JP2855649B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
投射型表示装置Info
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- JP2855649B2 JP2855649B2 JP1108576A JP10857689A JP2855649B2 JP 2855649 B2 JP2855649 B2 JP 2855649B2 JP 1108576 A JP1108576 A JP 1108576A JP 10857689 A JP10857689 A JP 10857689A JP 2855649 B2 JP2855649 B2 JP 2855649B2
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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、液晶電気光学素子の応用分野であるディス
プレイ、ライトバルブ、光変調器等の装置に関する。
プレイ、ライトバルブ、光変調器等の装置に関する。
［従来の技術］ 従来の液晶電気光学装置において、捻れ構造を有する
方式が主流である。また、捻れ構造を持たない例として
は特開昭63−23133、特開昭61−116329に示される様
な、いわゆる“πセル”が知られている。
方式が主流である。また、捻れ構造を持たない例として
は特開昭63−23133、特開昭61−116329に示される様
な、いわゆる“πセル”が知られている。
［発明が解決しようとする課題］ 捻れ構造に起因する分散特性の為、液晶層の層厚ｄと
屈折率異方性Δｎの積Δndの値を高めに設定しなければ
ならず、視覚特性が劣る傾向がある。
屈折率異方性Δｎの積Δndの値を高めに設定しなければ
ならず、視覚特性が劣る傾向がある。
また、光学補償板を用いた場合、捻れ構造を有する
と、Δdnの許容下限値が、捻れ角が大きくなればなるだ
け高くなる為、同一液晶材料（同一なΔｎの液晶材料）
を用いると応答がおそくなる。さらに、捻れ構造を有す
るものは、一軸性の光学補償板では完全に補償出来ず、
充分な特性を得る為には複数の補償板を重ねるとか、液
晶パネルを用いる方式が取られており、コストが高くな
っていた。
と、Δdnの許容下限値が、捻れ角が大きくなればなるだ
け高くなる為、同一液晶材料（同一なΔｎの液晶材料）
を用いると応答がおそくなる。さらに、捻れ構造を有す
るものは、一軸性の光学補償板では完全に補償出来ず、
充分な特性を得る為には複数の補償板を重ねるとか、液
晶パネルを用いる方式が取られており、コストが高くな
っていた。
また、捻れ構造を持たない前述の“πセル”について
は、上下基板界面付近での分子軸の配向方向が反平行と
なるため、素子に印加される電圧波形によってはツイス
ト変形を伴った準安定状態を呈するという現象（Philli
p J.Bosら:SID'83 Digestなど）が報告されており、こ
れは素子の画素上に光学的性質の異なったドメインを生
ずるという結果をもたらす事になり実用上好ましくな
い。
は、上下基板界面付近での分子軸の配向方向が反平行と
なるため、素子に印加される電圧波形によってはツイス
ト変形を伴った準安定状態を呈するという現象（Philli
p J.Bosら:SID'83 Digestなど）が報告されており、こ
れは素子の画素上に光学的性質の異なったドメインを生
ずるという結果をもたらす事になり実用上好ましくな
い。
本発明は上記問題点を解決するもので、その目的とす
るところは、低コストで、応答性が速く、高コントラス
トが得られ、かつ表示ムラのない液晶電気光学素子を提
供する事にある。
るところは、低コストで、応答性が速く、高コントラス
トが得られ、かつ表示ムラのない液晶電気光学素子を提
供する事にある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の投射型表示装置は、光源と、該光源からの光
を複数の色光に分離する色分離手段と、前記複数の色光
を変調する複数の液晶ライトバルブと、前記複数の液晶
ライトバルブにより変調された複数の色光を合成する色
合成手段と、前記色合成手段で合成された光を投射する
