WO2000003273A1 - Ecran filtrant et afficheur ainsi equipe - Google Patents

Description

明 細 書

配光制御素子およびこれを備えた表示装置 技術分野

本発明は、 背面投射型表示装置の透過型スク リ ーン部材、 あるいは、 液晶表示装置などの視野角拡大部材と して用いることができる配光制御 素子およびこれを用いた表示装置に関する。 背景技術

背面投射型表示装置は、 直視型 C R Tに比べ比較的容易に小型かつ低 コス トに大画面表示が実現できるため、 北米市場を中心に需要が増大し ている。 特に、 2次元光学スィ ッチ素子と して T N ( T w i s te d N emat i c) 液晶等の液晶表示素子を用いた投射装置を有する背面投射型表示装置は、 C R T投射管を用いた背面投射型表示装置と異なり 、 ドッ トマ ト リ クス 表示によ り画面の周辺部までボケのない高精細な表示が可能であるため、 高解像度ディ ジタルテレビの本命と して期待されている。

第 1 1 図は、 背面投射型表示装置の模式断面図である。 投射装置 70 1 から出射した投射光 7 0 4がミ ラー 7 0 2 を介して透過型スク リ ーン 7 0 3 に照射され、 その前面に画像が表示される。

透過型スク リ ーン 7 0 3 は通常、 第 3 8 図に示す通り 、 フ レネルレン ズシー ト 1 4 0 2 と レンチキユラ レ ンズシー ト 1 4 0 1 とから構成され、 フ レネルレンズシー ト 1 4 0 2 は、 凸レンズと同じ作用をする光学部品 で、 投射装置 7 0 1 からの主光線の方向を観察者側に曲げて適視範囲を 広げる働きをする。

レンチキユラ レンズ 1 4 0 1 は投射装置 7 0 1 からの限られた投射光 束を、 観察者の観察範囲に有効に配光し、 明るい画像を得ること を目的 と している。

第 3 6図はレンチキユラ レンズの一例を示す模式断面図であ り 、 第 3 7図は該レンチキユラ レンズの模式斜視図である。

レンチキユラ レンズ 1 4 0 1 は、 シ リ ン ドリ カルレンズ状のレンズ 1 5 0 1 を一方向に複数配列し、 光の集光部以外の部分にブラ ックス 卜 ライ プ 1 5 0 2 を設けた構成となっており 、 レ ンズ 1 5 0 1 の焦点位置 をスク リ ーンの観察面とする こ とで、 理想的には投射光の損失がなく 、 外光に対するコ ン トラス ト比の低下を抑制する ことができる構成となつ ている。

一般に、 レンチキユラ レンズは、 その母線を表示面に対して垂直方向 になるよう に配列する ことで、 水平方向に広い視野角が得られるよう に している。 従って、 垂直方向への配光はレンチキユラ レンズの母材中も し く は、 表面部に配合した拡散材による拡散のみのため、 垂直方向の視 野角は水平方向に比べてかな り狭く なる。 ま た、 レンチキユラ レンズは 直線的な形状のレンズを、 規則的に配置しているため画像にモアレ干渉 縞が発生し易い。

これに対し、 特開平 2— 77736号公報には、 第 3 9図に示す様な透明基 材 1 6 0 1上に球状レンズ 1 6 0 2 を敷き詰め、 透明樹脂によ って固定 した構成の透過型スク リ ーンが開示されている。 この構成では、 金型を 使用 しないので製造上大きさ の制限がな く 、 継ぎ目のない大画面の透過 型スク リーンが実現できる。 さ らに、 球状レンズ側から入射する光は球 状レンズのレンズ効果によ り収束し、 等方的に発散するため、 水平， 垂 直両方向共に広視野角が得られる。

さ らに、 S I D 9 4 D I G E S T p p 7 4 1 〜 7 4 4 (A Novel H igh— Resolution Ambient— L ight— Rejecting R ear—

P rojection S creen) には、 オプティ カルピーズを透明基材上に光吸 収接着剤層を介 して固着し、 透明基材とは反対側のオプティ カルビーズ 表面を透明バッ ク コー ト した構造のスク リ ーンが発表されている。

ま た、 特開平 9一 318801 号公報では微小球体状透明ビーズを、 着色ホ ッ トメル ト接着剤層と透明ホッ トメル ト接着剤層とによ り 、 透明基材上 に固定した構造の平面型レンズが開示されている。 これらの構造によれ ば、 上記特開平 2— 77736号公報と同様に、 ビーズのレンズ効果によ り水 平， 垂直両方向共に広く 、 等方的な視野角が得られる。 さ らに、 外部か ら入射する不要光は、 光吸収接着剤層 （ ま たは、 着色ホッ トメル ト接着 剤層） で吸収されるため、 明るい環境下でも高コ ン トラス ト比が得られ る。 また、 ピーズの直径を小さ く する こ とで比較的容易に高解像度を実 現できる。

上記従来の平面型レンズ （以下、 配光制御素子と呼ぶ） を以下のとお り作製した。 透明基材と して厚さ 1 2 Ο μ πιの平坦なポ リ エチレンテレ フタ レー ト （ P E T ) 樹脂フ ィルムを用い、 その表面にポ リ エステル系 ホッ トメル ト接着剤からなる透明接着剤層を 5 μ m、 その上に同 じ く ポ リ エステル系ホ ッ トメル ト接着剤にカーボンブラ ック を 1 0重量部配合 した着色接着剤層を 4. 5 μ πιを形成し、 一旦固化する。

その上に屈折率 1 . 9 3 5 (波長 5 8 9. 3 n m ) 、 直径 5 0 μ ιηの球 状のガラス製透明ビーズを密に分散配置し、 恒温槽内で透明接着剤層お よび着色接着剤層を加熱して軟化させつつ、 加圧板によ り透明ビーズを 透明基材側へ加圧 して着色接着剤層および透明接着剤層に埋没し、 固着 した。 固着後の接着層の厚さは透明接着剤層と着色接着剤層と を合わせ 約 2 1 ^ mで、 透明ビーズはその直径の約 5 8 %が接着剤層から露出 し ていた。

作製した配光制御素子を、 2 次元光学スィ ッチ素子 （ライ トバルブ） と して T N型液晶表示素子を用いる投射装置を備えた背面投射型表示装 置の透過型スク リ ーンと して評価したと ころ、 水平方向， 垂直方向共に ± 5 0 ° 以上の広い視野角 （ こ こでは正面輝度に対して 1 ノ 2 の輝度に なる角度） が得られ、 さ らに、 外部 （観察者側） から配光制御素子へ入 射する不要光は、 着色接着剤層で吸収されて、 明るい環境下でも低輝度 な黒表示が実現できた。

と ころが、 配光制御素子に映し出された画像を斜め方向から観察した と ころ、 略同心円状の縞模様が現れて、 画質が著し く 劣化している こ と が分かった。 さ らに、 斜め方向から観察した際、 画像に好ま し く ない色 度変化が生じる ことも分かっ た。

本発明の目的は上記縞模様の発生による画質の劣化がない配光制御素 子、 およびこの配光制御素子を用いた高輝度， 高コ ン トラス ト比， 広視 野角の表示装置を提供する こ と にある。 上記以外の目的については以下 の記述から 自ずと明らかになるであろ う 。 発明の開示

本発明者らは、 縞模様の発生と色度変化の原因を探るため、 上記従来 の配光制御素子についてよ り 詳細な検討を行った。 その結果、 縞模様は 配光制御素子に偏光が入射した際に生じるもので、 透明基材の光学的異 方性によ り該基材内を異なる角度で進行する光に異なる位相差が生じる こと、 および、 透明基材から出射する光の P偏光成分と s 偏光成分のェ ネルギー透過率の差が組み合わされて生じる こと を見出 した。 ま た、 本 配光制御素子の配光特性は、 入射する光の偏光状態に依存して変化する ため、 これが色度変化の原因になっている こと を見出 した。 上記に基づ き到達した本発明の要旨は次のとお り である。

〔 1 〕 透明基材と、 この透明基材の一方の面上に密に配置された多 数の微小レンズと、 前記微小レ ンズの略焦点位置に微小開口部を有する 光吸収層を備えた配光制御素子において、 前記透明基材が光学的に略等 方な透明体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成されている こ とを特徴とする配光制御素子。

これを用いる こと によ リ 、 画質に影響を与えるよ う な位相差の発生を 抑制する ことで偏光入射時の縞模様の発生を解消したものである。

〔 2 〕 光学画像を投射する投射装置と、 前記投射装置からの投射光 が背面から入射し、 これを前面に表示する透過型スク リ ーンを備える背 面投射型表示装置において、 前記投射装置が光源と、 該光源からの光を 画像情報に応じて光学画像に変調する 2次元光学スィ ツチ素子と、 変調 後の光学画像を拡大投射する投射レンズを有する単管式投射装置を備え、 前記投射装置から出射された前記変調後の光学画像が前記透過型スク リ ーンへ入射する際、 前記 2 次元光学スィ ツチ素子で形成された光学画像 光の偏光状態を可視波長全域で略一致させる偏光状態揃え手段を有し、 前記透過型スク リ ーンが、 透明基材と、 この透明基材の一方の面上に密 に配置された多数の微小レンズと、 前記微小レンズの略焦点位置に微小 開口部を有する光吸収層を備え、 前記透明基材が光学的に略等方な透明 体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成された配光制御素子と、 この配光制御素子の投射光入射側に設けた光束平行化手段によ り構成さ れていること を特徴とする背面投射型表示装置。

上記によ り 、 配光制御素子へ入射する投射光 （光学画像光） の偏光状 態は可視波長域全域で一致している。 このため、 配光制御素子の配光特 性の偏光依存性によ る色付きは起こ らず、 斜め方向から観察しても色度 変化のない高画質な表示を実現する ことができる。

さ らに、 上記配光制御素子へ入射する画像光は、 略平行状態で、 かつ、 実質的に入射角度 0 ° で入射するため、 配光制御素子での透過率低下が 抑制されて明るい表示画像が得られる。

〔 3 〕 前記 2 次元光学スィ ッチ素子が偏光を利用 して表示を行う 2 次元光学スィ ツチ素子であ り 、 前記 2次元光学スィ ツチ素子で形成され た光学画像光の偏光状態を電気べク トルの振動方向が前記透過型スク リ —ン表示面に対して水平方向の直線偏光， 垂直方向の直線偏光， 円偏光， 楕円偏光のいずれかに変換する偏光状態変換手段を備えている前記の背 面投射型表示装置。

上記によ り 、 配光制御素子に入射する光学画像光の偏光状態を制御で きるため、 透過型スク リ ーンの構成を変えな く ても、 配光制御素子の配 光特性の偏光依存性によ り 、 視野角特性を容易に変え られる背面投射型 表示装置が実現できる。

〔 4 〕 前記背面投射型表示装置において、 観察者の有無を感知する 観察者感知部と、 該観察者感知部の感知信号によ り水平および垂直方向 の観察者の位置を判断する観察者位置判断手段と、 該観察者位置判断手 段の情報に基づき偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力 手段を備えている前記の背面投射型表示装置。

上記によ り 、 観察者の位置を自動的に判断し、 この位置情報をも とに 投射光の偏光状態を変える ことで観察者の位置に応じた視野角特性を得 る ことが可能となる。 つま り 、 観察者の位置に応じて視野角特性を 自動 的に変え、 限られた映像光を観察者の方向へ有効に配光して、 観察者に 良好な映像を提供するものである。 〔 5 〕 前記投射装置が光源と、 該光源からの光を画像情報に応じて 光学画像に変調する 2次元光学スィ ツチ素子と、 変調後の光学画像を拡 大投射する投射レンズを有する単管式投射装置を備え、 前記透過型スク リ ーンが、 透明基材と、 該透明基材の一方の面上に密に配置された多数 の微小レ ンズと、 前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光 吸収層を有する配光制御素子と、 該配光制御素子の投射光入射側に配置 された光束平行化手段を有しており 、 前記投射装置から出射し、 前記透 過型スク リ ーンに入射する投射光を略無偏光とする無偏光化手段を有す る こ と を特徴とする背面投射型表示装置。

上記によ リ 、 透過型スク リ ーンを構成する配光制御素子に入射する光 学画像光は無偏光となっているため、 配光制御素子の配光特性の偏光依 存性による色度変化は起こ らない。 ま た、 配光制御素子の透明基材の光 学異方性によ って、 偏光入射時に生じる縞模様も発生しないため、 画質 劣化のない美しい画像を得る こ とができる。 ま た、 透明基材と して光学 異方性のある透明体を用いても画質の劣化がないので、 その材料の選択 範囲が広く な り 、 よ り 安価で、 高強度の配光制御素子からなる透過型ス ク リ ーンが実現できる。

〔 6 〕 透明電極と配向膜が積層形成され、 かつ、 前記配向膜形成面 を対向させて一定の間隙をも って接合された一対の透明基板と、 前記間 隙に封入された液晶層と、 前記透明電極に画像信号に対応した電圧を印 加する電圧印加手段と、 前記一対の透明基板の光入射面側と光出射面側 に偏光子および検光子を配置した液晶表示装置において、

前記一対の透明基板の背面に略平行な光を出射するバック ライ ト装置 を配置し、 前記一対の透明基板の光出射面側に、 透明基材と、 この透明 基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、 前記微小レン ズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を備え、 前記透明基材が 光学的に略等方な透明体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成 された配光制御素子を配置したこ と を特徴とする液晶表示装置。

これによ リ 、 良好な画質が得られる正面近傍の限定された範囲の光の みを配光制御素子によ リ等方的に拡散することができるので、 広い視野 角範囲で色調変化や階調反転がな く 、 コ ン トラス ト比の高い画像が得ら れる液晶表示装置が実現できる。

〔 7 〕 前記一対の透明基板の光入射面に偏光子を配置し、 光出射面 に透明基板側から順に検光子， 配光制御素子を配置し、 さ らに、 前記検 光子の直線偏光の透過軸を表示面に対して水平方向に配置した前記液晶 表示装置。

これによ り 、 配光制御素子の配光特性の偏光依存性によ り 、 表示面に 対して垂直方向よ り も水平方向の視野角が広く な り 、 限られた光を観察 者に有効に配分する こ とができる。

〔 8 〕 前記一対の透明基板の光入射面に偏光子を配置し、 光出射面 に透明基板側から順に検光子， 配光制御素子を配置し、 さ らに、 前記検 光子と前記配光制御素子の間に位相差板を配置した前記液晶表示装置。

これによ り 、 配光制御素子に入射する光の偏光状態を、 検光子と配光 制御素子の間に配置した位相板によ って任意に変え得るので、 位相差板 を変更するだけで、 配光制御素子の配光特性の偏光依存性を利用 して、 所望の視野角のものを得る こ とができる。 図面の簡単な説明

第 1 図は、 本発明の配光制御素子の模式断面図である。

第 2 図は、 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。 第 3 図は、 本発明の配光制御素子の製法の一例を説明する模式断面図 である。

第 4図は、 従来の配光制御素子の偏光入射時の光出射 （配光） 特性を 示す等輝度線図である。

第 5図は、 等輝度線図の座標系の説明図である。

第 6図は、 屈折率楕円体の円形接断面の説明図である。

第 7図は、 ポ リ エチレンテレフタ レ一 トフ イルムの光学軸の説明図で ある。

第 8 図は、 ポ リ エチレンテレフタ レ一 トフ イ ルムの光入射角度とエネ ルギ一透過率の関係を示すグラフである。

第 9図は、 本発明の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射特性を示 す等輝度線図である。

第 1 0図は、 本発明の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射（配光） 特性を示すグラフである。

第 1 1 図は、 本発明の背面投射型表示装置の模式断面図である。

第 1 2 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面 図である。

第 1 3図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の 2次元光 学スィ ツチの模式断面図である。

第 1 4図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る透過型スク リ ーンの 模式断面図である。

第 1 5図は、 本発明の配光制御素子の透過率の光入射角依存性説明の ための模式図である。

第 1 6図は、 本発明の配光制御素子の透過率と光入射角度の関係の一 例を示すグラフである。 第 1 7 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態揃え手段の模式断面図である。

第 1 8 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態揃え手段の動作説明のための模式図である。

第 1 9 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面 図である。

第 2 0 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態変換素子の模式断面図である。

第 2 1 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態変換素子の動作説明のための模式図である。

第 2 2 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態変換素子の動作説明のための模式図である。

第 2 3 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態変換素子の動作説明のための模式図である。

第 2 4図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置に用いる偏 光状態変換素子の動作説明のための模式図である。

第 2 5 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置のポリ マ分 散型液晶表示素子の模式断面図である。

