JPH0895019A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面反射を分離することができる簡素な液晶表
示装置を提供すること。 【構成】ホログラムレンズ200 は、二枚の透明基板１、
３間に挟んだ乾板２に干渉縞（ホログラムパターン）を
焼付けたもので、入射する光に干渉を起こさせて光を屈
折させる。ホログラムレンズの下に配置された反射型液
晶パネル300 に対して、ホログラムレンズから出た光が
入射し、反射型液晶パネルからの反射光10が、来た光路
とはわずかに角度を変えて再びホログラムレンズに再入
射する。角度の異なる再入射の光に対しては何の干渉も
起こさず、再入射光はそのまま透過する。ホログラムレ
ンズ表面で発生する表面反射光11は、反射光10とは異な
る方向に進むため、反射型液晶パネルからの表示は液晶
パネルの正面で認識され、表面反射光11とは完全に分離
される。この液晶表示装置100 はフラットなホログラム
レンズのみで光学系が構成されるため、光学系が簡素な
構成となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関し、
特に、反射型液晶パネルを用いた液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像をスクリーン上に投影する表
示装置として液晶を利用することがおこなわれ、偏光板
のいらない高分子分散型液晶(PDLC 、散乱型液晶) を用
いた液晶表示装置が開発されており（例えば特開平5-16
5019号公報など）、主として散乱除去のための光学系を
組み合わせることで高輝度な画像を比較的容易に得るこ
とができる透過型の液晶表示装置が利用されている。こ
のPDLCは偏光板を用いないことから透過率が高く、また
発熱がないので、利用効率が良いけれども、現状は配線
等のために開口率が高く取れず、およそ50％程度に止ま
っている。これに対して反射型の散乱型液晶パネルを用
いる場合では、配線上に反射面を形成できるために、透
過型の開口率に相当する画素面積が大きくできる利点が
ある。通常、従来のシステムでは光学系が大がかりとな
るため、比較的光学系を小型化できて画素面積の大きく
できる反射型液晶パネルが利用されている。従って、散
乱型の液晶を反射光学系で用いることが多く検討されて
いるが、この場合、図１０に示すように、表面反射光１
１と信号光１０とが同一方向に反射されてしまい、画像
信号に関係なく発生する反射光１１がノイズ成分となっ
てコントラストが低下する。そのため、表面反射を出来
る限り低減すべく、図９に示すように光路をパネルに対
して、より垂直になるように光源９０を配置すること
で、表面からの反射成分を低減することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では光源９０と反射光１１とを重ならないようにする
ため、液晶パネル３００と光源９０との間隔を離してお
く必要があり、装置が大型化してしまう不便さがある。
それに対して図８に示すようなハーフミラー８０を用い
ることによって、完全な垂直入射による反射防止、信号
反射光分離は可能であるが、ハーフミラー８０という要
素によって光の利用効率が非常に低下する問題がある。

【０００４】そこでホログラムレンズが干渉縞の作り方
によって光路を変化させることに着目し、斜めから光を
入射させて光路を変化させることのできるホログラムレ
ンズの特性を利用する。従って本発明の目的は、表面反
射を分離することができる簡素な液晶表示装置を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、反射型の液晶パネルによる液晶表示
装置において、前記液晶パネルの前面に光の方向を制御
するホログラムレンズが配置され、該ホログラムレンズ
には、入射光が前記ホログラムレンズ面に対し垂直方向
から傾いて入射する場合に、該入射光が該ホログラムレ
ンズから前記液晶パネルに向かって進路を変えて射出さ
れるホログラムパターンが形成され、前記液晶パネルか
らの反射光が該ホログラムレンズに再入射する場合に、
該反射光が前記ホログラムレンズをそのまま透過する設
置角度に該液晶パネルが設置されていることである。

【０００６】また関連発明の構成は、前記設置角度が、
前記ホログラムレンズ面から、２°から１０°の間に傾
いた角度であることを特徴とする。さらに、前記設置角
度が、０°であって、前記ホログラムパターンは、前記
入射光が前記ホログラムレンズ面から前記液晶パネルに
向けて射出される角度として、該ホログラムレンズ面に
垂直な方向より２°から１０°の間に傾いた角度となる
パターンであることを特徴とし、あるいはまた、前記液
晶パネルと前記ホログラムレンズとの間に、前記液晶パ
ネルの基板および前記ホログラムレンズの基板と同程度
の屈折率である冷却媒体を流す構造であることを特徴と
する。

【０００７】本発明の構成はさらに、前記ホログラムパ
ターンが光源のスペクトルに含まれる任意の波長で多重
露光したホログラムパターンであることを特徴とする。
また別の特徴ある構成は、前記液晶パネルが、高分子分
散液晶である散乱型液晶パネルとなっていることであ
る。

