JPH09160033A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率が良く、かつ液晶表示素子の薄
膜トランジスタへの光の入射を防ぎ、薄膜トランジスタ
における光電効果の発生を防止し、明るくてコントタス
トの良い画像を得ることである。 【解決手段】 多数の画素５のそれぞれに薄膜トランジ
スタ６を有する液晶セル１と、この液晶セル１に平行光
を照射する光源部との間にホログラムを配置し、このホ
ログラムで光源部からの平行光を波長ごとに分光して液
晶セル１の各色に対応する画素５に集光させることによ
り、光の利用効率を高めて明るいカラー画像を表示さ
せ、また薄膜トランジスタ６に対しホログラムの光の分
光方向に隣接する入射側の個所に遮光部１８を設けたこ
とにより、ホログラムによって回折されない光が液晶セ
ル１に入射しても、遮光部１８によって入射光を遮光す
ることができるので、薄膜トランジスタ６への光の入射
を防止でき、明るくてコントタストの良い画像を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶プロジェク
タに用いられる液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置には、液晶セルに光
源部から平行な光を照射してカラー画像を表示するもの
がある。この液晶表示装置の液晶セルの構造を図５およ
び図６に示す。この液晶セル１は、一対の透明なガラス
基板２、３の対向面に透明電極２ａ、３ａが形成され、
この一対のガラス基板２、３間に液晶４が封入され、透
明電極２、３同士が対向し合う領域が各画素５に形成さ
れ、これら各画素５がドットマトリックス状に配列され
た構造になっている。この場合、入射側のガラス基板２
に形成された透明電極２ａは、そのガラス基板２の対向
面のほぼ全域に設けられたコモン電極であり、出射側の
ガラス基板３に形成された透明電極３ａは、各画素５に
対応してドットマトリックス状に配列された信号電極で
ある。また、この出射側のガラス基板３には、信号電極
である各透明電極３ａにそれぞれ対応して薄膜トランジ
スタ６が設けられている。一方、入射側のガラス基板２
の対向面には、各画素５間および薄膜トランジスタ６に
対応してブラックマトリックス７が透明電極２ａに覆わ
れた状態で設けられている。なお、この液晶セル１で
は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に対応する画
素を１組とし、この１組の画素が単位画素をなし、この
単位画素が周期的に配列されており、かつ各色の画素５
に対応してＲ、Ｇ、Ｂの各色からなるカラーフィルタが
設けられている。

【０００３】このような液晶表示装置では、光源部から
の光を液晶セル１に垂直に照射し、この照射光が液晶セ
ル１のカラーフィルタを透過するときに着色され、これ
によりカラー画像を表示させている。このときには、ブ
ラックマトリックス７によって各画素５間から光が漏れ
るのを防ぐことができるとともに、光源部からの光が薄
膜トランジスタ６に当って起電力を発生するという光電
効果をも防ぐことができる。しかし、光源部からの光が
液晶セル１のカラーフィルタを透過する際には、カラー
フィルタによってその補色成分の光が吸収されてしまう
ため、光の利用効率が悪く、カラー表示が暗くなるとい
う不都合がある。

