JPH0664419B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置

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JPH0664419B2
JPH0664419B2 JP63106072A JP10607288A JPH0664419B2 JP H0664419 B2 JPH0664419 B2 JP H0664419B2 JP 63106072 A JP63106072 A JP 63106072A JP 10607288 A JP10607288 A JP 10607288A JP H0664419 B2 JPH0664419 B2 JP H0664419B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置に関
する。
〔従来の技術〕
従来の液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置は特開
昭60−179723、特開昭61−35481に記載
されているようにマトリックス状に画素が配列された液
晶ライトバルブにより赤色光、緑色光、青色光を制御し
画像を形成した後、該3色光を光学的に合成し拡大投射
するものが知られている。上記色合成は一般にはダイク
ロイックミラーを組み合せた光学系により行なわれてい
る。ダイクロイックミラー系による色合成は光学系が非
常に単純でありコンパクトな投射型表示装置を得るのに
適している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述の従来技術においてはダイクロイック
ミラー系の光合成において偶数回の反射を経て投射レン
ズ系に入射し投射される色光と奇数回の反射を経て投射
レンズに入射し投射される色光が存在するため以下に述
べる投的画像の画質低下を誘発する。
第1の課題は液晶ライトバルブの光電変換特性がライト
バルブ面に入射する光の入射角度依存性を有しており該
入射角度依存性により生じた色光の強度分布が色合成系
内の反射により左右反転することに帰因するものであ
る。偶数回の反射を経た色光と奇数回の反射を経た色光
の投射画像面の強度分布が互いに異なり、結果として投
射画面に色むらを生じるとともに色再現性も低下するの
である。
各液晶ライトバルブに入射する光を完全なコリメート光
として全ての光を液晶ライトバルブ面に垂直に入射させ
れば上記の問題は生じないのであるが、現実には完全な
コリメート光を得ることは不可能であり必ず液晶ライト
バルブ面の垂直方向からある角度を持って入射する光成
分が存在し上述のような問題を引き起こす。また液晶ラ
イトバルブに対して拡散光を入射せしめた場合には上述
の問題はより顕著になり、激しい色むらを生じ、色再現
性も著しく低下する。
第2の課題は液晶ライトバルブを構成するスイッチング
素子あるいは光シールド層の繰り返しパターン像が偶数
回及び奇数回の反射を経て、左右に像を反転しつつ投射
レンズに導びかれるため合成された投射画像の中に光シ
ールド層もしくはスイッチング素子が2つのパターンに
重なり合って映る。このため画面がざらついたものとな
ると同時に画素の繰り返し単位内に色むらを生じ色再現
性が著しく低下する。
本発明は上述の課題を解決するもので、上記ダイクロイ
ックミラー系の色合成を用いても投射画像に色むらが無
く色再現性に優れた投射型表示装置を提供するものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、赤、緑、青の色光を発生する照明手段と、前
記照明手段で発生した各色光を変調する3つの液晶ライ
トバルブと、前記各液晶ライトバルブで変調された各色
光を色合成する色合成手段と、前記色合成手段で色合成
された光を投射する投射光学手段とを有する投射型表示
装置において、変調された後偶数回の反射を経て前記投
射光学手段に導かれる色光を変調する前記液晶ライトバ
ルブもしくは変調された後一回も反射せずに前記投射光
学手段に導かれる色光を変調する前記液晶ライトバルブ
