JP2009080383A - Projection type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶ライトバルブをライトバルブとして用いた投射型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection display device using a liquid crystal light valve as a light valve.
投射型表示装置は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の色光を出射する光源部と、光源部から出射された各色光を光変調する複数のライトバルブと、複数のライトバルブから出射された変調光を合成して出射する合成光学系と、合成投射系から出射された光を投射する投射光学系とを有している。光源部は、白色光源、および白色光源から出射された白色光を各色光に分離する色分離光学系を備えた構成が採用されている。また、ライトバルブは、画像表示領域内に配列された複数の表示画素の各々に画素電極および画素スイッチング素子を備えた素子基板と、色光が入射する側で素子基板に対向配置された透光性の対向基板と、対向基板と素子基板との間に保持された液晶とを有する液晶ライトバルブが用いられている(特許文献1参照)。
このような構成の投射型表示装置において、品位の高いカラー画像を表示するには、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の輝度バランスを最適に保持することが必要であり、通常は、色光の視認性を考慮して、図5(a)に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の設定輝度を各々、実線LR0、LG0、LB0で示すように、輝度が以下の関係
緑色(G)>青色(B)>赤色(R)
に設定されている。
In the projection display device having such a configuration, in order to display a high-quality color image, it is necessary to optimally maintain the luminance balance of red (R), green (G), and blue (B). Normally, in consideration of the visibility of colored light, the set luminances of red (R), green (G), and blue (B) in FIG. 5A are indicated by solid lines LR0, LG0, and LB0, respectively. Is the following relationship: Green (G)> Blue (B)> Red (R)
Is set to
ここで、投射型表示装置においては、白色光源の経時な劣化により、白色光のスペクトラムが変化することがあり、このような場合、上記の輝度バランスが崩れてしまうことがある。また、対応する色によって液晶ライトバルブの経時的な劣化が異なることがあり、このような場合にも、上記の関係が崩れてしまう。例えば、波長の短い青色(B)に対応する液晶ライトバルブは、赤色(R)や緑色(G)に対応する液晶ライトバルブよりも劣化しやすいことから、図5(b)に、劣化後の青色(B)の輝度を点線LB1で示すように、輝度が以下の関係
緑色(G)>赤色(R)>青色(B)
になってしまい、カラー画像の品位が低下する。
Here, in the projection type display device, the white light spectrum may change due to deterioration of the white light source over time, and in such a case, the above-described luminance balance may be lost. Further, the deterioration of the liquid crystal light valve over time may differ depending on the corresponding color, and in this case, the above relationship is broken. For example, a liquid crystal light valve corresponding to a short wavelength blue (B) is more likely to deteriorate than a liquid crystal light valve corresponding to red (R) or green (G). As shown by the dotted line LB1 in the blue (B) luminance, the luminance has the following relationship: green (G)> red (R)> blue (B)
As a result, the quality of the color image is degraded.
しかしながら、従来の投射型表示装置では、液晶ライトバルブの経時的な劣化により、輝度バランスが崩れることに対する対策が行なわれていないため、たとえ赤色(R)や緑色(G)に対応する液晶ライトバルブが劣化していない場合でも、青色(B)に対応する液晶ライトバルブが劣化すると、カラー画像の品位が大幅に低下してしまうという問題点がある。 However, in the conventional projection display device, no countermeasure is taken against the loss of the luminance balance due to the deterioration of the liquid crystal light valve over time, so that the liquid crystal light valve corresponding to red (R) or green (G), for example. Even if the liquid crystal light valve is not deteriorated, there is a problem in that the quality of the color image is greatly lowered when the liquid crystal light valve corresponding to blue (B) is deteriorated.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、複数の色間での輝度バランスが崩れた場合でも、輝度バランスを補正することができる投射型表示装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a projection display device capable of correcting a luminance balance even when the luminance balance among a plurality of colors is lost.
上記課題を解決するために、本発明では、複数種類の色光を出射する光源部と、該光源部から出射された複数の色光の各々を光変調する複数の液晶ライトバルブと、該複数の液晶ライトバルブから出射された変調光を合成して出射する合成光学系と、該合成投射系から出射された光を投射する投射光学系とを有する投射型表示装置において、前記複数の液晶ライトバルブは各々、画像表示領域内に配列された複数の表示画素の各々に画素電極および画素スイッチング素子を備えた素子基板と、前記色光が入射する側で前記素子基板に対向配置された透光性の対向基板と、該対向基板と前記素子基板との間に保持された液晶とを有し、前記素子基板には、前記画像表示領域の外側で前記対向基板側から入射した光を受光可能な光センサ素子が形成され、当該光センサ素子での受光結果に基づいて、前記複数の液晶ライトバルブにおける輝度バランスが補正されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, a light source unit that emits a plurality of types of color light, a plurality of liquid crystal light valves that light-modulate each of the plurality of color lights emitted from the light source unit, and the plurality of liquid crystals In the projection type display device having a synthesis optical system that synthesizes and emits the modulated light emitted from the light valve, and a projection optical system that projects the light emitted from the synthesis projection system, the plurality of liquid crystal light valves include: An element substrate provided with a pixel electrode and a pixel switching element for each of a plurality of display pixels arranged in the image display area, and a light-transmitting counter disposed opposite to the element substrate on the color light incident side An optical sensor having a substrate and a liquid crystal held between the counter substrate and the element substrate, the element substrate being capable of receiving light incident from the counter substrate side outside the image display region Element shape Is, based on the reception result at the optical sensor element, the luminance balance of the plurality of liquid crystal light valve, characterized in that it is corrected.
