(57)【要約】【課題】本発明は、スクリーン上でホワイトバランスが崩れて色むらの発生することのない投写型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】投写型表示装置は、少なくとも光射出側にそれぞれ偏光板を有し、赤、緑、青の各色成分の光をそれぞれ変調して射出する３つのライトバルブと、各ライトバルブからの各射出光を色合成する色合成光学系と、色合成された光をスクリーンに投射する投射レンズとを備えた投写型表示装置において、スクリーン上の少なくとも水平方向の光量と鉛直方向の光量の比が各色成分でほぼ等しくなるように、各色成分の光の偏光状態を変換する偏光変換手段を備えていることを特徴とする。【選択図】図６
2007304607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光射出側にそれぞれ偏光板を有し、赤、緑、青の各色成分の光をそれぞれ変調して射出する３つのライトバルブと、前記各ライトバルブからの各射出光を色合成する色合成光学系と、色合成された光をスクリーンに投射する投射レンズとを備えた投写型表示装置において、
前記スクリーン上の少なくとも水平方向の光量と垂直方向の光量の比が各色でほぼ等しくなるように、前記各色成分の光の偏光状態を変換する偏光変換手段を備えていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型表示装置において、
前記偏光変換手段は、前記色合成された各光を、一の色成分の光の偏光方位と他の色成分の光の偏光方位とでなす角の２等分線が前記スクリーンの水平線又は鉛直線のいずれかにほぼ一致する直線偏光に変換することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の投写型表示装置において、
前記一の色成分の光の偏光方位と前記他の色成分の光の偏光方位とは、ほぼ直交することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記偏光変換手段は、前記色合成光学系の光射出側に配置された１／２波長板を有していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の投写型表示装置において、
前記偏光変換手段は、前記色合成された各光をほぼ円偏光に変換することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
請求項５記載の投写型表示装置において、
前記偏光変換手段は、前記色合成光学系の光射出側に配置された１／４波長板を有していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記ライトバルブは、液晶パネルを有していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記投射レンズから投射された光が入射するスクリーンをさらに有し、前記スクリーンは、フレネルレンズとレンチキュラーレンズとを有していることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項９】
少なくとも１つのダイクロイック・ミラーと光反射ミラーとを有し、光源から出射した光を赤、緑、青の各色成分に分離する色分離光学系と、
少なくとも光射出側にそれぞれ偏光板を有し、赤、緑、青の各色成分の光をそれぞれ変調して射出する３つのライトバルブと、
前記各ライトバルブからの各射出光を色合成する色合成光学系とを有する投写型表示装置において、
前記色合成光学系は、両表面を固体または液体に接触させた少なくとも１つのダイクロイック・ミラーと、表面を固体または液体に接触させた少なくとも１つの光反射ミラーとを有し、  前記色分離光学系及び色合成光学系のダイクロイック・ミラーは、ローパス・フィルタまたはハイパス・フィルタを有していること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の投写型表示装置において、
前記両表面を固体または液体に接触させたダイクロイック・ミラーの反射光はｓ偏光であること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の投写型表示装置において、
前記両表面を固体または液体に接触させたダイクロイック・ミラーの透過光はｐ偏光であること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記光源は、偏光光を射出すること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の投写型表示装置において、
前記色分離光学系は、赤色の光を透過させるローパス・フィルタとして機能する第１のダイクロイック・ミラーと、青色の光を透過させるハイパス・フィルタとして機能する第２のダイクロイック・ミラーとを有し、
前記色合成光学系は、赤色の光を透過させるローパス・フィルタとして機能する第１のダイクロイック・プリズムと、赤と緑を透過させるローパス・フィルタとして機能する第２のダイクロイック・プリズムとを有していること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の投写型表示装置において、
前記第１のダイクロイック・ミラーの透過光のカット波長は５６０〜５９０ｎｍであり、前記第１のダイクロイック・プリズムの反射光のカット波長は５９０〜６２０ｎｍであり、前記第１のダイクロイック・プリズムの透過光のカット波長は前記反射光のカット波長以下であること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の投写型表示装置において、
前記第２のダイクロイック・ミラーの透過光のカット波長は４８０〜５１０ｎｍであり、前記第２のダイクロイック・プリズムの反射光のカット波長は５１０〜５４０ｎｍであり、前記第２のダイクロイック・プリズムの透過光のカット波長は前記反射光のカット波長より小さいこと
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のいずれかに記載の投写型表示装置において、
前記ダイクロイック・ミラーを透過する光を吸光する吸光材を有していること
を特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブを用いた投写型表示装置に関し、特に、透過型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光変調用のライトバルブを用いた投写型表示装置のうち、いわゆる液晶プロジェクタと呼ばれる液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置は、高精細で大画面表示が可能なため、近い将来ＣＲＴに取って代わる可能性を有している。
【０００３】
従来の投写型表示装置としては、ＴＮ（ねじれネマティック）液晶を用いたノーマリホワイト型液晶パネルの光射出側に、投射スクリーンの水平方向に対して斜め４５度の透過軸（または吸収軸）を有する偏光板を配置した液晶プロジェクタや、水平方向に対して平行または垂直方向の透過軸（または吸収軸）を有する偏光板を配置した液晶プロジェクタがある。
【０００４】
これら従来の液晶プロジェクタからの射出光は、偏光変換素子等によって長方形形状のスクリーンの表示領域の長辺または短辺に平行な方向に振動する偏光に変換されてからスクリーンに投射されていた。また、三原色のうち１色は他の２色とほぼ直交した偏光方位を有している。
【０００５】
この従来の投写型表示装置の概略の構成の一例を図３０を用いて簡単に説明する。図３０は、透過型液晶ライトバルブを用いた従来の投写型表示装置を示している。投写型表示装置の投射光学系は、光源１、液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、ダイクロイックミラー４、６、ダイクロイックプリズム１４、及び投射レンズ１６等からなる。液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、一般に液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの両面を偏光板で挟んだ構造のものが用いられる。図３０に示す液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの光射出側にそれぞれ偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐが設けられており、光入射側には共通の偏光変換装置２が光源１の近傍に配置されている。また、液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの各光入射側にはそれぞれ１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'が挿入され、各光射出側にはそれぞれ１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉ、２０Ｂｉが挿入されている。
【０００６】
３個の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の光をそれぞれ画像信号に応じて強度変調させて画像を形成し、色合成光学系である例えばダイクロイックプリズム１４に射出するようになっている。液晶ライトバルブ２１Ｇは、その射出光がダイクロイックプリズム１４内を透過して当該プリズム１４から射出する位置に配置され、液晶ライトバルブ２１Ｒは、その射出光がダイクロイックプリズム１４内のダイクロイック面１４ｂで反射して当該プリズム１４から射出する位置に配置され、液晶ライトバルブ２１Ｂは、その射出光がダイクロイックプリズム１４内のダイクロイック面１４ａで反射して当該プリズム１４から射出する位置に配置されている。
【０００７】
図３０に示す投写型表示装置において、光源１から照射された白色光は偏光変換装置２を透過して、紙面に平行な偏光方位（図中、矢印で示す）を有する直線偏光の光（ｐ偏光）としてダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、青色光を反射させそれ以外の光を透過させるように構成されており、ダイクロイックミラー４で反射した青色光はミラー１２でさらに反射して１／２波長板２０Ｂｉ'に入射する。一方、青色光以外の光はダイクロイックミラー４を透過して次段のダイクロイックミラー６に入射する。１／２波長板２０Ｂｉ'に入射した青色光は、その偏光方位が４５°回転させられ、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂの液晶パネル２０Ｂの光入射側基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｂに入射する。
【０００８】
一方、ダイクロイックミラー４を透過した光は、緑色光を反射して赤色光を透過させるように構成されているダイクロイックミラー６に入射し、ダイクロイックミラー６で反射した緑色光は１／２波長板２０Ｇｉ'に入射する。１／２波長板２０Ｇｉ'に入射した緑色光は、その偏光方位が４５°回転させられ、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇの液晶パネル２０Ｇの光入射側の基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｇに入射する。また、ダイクロイックミラー６を透過した赤色光はミラー８、１０で反射して１／２波長板２０Ｒｉ'に入射する。１／２波長板２０Ｒｉ'に入射した赤色光は、その偏光方位が４５°回転させられ、赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒの液晶パネル２０Ｒの光入射側の基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｒに入射する。
【０００９】
各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの光射出側の基板には光が入射する基板側の液晶分子の配向方向と直交する方向にラビング処理が施されており、従って、いずれの液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０ＢにもＴＮ（ねじれネマティック）液晶層が形成されている。また、各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、ｐ−ＳｉＴＦＴ（ポリシリコンをチャネル層に用いた薄膜トランジスタ）がスイッチング素子として形成された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス型の液晶パネルである。
【００１０】
青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂに入射した青色光は、液晶パネル２０Ｂにおいて、当該スイッチング素子の駆動により光変調されて偏光板２０Ｂｐから射出される。偏光板２０Ｂｐの光透過軸は液晶パネル２０Ｂの光射出側の基板側の液晶分子の配向方向とほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｂは、画素領域のＴＮ液晶層に電圧を印加しない状態で最大の光透過率になるいわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｂｐを射出した青色の光は、次に１／２波長板２０Ｂｉに入射してその偏光方位が紙面に垂直な偏光方位に変換され、ｓ偏光の光としてダイクロイック面１４ａに入射して反射させられる。
【００１１】
同様にして、赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒに入射した赤色光も、液晶パネル２０Ｒにおいて、スイッチング素子の駆動により光変調されて偏光板２０Ｒｐから射出される。偏光板２０Ｒｐの光透過軸も液晶パネル２０Ｒの光射出側の基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｒは、いわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｒｐを射出した赤色の光は、次に１／２波長板２０Ｒｉに入射してその偏光方位が紙面に垂直な偏光方位に変換され、ｓ偏光の光としてダイクロイック面１４ｂに入射して反射させられる。
【００１２】
一方、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇに入射した緑色光は、液晶パネル２０Ｇにおいて、スイッチング素子の駆動により光変調されて偏光板２０Ｇｐから射出される。偏光板２０Ｇｐの光透過軸も液晶パネル２０Ｇの光射出側の基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｇは、いわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｇｐを射出した緑色の光は、次に１／２波長板２０Ｇｉに入射してその偏光方位が紙面に平行な偏光方位に変換され、ｐ偏光の光としてダイクロイック面１４ａ、１４ｂを透過する。
【００１３】
このようにして、ダイクロイックプリズム１４内で反射した青、赤色の光と、ダイクロイックプリズム１４内を透過した緑色の光とは合成されて射出され、投射レンズ１６により拡大されてスクリーン（図示を省略）上にカラー画像を映し出すようになっている。
【００１４】
