JP4050065B2 - 画像表示装置 - Google Patents
画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4050065B2 JP4050065B2 JP2002027768A JP2002027768A JP4050065B2 JP 4050065 B2 JP4050065 B2 JP 4050065B2 JP 2002027768 A JP2002027768 A JP 2002027768A JP 2002027768 A JP2002027768 A JP 2002027768A JP 4050065 B2 JP4050065 B2 JP 4050065B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical path
- path deflecting
- deflecting element
- liquid crystal
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像光の画素数の倍増を行なって画像を表示することができる画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像表示素子の画像数を見かけ上増倍して、高解像表示する技術としては、特開平6−324320号公報、特開平10−020242号公報、米国特許(USP)6082862に開示の技術が知られている。
【0003】
光路を偏向する技術としては、特開平10−133135号公報に開示の技術が知られている。
【0004】
液晶を用いた光偏向技術としては、「IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.15, No.8 (1973)“LIGHT SCANNER EMPLOYING A NEMATIC LIQUID CRYSTAL”」や、「ELECTRONICS LETTERS, Vol.11, No.16 (1975)“LARGE-ANGLE BEAM DEFLCTOR USING LIQUID CRYSTAL”」に開示の技術が知られている。
【0005】
液晶マイクロレンズに関する技術としては、「O plus E, Vol.20, No.10 (1998)“液晶マイクロレンズ”」、特許第03016744号公報、特開平11−109303号公報、特開平11−109304号公報に開示の技術が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術に対し、本出願人は、光源の発する照明光を、画像フィールドを時間的に分割した複数個の画像サブフィールドごとに、画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する画像表示素子と、画像サブフィールドごとに駆動される画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向素子とを備えている画像表示装置を提案している(特願2001−12397、平成13年1月19日出願(本出願時において未出願公開))。
【0007】
かかる技術によれば、前述の光路偏向素子を2枚用い、それぞれの光路偏向素子で縦横2方向の画素シフトが可能として、高精細画像を得ることができる。
【0008】
しかしながら、かかる技術においては、画像表示素子を出射する画像光が最初に入射する光路偏向素子と次に入射する光路偏向素子との間に、偏光面回転手段を設ける必要がある。これは、最初の光路偏向素子の出射光と次の光路偏向素子の出射光とで、光偏光面の方向が90°ずれているため、2番目の光路偏向素子に入射する前に画像光の光偏光面を回転する必要があるからである。このように、偏光面回転手段を設けねばならないとすると、部品点数が増加して、製造コストを高め、装置の省スペース化が図れないという不具合がある。
【0009】
この発明の目的は、部品点数を減少させて、製造コストを低減し、装置の省スペース化を図ることである。
【0010】
この発明の別の目的は、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子とで、ライン電極に対する配向処理方向が90°異なっていても、第1、第2の光路偏向素子それぞれの集光位置を一致させることである。
【0011】
この発明の別の目的は、第1、第2の光路偏向素子の設計、製作が容易で、また、簡易な構成の画像表示システムを提供することである。
【0012】
この発明の別の目的は、高精細な画像を表示することである。
【0013】
この発明の別の目的は、製造工程の清潔性が維持できるようにすることである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、画像フィールドを時間的に分割した複数個の画像サブフィールドごとに照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する画像表示素子と、この画像表示素子と同期し、前記画像サブフィールドごとに駆動される前記画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向素子と、を備えていて、前記光路偏向素子は、電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶セルにより画素の2次元的な方向の一方向に前記画素数の倍増を行う第1の光路偏向素子と、この第1の光路偏向素子の出射光が入射され、電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶セルにより画素の2次元的な方向で前記第1の光路偏向素子とは異なる方向に前記画素数の倍増を行う第2の光路偏向素子と、を有しており、前記第1の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向と、前記第2の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向とは、ほぼ一致している、画像表示装置である。
