JPH07244293A

JPH07244293A - ライトバルブ装置および該装置を用いた表示装置

Info

Publication number: JPH07244293A
Application number: JP6035656A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Wada; 充弘和田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】光散乱状態の変化として光学像を形成するラ
イトバルブ装置とそれを用いる表示装置に関するもの
で、小型、軽量かつ明るく高コントラストの表示装置を
得ることを目的とする。【構成】高分子分散液晶パネル１４の入射側１１か出
射側１２の少なくとも一方に透明結合体１５を介しＧＨ
液晶パネル１９を結合する。ＧＨ液晶１８は、ツイスト
ネマティック液晶９中に２色性色素１０を含有したもの
である。【効果】ＧＨ液晶パネル１９により高分子分散液晶パ
ネル１４の内部反射光を吸収し、輝度の上昇を抑制でき
るため、表示画像のコントラストが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光散乱状態の変化として
光学像を形成するライトバルブ装置およびこのライトバ
ルブ装置を用いた表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るために、ライトバルブ
に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を
照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写すす
表示装置（以後、投写型表示装置と呼ぶ）がよく知られ
ている。最近では、ライトバルブとして液晶パネルを用
いる投写型表示装置（以後、液晶投写型表示装置と呼
ぶ）が注目され、各社研究開発が行われている。また、
液晶パネルはその小型、軽量の利点を活かし、ビデオカ
メラ等の表示装置（以後、ビューファインダー装置と呼
ぶ）としても応用され、商品化されている。

【０００３】ライトバルブ等に用いられる液晶パネルに
は多くの種類があり、光学特性が電気的に変化する現象
として、旋光性の変化、複屈折性の変化、光散乱状態の
変化、光吸収の割合の変化がある。ツイストネマティッ
ク（ＴＮ）液晶の旋光性が電界により変化する現象を用
いた液晶投写型表示装置は既に商品化されている。ＴＮ
液晶を用いる液晶パネルは、光の変調のために入射側と
出射側に偏光板が必要であり、そのために光利用効率が
低いという問題があった。

【０００４】また、ＴＮ液晶を所定の状態に配向させる
必要があり、そのために、配向膜が必要であり、配向膜
をラビング処理する必要があった。光散乱状態の変化に
より光学像を形成する液晶パネルとして、例えば、熱書
き込みモード、動的散乱モード、高分子分散液晶、強誘
電性液晶を利用するものがある。また、ＰＬＺＴも光散
乱状態の変化として光学像を形成できることが知られて
いる。光散乱状態の変化を利用する液晶パネルは、ＴＮ
液晶のように光の変調に偏光板が不要であるため、光出
力を大きくできると期待でき、また配向膜のラビング処
理が不要であるため製造が比較的容易である。

【０００５】散乱状態の変化により光学像を形成する液
晶パネルとして、高分子分散液晶パネルが近年注目され
ている。高分子分散液晶パネルの基本構成と動作のモデ
ルを（図１５（ａ））、（図１５（ｂ））に示す。ガラ
ス基板２２０，２２１の間に高分子分散液晶２２２が狭
持されている。２つのガラス基板２２０，２２１の内側
の面にはそれぞれ透明電極２２３，２２４が設けられて
いる。高分子分散液晶２２２は水滴状の液晶２２５が高
分子樹脂材料２２６中に分散した構造となっている。液
晶２２５の常光屈折率と高分子樹脂材料２２６の屈折率
とはほぼ等しい。

【０００６】液晶層２２２に電圧を印加しない場合、
（図１５（ａ））に示すように、液晶分子２２７はラン
ダムな方向に向く。液晶層２２２に垂直に入射する光線
２２８に対して液晶２２５と高分子樹脂材料２２６との
境界面で屈折率差を生じるので、光線２２８は屈折率差
を有する境界面で屈折を繰り返し、散乱光となって出射
する。液晶層２２２に十分な電圧を印加すると、（図１
５（ｂ））に示すように、液晶分子２２７はガラス基板
２２０，２２１と垂直な方向に向き、入射光線２２８に
対して液晶２２５と高分子樹脂材料２２６の屈折率が等
しくなるため、入射光線２２８は散乱されることなく直
進して出射する。

【０００７】高分子分散液晶パネルを用いた投写型表示
装置の構成例を（図１６）に示す。ランプ２３０から出
た光は、凹面鏡２３１により集光されて液晶パネル２３
２に入射する。液晶パネル２３２がない場合には、凹面
鏡２３１から出て液晶パネル２３２に入射した光は全て
投写レンズ２３３に入射するようにしてある。液晶パネ
ル２３２は高分子分散液晶パネルであり、ガラス基板２
３４，２３５により高分子分散液晶２３６が狭持されて
いる。ガラス基板２３４，２３５の液晶層２３６側の面
にはマトリクス状の画素電極が設けられており、高分子
分散液晶パネル２３２に映像信号に応じて散乱状態の変
化として光学像を形成することができる。

【０００８】十分な電圧を印加された画素から出る光は
全て投写レンズ２３３に入射してスクリーン２３７上に
到達するので、スクリーン２３７上の対応する位置には
明るい画像が表示される。電圧が印加されない画素から
は散乱光が出射し、その一部の光だけが投写レンズ２３
３に入射するので、スクリーン２３７上の対応する位置
には暗い画素が表示される。このようにして、液晶パネ
ル２３２上に散乱状態の変化として形成された光学像
は、投写レンズ２３３によりスクリーン２３７上に拡大
投写される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】（図２）に高分子分散
液晶パネルのモデルを示す。２枚の透明基板２１，２２
の間に高分子分散液晶２３が狭持されているものとし、
液晶層２３で前方と後方に光が拡散すると仮定する。液
晶層２３に電圧を印加しないで、表示領域内の点Ａを中
心とする微小領域だけに入射側から細い平行光２４を照
射する場合を考える。液晶層２３からの前方散乱光の出
射角（液晶層の法線方向となす角）をθ₀とすると、点
Ａからθ₀方向に出射した光線２５は、出射側透明基板
２２の出射面２６上の点Ｂで透過光線２７と反射光線２
８に分かれる。出射側透明基板２２の屈折率をｎ、透過
光線２７の出射角をθ₁とすると、スネルの法則から、

