成蹊大学理工学研究報告
J. Fac. Sci. Tech., Seikei Univ.
Vol.43 No.1 (2006) pp.39-47

高分子分散液晶ライトバルブとシュリーレン光学系を用いた投射型 3-D
ディスプレイ：システム提案と基礎実験
滝沢

國治*

Stereoscopic Projection Display Using Polymer-Dispersed Liquid-Crystal Light Valves
and a Schlieren Optical System: System Proposal and Basic Experiments
Kuniharu TAKIZAWA＊
ABSTRACT：A stereoscopic projection display used with polarized eyeglasses is proposed. It consistsof polymer-dispersed liquid-crystal light valves that modulate projection light based on the lightscattering phenomenon, a polarization beam splitter, and a Schlieren projection optics. This display’s
features include a three-dimensional image display with a single projection system, half size and half
power consumption compared with a conventional stereoscope projector with polarized eyeglasses.
Measured electro-optic characteristics of a polymer-dispersed liquid-crystal cell inserted between crossed
polarizers suggests that the proposed display achieves small cross talk and high-extinction ratio.
Keywords：three-dimensional image display, spatial light modulator, projector, polymer-dispersed liquid
crystal, cross talk, extinction ratio(Received March 22, 2006)

１．まえがき偏光眼鏡付き投射型立体(3-D)ディスプレイは,両眼視差のみを利用しているため,①「箱庭効果」,「書割効果」などの現実と異なる立体感を感じる,②疲労しやすい,な
ど大きな問題を抱えているが,高精細なフルカラー3-D
画像を多数の観賞者に提供できる唯一の手段である 1)-3）。
このため,万博やアミューズメントスクエアなど様々な
図１

イベント会場において公開されている。しかし,図 1 に示

Basic structure of a conventional 3-D projection-type display

with polarized eyeglasses.

すように 2 つの投射システムを用いて,1 つの 3-D 画像を表示するためには,2 次元画像を表示する投射型ディスプレイに比べて 2 倍のサイズと電力を必要とする。また,など 3-D 画像表示独特の種々の問題も有している 4）。ここのシステムは,れらの課題を解決するため,筆者は,R,G,B 3 原色の p 波①偏光素子で 50％以上の光が失われる

光と s 波光の位相差（リタデイション）を制御する空間②スクリーンの中心を除くとスクリーン面と 2 つの投射

光変調素子,投射光を s 波光と p 波光に分離する偏光ビー
ムスプリッタ(PBS)および１つの投射光学系を用いた新光学系の焦点面が一致しない

しい偏光眼鏡付き投射型 3-D ディスプレイを提案した 4）。

③台形歪が発生する

この 3-D ディスプレイは,④投射画像の倍率に応じて 2 つの投射光の交差角度を変(1)

更しなければならない*

1 つの投射光学系を用いて時分割せずに 3-D 画像を表示できる

物質生命理工学科教授
Professor, Department of Materials and Life Science(takizawa@st.seikei.ac.jp)

(2)

－39－

ディスプレイとスクリーンの関係を自由に設定できる（表示画像を自由に拡大縮小できる）(3)

光損失が非常に少ないなど,2 つの投射光学系を用いる従来の投射型 3-D ディス
プレイにない優れた特徴を有している。しかし,このシス
テムは,投射光のリタデイションを制御するため,①

可視光全域に渡り,高い偏光分離特性を有する PBSを必要とする②

上記の特性をもつ PBS の作製は困難③

PBS の偏光分離特性が劣化すると,3-D 画像のクロストークが大幅に増大する④

暗い 3-D 画像では,明るい画像よりクロストークが目立つ⑤

空間光変調素子の消光比が劣化すると 3-D 画像の消図２

Schematic diagram of a monochrome 3-D projection system.
PBS, polarization beam splitter, L, image lens; L1,L2,projection lens,LC, condenser lens; A, aperture, PDLCLV, polymer-dispersed liquid
crystal light valve; CRT, Brown tube; SMB, light modulation blockfor converting s-wave light to p-wave light; PMB, light modulation
block for converting p-wave light to s-wave light.

