JP2845455B2

JP2845455B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2845455B2
Application number: JP63180851A
Authority: JP
Inventors: 昌匠阿部; 康晴田中; 茂樹神村
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH0229777A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は透明板の間に液晶を挟んだ液晶パネルに電圧
を加え透過する光の量を制御する液晶表示装置に係り、
特に光源からの光を赤，緑，青の３色に分解し各色のた
めの液晶パネルを透過した後合成してスクリーン上に表
示する液晶表示装置に関する。

（従来の技術）液晶パネル等に使用する液晶としては液晶分子配列が
ツイスト配列のものが用いられる。この種の液晶は光の
偏光方向を90度変換して光を透過させる性質を有してお
り、これに電圧を加えるとその偏光方向が変るという性
質を有している。したがって、液晶を透明板で挟んだパ
ネルにしてその両面に偏光板を配置し、液晶に電圧を印
加すれば、透過光の量を制御することができる。すなわ
ちライトバルブに使用することができる。

一般的に偏光にはＳ偏光とこれと90度偏光角の異なる
Ｐ偏光とがあり、偏光板にはＳ偏光光を透過させるＳ偏
光板とＰ偏光光を透過させるＰ偏光板とがある。パネル
の両面に設ける偏光板の組合せによって、液晶ライトバ
ルブはノーマリーブラックとノーマリーホワイトの２種
類のものを得ることができる。ノーマりーブラックは液
晶に電界を加えない状態で光を遮るものであり、ノーマ
リーホワイトは液晶に電界を加えない状態で光を透過す
るものである。パネル両面が同一偏光板のときノーマリ
ーブラックで、異なる偏光板としたときがノーマリーホ
ワイトである。これらを第２図（ａ），（ｂ）に示して
いる。

双方とも入力側の偏光板41はＳ偏光板であるが、出力
側の偏光板43は前者がＳ偏光板で後者がＰ偏光板とされ
ている。したがって、第３図（ａ），（ｂ）において印
加電圧に対する輝度の関係を示すと、（ａ）に示すよう
にノーマリーブラックの場合は液晶42への電圧無印加時
に90度偏光がずれるためＳ偏光板43を光が透過せず、印
加電圧上昇とともに透過光量が多くなり、逆に（ｂ）に
示すようにノーマリーホワイトの場合は電圧無印加時に
Ｐ偏光板43を光が透過でき、印加電圧増加にともなって
透過光景が減少する。その結果、透過光はノーマリーブ
ラツクの場合は入射光と同じＳ偏光光となり、ノーマリ
ーホワイトの場合は入射光に対して直角なＰ偏光光とな
る。

この液晶ライトバルブを使用した投射装置について以
下簡単に説明すると、従来は第４図に示す単板式と第５
図に示す３板式との２種類のものがある。

第４図の単板式は１枚の液晶ライトバルブを使用した
もので、光源21からの光を集光レンズ23を通して液晶ラ
イトバルブ24に入射させ、投射レンズ25によって液晶ラ
イトバルブ24を透過した光をスクリーン26へ投射する構
成となっている。22は光源21の光を効率良く利用するた
めの反射鏡である。

これに対して第５図の３板式は上記液晶ライトバルブ
を３枚使用するもので、光源31と反射鏡32の光源装置か
ら発せられた光を、集光レンズ33を通し、分解手段であ
る分解ミラー（プリズム）34でＲ（赤）成分、Ｇ（緑）
成分、Ｂ（青）成分に分解して、それぞれの分解された
光を鏡35で反射させてそれぞれの光のための液晶ライト
バルブ37を通して合成手段である合成ミラー36で合成さ
せ、その合成された光を投射レンズ38を通してスクリー
ン39へと投射する構成である。

この両者の違いは光源からの光をそのまま使うか３色
に分解して使用するかにある。つまり、単板式ではRGB3
色のフィルタの付いた液晶ライトバルブを使用し、３板
式ではフィルタのない液晶ライトバルブを使用する。こ
のように、３板式ではフィルタのない液晶ライトバルブ
を使用するので輝度、解像度とも優れている。そのた
め、現在の液晶式投射装置はこの３板式投射装置が主流
となっている。