第 2 6 図は、 ポリ マ分散型液晶表示素子の動作説明のための模式図で ある。

第 2 7 図は、 ポリ マ分散型液晶表示素子によ り表示を行う光学系説明 のための模式図である。

第 2 8 図は、 ポリ マ分散型液晶表示素子によ り表示を行う光学系説明 のための模式図である。

第 2 9 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面 図である。

第 3 0 図は、 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面 図である。

第 3 1 図は、 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。

第 3 2 図は、 本発明の液晶表示装置の偏光子と検光子の直線偏光透過 軸の説明のための模式図である。

第 3 3 図は、 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。

第 3 4図は 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。

第 3 5 図は 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。

第 3 6 図は レンチキユラ一レンズシ一 トの一例を示す模式断面図で ある。

第 3 7図は レンチキユラ一レンズシー トの一例を示す模式斜視図で ある。

第 3 8図は 従来の透過型スク リ ーンの一例を示す模式断面図である。 第 3 9 図は 従来の透過型スク リ ーンの斜視図である。

第 4 0図は 本発明の背面投射型表示装置の模式斜視図である。

第 4 1 図は 本発明の背面投射型表示装置の観察者感知部が感知する 区分された領域を例示する説明図である。

第 4 2 図は、 本発明の背面投射型表示装置の観察者感知部が感知する 区分された領域を例示する説明図である。

第 4 3 図は、 本発明の背面投射型表示装置の効果説明のための図であ る。

第 4 4図は、 本発明の背面投射型表示装置の効果説明のための図であ る。

発明を実施するための最良の形態 本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。 第 1 図は本発明 の配光制御素子の一例を示す模式断面図で、 第 2 図はその模式斜視図で ある。

この配光制御素子は、 透明基材 1 0 1 と、 その表面に形成されたホッ トメル ト接着剤層 1 0 4 と、 該接着剤層 1 0 4 に固着された複数の微小 球状の透明ビーズ 1 0 5 で構成される。

透明基材 1 0 1 は、 それ自体が剛性を有する板状の基材であってもよ い し、 フ ィルム状の基材であっても よいが、 光学的に略等方、 も し く は、 板面ま たは膜面に平行な方向に光学軸を有する 1 軸異方性の透明体を用 いる こ とが重要である。

具体的にはガラス板， 射出成形によるァク リ ル樹脂板等の光学的に略 等方な透明板、 あるいは、 キャスティ ング法やエキス トル一ジョ ン法等 によ り製膜し、 必要に応じて一軸延伸 したポリ カーボネー ト樹脂， 塩化 ビニル樹脂， ポリ エステル系樹脂， セルロース系樹脂， ポ リ ビニルアル コール樹脂， ポリ オレフ イ ン系樹脂等の光学的に略等方、 ま たは、 膜面 に平行な光学軸を有する 1 軸異方性の透明フ ィ ルムが用い られる。

ホッ トメル ト接着剤層 1 0 4 は、 透明層 1 0 2 と着色層 1 0 3 の順に 積層 した構成となっている。 該接着剤層は透明基材 1 0 1 と透明ビーズ 1 0 5 に対して十分な接着力を有するものを用いる。 これにはァク リ ル 系樹脂， ポリエステル系樹脂， ポリ ア ミ ド系樹脂， ポリ ウ レタ ン系樹脂 等からなるホッ トメル ト接着剤を用いる こ とができる。 ま た、 着色層 1 0 3 は、 これらの接着剤をベースに してカーボンブラ ッ ク等の顔料を 分散させる ことで着色したもの、 あるいは、 染料による染色によ り 着色 したものなどが用いられる。

透明ビーズ 1 0 5 は、 ガラス製も し く は光学的に等方で透明な樹脂製 の球状ビーズが用いられ、 その屈折率が高いものほど透明ビーズに入射 した光の屈折角が大き く なるため、 配光制御素子の光出射角度（視野角） は広く なる。 しか し、 その分正面の輝度が低下すると共に表面での反射 や、 透明基材 1 0 1 と空気との界面での反射が多く な り全光線透過率は 低下する。

ま た、 透明ビーズ 1 0 5 の光出射面側の開口部、 即ち、 透明ビーズ 1 0 5 と透明接着剤層 1 0 2 との接触部分に効率良く 光を通すためには、 透明ビーズに入射した光の光出射面側での収束面積を小さ く する方が有 利である。 この場合、 透明ビーズの光入射側の媒質が空気であれば、 屈 折率 1 , 6 〜 2 . 1 程度とする ことで、 光出射面での収束面積は十分小さ く できる。 さ らに、 上記屈折率を 1 . 9 〜 2 . 1 とする ことで、 よ り小さ な収差で集光する こ とが可能である。

透明ピーズ 1 0 5 の屈折率は、 これらの条件を踏まえた上で配光制御 素子に要求される特性、 即ち、 視野角や明るさ （ゲイ ン） の仕様に適合 する よ う選択する。 ま た、 必要に応 じて異なる屈折率の透明ビーズを混 合して用いることもできる。

配光制御素子 1 0 0 を表示装置のスク リ ーンあるいは視野角拡大手段 と して用いる場合は、 透明ビーズ 1 0 5 の直径は表示される画像の解像 度に直接影響する。 即ち、 配光制御素子に表示される画像は、 透明ピー ズ 1 0 5の直径以下には解像できない。 よ って、 透明ビーズの直径は配 光制御素子に表示すべき画像の画素よ リ も小さ く する必要がある。

高い解像度を得るには透明ビーズ 1 0 5 の直径は小さいほどよいが、 透明ビーズ 1 0 5 の直径が光の波長領域に近づく と、 透過光の散乱要因 が大き く なり正面での輝度や透過率が低下するため、 自 とその下限は規 定される。 上記透明ビーズ 1 0 5 の直径は、 表示画像の画素ピッチの 1 2以下 で、 実用的には 2 0 〜 1 0 0 m程度が望ま しい。 ま た、 透明ビーズ 1 0 5 は、 透明基材 1 0 1 の面上に均一、 かつ、 最大密度に配置するた め、 できるだけ粒径のばらつきが小さいこ とが望ま しい。 実際には粒径 のばらつきを 1 0 %以内に収めれば配光制御素子と しての機能は満足さ れる。

ま た、 透明ビーズ 1 0 5 は、 内部に気泡があると透過率の低下要因と なるため、 気泡のないものが望ま しい。

次に、 本発明の配光制御素子 1 0 0 の製法の一例を第 3 図を用いて説 明する。

工程 （ a ) ： 透明基材 1 0 1 上に加熱溶融状態、 あるいは、 溶剤によ リ溶解、 または、 溶液にコ ロイ ド状に分散したホッ トメル ト透明接着剤 を、 例えば、 スピンコー ト， ナイ フコー ト， 口一ルコ一 ト， スプレーコ — ト， ブレー ドコー トによ り塗布し、 透明接着剤層 1 0 2 を形成する。 工程 （ b ) ： その上に着色接着剤層 1 0 3 を透明接着剤層 1 0 2 と同 様の方法で積層 し、 ホッ トメル ト接着剤層 1 0 4 を形成する。 この際、 着色接着剤層 1 0 3 と透明接着剤層 1 0 2 が混合しないよ う にするため、 着色接着剤層 1 0 3 の形成は、 透明接着剤層 1 0 2 が高温の溶融状態の 場合は強制冷却も し く は自然冷却によ って温度を下げる。 ま た、 透明接 着剤層 1 0 2 が溶剤中に溶融状態、 ま たは、 溶液中にコ ロイ ド状に分散 した状態であれば乾燥器で溶媒を蒸発させて固化あるいは半固化すると よい。

工程 （ c ) ： 複数の透明ビーズ 1 0 5 を着色接着剤層 1 0 3 上に少な く とも一層、 最大充填密度となるよう分散配置する。 この際、 着色接着 剤層 1 0 3 は固化ま たは半固化状態では接着性がないので、 透明ビーズ 1 δ

1 0 5は比較的容易に最大充填密度に分散配置できる。

工程 （ d ) ： 次いで上記を恒温槽， 赤外線ヒータ等の加熱手段により 加熱し、 ホッ トメル卜接着剤層 1 0 4 を軟化， 溶融し、 透明ビーズ 105 を透明基材 1 0 1 に向かって自重あるいは加圧手段により、 ホッ 卜メル 卜接着剤層 1 0 4内に所定の量だけ埋没させる。

工程 （ e ) ： 透明ビーズ 1 0 5が埋没した状態で、 ホッ 卜メル卜接着 剤層 1 0 4の温度を常温まで下げて固化し、 透明ビーズを固着する。 なお、 ホッ 卜メル卜接着剤層 1 0 4への透明ビーズ 1 0 5の埋没深さ は、 該ビーズ直径の 5 0〜 8 0 %が露出するようにすることが望ましい： 露出量がこれよ り少ない場合は、 着色接着剤層による吸収で透明ビーズ 1 0 5への入射光量が低下して透過率が低下する。 また、 露出量がこれ よリ大きい場合にはビーズの固着性が不十分となる。

上記により、 本発明の配光制御素子は、 透明ビーズ 1 0 5が 1層分だ け、 ほぼ最大充填密度で分散配置され、 かつ、 その直径の半分以上をホ ッ トメルト接着剤層 1 0 4から光入射側に露出固定させたものを得るこ とができる。

次に、 本発明の配光制御 ¾ の光学的な作用について第 1 図により説 明する。 配光制御素子 1 0 0は、 前記のとおり光入射面側に透明ビーズ 1 0 5が 1層分だけ、 ほぼ最大充填密度で分散配置され、 かつ、 ビーズ 直径の半分以上がホッ 卜メルト接着剤層 1 0 4から光入射側に露出， 固 定されている。

従って、 配光制御素子 1 0 0に対して垂直入射した平行な入射光 1 06 は、 その一部が透明ビーズ 1 0 5同士の隙間の着色接着剤層 1 0 3に吸 収される力、 大部分は透明ビ一ズ 1 0 5に入射する。 該入射光は透明ビ —ズ 1 0 5の屈折作用により収束しつつ、 透明ビーズ 1 0 5 と透明接着 剤層 1 0 2 との接触部に形成された開口部を通過し、 透明基材 1 0 1 を 透過， 発散しながら出射する。 つま り 、 透明ビーズへの入射光は、 透明 ビーズのレンズ効果で収束され、 等方的に発散するため、 等方で広い視 野角の配光制御素子が得られる。

ま た、 外部から入射する不要光 1 0 7 は、 着色接着剤層 1 0 2 で吸収 されて、 不要光が迷光とな り観察される ことがない。 従って、 明るい環 境下でも外部不要光による迷光の低減効果が高く 、 観察者がどの角度か ら見ても明る く 、 等方的な視野角特性の配光制御素子を得る ことができ る。

〔偏光入射時の縞模様の解消〕

次に本発明の配光制御素子特有の効果を明らかにするため、 従来の課 題であった偏光入射時に斜め方向からの観察した際に現れる縞模様の発 生について説明する。

第 4図は、 従来 （本発明に係る課題について配慮がなされていない） の配光制御素子の偏光入射時の光出射特性を等輝度線図で表したもので ある。

この等輝度線図は、 第 5 図に示す出射角度と方位角度で構成する座標 系内に最大輝度を 1 0 0 %と し、 1 0 %間隔で等輝度となる点を結び表 示したものである。

第 4図中、 中央部が出射角度 0 ° (正面） を示し、 点線の同心円が出 射角度 （ 1 0 ° 間隔） を示す。 ま た、 方位角度は図面下方向を 0 ° と し、 反時計回り に増加するよう に表示する。

第 4図に示すとお り 、 従来の配光制御素子では偏光を入射すると出射 角度 4 0 ° 近傍の 2点を中心と した略同心円状の輝度変動が現れる。 こ れは、 実際には斜め方向から観察した際に縞模様と して視認する こ とが できる。

本測定に用いた従来の配光制御素子は、 透明基材 1 0 1 と して厚さ 1 2 Ο μ πιの平坦なポ リ エチレンテレフタ レ一 ト （ P E T ) フ ィ ルムを 用いた。 その表面にポリ エステル系ホ ッ トメル ト接着剤からなる透明接 着剤層 5 m、 その上にポリ エステル系ホッ トメル ト接着剤に力一ボン ブラ ック を 1 0重量部配合した着色接着剤層 4. 5 ii m を形成し、 この 上に屈折率 1. 9 3 5 (波長 5 8 9. 3 n m ) ， 直径 5 0 μ ιηの球状ガラ ス透明ビーズを密に分散配置し、 上記着剤層に埋没， 固着したものであ る。

透明ビーズ固着後の接着層の厚さは、 透明層と着色層合わせて約 2 1 mで、 透明ビーズはその直径の約 5 8 %が接着剤層から露出 していた。 こ こで、 上記配光制御素子では透明基材 1 0 1 と して、 2軸延伸 した P E Tフ ィルムを用いた。 これは、 2軸延伸フ ィルムは無延伸フ ィルム に比べて引張強さや衝撃強さが増大し、 透明性， 使用温度範囲も改良さ れるなど物性が著し く 向上するためである。 ま た、 P E Tフ ィルムは、 ガラス製透明ビーズとの接着性が良いポ リ エステル系ホッ トメル ト接着 剤との密着性がよ く 、 さ らに上記ホ ッ トメル ト接着剤（溶剤 ： トルエン） に対する耐溶剤性が良好であるためである。

上記理由から透明基材に 2軸延伸 P E Tフ ィルムを用いたが、 一般に、 2軸延伸フ ィルムは 3つの主屈折率 （フ ィ ルム膜面に垂直な方向 ： Z軸 方向， 膜面に平行で互いに直交する方向 ： X軸および Y軸方向） が互い に異なる 2軸異方性の物質となる。

2軸異方性とは第 6図に示すよ う に屈折率楕円体を考えたと き、 その 切断面形状が円形とな り 、 屈折率異方性が生じない方向が 2方向定ま る 物質のこ とである。 この光の方向を光学軸と云い、 光学軸には屈折率異方性がないため、 これと平行に進む偏光には位相差が生じない。 例えば、 上記従来例に用 いた P E Tフィルムの場合、 3つの主屈折率は n X = 1 . 6 7 8 ， n y = 1 . 6 4 5 , n z = 1 . 4 9 7であり、 第 7図に示すとおり光学軸は Z 軸と 2 3 . 3 ° の角度を成す Z X平面内に 2本存在する。

P E Tフィルム内を光学軸に沿って進んだ光は空気との界面で屈折し、 出射角度 4 1 . 6 ° で出射するため、 第 4図に示した出射角度 4 0 ° 近 傍の輝度変動の略中心位置はこの光学軸に相当している。

ここで、 特定の偏光状態 （直線偏光あるいは楕円偏光） の光が配光制 御素子に入射する場合を考える。 この場合、 配光制御素子に入射した光 の大部分は透明ビーズによって収束され、 その後、 発散して様々な角度 で P E Tフィルム内を進む。 この際、 P E Tフィルム内を光学軸に沿つ て進む光には位相差が生じないので偏光状態は変化しない。

ところが、 光学軸とずれた角度で進む光には、 その角度のずれに対応 した位相差が生じるため、 偏光の状態、 即ち、 P E Tフィルム光出射側 界面において光入射面に平行な p偏光成分と、 垂直な s偏光成分の割合 が変化する。 つま り、 光学軸方向と異なる方向に進む光には、 光学軸と のずれの大きさに対応して、 p偏光成分が多い光と、 s偏光成分が多い 光とが交互に現れることになる。

ここで、 一般に誘電体表面の屈折で、 P偏光と s偏光とではエネルギ 一透過率に差が生じる。 第 8図は、 p偏光と s偏光のエネルギー透過率 の違いを例示したもので、 P E Tフィルムから空気中へ光が進行する際 の光入射角度とエネルギー透過率の関係を示すグラフである。

第 8図のように、 p偏光と s偏光とでは最大 3 0 %以上の透過率の差 が生じる。 このため、 P偏光成分が多い光と、 s偏光成分が多い光とでは、 透過 光量に差が生じ、 輝度の明暗が形成され、 これが縞模様と して視認され る ことになる。

特に透明ビーズに代表される微小レ ンズを用いた配光制御素子では、 微小レンズに入射した光が収束し、 発散しながら透明基材内を様々な角 度で進行するため、 透明基材内での光の進行角度の違いに基づく位相差 の違いによ り 、 出射光の輝度むら （変化） が非常に発生し易い。

本発明の配光制御素子では、 透明基材 1 0 1 と して光学的に略等方、 も し く は、 膜面に平行な光学軸を有する 1 軸異方性のものを用いる こと を特徴と している。 従って、 本配光制御素子に入射する偏光は、 透明ビ —ズによ リ収束し、 発散しながら透明基材内を様々 な角度で進行するが、 透明基材が光学的に等方なため、 進行角度による位相差の違いは生じず、 偏光状態、 即ち、 p偏光成分と s偏光成分の割合は出射角度によっても 殆ど変化しないので縞模様は発生しない。

