JP2004046243A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

　　【課題】液晶表示装置等の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、広い視野角特性を有する配光制御素子の偏光入射時に発生する縞模様を解消する。
　　【解決手段】透明基材（１０４）と、前記透明基材面上に密に配置された複数の微小レンズアレイ（透明ビーズ１０５）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とから構成される配光制御素子（１００）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た配光制御素子。
【選択図】　図１

Description

　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を用いた投射型表示装置に関する。

　背面投射型表示装置は、直視型ＣＲＴ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次元光学スイッチ素子としてＴＮ（Ｔwisted Ｎematic）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、ＣＲＴ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。

　図１１は、背面投射型表示装置の模式断面図である。投射装置７０１から出射した投射光７０４がミラー７０２を介して透過型スクリーン７０３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７０３は通常、図３８に示す通り、フレネルレンズシート１４０２とレンチキュラレンズシート１４０１とから構成され、フレネルレンズシート１４０２は、凸レンズと同じ作用をする光学部品で、投射装置７０１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。

　レンチキュラレンズ１４０１は投射装置７０１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。

　図３６はレンチキュラレンズの一例を示す模式断面図であり、図３７は該レンチキュラレンズの模式斜視図である。

　レンチキュラレンズ１４０１は、シリンドリカルレンズ状のレンズ１５０１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トライプ１５０２を設けた構成となっており、レンズ１５０１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っている。

　一般に、レンチキュラレンズは、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ュ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、レンチキュ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、特許文献１には、図３９に示す様な透明基材１６０１上に球状レンズ１６０２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、非特許文献１には、オプティカルビ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、特許文献２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、上記特許文献２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、ビ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。

特開平２−７７７３６号公報

特開平９−３１８８０１号公報 ＳＩＤ９４　ＤＩＧＥＳＴ　ｐｐ７４１〜７４４（Ａ　Ｎovel Ｈigh−Ｒesolution Ａmbient−Ｌight−Ｒejecting Ｒear−ＰrojectionＳcreen）

　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１２０μｍの平坦なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）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５μｍ、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１０重量部配合した着色接着剤層を４.５μｍを形成し、一旦固化する。

　その上に屈折率１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径５０μｍ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ゝ、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２１μｍで、透明ビーズはその直径の約５８％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次元光学スイッチ素子（ライトバルブ）としてＴＮ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±５０°以上の広い視野角（ここでは正面輝度に対して１／２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。

　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なった。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偏光成分のエ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り、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次元光学スイッチ素子と、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次元光学スイッ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次元光学スイッチ素子が偏光を利用して表示を行なう２次元光学スイッチ素子であり、前記２次元光学スイッチ素子で形成された光学画像光の偏光状態を電気ベ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次元光学スイッチ素子と、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。

　上記により、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、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。

　これにより、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り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。

　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り生じるカラーシフトや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り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り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り、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。

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

　この配光制御素子は、透明基材１０１と、その表面に形成されたホットメルト接着剤層１０４と、該接着剤層１０４に固着された複数の微小球状の透明ビーズ１０５で構成される。

　透明基材１０１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、射出成形によるア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ー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、ポリオレフィ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１０４は、透明層１０２と着色層１０３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１０１と透明ビーズ１０５に対して十分な接着力を有するものを用いる。これにはアクリル系樹脂、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１０３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１０５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１０１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１０５の光出射面側の開口部、即ち、透明ビーズ１０５と透明接着剤層１０２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。

　透明ビーズ１０５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１００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１０５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、透明ビーズ１０５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り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１０５の直径は小さいほどよいが、透明ビーズ１０５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１０５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２０〜１００μｍ程度が望ましい。また、透明ビーズ１０５は、透明基材１０１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１０％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１０５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１００の製法の一例を図３を用いて説明する。

　工程（ａ）：透明基材１０１上に加熱溶融状態、あるいは、溶剤により溶解、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、ロールコート、スプレーコート、ブレードコートにより塗布し、透明接着剤層１０２を形成する。

　工程（ｂ）：その上に着色接着剤層１０３を透明接着剤層１０２と同様の方法で積層し、ホットメルト接着剤層１０４を形成する。この際、着色接着剤層１０３と透明接着剤層１０２が混合しないようにするため、着色接着剤層１０３の形成は、透明接着剤層１０２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１０２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１０５を着色接着剤層１０３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１０３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１０５は比較的容易に最大充填密度に分散配置できる。

　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、ホットメルト接着剤層１０４を軟化，溶融し、透明ビーズ１０５を透明基材１０１に向かって自重あるいは加圧手段により、ホットメルト接着剤層１０４内に所定の量だけ埋没させる。

　工程（ｄ）：透明ビーズ１０５が埋没した状態で、ホットメルト接着剤層１０４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、ホットメルト接着剤層１０４への透明ビーズ１０５の埋没深さは、該ビーズ直径の５０〜８０％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１０５への入射光量が低下して透過率が低下する。また、露出量がこれより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１０５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１０４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、本発明の配光制御素子の光学的な作用について図１により説明する。配光制御素子１００は、前記のとおり光入射面側に透明ビーズ１０５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トメルト接着剤層１０４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１００に対して垂直入射した平行な入射光１０６は、その一部が透明ビーズ１０５同士の隙間の着色接着剤層１０３に吸収されるが、大部分は透明ビーズ１０５に入射する。該入射光は透明ビーズ１０５の屈折作用により収束しつつ、透明ビーズ１０５と透明接着剤層１０２との接触部に形成された開口部を通過し、透明基材１０１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１０７は、着色接着剤層１０２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。

