
【００５５】
その他の特徴１
図２１から図３５はその他の特徴を示す図である。
図２１は投射型表示装置６０を示す。この投射型表示装置６０は、光源６２と、光源６２の光を平行光に変換するための光学手段６４と、回折格子素子５４と、ライトバルブとしての液晶パネル１６と、投射レンズ６６とを含む。実施例においては、液晶パネル１６と投射レンズ６６との間にフィールドレンズ６８が配置されている。
【００５６】
液晶パネル１６はＴＮ型液晶を含むものであり、偏光子３２と検光子３４とともに使用される。偏光子３２は液晶パネル１６から離れた位置に配置され、実施例では、光学手段６４と回折格子素子５４との間に配置される。偏光子３２が液晶パネル１６に密着していず且つ他の部材から離れた位置にあるので、偏光子３２を冷却風によって効率的に冷却することができる。なお、回折格子素子５４に偏光を入射すると偏光度が低下する可能性があるが、偏光子３２をＰ偏光又はＳ偏光が回折格子素子５４に入射するように配置すると、コントラストの低下を最小限に押さえることができる。検光子３４は液晶パネル１６に貼り付けられている。
【００５７】
光源６２はメタルハライドランプ等のランプ６２ａとリフレクタ６２ｂとからなる。光学手段６４は像消しレンズ６４ａとコリメートレンズ６４ｂとからなる。像消しレンズ６４ａは所定の大きさのアパーチャ６３を有する。リフレクタ６２ｂは楕円形状のものであって、ランプ６２ａから放射された光がアパーチャ６３に集光するように構成され、コリメートレンズ６４ｂはアパーチャ６３を出た光が平行光線となるようにするものである。像消しレンズ６４ａは回折格子素子５４へ向かう光の中にランプ６２ａの像ができるのを防ぐためのレンズを含むものである。
【００５８】
図２２に示されるように、アパーチャ６３は、真円形状ではなく、非円形（ここでは楕円形状）になっていて、互いに直交する長軸方向６３ａと短軸方向６３ｂとを有する。
【００５９】
図２３に示されるように、また上記したように、回折格子素子５４は入射光Ｌｉを０次回折光及び一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB に色分離するものである。一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB はそれぞれの間に色分離角度を形成して液晶パネル１６に入射する。入射光Ｌｉ及び０次回折光及び一次回折光ＬR 、ＬG 、ＬB は色分離平面５４ａ内を進む。上記例１から例９では、赤色と緑色の間の角度、及び緑色と青色の間の角度は、４．９度、５．９度、６．６度になっている。ただし、色分離角度は例示された値に限定されるものではない。
【００６０】
回折格子素子５４に入射する光の平行度が高いほど、色分離はシャープになり、液晶パネル１６によって形成される画像の色純度が高くなる。回折格子素子５４に入射する光の平行度が低いと、例えば赤色の表示ドット２６ｒに入射すべき一次回折光ＬR が点線の矢印で示されるように赤色の表示ドット２６ｒから外れる割合が多くなり、表示性能が低下する。
【００６１】
従って、光学手段６４は平行度の高い光線を回折格子素子５４に供給することが望ましい。光の平行度を高くするためには、アパーチャ６３の大きさをできるだけ小さくすることが必要である。しかし、アパーチャ６３の大きさを小さくすると、リフレクタ６２ｂからアパーチャ６３に向かう光の一部がアパーチャ６３で遮断され、光源６２の光の利用効率が低下する。このために、アパーチャ６３を楕円形状にしている。
【００６２】
図２１に示されるように、アパーチャ６３の短軸方向６３ｂが回折格子素子５４の色分離平面５４ａと概ね平行となるように配置する。これによって、光学手段６４は色分離平面５４ａにおいては平行度の高い光線を回折格子素子５４に供給する。
【００６３】
アパーチャ６３の長軸方向６３ａは回折格子素子５４の色分離平面５４ａと概ね直交することになるが、色分離平面５４ａと直交する平面内では光の平行度は高くなくてよく、より多くの光を取りこめるようにする。この場合、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは縦長の形状を有し、アパーチャ６３の長軸方向６３ａが表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの寸法の長い方向と概ね平行となるように配置されることになる。表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの寸法の長い方向における光の平行度は高くないので、この方向には光がよく行き渡り、明るい画像を形成できる。
【００６４】
図２４に示すように、光学手段６４から出た光の平行度は、コリメートレンズ６４ｂの一点からアパーチャ６３を見た見込み角度αで表すことができる。実施例においては、アパーチャ６３の長軸方向６３ａの開口長さは４ｍｍ、短軸方向６３ｂの開口長さは２ｍｍであり、アパーチャ６３とコリメートレンズ６４ｂとの間隔は１００ｍｍであった。従って、長軸方向６３ａの見込み角度αは５．８度、短軸方向６３ｂの見込み角度αは２．２度であった。
【００６５】
さらに、図２４には、液晶パネル１６の一点から投射レンズ６６に向かって広がる光の拡がり角度βを示している。この拡がり角度βは前記光学手段６４の見込み角度α＋回折格子素子５４の色分離角度となり、かなり大きくなる。投射レンズ６６が液晶パネル１６を直接に投射するようにすると、投射レンズ６６はかなり大きな口径をもつものとしなければならない。本実施例では、液晶パネル１６と投射レンズ６６との間にフィールドレンズ６８が配置されているので、投射レンズ６６を極端に大きくする必要がない。
【００６６】
図２５は、特定の波長成分をカットするカットフィルタ７０ａ、７０ｂが像消しレンズ６４ａに配置される例を示す図である。像消しレンズ６４ａは小さなアパーチャ６３を有するものであるので、カットフィルタ７０ａ、７０ｂも小さなものでよく、例えば液晶パネル１６の前後に配置される場合と比べてかなり安価に設置することができる。
【００６７】
実施例においては、イエローカットフィルタ７０ａ及びシアンカットフィルタ７０ｂがアパーチャ６３の両側に配置されている。図２６はイエロー及びシアンの領域にピークを有する光の強度分布をもった光源６２の例を示している。イエローカットフィルタ７０ａ及びシアンカットフィルタ７０ｂはこれらのピークとなる波長成分をカットして全波長領域において一様な光の強度を提供するものである。従って、カットフィルタ７０ａ、７０ｂは光源６２の特性に応じて設定されるべきである。
