JPH0820631B2 - 熱書込み液晶投射型ディスプレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱書込み液晶投射型ディスプレイに関し、特
に液晶ライトバルブを用いた高精細表示可能な熱書込み
液晶投射型ディスプレイに関する。

〔従来の技術〕

近年、コンピュータを用いた画像処理や新聞紙面の編
集あるいはLSIの設計においては、高精度かつ部分的に
書き替え可能なディスプレイが望まれている。従来用い
られているCRT（陰極線管）では分解能を2000本以上に
上げることは難しく、電子ビームの走査速度も早くなる
ために画面にチラツキを生じてしまう。また、ストレー
ジ管を用いたディスプレイ装置は蛍光体の劣化を防ぐた
めに画面輝度を低くしてあり、しかも部分的な消去がで
きない上に装置が高価となっている。

また、分解能が2000本以上の高精度ディスプレイとし
ては液晶に対しレーザ光で熱書込みをするディスプレイ
がある。

第３図はかかる従来の一例を説明するための液晶ライ
トバルブの断面図である。

第３図に示すように、液晶ライトバルブ30にレーザ光
31による走査で画像を記録し、投射光32を入射および反
射させて上記画像を表示することができる。この液晶ラ
イトバルブ30は光吸収膜35,光反射膜36,液晶配向膜38を
形成したガラス基盤33と、透明電極膜37,液晶配向膜38
を形成したガラス基盤34とでスメクチック液晶等の液晶
材39をはさんだ構造である。レーザ光31が液晶ライトバ
ルブ30に入射するとレーザ光31が光吸収膜35に吸収され
て熱に変換され、この熱が光反射膜36および液晶配向膜
38を伝わって液晶材39の温度を上昇させる。また、前述
のスメクチック液晶は温度を上昇することによってネマ
チック相，液体相に変化する。従って、レーザ光31を取
り除いた時に急冷されて生じる液体状態のランダムな液
晶分子の配向状態の凍結された散乱核が投射光32によっ
て読み出されスクリーン上に画素として表示される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の熱書込み液晶投射型ディスプレ
イは液晶の散乱および非散乱画素をシュリーレン光学系
により投射表示するものであるから、画像のコントラス
トは液晶の散乱状態に依存してしまい、本質的にコント
ラストを高くすることはできないという欠点がある。

また、コントラストを高める手段として書込みレーザ
光の出力を高くすることがあるが、高出力のレーザ装置
を使用すると表示装置そのものが大きくなってしまうと
いう欠点がある。更に、書込み速度を遅くしてもコント
ラストを高くすることができるが、これも一画面表示す
るのに多大な時間を要するという欠点がある。

本発明の目的は、画像のコントラストを高くするとと
もに、書込み速度を向上させる熱書込み液晶投射型ディ
スプレイを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の熱書込み液晶投射型ディスプレイは、液晶ラ
イトバルブと、光走査書込み光学系と、偏光子および検
光子を備え前記光走査書込み光学系により前記液晶ライ
トバルブに描かれた像を投影する投影光学系とを有し、
前記偏光子と検光子の偏光軸が前記液晶ライトバルブの
液晶水平配向方向に対しほぼ45度の方向になるように構
成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の原理の説明
するための液晶セルの各種状態を示す斜視図である。

第１図（ａ）は液晶セル1aにおける液晶分子がガラス
基盤1b,1c面に対し垂直に並んだ垂直配向（ホメオトロ
ピック）の場合、第１図（ｂ）は水平に並んだ水平配向
（ホモジニアス）の場合、第１図（ｃ）はレーザ光によ
り画像が書込まれた散乱状態の場合をそれぞれ示し、偏
光子と検光子にそれぞれ相当する偏光板（図示省略：液
晶セル1aの左側および右側に配置）が液晶セル1aの両面
に配置し、且つこれらの偏光板の偏光軸（両方向矢印）
と液晶水平配向方向〔第１図（ｂ）の上下方向〕との成
す角が45゜になるように配置した場合の入射光の光学的
（偏光）特性を表わしている。ここで、入射光は自然光
であるが、液晶セル1aの左側に配置される偏光板を透過
すると、液晶水平配向方向に対し45゜の偏光方向を有す
る直線偏光に変換されて液晶セル1aに入射する。

