JPH0679201B2 - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

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る方式の投写型表示装
置に関する。

〔従来の技術〕

近年、遠隔会議システムにおける会議資料や情景ディス
プレイ、あるいは航空管制等の各種制御盤ディスプレ
イ、その他高品位テレビジョン等に大画面ディスプレイ
の要望が強く、この分野のディスプレイには比較的表示
画素が大きくて済む巨大画面ディスプレイ等にランプや
小規模液晶パネルを集積したモザイクアレイ型ディスプ
レイが用いられる他は、投写型のディスプレイが用いら
れる。投写型のディスプレイについては、例えば日経エ
レクトロニクス1977年９月５日号の58頁以降に述べられ
ているように高輝度の陰極線管（以下CRTと略す）を投
映する方式のCRTプロジェクタと液晶ライトバルブを用
いる方式の投写型液晶表示装置とが実用的なものとして
知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

CRTプロジェクタはCRT画面を直接投映するものであり、
表示輝度は必ずしも充分ではないが通常のテレビジョン
同様の動画表示が可能である。しかしながら、投映でき
るだけの高輝度のCRTにおいては走査本数で表わされる
解像度が充分ではなく、会議資料等のドキュメントディ
スプレイには用いることができない。一方、投写型液晶
表示装置は投写専用の光源を用いることができるので明
るい表示が得られるのが特長である。投写型液晶表示装
置にも幾つかの方式があり、それらは液晶ライトバルブ
への画像書込み方式によって分類される。第一の方式は
レーザ熱書込み方式であり、この方式はレーザを非常に
細く絞って液晶ライトバルブ上に照射し、その点の液晶
物質温度を上昇させて熱的に書込む方式であるので極め
て高解像度の表示を行なうことができる一方、点順次走
査でレーザを走査して書込む必要があるために書込速度
が遅く、動画表示ができない欠点を有している。第二の
方式はCRT光書込み方式であり、この方式は光導電体層
を有する液晶ライトバルブ上にCRT画面を投映して光の
濃淡画像を電圧の強弱に変換して液晶の電気光学効果に
基づく画像を液晶ライトバルブに書込む方式である。従
って、CRT表示同様に動画表示は可能であるものの、走
査本数で制約される解像度に欠点がある。第三の方式は
一般にCCDと称される電荷結合素子のアレイを液晶と積
層して、電気信号によって形成された電荷分布を液晶の
電気光学効果を用いて液晶ライトバルブ上で画像に変換
する方式である。この方式では電荷移送は高速で行なえ
るので1000×1000画素程度までは動画表示は可能である
が、電荷の液晶層への転送時の拡散等が原因となり解像
度は必ずしも充分でない。このように、従来方式の投写
型ディスプレイはいずれも動画表示が可能な高速書込み
性、あるいは高品位の画像表示が可能な高解像性のいず
れか一方が不充分であった。

本発明の目的は大画面高品位の画質で動画表示も可能
な、高輝度・高解像度・高速書込みの投写型表示装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の投写型液晶表示装置は、各画素電極にスイッチ
ング素子を取付けたアクティブマトリクス構造を有し、
かつ前記画素電極以外の領域を遮光部として構造の複数
の液晶ライトバルブを、各各の液晶ライトバルブに投射
した投写光により形成される投影像の画素部が互いに重
なることなく、かつ間隙を生じることなく配置したこと
を特徴とするものである。

