JP2932645B2

JP2932645B2 - 投射型表示装置及び照明装置

Info

Publication number: JP2932645B2
Application number: JP2232428A
Authority: JP
Inventors: 好晴大井; 友紀郡島
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH04113344A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、透過散乱型表示素子を用いた投射型表示装
置及びそれを用いた照明装置に関するものである。

［従来の技術］投射型表示装置は、従来はCRTを用いたものが一般的
であったが、装置が大型化するという欠点を有してい
た。このため、小型の投射型表示装置が望まれていた。

一方、液晶表示素子は平板表示素子であり、小型で軽
く、低消費電力である等の特長を活かして各種表示装置
として使用されている。

近年、この液晶表示素子を投射型表示装置に使用する
ことにより、大きくて重量があった投射型表示装置を小
型化できるとして、その実用化が始まっている。

最初実用化されたものは、通常のTN型液晶表示素子を
用いたものであり、液晶TVとして用いられているような
アクティブマトリクス液晶表示素子を用いていた。しか
し、このTN型液晶表示素子は、偏光板を２枚用いている
ため光の損失が大きく、明るい投射画像が得られないと
いう問題点を有していた。

このため、透過時の透過率の高い平板表示素子が望ま
れており、電圧の印加状態により透過状態と散乱状態と
をとる透過散乱型表示素子を使用することが提案されて
きている。

この透過散乱型表示素子は、偏光板を用いないため、
透過時にはほとんど光の損失無く光が透過するため、明
るい投射画像を得ることができる。

このため、透過散乱型表示素子を用いた各種の投射型
表示装置が提案されている。しかし、それらは従来のTN
型液晶表示素子を用いた投射型表示装置の光学系をその
まま採用していたため、透過散乱型表示素子を用いた明
るいという利点を充分活かしきれていない。

［発明の解決しようとする課題］第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それらで提案され
ている投射光源系の側面図であり、これらの図では、透
過散乱型表示素子から出射した側に配置される投射光学
系等は省略して示している。

第４図（Ａ）は、光源41と楕円鏡又は放物鏡42とを用
いた投射光源系であり、集光用のレンズを用いずに透過
散乱型表示素子45に光が入射するようにされている例を
示している。この例では、大型の楕円鏡又は放物面鏡が
必要とされるという問題点を有していた。さらに、光源
からの光の一部が直接透過散乱型表示素子に入射し、そ
の光は楕円鏡又は放物面鏡で反射されて入射される光と
は光束がずれており、その散乱された光が本来の透過光
に混じってしまい、TN型液晶表示素子を用いた場合には
生じなかったコントラスト比の低下を生じるという大き
な問題点を有していた。

第４図（Ｂ）は、光源51と球面鏡52と集光用のレンズ
54とを用いた投射光源系であり、レンズ54を用いて透過
散乱型表示素子55に光が入射するようにされている例を
示している。この例では、球面鏡は小型でよいが、光源
の光が充分利用されないという問題点を有していた。

第４図（Ｃ）は、光源61と楕円鏡62と集光用のレンズ
64とを用いた投射光源系であり、レンズ64を用いて透過
散乱型表示素子65に光が入射するようにされている例を
示している。この例では、楕円鏡は小型でよく、光源の
光もよく利用されるものであった。しかし、（Ａ）の例
と同様に、光源からの光の一部が斜めに直接透過散乱型
表示素子に入射し、その散乱された光が本来の透過光に
混じってしまい、コントラスト比の低下を生じるという
大きな問題点を有していた。

また、光源は点光源といっても、有限の長さを持って
いる。（Ａ）、（Ｃ）のような楕円鏡は、理想的な点光
源であれば、光束が揃うことになるが、有限の長さを持
っているため、光の発散が増え、光束が揃いにくくな
る。

もっとも、TN型液晶表示素子を用いた投射型表示装置
では、投射画像を明るくするために強い光をあてると、
液晶表示素子の偏光板が光を吸収し発熱するため、偏光
板が劣化し、使用できなくなるという問題点があり、単
に強い投射光源系を用いれば良いというわけにはいかな
かった。

一方、これらの透過散乱型表示素子は、光を透過させ
るか散乱させるかで作動するため、光が熱になって問題
になることが少ない。もちろん、基板や電極等で光が吸
収されるためわずかに発熱するが、偏光板での吸収に比
べれば少なく、また、その耐熱正を高いので、TN型液晶
表示素子に対して強い入射光に耐えることができ、明る
い表示が可能である。

