(57)【要約】  コヒーレント性を有する光源によって画像を表示させる投射型表示装置において、２枚の透光性基板間に挟持された液晶層からなる液晶散乱素子を配置し、該液晶層は液晶組成物とイオン性化合物を０．００５〜１．０ｗｔ％添加する液晶混合物からなり、液晶層間に低周波の矩形波電圧を印加することによって液晶層を透過する光の散乱状態を発現することでコヒーレント性を解消し、スペックルノイズを低減することができるものである。
2009081989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、
前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、
前記画像光を投射する投射部と、を備える投射型表示装置であって、
前記光源部と前記画像光生成部との間の光路中に、通過する光に対して散乱状態を時間的に変化させる液晶散乱素子が配置され、
前記液晶散乱素子は、少なくとも複数の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、前記透明電極間には液晶層が挟持され、前記透明電極を介して前記液晶層に電圧を印加することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物とイオン性化合物とを含む液晶混合物からなり、
前記液晶組成物の液晶分子は、前記透明基板面に対して略水平方向に配向され、
前記液晶層に電圧を印加することにより前記液晶混合物が動的散乱モードで駆動される
請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記液晶層は、前記液晶混合物の重量に対する前記イオン性化合物の重量の比である化合物濃度が０．００５〜１．０ｗｔ％である請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物と導電性化合物とを含む液晶混合物からなり、
前記液晶組成物の液晶分子は、前記透明基板面に対して略水平方向に配向され、
前記液晶層に電圧を印加することにより前記液晶混合物が動的散乱モードで駆動される
請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記散乱状態となる電圧は１７〜２５Ｖｒｍｓである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記光源部と前記液晶散乱素子との間の光路中および／または、前記液晶散乱素子と前記画像光生成部との間の光路中に、入射する光を散乱させて出射する光散乱素子が配置された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に係り、特に、コヒーレント性を有する光源を使用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のようなスクリーンに投影画像を表示する表示装置の光源としては、従来超高圧水銀（ＵＨＰ）ランプが使用されてきたが、光源寿命の観点からレーザが提案されている。【０００３】
また、ＵＨＰランプはその性質から赤色の波長である６４５ｎｍ近傍の波長帯域がブロードなスペクトルとなるため、赤色光源としてレーザを使用し、青色、緑色波長帯にはＵＨＰランプを使用する併用型の光源も提案されている。【０００４】
しかし、レーザを光源とした投射型表示装置では、投影画像中にレーザ光のコヒーレント性に起因する粒上のスペックルノイズが発生し、投影画像の画質が劣化するという問題がある。【０００５】
そこで、スペックルノイズを低減した投射型表示装置としては、光源となるレーザ光の光路中に拡散素子を配置し、この拡散素子を人の目で認識できる速さより高速に回転・振動させる形態をなす。このように拡散素子を機械的に動作させることによってコヒーレント性を有するレーザ光を空間的に位相がずれた状態とし、スペックルノイズを解消するものである（例えば、特許文献１）。【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示された構成では、拡散素子を回転または振動させるためにモータまたはコイルを含む駆動装置を必要とするため、装置が大型化するばかりか、機械的な振動によりノイズが発生するなど信頼性にも問題があった。【０００８】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、コヒーレント性を有する光源を使用した場合に簡易的な構成によってスペックルノイズを低減することのできる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部と、を備える投射型表示装置であって、前記光源部と前記画像光生成部との間の光路中に、通過する光に対して散乱状態を時間的に変化させる液晶散乱素子が配置され、前記液晶散乱素子は、少なくとも複数の透明基板の対向するそれぞれの面に透明電極が形成され、前記透明電極間には液晶層が挟持され、前記透明電極を介して前記液晶層に電圧を印加することを特徴とする投射型表示装置を提供する。【００１０】
