JPH09265106A - 液晶ディスプレイパネルおよび投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタを使わない単板カラー液晶デ
ィスプレイパネルをライトバルブに用い、低廉，小型で
高い光利用率の投射型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 単一基板上に、アクティブ素子マトリク
スからなる赤色画像表示領域２a，青色画像表示領域２
b，緑色画像表示領域２cを分けて形成し、各画像表示領
域２a，２b，２cを駆動するための水平走査回路３a，３
b，３cおよび垂直走査回路４a，４b，４cを各画像表示
領域に隣接して設け、三原色の各色画素マトリクスのピ
ッチおよび／または画素マトリクス領域間の回路素子の
ピッチを等しくした液晶ディスプレイパネルをライトバ
ルブとして用い、図示しないケスター型ダイクロイック
プリズムで白色光を分離してパネルに照射し、パネルか
らの透過光をケスター型ダイクロイックプリズムで合成
し、スクリーンに投射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を形成するた
めの液晶ディスプレイパネルおよびこの液晶ディスプレ
イパネルをライトバルブとして使用し画像を投射して表
示する投射型液晶表示装置に係り、特に、投射型液晶表
示装置すなわち液晶プロジェクタの光源からの光利用効
率を高めながら、トータルコストを下げ、コンパクト化
する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタにおいてカラー表示す
るには、通常、ＲＧＢ(Red, Green,Blue)の各色に対応
した３板の液晶パネルが必要である。液晶プロジェクタ
のトータルコストのうち、液晶パネルのコストが占める
割合が大きいので、単板化が望まれている。

【０００３】図１１は、通常の単板方式液晶プロジェク
タに使われている液晶ディスプレイパネルの構成を示す
図である。液晶ディスプレイパネル２５は、画素マトリ
クス２と水平走査回路３と、垂直走査回路４とを備えて
いる。画素マトリクス２は、直視ディスプレイと同様、
各画素毎にＲＧＢの各色に対応した３つの画素を一単位
として構成してあり、３画素のそれぞれにＲＧＢの各色
を透過するカラーフィルタ５a，５b，５cを付加し、カ
ラー表示している。

【０００４】図１２は、図１１の液晶ディスプレイパネ
ルを用いる従来の投射型液晶表示装置の構成を示す図で
ある。従来の投射型液晶表示装置２９は、白色光源１８
と、可視光領域のバンドパスフィルタ１９と、集光レン
ズ２０と、液晶ディスプレイパネル２５と、投射レンズ
２８とからなる。

【０００５】従来の投射型液晶表示装置２９では、液晶
ディスプレイパネル２５のカラーフィルタ５a，５b，５
cが、入射白色光の約２／３を吸収するため、入射白色
光のほぼ全量を利用可能な３板方式に比べて、明るさは
単純には1／３になる。直視型ディスプレイのようにカ
ラーフィルタ５a，５b，５cを使用すると、３板方式と
比べて、明るさが１／３に低下するから、これらのカラ
ーフィルタを用いない単板カラー液晶パネルが求められ
ている。

【０００６】この要求に応えるために、図１３，図１４
に示すように、カラーフィルタを用いない単板カラー方
式の投射型液晶表示装置が考案されている。図１３は、
単板カラー方式の投射型液晶表示装置の構成を示す図で
あり、図１４は、画素付近の拡大図である。

【０００７】白色光源１８から発射された白色光を、互
いに平行位置から若干ずらして配置したダイクロイック
ミラー２７a，２７b，２７cにより、三原色光３１，３
２，３３に色分離し、液晶ディスプレイパネル２６に入
射させる。入射した三原色光３１，３２，３３は、３画
素当たりに１つの割合で配置したマイクロレンズ３４に
入射し、ＲＧＢの画像に対応する画素３５で、それぞれ
変調され、投射レンズ２８によりスクリーンに投射され
る。

【０００８】この方式の特徴は、ダイクロイックミラー
２７のような色分離素子とマイクロレンズ３４とを組合
せ、カラーフィルタを用いずに、カラー画像を表示可能
としたことである。したがって、カラーフィルタ方式に
比べて、同じ入射光量で明るさを３倍にできる。

【０００９】色分離素子とマイクロレンズを組合せた単
板カラー方式液晶ディスプレイパネルは、特開平5−273
517号公報，特開平6−250177号公報，特開平6−308492
号公報，特開平7−181487号公報,ＩＤＲＣ(Internation
al Display Research Conf.)1994 p.422 などに記載さ
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、色分離素子と
マイクロレンズとを組合せる単板カラー方式液晶ディス
プレイパネルには、以下のような問題があった。

【００１１】第１に、高精細化が困難である。ダイクロ
イックミラー２７とマイクロレンズ３４との位置合わせ
のマージンが小さく、三原色光に対応する３画素当りに
一つのマイクロレンズ３４が必要であるから、画素サイ
ズとしてある一定の大きさが必要である。そのため、表
示画像の高精細化に伴い、必要画素数が増加し、パネル
サイズが増大するという問題が生じる。

