JPH05257110A

JPH05257110A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05257110A
Application number: JP4055726A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishii; 裕石井; Yoshitaka Yamamoto; 良高山元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-10-08
Also published as: EP0560636B1; DE69318452D1; EP0560636A1; DE69318452T2; US5552840A

Abstract

(57)【要約】【目的】非立体・立体表示の両方に適応が可能で、地
磁気による画像形成上の悪影響を受けることがなく、し
かも高解像度で小型化が図れるようにする。【構成】光源1から発した光の中で、光学部材の一つ
であるビームスプリッタプリズム70の斜面70aで反射さ
れたＳ波偏光成分は、第１の液晶表示素子12を経てビー
ムスプリッタプリズム70に戻る。ここで、該素子12で光
変調を受けない画素を通過した光は光源1側に戻るが、
光変調を受けた画素の光はＰ波偏光成分を生じてプリズ
ム70の斜面70aで反射され表示面6側へ出射される。即
ち、表示面6に向けて第１、第２の液晶表示素子12、12´
の画像は偏光されており、かつその方向が例えば９０°
異なるものとして出射される。そこで、各々の素子12、1
2´に右、左眼用画像を表示しておき、その画像を偏光
板で構成されたメガネで捉えることにより、立体的に物
体等を観察することができる。また、各々の素子12、12
´に同じ画像を表示しておくと、明るい画像が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡＶ（オーディオビジ
ュアル）機器、ＯＡ（オフィスオートメーション）機
器、コンピュータ等に備えられる表示装置に用いること
のできる投影型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】近年、高度情報化社会の進
展と相俟って、大型・大表示容量ディスプレイへの要望
が高まってきている。このような要望に応えるため、現
在「ディスプレイの王者」とも呼ばれるＣＲＴ（陰極線
管）では、高精細化への開発が進む一方、大型化に関し
ても直視型では４０インチクラスのもの、投射型では２
００インチクラスのものまで開発されている。しかし、
ＣＴＲの持つ重量や奥行の問題が大型・大容量表示の実
現において一段と深刻化するため、抜本的な解決方法が
強く望まれている。

【０００３】従来ＣＲＴとは異なる原理で表示を行う平
面型ディスプレイでは、ワープロやパソコンといった用
途で用いられる現状から脱却し、ハイビジョンや高性能
ＥＷＳ（エンジニアリング・ワーク・ステーション）用
ディスプレイに要求される高表示品質化に向かって着実
に研究が進められている。

【０００４】平面型ディスプレイには、ＥＬＰ（エレク
トロ・ルミネセント・パネル）、ＰＤＰ（プラズマ・デ
ィスプレイ・パネル）、ＶＦＤ（蛍光表示管）、ＥＣＤ
（エレクトロクロミック表示装置）、ＬＣＤ（液晶表示
装置）等が存在する。これらの中では、フルカラー実現
の容易性、ＬＳＩ（大規模集積回路）との整合性からＬ
ＣＤが最も有望視されており、その技術進展が最も著し
い。

【０００５】ＬＣＤには、単純マトリクス駆動型ＬＣＤ
とアクティブマトリクス駆動型ＬＣＤとが存在する。単
純マトリクス駆動型ＬＣＤは、それぞれに形成したスト
ライプ状電極が互いに直交するように一対のガラス基板
を対向配置させてなるＸＹマトリクス型パネルに液晶を
封入した構造を持ち、液晶表示特性の急峻性を利用して
表示を行うものである。

【０００６】一方、アクティブマトリクス駆動型ＬＣＤ
は、絵素に非線形素子を直接的に付加した構造を持ち、
各素子の非線形特性（スイッチング特性等）を積極的に
利用して表示を行うものである。従って、前者の単純マ
トリクス駆動型ＬＣＤに比べ、液晶自身の表示特性への
依存度が少なく、高コントラストでかつ高速応答のディ
スプレイを実現できる。この種の非線形素子には２端子
型と３端子型とがある。２端子型の非線形素子としては
ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）、ダイオード等が存在
し、一方、３端子型の非線形素子としてはＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）、Ｓｉ−ＭＯＳ（シリコン金属酸化膜半
導体）、ＳＯＳ（シリコン・オン・サファイア）等が存
在する。

【０００７】ところで、近年映像の迫力さの要望から、
投射型ＬＣＤの開発が活発化しており、特に、画質の追
求の面よりアクティブマトリクス駆動型ＬＣＤによる投
射型ディスプレイの研究が盛んであり、既に商品化も行
われている。

【０００８】図９に投射型ＬＣＤの典型的な例を示す。
この装置は、ランプ１００から出射した白色光を、ダイ
クロイックミラー１０１、１０２、１０３などにより
赤、緑、青に分離して、各色の画像用液晶パネル１０
４、１０５、１０６を通過させ、再びダイクロイックミ
ラー１０７、１０８により画像として合成させる。更
に、合成された画像をレンズ１０９により投射拡大させ
て、大画面の表示面に（図示せず）に前面側から又は裏
面側からカラー表示を行うように構成されている。

