JP2870747B2 - 投写型液晶表示装置 - Google Patents
投写型液晶表示装置Info
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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、フルカラー表示用の投写型液晶表示装置、
特にこれに使用するTN型液晶パネルの構造に関する。 従来の技術 フルカラー画像表示が可能な液晶表示パネルとしては
多数の画素をマトリックス配置したTN型液晶パネルを光
シャッタとして、これに画素毎にRGBの３色フィルタを
配置した液晶パネルが実用化されている。CRT並みのフ
ルカラーTV画像の表示を可能とするためには画像の信号
線と走査線により100％デューティで光シャッタカのオ
ン，オフを制御する必要から、各画素にスイッチング用
の薄膜トランジスタやダイオードを作り付けたアクティ
ブマトリックス型液晶表示パネルが有利である。しかし
これらのアクティブマトリックス型液晶表示パネルの製
造は、製膜、フォトファブリケーションによるいわゆる
半導体プロセスによるため大型化が一般に難しい。これ
に対してこれをライトバルブとしてスクリーン上に投影
する投写型液晶表示装置ではこの大型化が容易に実現で
きる。 RGBの３色光を３枚のTN型液晶パネルに透過させてこ
のTN型液晶パネルの画像を同一スクリーン上に結像する
場合、TN型液晶パネルの入射光の波長により出射光の偏
光状態が異なるため、これらのRGB毎に別々に最適な光
学設計されたTN型液晶パネルを使用する必要がある。ノ
ーマリブラックのTNセルの透過率特性はGooch,Tarryが
文献J.Phys.,D8,1575（1975）に理論的に説明してお
り、90°TNセルの場合の透過率Ｔは で表わせる。ここでパラメータｕは ｕ＝２Δnd/λ で定義され、Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄは液晶層の
ギャップ長、λは波長を示す。透過率Ｔの最小値は波長
により異なり、RGBの各中心波長をそれぞれ450nm,545n
m,610nmとし、Δｎ＝0.098とした時のギャップ長ｄに対
する透過率Ｔの計算値を第２図ｂに示す。第２図ｂで曲
線１はＲ光を透過させた場合の透過率を示しており、ギ
ャップ長5.4μｍで透過率が最小値をとる。同じく曲線
２および３はそれぞれＧ光,B光の透過率を示し、ギャッ
プ長は4.8μm,4.0μｍで透過率の最小値をとる。したが
ってRGB用の液晶パネルにΔｎ値の同じ同一の液晶を使
う場合には各液晶パネルのギャップ長を上記の値に合せ
れば透過率特性の最適化ができる。またRGB毎にΔｎ値
の異なる液晶を使用して透過率特性を最適化することも
考えられるが、液晶材料に要求される実用上の諸特性た
とえば応答性に関わる粘度、電圧−透過率特性に関わる
誘電率異方性，弾性率等も満足して上記特性を最適化す
ることは難しく現実的でない。 発明が解決しようとする問題点 従来例に示したRGB毎に液晶パネルのギャップ長を変
えて透過率特性を最適化する方法では、高いコントラス
トで色再現性の良い画像表示装置を実現するにはサブミ
クロンの高精度のギャップ長を持った液晶表示パネルが
必要であり、RGB毎にギャップ長の異なった液晶パネル
で構成することは製作技術上および製造管理上不利があ
る。たとえば液晶パネルの液晶層のギャップはグラスフ
ァイバーやビーズをスペーサとして保持するが、このギ
ャップ間隔はこれらのスペーサ材の径，材質、さらに分
散密度に依存しており、さらに液晶パネルを構成する基
板ガラスのそりや、これを矯正してシール封止する押圧
力や温度条件が関係し、要求されるサブミクロン精度の
ギャップ長を実現することは容易でない。さらにTN型液
晶パネルのギャップ長が異なった場合、光学特性のみな
らず応答特性や電圧−透過率特性も変わり、不利であ
る。 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、RGBの３色光を
３枚のTN型液晶パネルに透過させてこのTN型液晶パネル
の画像を同一スクリーン上に結像する光学系を有する投
写型液晶表示装置にあってRGB毎に、TN型液晶パネルの
それぞれの外にTN型液晶パネルそれぞれの表示部全体に
亘って均一な偏光特性を有する偏光子と検光子とを設
け、これらの各々の偏光子と検光子の偏光軸の交角を変
えることにより、RGB毎のTN型液晶パネルの、電圧無印
加時における透過率を最小化または最大化したことを特
徴とするものである。 特にTN型液晶パネルの配向方向が略直交し、偏光子お
よび検光子の透過軸あるいは吸収軸が一方の配向方向に
略一致するよう平行ニコルまたは直交ニコルに近い方向
に配置されたノーマリブラックまたはノーマリホワイト
の表示形式であって、直線偏光の施光角が減少する方向
に偏光軸をずらす場合を正として、Ｒ光用の液晶パネル
の偏光軸の交角θRを０＞ΔθR≧−20°、Ｂ光用の液晶
パネルの偏光軸の交角θBを０＜ΔθB≦±20°、Ｇ光用
の液晶パネルの偏光軸の交角θGをΔθG＝０またはθR
