JP3163887B2

JP3163887B2 - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP3163887B2
Application number: JP03565494A
Authority: JP
Inventors: 秀樹大前
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH075469A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の回折状態の変化と
して光学像を形成する液晶パネルを用いた投写型表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ホームシアター、プレゼンテーシ
ョンと大画面表示がにわかに注目を集めてきている。従
来よりライトバルブを用いた多くの方式の投写装置が提
案されてきているが、最近では小型の液晶パネルの表示
画像を投写レンズなどにより拡大投影し大画面の表示画
像を得る液晶投写装置が商品化されている。

【０００３】液晶パネルは主に電気的にその光学特性を
変化させて表示を行うもので、その動作原理には多くの
種類がある。現在商品化されている液晶投写装置に用い
られているツイストネマチック（以降ＴＮと呼ぶ）液晶
パネルは、液晶の旋光性が電界により変化する現象を利
用したものである。ところがＴＮ液晶パネルは、光の変
調のために入射側と出射側に偏光板が必要であり、その
ために光利用効率が低いという問題があった。

【０００４】偏光板を用いずに光を制御する方法として
散乱現象あるいは回折現象を用いる方法がある。光散乱
状態の変化により光学像を形成する液晶パネルとして、
例えば、相変化（ＰＣ）、動的散乱（ＤＳＭ）、高分子
分散液晶等があげられる。中でも近年、特公平３−５２
８４３号公報等に示されるような高分子分散液晶パネル
が盛んに研究されている。ところが、この高分子分散液
晶パネルを用いた液晶投写装置は、画像の明るさとコン
トラストにトレードオフの関係があり（Ｔｏｍｉｔａ．
Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＩＤ．Ｐ５７９．１９９２）、明る
さとコントラストの両方の性能を満足するものは現在の
ところ得られていない。

【０００５】一方、光の回折状態の変化により光学像を
形成する液晶パネルはその一例として特公昭５３−３９
２８号公報に示されている。回折方式液晶パネルの基本
構成と動作のモデルを（図１０（ａ））、（図１０
（ｂ））に示す。液晶パネルのガラス基板１３１と１３
２の内側には透明電極１３５と１３６が形成され、その
うち少なくとも一方の基板の液晶層１３３に相対する面
上に凹凸断面形状層１３４を形成する。前記凹凸断面形
状層１３４は周期的な凹凸を持っており、回折格子とし
て作用する。この凹凸断面形状層１３４の屈折率は液晶
１３７の常光屈折率ｎ_oとほぼ等しい。液晶層１３３に
電界を印加しない場合は、（図１０（ａ））に示すよう
に、液晶１３７はその分子長軸方向を凹凸断面形状層１
３４のストライプの方向と平行に向きを揃えて、ホモジ
ニアスな状態に配向している。このとき光線１３８がこ
の液晶パネルに入射すると、凹凸断面形状層１３４の凸
部分ではその屈折率はｎ_oとなるが、凹部分では紙面と
垂直な方向に振動する偏光１３８ａは液晶の異常光屈折
率ｎ_eを感じ、位相回折格子となり偏光１３８ａは変調
される。液晶層１３３に十分な電界を印加すると（図１
０（ｂ））に示すように、正の誘電異方性を持った液晶
１３７はガラス基板１３１、１３２と垂直な方向に配向
する。そのため凹部分では液晶１３７の常光屈折率ｎ_o
となり、凸部分との屈折率差がなくなり、入射した光線
１３８は回折されることなく直進して出射する。

