JPH07175030A - 投影型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は上記の如き従来の問題点を鑑み、遮
光時においても輝度を低くすること無くコントラストが
充分に得られ、しかも色収差の発生の少ない投影型表示
装置を提供することを目的とするものである。 【構成】 光源２からの光を電圧により透過または散乱
状態に制御される高分子分散型液晶素子３ａと、該素子
を出射した光を反射させるためのフレネル凹面鏡３ｂ
と、該凹面鏡に反射されて前記高分子分散型液晶素子を
透過した出射光を投影するための凹面鏡４とから構成さ
れ、Ｌ１を前記光源と前記フレネル凹面鏡との距離、Ｌ
２を前記フレネル凹面鏡と該凹面鏡によって結像される
光源像との距離、ｆを前記フレネル凹面鏡の焦点距離
（マイナスを付記して代入）とする時 【数１】 を満足するＬ２位置近傍に前記凹面鏡を配置する構成を
採用するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高分子分散型液晶を用
いた投影型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ツイストネマティック液晶の電気
光学的効果を利用して光の振動面を、ひねることにより
光の透過と遮光を制御する制御方式がある。しかしなが
ら、光の透過と遮光の制御に２枚の偏光板を必要とする
ために、光源輝度の７０％以上を損失している。 とこ
ろで、偏光板を用いること無く、光の透過と遮光の制御
が可能な光学素子として、高分子分散型液晶がある。

【０００３】該高分子分散型液晶による遮光方法は、光
を散乱させる方式によるものであるため、遮光時におい
てもスクリーンが明るくコントラスト、即ち明暗比が悪
い。そこで、特開平５−４５６３５号公報に開示される
ように絞りと反射型高分子分散液晶素子とを用いること
により、遮光時の輝度を低くすることでコントラストを
向上させることが出来るものがある。

【０００４】ところが、上記の絞りと反射型高分子分散
液晶素子とを用いた方式では、複数のレンズが必要とな
る。光学系にレンズを用いると、カラー表示を行った場
合に色収差が発生し、表示画像に悪影響を及ぼす。この
色収差の問題を解決するために赤、緑、青の３色が独立
した光学系で投影表示されるか、或いは色消しレンズを
採用する方法があるが、複数のレンズによって高コス
ト、大型化の問題を免れることが出来ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
の如き従来の問題点を鑑み、輝度を低下すること無くコ
ントラストが充分に得られ、しかも色収差を大幅に低減
することができる投影型表示装置を提供できるようにす
ることを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、光源と、該光源からの光を物理的制御手段により透
過または散乱状態に制御することが可能な液晶表示素子
と、該液晶表示素子を出射した光を反射させることによ
って再度前記液晶表示素子に入射させるためのマイナス
焦点反射光学素子と、該マイナス焦点反射光学素子に反
射されて前記液晶表示素子を透過した出射光を投影する
ための投影光学素子とから少なくとも構成され、しか
も、該投影光学素子がマイナス焦点光学素子によって結
像される光源像近傍に配置される構成からなる投影型液
晶表示装置を採用するものである。

【０００７】さらには、Ｌ１を、前記光源と前記マイナ
ス焦点反射光学素子との距離、Ｌ２を、前記マイナス焦
点反射光学素子と該マイナス焦点反射光学素子によって
結像される光源像位置との距離、またｆを、前記マイナ
ス焦点反射光学素子の焦点距離（マイナスを付記して代
入）とする時

【０００８】

【数２】 を満足するＬ２位置近傍に前記投影光学素子が配置され
た構成を採用するものである。

【０００９】そしてまた、投影光学素子の大きさが、マ
イナス焦点反射光学素子によって結像される光源像の大
きさと略同一である構成を採用してもよい。さらには、
液晶表示素子とマイナス焦点反射光学素子が密着されて
備えられた構成を採用してもよい。また、投影光学素子
の大きさが、マイナス焦点反射光学素子によって結像さ
れる光源像の大きさと略同一であり、かつ液晶表示素子
とマイナス焦点反射光学素子が密着されて備えられた構
成を採用してもよい。

【００１０】

【作用】上記の手段を採用したことから、即ち、請求項
１によって、光源からの光を物理的制御手段により透過
または散乱状態に制御することが可能な液晶表示素子構
成を採用したことから、光源輝度の損失を低減して、高
輝度表示することができる。また、該液晶表示素子を出
射した光を反射させることによって再度前記液晶表示素
子に入射させるためのマイナス焦点反射光学素子を備え
たことから、色収差を発生を大幅に低減できる。

