JP4218568B2 - 空間光変調装置、画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調装置、画像表示装置及びプロジェクタ、特に、画像信号に応じた画像を表示する画像表示装置に用いられる空間光変調装置の技術に関する。

近年、ディジタルテレビジョン放送、ＤＶＤレコーダ等の出現により、ユーザは、高画質映像を手軽に入手及び保存をすることが可能となりつつある。ディスプレイ装置は、高画質映像を鑑賞するためのホームシアター等としての新たな用途に用いられている。また、ディスプレイ装置は、ホールや野外等の公共スペースにおける情報伝達手段としての活用も盛んに行われている。従来、ディスプレイ装置としては、例えば液晶を用いる光変調型直視ディスプレイ装置、ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等の自発光型直視ディスプレイ装置、プロジェクタがある。

ディスプレイ装置は、画面の大型化が容易であること、省スペース（可搬性）、低消費電力、広視野角であること等を要求されている。これらの要求に対して、従来のディスプレイ装置は、それぞれ以下に説明するような課題を有している。例えば、液晶を用いる光変調型ディスプレイは、視野角を広くすることが困難であること、製造工程が複雑であること、コントラストに限界があること等の課題がある。これらの課題は、透過型及び反射型の液晶ディスプレイに共通している。このほか、反射型により光変調を行う装置として、例えば電気泳動ディスプレイ（http://www.jagat.or.jp/story_memo_view.asp?StoryID=3895参照）がある。電気泳動ディスプレイは、画素のＯＮ／ＯＦＦの変更時以外に電力を消費しないことから、低消費電力な構成にできる。電気泳動ディスプレイの欠点は、コントラストの向上が困難であること、画素の多色化をする場合に自発光型に比較して色再現性が低いことから、カラー画像の表示に不向きであることである。

自発光型直視ディスプレイであるＰＤＰは、広視野角である一方、高電圧での駆動を要し、消費電力や発熱量の面で課題を有している。また、ＰＤＰは、大型な駆動回路を要することから小型化、省スペース性の点でも不利である。ＥＬディスプレイも広視野角である利点があるが、無機ＥＬの場合は蒸着工程による製造を要するため大型な画面を製造することが困難である。有機ＥＬは、塗布工程により画面の大型化が容易である利点があるが、高コスト、信頼性、効率等において多くの課題がある。

プロジェクタは、スクリーンの反射光を観察するフロント型プロジェクタと、スクリーンの透過光を観察するリア型プロジェクタとがある。フロント型プロジェクタは、投写像のサイズを容易に変更できることから投写像の大型化が容易である上、装置自体小型であるから装置の可搬性に優れている。フロント型プロジェクタの欠点としては、空間光変調装置が限られた角度範囲の光のみを変調可能であることから、光利用効率の面で課題がある。また、リア型プロジェクタは、近年の開発により薄型化が進み省スペースな構成となっているが、フロント型プロジェクタと同様に光利用効率の面における課題を有する。この他、リア型プロジェクタは、透過スクリーンで散乱する投写光を観察することから、視野角が狭くなってしまう。スクリーンの散乱角を大きくすると、今度は正面で観察可能な散乱光の光量が低下する場合がある。また、視野角が狭いことは、例えば販売時に陳列される際に見劣りしてしまうという課題にもつながる。以上から、画面の大型化の容易性、省スペース、低消費電力、広い視野角等のディスプレイ装置への要求を満たすために、従来のディスプレイ装置とは異なる技術を用いる新たなディスプレイ装置が求められている。これらディスプレイ装置に求められる事項を満たすための技術としては、以下の特許文献１に提案されているものがある。

特開平１１−７２７２１号公報

しかし、上記特許文献１の技術は、ＭＥＭＳ技術により静電アクチュエータを形成する必要があることから、複雑な製造工程を必要とする。これに加えて、光抽出部等の平面構成は、エバネッセント光の取り出しを可能とするために、高度な精度管理の下で平面構造を形成することが要求される。また、駆動面については高い駆動電圧が必要であること、駆動部に吸着する電荷のために駆動の信頼性が低下する場合があることが挙げられる。画面の大型化が困難であることも考えられる。本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、低消費電力で明るい画像を表示するための空間光変調装置、及びその空間光変調装置を用いる画像表示装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第１の面と第２の面とを有し、供給された光を伝播する導光部と、光学的に透明な部材で構成され、第１の面に接合して設けられる第１の電極と、第１の電極の、導光部とは反対側の面に接合して設けられ、画素に対応して複数に分割されたセルを内部に備える基板と、基板の、第１の電極側とは反対側の面に設けられる第２の電極と、セルごとに複数ずつ封入され、第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧に応じて、セル内において第１の電極側と第２の電極側とにそれぞれ移動する移動体と、を有し、導光部は、第１の電極の基板側の面と第２の面とにおける全反射により光を伝播し、基板は、画素ごとに、第１の電極側にある移動体の数量に応じた光量で、エバネッセント光を導光部の側へ散乱させ、導光部は、画素ごとに基板が散乱させる光を第２の面から射出することで、第１の電極側にある移動体の数量に応じて変調された光を供給することを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。

導光部の第２の面と第１の電極の基板側の面との全反射を利用して光を伝播させる。このとき、光が第１の電極の界面で全反射するとき、第１の電極の基板側には、光の波長以下の厚みにおいてエバネッセント光がにじみ出ている。基板は、第１の電極側に移動し第１の電極からセルに入るエバネッセント光が到達する位置にある移動体の数量に応じて、エバネッセント光を導光部側へ散乱させる。導光部は、基板が散乱させる光を第２の面から射出することで、変調された光を供給する。光は、セルごとに第１の電極側へ移動させる移動体の数量により、画素ごとに変調される。例えば、移動体は、第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧に応じて生じる静電力と、移動体が帯電する電荷との作用により移動する。従って、空間光変調装置は、画像信号に応じて画素ごとに移動体を移動させることによって、画像信号に応じて光を変調することができる。

