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JP3688601B2 - Liquid crystal display device and projection display device using the same - Google Patents
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JP3688601B2 - Liquid crystal display device and projection display device using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素がラインおよび行方向にマトリックス型に配置されているマトリックス型表示装置に好適な映像信号表示方法に関するものである。また、本発明は、小型の液晶表示装置に表示された画像をスクリーン上に拡大投写する表示装置(以後、投写型表示装置と呼ぶ)、ビデオカメラの撮影モニターとして用いる表示装置(以後、ビューファインダと呼ぶ)、および、投写型表示装置とビューファインダのライトバルブとして用いる表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は軽量、薄型など数多くの特徴を有するため、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、小型の液晶装置の表示画面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投写型表示装置がにわかに注目を集めてきている。現在、商品化されている投写型表示装置は液晶の旋光特性を利用したツイストネマティック(以後、TNと呼ぶ)液晶表示装置が用いられている。また、アクティブマトリクス型液晶表示装置は高密度化、画素数の増大が進み、パーソナルコンピュータやワークステーションのデータ表示用ディスプレイとして、また標準方式(NTSC)やHDTV方式のAV用ディスプレイとして利用されている。
【0003】
さらに、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素数の増大にともないソース駆動(データライン駆動)ICの動作クロックの高速化も要求されるようになった。そのため、高速動作クロックのソース駆動ICの開発のみならず、駆動方法としても複数のソース駆動ICを並列に動作させ、複数に分割された画面領域のソースラインを同時に駆動する方法が提案されている。従来の表示装置はTN液晶表示装置であり、ごく一般的なものであるため、ここでは説明を省略し、本発明の映像信号表示方法を説明する都合上、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の表示駆動方法の具体例について説明する。
【0004】
図101は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の映像信号処理回路を示す。映像信号処理回路は、A/D変換器71と、メモリ72,73と、D/A変換器74,75と、ソース信号処理回路76,77と、アクティブマトリクス型液晶表示パネル(以後、液晶表示パネルと略称する場合もある)81のゲートラインxi(i=1〜n)を駆動するゲート駆動IC80と、液晶表示パネル81のソースラインyj(j=1〜2m)を駆動する2つのソース駆動IC78,79とを備える。ソース駆動IC78,79は、それぞれ、mビットのシフトレジスタ82,83と、サンプルホールド回路群84,85とを含む。なお、各サンプルホールド回路群84,85は、それぞれm個のサンプルホールド回路を有している。液晶表示パネル81には、複数の画素がマトリクス状に配置されている。各画素は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(以後、TFTと呼ぶ)86と、液晶層87とによって構成される。TFT86のソースは対応する列のソースラインyjに接続され、ゲートは対応する行のゲートラインxiに接続される。液晶層87は、その一方電極が対応するTFT86のドレインに接し、その他方が対向電極88に接する。また、メモリ72,73はランダムアクセスメモリであり、映像信号を2倍に時間軸伸長する機能を有する。なお、上記の構成では、ソース駆動ICが2つに分割されているが、より大きな液晶表示パネルを表示駆動する場合は、ソース駆動ICが3以上に分割される場合もある。
【0005】
以下に、この従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の映像信号処理回路の動作を説明する。まず、入力映像信号がA/D変換器71でディジタル映像信号に変換され、メモリ72,73にストアされる。メモリ72は、液晶表示パネル81のソースラインy1〜ymに入力される映像信号、すなわち一走査線の映像信号の内の前半の映像信号を2倍に時間軸伸長する。メモリ72で2倍に時間軸伸長されたディジタル映像信号は、D/A変換器74でアナログ映像信号に変換される。次に、ソース信号処理回路76は、2倍に時間軸伸長されたアナログ映像信号にγ補正を施すとともに、液晶表示パネル81を交流駆動するために1フレーム毎にアナログ映像信号の極性を反転する。ソース信号処理回路76の出力信号は、ソース駆動IC78に入力される。一方、メモリ73は、液晶表示パネル81のソースラインym+1〜y2mに入力される映像信号、すなわち一走査線の映像信号の内の後半の映像信号を2倍に時間軸伸長する。メモリ73で2倍に時間軸伸長されたディジタル映像信号は、D/A変換器75でアナログ映像信号に変換される。次に、ソース信号処理回路77は、2倍に時間軸伸長されたアナログ映像信号にγ補正を施すとともに、液晶表示パネル81を交流駆動するために1フレーム毎にアナログ映像信号の極性を反転する。ソース信号処理回路77の出力信号は、ソース駆動IC79に入力される。ソース駆動IC78,79では、ソース信号処理回路76,77から入力された映像信号が、それぞれ、サンプルホールド回路群84,85の各サンプルホールド回路に並列に与えられる。サンプルホールド回路群84の各サンプルホールド回路は、シフトレジスタ82のシフト動作に同期して、ソースラインy1〜ymへ入力する映像信号を順次的に保持する。同様に、サンプルホールド回路群85の各サンプルホールド回路は、シフトレジスタ83のシフト動作に同期して、ソースラインym+1〜y2mへ入力する映像信号を順次的に保持する。ゲートラインxiがゲート駆動IC80によってアクティブとなりi行目の各TFT86がオンしたとき、サンプルホールド回路群84,85の各サンプルホールド回路に保持された一走査線分の映像データはソースラインy1〜y2mを介してi行目の各液晶層87に印加される。その結果、一走査線分の映像データが液晶表示パネル81に書き込まれる。上記のソース駆動動作を繰り返すとともに、ゲート駆動IC80がゲートラインを順次走査することにより、液晶表示パネル81に画像が得られる。
【0006】
しかし、上記のような構成では、隣合うソース駆動ICの継ぎ目で、D/A変換器以降のアナログ回路のバラツキや、ソース駆動IC内部の各サンプルホールド回路における保持時間の違いのために輝度差が発生し画質が劣化する。また上記課題を解決するために、輝度差を補正する補正回路を付加する方法や、ソース駆動ICをディジタル入力にする方法が考えられるが、コストアップや回路規模、液晶表示パネル周辺の実装面積の増大を伴う。従来はシリコン基板に半導体技術を用いてソースドライブ回路を複数形成し、各ソースドライブ回路を切り出してソースドライブIC78,79として用いる。前記ICはかなりの高速で動作するので、画面分割数は2または3分割で対応できる。
【0007】
近年、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜等を蒸着し、前記膜をレーザ等を用いて結晶化して半導体層を形成し、前記半導体層を用いてTFT86を形成する技術(低温ポリシリコン技術)が確立しつつあり、前記技術を用いた液晶表示パネルは安価に製造できるため注目を集めており、試作品が各社から発表・開発されている。また、従来より石英ガラス基板にシリコンの結晶膜を形成しTFT86を形成する技術(高温ポリシリコン技術)も確立している。前記ポリシリコン技術による液晶表示パネルは、高価でかつ大面積の表示領域のものを形成しにくいが、ビデオカメラ等のビューファインダに実用化されている。
【0008】
高温ポリシリコン技術および低温ポリシリコン技術で作製した液晶表示パネルに共通した特徴は、ゲートドライブIC80およびソースドライブIC82がTFT86と同一基板上に、同時に形成できる点である。したがって液晶表示パネル81を作製後、前記ゲートドライブIC80およびソースドライブIC82を、前記パネル81上に実装する必要がない。また、新たにソースドライブIC82等を製造する必要がない。そのため実装コストを削減できる点等で低価格化が図られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ポリシリコン技術で作製した液晶表示パネルの課題は、前記液晶表示パネル81に直接形成したソースドライブ回路等の上限動作速度が低い点である。一般的に安定して動作する範囲は1MHz〜3MHzである。そのためソースドライブ回路のシフトレジスタ82等は多段にして対処する必要がある。シフトレジスタの動作周波数が2MHzで、液晶表示パネルを40MHzで動作される必要があれば40/2=20分割する必要がある。つまりシフトレジスタは20列形成する必要がある。シフトレジスタ数が多くなるほど、シフトレジスタが占める面積が大きくなり、また工程での不良発生数も増加するから好ましいことではない。
【0010】
以上のようにポリシリコン技術とくに低温ポリシリコン技術で形成した液晶表示パネルは低価格にできる可能性が高いという利点を有し、将来のパーソナルコンピュータやワークステーションの表示モニターとして有望である。しかし、反面、高速駆動(高速データレート=広帯域)化が困難という側面も有する。
【0011】
NTSCとHDはインタレース走査映像信号である。VGAとSXGAはプログレッシブ走査映像信号である。家庭用テレビとしてはNTSC、HDに対応できれば当面は十分である。しかし、SXGAも表示したいという要望が強い。しかし、液晶表示パネルをプログレッシブ走査映像信号に適用するには、シフトレジスタの並列数がインタレース走査映像信号の場合の2倍になる。したがって、SXGAのプログレッシブ走査映像信号にも適用するためには、HD規格では必要でない。さらに2倍に並列に形成したシフトレジスタをあらかじめ形成しておく必要がある。これはあまりに損失が大きい。一般に、パーソナルコンピュータやワークステーション等の広帯域(高速データレート)プログレッシブ走査映像信号を、ラインと列からなるマトリクス型の液晶表示パネルなどの高速走査の苦手なディスプレイに、簡単かつ安価に、しかも画質の劣化を生じることなく表示させることが望まれる。
【0012】
このようなマトリクス型ディスプレイとして、液晶表示装置が用いられる。しかし、一般に用いられているTN液晶表示パネルには、次のような問題がある。この表示パネルにおいて、液晶分子は印加電圧により配向方向を変化する。映像信号に応じて配向が変化し、液晶層を通る光が変調される。しかし、TN液晶パネルは、偏光子を用いる必要があり、全体の光の透過率が低く、高輝度表示ができない。また、偏光子に吸収される熱のため、偏光子自体や液晶表示パネルが高温になり、短時間で著しい性能劣化をひきおこしやすくなる。
【0013】
本発明の目的は、広帯域(高速データレート)プログレッシブ走査映像信号を、高速走査の苦手な表示装置に、簡単かつ安価に、しかも画質の劣化を生じることなく表示させるようにすることである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、マトリックス状に配置された画素と、前記画素に映像信号を伝達するソース信号線と、前記ソース信号線に映像信号を印加するソースドライバ回路とを具備する。ここで、第1の液晶表示装置では、前記ソースドライバ回路は、第1のフレームまたはフィールドにおいて、所定数の複数画素行ごとに第1の極性の映像信号と、第1の極性の逆極性の第2の極性の映像信号とを交互に画素に保持されるように映像信号を出力する。また、前記ソースドライバ回路は、第1のフレームまたはフィールドの次の第2のフレームまたはフィールドにおいて、前記画素行に保持されている映像信号の逆極性の映像信号を保持させるように映像信号を出力する。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、マトリックス状に配置された複数の画素と、前記複数の画素に対向する対向電極と、各画素ごとに接続されるスイッチング素子と、マトリックスのライン方向に並ぶ複数の前記画素の前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子に接続される前記画素に映像信号を伝達するソース信号線と、マトリックスのライン方向に直交する方向に並ぶ複数の前記画素の前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子に接続される前記画素を制御するゲート信号線と、前記ソース信号線に映像信号を印加するソース駆動回路と、前記ゲート信号線にゲート駆動信号を印加するゲート駆動回路とを具備し前記ソース駆動回路は、画素に保持された電圧の対向電極の電位に対する極性を変化させる場合と、前記極性が同一の場合とで、同じ入力映像信号について、極性を変化させる場合は、極性が同一の場合に比べて、出力する映像信号の大きさを大きくする
【0024】
好ましくは、前記液晶表示装置において、さらに、第1のゲートドライバ回路と、第2のゲートドライバ回路とを具備する。そして、奇数画素行を制御する第1のゲート信号線は、前記第1のゲートドライバ回路と接続され、偶数画素行を制御する第2のゲート信号線は、前記第2のゲートドライバ回路と接続される。
【0025】
好ましくは、前記のいずれかの液晶表示装置において、表示領域内で画像表示位置を移動できる。
【0026】
好ましくは、前記のいずれかの液晶表示装置において、ソースドライバ回路は、第1の前記ソースドライバ回路と第2の前記ソースドライバ回路から構成され、奇数画素列に映像信号を印加する第1のソース信号線は、前記第1のソースドライバ回路と接続され、偶数画素行に映像信号を印加する第2のソース信号線は、前記第2のソースドライバ回路と接続される。
【0027】
好ましくは、前記のいずれかの液晶表示装置において、マトリックス状に配置された画素上または画素間に、液晶層と略一致する誘電体柱が形成または配置される。
【0028】
好ましくは、前記のいずれかの液晶表示装置において、液晶層への光入射側または光出射側に、位相差フィルムまたは位相差板が配置または形成される。
【0029】
本発明に係る投写型表示装置は、光発生手段と、前記のいずれかの液晶表示装置と、投写レンズとを具備する。液晶表示装置は、光発生手段が放射する光を変調し、投写レンズは、液晶表示装置で変調された光を投射する。
【0030】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態の映像信号表示方法について、図面を参照しながら説明する。ここで、図面において同じ参照記号は同等のものをさす。
本発明では、互いに異なる第1および第2の表示方法が個別的にまたは選択的に実行される。図1は第1の表示方法を説明するためのディスプレイ上の表示画像を示しており、図2は第2の表示方法を説明するためのディスプレイ上の表示画像を示している。
【0031】
なお、プログレッシブ走査映像信号は、1フィールドで1画面を形成する。したがって、1フィールド=1フレームである。一方、インターレース信号は、2フィールドで1画面を形成する。したがって、2フィールド=1フレームである。以下の説明では、基本的には、フィールドとフレームとは使い分けるが、説明の内容によってはフィールドとフレームとは同義として扱う。
【0032】
まず、第1の表示方法について説明する。図1において、(a)は入力されたプログレッシブ走査映像信号の第1フレームをディスプレイ上にそのまま表示したときの画像を示し、(b)は入力されたプログレッシブ走査映像信号の第2フレームをディスプレイ上にそのまま表示した画像を示している。なお、第1および第2のフレームは、時間的に連続したフレームである。(c)に示すように、まず、入力されたプログレッシブ走査映像信号の第1フレームの第1ライン(1_1ライン、以下同様に標記している)を選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の第1ラインに表示する。次に、第1フレームの第3ラインを選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の第3ラインに表示する。以下、第5ライン、第7ライン、…というように、第1フレームの奇数ラインだけを順次選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の奇数ラインに表示する。一方、第2フレームにおいては、偶数ラインだけを順次選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の偶数ラインに表示する。その結果、(c)に示すような第1フレームの奇数ラインと第2フレームの偶数ラインとからなる1フレームが表示される。以上の操作を第3フレーム、第4フレームにも同様に施し、以後繰り返す。
【0033】
上記のように、入力されたプログレッシブ走査映像信号の2フレーム期間で、第1のフレームの奇数ラインと第2のフレームの偶数ラインとからなる1フレームを表示すれば良いため、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて1/2の速度で表示することができる。このことは従来例の図101についていえば液晶表示パネル81を分割駆動する必要がなくなることを意味する。したがって、輝度差の発生を防止できる。また、ソースドライブIC78等をポリシリコン技術で直接液晶表示パネル81に形成した場合は、シフトレジスタ82等のクロック周波数を1/2に低減できる。
【0034】
なお、前記並列に形成するシフトレジスタの数を1/2に低減するとは、たとえば、映像信号の周波数が40MHzで、シフトレジスタの動作周波数が4MHzの場合、10個の並列に形成したシフトレジスタで前記40MHzの映像信号サンプルホールドできる。したがって、本発明の実施により、シフトレジスタのクロックを1/2に低減できれば、5個の並列に形成したシフトレジスタで対応できることになる。並列に形成したシフトレジスタの数が半減できれば、シフトレジスタなどの欠陥発生が低減し、表示パネルの形成歩留まりが向上する。また、1/2の速度で動作させることができることから、消費電力を大幅に低減できる。
【0035】
なお、第1フレームでは液晶表示パネル81の奇数ラインを表示し、第2のフレームでは前記液晶表示パネル81の偶数ラインを表示するとしたが、これは説明の便宜上にすぎない。したがってプログレッシブ走査映像信号の第1フレームが偶数ラインのデータである場合は当然液晶表示パネルの偶数ラインを表示する。また、第1のフレームでは第1のラインから表示するとしたが、これに限定するものではない。第1のラインとは説明の便宜上にすぎない。たとえば第7のラインから表示してもよい。第1のラインとは単に説明上の理解を容易にするために規定しているだけにすぎない。前述の場合、前記第1ラインから第6ラインは黒表示となる。以上の記載事項は、本発明の明細書、特許請求の範囲に記載した映像表示方法、表示装置についても適用される。
【0036】
また、図101では、ソース駆動IC78とかゲート駆動IC80という概念を用いているが、本発明は表示方法等の発明に関するものであり、ICを実装した表示装置に限定されるものではない。したがって、以後、ポリシリコン技術で形成されたドライブ回路をも含む概念としてソースドライブ回路、ゲートドライブ回路という語句を用いる。
【0037】
次に、第2の表示方法について説明する。図2において、(a)は入力されたプログレッシブ走査映像信号の第1フレームをディスプレイ上にそのまま表示したときの画像を示し、(b)は入力されたプログレッシブ走査映像信号の第2フレームをディスプレイ上にそのまま表示した画像を示している。まず、入力されたプログレッシブ走査映像信号の第1フレームの第1ラインを選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の第1および第2のラインに同時に表示する。次に、第1フレームの第3ラインを選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の第3および第4のラインに同時に表示する。以後、第5ライン、第7ライン、…というように、第1フレームの奇数ラインだけを順次選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の奇数ラインと隣接偶数ラインに同時に表示する。その結果、(b)に示す画像が得られる。一方、第2フレームにおいて、偶数ラインだけを順次選択し、2倍に時間軸伸長してディスプレイ上の偶数ラインと隣接奇数ラインに同時に表示する。その結果、(c)に示す画像が得られる。以上の操作を第3フレーム、第4フレームにも同様に施し、以後繰り返す。上記のように、入力されたプログレッシブ走査映像信号の2ライン期間で、第1フレームの奇数ラインと第2フレームの偶数ラインとからなる1フレームを表示すれば良いため、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて1/2の速度で表示することができる。
【0038】
以上2つの表示方法について説明したが、静止画の場合は第1の表示方法を選択し、動画の場合は第2の表示方法を選択するのが好ましい。静止画は画像が停止しているため、動画に比べて垂直方向の画像の不連続性が視認されやすい。そのため、静止画の場合は、第1の表示方法でフレーム間での内挿を行うことにより、見かけ上の垂直解像度を確保することが好ましい。一方、動画は時間的な画像の変化が激しいため、第1の表示方法を適用すると、いわゆる動画ボケ(ジャーキネス妨害等)が発生する。そのため、動画の場合は、第2の方法でフレーム内での内挿を行うことにより、動画ボケの発生を防止することが好ましい。この第1の表示方法と第2の表示方法とを切り替える回路構成については、後に図87を用いて説明する。
【0039】
なお、第1の表示方法では、CRTディスプレイのように表示時間(発光時間)が数ミリ秒から数十ミリ秒と非常に短い場合、例えば入力プログレッシブ映像信号のフレーム周期が60Hzのとき、同一ラインの非常周期が30Hzとなりフリッカが発生する。ところが、アクティブマトリクス型液晶表示ディスプレイのように、リフレッシュするまで表示状態を保持するディスプレイにおいては、完全に走査線補間が行われる。また、第2の表示方法は、CRTディスプレイでは電子銃をマルチガン構成にする(電子銃を例えば2つ用意する)ことで、アクティブマトリクス型液晶表示ディスプレイではゲートラインを2ライン同時にアクティブすることで、容易に実現できる。
【0040】
後に、本発明の映像信号表示方法について詳しい追加説明を行うが、まず、本発明の一実施形態の映像信号表示装置について、図面を参照しながら説明する。なぜならば、本発明の映像信号表示方法は、本発明の表示装置と密接に関係し、前記表示装置の動作を理解しておく方が、画素電極に印加する電圧極性などの説明が容易になると考えられるからである。
【0041】
図3は、本発明の一実施形態の映像信号表示装置を示している。図3において、映像信号表示装置は、表示ラインの選択と映像信号の時間軸伸長を行う表示ライン選択回路31と、主にγ補正と交流化を行い映像信号を液晶駆動に適した信号に変換するソース信号処理回路32と、複数の画素がマトリクス状に配置された液晶表示パネル81と、液晶表示パネル81のソースラインに接続され液晶87に電圧を印加するソース駆動回路33と、水平スタートパルスHDおよび垂直スタートパルスVDに応答してゲート駆動回路制御信号(GCK1、GCK2、GST1、GST2、GEN1、GEN2)を発生するゲート駆動回路制御回路36、37と、ゲート駆動回路制御回路36、37からのゲート駆動回路制御信号に基づいて動作が制御されるゲート駆動回路38と、画像の性質(静止画か動画か)に応じてゲート駆動回路制御回路36、37のいずれかを選択する表示方法選択回路35と、表示方法選択回路35からの切換信号に応答してゲート駆動回路制御回路36、37の出力を選択的に切り換えてゲート駆動回路38に出力する切換器44とを備える。表示ライン選択回路31は、A/D変換器40と、一走査線分の画像信号を記憶するラインメモリ41と、D/A変換器42と、水平スタートパルスHDおよび垂直スタートパルスVDに応答してメモリ制御信号(WCK、WEN、RCK)を発生したラインメモリ41の動作を制御するラインメモリ制御回路43とを含む。ソース駆動回路33は、2mビットのシフトレジスタと、2m個のサンプルホールド回路を有するサンプルホールド回路群とを含む。ゲート駆動回路38a、38bは、互いに同じ構成および機能を備えた回路である。ただし、第1のゲート駆動回路38aは、液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続され、奇数番目のゲートラインを順次アクティブにする。また、第2のゲート駆動回路38bは、液晶表示パネル81の偶数番目のゲートラインに接続され、偶数番目のゲートラインを順次アクティブにする。
【0042】
図4は、上記ゲート駆動回路38のより詳細な構成を示す。図4において、ゲート駆動回路38は、n/2ビット(nは液晶表示パネル81のゲートラインの本数)のシフトレジスタ91と、n/2個の切換スイッチ96を有する切換スイッチ群92と、n/2個の出力バッファ97を有する出力バッファ群93とを備えている。シフトレジスタ91は、n/2個のD型フリップフロップ94と、1個のインバータ95とを有する。
【0043】
スタート信号GST1(またはGST2)が、1つ目のD型フリップフロップ94のデータ入力端子Dに与えられるとともに、インバータ95で極性が反転された後、2つ目以降の各D型フリップフロップ94のクリア端子Cに与えられる。
【0044】
クロック信号GCK1(またはGCK2)が、各D型フリップフロップ94のクロック端子CKに与えられる。また、2つ目以降の各D型フリップフロップ94のデータ入力端子Dには、前段のD型フリップフロップ94のQ出力が与えられる。上記のような構成を有するシフトレジスタ91は、k個目(k=1〜n/2)のD型フリップフロップ94のQ出力がkビット目の信号として取り出され、切換スイッチ群92内のk個目の切換スイッチ96のA端子に与えられる。
【0045】
各切換スイッチ96のB端子は、接地されている。各切換スイッチ96の出力端子Cは、イネーブル信号GEN1(またはGEN2)がハイレベルのときA端子に接続され、ローレベルのときB端子に接続される。各切換スイッチ96の出力端子Cから出力される信号は、それぞれ出力バッファ群93内の対応する出力バッファ97を介して各出力ピン98に与えられる。各出力ピン98は、それぞれ液晶表示パネル81の対応するゲートラインに接続される。
【0046】
以上のように構成された映像信号表示装置の動作を以下に説明する。図5は、ラインメモリ41に入力されるメモリ制御信号およびラインメモリ41の入出力映像信号のタイミングチャートを示している。まず、図5を参照して、ソースラインの駆動制御動作を説明する。表示ライン選択回路31に入力されたプログレッシブ走査映像信号は、まずA/D変換器40でディジタル映像信号に変換される。ラインメモリ41は、ライトイネーブル信号WENがハイレベルの期間、ライトクロック信号WCKに同期するタイミングでプログレッシブ走査映像信号を取り込む。(図において、たとえば信号1_2_3は、1_2ラインの3番目の信号を表す。)すなわち、第1フレームの第1ラインはライトイネーブル信号WENがハイレベルのためライトクロック信号WCKに同期して取り込まれ、第1フレームの第2ラインはライトイネーブル信号WENがローレベルのため取り込まれない。
【0047】
上記の動作を繰り返すことにより、第1フレームの奇数ラインがラインメモリ41に順次取り込まれる。同様に、第2フレームの第1ラインはライトイネーブル信号WENがローレベルのため取り込まれず、第2フレームの第2ラインはライトイネーブル信号WENがハイレベルのためライトクロック信号WCKに同期して取り込まれる。上記の動作を繰り返すことにより、第2フレームの偶数ラインがラインメモリ41に順次取り込まれる。さらに、以上の各動作をフレーム単位で繰り返すことにより、奇数フレームの奇数ラインと偶数フレームの偶数ラインが、ラインメモリ41に順次取り込まれる。ラインメモリ41に取り込まれたディジタル映像信号は、ライトクロック信号WCKの1/2の周波数であるリードクロック信号RCKに同期して読み出される。
【0048】
ラインメモリから出力される信号は、取り込まれたプログレッシブ走査映像信号の奇数フレームの奇数ラインと偶数フレームの偶数ラインを2倍に時間軸伸長したディジタル映像信号であり、D/A変換器42でアナログ映像信号に変換される。
【0049】
次にソース信号処理回路32は、ライン選択され2倍に時間軸伸長されたプログレッシブ走査映像信号にγ補正を施し、液晶表示パネル81を交流駆動するために1フレーム毎に極性を反転し、ソース駆動回路33に入力する。
【0050】
ソース駆動回路33は、入力された映像信号をIC内部の各サンプルホールド回路(図示せず)へ順次書き込み保持する。このときソース駆動回路33に入力される信号は、2倍に時間軸伸長されたプログレッシブ走査映像信号であるため、シフトレジスタ(図示せず)で生成される各サンプルホールド回路への書き込みクロックも、時間軸伸長しない場合に比べて1/2でよい。
【0051】
液晶表示パネル81のゲートラインxiがゲート駆動回路38によってアクティブとなりTFT86がオンしたとき、各サンプルホールド回路に保持された映像データはソースラインyjを介して液晶セル87に印加される。その結果、一走査線分の映像信号が液晶表示パネル81に書き込まれる。上記の動作をくり返すとともに、ゲート駆動回路38がゲートラインを走査することにより、液晶表示パネル81に画像が得られる。
【0052】
次に、ゲートラインの駆動制御動作について説明する。ゲートラインの走査は、第1のゲート駆動回路制御回路36または第2のゲート駆動回路制御回路37から出力されるゲート駆動回路制御信号(GCK1、GST1、GEN1またはGCK2、GST2、GEN2)によって決まる。前述したようにゲート駆動回路38aおよび38bは同じ機能を備えた回路であり、ゲート駆動回路制御信号の制御によって液晶表示パネル81のゲートラインを順次的かつ選択的にアクティブにする。
【0053】
ゲート駆動回路38は、スタート信号GST1(またはGST2)がハイレベルのとき、クロック信号GCK1(またはGCK2)の立ち上がり(ローレベルからハイレベルに変化したとき)で内部のシフトレジスタ91(図4参照)がリセットされ1番目のゲートラインを選択(リトレースされ)し、クロック信号GCK1(またはGCK2)の立ち上がりのたびに2番目、3番目と順次選択していく。そして、イネーブル信号GEN1(またはGEN2)がハイレベルのときに、選択されたゲートラインに信号が出力され、ゲートラインをアクティブにする。これによって選択されたゲートラインに接続されたTFT86がオンする。イネーブル信号GEN1(またはGEN2)がローレベルのときは、選択されたゲートラインに信号が出力されずアクティブにならない。したがって、そのゲートラインに接続されたTFT86はオフ状態である。ここで、第1のゲート駆動回路38aは液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続され、第2のゲート駆動回路38bは偶数番目のゲートラインに接続されている。
【0054】
図6は第1のゲート駆動回路制御回路36から出力されるゲート駆動回路制御信号のタイミングチャートを示し、図7は第2のゲート駆動回路制御回路37から出力されるゲート駆動回路制御信号のタイミングチャートを示している。以下、これら図6および図7を参照して、ゲートラインの駆動制御動作をより詳細に説明する。
【0055】
図6において、クロック信号GCK1、スタート信号GST1、イネーブル信号GEN1は第1のゲート駆動回路制御回路36から第1のゲート駆動回路38aに入力されるゲート駆動回路制御信号であり、クロック信号GCK2、スタート信号GST2、イネーブル信号GEN2は第1のゲート駆動回路制御回路36から第2のゲート駆動回路38bに入力されるゲート駆動回路制御信号である。
【0056】
クロック信号GCK1は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST1は第1フレーム第1ラインでハイレベル、イネーブル信号GEN1は第1フレーム期間中ハイレベル(ただし、第1フレーム期間の最終のラインではローレベル)なので、第1フレームが始まると、第1のゲート駆動回路38aは、1番目のゲートライン(図3のx1)から順次アクティブにする。第1のゲート駆動回路38aは液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続されているため、第1フレーム期間は、2ライン期間毎に液晶表示パネル81の奇数ラインが順次アクティブにされる。なお、第2フレーム期間はイネーブル信号GEN1がローレベルなので、液晶表示パネル81の奇数ラインはアクティブにされない。
【0057】
一方、クロック信号GCK2は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST2は第2フレーム第2ラインでハイレベル、イネーブル信号GEN2は第2フレーム第2ラインからハイレベルなので、第2フレームが始まると、第2のゲート駆動回路38bは、2番目のゲートライン(図3のx2)から順次アクティブにする。第2のゲート駆動回路38bは液晶表示パネル81の偶数番目のゲートラインに接続されているため、第2フレーム期間は、2ライン期間毎に液晶表示パネル81の偶数ラインが順次アクティブにされる。なお、第1フレーム期間はイネーブル信号GEN2がローレベルなので、液晶表示パネル81の偶数ラインはアクティブにされない。
【0058】
したがって、入力プログレッシブ走査映像信号の第1フレームの奇数ラインだけを選択し2倍に時間軸伸長して、液晶表示パネル81の奇数ラインに表示することができる。また、入力プログレッシブ走査映像信号の第2フレームの偶数ラインだけを選択し2倍に時間軸伸長して、液晶表示パネル81の偶数ラインに表示することができる。以上の動作を2フレーム単位で繰り返す。
【0059】
図7において、クロック信号GCK1、スタート信号GST1、イネーブル信号GEN1は第2のゲート駆動回路制御回路37から第1のゲート駆動回路38aに入力されるゲート駆動回路制御信号であり、クロック信号GCK2、スタート信号GST2、イネーブル信号GEN2は第2のゲート駆動回路制御回路37から第2のゲート駆動回路38bに入力されるゲート駆動回路制御信号である。
【0060】
第1フレーム期間において、クロック信号GCK1は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST1は第1ラインでハイレベル、イネーブル信号GEN1は第1フレーム期間中ハイレベル(ただし、第1フレーム期間の最終のライン期間はローレベル)なので、第1フレームが始まると、第1のゲート駆動回路38aは、1番目のゲートライン(図3のx1)から順次アクティブにする。また、第1フレーム期間において、クロック信号GCK2は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST2は第1ラインでハイレベル、イネーブル信号GEN2は第1フレーム期間中ハイレベル(ただし、第1フレーム期間の最終のライン期間はローレベル)なので、第1フレームが始まると、第2ゲート駆動回路38bは、2番目のゲートライン(図3のx2)から順次アクティブにする。
【0061】
第1のゲート駆動回路38aは液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続されており、第2のゲート駆動回路38bは液晶表示パネル81の偶数番目のゲートラインに接続されているため、第1フレーム期間は、2ライン期間毎に液晶表示パネル81の奇数ラインと次の隣接偶数ラインが同時にアクティブにされ、以降、順次2ライン期間周期で、奇数、偶数ラインが2ラインずつ同時にアクティブにされる。
【0062】
一方、第2フレーム期間において、クロック信号GCK1は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST1は第1フレームの最終ラインでハイレベルなので、第2フレーム第1ライン期間には、1番目のゲートライン(図3のx1)が選択されている。しかしながら、第2フレーム第1ライン期間には、イネーブル信号GEN1がローレベルのため、1番目のゲートラインはアクティブにならない。
【0063】
その後、第2フレーム第2ライン期間からイネーブル信号GEN1がハイレベルとなるため、第1のゲート駆動回路38は、第2フレーム2ライン期間が開始すると、3番目のゲートライン(図3のx3)から順次アクティブにする。また、クロック信号GCK2は2ライン期間周期でハイレベル、スタート信号GST2は第2ラインでハイレベル、イネーブル信号GEN2は第2フレーム第2ライン期間からハイレベルなので、第2のゲート駆動回路38bは、第2フレーム2ライン期間が開始すると、2番目のゲートライン(図3のx2)から順次アクティブにする。
【0064】
第1のゲート駆動回路38aは液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続されており、第2のゲート駆動回路38bは液晶表示パネル81の偶数番目のゲートラインに接続されているため、第2フレーム期間は、2ライン期間毎に液晶表示パネル81の偶数ラインと次の隣接奇数ラインが同時にアクティブにされ、以降、順次2ライン期間周期で、偶数、奇数ラインが2ラインずつ同時にアクティブにされる。
【0065】
したがって、入力プログレッシブ走査映像信号の第1フレームの奇数ラインだけを選択し2倍に時間軸伸長して、液晶表示パネル81の奇数ラインと隣接偶数ラインに同時に表示することができる。また、入力プログレッシブ走査映像信号の第2フレームの偶数ラインだけを選択し2倍に時間軸伸長して、液晶表示パネル81の偶数ラインと隣接奇数ラインに同時に表示することができる。以上の動作を2フレーム単位で繰り返す。
【0066】
上記のように、第1および第2のゲート駆動回路制御回路36、37いずれのゲート駆動回路制御信号によっても、入力されたプログレッシブ走査映像信号の2フレーム期間で、第1のフレームの奇数ラインと第2のフレームの偶数ラインからなる1フレームを表示すれば良いため、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて1/2の速度で表示することができる。したがって、従来例のように液晶表示パネル81を分割駆動する必要がなくなり、輝度差の発生を防止することができる。また、ソース駆動回路323のシフトレジスタの並列数を半減でき、消費電力も低減できる。
【0067】
以上の説明において、ゲートドライブ回路38aは液晶表示パネル81の奇数番目のゲートラインに接続され、ゲートドライブ回路38bは前記液晶表示パネル81の偶数番目のゲートラインに接続され、順次2ライン期間(2H)周期で、各一本の偶数、奇数ゲートラインが同時にゲートオン電圧が印加されるとした。しかし、図28に示すような付加コンデンサ171がゲート信号線Xiと画素101間に形成しているときは問題となる。なお、この構成を前段ゲート構成と呼ぶ。
【0068】
たとえばゲート信号線X2およびX3にゲートオン電圧Vg(+)が印加された場合を考える。TFT86はアクティブ状態(オン)となり、ソース駆動回路33の出力を画素101に書きこむ。この際、ソース駆動回路33の出力が+極性であったとすると、付加コンデンサ171の両端子はともに+電圧が印加される。2H後、ゲート信号線X2にゲートオフ電圧Vg(−)となる。したがって、付加コンデンサ171の−端子が−側にひっぱられ、結果画素101に電荷は充電できないことになる。
【0069】
この課題に対処するため、本発明では図8のように液晶表示パネル81を駆動する。図8において、(a)はゲート駆動回路38aの出力である。ただし、一ゲート信号線の出力電圧を描いたものではない。(b)はゲート駆動回路38bの出力である。また、(c)はソース駆動回路33のyj端子の出力である。
【0070】
図8で明らかなように、ゲート駆動回路は1Hごとにゲートオン電圧の出力位置をシフトさせる。かつ、ゲート駆動回路38aと38bは交互にゲートオン電圧を出力し、他方のゲート駆動回路がゲートオン電圧を出力している時はゲートオフ電圧を出力する。したがって、ゲート駆動回路38aと38bでゲート信号線Xiを1H期間ごとに1本づつシフトさせていることになる。他方、ソース駆動回路33は2H期間ごとにデータ信号の値と極性を変化させる。つまり、ゲート駆動回路38は1H動作し、ソース駆動回路33は2H動作をする。駆動周波数が高く問題となるのはソース駆動回路33である。ゲート駆動回路38は(kHz)の周波数で動作している。図8の駆動方法では、2本のゲート信号線に同時にゲートオン電圧が印加されることがない。つまり、図28に示す液晶表示装置(後述)の前段ゲート構成においても付加コンデンサ171に充分、電荷を充電することができる。かつ、ソース駆動回路33の動作周波数も低減できる。
【0071】
前述のように、ゲートラインの走査方法は、第1のゲート駆動回路制御回路36または第2のゲート駆動回路制御回路37から出力されるゲート駆動回路制御信号によって決まる。換言すれば、液晶表示パネル81の表示方法は、どちらのゲート駆動回路制御回路から出力されたゲート駆動回路制御信号を選択するかによって決定される。ゲート駆動回路制御信号の選択は、表示方法選択回路35から出力される切換信号に応答する切換器44で行う。
【0072】
表示方法選択回路35には、A/D変換器40でディジタル信号に変換されたプログレッシブ走査映像信号が入力される。表示方法選択回路35は、入力されたプログレッシブ走査映像信号のフレーム毎の差分を計算し、差分の大きさにより、静止画か動画かの判定をする。その結果、静止画の場合は第1のゲート駆動回路制御回路36から出力されるゲート駆動IC制御信号を、動画の場合は第2のゲート駆動回路制御回路37から出力されるゲート駆動回路制御信号を選択する。
【0073】
より具体的には、表示方法選択回路35は、図9に示すように構成される。今、A/D変換器40が8ビットとすれば、A/D変換器40により映像信号は0〜255のデータとなる。前記データは第1フレームメモリ871aに入力され、保持される。第1フレームメモリ871aに保持されたデータは、1フレーム遅れて出力され、第2フレームメモリ871bに入力される。第1フレームメモリ871aに入力されるデータを入力データと呼び、出力されるデータを出力データと呼ぶ。出力データは入力データよりも1フレーム時間遅れている。
【0074】
入力データと出力データとは減算器872により差分がとられる。したがって、差分後の値は−128〜127の値となる。次に、前記データは、絶対値回路873に入力され、値“128"が加えられて0〜255の値となる。入力データと出力データ間の差分をとるのは、フレーム間での画像の動きを検出するためである。フレーム間で画像の動きがなければ差分値は“0"になる。画像の動き量が大きいほど差分値は大きくなる。
【0075】
絶対値回路873から出力されたデータは総和回路(SUM)874に入力され、1フレーム期間内の差分値が加算される。つまり、フレーム間で動き量がどれくらいあるかを求めることになる。加算された総和値が大きいほど動き量が大きいことを示す。1フレーム期間、加算された総和差は、比較器875に送られ基準値回路876の基準値と比較される。基準値とは所定値以上のとき画像の動きが大きかったと判断する値である。この値は、本発明の第1の表示方法と第2の表示方法とを切り換えるための値である。基準値よりも大きいとき、比較器874から切換器44に第2の表示方法を選択するように信号が転送され、切換器44は前記信号をうけて第2の表示方法を実現する。一方、基準値よりも小さいときには、第2の表示方法を実現するように切換器44に信号が転送される。つまり、総和値が基準値よりも大きいとき、動画に適するように表示方法が選択され、小さいとき静止画に適するように表示方法が選択される。
【0076】
ただし、第1の表示方法と第2の表示方法を切りかえるスレシュ−ホールドレベルにある映像信号の場合は、第1の表示方法と第2の表示方法とがめぐるましく切りかわり、表示状態としては見にくくなる。この課題に対処するには、表示方法が切りかわった後、一定の期間再びもとの表示状態にもどらないようにする必要がある。つまり「ヒスラリシス」をもたせればよい。「ヒスラリシス」をもたせるのは容易である。比較器875が表示方法を切りかえる信号が出力される回数をカウントし、そのカウント値が一定値以上のとき、表示方法を切りかえるようにすればよい。
【0077】
本実施形態において、ゲート駆動回路38aが奇数番目のゲート信号線と接続され、ゲート駆動回路38bが偶数番目のゲート信号線と接続されていることも重要である。なぜならばこの構成により第1の表示方法と第2の表示方法とを容易に実現できるからである。つまり、第1の表示方法では第1のフレームではゲート駆動回路389を動画させ、第2のフレームではゲートドライブ回路38bを動画させればよい。第2の表示方法では、ゲート駆動回路38a、38bがそれぞれ、一水平走査期間に1本のゲート信号線(計2本)を選択し、かつ、ゲート信号線の選択信号を順次移動させていけばよい。もし、すべてのゲート信号線が1つのゲート駆動回路に接続されていたならば、第1の表示方法の際、第1フレームおよび第2フレームのそれぞれでゲート信号線を1本おきに選択しなくてはならなくなる。このように1本おきに選択するのは回路構成が複雑になる。
【0078】
ただし、ゲート駆動回路38aが奇数番目のゲート信号線と接続され、ゲート駆動回路38bが偶数番目のゲート信号線と接続されているとしたが、この構成に限定されない例外がある。たとえば、1つのゲート駆動回路38内に2つのシフトレジスタ91aと91bとを具備する場合である。シフトレジスタ91aが奇数番目のゲート信号線と接続され、シフトレジスタ91bが偶数番目のゲート信号線と接続されている場合である。この場合見かけ上、ゲート駆動回路としては1つであるが、独立したシフトレジスタ回路を2系統有している。したがって、実質的には2つのゲート駆動回路があるのにほかならない。
【0079】
アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ(パネル)のように、リフレッシュするまで表示状態を保持するディスプレイにおいては、静止画の場合、フレーム間での内挿が行われるために垂直解像度が確保され、動画の場合、フレーム内での内挿が行われるために動画ボケは発生せず、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて1/2の速度で表示したにもかかわらず良好な画像が得られる。
【0080】
なお、上記実施形態では自動検出による切り換えを述べたが、それにつけ加えユーザーによる切換器44の強制切換を可能にすると、さらに実用上便利になる。たとえば、切換器44としてはプッシュボタンなどが例示される。
【0081】
用途によっては表示方法選択回路35を用いず、切換器44をプッシュボタンなどで強制切換する方が実用的な場合がある。たとえば表示ディスプレイ81に表示する画像が静止画が主であるか動画が主であるか判断できる場合である。通常ワークステーションのディスプレイはプログレッシブの信号が入力され、表示される画像は文字または図形等の静止画がほとんどである。この場合は、第1の表示方法(図1)でディスプレイに画像を表示すればよい。第1の表示方法は高品位の静止画を表示できる。静止画が満足できる表示であれば、ワークステーションの用途として十分実用的である切換器44は第1の表示方法を実現できるように固定しておけばよい。つまり切換器44は必要ではない。また、家庭用に用いるテレビジョンでは通常インタレース信号が入力され、表示される画像のほとんどが動画である。したがって、第2の表示方法を実現できるように切換器44を固定すればよい。第2の表示方法は静止画の表示には多少不向きであるが動画に対してはすぐれた表示品位を実現できる。特に本発明の第2の表示方法は高品位テレビで提案されているMUSE信号の表示に適すると推測される。以上のように、画像を表示すべき、ディスプレイが静止画を主とするか動画を主とするかが判断できる場合は、あえて、表示方法選択回路35を採用する必要はない。
