WO1997043686A1 - Systeme d'affichage par projection a cristaux liquides - Google Patents

Description

明 細 書 投写型液晶表示装置

技術分野

本発明は、 投写型液晶表示装置、 すなわちいわゆるプロジェクタ に関し、 特に、 小型の投写型液晶表示装置に適した光源およびその 周辺の光学系の改良に関する。 背景技術

通常の投写型液晶表示装置に使用される光源としては、 '虽'光管や 導光板を用いた光源や、 メタルハライ ドランプ等の放電型の光源が 用いられてきた。

また、 特開昭 5 1 - 1 1 9 2 4 3号公報には、 平板状の光源が開 示されている。 この公報には、 平板状の光源は、 エレク 卜ロルミネ ッセンス、 すなわち電界発光素子を利用したものである旨が記載さ れている。

しかしながら、 蛍光管や導光板を使用した光源では、 蛍光管等の 径を細くすることが難しい。 このため、 光源自体の厚みを、 蛍光管 の径以下にできず、 投写型液晶表示装置の小型化が難しいという問 題があつた。

また、 メ タルハライ ドランプ等の放電型の光源では、 光源からの 発散光を液晶パネルに平行に照射するために必要とされる開口の大 きなリ フ レクタが、 投写型液晶表示装置の小型化を妨げる原因とな つていた。

特に、 カラ一表示用の投写型液晶表示装置の場合、 カラ一画像を 構成する原色ごとに、 上記光源と液晶パネルとからなる液晶表示要 素を備えなければならないため、 投写型液晶表示装置の小型化はさ らに困難となっていた。 また、 特開昭 5 1 - 1 1 9 2 4 3号公報には、 電界発光素子の発 光層を構成する材料が、 明確に開示されていない。 その発光屑の材 料として従来からの無機電界発光の材料を用いた場合、 電界発光素 子からの光は発散性の強い光となる。 これでは、 投写レンズの開口 に有効に光を入射させることができないため、 明るい像を投写でき ないという問題点があつた。

さらに、 無機材料を用いた電界発光素子は、 駆動電圧が 1 0 0ボ ノレト程度以上であり、 比較的高いという問題があつた。 発明の開示

本発明は、 上記問題点を解決するために、 従来よりも小型化が可 能で、 かつ、 明るい像を低電圧で投写できる投写型液晶表示袋置を 提供することを目的とする。

すなわち、 本発明の第 1の課題は、 従来より低電圧で駆動可能で 放射光の指向性のよい光を射出する共振器構造を備えた有機電界発 光素子を用いることにより、 光の発散による光量の減少を防止し、 従来より明るい像を投写する小型の投写型液晶表示装置を提供する ことである。

本発明の第 2の課題は、 光源からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子を用い、 液晶パネルの偏光板を透過できる光量を増や すことにより、 従来より明るい It像を投写する小型の投写型液晶表 示装置を提供することである。

本発明の第 3の課題は、 カラ一画像の投写に際し、 特定の波長帯 域において機能する偏光変換素子を用いることにより、 液晶パネル の偏光板を透過できる光量を増やし、 従来より明るい画像を投写す る小型の投写型液晶表示装置を提供することである。

本発明の第 4の課題は、 液晶パネルの画素の開口部に集光するマ イクロ レンズァレイ素子を有する小型の発光素子を用いることによ り、 装置全体を小型化し、 かつ、 画素の開口を通過できる光量を増 やし、 従来より明るい像を投写する小型の投写型液晶表示装置を提 供することである。

本発明の第 5の課題は、 カラ一画像の投写に際し、 光の共振によ り特定の波長の光のみを発光させる小型の発光素子を用いることに より、 特定の波長の光のみの光量を増やし、 従来より明る く、 かつ 投写される光の純度を向上させ、 鮮やかな画像を投写する小型の投 写型液晶表示装置を提供することである。

請求の範囲第 1項に記載の投写型液晶表示装置は、 光を反射する 電極層と光を透過する電極層との間に有機薄膜層を狭持して構成さ れた有機電界発光素子と、

前記有機電界発光素子の面から射出される光の透過を制御 する透過型液晶パネルと、 を含む液晶表示要素を備えたこと特徴と する投写型液晶表示装置である。

第 2項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機薄膜層は、 白色 光を発する白色発光層として構成される請求の範囲第 1項に記載の 投 型液晶表示装置である。

第 3項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機薄膜層は、 カラ 一表示に必要な複数の原色の各々の波長領域の光をそれぞれ発する 原色発光層を順次積層して構成される請求の範囲第 1項に記載の投 写型液晶表示装置である。

第 4項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機電界発光素子は、 透明基板に積層された透明電極層と、 当該透明電極層上に積層され た前記有機薄膜層と、 当該有機薄膜層上に積層され、 当該有機薄膜 層の発した光を反射する電極層と、 により構成される請求の範囲第 1項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 5項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機電界発光素子は- 前記有機薄膜層の発した光を反射する電極層と、 当該電極層との間 で前記有機薄膜層を狭持する透明電極層と、 当該透明電極層からの 光の射出側に設けられ、 入射した光の一部を前記透明電極層を介し て前記電極層へ反射し、 当該光の残りを透過するハーフ ミ ラ一層と、 を備え、 当該ハーフ ミ ラー層と前記電極層との間の距離を、 当該光 が共振する光学距離に設定して構成される請求の範囲第 1項に記載 の投写型液晶表示装置である。

第 6項に記載の投写型液晶表示装置は、 記有機 ¾界発光素子と 前記透過型液晶パネルとの間に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさらに備え、

前記透過型液晶パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の範 囲第 1項乃至第 5項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置で ある。

第 7項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記偏光変換素子は、 前 記有機電界発光素子側に配置され、 右回り円偏光及び左冋り円偏光 のうち一方の円偏光成分を反射し、 かつ、 他方の円偏光成分を透過 させる円偏光選択反射フィルタと、 円偏光を直線偏光に変換し、 か つ、 直線偏光を円偏光に変換する 1ノ 4波長板と、 を備えて構成さ れる請求の範囲第 6項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 8項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記偏光変換素子は、 前 記透過型液晶パネル側に配置され、 直交する 2つの直線偏光成分の うち、 一方の直線偏光成分を反射し、 かつ、 他方の直線偏光成分を 透過させる直線偏光選択反射フイルクと、 円偏光を直線偏光に変換 し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変換する 1 Z 4波長板と、 を備えて 構成される請求の範囲第 6項に記載の投写型液晶表示装置である。 第 9項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記偏光変換素子は、 特 定の波長帯域の前記射出光について、 その特定の偏光状態の光を透 過し、 それ以外の偏光状態の光を反射する偏光選択反射フィルタを 備えた請求の範囲第 6項乃至第 8項のいずれか一項に記載の投写型 液晶表示装置である。

第 1 0項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機電界発光素子 と前記透過型液晶パネルとの間に、 当該有機電界発光素子からの射出光を集めるマイクロ レ ン ズ要素を、 前記透過型液晶パネルの個々の画素に対応させて配置し て構成した前側マイクロレンズァレイ素子を、 さ らに備える請求の 範囲第 6项に記載の投写型液晶表示装置である。

第 1 1項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記透過型液品パネル の個々の画素の開口が、 前記マイクロレンズ要素の後側焦点の近傍 に配置するように、 各マイク ロレンズ要素の焦点距離、 および前記 前側マイ ク口レンズァレイ素子と当該液晶パネルとの距離が調整さ れて構成された請求の範囲第 1 0項に記載の投写型液晶表示装置で ある。

第 1 2項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記透過型液晶パネル は、 各画素の開口に入射した光を透過させ、 かつ、 当該画素の開口 以外の部分に入射した光を遮蔽する遮光要素を備えた請求の範囲第 1 0項または第 1 1 ¾のいずれか一項に記載の投写型液品表示装置 である。

第 1 3項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記透過型液晶パネル を透過した光の射出側に、 前記液晶パネルの各画素の開口を透過し た光の発散を抑えるマイクロ レンズ要素を、 個々の画素の対応させ て配置して構成した後側マイクロレンズアレイ素子を、 さ らに備え る請求の範囲第 1 0項乃至第 1 2項のいずれか一項に記載の投写型 液晶表示装置である。

第 1 4項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記画素の開口が前記 後側マイ クロレンズ要素の前侧焦点の近傍に配置するように、 各マ イクロレンズ要素の焦点距離、 および当該後側マイクロレンズァレ ィ素子と当該透過型液晶パネルとの距離が調整されて構成された請 求の範囲第 1 3項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 1 5項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記有機電界発光素子 と前記前側マイク口レンズァレイ素子との間に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさ らに備え、 前 透過型液晶パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の範 囲第 1 0項乃至第 1 4項のいずれか -項に記載の投写型液晶表示装 置である。

第 1 6項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記偏光変換素子は、 前記有機電界発光素子側に配置され、 右回り円偏光及び左回り円偏 光のうち一方の円偏光成分を反射し、 かつ、 他方の円偏光成分を透 過させる円偏光選択反射フィル夕と、 円偏光を直線偏光に変換し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変換する 1 / 4波長板と、 を備えて構成 される請求の範囲第 1 5項に記載の投写型液晶表示装置である。 第 1 7項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記偏光変換素子は、 前記前側マイクロレンズァレイ素子側に配置され、 直交する 2つの 直線偏光成分のうち、 一方の直線偏光成分を反射し、 かつ、 他方の 直線偏光成分を透過させる直線偏光選択反射フィル夕と、 円偏光を 直線偏光に変換し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変換する 1 / 4波長 板と、 を備えて構成される請求の範囲第 1 5項に 載の投写型液晶 表示装置である。

第 1 8項に記載の投写型液晶表示装置は、 前 透過型液晶パネル を透過して生成された像をスク リ一ン上に投写する投写レンズを、 さらに備えた請求の範囲第 1項、 第 4頃または第 5項のいずれか - 項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 1 9項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記投写レンズから投 写された像を当該投写レンズの反対側から観察可能に構成された透 過型スク リーンを、 さらに備えた請求の範囲第 1 8項に記載の投写 型液晶表示装置である。

第 2 0項に記載の投写型液晶表示装置は、 カラ一表示に必要な複 数の原色の各々の波長領域の光の透過を制御する複数の前記液晶表 示要素と、

前記複数の液晶表示要素から射出された各原色の像を合成 し、 カラー画像を生成する合成光学系と、 前記合成光学系により合成されたカラ一画像をスク リーン 上に投写する投写レンズと、 をさ らに備えた請求の範囲第 1項また は第 4項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 2 1項に^載の投写型液晶表示装置は、 前,]己複数の有機電界発 光素子が光学的共振構造を備えている請求の範囲第 2 0項に記載の 投写型液晶表示装置である。

第 2 2項に記載の投写型液晶表示装置は、 カラー表示に必要な複 数の原色の各々の波長領域の光を発するよう調整された光学的共振 構造を有する有機電界発光素子と、 前記冇機電界発光素子の面から 射出される光の透過を制御する透過型液晶パネルと、 を含む液晶表 示要素を前記原色ごとに備え、

