JP2010511179A - Ｏｆｆ−ａｘｉｓ投影システム - Google Patents

Abstract

少なくとも一対の基板と、該基板の間に配置された液晶材料を含む液晶表示パネルと、off-axis入射光源を含む投影手段とを含む投影型ディスプレイシステム。

Description

本発明は、液晶投影（projection）システムに関し、より具体的には、高性能表示品質を有する極めて低コストの投影システムのための、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを用いるoff-axis（オフアクシス；軸外）入射光液晶投影システムに関する。

１．２． 第１の需要としての発明の背景

ＴＶ用途向けの液晶表示（ＬＣＤ）装置について近年新たに見られる発展は、目ざましいものである。このＴＶに対するＬＣＤの新しい応用では、同時に、ＬＣＤでこれまで使用されてきたものよりも高い表示性能が求められている。高粘性スメクチック液晶材料は、潜在的に、ＴＶ用途に必要とされる高い画質を実現する。特に、画像形成パネルとして液晶表示パネルを用いる投影型ディスプレイシステムは、その性能において有意なコスト・パフォーマンスを示す。

投影型ディスプレイシステムの中でも、液晶表示（ＬＣＤ）パネルを用いた背面投影型システムが、６０インチ以上のスクリーンサイズ等の大型スクリーン投影型ＴＶセット用に広く用いられている。光学的に拡大されたスクリーンは、ＴＶセットの対角インチあたりのコスト等の単位スクリーンサイズあたりの製造コストの観点から、小型ＬＣＤパネルを用いた投影型ディスプレイの最大のメリットの１つである。投影型ＴＶセットの光学的拡大のために、ＬＣＤパネルベースの投影型ＴＶセットにより、プラズマ表示パネル（ＰＤＰ）等の直視型フラットパネルＴＶセット、および直視型大型ＬＣＤパネルＴＶセットの製造コストよりも低い製造コストが可能になる。

ＬＣＤパネルベースの投影型ＴＶセットには重要な（significant）コスト優位性に関するこのようなすばらしい点があるにせよ、その遅い光学応答、特にグレースケール間の遅い応答は、投影システムが大型スクリーンＴＶにおいて、大きな市場を取り込むことを阻んでいる。特別な大型スクリーンのＴＶにおいては、画像速度はスクリーンの対角サイズに正比例する。対角４インチスクリーンと対角４０インチスクリーンを比較すると、４０インチスクリーンは４インチの画像速度より１０倍速い画像速度を必要とする。これは、ＴＶ画像が各フレームにより形成されるからである。

通常、各フレームは、６０Ｈｚのフレーム速度のケースについてのものである１６．７ｍｓの時間周期を有する。スクリーンの対角サイズの如何に関わらず、各フレームは１６．７ｍｓ以内でフレームスクリーンを表示する必要がある。したがって、図１に例示されているように、飛行機は、１６．７ｍｓである単一フレーム内で約４インチの距離を移動する必要がある。これに対して、４０インチスクリーン内では、飛行機は１６．７ｍｓである単一フレーム内で約４０インチの距離を移動する必要がある。４インチと４０インチの間のスクリーン画像のこの差異は、光学応答、特にグレースケール間の光学応答についてのそれらの必要条件の重要な差異を与える。

充分に優れたフルモーション画質を保つという点からは、より速い光学応答は大型投影型ディスプレイにとっての極めて重要な必要条件である。

１．３． 第２の需要としての発明の背景
上述のように、製造のコスト優位性は、ＬＣＤベースの投影型ディスプレイの第一の利点である。言うまでもないが、充分に優れた画質、特に充分速いグレースケール間の光学応答を伴うフルモーションビデオ画像がなければ、顕著に低い製造コストでさえ、投影型ディスプレイシステムを消費者にとって好ましいＴＶセットとして魅力あるものにすることはないと考えられる。したがって、充分に速い光学応答、特に充分速いグレー間の光学応答が、ＬＣＤパネルベースの投影型ディスプレイにとって最も必要である。

１．４． 第３の需要としての発明の背景技術
ＬＣＤパネルベースの投影型ディスプレイシステムの中に充分速い光学応答が一旦確立されたならば、次の需要は、ＰＤＰ−ＴＶ、直視型の大型ＬＣＤ−ＴＶ等のその他の競合する技術に比べた更なるコスト上の利点である。

現在ある従来型のＬＣＤパネルベースの背面投影型ＴＶセットは、１つは緑色光用、１つは赤色光用そして他のは青色光用である３つのＬＣＤパネルから成る。各々のＬＣＤパネルは各々の原色画像を作り、投影スクリーン上で各画像を変換し、結果としてフルカラービデオ画像をもたらす。したがって、この従来のＬＣＤベース投影システムは３つのＬＣＤパネル、そしてそれらに対応する偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー、および画像変換システム等の光学部品を必要とする。精確な偏光ビーム処理のため、偏光ビームスプリッタは非常に高価である。その上、非常に高解像度のシステム内でのＲＧＢビーム変換のため、その画像変換には、非常に厳密な光学的調整が要求される。これらの要因がＬＣＤベースの投影システムの製造コストを押し上げている。

