JPH03228024A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、φ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、光源の発熱にょるｃ残品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。

この屈折率の一致を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１ｉｔ）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か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（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Ｊ 本発明は、前述の課題を解決すべ（なされたものであり
、投射用光源と、その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、その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（ｎｏ）とほぼ−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
ートを配置した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ドＪ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′
ｒｉ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数保持
され、その硬化物マトリクスの屈折率（ｎ、）が使用す
る液晶物質の常光屈折率（ｎｏ）と一致するか一致しな
いかにより、電気的に散乱状！註と透過状態とを制画し
つる液晶複合体を挟持した透過−赦乱型計品表示累子を
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ｉｊｉ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、７後高表示素子への入
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した後の透過光（散乱されずに
直進する光）の内、ｉ↓めに出９１する透過光成分を低
減することかでき、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状になっている
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（でもよく、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
体を挾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りラッド材で
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り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、で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（ロリに光が漏れていく。

光ファイバーのコアファイバーの屈折率ｎ１トクラッド
材の屈折ｌ二ｎ２との差△ｎ＋ｚ　＝ｎ＋　　ｎｚによ
り、空気中から入’ｌＩして（る光に対する開口数（Ｎ
Ａ）、即ち、反ｑＩする叩度の入射角である最大許容人
！Ｉｌｆすが決まる。このため、光ファイバーのコアフ
ァイバーの屈折率〇、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）が充分にあれば、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、ＲＧＢａ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、）が使用
する液晶物質の常光屈ギ辛ｆｎｏ）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、ＴＰＴ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
彩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（、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（、
千ツマ−、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、％ｍ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、注入口を封止して後、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、
スピンコード、印刷、デイ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、生産性か
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、基板間隙制御利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、でもよい。

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か３〜５０ｍ５ｅｃ
程度、電圧除去の立ち下がりｌＯ〜８０ｍ５ｅｃ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り　ａ なお、この液晶複ぎ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、散乱状態でのへイズ値は
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ｆｎ−）が、使用する液晶物質の常光
屈折率（ｎｏ）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があまり太き（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□）が使用する液晶物質の常
光屈折率（ｎｏ）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、配列しでいない液
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、ｉ極のない部
分は光が散乱され、画素部分ｋＪ外の部分に遮光膜を設
けなくても、光が環９寸スクリーンに到達しないため、
里く見久る。このことにより、画素電極以外の部分から
の光の、届れを防１１−するために、画素電極［プ外の
部分を連光ｌｌ！２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初市、も有する
。

この場合、持に、元ファイバープレートの個ケの光ファ
イバーのコアファイバー部分が各画素電極部にン１応し
、クラッド材部分が各隣接画素電中間陣部分に対応して
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１画素ｒ、ｊｌ　５１の不要な光を
除去しゃすくなる。

二）１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（ｎｏ）と硬化物マトリクスの屈折率（ｎｍ）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、　ｌ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、）が使用する液晶物質の
常光屈折率（ｎｏ）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、Ｉｎ２０ａ−ＳｎＯ□（Ｉ　
ＴＯ）、ＳｎＯ□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・夕９目基
板がし、ようできる。

なお、電極は通常は透明電極とされるが、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ＴＰＴ　（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、ＰＩ
Ｎダイオード等の２端子素子を用いる場合には、対向電
極基板はストライブ状のパターニングをされる。

また、能動素子として、ＴＰＴ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（、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
クスの屈折率か使用する液晶物質の常光屈折率（ｎｏ）
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、電界を開力り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
膜を形成しなくてよい。このため、能Φカ素子として多
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（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、Ｔ
ＰＴ等では高い電圧を印加できない。しかし、−Ｍ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、紫外線カツ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か例示され、特に
、光叩射によって重合硬化するアクノルオリゴマーを含
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（ｎｌ）がその液晶物質の常光屈折率（ｎ。）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。

このようにイ夜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ｉ卸する必要
もなく、透過状態と散乱状態とを制御しつる液晶表示素
子を極めて生産性良く製造できる。

本発明の投射用光（原としては、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ｑ１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ツトフィルター、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
る拡散光を減する装置、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りラッド
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ｎ３、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＋１は入射角θ。で、屈折率ｎ。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で屈折し、クラット材と
の界面に入射角９０゜θ１で入射する。

、＠たす０３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、５ｎｅｌｌの法則により、θ０とθ、との関係は
、ｎｏ　ｓｉｎθ。＝旧ｓｉｎθ１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。が（１）式を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計しない。

（１１式より、臨界角θｃはｎ３、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
°以下であれば使用できる。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
くか好ましい。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
属細径バイブ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（光ファイバー中の光伝搬現象でないた
め、元利用土が低いとともに、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１列コ 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ＴＰＴ
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″′のもを使用した。

前記液晶表示素子は、２−工・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ｒＥ−８Ｊ６２部とを混合溶解した液を、各画
素電極にＴＰＴ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７１〜リクス中の液晶分ｎ々物
の平均径的１９μｍ、液晶物質の屈折率異方性△ｎは約
０２４、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か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枚のイ汝品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７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ブレトのコアファイバー
径は１０μｍ、屈折率１７６の鉛ガラスと厚さ約ＩＬＬ
ｍ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４８０ｎ
ｍ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、ｄＲ
＞ｄｃ＞ｄａ、ＲＲ＞　Ｒａ＞　Ｒａとする二とが好ま
しい。また、光ファイバープレートの色による臨界角θ
ｃをＯＣＲ＜θｃｏ＜θｃＢとするようにしてもよい。

なお、夫々、＋６８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、ＴＰＴ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、ＴＰＴの遮光７曹を省略したり、簡便
化することが可能になジ。

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、散乱光除去手段を付加しないと、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
設けな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
を制御しつ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（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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）投射用光源と、その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、その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たことを特徴とする投射型液晶表示
   装置。
2. （２）請求項１において、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。
3. （３）請求項２において、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。
4. （４）請求項１〜３のいずれかにおいて、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。