WO1992016872A1 - Dispositif d'affichage du type a projection - Google Patents

Description

明 細 書 投射型表示装置 技術分野

本発明 はラ イ ト バルブに形成さ れる 光学像を照射光で照射す る と 共 に投射 レ ン ズに よ り ス ク リ ー ン上に投射する投射型表示装置に関す る ものであ り 、 特にその光源に関す る ものであ る 。 背景技術

従来は、 大画面の映像表示を行な う ため に 、 赤用 、 緑用 、 青用の液 晶ラ イ 卜 バルブに各色の映像信号に応 じ た光学像を形成 し 、 ハロゲ ン ラ ンプ等の白色光源よ り 分離さ れた赤、 緑、 青の光を前記光学像に照 射 し た後に再び合成 し 、 投射 レ ン ズに よ り ス ク リ ー ン上 に拡大投射す る方法がよ く 知 られて い る 。 し か し 、 光源にハロゲ ン ラ ン プを用 い る と 消費電力が高 く 大部分が熱に変換さ れる ので、 放熱の問題が生 じ る と と も に 、 白色光を赤色、 緑色、 青色に分離す る ための光学系が必要 と な る ため装置の小型化、 低価格化の妨げにな っ て い た 。

そ こ で、 こ れ らの問題点を解決する投射型表示装置 と し て 、 特開平 1一 1 2 8 6 8 9 号公報に示すよ う な ものが提案さ れて いた 。 第 4 7 図は特開平 1一 1 2 8 6 8 9 号公報に よ る従来の投射型表示装置の構 成図を示す 。 第 4 7 図で 1 0 1 は赤色光を発光する赤色光源管、 1 0 2 は緑色光を発光する緑色光源管、 】 0 3 は青色光を発光する青色光 源管であ り 、 各色光源管は単色の発光が可能な C R T 方式光源管であ る 。 ま た 、 1 0 4 は赤色光を変調す る赤色用液晶ラ イ 卜 バルブ、 】 0 5 は緑色光を変調す る緑色用液晶ラ イ 卜 バルブ、 1 0 6 は青色光を変 調する青色用液晶ラ イ 卜 バルブであ り 、 1 0 7 は変調さ れた赤色光、 緑色光、 青色光を合成す る合成プ リ ズム 、 1 0 & は合成光を投射す る 投射 レ ン ズであ る 。 こ こ で、 各色光源管の発光部の大 き さ は 、 各色用 ^晶ラ イ ト バルブ 1 0 4、 1 0 5、 1 0 6 の画像形成部を覆 う 大き さ つ o また、 第 4 8図は各色光源管である C R T方式光源管の断面図であ る。 第 4 8図の C R T方式光源管は陰極線管 （ C R T ) と類似の構造 を してお り 、 ヒータ 5 0 、 力ソー ド 4 9 、 第 1 グリ ッ ド 4 4 、 第 2 グ リ ヅ ド 4 3 、 第 3 グリ ツ ド 4 2 、 過集束レンズ 4 8 をガラスバルブ 4 6 内に有している。 こ のガラスバルブの正面内側には蛍光面 4 1 が形 成されている 。 また蛍光面 4 1 の内部側表面には加速用高圧電極と し てのアルミバヅ ク 5 1 が施されている。 また、 ガラスノ ルブ 4 β はべ ース部 4 5 に取り付けられてお り 、 各種の電極はこのベース部 4 5 を 通して外部に取り 出されている。

次に動作について説明する 。

まず、 第 4 8図の C R T方式光源管では、 ヒータ 5 0 を加熱し第 1 グリ ド 4 4 、 第 2 グリ ッ ド 4 3 、 第 3 グリ ヅ ド 4 2 、 に適当な電位 を与え、 各グリ ヅ ドによ り過集束 レンズ 4 δを形成させ、 アル ミバヅ ク 5 1 に約 1 O K Vの高電圧を印加する。 これによ り 、 力ソ一 ド 4 9 からの電子ビーム 4 7が過集束された後に加速され蛍光面に投射され , 可視光を発する。

このよ う に して、 赤色光源管 1 0 1 からは赤色光が発光され、 赤色 成分の画像が赤色用液晶ラ イ トバルブ 1 0 4 に表示される。 赤色用液 晶ライ 卜バルブ 1 0 4を透過した赤色光の画像は合成プリズム 1 0 7 によ って反射される。 緑色光源管 1 0 2 からは緑色光が発光され、 綠 色成分の S像が緑色用液晶ライ トバルブ I 0 5 に表示される。 緑色用 液晶ライ トバルブ 1 0 5 を透過した緑色光の圃像は合成プリ ズム 1 0 7 によって透過される。 青色光源管 1 0 3 からは青色光が発光され、 青色成分の画像が青色用液晶ライ トバルブ 1 0 6 に表示される。 青色 用液晶ライ 卜バルブ 1 0 6 を透過した青色光の画像は合成プリ ズム 1 0 7 によ って反射される 。 この様に して、 合成プリズム 1 0 7 で合成 された画像は投射レンズ 1 0 8 で拡大され投射光 1 0 9がス ク リ ーン (図示せず） に投射される。

従来の投射型表示装置は以上のよ う に構成されているので、 ライ 卜 バルブと光源の間に空間がある為に、 完全拡散光である光源からの発 光光の大部分が、 ライ トバルブや投射 レンズに入射されず、 ス ク リー ン ま で導かれな い為に 、 発光光の利用効率が悪 く な る と い う 問題があ つ た。 発明の開示

この発明 は、 上記の よ う な問題点を解消す る ためにな さ れ たもので 発光光の大部分を ラ イ ト バルブゃ投写 レ ンズ、 ス ク リ ー ン に導 き 、 光 の利用効率を高める と と も に光源管を小型化 し た投写型表示装置を得 る こ と を 目 的 と する 。 ま た部品点数を少な く す る と 共に調整機構を簡 単化 し 、 さ ら には高電圧の引 き 回 し線数を少な く す る事がで き 、 低価 格、 小型で信頼性の高い投写型表示装置を得る こ と を 目 的 と する 。

この発明 に係る第 1 の投射型表示装置は、 電子線発生手段 と 、 電子 線励起に よ り 発光す る蛍光体層か らな る発光部を具備 し た 光源管 と 、 映像信号に応 じ た光学像が形成さ れる ラ イ ト バルブ と 、 前記光源管か ら照射さ れた光によ る ラ イ 卜 バルブの光学像を ス ク リ ー ン に投射する 光学系を備え た投射型表示装置にお い て 、 前記発光部から拡散す る発 光光を前記ラ イ ト バルブに向けて集光する集光光学系を前記ラ イ ト バ ルブ と発光部の間に設けた こ と を特徴 と す る 。 前記発光部面積はラ イ 卜 バルブ面積よ り 小 さ く 形成さ れた こ とが好 ま し い 。

前記集光光学系は前記発光部か ら の光を集光する凸 レ ン ズを備え る この凸 レ ンズはラ イ ト バルブ側の表面が回転楕円面の形状であ る こ と が好 ま し い 。 ま たこの凸 レ ンズは、 前記光源管に接 し て 配置さ れ前記 光源管に面する側が平面であ り 前記ラ イ トバルブ と面する側が凸であ る平凸 レ ンズであ る こ とが好 ま し い 。 子の場合、 平凸 レ ンズは 、 前記 ラ イ ト バルブ と面する側の光軸に垂直な断面積が凸側から平面側に向 かっ て減少する錐状形状を有する こ とが好 ま し い 。

ま た前記集光光学系は、 前記発光部から拡散す る発光光を反射 し て 前記ラ イ 卜 バルブに向けて集光する反射手段を備え る こ と がで き る 。 この反射手段は，前記発光部に対向す る よ う に前記発光部と 前記凸 レ ン ズの間に設け ら れ、 前記凸 レ ンズの光軸を 中心 と する開 口部を有す る反射層を備え る こ とが好 ま し い 。 更 に前記反射層は 、 回転放物面状 に形成さ れた こ とが好ま し い 。 ま た前記発光部を前記開 口部に対 し て 凹面状に形成し ても良い。 また前記蛍光体層の前面部に干渉多層腠を 備えるこ とができ る。

また本発明に係る第 2 の投射型表示装置は、 電子線発生手段と電子 線励起によ り それぞれが異なる色に発光する蛍光体層からなる複数の 発光部とを一つの容器内に具備し た光源管と、 上記各色の映像信号に 応じた光学像が形成される複数のライ 卜バルブと 、 上記光源から照射 された複数色の光によるラ イ トバルブの異なる色の各光学像を合成す る光学系素子と、 上記光学系素子によ り 合成された光をス ク リーン に 導く 光学系と、 を備えるものである。 この場合、 前記光源管が、 全色 の発光輝度を同時に調整する第 1 の制御手段と 、 各色の発光輝度を独 立に調整する第 2 の制御手段とを備える事が好ま し い。

更に第 1 および第 2 の投射型表示装置の特徴を組み合せ、 前記複数 の発光部から拡散する発光光をそれぞれ前記ライ トバルブに向けて集 光する集光光学系を前記ライ 卜バルブと発光部の間に設けるこ とが好 ま しい。 集光光学系は、 前記光源管の前記ライ トバルブと面する側に 前記複数の発光部の位置に対応させてそれぞれ設けられた複数の凸 レ ンズを備えるこ とができ る。 また集光光学系は、 前記複数の発光部か ら拡散する発光光を反射してそれぞれの前記ライ トバルブに向けて集 光する反射手段を備えるこ とでき る。 この場合、 反射手段は，前記発 光部に対向するよ う に前記複数の発光部と前記複数の凸 レンズの間に 設けられ、 それぞれの凸 レ ンズの光軸を中心とする複数の開口部を有 する反射層を備える こ とが好ま し い。 更に異なる色に発光する複数の 前記発光部がさ ら にマ 卜 リ ッ クス状に複数に分割され、 前記複数の凸 レ ンズはそれぞれ、 前記マ ト リ 、ソ クス状に複数に分割された各発光部 に対応するマ ト リ ツ クス状 レ ンズァ レイを備えるこ とができ る 。 図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の投射型表示装置の基本構成を示す側面図である 。 第 2 図は第 1 図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細な構成を示す 断面図である。

第 3 図は平凸 レ ン ズを用いた投射型表示装置の光源管周辺の詳細な 構成を示す断面図であ る 。

第 4 図は平凸 レ ン ズ形状前面パネルを用 い た投射型表示装置の光源 管周辺の詳細な構成を示す断面図であ る 。

第 5 図 （ a ) 、 （ b ) 、 （ c ) は、 第 3 図 、 第 4 図の平凸 レ ン ズの 曲率半径中心の位置 と 集光効果の関係を示 し た図であ る 。

第 6 図は複数の レ ン ズを有す る 光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 7 図は回転楕円面形状平凸 レ ン ズを有する投射型表示装置の断面 図であ る 。

第 S 図は第 7 図の投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面 ¾ であ る 。

第 9 図は第 8 図の平凸 レ ン ズの楕円面を生成す る楕円の形状を説明 す る ための図であ る 。

第 〗 0 図は回転楕円面 レ ンズを有する他の投射型表示装置の断面図 であ る 。

第 1 1 図は前面側が回転楕円面形状の平凸 レ ンズ前面パネルを用 い た投射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 1 2 図は前面側が回転楕円面形状の メ ニ ス カ ス レ ン ズを用 い た投 射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 1 3 図は後部側が裁頭円錐形状の レ ン ズを用 い た投射型表示装置 の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 1 4 図は後部側が裁頭円錐形状の レ ン ズを用 い た他の投射型表示 装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 1 5 図 （ a ) は後部側が裁頭角錐形状の レ ン ズを用 い た投射型表 示装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。

第 〗 5 図 （ b ) は第 1 5 図 （ a ) の レ ン ズの正面図であ る 。

第 1 6 図は反射層を有する投射型表示装置の構成を示す断面図であ る 。

第 1 7 図は第 1 6 図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細な構成を 示す断面図であ る 。

第 1 8 図は第 1 6 図の投射型表示装置の反射層付近の詳細な構成を 示す部分断面図である。

第 1 9 図は反射層を有する他の投射型表示装置の光源管局辺の詳細 な構成を示す断面図である。

第 2 0図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である。

第 2 1 図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である。

第 2 2 図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である 。

第 2 3 図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である 。

第 2 4 図は 3 色複合光源管を有する投射型表示装置の構成を示す側 面図である。

第 2 5図は第 2 4図の 3 色複合光源管の斜視図である。

第 2 6 図は第 2 4図の 3 色複合光源管の A - A線断面図である。 第 2 7 図は集光 レンズを備えた 3色複合光源管を有する投射型表示 装置の構成を示す側面図である。

第 2 8図は第 2 7図の 3 色複合光源管の斜視図である 。

第 2 9 図は第 2 7図の 3 色複合光源管の A — A線断面図である 。 第 3 0図は集光 レ ンズを備えた 3 色複合光源管を有する他の投射型 表示装置の構成を示す側面図である 。

第 3 1 図は第 3 0図の 3 色複合光源管の断面図である 。

第 3 2図は集光レンズを備えた 3 色複合光源管を有する更に他の投 射型表示装置の斜視図である。

第 3 3 図は第 3 2図の複合光源型投射型表示装置の側面図である。 第 3 4図は第 3 2 図の複合光源型投射型表示装置の液晶ライ トバノ t ブの画像パターンを示す図である 。

第 3 5 図は第 3 2 図の投射型表示装置の複合光源管周辺部の斜視図 である。

第 3 6 図は第 3 5 図の A — A線の断面図である 。

第 3 7 図はマ 卜 リ 、、ノ ク ス状平凸 レ ン ズア レイを有する投射型表示装 置の構成を示す側面図であ る 。

第 3 8 図は第 3 7 図の投射型表示装置の光源管部分の斜視図であ る 第 3 9 図は第 3 7 図の投射型表示装置の光源管部分の正面図であ る 第 4 0 図は第 3 8 図の A - A線の断面図であ る 。

第 4 1 図は第 3 7 図の投射型表示装置のマ ト リ ッ ク ス状平凸 レ ン ズ ァ レイ の凸面形状を生成す る楕円を示す図であ る 。

第 4 2 図はマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ を有す る他の光源管部 分の構成を示す断面図であ る 。

第 4 3 図はマ ト リ 、、ノ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ を有する 更 に他の光源 管部分の構成を示す断面図であ る 。

第 4 4 図はマ ト リ ヅ ク ス状平凸 レ ン ズァ レ イ を有す る他の投射型表 示装置の構成を示す側面図であ る 。

第 4 5 図はマ ト リ ッ ク ス状平凸 レ ンズァ レ イ を有する他の光源管部 分の構成を示す断面図であ る 。

第 4 6 図はマ 卜 リ 、、, ク ス状平凸 レ ン ズァ レ イ を有す る 更に他の光源 管部分の構成を示す断面図であ る 。

第 4 7 図は従来の投射型表示装置の構成を示す側面図であ る 。

第 4 8 図は従来の投射型表示装置の光源管の詳細を示す断面図であ る 。 発明を 実施す る ための最良の形態

光源光学系の基本的構成

第 1 図は本発明の投射型表示装置の光源光学系の基本的構成を示す 1 0 4 , 1 0 5 、 1 0 6 、 1 0 7 、 1 0 8 、 1 0 9 は 、 それぞれ赤色 用液晶ラ イ 卜 バルブ、 緑色甩液晶ラ イ ト バルブ、 青色用液晶ラ イ ト バ ルブ、 合成プ リ ズム 、 投射 レ ンズ、 投射光であ り 、 上記の従来例 と同 一のものであ る 。

2 0 1 は赤色光を発光す る赤色光源管、 2 0 2 は緑色光を発光す る 緑色光源管、 2 0 3 は青色光を発光する青色光源管であ り 、 各色光源 管は上記従来例に よ る単色の発光が可能な C R T 方式光源管であ るが その発光部面積はラ イ ト バルブ面積よ り 小さ く な る よ う に構 さ れて いる。 また、 2 0 4 は光学レ ンズであ り 、 各色光源管と各色ライ 卜バ ルブの間にそれぞれ設けられている 。

第 2図は第 1 図の一部を示す詳細図であ り 、 1 0 4 は赤色用液晶ラ ィ 卜ノ ルブ、 2 0 4 は光学レ ンズであ り 、 赤色液晶ライ 卜 ノ S'ルプ I 0 4の固像形成部 5 2 を十分覆うだけの口径を持つ。 2 0 1 は赤色光源 管であ り 、 ガラスバルブ 4 6 内に、 過集束電子ビーム 4 7 を形成する 電子銃 4 0 と蛍光面 4 1 が設けられてお り 、 蛍光面 4 1 の電子ビーム 4 7照射面側には加速用高圧電極と し てのアルミバッ ク 5 1 が施され ている。 こ こで、 蛍光面 4 1 の大き さは赤色用液晶ラ イ トバルブ 1 0 4の画像形成部 5 2 の大きさ に比べて小さ く なる よ う に し て、 ガラ ス バルブ 4 6 の前面部に塗布されている 。 また、 蛍光面 4 1 はその中心 部が光学レンズ 2 0 4の焦点に位置するよ う に設置されている 。

第 2図に示したよ うな赤色光源管 2 0 1 では電子銃 4 0 よ り の過集 束電子ビーム 4 7 のすべてが蛍光面 4 1 全体に照射されるが、 過集束 電子ビーム 4 7 の電流値が一定であれば蛍光面 4 1 の面積が小さ けれ ば小さいほど、 蛍光面 4 1 への入射電子密度は高く な り 、 蛍光面 4 1 の発光輝度は高く なる。 この様に して光学レ ンズ 2 0 4の焦点距離に 位置する微小面積の蛍光面 4 1 は非常に高輝度で発光する 。

蛍光面 4 1 の中心部から発せられた光は、 光学レ ンズ 2 0 4側の半 空間全体に発せられるが、 このうち半頂角が 0 の円錐内に出射 し た光 は光学レンズ 2 0 4 に入射し平行光となって赤色液晶ライ トバルブ 1 0 4の Β像形成部 5 2 に入射し、 合成プリズム 1 0 7 、 投射 レンズ 1 0 8を介してス ク リーン （図示せず） に投射表示される。 また、 蛍光 面 4 1 の中心部からずれた蛍光面 4 1 周辺部から発せられた光は、 光 学レンズ 2 0 4側の半空間全体に発せられ、 そのうち光学レ ンズに入 射し た光は平行光から少しずれた光線となるが、 その大部分は赤色液 晶ラ イ トバルブ 1 0 4の画像形成部 5 2 に入射する 。 画像形成部 5 2 に入射し た光は合成プリズム 1 0 7 、 投射レンズ 1 0 8を介してス ク リーン （図示せず） に投射表示される。 この時、 投射 レンズ 1 0 8 内 部のすべての点から合成プリズム 1 0 7 を通 して赤色ライ 卜バルブ 1 0 4を見た時の輝度は、 光学 レンズ 2 0 4が無い場合に、 高輝度で輝 く 微小面積の蛍光面 4 1 が赤色ラ イ 卜 バルブ 1 0 4 の後方全体に広が つ て存在する場合 と 等価 と な る 。

第 2 図では赤色光源管 2 0 1 につ いて説明 し たが、 緑色光源管 2 0 2 、 青色光源管 2 0 3 につ い て も 、 同様に微小面積の蛍光面か ら の光 が液晶ラ イ ト バルブ 1 ◦ 5 、 1 0 6 の画像形成部全体に 入射 し 、 合成 プ リ ズム 1 0 7 、 投射 レ ン ズ 1 0 8 を介 し て ス ク リ ー ン （ 図示せず ） に投射さ れ、 高輝度で輝 く 各色微小面積の蛍光面が対応する各色ラ イ 卜 バルブの後方全体に広がっ て存在す る場合 と等価 と な る 。

こ の様に 、 光源管内の一定電流の電子ビームを微小面積の蛍光体発 光部に集中照射 し 、 高輝度で発光 し 半空間全体へ出射す る 光の多 く の 部分を レ ン ズで集光 し 、 ラ イ ト バルブや投射 レ ンズに導 く こ と で光の 利用効率を高 く す る こ とが可能 と な る 。

