JP2009180999A - 投射型表示装置および映像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつコンパクトな構成で、人間の眼にとって自然な３次元映像を表示することが可能な液晶プロジェクタおよびこれを用いた映像表示方法を提供する
【解決手段】投射型装置１は、ランプ１１、コリメータレンズ１２、色分解光学系１３、フライアイレンズ部１４、コンデンサレンズ１５、フィールドレンズ１６、偏光分離プリズム１７、反射型の液晶パネル１８Ａ，１８Ｂ、位相差板１９、投射レンズ２０を備えている。ランプ１１からの光を偏光分離プリズム１７により、ｐ偏光およびｓ偏光に分離したのち、それぞれの偏光を別々の液晶パネル１８Ａ，１８Ｂを用いて変調、反射させることにより、右眼用および左眼用の映像光Ａ１，Ｂ１が同時に生成され、投射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３次元映像を投射して表示する投射型表示装置および映像表示方法に関する。

近年、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）をライトバルブ（ＬＶ：Light Valve）として用いた投射型表示装置（以下、液晶プロジェクタという）において、３次元（３Ｄ）の映像表示が行われるようになり、様々な方式、例えば色眼鏡方式、時分割方式、偏光眼鏡方式などの表示手法が提案されている。

色眼鏡方式は、赤（Red）と青（Blue）のように共通の透過波長域を持たない、すなわち補色に近い色からなるレンズを左右に組み合わせた色眼鏡を使用し、左眼用と右眼用のそれぞれの映像を異なる色で描いておき、これらを色眼鏡を通してみることにより、３Ｄ映像を得るものである。ところが、この方式では、カラーの映像を表示することができない。

時分割方式は、左眼用と右眼用の映像信号を時分割駆動で交互に、例えば１／１２０秒で切替えて表示させ、それに同期させて左眼用、右眼用の映像だけをみることができる眼鏡や特殊フィルムを通して、左眼用映像と右眼用映像を交互にみることにより、３Ｄ映像を得るものである。この時分割方式を用いた液晶プロジェクタは、例えば特許文献１，２にも提案されている。ところが、この方式では、３Ｄ映像に不自然さが残り、眼の疲労感が生じてしまう。

一方で、偏光眼鏡方式は、多くの３Ｄシアターにおいて採用されている方式であり、左眼用、右眼用としてそれぞれ１台の液晶プロジェクタを使用し、これらの液晶プロジェクタに直線偏光フィルタを偏光軸が互いに直交するように取り付け、偏光眼鏡を通してみることで３Ｄ映像を得るものである。この方式では、人間の眼に近い状況で表示することができるので、３Ｄ映像が不自然となることがなく、安全性にも長けている。
米国特許出願公開第２００６／０２９０８８９号明細書 特開２００２−４０３６７号公報

しかしながら、上記のような偏光眼鏡方式では、左眼用と右眼用に合計２台の液晶プロジェクタが必要であるため、部品点数が増えてサイズが大型化すると共に、コスト面において不利になるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易かつコンパクトな構成で、人間の眼にとって自然な３次元映像を表示することが可能な投射型表示装置およびこれを用いた映像表示方法を提供することにある。

本発明による投射型表示装置は、光源部と、光源部からの光を第１の偏光および第２の偏光に分離する偏光分離手段と、第１の偏光を右眼用の映像信号に基づいて変調することにより右眼用の映像光を生成する反射型の第１の液晶パネルと、第２の偏光を左眼用の映像信号に基づいて変調することにより左眼用の映像光を生成する反射型の第２の液晶パネルと、右眼用および左眼用の映像光を投射する投射レンズとを備えている。

本発明による映像表示方法は、光源部からの光を第１の偏光および第２の偏光に分離するステップと、分離された第１および第２の偏光をそれぞれ、反射型の液晶パネルを用いて右眼用および左眼用の映像信号に基づき変調することにより、右眼用および左眼用の映像光を生成するステップと、反射型の液晶パネルで生成された右眼用および左眼用の映像光を、偏光方向保存反射が可能なスクリーン上に投射するステップとを含むものである。

ここで、第１の偏光および第２の偏光は、例えば互いに直交する偏光成分とする。例えば、第１の偏光がｐ偏光である場合には、第２の偏光がｓ偏光であり、第１の偏光がｓ偏光である場合には、第２の偏光がｐ偏光である。

本発明による投射型表示装置では、光源部からの光が、偏光分離手段によって第１および第２の偏光に分離されると、それぞれ反射型の第１および第２の液晶パネルに入射する。第１の偏光は、第１の液晶パネルにより右眼用の映像信号に基づいて変調、反射されて右眼用の映像光として射出される。一方、第２の偏光は、第２の液晶パネルにより左眼用の映像信号に基づいて変調、反射されて左眼用の映像光として射出される。そして射出された右眼用および左眼用の映像光は、投射レンズにより投射される。このように、光源からの光を偏光分離し、分離した偏光をそれぞれ右眼用もしくは左眼用の映像信号に基づき別々に変調させることにより、右眼用および左眼用の映像光が同時に生成されて投射される。

本発明による映像表示方法では、光源部からの光を第１の偏光および第２の偏光に分離し、これら第１および第２の偏光をそれぞれ、反射型の液晶パネルを用いて右眼用および左眼用の映像信号に基づき変調することにより、右眼用および左眼用の映像光が同時に生成される。そして、これら右眼用および左眼用の映像光を偏光方向保存反射が可能なスクリーン上に投射することにより、右眼用および左眼用の映像光は、それぞれの偏光方向が保存されたままスクリーンで反射される。

本発明の投射型表示装置によれば、光源部からの光を、偏光分離手段によって第１および第２の偏光に分離し、分離した第１および第２の偏光ごとに、反射型の第１もしくは第２の液晶パネルを用いて右眼用もしくは左眼用の映像信号に基づいてそれぞれ変調するようにしたので、２台の装置を用いることなく、右眼用および左眼用の映像光を同時に生成し、投射することができる。よって、簡易かつコンパクトな構成で、人間の眼にとって自然な３次元映像を表示することが可能となる。

本発明による映像表示方法によれば、光源部からの光を第１の偏光および第２の偏光に分離し、分離した第１および第２の偏光ごとに、反射型の液晶パネルを用いて右眼用もしくは左眼用の映像信号に基づいて変調するようにしたので、右眼用および左眼用の映像光を同時に生成することができる。そして、生成した右眼用および左眼用の映像光を、偏光方向保存反射が可能なスクリーン上に投射するようにしたので、偏光方向を保存したままスクリーンで反射させることができる。この反射光を、右眼用の映像光を右眼、左眼用の映像光を左眼にのみ透過させることが可能な偏光めがねをかけて観察することで、眼にとって自然な状態で３次元映像を視認することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る液晶プロジェクタ１の全体構成を表すものである。液晶プロジェクタ１は、反射型の液晶パネルを用いて映像の投射表示を行う液晶プロジェクタである。なお、本発明の映像表示方法は、本実施の形態の液晶プロジェクタ１の説明によって具現化されるため、その説明を省略する。

液晶プロジェクタ１は、ランプ１１、コリメータレンズ１２、色分解光学系１３、フライアイレンズ部１４、コンデンサレンズ１５、フィールドレンズ１６、偏光分離プリズム１７、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂ、位相差板１９、投射レンズ２０を備えている。このような構成により、ランプ１１からの光を液晶パネル１８Ａ，１８Ｂによって変調、反射させて映像光を生成し、これを偏光スクリーン２１に投射して表示が行われるようになっている。そして、この液晶プロジェクタ１によって偏光スクリーン２１に映し出された映像光を、偏光めがね（後述）を用いて観察することで、人間の眼には３次元の映像として認識される。なお、以下、「光軸」という場合には、上記光学系の光学中心同士を結んだ軸をいうものとする。