【００１０】

【数１】

【００１１】の関係が成り立つ。液晶層２３からの前方
散乱光が自然光であるとすると、出射面２６における反
射率Ｒ（θ₀）は次のように表せる。

【００１２】

【数２】

【００１３】ただし、θ_0Tは全反射の臨界角であり、

【００１４】

【数３】

【００１５】と表せる。全反射した光は全て液晶層２３
に戻る。点Ｂで反射した光線２８の液晶層２３への入射
点を点Ｃとする。反射光線２８が液晶層２３に入射する
と、後方散乱により液晶層２３から再び散乱光２９が前
方に出射する。これは、液晶層２３に２次光源が形成さ
れることに相当する。それゆえ、ある画素から出た散乱
光が本来黒表示となるべき他の画素にも入射すると、そ
こに拡散反射による２次光源が形成されるので、本来黒
表示となるべき画素の輝度が高くなってしまう。

【００１６】以上から、高分子分散液晶パネルを用いた
投写型表示装置の投写画像のコントラストが良くないと
いう問題は、液晶パネルの電圧無印加時の散乱特性が良
くないことも原因の１つであるが、上記のメカニズムが
原因となっていることが分かる。

【００１７】この問題は、光散乱状態の変化として光学
像を形成するライトバルブでは共通の問題であった。

【００１８】この問題を解決するため、パネルの入射側
および出射側に透明基板を結合するような構成が、特願
平４−１４５２７７号に提案されている。しかし、パネ
ルの内部反射光を十分に抑制するために要する透明基板
の厚さがパネルのサイズに比例する。したがって、パネ
ルサイズが大きくなれば透明基板の厚さも著しく厚くな
り、ライトバルブの重量が大きくなる。また、透明基板
を付加した構成のライトバルブを投写型表示装置に用い
る場合、投写レンズには非常に長いバックフォーカスが
要求されることになる。バックフォーカスが長い投写レ
ンズは、設計上の制約が多く、高コストにつながる。ま
た、光学系も大きくなり液晶投写型表示装置の特徴であ
るコンパクト性が失われる。

【００１９】本発明は、光散乱状態の変化として光学像
を形成するライトバルブを用いた液晶投写型表示装置の
小型、軽量化かつコントラストを改善することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明のライトバルブ装置は、光散乱状態の変化として
光学像を形成する光変調手段と、光変調手段の光入射面
と出射面のうち少なくとも一方に２色性色素を含有する
層が配置されていることを特徴とするものである。

【００２１】本発明の他のライトバルブ装置は、光散乱
状態の変化として光学像を形成する光変調手段と、２色
性色素を含有する層を有する第１および第２のパネル
と、光の偏光軸を略９０度回転させる偏光変換手段とを
備え、前記第１のパネルと前記第２のパネル間に前記偏
光変換手段が配置され、前記パネルと前記偏光変換手段
とが光学的に結合され、かつ前記第１または第２のパネ
ルが前記光変調手段の入射面と出射面に光学的に結合さ
れることを特徴とするものである。

【００２２】また、以上の構成において光変調手段の出
射側に光反射手段を設ければ、反射型のライトバルブ装
置を実現できる。

【００２３】本発明の液晶投写型表示装置は、光源と、
前記光源からの出射光が入射し光散乱状態の変化として
光学像を形成するライトバルブ装置と、その光学像をス
クリーン上に投写する投写レンズとを備え、ライトバル
ブ装置として上記ライトバルブ装置を用いたものであ
る。

【００２４】本発明の他の液晶投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの白色光を赤、緑、青の色成分の３原
色の光路に分離する色分離手段と、前記３つの光路の光
を変調し光散乱状態の変化として光学像を形成する３つ
の本発明のライトバルブ装置と、前記各ライトバルブ装
置からの出射光を１つの光路に合成する色合成手段と、
前記合成された光路の光を受けスクリーン上に投写する
投写レンズとを備えたものである。

【００２５】本発明のさらに他の液晶投写型表示装置
は、光源と、前記光源からの白色光を赤、緑、青の３原
色の光路に分離する色分離手段と、前記色分離手段から
の出射光が入射し光散乱状態の変化として光学像を形成
する３原色の光路にそれぞれ配置された請求項１から請
求項４のいずれかに記載の第１、第２および第３のライ
トバルブ装置と、前記各ライトバルブ装置からの出射光
をスクリーン上に投写する第１、第２および第３の投写
レンズを備え、前記３つのライトバルブ装置のうち少な
くとも２つのライトバルブ装置は、その画面中心が対応
する投写レンズの光軸からずらして配置されたことを特
徴とするものである。

【００２６】本発明のビューファインダー装置は、光源
と、前記光源からの出射光が入射し光散乱状態の変化と
して光学像を形成する本発明のライトバルブ装置と、そ
の光学像の虚像をつくる拡大レンズとを備えたものであ
る。

【００２７】

【作用】本発明のライトバルブ装置の作用を（図３）を
用いて説明する。２枚の透明基板３１，３２の間に高分
子分散液晶３３が狭持されており、さらに透明基板３
２，３４の間にはゲストホスト（ＧＨ）モードの液晶層
３５が狭持されている。高分子分散液晶層３３に電圧を
印加しないで、表示領域内の点Ａを中心とする微小領域
だけに細い平行光３６を照射する場合を考える。透明基
板３１側から入射する平行光３６は自然光であり、入射
平面（高分子分散液晶層の法線と光軸を含む平面）に対
して平行な偏光成分Ｌpと垂直な偏光成分Ｌsに分離して
考えられる。高分子分散液晶層３３の点Ａからθ₀方向
に散乱した光は、透明基板３２を透過しＧＨ液晶層３５
に入射する。ＧＨ液晶層３５において、ゲストである２
色性色素はその分子軸が高分子分散液晶層に対して垂直
となる方向、すなわちｘ軸方向に配列するように制御さ
れているものとする。２色性色素は、分子軸にほぼ平行
な吸収軸を持っており、分子軸に平行な偏光成分を強く
吸収し、それに垂直な偏光成分はほとんど吸収しない。
それゆえ、散乱光３７の偏光成分のうちＬs成分は吸収
されずにＧＨ液晶層３５を透過する。一方、Ｌp成分は
分子軸（ｘ軸）と偏光方向との間の角がθ₁となり、θ₁
が小さいほど吸収度は大きくなる。θ₁とθ₀の間には、