と、変調された後奇数回の反射を経て前記投射光学手段
に導かれる色光を変調する前記液晶ライトバルブとは光
学的な構成が互いに鏡像関係にあることを特徴とする。
前記液晶ライトバルブがTN型液晶パネルと偏光手段を
組み合わせたものであり、かつ前記液晶ライトバルブの
光学的構成がTN型液晶パネルの基板の内側に形成され
た液晶の配向分布であることを特徴とする。
前記液晶ライトバルブは、繰り返しパターンを有する光
シールド層が形成されたマトリクス型液晶パネルに用い
たものであり、かつ前記液晶ライトバルブの光学的構成
が前記光シールド層の繰り返しパターンの繰り返し単位
の形状であることを特徴とする。
前記液晶ライトバルブは、繰り返しパターンを有する光
シールド層が形成されたマトリクス型液晶パネルを用い
たものであり、かつ前記光シールド層の繰り返しパター
ンの繰り返し単位の形状が軸対称の形状であることを特
徴とする。
前記液晶ライトバルブは、画素電極のそれぞれにスイッ
チング素子が接続されたマトリクス型の液晶パネルを用
いたものであり、かつ前記液晶ライトバルブの光学的構
成が前記スイッチング素子の配置であることを特徴とす
る。
〔作用〕
本発明の投射型表示装置の構成によれば色合成において
偶数回の反射を経て投射レンズ系に入射する色光と奇数
回の反射を経て投射レンズ系に入射する色光を制御する
液晶ライトバルブの光学的な構成が面対称の関係にあ
る。例えば液晶の配向分布が面対称の関係にある2つの
液晶ライトバルブの光電変換特性における入射光の入射
角度依存性は全く左右対称の依存性を示す。すなわち画
像形成時に発生する画面内の強度分布が2つの液晶ライ
トバルブにおいて全く左右で対称な分布となる。従って
液晶の配向分布が面対称の関係にある液晶ライトバルブ
によって形成された複数の色光の画像をそれぞれ偶数回
及び奇数回反射させ合成した後投射された画像は各色光
の強度分布がスクリーン上で等しくなる。すなわち画面
内で特定の色光が強度が大きいということがないため色
むらを生じることはなく色再現性は向上する。
更に本発明の投射型表示装置は色合成光学系の中で奇数
回反射と偶数回反射を経て投射レンズ系に導びかれる色
光を制御する液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返
し単位形状もしくはスイッチング素子の配置が互いに面
対称の関係にある。偶数回の反射を経る色光の画像は、
左右の位置関係を保ったまま、奇数回の反射を経る色光
の画像は左右反転して投射されるが、本発明の投射型表
示装置においては予め光シールド層の繰り返し単位もし
くはスイッチング素子の配置が奇数回反射する色光と偶
数回反射する色光を制御する液晶ライトバルブ間で互い
に面対称となるように設けてあるため、色合成後投射拡
大されたスクリーン上で光シールド層のパターンもしく
はスイッチング素子のパターンを完全に一致させたもの
とすることができる。すなわち投射画像内の各繰り返し
単位内に色むらがなく色再現性の優れた投射画像を得る
ことができるのである。
更に各液晶ライトバルブの光シールド層を該繰り返し単
位の上下方向中心軸に対して軸対称となるように設ける
ことにより複数の液晶ライトバルブの光シールド層を全
て共通のパターンにて投射画像上で一致させることがで
きる。すなわち複数の液晶ライトバルブの光シールド層
を形成するためのプロセスが共通となるため安価に複数
の液晶ライトバルブを製造できるのである。
〔実施例〕
(実施例1) 図1は本発明の投射型表示装置の液晶ライトバルブの斜
視図、図2、図3は液晶ライトバルブの配向分布を示す
図、図4は代表的な光学構成図、図5、図6は光強度の
左右分布図である。以下図1〜図6を用いて本実施例を
説明する。
液晶ライトバルブとしてアクティブマトリクス液晶パネ
ルを用いた。スイッチング素子としてマトリクス状に配
列した薄膜トランジスタ(TFT)102を透明基板上
に形成した。一方対向基板上には有効画素領域以外を遮
光するように光シールド層101を設け上記一対の基板
上に配向誘導層を形成しこすり処理を行った後上記一対
の基板を組み合せ液晶ライトバルブを得た。上記TFT
としてはポリシリコンTFT、アモルファスシリコンT
FT、化合物半導体TFT等が用いられる。またダイオ
ード特性を有するMIM素子、リングダイオード素子、
バックシウバックダイオード素子等のスイッチング方
式、あるいは単純マルチプレックシング法で駆動しても
本発明の目的は達成される。
本発明の特徴である互いに面対称な液晶の配向分布を有
する2種の液晶ライトバルブは次のようにして得た。す
なわちライトバルブの上下基板の配向処理のこすり方向
を制御することにより面対称な液晶の配向分布を得た。
TFT基板上をこすり方向201に対向基板側をこすり
方向202にラビング処理したパネルとTFT基板側に
こすり方向301に対向基板側をこすり方向302にラ
ビング処理したパネルを得た。両パネルとも上下基板の
配向軸の交差角は80゜である。上述のパネルにネマテ
ック液晶を封入すると一方のパネルは右ねじれのツイス
レッドネマテック(TN)液晶ライトバルブと左ねじれ
のTN液晶ライトバルブを得た。上述のようにねじれ方
向の対称な液晶の配向分布をより安定に保つ場合、ある
いは90゜以上のねじれ角を有する液晶パネルを得るた
めにはネマテック液晶中に光学活性剤を混入すれば良
い。例えば右ねじれのTN液晶には右旋性の光学活性剤
を、左ねじれのTN液晶には左旋性の光学活性剤を混入
すれば本発明の目的を達成できる。
上述のように得られた液晶ライトバルブを用い図4に示
される光学構成にて投射型表示装置を得た。光源401
からの光を青色反射ダイクロイックミラー402と緑色
反射ダイクロイックミラー403にて赤色、緑色光、青
色光に色分離し、それぞれ赤色光用液晶ライトバルブ4
06、緑色光用液晶ライトバルブ405、青色光用液晶
ライトバルブ404に入射させる。画像形成後ダイクロ
イックミラープリズム407にて色合成し投射レンズ4
10にて投射する。ダイクロイックミラープリズム40
7は直角プリズムを4個接着されたものであり赤色光反
射ダイクロイックミラー面408と青色光反射ダイクロ
イックミラー面409を有している。該ダイクロイック
ミラープリズム407による色合成においては赤、青色
は1回の反射にて、緑色光は透過にて(0回の反射に
て)色合成され投射レンズに導びかれる。本投射型表示
装置においては赤色、青色光用液晶ライトバルブは図2
に示されるような右ねじれ液晶の配向分布を有してお
り、緑色光用液晶ライトバルブは図3に示されるような
左ねじれ液晶の配向分布を有しており互いに面対称の関
係となっている。上記液晶ライトバルブと液晶の配向分
布との組み合せは逆でも本発明の目的は達成される。上
記構成の投射型表示装置の光強度分布を調べた。画像形
成後の光強度左右分布は図5に示されるように赤色光及
び青色光と緑色光は互いに画面中央に対して対称になっ
ている。ダイクロイックミラープリズム407を用いた
色合成の過程で赤色光及び青色光は1回の反射を経てい
るため光強度分布が左右反転するため投射画像の光強度
左右分布は図6に示されるように各色光間で差を生じな
い。従って特定の色光が強く映ることがないため色むら
は発生しない。また色再現性も優れている。色合成の中
で偶数回及び奇数回の反射を経る色光を制御する液晶ラ
イトバルブの液晶の配向分布を面対称となるように設定
することにより拡散光の影響による光強度分布を各色光
間で一致させることにより投射画像の色むらを解消し色
再現性の優れた投射型表示装置を得ることができた。
(実施例2) 実施例1と同様にして得られた液晶ライトバルブを用い
て図7に示される光学構成にて投射型表示装置を得た。
光源からの光を黄色光反射ダイクロイックミラー701
と緑色光反射のダイクロイックミラー403により赤、
緑、青色光に分割し赤色光用液晶ライトバルブ406、
緑色光用液晶ライトバルブ405、青色光用液晶ライト
バルブ404に入射する。本実施例の投射型表示装置の
光学構成中の色合成では赤色光は赤色光反射ダイクロイ
ックミラー面409にて1回反射を受け、緑色光は透過
にて(0回反射)、青色光はミラー706及び青色光反
射ダイクロイックミラー面408にて2回反射を受けて
投射レンズ410に導びかれる。青色光用液晶ライトバ
ルブ404と緑色光用液晶ライトバルブ405には図2
のように右ねじれのTN液晶を用い赤色光用液晶ライト
バルブ406には図3のように左ねじれのTN液晶を用
い互いに面対称な液晶の配向分布を持つようにした。本
実施例においても投射画像には色むらがなく色再現性に
優れた画像が得られた。
(実施例3) 図8は本実施例の投射型表示装置を用いた液晶ライトバ
ルブの断面図であり図9、図10は該液晶ライトバルブ
の光シールド層の繰り返しパターンを示す図である。図
4、図11は本実施例の投射型表示装置の光学構成図で
ある。以下図4、図8〜図11を用いて本実施例を説明
する。
透明基板上に液晶電気光学効果を制御する手段としてポ
リシリコン薄膜トランジスター(TFT)あるいはアモ
ルファスシリコンTFTなどのアクティブスイッチング
素子801及び画素電極802をマトリックス状に形成
した。またもう一方の基板上に染色層、あるいは金属薄
膜などにより光シールド層803を画素電極802以外
の領域をおおうように格子状に形成した。所望の配向処
理をした後上記2枚の基板を貼り合せ液晶組成物804
を封入し液晶ライトバルブを得た。液晶ライトバルブの
光シールド層の形状は繰り返し単位が繰り返しパターン
901のものと繰り返しパターン1001の互いに面対
称な2種類をそれぞれ1枚と2枚作成した。本実施例で
繰り返しパターン901と繰り返しパターン1001は
互いに面対称の関係にある上に該光シールド層におおわ
れるようにアクティブスイッチング素子の配置も互いに
面対処な配置に作成してある。
光シールド層が繰り返しパターン901である緑色光用
液晶ライトバルブ405と光シールド層が繰り返しパタ
ーン1001である赤色光用液晶ライトバルブ406及
び青色光用液晶ライトバルブ404をそれぞれ用い光シ
ールド層103側より光を入射せしめ図4及び図11の
構成にて投射型表示装置を得た。
図4の構成においては赤光は赤色光反射ダイクロイック
ミラー面408にて、青光は青色光反射ダイクロイック
ミラー面409にて1回の反射を経て投射レンズ410
に導びかれる。一方G光は全く反射を受けづ(0回の反
射により)に投射レンズ410に入射する。従って赤、
青色光の像は左右反転し緑色光の像はそのまま投射され
る。本実施例では赤色光用及び青色光用と緑色光用の液
晶ライトバルブの光シールド層のパターンは互いに面対
称であるため上述のミラー反転後投射された画像内では
完全に一致する。従って画素内に色むらは発生しない。
一方図11の構成においては赤色光は赤色光用液晶ライ
トバルブ406によって画像形成された後ミラー706
と赤色光反射ダイクロイックミラー面409の2度反射
を経て投射レンズ410に導びかれる。また緑色光は緑
色光用液晶ライトバルブ405により画像形成され緑色
光反射ダイクロイックミラー面1101により1回の反
射を経て投射レンズ410に導びかれる。青色光は青色
光用液晶ライトバルブ404により画像形成後は反射を
受けることなく投射レンズに導びかれる。従って赤、青
色光は左右の位置を変えることなく投射され緑色光は左
右の位置を交換して投射される。本実施例では赤、青色
光用ライトバルブと緑色光用ライトバルブの光シールド
層のパターンが互いに面対称であるため上述のミラー反
転後投射された画像内で光シールド層のパターンは完全
に一致する。以上のように本実施例の投射型表示装置の
投射画像は画素単位内に色むらを生じることがなく忠実
な色再現性を有する投射画像をなることが判明した。本
発明の投射型表示装置の光学構成は図4と図11に示さ
れるものに限られるものではない。色合成中に奇数回と
偶数回の反射を受ける色光を制御する液晶ライトバルブ
の光シールド層の繰り返しパターンが互いに面対称であ
れば本発明の目的を容易に達成できるのである。
更に本実施例においても色合成時に偶数回の反射を経る
液晶ライトバルブと奇数回の反射を経る液晶ライトバル
ブの液晶配向分布を面対称にすることにより上述の画素
内の色むらに加え画面全体の色むらも押えることができ
