(57)【要約】【課題】本発明は、調光素子及び表示装置、投射型表示装置に関し、外部制御を行なうことなく画像光のコントラストを増幅できるようにすることを目的とする。【解決手段】入射される光の強度の低下に伴って光透過率が低下するような調光素子１により画像光Ｌ１，Ｌ２を光変調して出射する。【選択図】  図３
2004163519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される画像光の光強度に応じて上記画像光に対する光透過率を変化させて出射する光変調部を備え、
上記光透過率は、上記画像光の光強度の低下に伴って低下することを特徴とする、調光素子。
【請求項２】
上記光変調部を表示領域内に複数備えたことを特徴とする、請求項１記載の調光素子。
【請求項３】
上記光変調部は、
内面側に透明電極を有する第１の基板と、
内面側に透明電極を有し上記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板とに挟持された液晶層とを備えた液晶パネルであって、
前記第１の基板の内側面には、上記画像光の光強度に応じて電気抵抗が変化する透明な光導電層を備えてなることを特徴とする、請求項１又は２記載の調光素子。
【請求項４】
上記光変調部は、
内面側に透明電極を有する第１の基板と、
内面側に透明電極を有し上記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
上記第１の基板と上記第２の基板とに挟持された液晶層とを備えた液晶パネルであって、
前記第１の基板の内側面には、前記透明電極に電気的に接続され、前記画像光の光強度に応じてリーク電流を生じる薄膜トランジスタを備えてなることを特徴とする、請求項１又は２記載の調光素子。
【請求項５】
照明装置と、
上記照明装置から出力された照明光を変調して画像光を形成する光変調装置と、
上記光変調装置から出力された画像光を変調する請求項１〜４のいずれかの項に記載の調光素子とを備えたことを特徴とする、表示装置。
【請求項６】
照明装置と、
上記照明装置から出力された照明光を変調して画像光を形成する光変調装置と、
上記光変調装置から出力された画像光を変調する請求項１〜４のいずれかの項に記載の調光素子と、
上記画像光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。
【請求項７】
上記調光素子は上記投射光学系の出射側に外付けで設けられたことを特徴とする、請求項６記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示の明るさを調整可能な調光素子及び表示装置、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
表示装置の分野では、大型化，高精細化に対するニーズが高く、このような大画面表示を容易に実現できる手段として、従来より液晶プロジェクタやＤＭＤ等の投射型表示装置が知られている。
このような投射型表示装置では、表示のコントラストをより際立たせた迫力のある画像表示が求められており、従来より画像信号に応じて照明光の光量を増幅させる等の方法が提案されている。しかし、この方法では複雑な信号処理が必要となるため、より簡便な方法で画像光の強度分布を増幅させる手段が求められている。
【０００３】
ところで、従来、画像信号を増幅して投射するものとして、例えば図１０に示すような液晶ライトバルブ１０００を備えた光書込み式の投射型表示装置が開発されている（特許文献１参照）。この液晶ライトバルブ１０００は、一対の基板１１００，１２００間に液晶層１３００を挟持して構成されている。基板１１００はガラス等の透明な基板本体１１１０上に、透明電極１１２０，光導電層１１３０，遮光層１１４０，光反射層１１５０，配向層１１６０が順に積層された構造を有しており、基板１２００はガラス等の透明な基板本体１２１０上に、透明電極１２２０，配向層１２６０が順に積層された構造を有している。
【０００４】
