JPH01277282A - 投写型フルカラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、フルカラー表示の投写型液晶表示装置に関す
るものであり、特にその光学系の一部を構成するＴＮ型
液晶セルの構造に関する。

従来の技術 従来、ＣＲＴを用いた投写型のフルカラー表示装置に対
し、システムの小型化、軽量化をねらいとし、ＣＲＴの
代シにＴＮ液晶パネルを用いた投耳型のフルカラー表示
装置が提案されている。以下に、第７図を用いて、この
ＴＮ液晶セルを用いた投射型フルカラー表示装置の概要
を説明する。

第７図において、光源１より発せられた白色光は、ダイ
クロイックミラー２．　３１　４により、それぞれＲ光
（６１０ｎｍ）、Ｇ光（５５０ｎｍ）。

Ｂ光（４ｅｓｏｎｍ）の波長帯域に分割され、それぞれ
の光は、前後にほぼ平行ニコル状態に配置された偏光板
８，８′に挾まれたＲ用、Ｇ用、Ｂ用の３枚のＴＮ液晶
セルに入射され、この液晶セル上に形成された画像を集
光光学系９を通してスクリーン１０上に結像する。

ＲＧＢの３色光を３枚のＴＮ液晶セルに透過させてこの
ＴＮ型液晶セル上に形成された画像を同一スクリーン上
に結像する場合、ＴＮ型液晶セルへの入射光の波長によ
り、出射光の偏光状態が異なる丸めに、これらのＲＧＢ
ごとに別々に光学設計を最適化したＴＮ液晶セルを用い
る必要がある。

そこで一般に用いられる方法として、Ｇｏｏｃｈ　−Ｔ
ａｒｒｙの式 （Ｔ：透過率、Δｎ：屈折率異方性、ｄ：セルギャップ
、λ：波長） において、Ｒ，Ｇ、　　Ｂそれぞれの波長で透過率Ｔが
最小になるセルギャップｄの値に各液晶セルを形成する
。

すなわち、Ｇｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙの式による透過率値
が最小となる第１ピーク１ｕ＝−／′ＴＩＫＲ，Ｇ。

Ｂ各色の波長が一致するように、ギャップ厚を下表の様
に設定し、Ｂｌｕｅ用＋　Ｇｒｅｅｎ用＋　Ｒｅｄ用の
ＴＮ液晶セルを作製すればよい。

（但しΔｎ　＝　０．０９３５とする）発明が解決しよ
うとする課題 一方、この計算に従い、３枚の・くネルを作製し、Ｒ，
Ｇ・　Ｂ各色用液晶セルのコントラストを電圧−透過率
特性により輝度計で測定したところ下表のような結果に
なった。

上記の結果かられかるように、理論上コントラストが最
適となるようなギャップ厚をもつセルを実現できるはず
であるが、Ｂｌｕｅ用のセルのコントラスト比が十分に
得られていない。この原因として以下のことが考えられ
る。

（１）Ｂ用セルに入射する光源の分光特性がブロードで
ある。

（２）　　Ｂｌｕｅの波長領域で旋光分散が起こりやす
い。

（３）液晶の複屈折性が低波長領域で小さくなる。

以上の原因について第ｅ図ａ、　　ｂ、　　ｃ、　ｔｌ
を用いて詳しく説明する。

第６図ａは、前述のＧｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙノ式による
９０’ＴＮ液晶の透過率を波長に対してプロットしたも
のであるが、二点鎖線４１．実線４２．−点鎖線４３で
表わされる曲線はそれぞれ、Ｂｌｕｅ用（ギャップ厚ｄ
　＝４−２　ｐｍ）、　　Ｇｒｅｅｎ用（ａ＝６．０ｐ
ｍ　）、　Ｂｅｄ用（ｄ＝５．７μｍ）のＴＮ液晶セル
に対応している。この図かられかるように、一般に液晶
の光学的性質として短波長の領域（Ｂｌｕｅ側）では、
長波長の領域（Ｒｅｄ側）に比べ、光を遮断できる帯域
がかなり狭い。それに対し、第６図すに示すように各Ｔ
Ｎ液晶セルに入射する光すなわちＢ１１１ｅ光（４４の
二点鎖線）は、ｃｒｏｗｎ光（４６の実線）ｔ　　Ｒｅ
ａ光（４６の一点鎖線）に比して帯域の広いブロードな
曲線である。

