JP2006003654A - Image display device and image display method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device, with which lowering of the utilization factor of the light caused by light shielding, also lowering of the contrast caused by correction panel insertion, difficulty in manufacture, and the tendency for enlargement of the device are solved, and an image display method. <P>SOLUTION: The image display device is equipped with first and second lighting optical systems 21, 22 taking on mutually different polarization states, and a means 20 for switching lighting switching the light from them, based on time and illuminating an image display element 1. Directions of laser beams emitted by first and second light sources 23, 24 of the first and second lighting optical systems 21, 22 are set so as to take on polarization directions shown in optical paths in the figure. A lighting light beam, from the first lighting optical system 21, passes through a polarization beam splitter 27 and that from the second lighting optical system 22 is reflected by the polarization beam splitter 27, and consequently, either of the lighting light beams arrives at the image display element 1. The means 20 for switching lighting controls on and off of the first and second light sources 23, 24 by switching them, in synchronization with an image rewrite timing of the image display element 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる画像表示素子を用いた画像表示装置及び画像表示方法に関する。   The present invention relates to an image display apparatus and an image display method using an image display element made of a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal.

強誘電性液晶又は反強誘電性液晶を用いた画像表示素子は、ネマティック液晶を用いた画像表示素子に比べて高速駆動が可能であることから、広く研究開発されており、その一部が商品化されている。その反面、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶を用いた画像表示素子は、これらの液晶を電界駆動する場合に印加電圧に直流(DC)成分が残存すると、イオン性物質が生成されて良好な駆動が妨げられることが知られている。そこで、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶を利用した従来の画像表示装置は、画像表示の時間単位としての1フレームを2つのサブフレームに分割して、半分の時間で画像表示信号に応じた電圧(+V)を印加しながら画像表示素子からの出射光を観察者が視認できるように出射し、残り半分の時間は上記印加電圧と逆極性の電圧(−V)を印加しながら遮光するするようにしている(例えば非特許文献1参照)。   Image display elements using ferroelectric liquid crystals or antiferroelectric liquid crystals are widely researched and developed because they can be driven at higher speeds than image display elements using nematic liquid crystals. It has become. On the other hand, an image display device using ferroelectric liquid crystal or anti-ferroelectric liquid crystal is good because an ionic substance is generated if a direct current (DC) component remains in the applied voltage when the liquid crystal is driven by an electric field. Is known to hinder proper driving. Therefore, the conventional image display device using the ferroelectric liquid crystal or the anti-ferroelectric liquid crystal divides one frame as a time unit of image display into two subframes and responds to the image display signal in half time. The emitted light from the image display element is emitted so that the observer can visually recognize the applied voltage (+ V), and the remaining half of the time is shielded while applying a voltage (-V) having a polarity opposite to the applied voltage. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、別の従来の画像表示装置は、第1偏光板と第2偏光板との間に画像表示素子としての表示パネル、補正パネルをこの順に設け、表示パネルから出射した画像光の偏光面を補正パネルにより切替えるようにしている(例えば特許文献1参照)。
Hirokazu Furuta, Jun Xu, Shunsuke Kobayashi共著「Electro-optic properties of an intrinsic half-V-mode FLCD and its application to field-sequential full color LCDs using a poly-Si TFT matrix array, Journal of the SID」 V. 11, No. 3,2003年出版、 P. 433 特開2003−121872号公報
In another conventional image display device, a display panel as an image display element and a correction panel are provided in this order between a first polarizing plate and a second polarizing plate, and a polarization plane of image light emitted from the display panel is provided. Switching is performed by a correction panel (see, for example, Patent Document 1).
Hirokazu Furuta, Jun Xu, Shunsuke Kobayashi, `` Electro-optic properties of an intrinsic half-V-mode FLCD and its application to field-sequential full color LCDs using a poly-Si TFT matrix array, Journal of the SID '' V. 11 , No. 3, 2003, P. 433 JP 2003-121872 A

しかしながら、上記従来の画像表示装置のうち、前者の画像表示装置にあっては、比較的簡単な構造で高コントラストの画像が得られる利点を有するものの、遮光により光利用効率が実質的に半減してしまうといった問題があった。また、後者の画像表示装置にあっては、可視光全域にわたって偏光面を精度良く切替えることのできる補正パネルを製作するのは困難であり、またコントラストの低下を招きやすくなるのみならず、補正パネルが画像表示素子と投射レンズとの間に挿入されるので、投射レンズのバックフォーカス長が長くなり投射レンズが大型化してしまうといった問題点があった。   However, among the conventional image display devices described above, the former image display device has an advantage that a high-contrast image can be obtained with a relatively simple structure, but light use efficiency is substantially halved by light shielding. There was a problem such as. Further, in the latter image display device, it is difficult to manufacture a correction panel that can switch the polarization plane with high accuracy over the entire visible light range, and not only it tends to cause a decrease in contrast, but also the correction panel. Is inserted between the image display element and the projection lens, there is a problem that the back focus length of the projection lens becomes long and the projection lens becomes large.

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、遮光に起因した光利用効率の低下を防ぐとともに、補正パネルの挿入に起因した、コントラストの低下、製作困難性、及び装置の大型化を解消することができる画像表示装置及び画像表示方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and prevents a decrease in light utilization efficiency due to light shielding, as well as a decrease in contrast due to insertion of a correction panel, difficulty in manufacturing, and large size of the apparatus. An object of the present invention is to provide an image display device and an image display method that can eliminate the problem.

請求項1に記載の本発明の画像表示装置は、少なくとも片方が透明である一対の基板と、基板間に設けられて基板と平行な面内で配向方向が切り替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、透明の基板の液晶層側に設けられて強誘電性液晶又は反強誘電性液晶の配列方向を画像表示信号に応じて切り替える画電極素とを有する画像表示素子を用い、画像表示素子を照明光学系の光源からの偏光状態を変化させる照明光で照明して画像を表示する画像表示装置において、照明光学系内に、画像表示素子の極性反転前後における出射画像光の偏光状態が同一となるように、画像表示素子に入射される入射光の偏光状態を時間的に切替える偏光状態切替え手段を設けた構成を有する。   The image display device of the present invention according to claim 1 includes a pair of substrates at least one of which is transparent, and a ferroelectric liquid crystal or anti-strength which is provided between the substrates and whose orientation direction is switched in a plane parallel to the substrate. An image display element having a liquid crystal layer made of a dielectric liquid crystal and an image electrode element provided on the liquid crystal layer side of a transparent substrate and switching the arrangement direction of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal according to an image display signal In the image display device that displays the image by illuminating the image display element with illumination light that changes the polarization state from the light source of the illumination optical system, the emission image before and after the polarity reversal of the image display element in the illumination optical system It has a configuration provided with a polarization state switching means for temporally switching the polarization state of incident light incident on the image display element so that the polarization state of the light becomes the same.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、偏光状態切替え手段が、互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系と、照明光学系の照明光を時間的に切替えて画像表示素子を照明する照明切替え手段とを備えた構成を有する。   According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the polarization state switching means temporally switches between the plurality of illumination optical systems having different polarization states and the illumination light of the illumination optical system. And an illumination switching means for illuminating the image display element.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の画像表示装置において、互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系の光源が固体レーザである構成を有する。   According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the second aspect, the light sources of the plurality of illumination optical systems having different polarization states are solid-state lasers.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、偏光状態切替え手段が、一対の透明基板と、透明基板間に設けられ透明基板と平行な面内で配向方向が切替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、透明基板の内面側に設けられて液晶層の配向方向をフレーム信号に応じて切替える電極とを有する光学素子である構成を有する。   According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the polarization state switching means switches the orientation direction in a plane parallel to the transparent substrate provided between the pair of transparent substrates and the transparent substrate. The optical element includes a liquid crystal layer made of ferroelectric liquid crystal or anti-ferroelectric liquid crystal, and an electrode provided on the inner surface side of the transparent substrate to switch the orientation direction of the liquid crystal layer according to a frame signal.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の画像表示装置において、偏光状態切替え手段が、照明光の入射面及び出射面となる複数の異なる偏光方向の偏光フィルタ面が形成され、回転中心が照明光の光軸と直交する方向を向いた状態で光源と画像表示素子との間に配置されて、フレーム周波数と同期する回転速度で回転され、照明光光線の入射面及び出射面の組合せを異ならせることにより偏光状態を切替える多角体偏光フィルタを備えた構成を有する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the polarization state switching means includes a plurality of polarizing filter surfaces having different polarization directions which are the incident surface and the exit surface of the illumination light, and are rotated. Arranged between the light source and the image display element with the center facing the direction orthogonal to the optical axis of the illumination light, rotated at a rotational speed synchronized with the frame frequency, and the incident surface and the exit surface of the illumination light beam It has a configuration including a polygonal polarizing filter that switches the polarization state by changing the combination.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の画像表示装置において、多角体偏光フィルタが、偏光フィルタ面が4面である構成を有する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect of the present invention, the polygonal polarizing filter has a configuration in which there are four polarizing filter surfaces.

請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の画像表示装置において、多角体偏光フィルタによって画像表示素子上の画素に入射する光の偏光状態が切替わるタイミングと、画像表示信号による画素の書替えタイミングとが一致するようにした構成を有する。   According to a seventh aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth or sixth aspect, the timing at which the polarization state of the light incident on the pixels on the image display element is switched by the polygonal polarization filter and the image display signal are used. It has a configuration in which the pixel rewriting timing coincides.

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の画像表示装置において、1つの画像フレームを構成する複数のサブフレームごとに画像表示素子からの出射光の位置を変位させ、画像表示素子のみかけ上の画素数を増やして表示する光路偏向手段を設けた構成を有する。   According to an eighth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to seventh aspects, the position of the emitted light from the image display element is displaced for each of a plurality of subframes constituting one image frame. The optical path deflecting means for displaying the image display element by increasing the number of apparent pixels is provided.

請求項9に記載の発明の画像表示素子は、一対の基板が、両基板とも透明基板からなる請求項1乃至8のいずれかに記載の画像表示装置に用いる画像表示素子であって、画像表示素子の各画素の入射光側上部に設けられて照明光を画素の中央に集光する集光素子を備えた構成を有する。   The image display element of the invention according to claim 9 is the image display element used in the image display device according to any one of claims 1 to 8, wherein the pair of substrates are both transparent substrates. It has a configuration provided with a condensing element that is provided on the incident light side upper part of each pixel of the element and condenses illumination light at the center of the pixel.