【００２８】

【数４】

【００２９】の関係があるため、散乱角θ₀が大きくな
るほど吸収度が大きくなるといえる。ＧＨ液晶層３５を
透過した光のうち出射面３８上の点Ｂで反射した光３９
は、再びＧＨ液晶層３５を通過し、高分子分散液晶層３
３の点Ｃに入射する。高分子分散液晶層３３の点Ａを出
射した散乱光３７が、出射面３８上の点Ｂで反射し、再
び高分子分散液晶層３３の点Ｃに到達するまでに、ＧＨ
液晶層３５を２度通過することになる。そのため、内部
反射光のうちＬp成分はほとんど吸収され、Ｌs成分のみ
が再び高分子分散液晶層３３に入射する。したがって、
高分子分散液晶層３３の輝度上昇は、ＧＨ液晶層３５を
付加しない場合の約半分に抑えられる。一方、高分子分
散液晶層３３に電圧が印加され、透過状態の場合にはＬ
ｐ、Ｌｓ成分ともほとんど吸収されることなくＧＨ液晶
パネル３５を透過する。

【００３０】（図４）に示すように２層のＧＨ液晶層３
５，４１の間に偏光状態を略９０度回転させる偏光変換
手段４０を配置した構成では、第１層目のＧＨ液晶層３
５で吸収できなかったＬs成分の偏光状態を、偏光変換
手段４０により略９０度回転し、Ｌp成分とした上で第
２層目のＧＨ液晶層４１で吸収することができ、内部反
射光による輝度の増加を大幅に抑制することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３２】本発明の第１の実施例におけるライトバル
ブ装置の断面図を（図１）に示す。ここで１４は高分子
分散液晶パネル、１９はＧＨ液晶パネル、１５は透明体
である。

【００３３】高分子分散液晶パネル１４は、入射側およ
び出射側のガラス基板１１，１２により高分子分散液晶
層１３を狭持したものである。入射側ガラス基板１１の
高分子分散液晶層１３側には、ＩＴＯ等の透明導電性膜
による共通電極１が形成されている。出射側ガラス基板
１２の高分子分散液晶層１３側には、画素電極２がマト
リクス状に形成され、各画素電極２の近傍にはスイッチ
ング素子として薄膜トランジスタ３（以後、ＴＦＴと呼
ぶ）が設けられている。各ＴＦＴ３は、ソース電極４が
信号線に接続され、ゲート電極５が走査線に接続され、
ドレイン電極６が画素電極２に接続されている。信号線
は信号供給回路に接続され、走査線は走査回路に接続さ
れている。信号供給回路と走査線回路により、各画素に
信号電圧が供給される。高分子分散液晶層１３は、十分
な電圧が印加されると入射光を直進させ、電界が印加さ
れない場合には入射光を散乱させるので、各画素の高分
子分散液晶層１３は印加電圧により光散乱状態を制御す
ることができる。こうして、高分子分散液晶パネル１４
に映像信号に応じて散乱状態の変化として光学像を形成
することができる。

【００３４】高分子分散液晶パネル１４の出射側ガラス
基板１２には、透明体１５を介してＧＨ液晶パネル１９
が光学的に結合されている。ＧＨ液晶パネル１９は、２
枚のガラス基板１６，１７によりＧＨ液晶層１８を封入
したものである。ＧＨ液晶１８は、ネマティック液晶９
（ホスト）中にアゾ系でポジ型の黒色２色性色素１０
（ゲスト）を溶かし込んだものである。ガラス基板１
６，１７のＧＨ液晶層１８側には、透明導電性膜による
共通電極７，８が形成されており、共通電極７，８によ
り電界を印加することでネマティック液晶９の分子を垂
直に配向させることができる。色素１０の分子はネマテ
ィック液晶９の分子と略平行に配向するため、色素１０
の分子もガラス基板１６，１７に対してほぼ垂直に配向
することになる。

【００３５】もちろん、ネマティック液晶９が電圧を無
印加状態で垂直配向のときは、共通電極７，８は必要な
い。しかし、共通電極７，８がないと静電気等により配
向状態に乱れが生じるので、付加しておく方が好まし
い。いずれにしても、画素電極２に垂直方向に進む光を
透過し、略平行方向に進む光を吸収するように色素１０
の分子を配向させればよい。

【００３６】ＧＨ液晶パネル１９には画素を形成する必
要はなく、製作工程数が削減され、容易に作製すること
ができる。

【００３７】ネマティック液晶９のかわりに、スメクテ
ィック液晶、コレステリック液晶、カイラルネマティッ
ク液晶などを用いてもよい。また色素１０として、メロ
シアニン系、アントラキノン系、アゾメチン系色素など
を用いてもよい。いずれの場合も、色素１０としては、
２色性比が大きいものほど好ましく、内部散乱光を抑制
する効果も大きくなる。もちろん、黒色２色性色素であ
る必要はなく、入射波長の光を吸収する色相を有するも
のであれば良い。

【００３８】透明体１５は信越化学工業（株）製の透明
シリコーン樹脂ＫＥ１０５１であり、屈折率は１．４０
である。これは２種類の液体で供給されており、２液を
混合して室温放置または加熱すると、付加重合反応によ
りゲル状に硬化する。

【００３９】透明体１５は透明であればよく、エチレン
グリコールなどの液体、エポキシ系透明接着剤、紫外線
照射によりゲル状に硬化する透明シリコーン樹脂などを
用いることができる。いずれの場合も、ガラス基板１２
とガラス基板１６との間に空気層があると、そこで画質
異常を生じるので空気層を含まないようにする必要があ
る。

