JP2953084B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JP2953084B2
JP2953084B2 JP3057149A JP5714991A JP2953084B2 JP 2953084 B2 JP2953084 B2 JP 2953084B2 JP 3057149 A JP3057149 A JP 3057149A JP 5714991 A JP5714991 A JP 5714991A JP 2953084 B2 JP2953084 B2 JP 2953084B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光の透過と散乱により表
示を行なう液晶表示素子を用いた投写型液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光の透過と散乱を用いた液晶表示
装置として、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer−
Dispersed Liquid Crystal)を用いた調光ガラスが
実用化されている。これは図1に示すように高分子のス
ポンジ状三次元網目構造の中に低分子液晶を保持した特
殊な膜である。高分子分散型液晶は、電圧印加にともな
って光散乱状態から光透過状態へと変化するので、この
性質を利用して表示装置としても用いられている。投写
型液晶表示装置では光散乱状態を黒とし光透過状態を白
と表示するのが一般的であり、偏光板を必要としないの
で明るさを上げる手段として期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
を投写型液晶表示装置に用いた場合、白表示は偏光板を
使用しないため従来のTNモ−ドの投写型液晶表示装置
に比べ明るくできる反面、黒表示の散乱光を投写レンズ
で呑込んでしまうためコントラスト比が低くなってしま
う。また投写型液晶表示装置の場合に、投射する環境の
明るさによりコントラストが支配されるため、明るい場
所においては、白表示をできるだけ明るく暗い場所にお
いては黒表示をできるだけ暗くする必要がある。
【0004】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは投写する周囲環境の
明るさの変化に対し、明るい場所においてはできるだけ
明るい表示ができ、暗い場所に於いては、よりコントラ
ストが高くできる投写型液晶表示装置を提供するところ
にある。
【0005】さらには、投射するスクリ−ンの反射もし
くは透過の能率(ゲイン)の違いに対しても最適なコン
トラストになるような投写型液晶表示装置を提供すると
ころにある。
【0006】本発明の投写型表示装置は、光源と、前記
光源から出射された光を変調する変調素子と、前記変調
素子によって変調された光を投写する投写手段とを備え
た投写型表示装置であって、前記変調素子は、一対の基
板間に挟持された高分子と液晶とを含む層とを備え、光
の透過状態と散乱状態とを用いて調光を行う変調素子で
あり、前記投写手段には、開口角を連続的に可変させる
絞り機構が設けられてなることを特徴とする。
【0007】
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例を図面に
したがって説明する。
【0008】図1は本発明の投写型液晶表示装置の液晶
表示素子(100)の断面図で、(a)図が電界を印加
しない場合の光散乱状態を示すもので(b)図は、電界
を印加したときの光透過状態を示す。
【0009】液晶表示素子(100)は、2枚の基板に
高分子分散型液晶(101)が挟まれて配置される。高
分子分散型液晶(101)は液晶及びスポンジ状高分子
からなり、電界に対しては無電界時には液晶分子が界面
に沿って配向するため例えば入射光(102)が液晶表
示素子(100)に入射した場合には、高分子分散型液
晶(101)の分子配列は散乱状態であるため、入射側
に戻る方向の後方散乱(103)と、透過して散乱する
前方散乱(104)とに散乱方向が分かれる。又電界を
印加した場合には、電界方向に液晶分子が整列するため
に透過光(105)は入射光(102)の強度に対して
減衰することなく前方に透過する。
【0010】これらの透過光の発散強度は、強度ベクト
ル(106)を矢印にて表わしたように、電界印加状態
においての強度と、散乱状態での発散強度の比が液晶表
示装置のコントラストとなるため散乱光が透過光に比べ
十分小さいことが望ましい。しかし散乱状態の強度ベク