これに対して、単一のＬＣＤパネルが充分速い、特に充分速いグレースケール間の光学応答を提供するならば、偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー等の高価な光学部品の多くが除去され、その結果製造コストがより低くなる。その上、複雑な画像変換プロセスを回避して、製造コストは、現在達成可能なコストのものよりもはるかに低いものとなることが大いに期待されている。

２． 解決すべき技術的問題点
上述の通り、ＬＣＤパネルベースの背面投影型ディスプレイシステムにおける現在の問題点を克服するために、２つの独立した技術的問題が解決されなくてはならない。第１の技術的問題は、充分速い光学応答、特にグレースケール間での光学応答を確立することにある。第２の技術的問題は、投影スクリーンで充分優れた画質を保ちつつ高価な光学部品を除去することにある。

２．１． 投影システムのための充分速い光学応答
直視型ＬＣＤとは異なり、ＬＣＤパネルベースの投影型ディスプレイの大部は、直視型ＬＣＤのものよりも速い光学応答を有する。投影型ディスプレイの動作温度は、直視型ＬＣＤについてのものよりも高い環境温度を可能にする。この幾分か高い温度は、より速い光学応答を得る一助となる。背面投影型ＬＣＤシステムについての標準的な環境温度は６０℃である。この高い温度は、室温でのものよりもほぼ２倍速い光学応答を可能にする。この２倍の速さの光学応答でさえ、フルモーションビデオ特にグレースケール間光学応答にとって充分なものではない。従来のネマチックベースのＬＣＤの標準的なグレースケール間光学応答は２０ｍｓである。時として、これには２５ｍｓ超がかかる。

ＬＣＤベースの背面投影システム用に一般に用いられる高温ポリＳｉ−ＴＦＴの印加電圧制限に起因して、最大印加電圧は５Ｖに制限されている。この制限された印加電圧もまた、従来のネマチックベースのＬＣＤ投影システムにとっての制約となっている。求められているのが極めて高解像度のＴＦＴであることから、高温ポリ−Ｓｉ−ＴＦＴは、液晶媒体を駆動するための最も将来性あるバックプレーンである。したがって、高温ポリ−Ｓｉ−ＴＦＴにより提供される低い駆動電圧ではるかに速い光学応答を実現することが最も強く求められている。

２．２． 高価な光学部品の除去
この第２の必要条件は、解決がさらに複雑である。１．４で論述されているように、はるかに速い光学応答のＬＣＤパネルが３ＬＣＤパネルの解決法を除去することになり、その結果投影システムから数多くの高価な光学部品を除去することが可能となる。しかしながら、従来の光学系を応用するかぎり、なおも高価な偏光ビームスプリッタおよび高価なハーフミラーが必要とされる。充分速い光学応答のＬＣＤパネルを導入して、フィールドシーケンシャルカラー方法により単一ＬＣＤパネル光学系が可能となる。

ＬＣＤパネルを含む光学部品のなかでも、最も高価なものは、偏光ビームスプリッタである。その上、偏光ビームスプリッタを使用するかぎり、利用可能な光学的設計は、偏光ビームスプリッタに対する所要入射角に起因してほぼ固定される。光学系内のこの制限された設計の自由度もまた、ＬＣＤベースの背面型投影システムの全体的光学設計を制約する。したがって、偏光ビームスプリッタの除去が、第２の技術的問題を解決するために最も重要である。

３． 技術的問題を解決するための方法
上述の技術的問題は、解決すべく調査されている。２つの主要な問題点が調査されている。１つは、単一のＬＣＤパネルでフィールドシークエンシャルカラーシステムを実現するのに充分優れたグレースケール間光学応答を含めた充分速い光学応答を達成するための方法である。他のは、最も高価な光学素子でありＬＣＤベースの背面投影型ＴＶシステムにおける設計の自由度を制約する偏光ビームスプリッタとハーフミラーを除去することである。

３．１． 充分速い光学応答を得る
背面投影型ＴＶセットにおけるはるかに飽和度の高い天然色でのフルモーションビデオ画像再生に対する必要条件のため、高温ポリ−Ｓｉ−ＴＦＴとの適合性に関して、高速光学応答のみならず連続的グレースケール能力も又、最も求められていることである。モノリシックシリコンウェーハを用いて、強誘電性液晶ディスプレイつまりＦＬＣＤ等の２値形式の高速光学応答ＬＣＤで、いわゆるデジタルグレースケールを適用することができる。しかしながら、モノリシックシリコンウェーハは、反射型投影システムしか提供しない。

可視光波長のシリコンウェーハの非透過性性能に起因して、反射型投影システムは、この解決法のための唯一の道である。その上、たとえモノリシックシリコンが、各ピクセルにおいて液晶を駆動するために各々のピクセル素子の非常に速いアドレッシングを可能にするとしても、デジタルグレースケールは極度に速い信号処理を必要とする。同様に、ＦＬＣＤの制限された光学応答は、たとえデジタルグレースケールでも、天然色飽和の必要条件を満たすため、ディザリングおよび／または付加的な更なるグレースケールの創造を必要とする。

