JPH04232917A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の液晶表示デバイス
を用いた投射型表示装置に関し、特に、回折モードや拡
散モードを有する液晶デバイスを用いた装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、散乱モードの液晶デバイスを用
いたカラー投射型表示装置の従来例を示したものである
。

【０００３】ハロゲンランプ、キセノンランプ等からな
る光源７０１から発光した白色の光束は、直接、あるい
はリフレクタ７０２の反射を介してコンデンサレンズ７
０３を通過し、平行光束となる。上記平行光束は、青色
反射のダイクロイックミラー７０４、緑色反射のダイク
ロイックミラー７０５、全反射ミラー７０６からなる色
分解系で３色に分解されて、液晶デバイス７１０Ｒ，７
１０Ｇ，７１０Ｂに入射する。各液晶デバイス７１０Ｒ
，７１０Ｇ，７１０Ｂはマトリクス状の複数の画素に分
割されており、各画素は表示内容に応じた電気信号によ
り各々独立に駆動され、入射光束に対して散乱あるいは
透明な状態となる。各液晶デバイス７１０Ｒ，７１０Ｇ
，７１０Ｂを透過した光束は緑色反射のダイクロイック
ミラー７０７、赤色反射のダイクロイックミラー７０８
、全反射ミラー７０９からなる色合成系で、再び３色合
成される。その後、集光レンズ７１１を通過して、光軸
を中心とするアパーチャをもつ遮光板７１２へ至る。 ここで、液晶デバイスの各画素において、透明な透過状
態の画素を通過する場合には、各液晶デバイス７１０Ｒ
，７１０Ｇ，７１０Ｂからの出射光束は遮光板７１２の
アパーチャ部を通過して投射レンズ７１３により不図示
のスクリーン上へ投影される。一方、散乱状態の画素を
通過した各液晶デバイス７１０Ｒ，７１０Ｇ，７１０Ｂ
からの出射光束は遮光板７１２の遮光部で遮られ、投射
レンズ７１３へ到らないため不図示のスクリーンに投影
されることはない。このように各液晶デバイス７１０Ｒ
，７１０Ｇ，７１０Ｂの各画素の散乱−透過モードを切
換えることにより、画像表示を行うことができる。

【０００４】図８は、従来例の表示装置に用いられる液
晶デバイスの例を示した断面図である。間隔を一定に保
った透明なガラス基板８０１，８０１’の間の層８０３
には高分子媒体８０３ａおよび上記高分子媒体８０３ａ
中に分散させた正の誘電異方性をもつ液晶分子からなる
小滴８０３ｂが注入されている。ガラス板８０１，８０
１’の内側の面には透明電極８０２，８０２’が配置さ
れる。高分子媒体８０３ａの屈折率と液晶分子の常屈折
率が等しくなるように材料選択される。

【０００５】透明電極８０２，８０２’間に電圧が印加
されていない場合、小滴８０３ｂ内の液晶分子はランダ
ムに配向しているため、液晶デバイスへの入射光は上記
小滴８０３ｂにおいて散乱される。一方、電圧が印加さ
れている場合、液晶分子は分子長軸が電極方向にそろう
ので、液晶分子と高分子媒体の層方向屈折率は互いに一
致する。従って液晶デバイスへの入射光は散乱されるこ
となく直進する。

【０００６】同様の散乱タイプの液晶デバイスとしては
、重合された高分子媒体からなるネットワーク中に低分
子の液晶をランダムに分散させたタイプのものもある。

【０００７】これらの方式は、例えばＴＮ液晶デバイス
などのように偏光板を必要としないので、光利用率が高
く、明るい映像が得易いという利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７の
α２，β２の光線に示すように、散乱状態にある画素で
散乱された光束のうち、散乱角の大きな光線は遮光板７
１２で処理される前に他の液晶素子７１０Ｇへ再入射し
たり（光線α２）、同じ液晶素子７１０Ｇに再入射　し
てしまう（光線β２）。このような光線の一部は再入射
したデバイスから散乱　されて遮光板７１２のアパーチ
ャ部を通過してしまい、スクリーン上にゴーストあるい
はフレアとなって映し出され、画質を劣化させてしまう
。

【０００９】このように、図７に示したような複数の液
晶デバイスが互いに近接配置された装置においては、散
乱光を除去するための補助的な遮光板を必要な箇所に十
分配置できないので、散乱光の処理が不充分になるとい
う問題点を有していた。