このような投射型表示装置では、ＣＲＴやレーザ等により、基板１１００側から強度の弱い画像光１４００が入射されると、画像光１４００の強弱により光導電層１１３０の電気抵抗が局所的に変化する。これにより、入射面内の光強度分布が電極１１２０，１２２０間の電位分布に変換され、液晶層１３００の配向を変化させる。一方、基板１２００側には、アークランプ等の光源から強度の強い白色光１５００が入射され、液晶層１３００を通って光反射層１１５０で反射される。この際、液晶層１１５０には画像光１４００に対応した配向変化が生じているため、液晶層１３００を透過した光１５００は画像光１４００に対応した画像光１６００として基板１２００から出射され、スクリーンに向けて出射・投影される。
これにより、入射された画像光の強度を増幅して拡大投影することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５４０３６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光書込み式の投射型表示装置では、画像光１４００の光の強度分布を画像光１６００にそのまま反映させるようになっており、画像光のコントラストを際立たせるものではない。つまり、この投射型表示装置では、明るい画像の輝度も暗い画像の輝度も同じ増幅率で増幅されるため、書き込まれた画像光１４００のコントラストと投射される画像光１６００のコントラストは同じ大きさとなってしまい、迫力のある画像表示は得られなかった。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、外部制御を行なうことなく画像光のコントラストを増幅できるようにした、調光素子及び表示装置、投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の調光素子（以下、本調光素子ともいう）は、入射される画像光の光強度に応じて上記画像光に対する光透過率を変化させて出射する光変調部を備え、上記光透過率は、上記画像光の光強度の低下に伴って低下することを特徴とする。
本構成によれば、光変調部により暗い画像光の明るさは一層暗くなるため、本調光素子を表示装置に用いることによって画像のコントラストが強調され、迫力のある画像表示を実現できる。
【０００８】
このとき、調光素子に上記変調部を表示領域内に複数設けてもよい。これにより、画像のコントラストを部分的に調整でき、よりコントラストの強調された画像表示が可能となる。
【０００９】
また、上記光変調部を、内面側に透明電極を有する第１の基板と、内面側に透明電極を有し上記第１の基板に対向配置された第２の基板と、上記第１の基板と上記第２の基板とに挟持された液晶層とを備えて構成し、前記第１の基板の内側面に、上記画像光の光強度に応じて電気抵抗が変化する透明な光導電層を設けてもよい。
【００１０】
本調光素子に光強度が強く明るい画像光が入射した場合には、光導電層の電気抵抗が低くなり、透明電極間の実効電圧が増大する。この結果、液晶層の光透過率が増大し、画像光はその明るさを大きく損なわれることなく液晶層を透過する。一方、本調光素子に光強度が弱く暗い画像光が入射した場合には、光導電層の電気抵抗が高くなり、透明電極間の実効電圧が低減される。この結果、液晶層の光透過率が低下し、出射される画像光は一層暗くなる。
このため、本構成によれば、明るい画像光はその明るさを維持され、暗い画像光はその明るさが一層暗くなるため、画像のコントラストが強調され、迫力のある画像表示が実現される。また、上述の光透過率の調整が画像光の明るさに応じて自動的になされるため、画像データに基づいて光透過率を外部制御するものに比べて駆動を簡略化できる。
なお、本明細書では調光素子を構成する各部材の液晶層側の面を「内面」、それと反対側の面を「外面」という。
【００１１】
また、上記光変調部を、内面側に透明電極を有する第１の基板と、内面側に透明電極を有し上記第１の基板に対向配置された第２の基板と、上記第１の基板と上記第２の基板とに挟持された液晶層とを備えて構成し、前記第１の基板の内側面に、前記透明電極に電気的に接続され、前記画像光の光強度に応じてリーク電流を生じる薄膜トランジスタを設けてもよい。
【００１２】
本調光素子に光強度が強く明るい画像光が入射した場合には、薄膜トランジスタに大きなリーク電流が発生し、透明電極間の実効電圧が低下する。この結果、液晶層の光透過率が増大し、画像光はその明るさを大きく損なわれることなく液晶層を透過する。一方、本調光素子に光強度が弱く暗い画像光が入射した場合には、薄膜トランジスタのリーク電流が小さくなり、透明電極間の実効電圧が保持される。この結果、液晶層の光透過率が低下し、出射される画像光は一層暗くなる。
