(57)【要約】【課題】表示品位および光利用効率が高く、低コストで製造が可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】本発明による画像表示装置は、光源と、光源からの光束をＲ、Ｇ、Ｂの色光束に分割するダイクロイックミラーと、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光束を変調する複数の画素部を有する液晶表示素子３０と、液晶表示素子３０の光入射側に設けられた複数のマイクロレンズ３２と、マイクロレンズ３２に一体一で対応するように設けられた複数のマイクロプリズム３４とを備える。マイクロプリズム３４は、マイクロレンズ３２によって各色光束が集められる第１、第２、第３のプリズム面３４ａ、３４ｂ、３４ｃを有する。表示面法線方向に略平行な第１の色光束が集められる第１のプリズム面３４ａの色分離平面に沿った幅は、マイクロプリズム３４の色分離平面に沿った幅の１／３よりも広い。【選択図】  図３
2005037686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光束を波長域に応じて同一平面に含まれる異なる方向に向けることによって互いに異なる波長域を有する第１、第２および第３の色光束に分割する色分離素子と、
前記第１、第２および第３の色光束を変調する複数の画素部を有する画像表示素子と、
前記画像表示素子の光入射側に設けられ、２次元に配列された複数の集光素子と、
前記複数の集光素子に対して前記画像表示素子側に設けられ、それぞれが前記複数の集光素子と一対一で対応するように２次元に配列された複数のマイクロプリズムと、を備える画像表示装置であって、
前記色分離素子は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線が、前記複数の集光素子に入射する前記第２および第３の色光束の主光線よりも前記画像表示素子の表示面法線方向に対して小さな角度をなすように前記光源からの光束を分割し、
前記複数のマイクロプリズムのそれぞれは、対応する集光素子によって前記第１、第２および第３の色光束のそれぞれが集められる第１、第２および第３のプリズム面を有し、
前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第２の色光束は、前記第２のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向により近い方向に向けられ、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第３の色光束は、前記第３のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向により近い方向に向けられ、
前記異なる方向を含む前記平面に沿った前記第１のプリズム面の幅が、前記平面に沿った前記複数のマイクロプリズムのそれぞれの幅の１／３よりも広い、画像表示装置。
【請求項２】
前記第１のプリズム面は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線に対して略垂直であり、前記第２および第３のプリズム面は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線に対して傾斜している、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線は、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行である、請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第２の色光束は、前記第２のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行な方向に向けられ、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第３の色光束は、前記第３のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行な方向に向けられる、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１のプリズム面に入射する前記第１の色光束の主光線に垂直な面への、前記第１のプリズム面の射影と、前記第２のプリズム面に入射する前記第２の色光束の主光線に垂直な面への、前記第２のプリズム面の射影と、前記第３のプリズム面に入射する前記第３の色光束の主光線に垂直な面への、前記第３のプリズム面の射影とが実質的に同一の面積を有する、請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記異なる方向を含む前記平面に沿った前記第１のプリズム面の幅と、前記平面に沿った前記第２のプリズム面の幅と、前記平面に沿った前記第３のプリズム面の幅とが実