【００１２】第２に、パネルサイズが大きくなると、投
射光学系の各光学部品も大きくなって、投射光学系の大
型化は、投射型液晶表示装置の外形寸法の大型化をも招
く。特に、大口径投射レンズ２８は高価であるため、サ
イズの増大は、装置の大型化だけでなく、コスト上昇を
も招く。結果として、色分離素子とマイクロレンズとを
組合せる方式で高精細化した場合、３板式に比べて、部
品点数の削減によってコストがダウンし外形寸法が縮小
した効果が、相殺されてしまうことになる。

【００１３】第３に、スクリーン上に投射した画像の一
画素におけるＲＧＢ各三原色光が分離して表示されるの
で、三原色光が重ねて表示される３板方式と比べて、画
質が粗くなる。具体的には、３板方式の投射画像におい
ては、あたかも色ずれが生じたかのような画像になる。

【００１４】一方、３板の液晶パネルを用いる方式で
は、コンパクト化することが困難であり、３枚の液晶パ
ネルそれぞれに駆動用ＩＣを実装することは、コスト的
に問題があるとして、特開平4−179925号公報は、１枚
の基板状に少なくとも３つのブロックに分割形成された
薄膜トランジスタＴＦＴマトリクスアレイを有する液晶
表示パネルを記載している。

【００１５】しかし、この液晶表示パネルとともに開示
されているダイクロイックミラーを用いた唯一の光学系
では、投射レンズから各液晶表示パネルまでの光路長が
異なり、投射レンズによる像倍率が相違するから、１枚
の基板状に分割形成された領域からのＲＧＢ各色の画像
が重ならず、何らかの手段を追加しないと、実用的な投
射型液晶表示装置を実現できない。したがって、コンパ
クトで低コストの投射型液晶表示装置を提案していると
はいえなかった。

【００１６】本発明の目的は、コンパクトで光利用効率
が良い液晶ディスプレイパネルを提供することである。

【００１７】本発明の他の目的は、低コスト，コンパク
トで光利用効率が良い投射型液晶表示装置を提供するこ
とである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、スッチング素子および画素電極からなる
複数の画素をマトリクス状に配列しマトリクスの行およ
び列をそれぞれ順次駆動する水平走査回路および垂直走
査回路を周辺に形成した基板と、対向電極を有し基板と
所定間隙で固定される対向基板と、基板と対向基板との
間に充填された液晶とを備えた液晶ディスプレイパネル
において、三原色の各色画像をそれぞれ表示する画素マ
トリクス領域を分けて配置し、各画素マトリクス領域内
の画素ピッチおよび／または画素マトリクス領域間の回
路素子のピッチを等しくした液晶ディスプレイパネルを
提案するものである。

【００１９】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、スッチング素子および画素電極からなる複数の画素
をマトリクス状に配列しマトリクスの行および列をそれ
ぞれ順次駆動する水平走査回路および垂直走査回路を周
辺に形成した基板と、対向電極を有し基板と所定間隙で
固定される対向基板と、基板と対向基板との間に充填さ
れた液晶とを備えた液晶ディスプレイパネルにおいて、
三原色の各色画像をそれぞれ表示する画素マトリクス領
域を分けかつ隣接させて配置し、各画素マトリクス領域
内の画素ピッチおよび／または画素マトリクス領域間の
回路素子のピッチを等しくし、画素マトリクス領域の隣
接方向の水平走査回路または垂直走査回路を全画素マト
リクス領域に共通に設けた液晶ディスプレイパネルを提
案するものである。

【００２０】水平走査回路または垂直走査回路を全画素
マトリクス領域に共通に設けた場合は、三原色の各色に
対応した画像信号を時分割して合成し、共通に設置され
た水平走査回路または垂直走査回路に出力する画像信号
合成回路を備える。

【００２１】上記いずれの場合も、デジタルカラーコン
バージェンスを実行するためには、マトリクス状に配列
される画素の数を行方向および／または列方向に必要な
画素数よりも少なくとも１画素多く形成する。

【００２２】マトリクス状に配列される画素の縦横比
は、１：１が基本であるが、３：１とすることもでき
る。

【００２３】本発明は、上記他の目的を達成するため
に、白色光源と、白色光を色分離する色分離手段と、色
分離された光の光路に配置される透過型画像変調素子
と、画像変調素子を透過した光を色合成する色合成手段
と、色合成された光をスクリーンに投射する投射レンズ
とからなる投射型液晶表示装置において、透過型画像変
調素子として上記いずれかの液晶ディスプレイパネルを
備えた投射型液晶表示装置を提案するものである。

【００２４】本発明は、また、上記他の目的を達成する
ために、白色光源と、反射型画像変調素子と、白色光を
色分離して反射型画像変調素子に入射させ画像変調素子
からの反射光を色合成する色分離色合成手段と、色合成
された光をスクリーンに投射する投射レンズとからなる
投射型液晶表示装置において、反射型画像変調素子とし
て上記いずれかの液晶ディスプレイパネルを備えた投射
型液晶表示装置を提案するものである。

【００２５】透過型画像変調素子が、画素の縦横比３：
１の液晶ディスプレイパネルである場合は、白色光源と
色分離手段との間および色合成手段と投射レンズとの間
の少なくとも一方に光束形状変換素子を設ける。