さ らに、 それぞれの前記液晶表示要素から射出された各原 色の像を合成し、 カラー画像を生成する合成光学系と、

前記合成光学系により合成されたカラー画像をスク リ ーン 上に投影する投写レンズと、 を備えた投写型液晶表示装置である。 第 2 3項に記載の投写型液晶表示装置は、 前記投写レンズから投 写された像を当該投写レンズの反対側から観察可能に構成された透 過型スク リーンを、 さ らに備えた請求の範囲第 2 0項乃至第 2 2項 のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置である。

第 2 4項に記載の投写型液晶表示装置は、 各前記液晶表示要素は、 前記有機電界発光素子と前記透過型液晶パネルとの間に、

当該有機電界発光素子からの射出光を集めるマイクロレン ズ要素を、 前記透過型液晶パネルの個々の画素に対応させて配置し て構成した前側マイクロレンズアレイ素子を、 さ らに備える請求の 範囲第 2 0項乃至第 2 3項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示 装置である。

第 2 5項に記載の投写型液晶表示装置は、 各前記液晶表示要素は、 前記透過型液晶パネルを透過した光の射出側に、 前記液晶パネルの 各画素の開口を透過した光の発散を抑えるマイクロレンズ要素を、 個々の画素の対応させて配置して構成した後側マイ ク 口レンズァレ ィ素子を、 さらに備える請求の範囲第 2 4項に記載の投写型液晶表 示装置である。

第 2 6項に記載の投写型液晶表示装置は、 各前記液晶表示要素の 前記前側マイクロレンズァレイ素子および前記後側マイクロレンズ アレイ素子は、 当該液晶表示要素に割り当てられた原色の波長領域 の光に対し、 反射率が最も低くなるように調整された反射防止膜を 備えて構成される請求の範囲第 2 4頃または第 2 5項のいずれか一

¾に記載の投写型液晶表示装置である。

第 2 7項に記載の投写型液晶表示装置は、 各前記液晶表示要素は. 前記有機電界発光素子と前記前側マイクロレンズァレイ素子との間 に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさらに備え、

前記透過型液品パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の範 囲第 2 0項乃至第 2 6項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装 置である。

第 2 8項に記載の投写型液晶表示装置は、 各前記液晶表示要素の 前記偏光変換素子は、 特定の波長帯域の前記射出光に対して、 その 特定の偏光状態の光を透過し、 それ以外の偏光状態の光を反射する 偏光選択反射フィルタを備えた請求の範囲第 2 7に記載の投写型液 品表示装置である。 図面の簡単な説明

第 1図 ； 本発明の実施形態 1の投写型液晶表示装置の全体構成図 である。

第 2図 ； 実施形態 1の液晶表示要素 1 a (有機電界発光素子 1 0 および透過型液晶パネル 2 0 ) の構成図である。 第 3図 ； 実施形態 2の液晶表示要素 1 b (有機電界発光素子 1 1 および透過型液晶パネル 2 0 ) の構成図である。 第 4図 実施形態 3の液晶表示要素 1 c (有機電界発光素子 1 2 および透過型液晶パネル 2 0 ) の構成図である。

第 5図 実施形態 4の液晶表示要素 1 d (有機電界発光素子 1 1 .

偏光変換素子 1 3および透過型液晶パネル 2 0 ) の構成 図である。

第 6図 ； 实施形態 4の液晶表示要素 1 d (有機電界発光素子 1 1 .

偏光変換素子 1 3および透過型液晶パネル 2 0 ) の斜視 図である。

第 7図 ； 実施形態 5の液晶表示要素 1 e (有機電界発光素子 1 1 .

10 偏光変換素子 1 4および透過型液品パネル 2 0 ) の構成 図である。

第 8図 ； ¾施形態 5の液晶表示要素 1 e (有機電界発光素子 1 1 .

偏光変換素子 1 4および透過型液晶パネル 2 0 ) の斜視 図である。

in 第 9図 ； 実施形態 6の液晶表示要素 1 f (有機電界発光素子 1 2 .

前側マイクロレンズア レイ素子 1 5および透過型液晶パ ネル 1 6 ) の構成図である。

第 1 0図 実施形態 7の液晶表示要素 1 g (有機電界発光素子 1

2、 前側マイクロ レンズァレイ素子 1 5、 透過型液晶パ

20 ネル 1 6および後側マイ ク ロレ ンズア レイ素子 1 7 ) の 構成図である。

第 1 1 図 実施形態 8の液晶表示要素 1 h (有機電界発光素子 1

2、 偏光変換素子 1 3、 前側マイ クロレ ンズァレイ素子 1 5および透過型液晶パネル 1 8 ) の構成図である。

25 第 1 2図 実施形態 9の投写型液晶表示装置の全体構成図である ₍ 第 1 3図 実施形態 1 0の投写型液晶表示装置の全体構成図であ る

第 1 4図 実施形態 1 1 の投写型液晶表示装置の全体構成図であ る。

：?0 第 1 5図 実施形態 1 2の投写型液晶表示装置の全体構成図であ る。 発明を実施するための最良の形態

次に、 本発明の好適な実施の形態を、 図面を参照して説明する。 z実施形態 1 >

(構成）

本発明の投写型液品表示装置は、 第 1 図に示すように、 液晶表示 要素 1 _a、 投写レンズ 3 0および筐体 4 0を備えて構成されている < 投写レンズ 3 0は、 液晶表示要素 1 aから射出された像をスク リ —ン 5 0上に結像させるように構成されている。 同図では投写レン ズが一枚図示されているのみだが、 複数のレンズの組み合わせで構 成してもよいことはもちろんである。 つまり、 投写レンズは、 液晶 表示要素 1 aから射出された像を拡大等してスク リーン 5 0上に結 像させるベく構成すればよい。

筐体 4 0 は、 投写型液晶表示装置全体の収納容器と して構成され ており、 各光学要素を適当に配置すべく構成されている。 その材料 は、 液晶表示要素 1 aの発熱による変形等の影響を受けない素材で 構成される。

液晶表示要素 1 aは、 第 2図に示すように、 有機電界発光素子 1 0 と透過型液晶パネル 2 0を備えており、 変調された像を射出する ように構成されている。

有機電界発光素子 1 0は、 透明基板 1 0 0に、 透明電極層 1 0 1 . 青色発光層 1 0 2、 緑色発光層 1 0 3、 赤色発光層 1 0 4および反 射電極層 1 0 5を積層して構成されている。

透明基板 1 0 0は、 ガラス等の光透過性があって、 かつ、 機械的 強度の高い材料で構成されている。 その膜厚は、 光源と しての機械 的強度を保っため、 あま りに薄すぎず、 かつ、 光透過性が失われた り、 重量過多とならない程度の厚さに、 調整される。 この基板の面 積は、 液晶パネル 2 0の面積よりわずかに大き くするのが好ま しい, あま りに面積が大きいと使用されない照明に電力を浪費したり、 も れた光により投影像のコン トラス 卜が悪化したりする。 また、 面積 が小さすぎると、 液晶パネルの周辺部に十分な照明光が供給されず、 光量に不均一性が生ずる。

透明電極層 1 0 1 は、 I T O (イ ンジウム錫酸化物） 等の光透過 性があって、 かつ、 導電性を備えた材料で構成されている。 その膜 厚は、 製造上均一の膜厚を維持しうる程度に薄すぎず、 かつ、 光透 過性を失わない程度の厚さに、 調整される。

青色発光層 1 0 2、 緑色発光層 1 0 3および赤色発光層 1 0 4は、 いずれも電界の印加により発光する有機分子を含む有機薄膜層と し て構成されている。 青色発光層 1 0 2は、 電界の印加により青色の 波長領域で発光する有機分子により構成されている。 緑色発光層 1 0 3は、 緑色の波長領域で発光する有機分子により構成されている。 赤色発光層 1 0 4は、 赤色の波長領域で発光する有機分子により構 成されている。

青色で発光する青色発光層 1 0 2 と しては、 発光のピーク波長が 3 8 0〜 4 2 0 n m程度となる ト リ フヱニルジア ミ ン誘導体と、 1， 2, 4 - ト リァゾール誘導体との積層構造、 緑色で発光する緑色発光層 1 0 3 としては、 発光のピーク波長が 5 2 0 n m程度となる ト リ ス ( 8 キノ リ ラ ト） アルミニウム、 赤色で発光する赤色発光層 1 0 4 と しては、 発光のピーク波長が 6 0 0 n m程度となる赤色発光色素 を添加した ト リ ス （8 -キノ リ ラ ト） アルミニウムを用いることがで きる。 なお、 これら材料については、 論文 Science, Vol. 267 ρρ133 2 1334 ( 1996 )に開示されている。

各発光層の面積は、 透明電極層の面積と同等にするのが好ま しい。 反射電極層 1 0 5は、 光を反射し、 導電性のある金属層を備えて 構成されている。 このような金属としては、 例えば、 マグネシウム 一銀合金等が挙げられる。 その膜厚は、 膜厚が均一に保て、 重量過 多とならない程度に、 調整される。 その面穑は、 透明電極層 1 0 1 と同様にするのが好ま しい。

なお、 同図には説明を簡単にするため、 透明電極層 1 0 1 と反射 電極層 1 0 5との間に電圧を印加する電源回路を図示していない。 透過型液晶パネル 2 0は、 偏光板 2 0 1 a · 2 0 1 b、.透明基板 2 0 3および液晶層 2 0 2を備えて構成されている。 これら構成は 公知の透過型液晶パネルと同様のものである。 同図では、 判り易く

5 図解するため、 透明基板上に設ける駆動回路や透明電極、 配線およ び駆動回路に制御信号を供給する表示回路投は図示していない。 偏光板 2 0 1 a と 2 0 1 bは、 同 の構造を有し、 入射光のうち 特定の偏光状態の光のみを透過するように構成されている。 ただし、 偏光板 2 0 1 bの透過する光の偏光方向 （振動方向） は、 偏光板 2 10 0 1 aの透過する偏光方向に比べ、 一定の角度だけずれて配置され ている。 この角度は、 液晶層 2 0 2が電圧無印加時に入射した光の 偏光面を回転させる偏光面回転角に等しく設定する。

液晶層 2 0 2は、 公知のツイス トネマチッ ク液晶等を用い、 電圧 が印加された状態では入射光の偏光面回転を与えず、 電圧が印加さ 15 れない状態で入射光の偏光面回転を与えるように構成されている。

透明基板 2 0 3は、 その液晶層側に透明電極 （図示せず） が設け られており、 画素ごとに液晶の駆動が可能に駆動回路が設けられて いる。 駆動回路に供給される制御信号の電圧の変化により、 有機電 界発光素子 1 0からの光を透過させたり透過させなかったりする光 20 変調が可能に構成されている。

なお、 有機電界発光素子 1 0に、 有機電界発光素子を冷却するた めの冷却機構を設けることは好ま しい。

(作用）

電界発光素子は電界が印加されると、 電界発光、 すなわちエレク 25 ト ロノレ ミ ネッセンス （electro-luminescence ) 現象を示して、 発光す る。 電界発光を生ずる材料に電界が加えられると、 エレク トロルミ ネッセンス現象を生じ、 電気エネルギーが光へ変換される。

