JP3050216B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ライトバルブを
用いた投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶ライトバルブを用いた投射型
表示装置は特開昭６０−１７９７２３号公報、特開昭６
１−３５４８１号公報に記載されているようにマトリッ
クス状に画素が配列された液晶ライトバルブにより赤色
光、緑色光、青色光を制御し画像を形成した後、該３色
光を光学的に合成し拡大投射するものが知られている。

【０００３】上記色合成は一般にはダイクロイックミラ
ーを組み合わせた光学系により行われている。ダイクロ
イックミラー系による色合成は光学系が非常に単純であ
りコンパクトな投射型表示装置を得るのに適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来技術においてはダイクロイックミラー系の光合成にお
いて偶数回の反射を経て投射レンズ系に入射し投射され
る色光と奇数回の反射を経て投射レンズに入射し投射さ
れる色光が存在するため以下に述べる投的画像の画質低
下を誘発する。

【０００５】従来の課題は液晶ライトバルブの光電変換
特性がライトバルブ面に入射する光の入射角度依存性を
有しており該入射角度依存性により生じた色光の強度分
布が色合成系内の反射により左右反転することに起因す
るものである。偶数回の反射を経た色光と奇数回の反射
を経た色光の投射画像面の強度分布が互いに異なり、結
果として投射画面に色むらを生じるとともに色再現性も
低下するのである。

【０００６】各液晶ライトバルブに入射する光を完全な
コリメート光として全ての光を液晶ライトバルブ面に垂
直に入射させれば上記の問題は生じないのであるが、現
実には完全なコリメート光を得ることは不可能であり必
ず液晶ライトバルブ面の垂直方向からある角度を持って
入射する光成分が存在し上述のような問題を引き起こ
す。また液晶ライトバルブに対して拡散光を入射せしめ
た場合には上述の問題はより顕著になり、激しい色むら
を生じ、色再現性も著しく低下する。

【０００７】本発明は上述の課題を解決するもので、上
記ダイクロイックミラー系の色合成を用いても投射画像
に色むらが無く色再現性に優れた投射型表示装置を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、複数の色光を生成する照明手段と、前記照明手段に
て生成した各色光を変調する複数の液晶ライトバルブ
と、前記各液晶ライトバルブで変調された各色光を色合
成する色合成手段と、前記色合成手段で色合成された光
を投射する投射光学手段とを有する投射型表示装置にお
いて、変調後に偶数回の反射を経て前記投射光学手段に
導かれる色光もしくは変調後に一回も反射せずに前記投
射光学手段に導かれる色光を変調する第１タイプの前記
液晶ライトバルブと、変調後に奇数回の反射を経て前記
投射光学手段に導かれる色光を変調する第２タイプの前
記液晶ライトバルブとは、それぞれの前記液晶ライトバ
ルブを構成する液晶パネルの液晶のねじれ方向を互いに
逆方向としてなり、前記各液晶パネルは、各画素毎に配
置されるスイッチング素子と、該スイッチング素子を遮
光する光シールド層とを有し、前記各液晶パネルにおけ
る前記光シールド層のパターン形状は、各液晶パネルの
上下方向の軸に対してそれぞれ左右対称となり、前記第
1タイプの液晶ライトバルブと前記第２タイプの液晶ラ
イトバルブとで互いに同一パターン形状となるように構
成されることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の投射型表示装置の構成によれば、色合
成において偶数回（または０回）の反射を経て投射レン
ズ系に入射する色光と奇数回の反射を経て投射レンズ系
に入射する色光を制御する液晶ライトバルブの光学的な
構成が面対称の関係にできる。例えば液晶の配向分布が
面対称の関係にある２つの液晶ライトバルブの光電変換
特性における入射光の入射角度依存性は全く左右対称の
依存性を示す。すなわち画像形成時に発生する画面内の
強度分布が２つの液晶ライトバルブにおいて全く左右で
対称な分布となる。従って液晶の配向分布が面対称の関
係にある液晶ライトバルブによって形成された複数の色
光の画像をそれぞれ偶数回（または０回）及び奇数回反
射させ合成した後投射された画像は各色光の強度分布が
スクリーン上で等しくできる。すなわち画面内で特定の
色光が強度が大きいということがないため色むらを生じ
ることはなく色再現性を向上できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明の投射
型表示装置の液晶ライトバルブの斜視図、図２、図３は
液晶ライトバルブの配向分布を示す図、図４は代表的な
光学構成図、図５、図６は光強度の左右分布図である。
以下図１〜図６を用いて本実施例を説明する。