光比が大幅に劣化するなどの課題を抱えていた。
この論文では,リタデイション変調方式特有のこれらの課題を解決するために,高分子分散液晶ライトバルブ（PDLCLV）を用いた新しい偏光眼鏡付き投射型 3-D ディ
スプレイを提案する。第 2 章および第 3 章では,この投射光を変調するブロック SMB,PMB および散乱角の小さな波型ディスプレイの基本構成である単色投射型 3-D ディス

光および p 波光をスクリーンに投射するシュリーレン光

プレイの動作原理を述べるとともに,フルカラー投射型系から構成されている。SMB および PMB は,左眼用映像（あ3-D ディスプレイの構成を明らかにする。これらのシス

るいは右眼用映像）を形成する CRT および CRT の暗い光

テムには,1/4 波長板,PDLC 層,誘電体ミラー,光吸収層,

信号で光源の明るい光を変調する光アドレス型 PDLCLV

フォトコンダクターおよび透明電極からなる光アドレスなどからなる。

型 PDLCLV が用いられる。新しい投射型 3-D ディスプレイ

光アドレス型 PDLCLV は,図 3 に示すように,反射防止膜には,液晶と高分子からなる高分子分散液晶（PDLC）がキ

ARF，1/4 波長板 QP,PDLC 層,誘電体ミラーM,光吸収層 AB,ーマテリアルとなる 5)-14）。 そこで,第 4 章では,PDLC のフォトコンダクターPC,透明電極 ITO および基板ガラス G

構造と動作原理を述べるとともに,大きな複屈折率をもで構成される。従来の PDLCLV15)-18）との違いは,投射光側

つシアノビフェニール系ネマティック液晶と液晶の常光のガラス基板の代わりに, 1/4 波長板を用いることであ線屈折率に近い屈折率をもつ紫外線硬化剤からなるる。1/4 波長板の役目は,直線偏光した入射光を円偏光にPDLC セルの光変調特性を,シュリーレン光学系で測定し変換するとともに,誘電体ミラーで反射した円偏光を入た実験結果を示す。この実験結果から PDLC セルで変調さ射光と直交する直線偏光に変換することである。勿れた出力光は,入射光と同じ偏光状態をほぼ完全に保存論,PDLC 層を支える基板の役割も果たしている。フォトすることが明らかになる。さらに,PDLC を薄膜トランジ

コンダクターは,液晶ディスプレイの薄膜トランジスタ

スタ(TFT)で駆動する電気アドレス型 PDLCLV を第 5 章で（TFT）と同じく,PDLC に印加される電圧を制御する。そ提案する。第 6 章では,PDLC の散乱／透過機能を利用しの動作を簡単に述べる。光が当たらない暗状態ではフォて 3-D 画像を表示するときに重要になる,PBS および

トコンダクターの抵抗は非常に高いが,光を吸収すると

PDLCLV における反射光の低減方法について議論する。第キャリアが発生して,その抵抗値が低下する。これによっ

7 章は結論である。

て PDLC 層に印加される電圧が増加する。フォトコンダク
ターはピクセル構造を持たないが,光照射によって形成

２．単色投射型 3-D ディスプレイの構成と動作原理されたキャリア画像の空間分解能は非常に高い。例えば,フォトコンダクターとして Bi12SiO20 単結晶やアモルファ

PDLCLV を用いた単色投射型 3-D ディスプレイの基本構

スシリコンを用いた PDLCLV は,34～50 lp/mm の限界解像成を図 2 に示す。このシステムは,光源からの無偏波単色度をもつ 15)-18）。このデバイスは,簡単な構造で大画面のの投射光を s 波光と p 波光に分離する PBS,s 波光と p 波

高精細画像を表示することが出来るため,ディスプレイ

－40－

の基本的特性を評価するには都合がよい。特に 3-D ディ
スプレイは 3-D 画像の見易さや疲労などと観測者の生理的要因や心理的要因が複雑に絡み合っているため,表示画像を評価しながら,最適な 3-D ディスプレイを開発することが必要である。光アドレス型 PDLCLV は,画素構造をもたないため,解像度,画面サイズ,画像の縦横比などを自由に変えることができ,3-D ディスプレイの開発には好適なデバイスである。
PDLCLV の変調特性を決定する PDLC はサイズ 2～3μmの粒状のネマティック液晶が高分子に取り囲まれた構造を持つ。液晶の常光線屈折率をｎｏ,異常光線屈折率をｎｅ,
高分子の屈折率を ｎ ｐ とすると,これらの屈折率の間には,次の関係が成立する 15）,16）。
図３

ｎｏ～ｎｐ
ｎｏ＜＜ｎｅ(1)

均一性の優れた画像を表示するためには,液晶粒のサイ

Schematic diagram of the PDLCLV. QP, quarter-wave
plate; ARF, antireflection film; PDLC, polymer-dispersed liquid
crystal; LC, liquid crystal droplet; P, polymer; M, dielectric mirror;
AB, light absorption layer; PC, photoconductor; G, glass substrate;
ITO, transparent electrode film; VO, applied voltage; PW, writing
light; PL, projection light.