【０００６】回折方式液晶パネルを用いた投写型表示装
置の構成例を（図１１）に示す。ランプ１４１から出た
光は、凹面鏡１４２により集光され、偏光板１４５を通
って液晶パネル１４３に入射する。ランプ１４１から出
た自然光は、偏光板１４５により約半分の光が吸収さ
れ、偏光となって液晶パネル１４３へ入射する。液晶パ
ネル１４３に入射した光は何等変調されない場合は全て
投写レンズ１４４に入射するよう構成されている。液晶
パネル１４３は回折方式液晶パネルであり、ガラス基板
１３１、１３２により液晶層１３３が挟持されている。
一方のガラス基板１３２の液晶層１３３側の面にはマト
リクス状の画素電極ならびに回折格子が設けられてお
り、映像信号に応じて回折状態の変化として液晶パネル
１４３に光学像を形成することができる。十分な電圧を
印加された画素から出る光は全て投写レンズ１４４に入
射してスクリーン１４８上に到達するので、スクリーン
１４８上の対応する位置には明るい画素が表示される。
電圧の印加されない画素からは回折光が出射し、投写レ
ンズ１４４から外れてスクリーン１４８には到達せず、
スクリーン１４８上の対応する位置には暗い画素が表示
される。このようにして、液晶パネル１４３上に回折状
態の変化として形成された光学像は、投写レンズにより
スクリーン１４８上に拡大投写される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の（図１０）に示
した回折方式液晶パネルについてその課題を説明する。
先にも説明した通り液晶パネルが回折状態の時に入射し
た自然光１３８のうち紙面と垂直な方向に振動する光線
１３８ａは液晶の異常光屈折率ｎ_eを感じ、光線は回折
し変調される。ところが紙面と平行な方向に振動する光
線１３８ｂは液晶の常光屈折率ｎ_oを感じるので回折格
子１３４との屈折率差は発生せず光線は変調されない。
これはすなわち入射する自然光のうち５０％しか回折変
調せず、残りの５０％の光はそのまま透過する。この課
題を解決するためにＵＳＰ４２５１１３７では上下２枚
の基板に回折格子を形成し、その格子方向が直行するよ
うに配したり、また特開昭６２−２３７４２３号公報で
は２枚の回折格子液晶パネルをその格子方向が直行する
ように重ね合わせて配置する発明がなされている。

【０００８】しかしながら、回折格子はおよそ数μｍの
高さのものが必要で、そのピッチも数μｍからせいぜい
２０μｍ程度までである。このような回折格子を表示領
域全体に均一に形成するのは極めて困難なことである。

【０００９】また液晶と誘電率の異なる物質で回折格子
を形成すると、上下の電極間に十分な電界を印加しても
電気力線の向きが誘電率の低い方へ向くため、液晶がそ
の電気力線の方向へ並び、液晶の屈折率が回折格子と一
致しないという課題がある。

【００１０】また屈折率の波長分散により、ある光の波
長では液晶と回折格子の屈折率が一致していても、別の
波長の光に対しては液晶と回折格子の間に屈折率差が発
生し回折するという課題がある。

【００１１】また同様に温度による屈折率変化により、
ある温度では液晶と回折格子の屈折率が一致していて
も、温度変化により液晶と回折格子の間に屈折率差が発
生して回折するという課題がある。

【００１２】本発明は、回折状態の変化として光学像を
形成する液晶パネルを用いた投写型表示装置の光利用効
率ならびにコントラストを改善することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の投写型表示装置は、液晶層が複数の領域に分
割され、その領域内では液晶分子の配向方向は一様であ
るが、互いに隣合う領域では液晶分子の配向方向が異な
り、これが規則的な周期性を持って形成されている液晶
パネルを用いるものであり、この液晶パネルと、光発生
手段と、前記光発生手段が発生した光を前記液晶パネル
に導く第１の光学要素部品と、前記液晶パネルで変調さ
れた光を投影する第２の光学要素部品を具備し、前記液
晶パネルと前記光発生手段との間に第１のマスクを具備
し、前記液晶パネルと前記第２の光学要素部品との間に
第２のマスクを具備し、前記第１のマスクと前記第２の
マスクとの間にシュリーレンレンズを配置し、前記シュ
リーレンレンズによる前記第１のマスクの像が前記第２
のマスク上に形成されることを特徴とするものである。

【００１４】なお、本発明において用いる液晶パネル
は、規則的な周期性を持って形成されている液晶層の互
いに隣合う部分の配向方向が９０゜異なることが好まし
い。このとき位相回折格子として最も屈折率差を大きく
することができ、液晶層の厚みを薄くできる。

【００１５】

【作用】本発明において用いる液晶パネルは、電界によ
り回折状態を制御し、光を変調できる回折格子として作
用する。本発明において用いる回折方式液晶パネルのモ
デルを（図９（ａ））、（図９（ｂ））に示す。（図
９）を例にして、その動作原理について説明する。

【００１６】２枚の透明基板１２１、１２２の間に液晶
層１２３が挟持されている。２枚の透明基板１２１、１
２２の液晶層１２３と相対する側に透明電極１２４、１
２５が形成されている。この液晶パネルの入射側から自
然光１２６を照射する場合について考える。

