JPH0264528A - 投射型表示装置 - 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、文字や図形などの情報や、各種の映像を大き
く拡大投射表示する投射型表示装置に関するものである
。

従来の技術 近年、投射型表示装置は大画面表示のデイスプレィとし
て研究開発がさかんにおミなわれ、特に、液晶を用いた
ものは光学系の構造を簡単化し薄型軽量で品位のよい表
示を得るものとして注目されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来の投射型表示
装置の一例について説明する。

第８図は従来の投射型表示装置の構成図であり、第９図
は光変調部として用いられる液晶パネル部の構成断面図
である。第８図において、４１は光源、４２は偏光ビー
ムスプリッタであり、偏光成分のうちｐ偏光成分を透過
し、Ｓ偏光成分を反射する。

４３は液晶層、４４は反射層、４５は表示のための給電
手段、４６は投射レンズである。また、第９図において
、５１は液晶層、５２は透明電極層、５３は反射電極層
で反射層と透明電極５２の対向電極をかねている。５４
はパネル駆動用の薄膜トランジスタである。

以上のように構成された投射型表示装置について、以下
その動作の説明をする。

まず、光源４１から発せられた光は、偏光ビームスピリ
ツタ４２に入射し、このうちＳ偏光成分のみが反射され
て液晶４３に向かう。液晶層４３に入射した光は、反射
層４４で反射されて再び同じ光路を通って偏光ビームス
プリッタ４２に再入射する。このときの偏光状態は、往
復に通過する液晶層４３によって影響を受けており、再
入射時に含まれるｐ偏光成分の量に応じた光量が、投射
レンズ４６に向がって透過する。透過後の光は投射レン
ズ４６により拡大投射されてスクリーン上（図示せず）
に結像される。この透過光量は、第９図の液晶層５１に
印加される電圧により制御される。薄膜トランジスタ５
４は反射電極層５３を充電して液晶層５１に所望の電圧
を印加するスイッチング素子として働く。

第１Ｏ図と第１１図は、液晶パネルの動作特性を示すも
ので、第１０図は、電圧印加時に対する透過率の変化を
示すもの（パラメータは波長）、第１１図は、電圧印加
にともなう透過率の波長依存性の変化を示すものである
。なお、透過率は光源４１がらビームスプリッタ４２へ
の入射光と、ビームスプリッタ４２から投射レンズ４６
への透過光の比で定義されている。波長により差はある
が４ボルト程度の印加電圧までは、電圧値の増大ととも
に透過率が増していくことがわかる。（例えば、情報表
示学会（５ＩＤＢ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｉｎｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　）の１９７７年国際
シンポジウム技術論文集（ＳＩＤ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ　　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　Ｄｉｇｅｓｔ　　
Ｏｆ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｐａｐｅｒｓ）１０６
〜１０７ページや、オプティカル・エンジニアリング１
７巻４号（１９７８年）３７１〜３８４ページ）発明が
解決しようとする課題　′ しかしながら上記のような構成では、液晶層の光学特性
に波長依存性が存在するので、遮光が不十分な波長域が
生じてコントラストが低下したり、表示に不要な着色が
生じるという課題を有していた。また、この波長依存性
が印加電圧とともに変化するため、表示の明るさにより
表示の色相が異なるという課題をも有していた。

本発明は上記課題に鑑み、黒レベルが十分低く、コント
ラストが高く、色相変化の少ない良好な白黒あるいはカ
ラー表示を行なう投射型表示装置を提供することを目的
としている。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の投射型表示装置は、
ねじれ構造を有する少なくとも２つの液晶層を積層する
という構成を備えたものである。

作用 本発明になる投射型表示装置においては、上記した多層
構成の液晶層の光学補償効果により、電圧無−印加時あ
るいは低電圧印加時の輝度が、波長依存性が小さくかつ
十分に低いものとなり、また、印加電圧を増加させた場
合にも、その輝度は波長依存性が小さいまま増加してい
（。従って、黒レベルが良好で、表示輝度の変化にとも
なう色相変化のない表示を行なうことができる。

実施例 以下、本発明の＝実施例の投射型表示装置について、図
面を参照しながら説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例における投射型表示装置
の構成図を示すものであり、第２図は光変調部として用
いられる液晶パネル部の構成断面図である。第１図にお
いて、１は光源、２は偏光ビームスプリッタ、３・４は
液晶層、５杢ま反射層、６は給電手段で表示のための電
圧を液晶層に印加する。７は投射レンズである。また、
第２図において、１１・１２は液晶層、１３は透明電極
層、１４は反射電極層で反射層と透明電極１ｉ１３の対
向電極をかねている。１５はパネル駆動用の薄膜トラン
ジスタである。

以上のように構成された投射型表示装置について、以下
第１図、第２図と第４図を用いてその動作を説明する。

まず、光源ｌから発せられた光は、偏光ビームスプリッ
タ２に入射し、このうちＳ偏光成分のみが反射されて液
晶層３に向かう。液晶層３に入射した光は、液晶層３と
次いで液晶層４を通過して反射層５で反射され、同じ光
路を通って偏光ビームスプリッタ２に再入射する。偏光
ビームスプリッタ２はｐ偏光成分を投射レンズ７にむけ
て透過し、この透過光は投射レンズ７により拡大投射さ
れてスクリーン上（図示せず）に結像する。従って、表
示輝度は偏光ビームスプリッタ２へ再入射するｐ偏光成
分の量に比例する。

一方、このｐ偏光成分の量は、液晶層３・４を通過する
時に受ける偏光状態の変化により定まるが、これは液晶
層４に印加される電圧により制御される。第２図はこの
様子を示したもので、薄膜トランジスタ１５が反射電極
層１４を充電するスイッチング素子として働き、液晶層
１１に所望の電圧が印加される。

本実施例においては、液晶層４によって生じる光学伝播
特性の波長依存性を補償する液晶層３を、液晶層４の前
面に配置することにより、透過率の波長依存性の影響の
大きい黒表示時の波長依存性を小さくして、良好なコン
トラストと色相変化のない表示を行なっている。第１表
は良好な特性を示す構成例をまとめたものであり、第４
図は第１表の構成（１）の電圧印加にともなう分光透過
率の変化を示したものである。

第１表 以下余白 第１表において、液晶層は光の入射側から第１層・第２
層と数え、角度は入射光の進行方向にむかって左ねじれ
を正としている。また、入射直線偏光の偏光面が第１液
晶層の入射側分子軸にほぼ平行あるいはほぼ直角となる
ように、各液晶層は配置されている。分光透過率の変化
は第１表に示す他の構成例についても波長依存性の小さ
いものであり、いずれの場合も黒表示が良好で輝度の増
加に伴う色相変化のない表示特性を得ることができた。

以上のように本実施例によれば、２層以上の液晶層を積
層して設けることにより、透過率が低い場合にその波長
依存性を小さくすることができ、良好なコントラストと
色相変化のない表示を行なうことができる。

（実施例２） 以下、本発明の第２の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

本実施例においても、投射型表示装置の構成は第１の実
施例と同じく第１図と第２図に示すものであり、各部の
動作も第１の実施例と同様なものである。第１の実施例
とのちがいは、液晶層３と４を互いに逆ねじれ構造で、
ねじれ角および液晶の複屈折Δｎとパネル厚ｄの積Δｎ
−ｄがほぼ等しくなるように構成し、その界面で互いに
液晶分子の長袖がほぼ直交するように配置した点にある
。

このような構成のもとでは、電圧無印加時には液晶層３
と４の光学伝播特性は完全に補償し合い、偏光ビームス
プリッタ２へ再入射する光は、液晶層３への入射時と同
じ偏光面を持つ波長依存性のない直線偏光となる。従っ
て、電圧無印加時には偏光ビームスプリッタ２へ再入射
する光はＳ偏光成分のみからなり、投射レンズに向かっ
て透過する光はなく、良好な黒表示を得ることができる
。

また、電圧印加時の透過率の波長依存性も十分小さいも
ので、電圧印加に伴う表示色相の変化も十分小さいもの
となった。

第２表に本実施例における構成例を示す。

以下余白 第２表 この表において、液晶層の光の入射側から第１層・第２
層と数え、角度は入射光の進行方向にむかって左ねじれ
を正としている。また、入射直線偏光の偏光面が第１液
晶層の入射側分子軸にほぼ平行あるいはほぼ直角となる
ように、各液晶層は配置されている。第５図と第６図は
、第２表に示す（１）と（２）の例について、電圧印加
にともなう分光透過率の変化を示したものである。電圧
無印加時には十分に透過率が低い状態を得ることができ
、印加電圧が低く透過率が低い時の波長依存性も十分小
さいので、良好なコントラストと色相変化のない表示を
行なうことができた。Δｎ−ｄの値は、小さい方が透過
率の波長依存性は小さいが、この値が０．１５μｍより
小さい場合には十分な表示輝度を得ることができず、ま
たパネルの作製も困難であるので、Δｎ−ｄの値は０．
１５μｍ以上が望ましい、液層のねじれ過度については
、２０’から１５０’程度のものが良好な結果を与えた
。

以上のように本実施例によれば、互いに逆のねじれ構造
を有し、ねじれ角とΔｎ−ｄの値がほぼ等しい２つの液
晶層を積層して設けることにより、透過率が低い場合に
その波長依存圧を小さくすることができ、良好なコント
ラストと色相変化のない表示を行なうことができる。

（実施例３） 以下、本発明の第３の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

第３図は本発明の第３の実施例を示す投射型表示装置の
構成図である。同図において、２１は光源、２２・２３
・２４はグイクロイックミラー（あるいはグイクロイッ
クミラーと偏光ビームスプリッタの組合せられた素子）
で、入射光の径路を波長域ごとに分離する。２５・２６
・２９・３０・３３・３４は液晶層、２７・３１・３５
は反射層、２８・３２・３６は給電手段で、各色の表示
パターンに応じた電圧をそれぞれ液晶層２６・３０・３
４に印加する。３７・３８・３９は投射レンズである。

上記のように構成された投射型表示装置について、以下
その動作を説明する。

本実施例は、波長域の異なる表示をスクリーン上で重ね
あわせることにより、多色表示を行なう投射型表示装置
に関するものである。光源２１から発せられた光は、ダ
イクロッイックミラー２２・２３・２４により青色光の
Ｓ偏光成分が液晶層２５に、緑色光のＳ偏光成分が液晶
層２９に、赤色光のＳ偏光成分が液晶層３３に、入射す
る。図中のＲ−Ｇ−Ｂは、それぞれ赤色・緑色・青色の
光の伝播径路を示している。それぞれの液晶層と反射層
の組は、前記の実施例と同様に動作し、グイクロイック
ミラー２２・２３・２４に再入射する際のｐ偏光成分、
すなわち青色・緑色・赤色の透過光量が電圧印加手段２
８・３２・３３により制御される。投射レンズ３７・３
８・３９に入射した光はスクリーン上に拡大投射され、
重ね合わされて、多色表示が行なわれる。

赤・緑・青の各色の光路中に第１表に示す構成の液晶層
の組を用いたところ、いずれの場合にもコントラストが
良好で色再現性のよい表示を行なうことができた。第７
図は、電圧印加にともなう青色表示の色相変化を示すｕ
ｖ色度図で、図中の破線は従来の液晶層が１層の場合の
特性を、実線は第１表（１）の構成を持つ２層の液晶層
を用いた場合の特性を示している。液晶層が１層の場合
には、照明光の波長分離が完全なものでなく緑色や赤色
の光が混入していることと、液晶層の透過率の波長依存
性が印加電圧とともに変わることがあいまって、色度が
大きく動いている。本実施例においては、この青色表示
の色相が表示輝度とともに変化するという点が大幅に改
善されたため、青色領域での色再現性は格段に向上した
。

なお、液晶層と反射層のすべての組に多層型の液晶層を
用いることが、色再現特性上は好ましい結果を与えるが
、最も効果の大きい青色表示を行なう液晶層のみを多層
化した場合でも、表示特性はかなり改善された。これは
、構成の簡単化と２層目の液晶層による光の損失を防ぐ
のに効果があった。

以上のように、本実施例においては、波長域ごとに分離
された照明光の少なくとも１つの光について、２層以上
の液晶層を積層して設けることにより、コントラストと
色再現性の良好な投射型表示装置を得ることができる。

（実施例４） 以下、本発明の第４の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

本実施例においても、投射型表示装置の構成は第３の実
施例と同じく第３図に示すものであり、各部の動作も第
３の実施例と同様なものである。

第３の実施例とのちがいは、組をなす２つの液晶層を互
いに逆ねじれ構造で、ねじれ角および液晶の複屈折Δｎ
とパネル厚ｄの積Δｎ−ｄがほぼ等しくなるように構成
し、その界面で互いの液晶分子の長袖がほぼ直交するよ
うに配置した点にある。

このような構成のもとでは、第２の実施例に示したよう
に、電圧無印加時にはグイクロイックミラー２２・２３
・２４へ再入射する光はＳ偏光成分のみからなり、投射
レンズに向かって透過する光はなく、良好な黒表示を得
ることができる。また、電圧印加時の透過率の波長依存
性も十分小さいもので、電圧印加に伴う表示色相の変化
も十分小さいものとなる。各色の光路中に、第２表に示
す構成の液晶層の組を用いたところ、コントラスト・色
再現性とも非常に良好なものであり、その表示特性は第
３の実施例をやや上まわるものであった。

以上のように本実施例によれば、互いに逆のねじれ構造
を有し、ねじれ角とΔｎ−ｄの値がほぼ等しい２つの液
晶層を積層して設けることにより、透過率の低い場合の
透過率の波長依存性を小さくすることができ、良好なコ
ントラストと色相変化のない表示を行なうことができる
。

なお、それぞれの液晶層の組において、その構成を色ご
とに適正化することにより、コントラスト・色再現性・
表示の明るさなどの特性をさらに向上することができた
。青色表示を行なう液晶層は、緑色表示を行なうものよ
りΔｎ−ｄの値をやや小さく設定する方が良好な結果を
与えることが多く、緑°色表示を行なう液晶層は、緑色
表示を行なうもと同等かやや太き目のΔｎ−ｄとする方
が良好な結果を与えることが多い。第２表（１）の構成
を緑色表示と赤色表示の液晶層の組に用い、第２表（３
）の構成を青色表示の液晶層の組に用いたところ、（１
）の構成をすべてのものに用いた場合より青色表示の輝
度が向上し、各色の輝度のバランスが良好になり、表示
特性はさらに良好なものになった。

本実施例においても前記の実施例と同様に、液晶層と反
射層のすべての組に多層型の液晶層を用いることが、色
再現特性上は好ましい結果を与えるが、最も効果の大き
い青色表示を行なう液晶層のみを多層化した場合でも、
表示特性はかなり改善された。

以上のように、本実施例においては、波長域ごとに分離
された照明光の少なくとも１つの光について、互いに逆
のねじれ構造を有し、ねじれ角とΔｎ−ｄの値がほぼ等
しい２つの液晶層を積層して設けることにより、コント
ラストが高くと色再現性の良好な投射型表示装置を得る
ことができる。

なお、上記４つの実施例において、給電手段は液晶層の
うち１つにのみ設けられるものとしたが、この表示のた
めの給電手段の他に、他の液晶層にも給電手段を設けて
これらの液晶層の光学補償特性の電気的な微調整を行な
えば、表示特性はさらに改善される。

また、第３と第４の実施例において、１つの光源の光を
波長帯域ごとに分離するものとしたが、これはそれぞれ
独立した光源を用いてもよい。

発明の効果 以上のように、本発明は、ねじれ構造を有する少な（と
も２つの液晶層を積層して設けることにより、黒レベル
が良好で、コントラストが高く、表示輝度の変化にとも
なう色相変化のない表示を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における投射型表示装置の構
成図、第２図は本発明の一実施例における投射型表示装
置の液晶パネル部の断面図、第３図は本発明の他の実施
例における投射型表示装置の構成図、第４図・第５図・
第６図は本発明になる投射型表示装置の分光透過率特性
を示す特性図、第７図は本発明になる投射型表示装置の
表示色度の印加電圧依存性を示す特性図、第８図は従来
の投射型表示装置の構成図、　　パ −′第９図は従来の投射型表示袋 置の液晶パネル部の断面図、第１０図は従来の投射型表
示装置の透過率の印加電圧依存性を示す特性図、第１１
図は従来の投射型表示装置の分光透過率特性を示す特性
図である。 １・２１・４１・・・・・・光源、２・４２・・・・・
・偏光ビームスプリッタ、２２・２３・２４・・・・・
・グイクロイックミラー３・４・１１・１２・２５・２
６・２９・３０・３３・３４・５１・・・・・・液晶層
、５・２７・３１・３５・４４・・・・・・反射層、６
・７・２８・３２・３６・４５・・・・・・給電手段、
７・３７・３８・３９・４６・・・・・・投射レンズ、
１３・５２・・・・・・透明電極層、１４・５３・・・
・・・反射電極層、１５・５４・・・・・・薄膜トラン
ジスタ、１６・１７・１８・１９・５５・５６・・・・
・・ガラス基板。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名１　図 第２図 δ＝２６．？？、３０．３１３４・・・　涜　＆１乙３
Ｔ、３５−反１１Ｔ場 ２＆Ｊ２．３６−−−轄電李役 第 図 第 図 刹殻 θＯＯ り皮 長 （ｎｍン 第 図 ωＯ 濾 長 （ｒ＋ｍ） 第 図 ＋００ Ｉ００ 液 長 （ｎｍ） 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ねじれ構造を有する少なくとも２つの液晶層と、
   反射層とが積層され、液晶層のうち少なくとも一層への
   給電手段が備えられていることを特徴とする投射型表示
   装置。
2. （２）互いに逆向きのねじれ構造で、複屈折と層厚の積
   、およびねじれ角の大きさがほぼ等しい２つの液晶層を
   用いた請求項（１）記載の投射型表示装置。
3. （３）波長域ごとに分離された照明光を得る手段と、分
   離後の各光路中に設けられた液晶層と反射層の組とを備
   え、かつ、液晶層と反射層の組のうち少なくとも１組が
   、ねじれ構造を有する少なくとも２つの液晶層と、これ
   に積層された反射層と、液晶層のうち少なくとも一層へ
   の給電手段よりなることを特徴とする投射型表示装置。
4. （４）互いに逆向きのねじれ構造で、複屈折と層厚の積
   、およびねじれ角の大きさがほぼ等しい２つの液晶層を
   用いた請求項（３）記載の投射型表示装置。