図３０に示した従来の投写型表示装置では、ダイクロイックプリズム１４内を透過する光はｐ偏光の光とし、プリズム１４内で反射する光はｓ偏光の光としている。こうすることにより、ダイクロイックプリズム１４内に入射する光が全てｓ偏光である場合や、各入射光がｓ偏光とｐ偏光の混合光である場合に発生する、ダイクロイック面１４ａ、１４ｂにおけるスペクトル分離特性およびスペクトル合成特性の低下を防止することができる。従って、ダイクロイック面１４ａ、１４ｂでの反射スペクトル及び透過スペクトルのカットオフ特性が向上して、画像品質を向上させることができるようになる。これは特許文献１や特許文献２に開示されている技術である。
【特許文献１】特開平６−２２２３２１号公報
【特許文献２】特開平７−５４１０号公報
【特許文献３】特開平１０−１８６５４８号公報
【特許文献４】特開平７−２３００７２号公報
【特許文献５】特開平９−３１８９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、近年の投写型表示装置の投射面積の大型化や表示の高精細化に伴い、スクリーン上の表示画像の色むらやカラーシフトの低減された正確な階調表示が特に求められるようになってきている。ところが、上述の先行技術に基づいた方法を用いても十分な階調表示や色むらやカラーシフトの低減が図れない事態が発生することが本願発明者達によって見出された。これは、液晶ライトバルブの液晶パネルの各画素に設けられたｐ−ＳｉＴＦＴのチャネル領域に不要な光が照射されてリーク電流が流れてしまう結果、液晶パネルの各画素に印加される電圧が変動してしまい本来の階調表示ができなくなってしまうために生じる。
【００１６】
ここで、ｐ−ＳｉＴＦＴをスイッチング素子として用いた液晶パネルの構造を図３１を用いて説明する。図３１は液晶パネルの一画素領域の一部横断面を示している。投写型表示装置の液晶パネルに限らず一般にスイッチング素子１０４を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、図３１に示すように、透明ガラス基板からなるアレイ基板１００上の画素領域毎にスイッチング素子１０４が形成されている。アレイ基板１００の画素領域上には絶縁膜１０８を介してＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明電極からなる表示電極１１０が形成されている。また、所定のセルギャップでアレイ基板１００に対向して透明ガラス基板からなる対向基板１０２が設けられ、対向基板１０２のアレイ基板側面にはＩＴＯ等の透明電極からなる共通電極１１２が形成されている。アレイ基板１００と対向基板１０２との間のＴＮ液晶層には液晶１０６が封入されている。また、図示は省略したが、アレイ基板１００及び対向基板１０２の少なくとも光透過領域のＴＮ液晶層との接触面には、例えばポリイミド等からなる配向膜が形成されており、上述の液晶分子の配向方向を規定するラビング処理等が施されている。
【００１７】
図３１に示すスイッチング素子１０４はｐ−ＳｉＴＦＴであり、アレイ基板１００上にドレイン領域及びソース領域となるｎ型ポリシリコン層１２０、１２６と、ドレイン領域とソース領域との間のチャネル層として機能するポリシリコン層１２４とが形成されている。ポリシリコン層１２４上には例えばＳｉＯ２（シリコン酸化膜）からなるゲート絶縁膜１２２が形成され、ゲート絶縁膜１２２上にはゲート電極１２８が形成されている。また、ソース領域となるｎ型ポリシリコン層１２０上には例えばＡｌ（アルミニウム）のソース電極１３０が形成され、ドレイン領域となるｎ型ポリシリコン層１２６上には表示電極１１０が接続されている。
【００１８】
また、ｐ−ＳｉＴＦＴ上方の対向基板１０２には、対向基板１０２外側から入射してくる入射光を遮光する遮光膜（ブラックマトリクス）１１４が形成されている。
【００１９】
以上のような構成の液晶パネルにおいて、アレイ基板１００側がダイクロイックプリズム１４側に向いて配置され、光源１からダイクロイックミラー４、６を介して入射する光は対向基板１０２側から入射するようになっている。液晶パネルのこのような配置構成において、対向基板１０２側から入射した光は、対向基板１０２側に設けられた遮光膜１１４により、液晶パネルのスイッチング素子１０４を照射しないよう遮光される。
【００２０】
ところが、投写型表示装置内の迷光や波長のずれた不要な光がダイクロイックプリズム１４内に入射してアレイ基板１００側から液晶パネル内に入射してしまうと、遮光膜が形成されていないスイッチング素子１０４裏面を照射してしまい、リーク電流が発生してスイッチング素子１０４がオン状態になり、表示電極１１０と共通電極１１２間に電圧が印加されて当該領域の液晶分子の向きが変化してしまい正確な階調表示ができなくなる。特に、応答性に優れるｐ−ＳｉＴＦＴにおいては、短波長の光によるリーク電流が無視できない。仮にダイクロイックプリズム１４の光分離特性が完全であったとすれば、短波長側の青帯域の光を射出する青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂからダイクロイックプリズム１４内に入射した余計な短波長光は、ほとんどダイクロイック面１４ａで反射して、他の赤色用、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇに入射しないので、それらのＴＦＴに余計なリーク電流を発生させない。
【００２１】
ところが、青帯域より長波長側の赤帯域や緑帯域の光を射出する赤色用、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇから余計な短波長光がダイクロイックプリズム１４内に入射すると、それらの余計な短波長の光はダイクロイック面１４ｂを透過あるいは反射して、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂに入射してしまう。その結果、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂのｐ−ＳｉＴＦＴに余計なリーク電流を発生させてしまうことになる。
【００２２】
図３２は、ｐ−ＳｉＴＦＴの耐光性を示しており、横軸に液晶パネルに入射した白色光の光量を対数表示し、縦軸にｐ−ＳｉＴＦＴで生じたリーク電流に基づく液晶パネルの階調表示の誤差の程度をリーク量として示している。入射白色光の光量は、赤、緑、及び青の総光量であり、光量比は「赤：緑：青＝３：１２：１」である。図中、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量特性を太い実線（Ｂ）で、赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒでのリーク量特性を破線（Ｒ）で、また緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇのリーク量特性を細い実線（Ｇ）で示している。３２から明らかなように、何れの液晶ライトバルブも液晶パネルに入射する光量が増加するとリーク量も増加するが、特に青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量の増大が顕著であることが分かる。例えば、液晶パネルに入射する光量が５００００００ｌｘの投写型表示装置を例に取ると、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量は１．２５であり、他の赤色用、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇのリーク量０．７〜０．７５より大きな階調変化を生じてしまうことが分かる。このように不要光の影響により赤、緑、青の階調のバランスが本来の変調信号と無関係に崩れてしまうと、ダイクロイックプリズム１４で合成された光の色は所望のものと異なることになり表示品質が劣化するという問題を生じてしまう。
【００２３】
また従来の液晶プロジェクタからスクリーンに射出される光は、偏光変換素子等によって変換され、三原色のうち例えば１色はスクリーンに対して水平方向に振動する偏光として投射され、他の２色はスクリーンに対して鉛直方向に振動する偏光として投射される。ところが、レンチキュラーレンズとフレネルレンズの組み合わせからなる投射スクリーンを初めとして殆どのスクリーンは偏光方位に依存して散乱特性が異なるため三原色の散乱性が異なる結果、ホワイトバランスが崩れてしまい、スクリーン上に色ムラが発生したり、見る位置によって色が変化してしまうカラーシフトが発生してしまうという問題を有している。
【００２４】
また、図３０に示した投写型表示装置では、ガラスのブロックであるダイクロイック・プリズム１４により画像合成を行うため、平面板のダイクロイック・ミラーと比較して透過、反射面の歪みや配置ズレがなく、画素ズレの発生は防止できるものの、光源１から各色のライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂまでの光路長が異なってしまうという問題を有している。図３０では、赤色の光路が他の緑や青の光路より長くなり、赤、緑、青の光量バランスがズレてしまい、投写像で白表示などの混色表示を行った場合の色度がずれてしまう問題が発生している。
【００２５】
一方、図３３に示す従来の投写型表示装置は、光源１からの光を２枚のダイクロイック・ミラー１４０、１４２と全反射ミラー１４４で赤、緑、青に分離後、３枚の液晶パネル１５６Ｒ、１５６Ｇ、１５６Ｂに照射して画像変調する。その後、２枚のダイクロイック・ミラー１４８、１５０と全反射ミラー１４６により画像合成した後、投写レンズにより拡大投写するものである。なお、図３３に示す投写型表示装置の各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、光入射方向から順に、コンデンサレンズ１５２Ｒ、１５２Ｇ、１５２Ｂ、入射偏光板１５４Ｒ、１５４Ｇ、１５４Ｂ、液晶パネル１５６Ｒ、１５６Ｇ、１５６Ｂ、射出偏光板１５８Ｒ、１５８Ｇ、１５８Ｂで構成されている。
【００２６】
この図３３に示す投写型表示装置は、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂにより画像変調された色毎の画像光を合成するダイクロイック・ミラー１４８、１５０や全反射ミラー１４６に透過、反射面の歪みや配置の際の位置ズレが生じた場合、画像合成時に画像のズレが生じやすく、投写レンズによる拡大投写像に画素ズレと呼ばれる不良が発生しやすい問題がある。そこでこのミラーの歪みやズレを防止するには、ミラー厚を厚くしたり、ミラー固定方法の改良が必要となる。ところが、ミラーの厚さを厚くすると透過画像光の収差が拡大してしまうという問題を生じる。またミラー固定方法の改良では固定治具の高精度、高価格化の問題が発生している。
【００２７】
また、パソコンやビデオ等の画面を大画面に表示するための投写型表示装置は、その信号ソースの高精細化に伴い、表示画素数もさらに高精紬化する方向にある。このため上述のように投写型表示装置では白色光源を用い、白色光を３原色に分離・合成する方式が主流である。装置の高精細化と携帯性向上のため、液晶パネルはできるだけ小さく形成する必要があり、また画素数を多くすることが要求されている。画素ピッチが小さくなるに従ってできるだけ非点収差を小さくして表示品質を向上させる必要が生じる。そのため、全色合成するダイクロイックミラーをガラスで挟持してプリズム化した投写型表示装置も提案されている（特開平１１−３１１８４７号公報）。この提案された投写型表示装置を図３４に示す。光源２２１から射出した無偏光の白色光はダイクロイックミラー２２４、２２９で色分離され、偏光板を通って液晶パネル２３１に緑、２３０に赤、２２６に青色の光がそれぞれ入射する。各液晶パネルでそれぞれ空間変調された後、射出側偏光板を通ってｐ偏光となり、ダイクロイックミラー２２８とミラー２３３、及びダイクロイックプリズム２３４を経て色合成され、投写レンズ２３５に達する。
【００２８】
ダイクロイックプリズム２３４の性質上ｐ偏光合成においてはダイクロイックプリズムの反射特性が低いため、ダイクロイックプリズム２３４で反射する赤と青の光の光量が低下し、各色の光量バランスが崩れて投写される画像の表示品質が格段に落ちてしまうという問題が生じている。
【００２９】
本発明の目的は、階調表示に優れた高品質の投写型表示装置を提供することにある。
【００３０】
さらに本発明の目的は、色再現性に優れた高品質の投写型表示装置を提供することにある。
【００３１】
またさらに、本発明の目的は、スイッチング素子の駆動により入射光を変調するライトバルブを有する投写型表示装置において、スイッチング素子でのリーク電流の発生を防止して高品質の階調表示ができる投写型表示装置を提供することにある。
【００３２】
またさらに、本発明の目的は、スクリーンに投射した際に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）三原色のホワイトバランスが崩れずに色再現性に優れ、広い視野角で表示することができる投写型表示装置を提供することにある。
【００３３】
さらに本発明の目的は、画素ズレや色度ずれのない投写型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記目的は、少なくとも光射出側にそれぞれ偏光板を有し、赤、緑、青の各色成分の光をそれぞれ変調して射出する３つのライトバルブと、各ライトバルブからの各射出光を色合成する色合成光学系と、色合成された光をスクリーンに投射する投射レンズとを備えた投写型表示装置において、スクリーン上の少なくとも水平方向の光量と鉛直方向の光量の比が各色成分でほぼ等しくなるように、各色成分の光の偏光状態を変換する偏光変換手段を備えていることを特徴とする投写型表示装置によって達成される。
【００３５】
本発明の投写型表示装置において、前記偏光変換手段は、色合成された各光をほぼ円偏光に変換することを特徴とする。そして、前記偏光変換手段は、色合成光学系の光射出側に配置された１／４波長板を有していることを特徴とする。また、１／４波長板は、偏光板の光透過軸または光吸収軸に対してほぼ４５°の角度をなす光学軸を有していることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、色合成光学系で色合成された画像光はそれぞれ直線偏光の光であるが、投射レンズに入射する前に偏光変換手段によりそれぞれ円偏光に変換される。従って、投射レンズで拡散されて射出した画像光は円偏光の光としてスクリーンに投射される。例えば、スクリーンがフレネルレンズとレンチキュラーレンズの組み合わせからなる場合、赤、緑、青の各光が直線偏光であるとスクリーンでの屈折特性の相違から、スクリーンを臨む角度によって画像の色調が変化してしまうという問題があるが、本発明の構成により射出した画像光ではそのような問題は生じず、高品位の画像を提供することが可能となる。また、円偏光変換素子として１／４波長板を用いることができる。
【００３７】
また、本発明の投写型表示装置において、前記偏光変換手段は、色合成された各光を、一の色成分の光の偏光方位と他の色成分の光の偏光方位とでなす角の２等分線がスクリーンの水平線又は鉛直線のいずれかにほぼ一致する直線偏光に変換することを特徴とする。また前記偏光変換手段により、一の色成分の光の偏光方位と他の色成分の光の偏光方位とはほぼ直交することを特徴とする。また、偏光変換手段は、色合成光学系の光射出側に配置された１／２波長板を有していることを特徴とする。また、前記１／２波長板は、偏光板の光透過軸または光吸収軸に対してほぼ２２．５°の角度をなす光学軸を有していることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の投写型表示装置において、投射レンズから投射された光が入射するスクリーンをさらに有し、スクリーンは、フレネルレンズとレンチキュラーレンズとを有していることを特徴とする。こうすることにより、スクリーンの水平方向成分と鉛直方向成分の光強度の比率を三原色光でほぼ同一にすることができるようになる。そのため、スクリーン上において、三原色光のスクリーン配光特性が同じになり、高照度で、色むら、カラーシフトのない高品位の画像表示を行うことができるようになる。