【００１０】同様の状況は散乱モード液晶に限らず、液
晶を用いて回折格子を形成したもの等、光の進行方向を
変えるモード（以下偏向モードと呼ぶ）を用いたライト
バルブの全てにおいて起こることであり、従来の方式に
おいてはこれを避けるために、各ライトバルブ間の距離
を十分大きくとることが多く、装置全体が大きくなって
しまうという問題点を有していた。

【００１１】本発明は上述した従来技術が有する問題点
に鑑みてなされたものであって、散乱モード、偏向モー
ド等の拡散モードを有する液晶デバイスを利用し、かつ
大型化することのない投射型表示装置を実現することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、単一あるいは複数の画像光に対して設けられる照明
系および投射レンズと、画像光毎に設けられる液晶デバ
イスを有する投射型表示装置において、前記画像光毎に
設けられる各液晶デバイスは、画像信号に応じて入射光
をそのまま透過させる透過モードと入射光の進行方向を
変化させる拡散モードとを選択するための拡散機能体を
備えるものであるとともに拡散モードにおける拡散能が
指向性を有するものであり、互いに近接する方向よりも
それに垂直な方向に強くなるように配設されている。

【００１３】

【作用】拡散能の強い方向には液晶デバイスが近接配置
されないので遮光板の配置容易なものとなり、これによ
りゴースト・フレアを除去することが可能となる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１は本発明の投射型画像表示装置の実施
例を示す全体構成図である。

【００１６】光源１０１より発光した光束は、回転楕円
ミラー１０２を介して反射ミラー１０３上に集光され、
シュリーレンレンズ１０４の方向へ向けられる。さらに
十字状に交差したダイクロイックミラー１０５で赤、緑
、青の３色に分解された後、各色別々に設けられた液晶
デバイス（１０６Ｇ，１０６Ｂ等）で変調・反射され再
びダイクロイックミラー１０５で合成される。このよう
にダイクロイックミラー１０５は光分離光学系と光合成
光学系とを兼ねている。ダイクロイックミラー１０５で
合成された画像光はさらにシュリーレンレンズ１０４で
、開口部１０７へ集光されて投射レンズ１０９により不
図示のスクリーン上に結像投影される。図２（ａ）は図
１中の点線で囲まれた光源部１００Ａの部分をシュリー
レンレンズ１０４側よりみたものである。光源部１００
Ａは図示するように横長の発光部をもち、遮光部１０８
の中の画像表示光の通過する開口部１０７も横長の形状
をもつ。反射ミラー１０３はここでは横長としたが必須
条件ではない。

【００１７】図２（ｂ）は図１中の点線で囲まれた画像
形成部１００Ｂの部分をダイクロイックミラー１０５の
上側からみたものである。

【００１８】シュリーレンレンズ１０４を通過した光の
うち、ダイクロイックミラー１０５中の赤色のみを反射
する各ダイクロイックミラー１０５Ｒ１，１０５Ｒ２で
反射された赤の光束は、赤用の液晶デバイス１０６Ｒへ
入射し、同様に青用ダイクロイックミラー１０５Ｂ１，
１０５Ｂ２で反射された青の光束は、青用液晶デバイス
１０６Ｂへ入射する。残りの緑の光束は緑用液晶デバイ
ス１０６Ｇへ入射する。

