KR100226382B1 - 투사형 표시장치 - Google Patents

Abstract

본원 발명의 투사형 표시장치는, 화소전극이 매트릭스상으로 배치시킨 제 1기판과, 복수의 줄무늬형상전극이 형성된 제 2기판을 구비하고, 상기 제 1기판과 제 2기판사이에 광변조층이 끼워지고, 상기 줄무늬형상전극이 상기 화소전극의 행과 대면하도록 배치되어 있는 표시장치와, 광발생수단과, 상기 광발생수단이 방사하는 광을 상기 표시장치에 유도하는 광학수단과, 상기 표시장치가 변조한 광을 확대투사하는 투사수단을 구비함으로써 고콘트라스트 또한 대형화면표시의 영상기기를 실현할 수 있다.

Description

투사형 표시장치{Projection type display apparatus}

본 발명은, 입사광을 변조해서 광학상을 형성하는 표시장치의 표시화상을 스크린에 확대투사함으로써 대형화면의 표시를 행하는 투사형 표시장치에 관한 것이다.

액정을 사용한 표시장치(이후, 표시장치로 칭함)는 경량, 박형화가 가능함으로써 연구 개발이 한창이다. 최근에는 액정의 광회전성을 응용한 트위스트네마틱(TN)액정을 사용한 포켓용 TV가 실용화되고, 또한 상기의 TN패널을 라이트밸브로서 사용하는 투사형 표시장치도 실용화되어 있다.

그러나, TN액정패널은 광변조를 실행하기 위하여 편광판을 사용해서 입사광을 직선편광으로 할 필요가 있다. 상기 편광판은 50%이상의 광을 흡수 또는 반사하므로 TN액정패널을 사용한 표시장치의 광이용 효율은 낮고, 표시휘도는 낮다.

상기 과제를 해결하기 위하여, TN액정을 대신하여 고분자 분산 액정을 사용한 액정패널이 제안되고 있다. 고분자 분산액정 패널은 편광판을 사용하는 일 없이 광변조를 행할 수 있다. 이하, 고분자 분산액정에 대해서 간단히 설명한다.

고분자 분산 액정은, 액정과 고분자의 분산상태에 의해서 크게 2개의 타입으로 구분된다. 한 개의 타입은 물방울형상의 액정이 고분자속에 분산되어 있다. 상기의 액정은 불연속된 상태로 고분자 속에서 존재하며, 이후, 이와 같은 액정을 PDLC로 호칭하고, 상기 PDLC를 사용한 액정패널을 PD액정패널이라고 부른다. 다른 한 개의 타입은, 액정층에 고분자의 네트워크를 둘러친 구조를 가지며, 마치 스펀지에 액정을 함유시킨 모양이 된다. 상기의 액정은, 물방울형상으로 되지 않고 연속적으로 존재하며, 이후, 이와같은 액정을 PNLC로 부른다. 광의 산란·투과를 제어함으로써, 상기 2종류의 액정패널에 의하여 화상을 표시할 수 있다.

PDLC는, 액정이 배향하고 있는 방향에서 굴절율이 다른 성질을 이용한다. 전압을 인가하지 않은 상태에서는, 각각의 물방울형상 액정은 불규칙한 방향으로 배향하고 있다. 이 상태에서는, 고분자의 액정에 굴절율의 차이가 발생하여 입사광은 산란한다. 전압을 인가하면 액정의 배향방향이 갖추어 지며, 액정이 일정방향으로 배향했을 때의 굴절율을 미리 고분자의 굴절율과 맞추어 두면, 입사광은 산란되지 않고 투과한다.

이에 대하여, PNLC는 액정분자 배향의 불규칙함 자체를 사용한다. 불규칙한 배향상태, 즉 전압을 인가하지 않은 상태에서는 입사한 광은 산란한다. PDLC 및 PNLC에 전압을 인가하고, 액정분자의 배열상태를 규칙적으로 하면, 액정층은 투명상태가 되어, 광은 투과한다.

PDLC 및 PNLC를 총칭해서 고분자 분산액정이라 부르고, PD액정패널 및 PN액정패널을 총칭해서 고분자분산 액정패널로 부른다. 또, 액정층의 수지성분을 폴리머라고 부른다.

고분자 분산 액정패널의 동작에 대하여 PD액정패널을 예를 들어 간단히 설명한다.

도 38(a),(b)은 고분자분산 액정패널의 동작의 설명도이다. 화소전극(5)에는 박막트랜지스터(도시생략 이후, TFT라고 함)가 접속되고, TFT의 온·오프에 의해 화소전극(51)에 전압이 인가된다. 상기 전압에 의해 화소전극(51)위의 물방울형상 액정(382)의 액정분자의 배향방향은 변화한다.

도 38(a)에 표시한 바와 같이, 전압을 인가하지 않은 상태(OFF)에서는, 각각의 물방울형상 액정(382)은 불규칙한 방향으로 배향하고 있다. 이 상태에서는 폴리머(381)와 액정분자에서 굴절율의 차이가 발생하며 입사광은 산란한다. 도 38(b)에 표시한 바와 같이, 화소전극(51)에 전압을 인가하면 액정분자의 방향이 갖추어 진다. 액정이 일정방향으로 배향했을 때의 굴절율을 미리 폴리머(381)의 굴절율과 맞추어 두면, 입사광은 산란되지 않고 어레이기판(11)쪽으로부터 출사한다.

이상과 같은 고분자분산 액정 또는 그것에 유사한 표시장치의 일례로서, 미국 특허번호 USP4,435,047이 있다. 상기 특허에는, 캡슬에 네마틱액정을 봉입하고, 상기 캡슬을 2개의 전극의 사이에 끼워 유지된 표시장치가 기재되어 있다. 상기 표시장치는 액정층에 전계를 인가하지 않을 때에는 광을 산란하고, 전계를 인가할 때에는 광을 투과시킨다.

상기 표시장치의 화상을 확대투사하는 투사형 표시장치의 일례로서, 미국특허 번호 USP4,613,207이 있다. 상기 특허에는 반사형 혹은 투과형의 표시장치를 라이트밸브로서 사용하며, 상기 라이트밸브의 표시화상을 스크린에 확대투사하는 투사형 표시장치가 기재되어 있다.

고분자분산 액정을 사용한 표시장치(이후, PDLCD라고 함)는 광의 산란과 투과를 절환함으로써, 광을 변조해서 화상을 형성한다. 광이 산란하고 있을 때는 흑색표시가 되고, 투과하고 있을 때는 백색표시가 된다. 표시콘트라스트는, 백색표시의 투과광(이하, 온광이라고 함)과 흑색표시(이하, 오프광이라고 함)의 투과광과의 비이다. PDLCD의 온광은 액정층이 투명상태이기 때문에 매우 크다. 표시 콘트라스트를 크게하기 위해서는, 오프광을 작게할 필요가 있다. 오프광을 작게 하기 위해서는 산란성능을 더욱 양호하게 할 필요가 있다. 액정층의 막두께를 두껍게하면 산란특성은 양호해진다(즉, 향상된다). 그러나 액정층의 막두께를 두껍게 하면, 액정층을 투명상태로 하는데 필요한 전압이 높아진다. 인가전압의 한 개의 표준상태로서 ±6∼7V이내라고 하는 제한이 있다. 이 제한의 한 원인은 화소전극에의 영상신호를 출력하는 소스드라이브IC의 구동능력이다. 또한, 산란상태가 가장 양호해진 상태를 완전 산란상태라고 한다. 완전 산란상태란 표시장치의 화상표시면을, 어느 각도로부터 휘도를 측정해도 동일한 휘도가 되는 상태를 말한다.

최근, 액정패널의 화소수는 대용량화하는 경향이 있고, 매우 정밀한 표시패널용으로서 100만 화소를 초과하는 액정패널이 시험적으로 제작되고 있다. 화소수가 증대하는데 따라서 상기 드라이브IC의 동작클록은 높아진다. 동작클록에 동기해서 상기 드라이브IC의 출력을 변화시킬 필요가 있다. 현재의 반도체 기술에서는, 클록 20MHz에서 ±6V로 구동하는 것이 대략적인 한계이다.

상기의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 ±6V에서 액정층이 투명상태가 되도록 액정막 두께를 설정하지 않으면 안된다. 그러나, ±6V에서 투명상태가 되는 액정층의 산란특성은 완전한 산란상태와는 상당히 다르다.

소스드라이브IC의 사이즈를 매우 크게 하면, ±8V이상의 구동전압을 실현할 수 있는 가능성은 있다. 그러나, 소스드라이브IC의 칩사이즈가 크게 되기 때문에, 칩의 코스트가 높아진다. 또, 신호선을 주사하는 게이트 드라이브IC의 출력신호의 진폭도 크게 할 필요가 있다. 상기 출력신호의 진폭을 크게 하는 것은, 화소에 인가하는 신호를 제어하는 TFT의 전압 스트레스가 크게 된다. 전압 스트레스는 PDLCD의 수명을 저하시킨다.

이상의 이유에 의해, 종래의 PDLCD에서는 높은 휘도의 표시를 실현할 수 있어도, 높은 콘트라스트를 표시하는 것은 매우 곤란하였다. 투사형 표시장치에 종래의 PDLCD를 라이트밸브로 사용한 것은 고콘트라스트를 표시할 수 없는 것은 물론이다.

본 발명의 목적은, 고휘도 및 고콘트라스트 표시를 실현할 수 있는 표시장치와, 광변조층에 용이하게 고전압을 인가함으로써, 광변조층의 막두께를 두껍게 할 수 있고, 따라서 고콘트라스트표시를 실현할 수 있는 표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 표시장치를 라이트밸브로서 사용해서 고화질의 대형화면의 표시를 실현할 수 있는 투사형 표시장치를 제공하는데 일이다.

도 1은 본 발명의 표시장치의 사시도

도 2는 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 표시장치의 사시도

도 3은 본 발명의 표시장치의 사시도의 일부단면도

도 4(a),(b)는 본 발명의 표시장치의 줄무늬형상 전극을 형성한 기판의 평면도

도 5는 본 발명의 표시장치의 단면도

도 6(a),(b)은 화소의 구성도

도 7은 본 발명의 표시장치의 등가회로도

도 8은 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 표시장치의 등가회로도

도 9는 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 표시장치의 등가회로도

도 10은 본 발명의 표시장치의 회로블록도

도 11은 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 12는 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 13(a),(b)은 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 14는 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 15는 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 16(a),(b)은 본 발명의 표시장치의 구동방법의 설명도

도 17은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 18은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 19는 본 발명의 표시장치의 설명도

도 20은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 21은 본 발명의 표시장치의 변형예를 도시한 도면

도 22는 본 발명의 표시장치의 단면도

도 23은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 24는 본 발명의 표시장치의 설명도

도 25는 본 발명의 표시장치의 특성도

도 26은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 27(a),(b)은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 28은 본 발명의 표시장치의 설명도

도 29는 본 발명의 투사형 표시장치의 설명도

도 30은 본 발명의 투사형 표시장치의 설명도

도 31은 본 발명의 투사형 표시장치의 설명도

도 32는 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 33은 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 34는 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 35는 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 36은 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 37은 다른 실시예에 있어서의 본 발명의 투사형 표시장치의 구성도

도 38은 고분자분산액정의 설명도

11: 어레이기판 12: 대향기판

13: 표시영역 14a, 14b, 14c: 게이트드라이브회로

15a, 15b, 15c, 15d: 소스드라이브회로

16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f: 대향드라이브회로

33, 34: 단자 31a, 31b: 도전비즈(beads)

32: 접착제

41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f: 줄무늬형상전극

42: 금속박막 43: ITO

51a, 51b, 51c, 51d, 51e: 화소전극

52a, 52b, 52c, 52d, 52e: 게이트신호선

53: 액정층 61: TTT

62: 소스신호선 63: 공통전극

64: 콘덴서 71: 화소

91: 대향전극 92: 콘덴서구동회로

101: 앰프 102: 상분할회로

103: 출력절환회로 104: 제어회로

105: 액정패널 171: 광흡수막

172: 미소영역 173a, 173b: 산란광

174: 투과광선 175: 반사광선

176: 출사면 177: 측면

178: 입사쪽기판 179: 출사쪽기판

181: 광의 링 182: 유효표시영역

211: 액정패널 212: 투명기판

212a, 212b, 212c: 표시장치 213: 정렌즈

214: 평오목렌즈 222: 차광막

223: 밀봉수지 224: 표시장치

231: 평행광 광원 232: 휘도계

251, 252: 패널게인곡선 321: 집광광학계

322: UVIR컷필터 323a, 323b, 323c: 다이크로익미러

324a, 324b, 324c: 렌즈 326a, 326b, 326c: 투사렌즈

325a, 325b, 325c: 애퍼처(aperture)(조리계)

331a, 331b, 331c: 미러

332a, 332b, 332c, 332d: 다이크로익미러

333R, 333G, 333B: 필드렌즈 334: 투사렌즈

212R, 212G, 212B: 표시장치 341: 광원

341a: 램프 341b: 오목면경

341c: UVIR컷필터 342: 투사렌즈

342a, 342b: 렌즈 343: 미러

344a, 344b, 344c: 다이크로익미러

345a, 345b, 345c, 371a, 371b, 371c: 표시장치

381: 폴리머 382: 물방울형상액정

D1-Dm: 게이트신호선 S1-Sn: 소스신호선

C1-Cm: 대향신호선 D1-Dm: 콘덴서신호선

제 1측면에 따른 본원 발명의 표시장치는, 화소전극이 매트릭스상으로 배치된 제 1기판과, 복수의 줄무늬형상의 전극이 형성된 제 2기판을 구비하여, 상기 제 1과 제 2기판내에 광변조층을 끼워 유지한 것이다.

줄무늬형상의 전극은, 화소전극의 행(1개의 게이트 신호선과 TFT를 통해서 접속되어 있는 화소전극)에 대응하도록 배치되어 있다. 즉, 줄무늬형상의 전극은 화소전극의 행의 개수 만큼 형성된다. 줄무늬형상 전극은 ITO에 의해 형성되고, 상기 ITO의 주변부에 금속박막이 형성되는 것이 바람직하다.

줄무늬형상전극의 일단부는 드라이브회로와 전기적으로 접속되고, 각 줄무늬형상 전극은 상기 드라이브회로에 의하여 소정의 전압이 인가된다. 상기 드라이브회로는 제 1기판위에 배치 또는 형성된다. 제 2기판 위에 상기 드라이브회로가 배치 또는 형성되는 경우, 드라이브회로의 신호출력 단자와 제 1기판위에 형성된 줄무늬형상 전극은, 도전비즈(conductive beads)등을 통해서 전기적으로 접속된다. 광변조층으로서는 고분자분산 액정을 사용하는 것이 바람직하다.

