JP2007101922A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学的に等方性の状態から電界を印加することにより屈折率異方性を発現するブルー相の液晶材料を用いて光変調を行う際に、開口率を向上させることが可能であり、また消費電力を低減することが可能な、画像表示装置を提供する。
【解決手段】 照明装置１１と、照明装置１１から入射した光を変調するライトバルブ６０とを備えた画像表示装置であって、ライトバルブ６０は、ブルー相の液晶材料を一対の基板間に狭持した液晶パネル４０を備え、液晶パネル４０は、一対の基板間に電界を印加するように構成され、照明装置１１は、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブ６０の法線方向から入射する光の光量より大きくなるように構成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

近時、高分子安定化ブルー相の研究が行われている（例えば、非特許文献１参照）。ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の狭い温度範囲に現れる光学的に等方性の液晶相で、目視で青く見えることが多かったことからその呼び名がある。ブルー相は、その温度範囲の狭さから、長い間あまり着目されることはなかった。これに対して近時、ブルー相中に少量の高分子を導入することにより、ブルー相が劇的に安定化することが見出された。なお高分子による「安定化」とは、元来ある液晶の活発な分子運動性を損なうことなく、ブルー相の発現温度範囲を拡大することである。

ブルー相は、Ｋｅｒｒ効果を発現することが確認されている。Ｋｅｒｒ効果とは、等方性の有極性物質に電場を印加したとき、電場の方向を光軸として電場強度の２乗に比例する複屈折性が励起される現象を指す。すなわちブルー相は、光学的に等方性の状態から、電界を印加することにより、屈折率異方性を発現するのである。またブルー相は、応答速度が極めて速いことが確認されている。

図１０は、ブルー相を用いた液晶パネルの概略構成を示す断面図である。なお図１０（ａ）は電界無印加時の状態であり、図１０（ｂ）は電界印加時の状態である。一対の基板により液晶を挟持した液晶パネルでは、液晶の複屈折性（屈折率異方性）を利用して入射光の透過率を制御（変調）する。そのため図１０（ｂ）に示すように、ブルー相を用いた液晶パネル４０では、一方の基板４９の内面に一対の電極４７，４８を形成し、基板４９と水平方向に電界を印加する。これにより、基板４９の法線方向から入射する光９１を変調しうるようになる。
菊池裕嗣、「高分子とキラル効果が広げる液晶の新しい世界−等方性液晶の異常Ｋｅｒｒ効果−」、液晶、日本液晶学会、２００５年４月２５日、第９巻、第２号、ｐ８２（１４）−９５（２７）

しかしながら、上述した液晶パネル４０では、開口率と印加電圧がトレードオフの関係にあるという問題がある。つまり、印加電圧を下げるために電極４７，４８の間隔を狭くすると開口率が低下し、開口率を向上させるために電極４７，４８の間隔を広くすると、所定の電界を印加するために大きな電圧が必要になるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、前記電気光学材料を用いて光変調を行う際に、開口率を向上させることが可能であり、また電力消費量を低減することが可能な、画像表示装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、照明装置と、前記照明装置から入射した光を変調するライトバルブとを備えた画像表示装置であって、前記ライトバルブは、光学的に等方性の状態から電界を印加することにより屈折率異方性を発現する電気光学材料を、一対の基板間に狭持した電気光学パネルを備え、前記電気光学パネルは、前記一対の基板間に前記電界を印加するように構成され、前記照明装置は、前記ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量が、前記ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくなるように構成されていることを特徴とする。
また前記電気光学材料は、少なくとも前記電界の印加により液晶状態となる材料であることを特徴とする。

ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量が、前記ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくなるように構成されているので、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。基板と垂直方向に電界を印加するので、基板と水平方向に電界を印加する場合と比較して、開口率を向上させることが可能になり、また電力消費量を低減することができる。そして、この電気光学材料は応答速度が速いので、動画表示特性に優れた画像表示装置を提供することができる。

