JPH10177219A

JPH10177219A - 液晶パネル照明装置および液晶投写型表示装置

Info

Publication number: JPH10177219A
Application number: JP8336778A
Authority: JP
Inventors: Hideki Omae; 秀樹大前
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光の利用効率を高くしようとすると、コント
ラストが低下する。【解決手段】液晶パネル１６と、ランプ１１からの光
を集光する楕円面鏡１２と、楕円面鏡１２と液晶パネル
１６との間に配置された第１、第２、第３のレンズ１
３、１４、１５と、液晶パネル１６が形成する光学像を
投写する投写レンズ１７とを備え、第１、第２、第３の
レンズ１３、１４、１５の焦点距離をそれぞれｆ1、ｆ
2、ｆ3 とし、第１のレンズ１３を楕円面鏡１２の第２
焦点に配し、第２のレンズ１４を第１のレンズ１３から
ｆ1 の距離に配し、第３のレンズ１５を第２のレンズ１
４からｆ3の距離に配し、更に、１／ｆ1＋１／ｆ3＝１
／ｆ2、の関係を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光散乱状態の変化
として光学像を形成する液晶パネルを用いた液晶パネル
照明装置及び、液晶パネルに表示された画像をスクリー
ン上に拡大投写する液晶投写型表示装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年ホームシアター、プレゼンテーショ
ンといった大画面表示がにわかに注目を集めてきてい
る。従来よりライトバルブを用いた投写装置は多くの方
式が提案されてきたが、最近では小型の液晶パネルの表
示画像を投写レンズなどにより拡大投影し、大画面の表
示画像を得る液晶投写装置が商品化されている。

【０００３】この液晶パネルは主に電気的にその光学特
性を変化させて表示を行うもので、その動作原理には多
くの種類がある。現在商品化されている液晶投写装置に
用いられているツイストネマチック（以降ＴＮと呼ぶ）
液晶パネルは、液晶の旋光性が電界により変化する現象
を利用したものである。ところがＴＮ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】一方、偏光板を用いずに光を制御する方法
として散乱現象を用いる方法がある。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、例えば相変
化（ＰＣ）、動的散乱（ＤＳＭ）、高分子分散液晶等が
あげられる。中でも近年明るさ向上への期待感から、特
公平３−５２８４３号公報等に示されるような高分子分
散液晶パネルが盛んに研究されている。

【０００５】この高分子分散液晶を用いて液晶パネルを
構成すると偏光板が不要であり、なおかつ配向処理も不
要であるという利点がある。ＴＮ液晶パネルでは偏光板
で損失した光はほとんどが偏光板に吸収されて熱に変換
される。熱は偏光板自身および輻射熱等により液晶パネ
ルを加熱する。したがって、偏光板およびパネル等は高
温状態となり、短期間で著しい性能劣化をひきおこす。
また、ＴＮ液晶パネルは配向膜を塗布し、ラビング処理
が必要である。ラビング処理等は工程数を増加させるば
かりか、静電気によりＴＦＴを破壊し歩留まり低下の原
因となり、製造コストの増大をひきおこす。また、近
年、液晶投写型テレビに用いる液晶パネルの画素数は３
０万画素以上と大容量となり、それにつれ画素サイズは
微細化の傾向にある。画素の微細化は信号線、ＴＦＴの
凹凸を多数形成することになり、その凹凸により良好に
ラビング処理を行なうことは困難に成りつつある。

【０００６】以下、簡単に高分子分散液晶について説明
する。高分子分散液晶は、液晶と高分子の分散状態によ
って大きく２つのタイプに分けられる。１つは、水滴状
の液晶が高分子中に分散しているタイプである。液晶
は、高分子中に不連続な状態で存在する。以後、このよ
うな液晶をＰＤＬＣと呼ぶ。もう１つは、液晶層に高分
子のネットワークを張り巡らせたような構造を採るタイ
プである。ちょうどスポンジに液晶を含ませたような格
好になる。液晶は、水滴状とならず連続に存在する。以
後、このような液晶をＰＮＬＣと呼ぶ。上記２種類の液
晶パネルで画像を表示するためには光の散乱・透過を制
御することにより行なう。本発明ではこの２つのタイプ
をまとめてＰＤＬＣとして説明する。

【０００７】また、従来の液晶投写型表示装置の光源と
してキセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲン
ランプ等の白色光源がよく用いられている。これらの光
源は発光面積が小さくて光利用効率が高く、高光出力な
ランプである。なかでもメタルハライドランプは発光効
率が高く、演色性も優れている。さらにはこれらのラン
プの出射光を集光するために球面鏡、楕円面鏡、放物面
鏡などの凹面鏡と組み合わせる方式が一般的である。な
かでも放物面鏡を用いる方式が多く、これは簡単に、効
率よく平行光束が得られるためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】光散乱状態の変化とし
て液晶パネル上に形成された光学像を輝度の変化に変換
するには、液晶パネルの出射光のうち一定の立体角の光
だけを取り出し、その立体角内に入る光量が光散乱状態
により変化することを利用する。一般的にはアパーチャ
を用いて指向性の中心方向に進む光を利用する方式が多
い。すなわち散乱性能が大きくなると液晶パネルから投
写レンズに入射する光量が低下する。このアパーチャ型
は構成は比較的簡単であり、明るい投写画像を得ること
ができるが、そのコントラスト比が良くないという問題
があった。コントラスト比を高める方法としては、投写
レンズの集光する立体角を小さくすることが考えられる
が、これは投写画像の明るさを低下させることになる。

【０００９】一方、液晶パネルを照明する照明光学系に
ついて考えると、ランプが理想的な点光源であれば凹面
鏡と組み合わすことで完全な平行光束が得られる。これ
を液晶パネルに入射すれば、投写レンズでは無限小のア
パーチャで全光束を取り込むことが可能となり、その時
のコントラストは無限大となり得る。ただし現実のラン
プはその発光部分にある大きさを有するために、有限の
大きさを持ったアパーチャが必要となる。

【００１０】前述のメタルハライドランプの場合も、電
極間のアーク放電による発光のためにアークにある有限
の大きさを持つ。例えばそのアークの形状を幅６．５ｍ
ｍ×太さ２．６ｍｍの円筒形と考えると、対角３インチ
の液晶パネルへ入射する光線の広がり角度は半角６．２
゜となる。この光線を全て取り込むためには投写レンズ
のＦナンバーが４．６となり、完全拡散状態を示す液晶
パネルでもそのコントラストは８６と低い。コントラス
トを高めるために投写レンズのＦナンバーを大きくすれ
ばよいが、今度は液晶パネルに入射する光線が取り込め
なくなり表示が暗くなる。さらにそればかりか照明光学
系で本来投写レンズで取り込めない不要な光線がパネル
に入射しているために、その光線が液晶パネルで散乱し
た光線までも投写レンズで拾い込んでしまい、黒表示の
際の照度が大きくなりコントラストが低下する。

【００１１】液晶パネルに入射する光線の広がり角度と
投写レンズの集光角度が一致する場合に最も光の利用効
率が高く、なおかつコントラストも高い。

【００１２】この条件を満足させるために照明光学系で
光の広がり角度を制御する必要がある。楕円面鏡と組み
合わせる方式においては光束が集光する楕円の第２焦点
位置で絞り等で光束を遮光する方法や、放物面鏡と組み
合わせる方式においては一旦レンズで集光させて同様に
絞り等で遮光する方法があげられるが、どちらも光の損
失が大きいという課題がある。

