JP2000330114A - 直視型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広視野角で黒表示ができ、かつ色調変化のな
い直視型ディスプレイを提供する。 【解決手段】 光源２と、光源２から出射される読み出
し光を選択的に偏光分離し、第１偏光成分を反射し、前
記第１偏光成分と直交する第２偏光成分を透過する偏光
変換手段４と、前記第１の成分を前記第２偏光成分に光
変調を行う液晶層１３と前記第２偏光成分を反射させる
画素電極１０及び前記画素電極１０に対向配置させた共
通電極１５とからなる反射型空間光変調部６とを備えた
直視型ディスプレイ１において、反射型空間光変調部６
と偏光変換手段４との間に液晶層１３のリタデーション
に対して大きさが略同一で、液晶層１３のリタデーショ
ンを打ち消す特性を有する位相差フィルム１７を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直視型ディスプレ
イに関し、特に、黒表示が視野角に依存せず、広範囲の
視野角において色調変化のない直視型ディスプレイに関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近、画像を拡大して直視するヘッドマ
ウントディスプレイ等の直視型ディスプレイの要望が高
まっている。このような直視型ディスプレイについて図
５及び図６を用いて説明する。図５は、従来の直視型デ
ィスプレイに用いられる反射型空間光変調部を示す図で
ある。図６は、従来の直視型ディスプレイを示す図であ
る。図６中、反射型空間光変調部１８は、シリコン基板
８、画素電極１０を有する画素電極層１１、液晶層１３
及び透明ガラス板１６のみを図示してあり、その他の構
成は省略してある。

【０００３】図５に示すように、反射型空間光変調部１
８は、シリコン基板８上に形成されたアクティブマトリ
クス駆動回路９と、このアクティブマトリクス駆動回路
９によって選択的に制御駆動される画素電極１０をマト
リクス状に規則的に配列せしめた画素電極層１１と、配
向膜１２と、液晶層１３と、配向膜１４及び透明な共通
電極１５を備えた透明ガラス板１６とを順次積層した構
成を有している。

【０００４】ここで、液晶層１３には、負の誘電率異方
性を有するネマティック液晶が用いられ、このネマティ
ック液晶の中で、特に、長い電荷保持時間を有するフッ
素系液晶化合物が用いられている。このネマチック液晶
は、初期状態（電圧を印加しない状態）でその液晶分子
の長軸がシリコン基板８の表面に対して垂直あるいは僅
かな傾きをもつホメオトロピック配向を有している。こ
のネマチック液晶の光変調率は、液晶分子の長軸がシリ
コン基板８の表面に対する法線となす角を大きくするこ
とによって、大きくすることができる。一般に、液晶分
子の配向制御は液晶層１３に入射する光の波面の方向に
対して最もリタデーションが大きくなる４５°方向が選
択される。なお、液晶層１３のリタデーションは液晶層
１３の屈折率異方性とその厚さの積として表わされる。

【０００５】次に、この反射型空間光変調部１８の作用
を説明する。画像信号電圧が液晶層１３に印加された状
態で、読み出し光を透明ガラス板１６側から入射させる
と、この読み出し光は、画像信号電圧に応じて液晶層１
３で光変調された後、画素電極１０によって反射され、
再び液晶層１３で光変調されて透明ガラス板１６から画
像情報光として出射する。この透明ガラス板１６から放
出された画像情報光を直視することによって画像表示を
行うことができる。

【０００６】次に、この反射型空間光変調部１８を用い
た従来の直視型ディスプレイ１９について図６を用いて
説明する。図６に示すように、従来の直視型ディスプレ
イ１９の構成は、光源２と、光源２から出射される不定
偏光の読み出し光を平行光にするコンデンサレンズ３
と、前記読み出し光を選択的に偏光分離し、Ｓ偏光成分
（もしくはＰ偏光成分）を反射し、前記Ｓ偏光成分（も
しくはＰ偏光成分）と直交するＰ偏光成分（もしくはＳ
偏光成分）を透過する偏光ビームスプリッタ４と、前記
反射されたＳ偏光成分（もしくはＰ偏光成分）を画像情
報に応じて液晶層１３で光変調してＰ偏光成分（もしく
はＳ偏光成分）にした後、画素電極１０で反射させて、
再び液晶層１３で光変調し、透明ガラス板１６側から出
射する反射型空間光変調部１８と、反射型空間光変調部
１８から出射したＰ偏光成分（もしくはＳ偏光成分）を
偏光ビームスプリッタ４に再入射させ、通過させた後、
必要に応じて配設され、虚像の画像を観測位置Ｍの観察
者側に結像するレンズ７とからなる。