【００２６】反射型画像変調素子が、画素の縦横比３：
１の液晶ディスプレイパネルである場合は、白色光源と
色分離色合成手段との間およびこの色分離色合成手段と
投射レンズとの間の少なくとも一方に光束形状変換素子
を設ける。

【００２７】本発明による液晶ディスプレイパネルは、
カラーフィルタを用いないので、カラーフィルタによる
光吸収損失が無く、同じ入射光量では、カラーフィルタ
方式に比べて、明るさを３倍にできる。

【００２８】本発明においては、単一基板上に、三原色
の画像を表示する画素マトリクスを各色毎に領域を分け
て配置し、各色の画素マトリクス領域の画素ピッチおよ
び／または画素マトリクス領域間の回路素子のピッチを
等しくしたので、高精細で良質な画面を得るための 光の入射面から色分離された三原色光の出射面までの
光学距離が等しいこと 三原色光の出射面が同一平面であること という２つの条件を満たすことが容易になる。

【００２９】各色の画像表示領域の相対的な位置関係
は、単一基板上に構成されているために、常に固定され
ており、スクリーンに画像を投射した際に、三原色の各
色画像間の面内の回転方向のずれは生じない。

【００３０】従来の単板カラーパネルに用いられていた
カラーフィルタまたはマイクロレンズを使わないため
に、従来の単板カラー液晶ディスプレイパネルと比べ
て、工程数および部材を削減できるから、コスト的に優
位である。

【００３１】従来の単板カラー液晶ディスプレイパネル
において問題であったマイクロレンズと画素との合わせ
込み精度に応じて決まる最低限の画素ピッチの大きさの
制限が無いために、より高精細な液晶ディスプレイパネ
ルを実現できる。

【００３２】三原色の内の二色の画像表示領域を隣接さ
せて構成した場合、さらにパネルサイズを小さくでき
る。その場合、三原色の各色の画像表示領域間に走査回
路を配置するスペースがなくなるので、水平走査回路お
よび垂直走査回路のいずれか一方を三原色の各色の三つ
の画像表示領域で共有することになる。各色の画像表示
領域で信号線を共有するには、三原色の各色の三つの画
像信号を一つに合成する必要がある。液晶ディスプレイ
パネル内部に、フレームバッファメモリとタイミング調
整回路とサンプリングスイッチとを新たに形成し、三原
色の各色の画像信号を時間的に圧縮し、同期信号を時分
割で重畳し、合成画像信号を発生させる。合成画像信号
の内、必要な画像信号のみを行選択し、所望の位置の画
素に画像信号を書き込む。

【００３３】画素は、デジタルコンバージェンスを実現
するため、画像データ表示のための最低限の必要数より
も少なくとも一列および一行多く形成しておく。

【００３４】上記高精細で良質な画面を得るための２つ
のの条件を満たす色分離素子としては、ケスター型ダイ
クロイックプリズムを用いる。入射白色光光束は、色分
離素子で三原色光に色分離され、光束の占める面積が、
三倍に拡大され、液晶ディスプレイパネルの面積と同等
になる。三原色光は、それぞれ対応する画像表示領域を
透過して変調され、色合成素子により再び色合成され、
光束の占める面積は、液晶ディスプレイパネルの面積の
三分の一になる。したがって、本発明に用いる投射レン
ズは、液晶ディスプレイパネルの三分の一の面積を投射
可能な包括角度であればよく、従来の単板カラー方式と
比べて、パネルサイズが同一の場合、投射レンズを大幅
にコンパクト化できる。本発明では、コンパクトな投射
レンズを用いるため、投射型液晶表示装置をコンパクト
化でき、投射型液晶表示装置の価格を低く抑えることが
可能である。

【００３５】一方、本発明による投射レンズは、パネル
の三分の一の面積を投射できればよいので、同じ画素数
の三板方式と同等の包括角度の投射レンズを用いること
が可能である。したがって、本発明で高精細化した場合
の投射レンズの大きさの増加は、三板方式の大きさの増
加と同程度であり、従来の単板カラー方式における投射
レンズの大きさの増加と比べれば、軽微である。

【００３６】液晶ディスプレイパネルを反射型液晶表示
素子として用いる場合、色合成素子を色分離素子として
兼用できるので、比較的高価な光学素子の部品点数を削
減でき、低コストの投射型液晶表示装置を実現できる。
また、透過型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置
と比べて、光学系をよりコンパクトに構成できる。

【００３７】画素の縦横比を概ね３：１とした場合、液
晶ディスプレイパネルの面積は、図約三分の一になる。
ただし、この液晶ディスプレイパネルを画素の縦横比
１：１用の投射光学系とそのまま組み合わせると、スク
リーン上では、横方向が三分の一に圧縮された画像にな
る。そこで、光源と色分離素子との間および色合成素子
と投射レンズとの間に、光束形状変換素子を配置する。

【００３８】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図１０を参照して、
本発明による液晶ディスプレイパネルおよび投射型液晶
表示装置の実施例を詳細に説明する。