請求項10に記載の本発明の画像表示方法は、少なくとも片方が透明である一対の基板と、基板間に設けられて基板と平行な面内で配向方向が切り替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、透明の基板の液晶層側に設けられて強誘電性液晶又は反強誘電性液晶の配列方向を画像表示信号に応じて切り替える画素電極とを有する画像表示素子を用い、画像表示素子を照明光学系の光源からの偏光状態を変化させる照明光で照明して画像を表示する画像表示方法において、画像表示素子に入射される入射光の偏光状態を時間的に切替えることにより、画像表示素子の極性反転前後における出射画像光の偏光状態が同一となるようにした構成を有する。   The image display method of the present invention according to claim 10 includes a pair of substrates at least one of which is transparent, and a ferroelectric liquid crystal or anti-strength which is provided between the substrates and whose orientation direction is switched in a plane parallel to the substrate. An image display element having a liquid crystal layer made of a dielectric liquid crystal and a pixel electrode provided on the liquid crystal layer side of a transparent substrate and switching the arrangement direction of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal according to an image display signal In an image display method for displaying an image by illuminating the image display element with illumination light that changes the polarization state from the light source of the illumination optical system, the polarization state of incident light incident on the image display element is switched over time Accordingly, the polarization state of the emitted image light before and after the polarity inversion of the image display element is made to be the same.

請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の画像表示方法において、互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系から照射される照明光を時間的に切替えることにより、画像表示素子に入射する入射光の偏光状態を切替える構成を有する。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the image display method according to the tenth aspect, the illumination light irradiated from a plurality of illumination optical systems having different polarization states is temporally switched to enter the image display element. The polarization state of incident light to be switched is switched.

請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の画像表示方法において、互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系の光源が固体レーザである構成を有する。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the image display method according to the eleventh aspect, the light sources of the plurality of illumination optical systems having different polarization states are solid-state lasers.

請求項13に記載の発明は、請求項10に記載の画像表示方法において、画像表示素子に入射される入射光の偏光状態の切替えが、一対の透明基板と、透明基板間に設けられ透明基板と平行な面内で配向方向が切替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、透明基板の内面側に設けられて液晶層の配向方向をフレーム信号に応じて切替える電極とを有する光学素子により行われる構成を有する。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image display method according to the tenth aspect, the switching of the polarization state of incident light incident on the image display element is provided between the pair of transparent substrates and the transparent substrate. A liquid crystal layer made of a ferroelectric liquid crystal or an anti-ferroelectric liquid crystal whose orientation direction is switched in a plane parallel to the surface, and an electrode provided on the inner surface side of the transparent substrate to switch the orientation direction of the liquid crystal layer according to a frame signal It has the structure performed by the optical element which has these.

請求項14に記載の発明は、請求項10に記載の画像表示方法において、画像表示素子に入射される入射光の偏光状態の切替えが、照明光の入射面及び出射面となる複数の異なる偏光方向の偏光フィルタ面が形成され、回転中心が照明光の光軸と直交する方向を向いた状態で光源と画像表示素子との間に配置されて、フレーム周波数と同期する回転速度で回転され、照明光光線の入射面及び出射面の組合せを異ならせることにより偏光状態を切替える多角体偏光フィルタにより行われる構成を有する。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the image display method according to the tenth aspect, the polarization state of the incident light incident on the image display element is changed to a plurality of different polarized lights that become the incident surface and the exit surface of the illumination light. Is formed between the light source and the image display element in a state where the center of rotation faces the direction orthogonal to the optical axis of the illumination light, and is rotated at a rotation speed synchronized with the frame frequency. It has a configuration that is performed by a polygonal polarizing filter that switches the polarization state by changing the combination of the incident surface and the exit surface of the illumination light beam.

請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の画像表示方法において、多角体偏光フィルタの偏光フィルタ面が4面である構成を有する。   A fifteenth aspect of the present invention is the image display method according to the fourteenth aspect, wherein the polyhedral polarizing filter has four polarizing filter surfaces.

請求項16に記載の発明は、請求項14又は15に記載の画像表示方法において、多角体偏光フィルタによって前画像表示素子上の画素に入射する光の偏光状態が切替わるタイミングと、画像表示信号による画素の書替えタイミングとが一致するようにした構成を有する。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image display method according to the fourteenth or fifteenth aspect, the timing at which the polarization state of light incident on the pixel on the previous image display element is switched by the polygonal polarization filter, and the image display signal The configuration is such that the pixel rewriting timing according to is consistent with the pixel rewriting timing.

請求項17に記載の発明は、請求項10乃至16のいずれかに記載の画像表示方法において、1つの画像フレームを構成する複数のサブフレームごとに画像表示素子からの出射光の位置を変位させ、画像表示素子のみかけ上の画素数を増やして表示する構成を有する。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in the image display method according to any one of the tenth to sixteenth aspects, the position of the emitted light from the image display element is displaced for each of a plurality of sub-frames constituting one image frame. The image display element has a configuration in which the number of apparent pixels is increased for display.

請求項18に記載の発明は、一対の基板が、両基板とも透明基板からなる請求項10乃至17のいずれかに記載の画像表示素子を用いた画像表示方法において、画像表示素子が、この各画素の入射光側上部に設けられて照明光を画素の中央に集光する集光素子を備えた構成を有する。   The invention according to claim 18 is the image display method using the image display element according to any one of claims 10 to 17, wherein the pair of substrates are both transparent substrates. It has a configuration including a condensing element that is provided on the incident light side of the pixel and condenses the illumination light at the center of the pixel.

請求項1に記載の発明の画像表示装置によれば、遮光に起因した光利用効率の低下を防ぐとともに、補正パネルの挿入に起因した、コントラストの低下、製作困難性、及び投射レンズの大型化を解消することができる。   According to the image display device of the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the light use efficiency from being lowered due to light shielding, and to reduce the contrast, difficulty in manufacturing, and enlargement of the projection lens due to the insertion of the correction panel. Can be eliminated.

請求項2に記載の発明によれば、可視光全域に渡って良好な偏光状態を得ることができる。   According to the second aspect of the present invention, a good polarization state can be obtained over the entire visible light region.

請求項3に記載の発明によれば、固体レーザーが出射状態で直線偏光しているので、偏光変換ロスを伴うことなく照明光学系を構築できる。また、固定レーザーにより広い色再現範囲が得られ、ランプ光源を用いた場合に比べて優れた演色性を有する画像表示装置を構成することが可能となる。   According to the third aspect of the invention, since the solid-state laser is linearly polarized in the emission state, an illumination optical system can be constructed without any polarization conversion loss. In addition, a wide color reproduction range can be obtained by a fixed laser, and an image display device having excellent color rendering properties compared to the case of using a lamp light source can be configured.

請求項4に記載の発明によれば、光学素子内の液晶配向方向を、光学素子に入射する偏光の振動方向もしくは回転方向に合わせて設定して時間的に切替えることで、時間的に偏光状態を切替える照明光を形成することができる。この場合、従来のランプを用いた画像表示装置と比較してほぼ同等の大きさの照明光学系とすることができる。   According to the invention of claim 4, the liquid crystal alignment direction in the optical element is set in accordance with the vibration direction or rotation direction of the polarized light incident on the optical element and is switched over time, so that the polarization state is temporally changed. Illumination light for switching between the two can be formed. In this case, an illumination optical system having substantially the same size as that of a conventional image display device using a lamp can be obtained.

請求項5に記載の発明によれば、画像表示素子が線順次駆動される場合に、画像の書替えタイミングと照明の偏光状態の切替えタイミングとを一致させることができ、コントラストのさらなる向上を図ることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, when the image display element is driven line-sequentially, the rewriting timing of the image can be matched with the switching timing of the polarization state of the illumination, and the contrast can be further improved. Can do.

請求項6に記載の発明によれば、偏光状態切替え手段を最も偏光面数が少ない小型のものとすることができ、この結果、装置全体の小型化を図ることができる。また、その形状が直方体形状であるので、加工が容易でコストを低下させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the polarization state switching means can be made compact with the smallest number of polarization planes, and as a result, the entire apparatus can be miniaturized. Moreover, since the shape is a rectangular parallelepiped shape, processing is easy and cost can be reduced.

請求項7に記載の発明によれば、画像の書替えタイミングと照明の偏光状態の切替えタイミングとを一致させることができ、コントラストのさらなる向上を図ることができる。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to make the image rewriting timing coincide with the switching timing of the polarization state of the illumination, and the contrast can be further improved.

請求項8に記載の発明によれば、高速でスイッチング可能な画像素子を用いることで画像のコントラストを向上させ光利用効率を高めることができる。特に、透過型の画像表示素子を用いた場合には、偏光ビームスプリッタ等を光路偏向手段と画像表示素子との間に挿入する必要がなくなり、光路偏向手段の大型化を抑えることができる。   According to the eighth aspect of the present invention, by using an image element that can be switched at high speed, the contrast of the image can be improved and the light utilization efficiency can be increased. In particular, when a transmissive image display element is used, it is not necessary to insert a polarizing beam splitter or the like between the optical path deflecting means and the image display element, and the enlargement of the optical path deflecting means can be suppressed.

請求項9に記載の発明によれば、画像表示素子の各画素液晶部の照明範囲を画素範囲より小さくでき、照明光が液晶駆動用トランジスタ等の非透明部に遮られずに透過できるので、光利用効率が高まり、またその高速駆動特性によるコントラストの改善が図れるとともに、見かけの画素数を向上させた時の画素間の重なりを容易に回避することができる。   According to the invention of claim 9, the illumination range of each pixel liquid crystal part of the image display element can be smaller than the pixel range, and the illumination light can be transmitted without being blocked by the non-transparent part such as a liquid crystal driving transistor. The light utilization efficiency can be improved, the contrast can be improved by the high-speed driving characteristics, and the overlap between the pixels when the apparent number of pixels is increased can be easily avoided.

請求項10に記載の本発明の画像表示方法によれば、遮光に起因した光利用効率の低下を防ぐとともに、補正パネルの挿入に起因した、コントラストの低下、製作困難性、及び投射レンズの大型化を解消することができる。   According to the image display method of the present invention as set forth in claim 10, while preventing a decrease in light utilization efficiency due to light shielding, a decrease in contrast due to insertion of a correction panel, difficulty in production, and a large projection lens Can be eliminated.

請求項11に記載の発明によれば、可視光全域に渡って良好な偏光状態を得ることができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, a good polarization state can be obtained over the entire visible light range.

請求項12に記載の発明によれば、固体レーザーが出射状態で直線偏光しているので、偏光変換ロスを伴うことなく照明光学系を構築できる。また、固定レーザーにより広い色再現範囲が得られ、ランプ光源を用いた場合に比べて優れた演色性を有する画像表示方法を構成することが可能となる。   According to the invention described in claim 12, since the solid-state laser is linearly polarized in the emission state, an illumination optical system can be constructed without any polarization conversion loss. In addition, a wide color reproduction range can be obtained by a fixed laser, and an image display method having excellent color rendering properties compared to the case of using a lamp light source can be configured.

