JPH0519303A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高コントラスト比を有し、かつ液晶セル厚の
高精度な制御を必要とせず製造コストが低廉な、投射型
液晶表示装置を提供する。 【構成】 本発明の投射型液晶表示装置の液晶表示素子
１、２、３は、光源から発射された光の前記液晶表示素
子の液晶への入射角が、その液晶表示素子の液晶分子の
プレチルト角の正弦と前記液晶の屈折率との積の逆正弦
の角度と略等しくなるような姿勢に設置されているの
で、入射される光の光軸に対する液晶２１１のリタデー
ションＲはほぼ零となって、コントラスト比の低下の問
題が解消され鮮明で高品質な画像表示が可能となる。ま
た、液晶表示素子１、２、３自身に特殊な構造などを配
設する必要がないことから、その製造方法や液晶材料な
どは概ね既存のものを用いることができるので製造や材
料のコストを低廉にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投射型液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型液晶表示装置は、主に、Ｔ
ＦＴ素子などの能動素子にて駆動される誘電異方性が正
（ポジティブ）のツイストネマティック（ＴＮ）型液晶
表示素子をライトバルブとして用いて、その背面に光源
を設け、その前面に設けたスクリーンにダイクロイック
ミラーおよびレンズなどによる光学系を介して画像を投
射し表示を行なっている。

【０００３】このような装置に用いられる液晶表示素子
としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のような光の
3原色にあたる色を分担する、各色 1枚ずつ合計 3枚の
液晶表示素子がバルブとして用いられている。

【０００４】そしてこれに用いられる液晶表示素子とし
ては、前述したように誘電異方性が正のツイストネマテ
ィック（ＴＮ）型液晶と、互いにその偏光軸の方向が直
交するように配設された 2枚で一対の偏光板と、を有
し、液晶セルへの電圧印加が無い通常の状態のときに光
を透過する、いわゆるノーマリホワイトモードを採用し
たものが主流となっている。

【０００５】このような光透過型の液晶表示素子のコン
トラスト比は、その液晶の印加電圧のオン時とオフ時の
光透過率の比により決まるが、このノーマリホワイトモ
ードの液晶表示素子の場合、印加電圧のオフ時には光透
過率はその液晶に固有の光透過率を有しており、印加電
圧のオン時に光透過率がその印加電圧に従って低くなり
暗表示となることから、この液晶表示素子のコントラス
ト比を高くするためには高い印加電圧を加えてこの暗表
示の光透過率を低くすることが必要となる。しかしなが
ら液晶のしきい値電圧や飽和電圧はその液晶表示素子ご
とに固有の値を有しており、液晶への印加電圧の値には
限界があるので、コントラスト比を高くすることにも限
界がある。

【０００６】そして明るく鮮明な投射画像を得るために
は、 1万ルクスから 3万ルクスもの明るさを有する光源
を使用せねばならないが、駆動素子としてＴＦＴ素子を
用いる場合などでは、光源からの強い光がＴＦＴ素子に
も入射して、そのＴＦＴ素子の半導体層の光導電性のた
めにオフ電流が上昇してコントラスト比の低下を招くほ
か、所望の表示画像に乱れを生じたり、あるいはＴＦＴ
の誤動作が発生する、という問題もある。

【０００７】また、ＴＮ型液晶を用いて、 2枚の偏光板
をその偏光軸の方向が平行に向くように配設された 2枚
で一対の偏光板とを有し、液晶セルへの電圧が印加され
た状態のときに光を透過し、通常の電圧無印加時には光
を遮蔽して暗表示となる、いわゆるノーマリブラックモ
ードを採用したものもある。

【０００８】この場合は、旋光分散により暗表示時の光
透過率が十分下がらずコントラスト比が低くなること、
および液晶セルの厚さの均一性が厳しく要求され、非常
に高精度な液晶セル厚の製造工程上の制御が必要で、そ
の工程が煩雑なものとなるという問題がある。