【００１７】（図９（ａ））では液晶パネルには電界は
印加されていない。電界無印加の状態ではパネル内の液
晶層１２３の液晶分子１２７の配向方向はホモジニアス
であり、図中Ａの部分の液晶は紙面と垂直方向に分子長
軸を向けて並んでいる。またこれと隣合ったＢの部分で
は液晶は紙面と平行方向に分子長軸を向けて並んでい
る。この液晶分子の配向方向が異なるＡの部分とＢの部
分は基板と垂直な方向から見るとストライプ状であり、
これらが同じ間隔をもって交互に繰り返している。この
ときこの液晶パネルは屈折率の異なる部分が規則的な周
期を持って繰り返している位相回折格子として作用す
る。この互いに隣合う屈折率の異なる部分ＡおよびＢの
屈折率の差をΔｎ、入射光１２６の波長をλ、液晶層１
２３の厚みをｔとすると、０次の透過回折光の回折効率
η ₀つまり直進光の透過率は、

【００１８】

【数１】

【００１９】と近似して表わすことができる。

【００２０】液晶パネルに入射する自然光１２６は紙面
と垂直な方向に振動する光線１２８と紙面に平行な方向
に振動する光線１２９に分けられる。紙面と垂直な方向
に振動する光線１２８はＡの部分では液晶の異常光屈折
率ｎ_eを感じ、Ｂの部分では液晶の常光屈折率ｎ_oを感じ
る。一方紙面と平行な方向に振動する光線１２９はＡの
部分では液晶の常光屈折率ｎ_oを感じ、Ｂの部分では液
晶の異常光屈折率ｎ_eを感じる。光線１２８、１２９の
どちらにおいても屈折率差Δｎ＝ｎ_e−ｎ_oを生じるの
で、自然光１２６は（数１）の屈折率差Δｎ＝ｎ_e−ｎ_o
で示される効率に応じて回折して出射する。

【００２１】一方、液晶パネルに電界を印加すると、
（図９（ｂ））に示すように液晶１２７の配向方向が変
化し、ホメオトロピック状態になる。正の誘電異方性を
持つ液晶１２７に電界を印加すると液晶分子はその長軸
方向を電界方向に、つまり基板と垂直な方向に向きを揃
える。そうなると液晶層１２３のＡの部分もＢの部分も
液晶の状態は同じで、紙面と垂直な方向に振動する光線
１２８に対しても紙面に平行な方向に振動する光線１２
９に対しても、液晶層Ａ、Ｂの屈折率は常光屈折率ｎ_o
であるから、屈折率差Δｎ＝ｎ_o−ｎ_o＝０となり、（数
１）より０次回折効率η ₀は１となる。つまり回折は起
こらず、入射光線はそのまま出射する。

【００２２】またパネルが回折状態の時の回折光の回折
角度は、次のように表わせる。

【００２３】

【数２】

【００２４】但し、ｍは回折次数、λは光線波長、ｎは
透明基板１２２の屈折率、ｐは回折格子ピッチである。

【００２５】以上、Ａの部分の液晶の配向方向に対して
Ｂの部分の液晶の配向方向がなす角度が基板方向から見
て９０゜である場合の作用について述べたが、この角度
がθである場合の作用について考える。Ａの部分では液
晶パネルに入射する自然光１２６のうち、紙面と垂直な
方向に振動する光線１２８は液晶の異常光屈折率ｎ_eを
感じ、紙面と平行な方向に振動する光線１２９は液晶の
常光屈折率ｎ_oを感じることは先に述べたのと同様であ
る。ところが、Ｂの部分では紙面と垂直な方向に振動す
る光線１２８が感じる液晶の屈折率ｎ_sは、

【００２６】

【数３】

【００２７】で表され、紙面と平行な方向に振動する光
線１２９が感じる液晶の屈折率ｎ_pは、

【００２８】

【数４】

【００２９】で表される。このｎ_sとｎ_eとの屈折率差、
ならびにｎ_pとｎ_oとの屈折率差を（数１）に代入した効
率でそれぞれ回折する。電界を印加した際は全く同様な
ので省略する。