請求項13に記載の発明によれば、光学素子内の液晶配向方向を、光学素子に入射する偏光の振動方向もしくは回転方向に合わせて設定して時間的に切替えることで、時間的に偏光状態を切替える照明光を形成することができる。この場合、従来のランプを用いた画像表示装置と比較してほぼ同等の大きさの照明光学系とすることができる。   According to the invention of claim 13, the liquid crystal alignment direction in the optical element is set in accordance with the vibration direction or the rotation direction of the polarized light incident on the optical element and is switched over time, so that the polarization state is temporally changed. Illumination light for switching between the two can be formed. In this case, an illumination optical system having substantially the same size as that of a conventional image display device using a lamp can be obtained.

請求項14に記載の発明によれば、画像表示素子が線順次駆動される場合に、画像の書替えタイミングと照明の偏光状態の切替えタイミングとを一致させることができ、コントラストのさらなる向上を図ることができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, when the image display element is line-sequentially driven, the image rewriting timing and the illumination polarization state switching timing can be matched, thereby further improving the contrast. Can do.

請求項15に記載の発明によれば、多角体偏光フィルタを最も偏光面数が少ない小型のものとすることができ、この結果、装置全体の小型化を図ることができる。また、その形状が直方体形状であるので、加工が容易でコストを低下させることができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the polygonal polarizing filter can be made compact with the smallest number of polarization planes, and as a result, the entire apparatus can be miniaturized. Moreover, since the shape is a rectangular parallelepiped shape, processing is easy and cost can be reduced.

請求項16に記載の発明によれば、画像の書替えタイミングと照明の偏光状態の切替えタイミングとを一致させることができ、コントラストのさらなる向上を図ることができる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, the image rewriting timing and the illumination polarization state switching timing can be matched, and the contrast can be further improved.

請求項17に記載の発明によれば、高速でスイッチング可能な画像素子を用いることで画像のコントラストを向上させ光利用効率を高めることができる。特に、透過型の画像表示素子を用いた場合には、偏光ビームスプリッタ等を光路偏向手段と画像表示素子との間に挿入する必要がなくなり、光路偏向手段の大型化を抑えることができる。   According to the seventeenth aspect of the present invention, it is possible to improve the contrast of an image and increase the light utilization efficiency by using an image element that can be switched at high speed. In particular, when a transmissive image display element is used, it is not necessary to insert a polarizing beam splitter or the like between the optical path deflecting means and the image display element, and the enlargement of the optical path deflecting means can be suppressed.

請求項18に記載の発明によれば、画像表示素子の各画素液晶部の照明範囲を画素範囲より小さくでき、照明光が液晶駆動用トランジスタ等の非透明部に遮られずに透過できるので、光利用効率が高まり、またその高速駆動特性によるコントラストの改善が図れるとともに、見かけの画素数を向上させた時の画素間の重なりを容易に回避することができる。   According to the invention described in claim 18, since the illumination range of each pixel liquid crystal portion of the image display element can be made smaller than the pixel range, and the illumination light can be transmitted without being blocked by a non-transparent portion such as a liquid crystal driving transistor. The light utilization efficiency can be improved, the contrast can be improved by the high-speed driving characteristics, and the overlap between the pixels when the apparent number of pixels is increased can be easily avoided.

以下、本発明に係る実施の形態の画像表示装置及び画像表示方法について、図面を用いて説明する。なお、以下の各実施例において、実質的の同じ部部については同じ符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, an image display device and an image display method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず、画像表示装置で用いられる画素表示素子の構成につき、図1を用いて説明する。図1(a)は、画像表示素子1の平面図、図1(b)は画像表示素子1の側面断面図をそれぞれ示す。同図に示すように、画像表示素子1は、2次元に配列された複数の画素1aを有し、画素1aごとにそれぞれ独立に液晶層5に電圧を印加可能な画素電極3が設けられている。   First, the configuration of a pixel display element used in an image display device will be described with reference to FIG. 1A is a plan view of the image display element 1, and FIG. 1B is a side sectional view of the image display element 1. FIG. As shown in the figure, the image display element 1 has a plurality of pixels 1a arranged two-dimensionally, and a pixel electrode 3 capable of independently applying a voltage to the liquid crystal layer 5 is provided for each pixel 1a. Yes.

液晶層5は、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなり、一対の透明な基板2a、2b間に挟まれる。一対の基板2a、2bのうち、入射光側にある基板2aの液晶層5側の面には,画素表示素子1の画像表示領域全面にわたり、透明な導電性材料からなる画素電極3が、また出射光側にある基板2bの液晶層5側の面には,画素表示素子1の画像表示領域全面にわたり、透明な導電性材料からなる対極電極4がそれぞれ設けられる。なお、画像表示装置によっては、液晶を所定方向に配向させる配向膜や、液晶層の厚さを均一に保つスペーサ等が用いられることもあるが、これらは図1では省略してある。   The liquid crystal layer 5 is made of a ferroelectric liquid crystal or an anti-ferroelectric liquid crystal, and is sandwiched between a pair of transparent substrates 2a and 2b. Of the pair of substrates 2a and 2b, on the surface of the substrate 2a on the incident light side on the liquid crystal layer 5 side, the pixel electrode 3 made of a transparent conductive material is provided over the entire image display region of the pixel display element 1. The counter electrode 4 made of a transparent conductive material is provided on the entire surface of the image display area of the pixel display element 1 on the surface of the substrate 2b on the outgoing light side on the liquid crystal layer 5 side. Depending on the image display device, an alignment film for aligning the liquid crystal in a predetermined direction and a spacer for keeping the thickness of the liquid crystal layer uniform may be used, but these are omitted in FIG.

入射光としては直線偏光や円偏光等が用いられ、印加電圧によりその偏光状態を変化させた液晶層5を通って出射するようにしている。この画像表示素子1の出射光側には偏光フィルタが設けられ、ここで偏光状態の変化を光量変化に置換してスクリーン上に投射するようになっている。   As the incident light, linearly polarized light, circularly polarized light or the like is used, and the light is emitted through the liquid crystal layer 5 whose polarization state is changed by an applied voltage. A polarization filter is provided on the outgoing light side of the image display element 1, and the change in the polarization state is replaced with the change in the light amount and projected onto the screen.

なお、ここで本発明の画像表示装置は、観察者の視認形態に関わらず、画像表示素子1を照明しその出射光を画像光として利用できるものであればよい。すなわち、スクリーンに対して投射光学系と同じ側から画像を視認するフロント型である場合と、スクリーンに対して投射光学系と逆側から画像を視認するリア型である場合とでは、装置の構成が異なるが、本発明の画像表示装置にあってはどちらの投射型でも適用可能である。さらには、スクリーンに投射することなく、空間像を観察者が視認する非投射型のものであっても適用可能である。   Here, the image display device of the present invention may be any device as long as it can illuminate the image display element 1 and use the emitted light as image light, regardless of the viewer's visual form. That is, in the case of a front type that visually recognizes an image from the same side as the projection optical system with respect to the screen, and in the case of a rear type that visually recognizes an image from the opposite side of the projection optical system relative to the screen However, in the image display apparatus of the present invention, either projection type is applicable. Further, the present invention is applicable even to a non-projection type in which an observer visually recognizes an aerial image without projecting on a screen.

図2は、画像表示素子1の一つの画素1aを拡大し、その中にある液晶の配向状態を示す図である。画像表示素子1には、強誘電性液晶に分類されるスメクチックC液晶、又は反強誘電性液晶のいずれの液晶をも用いることも可能である。   FIG. 2 is an enlarged view of one pixel 1a of the image display element 1 and shows an alignment state of liquid crystal in the pixel 1a. As the image display element 1, it is also possible to use either a smectic C liquid crystal classified as a ferroelectric liquid crystal or an anti-ferroelectric liquid crystal.

なお、スメクチック液晶とは、液晶分子の長軸方向が層状に配列している液晶分子であり、この層の法線方向(層法線方向)と液晶分子長軸方向とが一致している液晶をスメクチックA相、層法線方向と液晶分子長軸方向とが一致していない液晶をキラルスメクチックC相という。キラルスメクチックC相強誘電液晶は、一般的に外部電界が作用していない状態においては各層ごとに液晶ダイレクタ方向が螺旋状に回転している、いわゆる螺旋構造をとる。なお、キラルスメクチックC相反強誘電性液晶では、各層ごとに液晶ダイレクタが対向する方向を向く。このような螺旋構造の螺旋ピッチをスメクチック層ピッチという。   A smectic liquid crystal is a liquid crystal molecule in which the major axis direction of the liquid crystal molecules is arranged in a layered manner, and the normal direction (layer normal direction) of this layer coincides with the major axis direction of the liquid crystal molecule. Is called a smectic A phase, and a liquid crystal in which the normal direction of the layer does not coincide with the major axis direction of the liquid crystal molecule is called a chiral smectic C phase. The chiral smectic C-phase ferroelectric liquid crystal generally has a so-called spiral structure in which the direction of the liquid crystal director rotates spirally for each layer in the state where no external electric field is applied. In the chiral smectic C reciprocal ferroelectric liquid crystal, the liquid crystal directors face each other in the respective layers. Such a spiral pitch of the spiral structure is called a smectic layer pitch.

ここで、キラルスメクチックC相の液晶層の厚さを液晶分子が螺旋構造をとれないほど薄い層厚に設定すると、液晶層内の液晶分子は液晶層界面での分子長軸方向により規制されて同じ方向をとることとなる。これらの液晶分子は、その分子構造中に不斉炭素を有し、この不斉炭素により自発分極をしている結果、自発分極Psと外部電界Eとから決定される方向に液晶分子が再配列するため、その光学特性を制御することが可能となる。   Here, if the thickness of the liquid crystal layer of the chiral smectic C phase is set so thin that the liquid crystal molecules cannot take a helical structure, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are regulated by the molecular major axis direction at the interface of the liquid crystal layer. It will take the same direction. These liquid crystal molecules have asymmetric carbon in the molecular structure, and as a result of spontaneous polarization by the asymmetric carbon, the liquid crystal molecules are rearranged in a direction determined from the spontaneous polarization Ps and the external electric field E. Therefore, the optical characteristics can be controlled.