　図４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、図５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１００％とし、１０％間隔で等輝度となる点を結び表示したものである。
図４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（１０°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。

　図４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４０°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１０１として厚さ１２０μｍの平坦なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）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５μｍ、その上に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１０重量部配合した着色接着剤層４.５μｍを形成し、この上に屈折率１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径５０μｍ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２１μｍで、透明ビーズはその直径の約５８％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１０１として、２軸延伸したＰＥＴ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、ＰＥＴ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ＰＥＴ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軸異方性とは図６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ＰＥＴフィルムの場合、３つの主屈折率はｎｘ＝１.６７８、ｎｙ＝１.６４５、ｎｚ＝１.４９７であり、図７に示すとおり光学軸はＺ軸と２３.３°の角度を成すＺＸ平面内に２本存在する。

　ＰＥＴ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４１.６°で出射するため、図４に示した出射角度４０°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ＰＥＴフィルム内を進む。この際、ＰＥＴフィルム内を光学軸に沿っ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、ＰＥＴ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ー透過率に差が生じる。図８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、ＰＥＴ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。

　図８のように、ｐ偏光とｓ偏光とでは最大３０％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１０１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、透明ビーズにより収束し、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ベ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１００％の光がｓ偏光成分１００％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１００％の光はｐ偏光成分５０％、ｓ偏光成分５０％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を云う。

　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１００に入射する不要光１０７は着色接着剤層１０２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１０５、あるいは、透明基材１０１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、直線偏光の電気ベ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り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、図１，２に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。まず、厚さ８０μｍの平坦なトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムからなる透明基材１０１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４μｍとなるようナイフコータで塗布し、乾燥器で乾燥後、冷却することで透明接着剤層１０２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１０重量部配合した着色接着剤を、乾燥後の厚さが５.５μｍとなるように上記接着剤層１０２と同様の方法で形成、固化して着色接着剤層１０３を形成した。

　次に、この上に屈折率１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径５０μｍのガラス製の球状透明ビーズ１０５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４.５ｋｇ／ｃｍ²で透明基材１０１側へ加圧しながら、恒温槽中で１２０℃，２０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１０２および着色接着剤層１０３を固化し、透明ビーズ１０５を固定する。透明ビーズ固定後のホットメルト接着剤層１０４の厚さは約２１μｍであり、透明ビーズ１０５はその直径の５８％が露出していた。

　なお、透明基材１０１に用いたＴＡＣフィルムは（ｎｅ−ｎｏ）＝０.０００１、（ｎｚ−ｎｏ）＝０.０００７と光学的に略等方な透明フィルムであった。

　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±６０°の等方的で広い視野角（ここでは正面輝度に対し１／２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。

　図９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、図１０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。

　図９，１０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（±７５°）が、これと直交する方向の視野角（±４５°）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１０５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１０１内を様々な角度で進行して出射する。この際、透明ビーズ１０５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１０５表面や透明基材１０１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１０５あるいは透明基材１０１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り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±３７°となった。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、図１および図２に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。キャスティング法（溶液流延法）により成膜した厚さ１００μｍの平坦なポリカーボネート（ＰＣ）フィルムからなる透明基材１０１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４μｍとなるようにナイフコータにより塗布，加熱乾燥し、その後冷却することで透明接着剤層１０２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カーボンブラックを１０重量部配合した着色接着剤層１０３を、乾燥後の厚さが５.５μｍ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１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径５０μｍのガラス製の球体状の透明ビーズ１０５を実施例１と同様にしてホットメルト接着剤層１０４内に埋没，固定した。固定後のホットメルト接着剤層１０４の厚さは約２１μｍであり、透明ビーズ１０５はその直径の５８％が露出していた。なお、透明基材１０１に用いたＰＣフィルムは（ｎｅ−ｎｏ）≦０.０００１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±６０°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。

　〔配光制御素子の実施例３〕
　本実施例では、図１および図２に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。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１００μｍの平坦なＰＣフィルムからなる透明基材１０１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４μｍとなるようにナイフコータにより塗布、乾燥した後、冷却することで透明接着剤層１０２を形成、固化した。

　次に、実施例１，２と同様に着色接着剤層１０３を形成、固化し、この上に透明ビーズ１０５を分散配置後、加圧しながら１２０℃で３０分間保持し、ホットメルト接着剤層１０４に埋没，固定した。固定後のホットメルト接着剤層１０４の厚さは約２１μｍであり、透明ビーズ１０５はその直径の５８％が露出していた。

　なお、透明基材１０１に用いたＰＣフィルムは（ｎｅ−ｎｏ）＝０.００１４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ィルムであった。

　この配光制御素子に、電気ベクトルの振動方向が透明基材１０１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。

　また、本配光制御素子では、透明基材が一軸延伸により、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、図１および図２に示す配光制御素子を以下のとおり作製した。射出成形により形成された厚さ２ｍｍの脂環式アクリル樹脂（商品名オプトレッツ：日立化成工業製）からなる平坦な透明基材１０１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４μｍ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１０重量部配合した着色接着剤層１０３を、乾燥後の厚さが５.５μｍとなるように透明接着剤層１０２と同様の方法で形成、固化した。