従って、第６図ａとｂの特性をかけ合せた結果、Ｇｒｅ
ｅｎ光、　ＲＩＢ（ｌ光はそれぞれほとんど遮断される
が、Ｂｌｕｅ光では、ピーク値よりややずれた光が遮断
できず、旋光分散による光ぬけが生じやすい。

ここでこれを防ぐために、Ｂｌｕ６光源４４の特性をシ
ャープにすればよいが、第６図Ｃの波長に対する人間の
眼の感度すなわち比視感度特性の図に示すように、一般
にＢｌｕｅ光の領域では人間の眼の感度が低い。このた
め、Ｂｌｕｅ光の明るさを十分得るためには、Ｂｌｕｅ
光源の特性をできるだけブロードにしなげればならず、
これらは互いに矛盾した関係となる。

さらに第６図ｄに示すように、液晶の複屈折の波長依存
性の点からも、Ｂｌｕｅ光の波長領域では、複屈折の値
が、Ｇｒｅｅｎ光、Ｒａｄ光の波長領域のように一定で
なく、短波長領域の全般でＧｏｏｃｂ　−Ｔａｒｒｙの
理論式による一義的なギャップ値が有効でなく、これも
またＢｌｕｅ用セルのコントラストの低い原因である。

課題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に、以下の様な投写
型フルカラー液晶表示装置の構成を提案するものである
。すなわち、 （１）　　Ｂｌｕｅ用の液晶セルに、これと同一のセル
ギャップを有し液晶分子のツイスト角が同じでねじれ方
向が逆であるＴＮ型液晶セルを重ね合せた構造。

（２）　　Ｒａｄ用、　Ｇｒａｅｎ用、　　Ｂｌｕｅ用
の各ＴＮ液晶セルおよびＢｌｕｅ用セルに重ね合せるＴ
Ｎ型液晶セルの全てが同一のセルギャップであって、こ
れらの表示形式がノーマリブラックであって、Ｒａｄ用
、Ｇｒｅｅｎ用のＴＮ型液晶セルの前後の偏光子と検光
子の偏光軸の方向をそれぞれＴＮ型液晶セルの光の入射
側および出射側の液晶分子の配向方向に対して適当な角
度に設定することによりＲ，Ｇ、Ｂ毎の透過率特性を最
適化する。

（３）さらに上記の偏光軸の角度設定として、ＴＮ型液
晶セルを通過する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正として、Ｒａｄ　光用の液晶セル
前後の偏光軸の交角を一１０°〜Ｏ０，Ｇｒｅｅｎ用液
晶セルノ前後ノ偏光軸交角を００〜＋１００に設定する
。

作用 本発明によれば、単独のセルであれば高いコントラスト
が得られにくいＢｌｕｅ光用液晶セルについてもその旋
光分散が重ね合せたτＮ液晶セルにより補償されるため
に、Ｂｌｕｅ光のピークよりややずれた光の光もれがな
くなり、Ｒ，Ｇ、Ｂ全てにおいてコントラストが高く色
再現性の良好な投写型フルカラー液晶表示装置が実現で
きる。

さらに、前項２に述べたように光学補償用液晶セルを含
む全てのセルを同一ギャップで構成すればＴＮ液晶セル
の製造上有利である。すなわち同一仕様の液晶セルを多
数個製造し、性能の均一な液晶セルを使用してシステム
を構成することができる。また同一ギャップのセルであ
るから液晶の印加電圧に対する応答特性も同じであり、
電圧−透過率特性がＲ，Ｇ、Ｂでほぼ同じものが実現で
きる。

実施例 以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明による投射型フルカラー液晶表示装置に
おける光学系の概要の１例を示す図であり、図面におい
て従来例として説明した第７図と同じものについては同
一の査号を用いる。

第１図のようにＢ、ｌｕａ用Ｔ用型Ｎ型液晶セル、この
旋光分散を、補償するための光学補償用ＴＮ液晶セルフ
′が重ね合されている。ここで１は白色光源２，３．４
はそれぞれＲ，Ｇ、Ｈに対応する波長にピークを持つ反
射分光特性をもつダイクロイックミラーで、これらによ
り光源の白色光はＲ，Ｇ、Ｂ各色光に分割される。８は
ダイクロイックミラーから入射する光を直線偏光に変換
する偏光子、８′は、セルに電圧無印加状態でセルから
出射する直線偏光の振動方向と透過軸の一致するように
設置された検光子であり、すなわちこれラバノーマリイ
ブラックの形式となっている。６゜６．７はそれぞれＲ
用、Ｇ用、Ｂ用のＴＮ液晶セルで、それぞれのギャップ
は、前述のＧｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙの最小透過率の条件 を満足するようなセルギャップに設定されている。