キラルスメクチックC相強誘電液晶の構造は、主鎖、スペーサ、骨格、結合部、キラル部等よりなる。主鎖構造としては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、ポリオキシエチレン等が利用可能である。スペーサは、分子回転を担う骨格、結合部、キラル部を主鎖と結合させるものであり、適当な長さのメチレン鎖等が選択される。またカイラル部とビフェニル構造などの剛直な骨格とを結合する結合部には−COO−結合等が選択される。   The structure of the chiral smectic C-phase ferroelectric liquid crystal is composed of a main chain, a spacer, a skeleton, a bonding part, a chiral part, and the like. As the main chain structure, polyacrylate, polymethacrylate, polysiloxane, polyoxyethylene and the like can be used. The spacer binds a skeleton, a bonding part, and a chiral part that are responsible for molecular rotation to the main chain, and a methylene chain having an appropriate length is selected. In addition, a —COO— bond or the like is selected as a bond portion that connects the chiral portion and a rigid skeleton such as a biphenyl structure.

図2は、電界の方向を紙面に対し上下方向に変化させた時の、液晶分子5aの配向方向の変化を示す。ここでは、液晶は自発分極Psが負となるものを想定している。また液晶はここではいわゆる双安定方向をとる場合を示しているが、単安定方向の液晶であっても問題なく用いることが可能である。同図中、反転中心8は、液晶分子5aが一点鎖線6と一点鎖線7との間に並ぶスメクチック層の層面に対して垂直な方向であり、この反転中心8に対して同じ角度(「コーン角」という)θだけ左右に傾いた状態で液晶分子5aが安定する。   FIG. 2 shows a change in the orientation direction of the liquid crystal molecules 5a when the direction of the electric field is changed in the vertical direction with respect to the paper surface. Here, it is assumed that the liquid crystal has a negative spontaneous polarization Ps. Although the liquid crystal shows a so-called bistable direction here, even a liquid crystal in a monostable direction can be used without any problem. In the figure, the inversion center 8 is a direction perpendicular to the layer surface of the smectic layer in which the liquid crystal molecules 5a are arranged between the one-dot chain line 6 and the one-dot chain line 7, and the same angle ("cone" The liquid crystal molecules 5a are stabilized in a state in which the angle is referred to as “left and right”.

ここでコーン角θを22.5度に設定し、ある波長λにおける液晶の屈折率差Δnと液晶層厚dとの間に、Δn・d=λ/2の関係がある場合につき、入射光の偏光状態がどのように変化するかを説明する。   Here, when the cone angle θ is set to 22.5 degrees and there is a relationship of Δn · d = λ / 2 between the refractive index difference Δn of the liquid crystal at a certain wavelength λ and the liquid crystal layer thickness d, the incident light How the polarization state changes will be described.

照明光の進行方向と入射前の偏光方向を同図(a)に示すように設定する。すなわち、偏光は直線偏光であり、液晶分子5aの長軸方向と平行な縦方向である。この場合、直線偏光は液晶分子5aの屈折率異方性を感じることなく、偏光状態を縦方向に維持したまま出射する。一方、液晶分子5aの長軸方向と直線偏光とが45度の傾きをとる同図(b)の場合では、直線偏光の、液晶分子5aの長軸に平行な成分と垂直な成分で位相ずれが発生して、液晶層を通過する間にλ/2の位相ずれを生じ、言い換えれば偏光面の回転が発生し、この結果、入射光の偏光面から直角に傾いた状態で出射する。この場合、出射光側に、入射光の偏光方向と平行な透過軸を有する偏光子を設ければ、同図(a)の状態では明表示、同図(b)の状態では暗表示が得られることになる。   The traveling direction of the illumination light and the polarization direction before incidence are set as shown in FIG. That is, the polarized light is linearly polarized light and is in the longitudinal direction parallel to the major axis direction of the liquid crystal molecules 5a. In this case, the linearly polarized light is emitted while maintaining the polarization state in the vertical direction without feeling the refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules 5a. On the other hand, in the case of the figure (b) in which the major axis direction of the liquid crystal molecules 5a and the linearly polarized light have an inclination of 45 degrees, the phase shift is caused by a component perpendicular to the major axis of the liquid crystal molecules 5a and a component perpendicular to the major axis of the liquid crystal molecules 5a. Occurs, and a phase shift of λ / 2 occurs while passing through the liquid crystal layer. In other words, rotation of the polarization plane occurs, and as a result, the incident light is emitted in a state inclined at a right angle from the polarization plane. In this case, if a polarizer having a transmission axis parallel to the polarization direction of the incident light is provided on the outgoing light side, bright display is obtained in the state of FIG. 5A and dark display is obtained in the state of FIG. Will be.

次に、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の極性反転について説明する。極性反転とは、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶の駆動時の電圧にDC成分が残存することに起因した不具合を解消するために行う駆動方法である。なお、ここでは極性反転の方法を理解するため、まず従来から利用されている極性反転につき図3と図4に示す2つの方法を採り上げて説明し、その後、これらと対比しながら本発明の各実施例ごとにその特徴を説明していくことにする。   Next, polarity inversion of the ferroelectric liquid crystal and the antiferroelectric liquid crystal will be described. Polarity reversal is a driving method performed to eliminate a problem caused by the DC component remaining in the voltage during driving of the ferroelectric liquid crystal or the anti-ferroelectric liquid crystal. Here, in order to understand the polarity inversion method, the polarity inversion that has been conventionally used will be described with reference to the two methods shown in FIGS. 3 and 4, and then each of the present invention will be compared with these. The features will be described for each embodiment.

図3は、極性反転をさせながら画像を表示するための遮光を用いた方式を説明するためのタイムチャートである。   FIG. 3 is a time chart for explaining a method using light shielding for displaying an image while reversing the polarity.

すなわち、この極性反転では、同図に示すように、照明光は、画像表示の時間単位としての1フレームTf間に照明期間と遮光期間とが同じ時間長さとなるように設定する。照明期間において、液晶駆動信号onの期間T1が「明」表示期間であり、液晶駆動信号offの期間T2が「暗」表示期間である。なお、液晶駆動信号onの期間T1の長さは、表示画像の階調情報により決定される。   That is, in this polarity reversal, as shown in the figure, the illumination light is set so that the illumination period and the light shielding period have the same time length during one frame Tf as a time unit of image display. In the illumination period, the period T1 of the liquid crystal drive signal on is a “bright” display period, and the period T2 of the liquid crystal drive signal off is a “dark” display period. Note that the length of the period T1 of the liquid crystal drive signal on is determined by the gradation information of the display image.

一方、遮光期間は照明光を遮光するため画像形成には何ら関与せず、液晶の極性反転のために設けられる期間であって、液晶駆動信号offの期間T1'及び液晶駆動信号onの期間T2'はそれぞれ期間T1、T2と長さが等しくなるように設定される。これによって、期間T1と期間T1'、また期間T2と期間T2'の電圧が平均的に中和されることとなり、DC成分がなくなる。このように、極性反転にあっては、画像を表示するための電圧に対し、逆極性の電圧を同じ時間だけ印加することでDC成分を相殺する。   On the other hand, the light-shielding period is a period provided for reversing the polarity of the liquid crystal because the illumination light is shielded so that the liquid crystal drive signal off period T1 ′ and the liquid crystal drive signal on period T2 are provided. 'Is set to have the same length as the periods T1 and T2, respectively. As a result, the voltages of the period T1 and the period T1 ′ and the period T2 and the period T2 ′ are neutralized on average, and the DC component is eliminated. As described above, in the polarity inversion, the DC component is canceled by applying the reverse polarity voltage for the same time as the voltage for displaying the image.

図4は、図3の場合とは異なり、遮光を用いることなく極性反転を可能にするもので、補正パネルを用いた例を示す。同図中、照明光は左から右に向かい、第1偏光板11と第2偏光板12との間に画像表示素子1と補正パネル13とが光進行方向に対してこの順で配置される。画像表示素子1を極性反転させるのと同期させながら補正パネル13の配向方向を変化させれば、図3の遮光を用いる場合のように光利用効率を低下させることなく、画像を表示することが可能となる。   FIG. 4 is different from FIG. 3 in that polarity inversion is possible without using light shielding, and an example using a correction panel is shown. In the figure, the illumination light is directed from left to right, and the image display element 1 and the correction panel 13 are arranged in this order with respect to the light traveling direction between the first polarizing plate 11 and the second polarizing plate 12. . If the orientation direction of the correction panel 13 is changed while synchronizing the polarity of the image display element 1, an image can be displayed without reducing the light use efficiency as in the case of using the light shielding in FIG. 3. It becomes possible.

以下、本発明の各実施例の画像表示装置につき、図とともに説明する。   Hereinafter, image display devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1]
本発明に係る実施例1の画像表示装置の構成を図5に示す。
[Example 1]
FIG. 5 shows the configuration of the image display apparatus according to the first embodiment of the present invention.

画像表示装置は、異なる偏光状態をとる第1照明光学系21および第2照明光学系22と、これら第1、第2照明光学系21、22の光を時間的に切替えて画像表示素子1を照明する照明切替え手段20とを備えている。ここで、異なる偏光状態とは、直線偏光の振動方向、円偏光の回転方向等、画像表示素子1の液晶配向方向を切替えることでその配列状態を変え得る偏光状態を指す。なお、第1、第2の照明光学系21、22と照明切替え手段20とは、本発明の偏光状態切替え手段を構成する。   The image display device switches the light of the first illumination optical system 21 and the second illumination optical system 22 having different polarization states, and the light of the first and second illumination optical systems 21 and 22 in time to change the image display element 1. And illumination switching means 20 for illuminating. Here, different polarization states refer to polarization states in which the alignment state can be changed by switching the liquid crystal alignment direction of the image display element 1, such as the vibration direction of linearly polarized light and the rotational direction of circularly polarized light. The first and second illumination optical systems 21 and 22 and the illumination switching unit 20 constitute the polarization state switching unit of the present invention.

第1及び第2照明光学系21、22は、レーザーを発する第1光源23、第2光源24をそれぞれ有しており、図中の光路内に示す偏光方向をとるように、あらかじめそれらの方位が設定される。第1光源23及び第2光源24から出射した光は、コリメートレンズ25や均一な光量分布を得るためのインテグレータ(図示せず)、スペックルパターンを抑制するための拡散板(図示せず)等により、所定範囲内で均一な光量分布となる照明光として生成される。   The first and second illumination optical systems 21 and 22 have a first light source 23 and a second light source 24 for emitting lasers, respectively, so that their orientations are taken in advance so as to take the polarization directions shown in the optical path in the drawing. Is set. The light emitted from the first light source 23 and the second light source 24 is a collimator lens 25, an integrator (not shown) for obtaining a uniform light amount distribution, a diffusion plate (not shown) for suppressing speckle patterns, and the like. Thus, it is generated as illumination light having a uniform light amount distribution within a predetermined range.