【００４０】高分子分散液晶パネル１４は、電圧無印加
の場合、出射側に散乱（前方散乱）するだけでなく、入
射側にも散乱（後方散乱）を生じる。そのため、（図
１）に示した構成では、後方散乱光は入射側ガラス基板
１１の入射面２０で反射して再び高分子分散液晶層１３
に再入射する。再入射した光は、黒表示部における輝度
を高くするので、投写画像のコントラストを低下させる
ことになる。そのため、ＧＨ液晶パネル１９を高分子分
散液晶パネル１４の入射側ガラス基板１１に結合する
と、後方散乱の再入射光による輝度の上昇を抑制するこ
とができる。

【００４１】本発明の第２の実施例におけるライトバル
ブ装置の断面図を（図５）に示す。ここで５１は高分子
分散液晶パネル、５２，５３はＧＨ液晶パネル、５４，
５５，５６は透明体、５７は１／２波長板である。

【００４２】高分子分散液晶パネル５１、ＧＨ液晶パネ
ル５２，５３、透明体５４，５５，５６は（図１）に示
したものと同一である。（図５）に示すように、高分子
分散液晶パネル５１の出射側５８には２つのＧＨ液晶パ
ネル５２が１／２波長板５７を介して配置されており、
各々は透明体５４，５５，５６により光学的に結合され
ている。高分子分散液晶パネル５１からの出射光は、透
明体５４、ＧＨ液晶パネル５２、透明体５５、１／２波
長板５７、透明体５６、ＧＨ液晶パネル５３の順に通過
することになる。したがって作用の項で説明したよう
に、散乱光のうち（図１）に示す構成では吸収できなか
った偏光成分もＧＨ液晶パネル５３内で吸収することが
できるため、内部反射光による輝度の上昇を抑制し、コ
ントラストを大幅に向上することができる。

【００４３】第１の実施例と同様に、ＧＨ液晶パネル５
２，５３、１／２波長板５７は高分子分散液晶パネル５
１の入射側５９に配置すると、後方散乱の再入射光によ
る輝度の上昇を抑制することができる。

【００４４】本発明の第３の実施例におけるライトバル
ブ装置の断面図を（図６）に示す。６１は高分子分散液
晶パネル、６３はＧＨ液晶層、６５はガラス基板であ
る。高分子分散液晶パネル６１、ＧＨ液晶６３は（図
１）に示したものと同一である。

【００４５】本実施例と第１の実施例との相違点は、高
分子分散液晶層６２からＧＨ液晶層６３までを１枚のガ
ラス基板６４で構成していることである。このような構
成にすることにより、高分子分散液晶パネルとＧＨ液晶
パネルとを透明体により結合する工程が不要となる。ま
た、ガラス基板数が削減されるため、ライトバルブ装置
の薄型化を図ることができる。

【００４６】高分子分散液晶パネル６１の出射側ガラス
基板６４とガラス基板６５のＧＨ液晶層６３側には、Ｉ
ＴＯ等の透明導電性膜による共通電極６６，６７が形成
されており、共通電極６６，６７により電界を印加する
ことでネマティック液晶６８の分子を垂直に配向させる
ことができる。色素６９の分子はネマティック液晶６８
の分子と略平行に配向するため、色素６９の分子もガラ
ス基板６４，６５に対してほぼ垂直に配向することにな
る。

【００４７】もちろん、ネマティック液晶６８が電圧を
無印加状態で垂直配向のときは、共通電極６６，６７は
必要ない。しかし、共通電極６６，６７がないと静電気
等により配向状態に乱れが生じるので、付加しておく方
が好ましい。いずれにしても、画素電極に垂直方向に進
む光を透過し、略平行方向に進む光を吸収するように色
素６９の分子を配向させればよい。

【００４８】第１の実施例と同様に、ＧＨ液晶層６３は
高分子分散液晶パネル６１の入射側７０に配置すると、
後方散乱の再入射光による輝度の上昇を抑制することが
できる。

【００４９】（図５）に示す第２の実施例についても、
ライトバルブ装置の高分子分散液晶層からＧＨ液晶層ま
でを１枚のガラス基板で構成してもよい。

【００５０】上述の実施例を組み合わせると、（図７
（ａ））から（図７（ｈ））に示すような多くの変形が
考えられる。いずれも図面の右側が入射側であり、高分
子分散液晶パネル７１、ＧＨ液晶パネル７２、１／２波
長板７３はそれぞれ透明接着剤などにより結合されてい
る。（図７（ａ））から（図７（ｈ））に示したいずれ
の構成も、前述の実施例と同様に、従来の構成と比較し
てコントラストの良好な投写画像が得られる。なお、ラ
イトバルブ装置の高分子分散液晶層からＧＨ液晶層まで
を１枚のガラス基板で構成してもよい。

【００５１】本発明の第４の実施例の投写型表示装置の
構成を（図８）に示す。８１はライトバルブ装置、８６
は光源、８７は投写レンズ、８８はスクリーンである。

【００５２】ライトバルブ装置８１は、高分子分散液晶
パネル８２、ＧＨ液晶パネル８３，８４、１／２波長板
８５で構成され、各々は透明接着剤などにより光学的に
結合されている。高分子分散液晶パネル８２、ＧＨ液晶
パネル８３，８４は（図１）に示したものと同一であ
る。

【００５３】光源８６はランプ９０と凹面鏡９１で構成
され、ランプ９０から出た光は凹面鏡９１により集光さ
れて、指向性の比較的狭い光が出射する。光源８６から
の出射光は、フィールドレンズ８９を透過し、ライトバ
ルブ装置８１に入射する。ライトバルブ装置８１の高分
子分散液晶パネル８２には、映像信号に応じて散乱状態
の変化として光学像が形成される。投写レンズ８７は、
高分子分散液晶パネル８２の各画素から出射する光のう
ちある立体角に含まれる光を取り込む。各画素からの出
射光の散乱状態が変化すれば、その立体角に含まれる光
量が変化するので、高分子分散液晶パネル８２上に散乱
状態の変化として形成された光学像はスクリーン８８上
で照度の変化に変換される。こうして高分子分散液晶パ
ネル８２に形成された光学像は、投写レンズ８７により
スクリーン８８上に拡大投写される。