しかし、透過散乱型表示素子はTN型液晶表示素子に比
して、スクリーン上でのコントラスト比がでにくい傾向
があった。

これは、TN型液晶表示素子がオフ部では光源と反対側
に光が出てこないのに対し、透過散乱型表示素子ではオ
フ部でも光は出射してきているためである。そして、こ
の出射した散乱光を透過散乱型表示素子とスクリーンと
の間に配置した散乱光を除去する手段で除去している。
この散乱光を充分除去できない場合には、スクリーン上
で散乱光が本来の透過光に重なって見えるため、コント
ラスト比が低下することになる。

そのため、透過散乱型表示素子に入射する光束が揃っ
ていないと、出射側に精度の良い散乱光を除去する手段
を設けても、表示が暗くなるのみで、コントラスト比は
向上しにくい。

このため、透過散乱型表示素子を用いた投射型表示装
置の明るい表示という利点を活かしつつ、光源の利用効
率を上げて小型化し、コントラスト比を向上させること
が望まれていた。

［問題点を解決するための手段］本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであ
り、投射光源系と、投射光源系からの光が入射する透過
散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出射した光
をスクリーンに投射する投射光学系とが設けられた投射
型表示装置において、投射光源系として楕円鏡と光源と
絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の第１の焦
点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円鏡で反射
され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光され、第２の
焦点位置またはその前後の位置に配置された絞りの開口
部を通過した光が、集光用のレンズで集光されて透過散
乱型表示素子に入射され、透過散乱型表示素子から出射
した光が集光され、その焦点位置に開口部を有する第２
の絞りが配置され、前記第２の絞りの開口部の大きさが
可変できるように設けられたことを特徴とする投射型表
示装置を提供する。

また、投射光源系と、投射光源系からの光が入射する
透過散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出射し
た光をスクリーンに投射する投射光学系とが設けられた
投射型表示装置において、投射光源系として楕円鏡と光
源と絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の第１
の焦点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円鏡で
反射され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光され、第
２の焦点位置またはその前後の位置に配置された絞りの
開口部を通過した光が、集光用のレンズで集光されて透
過散乱型表示素子に入射され、前記絞りの開口部の大き
さが可変できるように設けられたことを特徴とする投射
型表示装置を提供する。

また、投射光源系と、投射光源系からの光が入射する
透過散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出射し
た光をスクリーンに投射する投射光学系とが設けられた
投射型表示装置において、投射光源系として楕円鏡と光
源と絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の第１
の焦点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円鏡で
反射され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光され、第
２の焦点位置またはその前後の位置に配置された絞りの
開口部を通過した光が、集光用のレンズで集光されて透
過散乱型表示素子に入射され、透過散乱型表示素子から
出射した光を集光させ、その焦点位置に開口部を有する
第２の絞りが配置され、前記絞りと前記第２の絞りの開
口部の大きさがともに可変できるように設けられたこと
を特徴とする投射型表示装置を提供する。

またそれを用いた照明装置を提供するものである。

本発明の投射型表示装置では、透過散乱型表示素子を
用いているため、透過散乱型表示素子への入射光に対す
る表示の明るさが明るい。

さらに、最大の特徴として楕円鏡と光源との絞りと集
光用のレンズを用いた投射光源系を用いているので、透
過散乱型表示素子に入射する光束が揃っており、出射側
に設けた散乱光を除去する手段で散乱光を高い効率で除
去することができ、光源の利用効率を上げて光源を小型
化し、かつ高コントラスト比の投射画像を得ることがで
きる。

特に、透過散乱型表示素子として、電極付基板間に誘
電異方性が正のネマチック液晶が樹脂マトリクス中に分
散保持され、その樹脂マトリクスの屈折率が使用する液
晶の常光屈折率（n₀）とほぼ一致するようにされた液晶
樹脂複合体を挟持するようにされた透過散乱型液晶表示
素子を用いることが好ましい。

このような液晶樹脂複合体は、透過−散乱特性が良
く、フィルム状になっているので、基板の加圧による基
板間短絡やスペーサーの移動による能動素子の破壊とい
った問題点も生じにくい。

なお、この液晶樹脂複合体を挟持した透過散乱型表示
素子は、マルチプレックス駆動特性は良くないため、簡
単なパターンの表示以外は通常各画素電極に能動素子を
設けて使用される。

また、この液晶樹脂複合体は、比抵抗が従来のTNモー
ドの場合と同等であり、DSモードのように大きな蓄積容
量を画素電極毎に設けなくてもよく、能動素子の設計が
容易で、かつ、液晶表示素子の消費電力を少なく保つこ
とができる。従って、TNモードの従来の液晶表示素子の
製造工程から、配向膜形成工程を除くだけで製造が可能
になるので、生産が容易である。

