(57)【要約】【課題】光学ウォブリング方式による画像投射において、光の利用効率を低下させずに解像度の向上が可能な投射型表示装置および画像表示素子を提供する。【解決手段】投射型表示装置３０は、一画像を構成する複数の画素２０によって囲まれた無表示領域２１をマトリクス状に配置させた状態で、前記画像を表示する画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒと、画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒによって形成された前記画像の光の光路を、前記画像の更新に応じて、更新後の画像の画素が更新前の画像の無表示領域２１と重なるように平行移動させる光路シフト装置５０と、前記光路シフト装置５０からの光を投射面４８に拡大投射する投射光学系４５とを備える。【選択図】図３
2012215740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一画像中にその画像を構成する複数の画素によって囲まれた無表示領域をマトリクス状に配置させた状態で、前記画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子から投射面までの光路の途中で、前記光路を、前記画像の更新に応じて、更新後の画像の画素が更新前の画像の無表示領域と重なるように平行移動させる光路シフト装置とを備えることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記画像表示素子は、
液晶層と、
前記液晶層の背面にマトリクス状に設けられ、前記液晶層を介した光源からの光を反射すると共に、前記画像に基づいて前記液晶層の偏光変調を誘起する複数の画素電極と、
前記複数の画素電極のうち、互いに対角に位置する画素電極の間に設けられ、前記光源からの光の偏光変調を行わずに前記無表示領域を形成する表示無効電極と
を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
互いに対角に位置する画素電極の各重心を結ぶ線分に沿った前記表示無効電極の幅は、水平及び垂直方向に隣接する一対の画素電極の間隙よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記画素電極の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する４回回転対称の八角形であることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記表示無効電極の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する正方形であることを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
一画像中にその画像を構成する複数の画素によって囲まれた無表示領域をマトリクス状に配置させた状態で、前記画像を表示することを特徴とする画像表示素子。
【請求項７】
液晶層と、
前記液晶層の背面にマトリクス状に設けられ、前記液晶層を介した光源からの光を反射すると共に、前記画像に基づいて前記液晶層における偏光変調を誘起する複数の画素電極と、
前記複数の画素電極のうち、互いに対角に位置する画素電極の間に設けられ、前記光源からの光の偏光変調を行わずに前記無表示領域を形成する表示無効電極と
を有することを特徴とする請求項６に記載の画像表示素子。
【請求項８】
互いに対角に位置する画素電極の各重心を結ぶ線分に沿った前記表示無効電極の幅は、水平及び垂直方向に隣接する一対の画素電極の間隙よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の画像表示素子。
【請求項９】
前記画素電極の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する４回回転対称の八角形であることを特徴とする請求項８に記載の画像表示素子。
【請求項１０】
前記表示無効電極の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する正方形であることを特徴とする請求項９に記載の画像表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置および投射型表示装置に用いる画像表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像表示装置として、光源からの光を入力された画像情報に基づき偏光変調し、偏光変調された光をスクリーン等の投射面に拡大投射する投射型表示装置（以下、プロジェクタ）が広く用いられている。プロジェクタは、この偏光変調を行うために、反射型や透過型の画像表示素子を搭載している。
【０００３】