【０００９】この装置で問題となることは、余りにも装
置全体が大型化することである。これを防止するために
は、液晶パネル１０４、１０５、１０６を小型にし、こ
れに伴ないランプ１００、ミラー１０１等、及びレンズ
１０９等の光学部品を小型にすることにより、光学系全
体を縮小する必要がある。また、他方では、光学系の縮
小化に対応すべく高倍率化が要望されるが、そのときの
画質低下を防止するために、液晶パネルとしては高解像
化の必要もある。

【００１０】図１０に現在のＴＦＴ−ＬＣＤにおける解
像度と開口率（有効絵素占有率）の関係を示す。この図
より明かなように、ＬＣＤを高解像とするに従って開口
率の低下が生じ、表示が暗くなることがわかる。また、
表示に実質的に寄与する面積、即ち表示容量が一定であ
っても液晶パネルを小型にする場合には、同様な問題が
生じる。更に、従来の投射型ＬＣＤでは、図９より明ら
かなように色分離と色合成の光学系が各々個別に構成さ
れているため、この光学路の長さも、装置の小型化に関
して支障となっている。

【００１１】このような非立体表示だけでなく、立体投
射型表示に対する要望も強く存在する。これを実現する
ために、従来より図１１に示すシステムが提案されてい
る（Ｓ．ＹａｎｏａｎｄＩ．Ｙｕｙａｍａ；Ｊａｐ
ａｎＤｉｓｐｌａｙ ’８９Ｐ．４８）。この方式
は、右眼用信号源１１８からのハイビジョン信号を、偏
光フィルタを備えた右眼用ＣＲＴ１１９に与え、このＣ
ＲＴ１１９にて形成された像をスクリーン１２０に投影
させ、一方、左眼用信号源１２１からのハイビジョン信
号を、偏光フィルタを備えた左眼用ＣＲＴ１２２に与
え、このＣＲＴ１２２にて形成された像をスクリーン１
２０に投影させる。このとき、左右の画像を偏光させる
と共に、その偏光方向を９０°に交差させておく。そし
て、スクリーン１２０を、左右で９０°偏光方向が異な
るメガネ１２３を掛けて見ることにより、観察者が立体
的に感知できるようにした方式である。しかしながら、
この方式による場合には、高精細ＣＲＴを用いるために
地磁気による画像形成上の悪影響を受けるとともに２台
のＣＲＴ（１１９、１２２）とスクリーン１２０とで構
成されるため、小型化が困難であった。

【００１２】尚、この種のディスプレイは、図９のよう
な投射型ＬＣＤを右目用と左目用に２台用いることによ
り、もしくは左目用画像を表示する液晶パネル３枚と右
目用画像を表示する液晶パネル３枚とを１つの筺体の中
で構成した装置とすることによっても可能となるが、小
型化が困難であることは言うまでもない。

【００１３】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
ものであり、非立体表示と立体表示の両方に適応が可能
であり、地磁気による画像形成上の悪影響を受けること
がなく、しかも高解像度で小型化が図れる投影型液晶表
示装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型表示装置
は、光源と、該光源からの光を入射して、その入射光を
２種類の偏光に分離し、各々の偏光を異なる２方向に出
射する光学部材と、該光学部材から出射される一方の偏
光が進行する光路上に配され、画像を表示すると共に、
その画像に関する光を該光路上を逆方向に進行させる第
１の反射型液晶表示素子と、該光学部材から出射される
他方の偏光が進行する光路上に配され、画像を表示する
と共に、その画像に関する光を該光路上を逆方向に進行
させる第２の反射型液晶表示素子と、該第１、第２の液
晶表示素子の各々に同期を取りながら画像を表示させる
駆動制御手段と、該第１、第２の液晶表示素子に表示さ
れた各々の画像に関する光を入射し、各光を両画像が位
置合わせされた状態で投射する光学系と、該光学系を介
して投射された画像を表示する表示面とを備えており、
そのことにより上記目的を達成することができる。

【００１５】前記光学部品としては、前記光学系を共用
した構成となし、該光学部品により第１、第２の液晶表
示素子に表示された各々の画像を位置合わせするように
してもよい。

【００１６】

【作用】本発明にあっては、光源から発した光を、光学
部材の一つであるビームスプリッタプリズムに入射させ
ると、入射光がビームスプリッタプリズムの斜面で反射
される光と透過する光とに分離される。ここで、ビーム
スプリッタプリズムが光学系に共用され、このビームス
プリッタプリズムにより第１、第２の液晶表示素子に表
示された各々の画像を位置合わせする構成としておく
と、分離された２つの光のうち、ビームスプリッタプリ
ズムで反射された一方の光であるＳ波偏光成分は、該当
する液晶表示素子を経てビームスプリッタプリズムに戻
る。このビームスプリッタプリズムに戻った光のうち、
上記液晶表示素子で光変調を受けない画素を通過した光
は光源側に進むが、光変調を受けた画素の光はＰ波偏光
成分を生じて、ビームスプリッタプリズムの斜面を透過
して表示面側へ出射される。