ところで、第５図の３板式の場合、光は分解ミラー34
によってＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けられる。このと
きＲ成分とＢ成分の光の成分はプリズム34で反射させる
のでほとんどがＳ偏光の光である。Ｇ成分については、
従来と同じく第２図（ｂ）に示すような入射と出射で、
一方がＳ偏光板、他方がＰ偏光板を備えた液晶ライトバ
ルブが用いられている。一方、合成ミラー36も同様であ
るので合成ミラーに入力する光のＲ成分とＢ成分の偏光
方向はＳ偏光の光が良く、Ｇ成分の偏光方向はＳ偏光と
Ｐ偏光のどちらの光でもよい。したがって、少なくとも
Ｒ成分とＢ成分に関しては液晶ライトバルブ37としては
入射する偏光方向と出力される偏光方向とが共にＳ偏光
となっているノーマリーブラックの液晶ライトバルブを
使用しなければならない。

そのため、従来の３板式液晶投射装置に使用する液晶
ライトバルブとしてはノーマリーブラックを用いてい
た。

ノーマリーブラックとノーマリーホワイトの光透過の
特性については第３図（ａ），（ｂ）で説明した通りで
ある。次に、これらを用いた場合の黒と白との再現性に
ついで検討する。

白を再現する場合、前者は印加電圧を高くし、後者は
低くする。両者のグラフから明らかなように、ノーマリ
ーブラックの場合、信号レベル（印加電圧）の高いとこ
ろは滑らかな曲線をしているので再現性がよいが、ノー
マリーホワイトは信号レベルの低いところでは山がみら
れるので再現性が良いとはいえない。しかしながら、人
間の目は輝度の高いところの変化に対しては鈍感である
ので、この再現性の差は問題となることはない。

一方、黒の再現性はノーマリーホワイトは信号レベル
の上昇にともなって輝度が緩やかに低下するので再現性
が良く、ノーマリーブラックは信号レベルを低下させる
と一旦輝度が低下し、その後また上昇する。

低輝度に対しては人間は敏感に反応するので、上記ノ
ーマリーブラックの黒の再現性の悪さは問題となる。ま
た、ノーマリーブラックについては最大輝度を最低輝度
で割ったコントラスト比も低くなるという問題も有して
いる。

さらに、液晶パネルには、光の波長により印加電圧の
低い部分（液晶がツイストしている時点）での特性が違
うという波長依存の特性があり、これは光の波長と液晶
のギャップ長（厚さ）との間の相関関係によっている。
つまり、緑の光用に厚さを決めて作った液晶では赤と青
の波を完全に絞ることができず、黒が紫色になってしま
う。すなわち、黒いはずの髪が紫色になる。この現象は
かなり顕著で、映像の品位を低下する。この不都合を解
決する手段としては特開昭60−202423号公報に示される
マルチギャップ化の方法がある。すなわち、赤、緑、青
夫々専用に液晶のギャップ長を最適化する方法である。
しかし、現在の技術レベルで１〜２μｍの精度で厚さを
制御するのは難かしく、さらに画面全体にわたり均一の
厚さにするのはさらに困難である。この厚さの制御がう
まくいかないと画面の周辺部は黒らしい黒であるが、中
心部分は赤っぽくなったりして色むらが生じやすく、黒
の再現性が悪いという問題があった。

したがって、３板式の液晶投射装置を構成する場合、
ノーマリーブラックを用いる関係上、一層黒の再現性に
問題を生じやすい。

（発明が解決しようとする課題）従来、例えば３板式の液晶投射装置を構成する場合、
液晶パネルにはノーマリーブラックのものを使用しなけ
ればならず、黒の再現性及びコントラストの特性上好ま
しくなかった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、黒の再現性が良くコントラスト比の高い高画質
の画像表示を実現できる液晶表示装置を提供することを
目的とするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示装置は、光源と、光源からの光を
赤，緑，青の３色に分解する分解手段と、赤色光の光路
上に面を対向させて配設された第１および第２のＳ偏光
板と、緑色光の光路上に面を対向させて配設された第３
のＳ（またはＰ）偏向板および第４のＰ（またはＳ）偏
向板と、青色光の光路上に面を対向させて配設された第
５および第６のＳ偏光板と、前記第１および第２のＳ偏
光板間の光路上に配設され、透明板に形成された透明電
極ともう１つの透明板に形成された電界供給用トランジ
スタとの間にツイスト配列の液晶を介在させこの液晶に
印加する電圧に応じて前記液晶を透過する赤色光の偏光
方向を変える第１のパネル部と、前記第３のＳ（または
Ｐ）偏光板および第４のＰ（またはＳ）偏向板間の光路
上に配設され、透明板に形成された透明電極ともう１つ
の透明板に形成された電界供給用トランジスタとの間に
ツイスト配列の液晶を介在させこの液晶に印加する電圧
に応じて前記液晶を透過する緑色光の偏光方向を変える
第２のパネル部と、前記第５および第６のＳ偏光板間の
光路上に配設され、透明板に形成された透明電極ともう
１つの透明板に形成された電界供給用トランジスタとの
間にツイスト配列の液晶を介在させこの液晶に印加する
電圧に応じて前記液晶を透過する青色光の偏光方向を変
える第３のパネル部と、前記第１および第２のＳ偏向板
の間の光路上に配設され、入力した赤色光の偏光方向を
90度変える第１の偏光角変更手段と、前記第５および第
６のＳ偏向板の間の光路上に配設され、入力した青色光
の偏光方向を90度変える第２の偏光角変更手段と、前記
第2,第4,第６の偏向板からそれぞれ出力される各色の光
を合成する合成手段と、この合成手段からの光をスクリ
ーンへ投射する投射レンズとを具備し、前記第１および
第２のＳ偏光板間と前記第３のＳ（またはＰ）偏光板お
よび第４のＰ（またはＳ）偏向板間と前記第５および第
６のＳ偏光板間をノーマリーホワイトの液晶ライトバル
ブとして用いることを特徴とする。

（作用）上記のように本発明は、赤および青の光についてはパ
ネル部の一面に偏光方向を所定の角度即ち90度変える手
段が設けられている。これにより全体としてノーマリー
ホワイトの状態で使用することができ、画像の再現性や
コントラスト比の高い高画質の画像表示を実現できる。

この発明は、３板式の液晶投射装置に用いて特に有用
である。３板式の液晶投射装置では、光源光を３色に分
解する分解手段として分解ミラーを使用し、また３色を
合成する合成手段として合成ミラーを使用する関係上、
分解ミラーと合成ミラーとの中間位置の各色光の光路上
に置かれる各色の液晶ライトバルブについては、赤，青
の各々について一対のＳ偏光板、緑について一対のＳお
よびＰ偏光板と、これらの一対の偏光板に挟まれて電圧
印加による光透過量制御のための液晶を有するパネル部
と、赤，青の各々について偏光角を90度変える偏光角変
更手段とで、全体としてノーマリーホワイトの液晶ライ
トバルブを形成できる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の液晶ライトバルブ装置を
示す断面図である。ここでは、光のＲ成分とＢ成分の透
過光量を制御するための液晶ライトバルブ装置について
説明する。透明板12と14との間に偏光角変更手段として
の液晶13を挟み透明板14と16との間に液晶15を挟んであ
る。この液晶15には電圧を印加すべく、透明板14に電界
供給用トランジスタ（TFT）17を設け、透明板16に透明
電極18を形成させている。すなわち、この部分で従来の
液晶ライトバルブと同様に透過光の偏光方向を制御する
パネル部を形成させている。即ち、液晶15には電圧が印
加されるが、液晶13には電圧は印加されない。本実施例
においてはさらに透明板12の入力側に偏光板11及び透明
板16の出力側に偏光板19が設けられている。これらの偏
光板11,19はいずれもＳ偏光板である。

このライトバルブにＳ偏光光が入力側から入力する
と、液晶13によって90度偏光方向が変えられＰ偏光光と
されて透明板14から液晶15へ入射される。このパネル部
の出力側にはＳ偏光板19が設けられているので、結局こ
のパネル部はＳ偏光板19によってＰ偏光−Ｓ偏光のノー
マリーホワイトの状態（電圧無印加時に光透過の状態）
となっている。したがって、この実施例では入力電圧の
レベルが低いとき白が再現され、高いレベルで黒が再現
されることになる。しかるに、全体のパネルとしては入
力がＳ偏光、出力もＳ偏光とすることができるので、従
来の液晶ライトバルブ投射装置にそのまま使用すること
ができる。

尚、入射する光の全部がＳ偏光光である場合、入射側
の偏光板11は省略してもよい。

また、液晶13の層は透明板16の出力側に透明板12を設
け、その間に設けてもよい。

上記実施例では、液晶を２層にしてライトバルブを構
成しているが、この構成に代えて２つの液晶パネルを並
設した構成とすることもできる。偏光方向を90度変える
手段の具体例としては液晶を用いればいいのはいうまで
もない。

本発明のライトバルブにおいては少なくとも出力側に
は偏光板を設けるが、これはパネル部の出力側に設ける
のが一般的だが、前記偏光方向を90度変える手段をパネ
ル部の出力側に設けたものはその手段の出力側に偏光板
を配置する。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、液晶ライトバルブの入
出力側にそれぞれ分解ミラーや合成ミラーを使用した場
合においても、少なくとも光のＲ成分とＢ成分に関して
は、入力側の分解ミラーや、出力側の合成ミラーにそれ
ぞれ適合した特定の偏光角（例えばＳ偏光）の光を各色
の液晶ライトバルブに入出力することが可能であり、し
かも透過光量を制御することに関してはノーマリーホワ
イトの液晶ライトバルブを形成できるので、黒の再現性
が良くコントラストの良い高画質な表示を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶ライトバルブ装置を示
す断面図、第２図は従来の液晶ライトバルブ装置の構造
を示す断面図、第３図は第２図の動作特性を示すグラ
フ、第４図は単板式液晶投射装置の説明図、第５図は３
板式液晶投射装置の説明図である。 11,19…偏光板、12,14,16…透明板、13,15…液晶、17…
電界供給用トランジスタ、18…透明電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神村茂樹埼玉県深谷市幡羅町１―９―２東芝オーディオ・ビデオエンジニアリング株式会社深谷事業所内 (56)参考文献実開昭59−38422（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09F 9/00 360 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 510

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、光源からの光を赤，緑，青の３色に分解する分解手段
と、赤色光の光路上に面を対向させて配設された第１および
第２のＳ偏光板と、緑色光の光路上に面を対向させて配設された第３のＳ
（またはＰ）偏向板および第４のＰ（またはＳ）偏向板
と、青色光の光路上に面を対向させて配設された第５および
第６のＳ偏光板と、前記第１および第２のＳ偏光板間の光路上に配設され、
透明板に形成された透明電極ともう１つの透明板に形成
された電界供給用トランジスタとの間にツイスト配列の
液晶を介在させこの液晶に印加する電圧に応じて前記液
晶を透過する赤色光の偏光方向を変える第１のパネル部
と、前記第３のＳ（またはＰ）偏光板および第４のＰ（また
はＳ）偏向板間の光路上に配設され、透明板に形成され
た透明電極ともう１つの透明板に形成された電界供給用
トランジスタとの間にツイスト配列の液晶を介在させこ
の液晶に印加する電圧に応じて前記液晶を透過する緑色
光の偏光方向を変える第２のパネル部と、前記第５および第６のＳ偏光板間の光路上に配設され、
透明板に形成された透明電極ともう１つの透明板に形成
された電界供給用トランジスタとの間にツイスト配列の
液晶を介在させこの液晶に印加する電圧に応じて前記液
晶を透過する青色光の偏光方向を変える第３のパネル部
と、前記第１および第２のＳ偏向板の間の光路上に配設さ
れ、入力した赤色光の偏光方向を90度変える第１の偏光
角変更手段と、前記第５および第６のＳ偏向板の間の光路上に配設さ
れ、入力した青色光の偏光方向を90度変える第２の偏光
角変更手段と、前記第2,第4,第６の偏向板からそれぞれ出力される各色
の光を合成する合成手段と、この合成手段からの光をスクリーンへ投射する投射レン
ズとを具備し、前記第１および第２のＳ偏光板間と前記第３のＳ（また
はＰ）偏光板および第４のＰ（またはＳ）偏向板間と前
記第５および第６のＳ偏光板間をノーマリーホワイトの
液晶ライトバルブとして用いることを特徴とする液晶表
示装置。