また前記ライトバルブは、前記照明装置の光軸方向における前記電気光学パネルの前後に配置された一対の偏光板を備え、前記一対の偏光板は、それぞれの偏光軸が略直交するように配置され、前記照明装置は、前記ライトバルブに入射する光のうち、前記偏光板の前記偏光軸方向に対する方位角が略４５°の方向から入射する光の光量が最大となるように構成されていることが望ましい。
電気光学パネルの前後に一対の偏光板のみが配置されてなるライトバルブでは、偏光板の偏光軸方向から入射する光の透過率が最低となり、その偏光軸方向に対する方位角が略４５°の方向から入射する光の透過率が最高となる。そこで、偏光軸方向に対する方位角が略４５°の方向から入射する光の光量が最大となるように照明装置を構成することにより、照明光の利用効率を向上させることができる。

また前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を複数の光束に分割して集光する第１フライアイレンズと、前記各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズと、前記各光束を前記ライトバルブ上で重畳させる重畳レンズとを備え、前記第２フライアイレンズを構成する複数の小レンズは、前記照明装置の光軸から離間配置されていることが望ましい。
この構成によれば、ライトバルブに対して斜め方向から光を入射させることができる。すなわち、ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量を、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくすることが可能になる。これにより、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。

また前記照明装置は、光源を構成する複数の小光源と、前記各小光源からの光束を集光する第１フライアイレンズと、前記各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズと、前記各光束を前記ライトバルブ上で重畳させる重畳レンズとを備え、前記各小光源、前記第１フライアイレンズを構成する複数の第１小レンズおよび前記第２フライアイレンズを構成する複数の第２小レンズは、前記照明装置の光軸から離間配置されていてもよい。
この構成によっても、ライトバルブに対して斜め方向から光を入射させることができる。すなわち、ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量を、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくすることが可能になる。これにより、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。

ここで、前記各小光源、前記各第１小レンズおよび前記各第２小レンズは、前記ライトバルブの偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向を中心に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、主として偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向から、照明光をライトバルブに入射させることが可能になる。したがって、照明光の利用効率を向上させることができる。

また前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を前記ライトバルブに案内する導光体とを備え、前記導光体は、前記光源から前記ライトバルブにかけて先細り形状とされていてもよい。
この構成によっても、ライトバルブに対して斜め方向から光を入射させることができる。すなわち、ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量を、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくすることが可能になる。これにより、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。

また前記照明装置は、光源を構成する複数の小光源と、前記各小光源からの光を前記ライトバルブに案内する複数の導光体とを備え、前記各導光体は、前記各小光源から前記ライトバルブにかけて先細り形状とされていてもよい。
この構成によっても、ライトバルブに対して斜め方向から光を入射させることができる。すなわち、ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量を、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくすることが可能になる。これにより、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。

また前記照明装置の光軸は、前記電気光学パネルの法線方向と交差するように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、ライトバルブに対して斜め方向から光を入射させることができる。すなわち、ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量を、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくすることが可能になる。これにより、前記電気光学材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。しかも、一般的な照明装置を利用することが可能であり、低コストの画像表示装置を提供することができる。

ここで、前記照明装置の光軸は、前記ライトバルブの偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となるように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、主として偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向から、照明光をライトバルブに入射させることが可能になる。したがって、照明光の利用効率を向上させることができる。

ここで、前記電気光学パネルは、反射型の電気光学パネルであることが望ましい。
反射型の電気光学パネルでは、一対の基板間の距離を小さくすることが可能であり、電力消費量を低減することができる。また電気光学材料の応答速度を向上させることが可能になり、動画表示特性に優れた画像表示装置を提供することができる。

また前記ライトバルブは、前記照明装置の光軸方向における前記電気光学パネルの前後に配置された一対の円偏光板を備えていることが望ましい。
この構成によれば、偏光板の偏光軸方向からライトバルブに入射する光の透過率が、他の方向から入射する光の透過率と同等になる。これにより、明表示範囲を広げることが可能になり、表示品質に優れた画像表示装置を提供することができる。