質的に等しい、請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記複数の集光素子のそれぞれはマイクロレンズである、請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像表示素子は液晶層を含む液晶表示素子である、請求項１から７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像表示素子の光出射側に投影光学系をさらに有する請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、２次元に配列された複数の集光素子と複数のマイクロプリズムとを備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示素子に表示される画像や文字を投影光学系によってスクリーン上に拡大投影する投影型の画像表示装置（いわゆるプロジェクタ）が注目されている。
【０００３】
特に、画像表示素子として液晶表示素子を用いる液晶プロジェクタは、画像表示素子としてブラウン管を用いる３管式のブラウン管プロジェクタと比較すると、小型、軽量、色再現範囲が広い等の優れた特徴を有しており、今後の成長を期待されている。
【０００４】
一般的に、液晶プロジェクタは、液晶表示素子として、赤、緑、青（以下順にＲ、Ｇ、Ｂと呼ぶ。）のカラーフィルタを配列したカラー表示パネルを用いる単板式と、白黒表示の３枚の表示パネルを用いる３板式とに大別される。
【０００５】
３板式の液晶プロジェクタは、光源から発せられた白色光をダイクロイックミラー等の色分離手段を用いてＲＧＢの光束に分離し、それぞれの光束を各表示パネルに向かわせるので、カラーフィルタレスであり、一般的な単板式の液晶プロジェクタと比較して光源からの光を有効に利用することができる。このため、現在では３板式が主流となっている。
【０００６】
しかし、３板式の液晶プロジェクタは、構造が複雑で部品点数が多く、パネル枚数が３枚となるためコストダウンが困難である等の欠点を有している。
【０００７】
これに対して、単板式の液晶プロジェクタは、部品点数が少なく、液晶表示素子を１枚しか用いないため、コストを抑えられるという利点と、光学系のサイズをコンパクトにできるという利点を有しているものの、カラーフィルタを用いるために、３板式と比較して入射光の利用効率が１／３となるという欠点も有している。
【０００８】
上述したような液晶プロジェクタの欠点を解決するために、特許文献１は、カラーフィルタレスの単板式液晶プロジェクタを開示している。この液晶プロジェクタでは、扇形に配置されたダイクロイックミラーに白色光を入射させ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光束に分離し、液晶表示素子の光源側に配置されているマイクロレンズにそれぞれの色光束を異なる角度で入射させ、各色に対応する画素に所定の色光束を集光する。そのため、カラーフィルタによる光吸収をなくすことができ、光利用効率が高く、明るい表示を実現できる。また、一般的な単板式と同様に小型化が容易であり、ダイクロイックプリズムを含む複雑な構成を有する３板式に比べ部品点数も少ないためコストを抑えられるという利点も有する。
【０００９】
ところが、特許文献１に開示されている液晶プロジェクタは、以下のような問題を有している。
【００１０】
特許文献１の液晶プロジェクタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光束の主光線がそれぞれ異なる角度で液晶表示素子の画素に入射するので、投影レンズにも各色光束の主光線がそれぞれ異なる角度で入射するが、一般的な投影レンズは、光の主光線がその波長域によらず同じ角度で入射することを前提に設計されている。
【００１１】
そのため、入射角度が異なるＲ、Ｇ、Ｂの各色光束に対して収差が低減するように投影レンズを特別に設計する必要があり、また、３つの異なる入射角を持つ光束をカバーして十分な明るさを得るためには、大口径でＦ値の低い投影レンズが必要になる。さらに、投影レンズに対して斜めに入射する光束は、垂直に入射する光束に比べて、投影レンズでの蹴られが大きくなるので、光の利用効率が低下してしまう。
【００１２】
これらの問題を解決する手法として、特許文献２は、マイクロレンズと液晶表示素子の画素との間にマイクロプリズムを設ける方式を開示している。この方式によると、マイクロレンズからのＲ、Ｇ、Ｂの色光束の主光線が、２つの斜面を有するマイクロプリズムを通過することによって互いに略平行とされる。そのため、特別な投影レンズを用意する必要がなくなり、また、投影レンズでの光の蹴られも低減される。
【特許文献１】特開平４−６０５３８号公報
【特許文献２】特開平９−５００８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、本願発明者は、光利用効率および表示品位とマイクロプリズムの形状とについて詳細な検討を重ねた結果、単にマイクロレンズと液晶表示素子の画素との間にマイクロプリズムを設けただけでは、上記問題を解決することができないことを見出した。