ま た、 配光制御素子に入射する偏光が直線偏光の場合は、 透明基材が 面内に光学軸を有する一軸異方性の物質であれば、 入射直線偏光の電気 ぺク トルの振動方向を透明基材の遅相軸と平行も し く は垂直とする こと で、 透明基材内を通過する偏光の進行角度による位相差の違いを小さ く でき、 縞模様の発生を抑制する こ とができる。

さ らに、 透明基材が光学的に異方性を有していても、 透明基材内を進 む光の進行角度による位相差の違いが小さ く て、 偏光状態の変化が小さ ければ輝度の変化は視認されず許容される。

例えば、 透明基材内部を進む光の進行角度の違いによ る位相差の違い の最大値が 1 2波長以下であれば、 透明基材内部を通過する光の角度 による偏光状態の変化は、 最大でも P偏光成分 1 0 0 %の光が s偏光成 分 1 0 0 %の光に変換されるに留ま るので、 輝度の変化は視認され難い。 よ り理想的には透明基材内部を通過する光の角度による位相差の違い の最大値を、 1 4波長以下に留める ことが望ま しい。 この場合は最大 でも、 例えば、 p偏光成分 1 0 0 %の光は p偏光成分 5 0 %、 s 偏光成 分 5 0 %の光への変換に留ま るので、 輝度変化はよ り認め難く なる。 従って、 こ こで云う光学的に略等方な透明基材とは、 透明基材内を進 む光の進行角度の違いによる位相差の違いが小さいために、 偏光状態の 変化も小さ く な り 、 輝度の変化が認め られない程度の等方性を示すもの 云う 。

上記のとおり 、 本発明の配光制御素子では、 透明基材と して光学的に 略等方、 あるいは、 面内に光学軸を有する一軸異方性の透明体を用いた ので、 偏光を入射しても、 縞模様の発生による画質劣化が起こ らず、 広 視野角が得られる。

ま た、 外部から配光制御素子 1 0 0 に入射する不要光 1 0 7 は着色接 着剤層 1 0 2で吸収されるため、 不要光が迷光となって観察される こと がない。 従って、 明るい環境下でも外部不要光による迷光が低減される。 なお、 上記のとおり誘電体表面のエネルギー透過率は、 p偏光と s偏 光で異なるため、 透明ビーズ 1 0 5 、 あるいは、 透明基材 1 0 1 の表面 において p偏光成分の透過率は高く 、 s偏光成分の光は透過率が低く な る。 その結果と して、 入射光の偏光状態によ って出射光の配光特性に異 方性が生じる。

例えば、 本配光制御素子に直線偏光を入射する場合、 直線偏光の電気 ぺク トルの振動方向に平行な方向の視野角は、 これと直交する方向よ り も広く なる。 この特性を利用すれば、 電気ベク トルの振動方向が水平方 向である直線偏光を本配光制御素子に入射する よ う にする こ とで、 垂直 方向の視野角よ リ も水平方向の視野角を大き く できる。

ま た、 上記とは逆に、 入射する直線偏光の電気ベク トルの振動方向を 垂直にする ことで、 垂直方向の視野角を水平方向の視野角よ り も大き く する ことができる。 さ らに、 配光制御素子に入射する光を円偏光とすれ ば、 等方的な視野角を得る ことも可能である。

即ち、 本発明の配光制御素子は、 これに入射する光の偏光状態を制御 する ことで、 視野角を任意に制御する こ とが可能となる。

なお、 これま での説明では、 微小レンズと して微小球状の透明ビーズ を用いた場合について説明 した。 しかし、 微小集光レンズの形状は集光 作用を有する微小体であれば半球体， 回転楕円体， 円柱、 あるいは半円 柱， 楕円柱等、 球体に限るものではない。 つま り 、 本発明の配光制御素 子は、 集光作用を有する微小レンズと、 これを支持する透明基材から構 成され、 光出射側に配置した透明基材を光学的に略等方な透明体で構成 する ことで、 透明基材内を異なる角度で進む光に、 異なる位相差が発生 するのを防止して、 縞模様 （輝度むら） の発生を解消したものである。 次に本発明の配光制御素子を具体的な実施例に基づき説明する。

〔配光制御素子の実施例 1 〕

本実施例では、 第 1 図， 第 2 図に示す配光制御素子を以下のとおり作 製した。 まず、 厚さ 8 0 y mの平坦な ト リ ァセチルセルロース（T A C ) フ ィ ルムからなる透明基材 1 0 1 の一表面に、 溶剤に トルエンを用いた ポ リ エステル系ホッ トメル ト透明接着剤 （東洋紡績製） を、 乾燥後の厚 さが 4 mとなる よ う ナイ フコ一タで塗布し、 乾燥器で乾燥後、 冷却す る こ とで透明接着剤層 1 0 2 を形成， 固化した。

次に、 上記ポ リ エステル系ホ ッ トメル ト接着剤にカーボンブラ ッ ク を 1 0重量部配合した着色接着剤を、 乾燥後の厚さが 5 . 5 μ ιη となるよ う に上記接着剤層 1 0 2と同様の方法で形成， 固化して着色接着剤層 1 0 3 を形成した。

次に、 この上に屈折率 1. 9 3 5 (波長 5 8 9. 3 n m)， 直径 5 0 μ ιη のガラス製の球状透明ビーズ 1 0 5 を複数個、 略最大充填密度となるよ う に分散配置し、 加圧板を用いて圧力 4. 5 kgZcm²で透明基材 1 0 1側 へ加圧しながら、 恒温槽中で 1 2 0 °C , 2 0分間保持する。 その後、 常 温まで冷却する こ とで透明接着剤層 1 0 2 および着色接着剤層 1 0 3 を 固化し、 透明ビーズ 1 0 5 を固定する。 透明ビーズ固定後のホッ トメル ト接着剤層 1 0 4の厚さは約 2 1 mであ り 、 透明ビーズ 1 0 5はその 直径の 5 8 %が露出 していた。

なお、 透明基材 1 0 1 に用いた T A Cフ ィ ルムは （ n e— n o ) = 0. 0 0 0 1 ， （ n z— n o ) = 0. 0 0 0 7 と光学的に略等方な透明フ イ ノレムであっ た。

上記の配光制御素子に、 無偏光を入射して評価したと ころ、 水平方向， 垂直方向共に約 ± 6 0 ° の等方的で広い視野角 （ こ こ では正面輝度に対 し 1ノ 2の輝度に成る角度） が得られた。

ま た、 直線偏光を入射したと ころ、 縞模様の原因となる輝度むらは認 められず、 観察者がどの角度から見ても明る く 、 広い視野角特性が得ら れた。

第 9図は、 本実施例の配光制御素子の直線偏光入射時の光出射特性を 示す等輝度線図であ り 、 第 1 0図は本実施例の配光制御素子の直線偏光 入射時の水平方向および垂直方向の光出射 （配光） 特性を示す。

第 9図， 第 1 0図に示すとおり 、 本実施例の配光制御素子は、 出射 (配光） 特性に偏光依存性があ り 、 入射した直線偏光の電気ベク トルの 振動方向と平行な方向 （図中、 水平方向） の視野角 （ ± 7 5 ° ) が、 こ れと直交する方向の視野角 （ ± 4 5 ° ) よ り も広く なる。 これは以下の 理由による。

本配光制御素子では、 透明ビーズ 1 0 5 に入射した偏光は、 大部分が 偏光状態を略維持したま ま集光され、 拡散し透明基材 1 0 1 内を様々な 角度で進行して出射する。 この際、 透明ビーズ 1 0 5 は球体なので屈折 の角度は偏光によ らず、 等方的となる。 しかし、 透明ビーズ 1 0 5表面 や透明基材 1 0 1 の光出射側表面では、 p偏光と s偏光とでエネルギー 透過率が異なるため、 透明ビーズ 1 0 5 あるいは透明基材 1 0 1 の表面 に対して P偏光成分の透過率は高く 、 s 偏光成分の透過率が低く なり 、 結果と して配光特性に偏光依存性が生じたのである。

従って、 本配光制御素子に円偏光を入射すれば無偏光を入射した場合 と同様に等方的な視野角が得られる。 つま り本配光制御素子の様に、 微 小レンズと して球状透明ビーズのよ う な回転対称な微小レンズを用いれ ば、 入射光の偏光状態によ リ配光特性を比較的容易に変える ことが可能 となる。

ま た、 屈折率 1 . 7 の透明ビーズを使用 したこと以外は、 上記実施例 と同様の構成で配光制御素子を作製し、 無偏光を入射して特性を調べた と ころ、 正面の輝度は上記実施例の 1 . 8倍 、 視野角は ± 3 7 ° となつ た。 即ち、 本配光制御素子では、 透明ビーズの屈折率を変える こ とでゲ イ ンおよび視野角を変える こ とができ る。 つま り 、 透明ビーズの屈折率 を適切に選ぶことで、 所望の特性の配光制御素子を実現する こ とが可能 である。

[配光制御素子の実施例 2 〕

本実施例では、 第 1 図および第 2 図に示す配光制御素子を以下のとお リ作製した。 キャスティ ング法 （溶液流延法） によ り成膜した厚さ 1 Ο Ο μ ιηの平 坦なポリ 力一ポネー ト （ P C ) フ ィルムからなる透明基材 1 0 1 の一表 面に、 水系媒質に分散させたポリ エステル系ホッ トメル ト透明接着剤を 乾燥後の厚さが 4 mとなる よ う にナイ フ コ一タ によ リ塗布， 加熱乾燥 し、 その後冷却する こ とで透明接着剂層 1 0 2 を形成， 固化した。

次に、 これにポリ エステル系ホッ トメル ト接着剤に力一ボンブラ ック を 1 0重量部配合した着色接着剤層 1 0 3 を、 乾燥後の厚さが 5. 5 ^ mとなるよ う に上記と同様に して形成， 固化する。

次に、 この上に屈折率 1. 9 3 5 (波長 5 8 9. 3 n m)， 直径 5 0 m のガラス製の球体状の透明ビーズ 1 0 5 を実施例 1 と同様に してホッ 卜 メル ト接着剤層 1 0 4内に埋没， 固定した。 固定後のホッ トメル ト接着 剤層 1 0 4の厚さ は約 2 1 μ mであ り 、 透明ビーズ 1 0 5はその直径の 5 8 %が露出 していた。 なお、 透明基材 1 0 1 に用いた P Cフ ィルムは ( n e - n o) 0. 0 0 0 1 以下の光学的に略等方な透明フ ィルムであ る。 この配光制御素子に円偏光を入射して評価したと ころ、 縞模様の原 因となる輝度むらは無く 、 約 ± 6 0 ° の等方的で広い視野角が得られた。 ま た、 直線偏光を入射したと ころ、 縞模様の原因となる輝度むらは無く 、 入射直線偏光の電気べク トルの振動方向と平行な方向の視野角が、 これ と直交する方向の視野角よ り も広い出射特性が得られた。

〔配光制御素子の実施例 3 〕

本実施例では、 第 1 図および第 2図に示す配光制御素子を以下のとお リ作製した。

エキス トルージョ ン法 （溶融押出法） によ り成膜し、 一軸延伸 した厚 さ 1 0 0 mの平坦な P Cフ ィ ルムからなる透明基材 1 0 1 の一表面に、 水系媒質に分散させたポリ エステル系ホ ッ トメル ト透明接着剤を乾燥後 の厚さが 4 μ ιηとなるよ う にナイ フ コ一タ によ リ塗布， 乾燥した後、 冷 却する こ とで透明接着剤層 1 0 2 を形成， 固化した。

次に、 実施例 1 ， 2 と同様に着色接着剤層 1 0 3 を形成， 固化し、 こ の上に透明ビーズ 1 0 5 を分散配置後、 加圧しながら 1 2 0 °Cで 3 0分 間保持し、 ホッ トメル ト接着剤層 1 0 4 に埋没， 固定した。 固定後のホ ッ トメル ト接着剤層 1 0 4の厚さは約 2 1 mであ り 、 透明ビーズ 105 はその直径の 5 8 %が露出 していた。

なお、 透明基材 1 0 1 に用いた P Cフ ィルムは （ n e — n 0 ) = 0 . 0 0 1 の膜面に平行な方向に光学軸を有する一軸異方性の透明フ イ リレムであった。

この配光制御素子に、 電気べク トルの振動方向が透明基材 1 0 1 の遅 相軸に平行あるいは垂直な直線偏光を入射したと ころ、 縞模様の原因と なる輝度むらは無く 、 入射した直線偏光の電気べク トルの振動方向と平 行な方向の視野角が、 これと直交する方向の視野角よ リ も広い出射特性 が得られた。

ま た、 本配光制御素子では、 透明基材がー軸延伸によ り 、 引張り 強さ ， 初期弾性率等の物性が改良され、 カール等の少ないシー ト状の配光制御 素子を得る ことができた。

〔配光制御素子の実施例 4 〕

本実施例では、 第 1 図および第 2 図に示す配光制御素子を以下のとお リ作製した。

射出成形によ リ形成された厚さ 2 mmの脂環式ァク リ ル樹脂 （商品名ォ ブ ト レ ッツ ： 日立化成工業製） からなる平坦な透明基材 1 0 1 の一表面 に、 アク リ ル系のホッ トメル ト透明接着剤を乾燥後の厚さが 4 μ mとな るよ う にスピンコータ によ り塗布， 乾燥後、 冷却 して透明接着剤層 102 を形成， 固化した。

次に、 同じ く アク リ ル系ホ ッ トメル ト接着剤にカーボンブラ ック を 1 0重量部配合した着色接着剤層 1 0 3 を、 乾燥後の厚さが 5 . 5 i m となる よ う に透明接着剤層 1 0 2 と同様の方法で形成， 固化した。

この上に屈折率が 1 . 9 3 5 (波長 5 8 9 . 3 n m ) , 直径が 5 0 μ πιの ガラス製の球状透明ビーズ 1 0 5 を分散配置し、 前記実施例と同様に加 圧しながら、 1 2 0 °Cで 2 0 分間保持し、 ホッ トメル ト接着剤層 1 0 4 に埋没， 固定した。 固定後のホ ッ トメル ト接着剤層 1 0 4の厚さは約 2 1 mであ り 、 透明ビーズ 1 0 5 はその直径の 5 8 %が露出 していた。 なお、 透明基材 1 0 1 に用いた脂環式アク リ ル樹脂は （ n e — n o ) = 0 . 0 0 0 7 と光学的に略等方であっ た。

この配光制御素子に、 円偏光を入射して評価したと ころ、 縞模様の原 因となる輝度むらは無く 、 土約 5 0 ° の等方的で広い視野角が得られた。 ま た、 直線偏光を入射したと ころ、 縞模様の原因となる輝度むらは無く 、 入射した直線偏光の電気ベク トルの振動方向と平行な方向の視野角が、 これと直交する方向の視野角よ り も広い出射特性が得られた。

なお、 本実施例の配光制御素子は透明基材 1 0 1 自体に剛性があるた め、 補強部材等がなく ても背面投射型表示装置のスク リ ーンと して使用 するこ とができる。

以上の実施例では、 微小レンズと して球状透明ビーズを用いたが、 他 の形状の微小レンズを用いてもよい。 第 3 4図は、 他の形状の微小レン ズを用いた一例を示す模式斜視図である。 これは円柱状の微小透明ロ ッ ド 3 4 0 1 を用いたもので、 これ以外は前記実施例と同様である。

この配光制御素子は、 入射した光に対して、 微小透明ロ ッ ド 3 4 0 1 の長軸方向には収束効果が作用せず、 長軸方向に直交する方向だけに収 束効果が作用 し、 この方向のみに広い視野角が得られると云うものであ る。 この場合も、 光学異方性の小さ い透明基材を用いる こ とで、 偏光入 射時の縞模様の発生を回避できる。

ま た、 配光制御素子に入射する光が直線偏光の場合は、 該偏光の振動 方向を微小透明ロ ッ ドの長軸方向と平行にすれば、 該偏光は微小透明口 ッ ドの入射面に対して P偏光となるため、 配光制御素子を高い透過率で 使用する ことができる。

と ころで、 前記各実施例では、 微小レンズを透明ビーズやロ ッ ドなど 前もって成形された微小体で構成 したが、 本発明の配光制御素子はこれ に限るものではない。 即ち、 透明基材上に直接、 多数の微小レンズを 2 次元アレイ状に成形したものでも よい。 第 3 5図はこのよ う な配光制御 素子の一例を示す模式斜視図である。

この配光制御素子は、 例えば、 ガラス， 無延伸 P Cフ ィ ルム， T A C フ イルム， 射出成形ァク リ ル樹脂板等の光学的に略等方な透明基材 3501 上に、 微小レンズ 3 5 0 2 を 2次元アレイ状に成形し、 さ らに、 微小レ ンズ 3 5 0 2 の光収束部に開口部を有する黒色の光吸収層 （ブラ ックマ ト リ クス） 3 5 0 3 を形成したものである。