このため、本構成によれば、明るい画像光はその明るさを維持され、暗い画像光はその明るさが一層暗くなるため、画像のコントラストが強調され、迫力のある画像表示が実現される。また、上述の光透過率の調整が画像光の明るさに応じて自動的になされるため、画像データに基づいて光透過率を外部制御するものに比べて駆動を簡略化できる。
【００１３】
また、本発明の表示装置は、照明装置と、上記照明装置から出力された照明光を変調して画像光を形成する光変調装置と、上記光変調装置から出力された画像光を変調する上述の調光素子とを備えたことを特徴とする。
本構成によれば、入射される画像光の光強度に応じて出射される画像光の明るさを自動的に調整できるため、ダイナミックレンジが拡大され、画像表現力に優れた表示装置を実現することができる。
【００１４】
また、本発明の投射型表示装置は、照明装置と、上記照明装置から出力された照明光を変調して画像光を形成する光変調装置と、上記光変調装置から出力された画像光を変調する上述の調光素子と、上記画像光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする。
本構成によれば、入射される画像光の光強度に応じて出射される画像光の明るさを自動的に調整できるため、ダイナミックレンジが拡大され、画像表現力に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【００１５】
なお、上記調光素子を上記投射光学系の出射側に外付けで設けてもよい。
本構成によれば、調光素子を簡単に取り外すことができるため、例えば文字のみの表示等、調光を行なう必要のない映像表示に対して調光機能をオフとすることができ、使い勝手を向上させることができる。
【００１６】
また、上記調光素子を上記光変調装置と上記投射光学系との間に内付けで設けることも勿論可能である。
また、上記投射型表示装置は、透過型或いは反射型の投射表示装置とすることができ、又、三板式或いは単板式の投射表示装置であってもよい。なお、単板式の投射型表示装置の場合、上記調光素子は光変調装置の出射側に配置される。また、三板式の投射表示装置の場合には、上記調光素子は三つの光変調装置の出射側にそれぞれ配置してもよく、又、三つの光変調装置から出射された色光を合成する色合成素子の出力側に一つだけ配置してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［調光素子］
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の第１実施形態に係る調光素子について説明する。図１は、本実施形態の調光素子の全体構成を示す断面図、図２はその表示原理を説明するための図、図３はその表示例を示す図である。
なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の調光素子１は、対向配置された透明な基板１０，２０の間に液晶層３０が挟持された液晶パネルによって構成されている。
本実施例の液晶パネルは、第１の基板１０は、ガラスやプラスチック等の透光性の基板本体１１の内面側にＩＴＯ等からなる透明電極１２と光導電層１３と配向膜１４とが順に積層された構造を有している。この基板本体１１の外面側は光の入射面とされており、一方向（例えば紙面に平行な方向）に偏光した画像光が入射されるようになっている。
【００１９】
一方、第２の基板２０は、ガラスやプラスチック等の透光性の基板本体２１の内面側に、ＩＴＯ等からなる透明電極２２と配向膜２４とが順に積層された構造を有している。また、基板本体２１の外面側には偏光層（偏光板）２５が設けられており、この偏光板２５の外面側が光の出射面とされ、液晶層３０により変調された画像光が出射されるようになっている。なお、偏光板２５の透過軸方向は、入射される画像光の偏光方向に略直交するように（例えば、紙面に垂直な方向に）配されている。
【００２０】
配向膜１４，２４には、例えばポリイミド膜等からなる垂直配向膜が用いられており、電圧無印加時に液晶層５０の液晶分子を基板１０，２０に対して略垂直に配向させるようになっている。なお、配向膜１４，２４には、上述のポリイミド膜の他に、二酸化珪素の斜方蒸着膜を用いてもよく、このような無機膜を用いることで光劣化等に対する信頼性を高めることができる。
【００２１】