【００１３】本発明は、従来のこのような光散乱状態の
変化として光学像を形成する液晶パネルの光学系の課題
を考慮し、光の利用効率が高く、コントラストが高い液
晶パネル照明装置及び液晶投写型表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、集
光用の楕円面鏡と、その楕円面鏡の第１焦点位置近傍に
配置された光源と、その光源からの光を用いて散乱状態
の変化として光学像を形成する液晶パネルと、楕円面鏡
と液晶パネルとの間の光路上に設けられた第１のレンズ
及び第２のレンズ及び第３のレンズとを備え、第１のレ
ンズは楕円面鏡の第２焦点位置近傍に配置され、第２の
レンズは第１のレンズから液晶パネル側へ第１のレンズ
の焦点距離だけ離れた位置に配置され、第３のレンズは
第２のレンズから液晶パネル側へ第３のレンズの焦点距
離だけ離れた位置に配置されている液晶パネル照明装置
である。

【００１５】請求項２の本発明は、集光用の楕円面鏡
と、その楕円面鏡の第１焦点位置近傍に配置された光源
と、その光源からの光を用いて散乱状態の変化として光
学像を形成する液晶パネルと、楕円面鏡と液晶パネルと
の間の光路上に設けられた第１のレンズ及び第２のレン
ズ及び第３のレンズとを備え、楕円面鏡側から順に、第
１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズが配置されて
おり、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズの焦
点距離をそれぞれｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、次式（数
６）

【００１６】

【数６】

【００１７】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 の関係を満足する液晶パネル照明装置である。

【００１８】請求項６の本発明は、請求項１〜５のいず
れかに記載の液晶パネル照明装置と、その液晶パネル照
明装置の液晶パネルに形成された光学像を投影する投写
手段とを備えた液晶投写型表示装置である。

【００１９】以上の構成について、高分子分散液晶パネ
ルをライトバルブとして用いる投写型表示装置を例にあ
げて説明する。

【００２０】ランプから出射した光線は楕円面鏡により
第２焦点に集光し、２次光源像を作る。このときの第２
焦点位置での最大照射角度をθとする。第２焦点近傍に
置かれた第１のレンズの焦点距離をｆ1とし、さらに第
１のレンズからこの焦点距離ｆ1だけ離れた位置に置か
れた第２のレンズの焦点距離をｆ2とし、さらに第３の
レンズがその焦点距離ｆ3 だけ第２のレンズから離れた
位置に配置された状態で、次式（数７）を満足する場合
に、

【００２１】

【数７】

【００２２】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 液晶パネル位置での最大照射角度θpは、次式（数８）
となる。

【００２３】

【数８】

【００２４】θp＝ｆ1／ｆ3＊θ ランプの光を有効に利用するためには投写レンズの集光
角度もθpで取り込む必要がある。ところが高分子分散
液晶パネルの場合は投写レンズの集光角度でコントラス
トが決まる。集光角度が小さいほどコントラストは大き
くなる。コントラストＣＲとθpの関係は、次式（数
９）で表される。

【００２５】

【数９】

【００２６】ＣＲ＝０．７／（ｓｉｎ²θp＊Ｇ）Ｇはパネルの散乱特性を示す指標であり、だいたい６Ｖ
駆動でＧ＝２、１０Ｖ駆動でＧ＝１である。コントラス
トは少なくとも１００以上は必要であるので（数９）よ
りθpの範囲が導き出される。すなわち、次式（数１
０）となる。

【００２７】

【数１０】

【００２８】θp＝ｆ1／ｆ3＊θ＜４．８

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明にかかる第１の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図１に
おいて、１１は光源であるランプ、１２は楕円面鏡、１
３は第１のレンズ、１４は第２のレンズ、１５は第３の
レンズ、１６は高分子分散型の液晶パネル（以後、簡単
に液晶パネルと呼ぶ）、１７は投写手段としての投写レ
ンズ、１８はスクリーンである。

【００３０】ランプ１１としてハロゲンランプ、キセノ
ンランプ、メタルハライドランプ等があげられるが、本
実施の形態では高輝度、高寿命、低消費電力などの点か
ら総合的にみてメタルハライドランプを用いている。楕
円面鏡１２の第１焦点位置におかれたランプ１１からの
出射光は、楕円面鏡１２によって楕円面鏡の第２焦点に
集光する。楕円面鏡の第２焦点位置には第１のレンズ１
３が配置されている。より具体的には第１のレンズ１３
は焦点距離５０ｍｍの平凸レンズである。さらに第１の
レンズ１３から５０ｍｍ離れた位置には第２のレンズ１
４が配置されている。第２のレンズ１４は焦点距離４０
ｍｍの両凸レンズである。さらに第２のレンズ１４から
２００ｍｍ離れた位置に第３のレンズ１５が配置されて
いる。第３のレンズ１５は焦点距離２００ｍｍの平凸レ
ンズである。この３枚のレンズ１３、１４、１５はそれ
ぞれの焦点距離をｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、次式（数１
１）を満足する。

【００３１】

【数１１】

【００３２】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 楕円面鏡１２の第１焦点距離Ｆ1は１７ｍｍ、第２焦点
距離Ｆ2は２７２ｍｍである。離心率ｅは（Ｆ2−Ｆ1）
／（Ｆ2＋Ｆ1）より求められ、楕円面鏡１２の場合は
０．８８であり、第１焦点上に置かれたランプ１１の発
光部は（１＋ｅ）／（１−ｅ）倍に拡大され、光源像を
第２焦点上に作る。従って第２焦点上に配置された第１
のレンズ１３のレンズ有効径はこの光源像より大きくな
ければ光を有効に利用できない。またこの光源像はｆ3
／ｆ1倍に拡大されて第３のレンズ１５より出射するの
で、照明したい液晶パネル１６よりも大きな光束径にな
るようにｆ3／ｆ1を決める必要がある。

【００３３】液晶パネル１６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。液晶パネル１６
は電界無印加では散乱状態を示し、入射光線はランダム
な方向に出射される。一方液晶パネル１６に電界を印加
すると透明状態になり、光は直進する。投写レンズ１７
は各画素から出射する光線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、その立体角内に含まれる光量が変化するので、液
晶パネル１６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１７によりスクリーン１８上で照度の
変化に変換される。こうして液晶パネル１６に形成され
た光学像は投写レンズ１７によりスクリーン１８上に拡
大投影される。

【００３４】このとき液晶パネル１６へ入射する光線の
広がり角度と投写レンズ１７の集光角度とを略一致させ
る。まず液晶パネル１６へ入射する光線の広がり角度に
ついて考える。楕円面鏡１２より出射する光線が第２焦
点上で集光するその最大照射角度をθとすると、第３の
レンズ１５を通過したのちには光線の広がり角度がｆ1
／ｆ3倍となる。具体的な数値を使用して説明すると、
楕円面鏡１２の第２焦点上での最大照射角度θは１５．
７゜であり、第３のレンズ１５を通過した後にはｆ1／
ｆ3＝５０／２００＝０．２５倍となる。したがって液
晶パネル１６へ到達する際には照明光の広がり角度は
３．９゜となり、この角度で集光するには投写レンズ１
７のＦナンバが７．３となる。

