JP3261117B2 - カラー表示装置 - Google Patents

カラー表示装置

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JP3261117B2
JP3261117B2 JP2000079145A JP2000079145A JP3261117B2 JP 3261117 B2 JP3261117 B2 JP 3261117B2 JP 2000079145 A JP2000079145 A JP 2000079145A JP 2000079145 A JP2000079145 A JP 2000079145A JP 3261117 B2 JP3261117 B2 JP 3261117B2
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light
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利光 小沼
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地上テレビ局また
は衛星テレビ局またはケーブルテレビ局または個別に設
けられたテレビ映像の録画装置(ビデオデッキ、レーザ
ーディスク(登録商標)、光磁気ディスク等)より送ら
れる映像信号を具体的に表示する装置において、実質的
に元の画像を増幅することによって、大画面であっても
十分なコントラストや輝度を有する画像表示装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来地上テレビ局または衛星テレビ局ま
たはケーブルテレビ局または個別に設けられたテレビ映
像の録画装置(ビデオデッキ、レーザーディスク、光磁
気ディスク等)より送られる映像信号を具体的に表示す
る装置としては、ブラウン管、CRTと呼ばれる真空管
中で電子線を飛ばして、対象物となる蛍光面を発光させ
る方式が取られていた。
【0003】当初表示体の対角は12〜14インチがよ
く普及していたが、近年世の中の要求によって、20イ
ンチはおろか30インチをゆうに超える大きさのものま
で出現するに至っている。
【0004】対角30インチの場合、その奥行きもほぼ
30インチほどあり、またそれを形成するガラスの厚み
も強度を保つために1センチを超えるようになってい
る。また、他の装置として、輝度の高いブラウン管を光
学系で拡大表示してスクリーンに映し出す方式も提案さ
れ、表示面積の大きな物に利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ブラウン管を利用した
テレビ受像機の場合、表示面が30インチを越えると全
体の重量は100kgを優に越えてしまう。一般の家庭に
おいて100kgを越えた重量物を置くには、よっぽど場
所を限定しなければ難しいものがあり、また、その重量
はレイアウト変更等が生じた場合に、人力で移動させる
ことは難しく、一般家庭への普及の障害となっていた。
【0006】そこで、重量の解決のため、またはより容
易に大画面を得るためにプロジェクション型のテレビ受
像機が提案されているが、元になる高輝度ブラウン管の
輝度向上にも限界があり、拡大画面における輝度自体は
非常に低いものとなっていた。そのため、画面が暗いば
かりではなく、光学系で拡大しているために、正面での
コントラスト比は高いものの、斜め方向からのコントラ
スト比はブラウン管方式に比べて非常に劣っていた。ま
た、TFTパネルを用いたプロジェクションも数多く生
産されているが、TFT作製プロセスの複雑さから製造
歩どまりがなかなか上がらず、産業的にはかならずしも
成功していないのが実情である。
【0007】また、カラー液晶プロジェクション型のテ
レビ受像機は、複雑な配線パターンを形成しなければな
らない表示体としてのアクティブマトリクス型液晶表示
装置を3枚以上使用するために、さらに低い歩留りを生
じてしまい、コスト上昇という根本的な問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、1
つの表示体と3枚の高速の液晶シャッターと、光増幅の
機能を有した3枚の液晶セルを有する高性能、光輝度の
プロジェクションを提供するものである。
