JP2844986B2

JP2844986B2 - ライトバルブ式投写装置

Info

Publication number: JP2844986B2
Application number: JP3245601A
Authority: JP
Inventors: 次男村尾; 秀樹大前
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH0580443A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライトバルブ、主とし
て小型の液晶パネルに表示された画像をスクリーン上に
拡大投影するライトバルブ式投写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】まず、従来の液晶投写装置について図面を
参照しながら説明する。（図１６）は従来の液晶投写装
置の構成図である。（図１６）において、１４１は集光
光学系、１４２は赤外線を透過させる赤外線カットミラ
ー、１４３ａは青色光反射ダイクロイックミラー（以
後、ＢＤＭと呼ぶ）、１４３ｂは緑色光反射ダイクロイ
ックミラー（以後、ＧＤＭと呼ぶ）、１４３ｃは赤色光
反射ダイクロイックミラー（以後、ＲＤＭと呼ぶ）、１
４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１
４６ｃは偏光板、１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃは透過
型の従来のＴＮ液晶パネル、１４７ａ，１４７ｂ，１４
７ｃは投写レンズ系である。なお、説明に不要な構成
物、たとえばフィールドレンズなどは図面から省略して
いる。

【０００４】以下、従来の液晶投写装置の動作について
（図１６）を参照しながら説明する。まず、集光光学系
１４１から出射された白色光はＢＤＭ１４３ａにより青
色光（以後、Ｂ光と呼ぶ）が反射され、このＢ光は偏光
板１４４ａに入射される。ＢＤＭ１４３ａを透過した光
はＧＤＭ１４３ｂにより緑色光（以後、Ｇ光と呼ぶ）が
反射され、偏光板１４４ｂに、また、ＲＤＭ１４３ｃに
より赤色光（以後、Ｒ光と呼ぶ）が反射され、偏光板１
４４ｃに入射される。

【０００５】各液晶パネルは映像信号により前記透過光
を変調する。変調された光はその変調度合により各偏光
板１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃを透過し、各投写レン
ズ系１４７ａ，１４７ｂ，１４７ｃに入射して、前記レ
ンズ系によりスクリーン（図示せず）に拡大投影され
る。

【０００６】次に、一般的な液晶パネルについて説明す
る。（図１７）は液晶パネルの平面図である。（図１
７）において、１５１はスイッチング素子としての薄膜
トランジスタ（以後、ＴＦＴと呼ぶ）などが形成された
ガラス基板（以後、アレイ基板と呼ぶ）、１５２はＩＴ
Ｏなどからなる透明電極が形成された基板（以後、対向
基板と呼ぶ）、１５６はアレイ基板１５１上のゲート信
号線に接続されたＴＦＴのオン・オフを制御する信号を
印加するドライブＩＣ（以後、ゲートドライブＩＣと呼
ぶ）、１５５はアレイ基板１５１上のソース信号線にデ
ータ信号を印加するためのドライブＩＣ（以後、ソース
ドライブＩＣと呼ぶ）、１５３は偏光フィルム、１５４
は液晶を封止するための封止樹脂である。なお、以後、
同一符号を付したものは同一内容あるいは同一構成もし
くは近似的なものである。

【０００７】（図１８（ａ））は従来の液晶パネルの一
画素部の平面図である。また、（図１８（ｂ））は（図
１８（ａ））のＤ−Ｄ′線での断面図である。ただし、
図面は説明を容易にするために説明に不要な箇所は省略
しており、また、モデル的に描いている。以上のことは
以下の図面に対しても同様である。

【０００８】（図１８（ａ）（ｂ））において、５２は
ソース信号線であり、その一端はソースドライブＩＣ１
５５に接続されている。５１はゲート信号線であり、そ
の一端はゲートドライブＩＣ１５６に接続されている。
２６は第１の電極つまりＩＴＯからなる画素電極２４が
形成されたアレイ基板である。また、ブラックマトリッ
クス２７が形成されている。（図１９）において、２１
は対向基板、１７１はＴＮ液晶からなる層（以後、ＴＮ
液晶層と呼ぶ）であり、その膜厚は５μｍ前後である。
また、対向電極２２と画素電極１４上にはポリイミド樹
脂等の有機物からなる配向膜（図示せず）が形成されて
いる。なお、一画素の大きさは５００μｍ〜３０μｍ程
度である。

【０００９】（図２０）に従来の液晶パネルであるＴＮ
液晶パネルの動作の説明図を示す。（図２０）におい
て、１８１は偏光板、１８２は偏光方向、１８３は透明
電極、１８４は液晶分子、１８５は信号源、１８６はス
イッチである。（図２０）に示すように、オフ状態では
入射光が９０度回転し、オン状態では回転せずに透過す
る。したがって、２枚の偏光板１８１の偏光方向が直交
していれば、オフ状態では光が透過、オン状態では遮光
される。ただし、偏光方向が互いに平行であればその逆
になる。偏光板では縦波成分または横波成分の一方の光
のみを透過させ、光の偏光方向をそろえて各液晶パネル
に照射させる。この際、５０％以上の光は前記偏光板で
吸収され、透過光の明るさは最大でも半分以下となって
しまう。以上のようにＴＮ液晶パネルは光を変調し画像
を表示する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の説明でも明らか
なように、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルでは、前述液晶
パネルに直線偏光の光を入射させる必要がある。したが
って、液晶パネルの前後には偏光板を配置する必要があ
る。前述の偏光板は理論的に５０％以上の光を吸収して
しまう。したがって、従来の課題としてライトバルブと
してＴＮ液晶パネルを用いてスクリーンに拡大投影した
際、低輝度画面しか得られないという課題がある。前記
の課題を解決するため、本発明はライトバルブとして高
分子分散液晶パネルを用いる。高分子分散液晶を用いた
液晶パネルは偏光板を用いないため光利用効率を非常に
高くできる。

【００１１】以下、簡単に高分子分散液晶について説明
しておく。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（PolymerDispersed Liquid Crys
tal）と呼び、また、前記液晶を用いた液晶パネルをＰ
Ｄ液晶パネルと呼ぶ。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（Polymer Network Liquid Cryst
al）と呼び、また前記液晶を用いた液晶パネルをＰＮ液
晶パネルと呼ぶ。前記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。

【００１２】ＰＤ液晶パネルは、液晶が配向している方
向で屈折率が異なる性質を利用する。電圧を印加してい
ない状態では、それぞれの水滴状液晶は不規則な方向に
配向している。この状態では、高分子と液晶に屈折率の
差が生じ、入射光は散乱する。ここで電圧を印加すると
液晶の配向方向がそろう。液晶が一定方向に配向したと
きの屈折率をあらかじめ高分子の屈折率と合わせておく
と、入射光は散乱せずに透過する。