【００３５】液晶パネル１６は図２にその断面図を示す
ように、２枚の透明なガラス基板２１、２２の間に高分
子分散液晶層２３を狭持している。ガラス基板２１、２
２の液晶層側には透明な電極としてそれぞれ対向電極２
５、画素電極２６が形成されている。画素電極２６はマ
トリクス状に形成され、各画素電極２６の近傍にはスイ
ッチング素子としてＴＦＴ２８が設けられている。各Ｔ
ＦＴ２８はソース信号線（図示せず）ならびにゲート信
号線（図示せず）に接続され、それぞれ信号供給回路な
らびに走査回路に接続されており、各画素に信号電圧が
供給される。高分子分散液晶２３は、充分な電界が印加
されると入射光を直進させ、電界が印加されない場合は
入射光を散乱させるので、各画素の液晶層は印加電圧に
よって光散乱状態を制御することができる。

【００３６】本発明の液晶パネルに用いる液晶材料とし
てはネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリッ
ク液晶が好ましく、単一もしくは２種類以上の液晶性化
合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であって
もよい。高分子マトリックス材料としては透明なポリマ
ーが好ましく、ポリマーとしては、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、光硬化性樹脂のいずれであっても良いが、製
造工程の容易さ、液晶相との分離等の点より紫外線硬化
タイプの樹脂を用いるのが好ましい。具体的な例として
紫外線硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に紫外線照
射によって重合硬化するアクリルモノマー、アクリルオ
リゴマーを含有するものが好ましい。

【００３７】このような高分子形成モノマーとしては、
２−エチルヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシエチ
ルアクリレート、ネオペンチルグリコールドアクリレー
ト、ヘキサンジオールジアクリート、ジエチレングリコ
ールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアク
リレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ト
リメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリス
リトールアクリレート等が挙げられる。

【００３８】オリゴマーもしくはプレポリマーとして
は、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレー
ト、ポリウレタンアクリレート等が挙げられる。

【００３９】また、重合を速やかに行なう為に重合開始
剤を用いても良く、この例として、２−ヒドロキシ−２
−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン（メルク社
製「ダロキュア１１７３」）、１−（４−イソプロピル
フェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１
−オン（メルク社製「ダロキュア１１１６」）、１−ヒ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー
社製「イルガキュア１８４」）、ベンジルメチルケター
ル（チバガイギー社製「イルガキュア６５１」）等が挙
げられる。その他に任意成分として連鎖移動剤、光増感
剤、染料、架橋剤等を適宜併用することができる。

【００４０】本実施の形態の液晶投写型表示装置ではＦ
ナンバが７．３と非常に大きいので、液晶パネル１６が
６Ｖ駆動でもそのコントラストは１００以上が得られ、
液晶パネル１６の散乱特性をあげた場合は、駆動電圧は
８Ｖと高くなるがコントラストは１５０以上が可能とな
ってくる。

【００４１】以上、図１に示す液晶投写型表示装置の構
成で楕円面鏡１２および第１〜３のレンズ１３，１４，
１５の各パラメータを変化させた場合の具体例を（表
１）にまとめた。実施例１にあげた楕円面鏡および各レ
ンズはそのうちの１例であり、（表１）に示す具体例も
代表的なものであり必ずしもこの値に限定されるもので
はない。

【００４２】

【表１】

【００４３】ここで、図２の各画素電極２６に対応する
対向電極２５上に、ＲＧＢの３原色を有するカラーフィ
ルタを具備することでカラー表示ができる液晶パネルと
なり、この液晶パネルを用いればカラー表示が可能な液
晶投写型表示装置となる。

【００４４】更に、投写レンズ１７を用いなければ液晶
パネル照明装置となり、この照明装置を応用すれば、図
１５に示すような液晶パネルを直接見る直視型表示装置
あるいは接眼レンズと組み合わせれば図１３に示すよう
なビューファインダ装置またはオーバーヘッドプロジェ
クタ装置等となりうる。（第２の実施の形態）図３は、本発明にかかる第２の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図３に
おいて、３１はランプ、３２は楕円面鏡、３３は第１の
レンズ、３４は第２のレンズ、３５は第３のレンズ、３
６は高分子分散型の液晶パネル、３７は投写レンズ、３
８はスクリーンである。これらは第１の実施の形態と同
様である。

【００４５】更に３９はフィールドレンズとしての第４
のレンズであり、第３のレンズ３５との合成で１つのレ
ンズ系としてみた場合の焦点距離がｆ3 となり、（数
１）を満たすように第１〜第４のレンズの焦点距離を選
定する。このように第１〜３のレンズはそれぞれすべて
２枚以上のレンズを合成して１枚のレンズとした場合も
含まれる。

【００４６】前述の第１の実施の形態と同様の動作を示
す部分については説明を省略する。（第３の実施の形態）図４は、本発明にかかる第３の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。基本的
な照明光学系は第２の実施の形態と同じである。本実施
の形態では、液晶パネル３６の入出射面にはそれぞれ透
明板４１、４２が透明接着剤などで結合されている。液
晶パネル３６の入射面に結合された透明板４１はさらに
フィールドレンズ３９とも同様に結合されている。フィ
ールドレンズ３９として平凸レンズを用い、平面がパネ
ル側にして配置され、透明接着剤で透明板４１と結合さ
れている。理想的には透明板４１、４２、透明接着剤、
および液晶パネル３６の入出射側基板の屈折率がほぼ同
じで光学的な界面が存在しない状態が好ましい。このよ
うに結合された状態をオプティカルカップリングと呼
ぶ。透明板４１、４２は厚さ１０ｍｍのガラス板であ
り、有効表示領域以外には黒色塗料が塗布され、出射面
の有効領域には反射防止膜が施されている。

【００４７】透明板４１、４２としてアクリル樹脂など
の透明樹脂を用いても良い。透明接着剤はエポキシ系透
明接着剤、紫外線照射によりゲル状に硬化する透明シリ
コーン樹脂あるいは接着剤でなくともエチレングリコー
ルなどの液体を用いても良い。ただし液晶パネル３６の
基板、あるいはフィールドレンズ３９と透明板４１、４
２との間に空気層を含まないように結合することが重要
で、もし空気層を含むとそこで画質異常を生じる。

【００４８】このような構成にすると、高分子分散液晶
層から空気に接する境界面までの厚さが厚くなるので、
液晶層から出射する散乱光が透明板４１、４２の出射面
で反射されて戻る光はそれぞれ透明板４１、４２の側面
で吸収されるので、液晶層に戻る光が減少する。すると
反射して戻る光が再び散乱するいわゆる２次散乱による
輝度上昇は、透明板がない場合と比較して小さくなる。
これにより表示画像のコントラストが向上する。またこ
の界面反射して戻る光がＴＦＴの半導体層に入り込んで
ホトコンダクタ現象を引き起こし、ＴＦＴのリーク電流
によって正常な表示が得られない問題についても、これ
によりコントラストの高い表示が得られる。

【００４９】一般に、液晶パネルへ入射した光は出射方
向に散乱（前方散乱）するとともに、入射方向へも散乱
する（後方散乱）。液晶パネルの散乱特性が低いと後方
散乱光の割合は小さいが、散乱特性が高くなるほどその
割合が大きくなる。液晶パネルが完全拡散状態を示すと
きには前方散乱と後方散乱の割合はほぼ１：１となる。
液晶パネルの散乱特性が高い場合に、本発明の実施の形
態１および２のように液晶パネルに近接してレンズを配
置すると、後方散乱した光がレンズ面で反射して再び液
晶パネルに戻り２次散乱またはＴＦＴのホトコンを起こ
す。ところが本実施の形態のようにすればこのような問
題が解決できる。

