WO1999036823A1 - Dispositif de commutation optique, et dispositif d'affichage et de projection d'images - Google Patents

Description

明 細 書 光スイ ッチング素子、 画像表示装置および投射装置

技術分野

本発明は、 光通信、 光演算、 光記憶装置、 光プリ ン夕一、 画像表 示装置等に使用される光スイ ッチング素子 （ライ トバルブ） に関す るものであり、 特に投射装置などに適用可能な画像表示装置および 光スィ ツチング素子に関するものである。

背景技術

プロジヱク夕などの画像表示装置には、 図 2 1 にその概略構成を 示すように、 光スイ ッチング素子として液晶を用いた液晶表示装置 9 0 0が主に用いられている。 液晶表示装置 9 0 0は、 偏光板 9 0 1および 9 0 8、 ガラス板 9 0 2および 9 0 3、 透明電極 9 0 4お よび 9 0 5、 液晶 9 0 6および 9 0 7よ り構成され、 透明電極間に 電圧を印加することによ り液晶分子の方向を変えて偏光面を回転さ せて画素表示を行うものである。 そして、 このような光スイ ッチン グ素子 （液晶セル） からなる画素を二次元に並べた液晶パネルを用 い、 階調表現は印加電圧を調整することによ り液晶分子の向く方向 をコン ト ロールして、 画像を表現するようにしている。

しかしながら、 液晶は高速応答特性が悪く、 たかだか数ミ リ秒程 度の応答速度でしか動作しない。 また、 液晶は偏光板によ り光の利 用効率が低下してしまい、 高いコン トラス ト比を得よう とする と消 費電力がかなり大き くなるという問題もあった。 したがって、 近年、 いっそう高品位な画像品質が要求されている画像表示装置としては、 液晶よ り さらに明る く階調表現が正確な表示を行えるものが要望さ れている。

近年、 光を全反射して伝達可能な導光部に対し、 透光性の光を抽 出可能なマイ クロプリズムを備えた光スィ ヅチング部を近接させて エバネセ ン ト光 （エバネセ ン ト波） を抽出し、 1波長程度あるいは それ以下の微小な動きによって、 光を高速でオンオフ制御可能な光 スィ ツチング素子を用いた画像表示装置が検討されている。 このよ うな光スィ ツチング部を用いた画像表示装置は、 移動距離が短いた めに高速で動作でき、 さらに、 光の利用効率を高められるので高コ ン トラス トで明るい画像表示装置が得られると期待されている。 し かしながら、 このようなエバネセン ト光を利用した画像表示装置は 未だ開発段階であ り、 必ずしも光の利用効率が高く、 高コン トラス 卜で高品質の画像を表示できるようになっていない。

そこで、 本発明においては、 エバネセン ト光を利用した光スイ ツ チング素子を用いた画像表示装置の最適化、 特に、 全反射面に構成 される表示領域に対し照射される導入光の経路などを最適化するこ とによ り、 光の利用効率を高め、 高コ ン トラス トで品質の高い画像 を表示できる画像表示装置を提供することを目的と している。 さら に、 そのような画像表示装置に好適な光スィ ツチング素子を提供す ることを目的としている。 発明の開示

このため、 本発明の画像表示装置においては、 エバネセン ト波を 抽出し反射するためにマイ クロプリズムを用い、 さらに、 このマイ クロプリズムに対し対称な 2方向から光が照射されるようにしてい る。 このため、 本発明の画像表示装置は、 画像表示用の導入光を全 反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、 全反射面の表示領 域に装着された光スイ ッチング部と、 少なく とも表示領域に対し導 入光を照射可能な光源部とを有し、 さらに、 光スイ ッチング部は、 表示領域から漏出したエバネセン ト波 （エバネセン ト光） を抽出可 能な抽出距離以下に接近する第 1の位置、 および前記抽出距離以上 に離れる第 2の位置に移動可能な複数の透光性の抽出面と、 この抽 出面で抽出した光を導光部の方向に反射する複数のマイクロプリズ ムを備えた画像表示装置であって、 光源部または導光部を、 表示領 域に対し対称な 2方向から導入光を照射できるように構成している。 そして、 光スィ ツチング部のマイクロプリズムに対し両側から導入 光を当てて 1画素あた りの出射光の強度を高くできるようにしてい る。 したがって、 明るい画像が得られ、 また、 オンオフのコン トラ ス ト も大きくすることができる。

全反射面で全反射している導入光から漏出するエバネセン ト光を 抽出し、 垂直な出射光として出射するためには、 適当な頂角を備え、 全反射面に沿って延びた三角柱状のマイ クロプリズムが適している。 これに対し対象な 2方向から導入光を照射することによ り、 頂角を 挟んだ角度の異なる両方のプリズム面で導入光を反射することがで きる。 このため、 1方向から導入光が照射された場合に対し、 その ほぼ 2倍の強度の出射光を得ることが可能となる。 また、 1画素を 構成するマイ クロプリズムの全体から出射光が発せられるようにな るので、 画素間に隙間のないシームレスな画像を得ることができる。 したがって、 本発明によ り、 エバネセン ト光を用いて明る く高品質 の画像を表示できる画像表示装置を提供できる。

さ らに、 光源部または導光部は、 表示領域で反射されていない導 入光によって、 表示領域全体を照射するように構成することが望ま しい。 表示領域の一部で反射された導入光によって他の表示領域が 照射されるような光源部または導光部の構成を採用すると、 先に導 入光が照射される表示領域の光スイ ッチング部のオンオフ状況によ つて他の表示領域を照らす導入光の強度が変わってしまう。 したが つて _、 表示領域や画像の形態によって画像を表示する出射光の光強 度が変わったり、 他の表示領域では導入光の強度が不足し、 スイ ツ チング部のオンオフに伴った出射光が得られず画像が表示されない といった事態が発生する可能性がある。 これに対し、 表示領域で反 射されていない導入光によって表示領域全体を照射すれば、 表示領 域のすべてのスイ ツチング部に対し、 他のスィ ッチング部の動作状 況に関わらず一定強度の導入光を照射することが可能となる。 した がって、 画像の一部がかけたり、 コン トラス トが低下するといつた 画像品質の劣化を防止することが可能となる。

導光部の一方の側に光源部を設置し、 この光源部から光が導光部 に入射される入射面と全反射面を挟んで対向する側に反射面を設け ることによ り、 表示領域に 2方向から導入光を照射することができ る。 反射面としては全反射を利用して導入光を表示領域に対し反射 するもの、 反射性の膜を蒸着などによって形成して表示領域に対し 反射するものなどを採用できる。 さらに、 光源部から入射した導入 光の向きを複数の反射面を用いて最終的に表示領域に対し適当な角 度で反射する反射面に導く ようすることも可能である。 この際に、 上述したように、 導入光は表示領域以外の領域で反射するようにす ることが望ましい。

さらに、 1つの光源中心から導入光が出射されるようになつてい る場合は、 その光源中心から発せられた導入光束をほぼ中心から 2 分し、 その一方の導入光束を全反射面の表示領域以外の領域で反射 し、 さらに、 反射面によって他方の導入光束に対し光量分布が逆転 するよう表示領域に照射することが望ま しい。 光源部からは、 光源 中心がもつとも強度が高く、 周辺に行く ほど強度が低下する強度分 布の導入光が入射される。 このため、 導入光束の半分を反射面で強 度分布が反転するように表示領域へ照射することによ り、 表示領域 に照射される導入光の分布を平均化することができ、 イ ンテグレー 夕などの特殊で高価な光学系を用いずにほぼ光強度が一定した、 一 様に明る く明瞭な画像を表示できる画像表示装置を提供できる。 導光部の一方の側方に、 光源を 2つ設けることも可能である。 光 源の数をふやすことによ り、 1つ光源あたりの電力負荷 （容量） を 削減することが可能となり、 光源の発熱量を減らすことができる。 したがって、 光源を冷却する機構を省略することが可能である。 光 源部が 2つの光源中心を備えている場合は、 カラー表示を行うため にそれそれの光源から照射される導入光の色の同期を取る必要があ る。 このためには、 旋回中心を中心として分割された領域に同色の フィルターが点対称に配置された色分割フィルターによって 2つ光 源中心からの導入光を時分割することにより簡単に同期を取ること ができる。