【００１３】これに対して、ＰＮ液晶パネルは液晶分子
の配向の不規則さそのものを使う。不規則な配向状態、
つまり電圧を印加していない状態では入射した光は散乱
する。一方、電圧を印加し配列状態を規則的にすると光
は透過する。なお、前述のＰＤ液晶パネルおよびＰＮ液
晶パネルの液晶の動きの説明はあくまでもモデル的な考
え方である。本発明においてはＰＤ液晶パネルとＰＮ液
晶パネルのうち一方に限定するものではないが、説明を
容易にするためＰＤ液晶パネルを例にあげて説明する。
また、ＰＤ液晶パネルおよびＰＮ液晶パネルを総称して
高分子分散液晶パネルと呼ぶ。さらに、高分子分散液晶
パネルに注入する液晶を含有する液体を総称して液晶溶
液または樹脂と呼び、前記液晶溶液中の樹脂成分が重合
硬化した状態をポリマーと呼ぶ。

【００１４】このような分散タイプの液晶表示素子の液
晶層となる高分子分散液晶層におけるポリマーマトリク
スとしては、基本的には透明であれば、熱可塑性樹脂で
も熱硬化性樹脂であってもさしつかえないが、紫外線硬
化型の樹脂が最も簡便で、性能も良く一般に使用される
ことが多い。その理由として従来のＴＮモード液晶バネ
ルの製造方法がそのまま応用できる為である。従来の液
晶パネルの製造方法として、まず上下２枚の基板にあら
かじめ所定の電極パターンを形成しておき、該電極同士
が対向するように２枚の基板を重ね合わせる。この際に
所定の大きさの粒径の揃ったスペーサを基板間にはさみ
こみ、２枚の基板の間隙を保持できるようにした状態で
２枚の基板をエポキシ樹脂のシール材で固定させる。次
にこのようにして得られた空セルの中に液晶を注入する
といった製造方法が多く用いられている。

【００１５】この製造方法を応用して分散タイプの液晶
パネルを製造する為には、ポリマーマトリクスの材料を
紫外線硬化型の樹脂、特にその一例としてアクリル系の
樹脂を用いれば、注入前に於いてはモノマーあるいは／
及びオリゴマーといった比較的低粘度な前駆体として存
在し、液晶とのブレンド物は常温で注入するのに十分な
流動性を有しているので、従来の液晶パネルの製造方法
を応用して、注入後に光照射して硬化反応を進めて高分
子分散液晶層を形成するという方法を用いれば容易に分
散タイプの液晶パネルを作成できる。

【００１６】また、注入した後にパネルに紫外線を照射
することによって樹脂のみ重合反応を起こしてポリマー
となり、液晶のみ相分離して、樹脂分と比較して液晶の
量が少ない場合は独立した粒子状の液晶滴が形成され
る。一方、液晶の量が多い場合は高分子マトリクスが液
晶材料中に粒子状又はネットワーク状に存在し、液晶が
連続層を成すように形成される。この際に液晶滴の粒子
径、もしくはポリマーネットワークの孔径はある程度均
一で尚且つ大きさとしては０．１μｍ〜数μｍの範囲で
なければ光の散乱性能が悪く、コントラストも上がらな
い。この為には比較的短時間で硬化が終了しうる材料で
なければならず紫外線硬化型樹脂が望ましい。

【００１７】高分子分散液晶パネルの動作について（図
２１（ａ）（ｂ））を用いて簡単に述べる。（図２１
（ａ）（ｂ））は高分子分散液晶パネルの動作の説明図
である。（図２１（ａ）（ｂ））において、１９１はア
レイ基板、１９２は画素電極、１９３は対向電極、１９
４は水滴状液晶、１９５はポリマー、１９６は対向基板
である。画素電極１９２にはＴＦＴ等が接続され、ＴＦ
Ｔのオン・オフにより画素電極に電圧が印加されて、画
素電極上の液晶配向方向を可変させて光を変調する。
（図２１（ａ））に示すように電圧を印加していない状
態では、それぞれの水滴状液晶１９４は不規則な方向に
配向している。この状態ではポリマー１９５と液晶とに
屈折率差が生じ入射光は散乱する。ここで（図２１
（ｂ））に示すように画素電極に電圧を印加すると液晶
の方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈折
率をあらかじめポリマーの屈折率と合わせておくと、入
射光は散乱せずにアレイ基板１９１より出射する。

【００１８】以上のように、高分子分散液晶パネルは偏
光板を用いないため、光利用効率が高く、非常に高輝度
の表示画像が得られる。しかし、前記液晶を液晶パネル
に用いようとすると下記の課題がある。

【００１９】この高分子分散型液晶パネルをデバイスと
して実用化するには、低電圧で駆動できること、及び充
分なコントラスト比を有していることが要求される。特
に良好な表示を得るためのコントラスト比は、直視型の
ものでは３０：１以上、投写型のもので１００：１以上
が好ましい。コントラスト比を大きくする為には光散乱
特性を高めることが必要である。高分子分散液晶層の厚
みを増せば光散乱性能は向上するが、駆動電圧が高くな
り、ＴＦＴ駆動が困難になるという問題を生じる。散乱
作用の１つの目標として完全拡散が考えられる。完全拡
散におけるコントラスト比ＣＲはＣＲ＝１／ｓｉｎ²σ
で計算できる。例えばエス・アイ・ディー会報第１８巻
（１９７７）第１３４頁〜第１４６頁（Projection Sys
tems for Light Valves,Proceeding of the S,I,D,vo1,
18/2,Second Quarter,1977, P.134〜P.146）に発表され
ている。但しσは集光角（半角）である。これは投写レ
ンズの集光角を小さくする、すなわちＦナンバーを大き
くするとコントラストが向上することを示している。

【００２０】投写型ディスプレイとして用いる場合、現
在広く用いられているメタルハライドランプを用いた凹
面鏡集光光学系とこれに整合した投写光学系のＦナンバ
ーは４〜５であり、完全拡散状態を示す高分子分散液晶
パネルを使用しても上記計算式に従えばコントラスト比
は６５：１と不充分である。

【００２１】液晶パネルのアレイ基板と対向基板のうち
少なくとも一方に凹凸断面形状層を液晶層に相対する面
上に形成し、前記凹凸断面形状層を回折格子とし、電界
により液晶層の屈折率を制御して液晶層と凹凸断面形状
層の屈折率差が無くなると回折作用が無くなり、屈折率
差に応じて回折作用が現れるようにその回折作用を制御
することにより表示する方式も提案されている（特公昭
５３−３９２８号公報）。一般に回折を利用したライト
バルブの光学装置では良好な黒表示を得るために回折格
子を消去（光は直進）した状態の時に黒表示、回折時に
白表示をさせて用いる。しかしながら、白表示の光利用
率は回折格子の形状、波長帯域巾などに強く依存する為
に高い光利用率を得るには回折格子形状の厳密な管理を
要すること、表示の均一性も回折格子形状の均一性に大
きく依存することから、光利用率が高く且つ均一な白／
黒表示を示すパネルを製作することは容易ではない。ま
た投写光学系のＦナンバー４〜５に対応する回折格子の
格子ピッチは概ね数μｍであり、また液晶の異常光屈折
率と常光屈折率の差は大きくても高々０．２程度で０次
回折光の効率を０にする格子高さは数μｍとなり、この
ような凹凸形状を構成することも容易ではない。