この能動素子としては、トランジスタ、ダイオード、
非線形抵抗素子等があり、必要に応じて１つの画素に２
以上の能動素子が配置されていてもよい。

本発明の投射型表示装置は、投射光源系、透過散乱型
表示素子、投射光学系を有する。

本発明の投射光源系は、楕円鏡と光源と絞りと集光用
のレンズとを有する。その楕円鏡の第１の焦点位置に光
源を配置し、光源からの光を第２の焦点位置に集光し、
第２の焦点位置の近傍に配置された絞りの開口部を透過
した光を、集光用のレンズで集光して入射させるように
配置する。このとき、上述したように有限の長さを持っ
ている光源から出射した光は発散のために光束が揃わ
ず、楕円鏡の第２焦点位置の近傍に集光される。

なお、絞りは第２の焦点位置に配置することが、最も
効率が良いが、場合によってはその光軸方向に前後にず
れて配置されることもありうる。特に、後述するように
絞りの開口の直径は固定としておき、光量を調整する場
合等には、この絞りを光軸方向に移動可能にしておき、
調整することもある。

本発明では、楕円鏡で光源のかなりの部分を覆ってい
るので、光源からでた光の多くが反射により利用でき
る。さらに、球面鏡のように大部分の反射光が光源に戻
ってきて、光源自体が反射して戻ってきた光を通過させ
ないことによる損失が少ない、光の利用効率が向上す
る。さらに、集光用のレンズを用いているので、小型の
楕円鏡ですみ、高価な大型楕円鏡を用いる必要がなく、
投射光源系を小型化できる。さらに、楕円鏡の第２の焦
点位置に、開口部を有する絞りを配置する。

これにより、有限長の光源と楕円鏡による球面鏡より
も生じ易い光束のずれた光成分及び反射しなく第２の焦
点を通らずに直接集光レンズに向かう光成分を除去し、
光束を揃えることができ、透過散乱型表示素子を出射し
てスクリーンに到達する不要な光を減少させ、コントラ
スト比を向上させることができる。

特に、透過散乱型表示素子とスクリーンとの間に、散
乱光を除去する手段を設けておくとこの効果は大きい。

第１図及び第２図は、本発明の投射型表示装置の基本
的な構成を示した例の模式図である。

第１図は、投射光源系から透過散乱型表示素子に入射
する光が平行光とされた例であり、第２図は、その光が
先で焦点に集光されている例である。

第１図の例では、光源１は楕円鏡２の第１の焦点に配
置されており、光源１からでた光は楕円鏡２で反射さ
れ、絞り３を通過して光束を揃えられ、集光用のレンズ
４により集光されて平行光とされ、透過散乱型表示素子
５を通過して、集光用のレンズ６で集光され、散乱光を
除去する手段としての第２の絞り７により散乱光を除去
され、投射用のレンズ８により図示されていない右側の
スクリーンに投射される。この光源１、楕円鏡２、絞り
３、集光用のレンズ４で投射光源系を構成しており、集
光用のレンズ６、第２の絞り７、投射用のレンズ８で投
射光学系を構成している。

第２図の例では、光源11は楕円鏡12の第１の焦点に配
置されており、光源11からでた光は楕円鏡12で反射さ
れ、絞り13を通過して光束を揃えられ、集光用のレンズ
14により集光されて、第２の絞り17の位置で焦点を結ぶ
ような光束とされ、透過散乱型表示素子15を通過して、
散乱光を除去する手段としての第２の絞り17により散乱
光を除去され、投射用のレンズ18により図示されていな
い右側のスクリーンに投射される。この光源11、楕円鏡
12、絞り13、集光用のレンズ14で投射光源系を構成して
おり、第２の絞り17、投射用のレンズ18で投射光学系を
構成している。

この例は、１個の透過散乱型表示素子で説明している
が、単色表示以外の場合には、通常は色毎に複数個の透
過散乱型表示素子を用いる。例えば、カラーTV表示のよ
うにフルカラー表示させる場合には、RGB3色用の３個の
透過散乱型表示素子を用いれば良い。もちろん、１個の
透過散乱型表示素子に３色のカラーフィルターを組み込
んで表示しても、同じTN型液晶表示素子を用いた場合よ
りは明るくなるが、カラーフィルターによる光の吸収に
より投射画像が大幅に暗くなる。このため、通常はダイ
クロイックミラー、ダイクロイックプリズム等でRGB3色
に分光し、夫々カラーフィルターを設けていない透過散
乱型表示素子により透過散乱を制御して、それらの透過
光を合成投射するようにされる。

第３図は、その例を示しており、ダイクロイックプリ
ズムを用いた例の模式図である。

第３図において、21は光源、22は楕円鏡、23は絞り、
24は集光用のレンズ、25は分光用ダイクロイックプリズ
ム、26、27、28、29は鏡であり、21〜29で投射光源系を
構成する。30、31、32は各色に対応した透過散乱型表示
素子、33は合成用ダイクロイックプリズム、34は集光用
のレンズ、35は散乱光を除去する手段としての第２の絞
り、36は投射レンズ、37は投射するスクリーンである。
33〜36で投射光学系を構成している。

これらの投射光学系に用いられる光源としては、ハロ
ゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等
の発光長の短いものが使用できる。

楕円鏡は、その第１の焦点位置に前記の光源を配置で
き、第２の焦点位置に後述する絞りを配置できるもので
あればよい。なおかつ、光源の光を効率よく使用できる
程度の大きさとされていればよい。通常はコールドミラ
ーとされるため、小型ですむことは大きな利点となる。

第２の焦点位置に配置される絞りは、第２の焦点位置
に集光されてきた光の光束の揃った光のみを利用するよ
うにするためのものである。具体的には、前記した例に
示したような孔の開いたアパチャーや、小型の鏡等が使
用できる。小型の鏡を用いた場合には、光源と透過散乱
型表示素子とを直線上に配置しなくてすむ。

アパチャーの場合には、その孔がその開口部になり、
その孔を透過した光のみが集光用のレンズにより集光さ
れ、小型の鏡の場合には、その反射面がその開口部にな
り、その反射面で反射した光のみが集光用のレンズによ
り集光される。

この絞りの開口部の径D₁は、光源の大きさ、所望の明
るさ、コントラスト比等を考慮して定めれば良い。ま
た、それを調整可能にできるように開口部の大きさを変
化可能なようにしておくことも好ましい。

通常は、第１図の例のように、平行光にする場合に
は、開口部の径D₁と集光用のレンズの焦点距離f₁との比
D₁／f₁を0.18以下にしておくことが好ましい。

この投射光学系は、本発明の効果を損しない範囲内で
この外、他の鏡、オプティカルファイバー、ファイバー
アレイ、レンズ、冷却系、赤外線カットフィルター、紫
外線カットフィルター等を組み合わせて用いてもよく、
分光も前記のダイクロイックプリズムでなく、ダイクロ
イックミラーで分光してもよい。

投射光学系は、従来から公知のレンズ等の投射光学系
が使用できる。

この投射光学系は、透過散乱型表示素子から出射して
きた光の内、直線透過光のみをスクリーンに投射し、散
乱光は除去されるような構成を持っていればよい。

最も簡単な構成では、透過散乱型表示素子の直後に投
射用のレンズを設けるのみの構成があり、必要に応じて
集光用のレンズ、反射用の鏡等を併用してもよい。

しかし、このままでは投射距離を長くしないと散乱光
を充分に除去できなく、実用的でないので、散乱光を除
去する手段を設けることが好ましい。具体的には、透過
散乱型表示素子を通過後にいったん透過光を集光し、そ
の焦点位置に第２の絞りを設ければよい。この第２の絞
りとしても前記した投射光源系の絞りと同様の孔の開い
たアパチャーや、小型の鏡等が使用できる。

アパチャーの場合には、その孔がその開口部になり、
直線透過光（画素部分が透過状態の部分を透過する光）
のみがその孔を透過することができ、小型の鏡の場合に
は、その反射面がその開口部になり、直線透過光のみが
その反射面で反射されて通過でき、いずれも散乱光（画
素部分が散乱状態の部分で散乱される光）は焦点位置に
ほとんど到達しないので、ほとんど除去され、本来の画
像に必要な直線透過光のみが投射されることになる。

この第２の絞りの開口部の径D₂は、所望の明るさ、コ
ントラスト比等を考慮して定めれば良い。また、それを
調整可能にできるように開口部の大きさを変化可能なよ
うにしておくことも好ましい。

複数の透過散乱型表示素子を各色毎に設けた場合に
は、第３図のようにダイクロイックプリズムやダイクロ
イックミラー等で合成してから投射するように構成して
もよいし、個々に投射してスクリーン上で合成されるよ
うにしてもよいが、合成してから投射する方が光軸が一
本になるので、小型持ち運び可能な用途においては有利
である。

なお、散乱光を除去する手段も、透過散乱型表示素子
とスクリーンとの間に配置されればよいので、第３図の
ように合成後の光路中に配置されてもよいし、個々の透
過散乱型表示素子の直後に集光レンズとともに配置され
て、散乱光を除去した後合成され、投射されるようにさ
れてもよい。

本発明の透過散乱型表示素子は、電圧の印加状態によ
り、透過状態と散乱状態とをとりうる平面型の表示素子
であれば使用できる。

具体的には、DSM（動的散乱モード）の液晶表示素
子、液晶が樹脂マトリクス中に分散保持され、その液晶
の屈折率と樹脂マトリクスの屈折率との一致不一致によ
り透過散乱を制御する液晶樹脂複合体を用いた液晶表示
素子、微細な針状粒子を溶液に分散さておき、電圧の印
加状態により透過散乱を制御する素子等がある。

中でも、液晶樹脂複合体を用いた液晶表示素子が透過
−散乱性能がよく、従来のTN型液晶表示素子と類似の製
造プロセスで製造でき、同じ駆動用ICを用いて駆動可能
なため、使用し易い。

液晶樹脂複合体を用いた液晶表示素子の液晶樹脂複合
体は、細かな孔の多数形成された樹脂マトリクスとその
孔の部分に充填された液晶とからなり、電圧の印加状態
により、液晶の屈折率と樹脂マトリクスの屈折率が一致
した時に光が透過し、一致しない時に散乱される。

より好ましくは、誘電異方性が正のネマチック液晶を
用い、樹脂マトリクスの屈折率が使用する液晶の常光屈
折率（n₀）とほぼ一致するようにされることにより、電
圧を印加した時に高い透過正を示すこと、及び、電極の
ない画素間の部分が散乱状態になっている（スクリーン
に投射した際に黒くなる）ため、画素間に遮光膜を設け
なくても投射画像のコントラスト比が高くなるので好ま
しい。

この細かな孔の多数形成された樹脂マトリクスとその
孔の部分に充填された液晶とからなる液晶樹脂複合体
は、マイクロカプセルのような液泡内に液晶が閉じ込め
られたような構造であるが、個々のマイクロカプセルが
完全に独立していなくてもよく、多孔質体のように個々
の液晶の液泡が細隙を介して連通していてもよい。

この液晶樹脂複合体は、液晶と樹脂マトリクスを構成
する材料とを混ぜ合わせて溶液状またはラテックス状に
しておいて、これを光硬化、熱硬化、溶媒除去による硬
化、反応硬化等させて樹脂マトリクスを分離し、樹脂マ
トリクス中に液晶が分散した状態をとるようにすればよ
い。

特に、使用する樹脂として、光硬化または熱硬化タイ
プのものを用いることにより、密閉系内で硬化できるた
め好ましく、さらに中でも、光硬化タイプの樹脂が、熱
による影響を受けなく、短時間で硬化させることができ
好ましい。

より具体的には、光硬化ビニル系樹脂の使用が好まし
く、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に、光照射
によって重合硬化するアクリルオリゴマーを含有するも
のが好ましい。

具体的な製法としては、従来の通常のTN型液晶表示素
子と同様にシール材を用いてセルを形成し、注入口から
未硬化の液晶と樹脂マトリクスとの混合物を注入し、注
入口を封止して後、光照射をするか加熱して硬化させる
こともできる。

また、電極付基板上に液晶と樹脂マトリクスとの未硬
化混合物を供給し、その後、もう一枚の電極付基板を重
ねて、光照射等により硬化させることもできる。

また、この未硬化混合物に、基板間隙制御用のセラミ
ック粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
ー、顔料、色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪
影響を与えない添加剤を添加してもよい。

このような素子の場合、この硬化工程の際に特定の部
分のみに十分高い電圧を印加した状態で硬化させること
により、その部分を常に光透過状態にすることができる
ので、固定表示したいものがある場合には、そのような
常透過部分を形成してもよい。

このような液晶樹脂複合体を使用した液晶表示素子の
応答時間は、電圧印加の立ち上りが３〜50msec程度、電
圧除去の立ち下がりが10〜80msec程度であり、従来のTN
型液晶表示素子よりも速く、その電圧−透過率の電気光
学特性も階調表示のための駆動に好適である。

また、液晶樹脂複合体中の動作可能な液晶の体積分率
Φは、無電界時の散乱性の点からΦ＞20％が好ましく、
Φ＞35％がより好ましい。一方Φがあまり大きくなる
と、液晶樹脂複合体の構造安定性が悪くなるため、Φ＜
70％が好ましい。

このような液晶樹脂複合体を電極付基板で挟持して用
いる。この液晶樹脂複合体を用いた液晶表示素子は、マ
ルチプレックス駆動特性はよくないので、画素数の多い
液晶表示素子とする場合には、各画素に能動素子を配置
する。もちろん、他の透過散乱型表示素子の場合にも、
必要に応じて能動素子を配置する。

この能動素子としてTFT（薄膜トランジスタ）等の３
端子素子を使用する場合、他方の電極付基板は全画素共
通のベタ電極を設ければよいが、MIM素子、PINダイオー
ド等の２端子素子を用いる場合には、他方の電極付基板
はストライプ状のパターニングが設けられる。

また、能動素子として、TFTを用いる場合には、半導
体材料としてはシリコンが好適である。特に多結晶シリ
コンは、非結晶シリコンのように感光性がないため、光
源からの光を遮光膜により遮光しなくても誤動作しな
く、好ましい。非結晶シリコンを用いる場合には、遮光
膜を併用する。

また、電極は通常は透明電極とされるが、反射型の液
晶表示素子として使用する場合には、クロム、アルミ等
の反射電極としてもよい。

投射型表示装置は、通常は前述のように透過散乱型表
示素子を透過型として使用し、別置したスクリーンに投
射するようにされる。この場合、前面投射型（観察者が
投射型表示装置側に位置して見る）であっても、背面投
射型（観察者が投射型表示装置と反対側に位置して見
る）であってもよい。

また、反射電極を用いたまたは素子の裏側に反射層を
設けた反射型の液晶表示素子を用い、出射光を入射側に
導き出して投射する反射型の投射型表示装置とすること
もできる。

この透過散乱型表示素子を全面ベタ電極の透過散乱型
表示素子としたり、簡単な電極パターニングをした透過
散乱型表示素子として、投射型表示装置として、これを
照明装置として用いることができる。

例えば、第１図または第２図の装置自体をそのような
構成とし、壁、天井等に埋め込んで配置しておくことに
より、高速で色を変化させずに調光することができる。

また、第３図の装置自体をそのような構成とし、壁、
天井等に埋め込んで配置しておくことにより、高速で色
を変化させずに調光したり、または、色を変化させつつ
調光したりすることができる。

［作用］本発明によれば、楕円鏡と光源と絞りと集光用のレン
ズとを用いた投射光源系を用いている。このため、小型
の楕円鏡により光源からの多くの光が利用でき、光源の
利用効率を上げて光源を小型化することができる。さら
に、透過散乱型表示素子に入射する光束が揃っているの
で、透過散乱型表示素子を通過した直線透過光から高い
効率で散乱光を除去でき、高コントラスト比の投射画像
を得ることができる。

その際、投射光源系の絞り及び投射光学系の第２の絞
りの少なくとも一方を可変できるようにしておくことが
好ましい。具体的には、絞りの開口部の直径を可変でき
るようにすればよいが、やや効果が低減するが、絞りの
位置を光軸方向に移動可能にして代用することもでき
る。

これによる調整は、例えば、周囲が暗い際には、周囲
からの光によるスクリーンへの影響は少なく、投射型表
示装置による暗い点も判別でき、コントラスト比は高く
見える。また、周囲が暗い際にはスクリーン上の画像が
明るすぎるとかえって目が疲れるという問題点もある。
このため、全体の輝度はやや低くなっても、明るい点と
暗い点との間のコントラスト比を高めた方が見易いの
で、前述の２つの絞りの少なくとも一方を絞って、投射
光量は低下するが、散乱光の除去率を向上させるように
することが好ましい。

また、逆に、周囲が明るい際には、周囲からの光がス
クリーンに写り込むため、投射型表示装置による暗い点
も暗く見えなく、ある程度明るく見えてしまう。このた
め、投射型表示装置自体の投射画像のコントラスト比が
高くても、スクリーン上での見掛けのコントラスト比は
著しく低下することになる。このため、この際には前述
の２つの絞りの少なくとも一方を開けて、投射光量を上
げ、スクリーンを明るくすることにより、見易く、コン
トラスト比は高く見える。

［実施例］以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例１各画素に多結晶シリコンTFTを設けたITO画素電極を設
けたガラス基板と、全面にベタのITO電極を設けたガラ
ス基板とを、内部にスペーサーを散布して、その周辺を
注入口部分を除き、エポキシ系のシール材でシールし
て、空セルを製造した。

これに、アクリル系モノマーとアクリルオリゴマーか
らなる光硬化性樹脂と、正の誘電異方性のネマチック液
晶とを混合し、溶解した混合物を注入し、注入後、紫外
線を照射して液晶樹脂複合体を硬化させ、透過散乱型の
液晶表示素子を作成した。

投射光源系としては、光源（発光フィラメント長5m
m、250Wのメタルハライドランプ）、楕円鏡（第１の焦
点位置F1＝15mm、第２の焦点位置F2＝85mm、奥行全長Ｈ
＝40mm、開口直径Ｄ＝70mm）、集光用の凸レンズ（焦点
距離ｆ＝80mm）及び絞り（アパチャー）を用いた。それ
らを第２図に示すように、楕円鏡の第１の焦点位置に光
源を配置し、第２の焦点位置に絞りを配置し、絞りから
120mm離れた位置に集光用の凸レンズを配置した。

その集光用の凸レンズから40mmの位置に、透過散乱型
の液晶表示素子を配置し、さらに240mm離れた位置に第
２の絞りを配置した。

この投射型表示装置を用いて、40インチ、スクリーン
ゲイン５の反射型スクリーンに表示を投射した。絞りの
開口径D₁（mm）、第２の絞り開口径D₂（mm）を変化させ
た場合の、スクリーン上の輝度（最大輝度及び最小輝
度:ft−Ｌ）、暗い室内におけるコントラスト比及び明
るい室内におけるコントラスト比は、第１表に示すよう
になった。同時に、投射光源系に絞りを設けなかった場
合の比較例も示す。

なお、明るい室内におけるスクリーン輝度を測定した
ところ、約8ft−Ｌであった。

従って、本発明の実施例によれば、暗い室内において
は、絞り開口系を小さくすることにより100以上、最大3
00のコントラスト比の画像が得られ、明るい室内におい
ても絞り開口径を大きくすることにより約30程度のコン
トラスト比が得られた。また、高輝度の場合には、従来
の球面鏡を用いた第４図（Ｂ）のような構成の場合に比
して、約５倍明るくなった。

一方、投射光源系に絞りを設けない比較例において
は、はるかに低いコントラスト比しか得られなかった。

実施例２ダイクロイックミラーを用いて、光源からの光をRGB3
色に分離し、各色毎に実施例１と同様の液晶表示素子を
配置し、さらに液晶表示素子の後ろに集光用のレンズを
配置して、集光しつつダイクロイックミラーで合成し
て、その焦点の位置に配置した第２の絞りを通し、投射
用のレンズによりスクリーンに投射した。

なお、PS偏光による色純度の低下を低減するために、
各液晶表示素子にカラーフィルターを併用することが好
ましかった。

この結果は、実施例１と同様であった。

実施例３実施例２の液晶表示素子を全面ベタ電極による液晶表
示素子とした外は、実施例２と同様にして投射型表示素
子を得た。この投射型表示装置を壁面にはめ込んだとこ
ろ、カラー照明装置として使用できた。

実施例４実施例１の液晶表示素子の電極の片面を反射電極とし
て、３個の反射型液晶表示素子を製造した。なお、この
液晶表示素子には、透明電極を形成した側のガラス基板
表面に反射防止膜を形成した。

この液晶表示素子を用い、実施例１と同様の楕円鏡、
光源、絞り、集光用のレンズを用い、楕円鏡の第２の焦
点位置の直前に45°からやや傾斜させた鏡を配置し、鏡
で反射させた光が焦点を結ぶ第２の焦点位置に絞りを配
置した。その背後にRGB分光用のダイクロイックプリズ
ムを設けて３色に分光し、３個の反射型液晶表示素子に
入射させ、電極面で反射させて再度同じダイクロイック
プリズムに出射させ、３色の光を合成した。この合成さ
れた光は同じ集光用のレンズに逆方向から入射し、集光
され前記絞りと同じ距離だけ集光用のレンズからは離れ
ているが、横方向では位置が異なっている第２の絞りを
通過し、投射用のレンズを通じてスクリーンに投射する
ようにした。

この場合も、PS偏光による色純度の低下を低減するた
めに、各液晶表示素子にカラーフィルターを併用するこ
とが好ましかった。

実施例５実施例４の液晶表示素子を全面ベタ電極による液晶表
示素子とした外は、実施例４と同様にして投射型表示装
置を得た。この投射型表示装置を壁面にはめ込んだとこ
ろ、カラー照明装置として使用できた。

［発明の効果］本発明の投射型表示装置では、光源から出射された光
を楕円鏡を用いて集光しているため、集光効率が高く、
明るい表示が可能である。

また、その第２の焦点位置に絞りを設けて、発散光を
除去しているため、光源が有効長を有するため楕円鏡で
反射して第２の焦点位置に到達しない光、及び、直接反
射せずにかつ第２の焦点位置を通過せずに透過散乱型表
示素子に向かう光を除去でき、投射画像のコントラスト
比を向上できる。

また、絞り、第２の絞りの少なくとも一方を可変でき
るようにしておくことにより、透過光量と散乱光の除去
効率を可変できるので、部屋の明るさに応じて画像の明
るさ及びコントラスト比を調整することができる。即
ち、明るい部屋では、透過光量を多くし、最大輝度を向
上させ、散乱光も多く漏れてくるが、コントラスト比も
ある程度はカバーできるようにする。逆に暗い部屋で
は、最大輝度は犠牲にしても、最小輝度と最大輝度の差
を大きくし、コントラスト比を向上させる。これによ
り、従来使用しにくかった明るい部屋及び部屋の明るさ
が大きく変化する場所での使用を可能にできる。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で
種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の投射型表示装置の基本的
な例の構成を示す模式図ある。第３図は、本発明のカラー投射型表示装置の例の構成を
示す模式図である。第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、従来の投射型表示装
置の例の構成を示す模式図である。光源:1、11、21、41、51、61 楕円鏡:2、12、22、61 絞り:3、13、23 第２の絞り:7、17、35 レンズ:4、６、８、14、18、24、34、36、54、64 透過散乱型表示素子:5、15、30、31、32、45、55、65 ダイクロイックプリズム:25、33 鏡:26、27、28、29 投射スクリーン:37 楕円鏡又は放物面鏡:42

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】投射光源系と、投射光源系からの光が入射
する透過散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出
射した光をスクリーンに投射する投射光学系とが設けら
れた投射型表示装置において、投射光源系として楕円鏡
と光源と絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の
第１の焦点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円
鏡で反射され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光さ
れ、第２の焦点位置またはその前後の位置に配置された
絞りの開口部を通過した光が、集光用のレンズで集光さ
れて透過散乱型表示素子に入射され、透過散乱型表示素
子から出射した光が集光され、その焦点位置に開口部を
有する第２の絞りが配置され、前記第２の絞りの開口部
の大きさが可変できるように設けられたことを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項２】投射光源系と、投射光源系からの光が入射
する透過散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出
射した光をスクリーンに投射する投射光学系とが設けら
れた投射型表示装置において、投射光源系として楕円鏡
と光源と絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の
第１の焦点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円
鏡で反射され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光さ
れ、第２の焦点位置またはその前後の位置に配置された
絞りの開口部を通過した光が、集光用のレンズで集光さ
れて透過散乱型表示素子に入射され、前記絞りの開口部
の大きさが可変できるように設けられたことを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項３】投射光源系と、投射光源系からの光が入射
する透過散乱型表示素子と、透過散乱型表示素子から出
射した光をスクリーンに投射する投射光学系とが設けら
れた投射型表示装置において、投射光源系として楕円鏡
と光源と絞りと集光用のレンズとが備えられ、楕円鏡の
第１の焦点位置に光源が配置され、光源からの光は楕円
鏡で反射され楕円鏡の第２の焦点位置の近傍に集光さ
れ、第２の焦点位置またはその前後の位置に配置された
絞りの開口部を通過した光が、集光用のレンズで集光さ
れて透過散乱型表示素子に入射され、透過散乱型表示素
子から出射した光を集光させ、その焦点位置に開口部を
有する第２の絞りが配置され、前記絞りと前記第２の絞
りの開口部の大きさがともに可変できるように設けられ
たことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】部屋の明るさに応じて前記絞りの開口部の
大きさと前記第２の絞りの開口部の大きさをともに変化
させて用いられた請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】スクリーン上の表示の最大輝度が60（ft−
Ｌ）以上、または、スクリーン上の表示のコントラスト
比が40以上にされた請求項３または４に記載の投射型表
示装置。
【請求項６】前記絞りの開口部の径D₁と集光用のレンズ
の焦点距離f₁との比D₁／f₁を0.18以下にされた請求項１
〜５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項７】光源からの光を分光せしめるダイクロイッ
クミラーまたはダイクロイックプリズムがさらに設けら
れ、複数の透過散乱型表示素子が各色の分光毎に対応し
て設けられた請求項１〜６のいずれか１項に記載の投射
型表示装置。
【請求項８】カラーフィルターが併用された請求項７に
記載の投射型表示装置。
【請求項９】透過散乱型表示素子に反射電極または反射
層が備えられ、反射型で用いられた請求項１〜８のいず
れか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】透過散乱型表示素子が電極付基板間に誘
電異方性が正のネマチック液晶が樹脂マトリクス中に分
散保持され、その樹脂マトリクスの屈折率が使用する液
晶の常光屈折率（n₀）とほぼ一致するようにされた液晶
樹脂複合体が挟持された請求項１〜９のいずれか１項に
記載の投射型表示装置。
【請求項１１】請求項１〜10のいずれか１項に記載の投
射型表示装置を用いたことを特徴とする照明装置。