一方、プロジェクタの普及に伴い、高精細な画像表示への要求が高まっている。このような要求に応えるには、画像表示素子の画素数を増やすことが考えられる。しかしながら、画素数の増加は即座に製造コストの増大につながる。即ち、画素間のピッチの縮小化には限界があることを考慮すると、画素数の増加は必然的に画像表示素子を大型化させる。従って、画像表示素子の歩留まりの低下や周囲の光学系の大型化、更には、画像表示素子に対する高速な駆動回路の開発に起因する製造コストの増大を招く。
【０００４】
このようなコストの増大を抑制して高精細な画像表示を図る技術として、光学ウォブリング方式（画素ずらし方式）が知られている。光学ウォブリング方式は、投射画像を高速度で更新しながら、その更新の度に投射画像の位置を所定の距離の間で交互にずらす技術である。この方式では、視聴者の残像効果によって、投射面における画像の画素数が実際の各画像の画素数よりも擬似的に増加する。従って、画像表示素子の画素数を増やさずに、投射画像の解像度を向上させることが出来る。
【０００５】
画像の投射位置を交互にずらす方法としては、複屈折特性を持つ光学素子及び偏光方向変換素子を利用する方法や、画像表示素子の設置位置を前述のピッチ程度で微動させる方法があり、これらはそれぞれに特許文献１及び２に開示されている。
【０００６】
特許文献１は、１つのフレーム画像を互いにサンプリング点が補間関係にある複数の画像に分割し、これらの画像を上述の光学ウォブリング方式に基づいて時分割して投影する投影表示装置を開示している。この装置では、透過型の画像表示素子（同文献では画像表示用液晶パネル）が画像を表示し、偏光方向制御用液晶パネルが、画像表示素子に表示された画像の光の偏光方向を、画像の更新に応じて変更する。偏光方向制御用液晶パネルによって所定の偏光方向を設定された光は、複屈折特性を有する水晶板に入射し、その光の偏光方向に応じた光路上を進行し、投射面に投射される。
【０００７】
特許文献２は、反射型の画像表示素子（同文献では空間光変調素子）を用いた光学ウォブリング方式の画像投射装置を開示している。この装置では、ピエゾ素子を用いて画像の更新毎に液晶パネルを微動させることで、画像の投射位置を交互にずらしている。また、画像表示素子にはマイクロレンズアレイが設けられており、このマイクロレンズアレイは、画像表示素子内の各画素からの反射光を当該画素の大きさよりも縮小させて、投射面における画素間の重なりを低減し、投射画像の解像度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１１３３０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２４８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
良好な解像度を得るために、上記の各特許文献では、投射面での画像位置をシフトする前と後での各画像間の画素の重なりを抑制している。このため、特許文献１では、透過型の画像表示素子の各画素に対して、マイクロレンズによる透過光の縮小や金属層による遮光を行って、一投射画像における画素間の無表示領域（黒表示領域）を確保している。また、特許文献２でも、反射型の画像表示素子の各画素に対してマイクロレンズを設置することで、液晶パネル内の各画素からの反射光を当該画素の大きさよりも縮小させて、一投射画像における画素間の無表示領域を確保している。換言すれば、これらの技術では、各画像間の画素の重なりを抑制するために画像表示素子の開口率を意図的に下げ、一投射画像における無表示領域（無効領域）を広げている。
【００１０】
しかしながら、一般的に透過型の画像表示素子の開口率は、その構造上、本質的に反射型の画像表示素子よりも低くなる傾向がある。従って、遮光によって無表示領域を拡大させた場合、解像度は向上するものの、逆に輝度が低下してしまう。また、マイクロレンズを用いた場合は、輝度の低下は抑制できるが、微小なピッチで配列した各画素に対してマイクロレンズを高精度で配置する必要があるため、製造コストが高くなってしまう。
【００１１】
反射型表示素子の構造の例としてはLcos (Liquid Crystal on Silicon)とよばれる構造があり、反射型構造により画素の高密化、微細化が容易であり、高精細画像に対応した表示素子として優れた特長を有する。しかしながら、前述のように、光学ウォブリング方式による投射型画像表示装置に反射型液晶表示素子を適用する場合、高開口率構造は画素シフト前後の画素の重なりを増大させる結果、十分な解像度向上効果が得られなくなることから、特許文献１に記載されているように、画素電極を敢えて小さくし、画素間の無効部分を大きくした低開口率構造とする必要が生じるため、本来の反射型構造のメリットが十分活かされない、という問題がある。
【００１２】