＜θG＜θBとする構成とすれば好都合である。 作用 本発明の手段，構成によればRGB用の液晶パネルは偏
光板の配置角度を除いて全く同じ液晶パネルを使用でき
るから構成がシンプルであり、液晶パネルの製作上有利
である。同一仕様の液晶パネルを多数個製造し、性能の
均一な液晶パネルを使用してシステムを構成することが
できる。またRGB用の３枚の液晶パネルは同じギャップ
長であるから液晶の応答特性も同じであり、電圧−透過
率特性も近い。 本発明は３板式の投写型液晶表示装置として液晶パネ
ルの偏光軸の配置角度を工夫するのみの簡単な構成で上
記利点が得られることに着眼したもので、下記の通り液
晶パネルの透過率特性を最適化することができる。 偏光板を平行ニコルにした場合のTNセルの透過率特性
は前述したグーチタリー（Gooch,Tarry）の式で説明で
きるが、偏光板の偏光軸の配置角度を変えた場合のTNセ
ルの透過率特性はゴシアンスキー（Goscianski）がJ.Ap
pl.Phys.,48（４）,p1427（1977）に論じており、入射
直線偏光が90°TNセルを透過して直線偏光として出射す
る条件として下記の条件式を理論的に導いている。 ここでパラメータｕは前述と同じく ｕ＝２Δnd/λ で定義され、αは配向方向に対する偏光軸の角度を表わ
し、入射側の配向方向に対してTNセルの直線偏光の旋光
する方向に入射側の偏光軸をずらし、出射側で直線偏光
の旋光角が減少する方向に偏光軸をずらす場合を角度の
正と定義しており、上記の出射光が直線偏光となる条件
は入射側の偏光軸と出射側の偏光軸の交角が２αとなる
場合である。 第２図ａはこの条件式を満足する偏光軸の角度αとギ
ャップ長ｄの関係をΔｎ＝0.098の場合についてRGBの各
中心波長、450nm,545nm,610nmについて計算したもので
ある。曲線4,5,6はそれぞれRGBの偏光軸の角度αとギャ
ップｄの関係を表わす。α＝０の場合は前述のGooch,Ta
rryの式より算出される最適ギャップと一致している。
この関係を第２図ａと第２図ｂを関係づけて図示した。
いまＧ光用のTNセルの偏光板を平行ニコルとすると、す
なわち、αG＝０とすると最適ギャップ長は4.8μｍであ
る。ギャップ長が4.8μｍの時にＢ光用のTNセルの最適
な偏光軸の角度αBは第２図ａにおいて点７で示されて
おりαB＝＋66°である。同じくＲ光用のTNセルの最適
な偏光軸の角度αRは同図の点８で示されており、αR＝
−40°である。このように同一ギャップの液晶パネルを
使用して偏光軸の角度を変えることでRGB毎に最適の構
成を採ることができる。しかもこの理論式を満足する場
合には非点燈時のブラック状態の液晶パネルの透過率は
RGBともに理論的には零であり、TV画像グレードの表示
に重要な優れた黒レベルが実現し、色再現性も高い。さ
らに点燈時のホワイト状態の透過率は、Ｂ光用およびＲ
光用については偏光軸が平行ニコルとは異なるから若干
低下するが、偏光軸の交角Ｂ光用でθB＝２αB＝＋13.2
°、Ｒ光用でθR＝２αR＝−8.0°であり、透過率の低
下はそれぞれ5.2％および1.9％であり実用上支障がな
く、コントラストの低下も少ない。偏光軸の交角を20°
以下に限定したのはこれ以上の交角となると点燈時の透
過率が十数％低下し支障が生じて来るからである。 実施例 第１図は本発明の第１の実施例として特許請求の範囲
第３項の構成に対応した実施例を示している。この構成
は偏光軸の配置を上述した理論通りに配した例であり、
TNセル10の入射光側の配向方向11（点線の矢印で図示）
と出射側の配向方向12の間の角度ΩはΩ＝90°の旋回方
向が右まわりのTNセルであり、RGB光用の３枚のTNセル
ともその液晶層のギャップ長ｄは共通であり、Ｇ光に対
してギャップ長を最適化してある。すなわち、前述した
Gooch,Torryの式で非点燈時の透過率が零となる第１ピ
ークの条件は となる。波長λをＧ光の0.545μm,Δｎ＝0.098とすると
上式はｄ＝48μｍとなる。 Ｇ光用のTNセルの偏光軸は入射側の配向方向と同一方
向でかつ出射側の偏光軸を平行としており、いわゆる90
°TNセルの平行ニコル形式のノーマリブラック表示形式
のセルを形成している。これに対してＲ光用のTNセルは
偏光軸の角度を、入射側については配向方向11に対して
αRだけ変えた13の方向とし、出射側の偏光軸は入射側
の配向方向と直交する方位より、入射側と反対方向にα
Rだけずらした14の方向としている。Ｒ光に対するTNセ
ルの非点燈時の透過率を零とするには前述のGoscianski
の式からｄ＝4.8μm,λ＝0.610,Δｎ＝0.098とするとα
R＝−4.0°となる。ここで角度の正負は直線偏光の旋光
角が減少する方向に偏光板をずらす場合を正としてお
り、αRは負であるからＲ光の場合には入射直線偏光は9
0°−２αR＝98.0°だけ旋回した角度で直線偏光として
出射するから、これと直交する方向に出射側の偏光軸を
合せることにより非点燈時の透過率を零とすることがで
きる。同様にＢ光に対してもｄ＝4.8μm,λ＝0.450μm,
Δｎ＝0.098として偏光板角度を最適化するとαB＝＋6.