　この上に屈折率が１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径が５０μｍのガラス製の球状透明ビーズ１０５を分散配置し、前記実施例と同様に加圧しながら、１２０℃で２０分間保持し、ホットメルト接着剤層１０４に埋没，固定した。固定後のホットメルト接着剤層１０４の厚さは約２１μｍであり、透明ビーズ１０５はその直径の５８％が露出していた。

　なお、透明基材１０１に用いた脂環式アクリル樹脂は（ｎｅ−ｎｏ）＝０.０００７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、±約５０°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１０１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。図３４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３４０１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３４０１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、該偏光は微小透明ロ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。図３５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ＰＣフィルム、ＴＡＣフィルム、射出成形ア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３５０２を２次元アレイ状に成形し、さらに、微小レンズ３５０２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）３５０３を形成したものである。

　光吸収層３５０３は公知の技術、例えば印刷法、蒸着法、フォトリソグラフィー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り硬化する透明な樹脂膜を透明基材３５０１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きる。

　いずれの場合も透明基材３５０１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。図１１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、図１１に示すとおり、投射装置７０１からの投射光７０４が、ミラー７０２を介して透過型スクリーン７０３に照射され、画像が表示される。ミラー７０２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７０１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。図１２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８０１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ＵＶ，ＩＲ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、色分離ダイクロイックミラー８０２に向かう。

　色分離ダイクロイックミラー８０２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８０４で反射して、液晶表示素子８０７に至る。

　一方、色分離ダイクロイックミラー８０２で反射した緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）は色分離ダイクロイックミラー８０３で分離され、緑色光（Ｇ）は液晶表示素子８０９へ、また、赤色光（Ｒ）は全反射ミラー８０５，８０６で反射されて、液晶表示素子８０８に至る。液晶表示素子８０７、８０８、８０９としては、ＴＮ液晶表示素子を用いることができる。

　図１３はＴＮ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、ＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）から成る透明電極９０３，ポリイミド系高分子からなる配光膜９０５を有する第１の透明ガラス基板９０１と、配光膜９０６，画素を形成する透明電極９０４、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９０２と、シール剤９０８を介して接着された２枚の透明ガラス基板９０１と９０２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９０７とを有する。

　液晶層９０７の液晶分子長軸の方向は２枚の透明ガラス基板９０１、９０２に形成された配光膜９０５、９０６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９０°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９０９、検光子９１０が互いに直交する直線偏光を透過するように配置され、透明ガラス基板９０１，９０２での液晶層９０７の液晶分子長軸の配向方向は、それぞれ偏光子９０９および検光子９１０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９０９と検光子９１０は、延伸したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面にト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９０１および透明ガラス基板９０２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９０９を透過した直線偏光は、液晶層９０７を透過して検光子９１０に入射する。この際、液晶層９０７を透過する光の偏光状態は、液晶層９０７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９０５および透明電極９０４に印加し、液晶層９０７に電界を印加することで、検光子９１０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、図１２の液晶表示素子８０７、８０８、８０９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８１２、８１３、８１４を通過して、色合成クロスダイクロイックプリズム８１１に入射，合成された後、投射レンズ８１０を介して透過型スクリーン７０３に投射される。

　図１４は、本発明の背面投射型表示装置の透過型スクリーン７０３の模式断面図である。

　透過型スクリーン７０３は、フレネルレンズシート８０１と、本発明の配光制御素子１００とから構成される。フレネルレンズ８０１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７０１から出射する拡散投射光を平行化し、配光制御素子１００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１００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。図１５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１０６が透明ビーズ１０５により収束し、発散しながら透明基材１０１から出射するが、その際に透明基材１０１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１０１に入射し、収束した光は、配光制御素子１００の開口部、即ち、透明ビーズ１０５と透明接着剤層１０２の接触部分を通過できず、着色接着剤層１０３で吸収されてその透過率は低下する。

　図１６は配光制御素子１００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θ、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１０°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１００に入射する光の広がりは、小さければ小さいほど良く、実用的には半値角で±１０°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ＣＲＴ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ったり、強いカラー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、上記のホワイトバランスの低下や、カラーシフト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７０３を構成する配光制御素子１００の光入射側にはフレネルレンズ８０１を配置して、投射装置７０１からの発散投射光７０４を平行化し、配光制御素子１００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１００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７０１の２次元光学スイッチ素子として用いたＴＮ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９０９および検光子９１０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４５°あるいは１３５°の角度を成すように配置する。この場合、液晶表示素子８０７、８０８、８０９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ックプリズム８１１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、直線偏光の電気ベクトルの振動方向（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８０７と８０８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ックプリズム８１１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８０９を通過した緑色光（Ｇ）は色合成クロスダイクロイックプリズム８１１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１００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７０１では、液晶表示素子８０７、８０８、８０９の光出射側に偏光状態揃え手段８１２、８１３、８１４を配置したことを特徴とする。

　偏光状態揃え手段８１２、８１３、８１４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７０３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。