【００３９】
次に、本発明により実現される、画素ズレや色度ずれのない投写型表示装置の原理を図１３を用いて説明する。この投写型表示装置は、光源１と、第１のダイクロイック・ミラー１４０'、第２のダイクロイック・ミラー１４２'、全反射ミラー１４４'、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、第１のダイクロイック・プリズム１６０、第２のダイクロイック・プリズム１６２、全反射プリズム１６４、及び投写レンズ１６を有している。
【００４０】
本発明では、光源１から各色毎のライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂまでの色分離光学系での光路長は、従来の図３３と同様に等しく配置できるので、従来例の図３０に示した投写型表示装置のような光路長の違いによる色度ズレの問題は発生しない。
【００４１】
また、各色毎のライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから投写レンズ１６までの色合成光学系は、従来例の図３０と同様にガラスのブロックである第１のダイクロイック・プリズム１６０と第２のダイクロイック・プリズム１６２、及び全反射プリズム１６４のみから構成され、ミラー面の歪み、位置ズレが起こりにくく、従来例の図３３で生じていた画素ズレは防止できる。
【００４２】
ところが、ガラスブロックを使ったプリズムは、ガラス板にフィルタをつけたダイクロイック・ミラーと比較すると高価になってしまうという問題がある。特に、可視光領域のある波長範囲のみを透過、あるいは反射するタイプのバンド・パス・フィルタを用いると、良好なフィルタ特性を得るための膜構成が複雑になり、一層高価になる上、仕様を満たすには製造歩留まりも低下するため、より一層高価になるという問題がある。そこで、本発明の構成では図３３に示したのと異なり、まず緑色と赤色とを第１のダイクロイック・プリズム１６０で合成してから、第２のダイクロイック・プリズム１６２で青色と合成するようにしている。つまり、ローパスフィルタ、あるいはハイパスフィルタのみで色分離・色合成を行うようにしている。この構成にすることでコストの上昇も少なく、かつ、上記色度ズレ、画素ズレの問題もない投写光学系が実現できる。
【００４３】
また、本発明の投写型表示装置は、ダイクロイック・プリズムの反射特性が悪いｐ偏光の反射を除くため、合成光のうちダイクロイック・プリズム中を反射する光はｓ偏光になるようにしている。ダイクロイック・プリズム中を透過する光を反射光と同じｓ偏光にすると、光軸に対して角度を持った光や、ダイクロイック・プリズムの製造誤差により、ダイクロイック面の透過・反射を切り替えるカット波長がばらついてしまう。このような、ダイクロイック・プリズム中の反射・透過色のばらつきによる投写表示色のばらつきを防ぐため、本発明では、少なくともダイクロイック・プリズム中を反射する光に近い波長の透過光をｐ偏光として、ダイクロイック・プリズムのカット波長のばらつきに対し鈍感にした。
【００４４】
このように、ダイクロイック・プリズム中の反射光をｓ偏光、これに近い色の透過光をｐ偏光とすることにより、ダイクロイック・プリズムのカット波長のばらつきに依存しない色合成が得られ、画像の表示品質を向上させることができるようになる。また、これに合わせて光学部材の設計を行って色分離・合成における光の偏光方位を調整することにより、より明るい投写表示画像を得ることができるようになる。
【発明の効果】
【００４５】
以上の通り、本発明によれば、階調表示に優れた高品質の投写型表示装置を実現できる。さらに本発明によれば、色再現性に優れた高品質の投写型表示装置を実現できる。またさらに本発明によれば、スイッチング素子の駆動により入射光を変調するライトバルブを有する投写型表示装置において、スイッチング素子でのリーク電流の発生を防止して高品質の階調表示ができる投写型表示装置を実現できる。またさらに本発明によれば、スクリーンに投射した際に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）三原色のホワイトバランスが崩れずに色再現性に優れ、広い視野角で表示することができる投写型表示装置を実現することができる。また、スクリーンを斜め方向に観察しても、色むらのない、また、カラーシフトも少ない良好な表示画像を得ることができるようになる。
【００４６】
また本発明によれば、色分離光学系での色毎の光路長を等しくできるので、光路長の違いによる色度ズレを防止することができる。また、色合成光学系はミラー面の歪みや取り付け位置ズレが生じにくいので画素ズレを防止できるようになる。
【００４７】
また本発明によれば、効率良く光学部材を透過・反射させることができ、また赤色の光について非点収差をほぼ十分な程度に補正することができるようになる。従って、明るく、ぼけのない安定した表示品質の画像を得ることができるようになる。また、３色のうち光量の多い赤と緑を先に合成することにより、表示画素合わせ精度を向上させることができ、装置の組立ての効率を向上させることができるので装置製造のコストを抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置を図１乃至図５を用いて説明する。まず、本実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を図１を用いて説明する。
【００４９】
本実施の形態における投写型表示装置の投射光学系は、例えば内面が鏡面に仕上げられた楕円鏡の第１焦点にランプが固定された光源１を有している。光源１を射出した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を含む白色光は図示しない整形光学系を介してほぼ平行光に整形されて偏光変換装置２に入射するようになっている。本例では、光源１からの白色光は偏光変換装置２に入射して紙面に平行な偏光方位（図中、矢印で示す）を有する直線偏光の光（ｐ偏光）に変換され、ダイクロイックミラー４に入射する。
【００５０】
ダイクロイックミラー４は、入射した白色光のうち青色帯域の光を反射して、それ以外の光を透過するように形成されている。従って、青色帯域の光はダイクロイックミラー４で反射してさらにミラー１２で反射し、１／２波長板２０Ｂｉ'に入射してその偏光方位が４５°回転させられ、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂの液晶パネル２０Ｂの光入射側基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｂに入射する。青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂは、透過型液晶パネル２０Ｂと偏光板２０Ｂｐとで構成されている。一般に、液晶ライトバルブは、液晶パネルの両面を偏光板で挟んだ構造のものが用いられるが、本実施の形態においては図１に示すように、液晶パネル２０Ｂの光射出側に偏光板２０Ｂｐが設けられ、光入射側には他の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇと共通の偏光変換装置２が光源１の近傍に配置されている。また、液晶ライトバルブには光源１から導かれた光を透過させてスクリーン（図示せず）に画像を映し出す透過型液晶ライトバルブと、光源１からの光を反射させてスクリーンに画像を映し出す反射型液晶ライトバルブとがあるが、図１に示した本実施の形態の投写型表示装置は、透過型液晶ライトバルブを用いている。
【００５１】
このように、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂに到達した青色帯域の光は、まず液晶パネル２０Ｂに入射する。液晶パネル２０Ｂは、図３０を用いて説明した液晶パネルと同様に、ｐ−ＳｉＴＦＴがスイッチング素子として形成された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス型の液晶パネル構造を有しており、図３０における対向基板１０２側から液晶層１０６に向かって青色帯域の光が入射するようになっている。
【００５２】
液晶パネル２０Ｂの光射出側基板であるアレイ基板１００側には、光入射側基板である対向基板１０２側の液晶分子の配向方向と直交する方向にラビング処理が施されており、従って、液晶パネル２０ＢにはＴＮ液晶層が形成されている。液晶パネル２０Ｂに入射した光は、複数の画素領域のそれぞれのｐ−ＳｉＴＦＴに印加される画像信号に応じて変調されて偏光板２０Ｂｐから射出する。偏光板２０Ｂｐの光透過軸は液晶パネル２０Ｂの光射出側の基板側の液晶分子の配向方向とほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｂは、画素領域のＴＮ液晶層に電圧を印加しない状態で最大の光透過率になるいわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｂｐを射出した青色の光は、次に１／２波長板２０Ｂｉに入射してその偏光方位が紙面に垂直な偏光方位に変換され、ｓ偏光の光としてダイクロイック面１４ａに入射して反射させられてダイクロイックプリズム１４から射出して投射レンズ１６に向かう。
【００５３】
次に、ダイクロイックミラー４を透過した光について説明する。ダイクロイックミラー４を透過した光は、ダイクロイックミラー６において、緑色の帯域の光は反射させられ、赤色の帯域の光は透過させられる。ダイクロイックミラー６で反射した緑色帯域の光は、１／２波長板２０Ｇｉ'に入射して偏光方位を４５°回転させられ、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇの液晶パネル２０Ｇの光入射側基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｇに入射する。緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇは、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂと同一の構成の透過型液晶パネル２０Ｇと偏光板２０Ｇｐとを有している。緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｂに到達した緑色帯域の光は、まず液晶パネル２０Ｇに入射する。液晶パネル２０Ｇも、図３０を用いて説明した液晶パネルと同様に、ｐ−ＳｉＴＦＴがスイッチング素子として形成された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス型の液晶パネル構造を有しており、図３０における対向基板１０２側から液晶層１０６に向かって緑色帯域の光が入射するようになっている。
【００５４】
液晶パネル２０Ｇの光射出側基板であるアレイ基板１００側には、光入射側基板である対向基板１０２側の液晶分子の配向方向と直交する方向にラビング処理が施されており、従って、液晶パネル２０ＧにはＴＮ液晶層が形成されている。液晶パネル２０Ｇに入射した光は、複数の画素領域のそれぞれのｐ−ＳｉＴＦＴに印加される画像信号に応じて変調されて偏光板２０Ｇｐから射出する。偏光板２０Ｇｐの光透過軸は液晶パネル２０Ｇの光射出側基板側の液晶分子の配向方向とほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｇは、画素領域のＴＮ液晶層に電圧を印加しない状態で最大の光透過率になるいわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｇｐを射出した緑色の光は、次に１／２波長板２０Ｇｉに入射してその偏光方位が紙面に平行な偏光方位に変換され、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射する。ダイクロイックプリズム１４に入射した緑色の光は、ダイクロイック面１４ａ、１４ｂを透過してダイクロイックプリズム１４から射出して投射レンズ１６に向かう。
【００５５】
また、ダイクロイックミラー６を透過した赤色の光は、ミラー８、１０で反射して、１／２波長板２０Ｒｉ'に入射して偏光方位を４５°回転させられ、赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒの液晶パネル２０Ｒの光入射側基板側の液晶分子の配向方向にほぼ一致した偏光方位で液晶パネル２０Ｒに入射する。赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒは、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂと同一の構成の透過型液晶パネル２０Ｒと偏光板２０Ｒｐとを有している。赤色用の液晶ライトバルブ２１Ｒに到達した赤色帯域の光は、まず液晶パネル２０Ｒに入射する。液晶パネル２０Ｒも、図３０を用いて説明した液晶パネルと同様に、ｐ−ＳｉＴＦＴがスイッチング素子として形成された複数の画素領域を有するアクティブマトリクス型の液晶パネル構造を有しており、図３０における対向基板１０２側から液晶層１０６に向かって赤色帯域の光が入射するようになっている。
【００５６】
液晶パネル２０Ｒの光射出側基板であるアレイ基板１００側には、光入射側基板である対向基板１０２側の液晶分子の配向方向と直交する方向にラビング処理が施されており、従って、液晶パネル２０ＲにはＴＮ液晶層が形成されている。液晶パネル２０Ｒに入射した光は、複数の画素領域のそれぞれのｐ−ＳｉＴＦＴに印加される画像信号に応じて変調されて偏光板２０Ｒｐから射出する。偏光板２０Ｒｐの光透過軸は液晶パネル２０Ｒの光射出側の基板側の液晶分子の配向方向とほぼ一致するように設定されており、従って、液晶パネル２０Ｒは、画素領域のＴＮ液晶層に電圧を印加しない状態で最大の光透過率になるいわゆるノーマリホワイト方式で駆動されるようになっている。偏光板２０Ｒｐを射出した赤色の光は、次に、本実施の形態における偏光変換素子としての１／２波長板２０Ｒｉに入射してその偏光方位が紙面に平行な偏光方位に変換され、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射する。ダイクロイックプリズム１４に入射した赤色の光は、ダイクロイック面１４ｂで反射してダイクロイックプリズム１４から射出して投射レンズ１６に向かう。
【００５７】
このようにして、ダイクロイックプリズム１４内で反射した青色及び赤色の光とダイクロイックプリズム１４内を透過した緑色の光とが合成されて射出され、投射レンズ１６により拡大されて、図示しないスクリーン上にカラー画像を映し出すようになっている。
【００５８】
さて以上の構成において、赤色用あるいは緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇからダイクロイックプリズム１４内に入射した光に、短波長の不要光が混在していたとする。この不要光は短波長光であるため、赤色や緑色を反射／透過させるダイクロイック面１４ａ、１４ｂで反射／透過されずに逆にそれらの面で透過／反射して青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ側に到達する。ところがこの不要光は、ダイクロイックプリズム１４内に入射した赤色、あるいは緑色の光と同様に紙面に平行な偏光方位を有しているため、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ側の１／２波長板２０Ｂｉに入射すると、その偏光方位が回転させられて偏光板２０Ｂｐの透過軸に垂直な偏光方位の光となって偏光板２０Ｂｐで吸収されてしまい、液晶パネル２０Ｂの裏面に到達することはない。従って、液晶パネル２０Ｂのｐ−ＳｉＴＦＴにこの不要光を原因とするリーク電流の発生を防止することができるようになる。
【００５９】
