JPH0990310A

JPH0990310A - 反射型液晶表示素子及びその応用装置

Info

Publication number: JPH0990310A
Application number: JP7244923A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Oi; 好晴大井; Tsuneo Wakabayashi; 常生若林
Original assignee: AG Technology Co Ltd
Current assignee: AG Technology Co Ltd
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率の液晶プロジェクターを得る。【解決手段】透明電極７を備えた光入射側透光性基板６
と、画素電極８が備えられた光反射性基板５との間に液
晶を含む電気光学機能層が狭持され、画素電極８に対応
して、光入射側透光性基板の電気光学機能層と接しない
位置に第１の集光性手段１が、さらに光入射側透光性基
板６と電気光学機能層との間に第２の集光性手段２が配
置されたことを特徴とする反射型液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子、特に透過散乱型の液晶表示素子を用いた反射型液晶
表示素子及びそれを用いた投射型液晶表示装置等の応用
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電圧の印加に応じて光変調作
用を生じる電気光学材料が多数存在し、表示素子として
用いられている。そのような表示素子をその光学作用か
ら大別すると光吸収型の素子と、光散乱型の素子とがあ
る。前者の例としては偏光板を用いるＴＮ型液晶表示素
子（ＴＮ−ＬＣＤ）がある。後者としては、ダイナミッ
ク・スキャッタリング型の液晶表示素子（ＤＳＭ−ＬＣ
Ｄ）や、電磁界に応答する微小ダイポールを電極間に挟
持せしめた表示素子などが既に知られている。

【０００３】この光散乱型の表示素子は、機能層中の光
の散乱と非散乱（透過）を用いて光の変調を行い表示機
能を得る。この光散乱型の新しい液晶表示素子として、
種々の特徴を有する液晶／樹脂複合体、又は液晶／高分
子複合体（リキッドクリスタルポリマーコンポジッ
ト、以下ＬＣＰＣと呼ぶ）を備えた液晶表示素子（以
後、ＬＣＰＣ−ＬＣＤと称す）が提案されている。

【０００４】その基本構造は、電極付き基板間に正の誘
電異方性のネマチック液晶が高分子が硬化せしめられた
樹脂などの固化物中に分散保持された液晶相が挟持され
ている。そして、例えば、樹脂相の屈折率（ｎ_P ）が用
いられる液晶の常光屈折率（ｎ₀ ）、異常光屈折率（ｎ
_e ）のいずれかと一致せしめられる。両電極間への印加
電圧のオンとオフによってＬＣＰＣ層中の液晶分子を電
界で制御し、光学的な透明状態（光の透過）と遮光状態
（光の散乱）等を得る。

【０００５】このような光散乱型の表示素子において、
片面に光反射層を設けた反射型構成とすることにより、
散乱液晶層を光が往復するため、透過型構成に比べて同
じ駆動電圧で飛躍的に散乱能を向上することができる。
その結果、後述するシュリーレン光学系を用いた投射型
表示装置において、投射像のコントラスト比あるいは明
るさを向上することが可能である。

【０００６】また、偏光板を用いるアクティブマトリッ
クス駆動透過型ＴＮ−ＬＣＤにおいて、画素毎に光入射
側の液晶表示素子の基板にマイクロレンズアレイを形成
することにより画素の開口部に入射光を集光し、実質的
なパネル透過率を向上することにより投射型液晶表示装
置の投射像の明るさを改善する工夫が行われている。

【０００７】また、特開平５−２４９４５８には、ＬＣ
ＰＣ−ＬＣＤの反射型構成に関し、その反射層として誘
電体多層膜ミラーを用いた例が記載されている。さら
に、光入射側透光性基板側にマイクロレンズアレイを配
置し入射光を画素電極部分に集光する構成が記載されて
いる。

【０００８】その構成断面図を図５０に示す。反射防止
膜１４３、マイクロレンズ１０７、接着材層１０８、表
電極基板１４１、ＬＣＰＣ層１４４、透明電極１４２、
反射膜１４７、裏電極１４６、裏電極基板１４５等を備
えている。入射角θ_X で入射される入射光の指向性が高
く平行光となっている場合、同図に示されるような集光
作用が得られるが、光入射側透光性基板厚ｄ_X が画素ピ
ッチａ_X に比べて充分大きな場合や入射平行光の分散角
が大きな場合、マイクロレンズ１０７で反射画素電極に
集光され反射された光が有効に隣接マイクロレンズで集
光されず充分な明るさが得られにくいという問題があっ
た。

【０００９】また、ＲＧＢの３色光源とＲＧＢの画素に
対応してマイクロレンズアレイが形成された透過型ＴＮ
−ＬＣＤを用いることによりカラーフィルタの形成され
ていない単板モノクロの液晶表示素子を用いて光利用効
率及び色純度の高い投射型カラー液晶表示装置が特開平
３−５６９２２あるいは特開平４−６０５３８に記載さ
れている。

【００１０】また、ＬＣＰＣ−ＬＣＤを用いてカラー投
射像を形成する方法として、白色光源からの出射光をダ
イクロイックミラーを用いてＲＧＢに色分離した後、Ｒ
ＧＢの各色に対応した映像信号が印加される３枚の液晶
表示素子に入射し、透過光をダイクロイックミラーを用
いて色合成した後投射レンズでてカラー画像をスクリー
ン上に生成する３板方式と、単一の液晶表示素子の各画
素毎にＲＧＢのカラーフィルタが形成され、ＲＧＢの各
カラー画像信号を分割して印加される単板方式とがあ
る。

【００１１】また、透過散乱型表示素子を用いた投射型
表示装置における基本的な光学系のシステム構成につい
て説明する。高コントラスト比の投射像表示をするため
には、シュリーレン光学系が一般に用いられる。その構
成は、例えば、ディウェイらによってプロシーディング
オブＳＩＤ第１８／２巻１９７７年第１３５
〜１４６項（「Proceedings of S.I.D. vol.18/2, 1977
page 135 〜146 (A.G.Dewey) 」）に記載されている。
シュリーレン光学系の基本は、光源光学系における発光
源、あるいは二次的な放射光源の共役像を透過散乱型表
示素子を介した投射光学系側に形成し、透過散乱型表示
素子によって出射光の方位が入射光の方位に対して変化
した成分と変化しない成分を区別し、どちらか一方をス
クリーン等に投射することである。

【００１２】光の回折作用を用いない透過散乱型表示素
子においては、入射光の方位が変化しない光成分（例え
ば、ＬＣＤが透明状態で通過した光）を投射すること
が、投射表示装置のシステム全体としての光利用効率向
上及び高コントラスト比達成の点で好ましい。

【００１３】したがって、光源光学系における発光源、
あるいは二次的な放射光源の共役像が形成される位置
に、その共役像と同じ形状の開口部を有する絞りを配置
し、透過散乱型表示素子によって入射光の方位が変化し
た光成分を遮断する構成を投射光学系に設けることが好
ましい。

【００１４】特開平４−１６５３３０に、光源光学系と
して光源と楕円鏡と第１の絞りとが備えられ、楕円鏡の
第１焦点の位置近傍に光源、楕円鏡の第２焦点の位置近
傍に第１の絞りが配置され、光源光学系から投射光学系
に至る光路の液晶表示素子の前又は後ろのいずれか一
方、又は前後の両方の位置に集光レンズが設けられ、第
１の絞りから放射された発散光を集光し、第１の絞りと
共役な像を投射光学系のほぼ瞳位置に結像し、その決像
面の近傍に第２の絞りが設けられ、さらに、第２の絞り
の開口形状が第１の絞りの共役像とほぼ一致するように
形成されることを特徴とする投射型表示装置が記載され
ている。

【００１５】さらに、第１の絞りと第２の絞りの開口部
面積を可変とすることにより、周囲の明るさに応じて投
射像の明るさとコントラスト比を調整できる構成として
いる。また、特開平６−１７５１２９には光源系にプリ
ズムを用いて、高効率の光源光線を発生させる発明が記
載されている。

【００１６】最後に、透過散乱型表示素子を用いた投射
型表示装置の光学系として、光源光を複数の光束に分割
して良好な光学効果を得ている従来例（特開平５−２１
０１６５）に記載されている発明を説明する。その特徴
は光源光を分割されたアパーチャで少なくとも二つの光
束に分けて、その後にＬＣＤに入射せしめ、その他の光
学要素である絞りと組み合わせることで、明るく、高コ
ントラスト比の投射像を得ている。

【００１７】また、アパーチャの開口部の形状を非円形
の長方形や、長円（半円＋矩形＋半円の合成形状）や、
楕円等として、さらに光束の有効利用を図っている。こ
の発明においては、区分されたアパーチャは新たな二次
光源として機能し得るので、光の指向性を向上せしめる
ことができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、光入射側透
光性基板と光反射性基板との間に液晶を含む電気光学機
能層が狭持され、画素電極が備えられた液晶表示素子で
あって、画素電極に対応して、光入射側透光性基板の電
気光学機能層と接しない位置に第１の集光性手段が、さ
らに光入射側透光性基板又は光反射性基板のいずれか一
方と電気光学機能層との間に第２の集光性手段が配置さ
れたことを特徴とする反射型液晶表示素子を提供する。
これを第１の発明と呼ぶ。

【００１９】特に、第２の集光性手段は第１の集光性手
段に比べて相対的に電気光学機能層に近い位置に形成さ
れることが好ましい。そして、画像形成単位毎に第２の
集光性手段と第１の集光性手段とが対をなす。つまり、
第１の集光性手段は光入射側基板の光入射側面に形成さ
れるのに対して、第２の集光性手段は光入射側基板ある
いは光反射側基板の電気光学機能層の隣接面に形成され
ることが好ましい。

【００２０】例えば、光入射側基板の厚さが０．５〜２
ｍｍとすると、第１の集光性手段と電気光学機能層はこ
の厚み程度の距離を隔てているのに対して、第２の集光
性手段と電気光学機能層は透明電極層やオーバーコート
層や反射膜等の数μｍ以下の膜を介して配置されるか又
は直接接して設けられることが好ましい。また、製造の
際の安定性の観点から、第１の集光性手段と第２の集光
性手段は光入射側基板の両面に一体となって形成される
ことが好ましい。

【００２１】また、第１の発明において、第１の集光性
手段の焦点距離ｆ₁ と第２の集光性手段の焦点距離ｆ₂
とが略等しく、第１の集光性手段と第２の集光性手段と
の主点間の距離ｔが焦点距離ｆ₁ 及びｆ₂ に略等しいこ
とを特徴とする反射型液晶表示素子を提供する。これを
第２の発明と呼ぶ。

【００２２】また、第１又は第２の発明において、第１
の集光性手段と第２の集光性手段はマイクロレンズアレ
イとされたことを特徴とする反射型液晶表示素子を提供
する。これを第３の発明と呼ぶ。

【００２３】また、第１又は第２の発明において、第１
の集光性手段はマイクロレンズアレイとされ、第２の集
光性手段はマイクロ集光鏡アレイとされたことを特徴と
する反射型液晶表示素子を提供する。これを第４の発明
と呼ぶ。

【００２４】また、第１〜第４の発明のいずれかの発明
において、第１の集光性手段及び第２の集光性手段はシ
リンドリカル形状の集光性素子をレンチキュラー構造と
されたことを特徴とする反射型液晶表示素子を提供す
る。これを第５の発明と呼ぶ。

【００２５】また、上記の第１〜第５の発明のいずれか
の発明において、光入射側透光性基板の透明電極が形成
されている面に微細な凹凸が形成されたことを特徴とす
る反射型液晶表示素子を提供する。これを第６の発明と
呼ぶ。

【００２６】また、上記の第１〜第６の発明のいずれか
の発明の反射型液晶表示素子と、光源光学系と、投射光
学系とが備えられ、光源光学系から発した光源光が反射
型液晶表示素子を通過せしめられ、その後に投射光学系
からスクリーンに投射されることを特徴とする投射型液
晶表示装置を提供する。これを第７の発明と呼ぶ。

【００２７】また、第７の発明において、反射型液晶表
示素子は透過散乱型の動作モードを有し、光源光学系と
液晶表示素子と投射光学系とがシュリーレン光学系を構
成するように配置されたことを特徴とする投射型表示装
置を提供する。これを第８の発明と呼ぶ。

【００２８】また、第１の発明の反射型液晶表示素子
と、光源光学系と、投射光学系とが備えられ、光源光学
系から発した光源光が反射型液晶表示素子を通過せしめ
られ、その後に投射光学系からスクリーンに投射される
投射型液晶表示装置であって、反射型液晶表示素子の第
１の集光性手段及び第２の集光性手段はシリンドリカル
形状の集光性素子をレンチキュラー構造とされ、その集
光作用の無いレンチキュラー構造の平行配列方位軸をＹ
軸、集光作用のあるレンチキュラー構造の平行配列方位
軸との直交軸をＸ軸とした場合、反射型液晶表示素子へ
の入射光の光軸Ａと液晶表示素子の反射面で反射された
出射光の光軸Ｂとが互いに角度２γ＝２〜４０°をなす
ように光源光学系と反射型液晶表示素子が配置されると
ともに、光軸Ａと光軸Ｂとで定義される平面がＹ軸と平
行となるように第１の集光性手段と第２の集光性手段と
が配置されたことを特徴とする投射型液晶表示装置を提
供する。これを第９の発明と呼ぶ。

【００２９】また、第７〜第９の発明のいずれかにおい
て、光源光学系には、光源１１と楕円鏡１２と第１の絞
り１７とが備えられ、楕円鏡１２の第１焦点の位置近傍
に光源１１、楕円鏡１２の第２焦点の位置近傍に第１の
絞り１７が配置され、光源光学系から投射光学系に至る
光路の液晶表示素子１５の光入射側及び光出射側に集光
レンズ１３が設けられ、第１の絞り１７から放射された
発散光が集光され、第１の絞り１７と共役な像が投射光
学系の瞳位置近傍に結像せしめられ、その結像面の近傍
にその開口形状が第１の絞り１７の共役像とほぼ一致す
る第２の絞り１８が設けられたことを特徴とする投射型
液晶表示装置を提供する。これを第１０の発明と呼ぶ。