6°となり、図のごとくＢ光の場合はＲ光の場合と反対
方向に入射側の偏光軸15を配向11に対してαBだけ、出
射側の偏光軸16を、入射側の配向方向と直交する方位よ
りαBだけずらせばよい。なお、図では投写光学系の図
示は省略した。 このように偏光板の配置方向を最適化したTNセルのRG
B毎のギャップ長に対する透過率の特性の理論値を第３
図に示す。曲線21,22,23はそれぞれＲ光,G光,B光用のTN
セルの透過率を示す。ここで一定ギャップ長（4.8μ
ｍ）でRGB光とも透過率が零となり非点燈時の黒レベル
が最適化される。実証実験として上記に説明したΔｎ＝
0.098,d＝4.8μｍのTNセルを作成し、RGBの誘電体多層
膜干渉フィルタを使用して非点燈時の偏光板の最適配置
角度を探ったところ、Ｒ光用のパネルについては偏光板
交角が−８°,B光用のパネルについては偏光板交角が＋
13°で非点燈時のパネルの輝度が最小を示し、理論計算
値と良好な一致を示した。また上記の説明ではΔｎは定
数として扱ったが若干の波長依存性および比較的大きな
温度依存性を持っており、これらを考慮した計算を行う
ことにより精度を上げることができる。また実際に作成
したパネルの透過率は第３図に示すごとく、その最適点
で透過率は零にはならず若干の残留透過があった。さら
にRGB用のフィルタとして上述の誘電体多層膜干渉フィ
ルタを使用する場合はフィルタ特性の波長域における幅
が比較的狭いため上述の通り波長を一定とした理論計算
式で実験事実とよく合致しているが、透過光量を重視し
て各RGBに波長幅を持たせたフィルタを使用する場合に
は透過率を最小とする偏光板交角の実験値は上記計算値
からずれた。しかしこのずれは波長幅内におけるTNセル
の旋光分散現象が主要な原因と考えられ、偏光板交角を
考慮したTNセルの透過率を光源およびフィルタの波長幅
に渡って積分することにより解析することができ、設計
計算値の精度をさらに上げることができる。このような
透過率の残留成分と偏光板交角の理論値からのずれは特
にＢ光用のパネルで顕著であった。これはＢ光用のパネ
ルでは狭ギャップ領域において上述の旋光分散現象が特
に大きいことが一因でありさら液晶配向のプリテイルト
角の影響も考えられる。さらにＢ光用のパネルを従来通
りギャップ長を最適化してｄ＝4.0μｍの液晶パネルを
製作したところ狭ギャップであるためにパネル内のギャ
ップ均一性が目立ったり、顕著な残留透過がありコント
ラストが悪かった。この点からは本特許によれば相対的
に大きなギャップを持った液晶パネルを使用してＢ光用
に透過率特性を最適化することができ有利である。 RGB用のパネルは同一ギャップであるため応答特性も
ほぼそろっており、電圧印加時の電圧−透過率特性もRG
Bで実用上支障のある差はなかった。 第４図は本発明の他の実施例を示しておりａは第１の
実施例と同じく特許請求の範囲第３項の構成に対応した
実施例、ｂおよびｃは第４項の構成に対応した実施例を
示している。上記の実証実験で偏光板交角θを保って、
第４図ｂまたはｃの如く両振りの角度配分ではなく入射
側または出射側の偏光軸を一定方向に固定して偏光板交
角を変えても第４図ａと同じ効果が得られることが明ら
かになった。 Ｇ光用のパネルはいずれも平行ニコルで最適化したギ
ャップ長を持っており、Ｂ光用およびＲ光用のパネルに
ついては同じギャップ長で偏光軸の交角を最適化してあ
る。入射側の配向方向31（ｘ）と出射側の配向方向32
（ｙ）は90°に近い交角Ωで交わっており矢印方向に配
向の分子軸のダイレクタを持ち右まわりのTNセルを構成
している。なお、ここで図は全て出射側から見るものと
する。第４図ａのＢ光用のパネルでは入射側の偏光軸33
（Pi）は入射側の配向方向31（ｘ）に対して旋光方向に
αBだけ角度を持った方向に配置されており、この方向
に入射した直線偏光はπ−２αBだけ右まわりに旋回し
た後34の旋回方向（Po′）で直線偏光して出射する。こ
れと直交する方向35（Po）に出射側の偏光軸を合せてや
れば非点燈時の透過率は最小となる。従って入射側偏光
軸と出射側偏光軸の交角θBはθB＝２αBである。Ｒ光
用のパネルについも同様であるがＢ光用の旋光角（Piと
Poのなす角度）が鋭角であるのに対しＲ光用では鈍角で
あり、入射側と出射側の偏光軸の配置関係が相互に逆に
なる。 第４図ｂおよびｃはそれぞれ入射側の偏光軸を配向方
向に一致させた場合と出射側の偏光軸を配向方向に一致
させた場合を示している。この場合も第４図ａの構成の
場合とほぼ同じく偏光板交角を適当に選ぶことにより透
過率を最適化することができる。第１次近似的には前述
のGoscianskiの式より偏光板交角θはθ＝２αで求める
ことができる。このような構成では一方の偏光軸が各RG
Bパネルに対して共通であるため構成が簡単であり投写
型液晶表示装置の製造上も有利である。たとえば共通側
の偏光軸として液晶パネルに直接偏光板を貼り付け、交
角調整側の偏光板をその反対面側に配置する。 第４図ｂの如く入射側の偏光軸の角度を共通とする構
成例は照明光を偏光ビームスプリッタに透過させ、得ら
れた直線偏光をRGB光に分光して液晶パネルに入射せし
める場合等に有利である。すなわち、この場合入射側の
偏光軸の方向を任意の方向に選ぶことが難しいから入射
側の偏光軸が共通であると好都合である。 第４図ｃの如く出射側の偏光軸の角度を共通とする構
成例は入射側を交角調整機構の付いた偏光板を液晶パネ
ルから離して配置し、出射側は偏光板を液晶パネルに直
接貼り付ける構成とする場合等に有利である。この場
合、特に入射側の偏光板と光源の輻射熱を受けて熱をよ