なお、本実施の形態では偏光変換素子として１／２波長板を用いているが、例えば射出光の偏光方位を所定角度回転させる液晶が封入された液晶パネルを１／２波長板の代わりに用いることももちろん可能である。
【００６０】
次に、本実施の形態の投写型表示装置により得られる効果について図２を用いて説明する。図２は、ｐ−ＳｉＴＦＴの耐光性を示しており、横軸に液晶パネルに入射した白色光の光量を対数表示し、縦軸にｐ−ＳｉＴＦＴで生じたリーク電流に基づく液晶パネルの階調表示の誤差の程度をリーク量として示している。入射白色光の光量は、赤、緑、及び青の総光量であり、光量比は「赤：緑：青＝３：１２：１」である。図中、従来の投写型表示装置の青色用の液晶ライトバルブでのリーク量特性を細い実線（Ｂ）で示し、本実施の形態による投写型表示装置の青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量特性を太い実線（対策後Ｂ）で示している。
【００６１】
図３２を参照しつつ図２から明らかなように、従来及び本実施の形態の双方とも液晶パネルに入射する光量が増加するとリーク量も増加するが、例えば、液晶パネルに入射する光量が５００００００ｌｘの場合を例に取ると、従来の青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量が図３２に示されるように１．２５であったのが、本実施の形態による青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂではリーク量が０．７程度に大幅に減少していることが分かる。この青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂでのリーク量０．７は、図３２で示した従来の赤色用、緑色用の液晶ライトバルブでのリーク量とほぼ同じであるから、本実施の形態による投写型表示装置によれば、不要光の影響を低減させて赤、緑、青の階調のバランスを本来の変調信号に合わせることが可能になりダイクロイックプリズム１４で合成された光の色を所望の色にして表示品質を向上させることが可能になる。
【００６２】
また効果の図示は省略したが、青の色成分の射出光が不要光を含んでダイクロイックプリズム１４内部に入射した場合には、青色成分が比較的短波長側にあるため不要光も青色成分と共に当該ダイクロイックプリズム１４から射出される。従って、もともと不要光による表示品質の劣化は少ないものの、赤あるいは緑の色成分の光を射出する赤色用、緑色用のライトバルブ２１Ｒ、Ｇには当該不要光の偏光方位とほぼ直交する偏光方位の直線偏光の光しか透過しないので不要光の進入を確実に防止することができる。
【００６３】
本実施の形態の投写型表示装置では、例えば、光の入射側から見て各１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'の主軸の向きを同方向にし、また、液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの液晶分子の配向方向及び各偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐの透過軸の方向を同方向（光の入射側から見てほぼ平行）になるようにして配置している。そして、青の色成分の射出光がダイクロイックプリズム１４内でｓ偏光の光となるように、偏光変換素子としての１／２波長板２０Ｂｉの主軸の方向を調整し、一方、赤及び緑の色成分の射出光がダイクロイックプリズム１４内でｐ偏光の光となるように、偏光変換素子としての１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉの主軸の方向を調整している。
【００６４】
これに対し、光の入射側から見て、赤色及び緑色用の１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'の主軸の向きは同一にし、それらに対して青色用の１／２波長板２０Ｂｉ'の主軸の向きを異ならせて調整し、また、これら各１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'の主軸の向きに対応させて液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの液晶分子の配向方向及び各偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐの透過軸の方向を調整して配置するようにしてももちろんよい。この場合には、光射出側の各１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉ、２０Ｂｉの主軸の向きを同方向にさせても、青の色成分の射出光がダイクロイックプリズム１４内でｓ偏光の光となり、また、赤及び緑の色成分の射出光がダイクロイックプリズム１４内でｐ偏光の光となるようにすることができる。
【００６５】
さらに、以上説明した本実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズムを含む構成は種々の変形が可能であり、例えば図３に示すような構成にすることも可能である。図３に示す例では、各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ内の液晶分子は、光源１からの光の進行方向について紙面に平行な配向方向から紙面に垂直な配向方向になるＴＮ液晶層を有している。従って、図１に示した投写型表示装置に設けられた１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'は、用いる必要
がないので配置されていない。また、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂの光射出側、つまり偏光板２０Ｂｐとダイクロイックプリズム１４との間にのみ、１／２波長板２０Ｂｉを配置している。この構成でも図１に示したのと同様の光源１、偏光変換装置２、及びダイクロイックミラー４〜６、ミラー１０、１２を用いることができる。このようにしても図２に示した本実施の形態による効果を得ることができる。また、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂの光射出側にのみ１／２波長板２０Ｂｉを配置する代わりに、偏光変換素子としての１／２波長板を２枚の偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐとダイクロイックプリズム１４との間に挟むようにしても同様の効果を得ることができる。
【００６６】
さらに本実施の形態による投写型表示装置は、図３に示した投写型表示装置の変形例として図４に示すような構成にすることも可能である。上述の図３に示した投写型表示装置では、液晶パネル２０Ｂの光射出側の偏光板２０Ｂｐとダイクロイックプリズム１４との間に１／２波長板２０Ｂｉ等の位相板を偏光変換手段として配置した構造を示したが、図４に示す変形例では、光射出側の偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐとダイクロイックプリズム１４との間に偏光変換手段を設けない構成を示している。例えば、青の色成分の射出光を透過させる液晶パネル２０Ｂの偏光板２０Ｂｐの透過軸が、他の２つの射出光を透過させる液晶パネル２０Ｒ、２０Ｂの偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐの透過軸に対してほぼ直交するように、各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを配置する。そして、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂの光入射側に偏光変換手段として１／２波長板２０Ｂｉを配置しておく。この構成でも図１に示したのと同様の光源１、偏光変換装置２、及びダイクロイックミラー４〜６、ミラー８、１０、１２を用いることができる。
【００６７】
この構成によれば、偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐから短波長光が射出されたとしても、それらの偏光方位は偏光板２０Ｂｐの透過軸に直交しているので偏光板２０Ｂｐを透過できず、青の光を変調させる液晶パネル２０Ｂのｐ−ＳｉＴＦＴにリーク電流を生じさせることはない。
【００６８】
なおこの構成では、青色用の液晶パネル２０Ｂの偏光板２０Ｂｐの透過軸と赤色用、緑色用の液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇの偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐの透過軸がほぼ直交しているので、青色用の液晶パネル２０Ｂは、液晶セルの配向膜に施されたラビングの方向が、赤色用、緑色用の液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇのラビングの方向とほぼ直交するように形成すればよい。
【００６９】
次に、図５を用いて本実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズムを含む近傍のさらに他の変形例について説明する。まず図５（ａ）を用いて液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズムを含む近傍の構成について説明する。本変形例では、各色成分の射出光を透過させる各偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐとダイクロイックプリズム１４との間に設けた偏光変換手段として、図１に示した投写型表示装置の１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉ、２０Ｂｉの代わりに液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌ、２０Ｂｌを配置した点に特徴を有している。また本変形例では、ダイクロイックプリズム１４内のダイクロイック面１４ａ、１４ｂを青色の帯域の光が透過するように液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを配置している。
【００７０】
図５（ｂ）〜（ｄ）は、ダイクロイックプリズム１４側から各液晶ライトバルブに向かって見た射出光の偏光方位と各液晶ライトバルブの偏光板の透過軸を示している。上段が青色の光を示し、下段が赤及び緑の光を示している。
【００７１】
図５（ｂ）において、液晶ライトバルブ２１Ｂの偏光板２０Ｂｐの透過軸３０と、液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇの偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐの透過軸３２の向きは全て同一で斜め４５°に揃えられている。
【００７２】
青色用の偏光板２０Ｂｐのダイクロイックプリズム１４側に設けられた青色用の液晶パネル２０Ｂｌには、偏光板２０Ｂｐから射出した青色光の偏光方位３４を反時計回りに４５°回転させるＴＮ液晶層が設けられ、赤及び緑色用の偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐのダイクロイックプリズム１４側に設けられた赤及び緑色用の液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌには、偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐからそれぞれ射出した赤及び緑色光の偏光方位３６を時計回りに４５°回転させるＴＮ液晶層が設けられている。従って、青色用の液晶パネル２０Ｂｌを透過した青色の光は紙面に垂直な偏光方位３４でダイクロイックプリズム１４に入射し、赤、緑用の液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌを透過した赤色、緑色の光は紙面に平行な偏光方位３６でダイクロイックプリズム１４に入射する。従って、この構成によっても青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ内のｐ−ＳｉＴＦＴに短波長の不要光を照射させずに済むので図２を用いて説明した効果を得ることができるようになる。
【００７３】
さらに本実施の形態による投写型表示装置において、青の色成分の変調光を射出する液晶ライトバルブ２１Ｂは、射出光がダイクロイックプリズム１４を透過する位置に配置されており、且つ青色の射出光はダイクロイックプリズム１４に対してｐ偏光となり、他の２色はｓ偏光となるようにしているので、よりバランスのとれた色合成を行うことが可能になり高品位の画像表示ができるようになる。
【００７４】
次に図５（ｃ）に示す変形例を説明する。図５（ｃ）においては、液晶ライトバルブ２１Ｂの偏光板２０Ｂｐの透過軸３０と、液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇの偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐの透過軸３２の向きは全て同一で水平方向に揃えられている。
【００７５】
青色用の偏光板２０Ｂｐのダイクロイックプリズム１４側に設けられた青色用の液晶パネル２０Ｂｌには、偏光板２０Ｂｐから射出した青色光の偏光方位３４を時計回りに４５°回転させるＴＮ液晶層が設けられ、赤及び緑色用の偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐのダイクロイックプリズム１４側に設けられた赤及び緑色用の液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌには、偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐからそれぞれ射出した赤及び緑色光の偏光方位３６を反時計回りに４５°回転させるＴＮ液晶層が設けられている。
【００７６】
従って、青色用の液晶パネル２０Ｂｌを透過した青色の光は紙面に対して斜め４５°の偏光方位３４でダイクロイックプリズム１４に入射し、赤、緑用の液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌを透過した赤色、緑色の光は紙面に対して斜め４５°であって偏光方位３４と直交する偏光方位３６でダイクロイックプリズム１４に入射する。従って、この構成によっても青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ内のｐ−ＳｉＴＦＴに短波長の不要光を照射させずに済むので図２を用いて説明した効果を得ることができるようになる。
【００７７】
次に図５（ｄ）に示す変形例を説明する。図５（ｄ）の偏光板２０Ｂｐの透過軸３０と、偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐの透過軸３２の向きは同一で斜め４５°に揃えられているが、図５（ｂ）に示した透過軸に直交している点が異なっている。
【００７８】
図５（ｄ）では、偏光板２０Ｂｐから射出した青色光の偏光方位３４は反時計回りに４５°回転させられ、偏光板２０Ｒｐ、２０Ｇｐからそれぞれ射出した赤及び緑色光の偏光方位３６は時計回りに４５°回転させられている。従って、青色用の液晶パネル２０Ｂｌを透過した青色の光は紙面に垂直な偏光方位３４でダイクロイックプリズム１４に入射し、赤、緑用の液晶パネル２０Ｒｌ、２０Ｇｌを透過した赤色、緑色の光は紙面に平行な偏光方位３６でダイクロイックプリズム１４に入射する。
【００７９】