さ らに、 全反射面に対し一方の側から導入光を導光部に導入する 代わりに、 表示領域に対し対称な 2方向から導入光を照射可能な第 1および第 2の入射面を設け、 2方向から導入光を導光部に入射す るようにしてももちろん良い。 1つの光源から出射された光を分割 した後に適当な光路で第 1および第 2の入射面に導く ことも可能で あるが、 それそれの入射面に対峙した位置に 2つの光源部を設けて おく ことが望ましい。 これによ り複雑な光路を省略でき、 また、 光 路における導入光の減衰を抑え、 低消費電力で明るい画像を表示で きる画像表示装置を提供することができる。

また、 光源部および入射面を入射面から入射された導入光が出射 面で全反射した後に表示領域 _:に照射されるように配置することによ り、 光源部を出射面の後方に配置することが可能となる。 したがつ て、 画像表示装置の出射面の側に投射レンズを配置して投射装置と するときに投射レンズと光源部とを干渉せずに配置することができ る。

また、 光源部からの導入光が入射面で屈折して角度が変わった後 に表示領域に照射されるように配置することによ り、 上記と同様に、 光源部と投射レンズとの干渉を防止できる。 さらに、 導入光を入射 面で屈折させることによ り、 導入光の光束の断面形状を変えること が可能であり、 表示領域全体を適当な強度で照射できるように入射 面の角度で導入光を制御することも可能である。 さらに、 入射面と 光源部との間に適当な角度で導入光を入射面に導く入射プリズムを 導入部と別に設置しても上記と同様の効果を得ることができる。

このような画像表示装置の光スィ ツチング部を構成するマイ クロ プリズムは、 明る く コン トラス 卜の大きな画像を表示するために導 入光をできる限り垂直に插えて反射することが望ましい。 そのため には、 マイクロプリズムの頂角 が導入光の全反射面に対する入射 角 0に対し次の式 （A ) を満たすようにすることが望ましい。

^ = 1 8 0度 ー 0 · · · ( A )

プリズム頂角 が上記の式 （ A ) を満たすプリズムを用いると、 頂角に対峙する抽出面から角度 で入射した光は、 抽出面に対し垂 直に反射される。 したがって、 上記の式 （A ) を満たす頂角のプリ ズムを備えた光スイ ッチング部を用いることによ り、 抽出面が第 1 の位置になり、 オンのときに導光部から出射される光は全反射面に 対し垂直な方向に揃う。 導光部の全反射面と対峙する出射面も導入 光を全反射するように全反射面と平行になっており、 導光部から出 射される光は出射面に対し垂直になる。 従って、 導光部の出射面の 屈折することなく光密度が高く、 また、 導光部における損失の少な い出射光が得られる画像表示装置を提供できる。 さらに、 導光部の 全反射面および出射面に対し垂直に出射される光によって画像が形 成されるので、 投射像の歪みがなく、 画質の良い画像を得ることが できる。

また、 この画像表示装置では、 1画素を形成する光スイ ッチング 素子が、 導光部と、 抽出面と、 さらにマイクロプリズムによって構 成されており、 このマイ クロプリズムの頂角 を上記の式 （ A ) に することによ り全反射面に対し垂直方向に揃った光を出射できる光 スイ ッチング素子を提供することができる。

全反射面に対する導入光の入射角 0は約 6 0度から 7 0度の範囲 が望ましい。 入射角が 6 0度よ り小さ く 5 0度に近い角度で抽出面 に入射すると、 エバネセン ト光が漏光しないオフ状態とするために 光スィ ツチング部を移動する距離が長く なるので、 駆動力が大きく なる。 例えば、 静電気力を用いる場合は駆動電圧が高くなり、 電力 消費が増大する。 また、 移動距離が長く なるので、 光スイ ッチング 素子の駆動速度が低下してしまう。 一方、 入射角が 7 0度よ り大き く 8 0度に近い角度で抽出面に入射すると、 エバネセン ト光が漏光 するオン状態となる間隔が非常に短くなり、 全反射面あるいは抽出 面の面粗さ、 あるいは、 駆動系統の精度によってコン トラス トが大 き く変化してしまう。 従って、 均質な階調性を保持するこ とが難し い。

入射角 0は上記の範囲の中で、 特に、 6 0度とすることが望まし い。 入射角 Sが 6 0度で入射した導入光を垂直方向に反射するには、 マイ クロプリズムの頂角 が 1 2 0度とな り、 このようなマイクロ プリズムの反射面は導入光と平行になる。 従って、 マイクロプリズ ムに抽出された光が、 その光を垂直方向に反射するプリズムの面と 異なる面で反射された り、 あるいは抽出された光が当たらない面が 生ずるのを避けることができ、 全反射面に対し明る く垂直な方向に 揃った出射光を得るこ とができる。 従って、 導入光をマイ クロプリ ズムで効率の良く反射することが可能であり、 損失のない明るい光 を得ることができ、 いっそう高いコン トラス トが得られる光スイ ツ チング素子および画像表示装置を提供できる。

さらに、 導光部の方向に突出した頂部が抽出面の端よ り内側、 す なわち、 マイ クロプリズムの中央よ りに配置されると、 マイクロプ リズムに抽出面で抽出された光が当たらない領域が発生する。 この ためマイ クロプリズムによって反射される光量が減少する。 また、 このようなマイクロプリズムを用いて画像表示装置を構成したとき に、 画素が小さ く なるので画素同士の間隔が開いてしまう。 従って、 導入光が入射される抽出面の端にマイ クロプリズムの導光部の方向 に突出した頂部を配置することが望まし く、 これによ り、 明る くコ ン トラス 卜の高い光スイ ッチング素子を得ることができる。 また、 このようなマイ クロプリズムによ り画素同士の間隔をなく すことが できるので、 画素間の境界のないシームレスな画像を表示できる画 像表示装置を提供できる。

さらに、 抽出面で抽出された導入光をロスなく反射するためは、 マイ クロプリズムの頂部は、 抽出面の近傍に位置することが望まし い。 すなわち、 マイクロプリズムの頂点を抽出面に近い位置に設け ることで、 一定の角度範囲を持って入射される光を、 漏れなく反射 して出射することができる。 したがって、 出射効率が良く、 光量の 大きな光スィ ツチング素子および画像表示装置を提供できる。

さ らに、 マイ クロプリズムのピッチによって出射光の回折角度が 変わるので、 強度の高い 1次回折光を投射レンズに取り込んで画像 を形成できるようにするには、 マイ クロプリズムのピッチの範囲は 3 m以上が望ま しく、 さらに、 製造公差、 経時変化などを '考慮す ると、 マイ クロプリズムのピッチは約 4 m以上がいっそう望まし い。 .

9 本発明の画像表示装置から出射された出射光を投射レンズによつ てスク リーンに投射することによ り投射装置とすることができる。 そして、 投射レンズの Fナンバーを小さくするこ とによ り、 導光部 と投射レンズとの距離をそれほど開けずに垂直に出射された出射光 と、 強度の高い回折光も集光することができ、 投射装置全体をコン パク トにすることができる。 このように、 本発明によ り、 明る く画 質の高い画像を表示可能な画像表示装置および投射装置を提供する ことが可能となる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成を示 す図である。

図 2は、 図 1 に示す画像表示装置の光スィ ツチング部を拡大して 示す断面図である。

図 3は、 図 2 に示した画像表示装置の 1画素を構成する光スイ ツ チング素子を拡大して示す図である。

図 4は、 図 2 に示した画像表示装置に対し、 画素に暗部が生じる 状態を模式的に示す図である。

図 5は、 図 2 に示した光スィ ツチング部のマイ クロプリズムをさ らに拡大して示す図である。

図 6は、 エバネセン ト光の透過率を距離に対して示すグラフであ

図 7は、 図 5 に示すマイ クロプリズムュニッ トの頂点の抽出面の 端に対する位置の効果を説明する図である。

図 8は、 図 5 に示すマイ クロプリズムユニッ トの頂点の抽出面か らの距離の効果を説明する図である。

図 9は、 プリズムピッチ pと回折角度の関係を示すグラフである 図 1 0は、 図 1 に示す投射装置において、 Fナンバーの小さな投 射レ ンズによって照射光を集光する様子を模式的に示す図である。

図 1 1 は、 本発明の上記と異なる画像表示装置および投射装置の 概略構成を示す図である。

図 1 2は、 図 1 1 に示す画像表示装置において、 表示領域で反射 された導入光と、 表示領域で反射されていない導入光の効果の差を 模式的に示す図である。

図 1 3は、 本発明の上記とさ らに異なる画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 1 4は、 本発明の上記とさ らに異なる画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 1 5 は、 上記とさらに異なる本発明の画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 1 6は、 さらに上記と異なる本発明の画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 1 7は、 図 1 6 に示す画像表示装置において用いられる色分解 フィルターを示す図である。