第 3 図は平凸 レ ン ズを用 い た投射型表示装置の部分図であ る 。 第 3 図で、 2 0 5 は C R T 方式光源管で、 前面パネル 2 0 6 、 筒状側板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 で構成さ れ、 その内部は真空に保たれて い る 。 ま た 、 前面ノ、'ネノレ 2 0 6 に蛍光面 4 1 、 ア ル ミ ノく ヅ ク 5 1 が施さ れ、 背 面板 2 0 8 に電子銃 4 0 が設け ら れて い る 。 2 0 9 はア ク リ ル成形に よ り 成形さ れた 平凸 レ ン ズであ る 。 2 1 0 は透明接着剤であ り 、 平凸 レ ン ズ 2 0 9 と 前面パネル 2 0 6 を空気層無 く 接着 し て い る 。 ま た 、 2 1 1 は液晶ラ イ ト バルブであ り 、 映像信号に対応 し た画像が形成さ れる 。 こ こ で、 蛍光面 4 1 の大 き さ は液晶ラ イ ト バルブ 2 1 1 の画像 形成部 5 2 の大 き さ に比べて小 さ く な る よ う に し て設け ら れて お り 、 電子銃 4 0 からの電子ビーム 4 7 が蛍光面 4 1 全面に照射さ れる のは 第 1 図、 第 2 図の装置の場合 と 同様であ る 。

第 1 図 、 第 2 図の装置の場合 と 同様の動作に よ り 、 微小面積の蛍光 面 4 1 は高輝度で発光する 。 こ こ でミ ク ロ的に見る と 蛍光面 4 〗 と 前 面 パネル 2 0 6 の間には屈折率が 1 の空間が存在す る 。 し たがっ て 、 高輝度で発光 し た蛍光面 4 1 の中心部よ り の光は蛍光面 4 1 出射直後 は こ の前面パネル 2 0 6 と 蛍光面 4 1 の間の空間の半空間全体に出射 さ れるが、 す ぐに前面バネル 2 0 6 に入射 し こ れ ら の全光束は半頂角 Φ ( こ こ で ø = s i r 1 ( 1 / n ) 、 n は前面パネル 2 0 6 の屈折率 ） の円錐内を進行する 。

こ の半頂角 ？5 の円錐内を進む全光束の う ち 、 半頂角 6 の円錐内を進 む光束は、 前面パネル 2 0 6 、 透明接着剤 2 1 ϋ 、 平凸 レ ンズ 2 0 9 がほぼ同等の屈折率を もっため、 その ま ま 直進 し 、 平凸 レ ンズ 2 0 9 出射後、 よ り 平行光に近 く な り 上記実施例 1 と 同様に し て 、 液晶ラ イ トバルブ 2 1 1 の画像形成部 5 2 に入射 し 、 その光の大部分は合成プ リ ズム 1 0 7 、 投射 レ ンズ 1 0 8 を介 し てス ク リ ー ン （ 図示せず ） に 投射表示される 。

こ の様に、 蛍光面から半空間に出射さ れた全光束が半頂角 0 の円錐 内に集光されるので、 その う ち 、 液晶ラ イ 卜 バルブ 2 1 1 の画像形成 部 5 2 から ス ク リ ー ン まで到達する 光の割合は多 く な り 、 光の利用効 率は非常に高 く なる 。

第 4 図は平凸 レ ンズ形状前面パネルを用 い た投射型表示装置の詳細 な構成を示す部分図であ る 。 2 1 2 は平凸 レ ンズ形状前面パネルであ り 、 ガラ ス カ ヅ テ ィ ングや所望形状のカーボン型に溶融ガラ スを流 し 込むよ う な成形法によ り 製造される 。 こ の平凸 レ ンズ形状前面パネル 2 1 2 と筒状倒板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 によ り 、 内部を真空に保っ た C R T方式光源管 2 1 3 を構成 し て い る 。

この、 第 4 図 に示す装置でも上記の第 3 図の装置と 同様に作用する が、 前面パネル部が レ ン ズ と 一体に構成さ れて い る為、 第 3 図のよ う な接着剤層が不要と な る為に、 それぞれの界面によ る反射が全 く 無 く な り 光の損失を防 ぐこ とが可能と な る 。 ま た、 製造工程にお いて 、 第 3 図のよ う な構成では必要とな る前面パネル と ァ ク リ ル レ ンズを接着 する工程が不要 と な るので、 工程が簡略化される上に、 ア ク リ ル レ ン ズ接着時の位置合わせズ レの可能性も皆無にな る _e なお 、 レ ンズ形状 前面パネルを平凸 レ ンズ形状前面パネルの場合で説明 し たが、 両凸 レ ンズ形状前面パネルでも同様に作用する こ と は言 う までもな い 。

ま た 、 第 3 図、 第 4 図で平凸 レ ンズの曲率半径の中心が蛍光体中心 部よ り も 、 ラ イ トバルブ側に存在する よ う に構成 し た場合に 、 光の利 用効率を さ ら に高 く する事が可能とな る 。 以下に、 第 5 図を も と にそ の効果を説明する 。 第 5 図は、 第 3 図 、 第 4図の平凸 レ ン ズ 2 0 9 、 2 1 2 の曲率半径 中心 0 と 発光点 Pの位置関係と 各々 の場合の光線の集光効果を示 し た 図であ る 。 第 5 図 （ a ) は発光点 Pが曲率半怪中心 0 よ り 前方 に あ る 場合、 第 5 図（ b Uま発光点 Pが曲率半怪中心 0 と 同一点 にあ る場合、 第 5 図 （ c ) は発光点 Pが曲率半怪中心 0 よ り 後方 にあ る場合、 につ い て発光点 Pか ら 半空間に出射 し た 光の進行方向を それぞれ示 し て い る 。 上で第 3 図の装置につ いて述べた よ う に 、 発光点 P よ り の光は蛍 光面出射直後は前面パネル と蛍光面の間の空間の半空間全体に 出射さ れるが、 す ぐ に前面パネル に入射 し こ れ ら の全光束は半頂角が ¾6 ( こ こ で ¾6 = sin- ¹ ( Ι Ζ η ) 、 n は前面パネルの屈折率 ） の円錐内を進 行す る 。 こ れ ら の光は 、 レ ンズ部出射時に屈折を伴い空間を進行す る が、 発光点 Pが曲率半怪中心 0 と 同一点にあ る場合は、 発光点 Pか ら の光は レ ンズ出射面に垂直に入射す るのでその ま ま 直進 し 、 それ以外 の場合は入射角 0 iよ り 出射角 （3 oが大 き く な る よ う に屈折 し て空間を 進行す る 。

従っ て 、 第 5 図 に示す よ う に発光点 Pか ら 半空間 に出射 し た光は 、 レ ン ズ通過後はそれぞれ、 （ a )半頂角 a 、 （ b )半頂角 ？5 、 （ c >半頂角 の円錐内を進行す る 。 こ こ で、 な な る関係 と な る ので、 発 光点 Pが曲率半径中心 0 よ り 後方 に あ る場合 （ 第 5 図 （ c ) ) に最も 小さ な 半頂角の円錐内 に発光点 P り の全光束が集光さ れ、 その前面 に設置さ れる液晶ラ イ 卜 バルブの画像形成部から ス ク リ ー ンへ最も多 く の光が導かれ、 光の利用効率を高 く する こ とがで き る 。

なお 、 第 1 〜 4図の実施例装置ではラ イ 卜バルブ と発光部の間 に光 学 レ ン ズを ひ と つ設けた場合につ い て説明 し たが、 第 6 図 に示す よ う に 、 レ ン ズ形状前面パネル 2 1 4 と ラ イ ト バルブ 2 1 1 の間に さ ら に 光学 レ ンズ 2 0 4を設ける な ど複数の レ ンズを用 い て も よ い こ と は言 う ま で もな レゝ 。 回転楕円面 レ ン ズを有す る投射型表示装置

第 7 図は回転楕円面平凸 レ ンズを有する投射型表示装置の断面図で あ る 。 1 0 5 、 1 0 6 、 1 0 7 、 1 0 δ 、 1 0 9 は上述の実施例 と 同 —のものである 。 2 0 1 は赤色光を発光する赤色光源管、 2 0 2 は緑 色光を発光する緑色光源管、 2 0 3 は青色光を発光する青色光源管で あ り 、 各色光源管は上記従来例によ る単色の発光が可能な C R T方式 光源管である 。 また、 その発光部面積はライ トバルブ面積よ り小さ く なるよ う に構成されている。

第 8 図は第 7 図の投射型表示装置の光源管周辺の詳細な構成を示す 断面図である 。 2 0 5 は光源管であ り 、 前面パネル 2 0 6 、 筒状側板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 で構成され、 その内部は真空に保たれている 。 また C R T方式光源管 2 0 5 内には、 過集束電子ビーム 4 7 を形成す る電子銃 4 0 と蛍光面 4 1 が設けられてお り 、 蛍光面 4 1 の電子ビー ム照射面側には加速用高圧電極と してのアルミバ ク 5 1 が施されて いる。 2 0 9 は平凸 レンズであ り その表面形状は第 9 図に示す曲線を X軸を中心に回転させてでき る回転楕円面である。

第 9 図の曲線は光軸上の発光点を原点と し 、 光軸を X軸、 光軸と直 交 し原点を通る直線を y軸と したと き に

( x - c ) ²/ a² + y²/ b² = l

(こ こでライ 卜バルブの対角線の長さを L、 レンズの屈折率を n と し たと き 、 b ≥ L / 2 、 a = b n ( n ² - 1 ) -¹/². c = b ( n ² - 1 ) ~¹'² ) で表わされる楕円の x ≥ c の部分であ り 、 原点が楕円の焦点の —つに一致し ている 。 この平凸 レ ンズは治具 （図示せず） ある いは粘 着テープ （図示せず） 等によ り外部から前面パネル 2 0 6 と密着させ ている。 また、 2 1 1 はライ 卜バルブであ り映像信号に対応した睡像 が B像形成部 5 2 に表示される 。

第 8図に示し たよ うな C R T方式光源管 2 0 5 では電子銃 4 0から の過集束電子電子ビーム 4 7 のすべてが蛍光面 4 1 全体に照射される が、 通集束電子電子ビーム 4 7 の電流値が一定であれば蛍光面 4 】 の 面積が小さ ければ小さ いほど、 蛍光面 4 1 への入射電子密度は高く な り 、 蛍光面 4 1 の発光輝度は高く なる。 この様に し て微小面積の蛍光 面 4 1 は非常に高輝度で発光する。

蛍光面 4 1 から発した光は、 屈折率が 】 の微小空間を通過し た直後 に、 前面パネル 2 ϋ 6 に入射するため、 これらの全光束は半頂角が ø ( こ こ で ？5 = s i n -¹ ( 1 / n ) 、 n は前面パネルの屈折率 ） の円錐 内を進む。 こ の円錐内を進む全光束は、 前面パネル 2 0 6 、 平凸 レ ン ズ 2 0 9 がほぼ同等の屈折率を もっ ため、 その ま ま 直進 し 、 平凸 レ ン ズ 2 0 9 の表面に達す る 。 こ の レ ン ズ表面の形状が前記の回転楕円体 の場合 、 屈折後の光は 、 原点からの出射角を 0 と し た と き - t a n - ¹

( b / c ) ≤ Θ ≤ t a. n - ¹ ( b / c ) の範囲内の任意の光に対 し て 光 軸に平行にな る 。 こ の平行光は液晶ラ イ ト バルブの画像形成部に入射 し 、 合成プ リ ズム 、 投射 レ ンズを介 し て ス ク リ ー ン に投射表示さ れる こ の様に 、 η = 1 . 5 の時は I Φ I ≤ I t a n -丄 ( b / c ) I と な る ので、 光軸付近 に存在す る発光部か ら 半空間に出射さ れた全光束が 半頂角 9¾ の円錐内 に集光さ れる と と も に 、 レ ン ズ表面の回転楕円体形 状 に よ っ て 、 ほぼ完全な平行光 と な り 、 液晶ラ イ ト バルブの画像形成 部か ら ス ク リ ー ン ま でほぼ 1 0 0 % の光が到達す る ため 、 光の利用効 率は非常に高 く な る 。 さ ら に合成プ リ ズム 1 0 7 ( 色合成系 ） に入射 す る 光の入射角のば らつ きが少な く な り 、 投射画像の明 る さ 及び色の 均一性が向上す る 。

第 1 0 図は回転楕円面 レ ンズを有す る他の投射型表示装置の断面図 であ る 。 2 0 5 〜 2 0 9 、 4 0 、 4 1 、 4 7 、 5 1 は上記実施例装置 に示す もの と 同一の ものであ る 。 2 】 0 は前面パネル 2 0 6 、 平凸 レ ン ズ 2 0 9 と ほぼ同一の屈折率を持つ透明接着剤であ り 、 前面パネル 2 0 6 と 平凸 レ ン ズ 2 0 9 と を空気層な く 接着 し て い る 。 透明接着剤 と し て は 、 例えば本実施例では 2 液付加反応型 シ リ コ ― ン R T V樹脂

(信越化学工業 （ 株 ） 製 K E 1 6 0 3 A / B ) を用 い て い る 。 平凸 レ ンズ 2 0 9 の平面側の厚みは第 8 図 に示 し た場合に比べて接着剤層の 厚み分だけ短 く な つ て い る 。 - こ の 、 第 1 0 図 に示す装置でも第 7 図 、 第 8 図の装置 と 同様に作用 するが、 前面パネル部 と レ ン ズ とが透明接着剤に よ り 接着さ れて い る 為 、 外部か ら レ ン ズを保持す る手段が不要にな る 。 さ ら に 、 前面パネ ル と レ ンズ と の間の空気層が皆無にな る ため界面に よ る反射が少な く な り 、 光の損失を減らすこ とがで き る 。

第 1 1 図は前面側が回転楕円面形状の平凸 レ ン ズ前面パネルを用 い た投射型表示装置の光源管周辺の詳細な構成を示す断面図である 。 2 1 2 は前面倒が回転楕円面形状の平凸 レンズ形状前面パネルであ り 、 第 8図の平凸 レ ンズ 2 0 9 の平面部側を前面パネル 2 0 6 の厚み分だ け全長を長く し たものである。 この平凸 レンズ形状前面バネル 2 1 2 と筒状倒板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 によ り 、 内部を真空に保っ た C R T 方式光源管 2 0 5 を構成している 。

この第 1 1 図の装置でも第 7 図、 第 8図の装置と同様に作用するが、 前面パネル部がレンズと一体に構成されているため、 外部から レンズ を支える手段が不要になる 。 さ らに第 1 0図の接着剤層 2 1 0が不要 となるために、 それぞれの界面によ る反射が全く な く な り 光の損失を 防ぐこ とが可能となる。 また、 製造工程において、 実施例 2 のよ うな 構成では必要となる前面パネルと レ ンズを接着する工程が不要となる ので、 工程が簡略化される上に レンズ接着時の位置合わせズレの可能 性も皆無になる 。

第 1 2図は前面倒が回転楕円面形状のメニスカス レンズを用いた投 射型表示装置の光源管周辺の構成を示す断面図である。 2 4 0 は平凸 レンズであ り 、 レンズの屈折率を n 、 ii s i n ^ i l Z n ) 、 前面 パネル 2 0 6 の厚みを t と したと き t / c o s ?5以上の長さの曲率半 径の球面部をもつものである。 この レンズの曲率中心を光軸上の発光 点に一致するよ う に構成し 、 平面側を前面パネルに密着あるいは前面 パネルと一体成形する。 2 5 0 はライ 卜バルブ側 （前面側） が第 S 図 に示すものと同一位置に同一座標で表される回転楕円体であ り 、 光源 倒は光軸上の発光点を曲率中心と し 立体角が π s i n 2 ?5以上となる 大きさの球面である メニスカス レンズである。

光輔上の発光点から発した光は、 上記第 7 図、 第 8図の実施例と同 様の動作によ り 半頂角 の円錐内に集光され平凸 レンズ 2 4 0から発 するが、 球面の曲率中心と発光点が一致しているため光は レ ンズ出射 面に垂直に出射し空気中を直進してい く 。 この光はメニスカス レンズ 2 5 0の球面側に垂直に入射し た後、 レンズ中を直進し回転楕円面に 到達する。 さ らにこの光は上記第 7 図、 第 8図の実施例と同様の作用 によ り 光軸に平行に進む。 T JP

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こ の第 1 2 図 に示す実施例では上記第 7 図 、 第 8 図の実施例 と 同様 に作用するが、 光源と レ ン ズ出射面 と の間に空間が存在す る ため 、 光 源の冷却効果が増す と 共に 、 軽量化が図れる 。 後部錐形 レ ンズを有する投射型表示装置

第 〗 3 図は後部が裁頭円錐形状の レ ンズを用 い た投射型表示装置の 光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。 2 6 0 は、 平面側の怪を球面 側の最大径よ り 細 く し た平凸 レ ン ズであ り 、 後部が裁頭円錐形状を有 す る 。 平凸 レ ン ズ 2 6 0 はラ イ ト ノ ルブ 2 1 1 側に球面が位置 し 、 そ の球面部の最大径はラ イ ト バルブ 2 〗 1 の画画像形成部 5 2 を覆 う だ けの大 き さ を有す る 。 一方、 球面部の最大怪部分 よ り 光源側は 、 光源 の蛍光面 4 1 方向 に向か う につれて その径が細 く な つ て い る 。 こ こ で 球面部の最大径部分よ り 光源側は 、 前面パネル 2 0 6 の屈折率を n と し た と き 、 半頂角が ¾6 = s i n - ¹ ( 1 / n ) で、 蛍光面 4 1 上に頂点 が位置する 円錐体を前面パネル 2 0 6 の表面位置で切断 し た裁頭円錐 体形状であ り 、 その軸は蛍光面 4 1 に垂直であ る 。

なお 、 平凸 レ ンズ 2 6 0 の光軸に垂直な最大断面はラ イ ト バルブを 覆 う 大 き さ と し たが、 レ ン ズの集光率や レ ン ズ と ラ イ 卜 バルブの距離 に よ っ て こ の大 き さ を かえ 、 ラ イ 卜 バルブの画像形成部 5 2 の全領域 に光が入射す る よ う な 大 き さ にす る こ と も可能であ る 。

こ の第 1 3 図に示す実施例では 、 上記の実施例 と 同様の作用 に よ り 蛍光面か ら 出射さ れた全光束が円錐内 に集光さ れる ため光の利用効率 が増す 。 さ ら に 、 発光部の各点から発 し た光は半頂角が の円錐体を 重ね合わせて でき る立体内のみを通過 し 、 それ以外の空間は通過 し な い 。 従っ て平凸 レ ンズの う ち 光が通過 し な い こ の部分を形成 し な い こ と に よ り 、 光を損失す る こ と な く 、 発光部の近傍に空間が生 じ る ため 光源の冷却効果が増す と 共に 、 レ ン ズの軽量化が図れる 。

第 1 4 図は後部側が裁頭円錐形状の レ ンズを用 い た他の投射型表示 装置の光源管周辺の構成を示す断面図であ る 。 C R T 方式光源管 2 0 5 の断面形状を平凸 レ ンズ 2 6 0 の平面部形状 と 一致さ せて い る 。 平 凸 レ ン ズ 2 6 0 は前面パネル 2 0 6 と 密着設置する 。 こ の第 1 4 図に示す装置でも第 1 4 図の装置と同様に作用するが、 C R T方式光源管 2 0 5 の断面形状を平凸 レ ンズ 2 6 0 の平面部形状 と 一致させ、 光の発生部 と 光の光路以外の不用な部分を形成 し て いな いので、 空間の有効利用が出来る と と も に光源の小型化が図れる 。 なお 、 第 1 4 図では平凸 レ ン ズ 2 6 0 を前面パネル 2 0 6 に密着さ せた例を述べたが、 C R T 方式光源管 2 0 5 の断面形状 と 平凸 レ ンズ 2 6 0 の平面部形状が一致 し て い るので、 平凸 レ ンズ 2 6 0 と 前面パ ネル 2 0 6 とを一体成形 し て も よ い 。

