JPH0511281A

JPH0511281A - 液晶パネルおよびそれを用いた液晶投写型テレビ

Info

Publication number: JPH0511281A
Application number: JP3165496A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahara; 博司高原; Hideki Omae; 秀樹大前
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-07-05
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【構成】対向電極をくし形に形成する。液晶１７は負
の誘電率をもつ液晶を用い、ホモジニアスに配向してお
く。くし形の対向電極１６ａと１６ｂは電気的に絶縁状
態に構成する。対向電極１６ａと１６ｂ間に交流電圧を
印加すると対向電極間の液晶は垂直に配向され常光屈折
率ｎoとなる。他の部分は異常光屈折率ｎeと常光屈折率
ｎoの中間的な屈折率を示す。従って、異なる屈折率が
周期的に繰り返すパターンが発生する。この繰り返しパ
ターンにより回折格子の機能を有する。パネルに入射し
た光は回折される。一方、反射電極１４に電圧を印加す
ると前記電圧により回折格子はみだされる。故に反射電
極への信号電圧の強弱により回折度合を変化させ光を変
調することができる。【効果】本発明の液晶パネルは偏光板を必要としない
為、表示画像を高輝度化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として小型の液晶パ
ネルに表示された画像をスクリーン上に拡大投映する液
晶投写型テレビおよび前記液晶投写型テレビに用いる液
晶パネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルは軽量、薄型など数多くの特
徴を有する為、研究開発が盛んである。しかし、大画面
化が困難であるなどの問題点も多い。そこで近年、小型
の液晶パネルの表示画像を投写レンズなどにより拡大投
映し、大画面の表示画像を得る液晶投写型テレビがにわ
かに注目を集めてきている。現在、商品化されている液
晶投写型テレビには偏光板を用いて液晶の旋光特性を利
用したツイストネマスチック（以後、ＴＮと呼ぶ）液晶
パネルが用いられている。

【０００３】（図９）は液晶パネルの等価回路図であ
る。Ｇ1〜Ｇmはゲート信号線であり、その一端はゲート
ドライブ回路９１に接続されている。Ｓ1〜Ｓnはソース
信号線であり、一端はソースドライブ回路９２に接続さ
れている。各画素はそれぞれ画素電極に信号を印加する
為の薄膜トランジスタ９３（以後、ＴＦＴと呼ぶ）を有
しており、また信号を保持する為の付加コンデンサ９４
が形成されている。９５は画素電極と対向電極間に狭持
された液晶であり、電気回路的にはコンデンサと見なす
ことができる。

【０００４】（図１１）はアレイ基板１２２の一画素部
の平面図である。但し、説明に不要な箇所は省略してお
り、また図面を見易くする為のモデル的に描いている。
以上の事は以後の図面に対しても同様である。（図１
１）において、１１１はゲート信号線、１１２はソース
信号線、１１３は画素電極、１１４はＴＦＴである。

【０００５】以下、従来の液晶パネルについて説明す
る。（図１０）は従来の液晶パネルのうち対向電極基板
の平面図である。１０１はクロムなどで形成されたブラ
ックマトリックス、１０２はＩＴＯなどの透明電極で形
成された対向電極である。（図１０）において、ブラッ
クマトリックス１０１の記号イの部分はソース信号線の
上層に位置するように、ウの部分はＴＦＴの上層に、ア
の部分はゲート信号線の上層に、アレイ基板１２２と対
向電極基板１２１は貼り合わされる。

【０００６】（図１２）は従来のＴＮ液晶パネルの断面
図である。通常アレイ基板１２２と対向電極基板１２１
は４〜６μｍの間隔で保持され、前記基板間にネマチッ
ク液晶１２３が注入されている。表示領域の周辺部は封
止樹脂（図示せず）で封止されている。また、対向電極
１０２および画素電極１１３上には配向膜（図示せず）
が形成され、ネマチック液晶がホモジニアスに配向する
ように配向処理がなされ、なお且つアレイ基板１２２と
対向基板１２１上でおよそ９０度方向が異なるように配
向処理がなされている。この結果ネマッチク液晶１２３
は分子長軸方向を基板と平行になし、上下基板間で９０
度ねじれた状態に配向している。通常、従来のＴＮ液晶
パネルに用いられるネマチック液晶は正の誘電率を有し
ている。