従って、この構成によっても青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ内のｐ−ＳｉＴＦＴに短波長の不要光を照射させずに済むので図２を用いて説明した効果を得ることができるようになる。また、図５（ｂ）の場合と同様に、青の色成分の射出光がｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４を透過し、他の２色はｓ偏光としてダイクロイック面１４ａ、１４ｂで反射するので、よりバランスのとれた色合成を行うことが可能になり高品位の画像表示ができるようになる。
【００８０】
次に、本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置を図６乃至図１２を用いて説明する。図６（ａ）は本実施の形態による投写型表示装置の変形例の概略の構成を示している。本変形例は、ダイクロイックプリズム１４の色合成された光が射出する端部に円偏光変換手段として１／４波長板４０を配置した点と、透過型スクリーン４２を図示した点以外は、第１の実施の形態における図１に示した構成と同一である。１／４波長板４０は、ダイクロイックプリズム１４を射出した青の色成分の光の偏光方位と赤及び緑の色成分の光の偏光方位に対してほぼ４５°の角度をなすように光学軸が調整された、三原色の帯域でアクロマチックな波長板である。
【００８１】
この構成により、ダイクロイックプリズム１４を射出した色合成された直線偏光の光は１／４波長板４０を透過して全て円偏光になって透過型スクリーン４２に入射する。
【００８２】
透過型スクリーン４２は図６（ｂ）に示すように、画像表示側から見て両面レンチキュラーレンズ４４とフレネルレンズ４６とが順に張り合わされて構成されている。投射レンズ１６で拡大投射された色合成された各光は、まずフレネルレンズ４６に入射して集光され、次いで視野角拡大のための光拡散用両面レンチュキラーレンズ４４に入射する。このとき、色合成された各光が直線偏光のままフレネルレンズ４６と両面レンチキュラーレンズ４４に入射すると、図６（ｂ）に示したように、紙面に垂直な偏光方位ａの光の強度と紙面に平行な偏光方位ｂの光の強度は、両面レンチキュラーレンズ４４での屈折特性の相違により両面レンチキュラーレンズ４４表面からの射出角度θに依存して異なってしまい、（偏光方位ａの光強度）＞（偏光方位ｂの光強度）となってしまう。そのため、画像表示側から斜めに透過型スクリーン４４を観察すると偏光方位ａの光、すなわち青の光の方が赤と緑の光より強調されて、青みがかった色調の表示となってしまう。しかし本実施の形態のようにダイクロイックプリズム１４の光射出側に１／４波長板４０を配置しておくと、何れの直線偏光の光も円偏光になって投射レンズ１６に射出してスクリーンに拡大投影されるので、赤、緑、及び青の三原色の光は全て均一の比率で偏光方位ａ、ｂ成分を有することになり、各色の光強度の比率が表示領域内で崩れることがない。従って、本実施の形態においては透過型スクリーン４２を斜めから観察しても、色むらのない、また、カラーシフトを少なくした良好な表示画像を見ることができるようになる。
【００８３】
さらに本実施の形態による投写型表示装置は、図６に示した投写型表示装置の変形例として図７乃至図１２に示すような種々の構成を取ることが可能である。
【００８４】
図７（ａ）に示す構成では、各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ内の液晶分子は、光源１からの光の進行方向について紙面に平行な配向方向から紙面に垂直な配向方向になるＴＮ液晶層を有している。また、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇの光入射側には１／２波長板２０Ｇｉが配置されている。この構成でも第１の実施の形態の図１に示したのと同様の光源１、偏光変換装置２、及びダイクロイックミラー４〜６、ミラー１０、１２を用いることができる。
【００８５】
紙面に平行な偏光方位を有する三原色の光は、それぞれ対応する各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに入射して画像信号に応じた変調を受けた後、ダイクロイックプリズム１４に入射する。青色光は液晶ライトバルブ２１Ｂを透過してｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ａで反射する。また、赤色光は液晶ライトバルブ２１Ｒを透過してｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ｂで反射する。緑色光は、１／２波長板２０Ｇｉを透過して紙面に垂直な偏光方位になってから液晶ライトバルブ２１Ｇを透過し、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ａ、１４ｂを透過する。ダイクロイックプリズム１４を射出した三原色の光は、偏光変換素子である１／２波長板５０に入射してそれぞれ偏光方位を回転させられてから、投射レンズ１６により拡大されてスクリーン４２（図７では図示を省略）に投射される。
【００８６】
ここで、図７（ｂ）を用いて、１／２波長板５０における各光の偏光方位の変換について説明する。図７は例えばスクリーン４２側から１／２波長板５０を見た状態を示している。図７（ｂ）において、１／２波長板５０は、偏光板２０Ｇｐの光透過軸５２に対して光学軸４１がほぼ２２．５°の角度をなすように調整されて配置されている。このため、偏光板２０Ｂｐ、２０Ｒｐの光透過軸５３を透過して１／２波長板５０に入射した鉛直方向の偏光方位を有する青及び赤の色成分の光は、水平方向に対して斜め４５°の偏光方位を有する光５５となって１／２波長板５０から射出する。偏光板２０Ｇｐの光透過軸５２を透過して１／２波長板５０に入射した水平方向の偏光方位を有する緑の色成分の光は、水平方向に対して斜め４５°であって光５５と直交する偏光方位を有する光５４となって１／２波長板５０から射出する。このようにして、ダイクロイックプリズム１４で色合成された光は水平方向に対して４５°傾いて直交する直線偏光に変換されてスクリーン４２に投射されるため、各色成分の光の偏光方位でなす角の２等分線を常に水平線又は鉛直線のいずれかにほぼ一致させることができる。つまり、赤、緑、及び青の三原色の光は全て均一の比率で水平方向、鉛直方向の偏光成分を有することになり、各色の光強度の比率が表示領域内で崩れることがない。従って、本例においても透過型スクリーン４２を斜めから観察しても、色むらのない又カラーシフトを防止した良好な表示画像を見ることができるようになる。また、本変形例のように、スクリーンに向かう色合成された光に対する偏光変換素子として、１／４波長板４０に代えて１／２波長板５０を用いると、波長板の光学軸の調整がより容易になると共に装置コストを低減させることができるようになる。
【００８７】
次に、図８を用いて本実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズムを含む近傍のさらに他の変形例について説明する。上述の図１乃至図７を用いて説明した投写型表示装置の色合成光学系が、直交するダイクロイック面１４ａ、１４ｂを有するダイクロイックプリズム１４であったのに対して、本変形例における色合成光学系は、１つのダイクロイック面１５ａを有するダイクロイックプリズム１５とダイクロイックミラー６０とを有している。また本変形例では、ダイクロイックプリズム１５内のダイクロイック面１５ａを青色の帯域の光が透過するように液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを配置している点に特徴を有している。なお、図８において、光源１からの白色光を色分離する光学系等の図示は省略している。
【００８８】
色分離された三原色の光は、紙面に平行な偏光方位に揃えられて、各色用の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに導かれるようになっている。青成分の光は、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂを透過して、ＴＮ液晶層を有する液晶パネル２０Ｂで画像信号により変調され、偏光板２０Ｂｐから紙面に垂直な偏光方位となって射出する。次いで青成分の光は、１／２波長板２０Ｂｉに入射して偏光方位が９０°回転させられて紙面に平行な偏光方位となってミラー６１で反射してダイクロイックプリズム１５に入射し、ｐ偏光の光としてダイクロイック面１５ａを透過する。
【００８９】
一方、赤の色成分の光は液晶ライトバルブ２１Ｒを透過して紙面に垂直な偏光方位となってダイクロイックミラー６０を透過する。また、緑の色成分の光は液晶ライトバルブ２１Ｇを透過して紙面に垂直な偏光方位となってダイクロイックミラー６０で反射するようになっている。紙面に垂直な偏光方位を有する赤及び緑の色成分の光は、ダイクロイックミラー６０で色合成されてダイクロイックプリズム１５に入射する。ダイクロイックプリズム１５に入射した赤及び緑の色成分の光は、ｓ偏光の光としてダイクロイック面１５ａで反射する。
【００９０】
従って、ダイクロイックプリズム１５において、ｓ偏光の赤及び緑の色成分の光とｐ偏光の青の色成分の光とが色合成されて射出する。次いで、色合成された光は１／２波長板５０に入射して、図７（ｂ）に示したのと同様に各色成分の光が直交した直線偏光に変換されて投射レンズ１６で拡大され、スクリーン（図８では図示を省略）４２に映像を映し出す。
【００９１】
本変形例による構成によっても、青色用の液晶ライトバルブ２１Ｂ内のｐ−ＳｉＴＦＴに短波長の不要光を照射させずに済むので、第１の実施の形態による図２を用いて説明したのと同等の効果を得ることができるようになる。さらに、本変形例においても、赤、緑、及び青の三原色の光は全て均一の比率で水平方向、鉛直方向の偏光成分を有することになり、各色の光強度の比率が表示領域内で崩れることがないので、透過型スクリーン４２を斜めから観察しても、色むらのない、また、カラーシフトも少ない良好な表示画像を得ることができるようになる。
【００９２】
次に、図８を用いて説明した投写型表示装置の他の変形例について図９を用いて説明する。図９に示す投写型表示装置は、第１の実施の形態の例えば図１を用いて説明したものと同様に、各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０ＢのＴＮ液晶層を挟む２枚の基板に施された配向方向が、紙面に対して斜め４５°で且つ直交するように施されている点を除き図８に示した投写型表示装置と同様の構成である。従って、各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの両側にそれぞれ１／２波長板２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'、および１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉ、２０Ｂｉが配置されている。そして、光源１側から導かれた紙面に平行な偏光方位を有する各色成分の光のうち、青成分の光は紙面に平行な偏光方位となってミラー６１で反射してダイクロイックプリズム１５に入射し、ｐ偏光の光としてダイクロイック面１５ａを透過する。一方、赤及び緑の色成分の光は紙面に垂直な偏光方位となってダイクロイックミラー６０で色合成されてダイクロイックプリズム１５に入射する。ダイクロイックプリズム１５に入射した赤及び緑の色成分の光は、ｓ偏光の光としてダイクロイック面１５ａで反射する。
【００９３】
従って、ダイクロイックプリズム１５においてｓ偏光の赤及び緑の色成分の光とｐ偏光の青の色成分の光とが色合成されて１／２波長板５００に入射し、各色成分の光は図７（ｂ）に示したのと同様に各色成分の光が直交した直線偏光に変換されて投射レンズ１６により拡大されて、スクリーン（図９では図示を省略）４２に映像を映し出す。このような構成においても、図８を用いて説明した投写型表示装置と同等の効果を奏することができる。
【００９４】
次に、図８を用いて説明した投写型表示装置のさらに他の変形例について図１０を用いて説明する。図１０に示す投写型表示装置は、赤色及び緑色の帯域の光がｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１５内のダイクロイック面１５ａを透過し、一方、青色の帯域の光がｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１５内のダイクロイック面１５ａで反射するように構成している点に特徴を有している。そのため、図８に示した青色用の１／２波長板２０Ｂｉを取り去って、代わりに赤及び緑の液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇの次段にそれぞれ１／２波長板２０Ｒｉ、２０Ｇｉを配置した構成となっている。このようにしても、図８に示したものと同様の効果を得ることができる。
【００９５】
次に、図１０を用いて説明した投写型表示装置のさらに他の変形例について図１１を用いて説明する。図１１に示す投写型表示装置は、図１０に示したダイクロイックミラー６０の配置位置に、ダイクロイックミラー６０に代えてダイクロイックプリズム７０を配置したものである。そして、ダイクロイックプリズム７０とダイクロイックプリズム１５との間に１／２波長板７１を配置している。なお、１／２波長板７１は、赤及び緑の色成分の帯域でアクロマチックな波長板である。また、図１０における緑色用の１／２波長板２０Ｇｉは取り去っている。こうすることにより、赤色の帯域の光は、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム７０を透過して１／２波長板７１に入射し、紙面に垂直な偏光方位に変換されてダイクロイックプリズム１５に入射してｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１５のダイクロイック面１５ａを透過する。緑色の帯域の光は、ｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム７０のダイクロイック面７０ａで反射して１／２波長板７１に入射し、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１５のダイクロイック面１５ａを透過する。一方、青色の帯域の光はｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１５内のダイクロイック面１５ａで反射する。このようにしても、図８に示したものと同様の効果を得ることができる。
【００９６】
次に、本実施の形態による投写型表示装置のさらに他の変形例について図１２を用いて説明する。図１２に示す投写型表示装置は、図７を用いて説明した投写型表示装置における偏光変換素子としての１／２波長板５０に代えて、三原色のの色成分の帯域で１／４波長板として機能する１／４波長板４０を配置した点に特徴を有している。
【００９７】
図１２（ａ）に示す構成では、各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ内の液晶分子は、光源１からの光の進行方向について紙面に平行な配向方向から紙面に垂直な配向方向になるＴＮ液晶層を有している。また、緑色用の液晶ライトバルブ２１Ｇの光入射側には１／２波長板２０Ｇｉが配置されている。この構成でも第１の実施の形態の図１に示したのと同様の光源１、偏光変換装置２、及びダイクロイックミラー４〜６、ミラー１０、１２を用いることができる。
【００９８】