【００６８】
図２７は、別の光源６２の放射する光の強度分布を示している。曲線Ｍは一般的なメタルハライドランプの光の強度分布を示し、比較的フラットなスペクトル特性を有する。しかし、メタルハライドランプは比較的に寿命が短い。曲線Ｎはギャップ間隔を短くして長寿命にした光源の光の強度分布を示している。しかし、曲線Ｎの光源を使用すると、赤色の波長領域の光の強度が低下し、形成された画像の色のバランスが悪くなる。この場合、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの面積に差をつけて、すなわち赤色の表示ドット２６ｒの面積を大きくすることにより、形成された画像の色のバランスを改善する。
【００６９】
図２８は、回折格子素子５４の単位領域（セル）毎にブラックマトリクス７２を設けた例を示している。この場合、スクリーン（図示せず）上に回折格子素子５４のセルがピントが合うように設定する。これにより、赤、緑、青のスポットがスクリーン上で合うように投射されるため、画像品質が向上する。また、スクリーンの解像度は、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの最小寸法ではなく、回折格子素子５４のセルの大きさに合わせて設計することができるので、スクリーンの解像度を極端に小さくする必要がなくなる。
【００７０】
図２９は、液晶パネル１６を示す。液晶層１８が一対の透明な基板２０、２２で挟持され、基板２０、２２はそれぞれ透明な電極２４、２６を有する。基板２２の透明電極２６は画素電極であり、ＴＦＴ４０とともに設けられている。基板２２の外面には検光子３４が貼り付けられている。この検光子３４は反射防止コート付き偏光板である。この反射防止コートは、０次拡散光Ｌｏが検光子３４と空気との界面で反射してＴＦＴ４０に入射し、ＴＦＴ４０に悪影響を与えるのを防止するために設けられている。反射防止コートに変えて、偏光変換膜（位相差板等）を貼り付け、０次拡散光Ｌｏを検光子３４と空気との界面でＰ偏光になるようにし、Ｐ偏光は反射しにくいという事実に基づいてＴＦＴ４０に悪影響を与えるのを防止することもできる。また、反射防止コートと偏光変換膜を併用してもよい。また、０次拡散光がブリュースター角度で検光子３４から出射する（つまり、ブリュースター角度で検光子３４に入射する）ようにすれば、０次拡散光の反射の問題はなくなる。
【００７１】
図３０は、液晶パネル１６と、投射レンズ６６と、スクリーン７４とを示している。液晶パネル１６の縦横比は例えば３：８であり、スクリーン７４の縦横比は例えば３：４である。このために、投射レンズ６６が、その拡大率が直交する２方向で異なるアナモルフィックレンズからなり、投射レンズ６６の投射倍率の縦横比は２：１になっている。回折格子素子５４による色分離の都合に合わせて表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの配置を設定する際に、液晶パネル１６の縦横比をこのように変えることがあり得る。
【００７２】
図３１は、投射型表示装置６０の他の実施例を示す。この投射型表示装置６０は、光源６２と、光源６２の光を平行光に変換するための光学手段６４と、偏光分離手段７６と、回折格子素子５４と、液晶パネル１６と、投射レンズ６６（図示せず）とを含む。液晶パネル１６と投射レンズ６６との間にフィールドレンズ６８（図示せず）が配置される。偏光子３２は光学手段６４と回折格子素子５４との間に配置され、検光子３４（図示せず）は液晶パネル１６に貼り付けられている。
【００７３】
光源６２はメタルハライドランプ等のランプ６２ａとリフレクタ６２ｂとからなり、光学手段６４は像消しレンズ６４ａとコリメートレンズ６４ｂとからなる。像消しレンズ６４ａは所定の大きさのアパーチャ６３を有する。アパーチャ６３は、非円形になっていて、アパーチャ６３が互いに直交する長軸方向６３ａと短軸方向６３ｂとを有する。
【００７４】
偏光分離手段７６は、光源６２の光をＰ偏光とＳ偏光に分離する。偏光分離方向が矢印７６ａで示されている。偏光分離手段７６は、偏光分離膜７６ｂと、反射ミラー７６ｃとからなり、Ｐ偏光は偏光分離膜７６ｂを透過して回折格子素子５４に向かい、Ｓ偏光は偏光分離膜７６ｂで反射し、且つ反射ミラー７６ｃで反射して回折格子素子５４に向かう。Ｐ偏光とＳ偏光とは互いの間に偏光分離角γを形成して進み、図３２に示されるように、一列毎の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂに入射するようになっている。
【００７５】
偏光分離手段７６は、光源６２の光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、偏光子３２はそれぞれＰ偏光とＳ偏光を受けるので、光源６２の光の半分を吸収することがなく、光源６２の光の利用効率を高くすることができる。この場合、偏光子３２は分離されたＰ偏光とＳ偏光のうちのそれぞれに対しての不純成分を分離する。
【００７６】
偏光分離方向７６ａは、アパーチャ６３の短軸方向６３ｂと回折格子素子５４の色分離平面５４ａとの関係において定められている。すなわち、アパーチャ６３の短軸方向６３ｂと、回折格子素子５４の色分離平面５４ａと、偏光分離方向７６ａのうち、少なくとも１つが他のものと非平行となるように配置される。そして、非平行になるものが、アパーチャ６３の見込み角度α（図２４）と、偏光分離手段の偏光分離角度γと、回折格子素子５４の色分離角度２θのうち、最大の角度をもつものである。
【００７７】
実施例では、見込み角度αは最大で５度程度であり、色分離角度２θは１０度程度であるのに対して、偏光分離角度γは各部材の配置及び大きさの関係から１５度程度になるので、偏光分離方向７６ａを他のものとは非平行にしている。実施例では、アパーチャ６３の短軸方向６３ｂは水平方向であり、偏光分離方向７６ａは垂直方向であり、回折格子素子５４の色分離平面５４ａは水平方向になっている。従って、偏光分離方向７６ａはアパーチャ６３の長軸方向６３ａと平行になり、光源短軸方向６３ｂに優れた光源の平行度が偏光分離方向７６ａには影響されることがない。
【００７８】