【００３９】《液晶ディスプレイパネルの実施例１》図
１は、本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例１
の構成を示す図である。実施例１の液晶ディスプレイパ
ネル１は、単一ガラス基板上に、各々が独立して配置さ
れた多結晶シリコンＴＦＴ(Thin Film Transistor)マト
リクスからなる赤色画像表示領域２a，青色画像表示領
域２b，緑色画像表示領域２cと、画像表示領域２a，２
b，２cの各々に隣接して配置され各画像表示領域２a，
２b，２cを駆動する水平走査回路３a，３b，３cおよび
垂直走査回路４a，４b，４cと、ここでは図示していな
いが、光変調層である高分子分散型液晶層と、透明電極
を有する対向ガラス基板とから構成される。

【００４０】従来の単板カラーパネルの各画素は、既に
述べた図１１に示すように、ＲＧＢの三原色に対応した
３画素を一単位として構成されている。従来の単板カラ
ーパネルは、画像表示に必要な数だけこの３画素からな
る一単位を反復配置して形成されている。

【００４１】これに対し、図１の液晶ディスプレイパネ
ル１においては、ＲＧＢの三原色の各色画像を表示する
画素マトリクスを各色毎に領域を分けて配置し、パネル
を構成してある。液晶ディスプレイパネル１の１画素の
形状は、三板式で用いられるパネルの画素の形状と同様
に、概ね正方形すなわち縦横比１：１であり、従来の単
板カラーパネルの画素の形状である約３：１の縦横比と
は異なる。

【００４２】本発明においては、後述の実施例も含め
て、単一基板上に、三原色の画像を表示する画素マトリ
クスを各色毎に領域を分けて配置し、各色の画素マトリ
クス領域の画素ピッチおよび／または画素マトリクス領
域間の回路素子のピッチを等しくしたので、 光の入射面から色分離された三原色光の出射面までの
光学距離が等しいこと 三原色光の出射面が同一平面であること という２つの条件を満たすことが容易になる。

【００４３】各色の画像表示領域の相対的な位置関係
は、単一基板上に構成されているため、常に保証されて
おり、スクリーンに画像を投射した際に、三原色の各色
画像間の面内の回転方向のずれは、原理的に生じない。

【００４４】また、液晶ディスプレイパネル１では、従
来の単板カラーパネルに用いられていたカラーフィルタ
またはマイクロレンズを使わないために、従来の単板カ
ラー液晶ディスプレイパネル２５，２６に比べて、工程
数および部材を削減できるから、コスト的に優位であ
る。

【００４５】さらに、液晶ディスプレイパネル１では、
従来の単板カラー液晶ディスプレイパネル２６において
問題であったマイクロレンズと画素との合わせ込み精度
に応じて決まる最低限の画素ピッチの大きさの制限が無
いために、より高精細な液晶ディスプレイパネルを実現
できる。

【００４６】液晶ディスプレイパネル１の光変調層に
は、高分子分散型液晶であるＰＤＬＣ(Polymer Dispers
ed Liquid Crystal)を用いた。ＰＤＬＣは、高分子マト
リクス中に球形のカプセル形状のネマティック液晶ドロ
ップレットを分散した液晶材料であって、電圧変調によ
り、光散乱と透過との間の任意の状態を取り得る。ＰＤ
ＬＣの特長は、光変調に偏光板が要らないことである。
したがって、光変調層にＰＤＬＣを用いると、光利用効
率の低下が少なく、高効率の液晶ディスプレイパネルを
実現できる。ＰＤＬＣを液晶ディスプレイパネルの光変
調層に用いる方法は、USP4,435,047などに記載がある。

【００４７】実施例１では、光変調層にＰＤＬＣを用い
たが、電圧変調により光の透過率を変調できるものであ
れば、ツイストネマティック液晶と偏光板との組み合わ
せなど、いずれの光変調層を用いてもよい。

【００４８】また、実施例１では、多結晶シリコンによ
ってアクティブ素子を構成しているが、単結晶シリコン
またはアモルファスシリコンを用いてもよい。ただし、
単結晶シリコンを基板材料に使った場合は、液晶ディス
プレイパネル１を透過型表示素子としては使用できない
ので、反射型表示素子となる。

【００４９】《液晶ディスプレイパネルの実施例２》図
２は、本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例２
の構成を示す図である。実施例２の液晶ディスプレイパ
ネル１においては、三原色の内の二色の画像表示領域を
隣接させて構成してあるため、図１の方式に比べて、さ
らにパネルサイズを小さくできる。ただし、三原色の各
色の画像表示領域間に走査回路を配置するスペースがな
くなるので、水平走査回路および垂直走査回路のいずれ
か一方を三原色の各色の三つの画像表示領域で共有する
ことになる。以下の実施例では、水平走査回路３を共有
しているが、水平走査回路３を各画像表示領域毎に独立
に配置し、垂直走査回路４を共有してもよい。

【００５０】図３は、図２の実施例２の液晶ディスプレ
イパネルの回路構成の一例を示す図である。水平走査回
路３を三原色の各色画像表示部で共有している。垂直走
査回路４a，４b，４cは、それぞれ三原色の各色画像表
示部を走査する。Ｖr，Ｖb，Ｖgは、各々赤色，青色，
緑色の画像信号である。Ｈsは、水平同期信号であり、
Ｖsr，Ｖsb，Ｖsgは、各々赤色，青色，緑色の各色画像
の垂直同期信号である。ＲLは、水平走査回路３の走査
方向の規定信号、ＵDr，ＵDb，ＵDgは、各々赤色，青
色，緑色の垂直走査回路４a，４b，４cの走査方向の規
定信号である。水平走査線１２と垂直走査線１３との交
差部には、画素８を形成してある。画素８は、スイッチ
ングトランジスタ９と、画素電極３９および対向透明電
極１０の間に狭持した高分子分散型液晶１０と、保持容
量１１とで構成する。画素８は、後述するデジタルコン
バージェンスを実現するため、画像データ表示のための
最低限の必要数よりも少なくとも一列および一行多く形
成しておく。