第1光源23からの偏光した照明光はこれより後方に配置した偏光ビームスプリッタ(PBS)27に対しp偏光として入射し、PBS27を透過する。これに対し、第2光源24からの偏光はこれより後方に配置したPBS27に対してs偏光として入射し、PBS27で反射される。このように、第1照明光学系21からの照明光がPBS27を透過し第2照明光学系22からの照明光がPBS27で反射されることで、いずれの照明光も画像表示素子1に到達する。   The polarized illumination light from the first light source 23 is incident on the polarization beam splitter (PBS) 27 disposed behind the first light source 23 as p-polarized light and passes through the PBS 27. On the other hand, the polarized light from the second light source 24 is incident as s-polarized light on the PBS 27 disposed behind the second light source 24 and reflected by the PBS 27. Thus, the illumination light from the first illumination optical system 21 passes through the PBS 27 and the illumination light from the second illumination optical system 22 is reflected by the PBS 27, so that any illumination light reaches the image display element 1. .

照明切替え手段20は、第1光源23及び第2光源24のon、offを画像表示素子1の画像書替えタイミングに同期して切替え制御するものである。たとえば、図6に示すように、第1光源23及び第2光源24にそれぞれ3原色(赤R、緑G、青B)を配置してこれらをフィールドシーケンシャル駆動する。すなわち、極性反転しながらこのようなフィールドシーケンシャル駆動を行う場合、カラーブレークを低減するため、1R→2R→1G→2G→1B→2B→・・・といった順序ではなく、図6に示すように1R→1G→1B→2R→2G→2B→・・・といった順序で駆動するのが好ましい。   The illumination switching unit 20 switches on and off the first light source 23 and the second light source 24 in synchronization with the image rewriting timing of the image display element 1. For example, as shown in FIG. 6, three primary colors (red R, green G, and blue B) are arranged in the first light source 23 and the second light source 24, respectively, and are driven in a field sequential manner. That is, when performing such field sequential driving while inverting the polarity, in order to reduce the color break, the order is not 1R → 2R → 1G → 2G → 1B → 2B →... 1R as shown in FIG. It is preferable to drive in the order of 1G → 1B → 2R → 2G → 2B →.

このように液晶駆動信号を極性反転させ液晶配向方向を反転させただけでも、極性反転前後で同じ時間(例えば図6中T1とT1')だけ明表示が可能となるが、以下、この理由を図2と図6に基づき説明する。   Even if the polarity of the liquid crystal drive signal is reversed and the liquid crystal alignment direction is reversed as described above, bright display can be performed for the same time (for example, T1 and T1 ′ in FIG. 6) before and after the polarity reversal. This will be described with reference to FIGS.

図2においては入射偏光を縦方向に設定していたが、同図(a)の場合には出射光も縦偏光であることから、画像表示素子の後方に設けた偏光子によりこの光が明表示となることを前述した。これは図6において液晶駆動信号のon(+V)電圧が、図2(a)に示す電界方向と同方向の電界を発生させる場合に相当し、期間T1では液晶がこの状態をとることから明表示となる。   In FIG. 2, the incident polarized light is set in the vertical direction, but in the case of FIG. 2A, since the emitted light is also vertically polarized light, this light is brightened by the polarizer provided behind the image display element. It was mentioned above that it becomes a display. This corresponds to the case where the on (+ V) voltage of the liquid crystal drive signal in FIG. 6 generates an electric field in the same direction as the electric field direction shown in FIG. 2A, and the liquid crystal is in this state during the period T1. Display.

一方、図2(b)の場合には、出射光が横偏光となることから、画像表示素子の後方に設ける偏光子によってこの光が暗表示となる。これは図6において期間T2の液晶の状態に相当し、この期間T2では暗表示となる。ここで、画像表示素子1を照明するのは図5における第1の照明光学系21であり、その偏光方向は図2の縦方向であるとした。期間T1'の状態では、液晶状態は図2(b)と同様の状態であるが、入射する偏光の方向が図5における第2の照明光学系22によって横方向となるため、出射する偏光は縦方向となる。すなわち、この期間の出射光の偏光状態は期間T1での偏光状態と等しくなり、明表示となる。同様に、期間T2'の状態では、液晶状態は図2(a)と同様の状態であるが、入射する偏光の方向が横方向であることから、出射する偏光は横方向のままであり、出射光の偏光状態は期間T2での偏光状態に等しい。   On the other hand, in the case of FIG. 2B, since the emitted light is laterally polarized, this light is darkly displayed by the polarizer provided behind the image display element. This corresponds to the state of the liquid crystal in the period T2 in FIG. 6, and dark display is performed in the period T2. Here, it is assumed that the first illumination optical system 21 in FIG. 5 illuminates the image display element 1, and the polarization direction thereof is the vertical direction in FIG. In the state of the period T1 ′, the liquid crystal state is the same as that in FIG. 2B, but the direction of the incident polarized light becomes the horizontal direction by the second illumination optical system 22 in FIG. The vertical direction. In other words, the polarization state of the emitted light during this period is equal to the polarization state during the period T1, resulting in bright display. Similarly, in the period T2 ′, the liquid crystal state is the same as in FIG. 2A, but since the direction of incident polarized light is the horizontal direction, the emitted polarized light remains in the horizontal direction, The polarization state of the emitted light is equal to the polarization state in period T2.

以上説明したように、本実施例1の画像表示装置においては、極性反転を行いながらT1とT1'(ただし、T1'=T1)とで設定される所望の光量の出力が可能となって遮光を必要としないので、図3に示す場合に比べて光利用効率を向上させることができる。
[実施例2]
本発明に係る実施例2の画像表示装置の構成を図7に示す。
As described above, in the image display apparatus according to the first embodiment, it is possible to output a desired amount of light set by T1 and T1 ′ (where T1 ′ = T1) while performing polarity inversion. Therefore, the light utilization efficiency can be improved compared to the case shown in FIG.
[Example 2]
FIG. 7 shows the configuration of the image display apparatus of Example 2 according to the present invention.

本実施例にあっては、光源30は図5の第1光源23と同じものを用いる。光源30の後方にあるコリメートレンズ31とこの後方の画像表示素子1との間には偏光状態切替用光学素子32が配置される。この偏光状態切替用光学素子32は、本発明の偏光状態切替え手段を構成し、図1に示したものと同様に、一対の透明基板と、これらの透明基板間に設けられて基板と平行な面内で配向方向が切り替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、透明基板の内面側に設けられて液晶層の配列方向をフレーム信号に応じて切替える電極とを備えている。   In this embodiment, the light source 30 is the same as the first light source 23 in FIG. A polarization state switching optical element 32 is disposed between the collimating lens 31 behind the light source 30 and the image display element 1 behind the light source 30. This polarization state switching optical element 32 constitutes the polarization state switching means of the present invention, and is provided between a pair of transparent substrates and these transparent substrates in parallel with the substrate, as shown in FIG. A liquid crystal layer composed of a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal whose orientation direction can be switched in the plane, and an electrode provided on the inner surface side of the transparent substrate for switching the alignment direction of the liquid crystal layer according to a frame signal. Yes.

偏光状態切替え用光学素子32内の液晶の配列は図2に示すものと同じである。その機能は偏光状態切替え用光学素子32に入射する照明光の偏光方向を極性反転のタイミングに一致させ90度回転させることであり、全面一括してスイッチングする以外は、図2における画素内の液晶の動作と同様であるので、この詳細な説明は省略する。   The arrangement of the liquid crystals in the polarization state switching optical element 32 is the same as that shown in FIG. The function is to make the polarization direction of the illumination light incident on the polarization state switching optical element 32 coincide with the timing of polarity inversion and rotate it by 90 degrees. Except for switching all over the entire surface, the liquid crystal in the pixel in FIG. Since this operation is the same as that in FIG.

なお、画像表示素子1が線順次駆動の場合に、画像の書替えタイミングと偏光状態切替えのタイミングとを一致させることにより、きわめて良好な画像を得ることができ、図2の電極を画像表示素子1の副走査方向に平行ないくつかの帯状電極に分割して、帯状電極の電圧反転タイミングを画像書替えタイミングと一致させるようにしてもよい。   When the image display element 1 is line-sequentially driven, an extremely good image can be obtained by matching the image rewriting timing with the polarization state switching timing, and the electrodes shown in FIG. It may be divided into several strip electrodes parallel to the sub-scanning direction so that the voltage inversion timing of the strip electrodes matches the image rewriting timing.

図8は、光源30からの照明光、偏光状態切替え用光学素子32の液晶駆動信号、画像表示素子1の液晶駆動信号のタイムチャートを示す。   FIG. 8 shows a time chart of the illumination light from the light source 30, the liquid crystal drive signal of the polarization state switching optical element 32, and the liquid crystal drive signal of the image display element 1.

偏光状態切替え用光学素子32の液晶駆動信号、画像表示素子1の液晶駆動信号が両者ともonである場合には、光源30からの直線偏光は回転することなく進み、明表示となる。偏光状態切替え用光学素子32の液晶駆動信号がoff、画像表示素子1の液晶駆動信号がonの場合には、偏光状態切替え用光学素子32から出射した偏光が90度回転され、画像表示素子1では偏光がこの偏光状態を保ったまま透過するので、暗表示となる。偏光状態切替え用光学素子32の液晶駆動信号がon、画像表示素子1の液晶駆動信号がoffの場合には、偏光状態切替え用光学素子32から出射した偏光は、回転することなく透過し、画像表示素子1で90度回転するので、暗表示となる。偏光状態切替え用光学素子32の液晶駆動信号、画像表示素子1の液晶駆動信号が両者ともoffである場合には、偏光状態切替え用光学素子32から出射した偏光が90度回転し、画像表示素子1でさらに90度回転するので、明表示となる。   When both the liquid crystal drive signal of the polarization state switching optical element 32 and the liquid crystal drive signal of the image display element 1 are on, the linearly polarized light from the light source 30 proceeds without rotating and provides a bright display. When the liquid crystal drive signal of the polarization state switching optical element 32 is off and the liquid crystal drive signal of the image display element 1 is on, the polarized light emitted from the polarization state switching optical element 32 is rotated by 90 degrees, and the image display element 1 Then, since the polarized light is transmitted while maintaining this polarization state, a dark display is obtained. When the liquid crystal drive signal of the polarization state switching optical element 32 is on and the liquid crystal drive signal of the image display element 1 is off, the polarized light emitted from the polarization state switching optical element 32 is transmitted without rotating, and the image Since the display element 1 is rotated 90 degrees, dark display is performed. When both the liquid crystal drive signal of the polarization state switching optical element 32 and the liquid crystal drive signal of the image display element 1 are off, the polarized light emitted from the polarization state switching optical element 32 is rotated by 90 degrees, and the image display element Since 1 is further rotated 90 degrees, a bright display is obtained.