제 2측면에 따른 본원 발명의 표시장치는, 매트릭스형상으로 배치된 화소전극 및 상기 화소전극의 행에 대응한 줄무늬형상 전극이 형성된 제 1기판과, 대향전극이 형성된 제 2기판을 구비한 것이다. 임의의 줄무늬형상 전극과, 상기 줄무늬형상전극과 인접한 줄무늬형상 전극은, 다른 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다. 또, 제 1기판과 제 2기판사이에 광변조층이 끼워유지 되고, 상기 줄무늬형상 전극과 화소전극에 의해 콘덴서를 형성한다. 광변조층으로서는 고분자 분산액정을 사용하는 것이 바람직하다.

제 3측면에 따른 본원 발명의 표시장치는, 적어도 한 쪽이 광투과성을 가진 제 1 및 제 2기판과 상기 기판 사이에 끼워 유지된 광변조층과, 제 1, 제 2기판과 광학적으로 접착된 투명부재를 구비한 것이다.

상기 광변조층에 광을 조사했을 때, 상기 광변조층에의 광입사면의 조도를 L, 광출사면 및 광변조층의 법선방향으로부터 측정한 광변조층의 휘도를 B, 원주율을 π로 했을 때, 0.5≤πB/L≤1.5의 관계를 만족하도록 한 것이다. 광변조층 고분자분산 액정을 광변조층으로서 사용하는 것이 바람직하다. 또, 투명부재로서는, 오목렌즈 또는 투명판을 사용하는 것이 바람직하다.

제 4측면에 따른 본원 발명의 표시장치는, 화소전극이 매트릭스형상으로 배치된 제 1기판과, 복수의 줄무늬형상 전극이 형성된 기판과, 상기 제 1기판과 제 2기판의 기판사이에 끼워유지된 광산란상태의 변화로서 광학상을 형성하는 광변조층과, 투명부재를 구비하고, 제 1기판과 제 2기판 중에서 적어도 한쪽에 상기 투명부재가 접속제를 사용해서 광학적으로 접착되어 있다.

줄무늬형상전극은, 화소전극의 행에 해당되도록 배치되고, 또, 제 3측면에 따른 발명과 마찬가지로 0.5≤πB/L≤1.5의 관계를 만족시키는 광변조층을 구비한다. 광변조층으로서는 고분자분산 액정을 사용하는 것이 바람직하다. 투명부재로서는 상기의 발명과 마찬가지로, 오목렌즈 또는 두께가 있는 투명기판을 사용하는 것이 바람직하다. 제 1측면에 따른 본원 발명의 표시장치의 구동방법은, 제 1측면 또는 제 4측면의 본원의 발명의 표시장치의 구동방법이다.

표시장치의 임의의 줄무늬형상전극을 제 1줄무늬형상전극, 상기 제 1줄무늬형상전극과 대면하는 위치에 형성되어 있는 화소전극을 제 1화소전극으로 한다. 또, 상기 제 1줄무늬형상전극과 인접한 위치에 형성되어 있는 줄무늬형상전극을 제 2줄무늬형상전극, 상기 제 2줄무늬형상전극과 대면하는 위치에 형성되어 있는 화소전극을 제 2화소전극으로 한다.

제 1측면에 따른 본원 발명의 표시장치는, 줄무늬형상전극에 인가하는 전압과 화소전극에 인가하는 전압을 별도로 설정할 수 있다. 따라서, 줄무늬형상전극에 인가하는 전압과 화소전극에 인가하는 전압을 상호간에 반대 극성으로 함으로써, 양 전압의 차를 크게할 수 있다. 상기 전압차는 광변조층에 인가되는 전압이다. 따라서, 광변조층이 두꺼워도, 충분한 전계를 광변조층에 인가할 수 있다. 광변조층이 고분자분산 액정인 경우, 광변조층을 두껍게 한다는 것은, 완전한 확산 상태에 가깝게 하는 것을 의미하므로, 콘트라스트를 향상할 수 있다. 또, 화소전극에 인가하는 신호의 진폭치는 비교적 낮게 된다. 드라이브회로의 열이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 고속신호에도 대응할 수 있다. 또, 줄무늬형상전극의 일부에 금속박막을 형성하면, 상기 금속박막은 블랙매트릭스가 되어, 불필요한 광을 차광할 수 있다. 금속박막은 ITO에 비교해서 저항치가 낮기 때문에 줄무늬형상전극의 저항치도 저하될 수 있다. 따라서, 줄무늬형상전극에 인가한 신호파형의 주파수특성이 저하되는 일은 없다.

제 2측면에 따른 본원 발명의 표시장치와 같이, 제 2기판에 줄무늬형상전극을 형성하지 않고, 화소전극의 하층에 줄무늬형상전극을 형성한다. 이 경우에도, 줄무늬형상전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 상기와 마찬가지로 광변조층에 고전압을 인가할 수 있다. 따라서, 높은 콘트라스트 표시를 실현할 수 있다.

광변조층이 고분자 분산액정의 경우, 광변조층을 산란 혹은 투과상태로 함으로써, 입사광을 변조한다. 산란한 광은 제 1 또는 제 2기판에서 반사되어, 다시 광변조층에 입사되고, 입사한 광은 다시 산란된다. 상기 산란을 2차산란이라고 부르며, 산란한 2차 광의 일부는 기판으로부터 출사되어, 스크린등에 도달하기 때문에 2차산란은 표시콘트라스트를 저하시킨다. 2차 산란광이 검정표시의 스크린조도를 상승시키므로, 2차 산란광이 표시콘트라스트를 저하시킨다.

제 3측면에 따른 본원 발명의 표시장치와 같이, 표시장치의 제 1기판과 제 2기판 중 적어도 한쪽에 투명기판을 장착하면, 2차 산란광을 방지할 수 있고, 표시 콘트라스트를 개선할 수 있다. 0.5≤πB/L≤1.5를 만족하면, 개선효과도 크고, 실용상 충분한 표시콘트라스트를 얻게 된다. 투명기판을 대신하여 오목렌즈를 장착하면, 투명기판보다도 기판의 중심두께를 얇게할 수 있고, 경량화, 콤팩트화를 실현할 수 있다.

또, 제 4측면에 따른 본원 발명의 표시장치와 같이, 줄무늬형상전극의 구성과, 투명기판의 구성의 양쪽을 구비하면, 더욱 양호한 표시콘트라스트를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 표시장치는 편광판 등의 편광수단을 사용할 필요가 없기 때문에, 고휘도표시를 실현할 수 있다.

TV영상신호의 제 1필드에서는, 플러스극성의 영상신호전압을 제 1화소전극에 기입하고, 상기 영상신호전압보다 낮은 제 2전압을 제 1줄무늬형상전극에 인가한다. 또, 마이너스극성의 영상신호전압을 제 2화소전극에 기입하고, 상기 영상신호보다 높은 제 2전압을 제 2줄무늬형상전극에 인가한다.

다음의 제 2필드에서는, 마이너스극성의 영상신호를 제 1화소전극에 기입하고, 상기 영상신호보다 높은 제 2전압을 제 1줄무늬형상전극에 인가한다. 또, 플러스극성의 영상신호를 제 2화소전극에 기입하며, 상기 영상신호보다도 낮은 전압을 제 2줄무늬형상전극에 기입한다. 제 1전압과 제 2전압의 절대치를 같게 하는 것이 바람직하다.

제 2측면에서 본원 발명의 표시장치의 구동방법도 제 1 또는 제 4측면에서의 본원 발명의 표시장치의 구동방법이다. 제 1필드에서는, 제 1줄무늬형상전극을 접지전위로 하고, 제 1플러스극성의 영상신호를 화소전극에 기입한 후, 제 1줄무늬형상전극을 마이너스극성의 전위로 한다. 또, 제 2줄무늬형상전극도 마찬가지로 접지전위로 해서, 마이너스극성의 영상신호를 제 2화소전극에 기입한 후, 제 2줄무늬형상전극을 플러스극성의 전위로 한다.

제 2필드에서는, 제 1줄무늬형상전극을 접지전위로해서, 제 2화소전극에 플러스극성의 영상신호를 제 2화소전극에 기입한다. 그후, 제 1줄무늬형상전극을 플러스극성의 전위로 한다. 또, 제 2줄무늬형상전극도 마찬가지로 접지전위로 해서, 플러스극성의 영상신호를 제 2화소전극에 기입한다. 그후, 제 2줄무늬형상 전극을 마이너스극성의 전위로 한다.

제 3측면에서 본원 발명의 표시장치의 구동방법은, 제 3측면에서 본원 발명의 표시장치의 구동방법이다. 제 3측면에서 본원 발명의 표시장치에서는, 줄무늬형상전극은 화소전극이 형성된 기판에 형성되어 있다. 구동의 순서는 제 2측면에 따른 본원 발명의 표시장치의 구동방법과 마찬가지이다.

본 발명의 표시장치의 구동방법은, 줄무늬형상전극과 화소전극에 인가하는 전압을 개별적으로 제어하는 방법이다. 줄무늬형상전극과 화소전극에 상호간의 반대극성의 전압을 인가할 수 있기 때문에, 줄무늬형상전극과 화소전극과의 전위차를 크게할 수 있으므로 광변조층에 용이하게 고전압을 인가할 수 있다.

제 1측면에 따른 본원 발명의 투사형 표시장치는, 라이트밸브로서 제 1표시장치를 사용한 것이다. 또, 제 2측면에 따른 본원 발명의 투사형 표시장치는 라이트밸브로서 제 2표시장치를, 제 3측면에 따른 본원 발명의 투사형 표시장치는 라이트밸브로서 제 3표시장치를, 제 4측면에 따른 본원 발명의 투사형 표시장치는 제 4표시장치를 사용한 것이다.

각각의 투사형 표시장치는, 1개의 메탈할라이드램프 등의 방전램프를 구비하고, 상기 방전램프로부터 출사되는 광을 표시장치에 유도하는 광학계와, 표시장치에서 변조된 광을 스크린 등에 확대 투사하는 투사렌즈 등의 투사수단을 구비한다. 표시장치에 입사하는 광의 확대각과, 투사렌즈 등의 집광하는 광의 집광각은 대략 일치시킨다. 또, 투사렌즈 등의 F번호는 5이상 9이하이고, 방전램프의 아크길이는 3㎜이상 6㎜이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 투사형 표시장치는 표시콘트라스트가 양호한 라이트밸브를 사용하기 때문에, 스크린위에 확대투사되는 화상의 표시콘트라스트는 당연히 양호하다.

또, 편광판을 사용하지 않기 때문에, 스크린휘도도 높다. F번호 또는 아크길이 등을 최적치로 설정함으로써, 광이용 효율이 높고, 불필요한 열이 발생하지 않는다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 표시장치에 대해서 설명한다. 제 1도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 표시장치의 사시도이다. 또 제 7도는 그 등가회로도이다. 단, 설명에 불필요한 부분은 생략하고, 또, 설명을 용이하게 하기 위해 확대 또는 축소하여 도시한 부분이 있다. 이상의 것은 이하의 도면에 대해서도 마찬가지이다.

기판(11)(이하, 어레이기판이라 부름)위에는 매트릭스형상으로 화소전극(51)이 형성되어 있다. 화소전극(51)에는 각각 스위칭소자로서의 TFT(61)가 접속되어 있다. TFT(61)의 일단부는 콘덴서(64) 및 화소전극(51)에 접속되어 있다. 화소전극(51)과 줄무늬형상전극(41)의 사이에 액정(53)이 끼워져 있다. 콘덴서(64)의 다른쪽 전극은 공통전극(63)이다. 공통전극(63)은 전체화소의 콘덴서(64)의 한쪽의 전극에 공통이다. TFT(61)는 게이트신호선 G1∼Gm 및 소스신호선S1∼Sn에 인가된 신호에 의하여 동작한다. 게이트드라이브회로(14)는 게이트신호선Gi(단, i는 1∼m)의 일단부에 접속된다. 게이트드라이브회로(14)는 TFT(61)를 동작상태(이하, 온이라고 부름) 및 비동작 상태(이하, 오프로 부름)로 하는 신호를 출력한다. 한편, 소스드라이브회로(15)는 영상신호를 샘플링하고, 소스신호선S1∼Sn으로 출력한다.

C1∼Cm은 줄무늬형상전극(41)이며, 대향기판(12)위에서, 액정층(53)과 접하는 면에 형성되어 있으며, 상기 전극(41)의 평면도를 도 4(a)에서 표시하고 있다. 줄무늬형상전극(41)은 적어도 유효표시영역(13)의 일단부에서 다른 단부까지 길이가 있고, 그 형성피치는 화소피치와 동일하며, 통상적으로 ITO에서 형성된다.

줄무늬형상전극(41)의 일단부는 대향드라이브회로(16)에 접속되어 있다. 또한, 줄무늬형상전극(41)은 대향드라이브회로(16)의 신호선으로 간주할 수 있고, 신호선이라고 부를 때에는 대상신호선C1∼Cm라고 부른다. ITO는 비교적 저항치가 높기 때문에, 대향드라이브회로(16)의 접속점 보다 비접속단부에 전압강하가 발생될 가능성이 있으며, 전압강하의 발생을 방지하기 위해서는 도 4(b)와 같이 금속박막(42)을 형성하면 된다. 금속박막(42)은 크롬등을 사용한다. 개구부(43)는 화소전극과 대면하는 위치에 위치하고, 금속박막(42)은 TFT, 게이트 및 소스신호선 위를 차광하도록 배치한다. 즉, 금속박막(42)은 블랙매트릭스의 차광효과와 줄무늬형상전극의 저항을 저하시키는 2가지의 효과를 아울러 가진다.

화소의 평면도를 도 6(a)에 표시한다. 화소전극(51)과 TFT(61)가 접속되어 있으며, 화소전극(51)의 하층에 공통전극(63)이 형성되어 있다. 공통전극(63)과 화소전극(51)의 사이는 절연막으로 절연되어 있다.

드라이브회로(14),(15),(16)은 구체적으로는 IC이고, 도금기술 또는 네일헤드본딩 기술을 사용해서 수㎛에서 100㎛의 높이의 금(Au)으로 이루어진 돌기전극(도시생략)이 상기 IC신호단자 전극부에 형성되어 있다. 상기 돌기전극과 각 신호선이 도전성 접합층(도시생략)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 도전성접합층은 접착제로서 에폭시계, 페놀계 등을 주요한 물질로 하고, 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 카본(C), 산화주석(SnO₂) 등의 프레이크(flake)를 혼합한 것, 또는 자외선 경화수지 등이다. 도전성접합층은, 전사 등의 기술에 의해 돌기전극위에 형성한다.