ここで、前記円偏光板は、前記電気光学パネルと前記偏光板との間に、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つ位相差板を配置して構成されていることが望ましい。
この構成によれば、低コストで円偏光板を構成することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置につき、図１ないし図５を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。

（画像表示装置）
図１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置１は、投射型の画像表示装置（プロジェクタ）である。その中央部には、矩形のクロスダイクロイックプリズム２が配置されている。その周囲の３方向には、赤色光学系１０Ｒ、緑色光学系１０Ｇおよび青色光学系１０Ｂが配置され、残りの１方向には投射レンズ系４が配置されている。後述するように、投射レンズ系４への入射光の入射角度が大きくなるので、投射レンズのＦ値は小さいほうが望ましい。

クロスダイクロイックプリズム２には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。そして、各色光学系１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから出射した各色画像光は、クロスダイクロイックプリズム２において合成され、投射レンズ系４に向けて出射される。投射レンズ系４は、合成された画像光をスクリーン８に向かって拡大投射する。これにより、スクリーン８においてカラー画像が表示されるようになっている。

（ライトバルブ）
各色光学系１０は、ライトバルブ６０を照明する照明装置１１と、照明装置１１からの出射光を画像光に変調するライトバルブ６０とによって構成されている。
図２はライトバルブの概略構成を示す断面図であり、図２（ａ）は電界無印加時の状態であり、図２（ｂ）は電界印加時の状態である。図２（ａ）に示すように、ライトバルブ６０は、液晶パネル４０と、液晶パネルの前後に配置された一対の偏光板３０，５０とによって構成されている。その液晶パネル４０は、ガラス等の透明材料からなる一対の基板４１，４９により、液晶４５を挟持して構成されている。この液晶４５として、いわゆるブルー相の液晶が採用されている。

ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の狭い温度範囲に現れる、光学的に等方性の液晶相である（例えば、非特許文献１参照）。ブルー相は、その温度範囲の狭さ（１Ｋ程度）から、長い間あまり着目されることはなかった。これに対して近時、ブルー相中に少量の高分子を導入することにより、ブルー相が劇的に安定化することが見出された。なお高分子による「安定化」とは、元来ある液晶の活発な分子運動性を損なうことなく、ブルー相の発現温度範囲を拡大（１００Ｋ程度）することである。

ブルー相の形成は、一般的なネマチック液晶に、ねじれを励起させるキラルドーパントを適当量添加する。さらに、この低分子液晶材料に、モノマー（例えば2-ethylhexyl acrylate；ＥＨＡ）および光重合開始剤（例えば2,2-dimethoxy-2-phenyl acetophenone；ＤＭＰＡＰ）を添加する。そして、慎重に温度制御しブルー相を保持しながら光重合を行う。これにより、ブルー相の発現温度範囲が１００Ｋ以上に広がり、高分子安定化ブルー相が形成される。

このブルー相は、Ｋｅｒｒ効果を発現することが確認されている。Ｋｅｒｒ効果とは、等方性の有極性物質に電場を印加したとき、電場の方向を光軸として電場強度の２乗に比例する複屈折性が励起される現象を指す。すなわち、ブルー相に電場を印加すると、格子構造の変化をほとんど伴わず、電場強度に応じて局所的に分子が再配向し、電場強度の２乗に比例する複屈折性が励起される。なお高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ係数は３．７×１０−１０ｍＶ−２で、ニトロベンゼンの約１７０倍の大きさになることが報告されている。

また、高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ効果の立ち上りおよび立ち下りの応答時間は、いずれも１０〜１００μｓ程度であることが確認されている。一般的なネマチック液晶の応答時間が１０ｍｓ程度であることを考えると、高分子安定化ブルー相の応答は極めて速いことがわかる。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る液晶パネル４０では、一対の基板４１，４９の間に電界を印加するようになっている。そのため、一対の基板４１，４９の内側に、それぞれ電極４２，４８が形成されている。これらの電極４２，４８は、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなり、外部電源４４に接続されている。詳細は省略するが、一対の電極４２，４８のうち一方の電極は画素ごとに細分化された画素電極であり、他方の電極は共通電極である。その画素電極は、通電を制御する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）等のスイッチング素子を介して、外部電源４４に接続されている。

