(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光を変調する液晶ライトバルブからなる光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型液晶表示装置であって、
前記光変調手段は、複数の光変調領域を有し、
前記光源と前記光変調手段との間には、前記光変調手段の信号印加期間を所定の分割数に分割してなる１フィールド毎に、前記複数の光変調領域のうちの異なる光変調領域に光を導く光路分離手段が設けられ、
前記複数の光変調領域は、前記１フィールド毎に、前記信号印加期間の逆数である前記光変調手段の駆動周波数の前記分割数倍のフィールド周波数に対応する画像信号であって互いに前記１フィールドずつタイミングがずれた画像信号によって入射光を変調し、前記光路分離手段によって前記入射光が供給された際に、互いに前記１フィールドずつタイミングがずれた前記画像信号に応じた画像を表示し、
前記異なる光変調領域によって変調された各々の光を光合成手段によって合成することを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】
前記光源からの光を前記１フィールド毎に異なる偏光軸の光に変換する偏光切り換え手段と、該偏光切り換え手段から前記１フィールド毎に順次出射される前記異なる偏光軸の光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、前記光変調手段の複数の光変調領域のうちの異なる光変調領域に導く光路分離手段と、前記異なる光変調領域によって変調された各々の光を合成する偏光合成手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の光変調領域は、該光変調領域と同数の複数の液晶ライトバルブからなることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の光変調領域は２個の液晶ライトバルブからなり、前記偏光切り換え手段は、前記光源からの光を、互いに直交する偏光軸を持つ直線偏光に１フィールド毎に交互に変換するものであり、前記光路分離手段は、前記偏光切り換え手段から前記１フィールド毎に順次出射される前記直線偏光の各々をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、前記２個の液晶ライトバルブのいずれか一方に向けて出射させるものであることを特徴とする請求項３に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】
前記各液晶ライトバルブには、各液晶ライトバルブへの入力信号印加期間の後半の期間に一偏光軸の向きの直線偏光が入射されることを特徴とする請求項４に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記偏光切り換え手段の出射側には、前記偏光切り換え手段から出射された前記異なる偏光軸の光の各々を複数の色光に分離する色分離手段が備えられ、該色分離手段によって分離された各色光の光路上には、前記偏光切り換え手段から前記１フィールド毎に順次出射される前記異なる偏光軸の光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、前記複数の液晶ライトバルブに導く前記光路分離手段と、前記複数の液晶ライトバルブと、前記複数の液晶ライトバルブによって変調された各々の光を合成する前記偏光合成手段とからなる光学系がそれぞれ備えられ、前記光学系の各々から出射された色光を合成する色合成手段が備えられたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶ライトバルブと前記偏光合成手段との間に、前記光の偏光軸を回転させる偏光回転手段が備えられたことを特徴とする請求項６に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記偏光合成手段と前記色合成手段との間に、前記光の偏光軸を回転させる偏光回転手段が備えられたことを特徴とする請求項６または７に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項９】
前記偏光切り換え手段の出射側には、前記偏光切り換え手段から前記１フィールド毎に順次出射される前記異なる偏光軸の光をその偏光軸の向きに応じて光路を分ける前記光路分離手段が備えられ、該光路分離手段によって光路が分離された異なる偏光軸の光のそれぞれの光路上には、前記各光を複数の色光に分離し、各色光の表示に対応する複数の液晶ライトバルブにそれぞれ導く色分離手段と、前記複数の液晶ライトバルブと、前記複数の液晶ライトバルブによって変調された色光を合成する色合成手段とからなる光学系がそれぞれ備えられ、前記光学系の各々から出射された前記異なる偏光軸の光を合成する偏光合成手段が備えられたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶ライトバルブと前記色合成手段との間に、前記光の偏光軸の向きを回転させる偏光回転手段が備えられたことを特徴とする請求項９に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
前記色合成手段と前記偏光合成手段との間に、入射光の波長に応じてその入射光の偏光軸の向きを回転させる波長選択型偏光回転手段が備えられたことを特徴とする請求項９または１０に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１２】
前記光路分離手段が偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか一項に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１３】
前記複数の光変調領域は、単一の液晶ライトバルブ中の各々が液晶を独立して駆動し得る複数の領域からなることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光路分離手段および前記偏光合成手段が複屈折性材料からなることを特徴とする請求項１３に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１５】
前記複数の光変調領域は、１個の液晶ライトバルブ上に各々が櫛歯状の２つの光変調領域が組み合わされてなり、前記偏光切り換え手段は、前記光源からの光を、互いに直交する偏光軸を持つ直線偏光に１フィールド毎に交互に変換するものであり、前記光路分離手段は、前記偏光切り換え手段から前記１フィールド毎に順次出射される前記直線偏光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、前記２つの光変調領域の各々に導くものであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１６】
前記各光変調領域には、各光変調領域への入力信号印加期間の後半の期間に一偏光軸の直線偏光が入射されることを特徴とする請求項１５に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１７】
前記偏光切り換え手段は、前記光源からの光を一定の偏光軸の向きである直線偏光に変換する偏光変換手段と、該偏光変換手段から出射された直線偏光の偏光軸の向きを前記１フィールド毎に異なる方向に回転させる偏光軸回転手段とからなることを特徴とする請求項２ないし１６のいずれか一項に記載の投射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型液晶表示装置に関し、特に、動画表示用として好適な投射型液晶表示装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待され、大型画面を持った液晶表示装置も開発されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶パネルを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置が知られている。
【０００３】
図１３は、投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。図中、符号１１０は光源、１１３，１１４はダイクロイックミラー、１１５，１１６，１１７は反射ミラー、１２２，１２３，１２４は液晶ライトバルブ（光変調装置）、１２５はクロスダイクロイックプリズム、１２６は投射レンズを示している。光源１１０はメタルハライド等のランプ１１１とランプの光を反射するリフレクタ１１２とからなる。青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー１１３は、光源１１０からの光束のうちの赤色光ＬRを透過させるとともに、青色光ＬBと緑色光ＬGとを反射させる。透過した赤色光ＬRは反射ミラー１１５で反射されて、赤色光用液晶ライトバルブ１２２に入射する。一方、ダイクロイックミラー１１３で反射した色光のうち、緑色光ＬGは緑色光反射用のダイクロイックミラー１１４によって反射し、緑色光用液晶ライトバルブ１２３に入射する。一方、青色光ＬBは第２のダイクロイックミラー１１４も透過して、青色光用液晶ライトバルブ１２４に入射する。