実際のところ、現在のデジタルグレースケールは、充分に速く、充分に飽和度が高く、かつ充分に低コストの背面投影型システムの解決法を達成できなかった。したがって、極めて速い光学応答を有するいわゆるアナロググレースケールまたは現行の従来のＬＣＤ適合性グレースケールが、この特別な必要条件を満たすための唯一考えられる解決法であることは明白である。

米国特許出願（第２００４−０１９６４２８号）によって紹介された通りのＰＳＳ−ＬＣＤ技術が、充分速いアナロググレースケール応答を実現するために唯一考えられる現行の方法である。その上、ＰＳＳ−ＬＣＤ技術は、現行の従来のネマチックベースのＬＣＤと完全に適合性があり、このことはすなわち、ＬＣＤドライバＩＣ等の電子機器そして信号制御用プロセッサが、市販のものと完全な適合性を有するということを意味している。この事実は、従来の電子機器設計を共有することを理由として、高温ポリ−Ｓｉ−ＴＦＴバックプレーンを含め、少なくとも電子機器部が充分に低コストであることを示唆している。ＰＳＳ−ＬＣＤと従来のネマチックベースのＬＣＤの適合性のため、モノリシックシリコンバックプレーンまたはＬＣｏＳバックプレーンでさえ、そのままで応用可能である。したがって、ＰＳＳ−ＬＣＤは、充分速いグレースケール間光学応答を実現する、単一パネル背面投影型ＴＶシステムのための充分低コストの解決法をも実現するのみならず。

３．２． 高価な光学部品の除去
発明人は、これらの高価な光学部品に固有の必要条件を考慮した。図２に示されているように、従来のＬＣＤパネルに対する許容可能な入射光角度が、最も際立った制約条件である。例えば、連続する白色光源を用いて、図２は、ＬＣＤパネルに対する許容可能な入射光角度を示している。図３は、ＲＧＢ ＬＥＤまたはレーザービーム光源を用いたＬＣＤパネルに対する考えられる入射ビームシステムを示している。両方の方法共、ＬＣＤパネルに充分良い入射光を導入するために偏光ビームスプリッタおよびハーフミラーをなおも必要とするということは明白である。図４は、ＬＣｏＳのケース、または反射型ＬＣＤパネルのケースを示している。このケースでは、同様に、偏光ビームスプリッタおよびハーフミラーが最も必要なものであることも明白である。

図２、３および４は、ＬＣＤパネルに対する垂直な入射角であるＬＣＤパネルに対する制限された入射角が、この制限された入射ビーム角度の必要条件の原因であり、その結果高価な光学素子が必要となる、ということを示唆している。したがって、光源からの入射光ビームが、図５に示されているようにoff-axisでＬＣＤパネルに入ることができており、偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー等の高価な光学素子は投影システムから除去されることは明白である。このことは明白ではあるものの、現行の従来のＬＣＤは、その光スループットについて入射光角度に強く依存していることは周知である。要するに、従来のＬＣＤパネルへのoff-axis入射は、充分に良い光スループットを提供しない。これはスクリーン輝度の損失に起因して、投影型ディスプレイの用途にとって致命的な問題点である。

ここでもまた、本特許出願の発明人により発明されたＰＳＳ−ＬＣＤ技術は、明らかにこの特定の技術的必要条件を解決するための非常に実用的な解決法を提供する。図６は、ＰＳＳ−ＬＣＤの光スループットの入射角依存性を示す。図６に示されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤが、ＬＣＤパネルに対する垂線から３０度といったoff-axis入射光ビームに対し８０％より大きいスループットを提供することは極めて明白である。このことはすなわち、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルが、入射光ビーム角をパネルに対して垂直に制限しないことを意味している。特に、図５に示されている深いoff-axis許容量が、偏光ビームスプリッタおよびハーフミラーの使用の除去を可能にしている。

図６から、たとえ入射角がＬＣＤパネル平面に対する垂線から２０度であっても、ほぼ９０％の光スループットが得られるということは明白である。入射光角度および光スループットはトレードオフ関係を有する。入射光角度のoff-axis角度が大きくなればなるほど、提供されるスループットは低くなる。しかしながら、入射光角度に起因する光スループットの減少は、従来のＬＣＤディスプレイのものに比べて非常に小さい。例えば、従来のＴＮ−ＬＣＤパネルでは、１０度というoff-axis入射光角度ではそのパネル垂線の角度の場合の半分以下に光スループットが低下する。

本発明の更なる適用可能範囲は、以下に記す詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明および具体的実施例は、本発明の好ましい実施形態を表わしているものの、この詳細な説明から当業者には本発明の精神および範囲内に入るさまざまな変更および修正が明らかとなることから、単なる例として記されているにすぎない、ということを理解すべきである。

