JP2770344B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置

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JP2770344B2 JP25369988A JP25369988A JP2770344B2 JP 2770344 B2 JP2770344 B2 JP 2770344B2 JP 25369988 A JP25369988 A JP 25369988A JP 25369988 A JP25369988 A JP 25369988A JP 2770344 B2 JP2770344 B2 JP 2770344B2
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B27/50Optics for phase object visualisation
    • G02B27/54Schlieren-optical systems

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本発明は、アクティブ・マトリクス型液晶表示素子を
光バルブとして用いた投射型表示装置に関する。
B 発明の概要 本発明は、アクティブ・マトリクス型液晶表示素子を
光バルブとして用いた投射型表示装置において、上記光
バルブによる投射画像をシュリーレン光学系を介して拡
大・投射することにより、高輝度,高コントラストの高
画質表示を可能にし、明るさと画質の向上を図るように
したものである。
C 従来の技術 従来より、光バルブを用いた投射型表示装置は、非常
に多くの方式が提案され、開発が進められて来た。しか
し、その一部の方式(例えば1950年代に開発されたEido
phor方式やTalaria方式)を除いて商品化されたものは
殆ど無いといった状況にある。
上記Eidophor方式やTalaria方式では、第6図Aおよ
び第7図Aに示すように、投射レンズ(31)を介してス
クリーン(32)に投射する画像の光バルブ(30),(4
0)として油膜が用いられ、相補的なスリットパターン
が形成された一対のマスク(33),(34)の間に収束レ
ンズ(35)を設置して一方のマスク(33)の像を他方の
マスク(34)上に結像させるようにした構造のシュリー
レン光学系(36)の上記収束レンズ(35)と他方のマス
ク(34)の間に上記光バルブ(30),(40)を配設し、
光源(38)からの光を上記シュリーレン光学系(36)の
一方のマスク(33)と収束レンズ(35)を介して上記光
バルブ(30),(40)に入射させ、該光バルブ(30),
(40)における投射画像に応じた光の擾乱により上記他
方のマスク(34)のスリットパターンから漏れる光とし
て、上記投射レンズ(31)を介して上記スクリーン(3
2)に上記画像を投射する。
ここで、第6図Aに示す上記Eidophor方式では、油膜
を用いた光バルブ(30)に投射画像を示す光学的変形が
与えられ、上記シュリーレン光学系(36)の他方のマス
ク(34)上の光強度分布を示す第6図B中に斜線を付し
て示すように、入射光量に対して最大で1/2の漏光成分
による画像を上記スクリーン(32)に投射することがで
きる。
また、第7図Aに示す上記Talaria方式では、油膜を
用いた光バルブ(40)に投射画像を示す周期的な光学的
変形が与えられ、上記シュリーレン光学系(36)の他方
のマスク(34)上の光強度分布を示す第7図B中に斜線
を付して示すように、入射光量に対して1/2以上の漏光
成分による画像を上記スクリーン(32)に投射すること
ができる。
近年、直視型として用いるアクティブ・マトリクス型
液晶表示パネルをそのまま光バルブとして用いた投射型
表示装置が提案され、実用化されつつある。例えば、第
8図に示すように、光源(50)からコンデンサレンズ
(51)を介して放射される光を三原色分解系(52)にて
赤色光成分R,緑色光成分G,青色光成分Bの三原色光成分
に分解して三原色の投射画像を与える各光バルブ(53
R),(53G),(53B)に与え、上記光バルブ(53R),
(53G),(53B)を通過した三原色光成分を三原色合成
系にて合成し、この三原色合成系(54)により合成光を
投射光として投射レンズ(55)を介してスクリーン(5
6)に投射することにより、上記スクリーン(56)上に
カラー画像を投影するようにした投射型カラー表示装置
において、上記三原色の投射画像を与える各光バルブ
(53R),(53G),(53B)として、直視型のアクティ
ブ・マトリクス型液晶表示パネルをそのまま用いるよう
にしたものが提案されている。
なお、上記投射型カラー表示装置において、光源(5
0)は凹面鏡(50a)の前面にハロゲンランプ(50b)を
設けて成り、また、上記三原色分解系(52)は二枚のダ
イクロイックミラー(52a),(52b)にて構成され、さ
らに、上記三原色合成系(54)はダイクロイックプリズ
ムにて構成されている。また、上記各光バルブ(53
R),(53G),(53B)として用いられるアクティブ・
マトリクス型液晶表示パネルは、例えば、信号線と走査
線のクロスポイントに配設された薄膜トランジスタ等の