この構成により、コヒーレント性を有する光が液晶散乱素子を散乱されて通過するためスペックルノイズを低下させることができる。とくに機械的な振動を加える手段と異なり装置の小型化を実現できるものである。【００１１】
また、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物とイオン性化合物とを含む液晶混合物からなり、前記液晶組成物の液晶分子は、前記透明基板面に対して略水平方向に配向され、前記液晶層に電圧を印加することにより前記液晶混合物が動的散乱モードで駆動される上記に記載の投射型表示装置を提供する。【００１２】
この構成により、液晶層内で振動するイオン性化合物が電圧印加によって液晶分子に衝突し、基板と平行する液晶分子の配向方向を動かすように作用することにより散乱状態が発現する。【００１３】
また、前記液晶層は、前記液晶混合物の重量に対する前記イオン性化合物の重量の比である化合物濃度が０．００５〜１．０ｗｔ％である上記に記載の投射型表示装置を提供する。【００１４】
この構成により、液晶組成物に対するイオン性化合物が適度な混合比となり、より良好な散乱状態を生成することができる。【００１５】
また、前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶組成物と導電性化合物とを含む液晶混合物からなり、前記液晶組成物の液晶分子は、前記透明基板面に対して略水平方向に配向され、前記液晶層に電圧を印加することにより前記液晶混合物が動的散乱モードで駆動される上記に記載の投射型表示装置を提供する。【００１６】
この構成により、液晶層内で振動する導電性化合物が電圧印加によって液晶分子に衝突し、基板と平行する液晶分子の配向方向を動かすように作用することにより散乱状態が発現する。【００１７】
前記散乱状態となる電圧は１７〜２５Ｖｒｍｓである上記に記載の投射型表示装置を提供する。【００１８】
この構成により、イオン性化合物は液晶層内で液晶分子を十分に散乱させることができるので、スペックルノイズを低減した投射型表示装置を実現できる。【００１９】
また、前記光源部と前記液晶散乱素子との間の光路中および／または、前記液晶散乱素子と前記画像光生成部との間の光路中に、入射する光を散乱させて出射する光散乱素子が配置された上記に記載の投射型表示装置を提供する。【００２０】
この構成により、所望の散乱の大きさ（散乱能）を実現するために液晶散乱素子に印加する電圧を低くすることができ、投射型表示装置の信頼性を高くすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、コヒーレント性を有する光源を使用した場合に簡易にスペックルノイズを低減することができるという効果を有する投射型表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】液晶散乱素子の断面模式図。
【図２】投射型表示装置の構成概念図。
【図３】液晶散乱素子の印加電圧に対する透過率の実測値。
【図４】デジタルカメラの撮影画像（実施例）
【図５】デジタルカメラの撮影画像（比較例）
【符号の説明】
【００２３】
１ａ、１ｂ  透光性基板
２ａ、２ｂ  透明電極
３  液晶層
４  シール材
５  電源
１０  液晶散乱素子
１１  半導体レーザ
１２  コリメータレンズ
１３  偏光子
１４  集光レンズ
１５  空間変調器
１６  投射レンズ
１７  スクリーン
１８ａ、１８ｂ  光散乱素子
２０ａ、２０ｂ  投射型表示装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
図２（ａ）に本実施形態に係る投射型表示装置２０ａの構成模式図を示す。発光手段であるコヒーレント光を発する光源として少なくとも１つの半導体レーザ１１から出射された光はコリメータレンズ１２によって平行光となり、偏光子１３を通過する。半導体レーザは直線偏光の光を出射するが、製造ばらつきや使用環境温度変化により、その偏光方向にばらつきや時間的変動を有する場合がある。偏光子１３は、この光の偏光状態を一定にするためのものである。偏光子１３を通過した光は、本願発明の液晶散乱素子１０によって光の散乱状態を時間的に発現させて出射するものである。液晶散乱素子１０を透過した光は、集光レンズ１４を通過し、画像生成手段である空間変調器１５に入射する。【００２５】