すなわち、液晶は液晶分子の長軸方向に光学軸を持つ
屈折率異方性がある。ただし、第１図（ａ）に示すよう
に、垂直配向の場合、入射した直線偏光は、偏光状態を
変化させずに液晶セル1aをそのまま透過する。したがっ
て、この光が左側配置の偏光板（偏光子）と同じ偏光軸
を持つ右側配置の偏光板（検光子）を透過しても、右側
配置の偏光板のわずかな吸収を除いて、その透過光量は
変化しない。

一方、第１図（ｂ）に示すように、水平配向の場合、
液晶水平配向方向との成す角が45゜の偏光方向を持つ直
線偏光が入射すると、常光成分と異常光成分の間に位相
ずれが生じ、その透過光は一般には楕円偏光となる。こ
の位相ずれの量は液晶の複屈折と液晶層厚に依存し、し
かも位相ずれの量は液晶分子の長軸方向との成す角が45
゜のときに最も大きくなる。例えば、位相ずれが90゜お
よび270゜の場合に、液晶セル1aの透過光は円偏光にな
り、また位相ずれが180゜の場合は、偏光方向が90゜回
転した直線偏光になる。

このような偏光状態の透過光に対し、液晶セル1aの左
側に配置される偏光板（偏光子）と同じ偏光軸を持つ液
晶セル1aの右側に偏光板（検光子）を配置すると、その
透過光量は偏光状態に応じて減少する。例えば、位相ず
れが90゜および270゜の場合は円偏光になるので、透過
光量は半分になり、また位相ずれが180゜の場合は直交
する直線偏光になるので、透過光量は零になる。尚、一
般の楕円偏光の場合は、その偏光状態に応じて透過光量
が減少する。

次に、本発明の熱書込み液晶投射型ディスプレイとの
関係について述べると、液晶セル1aに代表された後述の
液晶ライトバルブは、書込まれた画像を消去するための
消去電圧印加時に第１図（ａ）の垂直配向を示し、この
状態がスクリーン上で白画面となる。また、液晶セル1a
を徐冷した場合に第１図（ｂ）の水平配向を示すが、こ
の状態は直接表示には利用されない。そして、書込み画
素は第１図（ｃ）の散乱状態を示し、この状態がスクリ
ーン上で黒くなる。この書込み画素の散乱状態は、ガラ
ス基盤1b,1cや周囲の液晶状態による配向規制力が加わ
り、完全に等方的に散乱状態にはならず、水平配向成分
や垂直配向成分を有する。このため、従来のシュリーレ
ン光学系を用いた投射、すなわち正反射のみをスクリー
ン上に投射する方法では、コントラストの向上に限界が
ある。逆に言うと、書込み画素が水平配向成分を有して
いるので、直線偏光を入射させると、第１図（ｂ）と同
様に、その透過光は楕円偏光になる。そこで、シュリー
レン光学系に加えて直線偏光を用いた投射を行うと、散
乱画素の水平配向成分が入射直線偏光光に位相ずれを生
じさせ、透過光を楕円偏光に変化させる。したがって、
検光子により散乱画素を透過した光量のみを低減できる
ので、画像のコントラストを向上させることができる。

本発明は以上の原理に基づき、偏光子と検光子を用い
ることにより、高コントラストの投射表示が可能にな
る。すなわち、本発明の熱書込み液晶投射型ディスプレ
イの投射光学系は、従来のシュリーレン光学系に加えて
偏光子と検光子を備え、前記偏光子と検光子の偏光軸が
液晶の水平配向方向に対しほぼ45゜の方向になるように
することにより、散乱画素の位相ずれを大きく変化させ
て透過光量を減少させるので、装置構成を大きく変更す
ることなく高コントラストの画像表示可能な熱書込み液
晶投射型ディスプレイを得ることができる。