９は、セル上の画像をスクリーン１０上に拡大投写する
レンズ群からなる光学系である。

ここで第２図を用いてＢｌｕａ用のセルの光学特性につ
いて述べる。

Ｂｌｕｅの波長帯域に分光反射率のピークを持つダイク
ロイックミラーより反射してくるＢｌｕ・光は２ｏに示
すように全方向に振動方向をもつ光であるが、これが偏
光子１１により１６に示すような振動方向を持つ直線偏
光となってセル１２に入射する。このセル１２より出射
してくる光は、液晶分子のねじれに従うように旋回し、
９０°τＮ液晶の場合、入射直線偏光にほぼ直交する直
線偏光となって出てくるはずであるが、前に説明したよ
うに液晶の光学的性質として短波長領域ではノーマリイ
ブラックモードで光を遮断できる波長範囲が狭く、これ
に対しＢ１１１ｅ光の明るさを増すために比較的広い帯
域を持つＢｌｕｅ光が入射すると１６に示すような楕円
偏光が出射する。そこで１２と同じセルギャップを有し
、液晶分子のねじれ角が同じで向きが逆のセル１３を重
ね合せると、ちょう′ど１２のセルを透過する光の偏光
状態の変化の逆の過程をたどってセル１３の出射面に光
が出てくるため、これは、セル１２に入射する直線偏光
と同じ振動方向を持つ直線偏光となる。したがってこの
直線偏光１７に平行な吸収軸１８を持つ検光子１４によ
ｌ）　Ｂｌｕｅ光がほぼ完全に遮断される。また、この
方式であれば、液晶の複屈折のＢｌｕａ光領域での変化
にも対応できる。

逆に光を透過させる場合、セ／Ｌ’１２．１３に同一の
電圧を加えればよく、またこのような２層構造にするこ
とによる光の損失は２０％以下程度であるので、コント
ラスト比 における分ｍ’ｒｖ＝ｏ　の値が十分に小さくなること
から、コントラストの値は大幅に向上する。

さらに本発明の他の実施例における投射型フルカラー液
晶表示装置の光学系の構成の概要を第３図に示す。

第３図において、第１図と同じものについては説明を省
略する。第３図に示す投写型フルカラー液晶表示装置に
おいてＴＨ液晶セルがＢｌｕｅ光に重ね合せる光学補償
用液晶セルを含め全て同一セルギャップを有していると
いう特徴がある。ここでＲｌＧ、Ｂ用の各セ”　５　＆
　ｒ　６　！Ｌ　＋　　７　ａおよび７１Ｌ’の液晶分
子の配向方向と、セル前後に配置される偏光子８１　ｓ
ｂ、８ｃおよび検光子８ｍ’。

８ｂ’１８０’の偏光軸の関係を第４図および第５図を
用いて説明する。

第５図は、偏光板の偏光軸の角度を変えた場合のＴＮ液
晶セルの透過率が最小となるギャップ値をプロットした
ものであるが、これは、ＧｏｓｃｉａｎｓｋｉがＪ、　
ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、４ａ　（４）　、　ｐｌ　４２
７　（１９７７）に論じており、入射直線偏光が９００
ＴＮセルを透過して直線偏光として出射する条件として
理論的に導いた条件式 ％式％ ここでパラメータＵは、ｕ＝２Δｎｄ／λ（Δｎ：液晶
の複屈折、ｄ：セルギャップ、λ：波長）であり、αは
液晶セルの７光の入射面の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６図は、上記したＧｏｓｃｉａｎｓｋｉの条件式にお
いて、Δｎ　＝　０．０９３５とし、λｊ＝４５０１ｍ
（−点鎖線３６）、λ２＝ｓ４ｓｎｍ（実１ａ３５）。

λ、＝６１０ｎｍ（破線３４）について９０’ＴＮセル
それぞれｄ−αの関係を表わしている。第５図かられか
るように、例えばＧｒｅｅｎ用のセルギャップ（６，０
μ曹）を持つセルを作製し、セルの光の入射面での液晶
分子の配向方向に対し、セル中の直線偏光の旋光角が減
少する方向を正として、αＢ＝＋６．６°、　ａ　ｎ　
＝　−４，０’　タケ入射側（Ｄ偏光軸をずらし、出射
側の偏光軸との交角を２α３−＋１３．２°＋２ａ＊＝
−８，０とすれば、それぞれ４５０　ｎ　１＠　＊　　
ｅｓ　１０　ｎ　１１１で透過率の最小ピークを持つセ
ルが実現できる。

ここでＢｌｕｅに関しては、前述の説明による通リ、ギ
ャップの最適化または偏光軸交角の最適化をはかっても
Ｂｌｕｅ光源の特性がブロードであればコントラストの
値としてなかなか十分に上がらない。

一方、本発明の構成では、Ｂｌｕｅに関しては、逆ねじ
れ構造でセルギャップの等しいＴＮセルをＢ１１１ｅ用
セルに重ね合せることによってＢｌｕｅ用セルの光学特
性の最適化をはかっておシ、またこの構成によればセル
ギャップが本来のＢｌｕｅ用のセルギャップからかなり
ずれていても、重ね合せる逆ねじれのＴＮセルとのギャ
ップさえ一致していればよい。従って上述した偏光板交
角の最適化手法をＧｒｅｅｎ用セルおよびＲｅｄ用セル
についてのみ適用すればよい。

第４図は、本発明の実施例における、Ｒ，Ｇ、Ｂ用セル
の配向方向と偏光軸交角との関係を示した図である。

第４図ａは本発明の構成におけるＢｌｕｅ用９０゜ＴＮ
液晶セルを示す図であるが（第４図ではすべて光は紙面
奥より手前に進むものとする。）セルの入射面における
配向方向２１に平行な振動方向をもつ入射直線偏光２５
はセルの一層目において約９０°回転し、−層目の出射
面における配向方向２２にほぼ平行な方向に主な振動方
向２６をもつ楕円偏光となっているが、これかさらＶｃ
２３の方向に配向された二層目のセルに入射し、−層目
と逆の過程をたどって二層目の出射面における配向方向
２４と平行な直線偏光２７となって二層目のセルを出射
する。従ってこの直線偏光２７の振動方向と直交する方
向２８に透過軸を合わせて検光子を配置すれば、電圧無
印加時の光もれがほとんどない。

次に第４図す、ａを用いて本発明の構成におけるＧｒｅ
ｅｎ用セル、　　Ｒｅｄ用セルについて説明する。

なお第４図に示すＲ，Ｇ、　　Ｂ用のセルは、Ｂｌｕｅ
用セルに重ね合せるセルも含め全て同一セルギャップで
できており、そのギャップの設定値を５．０μｍと６．
７μｌの間の値としている。

第４図すにおいて％Ｇｒｅｅｎ用セルの光の入射面にお
ける配向方向６２に対し、そのセルギャップに応じて前
述のＧｏｓｃｉａｎｓｋｉの条件式から求まる角度α。

−〇〜４・３°だけ図のようにずれた振動方向６３を持
つ直線偏光を入射させると出射面における配向方向５２
より角度α。だけずれた振動方向６４を持つ直線偏光と
なって表れ、これに対して直交する方向６６に検光子の
透過軸を設定すればよい。従ってこの場合の偏光板交角
として、セル入射する直線偏光の旋光角が減少する方向
を正として２α。＝０〜＋８．６０　に設定すればよい
。

これに対し、第４図０に示されるようなＲｅｄ用セルを
考える。ここで、セルの光の入射面における配向方向６
１に対して、同様にそのギャップに応じて前述のＧｏｓ
ｏｉａｎｓｋｉの条件式より求まる角度α３＝−４・２
°〜０°だけ図のようにずれた振動方向６３を持つ直線
偏光が入射すれば、出射面における配向方向６１から角
度α、だけずれた振動方向を持つ直線偏光６４が出射す
るので、これに直交する方向６６に検光子の透過軸を設
定すればよい。この場合の偏光板交角は前述の符号の定
義に従えば２αＲ＝−８，４°〜０°である。

従って、パネル製造時のセルギャップの偏差を含めて、
ＴＮ型液晶セルを通過する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正としてセルギャップに応
じてＲｅｄ光用の液晶セルの前後の偏光軸の交角を、−
１００〜Ｏ’　、　Ｇｒｅｅｎ用液晶セルの前後の偏光
軸交角を０６〜＋１０’にそれぞれ設定すればよい。

なお本発明の実施例の構成では、Ｒ，ＧＩ　　Ｂ全ての
セルをその前後の偏光軸交角の最適化により製作する場
合に比べ非常に小さな角度だけずらせばよく、これも本
発明の大きな特徴の一つである。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば比較的簡単な構成でＲ
ＧＢ毎のコントラストを全て向上させることができ、従
って色再現性の高い画像品位の良好な投写型プルカラー
液晶表示装置が実現できまたＲＧＢ全てのセルを同一ギ
ャップのセルとすることによりセルの製造上も有利なも
のとなるため工業的価値の大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における投写型フルカラー液晶
表示装置の光学系の概要を表わす構成図、第２図は第１
図に示した光学系において用いられるＢｌｕｅｌ用セル
とこれに重ね合される光学補償用液晶セルの関係を示す
斜視図、第３図は本発明の他の実施例における投写型フ
ルカラー液晶表示装置の光学系の概要を示す図であり、
第４図ａ、ｂ。 Ｃは第３図に示す実施例において用いられるＲ９Ｇ、Ｂ
のＴＮ液晶セルの配向方向と偏光軸の関係を示す構成図
、第６図は（ｒｏｇｉａｎｇｌｃｉの理論に基づいたＴ
Ｎ液晶セルのセルギャップとその前後の偏光軸の角度の
関係を示す線図、第６図ａはＧＯＯｃｈ−Ｔａｒｒｙの
理論に基づ（ＴＮ液晶セルの透過分光特性図、第６図す
は本発明における実施例の装置において用いられるダイ
クロイックミラーの反射分光特性図、第６図Ｃは人間の
眼の視感度曲線図、第６図ｄは液晶の複屈折の波長依存
性を示す線図、第７図は従来の投写型フルカラー液晶表
示装置における光学系の概要を示す構成図である。 １・・・・・・白色光源、２．３．４・・・・・・ダイ
クロイックミラー、６・・・・・・Ｒｅｄ用Ｔ用液Ｎ液
晶セル・・・・・・Ｇｒｅｅｎ用ＴＮ液晶セル、７　・
−−−−−Ｂｌｕｅ用ＴＮ用品Ｎ液晶セル・・・・・・
Ｂｌｕａ用光学補償ＴＮ液晶セル、８・・・・・・偏光
板、８′・・・・・・検光板、９・・・・・・集光光学
系、１０・・・・・・スクリーン。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第５図 第６図　　　　（α］ 波　長（ｎｍ） 波　長（ｎｍ） 第　６　図 （Ｃ） 波　　長　　（ｍμ） Ａｌ 波　　長　（ｎｍ） 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の光をそれぞれ別々のＴＮ型液晶
   セルに入射させ、各液晶セル上の画像を同一スクリーン
   上に色合成して拡大投写する光学系を有する投写型フル
   カラー液晶表示装置であって、このうちＢｌｕｅ用の液
   晶セルにこれと同一のセルギャップを有し、液晶分子の
   ツイスト角が同じでねじれ方向が逆であるＴＮ型液晶セ
   ルを重ね合せた構造を有する投写型フルカラー液晶表示
   装置。
2. （２）Ｒｅｄ用、Ｇｒｅｅｎ用、Ｂｌｕｅ用の各ＴＮ型
   液晶セルおよびＢｌｕｅ用セルに重ね合せるＴＮ型液晶
   セルが全て同一のセルギャップであってこれらの表示形
   式がノーマリィブラックであり、Ｒｅｄ用、Ｇｒｅｅｎ
   用のＴＮ型液晶セルの前後の偏光子と検光子の偏光軸の
   方向をそれぞれＴＮ型液晶セルの光の入射側および出射
   側の液晶分子の配向方向に対して適当な角度に設定する
   ことによりＲ、Ｇ、Ｂ毎の透過率特性を最適化したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の投写型フルカ
   ラー液晶表示装置。
3. （３）ＴＮ型液晶セルを通過する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正として、Ｂｅｄ光
   用の液晶セルの前後の偏光軸の交角を−１０°〜０°、
   Ｇｒｅｅｎ用液晶セルの前後の偏光軸交角を０°〜＋１
   ０°に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の投写型フルカラー液晶表示装置。