JP4143922B2 - プロジェクションディスプレイシステム - Google Patents
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Description
F=1/(2×sinθ) ・・・式3
で表わされる。F=3.5は、デバイス面の鉛直方向を中心にしてθ=±8.2°の角度内の光で照明し、その反射光を取り出すことを意味する。
光透過性電極を有する第1の基体と、光反射電極を有する第2の基体とが、前記光透 過性電極及び前記光反射電極を互いに対向させかつ垂直配向液晶層を介在させた状態で 、対向配置されている反射型液晶表示素子であって、前記垂直配向液晶層の厚さが2μ m以下であり、かつ垂直配向液晶材料の屈折率異方性Δnが0.11以上であり、かつ 前記光透過性電極と前記光反射電極との対向面上にそれぞれ、前記垂直配向液晶層の液 晶材料に1°以上、5°以下のプレティルト角を与える液晶配向処理が施されている反 射型液晶表示素子と、
少なくとも前記光反射電極に接続され、前記反射型液晶表示素子を±6Vの範囲内の 駆動電圧で駆動する駆動回路と
を有する表示装置を備え、更に、
前記反射型液晶表示素子に入射する光束又は前記反射型液晶表示素子から出射される 光束に対するFナンバーが3以下、1.5以上である光学系
が光路中に配置されているプロジェクションディスプレイシステムに係るものである。ここで、上記の「光反射電極」とは、電極自体が光反射性である電極は勿論であるが、電極上に光反射層を設けた電極や、電極は光透過性であっても下地膜との界面で光反射性が生じるときにはそのような下地膜付きの電極も含む意味である(以下、同様)。
そして、垂直配向液晶層の厚さを2μm以下と小さくしているために、液晶層厚の2乗に比例すると考えられる黒レベルを低く抑えることができ、光学系のFナンバーが3以下であっても、高コントラストの実現が可能となり、しかも小さいFナンバーによって高輝度も併せて実現できることになる。従って、本発明に用いる反射型液晶素子デバイスとFナンバーが3以下の光学系とを用いた本発明のシステムは、従来デバイスと従来光学系とを用いたシステムに比べて、高いコントラストと高輝度の双方を満たすシステムを提供することができる。なお、光学系のFナンバーは、用いるレンズの焦点距離等によって制御可能である。
また、プレティルト角を1°以上、5°以下としているので、垂直配向性が向上し、黒レベルが抑えられてコントラストが良好となる。
T∝sin2(2d・Δn(eff)・π/λ) ・・・式4
従来デバイスを次のようにして作製した。まず、透明電極が成膜されたガラス基板と、Al電極が形成されたSi駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜としてSiO2膜を、蒸着角度45〜55°の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は50nmとし、液晶のプレティルト角は約2.5°になるように制御した。
比較例1と同様の方法で、透明電極付き基板とAl電極が形成されたSi駆動回路基板とにそれぞれSiO2膜からなる液晶配向膜を形成し、それらの基板間に、メルク社製の、誘電率異方性Δεが負で、屈折率異方性Δnが0.103、0.114及び0.13の3種類の垂直配向液晶材料を注入し、それぞれの材料で、2μm、1.5μm及び1μmの液晶層の厚さを有する、計9種類の反射型液晶表示デバイス(図5の試料No.7〜15)を作製した。液晶のプレティルト角は約2.5°になるように制御した。
実施例1で作製した反射型液晶表示デバイスの立ち上がり(黒から白)及び立ち下がり(白から黒)への応答速度を測定した。その総和をデバイスの応答速度とし、図5にその結果を示す。測定は室温で行なった。図4には、代表例としてΔn=0.13のデバイスの場合(図5の試料No.9、12、15、及びd=2.5μmの試料)について、液晶層の厚さを関数として示した。また比較として、従来例の試料No.1と3μm厚で作製した試料(いずれもΔn=0.082)の応答速度も示した。
実施例1と同様な方法で、Δn=0.13の液晶材料を用いて層厚3.5μmの反射型液晶表示デバイス(試料No.16)を作製し、液晶駆動特性を調べた。
実施例1で作製した反射型液晶表示デバイスの、印加電圧がゼロ(黒状態)の時の透過率(黒レベル)を測定した。液晶層の厚さに対する黒レベルの変化を系統的に調べるために、各Δnの試料で、従来デバイスの層厚である3.5μmのデバイス(図5の試料No.17〜19)及び層厚2.5μmのデバイスを作製し、実施例1の試料(試料No.7〜15)と共に測定した。それぞれのΔnの試料で、3.5μm厚のデバイスの数値を100%として、黒レベルの数値を示したのが図8である。