【００１４】
特許文献２に開示されている方式では、マイクロレンズによって集光された光束は、マイクロレンズの持つ収差や、マイクロレンズへの入射光束の発散度により、焦点位置でも点にはならず、ある領域に絞られるだけである。
【００１５】
そのため、マイクロプリズムの仕様によっては、３つの光束のうち、本来マイクロプリズムのセンター部（斜面ではない部分）に入射して主光線の方向が変化しない光束が、一部マイクロプリズムの斜面に入射して所望しない方向に屈折し、投射レンズで蹴られてしまう。そのため、光利用効率が却って低下してしまう。また、その光束だけが蹴られることにより、色バランスの低下を招いてしまう。さらに、蹴られが発生しないようにＦ値の低い投影レンズを用意すると、その分製造コストが増大してしまう。
【００１６】
特許文献２では、このような問題には何ら言及されておらず、また、このような問題を解決するための知見も何ら開示されてはいない。
【００１７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示品位および光利用効率が高く、低コストで製造が可能な画像表示装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による画像表示装置は、光源と、前記光源からの光束を波長域に応じて同一平面に含まれる異なる方向に向けることによって互いに異なる波長域を有する第１、第２および第３の色光束に分割する色分離素子と、前記第１、第２および第３の色光束を変調する複数の画素部を有する画像表示素子と、前記画像表示素子の光入射側に設けられ、２次元に配列された複数の集光素子と、前記複数の集光素子に対して前記画像表示素子側に設けられ、それぞれが前記複数の集光素子と一対一で対応するように２次元に配列された複数のマイクロプリズムと、を備える画像表示装置であって、前記色分離素子は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線が、前記複数の集光素子に入射する前記第２および第３の色光束の主光線よりも前記画像表示素子の表示面法線方向に対して小さな角度をなすように前記光源からの光束を分割し、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれは、対応する集光素子によって前記第１、第２および第３の色光束のそれぞれが集められる第１、第２および第３のプリズム面を有し、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第２の色光束は、前記第２のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向により近い方向に向けられ、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第３の色光束は、前記第３のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向により近い方向に向けられ、前記異なる方向を含む前記平面に沿った前記第１のプリズム面の幅が、前記平面に沿った前記複数のマイクロプリズムのそれぞれの幅の１／３よりも広く、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記第１のプリズム面は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線に対して略垂直であり、前記第２および第３のプリズム面は、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線に対して傾斜している。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記複数の集光素子に入射する前記第１の色光束の主光線は、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行である。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第２の色光束は、前記第２のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行な方向に向けられ、前記複数のマイクロプリズムのそれぞれに入射した前記第３の色光束は、前記第３のプリズム面において屈折することにより、前記画像表示素子の表示面法線方向に略平行な方向に向けられる。
【００２２】
前記第１のプリズム面に入射する前記第１の色光束の主光線に垂直な面への、前記第１のプリズム面の射影と、前記第２のプリズム面に入射する前記第２の色光束の主光線に垂直な面への、前記第２のプリズム面の射影と、前記第３のプリズム面に入射する前記第３の色光束の主光線に垂直な面への、前記第３のプリズム面の射影とが実質的に同一の面積を有することが好ましい。