또한, 도 1에서는 드라이브IC를 기판위에 적재하도록 도시 또는 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 어레이기판이 고온폴리실리콘 또는 저온폴리실리콘 기술을 사용해서 제작되어 있는 경우는, 직접 반도체기술을 사용해서 기판위에 상기 드라이브IC를 형성해도 된다. 또, 기판(11)위에 IC를 적재하지 않고, 필름캐리어의 기술을 사용해서, IC를 적재한 폴리이미드필름 등을 사용해서 신호선과 접속해도 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서의 표시장치의 표시부의 단면도이다. 화소전극(51)이 대향하는 위치에 줄무늬형상전극이 배치되어 있다. 금속박막을 형성하는 경우에는, 도 5와 같이 사선부에 위치하도록 한다. 줄무늬형상전극과 줄무늬형상전극과의 형성간격은 가능한 한 좁은 편이 좋으며, 너무 넓으면 화소의 개구율을 저하시킨다. TN액정패널에 줄무늬형상전극을 형성한 경우는, 인접한 줄무늬형상전극(41)사이에 횡전계가 발생한다. 따라서, 액정분자가 비정상적으로 배향되고, 광누설이 발생한다. PD액정의 경우는 횡전계에 의해 액정분자가 배향되고, 입사광이 더욱 산란되기 때문에 문제가 적다. 또, PD액정은 TN액정과 같이 배향처리가 필요하지 않다. 그 때문에, PD액정에서는 줄무늬형상전극사이에서 배향의 혼란이 생기는 일은 당연히 발생되지 않는다.

상기 줄무늬형상전극의 간격사이와 대면하는 위치에 게이트신호선(52)이 위치하도록, 대향기판(12)과 어레이기판(11)은 위치를 맞추어서 접착된다. 화소전극(51)과 줄무늬형상전극(41) 사이에는 고분자분산액정(53)이 끼워진다.

본 발명의 표시장치의 액정층(53)에 사용하는 액정재료로서는, 네마틱액정, 스메틱액정, 콜레스테릭액정이 바람직하고, 단일 또는 2종류 이상의 액정성화합물이나 액정성화합물 이외의 물질도 함유된 혼합물이라도 된다. 또한, 상기 설명한 액정재료중에서, 시아노비페닐계의 네마틱액정 또는 클로르계의 네마틱액정이 바람직하다. 그중에서도, 클로르계의 네마틱액정은 광에 의한 분해 등이 적고 안정적이다. 또, 액정층의 전하유지율도 90%이상으로 높게 제작할 수 있고, 내열성도 양호해서 바람직하다. 본 발명에서는 클로르계의 액정을 사용하고 있다.

수지재료로서는 투명한 고분자가 바람직하고, 열가소성수지, 열경화성수지, 광경화성수지의 어느 것이라도 되지만, 제조공정이 용이하고, 액정과의 분리등의 점에서 자외선 경화타입의 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적인 예로서 자외선 경화성 아크릴계수지가 예시되고 특히 자외선 조사에 의해서 중합경화하는 아크릴모노머, 아크릴 올리고머를 함유하는 것이 바람직하다. 이들은, 자외선을 조사함으로써 수지만이 단독으로 중합반응을 일으켜서 고분자가 되어, 액정만이 상분리(phase separation)한다. 본 발명에서는 자외선 경화타입의 수지를 사용하고 있으나 선행 문헌 USP4,435,047의 액정표시장치는 열경화형의 수지를 사용하고 있다.

이와같은 고분자 형성 모노머로서는, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 헥산 디올아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 아크릴레이트 등이 있다.

올리고머 또는 프레 폴리머로서는, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트 등을 들 수 있다.

또, 중합을 신속히 하기 위하여 중합개시제를 사용해도 되고, 이러한 예로서, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온-(메르크사제품「다로큐어1173」),1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온(메르크사제품「다로큐어1116」), 1-히드록시 시클로헥실 페닐케톤(치바 가이키사제품)「이르가큐어 651」)등이 해당된다. 기타 임의 성분으로서 연쇄이동제, 광증감제, 염료, 가교제등을 적당히 병용해도 된다.

이때, 고분자 수지분과 비교해서 액정의 양이 적은 경우에는 독립된 입자상의 물방울형상 액정이 형성되고, 한편, 액정의 양이 많은 경우에는, 수지매트릭스가 액정 재료속에 입자상, 또는, 네트워크상으로 존재하고, 액정이 연속층을 이루도록 형성된다. 이때에 물방울형상 액정의 입자직경, 혹은 폴리머네트워크의 구멍직경이 어느 정도 균일하고, 또한, 크기로서는 0.5㎛∼수㎛의 범위가 아니면 입사광의 산란 성능이 나쁘고 콘트라스트가 향상되지 않는다. 또한, 바람직하게는 물방울형상 액정의 평균입자직경 혹은 폴리머 네트워크의 평균 구멍직경은 0.8㎛∼3.0㎛의 범위가 좋다. 이를 위해서도 자외선 경화수지처럼 단시간에 경화가 종료될 수 있는 재료가 아니면 안된다. 또, 액정재료와 고분자 재료의 배향비는 90:10∼30:70이며, 그 중에서도 50:50∼90:10의 범위가 바람직하다.

또한, 본 발명은 광변조층(53)으로서 고분자 분산액정을 사용하는 것으로 설명한다. 그러나, 광변조층으로서 고분자 분산 액정에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 트위스트네마틱액정, 슈퍼트위스트 네마틱액정등을 사용해도 된다. 단, 나중에 설명하는 2차 산란광을 방지해서 표시콘트라스트를 향상시키는 본 발명의 표시장치에서는, 특허청구범위의 한정사항으로서, 「광변조층은 광산란상태의 변화로서 광학상을 형성하는 것」일 필요가 있다. 이 광산란상태의 변화로서 광학상을 형성하는 것으로서, 예를 들면 열 기록모드, 동적 산란모드(DSM), 강유전성 액정이 예시된다. 액정 이외에서는 PLZT도 예시되며 본 발명의 기술적 사상은 상기의 예를 포함하는 것이다. 또, TFT에 의해 화소전극에 신호를 기록하는 액정 표시장치에만 한정되는 것은 아니고, 본 명세서의 특허 청구의 범위에 표시한 표시장치의 기술적 사상은 광기록형의 표시장치에도 미친다.

도 1에 표시한 표시장치의 구성은 대향기판(12)위에 대향드라이브회로(16)를 적재하고 있다. 그러나, 기판(12) 및 기판(13)의 양쪽에 IC(14),(15),(16)을 적재할 필요가 있기 때문에, 패널의 제조에 다소 곤란성이 수반된다. 그래서 어레이기판(11)위에 IC(14),(15),(16)을 적재한 표시장치를 제 2도에 표시한다.

대향드라이브회로(16)는 어레이기판(11)위에 적재되어 있다. 따라서, 상기 회로(16)의 출력신호를 대향기판(11)위의 줄무늬형상전극(41)에 전달할 필요가 있다. 전달방법 및 구성에 대해서 이하에 설명한다.

각 드라이브회로는, 어레이기판(11)위에 배치되어 있다. 폴리실리콘기술을 사용해서, 어레이기판(11)위에 직접 형성해도 되는 것은 당연하다. 도 3는 대향 드라이브회로(16)의 신호 출력단자(34)와 줄무늬형상전극(14)의 일단자(33)와의 접속부의 단면도이며, 단자(34)는 대향드라이브회로(16) 신호선의 한 개의 단부이다. 단자(33),(34)는 금속박막으로 형성되어 있다. 상기 금속박막은 도금기술을 사용해서 비교적 두껍게 형성되어 있다. 액정층(53)의 막두께는 10㎛ 이상이므로 일례로서 단자(33),(34)의 금속박막의 막두께는 1㎛이상 4㎛이하로 한다.

(31)은 도전비즈(beads)이고, 상기 비즈는 수지코오에 Ni도금을 실시하고, 상기 Ni도금위에 Au도금을 실시한 것이다. 도전비즈(31)의 직경은, 액정층(53)의 막두께 이하이고, 단자(33)나 단자(34)사이에 끼워 유지된 때에, 초기직경의 70%이하로 찌부러지는 직경인 것이 바람직하다. 따라서 5㎛에서 10㎛ 이하일 것이 바람직하다. 도전비즈(31)는 절연성의 접착제(32)속에 분산되어 있다. 상기 도전비즈(31)는 단자(33)과 (34)에 끼워유지되는 경우(도전비즈 31b)는 단자(33)와 (34)사이를 전기적으로 접속하며, 다른 경우(도전비즈 31a)는 접착제에 의해 절연상태가 된다. 또한, 비즈(31)에 한정되는 것은 아니고, 파이버라도 된다.

게이트드라이브회로(14), 소스드라이브회로(15) 및 대향드라이브회로(16)는 폴리실리콘 기술을 사용하면 어레이기판(11)위에 형성할 수 있다. 이 경우, 기판 위에 드라이브회로를 장착할 필요가 없으므로 코스트의 감소를 기대할 수 있다.

도 7에 표시한 구성은 화소구조가 도 6(a)에 표시한 공통전극방식이라고 호칭되는 것이다. 줄무늬형상전극(41)의 구성은 도 8에 표시한 앞단 게이트 방식이라고 호칭되는 방식에도 채용된다. 도 8에 표시한 구성에서, 콘덴서는 게이트신호선Gi(i는 1 내지 m)와 화소전극(51)사이에 형성되어 있다. 도 6(b)에 화소의 구성을 표시한다. TFT(61)는 화소전극(51)과 접속되어 있다. 화소전극과 게이트신호선(52)위에는 절연막(도시생략)이 형성되고, 상기 절연막위에 화소전극(51)이 포개져서 콘덴서(64)가 구성되어 있다.

도 10은, 본 발명의 표시장치에 관한 구동회로의 일실시예의 블록도이다. 도 10에 있어서, (101)은 비디오신호를 소정의 레벨까지 증폭하는 앰프, (102)는 플러스 극성과 마이너스 극성의 비디오신호를 작성하는 위상 분할회로이다. 또한, 플러스 극성은 대향전극의 전위(이하, 공통전압이라 부름)에 대해서 고전위를 나타내고, 마이너스 극성은 저전위를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 표시장치에서는 대향 전극은 줄무늬형상전극(41)을 의미한다. 상기 줄무늬형상전극(41)의 전위는 대향드라이브회로(15)에 의하여 제 1 전위와 제 2전위로 변화한다. 이하, 공통전압이란 제 1 전위와 제 2 전위의 평균치로 간주해서 설명한다.

(103)은 1 필드 또는 1수평주사(1H)기간 마다 극성이 반전한 교류비디오신호를 출력하는 출력절환회로, (105)는 액정패널, (104)는 소스드라이브회로(15), 게이트드라이브회로(14) 및 대향드라이브(16)의 동기 제어를 행하기 위한 제어회로이다.

이하, 본 실시예의 표시장치의 구동회로의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 앰프(101)에서는, 비디오신호의 진폭이 액정(53)의 전기광학특성에 대응하도록 이득조정이 행하여진다. 다음에, 이들 조정된 비디오 신호는 위상 분할회로(102)에 들어가고, 공통전압에 대해서 플러스 극성과 마이너스 극성의 2개의 비디오 신호가 제작된다. 2개의 비디오신호는 출력절환회로(103)에 입력된다. 출력절환회로(103)는 1필드 혹은 1H기간 마다 극성을 반전한 비디오신호를 출력한다. 이와같이 신호의 극성을 반전시키는 것은, 액정(53)에 교류전압을 인가하기 때문이다. 액정(53)은 직류전압이 인가되면, 분해, 열화된다.

다음에, 출력절환회로(103)로부터의 비디오신호는 소스 드라이브회로(15)에 입력된다. 제어회로(104)는 소스드라이브회로(15), 게이트드라이브회로(14) 및 대향드라이브회로(16)와 동기를 취한다.

도 11은 1화소에 주목했을 때의 신호파형이며, 단, 모델적으로 그리고 있다. 실제의 구동방법에서는 TFT등의 기생용량등이 있고 도 11와는 다소 다르다. 또한, 인가전압 등은 개념적으로 예로들어 설명한다.

(111)은 줄무늬형상전극에 인가되는 신호파형, (112)는 소스신호선에 인가되는 신호파형, (113)은 게이트신호선에 인가되는 신호파형이다. 여기서는 설명을 용이하게 하기 위해, 화소란 도 7의 화소(71), 줄무늬형상전극(41)이란 C1을, 게이트신호선은 G1으로 나타내고, 소스신호선은 S1으로 나타낸다.

대향드라이브회로(16)는, +Va 및 -Va의 전위를 출력한다. 또, TV신호의 제 1필드(1F)에서의 출력전위는 대향신호선 C2i(단, i는 점수)에 +Va가 되도록 전압을 출력하고, C2i에 -Va가 되도록 전압을 출력한다. 상기 전위가 되도록 구동하기 위해서는, 대향신호선에 인가하는 전압을 1주사기간(1H)마다 교대로 절환하면 된다. 즉, 예를 들면 대향신호선 C2i가 +Va전압, C2i+1이 -Va전압일 때, 대향신호선 Ci를 +Va로 변화시키고, 1H후에 C2를 -Va로 변화시키고, 또 1H후, C3을 +Va라고 하는 식으로 변화시키면 된다. 이상과 같이 전압을 변화시키면, 1필드후에는 전체 대향신호선의 전위는 반전한다. 다음의 필드에서는 다시, 대향신호선 C1을 -Va로 반전시킨다.

또한, 전압 Va는 액정의 상승전압 이하이다. 액정의 상승전압이란, TN액정에서는 액정의 배향상태가 변화되기 시작하는 전압을 말하고, 고분자 액정에서는 투과상태가 되기 시작하는 전압을 말한다. 상승 전압 이하의 전압이 액정층에 인가되어도 입사광은 변조되지 않는다. 즉, 고분자 액정에서는 Va전압이 액정의 상승전압이하이며, 화소전극이 OV일 때, 액정층이 투과상태가 되는 일은 없다.

한편, 소스드라이브회로(15)도 1H마다 신호의 극성을 변화시킨다. 도 11에서는 소스신호선이 -Vb와 +Vb의 전압을 출력하고 있는 예이다. 단, 이것은 래스터 표시일때이며, 액정패널에 동화를 표시하는 경우는, 도 11와 같이 ±Vb와 같이 일정 전압의 출력으로 되지 않는다. 1H마다 소스드라이브IC의 출력신호의 극성을 변화시키는 구동방법은 1H반전구동이라고 부른다.