【0009】本発明の第1は、以下の4つの構成要素を
有することを特徴とするテレビ受像機である。 (1)透光性導電膜と、光を感受すると抵抗が低下する
光導電体と、光を遮断する誘電体薄膜を有する第1の基
板と、透光性導電膜と一軸配向手段を有する第2の基板
に挟持された強誘電性液晶層または反強誘電性液晶層よ
りなる3体の光増幅部。 (2)画像を提供する1つの表示体と、その画像光を3
方向に分配する鏡体と、前記3方向に分配された画像光
をそれぞれ透過、非透過する光シャッターを有し、前記
3体の光増幅部の第1の基板側から画像光を入射させる
画像書き込み部。 (3)前期第2の基板側から光を入射させる光源及び偏
光子と、その反射光を受ける検光子と、前記基板側から
入射する光を分光するための前記3体の光増幅部と対と
なる赤,緑,青の色フィルター部を有する画像読み取り
部。 (4)前記画像読み取り部を通過した赤(R),緑
(G),青(B)に対応する光増幅部からの反射光を1
つの合成画像にする結像部。
【0010】以下上記4つの発明の構成要素を有する一
例を示し、上記4つの構成を詳細に説明する。
【0011】図1に本発明の一実施例の構成図を示す。
図1において、テレビ映像を表示する表示体1は、赤,
青,緑に相当する像を順次形成する装置である。その光
は、鏡体112で分割された後,3枚の光シャッター
2,3,4で透過,非透過を選別された後,光増幅部
5,6,7に送られる。
【0012】この場合の表示体1としては,CRT,背
後に光源を有するマルチプレックス駆動する液晶パネ
ル,エレクトロルミネセンスパネル,プラズマディスプ
レイなどを用いることができる。そして、この表示体
は、単に像を形成するためのものであるので、カラー表
示である必要はなく、白黒あるいはそれに準ずる2色の
ものであればよい。
【0013】光シャッターとしては,強誘電性液晶パネ
ル、反強誘電性液晶パネルや分散型液晶パネルが用いら
れる。R,G,B各色に相当する表示体からの画像光
は、3枚の光増幅部5,6,7にそれぞれ送られ書き込
み信号となる。
【0014】図1の場合は、赤(R),青(B),緑
(G)を合成することによりカラー表示をする構成であ
るので、3枚の光増幅部を有しているが、さらに多くの
光増幅部を設けてカラー表示をしてもよく、他の色を合
成するものでもよい。
【0015】光増幅部5,6,7の構成の概略を図2に
示す。図2において、この光増幅部は、ガラス基板24
上に形成された、透光性導電膜20と,光を照射したと
きに電気抵抗が低下する性質を有する光導電体21と,
その上に光を反射させる誘電体層22と、さらに光遮断
層23からなる第1の基板と、ガラス基板上に形成され
た透光性導電膜25と強誘電性液晶あるいは反強誘電性
液晶を1軸配向処理させる一軸配向膜26からなる第2
の基板とにおいて,第1の基板と第2の基板とにより挟
持された強誘電性液晶層あるいは反強誘電性液晶28か
ら成り立っている。
【0016】この部分には、図2に示すように書込み光
29と読み取り光30が両面から入射する形になる。
R,G,Bの各色信号である読み取り光30は、ハロゲ
ンランプ等の適当な光源によって発生され、R,G,B
に分光する色フィルターである図1のダイクロックミラ
ー8,9,10によって分光され、それぞれの光照射部
に照射される。
【0017】図1において、03が書込み光であり、0
1が読み取り光であり、02が実際に投影に用いられる
映像である。02の光は、01の光が光増幅部5におい
て反射したものであり、この02の光に書込み光03
(図2においては29)に含まれている映像を変換する
ことにより、表示体からの光03の映像を増幅して02
の光が映像として投影されることになる。
【0018】上記の説明においては、3原色であるR
(赤),G(緑),B(青)のどれか一つの色信号につ
いてであるが、他の色信号についても同様である。
【0019】本発明の構成においては、書込み光も読み
取り光も光増幅部を透過しない。図2において、画像を
有している光である表示体(図1の1)からの光(すな
わち書込み信号29)が第1の基板側(ガラス基板24
側)から入射することによって、像を有する光が大量照
射される部分の光導電体21の抵抗が低下する。この結
果、その部分だけ液晶がスィッチングし,書き込み光2