液晶散乱素子１０で散乱された光は、集光レンズ１４を通過後、均質化されて空間変調器１５へ照射される。集光レンズ１４としては、片面に反射膜を有した板状のものを組合せて筒状にしたもの（ロッドインテグレータ、ロッドレンズ）などが用いられる。空間変調器１５としては、典型的には透過型液晶パネルが使用可能であるが、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などを使用してもよい。このように空間変調器に入射した光束は、画像信号に応じて変調され、投影レンズ１６によってスクリーン１７などに投影される。なお、光源は、１つのレーザ光源のみを使用する構成であっても、異なる波長の光を出射するレーザ光源を複数配置する構成であっても、コヒーレント性を有さない光源とレーザ光原とを組み合わせて用いる構成であってもよい。【００２６】
本発明の液晶散乱素子１０は、入射するコヒーレント光に対して位相変調の大きさを時間的に変化させることにより、スペックルパターンの時間的な変化を発現させる機能を有する。これによって投射された画像は、スペックルノイズが減少した状態で観測される。この液晶散乱素子１０は、ＤＳＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｍｏｄｅ）を用いているところに特徴がある。【００２７】
本発明の液晶散乱素子１０は、ネマチック液晶に電圧を印加したＤＳＭを用いるが、時間的に入射する光の散乱状態を変化させることができる素子であれば、これに限らない。例えば、高分子−液晶複合膜、電場応答コレステリック液晶素子等、入射する光の散乱状態を変えることができる素子であってもよい。【００２８】
ＤＳＭは動的散乱モードと呼ばれ、ネマチック液晶に対して電圧を印加したとき、この液晶層に入射する光の透過率が変化し、とくに光が散乱することで透過光が低減（遮断）される効果を有するものである。散乱作用は、液晶に電圧を印加すると液晶物質内のイオンが可動して空間電荷効果を起こされることで液晶が不規則な分子運動をするもので、これによって入射光が散乱するのを利用したものである。この散乱状態は、同じ電圧を印加した状態であっても時間的に散乱の状態が変化し、このため投射される画像に観測されるスペックルノイズが低減された状態となる。【００２９】
本願発明の液晶散乱素子１０の具体的構成の断面図を図１に示す。液晶散乱素子１０は、平坦な２枚の透光性基板１ａ、１ｂのそれぞれ一方の面に透明電極２ａ、２ｂを設け、互いの透明電極面を対向させて平行に配置し、透光性基板間の空隙に液晶を充填させている。また、透光性基板の周りにはシール材４によってシールされる。液晶が充填された液晶層３に交流電圧を印加するために、透明電極２ａ、２ｂに対して電圧を供給する配線を施し、電源５に接続する。また、透明電極１ａ、１ｂ上には図示しない絶縁膜が設けられ、さらに絶縁膜上には図示しない配向膜が設けられており、液晶の配向状態を制御する。なお、絶縁膜は形成しなくてもよいが、形成することで対向する透明電極どうしの短絡を防止することができるので好ましい。【００３０】
動的散乱モードを得るために、所望の散乱の大きさ（以下、散乱能という。）が発現できれば、上記構成に限定されるものではない。例えば、負の誘電率異方性（Δε＜０）を有する液晶組成物の場合、透光性基板に挟持された液晶分子の長軸方向（以下、「分子軸」という。）が、透光性基板に対して略水平方向に配向されていることが好ましく、透光性基板面における配向方位は略一軸を有するものであっても、ランダムな軸を有するものであってもよい。【００３１】
一方、正の誘電率異方性（Δε＞０）を有する液晶組成物の場合、透光性基板に挟持された液晶層に含まれる液晶分子の長軸方向が、透光性基板面に対して略水平方向であっても略垂直方向であってもよい。一般には、負の誘電率異方性を有する液晶組成物を用いて、液晶分子の長軸方向が透光性基板面上に略水平方向に配向させたほうが、電圧駆動時に動的な散乱能を高く設定できるので好ましい。また、固有の物性（Δε、屈折率異方性Δｎ、粘度など）を有する液晶組成物と種々のイオン性化合物との組み合わせにより、所望の散乱能を発現できれば上記構成に限らない。【００３２】
また、液晶層に印加する電圧としては、所望の散乱能を発現すれば、直流電圧であっても交流電圧であってもよいが、液晶散乱素子の高い信頼性を長期的に得るには交流電圧によって駆動することが好ましく、以下、交流電圧を印加するものとして説明する。また、上記のように、負の誘電率異方性を有する液晶組成物とイオン性化合物とを含む液晶混合物を用いて交流電圧を印加する場合、十分に動的散乱が発生する周波数の値で与えるとよい。例えば、周波数が過剰に高い場合、液晶層内のイオン種が与えられた電圧の周波数に追従できないため十分な散乱能を得ることができない。これより、具体的には周波数が１ｋＨｚ以下であるとよい。【００３３】
また、液晶層に印加する電圧値は、使用する液晶組成物の種類によって異なるが、一般的に低周波駆動とすることによって低電圧化できるので好ましく、周波数の下限は、周期的なリップルが視覚的に追従しないように、５〜５００Ｈｚの間で駆動することが好ましく、１０〜３００Ｈｚの間で駆動することがより好ましい。【００３４】
