JP2006184489A - 表示装置及び画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 線順次駆動方式の液晶表示素子に対応した光路シフトを行い、高解像度の画像表示を行うことのできる表示装置及び画像投射装置を提供する。
【解決手段】 表示装置において、線順次駆動方式で駆動される透過型液晶表示素子１３と、この透過型液晶表示素子１３の駆動に同期してスクロール駆動され、透過型液晶表示素子１３からの画素光の光路をシフトさせる光路シフト素子１４と、光路シフト素子１４により光路シフトされた画素光を偏光分離する偏光板１２と、を備え、光路シフト素子１４は、１対の基板と、この基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、透過型液晶表示素子１３の駆動に同期させて前記液晶層をスクロール駆動するスイッチング素子回路と、を備え、偏光板１２と透過型液晶表示素子１３との間に光路シフト素子１４を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気信号によって光の方向を変える光路変更素子（以下、光路シフト素子という）又は光路変更デバイスを利用した表示装置及び画像投射装置に関するものである。

従来の画像投射装置（投影型画像表示装置に相当する）は、線順次駆動の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの光軸に対して傾けて配置されたダイクロイックミラーと、画像シフト素子（光路シフト素子に相当する）とを備え、光路シフトによるシフト量を画素ピッチの整数倍としている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、鋸歯状基板を用いて画像シフト素子を構成している。

また、従来の表示装置及び画像投射装置は、偏光ビームスプリッタと反射型液晶表示素子（パネル）との間に、偏光変調素子及び光路変更光学素子（光路シフト素子に相当する）を配置し、光路が変更されていない画像光と光路が変更されている画像光とを時系列的に出射しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

更に、光路シフト素子の液晶層を線順次駆動の液晶表示素子（パネル）に同期させて駆動するようにしているものもある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−３３５４７１号公報（第１２頁から第１６頁、第１図等） 特開２００２−３５０７８０号公報（第４頁、第５頁、第２図等） 特開２００４−１０１７０４号公報（第９頁、第１０頁、第１図から第３図等）

しかしながら、特許文献１に記載の従来の画像投射装置においては、厚さ、もしくは屈折率の異なるホイル（ダイクロイックミラーに相当する）を光軸に対して傾けて配置しているために、非点収差が発生し、高解像度化が難しいという問題があった。なお、特許文献２に記載の従来の表示装置及び画像投射装置においては、反射型液晶表示素子及び光路シフト素子を順次駆動する構成について、記載及び示唆がない。また、特許文献３に記載の従来の光路シフト素子においては、順次駆動される液晶表示素子を用いた具体的な構成について、記載及び示唆がない。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、線順次駆動方式の液晶表示素子に対応した光路シフトを行い、高解像度の画像表示を行うことのできる表示装置及び画像投射装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る本発明の表示装置は、行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される液晶表示手段と、前記液晶表示手段に同期して駆動され、前記液晶表示手段からの光の光路をシフトさせる光路シフト手段と、前記光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、を備えた表示装置において、前記光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、前記光路シフト手段と前記偏光分離手段が隣接し、かつ前記光路シフト手段と前記液晶表示手段が隣接するよう、前記偏光分離手段と前記液晶表示手段との間に前記光路シフト手段を配置した構成を有している。

請求項２に係る本発明の表示装置は、請求項１において、前記液晶層駆動手段は、前記１対の透光性基板の少なくとも一方にアレイ状に配置された導電体を備えた構成を有している。

請求項３に係る本発明の表示装置は、請求項２において、前記導電体は、透明電極を備えた構成を有している。

請求項４に係る本発明の表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項において、前記光路シフト手段で２つのチルト角での液晶分子方向を含む面と、前記偏光分離手段から前記液晶表示手段に向かう光軸の偏光方向と、が直交するようにした構成を有している。

請求項５に係る本発明の表示装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項において、光を放射する光源と、前記光源の放射する光を前記液晶表示手段に照射する照明手段と、を備えた構成を有している。

請求項６に係る本発明の表示装置は、請求項５において、前記照明手段は、回転カラーフィルタを備え、前記光源と前記偏光分離手段との間に前記回転カラーフィルタを配置した構成を有している。

請求項７に係る本発明の表示装置は、請求項５において、前記光路シフト手段は、前記液晶表示手段の各画素に対応するマイクロレンズアレイを備え、前記光源と前記偏光分離手段との間に３つのダイクロイックミラーを配置した構成を有している。

請求項８に係る本発明の表示装置は、請求項５において、前記光路シフト手段は、前記液晶表示手段の各画素に対応するホログラムカラーフィルタを備え、前記光源と前記偏光分離手段との間に３つのダイクロイックミラーを配置した構成を有している。

請求項９に係る本発明の表示装置は、行列状に配列された複数の画素領域を1行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される液晶表示手段と、光を放射する光源と、前記光源の放射する光を前記液晶表示手段に照射する照明手段と、前記液晶表示手段に同期して駆動され、前記液晶表示手段からの光の光路をシフトさせる光路シフト手段と、前記光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、を備えた表示装置において、前記光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、前記照明手段は、スクロール照明光学系を備え、前記光路シフト手段と前記偏光分離手段が隣接し、かつ前記光路シフト手段と前記液晶表示手段が隣接するよう、前記偏光分離手段と前記液晶表示手段との間に前記光路シフト手段を配置した構成を有している。

請求項１０に係る本発明の表示装置は、請求項１から請求項９のいずれか１項において、前記液晶表示手段は、反射型液晶表示素子を備えた構成を有している。

更に、請求項１１に係る本発明の画像投射装置は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の表示装置を用いて構成した画像投射装置であって、投射レンズを介して画像を所定の投射面に投射するようにした構成を有している。

また、請求項１２に係る本発明の画像投射装置は、行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される第１から第３の液晶表示手段と、光を放射する光源と、前記光源の放射する光を３原色の光束に分離して第１から第３の液晶表示手段に入射する分離手段と、第１から第３の液晶表示手段に同期して駆動され、第１から第３の液晶表示手段が前記分離手段から入射された光に応じて出射した、３原色の各画像に相当する光の光路をシフトさせる第１から第３の光路シフト手段と、第１から第３の光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段で偏光分離された光を透過し、前記３原色の各画像を所定の投射面に投射する投射レンズと、を備えた画像投射装置において、第１から第３の光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、第１から第３の液晶表示手段は、反射型液晶表示素子を備え、第１から第３の光路シフト手段の各々と第１から第３の液晶表示手段の各々とが隣接し、かつ、第１から第３の光路シフト手段の各々と前記偏光分離手段とが隣接するよう、前記偏光分離手段の周囲に第１から第３の光路シフト手段及び第１から第３の液晶表示手段を配置した構成を有している。

本発明は、光路シフト手段と偏光分離手段が隣接し、かつ前記光路シフト手段と液晶表示手段が隣接するよう、前記偏光分離手段と前記液晶表示手段との間に前記光路シフト手段を配置したことにより、線順次駆動方式の液晶表示素子に対応した光路シフトを行い、高解像度の画像表示を行うことができるという効果が期待される表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る表示装置及び画像投射装置について、図面を用いて説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る表示装置を図１に示す。