ズが揃い,かつ,PDLC 層厚が均一であることが必要である。

アパーチャを通過してスクリーンに到達する。このとき,

この投射型 3-D ディスプレイの動作は,以下の通りであ

散乱光がもとの偏光状態を維持していないと,クロストーク

る。PBS で分離された p 波光および s 波光は,それぞれ 1が生じる。クロストークとは,右眼（あるいは左眼）に入／4 波長板を経て円偏波光に変換され,PDLC 層に入る。

るべき光が左眼（あるいは右眼）に入る現象であり,これCRT の光画像がフォトコンダクターに書き込まれない場が大きいと 3-D 画像の品質は大きく劣化する。PDLCLV は合,PDLCLV に印加される電圧の大半はフォトコンダクタ

PDLC の散乱特性を利用して変調するため,変調された光ーに加えられ,PDLC 層に加えられる電圧は小さい。したはもとの偏光状態を保つのが困難であり,クロストークががって,粒状の液晶は初期配向状態を保ち,その配向ベク大きいと思い込みがちだが,実はそうではない。第４章のトルは粒ごとに異なる方向を向く。このとき液晶粒の屈実験結果が示すように,PDLC で変調され,アパーチャを折率はｎｏとｎｅの中間の値となり,高分子の屈折率ｎｐ

透過した散乱光はもとの偏光状態をほぼ完全に保っている。

と大きく異なる。したがって,PDLC 層に入射した光は,液３．フルカラー投射型 3-D ディスプレイの構成

晶とポリマーの界面や液晶粒内で屈折および反射し,これを繰り返すことにより,散乱する。この散乱光は誘電体
ミラーで反射し,PBS と投射レンズ L1,L2 を通過してスク

フルカラー投射型 3-D ディスプレイの基本構成を図 4リーンに向うが,殆どの散乱光はアパーチャ A で遮断さに示す。この 3-D ディスプレイは,6 個の p 波および s 波れる。従って,スクリーンは暗状態となる。

光用変調ブロック[PMBR, PMBG,PMBB（以後 PMBR,G,B と略す）

次に,フォトコンダクターに十分明るい書込み光が入

SMBR,SMBG,SMBB （SMBR,G,B と略す）],PBS,ダイクロイック

射すると,フォトコンダクターの比抵抗が大幅に減少しミラーDM,アパーチャ A を含むシュリーレン光学系およて PDLC 層に十分な電圧が印加されるため,液晶分子は印び光源で構成される。6 個の光変調ブロックは,図 2 の単加電界方向に配列する。このとき,PDLC 層に垂直に入射

色 3-D システムのブロックと同じ構成である。ただし,した投射光は,式(1)より,液晶とポリマーの屈折率差を誘電体ミラーM および反射防止膜 ARF の波長特性は R，G，感じないため,散乱せずに直進する。この非散乱光は,1B 3 原色光に一致していなければならない。

／4 波長板を 2 度通過するため,入力光と直交した直線偏Xe ランプやメタルハライドランプなどの光源から出波光に変換され,PBS,投射レンズおよびアパーチャを通た無偏波白色の投射光は,PBS により p 波光と s 波光に分過してスクリーンに向かう。これは明状態であり,スクリ離される。これらの光はダイクロイックミラーDM で 3 原ーン照度は最大になる。

色光に分解された後,PMBR,G,B および SMBR,G,B に分配される。

CRT の書込み光が中間レベルの場合,散乱光の一部がPMBR,G,B および SMBR,G,B に入射した p 波光および s 波光は,

－41－

図５

Schlieren optical system for measurement of electro-optic

characteristics of the PDLC cell. IR, infrared light cut filter; UV,
ultraviolet light cut filter; BPF, bandpass filter; P1, polarizer; P2,
analyzer; L1, L2, lens; A1,A2, aperture; PD, photo detector; fl, focal
length of the lens L2; δ, opening half-angle of the aperture A2.