【０００４】
各液晶ライトバルブ１２２，１２３，１２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム１２５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ１２６により投射スクリーン１２７上に投射され、拡大された画像が表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、液晶表示装置においては静止画像は鮮明に表示されるものの、動画表示ではボケ妨害が知覚されると言われており、動画を表示したときに動きが滑らかに見えないという欠点がある。液晶表示装置の動画像表示は、一定の期間毎に複数の画像それぞれに対応する電気信号を与えて表示装置に表示させている。この表示期間のことをフィールドと呼び、通常は１／６０秒の間隔に設定されている。逆に１秒間に現れるフィールドの数のことをフィールド周波数と呼んでいる。したがって、１フィールドが１／６０秒の時にはフィールド周波数は６０Ｈｚである。フィールド周波数は、画面全体のフリッカ（ちらつき）と動きの描写能力（動きが滑らかに感じられるかどうか等）に関係している。なお、１フィールドは、人間の視覚がフィールド間の画像の変化を推定する能力などを考慮して、１／６０秒が採用されたということである。
【０００６】
液晶表示装置では、表示光は、図１４（ａ）に示すように、１フィールド間にわたってある一定の画像が表示し続けられる。理想的には、図１４（ａ）に実線Ａで示すように、表示光の輝度が階段状に変化するはずである。ところが、１フィールドにわたって表示されると、人間の視線の動きと一致しなくなるので、輪郭ぼけが見える。これに対して、陰極線管（Cathode Ray Tube, ＣＲＴ）では、図１４（ｂ）に示すように表示光はパルス的に一瞬現れ、その後は消滅する。その結果、各フィールド間で表示画像が滑らかに変化していくように見えるので、鮮明で滑らかな動画として認識されることになる。この表示方式の違いが、ＣＲＴに比べて液晶表示装置の動画像の画質が劣る原因となっている。
【０００７】
しかも、液晶表示装置では、電圧を印加してから液晶が配向するまでのデバイスの応答時間が存在するので、表示光は、実際には図１４（ａ）に破線Ｂで示すように、電圧印加からある時間遅れて目的の透過光量（輝度）に到達する。このため、図１４（ａ）に示すように、各フィールドの前半では立ち上がり期間（Ｍ）や残像時間（Ｎ）があり、輝度が不足して画像が不鮮明になったり、前のフィールドの影響が尾を引いて画像が不鮮明になったりするといった問題が生じている。特に動画の場合はフィールド毎に信号レベルを激しく変化させる必要があるため、立ち上がり期間（Ｍ）や残像期間（Ｎ）の影響が一層顕著になり、鮮明な画像が得られないという欠点があった。
【０００８】
従来、液晶表示装置の画質の改善は、液晶の応答速度の向上による立ち上がり期間、残像期間の短縮やコントラストの向上に重きがおかれ、動画を滑らかに表示するための試みはあまりなされていないのが実状であった。近年、スペースファクターの良さや高解像度、低消費電力の観点から液晶表示装置が注目されている。家庭用の大型モニタや投射型の表示装置では画面が大型になるとともに、動きの速い動画を処理する必要に迫られてきた。そこで、投射型液晶表示装置においても、動画を処理するようになると、滑らかな表示という描写性能の向上が求められるようになってきた。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、動画像の表示品位に優れた投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の投射型液晶表示装置は、光源と、該光源からの光を変調する液晶ライトバルブからなる光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型液晶表示装置であり、前記光変調手段は、複数の光変調領域を有し、前記光源と前記光変調手段との間には、前記光変調手段の信号印加期間を所定の分割数に分割してなる１フィールド毎に、前記複数の光変調領域のうちの異なる光変調領域に光を導く光路分離手段が設けられ、前記複数の光変調領域は、前記１フィールド毎に、前記信号印加期間の逆数である前記光変調手段の駆動周波数の前記分割数倍のフィールド周波数に対応する画像信号であって互いに前記１フィールドずつタイミングがずれた画像信号によって入射光を変調し、前記光路分離手段によって前記入射光が供給された際に、互いに前記１フィールドずつタイミングがずれた前記画像信号に応じた画像を表示し、前記異なる光変調領域によって変調された各々の光を光合成手段によって合成することを特徴とする。
【００１１】
液晶表示装置の動画表示におけるボケの改善方法として、シャッタ等を用いて表示光を間欠的な光にする間欠表示法と、動き補償を行った倍速表示により表示光をできるだけ画像の動きに沿った画面位置に配置する倍速表示法とがあることは既に知られている（例えば「液晶ディスプレイの表示方式と動画表示の画質」、栗田泰市郎、2000.9.20、セミナー「液晶テレビにおける動画表示技術」）。本発明者は、前者の間欠表示法を投射型液晶表示装置に適用した構成を既に出願している（特願２０００−３４６８９１）。これに対して、本発明は、より良い改善策として後者の倍速表示法を投射型液晶表示装置に適用した構成を提案するものである。
【００１２】
すなわち、本発明の投射型液晶表示装置は、光変調手段を構成する複数の光変調領域に対して光変調手段への入力信号の複数倍のフィールド周波数を持つ画像信号を供給し、１フィールド毎に各光変調領域が変調（表示）を分担して、画像を形成するものである。［発明が解決しようとする課題］の項でも説明したように、「フィールド周波数」とは１秒間に現れるフィールドの数であり、前述の具体例で１フィールドが１／６０秒の時にはフィールド周波数は６０Ｈｚである。
【００１３】
よって、本発明の投射型液晶表示装置において、信号印加期間を１／６０秒、１フィールドを１／１２０秒とした場合を考えると、複数の光変調領域のうち、例えばある一つの光変調領域が、１２０Ｈｚのフィールド周波数を持つ画像信号により変調を行ったとすると、他の一つの光変調領域が、次のフィールドで１２０Ｈｚのフィールド周波数を持つ画像信号により変調を行うというように、複数の光変調領域が信号印加期間内をずれたタイミングで分担する。この時、各光変調領域の駆動は１／６０秒単位で行うようにして、液晶ライトバルブの応答は現状と変わらない速度で支障なく行われるようにしておき、１フィールドに対応する画像信号としては１２０Ｈｚ対応の画像信号、または６０Ｈｚ用の画像の１コマ、１コマの間を補間した１２０Ｈｚの画像に対応する画像信号を用いるようにすれば、２倍速の表示が可能となる。
【００１４】
このように、本発明の投射型液晶表示装置によれば、複数の光変調領域を１フィールド毎に切り換えながら複数倍速の画像信号を用いて変調を行うことにより、動画の表示が滑らかに視認されるようになる。本発明者が先に出願した発明は前述の間欠表示法を応用したものであり、光路上に配置したシャッタによって光変調手段を通過する光を一定期間遮断するというものである。この場合は、光を一部遮断することで表示輝度が下がり、暗い表示となるとともに、明滅により見にくい表示となるという欠点を持っている。その点、本発明の場合は、偏光状態により複数の光変調領域を時間的に分けて使用するものであり、光を遮断するわけではないので、表示が暗くなったり、明滅による不具合が生じたりすることがない。
【００１５】
また、各光変調領域の分担の一例としては、例えば光源から出射される光に含まれる様々な偏光軸の光を偏光軸の向きによって分離し、その偏光軸の向きに応じて光路を分け、各光変調領域に振り分けるようにする。そして、最終的には各光変調領域によって変調された光を合成した上で一つの投射面（例えばスクリーンなど）上に投射する。そのための構成としては、本発明の投射型液晶表示装置は、偏光切り換え手段と、光路分離手段と、偏光合成手段とを備えている。偏光切り換え手段は、光源の後段に配置され、光源からの光が入射されるとその光を１フィールド毎に異なる偏光軸の光に変換する。換言すると、光源から出射される光に含まれる様々な偏光軸の光から１フィールド毎に異なる一偏光軸の光のみを分離して取り出す機能を持つものである。そして、光路分離手段は、偏光切り換え手段から１フィールド毎に順次出射される異なる偏光軸の光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、異なる光変調領域に導くものである。最後に、偏光合成手段は、異なる光変調領域によって変調された各々の光を合成するものである。