【0015】
したがって、第1の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向と、第2の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向とは、ほぼ一致しているため、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子とで液晶配列方向がほぼ一致し、よって、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子との間に偏光面を回転させる手段を設ける必要がないので、部品点数を減少させて、製造コストを低減し、装置の省スペース化を図ることができる。
【0016】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の光路偏向素子と前記第2の光路偏向素子とは互いに独立して駆動される。
【0017】
したがって、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子の両者で印加電圧が独立して駆動されるため、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子とで、ライン電極に対する配向処理方向が90°異なっていても、第1、第2の光路偏向素子それぞれの集光位置を一致させることができる。
【0018】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子は、いずれも液晶に電圧を印加するライン電極のライン方向と前記配向処理方向とがほぼ45°をなしている。
【0019】
したがって、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子とを同一構成のデバイスとして設計、製作することができ、第1、第2の光路偏向素子の設計、製作が容易となる。また、ライン電極に対する液晶の配列方向を第1、第2の光路偏向素子で同一とすることができるため、第1、第2の光路偏向素子での電圧印加を共通にして、簡易な構成の画像表示システムを提供することができる。
【0020】
請求項1に記載の発明はまた、前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方の液晶層には高分子を含んでいることを特徴とする。上記高分子は、後述する「化学式1」の(a)〜(g)に構造式を示す光硬化型の高分子であり、その1以上が用いられる。この特徴は上記請求項2、3にも共通である。
【0021】
したがって、高速応答が可能で、ディスクリネーションが起こりにくいので、高精細な動画像を表示することができる。
【0022】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかの1に記載の発明において、前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方は、液晶層の片面側ではホモジニアス、他面側では垂直配向となるように前記配向処理がされている。
【0023】
したがって、ディスクリネーションが起こりにくいので、高精細な綺麗な画像を表示することができる。
【0024】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかの1に記載の発明において、前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方は、光照射により配向規制力を生じる材料を配向膜としている。
【0025】
したがって、配向膜への汚染や静電気の発生が起こらないので、製造工程の清潔性が維持でき、また、液晶の均一性が高まるため、高精細な綺麗な画像が得られる。
【0026】
【発明の実施の形態】
この発明の1実施の形態について説明する。
【0027】
図1は、この発明の1実施の形態である画像表示装置の概要を示す概念図である。図1において、符号1は、照明用の光源であり、白色あるいは任意の色の光を高速にON/OFFできるものであるならば、いかなる種類や型の光源であっても利用することができる。たとえば、LEDランプやレーザ光源、あるいは、白色のランプ光源などを2次元アレイ状に配列して、かかる光源に対して高速動作するシャッタを組み合わせたものなどを照明用の光源として用いることができる。
【0028】
符号2は、光源から出た光を均一に画像表示素子3に照射させるための照明装置であり、拡散板2a、コンデンサレンズ2bなどから構成される。
【0029】
符号3は、照明装置2から入射した均一の照明光を、画像フィールドを時間的に分割した複数個の画像サブフィールドごとに、画像情報に基づいて空間光変調して、画像光として出射する画像表示素子である。画像表示素子3としては、透過型液晶ライトバルブ、反射型液晶ライトバルブ、DMD素子などを用いることができる。
【0030】
符号4は、前記画像サブフィールドごとに、画像表示素子3から出射される画像光の光路を偏向して、偏向画像光として、出射する光路偏向素子である。該光路偏向素子4により、画像サブフィールドごとの光路の偏向量に応じて、スクリーン6上に投射される画像表示位置がずらされる状態となる画像パターンを表示させることが可能となり、画像表示素子3の実際の画素数を見かけ上増倍した画素数として、画像表示させることができる。
【0031】
符号5,6は、画像表示素子3に表示された画像パターンを観察するための光学部材であり、符号5は投射レンズ、符号6はスクリーンである。さらに、符号7は光源1を駆動するための光源駆動手段であり、符号8は画像表示素子3を駆動するための表示駆動手段であり、符号9は光路偏向素子4を駆動するための光路偏向駆動手段である。また、符号10は、光源駆動手段7、表示駆動手段8、光路偏向駆動手段9などを含め画像表示装置の全体を制御するための画像表示制御回路である。
【0032】
