JPH09120067A

JPH09120067A - 光源装置及びその応用装置

Info

Publication number: JPH09120067A
Application number: JP7277855A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Oi; 好晴大井
Original assignee: AG Technology Co Ltd
Current assignee: AG Technology Co Ltd
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率、高出力、高指向性の光束を得る。【解決手段】楕円鏡１２の第１焦点に光源１１を、第２
焦点に第１の絞り１７と錐体状プリズム１４とを配置
し、第１の絞り１７を通過した光を収束し出射する集光
レンズを設け、楕円鏡１２と対向して小型の球面鏡１０
を配置し、楕円鏡１２の第１焦点での光軸の垂直面と楕
円鏡面との交線である円Ａの直径Ｄ_A が球面鏡１０との
交線である円Ｂの直径Ｄ_B より大きい光源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高効率の光源装置
の構造に関する。そしてそれを応用した各種の光学装
置、なかでも透過散乱型表示素子を用いた投射型表示装
置及びそれを用いた照明装置について具体的に開示す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２と図１３に特開平７−１３４２９
５に記載された発明を従来例１として示す。この発明
は、光源からの光の収束性を改善して光の有効利用を図
った投射型表示素子である。

【０００３】図１２は、光源装置を構成する光源１１、
楕円鏡１２、プリズム１４そして第１の絞り１７の配置
を示す模式図である。図１３はその１つの応用例で、光
源装置に、第１の集光用レンズ１３Ａ、透過散乱型表示
素子１５、第２の絞り１８、第２の集光用レンズ１３
Ｂ、そして投射用レンズ１９とが組み合わされて投射表
示装置５００が構成された。

【０００４】この投射型表示素子においてプリズム１４
は、ほぼ楕円鏡１２の第２の焦点位置に配置されてい
た。また、このプリズムは光軸上に対して回転対称形状
を有するほぼ円錐体である。光源１１から発した光は、
楕円鏡で反射収束せしめられて、プリズムに入射され、
プリズムの入射面及び出射面で屈折せしめられて出射さ
れるものであった。

【０００５】この発明では、光源から発射された光を楕
円鏡を用いて集光した光束は光軸方位の配光分布の光が
不足するが、プリズムにより屈折して配光分布が均一化
されるとともに光束密度が向上するため、光源からの集
光効率が高く、明るい表示が可能であった。

【０００６】また、楕円鏡の第２の焦点の位置近傍に第
１の絞り１７を設けたことで、光源からの発散光を除去
できた。つまり、光源が理想的点光源でなく有限の発光
長（フィラメントの長さ等）を有するために、楕円鏡の
第２の焦点近傍に到達できずに集光レンズ１３Ａに進行
する光、及び楕円鏡を反射せずかつ第２の焦点位置を通
過せずに透過散乱型表示素子１５に向かう光を除去で
き、投射画像の明暗のコントラスト比を向上できた。

【０００７】次に、特開平７−５４１９に記載された内
容を従来例２として示す。この発明は光源からの光の収
束性をさらに改善して光の有効利用を図る。図１４に示
すように楕円鏡１２ａの光出射側に楕円鏡の第１焦点と
曲率中心をほぼ一致させて球面鏡１２ｂを配置した構成
としている。ここで用いられる球面鏡はその曲率半径Ｒ
が楕円鏡の第１焦点距離ｆ₁ に比べて十分大きく、球面
鏡の開口部の直径は楕円鏡の光出射側の開口部直径に比
べて大きく楕円鏡開口部を覆うように配置されている。

【０００８】また、これらの従来例では白色光源と二種
二枚の平板ダイクロイックミラーを用いた色分離合成系
とＲＧＢの各波長毎に三板の透過散乱型液晶表示素子を
反射型構成で用い、小型で光利用効率及び投射像のコン
トラスト比を向上した投射型カラー表示装置について記
載されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、上記の従
来例ではまだ得られなかった小型、高効率、高輝度の光
源装置を得ようとする。そして、他の光学系と組み合わ
せた投射型表示装置などにおける光学性能を改良しよう
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明ではまず高輝度か
つ指向性の揃った光束を発生せしめる光源装置を提供す
る。球面鏡と楕円鏡とを組み合わせて小型かつ軽量かつ
安価な光源装置を構成する。さらに、透過散乱型の表示
素子を組み合わせて高性能の投射型表示装置及び照明装
置を構成する。基本的には相対的に大きな楕円鏡と小さ
な球面鏡とを対向するように組み合わせ、楕円鏡面の中
に球面鏡を設ける。