非線形素子に接続された画素電極をXYマトリクス状に形
成した透明ガラス板と対向電極を形成した透明ガラス板
との間に液晶を封入したXYマトリクス型の液晶表示パネ
ルが知られている。
D 発明が解決しようとする課題 ところで、直視型として用いるアクティブ・マトリク
ス型液晶表示パネルをそのまま光バルブとして用いた投
射型表示装置では、次のような問題点があった。
すなわち、偏光子や検出光子により全光量の1/3近く
が失われてしまい、投射画面を十分に明るくすることが
できない。
また、直視型として用いるアクティブ・マトリクス型
液晶表示パネルのコントラストで決まってしまい、十分
なコントラストが得られない。
さらに、拡大・投射により画素パターンが目につき、
画質が低い。
そこで、本発明は、上述の如き従来の実情に鑑み、ア
クティブ・マトリクス型液晶表示素子を光バルブとして
用いた投射型表示装置において、高輝度,高コントラス
トの高画質表示を可能にすることを目的とし、光バルブ
として用いたアクティブ・マトリクス型液晶表示素子か
らの投射光をシュリーレン光学系を介して投射するよう
にした新規な構成の投射型表示装置を提供するものであ
る。
E 課題を解決するための手段 本発明に係る投射型表示装置は、上述の目的を達成す
るために、信号線と走査線の交点に形成された非線形素
子と、各々の非線形素子に接続されたくし型の画素電極
がマトリクス状に形成された第1の透明基板と、この第
1の透明基板に対して対向配置されるとともに、対向面
全面に形成された対向電極を有する第2の透明基板を備
えたアクティブ・マトリクス型液晶表示素子を用いた光
バルブと、上記光バルブが光路中に配設されるシュリー
レン光学系とを備え、上記光バルブによる投射画像を上
記シュリーレン光学系を介して拡大・投射することを特
徴としている。
F 作用 本発明に係る投射型表示装置では、光バルブとして用
いるアクティブ・マトリクス型液晶表示素子の画素電極
をくし型電極構造としたことにより、上記くし型電極の
繰り返しピッチに対応した周期的な屈折率分布が上記ア
クティブ・マトリクス型液晶表示素子に生じる。
G 実施例 以下、本発明に係る投射型表示装置の一実施例につい
て、図面に従い詳細に説明する。
第1図に示す実施例の投射型表示装置は、アクティブ
・マトリクス型液晶表示素子(10)を光バルブとして用
い、上述のEidophor方式やTalaria方式と同様に、相補
的なスリットパターンが形成された一対のマスク
(1),(2)間に収束レンズ(3)を設置して一方の
マスク(1)の像を他方のマスク(2)上に結像させる
ようにした構造のシュリーレン光学系(4)の上記収束
レンズ(3)と他方のマスク(2)の間に光バルブすな
わち上記アクティブ・マトリクス型液晶表示素子(10)
を配設し、光源(5)からの光を上記シュリーレン光学
系(4)の一方のマスク(1)と収束レンズ(3)を介
して上記アクティブ・マトリクス型液晶表示素子(10)
に入射させ、該アクティブ・マトリクス型液晶表示素子
(10)における投射画像に応じた光の擾乱により上記他
方のマスク(2)のスリットパターンから漏れる光とし
て、投射レンズ(6)を介してスクリーン(7)に上記
画像を投射するようにしたものである。
この実施例において、上記光バルブとして用いるアク
ティブ・マトリクス型液晶表示素子(10)は、その画素
電極構造を第2図に示してあるように、信号線(11)と
走査線(12)のクロスポイントに配設された例えば薄膜
トランジスタ等の非線形素子(13)に接続された画素電
極(14)がそれぞれくし歯状のくし型電極構造に形成さ
れている。そして、このアクティブ・マトリクス型液晶
表示素子(10)は、その断面構造を第3図Aに示してあ
るように、上記画素電極(14)を形成した透明ガラス板
(15)と、上記くし型電極構造の画素電極(14)に対す
る対向電極(16)を形成した透明ガラス板(17)との間
に液晶(18)を封入してなる。
このようにくし型電極構造の画素電極(14)を有する
アクティブ・マトリクス型液晶表示素子(10)では、上
記対向電極(16)をある電位に固定し、上記画素電極
(14)に与える電位が上記対向電極(16)に対して上記
液晶(18)のVthを越える電位差となるように設定する
と、第3図Bに示すような屈折率分布が生じる。この屈
折率分布による光路長の差は、Δn・d(Δn=ne
n0,d:セル厚)となり、これにより回折パターンはP・s
inθ=Δn・dを満足する角度θ方向に強め合う干渉と
なる〔但し、Pはくし歯状の画素電極(14)の空間周
期〕。これは、光バルブとして油膜を用いた上述のTala
ria方式と同じ効果を実現するもので、上述の如きくし
型電極構造の画素電極(14)を有するアクティブ・マト
リクス型液晶表示素子(10)を用いた光バルブからの投
射光を上記シュリーレン光学系(4)を介して拡大・投
射することにより、上記スクリーン(7)上に高輝度,
高コントラストの高画質表示を行うことができる。
ここで、上記Talaria方式の場合、油膜の凹凸が3/4λ
のときに最大コントラストが得られ、この条件を本実施
例に適用すると、d=6μmとしてΔn≒0.03となり、
一般に液晶のΔn(ne−n0)は0.08〜0.2程度であるか
ら、上記値は十分に実現可能である。