トルI0 は、液晶表示素子のセル厚や入射光の性質にも
よるが一般的には次の式のようになる。
【0011】I0 =KIcosθ K;反射係
数 図2は、本発明の投射型液晶表示装置の投写レンズと液
晶ライトバルブの構成を示した構成図である。
【0012】液晶を用いた投射型液晶表示装置の投写レ
ンズの仕様は、一般的には主光線が光軸に対して平行で
あるテレセントリックのレンズを用いている。
【0013】このレンズの場合に開口比のF値は、小さ
いほど開口角が大きく明るいレンズであるが、液晶表示
素子に高分子分散型液晶を用いた場合においては、散乱
状態の画像の非選択状態の時の光の散乱光は、投写レン
ズの開口角(呑込み角)が大きいほど光を呑込んでしま
うためコントラストが低下する。
【0014】図2(a)に示すように投写レンズ(13
0)の開口角(135)は、液晶ライトバルブ(13
1)に対してほぼ垂直な主光線(132)を有するレン
ズで、液晶の画素電極(図示してない。)に結像されて
いる。
【0015】このレンズの場合の開口比F値は、絞り機
構(133)により変えることが可能で、図2(a)の
F値はおよそ2.5の値であり、開口角(135)は2
3度で図2(b)のF値はおよそ5.5であり、開口角
(135)は10.5度である。この開口角は、液晶表
示装置の黒表示の散乱光に対し、角度が小さいほどコン
トラストは高くなる。
【0016】図3は本発明の投写型表示装置の投写光学
系の構成図である。高分子分散型液晶からなる三枚の液
晶ライトバルブ(200)を用いている。投写光源(2
01)の光を色分離系(202)において三原色に分離
し、それぞれの色ごとに三枚の液晶ライトバルブ(20
0)で変調し、再び色合成系(203)によりフルカラ
ーに合成され、投写レンズ(204)により拡大投写さ
れ、スクリーン(205)上に画像表示が行われる。色
分離系(202)及び色合成系(203)はそれぞれ二
枚のダイクロイックミラーと反射ミラーから構成されて
おり、波長特性は任意に決めることができる。絞り機構
(206)は、図2にに示した絞り量の連続的に可変可
能な絞り機構で周囲環境の光量に対して可変させる。
【0017】なお、液晶ライトバルブ(200)はTF
Tや、MIM方式のアクティブ素子を用いたものや時分
割駆動等のマトリクスアドレス駆動方式に有効で、光や
熱によるアドレス駆動方式にも有効である。
【0018】図4は、本発明の投写型液晶表示装置の周
囲環境に対するコントラストやスクリ−ンのゲインに対
して自動補正の可能な投写型液晶表示装置の実施例を示
すもので、図4(a)は構成図、図4(b)は絞り機構
の回路図である。
【0019】照明光(400)は、一般的に天井照明が
多く、投写型液晶表示装置の本体(401)に取り付け
られた光センサ(402)は上部に向けて取り付けられ
ている。 光センサ(402)はフォトトランジスタや
フォトダイオ−ド等から構成されたセンサで、センスア
ンプ(403)に接続され、照明光の明るさに比例した
電気信号に変換され、モ−タコントロ−ル回路(40
4)に入力される。このモ−タコントロ−ル回路はモ−
タ(405)に接続され、投写レンズの絞り機構(40
6)の絞り量を環境の明るさに対して、明るいときは絞
りを解放方向にコントロ−ルし、暗いときには、絞りを
絞る方向にコントロ−ルする。
【0020】スクリ−ン(408)は、反射型スクリ−
ンであるがこの反射面の加工方法や形状によりスクリ−
ンゲインが異なるため、このスクリ−ンゲインに対して
投写レンズの絞り量を換えるためゲイン調整つまみ(4
07)によりゲインを設定する。このゲイン調整摘み
(407)は、センスアンプ(403)のバイアス電圧
をコントロ−ルする可変抵抗(409)に接続され、ス
クリ−ンゲインに対してモ−タをコントロ−ルする。
【0021】本実施例では液晶表示素子に高分子分散型
液晶を用いたが、この高分子分散型液晶はスポンジ状高
分子の内部に不連続な状態で液晶が存在し、その基本動
作は、例えば日経エレクトロニクス1990年6月11
日号102頁に示されるように粒状の液晶の屈折率をス
ポンジ状高分子に合わせておく。すると電圧が印加され
ないときは、界面に沿って液晶分子が配向し光の入射方
向の屈折率が異なるため、反射を繰り返し光は散乱す
る。また電圧が印加されるときは、液晶分子が光の入射
方向に配向し屈折率が等しくなるため光が透過する。
【0022】また高分子分散型液晶はPNLC(Polym
er−Network Liquid Crystal)で置き換えてもよ
い。これは液晶層に高分子のネットワークを組んだ構造
で、液晶が連続な状態で存在し、液晶分子配向の不規則