【００２３】
前記異なる方向を含む前記平面に沿った前記第１のプリズム面の幅と、前記平面に沿った前記第２のプリズム面の幅と、前記平面に沿った前記第３のプリズム面の幅とが実質的に等しい構成を採用してもよい。
【００２４】
ある好適な実施形態において、前記複数の集光素子のそれぞれはマイクロレンズである。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記画像表示素子は液晶層を含む液晶表示素子である。
【００２６】
ある好適な実施形態において、本発明による画像表示装置は、前記画像表示素子の光出射側に投影光学系をさらに有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、表示品位および光利用効率が高く、低コストで製造が可能な画像表示装置が提供される。
【００２８】
本発明は、投影型の画像表示装置に好適に用いられ、特に、液晶表示素子を備えた液晶プロジェクタに好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明は、液晶表示素子を備えた投影型の画像表示装置（いわゆる液晶プロジェクタ）に好適に用いられるので、以下では液晶プロジェクタを例に本発明を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
図１に、本実施形態における画像表示装置（液晶プロジェクタ）１００を模式的に示す。
【００３１】
画像表示装置１００は、光源１０と、光源１０からの光束を互いに異なる波長域を有する３つの色光束に分割する色分離素子としてのダイクロイックミラー２０と、ダイクロイックミラー２０からの色光束を変調する複数の画素部を有する液晶表示素子（画像表示素子）３０と、液晶表示素子３０を透過した光を投影する投影レンズ４０とを備えている。
【００３２】
光源１０としては、例えばＰｈｉｌｉｐｓ社製の１５０Ｗの高圧水銀ランプを用いることができる。この他に、ハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプなどを用いることができる。
【００３３】
光源１０から発せられた白色光は、放物面鏡１１で略平行光にされたのち、ロッドレンズ１２、リレーレンズ１３を通過し、その後、扇形に配置された３枚のダイクロイックミラー２０に入射する。
【００３４】
３枚のダイクロイックミラー２０に入射した光は、波長域に応じて同一平面に含まれる異なる方向に向けられることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光束に分離される。本願明細書では、色分離素子によって色光束が向けられる方向を含む平面（各色光束の主光線を含む仮想平面）を、「色分離平面」と呼ぶ。
【００３５】
これらの色光束は、液晶表示素子３０にそれぞれ異なる角度で入射する。本実施形態では、Ｇの色光束が液晶表示素子３０に略垂直に入射し、ＲおよびＢの色光束がＧの色光束の主光線に対して所定の角度θrgb（ここでは１４°）をなして液晶表示素子３０に入射する。つまり、Ｇの色光束の主光線は、液晶表示素子３０の表示面法線方向に対してＲおよびＧの色光束の主光線よりも小さな角度（ほぼ０°）をなしている。
【００３６】
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色光束は、後述するように、液晶表示素子３０の対応する画素部（Ｒ用画素部、Ｇ用画素部、Ｂ用画素部）に照射され、液晶層３８で変調される。液晶表示素子３０で変調された色光束によって形成される画像は、投影レンズ（例えばＦ値＝１．７の投影レンズ）４０を含む投影光学系で例えばスクリーン（不図示）上に投影表示される。
【００３７】
なお、図１では、液晶表示素子３０と投影レンズ４０との間に、画像シフト素子５０を備えている場合を例示しているが、この画像シフト素子５０を省略してもよい。画像シフト素子５０は、解像度を向上するために設けられている。画像シフト素子５０としては、公知のものを用いることができる。
【００３８】
図２に、本実施形態における画像シフト素子５０を示す。画像シフト素子５０は、入射した光の偏光方向を変調する偏光変調素子５２と、光の偏光方向によって屈折率の異なる複屈折素子５４とを備えている。
【００３９】
偏光変調素子５２は、例えば、液晶層と液晶層に電圧を印加する一対の電極とを含む液晶セルであり、液晶層に印加された電圧に応じて光の偏光方向を変調する。より具体的には、例えば、ＴＮモードの液晶セルであり、液晶層に電圧が印加されていない場合に光の偏光方向を９０°回転させ、液晶層に適切なレベル電圧が印加されている場合に光の偏光方向を回転させないように設計されている。
【００４０】