【００１７】また、ビームスプリッタプリズムを透過し
た他方のＰ波偏光成分は、該当する液晶表示素子を経て
ビームスプリッタプリズムに戻る。このビームスプリッ
タプリズムに戻った光のうち、光変調を受けない画素を
通過した光は光源側に進むが、光変調を受けた画素から
の光はＳ波偏光成分を生じて、ビームスプリッタプリズ
ムの斜面で反射して表示面側へ出射される。このとき、
駆動制御手段は、２つの液晶表示素子の各々に同期を取
りながら画像を表示させるので、表示面上に位置合わせ
された状態で画像が形成されることとなる。

【００１８】この表示装置において、２つの液晶表示素
子の一方に形成する画像を右目用画像とし、他方に形成
する画像を左眼用画像としておくと、これらの画像から
なる立体画像を、偏光板で構成されたメガネで捉えるこ
とにより、立体的に物体等を観察することができる。ま
た、２つの液晶表示素子に同じ画像を表示すると、非常
に明るい非立体画像を形成できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２０】図１に本発明をカラー表示用に適用した場
合の本実施例に係る投影型表示装置を示す。この表示装
置は、例えば白色光を発する光源１と、光源１からの光
を入射して色の三原色となす光選択手段１３と、光選択
手段１３を経た光を入射し、その光を２種類の偏光ａ、
ｂに分離し、各々の偏光ａ、ｂを異なる２方向に出射す
る光学部品としてのビームスプリッタプリズム７０と、
偏光ａ、ｂの夫々が進行する光路上に配され、図２に示
す表示制御回路１６及び駆動回路１４により駆動制御さ
れる第１、第２の反射型液晶表示素子１２，１２´と、
前記ビームスプリッタプルズム７０及びその右方に設け
られたレンズ５からなり、前記第１、第２の反射型液晶
表示素子１２、１２´に表示された各々の画像に関する
光をビームスプリッタプリズム７０を介してＣ方向に出
射し、この光Ｃをレンズ５で拡大投射する光学系と、こ
の光学系を介して投射された画像を表示する表示面６と
を有する。

【００２１】かかる表示装置における作用は以下のとお
りである。即ち、光源１から発せられた白色光は、光選
択手段１３を通り、ビームスプリッタプリズム７０に入
射したのち、斜面７０ａで一部が反射されて偏光ａ（Ｓ
波偏光）となり、残りの偏光（Ｐ波偏光）は斜面７０ａ
を通過して偏光ｂとなる。

【００２２】偏光ａとｂは、夫々反射型液晶表示素子１
２、１２´で反射され、画像情報をもつ光は、夫々前記
進行方向とは逆方向に進んで、再度ビームスプリッタプ
リズム７０に入って合流し、その合流し光変調を受けた
光Ｃはレンズ５を経たのち表示面６に投影される。

【００２３】かかる作用を有する投影型液晶表示装置に
おいては、反射型液晶表示素子１２と１２´とに表示さ
せる画像を、右、左目用画像とした場合には立体表示を
行うことができ、両反射型液晶表示素子１２、１２´に
同一の画像を表示させる場合には非立体表示を行うこと
ができる。なお、立体表示の場合には、図示しない偏光
メガネにて表示面６上に形成された画像を捉える必要が
あるが、非立体表示の場合には偏光メガネは必要ではな
い。また、本発明の投影型液晶表示装置は、観察者がい
る表示面６の前面側から投影を行う、いわゆるフロント
型ディスプレイとして、或は観察者の反対側となる前記
表示面６の裏面側から投影を行う、いわゆるリア型ディ
スプレイとしても使用できる。また、この場合、表示面
６としてカマボコ型のレンチキュラレンズを付けたもの
を用いると、偏光メガネの不要な立体表示が可能とな
る。

【００２４】以下、各部の構成等を詳細に説明する。

【００２５】（光選択手段１３）光選択手段１３を図２
（ｂ）に示す。この光選択手段１３は反射型液晶表示素
子１２、１２´に表示される３種の画像に色を与えるた
めのものであり、シアンフィルタ２９Ｃ、マゼンタフィ
ルタ２９Ｍ、黄色フィルタ２９Ｙがこの順に積層され、
反射型液晶表示素子１２の透明基板１７側に配置され
る。シアンフィルタ２９Ｃは、一対の透明基板２０、２
１の対向する表面の全面にわたり図示しない透明電極を
それぞれ形成し、基板２０、２１間に後述するシアンの
二色性色素を含む液晶２２を介在して構成される。マゼ
ンタフィルタ２９Ｍは、一対の透明基板２３、２４の対
向する表面の全面にわたり図示しない透明電極をそれぞ
れ形成し、基板２３、２４間に後述するマゼンタの二色
性色素を含む液晶２５を介在して構成される。黄色フィ
ルタ２９Ｙは、一対の透明基板２６、２７の対向する表
面の全面にわたり図示しない透明電極をそれぞれ形成
し、基板２６、２７間に後述する黄色の二色性色素を含
む液晶２８を介在して構成される。

【００２６】シアンフィルタ２９Ｃとマゼンタフィルタ
２９Ｍと黄色フィルタ２９Ｙとは、それぞれスイッチン
グ回路３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙを介して交流電源３１か
らの交流電圧が供給される。スイッチング回路３０Ｃ、
３０Ｍ、３０Ｙは、表示制御回路１６からの切換信号に
基づいて、選択的にシアンフィルタ２９Ｃ、マゼンタフ
ィルタ２９Ｍ、黄色フィルタ２９Ｙに交流電圧を印加
し、各フィルタを駆動する。このように各フィルタのオ
ン／オフを制御することによって、色の３原色である赤
色光、緑色光、青色光を反射型液晶表示素子１２、１２
´に入射させることができる。下記の表１には、各フィ
ルタの駆動状態と入射光の色彩との対応関係が示されて
いる。