図４

表１

Schematic diagram of the full color 3-D projection-type
SMBR,G,B, light modulation blocks for converting 3

display.

ネマティック液晶 BL-008 と 紫外線硬化性樹脂
NOA-65 の諸元

primary-color s-wave lights to p-wave lights; PMBR,G,B, lightMaterials

modulation blocks for converting 3 primary-color p-wave lights tos-wave lights; DM, dielectric mirror.
Refractive index at 589 nm

左眼用および右目用映像信号で駆動される PDLCLV で変BL-008

NOA-65

no=1.527

no=1.524

ne=1.807

調される。

Dielectric constant

PDLCLV に加える映像信号のレベルを変えれば,散乱光

ε⊥=6.1
ε||=23.4

強度が連続的変化するため,フルカラー画像の表示も容易である。さらにこのシステムは,1 つの投射光学系でClearing point (℃)

97

3-D 画像を表示することができるなど,従来の投射型 3-D

Viscosity (cp)

79

4.1

1000

1200

ディスプレイ 4)と同様に第 1 章の(1)～(3)の特長を有し,実験に用いた PDLC は,シアノビフェニールネマティッ

かつ,その課題①～⑤を克服できる可能性をもつ。

ク液晶（BL-008

MerckCo.）と紫外線硬化剤（NOA-65

Norland 社製）からなる。これらの材料の物理的性質を

４．PDLC の構造と光変調実験

表 1 に示す。液晶と硬化剤を 1：1 の重量比に混合し,さ偏光眼鏡式の投射型 3-D ディスプレイに PDLC を用いる

らに直径 10 μm のプラスチックスペーサを加えて,60°

ためには,PDLC の出射光が入射光と同じ偏光状態を保つの温度で 3 時間攪拌した。この溶液を透明電極の付いたことが必要である。しかし,現実の PDLC では,オン状態でガラス基板（30ｘ40 mm2

も液晶粒子とそれを囲むポリマーの間で完全に屈折率のトし,その上に透明電極の付いた別のガラス基板を載整合が取れているわけではない。もしもこの屈折率不整

せ,1 kg/cm2 の圧力を加えて,10 μm のセルギャップを形合による散乱で偏光が変化すれば,それはクロストーク成した。最後に,波長 365 nm,強度 35 mW/cm2 の空間的にとなり画質の劣化を招く。そこで,図 5 に示すよう均一な紫外線を 3 分間照射し,厚さ 10μm の PDLC を有すに,PDLC セル,偏光板 P1 および検光板 P2 を含むシュリーる液晶セルを作った。ITO 透明電極には錫を 5％ドープしレン光学系に直線偏光を入射して,PDLC の散乱特性と偏た In2O3 膜（厚さ 100 nm）を用いた。

厚さ 1．1 mm）にスピンコー

光状態との関係を評価した。シュリーレン光学系の開口

図 6 の(a),(b),(c)は,青色光（波長：420～490 nm）

角δは,アパーチャ A2 の開口部の半径を DＡ,第 2 レンズ

緑色光（520～570 nm）および赤色光（600～680 nm）,

L2 の焦点距離を fl とすると tan-1(DＡ/ fl)で与えられる。

の 3 原色光の p 波光成分を PDLC に入射したときの,PDLC

ここでは,光学系の開口角δを 5 度に設定した。この値は,の透過率 TＰ（実線: 偏光板 P1 と検光板 P2 の偏光方向がδ≧5 ﾟではアパーチャを透過する光量はδにほとんど一致する平行ニコル状態でアパーチャ A2 を透過した p 波

依存せずに飽和するという,これまでの実験結果に基づ光の強度と PDLC に入射した p 波光の強度との比）と印加。図の IR と UV は,赤外線と紫外線を遮断

電圧 VO（実効値）との関係である。NＳ（ドット）は PDLCするフィルタであり,BPF は特定の可視光を通すバンド

で p 波光から s 波光に変換された割合である。NＳを求める

パスフィルタである。

ため,偏光板 P1 と検光板 P2 が直交したクロスニコル状態で,いている

17),18)－42－表２PDLC セルの NS/TP と VO の関係

NS/Tp

Drive voltage

Vo(Vrms)