液晶層３０には、例えば誘電異方性が負のネマチック液晶が用いられており、電圧印加時に液晶分子が基板１０，２０間で９０°ツイストして配列するようにカイラル材が添加されている。そして、液晶層３０は印加される実効電圧Ｖｅに応じて、例えば図２に概略して示すような透過率変化を生じるようになっている。なお、図２中、Ｖｔｈは閾値電圧、Ｖａは透過率Ｔが飽和する飽和電圧を示している。
【００２２】
透明電極１２，２２には外部装置５０（図３参照）により一定の交流電圧Ｖ０（例えば振幅Ｖ０〜−Ｖ０の矩形波）が印加されるようになっており、透明電極１２，２２は光導電層１３と共に液晶層３０への電圧印加手段として機能する。この際、光導電層１３は入射された画像光の光強度に応じてその電気抵抗が変化し、この抵抗変化の度合いだけ液晶層３０に印加される実効電圧Ｖｅが変化する。そして、これにより、液晶層３０の透過率が変化されるようになっている。
【００２３】
つまり、光導電層１３は画像光の入射強度に応じて液晶層３０にかかる実効電圧を自動制御する手段として機能し、実効電圧変化によって液晶層３０の光透過率を増減するようになっている。そして、明るい画像光に対してはその光量が維持され、暗い画像光に対してはその光量が絞られることで、表示のコントラストが強調されるようになっている。このような光導電層１３としては、例えばα−Ｓｉやα−Ｓｅ等の半透過薄膜等の透明な光導電材料を用いることができ、特に可視光領域に対する感度の高い材料を用いることが好ましい。
【００２４】
なお、外部装置５０から印加される電圧Ｖ０は、例えば、光導電層１３の電気抵抗が最も大きい状態（即ち、入射される画像光の光強度Ｂがゼロの状態）において実効電圧Ｖｅが、液晶層３０の閾値電圧Ｖｔｈと飽和電圧Ｖａとの間の大きさとなるように設定されている。
また、基板１０，２０上に設けられた各層１２〜１４，２２，２４は表示領域内にベタで（即ち、パターニングされずに）形成されており、本調光素子１は単一の変調部として機能する。
【００２５】
次に、本調光素子１の動作について図２〜図４を用いて説明する。ここでは、簡単のため、例えば図４（ａ）に示すように、調光素子１に輝度の異なる領域Ｐ１〜Ｐ３を含む画像光Ｌ１，Ｌ２を入射する場合について説明する。なお、各領域Ｐ１〜Ｐ３の光強度Ｂ１〜Ｂ３の大きさは、例えばＢ１＞Ｂ２＞Ｂ３（図２参照）となっており、Ｌ１は画像領域Ｐ２，Ｐ３に対応する画像光であり、Ｌ２は画像領域Ｐ１に対応する画像光である。
本調光素子１では、基板１０側から画像光Ｌ１，Ｌ２が入射されると、画像光の強弱により光導電層１３の電気抵抗が局所的に変化し、画像光の光強度分布が透明電極１２，２２間の実効的な電位分布に変換される。
【００２６】
つまり、入射される画像光Ｌ１の強度が弱い場合（図３上側参照）には、光導電層１３の電気抵抗が大きくなり、液晶層３０に印加される実効電圧Ｖｅは飽和電圧Ｖａよりも小さくなる。この結果、液晶分子は配向状態を殆ど変化されずに配向方向を基板１０，２０に対して略垂直に維持される。一方、入射される画像光Ｌ２の強度が十分に強い場合（図３下側参照）には、光導電層１３の電気抵抗が小さくなり、液晶層３０に印加される実効電圧Ｖｅは飽和電圧Ｖａよりも大きくなる。この結果、液晶分子は配向状態を大きく変化され、液晶分子は基板１０，２０間で９０°ツイストした状態となる。
【００２７】
この結果、図４（ｂ）に示すように、実効電圧Ｖｅが飽和電圧Ｖａを超えることとなる領域Ｐ１の出射強度（即ち、領域Ｐ１′の輝度）はＢ１・Ｔ１となり、液晶層３０により光強度を大きく損なわれることなく表示の明るさを維持される。これに対して、実効電圧Ｖｅが飽和電圧Ｖａを下回ることとなる領域Ｐ２，Ｐ３の出射強度（即ち、領域Ｐ２′，Ｐ３′の輝度）は、それぞれＢ２・Ｔ２，Ｂ３・Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）となり、光量が絞られて表示が一層暗くなる。
【００２８】
したがって、本発明の調光素子１によれば、明るい表示はその明るさを維持され、暗い表示はその明るさが一層暗くなるため、画像のコントラストを際立たせることができる。これにより、迫力のある画像表示を実現できる。
また、本調光素子１では、このような光量の調整が、入射される画像光の強弱に応じて自動的になされるため、画像データに基づいて外部制御するものに比べて駆動を大幅に簡略化できる。
【００２９】
［投射型表示装置］