【００５０】なお、液晶パネル３６の入射側に結合され
た透明板４１を用いず、透明接着剤によってフィールド
レンズ３９を直接液晶パネル３６の入射側基板に光学的
に結合してもよい。または第１の実施の形態の構成で、
第３のレンズに透明板を結合してさらに液晶パネルの入
射側基板に結合する、あるいは第３のレンズを直接液晶
パネルの入射側基板に結合してもよい。（第４の実施の形態）図５は、本発明にかかる第４の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図５に
おいて、５１はランプ、５２は楕円面鏡、５３は第１の
レンズ、５４は第２のレンズ、５５は第３のレンズ、５
６は高分子分散型の液晶パネル、５７は投写レンズ、５
８はスクリーンである。

【００５１】また５９は絞りであり、本実施の形態では
第２のレンズ５４近傍に配置している。絞り５９はその
開口径の大きさによって照明光線の広がり角を制御す
る。さらに絞り５９は遮光板としても働き、楕円面鏡５
２で反射して第１のレンズ５３で取り込まれない光線、
あるいはランプ５１から直接出射する光線が液晶パネル
５６へ入射しないように遮断する。投写レンズ５７で取
り込まない光線を液晶パネル５６へ入射させると先にも
述べたように不要な散乱光を発生させ、コントラストを
落とすことになるが、本実施の形態のように絞り５９を
用いることによって防ぐことができる。絞り５９は第１
のレンズ５３近傍に配置してもよい。（第５の実施の形態）図６は、本発明にかかる第５の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図６に
おいて、６１はランプ、６２は楕円面鏡、６３は第１の
レンズ、６４は第２のレンズ、６５は第３のレンズ、６
６は高分子分散型の液晶パネル、６７は投写レンズであ
る。

【００５２】また６９は可変絞りであり、第２のレンズ
６４近傍に配置している。本実施の形態ではランプの発
光体の大きさが十分大きくて、なおかつ第１のレンズ６
３、第２のレンズ６４のレンズ径も光源像の大きさと比
べて十分大きいとしている。絞り６９はその開口径の大
きさをある程度自由に変えることが可能であり、照明光
線の広がり角を制御できる。更に、投写レンズ６７の瞳
近傍にも可変絞り６８が配置され、液晶パネル６６より
出射する光線の集光角を変えることが可能である。

【００５３】本実施の形態では照明系側の絞り６９と投
写レンズ側の絞り６８とは、連動しており制御回路６０
で開口径の大きさが制御され、同じＦナンバになるよう
に設定されている。これによって本発明の液晶投写型装
置はコントラスト優先モードと明るさ優先モードが１つ
の投写装置で切り換えが可能である。コントラスト優先
モードでは明るさを多少犠牲にしても照明系側の絞り６
９と投写レンズ側の絞り６８の開口を小さくして、Ｆナ
ンバが大きくなるように設定する。その際に絞り６９で
決定するＦナンバと、絞り６８で決定するＦナンバとが
一致するように両方の絞りの開口を小さくする必要があ
る。また反対に明るさ優先モードではコントラストを多
少犠牲にしても照明系側の絞り６９と投写レンズ側の絞
り６８の開口を大きくして、Ｆナンバが小さくなるよう
に設定する。その際に絞り６９で決定するＦナンバと、
絞り６８で決定するＦナンバとが一致するように両方の
絞りの開口を大きくする必要がある。（第６の実施の形態）図７は、本発明にかかる第６の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図７に
おいて、７１はランプ、７２は楕円面鏡、７３は第１の
レンズ、７４ａ、７４ｂは第２のレンズ、７５ａ、７５
ｂ、７５ｃは第３のレンズ、７６ａ、７６ｂ、７６ｃは
液晶パネル、７７ａ、７７ｂ、７７ｃは投写レンズ、７
８ａは青色光反射ダイクロイックミラー（以後、ＢＤＭ
と呼ぶ）、７８ｂは緑色光反射ダイクロイックミラー
（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、７８ｃは赤色光反射ダイクロ
イックミラー（以後、ＲＤＭと呼ぶ）である。これらＢ
ＤＭ７８ａ、ＧＤＭ７８ｂ、ＲＤＭ７８ｃが色分離手段
を構成している。

【００５４】液晶パネル７６ａ、７６ｂ、７６ｃは高分
子分散液晶パネルであり、いずれも図２に示したものと
構造は同一である。

【００５５】ランプ７１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。
楕円面鏡７２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。楕円面
鏡７２の第１焦点近傍に置かれたランプ７１からの放射
光に含まれる可視光は、楕円面鏡７２の反射面により反
射し、その反射光は楕円面鏡７２の第２焦点で集光する
ように出射する。

【００５６】また楕円面鏡７２の開口部近傍にはＵＶＩ
Ｒカットフィルタ７０が設けられており、これはガラス
基板の上に可視光を透過し、赤外光と紫外光を反射する
多層膜を蒸着したものである。

【００５７】ランプ７１から出射した白色光は、ＵＶＩ
Ｒカットフィルタ７０により赤外光と紫外光とが除去さ
れ、ＢＤＭ７８ａにより青色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が
反射される。ＢＤＭ７８ａを透過した光はＧＤＭ７８ｂ
により緑色光（以後、Ｇ光と呼ぶ）が反射され、そのＧ
ＤＭ７８ｂを透過した光はＲＤＭ７８ｃにより赤色光
（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され、３つの原色光に分解
される。各原色光はそれぞれ液晶パネル７６ａ、７６
ｂ、７６ｃに入射する。液晶パネル７６ａ、７６ｂ、７
６ｃ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、その光学像はそれぞれ投写レンズ
７７ａ、７７ｂ、７７ｃによりスクリーン（図示せず）
上に重ね合わせて拡大投写される。なお、最後のＲＤＭ
７８ｃは全反射ミラーに置き換えても良いことは言うま
でもない。

【００５８】この場合の本実施の形態の液晶投写型表示
装置の動作について詳しく説明する。尚、Ｒ光、Ｇ光、
Ｂ光のそれぞれの変調系についてはほぼ同一動作である
ので、Ｂ光の変調系を例にあげて説明する。

【００５９】まず、楕円面鏡７２の第２焦点に光源像を
形成し、同じ位置に置かれた第１のレンズ７３により第
１のレンズの焦点距離ｆ1 だけ離れた位置に集光する。
さらにその集光する位置に２つの第２のレンズ７４ａ及
び７４ｂを配置する。第１のレンズ７３から第２のレン
ズ７４ａへは、ＢＤＭ７４ａによりＢ光のみ反射されて
進行する。さらに第２のレンズ７４ａからｆ3a離れた位
置にその距離と同じ焦点距離ｆ3aを持つ第３のレンズ７
５ａを配置し、拡大したＢ光を液晶パネル７６ａへ入射
する。液晶パネル７６ａは画素電極に印加された信号に
より散乱と透過状態が制御され、このＢ光を制御する。
液晶パネル７６ａが透過状態では照明光線の広がり角度
と一致した集光角度を持つ投写レンズ７７ａに全て取り
込まれ、スクリーンに到達する。一方液晶パネル７６ａ
が散乱状態の時は入射した光線は散乱して投写レンズ７
７ａの集光角度内に入り込む光線のみスクリーンに到達
する。