印加電圧に応じた数量の移動体が移動した後、各移動体は、電圧の印加を停止してもそのままの位置に留まっている。空間光変調装置は、電圧の印加を停止しても各移動体がそのままの位置に留まることで、画素にメモリ性を持たせることができる。空間光変調装置は、各画素について変調するときのみ電圧の印加をすれば良いため、低消費電力にできる。第１の電極の界面で全反射する光を利用することで、空間光変調装置は、多くの光を利用できる。多くの光を利用可能な空間光変調装置を用いることで、光利用効率が高く明るい画像を表示できる。また、本発明の空間光変調装置は、微小な移動体を電気泳動により移動させることで、光を変調する構成である。微小な移動体を電気泳動させることで駆動可能であるから、駆動電圧も比較的小さくなる。これにより、低消費電力で明るい画像を表示するための空間光変調装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、移動体は、エバネッセント光を散乱する光散乱体であって、光散乱体は、セルごとに流体とともに封入され、基板は、エバネッセント光が到達する位置にある光散乱体がエバネッセント光を散乱させることが望ましい。光散乱体は、第１の電極側に移動してエバネッセント光が到達する位置に来ると、エバネッセント光を散乱させる。このようにして、基板は、エバネッセント光を導光部の側へ散乱させる。散乱させる光の光量は、第１の電極側へ移動させる光散乱体の数量によって調節することができる。これにより、画素ごとに変調された光を供給することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光散乱体は、光学的に透明な部材で構成され、エバネッセント光を透過し光散乱体の内面で反射することで散乱させることが望ましい。これにより、光散乱体を用いて光を散乱させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光散乱体は、表面が特定の波長領域の光を選択的に散乱させる散乱膜で構成されることが望ましい。例えば、特定の波長領域の光である赤色光（以下、「Ｒ光という。）を選択的に散乱させる散乱膜を用いる光散乱体は、Ｒ光を供給することができる。Ｒ光を散乱させる散乱膜を用いる光散乱体のみをセルに封入すると、Ｒ光用画素を構成できる。これと同様にして緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用画素、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用画素も構成できる。空間光変調装置は、基板にこれらの各色光用画素を設けることでカラー表示を行うことができる。これにより、カラー表示をするための空間光変調装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、光散乱体は、表面が反射面で構成され、エバネッセント光を反射面で反射することで散乱させることが望ましい。これにより、光散乱体を用いて光を散乱させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、流体は、光を吸収する吸光性流体であることが望ましい。吸光性流体を用いると、吸光性流体に入射する光を吸収することができる。吸光性流体に入射する光を吸収すると、画像信号に応じて散乱させる光以外の光や外光が観察者の方向へ進行することを低減できる。これにより、高コントラストな画像を表示するための空間光変調装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、流体は、光学的に透明な流体であって、セルは、光散乱体及び流体を封入する内面が吸光面で構成されることが望ましい。透明な流体と吸光面とを組み合わせて用いると、流体に入射する光を吸光面で吸収することができる。流体に入射する光を吸収すると、画像信号に応じて散乱させる光以外の光や外光の反射を低減し画像信号に応じた光のみを、観察者側へ進行させることが可能になる。これにより、高コントラストな画像を表示するための空間光変調装置を得られる。また、通常用いられる透明な流体を使用可能であるから、空間光変調装置に用いる流体の選択の幅を広くすることもできる。

また、本発明の好ましい態様としては、移動体は、エバネッセント光を吸収する光吸収体であって、光吸収体は、セルごとに光学的に透明な流体とともに封入され、セルは、光吸収体及び流体を封入する内面が反射面で構成され、基板は、エバネッセント光が到達する位置にある光吸収体で吸収される以外のエバネッセント光を流体に透過させ、反射面で反射することで、エバネッセント光を散乱させることが望ましい。光吸収体は、第１の電極側に移動してエバネッセント光が到達する位置に来ると、エバネッセント光を吸収する。基板は、光吸収体が無い部分に入射するエバネッセント光はそのまま流体を透過して反射面で反射することにより散乱させる。このようにして、基板は、エバネッセント光を導光部の側へ散乱させる。散乱させる光の光量は、第１の電極側へ移動させる光散乱体の数量によって調節することができる。これにより、画素ごとに変調された光を供給することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光吸収体は、表面に吸光膜を有することが望ましい。また、光吸収体は、表面に複数の微細な突起部を有することが望ましい。これにより、光吸収体でエバネッセント光を吸収することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、移動体は、略球形状を有することが望ましい。移動体はセル内に複数封入されることから、移動体どうしが移動の妨げになると画像信号に応じて光を変調することが困難となる。移動体を略球形状とすることで、移動体どうしが移動を妨げることを低減することができる。これにより、画像信号に応じて正確に変調可能な空間光変調装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、流体は、気体であることが望ましい。移動体の動作速度は流体の粘性や慣性力による影響を受ける。流体として気体を用いると、低抵抗にできることで、移動体の移動を速くすることができる。また、移動体の移動を低抵抗にできることから、印加電圧を少なくすることもできる。これにより、駆動速度を速くし、かつ低消費電力にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、導光部は、第２の面に特定の波長領域の光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射するカラーフィルタを有することが望ましい。例えば、第２の面にＲ光透過カラーフィルタと、Ｇ光用カラーフィルタと、Ｂ光用カラーフィルタとを用いることで、カラー表示をすることができる。また、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射することで導光部に戻すことができる。特定の波長領域以外の波長領域の光を戻すことで光の無駄を低減できる。これにより、光利用効率の低下を低減しつつカラー表示を行うことができる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、空間光変調装置は、上記の空間光変調装置であることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の空間光変調装置を用いることにより、低消費電力で明るい画像を表示することが可能である。これにより、低消費電力で明るい画像を表示可能な画像表示装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の画像表示装置と、画像表示装置からの光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の画像表示装置を用いることにより、低消費電力で明るい画像を表示することが可能である。これにより、低消費電力で明るい投写像のプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、光源部１０１と、空間光変調装置１２０とを有する。画像表示装置１００は、空間光変調装置１２０の導光部１０３の第２の面Ｓ２に、画像を表示する。光源部１０１は、第１色光であるＲ光、第２色光であるＧ光、及び第３色光であるＢ光を含む光を供給する。光源部１０１としては、例えば超高圧水銀ランプを用いることができる。光源部１０１は、空間光変調装置１２０の導光部１０３に、導光部１０３の端部から光を供給する。光源部１０１は、導光部１０３の第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２に対して大きい入射角となるように光を供給する。