　図１７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１００３が形成された透明基板１００１と、同じくポリイミド系の配向膜１００４が形成された透明基板１００２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１００６とから構成される。２枚の透明基板１００１、１００２の間には図示しないスペーサーによって間隙が確保され、周囲をシール剤１００５でシールすることで２枚の透明基板を接着し、液晶の密閉を行なっている。

　図１８は、偏光状態揃え手段の動作を説明するもので、説明を分かり易くするために、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９１１、９１２、１００７、１００８で示している。

　図１８に例示するとおり、偏光状態揃え手段の液晶層１００６は、２枚の透明基板１００１と１００２上の配向膜により、液晶分子長軸が２枚の透明基板間で４５°捩じれており、透明基板１００１側の液晶配向方向１００８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。

　一方、液晶表示素子側の透明基板１００２側の液晶配向方向１００７は、液晶表示素子の光出射側の透明基板９１０の液晶配向方向９１２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４５°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。ウエーブガイドの条件は、例えば、Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｄ：Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.Ｖｏｌ.８（１９７５）の１５７５〜１５８４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の光をウエーブガイドにより４５°だけ旋光するには、偏光状態揃え手段の液晶層１００６の層厚ｄ、波長λにおける複屈折Δｎを式（１）を満足するように設定すればよい。
〔数１〕
　　　　４ｄ・Δｎ／λ＝Ｖ（４ｍ²−１）　　…（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８１２、８１３、８１４のｄとΔｎ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８１２、８１３、８１４に入射する光の主波長をそれぞれ４５０ｎｍ、６５０ｎｎ、５５０ｎｍとし、さらにｍ＝４として、ｄ・Δｎがそれぞれ６２６ｎｍ、９０３ｎｍ、７６５ｎｍとなる様にした。

　なお、ウエ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図１８に例示した配向方向に対して９０°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８０７、８０８、８０９を通過した直線偏光はそれぞれ偏光状態揃え手段８１２、８１３、８１４を通過する際、その電気ベクトルの振動方向が４５°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次元光学スイッチ素子を用いた単管式の投射装置では、各２次元光学スイッチ素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ックプリズム、あるいは、ダイクロイックミラーを用いる。

　ダイクロイックプリズム、あるいは、ダイクロイックミラーの反射面は誘電体多層膜により形成されており、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ｐ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ｐ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７０１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７０３として用いる配光制御素子１００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７０１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１００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７０３の配光制御素子１００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１００の透明基材１０１側表面に、厚さ２ｍｍの平坦で透明な光学的に略等方なア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±７５°、垂直方向の視野角±４５°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１００の着色接着剤層１０３で吸収されるため、明るい環境下（垂直照度３００ｌｘ）において、０.５ｃｄ／ｍ²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・Δｎ＝２７５ｎｍのＰＣフィルム製の位相差フィルムを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°、１６.９°、２８.１°、３９.４°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１／２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１／２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２２.５°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１／２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、表示面平方向に対して４５°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右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７０３を配光制御素子１００と、その光入射側に配置したフレネルレンズ８０１ｆとで構成した。このため投射装置７０１からの発散投射光７０４は、配光制御素子１００へ入射する際、フレネルレンズ８０１ｆ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１００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１００の光学特性により生じるカラーシフトや色付きを抑制して、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１００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７０３として用いた本発明の配光制御素子１００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次元光学スイッチ素子を用いる場合を説明したが、２次元光学スイッ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次元光学スイ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１００の配光特性の偏光依存性により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。ここで述べる背面投型表示装置は図１１を用いて説明した前記実施例と同様、投射装置７０１、ミラー７０２、透過型スクリーン７０３を有し、投射装置７０１から出射した投射光７０４がミラー７０２を介して透過型スクリーン７０３に照射され、画像が表示されるものであるが、投射装置７０１の構成が一部異なる。

　図１９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、基本的には図１２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７０１は、投射レンズ８０１とクロスダイクロイックプリズム８１１の間に偏光状態変換素子８１５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８０１から出射した白色光は色分離ダイクロイックミラー８０２および８０３で青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）と赤色光（Ｒ）に色分離され、ミラー８０４、８０５および８０６を介して、それぞれ液晶表示素子８０７、８０９、８０８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８１２、８１３、８１４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ロイックプリズム８１１に入射する。

　この際、色合成クロスダイクロイックプリズム８１１に入射する各色光は、該プリズム８１１のミラー面に対して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８１１のミラー面は、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、ミラー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、入射面に対して垂直な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ックプリズム８１１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８１１に入射する場合の例を説明する。

　色合成ダイクロイックプリズム８１１に入射し色合成された画像光は、偏光状態変換素子８１５および投射レンズ８１０を介して透過型スクリーン７０３に投射される。

　偏光状態変換素子８１５は、色合成後の画像光の偏光の状態を変えるもので、例えば図２０に示す液晶素子を用いることができる。図２０に示した偏光状態変換素子８１５はＩＴＯから成る透明電極１１０３およびポリイミド系高分子からなる配向膜１１０４が全面的に積層形成された第１の透明ガラス基板１１０１と、同じく透明電極１１０５および配向膜１１０６が全面的に積層形成された第２の透明ガラス基板１１０２と、２枚の透明ガラス基板１１０１，１１０２間に図示しないスペーサーを挟むことで間隙を形成し、その周囲をシール剤１１０８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１１０７により構成される。