次に、図1に示す画像表示装置の基本的な動作について説明する。光源駆動手段7で制御されて光源1から放射された光は、拡散板2aにより均一化された照明光となり、コンデンサレンズ2bにより、光源駆動手段7と同期して動作する表示駆動手段8により制御されている画像表示素子3をクリティカルに照明する。ここでは、画像表示素子3の例として、透過型液晶パネル、すなわち、透過型液晶ライトバルブを用いている。透過型液晶ライトバルブからなる画像表示素子3により空間光変調された照明光は、画像光として光路偏向素子4に入射され、光路偏向素子4から出射された出射光は、偏向画像光として、投射レンズ5で拡大された後、スクリーン6に投射される。すなわち、透過型液晶ライトバルブからなる画像表示素子3の画像光の出射側に配置されている光路偏向素子4によって、画像光は、光路偏向駆動手段9からの駆動信号に応じて、画素の配列方向に任意の距離だけシフト(偏向)された偏向画像光として出射されて、投射レンズ5を介して、スクリーン6上に投射される。
【0033】
なお、図1においては、透過型液晶ライトバルブからなる画像表示素子3の直後に、光路偏向素子4を配置しているが、光路偏向素子4の配置位置はかかる場合に限定されるものではなく、スクリーン6の直前などに配置することとしても良い。ただし、スクリーン6付近に配置する場合、光路偏向素子4を形成する光路偏向素子の大きさや、更には、光路偏向素子を形成する透明電極の配設ピッチなどを、光路偏向素子4の配置位置における画面サイズや画素サイズに応じて設定することが必要になる。
【0034】
しかし、いかなる配置位置に光路偏向素子4を配置する場合であっても、前記偏向画像光の光路のシフト(偏向)量は、画素ピッチの整数分の1であることが好ましい。すなわち、画素の配列方向に対して2倍の画素増倍を行なう場合は、偏向画像光の光路のシフト量は、画素ピッチの1/2とし、配列方向に対して3倍の画素増倍を行なう場合は、画素ピッチの1/3とすることが望ましい。また、光路偏向素子4の構成によって、偏向画像光の光路のシフト量が画素ピッチよりも大きくなる場合には、光路のシフト量を画素ピッチの(整数倍+整数分の1)の距離に設定しても良い。
【0035】
この光路偏向素子4を画素配列方向の縦横2次元に用いることにより、例えば2倍の画像増倍を行なう光路偏向素子を2枚用いることにより、図2に示すように、見かけ上の画素4倍の効果が得られ、使用した透過型液晶ライトバルブの解像度以上の高精細な画像を表示することができる。また、光路偏向素子4の構成によってシフト量が大きくなる場合には、シフト量を画素ピッチの(整数倍+整数分の1)の距離に設定しても良い。いずれの場合も、画素のシフト位置に対応したサブフィールドの画像信号で透過型液晶ライトバルブである画像表示素子3を駆動する。
【0036】
なお、図1では、単板の透過型液晶ライトバルブと単色LEDランプを用いた単色の画像表示装置を示したが、3原色の光源1と、照明装置2と、3枚の画像表示素子3とを用いて、3原色の画像を混合してフルカラー画像を表示させることもできる。また、単板の画像表示素子3を時間順次に三原色光で照明するフィールドシーケンシャル方式でもフルカラー画像を表示することができる。この場合、三色の光源1からの光路をクロスプリズムで混合して照明しても良いし、白色ランプ光源1と回転カラーフィルターの組み合わせで、時間順次の三原色光を生成してもよい。
【0037】
この実施の形態である画像表示装置では、縦横2方向に画素増倍を行なう。そのため、図3に示すような光路偏向素子4を用いる。この光路偏向素子4は、光路を図1の紙面に垂直(図3の水平)方向(第一方向)にシフトさせる第1の光路偏向素子となる光路偏向素子4aと、図1の紙面の上下(図3の垂直)方向(第二方向)にシフトさせる第2の光路偏向素子となる光路偏向素子4bとからなる。本実施の形態では、光路偏光素子4として、電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶セル32(図8参照)である光路偏向素子4a,4bを画素の2次元的な配列方向(水平方向、垂直方向)に対して1枚づつ、合計2枚配してなるものであり、画像表示素子3の見かけ上の画素数を増倍して表示する。
【0038】
そして、図5に示すように、光路偏向素子4a,4bの各々は、2枚の透明な基板11,12と、一方の基板11又は12上に画素ピッチに対応して形成した透明なライン電極13と、他方の基板11又は12上に形成した透明な電極14と、2枚の基板11,12間に内包され、ライン電極13と電極14とによる電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶層15とを備えている。なお、電極14もライン電極として構成してもよいが、以下では、電極13のみがライン電極であるとして説明する。
【0039】
光路偏向素子4a、4bの液晶セル32基板の材質としては、ガラス、プラスチック等を使用できる。電極13,14の材質としては、ITO,Cr等が利用できる。また、使用する基板11,12自身が導電性を有している場合は、基板11,12を電極13,14としても利用することができる。また、複数本のライン電極13を1組として、その組を画素ピッチに対応させることも考えられる。
【0040】
光路偏向駆動手段9は、表示駆動手段8と同期してライン電極13への電圧印加状態を変化させる。そして、光路偏向素子4aは、画素の2次元的な配列方向に対して、第一方向に沿って光路の偏向または焦点位置の移動が可能であり、光路偏向素子4bは、画素の2次元的な配列方向に対して、第二方向に沿って光路の偏向または焦点位置の移動が可能である。
【0041】
各光路偏向素子4a,4bを構成する基板11,12や、電極13,14などの液晶層15と接する表面は配向処理がなされていて、当該基板は配向膜とされている。そして、光路偏向素子4aの配向処理の方向と、光路偏向素子4bの配向処理の方向とは、ほぼ一致している。この例では、図3に示すように、光路偏向素子4aの配向処理方向は、ライン電極13のライン方向(図3の紙面の上下方向)に対してほぼ垂直(図3の紙面の左右方向)であり、光路偏向素子4bの配向処理方向は、ライン電極13のライン方向(図3の紙面の上下方向)にほぼ一致している。
【0042】