図 1 8は、 本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 1 9は、 本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射 装置の概略構成を示す図である。

図 2 0は、 本発明のさらに異なる画像表示装置および投射装置の 概略構成を示す図である。

図 2 1 は、 従来の液晶を用いた画像表示装置の概要を示す図であ る。 発明を実施するための最良の形態 以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。 図 1 に、 本発明にかかる投射装置 6の概略構成を示してある。 本例の投 射装置 6は、 画像表示装置 2 と、 この画像表示装置 2から出射され た出射光 7 4をスク リーン 9 に投射する投射レンズ 8 を備えている , 本例の画像表示装置 2は、 画像表示用の導入光 7 0を全反射して伝 達可能な全反射面 5 2 を備えた導光部 1 0 と、 導光部の全反射面 5 2の表示領域 5 3 aに装着された光スィ ツチング部 2 0 と、 表示領 域 5 3 aに対し導入光 7 0を照射可能なように配置された光源部 6 0 とを備えている。

光源部 6 0は、 白色のメタルハライ ドランプなどの白色光を発す る光源中心 6 2 と、 モーターなどの駆動体 6 7で回転される色分解 フィルタ一 6 6 とを備えており、 この色分解フィル夕一 6 6で、 光 源中心 6 2から出射された白色光を 3原色のそれそれに時分割し、 導入光 7 0 と して導光部 1 0に供給できるようになつている。 光源 部 6 0には、 さらに、 導入光 7 0を平行光束にして導光部 1 0 に導 く コ リメ一夕 レンズ 6 8 も設置されている。

導入光 7 0が入射される導光部 1 0は、 ガラス製あるいは透明プ ラスチック製などの導入光の透過率が高い素材からなる光ガイ ドで ある。 本例の導光部 1 0はほぼ台形のプリズム状になっており、 そ の側面の光源部 6 0に面した入射面 5 6から入射された導入光が、 底面 5 2 を全反射面と して導光部 1 0の内部で全反射して伝達され るようになっている。 全反射面 5 2で反射された導入光 7 0は、 全 反射面 5 2を挟んで入射面 5 6 に対向するように設けられた他方の 側面を反射面 5 8 として反射され、 全反射面 5 2 に再び照射される よう になつている。 このように、 入射面 5 6 と、 反射面 5 8の 2方 向から導入光 7 0が照射される全反射面 5 2の領域が表示領域 5 3 aであ り、 この表示領域 5 3 aを覆うように光スイ ッチング部 2 0 が取り付けられている。 そして、 この光スイ ッチング部 2 0で画像 を表示するように抽出された導入光 7 0が上方に反射され、 出射光 7 4 となつて全反射面 5 2 と対峙して平行になつた出射面 5 4から 出射されるようになつている。

光スイ ッチング部 2 0は、 図 2 に示すように、 導光部 1 0の全反 射面 5 2 の表示領域 5 3 aに密着するように設置され、 全反射面 5 2から漏出した光 （エバネセ ン ト波） を抽出して上方の導光部 1 0 に対し、 十分な強度で出射できるようになつている。 本例の光スィ ヅチング部 2 0は、 導光部 1 0の全反射面 5 2に面して 2次元的に 配置され、 画像の 1画素 5 をそれそれ構成するマイクロプリズム 3 4が 2次元的に配置されており、 このマイ クロプリズム 3 4の全反 射面 5 2 に面した側がエバネセ ン ト波を抽出する抽出面 2 2 になつ ている。 さらに、 光スィ ッチング部 2 0は、 マイ クロプリズム 3 4 が 2次元的に配置されたプリズム層 3 8 と、 それそれのマイ クロプ リズム 3 4を駆動する駆動部 4 0 と、 駆動部 4 0を制御する駆動用 I Cが構成されたシリ コン基板 4 4の層が順番に積層された階層構 造を成している。

さらに、 本例の画像表示装置 2は、 1画素 5 を構成する光スイ ツ チング素子 1 が 2次元に配列された構造として捉えることも可能で ある。 したがって、 本例の光スイ ッチング素子 1 は、 導光部 1 0 と、 導光部 1 0の全反射面 5 2 に面した側が抽出面 2 2 となったマイク 口プリズム 3 4 と、 マイクロプリズム 3 4を駆動する駆動部 4 0 と、 駆動部 4 0を制御する駆動用 I Cが構成されたシ リコン基板 4 4が 順番に積層された階層構造となっている。

図 3に、 光スイ ッチング素子を拡大して示してある。 この光スィ ツチング素子 1は、 全反射によ り光を伝えているガラス板等の導光 体に対向し、 透明な、 あるいは透光性の抽出面を備えた出射体であ るマイクロプリズム 3 4を設置し、 抽出面を以下で詳述するような 漏出したエバネセン ト光を抽出できる距離以下まで静電気力ゃ電歪 効果などを利用して近接あるいは接触させることによ りエバネセン ト光を取り出し、 スイ ッチングする素子である。 このため、 各々の マイ クロプリズム 3 4の全反射面 5 2の側がその面 5 2 にほぼ密着 可能な平坦な抽出面 2 2 となっている。 さらに、 個々のマイクロプ リズム 3 は、 高分子あるいは無機物の透明な微少サイズのプリズ ムであって、 断面が 2等辺三角形のプリズムユニッ ト 3 4 aが導光 部 1 0の側が底面となるように所定のピッチ pで並べて形成されて いる。 このため、 抽出面 2 2からマイクロプリズム 3 4に導かれた 入射光 7 0は、 それそれのプリズムュ二ッ ト 3 4 aで全反射面とは 角度の異なる側面 3 5 によって反射される。 そして、 抽出された光 が全て全反射面 3 2 に対してほぼ垂直に、 導光部 1 0の表面から垂 直方向に放射分布が整えられた出射光 7 4 となり、 図面上の上方に 出射される。

一方、 このマイ クロプリズム 3 4を駆動する駆動部 4 0は、 マイ クロプリズム 3 4を支持し、 断面が略 T字形となったスぺ一サ 4 2 と、 このスぺ一サ 4 2 を介して光スィ ツチング部 2 0の抽出面 2 2 を全反射面 5 2 に接する第 1の位置で導光部 1 0 に向かって加圧可 能な板パネ 4 5 と、 静電気力を用いて抽出面 2 2 を全反射面 5 2か ら離れた第 2の位置に移動する電極 4 6 を備えている。 本例におい ては、 ボロン ド一プされたシリコン薄膜によ り構成されたパネ部材 4 1 が、 マイクロプリズム 3 4の位置を制御する電極 4 6の一方と しての機能を兼ね備えている。 そして、 電極 4 6 に下層の駆動回路 4 4から駆動電圧が供給されないときは、 図 3の左側の画素 5 aに 示してあるようにバネ部材 4 1 によってマイ クロプリズム 3 4の抽 出面 2 2が全反射面 5 2に接触または接近した第 1の位置とな り、 導光部 1 0から漏出した導入光 7 0が抽出されて、 垂直に反射され、 出射面 5 4から出射光 7 4が出射されるオン状態となる。 一方、 電 極 4 6 に電力が供給されると図 3の右側に示した画素 5 bのように、 抽出面 2 2が第 2の位置へ離れるので導入光 7 0はマイクロプリズ ム 3 4によって反射されず、 導光部 1 0から光 （エバネセン ト波） が出射されないオフ状態となる。

そして、 本例の画像表示装置 2においては、 上述したように、 全 反射面 5 2の表示領域 5 3 aに、 2方向から導入光 7 0が照射され るようになっている。 このため、 図 3の左側の画素 5 aに示すよう に、 マイ クロプリズム 3 4においては、 頂点 3 3 を挟んだ両側のプ リズム面 3 5から出射光 7 4が出射されるので、 光量の大きな強度 の高い出射光 7 4を得ることができる。 また、 オン状態の画素内に 暗いところも生じなく なるので、 区切りのないシームレスな画像を 得ることができる。