なお、図7と図8では光源30に3色のレーザーを使用しているが、ランプ光源を用いて回転カラーホイール等によるフィールドシーケンシャルカラー生成を行うようにしてもよい。   7 and 8, three color lasers are used for the light source 30, but field sequential color generation by a rotating color wheel or the like may be performed using a lamp light source.

以上説明したように、本実施例2の画像表示装置においては、極性反転を行いながらT1とT1'(T1'=T1)とで設定される所望の光量の出力が可能となって、図3の例に比較して遮光を必要としないので、光利用効率を向上させることができる。また、図4の構成のものに比べて画像表示素子1と光進行方向の最後方に位置する投射レンズ28(図4では図示せず)との間に補正パネルがないことから、コントラストの低下を抑止することが可能となる。
[実施例3]
本実施例3の画像表示装置の構成を図9に示す。
As described above, the image display apparatus according to the second embodiment can output a desired light amount set by T1 and T1 ′ (T1 ′ = T1) while performing polarity inversion. Since light shielding is not required as compared with the above example, light utilization efficiency can be improved. Further, since there is no correction panel between the image display element 1 and the projection lens 28 (not shown in FIG. 4) located at the end in the light traveling direction, the contrast is reduced as compared with the configuration of FIG. Can be suppressed.
[Example 3]
FIG. 9 shows the configuration of the image display apparatus according to the third embodiment.

本実施例3の画像表示装置にあっては、照明光学系の光源40として高圧水銀ランプ等のように無偏光の光を出射するものを適用している。光源40から出射した光は回転カラーホイール41等により時分割で3色以上の光に分割された後、コリメートレンズ42により照明角を調整された後、多角体偏光フィルタ43に入射される。多角体偏光フィルタ43は、異なる方向の偏光フィルタを周期的に設けた多角柱状の回転体であり、その回転が照明光の光軸と直交する方向を向いた状態で設けられて、フレーム周波数と同期する回転速度で回転され、照明光も光線が入射、出射する多角体偏光フィルタ43の入射面及び出射面の組合せによって偏光状態を切替える機能を有する。したがって、多角体偏光フィルタ43は、本発明の偏光状態切替え手段を構成する。なお、多角体偏光フィルタ43の前後に照明光の均一性を向上させるためのフライアイレンズ等を設けてもよい。多角体偏光フィルタ43を出射した光はコンデンサレンズ44を経て画像表示素子1へ入射され、ここから出射し投射レンズ28を透過する。   In the image display apparatus according to the third embodiment, a light source that emits non-polarized light, such as a high-pressure mercury lamp, is applied as the light source 40 of the illumination optical system. The light emitted from the light source 40 is time-divisionally divided into three or more colors by the rotating color wheel 41 and the like, and after the illumination angle is adjusted by the collimating lens 42, the light is incident on the polygonal polarizing filter 43. The polygonal polarizing filter 43 is a polygonal columnar rotating body in which polarizing filters in different directions are periodically provided. The polygonal polarizing filter 43 is provided in a state in which the rotation faces a direction orthogonal to the optical axis of the illumination light, and the frame frequency and The illumination light is rotated at a synchronized rotational speed, and illumination light also has a function of switching the polarization state by a combination of the entrance surface and the exit surface of the polygonal polarizing filter 43 through which light enters and exits. Therefore, the polygonal polarizing filter 43 constitutes the polarization state switching means of the present invention. A fly-eye lens or the like for improving the uniformity of illumination light may be provided before and after the polygonal polarizing filter 43. The light emitted from the polygonal polarizing filter 43 is incident on the image display element 1 through the condenser lens 44, exits from here, and passes through the projection lens 28.

図10及び図11は、その多角体偏光フィルタ43の表面構造の例を示したものである。多角体偏光フィルタ43は、直線偏光を入射させる場合、入射面と出射面との透過軸を平行に設定する必要があるため、その面数が4の倍数となるように設定される。たとえば、図10の多角体偏光フィルタ43は、偏光フィルタ面43a、43b、・・・が4面になるような4角柱状に形成され、また図11の多角体偏光フィルタ45は、偏光フィルタ面45a、45b、45c、・・・が8面になるような8角柱状に形成される。これらを比較すると、後者は、特に高速で偏光フィルタ面を切替える場合に前者より有利であり、この傾向は面数が多いほど強まる。反面、前者は、同じ面積の偏光面を使いながら小型化が可能となり、装置の省スペース化が図れるといった利点がある。一般的に、画像表示装置にあっては数十Hzの駆動周波数で駆動するので、速度的な面では4面の偏光面でも問題ないことから、通常は4面の多角体偏光フィルタを用いるのが好ましい。   10 and 11 show examples of the surface structure of the polygonal polarizing filter 43. FIG. When the linearly polarized light is incident, the polygonal polarizing filter 43 needs to set the transmission axes of the entrance surface and the exit surface in parallel, and thus the number of surfaces is set to be a multiple of four. For example, the polygonal polarizing filter 43 in FIG. 10 is formed in a quadrangular prism shape such that the polarizing filter surfaces 43a, 43b,... Are four, and the polygonal polarizing filter 45 in FIG. 45a, 45b, 45c,... Are formed in an octagonal column shape such that there are eight sides. Comparing these, the latter is more advantageous than the former when switching the polarizing filter surface particularly at high speed, and this tendency becomes stronger as the number of surfaces increases. On the other hand, the former has the advantage that it is possible to reduce the size while using the polarization plane of the same area, and to save the space of the apparatus. In general, since an image display device is driven at a driving frequency of several tens of Hz, there is no problem even with four polarization planes in terms of speed. Therefore, a four-sided polygonal polarization filter is usually used. Is preferred.

図12は、多角体偏光フィルタ43の機能を概念的に示す図である。多角体偏光フィルタ43は照明光路中に位置され、同図(a)〜同図(c)に示すように回転している。多角体偏光フィルタ43の表面には、図10に示した偏光フィルタが設けられている。図12(a)の状態では、照明光の入射面と出射面とに位置する偏光フィルタと光軸は垂直であり、照明光はすべて1つの面(入射面50a)から入射し,1つの面(出射面50b)から出射する。入射面50aと出射面50bとに縦方向の透過軸を有する偏光フィルタを設けることにより、縦方向の偏光のみ出射する。同様に、同図(c)の状態では、横方向の成分のみで射する。また、同図(b)の状態では、入射面51a、52a、出射面51b、52bともに2つの面にまたがる。第1入射面51aでは偏光フィルタが縦方向の透過軸を有するので縦方向の成分のみ透過させるが、この光は多面体偏光フィルタ43内部の透明材質の屈折率に応じて屈折して第1出射面51bに導かれる。第1出射面51bでは第1入射面51aと同様に縦方向の偏光を透過するので、この出射光は縦方向偏光成分のみを有することとなる。第2入射面52aでは偏光フィルタが横方向の透過軸を有するので横方向の成分のみ透過させるが、上記同様に、この光は多角体偏光フィルタ43の屈折率に応じて屈折し第2出射面52bに導かれる。第2出射面52bでは第2入射面52aと同様に横方向の偏光を透過するので、この出射光は横方向偏光成分のみを有することになる。   FIG. 12 is a diagram conceptually illustrating the function of the polygonal polarizing filter 43. The polygonal polarization filter 43 is positioned in the illumination optical path, and is rotated as shown in FIGS. The polarizing filter shown in FIG. 10 is provided on the surface of the polygonal polarizing filter 43. In the state of FIG. 12A, the polarizing filter located on the incident surface and the exit surface of the illumination light and the optical axis are perpendicular, and all the illumination light is incident from one surface (incident surface 50a). The light exits from (exit surface 50b). By providing a polarizing filter having a transmission axis in the vertical direction on the incident surface 50a and the output surface 50b, only polarized light in the vertical direction is emitted. Similarly, in the state of (c) in the same figure, only the component in the horizontal direction is shot. In the state shown in FIG. 5B, both the incident surfaces 51a and 52a and the emission surfaces 51b and 52b extend over two surfaces. Since the polarizing filter has a longitudinal transmission axis at the first incident surface 51a, only the longitudinal component is transmitted. However, this light is refracted according to the refractive index of the transparent material inside the polyhedral polarizing filter 43 and is transmitted through the first exit surface. 51b. Since the first exit surface 51b transmits longitudinally polarized light in the same manner as the first entrance surface 51a, the exit light has only the longitudinally polarized light component. Since the polarizing filter has a horizontal transmission axis at the second incident surface 52a, only the component in the horizontal direction is transmitted. Similarly to the above, this light is refracted according to the refractive index of the polygonal polarizing filter 43, and the second output surface. 52b. Similarly to the second incident surface 52a, the second emission surface 52b transmits laterally polarized light, and thus the emitted light has only a laterally polarized component.

図9に示すように、多角体偏光フィルタ43の後方に配置したコンデンサレンズ44のパワーを適切に設定することにより、画像表示素子1に到達する照明光は偏光方向が上から下へ順次変化することになる。   As shown in FIG. 9, by appropriately setting the power of the condenser lens 44 arranged behind the polygonal polarizing filter 43, the polarization direction of the illumination light reaching the image display element 1 changes sequentially from top to bottom. It will be.

なお、図12(d)に示すように、画像表示素子1が線順次駆動される場合には、この偏光状態切替えのタイミングと画像書替えのタイミングとを一致させることにより、きわめて良好な画像を得ることができる。   As shown in FIG. 12D, when the image display element 1 is line-sequentially driven, an extremely good image is obtained by matching the polarization state switching timing with the image rewriting timing. be able to.

なお、ここでは無偏光の照明光を多角体偏光フィルタ43に入射させるようにしているが、直線偏光の入射光であっても多角体偏光フィルタ43を用いることが可能であり、図13にこの例を示す。   Here, the non-polarized illumination light is made incident on the polygonal polarizing filter 43. However, even if it is linearly polarized incident light, the polygonal polarizing filter 43 can be used. An example is shown.

同図において、多角体偏光フィルタ43として第1入射面51a及び第1出射面51bに位置する面に1/4波長フィルタを設け、第2入射面52a及び第2出射面52bに位置する面には、上記1/4波長フィルタの透過率と同等の等方媒質を設ける。これにより、第1入射面51aから入射した照明光は多角体偏光フィルタ43中では円偏光となり第1出射面51bを通過した後、偏光面が入射光とは90度異なる直線偏光となる。第2入射面52aから入射した照明光はその偏光状態を変えることなく第2出射面52bから出射する。   In the figure, a quarter wavelength filter is provided as a polygonal polarizing filter 43 on a surface located on the first incident surface 51a and the first exit surface 51b, and on a surface located on the second entrance surface 52a and the second exit surface 52b. Is provided with an isotropic medium equivalent to the transmittance of the ¼ wavelength filter. As a result, the illumination light incident from the first incident surface 51a becomes circularly polarized light in the polygonal polarizing filter 43, and after passing through the first output surface 51b, the polarization surface becomes linearly polarized light that is 90 degrees different from the incident light. The illumination light incident from the second incident surface 52a exits from the second exit surface 52b without changing its polarization state.