図１において、前記表示装置は、少なくとも、２つの偏光板１１、１２と、線順次駆動方式で駆動される透過型液晶表示素子１３と、この透過型液晶表示素子１３からの光線を２つの軌跡（図中、点線矢印と実線矢印の対で示す）のいずれかにシフトさせる光路シフト素子１４と、透過型液晶表示素子１３及び光路シフト素子１４を同期させて駆動制御する制御回路９０（図２、図５、図６で後述する構成を含む）と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光板１１と透過型液晶表示素子１３とに挟まれ、それぞれに隣接している。

この透過型液晶表示素子１３は、２つの透光性基板に液晶が挟まれたものであり、この液晶としては、例えばツイストネマチック（ＴＮ）液晶を利用することができる。２つの透光性基板間に所定の電界を印加することによって偏光板１１を通過した直線偏光を９０°回転した偏光状態にすることができる。

偏光板１１の透過軸は、紙面（ここでは、図１の面に相当する）に垂直な方向（図中、○印で示す）に設定し、偏光板１２の透過軸は紙面に平行な方向に設定する。透過型液晶表示素子１３がノーマリーホワイト（電界印加量が小さいときに画素が明表示に対応する表示方法）とすると、低電界時には偏光が９０°回転し、紙面に平行な方向に振動する偏光状態となる。

光路シフト素子１４の液晶分子は、所定方向に電界が印加されると紙面内でそのチルト角が２状態のいずれかとなる。光路シフト素子１４へ入射された光線は、２状態のチルト角のいずれかに基づいて２つの軌跡のいずれかを辿り、更に偏光板１２を透過して表示光となる。

本実施形態では、透過型液晶表示素子１３の表示は、１つのフレーム画像を複数のサブフレーム画像で構成して表示する方式による。また、サブフレーム画像の切り替えは、線順次駆動方式による。ここで、線順次は線走査又はライン走査と呼ばれる。すなわち、透過型液晶表示素子１３において、行列状に配列した複数の画素領域を１行または数行ごとに駆動し、通常は、透過型液晶表示素子１３で形成された画面の上部から下部に向けて垂直に新しいサブフレーム画像を表示していく。本実施形態では、光路シフト素子１４で２つの光路シフト状態を発生させるので、表示される画像は２つのサブフレームが上下にずれて表示されることになる。例えば、光路シフト量を±１／４画素ピッチとすると、両サブフレーム画像の画素は１／２ピッチ上下にずれることになり、使用した透過型液晶表示素子１３の２倍の解像度を表示したことになる。しかも、光路シフト素子１４を透過型液晶表示素子１３の近傍に配置しているので、各画素からの表示光の重なりが小さくなり、ゴーストを最小限に抑えることができる。

なお、階調表示については、透過型液晶表示素子１３への表示制御信号のパルス幅変調によっても、透過型液晶表示素子１３への印加電圧の変調によっても可能である。後者の場合には、中間階調表示のときに透過型液晶表示素子１３からの偏光状態は楕円偏光となり、光路シフト素子１４を通過した光は常光、異常光の２種類が存在することになる。しかし、常光（紙面に垂直な偏光）は偏光板１２で吸収されるため、表示されることはなく、所望の中間階調表示となる。

前述の光路シフト素子１４の詳細を図２に示す。この種の光路シフト素子については、特開２００４−１０１７０４号公報に開示されている。

図２（ａ）において、光路シフト素子１４は、互いに対向したガラス等の基板２、３と、液晶層５を基板２、３に対して略垂直に配向させるための垂直配向膜４と、基板２、３間に垂直配向膜４を介して充填された液晶の層（液晶層）５と、この液晶層５に電圧を印加するライン状電極列９と、液晶を充填する空間を保つためのスペーサ１０と、ライン状電極列９の電圧を制御する電圧制御回路１２１と、を有する構成である。ここで、液晶層５は、キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶で形成されている。

図２（ｂ）において、ライン状電極列９は、前述の一対の基板２、３、垂直配向膜４及び液晶層５を有する構造体に対して、目的とする偏光方向に対応させてライン状の電極が基板面に平行に配置されたものである。また、ライン状電極列９のそれぞれの電極Ｅ１〜Ｅ８に印加される電圧は、液晶層５の任意の一部の領域に印加される電界の方向が、他の領域と異なるよう制御され、これによって前記一部の領域のシフト特性を他の領域と異ならせるようにしている。また、このときの電界の方向（図中、白矢印で示す）は、基板面に平行となる。このような電界を発生させるために、図４で後述するように隣接するライン状電極間に電位勾配を設けるようにしている。

図２（ｃ）において、光路シフト素子１４への入射光は、前述のように２状態のチルト角のいずれかに基づいて２つの軌跡のいずれかを辿り、第１出射光又は第２出射光となり、更に偏光板１２を透過して表示光となる。

前述のライン状電極列９の他の構成例を図３（ｂ）、（ｃ）に示す。ここで、図３（ａ）は対比のために前述のライン状電極列９を示す。

図３（ａ）において、ライン状電極列９は、光路シフト素子１４を構成する基板２のみに設けられている。これに対し、図３（ｂ）においては、２つの基板２、３の両方にライン状電極列９ａ、９ｂが対向して設けられている。図３（ｃ）においては、２つの基板２、３の両方にライン状電極列９ｃ、９ｄが対向して設けられている。これは、片側の基板２のみにライン状電極列９を設けた場合、液晶層５の膜厚方向に電界がかかるのを確実に回避するためである。すなわち、ライン状電極列は２つの基板２、３の片方又は両方に設けることができるが、両方に設けることがより好ましい。ここで、基板２、３に略平行な電界を印加するためには、複数のライン状電極の印加電圧が段階的に増加又は減少するように構成する（図５、図６で後述する）。

なお、ライン状電極Ｅ１〜Ｅ８は、透明電極を用いることが望ましい。これは、アルミ等の導電体をアレイ状に配列した場合に比べると、透明電極は電極部分も光を通すために光利用効率が高くなるからである。更に、アルミ等の光を遮蔽するもので周期構造をつくると、回折格子としても機能してしまい、解像性能を低下させてしまう。なお、更に好ましくは、透明電極の場合にも電極部と電極の無い領域も屈折率をマッチングさせるようにする。これは、透明電極が周期的に配列されると、屈折率変調型の回折格子として機能し、解像性能を低下させるからである。

前述の隣接するライン状電極間の電圧印加の例を図４に示す。ここで、符号Ａ〜Ｄは電位勾配を表す線分を示し、符号Ｅｎはライン状電極の電極番号Ｅ１〜Ｅ８を示している。

図４において、線分Ａで示す電圧印加の例ではライン状電極Ｅ１に電圧Ｖｌ（ｌｏｗを示す）が、ライン状電極Ｅ８に電圧Ｖｈ（ｈｉｇｈを示す）が印加されている。また、Ｖｈ＞Ｖｌとする。中間部のライン状電極Ｅ４、Ｅ５には電圧Ｖｌと電圧Ｖｈの中間電位が、電位勾配が連続的でほぼ一定になるよう与えられている。この場合、電位勾配はライン状電極Ｅ１からライン状電極Ｅ８に向けて正の勾配となる。なお、説明を簡略化するため、以後の電圧表示は基準電位０Ｖからの電位差として表現する。