第２図は本発明の一実施例を説明するための熱書込み
液晶投射型ディスプレイの構成図である。

第２図に示すように、液晶ライトバルブ１は従来の液
晶ライトバルブと同じ反射型のものであるが、光走査光
学系２はレーザ光源とレーザ光３を二次元的に走査する
スキャニングミラーを含み、このスキャニングミラーと
しては、ガルバノメータ・スキャナや共振型スキャナ，
ポリゴンミラースキャナ等を用いることができる。ま
た、前記液晶ライトバルブ１に画像を書込むには、レー
ザ光３を二次元的に走査するとともに画像データに対応
したスイッチング操作を行う。また、液晶ライトバルブ
１に画像を書込むための書込みレンズ４は、レーザ光３
を書込むために必要なエネルギー密度を持つように集光
するためのレンズであり、本実施例では走査に線形性を
持たせるために−θレンズを用いている。

一方、投射光学系は、ハロゲンランプやキセノンラン
プ等の白色光源からなる光源５と、シュリーレン光学系
を構成する投射レンズ7,8および反射ミラー10と、偏光
板９とから構成されている。この構成により、液晶ライ
トバルブ１に書き込まれた散乱，非散乱画素のうち非散
乱画素からの反射光（正反射光）のみを投射光11として
スクリーン12上に投射させ、白黒の画像表示を得ること
ができる。前述した偏光板９はここでは偏光子及び検光
子を兼ね、その偏光軸が液晶ライトバルブ１の液晶水平
配向に対し45度の方向になるように配置してある。しか
るに、光源５より二つの投射レンズ7,8により得られる
入射光６は偏光板９によって直線偏光光として液晶ライ
トバルブ１に入射されるが、散乱画素の部分のみ液晶の
複屈折により位相が変化され、その反射光は楕円偏光に
なる。従って、検光子としても作用する偏光板９によ
り、散乱画素の光量すなわちスクリーン上に黒画素とし
て投射される部分の光量をさらに低くすることができる
ので、コントラストの高い画像をスクリーン12上に投射
することができる。

上述した本実施例の熱書込み液晶投射型ディスプレイ
によれば、散乱画素の光量を1/3に低減でき、装置構成
を大きく変更せずに３倍以上の高コントラスト画像の表
示を実現し、且つコントラストが従来と同じ画素であれ
ば２倍以上の速度で表示することができるという利点が
得られる。

なお、本実施例は反射型の液晶ライトバルブについて
説明したが、透過型の液晶ライトバルブでも同様に適用
することができる。また、偏光子および検光子として偏
光板を使用したが、偏光ビームスプリッタのように不定
偏光光から直線偏光光を得る光学素子を用いても良く、
その位置は偏光子を光源５から液晶ライトバルブ１まで
の間に設け、且つ検光子を液晶ライトバルブ１からスク
リーン12までの間に設けていれば、同様の結果を得るこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の熱書込み液晶投射型デ
ィスプレイは従来のシュリーレン光学系に加えて偏光を
利用した投射光学系を用いることにより、画像コントラ
ストを従来の数倍以上に高くするとともに、書込み速度
を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の原理を説明す
るための液晶セルの各種の状態を示す斜視図、第２図は
本発明の一実施例を説明するための熱書込み液晶投射型
ディスプレイの構成図、第３図は従来の一例を説明する
ための液晶ライトバルブの断面図である。 １……液晶ライトバルブ、２……光走査光学系、３……
レーザ光、４……書込みレンズ、５……光源、６……入
射光、7,8……投射レンズ、９……偏光板、10……反射
ミラー、11……投射光、12……スクリーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶ライトバルブと、光走査書込み光学系
   と、偏光子および検光子を備え前記光走査書込み光学系
   により前記液晶ライトバルブに描かれた像を投影する投
   射光学系とを有し、前記偏光子と検光子の偏光軸が前記
   液晶ライトバルブの液晶水平配向方向に対しほぼ45度の
   方向になるようにしたことを特徴とする熱書込み液晶投
   射型ディスプレイ。