導光部１０３は、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２とを有する板状の形状をなしている。導光部１０３は、光学的に透明な硝子部材や樹脂部材により構成されている。導光部１０３は、光源部１０１から供給された光を伝播する。第１の電極１０４は、導光部１０３の第１の面Ｓ１に接合して設けられている。第１の電極１０４は、光学的に透明な導電性部材、例えばＩＴＯ膜により構成することができる。第１の電極１０４の、導光部１０３とは反対側の面には、基板１０５が接合されている。基板１０５は、画素に対応して複数に分割されたセル１２２を内部に備える。基板１０５は、仕切部１０８により内部の空間を複数のセル１２２に分割している。なお、図１には、基板１０５の内部に５つのセル１２２を備える構成を示しているが、セル１２２は、画素に対応してマトリクス状に設けられている。

基板１０５の、第１の電極１０４側とは反対側の面には、第２の電極１０６が設けられている。第２の電極１０６は、例えば導電性の金属部材で構成できる。第１の電極１０４と第２の電極１０６とは、外部電源１３０に接続されている。外部電源１３０は、第１の電極１０４と第２の電極１０６との間に電圧を印加する。なお、第１の電極１０４、第２の電極１０６は、セル１２２と同様に仕切部１０８で分割されている。外部電源１３０は、仕切部１０８で分割された各第１の電極１０４、第２の電極１０６に電気的にアクセスする。これにより、アクティブ・マトリクス方式によりセル１２２ごとに電圧を印加することができる。セル１２２ごとに電圧を印加可能とするため、仕切部１０８は、第１の電極１０４及び第２の電極１０６をセル１２２ごとに電気的に絶縁可能な絶縁部材で構成することが望ましい。また、セル１２２は、仕切部１０８で分割された空間の上下を第１の電極１０４と第２の電極１０６とで蓋をすることで形成されている。

各セル１２２には、吸光性液体１１２とともに、複数の光散乱体１１０が封入されている。光散乱体１１０は、外部電源１３０により第１の電極１０４と第２の電極１０６との間に印加される電圧に応じて、セル１２２内において第１の電極１０４側と第２の電極１０６側とにそれぞれ移動する移動体である。また、光散乱体１１０は、光学的に透明な部材、例えば透明な樹脂部材で構成される略球形状の物体である。光散乱体１１０は、略同一の直径を有する。光散乱体１１０は、必要に応じて、直径がミクロンサイズ、サブミクロンサイズに至るものまで製造することができる。吸光性液体１１２は、光散乱体１１０とともに各セル１２２に封入される流体である。また、吸光性液体１１２は、光を吸収する吸光性流体でもある。吸光性液体１１２としては、例えば、黒色染料を溶解させた液体を用いることができる。

次に、画像表示装置１００を低消費電力とし、かつ明るい画像を表示するための構成について説明する。上述のように、光源部１０１からの光は、第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２に対して大きな入射角となるように導光部１０３へ供給されている。第１の電極１０４の基板１０５側の面、及び導光部１０３の第２の面Ｓ２に、臨界角以上の角度で入射する光は、第１の電極１０４の基板１０５側の面と、導光部１０３の第２の面Ｓ２とで全反射する。光源部１０１からの光は、全反射を繰り返して、導光部１０３内部を伝播する。なお、全反射においては略１００パーセントの反射率で光を反射可能であることから、導光部１０３の中いっぱいに光が閉じ込められる。

なお、図１には導光部１０３内部を伝播する光の進行方向の例を示しているが、図示する以外の進行方向の光も多く存在するものとする。導光部１０３内部を伝播する光は、第１の電極１０４の基板１０５側の面と、導光部１０３の第２の面Ｓ２との間に閉じ込められている。また、第１の電極１０４及び導光部１０３は、いずれも略同一の屈折率の部材で構成すると、第１の電極１０４と導光部１０３との界面で光は屈折せずそのまま進行する構成にできる。第１の電極１０４と導光部１０３とは、いずれも異なる屈折率の部材で構成しても良い。例えば、第１の電極１０４は、導光部１０３を構成する部材より小さい屈折率の部材で構成しても良い。

