JPH05249431A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH05249431A
JPH05249431A JP4048955A JP4895592A JPH05249431A JP H05249431 A JPH05249431 A JP H05249431A JP 4048955 A JP4048955 A JP 4048955A JP 4895592 A JP4895592 A JP 4895592A JP H05249431 A JPH05249431 A JP H05249431A
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JP
Japan
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liquid crystal
temperature
light
panel
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4048955A
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English (en)
Inventor
Yasuo Ehata
泰男 江畑
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 それぞれ基板に配置された透明電極および反
射電極と、これら電極間に挟まれ前記電極による電界の
印加により前記基板および透明電極を通して入射する入
射光を選択的に透過または散乱する液晶層とを備える反
射型液晶パネル41、42、43と、パネルの裏面に配
置された一定温度保持冷却装置71、72、73とから
なる。 【効果】 反射型パネルと一定温度保持冷却装置の組合
わせにより、パネルを一定温度範囲で安定して動作させ
ることができ、光入力の増大化による明るい画像の液晶
プロジェクタを実現できる。さらに、種々の液晶材料が
豊富に使用可能であり、表示性能の向上がはかれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョンプロジェ
クタなどに用いる液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示デバイスを用いたテレビ
ジョンプロジェクタは、液晶材料にツイスト・ネマティ
ック構造のものを用い液晶の旋光能を応用し、図4に示
すように透過型液晶パネルの前後に偏光板44aが配置
された液晶ライトバルブ44、光源1およびコンデンサ
レンズ2、光分波用ダイクロイックミラ−31、32、
合成用ダイクロイックミラ−34、35、反射ミラ−3
6、投射用光学系50から構成されるものが一般的であ
る。
【0003】一方、近年高分子マトリクスに液晶がミク
ロンサイズで分散した調光材料(ポリマ分散液晶)を用
いた液晶表示装置が開発されている(NCAP(SID'85 Dige
st,68(1985)、PDLCD(J.Appl.Phys.60,2142(1986))。こ
の液晶は電界を印加した状態での常光屈折率と高分子の
屈折率を一致させて構成されており、電界印加時は光は
透過し、電界を印加しない時は液晶の屈折率が高分子の
屈折率より大きくなるため屈折率のミスマッチが生じ入
射光は散乱する。この液晶表示パネルは、光源からの光
を光学系にて平行光にした後液晶パネルに入射し、その
出射光をシュリ−レン光学系にて不要な散乱光を絞りに
て除去する構成をとる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この方式ではツイスト
・ネマティック液晶で用いていた偏光板や偏光ビ−ムス
プリッタを不要とする構成であるため基本的には光の利
用効率は高いものが期待される。しかしながら画素選択
トランジスタや蓄積容量等の部分が光シャッターとして
利用できないため、有効な画素面積は小さくなり、いわ
ゆる開口率が小さい欠点があった。このため明るい画像
が要求されるプロジェクションTVでは、実効的な透過
率が低い液晶パネルに透過光を補う分強大な入射光を入
射させる必要があった。しかしながら強大な光を入射す
ると液晶パネルは光エネルギーによって温度上昇する。
一般に液晶は温度変化に対して敏感にその閾値電圧など
の電気的、光学的特性が変化し表示性能の特性変化が生
ずる。特に前記ポリマ分散液晶では閾値電圧の温度変化
が実用上無視できず、液晶表示パネルとして実用化され
ていない。さらに液晶はその温度がNI点と呼ばれる温
度を越えると、液晶材料は相転移を生じ表示用の液晶と
しての機能をしなくなる。この温度は現状で広く用いら
れている液晶材料では80−100 ℃であり、使用上この温
度を越えない設計、および構成が必要であった。しかし
ながら、上述したように強大な光を液晶パネルに照射す
る必要のあるプロジェクタ用液晶パネルでは容易にNI
点まで温度上昇してしまう可能性があり、液晶パネルの
画素を高精細にするのに制限があった。
【0005】このように強大な光を照射する液晶プロジ
ェクタでは、液晶パネルの温度上昇は大きな問題であ
り、液晶パネルを強制的に冷却する必要があった。しか
しながら、液晶パネルは光シャッターとして機能させて
いるために冷却媒体は透明である必要があり、従来は空
冷と呼ばれる十分な風量の空気で冷却する方法や、液冷
と呼ばれる透明な液体の層を液晶表示パネル基板に接触
させ基板を冷却する方法がとられていたが、前者では大
量の冷却風を送るためにファンの音がうるさいこと、後
者では液体を循環させる系が複雑になることと、冷却媒
体に無色透明な液体が要求されるなど多くの制限があっ
た。
【0006】本発明は上記欠点を除去しテレビジョンプ