【００５４】投写レンズ８７の瞳の大きさは、高分子分
散液晶パネル８２の画面中心にある画素が透明状態の場
合に、その画素から拡がって出射する光量のうち約９０
％が入射する大きさにしている。フィールドレンズ８９
は、高分子分散液晶パネル８２の表示領域の周辺部を通
過する光を内側に屈折させて投写レンズ８７の瞳に入射
させ、投写画像の周辺部が暗くならないようにするため
に用いる。投写画像のフォーカス調整は、投写レンズ８
７を光軸９２に沿って移動することにより行う。

【００５５】（図８）に示した構成にすると、高分子分
散液晶層に電圧を印加しない場合、前方散乱光がＧＨ液
晶パネル８３、１／２波長板８５、ＧＨ液晶パネル８４
を通過し、出射面８０で反射されて高分子分散液晶層に
戻る内部反射光は、ＧＨ液晶パネル８３，８４および１
／２波長板８５がない場合に比較して減少する。したが
って、内部反射光による輝度の上昇を抑制することがで
き、投写画像のコントラストが向上する。

【００５６】（図８）に示した構成において、ライトバ
ルブ装置８１の構成を（図１），（図５），（図６）に
示したライトバルブ装置、あるいは（図７）に示した他
のライトバルブ装置に置き換えることもできる。ライト
バルブ装置８１は、投写型表示装置の用途、制約条件な
どに応じて最適な構成を選択するとよい。

【００５７】本発明の第５の実施例の投写型表示装置の
構成を（図９）に示す。１００，１０１，１０２はライ
トバルブ装置、１０３，１０４，１０５は高分子分散液
晶パネル、１０６，１０７，１０８はＧＨ液晶パネル、
１０９は光源、１１０，１１１はそれぞれ赤反射，緑反
射のダイクロイックミラー、１１２は平面ミラー、１１
３，１１４，１１５はフィールドレンズ、１１６，１１
７はそれぞれ緑反射、青反射のダイクロイックミラー、
１１８は平面ミラー、１１９は投写レンズである。

【００５８】ライトバルブ装置１００，１０１，１０２
は、それぞれ高分子分散液晶パネル１０３，１０４，１
０５、ＧＨ液晶パネル１０６，１０７，１０８で構成さ
れる。高分子分散液晶パネル１０３，１０４，１０５
は、いずれも（図１）に示したものと同一である。高分
子分散液晶パネル１０３，１０４，１０５、ＧＨ液晶パ
ネル１０６，１０７，１０８は、それぞれ透明接着剤等
を用いて結合されている。

【００５９】ＧＨ液晶パネル１０６には、ネマティック
液晶中に赤色帯域の光を吸収するアゾ系でポジ型の２色
性色素を溶かし込んだものが封入されている。ＧＨ液晶
パネル１０７にはネマティック液晶中に緑色帯域の光を
吸収するアゾ系でポジ型の２色性色素を溶かし込んだも
のが封入されている。ＧＨ液晶パネル１０８にはネマテ
ィック液晶中に青色帯域の光を吸収するアゾ系でポジ型
の２色性色素を溶かし込んだものが封入されている。し
たがって、各ライトバルブ装置１００，１０１，１０２
では、それぞれ赤色光、緑色光、青色光の内部反射光が
吸収される。

【００６０】色素としては、メロシアニン系、アントラ
キノン系、アゾメチン系色素などを用いてもよい。いず
れの場合も、ゲスト色素としては、入射波長に応じた色
相を有し、２色性比が大きいものほど好ましく、内部散
乱光を抑制する効果も大きくなる。もちろん黒色２色性
色素を用いてもよいが、その場合には赤味を消すために
７００ｎｍ付近の長波長部分を吸収する色素成分がさら
に必要になる場合がある。

【００６１】光源１０９はランプ１２０、凹面鏡１２
１、フィルタ１２２で構成される。ランプ１２０は、メ
タルハライドランプであり、赤、緑、青の３原色の色成
分を含む光を出射する。凹面鏡１２１はガラス製で、反
射面に可視光を反射し、赤外光を透過させる多層膜を蒸
着したものである。ランプ１２０からの放射光に含まれ
る可視光は、凹面鏡１２１の反射面により反射し、その
反射光は略平行光になる。凹面鏡１２１から出射する反
射光は、フィルタ１２２により赤外光と紫外光とが除去
されて出射する。

【００６２】光源１０９からの略平行光は、ダイクロイ
ックミラー１１０，１１１と平面ミラー１１２を組み合
わせた色分離光学系に入射し、３つの３原色光に分離さ
れる。各原色光のうち赤色成分光はフィールドレンズ１
１３、緑色成分光はフィールドレンズ１１４、青色成分
光はフィールドレンズ１１５を透過して、それぞれライ
トバルブ装置１００，１０１，１０２に入射する。ライ
トバルブ装置１００，１０１，１０２から出射する光
は、ダイクロイックミラー１１６，１１７と平面ミラー
１１８を組み合わせた色合成光学系により１つの光に合
成された後、投写レンズ１１９に入射する。高分子分散
液晶パネル１０３，１０４，１０５には、それぞれ映像
信号に応じて散乱状態の変化として光学像が形成され、
その光学像は投写レンズ１１９によりスクリーン上に拡
大投写される。各ライトバルブ装置１００，１０１，１
０２では、作用の項にしたがい、内部反射光による輝度
の上昇が抑制されるため、高コントラストな投写画像を
得ることができる。

【００６３】（図９）に示した構成において、ライトバ
ルブ装置１００，１０１，１０２の構成を（図１），
（図５），（図６）に示したライトバルブ装置、あるい
は（図８）に示した他のライトバルブ装置に置き換える
こともできる。ライトバルブ装置１００，１０１，１０
２は、投写型表示装置の用途、制約条件などに応じて最
適な構成を選択するとよい。