【０００７】以下、図面を参照しながら、従来の液晶投
写型テレビについて説明する。（図１３）は従来の液晶
投写型テレビの構成図である。メタルハライドランプな
どの投写光源１３２から照射された光はコンデンサレン
ズ１３３により集光されて、液晶パネル１３４の入射面
に配置された偏光板１３５ｂに入射する。液晶パネル１
３４は映像信号に基づき、各画素上のＴＮ液晶の配向状
態を変化させ、光を旋光させる。前記光は液晶パネル１
３４の出射面に配置された偏光板１３５ａにより出射す
る。この際、液晶パネル１３４の各画素上の液晶の変調
度合により、出射する光量は変化する。液晶パネル１３
４により変調された光は投写レンズ１３６でスクリーン
１３１に投映される。以上の説明は単色の場合である。
カラー画像を得るためには投写光源１３２からの白色光
をダイクロイックミラー等で赤色（以後、Ｒと呼ぶ）、
緑色（以後、Ｇと呼ぶ）、青色（以後、Ｂと呼ぶ）の３
原色に分離した後、それぞれの色を変調する液晶パネル
に入射させ、それぞれの液晶パネルで変調された光をス
クリーンに投映すればよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の説明でも明かな
ように、ＴＮ液晶の旋光特性を用いた液晶パネルではパ
ネルの入出射面に偏光板を配置する必要がある。この偏
光板は理論的にも５０％以上の光を吸収してしまう。従
って、高輝度の画面表示ができないという課題がある。
従来の液晶パネルで高輝度の画面表示を得る為には各画
素の光透過量を大きくする必要がある。しかし近年、画
素は微細化の傾向にあり、各画素でのＴＦＴのしめる割
合が大きくなり、益々、光透過量は減少の傾向にある。
液晶パネルに入射させる光を強くすると高輝度化は手段
であるが、液晶パネルの温度を上昇させる結果となり、
パネル寿命を短くする。また、消費電力も増大する。

【０００９】以上のように従来の液晶パネルでは高輝度
の画面表示ができないという課題がある。従って、従来
の液晶パネルを用いた液晶投写型テレビは高輝度画面表
示あるいは大画面化に対応できないことは明らかであ
る。本発明は以上の課題を解決するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶パネルの対
向電極は２つのくしの歯が組合わさった形状をとる。前
記の形状の対向電極が形成された基板とアレイ基板間に
はネマチック液晶が注入されている。２つのくしの歯形
状の対向電極間には電界を印加し、前記電界によりネマ
チック液晶の屈折率を変化させている。屈折率が変化し
た部分はくしの歯状の電極にそって分布し、また周期的
に形成されるため回折格子の機能を有する。

【００１１】本発明の液晶投写型テレビは、本発明の液
晶パネルとシュリーレン光学系を用いる。本発明の液晶
パネル内に出現する回折格子により光は回折される。画
素電極への印加電圧により回折状態は変化し、シュリー
レン光学系より回折度合に応じて光は出射してスクリー
ンに投写される。

【００１２】

【作用】本発明の液晶パネルは各画素の対向電極の形状
をくしの歯状にしている。さらに、前記くしの歯状の電
極はくしの歯状の電極ＡとＢが互いに組合わさった配置
にしている。くしの歯状の電極のピッチは５〜２０μｍ
にする。くしの歯状の電極ＡとＢ間は１〜５μｍの間隔
があり、電気的に絶縁されている。くしの歯の根本は金
属物質で構成されるブラックマトリックスに接続されて
いる。くしの歯状の電極ＡとＢ間に電圧を印加するとく
しの歯状の電極ＡとＢの上の液晶はほとんど影響を受け
ないがくしの歯状の電極ＡＢ間では分子の方向が変化す
る。なお、くしの歯状の電極上は負の誘電率の液晶をホ
モジニアンスに配向しておく。液晶分子が立った状態と
寝た状態では屈折率が異なる。従って、くしの歯ＡとＢ
間に電圧を印加することにより異なる屈折率の層が周期
的にくりかえすパターンを生成できる。前記パターンは
回折格子と見なせる。画素電極に電圧が印加される時、
前述の回折格子により液晶パネルに入射した光は回折す
る。回折した光はシュリーレン光学系を透過する。画素
電極に電圧が印加されると、前記電圧により回折格子に
ひずみが生じ、回折される光の量は変化する。回折され
る光の量に応じてシュリーレン光学系を通過し、スクリ
ーンに投映できるようにすれば、画像を表示できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の液晶パ
ネルについて説明する。（図２）は本発明の液晶パネル
の対向電極基板の平面図である。また、（図３）は（図
２）のＡ−Ａ’線での断面図である。さらに、（図１）
は本発明の液晶パネルの断面図である。対向電極基板１
１は透明のガラス基板が用いられる。一例としてソーダ
ガラス，石英ガラスが例示される。また、１６，１６
ａ，１６ｂはストライプ状に形成された対向電極であ
る。前記対向電極材料としてはＩＴＯ等が例示される。
ピッチは５μｍ〜３０μｍであり、ストライプ状の対向
電極１６ａ，１６ｂ（以下、くしの歯電極と呼ぶ）間は
１〜５μｍの間隔が形成されている。くしの歯電極１６
ｂはブラックマトリックス１５ｂに接続され、くしの歯
電極１６ａはブラックマトリックス１６ａに接続され
る。ブラックマトリックス１５ａと１５ｂは電気的に絶
縁されている。ブラックマトリックスの形成材料として
はクロム、酸化クロム、アルミニウムなどが例示され
る。その膜厚は１０００オングストローム以上に形成
し、極力低抵抗に形成することが好ましい。なお、（図
１）ではガラス基板１１上に直接ブラックマトリックス
１５を形成したかのように図示したが、ブラックマトリ
ックス１５とガラス基板１１間に対向電極を構成するＩ
ＴＯ膜があってもよく、また、ブラックマトリックス１
５上にＩＴＯ膜があってもよい。