【0082】
また、本発明の表示装置は、単純マトリクス型液晶表示パネル、ELパネル、プラズマディスプレイ、PLZTを用いたディスプレイ、強誘電液晶表示パネルにも適用可能なことはいうまでもない。しかし、本発明の表示装置では、信頼性、画像品位、コストなどの観点から、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルを採用している。
【0083】
以上に説明した映像信号表示方法によれば、2フレーム期間で1フレーム分の映像情報を表示するようにしているので、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて1/2の速度で表示することができる。その結果、パーソナルコンピュータやワークステーション等の広帯域(高速データレート)プログレッシブ走査映像信号を、マトリクス型液晶ディスプレイのように高速走査の苦手なディスプレイに表示する場合でも画質の劣化が生じない。また、第1の表示制御手段と第2の表示制御手段とを選択的に能動化するようにすれば、プログレッシブ走査映像信号の性質(例えば、静止画か動画か)に応じて常に最適な表示を行うことができる。
【0084】
さらに、プログレッシブ走査映像信号の隣接フレーム間の相関を表す値が所定値以上のとき(すなわち、静止画のとき)は第1の表示制御手段を選択的に能動化し、所定値未満のとき(すなわち、動画のとき)は第2の表示制御手段を選択的に能動化するようにすれば、静止画の場合はフレーム間で内挿が行われて垂直解像度を確保でき、動画の場合はフレーム内で内挿が行われて動画ぼけの発生を防止できる。
【0085】
以上のような映像信号表示方法は非常に多くの画素がマトリックス状に並べられた液晶表示パネルに適用すると効果を発揮する。非常に多くの画素とはたとえばSXGA(よこ1280ドット×たて1024ドット)である。これらの表示パネルに画像を表示するのは容易ではない。画素数が多いことはデータ転送レートが非常に高いことを意味し、かつ、前記SXGAはプログレッシブ走査映像信号が転送されているからである。SXGAに画像を表示しようとするとソース駆動回路33内のシフトレジスタの並列数は非常に多くなる。これはポリシリコン技術等では動作周波数が1〜3MHzである。したがって、データ転送レートに適応できるように時間軸伸長する必要があるためである。時間軸伸長をすればするほどシフトレジスタの並列数が多くなることを意味する。
【0086】
従来、家庭用テレビとしてはNTSC規格(よこ640ドット程度×たて480ドット)にのみに対応すれば十分であった。パーソナルコンピュータにおいてもVGA(よこ640ドット×たて480ドット)に対応していればよかった。しかし、近年は、ハイビジョン(HD)規格にも対応できることが望まれ、またSXGAにも対応することが望まれるようになった。
【0087】
本発明の映像信号表示方法を適用する表示装置の特徴は、上記規格に対応するため、アクティブマトリックス型の液晶表示パネルを用い、かつ、前記表示パネルは、よこ1820ドット×たて1024ドットとしているところにもある。よこのドット数は1820ドットのみに限定するものではないが、少なくとも1820ドット±100ドット以内を保持しておく必要がある。あまり1820ドットからはなれると、画素形状がたて1:よこ1の正方形の形状からはずれ、SXGAの画像表示に適さなくなるからである。よこのドットは1024ドット必要である。多少ずれても実用上は支障がないかもしれないが、1024ドットより少ないとSXGAの画面の完全な表示を実現できなくなる。
【0088】
図10は、本実施形態の表示装置における画像表示状態を示したものである。本表示装置はHD規格に対応できる1820×1024(16:9)の画素を保有する(表示領域53a)。その一部を用いてSXGA(1280×1024(5:4))を表示する(表示領域53b)。また、(640×2)×(480×2)(4:3))の画素でNTSCおよびVGA規格の画像を表示する(表示領域53c)。
【0089】
NTSCおよびHDはインタレース走査映像信号である。VGA、SXGAはプログレッシブ走査映像信号である。家庭用のテレビとしてはNTSC、HDに対応できれば当面は十分である。しかし、SXGAも表示したいという要望が強い。しかし、液晶表示パネルをプログレッシブ走査映像信号に適用するには、シフトレジスタの並列数がインタレース走査映像信号時の2倍となる。したがって、SXGAのプログレッシブ走査映像信号にも適用するためには、HD規格では必要でない。さらに2倍に並列に形成したシフトレジスタをあらかじめ形成しておく必要がある。これはあまりにも損失が大きい。この損失とは表示パネルを構成するTFTアレイの製造の困難さ(製造歩留まり、設計の困難さ)、シフトレジスタの形成領域が広くなりパネルの有効表示領域が小さくなるというデメリット、ゲート信号線等の信号伝達速度をHD規格の信号を表示するときに比較して1/2に向上させるために前記信号線の低抵抗値かの困難さに伴う損失である。
【0090】
本方法は、第1のフレームのプログレッシブ走査映像信号から奇数ラインデータを取り出し、表示パネルに表示し、第2のフレームから偶数ラインのデータを取り出して表示パネルに表示し、前記2フレーム期間で一画面を形成する。本方法によれば、シフトレジスタ数はHD規格のインタレースに適用できる並列数でSXGA規格のプログレッシブ走査映像信号による画像も表示できることになる。特にSXGA等はワークステーションで用いられ、ワークステーションで用いる画像は静止画がほとんどであり本方法で十分適用できる。もちろん、第2の表示方法を用いれば動画表示にも適応できるし、第3の表示方法のように、切換器44を動作させれば、映像信号に応じて(動画か静止画か)適正な画像表示を実現できる。
【0091】
図10でもわかるように、HDの表示領域53a内にSXGAの表示領域53bが上下方向は丁度おさまる(縦1024ドットであれば当然である)。また、NTSC(VGA)の表示領域53cでもほとんど無表示領域(画像を表示しない画素行)が生じず、ほとんどの画素を有効に利用できる。また、HDの表示領域53a内でSXGAの表示領域53bを左右(A、B方向)に「移動」させることができる。
【0092】
前述の「移動」方式はマルチウィンドウ方式に適応し、本発明の表示装置の応用範囲を広げることに効果がある。図3等では表示ライン選択回路31にラインメモリ41を用いたが、「移動」させるためには図11に示すようにフレームメモリ51を用いる必要がある。映像信号はA/D40によりデジタルデータに変換されフレームメモリ51に入力される。前記データをフレームメモリ制御回路52により読みだしを制御してD/A変換42を通してソース信号処理回路32に出力するのである。
【0093】
なお、図11に示すように、ソース駆動回路33は、液晶表示パネル81の上下にソース駆動回路33a、33bとして配置してもよい。ソース駆動回路を上下に配置すれば、後に説明する列方向の画素に信号極性が異なるように印加する。カラム反転駆動がやりやすくなるという効果がある。
【0094】
液晶表示パネル81には画面がちらついてみえる現象「フリッカ」が発生しやすい。そのため、図12に示すように1行(ライン)画素101または複数行ごとに極性の異なる信号を印加するH反転駆動が採用される。また、図13に示すように1列の画素101または複数の列ごとに極性の異なる信号を印加するカラム反転駆動が行なわれる。
【0095】
H反転駆動では、図12が第1フレーム目を表すとすると、図13は第2フレーム目の信号の印加状態を表す。また、カラム反転駆動では、図14が第1フレーム目を表すとすると、図15は第2フレーム目の印加状態を表す。各画素101は2フレーム周期で同一極性の信号が印加される。
【0096】
なお、以上の図では正極性を(+)で負極性を(−)で示している。また正極性とは通常対向電極88の電位に対して正方向を、負極性とは対向電極88の電位に対して負方向の電圧を示す。
【0097】
H反転駆動等を実現するのは容易である。図16に示すように映像信号はアンプ141を通して位相分割回路142に入力される。位相分割回路142は、図17に示すようにトランジスタQと2つの抵抗R1、R2で容易に構成できる。位相分割回路142で正極性(+)と負極性(−)の2つの極性の信号が作られ、前記信号は出力切り換え回路143に入力される。出力切り換え回路143からは正極性と負極性のいずれか一方の信号を出力する。1水平走査(1H)期間(図10の場合は2H期間)ごとに信号の極性を切り換えて出力すればH反転駆動となる。図11のように構成し、ソース駆動回路33aに正極性(負極性)の信号を印加し、同時にソース駆動回路33bに負極性(正極性)の信号を印加すればカラム反転駆動となる。
【0098】
液晶表示装置でフリッカが視覚的に認識されないように構成することは重要な事項である。そこで本発明の映像信号表示方法では以下のようにしている。なお、以下の図18〜図22において、横軸のnF(nは1以上の整数)は各フレームを示しており、たとえば1Fの次のフレームは2Fである。縦軸は表示パネル(ディスプレイ)の行(ライン)を示している。図中の+は正極性の信号であることを、−は負極性の信号であることを示し、アルファベットのa、b、cは画素101に印加される電圧(振幅)を示す。各フレームに含まれる映像信号データは異なるものとし、各フレームのデータごとにa、b、cと記号を付加している。
【0099】
なお、a、b、cの記号は説明の都合上、記述したにすぎない。たとえば、ラスター表示ではa、b、cはすべて同一の電圧(振幅)であろう。また、以下の図面において、+と−は説明の便宜上記載したものであり、+と−は置き換えてもよい。前記事項は以下の図面に対しても同様である。
【0100】
以下、第5の映像信号表示方法について、図18を用いて説明する。第5の映像信号表示方法は、HD規格の信号(インタレース走査映像信号(飛び越し走査))を表示装置に表示させるための方法である。前記信号は第1フレームに奇数番目のライン信号(走査線のデータ)が、次の第2のフレームに偶数番目のライン信号が転送されてくるものとする。
【0101】
図18では、1Fの列にaj(jは1以上の整数)が記載される。これは表示パネルの一画素列に第1フレームの映像信号データが保持されたことを示す。2Fの列に一番上に“+a1"と記載され、以下の列にはbj(jは2以上の整数)と記載されているから、一番上の画素には第1フレームの映像信号データがそのまま保持されており、他の画素には第2フレームの映像信号データが保持されたことを示す。
【0102】
以上のことから明らかなように、+a3と−a3とは画素101に保持されている電圧値が同じで、信号(電圧)の極性のみが異なっていることを示す。また、+a3と+a5であれば同一フレームの映像信号データではあり、画素101に保持された信号(電圧)の極性が同じであることを示す。
【0103】
なお、実際の映像信号が1ラインのa1の値と5ラインのa5の値が異なる場合もあるが同一の場合もある。なぜならば、一画面すべてが白ラスター表示であればすべての画素101には同一の電圧が書き込まれているからである。したがって、添字は説明の都合上異なった添字を付加しているにすぎない。また、たとえば図18において1Fの1ラインは+a1と正極性の電圧を保持しているとしているが、これに限定するものではなく、説明の都合上にすぎない。1ラインが−a1、2ラインが−a1、3ラインが+a3、4ラインが+a3であってもよい。また“×"とはdon't careであることを示す。つまり、1Fより前のフレームで書き込まれたデータである。
【0104】
以下、本発明の映像信号の表示方法において画素に印加保持する電圧の極性について説明していく。以下のように画素に印加する電圧の極性を考慮することによってフリッカが視覚的に認識されるのを大幅に低減できるのである。また、画素数等は図10で説明したものと同じとする。
【0105】
図18は、第5の映像信号表示方法により、HD規格のインタレース走査映像信号を表示パネルに表示する方法を示している。奇数フレーム(F)では奇数ラインおよびそれに続く偶数ラインに同一電圧を画素に保持させる。偶数フレーム(F)では偶数ラインおよびそれに続く奇数ラインに同一電圧を画素に保持させる。また、一列において2画素ごとに画素101に保持させる。つまり第1フレーム(F)では一列の画素101に“++−−++−−・・・・"と電圧が保持され、次の第2フレーム(F)では一列の画素101に“+−−++−−・・・・"と保持される。さらに次の第3フレーム(F)では“−−++−−++・・・・"となり、次の第4フレームでは“−++−−++−・・・・"となる。第5フレームでは第1フレームと同じの“++−−++−−・・・・"となる。
【0106】
つまり、一画素101のみに注目すればフレーム方向(時間軸方向)で“++−−++−−"の極性の電圧が印加されており、4フレーム期間で一周期となっている。したがって1フレームは1/60秒であるから4周期では1/15秒となりフリッカが発生する。しかし、前記画素の上下の画素は2フレームごとに反対極性の電圧が印加されている。たとえば第1フレームの3ラインの画素101aを注目すれば前記画素は時間軸方向で“−−++−−++"と電圧が印加されるが、2ラインの画素101cは“+−−++−−+"と電圧が印加され、4ラインの画素101bは“−++−−++"と電圧が印加される。したがって、多少フリッカが発生してもある任意の画素の上または下に隣接した画素には逆極性の電圧が印加されているためフリッカが発生しているとは認識されない。また、列方向にも“++−−++−−"と極性の異なる電圧が周期的に印加されているからフリッカをさらに認識されない方向に作用する。
【0107】
また、この第5の映像表示方法では、フレーム補間をとったのと同様な画像表示となり、特に動画領域の多い画像表示に適する。通常の家庭用テレビでは静止画像はほとんどないため、この表示方法は実用上十分である。なお、第2のフレームの1ラインの画素に+a1が印加されている。これは、第1のフレームの1ラインで書き込まれた電圧+a1がそのまま保持されていることを示す。このように、フレームごとに1ラインずらせて表示することも重要な点である。
【0108】
図19は、表示装置にワークステーション等のプログレッシブ走査映像信号を表示させる方法である。つまり、第1の映像信号表示方法において、画素に印加する電圧の極性を考慮した場合である(第4の映像信号表示方法)。第1のフレームでは第1フレームのプログレッシブ走査映像信号から奇数ラインの信号を取り出し、奇数ラインに表示する。その際、(4n−3)ライン(ただしnは1以上の整数)には正極性の電圧を、(4n−1)ラインには負極性の電圧を印加する。第1のフレームに続く第2のフレームでは第2フレームのプログレッシブ走査映像信号から偶数ラインの信号を取り出し、偶数ラインに表示する。その際(4n−2)ライン(ただしnは1以上の整数)には負極性の電圧を、(4n)ラインには正極性の電圧を印加する。以上の2フレーム期間で1画面を表示できる。
【0109】
次に、第2フレームに続く第3のフレームでは、第3のフレームのプログレッシブ走査映像信号から奇数ラインの信号を取り出し、奇数ラインに表示する。その際、各画素には第1フレームに印加した電圧の極性と逆極性となるようにする。また、第4フレームでは各画素には第2のフレームに印加した電圧の極性と逆極性となるようにする。
【0110】
以上のように電圧を印加すれば、各画素に印加した電圧の極性は図18と同一となる。したがって、フリッカは認識されない。図19の表示方法はライン補間を実現していることになる。したがって静止画に適する。ワークステーションでは図形、文章、またはプログラムのテキストを表示することが多く、これらの図形、文章等にほとんどが静止画である。したがって、第1の本発明の表示方法が適する。駆動周波数(データ転送レート)も、そのままプログレッシブ走査映像信号を液晶表示パネル81に表示する場合の1/2に低減できる。したがって、ポリシリコン技術を用いてソースドライブ回路33等を形成したパネルであっても、前記ソースドライブ回路33内のシフトレジスタ数は増加しない。
【0111】
HD規格の信号はインタレース走査映像信号で送信されてくるから、図18に示すようにインタレース走査映像信号で表示すれば十分である。ワークステーション等のプログレッシブ走査映像信号は、図19に示すようにすれば実用上十分である。
【0112】
本発明の表示装置は、HD規格のインタレース走査映像信号は図18で説明した表示方法で表示し、プログレッシブ走査映像信号かつ静止画の場合は図19の表示方法で表示する。また、プログレッシブ走査映像信号かつ動画の場合は、図2に示す本発明の映像信号表示方法を随時適用する。
【0113】
NTSC規格の信号を画像表示するためには、図20で説明する方法を用いればよい。NTSC規格の信号は有効水平走査線(ライン数)数は480本程度である。本発明の表示装置は有効水平走査線数は1024本ある。そのため、NTSC規格の信号を表示するには前記1024本中、480本の2倍の960本を用いる。つまり一本の走査線のデータを表示装置の複数のラインに表示する。また、NTSC規格の信号もインタレース走査映像信号である。図18に示すようにHD規格のインタレース走査映像信号を表示するのには、2本のラインに同一表示した。NTSC規格は480本の2倍の960本であるから、一本の走査線のデータを図20に示すように4本のラインに表示する。
【0114】
図20に示すように、奇数フレーム(F)では奇数番目の映像信号データが転送されてくるとし、かつ、nを1以上の整数とすれば、(8n−7)から(8n−4)ラインの画素101に同一の電圧が書き込まれる。偶数フレーム(F)では偶数番目の映像信号データが転送されてくるとすると、先と2ラインずらせて(8n−5)から(8n−2)のラインの画素101に同一の電圧が書き込まれる。偶数フレームでは(8n−7)と(8n−6)の画素101には前記偶数フレームの1つ前の奇数フレームのデータがそのまま保持される。これは、図18に示すように第2フレーム(2F)で第1ラインの画素に第1フレーム(1F)の1ラインのデータ“+a1"がそのまま保持されているのと同一の理由からである。
【0115】
図20ではフリッカを低減するには、画素101に書き込む電圧の極性にも考慮している。つまり、第1フレームでは列方向(1ライン〜nライン)に“++++−−−−++++・・・・"の極性の電圧を印加し、第2フレームでは“++−−−−++++−−・・・・"の極性の電圧を印加する。また、1画素(たとえば画素101a)を中心に時間軸方向(フレーム方向=1F〜9F)にみれば“++−−++−−・・・・"の極性の電圧を印加する。前記画素101aの下位置の画素101bは“+−−++−−・・・・"の極性の電圧を印加して、先の画素101aとは異なるようにしている。そのため一画素のみに注視すればフリッカは発生しているが、全体(任意の一画素とその周辺画素を同時にみれば)としてはフリッカは打ち消されて視覚的には認識されない。
【0116】
さらにフリッカの発生の影響を防止するためには、図21に示す第7の映像信号表示方法を行えばよい。図20では、1フレームの4ラインに同一の極性の電圧(たとえば第1Fの1ライン〜4ラインは“++++"、第1Fの5ライン〜8ラインは“−−−−")を印加していたが、図21では、4ラインは同一電圧であっても2ラインづつ電圧の極性を変化させている。(たとえば、第1Fの1ライン〜4ラインは“++−−"、第1Fの5ライン〜8ラインも“++−−")。
【0117】
以上のように表示させると、第1フレームでは列方向(1ライン〜nライン)に“++−−++−−・・・・"、第2フレームでは列方向に“−−++−−++・・・・"の極性の電圧が画素に印加される。また、1画素(たとえば画素101a)を中心に時間軸方向(フレーム方向=1F〜9F)にみれば“+−+−+−+−・・・・"の極性の電圧が印加され、前記画素101aの下位置の画素101bには“−+−+−+−+・・・・"と全く画素101aとは逆の極性の電圧が印加される。そのためフリッカの発生は極めて良好に抑制される。
【0118】
HD規格の信号は、図18の表示方法により表示できる。図21は、図18の表示方法を行なうのと同一のデータ転送レートである。したがって、本発明の表示装置で図18の表示方法を実現できるのであれば、図21の表示方法をも実現できることは容易に理解できるであろう。
【0119】
図22は、VGA規格の表示を実現する方法である。なお、この図22は第6の映像信号表示方法の説明図である。VGA規格の表示は、本発明の表示装置ではプログレッシブ走査映像信号をそのまま用いて表示する。VGA規格の有効水平走査線数は480本である。したがって、本発明の表示装置には1024本のうち480本の2倍の960本を用いて表示する。VGA規格の表示を行なうには、これまで説明した表示方法と異なり奇数フレームまたは偶数フレームと区別する必要はない。第1のフレームの映像信号データのうち奇数ラインに該当する信号は、(4n−3)および(4n−2)ラインに表示する。偶数ラインに該当する信号は(4n−1)および(4n)ラインに表示する。映像信号データの1ラインのデータを、2本のラインの画素行に書き込むのである。つまりプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示装置の2ラインに表示していく。
【0120】
フリッカの発生を防止するため画素に書き込む信号極性にも考慮を払っている。信号極性は奇数フレームでは列方向に“++−−++−−・・・・"、偶数フレームでは列方向に“−−++−−++・・・・"としている。フレーム方向(時間軸方向)では“+−+−+−+−・・・・"と画素に電圧を保持させる。したがって、1画素を注目してみれば1/30秒の周期で画素に同一極性の電圧が印加される。そのためフリッカの発生は全く生じない。
【0121】
以上のように本発明の表示装置では、図10に示すように画素数が横1280ドット横1024ドットの液晶表示パネルを用いて、HD、NTSC、VGA、SXGAの表示を実現している。また、図1、図2等で説明した方法を用いることにより前記表示パネルに転送するデータ転送レートを従来の1/2に低減し、消費電力の低電力化、ソースドライブ回路等の簡略化を実現している。その上、図18等で説明した方法によりフリッカの発生を防止している。
【0122】
本発明の映像信号表示方法は、TN液晶表示パネル、強誘電液晶表示パネルまたはPLETを用いた表示パネル等、画素に電圧を保持する方式の表示パネルに適応できる。
【0123】
これらの液晶表示パネルのうち特によく用いられるTN液晶表示パネルは、光の入射角依存性がある、画素に逆ドメインが発生する、液晶を配向させるためのラビング処理が必要で不良が発生しやすい等の課題がある。
【0124】
TN液晶表示パネルは、光の入射角と表示コントラストが依存する。これは液晶層87の中の液晶分子が画素電極151の法線に対し、一定角度で傾いていることから生じる。液晶分子の傾きと、光の入射角度が一致しておれば表示コントラストは良好である。しかし、不一致であれば表示コントラストは著しく劣化する。この課題は、TN液晶表示パネルをライトバルブとして用い投写型表示装置に対して重大である。投写型表示装置では光学設計の都合上ライトバルブに入射する光の主光線をライトバルブの全領域で一定方向にすることが困難だからである。たとえば、図102に示すようにTN液晶表示パネル691に入射する光の主光線はパネル上部と下部で異なる。
【0125】
今、液晶層87中の液晶分子の傾きが主光線cと一致しておれば、ライトバルブ691の表示領域の下部の表示コントラストは良好となる。しかし、上部の主光線aに対しては不一致であり、上部の表示コントラストは著しく悪くなる。したがって画面下部から上部に表示コントラストの劣化が生じる。つまり、画面下部の画像表示は良好であるが、画面上部は悪い低品位の画像表示状態となる。この現象は著しく画像表示を低下させる。
【0126】
また、TN液晶表示パネルの課題として、図103に示すように画素開口部701の画素周辺部からの光もれ(逆ドメイン領域702)がある。これは液晶分子が正規の配向方向と逆方向に配向することからおきる。この配向状態を逆チルド・ドメインと呼ぶ。これは画素電極と信号線間に発生する電界により液晶分子の立ち上がり方向が部分的に逆になることより生じる。液晶分子の立ち上がり方向が逆になった部分は電圧が印加されているにもかかわらず光は出射面の偏光板(検光子)を通過する。つまり光もれが生じる。正常な液晶の立ち上がり方向であれば光もれは生じない。
【0127】
光もれを防止する方法として、対向電極上に形成するブラックマトリックス(BM)703を幅を太くする方法がある。つまり、逆ドメイン領域702を隠すようにBM703を形成する。これも、画素閉口面積を低下させることとなり、表示輝度を低下させることが、有効な方法とは言えない。
【0128】
また、以下に説明するように、TN液晶を用いる液晶表示パネルは、画素周辺部には光抜けが発生しやすいため、ブラックマトリックスを太くしなければならない。したがって、光利用率が悪く、表示輝度は低い。ブラックマトリックスに照射された光は液晶表示パネルを加熱することになり、パネル温度を上昇させ、パネルの寿命を短くする。
【0129】
また、TN液晶表示パネルは配向膜を塗布し、ラビング処理が必要である。ラビング処理等は工程数を増加させ、製造コストの増大をひきおこす。また、近年、投写型表示装置に用いる液晶表示パネルの画素数は30万画素以上と大容量となり、それにつれ画素サイズは微細化の傾向にある。画素の微細化は信号線、TFTの凹凸を多数形成することになり、前記凹凸により良好にラビング処理を行なえなくなったことは当然である。また、画素サイズの微細化は1つの画素に占めるTFTおよび信号線の形成面積が大きくなり画素開口率を低減させる。一例として対角3インチの液晶表示パネルで35万画素形成した場合、画素開口率は約30%である。アモルファスシリコンでTFTを形成した場合で、かつ、150万画素形成した場合は20%弱という予測値もある。これらの画素開口率の低減は表示画像の低輝度化にとどまらず、入射光開口部以外に照射された光により、さらに液晶表示パネルは加熱されることになり前述の性能劣化を加速する。
【0130】
そこで、本発明の表示装置では光変調層87として高分子分散液晶を用いる。高分子分散液晶を用いた液晶表示パネル(以下、高分子分散液晶表示パネルと呼ぶ)はTN液晶表示パネルのように入射角依存性がなく、また、逆チルトドメインの発生もなく、ラビング処理も不要である。その上、光変調に偏光板を用いる必要がないため、高輝度表示を行なうことができる。
【0131】
以下、本発明の表示装置を用いる高分子分散液晶表示パネルについて説明する。高分子分散液晶は、液晶と高分子(ポリマー)の分散状態によって大きく2つのタイプに分けられる。1つは、水滴状の液晶が高分子中に分散しているタイプである。液晶は、高分子中に不連続な状態で存在する。以後、このような液晶をPDLCと呼び、また、前記液晶を用いた液晶表示パネルをPD液晶表示パネルと呼ぶ。もう1つは、液晶層に高分子のネットワークを張り巡らせたような構造を採るタイプである。ちょうどスポンジに液晶を含ませたような格好になる。液晶は、水滴状とならず連続に存在する。以後、このような液晶をPNLCと呼び、また、前記液晶を用いた液晶表示パネルをPN液晶表示パネルと呼ぶ。前記2種類の液晶表示パネルで画像を表示するためには光の散乱・透過を制御することにより行なう。
【0132】
PDLCは、液晶が配向している方向で屈折率が異なる性質を利用する。電圧を印加していない状態では、それぞれの水滴状液晶は不規則な方向に配向している。この状態では、高分子と液晶に屈折率の差が生じ、入射光は散乱する。ここで電圧を印加すると液晶の配向方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈折率をあらかじめ高分子の屈折率と合わせておくと、入射光は散乱せずに透過する。これに対し、PNLCは液晶分子の配向の不規則さそのものを使う。不規則な配向状態、つまり電圧を印加していない状態では入射した光は散乱する。一方、電圧を印加し配列状態を規則的にすると光は透過する。
【0133】
なお、前述のPDLCおよびPNLCの液晶の動きの説明はあくまでモデル的な考え方である。本発明においてはPD液晶表示パネルとPN液晶表示パネルのうち一方に限定するものではないが、説明を容易にするため主としてPD液晶表示パネルを例にあげて説明する。また、PDLCおよびPNCLを総称してPD液晶と呼ぶ。
【0134】
図23は、PD液晶の動作の説明図である。画素電極151にはTFT(図示せず)等が接続され、TFTのオン、オフにより画素電極151に電圧が印加されて、画素電極151上の液晶配向方向を可変させて光を変調する。(a)に示すように電圧を印加していない状態では、それぞれの水滴状液晶181中の液晶分子は不規則な方向に配向している。この状態ではポリマー182と水滴状液晶181との間に屈折率差が生じ、入射光は散乱する。ここで、(b)に示すように画素電極151に電圧を印加すると液晶分子の方向がそろう。液晶分子が一定方向に配向したときの屈折率をあらかじめポリマー182の屈折率npと合わせておくと、入射光は散乱せずにアレイ基板162より出射する。
【0135】
液晶層87に用いる液晶材料としてはネマティック液晶、スメクティック液晶、コレステリック液晶が好ましく、単一または2種類以上の液晶性化合物や液晶性化合物以外の物質も含んだ混合物であってもよい。
【0136】
なお、先に述べた液晶材料のうち、異常光屈折率neと常光屈折率noの差の比較的大きいシアノビフェニル系のネマティック液晶、または、経時変化に安定なフッ素系、クロル系ネマティック液晶が好ましく、中でもクロル系のネマティック液晶が散乱特性も良好でかつ、経時変化も生じ難く最も好ましい。
【0137】
高分子マトリックス材料としては透明なポリマーが好ましく、ポリマーとしては、製造工程の容易さ、液晶相との分離等の点より光硬化タイプの樹脂を用いる。具体的な例として紫外線硬化性アクリル系樹脂が例示され、特に紫外線照射によって重合硬化するアクリルモノマー、アクリルオリゴマーを含有するものが好ましい。中でもフッ素基を有する光硬化性アクリル樹脂は散乱特性が良好な光変調層87を作製でき、経時変化も生じ難く好ましい。
【0138】
また、前記液晶材料は、常光屈折率noが1.49から1.54のものを用いることが好ましく、中でも、常光屈折率noが1.50から1.53のものを用いることが好ましい。また、屈折率差△nが0.15以上0.30以下のものとを用いることが好ましい。no、△nが大きくなると耐熱、耐光性が悪くなる。no、△nが小さければ耐熱、耐光性はよくなるが、散乱特性が低くなり、表示コントラストが十分でなくなる。散乱特性は△nの2乗におよそ比例する。
【0139】
以上のことから、光変調層87の構成材料として、常光屈折率noが1.50から1.53、かつ、△nが0.15以上0.30以下のクロル系のネマティック液晶を用い、樹脂材料としてフッ素基を有する光硬化性アクリル樹脂を採用することが好ましい。
【0140】
このような高分子形成モノマーとしては、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ネオペンチルグリコールドアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールアクリレート等が挙げられる。
【0141】
オリゴマーまたはプレポリマーとしては、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ポリウレタンアクリレート等が挙げられる。
【0142】
また、重合を速やかに行なうために重合開始剤を用いても良く、この例として、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(メルク社製「ダロキュア1173」)、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン(メルク社製「ダロキュア1116」)、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバガイギー社製「イルガキュア184」)、ベンジルメチルケタール(チバガイギー社製「イルガキュア651」)等が挙げられる。その他に任意成分として連鎖移動剤、光増感剤、染料、架橋剤等を適宜併用することができる。
【0143】
なお、樹脂材料が硬化した時の屈折率npと、液晶の常光屈折率noとは略一致するようにする。液晶層に電界が印加された時に液晶分子が一方向に配向し、液晶層の屈折率がnoとなる。したがって、樹脂の屈折率npと一致し、液晶層は光透過状態となる。屈折率npとnoとの差異が大きいと液晶層に電圧を印加しても完全に液晶層が透明状態とならず、表示輝度は低下する。屈折率npとnoとの屈折率差は0.1以内が好ましく、さらには0.05以内が好ましい。
【0144】
PD液晶層97中の液晶材料の割合はここで規定していないが、一般には30重量%〜90重量%程度がよく、好ましくは60重量%〜85重量%程度がよい。30重量%以下であると液晶滴の量が少なく、散乱の効果が乏しい。また90重量%以上となると高分子と液晶が上下2層に相分離する傾向が強まり、界面の割合は小さくなり散乱特性は低下する。PD液晶層の構造は液晶分率によって変わり、だいたい50重量%以下では液晶滴は独立したドロップレット状(水滴状)として存在し、50重量%以上となると高分子と液晶が互いに入り組んだ連続層となる。
【0145】
水滴状液晶の平均粒子径または、ポリマーネットワークの平均孔径は、0.5μm以上2.0μm以下にすることが好ましい。中でも、0.7μm以上1.5μm以下が好ましい。PD表示パネルが変調する光が短波長(たとえば、B光)の場合は小さく、長波長(たとえば、R光)の場合は大きくする。水滴状液晶の平均粒子径またはポリマー・ネットワークの平均孔径が大きいと、透過状態にする電圧は低くなるが散乱特性は低下する。小さいと、散乱特性は向上するが、透過状態にする電圧は高くなる。上記0.7〜1.5μmの範囲は駆動電圧も適正で散乱特性も高く、また、液晶の応答性も速い。
【0146】
なお、本発明の投写型表示装置にライトバルブとしてPD液晶表示パネルを用いる場合は、青色光を変調する液晶表示パネルの水滴状液晶の平均粒子径またはポリマー・ネットワークの平均孔径は、赤色光を変調する液晶表示パネルのそれより小さくしている。
【0147】
本発明にいうPD液晶(高分子分散液晶)とは、特公表61−502128号公報に示すような液晶が水滴状に樹脂中に分散されたもの(図23参照)、樹脂がスポンジ状(ポリマーネットワーク)となり、そのスポンジ状間に液晶が充填されたもの(たとえば特開平5−173117号公報、特開平3−46620号公報等)が該当し、他に特開平6−208126号公報、特開平6−202085号公報に開示されているような樹脂が層状となっているものも包含する。また、特開平5−113558号公報、特公平3−52843号公報のように液晶がカプセル状の収容媒体に封入されているものも含む。さらには、液晶または樹脂45中に二色性、多色性色素を含有されたもの(例えば特開昭59−226322号公報、特開昭59−178429号公報)も含む。
【0148】
液晶層87の膜厚は5〜20μmの範囲が好ましく、さらには8〜15μmの範囲が好ましい。膜厚が薄いと散乱特性が悪くコントラストがとれず、逆に厚いと高電圧駆動を行わなければならなくなり、ゲート信号線にTFT86をオンオフさせる信号を発生するゲートドライブ回路38やソース信号線に映像信号を印加するソースドライブ回路33の設計などが困難となる。
【0149】
図24等に示すように、液晶層87の膜厚制御としては、黒色のガラスビーズ233または黒色のガラスファイバー、もしくは、黒色の樹脂ビーズ233または黒色の樹脂ファィバーを用いる。特に黒色のガラスビーズまたは黒色のガラスファイバーは、非常に光吸収性が高く、かつ、硬質のため液晶層に散布する個数が少なくてすむので好ましい。
【0150】
以上の説明においてビーズ、ファイバーは黒色としたが、液晶表示パネルを投写型表示装置のライトバルブとして用いる場合はこれに限定されるものではない。投写型表示装置は3枚の表示パネルでR、G、Bの3色の光をそれぞれ変調するものである。R光を変調する表示パネルに用いるビーズ233などは、R光を吸収させれば良い。つまり、変調する光の色に対して、補色の関係にある色素を含有したビーズ233を用いればよい。
【0151】
液晶層87は、電圧無印加状態で入射光を散乱(黒表示)する。透明のビーズを用いると表示画面が黒表示であっても、前記ビーズの箇所から光漏れが生じ、表示コントラストを低下させる。黒色のガラスビーズまたは黒色のガラスファイバーを用いれば光漏れは生じず、良好な表示コントラストを実現できる。
【0152】
また、画素電極151と対向電極88上に絶縁膜232を形成することは有効である。絶縁膜232としてはTN液晶表示パネル等に用いられるポリイミド等の配向膜、ポリビニルアルコール(PVA)等の有機物、SiO2等の無機物が例示される。好ましくは、密着性等の観点からポリイミド等の有機物がよい。
PD液晶87は比較的、比抵抗が低い。そのため画素電極151に印加された電荷を1フィールド(1/30または1/60秒)の時間のあいだ完全に保持できない場合がある。保持できないと液晶層87が完全に透明状態とならず、表示輝度が低下する。ポリイミド等の有機物からなる薄膜は比抵抗が非常に高い。したがって、有機物からなる薄膜を電極上に形成することにより電荷の保持率を向上できる。そのため、高輝度表示および高コントラスト表示を実現できる。
【0153】
絶縁膜232は液晶層87を電極88、151とが剥離するのを防止する効果もある。それは液晶層87を構成する材料の約半分近くは樹脂からなる有機物であるからである。そのため、前記絶縁膜232が接着層の役割をはたし、基板162、161と液晶層87との剥離が発生しにくくなる。
【0154】
また、有機物からなる絶縁膜232を形成すれば、液晶層87のポリマーネットワークの孔径または水滴状液晶の粒子径がほぼ均一になるという効果もある。対向電極88上に有機残留物が残っていても前記絶縁膜232で被覆するためと考えられる。その効果はポリイミドよりもPVAの方が良好である。これはポリイミドよりもPVAの方がぬれ性が高いためと考えられる。しかし、パネルに各種の絶縁膜232を作製して行った信頼性(耐光性、耐熱性など)試験の結果では、TN液晶の配向膜等に用いるポリイミドが、経時変化がほとんど発生せず良好である。そのため、本発明の表示パネルにはポリイミドを絶縁膜232として用いることが好ましい。
【0155】
なお、有機物で絶縁膜232を形成する際、その膜厚は0.02μm以上、0.1μm以下の範囲が好ましく、さらには0.03μm以上0.08μm以下が好ましい。
【0156】
PD液晶表示パネルは高輝度表示を実現できる。しかし、PD液晶表示パネルにも課題がある。以下、その課題と、本発明の表示パネル(表示装置)に採用した対策
(構成)について順次説明をしていく。PD液晶表示パネルで画像を表示した際、表示コントラストが悪くなる原因に、画素周辺部からの光漏れがある。これは信号線と画素電極間に発生する電気力線に液晶分子が配向するために生じる。特に図104に示すように、白ウィンドウを表示した際に顕著になる。白表示部の上部および下部の黒表示領域が灰色表示となるからである(以後、この現象を黒浮きと呼ぶ)。輝度分布は図105に示すようになる。b−b'線の部分は黒浮きは生じず、原理的には画面上部から画面下部まで輝度B1で一定である。しかし、a−a'線の部分は、輝度B1の部分がB2となる。PD液晶表示パネルで自然画を表示すると白表示部の上下に白線が表示される(以後、この現象を尾ひきと呼ぶ)。この現象は画像表示品位を大幅に低下させる。
【0157】
前述黒浮きを防止するためには、TN液晶表示パネル等と同様にブラックマトリックス(BM)を形成すればよい。しかし、対向電極88上にBMを形成することは好ましくない。PD液晶表示パネルの製造する際、未硬化の紫外線硬化樹脂と液晶とを混合させたもの(混合溶液)を対向電極88と画素電極151間に注入し、紫外線を照射して樹脂を硬化させ、樹脂成分と液晶成分とを相分離させるためである。紫外線は対向基板側より照射する。対向電極88上にBMが形成されていると、BM下の樹脂成分は硬化せず、液晶と樹脂成分とが相分離しない。したがって、表示パネルは安定性が悪く、経時変化の大きくなり、実質上ライトバルブとして用いることが困難である。
【0158】
また、BMが対向電極88上に形成されている場合、対向基板161とアレイ基板162との貼り合わせ精度も重要になる。貼り合わせの際ずれるとBMの端から光漏れが生じる。通常BM幅は貼り合わせ精度を考慮して、BMの幅を太く形成している。一般的には貼り合わせ精度は5μm〜10μmである。BMを太くすれば、それだれ、画素開口率が低下する。したがって、表示輝度は低くなる。
【0159】
そこで、本発明の表示装置は、主として画素電極151側等にBMとして機能する遮光膜155またはそれに類似する構成物を形成する。対向電極88側には通常、BMは形成しない。したがって、製造時、対向電極88側から紫外線を照射すれば、未硬化の樹脂成分が生じず、経時変化が生じない。BM156を画素電極151側に形成すれば、対向基板161とアレイ基板162の貼り合わせ精度を考慮することが必要なくなる。
【0160】
一例として、図25のように遮光膜155(155a〜155e)を形成する。さらに、ブラックマトリックス(BM)156(156a〜156d)を形成する。なお、図25は、表示パネルの対向基板161を取り除いた時のアレイ基板162の平面図を示している。また、以下に示す各図面は理解を容易にするために、モデル図的に描き、説明に不要な箇所は省略している。また、図26は図25のA−A'線での断面図であり、図27は図25のB−B'線での断面図である。
【0161】
図28は、本表示装置の等価回路図を示す。S1〜Snはソース信号線154であり、また、G1〜Gmはゲート信号線153(153a、153b)である。ソース信号線154(154a、154b)とゲート信号線153との交点にはスイッチング素子としてのTFT86(86a〜86d)が形成されており、前記TFT86の一端子はゲート信号線153に、また、他の一端子はソース信号線154に、残る一端子は表示画素である画素電極151に接続されている。また、前記端子には液晶層87の電荷だけでは1フィールド間に必要な電荷を蓄積することができないため画素電極151とゲート信号線153間に付加容量171を形成している。なお、図28の点線で囲った領域が一画素101である。
【0162】
遮光膜155(155a〜155e)の形成材料としてはクロム(Cr)が例示され、その膜厚は遮光効果を考慮して500オングストーム以上にする必要がある。遮光膜155の幅は、信号線154等に印加される電圧、液晶層87の膜厚を考慮して定めなければならない。対向基板88と信号線間距離が近いと、信号線154等と画素電極151間に発生する電気力線数は相対的に少なくなる。また、画素電極151と信号線154との間隔が広くても前記電気力線数は相対的に少なくなる。ソース信号線154に印加される信号振幅が小さければ遮光膜155の幅は狭くすることができる。
【0163】
遮光膜155は金属薄膜に限定されない。遮光膜155を光吸収膜におきかえてもよい。光吸収膜を形成する光吸収材料としては電気絶縁性が高く、液晶層87に悪影響を与えない材料であればよい。例えば、黒色の色素または顔料を樹脂中に分散したものを用いても良いし、カラーフィルターのようにゼラチンやカゼインを黒色の酸性染料で染色してもよい。黒色色素の例としては、単一で黒色となるフルオラン系色素を発色させて用いることもでき、緑色系色素と赤色系色素とを混合した配色ブラックを用いることもできる。
【0164】
以上の材料はすべて黒色の材料であるが、本発明の表示装置を投写型表示装置は3枚の表示装置を用いる。それぞれの表示装置はR、G、Bの3色の光のうち1色を受け持ち変調するものである。R光は変調する表示装置の光吸収膜としてはR光を吸収させれば良い。つまり特定波長を吸収できるように、例えばカラーフィルタ用の光吸収材料を望ましい光吸収特性が得られるように改良して用いれば良い。基本的には前記した黒色吸収材料と同様に、色素を用いて天然樹脂を染色したり、色素を合成樹脂中に分散した材料を用いることができる。色素の選択の範囲は黒色色素よりむしろ幅広く、アゾ染料、アントラキノン染料、フタロシアニン染料、トリフェニルメタン染料などから適切な1種、またはそれらのうち2種類以上の組み合わせでも良い。
【0165】
黒色色素は液晶層87に悪影響を与える材料が多い。そのため、使用は好ましくない。そこで前述のように特定波長を吸収できる色素を光吸収薄膜の含有色素として採用することが好ましい。
【0166】
R光用、B光用およびG光用の3枚の表示装置をライドバルブとして用いる投写型表示装置では採用が容易である。つまり、変調する光の色に対して、補色の関係にある色素を光吸収膜中に含有させればよい。補色の関係とは、例えば、B光に対しては黄色である。黄色に着色された光吸収膜はB光を吸収する。したがって。B光を変調する表示装置は黄色の光吸収膜を形成すればよい。
【0167】
光吸収膜を形成した効果として大きく2つ挙げられる。これらの効果を図29を用いて説明する。第一の効果として表示コントラストの向上がある。入射光Aは水滴状液晶181で散乱し、画素電極151に入射する。光吸収膜155が形成されておれば、前記光は吸収される。光吸収膜155がなければ点線で示すようにアレイ基板162に入射し、出射されるから、黒浮きが生じ、表示コントラストは低下する。
【0168】
第2の効果として、隣接画素への光のまわりこみの防止がある。入射光Bは水滴状液晶181で反射し、対向電極88と画素電極151間反射を繰り返し、隣接画素に入射する(点線で示す)。光吸収膜155が形成されておれば、光吸収膜155で吸収され隣接画素へ光が入射することがなくなる。したがって、画素のにじみが少なくなる。なお、このように光吸収膜を形成した構造を光吸収膜構造と呼ぶ。
【0169】
ここで、後の説明で必要となるので、図30と図31を用いてP偏光とS偏光等を定義しておく。P偏光とは、ダイクロイックミラー314等の光源素子の平面の法線312と入射光線311の進行方向を含む面上で振動する光317を言う。なお、前記「光線の進行方向を含む面」をP偏光面318と呼び、前記面上かつ前記光線進行方向に垂直な軸をP偏光軸315と呼ぶ。また、S偏光とは前記P偏光の振動方向313と垂直な方向に振動する光を言い、前記S偏光が振動する面をS偏光面と呼び、前記面上かつ前記光線の進行方向に垂直な軸をS偏光軸と呼ぶ。したがって、P偏光軸とS偏光軸とは直交する。
【0170】
高分子分散液晶でも液晶が配向することにより偏光依存性が発生する。この偏光依存性が発生する理由について、図32と図33を用いて説明する。液晶分子281は分子の長軸方向の屈折率と短軸方向の屈折率とは異なる。通常正の屈折率を有する液晶分子は長軸方向の屈折率を異常光屈折率neと呼び、短軸方向の屈折率を常光屈折率noと呼ぶ。高分子分散液晶は常光屈折率noとほぼ屈折率の等しいポリマー182材料を用いる。ポリマー182の屈折率をnpとする。図33に示すようにaa'方向に電界が生じると液晶分子281は前記電界に沿って配向する。すると、aa'方向の屈折率分布はポリマーの屈折率np(np=no)と液晶分子の異常光屈折率neと混在した状態となり、np≠neである。したがって、aa'方向の偏光は散乱する。一方、bb'方向は、常光屈折率noとnpとが混在した状態でるがno=npであるから、bb'方向の偏光は散乱されずそのまま透過する。以上のことから、aa'方向の横電界が発生し、前記横電界によって液晶分子281が配向するとbb'方向の偏光は透過し、aa'方向の光は散乱する。つまり偏光依存性が発生することになる。
【0171】
なお、以後に説明するが、図12のようにライン方向(aa'方向)の画素に同一極性の信号を印加すれば、隣接する画素間の横電界は上下方向(bb'方向、つまり列方向)に発生する。したがって、液晶分子はbb'方向に配向するから、aa'方向の偏光が透過(光漏れ)しやすくなる。したがって、前記横電界を抑制しなければ極めて良好なコントラストを実現できない。そこで、本発明の表示方法を実施するにあたり、パネル構造にも数々の対策を施している。この意味で本発明の表示方法と表示パネルの構造とは一体不可欠の関係にある。
【0172】
図34に示すように、画素電極151とソース信号線154間に電位差があると電気力線263(横電界)が発生し、前記電界に沿って液晶分子281が配向する。液晶分子281が一方向に配向するため画素電極151周辺部で光抜けが生じ、また、画素電極151と信号線154間は偏光依存性が生じる。
【0173】
なお、図35では、説明を容易にするため、図34におけるaa'方向の偏光を入射させたとして説明をする。また、説明を容易にするために、対向電極の電位を0V(図面ではGと表す)とし、前記対向電極の電位に対して正極性の電位を+電圧(図面では+と表す)、前記対向電極の電位に対して負極性の電位を−電圧(図面では−と表す)ものとする。
【0174】