〔作用・原理〕

本発明の投写型液晶表示装置は液晶ライトバルブに書込
んだ画像を投写用光源と投写用光学系とを用いてスクリ
ーン上に投映する方式の投写型表示装置である。液晶ラ
イトバルブは多数の画素を構成する画素電極を有する基
板と、もう一枚の電極付基板を相対向せしめてその間隙
に液晶物質を挾持した構造であり、前記画素電極には薄
膜トランジスタや薄膜ダイオードあるいは金属‐絶縁体
‐金属（MIM）構造の二端子素子で代表されるスイッチ
ング素子が取付けられている。これらのスイッチング素
子は線順次走査駆動の非走査時においても液晶物質の信
号に応じた電圧を印加し、あるいは選択画素の液晶物質
の層に印加される電圧と非選択画素の液晶物質の層に印
加される電圧との比を大きくする作用を有し、その結
果、走査本数を1000本程度以上にまで増やしても、液晶
物質の層の選択状態と非選択状態とが明瞭に区別された
良質の画像書込みが可能となる。勿論、スイッチング素
子の応答時間は充分は短かいので30ミリ秒以内に一周期
の全走査を終えてこれを繰返す、いわゆるリフレッシュ
駆動が可能であり、テレビジョン表示の如き動画表示も
可能である。しかしながら、各画素電極に取付けられた
スイッチング素子の部分は画素として機能せず、またス
イッチング素子への信号電極も必要となり、これらが液
晶ライトバルブに占める画素領域の面積率を低下させる
ことになる。特にスイッチング素子として薄膜トランジ
スタを用いる場合には信号電極がXYマトリクス状に必要
となり、この影響は大きい。すなわち、画素を稠密に配
置することができず、表示の解像度を低下させることと
なる。しかるに、本発明の投写型液晶表示装置に用いる
液晶ライトバルブにおいては、これらの画素電極以外の
領域に遮光体を設けた構造となっているのでスクリーン
上の投映像においては画素部以外は投写光が到達しない
暗部となる。例えば、画素電極部が市松模様状に配置し
た二個の液晶ライトバルブを用いて、一個の液晶ライト
バルブの投映像における上記暗部に別の液晶ライトバル
ブの投映像における画素部が位置するように投映するこ
とによって、スクリーン上では画素が稠密に配置した高
解像度の表示が実現される。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。第１図は本発明の投写型液晶表示装置の一実施例に
用いた二個の液晶ライトバルブの一部分の構造を示す正
面図である。第１図において、１および２は相対向する
ガラス基板であり、両基板は周辺を８μｍ径のスペーサ
粒子を混合したエポキシ接着剤３でシールされている。
シール３の内側には液晶物質層（ネマティック液晶ZLI-
1565（メルク社製））４が挾持されている。（いわゆる
ツイストネマティック構造の配向状態をとっているが、
配向処理膜等は本発明の本質ではなく、繁雑となるので
第１図および説明においては省略する。）一方のガラス
基板１の内面には酸化インジウムからなる帯状の透明電
極11が形成され、もう一方のガラス基板２の内面には酸
化インジウムからなる透明の画素電極５が形成されてい
る。各画素電極５には酸化タンタルを絶縁体とするMIM
素子６がスイッチング素子として取付けられている。ま
た、21はタンタルで形成されたMIM素子駆動用の信号電
極である。なおガラス基板２の外面にはシール３の内側
の部分で画素電極５に対向する部分以外の領域にアルミ
ニウムの遮光膜が形成されている（図示せず）。このよ
うな構造のアクティブマトリクス構造液晶ライトバルブ
においては1000本程度の電極を走査する線順次駆動が可
能であり、信号電極11に印加される画像信号に応じて画
素電極５部の光透過率が変化する。本実施例における電
極数は走査電極21が500本、画像信号電極11は1000本、
従って画素数（画素電極数）は500×1000個である。本
実施例の投写型液晶表示装置の構成を第２図に示す。第
２図において、31および32は第１図の液晶ライトバルブ
であり、37,38および39,40はそれぞれ互いに偏光方向が
平行な２枚の偏光板の組であり、液晶ライトバルブをツ
イストネマティック動作させるために挿入してある。キ
セノンランプ30を光源とする投写光はハーフミラー33お
よびミラー34を経て２個の液晶ライトバルブに入射さ
れ、その画像が投写レンズ35によってスクリーン36上に
投映される。投映像は第１図の画素（画素電極）の形状
・配列がそのまま拡大されたものとなり、第２図の投写
型液晶表示装置によれば、第３図に示すごとく、第１の
液晶ライトバルブの画素配列の像41と第２の液晶ライト
バルブの画素配列の像42とが互いに重なることなくかつ
稠密な画素配置で投映される。本実施例ではスクリーン
36上で1000×1000の高解像度で動画表示が可能である。
なお、本実施例においては特に高い表示コントラストを
得るために液晶ライトバルブにアルミニウム膜による遮
光膜を設けたが、例えばツイストネマティック型の液晶
動作モードにおいて、２枚の偏光板をその偏光方向が平
行となるように設置した場合等においては、画素電極部
以外は常に液晶が遮光状態となり、これが遮光部となる
ので特に格別の遮光膜を設ける必要はない。また、第３
図の投映像についてのスイッチング素子部が非画素部と
して残る様子を示したが、例えば液晶ライトバルブにお
いて透明画素電極を長方形あるいは正方形とすることに
よってこのような非画素領域の残存をなくすことは可能
である。第４図はその説明のための図であり、液晶ライ
トバルブの画素電極部分の形状を示す。第４図におい
て、51は透明画素電極、52は金属信号電極であり、それ
ぞれ第１図の５および21に対応する。また53はMIM素子
の上部電極に対応する金属電極であり、54がMIM素子部
である。このような画素電極形状とすることにより、第
３図に例示したようなスイッチング素子部の投映像が非
画素部として残存する欠点が除去されることは容易に理
解できる。しかしながら、第４図において、信号電極52
と直交する方向に走る隣接画素電極の間隙部はやはりス
クリーン上の投映像においても非画素部として残存す
る。このような非画素部をも除去してスクリーン上で稠
密な画素配置を得るための方法の一例を第５図を用いて
説明する。第５図は、３個の液晶ライトバルブを用いる
方式の投写型液晶表示装置における液晶ライトバルブの
画素電極部分の形状を示す図である。第５図において、
51,52,53,54はそれぞれ第４図の同番号の部分に対応す
る透明画素電極、金属信号電極、金属電極、MIM素子部
である。第６図は第５図のごとき電極形状の液晶ライト
バルブを３個用いて投映表示した場合に画素が間隙なく
稠密に配置する様子を示す図であり、61,62,63はそれぞ
れ第１、第２、第３の液晶ライトバルブによる画素を表
わす。また、３個の液晶ライトバルブにそれぞれ赤・緑
・青のカラーフィルターを取付ける等の方法で第６図に
おける61,62,63をそれぞれ赤・緑・青の画素とすること
によって、高解像度のフルカラー表示が可能であること
も容易に理解できよう。