【００２２】

【課題を解決するための手段】ライトバルブとしてＴＮ
液晶パネルを用いると偏光板により５０％以上の光が吸
収されてしまうため、光利用率が低く、高輝度表示が行
えないという課題がある。そこで、本発明ではライトバ
ルブとして高分子分散液晶パネルを用いている。

【００２３】本発明のライトバルブ式投写装置は、光発
生手段と、前記光発生手段が発生した光を散乱状態の変
化として変調するライトバルブと、前記ライトバルブで
変調された光を投影する投写手段とを具備し、前記光発
生手段と前記ライトバルブとの間に配置された第１のマ
スクと、前記投写手段と前記ライトバルブの間に配置さ
れた第２のマスクと、前記第１のマスクと前記第２のマ
スクの間に配置された結像手段とを具備し、前記結像手
段による前記第１のマスクの開口の投影像が前記第２の
マスクの開口に一致するようにしている。さらに、本発
明のライトバルブ式投写装置は、光源と、高分子分散液
晶パネルと、前記高分子分散液晶パネルで変調された光
を投影する投写レンズとを具備し、前記光源と前記液晶
パネルとの間に配置された第１のマスクと、前記光源の
像を前記第１のマスクの開口部に形成し、前記液晶パネ
ルの有効表示領域と相似形の複数のレンズから構成され
る第１のレンズアレイと、前記第１のマスクの近傍に配
置され、前記第１のレンズアレイの像を前記液晶パネル
上に形成する第２のレンズアレイと、前記投写レンズと
前記液晶パネルの間に配置された第２のマスクと、前記
第１のマスクと前記第２のマスクの間に配置された結像
レンズとを具備し、前記結像レンズによる前記第１のマ
スクの開口の投影像が前記第２のマスク上に形成され、
なおかつ前記第２のマスクの開口に一致する。

【００２４】本発明においてライトバルブとしては高分
子分散液晶パネルを用いる。またアレイ基板と対向基板
のうち少なくとも一方の光を変調する画素領域に、回折
格子として機能する凹凸断面形状層を形成した高分子分
散液晶パネルを用いてもよい。また、凹凸断面形状層を
形成する材料の屈折率は液晶層のポリマーとの屈性率が
略一致するものを用いる。

【００２５】また各波長の光に対して配置された高分子
分散液晶パネルにおいて、前記高分子分散液晶パネルの
うち１枚以上の高分子分散液晶層の厚みと液晶滴の平均
粒子径または平均孔径、高分子分散液晶パネル内に形成
される凹凸形状層の凹凸の高さとピッチのうち少なくと
もいずれかが、他の高分子分散液晶パネルと異なるよう
に設計されている。

【００２６】

【作用】本発明のライトバルブ式投写装置では高分子分
散液晶パネルが光透過状態（透明状態）の時には、第１
のマスクを通過した光がライトバルブをそのまま通過
し、結像レンズにより第２のマスクの開口部へ入射し、
投影され白表示となる。結像レンズにより第１のマスク
の開口と第２のマスクの開口とが一致するので、白表示
の時には第２のマスクによる光のけられはほとんどな
い。さらに複数のレンズからなるレンズアレイを用いる
と第１のマスクによる光のけられを無くすことができる
ので光利用率を向上できる。さらに第１のマスク近傍に
第２のレンズアレイを用いることにより均一な明るさの
表示が得られる。高分子分散液晶パネルが白濁状態（散
乱状態）の時には、第１のマスクを通過した光がライト
バルブによって散乱され、光学系のＦナンバーに相当す
る集光角で拾い込まれる散乱光線が投写光学系の射出瞳
を通過するが、本発明では第２のマスクにより、射出瞳
がけられている為、遮光効果が著しく向上しており、良
好な黒表示を得ることができる。言い換えれば投写レン
ズのＦナンバーは第２のマスクの開口部面積の総和によ
り決定され、この場合の投写レンズのＦナンバーは第２
のマスクが無い場合よりも大きく、より多くの散乱光を
遮光できる。この時高分子分散液晶の散乱能は高いほど
第２のマスクの開口部を通過する光の量が小さくなり、
黒品位が向上することは勿論のことである。本発明では
この高分子分散液晶パネルにさらに生成と消去が可能な
回折格子を設ける。これにより一層の黒品位向上も可能
である。

【００２７】回折格子の作用について説明する。ポリマ
ーの屈折率ｎpと同一またはその近傍の屈折率の光透過
性材料で凹凸断面形状層を形成する。光透過性材料の屈
折率をｎtとする。また、液晶の常光屈折率をｎo，異常
光屈折率をｎeとし、ｎp＝ｎoとする。（図２１
（ａ））に示すようにオフ状態の時、液晶層の全体とし
ての屈折率ｎxはマクロ的にポリマーの屈折率ｎp、液晶
の屈折率ｎo・ｎeがあわさった屈折率を示す。凹凸断面
形状層の屈折率ｎtとｎxは異なるため、両者間に屈折率
差が生じる。液晶パネルに入射した光は凹凸断面形状層
により回折され、直進する成分が少なくなる。言い換え
れば該凹凸断面形状層は回折格子として作用する（以下
凹凸断面形状層は回折格子と呼ぶ）。回折した光がちょ
うど第２マスクの遮光部に達するように格子ピッチを設
けることにより、第２マスクを通過する光は激減し、極
めて良好な黒表示となる。

【００２８】（図２１（ｂ））に示すようにオン状態の
時、液晶分子は一定の方向にならび、ｎp＝ｎo＝ｎaと
なる。従って、ｎp＝ｎt＝ｎaとなる。このことは液晶
層の屈折率ｎaと回折格子の屈折率ｎtの屈折率差が無く
なることを意味する。従って、回折格子が形成されてな
いのと同一の状態となるから、入射光はそのまま直進
し、白表示での光の損失はない。また、回折格子の形成
は対向電極あるいは画素電極上に凹凸を形成しているこ
とになる。このことは液晶層と前記電極間の密着性を高
める。回折格子の材料に光透過性材料を選定すれば、画
素の開口率は低下しない。