図35において、(a)、(b)、(c)は液晶層87内の電気力線発生状態を示し、(d)、(e)、(f)は横軸をアレイ基板162の位置xとし、縦軸に透過率Tとしている。つまり、透過光の分布を概念的に示している。(a)、(b)、(c)は画素電極151に+電圧が印加され、ソース信号線に−電圧が印加された状態を示している。電気力線は、対向電極88と画素電極151の間(電気力線263a)および画素電極151とソース信号線154の間(電気力線263b)に発生する。このように、画素電極151と信号線間に発生する電界を横電界と呼んでいる。液晶分子281は電気力線の強度(電界強度)が所定値(液晶の立ち上がり電圧)以上のとき前記電気力線263に沿って配向する。電気力線263の方向が対向電極88に垂直の時、前記電気力線に沿って液晶分子281が配向すれば、液晶層の見掛け上の屈折率は常光屈折率noとなる。noとポリマー182の屈折率npがno≒npなる関係があるから、液晶層87は透明状態となる。一方、電気力線263の方向が対向電極88と平行の時、前記電気力線263に沿って液晶分子が配向すれば、液晶層の見掛け上の屈折率nxは(no+ne)/2となり、nx≠npであるから、液晶層87は散乱状態となる。
【0175】
画素電極151と信号線154間の液晶層は横電界263により散乱状態となる。画素電極151の周辺部の電気力線263の方向は対向電極88に対して斜めとなっているから、光透過状態となる。このことから透過光Tの分布は、(d)で示される。
【0176】
図35において、(b)は、画素電極151の電位がG電位の場合である。この場合、電気力線は信号線154と画素電極151の間の263bのみが発生する。このような電位状態が生じるのは、(a)の白表示部の上下の表示領域の画素である。前記上下の表示領域画素は黒表示であるから、対向電極88と画素電極151間に電位差がない。しかし、ソース信号線154には白表示部の画素に印加する信号が加わるので、横電界により電気力線263bが発生する。したがって、画素周辺部の液晶層87は半透過状態となり、光抜けが発生する。本発明の表示パネルでは、(c)に示すように、遮光膜155を画素電極周辺部に形成しているので、光抜けは発生せず良好な黒表示を実現できる。
【0177】
実験によれば画素電極周辺部の光抜けは大きいが、画素電極151と信号線154の間の光抜けは比較的小さい。したがって、PD液晶表示パネルに偏光板を配置せずとも遮光膜155の形式のみで実用上十分な場合が多い。それよりは高輝度表示が要望されることが多い。
【0178】
偏光板を用いる場合は、偏光板の偏光軸は横電界の発生方向と一致させる。たとえば、ソース信号線154と画素電極151の間に横電界が発生している場合は図36のように偏光板331と表示パネル81とを配置する(偏光軸332はゲート信号線の形成方向)。図36および図37において、実線矢印は表示パネルの横電界発生方向、点線矢印は偏光板の偏光軸(偏光方向)である。偏光板は、図36の(a)のようにPD液晶表示パネルの光の入射側と出射側の両方に配置してもよく、また、図36の(b)、(c)のように一方のみでもよい。なお、コントラスト表示が良好なのは(a)であることは説明するまでもないが、偏光板331の透過率分だけ表示輝度が低下する。図36のいずれの方式を採用するかは、光利用率、コスト、表示コントラストを考慮して決めればよい。なお、このような偏光板331を用いる構成を偏光板構造と呼ぶ。
【0179】
なお、図36と図37では、偏光板331を配置したが、本発明の技術的思想は横電界の発生方向を考慮して、直線偏光を液晶表示パネル81へ入射させることである。その一つの実現手段が偏光板331を用いることである。その他の方法として図38のように偏光ビームスプリッタ361を用いる方法がある。入射光363は偏光ビームスプリッタ361の光分離面362でP偏光とS偏光に分離される。前記P偏光とS偏光のうち一方を液晶表示パネル81に入射させるように構成する。
【0180】
図34等では、画素電極151に書き込み電圧の大きさを考慮せずに対向電極88に対して正極性を+、負極性を−と表現している。現実にはラスター表示でもないかぎり、各画素に印加される電圧が同一ということはあり得ない。しかし、隣接した画素電極151間ではほぼ同じレベルの信号が印加されているため、ある任意の画素を中心とし、その近傍の画素には同一のレベルの信号(電圧)が書き込まれていると見なしても差し支えないことが多い。つまり、隣接画素電極151間で各画素に印加された電圧の極性が一致しているならば、前記画素電極151間では横電界は発生しない。逆に各画素電極151間で電圧の絶対値が等しくともその極性が異なるならば横電界が発生する。
【0181】
もし、ソース信号線154からの電界が発生せず、隣接した画素電極間のみに発生する横電界で液晶分子が配向し、光漏れが生じるならば、図12のH反転駆動の場合は横電界の発生方向はbb'方向である。したがって、aa'方向の偏光が透過しやすくなる。そのため、図37のように偏光板331を配置すれば、光漏れを防止できる。図11のカラム反転駆動の場合は横電界発生方向は、図12と逆になる。そこで、図36のように偏光板331を配置すればよい。
【0182】
本発明の表示方向は、ライン方向に同一極性を印加するH反転駆動である。したがって、偏光板を用いる場合は図37のように配置する。この事項は本発明に重要な事項である。図37の偏光板構造と組み合わすことにより、横電界による画素電極151周辺部の光漏れを完全に防止でき、極めて良好な表示コントラストを実現できるからである。以上のように画素電極151に印加する電圧の極性と、偏光板331の偏光軸332を考慮するという技術的思想は、前述の偏光板構造において重要な事項である。
【0183】
以上のようにPD液晶表示パネルでは、横電界が生じる。そのため、画素電極151周辺部から光漏れが生じる。横電界による光漏れ対策は極めて良好な表示コントラストを実現するためには重要な事項である。
【0184】
その対策の1つが、図25に示す遮光膜211を付加した遮光膜構造である。なお、遮光膜155(光吸収膜と考えてもよい)は画素電極151上に形成するとしたが、図39に示すように対向電極88上に形成してもよい(遮光膜211)。製造上、液晶と樹脂成分を相分離するときに、遮光膜211は未重合の樹脂成分を生じさせることになるが、以下の方法で解決することができる。
【0185】
まず、未重合の樹脂と液晶を画素電極151と対向電極88の間に注入した後、A方向から紫外線を照射する。遮光膜211の下層の樹脂は未重合で残るので、次にB方向から紫外線を照射して残りの未重合の樹脂を硬化させる。遮光膜211上の樹脂はB方向から、ソース信号線154上の樹脂はA方向から硬化させることになる。したがって、液晶層87は完全に液晶と樹脂成分と相分離できる。
【0186】
対向基板161とアレイ基板162との貼り合わせの位置決めの許容範囲を拡大するためには、図40に示すように、図39の構造に加えて、画素電極151上に遮光膜155を形成する構成がある。この構成であれば、多少、貼り合わせがずれても画素電極151周辺部から光抜けが生じることはない。つまり、遮光膜155と遮光膜211を、A方向からみて貼り合わせ許容範囲分をオーバーラップさせておけばよい。
【0187】
従来のTN液晶表示パネルのようにBMが形成されなければPD液晶表示パネルでは、ソース信号線154上の樹脂は未硬化のまま残る。なぜならば、ソース信号線154上の対向電極88上にBMがあるからである。本発明では、図25または図39に示すように、ソース信号線154上に遮光膜を除去しているから、未硬化の樹脂は生じない。なお、遮光膜155、211は先に説明したように光吸収膜構造に置き換えてもよい。
【0188】
さらに、図24に示すように、遮光膜231は画素電極151と信号線154の間、さらには信号線154上に形成してもよい。この場合は、遮光膜231は絶縁材料では形成しなければならない。絶縁材料としては先に光吸収膜構造で例示した配色ブラック、またはアクリル樹脂にカーボンなどを含有させたもの等を用いることができることは、説明は要さないであろう。
【0189】
遮光膜155、231、211は、ソース信号線154の周辺または信号線上に形成するとしたが、これに限定するものではない。ゲート信号線153の周辺または前記ゲート信号線153上に形成すべきであることは明らかである。図12のようにH反転駆動を実施すれば、上下の画素間に横電界が発生し、光抜けが発生するからである。
【0190】
横電界による光抜けを防止する構成として、図41は、ソース信号線154またはゲート信号線153を低誘電率材料で取り囲む構成を示す。信号線154を低誘電体膜241で囲っている。低誘電体とは、液晶層87の比誘電率よりも低い比誘電率の材料という意味である。液晶層87を構成するポリマー32の比誘電率は5前後、液晶の比誘電率は15〜30である。液晶層24はポリマー182と液晶の混合物であるからその比誘電率は5以上30以下の比誘電率となる。
【0191】
低誘電体膜241の材料として、ポリマー182の同じ材料、SiO2、SiNxなどの無機材料、または半導体プロセスに用いるレジスト材料が例示される。比較的、低誘電体膜241は厚く形成する必要があるため、ポリマー182またはレジストなどの有機材料を用いることが好ましい。このような構成を低誘電体膜構造と呼ぶ。必要であればゲート信号線153上にも低誘電体膜241を形成する。
【0192】
低誘電体膜は横電界が発生する箇所に形成する。膜厚は厚い方がよい。PD液晶表示パネルはラビング等の配向処理が必要でないため、低誘電体膜241によりアレイ基板162等の表面に凹凸が生じても問題はない。これはTN液晶表示パネルと異なる、PD液晶表示パネルの大いなる利点である。
【0193】
また、好都合なことに前記低誘電体膜241に遮光膜155等を用いる色素等を混入させれば、遮光膜となる。色素等を混入させても比誘電率はほとんど高くならない。ただし、色素としてカーボンを用いる場合は多少比誘電率は高くなる。また、低周波数領域で画素電極151とソース信号線154との容量結合量が高くなる。しかし、ソース信号線154に通常印加される周波数帯域では前記容量結合量はほとんど高くならない。
【0194】
また、図41等に示す本発明の表示装置を、ライトバルブとして投写型表示装置に用いる場合は、色素としてカーボンを用いる必要性がない。なぜなら、前記投写型表示装置では各ライトバルブは赤(R)、緑(G)および青(B)の1色のみを変調し、前記1色を吸収するものであれば遮光膜として機能するからである。たとえば、変調光が青色の場合は黄色の色素である。
【0195】
遮光膜構造に用いる遮光膜は樹脂等の絶縁物に限定されるものではない。たとえば、ソース信号線154上に絶縁膜を積層し、前記絶縁膜上に金属からなる遮光膜を形成してもよい。たとえば、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)からなる薄膜である。六価クロムを用いれば前記六価クロムは黒色であり、光吸収膜としても機能する。
【0196】
以上のように、本発明の遮光膜構造とは画素電極周辺部を遮光するという構造であり、その構成(樹脂または金属薄膜)を問題とするものではない。図29に示す光吸収の効果が不要であれば、光を反射して遮光する構成であってもよい。誘電率が低い材料中は、電気力線が通過しにくい。したがって、横電界は弱まり、光抜けは発生しない。
【0197】
低誘電体膜241の膜厚は厚いほど横電界を防止し、光抜けを防止する効果が大きい。したがって、低誘電体膜241は、対向電極88と信号線154間を完全に充填する構造(図42参照)であってもよい。また、画素電極151の外周部を大きく被覆する方が光抜けを防止できる。
【0198】
また、図42の構成では低誘電体膜262が柱(以後、低誘電体柱と呼ぶ)となり、対向電極88と画素電極151間を一定の距離を保つ手段となる。つまり、図23で示したような液晶層87膜厚を一定距離に保つために用いたビーズ233を使用する必要がなくなる。これは重要な事項である。TN液晶表示パネルではラビング処理が必要であるため、図42に示すような低誘電体柱262が形成されておれば、ラビング処理の際、ラビング布が前記柱262に邪魔されて配向処理が不可能であろう。図42の構成はPD液晶表示パネルで初めて可能となった構成である。当然のことながら低誘電体柱262にも色素が混入させて“遮光柱"とすることが望ましい。
【0199】
図42に示すように電気力線263bは低誘電体柱により遮蔽されるため、全く発生しない。したがって、横電界による光抜けはなくなる。電気力線は画素電極151と対向電極88に真っ直ぐに発生する(電気力線263a)。また、低誘電体柱262は液晶層87の膜厚を規定する機能をも有する。つまり、液晶膜厚を規定するビーズ233としての役割をはたす。そのため、ビーズ233の散布は必要がない。したがって、ビーズ233周辺部の光抜けがなく表示コントラストも良好である。
【0200】
また、対向基板161とアレイ基板とを貼り合わす際、位置合わせが必要でないという利点をも有する。低誘電体柱262は対向電極88上に形成しておくことが好ましい。対向電極88上に他に構成物がなく、低誘電体柱の形成が容易だからである。なぜならば、アレイ基板162上はTFT等が形成された凹凸があるからであり、低誘電体柱の形成が困難であるからである。一方、対向電極88には極めて平滑性が高く、低誘電体柱の形成が容易である。
【0201】
図43は、低誘電体柱262上にBM261を形成する構成を示す。この場合、低誘電体柱262上にBM261を形成する。このように構成することにより、低誘電体柱262は透明材料であっても、光漏れは全く生じなくなる。
【0202】
図44は、図41の変形例を示し、ソース電極154、ゲート電極163および画素電極151の間を絶縁膜163で絶縁するときに、ソース電極163の近傍に、低誘電体膜241を形成する。
【0203】
図45は、本発明の他の実施形態における表示装置の平面であり、また、図46は、図45のC−C'線での断面図であり、図47は図45のD−D'線での断面図である。図45に示す実施形態では画素電極151とゲート信号線153間に付加容量(コンデンサ)171を形成している。付加コンデンサ171はゲート信号線153上に絶縁膜163を形成し、前記絶縁膜163上に画素電極151を重ねることにより形成する。ゲート信号線153はソース信号線154に沿って分枝している。画素電極151はゲート信号線153上を可能なかぎりシールドするように形成することが好ましい。
【0204】
付加コンデンサ171の形成位置はゲート信号線153および画素電極151周辺部であり、図25の遮光膜155と同一位置を中心として形成する。ゲート信号線153は通常金属薄膜で形成されるから、分枝したゲート信号線は遮光膜155としての機能を有するようになる。
【0205】
図25の表示装置は前段ゲート方式である。前段ゲート方式はゲート信号線153幅を太く形成し、前記ゲート信号線153と画素電極151とを重ねて所定のコンデンサ容量を得る。しかし、ゲート信号線153幅を太くすれば、画素開口率は低下する。図45では分枝させたゲート信号線153と画素電極151の間に電荷を蓄積できるようにしてから、前記電荷分だけ分枝がない場合に比較して、ゲート信号線幅を細くできる。また、分枝したゲート信号線部では遮光膜155の機能をもたせている。したがって、図25の表示装置の開口率は、従来の前段ゲート方式の表示装置の開口率と同等にできる。
【0206】
ソース信号線154と画素電極151の間の横電界による画素周辺部からの光抜けは、分枝したゲート信号線153で防止できる。つまり、図25において、遮光膜155をゲート信号線153に置き換えて考えればよい。
【0207】
ソース信号線154またはゲート信号線153に一定の信号が印加されている場合には前記信号による電圧により、画素電極151と信号線間に電気力線(横電界)が発生する。横電界により液晶が配向した偏光依存性が生じる。そのため、画素電極151周辺部に光抜けが生じる。これを防止するには、信号線154等を、図24に示す低誘電体膜により被覆することが好ましい。しかし、前記信号線等からの電気力線を完全にシールドしても、今度は隣接画素電極151間に発生する電気力線により横電界が生じる。この横電界を防止するには、図42の低誘電体柱262を形成する構成が有効である。また、偏光板331等を用いる方法も有効である。
【0208】
本発明の映像表示方法においては画素101に印加する電圧極性は図12のごとくなる。したがって、隣接画素電極間の横電界の発生方向はbb'方向である。偏光板331を用いる場合は、偏光軸332は図37に示すようにbb'方向にする必要がある。ソース信号線154からの電気力線は低誘電体膜241、低誘電体柱262を用いて完全にシールドする、または遮光膜155もしくは231により光漏れが生じないようにする。
【0209】
本発明の映像表示方法および前記映像表示方法を採用した表示装置において、図12に示すように画素電極101に所定の極性の電圧を印加するとしたが、以下に示す駆動方式も採用することが好ましい。液晶層87は厚いほど散乱特性が良好になる。したがって、表示コントラストは高くなる。しかし、液晶層87と透過させるのに高い電圧を必要とする。図12の方法を用いれば、液晶層87により高い電圧を有効に印加できるようになる。
【0210】
まず、対向電極88の電位は水平走査期間(H)(1Hまたは2H)ごとに極性を反転すべきである(図48の(a))。対向電極88の電位をG1電位を中心として、±V1+電位を4水平走査期間(4H)周期で印加する。4Hとしたのは、図12で示すように2ラインごとに同一極性の電圧を印加するからである。一方、図49に示す前段ゲート方式(ゲート信号線153と画素電極151間でコンデンサを形成し、付加容量171を構成する方式)ではゲート信号線153も4H周期でG2電位を中心として±V2+電圧を印加する。なお、ゲート信号線にはTFT86をオンさせる電圧、オフさせる電圧を印加する説明が容易にするためここでは考慮しない。このように駆動する方式をフローティングゲート方式と呼ぶ。
【0211】
図50は、フローティングゲート方式の説明図である。対向電極88には駆動手段821により4H周期の矩形波801を印加する。一方、ゲート信号線153には駆動手段822により4H周期の矩形波802を印加する。また、液晶層87のコンデンサ容量をC1とし、付加コンデンサ171の容量をC2とする。さらに説明を容易にするため、C1<<C2なる関係がある。TN液晶の場合、液晶層のコンデンサ容量C1は比較的大きい。しかし、PD液晶の場合は液晶層のコンデンサ容量C1は付加コンデンサの容量C2に比較して十分小さい場合が多い。これはPD液晶の比誘電率が低く、かつ、液晶層87の膜厚が8μm以上と厚いためである。TFT86はスイッチとみなし、ゲート信号線に印加した電圧波形は画素電極151にほぼ減衰なく出力されるとする。なぜならば、C1<<C2なる関係があるからである。また、説明を容易にするため、V1=4Vとし、V2=4Vとする。また、ソースドライブ回路33から出力する映像信号電圧Vsは映像信号により変化するが、ここではVs=±6Vと一定として説明する。
【0212】
図50の(a)において、対向電極88にV1+=4Vが印加され、その時ゲート信号線V2+=+4Vを印加する。(オフ電圧のレベルは説明上考慮していない)。この時にTFT86により画素電極151に、たとえばVs=6Vの電圧(これは、ソースドライブ回路33からの映像信号である)を印加する。すると、液晶層87には+4V−(−6V)=10Vの電圧が印加される。これが、図48の(a)の期間である。次に、図80の(b)の期間では、図50の(b)のように対向電極88にV1+=4Vが印加され、その時、ゲート信号線V2−=−4Vを印加する。対向電極88およびゲート信号線電位V2は全ての画素に対して共通の電極であるから、前記電圧V2がV2−、V1がV1−と変化することにより、図50の(a)で印加した電圧−6Vは、−6V+V2−=−6V+(−4V)=−10Vと変化する。しかし、液晶層87に印加されている電圧は10Vと変化しない。図50の(b)では画素電極151に+6Vの電圧を印加する。したがって、液晶層87には−4V−(−6V)=−10V、つまり10Vの電圧が印加される。
【0213】
以上のように、液晶層にはたえずソースドライブ回路からの電圧VsとV2またはV1の電圧が加えられた電圧が印加されることになる。このように4H周期で対向電極88の電圧を変化させる方式は本発明の特徴である。特に、PD液晶表示パネルの場合は液晶層88のコンデンサ容量C1が小さく、好都合である。なぜならばC1がC2に比較して一定以上大きければ、V2を変化させても画素電極151には電圧が印加されにくくなるからである。
【0214】
以上の説明は、前段ゲート方式の構造に対する駆動方式の説明である。他に図51に示す共通電極方式にも適用できる。共通電極方式は別レイヤーに形成した共通電極831と画素電極151とで付加コンデンサ171aを形成する構造である。前記共通電極方式では、共通電極831を、図50のゲート信号線153に置き換えれば先のフローティングゲート方式の駆動方法を実現できる。つまり、駆動手段822を共通電極831に接続したとして考えればよい。他の事項は、図48および図50を用いて説明したので省略する。
【0215】
共通電極方式では、共通電極831を別レイヤーに形成する必要があり、アレイ形成プロセスにおいてマスク数が増大するという欠点がある。しかし、ゲート信号線153を付加コンデンサ171の一方の電極とする必要がない。そのため、付加コンデンサ容量設計の自由度が高くなる。また、一般に画素開口率も高くなるという利点がある。特にドライブ回路33の回路構成が簡単である。そのため、本発明の表示装置のようにドライブ回路33等をポリシリコン(特に低温ポリシリコン)技術で形成する際に採用することが好ましい。
【0216】
本発明の表示装置を投写型表示装置のライトバルブとして用いる際に、以下の課題が発生することがある。それは、液晶表示パネル裏面の金属薄膜での反射によるゴーストまたは表示コントラスト低下である。
【0217】
図52に示すように、入射光451は液晶層87の水滴状液晶181により散乱される。散乱した光452は透過光454aとなるが、その一部は反射光453aとなる。前記反射光453aはソース信号線154等の金属薄膜で反射され、薄膜453aとなり、さらに透過光454bとなる。透過光454bはスクリーンに投映されるとゴーストとなる。また、投写レンズ等で乱反射し、表示コントラストを低下させる。
【0218】
PD液晶表示パネルは入射光を液晶87で散乱することにより光変調を行う。そのため、界面455に臨界角以上で入射する光が多い。前記臨界角以上の光は全反射される。そのため、界面で反射しソース信号線154またはゲート信号線153等の金属薄膜面に入射する光の割合がTN液晶表示パネル等と比較して大きい。したがって、前記ゴーストの発生原因を除去することが重要となる。なお、画素開口率が50%とすると開口以外の箇所のほとんどは金属薄膜で形成されていると考えてよい。
【0219】
前記ゴーストに対する第1の対策として、本発明の液晶表示装置では、パネルと空気との界面455に反射防止膜を形成している。反射防止膜は3層または2層の薄膜の積層で形成する。なお、3層の場合は広い可視光の波長帯域での反射を防止するために用いられ、これをマルチコートと呼ぶものとする。2層の場合は特定の可視光の波長帯域での反射を防止するために用いられ、これをVコートと呼ぶものとする。
【0220】
マルチコートの場合は、酸化アルミニウム(Al2O3)を光学的膜厚がnd=λ/4、ジルコニウム(ZrO2)をnd=λ/2、フッ化マグネシウム(MgF2)をnd=λ/4積層して形成する。通常、G光の場合、λとして520nmまたはその近傍の値として薄膜は形成される。Vコートの場合は一酸化シリコン(SiO)を光学的膜厚nd=λ/4、フッ化マグネシウム(MgF2)をnd=λ/4、または酸化イットリウム(Y2O3)とフッ化マグネシウム(MgF2)をnd=λ/4積層して形成する。SiOは青色側に吸収帯域があるため、青色光を変調する場合はY2O3を用いた方がよい。物質の安定性からもY2O3の方が安定しているため好ましい。なお、ここで言うλとは変調する光のピーク波長つまり中心波長である。nは薄膜の屈折率、dは物理的膜厚である。
【0221】
しかし、マルチコートまたはVコートの反射防止膜では十分とは言えない。なぜならば、界面455に臨界角以上で入射する光が、界面455で反射するのを防止できないからである。そのため、第2の対策として、図53または図54の構成を採用することが好ましい。
【0222】
図53は、金属薄膜(ソース信号線154等)に凹凸を形成した構成を示し、このような構成を凸構造と呼ぶ。また、図55は、図53のEE'線での断面図である。アレイ基板162に金属薄膜が形成される位置にはまず、凸部411が形成される。凸部411の形成材料としてはSiO2、SiNxなどの無機材料等が例示される。前記凸部411上に位置合わせしてソース信号線154等の金属薄膜が形成される。なお、凸部411は周期的に形成し、回折効果をもたせてもよい。界面455で反射し、ソース信号線154も戻った光453aは、凸部411により進行方向が変化する。したがって、透過光453bが発生せずゴースト等が生じない。
【0223】
また、図54の表示装置は、アレイ基板162上に遮光膜431を形成し、前記遮光膜431上にソース信号線154等を形成する。なお、このような構成を下層遮光膜構造と呼ぶ。また、遮光膜431は光吸収膜構造とすることが好ましいことは言うまでもない。
【0224】
遮光膜431の構成材料としては六価クロムなどの金属材料の他、図25の遮光膜155または図24の遮光膜231の形成材料等が例示される。遮光膜431上に絶縁膜432が形成され、前記絶縁膜432上にソース信号線154および画素電極151の周辺部が重ねられている。画素電極151の下層部の遮光膜431は、図15の遮光膜155に対応する。
【0225】
図54の構成では、画素電極151と信号線154間の下層にも遮光膜431が形成されているから、画素電極151と信号線154間から光漏れが生じることがない。また、遮光膜431で反射光453aを吸収できるため、ゴースト等が発生しない。
【0226】
TFT86においても、反射光453aに対する対策が重要である。TFT86の半導体層に光が入射するとホトコンダクタ現象(TFTのオフ特性が悪くなる現象)が発生する。ホトコンダクタ現象が生じると、画素電極151に印加した電界を1フレーム期間保持できなくなり、白表示の輝度が低下して表示コントラストが悪くなる。
【0227】
前記反射光453aによるホトコンダクタ現象の発生を防止するため、本発明の表示パネルにおいては、図56に示すように、TFT86の半導体層445の下層に遮光膜431を形成している。したがって、反射光453aは前記遮光膜431で吸収されたホトコンダクタ現象の発生を防止できる。なお、TTF86は、ゲート電極444、ドレイン電極442、ソース電極443、SiNx層441、半導体層445からなる。
【0228】
TN液晶表示パネルは、90度ねじれて液晶分子が配向し、かつ光が前ねじれ方向に沿って偏光方向を回転させることにより入射光を変調する。したがって、光を散乱させることがない。そのため、界面455で反射する光は少ない。しかし、PD液晶表示パネルは、図23で説明したように、入射光を散乱させることにより変調する。したがって、界面455で反射する光が大きくなる。そのため図53〜図56に示す構成を採用する意義は大きい。高分子分散液晶表示パネルに特有の構成と考えることができる。
【0229】
ある特定の波長の光に対して、PD液晶の散乱特性が最適となる水滴状液晶の平均粒子径、ポリマーネットワークの平均孔径がある。一般的に光の波長が長い(赤色光)ほど、水滴状液晶の平均粒子径等は大きくする。逆に光の波長が短い(青色光)ほど、水滴状液晶の平均粒子径等は小さくする方が散乱特性は向上する。したがって、赤色光を変調する表示パネルの平均粒子径等は青色光を変調する表示パネルの平均粒子径等よりも大きくする方が好ましい。平均粒子径を変化させるには、混合溶液を注入後、紫外線を照射する際に、前記紫外線の強度を可変することにより行える。短時間に強い紫外線を照射すると水滴状液晶の平均粒子径等は小さくなる。逆に長時間に弱い紫外線を照射すると水滴状液晶の平均粒子径は大きくなる。
【0230】
本発明の投写型表示装置は、主として赤色、青色および緑色の変調用の3枚の本発明の表示パネルをライトバルブとして用いる。前記表示パネルは、先に説明したように、混合溶液の樹脂成分を重合させる際、紫外線の照射強度を変化させて、各変調する光の波長に対して最適な平均粒子径または平均孔径としている。
【0231】
問題となるのは、一つの表示パネルで赤色、青色および緑色の3色を変調する場合である。具体的には画素に対応したモザイク状のカラーフィルタを具備する場合である。画素電極ごとに最適な平均粒子径等にしないと良好な表示コントラストは望めない。したがって、一律に紫外線を照射して混合溶液の樹脂成分を重合させることは困難である。
【0232】
図57に示す構成は、この課題を解決する。画素電極151上にはカラーフィルタ471が配置されている。なお、説明を容易にするため、透過型表示パネルではカラーフィルタ471aは赤色、471bは緑色、471cは青色として説明をする。対向電極88上には誘電体薄膜472がパターニングされて形成されている。前記薄膜472の形成は画素電極151の形状と略一致させる。なお、誘電体薄膜472は紫外線吸収手段として用いるので、誘電体薄膜に限定するものではない。たとえばITOを厚く形成し、紫外線吸収手段として用いてもよい。もちろん誘電体薄膜にはTiO2などの無機材料、ポリイミド、PVA等の有機材料をも含む。
【0233】
誘電体薄膜472の形状材料としてTiO2またはSiOが例示される。TiO2の屈折率nは2.3、SiOの屈折率nは1.7である。両材料は紫外線領域の波長の光を吸収し、可視光を透過する。ただし、吸収する波長帯域および吸収率は蒸着条件により変化するので、実験を繰り返して設定をする必要がある。一例として実験によれば、TiO2の場合、前記膜の物理的膜厚が0.075μmの時、光吸収率は350nmの波長の光に対して40%、360nmでは37%、370nmでは30%、380nmでは16%であり、可視光ではほとんど吸収がなかった。SiOは多少可視光を吸収する場合があるので、この意味からTiO2の方が好ましい。
【0234】
赤色のフィルタ471a上の誘電体薄膜472aは最も厚く、緑色のフィルタ471b上の誘電体薄膜472bはそれよりも薄く、青色のフィルタ471c上には誘電体薄膜を形成しない。したがって、混合溶液を重合させる際、A方向から紫外線を照射すれば、液晶層87cに入射する紫外線強度が最も強く、次に液晶87bとなり、液晶87aは最も弱くなる。紫外線が弱いほど水滴状液晶181は平均粒子径は大きくなる。これはポリマーネットワークの平均孔径が大きくなるのと同じである。つまり、PD液晶としては水滴状液晶を有するものに限定したものではない。
【0235】
以上の誘電体薄膜472の紫外線の吸収率の差異により、液晶層87の水滴状液晶181の平均粒子径は
液晶層87a>液晶層87b>液晶層87c
となる。液晶層87の平均粒子径に対する最適に散乱する変調する光の波長とはほぼ比例の関係にある。図57のようにカラーフィルタの光に対して、最適な平均粒子径にすることにより良好な表示コントラストが得られる。
【0236】
なお、ポリマーネットワークの平均粒子径または水滴状液晶の平均粒子径は、変調する光が赤色光の場合は1.2〜1.6μm、緑色光の場合は1.0〜1.4μm、青色光の場合は0.8〜1.2μmにすると表示コントラストは良好である。これらの平均粒子径に制御するのは誘電体薄膜472の膜厚により行い、また、十分な実験を行ったのちに膜厚を決定する。なお、以上のように、誘電体薄膜472等で画素ごとに水滴状液晶の平均粒子径等を変化させた構成を粒子径変化構造と呼ぶ。
【0237】
図57ではソース信号線154等上には低誘電体膜231を形成したが、その他、図42に示すように低誘電体柱562としてもよい。遮光柱261としてもよいことは言うまでもない。その他、図24に示す光吸収膜構造および絶縁膜232の採用、図36に示すように偏光板331を用いる偏光板構造、図53に示す凸構造、図54に示す遮光膜構造、図56に示すTFT遮光構造を随時採用すれば、各構造に伴う効果を享有できることは言うまでもない。なお、これらの構成、構造は以後に説明する反射型の表示装置にも採用する。
【0238】
なお、図57等では低誘電体膜231を形成することにより横電界を防止する構成であるが、図58のように、カラーフィルタ471でソース信号線154等を被覆し、電磁シールドを行ってもよい。カラーフィルタ471を形成する際にソース信号線154等を同時に被覆するだけであるから製造上も容易である。カラーフィルタは樹脂材料であり比較的比誘電率が低く、低誘電体膜231と同様の効果をもたせることができる。
【0239】
紫外線を混合溶液に照射する際、極端に強い光を照射すると、水滴状液晶の平均粒子径は非常に小さくなる。極端に小さくなると、電圧を印加しても透過状態とならなくなる。たとえば平均粒子径は0.6μm以下となると透過状態となる電圧は10Vに近くなる。
【0240】
画素電極154上の液晶層は通常6V以下の電圧で透過状態となるようにしている。10Vで透過状態となる仕様であれば6Vでは散乱状態である。散乱状態では黒表示である。したがって、疑似的にBMがあるのと同様の作用が得られる。
【0241】
図59に示す構造では、以上のようにソース信号線154等の液晶層87を常時散乱状態にし、前記疑似的にBMとする。ソース信号線154と相対する対向電極88上には誘電体薄膜472は形成せず、画素電極151に相対する対向電極88上に誘電体薄膜472を形成している。赤色のカラーフィルタ471aに相対する誘電体薄膜472aが最も厚く、緑色のカラーフィルタ471bに相対する誘電体薄膜472bが次に薄く、青色のカラーフィルタ471cに相対する誘電体薄膜472cが最も薄い。したがって、紫外線を照射する際、液晶層87に入射する紫外線のエネルギーは
液晶層87a<液晶層87b<液晶層87c<液晶層87d
にする。この紫外線のエネルギーの差異により、液晶層の水滴状液晶等の平均粒子径等の大きさは
液晶層87a>液晶層87b>液晶層87c>液晶層87d
となる。この際、液晶層87a、87b、87cは電圧6Vで透明状態となるようにし、液晶層87dは10V近くでないと透過状態とならないようにする。このように、画素電極以外の箇所の液晶層87dを、電圧に対し応答しないようにした構成を疑似BM構造と呼ぶ。
【0242】
以上のように、図59のごとくソース信号線およびゲート信号線上等の水滴状液晶の平均粒子径等を非常に小さくすれば電圧印加に対して応答しなくなる。ソース信号線154上等に低誘電体柱262を形成したのと同様の効果が得られる。つまり、平均粒子径が非常に小さければ、横電界に対しても応答しない。したがって、画素周辺部等からの光抜けがなくなる。また、常時散乱状態であるから、BMを形成したのと同様の効果が得られる。当然のことながら、図59のように低誘電体柱262を形成してもよい。
【0243】
なお、図57から図60の構成において、画素電極151上にカラーフィルタ471を形成し、対向電極88上に誘電体薄膜472を形成するとしたが、逆に、画素電極151上または画素電極151の下層に誘電体薄膜472を形成し、対向電極88上またはその下層にカラーフィルタ471を形成する構成でもよいことは言うまでもない。その場合は、混合溶液の樹脂成分を重合させる際に、紫外線は図47のB方向より照射すればよい。
【0244】
以下、本発明の反射型の表示装置の実施形態について説明する。なお、説明は透過型と異なる事項を中心として説明をする。したがって、以前に説明した透過型の構成は、適用される。図61は、本発明の反射型の液晶表示装置の構成図である。対向基板161としてのガラス基板の厚みは0.6〜1.1mmのものを用いている。アレイ基板161上にはTFT86等が形成されている。TFT86上には絶縁膜374を介して反射電極372が形成されている。反射電極372とTFT86とは接続端子373で電気的に接続されている。絶縁膜374の材料としてはポリイミド等を代表とする有機材料、またはSiO2、SiNxなどの無機材料が用いられる。反射電極372は表面をAlの薄膜で形成される。Cr等を用いて形成してもよいが、反射率がAlより低く、また硬質のため反射電極372周辺部の破れなどが生じやすい。
【0245】
接続端子部373は0.5〜1μmの落ちくぼみができるが、PD液晶87の配向などの処理が不要なため問題とはならない。開口率は画素サイズが100μm角の場合80%以上、50μm角の場合でも70%以上の開口率が得られる。ただし、TFT86上等は凹凸が生じ、多少反射効率は低下する。この凹凸をなくするためには反射電極372の表面を研磨すればよい。研磨により反射率は90%以上を達成できる。
【0246】
ソース信号線154およびゲート信号線153も図示していないが、アレイ基板162に上に形成されている。前記信号線およびTFT86上は反射電極372が被覆する構造となるため、信号線およびTFT86から発生する電界により液晶87が配向動作し、画像ノイズが発生するということがない。
【0247】
透過型表示パネルでは、横電界の発生は信号線と画素電極151間での発生を主としていた。反射型の表示パネルでは信号線154等は反射電極372の下層に形成されるため、信号線154と反射電極372間での横電界の発生はほとんどない。しかし、隣接画素間で横電界が発生する。すなわち、図62に示すように、反射電極372dが正極性、反射電極372b、372c、372eに負極性の電圧が印加されていると、反射電極372bと372d間に電気力線(横電界)263が発生する。液晶分子281は前記横電界263に沿って配向する。なお、反射電極372bと372e間には横電界が発生しない。前記反射電極は同極性だからである。
【0248】
図62に示すように液晶分子281の長軸が横電界263の方向に並べば、bb'方向の偏光は透過し、aa'方向の偏光に対しては散乱するようになる。偏光板を用いて横電界による光漏れを防止するには偏光板331の偏光軸332をaa'方向にすればよい。
【0249】
ただし、反射型の液晶表示パネルでは透過型の液晶表示パネルのような光が画素電極の周辺部を透過する現象は生じない。反射型では反射電極の周辺部の液晶が映像表示では関係のない表示(以後、画像ノイズと呼ぶ)する現象として表われる。つまり、横電界263により液晶層が透過状態となり、前記透過部に入射した光が反射電極で反射されスクリーンに投映されてしまう。
【0250】
画素電極間に発生する横電界をさらに防止するためには、低誘電体膜231を反射電極372間に形成すればよい。低誘電体膜厚231は反射電極と反射電極の間、および反射電極周辺部に形成する。低誘電体膜231の形成材料および効果等は図42等で説明をしたので省略する。また、低誘電体膜231を着色すれば、液晶層87間のハレーションを防止できることは図29を用いてすでに説明をした。さらに、低誘電体膜231は図63に示すように遮光柱262としてもよい。
【0251】
図63は、反射型のPD液晶表示パネルで粒子径変化構造を採用したものである。図60等に示す透過型表示パネルの構造を反射型に採用した構造であるから特に説明を要しないであろう。紫外線の照射はA方向から行えばよい。対向電極371bの両面に誘電体多層膜371a、371bを積層し、反射防止膜371とする。反射防止膜371は、対向基板161側から順に第1の誘電体薄膜371a、対向電極であるITO薄膜371b、第2の誘電体薄膜371cで構成される3層構成である。対向電極371bとなるITO薄膜の前後に透明誘電体薄膜371a、371cを形成して3層構成をとり、反射防止機能をもたせている。ITO薄膜371bの光学的膜厚(nd)はλ/2、第1の薄膜371aおよび第2の薄膜371cの光学的膜厚はそれぞれλ/4である。ただし、nは屈折率、dは物理的膜厚、λは光の波長である。
【0252】
図61等に示す液晶表示パネル81では、反射電極372の下層にTFT86を形成している。つまり、反射電極372はPD液晶層87で散乱した入射光がTFT86の半導体層に入射することを防止する遮光膜(BM)の機能と、液晶層87に電圧を印加する電極としての機能とを合わせもっている。反射電極372は金属材料で形成され、遮光効果も十分であり、また、構造も簡単であるため、低コスト化を実現できる。
【0253】
反射電極372とTFT86とは接続部373で電気的に接続をとる。接続をとるためには絶縁膜374の膜厚以上に金属薄膜(反射電極)372を蒸着する必要がある。絶縁膜374の膜厚は1μm程度である。そのため、接続部373に1μmの段差が生じる。また、反射電極372の膜厚も1μmとなるため、隣接した反射電極間には1μmの谷間が生じる。PD液晶表示パネルは、ラビングが必要でないため、前記段差があってもなんら障害はなく、高い製造歩留で液晶表示パネルを製造できる。
【0254】
接続端子部373には1μmの段差が生じる。また、TFT86の形状が反射電極372にパターニングされ、1μm程度の凹凸が生じる。PD液晶表示パネルは、散乱状態の変化として光変調を行う。したがって、前記段差およびTFT86の凹凸による液晶膜厚の1μm程度変化は、ほとんど光変調に影響を与えない。TN液晶等のように施光特性を光変調に応用する表示パネルでは前記凹凸は光変調に致命傷となるであろう。また、PD液晶表示パネルの液晶膜厚は8μm以上と厚いことも液晶層87の膜厚むらに対して、よい方向に作用する。
【0255】
第1の薄膜および第2の薄膜の屈折率は1.60以上1.80以下が望ましい。一例としてSiO、Al2O3、Y2O3、MgO、CeF3、WO3、PbF2が例示される。また、中でも、第1の薄膜をSiOに、第2の薄膜をY2O3にした場合、可視光領域全般にわたり0.1%以下の極めてすぐれた反射防止効果を実現できる。
【0256】
なお、反射防止膜371は、第1および第2の誘電体薄膜の光学的膜厚をλ/4、ITO薄膜の光学的膜厚をλ/2としたが、第1および第2の誘電体薄膜の光学的膜厚をλ/4、ITO薄膜の光学的膜厚をλ/4としてもよい。
【0257】
さらに、反射防止膜の理論で述べれば、Nを1以上の奇数、Mを1以上の整数としたとき、第1および第2の誘電体薄膜の光学的膜厚は(N・λ)/4、ITO薄膜の光学的膜厚は(N・λ)/4であればよい。または、第1および第2の誘電体薄膜の光学的膜厚は(N・λ)/4、ITO薄膜の光学的膜厚は(M・λ)/2であればよい。
【0258】
さらには、第1および第2の誘電体薄膜のうち一方は省略することができる。その場合は、多少反射防止としての性能は低下するが、実用上は十分であることが多い。この場合も、先の反射防止の理論を適用することができる。
【0259】
反射防止膜371の形成により液晶層87に入射せずに、反射する光を防止できるから、表示コントラストを大幅に向上できる。なお、さらに詳しくは特願平5−109232号に記載している。これらの反射防止膜371の構成等については前記公報の記載が本明細書にも適用される。
【0260】
反射型の表示パネルは、透過型の表示パネルに比較して、薄い液晶87膜厚でコントラストも良好であり、画素開口率も高いので高輝度表示を行うことができる。その上、表示パネルの裏面には障害物がないのでパネル冷却が容易である。たとえば、裏面からの強制空冷、液冷を容易に行え、また、図64に示すように裏面にヒートシンク381等も取り付けることができる。ヒートシンク381はシリコン等の接着剤282で表示パネル81に貼り付けて用いる。
【0261】
本発明の表示装置において、図55に示す凸構造または図54に示す下層遮光膜構造により界面455で反射した光を散乱または吸収し、ゴースト等を防止する。表示パネル81の光入出射面に凹レンズまたは透明基板(以後、総称して透明部材と呼ぶ)を貼り付けた構成(以後、透明部材構造と呼ぶ)をとることにより、前記ゴースト等を防止でき、さらに表示コントラストを向上できる。なお、透明部材構造は単独で用いることにより表示コントラスト等を向上できる特有の効果を発揮でき、また、下層遮光膜構造、凸構造と組み合わせることによりさらに効果は大きくなる。以下、透明部材構造について説明する。
【0262】
図65は、本発明の表示パネルに透明部材等を貼り付けた構成である。表示パネルの表面には透明基板391を貼り付けている。透明基板391は表示パネルの表面に光結合層392を介して貼り付けている。透明基板391の表面には空気との界面で反射する光を防止するための反射防止膜(図示せず)が形成されている。たとえば、前述のVコートである。
【0263】
光結合層としては紫外線硬化型接着剤が例示される。前記接着剤は表示パネルを構成するガラス基板の屈折率に近いものが多く、光結合剤の用途として適する。また、紫外線硬化型接着剤だけに限定されるものではなく、透明シリコーン樹脂なども用いることができる。他にエポキシ系透明接着剤、エチレングリコール等の液体等も用いることができる。留意すべき点は表示パネルの対向基板161等との間に空気が混入しないようにすることである。空気があると屈折率差により画質異常が生じる。
【0264】
透明基板391はガラスまたはアクリル樹脂のような透明物質で形成され、有効表示領域以外の部分である非表示領域(無効面と呼ぶ)には、黒色塗料等により光吸収膜(図示せず)が形成されている。
【0265】
透明基板391を表示パネルに貼り付けることにより表示コントラスト等を向上できる理由については特開平4−145277号公報に詳しく記載しているのでここでは説明を省略する。なお、前記公報に記載された事項はすべて本明細書に適用される。
【0266】
本発明の表示パネルに透明部材を貼り付けた構成は数々考えられる。たとえば、前記公報の図13に示すように、表示パネルに凹レンズ112に貼り付けた構成、凹レンズ112を貼り付け、さらに凹レンズの凹部に凸レンズをわずかな空気層を介して配置した構成、または、透明基板111がある。これらの事項も前記公報に記載されている。
【0267】
図66に示すように、透明基板または凹レンズを表示パネルに貼り付けることにより液晶層87で散乱した光が界面455で反射し、再び液晶層87で散乱(2次散乱または2次光源)が生じることがないため、表示コントラストを向上できる。界面455で反射した光が再び液晶層87に戻ってくることがなくなるということは、ソース信号線154等で反射する光453bも無くなることを意見する。つまり、図46に示すように、入射光451は液晶層87で散乱し、散乱光452となるが、前記光は凹レンズ391の界面455で反射し、すべて凹レンズの無効領域に形成された光吸収膜に入射し、吸収されてしまうのである。
【0268】
表示パネルに偏光板331を貼り付ける場合は、図65に示すように、透明基板391と対向基板161間に挾持させるとよい。透明部材391と空気と接する面に偏光板331を貼り付けてもよいが、通常、偏光板331は樹脂フィルムであるため、反射防止膜を樹脂フィルム面に形成することは難しい。反射防止膜がなければ、界面455で反射する光が増加し、光損失が生じる。図65のように透明部材391と対向基板間に挾持させれば、偏光板331では光の反射は生じず、かつ透明部材391の界面に反射防止膜を形成できて光利用率の向上が望める。なお、偏光板331の偏光軸332は、図36等で説明したように、横電界の発生方向を考慮して設定をする。
【0269】
透明部材構造は、反射型の本発明の表示パネルにも適用できる。図67はその構成図である。透明部材391aの表面には3層のマルチコートの反射防止膜401を形成している。もちろん図68に示すように、Vコート401でもよい。
【0270】
透明部板(透明基板、凹レンズ)は、ガラス、アクリル等の固体物に限定されるものではない。たとえば、立方体の容器等にエチレングリコール等の液体を充たしたものを含む。液体は流動性があるため、液晶パネルの熱をうばい、液晶パネルを冷却する効果がある。つまり2次散乱光の制御だけでなく光で加熱された液晶パネルを冷却する機能を透明部材は有する。
【0271】
反射型の表示パネルの構成も、図65と同様に数々の変形が考えられる。たとえば、図67に示すように反射型の表示パネルの対向基板161に透明基板391を貼り付けた構成、または透明基板の代わりに凹レンズを貼り付けた構成、または対向基板161を十分厚く(対向基板の厚さ+透明基板391の厚さ)した構成である。これらの効果も、先の図65に示す透過型の表示パネルの効果と同様である。また、図68のように偏光板331を対向基板161と透明部材391の間に挾持させてもよい。
【0272】
図61に示す反射型の表示装置は金属薄膜372を採用する構成であった。しかし、反射型としては、図69および図70に例示されるタイプも考えられる。
【0273】
図69は、図25の構成で画素電極151の下に光吸収膜771を配置した構成である。光吸収膜771としては黒色の染料を含有した樹脂が例示される。その他、六価クロム等の黒色の金属材料が例示される。しかし、作製の容易さ、配色選定の容易さを考慮すれば樹脂からなる光吸収膜を採用することが望ましい。
【0274】