さらに詳しく説明すると、 図 4に示すよう に、 表示領域 5 3 aに 一方から導入光 7 0を照射すると、 画素 5がオン状態のときであつ ても、 マイ クロプリズム 3 4の一方の側のプリズム面 3 5 にしか導 入光 7 0が当たらず、 他方の側のプリズム面 3 5からは出射光 7 4 が出射されない.。 したがって、 1つの画素 5の中で暗くなつてしま う部分 7 6が生じ、 出射光 7 4の強度が低下してオンオフのコン ト ラス トが低く なつてしまう。 さらに、 微視的には画素中に暗部 7 6 があるので、 連続しない画像表示となってしまう。 このように、 表 示領域 5 3 aから漏れ出すエバネセン ト光を光スイ ッチング部 2 0 でオンオフ して表示する本例の画像表示装置 2においては、 図 3に 示したように、 表示領域 5 3 aに対し 2方向から導入光を照射する ことによ り、 よ りコン トラス トが高く、 画質の良い画像を得ること ができる。 さらに、 本例のマイ クロプリズム 3 4は、 抽出面 2 2で抽出した エバ _ネセン ト光を全反射面 5 2 に対し略垂直な方向に揃った角度で 出射して高い光強度が得られるようになつている。 この様子を、 本 例のマイ クロプリズム 3 4によって入射光 7 0が反射される様子を 拡大して示してある図 5 に基づき詳しく説明する。 本例のマイ クロ プリズム 3 4は、 三角柱状に図面と垂直な方向に延びたマイクロプ リズムュニッ ト 3 4 aがピッチ pで 3つ並べて配置されている。 導 光部 1 0 よ り全反射面 5 2 に入射角 Sで入射された入射光 7 0は、 抽出面 2 2で抽出されてマイクロプリズムュニッ ト 3 4 aに入る。 マイ クロプリズムュニッ ト 3 4 aでは、 入射光 7 0がプリズムュニ ッ ト 3 4 aの側面 3 5 に当たって反射され、 再び抽出面 2 2および 全反射面 5 2 を通って導光部 1 0に入り、 さらに、 導光部 1 0の出 射面 5 4を経て外界に放出される。 マイ クロプリズムュニッ ト 3 4 aで反射された光 （出射光） 7 4は、 入射光 7 0 と角度が異なるの で全反射面 5 2あるいは出射面 5 4で反射されることなく外界に放 出される。

そして、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 上述したよう に、 全反射面 5 2および出射面 5 4に対し垂直な方向に出射光 7 4 の向きを設定し、 出射光 7 4の向きを揃えてコン トラス トを高くで きるようにしている。 さらに、 垂直な方向に出射することによ り、 これらの全反射面 5 2および出射面 5 4で出射光 7 4が屈折しない ようにして、 光スイ ッチング素子 1 を用いて画像表示装置 2 を構成 した際に歪みのない画像が得られるようにしている。 全反射面 5 2 および出射面 5 4に対し垂直な方向に出射光 7 4の向きを設定する ために、 マイ クロプリズムユニッ ト 3 4 aの 2つの側面.3 5がなす 頂点 3 3の頂角を とし、 側面 3 5 と抽出面 （底面） 3 2 となす角 を øとすると、 マイ クロプリズム 3 4の断面は、 頂角 の二等辺三 角形となる。 入射光 7 0がマイ クロプリズムの側面 3 5 によって全 反射面 5 2 に対し垂直に反射されるときは、 図 5 に示したようにマ イク口プリズムの側面 3 5 に対する法線 3 9 によって入射角 0が 1 / 2 に分割されるので、 入射角 Θと底角 øは次のような関係になる。

φ 二 Θ / 2 · . . ( 1 )

従って、 頂角 は、 次のように表される。

= 1 8 0度— 2 0

= 1 8 0度 · · · ( 2 )

このように、 頂角 が入射角 Sに対し、 上記の式 （ 2 ) を満たす マイ クロプリズムユニッ ト 3 4 aを用いると、 プリズムの反射面 3 5で反射された出射光 7 4の出射方向を抽出面 2 2、 全反射面 5 2 および出射面 5 4に対して垂直にすることができる。

図 6にエバネセン ト光の透過率の例をいくつか示してある。 全反 射されている面に透明体を近接すると、 エバネセン ト光が透明体側 に漏れ出て光が透過することが知られている。 さらに、 エバネセン ト光の透過率は、 媒体の屈折率や入射角度などによって相違する。 図 6では、 波長人が 5 0 0 n mの光に対して入射角を 5 0度とした ときに、 エバネセン ト光の透過率 （％) を全反射面 5 2 と抽出面 （透 明体） 3 2 との間隔 （〃m ) に対して測定した透過曲線 1 4を示し てある。 同様に、 入射角 6 0度のときの特性曲線 1 5、 入射角 7 0 度の特性曲線 1 6、 入射角 8 0度の特性曲線 1 7 も示してある。 本図から判るように、 入射角 6>が 5 0度のときは、 全反射面 5 2 と抽出面 2 2 との距離を 0 . 3 mあるいはそれ以上離さないと透 過率が 0 %近傍にならない。 従って、 プリズム 3 4の移動距離を大 きく する必要があるので、 駆動部 4 0の電極 4 6および 4 7に印加 する駆動電圧が高くなる。 また、 プリズム 3 4の移動距離が大きく なるので光スィ ツチング素子 1 の作動速度も低下する。 このため、 入射角 Sは 5 0度以上、 さらに 6 0度以上が望ましい。

一方、 入射角 0が 8 0度のときは、 全反射面 5 2 と抽出面 2 2 と の距離が 0 . 0 5 m程度離れると透過率が 1 0 %程度まで低下し てしまう。 従って、 全反射面 5 2および抽出面 2 2の面精度を非常 に高く しないとオンオフのコン トラス トを得ることができない。 ま た、 駆動部 4 0においても、 オン時に全反射面 5 2 と抽出面 2 2 と の間にわずかな隙間が開く と出射光の強度が大幅に低下するので、 信頼性の高い支持機構を採用する必要がある。 従って、 安定した階 調制御を行うことを考えると、 入射角 Sは 8 0度以下、 さらに 7 0 度以下であることが望ましい。 従って、 駆動電圧、 面精度、 駆動部 の構成などを考慮する と、 適当なコス 卜で安定して高いオンオフの コン トラス 卜が得られるようにするには、 入射角 Θを約 6 0〜 7 0 度程度の範囲に収めるようにすることが望ましい。

さらに、 入射角 Sは 6 0度とすることが最も望ま しい。 入射角 Θ が 6 0度のときは、 プリズムユニッ ト 3 4 aに入射する光とプリズ ムの面 3 5 とが平行になる。 従って、 入射した光は、 その光を垂直 方向に反射する方向のプリズムの面 3 5 に均等に当た り、 最も効率 良く垂直方向に反射して明るい出射光 7 4を得ることができる。 こ れに対し、 入射角 0が 6 0度を越えると、 反射面 3 5の一部が対峙 する反射面の影となって光が出射されない領域が発生する。 また、 入射角 Sが 6 0度を下回ると、 入射した光の一部が垂直方向に反射 する面 3 5 と反対側の面に当た り、 垂直方向とは異なった方向に反 射されて しまう。

また、 光スィ ツチング部 2 0 または光スィ ツチング素子 1 を構成 するマイ クロプリズム 3 4 においては、 図 5 に示すように、 マイク 口プリズムユニッ ト 3 4 aの頂点のうち、 底面 （抽出面） 2 2 に向 かい合った頂点 3 3ではなく、 導光部 1 0の方向の突出した抽出面 2 2の側に位置する頂点 3 6が、 抽出面 2 2の端 2 2 aに位置する ように配置するこ とが最も望ましい。 図 7に示すように、 頂点 3 6 が抽出面 2 2の端 2 2 aから離れた内側に配置されると、 プリズム ュニッ ト 3 4 aの反射面 3 5の一部 3 5 cが抽出面 2 2から入射し た光では照らされない影の領域となって しまう。 従って、 抽出面 2 2の端 2 2 aの近傍の領域 2 3から光が出射されず導光部 1 0の出 射面 5 4から出射される光束の面積が小さ くなつて しまう。 また、 このようなマイ ク ロプリズムを用いて画像表示装置 2 を構成したと きに画素同士の境界が暗く なり、 シーム レスな.画像が得られなくな る。 これに対し、 図 5 に示したように頂点 3 6が抽出面 2 2の端 2

2 aに位置するようにプリズムュニッ ト 3 4 aを配置すると、 影に なる部分はなく な り、 抽出面 2 2の端 2 2 aからも光が出射される。 したがって、 明るい光スイ ッチング素子 1を提供でき、 また、 シ一 ムレスな画像を形成できる画像表示装置 2を提供できる。