また、液晶組成物の屈折率異方性Δｎは、誘電率異方性Δεの正負に関わらず、コヒーレント光が入射した場合でも安定した光学特性として、一定レベルの散乱能が得られるものであればよい。本発明に係る投射型表示装置の液晶散乱素子は、入射するコヒーレント光に対して散乱能を高める（低透過率とする）ことによってスペックルノイズを低減できる効果を得ることであるので、液晶組成物はΔｎが大きい材料であるとより低電圧でも所望の高い散乱能が得られる。したがって、Δｎが０．１０以上であれば好ましく、０．１４以上であればより好ましく、０．１８以上であればさらに好ましい。【００３５】
また、液晶組成物の誘電率異方性Δεの大きさ（絶対値）も、その正負に関わらず、コヒーレント光が入射した場合でも安定した光学特性として、一定レベルの散乱能が得られるものであればよい。誘電率異方性Δεについても、低電圧でも高い散乱能が得られるように、その絶対値｜Δε｜が３．０以上であれば好ましく、５．０以上であればより好ましい。【００３６】
また、本発明の投射型表示装置に係る液晶散乱素子の液晶層は、その比抵抗ρが高ければ、一定の散乱能を得るために印加する電圧値も高くなるので、ρは１０１０Ω・ｃｍ以下であるとよく、１０９Ω・ｃｍ以下が好ましく、１０８Ω・ｃｍ以下であるとより好ましい。このように比抵抗ρが低い液晶混合物を用いることで、印加する電圧を低くしても一定の散乱能を得ることができ、液晶散乱素子の信頼性を高めることができるので好ましい。【００３７】
このように所望の光学的特性、電気的特性を有する液晶組成物を用いる液晶層の厚さ方向に、電圧を印加してその値を増加させると、電界方向（液晶層の厚さ方向）に対して、分子軸が略垂直方向に配向（透光性基板面に略平行方向）していた状態から、分子軸が略平行方向に配向（透光性基板面に略垂直方向）するとともに液晶分子の対流が発生する。この対流により、入射するコヒーレント光の始めの動的散乱が始まる。そして、さらに印加する電圧を増加することによって、この対流にドメインが動き出して第２の動的散乱が始まる。始めの動的散乱とは、散乱の閾値電圧（Ｖｔｈ）で起こる２次元のロール状対流である、いわゆるＷＤ（ウィリアムズドメイン）領域以降の散乱、例えば、ロール状散乱の揺動が起こるいわゆるＦＷＤ(揺動ウィリアムズドメイン）領域や、グリッドパターン領域を含む動的散乱を指す。そして、第２の動的散乱は、電圧を増加させて周期的な模様が崩れた動的散乱を指す。周期的な模様が崩れたときの電圧をＶｓａｔとすると、始めの動的散乱は、このＶｔｈとＶｓａｔとの間の電圧において生じる散乱を意味する。【００３８】
透光性基板１ａ、１ｂは、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート等を用いるのでもよいが、耐久性等の点からガラス基板が好適である。透明電極２ａ、２ｂとしては、Ａｕ、Ａｌ等からなる金属膜を用いることができるが、ＩＴＯ、ＳｎＯ３等からなる膜を用いる方が金属膜に比べ、光の透過性がよく、機械的耐久性が優れているため、好適である。【００３９】
シール材４は、液晶層３の液晶混合物が透光性基板１ａ、１ｂ間から漏れ出さないようにするためのものであり、確保すべき光学的有効領域の外周に設けられる。シール材４用の材料としては、エポキシ、アクリル等の樹脂系接着剤が取り扱い上好ましいが、加熱またはＵＶ光の照射によって硬化させるのでもよい。また、所望のセル間隔を得るためにガラスファイバ等のスペーサを数％混入させるのでもよい。【００４０】
なお、透光性基板１ａ、１ｂの各基板面のうち液晶層と接しない基板面上に反射防止膜を設けることは、光の利用効率を改善することになるため、好適である。係る反射防止膜として誘電体多層膜、波長オーダーの薄膜等を用いることができるが、その他の膜でもよい。これらの膜は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成することができるが、その他の方法で形成するのでもよい。【００４１】
また、絶縁膜の形成には、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等の無機材料を用いて、スパッタリング等によって真空成膜する方法、ゾルゲル法によって化学的に成膜する方法等を用いることができる。配向膜は、ポリイミド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等をラビングする方法、特定方向に偏光したＵＶ光等を光反応性官能基を有する化学物質に照射して光配向させる方法、ＳｉＯ等を斜め蒸着して得られる方法、ダイヤモンドライクカーボン等へイオンビーム照射して得られる方法等によって作製された膜の表面に液晶接触させることによって設定することができる。このとき、配向方向が略水平方向かつ、液晶分子の長軸方向の誘電率ε‖と液晶の短軸方向の誘電率ε⊥との差となる誘電率異方性Δε（＝ε‖−ε⊥）が負の特性をもつ液晶で構成する。この場合、電圧を印加したときに液晶分子が水平方向に配向する力（以下、配向規制力）が大きくなるとともに、イオン性化合物が液晶分子に衝突する力も大きくなる。このように液晶分子の配向規制力とイオン性化合物の衝突により光学的に液晶の散乱状態が安定した状態を維持することができる。また、上記のように、液晶の配向方向は水平方向に限らず、垂直方向のいずれであってもよく、誘電率異方性Δεが正の特性を有する材料、負の特性を有する材料であってもよい。【００４２】