次に、本発明の投射型表示装置について説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の全体構成を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置であり、光源１００１，フライアイレンズ（インテグレータ）１００２，１００３，偏光変換装置１００４，を有する照明装置２と、ダイクロイックミラー１０１２，１０１３，反射ミラー１０１４〜１０１６，レンズ１０１７〜１０１９，液晶ライトバルブ（光変調装置）ＬＶＲ〜ＬＶＢ，クロスダイクロイックプリズム（色合成素子）１０２１を有する色分離合成手段３と、調光素子１，投射レンズ１０２２を有する投射光学系４とを備えて構成されている。
【００３０】
光源１００１は高圧水銀ランプ或いはメタルハライドランプ等のランプ１００１ａとランプ１００１ａの光を反射するリフレクタ１００１ｂとから構成されている。また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢにおいて均一化させるための均一照明手段として、光源１００１側から第１フライアイレンズ１００２、第２フライアイレンズ１００３が順次設置されている。各フライアイレンズ１００２，１００３は、複数（本実施形態では例えば６×８個）のレンズ１００２ａ，１００３ａ，１０から構成されている。そして、光源１００１から射出された光は、フライアイレンズ１００２，１００３によって被照明領域である液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢにおいて照度分布を均一化されて出射されるようになっている。
【００３１】
偏光変換装置１００４は、均一照明手段側に設けられた偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）と、ＰＢＳアレイによって反射された偏光の偏光方向を変換する１／２波長板アレイとから構成され、光源光の光強度を損なうことなく光の偏光方向を一方向に揃えるようになっている。
【００３２】
ダイクロイックミラー１０１２，１０１３は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したもので、所定の色光を選択的に反射し、それ以外の波長の光を透過するようになっている。すなわち、青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー１０１２は、光源１００１からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射するようになっている。また、緑色光反射のダイクロイックミラー１０１３は、ダイクロイックミラー１０１２で反射された青色光ＬＢと緑色光ＬＧの内、青色光ＬＢを透過し緑色光ＬＧを反射するようになっている。
【００３３】
これにより、照明装置から入射された光の内、赤色光ＬＲはダイクロイックミラー１０１２を透過した後、反射ミラー１０１６で反射され、赤色光用ライトバルブＬＶＲに入射される。緑色光ＬＧはダイクロイックミラー１０１３に反射されて緑色光用ライトバルブＬＶＧに入射される。青色光ＬＢはダイクロイックミラー１０１３を透過した後、リレーレンズ１０１７、反射ミラー１０１４、リレーレンズ１０１８、反射ミラー１０１５、リレーレンズ１０１９からなるリレー系１０２０を経て、青色光用ライトバルブＬＶＢに入射されるようになっている。
【００３４】
ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢは、例えばアクティブマトリクス型の透過型液晶装置として構成され、各ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢで変調された色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、クロスダイクロイックプリズム１０２１に入射されるようになっている。
クロスダイクロイックプリズム１０２１は、直角プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光ＬＲを反射するミラー面と青色光ＬＢを反射するミラー面とが十字状に形成されている。そして、三つの色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがこれらのミラー面によって合成されてカラー画像を表わす光が形成された後、投射レンズ１０２２によりスクリーン１０２３上に拡大投射されるようになっている。