【００３０】また、第９の発明の投射型液晶表示装置が
備えられ、光源光学系はＲＧＢの各色光の光軸ＡR ・Ａ
G ・ＡB が同一平面内に設けられ、互いに隣接する光軸
ＡR・ＡG ・ＡB がいずれもα＝１〜１２°の角度をな
すように構成された３色光源とされ、液晶表示素子の画
素毎にＲＧＢの各色に対応したカラー映像電気信号が印
加され、ＲＧＢのカラー合成映像の１画素に対応したＲ
ＧＢ３画素毎に１対のレンチキュラー構造を有する第１
の集光性手段及び第２の集光性手段が対応するように配
置され、光源光学系で生成されたＲＧＢの３色光源の光
源像が１対の第１の集光性手段及び第２の集光性手段に
よって液晶表示素子の各ＲＧＢ画素の各色に対応して形
成されるように配置され、光源光学系のＲＧＢ３色光源
像が結像素子によって液晶表示素子通過後の光路中に形
成され、その３色光源像に対応してＲＧＢの各色を規定
する３種の分光フィルタが空間的に配置されたフィルタ
が備えられ、ＲＧＢの各色光を液晶表示素子のＲＧＢの
各色に対応したカラー映像電気信号が印加された画素毎
に変調させてカラー画像の投射表示を行うことを特徴と
する投射型カラー液晶表示装置を提供する。これを第１
１の発明と呼ぶ。

【００３１】また、第１１の発明において、光源光学系
には、光源１１と楕円鏡１２と第１の絞り１７とが備え
られ、楕円鏡１２の第１焦点の位置近傍に光源１１、楕
円鏡１２の第２焦点の位置近傍に第１の絞り１７が配置
され、第１のフィルタ１４が第１の絞り１７の近傍にさ
らに配置され、ＲＧＢの各色を規定する分光フィルタと
して機能する第１のフィルタ１４が第１の絞り１７の開
口部と重なるように設けられることにより３色光源とし
て構成され、光源光学系から投射光学系に至る光路の反
射型液晶表示素子２０の光入射側及び光出射側に集光レ
ンズ９が設けられ、第１の絞り１７から放射された発散
光が集光され、第１の絞り１７及び第１のフィルタ１４
と共役な３色光源像が投射光学系の瞳位置近傍に結像せ
しめられ、その結像面の近傍に第２の絞り１８及び第２
のフィルタ１５が設けられ、さらに、第２の絞り１８の
開口形状が第１の絞り１７の共役像とほぼ一致するよう
に形成されるとともに第２のフィルタ１５のＲＧＢの各
色を規定する分光フィルタの配置が第１のフィルタ１４
の共役像とほぼ一致するように形成されたことを特徴と
する投射型カラー液晶表示装置を提供する。これを第１
２の発明と呼ぶ。

【００３２】また、第１１の発明において、光源光学系
には、光源１１と楕円鏡１２と第１の絞り１７とが備え
られ、楕円鏡１２の第１焦点の位置近傍に光源１１、楕
円鏡１２の第２焦点の位置近傍に第１の絞り１７が配置
され、Ｘ−Ｚ軸面内において互いに角度を有するＲＧＢ
３色分離用の３種のダイクロイックミラー１６が第１の
絞り１７の近傍に第１の絞り１７の開口部と重なるよう
に設けられることにより３色光源系が構成され、光源光
学系から投射光学系に至る光路の反射型液晶表示素子２
０の光入射側及び光出射側に集光レンズ９が設けられ、
第１の絞り１７から放射された発散光を集光し、第１の
絞り１７及びダイクロイックミラー１６によって形成さ
れたＲＧＢの第１の絞り１７の開口部に対応した３色光
源像と共役な像を投射光学系の瞳位置近傍に結像し、そ
の結像面の近傍に第２の絞り１８及び第２のフィルタ１
５が設けられ、さらに、第２の絞り１８の開口形状が３
色光源像の共役像とほぼ一致するように形成されるとと
もに第２のフィルタ１５のＲＧＢの各色を規定する分光
フィルタの配置が３色光源像の共役像とほぼ一致するよ
うに形成されたことを特徴とする投射型カラー液晶表示
装置を提供する。これを第１３の発明と呼ぶ。

【００３３】また、第１２又は第１３の発明において、
光源光学系には、楕円鏡１２とその第１焦点近傍に光源
１１が配置され、第２焦点近傍に錐体物１３が配置さ
れ、該錐体物１３は光透過性の錐体状プリズムであっ
て、前記錐体状プリズムの錐体面の頂角αp が９０〜１
７５゜の凸型錐体状プリズム、又は頂角βp が１８５〜
２７０゜の凹型錐体状プリズムであることを特徴とする
投射型カラー液晶表示装置を提供する。これを第１４の
発明と呼ぶ。

【００３４】本発明の反射型液晶表示素子の基本構成の
例を図１〜図１１に示す。まず、光の進行／逆進方向
（ほぼ光軸方向）をＺ軸、液晶表示素子の１辺方向をＸ
軸又はＹ軸（Ｘ軸とＹ軸とは交換可能な場合も含む）、
つまり液晶表示素子の面方向をＸ−Ｙ面として記述す
る。以下にその説明を行う。

【００３５】図１（基板配置の斜視図）、図２（断面
図）に第１構成例を示す。第１の集光性手段１と第２の
集光性手段２がいずれも光入射側透光性基板６の両面に
形成され、シリンドリカル形状のレンズをレンチキュラ
ー構造（蒲鉾状のレンズが平行に配列されたような形
態）としている。ここで、液晶を主たる構成要素とする
電気光学機能層４（図１では図示を省略している）に接
するか又は近接される面に透明電極７、８が形成され
る。

【００３６】光反射性基板５は反射層３の上に画素電極
８が形成されている。このような構成では、反射層３と
して高屈折率誘電体膜と低屈折率誘電体膜とを交互に積
層してなる誘電体多層膜ミラーを用いることによって高
い反射率と平坦性が得られやすい。このとき、画素電極
８として透明電極が用いられる。一方、反射層と画素電
極の機能を一体化して金属電極としてもよい。この場
合、図２に示した反射層３は不要で、画素電極８として
ＡｌやＡｇ等の高反射率金属膜をパターニングして用い
ればよい。

【００３７】なお、図１において、光入射側透光性基板
６と光反射性基板５との間には、電気光学機能層４が図
２に対応するように配置されるが、第１の集光性手段と
第２の集光性手段と画素電極８との位置関係を示すため
に本図中では省略されている。同じ理由で、後述する図
３、図５、図７、図９、図２７、図２９、図３２におい
ても、電気光学機能層の図示を省略する。また、各図に
おいて共通する構成要素はその説明を省略する。

【００３８】液晶表示素子において、画素電極への映像
電気信号印加方法には単純マトリックス電極を用いスタ
ティック駆動やマルチプレクス駆動で液晶を動作させる
パッシブ駆動法と画素電極毎に能動素子を形成して画素
毎にスイッチング動作をさせるアクティブ駆動法とがあ
る。本発明においてはいずれの方式でも構わないが、図
１〜図１１においては画素電極毎に能動素子が形成され
たアクティブマトリックス基板と対向側電極として表示
面全面に電極が形成された対向基板とから構成された場
合を記載した。

【００３９】マイクロレンズアレイの形成法は種々存在
し、光入射側透光性基板６の屈折率よりも大きな屈折率
の透光性材料を図２のように蒲鉾状に形成すれば、凸レ
ンズ作用を有するレンチキュラーレンズアレイとなる。
また、選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを形
成してもよい。また、空気と接する界面において、凸レ
ンズ形状としてもよい。さらに、球面レンズあるいは蒲
鉾状レンズにおいて凸部の厚みが問題となる場合は、図
１５に示したようなフレネルレンズ構造とすることによ
り薄厚化できる。

【００４０】第２構成例を図３（基板配置の斜視図）、
図４（断面図）に示す。この場合には、第１の集光性手
段１と第２の集光性手段２が２つの光入射側透光性基板
６、６１に夫々分離して形成され、光学接着剤６２等で
接合して用いる。

【００４１】第３構成例を図５（基板配置の斜視図）、
図６（断面図）に示す。この場合には、第２の集光性手
段２が光反射性基板５の平坦な電極を兼ねた反射層３７
の上に形成され、画素電極は光入射側透光性基板６に形
成され、第１の集光性手段１が形成された前方光入射側
透光性基板６１と後方光入射側透光性基板６３とを接合
して一体化して用いる。この際、第２の集光性手段２が
集光作用を示すためには電気光学機能層４と第２の集光
性手段２を構成する材料の屈折率が異なることが必要で
ある。また、ＡｌやＡｇ等の高反射率金属膜を光反射層
として用いることにより反射電極としても機能するが、
誘電体多層膜ミラーの上に透明電極膜を積層して反射電
極としてもよい。

【００４２】第４構成例を図７（基板配置の斜視図）、
図８（断面図）に示す。この場合には、レンチキュラー
構造のシリンドリカル集光鏡アレイが第２の集光性手段
２として用いられる。集光鏡は図８に示すように、Ｘ−
Ｚ軸断面が円弧となる円筒鏡が用いられ、反射電極３７
が電極及び反射層の両者として機能する。図７及び図８
における反射電極３７の構造は図６の反射電極３７の場
合と同じであるが、反射電極が平坦面に形成されるので
なく集光鏡として機能する面に形成される。

【００４３】上述した図１〜図８において、第１の集光
性手段及び第２の集光性手段がいずれも１軸方向にのみ
集光機能を有するシリンドリカル形状のレンチキュラー
構造（蒲鉾状のレンズあるいは集光鏡が平行に配列され
たもの）の場合を示したが、画素毎にマイクロレンズア
レイやマイクロ集光鏡アレイが形成されていてもよい。

【００４４】第５構成例を図９（基板配置の斜視図）、
図１０（Ｘ−Ｚ軸断面図）、図１１（Ｙ−Ｚ軸断面図）
に示す。この場合には、第１の集光性手段１及び第２の
集光性手段２は画素毎に形成されたレンズアレイであ
る。図１０は図２と同じように見えるが、実際にはＹ−
Ｚ断面においてその構造が異なる。図１１に示すよう
に、透過散乱型の液晶表示素子と組み合わせて用いる場
合、第１の集光性手段を第２の集光性手段及び画素に対
して半画素だけＹ軸方向にずらして配置することが好ま
しい。

【００４５】また、入射光及び投射光として直線偏光光
を用いるＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤの場合、同一軸
上に第１のマイクロレンズアレイ１と第２のマイクロレ
ンズアレイ２と画素電極８とを同一軸上に揃えて用いる
ことが好ましい。その配置作用については後述する。

【００４６】液晶を主たる構成要素とする電気光学機能
層としては、一般的なＴＮ−ＬＣＤ、ＳＴＮ−ＬＣＤや
強誘電性液晶等以外に前述のＬＣＰＣ等が用いられる。
ＬＣＰＣは電圧の印加に伴い透明状態と散乱状態が変化
し、シュリーレン光学系を用いて投射表示することによ
ってコントラスト表示が可能となり、偏光板を用いるＴ
Ｎ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤに比べて偏光板が無いので
相対的に明るい表示が得られる。

【００４７】画素毎に集光性手段が形成されている場
合、画素配列はデルタ配置、格子配置いずれでも構わな
いが、レンチキュラー構造の集光性手段の場合はそのレ
ンチキュラー構造の平行配列軸に沿って画素が並んだ格
子配置とする。

【００４８】

【作用】次に、図１〜図１１に示された本発明の反射型
液晶表示素子における第１の集光性手段と第２の集光性
手段の作用又は光の進行に関して、図１２〜図１６を用
いて説明する。

【００４９】図１〜図４に示した各構成例に対応する第
１の集光性手段と第２の集光性手段と画素電極との関係
をＸ−Ｚ軸面内図として図１２に、Ｙ−Ｚ断面図として
図１３に示す。マイクロレンズアレイを集光性手段とし
た場合のその集光作用のある断面を図に示している。

【００５０】第１の集光性手段（マイクロレンズ）１の
焦点距離ｆ₁ と第２の集光性手段（マイクロレンズ）２
の焦点距離ｆ₂ は略等しく、その主点間の距離ｔが焦点
距離ｆ₁ ＝ｆ₂ と略等しくなるように配置されている。
電気光学機能層４の厚さは一般に数μｍ〜数１０μｍ程
度のため、０. ２〜２ｍｍ程度の光入射側透光性基板の
板厚に比べ充分薄い。したがって、図１〜図６における
第１の集光性手段１及び第２の集光性手段２の焦点距離
ｔは光入射側透光性基板の板厚と考えればよい。

【００５１】そして、第１の集光性手段及び第２の集光
性手段のピッチは画素ピッチと等しくする。画素電極８
の長さがａである。第１の集光性手段及び第２の集光性
手段がシリンドリカル形状のレンチキュラー構造の場
合、図１２に示すように、集光作用のあるＸ−Ｚ軸面内
において、レンチキュラー構造のピッチを画素ピッチｂ
と等しくとればよい。

【００５２】このような構成の反射型液晶表示素子にＸ
−Ｚ軸面内において分散角θ_X を有する平行光（Ａ１、
Ａ２、Ａ３の光束、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の光束、Ｃ１、Ｃ
２、Ｃ３の光束）がＺ軸に沿って入射した場合の光線軌
跡を図１２に示す。電気光学機能層４が透明状態の時
は、入射光は第１の集光性手段によって、紙面上で長さ
がａの画素電極８の領域に集光され、第２の集光性手段
によって反射層３で反射された光を集光して入射光と同
じ第１の集光性手段に戻す。