る。例えば本実施例においてはTNモードを使う場合に
は緑色光用液晶ライトバルブ405を図2に示されるよ
うな右ねじれのTN液晶を保持せしめ、赤色光用液晶ラ
イトバルブ406と青色光用液晶ライトバルブ404に
は図3に示されるような左ねじれのTN液晶を保持させ
れば実施例1、2と同様に画面全体にわたって色むらの
ない色再現性に優れた投射画像を得ることができる。
(実施例4) 図8は本実施例の投射型表示装置の液晶ライトバルブの
断面図であり図12は該液晶ライトバルブの光シールド
層の繰り返しパターン図である。図4、図11は本実施
例の投射型表示装置の光学構成図である。
図8の同様の構造にて液晶ライトバルブを得た。本実施
例の液晶ライトバルブは図12の光シールド層の繰り返
しパターン1201を有しており、該繰り返しパターン
は上下方向の中心軸1202に対して軸対称の形状を有
する。上述のパターンの光シールド層を有する3枚の液
晶ライトバルブを用いて図4、図11と同様の構成にて
投射型表示装置を得た。本実施例では緑色光用液晶ライ
トバルブ405と赤色光用液晶ライトバルブ406及び
青色光用液晶ライトバルブ404の液晶配向分布は互い
に面対称の関係にありそれぞれ80゜左ねじれ、80゜
ねじれのTN液晶を保持せしめた。
本実施例の投射型表示装置の赤色光、緑色光、青色光用
液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返し単位のパタ
ーンは互いに面対称な上に上下方向の中心軸に対して軸
対称であるため左右の位置が反転しても反転前の形状と
全く一致する。従って色合成中にミラー反転を何度受け
てもその繰り返しパターンは変化しないため投射画像内
で3枚の液晶ライトバルブによって形成された各色光画
素パターンは完全に一致し色むらは生じない。これは3
枚の液晶ライトバルブの光シールド層の繰り返しパター
ンは全く同一のものが使用可能であり光シールド層を形
成するプロセスは全て共通のものが使用できることを意
味する。通常光シールド層を作るためにフォリソグラフ
ィー技術を使うがその際使用するフォトマスク等は1枚
だけで良く製造プロセスが簡略化できより安価に液晶ラ
イトバルブを得ることができるのである。光シールド層
の繰り返しパターンは本実施例に限定されるものではな
く上下方向の中心軸に対して軸対称ならばどのようなパ
ターンでも良く例えば図13に示されるようなパターン
が考えられる。また画素配列はトライアングル配列等で
も本発明の目的を容易に達成できる。
また本実施例では色合成中に偶数回反射と奇数回反射を
受ける液晶ライトバルブの液晶の配向分布は互いに面対
称であるため液晶ライトバルブの光電変換特性の入射角
依存性による色むらは発生せず優れた色再現性を有する
ことが判明した。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の投射型表示装置によれば色合
成において偶数回の反射と奇数回の反射を受ける色光に
対して該色光を制御する液晶ライトバルブの液晶の配向
分布を互いに面対称の関係になるように設定することに
より拡散光によって生じる各色光画面内の光強度分布を
投射画面にて各色光間で一致せしめることができるため
画面内に色むらの無い投射画像を得ることができるとい
う効果を有する。また各色光の光シールド層の繰り返し
単位及びスイッチング素子の配置を投射画像上で完全に
一致させることができるため画素内に色むらが生ずるこ
とがなく忠実な色再現性を得ることができるという効果
を有する。
またこれにより色合成時に必ず奇数回及び偶数回の反射
が各色において生じるようなダイクロイックミラープリ
ズムを使用しても優れた画像を得ることが可能となるの
である。ダイクロイックミラープリズムを使用できるこ
とにより投射型表示装置の大きさが小型化できるという
効果も有する。
更に光シールド層の繰り返し単位を上下中心軸に対して
軸対称となるように設定することにより色再現性に優れ