【０００４】このようなことから、最近では、光源部と
液晶セル１との間にホログラムを配置し、このホログラ
ムで光源部からの平行光をＲ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに分
光して液晶セル１の各色に対応する画素５に集光させる
ことにより、光源部からの光を無駄なく液晶セル１の各
画素５に入射させ、光の利用効率を向上させることが検
討されている。このような液晶表示装置では、光源部か
ら出射された平行光をホログラムに所定の角度（例えば
４０°）をもって入射させ、このホログラムで平行光を
波長ごとに異なる回折角で回折して液晶セル１の各色に
対応する画素５にほぼ垂直に入射させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな液晶表示装置では、光源部からの平行光がホログラ
ムに所定の入射角で入射するため、ホログラムで回折さ
れた光は図６に２点鎖線で示すように液晶セル１の各色
に対応する画素５に入射するが、ホログラムで回折され
ない光は図６に実線で示すようにホログラムに入射する
光の入射角と同じ角度（４０°）で液晶セル１に入射す
るため、液晶セル１に入射する角度が大きくなり、この
入射光が液晶セル１の内部で反射されて薄膜トランジス
タ６に入射することがある。すなわち、ホログラムで回
折されない光のうち、例えば薄膜トランジスタ６に対し
ホログラムの分光方向と反対方向に隣接する画素部分
（図５に斜線で示す部分）に入射した光は、図６に示す
ように、液晶セル１の一対のガラス基板２、３やブラッ
クマトリックス７などの各面で反射を繰り返して薄膜ト
ランジスタ６に入射することがある。このような場合に
は、薄膜トランジスタ６に起電力が発生するという光電
効果が起り、表示画像のコントラストが低下するという
問題が生じる。特に、このような液晶表示装置を液晶プ
ロジェクタに用いた場合には、液晶セル１に強い光を入
射させるため、薄膜トランジスタ６に光電効果が起きや
すくなり、投影画像のコントラストが非常に悪くなると
いう問題がある。

【０００６】この発明の課題は、光の利用効率が良く、
かつ液晶表示素子の薄膜トランジスタへの光の入射を防
いで、薄膜トランジスタにおける光電効果の発生を防止
し、明るくてコントタストの良い画像を得ることができ
るようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ドットマト
リックス状に配列された多数の画素のそれぞれに薄膜ト
ランジスタを有する液晶表示素子に光源部から平行な光
を照射してカラー画像を表示する液晶表示装置におい
て、光源部と液晶表示素子との間に光源部からの平行光
を波長ごとに分光して液晶表示素子の各色に対応する画
素に集光するホログラムを配置し、液晶表示素子の各画
素間および薄膜トランジスタに対応する入射側の個所に
ブラックマトリックスを設けるとともに、薄膜トランジ
スタに対しホログラムの光の分光方向に隣接する入射側
の個所に遮光部を設けた。したがって、この発明によれ
ば、光源部からの平行光をホログラムによって波長ごと
に分光して液晶表示素子の各色に対応する画素に集光さ
せるので、光の利用効率が良く、明るいカラー画像を得
ることができるとともに、ホログラムによって回折され
なかった光が液晶表示素子に入射しても、薄膜トランジ
スタに対しホログラムの光の分光方向に隣接する入射側
の個所に遮光部が設けられているので、この遮光部によ
って入射光を遮光することができ、このため従来のよう
に液晶表示素子の内部で反射を繰り返して薄膜トランジ
スタに光が入射することがなく、薄膜トランジスタにお
ける光電効果の発生を防止することができ、これにより
明るくてコントタストの良い画像を得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して、こ
の発明を液晶プロジェクタに適用した一実施形態につい
て説明する。なお、図５および図６に示された従来例と
同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図
１は液晶プロジェクタの全体構成図である。この図にお
いて１０は光源部であり、放物曲面などからなるリフレ
クタ１１の焦点位置に光源１２を配置し、この光源１２
から発生した光をリフレクタ１１によって光軸１３に平
行な光として反射する構造になっている。この光源部１
０の前方（反射側）には、光源部１０からの光のうち、
特定の直線偏光成分の光を選択して透過する入射側偏光
板１４が光軸１３に対し垂直に配置されている。この入
射側偏光板１４の出射側には、ホログラム１５が光軸１
３に対し所定角度（４０°）傾いて配置されている。こ
のホログラム１５の出射側には、液晶セル１がホログラ
ム１５と平行に配置されている。この液晶セル１の出射
側には、液晶セル１を透過した光のうち、特定の直線偏
光成分の光を選択して透過する出射側偏光板１６が液晶
セル１と平行に配置されている。さらに、この出射側偏
光板１６の出射側には、透過した光を画像としてスクリ
ーン（図示せず）に拡大投影する投影レンズ１７が配置
されている。