なお、画素ピッチが１０μｍ程度であるのに対して、一対の基板４１，４９の間隔は２〜３μｍ程度である。そのため、図１０（ｂ）に示すように画素の両端部に一対の電極４７，４８を形成する場合と比べて、図２（ｂ）に示すように一対の基板４１，４９の内側にそれぞれ電極４２，４８を形成する場合の方が、電極間距離が短くなる。したがって、一対の基板４１，４９の間に電圧を印加することにより、同じ電圧で大きな電界を発生させることができる。したがって、電力消費量を低減することができる。

一般に液晶パネルは、液晶の複屈折性（屈折率異方性）を利用して入射光の透過率を制御（変調）する。ところが、本実施形態に係る液晶パネル４０では、一対の基板間に電界を印加するので、一軸の複屈折楕円体４５ｂの主軸は基板に対して垂直になる。そのため、基板の法線方向からの入射光９１に対して、複屈折性を有しない。したがって、基板の法線方向からの入射光９１を変調することができない。しかしながら、基板の斜め方向からの入射光９２に対して、複屈折性を有する。そこで本実施形態では、照明装置からの出射光が、ライトバルブ６０に対して所定の入射角度で斜め方向から入射するように、後述する照明装置が構成されている。

図３（ａ）は、ライトバルブの分解斜視図である。液晶パネル４０の前後には、一対の偏光板３０，５０が配置されている。偏光板３０，５０は、それぞれの偏光軸３１，５１と同じ方向に振動する直線偏光のみを透過するものである。一対の偏光板３０，５０は、一方の偏光板３０の偏光軸３１と他方の偏光板５０の偏光軸５１とが略直交するように配置されている。

図２（ａ）において、偏光板３０を透過した直線偏光は液晶パネル４０に入射する。ここで、電界無印加時の液晶相の屈折率楕円体４５ａは等方的であるから、直線偏光はそのまま液晶パネル４０を透過する。しかしながら、その直線偏光の振動方向は偏光板５０の偏光軸方向と直交するから、直線偏光は偏光板５０を透過しない。したがって、電界無印加時には暗表示が行われる。

一方、図２（ｂ）に示す電界印加時には、屈折率楕円体４５ｂが複屈折性を有する。そのため、偏光板３０を透過した直線偏光は、液晶パネル４０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この楕円偏光の一部は偏光板５０を透過する。したがって、電界印加時には明表示が行われるようになっている。

図４は明表示における等透過率曲線である。図４（ａ）は、図３（ａ）に示すように、液晶パネル４０の前後に一対の偏光板３０，５０のみが配置されてなるライトバルブ６０の場合を示している。この場合、図４（ａ）に示すように、ライトバルブの法線方向から入射する光の透過率が最低となり、入射角が大きくなるにしたがって透過率が大きくなっている。なお透過率が最大となる入射角は、液晶層のリタデーション（複屈折の大きさ×液晶層の厚さ）によって変化する。また、偏光板の偏光軸方向からライトバルブに入射した光は、複屈折の影響を受けず、楕円偏光に変換されない。そのため、偏光板の偏光軸方向から入射する光の透過率が最低となり、その偏光軸方向に対する方位角が略４５°の方向から入射する光の透過率が最高となっている。

図３（ｂ）は、ライトバルブの変形例の分解斜視図である。図３（ｂ）に示すように、液晶パネル４０と一対の偏光板３０，５０との間に、位相差板３５，５５を配置することが望ましい。位相差板３５，５５の遅相軸３６，５６は、偏光板３０，５０の偏光軸３１，５１と、約４５°をなすように配置されている。特に位相差板３５，５５として、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板を採用することが望ましい。この場合、偏光板３０，５０および位相差板３５，５５により円偏光板が構成される。