【００３５】
上述の構造を有する調光素子１は、クロスダイクロイックプリズム１０２１と投射レンズ１０２２との間に内付けで設けられており、液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢから出射される画像光の偏光方向と基板２１の外面側に設けられた偏光板２５の透過軸方向とが略直交するように配されている。そして、液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢから出射された画像光の光量をこの画像光の強度に応じて自動的に調整するようになっている。
【００３６】
したがって、本発明の投射型表示装置によれば、クロスダイクロイックプリズムの出射面側（即ち、液晶ライトバルブの出力側）に上述の調光素子１を設けているため、画像光の強度に応じて画像の明るさを自動的に調整して表示のコントラストを際立たせることができる。これにより、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡大でき、画像表現力に優れた投射型表示装置を実現することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、図６〜図８を参照しながら本発明の第２実施形態に係る調光素子について説明する。図６は、本実施形態の調光素子の全体構成を示す概略断面図、図７はその分解斜視図、図８はその表示原理を説明するための図である。なお、図１〜図５を用いて説明した上記第１実施形態と同様の部位については同じ符号を付し、その説明を省略するとともに、図４を適宜流用して説明する。
【００３８】
本実施形態の調光素子１′は、上記第１実施形態の調光素子１と同様に、図５に示した投射型表示装置に適用可能なものであって、図６に示すように、対向配置された透明な基板１１０，１２０の間に液晶層１３０が挟持されて構成されている。
第１の基板１１０はアクティブマトリクス基板として構成され、図７に示すように、ガラスやプラスチック等の透光性の基板本体１１１の内面側に走査線１１６や信号線１１５が複数形成され、これらの走査線１１６と信号線１１５とにより区画された領域にＩＴＯ等からなる透明電極１１２が一つずつ設けられている。なお、この透明電極１１２の数や大きさは、入射される画像光の解像度に応じて決められ、この解像度と同程度或いはそれ以下となる範囲で任意に設定することができる。
【００３９】
また、走査線１１６と信号線１１５との交差部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１１２ａが形成され、対応する透明電極１１２に電気的に接続されている。さらに、基板本体１１１上には、走査線１１６，信号線１１５，ＴＦＴ１１２ａ，透明電極１１２を覆うように配向膜１１４が積層されている。この基板本体１１１の外面側は光の入射面とされており、一方向（例えば紙面に平行な方向）に偏光した画像光が入射されるようになっている。また、基板本体１１１には遮光膜が形成されておらず、入射された画像光はＴＦＴ１１２ａのチャネル領域に遮蔽されることなく入射されるようになっている。
【００４０】
一方、第２の基板１２０は、ガラスやプラスチック等の透光性の基板本体１２１の内面側に、ＩＴＯ等からなる透明電極１２２がベタで形成され、この透明電極１２２を覆うように配向膜１２４が積層されて構成されている。また、基板本体１２１の外面側には偏光板１２５が設けられており、この偏光板１２５の外面側が光の出射面とされ、液晶層１３０により変調された画像光が出射されるようになっている。なお、偏光板１２５の透過軸方向は、入射される画像光の偏光方向に略直交するように（例えば、紙面に垂直な方向に）配されている。
【００４１】
配向膜１１４，１２４には、例えばポリイミド膜等からなる水平配向膜が用いられ、配向方向が互いに略直交するようにラビング処理が施されており、電圧無印加時に液晶層５０の液晶分子を基板１０，２０間で略９０°ツイストさせるようになっている。なお、配向膜１４，２４には、上述のポリイミド膜の他に、二酸化珪素の斜方蒸着膜を用いてもよく、このような無機膜を用いることで光劣化等に対する信頼性を高めることができる。