光吸収層 3 5 0 3 は公知の技術、 例えば印刷法， 蒸着法， フ ォ ト リ ソ グラフ ィ 一法等によ り形成する こ とができる。 ま た、 微小レンズ 3502は 公知の技術、 例えばポジ型フ ォ ト レジス トをパターン露光し、 現像して 円柱状の立体形状を得た後、 加熱溶融時の表面張力によ り ドーム状微小 レンズを形成する方法や、 光線ま たは電子線の照射によ リ硬化する透明 な樹脂膜を透明基材 3 5 0 1 上に形成し、 これに光線あるいは電子線を 選択照射して硬化させ、 未硬化部分を除去する方法で形成する こ とがで さる。 いずれの場合も透明基材 3 5 0 1 には、 光学的に略等方な透明体、 ま たは、 一軸光学異方性を有する透明体を用いる ことで、 偏光入射時の縞 模様の発生と云う 問題を解決する こ とができる。

〔背面投射型表示装置の実施例 1 〕

次に本発明の配光制御素子を用いた背面投射型表示装置について説明 する。 第 1 1 図は背面投射型表示装置の模式断面図である。

本発明の投射型表示装置は、 第 1 1 図に示すとおり 、 投射装置 7 0 1 からの投射光 7 0 4力 ミ ラー 7 0 2 を介して透過型スク リ ーン 7 0 3 に照射され、 画像が表示される。 ミ ラー 7 0 2 と しては、 光学的に等方 な透明ガラスに銀， アルミ ニウム等の反射性金属を蒸着したものを用い た。

投射装置 7 0 1 と しては、 いわゆる液晶プロジェク タ を用いる ことが できる。

第 1 2図は液晶プロジェク タの一例を示す模式断面図である。

光源 8 0 1 は回転放物面、 ま たは、 回転楕円面のリ フ レク タ と、 キセ ノ ンラ ンプ， メタルハライ ドラ ンプ， ハロゲンラ ンプ等の白色光源から 構成されており 、 これから出射した光は U V， I Rカ ッ トフ ィ ルタ （図 示省略） 等を通過する ことで、 紫外線や赤外線が取り 除かれた白色光と なって、 色分離ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 8 0 2 に向かう 。

色分離ダイク ロイ ツク ミ ラー 8 0 2 に入射した白色光は、 青色光（B ) とそれ以外の光に分離され、 青色光 （ B ) は全反射ミ ラー 8 0 4で反射 して、 液晶表示素子 8 0 7 に至る。

—方、 色分離ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 8 0 2で反射した緑色光 （ G ) と 赤色光 （ R ) は色分離ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラー 8 0 3で分離され、 緑色光 ( G ) は液晶表示素子 8 0 9へ、 ま た、 赤色光 （ R ) は全反射ミ ラー 8 0 5 , 8 0 6で反射されて、 液晶表示素子 8 0 8に至る。 液晶表示素 子 8 0 7， 8 0 8， 8 0 9としては、 T X液晶表示素子を用いることが できる。

第 1 3図は T N液晶表示素子の一例を示す模式断面図である。 この液 晶表示素子は、 I T O( I ndium Tin Oxide) から成る透明電極 9 0 3， ポリイ ミ ド系高分子からなる配向膜 9 0 5を有する第 1の透明ガラス基 板 9 0 1 と、 配向膜 9 0 6， 画素を形成する透明電極 9 04、 これと接 続される図示しない配線や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有 する第 2の透明ガラス基板 9 0 2と、 シール剤 9 0 8を介して接着され た 2枚の透明ガラス基板 9 0 1 と 9 0 2との間に、 封入された誘電異方 性が正のネマチック液晶からなる液晶層 9 0 7とを有する。

液晶層 9 0 7の液晶分子長軸の方向は 2枚の透明ガラス基板 9 0 1 ,

9 0 2に形成された配向膜 9 0 5， 9 0 6にラビング処理することで配 向方向が規定され、 透明ガラス基板間で連続的に 9 0° 捻じれた状態と なっている。

液晶表示素子の光入射面と光出射面には、 それぞれ偏光子 9 0 9， 検 光 7-9 1 0が Sいに直交する ιΠ線 光を透過するように配置され、 透明 ガラス基板 9 0 1， 9 0 2での液晶層 9 0 7の液晶分子長軸の配向方向 は、 それぞれ偏光子 9 09および検光子 9 1 0の直線偏光の透過軸に対 して共に平行、 もしくは、 共に直交するよう構成されている。

偏光子 9 0 9 と検光子 9 1 0は、 延伸したポリビニルアルコール (P VA) にヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面に 卜リア セチルセルロース （TAC) 保護層を施したものを用い、 それぞれ透明 ガラス基板 9 0 1および透明ガラス基板 9 0 2にアク リル系の接着剤に より光学的に結合されるよう接着されている。 ここで液晶表示素子の動作を説明する。 液晶表示素子に入射し偏光子 9 0 9 を透過した直線偏光は、 液晶層 9 0 7 を透過して検光子 9 1 0に 入射する。 この際、 液晶層 9 0 7 を透過する光の偏光状態は、 液晶層 9 0 7に印加される電界によって変化するため、 画像情報に対応した電 圧を透明電極 9 0 5および透明電極 9 0 4に印加し、 液晶層 9 0 7に電 界を印加することで、 検光子 9 1 0を透過する光量を制御して光学画像 を形成することができる。

従って、 第 1 2図の液晶表示素子 8 0 7， 8 0 8 , 8 0 9にそれぞれ 入射した各色光は、 それぞれの画像情報に応じて、 空間変調されて出射 する。 各液晶表示素子で変調された各色光は、 後に詳述する偏光状態揃 え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4 を通過して、 色合成クロスダイクロイヅ クプリズム 8 1 1 に入射， 合成された後、 投射レンズ 8 1 0を介して透 過型スクリーン 7 0 3に投射される。

第 1 4図は、 本発明の背面投射型表示装置の透過型スクリーン 7 0 3 の模式断面図である。

透過型スクリーン 7 0 3は、 フレネルレンズシー ト 8 0 I f と、 本発 明の配光制御素子 1 0 0とから構成される。 フレネルレンズ 8 0 1 f は 凸レンズと同様な作用をする光学部品であり、 投射装置 7 0 1から出射 する拡散投射光を平行化し、 配光制御素子 1 0 0へ入射する光の入射角 度を 0度またはその近傍に変換する働きをする。

ここで、 本発明の配光制御素子 1 0 0はその構成上、 入射角度が大き くなると透過率が下がると云う性質を有する。 第 1 5図は入射角度増大 に基づく透過率の低下を説明する模式図である。

光の入射角度 Θが大きくなると、 入射光 1 0 6が透明ビーズ 1 0 5に より収束し、 発散しながら透明基材 1 0 1から出射するが、 その際に透 明基材 1 0 1 と空気との界面への入射角度が大きくなるため反射が増大 して、 透過率が著しく低下する。 さらに、 入射角度 Θが大きくなると、 透明ビーズ 1 0 5に入射し、 収束した光は、 配光制御素子 1 0 0の開口 部、 即ち、 透明ビーズ 1 0 5 と透明接着剤層 1 0 2の接触部分を通過で きず、 着色接着剤層 1 0 3で吸収されてその透過率は低下する。

第 1 6図は配光制御素子 1 0 0の光の入射角度と透過率の関係の一例 のグラフである。 横軸が光の入射角度 0， 縦軸が入射角度 θ = 0 ° にお ける透過率を 1 とした相対透過率である。

入射角度 Θが 1 0 ° を超えると透過率は急激に低下する。 従って、 配 光制御素子 1 0 0に入射する光の広がリは、 小さければ小さいほど良く、 実用的には半値角で土 1 0 ° 以内にすることが望ましい。

従って、 本配光制御素子を従来の例えば R， G， Bの 3原色に対応す る C R T投射管を 3本使用する 3管式投射装置を用いた、 背面投射型表 示装置の透過型スクリーンに用いると、 配光制御素子へ入射する各色光 の入射角度が異なるため、 各色光の透過率が異なり、 ホワイ トバランス が悪くなつたり、 強いカラ一シフ トが現れると云う問題を生じる。

このため、 本発明の背面投射型表示装置では、 使用する投射装置とし ては単管式の投射装置を用いることを特徴としている。 単管式では、 各 色光の透過型スク リーンへの入射角度は一致しているため、 上記のホヮ ィ 卜バランスの低下や、 カラーシフ 卜が生じると云うようなことはない。 さらに透過型スク リーン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0の光入 射側にはフレネルレンズ 8 0 1 f を配置して、 投射装置 7 0 1からの発 散投射光 7 0 4 を平行化し、 配光制御素子 1 0 0への入射光の入射角度 を実質的に 0度に変換することで、 配光制御素子 1 0 0での透過率低下 が抑制され、 表示画像の輝度を向上することができる。 こ こで、 投射装置 7 0 1 の 2 次元光学スィ ッチ素子と して用いた T N 液晶表示素子は、 一般に、 コ ン トラス ト比の水平方向の対称性を確保す るため、 偏光子 9 0 9 および検光子 9 1 0 の直線偏光の透過軸が、 液晶 表示素子の表示面水平方向に対して 4 5 ° あるいは 1 3 5 ° の角度を成 すよ う に配置する。 この場合、 液晶表示素子 8 0 7， 8 0 8， 8 0 9 と して同じ構成の液晶表示素子を用いると、 液晶表示素子を透過した画像 光は、 色合成ク ロスダイ ク ロイ ツク プリ ズム 8 1 1 において、 1 回反射 した画像光と 1 回も反射しない画像光とで、 直線偏光の電気べク トルの 振動方向 （以下、 直線偏光の振動方向） が異なる ことになる。

つま り 、 液晶表示素子 8 0 7 と 8 0 8 を通過した赤色光 （ R ) および 青色光 （ B ) は、 色合成ク ロスダイ ク ロイ ツク プリ ズム 8 1 1 において 各々一回反射するため直線偏光の振動方向は同じだが、 液晶表示素子 8 0 9 を通過した緑色光 （ G ) は色合成ク ロスダイ ク ロイ ツクプリ ズム 8 1 1 において一度も反射していないために、 直線偏光の振動方向が他 の色光の直線偏光の振動方向と直交する ことになる。

上記のとおり 、 本発明の配光制御素子 1 0 0 の出射特性は、 入射光の 偏光状態に依存して変化する。 このため、 従来の背面投射型表示装置の 透過型スク リ ーンと して、 本発明の配光制御素子を用いた場合、 ある方 向から観察すると画像は緑色を呈し、 ま た、 これとは逆の斜め方向から 観察すると画像はマゼンタ色を呈する こ とになる。

これを是正するため、 本発明の背面投射型表示装置 7 0 1 では、 液晶 表示素子 8 0 7， 8 0 8 , 8 0 9 の光出射側に偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4 を配置したこ と を特徴とする。

偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4 は、 液晶表示素子から出射 した各色光が、 透過型スク リ ーン 7 0 3 に投射される前に、 各色光の偏 光状態を一致させる機能を有するものである。

第 1 7 図は偏光状態揃え手段の一例を示す模式断面図である。 この偏 光状態揃え手段はポリ イ ミ ド系の配向膜 1 0 0 3 が形成された透明基板 1 0 0 1 と、 同 じ く ポリ イ ミ ド系の配向膜 1 0 0 4が形成された透明基 板 1 0 0 2 と、 これら 2枚の透明基板の間に封入したネマチック液晶か らなる液晶層 1 0 0 6 とから構成される。 2枚の透明基板 1 0 0 1 , 1 0 0 2 の間には図示しないスぺ一サ一によ って間隙が確保され、 周囲 をシール剤 1 0 0 5 でシールする こ とで 2枚の透明基板を接着し、 液晶 の密閉を行っている。

第 1 8 図は、 偏光状態揃え手段の動作を説明するもので、 説明を分か リ 易 く するために、 液晶表示素子および偏光状態揃え手段の透明基板近 傍での液晶分子長軸の配向方向をそれぞれ矢印 9 1 1， 9 1 2 , 1 0 0 7， 1 0 0 8 で示している。

第 1 8 図に例示するとおリ 、 偏光状態揃え手段の液晶層 1 0 0 6 は、 2枚の透明基板 1 0 0 1 と 1 0 0 2 上の配向膜によ り 、 液晶分子長軸が 2枚の透明基板間で 4 5 ° 捩じれてお り 、 透明基板 1 0 0 1 側の液晶配 向方向 1 0 0 8 は、 液晶表示素子の表示面に対して水平方向となってい る。

—方、 液晶表示素子側の透明基板 1 0 0 2側の液晶配向方向 1 0 0 7 は、 液晶表示素子の光出射側の透明基板 9 1 0 の液晶配向方向 9 1 2 と 平行となってお り 、 液晶表示素子の表示面水平方向に対して 4 5 ° 傾い ている。

この偏光状態揃え手段は、 入射する光の主波長領域に対してウエーブ ガイ ドの条件を満足するよ う に構成される。 ウェーブガイ ドの条件は、 例えば、 J . P hys . D ： A p p l . P hys . V o 1 . 8 ( 1 9 7 5 )の 1 5 7 5 ~ 1 5 8 4頁の C. H. Goochと H. A. Tarryによ る論文に記載されてい る。

即ち、 波長 λの光をウェーブガイ ドによ り 4 5 ° だけ旋光するには、 偏光状態揃え手段の液晶層 1 0 0 6の層厚 d， 波長え における複屈折 △ nを式 （ 1 ) を満足するよ う に設定すればよい。

4 (1 · Α η/λ =ν(4 πι²— 1 ) - ( 1 ) こ こで、 mは任意の整数である。

従って、 偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4の dと Δ nは、 こ れらに入射する光の主波長に対して式（ 1 )を満足する様に設定すればよ く 、 こ こでは偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3 , 8 1 4に入射する光の 主波長をそれぞれ 4 5 0 n m， 6 5 0 n n， 5 5 0 n mと し、 さ らに m = 4と して、 （1 · Δ ηがそれぞれ 6 2 6 n m， 9 0 3 n m , 7 6 5 n m となる様に した。

なお、 ウェーブガイ ドの条件は、 異常光モー ドと常光モー ドでは変わ らないので、 偏光状態揃え手段の液晶の配向方向は、 両透明基板での配 向方向を共に第 1 8図に例示した配向方向に対して 9 0 ° 回転したもの を用いてもよい。

このよ う に構成する ことで、 液晶表示素子 8 0 7 , 8 0 8， 8 0 9 を 通過した直線偏光はそれぞれ偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4 を通過する際、 その電気ベク トルの振動方向が 4 5 ° 回転する こ とで、 各色光の偏光の状態が、 液晶表示素子の表示面に対して水平方向の振動 方向を有する直線偏光とな り 、 全て一致する こ と になる。

ま た、 本実施例の様に、 各色光の直線偏光の振動方向を表示面に対し て水平方向とする ことで以下の効果が得られる。

一般に複数の 2次元光学スィ ッチ素子を用いた単管式の投射装置では、 3 δ 各 2次元光学スィ ツチ索子で形成された光学画像光を合成するためにク ロスダイクロイ ツクプリズム、 あるいは、 ダイクロイツクミラーを用い る。

ダイクロイツクプリズム、 あるいは、 ダイクロイツクミラーの反射面 は誘電体多層膜によリ形成されており、 これに斜めに入射する直線偏光 は、 入射面に対して平行な Ρ偏光、 あるいは、 入射面に対して垂直な s 偏光以外の場合には、 反射の際に偏光状態が変わり、 一般に楕円偏光と なって、 各色光で偏光状態が異なってしまう。 しかし、 上記のとおり各 色光の直線偏光の振動方向を表示面に対して水平方向、 即ち、 色合成ダ イクロイックプリズムの反射面に対して ρ偏光として入射すれば、 各色 光の偏光状態は変化せず、 全ての各色光の偏光状態が一致したまま、 光 学画像光を透過型スク リーンへ投射することができる。

つまり、 本発明の背面表示装置では、 投射装置 7 0 1 から投射される 各色光の偏光状態が一致しているため、 透過型スクリーン 7 0 3 として 用いる配光制御素子 1 0 0の配光特性の偏光依存性による色付きが解消 されて、 高品位な画像を得ることができると云う効果がある。

また、 透過型スクリーン 7 0 1 に入射する投射光が、 表示面に対して 水平方向の振動方向を有する直線偏光であるので、 配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性により、 垂直方向よリも水平方向の視野角を広 くすることができる。 このことは一般に、 表示装置では垂直方向よりも 水平方向に、 より広い視野角が求められているので限られた光を観察者 へ効率よく配分する上で非常に有効である。

上記構成の背面投射型表示装置を透過型スクリーン 7 0 3の配光制御 素子 1 0 0として、 〔配光制御素子の実施例 1〕 に例示した配光制御素 子 1 0 0の透明基材 1 0 1側表面に、 厚さ 2匪の平坦で透明な光学的に 略等方なァク リ ル板を張り合わせたものを用いて評価したと ころ、 水平 方向の視野角 ± 7 5 ° 、 垂直方向の視野角 ± 4 5 ° と、 両方向共に広い 視野角が得られた。 さ らに、 斜め方向から観察した際、 縞模様や色付き の発生はなかっ た。