スクリーン対角サイズに左右される画像速度を示す図である。 ３パネル投影システム用の従来のＬＣＤパネルに対する入射光角度を示す図である。 単一パネル投影システム用の従来のＬＣＤパネルに対する入射光角度を示す図である。 従来のＬＣｏＳ表示パネルに対する入射光角度を示す図である。 off-axis入射光角度システムを示す図である。 ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの光スループットの入射角依存性を示す図である。 １２０Ｈｚの合計フレームシートについてのタイミング図を示す図である。 デジタルグレースケール方法用のサブフレームシステムを示す図である。 ８分割サブピクセルシステムを示す図である。 パルス幅変調によるデジタルグレースケールを示す図である。 off-axis光学系のための異なる光学装置を示す図である。 表１内の実施例１について光効率を決定するための入射光角度と測定光角度の関係（本発明）を示す図である。 表２内の実施例２について光効率を決定するための入射光角度と測定光角度の関係（コントロール）を示す図である。 表３内の実施例３について光効率を決定するための入射光角度と測定光角度の関係（本発明）を示す図である。 表４内の実施例４について光効率を決定するための入射光角度と測定光角度の関係（コントロール）を示す図である。

以下では、所望により添付図面を参照しつつ、本発明について詳述する。以下の記述中、定量的な割合または比を表わす「％」および「部」は、特に具体的指摘のないかぎり質量に基づくものである。

ＰＳＳ−ＬＣＤならびにＲＧＢ原色投影光源の極度に広い視野角を用いて、重要な光スループットを失なうことなく、off-axis入射ビーム角投影システムを実施する。図５は、本発明の概念を提示している。光スループットの視野角依存性に関するＰＳＳ−ＬＣＤパネルの実際の測定結果である図５に例示されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルは、極めて広い視野角を有するかまたは、off-axis光に対する充分良好な光スループットを保つ。ＰＳＳ−ＬＣＤパネルのこの特別な特徴を用いて、極度にoff-axisの入射光光学系は、図５に正に示されている高価で複雑な光学的設計を使用することなく、実用的投影システム用に機能する。

ＲＧＢ原色光源を使用すると、各原色光源は、１２０Ｈｚの合計フレーム速度と等価である３６０Ｈｚのサブフレーム速度で、赤色、青色および緑色の要領で、時間的に順次発光する。赤色光発光タイムフレームが活動化された時点で、赤色入射光は先ず最初にミラーにぶつかり、次に、赤色ビーム方向は、図５に示されているように３０度未満等の非常に浅い入射角でＲＳＳ−ＬＣＤパネルに向かって変更させられる。この入射光はＰＳＳ−ＬＣＤパネル内を走行し、投影レンズへ向かって外に進む。次の時間シーケンス内では、青色原色光が、赤色原色光と同じプロセスをくり返す。

時間シーケンスタイミングの例の１つが図７に示されている。図７は、１２０Ｈｚの合計フレーム速度、つまり３６０Ｈｚのサブフレーム速度を示す。０．２ｍｓのブランキング時間を伴い０ｍｓ〜２．６ｍｓの第１のサブフレームで赤色光が発光を有する。この発光を同期化して、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルはこの赤色入射光用に空いている。合計光スループットはこの空き部域と発光の結果である。連続するサブフレームにおいて、青色光発光が次に来る。この特定のサブフレームにおける合計光スループットは、赤色サブフレームにおけるものと同じである。

本発明の最も重要な特徴は、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの光スループットの量である。現在あるＬＣＤパネル技術は、同じタイプの光学系を可能にするものの、光スループットの強い視野角依存性に起因して現存のＬＣＤパネル技術のいずれも、このようなoff-axis入射光光学系において実際上受容可能な光スループットを可能にしない。この特定の発明を可能にする他の要素は、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの極めて速い光学応答である。本発明を可能にするためには広い視野角または充分に広角の光スループットが最も必要であるが、合計３００Ｈｚより大きいフレーム速度を満たす極めて速い光学応答も本発明の不可欠な要因である。フィールドシーケンシャルカラーシステムの欠点の１つは、その色ブレーキングの問題にある。

ＲＧＢシーケンシャルカラー発光に起因して、遅いフレーム速度は時として、人間の目とフィールドシーケンシャルカラー画像の間の相対的動きに応じて明らかに知覚的な単色画像を提供する。フィールドシーケンシャルカラーディスプレイにおける色ブレーキングの問題を回避するために、少なくとも合計１２０Ｈｚのフレーム速度が最も必要である、ということは周知である。合計１２０Ｈｚのフレーム速度には、３６０Ｈｚのサブクレームが必要となる。これには、各サブフレームで２ｍｓ未満の光学応答時間が必要である。 既知のＬＣＤ技術の中でも、ＯＣＢ−ＬＣＤ等の一部のＬＣＤは、２ｍｓの光学応答時間を提供する。しかしながら、２ｍｓの応答時間は、０〜１間タイプの応答または非グレースケール応答でのみ実現される。