【００５１】液晶ディスプレイパネル１を透過型表示素
子として用いる場合、インジウム−錫酸化物のような透
明電極により、画素電極１０を形成する。一方、液晶デ
ィスプレイパネル１を反射型表示素子として用いる場合
は、アルミニウム，銀などの反射率の高い金属電極によ
り、画素電極１０を構成する。

【００５２】実施例２の液晶ディスプレイパネル１で
は、三色の画像領域を駆動するための水平走査回路を共
有しているが、三色のうち一色の画像領域の水平走査回
路を画素領域の反対側に形成してもよい。その場合は、
画像信号線の配線長をより短縮できる。

【００５３】《デジタルコンバージェンス方法》図４
は、図３の回路構成を用いて、デジタル的に色合わせす
るデジタルコンバージェンス方法を示す図である。本発
明による図３の液晶ディスプレイパネル１は、三板式と
同様に、三原色の各色の画像表示領域が個々に独立して
いるので、三原色の各色の表示画像をスクリーン上で合
成する際に、色合わせする必要がある。図３の液晶ディ
スプレイパネル１では、各色の画像表示領域の相対的な
位置関係は、単一基板上に構成されているため、常に保
証されており、スクリーンに画像を投射した際に、三原
色の各色画像間の面内の回転方向のずれは、原理的に生
じない。したがって、画像表示位置の水平方向および垂
直方向の調整により、スクリーン上で６a，６b，６cの
画像をデジタル的に容易に合わせることができ、正確な
デジタルコンバージェンスが可能である。

【００５４】具体的には、水平同期信号Ｈsおよび垂直
同期信号Ｖsr，Ｖsb，Ｖsgの相対的な時間関係を任意に
調整し、水平走査および三原色の各色の垂直走査のタイ
ミングを規定すると、画像表示領域２a，２b，２cの中
で任意の位置に画像６a，６b，６cを表示できることを
利用し、スクリーン上で三原色の画像６a，６b，６cが
一致するように垂直同期信号Ｖsr，Ｖsb，Ｖsgの相対的
な時間関係を調節すればよい。

【００５５】また、従来の単板カラー方式では、三原色
の各画素はスクリーン上では重ならないため、投射画像
を詳細に見ると一つの画素が三原色に分離しているのが
観察される。この現象は、画像を大スクリーンに拡大投
射した場合には容易に認識されるので、色ずれが生じた
かのように観察され、大きな問題であった。

【００５６】これに対して、本発明の液晶ディスプレイ
パネル１のスクリーンへの投射画像は、三原色の各色画
像６a，６b，６cをスクリーン上で１：１に合成したも
のでであるため、従来の単板カラー方式の投射画像とは
異なり、鮮明な投射画像が得られる。

【００５７】《信号線を共有するための回路構成》図５
は、各色の画像表示領域で信号線を共有するための回路
構成の一例を示す図であり、図６は、図５における合成
画像信号Ｂおよび各走査信号の関係を示すタイムチャー
トである。

【００５８】各色の画像表示領域で信号線を共有するに
は、三原色の各色の三つの画像信号を一つに合成する必
要がある。液晶ディスプレイパネル内部に、フレームバ
ッファメモリ１６a，１６b，１６cとタイミング調整回
路１４とサンプリングスイッチ１５とを新たに形成し、
三原色の各色の画像信号を時間的に圧縮し、同期信号Ｂ
Fを時分割で重畳し、合成画像信号Ｂを発生させる。合
成画像信号Ｂの内、必要な画像信号のみを行選択し、所
望の位置の画素に画像信号を書き込む。

【００５９】図６を用いて、より具体的に説明する。三
原色の各色の画像信号Ｖr，Ｖg，Ｖbは、フレームバッ
ファメモリ１６a，１６b，１６cにおいて、水平同期信
号と同期して時間的に圧縮され、図５のＡの位置での信
号波形は、図６のＡのような信号波形となる。タイミン
グ調整回路１４とサンプリングスイッチ１５とにより、
三原色の各色の画像信号および同期信号ＢFを時分割で
重畳すると、図６の合成画像信号Ｂが、図５の信号線１
７のＢの位置に発生する。従来の液晶ディスプレイパネ
ルにおける垂直走査信号は、画像の１行を走査する間す
なわち１Ｈ期間をＨレベルにするが、本実施例における
垂直走査信号ＶR，ＶB，ＶGは、合成画像信号Ｂにおけ
る対応色の画像信号の期間のみをＨレベルにすることに
より、合成画像信号Ｂの内の所望の色に対応する画像信
号を選択した画素に書き込む。