第１の電極１０４と第２の電極１０６との間に電圧を印加すると、印加電圧に応じて、第１の電極１０４及び第２の電極１０６と光散乱体１１０との間に静電力が生じる。例えば、光散乱体１１０が負に帯電している場合を考える。例えば第１の電極１０４が正極である場合、光散乱体１１０と第１の電極１０４との間には静電力の作用により互いに引き合う力が発生する。また、負極である第２の電極１０６と光散乱体１１０とは、静電力の作用により互いに反発し合う力が発生する。このような静電力の作用により、光散乱体１１０は、第１の電極１０４の方向へ移動する。

これとは逆に、第１の電極１０４を負極とする場合、光散乱体１１０は、静電力の作用により正極である第２の電極１０６の方向へ移動する。光散乱体１１０は、このような静電力の作用により第１の電極１０４と第２の電極１０６との間を移動する。なお、光散乱体１１０は、負に帯電する場合に限らず正に帯電する構成としても良い。光散乱体１１０が正に帯電する場合は、上述と第１の電極１０４及び第２の電極１０６の正負が逆になる。従って、静電力によって光散乱体１１０を移動させる構成では、光散乱体１１０は、正負のいずれかに帯電可能な部材で構成することが必要である。

さらに、光散乱体１１０は、印加電圧に応じた数量の光散乱体１１０が第１の電極１０４側へ移動する。例えば、ある所定の印加電圧において、すべての光散乱体１１０は、第２の電極１０４側に留まっている。そして、印加電圧を大きくするに従い、光散乱体１１０は、１個ずつ第２の電極１０６側から第１の電極１０４側へ移動する。そして、印加電圧が最も大きくなるときに、すべての光散乱体１１０は、第１の電極１０４側へ移動する。

このようにして、印加電圧に応じて第１の電極１０４側にある光散乱体１１０の数量を変化させることができる。なお、光散乱体１１０は、印加電圧を大きくするに従い第１の電極１０４側へ移動させる構成に限らず、印加電圧を小さくすることで第１の電極１０４側へ移動させる構成としても良い。また、外部電源１３０は、各光散乱体１１０が第１の電極１０４と第２の電極１０６との間をそれぞれ移動し得るように、印加電圧の調節を行うことができる。印加電圧の大きさは、空間光変調装置１２０に求める応答速度によっても適宜設定できる。例えば、光散乱体１１０を速く移動させるために、印加電圧を大きく設定しても良い。

図２は、セル１２２内において１つの光散乱体１１０が第１の電極１０４側に移動した様子を示す。光Ｌ１が第１の電極１０４の基板１０５側の界面で全反射すると同時に、第１の電極１０４の基板１０５側には、エバネッセント光がにじみ出る。エバネッセント光、第１の電極１０４面から光の波長以下、例えば光の波長の２０分の１程度の僅かな厚みにおいて存在する。このとき図２に示すように光散乱体１１０が第１の電極１０４側に移動したとする。

第１の電極１０４側に移動することにより、エバネッセント光が到達する位置に光散乱体１１０がある場合、エバネッセント光は、光散乱体１１０を透過して光散乱体１１０の内部へ進行する。そして、光散乱体１１０の内側から光散乱体１１０の内面２１０に到達した光Ｌ２は、内面２１０で反射して光散乱体１１０内部を第１の電極１０４の方向へ進行する。第１の電極１０４の方向へ進行した光Ｌ２は、光散乱体１１０、第１の電極１０４及び導光部１０３を透過して空間光変調装置１２０から射出する。

このようにして、光散乱体１１０は、エバネッセント光を散乱させる。ここで、光散乱体１１０は、導光部１０３を構成する部材より大きい屈折率の部材で構成することが望ましい。これにより、光散乱体１１０は、図２に示すように、光Ｌ２が導光部１０３の臨界角より小さい角度で進行するように光Ｌ２を屈折させることができる。光Ｌ２は、導光部１０３の臨界角より小さい角度で進行することにより、導光部１０３の界面で全反射されず空間光変調装置１２０から射出することができる。

図１に戻って、各セル１２２では、エバネッセント光が到達する位置にある各光散乱体１１０がエバネッセント光を導光部１０３側へ散乱させる。このことから、基板１０５は、各セル１２２において、第１の電極１０４側にあってエバネッセント光を散乱させる光散乱体１１０の数量に応じた光量の光を、導光部１０３側へ散乱させる。そして、導光部１０３は、セル１２２ごとに基板１０５が散乱させる光を第２の面Ｓ２から射出することで、第１の電極１０４側にある光散乱体１１０の数量に応じて変調された光を供給する。従って、第１の電極１０４側にある光散乱体１１０の数量を画像信号に応じて変化させることで、導光部１０３は、画像信号に応じて変調された光を供給できる。観察者は、導光部の第２の面Ｓ２から散乱する光を観察する。

１つのセル１２２において、すべての光散乱体１１０が第２の電極１０６側にあるとき、第１の電極１０４では光の全反射のみが起こり、導光部１０３の第２の面Ｓ２側へ散乱する光は略ゼロである。このときセル１２２に対応する画素は、最もレベルが低い階調の光を表示する。これに対して、１つのセル１２２においてすべての光散乱体１１０が第１の電極１０４側にあるとき、セル１２２から第２の面Ｓ２へ多くの光が散乱する。このときセル１２２に対応する画素は、最もレベルが高い階調の光を表示する。なお、図１には、光散乱体１１０が各セル１２２に８個ずつ封入される構成を示しているが、光散乱体１１０の数量はこれに限られず、例えば８個より多くても良い。また、セル１２２に対する光散乱体１１０の大きさについても、図示するものに限られない。図示するものよりセル１２２に対して小さい光散乱体１１０を用いても良い。

