JPH057717B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ熱書込みによる高精度カラーデ
イスプレイに関する。

（従来の技術） 近年、コンピユータを用いた画像処理や新聞紙
面の編集、LSIの設計では高精度かつ部分的に書
き加え可能なデイスプレイが望まれている。従来
用いられているCRT（陰極線管）では分解能を
2000本以上に上げることは難しく、電子ビームの
走査速度も早くなるために画面にチラツキを生じ
てしまう。また、ストレージ管を用いたデイスプ
レイ装置は、螢光体の劣化を防ぐために画面輝度
が低く、部分的な消去ができず、装置が高価とな
る欠点がある。

高分解能2000本以上のデイスプレイ装置として
は液晶ヘレーザ光で熱書込みをするデイスプレイ
があり、この熱書込み液晶投射型デイスプレイに
ついては、例えば雑誌「プロシーデイング・オ
ブ・ザ・エス・アイ・デー（Proceeding of the
Ｓ・Ｉ・Ｄ）」1978年１〜７項に記載の論文「レ
ーザ選択液晶投射デイスプレイ（LASER−
ADDRESSEDLIQUID CRYSTAL
PROJECTION DISPLAY）」に詳しく述べられ
ている。この論文によれば、第５図に示すような
液晶ライトバルブにレーザ光による走査で画像を
記録し、投射光を入射、反射させて上記画像をデ
イスプレイすることができる。液晶ライトバルブ
７９は、光吸収膜７３、アルミ反射膜７４、液晶
配向膜７８を形成したガラス基盤７２と、透明電
極膜７６、液晶配向膜７８を形成したガラス基盤
７７とで液晶材７５をはさんだ構造をもつてい
る。レーザ光７０が液晶ライトバルブ７９に入射
するとレーザ光７０が光吸収膜７３に吸収されて
熱に変換され、アルミ反射膜７４、液晶配向膜７
８を伝わつて液晶材７５の温度を上昇させる。液
晶材７５としてはスメクチツク液晶が使われ、ス
メクチツク液晶は温度を上昇することによつてネ
マチツク相、液体層に変化し、レーザ光７０が取
り除かれた時に急冷されることによつて液体状態
のランダムな液晶分子の配向状態が凍結されて散
乱核となり投射光によつて読み出され、スクリー
ン上に画素としてデイスプレイされる。

熱書込みの液晶デイスプレイは液晶の散乱、非
散乱を用いて表示するものであるから、表示は白
黒のパターンになる。カラーのデイスプレイを行
なうには、複数の液晶表示素子に異なる単色光を
照射し、それらの画像を投射合成すれば良い。複
数の画像を合成して色ずれを生じないようにする
には、投射光学系の精度が必要で、かつ複数のレ
ーザ書込み光学系を必要とし、装置が非常に高価
なものにならざるを得なかつた。

また、１つの液晶ライトバルブで少なくとも３
色のカラー表示を行なう方法については、特願昭
60−226241（特公平04−053403号公報）「カラー熱
書込み液晶ライトバルブ」に述べられている。上
記発明によれば、液晶ライトバルブは、特定の波
長領域の可視光を０次方向に回折するように光学
的位相差を与えた回折格子から成るカラーフイル
ターを内蔵しており、上記カラーフイルターは、
非常に細かい幅で形成することができ、耐光性・
耐熱性に優れているという特徴を持つ。光学的位
相差を与えた回折格子からなるカラーフイルター
を少なくとも２種類以上面内に周期的に配置した
マルチカラーフイルターは、投射光の特定の波長
領域の可視光のみを回折し、投射画面においてカ
ラー表示を行なう作用を持つ他に、書込みレーザ
光を液晶ライトバルブに書込む閾値以下の光量で
走査し、その回折光を受光することにより、カラ
ーフイルターと書込み光との相互の位置関係を知
ることができ、位置精度の良い書込みを行なえる
という作用がある。ここで、マルチカラーフイル
ターの回折格子のうち、位置の基準にする少なく
とも一種類以上の回折格子の溝方向を他の回折格
子の溝方向と異なるように形成すると、書込みレ
ーザ光を液晶ライトバルブに書込む閾値以下の光
量で走査した場合、位置の基準にする回折格子か
らの回折光は、他の回折格子と溝方向が異なるた
め異なる方向に回折するので、他の回折光と分離
して受光でき、受光して得られる電気信号は従来
例に比べて変調振幅が大きく、しかも書込み光量
の変化に関係なく常に位置基準にする特定の色の
フイルターからの信号が得られる。従つてこの電
気信号を書込みの位置基準のクロツク信号とする
と、各カラーフイルターの位置への書込みは、位
置基準のクロツク信号から適当な遅延時間を設け
てレーザ光に液晶ライトバルブに書込むに十分な
光量を与えることにより、位置精度良く各画素を
書込むことが可能になる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記発明による方式では、クロツク信
号を抽出する位置基準のカラーフイルターに書込
みに必要なレーザ光量を照射する場合と書込む閾
値以下の光量を照射する場合とでは得られるクロ
ツク信号の強度が異なることや、また書込みレー
ザ光が位置基準と違うカラーフイルターに入射し
ている時でも光量が位置基準のカラーフイルター
にまわり込み、所望の色が発生しなかつたり、部
分的に色ずれが生じる欠点をもつていた。