ための投射手段とからなる投射型表示装置において、 前記色合成手段はダイクロイックミラー面がＸ字状に
なるように形成されてなり、前記複数の液晶ライトバル
ブによって変調された前記複数の色光のうち第１の色光
は前記ダイクロイックミラー面を透過し、前記第１の色
光を除く他の色光は前記ダイクロイックミラー面により
反射された色合成されてなり、前記複数の液晶ライトバ
ルブにはねじれ構造を有しないネマティック液晶が挟持
されてなり、前記ネマティック液晶の層厚と前記ネマテ
ィック液晶の屈折率異方性との積が0.2μｍ〜1.0μｍで
あることを特徴とする。
を複数の色光に分離する色分離手段と、前記複数の色光
を変調する複数の液晶ライトバルブと、前記複数の液晶
ライトバルブにより変調された複数の色光を合成する色
合成手段と、前記色合成手段で合成された光を投射する
ための投射手段とからなる投射型表示装置において、 前記色合成手段はダイクロイックミラー面がＸ字状に
なるように形成されてなり、前記複数の液晶ライトバル
ブによって変調された前記複数の色光のうち第１の色光
は前記ダイクロイックミラー面を透過し、前記第１の色
光を除く他の色光は前記ダイクロイックミラー面により
反射された色合成されてなり、前記複数の液晶ライトバ
ルブにはねじれ構造を有しないネマティック液晶が挟持
されてなり、前記ネマティック液晶の層厚と前記ネマテ
ィック液晶の屈折率異方性との積が0.2μｍ〜1.0μｍで
あることを特徴とする。
［実施例］ 液晶ライトバルブにねじれ構造を有しないネマティッ
ク液晶が挟持されてなり、ネマティック液晶の層厚とネ
マティック液晶の屈折率異方性との積が0.2μｍ〜1.0μ
ｍである構成について、以下に示す。
ク液晶が挟持されてなり、ネマティック液晶の層厚とネ
マティック液晶の屈折率異方性との積が0.2μｍ〜1.0μ
ｍである構成について、以下に示す。
本発明として用いた液晶電気光学装置の構成を第１図
に示す。ここで、101は偏光板、102はガラス基板、103
は透明電極、104は液晶を封じ込め、かつセル厚を所定
の値に設定するためのシール部、また、105は液晶分子
の配列を模式的に表わすもので、上基板と下基板の付近
で、分子長軸が平行となる様に配向処理されている。配
向処理は103の透明電極上を薄くポリイミド樹脂で覆
い、それを布で一方向に擦るラビング処理により行っ
た。プレティルト角は約３゜であった。ラビングの擦り
方向を上下基板逆平行とすることにより、上下基板に接
する分子の長軸方向が平行の配向を得た。106は一軸性
光学補償板で、高分子の延伸フィルムを用いた。第２図
は、第１図の一軸性光学補償板106を201の補償用液晶パ
ネルで機能させたものである。
に示す。ここで、101は偏光板、102はガラス基板、103
は透明電極、104は液晶を封じ込め、かつセル厚を所定
の値に設定するためのシール部、また、105は液晶分子
の配列を模式的に表わすもので、上基板と下基板の付近
で、分子長軸が平行となる様に配向処理されている。配
向処理は103の透明電極上を薄くポリイミド樹脂で覆
い、それを布で一方向に擦るラビング処理により行っ
た。プレティルト角は約３゜であった。ラビングの擦り
方向を上下基板逆平行とすることにより、上下基板に接
する分子の長軸方向が平行の配向を得た。106は一軸性
光学補償板で、高分子の延伸フィルムを用いた。第２図
は、第１図の一軸性光学補償板106を201の補償用液晶パ
ネルで機能させたものである。
第３図は本発明として用いた構成要素部分の光学的な
配置を表わし、501、502は上及び下側偏光板の偏光軸
で、各々直交するかほぼ直交した配置を有し、さらに50
3は液晶の分子長軸方向を基板面に投影した状態を表わ
し、501と502の偏光軸に対しほぼ45゜の配置を有する。
配置を表わし、501、502は上及び下側偏光板の偏光軸
で、各々直交するかほぼ直交した配置を有し、さらに50
3は液晶の分子長軸方向を基板面に投影した状態を表わ
し、501と502の偏光軸に対しほぼ45゜の配置を有する。
第４図は光学補償板を用いた場合の光軸の方向を示す
ものであり、ここで補償板の光軸方向601は液晶の分子
長軸の投射方向503と直交するがほぼ直交の位置に配置
されている。
ものであり、ここで補償板の光軸方向601は液晶の分子