空間光変調装置１２０は、印加電圧に応じた数量の光散乱体１１０を移動させた後、電圧の印加を停止しても各光散乱体１１０をそのままの位置に留まらせることができる。空間光変調装置１２０は、電圧の印加を停止しても各光散乱体１１０がそのままの位置に留まることで、画素にメモリ性を持たせることができる。このように、各画素について変調するときのみ電圧の印加をすれば良いため、空間光変調装置１２０を低消費電力にできる。

第１の電極１０４の界面で全反射する光を利用することで、空間光変調装置１２０は、多くの光を利用することができる。多くの光を利用可能な空間光変調装置１２０を用いることで、画像表示装置１００は、光利用効率が高く明るい画像を表示できる。さらに、空間光変調装置１２０は、微小な光散乱体１１０を電気泳動により移動させることにより光を変調する構成である。微小な移動体を電気泳動させることで駆動可能であるから、駆動電圧も比較的小さくなる。これにより、低消費電力で明るい画像を表示することができるという効果を奏する。

また、吸光性液体１１２を用いると、吸光性液体１１２に入射する光を吸収することができる。吸光性液体１１２に吸収された光は、最終的に熱に変換されて消滅する。吸光性液体１１２に入射する光を吸収すると、画像信号に応じて散乱させる光以外の光や外光が観察者の方向へ進行することを低減できる。これにより、高コントラストな画像を得られるという効果を奏する。

図３は、各セル１２２に画像信号に応じた電圧を印加するための他の構成例を示す。図３に示す構成例は、空間光変調装置１２０をパッシブ・マトリクス方式により画素ごとに駆動するものである。第１の電極１０４、第２の電極１０６は、マトリクス状に設けられたセル１２２の配置に対応して、互いに略直交するように格子状に配置されている。また、第１の電極１０４、第２の電極１０６は、仕切部１０８（図１参照）によって仕切られず、いずれもセル１２２を配置する行又は列において隣り合うセル１２２にまたがって設けられている。パッシブ・マトリクス方式によると、第１の電極１０４及び第２の電極１０６への電圧印加のタイミングを合わせることで、第１の電極１０４及び第２の電極１０６の交点上の特定の画素に対して所定の電圧を印加することができる。

さらに、第１の電極１０４は、各セル１２２に対応して、幅が異なる３つの電極３０１、３０２、３０３に分割されている。電極３０１の幅を１とすると、電極３０２、３０３の幅はそれぞれ２、４となるように設けられる。第２の電極１０６も、各セル１２２に対応して、幅が異なる３つの電極３０４、３０５、３０６に分割されている。電極３０４の幅を１とすると、電極３０５、３０６の幅はそれぞれ２、４となるように設けられる。このように、３段階の幅の電極に分けられた第１の電極１０４及び第２の電極１０６を使用することで、１つのセル１２２に対してディジタル式に３ビットの情報を入力できる。なお、入力可能な情報のビット数は、第１の電極１０４及び第２の電極１０６を分割した電極の数量により適宜変更可能である。

上記の画像表示装置１００は、第１の電極１０４と第２の電極１０６との間に発生する静電力を用いて光散乱体１１０を移動させる構成であるが、静電力を利用する構成に限られない。例えば、静電力以外に磁力、又は磁界を用いて光散乱体１１０を移動させる構成としても良い。また、空間光変調装置１２０は、いずれも略同一の大きさの光散乱体１１０を用いる構成に限らず、大きさが異なる光散乱体１１０を各セル１２２に封入しても良い。画像信号に応じて大きさが異なる光散乱体１１０を移動させることにより、光散乱体１１０の数量による光変調のほか、光散乱体１１０の大きさによるアナログ的な光変調を行うことも可能になる。さらに、光散乱体１１０の形状は略球形状とする場合に限らず、例えば、球形状を特定の一方向に押しつぶしたような楕円形状や、多面体であっても良い。

また、セル１２２に封止する流体は吸光性液体１１２以外に、例えば、吸光性に代えてエバネッセント光を全反射させる性質の液体を用いることとしても良い。例えば、流体として、第１の電極１０４と屈折率が大きく異なる液体を用いると、液体に入射した光は、全反射することにより再び導光部１０３に戻る。液体に入射した光を散乱させず再び導光部１０３に戻すことで、吸光性液体１１２を用いる場合と同様に、光が観察者側へ進行させない構成にできる。さらに、光を再び導光部１０３に戻すことが可能であるから、光源部１０１からの光の無駄を低減し、光利用効率をさらに向上させることができる。

セル１２２に封止する流体は、吸光性あるいは光透過性の気体であっても良い。光散乱層１１０の動作速度は、流体の粘性や慣性力による影響を受ける。流体として気体を用いると、低抵抗にできることで、移動体の移動を速くすることができる。また、移動体の移動を低抵抗にできることから、印加電圧を少なくすることもできる。これにより、駆動速度を速くし、かつ低消費電力にできる。

画像表示装置１００は、単独の光源部１０１を用いる場合に限らず、複数の光源部１０１を用いる構成とすることもできる。複数の光源部１０１を用いることで、導光部１０３に伝播させる光の光量を増加し、明るい画像を表示することができる。また、導光部１０３内に略均一に光を伝播させることもできる。さらに、光散乱体は、可視光を散乱する場合以外に、例えば、紫外線照射により可視光を散乱するＵＶ蛍光体を用いても良い。光散乱体としてＵＶ蛍光体を用いる場合、光源部は、紫外線を供給するものを用いる。観察者は、紫外線を認識せずＵＶ蛍光体からの可視光のみを認識する。このため、高コントラストな画像を表示できる。