第 1 5 図 （ a ) は後部側が裁頭角錐形状の レン ズを用 い た投射型表 示装置の光源管周辺の構成を示す断面図である 。 2 7 0 はラ イ ト バル ブ側が球面で、 光源側が平面であ る平凸 レ ンズであ り 、 球面側正面か ら みた外形が矩形状で、 かつ ラ イ 卜 バルブ 2 〗 1 の画像形成部を覆 う だけの大き さ を持つ よ う に、 第 1 3 図の装置の平凸 レ ンズ 2 6 0 の外 周部を削 り 落と し た構造と なっ て い る 。 さ ら に、 第 】 3 図の平凸 レ ン ズ 2 6 0 と同様に、 球面部側の断面がラ イ 卜 バルブ 2 1 1 の画像形成 部 5 2 と 同一であ る部分よ り 光源側の断面は小さ く な つ てお り その部 分の形状は角錐体状になっ て い る 。

第 1 5 図 （ b ) は平凸 レ ンズ 2 7 0 のラ イ ト バルブ側か らの正面図 であ る 。 一点鎖線で示 し た円は第 1 3 図の実施例にお ける平凸 レ ンズ 2 6 0 の外形を示す。 この平凸 レ ンズ 2 7 0 は透明接着剤を介 し て前 面パネル 2 0 6 に取 り 付け られる 。

なお 、 平凸 レ ン ズ 2 7 0 のラ イ トバルブ側か らの正面外形を 、 ラ イ トメくルブ 2 1 1 の画像形成部 5 2 の形状 と同一 に し たが、 平凸 レ ンズ 2 7 0 の集光率や平凸 レ ンズ 2 7 0 から ラ イ トバルブ 2 1 1 までの距 離に よ っ て 、 その大き さ を変え、 ラ イ ト バルブ 2 1 1 の画像形成部 5 2 の全領域に光が入射する よ う な大き さ にする事も可能であ る 。

こ の第 1 5 図に示す実施例では上記第 1 3 図の実施例 と同様の作用 によ り 、 蛍光面から 出射された全光束は、 半頂角が 56 の円錐体をその 頂点を発光面に沿わせて重ね合わせてでき る立体内を進行 し 、 前面パ ネル 2 0 6 から出射するが、 こ の う ち平凸 レ ンズ 2 7 0 内部に進行 し た光は、 平凸 レ ンズ 2 7 0 球面部の出射面に達する 。 こ れらの光は、 レ ン ズ出射面で屈折さ れラ イ ト バルブの画像形成部全体に入射す る 。 一方前面パネル 2 0 6 を 出射す るが平凸 レ ンズ 2 7 0 に入射 し な い 光 ( 図の斜線部を通過す る 光 ） は 、 仮に第 1 3 図 に示す平凸 レ ン ズ 2 6 0 ( 図中一点鎖線で示す ） があ っ た と し て も 、 平凸 レ ン ズ 2 6 0 出射 後は画像形成部 5 2 には入射 し な い光であ る 。 こ のため 、 第 1 5 図 に 示す よ う な平凸 レ ンズ 2 7 0 を用 いて も ラ イ 卜 バルブの画像形成部に 入射す る 光量は減少 し な い 。 こ のよ う に発光部の直前に設置 し た平凸 レ ン ズの う ち ラ イ ト バルブに入射 し な い光の光路部を形成 し て いな い ため に 、 ラ イ ト バルブを通過 し ス ク リ ー ン に投射さ れ る 光の量が減衰 する こ と な く 、 光源の冷却効果が増す と 共に 、 レ ンズの軽量化、 小型 化が図れる 。

以上第 1 3 図 、 第 1 4 図、 第 1 5 図の実施例では平凸 レ ン ズの凸面 は球面の例を示 し たが、 第 7 図 、 第 δ 図の実施例のよ う な面転楕円体 に し て 出射光を 平行光 と し て光の利用効率を高めて も同様の効果を奏 すのは言 う までもな い 。 反射層を有す る投射型表示装置

第 〗 6 図は反射層を有す る投射型表示装置の構成を示す断面図であ る 。 図 にお い て 、 1 0 4 、 1 0 5 、 1 0 6 、 1 0 7 、 1 0 & 、 1 0 9 はそれぞれ赤色用液晶ラ イ ト バルブ、 緑色用液晶ラ イ ト バルブ、 青色 用液晶ラ イ 卜 バルブ、 合成プ リ ズム 、 投射 レ ン ズ、 投射光であ る 。 ま た 2 0 1 は赤色光を発光する赤色光源管、 2 0 2 は緑色光を発光する 緑色光源管、 2 0 3 は青色光を発光する青色光源管であ り 、 各色光源 管 2 0 1 , 2 0 2 , 2 0 3 は上記従来例 に よ る単色の発光が可能な C R T方式光源管であ る 。 ま た 、 3 0 0 は中央に開 口部を有す る拡散反 射層であ り 、 各色光源管 2 0 1 , 2 0 2 , 2 0 3 の発光部表面に設け ら れて い る 。 拡散反射層 3 0 0 は例えば酸化マグネ シ ウ ム （ M g O ) を発光部表面に塗布 し て形成さ れる 。 2 0 4 は平凸型の光学 レ ンズで あ り 、 各色光源管 2 0 1 , 2 0 2 , 2 0 3 の発光部前面に拡散反射層 3 0 0 を挟んで設け られて い る 。

第 1 7 図は第 1 6 図の投射型表示装置の光源管周辺を拡大 し て詳細 に示す断面図である 。 2 0 5 は C R T方式光源管で、 前面パネル 2 0 6 、 筒状側板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 で構成され、 その内部は真空に保 たれている 。 前面パネル 2 0 6 の内面に蛍光面 4 1 、 アルミノ ヅ ク 5 1 が施され、 背面板 2 0 8 に電子線発生手段である電子銃 4 ϋが設け られている 。 3 0 0 は拡散反射層であ り 、 前面パネル 2 0 6 の発光光 の進行方向倒の表面に形成され、 その中央部には開口部 3 0 0 aを有 し ている 。 2 0 9 はアク リル成形によ り成形された平凸型光学レンズ であ り 、 その焦点が蛍光面 4 1 付近になるよ うな形状になっ てお り 、 前面パネル 2 0 6 の前面部に拡散反射層 3 0 0を介して透明接着剤で 取り付けられている。 これによ り拡散反射層 3 0 0の中央開口部 3 0 0 aでは平凸型光学レンズ 2 0 9 と前面パネル 2 0 6 は空気層無く 接 着されている。 1 0 4 は液晶ライ トバルブである 。 開口部 3 0 0 aを 通っ た光を平凸型光学レンズ 2 0 9 で集光し、 平凸型光学 レンズ 2 0 9を透過し た発光光によ って、 液晶ライ 卜バルブ 1 0 4 には映像信号 に対応した画像が形成される。 '

第 1 7 図に示し たよ うな C R T方式光源管 2 0 5 では、 電子銃 4 0 よ り の過集束電子ビーム 4 7 のすべてがアルミバッ ク 5 1 を介し て蛍 光面 4 1 全体に照射され、 蛍光面 4 〗 から可視光を発する 。 こ の可視 光は前面パネル 2 0 6 を通して前面に出射しよ う とする 。

第 1 8図は第 〗 7 図における開口部 3 0 0 aを有する拡散反射層 3 0 0の効果を説明するためのもので、 発光部周辺の拡大断面図である 図において、 5 1 はアルミバヅ ク、 4 1 は蛍光面、 2 0 6 は前面パネ ル、 3 0 0 は中央部に開口部 3 0 O aを有する拡散反射層、 2 0 9 は 平凸型光学レ ンズである。

図に示すよ う に、 蜇光面 4 1 上の開口部 3 0 0 aの中央部に対向す る点 Pから発した光は、 以下のよ う に して出射される 。 ミ クロ的に見 る と蛍光面 4 1 と前面パネル 2 0 6 の間には屈折率が 1 の空間が存在 する。 こ のため、 点 P よ り の光は蛍光面 4 1 出射直後はこ の前面パネ ル 2 0 6 と蛍光面 4 1 の間の空間の半空間全体に出射されるが、 すぐ に前面パネル 2 0 6 に入射する 。 これらの全光束は半頂角が ø ( Φ = s i n - ¹ ( 1 / n ) 、 n は前面パネル 2 0 6の屈折率） の円錐内を進 行す る 。 従 っ て 、 前面パネル 2 0 6 の厚みを t と し た時、 開 口部 3 0 O a の半径を t · t a n ?3 と すれば、 点 P か ら 半空間に出射 し た全て の光は 、 反射層 3 0 0 に も遮 ら れる こ と な く 平凸型光学 レ ン ズ 2 0 9 内の半頂角 ø の円錐内を進行する 。

一方、 蛍光面 4 1 の開 口部 3 0 O a以外の点 Q か ら 出射 し た光は 、 前面パネル 2 0 6 内では半頂角 ¾6 の円錐内を進行す るが、 それ ら の光 は拡散反射層 3 0 0 にぶつか り 乱反射さ れる 。 そ し て 、 その一部は再 び前面パネル 2 0 6 の蛍光面 4 1 側界面や蛍光面 4 1 で乱反射さ れる こ の よ う に 、 開 口部 3 0 ϋ a以外の点 Qか ら 出射 し た光は、 前面パネ ル 2 0 6 の両界面で乱反射を繰 り 返 し なが ら 、 点 P に達 し た光のみが 開 口部 3 0 0 a を通過 し て平凸型光学 レ ン ズ 2 0 9 内部を進行す る 。 従っ て 、 拡散反射層 3 0 0 の開 口部 3 0 0 a か ら平凸型光学 レ ン ズ

2 0 9 内部に進行する 光は、 点 P か ら の直接の光に更 にそれ以外の点 Qか ら の多重反射光を加え た光 と な るので高輝度な光 と な る 。

こ の後、 第 1 7 図に示すよ う に 、 拡散反射層 3 0 0 の開 口部 3 0 0 a を通過 し て 、 平凸型光学 レ ンズ 2 0 9 内部の半頂角 の円雜内を進 行す る高輝度光は、 平凸型光学 レ ンズ 2 0 9 を 出射す る と 、 ほぽ平行 な光線 と な っ て ラ イ 卜 バルブ 1 0 4 の画像形成部 5 2 全体を透遇す る さ ら に こ の後、 第 ： L 6 図 に示す よ う に 、 赤色光源管 2 0 1 か ら 発光 さ れたほぼ平行な赤色光は 、 赤色成分の画像が表示さ れる赤色用液晶 ラ イ ト ノ ルブ 1 0 4 を透過 し 、 合成プ リ ズム 1 ◦ 7 に よ っ て反射さ れ る 。 緑色光源管 2 0 2 か ら発光さ れたほぼ平行な緑色光は、 緑色成分 の画像が表示さ れる緑色用液晶ラ イ ト バルブ 1 0 5 を透過 し 、 合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て透過さ れる 。 青色光源管 2 0 3 か ら発光さ れ た ほぼ平行な青色光は、 青色成分の画像が表示さ れる青色用液晶ラ イ 卜 バルブ 1 0 6 を透過 し 、 合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て反射さ れ る 。 こ の様に し て 、 合成プ リ ズム 1 0 7 で合成さ れた画像は投射 レ ン ズ 1 0 8 で拡大さ れ投射光 1 0 9 がス ク リ ー ン （ 図示せず ） に投射される 。 以上の よ う に 、 蛍光面 4 1 の前面 に開 口部 3 0 0 a を有す る反射層

3 0 0 を設け 、 開 口部 3 0 0 a か ら の出射光が蛍光面 4 1 と 反射層 3 0 0 の多重反射光を含むよ う に し 、 さ ら に レ ン ズ 2 0 9 の集光効果で その光の大部分をライ トバルブ 1 0 4 , 1 0 5 ， 1 0 6や投射レンズ 1 0 8 , スク リ ー ンに導く こ とで、 光の利用効率を高く できた。

なお、 第 1 7 図では蛍光面 4 1 は前面パネル 2 0 6全面に塗布した 場合を示してあるが、 開口部 3 0 O aから遠く 離れた蛍光面 4 1 から 発光し た光は多重反射を繰り返すうち に光が減衰して し ま うので、 開 口部 3 0 0 aよ り 出射する光に加えられる多重反射光は開口部 3 0 0 aの周辺部のものの影響が強い。 従って、 蛍光面 4 1 を前面パネル 2 0 6 の開口部 3 0 0 aに対向する部分の近傍領域に、 例えば塗布して 形成し 、 その蛍光面 4 1 全体に電子ビーム 4 7 を照射すれば、 電子ビ ーム電流が同 じであれば蛍光面 4 1 への電子ビーム電流密度が高く な るので、 蛍光面 4 1 の発光輝度をよ り 高く する こ とが可能となる 。 さ らに、 第 1 6 図、 第 1 7 図の装置では開口部 3 0 0 aから発せら れた光を投射する光学レンズ 2 0 9 を平凸型光学レンズと し、 前面パ ネル 2 0 6 の表面に接着する構成のものを示したが、 光学レンズが両 凸 レンズ等の他の形状のものを用い、 前面パネルに接着するかわり に、 前方に 2枚以上設けても上記と同様の効果を奏するのは言う までもな い o

第 1 9 図は反射層を有する他の投射型表示装置の光源管周辺の詳細 な構成を示す断面図断面図である。 図において、 2 1 2 は平凸 レンズ 形状の前面パネルであ り 、 ガラスカツ ティ ングゃ所望形状のカーボン 型に溶融ガラスを流し込むよ うな成形によ り製造され、 電子銃 4 0側 の平面部には蛍光面 4 1 が塗布されている 。 こ の平凸 レンズ形状前面 ノヽ'ネル 2 1 2 と筒状倒板 2 0 7 、 背面板 2 0 8 によ り 、 内部を真空に 保った C R T方式光源管 2 1 3 を構成している。 3 0 2 は帯状の拡散 反射層であ り 、 平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 の球面部周囲に設け られている。 即ち、 平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 の球面部の、 蛍 光面 4 1 の中心部を頂点とする半頂角 ¾6の円錐で切り と る部分が開口 部 3 0 0 a となっ た拡散反射層 3 0 2が平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 の球面部に塗布された構成となっている 。 なお、 第 1 9 図におい て第 1 7 図の実施例と同様の構成要素には同一符号を付し 、 その説明 は省略する。 第 1 9 図に示す光源管では、 第 1 7 図における光源管と同様に、 茧 光面 4 1 の中心部以外からの出射光は拡散反射層 3 0 2 と蛍光面 4 1 との多重反射を繰り返す。 そ して蛍光面 4 1 の中心部からの出射光と 合成され、 高輝度光とな り 平凸 レンズ形状の前面パネル 2 1 2 からほ ぽ平行光となって出射され、 上記実旃例と同様の効果を奏する 。

第 2 0図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である。 図において、 2 1 2 は平凸 レンズ形 状の前面パネルであ り 、 ガラスカツ テ ィ ングゃ所望形状のカーボン型 に溶融ガラスを流し込むよ うな成形によ り製造される 。 その電子銃 4 0側の平面部には蛍光面 4 1 が塗布され、 他方の曲面は回転放物面状 になっ ている。 回転放物面と は、 例えば y = k x ²なる曲線を y軸の 回 り に回転させてでき る曲面である 。 y軸を発光光の光軸に一致させ てお り 、 その平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 の中心部厚みは 1 / ( 4 k ) 、 その半径は 1 ノ （ 2 k ) となっている。 3 0 3 は平凸 レ ン ズ形状前面パネル 2 1 2 の表面に設けた、 例えばアルミ箔のよ うな鏡 面の反射層である 。 また反射層 3 0 3 は、 蛍光面 4 1 の中心部を頂点 とする半頂角 øの円錐で切り と る部分が開口部 3 0 0 a となっ てお り この部分には反射層 3 0 3 を設けていない。 2 2 0 は凹凸 レンズで、 その凹曲面は平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 表面の回転放物面と同 —曲面であ り 、 回耘放物面において平凸 レ ンズ形状前面パネル 2 ] 2 と透明接着剤で空気層な く 接着して いる 。 なお、 第 2 0 図において第 1 7 図の実施例と同様の構成要素には同一符号を付 し 、 その説明は省 略する。

第 2 0図に示す光源管では、 第 ] 7 図における光源管と同様に、 蛍 光面 4 1 の中心部からの出射光に、 蛍光面 4 1 の中心部以外からの出 射光を反射層 3 0 3 によ る反射によ り 合成し 、 高輝度光と して取り 出 す。 こ こ で 、 反射層 3 0 3力 y = k x ²なる曲線を y軸の回 り に回転 させてでき る回転放物面であ り 、 平凸 レンズ形状前面パネル 2 1 2 の 中心部厚みが 1 （ 4 k ) 、 その半径は 1 Z ( 2 k ) となっ て いる 。 このため、 蛍光面 4 1 の中心部以外のあ らゆる部分から蛍光面 4 1 に 対して垂直方向に出射した光は、 反射層 3 0 3 によ り 反射され蛍光面 1 の中心部に集光される。 従って、 集光光が蛍光面 4 1 中心都で再 反射され蛍光面 4 1 中心部からの出射光と合成されて凹凸 レン ズ 2 2 0から出射される光は非常に高輝度な光となる。

なお、 第 2 0図の構成に加え、 平凸 レ ンズ形状前面パネル 2 1 2 と 蛍光面 4 1 の間に干渉多層膜を設け、 蛍光面 4 1 からの出射光に垂直 方向の指向性を持たせて、 その効果をさ らに大き く する こ と もでき る 第 2 1 図はその場合の光源管部と液晶ライ 卜バルブ部を拡大し て詳細 に示す断面図である 。 図において、 5 3 は干渉多層膜で、 低屈折率層 と高屈折率層の膜を交互に形成して構成している。 具体的には、 例え ば低屈折率層と し て二酸化珪素 （ S 3 0 2 ) 、 高屈折率層と し て二酸 化チタ ン （ T i 〇2 ) を用いた 6層コ ーティ ングのものや、 低屈折率 層と し て二酸化珪素 （ S i 0 2 ) 、 高屈折率層と して酸化タ ン タ ル ( T a 0 2または T a z O s ) を用いた 6層コ ーテ ィ ングのものがある 。 このよ う な干渉多層膜 5 3が蛍光面 4 1 と平凸 レ ンズ形状前面パネ ル 2 1 2 の間に存在する と、 蛍光面 4 1 から発せられて干渉多層膜 5 3 に入射して く る光のうち、 人射角の小さ いものだけを透過 し 、 入射 角の大き いものは反射して蛍光面 4 1 側へ戻す作用をする 。 干渉多層 膜 5 3への入射角が大き く て蛍光面 4 1 側に反射された光は再び蛍光 面 4 1 で乱反射される。 こ の乱反射された光のうち、 干渉多層膜 5 3 への入射角の小さ いものだけを透過 し 、 残り はまた反射される 。 こ 過程が繰り 返される こ と によ り 、 発散角が小さ い範囲に光束が集約さ れ、 垂直方向に指向性を持っ た光が発せられる。

第 2 2図は反射層を有する更に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図である。 図において、 2 1 5 は平凸 レ ンズ形 状前面パネルであ り 、 ガラス力、ソ ティ ングゃ所望形状のカーボン型に 溶融ガラスを流し込むよ うな成形によ り製造され、 その電子銃 4 0側 の平面部には蛍光面 4 1 が塗布されている。 また、 平凸 レンズ形状前 面パネル 2 〗 5 は、 その光軸を含む平面での断面の外形の一部がノ コ ギリ状となっており 、 こ のノ コギリ状部分には反射層 3 0 4が帯状に 塗布されている。 なお、 第 2 2図で第 1 7 図と同様 構成要素には同 一符号を付 し て、 その説明は省略する。 第 2 2 図 に示す光源管 2 1 6 は第 1 7 図 にお け る 光源管 と 同様に 、 蛍光面 4 1 の中心部か ら の出射光に 、 中心部以外か ら の出射光が合成 さ れる 。 即ち 、 中心部以外か ら の出射光は 、 反射層 3 ϋ 4 に よ り 反射 さ れ中心部に集光さ れる 。 こ の ため高輝度光が平凸 レ ン ズ形状前面パ ネル 2 1 5 よ り 出射さ れる 。