ランプ１１は、白色光を発する光源であり、例えば発光体と凹面鏡（反射鏡）とを含んで構成されている。発光体としては、可視光の全波長領域に亘って連続な発光スペクトルを有するランプ、例えば、ＵＨＰランプなどの高圧水銀ランプが用いられる。この他に、メタルハライド系のランプ、超高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、蛍光ランプなどを用いてもよい。凹面鏡は、できるだけ集光効率の高い形状、例えば、楕円面鏡（楕円ＲＥＦ）であることが望ましい。また、このようなランプを光源として用いた場合には、光発散角が大きくなり、混色を生じて色純度が低下することがあるため、アパーチャ１１Ａを設けることが好ましい。

コリメータレンズ１２は、ランプ１１からの発散光束を光軸とほぼ平行な光束に変換するものである。このコリメータレンズ１２は、ランプ１１に楕円ＲＥＦランプを用いた場合には、その第２焦点位置に配置されるようにするとよい。なお、ランプ１１とコリメータレンズ１２との間には、図示しない紫外線カットフィルタや赤外線カットフィルタなどの光学フィルタが設けられていてもよい。

色分解光学系１３は、例えば色分解プリズム１３−１、ダイクロイックミラー１３Ｒ，１３Ｂにより構成され、ランプ１１からの光Ｌ１を、赤色（Ｒ：Red）の光ＬＲ、緑色（Ｇ：Green）の光および青色（Ｂ：Blue）の光ＬＢの３色の光に分解するようになっている。

色分解プリズム１３−１は、特定の波長領域の光を透過させ、それ以外の波長領域の光を反射させるダイクロイックプリズムであり、例えば、光ＬＧを光Ｌ１の入射方向に平行な方向（図１のＺ方向）に透過させる一方、光ＬＲ，ＬＢを光Ｌ１の入射方向と直交する方向（図１のＸ方向）に反射させるようになっている。

ダイクロイックミラー１３Ｒ，１３Ｂは、特定の波長領域の光のみを反射し、それ以外の波長領域の光を透過させるミラーである。上記色分解プリズム１３−１によりｘ方向に反射された光ＬＲおよび光ＬＢはそれぞれ、ダイクロイックミラー１３Ｒおよびダイクロイックミラー１３Ｂによって、Ｚ方向に向けて反射される。

フライアイレンズ部１４は、第１レンズアレイ１４１および第２レンズアレイ１４２から構成されている。このフライアイレンズ部１４は、光束を拡散させ、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおける面内輝度分布を均一化するためのものである。

コンデンサレンズ１５は、フライアイレンズ部１４から射出された複数の小光束を集光するためのものである。このコンデンサレンズ１５により、光ＬＧは光軸に平行な方向、光ＬＲおよび光ＬＢは光ＬＧに対して斜め方向に屈折されて射出される。

フィールドレンズ１６は、コンデンサレンズ１５によってそれぞれ集光された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを平行光に近づけるために設けられるものである。また、このフィールドレンズ１６、前述のフライアイレンズ１４およびコンデンサレンズ１５によって、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂへ入射する際の入射角および光発散角α（いずれも後述）が決定される。

偏光分離プリズム１７は、一方の偏光を透過させ他方の偏光を反射させることにより、フィールドレンズ１６から出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢをそれぞれ、ｐ偏光（図１中、点線で示す）とｓ偏光（図１中、一点鎖線で示す）とに分離するようになっている。この偏光分離プリズム１７の詳細な構成については後述する。

液晶パネル１８Ａ，１８Ｂは、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型の光変調素子であり、偏光分離プリズム１７によって分離されたｐ偏光およびｓ偏光をそれぞれ所定の映像信号に基づいて変調させつつ、反射させることにより、入射側と同一の側へ映像光を射出させるようになっている。この液晶パネル１８Ａ，１８Ｂの詳細な構成については後述する。

位相差板１９は、例えば広帯域（広波長範囲対応）の１／４波長板であり、複屈折現象を呈する合成樹脂等によって構成されている。また、その光学軸が、入射光の偏光方向と４５°の角度をなすように配置されており、これにより、入射光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが円偏光に変換されて射出されるようになっている。

投射レンズ２０は、位相差板１９から射出した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを集光して偏光スクリーン２１上に投射するものである。

偏光スクリーン２１は、偏光方向を保存反射可能なスクリーン、例えばアルミニウム（Ａｌ）などにより構成されている。この偏光スクリーンとしては、例えば（株）有沢製作所製の偏光スクリーンなどを用いることができる。但し、偏光方向を保存反射可能なものであれば、部屋の壁、机の天板などを利用することもできる。

偏光めがねは、右眼と左眼に互いに直交する偏光成分をそれぞれ透過させることができるものであり、偏光透過軸が互いに直交するように左右に配置された一対の偏光フィルタなどから構成されている。例えば、本実施の形態では、右眼用の映像光Ａ１がｓ偏光、左眼用の映像光Ｂ１がｐ偏光となっている（後述）ため、右眼側でｓ偏光、左眼側でｐ偏光のみを透過するように構成されている。

次に、図１〜図３を参照して、偏光分離プリズム１７および液晶パネル１８Ａ，１８Ｂの詳細な構成について説明する。図２は、液晶パネル１８Ａの概略構成を表す断面図である。図３は、マイクロレンズアレイをＸ方向からみた平面図である。但し、液晶パネル１８Ａと液晶パネル１８Ｂの基本的な構成は同じであるため、以下では、主に液晶パネル１８Ａを例に挙げて説明する。

偏光分離プリズム１７は、例えば４５度の底角を有する２つの三角プリズムの斜面同士を接合して構成されたものであり、その接合面は、ＰＳ分離膜が形成されたＰＳ分離面１７ａとなっている。これにより、入射方向と平行な方向にｐ偏光を透過させる一方、入射方向と直交する方向にｓ偏光を反射させ、偏光分離を行うようになっている。また、この偏光プリズム１７では、後述の液晶パネル１８Ａ，１８Ｂでそれぞれ生成された右眼用の映像光Ａ１と左眼用の映像光Ｂ１とを同一の光路上に合成するようになっている。

この偏光分離プリズム１７で分離された３色の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのｐ偏光およびｓ偏光はそれぞれ、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに互いに異なる角度で入射する。例えば、液晶パネル１８Ａに対して光ＬＧのｐ偏光が入射角０°で入射する一方、光ＬＲおよび光ＬＢのｐ偏光の入射角は、それぞれ＋ψ，−ψとなっている。なお、具体的には、ψ＝５°、８°とすることができる。但し、液晶パネル１８Ａへの入射角は、基板面に垂直な方向（液晶パネル１８ＡではＺ方向に平行な方向）を０°とし、ＸＺ平面上で時計回りをプラス、半時計回りをマイナス（以下、同様とする）とする。

液晶パネル１８Ａは、複数の表示単位Ｐを有しており、例えば１．０型のＸＧＡ（eXtended Graphics Array）パネルである。この他にも、ＶＧＡ（Video Graphics Array）やＳＸＧＡ（Super Extended Graphics Array）などのパネルを用いるようにしてもよい。表示単位Ｐは、赤（Ｒ：Red）を表示する画素Ｐ_R、緑（Ｇ：Green）を表示する画素Ｐ_Gおよび青（Ｂ：Blue）を表示する画素Ｐ_Bの３つの画素から構成されている。この液晶パネル１８Ａは、対向する一対の基板、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板１８０（反射側基板）と対向基板１８１（入射側基板）との間に、液晶層１８８を封止して構成されている。