さて、紙面に平行な偏光方位を有する三原色の光は、それぞれ対応する各液晶ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに入射して画像信号に応じた変調を受けた後、ダイクロイックプリズム１４に入射する。青色光は液晶ライトバルブ２１Ｂを透過してｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ａで反射する。また、赤色光は液晶ライトバルブ２１Ｒを透過してｓ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ｂで反射する。緑色光は、１／２波長板２０Ｇｉを透過して紙面に垂直な偏光方位になってから液晶ライトバルブ２１Ｇを透過し、ｐ偏光の光としてダイクロイックプリズム１４に入射してダイクロイック面１４ａ、１４ｂを透過する。ダイクロイックプリズム１４を射出した三原色の光は、偏光変換素子である１／４波長板４０に入射してそれぞれ円偏光に変換させられてから、投射レンズ１６により拡大されてスクリーン４２（図１２では図示を省略）に投射される。
【００９９】
ここで、図１２（ｂ）を用いて、１／４波長板４０における各光の偏光状態の変換について説明する。図１２（ｂ）は例えばスクリーン４２側から１／４波長板４０を見た状態を示している。図１２（ｂ）において、１／４波長板４０は、偏光板２０Ｂｐ、２０Ｒｐの光透過軸５３及び偏光板２０Ｇｐの光透過軸５２に対して光学軸４１がほぼ４５°の角度をなすように調整されて配置されている。このため、偏光板２０Ｂｐ、２０Ｒｐの光透過軸５３を透過して１／４波長板４０に入射した鉛直方向の偏光方位を有する青及び赤の色成分の光は、右円偏光の光５６となって１／４波長板４０から射出する。偏光板２０Ｇｐの光透過軸５２を透過して１／４波長板４０に入射した水平方向の偏光方位を有する緑の色成分の光は、左円偏光の光５７となって１／４波長板４０から射出する。このようにして、ダイクロイックプリズム１４で色合成された光は全て円偏光に変換されてスクリーン４２に投射されるため、スクリーン上の少なくとも水平方向の光量と垂直方向の光量の比を各色でほぼ等しくさせることができる。つまり、赤、緑、及び青の三原色の光は全て均一の比率で水平方向、鉛直方向の偏光成分を有することになり、各色の光強度の比率が表示領域内で崩れることがない。従って、本例においても透過型スクリーン４２を斜めから観察しても、色むらのない、また、カラーシフトも少ない良好な表示画像を見ることができるようになる。
【０１００】
また本変形例と同様に、図７乃至図１１に示した投写型表示装置の１／２波長板５００を１／４波長板４０に置き換えることによっても同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
次に、本発明の第３の実施の形態による投写型表示装置を図１４を用いて説明する。図１４に示す投写型表示装置は、光源１と、光源１から出射した光を複数の色光に分離する第１及び第２のダイクロイック・ミラー１４０''、１４２''と、全反射ミラー１４４''とからなる色分離光学系を有している。また、投写型表示装置は、色分離光学系を出射した複数の色光を空間変調する複数のライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、色毎に空間変調された複数の色光を合成する第１及び第２のダイクロイック・プリズム１６０'、１６２'と、全反射プリズム１６４'とからなる色合成光学系を有している。さらに投写型表示装置は、合成された複数の色光を投写する投写レンズ１６を有している。
【０１０２】
光源１は、ハロゲン・ランプやメタル・ハライド・ランプからなる発光管と放物面リフレクタからなり、発光管から出射された白色光を放物面リフレクタによりほぼ平行光にして射出する。
【０１０３】
第１のダイクロイック・ミラー１４０''は、波長５００ｎｍ以下の光、すなわち青色光を透過させ、波長が５００ｎｍより長い光を反射させるハイパス・フィルタである（光の波長が短い、すなわち周波数が高い光を透過させるためハイパス・フィルタと呼ぶ）。
【０１０４】
第２のダイクロイック・ミラー１４２''は、波長６００ｎｍ以上の光、すなわち赤色光を透過させ、波長が６００ｎｍより短い光を反射させるローパス・フィルタである（光の波長が長い、すなわち周波数が低い光を透過するためローパス・フィルタと呼ぶ）。
【０１０５】
各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、光入射方向から順に、コンデンサレンズ１５２Ｒ、１５２Ｇ、１５２Ｂ、入射偏光板１５４Ｒ、１５４Ｇ、１５４Ｂ、透過型ＴＮ液晶パネル１５６Ｒ、１５６Ｇ、１５６Ｂ、射出偏光板１５８Ｒ、１５８Ｇ、１５８Ｂで構成されている。
【０１０６】
第１のダイクロイック・プリズム１６０'は、青色光、すなわち、波長５００ｎｍ以下の光を透過させ、波長が５００ｎｍより長い光を反射させるハイパス・フィルタであり、かつ、ガラス製の立方体で対角面に反射面が形成されている。  第２のダイクロイック・プリズム１６２'は、赤色光、すなわち、波長６００ｎｍ以上の光を透過させ、波長が６００ｎｍより短い光を反射させるローパス・フィルタであり、かつ、ガラス製の立方体で対角面に反射面が形成されている。
【０１０７】
投写レンズ１６は、各ライトバルブで変調され第１及び第２のダイクロイック・プリズム１６０'、１６２'で色合成された画像を図示しないスクリーン上に広大投写する。
【０１０８】
光源１から射出された白色光は第１のダイクロイック・ミラー１４０''に入射して、波長５００ｎｍ以下の波長の青い光は透過し、全反射ミラー１４４''で反射する。全反射ミラー１４４''でほぼ直角に折り曲げられた青色光は、青色用ライトバルブ２１Ｂに入射して空間変調される。また、第１のダイクロイック・ミラー１４０''で反射した５００ｎｍ以上の波長の緑及び赤の光は、第２のダイクロイック・ミラー１４２''に入射し、６００ｎｍ以上の赤い光は透過して赤色用ライトバルブ２１Ｒに入射して空間変調される。同様に、第２のダイクロイック・ミラー１４２''で反射した波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑の光は、緑色用ライトバルブ２１Ｇに入射して空間変調される。
【０１０９】
青色用ライトバルブ２１Ｂで空間変調された青い光は、第１のダイクロイック・プリズム１６０'に入射して透過する。また、緑色用ライトバルブ２１Ｇで空間変調された緑色の光は第１のダイクロイック・プリズム１６０'に入射して反射される。このとき、青い光と緑の光は第１のダイクロイック・プリズム１６０'内で合成されて同時に第２のダイクロイック・プリズム１６２'に入射して、そこで反射して投写レンズ１６の方向に向きを変える。
【０１１０】
赤色用ライトバルブ２１Ｒで空間変調された赤い光は、全反射プリズム１６４'に入射して方向を変え、第２のダイクロイック・プリズム１６２'に入射する。このとき、第１のダイクロイック・プリズム１６０'から射出された青の光と緑の光との合成光と赤い光とが第２のダイクロイック・プリズム１６２'内で合成される。合成光は、第２のダイクロイック・プリズム１６２'を出射した後、投写レンズ１６に入射してスクリーンに拡大投写される。
【０１１１】
以上説明した光学系などの部材配置及び光線の動作により、低コストのハイパス及びローパス・フィルタだけを用いることができる。また、ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから投写レンズ１６までの色合成系は、歪みやズレの少ないガラス・ブロック製のダイクロイック・プリズムにより構成されているため、画素ズレや色度ずれのない投写型表示装置を実現できる。
【０１１２】
また、第１のダイクロイック・プリズム１６０'及び全反射プリズム１６４'を平板ミラーに代えて、第２のダイクロイック・プリズム１６２'のみプリズムとした場合でも、第２のダイクロイック・プリズム１６２'での歪みやズレを少なくできるので、全て平板ミラーを用いた場合より画素ズレや色度ずれ防止の効果がある。また、この構成の場合、第１及び第２のダイクロイック・プリズム１６０'、１６２'及び全反射プリズム１６４'が全てプリズムした場合と比較して光学系のコストが安くでき、低コスト化のメリットがある。同様に第２のダイクロイック・プリズム１６２'が平板ミラーの場合も同様の効果を奏する。
【０１１３】
次に、本発明の第４の実施の形態による投写型表示装置を図１５及び図１６を用いて説明する。本実施の形態による投写型表示装置の光学系の配置は、第３の実施形態の図１４で示したものと同一である。そして、両表面を固体または液体に接触させたダイクロイック・ミラー、すなわちプリズムの反射光がｓ偏光であることを特徴としている。図１５は第１のダイクロイック・プリズム１６０'の透過率の波長依存性を示している。ミラーでの光の吸収はほとんどないため、反射率は１００％から透過率を減じた値となる。従来の反射光の偏光は特に指定のない場合は無偏光である。無偏光の反射特性は、ｐ偏光の反射特性とｓ偏光の反射特性の平均化した特性とほぼ同じである。このため、カット波長前後の特性は図１５のように傾斜が緩やかになり色特性が悪くなる。また、一般にｓ偏光が最も反射率が高いため、これを適用することにより投写型表示装置を高照度化することができるようになる。
【０１１４】
この構成を実現するため、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから射出する光の偏光方位が異なる場合には、射出側の偏光方位を回転あるいは整形する偏光回転手段あるいは偏光整形手段を設ける。偏光回転手段としてはλ／２位相差板を用いることができる。偏光整形手段としては、偏光板ないし楕円偏光板が高効率に整形でき、また低コストで取り扱いも簡単である。図１６は第２のダイクロイック・プリズム１６２'の透過率の波長依存性を示している。第２のダイクロイック・プリズム１６２'及び全反射プリズム１６４'も反射光をｓ偏光とすることで同様の効果を得ることができるようになる。
【０１１５】
次に、本発明の第５の実施の形態による投写型表示装置について説明する。本実施形態の表示装置の光学系の配置は第１の実施形態における図１４に示したものと同一である。本実施形態では、両表面を固体または液体に接触させたダイクロイック・ミラーの透過光がｐ偏光であることを特徴としている。これについて第４の実施の形態で用いた図１５を用いて説明する。図１５は、第１のダイクロイック・プリズム１６０'のｓ偏光、ｐ偏光の反射率と透過率の波長特性を示している。第１のダイクロイック・プリズム１６０'のｓ偏光のカット波長は４９０ｎｍとし、４９０ｎｍ以上の波長の光は反射される。また、第１のダイクロイック・プリズム１６０'のｐ偏光のカット波長は５１０ｎｍとし、５１０ｎｍ以下の波長の光は透過する。カット波長近辺では反射／透過特性がなだらかになるため、色分離光学系で発生したカット波長近傍の波長の光のモレを全て投写できる。この構成であれば、青い光は５１０ｎｍ以下全て、緑色の光は４９０ｎｍ以上の赤を除く光全を投写でき、装置の高照度化が可能となる。同様に本構成のように反射光にｓ偏光、透過光にｐ偏光を用いるようにしてカット波長を異ならせることは比較的容易に設定できるため、投写像の各色を任意に設計できるようになり、高照度化、高色純度化（広い色再現範囲の実現）を容易に実現できる。
【０１１６】
この構成を実現するため、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの射出光の偏光が異なる場合は、光出射側に偏光方位を回転あるいは整形する偏光回転手段あるいは整形手段を設ける。偏光回転手段としてはλ／２位相差板を用いることができる。また、偏光整形手段としては偏光板ないしは楕円偏光板が高効率での整形が行え、また低コストで取り扱いも簡単である。図１６に示す透過率の波長依存性を有する第２のダイクロイック・プリズム１６２'も透過光をｐ偏光とすることで同様の効果を得ることができるようになる。
【０１１７】
次に、本発明の第６の実施の形態による投写型表示装置を図１７を用いて説明する。本実施形態は第３の実施形態の図１４における光源１を偏光光のみを出射する光源に変更したことを特徴としている。図１７に示す投写型表示装置には、変更回転手段として例えば１／２波長板１８０が各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの光入射側に配置されている。また、光源１からの光を紙面に垂直な偏光方位に変換する偏光生成素子１７０が配置されている。光源１は、ハロゲン・ランプやメタルハライド・ランプからなる発光管と放物面リフレクタを有している。偏光生成素子１７０は、特願平９−１１２６０３号に記載された反射型偏光板を用いた偏光生成素子を用いることができる。特願平９−１１２６０３号に記載された偏光生成素子は、発光管から出射され放物面リフレクタでほぼ平行にされた白色光を反射型偏光板に入射させて有効な偏光を射出させ、後段に配置された光学系に入射させるようになっている。また、不要な偏光は再度ランプ側に戻しリフレクタなどで有効偏光に変換した後反射型偏光板から出射するようになっている。このような構成にすれば光源出射時点で射出光は偏光光になっているため、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂでの不要偏光の光吸収を防止でき、装置の信頼性向上に効果がある。また、この反射型偏光板を用いることで有効偏光が増加し装置の光量増加に効果がある。同様に吸収型偏光板を偏光生成素子として用いる場含、信頼性向上の効果があるが光量増加の効果はない。また、誘電体多層膜をガラス・プリズムに形成した偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）でも同様の効果を奏する。また、米国特許第２，７４８，６５９号のようなＰＢＳとレンズの組み合わせによる偏光生成素子を用いることも可能である。
【０１１８】
次に、本発明の第７の実施の形態による投写型表示装置を図１８を用いて説明する。本実施の形態における偏光光源１は、ハロゲン・ランプやメタルハライド・ランプからなる発光管と放物面リフレクタを有している。そして、偏光生成素子としてＰＢＳとレンズの組み合わせを用いている。光源１の光射出側にフライアイレンズレンズ・アレイ（フライアイレンズ）１７２、１７４が配置され、次段にＰＢＳ位相変換素子アレイ１７６が配置されている。そして、放物面リフレクタと偏光生成素子１７６との間に複数のレンズ・アレイ１７２、１７４を配置したことを特徴としている。このレンズ・アレイ群は、通常２組からなり、リフレクタ側のレンズ・アレイ１７２の小レンズの焦点距離は、レンズ・アレイ１７２と１７４間の距離とし、レンズ・アレイ１７２の小レンズの焦点はレンズ・アレイ１７４の対応する小レンズに光を集光する機能を待つ。レンズ・アレイ１７４の小レンズは、レンズ・アレイ１７２の小レンズの像を光照射物（本投写光学系では、ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ）に拡大、あるいは、まれに縮小投写する焦点距離を有する。この偏光光源に用いている偏光生成素子としてのＰＢＳ位相変換素子アレイ１７６とレンズ・アレイ１７４との組み合わせは、米国特許第２，７４８，６５９号に開示されている。本構成を用いることにより、第６の実施形態の反射型偏光板による偏光生成よりも有効偏光への変換効率が高く（反射型偏光板による偏光生成では、リフレクタに戻って反射した光がたまたま有効偏光になることを利用するため、変換効率が低い）、高効率化、高照度化の効果がある。
【０１１９】
また、フライアイレンズを用いるため各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを均一に照明でき、これを投射レンズ１６で拡大投写することによりスクリーン上での光量の均一性も向上できる。
【０１２０】
また、第６及び第７の実施の形態における投写型表示装置は図１７及び図１８において、偏光光源から出射される偏光を色分離光学系のｓ偏光（光の電界ベクトルの振動方向である偏光方位が紙面に直交する偏光）としたことを特徴としている。
【０１２１】