図３４は、図３１の投射型表示装置６０の変形例を示す。この投射型表示装置６０が、図３１の投射型表示装置６０と異なる点は、偏光分離手段７６は、偏光分離膜７６ｂと、反射ミラー７６ｃ、反射ミラー７６ｃに貼り付けた位相差板等の偏光変換膜７６ｄとからなることである。
【００７９】
Ｐ偏光は偏光分離膜７６ｂを透過して拡散格子素子５４に向かい、Ｓ偏光は偏光分離膜７６ｂで反射し、且つ反射ミラー７６ｃで反射して拡散格子素子５４に向かう。このＳ偏光は偏光変換膜７６ｄでＰ偏光に変換される。従って、２つのＰ偏光が互いの間に偏光分離角γを形成して進み、図３３に示されるように、一列毎の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂに入射する。図３２の場合には、Ｐ偏光とＳ偏光とで同じ画像を形成するためにノーマリホワイトモードとノーマリブラックモードとを使用して駆動する必要があったが、図３３及び図３４ではその必要がない。
【００８０】
図３５は図２１から図３４の投射型表示装置６０を背面投射型表示装置に組み込んだ例を示す図である。光源６２、光学手段６４、拡散格子素子５４、液晶パネル１６、投射レンズ６６等を組み込んだアッセンブリ６０ａが、筐体７８内に配置される。筐体７８の正面にはスクリーン７４が設けられ、投射レンズ６６とスクリーン７４との間にはミラー８０が配置されており、投射レンズ６６から放射された画像光をミラー８０で曲げてスクリーン７４に投射する。観視者は筐体７８の外側でスクリーン７４を見る。
【００８１】
その他の特徴２
図３６から図６９は本発明のその他の特徴を示す図である。表示装置は、光源６２と、偏光分離手段７６と、集光手段としてのマイクロレンズアレイ１４と、マイクロレンズアレイ１４を通った光を受けて画像変調する液晶パネル１６と、検光子３４とを備えている。この偏光分離手段７６は、透過及び反射により偏光をＰ偏光とＳ偏光に分離する偏光分離膜７６ｂと、偏光分離膜７６ｂを透過又は偏光分離膜７６ｂで反射した偏光を反射させる反射ミラー７６ｃとからなり、偏光分離膜７６ｂを透過又は偏光分離膜７６ｂで反射してマイクロレンズアレイ１４に向かう偏光と反射ミラー７６ｃで反射した偏光は、互いの間に偏光分離角度γを形成してマイクロレンズアレイ１４へ向かって進むように構成されている。
【００８２】
特には、光源６２からの光はランダム偏光であって、擬似的な平行光線である。偏光分離膜７６ｂはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させるようになっている。従って、偏光分離膜７６ｂで反射したＳ偏光はマイクロレンズアレイ１４に向かい、この反射Ｓ偏光はほぼ１００％の直線偏光である。偏光分離膜７６ｂを透過したＰ偏光は反射ミラー７６ｃへ向かい、反射ミラー７６ｃで反射し、偏光分離膜７６ｂを透過してマイクロレンズアレイ１４に向かう。Ｓ偏光の一部は偏光分離膜７６ｂを透過して反射ミラー７６ｃへ向かうかもしれない。このＳ偏光は反射ミラー７６ｃで反射してＰ偏光とともにマイクロレンズアレイ１４へ向かおうとするが、偏光分離膜７６ｂはＳ偏光を反射させるので、反射ミラー７６ｃで反射したＳ偏光は偏光分離膜７６ｂで反射され、マイクロレンズアレイ１４へ達するのは少ない。従って、Ｐ偏光もほぼ１００％の直線偏光である。こうして、偏光ロスのない光利用効率の高い液晶表示装置を得ることができる。
【００８３】
偏光分離膜７６ｂは薄膜を積層したプレート型偏光ビームスプリッタとして構成される。偏光分離膜７６ｂに対する反射ミラー７６ｃの傾きを適切に設定することによって、Ｐ偏光とＳ偏光との間の偏光分離角度γを任意に設定することができる。この偏光分離されたＰ偏光とＳ偏光をマイクロレンズアレイ１４を備えた液晶パネル１６に入射させる。マイクロレンズの焦点距離は液晶パネル１６の画素電極付近に設計されている。
【００８４】
マイクロレンズの１つが表示ドット２つ分に相当し、Ｐ偏光とＳ偏光によって入射される表示ドットが水平（垂直）方向に交互配置となる。水平（垂直）方向はＰ偏光とＳ偏光によって入射される画素が列となっている。表示ドットを透過した光は、液晶の駆動によって偏光面が回転し、液晶パネルの後に配置された検光子３４によって吸収又は透過する。
【００８５】
従来の液晶パネル１６の前に偏光子を配置する方式と比較して光のロスが少ないため、高輝度の表示装置を実現できる。従来の偏光ビームスプリッタは、一般的にＳ偏光を数％透過し、完全な偏光分離を実現することはできなかった。不完全な偏光分離は消光比が低く、画像のコントラストを低下させる。しかし、本発明の偏光分離膜７６ｂと反射ミラー７６ｃの組み合わせからなる偏光分離手段７６によれば、そのようなコントラストの低下がない。
【００８６】
図３８は、偏光分離膜７６ｂと反射ミラー７６ｃとを共通のウエッジ状の透明な基体７６ｅに取り付けてなる偏光分離手段７６を示している。この構成によれば、部品点数の低減及び調節簡素化を達成することができる。偏光分離膜７６ｂは基体７６ｅの表面に薄膜を積層して作製し、裏面にアルミ蒸着によって反射ミラー７６ｃを形成する。基体７６ｅの角度の設計によって、Ｐ偏光とＳ偏光の偏光分離角γ及び入射角を設定することができる。
【００８７】
図３９は、光源６２と、透過型の偏光分離手段７６と、マイクロレンズアレイ１４と、液晶パネル１６と、検光子３４とを備え、偏光分離手段７６が、プリズム形の断面形状をした複屈折をもった物質からなることを特徴とする表示装置を示している。
【００８８】
図３９及び図４０に示されるように、偏光分離手段７６は、プリズム形の断面形状の凹部をもった透明な基板７６ｆと、該基板７６ｆの凹部に挿入された複屈折をもった物質、例えば液晶７６ｇとからなる。まず、プリズム形状をした凹部をもった透明な基板７６ｆを作製し、それに対向基板７６ｈを貼り付けた後、液晶７６ｇを挿入する。液晶７６ｇは基板の配向処理によってねじれのない配向になっているため、複屈折性を有するプリズムとなる。プリズムの角度と液晶の複屈折率Δｎと入射角の設定によって、分離される偏光の角度を任意に設定することができる。
また図４１のように、プリズム形の断面形状の凹部をもった透明な基板７６ｆを積層することによって偏光の分離角を大きくすることもできる。
【００８９】
図４２及び図４３は、偏光分離手段７６が、プリズム形の断面形状をした有機高分子を延伸したものからなる例を示している。例えばＰＶＡ等の有機高分子をプリズム形状に作製し、図４２の矢印で示すように一方向に延伸することにより複屈折性のプリズムを作製することができる。これによれば、汎用的な有機高分子で作製できるため、とても安価になる。
