JP2615941B2 - 液晶表示素子と投射型表示装置 - Google Patents

液晶表示素子と投射型表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、入力画像信号に応じた光学像を形成する液
晶表示素子及びその液晶表示素子を利用した投射型表示
装置に関する。
従来の技術 第5図は従来のアクティブ・マトリクス型の液晶表示
素子の構造を示す断面図である。第6図において1a、1b
は透明基板で、これらの基板1a、1b間に液晶2を挟持す
る。下方の基板1bに表示駆動用スイッチング素子である
薄膜トランジスタ(TFT)4とそれに接続された絵素電
極5が形成されている。この絵素電極5とそれに接続さ
れたTFT4は、マトリクス状に配列される。また、上方の
透明基板1aには、透明共通電極3が形成されている。こ
れらの2枚の透明基板1a,1bの周辺部をシール材6で固
着し、内部空間にツイスト・ネマティク(TN)モードの
液晶2を封入させる。そして、液晶表示素子の上下位置
に平行に偏光板7a、7bが配設されている。絵素電極5に
透明共通電極3に対して電圧が印加されると、電極3,5
間に挟まれた液晶2の屈折率が変化し、その結果、この
絵素部分の光の透過率が変化し、画像が形成される。
第6図に上記の液晶表示素子を利用した投射型表示装
置の構成を示す。第6図に示すように、大画面のテレビ
ジョン画像を得るために、上記の液晶表示素子aにテレ
ビジョン信号を入力して映像を形成し、光源10からの発
散光をレンズ11を用いて平行光に変え、この液晶表示素
子aに入射し、液晶表示素子9からの透過光を、レンズ
12によってスクリーン13上にテレビジョン画像を拡大投
射する。
発明が解決しようとする課題 このスクリーン上のテレビジョン画像の輝度を上げる
ためには、通常、光源の照度を上げる方法がある。しか
しながら、光源の照度を過度に上げると液晶表示素子に
入射される光量が増え、それに伴い液晶表示素子で吸収
される光量も増える。そのため、例えばTFTの光による
オフ電流が増加し、それに伴い画面上下での輝度ムラ、
フリッカ等、画像への悪影響が及ぼされる。また、光に
よって発生する熱により、TFT、偏光板等の劣化、TFTア
レーの駆動回路の動作不良の発生等の様々な問題が生ず
る。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の液晶表示素子は、
1主面上に透明電極が形成された屈折率n3の第1、第2
の基板を、透明電極を対向内面となるように対向させ、
その対向空間内に液晶を挟持し、第1、第2の基板の屈
折率n1である外気と対向する面に屈折率n2の反射防止膜
を形成するとともに、それぞれの屈折率の値の関係がn1
<n2<n3となるようにするものであり、さらにこの液晶
表示素子を用いて投写型表示装置を構成するものであ
る。
作用 上記構成によって、液晶表示素子に入射される光の透
明基板と外気の界面で反射される光量が低下する。その
結果、液晶表示素子を透過する光量が増えることから、
光源の照度を上げなくてもスクリーン上の画像の輝度を
上げることが出来る。さらに、液晶表示素子への入射光
量を減少させることができることから、光によって誘起
されるTFTのオフ電流の増加を低減できる、画像上下で
の輝度ムラの低減、フリッカの軽減、さらにコントラス
トの増加など画質が向上する作用がある。
実施例 以下、本発明の一実施例の液晶表示素子について図面
を参照しながら説明する。第1図は本実施例のアクティ
ブ・マトリクス型の液晶表示素子の構造を示す断面図で
ある。なお、第1図において第5図に示した従来例の構
成を同様のものについて同符号を付してその詳細な説明
は省略する。第1図において、上方のガラス透明基板1a
の液晶2に接する面には、一面に透明共通電極3が形成
されている。また、下方のガラス透明基板1bには、TFT4
とそれに接続された絵素電極5が形成されている。この
絵素電極5とそれに接続されたTFT4は、マトリクス状に
配置される。一方、二枚の透明基板1a,1bの外気(屈折
率1)と接する面上には一面に弗化カルシウム(CaF2,
屈折率1.434)からなる反射防止膜8a、8bが形成されて
いる。