【００６０】《投射型液晶表示装置の実施例１》図７
は、本発明による液晶ディスプレイパネルを透過型液晶
表示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例１の
構成を示す図である。

【００６１】本実施例の投射型液晶表示装置２４は、白
色光源１８と、紫外光および赤外光を遮断するフィルタ
１９と、集光レンズ２０と、白色光を三原色光に色分離
する色分離素子２１と、本発明による液晶ディスプレイ
パネル１と、液晶ディスプレイパネル１により変調され
た各三原色光を色合成する色合成素子２２と、スクリー
ンに画像を投射する投射レンズ２３とからなる。

【００６２】本発明による液晶ディスプレイパネルを投
射型液晶表示装置に用いる場合は、 光の入射面から色分離された三原色光の出射面までの
光学距離が等しいこと 三原色光の出射面が同一平面であること という２つの条件を満たす色分離素子が必要になる。

【００６３】上記の条件を満たす色分離素子としては、
ケスター型ダイクロイックプリズムがある。図７の実施
例においては、色分離素子２１および色合成素子２２と
してケスター型ダイクロイックプリズムを用いた。

【００６４】ケスター型ダイクロイックプリズムを用い
た投射型液晶表示装置は、例えば、特開平４−３３８７
３９号公報に記載されている。

【００６５】上記の条件を満たす色分離素子の他の例と
しては、特開平２−１１５８１６号公報に記載の色分解
装置がある。

【００６６】図７の実施例においては、入射白色光光束
が、色分離素子２１で三原色光に色分離され、光束の占
める面積が、三倍に拡大され、液晶ディスプレイパネル
１の面積と同等になる。三原色光は、それぞれ本発明に
よる液晶ディスプレイパネル１の対応する画像表示領域
を透過して変調され、色合成素子２２により再び色合成
され、光束の占める面積は、液晶ディスプレイパネル１
の面積の三分の一になる。

【００６７】したがって、図７の投射型表示装置２４に
用いる投射レンズ２３は、液晶ディスプレイパネル１の
三分の一の面積を投射可能な包括角度であればよく、従
来の単板カラー方式と比べて、パネルサイズが同一の場
合、投射レンズ２３を大幅にコンパクト化できる。従来
のような大型の投射レンズ２８は、投射型表示装置２
９，３０の外形を大きくするだけでなく、非常に高価で
あるため、投射型表示装置２９，３０の高価格の原因と
なる。これに対して、本発明による投射型液晶表示装置
２４では、コンパクトな投射レンズ２３を用いるため、
投射型液晶表示装置２４をコンパクト化できることはも
ちろん、投射型液晶表示装置２４の価格を低く抑えるこ
とが可能である。

【００６８】投射レンズ２３，２８などの体積は、パネ
ルの面積増大に伴い、二分の三乗に比例して増大する。
したがって、上記コンパクト化の効果は、画像を高精細
化したときに、より大きく現われる。単板カラーの液晶
ディスプレイパネルは、三板方式でパネルと比べて、画
素数が三倍必要であるから、一画素の面積が双方で等し
い場合、三板方式の三倍の面積となる。そのため、従来
の単板カラー方式においては、同じ精細度の三板方式に
比べて、投射レンズの体積が、概ね３倍の二分の三乗す
なわち約５倍であり、高精細化に伴うパネルサイズの増
加は、投射レンズ２８の大きさの増加に、より大きく影
響する。

【００６９】一方、本発明による液晶ディスプレイパネ
ル１の投射に必要な投射レンズ２３は、パネルの三分の
一の面積を投射できればよいので、同じ画素数の三板方
式と同等の包括角度の投射レンズ２３を用いることが可
能である。したがって、本発明で高精細化した場合の投
射レンズ２３の大きさの増加は、三板方式の大きさの増
加と同程度であり、従来の単板カラー方式における投射
レンズ２８の大きさの増加と比べれば、軽微である。

【００７０】《投射型液晶表示装置の実施例２》図８
は、本発明による液晶ディスプレイパネルを反射型液晶
表示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例２を
示す図である。本実施例の投射型液晶表示装置２４は、
白色光源１８と、紫外光および赤外光を遮断するための
フィルタ１９と、集光レンズ２０と、白色光を三原色光
に色分離する色分離素子２１と、本発明による液晶ディ
スプレイパネル１と、投射レンズ２３とからなる。図８
の実施例においては、色分離素子２１を色合成素子とし
て兼用している。色分離素子２１の光入射面と出射面と
を同一にするため、照射光の入射角と出射角との間に、
側面図の紙面に垂直方向に一定の角度を持たせてある。

【００７１】液晶ディスプレイパネル１を反射型液晶表
示素子として用いる場合、色合成素子２１を色分離素子
として兼用できるので、比較的高価な光学素子の部品点
数を削減でき、低コストの投射型液晶表示装置を実現で
きる。また、透過型液晶表示素子を用いた図７の投射型
液晶表示装置と比べて、光学系をよりコンパクトに構成
できる。