ここで、線分Ｂで示す電圧印加例のように電極Ｅ３を電圧Ｖｌ、電極Ｅ１を電圧Ｖｈに変えたとすると、ライン状電極Ｅ１からライン状電極Ｅ３の領域では負の電位勾配の電界領域に、また、ライン状電極Ｅ３からライン状電極Ｅ８の間の領域では正の電位勾配の電界領域となって、領域によって電位勾配の極性を逆にすることができる。ライン状電極Ｅ３は正の領域と負の領域の境界、すなわち異なる光路シフトの境界になる。このとき、液晶に印加される電界強度が、液晶の動作に十分な強度、すなわち閾値電界以上であれば、図２のような２つのシフト特性を、同じ１つの光路シフト素子１４内で領域によって制御することができる。更に、線分Ｃ、線分Ｄで示すような電圧印加の仕方を選ぶことで、正の勾配の領域と負の勾配の領域を任意に選択することができる。本実施形態では、ライン状電極が８本の場合を示したが、更に多くのライン状電極を設けることで、より緻密な電圧制御が可能となる。

更に、図４では、電圧Ｖｈを固定し、選択電極を電圧Ｖｌにしたが、その逆にしても構わない。また、端部電極の電圧を固定にしないで、選択電極に対応して複数の電圧レベルに切り替えることで、電位勾配の絶対値を等しくすることもできる。例えば、ライン状電極Ｅ３を正の領域と負の領域の境界のライン状電極としたとき、ライン状電極Ｅ１には電圧Ｖｈと電圧Ｖｌの電位差「２／７」、ライン状電極Ｅ８には前記電位差「５／７」を与え、中間のライン状電極には隣り合うライン状電極の間の電位差が前記電位差の「１／７」ずつになるようにそれぞれの電位を与える。このようにすれば、基板２における場所によるシフト特性や応答特性を等しくできるので好ましい。ここで用いるライン状電極は透明であることが好ましく、この構成によってより高い光透過率を獲得することができる。なお、電圧制御手段としての電圧制御回路１２１に、リレーのような機械的動作の部品を付加してもよいが、ＦＥＴ等のスイッチング素子を利用し、電子的に構成することが応答速度等から見て好ましい。

前述の電圧制御回路１２１を含む電圧制御手段を図５に示す。

図５において、電圧制御回路１２１は、電源９２から供給される電圧を複数個の電位差調整器９４によって分割し、複数の電位差調整器９４のそれぞれをライン状電極列９の各ライン状電極に接続することで、段階的に設定された電圧値を印加するようにしている。また、電位差調整器９４は、電子ボリューム等の電気信号による可変抵抗を使用することができる。また、電位分布が均一にならず、不連続な電位分布が発生する場合は、ライン状電極形成前に誘電体層を挟むことで、不連続な電位分布が鈍り、液晶層５内の平面方向での電位勾配が均一になる。段階的な電圧印加方法はこの構成に限らず、複数の電源を各電極に直接接続する構成等によって実現してもよい。また、ライン状電極の本数やライン幅、ライン間隔、ライン状電極間の電位差等は、所望の光路サイズや光路シフト量等に基づいて適宜設定されるものである。

ここで、前述の構成で電界分布をもたせる場合、例えば、光路シフト素子１４内の中心部の電界強度が小さくなるように、電界強度分布をもたせる場合には、光路シフト素子１４の中心部に設置されている電位差調整器９４により、中心部の電位差が大きくなるように抵抗を大きく設定し、端部における抵抗は電位差が均等になるように設定すればよい。このとき、電源９２の全体の電圧値を上げる必要がある。そのため、全体の電圧を調整する電位差調整器９３を設けている。また、全体の電圧を増倍させる方法としてはオペアンプのような増幅器を設けてもよい。このようにライン状電極間に、接地されている電位差調整器９４を設定することで、所望の電界強度分布を発生することができ、発生させる電界強度分布を、温度検知器９５により検知された温度分布に対応させることで、均一な光偏向量を得ることができる。

前述の電圧制御回路１２１に含まれるスイッチング素子回路の一部を図６に示す。

図６において、スイッチング素子回路９１は、トランジスタＴＲ０〜ＴＲ４により５レベルの電位のスイッチングを行うものであり、分圧抵抗によって生成されたＶ０〜Ｖ４の５つの電位レベルが選択できるよう構成されている。このようなスイッチング素子回路９１を前述の複数のライン状電極のそれぞれに配し、これらを制御することで前述のように作動させることができる。なお、ライン状電極の幅は加工精度によって制限され、下限は１μｍ程度であり、上限は１００μｍ程度である。特に５μｍ〜５０μｍ幅であることが好ましい。ピッチは幅の数倍から数十倍であることが好ましい。

最後に、前述の光路シフト素子１４における液晶層５の材料に関して更に詳細に説明する。「スメクチック液晶」は液晶分子の長軸方向(液晶ダイレクタ方向)をほぼ揃えており、分子は方向を揃えたまま層状に配列してなる液晶相である。このような液晶に関し、液晶分子の長軸方向が前記層の法線方向（層法線方向）と一致している液晶相を「スメクチックＡ相」と呼ぶ。また、液晶分子の長軸方向が法線方向に一致せずに傾斜している液晶相を「スメクチックＣ相」と呼んでいる。また、液晶ダイレクタの傾斜角度をチルト角θと呼ぶ。各層内の液晶ダイレクタは、チルト角θと同一方向を向いている。液晶分子長軸に垂直な方向に永久双極子成分を持つ場合、このチルト角θに起因して自発分極Ｐｓが存在するため、強誘電性が発現すると考えられている。この自発分極Ｐｓと外部電界Ｅにより定まる方向に、液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。一般に、強誘電性を発現する液晶材料は分子構造中に不斉炭素を有しているため、外部電界Ｅが働かない状態において各層毎に液晶ダイレクタの方位角の方向が螺旋的に回転している、いわゆる螺旋構造をとり、「キラルスメクチックＣ相」と呼ばれる。また、キラルスメクチックＣ相の反強誘性液晶では各層毎に液晶ダイレクタの方位角が対向する方向を向く。なお、本実施形態では、強誘電性液晶からなる液晶層５を用いた場合を示したが、これに限らず、反強誘電性液晶を用いた場合も同様の効果が期待される。

前述のキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶材料の分子構造は、主鎖、スペーサ、骨格、結合部、キラル部等よりなる。主鎖構造としてはポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、ポリオキシエチレン等が利用可能である。スペーサは分子回転を担う骨格、結合部、キラル部を主鎖と結合させるためのものであり、適当な長さのメチレン鎖等が選ばれる。また、カイラル部とビフェニル構造等剛直な骨格とを結合する結合部には−ＣＯＯ−結合等が選ばれる。

前述の光路シフト素子１４においては、キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性の液晶層５は垂直配向膜４により基板２、３面に垂直に分子螺旋回転の回転軸が向いており、いわゆるホメオトロピック配向をなす。このようなホメオトロピック配向のための配向法としては、従来より行われている方法を適用することができる。即ち、1)ずり応力法、2)磁場配向法、3)温度勾配法、4)ＳｉＯ斜法蒸着法、5)光配向法等が挙げられる（例えば、竹添、福田著「強誘電性液晶の構造と物性」コロナ社、Ｐ．２３５参照）。