液晶層３には、電圧印加によって入射する光の散乱状態を発現させるためのイオン性化合物が液晶組成物に対して添加される。例えば、イオン性化合物は、二色性色素が用いられ、とくに対光性、耐久性のあるアゾ系化合物、アントラキノン系化合物が好ましく用いられるが、これらの材料に限らない。また液晶層を構成する液晶組成物とイオン性化合物に対する、イオン性化合物の重量比で表す化合物濃度は、０．００５〜１．０ｗｔ％の範囲であると好ましい。化合物濃度が０．００５ｗｔ％未満であると液晶による散乱がしにくくなりスペックルノイズを減少させる効果が少なくなる。一方、化合物濃度が１．０ｗｔ％を超えると、化合物である二色性色素が液晶に対して十分に相溶しなくなり、液晶と化合物とが分離されやすくなるため、スペックルノイズを減少の効果が小さくなる。なお、後述するようにイオン性化合物の代わりに導電性化合物を添加する場合、化合物濃度は、液晶組成物と導電性化合物に対する、導電性化合物の重量比を表すものとする。【００４３】
液晶層３のイオン性化合物は、混合された液晶中でイオンとして乖離または分極するものであればよく、上記の二色性色素の他に例えば、アンモニウム塩、オキソニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、セレノニウム塩などが用いられる。また、カウンターアニオン種として、液晶組成物への溶解性に優れた有機アニオンが好ましく、カウンターアニオン種がハロゲンであってもよいが、これらの材料に限定されない。また、化合物濃度が大きいと比抵抗ρの値を小さくでき、所望の散乱能を得るために印加する電圧を低くすることができるが、イオン性化合物を過剰に添加して化合物濃度が大きくなると液晶組成物への溶解が困難になったり、または塩が析出したりするので、化合物濃度が０．００５〜１．０ｗｔ％の範囲であるとよく、０．１〜０．６ｗｔ％の範囲であるとより好ましい。【００４４】
また、イオン性化合物のうち、混合された液晶中でイオンとして乖離または分極するものとして、イオン性液体を用いてもよい。イオン性液体としては、各種アニオンに対してカチオンの基本骨格がアンモニウム系、イミダゾリウム系、ピリジン系などが挙げられるが、この他の材料を用いてもよい。また、上記と同様の理由で、化合物濃度が０．００５〜１．０ｗｔ％の範囲であるとよく、０．１〜０．６ｗｔ％の範囲であるとより好ましい。【００４５】
液晶組成物に添加する、上記に示すイオン性化合物以外の材料として、導電性化合物を用いてもよい。導電性化合物としては、電荷移動錯体、導電性高分子、金属酸化物の微粒子などが挙げられる。電荷移動錯体としては、例えば、金属有機錯体やイオウ系有機化合物などの電子供与体とニトロ系有機化合物や二トリル系有機化合物などの電子受容体の対が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリジオキシチオフェン、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテンなどが挙げられる。金属酸化物の微粒子としては、ＡｌＯ３、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＩＴＯの微粒子などが挙げられるが、これ以外の導電性化合物を用いてもよい。【００４６】
次に、スペックルノイズの指標となるスペックルコントラストＣｓについて説明する。このスペックルコントラストは、（３）式で表されるように画素の明るさの平均値となる（２）式に対する、画素の明るさ標準偏差σとなる（１）式で示されるものである。ここでＮは全画素数を表し、Ｉｎは各画素に対する明るさ、Ｉａｖｒは全画素の明るさの平均を示すものである。このスペックルコントラストＣｓが低い値になるにつれて投射される画像で観察されるスペックルノイズが低減されるものである。以下、本願発明の液晶散乱素子を配置した投射型表示装置は、このスペックルコントラストによって評価する。【００４７】
【数１】
2009081989.tif 000003
【００４８】
【数２】
2009081989.tif 000004
【００４９】
【数３】
2009081989.tif 000005
【００５０】
（第２の実施形態）