また図４４のように、図４２のプリズムをを積層することによって、偏光の分離角を大きくすることもできる。
【００９０】
図４５及び図４６は、図３６の表示装置に、さらに色分離手段を付加した構成を示す。
図４５においては、色分離手段は回折格子１２からなる。この構成の作用は、前の実施例の説明から明らかであろう。
図４６においては、色分離手段はダイクロイックミラー８２からなる。ダイクロイックミラー８２は赤、緑、青の色毎に設けられる従来のものである。３個のダイクロイックミラー８２は回折格子１２と同様の作用を行う。
【００９１】
図４７は図４５及び図４６の構成における液晶パネル１６の画素構成を示す図である。光源からの光を回折格子１２又はダイクロイックミラー８２によって色分離し、その色（光波長）によって入射角を変化させる。ここでは、表示の左右方向にＲＧＢに色分離した例を示す。次に色分離した光を偏光分離手段７６によって上下方向に偏光分離し、偏光状態によって角度を変化させる。こうして、画素は、上下方向に２、左右方向に３分割され、６つの表示ドットとマイクロレンズの１つが対応する。そして、図４８のようにＳ偏光とＰ偏光に対応する表示ドット毎に駆動電圧を反転させることにより、通常の表示とすることができる。
【００９２】
また、図４９は図４５の構成に対して回折格子１２と偏光分離手段７６の配置を逆にした例を示す図である。
図５０は図４６の構成に対して回折格子１２と偏光分離手段７６の配置を逆にした例を示す図である。
【００９３】
図５１及び図５２は、図３９から図４１に示した透過型の偏光分離手段７６と回折格子１２とを接合してなる偏光及び色分離手段を示す。液晶プリズム又は複屈折プリズムからなる偏光分離手段７６で光を上下方向に偏光分離し、回折格子１２によって左右方向に色分離している。この分離された光をマイクロレンズを備えた液晶パネルに入射することによって光利用効率の高い、簡素化された表示装置を作製することができる。
【００９４】
図５３は色分離手段としてプリズム８４の波長分散を利用した例を示す。プリズム８４の材質及び角度の設計によって任意の色分離が可能となる。
図５４は、２個の回折格子１２ｘ、１２ｙと、偏光変換素子８６とを用いて偏光分離と色分離を行うことのできる複合素子を示す。
【００９５】
図５５に示すように、回折格子は縞間隔がある空間周波数に従って偏光特性が表れる。つまり、ある回折格子は特定の空間周波数ではＳ偏光のみを回折することができる。２個の回折格子１２ｘ、１２ｙはＳ偏光のみを回折する性質をもつものである。
【００９６】
図５４において、第１の回折格子１２ｘは光源光のうちのＳ偏光のみを回折させ、この回折により色分離をも行う。このＳ偏光は偏光変化素子（１／２波長板）８６を通ることにより偏光状態を９０度回転させてＰ偏光となり、Ｐ偏光として第２の回折格子１２ｙを透過する。第１の回折格子１２ｘによって回折されたＳ偏光は第２の回折格子１２ｙを通るときにはＰ偏光となっているので回折されない。光源光のうちのＰ偏光は第１の回折格子１２ｘを通るときには回折されず、偏光変化素子（１／２波長板）８６を通るときに偏光状態を９０度回転させてＳ偏光となり、第２の回折格子１２ｙで回折され、色分離される。このようにして、図５４の複合素子は偏光分離と色分離とを行うことができる。
【００９７】
２つの回折格子１２ｘ、１２ｙは異なる空間周波数で用いることによって偏光分離及び色分離機能を同時に可能とすることができる。また、２つの回折格子１２ｘ、１２ｙが同一の空間周波数であっても、一方を傾けて入射角を変化させてもよいこの方式では、偏光分離する方向と色分離する方向とが同一方向であるので、画素配置は図５６のようになる。１つのマイクロレンズは横方向の６つの表示ドットに対応する。
【００９８】
上記の例では、回折格子１２とマイクロレンズ１４とを別々に配置したが、色分離機能と集光機能とを備えた回折格子素子５４として使用することもできる。例えば、図５７に示すように、偏光分離手段７６と回折格子素子５４とを組み合わせて使用することもできる。
また、マイクロレンズアレイ１４のマイクロレンズの配置は、画素の配置に合わせて、図５８のような体心配置、又は図５８のような最密配置とすることができる。この回折格子はリソグラフィ技術もしくはレーザー光線による直接描画でも作製可能である。
【００９９】
図６０及び図６１は、分離されたＰ偏光とＳ偏光の一方を再変換して同じ種類偏光にする例を示している。図６２はこの場合の画素配列を示す。この例の表示装置は、光源６２と、偏光分離手段７６と、回折格子素子５４と、マイクロレンズアレイ１４と、液晶パネル１６と、検光子３４とを備えている。この偏光分離手段７６は、透過及び反射により偏光をＰ偏光とＳ偏光に分離する偏光分離膜７６ｂと、偏光分離膜７６ｂを透過又は偏光分離膜７６ｂで反射した偏光を反射させる反射ミラー７６ｃと、偏光変換手段（位相差フィルム又は１／４波長板）８７とからなる。
【０１００】
図３６の場合と同様に、Ｐ偏光は偏光分離膜７６ｂを透過して回折格子素子５４に向かい、Ｓ偏光は偏光分離膜７６ｂで反射し且つ反射ミラー７６ｃで反射する。しかし、この例では、Ｓ偏光は偏光変換手段８７でＰ偏光に変換されて回折格子素子５４に向かう。こうすれば、駆動電圧を反転させることなく、全てＰ偏光として回折格子素子５４及び液晶パネル１６に入射させることができる。
【０１０１】
図６３は、偏光分離膜７６ｂと、反射ミラー７６ｃと、偏光変換手段８７とを共通のウエッジ状の透明なプリズム８８に取り付けた例を示す図である。
図６４は、偏光分離膜７６ｂと、反射ミラー７６ｃと、偏光変換手段８７とを共通のウエッジ状の透明なプリズムアレイ８８ａに取り付けた例を示す図である。
【０１０２】
図６５及び図６６は、図６３及び図６４の構成において、偏光分離膜７６ｂを回折格子素子（又は回折格子）５４で兼用させた例を示す図である。回折格子素子５４は偏光特性の大きい特性を有し、偏光分離膜７６ｂの偏光分離機能と拡散機能とを達成するものである。この場合、回折格子素子５４はＳ偏光を透過させて回折させ、Ｐ偏光及び０次拡散光は反射させる性質をもつ。回折格子素子５４で反射したＰ偏光は反射ミラー７６ｃで反射され、偏光変換手段８７でＳ偏光に変化されて回折格子素子５４に向かい、回折格子素子５４によって回折されつつ透過する。回折格子素子５４で反射した０次回折光は回折格子素子５４で再び反射され、回折格子素子５４に入射しないので、利用しない０次回折光による画像のコントラストの低下を防止することができる。なお、Ｓ偏光が偏光分離膜７６ｂ又は回折格子素子５４で反射するように構成した場合でも、Ｓ偏光の一部はそれを透過するので、偏光分離膜７６ｂ又は回折格子素子５４にブリュースター角度で入射するようにすれば、Ｓ偏光を完全に反射するようにすることができる。