前述の光路シフト素子１４の特徴の１つは、構成が簡単で製造コストが抑制できる点にある。また、キラルスメクチックＣ相はスメクチックＡ相やネマチック液晶に比較して極めて高速な応答性を有しており、サブｍｓでのスイッチングが可能である点も特徴である。特に、電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に決定されるため、スメクチックＡ相よりなる液晶に比べダイレクタ方向の制御が容易であり、扱いやすい。

また、本実施形態で用いられるホメオロトピック配向のキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層５は、ホモジニアス配向（液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態）をとる場合に比べて、液晶ダイレクタの動作が基板２、３からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整で光路シフト方向の制御が行いやすく、必要電界が比較的低いという特徴を有する。液晶ダイレクタがホモジニアス配向している場合、電界方向だけでなく基板面に液晶ダイレクタが強く依存するため、光路シフト素子１４の設置についてより位置精度が求められることになる。逆に、本実施形態のようなホメオロトピック配向の場合は、光路シフトに対して光路シフト素子１４のセッティング余裕度が増す。これらの特徴を活かす上で、厳密に螺旋軸を基板面に垂直に向ける必要はなく、或る程度傾いていても差し支えない。液晶ダイレクタが基板２、３からの規制力を受けずに２つの方向を向くことが可能であればよい。

本実施形態によれば、光路シフト素子１４は、偏光板１１と透過型液晶表示素子１３とに挟まれ、それぞれに隣接しているので、前述の「厚さ、もしくは屈折率の異なるホイル（ダイクロイックミラーに相当する）を光軸に対して傾けて配置しているために、非点収差が発生し、高解像度化が難しい」という問題を改善することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る表示装置を図７に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図７において、前記表示装置は、少なくとも、偏光分離素子としての２つの偏光板１１、１２と、前述の線順次駆動方式で駆動される反射型液晶表示素子１５と、この反射型液晶表示素子１５からの光（出射光）を２つの軌跡（図中、点線矢印と実線矢印の対で示す）のいずれかにシフトさせる光路シフト素子１４と、反射型液晶表示素子１５及び光路シフト素子１４を同期させて駆動制御する制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光板１１、１２と反射型液晶表示素子１５とに挟まれ、それぞれに隣接している。また、反射型液晶表示素子１５は、周囲光Ｌ１を利用して液晶表示を行うものである。

図７（ａ）において、透過軸が紙面（図７の面に相当する）に垂直となっている偏光板１１を通過した周囲光Ｌ１は直線偏光となり、光路シフト素子１４に入射される。光路シフト素子１４は前述のとおり、ライン状電極列９が紙面に垂直な方向にアレイ状に配列されたものである（つまり、ライン状電極の長手方向は紙面に平行である）。このため、光路シフト素子１４の液晶分子の２つの状態（２つのチルト角によるもの）では、紙面内で分子方向を切り替えることになる。紙面に垂直な偏光光Ｌ２は、光路シフト素子１４では常光線であるため光路シフト（複屈折）されずに反射型液晶表示素子１５に向かう。ここで、反射型液晶表示素子１５が明表示状態のとき、前述の偏光Ｌ２は、紙面に平行な直線偏光Ｌ３に変換されて再び光路シフト素子１４に入射される。前述の直線偏光Ｌ３は、光路シフト素子１４にとって異常光となり光路シフト（複屈折）される。偏光板１２の透過軸は、紙面に平行と設定しており、光路シフトされた画像光が偏光板１２を通過する。

一方、図７（ｂ）において、反射型液晶表示素子１５が暗表示状態のときには、反射型液晶表示素子１５で偏光が変わらず、前述の偏光Ｌ２は光路シフト素子１４で複屈折されずに出射される。偏光Ｌ３は紙面に垂直であるため、偏光板１２に吸収される。

本実施形態によれば、使用する反射型液晶表示素子１５の２倍の解像度をサブフレーム２つを使って表示することができる。更に、本実施形態によれば、反射型液晶表示素子１５への入射光の分布を乱さないという特徴がある。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る表示装置を図８に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図８において、前記表示装置は、少なくとも、ランプ光源２２と、ランプ光源２２から放射される光を均一照明光とする（換言すれば、反射型液晶表示素子１５の受光面に対する照度を均一とする）ための照明光学系２３と、偏光分離素子としての偏光ビームスプリッタ２１（MacNeille型）と、前述の光路シフト素子１４と、前述の反射型液晶表示素子１５と、前述の制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子１５とに挟まれ、それぞれに隣接している。

照明光学系２３は、例えばフライアイインテグレータ光学系からなる。偏光ビームスプリッタ２１（MacNeille型）については、「オプトロニクス社編集部著「光設計とシミュレーションソフトの上手な使い方」、Ｐ.１３４」等に記載されている。ここで、説明を簡単にするため、照明光学系２３により得られた均一照明光は、図８（ａ）のように同一方向に揃って進む光についてのみ図示する。偏光ビームスプリッタ２１を通過した照明光は、紙面（図８の面に相当する）に平行な偏光状態Ｐ１となる。光路シフト素子１４は、その液晶層５が紙面に平行な面内で、電界の印加方向によって２つのチルト角状態をとる。このため、偏光Ｐ１の照明光は異常光となり光路シフト（複屈折）される。仮に、反射型液晶表示素子１５の線順次駆動のタイミングがその上端（図８の上側を示す）とすると、これに同期して光路シフト素子１４も上端から液晶の向きが変わっていく状態にある。この場合、上端付近に入射する光とそれ以外の領域に入射する光とは、図８（ａ）に図示される空間領域Ａとその他の空間領域とのようになる。すなわち、空間領域Ａでは照明光の光線の密度が高くなり、ライン状に照度が高い領域が発生する。このライン状に表示パネル（画面）上を走査されることになる。

また、図８（ｂ）のような瞬間には空間領域Ｂの照度が小さくなり、ライン状に暗線が走査される。結果として、サブフレームごとに暗線と明線が走査される。ここで、線順次駆動の速度が高速（一般的には、フレーム周波数が６０Ｈｚ以上をいう）となるように、サブフレーム画像が更新設定される。しかし、画面を見ているときに視線を走査方向に移動させた瞬間には、前述の暗線や明線が視認される。

この現象に対処するため、図８（ｃ）のように光路シフト素子１４の液晶分子の２つの状態（２つのチルト角によるもの）を含む面（紙面に平行な面に相当する）と、照明光の偏光振動面とが垂直となると、照明光Ｐ２は光路シフトされず、暗線や明線は発現しない。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る画像投射装置を図９に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図９において、前記画像投射装置は、少なくとも、前述のランプ光源２２と、ランプ光源２２から放射される光を均一照明光とするための照明光学系２０と、前述の偏光ビームスプリッタ２１と、前述の光路シフト素子１４と、前述の反射型液晶表示素子１５と、この反射型液晶表示素子１５からの光（画像に相当する）を投射する投射レンズ１６と、前述の制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子１５とに挟まれ、それぞれに隣接している。