第 2 3 図は反射層を有す る更 に他の投射型表示装置の光源管周辺の 詳細な構成を示す断面図であ る 。 図 にお いて 、 2 1 7 は蛍光面 4 1 を 凸面部に形成 し た平凸 レ ンズ形状前面パネルであ り 、 2 1 8 は光源管 であ る 。 平凸 レ ン ズ形状前面パネル 2 1 7 の電子銃 4 0 側の凸面の形 状は、 球面 ま たは回転放物面状 と な っ て い る 。

第 2 3 図 に示す光源管 2 1 8 では 、 第 1 7 図 にお け る 光源管 と 同様 に 、 反射層 3 0 5 の開 口部 3 0 0 a か ら 出射する 光は、 蛍光面 4 1 か ら 直接出射する 光 と 、 他の部分か ら 出射 し拡散反射層 3 0 0 と 蛍光面 4 1 の間での多重反射を繰 り 返 し た 光と の合成 と な る 。 こ の時、 蛍光 面 4 1 が開 口部 3 0 0 a に対 し て 凹面状 と な っ て い る ため に 、 開 口部 3 0 0 a から離れた部分の蛍光面 4 1 か ら 出射さ れて 多重反射さ れる 光は開 口部 3 0 O a に到達 し 易 く な る 。 従っ て 、 開 口部 3 0 O aか ら 出射する 光は非常に高輝度な 光と な る 。 なお 、 実施例 6 と 同様に 、 平 凸 レ ン ズ形状前面パネル 2 1 7 の凸面部 と 蛍光面 4 1 の間に干渉多層 膜を設けて 、 蛍光面各点か ら の出射光に蛍光面に対 し て 垂直方向の指 向性を持たせれば、 さ ら に開 口部 3 0 0 a に到達す る 多重反射光成分 は大き く な る 。

3 色複合光源管を有する投射型表示装置

第 2 4 図は 3 色複合光源管を有する投射型表示装置の構成を示す側 面図であ る 。 第 4 7 図 と 同一の部分には同一の符号を付 し て重複説明 は省略す る 。 図 にお いて 2 0 0 は 3 色光源管、 4 0 1 A 、 4 0 1 B は ミ ラ ーであ る 。

第 2 5 図は、 第 2 4 図の 3 色光源管 2 0 0 の外形斜視図であ り 、 第 2 6 図は第 2 5 図の A - A線にお け る断面図であ る 。 第 2 5 図 、 第 2 6 図 にお いて 、 3 色光源管 2 0 0 は前面パネル 2 と 背面板 3 お よ び筒 状倒板 4 によ り 気密封止されたガラス管体と しての真空容器で構成さ れ、 上記前面パネル 2 の内面には発光面 5があ り 、 電子ビームが当た る と R (赤色） 、 G (緑色） 、 B (青色） のそれぞれの色で光る蛍光 体層からなる発光部 5 R、 5 G、 5 Bを設けている 。 6 は発光部 5 R 、 δ G、 δ Βの周辺にそれぞれ対応して配置された複数の加速用陽極 6 1 - 6 4からなる陽極電極群であ り 、 これらの加速用陽極 6 1 〜 6 4 には外部端子 1 6 を介し て高電圧が印加されるよ う になっ ている。 1 3 はアルミバヅ ク層で発光部 5 R 、 5 G 、 5 Βの内部側表面に施され、 加速用陽極電極郡 6 と電気的に接続されている 。

7 は発光面 5 の各発光部 5 R、 5 G、 5 B に対応して電子放出用の カゾー ド 7 R、 7 G、 7 Bがそれぞれ独立して配置された力ソー ド電 極群であ り 、 これら力ソー ド 7 R、 7 G、 7 Bは各々の両端が背面板 3上に固定された一対のサポー ト間に支持されている 。 尚、 各カソー ド 7 R 、 7 G、 7 B には、 例えば N i ス リーブ上に酸化物をコーテ ィ ングした傍熱型あるいは夕 ングステンに酸化物をコーティ ングした直 熱型のものが使用できる。 また、 8 はこの力ソー ド電極群 7 と発光面 5 との間に配置された制御グリ ツ ド電極であ り 、 制御グリ ツ ド電極 S には、 発光面 5 の各発光部 5 R、 5 G、 5 B に対応してそれぞれカソ — ド 7 R 、 7 G、 7 Bよ り の電子ビーム 4 7 R、 4 7 G、 4 7 Bを非 集束ビームと し て通過すべく 電子通過用穴 9 K 、 9 G 、 9 Bが設けら れて いる 。 1 0 は力ソー ド電極群 7 の背面側、 つま り真空容器の一部 をなす背面板 3 上に、 発光面 5 の各々の発光部 5 R、 5 G、 5 B に対 応して、 それぞれ対抗配置された背面電極 1 O R、 1 0 G、 1 0 B力 らなる背面電極群であ り 、 これら背面電極 1 0 R、 1 0 G、 1 O Bは A g等の導体層から形成されている。 そ して 、 前記各背面電極 1 O R、 1 0 G、 1 0 Bは、 各力ソー ド 7 R 、 7 G、 7 Bの電位に対して負お よび 0 V または数 Vの正電位を印加するこ と によ り 、 それらカソー ド 7 R 、 7 G 、 7 Β )^ら放出する電子ビーム 4 7 R 、 4 7 G、 4 7 Bを 個別に制御するものとなっ ている。 また、 前記制御グリ ッ ド電極 8 も 各力ソー ド 7 K 、 7 G 、 7 Bの電位に対して負および 0 Vまたは数 V の正電位を印加する こ と によ り 、 力ソー ド 7 R、 7 G、 7 Bから放出 す る電子ビーム 4 7 R 、 4 7 G 、 4 7 B全体を制御す る もの と な っ て い る 。 尚 、 1 2 は背面板 3 よ り 力 ソ ー ド電極群 7 、 制御グ リ ツ ド電極 8 お よ び背面電極群 1 0 の各々 の電極を外部へ引 き 出す外部端子 と し ての リ ー ド線であ る 。

次に動作につ い て説明す る 。 まず各背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 】 0 Bが力 ソ ー ド 7 R、 7 G、 7 Bの電位に対 し て 負の電位の時、 カ ソ一 ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの ま わ り が負の電位で取 り 囲 ま れる ため 、 各カ ソ ー ド 7 R 、 7 G、 7 Bか ら の電子は制御グ リ ッ ド 8 お よ び加速用陽極 6 1 〜 6 4へ流れず、 カ ツ 卜 オ フ状態にな る 。 そ こ で、 前記背面電極 1 0 R 、 1 0 G、 1 0 B に 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの電位に対 し て 0 Vか ら数 Vの正電位を加 えて い く と 、 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B力、 ら放出 さ れる電子ビーム 4 7 R 、 4 7 G 、 4 7 Bが制御グ リ ッ ド 8へ 向かっ て流れは じ め る 。 こ の時制御グ リ ツ ド 8 の電位が前記力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B に対 し て 負の電位の時は、 こ れ ら制御グ リ ッ ド 8 の 電子通過用穴 9 R 、 9 G、 9 Bか ら電子ビーム 4 7 R 、 4 7 G 、 4 7 Bの通過ができず加速用陽極 6 1 〜 6 4 に電子ビーム 4 7 1¾ 、 4 7 G 、 4 7 B は流れず、 発光面 5 の各発光部 5 R 、 5 G、 5 B は発光 し な い 。 そ し て 、 制御グ リ ッ ド 8 に 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B に対 し て 0 V力 ら数 Vの正の電位を加え て い く と 、 こ れ ら制御グ リ ツ ド 8 の電子通過 用穴 9 R 、 9 G 、 9 B力、 ら電子 ビーム 4 7 R 、 4 7 G 、 4 7 Bがそれ ぞれ通過 し 出 し 、 アル ミ ノく ク層 ] 3 を介 し て 、 各発光部 5 K、 5 G 、 5 B に照射さ れ、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bを発光さ せる事がで き る 。 こ の電子ビーム 4 7 R 、 4 7 G 、 4 7 Bは 、 制御グ リ ッ ド 8の電子 通過用穴 9 R 、 9 G、 9 Bの直径、 制御グ リ ッ ド 8 と 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G、 7 B と の間隔及び陽極電圧な どの諸条件に よ っ て所定の広が り 0 を持つ非集束ビーム と な っ て各発光部 5 R 、 5 G、 5 B全面に照射 さ れる ので、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B は高輝度で発光する こ と がで き る 。

さ ら に 、 制御グ リ ツ ド 8 の電位を調整する こ と で、 3 色光源管 2 0 0全体の輝度を調整でき 、 ま た 、 個々 の背面電極 1 O R 、 1 0 G、 1 O Bの電位を調整する こ と で赤色、 緑色 、 青色の各色の発光光の輝度 を独立に調整する こ とが可能となる 。

このよ う に して、 3色光源管 2 0 0からは赤色光 4 0 3 11、 縁色光 4 0 3 G、 青色光 4 0 3 Bの 3 色の光が発光される 。 赤色光 4 0 3 R はミラ一 4 0 1 Aで反射されたのち、 赤色成分の画像が表示された赤 色用液晶ライ トバルブ 1 0 4を透過し、 赤色光の画像は合成プリズム 1 0 7 によ っ て反射される。 緑色光 4 0 3 Gは緑色成分の画像が表示 された緑色用液晶ライ トバルブ 1 0 5 を透過した後、 合成プリズム 1 0 7 を透過する 。 青色光 4 0 3 Bはミラ一 4 0 】 Bで反射されたのち 、 青色成分の画像が表示された青色用液晶ライ トバルブ 1 0 6 を透過し、 青色光の画像は合成プリズム 1 0 7 によ って反射される 。 この様に し て、 合成プリ ズム 1 0 7 で合成された画像は投射 レ ンズ 1 0 8で拡大 され、 投射光 1 0 9がスク リーン （図示せず） に投射される 。

こ こで、 上記液晶ライ トバルブは T F T (薄膜 トラ ンジスタ ） の T i モー ド液晶パネルを用いるこ とで、 各色について多階調表示ができ るのでスク リーン上の画像はフルカラー表示が可能となる。

また、 制御グリ ツ ド 8の電位を調整するこ とでスク リーン上の匿像 の輝度を変化させる こ とができるので、 ス ク リーン設置環境の照度に 合わせた最適輝度の画像を得るこ とができ る。 また、 個々の背面電極 1 0 R、 1 0 G、 1 O Bの電位を調整する こ とでス クリーン上の画像 の赤色、 緑色、 青色の各色成分の輝度を独立に調整する こ とが可能と なるのでホワイ トバラ ンス等の色度調整も簡単に行う こ とができる 。

このよ うに、 光源と して発光効率の高い電子線励起蛍光体からなる 3原色を発光する 3 つの発光部を一つの容器に具備した光源管を用い たので、 部品点数を少な く でき る上に、 高電圧の引 き回 し線を一つに でき る事よ り 、 周辺の電子回路を誤動作させた り破壌にいたら しめる 確率をほとんどゼロにするこ とができる 。 さ ら に、 3色の発光部が同 —平面上に配されているので、 一つの光源管のみを調整でき る調整機 構があれば良く 、 低価格、 小型で信頼性の高い投射型表示装置を実現 できる。

また、 3色光源管 2 0 0の発光効率を高めるために、 前面パネル 2 と発光部 5 の間に誘電体の多層膜を施して前面パネル 2表面の法線方 P T

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向へ発光光を集光する事も可能であ る 。

さ ら には、 3 色光源管 2 0 0 の前面パネル 2 の前面部にェチ レ ン グ リ コ ールゃシ リ コ ン オ イ ルな どの冷却液で満た さ れた透明容器か ら な る冷却部を設けて 、 蛍光体層の温度上昇を低 く 抑え る こ と で、 蛍光体 の発光効率を高めた り 、 寿命を長 く す る こ とが可能 と な る 。

ま た 、 第 2 4〜 2 6 図の実施例では、 3 色の光学像を 合成する 光学 系素子と し て合成プ リ ズムを用 い た場合につい て説明 し たが、 それぞ れが赤色、 緑色、 青色の どれか 1 色を反射させるダイ ク ロ イ ツ ク ミ ラ 一を複数枚組み合わせた物を用 い て も同様の効果を奏す。

ま た 、 第 2 4〜 2 6 図の実施例ではライ ト バルブ と し て透過型の も のを例 と し て説明 し たが、 ラ イ 卜 バルブ に反射型の物を用 い て 、 光源 か らの光を反射型のラ イ 卜 バルブに照射 し ラ イ ト バルブ上の光学像の 反射光を投射 レ ンズを通 し て ス ク リ ー ン に拡大投射す る ものでも同様 の効果を奏す 。

ま た 、 第 2 4〜 2 6 図の実施例では 〗 つの光源管が赤色 、 緑色、 青 色の 3 色に発光する場合につ いて説明 し たが、 ス ク リ ー ン上の表示画 像の表示色数が特定の複数色でよ い場合は赤色、 緑色、 青色以外の色 でも良 く 、 ま た 、 一つの光源管内 に異な る 2 色からな る二つの発光部 を備え た ものであ っ て も第 2 4〜 2 6 図の実施例 と 同様の効果を奏す ま た 、 第 2 4〜 2 6 図の実施例では ス ク リ ー ン全体の輝度を調整す る第 1 の制御手段 と し て 、 力 ソ ー ド 7 と発光部 5 の間に設け られたグ リ 、ソ ド電極 8 、 各色の発光輝度を独立に制御す る第 2 の制御電極 と し て 、 力 ソ ー ド 7 背面の背面電極 1 0 の場合につ いて説明 し たが、 電極 構造はこ れに と ら われる必要はな く 、 ス ク リ ー ン全体の輝度を調整す る第 1 の制御電極も カ ソ ー ド 7 背面の各色の発光輝度を独立に制御す る背面電極 1 0 と 同一平面上に互い に く し型 に対向す る よ う に設けて も よ く 、 さ ら に 、 各色の発光輝度を独立に制御する第 2 の制御電極を ス ク リ ー ン全体の輝度を調整する グ リ ッ ド電極 8 と各力 ソ ー ド 7 R、 7 G、 7 B の間に設けて も第 2 4〜 2 6 図の実施例 と 同様の効果を奏 す。 平凸集光 レ ンズを有する複合光源投射型表示装置

以下、 平凸集光レ ンズを有する複合光源投射型表示装置本発明を第 2 7 図、 第 2 8図、 第 2 9 図を参照に して説明する 。

第 2 7図は本発明の投射型表示装置の一実施例を示す構成図である 図において 2 0 0 は 3色光源管、 4 0 1 A、 4 0 I Bはミ ラー、 2 0 9 R、 2 0 9 G、 2 0 9 Bは、 アク リル成形された平凸 レンズである また、 1 0 4は赤色光を変調する赤色用液晶ライ トバルブ、 1 0 5 は 緑色光を変調する緑色用液晶ライ トバルブ、 1 0 6 は青色光を変調す る青色用液晶ライ 卜バルブであ り 、 1 0 7 は変調された赤色光、 緑色 光、 青色光を合成する合成プリズム、 1 0 8 は合成光を投射する投射 レ ンズである 。

第 2 8図は、 第 2 7 図の 3 色光源管 2 0 0周辺部分の外形斜視図で あ り 、 第 2 9 図は第 2 8図の A— A線における断面図である 。 第 2 8 図、 第 2 9 図において、 3色光源管 2 0 0 は前面パネル 2 と背面板 3 および筒状倒板 4 によ り 気密封止されたガラス管体と しての真空容器 で構成され、 上記前面パネル 2 の内面には発光面 5があ り 、 電子ビー ムが当たる と R (赤色） 、 G (緑色） 、 B (青色） のそれぞれの色で 光る蛍光体層からなる発光部 5 R、 5 G、 5 Bを設けている 。 こ こ で、 それぞれの発光部 5 R、 5 G、 5 Bの大き さは、 第 2 7 図の各色液晶 ライ トバルブ 1 0 4 、 】 0 5 、 1 0 6 の画像形成部の大きさ に比べて 小さ く なるよ う に して設けられている。 6 は発光部 5 R、 5 G、 5 B の周辺にそれぞれ対応して配置された複数の加速用陽極 6 1 〜 6 4か らなる陽極電極群であ り 、 これらの加速用陽極 6 1 〜 6 4 には外部端 子 1 6を介し て高電圧が印加されるよ う になっている。 13はアルミバ ッ ク層で発光部 5 R、 5 G、 5 Bの内部側表面に施され、 加速用陽極 電極郡 6 と電気的に接続されている。 7 は発光面 5 の各発光部 5 R、 5 G、 5 B に対応して電子放出用の力ソー ド 7 R、 7 G、 7 Bがそれ ぞれ独立して配置された力ソー ド電極群であ り 、 これら力ソー ド 7 R 、 7 G、 7 Bは各々の両端が背面板 3上に固定された一対のサボ一 ト間 に支持されている。 尚、 各力ソー ド 7 R、 7 G、 7 B には、 例えば X i ス リ ーブ上に酸化物を コ ーテ ィ ン グ し た傍熱型あ る い はタ ン グ ス テ ン に酸化物を コ ーテ ィ ン グ し た直熱型のものが使用でき る 。 ま た 、 fc は こ のカ ソ 一 ド電極群 7 と 発光面 5 と の間に配置さ れた制御グ リ ツ ド 電極であ り 、 制御グ リ ッ ド電極 8 には 、 発光面 5 の各発光部 5 K 、 5 G、 5 B に対応 し て それぞれ力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B よ り の電子 ビ ーム 4 7 を非集束 ビーム と し て通過すべ く 電子通過用穴 9 R 、 9 G 、 9 Bが設け ら れて い る 。

1 0 は力 ソ ー ド電極群 7 の背面側、 つ ま り 真空容器の一部を なす背 面板 3 上に 、 発光面 5 の各々 の発光部 5 R、 5 G、 5 B に対応 し て 、 それぞれ対抗配置さ れた背面電極 1 0 R 、 1 0 G 、 1 O Bか ら な る 背 面電極群であ り 、 こ れ ら背面電極 i O R 、 1 0 G 、 1 0 B は A g等の 導体層か ら形成さ れて い る 。 そ し て 、 前記各背面電極 〗 0 R 、 1 0 G 、 ： L O Bは 、 各力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの電位に対 し て 負お よ び O V ま たは数 Vの正電位を印加する こ と に よ り 、 それ ら 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G、 7 Bから放出する電子ビーム 4 7 を個別 に制御する もの と な っ て い る 。 ま た 、 前記制御ダ リ ヅ ド電極 8 も各力 ソ ー ド 7 R 、 7 G、 7 B の電位に対 し て 負お よ び 0 V ま た は数 Vの正電位を印加す る こ と に よ り 、 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bか ら放出する電子ビーム 4 7 全体を制 御す る もの と な っ て い る 。 尚 、 1 2 は背面板 3 よ り 力 ソ ー ド電極群 7 、 制御グ リ ツ ド電極 8 お よ び背面電極群 〗 0 の各々 の電極を外部へ引 き 出す外部端子 と し て の リ ー ド線であ る 。 2 0 9 R 、 2 0 9 G 、 2 0 9 B はァ ク リ ル成形に よ り 成形さ れた平凸 レ ンズであ り 、 それぞれが、 その焦点が、 ほぽ各色発光部 ₅ R 、 5 G、 5 Bの中心に位置す る よ う に設け られ、 ラ イ ト バルブの画像形成部を 充分おお う だけの口径を持 つ よ う に構成さ れて い る 。 2 1 0 は透明接着剤であ り 、 平凸 レ ン ズ 2 0 9 R 、 2 0 9 G 、 2 0 9 B と 前面パネル 2 を空気層無 く 接着 し て い る 。