ま た、 外部から透過型スク リ ーンへ入射する不要光は、 配光制御素子 1 0 0の着色接着剤層 1 0 3で吸収されるため、 明るい環境下 （垂直照 度 3 0 0 1 X ) において、 0. 5 c d Zm²と低輝度な黒表示が実現され た。

なお、 本発明の背面投射型表示装置の偏光状態揃え手段は、 液晶表示 素子から出射した各色光の偏光状態を一致させる機能を有するものであ ればよ く 、 上記実施例の他に、 例えば、 捩じれ構造を有する高分子積層 フ ィルムや 1 2波長板を用いる こ とができる。

偏光状態揃え手段と して用いる捩じれ構造を有する高分子積層フ ィ ル ムは、 例えば位相差 d · A n = 2 7 5 n mの P Cフ ィ ルム製の位相差フ イルムを 4枚積層する こ とで実現される。 4枚の位相差フ ィルムは、 液 晶表示素子に近い方からそれぞれの遅相軸が、 液晶表示素子の光出射側 の透明基板の液晶配向方向に対して 5. 6 ° ， 1 6. 9 ° , 2 8. 1 ° ， 3 9.4 ° となるよう に配置する。 この場合も上記実施例と同様な効果 が得られる。

ま た、 偏光状態揃え手段と して 1 Z 2波長板を用いる場合は、 各液晶 表示素子を通過した光の波長に対し 1 Z 2波長板と して機能する波長板 の遅相軸を、 液晶表示素子の検光子の透過軸に対して 2 2. 5 ° 傾けた 状態で配置する ことで上記実施例と同様な効果が得られる。

さ らに、 出射する直線偏光の振動方向が、 他のものとは異なる液晶表 示素子の光出射側にのみ、 偏光状態揃え手段と して 1 ノ 2波長板を配置 して、 他の液晶表示素子の偏光状態と一致させるだけでも、 斜め方向か ら観察した際の色付きを、 ある程度防止する ことができる。

なお、 上記実施例では、 液晶表示装置の検光子の直線偏光の透過軸が、 表示面水平方向に対して 4 5 ° 傾いた場合について説明 したが、 例えば、 検光子の透過軸が、 予め表示面に対して水平方向、 あるいは、 垂直方向 となるよ う に構成した液晶表示素子を用いる ことで、 偏光状態揃え手段 の機能を液晶表示素子に兼ね備える ことが可能である。 この場合は、 液 晶表示素子から出射した各色光の偏光状態は色合成後も一致しているた め、 液晶表示素子の光出射側に別の光学素子を配置 しなく ても上記実施 例と同様の効果を得る ことが可能である。

しかし、 この場合はコ ン トラス ト比の水平方向の対称性が崩れるので、 F値の高い投射光学系を用いて、 コ ン トラス ト比の左おの非対称性が認 識されない様にするのがよい。

上記のとおり 、 本発明の背面投射型表示装置は、 透過型スク リ ーン 7 0 3 を配光制御素子 1 0 0 と、 その光入射側に配置したフ レネルレン ズ 8 0 1 f とで構成した。 このため投射装置 7 0 1 からの発散投射光 7 0 4は、 配光制御素子 1 0 0へ入射する際、 フ レネルレンズ 8 0 1 f によ り平行化され、 その入射角度が実質的に 0度に変換されるため、 配 光制御素子 1 0 0 での透過率低下が抑制されて、 明るい表示画像が得ら れる。

ま た、 本発明では、 投射装置と して単管式投射装置を用いる ことで、 配光制御素子 1 0 0 の光学特性によ り生じるカラーシフ トゃ色付きを抑 制して、 高品位な画像を得る ことができる。

さ らに投射装置からの出射光の偏光状態を各色光共に一致させる こ と で、 配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性によ り生じる斜め方向 から観察した際に生じる色付きを解消できると云う効果がある。 また、 透過型スク リ ーン 7 0 3 と して用いた本発明の配光制御素子 1 0 0は、 どの角度から見ても明るい広い視野角特性を有し、 外部不要光による迷 光の低減効果が高いため、 広視野角、 かつ、 明るい環境下でも低輝度な 黒表示の実現によ り高いコ ン トラス ト比が得られる背面投射型表示装置 が実現できると云う効果がある。

なお、 以上述べた背面投射型表示装置では、 投射装置に複数の 2次元 光学スィ ツチ素子を用いる場合を説明 したが、 2次元光学スィ ツチ素子 を一つだけ用いる、 いわゆる単板式の投射装置を用いてもよい。 この場 合は、 もともと 2次元光学スィ ッチ素子はひとつ しかないので、 光学画 像光の偏光状態は揃えなく とも一義的に決るため、 本発明の配光制御素 子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性によ リ色付きが生じる ことはない。

〔背面投射型表示装置の実施例 2 〕

次に、 本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。 こ こで述 ベる背面投型表示装置は第 1 1 図を用いて説明 した前記実施例と同様、 投射装置 7 0 1 ， ミ ラー 7 0 2 ， 透過型スク リ ーン 7 0 3 を有し、 投射 装置 7 0 1 から出射した投射光 7 0 4がミ ラ一 7 0 2 を介して透過型ス ク リーン 7 0 3 に照射され、 画像が表示されるものであるが、 投射装置 7 0 1 の構成が一部異なる。

第 1 9図は本実施例の背面投射型表示装置に係る投射装置の模式断面 図である。

この投射装置は、 基本的には第 1 2 図に例示した投射装置と同様であ るが、 こ こで述べる投射装置 7 0 1 は、 投射レンズ 8 0 1 とク ロスダイ クロイ ツクプリ ズム 8 1 1 の間に偏光状態変換素子 8 1 5 を配置した点 が特徴である。 本投射装置では、 前記実施例と同様、 光源 8 0 1 から出射した白色光 は色分離ダイクロイ ツク ミラ一 8 0 2および 8 0 3で青色光 （B ) と緑 色光 （G ) と赤色光 （R ) に色分離され、 ミラ一 8 0 4， 8 0 5および 8 0 6 を介して、 それぞれ液晶表示素子 8 0 7， 8 0 9， 8 0 8に入射 する。 液晶表示素子に入射した光はそれぞれ、 各色の画像情報に応じて 空間変調されて出射し、 偏光状態揃え手段 8 1 2， 8 1 3， 8 1 4によ り各色光は振動方向が一致した直線偏光となって色合成クロスダイク口 イ ツクブリズム 8 1 1 に入射する。

この際、 色合成クロスダイクロイ ツクプリズム 8 1 1 に入射する各色 光は、 該プリズム 8 1 1 のミラ一面に対して p偏光、 あるいは、 s偏光 とすることが望ましい。 なぜなら、 色合成プリズム 8 1 1 のミラ一面は、 誘電体多層膜で構成されており、 特別な設計， 成膜をしない限り、 ミラ 一面に斜めに入射する直線偏光は、 入射面に対して平行な p偏光、 ある いは、 入射面に对して垂直な s偏光でなければ、 反射の際に偏光状態が 変わり、 一般に楕円偏光となって、 各色光の偏光状態が異なってしまう からである。

ここでは以下画像光が色合成クロスダイクロイツクプリズム 8 1 1の ミラー面に対して p偏光、 即ち、 表示面に対して水平方向に振動方向を 有する直線偏光としてプリズム 8 1 1 に入射する場合の例を説明する。 色合成ダイクロイツクプリズム 8 1 1 に入射し色合成された画像光は、 偏光状態変換素子 8 1 5および投射レンズ 8 1 0を介して透過型スク リ ーン 7 0 3に投射される。

偏光状態変換素子 8 1 5は、 色合成後の画像光の偏光の状態を変える もので、 例えば第 2 0図に示す液晶素子を用いることができる。 第 2 0 図に示した偏光状態変換素子 8 1 5は I T 0から成る透明電極 1 1 0 3 およびポ リ イ ミ ド系高分子からなる配向膜 1 1 0 4が全面的に積層形成 された第 1 の透明ガラス基板 1 1 0 1 と、 同 じ く 透明電極 1 1 0 5 およ び配向膜 1 1 0 6 が全面的に積層形成された第 2 の透明ガラス基板 1 102 と、 2枚の透明ガラス基板 1 1 0 1 ， 1 1 0 2間に図示しないスぺーサ —を挟むことで間隙を形成し、 その周囲をシール剤 1 1 0 8 でシールす る こ とで形成された空間に、 封入した誘電異方性が正のネマチック液晶 からなる液晶層 1 1 0 7 によ り構成される。

液晶層 1 1 0 7 の液晶分子長軸は、 2枚の透明ガラス基板 1 1 0 1 ， 1 1 0 2 にそれぞれ形成された配向膜 1 1 0 4 および 1 1 0 6 にラ ビン グ処理等の配向処理を行う こ とで、 両基板間で連続的に 9 0 ° ねじれた、 いわゆる T N液晶素子となっている。

次に、 偏光状態変換素子 8 1 5 の動作を図面を用いて説明する。 第 2 1 図および第 2 2 図は偏光状態変換素子 8 1 5 の動作を説明する模式 図であ り 、 符号 1 1 1 0 および 1 1 1 1 で示す矢印は、 それぞれ透明ガ ラス基板 1 1 0 1 および 1 1 0 2 での液晶の配向方向を示す。

光入射側の透明ガラス基板 1 1 0 2 での液晶の配向方向 1 1 1 1 は、 入射する直線偏光の電気ベク トルの振動方向に平行 （も し く は垂直） で あ り 、 液晶層 1 1 0 7 は可視波長域においてウエーブガイ ドの条件を満 たすものである。

従って、 偏光状態変換素子 8 1 5 の液晶層 1 1 0 7 に電界を印加して いないと きは第 2 1 図に例示すると おリ 、 偏光状態変換素子 8 1 5 に入 射した光学画像光は、 その電気ベク トルの振動方向が 9 0 ° 回転した直 線偏光、 即ち、 表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光と な り 、 投射レンズ 8 1 0 を介して、 透過型スク リ ーン 7 0 3 に投射され る。 本背面投射型表示装置に用いる透過型スク リ ーン 7 0 3は前記実施例 と同様、 微小レンズと して球状の透明ビーズを用いた配光制御素子と、 フ レネルレンズから構成される。

この場合、 上記のとおり 、 透過型スク リ ーン 7 0 3 に入射する投射光 が、 表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線偏光であれば、 配 光制御素子 1 0 0の配光特性の偏光依存性にょ リ 、 水平方向よ り も垂直 方向の視野角が広く なる。

ま た、 第 2 2図に例示するとお り 、 2枚の透明ガラス基板上に形成さ れた透明電極 1 1 0 3および透明電極 1 1 0 5 に電圧を印加し、 液晶層 1 1 0 7 に電界を印加することで、 液晶分子をその分子長軸が透明ガラ ス基板に対してほぼ垂直となるよ う にすると、 偏光状態変換素子 8 1 5 に入射した光学画像光は偏光状態が殆ど変わる ことな く 通過する。 即ち、 表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光のま ま、 投射レ ン ズ 8 1 0 を介して、 透過型スク リーン 7 0 3 に投射される。 この場合は 透過型スク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0の配光特性の偏 光依存性によ り 、 垂直方向よ り も水平方向の視野角が広く なる。

即ち、 従来の背面投射型表示装置では透過型スク リ ーンを取り替えな ければその視野角特性を変える ことができなかったが、 本発明の背面投 射型表示装置では、 偏光状態変換素子 8 1 5の液晶層に印加する電界を 制御すると云う簡単な操作で、 視野角特性を容易に変え得ると云う画期 的な効果がある。

なお、 本発明の背面投射型表示装置の偏光状態変換素子 8 1 5は、 上 記 T N液晶素子の他に E C B ( E lectrically Controlled

B irefringence ) 液晶素子を用いる こ とができる。 この場合、 T N液晶 素子と異なるのは、 液晶層の厚さや液晶分子の配向方向等の液晶層に関 する部分だけなので、 第 2 0 図に例示した T N液晶素子の模式断面図を 用いて説明する。

E C B液晶素子から構成される偏光状態変換素子 8 1 5 は、 上記 T N 液晶素子から構成される偏光状態変換素子 8 1 5 と同様、 I T Oから成 る透明電極 1 1 0 3 およびポリ イ ミ ド系高分子からなる配向膜 1 1 0 4 が全面的に積層形成された第 1 の透明ガラス基板 1 1 0 1 と、 同じ く 透 明電極 1 1 0 5 および配向膜 1 1 0 6 が全面的に積層形成された第 2 の 透明ガラス基板 1 1 0 2 と、 2枚の透明ガラス基板間に図示しないスぺ —サーを挟むことで間隙を形成し、 その周囲をシール剤 1 1 0 8 で接続 することで形成された空間に封入されたネマチック液晶からなる液晶層 1 1 0 7 とから構成される。

ネマチック液晶の誘電異方性は正であっても負であっても構わないが、 液晶の配向は誘電異方性が正のネマチック液晶の場合はホモジニァス配 向と し、 誘電異方性が負のネマチック液晶の場合はホメォ トロ ピック配 向とする。

この際、 液晶層 1 1 0 7 に電界を印加したときの液晶の配向方向を揃 えるため、 どち らの場合も 1 〜 4 ° 程度のプレチル ト角を付け、 液晶の 分子長軸の方向が表示面に対して 4 5 ° の方向となる よ う に配向処理を 行う。

液晶層 1 1 0 7 の厚さ を ， 液晶の屈折率異方性を Δ η と した場合、 d · Δ ηはえ Z 2 ( λ は光学画像光の中心波長） 以上と なるよ う にする このよ う に構成した偏光状態変換素子 8 1 5 では、 2枚の透明ガラス 基板上に形成された透明電極 1 1 0 3 と 1 1 0 5 に電圧を印加し、 液晶 層 1 1 0 7 に電界を印加する こ とで、 入射する光学画像光に対して液晶 層 1 1 0 7 の見掛けの d · Δ η を 0 〜え Z 2 の範囲で制御する ことがで さる。

従って、 液晶層 1 1 0 7 の見掛けの d · Δ nが 0 のと きは、 偏光状態 変換素子 8 1 5 に入射した光学画像光は、 偏光状態が殆ど変えられる こ とがなく 通過すため、 表示面に対して水平方向の振動方向を有する直線 偏光のま ま透過型スク リ ーン 7 0 3 に入射する。 この場合は、 透過型ス ク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0の配光特性の偏光依存性 によ リ 、 垂直方向よ リ も水平方向の視野角が広く なる。

ま た、 液晶層の見掛けの d · 厶 nがえノ 2 のと きは、 偏光状態変換素 子 8 1 5 に入射した画像光は、 その電気べク トルの振動方向が 9 0 ° 回 転した直線偏光、 即ち、 表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直 線偏光となって透過型スク リ ーン 7 0 3 に入射する。 この場合は配光制 御素子 1 0 0の配光特性の偏光依存性によ り 、 水平方向よ り も垂直方向 の視野角が広く なる。

さ らに、 液晶層の見掛けの d · △ nが； I 4のと きは、 偏光状態変換 素子 8 1 5 に入射した画像光は略円偏光となって透過型スク リーン 703 に入射する。 この場合は、 垂直方向， 水平方向共に同程度の等方的な視 野角が得られる。

こ こで E C B液晶素子から構成される偏光状態変換素子 8 1 5 の動作 を、 第 2 3 図および第 2 4図を用いて具体的に説明する。

偏光状態変換素子 8 1 5 の液晶と して誘電異方性 Δ ε =— 4 . 2 ， 屈 折率異方性 Δ η = 0 . 0 8 3 のネマチック液晶を用い、 液晶層の厚さ を 3 . 5 μ mと した。

配向膜 1 1 0 4 および 1 1 0 5 は垂直配向性を示すポ リ イ ミ ド系配向 膜を用い、 表示面水平方向に対して 4 5 ° の角度を成す方向にラ ビング 処理を行い、 液晶分子に約 2 ° のプレチル ト を付与した。