光吸収膜771は画素形状に対応してパターニングされている。全画素に共通して(一体として)形成されているのではない。この理由はTFTアレイの製造プロセスの制約に起因する。まず、基板162上にTFT86および信号線154などが形成される。次に、光吸収膜771がスピンナーなどで塗布され、その後、画素形状に対応してパターニングされる。最後に画素電極151になるITOが蒸着されて前記ITOがパターニングされた画素電極151となる。
【0275】
TFT86などを構成する金属薄膜の蒸着には、比較的高温度に基板161を加熱する必要がある。前記温度では光吸収膜771の樹脂は劣化または変化する。したがって、光吸収膜771の形成後、TFT86を形成することはできない。そこで、TFT86の形成後、光吸収膜771を形成する。かつ、TFT86と画素電極151とを接続するための穴あけ(パターニング)をする。なお、図面では図示していないが、信号線154などの上には光吸収膜771を形成している。前記光吸収膜771を低誘電体膜241または光吸収膜231として機能させ、信号線と画素電極間の横電界を防止するためである。
【0276】
A方向から画素電極151をみると、液晶層87が散乱状態の時、白色(散乱)にみえる。液晶層87が光透過状態の時は黒色の光吸収膜771を見ることができる。つまり、TFT86により画素ごとに光透過率が制御され、白黒の画像または文字等を表示できる。図69の反射型の構成は光源等を用いず、直射光または蛍光灯等の人工光の照明下で文字、図形等を表示することができる。したがって、低消費電力化を実現でき、ポケットコンピュータ等にモニタ用として適する。もちろん光吸収膜771を赤色光、緑色光、青色光を反射するものを採用すればフルカラー表示も行える。これは、PD液晶を採用してこそ実現できる事項である。TN液晶では偏光板を用いる必要があり、実用上十分な表示輝度を得られないからである。なお、遮光膜156その他反射防止膜371等の構成等は、以前に図69において説明したので説明を省略する。
【0277】
図61の反射型を変形した図70の構成も考えられる。図70の構成は、図61の反射電極372を透明電極151とし、かつ、絶縁膜374を光吸収膜771とした構成である。つまり、液晶層87が光透過状態となれば、図69に示すように、ITO151の下の光吸収膜771の色が見えるのである。
【0278】
TFT86はITO151の下層に形成する。このように形成することにより画素開口率が向上する。しかし、光吸収膜771はアルカリ金属等の不純物を含む場合があり、TFT86の特性に影響を与える場合がある。そのため、TFT86上には、SiO2、SiNx等の無機材料からなる保護膜781を形成する。まず、基板162上にTFT86および信号線154などが形成される。次に、TFT86に保護膜781が形成される。その後、光吸収膜771がスピンナーなどで塗布され、その後、画素形状に対応してパターニングされる。最後に画素電極151になるITOが蒸着されてパターニングがされて画素電極151となる。
【0279】
また、隣接したITO151間には光吸収膜231を形成しておく。これは、画素間に発生する横電界により光変調が正規の表示状態以外となる領域が視覚的にみえなくするためである。
なお、図69と図70の構成の表示パネルにおいて、好ましくは対向電極88およびITO電極151上には絶縁膜232を形成する。この理由については以前に説明したので省略をする。また、液晶層87の構成、材料などについても、すでに説明したので省略する。
【0280】
図32〜図34と図61において、液晶分子は正の誘電率を持つものとして説明した。したがって、横電界がaa'の方向に生じると、液晶分子はaa'の方向に配向する。そのため、bb'方向の偏光が透過しやすくなる。
【0281】
しかし、液晶分子が負の誘電率を持つ場合は、前記関係は逆になる。負の誘電率を持つ場合は横電界がaa'方向に生じると、bb'の方向に配向したのと同等と見なすことができる。したがって、aa'方向の偏光が透過しやすくなる。液晶分子が正の誘電率を有する場合において、図62に示すように、本発明の映像信号表示方法を実施すると、aa'方向の偏光が透過しやすくなる。そのため、偏光板を本発明の表示装置に用いる場合は、前記偏光板の偏光軸を画素列方向(bb'方向)に略一致させる。また、カラム反転駆動の場合は、前記偏光板の偏光軸を画素行方向(aa'方向)に一致させる。
【0282】
本明細書(特許請求の範囲を含む)の記載事項は、液晶分子が正の誘電率を有するものとして記述している。現実に、実用となる液晶は正の誘電率を有するものがほとんどである。しかし、負の誘電率の液晶を用いることもあり得る。したがって、負の誘電率の液晶を用いた場合は、本発明の明細書(特許請求の範囲を含む)の記載事項は読みかえる必要がある。具体的には、液晶が負の誘電率を有する場合は、H反転駆動を行う場合は偏光手段の偏光軸を画素行方法(ゲート信号線の形成方向)とし、カラム反転駆動を行う場合は偏光手段の偏光軸を画素列方法(ソース信号線の形成方向)にする。
【0283】
本発明の一つの技術的思想は、横電界に液晶分子が配向することにより画素電極周辺部などからの光抜けが発生するのを防止するため、前記横電界の発生方向を考慮した表示パネルの構成または駆動方法である。たとえば、偏光軸の方向、低誘電体柱261、遮光膜211、樹脂遮光膜231、低誘電体膜241、遮光柱262、駆動方式(H反転駆動、カラム反転駆動)などである。したがって、液晶が負の誘電率を有すれば、横電界による液晶分子の配向方向も異なるから、当然のことながら、本明細書および特許請求の範囲を、負の誘電率の場合に適合するように読み変えなければならない。本発明が意図する技術的思想としては、変更がないからである。
【0284】
以下、本発明の投写型表示装置について説明をする。本発明の投写型表示装置は、基本的には、本発明の表示装置81をライトバルブとして用いたものである。まず、本発明の投写型表示装置について共通する事項を簡単に述べる。
【0285】
本発明の投写型表示装置において、光利用率の向上の観点から、パネル有効表示サイズ(パネルの表示領域)を小さくなれば、照明光のFナンバーは大きくする必要がある。パネル有効表示サイズdを大きくすれば、照明光のFナンバーは小さくでき、結果として明るい大画面表示を実現できる。しかし、パネル有効表示サイズが大きくなると投写型表示装置のシステムサイズは大きくなり好ましくない。また、パネル有効表示サイズが小さくなればパネルの表示領域に入射する単位面積あたりの光束が増大し、パネルを加熱して好ましくない。
また、発光体輝度をランプ寿命を考慮して1.2×108ntと一定とすると、アーク長とランプの消費電力はおよそ比例すると考えられる。メタルハライドランプの効率は80lm/Wである。50Wのランプの全光束は4000lm、100Wのランプの全光束は8000lm、150Wのランプの全光束は12000lmとなる。ランプのアーク長とランプ消費電力には相関があり、アーク長とFナンバーとは相関がある。
【0286】
投写型表示装置において、投写画像の画面サイズが40インチ以上で、かつ実用域の視角および画像の明るさを得るためには、300〜400lm以上の光束が必要である。したがって、ランプの光利用率が4%程度とすると、100W以上のランプを用いなければならない。このことから、表示コントラスト(CR)を良好に得るためだけであればアーク長3mmのランプを用いることができるが、十分な投写画像の輝度を得るためには100W以上のメタルハライドランプが必要である。
【0287】
また、パネル有効表示サイズも小さいと十分な表示輝度を得ることができない。パネルは有効表示サイズはアーク長が5mm、照明光の有効F値を7とすると、3.5インチ前後の大きさが必要である。アーク長が5mm程度、パネル有効表示サイズが2インチ強であれば、照明光の有効F値は5弱となる。この場合、表示輝度は実用域となるが、良好な表示コントラスト(CR)は望めない。
【0288】
各種の実験と検討の結果、照明光の有効F値が5以上であれば実用域の表示輝度が得られる。しかし、良好な表示輝度と表示コントラストおよび適正な消費電力かつランプ寿命を得るためには照明光の有効F値(=投写光の有効F値)は7前後、ランプのアーク長は5mm前後、ランプのWは150W前後を用いなければならないという結果を得た。
【0289】
投写レンズのFナンバーを低下させるとスクリーンに到達するスクリーン光束は高くなる。それにともない、ランプの消費電力も大きくしなければならない。また、ランプの長寿命化の観点からランプの消費電力が大きくなると、アーク輝度を一定と考えると長アークになる。当然、表示コントラスト(CR)はFナンバーが小さくなると悪くなる。逆に投写光学系のFナンバーを大きくすると表示コントラストは高くなるが、スクリーン光束は小さくなる。
【0290】
各種の実験と検討の結果、消費電力の点から250W以下でなければならない。かつ、スクリーン輝度を得るために100W以上のメタルハライドランプを用いなければならない。さらに好ましくは、スクリーン輝度および表示コントラストを考慮するとアーク長は3mm以上6mm以下でなければならない。
【0291】
パネルの有効表示領域の対角長はシステムサイズの点から4.5インチ以下でなければならない。また、光利用効率の点から2インチ以上でなければならない。中でも十分な光集光効率を得、かつコンパクトにするためには好ましくは3インチ以上4インチ以下にしなければならない。
【0292】
パネルサイズ(有効対角表)をd(インチ)とし、ランプのアーク長L(mm)とすれば以下の関係を満たすことが好ましい。
2/3d≦L≦2d
たとえば、パネルサイズdが3インチであれば、アーク長Lは2mm以上6mm以下である。
【0293】
投写レンズのFナンバー、広義には投写光学系のFナンバーは、良好なコントラスト(CR)を得るために5以上でなければならない。また、十分なスクリーン輝度を得るために9以下でなければならない。さらに前述のランプのアーク長を考慮すればFナンバーは6以上8以下でなければならない。
【0294】
また、照明光の光の広がり角(Fナンバー)を投写レンズの集光角(Fナンバー)と略一致させなければ光利用率は低下する。これは、Fナンバーが大きい方に制約を受けるからである。本発明の投写型表示装置の照明光のFナンバーと投写レンズのFナンバーは一致させている。
【0295】
なお、以上の記載において、たとえばランプのアーク長が5mmとは、「実質的に5mm」であることを意味する。実質的に5mmとは、アーク長が8mmであっても、前記アークから放射された光の内、投写レンズが、アークの中央部の5mm付近から放射した光しか集光できなければ、実質的にアーク長は5mmとなる。同様にFナンバーとは有効Fナンバーを意味する。たとえ物理的なFナンバーが4でも、光が投写レンズの瞳の中央付近しか通過していなければ、当然Fナンバーは4以上である。
【0296】
本発明の投写型表示装置では、本発明の表示装置81をライトバルブとして用いる。図71と図72は、本発明の投写型表示装置の構成を示す。ただし、説明に不要な構成要素は省略している。図71において、521は光源であり、内部に凹面鏡521bおよび光発生手段521aとしてのメタルハライドランプまたはキセノンランプを配置している。また、凹面鏡521bの前面にはUVIRカットフィルタ521cが配置されている。UVIRカットフィルタ521cは赤外線(IR)および紫外線(UV)を反射させ可視光を透過させる。また、523aはB光を反射させるBDM、523bはG光を反射させるGDM、523cはR光は反射させるRDMである。なお、BDM523aからRDM523cの配置は同図の順序に限定するものではない。また、最後のRDM523cは全反射ミラーにおきかえてもよいことは言うまでもない。また、リレーレンズ522は光源521からR光を変調する表示装置81cにいたる光路長とB光を変調する表示装置81aにいたる光路長の差異を補正するものである。本発明の投写型表示装置では主として、本発明の表示装置81をライトバルブとして用いる。(なお、図71の光学系と3つの投写レンズが、図72に示す装置においてキャビネット701内に702、524として示される。投写される光は、ミラー531a、531bで反射されて、スクリーン542に投写される。)
【0297】
なお、光変調層87にPD液晶を用いる場合は、R光を変調する光変調層を他のGおよびB光を変調する光変調層に比較して水滴状液晶粒子径を大きく、または液晶膜厚を厚めにして構成する。これは光が長波長になるほど散乱特性が低下しコントラストが低くなってしまうためである。水滴状液晶の粒子径は、重合させるときの紫外線光を制御すること、または使用材料を変化させること、また、図57等で説明をした粒子径変化構造を採用することで実現できる。液晶87の膜厚は液晶層のビーズ径等を変化することにより調整できる。524は投写レンズ、525、227はレンズであり、526はしぼりとしてのアパーチャである。なお、アパーチャ526は、投写型表示装置の動作の説明のために図示したものである。アパーチャ526は投写レンズ524の集光角を規定するものであるから、投写レンズの機能に含まれるものとして考えればよい。つまり投写レンズ524のF値が大きければアパーチャ526の穴径は小さいと考えることができる。
【0298】
高コントラスト表示を得るためには投写レンズのF値は大きいほどよい。しかし、F値が大きくなると白表示の輝度、つまりスクリーン輝度は低下する。逆にF値を小さくすると、スクリーン輝度が高くなり、高輝度表示が可能であるが、表示コントラストは低下する。アーク長5mmのメタルハライドランプを用いたとき、F値は5以上9以下にする。好ましくはF値は7前後がよい。7前後であれば表示コントラストは良好となりかつ、十分な表示輝度が得られる。
【0299】
以下、本発明の投写型表示装置の動作について説明する。なお、R、G、B光のそれぞれの変調系については、ほぼ同一動作であるのでB光の変調系について例にあげて説明する。
【0300】
光源521から白色光が照射され、この白色光のB光成分はBDM523aにより反射される。このB光は表示装置81aに入射する。表示装置81は、図23に示すように画素電極151に印加された信号により入射した光の散乱と透過状態とを制御し光を変調する。
【0301】
散乱した光はアパーチャ526aで遮光され、逆に平行光または所定角度内の光はアパーチャ526aを通過する。変調された光は投写レンズ524aによりスクリーン(図示せず)に拡大投映される。以上のようにして、スクリーンには画像のB光成分が表示される。同様に表示装置81bはG光成分の光を変調し、また、表示装置81cはR光成分の光を変調して、スクリーン上にはカラー画像が表示される。
【0302】
赤、緑および青光を変調する3枚のライトバルブを用いる場合の投写型表示装置の駆動回路および駆動方法について説明する。図17は、本実施形態の投写型表示装置の一実施例における駆動回路の説明図である。ここに、R1とR2およびトランジスタQは、ベースに入力させたビデオ信号の正極性と負極性のビデオ信号を作る位相分割回路142を構成している。143は水平走査期間(H)または一垂直走査期間(1V)ごとに極性を反転させた交流ビデオ信号を表示装置81に出力する出力切換回路である。
【0303】
ビデオ信号は所定値に利得調整された後、R・G・B光に対応する信号に分割される。この分割されたビデオ信号をそれぞれビデオ信号(R)、ビデオ信号(G)、ビデオ信号(B)とする。ビデオ信号R、G、Bはそれぞれ位相分割回路に入力され、この回路により正極性と負極性の2つのビデオ信号が作られる。次に、この2つのビデオ信号はそれぞれの出力切換回路143a、143b、143cに入力され、前記出力切換回路は1Hまたは1Vごとに出力信号の極性を切りかえる。次に、それぞれの出力切換回路143からのビデオ信号は、図11等に示すソースドライブ回路33に入力される。ドライブ制御回路141はソースドライブ回路33とゲートドライブ回路38との同期をとり、表示パネル81に画像を表示させる。
【0304】
次に人間の眼の視感度について説明する。人間の眼は波長550nm付近が最高感度となっている。光の3原色では緑が一番高く、次が赤で、青が最も鈍感である。この感度に比例した輝度信号を得るためには、赤色を30%、緑色を60%、青色を10%加えればよい。したがって、テレビ映像で白色を得るためにはR:G:B=3:6:1の比率で加えればよい。また、先に述べたように液晶は交流駆動を行なう必要がある。この交流駆動は表示パネルの対向電極に印加する電圧(以後、コモン電圧と呼ぶ)に対して、正極性と負極性の信号が交互に印加されることにより行われる。本実施例では表示パネルに正極性の信号が印加され視感度nの強さの光を変調している状態を+n、負極性の信号が印加され視感度nの強さの光を変調している状態を−nとあらわす。例えばR:G:B=3:6:1の光が表示パネルに照射されており、RとB用の表示パネル(81c、81a)の所定の画素に正極性の信号が印加され、前記画素と重ねられるG用の表示パネル81bの画素に負極性の信号が印加されておれば、+3・−6・+1とあらわすものとする。
【0305】
なお、R:G:B=3:6:1はNTSCのテレビ映像の場合であって、投写型表示装置では光源のランプ、ダイクロイックミラーの分光特性などにより上記比率は異なってくる。図17では、+3・−6・+1と示されている。これは、スクリーンの同一位置に重ねあわされた各表示パネルの任意の一画像に注目したとき、前記各画素にR:G:B=3:6:1の光が照射され、RとB用の表示パネルの画素には正極の信号が、G用の表示パネル81bの画素には負極性の信号が印加されているところを示している。前記各画素は1フィールド後は−3・+6・−1と表現される信号印加状態となる。
【0306】
通常、液晶表示パネル81には同一信号が印加されていても偶数フィールドと奇数フィールドでわずかに画素に保持される電圧に差が生じる。これは、TFT86のオン電流およびオフ電流が映像信号により異なること、または絶縁膜372などの正電界と負電界での保持特性の違いにより生じる。この違いによりフリッカという現象があらわれる。
【0307】
しかし、本発明の投写型表示装置では、図17に示すように、G光変調用の信号をR・B光変調用の信号と逆極性にすることにより、フリッカが視覚的に見えることを防止できる。なお、G光変調用の信号を他と逆極性にしたのは、光の強度がR:G:B=3:6:1であり、信号の極性および人間の視覚を考慮したとき(R+B):G=(3+1):6=4:6となり、ほぼ4:6(理想的には5:5がよい)でつりあうようにするためである。
【0308】
以上の理由により、本発明の投写型表示装置は、フリッカが視覚的に認識されることなく、良好な画像表示を実況している。なお、以上の技術的思想は、3枚の表示パネルをもちいる投写型表示装置のみに適用されるものではなく、図57と図59に示すようなカラーフィルタを具備する1枚の表示パネルを用いる投写型表示装置にも、多少の変更を加えることにより適用できる。たとえば、RとBの画素に+極性の電圧を、Gの画素に−極性の電圧を印加し、フレームごとに印加する電圧極性を反転させる。
【0309】
図18と図19に示す駆動方法を実施すると、図75に示すような表示状態となることがある。つまり、一行または二行ごとに輝度の高いライン(白線)と輝度の低いライン(黒線)が表示され、かつ白線が下方向にゆっくりと動いていくように見えるのである。白線、黒線といってもその輝度(透過率の差)はわずかである。しかし、各ラインが隣あっているため、めだつのである。
【0310】
この原因は、画素101に充電する電荷量が異なるためと考えられる。たとえば図73において、1ライン目の画素101では、1Fでは、+a、2Fでは+a1、3Fでは−c1、4Fでは−c1、5Fでは+e1である。電圧極性だけに着目すると、図73に示すように“+"→“+"→“−"→“−"→“+"となる。
画素101にはTFT86を用いて電荷を充電する。図73の▲1▼では、電圧極性は“+"→“+"であるから同一である。しかし、▲2▼では、“+"→“−"であるから電圧極性は反対である。電圧極性が同一であれば追加に要する電荷量は少ない。したがってTFT86の駆動能力は小さくてよい。しかし、電圧極性が異なれば反対極性の電荷に充電する必要がある。したがって、TFT86の大きな駆動能力が必要となる。このことは、図74の液晶層87のV−Tカーブ(電圧−透過率特性)で説明できる。電圧極性が反対の時は点線の特性となっており、電圧極性が同一の時は実線の特性となっているのであろう。つまり、同一の実動電圧(V)を印加しても画素101の電荷の極性が同一の時と、反対極性で完全に電荷の極性の書きかえが必要な時とでは、透過率が異なってしまうのであろう。そのため、図75に示すように白線と黒線(ハッチング部分)とが生じてしまうのであろう。もちろん、画素の電荷保持率が高く、かつTFT86の駆動能力が十分あるときは、ほとんど図71の現象は発生しないであろう。しかし、実用面ではTFT86のサイズを小さくし、画素開口率を高くしたいという要望があり、図75の現象が発生する場合が多いと思われる。
【0311】
そこで、本発明では、図76に示すように、データ補正回路931を付加して対応する。データ補正回路931は、一例として、図3の表示ライン選択回路内に配置する。または図11のフレームメモリの後段に配置する構成もある。データマップ932は、図74のV−Tカーブをマップ化して記録している。具体的にはROMである。(++)(−−)用マップとは、図74の実線特性カーブをマップ化して記憶している領域である。データ補正回路931から透過率Tに対応するデータが与えられたとき、実線に該当する実動電圧(データ)を出力し、データ補正回路931に転送する。つまり、“+"→“+"、“−"→“−"極性の時に画素101に印加する電圧(データ)を補正する。一方、(+−)(−+)用マップとは、図74の点線特性カーブをマップ化して記憶している領域である。データ補正回路931から透過率Tに対応するデータが与えられたとき、点線に該当する実動電圧(データ)を出力し、データ補正回路931に転送する。なお、図74の特性カーブは実験等によりあらかじめ測定しておき、前記測定されたデータを用いてデータマップ932にROM化しておく。
【0312】
以上のようにラインメモリ41からの透過率データ(または電圧データ)はデータ補正回路931により補正されてD/A変換器42でアナログ信号に変換され、ソース信号処理回路32に出力される。
【0313】
液晶表示パネル81を複数枚用いる投写型表示装置では、図75の現象は、より容易に対応できる。図17で説明したように、複数の表示パネル81のうち、少なくとも1つの表示パネル81の画素に印加する電圧極性を反対にするのである。特にG光変調用のパネルを、RおよびB光変調用のパネルと反対極性にすることが好ましい。このことは図17で説明をしているので省略する。
【0314】
電圧印加の方法として、図77のように行なう。つまり、図77の(a)のパネル1では2行ずつの同一の極性の電圧を画素101に印加し、(上端から++−−++……)、パネル2(図77の(b))では、2行づつ−−++−−……と印加する。
【0315】
また、図78の方法の方が良好な結果をもたらす場合もある。パネル1(図78の(a))では上端から++−−++−−……であり、パネル2(図78の(b))では一行ずらして+−−++−−……としている。図78のように表示パネルを駆動することにより、図75のパネルの白線部とパネル2の黒線部とがスクリーン上で重ねあわされ、打ち消しあう状態にすることができる。もちろん、図77の場合では、パネル1とパネル2とを一行ラインをずらせてスクリーン上に重ねあわせればよい。当然のことながら、図76の回路構成を採用すれば、図77や図78の方法を用いなくてもよい。また、図76の回路構成と、図77または図78の方法とを組みあわせればさらに良好な結果が得られることはいうまでもない。
【0316】
以上のように本発明の投写型表示装置は各表示パネル81に、図12を用いて説明した映像信号表示方法を適用し、かつ、図17に示すように、3枚の液晶表示パネル81のうち1枚の液晶表示パネル81に加える映像信号の位相を反転させている。したがって、フリッカは全く発生せず、良好な表示を実現できる。
【0317】
以下、他の実施形態の投写型表示装置について説明していくが、主として第一の実施例の差異について説明をする。したがって、図71において説明した表示パネルに関する事項、駆動回路に関する事項、光学系に関する事項は他の投写型表示装置にも場合に応じて随時適用される。
【0318】
図71と図72は、3つの投写レンズ524によりスクリーンに拡大投映する方式を示すが、一つの投写レンズで拡大投映する方式もある。図79は、その構成を示す。ここでは説明を容易にするため、81bをG光の映像を表示する表示パネル、81cをR光の映像を表示する表示パネル、81aをB光の映像を表示する表示パネルとする。したがって、各ダイクロイックミラー531を透過および反射する波長は、ダイクロイックミラー523aはR光を反射し、G光とB光を透過する。ダイクロイックミラー523bはG光を反射し、R光を透過させる。ダイクロイックミラー523cはR光を透過し、G光を反射させる。また、ダイクロイックミラー523dはB光を反射させ、G光およびR光を透過する。
【0319】
メタルハライドランプ(図示せず)から放射された光は、全反射ミラー531aにより反射され、光の進行方向を変化させられる。前記光はダイクロイックミラー523a、523bによりR・G・B光の3原色の光路に分離され、R光はフィールドレンズ532cに、G光はフィールドレンズ532bに、B光はフィールドレンズ532aにそれぞれ入射する。各フィールドレンズ532は各光を集光する。表示パネル81はそれぞれ映像信号に対応して液晶の配向を変化させ、光を変調する。このように変調されたR・G・B光はダイクロイックミラー523c、523dにより合成され、投写レンズ524によりスクリーン(図示せず)に拡大投映される。
【0320】
以下、反射型の本発明の表示装置(表示パネル)81をライトバルブとして用いた本発明の投写型表示装置の実施形態を、図80を参照しながら説明する。光源521は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3原色の色成分を含む光を放射する。凹面鏡521bは先にも説明したようにガラス製で、反射面に可視光を反射し赤外光を透過させる多層膜を蒸着したものである。ランプ521aからの放射光に含まれる可視光の一部は、凹面鏡521bの反射面により反射する。凹面鏡521bから出射する反射光は、フィルタ521cにより赤外線と紫外線とが除去されて出射する。
【0321】
投写レンズ524は液晶表示パネル側の第1レンズ群524bとスクリーン側の第2レンズ群524aとで構成され、第1レンズ群524bと第2レンズ群524aとの間には平面ミラー531が配置されている。表示パネル81の画面中心にある画素から出射する散乱光は、第1レンズ群524bを透過した後、約半分が平面ミラー531に入射し、残りが平面ミラー531に入射せずに第2レンズ群524aに入射する。平面ミラー431の反射面の法線は投写レンズ524の光軸541に対して45°傾いている。光源521からの光は平面ミラー531で反射されて第1レンズ群524bを透過し、表示パネル81に入射する。
【0322】
表示パネル81からの反射光は、第1レンズ群524b、第2レンズ群524aの順に透過してスクリーン542に到達する。投写レンズ542の絞りの中心から出て表示パネル81に向かう光線は、液晶層87にほぼ垂直に入射するように、つまりテレセントリックとしている。
【0323】
なお、ここでは説明を容易するために、81aをR光を変調する表示パネル、81cをB光を変調する表示パネル、81bをG光を変調する表示パネルであるとして説明する。
【0324】
ダイクロイックミラー523は色合成系と色分離系を兼用している。UVIRカットフィルタ521cの帯域は半値の値で430nm〜690nmである。以後、光の帯域を記述する際は半値で表現する。ダイクロイックミラー523aはR光を反射し、G光およびB光を透過させる。G光はダイクロイックミラー523bで反射され表示パネル81bに入射する。R光の帯域は600nm〜690nm、G光の帯域は510nm〜570nmとする。また、ダイクロイックミラー523bはB光を透過する。B光は表示パネル81cに入射する。入射するB光の帯域は430nm〜490nmである。各表示パネル81はそれぞれの映像信号に応じて散乱状態の変化として光学像を形成する。各表示パネル81で形成された光学系はダイクロイックミラー523で色合成され、投写レンズ524に入射し、スクリーン542上に拡大投写される。
【0325】
図61に示すように、表示パネル81はマトリックス状に配置された反射電極372を有し、反射電極372と対向電極371b間の電圧印加状態により、入射光を変調する。反射電極372に電圧が印加されている画素上の液晶層87は透過状態となり、電圧無印加の画素は散乱状態となる。液晶層87が透過状態の時は、対向基板161から入射した光は反射電極372で反射され、再び対向基板161より出射される。
【0326】
図80は、ダイクロイックミラー523を用いて色分離色合成を行う装置を示したが、ダイクロイックプリズム553を用いても色分離色合成を行うことができる。図81は、その構成を示す。ダイクロイックプリズム553には2つの光分離面551を有しており、前記光分離面551で白色光をR・G・Bの3原色光に分離する。各表示パネル81は光結合層392を介してダイクロイックプリズム551に取りつけられている。なお、552は補助レンズである。
【0327】
ダイクロイックプリズム551の表面には、図82に示すように、光吸収膜(黒色塗料)561が塗布されている。材料としては図25等に示す遮光膜155と同様のものが例示される。前記光吸収膜561は表示パネル81で散乱した光を吸収する機能を有する。
【0328】
表示パネル81はダイクロイックプリズム553に貼りつけられ、前記ダイクロイックプリズム553の無効領域(光が入出力しない面)に光吸収膜561が塗布されている。この構成は、図67等に示したように、表示パネル81に透明基板391が光結合され、前記透明基板391の無効領域に光吸収膜が塗布されていることと機能的に類似する。つまり、透明基板391をダイクロイックプリズム553と置き換えて考えればよい。たとえば、表示パネル81aを中心に考え、かつ、表示パネル81aはR光を変調すると考えれば、入射光81aはダイクロイックプリズム553の光入出射面562より入射し、光分離面551bでR光が反射される。表示パネル81aは反射電極372に印加された電圧の大きさに応じて光変調層87の散乱度合を変化させる。そのうち透過光の成分は再び光分離面551bで反射し、光入出射面562より出射される。散乱した光はそのほとんどが光吸収膜561に入射して吸収され、光変調層87に再びもどり、2次散乱を発生させることはない。
【0329】
以上のことから、図81において、ダイクロイックプリズム553は色分離色合成の機能を有するほか、2次散乱光の発生を防止する機能を有することが理解できるであろう。図81に示した構成は、色分離合成系が非常に簡単で小型である。かつ、2次散乱の防止機能をも有している。
なお、ダイクロイックプリズムはガラス等の固体からなるものに限定されるのではなく、たとえば立方体の容器にエチレングリコール等の液体を充填したものも含まれる。液体は流動性があるため、液晶バネルから熱をうばい、冷却できる効果があり好ましい。容器の内部には色分離を行なうダイクロイックミラー板を配置し、外部は黒色の塗料を塗布して、液晶パネルで散乱した光を吸収させる。
【0330】
以上の装置は、光散乱状態の変化として光学像を形成する表示パネルをライトバルブ(光変調手段)として用いて投写型表示装置である。しかし、本発明の位相板でP偏光とを変換し、色分離色合成系での光の帯域幅を狭め、投写型表示装置の色相を改善するという技術的思想は、他のランダム光を変調する表示パネルを用いる投写型表示装置にも適用される。
【0331】
なお、図80および図81は、理解を容易にするため2次元的に図示したが、より具体的には図83に示すように構成すべきである。図83において、ダイクロイックミラー532の傾き方向と平面ミラー531の傾き方向に注目してほしい。ダイクロイックミラー532は一般に透明基板上に誘電体多層膜を蒸着し、特定の波長帯域の光を透過、または反射するもので用いられる。このタイプのダイクロイックミラー532は、光線の入射角依存により分光性能がシフトするという特性を持ち、図80のように、入射光線541aの光軸と出射光線541bの光軸が異なる角度で入射する場合は、色分離する分光特性と色合成する分光特性が互いに異なるため、所望の色純度の投写画像を得ることは困難である。
【0332】
図83に示す構成では、光源521から出射する照明光の光軸541aと液晶表示パネル81によって反射された投写光の光軸541bとを含む平面が、液晶表示パネル81の中心法線とダイクロイックミラー532の中心法線とを含む平面に対して垂直に配置されているので、光軸541aと光軸541bを含む面はダイクロイックミラー532の色分離合成面と45°の角度をなしている。従って、照明光、投写光ともに同じ入射角45°でダイクロイックミラー532に入射させることができる。
【0333】
ダイクロイックミラー532aと532bの分光透過率を図84の(a)と(b)に示す。(a)は、ダイクロイックミラー532aへの光線入射角が45°の場合の分光透過率を示すもので、ダイクロイックミラー532aはR光を反射し、G光、B光を透過するタイプである。また、(b)は、ダイクロイックミラー532bへの光線入射角が45°の場合の分光透過率を示すもので、ダイクロイックミラー532bはB光を反射し、G光を透過するタイプである。
【0334】
本実施例の構成によれば、色分離の場合の分光性能の、色合成した場合の分光性能が一致するため、図84の(a)と(b)に示した分光性能をそのまま投写画像に反映することができる。
【0335】
比較のため、従来例で示した図80のように構成した場合について説明する。照明光の光軸541aが液晶表示パネル81へ仮に5°で入射するように構成すると照明光の光軸541aと投写光の光軸541bは10°の角度をなし、照明光のダイクロイックミラー523a、523bへの入射角は40°、投写光のダイクロイックミラー523a、523bへの入射角は50°となる。入射角が40°の場合と入射角が50°の場合の分光透過率を図85の(a)と(b)に示す。(a)はダイクロイックミラー523aの、(b)はダイクロイックミラー523bの分光透過率を示したもので、図中の実線は光線の入射角が40°の場合、点線は光線の入射角が50°の場合を示している。図85より、入射角依存による波長シフトのため照明光の分光性能と投写光の分光性能が大幅に異なり、光の利用効率を低下させずに所望の色純度を得ることは困難であることがわかる。
【0336】
1枚の液晶表示パネル81でカラー表示を行なうためには、図86または図87の構成を採用する。図86は、図57〜図60に示すカラーフィルタ471を具備する本発明の表示パネル(表示装置)81をライトバルブとして用いる。偏光板331を用いる場合は入射側331aと出射側331bのいずれか一方を配置する。
【0337】
なお、もちろん、入射側と出射側の両方の偏光板331a、331bを配置してもよい。両方の偏光板331a、331bを用いる場合、偏光板331aと331bの偏光軸は一致させることが重要である(図38の(a)の偏光板331aと331bの配置を参照)。この場合、偏光板331aを通過した光は直線偏光となる。液晶層87が透明状態(光透過状態)の時、前記直線偏光は偏光状態を維持したまま、液晶層87を透過する。したがって、出射側の偏光板331bでは光を損失することはないから、強い出射光が得られる。一方、液晶層87が光散乱状態の時、液晶層87に入射した光は散乱されるため、直線偏光状態が崩れる。したがって、約半分の光は出射側の偏光板331bで吸収される。
液晶層87が散乱状態の時、表示は黒表示である。出射側の偏光板331bで光が吸収されるということは、黒表示時に、スクリーンに到達する光が減少することを意味するから、表示コントラストは向上する。
【0338】
以上のことから、光変調状態の変化として光学像を形成する表示パネルをライトバルブとして用いる投写型表示装置では、表示パネルの入射側の偏光板331aの偏光軸331aと出射側の偏光板331bの偏光軸とを略一致させることが重要である。略一致としたのは偏光板偏光軸が多少ずれていても表示コントラストが多少低下するだけで、実用上は支障がないからである。なお、偏光軸の角度のずれは20°以内にすることが好ましい。
【0339】
先の説明では表示パネルの入射側と出射側に偏光板331を配置するとしたが、図88の構成をも含むと考えるべきである。図88において、881は偏光スクリーンである。一例として、偏光スクリーン881が“反射型"の場合は、反射板と偏光板とを貼りあわせた構成が該当する。たとえば有沢製作所(株)が販売している。また、偏光スクリーンが「透過型」の場合はスクリーンとなる拡散板等と偏光板とを貼り合わせたものが例示される。したがって、偏光スクリーンは透過型であっても、反射型であってもよい。偏光スクリーン881の偏光軸と一致する直線偏光が入射すると、直線偏光は偏光スクリーンで反射し、または、偏光スクリーンを透過する。逆に偏光スクリーンの偏光軸と直交する直線偏光が入射すると前記偏光スクリーンで吸収される。
【0340】
図88の表示装置は、表示パネルの入射側には偏光板331aを具備するが、出射側には偏光板331bがない。かわりに、偏光スクリーン881が配置されている。偏光スクリーン881が偏光板331bの機能を果たす。図88の表示装置も、先の実施例(図86)と同様に高コントラスト表示を実現できる。その理由および投写型表示装置の動作は、先の説明において出射側の偏光板331bと偏光スクリーン881と置き換えて考えればよいので説明を省略する。
【0341】
なお、図86と図88の説明では、1つの表示パネルを用いる投写型表示装置として説明した。しかし、入射側の偏光板331aの偏光軸と出射側の偏光板331b(または偏光スクリーン881)とを略一致させるという技術的思想は、図71、図79、図89などの複数の表示パネルを用いる投写型表示装置にも適用できることは言うまでもない。また、偏光板331などの偏光軸の方向を、図32〜図34、図36、図37を用いて説明したように、「偏光依存性」の発生する方向を考慮して設定すればさらに好ましい。また、偏光手段は偏光板331に限定されるものではなく、偏光ビームスプリッターなどを用いてもよい。
【0342】
表示パネルにカラーフィルタを具備しない場合は、図87の如く構成する。光源521からの白色光を3つのダイクロイックミラー523によりR、G、Bの3原色光に分離する。液晶表示パネル81の入射側にはR、G、Bの3つ1組画素101に対応したマイクロレンズ528が、マトリックス状に配置されたマイクロレンズアレイ581を配置する。表示パネルの出射側には透明部材391を透明結合層を介して接続をする。各R、G、Bの3原色光はマイクロレンズにより方向をかえられ、各R、G、Bの光を変調する画素に入射する。
【0343】
次に、さらに投写光学系に改良を加え、良好な色再現性を確保し、かつ、高輝度表示、高コントラスト表示と実現できる投写型表示装置について説明をする。ライトバルブとしてPD液晶表示パネルを用いる投写型表示装置は、明るい投写画像が得られる利点がある反面、有効Fナンバーの小さい投写レンズを用いると、黒表示状態で散乱する光の多くが投写レンズにより集光されてしまい、黒浮きを生じる。その結果、投写画像のコントラストが低下する。有効Fナンバーの大きい投写レンズを用いれば高いコントラストを得るが、白表示状態において集光できない光が発生するので光損失を生じる。光損失を抑制するには、投写レンズの有効Fナンバーに合わせて照明光の有効Fナンバーを大きくする必要がある。
【0344】
有効Fナンバーの大きい、すなわち平行度の良好な照明光を形成する場合、点光源に近い発光体を用いなければ光損失が増加して高い光利用効率を得ることは難しい。これに対し、一般にショートアーク型として知られるメタルハライドランプの発光体は5〜10mm程度の長さであり、点光源に近いとして知られるキセノンランプの発光体は、2〜4mm程度の長さである。これらの発光体から放射される光を効率良く集光してライトバルブ上を照明する光を形成すると、いずれの場合も、ある程度の照射角を有するので、投写レンズの有効Fナンバーをこれに整合させる必要がある。
【0345】
光損失を増加させることなく照明光の有効Fナンバーを大きくするために、発光体の大きさを小さくしようとすると、一般的なランプは寿命特性などの発光特性が極端に劣化するので問題がある。また、発光体に対して相対的に大きい表示領域のライトバルブを用いることは有効であるが、コンパクトな投写型表示装置を構成することが困難となり、コストが高くなるので問題がある。
【0346】
従って、PD液晶表示パネルを用い、光損失の少ない投写型表示装置を構成し、明るくコントラストの高い投写画像を得るには、照明光の有効Fナンバーと投写レンズの有効Fナンバーを整合させる必要がある。ライトバルブから出射する光に対し、投写レンズが必要最小限の開口を提供するので、投写レンズ内の迷光を低減でき、コントラストの高い投写画像を得る。
【0347】
また、照明光の有効Fナンバーと投写レンズの有効Fナンバーは、ライトバルブの表示領域上のあらゆる点において、良好に整合させることが好ましい。特に、ライトバルブとしてPD液晶表示パネルを用いる場合、投写画像の全領域におけるコントラストを均一にするために重要である。そのためには、ライトバルブ上の軸上点だけではなく、あらゆる軸外点について、照明光の照射角と投写レンズの集光角を良好に制約できる必要がある。従来、このように照明光の有効Fナンバーと投写レンズの有効Fナンバーを制御することは難しく、その結果、投写画像の画質が低下するので問題があった。
【0348】
図90は、上記問題点を解決した本発明の投写型表示装置の構成図を示す。本発明の投写型表示装置は、光発生手段としての発光体592と、発光体の放射する光を集光する集光手段と、集光手段から出射する光が入射する光伝達手段と、光伝達手段から出射する光により照明される光変調手段としての本発明の表示パネル(ライトバルブ81)と、ライトバルブ81上の光学像をスクリーン上に投影する投写手段としての投写レンズ591と、ライトバルブ81の入射側に配置される第1開口絞り596と、ライトバルブ81の出射側に配置される第2開口絞り598とを備えている。
【0349】
光伝達手段は入力部収束レンズアレイ594と中央部収束レンズアレイ595と出力部収束レンズ597からなり、入力部収束レンズアレイ594は複数の入力部収束レンズ599を二次元状に配列してなり、中央部収束レンズアレイ597は複数の入力部収束レンズ599と同数で対を成す複数の中央部収束レンズ600を二次元状に配列してなる。
【0350】
入力部収束レンズ599の各々は対応する中央部集収束レンズ600の各々の主平面近傍に複数の二次発光体を形成し、中央部収束レンズ600の各々は出力部収束レンズ597と相まって対応する入力部収束レンズ599の各々の主平面近傍の物体の像の各々を重畳形態としてライトバルブ81の有効表示領域近傍に形成し、出力部収束レンズ597は複数の二次発光体から出射する光を投写レンズ591に有効に到達せしめる。
【0351】
第1開口絞り596は複数の二次発光体の近傍に配置し、第1開口絞り596から第2開口絞り598に至る光路に介在する光学素子は第1開口絞り596と第2開口絞り598を略共役の関係とならしめ、第1開口絞り596は主として二次発光体の有効領域を通過する光を選択的に通過せしめる開口形状を有し、第2開口絞り598は前記ライトバルブの最白表示状態において第1開口絞り596を通過した光を選択的に通過せしめる開口形状を有するようにしたものである。
【0352】
以下、まず図90を用いて、本発明の投写型表示装置の光学系の基本構成について説明をする。投写型表示装置は、主として、光発生手段としてのメタルハライドランプ521a、放物面鏡521b、UV−IRカットフィルタ521cからなる光源521、入力部収束レンズアレイ594、中央部収束レンズアレイ595、絞り596、出力部収束レンズ597、液晶表示パネル81、投写手段としての投写レンズ591、絞り598から構成される。投写レンズ591は、前レンズ群591aと後レンズ群591bから構成される。出力部収束レンズ597と後群レンズ591bは、絞り596と絞り598を互いに共役の関係とする。
【0353】
入力部収束レンズアレイ594は、複数の入力部収束レンズ599を二次元状に配列して構成する。図91は、その構成の一例を示す。矩形の開口を有する10個の入力部収束レンズ599を正円の領域に内接するように配列している。10個の入力部収束レンズ599は、同一開口形状の平凸レンズであり、矩形開口の長辺の短辺の比を4:3としている。つまり、液晶表示パネル81の有効表示領域の画面形状にしている。もし、画面形状が16:9であれば入力部収束レンズ599も16:9にする。
【0354】
中央部収束レンズアレイ595は、複数の中央部収束レンズ600を二次元状に配列して構成する。入力部収束レンズ599と同数で同一開口を有する中央部収束レンズ600を、入力部収束レンズアレイ594と同様に配列している。
【0355】
投写型表示装置における照明の手順を説明する。メタルハライドランプ521aの発光体592から放射される光は、放物面鏡521bにより反射されて光軸604とおよそ平行に進行し、入力部収束レンズアレイ594に入射する。放物面鏡521bから出射する光の断面形状は一般に正円となるので、入力部収束レンズ599の開口の総和がこれに内接するように入力部収束レンズアレイ594を構成する。入力部収束レンズアレイ594を通過した光は、入力部収束レンズ599と同数の部分光束に分割され、各部分光束は、液晶表示パネル81の有効表示領域を照明する。
【0356】
入力部収束レンズ599を通過した光は、各々、対応する中央部収束レンズ600の開口に導かれて収歛される。中央部収束レンズ600の各々の開口上には、二次発光体、例えば601A、601Bが形成される。中央部収束レンズアレイ595上に形成される複数の二次発光体601の一例を、図62に模式的に示す。中央部収束レンズ600は、各々、対応する光をPD液晶表示パネル81の表示領域上に有効に伝達する。具体的に、対応する入力部収束レンズ599の主平面上の物体、例えば、601A、601Bの実像603をPD液晶表示パネル81の表示領域近傍に形成する。ただし、各々の中央部収束レンズ600は適当に偏心させており、複数の像を重畳させて1つの実像603を形成する。
【0357】
以上の構成によれば、PD液晶表示パネル81の表示領域と入力部収束レンズ599の各々の開口とは、互いにおよそ共役の関係となる。従って、入力部収束レンズ599の開口をPD液晶表示パネル81の表示領域と相似形状とすれば、照明光の断面と表示領域の形状を整合させて、光損失を抑制できる。従って、図91に示した入力部収束レンズアレイ594は、NTSCに対応したアスペクト比が4:3の映像を表示するPD液晶表示パネル81と組み合わせて用いるとよい。
【0358】
なお、本構成でのPD液晶表示パネルとは、いままで説明してきたすべての構成、形状、技術的思想、機能のものの全てが適用される。たとえば、図1、図2の表示方法、図3、図4の回路構成、図25〜図29、図39〜図45、図53〜図68および図69、図70のパネル構成、図36、図37の偏光依存性の対策に関する構成および駆動方法、図18〜図22の駆動方法である。また、PD液晶表示パネルに限定されず、PLZTを応用した表示パネル、TNおよびSTN液晶表示パネルでもよい。
【0359】
一般に、放物面鏡などの凹面鏡から出射する光には、比較的大きな明るさむらがある。明るさむらの大きい光をそのまま伝達してPD表示液晶表示パネル81を照明すると、投写画像の明るさの均一性が低下する。明るさが比較的均一な領域のみを利用して照明すると、利用できない光が増加するので光利用効率が低下する。これに対し、本発明の投写型表示装置は、高い光利用効率を得ると共に、明るさの均一性の優れた投写画像を得ることができる利点がある。その理由を以下に述べる。
【0360】
入力部収束レンズアレイ254は、明るさむらの大きな光を複数の部分光束に分割する。各部分光束の入力部収束レンズ599の開口上における明るさむらは、分割前の光束断面の明るさむらと比較して小さい。中央部収束レンズ600の各々は、明るさむらの少ない部分光束を適当な大きさに拡大し、PD液晶表示パネル204の表示領域上に重畳させる。従って、明るさの均一性の良好な照明を実現できる。
【0361】
入力部収束レンズ599の開口の総和を入射する光束の断面に内接させるので、入力部収束レンズアレイ594における光損失は少ない。また、中央部収束レンズ600の開口の各々を二次発光体592に対して十分な大きさとするので、中央部収束レンズアレイ595における光損失は少ない。さらに、PD液晶表示パネル81に入射する光の断面を表示領域の形状に整合させるので、PD液晶表示パネル81における光損失は少ない。従って、発光体592から放射される光の大部分は、放物面鏡521bにより反射され、入力部収束レンズアレイ594、中央部収束レンズアレイ595、出力部収束レンズ597、PD液晶表示パネル81を通過して投写レンズ591に到達する。従って、投写レンズ591における光損失を抑制すれば、高い光利用効率を実現し、明るく、明るさの均一性の優れた投写画像を得る。