ただし、各光路偏向素子4a,4bの配向処理の方向とライン電極13のライン方向との関係は、これに限定されるものではなく、図4に示すように、ライン電極13のライン方向aに対して、0〜90°の範囲で様々に設定することができる。
【0043】
このように、光路偏向素子4aの配向処理方向と、光路偏向素子4bの配向処理方向とを、ほぼ一致させることにより、光路偏向素子4aから光路偏向素子4bへ光を入射させる際に偏光面を回転させる必要がなくなるため、エネルギーロスも低減し、装置の小型化、製造コストの低減を図ることができる。
【0044】
前述の配向処理には、TN液晶、STN液晶等に用いられるポリイミド等の通常の配向膜が利用できる。また、配向処理としてラビング処理等を施すことが好ましい。さらに、配向処理として、光照射により配向規制力を生じる材料を配向膜として使用した光配向を用いることにより、配向膜への汚染や静電気の発生が起こらないため、工程の清潔性が維持でき液晶の均一性が高まるため、高精細な綺麗な画像が得られるので、好適である。
【0045】
また、前述のように、光路偏向素子4aと4bとで、ライン電極13のライン方向が90°異なっていて、配向処理方向はほぼ一致しているため、光路偏向素子4aと4bとでは、ライン電極13のライン方向に対する配向処理方向がほぼ90°異なる。そのため、両者で印加電圧を一定とすると、光路偏向素子4a,4bのそれぞれの集光位置が異なってしまう可能性があるが、図6に示すように、光路偏向素子4a,4bのそれぞれの印加電圧を独立に制御するようにすれば、集光位置をコントロールすることで集光位置を一致させることができる。すなわち、図6に示すように、光路偏向駆動手段9は、光路偏向素子4aと4bとを、それぞれ独立して駆動する液晶駆動回路21,22を備えていて、液晶駆動回路21,22は画像表示制御回路10により、それぞれ独立して制御される。
【0046】
さらに、光路偏向素子4a及び4bの配向処理方向bを、いずれもライン電極13のライン方向cからほぼ45°とすれば、光路偏向素子4aと4bは同一構成のディバイスを用いることができ、光路偏向素子4aと4bとを別個に設計、製作する必要がなくなる。また、ライン電極13に対する液晶の配列方向が2つのセルで同一となるため、2つのセルでの電圧印加がほぼ同様に行なうことができるので、画像表示システムとして簡単な構成とすることができる(図7参照)。
【0047】
また、配向処理を片面はホモジニアス、他面は垂直配向となるように処理することにより、液晶をハイブリッド型に配向させることで液晶のねじれ方向が一様となり易いため、ディスクリネーションが少なくなり、高解像度の表示が可能となる。
【0048】
液晶材料としては、一般的なネマティック液晶を用いることができるが、複屈折Δnや誘電異方性Δεが大きい方が望ましい。特に、液晶材料の常光屈折率がガラス基板の屈折率に近い1.5〜1.6程度で、異常光屈折率が1.7〜1.8程度と大きいことが望ましい。液晶層15の厚さは基板間のスペーサ部材の厚さよって設定し、ΔnやΔεに応じて所望の光路偏向量や応答速度が得られるように最適化される。さらに、液晶層15中に高分子を含ませることにより、ディスクリネーションが減少し、さらに、セル駆動速度が上がるため、スムーズな動画にも対応できる。これは、液晶と高分子の接触面積が広く、液晶に対する高分子の配向規制力が強いため、液晶の電界に対する応答速度を大幅に高速化できるためである。
この発明においては、第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方の液晶層は、下記化学式1で示される光硬化型高分子の1以上を含んでいる。
【0049】
【化1】
【0050】
以下では、光路偏向素子4a(4b)の更に具体的な構成や動作について説明する。
【0051】
図5(a)は、液晶セル32の非動作時の液晶配向状態を模式的に示している。この図では、無電界では液晶分子16が基板11,12に沿って平行になるようにホモジニアス配向処理されている。また、液晶分子16の長軸が図面の紙面の左右方向になるような配向処理を想定している。上側の基板11には電極ライン13がアレイ状に形成されている。この例では、間隔の広い2本の電極ライン13,13を1組として、画素1つに対応させる。電極13,14間の間隔が狭い部分は画素間の境界部に対応する。下側の電極14は基板12の全面に形成されているが、上述のように、上側の基板11と対称なアレイ電極としてもよい。
【0052】
図5(b)(状態▲1▼)では、グレイに着色して表示した電極ライン13にのみ閾値以上の電圧を印加した場合を示す。電圧を印加した電極13,14間では電界によって液晶分子16が垂直に配向し、無印加の電極13,14間では水平に配向したままになる。この液晶セル32内部の不均一電界による液晶分子16の配向方向の分布によって、異常光に対する屈折率分布が生じる。図5の紙面に平行な偏光面を持つ直線偏光を入射する場合、液晶分子16の長軸が基板11,12に垂直に配向するにしたがって実効的な屈折率が小さくなり、図5(d)の実線(状態▲1▼)のような屈折率分布の影響を受ける。状態▲1▼の画素の中心部に入射した偏光は、屈折率の傾斜による屈折効果によって図の右側に偏向される。
【0053】
次に、図5(c)(状態▲2▼)のように電圧を印加する電極ライン13を切換えると、液晶分子16の配向状態も変化し、図5(d)の破線のような屈折率分布に変化する。状態▲2▼の画素の中心部に入射した偏光は、屈折率の傾斜によるレンズ効果によって図の左側に偏向される。この時の偏向の変化速度は、液晶材料の物性や電界によって最適化される。画素シフト方式では、サブフレームの時間が10msec以下とすることが望ましいため、応答時間としては数msec以下が要求される。ネマティック液晶を用いた場合には、2周波駆動法又は液晶相に高分子を混合することにより高速応答化してもよい。2周波駆動法を用いる場合には、1つの電極ライン13に駆動周波数の異なる電圧が印加できる液晶駆動回路21,22を用いる必要がある。いずれかの方法で、状態▲1▼と▲2▼を光路偏向素子4a(4b)に表示するサブフレームの駆動タイミングに合わせて切換えることで、見かけ上の画素増倍作用を得ることができる。