偏光板7a、7bは駆動中に液晶表示素子に発生した熱に
より劣化が生ずるため、その劣化を抑制する意味も含
め、常時交換することが出来るように液晶表示素子の両
側の反射防止膜8a,8bからスペーサ(図示せず)等を介
して離して配設する。
このように構成された液晶表示素子aを従来例の液晶
表示素子にかえて投写型表示装置を構成する。液晶表示
素子aにテレビジョン信号を入力して映像を形成し、光
源10からの発散光をレンズ11を用いて平行光に変え、こ
の液晶表示素子aに偏光板を介して入射し、液晶表示素
子からの偏光板を介しての透過光を、レンズ12によって
スクリーン13上にテレビジョン画像を拡大投射する。
第2図は、反射防止膜8が存在しない場合(第2図
a)と、反射防止膜8を形成した場合(第2図b)の液
晶表示素子と外気との界面での入射光の反射及び透過の
光路を示したものである。透明基板1a,1bの屈折率を
n1、空気の屈折率をn2、反射防止膜8a,8bの屈折率を
n3、反射防止膜の膜厚をd、入射光の波長をλとした場
合、外部から(第2図b)の液晶表示素子に垂直に入射
する光の液晶表示素子の表面における反射率Rは、 R(r12 2+r23 2+2r12×r23×cos2δ) /(1+r12 2×r23 2+2r12×r23×cos2δ) 但し、r12=(n1−n2)/(n1+n2) r23=(n2−n3)/(n2+n3) δ=2π×n2×d/λ と表わせる。なお、液晶表示素子から垂直に出射する光
の外気に対する反射率Rも同様に表わせる。
反射防止膜8a,8bの屈折率をパラメーターに反射防止
膜の膜厚に対する反射特性を第3図に示す。第3図から
明らかなように、n1<n2<n3のとき、反射率Rは反射防
止膜が形成されていないとき(n2=n1またはn1=n3)に
比べ低下する。具体的に、反射防止膜8a,8bが存在しな
い場合、液晶表示素子と空気の界面での反射率は、4%
であるのに対して、CaF2かなる反射防止膜を液晶表示素
子外面に形成した場合、反射率は2.45〜4%(波長によ
って変化)迄低下する。
ところで、反射防止膜を構成するCaF2は真空蒸着法で
堆積される。CaF2の屈折率は、蒸着時の基板温度に大き
く依存し、基板温度が低いほど小さくなる傾向があり、
例えば1.2〜1.43の範囲で変化させることが可能であ
る。空気の屈折率が1、ガラスからなる透明基板1a,1b
の屈折率が1.5であるので、 の関係が成り立つように反射防止膜8a,8bの屈折率を設
定すると、第3図からわかるように、反射率は最も小さ
くなる。具体的に、反射防止膜が存在しない場合、液晶
表示素子と空気の界面での反射率は、4%であるのに対
して、上記の反射防止膜を液晶表示素子外面に形成した
場合、反射率は0〜4%(波長によって変化)迄低下す
る。
以上のように、本実施例によれば、CaF2反射防止膜を
用いることによって、液晶表示素子と空気との界面での
反射が低下し、液晶表示素子を透過する光量が増えるた
め、光源の照度を上げなくてもスクリーン上の画像の輝
度を上げることが出来る。
なお、ガラスの屈折率は、含有させるバリウム(B
a)、鉛(Pb)の量に依って1.5〜1.9の範囲で変化させ
ることが可能である。n1<n2<n3の条件において、ガラ
スからなる透明基板1a,1bの屈折率n3を増加させれば、
反射防止膜の屈折率n2もそれに伴い増加させることがで
きる。つまり、反射防止膜として使用できる材料が増え
ることを意味する。
次に、本発明の一実施例の投写型カラー画像表示装置
について第4図を参照しながら説明する。すなわち、光
源10からの白色光をダイクロックミラー14a,14b′を用
いて、中心波長λR、λG、λBの光の3原色赤
(R)、緑(G)、青(B)に分光し、それぞれの原光
を各色に対応した表示を行なう3の液晶表示素子a1,a2,
a3に入射し、3枚の液晶表示素子からの出射光をダイク
ロックミラー14c,14dを用いて合成し、投射レンズ系12
を用いてスクリーン13上にカラー画像を拡大結像させ
る。R、G、Bをそれぞれ専用に対応した3つの液晶表
示素子を使用することにより高輝度、高解像度、良好な
色バランスが実現できる。第4図中15a,15b,15cはミラ
ーである。
ここで、R、G、B用の液晶表示素子それぞれに形成