このような液晶パネル１８Ａでは、上述の偏光分離プリズム１７によって偏光分離された３色のｐ偏光を対向基板１８１側から入射させたのち、右眼用の映像信号に基づいて液晶層１８８によって変調してＴＦＴ基板１８０側で反射させることにより、右眼用の映像光Ａ１を生成し、対向基板１８１の側から射出するようになっている。また、本実施の形態では、液晶パネル１８Ａへ入射する光に対して、液晶パネル１８Ａから出射する光の偏光方向が９０°回転するようになっている。すなわち、ｐ偏光として入射した光は、ｓ偏光となって射出されるようになっている。但し、液晶パネル１８Ｂでは、ｓ偏光を左眼用の映像信号に基づいて変調し、ｐ偏光としての左眼用の映像光Ｂ１を生成し射出するようになっている。

ＴＦＴ基板１８０は、例えば基板１８２に、図示しない画素駆動回路が形成され、各画素をそれぞれ駆動するゲート・ソース・ドレイン等を備えたＴＦＴスイッチング素子や、これらに接続されるゲート線やデータ線などの各種配線が設けられ、画素ごとに画素電極１８３が形成されている。基板１８２としては、例えば単結晶シリコンや、石英などを用いることができる。画素電極１８３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの光反射可能な金属により構成され、マイクロレンズの焦点面に配置されている。

液晶層１８８は、例えばネマティック液晶などの液晶材料により構成され、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment：垂直配向）モード、ＴＮ（Twisted Nematic：ねじれネマティック）モードなどの駆動モードが用いられる。また、この液晶層１８８において、駆動モードを適宜選択することにより、上述したように、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂでの入射光と出射光の偏光方向を９０°回転させることができる。

対向基板１８１は、例えば基板１８４上に、マイクロレンズアレイＭＬ１、樹脂層１８５、マイクロレンズアレイＭＬ２、樹脂層１８６および対向電極１８７がこの順に形成されたものであり、いずれも光透過性を有する材料により構成されている。また、対向電極１８７は、各画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bに共通の電極として設けられ、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料により構成されている。

マイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２はそれぞれ、複数のマイクロレンズが２次元配列したものであり、１つのマイクロレンズに対して、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bからなる表示単位Ｐが割り当てられるようになっている。ここで、図３に、Ｘ方向からみたマイクロレンズの平面形状の一例を示す。このように、マイクロレンズの平面形状は、例えば正６角形となっている。この場合、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bごとに表示される像（イメージ）は、ドット状（スポット状）となる。なお、このマイクロレンズのレンズ面は、球面収差を抑制するために非球面形状とすることが好ましい。

次に、上記のような構成を有する液晶プロジェクタ１の作用、効果について図１〜３を参照して説明する。

液晶プロジェクタ１では、ランプ１１から射出された光Ｌ１は、アパーチャ１１Ａおよびコリメータレンズ１２を通過することにより、略平行な光束とされたのち、色分解光学系１３としての色分解プリズム１３−１に入射する。この色分解プリズム１３−１により、光Ｌ１のうち、緑色の光ＬＧは入射方向に平行な方向（Ｚ方向）に透過される一方、赤色の光ＬＲおよび青色の光ＬＢは入射方向と直交する方向（Ｘ方向）に反射される。このうち、光ＬＲおよび光ＬＢはそれぞれ、ダイクロイックミラー１３Ｒおよびダイクロイックミラー１３Ｂによって、Ｚ方向に進行するように反射される。このようにして、光Ｌ１はＲ，Ｇ，Ｂの３色の色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに分解される。

色分解光学系１３によって分解された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、フライアイレンズ部１４に入射する。これにより、それぞれの光束が拡散されて射出される。よって、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂへの入射光束が均一化され、面内輝度分布が均一となる。

フライアイレンズ部１４を出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、コンデンサレンズ１５に入射し、このコンデンサレンズ１５により集光される。このとき、光ＬＧは、光軸に平行な方向（Ｚ方向）、光ＬＲおよび光ＬＢの主光線は斜め方向に屈折される。

コンデンサレンズ１５を出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、フィールドレンズ１６に入射すると、平行光に近づけられ、所定の角度方向に射出される。これにより、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂへの入射角が決定される。

フィールドレンズ１６を出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、偏光分離プリズム１７に入射する。この偏光分離プリズム１７によって、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢはｐ偏光およびｓ偏光に分離される。分離された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢはそれぞれ、ｐ偏光およびｓ偏光ごとに、上述したように液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに互いに異なる入射角で入射する。

ここで、図２を参照して、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおける作用について、液晶パネル１８Ａを例に挙げて説明する。なお、液晶パネル１８Ｂについては、液晶パネル１８Ａと異なる作用についてのみ説明する。

液晶パネル１８Ａでは、光ＬＧのｐ偏光が入射角０°で入射することにより、マイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２によって屈折され、対向電極１８７、液晶層１８８を透過したのち、画素Ｐ_Gに対応する領域に集光される。一方、光ＬＲのｐ偏光は、対向基板１８１の側に入射角＋ψで入射することにより、マイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２によって屈折され、対向電極１８７、液晶層１８８を透過したのち、画素Ｐ_Rに対応する領域に集光される。他方、光ＬＲのｐ偏光は、対向基板１８１の側に入射角−ψで入射することにより、マイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２によって屈折され、対向電極１８７、液晶層１８８を透過したのち、画素Ｐ_Bに対応する領域に集光される。

このように、対向基板１８１側にマイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２を設け、３色の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのｐ偏光を、互いに異なる角度で入射させることにより、色ごとにそれぞれの画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bに分配されて集光される。また、マイクロレンズアレイが２層に設けられていることにより、１層とする場合に比べてより所望の画素領域に分配集光され易くなる。

なお、このとき、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのｐ偏光のパネル入射角をそれぞれ＋８°，０，−８°とすることで、液晶パネル１８Ａに入射する際の光発散角αは約３°（半値角、以下同様とする）と小さくなる。あるいは、入射角をそれぞれ＋５°，０，−５°とすることで、光発散角αは約２°と小さくなる。これらの入射角と光発散角αの組み合わせは一例であり、特に限定されるものではないが、入射角を小さくすることで、Ｆナンバーを大きくとることができるため、設計が容易になると共に、投射レンズの小型化、低コスト化につながる。また、光発散角αを小さくすることで、色の混色を防止し、色純度を高めることができる。

そして、液晶パネル１８Ａでは、各色ごとに右眼用の映像信号に基づいて対向電極１８７と画素電極１８３との間に電圧が印加されると、各画素に分配されるｐ偏光は、液晶層１８８により透過率が変調されつつ、画素電極１８３によって反射され、対向基板１８１の側から右眼用の映像光Ａ１として射出される。但し、ｓ偏光は、液晶パネル１８Ｂにおいて、左眼用の映像信号に基づいて変調されつつ反射され、左眼用の映像光Ｂ１として射出される。このとき、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおける液晶層１８８の駆動モードにより、右眼用の映像光Ａ１はｓ偏光、左眼用の映像光Ｂ１はｐ偏光となって射出される。以上のようにして、右眼用の映像光Ａ１としてｓ偏光からなるＲ，Ｇ，Ｂのカラーの映像光が生成されると共に、左眼用の映像光Ｂ１として、ｐ偏光からなるＲ，Ｇ，Ｂのカラーの映像光が生成される。

液晶パネル１８Ａ，１８Ｂによって生成され、射出された映像光Ａ１，Ｂ１は、再び偏光分離プリズム１７に入射する。そして、この偏光分離プリズム１７において、ｓ偏光からなる映像光Ａ１は、ＰＳ分離面１７ａによって入射方向と直交する方向（Ｘ方向）に反射される一方、ｐ偏光からなる映像光Ｂ１は、入射方向と平行な方向（Ｘ方向）に透過される。これにより、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおいて別々に生成された右眼用の映像光Ａ１および左眼用の映像光Ｂ１が、同一の光路上に合成され、位相差板１９に入射する。