9に含まれているのと同一の画像を光増幅部の液晶層2
8に生じさせることができる。
【0020】さらに,液晶層28には強誘電性液晶ある
いは反強誘電性液晶を用いているため、画像は書き込み
時だけでなく非書き込み時にも保持されるという顕著な
特徴を有する。この画像を保持することができるという
作用を有するために、一つの表示体を用いているにもか
かわらず、複数の表示体を同時に用いているのと同等な
効果を得ることができる。例えば、従来一つの表示体を
用いてカラー画像を表示しようとする際、R,G,Bに
対応する3つの画像を順次表示することによって、残像
現象を用いてカラー画像を形成していた。しかしなが
ら、本発明の構成のように画像のメモリー性を有する強
誘電性液晶を用いた場合、前の画像が保持されるので、
R,G,Bの画像が同時に合成されることになる。な
お、書き込み光の強度は、0.5から5.0mW/cm
2である。
【0021】この画像を有している書込み信号29によ
って形成された液晶層28の像に対して読み取り光30
を照射することによって、液晶の配列方向に従って反射
した反射光が得られる。そして、偏向板を通すことによ
って液晶28に表示体より書き込まれた像と同一の像を
有した反射光が得られる。
【0022】そして、このR,G,Bに対応する反射光
をハーフミラー11によって合成し、光学系12を経る
ことによって、映像光13を得ることができる。
【0023】この場合、最初の像を表示する表示体1
(図1)の光を直接用いるのでなく、この表示体1の光
線によって別の光線である読み取り光を制御することに
なるので、光源を適当に選び、読み取り光である3原色
の光の強度、光量を十分にとれば、極めて高い輝度を有
する画像を得ることができる。
【0024】本発明の構成において、光増幅部と命名さ
れているのは、書き込み部の表示体の光量に比較して投
影される光量の方がはるかに大きく、実質的に光増幅に
なっていることに基づくものである。
【0025】本発明の第2は、1つの表示体から生じた
赤、青、緑に相当する画像書込み光を光切り替えシャッ
ターで切り替えて液晶層の一方の面に対して照射し、前
記画像書込み光と同一像を有した強誘電性液晶層あるい
は反強誘電性液晶層を生成する行程と、該強誘電性液相
層あるいは反強誘電性液晶層のもう一方の面から赤,
青,緑に相当する画像読み取り光を照射させることによ
って、その反射画像光を生じさせる行程と、前記赤,
青,緑に相当する反射画像光を合成することにより画像
表示を行なうことを特徴とするテレビ受像機の画像表示
方法である。
【0026】この発明は、赤,緑,青すなわちR,G,
Bに対応する画像を有する光をR,G,Bそれぞれに対
応する液晶層の一方の面に光シャッターによって適時照
射することによって、液晶層にR,G,Bそれぞれに対
応する像を生成させ、さらにこの液晶層のもう一方の面
にR,G,Bに分光された光を照射することによって、
前記液晶層に生じたR,G,Bに対応する像を有した反
射画像光を得、このR,G,Bに対応した反射画像光を
合成することによりカラーの投影画像を得るものであ
る。
【0027】液晶層としては、高速応答性,メモリー性
を有している強誘電性液晶(FLC)あるいは反強誘電
性液晶を用いるのがよいが、他の液晶を用いることも可
能である。以下実施例を示し本発明の構成を詳細に説明
する。
【0028】
【実施例】〔実施例1〕本発明を用いた実施例について
記載する。この本実施例における装置の構成は図1に示
す通りである。
【0029】像の表示体としては,通常の光輝度のCR
Tを用いた。この像をハーフミラー112で3方向に分
解後,光シャッター2,3,4を通過させ,このシャッ
ターをON,OFFすることにより,赤,青,緑に相当
するところの画像光を順次、増幅セル5,6,7に進
め、増幅セルにおいて画像を形成するものである
【0030】まず、光シャッター2,3,4の構成につ
いて述べる。光シャッターには強誘電性液晶を用いたパ
ネルを用いる。図3にその構成図を示す。強誘電性液晶
パネルは,100μ秒程度の高速応答性を得ることがで
き、光シャッターとしては最適である。もちろん、ここ
でその他の光シャッター例えば分散型液晶を用いた光シ
ャッターを用いてもよい。
【0031】以下、この光シャッターの作製法について