また、ランプ光源等の無偏光の照明光を直線偏光に変換させる方法は偏光変換素子を用いることが従来から提案されており、本画像表示装置においても利用することができる。   In addition, as a method for converting non-polarized illumination light such as a lamp light source into linearly polarized light, it has been conventionally proposed to use a polarization conversion element, which can also be used in the present image display apparatus.

次に、本発明に係る別の実施の形態に係る画像表示装置につき図とともに説明する。この画像表示装置では、反射型の画像表示素子10を用いており、その構成を図14に示す。   Next, an image display apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this image display device, a reflective image display element 10 is used, and its configuration is shown in FIG.

この画像表示装置では、その照明光学系を、図9の照明光学系において画像表示素子1に照明するためのコンデンサレンズ44のパワーを変更するとともに、投射レンズ28のバックフォーカス長を調整することで構成することが可能である。このように反射型の画像表示素子10を用いて画像表示装置を得ることも可能である。   In this image display apparatus, the illumination optical system changes the power of the condenser lens 44 for illuminating the image display element 1 in the illumination optical system of FIG. 9 and adjusts the back focus length of the projection lens 28. It is possible to configure. Thus, it is also possible to obtain an image display device using the reflective image display element 10.

図15に示すように、本実施例の画像装置は、光源40からの光照明をダイクロイックミラー49a4、9b、49cにより3色に分離した後、多角体偏光フィルタ43a、43b、43cにより偏光状態を切替え、コンデンサレンズ44a、44b、44cを透過させた後、ダイクロイックミラー50a、50b、50cで方向変改して投射レンズ28を透過させるように構成している。また、ダイクロイックミラー49a、49b間、ダイクロイックミラー49b、49c間には、コンデンサレンズ45a、コンデンサレンズ45bがそれぞれ配置される。このように構成することで、図9の回転カラーホイールを用いる画像表示装置に比べて光利用効率を高めることができる。ここで、多角体偏光フィルタ43a、43b、43cは、本発明の偏光状態切替え手段を構成する。なお、画像表示素子は、ここではその図示を省略しているが、ダイクロイックミラー50cと投射レンズ28との間に配置する。
[実施例4]
図16に示す本実施例4の画像表示装置は、図9に示した照明光学系において画像表示素子1と投射レンズ28との間に光路偏向素子47を配置したもので、その他の構成は図9のものと同様である。この照明光学系を用いる画像表示装置では、複数のサブフレームにより1つの画像フレームを構成し、光路偏向素子47でサブフレームごとに画像表示素子1からの出射光の位置を変位させ、画像表示素子1のみかけ上の画素数を増やして表示することができる。ここで、光路偏向素子47およびその駆動方法としては、たとえば特開2002−328402号公報に記載されたものを用いる。なお、ここでも、偏光状態切替え手段としての多角体偏光フィルタ43を用いる。
[実施例5]
本実施例5の画像表示素子は、図17に示すように、投射型画像表示装置に搭載する透過型の画像表示素子15であって、各画素液晶部の照明範囲が画素範囲より小さくなるように、各画素に対応させて、入射側の基板2a上に集光素子としてのレンズ48が複数個配置される。その他の構成は図1のものと同様である。
As shown in FIG. 15, the image apparatus of the present embodiment separates light illumination from the light source 40 into three colors by dichroic mirrors 49a4, 9b, and 49c, and then changes the polarization state by polygonal polarizing filters 43a, 43b, and 43c. After switching and transmitting through the condenser lenses 44a, 44b, and 44c, the direction is changed by the dichroic mirrors 50a, 50b, and 50c, and the projection lens 28 is transmitted. Further, a condenser lens 45a and a condenser lens 45b are disposed between the dichroic mirrors 49a and 49b and between the dichroic mirrors 49b and 49c, respectively. By configuring in this way, it is possible to increase the light use efficiency as compared with the image display device using the rotating color wheel of FIG. Here, the polygonal polarization filters 43a, 43b and 43c constitute the polarization state switching means of the present invention. Although not shown here, the image display element is disposed between the dichroic mirror 50 c and the projection lens 28.
[Example 4]
The image display apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 16 has an optical path deflecting element 47 disposed between the image display element 1 and the projection lens 28 in the illumination optical system shown in FIG. It is the same as that of 9. In the image display device using this illumination optical system, one image frame is constituted by a plurality of sub-frames, and the position of the emitted light from the image display element 1 is displaced for each sub-frame by the optical path deflecting element 47. It is possible to display by increasing the number of pixels that are apparently one. Here, as the optical path deflecting element 47 and its driving method, for example, those described in JP-A-2002-328402 are used. In this case as well, a polygonal polarizing filter 43 as a polarization state switching unit is used.
[Example 5]
As shown in FIG. 17, the image display element of the fifth embodiment is a transmissive image display element 15 mounted on a projection type image display device, and the illumination range of each pixel liquid crystal unit is smaller than the pixel range. In addition, a plurality of lenses 48 as light condensing elements are arranged on the incident-side substrate 2a so as to correspond to each pixel. Other configurations are the same as those in FIG.

従来からネマティック液晶を用いた透過型の画素表示素子は存在したりたものの、応答速度が数msから数十msであり図16の投射型画像表示装置に搭載するには十分な応答速度ではなかった。今回対象とする強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる画素表示素子は数十μsから数百μsのより早い応答性を有しており、きわめてコントラスト改善に対する効果が高い。そして、集光素子としてのレンズ48を設けることにより、照明光が液晶駆動用トランジスタ等の非透明部に遮られずに透過できるので、光利用効率を高めることができ、さらに光偏向により見かけの画素数を向上させた時の画素間の重なりを回避することが可能となる。   Conventionally, there are transmissive pixel display elements using nematic liquid crystal, but the response speed is several ms to several tens of ms, and the response speed is not sufficient for mounting in the projection type image display apparatus of FIG. It was. The pixel display element made of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal targeted at this time has a quick response of several tens μs to several hundreds μs, and is extremely effective in improving contrast. By providing the lens 48 as a condensing element, the illumination light can be transmitted without being blocked by the non-transparent portion such as the liquid crystal driving transistor, so that the light use efficiency can be increased, and the apparent deflection is achieved by the light deflection. It is possible to avoid overlap between pixels when the number of pixels is improved.

以上のように、本発明にかかる画像表示装置及び画像表示方法は、光利用効率の低下を防ぐとともに、コントラストの低下、製作困難性、及び装置の大型化を抑えることができるという効果を有し、液晶による画像表示や画像形成のための装置や方法として有用である。   As described above, the image display device and the image display method according to the present invention have effects of preventing a decrease in light utilization efficiency and suppressing a decrease in contrast, difficulty in manufacturing, and an increase in size of the device. It is useful as an apparatus and method for image display and image formation using liquid crystals.

本発明の実施の形態に係る画像表示素子の平面図と側面断面図である。It is the top view and side sectional view of an image display element concerning an embodiment of the invention. 図1の画像表示素子の画素中における電界方向に応じた液晶分子の配列方向変化を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the alignment direction of liquid crystal molecules in accordance with an electric field direction in a pixel of the image display element in FIG. 1. 従来から利用されている、極性反転を得るための液晶駆動電流のタイムチャートである。It is a time chart of the liquid crystal drive current for obtaining polarity inversion utilized conventionally. 従来から利用された別の極性反転を得る方法であって補正パネルを用いるものの説明図である。It is explanatory drawing of what is a method of obtaining another polarity reversal utilized conventionally, and uses a correction panel. 本発明に係る実施例1の画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus of Example 1 which concerns on this invention. 実施例1の画像表示装置で利用される液晶駆動信号のタイムチャートである。3 is a time chart of a liquid crystal drive signal used in the image display apparatus of Example 1. 本発明に係る実施例2の画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus of Example 2 which concerns on this invention. 実施例2の画像表示装置で利用される液晶駆動信号のタイムチャートである。6 is a time chart of a liquid crystal drive signal used in the image display device of Example 2. 本発明に係る実施例3の画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus of Example 3 which concerns on this invention. 実施例3の画像表示装置で用いられる4つの偏光フィルタ面を有する多角体偏光フィルタの斜視図である。It is a perspective view of the polyhedral polarizing filter which has four polarizing filter surfaces used with the image display apparatus of Example 3. FIG. 実施例3の画像表示装置で用いられる8つの偏光フィルタ面を有する多角体偏光フィルタの斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a polygonal polarizing filter having eight polarizing filter surfaces used in the image display device of Example 3. 多角体偏光フィルタの回転位置と入射光及び出射光との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the rotation position of a polygonal polarizing filter, incident light, and outgoing light. 無偏光の入射光を用いた場合の角体偏光フィルタと入射光及び出射光との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the square body polarizing filter at the time of using non-polarized incident light, incident light, and outgoing light. 本発明の別の実施の形態である反射型画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reflection type image display apparatus which is another embodiment of this invention. 図14の反射型画像表示装置に、照明光を3色に分離するダイクロイックミラーを適用した画像表示装置を示す図である。It is a figure which shows the image display apparatus which applied the dichroic mirror which isolate | separates illumination light into three colors to the reflection type image display apparatus of FIG. 本発明に係る実施例4の画像表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the image display apparatus of Example 4 which concerns on this invention. 本発明に係る実施例5の集光素子を取り付けた画像表示素子の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the image display element which attached the condensing element of Example 5 which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、10、15 画像表示素子
1a 画素
2a、2b 基板
3 画素電極
5 液晶層
5a 液晶分子
20 照明切替え手段
21 第1照明光学系
22 第2照明光学系
23、24、30、40 光源
27 偏光ビームスプリッタ
28 投射レンズ
32 偏光状態切替用光学素子
43、45 多角体偏光フィルタ
43a、43b、45a、45b、45c 偏光フィルタ面
48 レンズ(集光素子)
50a、51a、52a 入射面
50b、51b、52b 出射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10, 15 Image display element 1a Pixel 2a, 2b Substrate 3 Pixel electrode 5 Liquid crystal layer 5a Liquid crystal molecule 20 Illumination switching means 21 First illumination optical system 22 Second illumination optical system 23, 24, 30, 40 Light source 27 Polarized beam Splitter 28 Projection lens 32 Polarization state switching optical element 43, 45 Polyhedral polarization filter 43a, 43b, 45a, 45b, 45c Polarization filter surface 48 Lens (light condensing element)
50a, 51a, 52a entrance surface 50b, 51b, 52b exit surface