【００４２】
液晶層１３０には、例えば誘電異方性が正のネマチック液晶が用いられており、印加される実効電圧Ｖｅに応じて、例えば図８に概略して示すような透過率変化を生じるようになっている。なお、図７中、Ｖｔｈは閾値電圧、Ｖａは透過率Ｔが飽和する飽和電圧を示している。
【００４３】
透明電極１１２，１２２には外部装置１５０（図９参照）により、一定の交流電圧Ｖ０（例えば振幅Ｖ０〜−Ｖ０の矩形波）が印加されるようになっており、透明電極１１２，１２２は液晶層３０への電圧印加手段として機能する。この際、ＴＦＴ１１２ａは入射された画像光の光強度に応じてリーク電流が発生し、このリーク電流の電流量に応じて液晶層１３０にかかる実効電圧Ｖｅを減少させる。そして、これにより、液晶層３０にＶ０よりも小さい実効電圧Ｖｅが印加される結果、液晶層１３０の透過率が増加されるようになっている。つまり、ＴＦＴ１１２ａは入射された画像光の強度に応じてその画像光の入射される液晶層１３０の透過率を変化する自動制御手段として機能し、明るい画像光に対してはその光量を維持し暗い画像光に対してはその光量を絞ることで、表示のコントラストを際立たせるようになっている。
【００４４】
なお、外部装置１５０から印加される電圧Ｖ０は、例えば、ＴＦＴ１１２ａのリーク電流が最も小さい状態（即ち、入射される画像光の光強度Ｂがゼロの状態）において実効電圧Ｖｅが、液晶層３０の閾値電圧Ｖｔｈと飽和電圧Ｖａとの間の大きさとなるように設定されている。
また、本実施形態では、ＴＦＴ１１２ａは透明電極１１２毎に設けられ、透明電極１１２の形成された各表示領域は、それぞれ独立に透過率調整を行なう変調部として機能する。つまり、本調光素子１′は変調部をマトリクス状に複数備えた構成となっている。
【００４５】
次に、本調光素子１′の動作について図４，図８，図９を用いて説明する。ここでは、簡単のため、例えば図４（ａ）に示すように、本実施例の調光素子１′に輝度の異なる領域Ｐ１〜Ｐ３を含む画像を入射する場合について説明する。なお、各領域Ｐ１〜Ｐ３の光強度Ｂ１〜Ｂ３の大きさは、例えばＢ１＞Ｂ２＞Ｂ３（図８参照）となっている。
本調光素子１′では、基板１１０側から画像光Ｌ１，Ｌ２が入射されると、画像光の強弱に応じて各ＴＦＴ１１２ａにリーク電流が発生し、画像光の入射面内における光強度分布が透明電極１１２，１２２間の実効的な電位分布に変換される。
【００４６】
つまり、入射される画像光Ｌ１の強度が弱い場合（図９上側参照）には、ＴＦＴ１１２ａのリーク電流が小さくなり、液晶層１３０に印加される実効電圧Ｖｅは外部装置１５０からの印加電圧Ｖ０付近に保持される。この結果、液晶分子は配向状態を大きく変化され、液晶分子は基板１１０，１２０に対して略垂直に配向した状態となる。一方、入射される画像光Ｌ２の強度が十分に強い場合（図９下側参照）には、ＴＦＴ１１２ａのリーク電流は大きくなり、液晶層１３０に印加される実効電圧Ｖｅは外部装置１５０からの印加電圧Ｖ０から大きく低減されて閾値電圧Ｖｔｈよりも小さくなる。この結果、液晶分子配向状態を殆ど変化されずに、基板１１０，１２０間で略９０°ツイストした状態を維持される。
【００４７】
この結果、閾値電圧Ｖｔｈを下回ることとなる領域Ｐ１の出射強度はＢ１・Ｔ１となり、液晶層１３０により光強度を大きく損なわれることなく表示の明るさを維持される。これに対して、実効電圧Ｖｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えることとなる領域Ｐ２，Ｐ３の出射強度は、それぞれＢ２・Ｔ２，Ｂ３・Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１）となり、光量が絞られて表示が一層暗くなる。
【００４８】