（変形例１）
図４は、本実施例の変形例１に係る空間光変調装置４２０の説明図である。空間光変調装置４２０は、上記実施例１の画像表示装置１００に用いることができる。本変形例の光散乱体４１０は、表面４１２が反射面で構成されている。光散乱体４１０は、エバネッセント光を反射面である表面４１２で反射する。光散乱体４１０の表面４１２で反射した光Ｌ３は、光散乱体４１０、第１の電極１０４及び導光部１０３を透過して空間光変調装置１２０から射出する。このように、光散乱体４１０の表面４１２を反射面としても、光散乱体４１０を用いて光を散乱させることができる。

（変形例２）
図５は、本実施例の変形例２に係る画像表示装置５００の概略構成を示す。画像表示装置５００の空間光変調装置５２０は、基板５０５の各セル１２２に封止する流体として、光学的に透明な透明液体５１２を用いる。また、各セル１２２は、内面を吸光面５１５で覆われている。透明液体５１２と吸光面５１５とを組み合わせて用いると、透明液体５１２に入射する光を吸光面５１５で吸収することができる。

透明液体５１２に入射する光を吸収すると、画像信号に応じて散乱させる光以外の光や外光の反射を低減し画像信号に応じた光のみを、観察者側へ進行させることが可能になる。これにより、高コントラストな画像を表示できるという効果を奏する。また、通常用いられる透明な流体を使用可能であるから、空間光変調装置５２０に用いる流体の選択の幅を広くすることもできる。空間光変調装置５２０に用いる流体の選択の幅を広くすることで、空間光変調装置５２０を容易に製造することができる。

さらに、流体として透明液体５１２を用いることで、光散乱体１１０の表面に流体が吸着する場合であっても光散乱体１１０の表面における光の吸収を低減できる。このため、画像表示装置５００は、画像信号に応じて正確な階調で画像を表示することができる。また、光の吸収を低減することにより、画像表示装置５００は、全体として明るい画像を表示することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る画像表示装置６００の概略構成を示す。上記実施例１の画像表示装置６００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置６００は、表面に吸光膜を有する光吸収体６１０を用いることを特徴とする。各セル１２２には、光学的に透明な透明液体６１２とともに、複数の光吸収体６１０が封入されている。光吸収体６１０は、上記実施例１の光散乱体１１０（図１参照）と同様、セル１２２内において第１の電極１０４側と第２の電極側とに移動する移動体である。光吸収体６１０も、光散乱体１１０と同様に、セル１２２ごとに複数ずつ封入されている。また、基板６０５の各セル１２２は、光吸収体６１０及び透明液体６１２を封止する内面が反射面６１５で構成されている。

第１の電極１０４側へ移動し、第１の電極１０４から基板６０５側へしみ出たエバネッセント光が到達可能な位置にある光吸収体６１０は、エバネッセント光を吸収する。このとき、エバネッセント光が到達する位置にある光吸収体６１０で吸収される以外のエバネッセント光は、透明液体６１２を透過する。そして、透明液体６１２を透過したエバネッセント光は、各セル１２２の反射面６１５で反射することにより散乱する。このようにして、基板６０５は、エバネッセント光を散乱させる。基板６０５からの光は、第１の電極１０４、導光部１０３を透過して、導光部１０３の第２の面Ｓ２から射出する。

各セル１２２では、第１の電極１０４側にあってエバネッセント光を吸収する光吸収体６１０の数量に応じた光量の光が吸収される。光吸収体６１０で吸収された光は、最終的に熱に変換されて消滅する。これに対して、第１の電極１０４の界面で光吸収体６１０に吸収されなかったエバネッセント光は、透明液体６１２を透過する。このようにして、基板６０５は、光散乱体１１０の数量に応じた光量の光を、導光部１０３側へ散乱させる。そして、導光部１０３は、セル１２２ごとに基板６０５が散乱させる光を第２の面Ｓ２から射出することで、第１の電極１０４側にある光吸収体６１０の数量に応じて変調された光を供給する。

従って、第１の電極１０４側にある光散乱体１１０の数量を画像信号に応じて変化させることで、導光部１０３は、画像信号に応じて変調された光を供給できる。これにより、画像表示装置６００は、画素ごとに変調された光を供給することができる。なお、すべての光吸収体６１０が第２の電極１０６側にあるとき、第１の電極１０４ではエバネッセント光の透過及び反射のみが起こり、導光部１０３の第２の面Ｓ２側へ多くの光が散乱する。このときセル１２２に対応する画素は、最もレベルが高い階調の光を表示する。

これに対して、１つのセル１２２においてすべての光散乱体１１０が第１の電極１０４側にあるとき、第１の電極１０４ではエバネッセント光の吸収のみが起こり、導光部１０３の第２の面Ｓ２側へ進行する光は略ゼロである。このときセル１２２に対応する画素は、最もレベルが低い階調の光を表示する。このように、本実施例の空間光変調装置６２０は、移動体によって表現される階調が上記実施例１の場合とは逆になる。また、本実施例の画像表示装置６００は、光吸収体６１０、透明液体６１２、反射面６１５の各特性、例えば反射率、透過率、吸収率を適宜設定することで、高輝度かつ高コントラストな画像を得ることができる。

光吸収体６１０は、表面に吸光膜を有する構成に限らず、表面に、図７に示すような微細な突起部７０７を二次元に配列する、いわゆるモス・アイ構造としても良い。突起部７０７は、光吸収体６１０の表面に底面を有する円錐形状、又はこれに類似する形状である。突起部７０７は、例えば約１μｍ以下の高さを有する。突起部７０７は、例えば、５０ｎｍ間隔で周期的に配置されている。光吸収体６１０の表面に入射したエバネッセント光は、突起部７０７どうしの隙間に入り込み、反射を繰り返すうちに吸収される。このように、光吸収体６１０は、表面に突起部７０７を設けることによっても、エバネッセント光を吸収する構成にできる。