本発明では、複数の液晶ライトバルブの各々において、素子基板に形成された光センサ素子は、対向基板側から入射した光源部からの光を受光するため、複数の液晶ライトバルブにおいて光センサ素子での受光結果を比較すれば、各複数の液晶ライトバルブに入射した各色光の光量バランスを監視することができる。このため、入射光量が低下した色光に対応する液晶ライトバルブでの諧調を高める調整、あるいは入射光量が低下した色光以外の色光に対応する液晶ライトバルブでの諧調を低める調整を行なえば、各色光に対応する液晶ライトバルブでの輝度バランスを補正することができる。それ故、入射光量のバランスが崩れた場合でも、品位の高いカラー画像を表示することができる。 In the present invention, in each of the plurality of liquid crystal light valves, the light sensor element formed on the element substrate receives light from the light source unit incident from the counter substrate side. If the received light results are compared, it is possible to monitor the light intensity balance of each color light incident on each of the plurality of liquid crystal light valves. For this reason, if the adjustment is made to increase the gradation in the liquid crystal light valve corresponding to the color light whose incident light amount has decreased, or the adjustment to reduce the gradation in the liquid crystal light valve corresponding to the color light other than the color light whose incident light amount has decreased, each color light It is possible to correct the luminance balance in the liquid crystal light valve corresponding to. Therefore, a high-quality color image can be displayed even when the balance of the amount of incident light is lost.
本発明では、前記素子基板において前記画像表示領域の外側、かつ、前記素子基板と前記対向基板との間で前記液晶の保持領域を区画するシール材の内側には、画素電極および画素スイッチング素子を備えた、表示に直接寄与しないダミー画素が形成されたダミー画素領域を有し、前記光センサ素子は、前記ダミー画素領域であって、前記画素電極の下層側で当該画素電極と重なる位置に形成されていることが好ましい。このように構成すると、光センサ素子は、画像表示領域に近い位置で外光を検出することができる。 In the present invention, a pixel electrode and a pixel switching element are provided outside the image display area in the element substrate and inside a sealing material that partitions the liquid crystal holding area between the element substrate and the counter substrate. A dummy pixel region in which dummy pixels that do not directly contribute to display are formed, and the photosensor element is the dummy pixel region and is formed at a position overlapping the pixel electrode on the lower layer side of the pixel electrode It is preferable that If comprised in this way, the optical sensor element can detect external light in the position close | similar to an image display area.
本発明において、前記表示画素および前記ダミー画素のうち、少なくともダミー画素には、入射する光の波長よりも小ピッチのストライプ状に形成されて前記画素電極を構成するワイヤーグリッド偏光子、および前記画素電極と前記光センサ素子との間において入射する光の波長よりも小ピッチのストライプ状に形成されたワイヤーグリッド偏光子のいずれかを備えていることが好ましい。このように構成すると、光センサ素子での受光結果には、液晶の劣化度合いが反映されることになるため、かかる受光結果に基づけば、各色光における入射光量のバランスの崩れ、および液晶の劣化度合いの影響を全て含めて、輝度バランスの補正を行なうことができる。 In the present invention, among the display pixel and the dummy pixel, at least the dummy pixel is formed in a stripe shape having a smaller pitch than the wavelength of incident light and forms the pixel electrode, and the pixel It is preferable that any one of the wire grid polarizers formed in a stripe shape having a smaller pitch than the wavelength of light incident between the electrode and the optical sensor element is provided. With this configuration, the light reception result of the optical sensor element reflects the degree of deterioration of the liquid crystal. Based on the light reception result, the balance of the incident light amount in each color light is lost, and the liquid crystal is deteriorated. The luminance balance can be corrected including all the effects of the degree.
本発明において、前記輝度バランスの補正は、例えば、前記画素電極に印加される信号レベルの調整により行なわれる。このような構成は、光源部が、白色光源、および白色光源から出射された白色光を各色光に分離する色分離光学系を備えた構成の場合でも、輝度バランスの補正を行なうことができる。 In the present invention, the correction of the luminance balance is performed, for example, by adjusting a signal level applied to the pixel electrode. Such a configuration can correct the luminance balance even when the light source unit includes a white light source and a color separation optical system that separates the white light emitted from the white light source into each color light.