く吸収して発熱するが、このような配置構成によりこの
発熱が液晶パネルに伝達されるのを防ぐことができ、液
晶パネル温度上昇を少なくすることができる。 図示はしていないが偏光軸を配向方向に厳密に合致さ
せなくとも数度の範囲で相対角度が一定であれば実用上
支障がない。またツイスト角Ωも90°に対して液晶の逆
まわりのドメイン（逆ドメイン）を防止する目的で90°
より数度小さくする構成をよく用いるが実証実験ではこ
の目的でツイスト角88°に選んだ。 第５図はさらに他の実施例を示すもので第４図ａ〜ｃ
が入射側の配向方向と偏光板の偏光軸（透過軸）を合せ
るいわゆる透過軸合せのケースであるのに対し、これを
入射側の配向方向に対して偏光板の吸収軸（透過軸と直
交する方向）を合せるいわゆる吸収軸合せのケースを示
している。この場合も第４図ａ〜ｃに順じた配置におい
て同様の効果を得ることができる。 第６図はさらにこれまでの実施例がＧ光用のパネルを
ベストギャップに選びＲ用およびＢ用にこれと同一のギ
ャップ長のパネルを使用しているのに対し、Ｇ光波長か
らずれた波長でベストギャップとなるTNセルを用いた場
合を例示しており、（この例ではＧ光波長よりやや短波
長側の波長でベストとなる。）Ｇ光用のパネルについて
も偏光板交角を調整することにより非点燈時の透過率特
性を最適化することができる。 また、以上の実施例ではおもにノーマリブラックの液
晶パネルについて述べたが、本発明は偏光子と検光子が
直交ニコルに配置されたノーマリホワイトの液晶パネル
についても適用できる。この場合、以上の実施例の説明
において「非点燈時の透過率を最小にする。」を「非点
燈時の透過率を最大にする。」に、「黒レベル」を「白
レベル」等と読み換えることにより同一の動作原理で説
明することができるとともに本発明の目的とする同様の
効果が得られるものである。 また、以上の実施例ではRGB用パネルとも同一ギャッ
プの場合について述べた。この場合に本発明の構成が簡
単である特長が最大限生きるが、従来の最適化手法であ
るギャップ長を変えたり、屈折率異方性を変えたりする
手法との折衷でシステムを構成してもよい。 発明の効果 以上説明したように本発明によれば比較的簡単な構成
でRGB毎の透過率特性を最適化することができ、すなわ
ちフルカラーTV画像品質に重要な黒レベル、その色特
性、さらにコントラスト、色再現性等の優れた投写型液
晶表示装置を提供することができ、工業的価値の大きな
ものである。
特にこれに使用するTN型液晶パネルの構造に関する。 従来の技術 フルカラー画像表示が可能な液晶表示パネルとしては
多数の画素をマトリックス配置したTN型液晶パネルを光
シャッタとして、これに画素毎にRGBの３色フィルタを
配置した液晶パネルが実用化されている。CRT並みのフ
ルカラーTV画像の表示を可能とするためには画像の信号
線と走査線により100％デューティで光シャッタカのオ
ン，オフを制御する必要から、各画素にスイッチング用
の薄膜トランジスタやダイオードを作り付けたアクティ
ブマトリックス型液晶表示パネルが有利である。しかし
これらのアクティブマトリックス型液晶表示パネルの製
造は、製膜、フォトファブリケーションによるいわゆる
半導体プロセスによるため大型化が一般に難しい。これ
に対してこれをライトバルブとしてスクリーン上に投影
する投写型液晶表示装置ではこの大型化が容易に実現で
きる。 RGBの３色光を３枚のTN型液晶パネルに透過させてこ
のTN型液晶パネルの画像を同一スクリーン上に結像する
場合、TN型液晶パネルの入射光の波長により出射光の偏
光状態が異なるため、これらのRGB毎に別々に最適な光
学設計されたTN型液晶パネルを使用する必要がある。ノ
ーマリブラックのTNセルの透過率特性はGooch,Tarryが
文献J.Phys.,D8,1575（1975）に理論的に説明してお
り、90°TNセルの場合の透過率Ｔは で表わせる。ここでパラメータｕは ｕ＝２Δnd/λ で定義され、Δｎは液晶の屈折率異方性、ｄは液晶層の
ギャップ長、λは波長を示す。透過率Ｔの最小値は波長
により異なり、RGBの各中心波長をそれぞれ450nm,545n
m,610nmとし、Δｎ＝0.098とした時のギャップ長ｄに対
する透過率Ｔの計算値を第２図ｂに示す。第２図ｂで曲
線１はＲ光を透過させた場合の透過率を示しており、ギ
ャップ長5.4μｍで透過率が最小値をとる。同じく曲線
２および３はそれぞれＧ光,B光の透過率を示し、ギャッ
プ長は4.8μm,4.0μｍで透過率の最小値をとる。したが
ってRGB用の液晶パネルにΔｎ値の同じ同一の液晶を使
う場合には各液晶パネルのギャップ長を上記の値に合せ
れば透過率特性の最適化ができる。またRGB毎にΔｎ値
の異なる液晶を使用して透過率特性を最適化することも
考えられるが、液晶材料に要求される実用上の諸特性た
とえば応答性に関わる粘度、電圧−透過率特性に関わる
誘電率異方性，弾性率等も満足して上記特性を最適化す
ることは難しく現実的でない。 発明が解決しようとする問題点 従来例に示したRGB毎に液晶パネルのギャップ長を変
えて透過率特性を最適化する方法では、高いコントラス
トで色再現性の良い画像表示装置を実現するにはサブミ
クロンの高精度のギャップ長を持った液晶表示パネルが
必要であり、RGB毎にギャップ長の異なった液晶パネル
で構成することは製作技術上および製造管理上不利があ
る。たとえば液晶パネルの液晶層のギャップはグラスフ
ァイバーやビーズをスペーサとして保持するが、このギ
ャップ間隔はこれらのスペーサ材の径，材質、さらに分
散密度に依存しており、さらに液晶パネルを構成する基
板ガラスのそりや、これを矯正してシール封止する押圧