本発明は、上記の欠点を無くし、高精度で大画
面が得られ、少なくとも３色表示が可能なカラー
熱書込み液晶投射型デイスプレイを提供すること
を目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、液晶ライトバルブと、単色光
光源と、光走査書込み光学系と、前記光走査書込
み光学系により前記液晶ライトバルブに描かれた
像を投影する投射光学系とからなる熱書込み液晶
投射型デイスプレイにおいて、前記単色光光源が
偏光面の直交する複数の単色光光源からなり、前
記液晶ライトバルブが、特定の波長領域の可視光
を０次方向に回折するように光学的位相差を与え
た回折格子から成るカラーフイルターを３種類面
内に周期的に配置した３色ストライプカラーフイ
ルターを内蔵し、前記光走査書込み光学系が、単
色光源と、該単色光源からの複数の単色光を変調
する光変調器と、該複数の単色光を二次元に偏向
する光偏向器と、該複数の単色光を収束するレン
ズと、前記液晶ライトバルブ内のカラーフイルタ
ーによつて反射回折された該複数の単色光のうち
の１単色光を検知する偏光フイルターを備えた受
光器と、該受光器から得られる電気信号からクロ
ツク信号を発生させる回路と、該クロツク信号と
同期して画像入力信号を前記光変調器に与える回
路とからなることを特徴とするカラー熱書込み液
晶投射型デイスプレイが得られる。

（発明の原理と作用） クロツク信号を抽出するための閾値以下の光量
で走査するレーザ光と閾値以上の光量で液晶ライ
トバルブに書込むレーザ光の２つのレーザ光を用
い、これらのレーザ光を液晶ライトバルブに入射
して得られる回折光のうちクロツク信号を抽出す
るためのレーザ光のみを検出することができれ
ば、すでに述べた問題点は解決される。本発明
は、上記レーザ光として互いに偏光方向の異なる
レーザ光を用い、液晶ライトバルブから回折され
た光を偏光板を通してクロツク信号抽出のための
レーザ光のみを取り出して検出することによつ
て、強度レベル変動のない、まわり込みのないク
ロツク信号が得られる。

（実施例） 第１図は本発明によるカラー熱書込み液晶投射
型デイスプレイの実施例を示す図である。レーザ
光源１とレーザ光源２からのレーザ光３０，３
０′はコリメータレンズ３，３′を通つて平行光に
なり、レーザ光３０′は２分の１波長板４によつ
て偏光面が90°回転してレーザ光３０と偏光面が
直交するようになる。レーザ光３０，３０′はそ
の後、偏光ビームスプリツタ５によつて１つのレ
ーザ光３１に合成される。この合成レーザ光３１
を光走査器６で液晶ライトバルブ９上にレンズ８
を介して集光させながら走査する。この時液晶ラ
イトバルブ９から反射回折された光はレンズ８、
偏光フイルター１６を通過した後、光検出器１７
で検出される。偏光フイルター１６の偏光軸をレ
ーザ光３０，３０′のいずれかの偏光軸に一致さ
せると、片一方のレーザ光の反射回折光のみを検
出することができる。そこで、レーザ光３０を書
込み光、レーザ光３０′をクロツク信号検出用光
とした場合、レーザ光３０′を閾値以下の光量で
液晶ライトバルブ９上を走査し、その回折光を検
出器１７で検出することによつてクロツク信号が
抽出でき、このクロツク信号は信号処理回路２１
に送られ、制御回路２０からの画信号との処理が
なされて、駆動回路２２によつてレーザ光源２が
駆動される。レーザ光源２からは閾値以上の光量
のレーザ光３０が出射され、レーザ光３０′と一
緒に液晶ライトバルブ９上を走査されて画信号に
よる画像が書込まれる。このときレーザ光３０の
液晶ライトバルブ９からの反射回折光は偏光フイ
ルター１６によつてストツプされ光検出器１７に
よつて検出されない。