さらに、 図 5 に示すように、 本例の光スイ ッチング素子 1 におい ては、 頂点 3 6 と抽出面 2 2 とが一致していることが最も望ましい。 図 8 に示すように、 頂点 3 6が抽出面 2 2から後退した位置にある と、 抽出面 2 2の端部 2 2 aの近傍で導光部 1 0から抽出された入 射光 7 0はプリズムの反射面 3 5では反射されず、 透過光あるいは 迷光 7 5 としてマイクロプリズム 3 4から外部、 例えば、 隣接する 他のマイ クロプリズムなどに散乱されて しまう。 従って、 入射光 7 0の利用効率が低下し、 光量が減少する原因となる。 さらに、 画像 表示装置 2 においては、 透過した迷光 7 5が隣接する画素に影響を 与え、 クロス トークなどの原因となる可能性がある。

これに対し、 図 5 に示したマイクロプリズム · 3 4であれば、 頂点

3 6が抽出面 2 2 にほぼ一致しているので、 抽出面 2 2の端部 2 2 aにおける光の漏れがなく、 入射光 7 0 を出射光 7 4 と して効率良 く利用することができる。 また、 隣接する光スイ ッチング素子 1あ るいは画素に対する影響も防止することができる。

さらに、 本例の画像表示装置 2あるいは光スィ ッチング素子 1 に おいては、 マイ クロプリズムュニッ ト 3 4 aのピッチ pを 3 m以 上にすることが望ましく、 以上にすることがさらに望ましい。 図 9 に、 マイ クロプリズムユニッ ト 3 4 aのピッチ pと、 これらの マイ クロプリズムュニッ ト 3 4 aによって反射される出射光 7 4の 回折角度を示してある。 本図から分かるように、 波長人が 4 0 O n m〜 7 0 O n mの可視光の範囲内において、 マイ クロプリズムュニ ッ ト 3 4 aのピッチ pを約 3 111以上にすると回折角を 1 0度以下 にすることができる。 したがって、 後述する投写装置において画像 表示装置 2から出射される出射光 7 4をほぼ全て投射レンズに取り 込むことができる。 また、 マイクロプリズムユニッ ト 3 4 aの製造 公差あるいは経時変化などを考慮すると、 マイクロプリズムュニッ ト 3 4 aのピッチ pは、 4 m以上とすることがさらに好ましい。 画像表示装置 2 を構成する画素 5のサイズを考えると、 抽出面 2 2の大きさは 1 5〃m程度以下にすることが望ま しい。 従って、 マ イク口プリズムュニッ ト 3 4 aのピッチ pは最大で 1 5 〃 m程度に 限定される。 また、 マイクロプリズムュニヅ ト 3 4 aのピッチ pが 大き くなれば、 反射面 3 5が広くなり プリズムュニッ ト 3 4 aの頂 点 3 3 と 3 6の距離が開いて厚くなる。 したがって、 マイ クロプリ ズム 3 4が大き く なつてしまう。 このため、 光スイ ッチング部 2 0 を薄く コンパク 卜に形成するためにはマイクロプリズムュニッ ト 3 4 aのピッチ pは狭いほうが好ま しい。 これらの結果よ り、 1 5 mの幅の中に山が 2つ入る程度、 すなわち、 ピッチ pが 7 . 5〃m のもの、 および、 山が 3つ入るピッチ pが 5 mのどちらも望ま し い。 したがって、 図 5 に示したようなマイ クロプリズム 3 4を採用 することによ り、 光の利用効率が高く、 オンオフのコン トラス トの 大きな高速で動く光スイ ッチング素子 1および画像表示装置 2 を提 供することができる。

さらに、 このような画像表示装置 2から出射される出射光 7 4を スク リーン 9 に投射する本例の投射装置 6においては、 投射レンズ 8に： Fナンバーが小さいものを採用している。 図 1 0 に模式的に示 すように、 光源部 6 0 を構成する光源 6 2は、 実際には点光源では なくある程度の大きさを持つ光源であるので、 光源部 6 0から発せ られる導入光 7 0は、 コ リメ一夕レンズ 6 8を通しても厳密な平行 光束にするこ とは不可能であ り、 いく らかの広がりを持った光束と なる。 したがって、 画像表示装置 2の出射面 5 4から出射される出 射光 7 4 も広がり を持った光束となる。 さらに、 スク リーン 9 にで きるだけ明るい画像を投射することを考慮すると、 マイクロプリズ ム 3 4で反射される出射光 7 4の 1次回折光程度までを投射レンズ 8で集光できるようにすることが望ましい。 したがって、 投射レン ズ 8 としては、 出射面 5 4から出射される平行光のみならず、 多少 発散する光も集光可能なレンズまたはレンズ系を採用するようにし ており、 Fナンバーの小さいものを用いることによ り、 投射レンズ 8 と導光部 1 0の出射面 5 4 との距離 1 3を縮めることができる。 したがって、 投射レンズ 8 として Fナンバーの小さなものを用いる ことによ り、 小型で、 よ り明るい画像を表示することができる投射 装置 6 を提供することができる。

以上に説明したように、 本例のエバネセン ト波を利用した光スィ ッチング素子 1および画像表示装置 2は、 マイ クロプリズム 3 4を 用いて抽出したエバネセン ト波を全反射面 5 2 に対し垂直方向に揃 えて出射し、 コン トラス ト比の大きな画像を表示できるようにして いる。 さらに、 そのマクロプリズム 3 4の構成を最適化し、 また、 そのマイ クロプリズム 3 4に対称な 2方向から導入光 7 0 を照射す ることによ り、 濃淡の少ない、 明る くシームレスな画像を表示でき るようにしている。 以下においては、 さらに、 画像表示装置 2の光 スイ ッチング部 2 0に 2方向から導入光 7 0を照射する構成につい て幾つかの異なった実施例を示してある。

図 1 1 に示した画像表示装置 2においては、 導光部 1 0の入射面 5 6から入射された導入光 7 0の半分 7 O bが全反射面 5 2の表示 領域 5 3 aとは異なった、 光スィ ツチング部 2 0 と接していない非 表示領域 5 3 bにも照射される。 そして、 この非表示領域 5 3 bで 全反射された導入光 Ί O bが上面の出射面 5 4の一部 5 4 aで全反 射された後に反射面 5 8で反射され、 入射面 5 6から入射した残り の導入光 7 0 aに対し反対側から表示領域 5 3 aを照射できるよう になっている。 このため、 本例の反射面 5 8は、 出射面の一部 5 4 aで反射した導入光 7 0 bを表示領域 5 3 aに反対側から照射でき るように、 図 1 に示した導光部 1 0の反射面とは異なった角度に設 定されており、 さ らに、 表面に反射膜が蒸着などによって形成され ている。 このよう に、 全反射面 5 2の表示領域 5 3 aでない領域 5 3 bで導入光 7 0 bを反射させて双方向から導入光 7 0 aおよび 7 ◦ bによって表示領域 5 3 aを照射することによ り、 表示部分ある いは表示内容によってコン トラス トに差が生じたり、 表示が暗くな つてしまうような事態を未然に防止することができる。

図 1 2 ( a ) および （ b ) に示した模式的な画像表示装置 2 を用 いて図 1 1 に示した画像表示装置 2 における効果をさ らに説明する < 図 1 2 ( a ) は、 入射面から入射された導入光 7 0の断面積 7 7が 狭いなどの理由によって表示領域 5 3 aの一部のみに照射される例 である。 本発明に係る画像表示装置においては、 このような導入光 であっても導光部 1 0の内部を全反射面 5 2および照射面 5 4で反 射して伝達されるので、 表示領域 5 3 a全体を全反射された導入光 によって照射することができる。 しかしながら、 先に導入光 7 0が 照射される表示領域 5 3 aの、 ある画素 5 aがオンになっていると、 表示領域 5 3 aに照射された導入光 7 0はマイ クロプリズム 3 4に よって抽出されて照射光 7 4 となり、 導光部 1 0から放出される。 したがって、 導光部 1 0内を全反射して伝達される導入光がなくな るか、 非常に弱くなる。 このため、 画素 5 aの領域で反射された導 入光 7 0が当たる予定の画素 5 cにおいては、 マイ クロプリズム 3 4がオンオフ動作をしても、 マイクロプリズム 3 4によって抽出で きる光がなく、 出射光も出射されない。 これに対し、 画素 5 aがォ フであれば、 画素 5 cに導入光が当たるので、 画素 5 cのオンオフ 動作に対応して出射光が出射される。