説明する。図3において、透光性のガラス基板31上に
スパッタ装置により透光性の導電膜であるITO32を
500から2000Å成膜した。その後,スピンナーま
たはオフセット印刷法によりポリイミド33を塗布し、
280℃で焼成した。ポリイミドとしては日立化成製L
Q5200を用いた。次に綿製のベルベットを巻いたロ
ールによりラビングを施し、その後1.6から1.8μ
mの間隔で他方の基板とエポキシ樹脂を介して固定し
た。次に,フェニルピリミジン骨格を含む強誘電性液晶
34を約100℃の温度に保ち、真空法にて注入した。
その後偏光板35,35, を貼り,光シャッター用セル
とした。このセルに10ボルトの矩形波で駆動したとき
の応答速度は、10000分の1秒であり、コントラス
ト比は50:1から150:1であった。
【0032】次に、図1の5,6,7で示される光増幅
部の構造について図2を用いて説明する。光書き込み側
の基板として透光性基板であるガラス基板24上に前期
と同様の方法にて透光性の導電膜であるITO20を成
膜した。膜厚は、500から2000Åである。次に、
その上に光導電体層21としてビスマスシリコンオキサ
イドをスパッタ法または蒸着法にて100から3000
0Åの厚さに成膜した。この場合、光導電体層としてア
モルファスシリコンを用いてもよい。この光導電体層
は、光照射により抵抗が3から4桁程度低下するという
作用を有するものである。その上に、光を反射させるた
めの誘電体層22を成膜した。成膜法は、蒸着法やスパ
ッタ法にて、1000から4000Åの厚さに成膜し
た。
【0033】一方、光読み取り側の基板としてはガラス
基板27上にITO25をITO20と同様な方法で成
膜後、配向膜26となるポリイミドを成膜し、一軸配向
処理を施したものを用いた。この光読み込み側基板と前
期光書き込み側基板を1.6から1.8μmの一定の間
隔に固定した。間隔を保持するためには、触媒化成製真
し球を用いた。次に真空法にて光学活性基を液晶分子内
に有する強誘電性液晶材料28を注入し、光増幅セルを
完成した。なお、このセル厚の場合、液晶の明の透過色
が白色になる。以上のようにして光増幅セルを構成し
た。
【0034】図1において、この光増幅部には、200
mW/cm2 高圧ハロゲンランプ112の光が3枚のダ
イクロイックミラー8,9,10にて、R,G,Bに分
光され、照射される。
【0035】光増幅部において偏光子16を通して入射
された光は、表示体1の像によって形成された光増幅部
(光増幅セル)の強誘電性液晶の像にしたがって反射
し、検光子19を通して結像鏡または光学系12に集め
られる。そして、投影映像13となって壁上またはスク
リーン上に投射される。そのときのコントラスト比は1
00から200である。
【0036】偏光子および光検視とは、図1の16と1
9で示される90度ずれたかたちで構成される一組の偏
光板のことをいう。本実施例においては、これらの偏光
板は互いに90度ずらして構成されているが、他の関係
で構成させてもよい。また18と15,17と14も上
記と同じ構成の偏光子と検光子である。
【0037】本実施例におけるテレビ受像機を実際に動
作させるための駆動波形とセルの応答についての一例を
図4を用いて説明する。図4における、R,G,Bは図
1のダイクロイックミラー8,9,10の何れかで分離
される光に対応するものである。
【0038】図4に示すように、まず赤(R)に相当す
る光シャッターは10ボルトの電圧で5ミリ秒の間、透
過状態になり、次の10ミリ秒間非透過状態になる。そ
のあいだに緑(G),青(B)が順次(つまり図4にお
いて示すように5msec遅れで)透過状態になる。そし
て、同時に各々の色に対応するところのCRTの画像が
増幅セルの方に送られることになる。これにより赤
(R)、緑(G)、青(B)の画面を1秒間に60画面
描くことが出来る。
【0039】次に、光増幅セルの駆動についてのべる。
強誘電性液晶のスィッチングは、駆動電圧の向きの違い
によりなされる。それを考慮してリアルタイムに表示体
の像を書き込む必要がある。そのため10ボルトの電圧
でセル全面を暗にしてから、−5ボルトの電圧を印加し
た。そのときには光が照射された部分の光導電体層の抵
抗値が低下するため、その部分にだけ液晶に電界が印加