【００１４】ブラックマトリックス１５ａ，１５ｂの記
号アの部分はアレイ基板のゲート信号線上を遮光する部
分であり、イはソース信号線上を遮光する部分である。
なお、ブラックマトリックス１５は遮光等が必要でない
時はＩＴＯ等で形成してもよい。しかし、後述するくし
の歯電極に電圧を印加する必要上、ブラックマトリック
ス部はできる限り低抵抗に形成することが望ましい。

【００１５】（図１）に示すように本発明の液晶パネル
は反射構造をとっている。ＴＦＴ１８上にＳiＯ2，Ｓi
Ｎxなどの無機物質からなる絶縁層１３が形成されてお
り、前記絶縁層１３上に画素電極としての反射電極１４
が形成されている。反射電極１４とＴＦＴのドレイン端
子とは接続部１９で電気的にコンタクトがとられてい
る。対向電極１６上には配向膜が形成されている。前記
配向膜はネマチック液晶が負の誘電率を有する場合はホ
モジニアスに配向処理され、正の誘電率を有しする場合
は、ホメオトロピックに配向処理される。なお、ここで
はネマチック液晶が負の誘電率を有する場合を例にあげ
て説明する。

【００１６】（図５）は本発明の液晶パネルにおける対
向電極基板の等価回路図である。５１ａ，５１ｂ，５１
ｃ，５１ｄは所定電圧を印加する為、あるいは対向電圧
を印加する為の接続端子である。前記端子はアレイ基板
上に形成された端子（図示せず）とカーボン等で接続を
とる。接続端子５１ａと５１ｂは電気的に絶縁状態に形
成されている。従って、接続端子５１ａと５１ｂ間に電
圧を印加することにより隣接するくしの歯電極１６ａ，
１６ｂ間に電位差を発生させることができる。

【００１７】なお、くしの歯電極１６ａと１６ｂ間に間
隔をあけるとしたが、これに限定するものではない。例
えば（図４）に示す構成でもよい。（図４）は（図３）
と同様にＡ−Ａ’線での断面図であり、４１は絶縁膜で
ある。（図４）で明らかなように、ガラス基板１１上に
くしの歯電極１６ａを形成した後、絶縁膜４１を形成す
る。その後、くしの歯電極１６ｂを形成する。以上の様
に形成することにより、くしの歯電極１６ａ，１６ｂ間
に間隔をあける必要はない。

【００１８】以下、本発明の液晶パネルの動作について
説明する。ブラックマトリックス１５ａには共通電圧を
印加する。前記共通電圧とは画素電極上の液晶は交流駆
動を行なう必要があるが、その際のグランド電位であ
る。以後、この電位をＶｃと呼ぶ。一方、ブラックマト
リックス１５ｂには正と負の所定電圧Ｖｂを所定周期で
交互に印加する。その周期は一走査周期（以後、１Ｈと
呼ぶ）である。前記一走査周期とは（図９）に示すゲー
ト信号線Ｇ1にオン電圧が印加され、次のゲート信号線
Ｇ2がオン電圧されるまでの時間である。つまり、１Ｈ
毎にブラックマトリックス１５ｂには＋Ｖｂと−Ｖｂが
交互に印加される。ブラックマトリックス１５ａはくし
の歯電極１６ａと接続され、ブラックマトリックス１５
ｂはくしの歯電極１６ｂと接続されている。従って、く
しの歯電極１６ａには電圧Ｖｃが、くしの歯電極１６ｂ
には電圧＋Ｖｂと−Ｖｂが１Ｈ周期で交互に印加され
る。