ここで、XYマトリクス型の液晶パネルでは、各画素が
XY方向に規則正しく配列しているため、その空間周波数
に対応した干渉パターンも重畳されて上記シュリーレン
光学系(4)の他方のマスク(2)上に結像される。そ
して、上述の如きくし型電極構造の画素電極(14)とし
た場合、上記他方のマスク(2)上の光強度分布を示す
第4図中に斜線を付して示してあるように、上記くし型
電極構造による干渉ピークの中の各画素による干渉の0
次の項のみを取り出すことにより、上記スクリーン
(7)上に写し出された画像から、画素のパターンを取
り除くことができる。上記実施例では、上記シュリーレ
ン光学系(4)のマスク(1),(2)がスリットパタ
ーンであることから、原理的に一次元(XまたはYの
み)しか可能でないが、上記くし型電極構造の画素電極
を画面の対角方向へ配置して、上記マスクのスリットパ
ターンも同様に対角方向へ配置することによって、二次
元のローパスフィルタとして働かせることもできる。
なお、上述の実施例では、上記くし型電極構造の画素
電極(14)を有するアクティブ・マトリクス型液晶表示
素子(10)を用いた光バルブを光源(5)からの光が通
過する透過型構成としたが、本発明に係る投射型表示装
置は、上述の実施例のみに限定されるものでなく、例え
ば第5図に示すように、反射型の構成とすることもでき
る。
第5図に示す実施例の投射型表示装置では、光バルブ
としてくし型電極構造の画素電極を有するアクティブ・
マトリクス型液晶表示素子(20)を用い、収束レンズ
(21)の光軸に対して45゜傾斜した反射バー(22)を並
設して、光源(23)から上記反射バー(22)を介して導
かれる光の上記光バルブすなわち上記アクティブ・マト
リクス型液晶表示素子(20)による反射光を上記反射バ
ー(23)上に収束させるように、上記光源(23),反射
バー(22),収束レンズ(21),アクティブ・マトリク
ス型液晶表示素子(20)による光バルブを配置し、上記
アクティブ・マトリクス型液晶表示素子(20)による反
射光の上記反射バー(22)間からの漏れ光成分を投射レ
ンズ(24)にてスクリーン(25)ように投射するように
して、反射型の構成とするこにより、上記光源(23)か
らの光の利用率を高めることができる。
H 発明の効果 本発明に係る投射型表示装置では、光バルブとして用
いるアクティブ・マトリクス型液晶表示素子の画素電極
をくし型電極構造としたことにより、上記くし型電極の
繰り返しピッチに対応した周期的な屈折率分布が上記ア
クティブ・マトリクス型液晶表示素子に生じ、上記アク
ティブ・マトリクス型液晶表示素子による投射画像をシ
ュリーレン光学系を介して拡大・投射することにより、
高輝度,高コントラストの高画質表示を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る投射型表示装置を透過型で構成し
た場合の一実施例の構成を概念的に示す模式図、第2図
は上記実施例に用いたアクティブ・マトリクス型液晶表
示素子の画素電極の構造を示す模式的な平面図、第3図
Aおよび第3図Bは上記アクティブ・マトリクス型液晶
表示素子の断面構造を示す模式的な断面図および上記ア
クティブ・マトリクス型液晶表示素子の断面における屈
折率の分布状態を示す模式図、第4図はXYマトリクス型
の液晶パネルによる上記シュリーレン光学系のマスク上
の光強度の分布状態を示す模式図、第5図は本発明に係
る投射型表示装置を反射型で構成した場合の一実施例の
構成を概念的に示す模式図である。 第6図Aおよび第6図Bはシュリーレン光学系を用いた
Eidophor方式の従来の投射型表示装置の原理的な構成を
示す模式図および上記シュリーレン光学系のマスク上の
光強度の分布状態を示す模式図、第7図Aおよび第7図
Bはシュリーレン光学系を用いたTalaria方式の従来の
投射型表示装置の原理的な構成を示す模式図および上記
シュリーレン光学系のマスク上の光強度の分布状態を示
す模式図、第8図はアクティブ・マトリクス型液晶表示
素子を光バルブとして用いて構成した従来の投射型カラ
ー表示装置の構成を示す模式図である。 (4),(24)……シュリーレン光学系 (5),(23)……光源 (6),(25)……投射レンズ (7),(26)……スクリーン (10),(20),(31),(32),(33)……光バルブ
(アクティブ・マトリクス型液晶表示素子)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】信号線と走査線の交点に形成された非線形
    素子と、各々の非線形素子に接続されたくし型の画素電
    極がマトリクス状に形成された第1の透明基板と、この
    第1の透明基板に対して対向配置されるとともに、対向
    面全面に形成された対向電極を有する第2の透明基板を
    備えたアクティブ・マトリクス型液晶表示素子を用いた
    光バルブと、 上記光バルブが光路中に配設されるシュリーレン光学系
    とを備え、 上記光バルブによる投射画像を上記シュリーレン光学系
    を介して拡大・投射することを特徴とする投射型表示装
    置。
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