また、光源部は、各色の光を出射する発光素子を備えている場合、光センサ素子での受光結果に基づいて、発光素子に対する駆動条件を調整することにより、輝度バランスの補正を行なってもよい。 In addition, when the light source unit includes a light emitting element that emits light of each color, the luminance balance may be corrected by adjusting the driving condition for the light emitting element based on the light reception result of the light sensor element. Good.
以下に、図面を参照して本発明について説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings to be referred to in the following description, the scales are different for each layer and each member so that each layer and each member have a size that can be recognized on the drawing.
[投射型表示装置の構成例]
図1は、本発明を適用した投射型表示装置(液晶プロジェクタ)の概略構成図である。図1に示す投射型表示装置110は、観察者側に設けられたスクリーン111(被投射面)に光を照射し、このスクリーン111で反射した光を観察する投影型の液晶プロジェクタである。投射型表示装置110は、光源112およびダイクロイックミラー113、114などを備えた光源部150と、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)と、投射光学系118と、クロスダイクロイックプリズム119(色合成光学系)と、リレー系120とを備えている。
[Configuration example of a projection display device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection display device (liquid crystal projector) to which the present invention is applied. A projection
光源部150において、光源112は、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー113は、光源112からの赤色光を透過させると共に緑色光および青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー114は、ダイクロイックミラー113で反射された緑色光および青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー113、114は、光源112から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
In the
ここで、ダイクロイックミラー113と光源112との間には、インテグレータ121および偏光変換素子122が光源112から順に配置されている。インテグレータ121は、光源112から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子122は、光源112からの光を例えばs偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
Here, between the
液晶ライトバルブ100(R)は、ダイクロイックミラー113を透過して反射ミラー123で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ100(R)は、λ/2位相差板115a、第1偏光板115b、液晶パネル101(R)および第2偏光板115dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ100(R)に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー113を透過しても光の偏光は変化しないことから、s偏光のままである。λ/2位相差板115aは、液晶ライトバルブ100(R)に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板115bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル101(R)は、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板115dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ100(R)は、画像信号に応じて赤色光を変調し、変調した赤色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。なお、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bは、偏光を変換させない透光性のガラス板115eに接した状態で配置されており、λ/2位相差板115aおよび第1偏光板115bが発熱によって歪むのを回避することができる。
The liquid crystal light valve 100 (R) is a transmissive liquid crystal device that modulates red light that has been transmitted through the
液晶ライトバルブ100(G)は、ダイクロイックミラー113で反射した後にダイクロイックミラー114で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ100(G)は、液晶ライトバルブ100(R)と同様に、第1偏光板116b、液晶パネル101(G)および第2偏光板116dを備えている。液晶ライトバルブ100(G)に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー113、114で反射されて入射するs偏光である。第1偏光板116bは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル101(G)は、s偏光を画像信号に応じた変調によってp偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。そして、第2偏光板116dは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ100(G)は、画像信号に応じて緑色光を変調し、変調した緑色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。
The liquid crystal light valve 100 (G) is a transmissive liquid crystal device that modulates green light reflected by the
液晶ライトバルブ100(B)は、ダイクロイックミラー113で反射し、ダイクロイックミラー114を透過した後でリレー系120を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、液晶ライトバルブ100(B)は、液晶ライトバルブ100(R)、116と同様に、λ/2位相差板117a、第1偏光板117b、液晶パネル101(B)および第2偏光板117dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ100(B)に入射する青色光は、ダイクロイックミラー113で反射してダイクロイックミラー114を透過した後にリレー系120の後述する2つの反射ミラー125a、125bで反射することから、s偏光となっている。λ/2位相差板117aは、液晶ライトバルブ100(B)に入射したs偏光をp偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板117bは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル101(B)は、p偏光を画像信号に応じた変調によってs偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板117dは、p偏光を遮断してs偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ100(B)は、画像信号に応じて青色光を変調し、変調した青色光をクロスダイクロイックプリズム119に向けて射出する構成となっている。なお、λ/2位相差板117aおよび第1偏光板117bは、ガラス板117eに接した状態で配置されている。
The liquid crystal light valve 100 (B) is a transmissive liquid crystal device that modulates blue light reflected by the