【０００７】次に、この直視型ディスプレイ１９の作用
について説明する。光源２から出射された不定偏光の読
み出し光をコンデンサレンズ３で平行にした後、偏光ビ
ームスプリッタ４に入射させ、この偏光ビームスプリッ
タ４により選択的に偏光分離された読み出し光のうち、
Ｐ偏光成分（Ｓ偏光成分）を透過させ、Ｓ偏光成分（Ｐ
偏光成分）を反射し、このＳ偏光成分（もしくはＰ偏光
成分）を反射型空間光変調部１８に入射させる。前記Ｓ
偏光成分（もしくはＰ偏光成分）は、反射型空間光変調
部１８の液晶層１３において、画像情報に基づきＰ偏光
成分（もしくはＳ偏光成分）に光変調される。

【０００８】この後、この画像情報を含むＰ偏光成分
（もしくはＳ偏光成分）を反射型空間光変調部１８の画
素電極１０で反射させた後、再び液晶層１３で光変調
し、反射型空間光変調部１８の透明ガラス板１６側から
出射させ、再度偏光ビームスプリッタ４に入射させ、更
に透過させ、次にレンズ７で拡大した虚像の画像を観測
位置Ｍの観察者側に結像する。このようにして、観察者
は、この拡大された虚像からなる仮想の画像を見ること
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すように、反射型空間光変調部１８が黒表示の場合、
観察者がレンズ７の斜め方向（図６中では斜め下方）の
観測位置Ｍ₀から見ると、観察者は液晶層１３を斜め方
向から見ることになるので、液晶層１３のリタデーショ
ンが異なるため、光漏れを生じ、黒表示として見ること
ができなくなる。更に、このことについて図７を用いて
詳細に説明する。図７は、観察者が斜め方向から反射型
空間光変調部１８の液晶層１３を見たときの様子を示す
図である。図７中、反射型空間光変調部１８を示し、こ
の反射型空間光変調部１８の構成のうち説明に必要な画
素電極１０、液晶層１３及び透明ガラス板１６を示し、
その他は省略してある。

【００１０】図７に示すように、反射型空間光変調部１
８が黒表示の場合には、液晶層１３の液晶分子の長軸方
向は画素電極１０に略垂直に配列している。この状態を
液晶層１３の液晶分子を正面の観測位置Ｍからみると、
屈折率異方性を生じないため液晶層１３にリタデーショ
ンを生じない。このため、液晶層１３に光変調作用はな
く、観察者は、黒表示として見ることができる。一方、
液晶層１３の液晶分子を斜め方向の観測位置Ｍ₀から見
ると、屈折率異方性を生じるため、液晶層１３にリタデ
ーションを生じる。このため、液晶層１３に光変調作用
を生じ、観察者は、黒表示として見ることができない。
即ち、観察者は、反射型空間光変調部１８から出射した
光を漏れ光として観測することになる。

【００１１】このように、反射型空間光変調部１８が黒
表示の場合、観察者は観測位置によって黒表示として見
ることができなかった。また、この光漏れのためにコン
トラスト比の低下を生じていた。更に、液晶層１３中の
液晶分子は電界の大きさに応じて傾きを変化させるた
め、視野角の変化に対して液晶層１３のリタデーション
が異なって観察されるので、観察者の観測位置によっ
て、色調が変化して見えるといった問題を生じていた。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであ
り、広視野角で黒表示ができ、かつ色調変化のない直視
型ディスプレイを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の直視型ディスプ
レイは、光源と、光源から出射される読み出し光を選択
的に偏光分離し、第１偏光成分を反射し、前記第１偏光
成分と直交する第２偏光成分を透過する偏光変換手段
と、前記第１の成分を前記第２偏光成分に光変調を行う
液晶層と前記第２偏光成分を反射させる画素電極と前記
画素電極に対向配置する共通電極とからなる反射型空間
光変調部とを備えた直視型ディスプレイにおいて、前記
反射空間光変調部と前記偏光変換手段との間に前記液晶
層のリタデーションに対して大きさが略同一で、前記液
晶層のリタデーションを打ち消す特性を有するポリカー
ボネイトからなる位相差フィルムを設けたことを特徴と
する。第２の発明は、請求項１記載の直視型ディスプレ
イにおいて、前記画素電極の中央部近傍に対応する前記
共通電極位置に前記共通電極の一部を除去した非電極領
域を形成したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の直視型ディスプレ
イについて、図１乃至図４を用いて説明する。従来技術
と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明の直視型ディスプレイを示す図である。
図２は、本発明の直視型ディスプレイに用いられる反射
型空間光変調部を示す図である。図３は、共通電極位置
に前記共通電極の一部を除去した非電極領域を形成した
時の共通電極と画素電極との間の電界の様子を示す斜視
図である。図３中、反射型空間光変調部６の構成とし
て、説明に必要な画素電極１０を有する画素電極層１
１、液晶層１３及び共通電極１５のみを示し、それ以外
の構成は省略してある。図４は、本発明の直視型ディス
プレイのコントラスト比の特性を示す図である。図４
中、縦軸はコントラスト比、横軸は視野角であり、Ａは
本発明の直視型ディスプレイ、Ｂは従来の直視型ディス
プレイの場合である。視野角は、図１中の直視型ディス
プレイにおいて、反射型空間光変調部６の透明ガラス板
１６の中心を０度として上側を＋、下側を−で表してい
る。