偏光板３０，５０の偏光軸３１，５１の方向からライトバルブ６０に入射した光は、位相差板３５により円偏光に変換される。この円偏光は、複屈折の影響を受けるので、楕円偏光に変換される。そのため、偏光板３０，５０の偏光軸３１，５１の方向からライトバルブ６０に入射した光も、他の方向から入射した光と同様に、ライトバルブ６０を透過することになる。これにより、図４（ｂ）の等透過率曲線に示すように、明表示領域を広げることが可能になる。したがって、表示品質に優れた画像表示装置を提供することができる。

（照明装置）
図１に戻り、各色光学系１０は、ライトバルブ６０を照明する照明装置１１を備えている。その照明装置１１は、光源１２と、レンズ群１３とを備えている。
図５（ａ）は、第１実施形態における照明装置の概略構成図である。光源１２は、各色光を照射するものであり、放電ランプのほか、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）や半導体レーザ（Laser Diode；ＬＤ）等の固体光源などで構成されている。なお、白色光源からの出射光をダイクロイックミラーにより各色光に分離して、各色光学系のライトバルブに入射させることも可能である。またレンズ群１３は、光源１２側から順に、第１フライアイレンズ１５、第２フライアイレンズ１６および重畳レンズ１７を配置して構成されている。

第１フライアイレンズ１５は、略矩形状の輪郭を有する第１小レンズ１５ｓがマトリクス状に配列された構成を有している。各第１小レンズ１５ｓは、光源１２から入射された平行な光束を複数の光束に分割し、各光束を第２フライアイレンズ１６の近傍で結像させるように設定されている。なお、光軸１１ａの方向から見た各第１小レンズ１５ｓの外形は、ライトバルブ６０と略相似形をなすように設定されている。例えば、ライトバルブ６０のアスペクト比（縦横比）が４：３の場合には、各第１小レンズ１５ｓのアスペクト比も４：３程度に設定されている。

第２フライアイレンズ１６は、第１フライアイレンズ１５から出射された各光束の主光線が、重畳レンズ１７の入射面に対して垂直に入射するように揃える機能を有している。
図５（ｂ）は、第２フライアイレンズの正面図である。第２フライアイレンズ１６は、複数の第２小レンズ１６ｓによって構成されている。ただしその第２小レンズ１６ｓは、ライトバルブ６０の中央部に相当する位置には配置されていない。すなわち第２小レンズ１６ｓは、照明装置の光軸から離間して、ライトバルブ６０の周辺部に相当する位置に配置されている。

また第２小レンズ１６ｓは、ライトバルブ６０の偏光板の偏光軸３１，５１の方向には配置されていない。すなわち第２小レンズ１６ｓは、偏光板の偏光軸３１，５１の方向に対する方位角が略４５°となる方向を中心として配置されている。この構成によれば、主として偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向から、照明光をライトバルブ６０に入射させることが可能になる。したがって、照明光の利用効率を向上させることができる。この場合には、上述した位相差板を採用する必要がないので、低コストの画像表示装置を提供することができる。

図５（ａ）に戻り、重畳レンズ１７は、第２フライアイレンズ１６から出射された各光束を、ライトバルブ６０上で重畳させる機能を有している。これにより、ライトバルブ６０の略全面が均一に照明されるようになっている。

上述したように、第２フライアイレンズ１６を構成する複数の第２小レンズ１６ｓは、照明装置１１の光軸から離間配置されている。そのため、照明装置１１からの出射光は、ライトバルブ６０に対して斜め方向から入射することになる。すなわち、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブ６０の法線方向から入射する光の光量より大きくなる。これにより、ブルー相の液晶材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。基板と垂直方向に電界を印加するので、基板面内方向に電界を印加する場合と比較して、開口率を向上させることが可能になり、また電力消費量を低減することができる。またブルー相の液晶材料は応答速度が速いので、動特性に優れた画像表示装置を提供することができる。さらにブルー相の液晶材料は配向膜を必要としないので、ライトバルブの耐光性を向上させることが可能になり、信頼性に優れた画像表示装置を提供することができる。加えて、ライトバルブ６０に対して斜め方向から照明光を入射させるので、照明光の利用効率を向上させることが可能になり、またライトバルブを小型化することが可能になる。