この偏光状態変換素子 8 1 5 の液晶層 1 1 0 7 は、 電界無印加の場合 は、 液晶層 1 1 0 7 の見掛けの d △ n はほぼ 0 なので、 第 2 3 図に示す る様に、 入射した光学画像光は偏光状態が殆ど変え られる ことなく 通過 し、 投射レンズ 8 1 0 を介して、 表示面に対し水平方向の振動方向を有 する直線偏光の状態で、 透過型スク リ ーン 7 0 3 に投射される。 この場 合は透過型スク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0 の配光特性 の偏光依存性によ り 、 垂直方向よ り も水平方向の視野角が広く なる。 一方、 第 2 4図に示す様に、 2枚の透明ガラス基板上に形成された透 明電極に電圧を印加し、 液晶層 1 1 0 7 に電界を印加する こ とで液晶分 子の分子長軸を透明ガラス基板に対して垂直方向から水平方向に傾けて、 液晶層 1 1 0 7 の見掛けの d Δ nカ 2 2 5 n mとなる ょ ぅ にすると、 偏 光状態変換素子 8 1 5 に入射した画像光はその電気べク トルの振動方向 がほぼ 9 0 ° 回転し、 表示面に対して垂直方向の振動方向を有する直線 偏光、 も し く は、 表示面に対してほぼ垂直方向に長軸を有する楕円偏光 となって透過型スク リ ーン 7 0 3 に入射する。 この場合、 透過型スク リ —ン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性によ り 、 水平方向よ り も垂直方向の視野角が広く なる。

ま た、 偏光状態変換素子 8 1 5 の 2枚の透明ガラス基板上に形成され た透明電極に電圧を印加し、 液晶層 1 1 0 7 に電界を印加する ことで液 晶分子の分子長軸を透明ガラス基板に対して垂直方向から水平方向へ傾 けて、 液晶層の見掛けの d A n を 1 3 7 . 5 n m となるよ う にすると、 偏光状態変換素子 8 1 5 に入射した光学画像光は略円偏光となって透過 型スク リ ーン 7 0 3 に入射する。 この場合は透過型スク リ ーン 7 0 3 を 構成する配光制御素子 1 0 0 の特性によ り 、 水平方向， 垂直方向共に同 程度の等方的な視野角が得られる。

即ち、 従来の背面投射型表示装置では透過型スク リ ーンを取り替えな ければ、 その視野角特性を変える ことができなかっ たが、 本背面投射型 表示装置では、 T N液晶素子、 あるいは、 E C B液晶素子によ り構成し た偏光状態変換素子 8 1 5 の液晶層に印加する電界を制御する ことで、 水平方向の視野角を広く した り 、 垂直方向の視野角を広く した り 、 水平 方向， 垂直方向共に同程度の等方的な視野角が得られるといった様に、 容易に視野角特性を変える こ とができる。

なお、 上記実施例では偏光状態変換素子 8 1 5 と して、 液晶素子を用 いるこ とで視野角特性を可変とする場合について述べたが、 この他に、 例えば偏光状態変換素子 8 1 5 と して位相差板を配置する ことで、 所望 の視野角特性を得るよ う に してもよい。 例えば、 偏光状態変換素子 815 と して 1 4波長板を配置し、 透過型スク リ ーン 7 0 3 に入射する光学 画像光を、 円偏光とすることで等方的な視野角を得るよ う にするなど種 々の変形が考え られる。

〔背面投射型表示装置の実施例 3 〕

次に、 本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。 第 4 0図 は本実施例の背面投射型表示装置の模式構成斜視図である。

本実施例の背面投射型表示装置は、 前記実施例 2 の背面投射型表示装 置に、 観察者の有無を感知する観察者感知部 4 0 0 2 と、 観察者感知部 からの感知信号を受信して観察者の水平および垂直方向の位置を判断す る観察者位置判断手段（図示省略）と、 その情報に基づき投射装置 7 0 1 に配置した偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段 (図示省略） を付加したものである。

観察者感知部 4 0 0 2 は、 複数の観察者感知センサ一から構成され、 これら観察者感知センサーは、 区分された複数の領域に存在する観察者 をそれぞれ感知する。 該観察者感知センサーには赤外線センサーが用い られる。

第 4 1 図および第 4 2 図は、 観察者感知センサーが感知する区分され た領域を例示したものである。 第 4 1 図には垂直方向を I ， Π， ΠΙの 3 領域に、 ま た、 第 4 2 図には水平方向を A， B， Cの 3領域に区分した 場合を示す。 この例では、 観察者 4 1 0 0 を感知するための観察者感知 センサ一は 9つ必要である。

上記の観察者感知部 4 0 0 2 に設けた 9 つの観察者感知センサーが、 それぞれ背面投射型表示装置 4 0 0 1 の前方で観察する観察者 4 1 0 0 を感知し、 それぞれの感知信号に基づき観察者位置判断手段が垂直およ び水平のどの領域 （位置） に観察者 4 1 0 0が存在するかを判断する。 この観察者位置判断手段の情報に基づき制御信号出力手段が、 投射装置 7 0 1 の偏光状態変換素子に制御信号を出力する。

こ こで、 前記実施例 2 と同様に、 本実施例の背面投射型表示装置は、 投射光 7 0 4の偏光状態を投射装置 7 0 1 内の偏光状態変換素子によ り 変える こ とで、 透過型スク リ ーン 7 0 3 の視野角特性を変える ことがで きる。 即ち、 観察者の位置を感知， 判断して、 偏光状態変換素子を制御 し、 投射光 7 0 4の偏光状態を適切な状態に変換する ことで、 観察者に 明るい映像を提供する ことができる。

次に、 第 4 3 図および第 4 4図によ リ本背面投射型表示装置の効果を 説明する。 一般に、 背面投射型表示装置では限られた光を観察者方向に 有効に配光するため、 垂直方向の視野角は、 水平方向の視野角よ り も狭 く 設定されてお り 、 第 4 3 図に例示する様にスク リ ーン 7 0 3 の全面に わたって、 均一な明るさの映像が得られる有効範囲は垂直方向では狭く なっている。 このため、 観察者 4 1 0 0 は椅子に座るなどして適切な高 さで観察するか、 ま たは、 一定の距離を保って観察するなどしなければ、 良好な画質を得る こ とができない。

従って、 第 4 3 図に例示するとお り 、 観察者 4 1 0 0 が椅子に座つて いると きには良好な映像を観る こ とができても、 立ち上がるとスク リ 一 ン 7 0 3下部の画像は暗く な リ 良好な映像を観るこ とができな く なると 云っ た問題があっ た。

しかし、 本背面投射型表示装置では観察者が立ち上がった場合、 立ち 上がった観察者 4 1 0 2 は観察者感知部 4 0 0 2 によ り感知され、 この 感知信号をもとに観察者の位置は人体位置判断手段によ り判断される。 さ らにこの観察者の位置情報をもと に制御信号出力手段が偏光状態変換 素子を制御し、 投射光の偏光状態を適切な状態に変換する ことで、 第 4 4図に例示する様に、 垂直方向の視野角を拡大して立ち上がった観察 者 4 1 0 2 に良好な映像を提供できる。

よ り 具体的には第 4 3図に例示する状態では、 スク リ ーン 7 0 3 に投 射される投射光をスク リ ーン 7 0 3 の表示面に対し、 水平方向の振動方 向を有する直線偏光とする こ とで、 垂直方向よ リ も水平方向の視野角が 広い視野角特性と している。

しかし、 観察者が立ち上がっ た場合には、 観察者感知部 4 0 0 2 の感 知信号をもとに偏光状態変換素子を制御して、 投射光をスク リ ーン 703 の表示面に対し垂直方向の振動方向を有する直線偏光へ変換する こ とで 第 4 4図に例示する通り 、 垂直方向の視野角を広げて観察者 4 1 0 2 に 良好な映像を提供できる。

上記の通り 、 本背面投射型表示装置は、 観察者の位置に応じて視野角 特性が自動的に変わり 、 限られた映像光を観察者の方向へ有効に配光で きるため、 観察者は任意の位置で良好な映像が得られる。

〔背面投射型表示装置の実施例 4 〕

次に本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。 本実施例の 背面投型表示装置は、 第 1 1 図を用いて説明 した前記実施例と同様であ るが、 投射装置 7 0 1 に使用される 2次元光学スィ ツチ素子の構成が異 なる。

本背面投射型表示装置の特徴は、 投射装置 7 0 1 に使用される 2次元 光学スィ ツチ素子が、 表示に偏光を用いず無偏光の状態で表示を行う こ と を特徴と し、 これによ り透過型スク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御 素子 1 0 0 の透明基材の光学的な異方性による縞模様の発生や、 配光制 御素子の配光特性の偏光依存性による色度変化といった課題を根本から 回避する こと を特徴とする。

表示に偏光を用いない 2次元光学スィ ツチ素子と しては種々考えられ るが、 こ こでは、 まず、 ポリ マ分散型液晶素子を散乱型表示素子と して 用いる場合について説明する。

ポリ マ分散型液晶と しては、 マイ ク ロ カプセルに入っ た正の誘電異方 性を有するネマチック液晶をポリ マ中に分散したもの、 ポリ ママ ト リ ク ス中に液晶滴を分散したもの、 あるいは、 液晶連続層中に網目状ポリ マ を形成したもの等がある。

第 2 5 図は、 ポ リ マ分散型液晶素子の一例を示す模式断面図である。 このポリ マ分散型液晶素子 2 5 0 0 は、 I T 0から成る透明電極 2503が 全面に形成された第 1 の透明ガラス基板 2 5 0 1 と、 画素を形成する透 明電極 2 5 0 4 およびこれと接続される図示しない配線や薄膜 トラ ンジ スタ等のスイ ッチング素子を有する第 2 の透明ガラス基板 2 5 0 2 と、 シール剤 2 5 0 8 を介して接続された 2枚の透明ガラス基板 2 5 0 1 ， 2 5 0 2 の間に形成されたポリ マ分散液晶層 2 5 0 5 とから構成される。 ポリ マ分散液晶層 2 5 0 5 は、 ポ リ ビニルアルコール等のポリ マ 2507 中に正の誘電異方性を有する液晶滴 2 5 0 6 を分散したもので、 液晶の 分子短軸方向の屈折率とポリ マの屈折率は略一致している。

第 2 6 図にポ リ マ分散型液晶素子の動作を示す。 ポリ マ分散液晶層 2 5 0 5 の液晶は、 ポリ マ分散液晶層 2 5 0 5 に電界が印加されていな い場合、 液晶がポリ マ側壁によるアンカ リ ング， 壁面の形状， 表面エネ ルギ一などの影響を受け、 不規則に配列している。 このため、 ポリ マ分 散液晶層 2 5 0 5 は、 液晶分子長軸方向の屈折率 n e から液晶短軸方向 の屈折率 n o ま での屈折率分布を有する微粒子が、 屈折率 n 0のポリ マ マ ト リ クス中に浮かんでいる こと にな り 、 入射した光は屈折率の異なる 界面で屈折し、 散乱する。

—方、 透明ガラス基板 2 5 0 1 ， 2 5 0 2 上の透明電極に電圧を印加 して液晶に電界を印加すると、 液晶はその分子長軸が透明ガラス基板に 対して垂直方向に配列され、 光の進行方向からみる液晶の屈折率は n o で一定となり 、 ポリ ママ ト リ クスの屈折率と一致する。 このため、 入射 光は液晶とポリ マの界面で散乱する ことな く 透過する。

このよう にポ リ マ分散型液晶素子では、 ポリ マ分散液晶層 2 5 0 5へ の電界の印加/非印加によ って光の散乱度合いを変化させる ことができ る。 しかし、 光の透過量が変化するわけではないので、 これを表示に用 いるためには光の散乱度合いを光の明暗に変換する光学系が必要となる。 よ く 知られているよ う にこのよ う な目的にはシユ リ一レン光学系が用い られる。

第 2 7 図および第 2 8図はシユ リ 一レ ン光学系を用いたポ リ マ分散型 液晶素子の表示動作を説明する模式図である。 光源 2 8 0 1 から出射し た略平行光は収束レンズ 2 8 0 2 の作用によ り入射側絞り 2 8 0 3 の開 口部に収束され、 入射側絞り 2 8 0 3 の開口部を通過した光はレンズ 2 7 0 1 によ り 、 再び略平行光とな り ポリ マ分散型液晶素子 2 5 0 0 に 入射する。 図示した様に、 ポ リ マ分散型液晶素子 2 5 0 0 のポ リ マ分散 液晶層に、 十分な電界が印加されているとポリ マ分散型液晶素子 2500に 入射した光はほぼ平行光のま ま透過し、 収束レンズ 2 7 0 2 で収束され、 出射側絞り 2 8 1 7 の開口部を通過する。

—方、 第 2 8 図に示すとお り 、 ポ リ マ分散型液晶素子 2 5 0 0 のポ リ マ分散液晶層に電界が印加されていないと きは、 ポリ マ分散型液晶素子 2 5 0 0 に入射した光は散乱し、 出射側絞り 2 8 1 7 の開口部をほとん ど通過できない。 従って、 出射側絞り 2 8 1 7 を通過する光を表示に用 いる こ とで明暗の表示が可能になる。

次にポリ マ分散型液晶素子を 2次元光学スィ ツチ素子と して用いた投 射装置について説明する。

第 2 9 図は、 ポリ マ分散型液晶素子を用いた投射装置の一例を示す模 式断面図である。

光源 2 8 0 1 は回転放物面形状の リ フ レクタ と、 リ フ レク タ の焦点位 置に発光部を配置したメタルハライ ドラ ンプから構成されてお り 、 発光 部から出射した光の大部分はリ フ レクタで反射し、 略平行光とな り 出射 する。 光源 2 8 0 1 から出射した光は、 U V， I Rカ ッ トフ ィ ルタ （図 示省略） を通過する こ とで、 紫外線や赤外線が取り 除かれた白色光とな リ 、 入射側収束レンズ 2 8 0 2 の作用によ り入射側絞り 2 8 0 3 の開口 部に収束される。

上記入射側絞り 2 8 0 3 を通過した白色光は、 赤色光反射ダイ ク ロイ ック ミ ラー 2 8 0 4で赤色光成分が反射し、 反射した赤色光は全反射ミ ラ一 2 8 0 7 を介して、 入射側レンズ 2 8 1 2 に入射し、 該入射側レン ズの作用によ り平行光となってポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 5 に入射す る。

一方、 赤色光反射ダイ ク ロイ ック ミ ラー 2 8 0 4 を透過した光の内、 緑色光成分は緑色光反射ダイ ク ロイ ック ミ ラ一 2 8 0 5 で反射して、 入 射側レンズ 2 8 1 1 に入射し、 その作用によ り平行光となってポリ マ分 散型液晶素子 2 8 1 4 に入射する。

ま た、 緑色光反射ダイ ク ロイ ック ミ ラ一 2 8 0 5 を透過した青色光は、 入射側レンズ 2 8 1 0 に入射し、 その作用によ り平行光となってポリ マ 分散型液晶素子 2 8 1 3 に入射する。

ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 3， 2 8 1 4 , 2 8 1 5 に入射した各色 光は、 それぞれの画像情報に応じて散乱状態が制御されてポリ マ分散型 液晶素子から出射する。 ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 5 を通過した赤色 光は、 緑色光反射ダイ ク ロイ ッ ク ミ ラー 2 8 0 8 および青色光反射ダイ ク ロイ ツク ミ ラー 2 8 0 9 を透過して投射レンズ 2 8 1 9 に入射する。 ま た、 ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 4 を通過した緑色光は、 緑色光反 射ダイ ク ロイ ツク ミ ラー 2 8 0 8 で反射して、 赤色光と合成され、 青色 光反射ダイ ク ロイ ツク ミ ラ一 2 8 0 9 を透過して投射レンズ 2 8 1 9 に 入射する。 ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 3 を通過した青色光は全反射ミ ラ一 2 8 0 6 および青緑色光反射ダイ ク ロイ ッ ク ミ ラー 2 8 0 9 で反射 して、 赤色光および緑色光と合成されて投射レンズ 2 8 1 9 に入射する。 投射レンズ 2 8 1 9 は、 後群レンズ 2 8 1 6 および前群レンズ 2818と これらの間に配置された出射側絞り 2 8 1 7 から構成される。

投射レンズ 2 8 1 9 の後群レンズ 2 8 1 6 と、 前記入射側レンズ 2810， 2 8 1 1 および 2 8 1 2 は、 投射レ ンズの出射側絞り 2 8 1 7 と、 前記 入射側絞り 2 8 0 3 を互いに共役な関係と している。 このため投射レン ズ 2 8 1 9 に入射した光の内、 ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 3， 2814 , 2 8 1 5 において散乱作用を受けなかっ た画素の光は、 出射側絞り 2817 を通過して明表示となる。

—方、 ポリ マ分散型液晶素子 2 8 1 3 , 2 8 1 4， 2 8 1 5 において 散乱作用を受けた画素の光は、 その一部、 ま たは、 ほとんどが出射側絞 リ 2 8 1 7 を通過できないため暗表示となる。

このよ う に本投射装置から投射される光学画像光は、 表示に偏光を利 用 しないため略無偏光の状態である。 つま り 、 透過型スク リーン 7 0 3 に入射する光学画像光は無偏光であるため、 それを構成する配光制御素 子 1 0 0 の透明基材に複屈折性があっても、 透明基材の光学的な異方性 による縞模様の発生や、 配光制御素子の配光特性の偏光依存性による色 度変化と云った問題は回避される。 つま り 、 配光制御素子の透明基材と して、 光学異方性のある透明体を用いてもよいので材料選択範囲が広く 、 従ってよ り 安価で高強度の材料を用いる こ とが可能となる。