【００１１】液晶ライトバルブとしてアクティブマトリ
クス液晶パネルを用いた。スイッチング素子としてマト
リクス状に配列した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０２
を透明基板上に形成した。一方対向基板上には有効画素
領域以外を遮光するように光シールド層１０１を設け上
記一対の基板上に配向誘導層を形成しこすり処理を行っ
た後上記一対の基板を組み合わせ液晶ライトバルブを得
た。上記ＴＦＴ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等が用いられ
る。また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、あるいは単純マルチプレックシング法
で駆動しても本発明の目的は達成される。

【００１２】本発明の特徴である互いに面対称な液晶の
配向分布を有する２種の液晶ライトバルブは次のように
して得た。すなわちライトバルブの上下基板の配向処理
のこすり方向を制御することにより面対称な液晶の配向
分布を得た。ＴＦＴ基板上をこすり方向２０１に、対向
基板側をこすり方向２０２にラビング処理したパネルと
ＴＦＴ基板側にこすり方向３０１に対向基板側をこすり
方向３０２にラビング処理したパネルを得た。両パネル
とも上下基板の配向軸の交差角は８０°である。上述の
パネルにネマテック液晶を封入すると一方のパネルは右
ねじれのツイステッドネマテック（ＴＮ）液晶ライトバ
ルブと左ねじれのＴＮ液晶ライトバルブを得た。上述の
ようにねじれ方向の対称な液晶の配向分布をより安定に
保つ場合、あるいは９０°以上のねじれ角を有する液晶
パネルを得るためにはネマテック液晶中に光学活性剤を
混入すれば良い。例えば右ねじれのＴＮ液晶には右旋性
の光学活性剤を、左ねじれのＴＮ液晶には左旋性の光学
活性剤を混入すれば本発明の目的を達成できる。

【００１３】上述のように得られた液晶ライトバルブを
用い図４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、緑色光、青色光に色分離し、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４０
５、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個接着されたも
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
おいては赤、青色は１回の反射にて、緑色光は透過にて
（０回の反射にて）色合成され投射レンズに導かれる。
本投射型表示装置においては赤色、青色光用液晶ライト
バルブは図２に示されるような右ねじれ液晶の配向分布
を有しており、緑色光用液晶ライトバルブは図３に示さ
れるような左ねじれ液晶の配向分布を有しており互いに
面対称の関係となっている。上記液晶ライトバルブと液
晶の配向分布との組み合わせは逆でも本発明の目的は達
成される。上記構成の投射型表示装置の光強度分布を調
べた。画像形成後の光強度左右分布は図５に示されるよ
うに赤色光及び青色光と緑色光は互いに画面中央に対し
て対称になっている。ダイクロイックミラープリズム４
０７を用いた色合成の過程で赤色光及び青色光は１回の
反射を経ているため光強度分布が左右反転するため投射
画像の光強度左右分布は図６に示されるように各色光間
で差を生じない。従って特定の色光が強く映ることがな
いため色むらは発生しない。また色再現性も優れてい
る。色合成の中で偶数回及び奇数回の反射を経る色光を
制御する液晶ライトバルブの液晶の配向分布を面対称と
なるように設定することにより拡散光の影響による光強
度分布を各色光間で一致させ、それにより投射画像の色
むらを解消し色再現性の優れた投射型表示装置を得るこ
とができた。