【０１０３】
図６７から図６９はさらなる画素配列（Ａ）及び駆動電圧（Ｂ）の例を示す図である。
図６７においては、（ＲＧＢＢＧＲ）をユニットとして表示ドットが一列に形成されている。従って、２つのＲ、及び２つのＢが連続する。
【０１０４】
図６８においては、図６７の連続する２つのＲ、及びＢを合わせて１つの大きな表示ドットとし、これらは１つの表示ドットとして駆動するか、２つの表示ドットとして駆動する例を示している。
図６９においては、図６８の２つ分の表示ドットＲ、Ｂの大きさを２つ分よりも小さくし、それによって表示ドットＧが相対的に大きくなるようにしている。また、表示ドットＧの駆動電圧を表示ドットＲ、Ｂの駆動電圧よりも高くし、緑色の表示がより強くなるようにしている。
【０１０５】
その他の特徴３
図７０から図７２は本発明のその他の特徴を示す図である。図７０から図７５は、液晶パネルの表示ドットの配列の特徴を示す。
画像は複数の画素により構成され、各画素はＲ、Ｇ、Ｂの表示ドットにより構成される。つまり、画像を形成するための表示の最小単位は表示ドットである。従来、このような表示ドットは、インライン配列あるいはデルタ配列で配置される。しかし、インライン配列の場合には、１画素が正方形であるとすると、各表示ドットは縦横比が１対３の長方形になる。従って、表示ドットは極端に細長くなり、拡散現象が顕著になって配光方向に光量ムラや、色ムラや、ギラツキ感の増大等の問題がある。また、ＴＦＴ等を設けるために、利用できる表示ドットの短辺の幅はますます小さくなる。
【０１０６】
表示ドットがデルタ配列の場合には、各表示ドットを正方形に近くすることができるので、上記したような表示ドットは細長くなる場合の問題点は解決できる。しかし、従来、表示ドットがデルタ配列の場合には、画素もデルタ配列となっており、隣接する２つの画素が斜め方向に連続するので、直交する２方向に直線を引くことができない。複数画素の幅で直線を引くことはできるが、精細度が半分以下になる。
【０１０７】
図７０に示す本発明の実施例の画素配列では、液晶パネル１６は複数の画素９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄを備え、各画素は互いに隣接する３個の表示ドットＡ、Ｂ、Ｃからなる。これらの表示ドットＡ、Ｂ、Ｃは上記した赤、緑、青の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂのいずれかに相当する。各画素の表示ドットＡ、Ｂ、Ｃはデルタ配列で配置され、すなわち、３個の表示ドットＡ、Ｂ、Ｃの中心又は該３個の表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分が三角形をなしている。そして、各画素の表示ドットが形成する三角形の配列構造が、互いに直交する第１方向９０Ｙ及び第２方向９０Ｘに等間隔に並ぶ正方配列構造である。つまり、４つの画素の中心とも言うべき点９０ＡＯ、９０ＢＯ、９０ＣＯ、９０ＤＯが正方形を形成する。
【０１０８】
より詳細には、第１方向９０Ｙには、各画素の形成する三角形の中心付近を通って第１方向９０Ｙに延びる線に対して対称な三角形が並び、第２方向９０Ｘには、三角形の中心付近を通って第２方向９０Ｘに延びる線に対してミラー反転した三角形が互いに隣接して並ぶ。また、３個の表示ドットＡ、Ｂ、Ｃが互いに異なる３種類の表示ドットであり、第１方向９０Ｙには、３種類の表示ドットの配列が同じ画素が並び、第２方向９０Ｘには、互いに隣接する画素を１８０度回転且つ画素の中心付近を通って第１方向９０Ｙに延びる線に対してミラー反転した表示ドット配列の画素が並ぶ。
【０１０９】
言い換えると、１つの表示ドットＡの長辺に沿って３つの表示ドットＡ、Ｂ、Ｃは互いに接触している。鉛直方向には、表示ドットＡを頂部又は底部とする同じ三角形配列の画素を並べ、水平方向には表示ドットＡを頂部とする画素及び表示ドットＡを底部とする画素を交互に並べている。
【０１１０】
このような構成により、表示ドットが特定の方向に細くならない形状に、好ましくはできるだけ正方形に近い形状に形成でき、且つ画素を高い密度で配置できる。よって、高精細で、より明瞭な画像を形成することができる。また、互いに直交する２方向に直線を引くことができる。
【０１１１】
また、この画素配列構造は、色分離と偏光分離を行う表示装置、色分離のみを行う表示装置、偏光分離のみを行う表示装置、あるいは色分離も偏光分離も行わない表示装置に使用可能である。しかし、回折格子により色分離を行う場合に、３つの色の表示ドットの一直線上の位置は近接できるので、回折格子による色分離角が小さくても明瞭な色分離を行うことができる。また、これを投射型表示装置にも応用できる。
【０１１２】
好ましくは、図７１に示すように、１つの表示ドットＡ、Ｂ、Ｃが第１方向に平行な辺の長さと第２方向に平行な辺の長さとの比が概ね３対４の長方形であり、画素を構成する表示ドットＡ、Ｂ、Ｃの開口部の中心を結ぶ線分の比が概ね４対√１３対√１３の二等辺三角形となる。この場合、それぞれの画素の点９０ＡＯ、９０ＢＯ、９０ＣＯ、９０ＤＯ間の距離は６になる。従って、正方配列となるためには、各表示ドットの縦横比も所定の条件を満足する必要がある。
【０１１３】
実際例として、対角３．５インチ、アスペクト比４：３、ＳＶＧＡ（８００×６００画素）の表示装置において、各矩形状の表示ドットは２９．７×４４．４μｍとなる。また、対角３．５インチ、アスペクト比４：３、ＸＧＡ（１０２４×７６８画素）の表示装置において、各矩形状の表示ドットは２３．２×３４．７μｍとなる。
【０１１４】
図７２は、表示ドットＡ、Ｂ、Ｃがそれぞれに３組の平行な辺を有する六角形の例を示す。この場合にも、画素を構成する表示ドットの中心を結ぶ線分の比、又は画素を構成する表示ドットの開口部の中心を結ぶ線分の比が、概ね４対√１３対√１３の二等辺三角形となるようにする。このようにすることにより、表示ドットＡ、Ｂ、Ｃは円に近づき、マイクロレンズの形に近づく。
【０１１５】
その他の特徴４