【００３０】

【実施例】まず本発明に使用する液晶パネルについて、
図面を参照しながら説明する。

【００３１】本発明に使用する液晶パネルの第１の例の
構成を（図１（ａ））、（図１（ｂ））に示す。（図１
（ａ））は同液晶パネルの断面図であり、（図１
（ｂ））は同液晶パネルの基板方向から液晶の配向方向
を模式的に示す平面図である。液晶パネルは２枚の透明
な基板１１、１２の間に液晶層１３を挟持している。基
板１１、１２の液晶層側には透明な電極としてそれぞれ
対向電極１６、画素電極１７が形成されている。画素電
極１７はマトリクス状に形成され、各画素電極１７の近
傍にはスイッチング素子としてＴＦＴ１８が設けられて
いる。各ＴＦＴ１８はソース信号線（図示せず）ならび
にゲート信号線（図示せず）に接続され、それぞれ信号
供給回路ならびに走査回路に接続されており、各画素に
信号電圧が供給される。ブラックマトリクス１９は各信
号線ならびにＴＦＴ１８を遮蔽している。

【００３２】液晶層１３は液晶分子の配向方向が異なる
ＡおよびＢの部分からなり、これが規則的に周期性を持
って繰り返している。すなわちＡの部分では液晶分子１
４はホモジニアスな状態で紙面と垂直な方向にその分子
長軸を向けた状態に配向している。一方Ｂの部分では液
晶分子１５はホモジニアスな状態ではあるが、その分子
長軸が紙面と垂直な方向とはある角度θだけ傾いて配向
している。詳しくは（図１（ｂ））において透明な基板
１１を通して液晶層１３の液晶分子１４、１５の配向方
向を見ると、Ａの部分の液晶分子１４に対してＢの部分
の液晶分子１５は図で示されているように角度θ傾いた
方向に配向しており、それぞれストライプ状のある幅を
持った部分ＡおよびＢが同じ間隔で周期的に繰り返して
形成されている。このような構成にすることで液晶パネ
ルは屈折率の異なる部分が周期的に繰り返す、いわゆる
位相型回折格子として働く。

【００３３】以下、同液晶パネルの動作を簡単に説明す
る。入射光線２０は自然光であり、紙面と垂直な方向に
振動する光線（偏光成分２０ａ）と紙面に平行な方向に
振動する光線（偏光成分２０ｂ）に分けられる。紙面と
垂直な方向に振動する光線２０ａは液晶層１３のＡ部分
では屈折率ｎ_eを感じ、Ｂ部分では（数３）で示される
屈折率ｎ_sを感じる。紙面と平行な方向に振動する光線
２０ｂは液晶層１３のＡ部分では屈折率ｎ_oを感じ、Ｂ
部分では（数４）で示される屈折率ｎ_pを感じる。この
結果それぞれ屈折率差に応じて（数１）で求められる回
折効率で入射光線を変調できる。回折した光は（数２）
で求められる角度で１次回折光から高次の回折光までに
分かれて出射する。一方、電極１６、１７間に電界が印
加されると、Ａ部分の液晶分子１４もＢ部分の液晶分子
１５も基板と垂直な方向へ向きを揃えるため液晶層１３
は均一なモノドメインとなり、入射光線はまっすぐ進み
変調されない。すなわち、液晶層１３は十分な電界が印
加されるとＡ部分の液晶分子１４とＢ部分の液晶分子１
５の屈折率差がなくなって入射光を直進させ、電界が印
加されない場合にはＡ部分の液晶分子１４とＢ部分の液
晶分子１５の屈折率差によって入射光を回折させるの
で、各画素の液晶層は印加電圧により光回折状態を制御
することができる。こうして、液晶パネルは映像信号に
応じて回折状態の変化として光学像を形成することがで
きる。しかも偏光成分によらず全ての自然光において変
調することが可能である。