するCaF2からなる反射防止膜の膜厚dR,dG,dBは、 dR=λR/4/n2×m dG=λG/4/n2×m dB=λB/4/n2×m (m=1,2,3,4・・・) となるようにする。これは、反射防止膜の膜厚に対する
反射率が、λR,λG,λBそれぞれの波長において、上式
で表わされる膜厚で極小値を取る(第3図参照)。つま
り、光源からの光が最も効率よく利用されることを意味
する。
具体的に、反射防止膜が存在しない場合、液晶表示素
子と空気の界面での反射率は、4%であるのに対して、
CaF2からなる反射防止膜をぞれぞれdR=106nm(λR=6
10nm)、dG=95nm(λG=545nm)、dB=78nm(λB=4
50nm)の膜厚でR、G、B用の液晶表示素子外面に形成
した場合、反射率は2.45%迄低下する。
なお本発明は、そのほか液晶表示素子の画像を光学系
の素子を用いて所定の位置に結像させる表示装置、例え
ば虚像を形成するビデオカメラのビューファインダー、
空間光変調素子等にも有効である。
発明の効果 本発明によれば、反射防止膜を液晶表示素子の外表面
に形成し、それを投射型表示装置に応用した場合、従来
に比べて光源の照度を上げずに投射画像の輝度を上げる
ことができる。その結果、光源においては、寿命を延ば
せ、消費電力が低減できる。また、液晶表示素子におい
ては、光によるTFTのオフ電流の増加を抑制でき、その
結果画面上下での輝度ムラ、フリッカを軽減でき、さら
にコントラストを増加するなど画質が向上する。また、
入射光の照度を上げることなくコントラストを良好にで
きることから装置の光による温度上昇が抑えられ、偏光
板の寿命が延び、液晶表示素子駆動回路の動作不良が低
減する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の液晶表示素子の断面図、第
2図(a),(b)は液晶表示素子と外気との界面にお
ける反射を説明するための断面図、第3図は反射防止膜
の屈折率をパラメーターに反射防止膜の膜厚に対する反
射率の関係を示した特性図、第4図は投射型カラー画像
表示装置の構成を示す図、第5図は従来の液晶表示素子
の断面図、第6図は同液晶表示素子を用いた投写型表示
装置の構成を示す平面図である。 1a,1b……透明基板、2……TN液晶、3……透明共通電
極、4……薄膜トランジスタ(TFT)、5……絵素電
極、6……シール材、7a,7b……偏光板、8a,8b……反射
防止膜、10……光源、11……レンズ、12……投射レンズ
系、13……スクリーン、14a,14b,14c,14d……ダイクロ
ックミラー、15a,15b,15c……ミラー。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1主面上に画素信号を入力するための透明
    電極、及び薄膜トランジスタ(TFT)がマトリクスを構
    成するように形成された屈折率n3の第1、第2の透明基
    板及び前記第1、第2の透明基板の屈折率n1である外気
    に対する面に設けられた屈折率n2の反射防止膜を有する
    液晶表示素子と、前記液晶表示素子に投写用の光を入射
    させる光源と、画像が表示された前記液晶表示素子を通
    過した光をスクリーンに投影する光学系とを有し、前記
    屈折率n1,n2,n3が、n1<n2<n3の関係を有する投射型表
    示装置。
  2. 【請求項2】光源から白色光を3原色光に分光し、それ
    ぞれの原色光を、3原色の各色に対応した表示を行なう
    3枚の液晶表示素子に入射し、前記3枚の液晶表示素子
    からの出射光を所定の位置に合成してカラー画像を結像
    させる投射型表示装置であって、液晶表示装置に入射さ
    れる原色光の中心波長をλとした場合、前記3枚の液晶
    表示素子に形成された前記反射防止膜の膜厚dを、それ
    ぞれd=λ/4/n2×m(m=1、2、3・・・)に設定
    したことを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装
    置。
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