次に動作につ いて説明す る 。 まず各背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 1 0 Bが力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの電位に対 し て 負の電位の時、 カ ソ 一 ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの ま わ り が負の電位で取 り 囲 ま れる ため 、 各カ ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bか らの電子は制御グ リ ヅ ド 8 お よ び加速用陽極 6 1 〜 6 4 へ流れず、 カ ヅ 卜 オ フ状態になる。 そ こ で、 前記背面電極 1 0 R 、 1 0 G、 1 0 B に力ソー ド 7 R、 7 G、 7 Bの電位に対し て C3 Vから数 Vの正電位を加えてい く と 、 力ソー ド 7 R、 7 G、 Ί Έ>か ら放出される電子ビーム 4 7が制御グリ ツ ド Sへ向かっ て流れは じめ る。 この時制御グリ ッ ド 8の電位が前記力ソー ド 7 R、 7 G、 7 Β に 対して負の電位の時は、 これら制御グリ 、 y ド S の電子通過用穴 9 K 、 9 G 、 9 Bから電子ビーム 4 7 の通過ができず加速用陽極 6 ；! 〜 6 4 に電子ビーム 4 7 は流れず、 発光面 5 の各発光部 5 R、 5 G、 5 B は 発光しない。 そ して、 制御グリ ッ ド 8 に力ソー ド 7 R、 7 G 、 7 B に 対して 0 Vから数 Vの正の電位を加えてい く と 、 これら制御グリ ヅ ド &の電子通過用穴 9 R、 9 G、 9 Bから電子ビーム 4 7がそれぞれ通 過し出 し 、 アルミノ ヅ ク層 1 3 を介 し て、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B に照射され、 各発光部 5 R 、 5 G、 5 Bを発光させる事ができ る 。

こ の電子ビーム 4 7 は、 制御グリ ヅ ド 8の電子通過用穴 9 K 、 9 G 、 9 Bの直径、 制御グリ ッ ド 8 と力ソー ド 7 R、 7 G、 7 B との間隔及 び陽極電圧などの諸条件によって所定の広がり 0 を持つ非集束ビーム となって各発光部 5 R、 5 G、 5 B全面に照射される 。 この時、 過集 束電子ビーム 4 7 の電流値が一定であれば各発光部 5 R、 5 G 、 δ Β の面積が小さ ければ小さ いほど、 各発光部 5 R、 5 G、 5 Bの蛍光体 層への入射電子密度は高く な り 、 各発光部 5 R、 5 G 、 5 Bの発光輝 度は高く なる。 この様に して平凸 レンズ 2 0 9 R、 2 0 9 G、 2 0 9 Bの焦点距離に位置する微小面積の各発光部 5 R、 5 G、 5 Bは非常 に高輝度で発光する。

さ らに、 制御グリ ツ ド 8 の電位を調整する こ と で、 3 色光源管 2 0 0全体の輝度を調整でき、 また、 侗々の背面電極 1 O R、 1 0 G、 1 O Bの電位を調整する こ とで赤色、 緑色、 青色の各色の発光光の輝度 を独立に調整する こ とが可能となる 。

このよ う に して、 3 色光源管 2 0 0 の微小面積の各発光部 5 K、 5 G 、 5 Bは高輝度で発光する。 こ こ でミ クロ的に見る と各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bの蛍光体層と前面パネル 2 の間には屈折率が 1 の空間が存 在する。 したがって、 高輝度で発光し た各発光部 5 R、 5 G、 5 Bの 中心部よ り の光は、 蛍光体層出射直後はこ の前面パネル 2 と蛍光体層 間の空間の半空間全体に出射さ れるが、 す ぐ に前面パネル 2 に入射 し こ れ ら の全光束は半頂角が ίέ ( Φ = sin- i ( 1 / n ) 、 ただ し n は前面 パネル 2 の屈折率 ） の円錐内を進行する 。 こ の半頂角 56 の円錐内を進 む全光束の う ち 、 半頂角 ωの円錐内を進む光束は、 前面パネル 2 、 透 明接着剤 2 1 0 、 平凸 レ ンズ 2 0 9 1¾ 、 2 0 9 G、 2 0 9 B力 ほぼ同 等の屈折率を もっ ため、 その ま ま 直進 し 、 平 t¾ レ ンズ 2 0 9 R 、 2 0 9 G、 2 0 9 B出射後、 よ り 平行光に近 く な る 。

ほぼ、 平行光線 と な っ た赤色光 4 0 3 Rは ミ ラー 4 0 1 Aで反射さ れたのち 、 赤色成分の画像が表示さ れた赤色用液晶ラ イ ト バルブ 1 0 4 の画像形成部全体を透過 し 、 赤色光の画像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て反射さ れる 。 ほぼ、 平行光線 と な っ た緑色光 4 0 3 Gは緑色成 分の画像が表示さ れた緑色用液晶ラ イ ト バルブ 1 0 5 の画像形成部全 体を透通 し た後、 合成プ リ ズム 1 0 7 を透過す る 。 ほぼ平行光線 と な つ た青色光 4 0 3 Bは ミ ラー 4 0 1 Bで反射さ れたのち 、 青色成分の 画像が表示さ れた青色用液晶ラ イ ト バルブ 1 0 6 の画像形成部全体を 透過 し 、 青色光の画像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て反射さ れる 。 こ の様に し て 、 合成プ リ ズム 1 0 7 で合成さ れた画像は投射 レ ン ズ 1 0 8 で拡大さ れ、 投射光 1 0 9 がス ク リ ー ン （ 図示せず ） に投射さ れる こ こ で、 上記液晶ラ イ 卜 バルブは T F T ( 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ ） の T Nモ一 ド液晶パネ ルを用 い る こ と で、 各色につ い て 多階調表示ができ るのでス ク リ ー ン上の囫像はフルカラ ー表示が可能と な る 。

ま た 、 制御グ リ ツ ド 8 の電位を調整する こ と でス ク リ ー ン上の画像 の輝度を変化させ る こ とができ るので、 ス ク リ ー ン設置環境の照度に 合わせた最速輝度の画像を得る こ とができ る 。 ま た 、 個々 の背面電極 1 0 R、 1 0 G 、 ] O Bの電位を調整する こ と でス ク リ ー ン上の画像 の赤色 、 緑色、 青色の各色成分の輝度を独立に調整す る こ とが可能 と な るのでホ ワ イ ト バラ ン ス等の色度調整も簡単に行 う こ とができ る 。

こ のよ う に 、 光源管内の一定電流の電子ビームを微小面積の蛍光体 発光部に集中照射する こ と で、 蛍光面から 半空間に出射さ れた全光束 が半頂角 ？5 の円錐内に集光さ れ、 さ ら に 、 平凸 レ ン ズ出射時に集光さ れるので、 各色液晶ライ トバルブ 1 0 4 、 1 0 5 、 1 0 6 の画像形成 部からスク リーン まで到達する光の割合は多く な り 、 光の利用効率は 非常に高く なる と と もに、 光源と して発光効率の高い電子線励起蛍光 体からなる 3原色を発光する 3 つの発光部を一つの容器に具備した光 源管を用いたので、 部品点数を少な く できる上に、 高電圧の引き回 し 線を一つにでき る事よ り 、 周辺の電子回路を誤動作させた り破壊にい たら しめる確率をほとんどゼロにする こ とができる。 さ ら に、 3 色の 発光部が同一平面上に配されているので、 一つの光源管のみを調整で きる調整機構があれば良く 、 低価格、 小型で信頼性の高い投射型表示 装置を実現でき る 。

次に他の一実施例を第 3 0図、 第 3 1 図を参照に して説明する 。 第 3 0図は平凸レンズを備える複合光源の投射型表示装置の他の一実施 例を示す倒面図である。 図において 2 0 0は 3 色光源管、 4 0 1 A、 4 0 1 Bはミ ラーである。 3 0 0 は中央に開口部を有する拡散反射層 であ り 、 3色光源管の各色発光部表面に設けられている。 拡散反射層 3 0 0は例えば酸化マグネシウム （ M g O ) を発光部表面に塗布して 形成される。 2 0 9 R、 2 0 9 G、 2 0 9 Bは、 アク リル成形された 平凸 レンズであ り 、 3色光源管の各色発光部前面に拡散反射層を挟ん で設けられている。 また、 1 0 4は赤色光を変調する赤色用液晶ライ トバルブ、 1 0 5 は緑色光を変調する緑色用液晶ラ イ トバルブ、 1 0 6 は青色光を変調する青色用液晶ライ 卜バルブであ り 、 1 0 7 は変調 された赤色光、 緑色光、 青色光を合成する合成プリズム、 1 0 8 は合 成光を投射する投射レンズである。

第 3 1 図は第 3 0図の 3色光源管部分の断面図である。 第 3 1 図に おいて、 3色光源管 2 0 0 は前面バネル 2 と背面板 3 および筒状側板 4 によ り気密封止されたガラス管体と しての真空容器で構成され、 上 記前面パネル 2の内面には発光面 5があ り 、 電子ビームが当たる と K (赤色） 、 G (緑色） 、 B (青色） のそれぞれの色で光る蛍光体層か らなる究光部 5 J 、 5 G、 5 Bを設けている。 6 は発光部 5 R、 5 G、 δ Βの周辺にそれぞれ対応して配置された複数の加速用陽極 6 ；! 〜 6 4からなる陽極電極群であ り 、 これらの加速用陽極 6 〗 ~ 6 4 には外 部端子 1 6 を介 し て 高電圧が印加さ れる よ う にな っ て い る 。 13はア ル ミ ノ S'ッ ク層で発光部 5 R 、 5 G 、 5 B の内部側表面に施さ れ 、 加速用 陽極電極郡 6 と電気的に接続さ れて い る 。 7 は発光面 5 の各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B に対応 し て電子放出用 の力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B力、' それぞれ独立 し て配置さ れた カ ゾ ー ド電極群であ り 、 こ れ ら カ ツ 一 ド 7 R 、 7 G 、 7 B は各々 の両端が背面板 3 上 に固定さ れた 一対のサボ — 卜 間に 支持さ れて い る 。 尚 、 各力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B には 、 例 えば i ス リ ーブ上に酸化物を コ ーテ ィ ング し た傍熱型あ る い はタ ン グス テ ン に酸化物を コ ーテ ィ ング し た 直熱型の ものが使用でき る 。 ま た 、 S は こ のカ ソ ー ド電極群 7 と発光面 5 と の間に配置さ れた制御グ リ 、ソ ド電極であ り 、 制御グ リ ツ ド電極 8 には 、 発光面 5 の各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B に対応 し て それぞれ力 ソ ー ド 7 K 、 7 G 、 7 B よ り の 電子ビーム 4 7 を非集束ビーム と し て通過すべ く 電子通過用穴 9 K 、 9 G 、 9 Bが設け ら れて い る 。

1 0 は力 ソ ー ド電極群 7 の背面倒、 つ ま り 真空容器の一部を なす背 面板 3 上に 、 発光面 5 の各々 の発光部 5 R 、 5 G 、 5 B に対応 し て 、 それぞれ対抗配置さ れた背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 1 O B から な る背 面電極群であ り 、 こ れ ら背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 1 0 B は A g等の 導体層から形成さ れて い る 。 そ し て 、 前記各背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 1 0 B は、 各力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B の電位に対 し て 負お よ び 0 Y ま たは数 V の正電位を印加す る こ と に よ り 、 それ ら 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B か ら放出する電子 ビーム 4 7 を個別 に制御す る もの と な っ て い る 。 ま た 、 前記制御グ リ ッ ド電極 8 も各力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B の電位に対 し て負お よ び 0 V ま たは数 Vの正電位を印加する こ と に よ り 、 力 ソ ー ド 7 R 、 7 G 、 7 B か ら放出す る電子 ビー ム 4 7 全体を制 御す る もの と な っ て い る 。 尚 、 1 2 は背面板 3 よ り 力 ソ ー ド電極群 7 、 制御グ リ ツ ド電極 8 お よ び背面電極群 1 0 の各々 の電極を外部へ引 き 出す外部端子 と し ての リ ー ド線であ る 。

3 0 0 は拡散反射層であ り 、 前面パネル 2 の発光光の進行方向側の 表面に形成さ れ、 その中央部には開口部 3 0 0 a を有 し て い る 。 2 0 9 R 、 2 0 9 G 、 2 0 9 B はア ク リ ル成形に よ り 成形さ れた平凸型光 学レ ンズであ り 、 その焦点が発光部 5 R 、 5 G 、 5 B付近になるよ う な形状である と共に、 光軸が前記開口部 3 0 0 aの中心になる よ う に、 前面パネル 2 の前面部に拡散反射層 3 ひ 0を介 して透明接着剤で取り 付けられている 。 これによ り拡散反射層 3 0 0の中央開口部 3 0 0 a では平凸型光学レンズ 2 0 9 R 、 2 0 9 G 、 2 0 9 B と前面ノ、'ネル 2 は空気層無く 接着されている 。

次に第 3 0図、 第 3 1 図の実施例の動作について説明する。

まず各背面電極 】 O R 、 ] 0 G 、 1 0 8がカソ一 ド 7 11 、 7 G 、 7 Bの電位に対して負の電位の時、 力ソー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bのまわ り が負の電位で取り 囲まれるため、 各力ソー ド 7 K 、 7 G 、 7 Bからの 電子は制御グリ ツ ド 8および加速用陽極 6 1 〜 6 4へ流れず、 カツ 卜 オフ状態になる。 そこで、 前記背面電極 1 O R 、 1 0 G 、 1 0 B に力 ソー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bの電位に対して 0 Vから数 Vの正電位を加え てい く と、 力ソー ド 7 R 、 7 G 、 7 Bから放出される電子ビーム 4 7 が制御グリ ヅ ド δへ向かって流れはじめる。 この時制御グリ ヅ ド 8 の 電位が前記力ソー ド 7 R 、 7 G 、 7 B に対して負の電位の時は、 これ ら制御グリ ド 8の電子通過用穴 9 R 、 9 G 、 9 Bから電子ビーム 4 7 の通過ができず加速用陽極 6 1 〜 6 4 に電子ビーム 4 7 は流れず、 発光面 5 の各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bは発光しない。 そ して、 制御グ リ ヅ ド 8 にカゾー ド 7 R 、 7 G 、 7 B に対して 0 Vから数 Vの正の電 位を加えてい く と、 これら制御グリ ッ ド 8の電子通過用穴 9 R 、 9 G 、 9 Bから電子ビーム 4 7 がそれぞれ通過し出 し 、 アルミバヅ ク層 I 3 を介して 、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B に照射され、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bを発光させる事ができ る 。

この電子ビーム 4 7 は、 制御グリ ヅ ド δの電子通過用穴 9 R 、 9 G 、 9 Bの直径、 制御グリ ヅ ド 8 と力ソー ド 7 R 、 7 G 、 7 B との間隔及 び陽極電圧などの諸条件によ って所定の広がり 0 を持つ非集束ビーム となって各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B全面に照射される 。

こ のよ う に し て 、 3色光源管 2 0 0 の各色発光部 5 R 、 5 G 、 δ Β からは赤色、 緑色、 青色の 3 色の可視光を発し、 前面パネル 2 を通し て前面に出射 し よ う とするが、 まず、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 B上の 拡散反射層 3 0 0 の開 口部 3 0 0 a中央部の蛍光体層か ら発 し た光は、 ミ ク ロ的に見る と 、 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bの蛍光体層 と 前面パネ ル 2 の間に は屈折率が 1 の空間が存在す るので、 こ れ ら発光点 よ り の 光は、 蛍光体層出射直後は こ の前面パネル 2 と 各発光部 5 R 、 5 G 、 5 Bの蛍光体層の間の空間の半空間全体に出射 さ れ、 その後、 す ぐ に 前面パネル 2 0 6 に入射 し 、 こ れ らの全光束は半頂角が ø ( φ = sin- ^ ( 1 / n ) 、 ただ し n は前面パネル 2 0 6 の屈折率 ） の円錐内 を進行する 。 従っ て 、 前面パネル 2 の厚みを t と し た時、 拡散反射層 3 0 0 の開 口部 3 0 0 aの半径を t · tan φ と すればこ の発光点か ら 半空間に出射 し た全て の光は、 反射層 に も遮 ら れる事な く 平凸型光学 レ ン ズ 2 0 9 内の半頂角 ¾6の円錐内を進行す る 。

一方、 各発光部 5 R 、 5 G、 5 Bの開 口部 3 0 0 a以外の点か ら 出 射 し た光は、 前面パネル 2 内では半頂角 øの円錐内を進行す るが、 そ れ ら の光は拡散反射層 3 0 0 にぶつか り 乱反射さ れる 。 そ し て 、 その 一部は再び前面パネル 2 の蛍光体層側界面や蛍光体層で乱反射さ れる 。 こ のよ う に 、 開 口部 3 0 0 a以外の点か ら 出射 し た光は、 前面パネル 2 の両界面で乱反射を繰 り 返 し ながら 、 開 口部 3 0 0 aの中心点 に達 し た光のみが拡散反射層 3 0 0の開 口部 3 0 0 aを通過 し て平凸型光 学 レ ンズ 2 0 9 内部を進行する 。

こ の様に 、 拡散反射層 3 0 0 の開 口部 3 0 ϋ aか ら平凸型光学 レ ン ズ 2 0 9 内部に進行する 光は、 開 口部 3 0 0 a中心点か ら の直接の光 と それ以外の点か ら の多重反射光を加え た光と な るので高輝度な光 と な る 。 こ の よ う に し て 、 拡散反射層 3 0 0の開口部 3 0 0 aを通過 し て 、 各々 の平凸型光学 レ ンズ 2 0 9 内部の半頂角 ø の円錐内を進行す る各色高輝度光は、 平凸型光学 レ ン ズ 2 0 9 を 出射する と 、 ほぽ平行 な光線 4 0 3 R , 4 0 3 G , 4 0 3 B と な っ て各色液晶ラ イ 卜 ノ ルブ 1 0 4 、 1 0 5 、 1 0 6 の画像形成部全体を透過す る 。

さ ら に 、 制御グ リ ッ ド 8の電位を調整する こ と で、 3 色光源管 2 0 0全体の輝度を調整でき 、 ま た 、 個々 の背面電極 1 O R 、 1 0 G、 1 O Bの電位を調整する こ と で赤色 、 緑色 、 青色の各色の発光光の輝度 を独立に調整する こ とが可能と な る 。 このよ う に して、 3色光源管 2 0 0からはそれぞれ平行な赤色光 4 0 3 R 、 緑色光 4 0 3 G、 青色光 4 0 3 Bの 3色の光が発光される 。 平行な赤色光 4 0 3 Rはミ ラー 4 0 1 Aで反射されたのち、 赤色成分 の画像が表示された赤色用液晶ライ トバルブ 1 0 4の画像形成部全体 を透過し 、 赤色光の画像は合成プリズム 1 0 7 によ っ て反射される 。 平行な緑色光 4 0 3 Gは緑色成分の画像が表示された緑色用液晶ラ イ トバルブ 1 0 5 の画像形成部全体を透過 した後、 合成プリズム 1 0 7 を透過する 。 平行な青色光 4 0 3 B はミラー 4 0 1 Bで反射されたの ち、 青色成分の画像が表示された青色用液晶ライ トバルブ 1 0 6 の画 像形成部全体を透過し、 青色光の画像は合成プリ ズム 1 0 7 によ っ て 反射される。 この様に して、 合成プリズム 1 0 7 で合成された画像は 投射 レンズ 1 0 8 で拡大され、 投射光 1 0 9がス ク リーン （ 図示せず） に投射される 。

こ こで、 上記液晶ライ 卜バルブは T F T (薄膜 トラ ンジスタ ） の丁 Xモー ド液晶パネルを用いる こ とで、 各色について多階調表示ができ るのでス ク リーン上の画像はフルカラー表示が可能となる。

また、 制御グリ ヅ ド δの電位を調整するこ とでスク リーン上の画像 の輝度を変化させる こ とができ るので、 スク リ ーン設置環境の照度に 合わせた最適輝度の画像を得る こ とができる 。 また、 個々の背面電極 1 0 R 、 1 0 G 、 1 O Bの電位を調整する こ とでス ク リーン上の画像 の赤色、 緑色、 青色の各色成分の輝度を独立に調整するこ とが可能と なるのでホワイ トバラ ンス等の色度調整も簡単に行う こ とができ る 。 以上のよ う に、 蛍光面前面に開口部を有する反射層を設け、 開口部 からの出射光が蛍光面と反射層の多重反射光を含むよ う に し、 さ らに レンズの集光効果でその光の大部分をライ 卜バルブや投射 レンズに導 く 事で、 光の利用効率を高く する事が可能となる と と もに、 光源と し て発光効率の高い電子線励起蛍光体からなる 3原色を発光する 3 つの 発光部を一つの容器に具備した光源管を用いたので、 部品点数を少な く でき る上に、 高電圧の引 き回 し線を一つにでき る事よ り 、 周辺の電 子回路を誤動作させた り 破壊にいたら しめる確率をほとんどゼロ にす るこ とができ る。 さ ら に、 3色の発光部が同一平面上に配されている ので、 一つの光源管のみを調整で き る調整機構があれば良 く 、 低価格 小型で信頼性の高い投射型表示装置を 実現で き る 。