【００１４】図１に示すように、本発明の直視型ディス
プレイ１の構成は、従来の直視型ディスプレイ１９の代
わりに反射型空間光変調部６と偏光ビームスプリッタ４
との間に位相差フィルム５を設けたものである。また、
図２に示すように反射型空間光変調部６の画素電極１０
の中央部近傍に対応する共通電極１５位置にこの一部を
除去した非電極領域１７を形成したもので、それ以外は
従来の直視型ディスプレイ１９と同様である。

【００１５】本発明の直視型ディスプレイ１の作用は、
従来の直視型ディスプレイ１９と同様であるので説明を
省略する。

【００１６】ここで、本発明の実施形態によれば、反射
型空間光変調部６が黒表示である場合、観察者は、どの
ようにして視野角に依存せず黒表示として見ることがで
きるようになるのか、また反射型空間光変調部６が画像
表示している場合、観察者は、どのようにして視野角に
依存せず表示画像の色調通りの画像として見ることがで
きるようになるのかについて以下に説明する。まず始め
に、反射型空間光変調部６が黒表示である場合、観察者
は、どのようにして視野角に依存せず黒表示として見る
ことができるようになるのかについて説明する。図１に
示すように、読み出し光を反射型空間光変調部６の透明
ガラス板１６側から入射させ、液晶層１３で光変調さ
せ、画素電極１０で反射した後、反射型空間光変調部６
から出射し、位相フィルム５を通過し、観察者に観測さ
れる光強度Ｉは数１のようになる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、数１中、Ｒ_LC（λ、θ、Ｖ）は液
晶層１３のリタデーション、Ｒ_F（λ、θ）は位相差フ
ィルム５のリタデーション、λは読み出し光の波長、θ
は位相差フィルム５に入射する読み出し光の入射角、Ｖ
は液晶層１３に印加されている電圧である。数１より、
液晶層１３に電圧が印加されていない時（Ｖ＝０）に黒
表示である場合に観察者に黒表示として観察されるに
は、光強度Ｉが０となるから数２のようになる。

【００１９】

【数２】

【００２０】入射角θ、波長λの光に対して位相差フィ
ルム５のリタデーションは符号が反対で液晶層１３のリ
タデーションと大きさが等しい。即ち、液晶層１３が黒
表示の場合には、位相差フィルム５のリタデーションが
液晶層１３のリタデーションを打ち消す特性を備えた位
相差フィルム５を液晶層１３と共に用いれば、入射角
θ、波長λで入射した読み出し光によって表示された画
像を視野角に依存せず、観察者は、黒表示として見るこ
とができる。

【００２１】このような位相差フィルム５は、波長λの
光に対して、液晶層１３のリタデーションと大きさが略
同一で、かつこのリタデーションを打ち消すポリカーボ
ネイトを形成することによって得ることができる。な
お、位相差フィルム５は、反射型空間光変調部６の透明
ガラス板１６上に形成してもよい。

【００２２】次に、反射型空間光変調部６が画像表示し
ている場合、観察者は、どのようにして視野角に依存せ
ず表示画像の色調通りの画像として見ることができるよ
うになるのかについて説明する。図３に示すように、反
射型空間光変調部６の画素電極１０の中央部近傍に対応
する共通電極１５位置にこの一部を除去した非電極領域
１７（図３中の四角形）を形成すると、共通電極１５と
各画素電極１０との間に印加される電界は非電極領域１
７を中心とする逆角錐状となるので、液晶層１３中の液
晶分子はこの電界と所定の角度をなして逆角錐状の配列
をする。

【００２３】このように、液晶分子は非電極領域１７を
中心として対称になるので、反射型空間光変調部６の透
明ガラス板１６から入射する読み出し光に対する光変調
率は視野角に依存せず一定となる。即ち、液晶層１３の
リタデーションは一定となる。この結果、反射型空間光
変調部６の画素電極１０の中央部近傍に対応する共通電
極１５位置にこの一部を除去した非電極領域１７を形成
すれば、観察者は、視野角に依存せず反射型空間光変調
部６に表示された画像を色調通りの画像として見ること
ができる。なお、非電極領域１７の形状は四角形の場合
について説明したが、円形、Ｘ字形等やその他さまざま
な形状が選ばれる。

【００２４】次に、本発明の直視型ディスプレイ１のコ
ントラスト比の特性について調べた。図４に示すよう
に、本発明の直視型ディスプレイ１のコントラスト比は
従来の直視型ディスプレイ１９と比較して、広い視野角
を有しており、光漏れが大幅に低減していることを示し
ている。このように、反射型空間光変調部６と偏光ビー
ムスプリッタ４との間に位相差フィルム１７を設ける
と、観察者は、視野角に依存せず、黒表示として見るこ
とができることがわかる。本発明の実施形態の構成によ
れば、反射型空間光変調部６の画素電極１０の中央部近
傍に対応する共通電極１５位置にこの一部を除去した非
電極領域１７を形成し、反射型空間光変調部６と偏光ビ
ームスプリッタ４との間に位相差フィルム５を設けたの
で、観察者は、反射型空間光変調部６が黒表示である場
合に視野角に依存せず黒レベルとして見ることができ、
かつ反射型空間光変調部６に表示された画像を色調通り
の画像として見ることができる。本発明の実施形態で
は、ＭＯＳ型トランジスタの代わりにアモルファスシリ
コンやポリシリコンの薄膜トランジスタを用いても同様
の効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の直視型ディスプレイによれば、
反射空間光変調部と偏光変換手段との間に液晶層のリタ
デーションに対して大きさが略同一で、この液晶層のリ
タデーションを打ち消す特性を有するポリカーボネイト
からなる位相差フィルムを設けたので、観察者は、視野
角に依存せず、黒表示として見ることができる更に、画
素電極の中央部近傍に対応する前記共通電極位置に前記
共通電極の一部を除去した非電極領域を形成したので、
観察者は、視野角に依存せず、黒表示として見ることが
でき、かつ反射型空間光変調部に表示された画像を色調
通りの画像として見ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直視型ディスプレイを示す図である。

【図２】本発明の直視型ディスプレイに用いられる反射
型空間光変調部を示す図である。

【図３】画素電極の中心近傍に対応する共通電極位置に
形成された非電極領域を示す図である。

【図４】本発明の直視型ディスプレイのコントラスト特
性を示す図である。

【図５】従来の直視型ディスプレイに用いられる反射型
空間光変調部を示す図である。

【図６】従来の直視型ディスプレイを示す図である。

【図７】視野角によって液晶層のリタデーションが変化
する様子を説明するための図である。

【符号の説明】

１…直視型ディスプレイ、２…光源、３…コンデンサレ
ンズ、４…偏光ビームスプリッタ（偏光変換手段）、５
…位相差フィルム、６…反射型空間光変調部、７…レン
ズ、８…シリコン基板、９…アクティブマトリクス駆動
回路、１０…画素電極、１１…画素電極層、１２…配向
膜、１３…液晶層、１４…配向膜、１５…共通電極、１
６…透明ガラス板、１７…非電極領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H091 FA07X FA07Z FA10X FA10Z FA14Z FA26X FA26Z FA41Z FA50X FA50Z FB07 FB09 GA13 LA17 LA19 LA20 5G435 AA01 AA02 AA04 BB12 BB16 CC09 EE22 FF01 FF03 FF05 FF07 FF11 FF15 GG02 GG08 GG23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、光源から出射される読み出し光を
   選択的に偏光分離し、第１偏光成分を反射し、前記第１
   偏光成分と直交する第２偏光成分を透過する偏光変換手
   段と、前記第１の成分を前記第２偏光成分に光変調を行
   う液晶層と前記第２偏光成分を反射させる画素電極と前
   記画素電極に対向配置する共通電極とからなる反射型空
   間光変調部とを備えた直視型ディスプレイにおいて、 前記反射空間光変調部と前記偏光変換手段との間に前記
   液晶層のリタデーションに対して大きさが略同一で、前
   記液晶層のリタデーションを打ち消す特性を有するポリ
   カーボネイトからなる位相差フィルムを設けたことを特
   徴とする直視型ディスプレイ。
2. 【請求項２】前記画素電極の中央部近傍に対応する前記
   共通電極位置に前記共通電極の一部を除去した非電極領
   域を形成したことを特徴とする請求項１記載の直視型デ
   ィスプレイ。