【００１９】その状態をモデル的に示したものを（図
６）に示す。くしの歯電極１６ａと１６ｂ間には図の矢
印で示すような電界が生じる。くしの歯電極上は負の誘
電率の液晶がホモジニアスに配向されている。前記電界
により、くしの歯電極１６ａと１６ｂ間の液晶は分子短
軸方向を電界方向に向け、この部分の屈折率は基板より
垂直に入射してきた光線に対しては常光屈折率ｎoとな
る。一方、くしの歯電極１６ａと１６ｂ上の液晶は電界
のベクトル方向は液晶に対して垂直となるため、ほとん
ど動かない。およそ屈折率は常光屈折率ｎoと異常光屈
折率ｎeが混ざりあったものとなる。この屈折率をｎaと
する。以上のようにして、くしの歯電極間は見かけ上屈
折率はｎoとなりくしの歯電極間から離れるにしたがっ
て屈折率はｎaとなる。その状態をモデル的に示したの
が（図７）である。（図７）において記号Ａの部分が屈
折率ｎoの部分であり、Ｂの部分が屈折率ｎaである。く
しの歯電極１６ａ，１６ｂはストライプ状に形成されて
いる為、屈折率ｎaの部分はくしの歯電極に沿ってスト
ライプ状に生成される。屈折率ｎaの部分の広がり幅は
くしの歯電極１６ｂへの印加電圧を調整することにより
制御できる。

【００２０】以上のように生成されたストライプ状の屈
折率ｎoの部分とｎaの部分は屈折率が異なる部分が周期
的に繰り返している為、回折格子を形成する。従って、
液晶パネルに入射した光を回折させる。入射した光の波
長に応じて印加電圧Ｖｂの大きさを調整することによ
り、回折格子の幅，高さを可変できるから最も回折効率
が大きくなるように制御することは容易である。以上の
ようにして入射光は反射電極１４で反射されると共に、
生成された回折格子により回折されてパネルから出射さ
れる。

【００２１】本発明の液晶パネルで映像を表示する為に
は反射電極１４に映像信号に応じて電圧を印加すればよ
い。画素電極に電圧を印加する動作は従来の液晶パネル
と同様である。反射電極１４には１フィールド毎に極性
の異なった信号を印加する。反射電極１４に電圧Ｖａが
印加されると、前記電圧はくしの歯電極１６ａと１６ｂ
間で生成している回折格子の状態に影響を与える。Ｖａ
が大きいほど回折格子をみだす方向に作用する。回折格
子はみだされると回折効率が低下する。また、回折方向
も変化する。回折格子が完全に消滅した場合はパネルへ
の入射光は全く回折されず、反射電極１４で反射されて
出射する。以上の理由により、反射電極１４に印加する
信号により光を変調することができる。

【００２２】以下、図面を参照しながら、本発明の液晶
投写型テレビについて説明する。本発明の液晶投写型テ
レビは光の変調素子として先に説明した本発明の液晶パ
ネルを用いる。（図８）は本発明の液晶投写型テレビの
構成図である。投写光源８３から発した投写光は、コン
デンサレンズ８４でミラー１６２に集束される。集光光
はミラー１６２で反射され、シュリーレンレンズ８５で
平行光線となって本発明の液晶パネル８６に入射する。
回折格子が完全に生成されている画素に入射した光は回
折され、シュリーレンレンズ８５により拡大されてスク
リーン８１に投映される。回折格子が完全に消滅した画
素に入射した光はそのまま反射し、１６２のミラー兼シ
ュリーレンストップで遮光される。前述の回折格子生成
と消滅の中間的状態の時は回折状態に応じた光がスクリ
ーン８１に投映される。本発明の液晶パネル８６は（図
９）に示す様に各画素にＴＦＴを形成した構成であるの
で、一画素ごとに回折格子の生成・消滅の制御が可能で
ある。また偏光板をも用いず、光を変調できる為、スク
リーン輝度も高くできる。

