JP2792984B2

JP2792984B2 - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2792984B2
Application number: JP2020458A
Authority: JP
Inventors: 友紀郡島; 好晴大井; 文人小泉; 良典平井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH03228024A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、透過−散乱型液晶表示素子を用いた投射型
液晶表示装置に関するものである。

［従来の技術］近年、透過型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装
置は、CRTを用いた投射型表示装置に代わるものとして
注目されている。

従来、このような投射型液晶表示装置には、低消費電
力、低電圧駆動等の特長を有するTN（ツイストネマチッ
ク）型液晶を用いるものが主流となっている。

このTN型液晶表示素子では、２枚の偏光板を必要とす
るので、光の透過率が小さく、投射画像が暗いという問
題点を有している。

特に、画像の投影を行う際には極めて強い光源を必要
とし、投射スクリーン上で高いコントラストが得られに
くいことや、光源の発熱による液晶表示素子への影響と
いう問題点を有している。

そこで、TN型液晶表示素子の課題を解決すべく、液晶
物質を硬化物マトリクス中に分散保持した液晶複合体を
使用して、電圧印加状態により、液晶物質の屈折率が変
化し、液晶物質と硬化物マトリクスとの屈折率の一致、
不一致によりその透過状態と散乱状態をとるため、この
透過−散乱特性を利用した透過−散乱型液晶表示素子が
提案されている。

この屈折率の一致の動作原理とする液晶複合体を用い
た透過−散乱型液晶表示素子の場合には、TN型液晶表示
素子のように２枚の偏光板を必要としなく、投射用光源
から放出されたランダム偏光の状態の光を直接入射光と
して用いることができる。従って、透過−散乱型液晶表
示素子では、TN型液晶表示素子に比して同じ光源を用い
ても２倍以上明るい透過画像が得られる。

［発明の解決しようとする課題］投射型液晶表示装置に用いられる実用的高輝度光源
は、理想的な点光源ではなく有限の発光長を持ち、集光
及び平行化光学系も収差等の要因から、光源光学系から
液晶表示素子面に完全に垂直入射（平行光線）するよう
にすることは困難であった。

このような液晶表示素子への入射光の光入射角度に分
布がある場合、透過光（直進光）画像に散乱光成分が重
畳してしまうことになる。このため、液晶表示素子を透
過した光を凸レンズで集光して、その焦点近傍に小さな
孔の開いたアパーチャーを配置し、液晶表示素子で散乱
させられた不要な光を除去するというような散乱光除去
光学系を使用しても、充分に散乱光が除去しきれず、結
果として投射画像のコントラスト比が低下してしまうと
いう問題点を有していた。

また、このような散乱光を除去する光学系を用いる
と、装置が大型化するとともに、レンズによる収差の発
生により投射画像の画質が劣化するという問題点も有し
ていた。

さらに、この不必要な散乱光を多く除去するために
は、このアパーチャーの孔の径を小さくする必要があ
り、アパーチャーの孔の径を小さくすると、本来の必要
な透過してきた直進光も一部が除去されてしまうため、
投射画像が暗くなってしまうという問題点も有してい
た。

このため、実用的高輝度光源を用いて、高コントラス
ト比を有し、明るい投射画像の得られる投射型液晶表示
装置が望まれていた。

［課題を解決するための手段］本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであ
り、投射用光源と、該投射用光源からの光を変調する液
晶表示素子と、該液晶表示素子を透過した光を投射スク
リーンに投射する投射光学系とを有し、該液晶表示素子
として電極付基板間に液晶物質が硬化物マトリクス中に
分散保持され、該硬化物マトリクスの屈折率が使用する
液晶物質の常光屈折率（n_o）とほぼ一致するようにされ
た液晶複合体を挟持した液晶表示素子を用いた投射型液
晶表示装置において、液晶表示素子の光入射側及び光出
射側の少なくとも一方の光路中に光ファイバープレート
を配置し、光ファイバープレートの光ファイバー中で光
が全反射するための光ファイバープレートへの光の入射
角の臨界角θｃが10゜以下であることを特徴とする投射
型液晶表示装置、及び、その液晶表示素子がアクティブ
マトリクス液晶表示素子であることを特徴とする投射型
液晶表示装置、及び、その投射型液晶表示装置に配置さ
れた光ファイバープレートの光ファイバー中で光が全反
射するための光ファイバープレートへの光の入射角の臨
界角θｃが４゜以下であることを特徴とする投射型液晶
表示装置、及び、それらの投射型液晶表示装置に配置さ
れた光ファイバープレートの個々の光ファイバーのコア
ファイバー部分が各画素電極部に対応し、クラッド材部
分が各隣接画素電極間隙部分に対応して配置されている
ことを特徴とする投射型液晶表示装置を提供するもので
ある。

本発明の投射型液晶表示装置では、TN型液晶表示素子
の代わりに、液晶物質が硬化物マトリクス中に分散保持
され、その硬化物マトリクスの屈折率（n_m）が使用する
液晶物質の常光屈折率（n_o）と一致するか一致しないか
により、電気的に散乱状態と透過状態とを制御しうる液
晶複合体を挟持した透過−散乱型液晶表示素子を用いる
ことにより、偏光板が不要であり、明るい投射画像が得
られる。

この液晶表示素子の光入射側の光路中に、光ファイバ
ープレートを配置することにより、液晶表示素子への入
射光の内、斜めに入射する成分を低減することができ、
液晶表示素子を透過した後の透過光（散乱されずに直進
する光）の内、斜めに出射する透過光成分を低減するこ
とができ、コントラスト比の低下が防止できる。

また、この液晶表示素子の光出射側の光路中に、光フ
ァイバープレートを配置することにより、液晶表示素子
を透過した後の透過光（散乱されずに直進する光）の
内、斜めに出射する成分を低減できるとともに、レンズ
等の光学系及びアパーチャー等の散乱光除去光学系を使
用しなくても、散乱光を除去可能になり、装置を小型化
できるとともに、レンズ等による収差による悪影響を少
なくすることができる。

また、TN型液晶表示素子に必須の配向処理や、発生す
る静電気による能動素子の破壊といった問題点も避けら
れるので、液晶表示素子の製造歩留りを大幅に向上させ
ることができる。

さらに、この液晶複合体は、硬化後は液晶物質が硬化
物マトリクス中に分散した状態でフィルム上になってい
るので、基板の加圧による基板間短絡やスペーサーの移
動による能動素子の破壊といった問題点も生じにくい。

また、この液晶複合体は、比抵抗が従来のTNモードの
場合と同等であり、駆動電流が小さく、画素電極毎に能
動素子を用いる場合に、DS（動的散乱）モードのように
大きな蓄積容量を画素電極毎に設けなくてもよく、能動
素子の設計が容易で、かつ、液晶表示素子の消費電力を
少なく保つことができる。

従って、TNモードの従来の液晶表示素子の製造工程か
ら、配向膜形成工程を除くだけで製造が可能になるの
で、生産が容易である。

液晶複合体の比抵抗としては、５×10⁹Ωcm以上のも
のが好ましい。さらに、漏れ電流等による電圧降下を最
小限にするために、10¹⁰Ωcm以上がより好ましく、この
場合には大きな蓄積容量を画素電極毎に付与する必要が
ない。

本発明の透過−散乱型液晶表示素子は、TN型液晶表示
素子に比してダイナミック駆動特性は劣るので、画素電
極毎に能動素子を設けてアクティブマトリクス液晶表示
素子として使用することが好ましい。この能動素子とし
ては、トランジスタ、ダイオード、非線形抵抗素子等が
あり、必要に応じて１つの画素に２以上の能動素子が配
置されていてもよい。このような能動素子とこれに接続
された画素電極とを設けたアクティブマトリクス基板
と、対向電極を設けた対向電極基板との間に上記液晶複
合体を挟んで液晶表示素子とする。

本発明の投射型液晶表示装置は、投射用光源と、光変
調を行う液晶物質が硬化物マトリクス中に分散保持され
た液晶複合体を用いた透過−散乱型液晶表示素子と、投
射スクリーンに画像を投射する投射光学系とを少なくと
も有し、その光入射側及び光出射側の少なくとも一方の
光路中に、光ファイバープレートを配置する。

この光ファイバープレートは、屈折率の相対的に大き
なコアファイバーを屈折率が相対的に小さなクラッド材
で覆った光ファイバーが２次元に多数束ねられて相互に
接着された板状またはブロック状のものであり、一方の
面から入射した平面画像を他方の面へ移送できるもので
あれば良い。

この光ファイバープレートの両面は光学研磨されて用
いられるが、必要に応じて片面が曲面に研磨されてレン
ズ的な機能を兼ねさせることもできる。

このような屈折率の相対的に大きなコアファイバーを
屈折率が相対的に小さなクラッド材で覆った光ファイバ
ーは、ある入射角以下の光に対してはそのコアファイバ
ー内面で全反射して光が透過し、ある入射角を越える光
に対してはそのコアファイバー内面で反射せずにクラッ
ド材側に光が漏れていく。

光ファイバーのコアファイバーの屈折率n₁とクラッド
材の屈折率n₂との差Δn₁₂＝n₁−n₂により、空気中から
入射してくる光に対する開口数（NA）、即ち、反射する
限度の入射角である最大許容入射角が決まる。このた
め、光ファイバーのコアファイバーの屈折率n₁とクラッ
ド材の屈折率n₂とを適当に選択することにより、所望の
入射角θ以下の光のみを透過し、θを越える光を透過さ
せないという効果が得られる。

このため、光ファイバープレートの厚み（光ファイバ
ーの長さ）が充分であれば、所望の入射角を越える光が
除去できる。また、光ファイバープレートの個々の光フ
ァイバー間に光を吸収する層を形成した光ファイバープ
レートを用いれば、薄い厚みでも、所望の入射角を越え
る光が除去でき、好ましい。

このため、液晶表示素子の光入射側の光路中に、この
ような光ファイバープレートを配置することにより、投
射用光源から液晶表示素子への入射光の内、ある入射角
を越える角度で斜めに入射する成分を除去することがで
き、平行に近い入射光にすることができる。これによ
り、液晶表示素子を透過したした後の透過光（直進光）
の内、斜めに出射する透過光成分を低減することがで
き、コントラスト比の低下が防止できる。

また、この液晶表示素子の光出射側の光路中に、この
ような光ファイバープレートを配置することにより、液
晶表示素子を透過した後の透過光（直進光）の内、斜め
に出射する成分を低減でき、コントラスト比の低下が防
止できるとともに、レンズ、アパーチャー等の散乱光除
去光学系を使用しなくても、散乱光を除去可能になり、
装置を小型化できるとともに、レンズ等による収差によ
る悪影響を少なくすることができる。

本発明の投射用光源は、通常の光源とその光源からの
光を平行光線にするための反射手段やレンズ等の光学系
からなっていればよい。

また、RGB3色に分けて液晶表示素子を通過させる場合
には、色毎に専用の光源を使用してもよいし、１つの光
源の光を色分離手段により分光して使用してもよい。

本発明で用いるこの透過−散乱型の液晶表示素子は、
電極付基板間に、液晶物質が硬化物マトリクス中に分散
保持され、その硬化物マトリクスの屈折率（n_m）が使用
する液晶物質の常光屈折率（n_o）とほぼ一致するように
された液晶複合体を挟持した液晶表示素子であり、電圧
の印加状態により硬化物マトリクスの屈折率が、液晶物
質の屈折率とほぼ一致した時に透過状態となり、一致し
ない時に散乱状態になるものが使用できる。

この電極付基板の一方に、TFT等の能動素子を設けた
アクティブマトリクス基板を使用することにより、高精
細の液晶表示素子も可能になる。

この液晶複合体は、細かな孔の多数形成された硬化物
マトリクスとその孔の部分に充填された液晶とからなっ
ていればよく、マイクロカプセルのような液泡内に液晶
が封じ込められたような構造であってもよいし、それら
の個々のマイクロカプセルが完全に独立していなくても
よいし、多孔質体のように個々の液晶の液泡が細隙を介
して連通していてもよい。

本発明の液晶表示素子に用いる液晶複合体は、液晶物
質と、硬化物マトリクスを構成する材料とを混合してお
いて、これを光硬化、熱硬化、溶媒除去による硬化、反
応硬化等させて硬化物マトリクスを分離し、硬化物マト
リクス中に液晶物質が分散した状態をとるようにすれば
よい。

具体的には、硬化物マトリクスに樹脂を用いればよ
く、モノマー、オリゴマー等の樹脂原料を重合したり、
架橋したり、溶解物を冷却固化したり、溶媒除去で固化
したりすればよい。なお、硬化後には無機物になるよう
な材料を用いてもよい。もっとも、硬化物マトリクスに
樹脂を用いることが製造面からみて容易であり、好まし
い。使用する樹脂を、光硬化または熱硬化タイプにする
ことにより、密閉系内で硬化できるため好ましい。

特に、光硬化タイプの樹脂を用いることにより、熱に
よる影響を受けなく、短時間で硬化させることができ好
ましい。

さらに、液晶複合体として液晶物質を溶媒として使用
し、光露光により光硬化性樹脂を硬化させることによ
り、硬化時に不要となる単なる溶媒や水を蒸発させる必
要がない。このため、密閉系で硬化できるため、従来の
セルへの注入という製造法がそのまま採用でき、信頼性
が高く、かつ、光硬化性樹脂で２枚の基板を接着する効
果も有するため、より信頼性が高くなる。

具体的な製法としては、従来の通常のTN型液晶表示素
子と同様に、シール材を用いてセルを形成し、注入口か
ら液晶物質と硬化物マトリクスとの未硬化の混合物を注
入し、注入口を封止した後、光照射をするか加熱して硬
化させることもできる。

また、本発明の液晶表示素子の場合には、シール材を
用いなく、例えば、対向電極としての透明電極を設けた
基板上に液晶物質と硬化物マトリクスとの未硬化の混合
物を供給し、その後、他の基板を重ねて、光照射等によ
り硬化させることもできる。

もちろん、その後、周辺にシール材を塗布して周辺を
シールしてもよい。この製法によれば、単に液晶物質と
硬化物マトリクスとの未硬化の混合物をロールコート、
スピンコート、印刷、ディスペンサーによる塗布等の供
給をすればよいため、注入工程が簡便であり、生産性が
極めてよい。

また、これらの液晶物質と硬化物マトリクスとの未硬
化の混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒子、プ
ラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサー、顔料、色
素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与えな
い添加剤を添加してもよい。

このような本発明の液晶複合体を使用した液晶表示素
子の応答時間は、電圧印加の立ち上りが３〜50msec程
度、電圧除去の立ち下がり10〜80msec程度であり、従来
のTN型液晶表示素子よりも速い。

また、その電圧−透過率の電気光学特性は、従来のTN
型液晶表示素子よりも比較的なだらかであり、階調表示
のための駆動も容易である。

なお、この液晶複合体を使用した液晶表示素子の透過
状態での透過率は高いほどよく、散乱状態でのヘイズ値
は80％以上であることが好ましい。この液晶表示素子で
は、電圧を印加している状態で、硬化物マトリクス（硬
化後の）の屈折率（n_m）が、使用する液晶物質の常光屈
折率（n_o）と一致するようにされる。

これにより、硬化物マトリクスの屈折率と液晶物質の
屈折率とが一致した時に光が透過し、一致しない時に光
が散乱（白濁）することになる。この素子の散乱性は、
従来のDSモードの液晶表示素子の場合よりも高く、高い
コントラスト比の投射表示が得られる。

液晶複合体中の動作可能な液晶物質の体積分率Φは、
Φ＞20％が好ましく、より高い散乱性を有するにはΦ＞
35％が好ましい。一方Φがあまり大きくなると、液晶複
合体の構造安定性が悪くなるため、Φ＜70％が好まし
い。正の誘電異方性のネマチック液晶を用い、硬化物マ
トリクスの屈折率（n_m）が使用する液晶物質の常光屈折
率（n_o）とほぼ一致するようにされることにより、電界
が印加されていない場合は、配列していない液晶と、硬
化物マトリクスの屈折率の違いにより、散乱状態（つま
り白濁状態）を示す。このため、本発明のように投射型
表示装置として用いる場合には、電極のない部分は光が
散乱され、画素部分以外の部分に遮光膜を設けなくて
も、光が投射スクリーンに到達しないため、黒く見え
る。このことにより、画素電極以外の部分からの光の漏
れを防止するために、画素電極以外の部分を遮光膜等で
遮光する必要がないこととなり、遮光膜の形成工程が不
要となるという利点も有する。

この場合、特に、光ファイバープレートの個々の光フ
ァイバーのコアファイバー部分が各画素電極部に対応
し、クラッド材部分が各隣接画素電極間隙部分に対応し
て配置されるようにすることにより、画素部分の光を無
駄にすることが少なく、画素間隙の不要な光を除去しや
すくなる。

これに所望の画素に電界を印加する。この電界を印加
された画素部分では、液晶が配列し、液晶物質の常光屈
折率（n_o）と硬化物マトリクスの屈折率（n_m）とが一致
することにより透過状態を示し、当該所望の画素で光が
透過することとなり、投射スクリーンに明るく表示され
ることになる。

第１図は、本発明の投射型液晶表示装置の例の模式図
である。

第１図において、１は投射用光源、２は入射側に配置
された光ファイバープレート、３は液晶物質が硬化物マ
トリクス中に分散保持された透過−散乱型の液晶表示素
子、４は出射側に配置された光ファイバープレート、５
は投射光学系、６は画像を投射するための投射スクリー
ンである。

この例では、液晶表示素子の入射側及び出射側に光フ
ァイバープレートを配置しているが、一方に配置するの
みでも、斜めに進む光を除去することにより投射画像の
コントラスト比を向上させる効果はある。

入射側にのみ光ファイバープレートを配置した場合に
は、出射光中の散乱光は従来のようなレンズ、アパーチ
ャー等の散乱光除去光学系を使用しないと除去できない
ので、一方に配置する場合には、出射側に光ファイバー
プレートを用いる方が、斜めに進行する光の除去と散乱
光の除去の両方の効果を生じるため好ましい。

もっとも、両側に光ファイバープレートを配置する方
が、コントラスト比向上の効果が大きく好ましい。

本発明の透過−散乱型液晶表示素子は、電極付基板間
に液晶物質が硬化物マトリクス中に分散保持され、その
硬化物マトリクスの屈折率（n_m）が使用する液晶物質の
常光屈折率（n_o）とほぼ一致するようにされた液晶複合
体を挟持したものである。

この電極付基板としては、In₂O₃−SnO₂（ITO）、SnO₂
等の透明電極を形成し、必要に応じてパターニングした
ガラス、プラスチック等の透明基板が使用できる。

なお、電極は通常は透明電極とされるが、一部に低抵
抗のリードを設けるためにクロム、アルミ等の金属電極
を併用してもよい。

また、画素数の多い場合には、各画素に能動素子を設
けてアクティブマトリクス液晶表示素子とすることが好
ましい。この能動素子としてTFT（薄膜トランジスタ）
等の３端子素子を使用する場合、対向電極基板は全画素
共通のベタ電極を設ければよいが、MIM素子、PINダイオ
ード等の２端子素子を用いる場合には、対向電極基板は
ストライプ状のパターニングをされる。

また、能動素子としては、TFTを用いる場合には、半
導体材料としてはシリコンが好適でありる。特に多結晶
シリコンは、非結晶シリコンのように感光性がないた
め、光源からの光を遮光膜により遮光しなくても誤動作
しなく、好ましい。この多結晶シリコンは、本発明のよ
うに投射型液晶表示装置として用いる場合、強い投射用
光源を利用でき、明るい表示が得られる。

また、従来のTN型液晶表示素子の場合には、画素間か
らの光の漏れを抑止するために、画素間に遮光膜を形成
することが多く、このついでに能動素子部分にも同時遮
光膜を形成することができ、能動素子部分に遮光膜を形
成することは全体の工程にあまり影響を与えない。即
ち、能動素子として多結晶シリコンを用いて、能動素子
部分に遮光膜を形成しないことにしても、画素間に遮光
膜を形成する必要があれば、工程を減らすことはできな
い。

これに対して、本発明では、前述の如く、硬化物マト
リクスの屈折率が使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）
とほぼ一致するようにされた液晶複合体を使用している
ため、電界を印加しない部分では光が散乱して投射され
た投射スクリーン上では黒くなるため、画素間に遮光膜
を形成しなくてもよい。このため、能動素子として多結
晶シリコンを用いた場合、能動素子部分に遮光膜を形成
しなくてもよいので、遮光膜を形成する工程をなくすこ
とができ、工程を減らすことができ、生産性が向上す
る。

このような能動素子は高精細表示には必須であるが、
TFT等では高い電圧を印加できない。しかし、一般に本
発明で用いるような透過−散乱型液晶表示素子は、充分
に透過−散乱させるためには、その駆動に比較的に高い
電圧を必要とする。このため、低い駆動電圧しか得られ
ない能動素子での駆動の場合、本発明のような光ファイ
バープレートを用いることにより、その投射画像のコン
トラスト比を高めることができるメリットは大きい。

本発明の投射型液晶表示装置は、このほか赤外線カッ
トフィルター、紫外線カットフィルター等を積層した
り、文字、図形等を印刷したりしてもよい。

本発明では、前述の液晶複合体を構成する未硬化の樹
脂として光硬化性樹脂を用いる場合、光硬化ビニル系樹
脂の使用が好ましい。

具体的には、光硬化性アクリル系樹脂が例示され、特
に、光照射によって重合硬化するアクリルオリゴマーを
含有するものが好ましい。

本発明で使用される液晶物質は、硬化物マトリクスの
屈折率（n_m）がその液晶物質の常光屈折率（n_o）と一致
するような液晶であり、単独で用いても組成物を用いて
も良いが、動作温度範囲、動作電圧など種々の要求性能
を満たすには組成物を用いた方が有利といえる。

このように液晶複合体とすることにより、上下の透明
電極が短絡する危険性が低く、かつ、通常のTN型の表示
素子のように配向や基板間隙を厳密に制御する必要もな
く、透過状態と散乱状態とを制御しうる液晶表示素子を
極めて生産性良く製造できる。

本発明の投射用光源としては、従来からのハロゲンラ
ンプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源
と、球面反射板やパラボラ反射板等の反射光学系、コン
デンサーレンズ等の集光光学系を組み合わせた投射用光
源が使用できる。さらに、必要に応じて、赤外線カット
フィルターや紫外線カットフィルター、冷却手段等を併
用してもよい。

投射光学系は、レンズ等からなる従来からの投射光学
系が使用できる。

さらに入射側のみに光ファイバープレートを配置した
場合等、出射側の光路上に液晶表示素子における散乱に
よる拡散光を減ずる装置、例えばレンズの焦点に小さな
開孔を有するアパーチャーやスポットを設置し、透過光
（直進光）以外の散乱光を除去して、表示コントラスト
を大きくすることもできる。

本発明の投射型液晶表示装置は、前面投射型で用いて
もよいし、背面投射型で用いてもよい。

［作用］本発明の投射型液晶表示装置では、液晶複合体を用い
た透過−散乱型液晶表示素子の光入射側及び光出射側の
少なくとも一方の光路中に、光ファイバープレートを配
置する。

この光ファイバープレートに用いる屈折率の相対的に
大きなコアファイバーを屈折率が相対的に小さなクラッ
ド材で覆った光ファイバーは、ある入射角以下の光に対
してはそのコアファイバー内面で全反射して光が透過
し、ある入射角を越える光に対してはそのコアファイバ
ー内面で反射せずにクラッド材側に光が漏れていく。

コアファイバーの屈折率がn₁、クラッド材の屈折率が
n₂の光ファイバーを用いた場合の光ファイバープレート
の透過光の入射角θとの関係を第２図を参照して説明す
る。

第２図において、光11は入射角θ_０で、屈折率n₀の大
気等の媒質から光ファイバープレート12に入射し、コア
ファイバー界面で屈折角θ_１で屈折し、クラッド材との
界面に入射角90゜−θ_１で入射する。

この時、全反射条件よりを満たすθ_１以上の光は、クラッド材に屈折光13として
進入し、それ以下の光は全反射を起こし、コアファイバ
ー中に光14として反射される。

また、Shellの法則により、θ_０とθ_１との関係は、n
₀sinθ_０＝n₁sinθ_１であるため、従ってコアファイバ
ー中を伝搬する光14は、光ファイバープレートへの入射
角θ_０が（１）式を満たす場合のみであることが知られ
ている。

より大きな入射角の光は全反射することなくクラッド材
に進入し、個々の光ファイバー間の光を吸収する層によ
り吸収されれ消滅するため、光ファイバープレートの他
端面には出射しない。

（１）式より、臨界角θｃはn₁、n₂の値によって変化
させることができる。本発明では、臨界角θｃが10゜以
下とする。もっとも、本発明ではできるだけ垂直方向か
らの光のみが透過することが好ましいため、従来の単な
る光ファイバープレートのように斜め方向からの光もあ
る程度透過する方がよいのではなく、この臨界角が小さ
い方が好ましく、具体的には４゜以下とすること斜め方
向から入射する光を除去する効率がよくが好ましい。特
には２゜以下とされることが好ましい。

また、光ファイバープレートの特長として、光ファイ
バープレートの光入射側の画像を光出射側にコアファイ
バーの口径に応じた解像度でで移送する働きがあり、光
学系において光路長ゼロ、即ち、厚みゼロのフェースプ
レートとして作用することが知られている。このこと
は、従来から平行光を得る手法として知られている中空
の金属細径パイプを束ねたコリメーティドホールを利用
することも考えられるが、光ファイバープレートとは異
なり、全反射に基づく光ファイバー中の光伝搬現象でな
いため、光利用率が低いとともに、厚みゼロのフェース
プレートとして作用することがなく、本発明の投射型液
晶表示装置には適していない。

［実施例］実施例１第１図に示すような投射型液晶表示装置で、投射用光
源１として150Wのメタルハライドランプと放物面反射鏡
を用い、入射側の光ファイバープレート２と出射側の光
ファイバープレート４とが、液晶物質が樹脂マトリクス
中に分散保持された液晶複合体が各画素電極にTFTを設
けたアクティブマトリクスガラス基板とITO付のガラス
基板との間に挟持された透過−散乱型のアクティブマト
リクス型の液晶表示素子３の両面に接着したものを使用
し、レンズからなる投射光学系５を用いて、投射スクリ
ーン６に投射した。

この光ファイバープレートは、厚さ2mm、コアファイ
バー径12μｍ、屈折率1.8の鉛ガラスと厚さ１〜２μｍ
の光吸収性のクラッド材からなり、光ファイバー中で光
が全反射するための光ファイバープレートへの光の入射
角の臨界角θｃが約２゜のものを使用した。

前記液晶表示素子は、２−エチルヘキシルアクリレー
ト６部、ヒドロキシエチルアクリレート18部、アクリル
オリゴマー20部、光硬化開始剤0.4部とBDH社製液晶「Ｅ
−８」62部とを混合溶解した液を、各画素電極にTFTを
設けたアクティブマトリクスガラス基板とITO付のガラ
ス基板とによる空セルに注入し、紫外線を60秒照射して
作成した。

基板間隙11μｍ、樹脂マトリクス中の液晶分散物の平
均径約1.9μｍ、液晶物質の屈折率異方性Δｎは約0.2
4、誘電率異方性Δεは約15.6であった。

その結果、スクリーン上でのコントラスト比が50以上
と大きな値が得られた。

実施例２光源の光をダイクロイックミラーによりRGB3色に分離
した後、３枚の液晶複合体を用いた液晶表示素子に夫々
照射し、それら３枚の液晶表示素子からの透過光をダイ
クロイックミラーにより合成し、投射光学系を用いて、
投射スクリーンに投射した。

この例では、光ファイバープレートは入射側では投射
用光源と１枚目のダイクロイックミラーとの間に配置
し、出射側では夫々の液晶表示素子の出射側に密着して
配置（３枚）した。この出射側に密着して配置した光フ
ァイバープレートは光の出射側（液晶表示素子と反対
側）が凸レンズ状に加工された光ファイバープレートを
用いた。また、これらの光ファイバープレートのコアフ
ァイバー径は10μｍ、屈折率1.76の鉛ガラスと厚さ約１
μｍの光吸収性のクラッド材からなり、光ファイバー中
で光が全反射するための光ファイバープレートへの光の
入射角の臨界角θｃが約1.5゜のものを用いた。

この結果、スクリーン上でのコントラスト比は480nm
の青い光で約120、520nmの緑の光で約100、620nmの赤い
光で約80という高い値が得られた。なお、色によりコン
トラスト比が異なるのは波長によって各液晶表示素子の
コントラスト比が異なるためである。

なお、液晶表示素子の基板間隙ｄ及び／または樹脂マ
トリクス中の液晶分散物の平均径Ｒを色毎に変え、d_R＞
d_G＞d_B、R_R＞R_G＞R_Bとすることが好ましい。また、光フ
ァイバープレートの色による臨界角θｃをθc_R＜θc_G＜
θc_Bとするようにしてもよい。なお、夫々_RGB赤、緑、
青色用を示す。

実施例３光ファイバープレートの個々の光ファイバーのコアフ
ァイバーとクラッド材のピッチを、アクティブマトリク
ス基板の画素ピッチとが同じになるようにし、コアファ
イバー部分が各画素電極部にほぼ対応し、クラッド材部
分が各隣接画素電極間隙部分にほぼ対応して配置するよ
うにした。

これにより、画素部分の光が有効にコアファイバーに
入射し、クラッド材部分で損失しにくくなるため、明る
さが向上した。

特に、入射側に配置する光ファイバープレートに適用
した場合、TFT部分等の遮光を必要とする部分には光が
出射しないため、TFTの遮光層を省略したり、簡便化す
ることが可能になる。

実施例４実施例１の投射型液晶表示装置で、光ファイバープレ
ートを液晶表示素子の入射側のみに設け、投射光学系に
集光レンズとアパーチャーによる散乱光除去手段を付加
したほかは、実施例１と同様にした。

この投射型液晶表示装置は、入射側に光ファイバープ
レートを設けない投射型液晶表示装置よりも投射画像の
コントラスト比が高いものであった。

しかし、散乱光除去手段は付加しないと、投射画像の
コントラスト比は著しく低下した。

実施例５実施例１の投射型液晶表示装置で、光ファイバープレ
ートを液晶表示素子の出射側のみに設けたほかは、実施
例１と同様にした。

この投射型液晶表示装置の投射画像のコントラスト比
が高いものであったが、両側に光ファイバープレートを
設けた投射型液晶表示装置よりは投射画像のコントラス
ト比が低いものであった。

しかし、散乱光除去手段を付加する必要はなく、装置
の小型化の利点もあった。

［発明の効果］本発明の投射型液晶表示装置では、電極付基板間に挟
持される液晶材料として、電気的に散乱状態と透過状態
とを制御しうる液晶複合体を挟持した液晶表示素子を用
いているため、偏光板が不要であり、透過時の光の透過
率を大幅に向上でき、明るい投射画像が得られる。

本発明では、液晶表示素子の光入射側の光路中に、光
ファイバープレートを配置することにより、液晶表示素
子への投射用光源からの入射光の内、完全に平行光にな
っていない斜めに入射する成分を低減することができ、
液晶表示素子を透過した後の透過光（直進光）の内、斜
めに出射する透過光成分を低減することができ、投射画
像のコントラスト比の低下が防止できる。

また、この液晶表示素子の光出射側の光路中に、光フ
ァイバープレートを配置することにより、液晶表示素子
を透過した後の透過光（直進光）の内、斜めに出射する
成分を低減できるとともに、レンズ等の光学系及びアパ
ーチャー等の散乱光除去光学系を使用しなくても、散乱
光を除去可能になり、装置を小型化できるとともに、レ
ンズ等による収差による悪影響を少なくすることができ
る。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で
種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の投射型液晶表示装置の基本的な例の
構成を示す模式図ある。第２図は、光ファイバープレートの臨界角を説明するた
めの部分拡大説明図である。投射用光源:1 光ファイバープレート:2、４透過−散乱型の液晶表示素子:3 投射光学系:5 投射スクリーン:6

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−178428（ＪＰ，Ａ) 特開平３−105323（ＪＰ，Ａ) 特開平３−23423（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/13 505 G02F 1/1333

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】投射用光源と、該投射用光源からの光を変
調する液晶表示素子と、該液晶表示素子を透過した光を
投射スクリーンに投射する投射光学系とを有し、該液晶
表示素子として電極付基板間に液晶物質が硬化物マトリ
クス中に分散保持され、該硬化物マトリクスの屈折率が
使用する液晶物質の常光屈折率（n_o）とほぼ一致するよ
うにされた液晶複合体を挟持した液晶表示素子を用いた
投射型液晶表示装置において、液晶表示素子の光入射側
及び光出射側の少なくとも一方の光路中に光ファイバー
プレートを配置し、光ファイバープレートの光ファイバ
ー中で光が全反射するための光ファイバープレートへの
光の入射角の臨界角θｃが10゜以下であることを特徴と
する投射型液晶表示装置。
【請求項２】液晶表示素子がアクティブマトリクス液晶
表示素子であることを特徴とする請求項１の投射型液晶
表示装置。
【請求項３】投射用光源の光をRGB3色に分離し、各色光
を３枚の液晶表示素子に夫々照射し、透過光を合成して
投射することを特徴とする請求項１または２の投射型液
晶表示装置。
【請求項４】光ファイバープレートの個々の光ファイバ
ーのコアファイバー部分が各画素電極部に対応し、クラ
ッド材部分が各隣接画素電極間隙部分に対応して配置さ
れていることを特徴とする請求項１、２または３の投射
型液晶表示装置。