【００２９】また三角波もしくは鋸歯断面形状層を形成
することにより界面での屈折を用いて光線の角度を曲げ
る作用を用いれば屈折した光がちょうど第２マスクの遮
光部に達するように斜面を設けることにより、第２マス
クを通過する光は激減し、極めて良好な黒表示となる。
また上記と同様に三角波もしくは鋸歯断面形状層の屈折
率を液晶の屈折率と一致させておけば、オン状態の時に
は入射光はそのまま直進し、白表示での光の損失はな
い。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明のライト
バルブ式投写装置について説明する。（図１）は本発明
のライトバルブ式投写装置の原理的な構成を概念的に示
す模式図である。ライトバルブとしてアクティブマトリ
ックス型高分子分散液晶パネル（以下液晶パネルと呼
ぶ）１１を用い、光発生手段としての光源１５はメタル
ハライドランプおよび凹面鏡１８を用いている。凹面鏡
１８は光源１５の光を集光し、光利用率を上げるために
もうけられたもので、なくても本発明の主旨を損なうも
のではない。多数の開口部を有する入力マスク１２と出
力マスク１３の間に結像レンズ（以下シュリーレンレン
ズと呼ぶ）１４を設置して入力マスク１２の像を出力マ
スク１３上に結像させるようにした構造のシュリーレン
光学系を構成し、上記液晶パネル１１をシュリーレン光
学系の中に配置する。本発明ではシュリーレンレンズ１
４は入力マスク１２と液晶パネル１１の間に設置した
が、液晶パネル１１と出力マスク１３との間にあっても
かまわない。光発生手段としての光源１５からの光を上
記シュリーレン光学系の入力マスク１２とシュリーレン
レンズ１４を介して液晶パネル１１に入射させる。液晶
パネル１１上に形成された画像は、投写レンズ１６を介
してスクリーン１７に投写される。投写手段としての投
写レンズ１６は図面では模式的に１枚のレンズのように
示したが、実際には複数のレンズからなる投写レンズ群
である。さらに出力マスク１３は投写レンズ群の瞳位置
近傍に配置しても良い。投写画像に応じて、液晶パネル
１１で光が散乱されるが、散乱された光は上記出力マス
ク１３の遮光部により遮断され、スクリーン１７には達
しない。

【００３１】本実施例においてライトバルブとして用い
る液晶パネル１１の断面図を（図２）に示した。少なく
ともどちらか一方が透明なアレイ基板２６、対向基板２
１上にＩＴＯ等の透明電極により各々画素電極２４、対
向電極２２が形成されている。２５はスイッチング素子
としての薄膜トランジスター（ＴＦＴ）、２７はブラッ
クマトリクスである。アレイ基板２６の構成は従来例
（図１８（ａ））の構成とほぼ同一であるので説明を省
略する。前記２枚の基板間に高分子分散液晶層２３が狭
持されている。高分子分散液晶層２３の膜厚は５μｍ〜
２５μｍの範囲が好ましく、内でも８μｍ〜１５μｍの
範囲が好ましい。これは、膜厚が２０μｍ以上になると
駆動に高電圧が必要になり、一方、膜厚が８μｍ以下で
あれば散乱特性が悪くなり、コントラストが低くなるた
めである。

【００３２】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。なお、先に述べた液晶材料のうち異常光屈折率
ｎeと常光屈折率ｎoの差の比較的大きいシアノビフェニ
ル系のネマチック液晶が最も好ましい。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。

【００３３】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々である。

【００３４】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。

【００３５】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−ビド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイキー社
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」）等が掲げ
られる。

【００３６】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。

【００３７】この紫外線硬化性化合物中に液晶材料を均
一に溶解させた液状ないしは粘稠物を２枚の基板間に注
入させた後に、紫外線照射を行って紫外線硬化性化合物
のみを硬化させ、その際に液晶材料のみ相分離して高分
子分散液晶層が形成される。

【００３８】高分子分散液晶層中の液晶材料の割合はこ
こで規定してないが、一般には２０重量％〜９０重量％
程度が良く、好ましくは５０重量％〜７０重量％程度が
良い。２０重量％以下であると液晶滴の量が少なく、散
乱の効果が乏しい。また９０重量％以上となると高分子
と液晶が上下２層に相分離する傾向が強まり、界面の割
合は小さくなり光散乱は低下する。高分子分散液晶層の
構造は液晶分率によって変わり、だいたい５０重量％以
下では液晶滴は独立したドロップレット状として存在
し、５０重量％以上となると高分子と液晶が互いに入り
組んだ連続相となる。

【００３９】（図３（ａ）（ｂ））に本発明で用いた入
力マスク１２及び出力マスク１３の平面概略図を示し
た。開口部３１、３２の形状は実施例に限定されるもの
ではなく、またその個数についても同様で、光源１５よ
り発生した光がシュリーレンレンズ１４によってつくる
入力マスク１２の開口部３１の像が出力マスク１３の開
口部３２に一致するように設計されていれば良い。

【００４０】また光源１５にはハロゲンランプ、メタル
ハライドランプ、キセノンランプ等が用いられ、本発明
では光の集光効率を上げるために凹面鏡１８を配置した
がこれはコンデンサレンズ等他の手段であっても構わな
い。

【００４１】（図４）に本発明のライトバルブ式投写装
置における液晶パネルによる出力マスク上の光強度の分
布状態を示す模式図を示した。電圧は無印加の状態で、
出射光線は散乱の影響を受けている。図中斜線を付して
示す部分の光線がマスクを透過して、黒表示となる。液
晶パネルの散乱性能が上がれば上がるほど斜線部分の光
線量が少なくなり、マスクを通過する光線の量は少なく
なって黒品位が向上する。また電圧を印加することによ
り、液晶パネルは光透過状態になり、白表示となる。

【００４２】以下、本発明のライトバルブ式投写装置の
第２の実施例について説明するが、説明は第１の実施例
との差異のみにとどめる。従って、説明のない事項は第
１の実施例と同様である。以上のことは以下の他の実施
例についても同様である。（図５（ａ））は本発明の第
２の実施例にライトバルブとして用いる液晶パネルの一
画素部の平面図である。（図５（ｂ））は（図５
（ａ））のＡ−Ａ’線での断面図である。また、（図
６）は（図５（ａ）（ｂ））に示すアレイ基板２６に対
向基板２１を取り付け、両基板間に高分子分散液晶を注
入した時の断面図を示している。（図５（ａ）（ｂ））
（図６）において、５１はゲート信号線、５２はソース
信号線、５３は凹凸断面形状層（以下回折格子と呼ぶ）
である。但し、図面を見易くするために従来例と同様に
（図５（ａ））からは対向電極基板などを省略してい
る。また、先にも述べたように、図面はモデル的に描い
ている。例えば、回折格子の本数，幅，形状などもこれ
に該当する。つまり、この本数，幅等に限定するもので
はない。具体的には、画素サイズは２００〜３０μｍ，
回折格子のピッチＰは３０〜２μｍである。回折格子の
材料としてはＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ，ＴａＯｘ、ガラス系
物質などの無機物質、ポリイミド、アクリル系樹脂など
の有機物質なとが例示される。材料の選定としては高分
子分散液晶層２３のポリマーの屈折率に対応して決め
る。各材料の屈折率は液晶の常光屈折率ｎoは１．４５
〜１．５５、液晶の異常光屈折率ｎeは１．６５〜１．
８０、ポリマーの屈折率ｎpは１．４５〜１．５５のも
のがよく用いられる。また、ｎp＝ｎoにしておく場合が
多い。