このように、 表示領域 5 3 aの一部で反射された導入光 7 0 によ つて表示領域 5 3 a全体を照らそう とすると、 表示領域 5 3 aの場 所によって、 画素のオンオフが表示できなく なったり、 あるいは、 表示できてもコン トラス トが非常に弱くなつてしまう。 そして、 そ のような現象が現れる画素の位置は画像によっても影響をうける。 このため、 先に導入光 7 0が照射される領域のマイクロプリズムの 反射面積を小さ く するなどの対策をとつても画像の明るさを均一に することができない。

これに対し、 図 1 2 ( b ) に示すように、 導入光 7 0の光束の面 積を大き く して入射面から入射された導入光 7 0 によって表示領域 5 3 a全体を直に照射する、 すなわち、 表示領域 5 3 aによって反 射されていない導入光によつて照射すると他の画素 5 aあるいは 5 bなどのオンオフに影響されず、 画素 5 cのオンオフ動作にしたが つて出射光 7 4が導光部 1 0から出射される。 したがって、 図 1 に 示した画像表示装置 2 においても入射面 5 6から入射された導入光 7 0 によ り、 表示領域 5 3 a全体を直に照射するようにしている。 このため、 画像、 あるいは画像表示領域の場所によってコン トラス トが異なった り、 画像が明瞭に表示されないなどといった不具合の ない品質の良い画像を表示することができる。

しかしながら、 表示領域 5 3 aを 2方向から照射する導入光 7 0 のうち、 導光部 1 0の反射面 5 8で反射された後に表示領域 5 3 a を照射する他方の導入光 7 0においても同様のことが言える。 すな わち、 表示領域 5 3 aで全反射された光を反射面 5 8で反射して表 示領域 5 3 aを再び照射すると、 画素がオンになつて導入光 7 0が 抽出されて出射されて しまつた部分からは反射面 5 8で反射して再 び表示領域 5 3 aを照射する導入光が得られなく なる。 このため、 図 1 2 ( a ) で示した画像表示装置ほどではないにしろ、 画素のコ ン トラス トが表示する画像あるいは表示された部分で異なって しま う可能性がある。 これに対し、 図 1 1 に示した画像表示装置 2のよ うに、 表示領域 5 3 aに直に対し照射される導入光 7 0 aとは別に、 非表示領域 5 3 bで反射した導入光 7 0 bを反射面 5 8で反射して 表示領域 5 3 aに照射することによ り、 表示領域 5 3 aに双方向か ら照射される導入光 7 0 aおよび 7 0 bに画素のオンオフの影響が 生じないようにすることができる。 したがって、 全体に均質でコン トラス トが高く、 画質の良い画像を表示することができる。

図 1 3 に示した画像表示装置 2 も、 入射面 5 6 から入射された導 入光 7 0の半分 7 0 aがそのまま表示領域 5 3 aに照射され、 他の 半分の導入光 7 0 bが非表示領域 5 3 bによって反射された後に導 入光 7 0 aと対称な方向から表示領域 5 3 aに照射されるようにな つている。 さらに、 本例の導光部 1 0 においては、 非表示領域 5 3 bによって反射された導入光 7 0 bが当た り反射面 5 8に反射する 第 2の反射面 5 9 を出射面 5 4 と角度を変えて設けてある。 そして、 導入光 7 0 bが第 2の反射面 5 9および反射面 5 8で全反射した後 に、 -適当な角度で表示領域 5 3 aに導かれるようにしている。 した がって、 2つの反射面 5 8および 5 9に反射膜を蒸着しなくても良 く、 本例の画像表示装置 2 においては、 導光部 1 0を第 2の反射面 5 9 を設けて 5角形のプリズム状にすることによ り、 導光部 1 0の 生産過程を簡略化し、 低コス 卜で画像表示装置 2 を提供することが できる。 このように、 本発明に係る画像表示装置に用いられる導光 部 1 0の形状は台形などの一定した形状にかぎられることはなく、 適当な角度の反射面を追設するなどの方法で適切な光路が得られる ように導光部の形状を決定することができる。

図 1 4に、 上記とさらに異なる画像表示装置の例を示してある。 本例の画像表示装置 2 も、 入射面 5 6から入射された導入光 7 0の 半分 7 0 aがそのまま表示領域 5 3 aに照射され、 他の半分の導入 光 7 0 bが非表示領域 5 3 bによって反射された後に導入光 7 0 a と対称な方向から表示領域 5 3 aに照射されるようになつている。 本例においては、 非表示領域 5 3 bで反射された導入光 7 0 bが出 射面の一部 5 4 aで反射され、 その次に第 2の反射面 5 9で反射さ れ、 さらに反射面 5 8で反射された後に表示領域 5 3 aに向けて照 射されるようになつている。 このため、 導入光 7. 0 aの中央よ りの 光 7 l a、 および導入光 7 0 bの中央よ りの光 7 l bに着目すると、 導入光 7 0 aの中央よ りの光 7 1 aが表示領域 5 3 aの左端に当た り、 反射された導入光 7 0 bの中央よ りの光 7 1 bは表示領域 5 3 aの右端に当たるよう になっている。

1 つの光源中心 6 2 を備えた光源部 6 0からはその光源中心 6 2 からの光強度がもっとも強く、 周囲に行く にしたがって強度が低下 する。 したがって、 強度分布の大きな光源を採用する場合は、 イ ン テグレ一夕などの特殊な光学系を設置して表示領域 5 3 aを照射す る導入光 7 0の光強度を平均化する必要がある。 これに対し、 本例 の画像表示装置 2 においては、 導入光 7 0がほぼ中央から 2分され、 その一方の導入光 7 0 aがそのまま表示領域 5 3 aに照射される。 それと共に、 他の導入光 7 O bは、 そのもっとも強度の高い中央付 近の光束が導入光 7 0 aと異なる向きで表示領域 5 3 aに分布が対 称となるように照射される。 すなわち、 導入光 7 0 aに対し、 導入 光 7 0 bは表示領域 5 3 aに対する光量分布が逆転した状態で照射 される。 このため、 表示領域 5 3 a全体では、 2つの導入光 7 0 a および 7 0 bで照らされるので略光量分布が平均化され、 全画面が 一様に明る く表示できる画像表示装置 2 を提供することができる。 さらに、 ィ ンテグレ一夕などの特殊な光学系あるいは光学素子が不 要となるので、 簡易な構成で低コス 卜の画像表示装置 2および投射 装置 6を提供することができる。

なお、 このように導入光の光強度分布を反転させるような導光部 の経路は本例の導光部 1 0 に限定されることはなく、 適当な角度の 反射面を複数設けることによ り、 上記と異なった形状のプリズム体 を導光部 1 0 として採用できることはもちろんである。

図 1 5 に、 上記とさらに異なる画像表示装置 2および投射装置 6 の例を示してある。 本例の画像表示装置 2は、 導光部 1 0の表示領 域 5 3 aに対して、 両側に 1セッ トづっ 2セ ッ トの光源部 6 0 aお よび 6 0 bが配置されており、 それそれの光源部 6 0 aおよび 6 0 bから照射された導入光 7 0 aおよび 7 0 bが導入部 1 0のそれそ れの入射面 5 6 aおよび 5 6 bを通して入射され、 表示領域 5 3 a を 2方向から照射する導入光 7 0 となる。 したがって、 本例の画像 表示装置 2 においても、 表示領域 5 3 aに対し 2方向から導入光 7 0が照射されるので、 上記の画像表示装置と同様に、 明る く、 高コ ン トラス 卜でシームレスな画像を表示できる。 さらに、 本例の画像表示装置 2においては、 2つの光源部 6 0 a および 6 0 bを備えているので、 1つの光源部の電源負荷 （容量） を小さ く することができる。 例えば、 上記で示した画像表示装置に おいては 2 0 0 Wの光源部が用いられていたとすると、 本例の画像 表示装置 2は 2つの光源部 6 0 aおよび 6 O bを備えているので、 光源部 6 0 aおよび 6 0 bの容量を 1 0 0 W程度にすることができ る。 このように、 光源部の数を増やすことにより、 各光源部の容量 を削減できるので、 光源部からの発熱量が少なく なり、 光源を冷却 する装置が不要になる。 したがって、 画像表示装置 2および投射装 置 6の構成を簡易にすることができる。 さらに、 トータルの容量（電 源負荷） が同じ場合、 複数に分割した個々の光源部から容量は半分 でも光強度は 1 / 2 よ り大きな導入光が得られる。 このため、 さら に明るい画像を表示できる画像表示装置および投射装置を提供する ことができる。 したがって、 消費電力が小さいながら、 家庭用テレ ビゃ屋外画像表示装置などに適した、 自然光の明るい環境下でも鮮 明に見える画像表示装置 2 あるいは投射装置 6 を実現することがで きる。