【００６４】本発明の第６の実施例の投写型表示装置の
構成を（図１０）に示す。１３０，１３１，１３２はラ
イトバルブ装置、１３３，１３４，１３５はＧＨ液晶パ
ネル、１３６，１３７，１３８は高分子分散液晶パネ
ル、１３９，１４０，１４１はＧＨ液晶パネル、１４２
は光源、１４３，１４４、１４５はそれぞれ赤反射，緑
反射、青反射のダイクロイックミラー、１４６，１４
７，１４８はフィールドレンズ、１４９，１５０，１５
１は投写レンズである。

【００６５】ライトバルブ装置１３０，１３１，１３２
は、それぞれＧＨ液晶パネル１３３，１３４，１３５、
高分子分散液晶パネル１３６，１３７，１３８、ＧＨ液
晶パネル１３９，１４０，１４１で構成される。高分子
分散液晶パネル１３６，１３７，１３８は、いずれも
（図１）に示したものと同一である。ＧＨ液晶パネル１
３３，１３４，１３５、高分子分散液晶パネル１３６，
１３７，１３８、ＧＨ液晶パネル１３９，１４０，１４
１は、それぞれ透明接着剤等を用いて結合されている。

【００６６】ＧＨ液晶パネル１３３，１３９には、ネマ
ティック液晶中に赤色帯域の光を吸収するアゾ系でポジ
型の２色性色素を溶かし込んだものが封入されている。
ＧＨ液晶パネル１３４，１４０にはネマティック液晶中
に緑色帯域の光を吸収するアゾ系でポジ型の２色性色素
を溶かし込んだものが封入されている。ＧＨ液晶パネル
１３５，１４１にはネマティック液晶中に青色帯域の光
を吸収するアゾ系でポジ型の２色性色素を溶かし込んだ
ものが封入されている。したがって、各ライトバルブ装
置１３０，１３１，１３２では、それぞれ赤色光、緑色
光、青色光の内部反射光が吸収される。

【００６７】光源１４２は（図９）のものと同一であ
り、光源１４２からの略平行光は、ダイクロイックミラ
ー１４３，１４４，１４５により構成された色分離光学
系に入射し、３つの３原色光に分離される。各原色光の
うち赤色成分光はフィールドレンズ１４６、緑色成分光
はフィールドレンズ１４７、青色成分光はフィールドレ
ンズ１４８を透過して、それぞれライトバルブ装置１３
０，１３１，１３２に入射する。ライトバルブ装置１３
０，１３１，１３２から出射する光は、それぞれ投写レ
ンズ１４９，１５０，１５１に入射し、スクリーン上に
拡大投射される。ライトバルブ装置１３０，１３２は、
投写レンズ１４９，１５１の光軸１５２，１５３からず
らして配置されており、各投写レンズ１４９，１５０，
１５１からの赤、緑、青の各投写画像はスクリーン上で
重ね合わせられる。各ライトバルブ装置１３０，１３
１，１３２では、作用の項にしたがい、内部反射光によ
る輝度の上昇が抑制されるため、高コントラストな投写
画像を得ることができる。

【００６８】なお、ライトバルブ装置１３０，１３１，
１３２の構成は、（図９）に示したような多くの変形が
考えられ、いずれの構成もコントラストの良好な画像を
得ることができる。ライトバルブ装置１３０，１３１，
１３２は、投写型表示装置の用途、制約条件などに応じ
て最適な構成を選択するとよい。

【００６９】本発明の第７の実施例の構成を（図１１）
に示す。１６０はライトバルブ装置、１６１は高分子分
散液晶パネル、１６２はＧＨ液晶パネル、１６３は光
源、１６４は投写レンズである。光源１６３は、（図
８）に示したものと同一である。

【００７０】本実施例は、上述してきた実施例の高分子
分散液晶パネルとは異なり、反射型の高分子分散液晶パ
ネル１６１を用いており、このパネル１６１と、ＧＨモ
ード液晶パネル１６２で構成されている。高分子分散液
晶パネル１６１は、２枚のガラス基板１６５，１６６と
シール部材１６７により密閉空間を形成し、内部に高分
子分散液晶１６８を封入したものである。（図１２）に
示すように、第１のガラス基板１６５の上にはマトリク
ス状にＴＦＴ１８０が形成され、その上には絶縁層１８
１を挟んでアルミニウムによる画素電極１８２が形成さ
れている。各画素電極１８２は各ＴＦＴ１８０のドレイ
ン電極１８３に接続されている。第２のガラス基板１６
６の上には、ＩＴＯ等の透明導電膜による共通電極１８
４が形成されている。

【００７１】ＧＨ液晶パネル１６２は、（図１）に示し
たものと同一であり、透明接着剤などにより高分子分散
液晶パネル１６１と光学的に結合されている。

【００７２】投写レンズ１６４は、ライトバルブ装置１
６０側の第１レンズ群１６９とスクリーン側の第２レン
ズ群１７０とで構成され、第１レンズ群１６９と第２レ
ンズ群１７０との間には平面ミラー１７１が配置されて
いる。高分子分散液晶パネル１６１の画面中心にある画
素から出射する散乱光は、第１レンズ群１６９を透過し
た後、約半分が平面ミラー１７１に入射し、残りが平面
ミラー１７１に入射せずに第２レンズ群１７０に入射す
る。平面ミラー１７１の反射面の法線は投写レンズ１６
４の光軸１７２に対して４５度傾いている。光源１６３
からの光は、平面ミラー１７１で反射されて第１レンズ
群１６９を透過し、ＧＨ液晶パネル１６２を透過して高
分子分散液晶パネル１６１に入射する。高分子分散液晶
パネル１６１からの反射光は、ＧＨ液晶パネル１６２、
第１レンズ群１６９、第２レンズ群１７０の順に透過し
てスクリーンに到達する。投写レンズ１６４の絞りの中
心から出て高分子分散液晶パネル１６１に向かう光線
は、高分子分散液晶層１６８に垂直に入射するように、
つまりテレセントリックとしている。

【００７３】ＧＨ液晶パネル１６２には、画素を形成す
る必要はない。また、（図５）に示すように１／２波長
板を介して２枚のＧＨ液晶パネルを用いた構成にしても
よい。さらに（図６）に示すように高分子分散液晶層か
らＧＨ液晶層までを１枚のガラス基板で構成してもよ
い。