Blue

Green

Red

15

8.5×10-2

3.4×10-2

2.5×10-2

17

4.1×10-2

1.6×10-2

7.1×10-3

20

8.6×10-3

2.0×10-3

1.0×10-325

3.1×10-3

7.6×10-4

8.1×10-430

2.7×10-3

1.0×10-3

7.0×10-4

アパーチャ A2 を透過した s 波光の強度と PDLC に入射した p 波光の強度との比を測定した。3 原色光の s 波光成
分を PDLC に入射した場合も,図 6(a)～(c)と同様の結果が得られた。
図 6 の立ち上がり曲線のデータから,PDLC で生じるク
ロストーク NＳ/TＰと印加電圧 VＯとの関係を計算した。変調に適した印加電圧範囲（15 V～30 V）における幾つかの NＳ/TＰ値を表 2 に示す。この表は,ワーストケース（VＯ=15 V で駆動された PDLC セルに青色光を入射した場合）

でも,NＳ/TＰ値は 9％以下であることを示している。この
3-D ディスプレイでは,光は PDLC 層を 2 回通るため,表 2のワーストケースでも PDLC の散乱によって生じる 3-D
システムのクロストークは 0.1％以下になる。
これらの実験結果から次のことが明らかになる。
(1) PDLC で変調されても,δ＝5°のアパーチャを通過する殆どの光（99.9％以上）は,入射光と同じ偏光状態を保つ。
(2) PDLC に印加する電圧が大きいほど,また入射光の波長が長いほど,入射光の偏光状態はよく保存される。
(3) 光が PDLC 層を往復する PDLCLV の場合,ワーストケー
スでも(NＳ/TＰ)2<0.008 となるから,散乱光を無視することができる。
(4) PDLC がオン状態のとき,殆どの入力光がアパーチャ
を通過する。
(1)～(3)項は,PDLC が投射型 3-D ディスプレイに十分応用できることを示唆している。(4)項は 2 個の偏光板の間に液晶セルを挿入する従来の液晶光変調器に比べて,表示画像の輝度を 2 倍以上明るくできることを意味している。したがって,PDLC を用いた図 4 のシステムは,1 個の光源を用いて,2 個の光源を用いた図 1 のシステムと同図６

Dependence of the transmittance TP and NS of the 10-µm

等の明るさを確保できるという特徴をもつ。

thick PDLC cell set between two polarizers on the applied voltage
VO. TP and NS are the transmittance of p-wave light and s-wave

５. 電気アドレス型 PDLCLV

light, respectively. (a) blue primary color light of wavelength420-490 nm, (b) green primary color light of wavelength 520-570
nm, (c) red primary color light of wavelength 600-680 nm.

光アドレス型 PDLCLV は,第 2 章に述べたように,投射型－43－

3-D ディスプレイの開発に適した性質を有している。しかし,図 2 に示すように CRT などのディスプレイと組み合
わせなければならないため,どうしてもシステムが大型になってしまう。この欠点を克服しコンパクトな投射型
3-D ディスプレイを構築するためには,図 7 に示すように,
フォトコンダクターの代わりに薄膜トランジスタ(TFT)
アレーを用いて,映像信号で PDLC を直接駆動することが必要である。TFT を通して PDLC に信号電圧を直接印加するため,ここでは電気アドレス型 PDLCLV と呼ぶことにする。このデバイス自体が第 2 章に述べた光変調ブロック

図７

Cross section schematic of the electrical addressing type
PDLCLV.

SMB（あるいは PMB）に相当する。ソース電極から供給される 3-D 映像信号とアドレス電極から供給されるゲート
信号が同時に TFT に加えられると,ドレイン電極にキャ

光線屈折率 nqe=1．5534, 波長λ＝589．3 nm 19）よりもリアが供給され,PDLC に電界が印加される。1 つのドレイ大きいため,最大で約 1.4％の反射が生じる。この反射をン電極は隣接する TFT の近傍まで傘のように広がり,そ低減する現実的な方策は,1/4 波長板に透明電極に近いの平坦部分が 1 画素を構成する。1/4 波長板は,光アドレ

屈折率をもつ材料を用いることと,透明電極の厚さを最ス型 PDLCLV と同様に,p 波光を s 波光に変換するあるい

適化することである。人工サファイア(Al2O3)は,λ＝589．

はその逆変換するために用いられる。電気アドレス型

3 nm のとき,ｎqo=1．768, 異常光線屈折率 nqe=1．760 で

PDLCLV を用いると,3-D プロジェクターは非常にコンパクあり,最大反射率は 0.78％に軽減される 19)。透明電極のトになるが,このデバイスはまだ実現されていない。しか厚さをコントロールすれば, この値をさらに低減するこ