1H반전구동을 모식적으로 표시하면 제 13도와 같이 된다. 도 13에서는 1화소(71)를 4각으로 표시한다. 상기 화소(71)에 플러스 극성의 전압이 기입되어 있는 상태를 +로 표시하고, 마이너스 극성의 전압이 기입되어 있는 상태를 -로 표시하고 있다. 어떤 필드에 있어서 전압의 기입상태를 도 13(a)라고 하면, 1필드 후의 전압의 기입상태는 도 13(b)로 표시된다.

게이트드라이브회로(14)는 소스신호선으로부터의 전압을 확실히 화소전극에 기입할 수 있도록, 최대 출력전압 보다도 높은 전압(이하, 온전압이라고 부름)을 출력하고, 또, 소스신호선으로부터의 최소 출력전압에서도 TFT가 온상태가 되지 않도록 낮은 전압(이하, 오프전압이라고 부름)을 출력한다.

도 7에 있어서, TFT(61)가 온하면 화소(71)에 -Vb전압이 기입된다. 그때, 대향신호선 C1는 +Va전압으로 유지된다. 다음의 필드의 화소(71)에는 +Vb전압이 기입된다. 그때, 대향신호선 C1는 -Va전압으로 유지된다. 이상의 변화를 1필드마다 반복한다. 따라서, 화소(71)에는 VC=Va+Vb가 되는 전압이 인가되게 된다. 대향신호선 C1의 변화는 +Va 또는 -Va인 2개의 값이다. TFT(61)에 의해 화소에 기입되는 전압은 표시화상(영상신호)에 의해 변화한다.

대향전극을 줄무늬형상으로 함으로써, 고전압을 화소에 인가할 수 있다. 그러나, TFT의 동작을 중심으로 생각하면 종래의 1H반전구동을 행하고 있는데 지나지 않는다. 따라서, 소스드라이브IC 및 게이트드라이브IC도 종래의 것을 사용할 수 있다. 또, TFT(51)의 내전압성능을 향상시킬 필요도 없다.

예를 들면, Va=4V로 하고, 소스드라이브IC의 최대의 출력전압 Vm을 6V로 하면 VC=Va+Vm=4+6=10V의 구동이 가능하다. 종래의 고분자 분산액정에서는, 막두께가 10㎛에서 대략 투과상태로 할 수 있는 전압은 6V이다. 10㎛에서는 산란특성은 낮고, 양호한 표시 콘트라스트는 기대할 수 없다. 10V를 액정층(53)에 인가할 수 있으면, 액정층(53)의 막두께는 15㎛부근으로 할 수 있고, 산란특성은 비약적으로 향상된다. 따라서, 양호한 표시콘트라스트를 실현할 수 있다. 그러나, 출력전압 Vm을 10V로 할 필요가 있다. 이것은, 본 발명의 표시장치에 용이하게 실현할 수 있다. 본 발명에 의하면, 어레이기판(12)쪽은 종래의 것(TFT,드라이브회로 등을 그대로)사용할 수가 있다. 제조 코스트도 그다지 높아지지 않고, 또, Vm이 종래와 마찬가지로 6V이므로, TFT(6)가 전압의 스트레스에 의해 열화하는 일도 없다.

또한, 도 11에 있어서, 대향 드라이브회로(16)는 +Va 및 -Va의 전위를 출력하고, 소스드라이브회로(15)는 +Vb 및 -Vb의 전위를 출력한다고 했으나, 본 발명의 구동방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 다른 구동방법의 실시예에 대해서 도 16를 사용해서 설명한다.

이해를 용이하게 하기 위하여, 먼저, 도 14를 사용해서 상기에서 설명한 구동방식에 대해서 설명하기로 한다. 화소의 TFT(61)는 스위칭 소자이므로 스위치로 간주할 수 있고, 이것을 S2로 한다. 또, 액정층(53)은 콘덴서 C1c로 간주할 수 있으며, Ca는 콘덴서(64)이다. 대향신호선 Ci는 +Va와 -Va이 전위가 인가되기 때문에, 2개의 전위는 스위치 S1에서 절환되는 것과 동등한 것으로 간주된다. 지금, 액정층(53)에 인가되는 전압을 V1, 콘덴서(64)에 인가되는 전압을 V2로 한다.

게이트신호선에 온전압이 인가되면 TFT(61)은 동작상태가 되고, 소스드라이브회로(15)로부터의 신호를 화소전극(51)에 인가한다. 상기 신호가 마이너스 극성의 -Vb이고, 대향신호선(41)의 전위가 +Va이면, 액정층(53)에 인가되는 전압 V1은 Va+Vb가 된다. 플러스 극성의 +Va의 신호이면, 스위치 S1을 a단자로 절환하고, 대향신호선(41)의 전위를 -Va로 하면, 상기와 마찬가지로 액정층(53)에 인가되는 전압은 Va+Vb가 된다. 따라서, 소스드라이브회로(15)로부터 출력되는 신호가 Vb이라도, 액정에 인가되는 전압V1은 대향신호선의 전위Va가 가해져서, 액정에는 고전압(Va+Vm)을 인가할 수가 있다. 또한, 대향신호선(41)에 인가된 전위가 +Va일 경우에는 화소전극(51)에 인가하는 신호가 플러스 극성이라도 된다. 단, +Va전압 이하라고 하는 조건은 만족시킬 필요가 있다. 화소전극(51)에 인가된 전압이 +Va이고, 대향신호선(41)에 인가된 전위가 +Va이면, 액정에는 Va-Va=OV가 되어 전혀 전압을 인가하지 않는 상태로 할 수 있다. 따라서, 화소전극(51)에 인가하는 전압은 대향신호선(41)이 +Va일때는 +Va이하로, 대향신호(41)가 -Va일 때는 -Va이상으로 하면 된다.

다음은, 본 발명의 표시장치의 다른 구동방법에 대해서 설명한다. 제 16도는 대향드라이브회로(16)가 공통전압(이해를 용이하게 하기 위해 OV=GND로 함)전위와, +Va 및 -Va의 3개의 전위의 신호를 출력할 수 있는 경우의 설명이다.

먼저, 도 16(a)에 표시된 바와같이, 대향신호선(41)의 전위를 GND로 한 상태에서 화소전극(51)에 전압 Vx를 기입한다. 액정층(53)에 인가되는 전압은 V1=Vx가 된다. 1수평주사기간(1H)후는 다음의 게이트신호선에 온전압이 인가되어 있고, 먼저 온상태의 TFT는 오프상태가 된다(S2오픈). 이때의 등가회로도를 도 14(b)에 표시한다. TFT가 오프가 되는 동시에 스위치 S1을 단자 a 또는 c로 절환한다. 화소전극(51)에 인가되어 있는 신호의 전위가 플러스 극성인 경우는, 스위치 S1은 단자C(+Va)로 변경되며, 마이너스 극성일 때 스위치S1은 단자a(-Va)로 변경된다. 대향신호선(41)에 인가되는 전압이 +Va 또는 -Va로 되기 때문에, 상기 전압은 C1c와 Ca로 분리되어 인가된다. 분리되어 C1c에 인가되는 비율r은,

r=Ca/(Cec+Ca)~~~~~~~~~~~~~~~~

가 된다 TN액정표시장치의 액정막두께가 5㎛인 것에 대하여, 고분자 분산 액정표시장치의 액정막두께는 10㎛이상으로 두껍고, 또 액정의 비유전율 ε는 낮다. 따라서, 액정의 용량 C1c는 작으며, 그만큼 콘덴서 Ca의 값은 크게할 필요가 있다. 일례로서 C1c:Ca=1:9이다.

상기 C1c와 Ca의 값을 식(1)에 대입하면, r=0.9가 되며, 대향신호선의 전압변화분의 90%가 액정층(53)에 인가되게 된다. 따라서, 전압변화에 대한 액정에 인가할 수 있는 전압 효율(이후, 전압효율이라함)이 매우 좋다. 이것은 TN표시장치와 다르고, 고분자 분산 표시장치에 특유한 사항이다.

이상과 같이 TFT가 오프된 후, 화소전극(51)에 플러스극성의 전압이 인가되어 있는 경우는 대향신호선(41)에 플러스 전압을 인가한다. 화소전극(51)에 마이너스극성의 전압이 인가되어 있는 경우는 대향신호선(41)에 마이너스 전압을 인가한다. 이것이 본 발명의 제 2실시예의 구동방법이다.

또한, 1H후, 즉시 대향신호선(4)의 전위를 절환할 필요는 없고, 다소의 시간이 지연된 후라도 된다. 단, 지연시간이 길수록 액정에 인가되는 실효전압은 저하한다.

이상은 대향기판(12)에 줄무늬형상 전극(41)을 형성한 구성의 표시장치의 구동방법이였다. 이하에, 본 발명의 다른 표시장치의 구성 및 구동방법에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 표시장치의 등가회로도이다. 1화소는 도 6(a)에 표시한 형상이다. 액정층(53)은 화소전극(51)과 대향전극(91)사이에 끼워지게 된다. 대향전극(91)은 유효 표시영역이 전체화소(71)에 공통이다. 콘덴서(64)는 화소전극(51)과 공통전극(63)에 의해 형성된다. 상기 공통전극(63)은 화소의 열에서 벗어나 형성된다. 상기 공통전극(63)의 일단부는 콘덴서 구동회로(92)에 접속되어 있다. 여기서, 공통전극(63)의 일단부는 콘덴서구동회로(92)에 접속되어 있다. 여기서, 공통전극(63)의 일단부는 콘덴서구동회로(92)에 접속되어 있다. 여기서, 공통전극(63)을 콘덴서구동회로(92)의 신호선으로 간주하고, 콘덴서신호선Di(i는 1 내지 m)로 호칭하기로 한다. 다른 구성은 도 7와 마찬가지이며, 구동회로도 도 10의 대향드라이브회로(16)를 콘덴서구동회로(92)로 치환하면 되기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 콘덴서구동회로(92)의 동작은 대향구동회로(16)의 동작과 대략 마찬가지이다.

이하, 도 9에 표시한 표시장치의 구동방법에 대해서 설명한다. 도 15는 구동방법의 설명도이다. 또한, 설명을 용이하게 하기 위해 콘덴서구동회로(92)는 Vbp, Vbm와 GND전압을 Di신호선에 출력할 수 있는 것으로 한다. 본래 GND전압이란 공통전압보다 낮은 전압으로 하나, 여기서는 OV로 생각하는 방법이 이해하기 쉽기 때문에, OV로 설명한다. 또, Vbn의 마이너스 극성의 전압, Vbp는 플러스 극성의 전압으로 한다.

먼저, 콘덴서구동회로(92)는 콘덴서신호선 Di의 전위를 GND로 한다. 소스 드라이브회로(15)는 화소전극(51)에 플러스극성의 전압 Vp를 기입한다. 따라서, 액정층(53)에 인가되는 전압은 V1=Vp가 된다. 1수평 주사기간(1H)후, 콘덴서구동회로(92)는 콘덴서신호선Di에 마이너스 극성의 전압으로 Vbn을 출력한다. 앞의 실시예에서도 설명한 바와같이, C1c는 Ca에 비교해서 작고, 일례로서 C1c:Ca=1:9이다. 마이너스 극성의 전압 Vbn은 수학식(1)에 의해 분리되어 C1c에 인가되는 전압은 대략 Vp+Vbn이 된다.

화소전극(61)에 마이너스 극성의 전압 Vn을 기입하는 경우에는, 먼저 콘덴서 구동회로(92)는 콘덴서신호선 Di에 GND전압을 출력한다. 다음에, 1수평주사기간(1H)후, 콘덴서구동회로(92)는 콘덴서신호선Di에 플러스 극성의 전압 Vbp를 출력한다. 즉, 화소전극(51)에는, 대략 Vn+Vbp의 전압이 인가되게 된다.

화소전극(51)에는 1필드주기에서 Vn+Vbp와 Vp+Vbp의 전압이 인가되게 되며 즉, 교류구동된다.

또한, 콘덴서구동회로는 먼저, GND전압을 출력하고, 1수평 주사기간(1H)후, Vpn 또는 Vbp전압을 출력한다고 했으나, 1수평주사기간에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 2수평주사기간(2H)후이어도 된다. 단, 그 경우, 화소전극에 인가되는 실효전압은 다소 낮아진다. 또, 먼저 GND전압을 콘덴서신호선Di에 출력해서, 다음에 Vbn 또는 Vbp전압을 출력한다고 했으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를들면, 화소전극(51)에 플러스 극성의 전압 Vp를 기입하는 경우, 콘덴서신호선 Di에 플러스 극성의 전압 Vbp를 인가해 놓고, 1수평주사기간 후 콘덴서신호선 Di에 마이너스 극성의 전압 Vbn을 인가해도 된다. 이 경우, GND전압을 출력하는 것은 불필요하게 된다. 단, 전압제어는 어렵게 된다.

이상의 실시예는 액정층(53)의 막두께를 두껍게 해서 표시콘트라스트를 향상시키는 방법이었다. 즉, 액정층(53)의 막두께를 두껍게 하므로, 액정층(53)을 투명상태로 하는데 비교적 높은 전압이 필요하다. 따라서, 줄무늬형상전극등의 구조를 채용하여, 고전압을 액정층에 인가할 수 있다. 이에 의해, 표시콘트라스트가 향상된다고 하는 방법 또는 표시장치의 발명이었다.

고분자분산액정 표시장치는 표시콘트라스트가 낮다고 하는 과제에 대해서, 우리는 2차 산란광을 방지하는 구성 또는 방법도 발명하였다. 이하, 2차 산란광을 방지하는 방법, 구성에 대해서 설명한다.

먼저, 이해를 용이하게 하기 위하여 본 발명의 표시장치의 모델에 대해서 설명한다. 본 발명의 일실시예인 표시장치의 설명도를 도 17에 표시한다. 입사쪽기판(178)과 출사쪽기판(179)의 사이에 광변조층(53)이 끼워져 있는 것으로 한다. 출력쪽기판(179)은 어레이기판(11)에 투명판(유리기판등)을 광학적으로 결합시킨 것으로 생각해도 된다. 또한, 광학적 결합이란, 기판과 기판 사이를, 상기 기판의 굴절율과 대략 동등한 투명재료에 의해 접착 또는 접합하는 것을 말한다.