【００１１】

【数３】 を満足するＬ２位置近傍に、光源像と略同一の大きさを
持つ前記投影光学素子が配置されていることで、スクリ
ーン上に投影される散乱光を減ずることができ、従来の
ように絞りを用いること無く、コントラストを向上させ
ることができる。そして、請求項３によって、光源像の
大きさを、極めて小さく結像させることにより、投影光
学素子を小型化できる。更には、請求項４によって、ボ
ケのない鮮明な光源像を得ることができる。そして、更
に請求項５によって、投影光学素子を小型化できるとと
もに、ボケのない鮮明な光源像を得ることができる。

【００１２】

【発明の効果】上記作用によって、即ち、請求項１、２
で、輝度を低くすること無くコントラストが充分に得ら
れ、しかも色収差が発生することを大幅に低減化した小
型かつ低コストである投影型表示装置を提供することが
可能となる。またその上に、請求項３、或いは請求項４
によって、小型或いはボケのない鮮明な投影像を得るこ
とができる投影型表示装置を提供することが可能とな
る。そしてさらには、請求項５で、小型で、しかもボケ
のない鮮明な投影像を得ることができる投影型表示装置
を提供することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を記した図を参照しな
がら説明する。図１は、本発明の高分子分散型液晶を用
いた投影型液晶表示装置１の一実施例の概略構成を記し
たものである。図において、２は、小型フィラメントタ
イプのハロゲンランプであるランプ２ａ及び該ランプ２
ａに具備されたフィラメント位置が球面状の凹面鏡の曲
率中心に配置されたリフレクタ２ｂとから構成された光
源である。３は、高分子分散型液晶表示素子であり、印
加電圧によって光の透過及び散乱の制御が可能な高分子
分散型液晶素子３ａ及び樹脂製のフレネル凹レンズの凹
面にアルミ蒸着したフレネル凹面鏡３ｂとから構成され
る。前記高分子分散型液晶素子３ａは、透明な高分子樹
脂及び該高分子樹脂中に分散されて保持されたネマティ
ック液晶からなる平板状の高分子分散型液晶３ａ−１と
該高分子分散型液晶３ａ−１の両側の平板表面上に蒸着
などで形成された酸化すず、ＩＴＯ等の透明電極３ａ−
２とから構成されている（図２参照）。そして、前記高
分子分散型液晶３ａ−１を構成する高分子樹脂の屈折率
が、電圧が印加された状態のネマティック液晶の屈折率
と同じであるような高分子樹脂及びネマティック液晶を
選択して構成されている。また前記高分子分散型液晶素
子３ａは前記フレネル凹面鏡３ｂのフレネル凹レンズの
凹面側に接近して配置され、前記フレネル凹面鏡３ｂと
保持具３ｃで固定されて付設されている。高分子分散型
液晶表示素子３には、電源５と該電源５で交流電圧を印
加するリード線６とによって、透明電極３ａ−２に電圧
印加することで、電圧が供給される（電圧供給手段は、
電源５、リード線６、透明電極３ａ−２によって構成さ
れる）。４は、前記フレネル凹面鏡３ｂのフレネル凹レ
ンズの凹面と前記フレネル凹面鏡３ｂによって結像され
る光源像の大きさと同程度かまたは光源像の大きさより
も若干大きな口径を有した樹脂製の凹レンズの凹面にア
ルミ蒸着した凹面鏡であり、前記光源２と前記高分子分
散型液晶表示素子３との位置関係が、数４を満足する位
置に配置されて備えられている。

【００１４】

【数４】 ここでＬ１は、前記光源２のランプ２ａに具備されたフ
ィラメントと前記高分子分散型液晶表示素子３に具備さ
れた前記フレネル凹面鏡３ｂのフレネル凹レンズの凹面
との距離であり、Ｌ２は、前記フレネル凹面鏡３ｂのフ
レネル凹レンズの凹面と前記フレネル凹面鏡３ｂによっ
て結像される光源像位置との距離であり、またｆは、前
記フレネル凹面鏡３ｂの焦点距離（マイナスを付記して
代入）である。即ち、前記凹面鏡４は、フレネル凹面鏡
３ｂによって結像される光源像の位置に備えられてい
る。

【００１５】尚、上記の構成において、３ａは、液晶表
示素子をなす高分子分散型液晶素子、３ｂは、マイナス
焦点反射光学素子をなすフレネル凹面鏡であり、４は、
投影光学素子をなす凹面鏡、５は、物理的制御手段をな
す電源である。次に、本実施例の作動（光の透過と遮光
の制御機構）について説明する。前記高分子分散型液晶
素子３ａに前記透明電極３ａ−２を介して電圧を印加す
ることによって、前記高分子分散型液晶３ａ−１中のネ
マティック液晶層に電界が生じてネマティック液晶層の
厚さ方向における高分子樹脂とネマティック液晶の屈折
率が同一となる。そのため、前記高分子分散型液晶表示
素子３は、透過状態に設定され、そして光源２から発せ
られた光は、前記高分子分散型液晶素子３ａを透過する
ことができる。透過した光は、前記フレネル凹面鏡３ｂ
によって反射され、再び前記高分子分散型液晶素子３ａ
を透過し