力や温度条件が関係し、要求されるサブミクロン精度の
ギャップ長を実現することは容易でない。さらにTN型液
晶パネルのギャップ長が異なった場合、光学特性のみな
らず応答特性や電圧−透過率特性も変わり、不利であ
る。 問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、RGBの３色光を
３枚のTN型液晶パネルに透過させてこのTN型液晶パネル
の画像を同一スクリーン上に結像する光学系を有する投
写型液晶表示装置にあってRGB毎に、TN型液晶パネルの
それぞれの外にTN型液晶パネルそれぞれの表示部全体に
亘って均一な偏光特性を有する偏光子と検光子とを設
け、これらの各々の偏光子と検光子の偏光軸の交角を変
えることにより、RGB毎のTN型液晶パネルの、電圧無印
加時における透過率を最小化または最大化したことを特
徴とするものである。 特にTN型液晶パネルの配向方向が略直交し、偏光子お
よび検光子の透過軸あるいは吸収軸が一方の配向方向に
略一致するよう平行ニコルまたは直交ニコルに近い方向
に配置されたノーマリブラックまたはノーマリホワイト
の表示形式であって、直線偏光の施光角が減少する方向
に偏光軸をずらす場合を正として、Ｒ光用の液晶パネル
の偏光軸の交角θRを０＞ΔθR≧−20°、Ｂ光用の液晶
パネルの偏光軸の交角θBを０＜ΔθB≦±20°、Ｇ光用
の液晶パネルの偏光軸の交角θGをΔθG＝０またはθR
＜θG＜θBとする構成とすれば好都合である。 作用 本発明の手段，構成によればRGB用の液晶パネルは偏
光板の配置角度を除いて全く同じ液晶パネルを使用でき
るから構成がシンプルであり、液晶パネルの製作上有利
である。同一仕様の液晶パネルを多数個製造し、性能の
均一な液晶パネルを使用してシステムを構成することが
できる。またRGB用の３枚の液晶パネルは同じギャップ
長であるから液晶の応答特性も同じであり、電圧−透過
率特性も近い。 本発明は３板式の投写型液晶表示装置として液晶パネ
ルの偏光軸の配置角度を工夫するのみの簡単な構成で上
記利点が得られることに着眼したもので、下記の通り液
晶パネルの透過率特性を最適化することができる。 偏光板を平行ニコルにした場合のTNセルの透過率特性
は前述したグーチタリー（Gooch,Tarry）の式で説明で
きるが、偏光板の偏光軸の配置角度を変えた場合のTNセ
ルの透過率特性はゴシアンスキー（Goscianski）がJ.Ap
pl.Phys.,48（４）,p1427（1977）に論じており、入射
直線偏光が90°TNセルを透過して直線偏光として出射す
る条件として下記の条件式を理論的に導いている。 ここでパラメータｕは前述と同じく ｕ＝２Δnd/λ で定義され、αは配向方向に対する偏光軸の角度を表わ
し、入射側の配向方向に対してTNセルの直線偏光の旋光
する方向に入射側の偏光軸をずらし、出射側で直線偏光
の旋光角が減少する方向に偏光軸をずらす場合を角度の
正と定義しており、上記の出射光が直線偏光となる条件
は入射側の偏光軸と出射側の偏光軸の交角が２αとなる
場合である。 第２図ａはこの条件式を満足する偏光軸の角度αとギ
ャップ長ｄの関係をΔｎ＝0.098の場合についてRGBの各
中心波長、450nm,545nm,610nmについて計算したもので
ある。曲線4,5,6はそれぞれRGBの偏光軸の角度αとギャ
ップｄの関係を表わす。α＝０の場合は前述のGooch,Ta
rryの式より算出される最適ギャップと一致している。
この関係を第２図ａと第２図ｂを関係づけて図示した。
いまＧ光用のTNセルの偏光板を平行ニコルとすると、す
なわち、αG＝０とすると最適ギャップ長は4.8μｍであ
る。ギャップ長が4.8μｍの時にＢ光用のTNセルの最適
な偏光軸の角度αBは第２図ａにおいて点７で示されて
おりαB＝＋66°である。同じくＲ光用のTNセルの最適
な偏光軸の角度αRは同図の点８で示されており、αR＝
−40°である。このように同一ギャップの液晶パネルを
使用して偏光軸の角度を変えることでRGB毎に最適の構
成を採ることができる。しかもこの理論式を満足する場
合には非点燈時のブラック状態の液晶パネルの透過率は
RGBともに理論的には零であり、TV画像グレードの表示
に重要な優れた黒レベルが実現し、色再現性も高い。さ
らに点燈時のホワイト状態の透過率は、Ｂ光用およびＲ
光用については偏光軸が平行ニコルとは異なるから若干
低下するが、偏光軸の交角Ｂ光用でθB＝２αB＝＋13.2
°、Ｒ光用でθR＝２αR＝−8.0°であり、透過率の低
下はそれぞれ5.2％および1.9％であり実用上支障がな
く、コントラストの低下も少ない。偏光軸の交角を20°
以下に限定したのはこれ以上の交角となると点燈時の透
過率が十数％低下し支障が生じて来るからである。 実施例 第１図は本発明の第１の実施例として特許請求の範囲
第３項の構成に対応した実施例を示している。この構成
は偏光軸の配置を上述した理論通りに配した例であり、
TNセル10の入射光側の配向方向11（点線の矢印で図示）
と出射側の配向方向12の間の角度ΩはΩ＝90°の旋回方
向が右まわりのTNセルであり、RGB光用の３枚のTNセル
ともその液晶層のギャップ長ｄは共通であり、Ｇ光に対
してギャップ長を最適化してある。すなわち、前述した
Gooch,Torryの式で非点燈時の透過率が零となる第１ピ
ークの条件は となる。波長λをＧ光の0.545μm,Δｎ＝0.098とすると
上式はｄ＝48μｍとなる。 Ｇ光用のTNセルの偏光軸は入射側の配向方向と同一方
向でかつ出射側の偏光軸を平行としており、いわゆる90
°TNセルの平行ニコル形式のノーマリブラック表示形式