位相差板１９に入射した映像光Ａ１，Ｂ１は、位相差板１９において、それぞれ円偏光に変換される。このとき、その位相軸の方向により、映像光Ａ１，Ｂ１はそれぞれ左（右）円偏光、右（左）円偏光となる。そして、円偏光となった映像光Ａ１，Ｂ１が投射レンズ２０によって、偏光スクリーン２１に投射される。

このようにして、映像光Ａ１，Ｂ１が偏光スクリーン２１に投射されると、映像光Ａ１のｓ偏光成分と映像光Ｂ１のｐ偏光成分は、それぞれ保存されたまま反射される。なお、このとき、偏光スクリーン２１として、有沢製作所製のアルミニウム膜を使用した偏光スクリーンを用いることにより、その偏光成分をほぼ完全に保持した状態で反射させることが可能となる。

そして、上述したような偏光めがねを用いて、偏光スクリーン２１で反射した映像光Ａ１，Ｂ１のうち、映像光Ａ１を右眼、映像光Ｂ１を左眼でのみ観察することにより、人間の眼には、３次元の映像として視認される。

以上説明したように、液晶プロジェクタ１によれば、ランプ１１からの光Ｌ１を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢに分解したのち、偏光分離プリズム１７によって、ｐ偏光およびｓ偏光に分離し、分離したｐ偏光から液晶パネル１８Ａを用いて右眼用の映像光Ａ１を生成する一方、ｓ偏光から液晶パネル１８Ｂを用いて左眼用の映像光Ｂ１を生成し、投射するようにしたので、２台の装置を用いることなく、右眼用と左眼用の映像光を同時に表示することができる。そして、これらの映像光Ａ１，Ｂ１を、偏光成分を保存反射可能な偏光スクリーン２１に投射すれば、映像光Ａ１，Ｂ１の偏光成分を保持したまま反射させることができる。この反射光を、上述の偏光めがねをかけて観察すれば、人間の眼には３次元の映像として視認させることができる。

このとき、右眼用の映像光Ａ１と左眼用の映像光Ｂ１とが同時に視認されるため、従来の時分割方式のようなフリッカを生じることなく、自然に近い状態で観察することができる。このため、目の疲労感が少なくなる。これは特に、子供がゲーム等で３次元映像を観るような場合に重要となる。よって、簡易かつコンパクトな構成で、人間の眼にとって自然な３次元映像表示を実現できる。

また、映像光Ａ１，Ｂ１を位相差板１９に透過させて投射するようにすれば、映像光Ａ１，Ｂ１はそれぞれ円偏光となる。よって、偏光めがねをかけた観察者が、例えば横に寝そべったり、頭を傾けたりした状態で観察した場合であっても、同じ明るさの３次元映像として認識することができる。

さらに、フライアイレンズ部１４によって、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢそれぞれの光束を拡散させるようにすれば、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂへの入射光束を均一化し、面内輝度分布を均一にすることができる。

さらに、コンデンサレンズ１５およびフィールドレンズ１６により、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに対してそれぞれ異なる角度で入射させるようにすれば、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに形成されたマイクロレンズアレイＭＬ１，ＭＬ２によって、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_BごとにＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を分配して集光させることができる。よって、輝度の低減が少なくなる。また、カラー表示のために液晶パネルを３枚設ける必要がなくなるため、光量ロスが低減され、光利用効率が、通常の３板式のものに比べて１０〜１５％程度向上する。

さらに、コンデンサレンズ１５と偏光分離プリズム１７との間の光路上に、フィールドレンズ１６を設けるようにすれば、偏光分離プリズム１７への入射光のテレセントリック性を確保することができる。これにより、偏光分離面１７ａでの光量ロスを少なくすることができ、偏光分離プリズム１７によって分離したｐ偏光およびｓ偏光の両方を効率よく活用することができる。

さらに、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおいて、マイクロレンズアレイを２層設けるようにすれば、各色光を所望の画素領域へ分配集光させ易くなる。これは、例えばランプ１１として、上述したようなランプを用いた場合など、光源の光発散角が比較的大きな場合に特に有効である。

また、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに対して、右眼用と左眼用の映像信号をそれぞれ入力するのではなく、同一の映像信号を入力するようにすれば、カラーの２次元映像の表示することも可能である。従って、２枚の液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに入力する映像信号を適宜切り替えるようにするだけで、３次元映像と２次元映像との切り替え表示が可能となる。

また、従来のように３Ｄ表示のために２台の装置を用いる場合や、カラー表示のために３枚の液晶パネルを用いる場合に比べて、部品点数を少なくすることができる。よって、コンパクトで低コストな３次元表示用の液晶プロジェクタを実現でき、家庭などへの普及が期待できる。

［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態に係る液晶プロジェクタ２の概略構成を表すものである。なお、以下では、上記第１の実施の形態の液晶プロジェクタ１と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。なお、簡便化のため、偏光分離後の各色の光線については省略し、各偏光成分の進路を模式的に示すものとする（以降の実施の形態も同様とする）。

液晶プロジェクタ２は、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂの３色のレーザ光源、コリメータレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、波長板２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ、ダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ、光拡散素子２６、フィールドレンズ２７、偏光分離プリズム１７、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂ、位相差板１９および投射レンズ２０を備えている。このような構成により、光源からの光を液晶パネル２８Ａ，２８Ｂによって変調、反射させて映像光を生成し、これを偏光スクリーン２１に投射して表示が行われるようになっている。

赤色レーザ２２Ｒは、赤色（Ｒ）のレーザ光ＬＲを射出し、緑色レーザ２２Ｇは緑色（Ｇ）のレーザ光ＬＧを射出し、青色レーザ２２Ｂは青色（Ｂ）のレーザ光ＬＢを射出するものである。赤色レーザ２２Ｒおよび青色レーザ２２Ｂとしては、例えば半導体レーザを用いることができる。具体的には、赤色レーザ２２Ｒとしては、ＩｎＡｌＧａＰ系、青色レーザ２２Ｂとしては、ＧａＮ系やＩｎＧａＮ系のものを用いることができる。また、緑色レーザ２２Ｇとしては、例えば半導体レーザによって励起される固体レーザ、いわゆるＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザ、具体的には、ＹＶＯ_４＋ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、結晶ＰＰＬＮ（Periodically Poled ＬｉＮｂＯ_３）、またはＰＰ（Periodically Poled）ＭｇＯ・ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）などを用いることができる。このような赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂはそれぞれ、例えば出力が１００ｍＷ、垂直方向の光発散角が３０度（ＦＷＨＭ）、水平方向の光発散角が１０度、横モードがシングルモード、縦モードがマルチモードとなっている。

コリメータレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂから射出された光をそれぞれビーム成形するようになっている。通常、レーザ光源からの光はファーフィールドパターンが異なるので、楕円型ビームを略円形になるように成形する。このようなコリメータレンズ系は、水平、垂直方向に合わせてシリンドリカルレンズ２個で構成することも可能である。また、二次高調波を使用した固体レーザを用いる場合には、一般にビーム径が小さくなり過ぎるため、更にビームエクスパンダなどを使用してビーム径を大きくするとよい。各レーザ光源のビーム径は、最終的に例えば１ｍｍΦ程度となるようにする。