これまで、ＰＳＳ−ＬＣＤを除いて、既知のＬＣＤのいずれもそのグレースケール間応答で５ｍｓより短かい応答時間を有していない。極めて速い光学応答を有するものとして公知の強誘電性液晶ディスプレイつまりＦＬＣＤは、フィールドシーケンシャルカラーディスプレイのための充分に速い光学応答の条件を満たす。しかしながら、ＦＬＣＤは、連続的グレースケールまたはアナロググレースケールを示す能力を全く有していない。フィールドシーケンシャルカラーディスプレイでは、アナロググレースケール能力が無ければ、いわゆるデジタルグレースケールでグレースケールを作り出すことが必要とされる。その上、ＤＣ−バランスの必要条件に起因して、ＦＬＣＤは、フレームの半期以内で光スループットを失う。これはプロジェクタの用途として極めて重大な問題である。

デジタルグレースケールにおいて公知の方法が２〜３ある。１つは、プラズマディスプレイパネルつまりＰＤＰにおいて用いられているサブフレームの組合せである。１つのフルフレームを８個のサブフレームに分割して、分割された各々のサブフレームは、図８に示されているように、１：２：４：８：１６：３２：６４：１２８等のその光強度における異なる光スループットを有する。ＰＤＰとは異なり、ＬＣＤはそれ自体発光せず、そのため照明光源が必要とされる。ＬＣＤの主要な機能は、光スイッチングシャッターである。

したがって、このＰＤＰタイプのデジタルグレースケール方法においては、ＬＣＤの所要光学応答時間は、図８に示されているように３２．４マイクロ秒である。この所要光学応答は、１２０Ｈｚの合計フレーム速度または３６０Ｈｚのサブフレーム速度のケースである。色ブレーキング問題をことごとく回避するためにより速いフレーム速度が必要である場合、１８０Ｈｚまたは２４０Ｈｚの合計フレーム速度が必要とされる。１８０Ｈｚの合計フレーム速度では、液晶ディスプレイ応答は、７マイクロ秒より短かいことが必要とされ、２４０Ｈｚの合計フレーム速度では、５マイクロ秒未満が必要である。

このような速い光学応答は、ＦＬＣＤによって網羅されない。これまで、ＰＳＳ−ＬＣＤを含めたいかなるＬＣＤ技術も、このレベルの速い光学応答を実現していない。したがって、ＬＣＤには、ＰＤＰタイプのデジタルグレースケールは応用できない。他のデジタルグレースケールはいわゆるディザリング方法である。これは、基本的に空間的分割グレースケールである。上述のＰＤＰタイプのデジタルグレースケール等の時間領域分割を使用する代りに、ディザリング方法は、空間的分割を使用する。

図９で示されているように、完全な１ピクセル内の８分割されたサブピクセルは、２５６スケールの異なる光強度を作る。８分割された各々のサブピクセル部域は、ＰＤＰタイプのデジタルグレースケールが時間領域内で作り出すのと正に同じように、２５６のグレースケールを作り出すため１：２：４：８：１６：３２：６４：１２８といった異なる部域を有していなければならない。ディザリングデジタルグレースケールは、空間領域内に充分良好なグレースケールを作り出す。このデジタルグレースケール方法の問題点は、極めて微細なサブピクセル構造を必要とすること、ならびに電極構造が過度に複雑であることにある。例えば、合計フルピクセルサイズの１ケースは２０×２０μｍ（ミクロン）であり、最小のライン幅は図１０に示されているように０．０８μｍ（ミクロン）である。

この極めて小さいライン幅は、リトグラフィの分野で現在知られている技術を用いて実現することが不可能なものである。たとえこのライン幅が一部の新規技術を用いて実現されたとしても、光波長と比較して過度に小さいサイズとの相互作用が無いために、光学表示装置として０．５６μｍ（ミクロン）の標準的波長を有する可視光源を使用することにより光強度を制御することは不可能と考えられる。したがって、ディザリング方法が、デジタルグレースケールに対する解決法を提供しないことは明白である。他のデジタルグレースケール方法は、いわゆるパルス幅変調である。この方法には、時間領域の使用という点でＰＤＰタイプのデジタルグレースケールといくつか類似点がある。パルス幅変調とＰＤＰタイプのデジタルグレースケール方法の最大の相違点は、図１０に示されているような蓄積された光学的光スループットの使用にある。

光スイッチングシャッターとしてのＬＣＤの主たる機能に起因して、図１０に示されているような時間領域分割応答がデジタルグレースケールを可能にする。この方法でさえ、１２０Ｈｚの合計フレーム速度で各々８ビットのカラーグレースケールを得るためには、１０マイクロ秒の最小光学応答が必要である。１０、２０および４０マイクロ秒等の速い光学応答を必要とするより低いグレースケールを犠牲にすることにより、この方法は、ＦＬＣＤおよびＰＳＳ−ＬＣＤ等の極めて速い光学応答のＬＣＤ技術を用いてデジタルグレースケールを可能にする。しかしながら、グレースケール再現度が低いことから、この方法もまた、特にグレースケール必要条件の充分に良好な画質について受容不可能である。