【０００９】液晶セル１は、従来例とほぼ同様、一対の
透明なガラス基板２、３間に液晶４を封入したものであ
り、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応する多数の画素５がドット
マトリックス状に周期的に配列され、かつ各画素５のそ
れぞれに薄膜トランジスタ６が設けられた構造になって
いる。この場合にも、入射側のガラス基板２には、各画
素５間および薄膜トランジスタ６に対応してブラックマ
トリックス７が設けられている。さらに、この入射側の
ガラス基板２には、図３に示すように、薄膜トランジス
タ６に対し後述するホログラム１５の光の分光方向に隣
接する個所に対応して遮光部（同図に斜線で示す部分）
１８が設けられている。この遮光部１８は、ブラックマ
トリックス７の一部であり、ブラックマトリックス７と
一体に形成されている。なお、この液晶セル１は、カラ
ーフィルタを備えていても良く、また備えていなくても
良い。

【００１０】ホログラム１５は、１つの回折格子でいず
れの波長をも回折するとともに、各波長に応じて異なる
回折角で回折して分光するものであり、光源部１０から
の平行光が所定角度（４０°）をもって入射し、この入
射光を分光して液晶セル１の各色に対応する画素５にそ
れぞれ入射させる構造になっている。すなわち、このホ
ログラム１５は、液晶セル１のＲ、Ｇ、Ｂの３色に対応
する３つの画素５を１組とする単位画素に対応する単位
ホログラムを周期的に配列してなり、分光した各波長の
光をほぼ垂直、つまり０°〜１０°程度の角度で液晶セ
ル１の各画素５に入射させる構造になっている。また、
この実施形態では、ホログラム１５の光の分光方向（分
解方向）が図４において紙面の左右方向で、右側から左
側に向かう方向に設定されている。

【００１１】このような液晶プロジェクタでは、図１に
示すように、光源１２からの光がリフレクタ１１で光軸
１３に平行な光として反射され、この平行光が入射側偏
光板１４に垂直に入射し、この入射側偏光板１４によっ
て特定の直線偏光成分の光が選択され、選択された特定
偏光成分の光がホログラム１５に所定の入射角（４０
°）で入射する。ホログラム１５に入射した光は、図２
に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長ごとに異なる回折角
で回折されて液晶セル１の各色に対応する画素５にそれ
ぞれ集光される。すなわち、ホログラム１５における単
位ホログラムのＡ〜Ｃの各点に入射した光のうち、Ｒ波
長成分の光は液晶セル１の同一のＲ用の画素５に、Ｇ波
長成分の光は液晶セル１の同一のＧ用の画素５に、Ｂ波
長成分の光は液晶セル１の同一のＢ用の画素５にそれぞ
れほぼ垂直に近い状態で集光される。このため、光源部
１０からの光の利用効率が良く、明かるカラー画像を得
ることができる。なお、液晶セル１を透過した光は、出
射側偏光板１６で特定の直線偏光成分の光が選択され、
この選択された偏光成分の光が投影レンズ１７によって
スクリーンにカラー画像として拡大投影される。

【００１２】ところで、ホログラム１５に入射した光の
うち、ホログラム１５で回折されない光は、図４に示す
ように、ホログラム１５に入射する入射角と同じ角度
（４０°）で液晶セル１に入射するため、液晶セル１に
入射する角度が大きくなるが、薄膜トランジスタ６に対
しホログラム１５の光の分光方向と反対側に隣接する個
所に入射した光は、従来のように液晶セル１の内部で反
射を繰り返すことはない。すなわち、薄膜トランジスタ
６に対しホログラム１５の光の分光方向に隣接する個所
に対応する部分には、ブラックマトリックス７からなる
遮光部１８が設けられているため、ホログラム１５で回
折されない光がこの部分に入射しても、遮光部１８によ
って遮光されることになり、従来のように液晶セル１の
内部で反射を繰り返すことがないので、薄膜トランジス
タ６に光が入射することがなく、薄膜トランジスタ６の
光電効果の発生を防止することができ、これによりコン
トラストの良い表示画像および投影画像を得ることがで
きる。