第 3 2 図は 、 更 に他の実施例に よ る平凸 レ ン ズ付 き 複合光源式投射 型表示装置の斜視図であ る 。 ま た第 3 3 図は第 3 2 図の側面図であ る 第 3 2 図で 2 1 6 は赤色光、 緑色光、 青色光を合成す るダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズム 、 5 0 2 は合成光を投射する投射 レ ン ズ、 4 3 5 は光を 反射させ る ミ ラ ー 、 4 2 0 は光を変調す る ア ク テ ィ ブマ ト リ ク ス 型の 液晶ラ イ ト バルブであ り 、 赤色画像表示部 4 2 1 K 、 緑色画像表示部 4 2 1 G、 青色画像表示部 4 2 1 Bの 3 つの圃像表示部を有 し て い る ま た 、 4 0 0 は赤色光、 緑色光、 青色光を発する 3 色光源管であ り 、 液晶ラ イ ト バルブ 4 2 0 と 3 色光源管 4 0 0 の間の赤色酉像表示部 4 2 1 R 、 緑色画像表示部 4 2 〗 G 、 青色画像表示部 4 2 〗 B に対向す る部分には 、 平凸 レ ン ズ 4 3 3 R 、 4 3 3 G 、 4 3 3 Bが設け られて い る 。 平凸 レ ン ズ 4 3 3 R 、 4 3 3 G 、 4 3 3 B は、 その平面側が透 明接着剤に よ り 3 色光源管 4 0 0 と空気層な く 密着 し て接着さ れて い る 。

第 3 4図は 、 液晶ラ イ 卜 バルブ 4 2 0 に形成さ れる ノ、 'タ ー ン例を示 す 。 4 2 2 は上側ガラ ス基板、 4 2 3 は下側ガラ ス基板であ り 、 両ガ ラ ス基板の間には液晶が適当な配向処理を施さ れて封入さ れて い る 。 下側ガラ ス基板 4 2 3 に は、 表示信号ラ イ ン 4 2 4 と 走査ラ イ ン 4 2 6 が直交す る様に し て 配設さ れて お り 、 その交点 には薄膜 卜 ラ ン ジ ス 夕 （ 図示せず ） を介 し て 睡素電極 4 2 8が接続さ れて い る 。 表示信号 ラ イ ン 4 2 4へは表示信号端子 4 2 5 を 、 走査ラ イ ン 4 2 6へは走査 信号端子 4 2 7 を介 し て外部から信号が印加 さ れる 。 ま た 、 上側ガラ ス基板 4 2 2 の内面には透明電極で構成さ れる対向電極が配設さ れて い る 。

画素電極 4 2 8 の集合に よ っ て赤色画像表示部 4 2 1 R 、 緑色画像 表示部 4 2 1 G、 青色画像表示部 4 2 1 Bが構成さ れるが、 3 つの画 像表示部は投射ス ク リ ー ン （ 図示せず ） 上で 1 つの画像に合成さ れる 投射ス ク リ ー ン上で合成さ れる各点を構成す る 3 つの画像表示部のそ れぞれの対応画素電極は、 第 3 4図 に示す よ う に点 0か ら等 し い距離 に位置する。 つま り 、 ス ク リーン上でコーナー部に対応する画素は、 赤色画像表示部 4 2 1 1?では画素電極 0 1*、 緑色画像表示部 4 2 1 G では画素電極 Q g、 青色画像表示部 4 2 1 Bでは画素電極 Q bが対応 し、 スク リーン上で文字の一部の点に対応する圃素は、 赤色圃像表示 部 4 2 1 1 では画素電極 1« 、 緑色画像表示部 4 2 1 Gでは画素電極 P g、 青色画像表示部 4 2 〗 Bでは画素電極 P bが対応し 、 画素電極 Q r 、 Q g、 Q b は点 Oから当距離にあ り 、 画素電極 Q r 、 Q g、 Q b も点 Oから当距離に位置する。 すなわち、 投射スク リーン上に合成 表示される光学像の任意の一点を構成する 3 つの画像形成部の各点が、 点 0を中心と した円周上に位置する。 さ らに、 第 3 2 図のダイ クロイ ッ クプリ ズム 2 1 6 の光の合成の中心点は、 前記、 点〇の真上に位置 するよ う に配置されている。

第 3 5 図は、 3色光源管 4 0 0 と平凸 レンズ 4 3 3 R、 4 3 3 G . 4 3 3 B部分の斜視図であ り 、 第 3 6図は第 3 5 図の 3 色光源管 4 0 0及び平凸 レンズ 4 3 3 Gの A— A線での断面図である。 図において、 3色光源管 4 0 0 は前面パネル 4 0 2 と背面板 4 0 3 および側板 4 0 4 によ り 気密封止されたガラス管体と しての真空容器で構成され、 上 記前面パネル 4 0 2 の内面には、 R (赤色） 、 G (緑色） 、 B (青色） のそれぞれの色で光る蛍光体層 4 0 6 からなる 3 つの発光部 4 0 ϋ R、 4 0 5 G、 4 0 5 Bが設けられて い る 。 こ こ で、 3 つの発光部 4 0 5 R、 4 0 5 G、 4 0 5 Bの大き さは、 液晶ライ 卜ノ ルブ 4 2 0の赤色 画像表示部 4 2 1 R、 緑色画像表示部 4 2 1 G、 青色画像表示部 4 2 1 Bのそれに比べて小さ く なるよ うにして設けられている。 平凸 レン ズ 4 3 3 R、 4 3 3 G、 4 3 3 Bの凸面部の表面形状は

( x - c ) ²/ a² + ² / b² = l

( こ こでライ トバルブの画像形成部の対角線の長さを L 、 レンズの屈 折率を n と したと き 、 b ≥ L Z 2 、 a = b n ( n²— 1 ) _ ²、 c = b ( n ² - 1 ) -¹/² ) で表わされる楕円を x軸の周り に回転させてで き る回転楕円体である。 また、 3 つの発光部 4 0 5 R、 4 0 5 G、 4 0 5 Bは前記楕円式の原点に対応する位置に設けられている 。

また、 3色光源管 4 0 0 内の背面板 4 0 3 には各発光部 4 0 δ R、 4 0 5 G 、 4 0 5 B に対 し て 、 それぞれ蛍光体層 4 0 6 全面を非集束 電子ビーム 4 0 7 で照射する ための 3 つの電子銃 4 0 8 ( 2 つは図示 せず ） が設け ら れて い る 。 4 0 9 、 4 1 0 、 4 1 1 は 、 それぞれ上記 電子銃 4 0 8 を構成する ヒータ 、 陰極お よ びグ リ ッ ドであ る 。 ま た 、 蛍光体層 4 0 6 は、 青色では Z n S ： A g , C I 力 ί、 緑色では Z n S ： A u , C u , A 1 が、 赤色では Y 2 O 2 S ： E u ^{3 +}が用 い ら れて お り 、 各蛍光体層 4 0 6 表面には高圧電圧印加用の陽極 と し て のアル ミ ノくッ ク 4 1 2 が施さ れて い る 。

続い て動作につ いて説明する 。 まず、 第 3 6 図でアル ミ ノくヅ ク 4 1 2 に十数キ ロ Vの高圧電圧を加え 、 グ リ ヅ ド 4 1 1 に陰極 4 1 0 に対 し て 負の電圧を与え る と と も に ヒ ー タ 4 0 9 に所定の電流を与え 、 陰 極 4 1 0 を加熱 し てグ リ ツ ド 4 1 1 の電圧を 陰極 4 1 0の電位に近づ ける と 、 陰極 4 1 0から電子ビーム 4 0 7が蛍光体層 4 0 6 に向かつ て発射さ れる 。 こ の電子 ビーム 4 0 7 は、 グ リ ヅ ド 4 1 1 の中央に設 け ら れた孔の直径、 グ リ ヅ ド 4 1 1 と 陰極 4 1 0 と の間隔及びアル ミ ノくヅ ク 4 1 2の陽極電圧な どの諸条件に よ っ て所定の広が り （ 0 ) を 持つ非集束ビーム 4 0 7 と な っ て蛍光体層 4 0 6 全面に加速照射さ れ、 蛍光体層 4 0 6 を各発光部 4 0 5 R 、 4 0 5 G 、 4 0 5 Bの蛍光体に 応 じ た発光色 に高輝度発光させる 。 こ こで、 過集束電子ビーム 4 0 7 の電流値が一定であれば蛍光体層 4 0 6 の面積が小 さ ければ小 さ いほ ど、 蛍光体層 4 0 6 への入射電子密度は高 く な り 、 蛍光体層 4 0 6 の 発光輝度は高 く な る 。 こ の様に し て微小面積の蛍光体層 4 0 6 は非常 に高輝度で発光する 。

蛍光体層 4 0 6 から半空間に発する 光は、 屈折率が 〗 の微小空間を 通過 し た直後に 、 前面パネル 4 0 2 に入射す る ため 、 こ れ ら の全光束 は半頂角が 9¾ ( こ こ で ø = s i n-¹ ( 1 / n ) ； n は前面パネルの屈 折率 ） の円錐内を進む。 こ の円錐内を進む全光束は 、 前面パネル 4 0 2 、 平凸 レ ンズ 4 3 3 Gがほぼ同等の屈折率を もっ ため、 その ま ま直 進 し 、 平凸 レ ンズ 4 3 3 Gの表面に達する 。 こ の レ ン ズ表面の形状が 前記の回転楕円体の場合、 屈折後の光は、 原点か らの出射角を e と し た と き 一 t a n-¹ ( b / c ) ≤ θ ≤ t a n -¹ ( b / c ) の範囲内の任 意の光に対して光軸に平行になる。 従って、 n = l . 5 の時 ii l Φ I ≤ I t a n-¹ ( b / c ) | となるので、 光軸上にある蛍光体層 4 0 6 から半空間に発する全光束は平 ΰ レンズ 4 3 3 G出射後は完全な平行 光となる 。

3 色光源管 4 0 0の平凸レンズ 4 3 3 Rの光軸付近に存在する赤色 発光部 4 0 5 Rから半空間に出射された全赤色光は、 平凸 レンズ 4 3 3 R出射後ほぼ完全な平行光とな り 、 液晶ライ トバルブ 4 2 0の赤色 成分の画像が表示された赤色画像表示部 4 2 1 R全体を透過して変調 された後、 ミ ラー 4 3 5 で直角方向に反射され、 さ ら にダイ クロイ ツ クプリ ズム 2 1 6 によっても直角方向に反射される 。 平凸 レンズ 4 3 3 Gの光軸付近に存在する緑色発光部 4 0 5 Gから半空間に出射され た全緑色光は、 同様に緑色成分の画像が表示された緑色画像表示部 4 2 1 G全体を透通して変調された後、 ミ ラー 4 3 5 で直角方向に反射 され、 ダイ クロイ ヅ クプリ ズム 2 1 6 ではそのまま透過される 。 平凸 レンズ 4 3 3 Βの光軸付近に存在する青色発光部 4 0 5 Βから半空間 に出射された全青色光は、 青色成分の画像が表示された青色画像表示 部 4 2 1 Β全体を透通して変調された後、 ミ ラー 4 3 5 で直角方向に 反射され、 ダイ クロイ ツ クプリ ズム 2 1 6 によ っても直角方向に反射 される 。 この様に して、 ダイ クロイ ツ クプリズム 2 1 6 で合成された 3色の画像は投射レンズ 5 0 2 で拡大投射され、 スク リーンに表示さ れる。 尚、 上記実施例では電子銃 4 0 8 は熱電子放出によ る ものの例 を示したが、 電界放出や光電子放出によ るものでも良いこ とは言う ま でもない。

ここで、 赤色画像と青色画像は、 ミ ラー 4 3 5 とダイ クロイ ヅ クプ リズム 2 1 6で 2度反射されるが、 緑色画像はミラー 4 3 5 によって 1 度だけ反射されるので、 緑色画像表示部 4 2 1 Gの画像は、 赤色画 像表示部 4 2 1 Rや青色画像表示部 4 2 1 Βの画像に対して、 鏡像関 係になるよ う に して液晶ライ 卜バルブ 4 2 0上にそれぞれ画像表示さ れる。

以上のよ うに して、 3色の光を発する光源管をひとつの容器に钠め る と共に、 その発光部の直前の前面パネルに凸面の表面形状が回転楕 円体であ る平凸 レ ンズを設けたので、 各色発光部よ り の光がほぼ 1 0 0 %液晶ラ イ ト バルブから ス ク リ ー ンへ と到達する ため光の利用効率 は非常に高 く な る と共に 、 投射型表示装置が小型化さ れる 。 ま た 、 各 色のグ リ ツ ド 4 1 1 の電位を調整する こ と で投射ス ク リ ー ン上の H像 の赤色、 緑色 、 青色の各色成分の輝度を独立に調整す る こ と が可能 と な るので、 ホ ワ イ ト バラ ン ス等の色度調整も簡単に行 う こ とがで き る さ ら に 、 3 色の発光部 と 画像形成部が、 一体 と な っ て 同一平面上 に配 さ れて い るので、 光学的位置合わせは、 一つの光源管のみを調整でき る調整機構があれば可能 と な るので、 低価格、 小型で信頼性の高い投 射型表示装置が実現で き る 。

さ ら に 、 3 色の各画像表示部 4 2 1 R、 4 2 1 G、 4 2 I B 力、らダ イ ク ロ イ 、ソ クプ リ ズム 2 1 6 の画像合成点 までの光学距離を等 し く す る構成と し たので、 投射 レ ンズ 5 0 2 までの光学距離も等 し く な り 、 拡大率や投射 レ ン ズ 5 0 2 と 投射ス ク リ ー ン間の結像距離も等 し く な り 、 高画質表示が可能 と な る 。 マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ を有する 光源管

第 3 7 図はマ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ を有す る 光源管を備え た 本発明の一実施例を示す 。 図で 5 0 1 は赤色光を発光す る赤色光源管 5 0 2 は緑色光を発光する緑色光源管、 5 0 3 は青色光を発光する青 色光源管であ る 。 各色光源管は単色の発光が可能で、 発光部が 4 X 4 のマ ト リ ク ス状に分割さ れた C R T 方式光源管であ る 。 ま た 、 各色光 源管の表面にはマ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レイ 5 0 4 が設け られて い る 。 1 0 4 は赤色光を変調する赤色用液晶ラ ィ ト バルブ、 1 0 5 は緑 色光を変調する緑色用液晶ラ イ ト バルブ、 1 0 6 は青色光を変調する 青色用液晶ラ イ ト バルブであ り 、 1 0 7 は変調さ れた赤色光、 緑色光 青色光を合成する合成プ リ ズム 、 1 0 8 は合成光を投射す る投射 レ ン ズであ る 。

第 3 8 図はマ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ 5 0 4 が装着さ れた緑色 光源管 5 0 2 の外形斜視図であ る 。 第 3 9 図は第 3 8 図のマ ト リ ク ス 状平凸 レ ンズア レイ側か ら 見た正面図 、 第 4 0 図は第 3 8 図の A - A 断面構成図である。 第 3 8図、 1 3、 1 4 において、 緑色光源管 5 0 2 は、 前面バネル 2 と背面板 3 および筒状側板 4 によ り 気密封止され たガラス管体と しての真空容器で構成され、 上記前面パネル 2 の内面 には発光面 5があ り 、 電子ビームが当たる と緑色で光る蛍光体層 （ Z n S ： A u , C u , A 1 ) からなる発光部 5ιι〜 544 (第 3 9 図では 521〜 524のみ図示） を等ピヅチ間隔で 4 X 4のマ ト リ クス状に設け ている。 こ こ で、 上記発光部 5 ιι〜 544の第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4列目に対応する。 マ ト リ クス状に配設さ れた各発光部 511〜 544の大き さは、 その一辺が発光部 5 ll〜 544の 配設ビツチに比べて、 かな り小さ く なるよ う に して設けられている 。 6 は発光部 5 ιι ~ 544の周辺にそれぞれ対応して配置された複数の加 速用陽極 6 1 ~ 6 5 からなる陽極電極群であ り 、 これらの加速用陽極 6 1〜 6 5 には、 外部端子 1 6 を介して高電圧が印加されるよ う にな つている。 13はアルミバッ ク層で発光部 511〜 54₄の内部側表面に施 され、 加速用陽極電極郡 6 と電気的に接続されている。

7 は、 発光面 5 の各発光部 5 ιι〜 544に対応して電子放出用のカソ 一ド 7 ιι〜 744がそれぞれ独立して配置された力ソー ド電極群であ り 、 これらカソー ド 7 ιι ~ 744は各々の両端が背面板 3上に固定された一 対のサポー ト間に支持されている。 こ こで、 上記力ソー ド 711〜 744 の第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4列目 に対応 する。 尚、 各力ソー ド 711〜 744には、 例えば X i ス リーブ上に酸化 物をコ一ティ ングした傍熱型、 あるいはタ ングステンに酸化物をコー ティ ングした直熱型のものが使用でき る。 また、 8 はこの力ソー ド電 極群 7 と発光面 5 との間に配置された制御グリ ツ ド電極であ り 、 制鄱 グリ ヅ ド電極 8 には、 発光面 5 の各発光部 5 ιι〜 544に対応してそれ ぞれカソー ド 7 ιι〜 744よ り の電子ビーム 4 7 を通過すべく 電子通過 用穴 9 ll ~ 944が設けられている。 （上記電子通過用穴 9 ll ~ 944の 第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4列目に対応す る。 ）

1 0 は力ソー ド電極群 7の背面倒、 つま り真空容器の一部をなす背 面板 3上に、 発光面 5の各々の発光部 5ιι〜 544に対応して、 それぞ れ対抗配置さ れた背面電極 1 Qll〜 l 044からな る背面電極群であ り 、 こ れ ら背面電極 1 0 ιι ~ 1 044は A g等の導体層か ら形成さ れて い る 。 そ し て 、 前記各背面電極 1 Oll〜 l 044は、 各力 ソ ー ド 7 ll ~ 744の 電位に対 し て負お よ び 0 V ま たは数 Vの正電位を印加する こ と に よ り 、 それ ら 力 ソ ー ド 711〜 744か ら放出す る電子ビーム 4 7 を個別 に制御 す る もの と な っ て い る 。 ま た 、 前記制御グ リ ヅ ド電極 8 も各力 ソ ー ド 7 ιι〜 744の電位に対 し て 負お よ び 0 V ま たは数 Vの正電位を 印加す る こ と に よ り 、 カ ソ 一 ド 7 ιι〜 744か ら放出する電子 ビーム 4 7 全体 を制御す る もの と な っ て い る 。 尚 、 1 2 は背面板 3 よ り 力 ソ ー ド電極 群 7 、 制御グ リ ツ ド電極 8 お よ び背面電極群 〗 0 の各々 の電極を外部 へ引 き 出す外部端子 と し て の リ ー ド線であ る 。 5 0 4 はア ク リ ル成形 に よ り 成形さ れたマ 卜 リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ であ り 、 それぞれが、 焦点が発光部 511〜 5 "の中心に位置する と 共に 、 凸面が回転楕円体 形状であ る よ う な平凸 レ ンズを 4 X 4 のマ ト リ ク状 に配設する よ う に 構成さ れて い る 。 なお 、 個々 の平凸 レ ンズは凸面の回転楕円体面で隣 接す る平凸 レ ンズ と接する よ う に配列さ れて い るので、 ひ と つの発光 部 5 ll ~ 544 に対応する個々 の平凸 レ ンズは、 凸面方向か ら 見た外形 は第 3 9 図 に示す よ う な矩形状 と な る 。 個々 の平凸 レ ンズの凸面部の 表面形状は第 4 1 図 に示すよ う な