のセルを形成している。これに対してＲ光用のTNセルは
偏光軸の角度を、入射側については配向方向11に対して
αRだけ変えた13の方向とし、出射側の偏光軸は入射側
の配向方向と直交する方位より、入射側と反対方向にα
Rだけずらした14の方向としている。Ｒ光に対するTNセ
ルの非点燈時の透過率を零とするには前述のGoscianski
の式からｄ＝4.8μm,λ＝0.610,Δｎ＝0.098とするとα
R＝−4.0°となる。ここで角度の正負は直線偏光の旋光
角が減少する方向に偏光板をずらす場合を正としてお
り、αRは負であるからＲ光の場合には入射直線偏光は9
0°−２αR＝98.0°だけ旋回した角度で直線偏光として
出射するから、これと直交する方向に出射側の偏光軸を
合せることにより非点燈時の透過率を零とすることがで
きる。同様にＢ光に対してもｄ＝4.8μm,λ＝0.450μm,
Δｎ＝0.098として偏光板角度を最適化するとαB＝＋6.
6°となり、図のごとくＢ光の場合はＲ光の場合と反対
方向に入射側の偏光軸15を配向11に対してαBだけ、出
射側の偏光軸16を、入射側の配向方向と直交する方位よ
りαBだけずらせばよい。なお、図では投写光学系の図
示は省略した。 このように偏光板の配置方向を最適化したTNセルのRG
B毎のギャップ長に対する透過率の特性の理論値を第３
図に示す。曲線21,22,23はそれぞれＲ光,G光,B光用のTN
セルの透過率を示す。ここで一定ギャップ長（4.8μ
ｍ）でRGB光とも透過率が零となり非点燈時の黒レベル
が最適化される。実証実験として上記に説明したΔｎ＝
0.098,d＝4.8μｍのTNセルを作成し、RGBの誘電体多層
膜干渉フィルタを使用して非点燈時の偏光板の最適配置
角度を探ったところ、Ｒ光用のパネルについては偏光板
交角が−８°,B光用のパネルについては偏光板交角が＋
13°で非点燈時のパネルの輝度が最小を示し、理論計算
値と良好な一致を示した。また上記の説明ではΔｎは定
数として扱ったが若干の波長依存性および比較的大きな
温度依存性を持っており、これらを考慮した計算を行う
ことにより精度を上げることができる。また実際に作成
したパネルの透過率は第３図に示すごとく、その最適点
で透過率は零にはならず若干の残留透過があった。さら
にRGB用のフィルタとして上述の誘電体多層膜干渉フィ
ルタを使用する場合はフィルタ特性の波長域における幅
が比較的狭いため上述の通り波長を一定とした理論計算
式で実験事実とよく合致しているが、透過光量を重視し
て各RGBに波長幅を持たせたフィルタを使用する場合に
は透過率を最小とする偏光板交角の実験値は上記計算値
からずれた。しかしこのずれは波長幅内におけるTNセル
の旋光分散現象が主要な原因と考えられ、偏光板交角を
考慮したTNセルの透過率を光源およびフィルタの波長幅
に渡って積分することにより解析することができ、設計
計算値の精度をさらに上げることができる。このような
透過率の残留成分と偏光板交角の理論値からのずれは特
にＢ光用のパネルで顕著であった。これはＢ光用のパネ
ルでは狭ギャップ領域において上述の旋光分散現象が特
に大きいことが一因でありさら液晶配向のプリテイルト
角の影響も考えられる。さらにＢ光用のパネルを従来通
りギャップ長を最適化してｄ＝4.0μｍの液晶パネルを
製作したところ狭ギャップであるためにパネル内のギャ
ップ均一性が目立ったり、顕著な残留透過がありコント
ラストが悪かった。この点からは本特許によれば相対的
に大きなギャップを持った液晶パネルを使用してＢ光用
に透過率特性を最適化することができ有利である。 RGB用のパネルは同一ギャップであるため応答特性も
ほぼそろっており、電圧印加時の電圧−透過率特性もRG
Bで実用上支障のある差はなかった。 第４図は本発明の他の実施例を示しておりａは第１の
実施例と同じく特許請求の範囲第３項の構成に対応した
実施例、ｂおよびｃは第４項の構成に対応した実施例を
示している。上記の実証実験で偏光板交角θを保って、
第４図ｂまたはｃの如く両振りの角度配分ではなく入射
側または出射側の偏光軸を一定方向に固定して偏光板交
角を変えても第４図ａと同じ効果が得られることが明ら
かになった。 Ｇ光用のパネルはいずれも平行ニコルで最適化したギ
ャップ長を持っており、Ｂ光用およびＲ光用のパネルに
ついては同じギャップ長で偏光軸の交角を最適化してあ
る。入射側の配向方向31（ｘ）と出射側の配向方向32
（ｙ）は90°に近い交角Ωで交わっており矢印方向に配
向の分子軸のダイレクタを持ち右まわりのTNセルを構成
している。なお、ここで図は全て出射側から見るものと
する。第４図ａのＢ光用のパネルでは入射側の偏光軸33
（Pi）は入射側の配向方向31（ｘ）に対して旋光方向に
αBだけ角度を持った方向に配置されており、この方向
に入射した直線偏光はπ−２αBだけ右まわりに旋回し
た後34の旋回方向（Po′）で直線偏光して出射する。こ
れと直交する方向35（Po）に出射側の偏光軸を合せてや
れば非点燈時の透過率は最小となる。従って入射側偏光
軸と出射側偏光軸の交角θBはθB＝２αBである。Ｒ光
用のパネルについも同様であるがＢ光用の旋光角（Piと
Poのなす角度）が鋭角であるのに対しＲ光用では鈍角で
あり、入射側と出射側の偏光軸の配置関係が相互に逆に
なる。 第４図ｂおよびｃはそれぞれ入射側の偏光軸を配向方
向に一致させた場合と出射側の偏光軸を配向方向に一致
させた場合を示している。この場合も第４図ａの構成の
場合とほぼ同じく偏光板交角を適当に選ぶことにより透
過率を最適化することができる。第１次近似的には前述
のGoscianskiの式より偏光板交角θはθ＝２αで求める