た投射型表示装置を安価に提供できるという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は液晶ライトバルブの斜視図。 第2図は液晶配向分布図。 第3図は液晶配向分布図。 第4図は投射型表示装置の光学構成図。 第5図は画像形成後の光強度左右分布図。 第6図は投射画像の光強度左右分布図。 第7図は投射型表示装置の光学構成図。 第8図は液晶ライトバルブの断面図。 第9図及び第10図は液晶ライトバルブの光シールド層
の繰り返しパターン図。 第11図は投射型表示装置の光学構成図。 第12図は光シールド層の繰り返しパターン図。 第13図(a)、(b)は光シールド層の繰り返しパタ
ーン図。 101……薄膜トランジスター 102……光シールド層 201……TFT基板のこすり方向 202……対向基板のこすり方向 301……TFT基板のこすり方向 302……対向基板のこすり方向 401……光源 402……青色反射ダイクロイックミラー 403……緑色反射ダイクロイックミラー 404……青色光用液晶ライトバルブ 405……緑色光用液晶ライトバルブ 406……赤色光用液晶ライトバルブ 407……ダイクロイックミラープリズム 408……赤色光反射ダイクロイックミラー面 409……青色光反射ダイクロイックミラー面 410……投射レンズ 701……黄色光反射ダイクロイックミラー 706……ミラー 801……アクティブスイッチング素子 802……画素電極 803……光シールド層 804……液晶組成物 901、1001……繰り返しパターン 1101……緑色光反射ダイクロイックミラー面 1201……繰り返しパターン 1202……上下方向中心軸

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】赤、緑、青の色光を発生する照明手段と、
    前記照明手段で発生した各色光を変調する3つの液晶ラ
    イトバルブと、前記各液晶ライトバルブで変調された各
    色光を色合成する色合成手段と、前記色合成手段で色合
    成された光を投射する投射光学手段とを有する投射型表
    示装置において、変調された後偶数回の反射を経て前記
    投射光学手段に導かれる色光を変調する前記液晶ライト
    バルブもしくは変調された後一回も反射せずに前記投射
    光学手段に導かれる色光を変調する前記液晶ライトバル
    ブと、変調された後奇数回の反射を経て前記投射光学手
    段に導かれる色光を変調する前記液晶ライトバルブとは
    光学的な構成が互いに鏡像関係にあることを特徴とする
    投射型表示装置。
  2. 【請求項2】前記液晶ライトバルブがTN型液晶パネル
    と偏光手段を組み合わせたものであり、かつ前記液晶ラ
    イトバルブの光学的構成がTN型液晶パネルの基板の内
    側に形成された液晶の配向分布であることを特徴とする
    請求項1記載の投射型表示装置。
  3. 【請求項3】前記液晶ライトバルブは、繰り返しパター
    ンを有する光シールド層が形成されたマトリクス型液晶
    パネルを用いたものであり、かつ前記液晶ライトバルブ
    の光学的構成が前記光シールド層の繰り返しパターンの
    繰り返し単位の形状であることを特徴とする請求項1記
    載の投射型表示装置。
  4. 【請求項4】前記液晶ライトバルブは、繰り返しパター
    ンを有する光シールド層が形成されたマトリクス型液晶
    パネルを用いたものであり、かつ前記光シールド層の繰
    り返しパターンの繰り返し単位の形状が軸対称の形状で
    あることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
  5. 【請求項5】前記液晶ライトバルブは、画素電極のそれ
    ぞれにスイッチング素子が接続されたマトリクス型の液
    晶パネルを用いたものであり、かつ前記液晶ライトバル
    ブの光学的構成が前記スイッチング素子の配置であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
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