　液晶層１１０７の液晶分子長軸は、２枚の透明ガラス基板１１０１，１１０２にそれぞれ形成された配向膜１１０４および１１０６にラビング処理等の配向処理を行なうことで、両基板間で連続的に９０°ねじれた、いわゆるＴＮ液晶素子となっている。

　次に、偏光状態変換素子８１５の動作を図面を用いて説明する。図２１および図２２は偏光状態変換素子８１５の動作を説明する模式図であり、符号１１１０および１１１１で示す矢印は、それぞれ透明ガラス基板１１０１および１１０２での液晶の配向方向を示す。

　光入射側の透明ガラス基板１１０２での液晶の配向方向１１１１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１１０７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８１５の液晶層１１０７に電界を印加していないときは図２１に例示するとおり、偏光状態変換素子８１５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９０°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８１０を介して、透過型スクリーン７０３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７０３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７０３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１００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、図２２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１１０３および透明電極１１０５に電圧を印加し、液晶層１１０７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８１５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８１０を介して、透過型スクリーン７０３に投射される。この場合は透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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８１５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８１５は、上記ＴＮ液晶素子の他にＥＣＢ（Ｅlectrically Ｃontrolled Ｂirefringence）液晶素子を用いることができる。この場合、ＴＮ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、図２０に例示したＴＮ液晶素子の模式断面図を用いて説明する。

　ＥＣＢ液晶素子から構成される偏光状態変換素子８１５は、上記ＴＮ液晶素子から構成される偏光状態変換素子８１５と同様、ＩＴＯから成る透明電極１１０３およびポリイミド系高分子からなる配向膜１１０４が全面的に積層形成された第１の透明ガラス基板１１０１と、同じく透明電極１１０５および配向膜１１０６が全面的に積層形成された第２の透明ガラス基板１１０２と、２枚の透明ガラス基板間に図示しないスペーサーを挟むことで間隙を形成し、その周囲をシール剤１１０８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１１０７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アス配向とし、誘電異方性が負のネマチック液晶の場合はホメオトロピック配向とする。

　この際、液晶層１１０７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４５°の方向となるように配向処理を行なう。

　液晶層１１０７の厚さをｄ、液晶の屈折率異方性をΔｎとした場合、ｄ・Δｎはλ／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８１５では、２枚の透明ガラス基板上に形成された透明電極１１０３と１１０５に電圧を印加し、液晶層１１０７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１１０７の見掛けのｄ・Δｎを０〜λ／２の範囲で制御することができる。

　従って、液晶層１１０７の見掛けのｄ・Δｎが０のときは、偏光状態変換素子８１５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７０３に入射する。この場合は、透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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。

　また、液晶層の見掛けのｄ・Δｎがλ／２のときは、偏光状態変換素子８１５に入射した画像光は、その電気ベクトルの振動方向が９０°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７０３に入射する。この場合は配光制御素子１００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・Δｎがλ／４のときは、偏光状態変換素子８１５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ＥＣＢ液晶素子から構成される偏光状態変換素子８１５の動作を、図２３および図２４を用いて具体的に説明する。

　偏光状態変換素子８１５の液晶として誘電異方性Δε＝−４.２、屈折率異方性Δｎ＝０.０８３のネマチック液晶を用い、液晶層の厚さを３.５μｍとした。配向膜１１０４および１１０５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４５°の角度を成す方向にラビング処理を行ない、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８１５の液晶層１１０７は、電界無印加の場合は、液晶層１１０７の見掛けのｄΔｎはほぼ０なので、図２３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８１０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７０３に投射される。この場合は透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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、図２４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１１０７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１１０７の見掛けのｄΔｎが２２５ｎｍとなるようにすると、偏光状態変換素子８１５に入射した画像光はその電気ベクトルの振動方向がほぼ９０°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７０３に入射する。この場合、透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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８１５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１１０７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ｄΔｎを１３７.５ｎｍとなるようにすると、偏光状態変換素子８１５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７０３に入射する。この場合は透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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、ＴＮ液晶素子、あるいは、ＥＣＢ液晶素子により構成した偏光状態変換素子８１５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８１５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８１５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７０３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。図４０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４００２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７０１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４００２は、複数の観察者感知センサーから構成され、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。

　図４１および図４２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。図４１には垂直方向をＩ，II，IIIの３領域に、また、図４２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４１００を感知するための観察者感知センサーは９つ必要である。

　上記の観察者感知部４００２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４００１の前方で観察する観察者４１００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４１００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７０１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７０４の偏光状態を投射装置７０１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７０３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７０４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、図４３および図４４により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、図４３に例示する様にスクリーン７０３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４１００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、図４３に例示するとおり、観察者４１００が椅子に座っ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ーン７０３下部の画像は暗くなり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４１０２は観察者感知部４００２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、図４４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４１０２に良好な映像を提供できる。

　より具体的には図４３に例示する状態では、スクリーン７０３に投射される投射光をスクリーン７０３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、垂直方向より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、観察察者が立ち上がった場合には、観察者感知部４００２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図４４に例示する通り、垂直方向の視野角を広げて観察者４１０２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、図１１を用いて説明した前記実施例と同様であるが、投射装置７０１に使用される２次元光学スイッ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７０１に使用される２次元光学スイッチ素子が、表示に偏光を用いず無偏光の状態で表示を行なうことを特徴とし、これにより透過型スクリーン７０３を構成する配光制御素子１００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次元光学スイッ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。