【００１１】具体的には、本発明は、楕円鏡１２の第１
焦点と球面鏡１０の曲率中心とがほぼ一致し、その位置
近傍に光源１１が配置され、楕円鏡１２の第２焦点の位
置近傍に第１の開口絞り１７が配置され、第１の絞り１
７を通過した光を収束せしめる集光レンズ１３が設けら
れ、集光レンズ１３を通過した光が出射される光源装置
であって、楕円鏡１２の反射面と球面鏡１０の反射面と
が光軸に沿って向き合い、楕円鏡１２の反射面が球面鏡
１０の反射面より大きい光源装置を提供する。これを第
１の発明と呼ぶ。反射面の相対的な大きさとはそれぞれ
光軸に垂直な面に光軸に沿って投影した場合のその有効
面積を指す。言い換えると、光軸垂直面における楕円鏡
体の切断面である。

【００１２】また、第１の発明において、楕円鏡１２の
第１焦点における光軸の垂直面と楕円鏡面との交線であ
る円Ａの直径Ｄ_A が球面鏡１０との交線である円Ｂの直
径Ｄ_B に比べて大きい光源装置を提供する。これを第２
の発明と呼ぶ。

【００１３】また、第１又は２の発明において、楕円鏡
１２の第１焦点距離ｆ₁ と球面鏡１０の曲率半径Ｒとが
ｆ₁ ＞Ｒの関係を満たす光源装置を提供する。これを第
３の発明と呼ぶ。

【００１４】また、第１、２又は３の発明において、光
軸上における楕円鏡１２の反射面の深さＨは第１焦点距
離ｆ₁ 及び焦点距離ｆ₂ に対して、ｆ₁ ≦Ｈ≦（ｆ₁ ＋
ｆ₂）／２の関係を満たし、光軸上における球面鏡１
０の反射面の深さｈは曲率半径Ｒに対して、Ｒ／２≦ｈ
≦Ｒの関係を満たす光源装置を提供する。これを第４の
発明と呼ぶ。

【００１５】また、第１、２又は４の発明において、楕
円鏡１２の第２焦点近傍に錐体状プリズム１４が設けら
れ、錐体状プリズム及び第１の絞り１７を通過した光が
集光レンズ１３により収束される光源装置を提供する。
これを第５の発明と呼ぶ。

【００１６】また、第５の発明において、錐体状プリズ
ム１４は、光の入射面又は出射面の頂角αが９０°〜１
７５°である凸錐体状プリズム又は頂角βが１８５°〜
２７０°の凹錐体状プリズムである光源装置を提供す
る。これを第６の発明と呼ぶ。

【００１７】また、第１〜６のいずれかの発明の光源装
置から出射された光が入射される透過散乱型表示素子１
５及び、この透過散乱型表示素子１５を通過した光をス
クリーン等に投射せしめる投射光学系とを備える投射型
表示装置を提供する。これを第７の発明と呼ぶ。

【００１８】また、第７の発明の投射型表示装置におい
て、投射光学系に第２の集光レンズ１６と、この第２の
集光レンズ１６のほぼ焦点位置に開口部を有する第２の
絞り１８を配置することを特徴とする投射型表示装置を
提供する。これを第８の発明と呼ぶ。

【００１９】また、第７又は８の発明において、透過散
乱型表示素子１５は、電極付き基板間に正の誘電異方性
のネマチック液晶が樹脂マトリックス中に分散保持され
た液晶樹脂複合体を有し、かつ樹脂マトリックスの屈折
率が用いられる液晶の常光屈折率（ｎ₀ ）と一致せしめ
られた透過散乱型表示素子１５である投射型表示装置を
提供する。これを第９の発明と呼ぶ。

【００２０】また、第７、８又は９の発明の投射型表示
装置を用いる照明装置を提供する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１を参照して説明する。基本的
な配置構成は、上述した従来例とほぼ同様である。しか
し、本発明では楕円鏡と球面鏡とを構成要素とする光源
装置の配置関係に最も特徴がある。そして、均一な配光
分布を持った強力な光束を得る点に特徴がある。

【００２２】本発明の光源装置は、光源１１と楕円鏡１
２と球面鏡１０と第１の開口絞りと図示を省略した集光
レンズとからなり、楕円鏡１２の形状は第１焦点距離ｆ
₁ 、第２焦点距離ｆ₂ 、深さＨによって規定され、球面
鏡１０の形状は曲率半径Ｒ及び深さｈによって規定され
る。