このような課題を解決するため、本発明は、光学ウォブリング方式による画像投射において、光の利用効率を低下させずに解像度の向上が可能な投射型表示装置および画像表示素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は投射型表示装置であって、一画像中にその画像を構成する複数の画素（２０）によって囲まれた無表示領域（２１）をマトリクス状に配置させた状態で、前記画像を表示する画像表示素子（４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ）と、前記画像表示素子（４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ）から投射面（４８）までの光路の途中で、前記光路を、前記画像の更新に応じて、更新後の画像の画素（２０）が更新前の画像の無表示領域（２１）と重なるように平行移動させる光路シフト装置（５０）とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様は、一画像中にその画像を構成する複数の画素（２０）によって囲まれた無表示領域（２１）をマトリクス状に配置させた状態で、前記画像を表示する反射型画像表示素子である。
【００１５】
前記反射型画像表示素子は、液晶層（６１）と、前記液晶層（６１）の背面にマトリクス状に設けられ、前記液晶層（６１）を介した光源（３１）からの光を反射すると共に、前記画像に基づいて前記液晶層（６１）の偏光変調を誘起する複数の画素電極（１０）と、前記複数の画素電極（１０）のうち、互いに対角に位置する画素電極（１０）の間に設けられ、前記光源（３１）からの光の偏光変調を行わずに前記無表示領域（２１）を形成する表示無効電極（１２）とを有することが好ましい。
【００１６】
互いに対角に位置する画素電極（１０）の各重心を結ぶ線分に沿った前記表示無効電極（１２）の幅（Ｗ）は、水平及び垂直方向に隣接する一対の画素電極（１０、１０）の間隙（Ｋ）よりも大きいことが好ましい。
【００１７】
前記画素電極（１０）の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する４回回転対称の八角形であることが好ましい。
【００１８】
前記表示無効電極（１２）の形状は、光の入射面から見て、前記線分に垂直な一辺を有する正方形であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学ウォブリング方式による画像投射において、更新後の画像における画素の重心が更新前の画像における無表示領域と重ねるため、更新前後の画像間の分離度が向上し、解像度の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示素子を構成する画素電極及び表示無効電極を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る投射型表示装置によって光学ウォブリングを行った場合の、更新前後の各画像の相対的な位置関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る投射型表示装置の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光路シフト装置の構成及び動作を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る画像表示素子の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態における元画像の分割を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における投射画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の画像表示素子を構成する画素電極１０及び表示無効電極１２を示す図である。図２は、本実施形態に係る投射型表示装置によって光学ウォブリングを行った場合の、更新前後の各画像の相対的な位置関係を示す図であり、図中の画素２０及び無表示領域（黒表示領域）２１は、図１の画素電極１０及び表示無効電極１２にそれぞれ対応している。
【００２３】
説明の便宜上、図１及び図２の左右方向を水平方向Ｈ、上下方向を垂直方向Ｖ、水平及び垂直方向に対して斜め４５°の方向を対角方向Ｄと称する。また、対角方向Ｄに沿って画素電極１０の各重心１０ａを結ぶ線分を対角線ＤＬと称する（図２参照）。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態ではフィールド毎に作成される各画像において、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿ってマトリクス状に配列した無表示領域２１が含まれている。この無表示領域２１は、複数の画素２０によって四方を囲まれている。
【００２５】
本実施形態では、このような無表示領域２１を含む画像を更新する際に、画像の投射位置を、更新前後の各画像の補間関係を満たすように、具体的には、更新後の画像の画素２０の例えば重心が、更新前の画像の無表示領域２１と重なるように平行移動させる。換言すると、水平方向Ｈ、垂直方向Ｖに沿った画素２０のピッチをＣとした場合、フィールドの更新毎に、画素の位置が対角方向Ｄに沿って、（√２／２）Ｃだけシフトした表示位置の切り替え操作が行われる。なお、シフトする方向は、水平方向Ｈに対して右上がり対角方向Ｄと右下がりの対角方向Ｄのうちの何れか一方である。
【００２６】