図２（ｂ）は、本実施形態に係る投射型表示装置２０ｂの構成模式図を示すものであり、投射型表示装置２０ｂを構成する各光学部品等のうち、投射型表示装置２０ａを構成する光学部品等と同じものは、同じ番号を付して説明の重複を避ける。投射型表示装置２０ｂは、光源である半導体レーザ１１から表示対象となるスクリーン１７の間の光路中において、偏光子１３と液晶散乱素子１０との間の光路中に光散乱素子１８ａ、液晶散乱素子１０と集光レンズ１４との間の光路中に光散乱素子１８ｂが配置されて構成される。これらの光散乱素子１８ａ、１８ｂは、時間的に散乱能が変化する液晶散乱素子１０とは異なり、入射する光に対し時間的に変化しない一定のレベルの散乱能を有するものである。また、光散乱素子１８ａ、１８ｂいずれも配置されていてもよいが、光散乱素子１８ａまたは光散乱素子１８ｂいずれか一方が配置されていてもよく、液晶散乱素子１０に積層される構成を有するものであってもよい。【００５１】
光散乱素子１８ａ、１８ｂは、例えば時間的に散乱能が変化しない散乱板を用いることができるが、これに限らず、入射する光を均質的に散乱するものであればよく、例えば、高分子分散型液晶やコレステリック液晶で構成されてもよい。このように、本実施形態に係る投射型表示装置２０ｂのように少なくとも１つの光散乱素子（光散乱素子１８ａおよび／または光散乱素子１８ｂ）と液晶散乱素子１０とを組み合わせて用いると、液晶散乱素子１０単独で散乱能を低減させた場合でも、光学系全体でスペックルノイズを十分に低減することができる。これによって、光散乱素子１０の液晶層に印加する電圧を低く抑えることができるので、光散乱素子１０の信頼性を高めることができる効果を奏する。【００５２】
（実施例１）
厚さが約０．５ｍｍの２枚の石英ガラスからなる透明基板上のそれぞれ一方の面に透明電極となるシート抵抗値約３００Ω／□のＩＴＯを真空スパッタリングによって成膜した。ＩＴＯ膜の上にＳｉＯ２を主成分とした絶縁膜をゾルゲル法で厚さ約５０ｎｍ成膜した上に、ポリイミドを約５０ｎｍ成膜してラビング処理をして液晶に対して略水平となる作用を有する配向膜とした。一対の透明基板を配向膜が形成された面を対向させて、スペーサを混入させたシール材によって透明基板の外周をシールし、約５μｍのセルギャップを設けた。なお、上記のＩＴＯ、絶縁膜はこのシール材の部分に設けられなくてもよい。【００５３】
波長６３３ｎｍの光に対する常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの差となる屈折率異方性Δｎ（＝｜ｎｅ−ｎｏ｜）が０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する液晶分子の長軸方向の誘電率ε‖と液晶の短軸方向の誘電率ε⊥との差となる誘電率異方性Δε（＝ε‖−ε⊥）が−３．４の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物である二色性色素としてアゾ系化合物１．０ｗｔ％を混入した液晶混合物を生成した。この液晶混合物をシール材に設けた図示しない注入口から注入し、封止材によって注入口を封止して液晶散乱素子を作製した。また、液晶散乱素子は電極取り出し部分を設け、挟持された液晶層に電圧を印加できる外部電源が接続されている。【００５４】
作製した液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べた。外部電源より透明電極を介して、１ｋＨｚの矩形交流波で液晶層に印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１３Ｖｒｍｓより入射するレーザ光の散乱が始まった。図３に印加電圧の大きさに対し、レーザ光の直進透過率を測定したグラフを示す。この結果より、約１９Ｖｒｍｓで大きく散乱が発現し、直進透過率は約５％となっていることが確認された。したがって、この液晶散乱素子を投射型表示装置に具備させて、液晶層に印加する電圧を調整して光の散乱状態を発現させることによってスペックルノイズを低減して投射表示を行うことができる。なお、図３の実線の特性（化合物濃度＝１．０ｗｔ％）における透過率の特性を例にすると、始めの動的散乱が発生する閾値電圧Ｖｔｈは約１３Ｖｒｍｓであり、第２の動的散乱となる電圧Ｖｓａｔは約１８Ｖｒｍｓであった。【００５５】
具体的に液晶散乱素子によって散乱状態を発現する約１９Ｖｒｍｓ、１ｋＨｚの矩形交流電圧を印加した状態でのスペックルコントラストを調査した。図２の投射型表示装置において光源として波長約６３３ｎｍのコヒーレント光となるＨｅ−Ｎｅレーザを発光させてスクリーン１７に映し出された画像をデジタルカメラによって撮影した。デジタルカメラの撮影はスクリーン面に対して略垂直となる角度からスクリーンの中央付近の約１．５ｃｍ四方の正方形領域を撮影した。このとき、デジタルカメラの撮影条件は、縦方向２００ピクセル×横方向２００ピクセル＝４００００ピクセルの画素数において、各画素の明るさを０〜２５５の２５６段階で分析し、スペックルコントラストを計算した。【００５６】
液晶散乱素子を配置し、散乱条件でのスクリーン上の画像を図４に示す。このときの画素明るさ平均Ｉａｖｒは１８０であり、画素明るさの標準偏差σは２０となり、これによるスペックルコントラストＣｓは約１１％であり、目視でのスペックルノイズも目立たない画像を得ることができた。【００５７】