【００６０】同様に、第１のレンズ７３から第２のレン
ズ７４ｂへは、ＢＤＭ７４ａを透過したＧ光及びＲ光が
進行し、その後ＧＤＭ７８ｂによりＧ光とＲ光に分離さ
れる。第２のレンズ７４ｂに対して、Ｇ光についてはｆ
3b離れた位置にその距離と同じ焦点距離ｆ3bを持つ第３
のレンズ７５ｂを配置し、Ｒ光についてはｆ3c離れた位
置にその距離と同じ焦点距離ｆ3cを持つ第３のレンズ７
５ｃを配置している。第３のレンズ７５ｂで拡大された
Ｇ光、及び第３のレンズ７５ｃで拡大されたＲ光は、そ
れぞれ液晶パネル７６ｂ及び７６ｃへ入射する。

【００６１】液晶パネル７６ｂはＧ光成分の光を変調
し、液晶パネル７６ｃはＲ光成分の光を変調してそれぞ
れ投写レンズ７７ｂ、７７ｃによりスクリーン上で重ね
合わせて投写される。このようにしてスクリーン上には
コントラストの良好なカラー画像が表示される。

【００６２】このようにすれば、第１のレンズ７３はＲ
ＧＢともに共通で、第２のレンズはＢ光には７４ａ、Ｒ
光とＧ光とは共通で７４ｂ、第３のレンズはＲＧＢにそ
れぞれ７５ａ、７５ｂ、７５ｃを配置すればよく、レン
ズ枚数を少なくできる。さらに第２のレンズおよび第３
のレンズはダイクロイックミラー７８ａ、７８ｂ、７８
ｃで構成される色分解光学系の光路中に配置すれば照明
光路長が長くても光学系全体をコンパクトにできる。

【００６３】このように３つの液晶パネル７６ａ、７６
ｂ、７６ｃをそれぞれ青用、緑用、赤用として用いるの
で、明るさと解像度の良好な投写画像が得られる。とこ
ろが高分子分散液晶の散乱特性は波長依存性を持ってお
り、特に長波長に対する散乱特性が劣っている。３つの
液晶パネル７６ａ、７６ｂ、７６ｃを同じ構成、すなわ
ち同じセル厚み、同じ液晶粒子径にすれば、散乱特性が
波長によって異なるので、青表示、緑表示、赤表示のコ
ントラストが各々異なる。

【００６４】この問題を解決するために本実施の形態で
は、ＲＧＢによって照明光の広がり角および投写レンズ
の集光角をそれぞれ変化させている。特に本実施の形態
に示すようなＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに投写レンズを有する
３板３投写レンズの場合は投写レンズの集光角をそれぞ
れに変えることは極めて容易である。しかもＲＧＢそれ
ぞれに照明光路長が異なる場合には波長の長いものほど
照明光路長を長くすれば倍率を大きく、すなわちＦナン
バーを大きくすることができる。つまり散乱特性の波長
依存性を光学系のＦナンバーで補正することで等コント
ラスト特性が得られる。

【００６５】具体的には、第１のレンズ７３から第２の
レンズ７４ａ、７４ｂまでの距離はともに５０ｍｍで、
それぞれ第２のレンズの焦点距離は７４ａが４０ｍｍ、
７４ｂが４４ｍｍである。さらに第２のレンズ７４ａか
ら第３のレンズ７５ａまでの距離が２００ｍｍ、第２の
レンズ７４ｂから第３のレンズ７５ｂまでの距離が３０
０ｍｍ、第２のレンズ７４ｂから第３のレンズ７５ｃま
での距離が４００ｍｍで、それぞれ第３のレンズの焦点
距離が７５ａは２００ｍｍ、７５ｂは３００ｍｍ、７５
ｃは４００ｍｍであり、ＲＧＢそれぞれの投写レンズ７
７ａ、７７ｂ、７７ｃのＦナンバーは７．３、９．１、
１１と各照明系のＦナンバーと略一致している。

【００６６】以上のように構成すれば、各波長にあった
Ｆナンバーを設定することで散乱特性の波長依存性の影
響を受けることなく、色純度の良い高コントラスト表示
が得られる。（第７の実施の形態）図８は、本発明にかかる第７の実
施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。図８に
おいて、８０はＵＶＩＲカットフィルタ、８１はラン
プ、８２は楕円面鏡、８３は第１のレンズ、８４ａ、８
４ｂは第２のレンズ、８５ａ、８５ｂ、８５ｃは第３の
レンズ、８６ａ、８６ｂ、８６ｃは液晶パネル、８７は
投写レンズ、８８ａ、８８ｂ、８８ｃは色分解用のダイ
クロイックミラー、８９ａ、８９ｂ、８９ｃは色合成用
のダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー
８８ａ、８８ｂ、８８ｃが色分離手段を構成し、ダイク
ロイックミラー８９ａ、８９ｂ、８９ｃが色合成手段を
構成している。

【００６７】液晶パネル８６ａ、８６ｂ、８６ｃは高分
子分散液晶パネルであり、いずれも図２に示したものと
同一である。また、ランプ８１および楕円面鏡８２は第
６の実施の形態で示したものと同一であるので説明を省
略する。

【００６８】ランプ８１からの光はダイクロイックミラ
ー８８ａ、８８ｂ、８８ｃ（８８ｃは平面ミラーでもよ
い）を組み合わせた色分解光学系に入射し、ＲＧＢ３つ
の原色光に分解される。各原色光は、それぞれ第３のレ
ンズ８５ａ、８５ｂ、８５ｃを透過して液晶パネル８６
ａ、８６ｂ、８６ｃに入射する。液晶パネル８６ａ、８
６ｂ、８６ｃから出射する光は、ダイクロイックミラー
８９ａ、８９ｂ、８９ｃ（８９ｃは平面ミラーでもよ
い）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８７に入射する。液晶パネル８６
ａ、８６ｂ、８６ｃ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８７によりスクリーン上に拡大投写される。

【００６９】この場合の本発明の液晶投写表示装置の動
作について詳しく説明する。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の
それぞれの変調系についてはほぼ同一動作であるので、
Ｂ光の変調系を例にあげて説明する。

【００７０】まず、楕円面鏡８２の第２焦点で光源像を
形成し、同じ位置に置かれた第１のレンズ８３により第
１のレンズ８３の焦点距離ｆ1 だけ離れた位置に集光す
る。さらにその集光する位置に２つの第２のレンズ８４
ａ及び８４ｂを配置する。第１のレンズ８３から第２の
レンズ８４ａへは、ＢＤＭ８８ａによりＢ光のみ反射さ
れて進行する。さらに第２のレンズ８４ａからｆ3a離れ
た位置にその距離と同じ焦点距離ｆ3aを持つ第３のレン
ズ８５ａを配置し、拡大したＢ光を液晶パネル８６ａへ
入射する。液晶パネル８６ａは画素電極に印加された信
号により散乱と透過状態が制御され、このＢ光を制御す
る。液晶パネル８６ａが透過状態では照明光線の広がり
角度と一致した集光角度を持つ投写レンズ８７に全て取
り込まれ、スクリーンに到達する。一方、液晶パネル８
６ａが散乱状態の時は入射した光線は散乱して投写レン
ズ８７の集光角度内に入り込む光線のみスクリーンに到
達する。