【００５３】従来のような第１の集光性手段のみの構成
では、入射光が完全な平行光ではなく指向性が劣る場
合、反射層３で反射された光は集光されず隣接する第１
の集光性手段に混入してしまい結果的に集光効率は低下
してしまうが、第１の集光性手段と第２の集光性手段と
を組み合わせて用いることにより、集光性手段と画素と
の対応が取り得て、入射光と出射光が対称配置となるた
め、非散乱光に対して第１の集光性手段と第２の集光性
手段とが無い場合と同じ投射光学系が適用できる。

【００５４】Ｘ−Ｚ軸面内の入射平行光の分散角θx と
光入射側透光性基板６の板厚、つまり第１の集光性手段
及び第２の集光性手段の焦点距離ｔと画素電極位置にお
ける集光幅ｗの関係は次の（１）式で記述される。

【００５５】

【数１】ｗ＝ｔ×ｔａｎ（θx ） ………………………（１）。

【００５６】ただし、（１）式の分散角θx は素子内の
角度を示し、素子外の分散角（θx'）はスネルの屈折則
により、ｓｉｎ（θx'）＝ｎ・ｓｉｎ（θx ）で関係付
けられる。以後の説明ではθx'とθx の相違を明記しな
いで全てθx で記述するが、実際にはスネル則に従い素
子外と素子内での入射角度は異なる。

【００５７】（１）式より、分散角θx 及び板厚ｔが小
さな程小さな領域ｗに集光され得る。Ｘ軸方位の有効画
素表示長がａのとき、ｗが画素電極の長さａ以下になる
ような関係を満たすことが好ましい。アクティブマトリ
ックス駆動の液晶表示素子の画素当たりの実際の光透過
部分の割合（開口率）が４０％程度である場合、第１の
集光性手段を用いて、ｗ／ｂが６３％以下になるよう入
射光の指向性及び光入射側透光性基板（６）の板厚ｔを
設定することが実効的な画素開口率を向上するために好
ましい。

【００５８】図１〜図８に示したように、第１〜第４の
構成例における第１の集光性手段と第２の集光性手段が
Ｘ−Ｚ軸面内にのみ集光作用を有するレンチキュラー構
造の場合、Ｙ−Ｚ軸面内においては図１３に示すように
入射光は反射層３で正規反射されて出射し、集光性手段
がない場合と同じである。

【００５９】一方、第１の集光性手段と第２の集光性手
段が光軸方向に等方的に集光作用のあるマイクロレンズ
アレイの場合、入射光の光軸がＺ軸と平行の時はＸ−Ｚ
軸に直行するＹ−Ｚ軸面においても図１２と同じ光線軌
跡となる。また、入射光の光軸がＺ軸に対して傾けて配
置される場合、図１４に示すように第１の集光性手段の
マイクロレンズアレイは第２の集光性手段のマイクロレ
ンズアレイ及び反射画素電極と半画素分ずらして配置す
ることが好ましい。

【００６０】このような配置として入射光の傾斜角γと
第１の集光性手段及び第２の集光性手段との主点間距離
ｔとを適切に選ぶことにより、図１４に示すように第１
の集光性手段（マイクロレンズ）１から入射した光は反
射後に隣接の第１の集光性手段（マイクロレンズ）１に
集光されて出射される。図１４において、光束（ａ１、
ａ２、ａ３）、光束（ｂ１、ｂ２、ｂ３）、光束（ｃ
１、ｃ２、ｃ３）の入射、反射層３での反射及び、出射
に至る光路を示す。このときの、各光束の分散角をθy
で示している。

【００６１】図１５では、第２の集光性手段として、図
１２に示した構成における平凸レンズをフレネルレンズ
に置き換えた場合の形態を示している。他は図１２と同
じ構成である。

【００６２】図１６は、図７及び図８に示した集光鏡を
第２の集光性手段として用いた場合の光路を示す。ここ
に示した第２の集光性手段は円筒鏡のレンチキュラー構
造の場合であるが、画素毎にマイクロレンズアレイが第
１の集光性手段として、マイクロ球面鏡アレイが第２の
集光性手段として形成されていてもよい。図１６におい
て、Ｘ−Ｚ軸面内における集光鏡は略円形であって、そ
の曲率半径ｒが透光性基板６の板厚ｔに略等しい。この
ような構成により、図１２に示した第２の集光性手段と
同様の作用が得られる。

【００６３】第２の集光性手段の集光鏡が光軸方向に当
方的に集光作用のある球面鏡の場合はＸ−Ｚ軸面に直交
するＹ−Ｚ軸面において図１６（入射角＝０°）あるい
は図１４（入射角＞０°）と同じ光線軌跡となる。

【００６４】次に、本発明の反射型液晶表示素子を用い
た投射型液晶表示装置について説明する。いずれもＸ−
Ｚ軸平面において第１の集光性手段及び第２の集光性手
段は集光作用を有し、Ｙ−Ｚ軸平面においては集光作用
が無い場合について示す。

【００６５】第１の例はＸ−Ｚ軸面内での分散角θx 、
Ｙ−Ｚ軸面内での分散角θy の略平行光が反射型液晶表
示素子１０に入射する場合で、図１７にＸ−Ｚ軸断面図
を、図１８にＹ−Ｚ軸断面図を示す。図１７のＸ−Ｚ軸
断面図では反射型液晶表示素子に入射した光は入射角と
同じ角度で出射するが、図１８のＹ−Ｚ軸断面図では反
射型液晶表示素子１０に入射角γで入射した光は正規反
射されて出射する。

【００６６】第２の例は分散角θx 、θy の発散光が凸
レンズ９によって集光され略平行光となって反射型液晶
表示素子に入射し、反射面で反射された出射光を同一の
凸レンズ９によって集光する場合で、図１９にＸ−Ｚ軸
断面図を、図２０にＹ−Ｚ軸断面図を示す。ＡＸ、ＢＸ
は光軸である。符号１７は第１の開口絞り、符号１８は
第２の開口絞りを示す。また、ＨｙとＨｙ’はＹ方向に
おける開口の大きさを示す。

【００６７】第３の例は分散角θx 、θy の略平行光が
可視波長域用の偏光ビームスプリッタ４３によってＳ偏
光成分のみ反射されて反射型液晶表示素子１０に入射
し、反射面で反射されるとともに電気光学機能層を往復
することによって生成されたＰ偏光成分のみが同一の偏
光ビームスプリッタ４３を通過する場合で、図２１にＸ
−Ｚ軸断面図を、図２２にＹ−Ｚ軸断面図を示す。

【００６８】第１及び第２の例は入射光・投射光がラン
ダム偏光であり電気光学機能層に用いる電気光学材料が
電圧印加に応じて散乱度が変化する透過散乱型の材料の
場合に用いられる構成であって、第３の例は入射光・投
射光が直線偏光であり電気光学材料が電界に応じて複屈
折が変化する液晶材料の場合に用いられる構成である。
特に、図１８及び図２０に示したように、反射型液晶表
示素子１０の反射層に対して入射光の光軸と出射光の光
軸とが角度をなす場合、第１の集光性手段及び第２の集
光性手段がＸ−Ｙ軸面において集光作用の無いレンチキ
ュラー構造であるか、あるいはＸ−Ｙ軸面内においても
集光作用のある構造の場合は第１の集光性手段が第２の
集光性手段に対してＸ軸方向に半画素分（０. ５×ｂ）
だけ平行移動した構造であることが好ましい。

【００６９】第１〜第３の例においては、図示を省略し
たが、反射型液晶表示素子への入射光はメタルハライド
ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の白色光源
から放出された光を楕円鏡、放物面鏡、球面鏡等の集光
鏡やレンズによって集光することによって形成される。

【００７０】また、反射型液晶表示素子からの出射光は
投射レンズ等の結像光学素子を用いてスクリーン等に投
射結像される。なお、図１７〜図２２には単一の反射型
液晶表示素子のみが示されているが、入射光をダイクロ
イックミラーやダイクロイックプリズムを用いてＲＧＢ
の３色に色分離した後、ＲＧＢ毎に反射型液晶表示素子
を設置し、反射されたＲＧＢの出射光を再び色合成系で
合成した後投射レンズに導いてもよい。

【００７１】次に、（１）式で示されたＸ−Ｚ軸面内で
の光の集光長ｗが表示画素の長さｂ（画素の実効的な単
位長）以下、より好ましくは表示のための画素電極の長
さａ以下となるための入射光の分散角θx 、θy を生成
する光源光学系について説明する。

【００７２】光源光学系における発光源又は二次的な放
射光源の大きさ・形状が光軸の垂直面内で、図２３のよ
うに長方形（発光源側においてＸ軸方位長＝Ｈx 、Ｙ軸
方位長＝Ｈy 、及び二次的な放射光源として、Ｘ軸方位
長＝Ｈx'、Ｙ軸方位長＝Ｈy'）であって、そこからの放
射光が集光レンズによって略平行光化されて反射型液晶
表示素子へと入射する。このとき、長方形発光部が集光
レンズ９の焦点位置に置かれる場合、Ｘ−Ｚ軸面内にお
ける入射光の分散角θx とＹ−Ｚ軸面内における入射光
の分散角θy は、集光レンズ９の焦点距離をＦとする
と、（２）式、（３）式で近似される。また、発光部の
面積はＨx・Ｈy であり、入射光の分散角平均値θm は
（４）式で定義される。

【００７３】

【数２】ｔａｎ（θx ）＝Ｈx ／Ｆ ……………（２）、ｔａｎ（θy ）＝Ｈy ／Ｆ ……………（３）、ｔａｎ（θm ）＝２（Ｈx・Ｈy ／π）^1/2 ／Ｆ ……（４）。

【００７４】したがって、この場合は分散角θx と分散
角平均値θm は発光部のＸ軸方位長Ｈx とＹ軸方位長Ｈ
y 及び集光レンズの焦点距離Ｆを選ぶことにより決めら
れる。本発明は反射型液晶表示素子を用いた種々の光学
システムに応用できるが、具体的には各種の用途に用い
られている液晶表示素子、特に偏光板を用いない透過散
乱型の液晶表示素子を対象としている。

【００７５】透過散乱型（光散乱型）のＬＣＤとしては
ＤＳ−ＬＣＤや液晶相変化モード等、幾つかの方式が報
告されている。そのなかでも、上述のＬＣＰＣ−ＬＣＤ
は、低電圧動作（≦１０Ｖ）が可能であり、かつ高い散
乱能を有するので特に好ましい。

【００７６】通常、投射型表示素子に用いられるＬＣＰ
Ｃ−ＬＣＤの構造は、電極と駆動素子を形成した第１基
板と、対向電極を形成した第２基板間に、正の誘電異方
性のネマチック液晶の液晶相と高分子が硬化せしめられ
た樹脂などの樹脂相とに分離形成されて構成されたＬＣ
ＰＣ層を挟持する。また、通常は樹脂相の屈折率が用い
られる液晶の常光屈折率（ｎ₀ ）とほぼ一致せしめられ
ている。

【００７７】ＬＣＰＣ層の構造、樹脂相と液晶材料とが
３次元的に相分離した構造としては、細かな孔が多数形
成された樹脂マトリックスのその孔の部分に液晶が充填
された構造や、網目構造を形成した樹脂マトリックスに
液晶が含浸したような構造、又は樹脂マトリックス中に
液晶を内包したマイクロカプセルが多数分散したような
構造や、粒子状に相分離した液晶相が３次元的に連結し
たような構造などが例示される。

【００７８】これらの３次元的相分離構造は、樹脂マト
リックスを介して６０〜１００％の液晶が連続又は連通
した連続液晶相構造と、連続又は連通した液晶相が３０
％以下である独立液晶相を呈する相分離構造に大別され
る。両者を比較すると散乱状態でのヘイズ値が高く、か
つ高コントラスト比の液晶光学素子を得るためには、相
分離した液晶ドメイン間の光散乱効果を利用できる連続
液晶相−相分離構造のものが好ましい。

【００７９】用いる液晶の物性値としては、０．２０≦
△ｎ≦０．２５、かつ、５＜△ε＜１３の範囲がＶＴカ
ーブにおける低ヒステリシス特性と、透過散乱時のコン
トラスト比（高透過性と高散乱性）が得られるので好ま
しい。また、樹脂相として用いられる樹脂等の屈折率
（ｎ_P ）と液晶の常光屈折率（ｎ_O ）とがほぼ一致する
ことにより透過状態となる。例えば、ｎ_O −０．０３＜
ｎ_P ＜ｎ_O ＋０．０５の関係を満たすように用いること
が好ましい。

【００８０】一般に透過散乱型表示素子を用いた投射型
表示素子において、光源光学系と投射光学系と透過散乱
型素子とをシュリーレン光学系の配置関係を満たすよう
に構なすることにより、投射像の明暗（コントラスト）
表示が可能となる。このとき、投射画像の明暗は、光源
光学系から放射され表示素子へと入射する光の指向性と
表示素子の散乱能、さらに、投射光学系の集光角を定め
る開口数（Ｆナンバー）に応じて変わる。これは、明暗
（コントラスト）表示が表示素子そのものの特性によっ
て決まり、光学系への依存性が少ない透過吸収型の表示
素子の場合と大きく異なる。

【００８１】具体的には、投射型液晶表示装置の第２構
成例（図１９、図２０）のように、反射型液晶表示素子
への入射光が略平行光となるように集光レンズ９が配置
された場合、図２３に示した長方形の発光部の大きさ・
形状（Ｈx ・Ｈy ）に対応した共役像が集光レンズ９に
より発光部と重ならない位置に形成される。本発明で
は、その位置近傍にこの共役像と同じ形状の図２３の符
号１８に示す長方形（Ｈx'・Ｈy'）の絞りを設置するこ
とにより投射像の集光角を規定している。

【００８２】図２４と図２５において、投射型液晶表示
装置３００の各構成要素を説明する。図２４、図２５で
は図１９、図２０の構成における集光レンズ９と液晶表
示素子１０とが接合された場合を示している。光源１１
の発光部が楕円鏡１２の第１焦点位置に配置され、光源
１１から放出された光が楕円鏡によってその第２焦点位
置近傍に集光され、そこに配置された第１の絞り１７の
開口部を通過した光のみが集光レンズ９へ出射され、集
光レンズにより略平行光となって反射型液晶表示素子２
０へと入射する。

【００８３】反射型液晶表示素子の反射層で正規反射さ
れた光が再び集光レンズによって集光され、第１の絞り
１７の共役像が形成される。この共役像位置に第２の絞
り１８及び投射レンズ１９が設けられている。このと
き、光源光学系における発光源又は二次的な放射光源
（仮想光源）を形成することになる第１の絞りの大きさ
・形状と、透過散乱型表示素子又は集光レンズとの位置
関係によって透過散乱型表示素子への入射光の指向性が
定まる。ここでは第１の絞りを図２３に示す長方形の開
口絞りとしている。

【００８４】そして、光源光学系における発光源又は二
次的な放射光源の共役像とほぼ同じ形状の開口部を有す
る第２の絞りと透過散乱型表示素子又は集光レンズとの
位置関係によって透過散乱型表示素子の透過光のうち、
投射光学系を通過してスクリーン等へ投射される出射光
の指向性が定まる。ここでは第１の絞り１７と第２の絞
り１８が集光レンズ９の略焦点距離だけ離れて配置され
ているため、第２の絞りを第１の絞りと同じ大きさ・形
状である長方形開口絞りとしている。

【００８５】なお、図２４と図２５において、楕円鏡で
集光され反射型液晶表示素子へと出射する光量分布の均
一性と光量密度を向上するため、楕円鏡の第２焦点位置
近傍に錐体状プリズム１３が設けられている。なお、こ
こでは図中の第１のフィルタ１４、及び第２のフィルタ
１５は用いなくともよい。

【００８６】このような透過散乱型の動作モードを有す
るＬＣＰＣ−ＬＣＤを透過型表示素子として用いた投射
型表示装置の場合、電子通信情報学会技術報告ＥＩＤ９
２−１２４（１９９３−０２）第６９〜７５項に記載
されたシステム全体の光学系（投射型表示装置ＴＰ）を
用いて投射画像のコントラスト比（印加電圧６Ｖ時の透
過率Ｔ_ONと無電圧印加時のＴ_OFF の比、Ｔ_ON／Ｔ_OFF ）
を図２６に示す。

【００８７】図２６において、集光角は後述する投射光
の指向性を示す。本図に示すように、集光角が小さくな
ればなるほど（より、平行光に近づくことを意味す
る）、コントラスト比が高くなり、集光角が大きくなれ
ばなるほどコントラスト比が低下する傾向がある。

【００８８】本発明の投射型液晶表示装置においては、
表示素子として反射型液晶表示素子を用いているため電
気光学機能層を光が往復することによって透過型の構成
に比べて駆動電圧は同じであるが、散乱状態において高
い散乱能が達成される。また、第１の集光性手段と第２
の集光性手段が画素毎に形成されているため画素中の有
効な表示部分の面積が狭い場合でも有効に集光すること
によりより明るい投射像を達成できる。

【００８９】また、コントラスト比は表示素子への入射
光の指向性及び投射光の指向性に依存し、指向性の高い
ほどコントラスト比は高い値を示す。

【００９０】図２４、図２５において、投射光学系の第
２の絞りを光源光学系の第１の絞りの共役像と一致させ
ているため、反射型液晶表示素子の透過光の内投射光学
系を通過してスクリーン等へ投射される出射光の指向性
を表す集光角δは入射光の分散角平均値θm に等しい。

【００９１】したがって、集光角θm に応じて例えば図
２６に示したように投射像のコントラスト比が変化す
る。ただし、表示素子入射時の入射光分散角と第１の集
光性手段１及び第２の集光性手段２を経て電気光学機能
層４に達した時の分散角とは異なるため、コントラスト
比の絶対値は異なるが図２６に示された傾向は同じであ
る。

【００９２】開口部がＨx・Ｈy の長方形の第１の絞りを
用いて分散角θx 、θy を規定する場合、Ｘ−Ｚ面内の
分散角θx を一定として第１の集光性手段及び第２の集
光性手段による画素集光性を保ったまま分散角θy のみ
を変えることによって分散角平均値θm を変化させるこ
とが可能である。即ち、第１の開口絞りの及び第２の開
口絞りのＨx を一定として、Ｈy のみを可変となるよう
にすればよい。

【００９３】実際の光源は有限の発光長を有する発光体
のため、Ｈy の長さを可変として開口絞りの開口部面積
を大きく取ることにより、明るさを調整することが可能
である。すなわち、明るい環境の下ではＨy を大きくし
てより明るい投射像とすることにより背景光に対するコ
ントラスト比を高く保ち、外光の僅かな暗い環境の下で
はＨy を小さくして分散角θm 及び集光角δ＝θm を小
さくして明るさは低下するがコントラスト比の高い投射
像を実現できる。

【００９４】次に、反射型液晶表示素子にＲＧＢの各色
に対応した映像電気信号が印加されるとともに、空間的
に隣接するＲＧＢの画素の組でもって１つのカラー画素
を生成する場合の第１の集光性手段と第２の集光性手段
と画素、さらにＲＧＢの入射光に関する本発明の構成に
ついて説明する。

【００９５】この場合の構成は、上述した反射型液晶表
示素子の構成と比較すると、単一の表示画素としていた
画素構成がＲＧＢ３画素に分割されて用いられる点と、
それを用いた投射型表示装置において、入射光及び出射
光がＲＧＢの各色毎に分離された光束とからなっていて
光源光学系及び投射光学系の絞りに工夫が施されている
点が特徴となる。しかし、基本的原理及び構成は上述し
た説明と同様である。

【００９６】図２７（基板配置の斜視図）と図２８（Ｘ
−Ｚ軸断面図）に第１の集光性手段及び第２の集光性手
段としてシリンドリカル形状のマイクロレンズアレイを
レンチキュラー構造として用いた場合が示され、図２９
（基板配置の斜視図）と図３０（Ｘ−Ｚ軸断面図）と図
３１（Ｙ−Ｚ軸断面図）に第１の集光性手段及び第２の
集光性手段としてＲＧＢ画素毎にマイクロレンズアレイ
を用いた場合を示している。

【００９７】図３２（基板配置の斜視図）と図３３（Ｘ
−Ｚ軸断面図）に第２の集光性手段としてシリンドリカ
ル形状のマイクロ集光鏡アレイをレンチキュラー構造と
して用いた場合を示している。いずれも、１つのカラー
画素を生成するＲＧＢ画素の１組に対して１対の第１の
集光性手段と第２の集光性手段が対応している。

【００９８】その基本構成要素の拡大断面図を図３４及
び図３５に示す。ここで、ＲＧＢ各色の入射光及び出射
光の主光線をも示した。即ち、反射型液晶表示素子への
入射光の光軸がＲＧＢの各色光で異なり、図３６中に示
すようにＸ−Ｚ軸面内で角度αだけ光軸が傾斜するよう
に設定する。本図ではＧ光に対してＲ・Ｂ光が各々±α
光軸が傾斜した場合を示している。

【００９９】また、素子内のＲＧＢ光軸傾斜角αと素子
外のＲＧＢ光軸傾斜角α_o とはスネルの法則の屈折則に
より、ｓｉｎ（α_o ）＝ｎ・ｓｉｎ（α）で関係付けら
れる。本発明の説明において、両者の相異を明記せずに
全てαで記述するが実際にはスネル則に従い、素子外と
素子内での傾斜角αは異なっている。

【０１００】その結果、Ｘ−Ｚ軸面で反射型液晶表示素
子へ垂直に入射したＧ光はＲＧＢ３画素の中心域に第１
の集光性手段で集光され、それに対して±αだけ光軸が
傾斜したＲ光とＢ光の入射光はそれぞれ両側の画素に集
光する。

【０１０１】このとき、第１の集光性手段の焦点距離ｆ
₁ と第２の集光性手段の焦点距離ｆ₂ は略等しいととも
に主点間の距離ｔにいずれも略等しいことは前述の場合
と同じである。集光性手段の各要素（マイクロレンズや
集光鏡）のＸ−Ｚ軸面における幅はＲＧＢ画素の組の幅
Ｃと等しく、図においてはＲＧＢ個々の画素の幅ｂがい
ずれも等しくかつＲＧＢ画素の表示部の幅となる画素電
極の長さａが等分配置されている場合が示されている。
Ｒ、Ｇ及びＢの各光束はそれぞれ対応せしめられた画素
電極に導かれるように設けられている。このとき、傾斜
角αと第１の集光性手段、２の主点間距離ｔ（＝ｆ₁ ＝
ｆ₂ ）とＲＧＢ画素の幅ｂとの間で次の（５）式の関係
を満足することが好ましい。ただし、式中のαは基板中
の角度を示す。

【０１０２】

【数３】ｂ＝ｔ×ｔａｎ（α） ……………（５）。

【０１０３】また、各ＲＧＢの色光のＸ−Ｚ軸面内にお
ける分散角θRx、θGx、θBx（本例では全て等しくθRG
Bxとする）と、集光性手段によって集光されたＸ−Ｚ軸
面内における光束の幅ｗR 、ｗG 、ｗB （本例では全て
等しくｗRGB とする）は（１）式同様に、次の（６）式
で記述される。

【０１０４】

【数４】ｗRGB ＝ｔ×ｔａｎ（θRGBx）……（６）。

【０１０５】したがって、ＲＧＢの各色光がその色に対
応した映像信号が印加された画素に集光され、隣接画素
に混入し色純度の劣化を引き起こさないためには、ｗRG
B はｂ以下であることが好ましい。また、非動作画素部
分で光を損失させないためにはｗRGB がａ以下であるこ
とがさらに好ましい。

【０１０６】

【数５】ｗRGB ≦ｂ ……………………… （７）、ｗRGB ≦ａ ……………………… （８）。

【０１０７】（５）〜（８）式より、各ＲＧＢの色光の
分散角θRGBxが各色の光軸の傾斜角α以下であることが
必要条件であることが解る。このような条件が満たされ
るようにＲＧＢの各式光入射角及び反射型液晶表示素子
の構成を設計する。本例ではＸ−Ｚ軸断面について示し
たが、Ｙ−Ｚ軸断面については上述した図１３あるいは
図１４と同様である。

【０１０８】次に、図３４及び図３５に示したＲＧＢの
入射光を生成する光学系の配置例を図３６と図３７に示
す。

【０１０９】反射型液晶表示素子のＸ−Ｚ軸面内におい
て、図３８に示したようにＲＧＢが空間的に分離配置さ
れた３色光源（図３７の符号２１に相当する）が反射型
液晶表示素子２０の光入射側に置かれ、そこからに発散
する光が反射型液晶表示素子の前面に配置された集光レ
ンズ９によって平行光化され、ＲＧＢの各色毎に光軸が
傾斜して反射型表示素子へと入射する。反射層で正規反
射されたＲＧＢ光は同一の集光レンズ９によって集光さ
れ、再び図３８に示すような３色の光源像に略等しく、
共役像であるＲＧＢが空間的に分離配置された３色光源
像２２として形成される。

【０１１０】本例では反射型液晶表示素子の構成が図２
７あるいは図２８に示したような、Ｙ軸方向に沿ってレ
ンチキュラー構造を有する第１の集光性手段及び第２の
集光性手段を想定した場合であり、ＲＧＢの３色光源は
集光レンズ９とその焦点距離Ｆ程度離れた位置に置かれ
ている。

【０１１１】図３８に示したＲＧＢ光源の共役像が第１
の集光性手段によって電気光学機能層近傍のＲＧＢ画素
電極に生成されるため、効率よくＲＧＢ画素電極部分に
ＲＧＢの各色が集光されるためにはｈx 及びＢも前述の
ｂ及びｗRGB について示された（５）〜（８）式に対応
した後述する関係式が適用される。

【０１１２】特に、反射型液晶表示素子の電気光学機能
層として透過散乱型液晶を用いた場合、ＲＧＢの各色に
ついてシュリーレン光学系を構なすることにより散乱光
を効率よく除去できるため、色純度の向上及び高いコン
トラスト比が達成される。具体的には、透過散乱型液晶
が透明状態の時、集光レンズ９によって光出射側にＲＧ
Ｂ３色光源の共役像が生成されるが、その位置に図３８
に示したＲＧＢ３色光源に対応した形状でＲＧＢの各ス
ペクトル光をのみを透過するフィルターを設置する。

【０１１３】具体的には、略４９５ｎｍ以下の波長光を
通過し略４９５ｎｍ以上の長波長可視光を反射するフィ
ルタをＢ用に、略５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長
光を通過しそれ以外の可視光を反射するフィルタをＧ用
に、略５８５ｎｍ以上の波長光を通過し略５８５ｎｍ以
下の可視光を反射するフィルタをＲ用に用いる。ＲＧＢ
各色の分光特性を図４５に示す。

【０１１４】各ＲＧＢ色の入射光の分散角θRGBx（Ｘ−
Ｚ軸面内）、θRGBy（Ｙ−Ｚ軸面内）及び各光軸の傾斜
角αと図３８に示したＲＧＢ光源の大きさや形状と集光
レンズ９の焦点距離Ｆとの関係は次の（９）〜（１１）
式でまとめられる。ここで、ｈx とｈy は各ＲＧＢ光源
のＸ軸及びＹ軸方位の長さを表し、Ｂは隣合うＲＧＢ光
源中心間のＸ軸方位の距離を表す。

【０１１５】

【数６】ｔａｎ（θRGBx）＝ｈx ／Ｆ ……………………（９）、ｔａｎ（θRGBy）＝ｈy ／Ｆ ……………………（１０）、ｔａｎ（α）＝Ｂ／Ｆ ……………………（１１）。

【０１１６】また、各ＲＧＢ光源の面積はｈx・ｈy であ
り、各ＲＧＢ色の入射光の分散角平均値θRGBmは次の
（１２）式で定義される。

【０１１７】

【数７】ｔａｎ（θRGBm）＝２（ｈx・ｈy ）^1/2 ／Ｆ …（１２）。

【０１１８】したがって、分散角θRGBxと分散角平均値
θRGBmは発光部のＸ軸方位長ｈx とＹ軸方位長ｈy 及び
集光レンズの焦点距離Ｆを選ぶことにより決められる。
次に、ＲＧＢ３色光源の構成例及びＲＧＢ毎に効率よく
散乱光を除去する構成例について説明する。

【０１１９】第１の構成例として、図２４及び図２５に
示すように、第１の絞り１７と第２の絞り１８の近傍に
図３８に示す大きさ、形状の開口部を有し、前述の分光
特性を有する透過型の第１のフィルタ１４、第２のフィ
ルタ１５を夫々配置する。

【０１２０】白色光源である光源１１から出射された白
色光は集光鏡１２で集光された後、第１のフィルタ１４
によって二次的なＲＧＢ３色光源となる。一方、集光レ
ンズ９によって表示素子を通過したＲＧＢ光が集光され
て第１のフィルタ１４の共役像が結像される位置に第２
のフィルタ１５を配置することにより表示素子で散乱さ
れた光はＲＧＢ色光毎に排除され、高いコントラスト比
の投射像が得られる。

【０１２１】このとき、第１の絞り１７及び第２の絞り
１８の開口部のＹ軸方位の長さを可変とする機構を設け
ることにより、第１のフィルタ１４及び第２のフィルタ
１５のｈy を調整できるすれば、分散角θRGBxは一定の
まま分散角平均値θRGBmのみを可変にすることが可能で
ある。

【０１２２】実際の光源は有限の発光長を有する発光体
のため、ｈy の長さを可変とすることにより、明るさを
調整することが可能である。すなわち、明るい環境の下
ではｈy を大きくしてより明るい投射像とすることによ
り背景光に対するコントラスト比を高く保ち、外光の僅
かな暗い環境の下ではｈy を小さくして分散角θRGBm及
び集光角δ＝θRGBmを小さくして明るさは低下するがコ
ントラスト比の高い投射像を実現できる。

【０１２３】また、光源系に関する第２の構成例とし
て、図２４及び図２５に示した第１のフィルタ１４の代
わりにＲＧＢの各色光を反射するダイクロイックミラー
１６がＸ−Ｚ軸面内でα／２の角度をなして配置され、
第１の絞り１７から放出された白色光がダイクロイック
ミラー面で反射分光されＲＧＢ光源となって、反射型液
晶表示素子へと放出される（図３９〜４２）。ＴＲ、Ｔ
Ｇ、ＴＢのビームスプリッター面がダイクロイックミラ
ー１６の光出射側に形成されている。ダイクロイックミ
ラー１６のＲＧＢ各色の分光特性を図４６に示す。

【０１２４】図３９及び図４０に、ダイクロイックミラ
ー（配置角度が異ならしめられたＴR 、ＴG 及びＴB の
ミラー面を備えている）と錐体状プリズムとが一体化さ
れた光学素子１６を第１の開口絞り１７の近傍に設けた
場合を示す。このような構成により、第１の絞り１７の
開口をｈx・ｈy の長方形としておけば、表示素子側から
光源系を見れば図３７の符号２１（図３６では符号２２
と重なる位置）に対応したＲＧＢ光源が配置されている
ことに相当する。図３９及び図４０には頂角が１８０°
以下の凸型錐体状プリズムが示されるが、図４１及び図
４２のように頂角が１８０°以上の凹型錐体状プリズム
でもよい。

【０１２５】このとき、投射光学系側の第２のフィルタ
１４は図３８と同じ形態で構わないし、あるいは図３９
及び図４０と同様にＲＧＢ反射色合成用のダイクロイッ
クミラー（この場合は錐体状プリズムを用いない）を用
いてＲＧＢ光を白色光に合成した後第２の絞り１８を設
置してもよい。

【０１２６】この光源系に関する第２の構成例で説明し
たダイクロイックミラーを用いることにより、第１の構
成例に比べて光の利用効率を高くできるため好ましい。
この場合の、投射型液晶表示装置３１０の全体の配置の
一例を図４３及び図４４に示す。

【０１２７】以上の説明では、便宜上ＲＧＢの３色光源
形状ｈx 、ｈy が各色ともに同じ、即ち出射光の分散角
がＲＧＢ色毎にほぼ同じ場合を想定したが、ＲＧＢの３
色光源形状ｈx 、ｈy が各色毎に異なる即ち出射光の分
散角及び投射光学系の集光角がＲＧＢ色毎に異なるよう
に設定しても構わない。

【０１２８】ＲＧＢ色毎のコントラスト比を調整した
り、ＲＧＢの色バランスを調整する必要がある場合はＲ
ＧＢの３色光源形状ｈx 、ｈy を色毎に異なるようにす
ることが好ましい。以下に本発明の具体的な構成及びそ
の特性に関する実施例を記載する。

【０１２９】

【実施例１】図３及び図４に示した反射型液晶表示素子
の構成を有する実施例１を以下に説明する。まず、図４
７にその一部の断面図を示す。本実施例では、画素を形
成するＩＴＯなどの透明電極毎にＴＦＴが形成されたア
クティブマトリックス駆動基板５と透明電極が表示面全
体に形成された後方透光性対向基板６３とを用い、シー
ル材を塗布して一定の空間ギャップを有するセルを作製
する。

【０１３０】アクティブマトリックス駆動基板５はガラ
ス基板上にＴＦＴアレイ８１と電極配線８２、（ゲート
電極及び／又は信号電極）が形成されたアクティブマト
リックス基板である。本実施例で反射型基板とするため
に、この通常の透過型画素電極を有するアクティブマト
リックスアレイの表示面全面に電気的に絶縁体である光
学的膜厚（屈折率×膜厚）が１００〜２００ｎｍ程度の
屈折率２. ３のＴｉＯ₂ と屈折率１. ４５のＳｉＯ₂ と
を交互に２０層程度積層し、誘電体多層膜ミラーを反射
層３として作製することにより、可視波長域に対して９
０％以上の反射率が得られる。

【０１３１】このとき、光入射側のＴＦＴ上に誘電体多
層膜ミラーから構成される反射層３を介してアイランド
状の遮光膜（ブラックマトリックス：ＢＭ）を形成する
ことにより強照度の入射光に対してもトランジスタ特性
が変化しないようにすることが好ましい。さらに、アク
ティブマトリックス基板５のガラス裏面での反射戻り光
や入射光を遮断するため、ガラス裏面に黒色塗料により
光遮断層５１を形成する。

【０１３２】上述した光入射側透光性基板の具体例であ
る透光性対向基板（ガラス基板）６のＩＴＯ成膜面側に
は第１の集光性手段１としてマイクロレンズアレイが形
成されている。その集光性は図３に示したようにＸ−Ｚ
軸面内にのみあるシリンドリカルレンズを並列にならべ
たレンチキュラー構造とする。

【０１３３】マイクロレンズアレイの構造は、屈折率が
異なる界面での屈折を利用した凸レンズ形状のものとガ
ラス基板の深さ方向に屈折率が分布した平板型マイクロ
レンズアレイとがある。本実施例では平板型マイクロレ
ンズアレイを用いる。その製法は公知のフォトリソグラ
フィー技術とイオン交換プロセスにより作製することが
できる。

【０１３４】さらに、マイクロレンズアレイの形成され
た基板ガラス表面に図４７に示したように微細な凹凸７
１を形成し、その上に透明電極（ＩＴＯ）を成膜したも
のを対向基板として用いる。微細な凹凸はサンドブラス
ト法により表示面に形成するが、シール材を塗布する面
はフラットな面のままとする。

【０１３５】この微細な凹凸はＩＴＯ界面でのフレネル
正規反射光を散乱光とし投射レンズの開口部を通過させ
ないでスクリーンに到達するのを有効に防ぐためのもの
で、凹凸のピッチは表示画素より充分小さいが光学的散
乱を起こす程度の大きさとし、深さは数μｍ以下とす
る。

【０１３６】また、第２の集光性手段も第１の集光性手
段と同様の平板型マイクロレンズアレイを用いガラス基
板である前方光入射側透光性基板６１に形成される。た
だし、この基板表面には微細な凹凸を形成する必要はな
く、後方光入射側透光性基板６３と前方光入射側透光性
基板６１とは光学接着剤６２で接合し一体化して用いれ
ばよい。このとき、反射型液晶表示素子の光入射側基板
と空気との界面には、そのフレネル反射光を低減するた
めに通常の反射防止膜を成膜する。

【０１３７】透過散乱型の液晶表示素子を反射型で用い
ることにより、ＬＣＰＣ層を光が往復するため、散乱能
が透過型に比べて飛躍的に向上し、その結果、同じ集光
角であれば投射画像のコントラスト比が向上し、コント
ラスト比が同じになるよう集光角を大きな値に設定すれ
ば投射像がさらに明るくなる。

【０１３８】また、誘電体多層膜ミラーの構成として、
ＴｉＯ₂ ／ＳｉＯ₂ の組み合わせ以外にＴａ₂ Ｏ₅ ／Ｓ
ｉＯ₂ やＳｉ／ＳｉＯ₂ 等の高低屈折率誘電体の交互多
層膜でもよい。屈折率差が大きな材料の組み合わせほど
高い反射率及び広い反射波長帯域が得られやすい。ま
た、誘電体材料の抵抗率は１０¹⁰Ω／ｃｍ² 以上である
ことが好ましい。

【０１３９】このようにして作製されたアクティブマト
リックス基板５と、前方光入射側透光性基板６１と、後
方光入射側透光性基板６３とを用い、セルギャップを６
〜１６μｍ程度のある一定値に保つようにスペーサを画
面内に散布し、シール材を塗布してセル化する。そし
て、セル中に液晶と高分子の混合液を注入し、紫外線を
照射して高分子を硬化せしめて樹脂とし、液晶相と樹脂
相とが複合されたＬＣＰＣ層を形成する。特に、高分子
を用いて形成したものを液晶／高分子複合体と呼ぶ。そ
して透過散乱型の液晶表示素子とした。

【０１４０】この液晶表示素子５００の表示部は対角
３. １５インチサイズ、画素サイズは１００μｍ×１０
０μｍで、横６４０画素×縦４８０画素からなり、ＴＦ
Ｔアレイの開口率は４９％（７５μｍ×６７μｍ）であ
る。

【０１４１】第１の集光性手段と第２の集光性手段の平
板型マイクロレンズアレイのピッチｂは画素サイズに等
しく１００μｍで、その焦点距離は前方光入射側透光性
基板６１又は後方光入射側透光性基板６３の主たる構成
要素であるガラス基板の各々の板厚１. ０ｍｍに相当す
る。

【０１４２】このような反射型液晶表示素子に、Ｘ−Ｚ
軸面内で分散角θx （空気）＝６°の平行光が入射した
時、ガラス基板で屈折後分散角θx （ガラス）＝ｓｉｎ
^-1｛ｓｉｎ（６°）／１. ５｝＝４°となるため、反射
画素電極面においてＸ−Ｚ軸面内での画素長１００μｍ
に対応した平板型マイクロレンズアレイから入射した光
は式（１）より、ｗ＝１. ０×ｔａｎ（４°）＝７０μ
ｍに集光される。

【０１４３】したがって、開口率４９％は実効的に６７
％に向上する。それに応じて、平板型マイクロレンズア
レイの形成されていない従来のパネルに比べ光利用効率
が３７％向上する。

【０１４４】また、平行光を画素へ集光するためＬＣＰ
Ｃ層での分散角θx （ガラス）は実質的にθx ＝ｔａｎ
^-1（０. １／１. ０）＝５. ７°すなわちθx （空気）
＝８．６°となる。Ｙ軸方位の分散角θy を１０°以下
に設定すれば、１００：１以上のコントラスト比が期待
できる。また、第１の絞りと第２の絞りのＹ軸方位の幅
Ｈy 、Ｈy'を同時に変えることにより投射像のコントラ
スト比及び明るさを調整することができる。

【０１４５】本実施例では、Ｙ軸平行にデータ配線、Ｘ
軸平行にゲート配線を配置しているため、実効的な交流
電圧の印加されないゲート配線上の液晶材料は散乱状態
のままであり、暗いままの表示となっている。したがっ
て、Ｙ軸方向には集光作用のない平板型マイクロレンズ
アレイを用い、対向基板に通常用いられる遮光膜（ブラ
ックマトリックス：ＢＭ）が形成されていなくともオフ
光量レベルの増加すなわちコントラスト比の大幅な劣化
には至らない。

【０１４６】本実施例では、反射型画素電極構造として
透過型透明電極上に誘電体多層膜ミラーを形成したもの
を用いるが、画素電極自体をＩＴＯ透明電極でなくＡｌ
金属反射電極としてもよい。

【０１４７】また、対向電極面を微細な凹凸加工して反
射防止効果を持たせたが、反射防止効果は劣るが従来の
ようにＩＴＯ膜を構成要素とする多層反射防止膜をガラ
ス平坦面に形成することによって界面反射を低減しても
よい。

【０１４８】

【実施例２】実施例１で示した反射型液晶表示素子のう
ち、光入射側の前方光入射側透光性基板６１に設けられ
た第１の集光性手段（平板型マイクロレンズアレイ）の
形成されている面にＲＧＢ各色の線状カラーフィルタを
各シリンドリカルレンズ毎に形成する。このような構成
により反射型カラー液晶表示素子として用いる。ここで
は反射型アクティブマトリックス駆動基板と対向基板
（後方光入射側透光性基板６３）とを用いてセルをまず
作製し、ＬＣＰＣを光重合相分離法により形成した後、
カラーフィルタ付きの前方光入射側透光性基板６１を後
方光入射側透光性基板６３に接合する。

【０１４９】このような構成・作製手順とすることによ
り、紫外線光重合法によりＬＣＰＣなどの液晶／樹脂複
合体を形成する場合でもカラーフィルタ層で紫外線が遮
断されることがないため、良好な特性が得られる。ま
た、カラーフィルタ基板と反射型セルとを分離して作製
できるため、歩留まり及びコストの点で有利である。

【０１５０】この場合、Ｙ軸方向に沿ったＲＧＢ各同一
色画素電極にはＲＧＢの各同一色の画像情報が印加さ
れ、Ｘ軸方向に隣接するＲＧＢの組が一つのカラー画像
単位となる。

【０１５１】この液晶表示素子の表示部は対角９. ４５
インチサイズ、画素サイズは（１００μｍ×ＲＧＢ）×
３００μｍで、横（６４０×ＲＧＢ）画素×縦４８０画
素から成り、各画素の開口率は６９％（７５μｍ×２７
５μｍ）である。第１の集光性手段と第２の集光性手段
の平板型マイクロレンズアレイのピッチｂは画素サイズ
に等しく１００μｍで、その焦点距離は実施例１の場合
と同様に前方光入射側透光性基板６１を後方光入射側透
光性基板６３のガラス基板の各々の板厚１. ０ｍｍに相
当する。

【０１５２】このような反射型カラー液晶表示素子に、
Ｘ−Ｚ軸面内で分散角θx （空気）＝６°の平行光が入
射した時、ガラス基板で屈折後分散角θx （ガラス）＝
ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（６°）／１. ５｝＝４°となるた
め、反射画素電極面においてＸ−Ｚ軸面内での画素長１
００μｍに対応した平板型マイクロレンズアレイから入
射した光は（１）式より、ｗ＝１. ０×ｔａｎ（４°）
＝７０μｍに集光される。

【０１５３】したがって、開口率６９％は実効的に９２
％に向上する。それに応じて、平板型マイクロレンズア
レイの形成されていない従来のパネルに比べ光利用効率
が３３％向上する。

【０１５４】

【実施例３】実施例１の構成において、第１の集光性手
段と第２の集光性手段に用いる平板型マイクロレンズア
レイをレンチキュラー構造ではなく図９〜図１１のよう
なＺ軸方向に中心対照な集光作用（屈折率分布）を有す
るものとする。さらに、第１の集光性手段の平板型マイ
クロレンズアレイと第２の集光性手段の平板型マイクロ
レンズアレイと画素はＸ−Ｚ軸断面においては各レンズ
の中心軸は１軸上に揃っているが、Ｙ−Ｚ軸断面におい
ては第１の集光性手段の平板型マイクロレンズアレイは
第２の集光性手段の平板型マイクロレンズアレイと画素
に対して半画素だけずれて配置される。

【０１５５】第１の集光性手段と第２の集光性手段の各
平板型マイクロレンズアレイの焦点距離は実施例１と同
じで１. ０ｍｍ程度とする。他の構成は実施例１と同じ
とする。

【０１５６】このような反射型液晶表示素子に、分散角
θ（空気）＝６°の平行光が入射した時、ガラス基板で
屈折後分散角θ（ガラス）＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（６°）
／１. ５｝＝４°となるため、反射画素電極面において
Ｘ−Ｚ軸及びＹ−Ｚ軸面内での画素長１００μｍに対応
した平板型マイクロレンズアレイから入射した光は
（１）式より、ｗ＝１. ０×ｔａｎ（４°）＝７０μｍ
に集光される。

【０１５７】したがって、開口率４９％は実効的に９２
％に大幅に向上する。それに応じて、平板型マイクロレ
ンズアレイの形成されていない従来のパネルに比べ光利
用効率が８８％向上する。ここで、入射光はＹ−Ｚ軸面
内において反射面に対して入射角γで入射させる。次に
γの関係式を示す。

【０１５８】

【数８】 γ＝ｓｉｎ^-1［ｎ・ｓｉｎ｛ｔａｎ^-1（ｂ／２ｔ）｝］＝６. １°…（１３）。

【０１５９】

【実施例４】図７及び図８に示した反射型液晶表示素子
の第４の構成例を有する実施例を説明する。光入射側透
光性基板６として、透過性の画素電極を有する、即ち実
施例１で説明したアクティブマトリックス駆動基板で誘
電体多層膜ミラーが形成されていないものを用いる。こ
のとき、ＩＴＯ画素電極は反射防止効果を得るため入射
光の主波長λ（＝約５５０ｎｍ）に対して光学膜厚がλ
／２となるようにし基板表面は平坦化することが好まし
い。

【０１６０】また、光反射性基板５は第２の集光性手段
としてシリンドリカル・ミラーがレンチキュラー構造と
なるよう基板表面に形成されたものを用いる。シリンド
リカル・ミラーはガラスやセラミックス、プラスティッ
ク等の基板をエッチング加工して形成してもよいし、樹
脂を基板前面に塗布した後凸形状のシリンドリカル鏡の
型を転写して形成してもよい。

【０１６１】そして、その形状の上全面にＡｌ等の反射
電極膜を形成するあるいは実施例１のようなＩＴＯと誘
電体多層膜ミラーを組み合わせた反射電極としてもよ
い。ここで、シリンドリカル・ミラーのピッチは第１の
集光性手段のマイクロレンズアレイ及び画素サイズと同
じ１００μｍとし、その曲率半径ｒを光入射側基板であ
るアクティブマトリックス基板５の板厚１. ０ｍｍに相
当するようにする。他の構成は実施例１と同じである。

【０１６２】このような反射型液晶表示素子に、実施例
１と同じように入射光を照射した場合、同様の集光効果
及び実効的開口率向上が得られ、光利用効率が向上す
る。

【０１６３】

【実施例５】実施例２で示した反射型カラー液晶表示素
子を備えた投射型カラー液晶表示装置の実施例を以下に
説明する。本実施例の基本的な構成は図２４及び図２５
の投射型カラー液晶表示装置のものと同様である。しか
し、本実施例では第１のフィルタ−１４及び第２のフィ
ルター１５は用いない。

【０１６４】実施例２の反射型カラー液晶表示素子の前
方光入射側透光性基板（関連する図面における符号６
１）に、焦点距離１８０ｍｍの平凸球面レンズ（符号
９）の平面側を光学接着剤で接合し、反射型カラー液晶
表示素子ブロックとする。この場合、光入射側透光性基
板の空気界面ではなくレンズ凸面には可視用広帯域反射
防止膜が形成されている。

【０１６５】次に、この反射型カラー液晶表示素子ブロ
ック２０を、投射用光源系、投射レンズ系と組み合わせ
て、投射型カラー液晶表示装置を得る。

【０１６６】投射用光源系において、光源１１に２５０
Ｗ、アーク長５ｍｍのメタルハライドランプを用い、コ
ールドミラー付き楕円鏡１２で集光する。光源の発光部
を楕円鏡１２の第１焦点近傍に配置し、楕円鏡１２の第
２焦点近傍に錐体状プリズム１３を配置する。

【０１６７】錐体状プリズム１３は、その底面から光が
入射し頂角側に光が出射する向きとし、頂角が１１４°
となるように光学ガラスを加工・研磨した後、表面に反
射防止膜を形成する。さらに、錐体状プリズムの光出射
側に開口径が可変である第１の開口絞り１７を設置す
る。

【０１６８】光学系において、反射型カラー液晶表示素
子ブロック２０への入射光の光軸ＡＸと反射型カラー液
晶表示素子ブロック２０からの反射光の光軸ＢＸとの２
等分軸を中心光軸ＣＸと定めると、中心光軸と入射光の
光軸ＡＸ及び中心光軸と反射光の光軸ＢＸとのなす角度
γが９゜になるよう配置される。

【０１６９】投射用光源系の楕円鏡１２の第２焦点近傍
の第１の開口絞り１７から放射された発散光は反射型カ
ラー液晶表示素子２０に接合された集光レンズ９により
ほぼ平行光化され、反射型カラー液晶表示素子に入射す
る。反射型カラー液晶表示素子の反射面からの反射光は
再び同一の集光レンズにより集光され、楕円鏡の第２焦
点近傍の第１の開口絞り１７と共役な像が楕円鏡の第２
焦点位置の第１の開口絞りに重ならない位置に生成され
る。

【０１７０】投射光学系は投射レンズと散乱光除去系か
らなり、散乱光を減ずる装置である開口絞りはその開口
径が可変できる構成とし、それが複数のレンズから構成
される投射レンズの内部に設置され、楕円鏡の第２焦点
位置の第１の開口絞りと共役な像が投射レンズの可変絞
り位置に対応するように投射光学系を配置した。この開
口絞りを構成要素に含む投射光学系により投射スクリー
ンに投射される。

【０１７１】このとき、反射型カラー液晶表示素子への
入射光の指向性は、光源光学系の可変な第１の開口絞り
１７の形状と集光レンズ９の焦点距離Ｆによって定まる
分散角θm によって表現できる。また、投射光学系の散
乱光除去用の可変な第２の開口絞り１８の形状と、集光
レンズ９の焦点距離Ｆによって投射される光の指向性の
広がり角である集光角が定まる。

【０１７２】投射用光源系の可変式の第１の開口絞り１
７と投射光学系の可変式の第２の開口絞り１８は、光源
光学系の出射光束の分散角θm と集光角がほぼ等しくな
るように各々の開口直径を調整し可変することが、光利
用率及びコントラスト比を劣化させないために好まし
い。

【０１７３】このような構成の投射型カラー液晶表示装
置を用いて、分散角θm ＝集光角の条件のもとで光源光
学系の可変式の第１の開口絞り１７と投射光学系の可変
式の第２の開口絞り１８を変化させ角度θm を変えた場
合、投射スクリーン上でのコントラスト比及び光束を予
測した。その結果を表１にまとめた。

【０１７４】投射スクリーンが設置された室内が明るい
場合、周囲光の影響で画像の黒レベルの光量が増加して
しまうため、視認性の良い高コントラスト表示を得るた
めには、分散角θm を６°以上に設定し、投射光束を大
きくとることが好ましい。一方、室内が暗い場合、周囲
光の影響はなく、画像の黒レベルの光量が直接認識され
るとともに、必要以上のスクリーン輝度は眩しさとなり
視認性を低下させるため、分散角θm を６°以下に設定
し、コントラスト比を高くとり黒レベル階調性を再現す
ることが好ましい。

【０１７５】本実施例における２個の可変アパーチャー
の利用により、このような周囲環境の明暗に応じたスク
リーン投射像の明るさ及びコントラスト比を容易に調整
することができる。また、スクリーン上での光量分布は
中心に対し周辺でも均一性が高く、色の面内分布も均一
である。

【０１７６】

【表１】

【０１７７】

【実施例６】実施例１で示した反射型液晶表示素子をＲ
ＧＢ各色毎に３板用いた投射型カラー液晶表示装置の実
施例を以下に説明する。本実施例の投射型カラー液晶表
示装置３２０の構成を図４８と図４９に示す。実施例４
で用いた（図２４及び図２５に基本配置構成が示されて
いる）光学系を用い、白色光をＲＧＢ各色光に分離し各
反射型液晶表示素子によって反射された光を再び合成す
る色分離合成系として２種２枚の平板型ダイクロイック
ミラーがＶ字状に置かれて用いられている。

【０１７８】実施例５と同様に、３個のＲＧＢ用反射型
液晶表示素子の光入射側基板に、焦点距離１８０ｍｍの
平凸球面レンズの平面側を光学接着剤で接合し、反射型
液晶表示素子ブロック３１、３２、３３とする。レンズ
凸面にはＲＧＢ各波長帯域に対応した反射防止膜が形成
され、反射率が０．１％以下に抑えられている。

【０１７９】次に、この反射型液晶表示素子ブロック
を、投射用光源系、色分離合成系、投射レンズ系などか
らなる投射型装置に組み入れ、投射型カラー液晶光学装
置を得る。投射用光源光学系及び投射光学系は実施例５
と同じ構成である。

【０１８０】色分離合成光学系４０を構成する２種２個
の平板型ダイクロイックミラー４１、４２はその垂線と
中心光軸ＣＸとのなす角度が３０゜となるように、かつ
２個のダイクロイックミラーをそのミラー面のなす角度
βが６０゜となるように、交差させることなく順次配置
する。

【０１８１】また、反射型液晶表示素子の反射面の垂線
である中心光軸ＣＸと入射光及び反射光の光軸ＡＸ、Ｂ
Ｘとのなす角度γが９゜になるよう配置される。また、
反射型液晶光学素子の反射面における入射光の光軸と反
射光の光軸によって定まる平面と、２個のダイクロイッ
クミラーの垂線によって定まる平面とが直交するように
配置する。

【０１８２】本実施例の投射型カラー液晶光学装置で
は、赤色波長光Ｒが第１の平板型ダイクロイックミラー
４１で反射され、青色波長光Ｂが第２の平板型ダイクロ
イックミラー４２で反射され、緑色波長光Ｇが透過する
構成としている。

【０１８３】第１の平板型ダイクロイックミラー４１
は、光源光学系からの光のうち５７５ｎｍ以上の可視波
長の橙色（Ｒ）を反射し他の波長光を透過するような短
波長透過型の分光特性を有し、第２の平板型ダイクロイ
ックミラー４２は、第１の平板型ダイクロイックミラー
透過光からの光のうち５００ｎｍ以下の可視波長の青色
（Ｂ）を反射し他の波長光を透過するような長波長透過
型の分光特性を有するものを用いた。第１及び第２の平
板型ダイクロイックミラー透過光は、緑色（Ｇ）であ
る。

【０１８４】投射用光源系の楕円鏡１２の第２焦点近傍
の第１の開口絞り１７から放射された発散光は、このよ
うにして色分離合成用のダイクロイックミラー４１、４
２によってＲＧＢに色分離された後、各反射型液晶表示
素子３１Ａ、３２Ａ、３３Ａに接合された集光レンズ３
１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂによりほぼ平行光化され、反射型
液晶表示素子に入射する。反射型液晶表示素子の反射面
からの反射光は再び同一の集光レンズにより集光され、
楕円鏡の第２焦点近傍の開口と共役な像が楕円鏡の第２
焦点位置の開口に重ならない位置に生成される。

【０１８５】投射光学系は投射レンズと散乱光除去系か
らなり、散乱光を減ずる装置である第２の開口絞り１８
はその開口径が可変できる構成とし、それが複数のレン
ズから構成される投射レンズ１９の内部に設置され、楕
円鏡の第２焦点位置の第１の開口絞り１７と共役な像が
投射レンズの可変絞り位置に対応するように投射レンズ
１９を配置した。この第２の開口絞り１８を構成要素に
含む投射光学系により、図示されていない投射スクリー
ンに投射される。

【０１８６】このような構成の投射型カラー液晶表示装
置を用いて、実施例５と同様に分散角θm ＝集光角の条
件のもとで光源光学系の可変式第１の開口絞り１７と投
射光学系の可変式の第２の開口絞り１８とを変化させ、
分散角θm ＝集光角を変えて、投射スクリーン上でのコ
ントラスト比及び光束を予測した。その結果を表２にま
とめた。

【０１８７】

【表２】

【０１８８】

【実施例７】ＲＧＢ３色光源系と単板反射型液晶表示素
子と投射光学系とを用いた投射型カラー液晶表示装置の
実施例を以下に説明する。

【０１８９】本実施例の反射型液晶表示素子の構成は図
２７及び図２８に示したカラー化された反射型液晶表示
素子を用いる。以下に説明する画素構成とシリンドリカ
ルレンズアレイをレンチキュラー構造に配列した第１の
集光性手段及び第２の集光性手段との関係以外は実施例
１の反射型液晶表示素子と同じ構成及び作製法である。

【０１９０】図２８に示したように、本実施例の第１の
集光性手段と第２の集光性手段に用いるマイクロレンズ
アレイはその一単位が反射型アクティブマトリックスア
レイ基板に形成されたカラー画像の一単位であるＲＧＢ
画素一組に対応している。

【０１９１】この液晶表示素子の表示部は対角９. ４５
インチサイズ、画素サイズは（１００μｍ×ＲＧＢ）×
３００μｍで、横（６４０×ＲＧＢ）画素×縦４８０画
素から成り、各画素の開口率は６９％（７５μｍ×２７
５μｍ）である。

【０１９２】第１の集光性手段と第２の集光性手段の平
板型マイクロレンズアレイのピッチｃはＲＧＢ画素一組
のサイズに等しく３００μｍで、その焦点距離は二つの
ガラス基板（前方光入射側透光性基板６１及び後方光入
射側透光性基板６３）の各々の板厚１. １ｍｍに相当す
る。このような反射型液晶表示素子に、ＲＧＢ３色光源
系からＲＧＢ各色光のＸ−Ｚ軸面内での分散角θx （空
気）＝６°の平行光を入射させる。

【０１９３】ＲＧＢ各色光の光軸が図３４に示すように
Ｘ−Ｚ軸面内でＲＧＢ各画素電極の中心に集光されるた
めには、（５）式より基板内での傾斜角α＝５. ２°す
なわち基板外の空気との界面ではα＝７. ８°異なった
角度でＲＧＢの各色光を傾斜させて入射すればよい。

【０１９４】このとき、ＲＧＢ各色光はガラス基板で屈
折後分散角θx （ガラス）＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（６°）
／１. ５｝＝４°となるため、反射画素電極面において
Ｘ−Ｚ軸面内での画素長１００μｍに対応した平板型マ
イクロレンズアレイから入射した光は（１）式より、ｗ
＝１. １×ｔａｎ（４°）＝７７μｍに集光される。し
たがって、開口率６７％は実効的に８９％に向上する。

【０１９５】それに応じて、平板型マイクロレンズアレ
イの形成されていない従来のパネルに比べ光利用効率が
３３％向上する。また、表示素子自体にカラー化素子を
設けなくとも単板液晶表示素子とＲＧＢの３色光を用い
ることによりカラー表示が可能となる。

【０１９６】実施例５と同様に、反射型液晶表示素子の
前方光入射側透光性基板６１に焦点距離１８０ｍｍの平
凸球面レンズ９の平面側を光学接着剤で接合し、反射型
液晶表示素子ブロックとする。レンズ凸面には可視用広
帯域反射防止膜が形成されている。

【０１９７】次に、本実施例の表示装置に必須なＲＧＢ
三色光源系と高コントラスト表示に有効な投射系につい
て説明する。

【０１９８】図２４と図２５に投射型カラー液晶表示装
置の構成例を示した。ここで、ＲＧＢ三色光源系は、実
施例５及び実施例６において用いられた白色光源系に、
図３８に示されるようなＲＧＢの各波長帯域の光を透過
する分光フィルタからなる第１のフィルタを第１の開口
絞り（符号１７）の近傍に配置した。各分光フィルタは
光吸収が無く耐久性及び色分解能に優れたダイクロイッ
クフィルタを用いることが好ましく、その透過率特性は
図４５に示した。

【０１９９】上述のＲＧＢの三色光を得るためには、第
１のフィルタのＸ軸方位長さｈx は（９）式よりｈx ＝
１８. ９ｍｍであり、隣り合うＲＧＢ分光フィルタ中心
間のＸ軸方位距離Ｂは（１１）式よりＢ＝２４. ７ｍｍ
とする。なお、Ｙ軸方位長さｈy のみが可変となるよう
に第１の絞りを調整することにより、Ｙ軸方位の分散角
θRGBy及び分散角平均値θRGBmを可変とすることができ
る。

【０２００】また、投射光学系は、実施例５及び実施例
６と同様に、投射レンズと散乱光除去系からなり、散乱
光を減ずる装置である第２の絞り１８はその開口の大き
さが可変できる構成とし、それが複数のレンズから構成
される投射レンズ１９の内部に設置され、楕円鏡の第２
焦点位置近傍に配置された第１の絞り１７と第１のフィ
ルタ１４によって規定されるＲＧＢ三色光源像と共役な
像が集光レンズ９及び投射レンズ１９の一部によって結
像される位置に、この第２の開口絞り１８と第２のフィ
ルタ１５（実際にはカラーフィルタが用いられる）が配
置される。

【０２０１】ここで、第２の絞りと第２のカラーフィル
タによって規定されるＲＧＢ透過領域はＲＧＢ三色光源
の共役像と一致するようにする。この第２の絞り１８及
び第２のフィルタ１５を含む投射光学系により、図示さ
れていない投射スクリーンにカラー画像が投射・結像さ
れる。

【０２０２】このような構成により、第２の開口絞り１
８及び第２のフィルタ１５を用いない投射光学系に比べ
ＲＧＢ各色の散乱光が有効に除去されるため、投射像の
コントラスト比が飛躍的に向上する。

【０２０３】このような構成の投射型カラー液晶表示装
置を用いて、実施例５と同様に分散角θm ＝集光角の条
件のもとで光源光学系の可変式第１の開口絞りと投射光
学系の可変式の第２の開口絞りを変化させ分散角θm ＝
集光角を変えて、投射スクリーン上でのコントラスト比
及び光束を調整できる。その結果、実施例５及び実施例
６と同様に、周囲環境の明るさに応じて見やすい明るさ
・コントラスト比表示が可能となる。

【０２０４】本実施例では第１及び第２のフィルタを構
成するＲＧＢ各分光フィルタのＹ軸方向の開口長ｈy が
各々同一の場合を仮定したが、ＲＧＢ毎にｈy が異なっ
ていても構わない。一般に、ＬＣＰＣ層の散乱能は波長
依存性を有し、長波長側ほど散乱能が低下する傾向が生
じやすい。その結果、投射像のコントラスト比が波長毎
に異なるあるいは中間調での電圧印加−透過率特性が異
なるといった現象が生じる。

【０２０５】このような波長依存性を投射光学系で低減
する方法として、ＲＧＢ各分光フィルタのＹ軸方向の開
口長ｈy を波長毎に異なるように設定し、液晶表示素子
入射光及び散乱光除去系を通過する出射光の指向性を波
長毎に異なるように調整することが有効である。具体的
には、散乱能がＢ＞Ｇ＞Ｒの順に低下する場合、各色の
分光フィルタのｈy をｈy （Ｂ）＞ｈｙ（Ｇ）＞ｈy
（Ｒ）の順に狭くすればよい。

【０２０６】

【実施例８】実施例７において、光利用効率の高い別の
ＲＧＢ３色光源系の実施例を以下に示す。図４３及び図
４４に投射型カラー液晶表示装置の光源系の構成例を示
した。ここで、実施例７との相違は図３８に示した第１
のフィルタの代わりに、図３９及び図４０に示したＲＧ
Ｂの各色光を反射する光学素子１６（互いに傾斜せしめ
られて配置された３つのダイクロイックミラーと錐体プ
リズムとの組み合わせ構造体）を用いることによりＲＧ
Ｂ３色光源系を実現することである。

【０２０７】図３９〜図４２に錐体状プリズムとＲＧＢ
ダイクロイックミラーを一体化した光学素子１６を用い
た例が記載されているが、本実施例では、錐体状プリズ
ムとＲＧＢダイクロイックミラーとを分離した構成でも
構わない。なお、図３９と図４０は凸錐体状プリズムの
場合を、図４１と図４２は凹錐体状プリズムの場合を示
している。

【０２０８】ここで、ＲＧＢの各色光を反射する隣り合
うダイクロイックミラー面をＸ−Ｚ軸面内で互いに角度
α／２だけ傾けて配置し、Ｘ−Ｙ軸面内ではいずれもＹ
軸に対して角度γ／２だけ傾けて配置する。さらに、第
１の絞りのＸ軸方位の開口幅をｈx 、Ｙ軸方位の開口幅
をＨy とすることによって、実施例７に相当するＲＧＢ
三色光源系を形成できる。図４６にＲＧＢダイクロイッ
クミラーの分光反射率を示す。

【０２０９】

【発明の効果】本発明の１態様における反射型液晶表示
素子は、光入射側透光性基板に第１の集光性手段と第２
の集光性手段とを有し、第２の集光性手段は電気光学機
能層である液晶材料層及び反射性基板の反射層に実質的
に隣接して形成されているため、液晶材料層が透明状態
の時、ある分散角で液晶表示素子へ入射した入射光は反
射性基板の反射層で反射された後、同じ分散角を保った
まま液晶表示素子を出射することができる。その結果、
従来の反射型液晶表示素子に比べ光利用効率の向上とコ
ントラスト比の向上を同時に達成することができる。

【０２１０】また、液晶表示素子にアクティブマトリッ
クス基板を用いる場合、その基板構成は透過型アクティ
ブマトリックス基板そのものあるいはその表示面前面に
誘電体多層膜ミラーを全面に形成するだけで実現するこ
とができる。そして、透過型アクティブマトリックス基
板を用いる場合に比べ、第１の集光性手段及び第２の集
光性手段の集光作用により実効的な画素開口率が向上
し、光利用効率が改善される。

【０２１１】また、画素毎にＲＧＢカラーフィルタを形
成した単板型の反射型液晶表示素子の場合、カラーフィ
ルタを液晶材料層に隣接して形成する必要が無くなり、
液晶材料層を有する素子とは別に第１の集光性手段の形
成された基板にカラーフィルタを形成した後両者を接合
できる。その結果、作製能率・歩留まりが向上する。

【０２１２】また、液晶材料層が紫外線重合相分離法に
より形成されたＬＣＰＣ層である場合、カラーフィルタ
形成に伴う紫外線吸収が少ないため通常の紫外線強度で
高特性のＬＣＰＣ層が作製できる。

【０２１３】また、画素毎にＲＧＢカラーフィルタを形
成しない単板型の反射型液晶表示素子を用い、ＲＧＢ３
色光源光学系と投射光学系にＲＧＢ３色散乱光除去系を
用いることにより、投射型カラー液晶表示装置を実現す
ることができる。

【０２１４】つまり液晶表示素子内にカラーフィルタを
形成しないため、光吸収に伴う発熱や耐光性に関する信
頼性の問題が生じることなく強い入射光の利用が可能で
ある。その結果、投射像を明るくすることができる。

【０２１５】本発明はその効果を失わない範囲で他の種
々の応用に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型液晶表示素子の第１構成例の斜
視図。

【図２】本発明の反射型液晶表示素子の第１構成例のＸ
−Ｚ軸断面図。

【図３】本発明の反射型液晶表示素子の第２構成例の斜
視図。

【図４】本発明の反射型液晶表示素子の第２構成例のＸ
−Ｚ軸断面図。

【図５】本発明の反射型液晶表示素子の第３構成例の斜
視図。

【図６】本発明の反射型液晶表示素子の第３構成例のＸ
−Ｚ軸断面図。

【図７】本発明の反射型液晶表示素子の第４構成例の斜
視図。

【図８】本発明の反射型液晶表示素子の第４構成例のＸ
−Ｚ軸断面図。

【図９】本発明の反射型液晶表示素子の第５構成例の斜
視図。

【図１０】本発明の反射型液晶表示素子の第５構成例の
Ｘ−Ｚ軸断面図。

【図１１】本発明の反射型液晶表示素子の第５構成例の
Ｙ−Ｚ軸断面図。

【図１２】本発明の反射型液晶表示素子の第１構成例等
のＸ−Ｚ軸断面図。

【図１３】本発明の反射型液晶表示素子の第１構成例等
のＹ−Ｚ軸断面図。

【図１４】本発明の反射型液晶表示素子にマイクロレン
ズアレイを用いた場合のＹ−Ｚ軸断面図。

【図１５】本発明の反射型液晶表示素子にフレネルレン
ズを用いた場合のＸ−Ｚ軸断面図。

【図１６】本発明の反射型液晶表示素子に集光鏡を用い
た場合のＸ−Ｚ軸断面図。

【図１７】本発明の投射型液晶表示装置の第１構成例の
Ｘ−Ｚ軸断面図。

【図１８】本発明の投射型液晶表示装置の第１構成例の
Ｙ−Ｚ軸断面図。

【図１９】本発明の投射型液晶表示装置の第２構成例の
Ｘ−Ｚ軸断面図。

【図２０】本発明の投射型液晶表示装置の第２構成例の
Ｙ−Ｚ軸断面図。

【図２１】本発明の投射型液晶表示装置の第３構成例の
Ｘ−Ｚ軸断面図。

【図２２】本発明の投射型液晶表示装置の第３構成例の
Ｙ−Ｚ軸断面図。

【図２３】本発明の投射型液晶表示装置に第１の開口絞
り及び第２の開口絞りを備えた場合のＸ−Ｙ軸断面図。

【図２４】本発明の投射型液晶表示装置３００を示すＸ
−Ｚ軸断面図。

【図２５】本発明の投射型液晶表示装置３００を示すＹ
−Ｚ軸断面図。

【図２６】透過散乱型表示素子の集光角と投射像コント
ラスト比の関係を示すグラフ。

【図２７】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第１例の斜視図。

【図２８】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第１例のＸ−Ｚ軸断面図。

【図２９】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第２例の斜視図。

【図３０】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第２例のＸ−Ｚ軸断面図。

【図３１】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第２例のＹ−Ｚ軸断面図。

【図３２】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第３例の斜視図。

【図３３】本発明の反射型液晶表示素子（カラー化構
成）の第３例を示すＸ−Ｚ軸断面図。

【図３４】反射型液晶表示素子（カラー化構成）の第１
例における光路を示すＸ−Ｚ軸の一部拡大断面図。

【図３５】反射型液晶表示素子（カラー化構成）の第２
例における光路を示すＸ−Ｚ軸の一部拡大断面図。

【図３６】本発明の投射型カラー液晶表示装置の基本光
学配置の第１例のＸ−Ｚ軸断面図。

【図３７】本発明の投射型カラー液晶表示装置の基本光
学配置の第１例のＹ−Ｚ軸断面図。

【図３８】本発明の投射型液晶表示装置に用いる光源系
の３色光源を示す模式図。

【図３９】本発明に用いる光学素子（ＲＧＢダイクロイ
ックミラープリズム及び凸錐体状プリズム）の第１例を
示すＸ−Ｚ軸断面図。

【図４０】本発明に用いる光学素子（ＲＧＢダイクロイ
ックミラープリズム及び凸錐体状プリズム）の第１例を
示すＸ−Ｙ軸断面図。

【図４１】本発明に用いる光学素子（ＲＧＢダイクロイ
ックミラープリズム及び凹錐体状プリズム）の第２例を
示すＸ−Ｚ軸断面図。

【図４２】本発明に用いる光学素子（ＲＧＢダイクロイ
ックミラープリズム及び凹錐体状プリズム）の第２例を
示すＸ−Ｙ軸断面図。

【図４３】本発明のＲＧＢダイクロイックミラープリズ
ム及び錐体プリズムを備えた投射型カラー液晶表示装置
の構成例を示すＸ−Ｚ軸断面図。

【図４４】光学素子を備えた本発明の投射型カラー表示
装置の構成を示すＹ−Ｚ軸断面図。

【図４５】本発明の投射型カラー液晶表示装置に用いる
第１及び第２のフィルターの分光透過率特性例を示すグ
ラフ。

【図４６】本発明の投射型カラー液晶表示装置に用いる
ＲＧＢダイクロイックミラーの分光反射率特性例を示す
グラフ。

【図４７】実施例１のＸ−Ｙ軸断面図。

【図４８】実施例６の投射型カラー液晶表示装置のＸ−
Ｚ軸断面図。

【図４９】実施例６の投射型カラー液晶表示装置のＹ−
Ｚ軸断面図。

【図５０】従来例の一部断面図。

【符号の説明】

１：第１の集光性手段２：第２の集光性手段３：反射層３７：反射電極４：電気光学機能層５：反射性基板６：光入射側透光性基板６１：前方光入射側透光性基板６２：接着剤６３：後方光入射側透光性基板７：透明電極８：画素電極９：集光レンズ１０、２０、１００、１１０、１２０、１３０、１４
０、１５０、４００、４１０、４２０、５００：反射型
液晶表示素子１１：光源１２：楕円鏡１４：第１のフィルタ１５：第２のフィルタ１７：第１の開口絞り１８：第２の開口絞り１９：投射レンズ２００、２１０、２２０、２３０、３００、３１０、３
２０：投射型液晶表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光入射側透光性基板と光反射性基板との間
に液晶を含む電気光学機能層が狭持され、画素電極が備
えられた液晶表示素子であって、画素電極に対応して、
光入射側透光性基板の電気光学機能層と接しない位置に
第１の集光性手段が、さらに光入射側透光性基板又は光
反射性基板のいずれか一方と電気光学機能層との間に第
２の集光性手段が配置されたことを特徴とする反射型液
晶表示素子。
【請求項２】第１の集光性手段の焦点距離ｆ₁ と第２の
集光性手段の焦点距離ｆ₂ とが略等しく、第１の集光性
手段と第２の集光性手段との主点間の距離ｔが焦点距離
ｆ₁及びｆ₂ に略等しいことを特徴とする請求項１の反
射型液晶表示素子。
【請求項３】第１の集光性手段と第２の集光性手段はマ
イクロレンズアレイとされたことを特徴とする請求項１
又は２の反射型液晶表示素子。
【請求項４】第１の集光性手段はマイクロレンズアレイ
とされ、第２の集光性手段はマイクロ集光鏡アレイとさ
れたことを特徴とする請求項１又は２の反射型液晶表示
素子。
【請求項５】第１の集光性手段及び第２の集光性手段は
シリンドリカル形状の集光性素子をレンチキュラー構造
としたことを特徴とする請求項１、２、３又は４の反射
型液晶表示素子。
【請求項６】光入射側透光性基板の透明電極が形成され
ている面に微細な凹凸が形成されたことを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項の反射型液晶表示素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項の反射型液晶
表示素子と、光源光学系と、投射光学系とが備えられ、
光源光学系から発した光源光が反射型液晶表示素子を通
過せしめられ、その後に投射光学系からスクリーンに投
射されることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項８】反射型液晶表示素子は透過散乱型の動作モ
ードを有し、光源光学系と液晶表示素子と投射光学系と
がシュリーレン光学系を構成するように配置されたこと
を特徴とする請求項７の投射型表示装置。
【請求項９】請求項１の反射型液晶表示素子と、光源光
学系と、投射光学系とが備えられ、光源光学系から発し
た光源光が反射型液晶表示素子を通過せしめられ、その
後に投射光学系からスクリーンに投射される投射型液晶
表示装置であって、反射型液晶表示素子の第１の集光性
手段及び第２の集光性手段はシリンドリカル形状の集光
性素子をレンチキュラー構造とされ、その集光作用の無
いレンチキュラー構造の平行配列方位軸をＹ軸、集光作
用のあるレンチキュラー構造の平行配列方位軸との直交
軸をＸ軸とした場合、反射型液晶表示素子への入射光の
光軸Ａと液晶表示素子の反射面で反射された出射光の光
軸Ｂとが互いに角度２γ＝２〜４０°をなすように光源
光学系と反射型液晶表示素子が配置されるとともに、光
軸Ａと光軸Ｂとで定義される平面がＹ軸と平行となるよ
うに第１の集光性手段と第２の集光性手段とが配置され
たことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１０】光源光学系には、光源（１１）と楕円鏡
（１２）と第１の絞り（１７）とが備えられ、楕円鏡
（１２）の第１焦点の位置近傍に光源（１１）、楕円鏡
（１２）の第２焦点の位置近傍に第１の絞り（１７）が
配置され、光源光学系から投射光学系に至る光路の液晶
表示素子（１５）の光入射側及び光出射側に集光レンズ
（１３）が設けられ、第１の絞り（１７）から放射され
た発散光が集光され、第１の絞り（１７）と共役な像が
投射光学系の瞳位置近傍に結像せしめられ、その結像面
の近傍にその開口形状が第１の絞り（１７）の共役像と
ほぼ一致する第２の絞り（１８）が設けられたことを特
徴とする請求項７、８又は９の投射型液晶表示装置。
【請求項１１】請求項９の投射型液晶表示装置が備えら
れ、光源光学系はＲＧＢの各色光の光軸ＡR ・ＡG ・Ａ
B が同一平面内に設けられ、互いに隣接する光軸ＡR ・
ＡG ・ＡB がいずれもα＝１〜１２°の角度をなすよう
に構成された３色光源とされ、液晶表示素子の画素毎に
はＲＧＢの各色に対応したカラー映像電気信号が印加さ
れ、ＲＧＢのカラー合成映像の１画素に対応したＲＧＢ
３画素毎に１対のレンチキュラー構造を有する第１の集
光性手段及び第２の集光性手段が対応するように配置さ
れ、光源光学系で生成されたＲＧＢの３色光源の光源像
が１対の第１の集光性手段及び第２の集光性手段によっ
て液晶表示素子の各ＲＧＢ画素の各色に対応して形成さ
れるように配置され、光源光学系のＲＧＢ３色光源像が
結像素子によって液晶表示素子通過後の光路中に形成さ
れ、その３色光源像に対応してＲＧＢの各色を規定する
３種の分光フィルタが空間的に配置されたフィルタが備
えられ、ＲＧＢの各色光を液晶表示素子のＲＧＢの各色
に対応したカラー映像電気信号が印加された画素毎に変
調させてカラー画像の投射表示を行うことを特徴とする
投射型カラー液晶表示装置。
【請求項１２】光源光学系には、光源（１１）と楕円鏡
（１２）と第１の絞り（１７）とが備えられ、楕円鏡
（１２）の第１焦点の位置近傍に光源（１１）、楕円鏡
（１２）の第２焦点の位置近傍に第１の絞り（１７）が
配置され、第１のフィルタ（１４）が第１の絞り（１
７）の近傍にさらに配置され、ＲＧＢの各色を規定する
分光フィルタとして機能する第１のフィルタ（１４）が
第１の絞り（１７）の開口部と重なるように設けられる
ことにより３色光源として構成され、光源光学系から投
射光学系に至る光路の反射型液晶表示素子（２０）の光
入射側及び光出射側に集光レンズ（９）が設けられ、第
１の絞り（１７）から放射された発散光が集光され、第
１の絞り（１７）及び第１のフィルタ（１４）と共役な
３色光源像が投射光学系の瞳位置近傍に結像せしめら
れ、その結像面の近傍に第２の絞り（１８）及び第２の
フィルタ（１５）が設けられ、さらに、第２の絞り（１
８）の開口形状が第１の絞り（１７）の共役像とほぼ一
致するように形成されるとともに第２のフィルタ（１
５）のＲＧＢの各色を規定する分光フィルタの配置が第
１のフィルタ（１４）の共役像とほぼ一致するように形
成されたことを特徴とする請求項１１の投射型カラー液
晶表示装置。
【請求項１３】光源光学系には、光源（１１）と楕円鏡
（１２）と第１の絞り（１７）とが備えられ、楕円鏡
（１２）の第１焦点の位置近傍に光源（１１）、楕円鏡
（１２）の第２焦点の位置近傍に第１の絞り（１７）が
配置され、Ｘ−Ｚ軸面内において互いに角度を有するＲ
ＧＢ３色分離用の３種のダイクロイックミラー（１６）
が第１の絞り（１７）の近傍に第１の絞り（１７）の開
口部と重なるように設けられることにより３色光源像が
構成され、光源光学系から投射光学系に至る光路の反射
型液晶表示素子（２０）の光入射側及び光出射側に集光
レンズ（９）が設けられ、第１の絞り（１７）から放射
された発散光を集光し、第１の絞り（１７）及びダイク
ロイックミラー（１６）によって形成されたＲＧＢの第
１の絞り（１７）の開口部に対応した３色光源像と共役
な像を投射光学系の瞳位置近傍に結像し、その結像面の
近傍に第２の絞り（１８）及び第２のフィルタ（１５）
が設けられ、さらに、第２の絞り（１８）の開口形状が
３色光源像の共役像とほぼ一致するように形成されると
ともに第２のフィルタ（１５）のＲＧＢの各色を規定す
る分光フィルタの配置が３色光源像の共役像とほぼ一致
するように形成されたことを特徴とする請求項１１の投
射型カラー液晶表示装置。
【請求項１４】光源光学系には、楕円鏡（１２）とその
第１焦点近傍に光源（１１）が配置され、第２焦点近傍
に錐体物（１３）が配置され、該錐体物（１３）は光透
過性の錐体状プリズムであって、前記錐体状プリズムの
錐体面の頂角αp が９０〜１７５゜の凸型錐体状プリズ
ム、又は頂角βp が１８５〜２７０゜の凹型錐体状プリ
ズムであことを特徴とする請求項１２又は１３の投射型
カラー液晶表示装置。