【００２３】なお、本発明の液晶パネル実施例におい
て、液晶はネマチック液晶を用いるとしたが、これに限
定するものではなく、コレステリック液晶またはスメク
チック液晶等を用いてもよいことは言うまでもない。

【００２４】また、本発明の液晶投写型テレビにおいて
回折された光をシュリーレンレンズ８５でスクリーンに
投映するとしたが、これに限定するものではなく、回折
された光をシュリーレンストップで遮光されるシュリー
レン光学系にしてもよいことは言うまでもない。

【００２５】また、本発明の液晶パネルは反射型の液晶
パネルと説明したが、透過型に構成してもよい。その際
は反射電極１４をＩＴＯ等の透明電極で構成すればよ
い。

【００２６】さらに、（図８）は単色の液晶投写型テレ
ビの構成図を示しているが、投写画像をカラー化する為
には、投写光源８３から発した光をダイクロイックミラ
ーでＲ・Ｇ・Ｂに分離した後、前記光をそれぞれの色を
変調する液晶パネルに入射させればよい。前記液晶パネ
ルで変調された光をスクリーン光に投映することにより
カラー画像が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の液晶パネルは偏光
板を用いない為、従来の偏光板を用いる液晶パネルに比
較して２倍以上の高輝度画面を得ることができる。ま
た、液晶パネル内に回折格子を形成している為、その回
折効果によりコントラストは１００以上を達成でき、階
調表示特性が非常に良好な高品位画像表示を実現でき
る。

【００２８】本発明の液晶投写型テレビでは、本発明の
液晶パネルをシュリーレン光学系を用いている為に、画
質の高輝度化および高コントラスト表示を実現できる。
さらに、本発明の液晶投写型テレビではＲ・Ｇ・Ｂの波
長それぞれに対応して、くしの歯電極に印加する電圧に
より回折格子の高さおよび拡がり等を変化させることに
より、それぞれの波長でのコントラストを大幅に改善で
き、高品位映像表示を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液晶パネルの断面図
である。

【図２】本発明の液晶パネルの対向電極基板の平面図で
ある。

【図３】（図２）に示す本発明の液晶パネルの対向電極
基板のＡ−Ａ’線における断面図である。

【図４】本発明の液晶パネルの対向電極基板の他の実施
例における断面図である。

【図５】対向電極基板の等価回路図である。

【図６】本発明の液晶パネルの駆動方法の説明図であ
る。

【図７】本発明の液晶パネルの駆動方法の説明図であ
る。

【図８】本発明の液晶投写型テレビの一実施例の構成図
である。

【図９】液晶パネルの等価回路図である。

【図１０】従来の液晶パネルの対向電極基板の平面図で
ある。

【図１１】液晶パネルのアレイ基板の平面図である。

【図１２】従来の液晶パネルの断面図である。

【図１３】従来の液晶投写型テレビの構成図である。

【符号の説明】

１１，１２１対向電極基板１２，１２２アレイ基板１３反射電極１１３画素電極１４ソース信号線１５，１５ａ，１５ｂ，１０２ブラックマトリックス１６，１６ａ，１６ｂ，１０２対向電極１７ＴＮ液晶１８ＴＦＴ１９接続部４１絶縁膜５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ接続端子８６，１３４液晶パネル１３５ａ，１３５ｂ偏光板８１スクリーン８２ミラー８３，１３２投写光源８４コンデンサレンズ８５シュリーレンレンズ８７，８８画素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｆ 9/30 ３３４ 7926−5ＧＨ０４Ｎ 5/74 Ｋ 7205−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素の対向電極が複数の電極から構成さ
れた第１の基板と、画素電極を有する第２の基板を具備
し、前記第１の基板と第２の基板間に液晶を狭持してい
ることを特徴とする液晶パネル。
【請求項２】対向電極はストライプ状の電極に形成さ
れ、かつ隣接するストライプ状の電極が電気的に非接続
状態に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
液晶パネル。
【請求項３】対向電極がブラックマトリックスと電気
的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の液
晶パネル。
【請求項４】液晶材料はネマチック液晶であることを
特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
【請求項５】隣接したストライプ状の電極間に電圧を
印加する電圧印加手段を具備することを特徴とする請求
項１記載の液晶パネル。
【請求項６】請求項１記載の液晶パネルと、前記液晶
パネルに光を照射する光照射手段と、前記液晶パネルの
画像を投写するシュリーレン光学系を具備することを特
徴とする液晶投写型テレビ。