【００７１】同様に、第１のレンズ８３から第２のレン
ズ８４ｂへは、ＢＤＭ８８ａを透過したＧ光及びＲ光が
進行し、その後ＧＤＭ８８ｂによりＧ光とＲ光に分離さ
れる。第２のレンズ８４ｂに対して、Ｇ光についてはｆ
3b離れた位置にその距離と同じ焦点距離ｆ3bを持つ第３
のレンズ８５ｂを配置し、Ｒ光についてはｆ3c離れた位
置にその距離と同じ焦点距離ｆ3cを持つ第３のレンズ８
５ｃを配置している。第３のレンズ８５ｂで拡大された
Ｇ光、及び第３のレンズ８５ｃで拡大されたＲ光は、そ
れぞれ液晶パネル８６ｂ及び８６ｃへ入射する。各液晶
パネル８６ａ、８６ｂ、８６ｃから出射した各色光は、
ダイクロイックミラー８９ａ、８９ｂにより合成され、
投写レンズ８７でスクリーンに投写される。

【００７２】このようにすれば、第１のレンズ８３はＲ
ＧＢともに共通で、第２のレンズはＢ光には８４ａ、Ｇ
光とＲ光には共通で８４ｂ、第３のレンズはＲＧＢにそ
れぞれ８５ａ、８５ｂ、８５ｃを配置すればよく、レン
ズ枚数を少なくできる。第２のレンズおよび第３のレン
ズはダイクロイックミラー８８ａ、８８ｂ、８８ｃで構
成される色分解光学系の光路中に配置することができる
ので照明光路長が長くても光学系全体はコンパクトにで
きる。

【００７３】また、３つの液晶パネル８６ａ、８６ｂ、
８６ｃをそれぞれ青用、緑用、赤用として用いるので、
明るさと解像度の良好な投写画像が得られる。高分子分
散液晶の散乱特性は波長依存性を持っている。特に赤色
光に対する散乱特性が劣っている。３つの液晶パネル８
６ａ、８６ｂ、８６ｃのうち少なくとも１枚のパネルの
液晶層の厚みあるいは表示部の液晶粒子径のいずれかを
他のパネルと異なる構成にしてそれぞれの散乱特性を等
しくすることが好ましい。

【００７４】本発明で色分解あるいは色合成光学系に用
いたダイクロイックミラーは単に色フィルターであって
もよい。（第８の実施の形態）本発明の液晶投写型表示装置の第
８の実施の形態について説明する。構成は前述の図８と
同じであるが、投写レンズ８７が異なっている。投写レ
ンズ８７の瞳近傍に色フィルタからなる絞りが配置され
ている。また、本実施の形態では、ダイクロイックミラ
ー８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８９ａ、８９ｂ、８９ｃが
色分離合成手段を構成している。図９に本実施の形態の
色絞りを示す。

【００７５】高分子分散液晶の散乱特性は波長依存性を
持っており、特に長波長に対する散乱特性が劣ってい
る。図８において、３つの液晶パネル８６ａ、８６ｂ、
８６ｃを同じ構成、すなわち同じセル厚み、同じ液晶粒
子径にすれば、散乱特性が波長によって異なるので、青
表示、緑表示、赤表示のコントラストが各々異なる。こ
の問題を解決するために本実施の形態では、ＲＧＢによ
って投写レンズ８７の集光角をそれぞれ変えられるよう
にした。特に本実施の形態に示すようなＲ、Ｇ、Ｂを１
つにまとめて１本の投写レンズ８７で投写する３板１投
写レンズの場合は、投写レンズ８７の集光角をそれぞれ
に変えることは極めて困難である。そこで本実施の形態
の図９に示すように、投写レンズ８７の瞳近傍に色フィ
ルターからなる絞り９１を配置し、絞り自身に色選択性
を持たせたものである。

【００７６】具体的には、高分子分散液晶は長波長の光
線ほど散乱しにくいので、特にＲ光に対する散乱特性が
悪い。従ってＲ光についてだけ投写レンズ８７の集光角
を小さくしなければ他のＢやＧの光とコントラストが等
しくならない。そこで絞り９１の開口部がＲ光に対して
だけ小さくなるようにするために、開口部９２の周辺に
赤色だけ吸収するようなシアンフィルター９３を設け
た。シアンフィルター９３は赤色だけ反射するダイクロ
イックミラーであってもよい。このようにすれば、Ｒ光
についてはシアンフィルター９３を含まない開口部で規
定されるＦナンバーＦr でＲ光は取り込まれることにな
り、Ｂ光およびＧ光はシアンフィルター９３を含む開口
部で規定されるＦナンバーＦb+g で光が取り込まれ、Ｆ
b+g＜Ｆrとなり、ＲのＦナンバーだけ大きくすることが
できる。

【００７７】また、図１０に示すような色絞りを用いれ
ばＲＧＢそれぞれのＦナンバーが異なるようにできる。
図１０において、１０１は投写レンズ内に設けられた絞
りであり、絞り１０１の最外周にはＢ光のみ透過するよ
うなＢ透過フィルター１０２が設けられ、そのすぐ内側
にはＲのみ透過しないＢ＋Ｇ透過フィルター１０３が設
けられている。このようにすれば、ＲＧＢに対するそれ
ぞれのＦナンバー、Ｆr、Ｆg、ＦbはＦr＞Ｆg＞Ｆbとな
る。

【００７８】以上のようにすれば、１つの投写レンズで
色によってＦナンバーを変えることができる。もちろん
照明光学系においても第６の実施の形態のように、色に
よって光線の広がり角を変えて投写レンズのＦナンバー
と合わせれば最も効果が高いが、このような絞りを有す
る投写レンズは、照明光学系の構成に係わらず、例えば
従来の光学系でも用いることができる。（第９の実施の形態）図１１は、本発明にかかる第９の
実施の形態の液晶投写型表示装置の構成図である。これ
までに述べた実施の形態では、全て液晶パネルが透過型
の場合の構成を示したが、本実施の形態では、液晶パネ
ルが反射型の場合の投写装置の構成を示す。

【００７９】図１１において、１１１はランプ、１１２
は楕円面鏡であり、１１０はＵＶＩＲカットフィルタで
ある。また１１３は第１のレンズ、１１４は第２のレン
ズ、１１５ａ〜１１５ｃは第３のレンズである。１１８
ａはＧＤＭ、１１８ｂはＢＤＭである。なお、ＧＤＭ１
１８ａおよびＢＤＭ１１８ｂの配置は上記の順序に限定
されるものではない。１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃは
反射型の高分子分散液晶パネルである。１１７はレン
ズ、１１９はミラーである。尚、第２のレンズ１１４と
レンズ１１７で投写レンズ１２０を構成している。又、
ＧＤＭ１１８ａ及びＢＤＭ１１８ｂが色分離手段ととも
に色合成手段を構成している。

【００８０】以下、上記第９の実施の形態の動作につい
て説明する。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂ光のそれぞれの変調系に
ついては、ほぼ同一動作であるのでＢ光の変調系につい
て例をあげて説明する。

【００８１】まず、ランプ１１１から白色光が照射さ
れ、この白色光は楕円面鏡１１２で第２焦点に集光され
る。ほぼ第２焦点位置に配置された第１のレンズ１１３
を通り、ミラー１１９で反射して、第２のレンズ１１４
を通り、その後ダイクロイックミラー１１８ａ、１１８
ｂで色分解される。白色光のＢ光成分はＢＤＭ１１８ｂ
により反射され、第３のレンズ１１５ｂを通って液晶パ
ネル１１６ｂに入射する。液晶パネル１１６ｂは、図２
に示した対向電極２５かあるいは画素電極２６のうちど
ちらか一方がＡｌなどの反射電極で構成された反射型液
晶パネルである。画素電極２６に印加された信号により
入射した光の散乱状態を制御し、光を変調する。液晶パ
ネル１１６ｂが散乱状態で反射した光はミラー１１９の
配置された投写レンズ１２０の瞳で遮光され、逆に、透
過状態で反射した光は投写レンズ１２０の瞳を通過す
る。通過した光は投写レンズ１２０によりスクリーン
（図示なし）に拡大投影される。