リレー系120は、リレーレンズ124a、124bと反射ミラー125a、125bとを備えている。リレーレンズ124a、124bは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ124aは、ダイクロイックミラー114と反射ミラー125aとの間に配置されている。また、リレーレンズ124bは、反射ミラー125a、125bの間に配置されている。反射ミラー125aは、ダイクロイックミラー114を透過してリレーレンズ124aから出射した青色光をリレーレンズ124bに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー125bは、リレーレンズ124bから出射した青色光を液晶ライトバルブ100(B)に向けて反射するように配置されている。
The
クロスダイクロイックプリズム119は、2つのダイクロイック膜119a、119bをX字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜119aは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜119bは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。従って、クロスダイクロイックプリズム119は、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系118に向けて射出するように構成されている。
The cross
なお、液晶ライトバルブ100(R)、(B)からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はs偏光であり、液晶ライトバルブ100(G)からクロスダイクロイックプリズム119に入射する光はp偏光である。このようにクロスダイクロイックプリズム119に入射する光を異なる種類の偏光としていることで、クロスダイクロイックプリズム119において各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)から入射する光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜119a、119bはs偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜119a、119bで反射される赤色光および青色光をs偏光とし、ダイクロイック膜119a、119bを透過する緑色光をp偏光としている。投射光学系118は、投影レンズ(図示略)を有しており、クロスダイクロイックプリズム119で合成された光をスクリーン111に投射するように構成されている。
The light incident on the cross
(液晶ライトバルブの構成)
図2は、図1に示す投射型表示装置110に用いた液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)などの電気的構成を示すブロック図である。なお、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)の基本的な構成は略同一であるため、以下の説明では、対応する色の種類が関係ない場合には、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)を単に「液晶ライトバルブ100」とし、液晶パネル101(R)、(G)、(B)を単に「液晶パネル101」として説明する。
(Configuration of liquid crystal light valve)
FIG. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the liquid crystal light valves 100 (R), (G), (B), etc. used in the
図2に示す液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)は、全透過型の液晶装置であり、液晶パネル101、画像処理回路202、タイミング発生回路203、および電源回路201などを備えている。図1を参照して説明した投射型表示装置110では、3つの液晶ライトバルブ100(液晶パネル101、画像処理回路202、タイミング発生回路203、および電源回路201など)が各々、赤色(R)の液晶ライトバルブ100(R)、緑色(G)の液晶ライトバルブ100(G)、青色(B)の液晶ライトバルブ100(B)として用いられる。
Liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) shown in FIG. 2 are all-transmissive liquid crystal devices, and include a
画像処理回路202、タイミング発生回路203および電源回路201は、液晶パネル101に接続されたフレキシブル基板108(図3(a)、(b)参照)に実装されたICなどにより構成されている。タイミング発生回路203では、液晶パネル101の各画素100bを駆動するためのドットクロックが生成され、このドットクロックに基づいて、クロック信号、反転クロック信号、転送開始が生成される。画像処理回路202は、外部から入力画像データが入力されると、この入力画像データに基づいて画像信号を生成し、液晶パネル101に供給する。電源回路201は、複数の電源を生成して液晶パネル101に供給する。
The
液晶パネル101は、その中央領域に複数の画素100bがマトリクス状に配列された画素配列領域10bを備えている。画素配列領域10bにおいて太い一点鎖線で区画した領域のうち、中央領域は、複数の表示画素100aが配列された画像表示領域10aであり、その外側領域のうち、後述するシール材の形成領域より内側は、表示に直接寄与しないダミー画素100dが配列されたダミー画素領域10dである。
The
かかる液晶パネル101において、後述する素子基板10には、画素配列領域10bの内側で複数本のデータ線6aおよび複数本の走査線3aが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素100bが構成されている。複数の画素100bでは、表示画素100aおよびダミー画素100dのいずれにおいても、画素スイッチング素子としての薄膜トランジスタ30および画素電極9aが形成されている。薄膜トランジスタ30のソースにはデータ線6aが電気的に接続され、薄膜トランジスタ30のゲートには走査線3aが電気的に接続され、薄膜トランジスタ30のドレインには画素電極9aが電気的に接続されている。
In the
素子基板10において、画素配列領域10bの外側領域には走査線駆動回路104およびデータ線駆動回路105が構成されている。データ線駆動回路105はデータ線6aに電気的に接続しており、画像信号を各データ線6aに順次供給する。走査線駆動回路104は走査線3aに電気的に接続しており、走査信号を各走査線3aに順次供給する。
In the
各画素100bにおいて、画素電極9aは、後述する対向基板に形成された共通電極と液晶を介して対向し、液晶容量50aを構成している。また、各画素100bには、液晶容量50aで保持される画像信号がリークするのを防ぐために、液晶容量50aと並列に保持容量60が付加されている。本形態では、保持容量60を構成するために、走査線3aと並列するように容量線3bが形成されており、かかる容量線3bは共通電位線(図示せず)に接続され、所定の電位に保持されている。なお、保持容量60は前段の走査線3aとの間に形成される場合もある。
In each
詳しくは後述するが、本形態では、素子基板10において、例えば、データ線駆動回路105が位置する側とは反対側に並ぶダミー画素100dの各々には、光センサ素子40が形成されており、光センサ素子40での検出結果は、信号線47を介して、液晶パネル101外の制御回路45に出力される。ここで、制御回路45は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)に対応する各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に対して共通の制御回路であり、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)の光センサ素子40での受光結果を比較し、その結果に基づいて、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)の画素処理回路202などを制御する。
As will be described in detail later, in the present embodiment, in the
(液晶パネル101の具体的構成)
図3(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)の液晶パネル101を各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのH−H′断面図である。
(Specific configuration of the liquid crystal panel 101)
3A and 3B are plan views of the liquid crystal light valve 100 (R), (G), and (B) to which the present invention is applied as viewed from the counter substrate side together with the respective components. And HH ′ sectional view thereof.