ロジェクタなどの投射型装置に適した液晶表示装置を得
るものである。すなわち、液晶パネルの冷却および一定
温度維持のための装置構成が平易でありながら温度上昇
が十分に抑えられる液晶プロジェクタ用液晶表示装置を
得るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ基板
に配置された透明電極および反射電極とこれら電極間に
挟まれ前記電極による電界の印加により前記基板および
透明電極を通して入射する入射光を選択的に透過または
散乱する液晶層とを備える反射型液晶パネルと、前記反
射電極を配置した基板の裏面に設けた一定温度保持冷却
体とからなる液晶表示装置にある。
【0008】
【作用】本発明は反射電極を配置した基板の裏面に設け
た一定温度保持冷却装置により、液晶の温度上昇を抑え
て、しかも液晶パネルを一定温度に制御するものであ
る。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の詳細を説明す
る。
【0010】図1は本発明の実施例を説明する構成図で
あり、本実施例はポリマ分散型液晶表示パネルに適用し
たものである。光源1からスクリ−ン7まで光の伝搬に
おいて、まず光源1の光Lは光源直後の反射鏡1a及び
コンデンサレンズ2によって平行光にコリメ−トされた
後、赤色光(R)を分離反射するダイクロイックミラ−
31、青色光(B)を分離反射するダイクロイックミラ
−32、緑色光(G)を分離反射するダイクロイックミ
ラ−33にて各色に分離された後、各色に対応した反射
型ポリマ分散型液晶パネル41、42、43に入射され
る。この時各液晶パネルは各色に分離された入射光とは
光束が重ならないよう、入射光とパネルがなす角度をパ
ネル基板面に垂直ではない適当な角度に設置する。各色
液晶パネルでは信号に応じ散乱、非散乱反射をされた
後、反射光の光束は投写レンズ51、52、53に導か
れる。この投写レンズ系はコントラストを向上させるた
めにシュリ−レン光学系であることが望ましく各レンズ
の焦点面近傍に絞り61、62、63を設置し、液晶パ
ネル41、42、43で散乱反射された光を遮断する。
【0011】一方、非散乱反射光Rr、Br、Grは絞
り61、62、63を通過しスクリ−ン7に結像する。
ここで液晶表示パネル41、42、43は反射型パネル
として使用されており、透過性の必要性はまったくな
く、したがって、本実施例では各パネルの裏面にそれぞ
れシリコーンなどの良熱伝導層21、22、23を介し
て冷却用の不透明な一定温度保持冷却装置71、72、
73を基板に熱的に接触して設置している。本構成では
透過性液晶パネルとは異なり冷却体が透光性である必要
性がないので、その冷却体材料、構造、構成として任意
のものが選択できる。例えば電流により電気的に温度の
降下、上昇が制御できるペルチェ素子を用いるが、表面
積の大きい放熱フィンと冷却ファンを組み合わせた冷却
系で構成することもできる。
【0012】次に液晶パネル構造の実施例について図2
に基づいて説明する。本液晶パネルの基本構造はいわゆ
る反射型液晶パネルの構造であり、赤、緑、青各色光用
全てに同構成のパネルを用いるが、例えばパネル41に
おいてアレイ基板81と透明対向基板91の間にポリマ
すなわち高分子分散型液晶層90が封入されている。
【0013】高分子分散型液晶層90は高分子ポリマの
マトリクス93内に平均粒径1〜2μmの微小液晶カプ
セル94を多数、分散配置したもので、例えば紫外線硬
化型高分子樹脂と液晶を混合し、これを透明電極92側
の基板91と反射電極89アレイ側のアレイを配置した
基板81で挟んだ後、紫外線照射して樹脂を硬化させて
形成する。
【0014】液晶層への印加電界は、透明対向基板91
に形成された透明導電膜92と、絶縁膜88の上に形成
された反射電極すなわち光反射金属膜画素電極89とで
印加され、液晶の光散乱性がそのの間の電位差に比例す
ることから、画素電極89に輝度信号に対応した電位を
与える回路が絶縁膜の下に構成されている。
【0015】すなわち、本実施例では逆スタガ型a-Si T
FTによる画素選択トランジスタを用いている。すなわ
ち、ゲート電極82の上面をゲート絶縁膜83で覆い、
この絶縁膜83上方にアモルファスシリコン半導体膜8
4と絶縁膜85を積層し、さらにソース電極86とドレ
イン電極87を対峙させる。金属膜画素電極89はドレ
イン電極87に接続される。
【0016】トランジスタとしてはp-Si TFTでも、また
基板81に単結晶Si基板を用いトランジスタ回路を構
成しても良い。また同図には省略されているが蓄積容量
等を画素電極89の下に形成しても良い。画素電極89
は電圧印加と光の反射を兼ねており導電性の良いこと
と、表面の光反射率の良いことが要求され更に加工性の
良いものとの観点からその材質が選ばれるが、例えばア
ルミニウム等が上記要件を満たすものとして挙げられ
る。
【0017】基板81の裏面に良熱伝導性の物質層21
を介して上述した冷却装置71を固定する。
【0018】冷却装置の冷却効率を電気的に可変させる
回路74と液晶表示パネル温度を直接または間接的に測
定するセンサ75とを組み合わせて液晶表示パネルを一
定温度内に制御する。これによりパネルの温度上昇を抑
え、例えば40℃乃至50℃の従来装置よりも高めの温
度に液晶表示パネルを温度制御してもパネルの安全性が
確保できる。ツイスト・ネマチック構造の液晶は一般に
温度が上昇すると液晶の屈折率Δnおよび誘電率εが変
化して表示特性が劣化するが、初期設計で屈折率Δnお
よび誘電率εを室温より高めの40℃乃至50℃での値
で液晶層の厚さや画素部の回路定数を設計することによ
り、この範囲の温度で最適表示性能が得られるように構
成することができる。一般に液晶は温度が高くなると応
答速度が速くなるので、従来の液晶プロジェクタのよう
にテレビジョンの動画を投射するのに動画像の応答速度
の遅さが液晶自体の問題として取り上げられてきた欠点
が本実施例で改善される。
【0019】液晶表示パネルの温度測定用の温度センサ
は広く使用されているセンサを液晶基板に接触させる
が、冷却体に固定することもできる。また、画素選択用
トランジスタが配置されたパネル基板表面にこれら素子
と同時に測温用トランジスタ、ダイオード等の素子を構
成し、その電気的特性の温度変化を検出することで測温
する構成を用いることもできる。この構成では液晶温度
に最も近い温度が測定できる。
【0020】図3に示す本発明の他の実施例はツイスト
・ネマチック構造の液晶を使用した反射型パネルでプロ
ジェクタを構成したものである。ツイスト・ネマティッ
ク構造の液晶で反射型パネルを構成するには図3に示さ
れるように、ツイスト・ネマティック液晶の複屈折性を
応用し、偏光板の代わりに通常PBSとばれる偏光ビ−
ムスプリッタ46と、電界の印加の有無で変わる液晶の
屈折率Δnと画素電極と対向電極との液晶セル厚dが
Δn・d=N・(λ/4) を満足するよう設定された
液晶パネル45を光源1、ミラー31、32、33およ
び光学系50の間に配置するで構成が一般的である。こ
こでN;自然数、λ;入射光の波長である。
【0021】このとき、各色光用液晶パネルの反射用基
板の裏面に一定温度保持冷却装置として放熱基板76を
配置する。光はパネル裏面に達しないので光に不透過な
任意の放熱基板を用いることができる。この基板の温度
制御をパネル温度センサを用いて電気的に温度制御する
ことで、上記したポリマ分散型液晶の実施例と同様の効
果が得られることはいうまでもない。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば照射光による液晶表示パネルの温度上昇を提言するこ
とが容易になり、さらにペルチェ電子冷却素子など電気
的に冷却効果を制御可能な冷却装置を用いることがで
き、液晶表示パネルを一定温度範囲内に制御することが
可能になる。また、形状の任意な放熱器も利用できる。
【0023】これにより、液晶表示パネルの温度上昇を
招くことなく、強大な光をパネルに照射することがで
き、より明るい画像の液晶プロジェクタが実現できる。
また、周囲温度、使用時間の変化に対しても影響のない
画像表示が可能になる。
【0024】また、ポリマ分散型液晶のように温度変化
に対して敏感に閾値電圧の変化する液晶材料やNI点が
低く従来実化されていなかった液晶材料も広く利用可能
となり表示性能の向上が図れる。
【0025】さらに液晶表示パネルの温度制御を積極的
に応用することで、常温より高い温度で液晶を使用し応
答速度の速い表示が可能なプロジェクタを実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成の一実施例の構成図である。
【図2】図1の実施例の反射型液晶表示パネルの一部拡
大断面図である。
【図3】本発明の他の実施例でツイストネマティック液
晶を用いた透過型液晶パネルを使用した液晶プロジェク
タの構成図である。
【図4】 従来例のツイストネマティック液晶を用いた
反射型液晶パネルで液晶プロジェクタの構成図である。
【符号の説明】
1…光源、 2…コンデンサレンズ、 7…投写ス
クリ−ン、 31、32、33…光分波用ダイクロイックミラ−、 41、42、43…液晶パネル、 51、52、53…投写レンズ系、 71、72、73…一定温度保持冷却装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれ基板に配置された透明電極およ
    び反射電極とこれら電極間に挟まれ前記電極による電界
    の印加により前記基板および透明電極を通して入射する
    入射光を選択的に透過または散乱する液晶層とを備える
    反射型液晶パネルと、前記反射電極を配置した基板の裏
    面に設けた不透明な一定温度保持冷却装置とからなる液
    晶表示装置
JP4048955A 1992-03-06 1992-03-06 液晶表示装置 Pending JPH05249431A (ja)

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JP4048955A JPH05249431A (ja) 1992-03-06 1992-03-06 液晶表示装置

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JP4048955A JPH05249431A (ja) 1992-03-06 1992-03-06 液晶表示装置

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JP (1) JPH05249431A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0757278A3 (en) * 1995-06-07 1997-02-12 Vari-Lite, Inc. High intensity illuminating projector with reflective liquid crystal modulator
US5691886A (en) * 1991-04-30 1997-11-25 Vari-Lite, Inc. Programmable rotatable gobo system
US6769792B1 (en) 1991-04-30 2004-08-03 Genlyte Thomas Group Llc High intensity lighting projectors

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