【００３４】次に本発明において使用する液晶パネルの
第２の例の構成を（図２（ａ））、（図２（ｂ））に示
す。（図２（ａ））は同液晶パネルの断面図であり、
（図２（ｂ））は同液晶パネルの基板方向から液晶の配
向方向を模式的に示す平面図である。なお、先に説明し
た例との重複を避けるため、主として異なる事項もしく
は箇所についてのみ説明する。このことは以下の他の例
についても同様である。同液晶パネルでは液晶層１３の
Ｂ部分の液晶分子１５の配向方向が紙面と平行である。
これは例１の角度θが９０゜の場合である。このとき紙
面と垂直な方向に振動する光線２０ａはＡの部分では液
晶の異常光屈折率ｎ_eを感じ、Ｂの部分では液晶の常光
屈折率ｎ_oを感じる。一方紙面と平行な方向に振動する
光線２０ｂはＡの部分では液晶の常光屈折率ｎ_oを感
じ、Ｂの部分では液晶の異常光屈折率ｎ_eを感じる。光
線２０ａ、２０ｂのどちらにおいても屈折率差Δｎ＝ｎ
_e−ｎ_oを生じるので、自然光２０は（数１）の屈折率差
Δｎ＝ｎ_e−ｎ_oで示される効率に応じて回折して出射す
る。このことは光線の偏光方向によらず同じ効率で回折
される。またこの場合が最も屈折率差を大きくとれるの
で、同じ回折効率を得ようとすれば最も液晶層の厚みを
薄くできる。このことは液晶の駆動電圧を小さくできる
ことになる。ネマチック液晶を例にとるとその常光屈折
率ｎ_oは大体１．４乃至１．５であり、異常光屈折率ｎ_e
は１．５乃至１．８の範囲にあり、ｎ_eとｎ_oの差が最も
大きいシアノビフェニル系のネマチック液晶でその差は
約０．２である。

【００３５】実際にこの液晶を用いて液晶パネルを構成
し、液晶層の厚みを約１．５μｍにすれば電界無印加時
に入射光を回折させ直進出射光を０にする、つまり０次
回折効率を０にできた。このとき液晶層の配向方向が９
０゜異なるストライプ状の領域のピッチは約１００μｍ
であり、１次回折光の回折角度はパネル法線方向に対し
て約０．２゜であった。さらにこの液晶パネルに電界を
印加すれば回折を消滅させ、透過率約８０％が得られ
た。

【００３６】次に液晶パネルの第３の例の構成を（図
３）に示す。（図３）は同液晶パネルの断面図であり、
２枚の透明な基板１１、１２の間に液晶層１３を挟持し
ている。基板１１、１２の液晶層側には透明な電極とし
てそれぞれ対向電極１６、画素電極１７が形成されてい
る。この電極１６、１７上には液晶の配向方向を制御す
るための配向膜３１、３２がそれぞれ形成されている。
ただし、Ｃ部分の配向膜の配向制御方向とＤ部分の配向
膜の配向制御方向とは角度θだけ異なっており、これが
規則正しく周期性を持って繰り返されている。

【００３７】このような配向膜の形成方法の一例を（図
４）を用いて以下に説明する。まず（図４（ａ））に示
すような透明なガラス基板４１の表面に透明な電極４２
を形成する。場合によっては信号線やスイッチング素子
を形成してもよい。さらに（図４（ｂ））に示す基板の
電極表面に配向膜４３を形成する。配向材として一般的
に用いられているポリイミド樹脂を用いる。基板４１の
有効表示領域内の電極４２上に溶剤で溶かしたポリイミ
ド溶液、もしくはポリイミドの前駆体であるポリアミッ
ク酸溶液を印刷法などで塗布し、その後焼成して（図４
（ｃ））に示すようにポリイミド樹脂薄膜４３を形成す
る。この上にレジスト膜４４を形成し、ホトリソグラフ
ィー法により幅１μｍ〜１０μｍのストライプ状の開口
をピッチ２μｍ〜２０μｍで周期的に形成する。（図４
（ｄ））に示すようにこの基板の表面を布などを巻き付
けたローラー４５で一方向にこすりつけラビング処理を
行う。その後レジスト膜４４を剥離して、再度新たなレ
ジスト膜４６を形成し、先ほどとは反対にラビング処理
を行った部分を遮蔽し、先ほど遮蔽した部分を開口す
る。（図４（ｅ））に示すようにこの基板をローラー４
５で先ほどとは異なる方向へ再度ラビング処理を行う。
その後レジスト膜４６を剥離して（図４（ｆ））に示す
ような基板を得る。一例としてレジスト膜でマスクをし
たが、別の材料でマスクをしても構わない。

【００３８】（図４（ｆ））で示すような基板を上下２
枚用いて、その配向膜の配向方向が一致するよう２枚の
基板の位置を合わせてその間に液晶層を挟持すれば（図
４（ｇ））に示すような液晶パネルが得られる。この液
晶パネルの動作は例１と同様であるので省略する。