本構成を用いることにより、色分離光学系での反射特性が改善され、光学系の透過率、すなわち、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを照射する光量を増加させることが可能となる。その結果、投写装置の高効率化、高照度化の効果がある。また、第４の実施形態で説明したようにカット波長の急峻化が可能になるので画像の色特性の改善も可能である。ただし、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂへの入射偏光が異なる場合には、各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの光入射側に偏光方位を回転させる偏光回転手段、あるいは偏光方位を整形する偏光整形手段を設ける。低コストで簡単で高効率である偏光回転手段としてλ／２位相差板が利用できる。
【０１２２】
次に、本発明の第８の実施の形態による投写型表示装置について図１９を用いて説明する。本実施形態では、光源１から各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂまでの光路とその動作は第３の実施形態と同様であるが、第２のダイクロイック・プリズム１６２''は、赤色の光を反射するように構成されている。投射レンズ１６は、第２のダイクロイック・プリズム１６２''の赤色の光の反射光を投写する位置に変更されている。また、本実施の形態による投写型表示装置の色合成光学系は、両表面を固体または液体に接触させた複数のダイクロイック・ミラー、つまり第１及び第２のダイクロイック・プリズム１６０''、１６２''間に偏光回転手段１８２を配置したことを特徴とする。
【０１２３】
青色用ライトバルブ２１Ｂで空間変調された青色の光は、偏光回転素子１８２により紙面に平行な偏光方位に変換される。従って、第１のダイクロイック・プリズム１６０''にｐ偏光の光として入射して当該プリズム１６０''を透過する。また、緑色用ライトバルブ２１Ｇで空間変調された緑色の光は、偏光回転素子１８２により紙面に垂直な偏光方位に変換される。従って、第１のダイクロイック・プリズム１６０''にｓ偏光の光として入射して当該プリズム１６０''で反射する。このとき、青の光と緑の光は第１のダイクロイック・プリズム１６０''内で色合成され偏光方位を維持した状態で射出する。次に偏光回転手段１８２に入射して、青の光は第２のダイクロイック・プリズム１６２''におけるｓ偏光の光に変換され、緑の光は第２のダイクロイック・プリズム１６２''にけるｐ偏光の光に変換されて第２のダイクロイック・プリズム１６２''に入射して透過し、投写レンズ１６に向かう。
【０１２４】
赤色用ライトバルブ２１Ｒで空間変調された赤色の光は、偏光回転素子１８０により紙面に垂直な偏光方位に変換されて全反射プリズム１６４'に入射して光路を折り曲げられて第２のダイクロイック・プリズム１６２''に入射する。従って、第２のダイクロイック・プリズム１６２''にｓ偏光の光として入射して当該プリズム１６２''で反射する。このとき、赤い光は、第１のダイクロイック・プリズム１６０''から入射した青と緑の合成光と第２のダイクロイック・プリズム１６２''内で合成される。第２のダイクロイック・プリズム１６２''を射出した合成光は投写レンズ１６に入射してスクリーンに拡大投写される。ここで第２のダイクロイック・プリズム１６２''のｐ偏光、ｓ偏光のそれぞれのカット波長は、６２０ｎｍと５８０ｎｍである。この構成により、第１のダイクロイック・プリズム１６０''から入射した緑の光はｐ偏光であるため、６２０ｎｍ以下の波長の光が透過する。同じく青い光はｓ偏光であるため、５８０ｎｍ以下の波長の光が透過する。青い光はもともと波長が５２０ｎｍ以下であるため全ての青い光が透過することになる。
【０１２５】
また、赤い光はｓ偏光であるため、５８０ｎｍ以上の光が反射される。これにより、赤と緑の光のカット波長近傍のもれ光も含め全て投写光に使用できるので投写装置の高光量化に効果がある。同様に、色毎のカット波長も異ならせ得るため、色設計の自由度を高めることが可能になり、画像の高光量化あるいは高色純度化が可能となる。
【０１２６】
偏光回転手段１８０、１８２としては、結晶の光学軸と平行にカットした一軸性の結晶平板や、雲母板、水晶波長板、一軸延伸フィルムによるλ／２位相差板を用いることが低コストで簡単で高効率である。
【０１２７】
また、偏光回転手段１８２を第１のダイクロイック・プリズム１６０''の光射出面、あるいは第２のダイクロイック・プリズム１６２''の光入射面に張り付けても同様の効果があり、さらに表面反射面を２面削減することができるのでより一層の光量増加に寄与することができる。
【０１２８】
各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの偏光板１５８Ｒ、１５８Ｇ、１５８Ｂ近傍に配置する偏光回転手段１８０も、偏光板１５８Ｒ、１５８Ｇ、１５８Ｂあるいはプリズム１６０''、１６４'に貼りつけることで表面反射面を２面削減することができるのでより一層の光量増加を図ることができる。
【０１２９】
次に、本発明の第９の実施の形態による投写型表示装置を図２０に示す。図２０において光源１と色分離光学系との間に光線の方向を変える光学素子１８４を配置し、光源１と色分離光学系から後段とを隣接して配置した点に特徴を有しており、その他は既に説明した図１８に示す表示装置と同様であるので説明は省略する。本構成にすることにより光学系の全体を囲い込む装置筐体を小さくすることができ、コスト低減及び装置サイズの小型化を実現できるようになる。
【０１３０】
次に、本発明の第１０の実施の形態による投写型表示装置を図２１に示す。図２１に示す表示装置は、光源１と、光源１から射出した光を複数の色光に分離する色分離光学系とを有している。また、色分離光学系より射出した複数の色光を空間変調する複数のライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと色毎に空間変調された複数の色光を合成する色合成光学系とを有している。また合成された複数の色光を投写する投写レンズ１６を備えている。色分離光学系は、２個のダイクロイック・ミラー１４０''と１４２''、及び全反射ミラー１４４''により構成
されている。色合成光学系は、両表面を固体または液体に接触させた２個のダイクロイック・ミラーであるダイクロイック・プリズム１６０'、１６２'を有している。また、色合成光学系は、両表面を固体または液体に接触させた全反射ミラーである全反射プリズム１６４'をさらに有している。本実施の形態による投写型表示装置は、以上説明した色分離系及び色合成系の全てのダイクロイック・ミラーが、ローパス・フィルタまたはハイパス・フィルタであることを特徴としている。この構成における色分離・合成の組合せを  表１に示す。色分離の順序と投写レンズ１６の位置、及び光源１の位置から表１のような８通りの組合せになる。この組合せの表のうち、第７項は既に第３の実施の形態で説明し、第５項は第８の実施の形態で説明している。なお、表１において、ＤＭ１は第１のダイクロイック・ミラー、ＤＭ２は第２のダイクロイック・ミラー、ＤＰ１は第１のダイクロイック・プリズム、そしてＤＰ２は第２のダイクロイック・プリズムである。
【０１３１】
表１に示すこれらの構成を採用することにより、コストの上昇も抑えて、既に説明した色度ズレ、画素ズレの問題もない投写光学系を実現できる。
【０１３２】
【表１】
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次に、本発明の第１１の実施の形態による投写型表示装置について説明する。本実施の形態による表示装置は、表１において、色分離・合成の組合せとして色分離光学系は、赤透過タイプのローパス・フィルタである第１のダイクロイック・ミラーＤＭ１と、青透過タイプのハイパス・フィルタである第２のダイクロイック・ミラーＤＭ２と、全反射ミラー１４４''から構成されている。色合成光学系は、赤透過タイプのローパス・フィルタである第１のダイクロイック・プリズムＤＰ１と、赤と緑（黄色）透過タイプのローパス・フィルタである第２のダイクロイック・プリズムＤＰ２と、全反射プリズム１６４'とから構成されている。
【０１３３】
このような構成にすることにより、ＤＭ１とＤＰ１のコーティングを同一にでき、従ってコーティング作業を同時に行うことができ、コーティングに要する費用を低減することが可能である。なお、この効果は表１における第１，３，４、５，７，８項でも同様である。また、ＤＰ１で画素ズレの目立つ赤と緑の画像を合成することができ、画素ズレの確率をより一層低下させることができる。なお、表１の第１〜４項も同等の効果を有する。また、反射特性の方が透過特性より高く設定できるため、赤より光量が下がりやすい青の光をＤＭ２の透過のみで他はすべて反射により投写でき、青の光量を高く維持でき、混色の色度を良くする効果がある。青色の光量が低下しやすい原因は、光源１からの射出光のＵＶ光をカットするＵＶカットプリズムにより、波長４２０ｎｍ〜４３０ｎｍ以下の青い光が低減されてしまうことにある。
【０１３４】
次に、本発明の第１２の実施の形態による投写型表示装置の色分離・合成光学系について説明する。装置構成は、第１１の実施形態と同一である。本実施形態では、それぞれのダイクロイックミラー、プリズムＤＭ１、ＤＰ１のカット波長を規定する。第１のダイクロイック・ミラーＤＭ１の透過光のカット波長は５６０〜５９０ｎｍ、第１のダイクロイック・プリズムＤＰ１の反射光のカット波長λｄｐ１は５９０〜６２０ｎｍ、同じく第１のダイクロイック・プリズムＤＰ１の透過光のカット波長はλｄｐ１と等しいか、あるいは小さいことを特徴としている。
【０１３５】
白色光のうち、波長５６０〜５９０ｎｍの黄色光は、赤色用ライトバルブ２１Ｒに入射し、これを投写すると赤の色純度が低下し、赤がオレンジ色になる問題がある。同様に緑色用ライトバルブ２１Ｇに黄色光が入射した場合、これを投写すると緑の色純度が低下して緑が黄色になる問題がある。また、赤色用ライトバルブ２１Ｒと比較して緑色用ライトバルブ２１Ｇは光量が多く、発熱による不具合が発生しやすいという問題がある。
【０１３６】
これらの問題は本構成を用いることにより解決できる。すなわち、波長５６０〜５９０ｎｍの黄色光をＤＭ１で透過し、赤色用ライトバルブ２１Ｒに入射後、ＤＰ１で光路外に反射させて投写しないようにする。従って、赤、緑の色純度を高く維持しつつ、緑色用ライトバルブ２１Ｇの光量は増やさないですむので発熱を抑えることができるようになる。
【０１３７】
次に、本発明の第１３の実施の形態による投写型表示装置について説明する。本実施の形態での色分離・合成光学系は、第１１の実施の形態と同一である。本実施の形態では、それぞれのダイクロイックミラーＤＭ２、プリズムＤＰ２のカット波長を規定している。
【０１３８】
第２のダイクロイック・ミラーＤＭ２の透過光のカット波長は４８０〜５１０ｎｍ、第２のダイクロイック・プリズムＤＰ２の反射光のカット波長λｄｐ２は５１０〜５４０ｎｍ、同じく第２のダイクロイック・プリズムＤＰ２の透過光のカット波長はλｄｐ２より小さい。
【０１３９】
青と緑の色の境界部の波長４８０〜５１０ｎｍの光は水色であるため、青色用ライトバルブ２１Ｂに入射して投写されても、緑色用ライトバルブ２１Ｇに入射して投写されても青、緑のそれぞれの色純度の低下は軽微であり、第３の実施の形態で説明したような黄色の光による問題は生じない。
【０１４０】
このような構成にすることにより、青色用ライトバルブ２１Ｂには４８０〜５１０ｎｍ以下の波長の光全てを、また、緑と赤の光は５１０ｎｍ以上の波長の光全てを投写でき、青の色純度を確保しつつ、緑、赤の光量低下を防止することができる。
【０１４１】
次に、本発明の第１４の実施の形態による投写型表示装置とその動作原理を図２２を用いて説明する。本実施形態では、投写光学系の色合成光学系の一部として、投写レンズ１６、ダイクロイック・プリズム１６０、及び２つのライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇを示している。
【０１４２】
各ライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇの任意の各点から投写レンズ１６の入射瞳のほぼ中心を結ぶ線とダイクロイック・プリズム１６０のフィルタ面とのなす角が変化しても、色合成光学系のダイクロイック・プリズム１６０のカット波長がほぼ同一になるようにした点に本実施形態は特徴を有している。これを実現するため本実施の形態によるイクロイック・プリズム１６０のフィルタ特性は面内分布を有している。
【０１４３】
図２２において、ダイクロイック・プリズム１６０のＯ点では入射光の入射角が４５°であるのに対し、Ａ点では５０°、Ｂ点では４０°である。このように位置により入射角が異なってもダイクロイック・プリズム１６０のカット波長が同一になるように設定する。このため、Ａ点では５０°の入射角で６００ｎｍのカット波長となるような薄膜を成膜し、Ｏ点では４５°の入射角で同一のカット波長となるように薄膜を成膜し、Ｂ点では４０°の入射角で同一のカット波長となる薄膜を成膜している。Ａ点とＯ点の間、およびＯ点とＢ点の間は場所により徐々に変化する中間の特性が得られるように膜特性を変化させている。このような膜特性は、ダイクロイック・フィルタを構成する多層干渉膜を斜め蒸着法を用いて成膜することにより得ることができる。
【０１４４】
本実施の形態によるフィルタを構成することにより、入射角分布による投写像の色ムラを防止することができる。
【０１４５】
なお、ダイクロイック・プリズム１６０の紙面垂直方向については、ほとんど入射角分布が生じないので、上記のようなフフィルタ膜の位置による特性分布を設ける必要は少ない。
【０１４６】
次に、本発明の第１５の実施の形態による投写型表示装置の動作原理を図２３を用いて説明する。図２３は、例として、投写光学系の光源１と色分離光学系の一部、及び光源１、ダイクロイック・ミラー１４０、２つのライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇを示している。
【０１４７】
本実施の形態は、光源１の任意の各点からライトバルブ２１Ｒ、２１Ｇの各液晶パネル１５８Ｒ、１５８Ｇのほぼ中央に結んだ直線と、ダイクロイック・ミラー１４０のフィルタ面とでなす角度に対応して、色分離光学系のダイクロイック・ミラーのフィルタ特性に分布を設けた点に特徴を有している。
【０１４８】
図２３では、ダイクロイック・ミラー１４０のＯ点では入射角４５°であるのに対し、Ａ点では５０°、Ｂ点では４０°である。本実施の形態では、ダイクロイック・ミラー１４０のフィルタ面のそれぞれの位置に係わらず一様なカット波長が得られるようにする。すなわち、Ａ点では５０°の入射角で５００ｎｍのカット波長となる薄膜を形成し、Ｏ点では４５°の入射角で同一のカット波長が得られるような薄膜を成膜し、Ｂ点では３０°の入射角で同一のカット波長の薄膜を成膜している。Ａ点とＯ点の間、およびＯ点とＢ点との間はそれぞれの特性の中問の特性が位置に応じて徐々に変化する膜特性になるように形成する。
【０１４９】
この膜特性は、ダイクロイック・フィルタの多層干渉膜を斜め蒸着法に成膜することにより実現できる。本実施の形態による膜構成により、入射角分布による投写像の色ムラを防止することができるようになる。
【０１５０】
なお、ダイクロイック・ミラー１４０の紙面垂直方向にはほとんど入射角分布が生じないので、膜の特性分布を施す必要性は小さい。
【０１５１】
本発明の第１６の実施の形態による投写型表示装置を図２４を用いて説明する。本実施の形態は、色分離・合成光学系の構成が図２１とほぼ同様であるが、図２１における全反射ミラー１４４''をダイクロイック・ミラー１９０に置き換えた点に特徴を有している。このダイクロイック・ミラー１９０は反射光のカット波長が５９０〜６２０ｎｍになるように形成されている。従って、この波長より長い波長の光はダイクロイック・ミラー１９０で反射し、短い波長の光は透過する。
【０１５２】
このような構成にすることにより、不要な黄色光をダイクロイック・ミラー１９０で透過させて逃がしてしまい、赤色用ライトバルブ２１Ｒに入射せないようにすることができる。ダイクロイック・ミラー１９０を用いることにより、ライトバルブの信頼性低下の防止と共に、カット波長の選択自由度を高くでき、高色純度化や高輝度化の効果も期待することができる。