され液晶が応答することになる。
【0040】光増幅セルにおいて液晶が応答する時間は
強誘電性液晶を用いているおかげで図4に示すように、
100μ秒程度と非常に速い。さらに光シャッターが5
m秒後に暗状態になっても、その像は消えることはな
く、つぎの光書き込み像がくる15m秒後まで保持して
いる。従って光シャッターが5m秒間透過状態になって
増幅セルの像書換が行われてても、書換時間が非常に高
速であること、かつその画像を保持していることによ
り、各増幅セルはほとんど常時像を有していることにな
る。そのため投射光による像は常に3色の像によって描
かれ非常に明るい投射像が獲られることになる。
【0041】例えば、ネマチック液晶や分散型液晶を用
いた光増幅セルを用いた場合には、これらのセルにメモ
リー性がないために、投射像は常にいずれか1色によっ
て描かれる。つまり瞬間的に連続した像を見ることによ
って、視覚者の間隔上に色を合成するものであった。し
かしながら、本発明の構成においては、常に同時に行わ
れる3原色の合成によって色を合成するところに特徴を
有するものである。
【0042】〔実施例2〕本実施例は、図1における表
示体1の画素駆動素子としてTFT(薄膜トランジス
タ)を用いた場合の例である。本実施例における液晶セ
ルは画素数320×220のカラーフィルターを有して
いない液晶セルである。この場合、セル内部にカラーフ
ィルターを設ける必要がないので、セル作製の分留は比
較的高い。TFTは、半導体層にアモルファスシリコン
または、ポリシリコンを用いて作製したものである。こ
の液晶セルの背後にバックライトを設けると光強度が1
から5mW/cm2,コントラスト比100:1の高コ
ントラスト比の液晶パネルが得られる。この液晶セルを
図6に示した表示体のところに配置させ全体を駆動させ
た。壁上の投射像はコントラスト比100:1、最大輝
度150cd/cm2 の明るい表示が得られた。
【0043】〔実施例3〕図1の5、6、7で示される
光増幅部(光増幅セル)を実施例1記載の方法で同様に
作製した。ただし、本実施例ではスペーサとなる真絲球
のサイズを直径1.5μmとして液晶セルを作製した。
また、一対の基板の電極上には厚さ約100Åの酸化珪
素膜を形成した。これによって、基板間隔が1.5μm
と狭いために液晶セル作製時に発生していた上下の電極
のショートの発生が減り、液晶セルの歩留りも向上し
た。また、本実施例では使用する液晶材料として、反強
誘電性の液晶材料を使用した。その他の構成は実施例1
の場合と同様である。
【0044】このような本実施例のテレビ受像機の液晶
セル部分の駆動方法とその駆動に対する光学応答の様子
を図5に示す。なお、光シャッター部分の駆動は実施例
1と同様の駆動方法で駆動した。光増幅セルには例えば
±20Vの電圧を電極20、25間に印加する。光導電
体21に光が照射されている部分には導電率が変化する
ため、その次に存在する反強誘電性の液晶材料に電圧が
加わることになる。このようにして、光導電体21に照
射された光の像と同じ像が光増幅セルに形成されるすな
わち、表示体1が発した像が赤、緑、青の3つの光の像
として、光増幅セル5、6、7上に形成される。
【0045】この3つの光の像は各々この光増幅セルに
図5で示される期間T1の信号電圧レベルが印加される
までの間保持し続けられる。この期間T1の信号電圧レ
ベルが電極20、25間に印加されたとき反強誘電性液
晶にこのレベルの低い電圧が印加され表示は黒(暗)と
なる。このレベルの低い電圧はゼロレベルでもよいが、
図5に示すように正の電圧から負の電圧に信号レベルを
変える時にはそのレベルを若干負の小さな値とすると期
間T1中に於ける液晶の応答時間を短くすることができ
る。同様に負の電圧から正の電圧に信号レベルを変える
時も若干正の小さい電圧を加えることで応答時間を短く
することができる。
【0046】上記の方法以外に光増幅セルの表示を全面
黒(暗)あるいは白(明)とする方法として、期間T1
の信号を印加している際に表示体1より全面発光の光を
発して光導電体21全面に照射することでも、同様の結
果を得ることができ、かつこの場合は反強誘電性液晶の
応答時間をさらに短くすることができる。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように本発明の構成であ