照明光学系２０は、フライアイインテグレータ２３と、回転カラーフィルタ３１と、コリメートレンズ２４と、を有する構成である。ここで、ランプ光源２２の反射鏡として回転楕円反射鏡を用い、ランプ管を回転楕円反射鏡の第１焦点位置に配置すると、図９のようにランプ放射光は第２焦点に集光される。回転カラーフィルタ３１は、その第２焦点付近に配置されている。また、回転カラーフィルタ３１は、回転面にカラーフィルタ機能（例えば、ダイクロイックコーティングによるもの）を有する領域が設定されたものであり、この領域は分割されている。一般的に、回転カラーフィルタは赤、緑、青の３種類のフィルタを有し、回転させることで、順次、赤、緑、青の照明光を発生させるようにしている。反射型液晶表示素子１５は高価であるため、ここでは単板式の構成を採用し、反射型液晶表示パネルを１つのみ使用するようにしている。この単板式の構成により、画像投射装置のコスト低減が期待される。なお、回転カラーフィルタ３１を用いることにより、単板式の構成としてもカラー表示（フィールドシーケンシャル表示）が可能になる。

本実施形態によれば、光路シフト素子１４による光路シフトと、フィールドシーケンシャル技術とによって、単板式の構成でもカラー表示ができ、かつ前述のように使用する反射型液晶表示素子１５の２倍の解像度の表示が可能になる。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る画像投射装置を図１０に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図１０（ａ）において、少なくとも、前述のランプ光源２２と、前述の照明光学系２３と、前述の偏光ビームスプリッタ２１と、前述の光路シフト素子１４と、レンズアレイ付き液晶表示素子４２と、３つのダイクロイックミラー４１と、レンズアレイ付き液晶表示素子４２及び光路シフト素子１４を同期させて駆動制御する制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光ビームスプリッタ２１とレンズアレイ付き液晶表示素子４２とに挟まれ、それぞれに隣接している。３つのダイクロイックミラー４１は、赤反射用、緑反射用、青反射用に設けられ、それぞれ照明光の光路に対して所定の角度で配置されている。この配置により、照明光は赤、緑、青のそれぞれの光軸が所定の角度で偏光ビームスプリッタ２１側に向かうことになる。

図１０（ｂ）において、レンズアレイ付き液晶表示素子４２は、液晶表示素子４４とこれに対向するレンズアレイ４３とを有し、その１つのレンズが液晶表示素子４４の画素３つに対向するように配置されている。この配置により、３色それぞれの照明光は、所定の角度でレンズアレイ４３に入射し、レンズ機能によって所定の画素に入射される。ここでは、前述の液晶表示素子４４の画素３つでフルカラーの１画素を表示するようにしている。

本実施形態によれば、光路シフト素子１４による光路シフトと、ランプ光源２２、照明光学系２３、偏光ビームスプリッタ２１及びダイクロイックミラー４１を含む照明系と、の組み合わせによって、単板式の構成でもカラー表示ができ、かつ前述のように使用するレンズアレイ付き液晶表示素子４２の２倍の解像度の表示が可能になる。

なお、前述の実施形態に限らず、前記照明系を偏光ビームスプリッタ２１及びスクロール照明光学系５１（図１１で後述する）で置換し、レンズアレイ付き液晶表示素子４２をホログラムカラーフィルタ付き液晶表示素子４５（図１０（ｃ）に示す）で置換してもよい。

図１０（ｃ）において、ホログラムカラーフィルタ付き液晶表示素子４５は、液晶表示素子４４とこれに対向するホログラムカラーフィルタ４６とを有している。このホログラムカラーフィルタ４６は、白色の照明光を赤、緑、青ごとに分光し、かつレンズアレイ機能を有している。この構成により、各色ごとの光軸を変えて所定の画素に収斂させることが可能になる。すなわち、図１０（ａ）の３つのダイクロイックミラー４１と、図１０（ｂ）のレンズアレイ４３と、を１つの素子（ホログラムカラーフィルタ４６に相当する）に集約することができる。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る画像投射装置を図１１に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図１１において、前記画像投射装置は、前述の投射レンズ１６と、前述の反射型液晶表示素子１５と、前述の光路シフト素子１４と、前述の偏光ビームスプリッタ２１と、光源を含むスクロール照明光学系５１と、前述の制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子１４は、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子１５とに挟まれ、それぞれに隣接している。

スクロール照明光学系５１は、光源からの光を色分離して各色の光束を被照射部で走査させる光学系である。具体的には、「ＩＤＷ’９９（Ｐ.９８９−９９２）」、「ＳＩＤ’０１ （Ｐ.１０７６−１０７９）」等に記載された光学技術を適用して構成する。

なお、「ＩＤＷ’９９（Ｐ.９８９−９９２）」に記載されたスクロール照明光学系は、図１２に示す構成を有している。ここでは、フライアイインテグレータ１０３と偏光変換システム（ＰＣＳ）１０２により、ランプ１０１の照明光を均一照明光で、かつ特定の偏光に揃えたものとする。この照明光を２つのダイクロイックミラーＤ１、Ｄ２で赤、緑、青の３色に色分離する。色分離された各色の光は、走査プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３に入射される。この走査プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、多角柱のガラス部材が所定の角速度で回転するものであり、この走査プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３を通過した光は、その後ダイクロイックプリズムＤ３、Ｄ４で色合成され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４をへて反射型液晶表示素子１０５に到達する。この反射型液晶表示素子１０５上では、赤、緑、青の３つの帯状の光束が、所定の方向にスクロールする。以上のようなスクロール照明光学系は、回転カラーフィルタを用いた照明光学系に比べると、フィルタによる光吸収を極めて小さくすることができるため、高輝度化に適するという特徴を有する。

また、「ＳＩＤ’０１ （Ｐ.１０７６−１０７９）」に記載されたスクロール照明光学系は、図１３に示す構成を有している。ここでは、ランプ光源１２２からの照明光をロッドインテグレータ１３１に入射するようにしている。このロッドインテグレータ１３１は、カライドスコープとも呼ばれ、通常、直方体のガラスである。ここで入射された光は、ロッドインテグレータ１３１中で何度か全反射を繰り返し、出射側端面で照度分布が一定となる。また、ロッドインテグレータ１３１の入射側端面の一部の領域には、反射特性を有している。ロッドインテグレータ１３１の後段には、回転カラーフィルタ１３２が配置されている。この回転カラーフィルタ１３２は、そのフィルタ領域が渦巻状となるように構成されている。回転カラーフィルタ１３２の後段には、リレーレンズ１３３が配置され、このリレーレンズ１３３が所定の倍率で被照射部１３４を照明する。回転カラーフィルタ１３２の回転によって被照射部１３４では赤、緑、青の帯が所定方向にスクロールする。また、回転カラーフィルタ１３２で反射された光は、ロッドインテグレータ１３１に戻り、その一部は照明光として再利用される。このため、一般的な回転カラーフィルタ（例えば、図９の３１）を用いた照明光学系よりも光利用効率が高いという特徴を有する。