図７３から図９０は本発明のその他の特徴を示す図である。図７３から図９０は回折格子１２、５２、又は回折格子素子５４を含む表示装置におけるさらなる画素配列及びバスラインの特徴を示す。表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは、ブラックマトリクス（遮光膜）９２の開口部として形成される。
【０１１６】
液晶表示パネル１６は、複数の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂを含み、表示ドットの形状が互いに等しい。１つの表示ドットの形状はその中心を通る互いに直交する第１の線２６Ｘ及び第２の線２６Ｙに関して対称であるように構成されている。図７３では、表示ドットの配列がストライプ配列であるが、後で示すように、デルタ配列とすることもできる。
【０１１７】
図７４は図２０と同様の図である。回折格子素子５４を含む表示装置においては、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂには、赤、緑、青色に相当する光の波長成分を中心として各波長成分の光が同心円の縞状に入射する。従って、全ての表示ドットの形状が互いに等しく、１つの表示ドットの形状はその中心を通る互いに直交する第１の線２６Ｘ及び第２の線２６Ｙに関して対称であるように構成されていると、回折格子素子５４から入射する各色の波長成分の光を最も効率よく取り込むことができる。
【０１１８】
もしも、表示ドットの形状が破線２６ｄで示されるようにジグザグな形状であるとすると、所定の形状の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂから外にはみ出た部分では望ましくない余分な波長成分の光を受け入れ、逆に所定の形状の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂから内には切れ込んだ部分では必要な波長成分の光を受け入れることができない。従って、上記した特徴に従って形成された表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂにより、設計通りの白純度及び色むらのない画像を得ることができる。
【０１１９】
さらに、鉛直方向に隣接する２つの表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂ間の間隔ｍが一定である。こうすることにより、マイクロレンズアレイ１４のマイクロレンズの配置を一定にし、且つ回折格子素子５４と液晶パネル１６との位置合わせマージンを確保することができ、多少の位置ずれがあっても色が変わらないようにすることができる。
【０１２０】
図７５から図７８は上記した特徴を満足する表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの例を示す図である。
図７５においては、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは十字形形状に形成される。
図７６においては、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは円形形状に形成される。
図７７においては、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは八角形形状に形成される。
図７８においては、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂは楕円形形状に形成される。
【０１２１】
また、図７５から図７８の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの形状は、色分離方向（水平方向）と直交し且つその中心を通る（鉛直）線上の部分が横外縁側の部分よりも大きく形成されている。
図７９に示されるように、回折格子素子５４から液晶パネル１６に入射する光は、赤、緑、青色の波長成分をピークとした波長分布をもっている。従って、各色のピークの位置においてはもっとも多量の光を取り入れるように表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの開口サイズを大きくするのが好ましい。
【０１２２】
図８０及び図８１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４０と、ゲートバスライン３６と、データバスライン３８を含むアクティブマトリクス構造を示している。この例では、ＴＦＴ４０の動作半導体、ドレイン電極、及びソース電極がポリシリコンからなる例を示している。すなわち、ＴＦＴ４０は、基板２２の表面に設けられたポリシリコンの層４０ａを含み、このポリシリコンの層４０ａの絶縁膜を介してゲートバスライン３６と重なる部分４０ｃがＴＦＴ４０の動作半導体、すなわちチャネルとなる。チャネルは２つある。ポリシリコンの層４０ａは絶縁膜を介してデータバスライン３８と重なる部分４０ｄを有し、この部分４０ｄはスルーホール３８ａによりデータバスライン３８と接続され、ドレイン電極となる。さらに、ポリシリコンの層４０は絶縁膜を介して表示ドット２６ｒと重なる部分４０ｓを有し、この部分４０ｓはスルーホール２６ａにより表示ドット２６ｒに接続され、ソース電極となる。ブラックマトリクス９２は表示ドット２６ｒと同じ基板に形成されている。
【０１２３】
ポリシリコンは表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂに対してＴＦＴ４０を非常に小さく形成することを可能にするので、高精細な表示装置を得るのに適している。さらに、ポリシリコンは透明であるので、ポリシリコンで覆われた表示電極の部分は遮光膜とはならない。従って、表示ドット２６ｒは、ブラックマトリクス９２の開口部のみによって規定され、このブラックマトリクス９２の開口部は矩形形状である。図８０及び８１には、表示電極２６Ｒも示されている。
【０１２４】
図８２は図８１と類似した構成を示している。図８２においては、表示ドット２６ｒとソース電極とを接続するコンタクトホール２６ａの長さ（＝〜１００００Å程度）に対し画素電極の厚さ（〜１０００Å）が薄いため、画素電極と、ポリシリコンを直接接続させると、画素電極が切れることがあり、表示欠陥となる場合がある。そのため、図８２のように、コンタクトの下半分をデータバスラインで行うことが対策となる。この場合には、データバスライン３８と同じ材料３８ｂは遮光性であるので、図８０のスルーホール２６ａの部分が遮光膜で覆われることになる。