【００１６】
上記の構成によれば、本発明の投射型液晶表示装置の特徴的な構成を効率的に実現することができる。ただし、必ずしも偏光軸の向きによって分けるものに限ることはなく、例えばハーフミラーなどを用いて光の一部を分離、合成するものであってもよい。
【００１７】
光変調手段が有する複数の光変調領域は、光変調領域の個数と同数の複数の液晶ライトバルブから構成することができる。
【００１８】
この構成によれば、個々の液晶ライトバルブが複数倍速の画像信号を取り扱えるものでありさえすれば、構成的には従来一般の液晶ライトバルブを用いることができ、液晶ライトバルブ自体の構成を複雑にすることなく、本発明の構成を実現することができる。
【００１９】
本発明の投射型液晶表示装置の構成は、光源からの光を異なる偏光軸の向きの光を選ぶ選択数、複数の光変調領域の個数、画像信号の倍速の数などについては特に制限がなく、任意に設定が可能である。例えば、光源からの光を異なる２つの偏光軸の向きの光に分離し、３個の光変調領域に対して振り分け、３倍速の画像信号を用いて変調を行うことなども考えられる。しかしながら、現実的には、上記の各数を全て２に設定するのが構成しやすく、最も簡単な構成となる。
【００２０】
すなわち、複数の光変調領域が２個の液晶ライトバルブからなり、偏光切り換え手段は、光源からの光を、互いに直交する偏光軸の向きを持つ直線偏光に１フィールド毎に交互に変換するものであり、光路分離手段は、偏光切り換え手段から１フィールド毎に順次出射される直線偏光の各々をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、２個の液晶ライトバルブのいずれか一方に向けて出射させるという構成である。
【００２１】
この構成によれば、例えばｓ偏光とｐ偏光とを選択する通常の偏光軸回転装置を用いて前記偏光切り換え手段を構成することができ、液晶ライトバルブを含めた装置の全体構成をそれ程複雑にすることなく、本発明の構成を実現することができる。しかも通常１フィールドには１／６０秒が採用されるが、１フィールドを２倍速、すなわち１フィールドを１／１２０秒とし、１２０Ｈｚの画像信号を用いるようにすれば、目で見たときに充分に滑らかな動画表示を得ることができる。
【００２２】
本発明の投射型液晶表示装置では、上述したように、例えば各光変調領域の駆動は１／６０秒単位で行うが、１／１２０秒に対応する画像信号には２倍速の画像信号を用い、その画像信号が供給されたフィールド期間のタイミングで光が入射される構成とする必要がある。そのタイミングはどのフィールド期間であってもよいが、２倍速の場合であれば、各液晶ライトバルブに、入力信号印加期間の後半の期間内に一偏光軸の向きの直線偏光が入射される構成とするのが望ましい。
【００２３】
この構成によれば、液晶の応答特性の立ち上がり期間が含まれる入力信号印加期間の前半では実際に表示が行われず、応答特性がある程度飽和した後の入力信号印加期間の後半で光が入射されて表示が行われるので、よりコントラスト比の高い鮮明な画像を得ることができる。
【００２４】
本発明の投射型液晶表示装置は単色表示にもカラー表示にも適用可能である。特にカラー表示に適用する場合の構成としては、次の４つの形態が考えられる。第１の形態は、異なる偏光方向の光が入射される各液晶ライトバルブに、カラーフィルターを設ける構成である。
【００２５】
この構成によれば、液晶ライトバルブ毎にカラーフィルターを設ける必要はあるものの、投射型液晶表示装置全体の構成は最も小型にすることができる。
【００２６】
第２の形態は、出射色の異なる複数の本装置による構成である。
この構成によれば、光路毎にカラーフィルターを設ける必要はあるものの、投射型液晶表示装置全体の構成は最も簡単にすることができる。
【００２７】
第３の形態は、前記偏光切り換え手段の出射側に、偏光切り換え手段から出射された異なる偏光軸の向きの光の各々を複数の色光に分離する色分離手段を設け、色分離手段によって分離された各色光の光路上には、偏光切り換え手段から１フィールド毎に順次出射される、異なる偏光軸の向きの光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、複数の液晶ライトバルブに導く光路分離手段と、複数の液晶ライトバルブと、複数の液晶ライトバルブによって変調された各々の光を合成する偏光合成手段とからなる光学系をそれぞれ設け、前記光学系の各々から出射された色光を合成する色合成手段を設ける構成である。
【００２８】
この構成によれば、偏光切り換え手段を出射した光は、先に色分離が行われ、各色光毎に光路の分離が行われた後、各液晶ライトバルブに導かれて変調が行われ、偏光合成が行われ、最後に色合成が行われるため、色分離手段や色合成手段は光路毎に備える必要はなく、これらの構成を簡単化することができる。
【００２９】
この構成を採る場合、前記液晶ライトバルブと前記偏光合成手段との間に、必要に応じて光の偏光軸の向きを回転させる偏光軸回転手段を備えるとよい。もしくは、前記偏光合成手段と前記色合成手段との間に、必要に応じて光の偏光軸の向きを回転させる偏光軸回転手段を備えるとよい。
【００３０】
偏光合成手段や色合成手段は一般に合成プリズムなどによって構成されるが、合成プリズムは偏光依存性を持っており、プリズムの所定の入射面に対していずれの偏光軸の光を入射させるかはその合成プリズムによって決まっている。したがって、光を偏光合成手段や色合成手段に入射させる時点で偏光軸の向きが合致していない場合には、偏光軸回転手段を用いて偏光合成手段や色合成手段に合わせて光の偏光軸の向きを回転させた後、入射させればよい。
【００３１】
第４の形態は、前記偏光切り換え手段の出射側に、偏光切り換え手段から１フィールド毎に順次出射される異なる偏光軸の光をその偏光軸の向きに応じて光路を分ける光路分離手段を設け、光路分離手段によって光路が分離された偏光軸の向きが異なる光の各々の光路上に、前記光の各々を複数の色光に分離し、各色光の表示に対応する複数の液晶ライトバルブにそれぞれ導く色分離手段と、複数の液晶ライトバルブと、複数の液晶ライトバルブによって変調された色光を合成する色合成手段とからなる光学系をそれぞれ設け、前記光学系の各々から出射された異なる偏光軸の向きの光を合成する偏光合成手段を設ける構成である。
【００３２】
この構成によれば、偏光切り換え手段を出射した光は、先に光路の分離が行われ、偏光軸の向きが異なる光毎に色分離が行われた後、各液晶ライトバルブに導かれて変調が行われ、色合成が行われ、最後に偏光合成が行われるため、光路分離手段や偏光合成手段を光路毎に備える必要がなく、これらの構成を簡単化することができる。
【００３３】
第４の形態においても、色合成手段は合成プリズムなどによって構成されるため、光を色合成手段に入射させる時点で偏光軸の向きが合致していない場合には、偏光軸回転手段によって光の偏光軸を回転させた後、色合成手段に入射させるようにする。
【００３４】
さらに第４の形態において、各光学系から出射された偏光軸の向きの異なる光を合成する偏光合成手段には、一つの入射面に対して入射する光であっても色によって異なる偏光軸の光が入射される場合があるので、その場合、色合成手段と偏光合成手段との間に、波長選択型偏光回転手段を設ける構成とすれば、偏光合成手段の持つ偏光依存性に合わせることができる。「波長選択型偏光回転手段」とは、入射光の波長（色）に応じて偏光軸を回転させたり、回転させなかったりする機能を有するものである。
【００３５】
前記光路分離手段としては、偏光ビームスプリッタを用いることができる。
この構成によれば、異なる偏光軸を持つ光の光路が確実に分離され、光路分離手段の構成を簡単にすることができる。
【００３６】
以上、異なる偏光軸の光を変調する複数の光変調領域が別々の液晶ライトバルブである構成について説明したが、この構成に代えて、前記複数の光変調領域は、１個の液晶ライトバルブの中で各々が液晶を独立して駆動し得る複数の領域からなる構成であってもよい。
【００３７】
この構成によれば、個々の液晶ライトバルブの構成はやや複雑になるものの、装置全体で使用する液晶ライトバルブの数を削減することができる。
【００３８】
この構成の場合には１つの液晶ライトバルブの中で光路を若干変更すればよいだけであるから、前記光路分離手段および前記偏光合成手段としては、一般の偏光ビームスプリッタや合成プリズム等を用いる必要はなく、任意の複屈折性材料を用いればよい。
【００３９】
この構成によれば、異なる偏光軸の光路が液晶ライトバルブ上で確実に分離もしくは合成され、光路分離手段および偏光合成手段の構成を簡単にすることができる。
【００４０】
より具体的な構成としては、複数の光変調領域は１個の液晶ライトバルブ上に各々が櫛歯状の２つの光変調領域が組み合わされたものであり、偏光切り換え手段は、光源からの光を互いに直交する偏光軸の直線偏光に１フィールド毎に交互に変換するものであり、光路分離手段は、偏光切り換え手段から１フィールド毎に順次出射される直線偏光をその偏光軸の向きに応じて光路を分け、２つの光変調領域の各々に導くものである。