광변조층(53)에 전압을 인가하지 않고, 표시영역내의 점 A를 중심으로 하는 미소영역(171)에만 가는 평행광을 조사하는 경우에 대해서 생각한다. 미소영역(172)에 입사한 광은 산란광(173a)이 되어 산란한다. 산란광은 출사면(176)에 도달한다. 출사면(176)과 산란광(173a)과의 각도 θ₀이 임계각 이하인때는 투과광선(174)이 된다. 임계각 이상일때는 반사광선(175)이 된다. 반사광선(175)은 다시 광변조층(53)에 입사되고, 다시 산란광(173b)이 앞쪽으로 출사한다. 이것은 광변조층(53)에 2차 광원이 형성된 것에 해당된다. 이와 같이 반사광선(175)이, 다시 광변조층(53)에 입사하고, 산란하는 것을 2차산란이라고 부르고, 그 광을 2차산란광이라 부른다.

광변조층(53)으로부터의 다시 출사하는 광의 휘도분포는 미소영역(172)을 중심으로 해서 회전 대칭이 된다. 재출사광의 휘도분포는 도 18에 표시한 광의 링(light ring)(181)이 된다. 광의 링(181)은 미소영역(172)으로부터 출사되고, 출사면(176)과 임계각 θ에서 반사되고, 다시 광변조층(53)에 되돌아오는 위치 근처에 출현한다. 이것은, 임계각 이하일 때, 광은 투과광(174)이 되고, 임계각보다 충분히 큰 각도의 반사광의 발생비율이 적기 때문에 직감적으로도 추측된다. 지금, 기판(179)의 굴절율 n이 1.52라고하면, 공기의 굴절율이 1.0이므로 임계각 θ는 θ=Sin^-1(1/n)=Sin^-1(1/1.52)=42°가 된다.

도 18에 표시한 바와 같이 기판(179)의 두께가 비교적 얇을때는 광의 링(181)의 직경 2r은 유효 표시영역(182)의 대각선의 길이 d보다 작다. 따라서, 유효 표시영역(182)내에 광의 링(181)이 발생되므로 표시콘트라스트를 저하시킨다.

도 19에 표시한 바와 같이, 기판(179)의 두께가 두꺼울 때는 광의 링(181)의 직경 2r은 유효 표시영역의 대각선의 길이 d보다 크게 된다. 즉, 반사광(175)은 유효 표시영역 이외의 영역(이후, 무효영역이라고 함)에 형성된 광흡수막(171)에 입사되고, 흡수된다. 광흡수막(171)이란 흑색도료등으로 형성된다.

광의 링(181)의 직경이 유효 표시영역의 대각선의 길이 d보다 크게되는 조건은, 기판(179)의 두께를 t로 하면

이다. 수학식(2)에 n=1.52를 대입하면 t/d≒0.3이 된다.

실제로 그 효과를 확인한 결과를 도 27에 표시한다. 도 27(a)에 표시한 바와 같이 패널에 평행광선을 조사하고, 출사쪽으로부터 광변조층의 휘도를 측정한다.

휘도 B란 출사쪽기판(179)의 두께 t가, 유효표시영역의 대각선의 길이 d에 대해서 매우 얇은 때이다. 구체적으로는 d=55mm에 대해서 t=1mm이다. Be는 기판의 두께 t를 변화시킨 때의 휘도이다. 도 27(b)는 세로축을 휘도비 (Be/B)로 하고, 가로축을 기판의 상대적 두께 (t/d)로 하고 있다. 도 27(b)에서 t/d=0.3에서 일정하게 되고, t/d＜0.3일 때, 휘도비(Be/B)의 저하비율이 큰 것을 알 수 있다.

휘도비가 작은 것은 표시콘트라스트가 높은 것을 표시한다. 도 27(b)에 의하면 t/d=0.25∼0.3이상에서 콘트라스트의 향상효과는 충분하며, 상기의 t/d의 1/2인 t/d=0.15에서도 실용영역인 것을 알 수 있다. 따라서, 기판의 굴절율 n=1.52일 때 t/d는 0.15이상이 바람직하고 또는 t/d는 0.3이상이 바람직하다. 상기의 설명에서 살펴본 바와같이 수학식(2)의 조건의 1/2이라도 실용상 지장이 없다. 따라서 기판(179)의 두께 t와 유효 표시영역의 대각선의 길이 d의 관계는 다음의 식(2')를 만족시키면 된다.

어떤 화소로부터 나온 산란광이 원래 흑색표시가 되는 다른 화소에 입사되면, 그곳에 확산반사에 의한 2차광원이 형성되므로, 원래 흑색표시가 되어야할 화소의 휘도가 높아진다. 흑색도료(171)에 의하여 상기의 2차 산란광을 흡수하면 표시콘트라스트를 향상할 수 있다. 본 발명은 이 기술적사상을 투명기판(212)등에서 실현한다.

이상에서, 광산란에 의해 변조를 행하는 표시장치를 라이트밸브로서 사용하는 투사형표시장치의 투사화상의 콘트라스트가 좋지 않다고 하는 문제점은, 광변조층(53)의 산란특성이 작다고 하는 점과, 상기 메카니즘이 원인으로 되어 있다. 출사쪽기판(179)의 두께 t가 두꺼워질수록 2차 산란광에 의한 휘도의 상승은 작아진다. 따라서, 출사쪽기판(179)의 두께를 두껍게하면, 표시화상의 콘트라스트가 향상된다.

이상의 설명은 출사쪽기판(179)에 관한 설명이나, 미소영역(172)에 입사하고, 입사쪽에 반사한 광에 대해서도 마찬가지의 것을 논할 수 있다. 즉 반사광은, 입사쪽기판(178)의 광입사면에 되돌아 온다. 이 경우는, 입사쪽기판(178)의 두께를 두껍게하면 2차산란광의 발생을 방지할 수 있다. 이상의 기술은 일본국 특원평 4-145297호에서 더 상세히 설명되고 있으므로 참조하기 바란다.

다음에, 출사쪽기판(179)의 출사쪽면이 오목면의 경우에 대해서 설명한다.

출사쪽기판(179)의 재질을 동일하게 해서, 출사면(176)만을 오목면으로 바꾸고, 도 20에 표시한 바와 같이, 광변조층(53)에 전압을 인가하지 않고 표시영역내의 점 A를 중심으로 하는 미소영역(172)에만 입사쪽으로부터 가는 평행광을 조사한다. 광변조층(53)위의 점 A로부터 나와 오목면(176)위의 점 B에서 반사하여 광변조층(53)위의 점 C에 입사하는 광선을 고려하면, 출사면(176)이 평면으로부터 오목면으로 변경되므로, 점 B에 입사되는 광선의 입사각이 크게되기 때문에, 광의링(181)의 직경 2r은 크게 된다. 따라서, 출사쪽기판(176)의 출사면(176)을 평면으로부터 오목면으로 바꿈으로써, 재출사광의 휘도를 저감할 수 있고, 표시화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이것은, 출사쪽기판(179)의 출사면이 오목면인 경우, 출사면이 평면의 경우와 비교해서, 중심두께 t가 얇아도 콘트라스트향상의 효과가 큰 것을 의미한다. 따라서, 식(2)에는 제약받지 않는다.

(212)는 투명기판이고, 대향기판(12) 및 어레이기판(11)과 광학적으로 결합이 되어 있다. 광학적결합재료로서는 자외선 경화형 접착제를 예시할 수 있다. 상기 접착제는 대향기판(12)을 구성하는 유리의 굴절율에 가까운 것이 많고, 이 용도에 충분하다. 또, 자외선 경화형 접착제에만 한정되는 것은 아니고, 투명실리콘수지등도 사용할 수 있다. 기타 에폭시계 투명접착제, 에릴렌글리콜등의 액체등도 사용할 수 있다. 유의해야 할 점은 대향기판(12)등에 투명기판(212)을 접착할 때, 광학적결합층에 공기가 혼입되지 않도록 하는 일이다. 공기층이 있으면 굴절율에 의해 화질이상이 발생한다. 또한, 투명기판(212)과 대향기판(12)등을 광학적으로 결합시키는 것을 옵티컬커플링(optical coupling)이라고 부른다.

투명기판(212)은 대향기판(12)과 동일한 재질의 유리기판을 사용하는 것이 바람직하다. 기타 아크릴수지, 폴리카보네이트수지등의 투명수지등도 사용할 수 있다. 이들에게 유리의 굴절율에 가까운 것을 얻게되고, 비교적 값이 싸고, 또, 프레스가공등에 의해 임의의 형상을 용이하게 형성할 수 있다.

투명기판(212)의 측면에는 흑색도료등을 사용해서 광흡수막(171)이 형성되어 있다. 상기 광흡수막(171)은 측면에 한정되는 것은 아니고, 광의 입출사면 이외의 무효영역에 될 수 있는 한 넓은 영역에 걸쳐서 형성하는 것이 바람직하다.

투명기판(212a)의 공기에 접한 면으로부터 광변조층(53)까지의 거리 t는 투명판의 굴절율n, 광변조패널의 유효표시영역의 최대직경을 d로해서, 식(2)를 만족하게 된다.

도 22는 본 발명의 표시장치의 단면도이다. 대향기판(12)위에는, 대향전극(91) 및 블랙매트릭스(221)가 형성되어 있다. 블랙매트릭스(221)는 TFT(61), 게이트신호선(도시않음) 및 소스신호선(도시않음)에 대면하도록 배치된다. 한편 어레이기판(11)위에는 화소전극(51) 및 TFT(221)가 형성되어 있다. 또, TFT위에는 차광막(222)이 형성되어 있다. 차광막(222)으로서, 아크릴계수지에 카본을 분산시킨 박막을 구성하고, 또는 TFT(61)위에 절연막(도시않음)을 형성하고, 그 위에 금속박막을 형성한 구성이 예시된다. 차광막(222)은 액정층(53)내에서 산란한 광이 TFT(61)의 반도체층에 입사하는 것을 방지한다. 차광막(222)은 제 1도, 제 2도의 표시장치에서도 채용하고 있다. 어레이기판(11) 및 대향기판(12)의 주변은 밀봉수지(223)에 의해 밀봉되고, 상기 기판사이에 광변조층(53)으로서의 고분자분산액정이 끼워져 있다. 마찬가지로 투명기판(212b)의 중심막 t도 식(2')을 만족하도록 한다. 또한, 상기에서도 설명한 바와 같이 투명기판(212)의 오목렌즈의 경우는 식(2)의 조건을 만족할 필요는 없다.

다음에, 투명기판(212)의 효과에 대해서 좀 더 상세하게 설명한다. 투명기판(212)이 없는 경우, 광변조층(53)에서 산란한 입사광 C는 A₂및 B₂로 표시된다_.산란광A₂는 대향기판(12)내에서 반사를 반복하고, 다시 광변조층(53)에 입사한다. 상기 입사광은 다시 산란되므로 2차광원이 되어 표시콘트라스트를 저하시킨다. 산란광 B₂는 어레이기판(11)과 공기와 접하는 면에서 반사되고, TFT(61)의 반도체층에 입사한다. TFT(61)의 반도체층은 상기 입사광에 의해 여기되고, 포트콘덕터현상이 발생한다. 그러면 TFT(61)는 누설상태가 되고, 이것도 표시콘트라스트의 원인이 된다.

투명기판(212a),(212b)이 배치되어 있으면, 산란광 A₂및 B₂는 없어지고, 산란광A₁및 B₁이 된다. A₁및 B₁은 광흡수막(171)에서 흡수되기 때문에, 포트콘덕터현상이 발생되는 일도 2차 산란광이 되는 일도 없이 표시콘트라스트를 향상할 수 있다.

도 22에서, 투명기판(212)은 원통 또는 평평한 판(plate)의 형상으로서 설명하였다. 투명기판(212)은 도 20에서 표시한 바와 같이 평오목렌즈로 해도 된다. 또, 상기 평오목렌즈에 정렌즈(positive lens)를 조합시키는 구성도 고려될 수 있다.

본 발명의 표시장치에는, 많은 변형이 고려된다. 변형으로서 고려되는 구성의 예를 도 21(a)∼도 21(k)에 표시한다. 어느 것이나, 도면의 우측이 입사쪽이고, 투명기판(212), 평오목렌즈(214)는 투명접착제에 의해 액정패널(211)에 광학적으로 결합되어 있다. 또, 투명기판(212), 평오목렌즈(214)의 무효영역에는 광흡수막(171)이 도포되어 있다. 평오목렌즈(214)를 사용하는 경우에는 정렌즈(213)를 조합할 수가 있다. 또한, 표시장치의 입사쪽에는, 투사화상의 주변부를 밝게하기 위해 필드렌즈를 배치하는 것이 좋으나, 액정패널(211)의 입사쪽에 평오목렌즈(214)를 사용하고, 그 입사쪽에 정렌즈(213)를 근접 배치하는 경우에는, 그 정렌즈(213)는 필드렌즈로서 가능하게 된다.

도 21(a)∼도 21(k)에서 표시하고 있는 구성은, 상기의 실시예와 마찬가지로 양호한 화상표시를 얻게 된다. 또한, 표시장치의 액정층(53)으로부터 공기와 접하는 면까지를 1개의 재료로 구성해도 되고, 복수의 재료를 조합해도 된다.

평오목렌즈(214)의 광출사면 또는 광입사면에는 반사방지막이 형성된다. 평오목렌즈(214)는 아크릴수지를 사용하여, 성형가공에 의해 제작하고 있다. 성형가공은 금형이 있으면, 동일한 렌즈를 제작할 수 있으므로, 양산성이 높다. 본 발명의 표시장치를 사용해서 투사형 표시장치를 구성하는 경우는, 평오목렌즈(214)등을 조합한 상태에서 광변조층(53) 위의 광학상이 스크린위에서 결상 되도록 하면된다. 제 20도에 표시한 바와 같이, 투명기판(212)을 평오목렌즈로 구성함으로써 투명기판(212)의 두께는 식(2)에 따르지 않고, 얇은 두께로 충분히 2차산란광을 방지할 수 있다.

예를 들면 도 21(k)에서는 평오목렌즈(214)에 정렌즈(213)가 근접해서 배치되어 있다. 정렌즈(213)의 한쪽의 볼록면의 곡률반경은, 평오목렌즈(214)의 오목면의 곡률반경과 동등하다. 상기 오목면과 볼록면 사이에 엷은 공기의 간격을 형성하고 있다. 평오목렌즈의 오목면 및 두 개의 볼록렌즈의 두 개의 볼록면에는 반사방지막이 증착되어 있다. 상기에서 설명한 것과 마찬가지로 본 발명의 표시장치를 사용해서 투사형표시장치를 구성하는 경우는 투사렌즈를, 평오목렌즈(214), 정렌즈(213)를 조합한 상태에서, 광변조층(53) 위의 광학상 스크린위에 결상되도록 한다.