し,従来の PDLCLV を 3-D 用デバイスに改良するプロセスにとができる。その方法を以下に述べる。

は,技術的な困難さがないので,その製作は容易であろう。

図 8 は,サファイア製 1/4 波長板 QP と PDLC 層の間に挿入された透明電極膜 ITO に垂直に入射した投射光が多重反射する様子を示している。PDLC 層では光は散乱するた

６．反射光を低減するための具体的方法

め,PDLC 層内部の多重反射は無視できる。サファイア板
図 2 や図 3 に示す反射型ディスプレイでは,コントラス

から透明電極に光が進むとき,透明電極からサファイア

ト比の高い画像を表示するためには,PBS や PDLCLV 表面

板に光が進むとき,および透明電極から PDLC 層に光が進での反射光を極力低減しなければならない。そのためにむときの界面の電界反射率と電界透過率をそれぞれ

は,PBS や PDLCLV に様々な工夫を施さなければならない。

r1 , t1 ; r1′ , t1′ ; r2 , t2 とすると,ITO 電極膜で反射してサフ

まず,PBS や PDLCLV の表面での反射光に注目しよう。こァイア板中へ反射する光の振幅 pr は次の式で与えられれらの反射光は,1/4 波長板を通過する前に生じるため,る。

入射光と同じ偏光状態を保っている。したがって PBS がンに到達することは無い。しかし,実際の PBS では p 波光

r1 + r2 eiφ
1 + r1r2 eiφと s 波光の分離が完全でないため,数％程度の光がスク(2)

理想的ならば,反射光は元の路を逆進するため,スクリー

pr = r1 + t1t1′r2eiφ + t1t1′r1′r22ei 2φ + t1t1′r1′ r23ei 3φ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ =2

リーンに向かう可能性がある。この雑音光を無視できるレベルまで軽減するには,PBS や PDLCLV の表面に反射防

ただし,投射光の強度を 1 に規格化した。φは隣接する反止膜 ARF を蒸着すればよい。文献 15～18 に記載されてい射光の間の位相差で,透明電極膜の屈折率と厚さを ni,ｄ,るように,PDLCLV に ARF をコーティングすることで,反射投射光の波長をλとすると,次の式で与えられる。

率を 0.4～0.6％に低減し,スクリーンに向かう光を殆どゼロにすることは比較的容易である。最も注意すべき

φ=は,1/4 波長板と PDLC 層の間に挿入される ITO 透明電極

4πni dλ(3)からの反射である。透明電極の屈折率（約 1．9）は,PDLC層の屈折率（表 1）や 1/4 波長板の屈折率（スタンダー

ストークスの定理と式(2)を用いると,サファイア板に戻ド材料である水晶では,常光線屈折率ｎqo=1．5443, 異常ってくる光のパワー反射率 Pr は以下の式で与えられる。

－44－

=

P

r12 + r22 + 2r1r2 cosφ1 + ( r1r2 ) 2 + 2r1r2 cosφ(4)

r12 および r22 は,フレネルの公式より,下式で与えられる。

 n − ni 
r12 =  q
n +n i 
 q2

 n − neff 
r2 =  i
n +n 
eff 
 i

(5)

2

2

(6)

ここで,nq はサファイア板 QP の屈折率であり,常光線で
図８は nqo,異常光線では nqe である。また,neff は PDLC 層のオ

Multiple reflection of light in the multilayer structure

consisting of a PDLC layer, an ITO film and a quarter-wave

フ状態の実効的な屈折率である。ネマティック液晶と高plate QP at normal incidence. The figure is drawn

分子の重量配合比を α : β とすると,Clausius-Mosotti のschematically in order to show each optical ray. nqo, nqe,

関係式より,neff は次の式で与えられる 20)。

ordinary and extraordinary indices of refraction of the quartz
plate; ni, refractive index of the ITO film; neff, effective index

neff2 − 1
neff2 + 2≈αn2 − 1nl2 − 1
+ β 2p2
nl + 2
np + 2of refraction of the PDLC layer; d , thickness of the ITO film;
r1,t1, amplitude reflectance and transmittance at the interface(7)

in case of the beam propagation from QP to ITO; r1’,r2’,
amplitude reflectance and transmittance at the interface incase of the beam propagation from ITO to QP; r2,t2,