【０１５３】
また、本実施の形態の色分離・合成光学系における全反射プリズム１６４'に代えてダイクロイック・プリズムを用いるようにしてもよい。この場合、ダイクロイック・プリズムでの反射光のカット波長は５１０〜５４０ｎｍとし、この波長より長い波長の光は透過させ短い波長の光は反射させるようにする。このような構成にすることにより、カット波長近傍のモレ光が投写されてしまうことを防止でき、投射画像の色純度を向上さえることができる。また、カット波長を選択する自由度を高くでき、高色純度化や高輝度化の効果も期待できる。
【０１５４】
次に、本発明の第１７の実施の形態による投写型表示装置を図２５を用いて説明する。本実施の形態は、ダイクロイック・ミラー１９０の固定治具を改良した点に特徴を有している。すなわち、ダイクロイック・ミラー１９０の裏面あるいはミラー透過後の壁面に吸光材を配置したことに特徴としている。図２５は、ミラー１９０と取り付け金具との間に黒い吸光材１９２を挟み込み、ダイクロイック・ミラー１９０の透過光を吸収するようにしている。こうすることにより吸光材１９２を用いない場合に比較して、ダイクロイック・ミラー１９０の透過光による装置内の迷光を減少させることができるようになり、投写像のコントラストを向上させることができるようになる。
【０１５５】
また、同様にしてプリズム・ミラー１６４'に代えて配置したダイクロイックプリズム１９４の裏面あるいはプリズム透過後の壁面に吸光材１９６を配置してもよい。図２５は、プリズム１９４と取り付げ金具との間に黒い吸光材１９６を挟み込み、ダイクロイック・プリズム１９４の透過光を吸収するようにしている。こうすることにより吸光材１９４を用いない場合に比較して、ダイクロイック・プリズム１９４の透過光による装置内の迷光を減少させることができるようになり、投写像のコントラストを向上させることができるようになる。
【０１５６】
次に、本発明の第１８の実施の形態による投写型表示装置について説明する。本実施の形態では、図１４に示す第３の実施の形態における全反射ミラー１４４''及び全反射プリズム１６４'の反射膜を誘電体多層膜としたことを特徴としている。アルミニウムや銀の蒸着膜で形成したミラーは一般に反射率は９０％程度であるが、本実施の形態のように誘電体多層膜で形成すると９５％程度の反射率を得ることができるようになる。このような構成により投写装置の高光量化に寄与することができる。
【０１５７】
次に、本発明の第１９の実施の形態による投写型表示装置について図２６乃至図２９を用いて説明する。図２６に本実施の形態における投写型表示装置の概略の構成を示す。図２６において、光源３００から射出された白色光は偏光変換素子３０２によって紙面に垂直な偏光方位（便宜上ｓ偏光という）に変換される。光源３００からの射出光はミラー３０３で９０°折り曲げられる。ミラー３０３は紙面に平行な偏光方位の光（ｐ偏光）よりｓ偏光の光の方が反射率が高いため、偏光変換素子３０２でｓ偏光の光にしておく方が装置の光利用効率が良い。また、このミラー３０３の存在及び配置構成により、装置のサイズを大きくすることなく、光源３００のリフレクタで反射せずにランプから直接射出して光軸Ｘに対して角度を持った光が、図２７（ａ）、（ｂ）に示すようにダイクロイック・ミラー３０４を介さず直接液晶パネル３０６や３１０に入射してパネル温度を上昇させたり、迷光となることを防ぐことができる。
【０１５８】
ミラー３０３で反射した光は、ダイクロイック・ミラー３０４で赤色の光が透過し、緑及び青色の光が反射して色分離される。透過した赤色の光はｓ偏光反射特性に優れたミラー３０５で効率良く反射して９０°折り曲げられ、位相差板により偏光方位を４５°変えて赤色用の液晶パネル３０６に入射する。液晶パネル３０６で光変調された射出光はさらに偏光方位を９０°変換させられて偏光板を通過し、さらに位相差板で４５°偏光方位を変えられてｐ偏光の光となって図２８に示すような、厚さ５ｍｍで光軸に対して１５°傾いて配置されたガラス板（白板）３０７とダイクロイック・ミラー３０８を透過する。このガラス板３０７は、ダイクロイック・ミラー３０８中を光が透過する際に生じる光路ずれを補正するためにある。ガラス板３０７をホウケイ酸ガラスや石英等、高価ではあるが屈折率の低い材科で形成すればガラス板の厚さを薄くして装置容量を小さくすることができる。ガラス板３０７による光路ずれの補正により、色ずれや非点収差のない良好な投写像が得られる。なお、このような補正方法の他にダイクロイック・ミラー３０８自体を薄くして光路ずれを小さくする方法や、ダイクロイック・ミラー３０８やミラー３１３をダイクロイック・プリズム化して、光軸に対しほぼ垂直なガラス入射・出射面を形成して光路ずれを小さくすることも可能である。
【０１５９】
ダイクロイック・ミラー３０４で反射された緑の光は、次段のダイクロイック・ミラー３０９で反射されて液晶パネル３１０、偏光板、及び位相差板を通り、ｐ偏光の光となってダイクロイック・ミラー３０８で反射される。また、青色の光はダイクロイック・ミラー３０９を透過し、液晶パネル３１１、偏光板を通り位相差板３１２でｓ偏光に変換されてミラー３１３で折り曲げられる。この青色の光は図２９に示すような特性を有するダイクロイック・プリズム３１４中を反射して投写レンズ３１５に入射して投写される。
【０１６０】
赤と緑の合成光は図２９に示すｐ偏光特性でダイクロイック・プリズム３１４中を透過して投写レンズ３１５に入射して投写される。また、色ずれが目立ちやすい光量の多い赤と緑を先に色合成しておくため、ダイクロイック・ミラー３０８の角度調整のみで表示画素の画素ずれを合わせておくことができるようになり、装置の組立て効率が向上してコストダウンを図ることができるようになる。
【０１６１】
このように本実施の形態によれば、ミラー３０３を配置することにより装置容量を最小限に抑えることができる。またミラー３０３を配置することにより各液晶パネルへの不要光の入射を防止することができる。さらにミラー３０３に入射した光はｓ偏光として反射するので反射率を向上させることができる。また、収差による表示品質の劣化を防止しつつ緑と赤の光をダイクロイック・ミラー３０８で先に色合成するので画素合わせの効率を上げることができる。ダイクロイック・ミラーはｓ偏光よりもｐ偏光の方が利用効率が良いため、緑及び赤の光をｐ偏光として利用光量を増やすことができる。また、ダイクロイック・プリズム３１４は反射光となる青色の光をｓ偏光、透過光の緑及び赤の光をｐ偏光の光として、波長の近接した緑と赤の光を別の偏光特性にすることにより透過・反射効率を上げることができるので光利用効率を向上させることができるようになる。
【０１６２】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１６３】
上記実施の形態においては、光源１からダイクロイックミラー４、６、８により導かれた光を透過させてスクリーン（図示せず）に画像を映し出す透過型液晶ライトバルブを用いたが、本発明はもちろんこれに限られず、光源からの光を反射させてスクリーンに画像を映し出す反射型液晶パネルを用いた反射型液晶ライトバルブを用いることも可能である。この場合には、反射型液晶パネル内に入射した光が反射する際、スイッチング素子を裏面から照射してしまう場合に有効である。反射型液晶パネルを用いる場合において、色分離光学系と色合成光学系を全部または一部共用する構成としてもよく、この場合装置の小型化が可能になる。
【０１６４】
また、上記実施の形態においては、背面投写型のスクリーンを有する投写型表示装置に本発明を適用したが、これに限られず、前面投写型の投写型表示装置にももちろん適用することができる。
【０１６５】
また、本発明はスイッチング素子を備えたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光表示素子等をライトバルブに用いた場合にも適用可能である。
【０１６６】
また、上記実施の形態では、液晶パネルのスイッチング素子としてｐ−ＳｉＴＦＴを用いたが、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）ＴＦＴや、ＭＩＭをスイッチング素子として用いた場合においてももちろん本発明を適することが可能である。
【０１６７】
また、本発明を適用するにあたり、色合成光学系や偏光変換素子の配置等については上記実施の形態において例示した構成に限られないことは明らかである。例えば、上記図４に示した構成では、１／２波長板２０Ｂｉを青色用の液晶ライトバルブの光入射側に配置したが、本発明はこれに限られず、例えば光源１からの白色光を青と青以外の色成分に分離する際に、青の光の偏光方位を他の赤、緑の光の偏光方位に対して直交させるような偏光分離素子（例えば偏光ビームスプリッタ）を偏光変換手段として各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと光源１との間に配置するようにしてももちろんよい。
【０１６８】
また、各液晶ライトバルブの前段に色補正用のカラーフィルタを挿入するようにしてももちろんよい。
【０１６９】
また、上記実施の形態ではノーマリーホワイト方式の液晶パネルを用いて説明したが、本発明はこれに限られずノーマリーブラック方式の液晶パネルを用いた液晶ライトバルブを有する投写型表示装置に対してももちろん適用することができる。
【０１７０】
また、上記実施の形態では、各液晶パネル２０Ｒ、２０Ｇ、２０ＢがＴＮ液晶層を有するものとして説明したが、本発明はこれに限られず垂直配向型（ＶＡ型）液晶パネルにももちろん適用することが可能である。
【０１７１】
また、上記実施の形態では、レンチキュラーレンズとフレネルレンズを組み合わせた透過型スクリーンを例にとって説明したが、偏光方位の相違で配光特性が異なる現象はフレネルレンズでも発生するため、フレネルレンズと非レンチキュラーレンズ型配光（拡散）素子を用いる場合にも色むらとカラーシフトが発生する。また、単純拡散板を透過するときにも同じ現象は発生する。本発明は、これら殆ど全てのスクリーンにおいても上記実施の形態と同様に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明は、ライトバルブが用いられた投写型液晶表示装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置による効果を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズム近傍の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズム近傍のさらに他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による投写型表示装置の液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズム近傍のまたさらに他の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置の他の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置の変形例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置の他の変形例の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置のさらに他の変形例の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置のまたさらに他の変形例の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態による投写型表示装置のさらに他の変形例の構成を示す図である。
【図１３】本発明により実現される、画素ズレや色度ずれのない投写型表示装置の原理を説明する図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態による投写型表示装置を説明する図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態による投写型表示装置を説明する図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図１９】本発明の第８の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２０】本発明の第９の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１０の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２２】発明の第１４の実施の形態による投写型表示装置とその動作原理の概略の示す図である。
【図２３】本発明の第１５の実施の形態による投写型表示装置の動作原理の概略を示す図である。
【図２４】本発明の第１６の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２５】本発明の第１７の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２６】本発明の第１９の実施の形態による投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図２７】本発明の第１９の実施の形態による投写型表示装置を説明する図である。
【図２８】本発明の第１９の実施の形態による投写型表示装置を説明する図である。
【図２９】本発明の第１９の実施の形態による投写型表示装置を説明する図である。
【図３０】従来の投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【図３１】液晶パネルの構造を示す図である。
【図３２】従来の投写型表示装置で生じる問題点を説明する図である。
【図３３】従来の投写型表示装置で生じる問題点を説明する図である。
【図３４】提案された投写型表示装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１  光源
２  偏光変換装置
４、６、８、６１  ダイクロイックミラー
１０、１２、６０  ミラー
１４、１５、７０  ダイクロイックプリズム
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、７０ａ  ダイクロイック面
１６  投射レンズ
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ  液晶ライトバルブ
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ  液晶パネル
２０Ｒｐ、２０Ｇｐ、２０Ｂｐ  偏光板
２０Ｒｉ、２０Ｇｉ、２０Ｂｉ  １／２波長板
２０Ｒｉ'、２０Ｇｉ'、２０Ｂｉ'  １／２波長板
２０Ｒｌ、２０Ｇｌ、２０Ｂｌ  液晶パネル
３０、３２  透過軸
３４、３６  偏光方位
４０  １／４波長板
４１、５１  光学軸
４２  スクリーン
４４  両面レンチキュラーレンズ
４６  フレネルレンズ
５０、７１  １／２波長板
５２、５３  透過軸
５４、５５  偏光方位
５６、５７  円偏光
１００  アレイ基板
１０２  対向基板
１０４  スイッチング素子
１０６  液晶層
１０８  絶縁膜
１１０  表示電極
１１２  共通電極
１１４  遮光膜
１２０、１２６  ｎ型ポリシリコン層
１２２  ゲート絶縁膜
１２４  ポリシリコン層
１２８  ゲート電極
１３０  ドレイン電極
【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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