【００１９】図３は３つの色別液晶デバイスのうち、緑
用の液晶デバイス１０６Ｇの構成を示したものであるが
他も同様である。

【００２０】各液晶デバイスは実際には縦横一定の画素
数に分割されたマトリクス構造をとっているがここでは
本液晶デバイス１０６Ｇの動作原理のみ説明する。

【００２１】内側に透明電極をもち、拡散機能体を構成
するガラス基板１０６Ｇ１，１０６Ｇ２の間には、ミク
ロンオーダーのピッチをもつ周期構造からなる回折格子
１０６Ｇ３が水平方向（紙面垂直方向）に伸びるように
形成され、さらにガラス基板１０６Ｇ１と回折格子１０
６Ｇ３の間の間隔１０６Ｇ４には正の誘電異方性をもつ
液晶分子１０６Ｇ５が注入されている。液晶分子１０６
Ｇ５は図３（ａ）に示される如く、電圧が印加された透
過モードとなると電界方向に液晶分子軸がそろい、電圧
が印加されない散乱モードのときには、図３（ｂ）に示
される如く回折格子１０６Ｇ３の回折格子方向と液晶分
子軸とが平行となるようにガラス基板１０６Ｇ１あるい
は回折格子１０６Ｇ３の界面に配向処理が施されている
。また、１０６Ｇ６は回折格子方向と４５度異なる方向
に主軸をもつ１／４波長板、１０６Ｇ７はアルミ蒸着膜
等からなる反射ミラーである。回折格子１０６Ｇ３の屈
折率と液晶分子の正常光に対する屈折率とは等しくなる
様に材料選定されている。本構成の液晶デバイスにおい
て、図３の（ａ）に示す状態においては、入射する光束
に対する液晶分子１０６Ｇ５と回折格子部１０６Ｇ３の
屈折率が等しいため、回折は起こらない。１／４波長板
１０６Ｇ６を介して反射ミラー１０６Ｇ７で反射された
後も同様、回折は起こらず、クロスダイクロイックミラ
ー１０５で再合成された光は開口部１０７を通過してス
クリーンに投影される（図１参照）。

【００２２】一方、図３（ｂ）に示す状態においては、
水平方向（紙面垂直方向）の偏光成分に対する屈折率が
液晶分子１０６Ｇ５と回折格子部１０６Ｇ３で異なるた
め、この偏光成分は回折される。さらに、１／４波長板
１０６Ｇ６を介して、反射ミラー１０６Ｇ７で反射され
た光は、水平方向・垂直方向の偏光成分が入れ替るため
、今度は残りの偏光成分だけが回折される。この様に両
方の偏光成分が回折されるため、光束は開口部１０７を
通過せず遮光部１０８で吸収されてしまう（図１参照）
。

【００２３】図４は本液晶デバイスによる回折光の回折
方向を示したものであり、回折格子が水平方向（紙面垂
直方向）に形成されるために拡散能は指向性を有するも
のとなり、液晶デバイス１０６Ｇ上の点α１　から（紙
面）上下方向への回折が起こる。このとき、β１で示す
如き回折角の大　きな光束はクロスダイクロイックミラ
ー１０５の上端面１０５Ｕ、あるいは下端面１０５Ｌへ
入射するが、他色の液晶デバイス等への入射は生ぜず、
ダイクロイックミラー１０５の上下端面に光吸収処理を
施して遮光すればよい。またクロスダイクロイックミラ
ー１０５をプリズムで構成した場合には、上下端面を鏡
面にしてそのまま全反射させたとしてもシュリーレンレ
ンズ１０４への入射角が大きくなるため、開口部１０７
の外側の遮光部へ当たるので問題とはならない（図１参
照）。もちろんプリズムの場合も上下端面に光吸収処理
を施してかまわない。いずれにしても本実施例の構成で
は回折光の進行方向が他色の液晶デバイス側とならない
ので、不要光の処理が容易になる。

【００２４】図１に示した本実施例においては、光源１
０１の発光部形状を図２に示した如く水平方向に横長の
形状にし、それに合せて開口部１０７も水平方向に横長
の形状とした。一方、液晶デバイスからの回折は開口部
の短径方向である上下方向に起こるので、必要な回折角
は小さくて済む。逆に言うと、開口部１０７内に、回折
光が混入射しない様な条件を実施し易くなり、光源から
の光束の光利用率を下げることなくよりコントラストの
高い画像表示が実現できる。

【００２５】以上示した様に本実施例においては、他色
の液晶デバイス以外の方向へ回折するように各液晶デバ
イスを設けたことにより、フレア・ゴースト発生の防止
を容易とすることができた。また、各液晶デバイスから
の出射光を単一の投射レンズによって投影することによ
り、コンパクトな構成となった。また、上記のような一
定の関係を保つことにより、コントラストの高い画質が
得やすくなる。

【００２６】なお、本実施例では光源の発光部形状を横
長と表現したが、みかけ横長の発光部とするための照明
光学系全体として、例えばアナモルフィック系を構成し
た場合等も当然含まれる。液晶デバイスの構成について
も液晶分子の誘電異方性、屈折率異方性、界面作用によ
る配向方向、回折格子（図３における回折格子１０６Ｇ
３）の屈折率等本実施例に限定されるものではなく、要
は、少くとも２つのスイッチング状態において、回折作
用を起こす状態と起こさない状態を実現できる周期構造
の切換ができれば良い。