（第１変形例）
図６は、第１実施形態の第１変形例における照明装置の概略構成図である。第１変形例に係る照明装置１１は、光源１２と、光源１２からの光をライトバルブ６０に案内する導光体（ロッドインテグレータ）２０とを備えている。この導光体２０は、ガラスや石英、透明樹脂などの透明材料により、円錐台状や角錐台状等の先細り形状（テーパ状）に形成されている。そして、光源１２からライトバルブ６０に向かって先細りとなるように、導光体２０が配置されている。

光源１２から出射し導光体２０に入射した光は、導光体２０の側面で全反射を繰り返す。その導光体２０は先細り形状とされているので、反射光の進行方向と導光体２０の光軸１１ａとのなす角度は徐々に大きくなる。その結果、照明装置１１からの出射光は、ライトバルブ６０に対して斜め方向から入射することになる。これにより、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくなる。したがって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第２変形例）
図７（ａ）は、第１実施形態の第２変形例における照明装置の概略構成図である。第２変形例に係る照明装置１１は、光源１２を構成する複数の小光源１２ｓと、各小光源からの光束を集光する第１フライアイレンズ１５と、各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズ１６と、各光束をライトバルブ６０上で重畳させる重畳レンズ１７とを備えている。

図７（ｂ）は、照明装置の正面図である。各小光源１２ｓ、第１フライアイレンズを構成する複数の第１小レンズ１５ｓ、および第２フライアイレンズを構成する複数の第２小レンズ１６ｓは、照明装置の光軸から離間配置されている。そのため、照明装置からの出射光は、ライトバルブ６０に対して斜め方向から入射することになる。すなわち、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブ６０の法線方向から入射する光の光量より大きくなる。これにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、主としてライトバルブ６０の斜め方向から照明光を入射させるので、主としてライトバルブ６０の法線方向から照明光を入射させる場合と比べて、複数の小光源１２ｓを並列配置することは容易である。

第１実施形態で述べたように、ライトバルブ６０の前後に一対の偏光板のみが配置されている場合には、偏光板の偏光軸３１，５１方向からの入射光はライトバルブ６０を透過しない。この場合には、各小光源１２ｓ、各第１小レンズ１５ｓおよび各第２小レンズ１６ｓを、偏光板の偏光軸３１，５１方向に対する方位角が略４５°となる方向を中心に配置することが望ましい。この構成によれば、主として偏光板の偏光軸３１，５１方向に対する方位角が略４５°となる方向から、照明光をライトバルブ６０に入射させることが可能になる。したがって、照明光の利用効率を向上させることができる。

（第３変形例）
図８は、本実施形態の第３変形例における照明装置の概略構成図である。第３変形例に係る照明装置１１は、光源１２を構成する複数の小光源１２ｓと、各小光源からの光をライトバルブ６０に案内する複数の導光体２０ｓとを備えている。各導光体２０ｓは、各小光源１２ｓからライトバルブ６０にかけて先細り形状とされている。しかも、各小光源１２ｓおよび各導光体２０ｓは、照明装置１１の光軸１１ａから離間配置されている。これにより、各導光体２０ｓからの出射光は、ライトバルブ６０に対して斜め方向から入射することになる。すなわち、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブ６０の法線方向から入射する光の光量より大きくなる。これにより、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、ライトバルブ６０の前後に一対の偏光板のみが配置されている場合には、各小光源１２ｓおよび各導光体２０ｓを、偏光板の偏光軸の方向に対する方位角が略４５°となる方向を中心に配置することが望ましい。この構成によれば、主として偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向から、照明光をライトバルブ６０に入射させることが可能になる。したがって、照明光の利用効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置につき、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は第２実施形態に係る画像表示装置の側面図であり、図９（ｂ）は平面図である。図９（ｂ）に示すように、第２実施形態に係る画像表示装置は、照明装置１１の光軸が、ライトバルブ６０の法線方向と交差するように配置されている点で、第１実施形態とは異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、従来と同様の照明装置１１を採用することが可能である。照明装置１１は、その詳細な構成は図示しないが、光源と、光源からの光を複数の光束に分割して集光する第１フライアイレンズと、各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズと、各光束をライトバルブ６０上で重畳させる重畳レンズとを備えている。第２フライアイレンズを構成する第２小レンズは、第１実施形態とは異なり、隙間なくマトリクス状に配列されている。これにより、照明装置１１からの出射光は略平行光となる。

なお、第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズおよび重畳レンズに代えて、導光体を採用することも可能である。この導光体は、第１実施形態の第１変形例とは異なり、光源からライトバルブ６０にかけて略同一形状とされている。これにより、照明装置１１からの出射光は略平行光となる。

ライトバルブ６０は、液晶パネル４０および一対の偏光板３０，５０によって構成されている。液晶パネル４０は、図２に示すように、ブルー相の液晶４５を一対の基板４１，４９により挟持したものである。ただし、第１実施形態では透過型の液晶パネルを採用したのに対して、第２実施形態では反射型の液晶パネルが採用されている。この場合、図２（ｂ）に示すように、入射光９２の入射側とは反対側の基板４１における電極４２は、Ａｌ等の光反射率の高い金属材料等で構成されている。

そして、基板４９から入射した光は、液晶層４５を透過し、電極４２により反射され、液晶層４５を再透過して、基板４９から出射する。このように、反射型の液晶パネル４０では、入射光が液晶層４５を２回透過するので、透過型の液晶パネルに比べて液晶層の厚さを半分程度にすることができる。これにより、一対の電極４２，４８の間の距離が短くなるので、同じ電圧で大きな電界を発生させることが可能になり、電力消費量を低減することができる。また液晶の応答速度が向上するので、動特性に優れた画像表示装置を提供することができる。なお第２実施形態の液晶パネルとして、透過型の液晶パネルを採用することも可能である。

図９（ｂ）に戻り、照明装置１１の光軸１１ａは、液晶パネル４０の法線方向と交差するように配置されている。また照明装置１１と液晶パネル４０との間に入射側の偏光板３０が配置され、液晶パネル４０と投射レンズ４との間に出射側の偏光板５０が配置されている。これらの偏光板３０，５０は、照明装置の光軸上に配置されている。なお偏光板３０，５０は、液晶パネル４０に対して平行に配置されていてもよく、照明装置１１の光軸１１ａに対して垂直に配置されていてもよい。

図９（ａ）に示すように、入射側の偏光板３０の偏光軸３１と、出射側の偏光板５０の偏光軸とが、略直交するように配置されている。なお、ライトバルブ６０が液晶パネル４０および一対の偏光板３０，５０のみで構成されている場合には、偏光板３０，５０の偏光軸３１，５１方向に対する照明装置の光軸１１ａの方位角が、略４５°となるように配置することが望ましい。これにより、照明装置からの出射光の利用効率を向上させることができる。

図９（ｂ）に示すように構成された第２実施形態に係る画像表示装置では、照明装置１１から照射された平行光が、液晶パネル４０に対して斜め方向から入射する。特に第２実施形態では専らライトバルブの透過率が最大となる方向から照明光を入射させることが可能になる。すなわち、ライトバルブ６０に対して所定の入射角で入射する光の光量が、ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくなる。これにより、ブルー相の液晶材料を挟持する一対の基板間に電界を印加して光変調を行うことが可能になる。基板と垂直方向に電界を印加するので、基板と水平方向に電界を印加する場合と比較して、開口率を向上させることが可能になり、また電力消費量を低減することができる。またブルー相の液晶材料は応答速度が速いので、動画表示特性に優れた画像表示装置を提供することができる。特に第２実施形態では、反射型の液晶パネルを採用したので、動特性を格段に向上させることができる。さらにブルー相の液晶材料は配向膜を必要としないので、ライトバルブの耐光性を向上させることが可能になり、信頼性に優れた画像表示装置を提供することができる。
加えて、第２実施形態では、従来と同様の照明装置を採用することができるので、低コストの画像表示装置を提供することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 ライトバルブの概略構成を示す断面図である。 ライトバルブの分解斜視図である。 明表示における等透過率曲線である。 第１実施形態における照明装置の概略構成図である。 第１実施形態の第１変形例における照明装置の概略構成図である。 第１実施形態の第２変形例における照明装置の概略構成図である。 第１実施形態の第３変形例における照明装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 従来の液晶パネルの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１…画像表示装置 １１…照明装置 １１ａ…光軸 １２…光源 １２ｓ…小光源 １５…第１フライアイレンズ １５ｓ…第１小レンズ １６…第２フライアイレンズ １６ｓ…第２小レンズ １７…重畳レンズ ２０…導光体 ３０，５０…偏光板 ３１，５１…偏光軸 ３５，５５…位相差板 ４０…液晶パネル（電気光学パネル） ４１，４９…一対の基板 ４５…液晶（電気光学材料） ６０…ライトバルブ

Claims (13)

1. 照明装置と、前記照明装置から入射した光を変調するライトバルブとを備えた画像表示装置であって、
   前記ライトバルブは、光学的に等方性の状態から電界を印加することにより屈折率異方性を発現する電気光学材料を、一対の基板間に狭持した電気光学パネルを備え、
   前記電気光学パネルは、前記一対の基板間に前記電界を印加するように構成され、
   前記照明装置は、前記ライトバルブに対して所定の入射角で入射する光の光量が、前記ライトバルブの法線方向から入射する光の光量より大きくなるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記電気光学材料は、少なくとも前記電界の印加により液晶状態となる材料であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記ライトバルブは、前記照明装置の光軸方向における前記電気光学パネルの前後に配置された一対の偏光板を備え、
   前記一対の偏光板は、それぞれの偏光軸が略直交するように配置され、
   前記照明装置は、前記ライトバルブに入射する光のうち、前記偏光板の前記偏光軸方向に対する方位角が略４５°の方向から入射する光の光量が最大となるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を複数の光束に分割して集光する第１フライアイレンズと、前記各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズと、前記各光束を前記ライトバルブ上で重畳させる重畳レンズとを備え、
   前記第２フライアイレンズを構成する複数の小レンズは、前記照明装置の光軸から離間配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記照明装置は、光源を構成する複数の小光源と、前記各小光源からの光束を集光する第１フライアイレンズと、前記各光束の主光線を平行化する第２フライアイレンズと、前記各光束を前記ライトバルブ上で重畳させる重畳レンズとを備え、
   前記各小光源、前記第１フライアイレンズを構成する複数の第１小レンズおよび前記第２フライアイレンズを構成する複数の第２小レンズは、前記照明装置の光軸から離間配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記各小光源、前記各第１小レンズおよび前記各第２小レンズは、前記ライトバルブの偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となる方向を中心に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記照明装置は、光源と、前記光源からの光を前記ライトバルブに案内する導光体とを備え、
   前記導光体は、前記光源から前記ライトバルブにかけて先細り形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記照明装置は、光源を構成する複数の小光源と、前記各小光源からの光を前記ライトバルブに案内する複数の導光体とを備え、
   前記各導光体は、前記各小光源から前記ライトバルブにかけて先細り形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記照明装置の光軸は、前記電気光学パネルの法線方向と交差するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記照明装置の光軸は、前記ライトバルブの偏光板の偏光軸方向に対する方位角が略４５°となるように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
11. 前記電気光学パネルは、反射型の電気光学パネルであることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
12. 前記ライトバルブは、前記照明装置の光軸方向における前記電気光学パネルの前後に配置された一対の円偏光板を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
13. 前記円偏光板は、前記電気光学パネルと前記偏光板との間に、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つ位相差板を配置して構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。

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