【００３９】次に液晶パネルの第４の例の構成を（図
５）に示す。（図５）は同液晶パネルの断面図であり、
２枚の透明な基板１１、１２の間に液晶層１３を挟持し
ている。基板１１、１２の液晶層側には透明な電極とし
てそれぞれ対向電極１６、画素電極１７が形成されてい
る。この電極１６、１７上には液晶の配向方向を制御す
るための配向膜５１、５２がそれぞれ形成されている。
ただし、Ｃ部分の配向膜の配向制御方向とＤ部分の配向
膜の配向制御方向とは９０゜異なっており、これが規則
正しく周期性を持って繰り返されている。これは（図４
（ｄ））に示すラビング処理のローラー４５の方向を
（図４（ｃ））に示す方向と９０゜異なる方向に擦れば
よい。この液晶パネルの動作は例２と同様であるので省
略する。

【００４０】本発明の投写型表示装置の参考例の構成を
（図６）に示す。６１は液晶パネル、６２は光源、６５
は投写レンズ、６６はスクリーンである。

【００４１】液晶パネル６１は２枚のガラス基板１１、
１２とシール部材により密閉容器を構成し、内部に液晶
を封入し液晶層１３を構成したもので、（図２）で示し
たものである。液晶層１３は十分な電界が印加される
と、電界方向に立ち上がり、ホメオトロピック状態にな
り屈折率差がなくなって入射光を直進させ、電界が印加
されない場合には液晶層１３の配向方向が異なる部分の
屈折率差によって入射光を回折させるので、各画素の液
晶層は印加電圧により光回折状態を制御することができ
る。こうして、液晶パネル６１に映像信号に応じて回折
状態の変化として光学像を形成することができる。

【００４２】光源６２はランプ６３と凹面鏡６４で構成
され、ランプ６３から出た光は凹面鏡６４により集光さ
れて、指向性の比較的狭い光が出射する。光源６２から
の出射光は、フィールドレンズ６７、液晶パネル６１の
順に透過し、投写レンズ６５に入射する。投写レンズ６
５の瞳の大きさは、液晶パネル６１の画面中心にある画
素が透過状態の場合に、その画素から拡がって出射する
光のうち光量で約９０％が入射する大きさにしている。
フィールドレンズ６７は、液晶パネル６１の表示領域の
周辺部を通過する光を内側に屈折させて投写レンズ６５
の瞳に入射させ、投写画像の周辺部が暗くならないよう
にするために用いる。投写画像のフォーカス調整は、投
写レンズ６５を光軸６８に沿って移動することにより行
う。

【００４３】液晶パネル６１には映像信号に応じて回折
状態の変化として光学像が形成される。投写レンズ６５
は、各画素から出射する光のうちある立体角に含まれる
光を取り込む。各画素からの出射光の回折状態が変化す
れば、その立体角に含まれる光量が変化するので、液晶
パネル６１上に回折状態の変化として形成された光学像
はスクリーン６６上で照度の変化に変換される。こうし
て、液晶パネル６１に形成された光学像は、投写レンズ
６５によりスクリーン６６上に拡大投写される。

【００４４】本発明の投写型表示装置に用いる液晶パネ
ル６１を（図２）に示した構成にすると、光源６２より
発せられて液晶パネル６１に入射する光線の偏光状態に
よらず、自然光であっても液晶パネル６１によって変調
できるので光の利用効率が高まる。また入射光の波長、
光線の入射角度に依らず、電圧無印加時には０次回折光
すなわち黒表示の光量を０にすることができ、表示画像
のコントラスト向上に寄与する。

【００４５】また液晶パネル６１について、図２のＡ部
分とＢ部分のストライプの幅は０．５μｍ〜２０μｍが
好ましい。すなわち（数２）の回折格子のピッチが１μ
ｍ〜４０μｍが好ましい。回折格子ピッチが大きいと回
折する角度が小さくなり、反対にピッチが小さいと回折
する角度は大きくなる。これは特に投写型表示装置にお
いてすでに説明した液晶パネルをライトバルブとして用
いる場合に、回折角度があまり小さいと光線を分離でき
ず、また回折角度があまり大きいと投写レンズで光線を
拾うことができないためである。

【００４６】次に、本発明の投写型表示装置の第１の実
施例を（図７）に示す。６１は液晶パネル、６２は光源
である。液晶パネル６１は（図２）に示した構成と同様
である。