【００２７】なお、第１の実施例においては、液晶分子
の配向は液晶層内の一方向に対しては完全に均一である
ため、その方向への回折あるいは散乱は全く生じなかっ
た。一方本実施例の場合には、従来例で述べた高分子媒
体内に液晶を分散させた構成において、少くとも液晶層
内の一方向に対して、光学的にかなり均一な構成を与え
ることにより、液晶デバイスの拡散特性に方向性を持た
せることができ、拡散能の強い方向を複数液晶デバイス
の近接する方向に対し垂直とすることにより、ゴースト
、フレア光の影響を軽減できる。

【００２８】上記のような液晶デバイスを構成する方法
として、以下の三つの方法が考えられる。

【００２９】■液晶層をはさむ基板間にネットワークを
成す高分子（ポリマー）の重合前の材料（モノマー）お
よび低分子液晶を注入した後、両基板を互いに一方向に
微小量ずらす工程を行う。これにより、モノマーはその
方向にかなりそろった配列状態をとる。その後、紫外線
照射あるいいは加熱等により重合作用を起こさせること
によって、高分子のネットワークも基板間の層内におい
て方向性をもつことになり、さらにその中に含まれる低
分子液晶も一方向にかなりそろった状態となる。この時
、高分子の屈折率と低分子液晶の常屈折率を合せ、かつ
低分子液晶の誘電異方性が正のものを選ぶことにより、
電圧の無印加状態では、拡散、印加状態では透過状態と
いうスイッチング作用を行うことができる。

【００３０】■高分子重合前のモノマーと低分子液晶の
混合体が液晶層をなす様な材料を用い、かつ、液晶層を
はさむ基板の内側に液晶配向層を設けることにより、上
記混合液晶層を一方向にそろえる。そしてこの状態で重
合反応を起こさせることにより、高分子ネットワーク及
び、低分子液晶の配列状態に方向性をもたせることがで
きる。

【００３１】■従来例で示した低分子液晶が小滴となる
方式においては、高分子領域と低分子液晶域を分離し易
くする作用を弱めるように材料を選択しかつ、■で示し
た方法等によって方向性をもたせることにより所望の効
果が得られる。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例について図５
を参照して説明する。

【００３３】第１の実施例は反射型の液晶デバイス構成
に適用したものであるが、透過型デバイスに用いること
も可能である。例えば図７に示したような従来例のよう
な構成において、図７の上面からみた場合の液晶デバイ
ス部を図５（ａ），（ｂ）に示す構成のものとした場合
である。

【００３４】本実施例は図３中のガラス基板１０６Ｇ１
，１０６Ｇ２、回折格子１０６Ｇ３、液晶分子１０６Ｇ
５と同様の構成であるガラス基板５６１，５６２回折格
子５６３、液晶分子５６５およびガラス基板５６１’，
５６２’回折格子５６３’、液晶分子５６５’を２度繰
り返して形成させ、これらの間に設けた１／２波長板５
６６により、偏光方向を９０度回転させるものである。 これにより第１の実施例のものと同様、他の液晶デバイ
ス方向への拡散が生じないものとなる。

【００３５】次に、本発明の第３の実施例について図６
を参照して説明する。

【００３６】図６に示すように、図７の７０１〜７０５
と同等の照明系および色分解系を構成する光源６０１、
リフレクタ６０２、コンデンサレンズ６０３、ダイクロ
イックレンズ６０４，６０５および反射ミラー６０６と
を備え、また各色別の液晶デバイス６１０Ｒ，６１０Ｇ
，６１０Ｂおよび図７の７１１，７１２，７１３と同等
構成である各色別の投射レンズ６１１Ｒ，６１１Ｇ，６
１１Ｂから構成されるいわゆる多眼式投射型表示装置を
示したものである。本実施例において、各液晶デバイス
６１０Ｒ，６１０Ｇ，６１０Ｂは第１または第２の実施
例で示したもので構成される。

【００３７】本実施例では、各液晶デバイス６１０Ｒ，
６１０Ｇ，６１０Ｂの間隔を小さくできるので各投射レ
ンズ６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂで生じる光軸ずれを
少くできる。従ってスクリーンへの入射角差により生じ
る色のシフトを減らすことができる。

【００３８】なお、以上説明した各実施例は、偏光して
いない光に対する構成のもののみを示したが、液晶デバ
イスの入射側に偏光板を設け、図３中の１／４波長板１
０６Ｇ６および図中の５６１’〜５６５’から構成され
る第２の液晶層を省く構成等へ対しても本発明が適用可
能であることは言うまでもない。