長軸の投射方向503と直交するがほぼ直交の位置に配置
されている。
光学補償板を用いない、第３図の配置を示す。550nm
の波長におけるΔｎが0.095で誘電異方性が＋5.3の液晶
材料を、セル厚2.9μｍのセルに封入し、第３図の光学
配置に設置しながら、100Hzの矩形波を電圧0Vから6Vま
で変化させつつ印加した時の透過光量変化の様子を第５
図702の曲線に示す。この場合、電界印加時に光遮断と
なるポジ型モードである。応答速度は、室温、6V o−ｐ
駆動で立ち上がり、立ち下り共に５〜7msと、同一条件
におけるTN型と比較して非常に速い。
の波長におけるΔｎが0.095で誘電異方性が＋5.3の液晶
材料を、セル厚2.9μｍのセルに封入し、第３図の光学
配置に設置しながら、100Hzの矩形波を電圧0Vから6Vま
で変化させつつ印加した時の透過光量変化の様子を第５
図702の曲線に示す。この場合、電界印加時に光遮断と
なるポジ型モードである。応答速度は、室温、6V o−ｐ
駆動で立ち上がり、立ち下り共に５〜7msと、同一条件
におけるTN型と比較して非常に速い。
光学補償板を使用した、第４図の配置を示す。光学補
償板には、550nmに於けるΔndが0.28の高分子一軸延伸
フィルムを使用し、前述と同一の液晶を2.9μｍのセル
に封入して第１図の構成とした。対向する電極間に1000
Hzの矩形波を、電圧0Vo−ｐから6Vo−ｐまで印加した時
の透過率変化を第５図702の曲線に示す。この場合、電
界印加時に光透過するネガ型モードとなる。TN型の場合
のネガ型モードの特性を、704に示すが、電界無印加
時、黒レベルの光漏れがみられる。この原因は第６図に
示す様な、液晶セルの透過率の波長依存性に起因してお
り、801、803はそれぞれ本発明とTN型における光透過状
態の波長特性を示している。ここにみられる様に、TN型
のネガモードでは、黒レベルが波長によって光漏れを起
こしているのに対し、本発明の液晶電気光学装置では全
波長にわたり均一な遮光がなされるという結果が得られ
た。また、光学補償板としては第２図に示した様なΔnd
が駆動セルと等しいかほぼ等しい液晶セルを使用しても
良い。
償板には、550nmに於けるΔndが0.28の高分子一軸延伸
フィルムを使用し、前述と同一の液晶を2.9μｍのセル
に封入して第１図の構成とした。対向する電極間に1000
Hzの矩形波を、電圧0Vo−ｐから6Vo−ｐまで印加した時
の透過率変化を第５図702の曲線に示す。この場合、電
界印加時に光透過するネガ型モードとなる。TN型の場合
のネガ型モードの特性を、704に示すが、電界無印加
時、黒レベルの光漏れがみられる。この原因は第６図に
示す様な、液晶セルの透過率の波長依存性に起因してお
り、801、803はそれぞれ本発明とTN型における光透過状
態の波長特性を示している。ここにみられる様に、TN型
のネガモードでは、黒レベルが波長によって光漏れを起
こしているのに対し、本発明の液晶電気光学装置では全
波長にわたり均一な遮光がなされるという結果が得られ
た。また、光学補償板としては第２図に示した様なΔnd
が駆動セルと等しいかほぼ等しい液晶セルを使用しても
良い。
高分子一軸延伸フィルムを部分的に設置した場合の表
示を第７図に示す。901は光学補償板なし、902は光学補
償板を入れた場合で、表示を容易にポジ・ネガ反転出来
る。
示を第７図に示す。901は光学補償板なし、902は光学補
償板を入れた場合で、表示を容易にポジ・ネガ反転出来
る。
本発明の液晶電気光学素子を用いて、カラーフィルタ
ー及びバックライトを備えた透過型表示装置を構成し
た。断面図を第８図に示す。第８図中301はカラーフィ
ルター、302はバックライトを表わす。液晶105及び光学
補償板106には前述と同様な物を使用し、これらの光学
的配置は第４図に従った。光学補償板は液晶セルに置き
換えてもよい。第５図、第６図にみられる様にオフ時
（電界無印加時）の光漏れが少なく、かつ波長依存性が
小さいのでカラーフィルターの色に関わらず良好な黒レ
ベルが得られた。表示コントラスト比は室温（25℃）に
おいて38であった。
ー及びバックライトを備えた透過型表示装置を構成し
た。断面図を第８図に示す。第８図中301はカラーフィ
ルター、302はバックライトを表わす。液晶105及び光学