したがって、本調光素子１′でも、上記第１実施形態と同様に、画像光の入射強度に応じて出射強度を自動的に調整でき、画像のコントラストを際立たせて迫力のある画像表示を実現できる。また、本調光素子１′では、画像光の出射強度を調整する光変調部が表示領域内に複数設けられているため、画像のコントラストを部分的に調整でき、よりコントラストの強調された画像表示が可能となる。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記第１実施形態では、液晶層３０の電圧無印加時の初期配向を垂直配向とした例を示したが、本発明はこれに限定されず、実効電圧Ｖｅの増大に伴って偏光板２５からの出射光強度が増大するような構成であれば、どのような配向状態であっても構わない。具体的には、液晶層３０の初期の配向状態を９０°ツイスト状態とし、偏光板２５の透過軸方向を入射画像光の偏光方向に一致させる構成としてよい。同様に、上記第２実施形態では、液晶層１３０の初期配向を９０°ツイスト配向とした例を示したが、この代わりに、液晶層１３０の初期配向を垂直配向とし、偏光板２５の透過軸方向を入射画像光の偏光方向と一致させるようにしてもよい。
【００５０】
さらに、上記各実施形態では、ＴＮ液晶の旋光性を利用して一方向に偏光した画像光の透過・吸収を制御しているが、この代わりに、液晶層に高分子分散型の液晶を用い、光の透過・散乱を制御するようにしてもよい。つまり上記第１実施形態では実効電圧Ｖｅの増大に伴って出射光強度が増大するような構成であればよく、例えば偏光板２５を用いずに液晶層３０をノーマルモードＰＤＬＣ（二色性色素を含有させても良い）としてもよい。同様に、上記第２実施形態では、例えば偏光板２５を用いずに液晶層３０をリバースモードＰＤＬＣとしてもよい。この場合、画像光は必ずしも一方向に偏光させる必要はなく、照明装置のＰＢＳを省略して装置構成を簡素化できる。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、調光素子１をクロスダイクロイックプリズム１０１６と投射レンズ１０２１との間に内付けで設けた例を示したが、本調光素子を各液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢとクロスダイクロイックプリズム１０１６との間にそれぞれ設けてもよい。また、本調光素子を投射レンズ１０２１の出射側に外付けで設けることも可能である。このように着脱可能とすることにより、例えば文字のみの表示等、調光を行なう必要のない映像表示に対して調光機能をオフとすることができ、使い勝手を向上させることができる。
【００５２】
また、上記第１実施形態では、投射型表示装置として、液晶ライトバルブＬＶＲ〜ＬＶＢを用いた例を挙げたが、本発明はこれに限定されず、本調光素子を反射型液晶ライトバルブやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、或いは単板式の投射型表示装置に適用することも可能である。
さらに、本調光素子は投射型表示装置のみならず、ＣＲＴ，ＰＤＰ，液晶ディスプレイ等の直視型の透過又は反射表示装置にも適用することができる。つまり、表示装置の出射面側に本調光素子を設けることで、表示の明るさに応じて表示のコントラストが自動的に調整され、迫力のある映像表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶パネルを用いた調光素子の概略断面図である。
【図２】同、調光素子の電気光学特性を示す図である。
【図３】同、調光素子の作用を説明するための図である。
【図４】同、画像表示の例を示す図である。
【図５】同、投射型表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る液晶パネルを用いた調光素子の概略断面図である。
【図７】同、調光素子の概略構成を示す分解斜視図である。
【図８】同、調光素子の電気光学特性を示す図である。
【図９】同、調光素子の作用を説明するための図である。
【図１０】従来の投射型表示装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１  調光素子、２  照明装置、４  投射光学系、１０，１１０  第１の基板、２０，１２０  第２の基板、１２，１１２，２２，１２２  透明電極、３０，１３０  液晶層、１３  光導電層、１１２ａ  ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１０２１  クロスダイクロイックプリズム（色合成素子）、Ｌ１，Ｌ２  画像光、ＬＶＲ〜ＬＶＢ  液晶ライトバルブ（光変調装置）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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