【０００８】

【作用】ホログラムレンズは、図１に示すように、二枚
の透明基板１、３間に挟んだゼラチンを主成分とする感
光乾板２にレーザ等を用いて干渉縞（ホログラムパター
ン）を焼付けたもので、ある方向から入射する光に干渉
を起こさせて入射する光を屈折させる。そこでホログラ
ムレンズに対して特定の斜め方向から入射した光を、例
えばホログラムレンズにほぼ垂直な方向に射出させるよ
うなホログラムパターンを形成しておく。

【０００９】それで請求項１に示す構成のように、この
ホログラムレンズの下に配置された反射型液晶パネルに
対して、ホログラムレンズから出た光が入射し、反射型
液晶パネルからの反射光が、来た光路とはわずかに角度
を変えて再びホログラムレンズに再入射する。この再入
射の光に対して、ホログラムパターンは何の干渉もせず
再入射光をそのまま透過させる。ホログラムレンズ表面
で発生する反射光は、従って液晶パネルからの光とは異
なる方向に進む。そのため反射型液晶パネルからの表示
パターンは、ほぼ液晶パネルの正面で認識され、反射光
とは完全に分離される。

【００１０】また、請求項２に示すように、その角度を
２°から１０°の範囲とすると、反射の際に必ず角度が
変わるため、確実にコントラストが得られる。請求項３
の構成で、前記設置角度は０°であっても、ホログラム
から出てくる平行光の側に角度を付けるので、同じ角度
関係となって反射光とは分離される。

【００１１】請求項４の構成では、ホログラムレンズと
液晶パネル間の反射が回避されると同時に加熱されるこ
とも回避される。請求項５の構成では、任意波長の光を
液晶パネルに向けて出すことができる。請求項６では、
散乱型液晶を利用するので、広い視野角度を有する液晶
表示装置が得られる。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、光源から斜め
にホログラムレンズに入射させて生じる反射光が液晶パ
ネルからの画像光とは異なる方向に進んでしまうため、
画像表示に影響せずコントラストの高い画像が得られ
る。また請求項２の構成によれば、この角度の範囲でよ
りコントラストが高くなる。請求項３の構成によれば、
角度の関係は変化せず、液晶パネルとホログラムレンズ
とを平行に配置できるので製造が容易である。請求項４
の構成では、内部での反射がほとんどなくなるので、よ
り鮮明な画像が得られ、装置の発熱も抑制される。請求
項５の構成では、カラー液晶パネルを用いて、バランス
のとれたフルカラー表示ができる。

【００１３】以上のような各効果によって、この液晶表
示装置はフラットなホログラムレンズのみで光学系が構
成されるため、光学系が簡素な構成となる。またホログ
ラムパターンによって入射、反射の方向を任意に設定で
きることにより、光学設計の幅も広がる利点がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 （第一実施例）図１は、反射型液晶パネルを用いた本発
明の液晶表示装置１００の特徴を示す模式的な構成断面
図で、上面側にホログラムレンズ２００が配置され、そ
の下部に反射型液晶パネル３００がホログラムレンズ２
００の面に対して約２°〜１０°傾けて配置されている
（なお図では模式図のため、正確な角度を表してはいな
い）。そしてホログラムレンズ２００と液晶パネル３０
０との間は、ホログラムレンズ２００と液晶パネル３０
０を冷却するため、冷却媒体としての冷却風８を通過さ
せる構造としてある。

【００１５】ホログラムレンズ２００は二枚の平行で透
明なホログラム用基板１、３の間にゼラチンなどから成
る乾板２が挟み込んであって、この乾板２に感光材料が
含ませてあり、ホログラムパターンの干渉縞を写真と同
じ原理で焼き付けてある。このホログラムパターンはち
ょうど図１に示すように、入射光９がホログラムレンズ
に入射した場合に、透過光９’が向かう方向になるよう
に干渉縞パターンが形成されている。この乾板２の厚さ
は実際には１ミリ程度のオーダであるが、必要に応じて
厚さは変更可能である。

【００１６】また反射型液晶パネル３００は、画素電極
７のパターンが形成された基板６と、透明電極を含むガ
ラス基板４との間に散乱型液晶５が配置されている。画
素電極７は反射板を兼ねており、入射してくる光を反射
させる。通常は画素電極７には電圧が印加されていない
ので、液晶は光を散乱させ、表示側であるパネル正面側
には明るく見えない。ここで画素電極７に電圧を印加す
ると、その画素電極領域の散乱型液晶５の分子の配向が
そろって光が透過するモードとなるので入射光が反射板
で反射されて出ていく。それでその画素電極７の部分
は、反射光が出ていくことから、入射光が反射されない
画素電極部分とコントラストを形成して画像として認識
される。