【００４３】正の誘電率を有する液晶がオフ状態の時の
液晶層２３の屈折率ｎxは一般的に（２ｎo＋ｎe）／３
で示される。逆にオン状態の時はｎoとなる。従って、
液晶がオフ状態のとき回折格子を出現させ、オン状態の
とき回折格子を消滅させる為には、回折格子の屈折率ｎ
t＝ｎpもしくは、その近傍の値となるようにすればよ
い。つまり、液晶がオフ状態の時は液晶層の屈折率ｎx
は（２ｎo＋ｎe）／３であるから、ｎt≠ｎxであり回折
格子５３と液晶層２３に屈折率差Δｎが生じる。逆に液
晶がオン状態の時は液晶層の屈折率はｎoとなるから、
ｎo＝ｎpとするとｎt＝ｎpとなる。つまり、回折格子５
３と液晶層２３に屈折率差がなくなる。回折格子の屈折
率ｎtとポリマーの屈折率ｎpの屈折率差は０．１以内に
することが望ましく、０．１以内の材料を選定すべきで
ある。

【００４４】以上の検討から、回折格子の形成材料とし
ては、現状の無機材料としてはプロセス上形成・加工が
容易なＳｉＯ2が適していると考えられる。ＳｉＯ2の屈
折率は通常１．４５〜１．５０程度である。また、形成
方法としてはＳｉＯ2を蒸着後、パターンマスクを形成
しエッチングすればよい。あるいはガラス基板に直接フ
ォトリソグラフィとドライエッチングによって形成する
方法もある。また、有機材料としては、液晶層２３に用
いるものと同一の透明なポリマーを用いるのが最適であ
る。上記のような材料を用いた回折格子の形成方法とし
ては、ロールクォーターあるいはスピンナー等で基板上
に塗布し、パターンマスクを用いて必要な部分のみ重合
するなどすればよい。また、ポリマー＋ドーパントから
なる感光性樹脂を基板にスピンコートし、パターンマス
クを介して露光したのち、減圧加熱によりドーパントを
昇華させる方式でドライ現像する方法もある。

【００４５】回折格子５３のピッチｐ，高さｄは変調す
る光の波長λ，液晶層２３の屈折率及び光学系の光の指
向性および必要とする回折効率などによりかなり異な
る。例えば（図５）の如く、回折格子５３が矩形断面形
状の場合は回折角度θ、及び０次回折光の効率η0は以
下のように与えられる。

【００４６】ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ（但しｍは回折次数） η0＝０．５＊（１＋ｃｏｓδ）（但しδ＝２πΔｎｄ／λ）従って、ピッチｐ・高さｄは光学系の光の指向性，回折
角度θ，波長λにより決定すべきである。しかし、回折
格子形成上のプロセス条件などに左右されることも多
い。およそピッチｔは２μｍ〜６０μｍであり、中でも
４μｍ〜２０μｍが最適である。なお、プロセス上、回
折格子の形状はサインカーブ状あるいは台形状となるこ
とが多いが、所望の回折格子・回折方向にあわせて設計
すればよい。その効果には問題がない。

【００４７】（図７）に本発明の第２の実施例における
液晶パネルによって変調された光線の出力マスク上の光
強度の分布状態を示す模式図を示した。電圧は無印可の
状態で、出射光線は散乱及び回折の影響を受けている。
本発明の第１の実施例で用いた液晶パネルよりさらに回
折の効果により出力マスクで遮光される光線の量が増
え、黒品位は向上する。

【００４８】また本発明の第２の実施例では回折格子５
３はアレイ基板２６側に形成されているが、（図８）に
示すように対向基板２１側に形成しても良い。（図８
（ａ））は本発明の第２の実施例にライトバルブとして
用いる液晶パネルの一画素部の平面図である。（図８
（ｂ））は（図８（ａ））のＢ−Ｂ’線での断面図であ
る。また、（図９）は（図８（ａ）（ｂ））に示す対向
基板２１にアレイ基板２６を取り付け、両基板間に高分
子分散液晶を注入した時の断面図を示している。（図
８）のように対向基板２１側に回折格子５３を設けても
同様の効果が得られる。

【００４９】本発明の第２の実施例では回折格子５３の
上に画素電極２４あるいは対向電極２２を形成している
が、回折格子５３の下に画素電極２４あるいは対向電極
２２を形成しても良い。

【００５０】以下本発明の第３の実施例について説明す
る。（図１０）は本発明の第３の実施例においてライト
バルブとして用いる液晶パネルの断面図である。アレイ
基板２６上に三角波断面形状層８１が形成されている。
前記三角波断面形状層８１の形成材料及び形成方法につ
いては本発明の第２の実施例に示した回折格子と同様に
して形成される。但し本発明では回折効果を用いるので
はなく、前記三角波断面形状層８１と液晶層２３との界
面での屈折率の差異によって光線が屈折する効果を用い
る。

【００５１】正の誘電率を有する液晶がオフ状態の時の
液晶層２３の屈折率ｎxは一般的に（２ｎo＋ｎe）／３
で示される。逆にオン状態の時はｎoとなる。従って、
液晶がオフ状態のとき界面で屈折率差を生じさせ、オン
状態のとき屈折率差を消滅させる為には、回折格子の屈
折率ｎt＝ｎp＝ｎ_oもしくは、その近傍の値となるよう
にすればよい。つまり、液晶がオフ状態の時は液晶層の
屈折率ｎxは（２ｎo＋ｎe）／３であるから、ｎt≠ｎx
であり三角波断面形状層８１と液晶層２３に屈折率差Δ
ｎが生じる。なおかつ三角波断面形状層８１が入射光線
に対して角度を持って傾いているために光線はスネルの
法則より与えられる角度だけ曲がって出射される。逆に
液晶がオン状態の時は液晶層の屈折率はｎoとなるか
ら、ｎo＝ｎpとするとｎt＝ｎpとなる。つまり、三角波
断面形状層８１と液晶層２３に屈折率差がなくなる。

【００５２】（図１１）に本発明の第３の実施例におけ
る液晶パネルによって変調された光線の出力マスク上の
光強度の分布状態を示す模式図を示した。電圧は無印可
の状態で、出射光線は散乱及び屈折の影響を受けてい
る。本発明の第１の実施例で用いた液晶パネルよりさら
に屈折の効果により出力マスクで遮光される光線の量が
増え、黒品位は向上する。

【００５３】本発明の第３の実施例では三角波断面形状
層８１はアレイ基板２６側に形成されているが、第２の
実施例に示すように対向基板２１側に形成しても良い。
また本発明の第３の実施例では三角波断面形状層８１の
上に画素電極２４あるいは対向電極２２を形成している
が、三角波断面形状層８１の下に画素電極２４あるいは
対向電極２２を形成しても良い。また本発明の第３の実
施例では三角波断面形状層としたが、傾きが一方向だけ
の鋸歯状の断面形状層であっても良い。