( x - c ) ² / a² + y² / b ² = l

( こ こ で、 前記個々 の平凸 レ ンズがっ く る矩形の対角線の長さ を L、 平凸 レ ンズの屈折率を n と し た と き 、 b ≥ L / 2、 a = b n ( n ² —

1 ) -^{1 / 2}、 c = b ( n² - 1 ) -! 2 ) で表わさ れる楕円を x軸の周 り に 回転さ せてでき る 回転楕円体であ る 。 2 1 0 は透明接着剤であ り 、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レイ 5 0 4 と前面パネル 2 を空気層無 く 接 着 し て い る 。 ま た 、 第 4 0 図で 1 0 5 は綠色液晶ラ イ ト バルブであ る 。 次に動作につ い て説明する 。 まず各背面電極 1 Oll ~ l 044がカ ソ 一 ド 7 11 ~ 744の電位に対 し て負の電位の時、 カ ソ 一 ド 7 1】 〜 744の ま わ り が負の電位で取 り 囲 まれる ため 、 各カ ソ 一 ド 7 11〜 744力、らの 電子は制御グ リ ツ ド 8 お よ び加速用陽極 6 1 ~ 6 4 へ流れず、 カ ヅ ト オ フ状態にな る 。 そ こ で、 前記背面電極 1 0ιι ~ 1 044に 力 ソ ー ド 7 11 ~ 744の電位に対して O Vから数 Vの正電位を加えてい く と 、 カ ソ 一ド 711 ~ 744から放出される電子ビーム 4 7が制御グリ ヅ ド 8へ向 かっ て流れは じめる 。 こ の時制御グリ ツ ド Sの電位が前記力ソー ド 7 11〜 744に対して負の電位の時は、 .これら制御グリ ヅ ド 8の電子通過 用穴 9ιι〜 944から電子ビーム 4 7 の通過ができず加速用陽極 6 1〜 6 4 に電子ビーム 4 7 は流れず、 発光面 5 の各発光部 5 ιι ~ 544は発 光しない。 そ して、 制御グリ ヅ ド 8 に力ソー ド 711〜 744に対 し て 0 Vから数 Vの正の電位を加えてい く と、 これら制御グリ ツ ド 8の電子 通遇用穴 9 ιι〜 944から電子ビーム 4 7がそれぞれ通過し 出 し、 アル ミバッ ク層 1 3 を介して、 各発光部 5 ^ ^ 544に照射され、 各発光部 5 ιι〜 544を発光させる事ができ る 。

こ の電子ビーム 4 7 は、 制御グリ ツ ド 8の電子通過用穴 9 ιι〜 9· の直径、 制御グ リ ヅ ド 8 と力ソー ド 711〜 7₄₄ と の間隔及び陽極電圧 などの諸条件によ って所定の広がり 6> を持つビーム となっ て各発光部 511〜 544全面に照射される。 こ の時、 電子ビーム 4 7 の電流値が一 定であれば各発光部 511〜 544の面積が小さければ小さ いほど、 各発 光部 5 ιι〜 544の蛍光体層への入射電子密度は高く な り 、 各発光部 5 11 ~ 544の発光輝度は高く なる。 この様に してマ ト リ クス状平凸 レ ン ズァ レイ 5 ひ 4の侗々の平凸 レンズの焦点距離に位置する微小面積の 各発光部 511〜 544は非常に高輝度で発光する。

さ らに、 制御グリ ツ ド 8の電位を調整する こ とで、 緑色光源管 5 0

2全体の輝度を調整でき 、 また、 個々の背面電極 】 Oll〜 l 044の電 位を調整するこ とで個々の発光部 5 n ~ 544の輝度を独立に調整する こ とが可能となる 。

こ のよ う に して、 緑色光源管 5 0 2 の微小面積の各発光部 5 ii〜 5 4は高輝度で発光する。 こ こでミ ク口的に見る と各発光部 511〜 544 の蛍光体層と前面パネル 2の間には屈折率が 1 の空間が存在する 。 し たがって、 高輝度で発光した各発光部 5 ιι〜 5⁴⁴の中心部よ り の光は、 蛍光体層出射直後はこの前面パネル 2 と蛍光体層間の空間の半空間全 体に出射されるが、 すぐに前面パネル 2 に入射し これらの全光束は半 頂角が 95 ( φ = sin- 1 ( 1 / n ) ； n は前面パネル 2 の屈折率） の円 錐内を進行す る 。 こ の半頂角 ¾6の円錐内を進む全光束は 、 前面パネル 2 、 透明接着剤 2 1 0 、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4がほぼ 同等の屈折率を もっ ため、 その ま ま 直進 し 、 その大部分がマ ト リ ク ス 状平凸 レ ン ズァ レイ 5 0 4の個々 の平凸 レ ンズ表面に達する 。 こ れ ら 、 全光束は こ の平凸 レ ンズ表面が回転楕円体であ る ので平凸 レ ン ズ出射 後は、 完全な平行光と な る 。 こ こ で個々 の平凸 レ ン ズ表面が前記回転 楕円体であ る場合、 第 4 1 図 に示すよ う な 、 原点を通 り 、 傾 き が t a n ø であ る 直線が楕円曲線 と 交わ る 点を P と し 、 点 Pか ら X軸に下ろ し た垂線の足の長さ を h と す る と 、 h = L Z 2 の時、 光軸の中心か ら 出射 し た全光束が含 まれる 半頂角 ø の円錐体の錐面に 、 マ ト リ ク ス状 平凸 レ ン ズァ レ イ 5 0 4の矩形に形成さ れた個々 の平凸 レ ン ズの回転 楕円体状凸面が内接す る 。 従っ て 、 こ の条件を満たす と き に 、 各発光 部 5 ιι ~ 544か らの全光束の最も多 く が平行光線に変換さ れる と共に 、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズァ レ イ 5 0 4表面全面か ら平行な緑色光 4 0 3 Gが出射さ れる 。

以上は緑色光源管 5 0 2 の場合につ いて説明 し たが、 赤色光源管 5 0 1 、 青色光源管 5 0 3 につ いて も 、 発光部 5 ιι〜 544の蛍光体層を 赤色光源管 5 0 1 では Y 2 O2 S ： E u³*を 、 青色光源管 5 0 3 では Z n S ： A g , C I を用 い 、 他は緑色光源管 5 0 2 と 同一 に構成する事 で、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4表面全面か ら平行な赤色光 4 0 3 R及び青色光 4 0 3 Bが出射さ れる 。

平行光線 と な っ た赤色光 4 0 3 Rは、 ミ ラ ー 4 ひ 1 Aで反射さ れた のち 、 赤色成分の画像が表示さ れた赤色用液晶ラ イ 卜 バルブ 1 0 4 の 画像形成部全体を透過 し 、 赤色光の画像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ つ て反射さ れる 。 平行光線 と な っ た緑色光 4 0 3 Gは、 緑色成分の S像 が表示さ れた緑色用液晶ラ イ 卜 バルブ 1 0 5 の睡像形成部全体を透過 し た後、 合成プ リ ズム 1 0 7 を透過す る 。 平行光線 と な っ た青色光 4 0 3 Bは、 ミ ラ ー 4 0 I Bで反射さ れたのち 、 青色成分の画像が表示 さ れた青色用液晶ラ イ 卜 バルブ 1 0 6 の画像形成部全体を透過 し 、 青 色光の圃像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て反射さ れる 。 こ の様に し て 、 合成プ リ ズム 1 0 7 で合成さ れた画像は投射 レ ン ズ 1 0 8 で拡大さ れ、 投射光 1 0 £)がス ク リーン （図示せず） に投射される。

以上のよ う に、 光源管のひとつのライ トバルブに対応する発光部を 複数に分割する と と もに、 光源管のライ 卜バルブと面する倒に複数に 分割された発光部の位置に対応させて、 個々の凸面が回転楕円体形状 である複数の平凸 レンズからなるマ 卜 リ クス状平凸 レンズァ レイを設 けたので、 マ 卜 リ クス状平凸 レンズア レイから出射される光は平行光 とな り 、 液晶ライ トバルブの画像形成部からス ク リーン までほぽ 1 0 0 %の光が到達するため、 光の利用効率は非常に高く なる。

さ らに、 ひとつのライ トバルブに対して、 ひとつの微小発光部とひ とつの平凸 レンズを備えたものでは、 平凸 レンズの口径がラ イ トバル ブを覆うだけの大きさが必要とな り 、 それにと もなって平凸 レンズの 厚みが厚く なるが、 本実施例によ り 発光部及び平凸 レ ンズを分割する こ とで、 個々の平凸 レンズの口径は小さ く なるので、 平凸 レンズ厚み つま り は光源管が薄型小型化される。 また、 ひとつのライ トバルブに 対して、 ひとつの微小発光部及び、 ひとつの平凸 レンズを備えたもの では、 ライ 卜バルブに入射する光束は、 ひとつの微小発光部に電子ビ ームを照射させて得る必要があるが、 本実施例によ る発光部及び平凸 レンズを分割したものでは、 同 じ光束を得るために複数の微小発光部 に電子ビームを照射すれば良いので、 照射電子ビーム密度は低く なる ， 一般に蛍光体の轻時輝度劣化は、 照射電子ビーム量が多 く なるに連れ て悪く なる。 従っ て、 本実施例のよ う に蛍光体の照射電子ビーム密度 を低く するこ とで、 蛍光体寿命すなわち光源管の寿命を長く するこ と が可能となる。

第 4 2図は、 緑色光源管 5 0 2周辺部の他の構成を示す断面図であ る。 第 4 2図で 5 0 5 はマ ト リ クス状平凸 レンズ型前面パネルである c このマ ト リ クス状平凸 レンズ型前面パネル 5 0 5 と背面板 3 および筒 状倒板 4 によ り気密封止されたガラス管体と しての真空容器で縁色光 源管を構成している。 マ ト リ クス状平凸 レンズ型前面パネル 5 0 5 表 面にはマ ト リ ク ス状の平凸 レンズが一体成型によ り設けられてお り 、 この様なマ 卜 リ クス状平凸 レンズ型前面パネル 5 0 5 は、 所望形状に く り抜かれたカーボン系の型の中に高温の溶融ガラスを流し込んだ後 に冷却 し て製造するか、 板ガラ ス の上に レ ン ズァ レイ 状の力一ボ ン系 の型を載せ、 一定の圧力を加えて高溢の炉の中を通す こ と に よ っ て製 造さ れる。 ま たマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズ型前面パネル 5 0 5 の個々 の 凸 レ ンズの凸面形状は、 第 3 7 図の実施例で説明 し た よ う な 回転楕円 形状で構成さ れて い る 。 なお 、 第 4 2 図で第 4 0図 と 同一構成要素 に は同一符号を付 し 説明 は省略する 。 さ ら に 、 赤色光源管 5 0 1 、 青色 光源管 5 0 3 につ いて も 、 発光部 5 ιι〜 544の蛍光体層を赤色光源管 5 0 1 では Y2 O2 S ： E u ^{3 +}を 、 青色光源管 5 0 3 では Z n S ： A g , C I を用 い 、 他は緑色光源管 5 0 2 と 同一 に構成す る事で実現でき る こ と は言 う ま でもな い 。

こ の第 4 2 図の実施例は、 上記第 3 7 図の実施例 と 同様に動作 し 、 同様の効果を奏す。 さ ら に 、 第 3 7 図の実施例のよ う な接着剤層が不 要 と な る ため、 それぞれの界面での反射がな く な り 、 光の損失を防 ぐ こ とができ る上 に 、 製造工程にお いて前面パネル と マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ を接着する工程が不要 と な る 。

尚 、 上記第 3 7 図、 第 4 2 図の実施例ではマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズ ア レ イ 5 0 4 の個々 の平凸 レ ンズ と 発光部 5 ιι〜 5 44力 i、 4 X 4 のマ 卜 リ ク ス に分割さ れた場合につ い て説明 し たが、 分割数は こ れに限る ものではな く 任意の n X mのマ 卜 リ ク スゃマ ト リ ク スでな い任意の 2 次元的配列の分割であ っ て も同様の効果を奏す 。

ま た 、 上記第 3 7 図 、 第 4 2 図の実施例では発光部 5 ιι 〜 544は、 前面パネルの内面に蛍光体層が 4 X 4 のマ ト リ ク ス に塗 り 分け られた 場合を説明 し たが、 前面パネルの内面の全面に一様に蛍光体を塗布 し 、 電子ビームのみを 4 X 4 も し く は、 任意の n x mのマ 卜 リ ク ス状の微 小エ リ ア に照射 し 、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4 の個々 の平 凸 レ ンズに対応 し た発光部を構成 し て も同様の効果を層 し 、 さ ら に製 造行程 にお い て 、 蛍光体を マ ト リ ク ス状 にパタ ーニ ングす る工程が不 用 と な る 。

次に更 に他の実施例を 、 第 4 3 図を参照 に し て説明す る 。 第 4 3 図 の投射型表示装置の構成は第 3 7 図の実施例のもの と 同一であ る 。 第 4 3 図は第 3 7 図の緑色光源管 5 0 2 周辺部の構造の他の実施例を示 す断面図である 。 本実施例における緣色光源管 5 0 2 も、 発光部が 4 X 4のマ ト リ クス状に分割された C R T方式光源管である 。 また、 色光源管 5 0 2 の表面にはマ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 4が設 けられている 。

第 4 3 図で、 緑色光源管 5 0 2 は前面パネル 2 と背面板 3 および筒 状側板 4 によ り 気密封止されたガラス管体と し ての真空容器で構成さ れ、 上記前面パネル 2 の内面には発光面 1 5があ り 、 電子ビームが当 たる と緑色で光る蛍光体層 （ Z n S ： A u . C u , A 1 ) からなる発 光部 1 5 ιι〜 1 544 (第 4 3 図では 1 52】 〜 1 524のみ図示） を等ビ 、ソチ間隔で 4 X 4のマ ト リ クス状に設けている。 こ こで、 上記発光部 1 511 〜 1 544の第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜 第 4列目 に対応する。 マ ト リ クス状に配設された各発光部 1 5 ιι〜 1 544の大き さは、 その一辺が発光部 1 511 〜 1 544の配設ビヅチと同 程度の大き さ にになるよ う に して設けられている 。 また、 6 、 6 1 〜 6 5 、 7 、 711〜 Ί 、 8 、 丄〜 ^ 1 0 、 1 0 ιι〜 1 0" 、 1 2 、 1 3 、 1 6 、 1 0 5 は、 上記第 3 7図の実施例で説明 したものと 同一構成要素であ り 、 同一の動作をする。

δ 0 4 はアク リル成形によ り成形されたマ ト リ クス状平凸 レンズァ レイであ り 、 それぞれが、 焦点が各色発光部 1 511 ~ 1 544の中心に 位置する と共に、 凸面が回転楕円体形状であるよ うな平凸 レ ンズを 4 X 4のマ ト リ ク状に配設する よ う に構成されている。 なお、 個々の平 凸 レンズは、 凸面の面転楕円面で隣接する平凸 レンズと接するよ う に 等ピヅチで配列されているので、 ひとつの発光部 1 511 〜 1 5⁴⁴に対 応する個々の平凸 レンズは、 凸面方向から見た外形は矩形状となるの は第 3 7 図の実施例と同様である。 5 1 0 は前面パネル 2 とマ ト リ ク ス状平凸 レンズア レイ 5 0 4の間に設けられ、 4 X 4のマ ト リ クス状 の開口部 1 7 ιι〜 1 7₄₄を有する拡散反射層である 。 上記開口部 1 ⁷ 1〜 1 744の第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4 列目に対応する。 また、 開口部 1 71₃ 〜 】 744は、 その中心がマ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 4の個々の平凸 レンズの光軸上になるよ う等ピッチで配されている 。 さ ら に、 各開口部 1 7 ιι〜 1 744は、 前 面パネル 2 の厚みを t 、 その屈折率を n と し た時、 その半径が t - tan φ { φ = sin-】 ( \ / η ) } な る 円形で構成さ れて い る 。 拡散反射 層 5 1 0 は 、 例えば酸化マグネ シ ウ ム （ M g 0 ) を 前面パネル 2 の表 面に塗布 し て形成さ れ、 その上に 、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4 が透明接着剤を用 い て接着さ れて い る 。

続いて 、 動作につ い て説明する 。 上記第 3 7 図の実施例で説明 し た の と 同様の動作に よ り 、 各発光部 1 5 ιι〜 1 5 44 に電子ビーム 4 7 力 s 照射さ れて 、 各発光部 1 5 ιι 〜 1 544の全面よ り 緑色光が前面パネル 2 方向 に 出射さ れる 。 まず、 各発光部 1 5 ιι〜 1 544の、 マ 卜 リ ク ス 上平凸 レ ンズァ レイ 5 0 4 の個々 の平凸 レ ン ズの光軸上の蛍光体層 ( 焦点位置 ） から発 し た光は 、 以下のよ う に進行す る 。

ミ ク ロ的に見る と 各発光部 1 5 u ~ l 544の蛍光体層 と 前面パネル 2 の間には屈折率が 1 の空間が存在す るので、 こ れ ら発光点 よ り の光 は、 茧光体層出射直後は こ の前面パネル 2 と 各発光部 1 5 11 〜 1 5 44 の間の空間の半空間全体に出射さ れ、 その後、 す ぐに前面パネル 2 に 入射 し こ れ ら の全光束は半頂角が ¾6 ( Φ = sin- 1 ( 1 Z n ) ； n は前 面パネル 2 の屈折率 ） の円錐内を進行す る 。 従っ て 、 拡散反射層 5 1 0 の各開 口部 1 711 ~ 1 744は 、 その半径が t - tan φ ( t は前面パ ネル 2 の厚み ） な る 円形で構成さ れて い る ので、 こ の発光点から 出射 し た全ての光は、 拡散反射層 5 1 0 も遮 ら れる事な く マ ト リ ク ス状平 凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4 の個々 の平凸 レ ンズ表面 に達す る 。 こ れ らの光 は、 こ の平凸 レ ンズ表面が回転楕円体であ るので平凸 レ ン ズ出射後は 、 完全な平行光と な る 。

—方、 各発光部 1 5 ιι 〜 1 544の各開口部 1 7 ι ι 〜 1 744 に対向す る部分以外の点か ら 出射 し た光は 、 前面パネル 2 内では半頂角 ø の円 錐内を進行す るが、 それ らの光は拡散反射層 5 〗 0 にぶつか り 乱反射 さ れる 。 そ し て 、 その一部は再び前面パネル 2 の蛍光体層側界面や蛍 光体層で乱反射さ れる 。 こ の よ う に 、 開口部 1 7 H ~ 1 744以外の点 か ら 出射 し た光は、 前面パネル 2 の両界面で乱反射を繰 り 返 し なが ら 、 各開 口部 1 7 ιι〜 1 744の中心点 に達 し た光のみが拡散反射層 5 1 0 の開 口部 1 7 ιι〜 1 744を通過 し て マ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4の個々の平凸 レンズ表面に達し、 完全平行光となっ て出射される。 この様に、 拡散反射層 5 1 0の各開口部 1 7 ιι〜 1 744を通過し て マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 4 の侗々の平凸 レ ンズ表面に達 し 、 出射される光は、 開口部 1 711 〜 1 744中心点からの直接の光とそれ 以外の点からの多重反射光を加えた光となるので高輝度な緑色光とな る と共に、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 4表面全面からは平行 な緑色光 4 0 3 Gが出射される。

以上は緑色光源管 5 0 2 の場合について説明 したが、 赤色光源管 5 0 1 、 青色光源管 5 0 3 についても、 発光部 1 5 ιι〜 1 544の蛍光体 層を赤色光源管 5 0 1 では Y2 O2 S ： E u ^{3 +}を、 青色光源管 5 0 3 で は Z n S ： A g , C 1 を用い、 他は縁色光源管 5 0 2 と同一に構成す る事で、 マ 卜 リ クス状平凸レンズァ レイ 5 0 4表面全面から平行な赤 色光 4 0 3 R及び青色光 4 0 3 Bが出射される。

平行光線となっ た赤色光 4 0 3 Rはミ ラー 4 0 1 Aで反射されたの ち、 赤色成分の画像が表示された赤色用液晶ライ トバルブ 1 0 4の匿 像形成部全体を透過し、 赤色光の画像は合成プリズム 1 0 7 によ って 反射される。 平行光線となっ た緑色光 4 0 3 Gは縁色成分の画像が表 示された緑色用液晶ライ 卜バルブ 1 0 5 の画像形成部全体を透過 した 後、 合成プリ ズム 1 0 7 を透過する 。 平行光線となっ た青色光 4 0 3 Bはミ ラー 4 0 〗 Bで反射されたのち、 青色成分の画像が表示された 青色用液晶ライ トバルブ 1 0 6 の B像形成部全体を透過し 、 青色光の 画像は合成プリズム 1 0 7 によっ て反射される 。 この様に して、 合成 プリズム 1 0 7 で合成された圃像は投射レンズ 1 0 8 で拡大され、 投 射光 1 0 9がスク リーン （図示せず） に投射される。

以上のよ う に、 ひとつのライ トバルブに対応する光源管の発光部を 複数に分割する と と もに、 光源管のライ トバルブと面する側に複数に 分割された発光部の位置に対応させて、 個々の凸面が回転楕円体形状 である複数の平凸 レンズからなるマ ト リ クス状平凸 レンズァ レイを設 け、 さ ら に前面パネルとマ ト リ クス状平凸 レンズア レイの間にマ ト リ クス状の開口部を有する拡散反射屠を設けたので、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイから出射される光は平行光とな り 、 液晶ライ 卜バルブの 画像形成部か ら ス ク リ ー ン までほぼ 1 0 0 % の光が到達する ため 、 光 の利用効率は非常に高 く な る 。 ま た 、 上記第 3 7 図の実施例 と 同様に 発光部及び平凸 レ ン ズを分割す る こ と で、 個々 の平凸 レ ン ズの 口径は 小 さ く な るので、 平凸 レ ンズ厚み、 つ ま り は光源管が薄型小型化さ れ る 。 さ ら に 、 本実施例では 、 一定の光量を得る ため に複数の広い面積 の発光部に電子 ビームを照射 し 、 それ ら の出射光が蛍光面 と反射層の 多重反射を繰 り 返 し て 、 複数の開 口部よ り 、 合成光 と な っ て 出射す る よ う に し たので、 照射電子ビーム密度は低 く な る 。 従っ て 、 蛍光体寿 命すなわち 光源管の寿命を長 く する こ とが可能 と な る 。

尚、 上記第 4 3 図の実施例ではマ 卜 リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 4 の個々 の平凸 レ ン ズ と 拡散反射層 5 1 0 の開 口部 1 7 ι ι〜 1 7 4 4お よ び発光部 1 5 ι ι〜 1 5 4 4が 4 X 4 のマ ト リ ク ス に分割さ れた場合に つ い て説明 し たが、 分割数は こ れに限る ものではな く 任意の n X mの マ 卜 リ ク スゃマ ト リ ク スでな い任意の 2 次元的配列の分割であ っ て も 同様の効果を層すのは言 う までもな い 。

ま た 、 上記第 4 3 図の実施例では発光部 1 5 1 1〜 1 5 4 4 は、 前面パ ネルの内面に蛍光体層が 4 X 4 のマ ト リ ク ス に塗 り 分け られた場合を 説明 し たが、 前面パネルの内面の全面に一様に蛍光体を塗布 し 、 電子 ビームのみを 4 X 4 も し く は、 任意の n X mのマ ト リ ク ス状に照射 し 前面パネルの内面全体も し く は、 拡散反射層 5 〗 0 の開 口部 1 7 1！〜

1 7 4 4 に対応す る開 口部 1 7 1 1〜 1 7 4 4周辺を含む一定のエ リ アを発 光さ せて も同様の効果を奏 し 、 さ ら に製造行程にお い て 、 蛍光体を マ 卜 リ ク ス状にパタ ーニ ングする行程が不用 と な る 。

本発明の他の実施例を第 4 4 図、 第 4 5 図を参照 し て説明する 。 第 4 4 図は本発明のマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズァ レイ を備え る投射 型表示装置の他の一実施例を示す 。 図にお い て 6 0 0 は 3 色光源管、 5 0 6 は、 ア ク リ ル成形さ れたマ 卜 リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ であ り 4 0 1 A . 4 0 I B は ミ ラーであ る 。 ま た 、 1 0 4 は赤色光を変調す る赤色用液晶ラ イ ト バルブ、 1 0 5 は緑色光を変調す る緑色用液晶ラ ィ 卜 バルブ、 1 0 6 は青色光を変調する青色用液晶ラ イ 卜 バルブであ り 、 1 0 7 は変調さ れた赤色光、 緑色光、 青色光を合成す る 合成プ リ ズム、 1 0 8 は合成光を投射する投射レンズである。

第 4 5 図は第 4 4図の 3 色光源管部分の断面構成図である 。 第 4 5 図において、 3色光源管 6 0 0 は前面パネル 2 と背面板 3 および筒状 側板 4 によ り気密封止されたガラス管体と しての真空容器で構成され、 上記前面パネル 2の内面には発光面 2 5があ り 、 電子ビームが当たる と赤色で光る蛍光体層 （ Y 2 02 S ： E u ³ + ) からな り 、 等ピヅチ間隔 で 4 X 4のマ ト リ クス状に配設された赤色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R 4 (第 4 5図では 2 5 1¾21 ~ 2 5 1124のみ図示） と、 電子ビームが当た る と縁色で光る蛍光体層 （ Z n S ： A u ， C u , A 1 ) からな り 、 同 じ く 等ピッチ間隔で 4 X 4のマ 卜 リ クス状に配設された緑色発光部 2 δ Gii〜 2 5 G44 (第 4 5 図では 2 5 Gzi ~ 2 5 G 24のみ図示） 及び、 電子ビームが当たる と青色で光る蛍光体層 （ Z n S ： A g , C I ) か らな り 、 同 じ く 等ピヅチ間隔で 4 X 4のマ ト リ クス状に配設された青 色発光部 2 5 Bii ~ 2 5 B 44 (第 4 5 図では 2 5 Β₂ι ~ 2 5 B 24のみ 図示） が設けられている。 また、 各色発光部 2 5 1¾11〜 2 5 1 44、 2 5 Gii〜 2 5 G44、 2 5 Β ιι〜 2 5 Β44の大きさは、 その一辺がそれ ぞれの各色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R44、 2 5 Gn ~ 2 δ G44 . 2 δ Β 11〜 2 ο Β 44の配設ピッチに比べてかな り小さ ぐ なる よ う に して設け られている。

こ こ で、 上記各色発光部 2 5 Rii ~ 2 5 R44、 2 5 Gii〜 2 5 G" 、 2 5 811 ~ 2 5 344の第 1 、 第 2番目の添字は第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4列目に対応する。 すなわち、 前面バネル 2 の内面には微小発 光部が全部で 4行 X 1 2列設けられてお り 、 第 1 列目〜第 4列目は赤 色、 第 5列目〜第 8列目は緑色、 第 9列目〜第 1 2列目は青色にそれ ぞれ発光する。 また、 3色光源管 6 0 0 内のその他の構成は第 3 7 図 の実施例によ る ものと同様で、 アルミバッ ク層 1 3が各色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R44、 2 5 Gn ~ 2 5 G44、 2 5 Βιι〜 2 δ B 44の内部側 表面に施され、 加速用電極群 （図示せず） と電気的に接続され、 外部 端子 1 6 を介して高電圧が印加されるよ う になっている。 また、 背面 板 3上には力ソー ド電極群と背面電極群 （図示せず） がそれぞれ 4 X 1 2個設けられ、 制御グリ ツ ド電極 8 に設けられた 4 X 1 2個の電子 通過用穴を通 し て各色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R 44. 2 δ Gii〜 2 δ G 4 、 2 5 Βιι〜 2 5 Β44 に照射する電子ビームを発生する 。 5 0 6 は ア ク リ ル成形に よ り 成形さ れたマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ であ り 、 それぞれが、 焦点が各色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R 44 、 2 5 Gii〜 2 5 G 4 . 2 5 Βιι〜 2 5 Β44の中心 に位置す る と 共に 、 凸面が回転楕円 体形状であ る よ う な平凸 レ ン ズを 4 X 1 2 のマ 卜 リ ク状 に配設す る よ う に構成さ れて い る 。 マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ 5 0 6 は前面パ ネル 2 に透明接着剤 2 1 0を介 し て接着さ れる 。

続い て動作を説明する 。 本実施例に よ る 3 色光源管 6 0 0 は 、 第 3 7 図の実施例に よ る各色光源管 と 同様の動作に よ り 、 各色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R44 、 2 5 Gii〜 2 5 G44 、 2 5 Βιι〜 2 5 Β44 よ り 出射 さ れた各色光はマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ 5 0 6通過後はそれぞ れの色の平行光線と な る 。 すなわち 、 3色光源管 6 0 0 の前面パネル 2 上の、 マ ト リ ク ス状平凸 レ ンズア レ イ 5 0 6 の第 1 行〜第 4行、 第 1 列〜第 4列 目 の平凸 レ ンズから は赤色平行光線 4 0 3 Rが、 第 1 行 〜第 4行、 第 5列〜第 8列目 の平凸 レ ンズか ら は緑色平行光線 4 0 3 Gが、 第 1 行〜第 4行、 第 9列〜第 1 2列 目 の平凸 レ ン ズか ら は青色 平行光線 4 0 3 Bがそれぞれ出射さ れる 。

赤色平行光線 4 0 3 Rは ミ ラ ー 4 ϋ 1 Aで反射さ れたのち 、 赤色成 分の面像が表示さ れた赤色用液晶ラ イ 卜バルブ 1 0 4 の画像形成部全 体を透過 し 、 赤色光の画像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て反射さ れる 。 緑色平行光線 4 0 3 Gは緑色成分の固像が表示さ れた緑色用液晶ラ イ 卜 バルブ 1 0 5 の画像形成部全体を透過 し た後、 合成プ リ ズム 1 0 7 を透過する 。 青色平行光線 4 0 3 Β はミ ラ ー 4 0 1 Βで反射さ れたの ち 、 青色成分の画像が表示さ れた青色用液晶ラ イ ト バルブ 1 0 6 の画 像形成部全体を透過 し 、 青色光の画像は合成プ リ ズム 1 0 7 に よ っ て 反射さ れる 。 この様に し て 、 合成プ リ ズム 1 0 7 で合成さ れた画像は 投射 レ ンズ 1 0 8 で拡大さ れ、 投射光 〗 0 9がス ク リ ー ン （ 図示せず ） に投射さ れる 。

第 4 6 図は、 他の実施例にお け る投射型表示装置の斜視構成図であ る 。 7 0 0 は 3色光源管であ り 、 ダイ ク ロ イ ヅ クプ リ ズム 2 1 6 、 投 射 レンズ 5 0 2 、 ミ ラ一 4 3 5 、 液晶ライ トバルブ 4 2 0 は、 第 3 2 図、 第 3 3 図の実施例における第 3 2 図の同一符号を付した構成要素 と同一のもので同一の動作をする 。 7 0 0 は 3色光源管であ り 、 上記 第 4 4図、 第 4 5 図の実施例における 3 色光源管 6 0 0 と同様な構成 のもので、 前面パネル 2 内面の赤色発光部 2 5 Rii〜 2 δ R 44 , 緣色 発光部 2 5 Gii〜 2 5 G 44、 青色発光部 2 5 Β ιι ~ 2 o B 44を液晶ラ ィ 卜バルブ 4 2 0の赤色画像表示部 4 2 1 R、 緑色画像表示部 4 2 1 G、 青色画像表示部 4 2 1 Bのそれぞれに対向する部分に設けたもの である。 5 0 7 R 、 δ 0 7 G (図示せず） 、 5 0 7 Β は焦点が各色発 光部 2 5 Rii ~ 2 5 R44、 2 5 Gii〜 2 5 G"、 2 5 Β ιι ~ 2 δ Β 4 の中心に位置すると共に、 凸面が回転楕円体形状であるよ うな平凸 レ ンズを 4 X 4のマ ト リ ク状に構成されるよう に、 アク リル成形によ り 成形されたマ ト リ クス状平凸 レンズア レイである。 マ ト リ クス状平凸 レ ンズア レイ 5 0 7 Rは、 赤色画像表示部 4 2 1 R と赤色発光部 2 5 Rii〜 2 5 R"の間に、 マ ト リ クス状平凸 レ ンズア レイ 5 0 7 Gは、 緑色画像表示部 4 2 1 Gと緑色発光部 2 5 Gii〜 2 5 G 44の間に、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 7 Bは、 青色画像表示部 4 2 1 B と 青色発光部 2 5 B I I ~ 2 5 B ₄4の間の前面パネル 2 上に透明接着剤に よ って接着されている。

3色光源管 7 0 0 、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 7 R 、 5 0 7 G、 5 0 7 B は第 4 4図、 第 4 5 図の実施例の 3色光源管 6 0 0 、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 6 と同様の動作によ り 、 3 色光源 管 7 0 0の前面パネル 2上のマ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 7 R からは赤色平行光線が、 マ 卜 リ クス状平凸 レンズァ レイ 5 0 7 Gから は緑色平行光線が、 マ ト リ クス状平凸 レンズア レイ 5 0 7 Bからは青 色平行光線がそれぞれ出射される。

赤色平行光線は、 液晶ライ トバルブ 4 2 0の赤色成分の画像が表示 された赤色画像表示部 4 2 1 R全体を透過して変調された後、 ミ ラー 4 3 5 で直角方向に反射され、 さ ら にダイ クロイ ヅ クプリ ズム 2 1 6 によっても直角方向に反射される。 緑色平行光線は、 同様に緑色成分 の画像が表示された緑色画像表示部 4 2 1 G全体を透過して変調され た後、 ミ ラー 4 3 5 で直角方向 に反射さ れ、 ダイ ク ロ イ 、ソ ク プ リ ズム 2 1 6 ではその ま ま透過さ れる 。 青色平行光線は、 青色成分の画像が 表示さ れた青色画像表示部 4 2 1 B 全体を透過 し て変調さ れた後、 ミ ラ ー 4 3 5 で直角方向 に反射さ れ、 ダイ ク ロ イ ツ ク プ リ ズム 2 1 6 に よ っ て も直角方向 に反射さ れる 。 こ の様に し て 、 ダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズム 2 1 6 で合成さ れた 3 色の画像は投射 レ ンズ 5 0 2 で拡大投射さ れ、 ス ク リ ー ン に表示さ れる 。

以上のよ う に 、 ひ と つの色のラ イ 卜 バルブに対応す る 光源管の発光 部を複数に分割す る と と も に 、 光源管のラ イ 卜 バルブ と 面す る側に複 数に分割さ れた発光部の位置に対応さ せて 、 個々 の凸面が回転楕円体 形状であ る複数の平凸 レ ンズからな るマ ト リ ク ス状平凸 レ ン ズア レ イ を設け る と と も に 、 3 色の光を発す る 光源管を ひ と つの容器に钠め た ので、 光の利用効率が高 く な る上に 、 部品点数が削減さ れ、 高電圧の 引 き 回 し も ひ と つ にでき 、 各色投射光の合成時にお ける発光面の面方 向の位置合わせも 、 ひ と つの光源管のみを調整でき る位置合わせ調整 機構があれば良いので、 光源管及び、 投射型表示装置が非常に小型化 さ れる 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電子線発生手段と、 電子線励起により 発光する蛍光体層から なる発光部を具備した光源管と、

映像信号に応じた光学像が形成されるライ トバルブと 、

前記光源管から照射された光によ るライ トバルブの光学像をス ク リ

—ンに投射する光学系を備えた投射型表示装置において、

前記発光部から拡散する発光光を前記ライ トバルブに向けて集光す る集光光学系を前記ライ トバルブと発光部の間に設けたこ とを特徴と する投射型表示装置。

2 . 前記発光部面積はライ トバルブ面積よ り小さ く 形成されたこ とを特徴とする請求項 1 記載の投射型表示装置。

3 . 前記集光光学系は前記発光部からの光を集光する凸 レンズを 備える こ とを特徴とする請求項 1 記載の投射型表示装置。

4 . 前記凸 レンズはライ トバルブ側の表面が回転楕円面の形状で ある こ とを特徴とする請求項 3 記載の投射型表示装置。

5 . 前記凸 レンズは、 前記光源管に接して配置され前記光源管に 面する側が平面であ り前記ライ 卜バルブと面する側が凸である平凸 レ ンズである こ とを特徴とする請求項 3記載の投射型表示装置。

6 . 前記平凸 レンズは、 前記ラ イ トバルブと面する側の光軸に垂 直な断面積が凸側から平面側に向かって減少する錐状形状を有するこ とを特徴とする請求項 5記載の投射型表示装置。

7 . 前記集光光学系は、 前記発光部から拡散する発光光を反射し て前記ライ 卜バルブに向けて集光する反射手段を備える こ とを特徴と する請求項 1 記載の投射型表示装置.

6 .前記反射手段は，前記発光部に対向するよ う に前記発光部と前記 凸 レ ンズの間に設けられ、 前記凸 レンズの光軸を中心とする開口部を 有する反射層を備える こ とを特徴とする請求項 7 記載の投射型表示装 置。

9 . 前記反射層は、 回転放物面状に形成されたこ とを特徴とする 請求項 8 記載の投射型表示装置。

1 0 . 前記発光部は、 前記開 口部に対 し て 凹面状 に形成さ れた こ と を特徴 と す る請求項 7 記載の投射型表示装置。

1 1 . 前記蛍光体層の前面部に干渉多層膜を備え る こ と を特徴 と す る請求項 8 記載の投射型表示装置。

1 2 . 電子線発生手段 と 電子線励起に よ り それぞれが異な る色 に 発光す る蛍光体層から な る複数の発光部 と を 一つの容器内 に具備 し た 光源管と 、

上記各色の映像信号に応 じ た光学像が形成さ れる複数のラ イ ト バル ブ と 、

上記光源から照射さ れた複数色の光に よ る ラ イ ト バルブの異な る色 の各光学像を合成す る 光学系素子 と 、

上記光学系素子に よ り 合成さ れた光を ス ク リ ー ン に導 く 光学系 と 、 を備え る投射型表示装置。

1 3 . 前記光源管が、 全色の発光輝度を同時に調整す る第 1 の制 御手段と 、 各色の発光輝度を独立に調整す る第 2 の制御手段 と を備え た こ と を特徴 と す る請求項 1 2 記載の投射型表示装置。

1 4 . 前記複数の発光部から拡散する発光光を それぞれ前記ラ イ 卜 バルブに向 けて集光す る集光光学系を前記ラ イ 卜 バルブと 発光部の 間に設け ^ こ と を特徴 と す る請求項 1 2 記載の投射型表示装置。

1 5 . 各発光部面積はそれぞれのラ イ 卜 バルブ面積よ り 小 さ く 形 成された こ と を特徴 と す る請求項 1 2 記載の投射型表示装置。

1 6 .前記集光光学系は、 前記光源管の前記ラ イ ト バルブと 面す る 側に前記複数の発光部の位置に対応させて それぞれ設け られた複数の 凸 レ ン ズを備え る こ と を特徴と する請求項 1 4 記載の投射型表示装置

1 7 . 前記集光光学系は、 前記複数の発光部から拡散する発光光 を反射 し て それぞれの前記ラ イ ト バルブに向 けて集光する反射手段を 備え る こ と を特徴 と す る請求項 1 2 記載の投射型表示装置。

1 8 .前記反射手段は，前記発光部に対向する よ う に前記複数の発光 部と前記複数の凸 レ ンズの間に設け られ、 それぞれの凸 レ ン ズの光軸 を中心 と する複数の開 口部を有す る反射層を備え る こ と を特徴 と す る 請求項 1 7 記載の投射型表示装置。

1 9 . 異な る色に発光する複数の前記発光部がさ ら にマ 卜 リ ヅ ク ス状に複数に分割され、 前記複数の凸 レ ン ズはそれぞれ、 前記マ ト リ 、ソ ク ス状に複数に分割された各発光部に対応するマ ト リ 、、) ク ス状 レ ン ズァ レ イ を備え る こ と を特徴と する請求項 1 6 記載の投射型表示装置