本実施形態では、反射型液晶表示素子１５からなる１つの液晶表示パネルを用いる、いわゆる、単板式の画像投射装置を示している。ここで、反射型液晶表示素子１５は、前述のとおり線順次駆動され、この駆動に同期するように光路シフト素子１４が駆動（スクロール駆動）されるようにしている。また、単板式の画像投射装置においてカラー表示をするために、スクロール照明光学系を有し、フィールドシーケンシャル方式を採用している。すなわち、フィールドシーケンシャル方式の画像投射装置に光路シフト素子１４を付加することによって高精細化が期待される。

また、本実施形態では、スクロール照明光学系５１で赤、緑、青の３つのフィールドが存在し、光路シフト素子１４で光路シフトの２つの状態のフィールドが存在するため、合計６つのサブフレーム画像で１つのフレーム画像が形成される。なお、反射型液晶表示素子１５の線順次駆動と、光路シフト素子１４のスクロール駆動と、スクロール照明光学系５１の駆動と、の同期がとれていることが望ましい。

本構成によれば、単板式の画像投射装置でもカラー表示ができ、かつ使用する反射型液晶表示素子１５の２倍の解像度を投射表示することができる。更に、単板式であるために画像投射装置のコストを低減させ、線順次駆動する反射型液晶表示素子１５に対応した光路シフト素子１４を組み合わせ、カラースクロール照明とすることで、高い光利用効率を実現することが期待される。

［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る画像投射装置を図１４に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図１４において、前記画像投射装置は、放電ランプ等のランプ光源２２と、偏光変換素子付き照明光学系６０と、カラーセレクト素子６４と、前述の偏光ビームスプリッタ２１と、前述の光路シフト素子１４を適用した２つの光路シフト素子６２ａ、６２ｂと、前述の反射型液晶表示素子１５を適用した２つの反射型液晶表示素子６３ａ、６３ｂと、前述の投射レンズ１６と、前述の制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子６２ａは、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子６３ａとに挟まれ、それぞれに隣接している。また、光路シフト素子６２ｂは、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子６３ｂとに挟まれ、それぞれに隣接している。

偏光変換素子付き照明光学系６０は、フライアイインテグレータ６５、回転カラーフィルタ６１、コリメートレンズ２４を有する構成である。この構成により、ランプ光源２２から放射された光の、反射型液晶表示素子６３ａ、６３ｂの受光面に対する照度を均一にして照明するようにしている。ここでは、フライアイインテグレータ６５中に偏光変換素子を組み込んでいる。この偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタアレイと半波長板とを組み合わせることによって、ランプ光源２２から放射された光を所定の偏光（例えば、図１４の面に平行な偏光）に揃えるようにしたものである。

また、ランプ光源２２の反射鏡としては回転楕円反射鏡を用いている。ここで、ランプ管を回転楕円反射鏡の第１焦点位置に配置すると、ランプ管から放射された光は第２焦点に集光されるため、回転カラーフィルタ６１は、第２焦点付近に配置される。また、回転カラーフィルタ６１は、回転面にカラーフィルタ機能を有する領域（例えば、ダイクロイックコーティングされた領域）が設定されたものであり、この領域は分割されている。更に、回転カラーフィルタ６１は、黄色とマゼンダの２種類のフィルタを有する。フライアイインテグレータ６５と偏光ビームスプリッタ２１との間には、カラーセレクト素子６４が配置される。このカラーセレクト素子６４は、緑の帯域の光のみ偏光面を９０°回転させる。このカラーセレクト素子６４の作動で、回転カラーフィルタ６１が黄色のフィルタの瞬間には、緑の光は反射型液晶表示素子６３ａに向かい、赤の光は反射型液晶表示素子６３ｂに向かうことになる。反射型液晶表示素子６３ａ、６３ｂは前述のとおり線順次駆動され、光路シフト素子６２ａ、６２ｂは前記線順次駆動に同期して前述したようにスクロール駆動される。また、回転カラーフィルタ６１がシアンの場合には、緑の光は反射型液晶表示素子６３ａに向かい、青の光は反射型液晶表示素子６３ｂに向かう。

本実施形態によれば、更に、使用される反射型液晶表示素子６３ａ、６３ｂの解像度の２倍の高精細表示が可能となる。また、反射型液晶表示素子６３ａ、６３ｂにより２板式の画像投射装置を構成したため、更に、液晶表示部の明るさが単板式に比べて向上することが期待される。

［第８の実施形態］
次に、本発明の第８の実施形態に係る画像投射装置を図１５に示す。ここで、第１の実施形態と同様の構成には同一符号を付与して説明を一部省略する。

図１５において、前記画像投射装置は、前述のランプ光源２２と、前述の偏光変換素子付き照明光学系６０と、２つのダイクロイックミラー７１、７２と、ダイクロイックプリズム７７と、３つの光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂと、３つの反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂと、３つのミラー７３と、リレーレンズ７４と、前述の投射レンズ１６と、前述の制御回路９０と、を有する構成である。ここで、光路シフト素子７６ｒは、ダイクロイックプリズム７７と反射型液晶表示素子７５ｒとに挟まれ、それぞれに隣接している。また、光路シフト素子７６ｇは、ダイクロイックプリズム７７と反射型液晶表示素子７５ｇとに挟まれ、それぞれに隣接している。更に、光路シフト素子７６ｂは、ダイクロイックプリズム７７と反射型液晶表示素子７５ｂとに挟まれ、それぞれに隣接している。

ダイクロイックミラー７１は、赤色光を反射させ、ダイクロイックミラー７２は緑色光を反射させるものである。３つの反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂは前述のように線順次駆動され、光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂは、その線順次駆動に同期してスクロール駆動されるようにしている。

本実施形態によれば、更に、使用される反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂの解像度の２倍の高精細表示が可能となる。また、反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂにより３板式の画像投射装置を構成したため、更に、液晶表示部の明るさが単板式や２板式に比べて更に向上することが期待される。

前述のような本発明の第１から第８の実施形態のいずれかに係る表示装置によれば、例えば、行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される図１の透過型液晶表示素子１３（液晶表示手段に相当する）と、この透過型液晶表示素子１３の駆動に同期してスクロール駆動され、透過型液晶表示素子１３からの画素光の光路をシフトさせる光路シフト素子１４（光路シフト手段に相当する）と、光路シフト素子１４により光路シフトされた画素光を偏光分離する偏光板１２（偏光分離手段に相当する）と、を備えた構成において、光路シフト素子１４は、１対の基板２、３（透光性基板に相当する）と、基板２、３に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層５と、透過型液晶表示素子１３の駆動に同期させて液晶層５をスクロール駆動するスイッチング素子回路９１を含む電圧制御回路１２１（液晶層駆動手段に相当する）と、を備え、光路シフト素子１４と偏光板１２が隣接し、かつ光路シフト素子１４と透過型液晶表示素子１３が隣接するよう、偏光板１２と透過型液晶表示素子１３との間に光路シフト素子１４を配置している。

この構成は、請求項１に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、線順次駆動方式の液晶表示素子（例えば、透過型液晶表示素子１３）に対応した光路シフト表示を行い、かつ画像表示を高解像度化することが期待される。

また、前述の電圧制御回路１２１は、１対の基板２、３の少なくとも一方（例えば、基板２）にライン状電極列９（アレイ状に配置された導電体に相当する）を備えている。この構成は、請求項２に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、前述のとおり、線順次駆動方式の液晶表示素子に対応した光路シフト表示を行い、かつ画像表示を高解像度化することが期待される。