図3(a)、(b)に示すように、液晶ライトバルブ100の液晶パネル101では、所定の隙間を介して素子基板10と、石英基板や耐熱ガラス基板などを基材とする透光性の対向基板20とがシール材107(図3(a)において右下がりの斜線を付した領域)によって貼り合わされており、シール材107は対向基板20の外周縁に沿うように配置されている。ここで、対向基板20は、図1を参照して説明した光源部150から色光が入射する側に配置され、素子基板10は、変調光の出射側に配置される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, in the
シール材107は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。対向基板20のコーナー部などにおいては、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための上下導通材(図示せず)が形成されている。
The sealing
素子基板10において、シール材107の内周縁より外側領域には、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路105および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。また、素子基板10には、端子102によりフレキシブル基板108が接続されている。なお、素子基板10には、画素配列領域10b、データ線駆動回路105および走査線駆動回路104を静電気から保護するための保護回路や検査回路が構成される場合もあるが、それらの説明は省略する。
In the
詳しくは後述するが、素子基板10には、画素電極9aがマトリクス状に形成されている。対向基板20には、シール材107の内側領域に額縁状の遮光膜23b(図3(a)において右上がりの斜線を付した領域)が形成され、その内側が画像表示領域10aとされ、図2を参照して説明したダミー画素領域10dは、遮光膜23bと重なる領域に配置されている。また、対向基板20では、素子基板10の画素電極9aの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23aが形成され、その表面側には、ITO膜からなる対向電極21などが形成されている。
As will be described in detail later,
遮光膜23bには、図2を参照して説明した光センサ素子40と重なる部分が開口部23cになっており、図1を参照して説明した光源部150からの光は、光センサ素子40に到達することが可能である。なお、図3(a)では、開口部23cは、光センサ素子40が配列されている方向にスリット状に延びた形状になっているが、光センサ素子40が形成されている領域に対応してドット状に形成されている構成であってもよい。
The light-shielding
シール材107より囲まれた空間内には電気光学物質としての液晶層50が封入されている。液晶層50は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で、素子基板10および対向基板に形成された配向膜16、22(図4参照)により所定の配向状態をとる。液晶層50は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。
In a space surrounded by the sealing
(各画素の構成)
図4は、本発明を適用した液晶ライトバルブ100の画像表示領域10aの端部およびダミー画素領域10dの構成を模式的に示す断面図である。
(Configuration of each pixel)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the end of the
図4に示すように、素子基板10には、石英基板や耐熱ガラス基板などからなる透光性基板10sの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜12が形成されているとともに、その表面側には、画像表示領域10aの表示画素100a、およびダミー画素領域10dのダミー画素100dのいずれにも、Nチャネル型の薄膜トランジスタ30が形成されている。薄膜トランジスタ30において、島状の半導体膜1aには、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域がこの順に配置されている。半導体膜1aの上層にはシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜2が形成され、ゲート絶縁膜2の上層には走査線3aが形成されている。走査線3aの一部は、ゲート電極としてゲート絶縁膜2を介してチャネル領域に対向している。半導体膜1aは、例えば、透光性基板10sに対してアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどにより多結晶化された低温ポリシリコン膜(低温ポリシリコン膜)、1000°を超える温度でアモルファスシリコン膜を多結晶化させた高温ポリシリコン膜、あるいは単結晶シリコン層である。薄膜トランジスタ30の上層側には、層間絶縁膜7、8が形成されている。層間絶縁膜7の表面にはデータ線6aおよびドレイン電極6bが形成され、データ線6aは、層間絶縁膜7に形成されたコンタクトホールを介してソース領域に電気的に接続している。層間絶縁膜8の表面には、ITO膜からなる画素電極9aが形成されている。画素電極9aは、層間絶縁膜8に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極6bに電気的に接続し、このドレイン電極6bは、層間絶縁膜7およびゲート絶縁膜2に形成されたコンタクトホールを介して高濃度ドレイン領域に電気的に接続している。画素電極9aの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜16が形成されている。なお、図示を省略するが、ドレイン領域からの延設部分(下電極)に対しては、ゲート絶縁膜2と同時形成された絶縁膜(誘電体膜)を介して、走査線3aと同層の容量線3bが上電極として対向することにより、図1を参照して説明した保持容量60が構成されている。
As shown in FIG. 4, the
対向基板20は、透光性基板20sの表面に、ブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23a、および額縁状の遮光膜23bが形成されている。また、ダミー画素領域10d(ダミー画素100d)を覆う遮光膜23bには開口部23cが形成されている。また、遮光膜23a、23bを覆うように平坦化保護膜24が形成され、平坦化保護膜24の表面にはITO膜からなる対向電極21および配向膜26が形成されている。
In the
(光センサ素子40の構成)
本形態の液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)において、素子基板10では、ダミー画素領域10dに形成した画素電極9aの下層側には、下地絶縁膜12上にPIN型のフォトダイオードからなる光センサ素子40が形成されている。光センサ素子40は、例えば、薄膜トランジスタ30のソース領域およびドレイン領域と同時形成されたN型のシリコン層41と、真性のシリコン層42と、P型のシリコン層43とがこの順に積層された構造を備えており、かかるP型のシリコン層43は、例えば走査線3aと同時形成することができる。なお、光センサ素子40を構成するにあたっては、共通のシリコン層の中央に真性領域を残し、その両側にN型領域およびP型領域を形成してもよい。
(Configuration of the optical sensor element 40)
In the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) of the present embodiment, in the
また、素子基板10において、薄膜トランジスタ30の下層側には、透光性基板10sと下地保護膜12との層間に、反射光が薄膜トランジスタ30に入射することを防止するための遮光膜5aが形成されている。さらに、光センサ素子40の下層側にも、透光性基板10sと下地保護膜12との層間に、反射光が光センサ素子40に入射することを防止するための遮光膜5bが形成されている。