上記によ り 、 複屈折性の小さいフ ィ ルム、 例えば、 T A Cフ ィ ルムの よ う に高価で、 強度の弱いフ ィルムの代わり に、 2軸延伸 した P E Tフ イルムのよ う に安価で高強度のフ イルムを配光制御素子の部材と して用 いることができ、 背面投射型表示装置の透過型スク リ ーンを低コス トで 実現できる。

こ こで、 本実施例に用いる配光制御素子 1 0 0 について説明する。 本 配光制御素子 1 0 0 は第 1 図および第 2 図に例示 したものと同様な構成 となっている。 透明基材 1 0 1 には厚さ 1 2 Ο μ ιηの平坦な 2軸延伸 し た Ρ Ε Τフ ィルムを用いた。 2軸延伸フ ィ ルムは、 無延伸フ ィ ルムに比 ベて引張り強さや衝撃強さが増大し、 透明性， 使用温度範囲等の物性も 著し く 向上している。

本配光制御素子 1 0 0 は以下に述べる方法で作製した。 透明基材 10 1 の表面にポリ エステル系ホッ トメル ト接着剤からなる透明接着剤層を 5 β m , その上に同 じ く ポリ エステル系ホッ トメル ト接着剤に力一ポンプ ラ ック を 1 0重量部配合した着色接着剤層を 4 . 5 を形成し、 一旦、 固化する。

その上に屈折率が 1 . 9 3 5 (波長 5 8 9 . 3 n m )， 直径が の 球体状のガラス製透明ビーズを密に分散配置し、 恒温槽中で透明接着剤 層および着色接着剤曆を軟化させつつ、 加圧板によ り透明ビーズを透明 基材側へ加圧して該ビーズを接着剤層に埋没， 固着する。 透明ゼ一ズ固 着後の接着層の厚さは透明接着剤層と着色接着剤層合わせて約 2 1 m であ り 、 透明ビーズはその直径の約 5 8 %が接着剤層から露出 していた。 この配光制御素子 1 0 0 の透明基材 1 0 1 側表面に、 厚さ 2 mmの平坦 で透明な光学的に等方なァク リ ル板を貼り合わせ、 さ らに透明ビーズ 1 0 5側にフ レネルレンズを配置して透過型スク リ ーン 7 0 3 と したも のを 2次元光学スィ ツチ素子と して、 ポリ マ分散型液晶素子を用いた投 射装置 7 0 1 およびミ ラー 7 0 2 と組み合わせ第 1 1 図に示す様な背面 投射型表示装置を実現した。

この背面投射型表示装置を評価したと ころ、 投射装置 7 0 1 から投射 される各色光の偏光状態は無偏光で一致しており 、 透過型スク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性による色 付きや、 縞模様のない高品位な画像を得る こ とができた。 ま た、 水平方 向， 垂直方向共に ± 6 0 ° と広く 、 等方的な視野角が得られた。

さ らに、 外部から透過型スク リ ーンへ入射する不要光は、 配光制御素 子の着色接着剤層で吸収されるため、 明るい環境下 （垂直照度 3 0 0 1 x ) において、 0. 5 c d Zm² と低輝度な黒表示が実現され、 明るい環 境下でも高いコ ン トラス ト比が得られた。

なお、 表示に偏光を用いない 2次元光学スィ ッチ素子と しては、 来国 特許第 5061049号， 同第 5083857号、 ま たは、 米国特許出願 08 / 161832お よび米国特許出願 0 8ノ 1 7 1 3 0 3等に記載されているディ ジタルミ ラーデバイス （ DMD ) を用いる こ とができる。

上記 DMDは、 半導体基板上に捻じれヒンジによ リ支持された画素に 相当する微小ミ ラーのアレーと、 ア ドレス電極と を有してお り 、 ァ ドレ ス電極に電圧が印加されると微小ミ ラーが静電吸引力によ リ偏向、 ま た は、 回転するものである。

従って、 入射光を投射レンズに向けて反射すると明表示， 入射光を光 吸収手段に向けて反射すると暗表示となる。 即ち、 無偏光で表示を行う ことができるので、 ポリ マ分散型液晶素子を用いた背面投射型表示装置 と同様、 透過型スク リ ーンと して用いる配光制御素子の透明基材が、 光 学的に異方性であっても配光特性の偏光依存性による色付きや、 縞模様 のない高品位な画像を得る こ とができる。

〔背面投射型表示装置の実施例 5 〕

次に本発明の他の背面投射型表示装置について説明する。 こ こで述べ る背面投型表示装置は第 1 1 図を用いて説明 した上記実施例と同様、 投 射装置 7 0 1 ， ミ ラー 7 0 2 , 透過型スク リ ーン 7 0 3 を有し、 投射装 置 7 0 1 から出射した投射光 7 0 4がミ ラ一 7 0 2 を介して透過型スク リーン 7 0 3に照射され、 画像が表示されるものであるが、 投射装置 7 0 1 の構成が異なる。

本発明の要点の一つは、 透過型スク リ ーン 7 0 3 を構成する配光制御 素子 1 0 0に入射する画像光を、 概ね無偏光とする こ と にある。 従って、 本実施例では 2 次元光学スィ ツチ素子と して、 無偏光で表示可能な表示 素子を用いる他に、 配光制御素子と 2次元光学スィ ツチ素子との間に、 偏光を解消する偏光解消手段を配置する こ とでこれを実現した。

偏光解消手段と しては波長幅， 時間などの積分範囲内でいろいろな偏 光を人為的に作り 、 これら を混合平均化する ことで位相の面で概ね無偏 光を作る素子、 いわゆる、 擬似デボラライザ一を用いる こ とができる。 該デボラライザ一と しては、 例えば、 光学軸に平行に切出 し研磨した、 屈折率異方性 Δ η = 0 . 0 0 9 で、 厚さ 2 mmと厚さ 1 mmの水晶板を、 遅 相軸が互いに 4 5 ° を成すよ う に組み合わせた L yo t のデボラライザ一 を用いる ことができる。 このデボラライザ一を用いれば、 白色光に対し てほぼ完全なデボラライザ一となる。 ま た、 膜厚を d 、 屈折率異方性を Δ η と したと き d · Δ η を可視波長に対して十分大き く した高分子液晶 フ ィルムや位相差フ ィルムを積層 したもので、 同様に擬似デボラライザ 一を構成しても よい。

このよ う な擬似デボラライザ一は、 例えば、 第 3 0 図に示す投射装置 のよ う に、 2次元光学スィ ッチ素子 8 0 7， 8 0 8， 8 0 9 を通過した 光が色合成された後の光路中に配置すると よい。 第 3 0 図は上記実施例 で説明 した Τ Ν液晶表示素子を用いた投射装置に、 擬似デボラライザ一 3 0 0 0 を新たに配置したものである。

これによつて、 偏光がほぼ解消された光学画像光を透過型スク リ ーン 7 0 3 に投射する ことができる。

つま り 、 投射装置 7 0 1 から投射される各色光の偏光状態は、 概ね無 偏光とな り 一致しているため、 配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依 存性による色付きや、 縞模様のない高品位な画像を得る こ とができる。 さ らに、 配光制御素子 1 0 0 の透明基材 1 0 1 と して光学異方性のある 透明体を用いてもよいため、 透明基材 1 0 1 の材料選択範囲が広く な り 、 よ り 安価で強度の高い材料を用いる ことが可能となる。

なお、 以上述べた背面投射型表示装置ではその投射装置の 2次元光学 スィ ツチ素子と して、 透過型の液晶表示素子を用いたものについて説明 してきたが、 これに限定されず、 反射型の表示素子であってもよい。

ま た、 表示モー ドも T Nモー ドに限らず、 V A (Vertical Aligned) モー ドや、 E C Bモー ド， O C Bモー ド， S T N ( Super Twisted Nematic) モー ド等の液晶表示素子， 強誘電液晶や反強誘電液晶を用い た液晶表示素子であっても よい。

〔液晶表示装置の実施例 1 〕

第 3 1 図は、 本発明に係る配光制御素子を用いた直視型の液晶表示装 置の模式断面図である。

本発明の液晶表示装置は、 液晶表示素子 1 3 0 2 と、 その背面に設け られたパックライ ト装置 1 3 0 1 と、 液晶表示素子 1 3 0 2 の背面と前 ， 面とにそれぞれ配置された偏光子 1 2 0 4 および検光子 1 2 1 4 と、 検 光子 1 2 1 4の前面に設けられた本発明の配光制御素子 1 0 0 とから構 成される。

ノ ックライ ト装置 1 3 0 1 は、 略平行な光を効率よ く 出射できるもの であ り 、 例えば、 特表平 9一 505412 号公報や、 国際公開番号 W0 9 5 Z 1 2 5 5 に記載の 「電子光学ディ スプレイ用のバッ クライ ト組み立て 体」 を用いる こ とができる。

こ こでは冷陰極管からなる光源 1 2 0 1 と、 透明なアク リ ル樹脂から 構成される導光体 1 2 0 2 と、 光平行化手段 1 2 0 3 から構成されるバ ックライ ト装置を用いた。

光平行化手段 1 2 0 3 と しては、 公知の素子、 例えば、 第 3 1 図に示 した導光体 1 2 0 2 に光学的に結合された 4角錐状のマイ ク ロテーパー ロ ッ ド配列を用いる こ とができる。 この場合、 導光体 1 2 0 2から導か れた光は、 マイ ク ロテーパーロ ッ ドの壁面で一回以上全反射し、 略平行 化されて出射する。

光平行化手段 1 2 0 3 と しては、 この他にマイ ク ロプリ ズムシー トや、 マイ ク ロ レンズ配列を用いる こ とができる。 このよう な光平行化素子 1 2 0 3 を有するバックライ 卜装置を用いる ことで半値角で ± 1 0 ° 以 内の略平行化された照明光が得られる。

液晶表示素子 1 3 0 2 は、 I T 0から成る透明電極 1 2 1 2 およびポ リ イ ミ ド系高分子からなる配向膜 1 2 1 1 を有する第 1 の透明基板 12 10 と、 配向膜 1 2 0 7 と、 画素を形成する透明電極 1 2 0 6 、 および、 こ れと接続される図示しない配線や薄膜 トランジスタ等のスイ ッチング素 子を有する第 2 の透明基板 1 2 0 5 と、 シール剤 1 2 0 8 を介して接続 された 2枚の透明基板 1 2 1 2， 1 2 1 0 の間に封入された誘電異方性 が正のネマチッ ク液晶からなる液晶層 1 2 0 9 と を有する。

液晶表示素子 1 3 0 2 は、 2枚の透明基板 1 2 0 5 および 1 2 1 0 に 施された配向膜 1 2 0 7 および 1 2 1 1 に、 ラ ビング処理を行う ことで 液晶層 1 2 0 9 の液晶分子長軸が 2枚の透明基板間で連続的に 9 0 ° 捻 じれた、 いわゆる T N液晶表示素子を構成している。

上記液晶表示素子 1 3 0 2 の光入射面と光出射面には、 それぞれ偏光 子 1 2 0 4 および検光子 1 2 1 4が、 互いに直交する直線偏光を透過す るよ う に配置される。 偏光子 1 2 0 4 および検光子 1 2 1 4 と しては、 延伸 した P V Aにヨ ウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面に T A C保護層を施したものを用い、 それぞれ透明基板 1 2 0 5 および透 明基板 1 2 1 0 にアク リ ル系の接着剤で、 光学的に結合されるよ う接着 される。

検光子 1 2 1 4の前面には、 配光制御素子 1 0 0 が配置される。 配光 制御素子 1 0 0 と しては、 配光制御素子の実施例 1 で説明 した素子を用 いた。 検光子 1 2 1 4 との接着は、 こ こでは液晶表示素子の表示部を取 リ 囲むよ う にパターニングされた接着剤 1 2 1 3 によ り行っ たが、 配光 制御素子 1 0 0 の透明ビーズと検光子 1 2 1 4 との隙間を、 その全面に わたって屈折率の低い透明な接着剤で埋めるよう に接着するか、 これら の併用であっても よい。

次に、 上記直視型液晶表示装置の動作について説明する。 バックライ ト装置 1 3 0 1 からの出射光 1 2 1 5の内、 偏光子 1 2 0 4 を透過した 直線偏光は、 液晶パネル 1 3 0 2 を透過して検光子 1 2 1 4 に入射する。 この際、 液晶パネル 1 3 0 2 を透過する光の偏光状態は、 液晶層 1209に 印加される電界によって変化するため、 液晶層 1 2 0 9 に画像情報に対 応した電界を印加するこ とで、 検光子 1 2 1 4 を透過する光量を制御し て画像を形成する ことができる。 検光子 1 2 1 4 を透過した画像光は配 光制御素子 1 0 0 に入射する。

配光制御素子 1 0 0 に入射した光はその大部分が配光制御素子 1 0 0 の透明ビーズに入射し、 その屈折作用によ り収束し、 発散する。

こ こで、 一般の T N液晶表示装置には視野角依存性があ り 、 斜め方向 から観察するとコ ン トラス ト比の低下， 階調反転， 色調変化が起こる。 従って、 良好な画質が得られるのは正面近傍の範囲に限られる。

ま た、 配光制御素子 1 0 0 は上記のとお り 、 入射光の入射角度が大き く なると着色接着剤層での吸収によ リ透過率が低く なる。 このため液晶 表示素子 1 3 0 2から出射する光の内、 コ ン トラス ト比の低下や階調反 転， 色調変化が起こるよ う な入射角度の大きな光は、 着色接着剤層で大 部分が吸収される。

一方、 良好な画質が得られる実質的に入射角度 0 ° の正面近傍の光は 透過し、 等方的に拡散されるため、 広い視野角範囲で色調変化や階調反 転がなく 、 コ ン トラス ト比の高い画像が得られる。

さ らに、 本液晶表示装置では、 ノ ッ クライ ト装置 1 3 0 1 から液晶表 示素子 1 3 0 2 へ照射される光が略平行な光であるため、 液晶表示素子 1 3 0 2 において良好な画質が得られる角度範囲の光量割合が増すと、 同時に配光制御素子 1 0 0での光損失が低減して光の利用効率が高く な るので、 高輝度、 かつ、 高コ ン トラス トな画像が得られる。 ま た、 配光 制御素子 1 0 0 は外部不要光による迷光の低減効果が高いので、 明るい 環境下であつても低輝度な黒表示が実現され、 コ ン トラス ト比の高い画 像が得られる。

上記構成の液晶表示装置を評価したと ころ、 視野角 ± 8 0 ° の範囲で 色調変化や階調反転がなく 、 コ ン トラス ト比が 1 0 0 ： 1 以上の等方的 で広い視野角が得られた。

なお、 通常、 T N液晶表示装置では、 コ ン トラス ト比の水平方向の対 称性を確保するため偏光子おょぴ検光子の直線偏光の透過軸は、 表示面 水平方向に対して 4 5 ° の角度を成すよ う に配置するのが一般的である。

しかし、 本発明の液晶表示装置では、 良好な画質が得られる視野角 0 ° 近傍の画像光を等方的に拡散する こ とで、 広い視野角を得ているた め、 偏光子 1 2 0 4 および検光子 1 2 1 4の直線偏光透過軸を、 表示面 水平方向に対して 4 5 ° あるいは 1 3 5 ° に しな く てもコ ン トラス ト比 の対称性は保たれる。 むしろ、 本液晶表示装置を構成する配光制御素子 の配光特性の偏光依存性から、 検光子 1 2 1 4の直線偏光透過軸は、 液 晶表示素子 1 3 0 2 の表示面の水平方向と略一致するよ う に配置するべ きである。

つま り 、 第 3 2 図の模式図で示すとお り 、 偏光子 1 2 0 4の直線偏光 透過軸は、 液晶表示装置の表示面に対して垂直方向に配置し、 検光子 1 2 1 4 の直線偏光透過軸は、 液晶表示装置の表示面に対して水平方向 に配置する。 従って、 液晶の配向方向も これに習い、 透明基板 1 2 0 5 側の液晶の配向方向は、 液晶表示装置表示面に対して垂直方向と し、 透 明基板 1 2 1 0側の液晶の配向方向は、 液晶表示装置表示面に対して水 平方向、 も し く は、 透明基板 1 2 0 5側の液晶の配向方向は液晶表示装 置表示面に対して水平方向と し、 透明基板 1 2 1 0側の液晶の配向方向 は液晶表示装置表示面に対して垂直方向とする。