第７図は本発明の別の実施例における構成を示す図であ
り、73は偏光ビームスプリッターであり、その他同番号
の部分は第２図と同じ部分を示す。但し、第７図の構成
においては偏光ビームスプリッター73によって分割され
た２本の偏光ビームはその偏光方向が互いに直交してお
り、２枚の偏光板38,40はそれぞれが取り付けられてい
るツイストネマティック型の液晶ライトバルブ31または
32に入射する偏光ビームの偏光方向と偏光方向が平行に
なるように設置されている。第７図のような構成の投写
型液晶表示装置においては、第２図の構成において投写
光が液晶ライトバルブに入射する前にそれぞれの偏光板
によって約半分の光量に減少するのに比べ、光源からの
投写光のほとんど全光量が液晶ライトバルブに入射する
ために極めて高輝度の表示画面が得られる。

〔発明の効果〕

以上実施例において高品位で高解像度の投映画像を得る
ために本発明の投写型液晶表示装置、特に同装置に用い
る液晶ライトバルブに種々の変形が可能であることを述
べてきたが、いずれの場合においても本発明によれば大
画面高品位の画質で動画表示も可能な、高解像度高速書
込みの投写型液晶表示装置が得られ、特に偏光ビームス
プリッターを用いる方式では極めて高輝度の投写型液晶
表示装置を得ることができる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投写型液晶表示装置の一実施例を示す
液晶ライトバルブの構造の一部を示す正面図、第２図は
表示装置の構成を示す図、第３図は投映像における画素
配置を示す図、第４図、第５図は別の液晶ライトバルブ
の電極形状を示す図、第６図は３個の液晶ライトバルブ
による投映像における画素配置を示す図、第７図は別の
実施例における表示装置の構成図である。 1,2は基板、３はシール部、４は液晶物質層、５は画素
電極、６はスイッチング素子、11,21は信号電極、30は
光源、31,32は液晶ライトバルブ、33はハーフミラー、3
4はミラー、35は投写レンズ、36はスクリーン、37,38,3
9,40は偏光板、41,42はそれぞれ第１および第２の液晶
ライトバルブの画素配列の像である。51は画素電極、52
は信号電極、53は金属電極、54はスイッチング素子、6
1,62,63はそれぞれ第1,第2,第３の液晶ライトバルブの
画素配列の像、73は偏光ビームスプリッタである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各画素電極にスイッチング素子を取付けた
   アクティブマトリクス構造を有し、かつ前記画素電極以
   外の領域を遮光部とした構造の複数の液晶ライトバルブ
   を、各々の液晶ライトバルブに投射した投写光により形
   成される投映像の画素部が互いに重なることなく、かつ
   間隙を生じることがないように配置したことを特徴とす
   る投写型液晶表示装置。