パルス幅変調とディザリング方法の組合せは、デジタルグレースケールとして受容可能な画質を提供するかもしれない。しかしながら、この組合せは、多大なコスト負担をもたらす。以上で説明した通り、ディザリング方法の欠点の１つは、そのピクセル構造の複雑さならびに駆動電極必要条件が多すぎることにある。これは各サブピクセルが独自の駆動電極を必要とするからである。例えば、１，２８０×７６８＝９８３，０４０ピクセルである合計ピクセル数のＷＸＧＡは、ディザリングデジタルグレースケール方法では９８３，０４０×８＝７，８６４，３２０ピクセルを必要とする。例えばパルス幅変調で２ビットそしてディザリングで６ビットというように部的にパルス幅デジタルグレースケールを使用することにより、光学応答時間およびサブピクセル数についての所要仕様は、それぞれ１．４ｍｓおよび５，８９８，２４０ピクセルである。

これらの数は、それぞれ各方法についてのものよりも優れているが、それでも１．４ｍｓは大部のＬＣＤ技術にとって速すぎるものであり、サブピクセル数はそのピクセルサイズの技術的制限と同時にコストの問題点も提起する。したがって、デジタルグレースケール方法が、ＬＣＤ技術を用いて実用的解決法のいずれかを提供することは明白である。それどころか、アナロググレースケールは、１ｍｓよりも短かいもの等の非常に速い光学応答時間がなおも必要とされるという点以外、ピクセル数に全く問題はない。ＰＳＳ−ＬＣＤは、グレースケール間応答を含め、充分速い光学応答を有する。

図７から、光学応答が速くなればなるほどより高い輝度の光スループットが提供されることは明白である。光スループットの上昇および下降プロセスのため、合計光スループットは、液晶パネルの透過率（または反射率）と応答プロファイルの両方に左右される。透過率（または反射率）には、光スループットの入射光角度依存性が含まれる。したがって、広い入射角の光スループットと速い光学応答の両方が、本発明を実現するための２つの主要な要因である。

結論として、ＰＳＳ−ＬＣＤ技術の極めて広い視野角を有しかつグレースケール間を伴う非常に速い光学応答が、この特定の発明における技術的必要条件と経済的必要条件の両方において唯一考えられる解決法である。

以下では、本発明について、具体的実施例を参照しつつ、さらに詳細に記述する。

実施例１
（本発明）
ＶＧＡのピクセル解像度（６４０×４８０）を有するツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶ディスプレイ用に具体的に設計された反射型シリコンバックプレーンを用いて、いわゆるＬＣＯＳつまりシリコンパネル上液晶を、ＰＳＳ−ＬＣＤ技術を用いて製造する。シリコンバックプレーンの対角サイズは０．５５インチである。小さい０．５５インチのシリコンダイを中性洗剤で洗浄し、純水で洗い流す。シリコンバックプレーンの上面は、アルミニウム−銅合金でほぼ被覆されており、したがって強アルカリ性洗浄剤は利用不可能である。純水が内側を覆い乾燥（lines and dried）した後、シリコンバックプレーンを、乾式洗浄としてＵＶ洗浄剤によっても洗浄する。製造された他の基板は、対角サイズ０．６５インチのＩＴＯコーティング済みガラス基板である。このＩＴＯコーティング済みガラス基板は、いかなる画素化もない単純なＩＴＯコーティングされたものである。このＩＴＯコーティング済みガラスを、ｐＨ １１の強アルカリ性洗浄剤を用いて洗浄し、その後純水で洗い流す。

それぞれに洗浄した後、基板の両方の上面を、スピンコーティング機によりポリイミドでコーティングする。ポリイミドのコーティング厚みは、ｃｌａｎオーブンにより硬化させた後それぞれ、シリコンダイについては４００Ａ、ＩＴＯ基板については３００Ａである。ポリイミドの硬化の後、ポリイミドの上面をバフ研磨機でバフ研磨する。このＬＣＯＳパネルラミネート加工用には、ＵＶおよび熱タイプの接着剤を使用する。シリコン粒子混合型接着剤を、ＩＴＯガラス基板の周辺部域に分注する。使用したシリコン粒子は０．９μｍ（ミクロン）の平均直径サイズを有する。このシリコン粒子混合型接着剤によりラミネート加工した後、ＵＶおよび熱を適用し、空の反射型パネルを製造する。

自家製混合物により作製されたＰＳＳ液晶材料を、熱適用方法と共に真空を使用することによって、この空のパネルの中に充填する。充填した最高温度は１００℃である。充填プロセルの後、充填穴をＵＶ接着剤で削り取る（chipped off）。

この製造された反射型ＰＳＳ−ＬＳＤパネルを用いて、図５に示されている通りに、反射型光学系を製造する。製造された光学部品は、以下の通りである：（１）反射型ＰＳＳ−ＬＣＤパネル、（２）２０ｍｍ×１５ｍｍ×１．１ｍｍというサイズのミラー、（３）ＲＧＢ波長選択レーザー、（４）２５ｍｍの直径サイズを有する凹レンズおよび（５）一対の偏光子。光源としては、ＲＧＢ ＬＥＤランプも利用可能である。ここでは、本発明の機能確認を目的として、ＲＧＢ波長選択光源を使用する。