従来の電界発光素子には、 Z n S、 S r S、 C a Sといった無機 材料が用いられていた。 しかし、 これらの無機材料は、 光の強度が ：«) 弱く、 また、 射出光が平行に射出されず、 拡散光となる。 これに対し、 本発明の電界発光素子には、 有機材料が用いられる。 陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子の再結合で発光 するという理 ttlにより、 電界発光による射出光の光量が大き くなる。 上記発光層 1 0 2 〜 1 0 4は、 この有機材料を用いた電界発光素子 である。

透明電極層 1 0 1 と反射電極層 1 0 5との間に電圧が印加される と、 両電極層に挟まれた各発光層中に、 印加電圧と発光層の膜厚に 応じた電界が生ずる。 各発光層中の有機分子は、 この電界を受ける とエレク 卜口ルミ ネッセンス現象を生じ、 一定の波長領域の光を発

10 する。 光の強さは、 印加される電圧に相関する。 各発光層はその膜 厚に応じた電界が印加されるので、 その電界の強さに応じて発光す る。 透明電極層 1 0 1、 各発色層 1 0 2乃至 1 0 4および反射電極 屑 1 0 5の面積をほぼ同等にしておけば発光層の各部の電界の強さ はほぼ均一になる。 つまり、 有機電界発光素子の面全体から均一な

1.5 光が射出される。 青色発光層 1 0 2からの青色光はそのまま透明電 極層 1 0 1 を通り、 透明基板から射出される。 緑色発光層 1 0 3力、 らの緑色光は青色発光層 1 0 2および透明電極膜 1 0 1を通り、 透 明基板から射出される。 赤色発光層 1 0 4からの赤色光は緑色発光 層 1 0 3、 青色発光層 1 0 2および透明電極膜 1 0 1を通り、 透明

20 基板から射出される。 透明基板から射出される各原色の光が同一光 量となるように、 各発光層の膜厚等を調整すれば、 各原色が均等に 加算され白色光が得られる。

各発光層からは、 液晶パネルと反対側に向かっても光が発せられ もが、 反射電極層 1 0 5がこの光を反射し液晶パネル 2 0の側に戻

2Γ» す o

したがって、 透明基板 1 0 0の外側には、 各発光層から直接発せ られた光に、 反射電極層 1 0 5からの戻り光が加算され、 光量を增 した光が射出される。

特に、 本発明で用いる有機電界発光素子は、 従来から平板状の光 m 源として使用されてきた無機電界発光素子に比べて、 低電圧で駆動 できる、 輝度が高いという特長を有しているので、 投写型液品表示 装置の光源として適している。

液晶パネル 2 0では、 有機電界発光素子 1 0からの光のうち、 特 定の偏光面を有する光のみが、 偏光板 2 0 1 aを透過する。 透明基 板 2 0 3上に形成された駆動回路に制御信号が供給されると、 その 画素の透明電極間に電圧が印加される。 透明電極間に電圧が印加さ れた画素では、 その画素の領域の液晶分子が電界の方向に配向する。 したがって、 電圧が印加された画素では入射光に偏光面回転が与え られず、 反対側の偏光板 2 0 1 bに達する。 ところが偏光板 2 0 1 bを透過可能な偏光方向は偏光板 2 0 1 aとずれているので、 入射 光は偏光板 2 0 1 bを透過できない。

一方、 駆動回路に制御信号が供給されないと、 その画素の電極間 には電圧が印加されない。 電圧が印加されない画素では、 その画素 領域の液晶分子が水平方向に配向し、 入射光に偏光面回転を与える。 したがって、 電圧が印加されない画素では入射光に偏光面回転が与 えられ、 反対側の偏光板 2 0 1 bに達する。 偏光板 2 0 1 bは、 偏 光板 2 0 1 aからこの入射光に与えられた偏光面の回転角だけずれ て設置されているので、 入射光は偏光板 2 0 1 bを透過し、 投写レ ンズ 3 0を介して、 スク リーン 5 0に到達する。

このように、 制御信号により画素ごとに表示/非表示が設定でき る。

液晶表示要素は、 例えば対角サイズ 3 3 m m ( 1 . 3イ ンチ） 程 度の大きさに成形され、 駆動電圧 1 0ボルト程度で駆動させること ができる。

なお、 スク リーンにカラー両像を投写する構成にするには、 液晶 パネルの画素に力ラーフィルターを形成する。 このように構成すれ ば、 白色光が液晶パネルを通過する時点で色が生成される。

以上のように、 本実施形態 1 によれば、 光源に大きなリ フレクタ を用いることがないので、 表示装置を小型化できる。

また、 有機電界発光素子が明るい光を液晶パネルに供給するので、 明るい像が得られる投写型液晶表示装置を提供できる。

■ 実施形態 2 >

本発明の実施形態 2は、 実施形態 1 と異なる発光層により白色光 を得られる有機電界発光素子を提供するものである。

(構成）

本実施形態 2の投写型液晶表示装置は、 上記実施形態 1 と同様の 構成 （第 1 図参照） を備える。 ただし、 液晶表示要素 1 bは、 第 3 図に示すように、 有機電界発光素子 1 1 を備えている点で、 実施形 態 1 と異なる。 なお、 液晶パネル 2 0の構成は、 実施形態 1 と同様 なので説明を省略する。

有機電界発光素子 1 1 は、 透明基板 1 1 0に、 透明電極層 1 1 1 、 白色発光層 1 1 2および反射電極層 1 1 3を積層して構成されてい る。 透明基板 1 1 0は実施形態 1 の透明基板 1 0 0 と、 透明電極層 1 1 1 は実施形態 1 の透明電極 1 0 1 と、 反射電極層 1 1 3は実施 形 1 の反射電極層 1 0 5 とそれぞれ同様であるため、 説明を省略 する。 透明電極層と反射電極層との間に電圧を印加するための電源 回路の図示も実施形態 1 と同様に省略する。

白色発光層 1 1 2は、 有機薄膜層であり、 電界が印加されると、 複数の波長領域の光を発し、 層全体として白色光を発する。 電界の 印加により白色光を発する有機薄膜と しては、 ポリ （N— ビニルカ ルバゾ一ル） ビニルに発光中心となる複数の色素と低分子電子輪送 性化合物を分子分散させた薄膜を挙げることができる。 このような 発光膜の構造は、 Applied Physics Letters Vol . 67 No. 1 6， pp2281 -2 283 ( 1995 )に開示されている。

(作用）

透明電極層 1 1 1 と反射電極層 1 1 3の間に電圧が印加されると、 この電圧値と白色発光層の膜厚に応じた電界が生じる。 白色発光層 1 1 2は、 この電界の強さに応じて複数の原色の波長領域の光を同 時に発し、 それら複数の波長領域の光が加算されて透明基板から射 出される。 したがって、 液晶パネル 2 0には、 白色光が供給される。 なお、 本実施形態では、 カラー画像を投写することもできるよう に白色光を放射するイイ機薄膜で発光層を構成したが、 代わりに、 緑 赤および青等の単色で発光する有機薄膜を発光層として設けれても よい。 この場合には、 その単色光の画像が生成されるようになる。 また、 有機電界発光素子 1 1 に、 有機電界発光素子を冷却するた めの冷却機構を設けることは好ましい。

以上のように、 本実施形態 1 によれば、 大きなリ フレクタを用い ることがないので、 表示装置を小型化できる。

また、 明るい平行光線を液晶パネルに供給することができるので- 明るい像が得られる投写型液晶表示装置を提供できる。

'実施形態 3 >

本発明の実施形態 3は、 光の共振構造により発光面の法線方向に 指向性が強く、 かつ、 特定の波長の光を発する有機電界発光素子に 関する。

(構成）

本実施形態 3の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 cを除い て上記実施形態 1 と同様の構成 （第 1図参照） を備える。 液晶表示 要素 1 cは、 第 4図に示すように、 有機電界発光素子 1 2および透 過型液晶パネル 2 0を備えている。 液晶パネル 2 0については、 実 施形態 1 と同様なので、 その説明を省略する。

有機電界発光素子 1 2は、 透明基板 1 2 0、 誘電体ミ ラー層 1 2 1、 間隔調整層 1 2 2、 透明電極層 1 2 3、 正孔輸送層 1 2 4、 発 光層 1 2 5および反射電極層 1 2 6を積層して構成されている。 透 明基板 1 2 0は実施形態 1の透明基板 1 0 0 と、 透明電極層 1 2 3 は実施形態 1の透明電極層 1 0 1 と、 反射電極層 1 2 6は実施形態 1の反射電極層 1 0 5と、 それぞれ同様なので、 その説明を省略す る。 透明電極層と反射電極層との間に電圧を印加するための電源回 路の図示も実施形態 1 と同様に省略する。

誘電体ミ ラー層 1 2 1は、 誘電体多層膜を備え、 ハーフ ミ ラーと して機能するように構成されている。 すなわち、 この多層膜構造に より、 誘電体ミ ラ一層 1 2 1 は、 入射光の一部を透過し、 残りを反 射すべく構成されている。 このような誘電体としては、 例えば、 T i 0 ₂ (酸化チタン） と S ί 0 ₂ (酸化シ リ コ ン） の積層構造を用 いることができる。 その膜厚は、 入射光の約半分程度を反射し、 残 りを透過するように、 共振波長に対応して誘電体多層膜の積層数お よび各誘電体膜の膜厚が定められて構成されている。 誘電体多層胶 および反射電極により、 光学的共振器が構成されている。

間隙調整層 1 2 2は、 誘電体ミ ラ一層 1 2 1 と反射電極層 1 2 6 との距離を調整するために設けられており、 S i 0 ₂等の透明誘電 体膜により構成されている。

また、 正孔輸送層 1 2 4や発光層 1 2 5の膜厚を後述する条件を 満たすように設定すれば、 この間隙調整層 1 2 2を省いてもよい。 正孔輸送層 1 2 4は、 陽極である透明電極膜 1 0 1から正孔が注 入された際、 発光層 1 2 5に正孔を輸送するための層であり、 例え ば、 ト リ フヱニルジァ ミ ン誘導体等で構成する。

間隙調整層 1 2 2の間隙は、 上記誘電体ミ ラ一層 1 2 1 と反射電 極層 1 2 6 との光学的距離が、 この有機電界発光素子の射出光のピ ーク波長の 1 / 2波長の整数倍になるという条件を満たすように調 整される。

有機電界発光素子は、 射出光の色が所望の色とするために、 発光 層 1 2 5の材料と共振器構造の共振器長とを調整して構成されてい る。 例えば、 緑領域で発光する発光層 1 2 5を構成する場合には、 ト リ ス （ 8 —キノ リ ラ 卜） アルミニゥム等の材料を用いて発光層を 構成する。 この場合、 ピーク波長が 5 4 0 n m、 半値幅が 6 0 n m であるような緑の領域において、 狭帯域の発光スペク トルで発光す る有機電界発光素子を構成することができる。

赤領域で発光する発光層 1 2 5を構成する場合には、 ト リ ス （ 8 -キノ リ ラ 卜） アルミニウムに赤色蛍光色素を分散させた材料や、 ユウ口ピウム （Europium; Eu )の錯体等を用いて発光層を構成する。 この場合、 ピーク波長を 6 1 0 n m程度とすることができる。 ユウ 口ピウムの錯体を含む発光層については、 Japanese Journal of Appl ied Physics Vol. 34 pp l 883 - 1 887に開示されている。