【００１６】

【数５】 を満足する位置に配置されて備えられている前記凹面鏡
４の凹面鏡上に結像し、前記凹面鏡４によって図示して
ないスクリーンヘ拡大投影される。

【００１７】ここで、本発明では、従来のような偏光板
を採用せずに、高分子中にネマティック液晶を分散させ
て電圧を印加することで高分子樹脂とネマティック液晶
の屈折率が同一となる構成を採用したことから光源輝度
の損失を低減し、高輝度表示することができるようにな
る（従来の２から４倍の高輝度表示が可能となる）。そ
して、前記高分子分散型液晶素子３ａと前記フレネル凹
面鏡３ｂとは接近されて前記保持具３ｃにて固定されて
いるために、光源２から発せられた光は、前記高分子分
散型液晶素子３ａ及び前記フレネル凹面鏡３ｂを透過及
び反射に基づく光路ズレを小さくすることができ、鮮明
な光源像を得ることができる。該光源像は、従来のよう
にレンズを採用してないことから色収差を低減すること
ができる。

【００１８】一方、前記高分子分散型液晶素子３ａに前
記透明電極３ａ−２を介して電圧を印加されてない場合
には、光源光は前記高分子分散型液晶３ａ−１中に入射
し、前記高分子分散型液晶３ａ−１のネマティック液晶
層と高分子樹脂との屈折率の差異によって散乱光に変換
される。散乱光は、前記フレネル凹面鏡３ｂによって反
射され、再び前記高分子分散型液晶素子３ａ中に進入
し、入射時同様散乱される。このように、光源光が前記
高分子分散型液晶素子３ａを２回通過させられることに
よって、より一層散乱されるため、前記フレネル凹面鏡
３ｂによっても集光されず、そしてさらに前記凹面鏡４
の口径は、結像される光源像の大きさと同程度かまたは
光源像の大きさよりも若干大きな程度であるため図示さ
れていないスクリーン上に投影される散乱光は、ごく僅
かな量となり、スクリーンは暗く、黒色が表示されてい
るかのように見える。

【００１９】本発明では、以上に記したような構成、作
動によって、即ち電圧を印加することで高分子樹脂とネ
マティック液晶の屈折率が同一となる構成を採用したこ
とから光源輝度の損失を大幅に低減でき、高輝度表示を
することができる。また、前記フレネル凹面鏡３ｂによ
って前記高分子分散型液晶３ａ−１の透過光を集光して
いるため集光レンズを必要とせず、色収差の発生を大幅
に低減できる。そして、前記凹面鏡４の口径は、結像さ
れる光源像の大きさと同程度かまたは光源像の大きさよ
りも若干大きな程度であるため、スクリーン上に投影さ
れる散乱光を減ずることができ、従来のように絞りを用
いること無く、コントラストを向上させることができ
る。さらには、従来よりも部品点数を削減できたことか
ら、小型かつ低コストである投影型液晶表示装置を提供
できる。尚、本発明では、光軸がＶ字型であることか
ら、光軸方向の寸法を短縮できる格別の効果を有してい
る。

【００２０】尚、上記例においては、リフレクタ２ｂを
凹面鏡としたが、放物面鏡、楕円面鏡等であってもよ
い。また、上記例においては、電圧印加時のネマティッ
ク液晶の屈折率が高分子樹脂の屈折率と同じであるもの
を採用したが、電圧無印加時のネマティック液晶の屈折
率が高分子樹脂の屈折率と同じであるものを採用しても
よい。さらには、上記例においてはネマティック液晶の
屈折率を、光源光の透過と散乱に適用したが、このよう
な原理に基づく高分子分散型液晶素子でなくとも、光源
光の透過と散乱の制御が可能な液晶素子であればよい。
また、図３に記した他の実施例においては、上記例のフ
レネル凹面鏡３ｂが、マイナス焦点を持つ反射光学素子
であれば良いことから、フレネルの具備されていない凹
面鏡３ｄであってもよいことはいうまでもない。この場
合、さらに、光源から発せられた光は、高分子分散型液
晶素子３ａ及び凹面鏡３ｄを透過及び反射に基づく光路
ズレを一層小さくするために、高分子分散型液晶素子３
ａを凹面鏡３ｄに密着させてもよい。このような他の例
を図４に記す。図４は、高分子分散型液晶３ａ−１をフ
レネル凹面鏡３ｂに直接に形成して、高分子分散型液晶
３ａ−１にフレネル縞を付した物である。高分子分散型
液晶素子３ａを凹面鏡３ｄに密着させたことで、ボケの
ない鮮明な光源像を得ることができる。そして、前記マ
イナス焦点を持つ反射光学素子は、反射面を非球面形状
にすることによって、光の集光率が向上し、また映像の
歪みを補正でき、より鮮明な投影表示が可能となる。ま
た、上記例における凹面鏡４は、マイナス焦点の反射光
学素子或いは、図５に記した色消し投影レンズ４’であ
っても上記例と同様の効果が得られる。