【００２３】楕円鏡１２の第１焦点と球面鏡１０の曲率
中心とがほぼ一致し、その位置近傍に光源１１が配置さ
れ、楕円鏡１２の第２焦点の位置近傍に第１の絞り１７
がそれぞれ配置され、楕円鏡１２と球面鏡１０の反射面
が光軸に沿って向き合い、楕円鏡１２の第１焦点におけ
る光軸の垂直面と楕円鏡面との交線である円Ａの直径Ｄ
_A が球面鏡１０との交線である円Ｂの直径Ｄ_B に比べて
大きい。

【００２４】楕円鏡１２の第１焦点距離ｆ₁ と球面鏡１
０の曲率半径Ｒとの大小関係は、ｆ₁ ＞Ｒであることが
好ましい。また、光軸上における楕円鏡１２の反射面の
深さＨは第１焦点距離ｆ₁ 及び焦点距離ｆ₂ に対して、
ｆ₁ ≦Ｈ≦（ｆ₁ ＋ｆ₂ ）／２の関係を満たし、光軸
上における球面鏡１０の反射面の深さｈは曲率半径Ｒに
対して、Ｒ／２≦ｈ≦Ｒの関係を満たすことが好まし
い。

【００２５】また、楕円鏡１２の第２焦点近傍に錐体状
プリズム１４が設けられ、プリズム及び第１の絞り１７
を通過した光が集光レンズ１３により収束されることが
好ましい。また、錐体状プリズム１４は、光の入射面又
は出射面の頂角αが９０〜１７５°である凸錐体状プリ
ズム又は頂角βが１８５〜２７０°の凹錐体状プリズム
であることが好ましい。

【００２６】球面鏡１０は耐熱性ガラスを半球形状に成
形し、その内表面にアルミニウム等の可視光反射率の高
い金属膜あるいは光屈折率誘電体ＴｉＯ₂ と低屈折率誘
電体ＳｉＯ₂ を交互に積層し可視光を反射し赤外光を透
過するコールドミラーをコーティングして得られる。ま
た、金属板を半球形状に成形加工し、その内表面に可視
光反射率の高い金属膜をコーティングしてもよい。この
場合、表面の面精度はガラスの場合に比べ劣るが、耐熱
性に優れ安価である。

【００２７】また、光源の発光部を形成するガラスバル
ブ全体を球形のガラスバルブで覆い二重管構造とし、そ
の球形のガラスバルブの一部に反射膜を成膜してもよ
い。このような二重管構成とすることにより発光部の温
度が安定し特性安定・長寿命化に有利である。

【００２８】

【作用】本発明では、光源１１からの放出光のうち球面
鏡１０によって反射された光を光源の発光部側に戻しさ
らに楕円鏡１２によって反射せしめて楕円鏡の第２焦点
へと集光するため、結果的に配光分布角度が狭まり光束
密度が大きく向上する。

【００２９】さらに、楕円鏡の第２焦点位置に配置され
た錐体状プリズム１４で屈折後出射した光の光束密度も
向上し、光利用効率が上昇する。このような作用は、図
１４に示した楕円鏡１２と大型球面鏡２０とを組み合わ
せた複合鏡において既に確認されているが、従来の球面
鏡２０はその外径が楕円鏡１２の外径よりも大きかっ
た。本発明の小型の球面鏡１０を用いた構成とすること
により、光源装置の容積の小型化が達成され、コストダ
ウン及び軽量化に効果的である。

【００３０】さらに、楕円鏡１２の第２の焦点位置に、
凸型又は凹型の錐体状プリズム１４を配置している。そ
して、これらの錐体状プリズムの前後に、錐体状プリズ
ムの有効面以外に到達した光が集光レンズ１３に届かな
いように、錐体状プリズムの有効面に対応した開口を有
する第１の絞り１７を設置することが好ましい。

【００３１】実際には、錐体状プリズム１４を保持する
ホルダーが、絞りの機能を果たすことになる。円形や、
正方形や、楕円形や、長方形などのように、透過散乱型
表示素子１５の光学的形状に合った開口部を有する絞り
１７が望ましい。

【００３２】これにより、有限長の光源１１と球面鏡１
０及び楕円鏡１２から進行し、第２焦点位置近傍に集光
されない光成分を除去し、光束を揃えることができ、透
過散乱型表示素子１５が散乱状態のときスクリーンに到
達する不要な光を減少させ、コントラスト比を向上させ
ることができる。