【００７４】高分子分散液晶パネルを用いた投写型表示
装置において投写画像のコントラストを良好にするに
は、散乱特性を向上させる必要がある。その散乱特性を
向上させるには液晶層を厚くすればよいが、液晶層が厚
くなると透明状態となる電圧が高くなるので、駆動ＩＣ
の出力電圧を高くする必要がある。駆動ＩＣの出力電圧
が高くなると、駆動ＩＣ等の発熱量が非常に大きくなる
ため、液晶層の温度均一性を確保できなくなり、画質の
均一性が劣化するという問題を生じる。液晶パネルが反
射型の場合、光は液晶層を２回通過するので、液晶層の
厚さが同一の透過型液晶パネルの場合に比較して散乱特
性を向上させることができる。そのため投写画像のコン
トラストは、反射型の方が透過型に比べて有利である。
つまり、駆動ＩＣの出力を低くして、コントラストの良
好な投写画像を得ることができる。しかも（図１１）に
示した構成の場合には、高分子分散液晶パネル１６１の
投写レンズ１６４側のみにＧＨ液晶パネル１６２を結合
すれば十分なコントラスト向上の効果が得られるので、
ライトバルブ装置１６０の構成が容易になるだけでな
く、部品数の削減により低コスト化も図れる。

【００７５】次に、本発明のライトバルブ装置をビュー
ファインダ装置に応用した実施例について説明する。
（図１３）はその構成を示したものであり、１９０はラ
イトバルブ装置、１９１は高分子分散液晶パネル、１９
２，１９３はＧＨ液晶パネル、１９４は接眼レンズ、１
９５はランプ、１９６は集光レンズである。

【００７６】ライトバルブ装置１９０は、高分子分散液
晶パネル１９１、ＧＨ液晶パネル１９２，１９３で構成
される。高分子分散液晶パネル１９１は、表示画面寸法
が０．７インチであり、２枚のガラス基板１９７，１９
８とシール部材１９９により密閉空間を形成し、内部に
高分子分散液晶２００を封入したものである。高分子分
散液晶パネル１９１の入射側および出射側には、透明接
着剤等を用いてＧＨ液晶パネル１９２，１９３を光学的
に結合し、ＧＨ液晶パネル１９３の出射側には接眼レン
ズ１９４を配置している。観察者が眼を接眼レンズ１９
４に近接させて覗き込むと、高分子分散液晶パネル１９
１上の光学像に対応する虚像が明視距離の位置に形成さ
れるようにしている。

【００７７】ランプ１９５は、直径が７ｍｍ，長さが２
０ｍｍの直流点灯の蛍光管である。ランプ１９５から拡
がって出射する光は、ピンホール２０１と集光レンズ１
９６により指向性の狭い光に変換され、ＧＨ液晶パネル
１９２を透過して高分子分散液晶層２００に入射する。
このときＧＨ液晶パネル１９２，１９３によって、前述
の作用にしたがい、コントラストの低下が抑制さる。そ
の結果、接眼レンズ１９４を通してコントラストの良好
な画像が得られる。以上の構成要素はすべて１つの匡体
に収納されている。ランプ１９５としてＬＥＤ、ハロゲ
ンランプ、陰極線管など、発光体が小さく高輝度の光源
を用いるとよい。なお、ライトバルブ装置１９０の構成
は、（図９）に示したような多くの変形が考えられ、い
ずれの構成もコントラストの良好な画像を得ることがで
きる。

【００７８】本発明のビューファインダ装置は、液晶パ
ネルに偏光板を用いないので光利用効率が高く、そのた
めビデオカメラに装着している場合には、ＴＮ液晶パネ
ルを用いる場合に比較して、１回の電池充電における連
続使用時間が長くなる。

【００７９】本発明のライトバルブ装置を表示装置に応
用した実施例の構成を（図１４）に示す。２１０はライ
トバルブ装置、２１１は高分子分散液晶パネル、２１
２，２１３はＧＨ液晶パネル、２１４はランプ、２１５
はフレネルレンズである。

【００８０】ライトバルブ装置２１０は、高分子分散液
晶パネル２１１、ＧＨ液晶パネル２１２，２１３で構成
されている。高分子分散液晶パネル２１１は、有効表示
領域の対角長が１０インチであり、２枚の透明基板２１
６，２１７の間に高分子分散液晶を狭持したものであ
り、各透明基板２１６，２１７の液晶層側の面にはマト
リクス状に透明電極が設けられている。透明電極に映像
信号に応じた電圧を印加することにより、高分子分散液
晶層には光散乱状態の変化として光学像が形成される。
高分子分散液晶パネル２１１の入射側と出射側には、そ
れぞれＧＨ液晶パネル２１２，２１３が透明接着剤等に
より結合されている。ランプ２１４は直径２０ｍｍ，長
さ４０ｍｍの直流点灯の蛍光管であり、ランプ２１４か
らの出射光は平面ミラー２１８で反射された後、フレネ
ルレンズ２１５により指向性の狭い光に変換されて、ラ
イトバルブ装置２１０に入射する。２枚のＧＨ液晶パネ
ル２１２，２１３により、高分子分散液晶層からの再出
射光を抑制できるので、コントラストの良好な画像を得
ることができる。視野角範囲が限定されるが、所定の方
向から見ると明る高コントラストな画像を観察すること
ができ、店頭用ディスプレイとして用いることができ
る。

【００８１】以上の実施例において、高分子分散液晶パ
ネルのかわりに、相変化液晶を用いた熱書き込み液晶パ
ネル、散乱状態の変化を用いる強誘電性液晶パネルなど
の液晶パネルや、ＰＬＺＴなど、光散乱状態の変化とし
て光学像を形成するものであれば用いることができる。

【００８２】なお、本発明のライトバルブ装置の技術的
思想は、光書き込み型空間変調器にも応用展開できる。
前記変調器の光入射面もしくは出射面に２色性色素を有
する層を配置すればよい。したがって、本発明の秘術的
範囲はこれらを含む。空間変調器の一例としては、特願
平２−９３５１９号公報、特願平３−２０８０１５号公
報、特願平２−２８７１２０号公報等が該当する。