製造されたＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルを、１つの修正を加えてＴＮ−ＬＣＤについて設計された標準的駆動ユニットを使用することによって駆動する。フィールドシーケンシャルカラー画像の創造を確認するため、当初の６０Ｈｚの合計速度から１２０Ｈｚの合計速度まで、フレーム速度を変化させる。この変更は非常に単純であり、単に、クロック速度変更により信号タイミングを変化させただけである。信号源としてはパーソナルコンピュータを使用する。本発明においてフィールドシーケンシャルカラーシステムとしての基本的性能を確認するために、トータル赤色画像、トータル緑色画像、トータル青色画像およびトータル白色画像を先ず最初にＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルに入力する。その後、黄色、ピンク、青緑色の画像等の混合色画像を確認する。その後、最後に白色画像から黒色画像までの連続的グラデーションを表示する。図５に示された装置を用いて、これらの原色、混合色および連続グラデーションカラー画像が、色ブレーキング問題を呈することなく確認される。

その後、ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルに対する入射角の関数として、光効率（light efficacy）を測定する。表１は測定の結果を要約するものである。表１に示されている通り、本発明は、４０度のoff-axis入射角で８０％より大きい光効率を実現する。

［表１］
実施例１についての光効率（本発明）

実施例２

（コントロール）

実施例１（図５）で記述されているものと全く同じ光学装置を使用し、反射型ＬＣＤパネルの代わりにＴＮタイプのＬＣＯＳパネルを用いるだけである。

先ず最初に、ＴＮタイプのＬＣＯＳパネルに、１２０Ｈｚの合計フレーム速度である同じ時間系列信号を適用する。ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルについて４．１に適用されたものと同じカラーパターンを用いて、投影されたスクリーン画像をＣＡ−２１０システム（Konica-Minolta）により測定する。ＴＮ−ＬＣＤの遅い応答に起因して、純粋な原色を得ることはできなかった。原色が得られる代りに、Ｒ、ＧおよびＢの原色信号入力について混合色画像が得られる。混合色信号入力については、得られたスクリーン画像のカラーは、入力信号カラーと非常に異なっている。

白色信号を用いて、ＴＮ−ＬＣＯＳパネルに対する入射光角度の関数として光効率を測定する。表２は、測定の結果を要約している。表１と表２を比較することで、ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルとＴＮ−ＬＣＯＳパネルの間の光効率の明らかな差がわかる。

［表２］

実施例２についての光効率（コントロール）
＊：測定不能

実施例３

（本発明：異なるデバイス）

ＶＧＡのピクセル解像度（６４０×４８０）を有するツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶ディスプレイ用に具体的に設計された反射型シリコンバックプレーンを用いて、いわゆるＬＣＯＳつまりシリコンパネル上液晶を、ＰＳＳ−ＬＣＤ技術を用いて製造する。シリコンバックプレーンの対角サイズは０．５５インチである。小さい０．５５インチのシリコンダイを中性洗剤で洗浄し、純水で洗い流す。シリコンバックプレーンの上面は、アルミニウム−銅合金でほぼ被覆されており、したがって強アルカリ性洗浄剤は利用不可能である。純水が内側を覆い乾燥した後、シリコンバックプレーンを、乾式洗浄としてＵＶ洗浄剤によっても洗浄する。製造された他の基板は、対角サイズ０．６５インチのＩＴＯコーティング済みガラス基板である。このＩＴＯコーティング済みガラス基板は、いかなる画素化もない単純なＩＴＯコーティングされたものである。このＩＴＯコーティング済みガラスを、ｐＨ １１の強アルカリ性洗浄剤を用いて洗浄し、その後純水で洗い流す。

それぞれに洗浄した後、基板の両方の上面を、スピンコーティング機によりポリイミドでコーティングする。ポリイミドのコーティング済み厚みは、ｃｌａｎオーブンにより硬化させた後それぞれ、シリコンダイについては４００Ａ、ＩＴＯ基板については３００Ａである。ポリイミドの硬化の後、ポリイミドの上面をバフ研磨機でバフ研磨する。このＬＣＯＳパネルラミネート加工用には、ＵＶおよび熱タイプの接着剤を使用する。シリコン粒子混合型接着剤を、ＩＴＯガラス基板の周辺部域に分注する。使用したシリコン粒子は０．９μｍ（ミクロン）の平均直径サイズを有する。このシリコン粒子混合型接着剤によりラミネート加工した後、ＵＶおよび熱を適用し、空の反射型パネルを製造する。

自家製混合物により作製されたＰＳＳ液晶材料を、熱適用方法と共に真空を使用することによって、この空のパネルの中に充填する。充填した最高温度は１００℃である。充填プロセルの後、充填穴をＵＶ接着剤で削り取る。

この製造された反射型ＰＳＳ−ＬＳＤパネルを用いて、図１１に示されている通りに、反射型光学系を製造する。製造された光学部品は、以下の通りである：（１）反射型ＰＳＳ−ＬＣＤパネル、（２）１５ｍｍ×１５ｍｍ×３ｍｍというサイズの光拡散器、（３）ＲＧＢ波長選択レーザー、（４）２５ｍｍの直径サイズを有する凹レンズ。光源としては、ＲＧＢ ＬＥＤランプも利用可能である。ここでは、本発明の機能確認を目的として、ＲＧＢ波長選択光源を使用する。