また、前述のライン状電極列９は、透明電極から構成されている。この構成は、請求項３に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、前述の光路シフト表示による高解像度化に加えて、更に光利用効率を高めるという効果も期待される。

また、前述の光路シフト素子１４で２つのチルト角での２つの状態の液晶分子方向を含む面と、偏光板１２から透過型液晶表示素子１３に向かう光軸の偏光方向と、が直交するようにしている。この構成は、請求項４に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、照明光を光路シフトさせずに済むため、前述の光路シフト表示による高解像度化に加えて、照明領域内で線状の高輝度部（明線）、低輝度部（暗線）を発現させない。よって、高品位の画像を表示することが期待される。

また、例えば図８の表示装置に、光を放射するランプ光源２２（光源に相当する）と、ランプ光源２２の放射光を偏光ビームスプリッタ２１、光路シフト素子１４を介して反射型液晶表示素子１５に照射する照明光学系２３（照明手段に相当する）と、を備えている。この構成は、請求項５に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、照明光を光路シフトさせずに済むため、前述のように照明領域内で線状の高輝度部（明線）、低輝度部（暗線）を発現させないという効果が期待される。

また、例えば図９の照明光学系２０（照明手段に相当する）は、回転カラーフィルタ３１を備え、光源ランプ２２と偏光ビームスプリッタ２１（偏光分離手段に相当する）との間に回転カラーフィルタ３１を配置している。この構成は、請求項６に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、更に反射型液晶表示素子１５の表示パネルが１つの単板式の画像投射装置でもカラー表示が可能であるという効果も期待される。

また、例えば図１０（ａ）の光路シフト素子１４は、図１０（ｂ）の液晶表示素子４４の各画素に対応するレンズアレイ４３（マイクロレンズアレイに相当する）を備え、ランプ光源２２と偏光ビームスプリッタ２１との間に３つのダイクロイックミラー４１を配置している。この構成は、請求項７に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、レンズアレイ付き液晶表示素子４２の表示パネルが１つの単板式の画像投射装置でもカラー表示が可能であるという効果も期待される。

また、例えば図１０（ａ）の光路シフト素子１４は、図１０（ｃ）の液晶表示素子４４の各画素に対応するホログラムカラーフィルタ４６を備え、ランプ光源２２と偏光ビームスプリッタ２１との間に３つのダイクロイックミラー４１を配置している。この構成は、請求項８に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、液晶表示素子４５の表示パネルが１つの単板式の画像投射装置でもカラー表示が可能であるという効果も期待される。

また、例えば図１１の画像投射装置は、スクロール照明光学系５１（照明手段に相当する）を備え、光路シフト素子１４と偏光ビームスプリッタ２１が隣接し、かつ光路シフト素子１４と反射型液晶表示素子１５が隣接するよう、偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶表示素子１５との間に光路シフト素子１４を配置している。この構成は、請求項９に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、照明光の光利用効率が高いスクロール照明光学系と、線順次駆動の反射型液晶表示素子１５と、スクロール駆動の光路シフト素子１４と、を併用するので、更に高解像化、高光利用効率を同時に満たすという効果も期待される。

また、例えば第２から第８の実施形態の表示装置は、反射型液晶表示素子（図７の１５、図１０の４４、図１４の６３ａ、６３ｂ、図１５の７５ｒ、７５ｇ、７５ｂに相当する）を備えている。この構成は、請求項１０に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、反射型液晶表示素子１５は透過型液晶表示素子１３に比べて液晶表示素子自体の高解像度化、高光利用効率化が可能であること、あるいは液晶表示素子の液晶層の厚さを薄くすることによって高速駆動が可能となることにより、複数のサブフレームで画像表示をしても高品位の画像を提供できるという効果も期待される。よって、表示装置又は画像投射装置の高精細化に好適である。

また、例えば図９、図１１、図１４、図１５の画像投射装置は、前述の表示装置にスクリーン（所定の投射面に相当する）投射用の投射レンズを備えている。この構成は、請求項１１に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、前述の表示装置が実現する作用効果を反映して大画面かつ高解像度の表示が可能になることも期待される。

また、例えば図１５の画像投射装置は、ランプ光源２２の光をダイクロイックミラー７１、７２等（分離照明手段に相当する）で３原色の成分に分離して反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂ（第１から第３の液晶表示手段に相当する）に照射し、光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂ（第１から第３の光路シフト手段に相当する）は、反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂの駆動に同期して駆動され、３原色の各画像に相当する各画素光の光路をシフトさせ、ダイクロイックプリズム７７（偏光分離手段に相当する）は、光路シフトされた前記各画素光を偏光分離するようにした構成において、光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂの各々と反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂの各々とが隣接し、かつ、光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂの各々とダイクロイックプリズム７７とが隣接するよう、ダイクロイックプリズム７７の周囲に光路シフト素子７６ｒ、７６ｇ、７６ｂ及び反射型液晶表示素子７５ｒ、７５ｇ、７５ｂを配置している。この構成は、請求項１２に係る本発明の実施の一形態に相当する。この構成により、前述の表示装置が実現する作用効果を反映して大画面かつ高解像度の表示が可能になることも期待される。更に、前述のように単板式、２板式の画像投射装置に比べて明るい画像を表示できることも期待される。

なお、特許文献１に記載の従来の画像投射装置においては、回転式の光路シフト素子を用いた場合、高速な駆動が困難であるという問題もあった。また、鋸歯状基板を用いた光路シフト素子を投射光学系に入れるため、鋸歯状面の前後の媒質でわずかな屈折率差が残っていると、回折格子として機能し、高精細な表示は難しくなるという問題もあった。更に、光路シフト素子の駆動速度に関して、屈折率の異なるガラスを回転させる光路シフト素子の場合には簡単に高速化できないという問題もあった。また、液晶表示素子（パネル）の走査ラインにできる限り沿ってシフト領域を変えるには、光路シフト素子の回転体の面積を大きくする必要があり、光学系をコンパクトにすることが難しいという問題もあった。これに対し、本実施形態は、鋸歯状基板を用いず、光路シフト素子及び制御回路を前述の線順次駆動に同期したスクロール駆動が可能な構成とすることにより、前述の問題をも改善可能とするものである。

更に、前述した第１から第８の実施形態では、光路シフト素子に垂直配向膜４を有する構成ついて説明したが、本発明はこのほかに、垂直配向膜４を省略しても同様の効果が得られるものである。

また、前述した第１から第８の実施形態では、光路シフト素子にスペーサ１０を有する構成ついて説明したが、本発明はこのほかに、スペーサ１０を省略し、ライン状電極をスペーサとして兼用しても同様の効果が得られるものである。この場合の構成例を図１６に示す。ここで、図１６（ａ）は光路シフト素子１の上面図であり、図１６（ｂ）は光路シフト素子１の正面図であり、図１６（ｃ）は光路シフト素子１の側面図である。