第６図は本発明に用いる回折格子によるカラー
フイルターの原理を示す図である。第６図におい
て、深さｄの矩形状の凹凸をもつ基板８０の表面
に反射膜８１をコーテイングした反射型の回折格
子があり、これに白色光８２が入射した時、主に
０次回折光８３、＋１次回折光８４、−１次回折光
８５が回折される。＋１次回折光８４、−１次回折
光８５は波長によつて異なつた方向に回折され、
その回折方向は回折格子のピツチに依存する。正
反射方向に戻る０次回折光８３の波長分布は深さ
ｄに依存する。

任意の波長λの０次回折光強度ηは光の進む媒
質の屈折率をｎとすれば次式で得られる。

η＝cos²（2πnd／λ） ……(1) (1)式が最大値１になるのは、格子の深さｄが
次式を満足する時である。

ｄ＝mλ／2n（ｍは整数） ……(2) また、最小値０になるのは、格子の深さｄが次
式を満たす時である。

ｄ＝（2m＋１）λ／4n（ｍは整数） ……(3) 第７図は、屈折率ｎとして液晶の屈折率1.5、
回折格子の深さｄの値が(a)290nm，(b)520nm，(c)
240nmの時の０次回折光の波長分布を示す。各場
合についての色は(a)青、(b)緑、(c)赤が得られる。

第２図は本発明に用いるカラー熱書込み液晶ラ
イトバルブ用のマルチカラーフイルターの一具体
例を示す図である。マルチカラーフイルターは赤
４１、緑４２、青４３の３色で、液晶の屈折率が
1.5の場合、回折格子の深さはそれぞれ290nm，
520nm，240nm，回折格子の格子定数2μmであ
り、10μm×30μmの大きさで１画素を形成してい
る。従つて30mm角のガラス基盤には赤、緑、青の
フイルターがそれぞれ1000×1000画素配置でき
る。ただし、回折格子の格子定数は３種類とも等
しくなくても良い。

ガラス基盤上に第２図の回折格子を刻印するに
は、始めに一種類のカラーフイルターの回折格子
をフオトレジストでマスキングしたガラス基盤に
化学エツチング、イオンミーリング等によつて形
成し、この手順を位置、深さを変えて２度繰り返
すことにより、３色カラーフイルターの回折格子
を形成すれば良い。この他にも感光性樹脂のパタ
ーニングで回折格子を形成するか、レプリカをと
つてプラスチツク樹脂に転写して回折格子を形成
しても同様のマルチカラーフイルターが得られ
る。ガラス基盤の屈折率が1.47、書込みレーザ光
の波長が0.83μmの場合、赤、緑、青のカラーフ
イルターに相当する回折格子の１次光回折効率は
それぞれ8.3％、9.2％、0.3％であるので、１次回
折光を受光して書込み位置の基準の信号を得るの
は、赤もしくは緑からの１次回折光を用いるのが
適当であり、第２図では緑のカラーフイルター４
２の回折格子のみ溝４５の方向を他の赤、青のカ
ラーフイルター４１，４３の回折格子の溝４４，
４６の方向と異なるように形成してある。マルチ
カラーフイルターは、赤、緑、青の３色の他に
も、青緑、紫、黄の３色、或いは青緑、紫、黄、
赤の４色でも可能であり、位置基準の信号を得る
ために、その中の１色もしくは２色カラーフイル
ターの回折格子の溝方向を他の回折格子の溝方向
と異なるように形成しても良い。

第３図は本発明に用いるカラー熱書込み液晶ラ
イトバルブの一具体例の斜視図である。カラー熱
書込み液晶ライトバルブ１は、第５図の液晶ライ
トバルブに比較して、書込みレーザ光５２側のガ
ラス基盤５４に第２図の回折格子５５が刻印され
ているのが異なる。ガラス基盤５４上に光吸収膜
５６としてCdを含む−族化合物半導体膜、
Teを含む−族化合物半導体膜、色素吸収膜、
誘電体多干渉膜を蒸着等で形成し、さらに反射膜
５７としてAl膜を蒸着し、その上に液晶配向膜
５８として高分子膜や斜蒸着のSiO膜等を形成す
る。また、他方の基盤６１には透明電極膜６０と
してITO（インジウム・テイン・オキサイド）膜
を付け、さらに液晶配向膜５８を形成する。液晶
５９としてはスメクチツク液晶、例えばOCBP
（オクチル・シアノ・ビフエニール）やDCBP（テ
シル・シアノ・ビフエニール）、またはこれらの
混合材料を用いることができる。