波長板２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは、例えばＸＹ平面内で回転制御可能な１／４波長板あるいは１／２波長板であり、入射光の偏光方向を回転させることにより、各偏光の偏光軸を揃えたり、あるいは一定の向きにするようになっている。半導体レーザにおいてはキャビティ方向に依存して偏光軸は一定の方向を維持できるが、組み立てあるいは設置機器によっては偏光軸が異なることもある。また、固体レーザにおいては、偏光軸方向が素子毎に異なることがあるため、偏光軸を回転させるようにするとよい。これにより、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂに入射する各色光の偏光方向を液晶パネル２８Ａ，２８Ｂの偏光軸に合致させることができる。また、スペックル対策にも好適となる。

ダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、特定の波長領域の光を反射させてその光路を変換するものであり、それぞれ赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂに対応して配置されている。このとき、ダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂが、Ｚ方向に対して互いに異なる角度で配置されることにより、３色の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが、第１の実施の形態と同様に、所定の角度で後述の液晶パネル２８Ａ，２８Ｂに入射（光ＬＧを入射角０°、光ＬＲ，ＬＧの入射角＋ψ，−ψ）するようになっている。例えば、光ＬＧを反射するダイクロイックミラー２４ＧはＺ方向に対して４５°の角度で傾けて配置され、光ＬＲが液晶パネル２８Ａ，２８Ｂの基板面に垂直に入射する中心光となっている。一方、ダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｂは、ダイクロイックミラー２４Ｇに対してそれぞれ−ψ／２，＋ψ／２の角度だけ傾斜して配置され、光ＬＲ，ＬＢが液晶パネル２８Ａ，２８Ｂの基板面に対して斜めに入射するようになっている。

光拡散素子２６は、例えば屈折型拡散素子または回折型拡散素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）などであり、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂから射出されたレーザ光を液晶パネル１８Ａ，１８Ｂの全面に照射されるように拡散成形するものである。この光拡散素子２６は、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂの配列に対応して、それぞれの色のレーザ光を透過するようになっている。但し、光拡散素子２６として回折型光学素子を用いる場合には、各色ごとに個別に設ける必要がある。この回折型光学素子を用いると、回折光がドット状に拡散していき液晶パネル面に各ドットが重なるように均一化されて照明される。

特に、屈折型拡散素子は、回折型拡散素子に比べて、実質的な透過率を高くすることができる。また、屈折型拡散素子を用いることにより、拡散角は１５度程度（半値角）となる。一般に、拡散角を大きくすると、光拡散素子２６とフィールドレンズ２７との間の距離を短くすることができるため、小型化が可能となる。一方で、拡散角を大きくすると、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂへの入射光の光発散角αが大きくなり、混色の原因となってしまうため、この拡散角については最適化が必要である。屈折型拡散素子としては、例えばＲＰＣ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製ＥＤ（Engineered Diffuser）を用いることができ、このような素子を用いることにより拡散光の面内強度分布および形状を矩形（アスペクト比を４：３あるいは１６：９等）にほぼ任意に変化させることができる。

また、このような屈折型光学素子や回折光学素子は、入射光ビームの形状に対して鈍感であるため、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂとして、シングルモードのみならずマルチモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いることができるようになる。

フィールドレンズ２７は、光拡散素子２６で拡散された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢをそれぞれ平行光に近づけるために設けられるものである。また、このフィールドレンズ２７および前述のダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂによって、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂへ入射する際の入射角および光発散角αが決定される。

液晶パネル２８Ａ，２８Ｂは、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型の光変調素子であり、偏光分離プリズム１７によって分離されたｐ偏光およびｓ偏光をそれぞれ所定の映像信号に基づいて変調させつつ、反射させることにより、入射側と同一の側へ映像光を射出させるようになっている。以下、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂの詳細な構成について、図５〜図１０を参照して説明する。図５および図７は、液晶パネル２８Ａの概略構成を表す断面図である。図６は、図５に示した液晶パネルのＴＦＴ基板の詳細な構成を表す断面図である。図８および図９は、図６のＴＦＴ基板の形成手順を表すものである。図１０は、マイクロレンズアレイをＸ方向からみた平面図である。なお、液晶パネル２８Ａおよび液晶パネル２８Ｂの基本的な構成は同様であるため、主に液晶パネル２８Ａを例に挙げて説明する。

液晶パネル２８Ａは、上記第１の実施の形態と同様に、Ｒを表示する画素Ｐ_R、Ｇを表示する画素Ｐ_GおよびＢを表示する画素Ｐ_Bの３つの画素から構成された表示単位Ｐを複数有している。この液晶パネル２８Ａは、対向する一対の基板、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板１９０（反射側基板）と対向基板１９１（入射側基板）との間に、液晶層１８８を封止して構成されている。

このような液晶パネル２８Ａでは、偏光分離プリズム１７によって偏光分離された３色のｐ偏光を対向基板１９１側から入射させたのち、右眼用の映像信号に基づいて液晶層１８８によって変調してＴＦＴ基板１９０側で反射させることにより、右眼用の映像光Ａ１を生成し、対向基板１９１の側から射出するようになっている。また、このとき、上記第１の実施の形態と同様に、液晶パネル２８Ａへ入射する光に対して、液晶パネル２８Ａから出射する光の偏光方向が９０°回転するようになっている。但し、液晶パネル２８Ｂでは、ｓ偏光を左眼用の映像信号に基づいて変調し、ｐ偏光としての左眼用の映像光Ｂ１を生成し射出するようになっている。

ＴＦＴ基板１９０は、例えば基板１８２に、上記第１の実施の形態と同様に画素駆動回路が形成され、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bごとに画素電極１９２が設けられている。但し、画素電極１９２は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料により構成されている。また、この画素電極１９２の下方に、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bごとに光反射層１９５が設けられている。画素電極１９２と基板１８２との間には層間絶縁膜１９６が形成されている。光反射層１９５は、光反射側に凹面を向けた曲面ミラーであり、マイクロレンズの焦点面に配置されている。この光反射層１９５は、例えばアルミニウム、銀などの金属により構成されている。層間絶縁膜１９６は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などより構成されている。このＴＦＴ基板１９０の詳細な構成については、後述する。

対向基板１９１は、例えば基板１９３上に、マイクロレンズアレイＭＬ、樹脂層１９４および対向電極１８７がこの順に形成されたものであり、いずれも光透過性を有する材料により構成されている。マイクロレンズアレイＭＬは、複数のマイクロレンズが２次元配列した構成となっており、１つのマイクロレンズに対して画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bからなる表示単位Ｐが割り当てられるようになっている。

次に、ＴＦＴ基板１９０の詳細な構成について図６〜図１０を参照して説明する。

ＴＦＴ基板１９０は、例えば図６に示したような断面構成となっている。但し、図６には、画素Ｐ_Gに対応する領域についてのみ示している。ＴＦＴ基板１９０では、例えば、基板１９２上に、バッファ層２０７、迷光入射防止層２０６などが積層され、この上にＴＦＴが選択的に形成されている。ＴＦＴにおいては、チャネル領域としての活性層２０５上に、酸化膜２０４、ゲート電極２０３、ドレイン電極２０２およびソース電極２０１が設けられ、それぞれが層間絶縁膜１９９によって覆われている。ゲート電極２０３は、例えば不純物をドープした多結晶シリコン（ポリシリコン）などにより構成されている。そして、これらの上には、下層部に光が入射することを防止するためのブラックメタル層１９８が形成され、層間絶縁膜１９９を介して、メタル層１９７が設けられている。このメタル層１９７上に、上記した層間絶縁膜１９６、光反射層１９５Ｇ、画素電極１９２が設けられている。また、層間絶縁膜１９６には、コンタクトホール１９６−１が形成されており、このコンタクトホール１９６−１にはアルミニウムやタングステン（Ｗ）などの接続プラグ（図示せず）が埋め込まれている。これにより、画素電極１９２とソース電極２０１とが電気的に接続されるようになっている。また、ソース電極２０１およびゲート電極２０３は、それぞれ図示しないデータ線およびゲート線に接続されている。このような構成により、各画素電極１９２に対してＲ，Ｇ，Ｂの各色に対応した映像信号電圧が印加されるようになっている。