【0362】
ところで、中央部収束レンズアレイ600上には離散的に複数の二次発光体592が形成されるので、この場合の照明光の有効Fナンバーは、二次発光体592の面積の総和から等価的に換算される照射角から定める必要がある。一方、PD液晶表示パネル81から光軸604と最も角度を成して出射する光の集光角は、この等価的な照射角よりも大きな値となる。従って、光損失を抑制するためには、投写レンズ591の有効Fナンバーを照明光の実効的な有効Fナンバーよりも小さくする必要がある。これは、PD液晶表示パネル81の場合に、投写画像のコントラストを低下させるので問題がある。
【0363】
これに対し、本実施例の投写型表示装置は、絞り596と絞り598の働きにより、光損失を増加させることなく照明光側と投写レンズ側の開口をいずれも必要最小限の大きさにできるので、コントラストの低下を抑制できる。具体的には、離散的に形成される二次発光体592の有効領域に合わせて、照明光側の絞り596の開口を図92に示すような形状とする。破線は、図92の中央部収束レンズ660の各々の開口に対応する。また、投写レンズ側の絞り591の開口上には二次発光体592の実像が形成されるので、絞り598の開口形状も、絞り596の開口形状と同様にする。これにより、絞り596を通過した光は絞り598を通過するので、高い光利用効率を実現できる。同時に、投写レンズ591は照明光が必要とする必要最小限の開口を提供するので、コントラストの高い表示画像を実現できる。その結果、明るく高画質の投写画質を提供できるので、非常に大きな効果を得ることができる。
【0364】
本発明の投写型表示装置に用いる入力部収束レンズアレイ594、中央部収束レンズアレイ595、絞り596、絞り598は、以下のように構成するとなお良い。図93は、この場合の中央部収束レンズアレイ595の構成を示す。一般に、二次発光体592の大きさは、光軸近傍に位置する入力部収束レンズ599の形成するものほど大きい。従って、中央部収束レンズ600の各々の開口は必ずしも同一である必要はなく、二次発光体601の各々に対して必要十分な大きさとすればよい。開口を有効に異ならせた複数の中央部収束レンズ600を凝集して配列し、中央部収束レンズアレイ595を構成すれば、開口領域の総和を小さくできる利点がある。中央部収束レンズアレイ595と組み合わせる入力部収束レンズアレイ594は、図94に示したものと同様に構成し、入力部収束レンズの各々を適当に偏心させ、対応する中央部収束レンズ600の開口中心に二次発光体601を形成すればよい。
【0365】
この場合、照明光側の絞り596の代わりに、図95に示す開口形状の絞り596を用いるとよい。投写レンズ側の絞り598についても同様である。これにより、光損失を生じることなく、中央部収束レンズアレイ595の開口径を小さくでき、かつ、投写レンズ591のレンズ径を小さくできる利点がある。
【0366】
本実施例の投写型表示装置は、以上述べたように離散的に複数の二次発光体を形成してライトバルブを照明する場合に、より大きな効果を得る。最大集光角の大きな投写レンズを用いたとしても、離散的に複数の開口を有する絞りを備えることで、ライトバルブから出射する光に対して必要最小限の開口を提供できる。その結果、明るくコントラストの高い投写画像を得ることができる。
【0367】
図89は、図90を基本構成として3枚の本発明の表示パネル81を用いてカラー画像を表示できるようにした投写型表示装置の構成を示す。メタルハライドランプ521aは、三原色を含む光を放射する発光体592を形成する。図90に示したものと同様の手順により、PD液晶表示パネル81b、81cの各表示領域を照明する。ただし、ダイクロイックミラー523a、523bと、平面ミラー531aの働きにより、照明光は三原色の色光に分解され、それぞれ対応するPD液晶表示パネル81の表示領域上に導かれる。
【0368】
PD液晶表示パネル81は、各々の表示領域上には外部から供給される映像信号に応じて、三原色に対応した光学像が形成される。投写レンズ591は、前レンズ群591a、後レンズ群591bから構成され、三原色の光学像をスクリーン上に拡大投影する。PD液晶表示パネル81から出射する光は、ダイクロイックミラー523c、523dと、平面ミラー531cの働きにより一つの光路が合成されるので、フルカラーの投写画像を得る。
【0369】
照明光側の絞り596と投写レンズ側の絞り598は、図90または図93に示したものと同様のものを、同様の目的で用いる。絞り596と絞り598が互いに共役の関係となるように、出力部収束レンズ597と後群レンズ591bを適切に構成する。以上のように構成することにより、色再現性がなく、かつ高輝度、高コントラスト表示のカラー表示の投写型表示装置を実現できる。他の点については、図90で説明したので説明を省略する。
【0370】
なお、以上の投写型表示装置は、スクリーン542と光学ブロックが分離されたフロント型の投写型表示装置として説明したが、これに限定するものではない。たとえば図72に示すようにスクリーン542と光学ブロック702がキャビネットで一体となったリア型投写型表示装置でもよい。光学ブロックとしては、図71、図79、図80等が該当することは言うまでもない。前記光学ブロックから出力される光をミラー531aおよび531bで反射しスクリーン542に投射する。
【0371】
本発明の映像信号表示方法およびそれを用いた表示装置(表示パネル)を用いてビデオカメラ等の再生画像表示装置として用いるビューファインダに適用することもできる。なお、ビューファインダとは発光源と液晶表示パネルおよび前記液晶表示パネルの画像を拡大してみるレンズ等を具備するものをいい、以下に説明するビデオカメラ用のビューファインダ、また、ヘッドマウントディスプレイの画像表示部の構成等が該当する。図96は、本発明のビューファインダの外観図である。668は接眼カバーであり、669はビデオカメラとの取り付け金具である。667はボデーであり、前記ボデー667内にレンズ663および表示パネル81等が格納されている。
【0372】
図97は、図96に示すボデー667内部の構成を示している。661は発光素子、663は集光レンズ、666は拡大レンズである。一例として、表示パネル81の表示領域の対角長は28mmであり、集光レンズ663は有効直径が30mm、焦点距離が15mmである。集光レンズ663の焦点の近傍に発光素子661が配置されている。集光レンズ663は平凸レンズであり、平面を発光素子661側に向けている。ボデー667の端部に接眼リング665が装着されている。接眼リング665には、拡大レンズ666が装着されている。ボデー667の内面は不要光を吸収するための黒色または暗色にしている。
【0373】
662は中央部の円形の穴のあいた遮光板である。発光素子661から光が放射される領域を小領域にする機能を有している。穴の面積が大きくなると表示パネル81の表示画像は明るくなるが、コントラストは低下する。これは集光レンズで663に入射する光量は多くなるが、入射光の指向性が悪くなるためである。前述のような表示パネルの表示領域の対角長が28mmの場合、光を放射する領域は15mm2以下にすべきである。これは直径がほぼ4mm強のピンホールの穴径に相当する。好ましくは10mm2以下とすべきである。しかし、あまり穴の直径を小さくしすぎると、光の指向性が必要以上に狭くなり、ビューファインダを見る際に、視点を少しずらしただけで極端に表示画面が暗くなる。したがって、穴の面積は少なくとも2mm2以上の領域を確保すべきである。一例として、直線3mmの穴径の時、従来の面光源を用いるビューファインダと同等の表示画面の輝度が得られ、その時のコントラストも良好であった。光を放射する領域、つまり穴径は直径0.5mmから5mm以下の範囲と考えられるべきである。ただし、これは表示画面の対角長が28mmの場合であって、対角長が長くなれば、対角長に応じて最適な穴径も変化する。
【0374】
発光素子661から広い立体角に放射された光は、集光レンズ663により平行に近く、指向性の狭い光に変換され、表示パネル81の対向電極88側から入射する。観察者は、接眼ゴム688に眼を密着させて、表示パネル81の表示画像を見ることになる。つまり、観察者の瞳の位置はほぼ固定されている。表示パネル81の全画素が光を直進させる場合を仮定した時、集光レンズ663は発光素子661から放射され、前記集光レンズ663の有効領域に入射する光が拡大レンズ666を透過した後に、すべて観察者の瞳に入射するようにしている。レンズ666は拡大レンズとして機能するので、観察者は表示パネル81の小さな表示画像を拡大して見ることができる。
【0375】
ビューファインダは、観察者の瞳の位置が接眼カバー668によりほぼ固定されるため、その背後に配置する光源は指向性が狭くてもよい。光源として蛍光管を用いたライトボックスを用いる従来のビューファインダでは、表示パネルの表示領域とほぼ同じ大きさの領域からある方向の微小立体角内に進む光だけが利用され、他の方向に進む光は利用されない。つまり、光利用効率が非常に悪い。
【0376】
本発明では、発光体の小さな光源を用い、その発光体から広い立体角に放射される光を集光レンズ663により平行に近い光に変換する。こうすると、集光レンズ663からの出射光は指向性が狭くなる。観察者の視点が固定されておけば前述の狭い指向性の光でもビューファインダの用途に十分となる。
【0377】
発光体の大きさが小さければ、当然、消費電力も少ない。以上のように、本発明のビューファインダは観察者が視点を固定して表示画像を見ることを利用している。通常の直視液晶表示装置では一定の視野角が必要であるが、ビューファインダは所定方向から表示画像を良好に観察できれば用途として十分である。集光レンズ663が無収差で、透過率が100%の場合、集光レンズ663を通して見た発光体の輝度は発光体自身の輝度と等しい。カラーフィルタ、偏光板、画像の開口率等を含めた表示パネルの最大透過率を3%、集光レンズ163の透過率を90%、ビューファインダとして必要な輝度を15ft−Lとすると、光源に必要な輝度は約560ft−Lとなる。これらを満足する発光素子としては陰極線管、蛍光管等の発光原理を用いた発光管、蛍光発光素子、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、メタルハライドランプ、LED、エレクトロルミネッセンス(EL)などの電子の動作により発光する素子、プラズマ、ディスプレイパネル(PDP)などの放電により発光するもの等の自己発光を行なうものが例示される。これらのどの発光素子でも光発生手段として用いてもよいが、中でも低消費電力、小型、白色発光を行える等の点から、発光管、LEDおよび蛍光発光素子が最適である。中でも、ミニパイロ電機(株)のルナパステル07シリーズ(直径7mmの発光管)が消費電力も少なく最適である。
【0378】
表示パネル81は、各画素への印加電圧を変えるとその画素の光散乱度合が変化する。電圧無印加の場合に光散乱度合が最も大きく、印加電圧を大きくすると、光散乱度合が減少する。指向性の狭い光を表示パネル81に入射し、光散乱度合を変化させると、その画素からの観察者の瞳に入射する光量が変化する。つまり、観察者からみた画素の輝度が変化するので、これを利用して画像表示を行う。
【0379】
表示パネル81にはモザイク状のカラーフィルタ(図示せず)が取り付けられている。画素配置はデルタ配置であり、画素数は約10万画素である。カラーフィルタ471は赤、緑、青のいずれかの色を透過させる。カラーフィルタの構成物により各色の膜厚を制御してもよい。カラーフィルタの膜厚はカラーフィルタの作製時に調整して形成する。つまりカラーフィルタの膜厚を赤、緑、青で変化させる。カラーフィルタの膜厚により各画素上の液晶の膜厚はそれぞれのカラーフィルタ色に応じて調整する事ができる。特にPD液晶表示パネルは、長波長の光(赤色光)に対する散乱特性が悪い。そこで、赤の画素の液晶層厚を他の青、緑の画素よりも液晶層厚を厚くすれば、散乱特性を向上させることができ、赤、緑、青の階調性を揃えることができる。つまり、図57から図60の構成の本発明の表示パネル81を用いればよい。
【0380】
表示パネル81からの出射光の一部は観察者の瞳に入射するが、他の光は迷光となり、表示画像のコントラストを低下させる要因となる。この問題を回避するために、ボデー667と接眼リング665の内面は、光の反射を防止するために黒色または暗色としている。
【0381】
集光レンズ663は平面、つまり曲率半径の大きい面を発光体661側に向けている。これは、正弦条件を満足しやすくして、表示パネル81の表示画像の輝度均一性を良好にするためである。ただし、集光レンズ663は前述の平凸レンズに限定するものではなく、通常の正レンズでもよいことは言うまでもない。
【0382】
接眼リング665のボデー667への挿入度合を調整することにより、観察者の視力に合わせてピント調整を行なうことができる。なお、接眼カバー668により観察者の眼の位置が固定されるので、ビューファインダの使用中に視点位置がずれることはほとんどない。視点が固定されておれば表示パネル81への光の指向性が狭くても観察者は良好な画像を見ることができる。さらに良好に見えるようにするには発光素子661からの光の放射方向を最適な方向に移動させればよい。そのため、発光素子661は、前後または左右に多少移動できるように位置調整機構が付加しておくことが好ましい。
【0383】
以上のように、本発明のビューファインダは発光素子661の小さな発光体から広い立体角に放射される光を、集光レンズ663により効率良く集光するので、蛍光管を用いた面光源のバックライトを用いる場合に比較して、光源の消費電力を大幅に低減することができる。
【0384】
なお、図96と図97において、表示パネル81は説明を容易にする観点からPD液晶表示パネルであるとして説明をしたが、これに限定するものではない。動的散乱モード(DSM)液晶等の散乱一透過により光を変調するものに置きかえてもよい。また、強誘電液晶も比較的膜厚が厚いとき散乱現象をおこすことが知られている。したがって、強誘電液晶を用いてもよい。その他、光散乱状態の変化として光学像を形成する(光変調を行なう)ものとしてPLZTが知られている。本発明の表示パネルおよびそれを用いた表示装置はこれらを包含するものである。また、本発明の映像信号表示方法を適用した表示パネルであればよいからTN液晶表示パネルであってもよい。
【0385】
図98〜図100は、偏光板を用いた構成の1例を示す。図98は、PD液晶表示パネルの入出射面に偏光板331を配置した例である。もちろん単にTN液晶表示パネルと考えてもよい。なぜならば、図98の構成における技術的思想は、未公知で、かつ、新規性および進歩性を有するからである。
【0386】
図99は、表示パネルの入射側663の偏光板331aを集光レンズ663に貼りつけた構成である。集光レンズ663は回転可能なようにする。つまり、集光レンズ663を回転させることにより、入射側の偏光板331aと出射側の偏光板331bとの偏光軸332の角度を調整できる。偏光軸の角度ずれは表示コントラストに直接影響する。したがって、偏光軸の角度調整は重要である。好ましくは図100に示すように、集光レンズ663の凸面を発光素子661側に向けるべきである。正弦条件は多少悪くなるが実用上は問題がない。偏光板331aには平行光が入射する。したがって、図99の場合よりも表示コントラストは高くなる。
【0387】
なお、以上の事項については特開平7−92443号公報に詳しく記載している。前記公報の記載事項が本明細書にそのまま適用または挿入される。前記公報には多種多様な構成が記載されている。たとえば図3の絞り31を具備する構成、図11のボデー667が屈曲した構成、図12のフレネルレンズ101を用いた構成である。
【0388】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置によれば、複数フレーム期間で1フレーム分の映像情報を表示するようにしているので、入力されたプログレッシブ走査映像信号をそのまま表示するときに比べて低速度で表示することができる。その結果、パーソナルコンピュータやワークステーション等の広帯域(高速データレート)プログレッシブ走査映像信号を、マトリクス型液晶ディスプレイのように高速走査の苦手なディスプレイに表示する場合でも画質の劣化が生じない。すなわち、従来例のようにディスプレイを分割駆動する必要がなくなり、またはソース駆動回路のシフトレジスタ数を大幅に削減できる。また、輝度差の発生を防止することができ、消費電力も低減できる。
【0389】
また、本発明の表示パネルにおいて、図12に示すようにH反転駆動、または図14に示すようにカラム反転駆動を採用することにより、横電界の発生方向を規定できると共にフリッカの発生を防止できる。また、本発明の投写型表示装置において、図16〜図17で説明した駆動方法を採用する事により、さらに、十分にフリッカを防止でき、良好な画像表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例の映像信号表示方法の説明図
【図2】 本発明の他の実施例の映像信号表示方法の説明図
【図3】 アクティブマトリクス型液晶表示パネルを用いた本発明の一実施例の映像信号表示装置の構成を示すブロック図
【図4】 図3におけるゲート駆動ICのより詳細な構成を示すブロック図
【図5】 図3におけるラインメモリに入力されるメモリ制御信号およびその入出力画像信号のタイミングチャート
【図6】 図3におけるゲート駆動IC制御回路36からゲート駆動IC38、39に入力されるゲート駆動IC制御信号のタイミングチャート
【図7】 図3におけるゲート駆動IC制御回路37からゲート駆動IC38、39に入力されるゲート駆動IC制御信号のタイミングチャート
【図8】 本発明の駆動方法の説明図
【図9】 本発明の映像信号処理装置の説明図
【図10】 本発明の表示装置の説明図
【図11】 アクティブマトリクス型液晶表示パネルを用いた本発明の一実施例の映像信号表示装置の構成を示すブロック図
【図12】 本発明の映像信号表示方法の説明図
【図13】 本発明の映像信号表示方法の説明図
【図14】 本発明の映像信号表示方法の説明図
【図15】 本発明の映像信号表示方法の説明図
【図16】 本発明の表示装置のブロック図
【図17】 本発明の表示装置のブロック図
【図18】 本発明の他の実施例における映像信号表示方法の説明図
【図19】 本発明の他の実施例における映像信号表示方法の説明図
【図20】 本発明の他の実施例における映像信号表示方法の説明図
【図21】 本発明の他の実施例における映像信号表示方法の説明図
【図22】 本発明の他の実施例における映像信号表示方法の説明図
【図23】 高分子分散液晶の動作の説明図
【図24】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図25】 本発明の他の実施例における表示装置の平面図
【図26】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図27】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図28】 本発明の他の実施例における表示装置の一部等価回路図
【図29】 本発明の他の実施例における表示装置の説明図
【図30】 P偏光とS偏光の説明図
【図31】 P偏光とS偏光の説明図
【図32】 本発明の表示装置の説明図
【図33】 本発明の表示装置の説明図
【図34】 本発明の表示装置の駆動方法の説明図
【図35】 本発明の表示装置の説明図
【図36】 本発明の表示装置の説明図
【図37】 本発明の表示装置の説明図
【図38】 本発明の他の実施例における表示装置の構成図
【図39】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図40】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図41】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図42】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図43】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図44】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図45】 本発明の他の実施例における表示装置の平面図
【図46】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図47】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図48】 本発明の映像信号処理方式の説明図
【図49】 前段ゲート方式構造の等価回路図
【図50】 本発明の映像信号処理方式の説明図
【図51】 共通電極方式構造の等価回路図
【図52】 本発明の表示装置の説明図
【図53】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図54】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図55】 本発明の他の実施例における表示装置の一部平面図
【図56】 本発明の表示装置のスイッチング素子部の断面図
【図57】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図58】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図59】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図60】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図61】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図62】 本発明の表示装置の駆動方法の説明図
【図63】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図64】 本発明の他の実施例における表示装置の説明図
【図65】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図66】 本発明の表示装置の説明図
【図67】 本発明の他の実施例における断面図
【図68】 本発明の他の実施例における断面図
【図69】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図70】 本発明の他の実施例における表示装置の断面図
【図71】 本発明の投写型表示装置の構成図
【図72】 本発明の他の実施例における投写型表示装置の構成図
【図73】 本発明の駆動方法の説明図
【図74】 V−T特性のグラフである。
【図75】 液晶表示パネルの表示状態の説明図
【図76】 本発明の駆動回路の説明図
【図77】 本発明の駆動方法の説明図
【図78】 本発明の駆動方法の説明図
【図79】 本発明の他の実施例における投写型表示装置の構成図
【図80】 本発明の他の実施例における投写型表示装置の構成図
【図81】 本発明の他の実施例における投写型表示装置の構成図
【図82】 本発明の投写型表示装置の光学部品の斜視図
【図83】 本発明の投写型表示装置の改良方法の説明図
【図84】 図83に示す本発明の投写型表示装置のダイクロイックミラーを反射する分光特性図
【図85】 図80の投写型表示装置のダイクロイックミラーを反射する分光特性図
【図86】 本発明の他の実施例における投写型表示装置(1枚の表示パネルでカラー画像を表示する場合)の説明図
【図87】 本発明の他の実施例における投写型表示装置(1枚の表示パネルでカラー画像を表示する場合)の構成図
【図88】 本発明の投射表示装置の構成図
【図89】 図90の構成を用いてカラー画像を表示する場合の構成図
【図90】 本発明の他の実施例における投写型表示装置の説明図
【図91】 図90の説明図
【図92】 図90の説明図
【図93】 図90の説明図
【図94】 図90の説明図
【図95】 図90の説明図
【図96】 本発明のビューファインダの外観図
【図97】 本発明のビューファインダの断面図
【図98】 本発明のビューファインダの他の実施例の断面図
【図99】 本発明のビューファインダの他の実施例の断面図
【図100】 本発明のビューファインダの他の実施例の断面図
【図101】 アクティブマトリックス型液晶表示パネルを用いた従来の映像信号表示装置の構成を示すブロック図
【図102】 従来の表示装置の課題の説明図
【図103】 従来の表示装置の課題の説明図
【図104】 従来の液晶表示装置の課題の説明図
【図105】 従来の液晶表示装置の課題の説明図
【符号の説明】
31 表示ライン選択回路
32 ソース信号処理回路
33 ソース駆動回路
35 表示方法選択回路
36,37 ゲート駆動回路制御回路
38 ゲート駆動回路
40 A/D変換器
41 ラインメモリ
42 D/A変換器
43 ラインメモリ制御回路
44 切換器
81 液晶表示パネル
86 TFT
87 液晶層
88 対向電極
101 画素
141 アンプ
142 位相分割回路
143 出力切り換え回路
144 ドライブ制御回路
151 画素電極
153 ゲート信号線
154 ソース信号線
155 遮光膜
161 対向基板
162 アレイ基板
163 絶縁膜
171 付加コンデンサ
181 水滴状液晶
182 ポリマー
231 低誘電体膜
232 絶縁膜
263 電気力線
281 液晶分子
311 入射光
312 法線
313 振動方向
315 P偏光軸
316 光分離面
317 P偏光
318 P偏光面
319 偏光板の偏光軸
331 偏光板
332 偏光軸
361 偏向ビームスプリッタ
372 反射電極
373 接続部
374 絶縁膜
391 透明基板
392 光結合層
411 凸部
471 カラーフィルタ
472 誘電体薄膜(紫外線吸収膜)
521 光源
521a ランプ
521b 凹面鏡
521c UVIRカットフィルタ
522 リレーレンズ
523 ダイクロイックミラー
524 投写レンズ
526 アパーチャ
531 ミラー
532 フィールドレンズ
541 光軸
541a 入射光線(入射光線の光軸)
541b 出射光線(出射光線の光軸)
542 スクリーン
551 光分離面
552 補助レンズ
553 ダイクロイックプリズム
561 光吸収膜
562 光入出射面
581 マイクロレンズアレイ
582 マイクロレンズ
592 発光体
594 入力部収束レンズアレイ
595 中央部収束レンズアレイ
596,598 絞り
597 出力部収束レンズアレイ
599 入力部収束レンズ
600 中央部収束レンズ
601 二次発光体
603 実像
604 光軸
663 集光レンズ
665 接眼リング
666 接眼レンズ
667 ボデー
668 接眼ゴム
669 取付け金具
702 逆ドメイン領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a video signal display method suitable for a matrix type display device in which pixels are arranged in a matrix type in the line and row directions. The present invention also provides a display device (hereinafter referred to as a projection display device) that enlarges and projects an image displayed on a small liquid crystal display device on a screen, and a display device (hereinafter referred to as a viewfinder) that is used as a video camera shooting monitor. And a display device used as a light valve for a projection display device and a viewfinder.
[0002]
[Prior art]
Since liquid crystal display devices have many features such as light weight and thinness, research and development are active. However, there are many problems such as difficulty in increasing the screen size. Therefore, in recent years, a projection type display device that obtains a large screen display image by enlarging and projecting a display screen of a small liquid crystal device with a projection lens or the like has attracted some attention. Currently, commercially available projection display devices use twisted nematic (hereinafter referred to as TN) liquid crystal display devices utilizing the optical rotation characteristics of liquid crystals. Active matrix liquid crystal display devices have been increased in density and the number of pixels has been increasing, and are used as data display displays for personal computers and workstations, and as standard (NTSC) and HDTV AV displays. .
[0003]
Further, with the increase in the number of pixels of the active matrix type liquid crystal display device, it has been required to increase the operation clock of the source driving (data line driving) IC. Therefore, not only the development of a source drive IC with a high-speed operation clock, but also a method of driving a plurality of source drive ICs in parallel and simultaneously driving a plurality of divided screen area source lines as a drive method. . Since the conventional display device is a TN liquid crystal display device and is very general, the description thereof is omitted here, and for the convenience of explaining the video signal display method of the present invention, the conventional active matrix liquid crystal display device is not described. A specific example of the display driving method will be described.
[0004]
FIG. 101 shows a video signal processing circuit of a conventional active matrix type liquid crystal display device. The video signal processing circuit includes an A / D converter 71, memories 72 and 73, D / A converters 74 and 75, source signal processing circuits 76 and 77, an active matrix liquid crystal display panel (hereinafter referred to as a liquid crystal display). A gate drive IC 80 for driving the gate line xi (i = 1 to n) of 81 (which may be abbreviated as a panel) and two source drives for driving the source line yj (j = 1 to 2 m) of the liquid crystal display panel 81 ICs 78 and 79 are provided. The source drive ICs 78 and 79 include m-bit shift registers 82 and 83 and sample and hold circuit groups 84 and 85, respectively. Each sample hold circuit group 84, 85 has m sample hold circuits. The liquid crystal display panel 81 has a plurality of pixels arranged in a matrix. Each pixel includes a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) 86 as a switching element and a liquid crystal layer 87. The source of the TFT 86 is connected to the source line yj of the corresponding column, and the gate is connected to the gate line xi of the corresponding row. The liquid crystal layer 87 has one electrode in contact with the drain of the corresponding TFT 86 and the other in contact with the counter electrode 88. The memories 72 and 73 are random access memories, and have a function of extending the video signal to the time axis twice. In the above configuration, the source driving IC is divided into two. However, when a larger liquid crystal display panel is driven for display, the source driving IC may be divided into three or more.
[0005]
The operation of the video signal processing circuit of this conventional active matrix liquid crystal display device will be described below. First, the input video signal is converted into a digital video signal by the A / D converter 71 and stored in the memories 72 and 73. The memory 72 extends the video signal input to the source lines y1 to ym of the liquid crystal display panel 81, that is, the video signal of the first half of the video signal of one scanning line by a time axis. The digital video signal whose time axis has been expanded twice in the memory 72 is converted into an analog video signal by the D / A converter 74. Next, the source signal processing circuit 76 performs γ correction on the analog video signal whose time axis has been doubled, and inverts the polarity of the analog video signal for each frame in order to drive the liquid crystal display panel 81 with AC. . An output signal of the source signal processing circuit 76 is input to the source driving IC 78. On the other hand, the memory 73 extends the video signal input to the source lines ym + 1 to y2m of the liquid crystal display panel 81, that is, the video signal of the latter half of the video signals of one scanning line by a time axis. The digital video signal whose time axis has been expanded twice in the memory 73 is converted into an analog video signal by the D / A converter 75. Next, the source signal processing circuit 77 performs γ correction on the analog video signal whose time axis has been doubled, and inverts the polarity of the analog video signal for each frame in order to drive the liquid crystal display panel 81 with AC. . An output signal of the source signal processing circuit 77 is input to the source driving IC 79. In the source drive ICs 78 and 79, the video signals input from the source signal processing circuits 76 and 77 are given in parallel to the sample and hold circuits of the sample and hold circuit groups 84 and 85, respectively. Each sample and hold circuit of the sample and hold circuit group 84 sequentially holds video signals input to the source lines y1 to ym in synchronization with the shift operation of the shift register 82. Similarly, each sample and hold circuit of the sample and hold circuit group 85 sequentially holds video signals input to the source lines ym + 1 to y2m in synchronization with the shift operation of the shift register 83. When the gate line xi is activated by the gate driving IC 80 and each TFT 86 in the i-th row is turned on, the video data for one scanning line held in each sample hold circuit of the sample hold circuit groups 84 and 85 is source lines y1 to y2m. And applied to each liquid crystal layer 87 in the i-th row. As a result, video data for one scanning line is written in the liquid crystal display panel 81. While repeating the above source driving operation and the gate driving IC 80 sequentially scans the gate lines, an image is obtained on the liquid crystal display panel 81.
[0006]
However, in the configuration as described above, the difference in luminance due to the variation in the analog circuit after the D / A converter at the joint between adjacent source drive ICs and the difference in holding time in each sample hold circuit inside the source drive IC. Occurs and the image quality deteriorates. In order to solve the above problems, a method of adding a correction circuit for correcting a luminance difference and a method of using a source drive IC as a digital input can be considered. However, the cost increase, the circuit scale, and the mounting area around the liquid crystal display panel Accompanied by an increase. Conventionally, a plurality of source drive circuits are formed on a silicon substrate using semiconductor technology, and each source drive circuit is cut out and used as source drive ICs 78 and 79. Since the IC operates at a considerably high speed, the number of screen divisions can be two or three.
[0007]
In recent years, a technology (low-temperature polysilicon technology) has been established in which an amorphous silicon film or the like is deposited on a glass substrate, a semiconductor layer is formed by crystallization using a laser or the like, and a TFT 86 is formed using the semiconductor layer. However, liquid crystal display panels using the above technology are attracting attention because they can be manufactured at low cost, and prototypes have been announced and developed by various companies. In addition, a technique (high temperature polysilicon technique) for forming a TFT 86 by forming a silicon crystal film on a quartz glass substrate has been established. The liquid crystal display panel using the polysilicon technology is expensive and difficult to form a display area having a large area, but has been put to practical use in a viewfinder such as a video camera.
[0008]
A feature common to liquid crystal display panels manufactured by high-temperature polysilicon technology and low-temperature polysilicon technology is that the gate drive IC 80 and the source drive IC 82 can be formed on the same substrate as the TFT 86 at the same time. Therefore, it is not necessary to mount the gate drive IC 80 and the source drive IC 82 on the panel 81 after the liquid crystal display panel 81 is manufactured. Further, it is not necessary to newly manufacture the source drive IC 82 and the like. Therefore, the cost can be reduced in that the mounting cost can be reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The problem of the liquid crystal display panel manufactured by the polysilicon technology is that the upper limit operation speed of the source drive circuit or the like directly formed on the liquid crystal display panel 81 is low. In general, the range of stable operation is 1 MHz to 3 MHz. Therefore, it is necessary to deal with the shift register 82 of the source drive circuit in multiple stages. If the operating frequency of the shift register is 2 MHz and the liquid crystal display panel needs to be operated at 40 MHz, it is necessary to divide 40/2 = 20. That is, it is necessary to form 20 shift registers. As the number of shift registers increases, the area occupied by the shift registers increases, and the number of defects in the process increases, which is not preferable.