【００８３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、散乱状態
の変化として光学像を形成するライトバルブ装置におい
て、ＧＨ液晶パネルを用いることにより、ライトバルブ
の内部反射光による輝度の上昇を抑制し、明るくコント
ラストの良好な画像を表示するライトバルブ装置を提供
することができる。また、このライトバルブ装置を用い
ることにより、小型、軽量かつ明るく高コントラストの
画像を提供できる表示装置を提供することができ、非常
に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例にお
ける構成を示す断面図

【図２】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する説
明図

【図３】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する説
明図

【図４】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する説
明図

【図５】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例にお
ける構成を示す断面図

【図６】本発明のライトバルブ装置の第３の実施例にお
ける構成を示す断面図

【図７】本発明のライトバルブ装置の種々の構成を示す
構成図

【図８】本発明の投写型表示装置の第４の実施例におけ
る構成図

【図９】本発明の投写型表示装置の第５の実施例におけ
る構成図

【図１０】本発明の投写型表示装置の第６の実施例にお
ける構成図

【図１１】本発明の投写型表示装置の第７の実施例にお
ける構成図

【図１２】（図１１）に示した高分子分散液晶パネルの
主要部拡大図

【図１３】本発明のビューファインダ装置の構成を示す
構成図

【図１４】本発明の表示装置の構成を示す構成図

【図１５】高分子分散液晶パネルの作用を説明するため
の説明図

【図１６】従来の投写型表示装置の構成を示す構成図

【符号の説明】１４，５１，７１，８２，１０３，１０４，１０５，１
３６，１３７，１３８，１６１，１９１，２１１高分
子分散液晶パネル１９，５２，５３，７２，８３，８４，１０６，１０
７，１０８，１３３，１３４，１３５，１３９，１４
０，１４１，１６２，１９２，１９３，２１２，２１３
ＧＨ液晶パネル１５，５４，５５，５６透明体５７，７３，８５１／２波長板８１，１００，１０１，１０２，１３０，１３１，１３
２，１６０，１９０，２１０ライトバルブ装置８６，１０９，１４２，１６３光源８７，１１９，１４９，１５０，１５１，１６４投写
レンズ８８スクリーン１１０，１１１，１１６，１１７，１４３，１４４，１
４５ダイクロイックミラー１１２，１１８，２１７平面ミラー１９４接眼レンズ１９５，２１４ランプ１９６集光レンズ２１５フレネルレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光散乱状態の変化として光学像を形成する
光変調手段と、光変調手段の入射面と出射面のうち少な
くとも一方に２色性色素を含有する層が配置されている
ことを特徴とするライトバルブ装置。
【請求項２】光散乱状態の変化として光学像を形成する
光変調手段と、２色性色素を含有する層を有する第１お
よび第２のパネルと、光の偏光軸を略９０度回転させる
偏光変換手段とを備え、前記第１のパネルと前記第２の
パネル間に前記偏光変換手段が配置され、前記パネルと
前記偏光変換手段とが光学的に結合され、かつ前記第１
または第２のパネルが前記光変調手段の入射面と出射面
のうち少なくとも一方と光学的に結合されていることを
特徴とするライトバルブ装置。
【請求項３】光散乱状態の変化として光学像を形成する
光変調層を透明電極基板と反射電極基板間に狭持した光
変調手段と、前記光変調手段の透明電極基板への光入射
面に２色性色素を含有する層が配置されていることを特
徴とするライトバルブ装置。
【請求項４】光散乱状態の変化として光学像を形成する
光変調層を透明電極基板と反射電極基板間に狭持した光
変調手段と、２色性色素を含有する層を有する第１およ
び第２のパネルと、光の偏光軸を略９０度回転させる偏
光変換手段とを備え、前記第１のパネルと前記第２のパ
ネル間に前記偏光変換手段が配置され、前記パネルと前
記偏光変換手段とが光学的に結合され、かつ前記第１ま
たは第２のパネルと前記光変調手段の透明電極基板への
入射面とが光学的に結合されていることを特徴とするラ
イトバルブ装置。
【請求項５】光変調手段は、高分子分散液晶パネルであ
る請求項１から請求項４記載のいずれかに記載のライト
バルブ装置。
【請求項６】２色性色素を含有する層は、ゲストホスト
液晶である請求項１から請求項４記載のいずれかに記載
のライトバルブ装置。
【請求項７】光源と、前記光源からの出射光が入射し光
散乱状態の変化として光学像を形成する請求項１から請
求項４のいずれかに記載のライトバルブ装置と、前記光
学像をスクリーン上に投写する投写レンズを具備するこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項８】光源と、前記光源からの白色光を赤、緑、
青の３原色の光路に分離する色分離手段と、前記色分離
手段からの出射光が入射し光散乱状態の変化として光学
像を形成する３原色の光路にそれぞれ配置された請求項
１から請求項４のいずれかに記載の第１、第２および第
３のライトバルブ装置と、前記各ライトバルブ装置から
の出射光を１つの光路に合成する色合成手段と、前記色
合成手段で合成された光をスクリーン上に投写する投写
レンズを具備することを特徴とする表示装置。
【請求項９】光源と、前記光源からの白色光を赤、緑、
青の３原色の光路に分離する色分離手段と、前記色分離
手段からの出射光が入射し光散乱状態の変化として光学
像を形成する３原色の光路にそれぞれ配置された請求項
１から請求項４のいずれかに記載の第１、第２および第
３のライトバルブ装置と、前記各ライトバルブ装置から
の出射光をスクリーン上に投写する第１、第２および第
３の投写レンズを備え、前記３つのライトバルブ装置の
うち少なくとも２つのライトバルブ装置は、その画面中
心が対応する投写レンズの光軸からずらして配置される
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】光源と、前記光源からの出射光が入射し
光散乱状態の変化として光学像を形成する請求項１から
請求項４のいずれかに記載のライトバルブ装置と、その
光学像の虚像をつくる拡大レンズとを具備することを特
徴とする表示装置。