【００２７】

【表１】

【００２８】図３は、光選択手段１３の基本的動作を示
すタイミングチャートである。時刻ｔ１から時刻ｔ３ま
での期間において、シアンフィルタ２９Ｃに電圧が印加
される。液晶分子は、電圧を印加しても直ちに配向状態
が変化するわけではなく、一定の遷移期間τを必要とす
る。この期間τは、液晶分子の電界に対する応答回復速
度に対応している。したがって、時刻ｔ１に電圧の印加
が開始されても、実際にシアンフィルタ２９Ｃがその電
圧に応答して配向状態の変化が安定するのは、前記遷移
期間τを経過した後の時刻ｔ２である。したがって、時
刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間ＴＲにおいて、光選択手
段１３の透過光は赤色光となる。

【００２９】以下同様に、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄
色フィルタ２９Ｙ、シアンフィルタ２９Ｃ、…の順で各
フィルタへの電圧の印加が繰返えされ、光選択手段１３
の透過光は緑色光、青色光、赤色光…となる。なお、光
選択手段１３は本例に限ることなく、赤、青、緑の二色
性色素を含む３種類の液晶で構成することや、カラー偏
光板と液晶パネルの積層、ニュートラル偏光板と液晶パ
ネルとの積層、図４に示すような機械式回転フィルタ等
によっても、基本的に所望の色を高速に変換できるもの
であれば使用可能である。また、設置する位置について
も光源１とレンズ５の間では任意の位置でよい。但し、
液晶表示素子１２、１２´とビームスプリッタプリズム
７０との間に設ける場合には、各液晶表示装置１２、１
２´用に光選択手段１３が２個必要となる。上述した図
４に示す機械式回転フィルタの構成は、光源９６から発
した光を、紫外線カットフィルター９７に通して紫外線
をカットし、紫外線のカットされた光を機械式Ｒ、Ｇ、
Ｂ回転フィルタ９８に通して色彩光となし、その光をレ
ンズ９９に通した後、出射するように構成されている。

【００３０】他の例を図１２に示す。光源１の光出射側
に、光を３成分に分離するファイバ８０を配し、このフ
ァイバ８０により集光した光を３成分に分離する。ファ
イバ８０の光出射側に、各成分毎に色フィルター８１
ａ、８１ｂ、８１ｃと光スイッチ素子８１ｄ、８１ｅ、
８１ｆとで構成される光シャッタを設け、その背後に再
び光を合成する光学系、例えばファイバ８２を設置する
構成としている。上記色フィルター８１ａ、８１ｂ、８
１ｃとしては、染色や顔料を用いたカラーフィルター、
或は無機もしくは有機光学薄膜を積層させた干渉フィル
ターが使用される。光スイッチ素子８１ｄ、８１ｅ、８
１ｆとしては、液晶やＰＬＺＴ等のセラミックスが用い
られる。その液晶には、表示モードとして散乱型、旋光
型、複屈折型、光吸収型の一般的なものが適用可能であ
り、特に高速応答性が要求される場合には高分子分散型
液晶、相転移液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶など
が望ましい。

【００３１】また、上述の光分離や光合成には、他の方
式を用いることができる。例えば、光分離の場合は、図
１３に示すように、３組のレンズ８３ａ、８３ｂ、８３
ｃとファイバ８３ｄ、８３ｅ、８３ｆを用い、これによ
り単一光源１より３成分の光を取り出す方式や、図示は
省略するが３つの光源より個別に光を、ファイバを介し
てフィルターへ導く方式、更には図１４の下側に示すよ
うに、単一光源１と、ビームスプリッタ８４（もしくは
ダイクロイックミラー）を組み合わせる方式を採用でき
る。一方の光合成には、図１４の上側に示すようにビー
ムスプリッタ８５（もしくはダイクロイックミラー）を
使用する方式などを採用できる。

【００３２】（ビームスプリッタプリズム７０）ビーム
スプリッタプリズム７０は、２つのプリズム７２と７３
の斜面を対向させて組み合わせてなり、対向する斜面７
０ａで無偏光の光をＳ波偏光ａとＰ波偏光ｂとに分離
し、偏光ａを液晶表示素子１２に向けて、偏光ｂを液晶
表示素子１２´に向けて出射する。また、液晶表示素子
１２から反射して戻って来た偏光ａを透過させ、液晶表
示素子１２´から反射して戻ってきた偏光ｂを斜面７０
ａにおいて反射させ、これにより両偏光ａ、ｂを位置合
わせした状態でＣ方向に出射する。