[0010]
As described above, a liquid crystal display panel formed by polysilicon technology, particularly low-temperature polysilicon technology, has the advantage that it is highly possible to reduce the price, and is promising as a display monitor for future personal computers and workstations. However, on the other hand, there is an aspect that it is difficult to achieve high speed driving (high speed data rate = broadband).
[0011]
NTSC and HD are interlaced scanning video signals. VGA and SXGA are progressive scanning video signals. As long as it is compatible with NTSC and HD as a home TV, it is sufficient for the time being. However, there is a strong demand for displaying SXGA. However, in order to apply the liquid crystal display panel to a progressive scanning video signal, the number of parallel shift registers is twice that of an interlace scanning video signal. Therefore, in order to apply to progressive scanning video signals of SXGA, it is not required in the HD standard. Further, it is necessary to previously form a shift register formed in parallel twice. This is too lossy. In general, wideband (high-speed data rate) progressive scanning video signals from personal computers and workstations can be easily and inexpensively displayed on high-speed scanning displays such as matrix-type liquid crystal display panels consisting of lines and columns. It is desired to display without causing deterioration.
[0012]
A liquid crystal display device is used as such a matrix display. However, the commonly used TN liquid crystal display panel has the following problems. In this display panel, the liquid crystal molecules change the alignment direction according to the applied voltage. The orientation changes according to the video signal, and the light passing through the liquid crystal layer is modulated. However, the TN liquid crystal panel needs to use a polarizer, has a low overall light transmittance, and cannot display with high brightness. Further, due to the heat absorbed by the polarizer, the polarizer itself and the liquid crystal display panel become high temperature, and it is easy to cause significant performance deterioration in a short time.
[0013]
An object of the present invention is to display a wide-band (high-speed data rate) progressive scanning video signal on a display device that is not good at high-speed scanning easily and inexpensively without causing deterioration in image quality.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device according to the present invention includes pixels arranged in a matrix, source signal lines that transmit video signals to the pixels, and source driver circuits that apply video signals to the source signal lines. Here, in the first liquid crystal display device, the source driver circuit has a first polarity video signal and a polarity opposite to the first polarity for each of a predetermined number of the plurality of pixel rows in the first frame or field. The video signal is output so that the video signal of the second polarity is alternately held in the pixel. The source driver circuit outputs a video signal so as to hold a video signal having a polarity opposite to that of the video signal held in the pixel row in a second frame or field next to the first frame or field. To do.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device according to the present invention is Arranged in a matrix plural Pixels, A counter electrode facing the plurality of pixels; Connected for each pixel Connected to the switching elements and the switching elements of the plurality of pixels arranged in the line direction of the matrix, and connected to the switching elements A source signal line for transmitting a video signal to the pixel; A gate signal line connected to the switching elements of the plurality of pixels arranged in a direction orthogonal to the line direction of the matrix, and controlling the pixels connected to the switching elements; A source for applying a video signal to the source signal line Drive Circuit, A gate drive circuit for applying a gate drive signal to the gate signal line; Comprising the source Drive Circuit held in pixel Voltage against the potential of the counter electrode When changing the polarity, Said With the same polarity, When the polarity of the same input video signal is changed, it is output compared to the case where the polarity is the same. Increase the size of the video signal Do .
[0024]
Preferably, said of The liquid crystal display device further includes a first gate driver circuit and a second gate driver circuit. The first gate signal line for controlling the odd-numbered pixel rows is connected to the first gate driver circuit, and the second gate signal line for controlling the even-numbered pixel rows is connected to the second gate driver circuit. Is done.
[0025]
Preferably, in any of the liquid crystal display devices described above, the image display position can be moved within the display area.
[0026]
Preferably, in any one of the liquid crystal display devices described above, the source driver circuit includes the first source driver circuit and the second source driver circuit, and applies the video signal to the odd pixel columns. The signal line is connected to the first source driver circuit, and the second source signal line for applying the video signal to the even pixel row is connected to the second source driver circuit.
[0027]
Preferably, in any of the liquid crystal display devices described above, dielectric pillars that substantially match the liquid crystal layer are formed or disposed on or between the pixels arranged in a matrix.
[0028]
Preferably, in any of the above-described liquid crystal display devices, a retardation film or a retardation plate is disposed or formed on the light incident side or the light emitting side to the liquid crystal layer.
[0029]
A projection display device according to the present invention includes light generation means, any one of the liquid crystal display devices described above, and a projection lens. The liquid crystal display device modulates the light emitted by the light generating means, and the projection lens projects the light modulated by the liquid crystal display device.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a video signal display method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same reference symbols in the drawings denote the same.
In the present invention, the first and second display methods different from each other are executed individually or selectively. FIG. 1 shows a display image on the display for explaining the first display method, and FIG. 2 shows a display image on the display for explaining the second display method.
[0031]
The progressive scanning video signal forms one screen in one field. Therefore, 1 field = 1 frame. On the other hand, the interlace signal forms one screen with two fields. Therefore, 2 fields = 1 frame. In the following description, the field and the frame are basically used properly, but depending on the content of the description, the field and the frame are treated as synonymous.
[0032]
First, the first display method will be described. In FIG. 1, (a) shows an image when the first frame of the input progressive scan video signal is displayed on the display as it is, and (b) shows the second frame of the input progressive scan video signal on the display. Shows an image displayed as it is. The first and second frames are temporally continuous frames. As shown in (c), first, the first line of the first frame of the progressive scan video signal that has been input (1_1 line, hereinafter denoted in the same manner) is selected, and the time axis is expanded twice to display Display in the first line above. Next, the third line of the first frame is selected, and the time axis is doubled and displayed on the third line on the display. Hereinafter, only the odd lines of the first frame, such as the fifth line, the seventh line,... Are sequentially selected, and the time axis is doubled and displayed on the odd lines on the display. On the other hand, in the second frame, only even lines are sequentially selected, and the time axis is doubled and displayed on the even lines on the display. As a result, one frame composed of the odd lines of the first frame and the even lines of the second frame as shown in (c) is displayed. The above operation is similarly applied to the third frame and the fourth frame, and is repeated thereafter.
[0033]
As described above, since it is sufficient to display one frame including the odd lines of the first frame and the even lines of the second frame in the two frame periods of the input progressive scan video signal, the input progressive scan is performed. The video signal can be displayed at half the speed compared to when it is displayed as it is. This means that the liquid crystal display panel 81 does not need to be divided and driven with respect to FIG. Therefore, the occurrence of a luminance difference can be prevented. Further, when the source drive IC 78 or the like is formed directly on the liquid crystal display panel 81 by the polysilicon technique, the clock frequency of the shift register 82 or the like can be reduced to ½.
[0034]
For example, when the frequency of the video signal is 40 MHz and the operating frequency of the shift register is 4 MHz, the number of shift registers formed in parallel is reduced by 10 shift registers formed in parallel. The 40 MHz video signal sample-hold can be performed. Therefore, if the clock of the shift register can be reduced to ½ by the implementation of the present invention, it can be handled by five shift registers formed in parallel. If the number of shift registers formed in parallel can be halved, the occurrence of defects such as shift registers is reduced, and the yield of display panel formation is improved. Moreover, since it can be operated at a speed of 1/2, power consumption can be greatly reduced.
[0035]
The odd lines of the liquid crystal display panel 81 are displayed in the first frame, and the even lines of the liquid crystal display panel 81 are displayed in the second frame, but this is merely for convenience of explanation. Accordingly, when the first frame of the progressive scanning video signal is data of even lines, the even lines of the liquid crystal display panel are naturally displayed. Further, although the first frame is displayed from the first line, the present invention is not limited to this. The first line is merely for convenience of explanation. For example, you may display from the 7th line. The first line is merely provided for ease of explanation. In the case described above, the first to sixth lines are displayed in black. The above description applies also to the video display method and display device described in the specification and claims of the present invention.
[0036]
In FIG. 101, the concept of the source driving IC 78 or the gate driving IC 80 is used. However, the present invention relates to an invention such as a display method, and is not limited to a display device mounted with an IC. Therefore, hereinafter, the terms “source drive circuit” and “gate drive circuit” are used as a concept including a drive circuit formed by polysilicon technology.
[0037]
Next, the second display method will be described. In FIG. 2, (a) shows an image when the first frame of the input progressive scan video signal is displayed on the display as it is, and (b) shows the second frame of the input progressive scan video signal on the display. Shows an image displayed as it is. First, the first line of the first frame of the input progressive scanning video signal is selected, and the time axis is expanded by a factor of 2 and is simultaneously displayed on the first and second lines on the display. Next, the third line of the first frame is selected, and the time axis is expanded by a factor of 2 and is simultaneously displayed on the third and fourth lines on the display. Thereafter, only the odd lines of the first frame, such as the fifth line, the seventh line,... Are sequentially selected, and the time axis is doubled to display them simultaneously on the odd lines and the adjacent even lines on the display. As a result, the image shown in (b) is obtained. On the other hand, in the second frame, only even lines are sequentially selected, and the time axis is doubled and displayed simultaneously on the even lines and adjacent odd lines on the display. As a result, the image shown in (c) is obtained. The above operation is similarly applied to the third frame and the fourth frame, and is repeated thereafter. As described above, since it is sufficient to display one frame composed of the odd-numbered lines of the first frame and the even-numbered lines of the second frame in the two-line period of the input progressive-scanned video signal, the input progressive-scanned video signal Can be displayed at a speed half that of when displaying as it is.
[0038]
While the two display methods have been described above, it is preferable to select the first display method for a still image and the second display method for a moving image. Since the still image is stopped, the image discontinuity in the vertical direction is more visible than the moving image. Therefore, in the case of a still image, it is preferable to ensure an apparent vertical resolution by performing interpolation between frames by the first display method. On the other hand, since the temporal change of the moving image is severe, when the first display method is applied, so-called moving image blurring (jerkinness interference or the like) occurs. Therefore, in the case of a moving image, it is preferable to prevent the occurrence of moving image blur by performing interpolation within the frame by the second method. A circuit configuration for switching between the first display method and the second display method will be described later with reference to FIG.
[0039]
In the first display method, when the display time (light emission time) is as short as several milliseconds to several tens of milliseconds as in the case of a CRT display, for example, when the frame period of the input progressive video signal is 60 Hz, the same line The emergency period becomes 30 Hz and flicker occurs. However, in a display that maintains a display state until refreshing, such as an active matrix liquid crystal display, scanning line interpolation is completely performed. In addition, the second display method is to use a multi-gun configuration for an electron gun in a CRT display (preparing two electron guns, for example), and to activate two gate lines simultaneously in an active matrix liquid crystal display. It can be easily realized.
[0040]
The video signal display method of the present invention will be described in detail later. First, a video signal display apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This is because the video signal display method of the present invention is closely related to the display device of the present invention, and it is easier to understand the operation of the display device, such as the voltage polarity applied to the pixel electrode. It is possible.
[0041]
FIG. 3 shows a video signal display apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, a video signal display device converts a video signal into a signal suitable for liquid crystal driving by performing display line selection circuit 31 for selecting a display line and extending the time axis of the video signal, and mainly performing γ correction and AC conversion. A source signal processing circuit 32, a liquid crystal display panel 81 in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, a source drive circuit 33 that is connected to a source line of the liquid crystal display panel 81 and applies a voltage to the liquid crystal 87, and a horizontal start pulse From gate drive circuit control circuits 36 and 37 that generate gate drive circuit control signals (GCK1, GCK2, GST1, GST2, GEN1, and GEN2) in response to HD and vertical start pulse VD, and gate drive circuit control circuits 36 and 37 Depending on the gate drive circuit 38 whose operation is controlled based on the gate drive circuit control signal and the nature of the image (still image or moving image) A display method selection circuit 35 for selecting one of the gate drive circuit control circuits 36 and 37 and an output of the gate drive circuit control circuits 36 and 37 are selectively switched in response to a switching signal from the display method selection circuit 35. And a switch 44 for outputting to the gate drive circuit 38. The display line selection circuit 31 responds to the A / D converter 40, the line memory 41 for storing the image signal for one scanning line, the D / A converter 42, and the horizontal start pulse HD and the vertical start pulse VD. And a line memory control circuit 43 for controlling the operation of the line memory 41 that has generated the memory control signals (WCK, WEN, RCK). The source drive circuit 33 includes a 2m-bit shift register and a sample and hold circuit group having 2m sample and hold circuits. The gate drive circuits 38a and 38b are circuits having the same configuration and function as each other. However, the first gate driving circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81 and sequentially activates the odd-numbered gate lines. The second gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81 and sequentially activates the even-numbered gate lines.
[0042]
FIG. 4 shows a more detailed configuration of the gate drive circuit 38. In FIG. 4, the gate drive circuit 38 includes an n / 2-bit shift register 91 (n is the number of gate lines of the liquid crystal display panel 81), a changeover switch group 92 having n / 2 changeover switches 96, n / An output buffer group 93 having two output buffers 97 is provided. The shift register 91 includes n / 2 D-type flip-flops 94 and one inverter 95.
[0043]
The start signal GST1 (or GST2) is applied to the data input terminal D of the first D-type flip-flop 94, and after the polarity is inverted by the inverter 95, the second and subsequent D-type flip-flops 94 It is given to the clear terminal C.
[0044]
The clock signal GCK1 (or GCK2) is applied to the clock terminal CK of each D-type flip-flop 94. Further, the Q output of the preceding D-type flip-flop 94 is given to the data input terminal D of each of the second and subsequent D-type flip-flops 94. In the shift register 91 having the above-described configuration, the Q output of the k-th (k = 1 to n / 2) D-type flip-flop 94 is taken out as a k-th signal, and the k in the changeover switch group 92 is extracted. This is given to the A terminal of the individual changeover switch 96.
[0045]
The B terminal of each changeover switch 96 is grounded. The output terminal C of each changeover switch 96 is connected to the A terminal when the enable signal GEN1 (or GEN2) is at a high level, and is connected to the B terminal when it is at a low level. A signal output from the output terminal C of each changeover switch 96 is applied to each output pin 98 via a corresponding output buffer 97 in the output buffer group 93. Each output pin 98 is connected to a corresponding gate line of the liquid crystal display panel 81.
[0046]
The operation of the video signal display apparatus configured as described above will be described below. FIG. 5 shows a timing chart of memory control signals input to the line memory 41 and input / output video signals of the line memory 41. First, the source line drive control operation will be described with reference to FIG. The progressive scan video signal input to the display line selection circuit 31 is first converted into a digital video signal by the A / D converter 40. The line memory 41 captures the progressive scan video signal at a timing synchronized with the write clock signal WCK while the write enable signal WEN is at a high level. (In the figure, for example, the signal 1_2_3 represents the third signal of the 1_2 line.) That is, the first line of the first frame is captured in synchronization with the write clock signal WCK because the write enable signal WEN is at a high level. The second line of the first frame is not captured because the write enable signal WEN is low.
[0047]
By repeating the above operation, odd lines of the first frame are sequentially taken into the line memory 41. Similarly, the first line of the second frame is not captured because the write enable signal WEN is low, and the second line of the second frame is captured in synchronization with the write clock signal WCK because the write enable signal WEN is high. . By repeating the above operation, the even lines of the second frame are sequentially taken into the line memory 41. Further, by repeating the above operations in units of frames, odd lines of odd frames and even lines of even frames are sequentially taken into the line memory 41. The digital video signal taken into the line memory 41 is read out in synchronization with the read clock signal RCK, which is a half frequency of the write clock signal WCK.
[0048]
The signal output from the line memory is a digital video signal obtained by expanding the odd-numbered odd-numbered frame and the even-numbered even-numbered line of the captured progressive scan video signal by a time axis. Converted to video signal.
[0049]
Next, the source signal processing circuit 32 performs γ correction on the progressive scanning video signal that has been line-selected and expanded in the time axis twice, and inverts the polarity for each frame to drive the liquid crystal display panel 81 with alternating current, Input to the drive circuit 33.
[0050]
The source drive circuit 33 sequentially writes and holds the input video signal to each sample hold circuit (not shown) in the IC. At this time, since the signal input to the source drive circuit 33 is a progressive scanning video signal that has been expanded in time base by a factor of 2, the write clock to each sample and hold circuit generated by a shift register (not shown) is also It may be ½ compared to the case where the time axis is not extended.
[0051]
When the gate line xi of the liquid crystal display panel 81 is activated by the gate driving circuit 38 and the TFT 86 is turned on, the video data held in each sample and hold circuit is applied to the liquid crystal cell 87 via the source line yj. As a result, a video signal for one scanning line is written on the liquid crystal display panel 81. An image is obtained on the liquid crystal display panel 81 by repeating the above operation and the gate drive circuit 38 scanning the gate line.
[0052]
Next, the drive control operation of the gate line will be described. The scanning of the gate line is determined by a gate drive circuit control signal (GCK1, GST1, GEN1 or GCK2, GST2, GEN2) output from the first gate drive circuit control circuit 36 or the second gate drive circuit control circuit 37. As described above, the gate drive circuits 38a and 38b are circuits having the same function, and sequentially and selectively activate the gate lines of the liquid crystal display panel 81 by the control of the gate drive circuit control signal.
[0053]
When the start signal GST1 (or GST2) is at a high level, the gate drive circuit 38 has an internal shift register 91 (see FIG. 4) at the rising edge of the clock signal GCK1 (or GCK2) (when it changes from a low level to a high level). Is reset, the first gate line is selected (retraced), and the second and third are sequentially selected each time the clock signal GCK1 (or GCK2) rises. When the enable signal GEN1 (or GEN2) is at a high level, a signal is output to the selected gate line to activate the gate line. As a result, the TFT 86 connected to the selected gate line is turned on. When the enable signal GEN1 (or GEN2) is at a low level, no signal is output to the selected gate line and it does not become active. Therefore, the TFT 86 connected to the gate line is in an off state. Here, the first gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, and the second gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines.
[0054]
6 shows a timing chart of the gate drive circuit control signal output from the first gate drive circuit control circuit 36, and FIG. 7 shows the timing of the gate drive circuit control signal output from the second gate drive circuit control circuit 37. A chart is shown. Hereinafter, the gate line drive control operation will be described in more detail with reference to FIGS.
[0055]
In FIG. 6, a clock signal GCK1, a start signal GST1, and an enable signal GEN1 are gate drive circuit control signals input from the first gate drive circuit control circuit 36 to the first gate drive circuit 38a. The signal GST2 and the enable signal GEN2 are gate drive circuit control signals input from the first gate drive circuit control circuit 36 to the second gate drive circuit 38b.
[0056]
The clock signal GCK1 is high level in a cycle of two line periods, the start signal GST1 is high level in the first line of the first frame, and the enable signal GEN1 is high level during the first frame period (however, it is low in the last line of the first frame period). Therefore, when the first frame starts, the first gate driving circuit 38a sequentially activates from the first gate line (x1 in FIG. 3). Since the first gate driving circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, the odd-numbered lines of the liquid crystal display panel 81 are sequentially activated every two line periods in the first frame period. Since the enable signal GEN1 is at a low level during the second frame period, the odd lines of the liquid crystal display panel 81 are not activated.
[0057]
On the other hand, since the clock signal GCK2 is high level in the period of two lines, the start signal GST2 is high level in the second line of the second frame, and the enable signal GEN2 is high level from the second line of the second frame, the second frame starts. The second gate drive circuit 38b is sequentially activated from the second gate line (x2 in FIG. 3). Since the second gate driving circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, the even-numbered lines of the liquid crystal display panel 81 are sequentially activated every two line periods in the second frame period. Note that since the enable signal GEN2 is at a low level during the first frame period, the even lines of the liquid crystal display panel 81 are not activated.
[0058]
Therefore, only the odd lines of the first frame of the input progressive scanning video signal can be selected and the time axis can be expanded by a factor of two to display on the odd lines of the liquid crystal display panel 81. In addition, only the even lines of the second frame of the input progressive scanning video signal can be selected, and the time axis can be expanded by a factor of two to display on the even lines of the liquid crystal display panel 81. The above operation is repeated in units of 2 frames.
[0059]
In FIG. 7, a clock signal GCK1, a start signal GST1, and an enable signal GEN1 are gate drive circuit control signals input from the second gate drive circuit control circuit 37 to the first gate drive circuit 38a. The signal GST2 and the enable signal GEN2 are gate drive circuit control signals input from the second gate drive circuit control circuit 37 to the second gate drive circuit 38b.
[0060]
In the first frame period, the clock signal GCK1 is high level in a cycle of two line periods, the start signal GST1 is high level in the first line, and the enable signal GEN1 is high level in the first frame period (however, the last signal in the first frame period) Therefore, when the first frame starts, the first gate drive circuit 38a sequentially activates from the first gate line (x1 in FIG. 3). Further, in the first frame period, the clock signal GCK2 is high level in a cycle of two line periods, the start signal GST2 is high level in the first line, and the enable signal GEN2 is high level during the first frame period (however, in the first frame period) Therefore, when the first frame starts, the second gate driving circuit 38b sequentially activates from the second gate line (x2 in FIG. 3).
[0061]
The first gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, and the second gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81. In one frame period, the odd-numbered line and the next adjacent even-numbered line of the liquid crystal display panel 81 are simultaneously activated every two-line periods, and thereafter, the odd-numbered and even-numbered lines are simultaneously activated in two-line period cycles. The
[0062]
On the other hand, in the second frame period, the clock signal GCK1 is at a high level in a cycle of two lines, and the start signal GST1 is at a high level in the last line of the first frame. (X1 in FIG. 3) is selected. However, since the enable signal GEN1 is at a low level in the first line period of the second frame, the first gate line is not activated.
[0063]
After that, since the enable signal GEN1 becomes a high level from the second frame second line period, the first gate driving circuit 38 starts the third gate line (x3 in FIG. 3) when the second frame two line period starts. Activate sequentially. In addition, since the clock signal GCK2 is high level in the cycle of two line periods, the start signal GST2 is high level in the second line, and the enable signal GEN2 is high level from the second line period of the second frame, the second gate driving circuit 38b is When the second frame 2 line period starts, the second gate line (x2 in FIG. 3) is sequentially activated.
[0064]
The first gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, and the second gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81. In the two frame period, the even line and the next adjacent odd line of the liquid crystal display panel 81 are simultaneously activated every two line periods, and thereafter, the even line and the odd line are simultaneously activated in two line period cycles. The
[0065]
Therefore, only the odd-numbered lines of the first frame of the input progressive scanning video signal can be selected, and the time axis can be expanded by a factor of two, so that the odd-numbered lines and the adjacent even-numbered lines of the liquid crystal display panel 81 can be displayed simultaneously. In addition, only the even lines of the second frame of the input progressive scanning video signal can be selected, and the time axis can be expanded by a factor of two, so that the even lines and adjacent odd lines of the liquid crystal display panel 81 can be displayed simultaneously. The above operation is repeated in units of 2 frames.
[0066]
As described above, according to the gate drive circuit control signals of the first and second gate drive circuit control circuits 36 and 37, the odd-numbered lines of the first frame are detected in the two frame periods of the progressive scan video signal inputted. Since one frame consisting of the even lines of the second frame may be displayed, the input progressive scan video signal can be displayed at a speed that is ½ compared to when it is displayed as it is. Therefore, it is not necessary to divide and drive the liquid crystal display panel 81 as in the conventional example, and the occurrence of a luminance difference can be prevented. Further, the number of parallel shift registers of the source driver circuit 323 can be halved and power consumption can be reduced.
[0067]
In the above description, the gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81, and the gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate lines of the liquid crystal display panel 81. ) It is assumed that a gate-on voltage is applied simultaneously to each even-numbered and odd-numbered gate line in a cycle. However, there is a problem when the additional capacitor 171 as shown in FIG. 28 is formed between the gate signal line Xi and the pixel 101. This configuration is referred to as a pre-stage gate configuration.
[0068]
For example, consider the case where the gate-on voltage Vg (+) is applied to the gate signal lines X2 and X3. The TFT 86 becomes active (ON), and the output of the source drive circuit 33 is written to the pixel 101. At this time, assuming that the output of the source driving circuit 33 has a positive polarity, a positive voltage is applied to both terminals of the additional capacitor 171. After 2H, the gate signal voltage Xg becomes the gate-off voltage Vg (-). Therefore, the negative terminal of the additional capacitor 171 is pulled to the negative side, and as a result, the pixel 101 cannot be charged.
[0069]
In order to deal with this problem, in the present invention, the liquid crystal display panel 81 is driven as shown in FIG. In FIG. 8, (a) is the output of the gate drive circuit 38a. However, the output voltage of one gate signal line is not drawn. (b) is the output of the gate drive circuit 38b. Further, (c) is the output of the yj terminal of the source drive circuit 33.
[0070]
As is apparent from FIG. 8, the gate drive circuit shifts the output position of the gate-on voltage every 1H. The gate drive circuits 38a and 38b alternately output a gate-on voltage, and when the other gate drive circuit is outputting a gate-on voltage, the gate drive circuit 38a and 38b outputs a gate-off voltage. Therefore, the gate signal lines Xi are shifted one by one every 1H period by the gate drive circuits 38a and 38b. On the other hand, the source drive circuit 33 changes the value and polarity of the data signal every 2H period. That is, the gate drive circuit 38 operates 1H, and the source drive circuit 33 operates 2H. The source drive circuit 33 is problematic because of its high drive frequency. The gate drive circuit 38 operates at a frequency of (kHz). In the driving method of FIG. 8, the gate-on voltage is not simultaneously applied to the two gate signal lines. That is, the additional capacitor 171 can be sufficiently charged with the pre-stage gate configuration of the liquid crystal display device (described later) shown in FIG. In addition, the operating frequency of the source drive circuit 33 can be reduced.
[0071]
As described above, the gate line scanning method is determined by the gate drive circuit control signal output from the first gate drive circuit control circuit 36 or the second gate drive circuit control circuit 37. In other words, the display method of the liquid crystal display panel 81 is determined by which gate drive circuit control signal output from which gate drive circuit control circuit is selected. The selection of the gate drive circuit control signal is performed by the switch 44 that responds to the switch signal output from the display method selection circuit 35.
[0072]
The progressive scan video signal converted into a digital signal by the A / D converter 40 is input to the display method selection circuit 35. The display method selection circuit 35 calculates a difference for each frame of the input progressive scanning video signal, and determines whether it is a still image or a moving image based on the magnitude of the difference. As a result, the gate drive IC control signal output from the first gate drive circuit control circuit 36 in the case of a still image, and the gate drive circuit control signal output from the second gate drive circuit control circuit 37 in the case of a moving image. Select.
[0073]
More specifically, the display method selection circuit 35 is configured as shown in FIG. If the A / D converter 40 has 8 bits, the A / D converter 40 converts the video signal into 0-255 data. The data is input and held in the first frame memory 871a. The data held in the first frame memory 871a is output with a delay of one frame and input to the second frame memory 871b. Data input to the first frame memory 871a is referred to as input data, and output data is referred to as output data. The output data is delayed by one frame time from the input data.
[0074]
The input data and the output data are subtracted by a subtracter 872. Therefore, the value after the difference is a value of −128 to 127. Next, the data is input to the absolute value circuit 873, and the value “128” is added to become a value of 0 to 255. The reason why the difference between the input data and the output data is taken is to detect the motion of the image between frames. If there is no image movement between frames, the difference value is “0”. The difference value increases as the amount of motion of the image increases.
[0075]
The data output from the absolute value circuit 873 is input to the summation circuit (SUM) 874, and the difference value within one frame period is added. That is, the amount of motion between frames is obtained. It shows that the amount of motion is large, so that the sum total value added is large. The sum difference added for one frame period is sent to the comparator 875 and compared with the reference value of the reference value circuit 876. The reference value is a value that determines that the movement of the image is large when it is equal to or greater than a predetermined value. This value is a value for switching between the first display method and the second display method of the present invention. When larger than the reference value, a signal is transferred from the comparator 874 to the switch 44 so as to select the second display method, and the switch 44 receives the signal and realizes the second display method. On the other hand, when it is smaller than the reference value, a signal is transferred to the switch 44 so as to realize the second display method. That is, when the total value is larger than the reference value, a display method is selected so as to be suitable for a moving image, and when it is small, a display method is selected so as to be suitable for a still image.
[0076]
However, in the case of a video signal at a threshold level that switches between the first display method and the second display method, the first display method and the second display method are switched rapidly, and the display state is as follows. It becomes difficult to see. In order to cope with this problem, it is necessary to not return to the original display state for a certain period after the display method is switched. In other words, it is sufficient to have “hisalosis”. It is easy to have “hisalosis”. The number of times that the comparator 875 outputs a signal for switching the display method is counted, and when the count value is a predetermined value or more, the display method may be switched.
[0077]
In the present embodiment, it is also important that the gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate signal line and the gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate signal line. This is because the first display method and the second display method can be easily realized by this configuration. That is, in the first display method, the gate drive circuit 389 may be animated in the first frame, and the gate drive circuit 38b may be animated in the second frame. In the second display method, each of the gate drive circuits 38a and 38b selects one gate signal line (two in total) in one horizontal scanning period, and sequentially moves the selection signal of the gate signal line. That's fine. If all the gate signal lines are connected to one gate drive circuit, every other gate signal line is not selected in each of the first frame and the second frame in the first display method. It must not be. Thus, selecting every other line complicates the circuit configuration.
[0078]
However, although the gate drive circuit 38a is connected to the odd-numbered gate signal line and the gate drive circuit 38b is connected to the even-numbered gate signal line, there is an exception not limited to this configuration. For example, there is a case where two shift registers 91a and 91b are provided in one gate drive circuit 38. This is a case where the shift register 91a is connected to the odd-numbered gate signal line and the shift register 91b is connected to the even-numbered gate signal line. In this case, apparently there is only one gate drive circuit, but there are two independent shift register circuits. Therefore, there are essentially only two gate drive circuits.
[0079]
In a display that maintains the display state until refreshing, such as an active matrix liquid crystal display (panel), in the case of a still image, vertical interpolation is ensured because interpolation is performed between frames, and in the case of a movie, Due to the interpolation within the frame, no moving image blur occurs, and a good image can be obtained even though the input progressive scan video signal is displayed at a speed half that of when it is displayed as it is. It is done.
[0080]
In the above embodiment, switching by automatic detection has been described, but in addition to this, if the user can forcibly switch the switch 44, it becomes more practical. For example, the switch 44 is exemplified by a push button.
[0081]
Depending on the application, it may be more practical to forcibly switch the switch 44 with a push button or the like without using the display method selection circuit 35. For example, it is possible to determine whether the image displayed on the display 81 is mainly a still image or a moving image. Normally, a progressive signal is input to the display of a workstation, and the displayed image is mostly a still image such as a character or a figure. In this case, the image may be displayed on the display by the first display method (FIG. 1). The first display method can display a high-quality still image. If the display can satisfy the still image, the switch 44 that is sufficiently practical for the use of the workstation may be fixed so that the first display method can be realized. That is, the switch 44 is not necessary. In a television set for home use, an interlace signal is usually input, and most of the displayed images are moving images. Therefore, the switch 44 may be fixed so that the second display method can be realized. The second display method is somewhat unsuitable for displaying still images, but can realize excellent display quality for moving images. In particular, it is presumed that the second display method of the present invention is suitable for displaying a MUSE signal proposed in a high-definition television. As described above, if it is possible to determine whether the display should mainly display a still image or a moving image, the display method selection circuit 35 need not be adopted.
[0082]
Needless to say, the display device of the present invention can also be applied to a simple matrix liquid crystal display panel, an EL panel, a plasma display, a display using PLZT, and a ferroelectric liquid crystal display panel. However, the display device of the present invention employs an active matrix type liquid crystal display panel from the viewpoint of reliability, image quality, cost, and the like.
[0083]
According to the video signal display method described above, video information for one frame is displayed in a two-frame period, so that the input progressive scan video signal is ½ of that when the input progressive scan video signal is displayed as it is. Can be displayed at speed. As a result, even when a wide-band (high-speed data rate) progressive scanning video signal such as a personal computer or workstation is displayed on a display that is not good at high-speed scanning such as a matrix type liquid crystal display, image quality does not deteriorate. In addition, if the first display control means and the second display control means are selectively activated, an optimal display is always obtained according to the nature of the progressive scanning video signal (for example, still image or moving image). It can be performed.
[0084]
Further, when the value representing the correlation between adjacent frames of the progressive scan video signal is equal to or greater than a predetermined value (that is, at the time of a still image), the first display control means is selectively activated, and when it is less than the predetermined value (that is, If the second display control means is selectively activated in the case of a moving image, the vertical resolution can be secured by interpolating between frames in the case of a still image, and within the frame in the case of a moving image. Interpolation is performed to prevent the occurrence of motion blur.
[0085]
The video signal display method as described above is effective when applied to a liquid crystal display panel in which a large number of pixels are arranged in a matrix. A very large number of pixels is, for example, SXGA (width 1280 dots × length 1024 dots). It is not easy to display an image on these display panels. This is because a large number of pixels means that the data transfer rate is very high, and the SXGA transfers a progressive scanning video signal. If an image is to be displayed on SXGA, the number of shift registers in the source drive circuit 33 in parallel becomes very large. This is an operating frequency of 1 to 3 MHz in polysilicon technology or the like. Therefore, it is necessary to extend the time axis so as to adapt to the data transfer rate. This means that the more the time axis is extended, the greater the number of parallel shift registers.
[0086]
Conventionally, it has been sufficient for a home television to support only the NTSC standard (approximately 640 dots wide x 480 dots long). The personal computer should support VGA (horizontal 640 dots × vertical 480 dots). However, in recent years, it has been desired to be compatible with the high-definition (HD) standard, and it is also desired to be compatible with SXGA.
[0087]
The feature of the display device to which the video signal display method of the present invention is applied corresponds to the above-mentioned standard, and therefore, an active matrix type liquid crystal display panel is used, and the display panel has horizontal 1820 dots × vertical 1024 dots. There are also. The number of dots is not limited to 1820 dots, but it is necessary to keep at least 1820 dots ± 100 dots or less. This is because if the distance is too much from 1820 dots, the pixel shape deviates from the vertical 1: 1 square shape and is not suitable for SXGA image display. The horizontal dots require 1024 dots. Even if it is slightly deviated, there may be no problem in practical use, but if it is less than 1024 dots, it becomes impossible to realize complete display of the SXGA screen.
[0088]
FIG. 10 shows an image display state in the display device of the present embodiment. This display device has 1820 × 1024 (16: 9) pixels that can support the HD standard (display area 53a). SXGA (1280 × 1024 (5: 4)) is displayed using a part of it (display area 53b). Further, NTSC and VGA standard images are displayed with (640 × 2) × (480 × 2) (4: 3)) pixels (display region 53c).
[0089]
NTSC and HD are interlaced scanning video signals. VGA and SXGA are progressive scanning video signals. As long as it is compatible with NTSC and HD as a home TV, it is sufficient for the time being. However, there is a strong demand for displaying SXGA. However, in order to apply the liquid crystal display panel to a progressive scan video signal, the number of shift registers in parallel is double that of an interlace scan video signal. Therefore, in order to apply to progressive scanning video signals of SXGA, it is not required in the HD standard. Further, it is necessary to previously form a shift register formed in parallel twice. This is too lossy. This loss refers to the difficulty in manufacturing the TFT array that constitutes the display panel (manufacturing yield, difficulty in design), the demerit that the area where the shift register is formed becomes wider and the effective display area of the panel becomes smaller, the gate signal lines, etc. This is a loss due to the difficulty of the low resistance value of the signal line in order to improve the signal transmission speed to ½ compared to when displaying HD standard signals.
[0090]
In this method, odd-numbered line data is extracted from the progressive scan video signal of the first frame and displayed on the display panel, and even-numbered line data is extracted from the second frame and displayed on the display panel. Form the screen. According to this method, the number of shift registers is a parallel number applicable to the HD standard interlace, and an image based on the progressive scan video signal of the SXGA standard can be displayed. In particular, SXGA or the like is used in a workstation, and most of the images used in the workstation are still images and can be sufficiently applied by this method. Of course, if the second display method is used, it can also be applied to moving image display, and if the switch 44 is operated as in the third display method, it is appropriate according to the video signal (moving image or still image). Image display can be realized.
[0091]
As can be seen from FIG. 10, the SXGA display area 53b is exactly within the HD display area 53a in the vertical direction (it is natural if the display area is vertical 1024 dots). Also, almost no display area (pixel row not displaying an image) is generated in the NTSC (VGA) display area 53c, and most pixels can be used effectively. In addition, the SXGA display area 53b can be “moved” left and right (A and B directions) within the HD display area 53a.
[0092]
The above-mentioned “moving” method is adapted to the multi-window method, and is effective in expanding the application range of the display device of the present invention. In FIG. 3 and the like, the line memory 41 is used for the display line selection circuit 31, but in order to “move”, it is necessary to use the frame memory 51 as shown in FIG. The video signal is converted into digital data by the A / D 40 and input to the frame memory 51. The frame memory control circuit 52 controls the reading of the data and outputs it to the source signal processing circuit 32 through the D / A conversion 42.
[0093]
As shown in FIG. 11, the source drive circuit 33 may be arranged as source drive circuits 33 a and 33 b above and below the liquid crystal display panel 81. If the source drive circuits are arranged vertically, they are applied to the pixels in the column direction, which will be described later, with different signal polarities. There is an effect that the column inversion driving is facilitated.
[0094]
The liquid crystal display panel 81 tends to generate a phenomenon “flicker” in which the screen appears to flicker. Therefore, as shown in FIG. 12, H inversion driving is applied in which signals having different polarities are applied to one row (line) pixel 101 or a plurality of rows. In addition, as shown in FIG. 13, column inversion driving is performed in which signals having different polarities are applied to each pixel 101 or a plurality of columns.
[0095]
In H inversion driving, if FIG. 12 represents the first frame, FIG. 13 represents the signal application state of the second frame. In column inversion driving, if FIG. 14 represents the first frame, FIG. 15 represents the application state of the second frame. Each pixel 101 is applied with a signal having the same polarity in two frame periods.
[0096]
In the above figures, positive polarity is indicated by (+) and negative polarity is indicated by (−). Positive polarity usually indicates a positive direction with respect to the potential of the counter electrode 88, and negative polarity indicates a voltage in the negative direction with respect to the potential of the counter electrode 88.
[0097]
It is easy to realize H inversion driving or the like. As shown in FIG. 16, the video signal is input to the phase division circuit 142 through the amplifier 141. The phase dividing circuit 142 can be easily configured with a transistor Q and two resistors R1 and R2 as shown in FIG. A signal having two polarities, positive polarity (+) and negative polarity (−), is generated by the phase division circuit 142, and the signal is input to the output switching circuit 143. The output switching circuit 143 outputs either a positive polarity signal or a negative polarity signal. When the signal polarity is switched and output every one horizontal scanning (1H) period (2H period in the case of FIG. 10), H inversion driving is performed. When the positive polarity (negative polarity) signal is applied to the source drive circuit 33a and the negative polarity (positive polarity) signal is applied to the source drive circuit 33b at the same time as shown in FIG.
[0098]
It is important to configure the liquid crystal display device so that flicker is not visually recognized. Therefore, the video signal display method of the present invention is as follows. In FIGS. 18 to 22 below, nF on the horizontal axis (n is an integer of 1 or more) indicates each frame. For example, the next frame after 1F is 2F. The vertical axis represents a row (line) of the display panel (display). In the figure, + indicates a positive signal, − indicates a negative signal, and alphabets a, b, and c indicate voltages (amplitudes) applied to the pixel 101. The video signal data included in each frame is different, and a, b, and c are added to the data of each frame.
[0099]
Note that the symbols a, b, and c are merely described for convenience of explanation. For example, in a raster display, a, b, and c will all be the same voltage (amplitude). In the following drawings, + and − are described for convenience of explanation, and + and − may be replaced. The same applies to the following drawings.
[0100]
Hereinafter, the fifth video signal display method will be described with reference to FIG. The fifth video signal display method is a method for displaying an HD standard signal (interlaced scanning video signal (interlaced scanning)) on the display device. It is assumed that the odd-numbered line signal (scan line data) is transferred to the first frame, and the even-numbered line signal is transferred to the next second frame.
[0101]
In FIG. 18, aj (j is an integer of 1 or more) is described in the 1F column. This indicates that the video signal data of the first frame is held in one pixel column of the display panel. Since “+ a1” is described at the top in the 2F column and bj (j is an integer of 2 or more) in the following columns, the video signal data of the first frame is displayed at the top pixel. Is held as it is, indicating that the video signal data of the second frame is held in the other pixels.
[0102]
As is apparent from the above, + a3 and -a3 have the same voltage value held in the pixel 101, and only the polarity of the signal (voltage) is different. Further, if + a3 and + a5, it is video signal data of the same frame, which indicates that the polarity of the signal (voltage) held in the pixel 101 is the same.
[0103]
Note that the actual video signal may have the same or different values for the a1 value of one line and the a5 value of five lines. This is because the same voltage is written in all the pixels 101 if the entire screen is a white raster display. Accordingly, the subscripts are simply different subscripts for convenience of explanation. Further, for example, in FIG. 18, one line of 1F holds + a1 and a positive voltage, but is not limited to this and is only for convenience of explanation. One line may be -a1, two lines may be -a1, three lines may be + a3, and four lines may be + a3. “×” indicates don't care. That is, it is data written in a frame before 1F.
[0104]
Hereinafter, the polarity of the voltage applied and held in the pixel in the video signal display method of the present invention will be described. By considering the polarity of the voltage applied to the pixel as described below, it is possible to significantly reduce flicker recognition. The number of pixels is the same as that described in FIG.
[0105]
FIG. 18 shows a method of displaying an HD standard interlaced scanning video signal on the display panel by the fifth video signal display method. In the odd-numbered frame (F), the same voltage is held in the pixels on the odd-numbered lines and the even-numbered lines following the odd-numbered lines. In the even frame (F), the same voltage is held in the pixels in the even lines and the odd lines that follow. In addition, every two pixels in one row are held in the pixel 101. That is, in the first frame (F), the voltage “++ −− ++ −−...” Is held in the pixels 101 in one column, and “+ −− ++” is stored in the pixels 101 in the next second frame (F). ---... "is held. Further, in the next third frame (F), “−− ++ −− ++...” Is obtained, and in the next fourth frame “− ++ −− ++ −. In the fifth frame, “++ −− ++ −−...” Is the same as that in the first frame.
[0106]
That is, if attention is paid to only one pixel 101, a voltage having a polarity of “++ −− ++ −−” is applied in the frame direction (time axis direction), and there is one cycle in four frame periods. Therefore, since one frame is 1/60 second, it becomes 1/15 seconds in four cycles and flicker occurs. However, voltages having opposite polarities are applied to the upper and lower pixels of the pixel every two frames. For example, if attention is paid to the three-line pixels 101a in the first frame, a voltage of “-++-++” is applied to the pixels in the time axis direction, whereas the two-line pixels 101c are “+-++++”. The voltage is applied as “+”, and the voltage is applied as “− ++ −− ++” to the four-line pixels 101b. Therefore, a voltage having a reverse polarity is applied to a pixel adjacent to the upper or lower side of any pixel where flicker may occur to some extent, so that it is not recognized that flicker has occurred. In addition, since a voltage having a polarity different from “++ −− ++ −−” is periodically applied in the column direction, the flicker is further not recognized.
[0107]
Further, in the fifth video display method, the image display is similar to that obtained by frame interpolation, and is particularly suitable for image display with a large moving image area. This display method is practically sufficient because there are almost no still images on a normal home television. Note that + a1 is applied to pixels on one line of the second frame. This indicates that the voltage + a1 written in one line of the first frame is held as it is. In this way, it is also important to display one line shifted for each frame.
[0108]
FIG. 19 shows a method of displaying a progressive scanning video signal from a workstation or the like on a display device. That is, in the first video signal display method, the polarity of the voltage applied to the pixel is taken into consideration (fourth video signal display method). In the first frame, an odd line signal is extracted from the progressive scan video signal of the first frame and displayed on the odd line. At that time, a positive voltage is applied to the (4n-3) line (where n is an integer of 1 or more), and a negative voltage is applied to the (4n-1) line. In the second frame following the first frame, the even line signal is extracted from the progressive scan video signal of the second frame and displayed on the even line. At that time, a negative voltage is applied to the (4n-2) line (where n is an integer of 1 or more), and a positive voltage is applied to the (4n) line. One screen can be displayed in the above two frame periods.
[0109]
Next, in a third frame following the second frame, an odd line signal is extracted from the progressive scan video signal of the third frame and displayed on the odd line. At that time, each pixel has a polarity opposite to that of the voltage applied to the first frame. In the fourth frame, each pixel has a polarity opposite to that of the voltage applied to the second frame.
[0110]
When the voltage is applied as described above, the polarity of the voltage applied to each pixel becomes the same as that in FIG. Therefore, flicker is not recognized. The display method in FIG. 19 realizes line interpolation. Therefore, it is suitable for still images. Workstations often display graphics, text, or program text, and most of these graphics, text, etc. are still images. Therefore, the display method of the first aspect of the present invention is suitable. The driving frequency (data transfer rate) can also be reduced to ½ that when the progressive scanning video signal is displayed on the liquid crystal display panel 81 as it is. Therefore, even in a panel in which the source drive circuit 33 and the like are formed using polysilicon technology, the number of shift registers in the source drive circuit 33 does not increase.
[0111]
Since HD standard signals are transmitted as interlaced scanning video signals, it is sufficient to display them as interlaced scanning video signals as shown in FIG. As shown in FIG. 19, a progressive scan video signal of a workstation or the like is practically sufficient.
[0112]
The display device of the present invention displays the HD standard interlaced scanning video signal by the display method described with reference to FIG. 18, and displays the progressive scanning video signal and still image by the display method of FIG. In the case of progressive scanning video signals and moving images, the video signal display method of the present invention shown in FIG. 2 is applied as needed.
[0113]
In order to display an NTSC standard image, the method described in FIG. 20 may be used. NTSC standard signals have about 480 effective horizontal scanning lines (number of lines). The display device of the present invention has 1024 effective horizontal scanning lines. Therefore, in order to display NTSC standard signals, 960 out of 1024 are used, which is twice 480. That is, data of one scanning line is displayed on a plurality of lines of the display device. An NTSC standard signal is also an interlaced scanning video signal. As shown in FIG. 18, in order to display the HD standard interlaced scanning video signal, the same display was made on two lines. Since the NTSC standard is 960 lines, which is twice the 480 lines, the data of one scanning line is displayed on four lines as shown in FIG.
[0114]
As shown in FIG. 20, if odd-numbered video signal data is transferred in an odd frame (F) and n is an integer equal to or greater than 1, (8n-7) to (8n-4) lines The same voltage is written in the pixel 101 of the current pixel. If even-numbered video signal data is transferred in the even-numbered frame (F), the same voltage is written to the pixels 101 on the lines (8n-5) to (8n-2) by shifting two lines from the previous frame. In the even frame, the pixels 101 of (8n-7) and (8n-6) hold the data of the odd frame immediately before the even frame. This is because, as shown in FIG. 18, the data “+ a1” of one line of the first frame (1F) is held as it is in the pixels of the first line in the second frame (2F). .
[0115]
In FIG. 20, in order to reduce flicker, the polarity of the voltage written to the pixel 101 is also taken into consideration. That is, in the first frame, a voltage having a polarity of “++++ −−−− ++++...” Is applied in the column direction (1 line to n line), and “++ −−−− ++++ −−.・ ・ ・ "Polarity voltage is applied. Further, a voltage having a polarity of “++ −− ++ −−...” Is applied when viewed in the time axis direction (frame direction = 1F to 9F) around one pixel (for example, pixel 101a). The pixel 101b below the pixel 101a is applied with a voltage having a polarity of “+ −− ++ −−...” So as to be different from the previous pixel 101a. For this reason, flicker is generated when only one pixel is observed, but flicker is canceled as a whole (when one arbitrary pixel and its peripheral pixels are viewed simultaneously) and is not visually recognized.
[0116]
Further, in order to prevent the influence of the occurrence of flicker, the seventh video signal display method shown in FIG. 21 may be performed. In FIG. 20, a voltage of the same polarity (for example, “++++” is applied to the 1st to 4th lines of the first F, and “−−−−” is applied to the 5th to 8th lines of the first F) is applied to the 4th line of one frame. However, in FIG. 21, even if the four lines have the same voltage, the polarity of the voltage is changed every two lines. (For example, 1st to 4th lines of 1F are "++-", and 5th to 8th lines of 1F are also "++-").
[0117]
When displayed as described above, “++ −− ++ −−...” Is displayed in the column direction (1 to n lines) in the first frame, and “−− ++ −− ++ • is displayed in the column direction in the second frame. ... A voltage having the polarity "is applied to the pixel. When viewed in the time axis direction (frame direction = 1F to 9F) around one pixel (for example, the pixel 101a), a voltage having a polarity of “+ − + − + − + −...” Is applied. A voltage having a polarity opposite to that of the pixel 101a is applied to the pixel 101b at the lower position of the pixel 101a, such as “− + − + − + − +...”. Therefore, the occurrence of flicker is suppressed very well.
[0118]
The HD standard signal can be displayed by the display method of FIG. FIG. 21 shows the same data transfer rate as that in the display method of FIG. Therefore, if the display method of FIG. 18 can be realized by the display device of the present invention, it can be easily understood that the display method of FIG. 21 can also be realized.
[0119]
FIG. 22 shows a method for realizing the display of the VGA standard. FIG. 22 is an explanatory diagram of the sixth video signal display method. The display of the VGA standard is displayed using the progressive scanning video signal as it is in the display device of the present invention. The number of effective horizontal scanning lines of the VGA standard is 480. Therefore, the display device of the present invention uses 960 out of 1024, which is twice 480. In order to display the VGA standard, unlike the display methods described so far, it is not necessary to distinguish between odd frames and even frames. Signals corresponding to odd lines in the video signal data of the first frame are displayed on the (4n-3) and (4n-2) lines. The signals corresponding to the even lines are displayed on the (4n-1) and (4n) lines. One line of video signal data is written into the pixel rows of two lines. That is, the progressive scanning video signal is displayed as it is on the two lines of the display device.
[0120]
In order to prevent the occurrence of flicker, consideration is given to the polarity of the signal written to the pixel. The signal polarity is “++ −− ++ −−...” In the column direction in odd frames, and “−− ++ −− ++...” In the column direction in even frames. In the frame direction (time axis direction), “+ − + − + − + −. Therefore, if attention is paid to one pixel, a voltage having the same polarity is applied to the pixel at a period of 1/30 second. Therefore, no flicker occurs.
[0121]
As described above, in the display device of the present invention, HD, NTSC, VGA, and SXGA displays are realized using a liquid crystal display panel having a horizontal number of pixels of 1280 dots and horizontal 1024 dots as shown in FIG. In addition, by using the method described with reference to FIGS. 1, 2, etc., the data transfer rate transferred to the display panel is reduced to ½ of the conventional one, the power consumption is reduced, and the source drive circuit is simplified. Realized. In addition, the generation of flicker is prevented by the method described with reference to FIG.
[0122]
The video signal display method of the present invention can be applied to a display panel of a method in which a voltage is held in a pixel, such as a TN liquid crystal display panel, a ferroelectric liquid crystal display panel, or a display panel using PLET.
[0123]
Among these liquid crystal display panels, a TN liquid crystal display panel that is particularly often used is dependent on the incident angle of light, generates a reverse domain in a pixel, and requires a rubbing process for aligning liquid crystals, and easily causes defects. There are issues such as.
[0124]
The TN liquid crystal display panel depends on the incident angle of light and the display contrast. This occurs because the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 87 are inclined at a constant angle with respect to the normal line of the pixel electrode 151. The display contrast is good if the tilt of the liquid crystal molecules matches the incident angle of light. However, if they do not match, the display contrast is significantly degraded. This problem is serious for a projection display device using a TN liquid crystal display panel as a light valve. This is because it is difficult for the projection display device to make the principal ray of the light incident on the light valve in a certain direction in the entire area of the light valve due to optical design. For example, as shown in FIG. 102, the principal ray of light incident on the TN liquid crystal display panel 691 differs between the upper part and the lower part of the panel.
[0125]
If the tilt of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 87 coincides with the principal ray c, the display contrast at the lower part of the display area of the light valve 691 becomes good. However, the upper principal ray “a” does not match, and the upper display contrast is remarkably deteriorated. Therefore, the display contrast deteriorates from the bottom to the top of the screen. That is, the image display at the lower part of the screen is good, but the upper part of the screen is in a poor low-quality image display state. This phenomenon significantly reduces image display.
[0126]
Further, as a problem of the TN liquid crystal display panel, there is a light leak (reverse domain region 702) from the pixel peripheral portion of the pixel opening 701 as shown in FIG. This is because the liquid crystal molecules are aligned in the direction opposite to the normal alignment direction. This orientation state is called a reverse chilled domain. This occurs because the rising direction of the liquid crystal molecules is partially reversed by the electric field generated between the pixel electrode and the signal line. In the portion where the rising direction of the liquid crystal molecules is reversed, the light passes through the polarizing plate (analyzer) on the exit surface even though a voltage is applied. That is, light leakage occurs. If the liquid crystal rises normally, no light leaks.
[0127]
As a method for preventing light leakage, there is a method of increasing the width of the black matrix (BM) 703 formed on the counter electrode. That is, the BM 703 is formed so as to hide the reverse domain region 702. This also reduces the pixel closing area, and reducing the display luminance is not an effective method.