光路シフト素子１は、図１６（ｃ）に示すように、対向配置された１対の透明な基板２、３を有している。そして、両方の基板の少なくとも一方、ここでは基板２側内面に垂直配向膜４が形成されており、この垂直配向膜４と他方の基板３との間にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層５が充填されている。また、図１６（ｂ）に示すように、前述の１対の基板２、３及び液晶層５を有する構造体に対し、目的とする光路シフト方向に対応させて、電極６ａ、６ｂからなる電極対６が複数配置され、電極間に電圧を印加する電圧印加手段としての電源７に接続されている。更に、図１６（ａ）に示すように、電極対６は、スペーサとして兼用され、光路と重ならない位置で当該液晶回転軸に対して略垂直方向に電界ベクトルが向くように設置されている。なお、光路シフトによる光の進行方向を３方向以上としたい場合は、入射光の偏光方向をその偏向方向に対応させて回転させると共に、その偏向方向に対応させて電極対６を複数設ければよい。入射光は、前述した動作原理に基づいて、電極対６より形成される電界の方向(第１電界方向、第２電界方向（図中、白ヌキ矢印で示す）)によって偏向し、第１出射光又は第２出射光の光路をとることになる。

本発明の第１の実施形態に係る表示装置を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る光路シフト素子を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係るライン状電極列を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る光路シフト素子に対する印加電圧を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る電圧制御回路を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係るスイッチング素子回路の要部回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る表示装置を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る表示装置を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る画像投射装置を説明する図である。 本発明の第５の実施形態に係る表示装置を説明する図である。 本発明の第６の実施形態に係る画像投射装置を説明する図である。 従来のスクロール照明光学系の第１の構成例を説明する図である。 従来のスクロール照明光学系の第２の構成例を説明する図である。 本発明の第７の実施形態に係る画像投射装置を説明する図である。 本発明の第８の実施形態に係る画像投射装置を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る光路シフト素子を説明する図である。

符号の説明

２、３ 基板
４ 垂直配向膜
５ 液晶層
９ ライン状電極列
１０ スペーサ
１１、１２ 偏光板
１３ 透過型液晶表示素子
１４、６２ａ、６２ｂ、７６ｒ、７６ｇ、７６ｂ 光路シフト素子
１５、６３ａ、６３ｂ、７５ｒ、７５ｇ、７５ｂ 反射型液晶表示素子
１６ 投射レンズ
２０ 照明光学系
２１ 偏光ビームスプリッタ
２２ ランプ光源
２３ 照明光学系（フライアイインテグレータ）
２４ コリメートレンズ
３１、６１ 回転カラーフィルタ
４１、７１、７２ ダイクロイックミラー
４２ レンズアレイ付き液晶表示素子
４３ レンズアレイ
４４ 液晶表示素子
４５ ホログラムカラーフィルタ付き液晶表示素子
４６ ホログラムカラーフィルタ
５１ スクロール照明光学系
６０ 偏光変換素子付き照明光学系
６４ カラーセレクト素子
６５ フライアイインテグレータ
７３ ミラー
７４ リレーレンズ
７７ ダイクロイックプリズム
９０ 制御回路
９１ スイッチング素子回路
９２ 電源
９３、９４ 電位差調整器
９５ 温度検知器
１２１ 電圧制御回路

Claims (12)

1. 行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される液晶表示手段と、前記液晶表示手段に同期して駆動され、前記液晶表示手段からの光の光路をシフトさせる光路シフト手段と、前記光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、を備えた表示装置において、
   前記光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、
   前記光路シフト手段と前記偏光分離手段が隣接し、かつ前記光路シフト手段と前記液晶表示手段が隣接するよう、前記偏光分離手段と前記液晶表示手段との間に前記光路シフト手段を配置したことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記液晶層駆動手段は、前記１対の透光性基板の少なくとも一方にアレイ状に配置された導電体を備えたことを特徴とする表示装置。
3. 請求項２に記載の表示装置において、
   前記導電体は、透明電極を備えたことを特徴とする表示装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表示装置において、
   前記光路シフト手段で２つのチルト角での液晶分子方向を含む面と、前記偏光分離手段から前記液晶表示手段に向かう光軸の偏光方向と、が直交するようにしたことを特徴とする表示装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示装置において、
   光を放射する光源と、前記光源の放射する光を前記液晶表示手段に照射する照明手段と、を備えたことを特徴とする表示装置。
6. 請求項５に記載の表示装置において、
   前記照明手段は、回転カラーフィルタを備え、
   前記光源と前記偏光分離手段との間に前記回転カラーフィルタを配置したことを特徴とする表示装置。
7. 請求項５に記載の表示装置において、
   前記光路シフト手段は、前記液晶表示手段の各画素に対応するマイクロレンズアレイを備え、
   前記光源と前記偏光分離手段との間に３枚のダイクロイックミラーを配置したことを特徴とする表示装置。
8. 請求項５に記載の表示装置において、
   前記光路シフト手段は、前記液晶表示手段の各画素に対応するホログラムカラーフィルタを備え、
   前記光源と前記偏光分離手段との間に３枚のダイクロイックミラーを配置したことを特徴とする表示装置。
9. 行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される液晶表示手段と、光を放射する光源と、前記光源の放射する光を前記液晶表示手段に照射する照明手段と、前記液晶表示手段に同期して駆動され、前記液晶表示手段からの光の光路をシフトさせる光路シフト手段と、前記光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、を備えた表示装置において、
   前記光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、前記照明手段は、スクロール照明光学系を備え、
   前記光路シフト手段と前記偏光分離手段が隣接し、かつ前記光路シフト手段と前記液晶表示手段が隣接するよう、前記偏光分離手段と前記液晶表示手段との間に前記光路シフト手段を配置したことを特徴とする表示装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の表示装置において、
    前記液晶表示手段は、反射型液晶表示素子を備えたことを特徴とする表示装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の表示装置を用いて構成した画像投射装置であって、
    投射レンズを介して画像を所定の投射面に投射するようにしたことを特徴とする画像投射装置。
12. 行列状に配列された複数の画素領域を１行又は複数行ごとに駆動する線順次駆動方式で駆動される第１から第３の液晶表示手段と、光を放射する光源と、前記光源の放射する光を３原色の光束に分離して第１から第３の液晶表示手段に入射する分離手段と、第１から第３の液晶表示手段に同期して駆動され、第１から第３の液晶表示手段が前記分離手段から入射された光に応じて出射した、３原色の各画像に相当する光の光路をシフトさせる第１から第３の光路シフト手段と、第１から第３の光路シフト手段により光路シフトされた光を偏光分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段で偏光分離された光を透過し、前記３原色の各画像を所定の投射面に投射する投射レンズと、を備えた画像投射装置において、
    第１から第３の光路シフト手段は、１対の透光性基板と、前記１対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層と、前記液晶表示手段に同期させて前記液晶層を駆動する液晶層駆動手段と、を備え、第１から第３の液晶表示手段は、反射型液晶表示素子を備え、
    第１から第３の光路シフト手段の各々と第１から第３の液晶表示手段の各々とが隣接し、かつ、第１から第３の光路シフト手段の各々と前記偏光分離手段とが隣接するよう、前記偏光分離手段の周囲に第１から第３の光路シフト手段及び第１から第３の液晶表示手段を配置したことを特徴とする画像投射装置。

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