고분자분산액정과 같이 광산란상태의 변화로서 광학상을 형성하는 광변조층(53)을 가진 라이트밸브는, 광변조층이 완전 산란상태에 가까울수록 표시콘트라스트는 향상된다.

이상과 같이 기판두께 t와 유효표시영역의 대각선의 길이 d는 중요한 관계가 있는 것을 알았다. 또한, 광변조층(53)의 산란특성을 소정치 이상으로 함으로써, 2차 산란광의 방지효과를 대폭으로 향상할 수 있음을 발견하였다.

도 17에 있어서 산란광(173a)이 출사면(176)에서 반사하고, 다시 광변조층(53)에 입사해서 2차산란이 발생한다. 광변조층(53)의 산란특성이 나쁘면 2차산란도 발생되기 어렵다. 즉, 2차광원이 되는 일은 없다.

광변조층(53)이 완전산란상태에 가까워지면 2차산란의 발생비율도 많아진다. 따라서, 출사쪽기판(179)의 두께 t가 식(2')의 조건을 만족하는 일이 필수적이 된다. 본원 발명의 발명자들은 여러 가지의 실험을 반복하고, 광변조층(53)에 전압을 인가하지 않은 상태에서, 입사쪽기판(179)으로부터 미소영역(172)에의 입사광의 조도를 L, 출사기판(179)으로부터 미소영역(172)에서 측정한 휘도를 B로 했을 때 식(3)에서 표시되는 G가 1.5이하이며, 바람직하게는, 1.0이하일 때, 2차산란광의 방지효과가 현저한 것을 확인하였다. 또한 식(3)에 있어서 π는 원주율이다.

G~=πB/L~

이하, 수학식(3)에서의 G를 1.5이하로 하는 것의 근거에 대해서 설명하고자 하며, 설명을 위해서는 광변조층(53)의 특성의 평가수법에 대해서 설명하지 않으면 안된다. 도 23 및 도 24는 광변조층의 특성의 평가수법의 설명도이다.

도 23 및 도 24에 있어서, (211)은 투명기판(212)을 장착하지 않는 상태의 표시장치이고, (224)는 표시장치(211)에 투명기판(212)을 장착한 표시장치(214)이다. (231)은 평행광 광원이고, 대략 평행광의 광을 표시장치에 조사한다. (232)는 휘도계이고, 광변조층(53)의 미소영역의 휘도를 측정하는 것이다.

평행광 광원(231)으로부터 표시장치(211), (224)에 조사한다. 휘도계(232)는 각도θ를 변화시키면서, 광변조층의 미소영역의 휘도를 측정한다. 또한, 거리 X는 충분히 길게한다. 왜냐하면, 투명기판의 두께에 의해 도 23와 도 24의 X의 광학적거리에 차가 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 측정결과를 도 25에 표시한다. (251)은 도 24(a)의 표시장치의 휘도(B)-각도(θ)곡선(이하, B-θ곡선이라고 부름), (252)는 도 24(b)의 표시장치의 B-θ곡선이다. 도 24(b)의 표시장치에서는 휘도(B)가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이 원인은 투명기판(212)에 의해 2차산란광이 제어되고 있기 때문이다. B-θ곡선(251)과 (252)의 차는 광변조층(53)의 산란특성이 좋아질수록 크게된다.

상기한 B-θ곡선에서 θ=0°인때의 휘도 B와 라이트밸브의 광입사면에서 측정한 조도 L을 사용해서, 식(3)에 의해 패널게인(G)을 계산한다.

다음에, θ=0인때의 도 23의 표시장치의 휘도 B₁과 도 24의 표시장치의 휘도 B₂와의 비, B₂/B₁을 취하고, 휘도저하비율 D(=B₂/B₁)을 계산한다. 상기 휘도저하비율 D와 패널게인 G의 관계곡선(이하, D-G곡선이라부름)을 그리면 도 26의 경향이 된다.

도 26에서는 패널게인 G가 1.5이상에서는 휘도저하비율(D)이 작고, 패널게인 G가 1.0이하에서 급격히 휘도저하비율(D)이 크게 되는 것을 표시하고 있다. 즉, 패널게인 G는 1.5이하로 하는 것이 바람직하고, 또 1.0이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 표시장치를 라이트밸브로서 사용, 투사형표시장치를 구성했을 때, 콘트라스트 CR는 다음 수학식(4)에 의해 표시된다.

수학식(4)에 있어서, 패널게인 G는 수학식(3)에서 구해진다. 또, F는 투사렌즈의 유효 F번호(이하 FNo 라고함), T는 라이트밸브의 광변조층(53)에 최대전압이 인가되었을 때의 광의 투과율이다. 상기 투과율 T는 통상 0.7∼0.9이다. 투과율을 저감시키고 있는 것은, 대향전극을 구성하는 ITO의 반사율 및 광변조층의 광의 흡수율등이다.

수학식(3), 수학식(4)의 도출에 대해서는 다소 설명이 필요하다. 먼저 수학식(3)에 대해서 설명한다. 여기서 수학식(3) 및 수학식(4)에 대해서 간단히 설명한다.

평행광을 표시장치의 광변조층(53)에 입사시키고, 그때의 광변조층(53)의 조도를 L로 한다. 휘도 B는 상기 조도 L을 원주율 π에 의해 나눈 것이다. 또, 광변조층(53)의 광산란에 의한 휘도저하비율을 패널게인 G로서 정의한다. 패널게인 G는 산란특성이 양호할수록 작아진다. 이상의 설명에서, 광변조층(53)의 휘도 B는

B = GL/π (a)

로 된다. 식(a)을 변형하면 수학식(3)을 구하게 된다.

다음에 수학식(4)에 대해서 설명한다. 휘도 Bo의 발광체를, FNo가 F의 투사렌즈에 의해 스크린(화상형성면)에 투사한다. 그 스크린조도(화상형성면의 조도)L은 일반적인 광학이론식에 의해

L = (πBo) / (4F²) (b)

이다. 수학식(a)에서 패널의 휘도는 B=GL/π이다. 따라서, 광변조층(53)이 광산란상태일 때의 광변조층(53)의 휘도 B는 식(a)에 식(b)를 대입해서

B = (GBo) / (4F²) (c)

가 된다.

광변조층(53)이 투명상태일 때, 또, 그 광투과율을 T로 하면, 광변조층(53)의 휘도 Bt는

Bt = BoT (d)

로 된다. 표시콘트라스트 CR는, B(검정), Bt(흰색)의 비이므로,

CR = Bt / B4F²T/G (e)

가 되어, 수학식(4)를 구하게 된다.

패널게인 G=0.5란, 투과형광변조패널이 완전확산상태가 된 때의 값이다. G=0.5일 때, 휘도저하비율이 가령 0.5이면 실효적인 패널게인은 0.5×0.5=0.25가 되는 것을 표시하고 있다. 이후, 투명기판 등의 2차산란방지효과에 의해 휘도저하비율 D를 고려한 패널게인을 실효패널게인 G'라고 부른다.

패널게인 G가 1.5이하, 바람직하게는 1.0이하일 때, 휘도저하비율 D가 크게되고, 실효패널게인 G'가 작아진다. 상기 실효패널게인 G'는 수학식(4)에 있어서 G=G'로 치환될 수 있으므로, 표시콘트라스트를 향상할 수 있게 된다.

패널게인 G를 1.5이하로 하기 위해서는, 광변조층(53)의 산란특성을 보다 완전확산상태로 하지 않으면 안된다. 완전확산상태에 접근시키는 방법으로서는, 첫째로 광변조층(53)의 재료개발에 의해 산란특성을 향상시키는 방법과, 두 번째로 광변조층(53)의 막두께를 두껍게하는 방법이 있다. 첫 번째의 방법은 광변조층(53)의 막두께 및 구동전압을 변화시키지 않고 산란특성을 향상시키는 것이기 때문에 바람직하나, 재료개발은 용이한 것은 아니다. 두번째의 방법은 막두께를 두껍게하는 것 뿐이기 때문에 용이하다. 그러나, 막두께를 두껍게 할수록 광변조층을 투과상태로 하는데 요하는 전압은 높아진다. 일례로서 고분자분산액정의 폴리머와 액정과의 비율이 약 4:6이고, 또한, 액정에 네마틱액정을 사용한 경우, 액정막두께가 12㎛일 때, 패널게인 G는 약 1.8이며, 구동전압은 6V이다. 액정막두께가 20㎛일 때, 패널게인 G=약 0.8이상이며, 구동전압은 10V이였다. 구동전압 V와 패널게인 G의 관계의 일례를 도 28에 표시한다.

인가전압의 1개의 표준상태로서, ±6∼7V 이내라고 하는 제약이 있다. 이 제약의 한가지 원인은 화소전극에의 영상신호를 출력하는 소스드라이브IC(15)의 구동능력의 문제이다.

패널게인 G를 1.5이하로 하려고 할 때는 구동전압은 7V이상, 패널게인 G를 1.0이하로 하는 데는 구동전압은 9V 이상 필요하다. 도 1 또는 도 2에 표시한 본 발명의 표시장치 및 본 발명의 표시장치의 구동방법을 사용하면, 액정층(53)에 10V정도의 전압을 인가하는 것은 용이하다. 따라서, 도 1 또는 도 2 등의 줄무늬형상전극(14)을 형성함으로써 구동전압을 10 V이상으로 할 수 있으므로, 패널게인 G를 1.5이하로 할 수 있다. 또, 도 22에 표시한 바와 같은 투명기판(212)을 패널에 광결합함으로써, 실효패널게인 G'의 저감효과를 얻게 된다. 즉 본 발명의 표시장치는 양호한 표시콘트라스트를 실현하게 된다. 당연한 일로서, 줄무늬형상전극의 구성을 채용하지 않고도, 패널게인 1.5이하를 실현할 수 있으면, 양호한 표시콘트라스트를 실현할 수 있다. 또, 도 9에 표시한 구성에서도 액정층(53)에 고전압을 인가할 수 있고, 양호한 표시콘트라스트를 실현할 수 있다.

도 1 등에 표시한 바와같이 줄무늬형상전극(41)을 가진 구성을 채용함으로써, 액정층(53)에 고전압을 인가할 수 있게 된다. 다소의 곤란성은 있으나 도 6(b)에 표시한 바와 같은 앞 단계의 게이트방식에서도, 10V정도의 고전압의 인가를 실현할 수 있다. 단, 게이트신호선에의 인가 전압이 높아지기 때문에, TFT(61)의 내압에 의한 열화가 발생될 가능성은 있다. 도 1의 액정표시장치에서는 내압에 의한 열화는 발생되지 않는다.

앞 단계의 게이트방식의 등가회로도는 도 8에서 표시된다. 단, 대향드라이브회로(16)는 필요없고, 줄무늬형상전극(41)은 전체화소공통의 대향전극(91)(도시않음)으로 한다.

도 12는 도 8의 구성에서 액정층(53)에 고전압을 인가하기 위한 설명도이다. 실선은 TFT(61)의 게이트의 전압파형, 점선은 콘덴서(64)를 형성하는 앞 단계의 게이트전압파형이다. TFT(61)과 오프된 직후에 관통에 의해서 전압 dV1 및 dV2만큼 저하되고, 다음에 점선으로 표시한 보상전압 Ve(+), Ve(-)에 의해 각각 dV2, dV5만큼 보상된다. 동일한 전위로 설정한 대향전압 Vt와 신호전압의 중심 Vsc를 중심으로 V^*(+), V^*(-)만이 대칭적으로 바이어스된다.

게이트드라이브IC(14)는, 통상적인 구동주기동안에 TFT(61)의 온·오프레벨에 부가해서, TFT(61)의 기생용량에 의해서 발생하는 관통전압(penetration voltage)을 보상하는 2개의 Ve(+), Ve(-)를 가진 4레벨의 신호를 출력한다. 2개의 보상전압의 중간레벨 최적화에 의해 소스신호의 전위중심과 화소전위의 전위중심과 대향전위(고정)가 동일전위에서 구동될 수 있다.

또, 2개의 보상전압 사이의 진폭(V^*= Ve(+) + Ve(-))은, 액정층(53)에 바이어스 전압을 인가하는 효과가 있다. 이것을 최적치로 설정하면 소스신호의 최대진폭 6V에서 충분한 콘트라스트를 얻게 된다. 예를 들면, 액정층(53)에 ±10V의 전압을 인가하기 위해서는 Ve(+) + Ve(-)에 의해 ±4 정도 바이어스 시키면, 소스신호선의 최대진폭은 6V이면 된다. 이상과 같은 구동방법을 바이어스구동이라고 부른다.

상기의 이외의 것으로서 비교적 높은 전압을 액정층(53)에 인가할 수 있는 방법으로서 1H대향반전구동을 들 수 있다. 상기 구동은 1수평주사기간(1H) 마디에 한 줄의 화소열에 신호를 기입함과 동시에 대향전극(91)의 전위의 극성을 반전시키는 것이다. 대향전극의 소비전력이 크게되는 결점과, 패널의 수명이 짧아진다고하는 결점이 있으나, 1H대향반전구동을 본 발명의 표시장치의 구동방식으로서 채용하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 줄무늬형상전극(14)의 구성을 채용하지 않고도, 액정층(53)에 비교적 높은 전압을 인가하는 방법(바이어스구동, -H대향 반전구동)은 존재한다. 상기의 구동과 도 21에 예시하는 구성과 식(4)의 G＜1.5의 조건을 만족시킴으로써양호한 표시콘트라스트를 실현할 수 있다.

본 발명의 표시장치에서는 광변조에 편광판을 사용하지 않기 때문에, 고휘도표시를 실현할 수 있다. 또, 용이하게 액정층(53)에 고전압을 인가할 수 있는 구성을 채용할 수 있으며, 또는 투명기판(179)의 효과에 의해 고콘트라스트표시를 실현할 수 있다. 고전압을 인가할 수 있는 구성을 채용하고, 또한, 투명기판(179)의 2차산란광의 방지효과등에 의해 표시콘트라스트를 더욱 향상할 수 있음은 당연하다.

투명기판(179)은 2차산란광 방지효과를 가진다. 단, 2차산란방지효과의 이익을 충분히 얻고자하면 패널게인 G는 1.5이하로, 바람직하게는, 1.0이하로 할 필요가 있다. 나중에 설명하지만, 실용상 충분한 콘트라스트 CR을 얻기위해서도, 패널게인 G는 1.5이하를 실현할 필요가 있다. 패널 G를 1.5이하로 실현할려고 하면, 액정층(53)에 적어도 7V이상의 전압을 인가하지 않으면 안된다. 도 1 등에 표시한 본 발명의 표시장치는 줄무늬형상전극(14)을 형성하고 있기 때문에, 소스드라이브회로(15)의 신호 진폭을 크게하는 일없이, 액정층(53)에 고전압을 인가할 수 있다.