【0054】
図8では、光路偏向素子4a(4b)の4つの画素31から出射してきた光が紙面下側から液晶セル32に入射する場合の模式図を示している。例えば、第1のサブフレームで4つの画素31がそれぞれ▲1▼▲3▼▲5▼▲7▼の状態の時、液晶セル32を図5(b)の状態▲1▼にすると、各画素からの光は図8の左側に偏向する。第2のサブフレームでは4つの画素31をそれぞれ▲2▼▲4▼▲6▼▲8▼の状態に切換え、それに同期して、液晶セル32を状態▲2▼に切換えると、各画素からの光は図8の右側に偏向する。液晶セル32中で斜めに進んだ光は、サブフレームを数十Hzから数百Hzで切換えることで、液晶セル32上では見かけ上▲1▼▲2▼▲3▼▲4▼▲5▼▲6▼▲7▼▲8▼と並んだ8つの画素33となる。また、液晶セル32から出射した光が投射光学系の光軸に対して平行になるような所定の光学素子を設けるようにしてもよい。なお、符号34は、液晶セル32への入射光、符号35は、液晶セル32からの出射光である。
【0055】
図9の例では、上側の基板11に画像表示素子3の画素ピッチと同じピッチでライン電極13が形成されている。各ライン電極13の幅は特に限定する必要はないが、液晶セル32内の所望の電界強度分布に応じて設定される。図9(a)(状態▲1▼)では、等間隔のライン電極13の交互に閾値以上の電圧を印加している(グレイに色を付したライン電極13)。この電圧印加により、前述の説明のように液晶層15に屈折率分布が生じる。図5の例に比べて電圧を印加する電極の間隔が大きく、屈折率分布も図10(d)の実線のようにピッチが比較的大きな凸レンズ状になっている。この場合、画像表示素子3の2画素に対して1つの凸レンズ効果を持たせることが特徴である。ここで、図8と同様な説明図を図10として示す。この例では、液晶セル32に入射する入射側画素31のサイズは比較的大きく設定される。例えば、液晶セル32が状態▲1▼(図9(b))の時、4つの画素31に第1のサブフレームとして▲1▼▲3▼▲5▼▲7▼の状態を表示すると、図10(d)実線の屈折率分布によって、▲1▼と▲3▼、▲5▼と▲7▼がそれぞれ縮小される。この時、図10に実線で示した出力側画素33のように、画素ピッチは一定でなくなる。
【0056】
次に第2のサブフレームの表示タイミングに合わせて、図9(c)(状態▲2▼)のように電圧を印加するライン電極を切換えると、屈折率分布は図10(d)の破線のように切換わる。ここで、第2のサブフレームとして▲2▼▲4▼▲6▼▲8▼の状態を表示すると、図10の破線で示した位置に縮小された画素が移動する。サブフレームを数十Hzから数百Hzで切換えることで、液晶セル32上では見かけ上▲2▼▲1▼▲3▼▲4▼▲6▼▲5▼▲7▼▲8▼と変則的に並んだ8つの画素となる。この様な変則的な画素シフトによる表示画像が正常な画像として形成されるように、画像表示素子3上でサブフィールド画像のデータを補正して表示する。
【0057】
この構成では、簡単なライン電極13の構成で、液晶レンズの集光による画素縮小効果と、液晶レンズ形成位置の切換えによる画素シフト効果を1つの液晶セル32で両立できる。図11には液晶をハイブリッド型に配向させたときの概略図を示した。
【0058】
図10の構成では、光路が液晶レンズにより集光された非平行光であるため、液晶セル32の出射側からの位置によって、画素サイズが変化してしまう。例えば、投射光学系を用いずに、液晶セル32の出射側に拡散板などをおいて直接画像を観察するような場合、液晶セル32と拡散板の位置がずれると、見かけ上の画素サイズが変わってしまう。また、拡大光学系を用いる場合でも、レンズ設計の点からセルからの出射光は平行であることが望ましい。
【0059】
そこで、図12に示すように、液晶セル32から出射した光が投射光学系の光軸に対して平行になるような光学素子36を設けるようにしてもよい。液晶レンズアレイの特性が凸レンズの場合、その光路を平行光にもどすような凹レンズアレイであることが望ましい。これは、入射側の画素31の画素ピッチに等しく、入射側画素33の位置に対して半画素分ずらした位置に設置することが望ましい。
【0060】
なお、図5や図9の例では、上部の基板11のライン電極13のみアレイ状に形成しているが、図13に示すように、上下両基板11,12のライン電極13をアレイ状に形成してもよい。
【0061】
また、図14の斜線部で示したように、電極アレイ13を追加し、液晶層15内の電界分布を調整するために補助的に電圧を印加してもよい。図14では、1画素に対して補助的な電極アレイ13を1本ずつ追加しているが、より細かく屈折率分布を調整するために複数本ずつ追加して、印加電圧を段階的に変化させてもよい。
【0062】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。以下の実施例1〜6のうちで、実施例4がこの発明の実施例であり、他は具体例であるが、用語の繁雑をさけるため実施例1〜6として説明する。
【0063】
(実施例1)
図1に示す画像表示装置を作成した。光源1としてLEDランプ、画像表示素子3として対角0.9インチXGA(1024×768ドット)のポリシリコンTFT液パネルを用いた。画素ピッチは縦横ともに約18μmである。
【0064】
光路偏向素子4a,4bには、ライン電極13のライン方向に対し90°の方向に配向処理された液晶マイクロレンズとライン電極のライン方向に対し0°の方向に配向処理された液晶マイクロレンズを、互いの配向処理方向の相対的な方向が同一の方向になるように配置した。
【0065】
画像の縦横方向に4倍の画素増倍を行なうためには、スイッチング時間を1ミリ秒以下と高速に切換える必要があるため、ネマティック液晶セル32の2周波駆動方式を採用した。
【0066】
光路偏向素子4a,4bである液晶マイクロレンズは以下のように作成した。
【0067】
液晶マイクロレンズの作成:
薄いガラス基板(3cm×4cm、厚さ0.10mm)上のITO蒸着膜をエッチングして、幅10μm、ピッチ18μmのITOラインを形成した。このITOラインの交互に同一電圧を印加できるように、くし形電極とした。ガラス基板のITO側に配向膜としてAL3046-R31(JSR社製)をスピンコートで形成し、ローラーラビング装置で配向処理した。ラビング方向はITO電極ラインのライン方向から0°とした。このガラス基板を2枚用意し、その間の周辺部に4μm厚のスペーサを挟み、上下ガラス基板のITOライン位置が一致するように張り合わせて空セルを作成した。このセルの中に、ネマティック液晶を常圧下で注入し、液晶マイクロレンズを作成した。これを光路偏向素子4aとした。
【0068】
光路偏向素子4bは、光路偏向素子4aの作成において、ラビング方向をITO電極ラインのライン方向から90°とした以外は、同様な方法で作成した。
【0069】
本実施例の画像表示装置は、光路偏向素子4bと、光路偏向素子4aとで液晶配列方向が一致するため、光路偏向素子4bから光路偏向素子4aに光を入射させる際に、偏光面を回転させる必要がないので、エネルギーロスも少なく、デバイスの小型化が可能となり、さらにコストダウンがはかれた。
【0070】
(実施例2)
実施例1の画像表示装置において、光路偏向素子4bの駆動電圧と、光路偏向素子4aの駆動電圧とを、焦点位置により独立に制御した。
【0071】
画像表示素子3は、ライン電極13に対する液晶の配列方向が光路偏向素子4bと光路偏向素子4aとで異なるため、光路偏向素子4bと光路偏向素子4aとを同一の駆動電圧で駆動すると、焦点位置が最適な位置からずれることがある。しかし、本実施例2では、それぞれの光路偏向素子4b,4aを独立に制御することで、よりコントラストの良い画像が得られた。
【0072】
(実施例3)
実施例1の液晶マイクロレンズの作成において、同様な基板に配向材料としてベンゾフェノン骨格を持つポリイミドをスピンコートし、330nmの偏光を5分間照射することにより光配向処理を行った以外は、全く同様に画像表示装置を作成した。
【0073】
本実施例3では、ラビング処理を行なわずに配向処理を行ったので、不純物によるディスクリネーションが全く起こらず極めて均一な液晶配向がなされ、高精細画像が得られた。
【0074】
(実施例4)
実施例1の液晶マイクロレンズの作成方法を以下のように変更した以外は、全く同様に画像表示装置を作成した。駆動方式としては、通常の単一周波数での駆動とした。
【0075】
液晶マイクロレンズの作成では、実施例1により作成した空セルに、液晶として液晶性骨格を部分構造として有する光硬化高分子のプレポリマー(20重量%)をネマティック液晶(メルク社製、ZLI-2471を使用)と混合し、毛細管法によりセル中に注入した。液晶性骨格を部分構造として有す光硬化型高分子のプレポリマーは、前述した化1のa、d、gの混合物を用い、それぞれの割合がa:d:g=48:48:4とした。また、この中に、光重合開始剤(IRG-651、チバガイギー社製)を上記重合性液晶に対して1wt%混合した。該プレポリマーは20mW/cm2の強度の紫外線を1分間室温で照射し高分子化した。
【0076】
本実施例4では、一方の光路偏向素子4a又は4bのラビング方向が、ITO電極のライン方向から0°となっており、比較的低電圧で大きな屈折率変化が得られる構成となっているが、液晶のみであるとディスクリネーションが発生しやすい。しかし、高分子を混合したことにより、液晶の配向方向に規制力が働き、ディスクリネーションの発生が抑えられ、高品質の画像が得られた。さらに、液晶と高分子の接触面積が広く、液晶に対する高分子の配向規制力が強いため、液晶の電界に対する応答速度を大幅に高速化でき、2周波駆動を必要とせず、単一の周波数での駆動で十分なセルの応答速度が得られ、画像表示ができた。
【0077】
(実施例5)
実施例1の液晶マイクロレンズの作成方法において、ラビング方向がITO電極のライン方向から45°とした以外は、全く同様に画像表示装置を作成した。
【0078】
本実施例5の場合には、光路偏向素子4aと4bとが同一方向に配向処理されることとなるため、光路偏向素子4aと4bとは同一設計のデバイスとすることができ、デバイス設計、製作の手間を省くことができた。
【0079】
また、光路偏向素子4aと4bとで液晶配列方向が一致するため、光路偏向素子4aから光路偏向素子4bに光を入射させる際に偏光面を回転させる必要がないので、エネルギーロスも少なく、デバイスの小型化が可能となり、製造コストダウンが図れた。さらに、ライン電極13に対する液晶の配列方向が2つのセルで同一となるため、2つのセルでの電圧印加がほぼ同様に行なうことができ、画像表示システムとして簡易な構成とすることができた。
【0080】
(実施例6)
実施例1の液晶マイクロレンズの作成方法を下記のように変更した以外は、全く同様に画像表示装置を作成した。
【0081】
すなわち、液晶マイクロレンズの一方のガラス基板のITO側に配向膜としてAL3046-R31(JSR社製)をスピンコートで形成し、ローラーラビング装置で配向処理した。ラビング方向はITO電極のライン方向から0°とし、対向電極のITO側にJALS-2021-R2(JSR社製)を用いて垂直配向処理を行った。この2枚のガラス基板の間の周辺部に、4μm厚のスペーサを挟み、上下ガラス基板のITOライン位置が一致するように張り合わせて、空セルを作成した。このセルの中に、ネマティック液晶を常圧下で注入し、液晶マイクロレンズを作成した。これを光路偏向素子4aとした。
【0082】
光路偏向素子4bは、光路偏向素子4aの作成において、ラビング方向をITO電極ラインのライン方向から90°とした以外は、同様な方法で作成した。
【0083】
これにより、液晶がハイブリッド型に配向されているので、電圧印加時の液晶のねじれ方向が一様となり易く、ディスクリネーションが少なく、高解像度の画像表示ができた。
【0084】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明は、部品点数を減少させて、製造コストを低減し、装置の省スペース化を図ることができる。
【0085】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第1の光路偏向素子と第2の光路偏向素子とで、ライン電極に対する配向処理方向が90°異なっていても、第1、第2の光路偏向素子それぞれの集光位置を一致させることができる。