ことができる。このような構成では一方の偏光軸が各RG
Bパネルに対して共通であるため構成が簡単であり投写
型液晶表示装置の製造上も有利である。たとえば共通側
の偏光軸として液晶パネルに直接偏光板を貼り付け、交
角調整側の偏光板をその反対面側に配置する。 第４図ｂの如く入射側の偏光軸の角度を共通とする構
成例は照明光を偏光ビームスプリッタに透過させ、得ら
れた直線偏光をRGB光に分光して液晶パネルに入射せし
める場合等に有利である。すなわち、この場合入射側の
偏光軸の方向を任意の方向に選ぶことが難しいから入射
側の偏光軸が共通であると好都合である。 第４図ｃの如く出射側の偏光軸の角度を共通とする構
成例は入射側を交角調整機構の付いた偏光板を液晶パネ
ルから離して配置し、出射側は偏光板を液晶パネルに直
接貼り付ける構成とする場合等に有利である。この場
合、特に入射側の偏光板と光源の輻射熱を受けて熱をよ
く吸収して発熱するが、このような配置構成によりこの
発熱が液晶パネルに伝達されるのを防ぐことができ、液
晶パネル温度上昇を少なくすることができる。 図示はしていないが偏光軸を配向方向に厳密に合致さ
せなくとも数度の範囲で相対角度が一定であれば実用上
支障がない。またツイスト角Ωも90°に対して液晶の逆
まわりのドメイン（逆ドメイン）を防止する目的で90°
より数度小さくする構成をよく用いるが実証実験ではこ
の目的でツイスト角88°に選んだ。 第５図はさらに他の実施例を示すもので第４図ａ〜ｃ
が入射側の配向方向と偏光板の偏光軸（透過軸）を合せ
るいわゆる透過軸合せのケースであるのに対し、これを
入射側の配向方向に対して偏光板の吸収軸（透過軸と直
交する方向）を合せるいわゆる吸収軸合せのケースを示
している。この場合も第４図ａ〜ｃに順じた配置におい
て同様の効果を得ることができる。 第６図はさらにこれまでの実施例がＧ光用のパネルを
ベストギャップに選びＲ用およびＢ用にこれと同一のギ
ャップ長のパネルを使用しているのに対し、Ｇ光波長か
らずれた波長でベストギャップとなるTNセルを用いた場
合を例示しており、（この例ではＧ光波長よりやや短波
長側の波長でベストとなる。）Ｇ光用のパネルについて
も偏光板交角を調整することにより非点燈時の透過率特
性を最適化することができる。 また、以上の実施例ではおもにノーマリブラックの液
晶パネルについて述べたが、本発明は偏光子と検光子が
直交ニコルに配置されたノーマリホワイトの液晶パネル
についても適用できる。この場合、以上の実施例の説明
において「非点燈時の透過率を最小にする。」を「非点
燈時の透過率を最大にする。」に、「黒レベル」を「白
レベル」等と読み換えることにより同一の動作原理で説
明することができるとともに本発明の目的とする同様の
効果が得られるものである。 また、以上の実施例ではRGB用パネルとも同一ギャッ
プの場合について述べた。この場合に本発明の構成が簡
単である特長が最大限生きるが、従来の最適化手法であ
るギャップ長を変えたり、屈折率異方性を変えたりする
手法との折衷でシステムを構成してもよい。 発明の効果 以上説明したように本発明によれば比較的簡単な構成
でRGB毎の透過率特性を最適化することができ、すなわ
ちフルカラーTV画像品質に重要な黒レベル、その色特
性、さらにコントラスト、色再現性等の優れた投写型液
晶表示装置を提供することができ、工業的価値の大きな
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例を示す液晶パネルの偏光
軸の配置を示す斜視図、第２図ａは本発明に係わる偏光
軸角度の理論計算値を示すグラフ、第２図ｂは第２図ａ
に対比させて示した従来例の液晶パネルのギャップ長と
透過率の関係を示すグラフ、第３図は本発明の液晶パネ
ルのギャップ長と透過率の関係を示すグラフ、第４図ａ
は本発明の第１の実施例の場合の配向方向と偏光軸の配
置関係を示す平面図、第４図b,cさらに第５図，第６図
は本発明の他の実施例を示す配向方向と偏光軸の配置関
係を示す平面図である。 10……TNセル、11,12……配向方向、13,14……偏光軸
（Ｒ光用）、15,16……偏光軸（Ｂ光用）、31……入射
側の配向方向、32……出射側の配向方向、33……入射側
の偏光軸、34……直線偏光の出射方向、35……出射側の
偏光軸。
軸の配置を示す斜視図、第２図ａは本発明に係わる偏光
軸角度の理論計算値を示すグラフ、第２図ｂは第２図ａ
に対比させて示した従来例の液晶パネルのギャップ長と
透過率の関係を示すグラフ、第３図は本発明の液晶パネ
ルのギャップ長と透過率の関係を示すグラフ、第４図ａ
は本発明の第１の実施例の場合の配向方向と偏光軸の配
置関係を示す平面図、第４図b,cさらに第５図，第６図
は本発明の他の実施例を示す配向方向と偏光軸の配置関
係を示す平面図である。 10……TNセル、11,12……配向方向、13,14……偏光軸
（Ｒ光用）、15,16……偏光軸（Ｂ光用）、31……入射
側の配向方向、32……出射側の配向方向、33……入射側
の偏光軸、34……直線偏光の出射方向、35……出射側の
偏光軸。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石原 将市
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 堀田 定▲吉▼
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭64−28675（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H04N 9/31