青領域で発光する発光層 1 2 5を構成する場合には、 ジスチリル ビフエニル誘導体等の材料を用いて発光層を構成する。 ジスチリル ビフ ニル誘導体を発光層とする技術は、 応用物理，第 6 2巻， 〔第 1 0号〕 ， pp. 101 6- 1 01 8 ( 1 993)に開示されている。

なお、 本実施形態では、 発光層と正孔輸送層との積層構造を用い たが、 この代わりに、 発光層、 孔輪送層および電子輸送層の積層 構造を用いてもよい。

また、 有機電界発光素子 1 2に、 有機電界発光素子を冷却するた めの冷却機構を設けることは好ま しい。

さらに、 必要な波長の光を透過させ、 不要な波長の光を吸収する フィル夕を、 有機電界発光素子 1 2の光の射出側に別途設けること は好ましい。

(作用）

本発明の有機電界発光素子は、 光の共振作用を利用して特定の波 長の光を射出させるものである。

透明電極層 1 2 2と反射電極層 1 2 6との間に、 所定の電圧 （例 えば 1 0ボルト程度） を印加すると、 両電極層間に電界が生じ、 こ の電界の強さに応じて発光層 1 2 5から光が射出される。 この光は、 一部が誘電体ミラー層 1 2 1を透過するが、 残りが反射される。 反 射された光は、 反射電極層 1 2 6により再び反射され、 誘電体ミ ラ —層 1 2 1 に到達する。 誘電体ミラ一層 1 2 1では、 またも一部の 光を透過し、 残りを反射するのであるから、 誘電体ミ ラ一層 1 2 1 の反射面と反射電極層 1 2 6 との間で光の反射が繰り返され、 いわ ゆる光の共振が生ずる。

共振する光の波長は、 誘電体ミラー層 1 2 1 と反射電極層 1 2 6 との光学的距離に応じて決まる。 この光学的距離が射出光の 1 2 波長の整数倍であるという条件を満たせば、 光の共振が起こるので ある。 したがって、 発光層 1 2 5の発した光に含まれる波長のうち、 こ の条件を満たさない光は抑圧されるから、 上記条件を満たす光のみ が、 誘電体ミ ラ一層 1 2 1 を透過して射出される。 このため、 発光 スぺク トルの波長帯域は、 上記実施形態に比べ狭い。 すなわち、 特 定の色で発光する。

なお、 こ の共振作用について、 詳 し く は、 Appl ied Phys ics Letters, Vo l . 68, 〔 No, 19〕 ， p. 1 3 ( 1996 ) , Appl ied Phys ics Letters, Vol. 65, [ No. 15 ) , p. 1868 1870 ( 1994)、 電子情報通信 学会技術研究報告 0 M E 9 4 - 7 9等に開示されている。 また、 有 10 機電界発光素子の正面方向へ指向性を高める技術内容については、 Appl ied Phys i cs Letters Vol. 63, C No. 15 ] , p. 2032 - 2034等の論 文に記載されている。

以上本実施形態 3によれば、 有機電界発光素子の法線方向 （正面 方向） への放射光の指向性が強く 、 かつ、 特定の波長の光のみを発 15 することのできる有機電界発光素子をリ フレクタのような大きな光 源を用いずに提供することができるので、 投写型液晶表示装置を従 来より小型化できる。

また、 有機電界発光素子は、 従来の電界発光素子より明るいので、 この素子をカラー表示用の原色それぞれについて製造し、 それらの

20 像を合成すれば、 明るいカラ一画像を表示させることができる。

実施形態 4 >

本発明の実施形態 4は、 偏光変換素子を用いた有機電界発光素子 に関する。

(構成）

25 本実施形態 4の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 dを除い て上記実施形態 1 とほぼ同様の構成 （第 1 図参照） を備える。 液晶 表示要素 1 dは、 第 5図および第 6図に示すように、 有機電界発光 素子 1 1 、 偏光変換素子 1 3および透過型液晶パネル 2 0を備える。 有機電界発光素子 1 1 については実施形態 2 と同様の構成であり、

： U) 透過型液晶パネル 2 0については実施形態 1 と同様の構成なので、 その説明を省略する。

なお、 本実施形態の有機電界発光素子 1 1の代わりに、 実施形態 1で説明した有機電界素子 1 0、 あるいは実施形態 3で説明した有 機電界発光素子 1 2をそのまま代替して構成してもよい。

δ また、 これらの図では、 図を見やすくするために、 有機電界発光 素子 1 1、 偏光変換素子 1 3および透過型液晶パネル 2 0の間の空 間距離を大きく分離して描いてある。 実際には、 有機電界発光素子 1 1からの光を有効に液晶パネルに供給するために、 互いの空間を 空けないで近接して配置したり、 各素子間の間隙を透明な材料で充 0 填したり して構成する。

偏光変換素子 1 3は、 四分の一波長フィルム 1 3 1 とコレステリ ック （cholesteric) 液晶屑 1 3 2 とを備えて構成されている。 コレステリ ック液晶層 1 3 2は、 コレステリ ック相の液晶材料に より構成され、 光が入射すると、 コレステリ ック構造の螺旋方向と 15 合致する回転方向の円偏光を反射し、 この螺旋方向とは反対に回転 する円偏光を透過させるように構成されている。 説明の都合上、 コ レステリ ック液晶層 1 3 2が透過可能な回転方向の円偏光を右回り 円偏光 L 透過できず反射させる回転方向の円偏光を左回り円偏 光し とする。

0 四分の一波長フイ ルム 1 3 1は、 同図の紙面に平行な光学軸 1 3 3を有し、 円偏光を直線偏光に変換するような光学的異方性をもつ て構成されている。 この光学軸 1 3 3は、 偏光変換素子 1 3の矩形 外形の一辺に平行になるよう配置されている。

(作用）

5 有機電界発光素子 1 1からの射出光は、 光の振動方向 （偏光方 向） がランダムな自然光であり、 右回り円偏光成分 L +と左回り円 偏光成分 L -とを含んでいる。 コレステリ ック液晶層 1 3 2には、 この両方向の円偏光成分が入射する。

コレステリ ック液晶層 1 3 2に人射した円偏光のうち右回り円偏

Η0 光成分 L +は、 この液晶層 1 3 2を透過可能である。 四分の一波長 2】 フィルム 1 3 1は、 入射した右回り円偏光を偏光変換素子 1 3の炬 形外形の一辺に対し、 4 5度の角度をなす方向に振動する直線偏光 1 3 4 aに変換し射出する。

一方、 左回り円偏光成分 L は、 この液晶層で反射させられて、 再び有機電界発光素子 1 1 に戻される。 有機電界発光素子 1 1 に戻 つた左冋り円偏光成分 L -は、 反射電極層 1 1 3で反射させられる。 金属表面において、 円偏光が反射する時、 左回り円偏光成分 L -は、 その回転方向が反転し、 右回り円偏光成分 L となる。 右回り円偏 光成分 L +は再び偏光変換素子 1 3に入射する。 今度は、 円偏光成 分の回転方向が反転して右回り円偏光成分 L +となっているので、 コレステリ ック液晶層 1 3 2を透過させられ、 四分の一波長フィル ム 1 3 1 に射出される。

四分の一波長フイルム 1 3 1では、 コレステリ ック液晶層 1 3 2 を透過した右回り円偏光を、 偏光変換素子 1 3の矩形外形の一辺に 対し、 4 5度の角度をなす方向に振動する直線偏光 1 3 4 bに変換 し、 透過型液晶パネル 2 0側に射出する。 つまり、 有機電界発光素 子 1 1から発せられた光がランダムな偏光状態を持っていても、 最 終的に偏光方向の揃った直線偏光として透過型液晶パネル側に供給 させることができる。

透過型液晶パネル 2 0に供給される直線偏光 1 3 4 aおよび 1 3 4 bの偏光方向を偏光板 2 0 1 aの透過可能な偏光方向と一致させ ておけば、 多くの光量を透過型液晶パネルにおける光変調に用いる ことができる。

なお、 コレステリ ック液晶層 1 3 2 と四分の一波長フィルム 1 3 1 とか ら構成される偏光変換素子の原理については、 文献 Proceedings of the 15th I nternat i onal Display Research Conference, 1995, p. 735 738, Japanese Journal of Appl ied Phys ics Vol. 29, 〔 No. 4 :1 , Apri l. 1990. p. L634 637, または、 Japanese J ournal of Appl ied Phys ics Vol. 29, 〔 No. 10 J , October, 1990, p. 1974 - 1984に開示されている。 上述した実施形態 4によれば、 有機電界発光素子から射出させら れた光のうち、 偏光板を透過できずに吸収されうる半分以上の光を すべて透過型液晶パネルの光変調のために供給できるので、 理想的 には従来の 2倍の明るい像をスク リーン上に投写させることができ る o

実施形態 5 >

本発明の実施形態 5は、 実施形態 4の偏光変換素子の変形例に関 する。

(構成）

本実施形態 5の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 eを除い て上記実施形態 4 と同様の構成を備える。 液晶表示要素 l eは、 第 7図および第 8図に示すように、 有機電界発光素子 1 1、 偏光変換 素子 1 4および透過型液晶パネル 2 0を備える。 有機電界発光素子 1 1および透過型液晶パネル 2 0については実施形態 4 と同様の構 成な.ので、 その説明を省略する。

偏光変換素子 1 4は、 マイク口偏光ビームスプリ ッタアレイ 1 4 1 と四分の一波長フイルム 1 4 2とを備えている。

マイク口偏光ビ一ムスプリ ッタアレイ 1 4 1は、 その表面の M凸 形状が稲妻型形状の二つの部材を互いに歯合することにより、 複数 のマイクロプリズム 1 4 3を形成するように構成されている。 マイ クロプリズム 1 4 3は、 同図の紙面に対しその境界線が 4 5度の角 度の屋根型をなすように形成されている。 マイクロプリズム 1 4 3 の境界面は、 誘電体多層膜構造等により、 特定の偏光状態の光を透 過し、 それ以外の偏光状態の光を反射可能に構成されている。 本実 施例では、 説明の都合上、 ある偏光方向の直線偏光 （ P偏光） を透 過し、 これに直交する偏光方向の直線偏光 （ S偏光） を反射するよ う構成されているものとする。

四分の一波長フイルム 1 4 2は、 実施形態 4の四分の一波長フィ ルム 1 3 1 と同様の構成を備え、 同図の紙面に平行な光学軸 1 4 4 を備える。 なお、 本実施形態の有機電界発光素子 1 1の代わりに、 実施形態 1で説明した有機電界発光素子 1 0や実施形態 3で説明した有機電 界発光素子 1 2をそのまま代替して構成してもよい。

特に、 本形態の偏光変換素子 1 4を構成するマイク口偏光ビーム スプリ ツ夕アレイ 1 4 1は、 偏光分離特性が入射光の入射角に大き く依存する。 このため、 マイクロ偏光ビームスプリ ッタアレイ 1 4 1に入射する光の指向性を高めるためには、 光学的共振構造を持つ 実施形態 3の偏光変換素子 1 2を用いるのが好ま しい。