【００３３】特に、透過散乱型表示素子１５とスクリー
ンとの間に、散乱光を除去する手段、具体的には第２の
絞り１８を設けておくとこの効果は大きい。そして、球
面鏡１０と楕円鏡１２の複合鏡を用いた場合に生じる第
２焦点位置での光軸のなす角度の小さな光成分の不足に
起因した透過散乱型表示素子１５の面内光強度分布の不
均一性が、光源及び複合鏡の形状に応じて頂角αが９０
〜１７５°の凸錐体状プリズム又は頂角βが１８５〜２
７０°の凹錐体状プリズムを使用することにより、大き
く改善され均一化される。

【００３４】光の使用効率及び投射スクリーン上での輝
度分布の点で、頂角αは１００〜１４０°、頂角βは２
２０〜２６０°の範囲がより好ましい。

【００３５】さらに、凸錐体状プリズム又は凹錐体状プ
リズムと第１の絞り１７を通過した光のみが透過散乱型
表示素子１５に入射するため光束の指向性がよく揃うこ
とになる。そして、透過散乱型表示素子１５を通過した
透過光から高い効率で散乱光を除去でき、高コントラス
ト比の投射画像が得られる。

【００３６】また、楕円鏡１２の第２の焦点位置近傍に
設置された第１の絞り１７と散乱光を除去する手段とし
て設置された第２の絞り１８との開口度を可変とし、例
えば、周囲が暗い際には、周囲からの光によるスクリー
ンへの影響は少なく、投射型表示装置による暗い点も判
別できるので、２つの絞りを絞りこんで通過光量は減っ
ても、コントラスト比は高くなるように調整することも
でき、コントラスト比が高く見やすい明るさの表示画像
が得られる。

【００３７】また、逆に周囲が明るい際には、周囲から
の光がスクリーンに写り込むため、投射型表示装置によ
る投射像の暗部が、ある程度明るく見えてしまうため、
この際には２つの絞りを開けて、投射光量を上げ、スク
リーンを明るくすることにより、コントラスト比を高く
でき、より見やすくできる。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）図２に、本発明の第１の実施例である投射
型表示装置１００を示す。本実施例で用いられた、球面
鏡１０、楕円鏡１２、プリズム１４、集光レンズ１３の
仕様を以下に記す。

【００３９】球面鏡１０は直径２２ｍｍ長さ１０ｍｍの
円筒形パイレックスガラス（岩城硝子社商品名）の片
面から曲率半径Ｒ＝９ｍｍの半球形状を深さｈ＝８ｍｍ
となるように加工し、さらにランプの電極を通すため中
心に直径８ｍｍの穴を形成した。さらに、内面の球面に
ＳｉＯ膜を保護膜としたアルミニウムミラーを成膜し
た。

【００４０】楕円鏡１２は第１焦点距離ｆ₁ ＝２２ｍ
ｍ、第２焦点距離ｆ₂ ＝１０５ｍｍ、深さＨ＝２７ｍｍ
の形状に加工されてパイレックスガラスの内面にコール
ドミラーが形成された。

【００４１】ここで、楕円鏡の第１焦点と球面鏡の曲率
中心を一致させ、楕円鏡と球面鏡の反射面が光軸に沿っ
て向き合うように配置したとき、楕円鏡の第１焦点にお
ける光軸の垂直面と楕円鏡面との交線である円Ａの直径
Ｄ_A は約７３ｍｍ、球面鏡との交線である円Ｂの直径Ｄ
_B は約１８ｍｍとした。

【００４２】プリズム１４は、ＢＫ７ガラスを頂角１１
４°、直径３０ｍｍ、高さ１２ｍｍの円錐体形状で、光
入射面及び出射面に反射防止膜が形成された。集光レン
ズは平凸形状のＢＫ７であり、その焦点距離ｆ_A ＝２０
０ｍｍのレンズ（図面中の符号１３Ａ）を表示素子入射
側に用い、焦点距離ｆ_B ＝３５０ｍｍのレンズ（図面中
の符号１３Ｂ）を表示素子出射側に用いた。

【００４３】楕円鏡１２の第２焦点位置に錐体状プリズ
ム１４と第１の絞り１７を設置し、上記の各光学部品を
図２のように配置した。第１の絞りはその開口直径Ｄ_A
が可変となる虹彩絞りとした。また、表示素子透過光が
レンズ１３Ｂによって集光され、第１の絞り１７の開口
部の像が結像される位置に第２の絞り１８をその開口部
が第１の絞り１７の開口部の像と一致するように設置し
た。この第２の絞りの開口部を透過した光が投射レンズ
１９を通してスクリーン上に投射される。第２の絞り１
８は投射レンズ１９と分離して配置してもよいが投射レ
ンズの瞳位置に配置されることが好ましい。

【００４４】第１の絞り１７の開口部直径をａ、第２の
絞り１８の開口部直径をｂとすると、表示素子入射光の
分散角Φと投射光の指向性を示す集光角δは次式で規定
される。

【００４５】

【数１】ｔａｎΦ＝ａ／ｆ_A ……式（１）ｔａｎδ＝ｂ／ｆ_B ……式（２）

【００４６】ここで、Φ＝δとなるように第１の開口絞
りと第２の開口絞りの開口径ａ、ｂを同時に調整した。

【００４７】光源１１としては、放電発光型のメタルハ
ライドランプを用いた。その消費電力は１５０Ｗでアー
ク発光電極長が３ｍｍのＤＣ放電ランプである。表示素
子１５は表示部形状が４８ｍｍ×６４ｍｍで対角長が
３. １５サイズ（インチ）とした。実験では、表示素子
を配置する代わりに開口部が表示部と同じマスクを配置
して測定した。

【００４８】このような構成で、焦点距離１８０ｍｍの
投射レンズ１９を用い倍率１の等倍投射像を光拡散透過
スクリーンに結像し、その投射光量をＣＣＤカメラで画
像計測した。測定はΦ＝δを４〜７°に変化させ、その
都度投射光量が最大となるようランプの発光点を移動し
て行った。

【００４９】また、比較のため球面鏡を用いない楕円鏡
１２のみの場合（比較例１）及び図９のように大型の球
面鏡２０を組み合わせて用いた場合（比較例２）につい
ても同様にして測定した。

【００５０】その結果を図３に示す。これより、本発明
の球面鏡を用いることにより従来の楕円鏡のみを用いた
場合に比べ、特にΦ＝δ＝４〜５°において大幅な投射
光量の増加が達成された。また、従来の楕円鏡と大型の
球面鏡を組み合わせた場合と比較しても投射光量の増加
が確認され、小型の球面鏡を用いて小型・軽量・低コス
トで同等以上の効果が得られた。

【００５１】透過散乱型表示素子を用いた投射型表示装
置の場合、入射光及び投射光の指向性が高い、すなわち
Φ＝δが小さな値ほど表示素子の散乱表示部によって生
成される散乱光が有効に排除されスクリーン上に投射さ
れないため、高いコントラスト比が得られる。したがっ
て、本実施例の測定結果から、投射光量が従来と同じに
なるように入射光及び投射光の指向性を向上し（すなわ
ちΦ＝δを小さな値とし）投射像のコントラスト比を向
上できたことにもなる。

【００５２】本実施例では光源として放電発光型のメタ
ルハライドランプを用いたが、それ以外に、キセノンラ
ンプや無電極マイクロ波放電ランプ及びフィラメント発
光型のハロゲンランプ等もよい。

【００５３】特に、例えば SID 92 DIGEST,p.460, D.A.
MacLennan et al.( Fusion SystemCorp.)に記載されて
いる無電極マイクロ波放電ランプを用いた場合、１００
００時間のランプ長寿命が実現できるが、本発明の集光
鏡構成との組み合わせが適している。すなわち、無電極
マイクロ波放電ランプは図４に示すような球形のガラス
管球に放電元素ガスを封入し外部からマイクロ波を印加
するため、図示されるようにガラス管球の半球面に非金
属のミラーを直接形成すればよい。

【００５４】また、本実施例では光軸に沿って楕円鏡と
向かい合う側に球面鏡を配置しているが、図５に示すよ
うにランプの発光部を両側から覆いいずれの曲率中心も
発光部内にあるように２種の球面鏡を配置し、出射光は
球面鏡の球面部のない狭い部分から出射されるように
し、その出射光を楕円鏡で第２焦点位置に集光すること
により、さらに光束密度が向上し集光効率の増加が期待
できる。

【００５５】この場合、図５に示すように２種の分離し
た球面鏡をランプに装着してもよいが、図６のようにラ
ンプを二重管構造として外周の球面ガラス管球の表面に
反射層を形成してもよい。ランプを二重管構造とするこ
とにより、発光部の温度が均一化され特性安定・寿命改
善に繋がる。

【００５６】本発明に用いる透過散乱型の表示素子は、
電圧の印加状態により、透過状態と散乱状態とをとりう
る平面型の表示素子であれば使用できる。具体的には、
ＤＳＭ（動的散乱モード）の液晶表示素子、液晶が樹脂
マトリックス中に分散保持され、その液晶の屈折率と樹
脂マトリックスの屈折率との一致／不一致により透過散
乱を制御する液晶／樹脂複合体を用いた液晶表示素子、
微細な針状粒子を溶液に分散さておき、電圧の印加状態
により透過散乱を制御する素子等がある。

【００５７】なかでも、液晶／樹脂複合体を用いた液晶
表示素子は光学的な透過−散乱性能がよく、従来のＴＮ
型液晶表示素子と類似の製造プロセスで製造でき、同じ
駆動用ＩＣを用いて駆動可能なため、使用しやすい。

【００５８】液晶／樹脂複合体を用いた液晶表示素子の
電気光学機能層として用いられる液晶／樹脂複合体は、
樹脂相と液晶相とが空間内に複雑に形成される。例え
ば、細かな孔が多数形成された樹脂マトリックスの孔の
部分に充填された液晶とからなり、電圧の印加状態によ
り、液晶の屈折率と樹脂マトリックスの屈折率が一致し
た時に光が透過し、一致しない時に散乱される。

【００５９】より好ましくは、誘電異方性が正のネマチ
ック液晶を用い樹脂マトリックスの屈折率が使用する液
晶の常光屈折率（ｎ_o ）とほぼ一致するようにされるこ
とにより、電圧を印加した時に高い透過性を示すこと、
及び、電極のない画素間の部分が散乱状態になっている
（スクリーンに投射した際に黒くなる）ため、画素間に
遮光膜を設けなくても投射画像のコントラスト比が高く
なるので好ましい。

【００６０】液晶／樹脂複合体は、マイクロカプセルの
ような液泡内に液晶が封じ込められたような構造であっ
てもよく、個々のマイクロカプセルが完全に独立してい
なくてもよく、多孔質体のように個々の液晶の液泡が細
隙を介して連通していてもよい。良好な電気光学的性能
を得るには液晶相が完全に連通し、網目状に形成された
樹脂相に囲まれて液晶ドメインが構成されることが好ま
しい。

【００６１】この液晶／樹脂複合体は、液晶と樹脂マト
リックスを構成する材料とを混ぜ合わせて溶液状又はラ
テックス状にしておいて、これを光硬化、熱硬化、溶媒
除去による硬化、反応硬化等させて樹脂マトリックスを
分離し、樹脂マトリックス中に液晶が分散した状態をと
るようにして形成できる。

【００６２】特に、使用する樹脂として、光硬化又は熱
硬化タイプにすることにより、密閉系内で硬化できるた
め好ましく、とりわけ、光硬化タイプの樹脂が、熱によ
る影響を受けなく、短時間で硬化させることができ好ま
しい。

【００６３】より具体的には、光硬化ビニル系樹脂の使
用が好ましく、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、特
に、光照射によって重合硬化するアクリルオリゴマーを
含有するものが好ましい。

【００６４】具体的な製法としては、従来の通常のＴＮ
型液晶表示素子と同様にシール材を用いてセルを形成
し、注入口から未硬化の液晶と、樹脂マトリックスとの
混合物を注入し、注入口を封止して後に、光照射をする
か加熱して硬化させることもできる。

【００６５】また、電極付基板上に液晶と樹脂マトリッ
クスとの未硬化混合物を供給し、その後、もう一枚の電
極付基板を重ねて、光照射等により硬化させることもで
きる。この未硬化混合物に、基板間隙制御用のセラミッ
ク粒子、プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサ
ー、顔料、色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪
影響を与えない添加剤を添加してもよい。

【００６６】このような素子の場合、この硬化工程の際
に特定の部分のみに十分高い電圧を印加した状態で硬化
させることにより、その部分を常に光透過状態にするこ
とができるので、固定表示したいものがある場合には、
そのような常透過部分を形成してもよい。

【００６７】このような液晶／樹脂複合体を使用した液
晶表示素子の応答時間は、電圧印加の立ち上りが３〜５
０ｍｓｅｃ程度、電圧除去の立ち下がり１０〜８０ｍｓ
ｅｃ程度であり、従来のＴＮ型液晶表示素子よりも速
く、その電圧−透過率の電気光学特性も階調表示のため
の駆動に好適である。液晶樹脂複合体中の動作可能な液
晶の体積分率ξは、無電界時の散乱性の点からξ＞２０
％が好ましく、ξ＞３５％がより好ましい。一方ξがあ
まり大きくなると、液晶／樹脂複合体の構造安定性が悪
くなるため、ξ＜８０％が好ましい。

【００６８】このような液晶／樹脂複合体を電極付基板
で挟持して用いる。この液晶／樹脂複合体を用いた液晶
表示素子は、マルチプレックス駆動特性はよくないの
で、画素数の多い液晶表示素子とする場合には、各画素
に能動素子を配置する。

【００６９】もちろん、外の透過散乱型表示素子の場合
にも、必要に応じて能動素子を配置する。この能動素子
としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の３端子素子を使
用する場合、他方の電極付基板は全画素共通のベタ電極
を設ければよいが、ＭＩＭ素子、ＰＩＮダイオード等の
２端子素子を用いる場合には、他方の電極付基板はスト
ライプ状のパターニングをされる。

【００７０】また、能動素子として、ＴＦＴを用いる場
合には、半導体材料としてはシリコンが好適である。特
に多結晶シリコンは、非結晶シリコンに比べて感光性が
少ないため好ましい。

【００７１】また、電極は通常は透明電極とされるが、
反射型の液晶表示素子として使用する場合には、アルミ
ニウム、銀等の反射電極としてもよい。投射型表示装置
は、通常は前述のように透過散乱型表示素子を透過型と
して使用し、別置したスクリーンに投射するようにされ
る。この場合、前面投射型（観察者が投射型表示装置側
に位置して見る）であっても、背面投射型（観察者が投
射型表示装置と反対側に位置して見る）であってもよ
い。

【００７２】また、反射電極を用いた又は素子の裏側に
反射層を設けた反射型の液晶表示素子を用い、出射光を
入射側に導き出して投射する反射型の投射型表示装置と
することもできる。この透過散乱型表示素子を全面ベタ
電極の透過散乱型表示素子としたり、簡単な電極パター
ニングをした透過散乱型表示素子として、さらに投射型
表示装置として、又はこれを照明装置として使用でき
る。

【００７３】例えば、図１の装置自体をそのような構成
とし、壁、天井等に埋め込んで配置しておくことによ
り、高速で色を変化させずに調光できる。また、図１又
は図５の装置自体をそのような構成とし、壁、天井等に
埋め込んで配置しておくことにより、高速で色を変化さ
せずに調光したり、又は、色を変化させつつ調光したり
できる。

【００７４】また、本実施例では、１個の透過散乱型表
示素子１５としているが、各色毎に複数個の透過散乱型
表示素子１５を用いフルカラー表示を行うこともでき
る。

【００７５】また、１個の透過散乱型表示素子１５の画
素毎にＲＧＢのモザイク・カラーフィルタを形成し、各
色画素にＲＧＢの画像信号を印加してカラー画像として
もよい。複数の透過散乱型の表示素子を各色毎に設けた
場合には、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリ
ズム等で合成してから投射するように構成してもよい
し、個々に投射してスクリーン上で合成されるようにし
てもよいが、合成してから投射する方が光軸が一本にな
るので、小型で携帯を必要とする用途においては有利で
ある。

【００７６】（実施例２）ＲＧＢ各色毎に３個の透過散
乱型の表示素子（図中の１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ）を用
いた場合の投射型表示装置２００の例を図８に示す。

【００７７】なお、実施例１及び実施例２では表示素子
の前後に集光レンズ１３Ａと１３Ｂ（１３ＢＢ、１３Ｂ
Ｇ、１３ＢＲ）を分離して配置したが、表示素子の光入
射側のみ又は表示素子の光出射側のみでもよい。また、
散乱光除去形として機能する第２の絞り１８も投射レン
ズの前側・後ろ側でもよく投射レンズ内部でもよい。

【００７８】（実施例３）透過散乱型表示素子の片側の
画素電極を反射電極とした反射型の液晶表示素子２５を
１個用いる場合の投写型表示装置３００の例を図８に示
す。図８は平面図、図９は側面図である。この場合、入
射光は表示素子の反射電極面の垂線に対して４〜１０°
程度傾けて入射させ、第２の開口絞り１８を通過する正
規反射光を投射レンズによりスクリーンへ投射する。

【００７９】反射型表示素子とすることにより透過型に
比べ透過散乱液晶材料層を往復するため、同じ駆動電圧
で散乱能が飛躍的に向上する。その結果、投射像のコン
トラスト比が向上する。

【００８０】また、投射型表示装置の小型化に繋がる。
特に、３個の透過散乱型表示素子（図中の３５Ｂ、３５
Ｇ、３５Ｒ）をＲＧＢ各色毎に設けた投射型カラー表示
装置４００の場合の例を図１０に平面図、図１１に側面
図を示す。このような構成とすることによりダイクロイ
ックミラー４１、４２を色分離系及び色合成系として共
用できるため、図７の透過型の投射型表示装置２００に
比べ小型化しやすい。

【００８１】

【発明の効果】本発明によって、超小型軽量であって
も、高出力、高効率、高指向性、高均一性の光束を発生
せしめうるようになった。そして、その応用例として投
射型表示装置に組み込むことで高コントラスト、高輝度
の投射画像が得られるようになった。本発明は、このほ
か、本発明の効果を損しない範囲内で種々応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光源装置の第１の構成例を示すブロッ
ク図。

【図２】本発明の投射型表示装置の第１の構成例を示す
ブロック図。

【図３】実施例１における本発明と従来技術の投射型表
示装置の測定結果を示す特性図。

【図４】本発明の光源装置の第２の構成例を示すブロッ
ク図。

【図５】本発明の光源装置の第３の構成例を示すブロッ
ク図。

【図６】本発明の光源装置の第４の構成例を示すブロッ
ク図。

【図７】本発明の投射型表示装置の第２の構成例を示す
ブロック図。

【図８】本発明の投射型表示装置の第３の構成例の平面
図。

【図９】本発明の投射型表示装置の第３の構成例の側面
図。

【図１０】本発明の投射型表示装置の第４の構成例の平
面図。

【図１１】本発明の投射型表示装置の第４の構成例の側
面図。

【図１２】従来例の光源装置の第１の構成例を示すブロ
ック図。

【図１３】従来例の投射型表示装置の第１の構成例を示
すブロック図。

【図１４】従来例の光源装置の第２の構成例を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１０：球面鏡１１：光源１２：楕円鏡１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｇ、１３Ｒ、１３ＢＢ、１
３ＢＧ、１３ＢＲ：集光レンズ１４、１４ａ、１４ｂ：錐体状プリズム１５、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ、２５、３５Ｂ、３５
Ｇ、３５Ｒ：透過散乱型表示素子１７：第１の開口絞り１８：第２の開口絞り１９：投射用レンズ４１、４２、４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂ：ダイク
ロイックミラーＭ１、Ｍ２：ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】楕円鏡（１２）の第１焦点と球面鏡（１
０）の曲率中心とがほぼ一致し、その位置近傍に光源
（１１）が配置され、楕円鏡（１２）の第２焦点の位置
近傍に第１の開口絞り（１７）が配置され、第１の絞り
（１７）を通過した光を収束せしめる集光レンズ（１
３）が設けられ、集光レンズ（１３）を通過した光が出
射される光源装置であって、楕円鏡（１２）の反射面と球面鏡（１０）の反射面とが
光軸に沿って向き合い、楕円鏡（１２）の反射面が球面
鏡（１０）の反射面より大きい光源装置。
【請求項２】楕円鏡（１２）の第１焦点における光軸の
垂直面と楕円鏡面との交線である円Ａの直径Ｄ_A が球面
鏡（１０）との交線である円Ｂの直径Ｄ_B に比べて大き
い請求項１の光源装置。
【請求項３】楕円鏡（１２）の第１焦点距離ｆ₁ と球面
鏡（１０）の曲率半径Ｒとがｆ₁ ＞Ｒの関係を満たす請
求項１又は２の光源装置。
【請求項４】光軸上における楕円鏡（１２）の反射面の
深さＨは第１焦点距離ｆ₁ 及び焦点距離ｆ₂ に対して、
ｆ₁ ≦Ｈ≦（ｆ₁ ＋ｆ₂ ）／２の関係を満たし、光軸
上における球面鏡（１０）の反射面の深さｈは曲率半径
Ｒに対して、Ｒ／２≦ｈ≦Ｒの関係を満たす請求項１、
２又は３の光源装置。
【請求項５】楕円鏡（１２）の第２焦点近傍に錐体状プ
リズム（１４）が設けられ、錐体状プリズム及び第１の
絞り（１７）を通過した光が集光レンズ（１３）により
収束される請求項１、２、３又は４の光源装置。
【請求項６】錐体状プリズム（１４）は、光の入射面又
は出射面の頂角αが９０〜１７５°である凸錐体状プリ
ズム又は頂角βが１８５〜２７０°の凹錐体状プリズム
である請求項５の光源装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項の光源装置か
ら出射された光が入射される透過散乱型表示素子（１
５）及び、この透過散乱型表示素子（１５）を通過した
光をスクリーン等に投射せしめる投射光学系とを備える
投射型表示装置。
【請求項８】請求項７の投射型表示装置において、投射
光学系に第２の集光レンズ（１６）と、この第２の集光
レンズ（１６）のほぼ焦点位置に開口部を有する第２の
絞り（１８）を配置することを特徴とする投射型表示装
置。
【請求項９】請求項６、７又は８の投射型表示装置を用
いる照明装置。