実施例1のΔn=0.13、液晶層厚1.5μm、2.0μmのデバイス(試料No.12、9)を、Fナンバーが3.85、3及び2の測定光学系に組み込み、デバイスの黒レベル(黒状態の透過率)を従来デバイス(試料No.1)と比較した。
3B、3G、3R…反射型デバイス、4…X−Cubeプリズム、
6…フライアイレンズ、7…偏光変換デバイス、8…コンデンサレンズ、
9…ダイクロイック色分離フィルタ、10(p,s)…白色光、
10(s)…s偏光の入射光、
10R(s)、10G(s)、10B(s)…s偏光の入射光、
10R(p)、10G(p)、10B(p)…p偏光の反射光、
10(p)…p偏光の投射光、11、12…全反射ミラー、23…反射型液晶表示素子、
30…光反射電極、31…Si駆動回路基板、32…透明電極、33…ガラス基板、
34、35…液晶配向膜、36…垂直配向液晶、37…単結晶シリコン基板、
38、39、44…半導体領域、41、46…電極、42、43、50…電極又は配線、
47、48、49…層間絶縁膜、
d…液晶層厚、Δn…液晶の屈折率異方性、Δε…液晶の誘電率異方性
Claims (7)
- 光透過性電極を有する第1の基体と、光反射電極を有する第2の基体とが、前記光透 過性電極及び前記光反射電極を互いに対向させかつ垂直配向液晶層を介在させた状態で 、対向配置されている反射型液晶表示素子であって、前記垂直配向液晶層の厚さが2μ m以下であり、垂直配向液晶材料の屈折率異方性Δnが0.11以上であり、かつ、前 記光透過性電極と前記光反射電極との対向面上にそれぞれ、前記垂直配向液晶層の液晶 材料に1°以上、5°以下のプレティルト角を与える液晶配向処理が施されている反射 型液晶表示素子と、
少なくとも前記光反射電極に接続され、前記反射型液晶表示素子を±6Vの範囲内の 駆動電圧で駆動する駆動回路と
を有する表示装置を備え、更に、
前記反射型液晶表示素子に入射する光束又は前記反射型液晶表示素子から出射される 光束に対するFナンバーが3以下、1.5以上である光学系
が光路中に配置されているプロジェクションディスプレイシステム。 - 前記反射型液晶表示素子における前記垂直配向液晶層の厚さが1.5μm以下である、請求項1に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
- 前記プレティルト角は1°以上、2.5°以下である、請求項1に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
- 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる照明光学系と、前記反射型液晶表示素子からの反射光を投射する投射レンズとが前記光路中に配置され、前記Fナンバーは前記照明光学系又は前記投射レンズのFナンバーである、請求項1に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
- 入射した光を偏光成分に応じて分離する偏光ビームスプリッタを有し、前記光源からの光が前記偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子に所定の偏光成分の入射光として入射し、この入射光が前記反射型液晶表示素子により反射されると共に、印加電圧に応じて偏光変調された光のうち前記入射光と異なる偏光成分の光が前記反射型液晶表示素子からの反射光として前記偏光ビームスプリッタを再び通して前記投射レンズに導びかれる、請求項4に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
- 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が合成されて前記投射レンズに導びかれる、請求項5に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
- 白色光源からの白色光が偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導びかれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビームスプリッタを介して、各色毎に配置された前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、これらの反射型液晶表示素子からの各反射光が色合成プリズムで合成された後に前記投射レンズに導びかれる、請求項6に記載したプロジェクションディスプレイシステム。
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