ここで、図７に示したように、光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのそれぞれの入射角に対応して、画素Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bごとに異なる角度で傾斜して配置されている。これら光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、マイクロレンズの主点Ｈを通って入射する各色光の光路上にそれぞれ配置されている。また、主点Ｈから光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂまでの光学的距離は、互いにほぼ等しくなっている。例えば、光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、その曲面が、マイクロレンズの主点Ｈを中心とし、マイクロレンズの焦点距離（物質内・光学距離換算）にほぼ等しい距離を曲率半径とする球面となっている。なお、図７では、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢの入射角を、パネル入射角（＋ψ，０，−ψ）（空気換算）に対応した物質内入射角（＋η，０，−η）で示している。

また、上記のような構成のＴＦＴ基板１９０における光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、例えば次のようにして形成する。まず、図８（Ａ）に示したように、メタル層１９７上に、上述の材料よりなる層間絶縁膜１９６を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化処理により形成する。続いて、図８（Ｂ）に示したように、平坦化形成した層間絶縁膜１９６の表面に対して、例えばグレースケールマスクや多重マスクを使用したリソグラフィ法を用いて、例えばドライエッチングを行うことにより、光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂの傾斜に対応した傾斜面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する。続いて、図８（Ｃ）に示したように、さらに上記と同様のリソグラフィ法を用いて、層間絶縁膜１９６の傾斜面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対して、それぞれの面が所望の曲面となるようにドライエッチングを施す。

次いで、図９（Ａ）に示したように、画素ごとに曲面を形成した層間絶縁膜１９６の表面に、例えば蒸着法やスパッタリング法などを用いて光反射能を有する金属層１９５ａを形成する。続いて、図９（Ｂ）に示したように、例えばリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより、金属層１９５ａを画素ごとに分離する。続いて、図９（Ｃ）に示したように、これら光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂ上にＣＭＰによる平坦化処理を用いて層間絶縁膜１９６を成膜したのち、画素ごとにコンタクトホール１９６−１、画素電極１９２を順に形成する。このとき、コンタクトホール１９６−１は、図１０に示したように、各画素（画素電極１９２）の隅に形成するようにする。以上のようにして、ＴＦＴ基板１９０上に画素ごとに光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂを形成する。

次に、上記のような液晶プロジェクタ２の作用、効果について図４，図１１および図１２を参照して説明する。

液晶プロジェクタ２では、赤色レーザ２２Ｒ、緑色レーザ２２Ｇおよび青色レーザ２２Ｂからそれぞれ射出されたレーザ光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、コリメータレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂによってそれぞれビーム成形されたのち、波長板２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂに入射し、偏光方向が回転される。波長板２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、それぞれ所定の角度で配置されたダイクロイックミラー２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂにおいて、互いに異なる角度方向に反射されたのち、光拡散素子２６に入射して拡散成形される。光拡散素子２６において拡散成形された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、フィールドレンズ２７に入射し、このフィールドレンズ２７によって所定の角度方向に屈折される。

そして、フィールドレンズ２７によって所定の角度方向に屈折された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、偏光分離プリズム１７によりｐ偏光およびｓ偏光に分離され、各色光ごとに液晶パネル２８Ａ，２８Ｂへ所定の角度で入射する。以下、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂにおける作用について液晶パネル２８Ａを例に挙げ、図１１および図１２を参照して説明する。

液晶パネル２８Ａでは、画素ごとに設けられた光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂが、それぞれマイクロレンズの主点Ｈを中心とし、マイクロレンズの焦点距離にほぼ等しい距離を曲率半径とする球面となっていることにより、これら光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂで反射される各色のｐ偏光は、それぞれ入射した方向と同一の方向へ反射される。例えば、図１１に示したように、基板面に垂直に入射（入射角０°）したＧ光は、マイクロレンズの主点面Ｈ０に対して入射角（物質内）０°で入射し、光反射層１９５Ｇで反射され、主点面Ｈ０から垂直の方向に射出される。また、図１２に示したように、基板面に入射角−ψで入射したＢ光は、主点面Ｈ０に対して入射角（物質内）−ηで入射し、光反射層１９５Ｂで反射され、主点面Ｈ０から射出角（物質内）−ηで射出される。また、このとき、パネル入射時の光発散角αは、反射後も同程度に維持される。なお、図示はしないがＲ光についても同様である。また、マイクロレンズアレイＭＬと光反射層１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂにおける光反射作用以外は、上記第１の実施の形態と同様の作用となる。

こののち、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂから射出された右眼用および左眼用の映像光Ａ１，Ｂ１は、上記第１の実施の形態と同様に、位相差板１９を透過したのち、投射レンズ２０によって、偏光スクリーン２１に投射される。

以上のように、液晶プロジェクタ２によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のレーザ光源を用い、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂにおいて、各色光の入射角に対応して光反射層を設けるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、レーザ光源を用いることで、上記第１の実施の形態に比べて光源部の小型化を実現すると共に、高出力が可能となる。さらに、各色光の入射角に対応した光反射層を設けることで、液晶パネル２８Ａ，２８Ｂでは、各色光を入射方向と同一の方向に反射させることができると共に、光発散角αを小さくすることができるため、隣接画素への混色を防ぐことができる。例えば、ＲＧＢの画素ピッチ（画素電極の短手方向の幅）を１０μｍ、マイクロレンズの焦点距離を空気換算で１２０μｍ、レーザビーム径を１ｍｍ、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光のパネル入射角を、それぞれ＋３°，０，−３°とした場合、光発散角αを０．５°〜１．５°程度まで小さくすることができる。

また、レーザ光源を用いることで、装置全体の小型化に有利となり、携帯電話端末、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、モバイルコンピュータ、ゲーム機などに好適に用いることができる。

なお、本実施の形態では、単層のマイクロレンズアレイを有する液晶パネルを例に挙げて説明したが、上記第１の実施の形態の液晶パネル１８Ａ，１８Ｂのように、マイクロレンズアレイが２層に形成された液晶パネルを用いるようにしてもよい。逆に、上記第１の実施の形態において、本実施の形態の液晶パネル２８Ａ，１８Ｂを用いるようにしてもよい。但し、上記第１の実施の形態では、光源からの光発散角が比較的大きくなるため、２層のマイクロレンズアレイが設けられた液晶パネル１８Ａ，１８Ｂを用いることが好ましい。

（変形例）
次に、上記第２の実施の形態の液晶プロジェクタ２における光反射層の変形例について図１３を参照して説明する。

図１３は、本変形例に係る光反射層２９５Ｒ，２９５Ｇ，２９５Ｂを用いた液晶パネルの断面模式図である。この液晶パネルでは、光反射層２９５Ｒ，２９５Ｇ，２９５Ｂ以外は、上記第２の実施の形態の液晶パネルと同様の構成となっている。従って、同一の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

光反射層２９５Ｒ，２９５Ｇ，２９５Ｂは、その光反射面が平面となっており、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素ごとに、各色光の入射角に対応して傾斜して設けられている。これら光反射層２９５Ｒ，２９５Ｇ，２９５Ｂは、マイクロレンズの主点Ｈを通って入射する各色光の光路上にそれぞれ配置されている。また、主点Ｈから光反射層２９５Ｒ，２９５Ｇ，２９５Ｂまでの光学的距離は、互いにほぼ等しくなっている。通常、マイクロレンズの焦点距離は、物質内入射角（例えばη＝３°〜５°）によって決まるが、レーザ光源を用いた場合には光発散角が小さいため、入射した光のうち、光反射層によって隣接する画素領域の方向へ反射される光（例えば、図１３に示した光Ｇ１）は微少となり、あまり混色を生じない。よって、光反射層を各色光の入射角に対応して傾斜して設けるようにすれば、その光反射面を近似的に平面としても、各色光を入射方向とほぼ同一の方向へ反射させることができる。