【００１７】このホログラムレンズ２００と散乱型液晶
パネル３００との配置関係は、平行ではなく、前述のよ
うにわずかに傾いて（２°〜１０°）配置される。この
設置角度は、この間ならば使用目的に応じて適切に自由
に設定できる。図１では、液晶パネル３００からの反射
光１０が、ちょうどホログラムレンズ２００に対して垂
直に入り込んで、ホログラムレンズ２００の正面に視認
方向がある構成としてある。この角度は、入射光９の入
射角度に対してホログラムパターンによって屈折される
角度がちょうど液晶パネル３００の反射角度の二倍とな
るように、またそのように液晶パネルも反射がホログラ
ムレンズに垂直に入射するような角度であり、ホログラ
ムレンズ２００の正面（垂直）方向が視認方向となるこ
とから、とても利用しやすい構成となることがわかる。
そして、この角度調整のために、ホログラムレンズ２０
０と液晶パネル３００との間は隙間が必要となることか
ら、その間を冷却媒体として冷却風８が通るようになっ
ている。これは、ホログラムレンズ２００と液晶パネル
３００とが強力な光源からの入射光９によってかなり熱
を持ってしまうことによる。

【００１８】（第二実施例）ところで、冷却媒体を冷却
風８の代わりに、図２に示すように、冷却液体２０を流
す構成としてもよい。この場合、冷却媒体として、ホロ
グラムレンズ基板３や液晶パネルのガラス基板４の屈折
率の値（約1.5)に近い、透明な冷却液体２０を使用する
ことにより、内部界面での反射が防止され、よりコント
ラストを向上させる効果を持つ。

【００１９】（第三実施例）この液晶パネル３００の設
置角度を傾ける角度は、入射光９に対してどちら側に傾
けてもよく、図３に示すように、図１と反対側に液晶パ
ネル３００を傾いた構成でも構わない。この図３の設置
の場合は、図１とホログラムパターンは異なっている
（入射角度が同じとした場合）が、何れの場合でも画像
反射光１０と表面反射光１１とは分離されるように形成
される。なお、この液晶パネル３００を傾ける角度は、
当然ながら入射光を含む平面に対して２°〜１０°であ
って入射方向を含まない面に対して傾けても意味がな
い。また、傾ける方向としては両側あるので、±２°以
上±１０°以下と表現しても良い。

【００２０】しかし、この液晶パネル３００の配置の角
度がホログラムレンズ２００の面と平行な０°になって
しまうと、図４に示すように、もとより液晶パネル３０
０に対しては成るべく垂直に入射させることが望ましい
ため、入射光９を散乱型液晶パネル３００に垂直に入
射、反射させるようにすると、再びホログラムレンズ２
００に垂直に再入射してホログラムパターンと再び干渉
を起こして屈折を起こし、入射した方向へ戻ることにな
ってしまう。つまり、ホログラムレンズ２００は入射光
９と画像反射光１０とが重なってしまう構成となる。入
射光９の入射角度を僅かに変えたとしても、成分的に垂
直に出ていく成分として含まれてしまうために、やはり
垂直に反射される成分が主となり、目標とする画像投影
側（液晶パネル３００に垂直な方向）に出ていかないこ
とになり、コントラストを低下させる。そのため、液晶
パネル３００の設置角度をホログラムレンズ２００の面
から２°以上とする。

【００２１】（第四実施例）あるいは図５に示すよう
に、液晶パネル３００はホログラムレンズ２００に対し
て平行に配置しておき、入射光９の屈折される角度を２
°以上傾いた方向に屈折させるようなホログラムパター
ンとしてもよい。反射光１０の向かう方向はホログラム
レンズ２００の正面から傾いた方向となるが、ホログラ
ムレンズ３００の表面反射１１とは異なる方向となるた
め、十分画像は視認できる。この場合は液晶パネル３０
０からの反射の際にガラス基板４の表面でも反射がわず
かに生じるため若干のコントラスト低下が生じるが、角
度が１０°より大きくなければ問題とは成らず、とりわ
けホログラムレンズ２００と液晶パネル３００との間
を、ガラス基板４と屈折率の似た冷却媒体２０で冷却す
る構成とする場合には、内部反射の問題は全く生じな
い。