図 1 6 に、 上記と異なる画像表示装置 2および投射装置 6の例を 示してある。 本例の画像表示装置 2は、 導光部 1 0の表示領域 5 3 aに対して、 片側に 2セッ 卜の光源部 6 0 aおよび 6 0 bを配置し てある。 そして、 一方の光源部 6 0 aから照射された導入光 7 0 a が入射面 5 6 を通って直に表示領域 5 3 aに照射され、 他方の光源 部 6 0 bから照射された導入光 7 ◦ bが、 全反射面 5 2の非表示領 域 5 3 b、 出射面 5 4の一部 5 4 a、 さらに反射面 5 8で反射され て導入光 7 0 aと反対側から表示領域 5 3 aに照射されるようにな つている。 したがって、 本例の画像表示装置 2 も図 1 5 に基づき説 明した画像表示装置と同様に、 複数の光源部 6 0 aおよび 6 0 bを 有しているので、 ここの光源部の冷却装置を省く ことが可能となり、 さらに、 明るい画像を表示することが可能となる。

さらに、 本例の画像表示装置 2 においては、 光源 6 0 aおよび 6 0 bから出射された白色光を 3原色に時分割してカラ一表示を行え る導入光 7 0 aおよび 7 0 bを生成するために、 光源部 6 0 aおよ び 6 O bのそれそれの光スポッ ト 6 9 aおよび 6 9 bにわたつて旋 回する円盤型の色分解フィルター 6 6 を備えている。 この色分解フ ィルター 6 6は、 正面から見た様子を図 1 7 に示すように、 旋回中 心 6 6 aを中心と して円周方向に 6つの扇型の区画 6 6 bに分割さ れており、 それそれの区画 6 6 bに赤、 緑および青 （R、 Gおよび B ) のフィル夕一が旋回中心 6 6 aに対し点対称となるように配置 されている。 さらに、 それそれの光源 6 0 aおよび 6 O bのスポッ ト 6 9 aおよび 6 9 bも色分解フィル夕一 6 6の旋回中心 6 6 aに 対し点対称となるように配置されている。 このため、 色分解フィル 夕一 6 6が旋回中心 6 6 aを中心と して旋回する と、 それそれの光 源 6 0 aおよび 6 0 bから同じ色の導入光 7 0 aおよび 7 0 bが導 光部 1 0の入射面 5 6 に対し照射される。 したがって、 これらの光 源部 6 0 aおよび 6 0 bに共通して配置された上記のような構成の 色分解フィル夕— 6 6を回転するだけで、 それそれの光源部 6 0 a および 6 0 bから照射される導入光 7 0 aおよび 7 O bの色の同期 をとることができる。 もちろん、 色分解フィルターには、 赤、 緑お よび青に代わり シアン、 マゼンダおよびイエロ一の 3原色のフィル 夕一を配置するようにしても良い。

図 1 8に、 上記とさらに異なる画像表示装置 2および投射装置 6 を示してある。 本例の画像表示装置 2においては、 · 光源部 6 0から 照射された導入光 7 0が入射面 5 6 を通り、 全反射面 5 2 に対峙す . る出射面 5 4の一部 5 4 bで反射された後に全反射面 5 2の表示領 域 5 3 aに照射されるようになっている。 そして、 導光部 1 0にお いては、 表示領域 5 3 aで反射された光は反射面 5 8 によって反射 され、 再び表示領域 5 3 aを反対側から照射するようになつている。 もちろん、 上述したいくつかの画像表示装置の例と同様に、 出射面 5 4の一部 5 4 bで反射された導入光 7 0を表示領域 5 3 aに加え て非表示領域 5 3 bにも当て、 非表示領域 5 3 bで反射された導入 光を反射面 5 8によつて反対側から表示領域 5 3 aに照射するよう にすることも可能である。 - 本例の画像表示装置 2は、 導入光 7 0を全反射面 5 2に対峙する 出射面 5 4に当て、 その一部 5 4 bで反射された光で表示領域 5 3 aを照射するようにしている。 したがって、 上記で説明した画像表 示装置においては導入光の入射方向が全反射面 5 2を向いた方向 (図面の上方から下方） であるのに対し、 本例の画像表示装置 2に おいては、 反対の出射面 5 4を向いた方向、 すなわち、 図面の下方 から上方に向けて導入光 7 0を入射することができる。 このため、 光源部 6 0を投射レンズ 8 と共に導光部 1 0の上方に配置する必要 がな くな り、 投射レンズ 8 と反対側となる導光部 1 0の下方に配置 することができる。 したがって、 投射装置 1 を構成する要素の中で 広いスペースが必要となる投射レンズ 8および光源部 6 0を互いの 干渉がないように配置することが可能となり、 コンパク トにまとめ られた小型の投射装置 6 を提供することができる。

図 1 9 に、 さらに異なった本発明に係る画像表示装置および投射 装置を示してある。 上述したいくつかの画像表示装置の例では、 導 光部 1 0の入射面 5 6 に対し導入光 7 0が垂直に入射されるように 光源部 6 0を配置してあるのに対し、 本例の画像表示装置 2におい ては、 入射面 5 6 において導入光 7 0が屈折して導光部 1 0に入射 するように光源部 6 0を配置してある。 このように、 本発明にかか る画像表示装置においては、 入射面 5 6で導入光 7 0が屈折して入 射される光学系を採用することも可能であり、 このような光学系を 採用することによ り、 上記の画像表示装置と同様に光源部 6 0 と投 射レンズ 8 との配置上の干渉を防止することができる。

さらに、 入射面 5 6で導入光 7 0 を屈折させることによ り、 光源 部 6 0から入射面 5 6 に供給される光束の面積 7 7 aに対し、 導光 部 1 0の内部において表示領域 5 3 aを照らす導入光の光束の面積 7 7 bを変えるこ とができる。 したがって、 光源部 6 0から面積の 小さな光束を入射面 5 6 に当て、 入射面 5 6で光束の面積を表示領 域 5 3 aをカバーできる程度に広げることも可能となる。

図 2 0に、 上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置を示 してある。 本例の画像表示装置 2は、 光源部 6 0からの導入光 7 0 を入射プリズム 8 0を通して屈折させ、 導入光 7 0の角度を変えた 後に、 入射面 5 6 に垂直に導光部 1 0に入射している。 本例のよう に、 導光部 1 0の入射面 5 6で導入光 7 0の方向を変える代わりに、 入射プリズム 8 0 を光源部 6 0 と導光部 1 0の間に設置し、 入射プ リズム 8 0で導入光 7 0を屈折することによっても光源部 6 0の配 置を投射レンズ 8 と干渉しないように調整することができる。 また、 上記と同様に、 屈折前後で導入光 7 0の光束の面積 7 7 aおよび 7 7 bを変え、 光源部 6 0あるいは表示領域 5 3 aに適した光束を得 るこ とができる。 以上に説明したように、 本発明においては、 導入光を全反射して 伝達可能な導光部の全反射面から漏出するエバネセン ト光を、 マイ クロプリズムを用いて抽出.し画像を表示する画像表示装置において、 2方向から導入光が照射されるようにしている。 したがって、 高速 動作が可能で、 高いコン トラス ト比が得られるエバネセン ト光を制 御する画像表示装置において、 1画素を構成するマイ クロプリズム の全面に導入光を照射することが可能となり、 いっそうオンオフの コン トラス ト比が高く、 さ らに、 画素内あるいは画素間に区切れの ない、 シーム レスな画像を表示できる画像表示装置を提供すること ができる。 そ して、 この画像表示装置から出射された光を投射レン ズによってスク リーンに投射する投射装置においては、 スク リーン に対し、 明る く高コン ト ラス トの画像を投射可能であ り、 自然光の もとでも表示でき、 あるいは拡大表示に対し十分に耐えられる画質 の良い画像を表示できる投射装置を提供することが可能となる。 さらに、 本発明のマイ クロプリズムを用いた画像表示装置、 ある いは、 マイクロプリズムを用いた光スィ ツチング素子においては、 マイ クロプリズムの頂角を初め、 幾つかの条件を最適化している。 そして、 光の利用効,率が高く、 安定した階調制御が行えると共に明 る く奇麗な画像を表示できる画像表示装置および光スィ ツチング素 子を提供している。 さらに、 マイクロプリズムを最適化することに よ り、 駆動電圧が低く、 低消費電力で高速動作ができるようにして いる。