【００１４】（実施例２）実施例１と同様にして得られ
た液晶ライトバルブを用いて図７に示される光学構成に
て投射型表示装置を得た。

【００１５】光源からの光を黄色光反射ダイクロイック
ミラー７０１と緑色光反射のダイクロイックミラー４０
３により赤、緑、青色光に分割し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に入射する。本実施例の投射
型表示装置の光学構成中の色合成では赤色光は赤色光反
射ダイクロイックミラー面４０９にて１回反射を受け、
緑色光は透過にて（０回反射）、青色光はミラー７０６
及び青色光反射ダイクロイックミラー面４０８にて２回
反射を受けて投射レンズ４１０に導かれる。

【００１６】青色光用液晶ライトバルブ４０４と緑色光
用液晶ライトバルブ４０５には図２のように右ねじれの
ＴＮ液晶を用い、赤色光用液晶ライトバルブ４０６には
図３のように左ねじれのＴＮ液晶を用い、互いに面対称
な液晶の配向分布を持つようにした。本実施例において
も投射画像には色むらがなく色再現性に優れた画像が得
られた。

【００１７】（実施例３）図８は本実施例の投射型表示
装置を用いた液晶ライトバルブの断面図であり、図９、
図１０は該液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返し
パターンを示す図である。図４、図１１は本実施例の投
射型表示装置の光学構成図である。以下図４、図８〜図
１１を用いて本実施例を説明する。

【００１８】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ー（ＴＦＴ）
あるい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８０１及び画素電極８０２をマトリッ
クス状に形成した。またもう一方の基板上に染色層、あ
るいは金属薄膜などにより光シールド層８０３を画素電
極８０２以外の領域をおおうように格子状に形成した。
所望の配向処理をした後上記２枚の基板を貼り合わせ液
晶組成物８０４を封入し液晶ライトバルブを得た。液晶
ライトバルブの光シールド層の形状は繰り返し単位が繰
り返しパターン９０１のものと繰り返しパターン１００
１の互いに面対称な２種類をそれぞれ１枚と２枚作成し
た。本実施例で繰り返しパターン９０１と繰り返しパタ
ーン１００１は互いに面対称の関係にある上に、該光シ
ールド層におおわれるようにアクティブスイッチング素
子の配置も互いに面対処な配置に作成してある。

【００１９】光シールド層が繰り返しパターン９０１で
ある緑色光用液晶ライトバルブ４０５と光シールド層が
繰り返しパターン１００１である赤色光用液晶ライトバ
ルブ４０６及び青色光用液晶ライトバルブ４０４をそれ
ぞれ用い光シールド層１０３側より光を入射せしめ、図
４及び図１１の構成にて投射型表示装置を得た。

【００２０】図４の構成においては赤光は赤色光反射ダ
イクロイックミラー面４０８にて、青光は青色光反射ダ
イクロイックミラー面４０９にて１回の反射を経て投射
レンズ４１０に導かれる。一方、Ｇ光は全く反射を受け
ず（０回の反射により）に投射レンズ４１０に入射す
る。

【００２１】従って、赤、青色光の像は左右反転し、緑
色光の像はそのまま投射される。本実施例では赤色光用
及び青色光用と緑色光用の液晶ライトバルブの光シール
ド層のパターンは互いに面対称であるため、上述のミラ
ー反転後投射された画像内では完全に一致する。従って
画素内に色むらは発生しない。

【００２２】一方、図１１の構成においては赤色光は赤
色光用液晶ライトバルブ４０６によって画像形成された
後、ミラー７０６と赤色光反射ダイクロイックミラー面
４０９の２度反射を経て投射レンズ４１０に導かれる。
また緑色光は緑色光用液晶ライトバルブ４０５により画
像形成され緑色光反射ダイクロイックミラー面１１０１
により１回の反射を経て投射レンズ４１０に導かれる。
青色光は青色光用液晶ライトバルブ４０４により画像形
成後は反射を受けることなく投射レンズに導かれる。従
って、赤、青色光は左右の位置を変えることなく投射さ
れ緑色光は左右の位置を交換して投射される。本実施例
では赤、青色光用ライトバルブと緑色光用ライトバルブ
の光シールド層のパターンが互いに面対称であるため上
述のミラー反転後投射された画像内で光シールド層のパ
ターンは完全に一致する。以上のように本実施例の投射
型表示装置の投射画像は画素単位内に色むらを生じるこ
とがなく忠実な色再現性を有する投射画像をなることが
判明した。本発明の投射型表示装置の光学構成は図４と
図１１に示されるものに限られるものではない。色合成
中に奇数回と偶数回の反射を受ける色光を制御する液晶
ライトバルブの光シールド層の繰り返しパターンが互い
に面対称であれば本発明の目的を容易に達成できるので
ある。