【００５４】以下本発明の第４の実施例について説明す
る。（図１２）は本発明の第４の実施例におけるライト
バルブ式投写装置の原理的な構成を概念的に示す模式図
である。光発生手段としての光源１５はメタルハライド
ランプおよび凹面鏡１８を用いている。凹面鏡１８はラ
ンプからの出射光を集光し、光利用率を向上させるため
に設けられたものでなくても本発明の主旨を損なうもの
ではない。光源１５と入力マスク１２の間に第１のレン
ズアレイ１０９（以下フライアイレンズと呼ぶ）を配置
する。フライアイレンズ１０９は複数のレンズの集合体
であり、各レンズが光源１５の像を形成する。フライア
イレンズ１０９により光源像が入力マスク１２の開口部
に形成されるように設計、配置される。入力マスクの開
口部はフライアイレンズ１０９の各レンズに１対１で対
応するように設けられている。フライアイレンズ１０９
で生じる不要な照明光は入力マスク１２で遮蔽する。不
要な照明光が液晶パネル１１に照射されると、液晶パネ
ル１１より不要な散乱光が生じて黒表示の輝度を上昇さ
せ、コントラストを低下させる原因となる。また、入力
マスク１２近傍には第２のレンズアレイ１０８を設け
る。第２のレンズアレイ１０８はフィールドレンズとし
て機能し（以下第２のレンズアレイはフィールドレンズ
アレイとよぶ）、フライアイレンズ１０９の各レンズの
フィールドレンズアレイ１０８による像が液晶パネル１
１上に形成されるように設計する。その他の構成は（図
１）に示した本発明の第１の実施例と同一である。ライ
トバルブとしての液晶パネル１１は第１の実施例で用い
た高分子分散液晶パネルあるいは第２の実施例で用いた
回折格子高分子分散液晶パネルを用いる。光源１５より
出射した光線はフライアイレンズ１０９により複数の光
源像となり、入力マスク１２の開口部にそれぞれ形成さ
れる。この光源像がさらにフィールドレンズアレイ１０
８によって液晶パネル１１を照明する。液晶パネル１１
がオフ（散乱状態）の時には、各光源像からの光線は液
晶パネル１１で散乱して、出力マスク１３の遮光部によ
り遮断され、スクリーン１７には達しない。一方、液晶
パネル１１がオン（透明状態）の時には、各光源像から
の光線は液晶パネル１１を透過して、出力マスク１３の
それぞれに対応する開口部を通過するので、出力マスク
１３における光の損失がほとんどないまま光線はスクリ
ーン１７に到達する。このとき投写レンズの実効Ｆナン
バーは出力マスク１３の開口部の総面積によって決ま
り、出力マスク１３を用いない場合の投写レンズのＦナ
ンバーよりも大きく、よりコントラストを高くできる。

【００５５】（図１３）にフライアイレンズ１０９の平
面図を示す。フライアイレンズ１０９は複数のレンズ１
１０の集合体であり、レンズ１１０の１つ１つが（図
３）の入力マスク１２の開口部３１に各々対応するよう
に構成されている。各レンズ１１０の開口形状は液晶パ
ネル１１の有効表示領域と相似であることが望ましい。
即ち、液晶パネル１１の有効表示領域が長方形で、その
縦横比が例えば３：４であれば、レンズ１１０も３：４
の縦横比の長方形とする。フィールドレンズアレイ１０
８は各レンズ１１０の像が液晶パネル１１上に形成され
るように設計する。これにより１個のレンズ１１０を通
る光源１５より発せられた光は入力マスク１２の１個の
開口部を通り、フィールドレンズアレイ１０８、シュリ
ーレンレンズ１４、液晶パネル１１及び出力マスク１３
を通って、投写レンズ１６により投影される。この光路
を１つの光学系と考えると、Ｆナンバーが大きくコント
ラストが高くとれるとともに、この光学系が多数集まっ
た１つのシステムとみなすことができるので明るさを落
とすことがない。言い換えれば、出力マスク１３によっ
て液晶パネル１１が透明状態のときには瞳の有効な部分
全面を利用し、散乱又は回折状態のときには不要な散乱
光又は回折光を遮光でき、瞳面積を実効的に小さくでき
る。

【００５６】以下、図面を参照しながら本発明のライト
バルブ式投写装置について説明する。（図１４）は本発
明のライトバルブ式投写装置の一実施例の構成図であ
る。ただし、説明に不要な構成要素は省略している。
（図１４）において、１２１は集光光学系であり、内部
に凹面鏡および光発生手段として２５０Ｗのメタルハラ
イドランプを有している。また凹面鏡は有視光のみを反
射させるように構成されている。さらに集光光学系１２
１の出射端には紫外線カットフィルタが配置されてい
る。１２２は赤外線を透過させ有視光のみを反射させる
赤外線カットミラーである。ただし、赤外線カットミラ
ー１２２は集光光学系１２１の内部に配置してもよいこ
とは言うまでもない。また、１２３ａはＢＤＭ、１２３
ｂはＧＤＭ、１２３ｃはＲＤＭである。なお、ＢＤＭ１
２３ａからＲＤＭ１２３ｃの配置は前記の順序に限定す
るものではなく、また、最後のＲＤＭ１２３ｃは全反射
ミラーにおきかえてもよいことは言うまでもない。

【００５７】１２７ａ、１２７ｂおよび１２７ｃは液晶
パネルである。なお、液晶パネルのうちＲ光を変調する
液晶パネル１２７ｃ内に形成される回折格子の高さｄを
他の液晶パネルの回折格子の高さｄよりも０．２μｍ〜
１．０μｍ高く形成している。これは、回折度合が変調
する光の波長に依存するためである。また、必要に応じ
て青光変調用の液晶パネル１２７ａの回折格子の高さも
緑用に比較して０．２μｍ〜１．０μｍ低く形成する。
また、Ｒ光を変調する液晶パネル１２７ｃは他の液晶パ
ネルに比較して水滴状液晶粒子径を大きく、もしくは液
晶膜厚も厚めに構成している。これは光が長波長になる
ほど散乱特性が低下するためである。水滴状液晶の粒子
径は、重合させるときの紫外線光を制御することあるい
は使用材料を変化させることにより制御が可能である。
液晶膜厚は液晶層中のビーズ径を変化することにより調
整できる。１２５ａ、１２５ｂ及び１２５ｃは入力マス
ク、１２８ａ、１２８ｂおよび１２８ｃは出力マスク、
１２６ａ、１２６ｂおよび１２６ｃはシュリーレンレン
ズである。なお、１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃは
フライアイレンズ、１２９ａ、１２９ｂおよび１２９ｃ
は投写レンズである。

【００５８】フライアイレンズ１２４及び入力マスク１
２５は１つにまとめて集光光学系１２１とダイクロイッ
クミラー１２３ａの間に設置しても良い。またシュリー
レンレンズ１２６は液晶パネル１２７と出力マスク１２
８の間に設置しても良い。