【００２１】図６は、本発明の車両用表示装置への具体
的適用例である。７は、散乱板であり、ガラス、樹脂等
の光透過率の高い材料の表面に凹凸加工を施したもので
ある。８は、凹面鏡であり、拡大投影するために必要な
拡大倍率になるように焦点距離が設定できるようになっ
ている。９は、ハーフミラーであり、フロントウィンド
１０の一部表面のガラスに多層膜コートを行ったもので
ある。

【００２２】本発明の投影型液晶表示装置によって投影
された透過光は、前記散乱板７に結像する。前記散乱板
７は、半透明であるため前記透過光の入射側からもまた
出射側からも結像画像を見ることができる。該結像画像
を前記凹面鏡８で拡大投影し前記ハーフミラー９によっ
てドライバーの方向に反射することから、前記ハーフミ
ラー９は前方の風景を透過するとともに前記結像画像を
融合させた融合像として捕らえることができる。尚、前
記凹面鏡８は、非球面とすることで前記結像画像の歪み
を補正することができる。また、拡大投影ではなく等倍
投影の場合は、前記凹面鏡８のかわりに平面鏡を用いれ
ばよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ア）、（イ）は、本発明の実施例である投影
型液晶表示装置の作動を説明するための図である。

【図２】本発明の実施例である投影型液晶表示装置の一
部品である高分子分散型液晶素子３ａの作動を説明する
ための概略図である。

【図３】本発明の他の実施例である投影型液晶表示装置
の透過時の作動を記した図である。

【図４】本発明の他の実施例である投影型液晶表示装置
の透過時の作動を記した図である。

【図５】（ア）、（イ）は、本発明の他の実施例である
投影型液晶表示装置の作動を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例である投影型液晶表示装置の適
用例である車両表示装置への応用例を説明するための図
である。

【符号の説明】

１ 投影型液晶表示装置 ２ 光源 ２ａ ランプ ２ｂ リフレクタ ３ 高分子分散型液晶表示素子 ３ａ 液晶表示素子をなす高分子分散型液晶素子 ３ａ−１ 高分子分散型液晶 ３ａ−２ 透明電極 ３ｂ マイナス焦点反射光学素子をなすフレネル凹面鏡 ３ｃ 保持具 ４ 投影光学素子をなす凹面鏡 ５ 物理的制御手段をなす電源 ６ リード線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源からの光を物理的制御手
   段により透過または散乱状態に制御することが可能な液
   晶表示素子と、該液晶表示素子を出射した光を反射させ
   ることによって再度前記液晶表示素子に入射させるため
   のマイナス焦点反射光学素子と、該マイナス焦点反射光
   学素子に反射されて前記液晶表示素子を透過した出射光
   を投影するための投影光学素子とから少なくとも構成さ
   れ、しかも、該投影光学素子が、マイナス焦点光学素子
   によって結像される光源像近傍に配置されることを特徴
   とする投影型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 Ｌ１を、前記光源と前記マイナス焦点反
   射光学素子との距離、Ｌ２を、前記マイナス焦点反射光
   学素子と該マイナス焦点反射光学素子によって結像され
   る光源像位置との距離、またｆを、前記マイナス焦点反
   射光学素子の焦点距離（マイナスを付記して代入）とす
   る時 【数１】 を満足するＬ２位置近傍に前記投影光学素子が配置され
   ていることを特徴とする請求項１記載の投影型液晶表示
   装置。
3. 【請求項３】 投影光学素子の大きさが、マイナス焦点
   反射光学素子によって結像される光源像の大きさと略同
   一であることを特徴とする請求項１記載の投影型液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 液晶表示素子とマイナス焦点反射光学素
   子が密着されて備えられたことを特徴とする請求項１記
   載の投影型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 投影光学素子の大きさが、マイナス焦点
   反射光学素子によって結像される光源像の大きさと略同
   一であり、かつ液晶表示素子とマイナス焦点反射光学素
   子が密着されて備えられたことを特徴とする請求項１記
   載の投影型液晶表示装置。