(作用）

有機電界発光素子 1 1から射出された光は、 実施形態 4で述べた ように、 光の振動方向がランダムな自然光であり、 右回りの円偏光 成分 L +と左回りの円偏光成分 L -を含んでいる。 有機電界発光素子 1 1から射出された光のうち、 右回り円偏光成分 L +は、 四分の一 波長フ ィ ルム 1 4 2により p偏光に変換させられ、 マイクロ偏光ビ —ムスプリ ッ夕アレイ 1 4に入射する。 p偏光はマイクロプリズム 1 4 3を透過可能なので、 そのままの偏光状態で、 直線偏光 1 4 5 a として、 透過型液晶パネル 2 0に与-えられる。

- -方、 有機電界発光素子 1 1から射出された光のうち、 左回り円 偏光成分 L は、 四分の一波長フ ィ ルム 1 4 2により s偏光に変換 させられ、 マイク偏光ビ一ムスプリ ッ夕アレイ 1 4に入射する。 s 偏光はマイクロプリズム 1 4 3で反射させられる。 マイクロプリ ズ ム 1 4 3の境界面は光の入射方向に対し 4 5度傾いているので、 s 偏光は最初の反射で入射方向に直角方向に方向転換させられ、 二度 めの反射で入射方向と反対の方向に方向転換させられる。 この反射 させられた s偏光は、 四分の一波長フィルム 1 4 2で再び左回り円 偏光 L -に変換され、 有機電界発光素子 1 1側に戻される。

有機電界発光素子 1 1では、 戻った左回り円偏光 L -が反射電極 層 1 1 3で反射させられる。 左回り円偏光 L が反射すると、 右同 り円偏光 L -に変換される。 この右回り偏光 L -は、 四分の---波長フ イルム 1 4 2により、 p偏光に変換されるので、 今度はマイクロプ リズム 1 4 3を透過し、 直線偏光 1 4 5 a と同じ方向に振動する直 線偏光 1 4 5 bとして、 透過型液晶パネル 2 0に供給させられる。 つまり、 有機電界発光素子 1 1から発せられた光がライダムな偏 光状態を持っていても、 最終的に偏光方向の揃った直線偏光として 透過型液晶パネル側に供給させることができる。

なお、 マイク口偏光ビームスプリ ッ夕ァレイの原理については、 Soci ety for I nformation Display I nternat ional Sympos ium Digest of Technical Papers, Vol. XX I I I , 1992, pp. 427 429 に開 示されている。

上述した実施形態 5によれば、 有機電界発光素子から射出させら れた光のうち、 従来偏光板を透過できずに吸収されていた半分以上 の光をすベて透過型液晶パネルの光変調のために供給できるので、 理想的には従来の 2倍の明るい像をスク リーン上に投写させること ができる。

"実施形態 6 >

本発明の実施形態 6は、 前側マイクロレンズアレイ素子を用いる 液品表示装置に関する。

(構成）

本実施形態 6の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 f を除い て上記実施形態 1 と同様の構成を備える。 液晶表示要素 1 f は、 第 9図に示すように、 有機電界発光素子 1 2、 前側マイクロレンズァ レイ素子 1 5、 透過型液晶パネル 1 6を備える。 有機電界発光素子 1 2は、 実施形態 3で説明したものと同様の光学的共振構造を備え るため、 その説明を省略する。

前側マイクロレンズァレイ素子 1 5は、 透過型液晶パネル 1 6の 画素に対応させて配置したマイクロレンズ要素 1 5 1を複数備えて 構成されている。 例えば、 透過型液晶パネル 1 6の画素が 6 4 0 (横） X 4 8 0 (縦） 個で構成されているとすれば、 前側マイクロ レンズァレイ素子 1 5 も 6 4 0 x 4 8 0個のマイクロレンズ要素 1 5 1で構成される。 前側マイクロレンズァレイ素子 1 5は、 マイク 口 レンズ要素 1 5 1 のレンズ面形状に形成された型を使用して、 プ ラスチッ ク射出成形やガラスプレス成形等の製法で構成される。 ま た、 個々のマイクロレンズ要素 1 5 1 の形態を、 回折型レンズで構 成してもよい。

個々のマイクロレンズ要素 1 5 1 は、 有機電界発光素子 1 2が射 · 出する光の波長に対して、 一定の焦点距離 （例えば 2 . 5 m m ) と なるように、 そのレンズ面形状が成形される。 この焦点距離は、 マ イクロレンズ要素 1 5 1の後側焦点距離である。 この焦点距離が、 マイ クロ レンズ要素 1 5 1 の主点 （pr incipa l poi nt ) から透過型 液晶パネル 1 6の凼素の開口部 1 6 3までの距離に等しく なるよう、 前側マイクロレンズアレイ素子 1 5 と透過型液晶パネル 1 6 との距 離を調整して構成する。

マイクロレンズ要素 1 5 1 の光の入射面と射出面の両面には、 反 射防止股 1 5 2が形成されている。 反射防止膜 1 5 2は、 有機電界 発光素子 1 2が射出する光の波長に対し、 その反射率が最も低く な るように設計するのが好ま しい。

透過型液晶パネル 1 6は、 透明基板 1 6 1 に液晶層 1 6 2を狭持 させて構成されている。 透明基板 1 6 1 の片面には、 画素ごとに開 口部 1 6 3を設けた遮光パターン 1 6 4を備えている。 なお、 同図 は、 図を簡略化するため、 偏光板 （第 2図の透過型液晶パネル 2 0 の偏光板 2 0 1 a ' 2 0 1 bに相当） や透明基板に設けられる駆動 回路、 透明電極等を省略し、 画素数を少なく して描かれている。 透 明基板〗 6 1 の組成や液晶層 1 6 2の液晶材料については、 実施形 態 1 と同様なので、 説明を省略する。

遮光パターン 1 6 4は、 力一ボン等光吸収性があり、 基板状に印 刷や張り付けによりパターン化して形成可能な材料で構成されてい る。 透過型液晶パネル 1 6に入射した光は、 開口部 1 6 3 に照射さ れた光のみが投写レンズ側に射出され、 遮光パターン 1 6 4上に照 射された光は遮断される。

なお、 前側マイクロレンズアレイ素子 1 5が有機電界発光素子 1 2からの射出光を透過型液晶パネル 1 6の開口部 1 6 3だけに完全 に集光できるのであれば、 遮光パターン 1 6 4は必要とされない。

(作用）

有機電界発光素子 1 2の透明電極層 1 2 と反射電極層 1 2 6 と の間に一定の直流電圧 （例えば 1 0ボル 卜程度） を印加すると、 発 光層 1 2 5から光が射出される。 そして、 実施形態 3で説明したよ うに、 誘電体ミ ラー 1 2 1 と反射電極層 1 2 6 との距離で定まる特 定波長の光が有機電界発光素子 1 2から射出される。

この射出光は、 発光スぺク トルの波長帯域が狭い。 マイクロレン ズ要素 1 5 1 は、 この特定波長の光に対し、 透過型液晶パネル 1 6 の開口部 1 6 3で焦点を結ばせるように設計されている。 一方、 特 定波長以外の光は、 レンズによる屈折の程度が異なるため、 開口部 1 6 3に対し、 光軸方向の前部または後部で焦点を結び、 開口部 1 6 3では光の輪が大き くなる。

したがって、 特定波長の光は、 開口部 1 6 3を通過して、 投写レ ンズ側に射出されるが、 それ以外の波長の光の大部分は、 遮光パ夕 ーン 1 6 4で吸収されあるいは反射され、 投写レンズ側には射出さ れない。

マイクロレンズァレイ素子 1 5に入射する光の平行性が高いほど、 マイ クロレンズ要素 1 5 1 による集光スポッ 卜が小さ くなり、 画素 の開口部 1 6 3を通過できる光量は增加する。

一方、 マイクロレンズアレイ素子 1 5に入射する光の平行性が低 い、 すなわち発散性が強いと、 マイクロレンズ要素 1 5 1 によって 光を十分絞るこ とができず、 集光スポッ 卜は画素の開口部 1 6 3 よ り大き くなって遮光パターン 1 6 4で吸収、 あるいは反射される。 よって、 開口部 1 6 3を透過できる光量が低下し、 スク リ ーンに投 写される画像が暗く なる。

したがって、 マイクロ レンズァレイ素子を用いる本実施形態の場 合には、 液晶パネルの画素を透過できる光量を増加させるために、 放射光の指向性を向上させることができる光学的共振構造を有する 冇機電界発光素子を用いることが特に好ま しい。

なお、 マイクロレンズアレイ素子 1 5がないものとした場合には、 遮光パターン 1 6 4で吸収あるいは反射される光は液晶パネルを透 過することができず、 スク リーンに投写される画像は暗く なる。 上述したように本実施形態 6によれば、 射出光の指向性に優れた 共振構造を有する有機電界発光素子を光源と し、 マイクロレンズァ レイ素子によって液晶パネルの画素の開口部に集光し、 画素の開口 部を通過できる光量を增やすことができるので、 カラー表示用の投 写型液晶表示装置で、 明る く、 かつ、 色の純度の高いカラ一表示が 行える。

ご実施形態 7 >

本発明の実施形態 7は、 後側マイクロレンズアレイ素子をさ らに 用いる液晶表示装置に関する。

(構成）

本実施形態 7の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 gを除い て上記実施形態 6 と同様の構成を備えている。 液晶表示要素 1 gは、 第 1 0図に示すように、 有機電界発光素子 1 2、 前側マイクロレン ズァレイ素子 1 5、 透過型液晶パネル 1 6および後側マイクロレン ズアレイ素子 1 7を備えて構成されている。 有機電界発光素子 1 2 、 前側マイクロレンズァレイ素子 1 5および透過型液晶パネル 1 6に ついては、 実施形態 6で説明したものと同様であるため、 その説明 を省略する。

後側マイクロレンズァレイ素子 1 7は、 透過型液晶パネル 1 6の 画素に対応させて配置したマイク口レンズ要素 1 7 1 を複数備えて 構成されている。 例えば、 透過型液晶パネル 1 6 の画素が 6 4 0 (横） X 4 8 0 (縦） 個で構成されているとすれば、 後側マイ ク ロ レンズアレイ素子 1 7 も 6 4 0 x 4 8 0個のマイ ク ロレンズ要素 ] 7 1 で構成される。 後側マイクロレンズアレイ素子 1 7は、 マイク 口レンズ要素 1 7 1のレンズ面形状に形成された型を使用して、 プ ラスチッ ク射出成形やガラスプレス成形等の製法で構成される。 ま た、 個々のマイクロレンズ要素 1 7 1 の形態を、 回折型レンズで構 成してもよい。 個々のマイクロレンズ要素 1 7 1 は、 有機電界発光 素子 1 2が射出する光の特定波長に対して、 一定の焦点距離 （例え ば 2 . 5 m m ) となるように、 そのレンズ面形状が成形される。

この焦点距離は、 マイクロレンズ要素 1 7 1 の前側焦点距離であ る。 この焦点距離が、 透過型液晶パネル 1 6の画素の開口部 1 6 3 からマイ クロレンズ要素 1 7 1 の主点 （pr i nci pa l po i nt ) までの 距離に等しく なるよう、 透過型液品パネル 1 6 と後側マイクロレン ズアレイ素子- 1 7 との距離を調整して構成する。 例えば、 前側マイ クロレンズァレイ素子 1 5の後側焦点距離と後側マイクロレンズァ レイ素子 1 7の前側焦点距離とを同じ距離に設定した場合ならば、 前側マイクロレンズアレイ素子 1 5 と画素の開口部 1 6 3 との距離 と、 後側マイクロ レンズアレイ素子 1 7 と画素の開口部 1 6 3 との 距離を等しく配置する。