このようにして構成されるカラー熱書込み液晶
ライトバルブ５１の書込みは、レーザ光５２を照
射することにより従来と同様におこなわれる。カ
ラー画像発生のために、例えば赤、緑、青のカラ
ーフイルターを用いる場合、赤色の画像を得るに
は、緑と青のカラーフイルターに対応する液晶部
分にレーザ光で書込めば良い。緑、青色の画像を
得るには、同様にそれぞれ赤と青、赤と緑のカラ
ーフイルターに対応する液晶部分にレーザ光で書
込めば良い。黄、紫、青緑色は加法混色によつて
得られる。さらに書込みのレーザ光量を制御し階
調を与えると、フルカラー画像が実現できる。

光走査書込み光学系の非直線性に関わりなく、
各カラーフイルターの位置を選択し、レーザ光５
２を照射して液晶に書込むには、レーザ光５２と
各カラーフイルターとの位置関係を知る必要があ
る。このためにレーザ光５２は光偏光器５３によ
る水平方向走査期間中、液晶ライトバルブ５１に
書込む閾値以下の一定光量で走査する。レーザ光
５２が赤、青のフイルターに相当する回折格子上
を走査した場合、破線で示す＋１次回折光６３、
−１次回折光６４が反射回折し、緑のフイルター
に相当する回折格子上を走査した場合、点線で示
す＋１次回折光６５、−１次回折光６２が反射回
折する。このように緑色のフイルターに相当する
回折格子からの±１次回折光６５，６２は他の±
１次回折光６３，６４と回折方向が異なり、偏光
板６８、受光器６６により分離して受光できる。
ただし、±１次回折光６５，６２のうち少なくと
も一方を受光すれば良い。受光器から得られる電
気信号はレーザ光５２が位置の基準にする緑色の
カラーフイルター上を走査している時のみ得られ
るので、これを位置基準のクロツク信号とするこ
とができる。各カラーフイルターの位置への書込
みは、赤、緑、青の画信号がある場合に、位置基
準のクロツク信号から適当な遅延時間を設けて、
レーザ光に液晶ライトバルブに書込むに十分な光
量を与えることにより行なわれる。

第４図は１次回折光を受光して得られた電気信
号の実施例を示す図である。書込み光量の変化に
関係なく変調振幅の一定の書込み位置制御用のク
ロツク信号を得ることができる。

（発明の効果） 以上詳細に述べた様に、この発明は書込み光量
の有無に関わらず書込み位置制御用のクロツク信
号を位置基準とした特定の色のフイルターから常
に一定して得ることができるので、精度良く各画
素をカラーフイルターの位置に書込み、混色を防
いだ高彩度カラーデイスプレイが可能となる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー熱書込み液晶投射
型デイスプレイの一実施例を示す構成図、第２図
は本発明に用いるカラー熱書込み液晶ライトバル
ブ用のマルチカラーフイルターの一具体例を示す
図、第３図は本発明に用いるカラー熱書込み液晶
ライトバルブの一具体例を示す斜視図、第４図は
本発明により得られる受光器信号を示す図、第５
図は従来の液晶ライトバルブを示す断面図、第６
図および第７図は本発明に用いる回折格子の波長
選択の原理を示す図である。 １，２……レーザ光源、４……２分の１波長
板、５……偏光ビームスプリツタ、６……光走査
器、９……液晶ライトバルブ、３，３′，８，１
１，１２……レンズ、１０……投射光源、１６…
…偏光板、１７……光検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液晶ライトバルブと、単色光光源と、光走査
   書込み光学系と、前記光走査書込み光学系により
   前記液晶ライトバルブに描かれた像を投影する投
   射光学系とからなる熱書込み液晶投射型デイスプ
   レイにおいて、前記単色光光源が偏光面の直交す
   る複数の単色光光源からなり、前記液晶ライトバ
   ルブが、特定の波長領域の可視光を０次方向に回
   折するように光学的位相差を与えた回折格子から
   成るカラーフイルターを３種類面内に周期的に配
   置した３色ストライプカラーフイルターを内蔵
   し、前記光走査書込み光学系が、単色光源と、該
   単色光源からの複数の単色光を変調する光変調器
   と、該複数の単色光を二次元に偏向する光偏向器
   と、該複数の単色光を収束するレンズと、前記液
   晶ライトバルブ内のカラーフイルターによつて反
   射回折された該複数の単色光のうちの１単色光を
   検知する偏光フイルターを備えた受光器と、該受
   光器から得られる電気信号からクロツク信号を発
   生させる回路と、該クロツク信号と同期して画像
   入力信号を前記光変調器に与える回路とからなる
   ことを特徴とするカラー熱書込み液晶投射型デイ
   スプレイ。