上述の切り替え操作を行った場合、更新後の画素２０の重心は、更新前の画素位置の無表示領域２１と重なるため、光学ウォブリング方式での補間サンプリングの分離性が向上し、解像度の劣化を抑制することができる。上述の画像を表示する画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒについては詳細を後述するが、無表示領域２１に対応する表示無効電極１２を、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿った画素電極１０間に設けるのではなく、対角方向Ｄに沿った画素電極間に設ける構成である。従って、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿って配列する画素電極間に無表示領域を設ける構成よりも、開口率（即ち、光の利用率）の低下を抑制し易い。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る投射型表示装置３０の構成図である。この図に示すように、投射型表示装置３０は、光源３１からの白色光を集光すると共にその偏光方向を規定し、クロス型ダイクロイックミラー３７に向かって射出する照明光学系３２を備える。照明光学系３２は、例えば、光源３１からクロス型ダイクロイックミラー３７に向かって順に設置された、集光レンズ３３、フライアイレンズ対３４、偏光変換素子３５、レンズ３６によって構成される。本実施形態において、光源３１からの白色光は偏光変換素子３５によってＰ波に偏光される。
【００２８】
照明光学系３２から射出したＰ波の白色光は、上述のクロス型ダイクロイックミラー３７に入射する。クロス型ダイクロイックミラー３７は、照明光学系３２からの白色光を、青色の成分を含む光Ｂと、黄色の成分を含む光Ｙに分離し、それぞれを別の光路に射出する。
【００２９】
クロス型ダイクロイックミラー３７を経た青色の光Ｂは、ダイクロイックミラー３８による反射を経て、フィールドレンズ３９ｂに入射する。フィールドレンズ３９ｂにおいて、光Ｂは、青色用画像表示素子４０ｂの表示エリアの大きさに合わせて屈折され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）としてのワイヤーグリッド４１ｂに入射する。なお、ダイクロイックミラー３８は、反射面をアルミ蒸着膜等で形成した周知のミラーでもよい。
【００３０】
ワイヤーグリッド４１ｂは後段の青色用画像表示素子４０ｂ及び色合成プリズム４２に対して４５°傾斜して設置され、Ｐ波を透過し、Ｓ波を反射する。クロス型ダイクロイックミラー３７からの光ＢはＰ波なので、そのままワイヤーグリッド４１ｂを透過し、青色用画像表示素子４０ｂに入射する。
【００３１】
本実施形態の青色用画像表示素子４０ｂは反射型の画像表示素子であり、周知の画像表示素子と同様に、１つの画像を複数の画素２０によって構成することで表示するものである。ただし、この画像表示素子４０ｂは、画像中に複数の画素によって囲まれた無表示領域をマトリクス状に配置させた状態で画像表示を行う。これについては後述する。
【００３２】
青色用画像表示素子４０ｂは、入射した光Ｂの偏光成分（即ちＰ波成分）を投射画像の青色成分の強度に応じてＳ波に変調すると共に、この光をワイヤーグリッド４１ｂに向けて反射する。青色用画像表示素子４０ｂによって偏光変調された光Ｂは、再びワイヤーグリッド４１ｂに向かって進み、このうちのＳ波の光のみが反射され、色合成プリズム４２に入射する。
【００３３】
一方、クロス型ダイクロイックミラー３７を経た黄色の光Ｙは、ダイクロイックミラー４３を経て、更にダイクロイックミラー４４に入射する。なお、ダイクロイックミラー４３は、ダイクロイックミラー３８と同じく、アルミ蒸着膜等で形成された周知のミラーでもよい。
【００３４】
ダイクロイックミラー４４では黄色の光Ｙが緑色の光Ｇと赤色の光Ｒとに分離され、緑色の光Ｇは反射し、赤色の光Ｒは透過する。その後の光Ｇの光路上には、図３に示すように、フィールドレンズ３９ｇ、ＰＢＳとしてのワイヤーグリッド４１ｇ及び緑色用画像表示素子４０ｇが設置されており、光Ｒの光路においても同様に、フィールドレンズ３９ｒ、ＰＢＳとしてのワイヤーグリッド４１ｒ及び赤色用画像表示素子４０ｒが設置されている。これらの構成及び機能は、光Ｂに対して用いたフィールドレンズ３９ｂ、ワイヤーグリッド４１ｂ及び青色用画像表示素子４０ｂと同様である。即ち、緑色の光Ｇは、緑色用画像表示素子４０ｇの表示エリアの大きさに合わせて屈折された後、緑色用画像表示素子４０ｇによる偏光変調によって得られたＳ波成分のみが色合成プリズム４２に入射する。また、赤色の光Ｒは、赤色用画像表示素子４０ｒの表示エリアの大きさに合わせて屈折された後、赤色用画像表示素子４０ｒによる偏光変調によって得られたＳ波成分のみが色合成プリズム４２に入射することになる。
【００３５】
色合成プリズム４２は、各側面及び背面から入射された光Ｂ、Ｇ、Ｒを合成し、その光を前面から射出する。色合成プリズム４２から射出した光は光路シフト装置５０に入射する。
【００３６】
光路シフト装置５０は、色合成プリズム４２から射出した光が投射面に至るまでの光路の途中で、当該光路を画像の更新に応じてずらす所謂光学ウォブリングを行う。この光学ウォブリングによって、上記の光路は、更新後の画像の画素が更新前の画像の無表示領域と重なるように平行移動する。この光路シフト装置５０の具体的な構成については後述する。
【００３７】
光路シフト装置５０を経た光は投影光学系としての投影レンズ４５に入射する。投影レンズ４５は、周知のレンズ等により攻勢され、光路シフト装置５０からの光をスクリーン等の投射面４８に向けて投射すると共に結像させて画像表示を行う。
【００３８】
なお、本実施形態では、各フィールドレンズ３９ｂ、３９ｇ、３９ｒと各ワイヤーグリッド４１ｂ、４１ｇ、４１ｒとの間に直線偏光度を向上させる偏光板４６ｂ、４６ｇ、４６ｒを設置してもよい。また、各ワイヤーグリッド４１ｂ、４１ｇ、４１ｒと色合成プリズム４２との間にも、偏光板４６ｂ、４６ｇ、４６ｒと同様の目的で、偏光板４７ｂ、４７ｇ、４７ｒを設置してもよい。
【００３９】
上述の光路シフト装置５０について詳述する。図４は、光路シフト装置５０の構成及び動作を示す図である。
【００４０】
本実施形態の光路シフト装置５０は、色合成プリズム４２から投影レンズ４５に向かって順に配置された、１／２波長板５１と、偏光スイッチ素子５２と、複屈折素子５３とを備える。各光学素子５１、５２、５３は積層構造として構成してもよく、透明ガラス等により形成された部材によって支持された構成でもよい。
【００４１】
１／２波長板５１は、入射するＳ波の光の偏光方向を４５°回転させる。本実施形態の場合、１／２波長板５１は、その光軸（進相軸または遅相軸）Ｔを入射光（Ｓ波）の偏光方向に対して光の進行方向（即ち光軸）の周りで２２．５°傾けて設置される。
【００４２】
偏光スイッチ素子５２は、複屈折特性及び誘電異方性を有するいわゆる偏光変換素子であり、所定の電圧の印加に応じて光の偏光方向を９０°回転させる。偏光スイッチ素子５２は、例えば、電圧の印加が無い場合に偏光方向を回転させず（便宜上、オフ状態と称する）、電圧が印加された場合に偏光方向を回転させる（便宜上、オン状態と称する）。
【００４３】
偏光スイッチ素子５２は、例えば、対向した透明電極基板に液晶材料を封入することで構成された液晶セルである。この場合、液晶層の厚さは、前述の複屈折によって生じた光路中の位相差が１８０°、換言すれば、入射光の波長の１／２となるように設定される。
【００４４】
また、液晶材料には偏光方向の回転に関して高速なスイッチング特性が要求される。従って、このような液晶材料としては、強誘電性液晶が好適であり、更には、ＯＣＢ(Optically Compensated Bend)モードでの動作が望ましい。
【００４５】
複屈折素子５３は、光学異方性を有する結晶材料（例えば水晶）で形成された光学素子であり、入射する光の偏光方向に応じて射出時の光路をシフトさせる。本実施形態の複屈折素子５３は、各画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒの画素ピッチをＣとすると、投射面上で対角方向Ｄに沿って、Ｓ波とＰ波の各光路間のシフト量が（√２／２）Ｃとなるように形成されている。
【００４６】
複屈折素子５３に入射する光の偏光方向は、偏光スイッチ素子５２によって制御されている。従って、偏光スイッチ素子５２への電圧印加のオン・オフを繰り返すことによって、複屈折素子５３から射出する光の光路を交互にシフト（即ちウォブリング）させることができる。
【００４７】
投影レンズ４５は複屈折素子５３からの光を投射面４８に向かって拡大投影する。投影レンズ４５は既知のレンズを用いて構成されるため、詳細な説明は割愛する。
【００４８】
本実施形態の画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒについて図５を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の各画像表示素子４０ｂ、４０ｇ、４０ｒは動作及び構造が同一であるため、青色用画像表示素子（以下、単に画像表示素子と称する）４０ｂを例に挙げて説明し、重複する緑色用及び赤色用の画像表示素子４０ｇ、４０ｒに関する説明は割愛する。
【００４９】
上述したように画像表示素子４０ｂは反射型の画像表示素子であり、図示しない回路からの画像信号に基づいて、偏光変調による画像表示を行う。図５の断面図に示すように、画像表示素子４０ｂは、液晶層６１と、液晶層６１の背面にマトリクス状に設けられた複数の画素電極１０とを備えており、これらは液晶層６１の前面（即ち、光入射面）に位置する透明基板６２と、画素電極１０の基礎基板としてのシリコン基板６３と共に積層構造を形成する。
【００５０】
本実施形態において、透明基板６２、液晶層６１、シリコン基板６３における画素電極１０よりも下層の構成は周知のものが適用可能である。
【００５１】
透明基板６２は画像表示素子４０ｂの最上層部材として設けられ、その下層に位置する液晶層６１を密封・保護すると共に、液晶層６１内の液晶分子の配向状態を規定する対向電極６３及び配向層の基礎基板として機能する。透明基板６２の液晶層６１に対向する面には、各画素電極１０に共通の対向電極６３が形成されており、これにより液晶層６１内の電界が定まる。
【００５２】
更に、この対向電極６３の液晶層６１に対向する面には、配向層６４ａが形成されている。配向層６４ａは、画素電極１０側に形成される配向層６４ｂと共に、液晶層６１内の液晶分子の初期配向状態（即ち、無電界時の配向状態）を定める。
【００５３】
なお、透明基板６２、対向電極６３、配向層６４ａ、６４ｂは、ワイヤーグリッド４１ｂからの光を液晶層６１に導く必要があるため、何れも光学的に透明な材料で形成されている。
【００５４】
本実施形態の液晶層６１は、負の誘電率異方性をもつ周知の液晶材料を用いて形成され、透明基板６２側及び画素電極１０側に形成された配向層６４ａ、６４ｂと、画素電極１０及び対向電極６３間に生じる電界によって誘起される複屈折現象とを利用して、画像表示素子４０ｂから射出する光の偏光方向を制御する。初期状態において液晶分子は、画像表示素子４０ｂの厚さ方向に略平行な方向に沿って配向している。つまり、無電界時は液晶層６１による複屈折が起こらないので、画像表示素子４０ｂからワイヤーグリッド４１ｂに進行した光は、そのままワイヤーグリッド４１ｂを透過する。従って、無電界時には色合成プリズム４２に到達しないため、本実施形態の画像表示素子４０ｂはノーマリーブラック型の画像表示素子として機能する。
【００５５】
画素電極１０は、液晶層６１を介した光源からの光を反射すると共に、表示画像に関して図示しない回路から入力される画像信号に基づいて液晶層６１の偏光変調を誘起する。各画素電極１０はアルミ等の金属によって層状（島状）に形成され、投射画像の各画素に対応するようにシリコン基板６３の絶縁層６５上にマトリクス状に（即ち、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿って）配列している。
【００５６】
各画素電極１０の液晶層６１に対向する面は、反射面として鏡面となるように形成されている。また、各画素電極１０には、それぞれに対して設けられたトランジスタから、投射画像に応じた電圧が印加され、透明基板６２との間に電界に応じた偏光変調が行われる。従って、各画素電極１０は、液晶層６１を透過したワイヤーグリッド４１ｂからの光を反射してワイヤーグリッド４１ｂに戻すと共に、画像表示の際には、当該画像に応じてその偏光状態をＰ波からＳ波に向けて変調させる。その結果、Ｓ波の成分の光は、ワイヤーグリッド４１ｂによって反射され、色合成プリズム４２に入射させ、上述の光路シフト装置５０を経て投射画像を形成することになる。
【００５７】
本実施形態の画素電極１０は、無表示領域２１をマトリクス状に配置した画像を表示するために、従来の正方形の画素電極（図１に点線で示す）に対してその四隅を切り欠いた形状を有する。このような形状は例えば、光の入射面から見て、対角線ＤＬに垂直な一辺を有する４回回転対称の八角形である。即ち、図１に示すように、この八角形は、水平方向Ｈに垂直な一対の辺（縁部）１０ｂ、１０ｂ、垂直方向Ｖに垂直な一対の辺（縁部）１０ｃ、１０ｃ、対角方向Ｄに垂直な二対の辺（縁部）１０ｄ、１０ｄを有する。
【００５８】
なお、各画素電極１０の裏面等には、必要に応じて金属層での光の多重反射を抑えるための光吸収層を形成してもよい。
【００５９】
上述の通り、八角形の各画素電極１０がマトリクス状に設置されている。このような配置により、互いに対角に位置する、即ち、対角方向Ｄに隣接して位置する画素電極１０、１０の間には、光源３１からの光の偏光変調を行わずに上述の無表示領域２１を形成する表示無効電極１２が形成される。この場合、表示無効電極１２は画素電極１０と同一平面上に形成されることがより好ましい。具体的には図１に示すように、表示無効電極１２は、画素電極１０を基準として対角方向Ｄの位置に形成される。従って、表示無効電極１２は、その四方が４個の画素電極１０によって囲まれるように形成されている。
【００６０】
対角方向Ｄに沿った表示無効電極１２の幅Ｗは、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿って隣接する一対の画素電極１０の間隙Ｋよりも大きい。つまり、本実施形態の各画素電極１０は、水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖに対して開口率が極力大きくなるように形成され、且つ、対角方向Ｄに対して開口率が減少するように形成される。
【００６１】
表示無効電極１２は液晶層６１に入射した光の偏光方向を維持すると共に、この光を反射する。表示無効電極１２の反射面は画素電極１０の反射面と同一平面上に位置することがより好ましい。その場合には、表示無効電極１２は、画素電極１０と同じ導体層からエッチング等により形成されることが好ましい。このような表示無効電極１２を設けることによって、少なくとも対角方向Ｄに対する広範囲な段差の発生の防止、及び、液晶層６１内の配向乱れの低減が容易になり、高品位な表示特性を得ることができる。
【００６２】
なお、表示無効電極１２の裏面等には、必要に応じて金属層での光の多重反射を抑えるための光吸収層を形成してもよい。
【００６３】
表示無効電極１２には、それよりも下層の導体層を兼ねる遮光層（後述）７９から、投射画像上で無表示領域（黒表示領域）となる電圧が定常的に印加される。例えば、本実施形態の画像表示素子がノーマリーブラック型の画像表示素子として構成される場合は、表示無効電極１２に対して、画素電極１０と同電位となるような電圧が印加され、射出後の光の偏光状態は、入射前の光の偏光状態から変化しない。射出した光は偏光変調されていないので、そのままワイヤーグリッド４１ｂを透過する。従って、表示無効電極１２から反射した光は、色合成プリズム４２に到達せず、投射画像上には無表示領域２１が形成される。このように、無表示領域となる電圧を定常的に印加するため、確実に黒表示ができると共に、定常的に投射画像上に無表示領域を形成できる。従って、投射画像上における無表示領域と各画素間のコントラストが低下しない良好な表示特性が得られる。
【００６４】
表示無効電極１２の形状は、無表示領域２１の形状に略相似する。即ち、画素電極１０が八角形である場合、無表示領域２１の形状は、配列した各画素電極１０の位置に応じて対角線ＤＬに平行な辺（縁部）を有する略正方形となる。これに応じて、表示無効電極１２も例えば、光の入射面から見て、対角線ＤＬに垂直な一辺を有する正方形状に形成される。
【００６５】
配列方向における各画素電極１０間、及び、画素電極１０と表示無効電極１２の互いに対抗する縁部の間には平坦化層６６が形成され、機械的な段差を埋めている。平坦化層６６は、各電極間の段差による液晶配向の乱れや、光学的な散乱の発生を抑制し、表示コントラスト低下を防止する。平坦化層６６は、例えば、画素電極１０を形成した後、その表面にＳｉＯ２等の絶縁層を一様に堆積させ、これを反射電極表面が露出するまでエッチングするエッチバック法を用いて形成される。
【００６６】
なお、表示無効電極１２を設けずに、無表示領域２１の全領域をこの平坦化層６６で形成してもよい。表示無効電極１２を設けた場合と比べて偏光状態の固定は出来なくなるので、コントラストが低下する可能性はあるものの無表示領域の形成は可能である。
【００６７】
シリコン基板６３における画素電極１０よりも下層の構成は周知のものが適用可能である。例えば図５に示すように、シリコン基板６３にはウェル６７が形成され、さらにこのウェル６７内にトランジスタ領域６８および蓄積容量領域６９が形成される。トランジスタ領域６８及び蓄積容量領域６９は画素電極１０毎に形成され、フィールド酸化膜７０によって相互に分離されている。
【００６８】
トランジスタ領域６８には、所謂ＭＩＳ構造を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が形成される。ドレイン拡散領域７１とソース拡散領域７２の間に制御電極（ゲート電極）７３が、ポリシリコン層として形成される。ドレイン拡散領域７１の上には、金属層として形成された信号電極７４が設けられている。信号電極７４は、絶縁層６５内に形成されたコンタクトホールを介して、ドレイン拡散領域７１と電気的に接続している。また、ソース拡散領域７２の上には、金属層として形成された配線電極（ソース電極）７５が設けられている。配線電極７５も、絶縁層６５内に形成されたコンタクトホールを介して、ソース拡散領域７２と電気的に接続している。
【００６９】
蓄積容量領域６９には、ポリシリコン層として蓄積容量電極７６が形成されている。蓄積容量電極７６は、ソース拡散領域７２と電気的に接続する上述の配線電極７５と電気的に接続されている。また、蓄積容量領域６９のシリコン基板６３側には高濃度拡散層７７が形成されている。高濃度拡散層７７の上には、蓄積容量電極７６とは別に、金属層として形成された共通電極７８が設けられている。共通電極７８は、絶縁層６５内に形成されたコンタクトホールを介して、高濃度拡散層７７と電気的に接続している。共通電極７８は、他の蓄積容量領域６９の高濃度拡散層７７とも電気的に接続しており、各蓄積容量領域６９における容量部の基準電位を設定している。
【００７０】
上述の配線電極７５は、ソース拡散領域７２への光の進入を遮断するため、ソース拡散領域７２を完全に覆うように形成される。これにより、ソース‐ウェルで形成される半導体構造中での光キャリア発生を防止し、強い光照射下でも安定した信号保持特性および表示特性を得ることができる。
【００７１】
さらに、極めて強い光照射に対しても十分な耐光性が確保できるように、信号電極７４、配線電極７５、共通電極７８として形成される各金属層と、画素電極１０や表示無効電極１２として形成される金属層の間に、遮光層７９が設けられる。この遮光層７９も金属層であり、液晶層６１から見て殆どの部分が上述の他の金属層と重なるように形成されている。また、遮光層７９の一部には開口７９ａが形成されており、この開口に形成されたコンタクトホールを介して、画素電極１０と配線電極７５とが電気的に接続している。なお、遮光層７９の表面及び裏面の少なくとも一面には、必要に応じて金属層での光の多重反射を抑えるための光吸収層を形成してもよい。
【００７２】
各金属層と共に積層した絶縁層６５のうち、画素電極１０の直下に位置する絶縁層の上面は、画素電極１０を歪みの無い平坦面として形成するために、光学レベルで平坦となるよう、化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いて研磨されている。
【００７３】
本実施形態の投射型表示装置３０を用いた画像の表示方法について図６を参照して説明する。
【００７４】
以下の説明では、画像表示素子４０ｂの最大の有効画素数が水平方向でｍ個、垂直方向でｎ個（即ちｍ×ｎ画素）であるものとし、この画素数に対して、例えば図６に示すように、水平方向、垂直方向ともに２倍の画素数（即ち２ｍ×２ｎ画素）を有する元画像の画像信号を処理する場合を想定する。
【００７５】
制御部４９は、まず、元画像１００に対してサンプリングを行い、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖの座標が共に奇数の画素１０１で構成される画像１０３と、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖの座標が共に偶数の画素１０２で構成される画像１０４とを生成する。これらの画像１０３、１０４を画像表示素子４０ｂで表示させた場合、各画像１０３、１０４は互いに対角方向Ｄに（√２／２）Ｃだけずれた補間関係にある。
【００７６】
従って、次の処理として制御部４９は、この補間関係に基づいて、各画像１０３、１０４を画像表示素子４０ｂで時分割して表示させると共に、偏光スイッチ素子５２のオン／オフ状態を画像の更新の際に変更して、投射面４８上での画像の投射位置を対角方向Ｄに（√２／２）Ｃに相当する量だけずらす。
【００７７】
このような表示を一連の元画像に対して行うことによって、画像表示素子の画素数で得られる解像度を向上させることができる。
【００７８】
また、本実施形態の画像表示方法では、無表示領域２１が投射画像上で、水平方向Ｈ及び垂直方向ＶにピッチＣに相当する間隔で配列するので、画素サイズ程度の黒表示を確実に行うことができる。例えば、図７に示すように、元画像１００の各ラインが交互に白黒である場合、上述のサンプリングを行うと、白のみの画像Ｗと黒のみの画像Ｂに分かれる。これらの画像Ｗ、Ｂに対して、従来の反射型画像表示素子を用いて本実施形態の光学ウォブリングを行うと、全体的に灰色の画像が投射されてしまう。これは、従来の反射型画像表示素子が、高い開口率を得るために正方形の画素電極が極力隙間なく配列しているため、画像Ｂと画像Ｗにおける各画素の殆どの領域が重なり、各画像Ｂ、Ｗの色彩が平均化されるためである。
【００７９】
一方、本実施形態の反射型画像表示素子によれば、一つの画像上で、無表示領域２１が画素のピッチＣに相当する間隔で配列している。従って、光学ウォブリングを行った場合には、各画像の無表示領域２１が対角方向Ｄに沿って（√２／２）Ｃに相当する間隔だけ互いにずれて表示される。これは、図７の中央の図に示すように、水平方向Ｈ及び垂直方向Ｖに沿って０．５Ｃの間隔で無表示領域２１が位置することを意味する。従って、画像Ｂの画素２０ｂと、画像Ｗの無表示領域２１ｗとを重ねることが出来るため、確実な黒表示が可能となる。また、無表示領域２１の配列から、元画像１００の黒白線の周期に対応した明暗の繰り返しパターンが垂直方向Ｖで得られる。
【００８０】
このように本発明によれば、画像表示素子において、対角方向に沿った各画素電極の間隙のみに無表示領域２１が設けられる。従って、水平方向及び垂直方向に沿って配列する画素電極間に無表示領域を設ける構成よりも、開口率（即ち、光の利用率）の低下を抑制し易い。
【００８１】
また本発明では、光学ウォブリング方式による画像投射において、更新後の画像における画素の重心が更新前の画像における無表示領域と重ねるため、更新前後の画像間の分離度が向上し、解像度の劣化を抑制することができる。
【００８２】
なお、本発明に係る画素電極及び表示無効電極の形状は、それぞれ、八角形及び正方形に限定されない。即ち、画素電極や表示無効電極の各縁部の少なくとも一部を湾曲させて、各縁部間が滑らかに繋がるように形成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…画素電極、１０ａ…画素電極の重心、１２…表示無効電極、２０…画素、２１…無表示領域、３０…投射型表示装置、３１…光源、３２…照明光学系、３７…クロス型ダイクロイックミラー、４０ｂ…青色用画像表示素子、４０ｇ…緑色用画像表示素子、４０ｒ…赤色用画像表示素子、４１ｂ、４１ｇ、４１ｒ…ワイヤーグリッド、４２…色合成プリズム、５０…光路シフト装置、５１…１／２波長板、５２…偏光スイッチ素子、５３…複屈折素子、６１…液晶層、６２…透明基板、６３…シリコン基板、６３…対向電極、６４ａ、６４ｂ…配向層、６５…絶縁層、６６…平坦化層
【図１】
2012215740.tif 000003
【図２】
2012215740.tif 000004
【図３】
2012215740.tif 000005
【図４】
2012215740.tif 000006
【図５】
2012215740.tif 000007
【図６】
2012215740.tif 000008
【図７】
2012215740.tif 000009