【0086】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、第1、第2の光路偏向素子の設計、製作が容易となる。また、第1、第2の光路偏向素子での電圧印加を共通にして、簡易な構成の画像表示システムを提供することができる。
【0087】
請求項1〜3の任意の1に記載の発明はまた高精細な動画像を表示することができる。
【0088】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかの1に記載の発明において、高精細な綺麗な画像を表示することができる。
【0089】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかの1に記載の発明において、製造工程の清潔性が維持でき、また、高精細な綺麗な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態である画像表示装置の全体構成の概念図である。
【図2】画像表示装置による画素シフトの説明図である。
【図3】画像表示装置の斜視図である。
【図4】光路変換素子のライン電極と配向処理方向との関係の説明図である。
【図5】光路変換素子である液晶マイクロレンズの動作の説明図である。
【図6】光路偏向駆動手段を説明するブロック図である。
【図7】光路偏向素子のライン電極と配向処理方向とが45°となる例を説明する説明図である。
【図8】光路偏向素子の画素シフトを説明する説明図である。
【図9】光路偏向素子である液晶マイクロレンズの他の例における動作の説明図である。
【図10】光路偏向素子の画素シフトの他の例を説明する説明図である。
【図11】光路偏向素子である液晶マイクロレンズの他の例における動作の説明図である。
【図12】光路偏向素子の画素シフトの他の例を説明する説明図である。
【図13】光路偏向素子である液晶マイクロレンズの他の構成例の説明図である。
【図14】光路偏向素子である液晶マイクロレンズの他の構成例の説明図である。
【符号の説明】
3 画像表示素子
4 光路偏向素子
4a 第1の光路偏向素子
4b 第2の光路偏向素子
11 基板
12 基板
13 ライン電極
14 電極
32 液晶セル
a ライン電極のライン方向
b ライン電極のライン方向
c 配向処理方向
Claims (5)
- 画像フィールドを時間的に細分割した複数個の画像サブフィールドごとに照明光を画像情報に基づいて空間光変調して画像光として出射する画像表示素子と、
この画像表示素子と同期し、前記画像サブフィールドごとに駆動される前記画像表示素子の各画素から入射されてくる画像光の光路を偏向して前記画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する光路偏向素子と、を備えていて、
前記光路偏向素子は、
電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶セルにより画素の2次元的な方向の一方向に前記画素数の倍増を行なう第1の光路偏向素子と、
この第1の光路偏向素子の出射光が入射され、電圧印加によって屈折率分布の制御が可能な液晶セルにより画素の2次元的な方向で前記第1の光路偏向素子とは異なる方向に前記画素数の倍増を行なう第2の光路偏向素子と、を有しており、
前記第1の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向と、前記第2の光路偏向素子の配向膜の配向処理方向とは、ほぼ一致しており、
前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方の液晶層は、下記化学式1で示される光硬化型高分子の1以上を含んでいることを特徴とする画像表示装置。
- 前記第1の光路偏向素子と前記第2の光路偏向素子とは互いに独立して駆動される、請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子は、いずれも液晶に電圧を印加するライン電極のライン方向と前記配向処理方向とがほぼ45°をなしている、請求項1又は2に記載の画像表示装置。
- 前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方は、液晶層の片面側ではホモジニアス、他面側では垂直配向となるように前記配向処理がされている、請求項1〜3のいずれかの1に記載の画像表示装置。
- 前記第1の光路偏向素子及び第2の光路偏向素子の少なくとも一方は、光照射により配 向規制力を生じる材料を配向膜としている、請求項1〜4のいずれかの1に記載の画像表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002027768A JP4050065B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002027768A JP4050065B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 画像表示装置 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003228072A JP2003228072A (ja) | 2003-08-15 |
JP2003228072A5 JP2003228072A5 (ja) | 2005-08-18 |
JP4050065B2 true JP4050065B2 (ja) | 2008-02-20 |
Family