【００４７】さらにシュリーレンレンズ７１とシュリー
レンストップである入力マスク７２と出力マスク７３を
配置し、液晶パネル６１が回折状態の時に白表示を、非
回折状態の時に黒表示を行うものである。先の参考例に
説明した投写型表示装置の光学系では液晶パネル６１が
回折状態の時に黒表示を、非回折状態の時に白表示を行
うものであり、本発明では全く反対である。本発明の投
写型表示装置であれば、液晶パネル６１に電界印加時に
黒表示となるため、安定して高品位の黒表示を行うこと
ができる。多数の開口部を有する入力マスク７２と出力
マスク７３の間にシュリーレンレンズ７１を設置して、
入力マスク７２の像を出力マスク７３上に結像させるよ
うにした構造のシュリーレン光学系を構成し、液晶パネ
ル６１をシュリーレン光学系の中に配置する。液晶パネ
ル６１を直進する光線は出力マスク７３の遮光部で遮ら
れ、回折した光線のみ出力マスク７３の開口部より投写
レンズ６５を用いてスクリーン６６に到達する。図示し
ていないが光源６２と入力マスク７２の間にフライアイ
レンズならびに入力マスク７２近傍にフィールドレンズ
アレイを配置してもよい。フライアイレンズにより光源
像が入力マスク７２の開口部に形成され、微小光源アレ
イを形成する役割をする。これらを配置することにより
光源の光利用効率を高める。

【００４８】次に、３本の投写レンズを用いた本発明の
第２の投写型表示装置の例を説明する。（図８）は本発
明の投写型表示装置の構成図である。ただし、説明に不
要な構成要素は省略している。（図８）において、９１
は集光光学系であり、内部に凹面鏡および光発生手段と
して２５０Ｗのメタルハライドランプを有している。ま
た凹面鏡は有視光のみを反射させるように構成されてい
る。さらに集光光学系９１の出射端には紫外線カットフ
ィルタが配置されている。９２は赤外線を透過させ有視
光のみを反射させる赤外線カットミラーである。ただ
し、赤外線カットミラー９２は集光光学系９１の内部に
配置してもよいことは言うまでもない。また、９３ａは
青反射ダイクロイックミラー（ＢＤＭ）、９３ｂは緑反
射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）、９３ｃは赤反射ダ
イクロイックミラー（ＲＤＭ）である。なお、ＢＤＭ９
３ａからＲＤＭ９３ｃの配置は前記の順序に限定するも
のではなく、また、最後のＲＤＭ９３ｃは全反射ミラー
におきかえてもよいことは言うまでもない。

【００４９】９７ａ、９７ｂおよび９７ｃは液晶パネル
である。なお、液晶パネルのうちＲ光を変調する液晶パ
ネル９７ｃの液晶層の厚みｄを他の液晶パネルの液晶層
の厚みｄよりも０．２μｍ〜１．０μｍ厚く形成してい
る。これは、回折度合が変調する光の波長に依存するた
めである。また、必要に応じて青光変調用の液晶パネル
９７ａの液晶層の厚みも緑用に比較して０．２μｍ〜
１．０μｍ薄く形成する。９５ａ、９５ｂおよび９５ｃ
は入力マスク、９８ａ、９８ｂおよび９８ｃは出力マス
ク、９６ａ、９６ｂおよび９６ｃはシュリーレンレンズ
である。なお、９４ａ、９４ｂおよび９４ｃはフライア
イレンズ、９９ａ、９９ｂおよび９９ｃは投写レンズで
ある。

【００５０】フライアイレンズ９４ａ、９４ｂ、９４ｃ
および入力マスク９５ａ、９５ｂ、９５ｃは１つにまと
めて集光光学系９１とダイクロイックミラー９３ａの間
に設置しても良い。またシュリーレンレンズ９６ａ、９
６ｂ、９６ｃは液晶パネル９７ａ、９７ｂ、９７ｃと出
力マスク９８ａ、９８ｂ、９８ｃの間に設置しても良
い。

【００５１】また、本発明の投写型表示装置において、
光は液晶パネルの対向基板側から入射させるとしたが、
これに限定するものではなく、アレイ基板から入射させ
ても同様の効果が得られることは明らかである。以上の
ように、本発明の投写型表示装置は光の入射方向に左右
されるものではない。

【００５２】また、本実施例２の投写型表示装置におい
ては、Ｒ，ＧおよびＢ光の変調系においてＲ・Ｇ・Ｂ光
それぞれを変調する液晶パネルを設けるとしたが、これ
に限定するものではない。例えば、一枚の液晶パネルに
モザイク状のカラーフィルタを取付け、前記パネルの画
素を投影する参考例ならびに実施例１に示す単パネル投
写装置でもよい。