【００２３】更に本実施例においても色合成時に偶数回
の反射を経る液晶ライトバルブと奇数回の反射を経る液
晶ライトバルブの液晶配向分布を面対称にすることによ
り、上述の画素内の色むらに加え画面全体の色むらも押
さえることができる。例えば本実施例においてはＴＮモ
ードを使う場合には、緑色光用液晶ライトバルブ４０５
を図２に示されるような右ねじれのＴＮ液晶を保持せし
め、赤色光用液晶ライトバルブ４０６と青色光用液晶ラ
イトバルブ４０４には図３に示されるような左ねじれの
ＴＮ液晶を保持させれば実施例１、２と同様に画面全体
にわたって色むらのない色再現性に優れた投射画像を得
ることができる。

【００２４】（実施例４） 図８は請求項に係る本発明の実施例の投射型表示装置の
液晶ライトバルブの断面図であり、図１２は該液晶ライ
トバルブの光シールド層の繰り返しパターン図である。
図４、図１１は本実施例の投射型表示装置の光学構成図
である。

【００２５】図８の同様の構造にて液晶ライトバルブを
得た。本実施例の液晶ライトバルブは図１２の光シール
ド層の繰り返しパターン１２０１を有しており、該繰り
返しパターンは上下方向の中心軸１２０２に対して軸対
称の形状を有する。上述のパターンの光シールド層を有
する３枚の液晶ライトバルブを用いて図４、図１１と同
様の構成にて投射型表示装置を得た。本実施例では緑色
光用液晶ライトバルブ４０５と赤色光用液晶ライトバル
ブ４０６及び青色光用液晶ライトバルブ４０４の液晶配
向分布は互いに面対称の関係にありそれぞれ８０°左ね
じれ、８０°ねじれのＴＮ液晶を保持せしめた。

【００２６】本実施例の投射型表示装置の赤色光、緑色
光、青色光用液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返
し単位のパターンは互いに面対称な上に上下方向の中心
軸に対して軸対称であるため左右の位置が反転しても反
転前の形状と全く一致する。

【００２７】従って、色合成中にミラー反転を何度受け
てもその繰り返しパターンは変化しないため、投射画像
内で３枚の液晶ライトバルブによって形成された各色光
画素パターンは完全に一致し色むらは生じない。これは
３枚の液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返しパタ
ーンは全く同一のものが使用可能であり、光シールド層
を形成するプロセスは全て共通のものが使用できること
を意味する。通常光シールド層を作るためにフォリソグ
ラフィー技術を使うがその際使用するフォトマスク等は
１枚だけで良く、製造プロセスが簡略化でき、より安価
に液晶ライトバルブを得ることができるのである。光シ
ールド層の繰り返しパターンは本実施例に限定されるも
のではなく、上下方向の中心軸に対して軸対称ならばど
のようなパターンでも良く、例えば図１３に示されるよ
うなパターンが考えられる。また画素配列はトライアン
グル配列等でも本発明の目的を容易に達成できる。