後側マイクロレンズ要素 1 7 1 の光の入射面と射出面の両面には、 反射防止膜 1 7 2が形成されている。 反射防止膜 1 7 2は、 有機電 界発光素子 1 2が射出する光の波長に対し、 その反射率が最も低く なるように設計するのが好ま しい。

(作用）

実施形態 6で説明したように、 透過型液晶パネル 1 6に入射した 光は、 画素の開口部 1 6 3で焦点を結び、 発散光 1 6 5 となる。 後 側マイク ロレンズアレイ素子 1 7の各マイクロレンズ要素 1 Ί 1 は、 その前側焦点距離が開口部 1 6 3 との距離と等しく設計されている。 このため、 発散光 1 6 5は再びこのマイクロレンズァレイ素子 1 7 で平行光に変換される。

上述したように本実施形態 7によれば、 後側マイクロレンズァレ ィ素子が、 液晶パネル 1 6を透過してきた光の発散を抑えるので、 さ らに明るい画像を投写可能な投写型液晶表示装置を提供できる。 <実施形態 8 >

本発明の実施形態 8は、 偏光変換素子とマイクロ レンズアレイ素 子とをともに用いる液晶表示装置に関する。

(構成）

本実施形態 8の投写型液晶表示装置は、 液晶表示要素 1 hを除い て上記実施形態 1 と同様の構成を備えている。 液晶表示要素 1 hは、 第 1 1図に示すように、 有機電界発光素子 1 2、 偏光変換素子 1 3、 前側マイクロレンズァレイ素子 1 5および透過型液晶パネル 1 8を 備えている。

有機電界発光素子 1 2については、 実施形態 3で説明したものと 同様の光学的共振構造を備え、 偏光変換素子 1 3については、 実施 形態 4で説明したものと同様であり、 前側マイクロレンズアレイ素 子 1 5については、 実施形態 6で説明したものと同様の構成である ため、 その説明を省略する。

透過型液晶パネル 1 8は、 二枚の透明基板 1 8 1、 液晶層 1 8 2 および 光板 1 8 5 a と 1 8 5 bを備えて構成されている。 透明基 板 1 8 1の一方の液晶層側には、 画素ごとに開口部 1 8 3が設けら れ、 その周辺に遮光パターン 1 8 4が設けられている。 透明基板 1 8 1、 開口部 1 8 3および遮光パ夕一ン 1 8 4については、 実施形 態 6の透過型液晶パネル 1 6の透明基板 1 6 1、 開口部 1 6 3およ び遮光パ夕一ン 1 8 4 とそれぞれ同様なので、 その説明を省略する。 判り易く図解するため、 透明基板上に設ける駆動回路や透明電極、 配線および駆動回路に制御信号を供給する表示回路等は図示しない 点も、 実施形態 1 と同様である。

液晶層 1 8 2は、 公知のツイス トネマチック液晶等を用い、 電圧 が印加された状態では入射光の偏光面回転を与えず、 電圧が印加さ れない状態で入射光の偏光面回転を与えるように構成されている。 偏光板 1 8 5 a と 1 8 5 bは、 同一の構造を有し、 入射光のうち 特定の偏光状態の光のみを透過するように構成されている。 ただし、 偏光板 1 8 5 bの透過する光の偏光方向は、 偏光板 1 8 5 aの透過 する偏光方向に比べ、 一定の角度だけずれて配置されている。 この 角度は、 液晶層 1 8 2が電圧無印加時に入射した光の偏光面を回転 させる偏光面回転角に等しく設^する。

また、 偏光変換素子 1 3から射出される直線偏光の偏光方向と、 偏光板 1 8 5 aの透過可能な偏光方向と、 を一致させて配置する。 さらに、 前側マイクロレンズアレイ素子 1 5のマイクロレンズ要素 1 5 1 の主点と、 透過型液晶パネル 1 8の開口部 1 8 3と、 の距離 を、 マイクロレンズ要素 1 5 1の後側焦点と等しく設定する。

なお、 説明の都合上、 コレステリ ック液晶層 1 3 2が透過可能な 回転方向の円偏光を右回り円偏光 L +、 透過できず反射させる回転 方向の円偏光を左回り円偏光し とする。

(作用）

有機電界発光素子 1 2からの射出光は、 光学的共振構造 （実施形 態 3参照） により光の波 領域が制限されている。 しかし、 光の振 動方向はランダムであり、 右回り円偏光成分 L +と左问り円偏光成 分 L とを含んでいる。 コレステリ ック液晶層 1 3 2には、 この両 方向の円偏光成分が入射する。

コレステリ ック液晶層 1 3 2に入射した円偏光成分のうち右回り 円偏光成分 L +は、 この液晶層 1 3 2を透過可能であるため、 四分 の一波長フィルム 1 3 1側に入射する。 四分の一波長フィルム 1 3 1 は、 入射した右回り円偏光を偏光変換素子 1 3の矩形外形の一辺 に対し、 4 5度の角度をなす方向に振動する直線偏光 1 3 4 aに変 換し射出する。

一方、 左回り円偏光成分 L -は、 この液晶層で反射させられて、 再び有機電界発光素子 1 2に戻される。 有機電界発光素子 1 2に戻 つた左回り円偏光成分 L は、 反射電極層 1 2 6まで到達し、 そこ で反射させられる。 円偏光の反射時、 左回り円偏光成分 L -は、 そ の回転方向が反転し、 右回り円偏光成分 L +となる。 右回り円偏光 成分 L +は再び偏光変換素子 1 3に入射する。 今度は、 円偏光成分 は、 回転方向が反転して右回り円偏光成分 L +となっているので、 コレステリ ック液晶層 1 3 2を透過し、 四分の一波長フイルム 1 3 1側に射出させられる。 四分の一波長フイルム 1 3 1は、 コレステリ ック液晶層 1 3 2を 透過した右回り円偏光を、 偏光変換素子の矩形外形の一辺に対し 4 5度の角度をなし、 かつ、 上記直線偏光 1 3 4 aの振動方向と同じ 方向に振動する直線偏光 1 3 4 bに変換し、 透過型液晶パネル 1 8 側に射出する。

つまり、 有機電界発光素子 1 2から発せられた光がどのような偏 光状態を持っていても、 透過型液晶パネル 1 8には、 光の振動方向 が揃つた平行に近い光が供給される。

本実施形態では、 共振器構造を有する有機電界素子を光源として 用いているので、 放射光の発光スぺク トルの波長帯域は狭く限定さ れている。 したがって、 偏光変換素子の偏光選択反射機能およびマ イクロレンズァレイ素子の光学特性を、 その特定の波長帯域に対し てだけ最適化させればよい。

偏光変換素子の偏光選択反射機能の波長依存性は、 実施形態 4に おける偏光変換素子ではコレステリ ック液晶層 1 3 2の螺旋周期で 決り、 実施形態 5における偏光変換素子では、 誘電体多層膜の積層 周期で決まる。

したがって、 赤、 緑および青を含む波長領域で偏光選択反射機能 を持たせようとすると、 いずれの偏光変換素子においても各原色に 対応した螺旋周期構造、 あるいは積層周期構造を多段に重ねる必要 が生ずる。 しかし、 赤、 緑あるいは青等のそれぞれの特定の波長領 域だけで機能する偏光変換素子を構成する場合は、 その波長領域に だけ対応した螺旋周期構造、 あるいは積層周期構造を備えればよい ので、 偏光変換素子の構造が簡単になる。

前側マイクロレンズアレイ素子 1 5を構成するマイクロレンズ要 素 1 5 1は、 偏光変換素子 1 3からの光を透過型液晶パネル 1 8の 開口部 1 8 3へ集光する。

透過型液晶パネル 2 0に供給される直線偏光 1 3 4 aおよび 1 3 4 bは、 その偏光方向が偏光板 1 8 5 aを透過可能な偏光方向と一 致している。 したがって、 当該直線偏光 1 3 4 aおよび 1 3 4 bは P T/JP97/01571

32 偏光板 1 8 5 aを透過し、 画素の開口部 1 8 3に集光させられる。 液晶層 1 8 2に電界が与えられていない場合、 液晶層 1 8 2は入 射光を一定の角度だけ偏光面回転させる。 また、 液晶層 1 8 2に ¾ 界が与えられている場合、 液晶分子が電界の方向に配向し、 入射光 に偏光面回転を与えない。

したがって、 電圧が加えられていない画素では、 入射光が偏光面 同転させられ、 偏光板 1 8 5 bを透過し、 投写レンズ側に射出され る。 一方、 電圧が加えられている画素では、 入射光に偏光面回転が 与えられず、 偏光板 1 8 5 bを透過できず、 吸収されあるいは反射 10 させられる。

上述したように本実施形態 8によれば、 有機電界発光素子により、 指向性に優れた特定波長の強い光が取り出せ、 偏光変換素子により その偏光方向を揃え、 マイクロレンズアレイ素子によって画素の開 口を通過できる光量を増やせるので、 明るい投写像を投写できる投 1 , 写型液晶表示装置を提供できる。

一実施形態 9

本発明の実施形態 9は、 スク リ一ンに投写された像を裏側から観 察する形態の投写型液晶表示装置に関する。

(構成）

0 本発明の投写型液晶表示装置は、 第 1 2図に示すように、 液晶表 示要素 1 、 投写レンズ 3 1、 筐体 4 1およびスク リーン 5 1を備え て構成されている。

液晶表示要素 1 には、 実施形態 1乃至実施形態 8の各液晶表示要 素 l a、 l b、 l c、 l d、 l e、 l f 、 l gおよび l hを適用す

25 る。 すなわち、 同図の有機電界発光素子 1 0および透過型液晶パネ ル 2 0は例示であり、 これらに代わり上記各実施形態の光学要素を 適用できる。

投写レンズ 3 1は、 液晶表示要素 1から射出された像をスク リ一 ン 5 1上に結像させるように構成されている。 同図では投写レンズ W が-一枚図示されているのみだが、 複数のレンズの組み合わせで構成 してもよいことはもちろんである。 具体的には、 液晶表示要素 1 力、 ら射出された像を拡大等してスク リーン 5 1上に結像させるベく構 成される。

ただし、 実施形態 6の液晶表示要素 1 f や実施形態 8の液晶表示 r> 要素 1 hを用いる場合には、 射出光が発散光となる。 このため、 投 写レンズ 3 1 は、 この発散光をスク リーン 5 1上に結像させるよう に調整される。

また、 本実施形態ではスク リ一ンの裏側から像を観察するため、 スク リ ーン 5 1上に投写する像が、 実施形態 1 と反転させる必要が0 ある。 したがって、 投写レンズ 3 1 は、 投写像を反転させて表示す るように構成される。

筐体 4 1 は、 液晶表示要素 1 、 投写レンズ 3 1 およびスク リーン 5 1 を適当な距離に配置可能に構成される。

スク リーン 5 1 は、 スク リーン上に投写された像をスク リーンの5 裏侧から観察可能なように、 半透明状のフィルム、 あるいはフレネ ルレンズを有する樹脂プレー 卜等で構成されている。

(作用）

液晶表示要素 1から射出された像は、 スク リーン 5 1上に像を結 ぶ。 観察者は、 スク リーン 5 1 に表示された像を裏側から観察する。 例えば、 液晶表示要素 1 の対角サイズを 3 3 m m ( 1 . 3イ ン チ） と し、 投写レンズ 3 1 の倍率を 1 2倍程度とすると、 スク リー ン 5 1上に表示される像は、 対角サイズが 4 0 O m m ( 1 5 . 6 ィ ンチ） となる。

上述したように本実施形態 9によれば、 本発明の液晶表示要素を 用いて透過型スク リーンに像を投写するので、 従来の電界発光素子 を用いた装置より明るい投写像を提供できる。

実施形態 1 0 >

本発明の実施形態 1 0は、 カラ一表示用の投写型液晶表示装置を 提供するものである。

(構成） 本実施形態の投写型液晶表 装置は、 第 1 3図に示すように、 赤 色用液晶表示要素 1 R、 緑色用液晶表示要素 1 G、 青色用液晶表^ 要素 1 B、 赤色用波長フ イ ルム 7 0 R、 緑色用波 フ イ ルム 7 0 G、 青色用波長フ イ ルム 7 0 B、 ダイクロイツクプリズム 6 0、 投写レ ンズ 3 2、 筐体 4 2およびスク リーン 5 1を備えて構成されている。 以下、 本实施形態で用いる三原色のうち、 赤色に関する光学要素に 添字 Rを、 緑色に関する光学要素に添字 Gを、 青色に関する光学要 素に添字 Bを、 それぞれ付して示す。

液品表示要素 1 R、 1 Gおよび 1 Bとしては、 それぞれ^色で発 光する有機電界発光素子、 緑色で発光する有機電界発光素子あるい は青色で発光する有機電界発光素子を光源として備えた液晶表示要 素を適用する。

ただし、 液晶表示要素に、 前側マイクロレンズアレイ素子 （第 9 図の符号 1 5 ) を含む 1 f および 1 hを適用する場合には、 射出さ れる光が若千拡散光となるので、 投写レンズ 3 2の屈折の程度を変 える必要がある。

また、 液晶表示要素に、 光学的共振構造を有する有機電界発光素 7- (第 4図、 第 9図乃至第 1 1図の符号 1 2 ) を含む 1 c , 1 f 、 1 gおよび 1 hを適用する場合には、 発光色の波長を調整した液晶 表示要素を用いる。 すなわち、 液晶表示要素 1 Rでは、 有機電界発 光素子 1 2の射出光の波長領域を赤色に設定する。 また、 液晶表示 要素 1 Gでは、 有機電界発光素子 1 2の射出光の波長領域を緑色に 設定する。 また、 液晶表示要素 1 Bでは、 冇機電界発光素子 1 2の 射出光の波長領域を青色に設定する。

具体的には、 有機電界発光素子 1 2の発光層 1 2 5の材料を選択 し、 誘電体ミラー層 1 2 1 と反射電極層 1 2 6 との間の距離を調整 する。 実施形態 4 の偏光変換素子 1 3または実施形態 5の偏光変換 素子 1 4を用いる場合には、 可視光領域全域にわたって偏光選択反 射機能を有する偏光変換素子を用いてもよいが、 特定の波長領域に 対してだけ偏光選択反射機能を有する偏光変換素子を用いた方が、 光の利用効率を向上させるこ とができる。

また、 マイクロ レンズアレイ素子 （ 1 5、 1 7 ) を用いる場合に は、 その色の光が入射したとき収差が少なく なるように、 レンズが 設計される。 さらに、 マイクロレンズ要素の反射防止膜 （ 1 5 2、 5 1 7 2 ) を、 その色の光が入射したときに最も反射率が低く なるよ うに調整する。 例えば、 液晶表示要素 1 Rであれば波長 6 1 0 n m の光に対し、 液晶表示要素 1 Gであば波長 5 3 5 n mの光に対し、 および液晶表示要素 1 Bであれば波長 4 7 0 n mの光に対し、 上記 条件を満たすように調節する。

10 各波長フイルム 7 0は、 ガラス板またはプラスチッ ク板により構 成されている。 赤色用波長フイルム 7 0 Rは、 赤色の波長の光を透 過可能に構成される。 緑色用波長フ イ ルム 7 0 Gは、 緑色の波長の 光を透過可能に構成される。 青色用波長フ ィ ルム 7 0 Bは、 青色の 波長の光を透過可能に構成される。 なお、 波長フ ィ ルム 7 O R、 7

J 5 0 Gおよび 7 0 Bを構成要素から除外してもよい。

ダイクロイ ツクプリズム 6 0は、 液晶表示要素 1 R、 1 Gおよび 1 Bからの像を合成可能に構成されている。 すなわち、 ダイクロイ ックプリ ズム 6 0は、 複数のプリズムを集合させ、 その境界面に特 定の波長の光を反射する誘電体多層膜を形成して構成される。 例え

20 ば、 膜 6 0 Rは赤色の波長の光を反射し、 他の波長の光を透過可能 に構成される。 膜 6 0 Bは青色の波長の光を反射し、 他の波長の光 を透過可能に構成される。

投写レンズ 3 2は、 スク リーン 5 1 にダイクロイ ツ クプリズム 6 0からの合成像を投写可能に調整される。 同図では一枚のレンズの

2 み図示してあるが、 複数枚のレンズで構成してもよい。

筐体 4 2は、 本形態の光学要素全体を含みうるような容量で構成 されている。

スク リ ー ン 5 1 は、 実施形態 9で説明したものと同様である。

(作用）

： W 各液品表示要素 1 R、 1 Gおよび 1 Bから波長フ ィ ルム 7 0 R、 7 0 Gおよび 7 0 Bを経てダイクロイ ツクプリズム 6 0に供給され る像は、 それぞれの原色の光の像である。 赤色の光は、 ダイクロイ ッ クプリズム 6 0の膜 6 0 Rにより反射させられる。 青色の光は、 ダイクロイ ツクプリズム 6 0の膜 6 0 Bにより反射させられる。 緑 r, 色の光は、 膜 6 0 Rや 6 0 Bのいずれにも反射することなく 、 両胶 を透過する。 この結果、 ダイクロイ ツ クプリ ズム 6 0の投写レンズ 3 2側には、 これら三色の光が合成された像が射出させられる。 こ の像は、 投写レンズ 3 2によりスク リ ーン 5 1上に拡大して投写さ せられる。 スク リーン 5 1 上に投写させられた像は、 その裏側から 10 観察者が観察することができる。

例えば、 透過型液晶パネルを対角サイズ 6 3 . 5 m m ( 2 . 5 ィ ンチ） 程度で構成した場合、 背面投写型のスク リ ーン 5 1 は対角サ ィズ約 1 m (約 4 0イ ンチ） 程度に形成される。

上述したように本実施形態 1 0によれば、 各原色ごとに本発明の 15 液晶表示要素を設け、 それを合成してカラ一像を生成するので、 白 色で発光する一枚の有機電界発光素子で照明する場合に比べて、 明 るい力ラー像を表示させることができる。

^実施形態 1 1 、

本発明の実施形態 1 1 は、 実施形態 1 0 とは異なるカラー表示用

20 の投写型液晶表示装置の構成を提供するものである。

(構成）

本実施形態の投写型液晶表示装置は、 第 1 4図に示すように、 実 施形態 1 0の投写型液晶表示装置とほぼ同様の構成を備える。 ただ し、 本形態の投写型液晶表示装置は、 反射ミ ラ一 8 0をさ らに備え 25 る。 また、 実施形態 1 0のスク リーン 5 1 の代わりにスク リ ーン 5 2を備え、 筐体 4 3に格納される点で、 実施形態 1 0 と異なる。 反射ミ ラー 8 0は、 投写レンズ 3 2からの光をその光軸と直角方 向に反射可能に構成されている。

スク リーン 5 2は、 反射ミ ラー 8 0により反射させられた像を、 ：30 その背面から観察できるよぅ投写可能に構成されている。 筐体 4 3は、 スク リーン 5 2に適当な大きさで結像させられるよ う各光学要素を配置可能に構成されている。

(作用）

投写レンズ 3 2から各原色の像が合成された合成像が射出される までは、 実施形態 1 0 と同様である。 この合成像は、 反射ミ ラ一 8 0で反射させられ、 スク リーン 5 2上に投写させられる。 実施形態 1 0 と同じ倍率で像を投写するためには、 投写レンズ 3 2からスク リーン 5 2までの光軸上の距離を実施形態 1 0における投写レンズ 3 2からスク リーン 5 1 までの距離に等しくすればよい。

本実施形態 1 1 によれば、 各原色ごとに本発明の液晶表示要素を 設け、 それを合成してカラ一像を生成するので、 明るいカラ一像を 表示させることができる。

また、 反射ミ ラーに凸面境を適用すれば、 その反射により像がさ らに拡大されるので、 短い光軸上の距離であつても大きな像の倍率 が得られるという利点がある。

また、 反射ミ ラーによる反射により像が反転させるこ とができる ので、 投写レンズから射出された像が反転している場合に、 その像 をさ らに反転させ、 正しい像に補正できる。

実施形態 1 2 ヽ

本発明の実施形態 1 2は、 実施形態 1 0 とは異なるカラ一表示用 の投写型液晶表示装置の構成を提供するものである。

(構成）

本実施形態の投写型液晶表示装置は、 第 1 5図に示すように、 実 施形態 1 0の投写型液晶表示装置とほぼ同様の構成を備える。 ただ し、 本形態の投写型液晶表示装置では、 実施形態 1 0のようにスク リ一ンを筐体に内蔵せず、 外部のスク リーン 5 0に投写可能に構成 される点で、 実施形態 1 0 と異なる。

投写レンズ 3 4は、 外部のスク リーン 5 0に合成像を投写可能に 構成されている。 同図では投写レンズ一枚で構成してあるが複数の レンズを組み合わせて用いてもよい。 特に、 外部スク リーンに投写 するため、 スク リ ーンとの距離が定まっていない。 このため、 いか なる距離にスク リーン 5 0が設置されてもピン 卜を合わせられるよ うに構成する。

筐体 4 4は、 スク リーンを筐体に含めないので、 液晶表示要素 1、 波長フィルム 7 0、 ダイクロイ ツクプリズム 6 0および投写レンズ 3 4を含みうるように構成されている。

(作用）

本実施形態では、 投写レンズ 3 4から射出された光は、 外部に設 置されたスク リーンに投^される。 像の倍率は、 投写レンズ 3 4の レンズ構成、 および投写レンズ 3 4 とスク リ ーン 5 0 との距離に応 じて変化する。

上述したように本実施形態 1 2によれば、 スク リ ーンを内蔵しな い投写型液晶表示装置を提供できる。

てその他の実施形態 >

なお、 本実施形態では平板状の透過型液晶パネルを用いたので、 この液晶パネルに均等に光を照射すベく有機電界発光素子も平板状 に形成したが、 液晶パネルの表示面が湾曲等しているのなら、 冇機 ¾ 界発光素子も液晶パネルの表面形状に合わせて変形させてもよい。

また、 前側マイクロレンズアレイ素子、 後側マイ クロ レンズァレ ィ素子、 偏光変換素子および透過型液晶パネルの構造は、 実施形態 に記載した機能を奏するものであれば、 他の構造を適用可能である。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 従来の無機材料を用いた光源より も低電圧駆動 が可能で光量の大きい平板状の有機電界発光素子を用いたので、 従 来より も明るい像を投写できる小型の投写型液晶表示装置を提供で きる。

また、 本発明によれば、 液晶パネルに従来より放射光の指向性の よい光を射出する共振器構造を備えた有機電界発光素子を用いた場 合には、 光の発散による光量の減少を防止し、 低電圧駆動が可能で、 明るい像を投写させることができる小型の投写型液品表示装置を提 供できる。

本発明によれば、 射出光の偏光状態を変換する偏光変換素子を用 いたので、 液晶パネルの偏光板を透過できる光量を增やすことによ り、 明るい画像を投写する投写型液晶表示装置を提供できる。

本発明によれば、 カラー画像の投写に際し、 特定の波長帯域にお いて機能する偏光変換素子を用いたので、 液晶パネルの偏光板を透 過できる光量を増やし、 明るい像を投写する小型の投写型液晶表示 装置を提供できる。

本発明によれば、 液晶パネルの画素の開口部に集光させるマイク 口レンズアレイ素子を用いたので、 画素の開口部を通過できる光量 を増やし、 明るい像を投写する小型の投写型液晶表示装置を提供で きる。

本発明によれば、 カラ一画像の投写に際し、 光の共振により特定 の波長の光のみを発光させる小型の発光素子を用いたので、 特定の 波長の光のみの光量を増やし、 明るい画像を投写する小型の投写型 液晶表示装置を提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 光を反射する電極層と光を透過する電極層との間に有機薄膜層 を狭持して構成された有機電界発光素子と、

前記有機電界発光素子の面から射出される光の透過を制御 する透過型液晶パネルと、 を含む液晶表示要素を備えたこと特徴 とする投写型液晶表示装置。

2 前記有機薄膜層は、 白色光を発する白色発光層と して構成され る請求の範囲第 1項に記載の投写型液晶表示装置。

3 前記有機薄膜層は、 カラー表示に必要な複数の原色の各々の波 長領域の光をそれぞれ発する原色発光層を順次積層して構成され る請求の範囲第 1項に記載の投写型液晶表示装置。

4 前記有機電界発光素子は、 透明基板に積層された透明電極層と、 当該透明電極層上に積層された前記有機薄膜層と、 当該有機薄膜 層上に積層され、 当該有機薄膜層の発した光を反射する電極層と、 により構成される請求の範囲第 1項に記載の投写型液晶表示装置。 5 前記有機電界発光素子は、 前記有機薄膜層の発した光を反射す る電極層と、 当該電極層との間で前記有機薄膜層を狭持する透明 電極層と、 当該透明電極層からの光の射出側に設けられ、 入射し た光の一部を前記透明電極層を介して前記電極層へ反射し、 当該 光の残りを透過するハーフ ミラ一層と、 を備え、

当該ハーフ ミ ラー層と前記電極層との間の距離を、 当該光 が共振する光学距離に設定して構成される請求の範囲第 1項に記 載の投写型液晶表示装置。

6 前記有機電界発光素子と前記透過型液晶パネルとの間に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさらに備え、

前記透過型液晶パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の 範囲第 1項乃至第 5項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装 H。

前記偏光変換素子は、 前記有機電界発光素子側に配置され、 右 回り円偏光及び左 [IIり円偏光のうち一方の円偏光成分を反射し、 かつ、 他方の円偏光成分を透過させる円偏光選択反射フィル夕と、 円偏光を直線偏光に変換し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変換する 1 Z 4波長板と、 を備えて構成される請求の範囲第 6項に記載の 投写型液晶表示装置。

前記偏光変換素子は、 前記透過型液晶パネル側に配置され、 直 交する 2つの直線偏光成分のうち、 一方の直線偏光成分を反射し、 かつ、 他方の直線偏光成分を透過させる直線偏光選択反射フィル 夕と、 円偏光を直線偏光に変換し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変 換する 1 / 4波長板と、 を備えて構成される請求の範囲第 6項に 記載の投写型液晶表示装置。

前記偏光変換素子は、 特定の波長帯域の前記射出光について、 その特定の偏光状態の光を透過し、 それ以外の偏光状態の光を反 射する偏光選択反射フィルタを備えた請求の範囲第 6項乃至第 8 項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置。

0 前記有機電界発光素子と前記透過型液晶パネルとの問に、 当該有機電界発光素子からの射出光を集めるマイクロレン ズ要素を、 前記透過型液晶パネルの個々の画素に対応させて配置 して構成した前側マイクロレンズアレイ素子を、 さらに備える請 求の範囲第 6項に記載の投写型液晶表示装置。

1 前記透過型液晶パネルの個々の画素の開口が、 前記マイクロ レンズ要素の後側焦点の近傍に配置するように、 各マイクロレン ズ要素の焦点距離、 および前記前側マイクロレンズアレイ素子と 当該液晶パネルとの距離が調整されて構成された請求の範囲第 1 0項に記載の投写型液晶表示装置。

2 前記透過型液晶パネルは、 各画素の開口に入射した光を透過 させ、 かつ、 当該画素の開口以外の部分に入射した光を遮蔽する 遮光要素を備えた請求の範囲第 1 0項または第 1 1項のいずれか 一項に記載の投写型液晶表示装置。

1 3 前記透過型液晶パネルを透過した光の射出側に、 前記液晶パ ネルの各画素の開口を透過した光の発散を抑えるマイクロレンズ 要素を、 個々の画素の対応させて配置して構成した後側マイク口 レンズアレイ素子を、 さらに備える請求の範囲第 1 0項乃至第 1 2項のいずれか一項に記載の投写型液品表示装置。

1 4 前 I射素の開口が前記後側マイクロレンズ要素の前側焦点の 近傍に配置するように、 各マイクロレンズ要素の焦点距離、 およ び ¾該後側マイク口レンズァレイ素子と当該透過型液晶パネルと の距離が調整されて構成された請求の範囲第 1 3項に記載の投写 型液晶表示装置。

1 5 前記有機電界発光素子と前記前側マイクロレンズァレイ素子 との間に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさらに備え、

前記透過型液晶パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の 範囲第 1 0項乃至第 1 4項のいずれか一項に記載の投写型液晶表 示装置。

1 6 前記偏光変換素子は、 前記有機電界発光素子側に配置され、 右回り円偏光及び左回り円偏光のうち -方の円偏光成分を反射し、 かつ、 他方の円偏光成分を透過させる円偏光選択反射フィルタと、 円偏光を直線偏光に変換し、 かつ、 直線偏光を円偏光に変換する 1 / 4波長板と、 を備えて構成される請求の範囲第 1 5項に記載 の投写型液晶表示装置。

1 7 前記偏光変換素子は、 前記前側マイクロレンズアレイ素子側 に配置され、 直交する 2つの直線偏光成分のうち、 一方の直線偏 光成分を反射し、 かつ、 他方の直線偏光成分を透過させる直線偏 光選択反射フィ ルタと、 円偏光を直線偏光に変換し、 かつ、 直線 偏光を円偏光に変換する 1 / 4波長板と、 を備えて構成される請 求の範囲第 1 5項に記載の投写型液晶表示装置。

1 8 前記透過型液晶パネルを透過して生成された像をスク リーン 上に投写する投写レンズを、 さ らに備えた請求の範囲第 1項、 第 4項または第 5項のいずれか 項に記載の投写型液晶表示装置。 1 9 前 投写レンズから投写された像を当該投写レンズの反対側 から観察可能に構成された透過型スク リ ー ンを、 さらに備えた請 求の範囲第 1 8項に記載の投写型液晶表示装置。

2 0 カラー表示に必要な複数の原色の各々の波長領域の光の透過 を制御する複数の前記液晶表示要素と、

前記複数の液晶表示要素から射出された各原色の像を合成 し、 カラー画像を生成する合成光学系と、

前記合成光学系により合成されたカラー画像をスク リ一ン 上に投写する投写レンズと、 をさらに備えた請求の範囲第 1項ま たは第 4 ¾のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装置。

2 1 前記複数の有機電界発光素子が光学的共振構造を備えている 請求の範囲第 2 0項に記載の投写型液晶表示装置。

2 カラ一表示に必要な複数の原色の各々の波長領域の光を発す るよう調整された光学的共振構造を有する有機電界発光素子と、 前記有機電界発光素子の面から射出される光の透過を制御する透 過型液晶パネルと、 を含む液晶表示要素を前記原色ごとに備え、 さ らに、 それぞれの前記液晶表示要素から射出された各原 色の像を合成し、 カラー画像を生成する合成光学系と、

前記合成光学系により合成されたカラー画像をスク リーン 上に投影する投写レンズと、 を備えた投写型液晶表示装置。

2 3 前記投写レンズから投写された像を当該投写レンズの反対側 から観察可能に構成された透過型スク リーンを、 さらに備えた請 求の範囲第 2 0項乃至第 2 2項のいずれか一項に記載の投写型液 晶表示装置。

2 4 各前記液晶表示要素は、 前記有機電界発光素子と前記透過型 液品パネルとの間に、 当該有機電界発光素子からの射出光を集めるマイクロレン ズ要素を、 前記透過型液晶パネルの個々の画素に対応させて配置 して構成した前側マイクロレンズァレイ素子を、 さらに備える請 求の範囲第 2 0項乃至第 2 3 ¾のいずれか一項に記載の投写型液 晶表示装置。

5 各前記液晶表示要素は、 前記透過型液晶パネルを透過した光 の射出側に、 前記液晶パネルの各画素の開口を透過した光の発散 を抑えるマイクロレンズ要素を、 個々の画素の対応させて配置し て構成した後側マイクロレンズアレイ素子を、 さらに備える請求 の範囲第 2 4項に記載の投写型液晶表示装置。

6 各前記液晶表示要素の前記前側マイク口レンズァレイ素子お よび前記後側マイクロレンズアレイ素子は、 当該液晶表示要素に 割り当てられた原色の波長領域の光に対し、 反射率が最も低く な るように調整された反射防止膜を備えて構成される請求の範囲第 2 4項または第 2 5項のいずれか一項に記載の投写型液晶表示装 置。

7 各前記液晶表示要素は、 前 ¾有機電界発光素子と前記前側マ イク口レンズアレイ素子との間に、

前記有機電界発光素子からの射出光の偏光状態を変換する 偏光変換素子をさらに備え、

前記透過型液晶パネルは、 前記偏光変換素子を透過した射 出光のうち特定の偏光状態の光を透過する偏光板を備えた請求の 範囲第 2 0項乃至第 2 6項のいずれか- '項に記載の投写型液晶表 示装置。

8 各前記液晶表示要素の前記偏光変換素子は、 特定の波長帯域 の前記射出光に対して、 その特定の偏光状態の光を透過し、 それ 以外の偏光状態の光を反射する偏光選択反射フィルタを備えた請 求の範囲第 2 7に記載の投写型液晶表示装置。