［第３の実施の形態］
図１４は、第３の実施の形態に係る液晶プロジェクタ３の概略構成を表すものである。なお、以下では、上記第１および第２の実施の形態の液晶プロジェクタ１，２と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。

液晶プロジェクタ３は、３色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源としての赤色ＬＥＤ３０Ｒ、緑色ＬＥＤ３０Ｇおよび青色ＬＥＤ３０Ｂ、光拡散素子３１、フライアイレンズ部３２、コンデンサレンズ３３、偏光分離プリズム３４-１，３４−２，３４−３，３４−４、フィールドレンズ３５Ａ，３５Ｂ、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂ、位相差板１９、投射レンズ２０を備えている。このような構成により、光源からの光を液晶パネル１８Ａ，１８Ｂによって変調、反射させて映像光を生成し、これを偏光スクリーン２１に投射して表示が行われるようになっている。

赤色ＬＥＤ３０Ｒ、緑色ＬＥＤ３０Ｇおよび青色ＬＥＤ３０Ｂは、発光ダイオードにより構成されている。赤色ＬＥＤ３０Ｒは、例えば、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、ＧａＡｓＰ（ガリウム砒素リン）、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）などの半導体材料よりなり、赤色の波長領域の光（ＬＲ）を発光するようになっている。緑色ＬＥＤ３０Ｇは、例えば、ＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＧａＮ（アルミニウム窒化ガリウム）などの半導体材料よりなり、緑色の波長領域の光（ＬＧ）を発光するようになっている。青色ＬＥＤ３０Ｂは、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの半導体材料よりなり、青色の波長領域の光（ＬＢ）を発光するようになっている。

光拡散素子３１は、例えば屈折型拡散素子であり、赤色ＬＥＤ３０Ｒ、緑色ＬＥＤ３０Ｇおよび青色ＬＥＤ３０Ｂから射出された光を液晶パネル１８Ａ，１８Ｂの全面に照射されるように拡散成形するものである。屈折型拡散素子としては、上記第２の実施の形態の屈折型拡散素子と同様のものを用いることができる。これにより、半値角１５°程度の発散角を持つ光をフライアイレンズ部３２に照射するようになっている。

フライアイレンズ部３２は、液晶パネル３６Ａ，３６Ｂに照射される光の面内輝度分布を均一化するためのものである。コンデンサレンズ３３は、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを集光するためのものである。このコンデンサレンズ３３によって、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ所定の角度方向に屈折され、光ＬＧが中心光、光ＬＲ，ＬＢが光ＬＧに対して斜め入射光となる。

偏光分離プリズム３４−１，３４−２，３４−３，３４−４はそれぞれ、上記第１および第２の実施の形態の偏光分離プリズム１７と同様の構成となっている。但し、光軸上最も光源側に配置された偏光分離プリズム３４−１において、光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢをｐ偏光とｓ偏光に分離するようになっている。また、偏光分離プリズム３４−２，３４−３において、液晶パネル３６Ａ，３６Ｂで反射された各偏光の光路が変換されるようになっている。さらに、偏光分離プリズム３４−４において、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂで別々に生成された右眼用の映像光Ａ１および左眼用の映像光Ｂ１が同一の光路上に合成されるようになっている。

フィールドレンズ３５Ａ，３５Ｂは、液晶パネル１８Ａ，１８Ｂに入射する各偏光を平行光に近づけるために設けられる。

このような液晶プロジェクタ３では、赤色ＬＥＤ３０Ｒ、緑色ＬＥＤ３０Ｇおよび青色ＬＥＤ３０Ｂから放出された光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、光拡散素子３１によって拡散成形されたのち、フライアイレンズ部３２において輝度分布が均一化される。フライアイレンズ部３２を出射した光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、コンデンサレンズ３３により所定の角度方向に屈折され、偏光分離プリズム３４−１に入射する。偏光分離プリズム３４−１では、その偏光分離面において、ｐ偏光（図中、点線）が入射方向と同一の方向に透過され、ｓ偏光（図中、破線）が入射方向と直交する方向に反射される。

偏光分離プリズム３４−１によって分離されたｐ偏光は、偏光分離プリズム３４−２を透過し、フィールドレンズ３５Ａによって平行光に近づけられ液晶パネル１８Ａへ入射する。一方、分離されたｓ偏光は、偏光分離プリズム３４−３の偏光分離面において入射方向と直行する方向に反射されたのち、フィールドレンズ３５Ａによって平行光に近づけられ液晶パネル１８Ａへ入射する。

液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにそれぞれ入射したｐ偏光およびｓ偏光は、上述したように液晶パネル１８Ａ，１８Ｂにおいて、それぞれの映像信号に基づいて変調、反射され、偏光成分が９０°回転して、右眼用の映像光Ａ１（ｓ偏光）および左眼用の映像光Ｂ１（ｐ偏光）として射出される。

液晶パネル１８Ａから右眼用の映像光Ａ１として射出されたｓ偏光は、再び偏光分離プリズム３４−２に入射する。そして、偏光分離プリズム３４−２の偏光分離面において、入射方向と直行する方向に反射され、偏光分離プリズム３４−４へ入射する。一方、液晶パネル１８Ｂから左眼用の映像光Ｂ１として射出されたｐ偏光は、再び偏光分離プリズム３４−３に入射する。そして、偏光分離プリズム３４−３の偏光分離面において、入射方向と同一の方向に透過され、偏光分離プリズム３４−４へ入射する。

偏光分離プリズム３４−４に入射した映像光Ａ１としてのｓ偏光は、偏光分離プリズム３４−４の偏光分離面において入射方向と直行する方向に反射される一方、映像光Ｂ１としてのｐ偏光は、入射方向と同一の方向に透過される。これにより、映像光Ａ１，Ｂ１が同一光路上（Ｚ方向）に合成されて射出される。

上記のようにして合成された映像光Ａ１，Ｂ１は、上述したように、位相差板１９を透過したのち、投射レンズ２０によって偏光スクリーン２１に投射される。

以上説明したように、光源としてＲ，Ｇ，Ｂの３色の光を発光するＬＥＤを用いて構成するようにしたので、上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ＬＥＤを用いることで、光源の小型化に有利となる。

なお、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態におけるマイクロレンズアレイを２層設けた液晶パネル１８Ａ，１８Ｂを用いた構成を例に挙げて説明したが、上記第２の実施の形態の液晶パネル２８Ａ，２８Ｂを用いるようにしてもよい。但し、ＬＥＤは光発散角が比較的大きいため、マイクロレンズアレイを２層設けることが好ましい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢのうち、光ＬＧを中心光（光軸に沿って平行な方向に進行する光）として液晶パネルに垂直に入射させ、光ＬＲ，ＬＢを液晶パネルの垂線に対して斜めに入射するようにしたが、これに限定されず、光ＬＲを中心光、光ＬＧ，ＬＢを斜め入射光としてもよく、あるいは光ＬＢを中心光、光ＬＲ，ＬＧを斜め入射光としてもよい。