図８は、本発明の実施例３に係る画像表示装置８００の概略構成を示す。上記実施例１の画像表示装置１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置８００は、カラーフィルタ８４０を有することを特徴とする。画像表示装置８００の空間光変調装置８２０は、カラーフィルタ８４０を有すること以外に関して基本的な構成は、上記実施例１の空間光変調装置１２０の構成と略同一である。

カラーフィルタ８４０は、導光部１０３の第２の面Ｓ２に設けられている。カラーフィルタ８４０は、Ｒ光用セル８２２Ｒ、Ｇ光用セル８２２Ｇ、Ｂ光用セル８２２Ｂに対応して、Ｒ光透過カラーフィルタ８４０Ｒ、Ｇ光透過カラーフィルタ８４０Ｇ、Ｂ光透過カラーフィルタ８４０Ｂが設けられている。Ｒ光透過カラーフィルタ８４０Ｒは、特定の波長領域の光であるＲ光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＲ光以外の光を反射する。Ｇ光透過カラーフィルタ８４０Ｇは、特定の波長領域の光であるＧ光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＧ光以外の光を反射する。Ｂ光透過カラーフィルタ８４０Ｂは、特定の波長領域の光であるＢ光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光であるＢ光以外の光を反射する。

Ｒ光用セル８２２Ｒは、Ｒ光用の画像信号に応じて変調された光を供給する。Ｒ光用セル８２２Ｒから導光部１０３の第２の面Ｓ２で散乱する光のうち、Ｒ成分の光は、Ｒ光透過カラーフィルタ８４０Ｒを透過して射出する。また、Ｒ光用セル８２２Ｒから導光部１０３の第２の面Ｓ２で散乱する光のうち、Ｒ成分以外の光は、Ｒ光透過カラーフィルタ８４０Ｒで反射して導光部１０３に戻る。Ｇ光用セル８２２Ｇ、Ｂ光用セル８２２Ｂについても、Ｒ光用セル８２２Ｒと同様にして、それぞれＧ成分、Ｂ成分の光を選択的に透過して射出する。

画像表示装置８００は、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の画像信号に応じて変調された各色光を供給することによりカラー画像を表示することができる。各色光用セル８２２Ｒ、８２２Ｇ、８２２Ｂは、それぞれＲ光用画素、Ｇ光用画素、Ｂ光用画素に対応している。また、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射するカラーフィルタ８４０を用いることで、カラーフィルタ８４０を透過しなかった光を導光部１０３に戻すことができる。導光部１０３に戻った光は、再び基板１０５へ入射、又は導光部１０３を伝播する。このように、特定の波長領域以外の波長領域の光を導光部１０３に戻すことで、空間光変調装置８２０は、カラーフィルタ８４０で透過しなかった光を再び利用可能とし、光の無駄を低減できる。これにより、光利用効率の低下を低減しつつカラー表示を行うことができるという効果を奏する。

なお、カラー表示するための構成としては、カラーフィルタ８４０を用いる構成に限られない。例えば、上記実施例１の画像表示装置１００（図１参照）と同様の構成において、表面が特定の波長領域の光を選択的に散乱させる散乱膜で構成される光散乱体を用いることとしても良い。例えば、特定の波長領域の光であるＲ光を選択的に散乱させる散乱膜を用いる光散乱体は、Ｒ光を供給することができる。Ｒ光を散乱させる散乱膜を用いる光散乱体のみをセルに封入すると、Ｒ光用画素を構成できる。これと同様にしてＧ光を供給するＧ光用画素、Ｂ光を供給するＢ光用画素も構成できる。空間光変調装置は、基板にこれらの各色光用画素を設けることでカラー表示を行うことができる。

このように特定の波長領域の光を選択的に散乱可能な散乱膜としては、例えば、特定の波長領域の光のみを反射する反射型カラーフィルタを用いることができる。また、光散乱体の表面を着色することで、特定の波長領域の光を選択的に反射、又は透過した後内面で反射することで散乱させることができる。この他、光散乱体は、表面に誘電体多層膜等の干渉膜を設ける構成としても、特定の波長領域の光を選択的に反射して散乱させることができる。これにより、カラー表示をするための空間光変調装置を得られる。

さらに、上記実施例２の画像表示装置６００（図６参照）と同様の構成において、透明流体に代えて、特定の波長領域以外の波長領域の光を吸収する性質の流体を用いても良い。各セルで特定の波長領域以外の波長領域の光が流体で吸収されることにより、特定の波長領域の光のみを射出することができる。このように特定の波長領域以外の波長領域の光を吸収するような流体としては、例えば、染料により着色された液体や、特定波長の光を吸収可能な液体及び気体を用いることができる。

図９は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ９００の概略構成を示す。上記各実施例で説明した画像表示装置は、いわゆる直視型ディスプレイである。これに対して、本実施例のプロジェクタ９００は、スクリーン９６０の反射光を観察するフロント型プロジェクタである。本実施例のプロジェクタ９００は、上記各実施例の画像表示装置を用いることを特徴とする。図９に示すプロジェクタ９００は、各実施例の画像表示装置を代表して、上記実施例１の画像表示装置１００を用いている。上記実施例１の画像表示装置１００の部分については重複する説明を省略する。

プロジェクタ９００は、画像表示装置１００と、投写レンズ９５０とを有する。投写レンズ９５０は、画像表示装置１００からの光をスクリーン９６０に投写する。プロジェクタ９００は、画像表示装置１００を用いることにより、画像信号に応じて変調された光を投写することができる。プロジェクタ９００は、上記各実施例の画像表示装置を用いることにより、低消費電力で明るい画像を表示することが可能である。これにより、低消費電力で明るい投写像を得られるという効果を奏する。