【００２２】（第五実施例）さらに図６に示すように、
液晶パネル３００も傾け、屈折される光９’がホログラ
ムレンズ２００から垂直に出ず、反射光１０の出てくる
方向も僅かに傾けた構成（図３と異なる点）としても効
果は同様である。もちろん最も使いやすい角度関係は図
１に示すように、液晶パネル３００からの反射光が、ホ
ログラムレンズ２００へ垂直に向かう場合であるが、ホ
ログラムレンズ２００に対して往路と復路とが同一にな
らないように、即ち液晶パネル３００に対して垂直に向
かわないように、ホログラムパターンが形成され、液晶
パネル３００の配置角度が設置されている角度関係であ
ればよい。

【００２３】（第六実施例）そのほか、ホログラムレン
ズ２００の下面の基板３と液晶パネル３００の上面の基
板４とは、同じガラス基板であることから、図７に示す
ように、初めから一体のガラス基板７０で形成する構成
としても構わない。このような傾いた面を有するガラス
基板７０を制作することは手間がかかる点があるもの
の、いったん製造してしまえば、角度の調整工程などは
不要となり、内部反射の問題は生じない利点を有する。
また一体化された構造を持つことから、よりコンパクト
な構成の液晶表示装置とすることができる。

【００２４】なお、各図で示している、干渉縞で屈折し
て液晶パネルに向かう光路を示す入射光９の矢印は模式
的なもので、実際にはホログラムパターンが形成されて
いる乾板２の部分で全体として、矢印で示す方向に光が
進むことを示しており、図１などに描くように、乾板２
の中央部分で屈折することではない。

【００２５】請求項でいう前記液晶パネルの基板および
前記ホログラムレンズの基板（屈折率約1.5)と同程度の
屈折率とは、屈折率1.4 〜1.6 の範囲である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の主要部分を示す模式的
な構成断面図。

【図２】第二実施例の冷却媒体を利用する場合の主要部
分を示す模式的な構成断面図。

【図３】第三実施例の液晶表示装置の主要部分を示す模
式的な構成断面図。

【図４】不都合な構成を示す模式的な構成断面図。

【図５】第四実施例の構成の主要部分を示す模式的な構
成断面図。

【図６】第五実施例の構成の主要部分を示す模式的な構
成断面図。

【図７】第六実施例の構成を示す模式的な断面図。

【図８】ハーフミラーを用いた液晶表示装置の場合の模
式的な構成断面図。

【図９】従来の液晶表示装置の模式的な構成断面図（照
射角度が大きい場合）。

【図１０】従来の液晶表示装置の模式的な構成断面図
（照射角度が小さい場合）。

【符号の説明】 １００ 液晶表示装置 ２００ ホログラムレンズ ３００ 液晶パネル １ 透明基板 ２ 乾板 ３、４ 透明基板 ５ 散乱型液晶（高分子分散液晶、PDLC） ６ 基板 ７ 画素電極 ８ 冷却風（冷却媒体） ９ 入射光 ９’ 屈折された入射光 １０ 反射光 １１ 表面反射光 ２０ 冷却液体（冷却媒体） ７０ 共通基板 ８０ ハーフミラー ９０ 光源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射型の液晶パネルによる液晶表示装置に
   おいて、 前記液晶パネルの前面に光の方向を制御するホログラム
   レンズが配置され、 該ホログラムレンズには、入射光が前記ホログラムレン
   ズ面に対し垂直方向から傾いて入射する場合に、該入射
   光が該ホログラムレンズから前記液晶パネルに向かって
   進路を変えて射出されるホログラムパターンが形成さ
   れ、 前記液晶パネルからの反射光が該ホログラムレンズに再
   入射する場合に、該反射光が前記ホログラムレンズをそ
   のまま透過する設置角度に該液晶パネルが設置されてい
   ることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記設置角度が、前記ホログラムレンズ面
   から、２°から１０°の間に傾いた角度であることを特
   徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記設置角度が、０°であって、 前記ホログラムパターンは、前記入射光が前記ホログラ
   ムレンズ面から前記液晶パネルに向けて射出される角度
   として、該ホログラムレンズ面に垂直な方向より２°か
   ら１０°の間に傾いた角度となるパターンであることを
   特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記液晶パネルと前記ホログラムレンズと
   の間に、前記液晶パネルの基板および前記ホログラムレ
   ンズの基板と同程度の屈折率である冷却媒体を流す構造
   であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】前記ホログラムパターンは、光源のスペク
   トルに含まれる任意の波長で多重露光したホログラムパ
   ターンであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の
   液晶表示装置。
6. 【請求項６】前記液晶パネルが、高分子分散液晶である
   散乱型液晶パネルであることを特徴とする請求項１乃至
   ５に記載の液晶表示装置。