【００４１】
この構成によれば、例えばｓ偏光とｐ偏光とを選択する通常の偏光軸回転装置を用いて偏光切り換え手段を構成することができ、液晶ライトバルブを含めた全体構成をそれ程複雑にすることなく、本発明の構成を実現することができる。しかも通常１フィールドには１／６０秒が採用されるが、１フィールドを２倍速、すなわち１フィールドを１／１２０秒とし、１２０Ｈｚの画像信号を用いるようにすれば、目で見たときに充分に滑らかな動画表示を得ることができる。
【００４２】
この構成においても、液晶ライトバルブに対して、入力信号印加期間の後半の期間に一偏光軸の直線偏光が入射される構成とするのが望ましい。
【００４３】
この構成によれば、液晶の応答特性の立ち上がり期間を含む信号印加期間の前半では実際に表示が行われず、応答特性がある程度飽和した後の信号印加期間の後半で光が入射されて表示が行われるので、よりコントラスト比の高い鮮明な画像を得ることができる。
【００４４】
前記液晶ライトバルブにはカラーフィルターを設けるようにしてもよい。
この構成によれば、カラー表示の投射型液晶表示装置を簡単に実現することができる。
【００４５】
本発明の投射型液晶表示装置において、前記偏光切り換え手段は、光源からの光を一定の偏光軸を持つ直線偏光に変換する偏光変換手段と、偏光変換手段から出射された直線偏光の偏光軸の向きを１フィールド毎に異なる方向に回転させる偏光軸回転手段の２つの手段を用いて構成することができる。
【００４６】
この構成によれば、例えばツイステッドネマティック（Twisted Nematic,以下、ＴＮと略記する）液晶を用いた液晶セルのように偏光軸を回転できる光学素子や、垂直配向ネマティック、強誘電性液晶を用いた液晶セルや回転可能な位相差板、あるいは光弾性体などの位相差を制御できる光学素子によって偏光軸回転手段を構成できるので、本発明の投射型液晶表示装置の構成を容易に実現することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図７を参照して説明する。
本実施の形態の投射型液晶表示装置は、本発明の最も基本的な構成を示す投射型液晶表示装置であって、２倍速表示を可能にした投射型液晶表示装置の例である。本実施の形態を用いて本発明の投射型液晶表示装置の動作および作用、効果について詳しく説明する。
【００４８】
図１は投射型液晶表示装置１の全体構成を示す概略図であって、図中符号２は光源、３は偏光変換装置（偏光変換手段、偏光切り換え手段）、４は偏光軸回転装置（偏光軸回転手段、偏光切り換え手段）、５は光路分離偏光ビームスプリッタ（以下、光路分離ＰＢＳと略記する、光路分離手段）、６，７は反射ミラー、８，９は液晶ライトバルブ（光変調手段）、１０は偏光合成プリズム（偏光合成手段）、である。
【００４９】
本実施の形態の投射型液晶表示装置１は、図１に示すように、光源２、偏光変換装置３、偏光軸回転装置４、光路分離偏光ＰＢＳ５、光路分離偏光ＰＢＳ５の作用により分岐した光路上にそれぞれ配置された反射ミラー６，７、液晶ライトバルブ８，９、各光路上の光を合成する偏光合成プリズム１０、複数の投射レンズからなる投射光学系１１で概略構成されている。光源２は、メタルハライド等のランプ１２とランプ１２の光を反射するリフレクタ１３とから構成されている。
【００５０】
光源２から出射された光が、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段に入射され、１フィールド毎に偏光軸の向きが切り換えられて出射されるようになっている。なお、本実施の形態においては、信号印加期間を１／６０秒とし、１フィールドを１／１２０秒とする。
【００５１】
偏光変換装置３は、例えば複数の偏光ビームスプリッタが組み合わされたものであって、光源２からの光に含まれるｐ偏光、ｓ偏光（直線偏光）のうちの一方を偏光変換して他方の偏光に揃えるものである。偏光軸回転装置４は、例えばＴＮ液晶を用いた液晶セル、あるいは回転可能に設置された１／２波長板（位相差板）などから構成されたものであり、偏光変換装置３によって一方向に偏光軸の向きが揃った光を１フィールド毎にその偏光軸を９０°回転させるものである。
【００５２】
すなわち、仮に偏光変換装置３が光源２からの光を全てｐ偏光（図１においては紙面に平行な振動面を示す光をｐ偏光（紙面に平行な矢印で表す）、紙面に垂直な振動面を示す光をｓ偏光（円で表す）とする）に揃えるものであったとすると、次段の偏光軸回転装置４は、ｐ偏光の光が入射されたときにある１フィールドではｐ偏光のまま出射し、次の１フィールドではｐ偏光をｓ偏光に変換して出射し、さらに次の１フィールドでは再びｐ偏光のまま出射するという動作を繰り返す。よって、偏光軸回転装置４をＴＮ液晶を用いた液晶セルで構成する場合には１フィールド毎にオン、オフが切り換え可能なものであって、液晶自体の応答速度が充分速いものが要求される。また、偏光軸回転装置４を１／２波長板で構成する場合には１フィールド毎に４５°回転させることが必要となる。
【００５３】
１フィールド毎に偏光軸の向きが切り換わりながら偏光軸回転装置４を出射した光は光路分離ＰＢＳ５に入射され、偏光軸の向きに応じて光路が分かれて出射される。図１においては、ｐ偏光Ｌpが光路分離ＰＢＳ５をそのまま透過し、ｓ偏光Ｌsが光路分離ＰＢＳ５の内部反射面で反射される。ｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsそれぞれの光路上には反射ミラー６，７が設置され、ｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsの各々がここで反射した後、ｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用に分担された各液晶ライトバルブ８，９に入射される。
【００５４】
各液晶ライトバルブ８，９には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮモードのアクティブマトリクス方式の透過型液晶セルを採用している。よって、ｓ偏光変調用の液晶ライトバルブ９においては、オフ状態では液晶ライトバルブ９に入射されたｓ偏光Ｌsがｐ偏光Ｌpに変換されて出射される一方、オン状態では光が遮断される。ｐ偏光変調用の液晶ライトバルブ８においては、オフ状態では液晶ライトバルブ８に入射されたｐ偏光Ｌpがｓ偏光Ｌsに変換されて出射される一方、オン状態では光が遮断される。
【００５５】
液晶ライトバルブ８，９の構成は、図４および図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板１５の上に、シール材１６が対向基板１７の縁に沿うように設けられており、その内側に並行して額縁としての遮光膜１８（周辺見切り）が設けられている。シール材１６の外側の領域には、データ線駆動回路１９および外部回路接続端子２０がＴＦＴアレイ基板１５の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路２１がこの一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。
【００５６】
さらに、ＴＦＴアレイ基板１５の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路２１間を接続するための複数の配線２２が設けられている。また、対向基板１７のコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板１５と対向基板１７との間で電気的導通をとるための導通材２３が設けられている。そして、図５に示すように、図４に示したシール材１６とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板１７がシール材１６によりＴＦＴアレイ基板１５に固着されており、ＴＦＴアレイ基板１５と対向基板１７との間にＴＮ液晶２４が封入されている。また、図４に示すシール材１６に設けられた開口部は液晶注入口１６ａであり、封止材２５によって封止されている。
【００５７】
図１に示すように、ｐ偏光変調用の液晶ライトバルブ８によって変調されたｓ偏光Ｌs、ｓ偏光変調用の液晶ライトバルブ９によって変調されたｐ偏光Ｌpの各々は偏光合成プリズム１０に入射されると、ｐ偏光Ｌpは偏光合成プリズム１０をそのまま透過し、ｓ偏光Ｌsが偏光合成プリズム１０の内部反射面で反射されることにより各偏光が合成される。そして、異なる偏光軸の光が合成された後、投射光学系１１によってスクリーン上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００５８】
ここで、上記構成の投射型液晶表示装置１における各液晶ライトバルブ８，９の動作のタイミングについて図２および図３を用いて説明する。