ただし,np は高分子の屈折率である。 nl はネマティック

amplitude reflectance and transmittance at the interface in

液晶の平均屈折率であり,Clausius-Mosotti の関係式を用

case of the beam propagation from QP to PDLC; φ, phase

いると,次の式で表される。

arising from an optical path length difference between
adjacent rays.

nl2 − 1 2 no2 − 1 1 ne2 − 1≈+
nl2 + 2 3 no2 + 2 3 ne2 + 2(8)

実験に用いた PDLC のネマティック液晶と紫外線硬化剤の配合比はα：β＝1：1 であり,表 1 と式(7),(8)より

neff=1.591 となる。この値と式(4)～(6)を用いれば,ITO
膜のパワー反射率 Pr と厚さｄとの関係を知ることが出来る。入射光の波長が 550 ｎｍのときの Pr とｄの関係を
図 9 に示す。この図の実線と破線は,サファイア板の常光
線屈折率 nqo および異常光線屈折率 nqe に対応するパワー
反射率 Pr である。これより,ITO 膜の厚さ d を 140～170 nmにすれば,ITO 膜からの反射光は 0.1％以下になる。
以上の議論より,PDLCLV の表面に反射防止膜を蒸着し,
図９

かつ,ITO 膜の厚さを最適化することにより,無用な反射

Dependence of the power reflectance of the multilayer
structure shown in Fig.8 on the ITO film thickness d.

光を無視できるレベルまで低減することが可能になる。

光学系からなる新しい投射型 3-D ディスプレイを提案し７．結 論

た。始めに,2 つの PDLCLV とシュリーレン光学系からなる単色投射型 3-D ディスプレイと,6 個の PDLCLV と投射

高分子分散液晶ライトバルブ（PDLCLV）とシュリーレン

光学系からなるフルカラー投射型 3-D ディスプレイの構－45－

Florida, 16, 68-70 (1985).

造と動作原理を述べた。これらのシステムの性能を左右6.

するのは PDLC である。そこで,筆者はシュリーレン光学

J.W. Doane, N.A. Vaz, B.-G. Wu, and S. Zumer,

系と偏光板を組み合わせた光変調システムを用い“Field controlled light scattering from nematicて,PDLC セルの光変調特性を測定した。その結果,PDLC

microdroplets,” Appl. Phys. Lett. 48, 269-271(1986).

の光散乱現象を利用した光変調では,

7.

B.-G. Wu, J.L. West, and J.W. Doane, “Angular①

入射光と出射光の偏光状態は,ほぼ完全に一致する②

最大透過率は,2 つの偏光板の間に液晶セルを挿入

discrimination of light transmission throughするこれまでの液晶変調器の 2 倍以上である

polymer-dispersed liquid-crystal films,” J. Appl.
Phys. 62, 3295-3931 (1987).

などの優れた特性を有することが明らかになった。

8.

次に,2 種類の 3-D 映像用 PDLCLV－光アドレス型と電気

A. Golemme, S. Zumer, J.W. Doane, and M.E.

アドレス型―を提案し,投射型 3-D ディスプレイの研Neubert, “Deuterium NMR of polymer dispersed

究・開発には光アドレス型が,実用化には電気アドレス型

liquid crystals,” Phys. Rev. 37, 559-569 (1988).
9.

が,それぞれ適していることを述べた。

polymer dispersed nematic liquid crystal films,

この論文で提案した投射型 3-D システムは,①

1 台のディスプレイで 3-D 映像を表示できる②

ズームレンズを用いることにより,2－Ｄ映像と同様③

P.S. Drazaic, “Reorientation dynamics of” Liq. Crst. 3, 1543-1559 (1988).

10.

T. Kajiyama, A. Miyamoto, H. Kikuchi, and Y.

に自由に画像を拡大・縮小できる

Morimura, “Aggregation states and electro-optical

光源の光を PBS でロスすることなく,すべて投射光

propertiesに利用できるpolymer/(liquid crystal) composite films,” Chem.
11.

いるため,偏光眼鏡を用いた投射型 3-D ディスプレイの

scatteringofT. Fujisawa, H. Ogawa, and K. Maruyama,polymer

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