【０１２５】
この場合には、図８３で示されるように、対向基板側に遮光膜９６を設け、この遮光膜９６とＴＦＴ側の基板２２のブラックマトリクス９２と合わせて、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂを規定する遮光膜となる。
さらに、図８３においては、ゲートバスライン３６及びデータバスライン３８が表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂを部分的に取り囲むように曲がって形成されている。
【０１２６】
そして、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂはデルタ配列されており、各画素に対して、ゲートバスライン３６が１個あり、データバスライン３８が３個ある。図８３の中央の画素の逆Δ形の表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂについて見ると、左上段の表示ドット２６ｒ（１）の右側に沿って延びるデータバスライン３８はその表示ドット２６ｒに接続され、右上段の表示ドット２６ｇ（２）の左側に沿って延びるデータバスライン３８はその下の表示ドット２６ｂ（３）に接続され、右上段の表示ドット２６ｇ（２）の右側に沿って延びるデータバスライン３８はその表示ドット２６ｇに接続される。このようにして、ゲートバスライン３６及びデータバスライン３８の閉める面積を最小にし、且つ表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの形状を正方形に近い矩形にすることを可能にしている。
【０１２７】
図８４は図８３に類似の構成であるが、各画素に対して、ゲートバスライン３６が２個あり、データバスライン３８が２個ある例を示している。左上段の表示ドット２６ｒ（１）の右側に沿って延びるデータバスライン３８はその表示ドット２６ｒに接続され、右上段の表示ドット２６ｇ（２）の右側に沿って延びるデータバスライン３８はその表示ドット２６ｇ及びその下の表示ドット２６ｂ（３）に接続される。後者の表示ドット２６ｂは２段面のゲートバスライン３６に接続され、他の２つは１段目のゲートバスライン３６に接続されている。
【０１２８】
図８５は、各画素の１つの表示ドットの大きさが他の２つの表示ドットよりも小さい例を示す図である。実施例においては、緑色の表示ドット２６ｇの開口部の大きさが、赤及び青色の表示ドット２６ｒ、２６ｂの開口部の大きさよりも小さくなっている。また、この例では、ゲートバスライン３６が１個、データバスライン３８が３個の構成になっている。
【０１２９】
図８６に示すように、回折格子１２から液晶パネル１６に向かって１次回折光が入射するとき、短波長である青色の光と、中間の波長である緑色の光と、長い波長の光である赤色とが、同じ位置から等距離だけ進むが、波長の違いによって焦点距離が破線で示されるように異なる。このため、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂにおける光の強度や集光度に差ができることになる。そこで、図８５に示されるように、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂ毎に開口部の大きさを替え、緑色の表示ドット２６ｇに焦点を合わせる構成により、表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂにおける光の強度が同じになるようにするのが好ましいことがある。
【０１３０】
図８７においては、緑の表示ドット２６ｇが小さく、且つ全ての表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの底部が一直線上に位置するようになっている。
図８８においては、緑の表示ドット２６ｇが小さく、且つ全ての表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの中心が一直線上に位置するようになっている。
図８９においては、緑の表示ドット２６ｇが小さく、且つ表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの形状が外から内へ次第に小さくなるようになっている。
【０１３１】
図８７において、ｘを実数とするとき、小さい表示ドット２６ｇの開口面積と大きい表示ドットの開口面積の比が、１−２ｘ：１＋ｘであるようにする。すなわち、全ての表示ドット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂを最初は同じように形成しておいて、緑の表示ドット２６ｇから２ｘ取り、それを１ｘずつ残りの表示ドット２６ｒ、２６ｂに加える。例えば、図８５の構成において、小さい表示ドットの開口面積と大きい表示ドットの開口面積との比は、１：２．３であった。
【０１３２】
図９０はゲートドライバ９７及びデータドライバ９８が液晶パネル１６の基板２２にアクティブマトリクス構造と一緒に作られている例を示す図である。ゲートドライバ９７はゲートバスライン３６に接続され、データドライバ９８はデータバスライン３８に接続される。ゲートドライバ９７及びデータドライバ９８はパソコン１００の制御回路１０１によって制御される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の第１実施例の表示装置を示す図である。
【図２】回折格子を示す図である。
【図３】集光レンズとライトバルブの表示電極との関係を示す図である。
【図４】一次回折光と０次回折光がライトバルブに入射する位置を示す図である。
【図５】表示電極が互いに上下関係で設けられ且つ０次回折光が上方に向かって進む表示装置の例を示す図である。
【図６】一次回折光及び０次回折光の進む方向及びドットピッチを計算するためのジオメトリを示す図である。
【図７】表示電極が互いに上下関係で設けられ且つ０次回折光が上方に向かって進む表示装置の他の例を示す図である。
【図８】表示電極が互いに上下関係で設けられ且つ０次回折光が下方に向かって進む表示装置の例を示す図である。
【図９】表示装置をパソコンに設けた例を示す図である。
【図１０】壁かけ型表示装置の例を示す図である。