また、上記実施の形態では、光源からの光を分離し、さらに別々に生成した右眼用および左眼用の映像光を合成する光学系として、１つあるいは４つの偏光分離プリズムを用いた構成を例に挙げて説明したが、偏光の分離および合成の光学系はこれに限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、光源からの光をＲ，Ｇ，Ｂの３色に色分解したり、３色のレーザ光源あるいはＬＥＤ光源を用いることにより、３原色カラーの３次元映像を表示する場合について説明したが、これに限定されず、このような色分解光学系や３色の光源を用いずに、単色の３次元映像を表示するようにしてもよい。あるいは、３色のうちの２色を用いて３次元映像を表示するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、マイクロレンズ１９５ａの平面形状を正６角形としたが、これに限定されず、円形やｙ方向に長手方向を有する矩形状（シリンドリカルレンズ）でもあってもよい。

また、上記実施の形態では、偏光分離プリズムとして、その偏光分離面において、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させるものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、逆にｓ偏光を透過させ、ｐ偏光を反射させるものであってもよい。また、ｓ偏光を右眼用の映像光、ｐ偏光を左眼用の映像光として用いているが、これに限定されず、逆にｐ偏光を右眼用の映像光、ｓ偏光を左眼用の映像光として用いるようにしても本発明と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る液晶プロジェクタの概略構成を表すものである。 図１に示した液晶パネルの概略構成を表す拡大断面図である。 図２に示したマイクロレンズのＸ方向からみた平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液晶プロジェクタの概略構成を表すものである。 図４に示した液晶パネルの概略構成を表す拡大断面図である。 図５に示したＴＦＴ基板の概略構成を表す拡大断面図である。 図５，６に示した光反射層の概略構成を表す断面模式図である。 図６に示したＴＦＴ基板における光反射層の形成方法を工程順に表す図である。 図８に続く工程を表す図である。 図５に示したマイクロレンズのＸ方向からみた平面図である。 図４に示した液晶パネルの作用を説明するための図である。 図４に示した液晶パネルの作用を説明するための図である。 第２の実施の形態についての変形例に係る光反射層の概略構成を表すものである。 本発明の第３の実施の形態に係る液晶プロジェクタの概略構成を表すものである。

符号の説明

１，２，３…液晶プロジェクタ、１１…ランプ、１１Ａ…アパーチャ、１２，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ…コリメータレンズ、１３…色分解光学系、１３−１…色分解プリズム、１４，３２…フライアイレンズ部、１５，３３…コンデンサレンズ、１６，２７，３５Ａ，３５Ｂ…フィールドレンズ、１７，３４−１，３４−２，３４−３，３４−４…偏光分離プリズム、１７ａ…偏光分離面、１８Ａ，１８Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ…液晶パネル、１９…位相差板、２０…投射レンズ、２１…偏光スクリーン、２２Ｒ…赤色レーザ、２２Ｇ…緑色レーザ、２２Ｂ…青色レーザ、２４Ｒ，２４Ｂ，２４Ｒ…ダイクロイックミラー、２５…波長板、２６，３１…光拡散素子、３０Ｒ…赤色ＬＥＤ、３０Ｇ…緑色ＬＥＤ、３０Ｂ…青色ＬＥＤ、１８０，１９０…ＴＦＴ基板、１８１，１９１…対向基板、１８２，１８４，１９３…基板、１８３，１９２…画素電極、１８５，１８６，１９４…樹脂層、１８７…対向電極、１８８…液晶層、１９４…対向電極、１９５，１９Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂ…光反射層、１９６，１９９…層間絶縁膜、１９６−１…コンタクトホール、１９７…メタル層、１９８…ブラックメタル層、２０１…ソース電極、２０２…ドレイン電極、２０３…ゲート電極、２０４…酸化膜、２０５…活性層、２０６…迷光入射防止層、２０７…バッファ層、ＭＬ，ＭＬ１，ＭＬ２…マイクロレンズアレイ、Ａ１…映像光（右眼）、Ｂ１…映像光（左眼）、ＬＲ…Ｒ光、ＬＧ…Ｇ光、ＬＢ…Ｂ光、Ｐ…表示単位、Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_B…画素。

Claims (16)

1. 光源部と、
   前記光源部からの光を、第１の偏光および第２の偏光に分離する偏光分離手段と、
   前記第１の偏光を右眼用の映像信号に基づいて変調することにより右眼用の映像光を生成する反射型の第１の液晶パネルと、
   前記第２の偏光を左眼用の映像信号に基づいて変調することにより左眼用の映像光を生成する反射型の第２の液晶パネルと、
   前記第１および第２の液晶パネルでそれぞれ生成された右眼用および左眼用の映像光を投射する投射レンズとを備えた
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光源部が、白色光源であり、
   前記白色光源からの白色光を複数色の色光に分解する色分解手段をさらに含み、
   前記色分解手段により分解された複数色の光を互いに異なる角度で前記偏光分離手段に入射させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
3. 前記光源部が、複数色の色光をそれぞれ発振するレーザ素子から構成され、
   前記複数色の光を互いに異なる角度で前記偏光分離手段に入射させるようになっている
   ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
4. 前記光源部が、複数色の色光をそれぞれ発する発光ダイオードから構成され、
   前記複数色の光を互いに異なる角度で前記偏光分離手段に入射させるようになっている
   ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
5. 前記第１および第２の液晶パネルはそれぞれ、
   一対の基板と、
   前記一対の基板間に封止された液晶層と、
   前記一対の基板のうち光入射側にある一方の基板に形成された第１のマイクロレンズアレイとを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
6. 前記一対の基板のうち他方の基板と前記第１のマイクロレンズアレイとの間に、第２のマイクロレンズアレイが設けられている
   ことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
7. 前記第１および第２の液晶パネルはそれぞれ、
   前記一対の基板の対向面に一対の電極を有し、
   前記一対の電極のうち前記他方の基板に設けられた電極が光反射性を有する
   ことを特徴とする請求項６記載の投射型表示装置。
8. 前記第１および第２の液晶パネルはそれぞれ、前記複数色にそれぞれ対応した複数の画素を含み、
   前記一対の基板のうち前記他方の基板に前記画素ごとに設けられた光反射層を有する
   ことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
9. 前記光反射層は、各色光の入射角に対応して設けられている
   ことを特徴とする請求項８記載の投射型表示装置。
10. 前記光反射層は、光入射側に凹面を向けた曲面となっている
    ことを特徴とする請求項９記載の投射型表示装置。
11. 前記光反射層の曲面は、前記マイクロレンズの第１主点を中心とし前記マイクロレンズの焦点距離を曲率半径とした球面となっている
    ことを特徴とする請求項１０記載の投射型表示装置。
12. 前記光反射層の光入射側の面が平面となっている
    ことを特徴とする請求項９記載の投射型表示装置。
13. 前記右眼用および左眼用の映像光をそれぞれ円偏光に変換する１／４波長板を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
14. 前記第１の液晶パネルは、前記第１の偏光をその偏光方向を９０°回転させて右眼用の映像光として射出し、
    前記第２の液晶パネルは、前記第２の偏光をその偏光方向を９０°回転させて左眼用の映像光として射出する
    ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
15. 前記第１および第２の液晶パネルにより偏光方向を回転されて射出された右眼用および左眼用の映像光を、前記偏光分離手段により同一の光路上に合成したのち前記投射レンズにより投射する
    ことを特徴とする請求項１４記載の投射型表示装置。
16. 光源部からの光を第１の偏光および第２の偏光に分離し、
    分離された第１および第２の偏光をそれぞれ、反射型の液晶パネルを用いて右眼用および左眼用の映像信号に基づき変調することにより右眼用および左眼用の映像光を生成し、
    前記反射型の液晶パネルで生成された右眼用および左眼用の映像光を、偏光方向保存反射が可能なスクリーン上に投射する
    ことを特徴とする映像表示方法。

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