【０００９】一方、印加電圧に従ってその液晶の光透過
率が変化する、という電界複屈折効果を応用したＥＣＢ
方式（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅ
ｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｍｏｄｅ：電圧制御複
屈折モード）の液晶表示素子を用いる投射型液晶表示装
置もある。

【００１０】このＥＣＢ方式の液晶表示素子としては、
2枚の直交偏光子が前面と背面とに貼設されており、垂
直配向処理され誘電異方性が負で初期配列がホメオトロ
ピック配列のネマティック型液晶セルを用いたＤＡＰ
（Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａ
ｌｉｇｎｅｄ ｐｈａｓｅ）方式と、平行配向処理され
誘電異方性が正で初期配列がホモジニアス配列のネマテ
ィック型液晶セルを用いるホモジニアス方式と、一方の
極が平行配向処理され、他方が垂直配向処理されてお
り、誘電異方性が正・負いずれの液晶でも用いられるハ
イブリッド方式と、がある。

【００１１】このようなＥＣＢ方式の液晶表示素子のう
ち、最も早くから開発された、ＥＣＢ方式の基本と考え
られるＤＡＰ方式の液晶表示素子について簡略に述べ
る。

【００１２】この液晶表示素子のｄを液晶セル厚（液晶
層の厚み）、Δｎを複屈折率（屈折率異方性）、とする
と、その液晶セルのリタデーションＲは、よく知られて
いるようにＲ＝Δｎ×ｄで与えられるが、このリタデー
ションＲをΔｎおよびｄを適切に設定して高くすること
で、その液晶表示素子のコントラスト比を高く設定する
ことができる。

【００１３】しかしながら、ＥＣＢ方式の液晶表示素子
のうちノーマリホワイトモードの場合、そのリタデーシ
ョンＲは液晶セル厚ｄに大きく依存しており、この液晶
セル厚ｄに小さなばらつきがあっても画面のコントラス
トの不均一の原因となってしまうので、非常に高精度な
液晶セル厚の製造工程上の制御が必要となり、その作業
が煩雑なものとなる、という問題がある。

【００１４】一方、ノーマリブラックモードの場合で
は、電圧無印加時の光透過率は直交偏光板の光透過率に
ほぼ等しく非常に低いので、電圧印加時のコントラスト
比は高くなる。また、この場合はノーマリホワイトモー
ドとは異なり、光透過率は液晶セル厚ｄには大きな影響
は受けないので、液晶セル厚の製造工程上の制御はノー
マリホワイトモードほど高精度には要求されない。しか
しながら、このノーマリブラックモードの場合では、電
圧印加時に液晶分子が一方向に傾いたチルト配向になっ
ていることが高コントラスト化のために必要で、そのた
めには液晶分子をあらかじめ基板法線に対してある角度
を持たせて配向させておくことが必要である。ところ
が、このようにあらかじめある角度のチルト角を持たせ
て配向させておくと、電圧無印加時でも光透過率がその
チルト角の分だけ高くなってしまい、結果的にコントラ
スト比が低くなってしまう、という問題があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みて成されたもので、その目的とするところ
は、高コントラスト比を有し、かつ液晶セル厚の高精度
の制御を必要とせず製造コストが低廉な投射型液晶表示
装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の投射型液晶表示装置は、光源と、前記光
源から発射される光の透過を制御する液晶表示素子であ
って、前記光源から発射された光の前記液晶表示素子の
液晶に対する入射角が、前記液晶表示素子の液晶分子の
プレチルト角の正弦と前記液晶の屈折率との積の逆正弦
の角度と略等しくなるような姿勢に設置される液晶表示
素子と、前記液晶表示素子から距離を隔てて設置される
投射スクリーンと、前記光源から発射される光を前記液
晶表示素子に導き、前記液晶表示素子を透過した光を前
記投射スクリーン上に投射する光学系と、を具備するこ
とを特徴としている。

【００１７】

【作用】本発明の投射型液晶表示装置の液晶表示素子
は、その液晶に入射される光の光軸がその液晶分子のプ
レチルト角に対して、前記液晶表示素子の液晶分子のプ
レチルト角の正弦と前記液晶の屈折率との積の逆正弦の
角度になるような姿勢に設置されているので、入射され
る光の光軸に対する液晶のリタデーションＲはほぼ零と
なって、このリタデーションＲに起因するコントラスト
比の低下の問題が解消され、鮮明で高品質な画像表示が
可能となる。また、このとき、用いる液晶表示素子自身
に特殊な構造などを配設する必要がないために、その製
造や液晶材料などは既存のものを用いることができるの
で、製造や材料のコストは低廉なものとなる。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の一実施例を
詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明の投射型液晶表示装置の構
成を示す平面図、図２は、それに用いられる液晶表示素
子の構造を示す側面断面図である。

【００２０】この投射型液晶表示装置は、図１に示すよ
うに、液晶表示素子１、２、３と、光源４と、レンズ５
と、スクリーン６と、ダイクロイックミラー２１、２
２、３２、３３と、フォールディングミラー２３、３１
と、を有している。

【００２１】光源４から発射された光はダイクロイック
ミラー２１にて赤（Ｒ）の成分が反射され液晶表示素子
１に入射されるとともにその他の成分はこれを透過す
る。さらにこのダイクロイックミラー２１を透過した光
は、次のダイクロイックミラー２２にて緑（Ｇ）の成分
が反射され液晶表示素子２に入射されるとともに、前述
の赤（Ｒ）およびこの緑（Ｇ）の成分以外、従って青
（Ｂ）の成分が透過されフォールディングミラー２３に
て反射されて液晶表示素子３に入射される。

【００２２】このようにして液晶表示素子１には赤
（Ｒ）の成分の光が、液晶表示素子２には緑（Ｇ）の成
分の光が、そして液晶表示素子３には青（Ｂ）の成分の
光が、それぞれ入射され、それぞれの液晶表示素子がラ
イトバルブとして別々に機能し、それぞれの光の成分を
制御する。

【００２３】このようにして調節された赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の各々の成分の光はフォールディング
ミラー３１、ダイクロイックミラー３２およびダイクロ
イックミラー３３を介して重ね合わされて再び自然な色
彩を持った光としてレンズ５にてスクリーン６へと投射
され、スクリーン６上にて画像を結ぶ。

【００２４】ところで、このような投射型液晶表示装置
に用いられる液晶表示素子１、２、３は、図２に示すよ
うに、透明の薄板ガラスを基板２０１とし、ゲート電極
２０２と画素電極２０３と信号電極（図示省略）とを有
するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子２０４が縦 480×
横 640で合計307200画素分貼設され、その上層に表面を
オクタデシルトリエトキシシラン（チッソ社製）水溶液
にて処理されてなる配向膜２０５が貼設されたＴＦＴ基
板２０６と、このＴＦＴ基板２０６に対向するように設
けられ、その対向面側にはＩＴＯ膜製の透明電極２０７
が下層に貼設され、その上層に表面をオクタデシルトリ
エトキシシラン（チッソ社製）水溶液にて処理されてな
る配向膜２０８が貼設された、透明の薄板ガラス基板２
０９を基板とした対向基板２１０と、これらＴＦＴ基板
２０６と対向基板２１０との間に挟持される液晶組成物
２１１と、この基板間の間隙を保持するための間隙材と
してこの基板間隙に平面的な均一分布となるように散布
された粒径 6μｍの積水ファインケミカル社製のミクロ
パール（図示省略）と、この液晶組成物２１１を封止
し、かつ 2枚の基板をその四周で接着する封止材兼接着
剤２１２と、を有し、この対向する 2枚の基板をその前
面と背面から挟むようにして 2枚の偏光板が貼設されて
いる。これら 2枚の偏光板は、互いの偏光軸が直交する
ように設置されている。

【００２５】このような構造の液晶表示素子１、２、３
に用いる液晶組成物２１１としてはＥ．メルク社製の品
名ＺＬＩ−3640（ｎｅ＝1.6403、ｎｏ＝1.5016）なる液
晶を用いた。この液晶組成物２１１の特性は、液晶セル
に組み込まれた状態でその液晶組成物２１１のリタデー
ションＲがＲ＝Δｎ×ｄ＝0.83μｍであり、また電圧無
印加時の液晶分子２１３のプレチルト角ψが 1.2度であ
る。

【００２６】そこで、図１に示すような構成の投射型液
晶表示装置に、この液晶表示素子を組み込んで、光源４
からの入射光に対するその液晶分子２１３の傾きが 0度
となるように、即ちリタデーションＲがほぼ零になるよ
うに、液晶表示素子１、２、３を光軸に対して傾けて設
置する設置角度θを求める。ここで、もし液晶および透
明ガラス基板の屈折率と空気の屈折率が同じであれば、
角度θは、θ＝（液晶配向の電圧無印加時のプレチルト
角）ψ＝ 1.2度となるはずであるが、実際には屈折率が
異なっているので補正をかける必要がある。そこで、こ
の液晶表示素子の光学的屈折率を考慮に入れてスネルの
法則を用いて液晶表示素子１、２、３を装置中に設置す
べき対光軸角度θを求める。即ち、対光軸角度θ＝（液
晶のチルト角ψの正弦×液晶の屈折率ｎ）の逆正弦で求
められる。

【００２７】この関係式にこの液晶表示素子の実際の数
値を代入して、計算したところ、対光軸角度θは、θ＝
1.8度であることが判った。

【００２８】そして、図１に示すように、光軸に対して
θ＝ 1.8度の角度を成すようにこの液晶表示素子１、
２、３を傾けて設置した。これにより、この液晶表示素
子１、２、３の液晶分子のリタデーションＲは、入射光
に対して光学的に実質上 0となるはずである。

【００２９】このように液晶表示素子１、２、３を光軸
に対してθ＝ 1.8度の角度を成すように傾けて設置した
投射型液晶表示装置を用いて、スクリーン６上にテスト
パターンを投射させたところ、映写された画像はコント
ラスト比が 350と非常に高いものであり、また目視によ
って表示状態を検証したところ画面全体にわたって欠陥
のない鮮明な画質であることが確認された。

【００３０】この投射型液晶表示装置に用いた液晶表示
素子自身はノーマリブラックモードを採用しており光透
過率は液晶セル厚ｄからは大きな影響は受けることがな
く、液晶セル厚を高精度に制御するといった特殊な製造
工程を必要としないので、製造コストも低廉なものとす
ることができる。

【００３１】（比較例）実施例１にて用いた投射型液晶
表示装置と同様の構成の装置において、実施例とは異な
って液晶表示素子１、２、３を入射光軸に対してθの角
度を成すようには設置せず、これに対して直交するよう
に設置してリタデーションＲの影響を受けるようにして
スクリーン６上にテストパターンを投射させたところ、
映写された画像は、電圧無印加時における光透過率が十
分に低く抑えられておらず、コントラスト比が65と非常
に低いものとなり、またその画質も目視でも見辛いもの
となった。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、高コントラスト比を有し、かつ液晶セル厚の高精
度の制御を必要とせず製造コストが低廉な、投射型液晶
表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の構成を示す平面
図。

【図２】本発明の投射型液晶表示装置に用いられる液晶
表示素子の構造を示す側面断面図。

【符号の説明】

１、２、３…………………液晶表示素子 ４……………………………光源 ５……………………………レンズ ６……………………………スクリーン ２１、２２、３２、３３…ダイクロイックミラー ２３、３１…………………フォールディングミラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光源と、 前記光源から発射される光の透過を制御する液晶表示素
   子であって、前記光源から発射された光の前記液晶表示
   素子の液晶に対する入射角が、前記液晶表示素子の液晶
   分子のプレチルト角の正弦と前記液晶の屈折率との積の
   逆正弦の角度と略等しくなるような姿勢に設置される液
   晶表示素子と、 前記液晶表示素子から距離を隔てて設置される投射スク
   リーンと、 前記光源から発射される光を前記液晶表示素子に導き、
   前記液晶表示素子を透過した光を前記投射スクリーン上
   に投射する光学系と、 を具備する投射型液晶表示装置。