【図１１】マルチパネルタイプの表示装置の例を示す図である。
【図１２】マルチパネルタイプの表示装置の正面図である。
【図１３】本発明の第２実施例の表示装置を示す図である。
【図１４】図１３の表示装置の表示電極を示す図である。
【図１５】図１４の表示装置の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施例を示す図である。
【図１７】本発明の第４実施例の表示装置を示す図である。
【図１８】図１７の回折格子を示す図である。
【図１９】図１７の集光手段を示す図である。
【図２０】図１７の表示電極に一次回折光が入射するところを示す図である。
【図２１】本発明の第５実施例の投射型表示装置を示す図である。
【図２２】図２１のアパーチャを示す図である。
【図２３】拡散格子素子と液晶パネルを示す図である。
【図２４】アパーチャのコリメートレンズ等の関係を示す図である。
【図２５】アパーチャにカットフィルタを設けた例を示す図である。
【図２６】ピークのある光源の特性の例を示す図である。
【図２７】長寿命光源と一般的な光源の特性の例を示す図である。
【図２８】拡散格子素子にブラックマトリクスを設けた例を示す図である。
【図２９】反射防止コート付き検光子の例を示す図である。
【図３０】アナモルフィック投射レンズを使用した例を示す図である。
【図３１】本発明の第６実施例の投射型表示装置を示す図である。
【図３２】図３２の画素構成を示す図である。
【図３３】図３４の画素構成を示す図である。
【図３４】図３２の投射型表示装置の変形例を示す図である。
【図３５】背面投射型表示装置の例を示す図である。
【図３６】本発明の第７実施例の表示装置を示す図である。
【図３７】図３６の部分拡大図である。
【図３８】図３７の変形例を示す図である。
【図３９】本発明の第８実施例の表示装置を示す図である。
【図４０】図３９の部分拡大を示す図である。
【図４１】図４０の変形例を示す図である。
【図４２】偏光分離手段の変形例を示す図である。
【図４３】図４２の偏光分離手段の偏光分離を示す図である。
【図４４】図４３の変形例を示す図である。
【図４５】図３６の構成に拡散格子を加えた表示装置を示す図である。
【図４６】図３６の構成にダイクロイックミラーを加えた表示装置を示す図である。
【図４７】図４５及び図４６の表示装置の画素配列を示す図である。
【図４８】図４７の画素配列に対する駆動電圧と透過率の関係を示す図である。
【図４９】図４５の偏光分離手段と拡散格子素子の配置を逆にした例を示す図である。
【図５０】図４５の偏光分離手段とダイクロイックミラーの配置を逆にした例を示す図である。
【図５１】偏光分離素子と色分離素子を一体化した複合素子の例を示す図である。
【図５２】図５１の偏光分離素子と色分離素子の配置を逆にした複合素子の例を示す図である。
【図５３】偏光分離素子と色分離素子を一体化した複合素子の他の例を示す図である。
【図５４】２つの回折格子で偏光分離と色分離を行う例を示す図である。
【図５５】Ｓ偏光のみが回折を行う回折格子の例を示す図である。
【図５６】図５４の表示装置の画素配列を示す図である。
【図５７】偏光分離素子と色分離素子とからなる表示装置の他の例を示す図である。
【図５８】マイクロレンズアレイのマイクロレンズの配置の例を示す図である。
【図５９】マイクロレンズアレイのマイクロレンズの配置の他の例を示す図である。
【図６０】偏光分離手段の変形例を示す図である。
【図６１】図６０の部分拡大図である。
【図６２】図６０の表示装置の画素配列を示す図である。
【図６３】図６１の変形例を示す図である。
【図６４】図６１の変形例を示す図である。
【図６５】偏光特性の大きい拡散格子を偏光分離手段として使用する例を示す図である。
【図６６】偏光特性の大きい拡散格子を偏光分離手段として使用する例を示す図である。
【図６７】画素配列の他の例を示す図である。
【図６８】画素配列の他の例を示す図である。
【図６９】画素配列の他の例を示す図である。
【図７０】本発明の第９実施例の画素配列を示す図である。
【図７１】図７０の１つの画素を示す図である。
【図７２】図７０の画素配列の変形例を示す図である。
【図７３】本発明の第１０実施例の画素配列を示す図である。
【図７４】１画素の表示ドットとそれに入射する１次回折光を示す図である。
【図７５】図７３の他の例を示す図である。
【図７６】図７３の他の例を示す図である。
【図７７】図７３の他の例を示す図である。
【図７８】図７３の他の例を示す図である。
【図７９】色分離された光の波長と光量との関係を示す図である。
【図８０】ＴＦＴをポリシリコンで作った例を示す図である。
【図８１】図８０のＴＦＴの断面図である。
【図８２】図８１の変形例を示す図である。
【図８３】１画素について１個のゲートバスラインと３個のデータバスラインとを有する例を示す図である。
【図８４】１画素について２個のゲートバスラインと２個のデータバスラインとを有する例を示す図である。
【図８５】緑色の表示ドットを小さくした例を示す図である。
【図８６】回折格子から液晶パネルへ進む光の焦点距離に差があることを示す図である。
【図８７】緑色の表示ドットを小さくした例を示す図である。
【図８８】緑色の表示ドットを小さくした例を示す図である。
【図８９】緑色の表示ドットを小さくした例を示す図である。
【図９０】液晶パネルの基板にゲートドライバ及びデータドライバを設けた例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１０    表示装置
１２    回折格子
１４    集光素子
１６    液晶パネル
１８    液晶層
２０、２２    基板
２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ    表示電極
２６ｒ、２６ｇ、２６ｂ    表示ドット
４８    遮光部
５２    回折格子
Ｌｏ    ０次回折光
ＬR 、ＬG 、ＬB    一次回折光
５４    回折格子素子
６２    光源
６３    アパーチャ
６４    光学手段
６６    投射レンズ
６８    フィールドレンズ
７６    偏光分離手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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