【００５９】本発明のライトバルブ式投写装置では液晶
パネルの液晶層の膜厚が、１０μｍ〜１５μｍの時、投
写レンズの集光角θは全角で６度前後でも、コントラス
ト比は画面中心部で１００：１以上であり、リア方式テ
レビで４０インチスクリーンに投写した際、ＣＲＴ投写
型テレビと比較しても遜色のない画質を得ることができ
た。ランプはアーク長が７ｍｍの２５０Ｗメタルハライ
ドランプで、短アークのものを用いなくとも十分な特性
が得られた。（図１４）の構成図は一例としてより具体
的には（図１５）に示す斜視図などで示される。（図１
５）において１３３はミラー、１３４ａ，１３４ｂおよ
び１３４ｃは投写レンズまたは投写レンズ系である。フ
ライアイレンズ１２４及び入力マスク１２５は集光光学
系１２１の出射端に設置している。

【００６０】以下、本発明のライトバルブ式投写装置の
動作について（図１４）を参照しながら説明する。な
お、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（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
ついて例にあげて説明する。まず、集光光学系１２１か
ら白色光が照射され、前記白色光のＢ光成分はＢＤＭ１
２３ａにより反射される。このＢ光はフライアイレンズ
１２４ａ、入力マスク１２５ａ、シュリーレンレンズ１
２６ａを通って高分子分散液晶パネル１２７ａに入射す
る。高分子分散液晶パネルは（図２１（ａ）（ｂ））に
示すように画素電極に印加された信号により入射した光
の散乱と透過状態とを制御し、光を変調する。散乱した
光は出力マスク１２８ａで遮光され、逆に平行光または
所定角度内の光は出力マスク１２８ａを通過する。変調
された光は投写レンズ１２９ａによりスクリーン（図示
せず）に拡大投影される。以上のようにして、スクリー
ンには画像のＢ光成分が表示される。同様に高分子分散
液晶パネル１２７ｂはＧ光成分の光を変調し、また、高
分子分散液晶パネル１２７ｃはＲ光成分の光を変調し
て、スクリーン上にはカラー画像が表示される。

【００６１】また、本発明の液晶パネルの構成はＴＦＴ
に限定するものではなく、ダイオードなどの２端子素子
をスイッチング素子として用いる液晶表示装置でも有効
である。

【００６２】また、（図１４）においては光は液晶パネ
ルの対向基板側から入射させるとしたが、これに限定す
るものではなく、アレイ基板から入射させても同様の効
果が得られることは明らかである。以上のように、本発
明のライトバルブ式投写装置は光の入射方向に左右され
るものではない。

【００６３】また、本発明のライトバルブ式投写装置の
実施例においてはリア型投写装置のように表現したが、
これに限定するものではなく反射型スクリーンに画像を
投影するフロント型投写装置でもよいことは言うまでも
ない。さらに、本実施例のライトバルブ式投写装置にお
いては、ダイクロイックミラーにより色分離を行なうと
したがこれに限定するものではなく、たとえば吸収型色
フィルタを用いて、色分離を行なってもよい。

【００６４】また、本発明で用いる液晶パネルは透過型
液晶パネルのように説明したが、これに限定するもので
はなく、反射型・液晶パネルでもよい。その場合は、画
素電極を金属物質で反射電極にすればよい。回折格子は
対向電極あるいは前記反射電極上に形成する。

【００６５】また、本実施例のライトバルブ式投写装置
においては、Ｒ，ＧおよびＢ光の変調系において投写レ
ンズ系をそれぞれ１つずつ設けているが、これに限定す
るものではなく、たとえばミラーなどを用いて液晶パネ
ルにより変調された表示画像を１つにまとめてから１つ
の投写レンズ系に入射させて投影する構成であってもよ
いことは言うまでもない。さらに、Ｒ・Ｇ・Ｂ光それぞ
れを変調する液晶パネルを設けるとしたが、これに限定
するものではない。例えば、一枚の液晶パネルにモザイ
ク状のカラーフィルタを取付け、前記パネルの画素を投
影する単パネル投写装置でもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明のライトバルブ式
投写装置では液晶パネルとして高分子分散液晶を用いて
いるため、ＴＮ液晶を用いた液晶パネルに比較して２倍
以上の高輝度画面を得ることができる。また、液晶パネ
ル内に回折格子を形成しており、液晶がオン状態の時は
液晶層２３とのほぼ屈折率差がなくなり、回折格子が形
成されていない状態となる。従って、液晶パネルに入射
した光は回折されることなくそのまま直進する。逆に液
晶がオフ状態時は、液晶層２３と回折格子間に屈折率差
が生じ、回折格子が機能する。従って、液晶パネルに入
射した光は回折される。このことは直進する光の量が減
少することを意味する。以上の回折の効果と散乱の効果
の相乗効果により投写画像のコントラストは大幅に向上
する。また、本発明は液晶パネル内に三角波断面形状層
を形成しており、液晶がオン状態の時は液晶層２３との
ほぼ屈折率差がない状態となる。従って、液晶パネルに
入射した光は屈折することなくそのまま直進する。逆に
液晶がオフ状態時は、液晶層２３と三角波断面形状層間
に屈折率差が生じ、液晶パネルに入射した光は屈折され
る。このことは直進する光の量が減少することを意味す
る。以上の屈折の効果と散乱の効果の相乗効果により投
写画像のコントラストは大幅に向上する。しかも液晶パ
ネルは低電圧で駆動できる。

【００６７】また、光源として、アーク長が長く、Ｆナ
ンバーの小さい、明るい光源を用いても高コントラスト
比で且つ高輝度を実現できる投写装置を提供できる。

【００６８】さらに、本発明では、特に主としてＲ用の
液晶パネルの回折格子の高さ・液晶層の膜厚または水滴
状液晶径を他のパネルと変化させることにより画像全体
としてのコントラスト比を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のライトバルブ式投写装
置の原理的な構成を概念的に示す模式図である。

【図２】本発明の第１の実施例においてライトバルブと
して用いる液晶パネルの断面図である。

【図３】本発明で用いた入力マスク及び出力マスクの平
面概略図である。

【図４】本発明の第１の実施例のライトバルブ式投写装
置における液晶パネルによる出力マスク上の光強度の分
布状態を示す模式図である。

【図５】本発明の第２の実施例においてライトバルブと
して用いる液晶パネルの平面図及び断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例においてライトバルブと
して用いる液晶パネルの断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例における液晶パネルによ
って変調された光線の出力マスク上の光強度の分布状態
を示す模式図である。

【図８】本発明の第２の実施例においてライトバルブと
して用いる液晶パネルの平面図及び断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例においてライトバルブと
して用いる液晶パネルの断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施例においてライトバルブ
として用いる液晶パネルの断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例における液晶パネルに
よって変調された光線の出力マスク上の光強度の分布状
態を示す模式図である。