製造されたＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルを、１つの修正を加えてＴＮ−ＬＣＤについて設計された標準的駆動ユニットを使用することによって駆動する。フィールドシーケンシャルカラー画像の創造を確認するため、当初の６０Ｈｚの合計速度から１２０Ｈｚの合計速度まで、フレーム速度を変化させる。この変更は非常に単純であり、単に、クロック速度変更により信号タイミングを変化させただけである。信号源としてはパーソナルコンピュータを使用する。本発明においてフィールドシーケンシャルカラーシステムとしての基本的性能を確認するために、トータル赤色画像、トータル緑色画像、トータル青色画像およびトータル白色画像を先ず最初にＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルに入力する。その後、黄色、ピンク、青緑色の画像等の混合色画像を確認する。その後、最後に白色画像から黒色画像までの連続的グラデーションを表示する。図１１に示されたデバイスを用いて、これらの原色、混合色および連続グラデーションカラー画像が、色ブレーキング問題を呈することなく確認される。

その後、ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルに対する入射角の関数として、光効率を測定する。表３は測定の結果を要約するものである。表３に示されている通り、本発明は、４０度のoff-axis入射角で８０％より大きい光効率を実現する。

［表３］
実施例３についての光効率（本発明）

実施例４
（コントロール）
実施例３（図１４）で記述されているものと全く同じ光学デバイスを使用し、反射型ＬＣＤパネルの代わりにＴＮタイプのＬＣＯＳパネルを用いるだけである。

先ず最初に、ＴＮタイプのＬＣＯＳパネルに、１２０Ｈｚの合計フレーム速度である同じ時間系列信号を適用する。ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルについて４．１に適用されたものと同じカラーパターンを用いて、投影されたスクリーン画像をＣＡ−２１０システム（Konica-Minolta）により測定する。ＴＮ−ＬＣＤの遅い応答に起因して、純粋な原色を得ることはできなかった。原色が得られる代りに、Ｒ、ＧおよびＢの原色信号入力について混合色画像が得られる。混合色信号入力については、得られたスクリーン画像のカラーは、入力信号カラーと非常に異なっている。

白色信号を用いて、ＴＮ−ＬＣＯＳパネルに対する入射光角度の関数として光効率を測定する。表４は、測定の結果を要約している。表３と表４を比較することで、ＰＳＳ−ＬＣＯＳパネルとＴＮ−ＬＣＯＳパネルの間の光効率の明らかな差がわかる。

［表４」
実施例４についての光効率（コントロール）
*：測定不能

本発明は、非常に高い光効率を有する有効なoff-axis投影型ディスプレイシステムを実現する。本発明のこの技術的功績により、極めて単純でかつコスト効果的な投影システムも実現される。光学部品を最低限しか必要としない単純な光学系は、光学的設計の自由度をも与える。設計の自由度のために先ず第１に、極めて小体積の投影システムが実現される。

第２に、非常に容易な光学部品組立てが実現される。

第３に、光学部品を最小限しか使用せずに高い光効率およびコスト削減の両方が、光効率とコスト節減の間の高水準の両立性を伴って実現される。使用される光学部品の削減により、光損失または光効率低下の重要な原因の１つである表面反射は低減される。本発明のoff-axis光学系は、所要光学部品の削減を可能にし、その結果光効率をなお一層高くする。

このように記述された本発明に基づいて、本発明を数多くの方法で変形できることは明白である。かかる変形形態は、本発明の精神および範囲からの逸脱とみなすべきものではなく、当業者にとって明白と考えられるような修正は全て以下のクレームの範囲内に含み入れられるよう意図されている。

Claims (7)

1. 少なくとも一対の基板と、該基板の間に配置された液晶材料とを含む液晶表示パネルと；
   off-axis入射光源を含む投影手段とを含む、投影型ディスプレイシステム。
2. 前記液晶表示パネルがＰＳＳ−ＬＣＤ技術を使用する請求項１に記載の投影型ディスプレイシステム。
3. 前記off-axis入射角が１０°より大きい請求項１に記載の投影型ディスプレイシステム。
4. 少なくとも一対の基板と、該基板の間に配置された液晶材料とを含む液晶表示パネルと；
   off-axis入射光源を含む投影手段とを含む投影型ディスプレイシステムにおいて；
   前記投影システムが、反射型ＰＳＳ−ＬＣＤパネル、ミラー、赤、青および緑色波長選択光源、凹レンズおよび一対の偏光子を含む投影型ディスプレイシステム。
5. 前記投影システムが偏光ビームスプリッタを使用しないものである請求項４に記載の投影型ディスプレイシステム。
6. 前記投影システムが、赤、緑および青色の原色光源を有する請求項１に記載の投影型ディスプレイシステム。
7. １０°より大きいoff-axis角度で、off-axis入射＊＊光＊＊が反射型ＰＳＳ−ＬＣＤパネルに導入される請求項３に記載の投影型ディスプレイシステム。