【００７２】《液晶ディスプレイパネルの実施例３》図
９は、本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例３
の構成を示す図である。図１と図２の実施例１と２にお
ける液晶ディスプレイパネル１の画素の縦横比は、概ね
１：１であったが、図９の実施例３の液晶ディスプレイ
パネル３７においては、各色の縦方向を同一寸法にし
て、画素の縦横比を概ね３：１とした。したがって、図
９の液晶ディスプレイパネル３７の面積は、図１と図２
の液晶ディスプレイパネル１の面積に比べて、三分の一
になる。ただし、図９の液晶ディスプレイパネル３７を
図７または図８の投射光学系とそのまま組み合わせる
と、スクリーン上では、横方向が三分の一に圧縮された
画像になる。そこで、図１０のような投射光学系を用い
る。

【００７３】《投射型液晶表示装置の実施例３》図１０
は、図９の液晶ディスプレイパネル３７を透過型液晶表
示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例３を示
す図である。図１０の投射型液晶表示装置３８の投射光
学系の特徴は、光源１８と色分離素子２１との間および
色合成素子２２と投射レンズ２３との間に、光束形状変
換素子として三角プリズム３６a，三角プリズム３６bを
配置してあることである。三角プリズム３６は、光束の
形状を一軸方向にのみ変形する光学素子である。本実施
例では、光源１８から発生した白色光の光束の形状を、
三角プリズム３６aにより、パネル３７の列方向に三分
の一に圧縮し、色分離素子２１に入射させる。色分離素
子２１で三原色に色分離された光束は、液晶ディスプレ
イパネル３７に入射し、変調され、色合成素子２２によ
り、白色画像に合成され、三角プリズム３６bにより、
パネル３７の列方向に三倍に拡大され、投射レンズ２３
により、スクリーンに投射される。

【００７４】図９の液晶ディスプレイパネル３７は、図
１および図２の液晶ディスプレイパネル１と同じ画素数
であるなら、パネル面積を三分の一に縮小できるため
に、図１０の投射型液晶表示装置３８における色分離素
子２１および色合成素子２２を小さくすることが可能に
なり、投射型液晶表示装置３８の外形を縮小できる。

【００７５】本実施例においては、光束形状変換素子と
して三角プリズムを用いたが、シリンドリカルレンズを
用いてもよい。

【００７６】

【発明の効果】本発明による液晶ディスプレイパネル
は、カラーフィルタを用いないので、カラーフィルタの
光吸収損失が無く、同じ入射光量では、カラーフィルタ
方式に比べて、明るさを３倍にできる。また、液晶ディ
スプレイパネルの三分の一の領域の表示に必要な包括角
度の投射レンズを用いればよいから、色分離素子とマイ
クロレンズとを用いる従来の方式に比べて、投射光学系
をコンパクト化でき、小型で高輝度な投射型液晶表示装
置を実現できる。従来の単板カラー方式とは異なり、三
板式と同様にスクリーン上で三原色の各色の画像の対応
する画素が同じ位置に合成されるので、鮮明な画像が得
られる。

【００７７】各色画像表示領域間の相対位置は、単一基
板上で固定されており、各色画像間で面内回転方向のず
れが、原理的に無い。したがって、三板式に比べて、ス
クリーン上での色合わせが容易であり、デジタルコンバ
ージェンスにより、各色間の画素のずれを半画素以内に
調整することが、容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例
１の構成を示す図である。

【図２】本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例
２の構成を示す図である。

【図３】図２の実施例の液晶ディスプレイパネルの回路
構成の一例を示す図である。

【図４】図３の回路構成を用いて、デジタル的に色合わ
せするデジタルコンバージェンス方法を示す図である。

【図５】各色の画像表示領域で信号線を共有する回路構
成の一例を示す図である。

【図６】図５における合成画像信号Ｂおよび各走査信号
の関係を示すタイムチャートである。

【図７】本発明による液晶ディスプレイパネルを透過型
液晶表示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例
１の構成を示す図である。

【図８】本発明による液晶ディスプレイパネルを反射型
液晶表示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例
２を示す図である。