【図１２】本発明の第４の実施例におけるライトバルブ
式投写装置の原理的な構成を概念的に示す模式図であ
る。

【図１３】本発明の第４の実施例で用いたフライアイレ
ンズの平面図である。

【図１４】本発明のライトバルブ式投写装置の一実施例
の構成図である。

【図１５】本発明のライトバルブ式投写装置の他の実施
例の構成図である。

【図１６】従来の液晶投写装置の構成図である。

【図１７】従来の液晶パネルの平面図である。

【図１８】従来の液晶パネルの平面図および断面図であ
る。

【図１９】従来の液晶パネルの断面図である。

【図２０】ＴＮ液晶パネルの動作の説明図である。

【図２１】高分子分散液晶パネルの動作の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１ライトバルブ（液晶パネル）１２入力マスク１３出力マスク１４シュリーレンレンズ１５光源１６投写レンズアレイ基板１７スクリーン１８凹面鏡２１対向基板２２対向電極２３高分子分散液晶層２４画素電極２５ＴＦＴ２６アレイ基板２７ブラックマトリクス５３凹凸断面形状層（回折格子）８１三角波断面形状層１０８フィールドレンズアレイ１０９フライアイレンズ１２２赤外線カットミラー１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃダイクロイックミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03B 33/12 G03B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光発生手段と、前記光発生手段が発生し
た光を散乱状態の変化として変調するライトバルブと、
前記ライトバルブで変調された光を投影する投写手段と
を具備し、前記光発生手段と前記ライトバルブとの間に配置された
第１のマスクと、前記投写手段と前記ライトバルブの間
に配置された第２のマスクと、前記第１のマスクと前記
第２のマスクの間に配置された結像手段とを具備し、前
記結像手段による前記第１のマスクの開口の投影像が前
記第２のマスクの開口に一致することを特徴とするライ
トバルブ式投写装置。
【請求項２】光発生手段と、前記光発生手段が発生し
た光を回折状態の変化として変調するライトバルブと、
前記ライトバルブで変調された光を投影する投写手段と
を具備し、前記光発生手段と前記ライトバルブとの間に配置された
第１のマスクと、前記投写手段と前記ライトバルブの間
に配置された第２のマスクと、前記第１のマスクと前記
第２のマスクの間に配置された結像手段とを具備し、前
記結像手段による前記第１のマスクの開口の投影像が前
記第２のマスクの開口に一致することを特徴とするライ
トバルブ式投写装置。
【請求項３】光発生手段と、前記光発生手段が発生し
た光を散乱または回折状態の変化として変調するライト
バルブと、前記ライトバルブで変調された光を投影する
投写手段とを具備し、前記光発生手段と前記ライトバルブとの間に配置された
第１のマスクと、前記投写手段と前記ライトバルブの間
に配置された第２のマスクと、前記第１のマスクと前記
第２のマスクの間に配置された結像手段と、前記光発生
手段の像を前記第１のマスクの開口部に形成する複数の
レンズからなるレンズアレイとを具備し、前記結像手段
による前記第１のマスクの開口の投影像が前記第２のマ
スクの開口に一致することを特徴とするライトバルブ式
投写装置。
【請求項４】レンズアレイはライトバルブの有効表示
領域と相似形の複数のレンズから構成されることを特徴
とする請求項３記載のライトバルブ式投写装置。
【請求項５】光発生手段と、前記光発生手段が発生し
た光を散乱または回折状態の変化として変調するライト
バルブと、前記ライトバルブで変調された光を投影する
投写手段とを具備し、前記光発生手段と前記ライトバルブとの間に配置された
第１のマスクと、前記投写手段と前記ライトバルブの間
に配置された第２のマスクと、前記第１のマスクと前記
第２のマスクの間に配置された結像手段と、前記光発生
手段の像を前記第１のマスクの開口部に形成する複数の
レンズからなるレンズアレイと、前記第１のマスクの近
傍に配置され、前記第１のレンズアレイの像を前記ライ
トバルブ上に形成する第２のレンズアレイを具備し、前
記結像手段による前記第１のマスクの開口の投影像が前
記第２のマスクの開口に一致することを特徴とするライ
トバルブ式投写装置。
【請求項６】投写手段は投写レンズ系であり、第２の
マスクは投写レンズ系の瞳近傍に配置することを特徴と
する請求項１または２または３または５のいずれかに記
載のライトバルブ式投写装置。
【請求項７】ライトバルブは、電極層が形成された少
なくとも一方が光透過性を有する第１と第２の基板の間
に、液晶材料が高分子マトリクス中に分散保持された高
分子分散液晶を狭持した液晶パネルであることを特徴と
する請求項１または３または５のいずれかに記載のライ
トバルブ式投写装置。
【請求項８】ライトバルブは、電極層が形成された少
なくとも一方が光透過性を有する第１と第２の基板の間
に、液晶材料が高分子マトリクス中に分散保持された高
分子分散液晶を狭持し、前記第１と第２の基板のうち少
なくとも一方の基板上で高分子分散液晶層に相対する面
に、液晶パネルが光透過状態にある際の高分子分散液晶
層の屈折率に略一致する光透過性の物質からなる凹凸断
面形状層が形成された液晶パネルであることを特徴とす
る請求項２または３または５のいずれかに記載のライト
バルブ式投写装置。
【請求項９】ライトバルブは、電極層が形成された少
なくとも一方が光透過性を有する第１と第２の基板の間
に、液晶材料が高分子マトリクス中に分散保持された高
分子分散液晶を狭持し、前記第１と第２の基板のうち少
なくとも一方の基板上で高分子分散液晶層に相対する面
に、液晶パネルが光透過状態にある際の高分子分散液晶
層の屈折率に略一致する光透過性の物質からなる三角波
もしくは鋸歯断面形状層が形成された液晶パネルである
ことを特徴とする請求項２または３または５のいずれか
に記載のライトバルブ式投写装置。
【請求項１０】光発生手段から発生する光線を所定範
囲の波長の光に分離する色分離手段を具備し、各波長の
光に対して配置された高分子分散液晶パネルのうち１枚
以上の高分子分散液晶層の厚みと液晶滴の平均粒子径ま
たは平均孔径、高分子分散液晶パネル内に形成される凹
凸断面形状層の凹凸の高さとピッチのうち少なくともい
ずれかが、他の高分子分散液晶パネルと異なっているこ
とを特徴とする請求項７または８のいずれか記載のライ
トバルブ式投写装置。
【請求項１１】光源と、高分子分散液晶パネルと、前
記高分子分散液晶パネルで変調された光を投影する投写
レンズとを具備し、前記光源と前記液晶パネルとの間に配置された第１のマ
スクと、前記光源の像を前記第１のマスクの開口部に形
成し、前記液晶パネルの有効表示領域と相似形の複数の
レンズから構成される第１のレンズアレイと、前記第１
のマスクの近傍に配置され、前記第１のレンズアレイの
像を前記液晶パネル上に形成する第２のレンズアレイ
と、前記投写レンズと前記液晶パネルの間に配置された
第２のマスクと、前記第１のマスクと前記第２のマスク
の間に配置された結像レンズとを具備し、前記結像レン
ズによる前記第１のマスクの開口の投影像が前記第２の
マスク上に形成され、なおかつ前記第２のマスクの開口
に一致することを特徴とするライトバルブ式投写装置。