なお、本実施例のプロジェクタ９００はフロント型プロジェクタであるが、本発明は、スクリーンの透過光を観察するリア型プロジェクタに変形することもできる。上記各実施例の画像表示装置は、光源部１０１として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限られない。例えば、他のランプや発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、プレゼンテーションや動画を表示する場合に有用である。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成図。 光散乱体の説明図。 第１の電極及び第２の電極の構成例の説明図。 実施例１の変形例１に係る空間光変調装置の説明図。 実施例１の変形例２に係る画像表示装置の概略構成図。 本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成図。 他の光吸収体の構造の説明図。 本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成図。 本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成図。

符号の説明

１００ 画像表示装置、１０１ 光源部、１０３ 導光部、１０４ 第１の電極、１０５ 基板、１０６ 第２の電極、１０８ 仕切部、１１０ 光散乱体、１１２ 吸光性液体、１２０ 空間光変調装置、１２２ セル、１３０ 外部電源、Ｓ１ 第１の面、Ｓ２ 第２の面、２１０ 内面、Ｌ１、Ｌ２ 光、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６ 電極、４１０ 光散乱体、４１２ 表面、４２０ 空間光変調装置、Ｌ３ 光、５００ 画像表示装置、５０５ 基板、５１２ 透明液体、５１５ 吸光面、５２０ 空間光変調装置、６００ 画像表示装置、６０５ 基板、６１０ 光吸収体、６１２ 透明液体、６１５ 反射面、６２０ 空間光変調装置、７０７ 突起部、８００ 画像表示装置、８２０ 空間光変調装置、８２２Ｒ Ｒ光用セル、８２２Ｇ Ｇ光用セル、８２２Ｂ Ｂ光用セル、８４０ カラーフィルタ、８４０Ｒ Ｒ光透過カラーフィルタ、８４０Ｇ Ｇ光透過カラーフィルタ、８４０Ｂ Ｂ光透過カラーフィルタ、９００ プロジェクタ、９５０ 投写レンズ、９６０ スクリーン

Claims (15)

1. 第１の面と第２の面とを有し、供給された光を伝播する導光部と、
   光学的に透明な部材で構成され、前記第１の面に接合して設けられる第１の電極と、
   前記第１の電極の、前記導光部とは反対側の面に接合して設けられ、画素に対応して複数に分割されたセルを内部に備える基板と、
   前記基板の、前記第１の電極側とは反対側の面に設けられる第２の電極と、
   前記セルごとに複数ずつ封入され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧に応じて、前記セル内において移動する移動体と、を有し、
   前記導光部、前記第１の電極、前記基板および前記第２の電極は、階層的に構成され、
   前記導光部は、前記導光部端部から供給された光を前記第１の電極の前記基板側の面と前記第２の面とにおける全反射により伝播し、
   前記基板は、前記画素ごとに、前記第１の電極側にある前記移動体の数量に応じた光量で、前記エバネッセント光を前記導光部の側へ散乱させ、
   前記導光部は、前記画素ごとに前記基板が散乱させる光を前記第２の面から射出することで、前記第１の電極側にある前記移動体の数量に応じて変調された光を供給することを特徴とする空間光変調装置。
2. 前記移動体は、前記エバネッセント光を散乱させる光散乱体であって、
   前記光散乱体は、前記セルごとに流体とともに封入され、
   前記基板は、前記エバネッセント光が到達する位置にある前記光散乱体が前記エバネッセント光を散乱させることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調装置。
3. 前記光散乱体は、光学的に透明な部材で構成され、前記エバネッセント光を透過し前記光散乱体の内面で反射することで散乱させることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調装置。
4. 前記光散乱体は、表面が特定の波長領域の光を選択的に散乱させる散乱膜で構成されることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調装置。
5. 前記光散乱体は、表面が反射面で構成され、前記エバネッセント光を前記反射面で反射することで散乱させることを特徴とする請求項２に記載の空間光変調装置。
6. 前記流体は、光を吸収する吸光性流体であることを特徴とする請求項３に記載の空間光変調装置。
7. 前記流体は、光学的に透明な流体であって、
   前記セルは、前記光散乱体及び前記流体を封入する内面が吸光面で構成されることを特徴とする請求項３に記載の空間光変調装置。
8. 前記移動体は、前記エバネッセント光を吸収する光吸収体であって、
   前記光吸収体は、前記セルごとに光学的に透明な流体とともに封入され、
   前記セルは、前記光吸収体及び前記流体を封入する内面が反射面で構成され、
   前記基板は、前記エバネッセント光が到達する位置にある前記光吸収体で吸収される以外の前記エバネッセント光を前記流体に透過させ、前記反射面で反射することで、前記エバネッセント光を散乱させることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調装置。
9. 前記光吸収体は、表面に吸光膜を有することを特徴とする請求項８に記載の空間光変調装置。
10. 前記光吸収体は、表面に複数の微細な突起部を有することを特徴とする請求項８に記載の空間光変調装置。
11. 前記移動体は、略球形状を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
12. 前記流体は、気体であることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
13. 前記導光部は、前記第２の面に特定の波長領域の光を透過し、特定の波長領域以外の波長領域の光を反射するカラーフィルタを有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
14. 光を供給する光源部と、
    前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、
    前記空間光変調装置は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の空間光変調装置であることを特徴とする画像表示装置。
15. 請求項１４に記載の画像表示装置と、
    前記画像表示装置からの光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタ。

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