性を利用する。電圧印加しない状態では液晶分子の配向
が不規則なため光は散乱し、電圧印加状態では配向が均
一となり光は透過する。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、一
対の基板間に挟持された高分子と液晶とを含む層とを備
え、光の透過状態と散乱状態とを用いて調光を行う変調
素子を変調素子として用いた投写型表示装置において、
投写手段に開口角を連続的に可変させる絞り機構を設け
たことにより、投写環境の明るさやスクリーンのゲイン
に応じて開口角を調整することが可能である。したがっ
て、絞り機構によって、明るい環境においてはより白方
向の画像を明るく確認することができ、また、暗室など
の暗い部屋においては最も重要であるコントラストを高
めることができ黒表示側をできるだけ沈めた質の良い画
像を提供することができる。
【0024】また本実施例は反射型スクリ−ンの実施例
を示したが、背面投写型のリア型スクリ−ンにおいても
同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投写型液晶表示装置を構成する液晶表
示素子の一実施例を示す断面図で、(a)図は電界を印
加しない場合の断面図、(b)図は電界を印加した場合
の断面図である。
【図2】本発明の投写型液晶表示装置を構成する投写レ
ンズと液晶ライトバルブの構成を示した光線追跡図で、
(a)図はF値が2.5の光線追跡図、(b)図は、F
値が5.5の光線追跡図である。
【図3】本発明の投写型液晶表示装置を液晶表示素子を
三枚用いて、フルカラーとした場合の投写光学系の構成
図である。
【図4】本発明の投写型液晶表示装置の周囲環境に対す
るコントラストや、スクリ−ンのゲインに対して自動補
正の可能な投写型液晶表示装置の実施例を示すもので、
図4(a)は構成図、図4(b)は絞り機構の回路図で
ある。
【符号の説明】
100・・・液晶表示素子 101・・・高分子分散型液晶 102・・・入射光 103・・・後方散乱 104・・・全方散乱 105・・・透過光 106・・・強度ベクトル 130・・・投写レンズ 131・・・液晶ライトバルブ 132・・・主光線 133・・・絞り機構 135・・・開口角 201・・・投射光源 202・・・色分離系 203・・・色合成系 205・・・スクリ−ン 400・・・照明光 401・・・本体 402・・・光センサ 403・・・センスアンプ 404・・・モ−タコントロ−ル回路 405・・・モ−タ 407・・・ゲイン調整摘み 409・・・可変抵抗

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、前記光源から出射された光を変
    調する変調素子と、前記変調素子によって変調された光
    を投写する投写手段とを備えた投写型表示装置であっ
    て、 前記変調素子は、一対の基板間に挟持された高分子と液
    晶とを含む層とを備え、光の透過状態と散乱状態とを用
    いて調光を行う変調素子であり、 前記投写手段には、開口角を連続的に可変させる絞り機
    構が設けられてなることを特徴とする投写型表示装置。
JP3057149A 1991-03-20 1991-03-20 投写型表示装置 Expired - Lifetime JP2953084B2 (ja)

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US5597223A (en) * 1993-12-27 1997-01-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Display apparatus
US5519518A (en) * 1993-12-27 1996-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Display apparatus with a variable aperture stop means on each side of the modulator
US6631995B2 (en) * 1999-09-02 2003-10-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of and device for generating an image having a desired brightness
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