【００３３】なお、光学部材としては、このビームスプ
リッタプリズム７０に限らず、無偏光の光をＳ波偏光、
Ｐ波偏光に分離でき、かつ、２つの液晶表示素子１２、
１２´から反射されて戻ってきた画像情報を持つこれら
両偏光を、位置合わせして出射することができる構成
に、複数のダイクロイックミラーを組み合わせたものを
使用することも可能である。但し、ビームスプリッタプ
リズム７０を使用した場合には、部品点数を減少でき、
小型化にも十分に寄与できる利点がある。

【００３４】（反射型液晶表示素子１２、１２´）前記
液晶表示素子１２と１２´は同一構成となっており、そ
の構成を一方の液晶表示１２を例に挙げて説明する。

【００３５】反射型液晶表示素子１２は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示素子であり、偏光板使用型液晶表
示モード、例えば４５°のねじれ配向をしたＴＮ型液晶
を使用している。また、反射型液晶表示素子１２は、図
２（ａ）に示すように透明基板１７と、透明基板１７側
からの入射光を反射する光反射手段が設けられる基板１
８とを対向して配置し、透明基板１７と基板１８との間
に液晶１９が介在して構成される。透明基板１７の基板
１８に対向する表面のほぼ全面には一枚の共通電極が形
成され、基板１８の透明基板１７に対向する表面にはマ
トリクス状に複数の表示電極が形成され、それぞれの電
極の重なる領域が表示領域（画素）となる。

【００３６】このような構成をした反射型液晶表示素子
１２、１２´は、夫々に接続された駆動回路１４からの
駆動電圧が共通電極及び表示電極間に印加されることに
より、所定の表示が行われ、駆動回路１４は共通の表示
制御回路１６からの表示制御信号によって制御される。

【００３７】駆動回路１４は、所望の表示を行っている
間に、次の画面の駆動信号を書き込むものである。駆動
回路１４の構成は、図５に示すように、表示制御回路１
６からの表示制御信号により制御される信号操作部３２
と、信号走査部３２からの駆動信号を保持するための２
つの信号保持用コンデンサ３３ａ、３３ｂと、信号走査
部３２からの駆動信号をコンデンサ３３ａ又は３３ｂに
切換えて与えるスイッチＳＷ１と、コンデンサ３３ａ又
は３３ｂに保持されている駆動信号を絵素駆動部３４に
切換えて与えるスイッチＳＷ２とを備えている。この回
路の一部もしくは全ては、実際にはアクティブマトリク
ス基板１８に組み込まれている。

【００３８】表示制御回路１６は、各フレームについて
立体表示の場合は、右眼用画像信号を一方の駆動回路１
４の信号走査部３２へ、右眼用画像信号を他方の駆動回
路１４の信号走査部３２へそれぞれ与える。これら左、
右眼用信号には各フレームにつき赤、緑、青色成分の画
像信号を含まれている。また、信号走査部３２に対し、
表示制御回路１６は、各フレーム毎に、かつ、赤、緑、
青色毎にスイッチＳＷ１、ＳＷＷ２を切り換えるための
切換信号を与える。なお、この切換信号は、前述のよう
に光選択手段１３のスイッチング回路３０Ｃ、３０Ｍ、
３０Ｙにも与えられる。

【００３９】上記信号を受けて駆動回路１４は、次のよ
うに動作する。即ち、各液晶（画素）３５がコンデンサ
３３ｂに蓄積されている駆動信号情報によって駆動され
ている間に、信号走査部３２及びスイッチＳＷ１を介し
て次に絵素に表示させるべき駆動信号情報をコンデンサ
３３ａに蓄積させておく。このような動作を全絵素に対
して行い、各画素の次に表示させるべき駆動信号情報を
液晶表示素子１２、１２´又はこれらを駆動する駆動回
路１４内に取り込んだ後に適当なタイミングで、各絵素
に対応して設けられているスイッチＳＷ１を端子ａ１
に、スイッチＳＷ２を端子ｂ２にそれぞれ切換える。こ
のスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切換えによって、液晶表示
素子１２、１２´の表示画面は瞬時に次の画面に同時に
切換わる。その後、次に表示される駆動信号情報をコン
デンサ３３ｂに蓄積し、液晶表示素子１２、１２´（又
は駆動回路１４）内に駆動信号情報を取り込んでおく。
以下、状出の動作を繰り返す。

【００４０】かかる動作の際、画面の切換タイミング、
即ちスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切換タイミングを光選択
手段１３の色彩変化のタイミングと同期させることによ
って、左右眼用の画像についてのカラー表示が可能とな
る。なお、図６の（４）における期間Ｗ２は、液晶表示
素子１２に適用される表示モードの応答特性に対応して
おり、より短時間であることが好ましい。

【００４１】ところで、前記光選択手段１３において、
シアンフィルタ２９Ｃ、マゼンタフィルタ２９Ｍ、黄色
フィルタ２９Ｙへの各印加電圧の印加タイミングを適当
に取ることによって、２色（青と赤、赤と緑、緑と青）
の混合を避けることは可能であり、それに伴い、図６に
示す期間Ｗ２の開始タイミングも適当に設計することが
できる。更に、反射型液晶表示素子１２においては、例
えば透明基板上、透明電極界面、各種薄膜界面上での光
反射が問題となるが、これらの箇所に反射防止膜を形成
すれば、コントラスト特性の向上に有効となる。

【００４２】ここで問題となるのは、各液晶素子の応答
特性である。人間の眼が表示のフリッカを感じることの
ない周波数の下限は約３０Ｈｚであるため、上述の実施
例では、１フレーム期間内に赤、青、緑の各色を１回表
示すると、各色の許容時間は約１０ｍｓｅｃである。１
０ｍｓｅｃ間で十分な表示を行わせるためには、光選択
手段１３と、反射型液晶表示素子１２とは、それぞれ応
答時間が数ｍｓｅｃ以下で、色変調及び表示が実現可能
なものが要求される。さらに１フレーム期間内に複数回
各色を表示するとすると、さらに高速なものが求められ
る。

【００４３】本願発明者は、上記応答特性を考慮し、各
種液晶表示素子を検討した結果、液晶表示モードとして
は、二色性色素を添加した相転移モード、高分子分散型
液晶表示モード、高速応答型ＴＮモード（例えば２周波
型液晶）、ホモジニアス型ネマティック液晶モード、強
誘電性液晶表示モード、又は反強誘電性液晶表示モード
が好ましいことを見いだした。

【００４４】なお、一例として高分子分散型液晶表示モ
ードを用いた液晶表示素子の製作例を示す。

【００４５】シアノビフェニル系ネマティツク液晶Ｅ７
にジアクリレートオリゴマーと光重合開始剤を溶解し、
液晶濃度９５ｗｔ％の均一溶液を作った。他方、ポリイ
ミド膜の上にラビング処理を行い、ネマティック液晶の
プレティルト角がほぼ２°となる水平配向処理を施した
透明電極付ガラス基板とポリカーボネイト基板の間で、
液晶の配向が平行になうように挟み込み、スペーサでそ
の厚みをコントロールした。このセルに３０Ｖの交流電
圧を印加しながらＵＶ照射を行い、オリゴマーを高分子
化させた後、ポリカーボネイト基板をハク離し、さらに
有機溶剤で液晶を十分溶解させ除去した後、乾燥させ
た。次いで、同様のプロセスで作成したもう一枚のポリ
マーネットワークを形成した透明電極付ガラス基板を用
意し、前記基板と貼り合わせ、パネルを作成した。その
後、液晶ＺＬＩ−４７８８／０００（メルク社製）をこ
のパネルに注入し封じた。

【００４６】このようにして製作された液晶表示素子
は、無電界時には液晶がほぼ垂直に配向するため偏光を
入射すると出射する偏光状態は変化しない。しかし、十
分な電圧を印加すると液晶が基板に平行に配向するた
め、この方向と角度をなすよう偏光を入射させることに
より、出射時には偏光が変化し即ち楕円偏光や円偏光ま
たは角度の異なる直線偏光となる。

【００４７】この製作方法による場合は、従来の斜方蒸
着と垂直配向用配向剤とを組み合わせる方法では蒸着が
原因で均一性や耐久性に問題があったが、蒸着が不要と
なるため、このような課題はない。また、高分子分散型
液晶の特徴である高速応答特性も付与することができ、
従来のＥＣＢ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒ
ｏｏｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードに比
べ応答上の問題もない。更に、初期より水平配向を用い
るモードでは液晶の旋光分散により黒レベルに光もれが
生じ、コントラストの劣化が生じるが、上述の製作方式
ではほぼ垂直に液晶が配向しているため、旋光分散によ
る光もれは極めて少なく、従って、高コントラストの表
示が実現できる。

【００４８】尚、上記液晶材料は誘電異方性が負の材料
であり、交流電圧を印加した状態で基板に平行に一様に
一方向に再配向する。この方向に４５゜になるよう、つ
まり図１のビームスプリッタプリズム７０を出射した偏
光が交叉するようにパネルを設置することにより、ヒス
テリシスのない高コントラストの表示が得られた。

【００４９】したがって、上述したような構成の本実施
例においては、光源１から発せられた光は、光選択手段
１３を通ることによりカラー化された状態となり、その
後、ビームスプリッタプリズム７０及び液晶表示素子１
２、１２´を経て、再びビームスプリッタプリズム７０
に戻り、ここで右目用と左目用の画像が位置合わせされ
てレンズ５に入射して拡大投射され、表示面６に表示さ
れる。

【００５０】このようにして表示面６上に表示されたも
のを、図示しない偏光メガネにより見る。偏光メガネ
は、偏光方向が異なる右眼用偏光板と左眼用偏光板とを
有し、例えば右眼用偏光板は右眼用画像を表示した表示
素子１２´より出射された偏光した光を捉え、左眼用偏
光板は左眼用画像を表示した表示素子１２より出射され
た偏光した光を捉えるようにしている。このため、かか
る偏光メガネを観察者がかけることにより、立体的に物
体を観察できる。

【００５１】なお、偏光させる角度は９０°に限らず、
０°より大きく、１８０°より小さい範囲内であって、
右眼用画像と左眼用画像とを容易に識別できるような角
度であればよい。好ましくは４５°〜１３５°の範囲と
する。

【００５２】更に、ビームスプリッタプリズム７０と表
示面６の間に複屈折板を設置し、液晶表示素子１２、１
２´より出射した直線偏光を回転方向の異なる円偏光と
し、表示面６に投射することも可能である。この場合、
メガネは位相板と偏光板より構成される。即ち、観察者
に入射する円偏光を位相差板を用いて、左右の眼で異な
る方向の直線偏光に変換し、これを偏光板に通すことに
より、左眼には左眼用画像を、右眼には右眼用画像を捉
えるようにする。

【００５３】また、本発明装置は、上述した立体表示の
他に非立体表示も可能である。非立体表示を行う場合に
は、表示素子１２、１２´に同一画像を表示すればよ
い。すなわち、同一画像が偏光の異なる２種の光で投影
されている。この場合、図９の構成の従来の投射型ＬＣ
Ｄでは液晶パネルに例えばＴＮモードのような偏光子使
用型表示モードで透過型にしているため、偏光子により
光量の半分以上をロスしている上に透過型絵素の開口率
低下により表示の明るさが悪化するよいう問題があっ
た。しかし、本発明装置では、上述のように光路経路の
中で光源より出射する光を全て画像の表示に利用する
上、反射型液晶表示素子１２、１２´を用いているため
絵素の開口率を透過型液晶表示素子を用いる場合より向
上させることができ、その結果として、極めて明るい表
示が実現できる。

【００５４】ところで、上記実施例では投射型液晶表示
装置の使用形態としては、表示面６への前面側から光を
投射する反射型と、逆に表示面６へ裏面側から投影する
透過型とが存在するが、本発明装置は、非立体表示又は
立体表示に拘らず、どちらの型も採用することができ
る。

【００５５】さらに、従来では３枚の液晶パネルを使用
する必要があるが、本発明装置では２枚のパネルで構成
できる点、加えて装置サイズ、重量、コストの面でも有
利である。

【００５６】以上のように、このように構成された本発
明装置にあっては、非立体および立体共用表示のいずれ
か一方を選択的に使用でき、非立体表示に選択した場合
には、ビームスプリッタプリズム７０に入射した光のほ
ぼ全量を画像情報をもつ光として出射でき、明るい画像
を表示面６に形成できる。加えて、液晶表示素子１２、
１２´を使用するため、地磁気による画像形成上、悪影
響を受けることがない。また、この実施例のように液晶
表示素子１２、１２´の光入射側もしくは出射側に光選
択手段１３を設置することにより、カラー表示を行うこ
とができ、よってカラー化を容易に図り得る。更に、通
常のスクリーン表示と同様に観察することが可能である
ので、視認域に制約がなく、多人数で観察することがで
き、またフリッカの発生を防止できる前述の液晶を使用
することにより、解像度の向上を図り得、更にこの解像
度の向上により表示システムを小型化できる。

【００５７】なお、上述した液晶表示素子１２、１２´
に使用する４５°ねじれ配向をさせたＴＮ液晶として
は、通常のネマティック液晶が適用可能であるが、応答
速度の高速性を得るためには、材料の粘性を考慮する必
要があり、一般には３５センチポアズ（ｃｐ）以下であ
れば本発明を実現する効果を示し、更に好適には２５ｃ
ｐ以下が望ましいことが本願の発明者らの経験によって
明らかになっている。このような特性を示す材料には、
ビフェニル化合物、フェニルエステル系化合物、シクロ
ヘキサン系化合物、フェミルピリミジン系化合物、ジオ
キサン系化合物、トラン系化合物、アルケニル系化合
物、フッソ系化合物などが適合し、あるいはこれらの混
合物が有効である。また、液晶のねじれ角は４５°に限
定するものではない。更に、表示モードとしては、偏光
を利用するものであれば適用が可能であり、具体的には
ＴＮモード、相転移モード、ゲストホストモード、高分
子分散型液晶モード、ホモジニアス型液晶モード、強誘
電性液晶モード、反強誘電性液晶モード、エレクトロク
リニック液晶モード等が使用できる。

【００５８】上記実施例ではカラー表示を行うべく光選
択手段１３を用いているが、他の方法としては、各表示
画素上に染色法や電着法や印刷法等によってマイクロカ
ラーフィルタを装着する構造によっても可能である。こ
の場合には、前述の様に右又は左眼用画像に要する期間
中に赤、緑、青用画像を液晶表示素子１２又は１２´に
順次表示するのではなく、上記期間中に各画素に対応す
る色信号を伝送すればよい。従って、マイクロカラーフ
ィルターを使用する方式では液晶表示素子１２、１２´
に要求される応答速度は光選択手段１３を用いる場合よ
り３倍遅くても支障がないことになる。よって、使用す
る表示モード及び液晶材料としては、応答速度の制約が
緩和した分だけ幅広い選択ができる。

【００５９】一方、反射型液晶表示素子１２、１２´の
マトリクス状に表示電極が形成された透明基板として
は、アモルファスシリコン、ポリシリコンを用いた薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）、ダイオード等の非線形素子を
形成したガラス基板やシリコン等の結晶基板が使用でき
る。特に、後者の場合には前記のした各画素背後に信号
保持用メモリ回路１４が内蔵し易い点で望ましい。図７
にマイクロカラーフィルタとシリコン基板を結合させた
具体的構造を例示する。図７において、シリコン基板９
１の上層部に液晶９２のスイッチング回路及びメモリ回
路領域９３を３個１組を画素として形成し、各スイッチ
ング回路領域９３の上に各電極兼反射膜９４を形成した
状態で、単結晶シリコン基板９１に全面にわたってゼラ
チン膜を形成する。そして、このゼラチン膜の、１組を
構成する３つのスイッチング回路領域９３の各上部を
赤、緑、青に染色してカラーフィルタ赤９４ａ、カラー
フィルタ緑９４ｂ、カラーフィルタ青９４ｃとなし、残
りの部分をゼラチン膜のままの無染色領域９４ｄとして
いる。なお、図中の９５はシリコン基板９１に対向配設
した透明ガラス基板であり、９５ａはその基板９５の内
面側全面に形成した透明対向電極である。

【００６０】更に、液晶表示素子１２、１２´の構造と
しては、図８に示すようにフレームメモリを内蔵したタ
イプにしてもよい。具体的には、ベースとなる単結晶シ
リコン基板７１の上の中央部に液晶表示部７２が形成さ
れ、その周りに液晶駆動回路部７３と記憶回路、画像処
理回路等７４が形成されている。入力信号は、記憶回
路、画像処理回路等７４にて処理され、処理された信号
は液晶駆動回路部７３へ転送され、液晶表示部７２を表
示させる構成になっている。

【００６１】この構成の液晶表示素子を使用する場合
は、基板として単結晶シリコン基板を使用しているの
で、ＩＣ技術をそのまま適用可能である。つまり、微細
加工技術、高品質薄膜形成技術、高精細不純物導入技術
などが適用できる。また、これらの技術の適用により高
精細化が図れるとともに、高速動作や高信頼性を得る上
でも有利となる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ビ
ームスプリッタプリズムやミラー等、無偏光の光を２方
向の偏光に分離する光学部材に入射した光のほぼ全量
を、左右の眼に対応する画像情報もしくは単一画像情報
をもつ光として出射できるので、立体表示や非立体表示
される画像としてはフリッカのない明るいものとなる。

【００６３】加えて、液晶表示装置を使用するため、地
磁気による画像形成上、悪影響を受けることがない。

【００６４】また、液晶表示素子に光選択手段やカラー
フィルタ、或は機械式Ｒ．Ｇ．Ｂ回転フィルタ等を添設
することによりカラー表示を行うことができ、よってカ
ラー化を容易に図り得る。

【００６５】更に、通常のスクリーン表示と同様に観察
することが可能であるので、視認域に制約がなく、多人
数で観察することができ、またメモリ性を有する回路を
使用すること、並びにＩＣの微細加工技術の適用によ
り、解像度の向上を図り得、更にこの解像度の向上によ
り表示システムを小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の投影型液晶表示装置を示す概略図で
ある

【図２】（ａ）は液晶表示素子を示す断面図であって電
気回路を併せて示しており、（ｂ）は光選択手段を示す
断面図であって電気回路を併せて示している。

【図３】印加電圧に関するタイムチャートと透過光の種
類とを併せて示す図である。

【図４】機械式Ｒ．Ｇ．Ｂ回転フィルタを示す斜視図で
ある。

【図５】駆動回路を示すブロック図である。

【図６】走査時間等に関するタイムチャートと透過光の
種類とを併せて示す図である。

【図７】カラーフィルタを一体的に組み込んだ液晶表示
素子を示す断面図である。

【図８】フレームメモリを内蔵した液晶表示素子を示す
斜視図である。

【図９】従来の投影型液晶表示装置を示す概略図であ
る。

【図１０】絵素数と開口率との関係を示すグラフであ
る。

【図１１】従来の立体表示システムを示す概略図であ
る。

【図１２】本発明に適用可能な光選択手段の他の構成例
を示す図である。

【図１３】本発明に適用可能な光選択手段の更に他の構
成例を示す図である。

【図１４】本発明に適用可能な光選択手段の更に他の構
成例を示す図である。

【符号の説明】

１光源６表示面１０、１０´ 液晶表示装置１２液晶表示素子１３光選択手段１４駆動回路１６表示制御回路７０偏光ビームスプリッタプリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を入射して、その入射光を２種類の偏光
に分離し、各々の偏光を異なる２方向に出射する光学部
材と、該光学部材から出射される一方の偏光が進行する光路上
に配され、画像を表示すると共に、その画像に関する光
を該光路上を逆方向に進行させる第１の反射型液晶表示
素子と、該光学部材から出射される他方の偏光が進行する光路上
に配され、画像を表示すると共に、その画像に関する光
を該光路上を逆方向に進行させる第２の反射型液晶表示
素子と、該第１、第２の液晶表示素子の各々に同期を取りながら
画像を表示させる駆動制御手段と、該第１、第２の液晶表示素子に表示された各々の画像に
関する光を入射し、各光を両画像が位置合わせされた状
態で投射する光学系と、該光学系を介して投射された画像を表示する表示面とを
備えた投影型液晶表示装置。
【請求項２】前記光学部品が前記光学系に共用され、
該光学部品により前記第１、第２の液晶表示素子に表示
された各々の画像を位置合わせする請求項１記載の投影
型液晶表示装置。