信号印加期間を１／６０秒、１フィールドを１／１２０秒とした本実施の形態において、図２に示すように、２つの液晶ライトバルブ８，９のうち、例えばｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８が先の１フィールドで画像表示を行い、ｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９が次の１フィールドで画像表示を行うようにする。この動作を繰り返すことによりスクリーン上で動画像を得る。ただし、個々の液晶ライトバルブ８，９は６０Ｈｚの駆動信号で駆動しており、ｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８とｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９とでは１フィールド分（１／１２０秒）ずれたタイミングで駆動している。
【００５９】
より具体的には、図３に模式的に示したように、１２０Ｈｚの映像信号として（１），（２），（３），…の信号がある場合、信号印加期間１／６０秒のうち、後半の１／１２０秒で偏光軸回転装置４によりｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsが切り換えられ、ｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８，９により表示が行われる。例えばｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８が（１），（３），（５），…の映像信号を信号印加期間１／６０秒の後半の１／１２０秒で変調する一方、ｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９が（２），（４），（６），…の映像信号を、ｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８の信号印加期間とは１／１２０秒ずれたタイミングの信号印加期間１／６０秒の後半の１／１２０秒で変調する。
【００６０】
駆動のタイミングが１フィールド分ずれているため、個々の液晶ライトバルブ８，９の中で入力信号の印加期間に着目すると、いずれの液晶ライトバルブ８，９も信号印加期間の後半側の１フィールドで表示が行われるようになっている。すなわち、偏光軸回転装置４における偏光軸の向きの切り換え動作と各液晶ライトバルブ８，９の駆動とが同期して行われることによって、各液晶ライトバルブ８，９への入力信号の印加期間の後半の期間にその液晶ライトバルブ８，９が変調すべきｓ偏光Ｌs、ｐ偏光Ｌpのいずれかの光が入射されて表示が行われ、前半の期間では光が入射されずに表示が行われない構成となっている。
【００６１】
各液晶ライトバルブ８，９の駆動は従来通りの６０Ｈｚの駆動であり、液晶の応答は通常と変わらない速度で行われ、図２に示す液晶の応答特性は、［発明が解決しようとする課題］の項で図１４（ａ）を参照して説明したのと同様、立ち上がり期間（Ｍ）や残像期間（Ｎ）を有している。ところが、ｓ偏光Ｌs、ｐ偏光Ｌpのいずれかの光が入射されて実際に表示が行われるのは液晶が応答し終わった後からフィールドの最後までの間である。また、各液晶ライトバルブ８，９における１フィールドに対応する画像信号としては１２０Ｈｚ用の画像信号、または、元々の６０Ｈｚ用の画像信号に対して画像の１コマ、１コマの間を補間した２倍速画像に対応する画像信号が用いられる。このような動作により、本実施の形態の投射型液晶表示装置１では２倍速の表示が行われる。
【００６２】
本実施の形態の投射型液晶表示装置１は、画像信号の処理に関して図６または図７に示すような回路を有している。元来有している画像信号が１２０Ｈｚである場合には、図６に示すように、分配回路８０と、各液晶ライトバルブ８，９にフレームメモリ８１ｐ，８１ｓ、ＬＣＤコントローラ８２ｐ，８２ｓを有している。分配回路８０に入力された同期信号および画像信号は、ｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８側とｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９側とに分配される。分配回路８０によりｐ偏光側とｓ偏光側とに分配された同期信号および画像信号は、各フレームメモリ８１ｐ，８１ｓにより１／６０秒間画像が保持された後、各ＬＣＤコントローラ８２ｐ，８２ｓを経て各液晶ライトバルブ８，９に供給される。
【００６３】
また、元来有している画像信号が６０Ｈｚであり、画像補間を行うことで１２０Ｈｚ相当の画像信号を生成する場合には、図７に示すように、補間画像およびタイミング生成回路８３と、分配回路８０と、各液晶ライトバルブ８，９にフレームメモリ８１ｐ，８１ｓ、ＬＣＤコントローラ８２ｐ，８２ｓを有している。６０Ｈｚの同期信号および画像信号は、補間画像およびタイミング生成回路８３により１２０Ｈｚの同期信号および画像信号に変換される。これら同期信号および画像信号は分配回路８０に入力され、ｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８側とｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９側とに分配される。分配回路８０によりｐ偏光側とｓ偏光側とに分配された同期信号および画像信号は、各フレームメモリ８１ｐ，８１ｓにより１／６０秒間画像が保持された後、各ＬＣＤコントローラ８２ｐ，８２ｓを経て各液晶ライトバルブ８，９に供給される。
【００６４】
本実施の形態の投射型液晶表示装置１によれば、２つの液晶ライトバルブ８，９を１フィールド内の１フィールド毎に切り換えながら２倍速対応の画像信号を用いて変調を行う構成のため、動画の表示が滑らかに視認される投射型液晶表示装置を提供することができる。光を一定時間遮断する間欠表示法の場合は、表示輝度が下がり暗い表示となるとともに、明滅により表示が見にくくなるという欠点がある。それに対して、本実施の形態の場合は、入射光がｐ偏光Ｌpであるか、ｓ偏光Ｌsであるかによって２つの液晶ライトバルブ８，９を時間的に切り換えて使用するものであって、光を遮断するものではないので、表示が暗くなったり、明滅による不具合が生じたりすることがない。
【００６５】
本実施の形態の場合、個々の液晶ライトバルブ８，９としては２倍速の画像信号を取り扱えるものでありさえすれば、構成的には従来一般の液晶ライトバルブを用いることができるため、液晶ライトバルブ自体の構成を複雑にすることなく、装置全体の構成を実現することができる。さらに、光源２からの光をｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsのいずれかに変換して各液晶ライトバルブ８，９に導く構成としたため、偏光ビームスプリッタ、液晶セルまたは位相差板、合成プリズムなどの一般の光学部品を組み合わせて偏光切り換え手段や偏光合成手段を構成することができ、全体構成をそれ程複雑にすることなく、本発明特有の投射型液晶表示装置の構成を実現することができる。
【００６６】
また、各液晶ライトバルブ８，９が表示を行うタイミングは、信号印加期間の前半側のフィールドであっても一応の効果は得られるが、本実施の形態の場合、各液晶ライトバルブ８，９においては液晶が応答した後である信号印加期間の後半側のフィールド期間でｓ偏光Ｌs、ｐ偏光Ｌpが入射され、表示を行っているので、より輝度が高く鮮明な画像を得ることができる。
【００６７】
本実施の形態の構成は本発明の最も基本的な構成であって、単色の表示を行う投射型液晶表示装置と考えてもよいが、全体構成を変えることなく、各液晶ライトバルブにカラーフィルターを備え付けるのみで動画表示が滑らかなカラー表示の投射型液晶表示装置を提供することができる。また、出射色の異なる複数の本装置によるカラー表示も可能である。
【００６８】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を、図８を参照して説明する。
本実施の形態の投射型液晶表示装置は、カラー表示対応の投射型液晶表示装置の例であり、その基本構成は、光源光を色分離した各色光毎に第１の実施の形態の投射型液晶表示装置のセットを備えた形態のものである。
【００６９】
図８は投射型液晶表示装置３１の全体構成を示す概略図であって、図中符号２は光源、３は偏光変換装置（偏光変換手段、偏光切り換え手段）、４は偏光軸回転装置（偏光軸回転手段、偏光切り換え手段）、３２，３３はダイクロイックミラー（色分離手段）、５ｒ，５ｇ，５ｂは光路分離ＰＢＳ（光路分離手段）、３４〜４０は反射ミラー、８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂは液晶ライトバルブ（光変調手段）、１０ｒ，１０ｇ，１０ｂは偏光合成プリズム（偏光合成手段）、４１は色合成プリズム（色合成手段）である。なお、図８において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７０】