上記の様に構成する ことで、 配光制御素子 1 0 0 に入射する光は表示 面に対して、 水平方向の振動方向を有する直線偏光となる。 この場合、 上記のとお り配光制御素子 1 0 0 の配光特性の偏光依存性によ り 、 表示 面垂直方向よ り も、 水平方向の視野角が広く 、 左右対称な明るさの液晶 表示素子を得る こ とができる。 このこと は、 一般に表示装置では垂直方 向よ り も水平方向に、 よ り広い視野角が求め られているので、 限られた 光を観察者へ効率よ く 配分する上で非常に有効である。

〔液晶表示装置の実施例 2 〕

第 3 3 図は、 本発明の他の直視型液晶表示装置の模式断面図である。 この液晶表示装置は、 第 3 1 図に示した液晶表示装置において、 検光子 1 2 1 4 と配光制御素子 1 0 ◦ との間に位相差板 3 1 0 0 を配置したも のである。

上記のとおり 、 本液晶表示装置を構成する配光制御素子 1 0 0 は、 入 射光の偏光状態によ って、 その配光特性、 つま り視野角が変え られる。 位相差板 3 1 0 0 はこの性質を利用 して、 検光子 1 2 1 4 を透過した直 線偏光を、 所望の視野角を得られる偏光に変換する機能を有するもので ある。

例えば位相差板 3 1 0 0と して 1 ノ 4波長板を用いた場合、 検光子 1 2 1 4を透過した直線偏光は、 位相差板 3 1 0 0の作用によ り略円偏 光となって配光制御素子 1 0 0 に入射し、 水平方向、 垂直方向共に、 同 程度の等方的で広い視野角が得られる。

ま た、 一般の T N液晶表示装置の様にコ ン トラス 卜比の左右対称性を 得るため、 検光子 1 2 1 4と偏光子 1 2 0 4の直線偏光の透過軸を水平 方向に対して 4 5 ° あるいは 1 3 5 ° に配置し、 位相差板 3 1 0 0と し て、 例えば、 1 Z 2波長板をその遅相軸が検光子の透過軸に対して 2 2. 5 ° 傾いた状態で配置して、 配光制御素子 1 0 0への入射光を、 直線偏光の振動方向が表示面に対して水平方向となるよ う に変換するよ う に してもよい。

この場合は、 既存の液晶表示素子に位相差板 3 1 0 0と配光制御素子 1 0 0 を付加するだけで、 表示面垂直方向よ り も、 水平方向の視野角が 広く 、 左右対称な明るさの液晶表示素子を得る こ とができる。 一般に、 表示装置では垂直方向よ り も水平方向によ リ広い視野角が求め られてお リ 、 限られた光を観察者へ効率よ く 配分する上で非常に有効である。 なお、 位相差板 3 1 0 0の代わ り に、 捩じれ構造を有する高分子積層 フ イルムを配置しても同じ効果が得られる。 このよ う な高分子積層フ ィ ルムは例えば位相差 d · Δ n = 2 7 5 n mの P Cフ ィルムの位相差フ ィ ルムを 4枚積層する こ とで実現され、 4枚の位相差フ イルムは液晶表示 素子に近い方から、 遅相軸が検光子の透過軸に対して 5. 6 ° ， 16.9° ， 2 8. 1 ° ， 3 9. 4° と配置すればよい。

なお、 上記実施例では、 図面を見易く するため、 液晶表示素子と して モノ ク ロ表示の T N液晶パネルの例を示したが、 透明基板にマイ ク ロ力 ラーフ ィルタ を施したフルカラー表示の液晶表示素子であってもよいこ とは云う までもない。

ま た、 表示モー ドも T Nモー ドに限らず、 V Aモー ドや、 E C Bモー ド， O C Bモー ド， S T Nモー ド等の液晶パネルを用いても よい。 さ ら に駆動方法も薄膜 トラ ンジスタ などのスイ ッチング素子を付けたァクテ イ ブマ ト リ クス駆動以外に、 ダイ レク トマ ト リ クス駆動であってもよい。 上記のとおり 、 本発明の配光制御素子は、 透明基材と して光学的に略 等方、 あるいは、 面内に光学軸を有する一軸異方性の透明体を用いる こ とで、 偏光を入射しても、 縞模様の発生による画質劣化がな く 、 広い視 野角が得られるという効果がある。 従って、 本発明の配光制御素子は液 晶表示装置のよ う に偏光を利用する表示装置の視野角拡大手段と して用 いる ことができる。

ま た、 本発明の背面投射型表示装置は、 その透過型スク リ ーンを本発 明の配光制御素子と、 その光入射側に配置したフ レネルレンズとで構成 し、 配光制御素子に入射する投射光の入射角度を実質的に 0度と したこ とで、 配光制御素子での透過率低下が抑制され、 明るい表示画像が得ら れる。 さ らに、 投射装置と して単管式の投射装置を用いる こ とで、 配光 制御素子の光入射角度依存性によ リ 生じるカラーシフ トゃ色付きが生じ ないので、 高品位な画像が得られる。

ま た、 本発明の背面投射型表示装置では、 投射装置から出射する投射 光の偏光状態を、 各色光共に一致させるこ とで配光制御素子の配光特性 の偏光依存性によ リ生じる色付きを解消して、 高品位な画像を得る こと ができる。

さ らに、 配光制御素子が、 どの角度から見ても明る く 広い視野角特性 を有し、 外部不要光による迷光の低減効果が高いので、 明るい環境下で も低輝度な黒表示の実現によ り 、 高コ ン トラス ト比の表示が実現できる。 また、 本発明の背面投射型表示装置では、 配光制御素子の微小レンズ と して、 略同心円状の微小レンズを用い、 透過型スク リ ーンに投射され る光の偏光状態を変え得る偏光状態変換素子を設けたこ とで、 スク リ ー ンの構成を変える ことなく 、 表示装置の視野角特性を容易に変え得ると 云う効果がある。

さ らに、 この背面投射型表示装置に観察者の有無を感知する観察者感 知部と、 該感知部の感知信号によ リ観察者の水平および垂直方向の位置 を判断する観察者位置判断手段と、 該位置判断手段の情報に基づき偏光 状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段を付加したことで 観察者の位置を 自動的に判断して投射光の偏光状態を変えることで、 観 察者の位置に応じた視野角特性を得る ことが可能となる。 つま り 、 観察 者の位置に応じて視野角特性が自動的に変わ り 、 限られた映像光が観察 者の方向へ有効に配光できるので、 観察者は任意の位置で良好な映像が 得られると云う効果がある。

また、 本発明の背面投射型表示装置では、 透過型スク リ ーンへ入射す る投射装置からの投射光を無偏光とする こ とで、 配光制御素子の配光特 性の偏光依存性による色付きや、 縞模様のない高品位な画像を得ること ができる。

この場合、 配光制御素子の透明基材と しては、 光学異方性のある材料 を用いてもよいため、 該材料の選択範囲が広く な リ 、 よ り 安価で強度の 高い材料を用いた透過型スク リ ーンを低コス トで実現できる。

また、 本発明の液晶表示装置では、 その表面側に本発明に係る配光制 御素子を配置し、 バックライ ト装置に略平行な照明光を出射するものを 用いる こ と よ り 、 正面近傍の範囲の光のみを配光制御素子によ り等方的 に拡散する こ とができるため、 広い視野角範囲で色調変化や階調反転が なく 、 コ ン トラス ト比の高い画像の液晶表示装置が得られる。

さ らに、 本発明の液晶表示装置では配光制御素子に入射する光を表示 面に対して水平方向の振動方向を有する直線偏光とする こ とで、 表示面 垂直方向よ り も水平方向の視野角を広く して、 限られた光を観察者に有 効に配分できる。

ま た、 本発明の液晶表示装置では配光制御素子に入射する光の偏光状 態を、 検光子と配光制御素子の間に配置する位相差板によ って任意に変 え られるため、 位相差板を変更するだけで、 配光制御素子の配光特性の 偏光依存性を利用 し、 所定の視野角を得る こ ともできる。 産業上の利用可能性

以上のよ う に、 本発明にかかる液晶表示装置によれば、 縞模様の発生 による画質の劣化が無い配光制御素子、 およびこの配光制御素子を用い た高輝度， 高コ ン トラス ト比， 広視野角の表示装置を得る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 透明基材と、 この透明基材の一方の面上に密に配置された多数の微 小レンズと、 前記微小レンズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収 層を備えた配光制御素子において、 前記透明基材が光学的に略等方な透 明体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成されている こと を特 徴とする配光制御素子。

2 . 透明基材と、 この透明基材の一方の面上に形成された接着剤層と、 前記接着剤層に多数の微小球状透明ビーズが埋設， 固定された配光制御 素子であって、 前記接着剤層が前記透明基材上に透明層、 その上に着色 層の順に積層 したホッ トメル ト接着剤で構成され、 前記透明基材が光学 的に略等方な透明体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成され ている ことを特徴とする配光制御素子。

3 . 前記透明基材がガラス板， ト リ ァセチルセル口一スフ イ ルム， 無延 伸ポ リ カーボネー トフ ィルム、 ま たは、 射出成形されたアク リ ル樹脂で ある請求の範囲 1 ま たは 2 に記載の配光制御素子。

4 . 光学画像を投射する投射装置と、 前記投射装置からの投射光が背面 から入射し、 これを前面に表示する透過型スク リ ーンを備える背面投射 型表示装置において、

前記投射装置が光源と、 該光源からの光を画像情報に応じて光学画像 に変調する 2次元光学スィ ツチ素子と、 変調後の光学画像を拡大投射す る投射レンズを有する単管式投射装置を備え、

前記投射装置から出射された前記変調後の光学画像が前記透過型スク リ ーンへ入射する際、 前記 2 次元光学スィ ツチ素子で形成された光学画 像光の偏光状態を可視波長全域で略一致させる偏光状態揃え手段を有し、 前記透過型スク リ ーンが、 透明基材と、 この透明基材の一方の面上に 密に配置された多数の微小レンズと、 前記微小レンズの略焦点位置に微 小開口部を有する光吸収層を備え、 前記透明基材が光学的に略等方な透 明体、 も し く は、 一軸性光学異方性の透明体で構成された配光制御素子 と、 この配光制御素子の投射光入射側に設けた光束平行化手段によ り構 成されている こ と を特徴とする背面投射型表示装置。

5 . 前記透過型スク リ ーンが、 透明基材と、 この透明基材の一方の面上 に形成された接着剤層と、 前記接着剤層に多数の微小球状透明ビーズが 埋設， 固定された配光制御素子であって、 前記接着剤層が前記透明基材 上に透明層、 その上に着色層の順に積層 したホッ トメル ト接着剤で構成 され、 前記透明基材が光学的に略等方な透明体、 も し く は、 一軸性光学 異方性の透明体で構成した配光制御素子と、 この配光制御素子の投射光 入射側に設けた光束平行化手段によ り構成されている請求の範囲 4 に記 載の背面投射型表示装置。

6 . 前記 2次元光学スィ ッチ素子が偏光を利用 して表示を行う 2次元光 学スィ ッチ素子であ り 、 前記偏光状態揃え手段が、 前記 2 次元光学スィ ツチ素子の光出射側に配置されたウェーブガイ ドの条件を満たす液晶層 を有する光学素子である請求の範囲 4 ま たは 5 に記載の背面投射型表示 装置。

7 . 前記 2次元光学スィ ッチ素子が偏光を利用 して表示を行う 2 次元光 学スィ ツチ素子であ り 、 前記偏光状態揃え手段が前記 2 次元光学スィ ッ チ素子の光出射側に配置された 1 / 2波長板、 または、 高分子フ ィ ルム の積層体である請求の範囲 4 ま たは 5 に記載の背面投射型表示装置。

8 . 前記 2次元光学スィ ッチ素子が偏光を利用 して表示を行う 2次元光 学スィ ッチ素子であ り 、 前記偏光状態揃え手段を、 前記 2 次元光学スィ ツチ素子の光出射側に配置された検光子の直線偏光の透過軸を表示面に 対して垂直方向、 ま たは、 水平方向と した請求の範囲 4ま たは 5に記載 の背面投射型表示装置。

9. 前記 2次元光学スィ ッチ素子が偏光を利用 して表示を行う 2次元光 学スィ ツチ素子であ り 、 前記 2次元光学スィ ツチ素子で形成された光学 画像光の偏光状態を電気べク トルの振動方向が前記透過型スク リ ーン表 示面に対して水平方向の直線偏光， 垂直方向の直線偏光， 円偏光， 楕円 偏光のいずれかに変換する偏光状態変換手段を備えている請求の範囲 4 ま たは 5 に記載の背面投射型表示装置。

1 0. 前記偏光状態変換手段が T N ( Twisted Nematic) 液晶素子、 ま たは、 E C B ( E lectrically Controlled B irefringence) 液晶素子 で構成されている請求の範囲 9に記載の背面投射型表示装置。

1 1 . 前記背面投射型表示装置において、 観察者の有無を感知する観察 者感知部と、 該観察者感知部の感知信号によ リ水平および垂直方向の観 察者の位置を判断する観察者位置判断手段と、 該観察者位置判断手段の 情報に基づき偏光状態変換素子に制御信号を出力する制御信号出力手段 を備えている請求の範囲 9 ま たは 1 0に記載の背面投射型表示装置。

1 2. 前記背面投射型表示装置において、 前記偏光状態変換手段が位相 差板、 ま たは、 高分子積層フ ィ ルムで構成されている請求の範囲 9 ま た は 1 0に記載の背面投射型表示装置。

1 3. 光学画像を投射する投射装置と、 前記投射装置からの投射光が背 面から入射し、 これを前面に表示する透過型スク リ ーンを備える背面投 射型表示装置において、

前記投射装置が光源と、 該光源からの光を画像情報に応じて光学画像 に変調する 2次元光学スィ ツチ素子と、 変調後の光学画像を拡大投射す る投射レンズを有する単管式投射装置を備え、 前記透過型スク リ ーンが、 透明基材と、 該透明基材の一方の面上に密 に配置された多数の微小レンズと、 前記微小レンズの略焦点位置に微小 開口部を有する光吸収層を有する配光制御素子と、 該配光制御素子の投 射光入射側に配置された光束平行化手段を有しており 、

前記投射装置から出射し、 前記透過型スク リ ーンに入射する投射光を 略無偏光とする無偏光化手段を有する こと を特徴とする背面投射型表示 装置。

1 4 . 前記透明基材がポリ エチレンテレフタ レー トフ ィ ルムである請求 の範囲 1 3 に記載の背面投射型表示装置。

1 5 . 前記無偏光化手段が位相の面で概ね無偏光を生成する擬似デボラ ライザ一である請求の範囲 1 3 ま たは 1 4 に記載の背面投射型表示装置。

1 6 . 前記無偏光化手段と して、 ポリ マ分散型液晶素子と云った表示に 偏光を必要と しない 2 次元光学スィ ツチ素子を用いた請求の範囲 1 3 ま たは 1 4 に記載の背面投射型表示装置。

1 7 . 透明電極と配向膜が積層形成され、 かつ、 前記配向膜形成面を対 向させて一定の間隙をもって接合された一対の透明基板と、 前記間隙に 封入された液晶層と、 前記透明電極に画像信号に対応した電圧を印加す る電圧印加手段と、 前記一対の透明基板の光入射面側と光出射面側に偏 光子および検光子を配置した液晶表示装置において、

前記一対の透明基板の背面に略平行な光を出射するバックライ ト装置 を配置し、 前記一対の透明基板の光出射面側に、 透明基材と、 この透明 基材の一方の面上に密に配置された多数の微小レンズと、 前記微小レン ズの略焦点位置に微小開口部を有する光吸収層を備えた配光制御素子で あって、 前記透明基材が光学的に略等方な透明体、 も し く は、 一軸性光 学異方性の透明体で構成された配光制御素子を配置したこ と を特徴とす る液晶表示装置。

1 8 . 前記一対の透明基板の光出射面側に、 透明基材と、 この透明基材 の一方の面上に形成された接着剤層と、 前記接着剤層に多数の微小球状 透明ビーズが埋設， 固定された配光制御素子であって、 前記接着剤層が 前記透明基材上に透明層、 その上に着色層の順に積層 したホッ 卜メル ト 接着剂で構成され、

前記透明基材が光学的に略等方な透明体、 も し く は、 一軸性光学異方 性の透明体で構成された配光制御素子を配置した請求項 1 7 に記載の液 晶表示装置。

1 9 . 前記一対の透明基板の光入射面側に、 偏光子を配置し、 光出射面 側には透明基板側から検光子， 配光制御素子の順に配置し、

前記検光子の直線偏光の透過軸を表示面に対して水平方向となるよう に配置した請求の範囲 1 7 ま たは 1 8 に記載の液晶表示装置。

2 0 . 前記一対の透明基板の光入射面側に偏光子を配置し、 光出射面側 には透明基板側から検光子， 配光制御素子の順に配置し、 さ らに、 前記 検光子と前記配光制御素子の間に位相差板を配置した請求の範囲 1 7 ま たは 1 8 に記載の液晶表示装置。