【００５３】（図６）〜（図８）に示した構成におい
て、液晶パネルの構成を（図１）、（図３）、（図５）
に示した液晶パネルに置き換えることもできる。液晶パ
ネルは、投写型表示装置の用途、制約条件などを考慮し
て最適な構成を選択するとよい。

【００５４】回折方式液晶パネルを用いた投写型表示装
置において投写画像のコントラストを良好にするには０
次回折効率を小さく、できるだけ０に近くする必要があ
る。（数１）より回折格子の深さｄが一定ならば液晶層
の屈折率差Δｎをできるだけ大きくすることが望まし
い。しかしながら現在知られている液晶はその異常光屈
折率ｎ_eが１．７乃至１．８が最大であり、Δｎ＝ｎ_e−
ｎ_o＝０．２程度である。するとこの屈折率差で０次光
を０にする液晶層の厚みは２μｍ必要である。これまで
実施例において、主に透過型の液晶パネルを用いて説明
してきたが、液晶パネルが反射型の場合、光は液晶層を
２回通過するので、透過型液晶パネルの場合に比較し
て、液晶層厚みを約半分にすることができる。そのた
め、投写画像のコントラストは、反射型の方が透過型の
場合より有利である。つまり、液晶層の厚みを薄くし
て、低電圧駆動のコントラストの良好な投写画像を得る
ことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶層の
配向によって屈折率差を有する位相回折格子を形成し、
回折状態の変化として光学像を形成する液晶パネルを用
いて、高効率で回折光を遮蔽／透過させることにより、
明るく、高コントラストの画像を表示できる投写型表示
装置を提供でき、非常に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する液晶パネルの第１の例を示す
概略図

【図２】同液晶パネルの第２の例を示す概略図

【図３】同液晶パネルの第３の例を示す概略図

【図４】同液晶パネル作成を説明する工程図

【図５】同液晶パネルの第４の例を示す概略図

【図６】本発明の投写型表示装置の参考例における概略
構成図

【図７】本発明の投写型表示装置の第１の実施例におけ
る概略構成図

【図８】本発明の投写型表示装置の第２の実施例におけ
る概略構成図

【図９】本発明において使用する回折方式液晶パネルの
作用を説明するための概略図

【図１０】従来の回折方式液晶パネルの作用を説明する
ための概略図

【図１１】従来の投写型表示装置の構成を示す概略構成
図

【符号の説明】

１１、１２透明基板１３液晶層１４、１５液晶分子１６対向電極１７画素電極１８ＴＦＴ３１、３２、４３、５１、５２配向膜６１液晶パネル６２光源６５、９９投写レンズ６６スクリーン６７フィールドレンズ７１、９６シュリーレンレンズ７２、９５入力マスク７３、９８出力マスク９３ダイクロイックミラー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１枚の液晶パネルと、光発生手
段と、前記光発生手段が発生した光を前記液晶パネルに
導く第１の光学要素部品と、前記液晶パネルで変調され
た光を投影する第２の光学要素部品を具備し、前記液晶
パネルの液晶層は複数の領域に分割され、前記領域内で
はその液晶分子の配向方向は一様であるが、互いに隣合
う領域ではその液晶分子の配向方向が異なり、これが規
則的な周期性を持って形成されている液晶パネルを用い
る投写型表示装置において、前記液晶パネルと前記光発
生手段との間に第１のマスクを具備し、前記液晶パネル
と前記第２の光学要素部品との間に第２のマスクを具備
し、前記第１のマスクと前記第２のマスクとの間にシュ
リーレンレンズを配置し、前記シュリーレンレンズによ
る前記第１のマスクの像が前記第２のマスク上に形成さ
れることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】光発生手段と第１のマスクとの間にフライ
アイレンズを配置し、前記フライアイレンズによる前記
光発生手段の像が前記第１のマスクの開口部に形成され
ることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】光発生手段が発生する光は色フィルタで青
色光、緑色光および赤色光の３つの所定範囲の波長の光
に分離され、かつ液晶パネルは前記３つの所定範囲の波
長の光の少なくとも１つに対して配置されており、それ
ぞれに対して配置された液晶パネルのうち少なくとも１
枚の液晶パネルの規則的な周期性をもった配向方向の異
なる部分のピッチが他の液晶パネルのそれとは異なって
いることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。