補償板106には前述と同様な物を使用し、これらの光学
的配置は第４図に従った。光学補償板は液晶セルに置き
換えてもよい。第５図、第６図にみられる様にオフ時
（電界無印加時）の光漏れが少なく、かつ波長依存性が
小さいのでカラーフィルターの色に関わらず良好な黒レ
ベルが得られた。表示コントラスト比は室温（25℃）に
おいて38であった。
本発明の液晶電気光学素子を投射型表示装置の液晶ラ
イトバルブとして用いた実施例を示す。第９図は本実施
例に用いた液晶ライトバルブの断面図であり、第10図は
投射型表示装置の光学構成図の一例である。透明基板上
に液晶電気光学効果を制御する手段としてポリシリコン
薄膜トランジスタ（TFT）或はアモルファスシリコンTFT
などのアクティブスイッチング素子411及び画素電極412
をマトリクス状に形成した。また、もう一方の基板上に
染色層或は金属薄膜などにより光シールド層413を画素
電極412以外の領域を覆う様に格子状に形成した。所望
の配向処理を施した後、上記２枚の基板を貼合わせ、液
晶105を封入して液晶ライトバルブを得た。液晶分子長
軸方向と一軸性光学補償板106との位置関係は第４図に
示した様に設定した。上述の様にして得た液晶ライトバ
ルブを用い第10図に示される光学構成にて投射型表示装
置を得た。光源401からの光を青色反射ダイクロイック
ミラー402と緑色反射ダイクロイックミラー403にて赤色
光、緑色光、青色光に分割し、それぞれ赤色光用液晶ラ
イトバルブ406、緑色光用液晶ライトバルブ405、青色光
用液晶ライトバルブ404に入射させる。画像形成後ダイ
クロイックミラープリズム407にて色合成し、投射レン
ズ410にて投射する。ダイクロイックミラープリズム407
は直角プリズムを４個接着したものであり赤色光反射ダ
イクロイックミラー面408と青色光反射ダイクロイック
ミラー面409を有している。該ダイクロイックミラープ
リズム407による色合成において赤、青色光は１回の反
射にて、緑色光は透過にて色合成され投射レンズに導か
れる。上記構成による本実施例の投射画像は画素単位内
に色むらを生じる事がなく忠実な色再現性を有するもの
であった。なお、液晶電気光学効果を制御する手段とし
ては、ポリシリコンTFT、アモルファスシリコンTFT、化
合物半導体TFTなどのTFT素子に限定されるものではな
く、ダイオード特性を有するMIM素子、リングダイオー
ド素子、バックツウバックダイオード素子等のスイッチ
ング方式、或は単純マルチプレキシング法で駆動しても
本発明の目的は達成される。
イトバルブとして用いた実施例を示す。第９図は本実施
例に用いた液晶ライトバルブの断面図であり、第10図は
投射型表示装置の光学構成図の一例である。透明基板上
に液晶電気光学効果を制御する手段としてポリシリコン
薄膜トランジスタ（TFT）或はアモルファスシリコンTFT
などのアクティブスイッチング素子411及び画素電極412
をマトリクス状に形成した。また、もう一方の基板上に
染色層或は金属薄膜などにより光シールド層413を画素
電極412以外の領域を覆う様に格子状に形成した。所望
の配向処理を施した後、上記２枚の基板を貼合わせ、液
晶105を封入して液晶ライトバルブを得た。液晶分子長
軸方向と一軸性光学補償板106との位置関係は第４図に
示した様に設定した。上述の様にして得た液晶ライトバ
ルブを用い第10図に示される光学構成にて投射型表示装
置を得た。光源401からの光を青色反射ダイクロイック
ミラー402と緑色反射ダイクロイックミラー403にて赤色
光、緑色光、青色光に分割し、それぞれ赤色光用液晶ラ
イトバルブ406、緑色光用液晶ライトバルブ405、青色光
用液晶ライトバルブ404に入射させる。画像形成後ダイ
クロイックミラープリズム407にて色合成し、投射レン
ズ410にて投射する。ダイクロイックミラープリズム407
は直角プリズムを４個接着したものであり赤色光反射ダ
イクロイックミラー面408と青色光反射ダイクロイック
ミラー面409を有している。該ダイクロイックミラープ
リズム407による色合成において赤、青色光は１回の反
射にて、緑色光は透過にて色合成され投射レンズに導か
れる。上記構成による本実施例の投射画像は画素単位内
に色むらを生じる事がなく忠実な色再現性を有するもの
であった。なお、液晶電気光学効果を制御する手段とし
ては、ポリシリコンTFT、アモルファスシリコンTFT、化
合物半導体TFTなどのTFT素子に限定されるものではな
く、ダイオード特性を有するMIM素子、リングダイオー
ド素子、バックツウバックダイオード素子等のスイッチ
ング方式、或は単純マルチプレキシング法で駆動しても
本発明の目的は達成される。
［発明の効果］ 以上のような構成とすることによって以下のような効
果が得られる。
果が得られる。
すなわち、従来のねじれ構造を有する液晶を用いた液
晶電気光学素子は視角特性が狭い。このような視角特性
を有する液晶電気光学素子を液晶ライトバルブとして用
いた場合、液晶ライトバルブからの光のうち１つの色光
は色合成手段を透過し、他の２つの色光は色合成手段に
よって反転される。従って、２つの色光は色合成手段に
より反転されるため、色合成手段を透過した光と合成し
た際、色ムラとなって表れる。しかしながら、本願のよ
うなねじれ構造を有しない液晶を用いた液晶電気光学素
子は、ねじれ構造を有する液晶を用いた液晶電気光学素
子に比べて視角特性が大幅に改善される。従って、ねじ
れのないネマテック液晶を用いた液晶ライトバルブは視
角特性が広く、色合成手段によって反射され反転された
光であっても投射される光には明／暗の差がなく色ムラ
が生じない投射型表示装置を得ることができる。
晶電気光学素子は視角特性が狭い。このような視角特性
を有する液晶電気光学素子を液晶ライトバルブとして用
いた場合、液晶ライトバルブからの光のうち１つの色光
は色合成手段を透過し、他の２つの色光は色合成手段に
よって反転される。従って、２つの色光は色合成手段に
より反転されるため、色合成手段を透過した光と合成し
た際、色ムラとなって表れる。しかしながら、本願のよ
うなねじれ構造を有しない液晶を用いた液晶電気光学素
子は、ねじれ構造を有する液晶を用いた液晶電気光学素
子に比べて視角特性が大幅に改善される。従って、ねじ
れのないネマテック液晶を用いた液晶ライトバルブは視
角特性が広く、色合成手段によって反射され反転された
光であっても投射される光には明／暗の差がなく色ムラ
が生じない投射型表示装置を得ることができる。
第１図及び第２図は本発明における液晶電気光学素子の
構成を示す図である。 第３図及び第４図は本発明における液晶電気光学素子の
光学要素の配置を示す図である。 第５図は、本発明及び従来のTN方式の電圧−透過率特性
を示す図である。 第６図は、本発明における透過率の波長特性を、従来の
TN方式と比較して示した図である。 第７図は、本発明における部分的に光学補償板を設置し
た場合の表示の反転を示す図である。 第８図は、本発明における透過型表示装置の断面図であ
る。 第９図は本発明実施例に用いた液晶ライトバルブの断面
図である。 第10図は本発明実施例に於ける投射型表示装置の光学構
成の一例を示す図である。 101……偏光板 102……硝子基板 103……透明電極 104……シール部 105……液晶 106……一軸性光学補償板 201……補償用液晶セル 301……カラーフィルタ 302……バックライト 401……光源 402……青色反射ダイクロイックミラー 403……緑色反射ダイクロイックミラー 404……青色光用液晶ライトバルブ 405……緑色光用液晶ライトバルブ 406……赤色光用液晶ライトバルブ 407……ダイクロイックミラープリズム 408……赤色光反射ダイクロイックミラー面 409……青色光反射ダイクロイックミラー面 410……投射レンズ 411……アクティブスイッチング素子 412……画素電極 413……光シールド層 501,502……偏光軸 503……液晶の分子長軸方向 601……補償板の光軸方向 701,702……本発明の素子に於ける電圧−透過率曲線 703,704……従来のTN型素子における電圧−透過率曲線 801,802……本発明の素子における透過率の波長特性 803,804……従来のTN型素子における透過率の波長特性 901……光学補償板のない部分 902……光学補償板を入れた部分
構成を示す図である。 第３図及び第４図は本発明における液晶電気光学素子の
光学要素の配置を示す図である。 第５図は、本発明及び従来のTN方式の電圧−透過率特性
を示す図である。 第６図は、本発明における透過率の波長特性を、従来の
TN方式と比較して示した図である。 第７図は、本発明における部分的に光学補償板を設置し
た場合の表示の反転を示す図である。 第８図は、本発明における透過型表示装置の断面図であ
る。 第９図は本発明実施例に用いた液晶ライトバルブの断面
図である。 第10図は本発明実施例に於ける投射型表示装置の光学構
成の一例を示す図である。 101……偏光板 102……硝子基板 103……透明電極 104……シール部 105……液晶 106……一軸性光学補償板 201……補償用液晶セル 301……カラーフィルタ 302……バックライト 401……光源 402……青色反射ダイクロイックミラー 403……緑色反射ダイクロイックミラー 404……青色光用液晶ライトバルブ 405……緑色光用液晶ライトバルブ 406……赤色光用液晶ライトバルブ 407……ダイクロイックミラープリズム 408……赤色光反射ダイクロイックミラー面 409……青色光反射ダイクロイックミラー面 410……投射レンズ 411……アクティブスイッチング素子 412……画素電極 413……光シールド層 501,502……偏光軸 503……液晶の分子長軸方向 601……補償板の光軸方向 701,702……本発明の素子に於ける電圧−透過率曲線 703,704……従来のTN型素子における電圧−透過率曲線 801,802……本発明の素子における透過率の波長特性 803,804……従来のTN型素子における透過率の波長特性 901……光学補償板のない部分 902……光学補償板を入れた部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−230025（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−155034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−149626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−192724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−143557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−74024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1335
Claims (1)
- 【請求項１】光源と、該光源からの光を複数の色光に分
離する色分離手段と、前記複数の色光を変調する複数の
液晶ライトバルブと、前記複数の液晶ライトバルブによ
り変調された複数の色光を合成する色合成手段と、前記
色合成手段で合成された光を投射するための投射手段と
からなる投射型表示装置において、 前記色合成手段はダイクロイックミラー面がＸ字状にな
るように形成されてなり、前記複数の液晶ライトバルブ
によって変調された前記複数の色光のうち第１の色光は
前記ダイクロイックミラー面を透過し、前記第１の色光
を除く他の色光は前記ダイクロイックミラー面により反
射された色合成されてなり、前記複数の液晶ライトバル
ブにはねじれ構造を有しないネマティック液晶が挟持さ
れてなり、前記ネマティック液晶の層厚と前記ネマティ
ック液晶の屈折率異方性との積が0.2μｍ〜1.0μｍであ
ることを特徴とする投射型表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108576A JP2855649B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 投射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108576A JP2855649B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 投射型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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