　図２５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２５００は、ＩＴＯ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２５０１と、画素を形成する透明電極２５０４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２５０２と、シール剤２５０８を介して接続された２枚の透明ガラス基板２５０１、２５０２の間に形成されたポリマ分散液晶層２５０５とから構成される。

　ポリマ分散液晶層２５０５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２５０６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。

　図２６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２５０５の液晶は、ポリマ分散液晶層２５０５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、表面エネルギーなどの影響を受け、不規則に配列している。このため、ポリマ分散液晶層２５０５は、液晶分子長軸方向の屈折率ｎｅから液晶短軸方向の屈折率ｎｏまでの屈折率分布を有する微粒子が、屈折率ｎｏ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。

　一方、透明ガラス基板２５０１、２５０２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ｎｏ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２５０５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ュリーレン光学系が用いられる。

　図２７および図２８はシュリー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２８０１から出射した略平行光は収束レンズ２８０２の作用により入射側絞り２８０３の開口部に収束され、入射側絞り２８０３の開口部を通過した光はレンズ２７０１により、再び略平行光となりポリマ分散型液晶素子２５００に入射する。図示した様に、ポリマ分散型液晶素子２５００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２７０２で収束され、出射側絞り２８１７の開口部を通過する。

　一方、図２８に示すとおり、ポリマ分散型液晶素子２５００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２５００に入射した光は散乱し、出射側絞り２８１７の開口部をほとんど通過できない。従って、出射側絞り２８１７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次元光学スイッチ素子として用いた投射装置について説明する。

　図２９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２８０１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２８０１から出射した光は、ＵＶ，ＩＲ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り、入射側収束レンズ２８０２の作用により入射側絞り２８０３の開口部に収束される。

　上記入射側絞り２８０３を通過した白色光は、赤色光反射ダイクロイックミラー２８０４で赤色光成分が反射し、反射した赤色光は全反射ミラー２８０７を介して、入射側レンズ２８１２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２８１５に入射する。

　一方、赤色光反射ダイクロイックミラー２８０４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ー２８０５で反射して、入射側レンズ２８１１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２８１４に入射する。

　また、緑色光反射ダイクロイックミラー２８０５を透過した青色光は、入射側レンズ２８１０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２８１３に入射する。

　ポリマ分散型液晶素子２８１３、２８１４、２８１５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２８１５を通過した赤色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー２８０８および青色光反射ダイクロイックミラー２８０９を透過して投射レンズ２８１９に入射する。

　また、ポリマ分散型液晶素子２８１４を通過した緑色光は、緑色光反射ダイクロイックミラー２８０８で反射して、赤色光と合成され、青色光反射ダイクロイックミラー２８０９を透過して投射レンズ２８１９に入射する。ポリマ分散型液晶素子２８１３を通過した青色光は全反射ミラー２８０６および青緑色光反射ダイクロイックミラー２８０９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２８１９に入射する。

　投射レンズ２８１９は、後群レンズ２８１６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２８１７から構成される。

　投射レンズ２８１９の後群レンズ２８１６と、前記入射側レンズ２８１０、２８１１および２８１２は、投射レンズの出射側絞り２８１７と、前記入射側絞り２８０３を互いに共役な関係としている。このため投射レンズ２８１９に入射した光の内、ポリマ分散型液晶素子２８１３、２８１４、２８１５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。

　一方、ポリマ分散型液晶素子２８１３、２８１４、２８１５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り２８１７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７０３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１００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、ＴＡＣ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ＰＥＴフィルムのように安価で高強度のフィ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１００について説明する。本配光制御素子１００は図１および図２に例示したものと同様な構成となっている。透明基材１０１には厚さ１２０μｍの平坦な２軸延伸したＰＥＴ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べ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１００は以下に述べる方法で作製した。透明基材１０１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５μｍ、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１０重量部配合した着色接着剤層を４.５μｍを形成し、一旦、固化する。

　その上に屈折率が１.９３５（波長５８９.３ｎｍ）、直径が５０μｍ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層を軟化させつつ、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。透明ビー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２１μｍであり、透明ビーズはその直径の約５８％が接着剤層から露出していた。

　この配光制御素子１００の透明基材１０１側表面に、厚さ２ｍｍの平坦で透明な光学的に等方なアクリル板を貼り合わせ、さらに透明ビーズ１０５側にフレネルレンズを配置して透過型スクリーン７０３としたものを２次元光学スイッチ素子として、ポリマ分散型液晶素子を用いた投射装置７０１およびミラー７０２と組み合わせ図１１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７０１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７０３を構成する配光制御素子１００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±６０°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３００ｌｘ）において、０.５ｃｄ／ｍ²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次元光学スイッチ素子としては、米国特許第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０８／１７１３０３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り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、ア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り偏向、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、無偏光で表示を行な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図１１を用いて説明した上記実施例と同様、投射装置７０１、ミラー７０２、透過型スクリーン７０３を有し、投射装置７０１から出射した投射光７０４がミラー７０２を介して透過型スクリーン７０３に照射され、画像が表示されるものであるが、投射装置７０１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７０３を構成する配光制御素子１００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次元光学スイッチ素子として、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次元光学スイッチ素子との間に、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、擬似デポラライザーを用いることができる。

　該デポラライザーとしては、例えば、光学軸に平行に切出し研磨した、屈折率異方性Δｎ＝０.００９で、厚さ２ｍｍと厚さ１ｍｍの水晶板を、遅相軸が互いに４５°を成すように組み合わせたＬｙｏｔのデポラライザーを用いることができる。このデポラライザーを用いれば、白色光に対してほぼ完全なデポラライザーとなる。また、膜厚をｄ、屈折率異方性をΔｎとしたときｄ・Δｎ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、同様に擬似デポラライザーを構成してもよい。

　このような擬似デポラライザーは、例えば、図３０に示す投射装置のように、２次元光学スイッチ素子８０７、８０８、８０９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。図３０は上記実施例で説明したＴＮ液晶表示素子を用いた投射装置に、擬似デポラライザー３０００を新たに配置したものである。これによって、偏光がほぼ解消された光学画像光を透過型スクリーン７０３に投射することができる。

　つまり、投射装置７０１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１００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１００の透明基材１０１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１０１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次元光学スイッチ素子として、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ＴＮモードに限らず、ＶＡ（Ｖertical Ａligned）モードや、ＥＣＢモード、ＯＣＢモード、ＳＴＮ（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〕
　図３１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１３０２と、その背面に設けられたバックライト装置１３０１と、液晶表示素子１３０２の背面と前面とにそれぞれ配置された偏光子１２０４および検光子１２１４と、検光子１２１４の前面に設けられた本発明の配光制御素子１００とから構成される。

　バックライト装置１３０１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９−５０５４１２号公報や、国際公開番号ＷＯ９５／１４２５５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１２０１と、透明なアクリル樹脂から構成される導光体１２０２と、光平行化手段１２０３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１２０３としては、公知の素子、例えば、図３１に示した導光体１２０２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１２０２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１２０３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１２０３を有するバックライト装置を用いることで半値角で±１０°以内の略平行化された照明光が得られる。

　液晶表示素子１３０２は、ＩＴＯから成る透明電極１２１２およびポリイミド系高分子からなる配向膜１２１１を有する第１の透明基板１２１０と、配向膜１２０７と、画素を形成する透明電極１２０６、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１２０５と、シール剤１２０８を介して接続された２枚の透明基板１２１２、１２１０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１２０９とを有する。

　液晶表示素子１３０２は、２枚の透明基板１２０５および１２１０に施された配向膜１２０７および１２１１に、ラビング処理を行うことで液晶層１２０９の液晶分子長軸が２枚の透明基板間で連続的に９０°捻じれた、いわゆるＴＮ液晶表示素子を構成している。

　上記液晶表示素子１３０２の光入射面と光出射面には、それぞれ偏光子１２０４および検光子１２１４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１２０４および検光子１２１４としては、延伸したＰＶＡにヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面にＴＡＣ保護層を施したものを用い、それぞれ透明基板１２０５および透明基板１２１０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１２１４の前面には、配光制御素子１００が配置される。配光制御素子１００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１２１４との接着は、ここでは液晶表示素子の表示部を取り囲むようにパターニングされた接着剤１２１３により行なったが、配光制御素子１００の透明ビーズと検光子１２１４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を説明する。バックライト装置１３０１からの出射光１２１５の内、偏光子１２０４を透過した直線偏光は、液晶パネル１３０２を透過して検光子１２１４に入射する。この際、液晶パネル１３０２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１２０９に画像情報に対応した電界を印加することで、検光子１２１４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１２１４を透過した画像光は配光制御素子１００に入射する。

　配光制御素子１００に入射した光はその大部分が配光制御素子１００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ＴＮ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１００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り透過率が低くなる。このため液晶表示素子１３０２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、バックライト装置１３０１から液晶表示素子１３０２へ照射される光が略平行な光であるため、液晶表示素子１３０２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１００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１００は外部不要光による迷光の低減効果が高いので、明るい環境下であっ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±８０°の範囲で色調変化や階調反転がなく、コントラスト比が１００：１以上の等方的で広い視野角が得られた。

　なお、通常、ＴＮ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よび検光子の直線偏光の透過軸は、表示面水平方向に対して４５°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１２０４および検光子１２１４の直線偏光透過軸を、表示面水平方向に対して４５°あるいは１３５°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１２１４の直線偏光透過軸は、液晶表示素子１３０２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、図３２の模式図で示すとおり、偏光子１２０４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１２１４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１２０５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１２１０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１２０５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１２１０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１００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１００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〕
　図３３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、図３１に示した液晶表示装置において、検光子１２１４と配光制御素子１００との間に位相差板３１００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１００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３１００はこの性質を利用して、検光子１２１４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３１００として１／４波長板を用いた場合、検光子１２１４を透過した直線偏光は、位相差板３１００の作用により略円偏光となって配光制御素子１００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ＴＮ液晶表示装置の様にコントラスト比の左右対称性を得るため、検光子１２１４と偏光子１２０４の直線偏光の透過軸を水平方向に対して４５°あるいは１３５°に配置し、位相差板３１００として、例えば、１／２波長板をその遅相軸が検光子の透過軸に対して２２.５°傾いた状態で配置して、配光制御素子１００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３１００と配光制御素子１００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り広い視野角が求められており、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３１００の代わりに、捩じれ構造を有する高分子積層フィ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・Δｎ＝２７５ｎｍのＰＣ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枚の位相差フィ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°、２８.１°、３９.４°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ＴＮ液晶パネルの例を示したが、透明基板にマイクロカ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ＴＮモードに限らず、ＶＡモードや、ＥＣＢモード、ＯＣＢモード、ＳＴＮ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アクティ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。

本発明の配光制御素子の模式断面図である。 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。 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。 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。 等輝度線図の座標系の説明図である。 屈折率楕円体の円形接断面の説明図である。 ポリエチレンテレフタレートフィルムの光学軸の説明図である。 ポリエチレンテレフタレートフィルム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。 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。 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。 本発明の背面投射型表示装置の模式断面図である。 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。 本発明の背面投射型表示装置に係る投射装置の２次元光学スイッチの模式断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 ポリマ分散型液晶表示素子により表示を行なう光学系説明のための模式図である。 ポリマ分散型液晶表示素子により表示を行なう光学系説明のための模式図である。 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。 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。 本発明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。 本発明の液晶表示装置の模式断面図である。 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。 本発明の配光制御素子の模式斜視図である。 レンチキュラーレンズシートの一例を示す模式断面図である。 レンチキュラーレンズシートの一例を示す模式斜視図である。 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。 従来の透過型スクリーンの斜視図である。 本発明の背面投射型表示装置の模式斜視図である。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

　１００…配光制御素子、１０１…透明基材、１０２…透明接着剤層、１０３…着色接着剤層、１０４…接着剤層、１０５…透明ビーズ、１０６…入射光、１０７…（外部）不要光、７０１…投射装置、７０２…ミラー、７０３…透過型スクリーン、７０４…投射光、８０１…光源、８０２，８０３…ダイクロイックミラー、８０４，８０５，８０６…全反射ミラー、８０７，８０８，８０９…液晶表示素子、８１１…色合成クロスダイクロイックプリズム、８１２，８１３，８１４…偏光状態揃え手段、８１５…偏光状態変換素子、９０１，９０２…透明ガラス基板、９０３，９０４…透明電極、９０５，９０６…配向膜、９０７…液晶層、９０８…シール剤、９０９…偏光子、９１０…検光子、８０１ｆ…フレネルレンズ、３４０１…微小透明ロッド、１００１，１００２…透明基板、１３０１…バックライト装置、１３０２…液晶表示素子、１００３，１００４…配向膜、１００５…シール剤、１００６…液晶層、９１１，９１２，１００７，１００８…液晶配向方向、１２０１…光源、１２０２…導光体、１２０３…光平行化手段、１２０４…偏光子、１２１４…検光子、１２１５…出射光、２５０１，２５０２…透明ガラス基板、２５０３，２５０４…透明電極、２５０５…ポリマ分散液晶層、２５０６…液晶滴、２５０７…ポリマ、２８０１…光源、２７０１…レンズ、２５００…ポリマ分散型液晶素子、２８０３，２８１７…絞り、２８１３，２８１４，２８１５…ポリマ分散型液晶素子、２８１９…投射レンズ、３５０１…透明基材、３５０２…微小レンズ、３５０３…光吸収層、３１００…位相差板、４００１…背面投射型表示装置、４００２…観察者感知部、４１００…観察者、３０００…擬似デポラライザー。

Claims (6)

1. 光学画像を投射する投射装置と、透過型スクリーンとを有する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複数の２次元光学スイッチ素子と、前記光学画像を前記透過型スクリーンに投射する投射レンズとを有し、
   　前記２次元光学スイッチ素子は偏光を利用して光学画像を形成する２次元光学スイッチ素子であり、
   　前記光学画像の光は透過型スクリーンに入射する際、その偏光状態が可視波長域において略一致していることを特徴とする投射型表示装置。
2. 光学画像を投射する投射装置と、透過型スクリーンとを有する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複数の２次元光学スイッチ素子と、前記光学画像を前記透過型スクリーンに投射する投射レンズとを有し、
   　前記２次元光学スイッチ素子は偏光を利用して光学画像形成する２次元光学スイッチ素子であり、
   　前記２次元光学スイッチ素子と前記透過型スクリーンとの間に前記光学画像光の偏光状態を略一致させる偏光状態揃え手段を有することを特徴とする投射型表示装置。
3. 前記偏光状態揃え手段が前記２次元光学スイッチ素子の光出射側に配置するウエ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項２に記載の投射型表示装置。
4. 前記偏光状態揃え手段が前記２次元光学スイッチ素子の光出射側に配置する１／２波長板、または、高分子フィルムの積層体である請求項２に記載の投射型表示装置。
5. 前記２次元光学スイッチ素子が液晶表示素子と検光子とを有し、
   　前記検光子の直線偏光の透過軸が表示面に対して互いに略一致している請求項１に記載の投射型表示装置。
6. 前記検光子の直線偏光の透過軸が表示面に対して水平方向、あるいは、垂直方向である請求項５に記載の投射型表示装置。
   

Images