【００３９】また、開口部上の光源像の形状については
、第１の実施例の中でのみ触れたが他の実施例について
も同様のことが可能である。

【００４０】さらに、各実施例に示した方式に限らず、
拡散タイプの液晶デバイスにおいても本発明の考えを適
用することは可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００４２】請求項１に記載のものにおいては、拡散能
の強い方向には液晶デバイスが近接配置されないので遮
光板の配置が可能となり、ゴースト・フレアが除去され
た画像を装置を大型化することなく実現することができ
る効果がある。

【００４３】請求項２に記載のものにおいては、液晶デ
バイス、色合成系の間隔を拡げずに済むのでコンパクト
な装置構成とすることができる効果がある。

【００４４】請求項３に記載のものにおいては、複数個
の投射レンズの間隔を拡げずに済むので、互いの光軸ず
れを少ないものとし、カラーシフトを減少させることが
できる効果がある。

【００４５】請求項４に記載のものにおいては、拡散機
能体として一方向に対して、光学的にかなり均一な構成
とされるので、方向により異なる拡散能を与えることが
できる効果がある。

【００４６】請求項５に記載のものにおいては、投射レ
ンズの瞳上に結像する光源像を液晶デバイスの散乱能の
強い方向に対して短平となる構成にすることによって、
光利用率を下げることなくコントラストの高い映像を得
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】（ａ）は図１中の光源部１００Ａの構成を示す
図、（ｂ）は図１中の画像形成部１００Ｂの構成を示す
図である。

【図３】（ａ）は透過状態の液晶デバイス１０６の構成
を示す図、（ｂ）は拡散状態の液晶デバイス１０６の構
成を示す図である。

【図４】液晶デバイスが拡散状態のときの回折光の状態
を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例の要部構成を示す図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例の装置構成を示す図であ
る。

【図７】従来の投射型表示装置の構成を示す図である。

【図８】従来の投射型表示装置に適用される液晶デバイ
スの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０１　　　　光源 １０２　　　　回転楕円ミラー １０３，１０６Ｇ７　　　　反射ミラー１０４　　　　
シュリーレンレンズ １０５　　　　クロスダイクロイックミラー１０６Ｒ，
１０６Ｇ，１０６Ｂ　　　　液晶デバイス１０７　　　
　開口部 １０８　　　　遮光部 １０９　　　　投射レンズ １００Ａ　　　　光源部 １００Ｂ　　　　画像形成部 １０５Ｂ１，１０５Ｂ２，１０５Ｒ１，１０５Ｒ２　　
　　ダイクロイックミラー １０６Ｇ１，１０６Ｇ２，５６１，５６２，５６１’，
５６２’　　　　ガラス基板 １０６Ｇ３，５６３，５６３’　　　　回折格子１０６
Ｇ４，５６４，５６４’　　　　間隔１０６Ｇ５，５６
５，５６５’　　　　液晶分子１０６Ｇ６　　　　１／
４波長板 ５６６　　　　１／２波長板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　単一あるいは複数の画像光に対して設
   けられる照明系および投射レンズと、画像光毎に設けら
   れる液晶デバイスを有する投射型表示装置において、前
   記画像光毎に設けられる各液晶デバイスは、画像信号に
   応じて入射光をそのまま透過させる透過モードと入射光
   の進行方向を変化させる拡散モードとを選択するための
   拡散機能体を備えるものであるとともに拡散モードにお
   ける拡散能が指向性を有するものであり、該拡散能が互
   いに近接する方向よりもそれに垂直な方向に強くなるよ
   うに配設されていることを特徴とする投射型表示装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の投射型表示装置におい
   て、画像光毎に設けられる各液晶デバイスからの各出射
   光は、光合成光学系で合成されて単一の投射レンズで投
   影されることを特徴とする投射型表示装置。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の投射型表示装置におい
   て、液晶デバイスおよび該液晶デバイスにそれぞれ対応
   した投射レンズからなる組を複数個有し、これらの組が
   互いに近接配置されることを特徴とする投射型表示装置
   。
4. 【請求項４】　　請求項２または請求項３のいずれかに
   記載の投射型表示装置において、各液晶デバイス中の拡
   散機能体は少くとも１次元の周期構造を互いに近接する
   方向と直交する方向に有することを特徴とする投射型表
   示装置。
5. 【請求項５】　　請求項２ないし請求項４のいずれかに
   記載の投射型表示装置において、各液晶デバイスを照明
   する照明系は、投射レンズの瞳上に結像する光像が、各
   液晶デバイスの散乱能の強い方向に対して短径となるよ
   うに構成されていることを特徴とする投射型表示装置。