本実施の形態の投射型液晶表示装置３１は、図８に示すように、光源２、偏光変換装置３、偏光軸回転装置４、光源２からの光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分離するダイクロイックミラー３２，３３、各色光に分岐された光路上にそれぞれ配置された光路分離ＰＢＳ５ｒ，５ｇ，５ｂ、反射ミラー３４〜４０、２つの液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂ、偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂからなる光学系、３つの色光を合成する色合成プリズム４１、複数のレンズからなる投射光学系１１で概略構成されている。
【００７１】
光源２から出射された光が、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段に入射され、１／６０秒を等間隔に２分割して１／１２０秒毎にｐ偏光、ｓ偏光、ｐ偏光、…と偏光軸の向きが切り換えられて出射されるようになっている。偏光変換装置３や偏光軸回転装置４の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７２】
１フィールド毎に偏光軸の向きが切り換わりながら偏光軸回転装置４を出射した光は、まず、青色光反射のダイクロイックミラー３２に入射され、光源２からの白色光のうちの青色光Ｌbが反射するとともに、赤色光Ｌrと緑色光Ｌgとが透過する。反射した青色光Ｌbは反射ミラー４０で反射し、青色光用光路分離ＰＢＳ５ｂに入射する。ここで、青色光Ｌｂのうちのｐ偏光Ｌbp、ｓ偏光Ｌbsの光路が分離されて出射されるが、ｐ偏光Ｌbp、ｓ偏光Ｌbsそれぞれの光路上には反射ミラー３８，３９が設置されており、各光がここで反射した後、ｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８ｂ，９ｂに入射される。なお、本実施の形態の場合は色分離、色合成でカラー表示を行うものであり、各液晶ライトバルブは単色光を取り扱うため、カラーフィルターを備える必要はない。
【００７３】
一方、ダイクロイックミラー３２を透過した色光のうち、緑色光Ｌgは、緑色光反射のダイクロイックミラー３３によって反射され、青色光Ｌbと同様、緑色光用光路分離ＰＢＳ５ｇでｐ偏光Ｌgp、ｓ偏光Ｌgsの光路が分離された後、反射ミラー３６，３７を経てｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８ｇ、９ｇに入射される。また、赤色光Ｌrは、緑色光反射のダイクロイックミラー３３も透過し、青色光Ｌb、緑色光Ｌgと同様、赤色光用光路分離ＰＢＳ５ｒでｐ偏光Ｌrp、ｓ偏光Ｌrsの光路が分離された後、反射ミラー３４，３５を経てｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒに入射される。各液晶ライトバルブにおける本発明特有の変調の動作、すなわちｐ偏光変調用液晶ライトバルブ８ｒ，８ｇ，８ｂとｓ偏光変調用液晶ライトバルブ９ｒ，９ｇ，９ｂとが１フィールド毎に切り替わりながら１フィールド分タイミングがずれた２倍速の画像を表示する動作については、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００７４】
各色光毎にｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂによって変調されたｓ偏光およびｐ偏光は、１／２波長板４２によってｓ偏光はｐ偏光に、ｐ偏光はｓ偏光にそれぞれ変換された後、偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂに入射され、ｐ偏光とｓ偏光とが合成される。１／２波長板４２は、各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂを出射した各偏光を偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂに入射させる際に入射光の偏光軸の向きをその偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂに合致した方向に合わせるためのものである。
【００７５】
各光路上の偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂによって各色光毎にｐ偏光とｓ偏光とが合成された後、光は偏光軸回転装置４３に入射され、１フィールド毎に切り替わりながら入射されるｐ偏光とｓ偏光とがいずれか一方の偏光に揃った状態で出射される。本実施の形態では、図８に示すように、赤色光Ｌrと青色光Ｌbがｓ偏光に揃えられ、緑色光Ｌgがｐ偏光に揃えられる。この偏光軸回転装置４３は、一般に色合成プリズムが偏光依存性を持っており、各偏光合成プリズム１０ｒ，１０ｇ，１０ｂを出射した各偏光を次段の色合成プリズム４１に入射させる際に入射光の偏光軸の向きをその色合成プリズム４１に合致した方向に合わせるためのものである。また、ここで用いる偏光軸回転装置４３は、光源２の後段の偏光切り換え手段における偏光軸回転装置４と同様、液晶セルや回転１／２波長板などで構成することができ、偏光切り換え手段における偏光軸回転装置４の入射側と出射側を逆に使えばよい。
【００７６】
偏光軸回転装置４３から出射した３つの色光は、色合成プリズム４１（クロスダイクロイックプリズム）に入射する。このクロスダイクロイックプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系１１によってスクリーン上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００７７】
本実施の形態の投射型液晶表示装置３１の場合も、各色光毎に２つずつの液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂを１フィールド毎に切り換えながら１２０Ｈｚの画像信号を用いて変調を行う構成のため、動画の表示が滑らかに視認される投射型液晶表示装置を提供でき、しかも間欠表示法の場合に比べて表示が暗くなったり、明滅が生じたりすることがない、といった第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
また本実施の形態の場合、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段を出射した光は、２つのダイクロイックミラー３２，３３によって先に色分離が行われ、分離された各色光Ｌr，Ｌg，Ｌb毎に偏光軸の向きによる光路の分離が行われた後、ｐ偏光変調用、ｓ偏光変調用の各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂに導かれて変調が行われ、偏光合成が行われ、最後に色合成が行われる構成である。そのため、色分離手段（ダイクロイックミラー３２，３３）や色合成手段（色合成プリズム４１）の数が少なくて済み、これらの構成を簡単にすることができる。
【００７９】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を、図９を参照して説明する。
本実施の形態の投射型液晶表示装置もカラー表示対応の投射型液晶表示装置の例であり、液晶ライトバルブにカラーフィルターを備えていない点では第２の実施の形態と同様である。第２の実施の形態と異なる点は、偏光分離を行った後に偏光毎に色分離を行う点である。
【００８０】
図９は投射型液晶表示装置４６の全体構成を示す概略図であって、図中符号２は光源、３は偏光変換装置（偏光変換手段）、４は偏光軸回転装置（偏光軸回転手段）、５は光路分離ＰＢＳ（光路分離手段）、４７〜５０はダイクロイックミラー（色分離手段）、５１〜５６は反射ミラー、８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂは液晶ライトバルブ（光変調手段）、４１ｐ，４１ｓは色合成プリズム（色合成手段）、１０は偏光合成プリズム（偏光合成手段）である。なお、図９において図１、図８と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態の投射型液晶表示装置４６は、図９に示すように、光源２、偏光変換装置３、偏光軸回転装置４、光路分離ＰＢＳ５、分離されたｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsの各光路上に配置された色分離用のダイクロイックミラー４７〜５０、反射ミラー５１〜５６、３つずつの液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂ、色合成プリズム４１ｐ，４１ｓからなる光学系、ｐ偏光とｓ偏光とを合成する偏光合成プリズム１０、複数の投射レンズからなる投射光学系１１で概略構成されている。
【００８２】
光源２から出射された光が、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段に入射され、１／６０秒を等間隔に２分割した１フィールド（１／１２０秒）毎にｐ偏光、ｓ偏光、ｐ偏光、…と偏光軸の向きが切り換えられて出射されるようになっている。これら偏光変換装置３や偏光軸回転装置４の構成は第１、第２の実施の形態と同様である。
【００８３】
１フィールド毎に偏光軸の向きが切り換わりながら偏光軸回転装置４を出射した光は、光路分離ＰＢＳ５に入射され、ｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsのいずれかによって光路が分かれて出射される。ｐ偏光Ｌpは、赤色光反射のダイクロイックミラー４７に入射され、光源２からの白色光のうちの赤色光Ｌrpが反射するとともに、緑色光Ｌgpと青色光Ｌbpとが透過する。反射した赤色光Ｌrpは反射ミラー５１で反射し、赤色光のｐ偏光変調用の液晶ライトバルブ８ｒに入射する。一方、ダイクロイックミラー４７を透過した色光のうち、緑色光Ｌgpは、緑色光反射のダイクロイックミラー４８によって反射し、緑色光のｐ偏光変調用の液晶ライトバルブ８ｇに入射する。また、青色光Ｌbpは、緑色光反射のダイクロイックミラー４８も透過し、２つの反射ミラー５２，５３により光路を変えた後、青色光のｐ偏光変調用の液晶ライトバルブ８ｂに入射する。
【００８４】
以上、ｐ偏光Ｌpの光路について説明したが、ｓ偏光Ｌsの光路についても全く同様の構成となっている。また、各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂにおける変調の動作については第１の実施の形態と同様である。
【００８５】
各偏光毎に赤色光、緑色光、青色光用の３つの液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂによって変調された光は色合成プリズム４１ｐ，４１ｓに入射し、３つの色光が合成されて出射される。ただし、ｐ偏光側の光路に着目すると、赤色光Ｌrp、青色光Ｌbpは液晶ライトバルブ８ｒ，８ｂを出射した光がそのまま色合成プリズム４１ｐに入射されるが、緑色光Ｌgpだけは、液晶ライトバルブ８ｇを出射した光がそのまま色合成プリズム４１ｐに入射されるのではなく、１／２波長板４２（偏光回転手段）を経て色合成プリズム４１ｐに入射されるように構成されている。
【００８６】
その理由は、色合成プリズム４１ｐが偏光依存性を持っており、入射光の偏光軸の向きをその色合成プリズム４１ｐに合致した偏光軸に合わせる必要があるからである。つまり、色合成プリズム４１ｐには３方向から各色光が入射されるが、ここで用いた色合成プリズム４１ｐの偏光依存性は、ｐ偏光は透過させ、ｓ偏光は内部反射面で反射させるというものである。そのため、本実施の形態の構成では、色合成プリズム４１ｐに入射する時点で赤色光Ｌrp、青色光Ｌbpはｓ偏光、緑色光Ｌgpはｐ偏光となっている必要がある。一方、３つの液晶ライトバルブ８ｒ，８ｇ，８ｂともに、液晶ライトバルブを出射した時点ではｐ偏光の偏光面が９０°回転したｓ偏光となっているので、緑色光Ｌgpだけは１／２波長板４２を用いて偏光軸を９０°回転させ、ｐ偏光に変換しなければならないからである。
【００８７】
一方、ｓ偏光Ｌsの光路に関しても、色合成プリズム４１ｓの偏光依存性に合わせるという上記と同様の理由により、緑色光Ｌgsだけは液晶ライトバルブ９ｇを出射した光がそのまま色合成プリズム４１ｓに入射されるが、赤色光Ｌrsと青色光Ｌbsは、液晶ライトバルブ９ｒ，９ｂを出射した光がそのまま色合成プリズム４１ｓに入射されるのではなく、１／２波長板４２を経て色合成プリズム４１ｓに入射されるように構成されている。
【００８８】
次に、各光路上の色合成プリズム４１ｐ，４１ｓから出射された光が偏光合成プリズム１０に入射され、偏光合成が行われる。この際、各入射光は波長選択型１／２波長板５７ａ，５７ｂ（波長選択型偏光回転手段）を経て偏光合成プリズム１０に入射される。これは、各色合成プリズム４１ｐ，４１ｓから光が出射された時点では色によって偏光軸が揃っていないためである。本実施の形態の構成においては、偏光合成プリズム１０においてｐ偏光をそのまま透過させ、ｓ偏光を内部反射面で反射させる必要があることから、各偏光の光路に対応して２つの波長選択型１／２波長板５７ａ，５７ｂが用いられているが、各々で選択する波長が異なっている。すなわち、ｐ偏光側の光路上の色合成プリズム４１ｐからの偏光合成プリズム１０の入射面の前段に配置された波長選択型１／２波長板５７ａは緑色光のみの偏光面（ｐ偏光）を９０°回転させる機能を持っており、ｓ偏光側の光路上の色合成プリズム４１ｓからの偏光合成プリズム１０の入射面の前段に配置された波長選択型１／２波長板５７ｂは赤色光と青色光の偏光面（ｓ偏光）を９０°回転させる機能を持っている。
【００８９】
偏光合成プリズム１０によって偏光合成された光は、投射光学系１１によってスクリーン上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００９０】
本実施の形態の投射型液晶表示装置４６の場合も、各色光毎に２つずつの液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂを１フィールド毎に切り換えながら１２０Ｈｚの画像信号を用いて変調を行う構成のため、動画の表示が滑らかに視認される投射型液晶表示装置を提供でき、しかも間欠表示法の場合に比べて表示が暗くなったり、明滅が生じたりすることがない、といった第１、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
また本実施の形態の場合、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段を出射した光は、光路分離ＰＢＳ５において先にｐ偏光Ｌp、ｓ偏光Ｌsによる光路の分離が行われ、各偏光毎に色分離が行われた後、各液晶ライトバルブ８ｒ，９ｒ，８ｇ，９ｇ，８ｂ，９ｂに導かれて変調が行われ、色合成が行われ、最後に偏光合成が行われる構成である。そのため、光路分離手段（光路分離ＰＢＳ５）や偏光合成手段（偏光合成プリズム１０）の数が少なくて済み、これらの構成を簡単化することができる。
【００９２】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。
本実施の形態の投射型液晶表示装置も第１〜第３の実施の形態と同様、カラー表示に対応したものであるが、第１〜第３の実施の形態が入射光の偏光軸の向き、すなわちｐ偏光、ｓ偏光のいずれかによって異なる液晶ライトバルブで変調を行っていたのに対し、本実施の形態の投射型液晶表示装置はｐ偏光、ｓ偏光のいずれかによって１つの液晶ライトバルブ内を２分割した異なる光変調領域に各偏光を振り分けて変調を行うものである。
【００９３】
図１０は投射型液晶表示装置６１の全体構成を示す概略図であって、図中符号２は光源、３は偏光変換装置（偏光変換手段）、４は偏光軸回転装置（偏光軸回転手段）、６２，６３はダイクロイックミラー（色分離手段）、６４〜６６は反射ミラー、６７は複屈折性材料（光路分離手段）、６８ｒ，６８ｇ，６８ｂは液晶ライトバルブ（光変調手段）、６９は複屈折性材料（偏光合成手段）、４１は色合成プリズム（色合成手段）である。なお、図１０において図１、図８、図９と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９４】
本実施の形態の投射型液晶表示装置６１は、図１０に示すように、光源２、偏光変換装置３、偏光軸回転装置４、光源２からの光をＲ、Ｇ、Ｂの各色光に分離するダイクロイックミラー６２，６３、各色光に分岐された光路上にそれぞれ配置された液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂ、液晶ライトバルブの入射側、出射側にそれぞれ配置された複屈折性材料６７，６９からなる光学系、３つの色光を合成する色合成プリズム４１、複数のレンズからなる投射光学系１１で概略構成されている。
【００９５】
光源２から出射された光が、偏光変換装置３と偏光軸回転装置４とからなる偏光切り換え手段に入射され、１／６０秒を等間隔に２分割して１／１２０秒毎にｐ偏光、ｓ偏光、ｐ偏光、…と偏光軸の向きが切り換えられて出射されるようになっている。これら偏光変換装置３や偏光軸回転装置４の構成は第１〜第３の実施の形態と同様である。
【００９６】
１フィールド毎に偏光面が切り換わりながら偏光軸回転装置４を出射した光は、まず、緑色光・青色光反射のダイクロイックミラー６２に入射され、光源２からの白色光のうちの緑色光Ｌg、青色光Ｌbが反射するとともに、赤色光Ｌrが透過する。透過した赤色光Ｌrは反射ミラー６４で反射し、複屈折性材料６７に入射される。一方、ダイクロイックミラー６２で反射した色光のうち、緑色光Ｌgは、緑色光反射のダイクロイックミラー６３で反射し、赤色光Ｌrと同様、複屈折性材料６７に入射される。また、青色光Ｌbは、緑色光反射のダイクロイックミラー６３も透過し、赤色光Ｌr、緑色光Ｌgと同様、複屈折性材料６７に入射される。
【００９７】
図１１は、液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂとこれを挟んで配置された複屈折性材料６７，６９からなる光学系の部分を拡大したものである。複屈折性材料は、入射光の偏光軸の向きによって光の屈折方向が変わる光学材料である。図１１に示すように、偏光軸回転装置４を出射したｐ偏光またはｓ偏光は、第１の複屈折性材料６７によってその光路が分離され、液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂの異なる光変調領域７０ａ，７０ｂ（画素）に入射され、ｐ偏光Ｌpはｓ偏光Ｌsに、ｓ偏光Ｌsはｐ偏光Ｌpに変換される。液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂを出射した偏光変換された光は、第２の複屈折性材料６９によって再度その光路が合成され、次段の偏光面回転装置７１に入射される。
【００９８】
図１２は、液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂの光変調領域を表す模式図である。この図に示すように、各々が櫛歯状に形成された２つの光変調領域７０ａ，７０ｂが組み合わされ、光変調領域が構成されている。これら２つの光変調領域７０ａ，７０ｂは、各々が液晶を独立に駆動し得るものであり、各変調領域７０ａ，７０ｂ毎に別系統の信号線７１ａ，７１ｂが櫛歯状に配置されている。第１〜第３の実施の形態においては、２つの液晶ライトバルブが１フィールド毎に切り替わりながら２倍速の画像を表示していたが、本実施の形態の場合は、上記の構成により、１つの液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂの中の２つの光変調領域７０ａ，７０ｂが１フィールド毎に切り替わりながら１フィールドずつずれたタイミングで１２０Ｈｚ対応（２倍速）の画像を６０Ｈｚのライトバルブ駆動信号を用いて表示している。
【００９９】
各色光毎に各液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂ内のｐ偏光用、ｓ偏光用の光変調領域７０ａ，７０ｂによってそれぞれ変調されたｓ偏光およびｐ偏光は、出射側に配置された第２の複屈折性材料６９によって各色光毎にｐ偏光とｓ偏光の光路が合成される。合成された光は偏光軸回転装置４３に入射され、１フィールド毎に切り替わりながら入射されるｐ偏光とｓ偏光とがいずれか一方の偏光に揃った状態で出射される。本実施の形態では、図１０に示すように、赤色光Ｌrと青色光Ｌbがｓ偏光に揃えられ、緑色光Ｌgがｐ偏光に揃えられる。この偏光軸回転装置４３は、次段の色合成プリズム４１に光を入射させる際に入射光の偏光軸の向きをその色合成プリズム４１の偏光依存性に合致した方向に合わせるためのものである。この部分の構成は第２の実施の形態と同様である。
【０１００】
偏光軸回転装置４３から出射した３つの色光は、色合成プリズム４１（クロスダイクロイックプリズム）に入射し、３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系１１によってスクリーン上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【０１０１】
本実施の形態の投射型液晶表示装置６１の場合も、各色光毎に１つの液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂ内の２つの光変調領域７０ａ，７０ｂを１フィールド毎に切り換えながら２倍速の画像信号を用いて変調を行う構成のため、動画の表示が滑らかに視認される投射型液晶表示装置を提供でき、しかも間欠表示法の場合に比べて表示が暗くなったり、明滅が生じたりすることがない、といった第１〜第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
また本実施の形態の場合、各液晶ライトバルブ６８ｒ，６８ｇ，６８ｂ内に櫛歯状の光変調領域７０ａ，７０ｂや信号線７１ａ，７１ｂを形成する必要があり、ライトバルブの構成は若干複雑になるものの、装置全体で使用する液晶ライトバルブの数を削減することができる。
【０１０３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では光源光を異なる２つの偏光であるｐ偏光、ｓ偏光に分離し、２つの光変調領域に対して２倍速の画像信号を用いて変調を行う例を示したが、装置構成が複雑になるものの、例えば光源光をｓ偏光、ｐ偏光に分離し、１フィールドを３分割した１フィールド毎に３つの光変調領域を切り換えながら３倍速の画像信号を用いて変調を行うことなども考えられる。また、偏光切り換え手段、光路分離手段、偏光合成手段、色分離手段、色合成手段、偏光回転手段等に用いることのできる光学部品としては一般的な例を挙げたが、上述の機能を備えたものでありさえすれば、上記実施の形態で挙げたものの他に適宜選択して構わない。その他、上記実施の形態では偏光軸の向きによって光変調領域を分ける例を挙げたが、本発明は偏光軸の向きで分けるものに限定されることはなく、例えば光路分離手段、光合成手段としてハーフミラーなどを用い、光の一部を分離、合成するものであってもよい。
【０１０４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の投射型液晶表示装置によれば、複数の光変調領域を１フィールド毎に切り換えながら複数倍速の画像信号を用いて変調を行うことにより、動画の表示が滑らかに視認されるようになる。特に本発明は、偏光状態により複数の光変調領域を時間的に分けて使用するものであり、光を遮断する構成ではないので、表示が暗くなったり、明滅による不具合が生じたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図２】  同、投射型液晶表示装置を構成する２つの液晶ライトバルブの動作のタイミングを説明するための図である。
【図３】  図２の説明図をより具体的に示す図である。
【図４】  同、液晶ライトバルブの構成を示す平面図である。
【図５】  図３のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。
【図６】  同、液晶ライトバルブにおける画像信号の処理回路の一例を示すブロック図である。
【図７】  同、画像信号の処理回路の他の例を示すブロック図である。
【図８】  本発明の第２の実施の形態の投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図９】  本発明の第３の実施の形態の投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図１０】  本発明の第４の実施の形態の投射型液晶表示装置を示す概略構成図である。
【図１１】  同、投射型液晶表示装置の液晶ライトバルブと複屈折性材料からなる光学系の部分を拡大した図である。
【図１２】  同、液晶ライトバルブの光変調領域を表す模式図である。
【図１３】  従来の投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図１４】  １画素におけるディスプレイ表示光の時間応答を比較して示す図であり、（ａ）液晶表示装置の場合、（ｂ）ＣＲＴ表示装置の場合をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１，３１，４６，６１  投射型液晶表示装置
２  光源
３  偏光変換装置（偏光変換手段、偏光切り換え手段）
４  偏光軸回転装置（偏光軸回転手段、偏光切り換え手段）
５，５ｒ，５ｇ，５ｂ  光路分離ＰＢＳ（光路分離手段）
８，８ｒ，８ｇ，８ｂ，９，９ｒ，９ｇ，９ｂ，６８ｒ，６８ｇ，６８ｂ  液晶ライトバルブ（光変調手段）
１０，１０ｒ，１０ｇ，１０ｂ  偏光合成プリズム（偏光合成手段）
１１  投射光学系
３２，３３，４７〜５０，６２，６３  ダイクロイックミラー（色分離手段）
４１  色合成プリズム（色合成手段）
４２  １／２波長板
４３  偏光軸回転装置
５７ａ，５７ｂ  波長選択型１／２波長板（波長選択型偏光回転手段）
６７  複屈折性材料（光路分離手段）
６９  複屈折性材料（偏光合成手段）
７０ａ，７０ｂ  光変調領域
【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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