【００１３】また、この液晶プロジェクタでは、薄膜ト
ランジスタ６に対しホログラム１５の光の分光方向に隣
接する個所に対応して設けられた遮光部１８がブラック
マトリックス７の一部で、ブラックマトリックス７と一
体に形成されているから、遮光部１８を形成する際、別
工程を必要とせず、ブラックマトリックス７と同時に形
成することができる。

【００１４】なお、上記実施形態では、遮光部１８をブ
ラックマトリックス７と一体に形成したが、これに限ら
ず、ブラックマトリックス７と別に形成しても良く、し
かも入射側のガラス基板２の出射面（対向面）に限ら
ず、入射側の当面電極２ａの出射面に形成しても良い。
また、上記実施形態では、出射側偏光板１６の出射側に
投影レンズ１７を配置して表示画像をスクリーンに拡大
投影する液晶プロジェクタに適用した場合について述べ
たが、これに限らず、投影レンズ１７を用いず、表示画
像を直接観察する液晶表示装置にも適用することができ
る。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源部からの平行光をホログラムによって波長ごと
に分光して液晶表示素子の各色に対応する画素に集光さ
せるので、光の利用効率が良く、明るいカラー画像を得
ることができるとともに、ホログラムによって回折され
なかった光が液晶表示素子に入射しても、薄膜トランジ
スタに対しホログラムの光の分光方向に隣接する入射側
の個所に遮光部を設けたから、この遮光部によって入射
光を遮光することができ、このため従来のように液晶表
示素子の内部で反射を繰り返して薄膜トランジスタに光
が入射するのを防ぐことができ、薄膜トランジスタにお
ける光電効果の発生を防止することができ、これにより
明るくてコントタストの良い画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を液晶プロジェクタに適用した一実施
形態の全体構成図。

【図２】図１のホログラムで回折された光の光路状態を
原理的に示した図。

【図３】図１の液晶セルの構造を概略的に示した要部拡
大平面図。

【図４】図１のホログラムで回折されない光の光路状態
を原理的に示した図３のＡ−Ａ拡大断面図。

【図５】従来の液晶セルの構造を概略的に示した要部拡
大平面図。

【図６】図５の液晶セルにホログラムで回折されない光
が入射したときの光路状態を原理的に示した図５のＢ−
Ｂ拡大断面図。

【符号の説明】

１ 液晶セル ５ 画素 ６ 薄膜トランジスタ ７ ブラックマトリックス １０ 光源部 １５ ホログラム １８ 遮光部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドットマトリックス状に配列された多数
   の画素のそれぞれに薄膜トランジスタを有する液晶表示
   素子に光源部から平行な光を照射してカラー画像を表示
   する液晶表示装置において、 前記光源部と前記液晶表示素子との間には、前記光源部
   からの平行光を波長ごとに分光して前記液晶表示素子の
   各色に対応する画素に集光するホログラムが配置され、 前記液晶表示素子の前記各画素間および前記薄膜トラン
   ジスタに対応する入射側の個所にはブラックマトリック
   スが設けられているとともに、前記薄膜トランジスタに
   対し前記ホログラムの光の分光方向に隣接する入射側の
   個所には遮光部が設けられていることを特徴とする液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】 前記ホログラムは、１つの回折格子でい
   ずれの波長をも回折するとともに、波長ごとに異なる回
   折角で回折して分光するものであり、前記液晶表示素子
   の赤、緑、青の３色からなる単位画素に対応する単位ホ
   ログラムが周期的に配列された構造であることを特徴と
   する請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記遮光部は前記ブラックマトリックス
   の一部であることを特徴とする請求項１または２記載の
   液晶表示装置。