【００８２】投写レンズ１２０は、第２のレンズ１１４
が一部を兼用してレンズ１１７とで構成されている。こ
れによりレンズ枚数の削減と照明光路長の短縮が可能と
なる。もちろん第１のレンズ１１３および第２のレンズ
１１４とをミラー１１９よりもランプ１１１側に配置し
て、投写レンズ１２０と第２のレンズ１１４とをそれぞ
れ独立させてもよい。さらに第３のレンズ１１５ａ〜１
１５ｃと液晶パネル１１６ａ〜１１６ｃとをそれぞれ光
学的に結合させたオプチカルカップリングを行う。これ
により不要な散乱光の戻り光を減らし、液晶パネルのコ
ントラストを向上させることが可能となる。

【００８３】同様にしてＲ、Ｇ光についても動作する
が、白色光を色分解するために設けたそれぞれ、ＧＤＭ
１１４ａ、ＢＤＭ１１４ｂが、液晶パネルで変調された
光を今度は色合成して１つの表示画像として、投写レン
ズ１２０により投影される。

【００８４】上記の反射型の高分子分散液晶パネルは図
１２に示すような断面図の構成がさらによい。図１２に
おいて、１２１は高分子分散液晶、１２２は第１のガラ
ス基板、１２３は第２のガラス基板、１２４はＴＦＴ、
１２５は絶縁層、１２６は画素電極、１２７はドレイン
電極、１２８は透明な共通電極である。第１のガラス基
板１２２の上にはマトリクス状にＴＦＴ１２４が形成さ
れ、その上には絶縁層１２５を挟んでアルミニウムなど
の反射率の高い金属膜からなる画素電極１２６が形成さ
れている。各画素電極１２６は各ＴＦＴ１２４のドレイ
ン電極１２７に接続されている。このような構成であれ
ば、ＴＦＴ１２４が画素電極１２６の下にあるために開
口率を非常に高くすることができ、明るい投写装置の製
作が可能となるとともに散乱光によるＴＦＴ１２４のホ
トコンを防止できる。（第１０の実施の形態）図１３は、本発明にかかる第１
０の実施の形態の液晶パネル照明装置の構成図である。
本実施の形態は、上記で述べた照明系を用いて液晶パネ
ルを照明し、液晶パネルに散乱状態の変化として形成さ
れた光学像を拡大レンズを用いて拡大するビューファイ
ンダに応用した例である。

【００８５】図１３において、光源部はランプ１３１及
び楕円面鏡１３２から構成されており、この光源部より
出射する光線は第１のレンズ１３３、第２のレンズ１３
４、第３のレンズ１３５により集光されて液晶パネル１
３６へ入射する。液晶パネル１３６の表示画像は拡大レ
ンズ１３７、１３８を用いて拡大される。観察者は接眼
リング１３９に目を密着させて液晶パネル１３６の表示
画像を見る。この場合も拡大レンズ１３７、１３８で集
光する角度と第１のレンズ１３３、第２のレンズ１３
４、第３のレンズ１３５によって液晶パネル１３６へ入
射する光の広がり角度とが一致することが望ましい。

【００８６】あるいは、この照明光学装置をもちいて、
液晶パネル１３６に散乱状態の変化として形成された光
学像をスクリーンに投影するオーバーヘッドプロジェク
ター（ＯＨＰ）に応用してもよい。

【００８７】また、液晶パネル１３６はそれぞれ画素ご
とにＲＧＢのカラーフィルターが形成された液晶パネル
を用いればカラー表示が得られる。

【００８８】更に図１４に示すような１枚の液晶パネル
１４６を用いてもカラー表示が可能な液晶投写型表示装
置が得られる。

【００８９】まず、ランプ１４１から白色光が照射さ
れ、この白色光は楕円面鏡１４２で第２焦点に集光され
る。ほぼ第２焦点位置に配置された第１のレンズ１４３
を通り、第２のレンズ１４４を通り、その後ダイクロイ
ックミラー１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃで色分解され
る。ＲＧＢに色分解された光線は第３のレンズ１４５を
通り、そのうち１色は液晶パネル１４６に対して垂直方
向に入射し、残りの２色は垂直方向に対してある角度だ
け傾いた方向にそれぞれ入射する。図１４ではＧ光が垂
直方向に入射しているが、これは色分解のダイクロイッ
クミラーの配置で決まるものであってＲＧＢの配置は任
意である。

【００９０】液晶パネル１４６の入射面にはマイクロレ
ンズアレイ１４９が配置され、液晶パネル１４６の３画
素に対して１つのマイクロレンズが対応するように配置
されている。従って、このマイクロレンズアレイ１４９
によってＲＧＢに光線がそれぞれ対応する３画素に入射
し、液晶パネル１４６によってＲＧＢが変調されて投写
レンズ１４７によってスクリーンへ拡大投写される。こ
のようにすれば１枚の液晶パネルでカラーの投写表示が
得られる。

【００９１】液晶パネル１４６は高分子分散液晶パネル
であり、第１のレンズ１４３、第２のレンズ１４４、第
３のレンズ１４５の焦点距離は本発明における関係を満
足するものである。

【００９２】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液晶パネルを用いた投写装
置において、第１、２、３のレンズの焦点距離をそれぞ
れｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、上記の（数１）の関係を満
足するするような３枚以上のレンズを用いた照明光学装
置を用いることにより、照明光線の広がり角度を小さく
できるのでコントラストを高めることができる。

【００９３】また第１のレンズあるいは第２のレンズに
絞りを設けることにより、照明光線の広がり角度をより
小さくすることができる。しかもこの絞りの開口径を可
変にしておき、さらに投写レンズにも可変の絞りを設
け、この両方を連動させることで投写画像を明るさ重視
か又はコントラスト重視かを、見る環境に応じて連続的
に切り換えることができる。

【００９４】また第３のレンズと液晶パネルとを光学的
に結合（オプチカルカップリング）させることで不要な
散乱光の戻り光の影響を減らし、コントラストを高める
ことができる。

【００９５】また光源からの光をＲＧＢに色分離し、そ
れぞれの色に対して複数の液晶パネルで光を変調するよ
うな液晶投写型装置においては、第２のレンズ又は第３
のレンズを色分解光学系中に配置することによりレンズ
枚数の削減ならびに照明光路長を短縮することができ
る。さらにはＲ光のみ、またはＲＧＢ光それぞれで照明
光の広がり角度を変えて液晶パネルの波長依存性を補正
して等コントラスト特性を得ることができる。

【００９６】また本発明の色絞りを用いれば、ＲＧＢを
色合成して１本の投写レンズで投写する場合において
も、投写レンズでの集光角度をＲＧＢ毎に変えることが
可能となり、液晶パネルの波長依存性を補正して等コン
トラスト特性を得ることができる。

【００９７】なお、上記実施の形態では、液晶パネルと
して高分子分散液晶パネルを用いたが、これに限らず、
光の散乱状態の変化として光学像を形成するものであれ
ばよく、例えばＰＬＺＴなどでもよい。

【００９８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、液晶パネル照明装置あるいは液晶投写型表示装
置の光の利用効率を高く、コントラストを高くすること
ができるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図２】本発明の液晶投写型表示装置に用いる高分子分
散液晶パネルの断面図である。

【図３】本発明にかかる第２の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図４】本発明にかかる第３の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図５】本発明にかかる第４の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図６】本発明にかかる第５の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図７】本発明にかかる第６の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図８】本発明にかかる第７の実施の形態の液晶投写型
表示装置の構成図である。

【図９】本発明にかかる第８の実施の形態の液晶投写型
表示装置に用いる色絞りの一例を示す平面図である。

【図１０】同第８の実施の形態における液晶投写型表示
装置に用いる色絞りの他の例を示す平面図である。

【図１１】本発明にかかる第９の実施の形態の液晶投写
型表示装置の構成図である。

【図１２】同第９の実施の形態における液晶投写型表示
装置に用いる反射型液晶パネルの断面図である。

【図１３】本発明にかかる第１０の実施の形態の液晶パ
ネル照明装置の構成図である。

【図１４】本発明における１枚の液晶パネルでカラー表
示可能な液晶パネル照明装置の構成図である。

【図１５】本発明における直視型液晶パネル表示装置の
構成図である。

【符号の説明】

１１、７１ランプ１２、７２楕円面鏡１３、７３第１のレンズ１４、７４第２のレンズ１５、７５第３のレンズ１６、７６液晶パネル１７、７７投写レンズ２３高分子分散液晶６８、６９可変絞り９１、１０１絞り９３、１０２、１０３色フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集光用の楕円面鏡と、その楕円面鏡の第
１焦点位置近傍に配置された光源と、その光源からの光
を用いて散乱状態の変化として光学像を形成する液晶パ
ネルと、前記楕円面鏡と前記液晶パネルとの間の光路上
に設けられた第１のレンズ及び第２のレンズ及び第３の
レンズとを備え、前記第１のレンズは前記楕円面鏡の第
２焦点位置近傍に配置され、前記第２のレンズは前記第
１のレンズから前記液晶パネル側へ前記第１のレンズの
焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記第３のレンズ
は前記第２のレンズから前記液晶パネル側へ前記第３の
レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置されていること
を特徴とする液晶パネル照明装置。
【請求項２】集光用の楕円面鏡と、その楕円面鏡の第
１焦点位置近傍に配置された光源と、その光源からの光
を用いて散乱状態の変化として光学像を形成する液晶パ
ネルと、前記楕円面鏡と前記液晶パネルとの間の光路上
に設けられた第１のレンズ及び第２のレンズ及び第３の
レンズとを備え、前記楕円面鏡側から順に、前記第１の
レンズ、第２のレンズ、第３のレンズが配置されてお
り、前記第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズの
焦点距離をそれぞれｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、次式（数
１）【数１】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 の関係を満足することを特徴とする液晶パネル照明装
置。
【請求項３】第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレ
ンズの焦点距離をそれぞれｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、次
式（数２）【数２】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の液晶
パネル照明装置。
【請求項４】第１のレンズ、第３のレンズの焦点距離
をそれぞれｆ1、ｆ3とし、前記楕円面鏡の第２焦点位置
での最大照射角度をθとすると、次式（数３）【数３】ｆ1／ｆ3＊θ＜４．８゜の関係を満足することを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の液晶パネル照明装置。
【請求項５】第１のレンズ、または前記第２のレンズ
の位置近傍にレンズを通過する光を調節するための絞り
を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の液晶パネル照明装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の前記液
晶パネル照明装置と、その液晶パネル照明装置の前記液
晶パネルに形成された前記光学像を投影する投写手段と
を備えたことを特徴とする液晶投写型表示装置。
【請求項７】投写手段の集光角度が前記液晶パネルに
入射する照明光の集光角度に実質上一致することを特徴
とする請求項６記載の液晶投写型表示装置。
【請求項８】投写手段の瞳近傍に配置され、開口径が
可変の第１の絞りと、前記第１のレンズまたは前記第２
のレンズの位置近傍に配置され、開口径が可変の第２の
絞りとを備え、前記第１の絞り及び第２の絞りが、前記
投写手段の集光角度と前記液晶パネルに入射する照明光
の集光角度とが実質上一致するように連動して可変する
ものであることを特徴とする請求項６、又は７記載の液
晶投写型表示装置。
【請求項９】第３のレンズと前記液晶パネルの入射側
ガラス基板とが直接又は透明部材を介して、光学的に結
合されていることを特徴とする請求項６記載の液晶投写
型表示装置。
【請求項１０】集光用の楕円面鏡と、その楕円面鏡の
第１焦点位置近傍に配置された光源と、その光源から発
生する光を青色光、緑色光および赤色光の３つの所定範
囲の波長の光に分離する色分離手段と、それら分離され
た３つの所定範囲の波長の光に対して配置され、散乱状
態の変化としてそれぞれの光学像を形成する少なくとも
１つの液晶パネルと、その少なくとも１つの液晶パネル
と前記楕円面鏡との間の光路上に設けられた少なくとも
１つの第１のレンズ及び少なくとも１つの第２のレンズ
及び３つの第３のレンズと、前記各液晶パネルで形成さ
れた各々の光学像を投影する投写手段とを備え、前記第
１のレンズは前記楕円面鏡の第２焦点位置近傍に配置さ
れ、前記第２のレンズは前記第１のレンズの焦点距離だ
け離れた位置に配置され、前記第３のレンズは前記第２
のレンズから前記第３の焦点距離だけ離れた位置に配置
され、前記第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ
の焦点距離をそれぞれｆ1、ｆ2、ｆ3とすると、次式
（数４）【数４】１／ｆ1＋１／ｆ3＝１／ｆ2 の関係を満足することを特徴とする液晶投写型表示装
置。
【請求項１１】第２のレンズ及び前記第３のレンズが
前記色分離手段内に配置されていることを特徴とする請
求項１０記載の液晶投写型表示装置。
【請求項１２】更に、前記投写手段の光入射側に、前
記少なくとも１つの液晶パネルで形成された青色光、緑
色光及び赤色光の光学像を１つの光学像に合成する色合
成手段を備え、前記投写手段は前記色合成手段により合
成された光学像を投写することを特徴とする請求項１０
記載の液晶投写型表示装置。
【請求項１３】青色光、緑色光および赤色光の３つの
所定範囲の波長の光に対して配置された前記第１のレン
ズと第３のレンズの焦点距離の比が、次式（数５）【数５】ｆ3R／ｆ1R≧ｆ3G／ｆ1G≧ｆ3B／ｆ1B の関係を満足することを特徴とする請求項１０記載の液
晶投写型表示装置。
【請求項１４】光発生手段と、その光発生手段より発
生する光を青色光、緑色光および赤色光の３つの所定範
囲の波長の光に分離合成する色分離合成手段と、前記３
つの所定範囲の波長の光に対して配置され、散乱状態の
変化として光学像を形成する少なくとも１つの液晶パネ
ルと、前記形成された各色の光学像を投影する投写手段
とを備え、前記投写手段は、前記３つの所定範囲の波長
の光のうち少なくとも１つの色光における前記投写手段
の集光角度が、その色光における光路長に対応してその
他の色光と異なるように、色フィルタを有する絞りが設
けられていることを特徴とする液晶投写型表示装置。