ID=27749179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002027768A Expired - Fee Related JP4050065B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4050065B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2011283761A1 (en) * | 2010-07-29 | 2013-02-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Switch liquid crystal panel and display device |
JP5587272B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2014-09-10 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 画像表示装置 |
JP6096466B2 (ja) * | 2012-10-23 | 2017-03-15 | 株式会社東芝 | 画像装置 |
JP2014182215A (ja) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Japan Display Inc | 液晶装置及び電子機器 |
-
2002
- 2002-02-05 JP JP2002027768A patent/JP4050065B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003228072A (ja) | 2003-08-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2018171270A1 (zh) | 显示面板、显示装置及驱动方法 | |
JP4052803B2 (ja) | 画像表示装置 | |
KR100478804B1 (ko) | 광학시프터 및 광학표시시스템 | |
JP4574428B2 (ja) | 光学軸偏向素子、光路偏向素子、光学軸偏向方法、光路偏向方法、光学軸偏向装置、光路偏向装置、画像表示装置 | |
JP2002372701A (ja) | 画像表示装置 | |
JP4880142B2 (ja) | 液晶素子、光偏向素子、該光偏向素子を用いた画像表示装置、光偏向素子の製造方法、及び該光偏向素子の駆動方法 | |
JP4057320B2 (ja) | 光路偏向装置及び画像表示装置 | |
JP4050065B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP4798740B2 (ja) | 光路偏向素子、画像表示装置および光路偏向素子の制御方法 | |
JP4040869B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP4773649B2 (ja) | 光偏向装置及び画像表示装置 | |
JP4047596B2 (ja) | 光偏向素子および画像表示装置 | |
JP2005091445A (ja) | 画像表示装置 | |
JP3781287B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP4194381B2 (ja) | 光偏向装置 | |
JP4021697B2 (ja) | 光路偏向素子、光路偏向装置、画像表示装置及び光路偏向素子の駆動方法 | |
JP4031702B2 (ja) | 光路偏向素子 | |
JP3980908B2 (ja) | 光路偏向素子、光路偏向素子ユニット及び画像表示装置 | |
JP4743574B2 (ja) | 光偏向素子の製造方法および光偏向装置および画像表示装置 | |
JP3973524B2 (ja) | 画像シフト素子および画像表示装置 | |
JP2004021098A (ja) | 光路偏向デバイス及び画像表示装置 | |
JP3998954B2 (ja) | 画像シフト素子および画像表示装置 | |
JP4275972B2 (ja) | 表示装置 | |
JP3943450B2 (ja) | 光偏向装置、光偏向方法および画像表示装置 | |
KR20050067966A (ko) | 표시 장치용 광학 필터의 제조 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20041005 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050203 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050203 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050203 |
|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20060922 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070619 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070820 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071128 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101207 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101207 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111207 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111207 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121207 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131207 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |