JPH06265891A - 液晶光学素子及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電気光学効果又は熱光学効果により液晶４の
光散乱状態と透明状態とを変化させ、液晶光学素子１を
光散乱状態と凹凸レンズ機能を有する透明状態とで切り
替え可能とする。また、電気光学効果又は熱光学効果に
より液晶４の屈折率を変化させて、レンティキュラーレ
ンズ３ａのレンズ機能を制御することにより、光散乱状
態と透明状態を切り替え可能とする。さらに、電気光学
効果又は熱光学効果により液晶４の屈折率を変化させ
て、フレネルレンズ２ａのレンズ機能とレンティキュラ
ーレンズ３ａのレンズ機能を交互に発揮させることによ
り、光散乱状態と凹凸レンズ機能を有する透明状態とを
切り替え可能とする。 【効果】 液晶光学素子１を光散乱状態と必要に応じて
凹凸レンズ機能を有する透明状態とで切り替えることが
でき、この液晶光学素子７を投射型ディスプレイに用い
ると、背面投射型と前面投射型を兼用させることが可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を一対の透明基板
で挟持した液晶光学素子と、この液晶光学素子を用いた
投射型ディスプレイやスライドプロジェクタ等の画像投
影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョン受信機の大画面化には、直
視型テレビよりも投射型ディスプレイの方が有利であ
る。この投射型ディスプレイは映像を形成するデバイス
によってＣＲＴ方式と液晶方式とに分類される。また、
映像を投射する方法によって前面投射型と背面投射型と
に分類される。前面投射型の投射型ディスプレイは、装
置の前方に配置されたスクリーンに映像を投射するもの
であり、背面投射型は、ディスプレイ装置の筐体に固定
されたスクリーンに背面から映像を投射するものであ
る。

【０００３】一方、スライドプロジェクタにも、前面投
射型だけでなく、筐体に設けたスクリーンに投射する背
面投射型があり、この場合には、光学系の光軸を機械的
に切り替えて前面投射型と背面投射型とを兼用すること
ができるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前面投
射型の投射型ディスプレイは、ホームシアター感覚の大
画面を容易に得ることができ、画面サイズも自由に設定
することができるという利点があるものの、スクリーン
の収納や調光を考慮した設置環境でなければ手軽に利用
することができないという操作上の欠点がある。また、
背面投射型の投射型ディスプレイは、通常の直視型テレ
ビと同じ感覚で設置し利用することができるという利点
を有する反面、画面サイズは固定されており、しかもこ
の画面サイズはディスプレイ装置の筐体に規制されてあ
まり大きくできないという欠点がある。

【０００５】そこで、上記スライドプロジェクタのよう
に前面投射型と背面投射型とを兼用できるようにすれば
状況に応じて両者の利点を活用することができるように
なるが、特に投射型ディスプレイのように比較的複雑な
光学系の光軸を切り替えるには、大型な光学部品や大掛
かりな機械装置が必要となり、コストが高くなるだけで
なく、故障の原因にもなり易いという問題が生じる。

【０００６】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、スクリーン機能
とレンズ機能とを切り替えることができる液晶光学素子
と、この液晶光学素子を用いて背面投射型と前面投射型
とを兼用することができる画像投影装置を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶光学素子
は、対向して設けられている一対の透明基板と、該一対
の透明基板の間に封入されており、少なくとも第１の状
態と第２の状態のどちらかの状態をとり得る液晶と、該
一対の透明基板の少なくとも一方のうちの該液晶側に形
成されている、光を集光あるいは発散させる光学部材
と、該第１の状態及び該第２の状態を切り換える液晶制
御手段とを備えており、該液晶が該第１の状態をとると
きには光を散乱させ、該液晶が該第２の状態をとるとき
には光を集光あるいは発散させ、そのことにより上記目
的が達成される。

【０００８】前記光学部材がフレネルレンズであっても
よい。

【０００９】本発明の液晶光学素子は、対向して設けら
れている一対の透明基板と、該一対の透明基板の間に封
入されており、少なくとも第１の状態と第２の状態のど
ちらかの状態をとり得る液晶と、該一対の透明基板の少
なくとも一方のうちの該液晶側に形成されている、光を
散乱させる光学部材と、該第１の状態及び該第２の状態
を切り換える液晶制御手段とを備えており、該液晶が該
第１の状態をとるときには光を透過し、該液晶が該第２
の状態をとるときには光を散乱させそのことにより、上
記目的が達成される。

【００１０】前記光学部材がレンティキュラーレンズで
あってもよい。

【００１１】本発明の液晶光学素子は第１の透明基板と
該第１の透明基板に対向して設けられている第２の透明
基板とからなる一対の透明基板と、該一対の透明基板の
間に封入されており、少なくとも第１の状態と第２の状
態のどちらかの状態をとる液晶と、該第１の透明基板の
該液晶側に形成されている、光を集光あるいは発散させ
る第１の光学部材と、該第２の透明基板の該液晶側に形
成されている、光を散乱させる第２の光学部材と、該第
１の状態及び該第２の状態を切り換える液晶制御手段と
を備えており、該液晶が該第１の状態をとるときには光
を散乱させ、該液晶が該第２の状態をとるときには光を
集光あるいは発散させ、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１２】前記第１の光学部材がフレネルレンズであ
り、前記第２の光学部材がレンティキュラーレンズであ
ってもよい。

【００１３】前記液晶光学素子は、前記液晶の相転移を
起こすために該液晶を加熱する加熱手段をさらに備えて
おり、前記液晶制御手段は該加熱手段を制御することに
より、前記第１の状態及び前記第２の状態を切り換えて
もよい。

【００１４】前記液晶光学素子は、前記一対の透明基板
上に形成された透明電極と、前記液晶の分子配列を変化
させるために該透明電極に電界を印加する電界印加手段
とをさらに備えており、前記液晶制御手段は該電界印加
手段を制御することにより、前記第１の状態及び前記第
２の状態を切り換えてもよい。

【００１５】前記液晶光学素子は、該液晶の相転移を起
こすために該液晶を加熱する加熱手段と、前記一対の透
明基板上に形成された透明電極と、該液晶の分子配列を
変化させるために該透明電極に電界を印加する電界印加
手段とをさらに備えており、前記液晶制御手段は該加熱
手段と該電界印加手段とを制御することにより、前記第
１の状態及び前記第２の状態を切り換えてもよい。

【００１６】本発明の画像投影装置は、光を発生する光
源と、該光を受け取り、該光を画像光に変換して出射す
る液晶表示素子と、該画像光を投影する投影手段とを備
えている画像投影装置であって、投影された該画像光を
受け取る前記液晶光学素子をさらに備えていることによ
り、上記目的が達成される。

【００１７】

【作用】本発明の液晶光学素子では、液晶の状態を、液
晶と光学部材の屈折率がほぼ同じになる第１の状態、及
び両者の屈折率が異なる第２の状態に切り換える。この
ように液晶と光学部材を組み合わせると、液晶の状態を
切り換えることにより、液晶光学素子は入射光を散乱及
び集光あるいは発散させることが可能となる。光学部材
としてフレネルレンズを用い、また、第１の状態では光
散乱状態となり、第２の状態では透明状態となる液晶を
用いると、液晶が第１の状態にあるときには液晶光学素
子は入射光を散乱させる。また、第２の状態にあるとき
には、液晶の屈折率とフレネルレンズの屈折率とが異な
るため、液晶光学素子に入射した光は液晶を透過し、フ
レネルレンズによって集光あるいは発散される。

【００１８】光学部材としてレンティキュラーレンズを
用いると、液晶が第１の状態にあるときには液晶とレン
ティキュラーレンズとの屈折率がほぼ同じであるため
に、液晶光学素子に入射した光はそのまま透過される。
液晶が第２の状態にあるときには、液晶とレンティキュ
ラーレンズの屈折率が異なるために、液晶を透過した入
射光はレンティキュラーレンズによって散乱される。

【００１９】また、一対の基板の一方の上にフレネルレ
ンズを形成し、他方の上にレンティキュラーレンズを形
成して、液晶の屈折率が、第１の状態ではフレネルレン
ズの屈折率と第２の状態ではレンティキュラーレンズの
屈折率とほぼ同じになるような液晶を用いると、液晶が
第１の状態にあるときには、入射光はフレネルレンズが
形成された基板と液晶との境界部分では屈折せずにその
まま通過し、液晶とレンティキュラーレンズによって散
乱される。液晶が第２の状態にあるときには入射光はフ
レネルレンズによって集光あるいは発散される。

【００２０】液晶状態の切り換えは液晶制御手段によっ
て行われる。液晶光学素子に、液晶を加熱するための加
熱手段を設けると、加熱手段を液晶制御手段によって制
御することにより、液晶の温度変化による相転移を利用
して、液晶の状態（相）を切り換えることができる。例
えば、常温におけるコレステリック相やカイラルスメク
ティック相等のフォーカルコニック配列の液晶を高温の
等方性液相へ相転移させて、光散乱状態から透明状態に
液晶の状態を切り換えることができる。

【００２１】また、一対の基板上の各々に透明電極を設
け、電界印加手段を用いて液晶に電場を印加することに
より、液晶の相転移を利用して液晶の状態を切り換える
こともできる。例えば、液晶に電場を印加することによ
り、コレステリック相やカイラルネマティック相等のフ
ォーカルコニック配列からネマティック相のホメオトロ
ピック配列へ相転移させて、光散乱状態から透明状態に
状態を切り換えることができる。また、例えばこの電場
によって液晶の複屈折制御（ＥＣＢ）を行うことによ
り、ネマティック相の配向処理によるホモジニアス配列
からホメオトロピック配列に遷移させて屈折率を変化さ
せることができる。

【００２２】上記構成の液晶光学素子を画像投影装置に
適用すると、画像投影装置を背面投射型として用いる場
合には、液晶光学素子を光散乱状態とすることにより、
映像をこの液晶光学素子に投射することができる。ま
た、前面投射型として用いる場合には、液晶光学素子を
透明状態とすることにより、映像をこの液晶光学素子を
透過させて前方のスクリーンに投射することができる。
この際、液晶光学素子の光集光又は光発散を行うレンズ
作用を利用することができる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を実施例
について説明する。

【００２４】図１は本発明の第１実施例を示すものであ
って、液晶光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す
縦断面図である。

【００２５】液晶は、電気光学効果や熱光学効果によっ
て、屈折率やリタゼーション（retardation）等を変化
させることができるとともに、光散乱状態と透明状態と
を切り替えることもできる。本発明による液晶光学素子
について説明する。

【００２６】液晶光学素子１は、一対の透明基板２、３
を対向して配置し、これらの透明基板２、３の間に液晶
４を挟持したものである。一方の透明基板２は、屈折率
が1.59のポリカーボネート系の樹脂からなり、外側面が
フラットで、内側面に凸レンズ状のフレネルレンズ２ａ
が形成されている。フレネルレンズ２ａは、レンズ面を
同心円状に階段状に形成したものであり、挟持する液晶
４の厚さをほぼ均一にすることができるために、通常の
凸レンズを使用した場合に比べて制御を容易にすること
ができるという利点がある。また、他方の透明基板３
は、屈折率が1.49のアクリル系の樹脂からなり、内外側
面ともにフラットに形成されている。

【００２７】透明基板２、３の内側面には、ともにＩＴ
Ｏ電極膜５、５が形成されている。ＩＴＯ電極膜５は、
透明な導電材であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパ
ッタ法等によって透明基板２、３の内側面に成膜した薄
膜であり、５００〜５０００オングストローム、より好
ましくは１０００〜３０００オングストローム程度の厚
さに形成されている。これらのＩＴＯ電極膜５、５は、
外部の駆動電源６に接続され、交流の矩形波電圧が印加
されるようになっている。交流電圧を印加するのは、液
晶４の劣化を防止するためである。また、透明基板３の
内側面には、ＩＴＯ電極膜５の表層に重ねて透明絶縁膜
７が形成されている。透明絶縁膜７は、ＩＴＯ電極膜
５、５に電圧を印加した際のリーク電流を防止するため
の透明な絶縁膜であり、スパッタ法等によって５００〜
５０００オングストローム、より好ましくは１０００〜
３０００オングストローム程度の厚さに形成されてい
る。

【００２８】上記透明基板２、３は、間隔を開けて内側
面を向かい合わせに配置した状態で周囲をエポキシ樹脂
８によって封止固定されている。また、このエポキシ樹
脂８には、注入口８ａが設けられ、この注入口８ａから
透明基板２、３の間に真空注入法によって液晶４が注入
されている。注入口８ａは、液晶４の注入後に光硬化性
エポキシ樹脂によって封止される。

【００２９】本実施例では、液晶４として、常温でネマ
ティック相を呈し、入射光の偏光方向（振動ベクトル）
が液晶分子の長軸に垂直となる場合（常光）の屈折率が
1.49となり、平行となる場合（異常光）の屈折率が1.59
となるネマティック液晶、例えばメルク社製のＺＬＩ−
３７８３（ｎ_o＝1.49、ｎ_e＝1.59）にカイラル物質（光
学活性物質）を添加したカイラルネマティック液晶を使
用した。ネマティック液晶にカイラル物質を添加したカ
イラルネマティック液晶を用いると、駆動電源６が電圧
を印加しない場合には、カイラルネマティック液晶４は
フォーカルコニック配列をとる。このとき、コレステリ
ック液晶と同様の螺旋構造を持ったカイラルネマティッ
ク液晶の分子がランダムに配向するため、入射光が散乱
される。また電圧印加時には、ホメオトロピック配列の
ネマティック相へ相転移する。ホメオトロピック配列に
なるため液晶分子の長軸が基板面に垂直な配列をとり、
液晶が透明状態となり、液晶の屈折率は、入射光の偏光
方向にかかわりなく1.49となる。

【００３０】上記構成の液晶光学素子１にほぼ平行な光
を入射すると、駆動電源６が電圧を印加しない場合に
は、図１下部の電圧無印加領域に示すように、液晶４に
よって入射光が散乱される。従って、この場合には、液
晶光学素子１が白濁した不透明状態となり、ここに映像
を投射すればスクリーンとして利用することができるよ
うになる。また、駆動電源６が交流の矩形波電圧を印加
した場合には、液晶４が屈折率が1.49の透明状態とな
り、透明基板２の屈折率1.59と相違することになるた
め、透明基板２の内側面に形成されたフレネルレンズ２
ａが凸レンズとして機能し、図１上部の電圧印加領域に
示すように、入射光を集光することになる。従って、こ
の場合には、映像を前方のスクリーンに投射する際の凸
レンズとして利用することができる。

【００３１】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
って、液晶光学素子の常温状態と加熱状態を示す縦断面
図である。なお、図１に示した第１実施例と同様の機能
を有する構成部材には、同じ番号を付記して説明を省略
する。

【００３２】本実施例の液晶光学素子も、第１実施例と
同様に、液晶自身の光散乱状態と透明状態との切り替え
を用いている。

【００３３】液晶光学素子１は、第１実施例と同様に、
一対の透明基板２、３を対向して配置し、これらの透明
基板２、３の間に液晶４を挟持したものであり、一方の
透明基板２の内側面には、凸レンズ状のフレネルレンズ
２ａが形成されている。ただし、ＩＴＯ電極膜５と透明
絶縁膜７は形成されず、これらに代えて、一方の透明基
板２の外側面に透明ヒータ９が貼付されている。透明ヒ
ータ９は、透明な電熱シートであり、外部の駆動電源６
に接続されている。また、液晶４は、ここでは常温でス
メクティックＣ相を呈するスメクティック液晶、例えば
チッソ社製のＣＳ−１０１０にカイラル物質を添加した
カイラルスメクティックＣ液晶を使用した。この液晶４
は、駆動電源６が透明ヒータ９を加熱しない常温の場合
には、カイラルスメクティックＣ相を呈する。カイラル
スメクティックＣ相では、カイラル物質によってコレス
テリック液晶と同様の螺旋構造を持った液晶分子がラン
ダムに配向するため、入射光が散乱される。また、駆動
電源６が透明ヒータ９を加熱し液晶４を９０℃程度まで
熱した場合には、等方性液相に相転移する。等方性液相
は、透明な液体状態であり光学的異方性も生じない。

【００３４】上記構成の液晶光学素子１にほぼ平行な光
を入射すると、駆動電源６が透明ヒータ９を加熱しない
場合には、図２上部の常温領域に示すように、液晶４に
よって入射光が散乱されることになり、ここに映像を投
射すればスクリーンとして利用することができるように
なる。また、駆動電源６が透明ヒータ９を加熱した場合
には、液晶４の相は等方相に転移し、液晶４は透明状態
となる。このときの液晶４の屈折率と透明基板２と屈折
率とは異なるため、透明基板２の内側面に形成されたフ
レネルレンズ２ａが凸レンズとして機能し、図２下部の
加熱領域に示すように、入射光を集光することになる。
従って、この場合には、液晶光学素子１を、映像を前方
のスクリーンに投射する際の凸レンズとして利用するこ
とができるようになる。

【００３５】液晶自身の光散乱状態と透明状態との切り
替えは、上記第１実施例と第２実施例による方式の他
に、任意の方式を用いることができる。この方式の主な
ものは基板の配向処理の有無と電場印加又は加熱を利用
するものに分けると、次のようにまとめることができ
る。

【００３６】（１）配向処理を行わず、電場を印加する
ことにより液晶の配向状態を変化させる方式 この方式の例としては、第１実施例に示したようにフォ
ーカルコニック配列のコレステリック相（光散乱）から
ホメオトロピック配列のネマティック相（透明）に相転
移させる方式や、ネマティック相又はスメクティック相
の高分子液晶をマイクロカプセル等によって樹脂板中に
分散させ、電圧無印加時には分散粒子による光散乱状態
とし、電圧印加時には分散粒子中の分子配列が水平又は
垂直となる透明状態に変化させる方式が挙げられる。

【００３７】（２）配向処理を行わず、加熱によって液
晶の配向状態を変化させる方式 第２実施例に示したようにカイラルスメクティック相
（光散乱）から等方性液相（透明）への相転移による方
式、フォーカルコニック配列のコレステリック相（光散
乱）から等方性液相（透明）に相転移させる方式等があ
る。

【００３８】（３）配向処理を行い、電場を印加するこ
とにより液晶の配向状態を変化させる方式 螺旋構造をとるカイラルスメクティックＣ相（光散乱）
から、電圧印加により、螺旋構造がほどけた一軸配列状
態（透明）への切り替え（ＤＨＦ方式）による分子配列
の変化を利用した方式がある。

【００３９】（４）配向処理を行い、加熱によって液晶
の配向状態を変化させる方式 螺旋構造をとるカイラルスメクティックＣ相（光散乱）
から、基板に水平方向に一軸に分子が揃ったスメクティ
ックＡ相（透明）への相転移による方式、フィンガーテ
クスチャのコレステリック相（光散乱）から等方性液相
（透明）に相転移させる方式等がある。

【００４０】図３は本発明の第３実施例を示すものであ
って、液晶光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す
縦断面図である。なお、図１及び図２に示した実施例と
同様の機能を有する構成部材には、同じ番号を付記して
説明を省略する。

【００４１】本実施例の液晶光学素子は、液晶の複屈折
効果（ＥＣＢ）を利用したＤＡＰ方式により屈折率を切
り替えるものである。

【００４２】液晶光学素子１は、第１実施例と同様に、
一対の透明基板２、３を対向して配置し、これらの透明
基板２、３の間に液晶４を挟持したものである。ただ
し、一方の透明基板２は、屈折率が1.49のアクリル系の
樹脂からなり、内外側面ともにフラットに形成されてい
る。また、他方の透明基板３は、屈折率が1.59のポリカ
ーボネート系の樹脂からなり、外側面がフラットで、内
側面に微細な凸状を多数形成したレンティキュラーレン
ズ３ａが形成されている。

【００４３】透明基板２、３の内側面には、第１実施例
と同様に、５００〜５０００オングストローム、より好
ましくは１０００〜３０００オングストローム程度の厚
さにＩＴＯ電極膜５、５が形成され、外部の駆動電源６
に接続されて交流の矩形波電圧が印加されるようになっ
ている。また、透明基板２の内側面には、ＩＴＯ電極膜
５の表層に重ねて透明絶縁膜７がスパッタ法等によって
２０００オングストローム程度の厚さに形成されてい
る。さらに、この透明基板２の内側面には、透明絶縁膜
７の表層に重ねて配向膜１０が形成されると共に、透明
基板３の内側面にも、レンティキュラーレンズ３ａ上に
配向膜１０が形成されている。これらの配向膜１０、１
０には、一軸配向処理が施されている。また、透明基板
２、３は、ラビング軸が反平行となるように約５０μｍ
の間隔を開けて、エポキシ樹脂８により封止固定されて
いる。

【００４４】液晶４は、ここでは常温でネマティック相
を呈し、入射光の偏光方向が液晶分子の長軸に垂直とな
る場合の屈折率が1.49となり、平行となる場合の屈折率
が1.59となるネマティック液晶、例えば第１実施例で利
用したメルク社製のＺＬＩ−３７８３（ｎ_o＝1.49、ｎ_e
＝1.59）を使用した。この液晶４は、駆動電源６が電圧
を印加しない場合には、ホモジニアス配列のネマティッ
ク相を呈する。ホモジニアス配列のネマティック相で
は、液晶分子の長軸が基板面に水平に配向するため、透
明状態であり、かつ、入射光の偏光方向によって屈折率
が1.49と1.59の複屈折を生じる。また、電圧印加時に
は、ホメオトロピック配列のネマティック相に変化す
る。ホメオトロピック配列のネマティック相では、液晶
分子の長軸が基板面に垂直に配向するため、透明状態で
あり、かつ、入射光の屈折率が偏光方向にかかわりなく
等しく1.49となる。

【００４５】本実施例では、液晶光学素子１の前方に偏
光板１１が配置され、入射光は偏光板１１を介して液晶
光学素子１に入射するようになっている。偏光板１１
は、電圧無印加時における上記液晶４の液晶分子の長軸
に対して平行となる偏光方向の入射光のみを透過する方
向に配置されている。

【００４６】上記構成の液晶光学素子１にほぼ平行な光
を入射すると、駆動電源６が電圧を印加しない場合に
は、図３下部の電圧無印加領域に示すように、偏光板１
１を通った入射光の偏光方向に対する液晶４の屈折率が
1.59となり、透明基板３の屈折率と一致するため、レン
ティキュラーレンズ３ａがレンズ機能を発揮せず、その
まま通過することになる。従って、この場合には、入射
光の映像をそのまま透過させて前方のスクリーンに投射
することができるようになる。また、駆動電源６が交流
の矩形波電圧を印加した場合には、入射光に対する液晶
４の屈折率が1.49となり、透明基板３の屈折率1.59と相
違することになるためレンティキュラーレンズ３ａが機
能して、図３上部の電圧印加領域に示すように、入射光
を散乱させることになる。従って、この場合には、液晶
光学素子１が白濁した不透明状態となり、ここに映像を
投射すればスクリーンとして利用することができるよう
になる。

【００４７】図４は本発明の第４実施例を示すものであ
って、液晶光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す
縦断面図である。なお、図１〜図３に示した実施例と同
様の機能を有する構成部材には、同じ番号を付記して説
明を省略する。

【００４８】本実施例の液晶光学素子も、液晶の複屈折
効果を利用したＤＡＰ方式により液晶の屈折率を切り替
える。

【００４９】液晶光学素子１は、第１実施例及び第３実
施例と同様に、一対の透明基板２、３を対向して配置
し、これらの透明基板２、３の間に液晶４を挟持したも
のである。ただし、一方の透明基板２は、屈折率が1.49
のアクリル系の樹脂からなり、外側面がフラットで、内
側面にフレネルレンズ２ａが形成されている。また、他
方の透明基板３は、第３実施例と同様に、屈折率が1.59
のポリカーボネート系の樹脂からなり、外側面がフラッ
トで、内側面にレンティキュラーレンズ３ａが形成され
ている。

【００５０】透明基板２の内側面には、第３実施例と同
様、ＩＴＯ電極膜５及び配向膜１０が形成され、透明基
板３の内側面にも、ＩＴＯ電極膜５、透明絶縁膜７及び
配向膜１０が形成されている。ＩＴＯ電極膜５、５は、
外部の駆動電源６に接続されており、交流の矩形波電圧
が印加されるようになっている。また、配向膜１０、１
０には一軸配向処理が施され、透明基板２、３は、ラビ
ング軸が反平行となるように、約５０μｍの間隔を開け
てエポキシ樹脂８により封止固定されている。

【００５１】本実施例でも、透明基板２、３の間に注入
する液晶４は第３実施例と同じ液晶を用いている。ま
た、液晶光学素子１の前方には、第３実施例と同様に偏
光板１１が配置されている。

【００５２】上記構成の液晶光学素子１にほぼ平行な光
を入射すると、駆動電源６が電圧を印加しない場合に
は、図４下部の電圧無印加領域に示すように、偏光板１
１を通った入射光の偏光方向に対する液晶４の屈折率が
1.59となり、透明基板２の屈折率1.49と相違し透明基板
３の屈折率とは一致するため、フレネルレンズ２ａのみ
が凸レンズ機能を発揮して、入射光を集光することにな
る。従って、この場合には、映像を前方のスクリーンに
投射する際の凸レンズとして利用することができるよう
になる。また、駆動電源６が交流の矩形波電圧を印加し
た場合には、入射光に対する液晶４の屈折率が1.49とな
り、透明基板２の屈折率と一致し透明基板３の屈折率1.
59とは相違するため、レンティキュラーレンズ３ａのみ
が機能して、図４上部の電圧印加領域に示すように、入
射光を散乱させることになる。従って、この場合には、
液晶光学素子１が白濁した不透明状態となり、ここに映
像を投射すればスクリーンとして利用することができる
ようになる。

【００５３】なお、上記第３実施例及び第４実施例で
は、液晶光学素子１が透明状態となる場合の入射光の偏
光方向を偏光板１１によって規制する必要があるので、
この偏光板１１により入射光量に無駄が生じる。しかし
ながら、液晶方式の投射型ディスプレイのように、映像
を作る際に既に光を偏光しているような場合には偏光板
１１を設ける必要がなくなるので、これらの実施例は特
に液晶方式の投射型ディスプレイに適している。また、
液晶の屈折率を変化させる液晶光学素子として液晶レン
ズが従来から利用されているが、これは液晶レンズ自身
の焦点距離を変化させるものであり、これらの実施例の
ようにレンティキュラーレンズ３ａと組み合わせて光散
乱状態と作り出すものは従来存在しなかった。

【００５４】図５及び図６は本発明の第５実施例を示す
ものであって、図５は投射型ディスプレイを背面投射型
として用いた場合の光学系の構成を示す縦断面図、図６
は投射型ディスプレイを前面投射型として用いた場合の
光学系の構成を示す縦断面図である。

【００５５】本実施例では、上記第１実施例〜第４実施
例のいずれかの液晶光学素子１を液晶方式の投射型ディ
スプレイに用いている。

【００５６】この投射型ディスプレイは、背後にパラボ
ラミラー２１を配置した光源２２の前方に、フィルタ２
３、偏光板２４、液晶表示素子２５及び偏光板２６を配
置している。パラボラミラー２１は、光源２２からの光
をほぼ平行光線として前方に照射する。フィルタ２３
は、有害な赤外線と紫外線をカットするためのものであ
る。偏光板２４は、平行光線となった入射光の特定の偏
光方向の光のみを通過させるフィルタである。液晶表示
素子２５は、アクティブマトリクス方式によってカラー
映像光を透過させる表示デバイスである。偏光板２６
は、先の偏光板２４の偏光方向に対して直交する偏光方
向の光のみを通過させるフィルタであり、これによって
液晶表示素子２５が透過した光から映像成分のみ取り出
すようになっている。

【００５７】上記偏光板２６のさらに前方には、凸レン
ズ２７及び第１実施例〜第４実施例のいずれかの液晶光
学素子１が配置されている。凸レンズ２７は、入射した
映像の平行光を集光し、液晶光学素子１上及びその前方
に結像させることができるようになっている。

【００５８】上記構成の投射型ディスプレイは、背面投
射型として用いられる場合には、図５に示すように、凸
レンズ２７の位置を調整して、映像の平行光を液晶光学
素子１上に結像させる。また、この際、液晶光学素子１
の印加電圧又は加熱を制御して液晶光学素子１が光散乱
状態となるようにしておく。すると、凸レンズ２７によ
って液晶光学素子１に映像が投射され、この液晶光学素
子１の前方から映像を鑑賞することができるようにな
る。

【００５９】また、この投射型ディスプレイを前面投射
型として用いる場合には、図６に示すように、凸レンズ
２７の位置を調整して、映像の平行光を液晶光学素子１
よりも前方に結像させる。また、この際、液晶光学素子
１の印加電圧又は加熱を制御して、この液晶光学素子１
が透明状態となるようにしておくとともに、液晶光学素
子１の前方にスクリーン２８を配置する。すると、凸レ
ンズ２７によってこのスクリーン２８に投射された映像
を鑑賞することができるようになる。

【００６０】なお、前面投影型として用いる場合には、
投射する映像が背面投影型の場合とは左右逆になるの
で、液晶表示素子２５が形成する映像もこれに合わせて
変化させる必要がある。また、液晶光学素子１が透明状
態の場合に凸レンズ又は凹レンズの機能を有する場合に
は凸レンズ２７の焦点距離を補助することになる。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶光学素子によれば、液晶の光散乱状態と透明状態
とを変化させることにより、入射光を散乱させる状態と
入射光をフレネルレンズ等のレンズで屈折させて集光又
は発散させる状態との間で切り替えることができる。ま
た、液晶の屈折率を変化させることにより、入射光をレ
ンティキュラーレンズ等のレンズで散乱させる状態と、
入射光をこのレンズで屈折させずそのまま透過させる状
態との間で切り替えることができる。さらに、液晶の屈
折率を変化させることにより、入射光を一方のレンティ
キュラーレンズ等のレンズで散乱させる状態と、入射光
を他方のフレネルレンズ等のレンズで集光又は発散する
ように屈折させる状態との間で切り替えることができる
ようになる。

【００６２】また、上記液晶光学素子を画像投影装置に
用いれば、この液晶光学素子の光散乱状態と透明状態と
の切り替えにより、背面投射型と前面投射型を兼用する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、液晶
光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例を示すものであって、液晶
光学素子の常温状態と加熱状態を示す縦断面図である。

【図３】本発明の第３実施例を示すものであって、液晶
光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す縦断面図で
ある。

【図４】本発明の第４実施例を示すものであって、液晶
光学素子の電圧印加状態と無印加状態を示す縦断面図で
ある。

【図５】本発明の第５実施例を示すものであって、投射
型ディスプレイを背面投射型として用いた場合の光学系
の構成を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第５実施例を示すものであって、投射
型ディスプレイを前面投射型として用いた場合の光学系
の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 液晶光学素子 ２ 透明基板 ２ａ フレネルレンズ ３ 透明基板 ３ａ レンティキュラーレンズ ４ 液晶 ５ ＩＴＯ電極膜 ６ 駆動電源 ９ 透明ヒータ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して設けられている一対の透明基板
   と、 該一対の透明基板の間に封入されており、少なくとも第
   １の状態と第２の状態のどちらかの状態をとり得る液晶
   と、 該一対の透明基板の少なくとも一方のうちの該液晶側に
   形成されている、光を集光あるいは発散させる光学部材
   と、 該第１の状態及び該第２の状態を切り換える液晶制御手
   段と、を備えている液晶光学素子であって、 該液晶が該第１の状態をとるときには光を散乱させ、該
   液晶が該第２の状態をとるときには光を集光あるいは発
   散させる液晶光学素子。
2. 【請求項２】 前記光学部材がフレネルレンズである、
   請求項１に記載の液晶光学素子。
3. 【請求項３】 対向して設けられている一対の透明基板
   と、 該一対の透明基板の間に封入されており、少なくとも第
   １の状態と第２の状態のどちらかの状態をとり得る液晶
   と、 該一対の透明基板の少なくとも一方のうちの該液晶側に
   形成されている、光を散乱させる光学部材と、 該第１の状態及び該第２の状態を切り換える液晶制御手
   段と、を備えている液晶光学素子であって、 該液晶が該第１の状態をとるときには光を透過し、該液
   晶が該第２の状態をとるときには光を散乱させる液晶光
   学素子。
4. 【請求項４】 前記光学部材がレンティキュラーレンズ
   である、請求項３に記載の液晶光学素子。
5. 【請求項５】 第１の透明基板と、該第１の透明基板に
   対向して設けられている第２の透明基板とからなる一対
   の透明基板と、 該一対の透明基板の間に封入されており、少なくとも第
   １の状態と第２の状態のどちらかの状態をとる液晶と、 該第１の透明基板の該液晶側に形成されている、光を集
   光あるいは発散させる第１の光学部材と、 該第２の透明基板の該液晶側に形成されている、光を散
   乱させる第２の光学部材と、 該第１の状態及び該第２の状態を切り換える液晶制御手
   段と、を備えている液晶光学素子であって、 該液晶が該第１の状態をとるときには光を散乱させ、該
   液晶が該第２の状態をとるときには光を集光あるいは発
   散させる液晶光学素子。
6. 【請求項６】 前記第１の光学部材がフレネルレンズで
   あり、前記第２の光学部材がレンティキュラーレンズで
   ある、請求項５に記載の液晶光学素子。
7. 【請求項７】 前記液晶の相転移を起こすために該液晶
   を加熱する加熱手段をさらに備えており、前記液晶制御
   手段は該加熱手段を制御することにより、前記第１の状
   態及び前記第２の状態を切り換える、請求項１、３また
   は５に記載の液晶光学素子。
8. 【請求項８】 前記一対の透明基板上に形成された透明
   電極と、前記液晶の分子配列を変化させるために該透明
   電極に電界を印加する電界印加手段とをさらに備えてお
   り、前記液晶制御手段は該電界印加手段を制御すること
   により、前記第１の状態及び前記第２の状態を切り換え
   る、請求項１、３または５に記載の液晶光学素子。
9. 【請求項９】 該液晶の相転移を起こすために該液晶を
   加熱する加熱手段と、前記一対の透明基板上に形成され
   た透明電極と、該液晶の分子配列を変化させるために該
   透明電極に電界を印加する電界印加手段とをさらに備え
   ており、前記液晶制御手段は該加熱手段と該電界印加手
   段とを制御することにより、前記第１の状態及び前記第
   ２の状態を切り換える、請求項１、３または５に記載の
   液晶光学素子。
10. 【請求項１０】 光を発生する光源と、 該光を受け取り、該光を画像光に変換して出射する液晶
    表示素子と、 該画像光を投影する投影手段と、を備えている画像投影
    装置であって、 投影された該画像光を受け取る請求項１、３または５に
    記載の液晶光学素子をさらに備えている画像投影装置。