이상과 같이 본 명세서에서는, 크게 나누어서 3개의 표시장치의 발명의 기재가 있다. 제 1번째는 줄무늬형상전극을 형성한 표시장치, 제 2번째는 투명기판(179)을 가지고, 또한 패널게인 G＜1.5를 실현한 표시장치, 제 3번째는 제 1번째와 제 2번째의 표시장치를 조합한 표시장치이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 투사형표시장치에 대해서 설명한다. 도 32는 본 발명의 투사형표시장치의 구성도이다. 단, 설명에 불필요한 구성요소는 생략하고 있다.

도 32에 있어서, (321)은 집광광학계이고, 내부에 오목면경 및 광발생수단으로서의 메탈할라이드램프 혹은 크세논램프를 배치하고 있다. 상기 램프는 아크길이가 3mm이상 6mm이하인 것을 사용한다. 메탈할라이드램프는 250W 클라스는 아크길이가 대략 6.5mm, 150W 클라스는 아크길이가 대략 5mm이다. 오목면경은 램프의 아크길이에 맞추어 적정치로 설계한다. 오목면경은 타원면경 또는 포물면경을 사용한다. (322)는 적외선 및 자외선을 반사시켜서 가시광만을 투과시키는 UVIR컷필터이다. 또, (323a)는 B광을 반사시키는 다이크로익미러(이하, BDM 라고 함), (323b)는 G광을 반사시키는 다이크로익미러(이하, GDM라고 함), (323c)는 R광을 반사시키는 다이크로익미러(이하, RDM라고 함)이다. 또한, BDM(323a)로부터 RDM(323c)의 배치는 동도면의 순서에 한정되는 것은 아니다. 또, 최후의 RDM(323c)는 전체반사미러로 치환해도 되는 것은 말할것도 없다.

(212)는 도 1 또는 도 2에 표시한 본 발명의 표시장치이다. 또한, 광변조층(53)에 고분자분산액정을 사용하는 경우는, R광을 변조하는 광변조층(53)을 다른 G 및 B광을 변조하는 광변조층(53)에 비교해서 물방물형상 액정입자직경을 크게, 또는 액정막두께를 두껍게해서 구성한다. 이것은 광의 파장이 길수록 산란특성이 저하되고 콘트라스트가 낮아져버리기 때문이다. 물방울상 액정의 입자직경은, 중합시킬 때의 자외선광을 제어하는 일, 또는 사용재료를 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 액정막두께는 액정층(53)의 비즈직경을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. (324)는 렌즈, (326)은 투사렌즈, (325)는 조리개로서의 애퍼처(aperture)이다. 또한, (324), (325) 및 (326)에서 투사광학계를 구성하고 있다. 또한, 애퍼처(325)는, 투사형 표시장치의 동작의 설명상 도시한 것이다. 애퍼처(325)는 투사렌즈의 집광각을 규정하는 것이기 때문에, 투사렌즈의 기능에 포함되는 것으로서 생각하면 된다. 즉 F수가 크면 애퍼처(325)의 구멍직경은 작은 것으로 생각할 수 있다. 고콘트라스트표시를 얻기위해서는 투사렌즈 F수는 클수록 좋다. 그러나, 크게되면 백색표시의 휘도는 저하된다.

이하, 본 발명의 투사형표시장치의 동작에 대해서 설명한다. 또한, R,G,B광의 각각의 변조계에 대해서는, 대략 동일한 동작이므로 B광의 변조계에 대해서 예를 들어서 설명한다. 먼저, 집광광학계(321)로부터 백색광이 조사되고, 이 백색광의 B광성분은 BDM(323a)에 의해 반사된다. 이 B광은 표시장치(212a)에 입사한다. 표시장치(212a)는, 제 38도 (a),(b)에 표시한 바와 같이 화소전극에 인가된 신호에 의해 입사한 광의 산란과 투사상태를 제어하고, 광을 변조한다.

산란한 광은 애퍼처(325a)에 의해 차광된다. 평행광 또는 소정 각도내의 광은 애퍼처(325a)를 통과한다. 변조된 광은 투사렌즈(326a)에 의해 스크린(도시않음)에 확대투사된다. 이상과 같이 해서, 스크린에는 화상의 B광성분이 표시된다. 마찬가지로 표시장치(212b)는 G광성분의 광을 변조하고, 또, 표시장치(212c)는 R광성분의 광을 변조한다. 3개의 표시장치가 변조된 광에 의해 스크린위에는 컬러화상이 표시된다. 도 35는 도 32의 표시장치(212a∼212c)를 도 22에 표시한 표시장치(224)로 치환한 투사형표시장치이다. 다른 구성은 도 32와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 단, 표시장치(224)의 투명기판(212)이 평오목렌즈(214)등의 경우는, 상기 렌즈의 굴절각도 등을 고려해서 투사광학계를 형성한다. 또한, 표시장치(224)는 도 17 또는 도 21에 표시한 것이라도 되는 것은 말할 것도 없다.

도 32는 3개의 투사렌즈(326)에 의해 스크린에 확대투영하는 방식이나, 1개의 투사렌즈에서 확대투사하는 방식도 있다. 그 구성도를 도 33에 표시한다. 또한, 표시장치(212R),(212G),(212B)는 도 32에서 사용한 것과 마찬가지의 것을 사용한다.

여기서는 설명을 용이하게 하기 위해, (212G)를 G광의 영상을 표시하는 표시장치,(212R)을 R광의 영상을 표시하는 표시장치, (212B)를 B광의 영상을 표시하는 표시장치로 한다. 따라서, 각 다이크로익미러를 투과하고, 반사하는 광의 파장은, 이하와 같다. 다이크로익미러(322a)는 R광을 반사하고, G광과 B광을 투과한다. 다이크로익미러(323c)는 G광을 반사하고, R광을 투과시킨다. 다이크로익미러(322b)는 B광을 투과하고, G광을 반사시킨다. 또, 다이크로익미러(322d)는 B광을 반사시키고, G광 및 R광을 투과한다.

메탈할라이드램프로부터 출사된 광은 전체반사미러(331a)에 의해 반사되고, 광의 방향이 변화하게 된다. 다음에 상기 광은 UVIR컷필터(332)에 의해 자외선영역 및 적외선영역의 파장의 광이 절단된다. 자외선 및 적외선이 차단된 광은 다이크로익미러(332a),(332b)에 의해 R·G·B광의 3원색의 광로로 분리되고, R광은 필드렌즈(333R)에, G광은 필드렌즈(333G)에, B광은 필드렌즈(333B)에 입사한다. 각 필드렌즈(333)는 각광을 집광하고, 표시장치(212)는 각각 영상신호에 대응해서 액정의 배향을 변화시키고, 광을 변조한다. 이와같이 변조된 R·G·B광은 다이크로익미러(323c),(323d)에 의해 합성되고, 투영렌즈(334)에 의해 스크린(도시않음)에 확대투영한다.

도 36는 도 33의 표시장치(212G, 212R, 212B)를 도 22에 표시한 표시장치(224)로 치환한 투사표시장치이다. 다른 구성은 도 33와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 단, 표시장치(224)의 투명기판(212)이 평오목렌즈(214) 등의 경우는 상기 렌즈의 굴절각도 등을 고려해서 투사렌즈(334)를 설계한다. 또한, 표시장치(224)는 도 17 또는 도 21에 표시한 것이라도 된다.

도 34는 반사형의 투사형표시장치의 일실시예의 구성도이다. (345)는 반사형의 표시장치이다. 도 1 등에 표시한 표시장치의 화소전극(51)을 금속박막등을 사용해서 반사전극으로서 형성하면, 반사형의 표시장치를 실현할 수 있다. 광원(341)은 램프(341a), 오목면경(341b), UVIR컷필터(341c)에 의해 구성된다. 램프(341a)는 메탈할라이드램프이다. 오목면경(341b)은 유리로 형성되어 있으며, 반사면에 가시광을 반사해서 적외광을 반사하는 다층막을 증착한 것이다. 램프(341a)로부터의 반사광에 포함되는 가시광은, 오목면경(341b)의 반사면에 의해 반사한다. 오목면경(341)으로부터 출사되는 반사광은, 필터(341c)에 의해 적외선과 자외선이 제거되어 출사한다.

투사렌즈(342)는, 표시장치(345)쪽의 제 1렌즈군(342b)과 스크린쪽의 제 2렌즈군(342a)에 의해 구성되고, 제 1렌즈군(342b)과 제 2렌즈군(342a)과의 사이에는 평면미러(343)가 배치되어 있다. 액정표시장치의 화면중심에 있는 화소로부터 출사되는 산란광은, 제 1렌즈군(342b)을 투과한 후, 약 절반이 평면미러(343)에 입사하고, 나머지가 평면미러(343)에 입사하지 않고 제 2렌즈군(342a)에 입사한다. 평면미러(343)의 반사면이 포물선인 투사렌즈(342)의 광축(346)에 대해서 45°경사져 있다.

광원(341)으로부터의 광은, 평면미러(343)에서 반사되어 제 1렌즈군(342b)을 투과하고, 표시장치(345)에 입사한다. 표시장치(345)로부터의 반사광은, 제 1렌즈군(342b), 제 2렌즈군(342a)의 순서로 투과해서 스크린(347)에 도달한다. 투사렌즈(342)의 조리개(aperture)의 중심으로부터 나와 표시장치(345)를 향하는 광선은, 액정층(53)에 거의 수직으로 입사되도록, 텔레센트릭(telecentric)으로 하고 있다.

여기서는 설명을 용이하게하기위해, (345b)를 G광으로 변조하는 표시장치, (345c)를 B광으로 변조하는 표시장치, (346a)를 R광으로 변조하는 표시장치로서 설명한다.

도 34에 있어서, (344)는 다이크로익(dichroic)미러이나, 이것은 색합성계와 색분리계를 겸용하고 있다. 광원으로부터의 출사된 백색광은 평면미러(343)에 의해 구부러져서, 투사렌즈(342)의 제 1군에 입사하다. 이때 필터(341c)에 의해 불필요한 B광 및 R광은 절단된다. 필터(341c)의 대역은 대역폭의 반으로 430㎚∼690㎚이다. 이후, 광의 대역폭을 기술할 때에는 대역폭의 반으로 표현한다. 다이크로익미러(344a)는 G광을 반사하고, R광 및 B광을 투과시킨다. G광은 다이크로익미러(344c)에 의해 대역이 제한되고, 액정표시장치(345b)에 입사한다. G광의 대역은 510∼570㎚로 한다. 한편 다이크로익미러(344b)는 B광을 반사하고, R광을 투과시킨다. B광은 표시장치(345c)에, R광은 표시장치(345a)에 입사한다.

입사하는 B광의 대역은 430㎚∼490㎚, R광의 대역은 600㎚∼690㎚이다. 액표시장치는 각각의 영상신호에 따라서 산란상태에 변화로서 광학상이 형성된다. 표시장치에서 형성된 광학상은 다이크로익미러(344)에서 색합성되고, 투사렌즈(342)에 입사되고, 스크린(347)위에 확대투사된다. 또한, 이들의 R, G, B광등의 대역은 본 발명의 투사형표시장치에서 대략 공통된 값이다.

도 37는 도 34의 표시장치(345)를 표시장치(371)로 치환한 투사형표시장치이다. 표시장치(345)의 광입사면에 투명기판(179)을 광학적으로 결합하고 있다. 다른 구성은 도 34의 구성과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

이와 같이 반사형의 표시장치를 사용하면, 도 32 또는 도 33의 투사형 표시장치와 비교해서, 콘트라스트도 양호하고, 화소개구율도 높고, 높은 휘도표시를 행할 수 있다. 그 뿐만아니라, 표시장치의 뒷면에는 장해물이 없으므로, 패널냉각이 용이하다. 예를 들면, 뒷면으로부터의 공기에 의한 강제적인 냉각을 용이하게 행할 수 있고, 또, 뒷면에 히트싱크 등도 용이하게 장착할 수 있다.

본 발명의 투사형 표시장치에 있어서, 다이크로익미러에 의해서 R광, G광 및 B광의 3원색의 광으로 분리한다고 했으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 다이크로익미러, 다이크로익프리즘등을 사용해도 된다.

이하, 본 발명의 투사형표시장치의 공통사항에 대해서 설명한다. 먼저, 램프의 아크길이·소비전력·패널사이즈·콘트라스트등에 대해서 설계에 필요한 사항을 순차적으로 설명한다.

표시장치의 액정층(53)을 ±10V의 전압으로 구동한다고 하면, 패널게인 G=0.8이하의 것을 제작하는 것이 가능하다. 패널게인 G=0.8의 패널에 투명기판(179)등을 장착, 휘도저하비율 D를 고려하면, 실효패널게인 G'=0.5가까운 것을 얻을 수 있다. 실효패널게인 G'의 표시장치를 사용해서 투사형 표시장치를 구성하면, 콘트라스트 CR는 다음식으로 표시된다.

수학식(5)에 의해 F수와 표시콘트라스트의 관계를 그래프화한 것을 도 31에 표시한다. 단, T=0.75로 하고 있다.

수학식(5)에 의해, 투사광학계의 유효F값이 5이상이면 CR=150이상, 7이면 CR=250이상이 된다.

투사형표시장치를 가정용 TV로서 상품화하기 위한 중요한 사항으로서 소비전력이 있다. 현재 가정용의 NTSC시스템에서 직접적인 직시형(direct view type)TV로서 30인치 급에서 200W이하가 있다. 본 발명의 투사형표시장치는, 현재의 NTSC시스템의 직사형 TV보다 더욱 대형화면표시의 실현을 상품화 목표로 하고 있으나, 상기의 것도 소비전력에 있어서는 300W이하로 하지 않으면 안된다. 램프의 소비전력은, 영상신호처리회로등에서 소비하는 전력을 고려하면 250W이하, 바람직하게는 150W정도로 하지 않으면 안된다.

램프의 제약에 아크길이의 문제도 있다. 일본국 마쯔시다덴시코교(주)가 개발하고 있는 메탈할라이드램프 250W는 아크길이 6.5㎜이다. 또, 일본국 이와사키덴기(주)가 개발하고 있는 메탈할라이드램프등은 150W에서 아크길이 5.0㎜이상이다. 이들의 램프의 아크휘도는, 대략 1.2×10⁸nt이다. 램프의 소비전력을 일정하게해서 아크길이를 짧게하면 아크휘도는 상승되나 램프수명은 짧아진다.