Claims (18)

少なくとも片方が透明である一対の基板と、該基板間に設けられて該基板と平行な面内で配向方向が切り替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、前記透明の基板の液晶層側に設けられて前記強誘電性液晶又は前記反強誘電性液晶の配列方向を画像表示信号に応じて切り替える画素電極とを有する画像表示素子を用い、該画像表示素子を照明光学系の光源からの偏光状態を変化させる照明光で照明して画像を表示する画像表示装置において、
前記照明光学系内に、前記画像表示素子の極性反転前後における出射画像光の偏光状態が同一となるように、該画像表示素子に入射される入射光の偏光状態を時間的に切替える偏光状態切替え手段を設けたことを特徴とする画像表示装置。
A pair of substrates at least one of which is transparent, a liquid crystal layer made of a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal provided between the substrates and capable of switching the orientation direction in a plane parallel to the substrate, and the transparent An image display element provided on a liquid crystal layer side of a substrate and having a pixel electrode that switches an arrangement direction of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal according to an image display signal, and the image display element is optically illuminated In an image display device that displays an image by illuminating with illumination light that changes a polarization state from a light source of the system,
Polarization state switching that temporally switches the polarization state of incident light incident on the image display element so that the polarization state of the output image light before and after the polarity inversion of the image display element is the same in the illumination optical system. An image display device comprising means.
請求項1に記載の画像表示装置において、
前記偏光状態切替え手段が、互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系と、該照明光学系の照明光を時間的に切替えて前記画像表示素子を照明する照明切替え手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
The polarization state switching means includes a plurality of illumination optical systems having different polarization states, and illumination switching means for illuminating the image display element by temporally switching the illumination light of the illumination optical system. An image display device.
請求項2に記載の画像表示装置において、
前記互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系の光源が固体レーザであることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 2,
An image display device, wherein the light sources of the plurality of illumination optical systems having different polarization states are solid-state lasers.
請求項1に記載の画像表示装置において、
前記偏光状態切替え手段が、一対の透明基板と、該透明基板間に設けられ前記透明基板と平行な面内で配向方向が切替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、前記透明基板の内面側に設けられて前記液晶層の配向方向をフレーム信号に応じて切替える電極とを有する光学素子であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
The polarization state switching means includes a pair of transparent substrates, and a liquid crystal layer made of a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal that is provided between the transparent substrates and whose orientation direction is switched in a plane parallel to the transparent substrate; An image display device comprising: an electrode provided on an inner surface side of the transparent substrate and having an electrode for switching an orientation direction of the liquid crystal layer according to a frame signal.
請求項1に記載の画像表示装置において、
前記偏光状態切替え手段が、前記照明光の入射面及び出射面となる複数の異なる偏光方向の偏光フィルタ面が形成され、回転中心が照明光の光軸と直交する方向を向いた状態で前記光源と前記画像表示素子との間に配置されて、フレーム周波数と同期する回転速度で回転され、前記照明光光線の前記入射面及び前記出射面の組合せを異ならせることにより偏光状態を切替える多角体偏光フィルタを有することを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
The light source in a state in which the polarization state switching unit has a plurality of polarization filter surfaces with different polarization directions to be an entrance surface and an exit surface of the illumination light, and the rotation center faces a direction orthogonal to the optical axis of the illumination light. The polygonal polarization is arranged between the image display element and rotated at a rotational speed synchronized with a frame frequency, and switches the polarization state by changing the combination of the incident surface and the exit surface of the illumination light beam. An image display device having a filter.
請求項5に記載の画像表示装置において、
前記多角体偏光フィルタの偏光フィルタ面が4面であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 5,
An image display device, wherein the polygonal polarizing filter has four polarizing filter surfaces.
請求項5又は6に記載の画像表示装置において、
前記多角体偏光フィルタによって前記画像表示素子上の画素に入射する光の偏光状態が切替わるタイミングと、前記画像表示信号による前記画素の書替えタイミングとが一致するようにしたことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 5 or 6,
An image display characterized in that a timing at which a polarization state of light incident on a pixel on the image display element is switched by the polygonal polarization filter coincides with a timing at which the pixel is rewritten by the image display signal. apparatus.
請求項1乃至7のいずれかに記載の画像表示装置において、
1つの画像フレームを構成する複数のサブフレームごとに前記画像表示素子からの出射光の位置を変位させ、前記画像表示素子のみかけ上の画素数を増やして表示する光路偏向手段を設けたことを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1,
Optical path deflecting means is provided for displacing the position of the emitted light from the image display element for each of a plurality of sub-frames constituting one image frame and increasing the number of pixels apparently displayed on the image display element. A characteristic image display device.
前記一対の基板が、両基板とも透明基板からなる請求項1乃至8のいずれかに記載の画像表示装置に用いる画像表示素子であって、前記画像表示素子の各画素の入射光側上部に設けられて照明光を前記画素の中央に集光する集光素子を有する画像表示素子。 9. The image display element used in the image display device according to claim 1, wherein both of the pair of substrates are made of a transparent substrate, and provided on the incident light side upper part of each pixel of the image display element. And an image display element having a condensing element for condensing illumination light at the center of the pixel. 少なくとも片方が透明である一対の基板と、該基板間に設けられて該基板と平行な面内で配向方向が切り替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、前記透明の基板の液晶層側に設けられて前記強誘電性液晶又は前記反強誘電性液晶の配列方向を画像表示信号に応じて切り替える画電極素とを有する画像表示素子を用い、該画像表示素子を照明光学系の光源からの偏光状態を変化させる照明光で照明して画像を表示する画像表示方法において、
前記画像表示素子に入射される入射光の偏光状態を時間的に切替えることにより、前記画像表示素子の極性反転前後における出射画像光の偏光状態が同一となるようにしたことを特徴とする画像表示装置。
A pair of substrates at least one of which is transparent, a liquid crystal layer made of a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal provided between the substrates and capable of switching the orientation direction in a plane parallel to the substrate, and the transparent An image display element provided on the liquid crystal layer side of the substrate and having an image element that switches the arrangement direction of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal according to an image display signal is used to illuminate the image display element In an image display method of displaying an image by illuminating with illumination light that changes a polarization state from a light source of an optical system,
An image display characterized in that the polarization state of the output image light before and after the polarity inversion of the image display element is made to be the same by temporally switching the polarization state of the incident light incident on the image display element. apparatus.
請求項10に記載の画像表示方法において、
互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系から照射される照明光を時間的に切替えることにより、前記画像表示素子に入射する入射光の偏光状態を切替えることを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 10.
An image display method characterized in that the polarization state of incident light incident on the image display element is switched by temporally switching illumination light emitted from a plurality of illumination optical systems having different polarization states.
請求項11に記載の画像表示方法において、
前記互いに異なる偏光状態をとる複数の照明光学系の光源が固体レーザであることを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 11,
The image display method characterized in that the light sources of the plurality of illumination optical systems having different polarization states are solid-state lasers.
請求項10に記載の画像表示方法において、
前記画像表示素子に入射される入射光の偏光状態の切替えが、前記一対の透明基板と、該透明基板間に設けられ前記透明基板と平行な面内で配向方向が切替えられる強誘電性液晶又は反強誘電性液晶からなる液晶層と、前記透明基板の内面側に設けられて前記液晶層の配向方向をフレーム信号に応じて切替える電極とを有する光学素子により行われることを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 10.
The polarization state of incident light incident on the image display element is switched between the pair of transparent substrates and a ferroelectric liquid crystal provided between the transparent substrates and whose orientation direction is switched in a plane parallel to the transparent substrate. An image display comprising: a liquid crystal layer composed of an antiferroelectric liquid crystal; and an electrode provided on an inner surface side of the transparent substrate and switching an orientation direction of the liquid crystal layer according to a frame signal. Method.
請求項10に記載の画像表示方法において、
前記画像表示素子に入射される入射光の偏光状態の切替えが、前記照明光の入射面及び出射面となる複数の異なる偏光方向の偏光フィルタ面が形成され、回転中心が照明光の光軸と直交する方向を向いた状態で前記光源と前記画像表示素子との間に配置されて、フレーム周波数と同期する回転速度で回転され、前記照明光光線の前記入射面及び前記出射面の組合せを異ならせることにより偏光状態を切替える多角体偏光フィルタにより行われることを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 10.
Switching the polarization state of incident light incident on the image display element is formed with a plurality of polarizing filter surfaces with different polarization directions, which are the incident surface and the exit surface of the illumination light, and the center of rotation is the optical axis of the illumination light. Arranged between the light source and the image display element in a state of being orthogonal to each other, rotated at a rotational speed synchronized with a frame frequency, and the combination of the incident surface and the exit surface of the illumination light beam is different. An image display method comprising: a polygonal polarizing filter that switches a polarization state by performing
請求項14に記載の画像表示方法において、
前記多角体偏光フィルタの偏光フィルタ面が4面であることを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 14,
The image display method according to claim 1, wherein the polygonal polarizing filter has four polarizing filter surfaces.
請求項14又は15に記載の画像表示方法において、
前記多角体偏光フィルタによって前記画像表示素子上の画素に入射する光の偏光状態が切替わるタイミングと、前記画像表示信号による前記画素の書替えタイミングとが一致するようにしたことを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to claim 14 or 15,
An image display characterized in that a timing at which a polarization state of light incident on a pixel on the image display element is switched by the polygonal polarization filter coincides with a timing at which the pixel is rewritten by the image display signal. Method.
請求項10乃至16のいずれかに記載の画像表示方法において、
1つの画像フレームを構成する複数のサブフレームごとに前記画像表示素子からの出射光の位置を変位させ、前記画像表示素子のみかけ上の画素数を増やして表示することを特徴とする画像表示方法。
The image display method according to any one of claims 10 to 16,
An image display method characterized by displacing the position of emitted light from the image display element for each of a plurality of sub-frames constituting one image frame and increasing the number of apparent pixels on the image display element. .
前記一対の基板が、両基板とも透明基板からなる請求項10乃至17のいずれかに記載の画像表示素子を用いた画像表示方法において、
前記画像表示素子が、この各画素の入射光側上部に設けられて照明光を前記画素の中央に集光する集光素子を有することを特徴とする画像表示方法。
The image display method using an image display element according to any one of claims 10 to 17, wherein the pair of substrates are both transparent substrates.
An image display method, wherein the image display element includes a condensing element that is provided on an incident light side upper portion of each pixel and collects illumination light at a center of the pixel.
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