G02F 1/13
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．RGBの３色光を３枚のTN型液晶パネルに透過させて
このTN型液晶パネルの画像を同一スクリーン上に結像す
る光学系を有する投写型液晶表示装置にあって、RGB毎
に、TN型液晶パネルのそれぞれの外にTN型液晶パネルそ
れぞれの表示部全体に亘って均一な偏光特性を有する偏
光子と検光子とを設け、これらの各々の偏光子と検光子
の偏光軸の交角を変えることにより、RGB毎のTN型液晶
パネルの、電圧無印加時における透過率を最小化または
最大化したことを特徴とする投写型液晶表示装置。 ２．TN型液晶パネルの配向方向が略直交し、偏光子及び
検光子の透過軸あるいは吸収軸が一方の配向方向に略一
致するように平行ニコルまたは直交ニコルに近い方向に
配置されたノーマリブラックまたはノーマリホワイトの
表示形式であって、直線偏光の施光角が減少する方向に
偏光軸をずらす場合を正として、Ｒ光用の液晶パネルの
偏光軸の交角θRを０＞ΔθR≧−20°、Ｂ光用の液晶パ
ネルの偏光軸の交角θBを０＜ΔθB≦±20°だけずら
し、Ｇ光用の液晶パネルの偏光軸の交角θGをΔθG＝０
またはθR＜θG＜θBとしたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の投写型液晶表示装置。 ３．Ｒ光用の液晶パネルの検光子の透過軸あるいは吸収
軸と、入射側の配向の間の角度αRを０＞ΔαR≧−10
°、偏光軸の交角θRをΔθR＝２ΔαR、Ｂ光用の上記
角度αBを０＜ΔαB≦＋10°、偏光軸の交角θBをΔθB
＝２ΔαBだけずらしたことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の投写型液晶表示装置。 ４．入射側あるいは出射側のどちらかの偏光軸の液晶パ
ネルに対する角度をRGBで共通とし、もう一方の偏光軸
の角度を変えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の投写型液晶表示装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255397A JP2870747B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 投写型液晶表示装置 |
| US07/254,244 US4989954A (en) | 1987-10-09 | 1988-10-06 | Projection type liquid cyrstal display device |
| KR1019880013105A KR920000144B1 (ko) | 1987-10-09 | 1988-10-07 | 투사형 액정표시장치 |
| EP88116683A EP0311116B1 (en) | 1987-10-09 | 1988-10-07 | Projection type liquid crystal display device |
| DE3850838T DE3850838T2 (de) | 1987-10-09 | 1988-10-07 | Projektions-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255397A JP2870747B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 投写型液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0197092A JPH0197092A (ja) | 1989-04-14 |
| JP2870747B2 true JP2870747B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=17278193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255397A Expired - Lifetime JP2870747B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 投写型液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870747B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3888344B2 (ja) | 2003-09-12 | 2007-02-28 | ソニー株式会社 | 液晶表示装置及び光学ブロック |
| JP4609028B2 (ja) * | 2004-10-12 | 2011-01-12 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0614249B2 (ja) * | 1987-07-24 | 1994-02-23 | 株式会社日立製作所 | カラ−液晶表示パネル |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255397A patent/JP2870747B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0197092A (ja) | 1989-04-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |