JPH0375618A - 投射型液晶表示装置 - 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、大量の文字情報や各種の映像を表示する液晶
表示装置に関し、特に、複数のライステンドネマチック
型液晶層を有し、各液晶層を透過した光をスクリーン上
に投射して映像を表示する投射型の液晶表示装置に関す
る。

（従来の技術） 大量の文字情報や各種の映像を１表示する液晶表示装置
として、複数のツィステッドネマチック型液晶パネルを
用いた投射型液晶表示装置が開発されている。第８図は
、この従来の投射型液晶表示装置の構成図である。該投
射型液晶表示装置は積層された一対の液晶パネルおよび
６０および７０でなる液晶表示素子６を有し、一方の液
晶パネル６０に、光源３１から発せられて集光レンズ３
２によ゛り平行にされた光が投射される。そして、該液
晶パネル６０にて、所定の表示パターンに変調された透
過光が他方の液晶パネル７０を透過し、投影レンズ３４
にてスクリーン３５に所定の画像が拡大表示される。

光源３１側に位置する一方の液晶パネル６０は、第９図
に示すように、ツィステッドネマチック型の液晶層６１
が一対の基板６２および６３にて挟まれている。スクリ
ーン３５側に位置する他方の液晶パネル７０も、同様に
、ツィステッドネマチック型の液晶Ｎ７１が一対の基板
７２および７３にて挟まれている。

光源３１側の液晶パネル６０における液晶層６１は、液
晶分子のねじれ角が１８０度〜２７０度のＳＴＮ　（Ｓ
ｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）やＳＢＥ（
Ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｔｎ−ｇｅｎ
ｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔ）型と称される液晶層である。スク
リーン３５側の液晶パネル７０における液晶層７１の液
晶分子は、ねじれ回転方向が光源３１側液晶パネル６０
の液晶層６１における液晶分子のねじれ回転方向とは逆
方向になったＳＴＮもしくはＳＢＥ型である。

それぞれの液晶層６１および７１における各液晶分子は
、相互に近接する部分の配向方向がほぼ直交するように
なっている。

光源３１側の液晶パネル６０における液晶層６１は。

マルチプレクス駆動により動作され、その一方の基板６
２には、第１Ｏ図に示すように、所定方向に延びる多数
の透明な走査電極６４が相互に平行に配設されている。

各走査電極６４は、走査側駆動回路６６に接続されてお
り、該走査側駆動回路６６にて全ての走査電極６４が駆
動される。該基板６２とは、′ｅ、晶Ｎ６１を挟んで配
設された他方の基板６３には、各走査電極６４とは相互
に直交状態となるように多数の信号電極６５が配設され
ている。各信号電極６５は。

信号側駆動回路６７により選択的に所定電圧が印加され
る。

これに対し、スクリーン３５側に配設された液晶パネル
７０における各基板７２および７３には、このような電
極は配設されていない。

このような液晶表示装置では、光源３１側の表示パネル
６０における各走査電極６４には、走査側駆動回路６６
により順次選択的に電圧が印加され、また所定の信号電
極６５には、信号側駆動回路６７により。

表示パターンに基づいて選択的に電圧が印加される。そ
して、電圧印加された画電極の交差点部分に対応する液
晶層６１部分（画素）の透過光が変調される。該液晶パ
ネル６０を透過した光は、スクリーン３５例の液晶パネ
ル７０を透過した後に、投影レンズ３４を介してスクリ
ーン３５に投影される。該液晶パネル７０は、光源３１
側の液晶パネル６０における液晶Ｎ６１を透過する光が
、該液晶層６エの複屈折効果による着色を補償する。

このような構成とすることにより１例えば１／１００デ
ユーテイ駆動により、　１００本の走査が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 液晶表示装置では、近年９画素を高密度化して表示容量
を増大させることが要望されている。上述したようなマ
ルチブレクス駆動による従来の液晶表示装置では２画素
を高密度化するために、走査電極数を増加させてマルチ
プレクスの度数（時分割数）を高めると、液晶画素に十
分な電圧が印加されずにコントラストが低下したり応答
速度の低下を招来し１表示品位が著しく損なわれるとい
う問題がある。各液晶画素にダイオード等の非線形素子
や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を付加すれば
、このようなコントラストの低下や応答速度の低下を防
止できるが、液晶層の表示面における画素の面積の割合
である開口率が低下し。

また経済性も損なう。さらに、上述のような投射型液晶
表示装置とは異なり、それぞれに電圧印加手段が設けら
れた複数の液晶層を積層した直視型の液晶表示装置では
、積層された液晶層の各表示部に視差が生じるため、各
表示部の連続性が悪く。

表示品質が悪いという問題がある。

上記問題を解決するために、改良された投射型液晶表示
装置の液晶表示素子１ａの一部破断斜視図を第４図に、
また、その装置のパネルの構成を模式的に示す断面図を
第５図に示す。

この液晶表示素子１ａの光源側の液晶パネル１０ａでは
、液晶層１１ａが基板１２ａおよび１３ａにて挟まれて
おり、スクリーン側の液晶パネル２０ａでは。

液晶１！ｆ２１ａが基板２２ａおよび２３ａによって挟
まれている。各々の液晶パネルにおける電圧印加手段１
５ａ、１４ａ、２５ａ、２４ａが光透過方向に対して相
互に重ならないように配線されており、また。

液晶パネル１０ａと液晶パネル２０ａの間において。

一方の液晶パネルの他方のパネルの側の基板の外側に２
画素間の漏れ光を遮光するためのブラックマスク２９が
配設されている。この改良された投射型液晶表示装置の
液晶表示素子１ａは、複数の液晶パネルの各々に電圧印
加手段が設けられているために時分割数を高めることな
く表示容量が増加され、また、ブラックマスクによって
画素間の輪郭のぼけた漏れ光が遮光されるために、コン
トラストが高く焦点の合った映像を提供することができ
る。

しかしながら、上記の改良された投射型液晶表示装置の
液晶表示素子１ａには、以下に述べる問題があった。

すなわち、ブラックマスク２９が第５図に示すように、
パネル２０ａに配設されているので、ブラックマスク２
９が液晶パネル１０ａの各画素間を確実に遮光するため
には、液晶パネル１０ａの基板１２ａと基板１３ａの貼
り合わせずれ、及び液晶パネル１０ａと液晶パネル２０
ａの貼り合わせずれの２回の貼り合わせずれを考慮して
ブラックマスク２９の線幅を設計上の画素間隔よりも広
くしておかなければならない。１回の貼り合わせ精度を
１０μｍ２画素間隔を２０μｍとしたとき、２回の貼り
合わせに応じて１０μｍＸ２＝２０μｍの貼り合わせ余
裕が必要となるために１画素間の漏れ光を確実に遮光す
るためには、左右へのずれを考慮してブラックマスクの
線幅を２０μｍ＋１０μｍＸ２Ｘ２＝６０μｍとするこ
とが必要である。

こうして、ブラックマスクに遮光される領域に画素の周
辺が広く含まれてしまうため、開口率が小さくなり２明
るい映像が得られないという問題が生じる。

本発明は上記の問題を解決するものであり、その目的は
、開口率を低下させることなく１表示容量を大幅に増加
させることができ、高解像度で表示品質の良好な投射型
液晶表示装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、明るく焦点ぼけのない鮮明
な表示画像が得られる投射型液晶表示装置を提供すると
こにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示装置は、ツィステッドネマチック型の
液晶層、および該液晶層に積層されその液晶層における
各画素の透過光を変調する電圧印加手段を有する液晶パ
ネルが複数積層された液晶表示素子を有し、該液晶表示
素子を透過する光が投射される投射型液晶表示装置であ
って、相隣する液晶パネルにおける各液晶層の液晶分子
の捻れ回転方向が相互に逆方向で、かつ、各液晶層の相
互に近接する部分では各液晶分子の配向方向がほぼ直交
するようになっており、それぞれの液晶パネルにおける
電圧印加手段が、光透過方向に対して相互に重ならない
ように配設されていとともに。

該それぞれの液晶パネルの該電圧印加手段が配設されて
いる領域に対応する各々の領域に該液晶パネルにおける
各画素の間を遮光するブラックマスクが配設され、該ブ
ラックマスクのそれぞれが光透過方向に対して相互に重
ならないことにより上記目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の投射型液晶表示装置は、第２図に示すように２
例えば、一対の鉛直状の液晶パネル１０および２０が積
層されて構成された液晶表示素子１を有する。該液晶表
示素子１には光源３１から光が。

集光レンズ３２により平行にされて投射される。そして
、該液晶表示素子１を透過した光が、投影レンズ３４に
よりスクリーン３５に投射される。

液晶表示素子１は、第１図に示すように、光源３１側に
一方の液晶パネル１０が鉛直状に配設され。

スクリーン３５側に他方の液晶パネル２０が鉛直状に配
設されている。光源３１側の液晶パネル１０は、ツィス
テッドネマチックの型の液晶Ｎ１１を有し、該液晶層１
１が一対の透明基板１２および１３にて挟まれている。

スクリーン３５側の液晶パネル２０も同様に。

ツィステッドネマチック型の液晶層２１が、一対の透明
基板２２および２３にて挟まれている。

光源３１例の液晶パネル１０における液晶層１１は液晶
分子の捻じれ回転角が１８０度〜２７０度程度のＳＴＮ
型である。スクリーン３５側の液晶パネル２０における
液晶層２１も同様にＳＴＮ型であり、その液晶分子のね
じれ回転方向が、光源３１側の液晶パネルｌＯにおける
液晶層１１の捻じれ回転方向とは逆方向になっている。

そして、各液晶層１１および１２における相互に近接し
た部分の液晶分子は、その配向方向が相互にほぼ直交す
るように設定されている。

従って、各液晶パネル１０および２０における液晶層１
１および２】を透過する光の複屈折効果による着色は、
それぞれ、他方の液晶パネルにおける液晶層により光学
的に補償される。

光源３１側の液晶パネル１０における光の入射側の基板
１２には、第３図（ａ）に示すように、多数の透明な直
線、状の信号電極１４．１４・・・が配設されている。

各信号電極１４は、鉛直状の基板１２における液晶層１
１側面の上部に、それぞれが鉛直状で相互に平行に配設
されている。そして、基板１２の上部に配設された各信
号電極１４には、信号側駆動回路１６にて所定の表示に
対応させてそれぞれ選択的に電圧が印加される。

各信号電極１４が配設された基板１２とは液晶層１１を
挟んで対向配設された基板１３の液晶層１１側側面の上
半部には、前記各信号電極１４とは直交状態となるよう
に、多数の透明な直線状の走査電極１５．１５・・・が
相互に平行に配設されている。該基板１３の下半部には
、このような走査電極は配設されていない。そして、各
走査電極１５は、走査側駆動回路１７にて、それぞれに
順次選択的に電圧が印加される。

該基板１３における電圧が印加された所定の走査電極１
５と、他方の基板１２における電圧が印加された所定の
信号電極１４とにより、その交差部に対向した液晶層１
１部分（画素）に電圧が印加され、その部分の透過光が
変調される。

他方、該液晶パネル１０と積層状態となったスクリーン
３５側の液晶パネル２０における光入射側（液晶パネル
１０側）に配設された基板２２には、第３図（ｂ）に示
すように、多数の透明な直線状の信号電極２４が配設さ
れている。各信号電極２４は鉛直状の基板１２の下部に
、それぞれが略鉛直状で相互に平行に配設されている。

そして、基板２２の下部に配設された各信号電極２４に
は、信号側駆動回路２６にて所定の表示に対応させてそ
れぞれ選択的に電圧が印加される。

このような信号電極２４が配設された基板２３と液晶層
２１を挟んで対向配設された基板２３の液晶層２１側側
面の下半分には、前記各信号電極２４とはそれぞれ直交
状態となるように多数の透明な直線状の走査電極２５，
２５．・・・が相互に平行に配設されている。

該基板２３の上半分には、このような走査電極は配設さ
れていない。そして、該基板２３における電圧が印加さ
れた所定の走査電極２５と他方の基板２２における電圧
が印加された所定の信号電極２４とにより、その交差部
に対向した液晶層２１部分（画素）に電圧が印加され、
その部分の透過光が変調される。

従って、前述した光源３１側の液晶パネル１０における
各走査電極１５が配設された部分（上半分）に対向する
スクリーン３５側の液晶パネル２０部分には。

走査電極は配設されておらず、該液晶パネル２０におけ
る走査電極２５が配設された部分（下半分）に対向する
他方の液晶パネル１０部分には走査電極が配設されてい
ないために、各液晶パネルｌＯおよび２０の液晶層１１
および２１における電圧が印加される画素部分は、光透
過方向には相互に重なっていない。

両液晶パネル１０および２０の間には、ブラックマスク
２９ａ、２９ｂが配設されている。第５図に液晶パネル
の断面図を示す。第５図に示すように、ブラックマスク
２９ａは、光源３１側の液晶パネル１０における他方の
液晶パネル２０側に配設された基板１３の走査電極１５
が配設された領域に対応する外側面に金属膜を蒸着して
エツチングすることにより。

格子状に形成されている。一方、ブラックマスク２９ｂ
は、スクリーン３５側の液晶パネル２０における他方の
液晶パネル１０側に配設された基板２２の走査電極２５
が配設された領域に対応する外側面にブラックマスク２
９ａと同様にして形成されている。ブラックマスク２９
ａの開口部は、液晶パネル１０の各画素に対向し、該各
画素間の漏れ光を遮光している。一方、ブラックマスク
２９ｂの開口部は液晶パネル２０の各画素に対向し、該
各画素間の漏れ光を遮光している。

このように、各液晶パネルの電極配線が形成されている
領域に対応する各々の液晶パネルの領域上にブラックマ
スクが形成され、該ブラックマスクのいずれもが光透過
方向に対して相互に重な、らないように配設されている
ことによって、パネルを貼り合わせる工程の際に、ある
１つのパネル上に形成されたブラックマスクの位置に対
して他のパネル上に形成された画素の位置を合わせる必
要がない。このため、ブラックマスク２９ａが形成され
た基板１３と光源側の基板】２とを貼り合わせる工程の
貼り合わせ精度、及びブラックマスク２９ｂが形成され
た基板２２とスクリーン側の基板２３とを貼り合わせる
工程の貼り合わせ精度が互いに他の貼り合わせ精度に影
響しない。従って複数のパネルを貼り合わせた液晶表示
装置に於いても、各ブラックマスクの位置と各ブラック
マスクに対向する各画素の位置との貼り合わせずれは、
１つのパネルを形成するために行う基板とそれに対向す
る基板とを貼り合わせる精度によって決まる。本実施例
では、この精度は約１０μｍであり、また画素間のギャ
ップは２０μｍであるために画素間の漏れ光を遮光する
のに必要なブラックマスクの線幅は左右へのずれを考慮
して２０μｍ　＋１０μｍＸ２＝４０μｍであった。従
来技術によればブラックマスクの線幅は、貼り合わせず
れを２回分考慮して２０μｍ＋１０μ信Ｘ２Ｘ２＝６０
μｍ必要であった。

このような構成の液晶表示装置は、液晶表示素子１の各
液晶パネル１０および２０におけるそれぞれの液晶層１
１および２１には、走査電極１５および２５と信号電極
１４および２４とにより、所定の画素部分に電圧が印加
されてその部分の透過光が変調される。

そして、光源３１から発せられた光が集光レンズ３２に
て１両液晶パネル１０および２０間のブラックマスク２
９ａ、２９ｂに焦点を合わせられて、平行に液晶表示素
子１に投射され、液晶パネル１０の液晶層１１における
所定の画素部分を透過した光が、ブラックマスク２９ａ
、２９ｂ、および他方の液晶パネル２０を透過した後に
、投影レンズ３４にてスクリーン３５上に拡大投射され
る。他方、光源３１側の液晶パネル１０およびブラック
マスク２９ａ、２９ｂを透過した光のうち、スクリーン
３５側の液晶パネル２０の液晶１２１における所定の画
素部分を透過した光が投影レンズ３４にてスクリーン３
５上に拡大投影される。

これにより、所定の画像が該スクリーン３５上に形成さ
れる。

このとき、各液晶パネル１０および２０における液晶層
１１および２１の電圧が印加される画素部分は。

光透過方向に相互に重なっていないために、一方の液晶
層１１または２１の非画素部分が、他方の液晶層２１ま
たは１１の画素部分の光の位相を補償する役割を果たす
。そのため、光源３１例の液晶層１１における上半分の
画素領域にて生じた複屈折効果による透過光の着色は、
スクリーン３５側の液晶Ｎ２１における上半分の非画素
領域にて光学的に補償され。

同様に、光源３１側の液晶層１１における下半分の非画
素領域にて複屈折効果による着色が光学的に補償された
透過光が、スクリーン３５例の液晶層２１における下半
分の画素領域を透過する。

各液晶パネル１０および２０における基板１３および２
３の各半分の領域に設けられた各走査電極１５および２
５には、それぞれ走査側駆動回路１７および２７にて個
別に電圧が印加される。このため１両液晶パネル１０お
よび２０における全走査電極数Ｉ５および２５を、従来
の液晶表示素子に用いられる走査電極数よりも増加させ
ることなく、シかも応答性を低下させることなく表示容
量を増加さこせることができる。

また、光源３１側の液晶パネル１０の液晶層１１におけ
る画素部分と、スクリーン３５側の液晶パネル２０の液
晶Ｎ２１における画素部分との間には、２枚の基板１３
および２２が介装されているため１両者の厚さに相当す
る距離の隔たりがある。しかし、各画素部分を透過した
光あるいは透過する光は、ブラックマスク２９ａ、２９
ｂの開口部分を透過するため。

各画素の間を該ブラックマスクにて遮光されて。

相互に干渉するおそれがなく、シかも光源３１からの光
が該ブラックマスク２９ａ、２９ｂに焦点を合わせられ
て投射されていることにより、隔たりのある各液晶層１
１および２１の画素部分の透過光は１合焦状態でスクリ
ーン３５上に投影される。その結果コントラスト比が高
く、シかも焦点ボケのない表示画像が得られる。特に、
開口率が増加したブラックマスクが精度良く形成されて
いるために明るい画像が得られる。

なお、上記実施例では、白黒表示の液晶表示装置につい
て説明したが１本発明はカラー表示の液晶表示装置につ
いても適用できる。第７図は１本発明のカラー表示用液
晶表示装置の構成を示す概略図である。光源３１から投
射され集光レンズ３２にて平行にされた光は、青色反射
型のグイクロイックミラー５１および赤色反射型のグイ
クロイックミラー５２に与えられている。そして、これ
らのグイクロイックミラー５１および５２にて、光源か
ら投射される光は、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ
）２の三色に分解されて、それぞれの光が三方に分光さ
れる。つまり１両ダイクロイックミラー５１および５２
にて反射されずに両ミラー５１および５２を透過した緑
色（Ｇ）光は、ブラックマスク４２ａ、４２ｂを有する
液晶表示素子４２を介してダイクロイ・ツクプリズム５
フへ入射され、グイクロイックミラー５１に直角に反射
された青色（Ｂ）光は２反射鏡５３および５４によりそ
の光路を反転されて、ブラックマスク４１ａ、４１ｂを
有する液晶表示素子４１を介してダイクロイックプリズ
ム５７へ入射されている。グイクロイックミラー５２に
て直角に反射された赤色（Ｒ）光も反射鏡５５および５
６にて光路を反転されて、ブラックマスク４３ａ、４３
ｂを有する液晶表示素子４３を介してダイクロイックプ
リズム５７に入射されている。ダイクロイックプリズム
５７に入射する光が透過する各液晶表示素子４１〜４３
は、前述した第１図に示す液晶表示素子１と同様の構成
であって、同様の機能を有する。各液晶表示素子４１〜
４３を介してダイクロイックプリズム５７に入射された
各色の光は、該ダイクロイックプリズム５７にて台底さ
れてスクリーン３５へ投射される。これにより、スクリ
ーン３５に。

コントラスト比が高＜、シかも焦点ぼけのない所定のカ
ラー画像が形成される。

なお、上記実施例では、２層の表示パネルにて液晶表示
素子を構成したが、このような構成に限らず、電圧を印
加する手段が配設された部分をそれぞれ液晶層にて相互
に光学補償する一対の液晶パネルを、２組以上積層して
液晶表示素子を構成してもよい。この場合も、各電圧印
加手段が光透過方向に相互に重ならないために、走査電
極数を増加させることなく２表示容量をその液晶パネル
の組数に対応させて増大させることができる。ブラック
マスクは、前記の白黒表示の液晶表示装置と同様にして
高開口率のものが精度良く形成されており、焦点ぼけの
ない明るい画像が得られる。

さらに９本発明は、アクティブマトリクス方式の液晶表
示装置にも適用できる。

（発明の効果） 本発明の投射型液晶表示装置は、このように。

液晶表示素子における複数の液晶パネルの各電圧が印加
される部０分を、光透過方向に相互に重なり合わないよ
うにしているため９時分割数を高めることなく表示容量
を増大させることができ、しかも・高開口率のブラック
マスクが精度良く配設されているために、コントラスト
に優れ、焦点ぼけのない明るい鮮明な画像を高解像度で
表示することができる。

４　　パ　　の　　　なｉ　日 第１図は本発明の投射型液晶表示装置における液晶表示
素子の一例を示す一部破断斜視図、第２図はその投射型
液晶表示装置の構成図、第３図（ａ）および（ｂ）は液
晶表示素子における各液晶パネルの電極の配列を示す説
明図、第４図は、従来の液晶表示素子を改良したものを
示す一部破断斜視図、第５図はそのパネルの構成を模式
的に示す断面図、第６図は本発明液晶表示素子のパネル
の構成を模式的に示す断面図、第７図は本発明のカラー
液晶表示装置の一例を示す構成図、第８図は従来の投射
型液晶表示装置の構成図、第９図はその液晶表示素子の
断面図、第１０図はその液晶パネルの電極の配列を示す
説明図である。

１　、４１．４２．４３−・・液晶表示素子、　１０．
２０．１０ａ。

２０ａ・・・液晶パネル、ＩＬ２１・・・液晶層、　１
２．１３．２２゜２３．１２ａ、１３ａ、２２ａ、２３
ａ・・・基板、　１４．２４・・・信号電極、　１５．
２５・・・走査電極、　２９．２９ａ、　２９ｂ、　４
１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ−ブラ
ックマスク。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ツイステッドネマチック型の液晶層、および該液晶
   層に積層されその液晶層における各画素の透過光を変調
   する電圧印加手段を有する液晶パネルが複数積層された
   液晶表示素子を有し、該液晶表示素子を透過する光が投
   射される投射型液晶表示装置であって、 相隣する液晶パネルにおける各液晶層の液晶分子の捻れ
   回転方向が相互に逆方向で、かつ、各液晶層の相互に近
   接する部分では各液晶分子の配向方向がほぼ直交するよ
   うになっており、それぞれの液晶パネルにおける電圧印
   加手段が、光透過方向に対して相互に重ならないように
   配設されているとともに、該それぞれの液晶パネルの該
   電圧印加手段が配設されている領域に対応する各々の領
   域に該液晶パネルにおける各画素の間を遮光するブラッ
   クマスクが配設され、該ブラックマスクのそれぞれが光
   透過方向に対して相互に重ならない投射型液晶表示装置
   。