る、1つの表示体と、3枚の液晶光シャッターと、3枚
の光増幅セルを用いることにより、フルカラーの投射型
のリアルタイムに書換可能なテレビが得られ、従来ブラ
ウン管を利用したテレビ受像機に比べて、安価で、軽
量、コンパクトな投射型テレビ受像機を実現することが
できた。
【0048】特に、液晶光シャッターと光増幅セルは全
くパターニングをする必要がないので、従来問題であっ
た歩留りの問題を解決することができ、さらに安価に製
造される投射型のCRTを表示体に使えるという特徴を
有する。また、光シャッターと光増幅セルに高速応答性
とメモリー性を有した強誘電性液晶あるいは反強誘電性
液晶を用いることによって、微細で高い輝度を有する画
像を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のテレビ受像機の構造を示す。
【図2】光増幅セルの構造を示す。
【図3】光シャッターの構造を示す。
【図4】実施例1の駆動テーブルを示す。
【図5】実施例3の駆動テーブルを示す。
【符号の説明】
1 表示体 11 鏡体 113 ミラー 2、3、4 光シャッター 5、6、7 光増幅セル 8、9、10 ダイクロイックミラー 13 投射像 112 ハロゲンランプ 20、25 透明導電膜 21 光導電膜 22 誘電体膜 23 遮光膜 26、33 一軸配向膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04N 5/74 H04N 9/31 B 9/31 G02F 1/137 510 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03B 21/00 G02F 1/13 505 G02F 1/141 G03B 33/12 G09F 9/00 360 H04N 5/74 H04N 9/31

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表示体と光増幅手段とを有し、カラー映
    像を表示するカラー表示装置であって、 前記カラー映像は、前記表示体に赤(R)、青(B)及
    び緑(G)に相当する映像を順次表示させ、前記順次表
    示された映像を前記光増幅手段で増幅させ、前記増幅さ
    れた映像を合成させることによりカラー映像を表示する
    ことを特徴とするカラー表示装置。
  2. 【請求項2】 表示体と光シャッターと光増幅手段とを
    有し、カラー映像を表示するカラー表示装置であって、 前記カラー映像は、前記表示体に赤(R)、青(B)及
    び緑(G)に相当する映像を順次表示させ、前記順次表
    示された映像のうち、前記光シャッターを透過した映像
    を前記光増幅手段で増幅させ、前記増幅された映像を合
    成させることによりカラー映像を表示することを特徴と
    するカラー表示装置。
  3. 【請求項3】 表示体と分光手段と光シャッターと光増
    幅手段とを有し、カラー映像を表示するカラー表示装置
    であって、 前記カラー映像は、前記表示体に赤(R)、青(B)及
    び緑(G)に相当する映像を順次表示させ、前記順次表
    示された映像を前記分光手段で分光させ、前記分光され
    た映像のうち、前記光シャッターを透過した映像を前記
    光増幅手段で増幅させ、前記増幅された映像を合成させ
    ることによりカラー映像を表示することを特徴とするカ
    ラー表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一において、
    前記表示体として、CRT、液晶パネル、エレクトロル
    ミネセンスパネルまたはプラズマディスプレイを用いる
    ことを特徴とするカラー表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか一において、
    前記表示体として、白黒表示のCRT、液晶パネル、エ
    レクトロルミネセンスパネルまたはプラズマディスプレ
    イを用いることを特徴とするカラー表示装置。
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