複屈折素子５４は、入射光の偏光方向によって異なる屈折率を示す複屈折材料（例えば水晶）から形成されており、その光入射面に対して傾斜した光学軸を有している。このため、光の進行方向と光学軸とを含む平面（「主断面」と称される。）に対して平行な偏光方向を有する光（図２では偏光方向が紙面に垂直な光）が複屈折素子５４に入射すると、光は光学軸を含む面内で屈折し、光軸に対して垂直方向にΔｄだけシフトする。一方、主断面に対して偏光方向が垂直な光（図２では偏光方向が紙面に平行な光）が複屈折素子５４に入射すると、光は屈折せず、光のシフトも生じない。
【００４１】
このように、偏光変調素子５２によって、複屈折素子５４に入射する光の偏光方向を制御し、また、偏光方向の異なる光を複屈折素子５４に入射させることにより、複屈折素子５４から出射する光のシフトを調節することができる。そのため、見かけ上の画素数を増やす（例えば２倍）ことができ、解像度の高い表示が可能になる。
【００４２】
次に、図３および図４を参照しながら、液晶表示素子３０の詳しい構成を説明する。図３は、液晶表示素子３０を模式的に示す断面図であり、図４は、液晶表示素子３０の光入射側に設けられたマイクロプリズム３４を拡大して示す図である。
【００４３】
液晶表示素子３０は、透明基板（例えば石英ガラス基板）３３、３９と、これらの間に設けられた液晶層３８とを有している。液晶表示素子３０としては、種々のモードの液晶表示素子を用いることが可能であり、ＴＮモード、ＭＶＡモード、ＩＰＳモードの液晶表示素子を好適に用いることができる。
【００４４】
液晶表示素子３０の光入射側に、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光束を対応する画素部に集光する集光素子としての複数のマイクロレンズ３２が設けられている。また、複数のマイクロレンズ３２に対して液晶表示素子３０側に複数のマイクロプリズム３４が設けられている。
【００４５】
複数のマイクロレンズ３２は、透明基板３３上に形成され、２次元に配列されている。本実施形態におけるマイクロレンズ３２は、非球面レンズ（例えば光軸近傍の曲率半径ｒ＝１８μｍ、円錐定数Ｋ＝−０．８１４の非球面レンズ）であり、高屈折率の樹脂材料から形成されている。透明基板３３上には、さらに、マイクロレンズ３２を覆うように低屈折率の樹脂材料からなる透明樹脂層３１が形成されている。
【００４６】
複数のマイクロプリズム３４は、透明基板３３の液晶層３８側に形成され、複数のマイクロレンズ３２と一対一で対応するように２次元に配列されている。本実施形態におけるマイクロプリズム３４は、高屈折率の樹脂材料から形成されている。透明基板３３の液晶層３８側には、さらに、マイクロプリズム３４を覆うように低屈折率の樹脂材料からなる透明樹脂層３５が形成されている。透明樹脂層３５の液晶層３８側には、複数の画素部を分割するブラックマトリクスＢＭが配置されている。
【００４７】
各マイクロプリズム３４は、図３および図４に示すように、Ｇの色光束の主光線に対して略垂直な第１のプリズム面３４ａと、Ｇの色光束の主光線に対して傾斜した第２および第３のプリズム面３４ｂ、３４ｃとを有し、その断面形状（色分離平面に沿った断面形状）は台形である。
【００４８】
第１、第２および第３のプリズム面３４ａ、３４ｂおよび３４ｃのそれぞれには、対応するマイクロレンズ３２によって異なる色光束が集められる。具体的には、第１のプリズム面３４ａにはＧの色光束が集められ、第２のプリズム面３４ｂにはＲの色光束が集められ、第３のプリズム面３４ｃにはＢの色光束が集められる。
【００４９】
マイクロレンズ３２の光入射側に位置する透明樹脂層３１の屈折率をｎ1、マイクロレンズ３２の屈折率をｎ2、マイクロレンズ３２とマイクロプリズム３４との間に位置する透明基板の屈折率をｎ3、マイクロプリズム３４の屈折率をｎ4、マイクロプリズム３４の光出射側に位置する透明樹脂層３５の屈折率をｎ5としたとき、これらはｎ1＜ｎ2、ｎ4＞ｎ5の関係を満足している。本実施形態では、ｎ1＝１．４０６、ｎ2＝１．５９０、ｎ3＝１．４６０、ｎ4＝１．５９０、ｎ5＝１．４０６となるような樹脂材料、ガラスを用いる。
【００５０】
マイクロプリズム３４に入射した光のうち、第１のプリズム面３４ａに集められるＧの色光束は、その主光線が第１のプリズム面３４ａにほぼ垂直であり、第１のプリズム面３４ａを通過してもほとんど向きを変えられない。これに対して、第２のプリズム面３４ｂに集められるＲの色光束は、第２のプリズム面３４ｂにおいて屈折することにより、液晶表示素子３０の表示面法線方向により近い方向に向けられる。また、第３のプリズム面３４ｃに集められるＢの色光束は、第３のプリズム面３４ｃにおいて屈折することにより、液晶表示素子３０の表示面法線方向により近い方向に向けられる。本実施形態では、ＲおよびＢの色光束は、第２および第３のプリズム面３４ｂ、３４ｃを通過すると、Ｇの色光束とほぼ平行となる。
【００５１】
このように、マイクロプリズム３４によって、ＲおよびＢの色光束が表示面法線方向に対してなす角度が小さくなる（ここではＧの色光束と同じく略平行）ので、投影レンズへの各色光束の入射角度のばらつきが小さくなる。したがって、特別な設計の投影レンズや、大口径でＦ値が低い投影レンズを用いる必要がない。また、投影レンズ４０での光の蹴られも抑制されるので、光の利用効率が向上する。
【００５２】
また、マイクロプリズム３４によってＲおよびＢの色光束が表示面法線方向に対してなす角度が小さくなるので、画像シフト素子５０に入射する際の角度のばらつきが小さくなる。そのため、複屈折素子５４でのシフト量Δｄのばらつき（ずれ）を小さくすることができる。もし、マイクロプリズム３４を備えていないと、図５に示すように、複屈折素子５４に色光束が大きく異なる角度で入射するので、色光束ごとのシフト量Δｄに大きなばらつき（ずれ）が発生してしまう。
【００５３】
さらに、本発明による画像表示装置１００では、色分離平面に沿った第１のプリズム面３４ａの幅（図４では紙面に沿った幅）Ｗ1が、色分離平面に沿ったマイクロプリズム３４の幅（図４では紙面に沿った幅）Ｗの１／３よりも大きい。つまり、画像表示装置１００は、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1が、色分離平面に沿ったマイクロプリズム３４の幅（図４では紙面に沿った幅）Ｗを単純に三分割したものではない点に特徴を有している。
【００５４】
そのため、第１のプリズム面３４ａに集められる色光束（ここではＧの色光束）の一部が第２のプリズム面３４ｂや第３のプリズム面３４ｃに入射することが抑制される。したがって、第１のプリズム面３４ａに集められる色光束の一部が第２のプリズム面３４ｂや第３のプリズム面３４ｃにおいて屈折することが抑制され、その光が投影レンズ４０で蹴られることも防止される。その結果、光の利用効率をさらに向上することができる。また、その光が投影レンズ４０で蹴られることによる色バランスの低下も抑制されるので、表示品位も向上する。
【００５５】
図６に、色分離平面に沿った第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1を変化させたときの光利用効率（マイクロレンズ３２への各色光の入射光量に対する、各色光が対応した画素部を透過する光量の割合）を示す。なお、図６では、液晶表示素子３０として、対角１．２インチ、画素数が１２８０×７２０、画素ピッチＰが２１μｍのものを用い、マイクロプリズム３４の光入射側面３４ｄと第２のプリズム面３４ｂとのなす角θ1、光入射側面３４ｄと第３のプリズム面３４ｃとのなす角θ2をそれぞれ５０°としたときの光利用効率を示している。ここで、θ1＝θ2＝５０°という条件は、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1が画素ピッチＰと同じ２１μｍであるとき、もっとも光利用効率が高い条件である。また、色分離平面に沿ったマイクロプリズム３４の幅Ｗは、画素ピッチの３倍の６３μｍである。
【００５６】
図６に示すように、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1を２１μｍよりも大きく、すなわち、マイクロプリズム３４の幅Ｗの１／３よりも大きくすることによって、Ｇの色光束の利用効率、ＲおよびＢの色光束の利用効率をともに高くすることができ、マイクロレンズ３２に入射する色光束の利用効率が向上する。
【００５７】
また、図６に示すように、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1が２２．９３μｍのときに光利用効率がもっとも高くなる。上記の条件では、このとき、図７に示すように、第１、第２および第３のプリズム面３４ａ、３４ｂおよび３４ｃをそれぞれに入射する色光束の主光線に垂直な面に射影したときのそれぞれの射影３４ａ’、３４ｂ’および３４ｃ’の面積が実質的に等しくなる。
【００５８】
つまり、第１、第２および第３のプリズム面３４ａ、３４ｂおよび３４ｃの射影３４ａ’、３４ｂ’および３４ｃ’が実質的に同一の面積を有していると、それぞれのプリズム面に入射する色光束の、主光線に垂直な面内方向の断面積が等しくなるので、光利用効率をもっとも高くすることができる。
【００５９】
ただし、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1が広すぎると、第２のプリズム面３４ｂや第３のプリズム面３４ｃに集められるべき色光束の一部が第１のプリズム面３４ａに入射してしまい、そのことによって光利用効率が低下したり表示品位が低下したりすることがある。このような光利用効率や表示品位の低下を抑制する観点からは、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1は、広すぎないことが好ましい。第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1の好ましい上限値は、θ1やθ2などの各種のパラメータの値によって変わり得るが、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1をマイクロプリズム３４の幅Ｗの１／３としたときよりも利用効率が高くなるように、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1の値を設定することが好ましい。例えば、本実施形態で例示した構成においては、図６からわかるように、幅Ｗ1を約２５μｍ以下とすることが好ましい。
【００６０】
また、第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1の値を設定するに際しては、図６に示すような光線追跡等のシミュレーションに基づいて幅Ｗ1の値を決定することが利用効率の向上の観点からは好ましいが、そのような複雑な計算をしなくても、例えば、色分離平面に沿った第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1と、色分離平面に沿った第２のプリズム面３４ｂの幅Ｗ2（図５参照）と、色分離平面に沿った第３のプリズム面３４ｃの幅Ｗ3（図５参照）とを実質的に等しくすることによっても、本発明の効果を得ることができる。
【００６１】
本発明による画像表示装置１００は、マイクロプリズム３４の構成以外は公知の画像表示装置と同じ構成を採用することができ、公知の製造方法で製造することができる。また、マイクロプリズム３４についても、公知の製造方法を用いて製造することができる。例えば、マイクロプリズム３４の形状の雌型となるマスターを精密加工技術により作製すれば、２Ｐ法などでスタンプによる複製も容易である。
【００６２】
なお、本発明は、図３や図４に示したタイプのマイクロプリズム３４を備えた画像表示装置に限定されない。本発明は、例えば、図８に示すタイプのマイクロプリズム３４’を備えた画像表示装置にも好適に用いられる。
【００６３】
図８に示すマイクロプリズム３４’は、Ｇの色光束の主光線に対して略垂直な第１のプリズム面３４ａ’と、Ｇの色光束の主光線に対して傾斜した第２および第３のプリズム面３４ｂ’、３４ｃ’とを有している。第２および第３のプリズム面３４ｂ’、３４ｃ’は、透明基板３３の液晶層３８側に形成された断面形状（色分離平面に沿った断面形状）が三角形の第１の層（例えば透明樹脂層）３５ａと、第１の層３５ａを覆う第２の層（例えば透明樹脂層）３５ｂとの界面によって構成されており、第１のプリズム面３４ａ’は、透明基板３３と第１の層３５ａとの界面によって構成されている。
【００６４】
第１、第２および第３のプリズム面３４ａ’、３４ｂ’および３４ｃ’のそれぞれには、対応するマイクロレンズ３２によって異なる色光束が集められる。このマイクロプリズム３４’も、図３などに示すマイクロプリズム３４と同様に、色光束を平行化する機能を有する。ただし、このような機能を奏するために、第１の層３５ａの屈折率をｎ4、第２の層３５ｂの屈折率をｎ5としたとき、これらはｎ4＜ｎ5の関係を満足している。
【００６５】
図８に示すタイプのマイクロプリズム３４’を備えた画像表示装置においても、色分離平面に沿った第１のプリズム面３４ａ’の幅（図８では紙面に沿った幅）Ｗ1が、色分離平面に沿ったマイクロプリズム３４’の幅（図８では紙面に沿った幅）Ｗの１／３よりも大きい構成とすることによって、光の利用効率および表示品位が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による画像表示装置（液晶プロジェクタ）１００を模式的に示す図である。
【図２】画像表示装置１００が備える画像シフト素子５０を模式的に示す断面図である。
【図３】画像表示装置１００が有する液晶表示素子３０を模式的に示す断面図である。
【図４】液晶表示素子３０のマイクロプリズム３４を拡大して模式的に示す断面図である。
【図５】複屈折素子でのシフト量Δｄのばらつき（ずれ）を説明するための図である。
【図６】色分離平面に沿った第１のプリズム面３４ａの幅Ｗ1（μｍ）と光利用効率（％）との関係を示すグラフである。
【図７】マイクロプリズム３４に色光束が入射する様子を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明による画像表示装置に用いられる他のマイクロプリズム３４’を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  光源
１１  放物面鏡
１２  ロッドレンズ
１３  リレーレンズ
２０  ダイクロイックミラー（色分離素子）
３０  液晶表示素子（画像表示素子）
３１、３５  透明樹脂層
３２  マイクロレンズ（集光素子）
３３、３９（透明基板）
３４、３４’  マイクロプリズム
３４ａ、３４ａ’  第１のプリズム面
３４ｂ、３４ｂ’  第２のプリズム面
３４ｃ、３４ｃ’  第３のプリズム面
３８  液晶層
４０  投影レンズ
５０  画像シフト素子
５２  偏光変調素子（液晶セル）
５４  複屈折素子
１００  画像表示装置（液晶プロジェクタ）
【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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