また、上記の二色性色素として同じアゾ系化合物を添加した液晶混合物の化合物濃度を０．１ｗｔ％、０．０５ｗｔ％および０．０１ｗｔ％として液晶層を構成し、他は同じ条件に基づいて液晶散乱素子を作製した。その結果、図３に示すように、各化合物濃度においても一定の印加電圧以上で光の散乱が発現した。また、０．０１〜１．０ｗｔ％いずれの化合物濃度においてもアゾ系化合物と液晶とは相溶することを確認した。【００５８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同じ製法に基づいて、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．４の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物であるアンモニウム系有機塩を０．５ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製した。【００５９】
作製した液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べた。このとき、液晶層に２００Ｈｚの矩形交流波で印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１０Ｖｒｍｓより液晶散乱素子を透過するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなった。【００６０】
具体的に液晶散乱素子によって十分に動的散乱状態を発現する２００Ｈｚ，約１５Ｖｒｍｓ以上の矩形交流電圧を印加した状態で、実施例１と同様の方法、撮影条件によりスペックルコントラストを調査した。ここで、十分に動的散乱を示す電圧である約３０Ｖｒｍｓにおいて、明るさ平均Ｉａｖｒは１８３であり、画素明るさの標準偏差σは１１となった。これより、スペックルコントラストＣｓは約６％であり、目視でのスペックルノイズも目立たない画像を得ることができた。【００６１】
（実施例３）
実施例３は、実施例１と同じ製法に基づいて、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．６の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物であるアンモニウム系無機塩を０．１ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製する。【００６２】
この液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べる。このとき、液晶層に７０Ｈｚの矩形交流波で印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１０Ｖｒｍｓより入射するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなる。一方、直進透過率は散乱が大きくなるにつれ低下し、実施例１および２と同様にスペックルノイズの低減効果が確認できる。【００６３】
（実施例４）
実施例４は、実施例１と同じ製法に基づいて、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．４の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物であるイミダゾリウム系イオン性液体を０．５ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製する。【００６４】
この液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べる。このとき、液晶層に２００Ｈｚの矩形交流波で印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、２５Ｖｒｍｓより液晶散乱素子を透過するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなる。一方、直進透過率は散乱が大きくなるにつれ低下し、実施例１および２と同様にスペックルノイズの低減効果が確認できる。【００６５】
（実施例５）
実施例５は、実施例１と同じ製法に基づいて、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．４の特性を有する液晶に、添加剤として電荷移動錯体である金属系電子供与体とニトリル系受容体の対を０．１ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製する。【００６６】