【図９】本発明による液晶ディスプレイパネルの実施例
３の構成を示す図である。

【図１０】図９の液晶ディスプレイパネルを透過型液晶
表示素子として用いる投射型液晶表示装置の実施例３を
示す図である。

【図１１】カラーフィルタを使う従来の液晶ディスプレ
イパネルの構成を示す図である。

【図１２】図１１の液晶ディスプレイパネルを用いた投
射型液晶表示装置の構成を示す図である。

【図１３】従来の液晶ディスプレイパネルを用いた別の
投射型液晶表示装置の構成を示す図である。

【図１４】図１３の従来の液晶ディスプレイパネルの詳
細な構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 本発明による液晶ディスプレイパネル ２ 画素マトリクス ３ 水平走査回路 ４ 垂直走査回路 ５ 三原色に対応する従来の画素 ６ 画像表示領域 ７ サンプリングトランジスタ ８ 画素 ９ 画素トランジスタ １０ 高分子分散型液晶 １１ 保持容量 １２ 信号線 １３ 行選択線 １４ タイミング調整回路 １５ サンプリングスイッチ １６ フレームバッファメモリ １７ 信号線 １８ 白色光源 １９ フィルタ ２０ 集光レンズ ２１ 色分離素子 ２２ 色合成素子 ２３ 投射レンズ ２４ 本発明による投射型液晶表示装置 ２５ 従来の液晶ディスプレイパネル ２６ 従来の液晶ディスプレイパネル ２７ ダイクロイックミラー ２８ 従来の投射レンズ ２９ 従来の投射型液晶表示装置 ３０ 従来の投射型液晶表示装置 ３１ 緑色光 ３２ 青色光 ３３ 赤色光 ３４ マイクロレンズアレイ ３５ 画素 ３６ 三角プリズム ３７ 本発明による液晶ディスプレイパネル ３８ 本発明による投射型液晶表示装置 ３９ 画素電極 ４０ 対向透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 和広 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 足立 昌哉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大久保 竜也 茨城県ひたちなか市大字稲田1410番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スッチング素子および画素電極からなる
   複数の画素をマトリクス状に配列し前記マトリクスの行
   および列をそれぞれ順次駆動する水平走査回路および垂
   直走査回路を周辺に形成した基板と、対向電極を有し前
   記基板と所定間隙で固定される対向基板と、前記基板と
   前記対向基板との間に充填された液晶とを備えた液晶デ
   ィスプレイパネルにおいて、 三原色の各色画像をそれぞれ表示する画素マトリクス領
   域を分けて配置し、 前記各画素マトリクス領域内の画素ピッチおよび／また
   は画素マトリクス領域間の回路素子のピッチを等しくし
   たことを特徴とする液晶ディスプレイパネル。
2. 【請求項２】 スッチング素子および画素電極からなる
   複数の画素をマトリクス状に配列し前記マトリクスの行
   および列をそれぞれ順次駆動する水平走査回路および垂
   直走査回路を周辺に形成した基板と、対向電極を有し前
   記基板と所定間隙で固定される対向基板と、前記基板と
   前記対向基板との間に充填された液晶とを備えた液晶デ
   ィスプレイパネルにおいて、 三原色の各色画像をそれぞれ表示する画素マトリクス領
   域を分けかつ隣接させて配置し、 前記各画素マトリクス領域内の画素ピッチおよび／また
   は画素マトリクス領域間の回路素子のピッチを等しく
   し、 前記画素マトリクス領域の隣接方向の水平走査回路また
   は垂直走査回路を全画素マトリクス領域に共通に設けた
   ことを特徴とする液晶ディスプレイパネル。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の液晶ディスプレイパネ
   ルにおいて、 三原色の各色に対応した画像信号を時分割して合成し、
   前記共通に設置された水平走査回路または垂直走査回路
   に出力する画像信号合成回路を備えたことを特徴とする
   液晶ディスプレイパネル。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか一項に記載
   の液晶ディスプレイパネルにおいて、 前記マトリクス状に配列される画素の数を行方向および
   ／または列方向に必要な画素数よりも少なくとも１画素
   多く形成したことを特徴とする液晶ディスプレイパネ
   ル。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか一項に記載
   の液晶ディスプレイパネルにおいて、 前記マトリクス状に配列される画素の縦横比が３：１で
   あることを特徴とする液晶ディスプレイパネル。
6. 【請求項６】 白色光源と、前記白色光を色分離する色
   分離手段と、前記色分離された光の光路に配置される透
   過型画像変調素子と、前記画像変調素子を透過した光を
   色合成する色合成手段と、色合成された光をスクリーン
   に投射する投射レンズとからなる投射型液晶表示装置に
   おいて、 前記透過型画像変調素子として請求項１ないし４のいず
   れか一項に記載の液晶ディスプレイパネルを備えたこと
   を特徴とする投射型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 白色光源と、反射型画像変調素子と、前
   記白色光を色分離して前記反射型画像変調素子に入射さ
   せ前記画像変調素子からの反射光を色合成する色分離色
   合成手段と、色合成された光をスクリーンに投射する投
   射レンズとからなる投射型液晶表示装置において、 前記反射型画像変調素子として請求項１ないし４のいず
   れか一項に記載の液晶ディスプレイパネルを備えたこと
   を特徴とする投射型液晶表示装置。
8. 【請求項８】 白色光源と、前記白色光を色分離する色
   分離手段と、前記色分離された光の光路に配置される透
   過型画像変調素子と、前記画像変調素子を透過した光を
   色合成する色合成手段と、色合成された光をスクリーン
   に投射する投射レンズとからなる投射型液晶表示装置に
   おいて、 前記透過型画像変調素子として請求項５に記載の液晶デ
   ィスプレイパネルを備え、 前記白色光源と前記色分離手段との間および前記色合成
   手段と前記投射レンズとの間の少なくとも一方に光束形
   状変換素子を設けたことを特徴とする投射型液晶表示装
   置。
9. 【請求項９】 白色光源と、反射型画像変調素子と、前
   記白色光を色分離して前記反射型画像変調素子に入射さ
   せ前記画像変調素子からの反射光を色合成する色分離色
   合成手段と、色合成された光をスクリーンに投射する投
   射レンズとからなる投射型液晶表示装置において、 前記反射型画像変調素子として請求項５に記載の液晶デ
   ィスプレイパネルを備え、 前記白色光源と前記色分離色合成手段との間および当該
   色分離色合成手段と前記投射レンズとの間の少なくとも
   一方に光束形状変換素子を設けたことを特徴とする投射
   型液晶表示装置。