また、 本発明においては、 上記の実施の形態においても幾つかの 異なった形態を示しながら、 表示領域に対し 2方向から光を照射し 明る く均等な画像を得る技術を詳し く開示している。 したがって、 本明細書に含まれる発明によ り、 実際に明る く、 高速動作が可能で あり、 高いコ ン ト ラス トが得られるエバネセン ト光 （エバネセ ン ト 波） を利用した画像表示装置を提供でき、 さらに、 この画像表示装 置を用いて、 コンパク トにまとめられ、 低コス トで供給可能な高性 能の投射装置を提供することができる。 産業上の利用の可能性 本発明の画像表示装置は、 上述したような投写装置に限らず、 フ ラッ トタイプのディスプレイあるいはへッ ドマウン トディ スプレイ などの様々な表示機器に応用することができる。 また、 本発明の光 スィ ツチング素子も画像表示装置に限らず、 光プリ ンターのライ ン 状ライ トバルブ、 三次元ホログラムメモリ用の光空間変調器などそ の応用範囲は非常に広く、 従来の液晶を用いた光スイ ッチング素子 が適用されている分野はもちろん、 液晶を用いた光スィ ツチング素 子では動作速度や光強度が不足する分野および応用機器に対して、 本発明の光スイ ッチング素子は特に適している。 さらに、 本発明の 光スィ ッチング素子は微細加工が可能であるので、 従来の液晶の光 スィ ツチング素子より も小型化、 薄型化を図ることができ、 高集積 化することも可能である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 画像表示用の導入光を全反射して伝達可能な全反射面を備 えた導光部と、

前記全反射面の表示領域に装着された光スィ ツチング部と、 少なく とも前記表示領域に対し前記導入光を照射可能な光源部と を有し

前記光スィ ツチング部は、 前記表示領域から漏出したエバネセン ト波を抽出可能な抽出距離以下に接近する第 1の位置、 および前記 抽出距離以上に離れる第 2の位置に移動可能な複数の透光性の抽出 面と、

この抽出面で抽出した光を前記導光部の方向に反射する複数のマ イク口プリズムとを具備しており、

前記光源部または導光部は、 前記表示領域に対し対称な 2方向か ら前記導入光を照射するように構成されている、 画像表示装置。

2 . 前記光源部または前記導光部は前記表示領域で反射されて いない前記導入光で前記表示領域全体を照射するように構成されて いる、 請求項 1の画像表示装置。

3 . 前記光源部は、 前記全反射面の一方の側方に配置された少 なく とも 1つの光源中心を備えており、

前記導光部は、 前記全反射面に対峙する出射面と、 前記光源部に 面した入射面と、 前記全反射面を挟んで前記入射面に対向し、 前記 全反射面で反射された前記導入光を前記表示領域に向かって対称な 方向から照射可能な反射面とを備えている、 請求項 1の画像表示装

4 . _ 前記反射面は、 前記全反射面の前記表示領域以外の領域で 反射された前記導入光を前記表示領域に向かって反射可能である、 請求項 3の画像表示装置。

5 . 前記光源部は 1つの光源中心を備えており、 その光源中心 から発せられた導入光束がほぼ中心から 2分され、 その一方の導入 光束が前記全反射面の前記表示領域以外の領域で反射され、 さらに、 前記反射面によつて他方の導入光束に対し光量分布が逆転した状態 で前記表示領域に照射される、 請求項 4の画像表示装置。

6 . 前記光源部は、 前記光源中心から出射された導入光を色分 割して前記表示領域に照射可能な回転型の色分割フィルターを備え ている、 請求項 3の画像表示装置。

7 . 前記光源部は、 前記分割フィルターの旋回中心に対し対称 な位置に配置された 2つの光源中心を備え、

前記色分割フィル夕一は、 前記旋回中心を中心として分割された 領域に同色のフィルターが点対称に配置されている、 請求項 6の画 像表示装置。

8 . 前記光源部は 2つの前記光源部を備え、

前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、 それそれの光源 部に面し前記表示領域に対し対称な 2方向から前記導入光を照射可 能な第 1および第 2の入射面とを備えている、 請求項 1の画像表示

9. 前記導光部は、 前記全反射面に対峙する出射面と、 前記光 源部に面し前記導入光を該導光部に導入可能な入射面とを備えてお D、

前記光源部および入射面は、 前記入射面から入射された前記導入 光が前記出射面で全反射された後に前記表示領域に照射されるよう に配置されている、 請求項 1の画像表示装置。

1 0. 前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、 前記光 源部に面し前記導入光を該導光部に導入可能な入射面とを備えてお り、

前記光源部は、 前記入射面で前記導入光が屈折した後に前記表示 領域に照射されるように配置されている、 請求項 1の画像表示装置。

1 1 . 前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、 前記光 源部に面し前記導入光を該導光部に導入可能な入射面とを備えてお り、

前記光源部は、 前記光源部から出射された前記導入光の角度を変 えて前記入射面に導く入射プリズムを備えている、 請求項 1の画像 表示装置。

1 2. 前記マイ クロプリズムの頂角 が前記導入光の前記全反 射面に対する入射角 Θに対し次の式を満たす、 請求項 1の画像表示 装置。 = 1 8 0度 · ' · ·(Α)

1 3. 前記入射角 0が約 6 0度から 7 0度である、 請求項 1 2 の画像表示装置

1 4 . 前記入射角 Θが 6 0度である、 請求項 1 2の画像表示装 置。

1 5 . 前記抽出面の端に前記マイクロプリズムの前記導光部の 方向に突出した頂部が位置している、 請求項 1 2の画像表示装置。

1 6 . 前記頂部が前記抽出面の近傍に位置している、 請求項 1 5の画像表示装置。

1 7 . 前記マイクロプリズムのピッチが約 3〃 m以上である、 請求項 1 2の画像表示装置。

1 8 . 前記マイクロプリズムのピッチが約 4〃 m以上である、 請求項 1 2の画像表示装置。

1 9 . 導入光を全反射可能な全反射面を備えた導光部と、 前記全反射面に対しエバネセン ト光が漏出する抽出距離以下に接 近する第 1の位置、 および前記抽出距離以上に離れる第 2の位置に 移動可能な透光性の抽出面と、

この抽出面で抽出した光を前記導光部の方向に反射するマイ クロ プリズムとを有し、 このマイクロプリズムの頂角 が前記導入光の 前記全反射面に対する入射角 0に対し次の式を満たす光スィ ッチン グ素子。 = 1 8 0度 ー 0 · · · (A)

2 0. 前記入射角 Θが約 6 0度から 7 0度である、 請求項 1 9 の光スィ ツチング素子。

2 1 . 前記入射角 Sが 6 0度である、 請求項 1 9の光スイ ッチ ング素子。

2 2. 前記抽出面の端に前記マイ クロプリズムの前記導光部の 方向に突出した頂部が位置している、 請求項 1 9の光スイ ッチング 素子。

2 3. 前記頂部が前記抽出面の近傍に位置している、 請求項 1 9の光スィ ッチング素子。

2 4. 前記マイ クロプリズムのピッチが約 3 m以上である、 請求項 1 9の光スイ ッチング素子。

2 5 . 前記マイクロプリズムのピッチが約 4 m以上である、 請求項 1 9の光スイ ッチング素子。

2 6. 請求項 1 9に記載の光スイ ッチング素子を複数有し、 こ れらの光スィ ツチング素子が 2次元的に配置され、 前記導光部へは 白色または 3原色の前記導入光が入射角 で対称な 2方向から入射 されていることを特徴とする画像表示装置。 .

2 7. 請求項 1 に記載の画像表示装置と、 この画像表示装置から出射された前記出射光をスク リーンに投射 可能な投射レンズとを有する投射装置。

2 8 . 前記投射レンズの Fナンバーが小さいことを特徴とする 請求項 2 7の投射装置。

2 9 . 請求項 2 6 に記載の画像表示装置と、

この画像表示装置から出射された前記出射光をスク リーンに投射 可能な投射レンズとを有する投射装置。

3 0 . 前記投射レンズの Fナンバーが小さいことを特徴とする 請求項 2 9の投射装置。