この液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べる。このとき、液晶層に２００Ｈｚの矩形交流波で印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１５Ｖｒｍｓより液晶散乱素子を透過するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなる。一方、直進透過率は散乱が大きくなるにつれ低下し、実施例１および２と同様にスペックルノイズの低減効果が確認できる。【００６７】
（実施例６）
実施例６は、実施例１と同じ製法に基づいて、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．６の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物であるアンモニウム系有機塩を０．５ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製した。そして、作製した液晶散乱素子の光が透過した直後に、光散乱素子として散乱板を配置した。また、散乱板として、分光光度計（日立製作所製、Ｕ−３３１０型）で波長２００〜８００ｎｍの間の光を入射したとき、の透過率が４０％〜４５％となる特性を有するものを用いた。【００６８】
作製した液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べた。このとき、液晶層に２００Ｈｚの矩形交流波で印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１０Ｖｒｍｓより入射するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなった。【００６９】
具体的に液晶散乱素子によって十分に動的散乱状態を発現する２００Ｈｚ，約１５Ｖｒｍｓ以上の矩形交流電圧を印加した状態で実施例１と同様の方法、撮影条件によりスペックルコントラストを調査した。【００７０】
このとき、印加電圧が約２０Ｖｒｍｓで、明るさ平均Ｉａｖｒは１６４であり、画素明るさの標準偏差σは２０となった。これより、スペックルコントラストＣｓは約１２％であり、目視でのスペックルノイズも目立たない画像を得ることができた。なお、散乱板を設置しない場合においては、印加電圧が約４０Ｖｒｍｓで明るさ平均Ｉａｖｒは１６７であり、画素明るさの標準偏差σは２６となった。これにより、スペックルコントラストＣｓは約１６％であり、散乱板を配置することでより低電圧においてより高いスペックルノイズを低減する効果を得ることができた。【００７１】
（実施例７）
実施例７は、セルギャップを約１０μｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率異方性Δｎが０．１５であり、波長６３３ｎｍの光に対する誘電率異方性Δεが−３．６の特性を有する液晶に、添加剤としてイオン性化合物であるイミダゾリウム系イオン性液体を０．５ｗｔ％を混入した液晶混合物を液晶層に使用した液晶散乱素子を作製した。そして、作製した液晶散乱素子の光が透過した直後に、実施例６と同じ散乱板を配置した。【００７２】
作製した液晶散乱素子に波長６３３ｎｍのレーザ光を投射して電圧印加によりレーザ光の直進透過率を調べた。このとき、液晶層に２００Ｈｚの矩形交流波で液晶層に印加する電圧値を０Ｖｒｍｓから大きくすると、１０Ｖｒｍｓより入射するレーザ光の散乱が始まり、さらに電圧を大きくすると動的散乱はより大きくなった。【００７３】
具体的に液晶散乱素子によって十分に動的散乱状態を発現する２００Ｈｚ，約２５Ｖｒｍｓ以上の矩形交流電圧を印加した状態でのスペックルコントラストを調査した。スペックルコントラストの調査方法は実施例１と同様の方法、撮影条件で調査したところ、印加電圧が約５０Ｖｒｍｓで、明るさ平均Ｉａｖｒは１４５であり、画素明るさの標準偏差σは２１となった。これより、スペックルコントラストＣｓは約１４％であり、目視でのスペックルノイズも目立たない画像を得ることができた。【００７４】
（比較例）
液晶散乱素子の代わりに時間的に散乱状態が変化しない（静止型）散乱板を配置して投射型表示装置において実施例と同様の仕様のデジタルカメラでスクリーン中央付近の約１．５ｃｍ四方の正方形領域を撮影した。このときのスクリーン上の画像を図５に示す。このときの画素明るさ平均Ｉａｖｒは１５８であり、画素明るさの標準偏差σは３０となり、これによるスペックルコントラストＣｓは約１９％であり、実施例に比べて約２倍の値となった。図５に示す画像も目視において粒状のスペックルノイズが目立って観察された。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる光ヘッド装置は、コヒーレント性を有する光源を使用した場合に簡便にスペックルノイズを低減することができるという効果を有する投射型表示装置を提供することができるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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