【００２８】また、本実施例では色合成中に偶数回反射
と奇数回反射を受ける液晶ライトバルブの液晶の配向分
布は互いに面対称であるため液晶ライトバルブの光電変
換特性の入射角依存性による色むらは発生せず優れた色
再現性を有することが判明した。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明の投射型表示装
置によれば、変調後に偶数回の反射を経て投射光学手段
に導かれる色光もしくは変調後に一回も反射せずに投射
光学手段に導かれる色光を変調する第１タイプの液晶ラ
イトバルブと、変調後に奇数回の反射を経て投射光学手
段に導かれる色光を変調する第２タイプの液晶ライトバ
ルブとは、それぞれの液晶ライトバルブを構成する液晶
パネルの液晶のねじれ方向を互いに逆方向としてなり、
各液晶パネルにおける各画素のスイッチング素子を遮光
する光シールド層のパターン形状は、各液晶パネルの上
下方向の軸に対してそれぞれ左右対称となり、第1タイ
プの液晶ライトバルブと第２タイプの液晶ライトバルブ
とで互いに同一パターン形状となるように構成されるの
で、拡散光によって生じる各色光画面内の光強度分布を
投射画面にて各色光間で一致せしめることができ、それ
により画面内に色むらを低減した投射画像を得ることが
できるという効果を有する。さらに、いずれの液晶ライ
トバルブにおいても、各画素のスイッチング素子は光シ
ールド層により遮光できるので、いずれの液晶ライトバ
ルブにおいても光入射によるコントラスト劣化を防止で
き、色むらを抑えることができる。加えて、各画素での
光シールド層のパターンが同一形状となり、各液晶パネ
ルにおける画素の開口形状が互いに同一になるようにで
きるので、特定の色光が漏れ出て色むらを起こすことが
無くなって、投射画面内の色むらを低減することができ
る。

【００３０】またこれにより色合成時に必ず奇数回及び
偶数回の反射が各色において生じるようなダイクロイッ
クミラープリズムを使用しても優れた画像を得ることが
可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶ライトバルブの斜視図。

【図２】液晶配向分布図。

【図３】液晶配向分布図。

【図４】投射型表示装置の光学構成図。

【図５】画像形成後の光強度左右分布図。

【図６】投射画像の光強度左右分布図。

【図７】投射型表示装置の光学構成図。

【図８】液晶ライトバルブの断面図。

【図９】液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返しパ
ターン図。

【図１０】液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返し
パターン図。

【図１１】投射型表示装置の光学構成図。

【図１２】光シールド層の繰り返しパターン図。

【図１３】（ａ）、（ｂ）は光シールド層の繰り返しパ
ターン図。

【符号の説明】

１０１……薄膜トランジスター １０２……光シールド層 ２０１……ＴＦＴ基板のこすり方向 ２０２……対向基板のこすり方向 ３０１……ＴＦＴ基板のこすり方向 ３０２……対向基板のこすり方向 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 ７０１……黄色光反射ダイクロイックミラー ７０６……ミラー ８０１……アクティブスイッチング素子 ８０２……画素電極 ８０３……光シールド層 ８０４……液晶組成物 ９０１、１００１……繰り返しパターン １１０１……緑色光反射ダイクロイックミラー面 １２０１……繰り返しパターン １２０２……上下方向中心軸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の色光を生成する照明手段と、前記
   照明手段にて生成した各色光を変調する複数の液晶ライ
   トバルブと、前記各液晶ライトバルブで変調された各色
   光を色合成する色合成手段と、前記色合成手段で色合成
   された光を投射する投射光学手段とを有する投射型表示
   装置において、 変調後に偶数回の反射を経て前記投射光学手段に導かれ
   る色光もしくは変調後に一回も反射せずに前記投射光学
   手段に導かれる色光を変調する第１タイプの前記液晶ラ
   イトバルブと、変調後に奇数回の反射を経て前記投射光
   学手段に導かれる色光を変調する第２タイプの前記液晶
   ライトバルブとは、それぞれの前記液晶ライトバルブを
   構成する液晶パネルの液晶のねじれ方向を互いに逆方向
   としてなり、 前記各液晶パネルは、各画素毎に配置されるスイッチン
   グ素子と、該スイッチング素子を遮光する光シールド層
   とを有し、 前記各液晶パネルにおける前記光シールド層のパターン
   形状は、各液晶パネルの上下方向の軸に対してそれぞれ
   左右対称となり、前記第1タイプの液晶ライトバルブと
   前記第２タイプの液晶ライトバルブとで互いに同一パタ
   ーン形状となるように構成されることを特徴とする投射
   型表示装置。