In the
また、液晶ライトバルブ100では、液晶パネル101における光の入射側(対向基板20の側)に第1偏光板115b、116b、117b(図1参照)が配置され、液晶パネル101における光の出射側(素子基板10の側)に第2偏光板115d、116d、117d(図1参照)が配置されている。
In the liquid crystal
(本形態の動作、および主な効果)
図5を参照して、本形態の液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)における動作、および主な効果を説明する。図5は、各色の液晶ライトバルブの輝度バランスを示す説明図である。
(Operation and main effect of this form)
With reference to FIG. 5, the operation and main effects of the liquid crystal light valve 100 (R), (G), and (B) of the present embodiment will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the luminance balance of the liquid crystal light valves of the respective colors.
本形態の液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)においては、画素電極9aと対向電極21との間に印加された駆動電圧によって液晶層50の配向を制御し、矢印L1で示すように、光源部150から出射された各色の光を変調し、出射する。
In the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) of the present embodiment, the orientation of the
その際、通常は、色光の視認性を考慮して、図5(a)に赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の設定輝度を各々、実線LR0、LG0、LB0で示すように、輝度が以下の関係
緑色(G)>青色(B)>赤色(R)
に初期設定されている。なお、かかる輝度は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)において同一諧調時の輝度である。
At this time, normally, considering the visibility of colored light, the set luminances of red (R), green (G), and blue (B) are shown by solid lines LR0, LG0, and LB0 in FIG. In addition, the luminance has the following relationship: Green (G)> Blue (B)> Red (R)
Is initially set. This luminance is the luminance at the same gradation in red (R), green (G), and blue (B).
また、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)では、ダミー画素領域10d(ダミー画素100d)でも、画素電極9aと対向電極21との間に印加された駆動電圧によって液晶層50の配向が制御される。
In the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B), the
本形態では、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)のいずれにおいても、矢印L2で示すように、光源部150から出射された各色の光は、液晶層50を透過して光センサ素子40に入射する。そして、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に形成された光センサ素子40での受光結果は共通の制御回路45に出力され、制御回路制45は、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に構成された光センサ素子40での受光量を比較する。かかる比較結果において、各色光の入射光量のバランスが初期状態と同様であれば、図5(a)に示す設定輝度が保持され、品位の高いカラー画像を表示することができる。
In this embodiment, in any of the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B), the light of each color emitted from the
これに対して、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に構成された光センサ素子40での受光量を比較した結果において、各色光の入射光量のバランスが初期状態から崩れ、例えば、青色(B)の光の入射光量が低下していたとする。このような状態のままでは、青色(B)の輝度が図5(b)に点線LB1で示すように低下し、
緑色(G)>赤色(R)>青色(B)
になってしまう。このような場合、制御回路45は、赤色(R)、緑色(G)の液晶ライトバルブ100(R)、(G)に構成されている画像処理回路202に対して、輝度を低下させるように指令する。その結果、赤色(R)、緑色(G)の液晶ライトバルブ100(R)、(G)では、画素電極9aに印加される信号レベルが補正され、図5(c)に点線LR1、LG1で示すように、赤色(R)、緑色(G)の輝度が低下する。従って、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の輝度は、以下の初期設定時の関係
緑色(G)>青色(B)>赤色(R)
に補正されるので、光源部15に用いた光源112の劣化が原因で、特定の色光の光量が低下した場合でも、品位の高いカラー画像を表示することができる。
On the other hand, in the result of comparing the amount of light received by the
Green (G)> Red (R)> Blue (B)
Become. In such a case, the
Therefore, even when the amount of specific color light is reduced due to the deterioration of the
[液晶ライトバルブの他の構成例]
図5は、本発明を適用した投射型表示装置に用いられる別の液晶ライトバルブの画像表示領域の端部およびダミー画素領域の構成を模式的に示す断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、図1〜図4を参照して説明した形態と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
[Other configuration examples of liquid crystal light valves]
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an end portion of an image display region and a dummy pixel region of another liquid crystal light valve used in the projection display device to which the present invention is applied. The basic configuration of the present embodiment is substantially the same as that described with reference to FIGS. 1 to 4, and therefore, common portions are denoted by the same reference numerals and illustrated. Description is omitted.
図1〜図4を参照して説明した液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)では、層間絶縁膜8の上層にITO膜からなる画素電極9aが形成され、液晶パネル101における光の出射側(素子基板10の側)に第2偏光板115d、116d、117dが配置されていたが、本形態では、図6に示すように、表示画素100aおよびダミー画素100dのいずれにおいても、ワイヤーグリッド偏光子9bが形成されている。このため、液晶ライトバルブ100では、液晶パネル101における光の入射側(対向基板20の側)に第1偏光板115b、116b、117bが配置されているが、液晶パネル101における光の出射側(素子基板10の側)には偏光板が配置されていない。
In the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) described with reference to FIGS. 1 to 4, the
ここで、ワイヤーグリッド偏光子9bは、入射する光の波長よりも小ピッチのストライプ状に形成された金属膜からなり、各ストライプ部分は互いに接続し、かつ、層間絶縁膜7、8に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極6bに電気的に接続されている。このため、本形態において、ワイヤーグリッド偏光子9bは画素電極としても機能する。また、ワイヤーグリッド偏光子9bは、シリコン酸化膜などの透光性の低屈折率層9cで覆われており、各ストライプ部分の間には低屈折率層9cが充填されている。なお、配向膜16の屈折率が低い場合には、各ストライプ部分の間を配向膜16で埋め、低屈折率層9cの形成を省略してもよい。また、ワイヤーグリッド偏光子9bに用いる金属膜としては、アルミニウム、銀、タングステン、チタンあるいはそれらの合金などを用いることができる。
Here, the
本形態の液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)においても、図4を参照して説明した構成と同様、素子基板10には、ダミー画素領域10dに形成したワイヤーグリッド偏光子9b(画素電極)の下層側には、PIN型のフォトダイオードからなる光センサ素子40が形成されており、かかる光センサ素子40は、N型のシリコン層41と、真性のシリコン層42と、P型のシリコン層43とがこの順に積層された構造を備えている。
Also in the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) of this embodiment, a wire grid polarizer formed in the
また、素子基板10において、薄膜トランジスタ30の下層側には、透光性基板10sと下地保護膜12との層間に、反射光が薄膜トランジスタ30に入射することを防止するための遮光膜5aが形成されている。さらに、光センサ素子40の下層側にも、透光性基板10sと下地保護膜12との層間に、反射光が光センサ素子40に入射することを防止するための遮光膜5bが形成されている。
In the
このように構成した液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)においては、例えば、光源部150から各色の光が出射されると、第1偏光板115b、116b、117bによって、P偏光のみが液晶パネル101に入射する。このため、液晶層50に電圧が印加されていない場合、液晶層50から出射される光はS偏光であるため、黒表示(暗表示)になる。また、ダミー画素100dでは、光源部150から出射された光は光センサ素子40に到達しない。
In the liquid crystal light valves 100 (R), (G), and (B) configured as described above, for example, when light of each color is emitted from the
これに対して、液晶層50に電圧が印加されると、液晶層50から出射される光はP偏光であるため、白表示(明表示)になる。従って、ダミー画素100dでは、矢印L2で示すように、光源部150から出射された光が光センサ素子40で受光される。
On the other hand, when a voltage is applied to the
そして、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に構成された光センサ素子40での受光結果は、図2に示す共通の制御回路45に出力され、制御回路制45では、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に構成された光センサ素子40での受光量を比較する。かかる比較結果において、各色光の入射光量のバランスが初期状態と同様であれば、図5(a)に示す設定輝度が保持され、品位の高いカラー画像を表示することができる。
The light reception results of the
これに対して、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に構成された光センサ素子40での受光量を比較した結果において、各色光の入射光量のバランスが初期状態から崩れている場合や、液晶層50が劣化している場合には、例えば、青色(B)の光の輝度が図5(b)に点線LB1で示すように低下する。このような状態では、各液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)における輝度バランスが以下
緑色(G)>赤色(R)>青色(B)
になってしまう。そこで、制御回路45は、赤色(R)、緑色(G)の液晶ライトバルブ100(R)、(G)に構成されている画像処理回路202に対して、輝度を低下させるように指令する。その結果、図5(c)に点線LR1、LG1で示すように、赤色(R)、緑色(G)の輝度が低下するので、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の輝度は、以下の初期設定時の関係
緑色(G)>青色(B)>赤色(R)
に補正される。それ故、品位の高いカラー画像を表示することができる。
On the other hand, in the result of comparing the amount of light received by the
Become. Therefore, the
It is corrected to. Therefore, a high-quality color image can be displayed.
このように、本形態では、液晶層50と光センサ素子40との間にワイヤーグリッド偏光子9bを配置したため、光センサ素子40での受光結果には、液晶層50の劣化度合いが反映されることになるため、かかる受光結果に基づけば、各色光における入射光量のバランスの崩れ、および液晶層50の劣化度合いの影響を全て含めて、輝度バランスの補正を確実に行なうことができる。
Thus, in this embodiment, since the
なお、本形態では、ワイヤーグリッド偏光子9bを画素電極としても機能させたが、画素電極およびワイヤーグリッド偏光子の双方を形成してもよい。また、ワイヤーグリッド偏光子については、光センサ素子40と重なる領域のみに形成し、表示画素100aの画素電極についてはITO膜により形成した構成を採用してもよく、このように構成した場合も、光センサ素子40での受光結果に対して液晶層50の劣化度合いを反映されることができる。
In this embodiment, the
[他の実施の形態]
上記形態では、光源部15として、光源112から出射された白色光を色分離光学系によって赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光に分離し、液晶ライトバルブ100(R)、(G)、(B)に供給しため、画素電極9aに印加される信号レベルを調整することにより、輝度バランスを補正したが、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を出射するLED素子や有機EL素子を備えた光源部を用いた場合、画素電極9aに印加される信号レベルの調整に代えて、あるいは画素電極9aに印加される信号レベルの調整に加えて、発光素子に対する駆動条件を調整することにより、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の発光素子からの出射光量バランスを調整して、輝度バランスの補正を行なってもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, as the light source unit 15, the white light emitted from the
上記形態では、複数の光センサ素子40を並列して用いたため、大きな検出電流を得ることができたが、その感度によっては、1つの光センサ素子40を設けてもよい。また、光センサ素子40の暗電流による影響を排除するため、参照用の光センサ素子を設け、その差動出力により、光源部15からの光を検出してもよい。
In the above embodiment, since a plurality of
また、上記形態では、ダミー画素100dに光センサ素子40を形成したが、ダミー画素100d以外の領域に光センサ素子40を形成してもよい。
Moreover, in the said form, although the
9a・・画素電極、9b・・ワイヤーグリット偏光子、10・・素子基板、10a・・画像表示領域、10d・・ダミー画素領域、20・・対向基板、30・・薄膜トランジスタ、40・・光センサ素子、45・・制御回路、100(R)、(G)、(B)・・液晶ライトバルブ、100a・・表示画素、100d・・ダミー画素、101(R)、(G)、(B)・・液晶パネル、110・・投射型表示装置、202・・画像処理回路
9a ... Pixel electrode, 9b Wire grit polarizer, 10 ... Element substrate, 10a ... Image display area, 10d ... Dummy pixel area, 20 ... Counter substrate, 30 ... Thin film transistor, 40 ...
Claims (4)
前記複数の液晶ライトバルブは各々、画像表示領域内に配列された複数の表示画素の各々に画素電極および画素スイッチング素子を備えた素子基板と、前記色光が入射する側で前記素子基板に対向配置された透光性の対向基板と、該対向基板と前記素子基板との間に保持された液晶とを有し、
前記素子基板には、前記画像表示領域の外側で前記対向基板側から入射した光を受光可能な光センサ素子が形成され、
当該光センサ素子での受光結果に基づいて、前記複数の液晶ライトバルブにおける輝度バランスが補正されることを特徴とする投射型表示装置。 A light source unit that emits a plurality of types of color light, a plurality of liquid crystal light valves that light-modulate each of the plurality of color lights emitted from the light source unit, and a modulated light that is emitted from the plurality of liquid crystal light valves In a projection type display device having a combined optical system that emits light and a projection optical system that projects light emitted from the combined projection system,
Each of the plurality of liquid crystal light valves is disposed opposite to the element substrate on the side on which the colored light is incident, and an element substrate having a pixel electrode and a pixel switching element for each of the plurality of display pixels arranged in the image display area. A translucent counter substrate, and a liquid crystal held between the counter substrate and the element substrate,
The element substrate is formed with an optical sensor element capable of receiving light incident from the counter substrate side outside the image display region,
A projection type display device, wherein a luminance balance in the plurality of liquid crystal light valves is corrected based on a light reception result of the photosensor element.
前記光センサ素子は、前記ダミー画素領域であって、前記画素電極の下層側で当該画素電極と重なる位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 A pixel electrode and a pixel switching element are provided outside the image display area in the element substrate and inside a sealing material that partitions the liquid crystal holding area between the element substrate and the counter substrate. A dummy pixel region in which dummy pixels that do not directly contribute to are formed,
The projection display device according to claim 1, wherein the photosensor element is formed in a position overlapping with the pixel electrode on the lower layer side of the pixel electrode in the dummy pixel region.
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