가정용 TV로서 투사형 표시장치를 도입한다고 하면 메탈할라이드램프의 교환은 용이하게 행할 수 없으므로, 램프수명의 장수화는 중요하다. 아크휘도 1.2×10⁸nt의 메탈할라이드램프는 서서히 수명의 장수화 경향이 있으나 아크의 길이가 짧으면 수명의 장수화를 실현할 수 있는 전망이 현재로서는 없다.

다음에 조명광의 광확대각(FNo)에 대해서 고려한다. 또한, 조명광의 광확대각이란 표시장치에 입사하는 광의 F수(FNo)이다. 가정으로서,

①라이트밸브면, 스크린면에 있어서 양자 모두를 균일한 조명분포로서 취급한다.

②램프의 아크발광체는 완전확산형원통광원이 길이 dL, 굵기 dw를 갖는 것으로 한다.

③스크린에 도달하는 광원시스템 ø_S, 램프의 광선의 전체광속은 ø_L로하는 경우에, 광투과율 t, 광집광능력 n을 사용해서, ø_S=t·η·ø_L로 한다. 단, 광투과효율 t는 계면손실, 액정패널의 투과율, 다이크로익미러 등의 색분리효율에서 결정되는 값, 광집광능력 η은 광투과효율 t=1.0으로 하는 경우에, 광학계가 집광할 수 있는 능력이다.

광속에 주목했을 때 스크린 조도 Es는, 램프의 전체광속을 ø_L(1m), 패널의 유효대각선의 길이를 d(m), 면적계수를 K(패널의 화면사이즈가 4:3인때는 K=0.48, 16:9인때는 K=0.43), 확대비율을 m, 광집능력을 η, 광투과효율을 t로 했을 때, 수학식(6)으로 표시된다.

한편, 발광체휘도에 주목해서 스크린조도 Es'는, 발광체휘도를 B_L(nt)조명광의 유효 F값을 Fo로 하면 수학식(7)로 표시된다.

또, 발광체의 휘도 B_L은 발광체유효길이를 dw, 발광체유효폭을 dL로 했을 때, 수학식(8)로 표시된다.

이상의 수학식(6), 수학식(7) 및 수학식(8)에서 조명광의 유효F수(Fo)는 식(9)로 표시된다.

조명광의 광확대각(FNo)을 투사렌즈의 집광각(FNo)에 대략 일치시키지 않으면 광이용율은 저하된다. 이것은, F수가 큰 쪽으로 제약을 받기 때문이다. 본 발명의 투사형액정표시장치의 조명광의 FNo와 투사렌즈의 FNo은 일치시키고 있다.

도 30는 조명광의 유효 F값과 램프의 아크길이, 즉 발광체길이 및 패널의 대각선의 길이 d와의 관계를 표시하고 있다. 도 30는 수학식(9)을 사용해서 산출하고 있다. 또한, K=0.43, η=0.5로 한다. 또, 아크길이는 150W, 아크길이 5㎜, 램프의 dw=2㎜, dL=5㎜를 기준으로하고 있다. 다른 아크길이는 dw:dL의 아스팩트에 비례해서 산출하고 있다.

도 30에 있어서, 패널사이즈가 작아질수록, 동일한 아크의 길이이면 패널사이즈 d가 작아진다. 따라서 패널사이즈 d를 작게하면 조명광의 F수는 작게할 필요가 있다. 패널사이즈가 크게되면 투사형표시장치의 시스템사이즈는 크게되어 바람직하지 않다. 또, 패널사이즈 d가 작아지면 패널의 표시영역에 입사되는 단위면적당의 광속이 증대하고, 패널을 가열하므로 바람직하지 않다. 따라서, 실용상의 관점에서 패널의 대각선의 길이는 2인치 이상 4인치 이하로 하지 않으면 안된다.

발광체 휘도는 램프수명을 고려해서 1.2×10⁸nt로 하면, 아크길이와 램프의 소비전력은 비례하는 것으로 생각된다. 아크길이 3㎜의 램프는 50W, 아크길이 4㎜의 램프는 100W, 아크길이 5㎜의 램프는 150W정도가 된다. 메탈할라이드램프의 효율은 80(1m/W)이다. 50W의 램프의 전체광속은 4000(1m), 100W의 램프의 전체광속은 8000(1m), 150W의 램프의 전체광속은 12000(1m)이 된다. 램프의 아크길이와 램프소비전력에는 상관이 있고, 아크길이와 FNo와는 상관이 있고, 램프의 소비전력과 램프의 전체광속은 상관이 있기 때문에, 이 관계를 도시하면 제 29도가 된다. 단, 스크린 광속의 시스템은 램프의 전체 광속의 시스템의 5%로 하고 있다.

이상의 설명에서, 투사형표시장치의 가장 적당한 사양범위가 정해진다. 이하, 가정 적당한 사양에 대해서 설명한다. 투사형표시장치에 있어서 투사화상의 화면사이즈가 40인치이상이고, 또한 실용영역의 시야 특성을 얻기위해서는 300∼400(1m)이상의 광속이 필요하다. 따라서 램프의 광이용율이 4%정도라고 하면, 100W 이상의 램프를 사용하지 않으면 안된다. 이에 의해, 표시콘트라스트(CR)를 양호하게 얻기위한 것만이라면 아크길이 3㎜의 램프를 사용할 수 있으나, 충분한 투사화상의 휘도를 얻기위해서는 100W이상의 메탈할라이드램프가 필요하다.

또, 패널사이즈가 작으면 충분한 표시휘도를 얻을 수 없다. 패널사이즈는 아크길이가 5㎜, 조명광의 유효 F값을 7로하면, 3.5인치 전후의 크기가 필요하다.

아크길이가 5㎜정도, 패널사이즈가 2인치보다 약간 크다면, 조명광의 유효 F값은 5보다 약간 작다. 이 경우, 표시휘도는 실용영역이 되나, 양호한 표시콘트라스트(CR)는 기대할 수 없다.

상기의 설명에서, 조명광의 유효 F값이 5이상이면 실용영역의 표시휘도를 얻게 된다. 그러나, 양호한 표시휘도와 표시콘트라스트 및 적정한 소비전력 및 적정한 램프수명을 얻기위해서는 조명광의 유효 F값(=투사광의 유효 F값)은 7전후 이어야 하고, 램프의 아크길이는 5㎜전후이며, 램프의 W는 150W전후를 사용하지 않으면 안된다.

투사렌즈의 F수를 저하시키면 스크린에 도달하는 스크린광속은 높아진다. 그에 수반해서, 램프의 소비전력도 크게하지 않으면 안된다. 또, 램프 수명의 장수화란 관점에서 램프의 소비전력이 크게되면, 아크휘도를 일정하다고 생각하면 램프의 아크길이는 길어진다. 표시콘트라스트(CR)는 수학식(5)에서 표시되므로 F수가 작아지면 표시콘트라스트는 나빠지는 것은 당연하다. 반대로 투사광학계의 F수를 크게하면 표시콘트라스트는 높아지나, 스크린광속은 작아진다.

상기의 설명에서, 램프에 관해서는 아크길이는 양호한 표시콘트라스트를 얻기위해 3㎜이상 6㎜이하가 아니면 안된다. 또, 소비전력의 점에서 250W이하가 아니면 안된다. 또한, 스크린 휘도를 얻기위해 100W이상의 메탈할라이드램프를 사용하지 않으면 안된다. 더욱 바람직하게는, 스크린휘도 및 표시콘트라스트를 고려하면 아크길이는 3㎜이상 6㎜이하가 아니면 안된다.

패널의 유효표시영역의 대각선의 길이는 시스템사이즈란 점에서 4인치 이하가 아니면 안된다. 또, 광이용 효율이란점에서 2인치 이상이 아니면 안된다. 그 중에서도 충분한 광집광효율을 얻고, 또한 콤팩트하게 하기 위해서는 바람직하게는 3인치이상 4인치이하로 하지 않으면 안된다.

투사렌즈의 F수, 광의로서는 투사광학계의 F수는 양호한 콘트라스트(CR)를 얻기 위해 5이상이 아니면 안된다. 또, 충분한 스크린휘도를 얻기 위해 9이하가 아니면 안된다. 또 상기의 램프의 아크길이를 고려하면 F수는 6이상 8이하가 아니면 안된다. 또, 투사렌즈의 F수와 조명광학계의 F수는 대략, 일치시키지 않으면 광손실이 발생, 광이용효율을 저하한다.

이상의 값 또는 값의 범위는 고분자분산표시장치를 라이트밸브로서 사용하는 투사형표시장치로서 중요한 사항이다. 이들 사항은 또, 타회사등으로부터 개시되어 있는 사항은 아니다.

또한, 본 발명의 투사형표시장치에 있어서, 표시장치의 광변조층(53)으로서 고분자분산액정을 사용한다고 했으나, 산란상태의 변화를 사용하는 것이 아니면 마찬가지의 효과를 얻게된다. 예를 들면, 고분자분산액정을 사용한 광기록형 액정패널, 상변화액정을 사용한 열기록액정패널, 산란상태의 변화를 사용하는 강유전성액정패널, DSM액정패널, PLZT등을 사용하는 표시패널등이 해당된다. 또, 줄무늬형상 전극구성은, 광변조층으로서 산란에 의해 광변조를 행하는 것에 한정되는 것은 아니고, 트위스트네마틱액정패널에도 응용될 수 있다. 또, 편광방식의 광기록액정패널에도 응용될 수 있을 것이다.

이상과 같이 본원 발명에 의하면, 산란상태의 변화로써 광학상을 형성하는 라이트밸브에 있어서, 어레이기판 또는 대향기판을 두껍게함으로써, 또 상기 기판에 투명판 또는 평오목렌즈를 짜맞추고 광변조층의 특성을 소정치로 함으로써, 2차산란광을 방지할 수 있고, 밝고 표시콘트라스트가 양호한 화상을 표시할 수 있는 라이트밸브를 제공할 수 있다.

또, 본 발명은 라이트밸브를 사용하고 램프의 아크길이, 투사렌즈의 F값 등을 소정값에 설정함으로써, 고휘도 고품위의 투사화상을 표시할 수 있는 투사형표시장치.

Claims (10)

1. 화소전극을 매트릭스형상으로 배치시킨 제 1기판과, 복수의 대략 줄무늬형상전극이 형성된 제 2기판을 가지고, 상기 제 1기판과 제 2기판 사이에 광변조층이 끼워유지되고, 제 3구동수단이 제 1기판 또는 제 2기판에 배치 또는 형성되어 있는 투사형표시장치에 있어서, 상기 제 3구동수단은 제 1필드에서 홀수번째에 위치하는 상기 줄무늬형상전극에 제 1전압을, 짝수번째에 위치하는 상기 줄무늬형상전극에 제 2전압을 인가하고, 상기 제 1필드의 다음의 제 2필드에서 홀수번째에 위치하는 상기 줄무늬형상전극에 제 2전압을, 짝수번째에 위치하는 상기 줄무늬형상전극에 제 1전압을 인가하고, 상기 줄무늬형상전극이 상기 화소전극의 행과 대면하도록 배치되어 있는 표시패널과, 상기 제 3구동수단의 신호출력단자와 상기 줄무늬형상전극이 도전성물질로 전기적으로 접속되어 있는 표시장치와, 광발생수단과, 상기 광발생수단이 방사하는 광을 상기 표시장치에 유도하는 광학수단과, 상기 표시장치가 변조한 광을 확대투사하는 투사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
2. 적어도 한쪽이 광투과성을 가진 제 1 및 제 2기판과, 상기 기판 사이에 끼워유지되고 산란상태의 변화로써 광변조를 행하는 광변조층을 구비한 투사형 표시장치에 있어서, 상기 광변조층에 스폿형상의 평행광을 조사했을 때, 상기 광변조층에 입사하는 상기 평행광의 조도를 L(룩스), 상기 광변조층으로부터의 광출사면 또한 상기 광변조층의 법선방향으로부터 측정한 광변조층 자체의 휘도를 B(nt), 원주율을 π로 했을 때, 0.5≤(πB/L)≤1.5의 식을 만족하는 표시장치와, 광발생수단과, 상기 광발생수단이 방사하는 광을 상기 표시장치에 유도하는 광학수단과, 상기 표시장치에서 변조된 광을 투사하는 투사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
3. 제 2항에 있어서, 투사수단의 F수는 대략 5이상 9이하인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
4. 제 2항에 있어서, 표시장치를 조명하는 조명광의 확대각도와, 투사수단의 집광각도가 대략 일치되고 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
5. 광발생수단과, 상기 표시장치에서 변조된 광을 확대투사하는 투사렌즈를 구비한 투사형 표시장치에 있어서, 광변조층으로서 고분자분산액정을 사용하는 표시장치와, 상기 광발생수단은 아크방전에 의해 발광하는 방전램프를 구비하고, 투사렌즈의 F수는 대략 5이상 9이하인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 대략 줄무늬형상전극의 단부에서, 또한 화소전극의 행방향으로 금속박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
7. 제 1렌즈와 제 2렌즈를 구비하는 투사렌즈와, 백색광을 발생시키는 방전램프를 가지는 광원을 구비한 투사형 표시장치에 있어서, 상기 제 1렌즈와 제 2렌즈사이에 배치된 거울과, 상기 광원이 방사하는 편광이 아닌 광을 변조하는 반사형의 고분자분산액정 표시패널을 구비하고, 상기 광원으로부터의 광은 상기 거울에서 반사되고, 상기 제 2렌즈를 투과해서 상기 표시패널에 입사하고, 상기 반사형의 표시패널에서 반사한 광은 상기 제 1및 제 2렌즈에 입사하여 투사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
8. 백색광을 발생하는 광원과, 상기 광원이 방사하는 편광이 아닌 광을 변조하는 반사형 표시패널과, 상기 표시패널이 변조해서 광을 투사하는 투사렌즈를 구비한 투사형 표시장치에 있어서, 상기 표시패널에 입사하는 광축과, 상기 표시패널에서 반사해서 상기 투사렌즈에 입사하는 광축이 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
9. 제 8항에 있어서, 표시패널은 고분자분산액정 표시패널인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
10. 제 8항에 있어서, 투사렌즈의 F수는 대략 5이상 9이하이고, 광발생수단은, 아크방전에 의해 발광하는 램프를 구비하고, 상기 램프의 아크길이는 3mm이상 6mm이하이고, 표시장치의 유효표시영역의 대각선의 길이는, 2.0인치이상 4.0인치이하인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.