[0128]
Further, as described below, in a liquid crystal display panel using TN liquid crystal, light leakage is likely to occur in the peripheral portion of the pixel, so that the black matrix must be thickened. Therefore, the light utilization rate is poor and the display brightness is low. The light irradiated to the black matrix heats the liquid crystal display panel, raises the panel temperature, and shortens the lifetime of the panel.
[0129]
Further, the TN liquid crystal display panel needs to be rubbed by applying an alignment film. The rubbing process increases the number of processes and increases the manufacturing cost. In recent years, the number of pixels of a liquid crystal display panel used in a projection display device has become a large capacity of 300,000 pixels or more, and the pixel size tends to be miniaturized accordingly. Pixel miniaturization results in the formation of a large number of irregularities on signal lines and TFTs, and it is natural that the rubbing process cannot be performed satisfactorily due to the irregularities. Further, miniaturization of the pixel size increases the formation area of TFTs and signal lines occupying one pixel and reduces the pixel aperture ratio. As an example, when 350,000 pixels are formed on a 3-inch diagonal liquid crystal display panel, the pixel aperture ratio is about 30%. When a TFT is formed from amorphous silicon and 1.5 million pixels are formed, there is a predicted value of less than 20%. The reduction of the pixel aperture ratio is not limited to lowering the brightness of the display image, but the liquid crystal display panel is further heated by the light irradiated to the part other than the incident light opening, thereby accelerating the aforementioned performance deterioration.
[0130]
Therefore, in the display device of the present invention, a polymer dispersed liquid crystal is used as the light modulation layer 87. A liquid crystal display panel using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as a polymer dispersed liquid crystal display panel) is not dependent on an incident angle like a TN liquid crystal display panel, does not generate a reverse tilt domain, and has a rubbing process. It is unnecessary. In addition, since it is not necessary to use a polarizing plate for light modulation, high luminance display can be performed.
[0131]
Hereinafter, a polymer dispersed liquid crystal display panel using the display device of the present invention will be described. Polymer dispersed liquid crystals are roughly classified into two types depending on the dispersion state of the liquid crystal and the polymer (polymer). One is a type in which water droplets of liquid crystal are dispersed in a polymer. Liquid crystals exist in a discontinuous state in the polymer. Hereinafter, such a liquid crystal is called PDLC, and a liquid crystal display panel using the liquid crystal is called a PD liquid crystal display panel. The other is a type that adopts a structure in which a polymer network is stretched around a liquid crystal layer. It looks just like a sponge containing liquid crystal. The liquid crystal exists continuously without being in the form of water droplets. Hereinafter, such a liquid crystal is referred to as PNLC, and a liquid crystal display panel using the liquid crystal is referred to as a PN liquid crystal display panel. In order to display an image on the two types of liquid crystal display panels, light scattering and transmission are controlled.
[0132]
PDLC utilizes the property that the refractive index differs in the direction in which the liquid crystal is aligned. In a state where no voltage is applied, each water droplet liquid crystal is aligned in an irregular direction. In this state, a difference in refractive index occurs between the polymer and the liquid crystal, and the incident light is scattered. When a voltage is applied here, the alignment directions of the liquid crystals are aligned. If the refractive index when the liquid crystal is aligned in a certain direction is matched with the refractive index of the polymer in advance, the incident light is transmitted without being scattered. In contrast, PNLC uses the irregularity of the alignment of liquid crystal molecules. In an irregular orientation state, that is, a state where no voltage is applied, incident light is scattered. On the other hand, light is transmitted when a voltage is applied and the arrangement state is made regular.
[0133]
The above description of the movement of the liquid crystal of PDLC and PNLC is a model way of thinking. In the present invention, the present invention is not limited to one of the PD liquid crystal display panel and the PN liquid crystal display panel, but for the sake of easy explanation, the PD liquid crystal display panel will be mainly described as an example. PDLC and PNCL are collectively referred to as PD liquid crystal.
[0134]
FIG. 23 is an explanatory diagram of the operation of the PD liquid crystal. A TFT (not shown) or the like is connected to the pixel electrode 151, and a voltage is applied to the pixel electrode 151 by turning on / off the TFT to change the liquid crystal alignment direction on the pixel electrode 151 to modulate light. As shown in (a), in the state where no voltage is applied, the liquid crystal molecules in each water droplet-like liquid crystal 181 are aligned in an irregular direction. In this state, a difference in refractive index occurs between the polymer 182 and the water droplet liquid crystal 181, and incident light is scattered. Here, when a voltage is applied to the pixel electrode 151 as shown in (b), the directions of the liquid crystal molecules are aligned. If the refractive index when the liquid crystal molecules are aligned in a certain direction is matched with the refractive index np of the polymer 182 in advance, incident light is emitted from the array substrate 162 without being scattered.
[0135]
The liquid crystal material used for the liquid crystal layer 87 is preferably a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a cholesteric liquid crystal, and may be a single or a mixture of two or more types of liquid crystalline compounds or substances other than liquid crystalline compounds.
[0136]
Of the liquid crystal materials described above, a cyanobiphenyl-based nematic liquid crystal having a relatively large difference between the extraordinary refractive index ne and the ordinary-light refractive index no, or a fluorine-based or chlorinated nematic liquid crystal that is stable over time is preferable. Among them, chloro nematic liquid crystal is most preferable because it has good scattering characteristics and hardly changes with time.
[0137]
As the polymer matrix material, a transparent polymer is preferable. As the polymer, a photo-curing type resin is used in view of easiness of the manufacturing process and separation from the liquid crystal phase. Specific examples include ultraviolet curable acrylic resins, and those containing acrylic monomers and acrylic oligomers that are polymerized and cured by ultraviolet irradiation are particularly preferred. Among them, a photocurable acrylic resin having a fluorine group is preferable because it can produce a light modulation layer 87 with good scattering characteristics and hardly changes with time.
[0138]
The liquid crystal material is preferably one having an ordinary light refractive index no of 1.49 to 1.54, and more preferably one having an ordinary light refractive index no of 1.50 to 1.53. Further, it is preferable to use one having a refractive index difference Δn of 0.15 or more and 0.30 or less. When no and Δn increase, heat resistance and light resistance deteriorate. If no and Δn are small, heat resistance and light resistance are improved, but scattering characteristics are lowered and display contrast is not sufficient. The scattering characteristic is approximately proportional to the square of Δn.
[0139]
From the above, as a constituent material of the light modulation layer 87, a chloric nematic liquid crystal having an ordinary light refractive index no of 1.50 to 1.53 and Δn of 0.15 to 0.30 is used. It is preferable to employ a photocurable acrylic resin having a fluorine group as a material.
[0140]
Examples of such a polymer-forming monomer include 2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, neopentyl glycol acrylate, hexanediol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, and trimethylolpropane. Examples include triacrylate and pentaerythritol acrylate.
[0141]
Examples of the oligomer or prepolymer include polyester acrylate, epoxy acrylate, polyurethane acrylate and the like.
[0142]
Further, a polymerization initiator may be used in order to perform the polymerization quickly. Examples of this include 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one ("Darocur 1173" manufactured by Merck & Co.), 1- (4-Isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one ("Darocur 1116" manufactured by Merck), 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone ("Irgacure 184" manufactured by Ciba Geigy), benzylmethyl ketal (Ciba Geigy) "Irgacure 651" manufactured by the company) and the like. In addition, a chain transfer agent, a photosensitizer, a dye, a crosslinking agent, and the like can be appropriately used as optional components.
[0143]
The refractive index np when the resin material is cured and the ordinary light refractive index no of the liquid crystal are made to substantially coincide. When an electric field is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are aligned in one direction, and the refractive index of the liquid crystal layer becomes no. Therefore, it matches the refractive index np of the resin, and the liquid crystal layer is in a light transmission state. If the difference between the refractive indexes np and no is large, the liquid crystal layer is not completely transparent even when a voltage is applied to the liquid crystal layer, and the display luminance is lowered. The difference in refractive index between the refractive indexes np and no is preferably within 0.1, and more preferably within 0.05.
[0144]
Although the ratio of the liquid crystal material in the PD liquid crystal layer 97 is not specified here, it is generally about 30% to 90% by weight, preferably about 60% to 85% by weight. If it is 30% by weight or less, the amount of liquid crystal droplets is small and the scattering effect is poor. On the other hand, when the content is 90% by weight or more, the tendency for the polymer and the liquid crystal to phase separate into two upper and lower layers becomes stronger, the ratio of the interface becomes smaller, and the scattering property is lowered. The structure of the PD liquid crystal layer varies depending on the liquid crystal fraction. In general, liquid crystal droplets exist as independent droplets (water droplets) at 50% by weight or less, and a continuous layer in which polymer and liquid crystal are intertwined at 50% by weight or more. It becomes.
[0145]
The average particle size of the water droplet-like liquid crystal or the average pore size of the polymer network is preferably 0.5 μm or more and 2.0 μm or less. Among these, 0.7 μm or more and 1.5 μm or less is preferable. When the light modulated by the PD display panel is a short wavelength (for example, B light), the light is small, and when the light is long wavelength (for example, R light), the light is increased. When the average particle diameter of the water droplet-like liquid crystal or the average pore diameter of the polymer network is large, the voltage for setting the transmission state is lowered, but the scattering characteristic is lowered. If it is small, the scattering characteristics are improved, but the voltage for making the transmission state high. In the range of 0.7 to 1.5 μm, the driving voltage is appropriate, the scattering characteristics are high, and the response of the liquid crystal is fast.
[0146]
When a PD liquid crystal display panel is used as a light valve in the projection display device of the present invention, the average particle diameter of the water droplet liquid crystal of the liquid crystal display panel that modulates blue light or the average pore diameter of the polymer network is red light. It is smaller than that of the liquid crystal display panel to be modulated.
[0147]
The PD liquid crystal (polymer-dispersed liquid crystal) referred to in the present invention is a liquid crystal in which a liquid crystal as shown in Japanese Patent Publication No. 61-502128 is dispersed in a resin in the form of water droplets (see FIG. 23). Network), and a liquid crystal filled between the sponges (for example, JP-A-5-173117, JP-A-3-46620, etc.), and JP-A-6-208126, Also included is a resin layered resin as disclosed in JP-A-6-202085. In addition, the liquid crystal is encapsulated in a capsule-shaped storage medium as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-113558 and 3-52843. Further, liquid crystal or resin 45 containing dichroic or polychromatic dyes (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-226322 and 59-178429) are also included.
[0148]
The film thickness of the liquid crystal layer 87 is preferably in the range of 5 to 20 μm, more preferably in the range of 8 to 15 μm. If the film thickness is thin, the scattering characteristics are poor and the contrast cannot be obtained. Conversely, if the film thickness is thick, high voltage driving must be performed, and the gate drive circuit 38 that generates a signal for turning on and off the TFT 86 on the gate signal line and the video on the source signal line. It becomes difficult to design the source drive circuit 33 for applying a signal.
[0149]
As shown in FIG. 24 and the like, black glass beads 233 or black glass fibers, or black resin beads 233 or black resin fibers are used for controlling the film thickness of the liquid crystal layer 87. In particular, black glass beads or black glass fibers are preferable because they have very high light absorption and are hard, so that the number of particles to be dispersed in the liquid crystal layer is small.
[0150]
In the above description, the beads and fibers are black, but the present invention is not limited to this when the liquid crystal display panel is used as a light valve of a projection display device. The projection display device modulates light of three colors of R, G, and B by three display panels. The beads 233 used for the display panel that modulates the R light may absorb the R light. That is, the beads 233 containing a dye having a complementary color relationship with the color of light to be modulated may be used.
[0151]
The liquid crystal layer 87 scatters (displays black) incident light in a state where no voltage is applied. If transparent beads are used, even if the display screen is black, light leakage occurs from the location of the beads and the display contrast is lowered. If black glass beads or black glass fibers are used, light leakage does not occur and good display contrast can be realized.
[0152]
In addition, it is effective to form the insulating film 232 over the pixel electrode 151 and the counter electrode 88. Examples of the insulating film 232 include an alignment film such as polyimide used for a TN liquid crystal display panel, an organic material such as polyvinyl alcohol (PVA), and an inorganic material such as SiO 2. An organic material such as polyimide is preferable from the viewpoint of adhesion and the like.
The PD liquid crystal 87 has a relatively low specific resistance. For this reason, the charge applied to the pixel electrode 151 may not be completely retained for one field (1/30 or 1/60 seconds). If the liquid crystal layer 87 cannot be held, the liquid crystal layer 87 is not completely transparent, and the display brightness is lowered. A thin film made of an organic material such as polyimide has a very high specific resistance. Therefore, the charge retention can be improved by forming a thin film made of an organic material on the electrode. Therefore, high brightness display and high contrast display can be realized.
[0153]
The insulating film 232 also has an effect of preventing the liquid crystal layer 87 from peeling off from the electrodes 88 and 151. This is because nearly half of the material constituting the liquid crystal layer 87 is an organic substance made of resin. Therefore, the insulating film 232 serves as an adhesive layer, and peeling between the substrates 162 and 161 and the liquid crystal layer 87 is difficult to occur.
[0154]
Further, when the insulating film 232 made of an organic material is formed, there is an effect that the pore diameter of the polymer network of the liquid crystal layer 87 or the particle diameter of the water droplet liquid crystal becomes substantially uniform. It is considered that even if an organic residue remains on the counter electrode 88, it is covered with the insulating film 232. The effect of PVA is better than that of polyimide. This is presumably because PVA has higher wettability than polyimide. However, according to the results of reliability tests (light resistance, heat resistance, etc.) conducted by producing various insulating films 232 on the panel, the polyimide used for the alignment film of TN liquid crystal is good with little change over time. is there. Therefore, it is preferable to use polyimide as the insulating film 232 in the display panel of the present invention.
[0155]
Note that when the insulating film 232 is formed using an organic material, the film thickness is preferably in the range of 0.02 μm to 0.1 μm, and more preferably 0.03 μm to 0.08 μm.
[0156]
The PD liquid crystal display panel can realize high luminance display. However, PD liquid crystal display panels also have problems. Hereinafter, the problem and the measures adopted for the display panel (display device) of the present invention
(Configuration) will be explained in turn. When an image is displayed on the PD liquid crystal display panel, light leakage from the peripheral portion of the pixel is a cause of deterioration in display contrast. This occurs because liquid crystal molecules are aligned with the lines of electric force generated between the signal lines and the pixel electrodes. Particularly, as shown in FIG. 104, it becomes prominent when a white window is displayed. This is because the black display areas at the top and bottom of the white display portion are displayed in gray (this phenomenon is hereinafter referred to as black floating). The luminance distribution is as shown in FIG. The black and white lines do not occur in the bb ′ line portion, and in principle, the brightness B1 is constant from the upper part of the screen to the lower part of the screen. However, in the aa ′ line portion, the luminance B1 portion is B2. When a natural image is displayed on the PD liquid crystal display panel, white lines are displayed above and below the white display portion (hereinafter, this phenomenon is referred to as tailing). This phenomenon greatly reduces the image display quality.
[0157]
In order to prevent the above black floating, a black matrix (BM) may be formed in the same manner as in the TN liquid crystal display panel. However, it is not preferable to form BM on the counter electrode 88. When manufacturing a PD liquid crystal display panel, a mixture of an uncured ultraviolet curable resin and liquid crystal (mixed solution) is injected between the counter electrode 88 and the pixel electrode 151, and the resin is cured by irradiating with ultraviolet rays. This is because the resin component and the liquid crystal component are phase-separated. Ultraviolet rays are irradiated from the counter substrate side. When the BM is formed on the counter electrode 88, the resin component under the BM is not cured and the liquid crystal and the resin component are not phase separated. Therefore, the display panel is poor in stability, increases with time, and is substantially difficult to use as a light valve.
[0158]
When the BM is formed on the counter electrode 88, the bonding accuracy between the counter substrate 161 and the array substrate 162 is also important. When the bonding is shifted, light leaks from the end of the BM. In general, the BM width is formed thick in consideration of the bonding accuracy. In general, the bonding accuracy is 5 μm to 10 μm. If the BM is made thicker, the pixel aperture ratio decreases. Accordingly, the display brightness is lowered.
[0159]
Therefore, in the display device of the present invention, the light shielding film 155 functioning as a BM or a similar structure is formed mainly on the pixel electrode 151 side or the like. Usually, no BM is formed on the counter electrode 88 side. Therefore, if ultraviolet rays are irradiated from the counter electrode 88 side at the time of manufacture, an uncured resin component does not occur and a change with time does not occur. If the BM 156 is formed on the pixel electrode 151 side, it is not necessary to consider the bonding accuracy between the counter substrate 161 and the array substrate 162.
[0160]
As an example, the light shielding film 155 (155a to 155e) is formed as shown in FIG. Further, a black matrix (BM) 156 (156a to 156d) is formed. FIG. 25 is a plan view of the array substrate 162 when the counter substrate 161 of the display panel is removed. Each drawing shown below is drawn as a model diagram for easy understanding, and portions unnecessary for description are omitted. 26 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 25, and FIG. 27 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.
[0161]
FIG. 28 shows an equivalent circuit diagram of the display device. S1 to Sn are source signal lines 154, and G1 to Gm are gate signal lines 153 (153a and 153b). TFTs 86 (86a to 86d) as switching elements are formed at the intersections of the source signal lines 154 (154a and 154b) and the gate signal line 153. One terminal of the TFT 86 is connected to the gate signal line 153 and the other. One terminal is connected to the source signal line 154 and the remaining one terminal is connected to the pixel electrode 151 which is a display pixel. Further, since the necessary charge cannot be stored between one field only by the charge of the liquid crystal layer 87 at the terminal, an additional capacitor 171 is formed between the pixel electrode 151 and the gate signal line 153. Note that a region surrounded by a dotted line in FIG.
[0162]
The material for forming the light shielding film 155 (155a to 155e) is exemplified by chromium (Cr), and its film thickness needs to be 500 angstroms or more in consideration of the light shielding effect. The width of the light shielding film 155 must be determined in consideration of the voltage applied to the signal line 154 and the thickness of the liquid crystal layer 87. When the distance between the counter substrate 88 and the signal line is short, the number of lines of electric force generated between the signal line 154 and the pixel electrode 151 is relatively small. Further, even if the distance between the pixel electrode 151 and the signal line 154 is wide, the number of lines of electric force is relatively small. If the signal amplitude applied to the source signal line 154 is small, the width of the light shielding film 155 can be narrowed.
[0163]
The light shielding film 155 is not limited to a metal thin film. The light shielding film 155 may be replaced with a light absorbing film. The light absorbing material for forming the light absorbing film may be any material that has high electrical insulation and does not adversely affect the liquid crystal layer 87. For example, a black pigment or pigment dispersed in a resin may be used, or gelatin or casein may be dyed with a black acidic dye like a color filter. As an example of the black dye, a single black fluoran dye can be used for coloring, and a color scheme black obtained by mixing a green dye and a red dye can also be used.
[0164]
All of the above materials are black materials, but the display device of the present invention uses three display devices as the projection display device. Each display device is responsible for modulating one of the three colors R, G and B. R light may be absorbed as a light absorbing film of a display device that modulates R light. That is, for example, a light absorbing material for a color filter may be used so as to obtain a desired light absorption characteristic so that a specific wavelength can be absorbed. Basically, similarly to the black absorbing material described above, a natural resin can be dyed with a dye, or a material in which a dye is dispersed in a synthetic resin can be used. The selection range of the pigment is wider than the black pigment, and may be one suitable from azo dye, anthraquinone dye, phthalocyanine dye, triphenylmethane dye, or a combination of two or more of them.
[0165]
Many black pigments have an adverse effect on the liquid crystal layer 87. Therefore, use is not preferable. Therefore, it is preferable to employ a dye capable of absorbing a specific wavelength as described above as the dye contained in the light-absorbing thin film.
[0166]
The projection display device using three display devices for R light, B light and G light as ride valves can be easily adopted. That is, a light-absorbing film may contain a dye having a complementary color relationship with the color of light to be modulated. The complementary color relationship is, for example, yellow for B light. The light absorbing film colored yellow absorbs B light. Therefore. A display device that modulates B light may be formed with a yellow light absorption film.
[0167]
There are two major effects of forming the light absorption film. These effects will be described with reference to FIG. The first effect is an improvement in display contrast. Incident light A is scattered by the water droplet-like liquid crystal 181 and enters the pixel electrode 151. If the light absorption film 155 is formed, the light is absorbed. If there is no light absorbing film 155, the light is incident on and emitted from the array substrate 162 as indicated by the dotted line, so that black floating occurs and the display contrast decreases.
[0168]
A second effect is prevention of light sneaking into adjacent pixels. Incident light B is reflected by the water droplet-like liquid crystal 181, repeatedly reflected between the counter electrode 88 and the pixel electrode 151, and enters an adjacent pixel (indicated by a dotted line). If the light absorption film 155 is formed, it is absorbed by the light absorption film 155 and light does not enter the adjacent pixels. Accordingly, the blur of the pixel is reduced. A structure in which the light absorption film is formed in this way is called a light absorption film structure.
[0169]
Here, since it will be necessary in the following description, P-polarized light, S-polarized light, and the like are defined using FIGS. 30 and 31. P-polarized light refers to light 317 that vibrates on a plane including the normal line 312 of the light source element such as the dichroic mirror 314 and the traveling direction of the incident light beam 311. The “plane including the traveling direction of the light beam” is referred to as a P-polarization plane 318, and an axis on the surface and perpendicular to the traveling direction of the light beam is referred to as a P-polarization axis 315. S-polarized light refers to light that vibrates in a direction perpendicular to the vibration direction 313 of the P-polarized light. A surface on which the S-polarized light vibrates is called an S-polarized surface, and is perpendicular to the traveling direction of the light beam on the surface. The axis is called the S polarization axis. Therefore, the P polarization axis and the S polarization axis are orthogonal.
[0170]
Even in a polymer-dispersed liquid crystal, the polarization dependency occurs due to the alignment of the liquid crystal. The reason why this polarization dependency occurs will be described with reference to FIGS. 32 and 33. FIG. The liquid crystal molecules 281 have different refractive indices in the major axis direction and minor axis direction. In general, a liquid crystal molecule having a positive refractive index is referred to as an extraordinary refractive index ne and a refractive index in the minor axis direction is referred to as an ordinary refractive index no. The polymer-dispersed liquid crystal uses a polymer 182 material whose refractive index is almost equal to the ordinary light refractive index no. The refractive index of the polymer 182 is np. As shown in FIG. 33, when an electric field is generated in the aa ′ direction, the liquid crystal molecules 281 are aligned along the electric field. Then, the refractive index distribution in the aa ′ direction is in a state where the refractive index np (np = no) of the polymer and the extraordinary refractive index ne of the liquid crystal molecules are mixed, and np ≠ ne. Therefore, the polarized light in the aa ′ direction is scattered. On the other hand, in the bb ′ direction, the ordinary refractive indexes no and np are mixed, but since no = np, the polarized light in the bb ′ direction is transmitted without being scattered. From the above, a lateral electric field in the aa ′ direction is generated. When the liquid crystal molecules 281 are aligned by the lateral electric field, polarized light in the bb ′ direction is transmitted and light in the aa ′ direction is scattered. That is, polarization dependency occurs.
[0171]
As will be described later, when a signal having the same polarity is applied to pixels in the line direction (aa ′ direction) as shown in FIG. 12, the horizontal electric field between adjacent pixels is increased in the vertical direction (bb ′ direction, ie, column direction). ). Accordingly, since the liquid crystal molecules are aligned in the bb ′ direction, the polarized light in the aa ′ direction is easily transmitted (light leakage). Therefore, very good contrast cannot be realized unless the lateral electric field is suppressed. Therefore, in implementing the display method of the present invention, various measures have been taken for the panel structure. In this sense, the display method of the present invention and the structure of the display panel are indispensable.
[0172]
As shown in FIG. 34, when there is a potential difference between the pixel electrode 151 and the source signal line 154, an electric force line 263 (lateral electric field) is generated, and the liquid crystal molecules 281 are aligned along the electric field. Since the liquid crystal molecules 281 are aligned in one direction, light leakage occurs in the periphery of the pixel electrode 151, and polarization dependency occurs between the pixel electrode 151 and the signal line 154.
[0173]
In FIG. 35, for ease of explanation, it is assumed that polarized light in the aa ′ direction in FIG. 34 is incident. For ease of explanation, the potential of the counter electrode is set to 0 V (represented as G in the drawing), and the positive potential with respect to the potential of the counter electrode is defined as a positive voltage (represented as + in the diagram). A negative potential with respect to the potential of the electrode is assumed to be −voltage (denoted as − in the drawing).
[0174]
In FIG. 35, (a), (b), and (c) show the state of generation of electric lines of force in the liquid crystal layer 87, and (d), (e), and (f) show the position x of the array substrate 162 on the horizontal axis. And the vertical axis represents the transmittance T. That is, the distribution of transmitted light is conceptually shown. (a), (b), and (c) show a state in which a positive voltage is applied to the pixel electrode 151 and a negative voltage is applied to the source signal line. Electric field lines are generated between the counter electrode 88 and the pixel electrode 151 (electric field line 263a) and between the pixel electrode 151 and the source signal line 154 (electric field line 263b). In this manner, the electric field generated between the pixel electrode 151 and the signal line is called a transverse electric field. The liquid crystal molecules 281 are aligned along the electric lines of force 263 when the intensity of electric lines of force (electric field intensity) is equal to or greater than a predetermined value (rising voltage of the liquid crystal). When the direction of the electric lines of force 263 is perpendicular to the counter electrode 88, if the liquid crystal molecules 281 are aligned along the electric lines of force, the apparent refractive index of the liquid crystal layer becomes the ordinary refractive index no. Since no and the refractive index np of the polymer 182 have a relationship of no≈np, the liquid crystal layer 87 is in a transparent state. On the other hand, when the direction of the electric force line 263 is parallel to the counter electrode 88, if the liquid crystal molecules are aligned along the electric force line 263, the apparent refractive index nx of the liquid crystal layer is (no + ne) / 2, and nx Since ≠ np, the liquid crystal layer 87 is in a scattering state.
[0175]
The liquid crystal layer between the pixel electrode 151 and the signal line 154 is in a scattering state by the lateral electric field 263. Since the direction of the electric lines of force 263 around the pixel electrode 151 is inclined with respect to the counter electrode 88, the light transmission state occurs. Therefore, the distribution of the transmitted light T is shown by (d).
[0176]
In FIG. 35, (b) shows the case where the potential of the pixel electrode 151 is the G potential. In this case, only the electric force lines 263b between the signal line 154 and the pixel electrode 151 are generated. Such a potential state occurs in the pixels in the display area above and below the white display portion in (a). Since the upper and lower display area pixels are black, there is no potential difference between the counter electrode 88 and the pixel electrode 151. However, since a signal applied to the pixel of the white display portion is applied to the source signal line 154, an electric force line 263b is generated by a lateral electric field. Accordingly, the liquid crystal layer 87 around the pixel is in a semi-transmissive state, and light leakage occurs. In the display panel of the present invention, as shown in (c), since the light shielding film 155 is formed in the periphery of the pixel electrode, light leakage does not occur and good black display can be realized.
[0177]
According to experiments, light leakage around the pixel electrode is large, but light leakage between the pixel electrode 151 and the signal line 154 is relatively small. Therefore, in many cases, the type of the light-shielding film 155 alone is practically sufficient without disposing a polarizing plate on the PD liquid crystal display panel. A higher brightness display is often desired.
[0178]
In the case of using a polarizing plate, the polarizing axis of the polarizing plate is matched with the direction in which the transverse electric field is generated. For example, when a lateral electric field is generated between the source signal line 154 and the pixel electrode 151, the polarizing plate 331 and the display panel 81 are arranged as shown in FIG. 36 (the polarization axis 332 is the direction in which the gate signal line is formed). . 36 and FIG. 37, the solid line arrow indicates the horizontal electric field generation direction of the display panel, and the dotted line arrow indicates the polarization axis (polarization direction) of the polarizing plate. The polarizing plate may be arranged on both the light incident side and the light emitting side of the PD liquid crystal display panel as shown in FIG. 36 (a), and one of them as shown in FIGS. 36 (b) and 36 (c). It may be only. Although it is needless to say that the contrast display is good in (a), the display brightness is reduced by the transmittance of the polarizing plate 331. Which method of FIG. 36 is used may be determined in consideration of the light utilization rate, cost, and display contrast. Note that a configuration using such a polarizing plate 331 is referred to as a polarizing plate structure.
[0179]
36 and 37, the polarizing plate 331 is disposed. However, the technical idea of the present invention is to allow linearly polarized light to enter the liquid crystal display panel 81 in consideration of the generation direction of the transverse electric field. One realization means is to use a polarizing plate 331. As another method, there is a method using a polarization beam splitter 361 as shown in FIG. The incident light 363 is separated into P-polarized light and S-polarized light by the light separation surface 362 of the polarization beam splitter 361. One of the P-polarized light and the S-polarized light is made incident on the liquid crystal display panel 81.
[0180]
In FIG. 34 and the like, the positive polarity is represented as + and the negative polarity is represented as − with respect to the counter electrode 88 without considering the magnitude of the writing voltage in the pixel electrode 151. In reality, the voltage applied to each pixel cannot be the same unless it is a raster display. However, since signals of almost the same level are applied between adjacent pixel electrodes 151, it is considered that a signal (voltage) of the same level is written to a pixel in the vicinity of an arbitrary pixel. In many cases, there is no problem. In other words, if the polarities of the voltages applied to the pixels match between the adjacent pixel electrodes 151, no horizontal electric field is generated between the pixel electrodes 151. Conversely, a horizontal electric field is generated if the polarities of the pixel electrodes 151 are the same even if the absolute values of the voltages are the same.
[0181]
If no electric field is generated from the source signal line 154 and the liquid crystal molecules are aligned by a horizontal electric field generated only between adjacent pixel electrodes and light leakage occurs, the horizontal electric field in the case of H inversion driving in FIG. The direction of occurrence is the bb ′ direction. Therefore, the polarized light in the aa ′ direction is easily transmitted. Therefore, if the polarizing plate 331 is arranged as shown in FIG. 37, light leakage can be prevented. In the case of the column inversion driving of FIG. 11, the horizontal electric field generation direction is opposite to that in FIG. Therefore, a polarizing plate 331 may be disposed as shown in FIG.
[0182]
The display direction of the present invention is H inversion driving in which the same polarity is applied in the line direction. Therefore, when using a polarizing plate, it arrange | positions like FIG. This matter is an important matter for the present invention. This is because, in combination with the polarizing plate structure of FIG. 37, light leakage around the pixel electrode 151 due to a lateral electric field can be completely prevented, and a very good display contrast can be realized. As described above, the technical idea of considering the polarity of the voltage applied to the pixel electrode 151 and the polarization axis 332 of the polarizing plate 331 is an important matter in the polarizing plate structure described above.
[0183]
As described above, a lateral electric field is generated in the PD liquid crystal display panel. For this reason, light leaks from the periphery of the pixel electrode 151. Measures against light leakage due to a transverse electric field are important matters for realizing a very good display contrast.
[0184]
One of the countermeasures is a light shielding film structure to which a light shielding film 211 shown in FIG. 25 is added. Although the light shielding film 155 (which may be considered as a light absorption film) is formed on the pixel electrode 151, it may be formed on the counter electrode 88 as shown in FIG. 39 (light shielding film 211). In manufacturing, when the liquid crystal and the resin component are phase-separated, the light-shielding film 211 generates an unpolymerized resin component, which can be solved by the following method.
[0185]
First, after unpolymerized resin and liquid crystal are injected between the pixel electrode 151 and the counter electrode 88, ultraviolet rays are irradiated from the A direction. Since the resin below the light shielding film 211 remains unpolymerized, the remaining unpolymerized resin is cured by irradiating ultraviolet rays from the B direction. The resin on the light shielding film 211 is cured from the B direction, and the resin on the source signal line 154 is cured from the A direction. Therefore, the liquid crystal layer 87 can be completely phase-separated from the liquid crystal and the resin component.
[0186]
In order to expand the allowable range of positioning for bonding the counter substrate 161 and the array substrate 162, as shown in FIG. 40, in addition to the structure of FIG. 39, a light shielding film 155 is formed on the pixel electrode 151. There is. With this configuration, light leakage does not occur from the periphery of the pixel electrode 151 even if the bonding is slightly shifted. That is, the light-shielding film 155 and the light-shielding film 211 may be overlapped by an allowable range when seen from the A direction.
[0187]
If the BM is not formed as in the conventional TN liquid crystal display panel, the resin on the source signal line 154 remains uncured in the PD liquid crystal display panel. This is because BM exists on the counter electrode 88 on the source signal line 154. In the present invention, as shown in FIG. 25 or 39, since the light shielding film is removed on the source signal line 154, uncured resin does not occur. The light shielding films 155 and 211 may be replaced with a light absorption film structure as described above.
[0188]
Further, as shown in FIG. 24, the light shielding film 231 may be formed between the pixel electrode 151 and the signal line 154 and further on the signal line 154. In this case, the light shielding film 231 must be formed of an insulating material. As the insulating material, it is not necessary to explain that the coloration black exemplified in the light absorption film structure or the acrylic resin containing carbon or the like can be used.
[0189]
The light shielding films 155, 231 and 211 are formed around the source signal line 154 or on the signal line, but the invention is not limited to this. Obviously, it should be formed around or on the gate signal line 153. If H inversion driving is performed as shown in FIG. 12, a horizontal electric field is generated between the upper and lower pixels, and light leakage occurs.
[0190]
As a configuration for preventing light leakage due to a lateral electric field, FIG. 41 shows a configuration in which the source signal line 154 or the gate signal line 153 is surrounded by a low dielectric constant material. The signal line 154 is surrounded by a low dielectric film 241. The low dielectric material means a material having a relative dielectric constant lower than that of the liquid crystal layer 87. The relative dielectric constant of the polymer 32 constituting the liquid crystal layer 87 is around 5, and the relative dielectric constant of the liquid crystal is 15-30. Since the liquid crystal layer 24 is a mixture of the polymer 182 and the liquid crystal, the relative dielectric constant thereof is 5 or more and 30 or less.
[0191]
Examples of the material of the low dielectric film 241 include the same material of the polymer 182, an inorganic material such as SiO 2 and SiNx, or a resist material used in a semiconductor process. Since the low dielectric film 241 needs to be relatively thick, it is preferable to use an organic material such as the polymer 182 or a resist. Such a configuration is called a low dielectric film structure. If necessary, a low dielectric film 241 is also formed on the gate signal line 153.
[0192]
The low dielectric film is formed at a location where a lateral electric field is generated. A thicker film is better. Since the PD liquid crystal display panel does not require an alignment treatment such as rubbing, there is no problem even if the low dielectric film 241 causes irregularities on the surface of the array substrate 162 or the like. This is a great advantage of the PD liquid crystal display panel, which is different from the TN liquid crystal display panel.
[0193]
In addition, if a low-dielectric film 241 is mixed with a dye using a light-shielding film 155 or the like, it becomes a light-shielding film. The relative dielectric constant hardly increases even when a pigment or the like is mixed. However, when carbon is used as the dye, the relative permittivity is somewhat higher. In addition, the amount of capacitive coupling between the pixel electrode 151 and the source signal line 154 increases in the low frequency region. However, the amount of capacitive coupling hardly increases in the frequency band normally applied to the source signal line 154.
[0194]
Further, when the display device of the present invention shown in FIG. 41 or the like is used as a light valve in a projection display device, it is not necessary to use carbon as a pigment. This is because in the projection display device, each light valve modulates only one color of red (R), green (G), and blue (B), and functions as a light shielding film if it absorbs the one color. It is. For example, when the modulated light is blue, it is a yellow pigment.
[0195]
The light shielding film used in the light shielding film structure is not limited to an insulator such as resin. For example, an insulating film may be stacked on the source signal line 154, and a light shielding film made of metal may be formed on the insulating film. For example, it is a thin film made of chromium (Cr) and aluminum (Al). If hexavalent chromium is used, the hexavalent chromium is black and also functions as a light absorption film.
[0196]
As described above, the light-shielding film structure of the present invention is a structure in which the periphery of the pixel electrode is shielded, and its configuration (resin or metal thin film) is not a problem. If the light absorption effect shown in FIG. 29 is not required, the light may be reflected and blocked. In a material having a low dielectric constant, it is difficult for electric lines of force to pass through. Therefore, the lateral electric field is weakened and no light leakage occurs.
[0197]
The thicker the low dielectric film 241 is, the greater the effect of preventing a lateral electric field and preventing light leakage. Therefore, the low dielectric film 241 may have a structure that completely fills the space between the counter electrode 88 and the signal line 154 (see FIG. 42). Also, light leakage can be prevented by covering the outer peripheral portion of the pixel electrode 151 larger.
[0198]
In the configuration of FIG. 42, the low dielectric film 262 becomes a column (hereinafter referred to as a low dielectric column), which is a means for maintaining a constant distance between the counter electrode 88 and the pixel electrode 151. That is, it is not necessary to use the beads 233 used to keep the liquid crystal layer 87 film thickness as shown in FIG. This is an important matter. Since the TN liquid crystal display panel requires a rubbing process, if a low dielectric column 262 as shown in FIG. 42 is formed, the rubbing cloth is obstructed by the column 262 during the rubbing process, and the alignment process is not performed. It will be possible. The configuration shown in FIG. 42 is the first configuration that is possible with a PD liquid crystal display panel. As a matter of course, it is desirable to mix the low dielectric column 262 with a dye to form a “light blocking column”.
[0199]
As shown in FIG. 42, the electric lines of force 263b are not generated at all because they are shielded by the low dielectric column. Therefore, light leakage due to the transverse electric field is eliminated. The electric lines of force are generated straight on the pixel electrode 151 and the counter electrode 88 (electric lines of force 263a). The low dielectric column 262 also has a function of defining the film thickness of the liquid crystal layer 87. That is, it plays a role as the bead 233 that defines the liquid crystal film thickness. Therefore, it is not necessary to spread the beads 233. Therefore, there is no light leakage around the bead 233 and the display contrast is good.
[0200]
In addition, there is an advantage that alignment is not required when the counter substrate 161 and the array substrate are bonded together. The low dielectric column 262 is preferably formed on the counter electrode 88. This is because there are no other components on the counter electrode 88 and it is easy to form a low dielectric column. This is because the array substrate 162 has irregularities on which TFTs and the like are formed, and it is difficult to form a low dielectric column. On the other hand, the counter electrode 88 has extremely high smoothness, and it is easy to form a low dielectric column.
[0201]
FIG. 43 shows a configuration in which the BM 261 is formed on the low dielectric column 262. In this case, the BM 261 is formed on the low dielectric pillar 262. With this configuration, light leakage does not occur at all even if the low dielectric column 262 is a transparent material.
[0202]
FIG. 44 shows a modification of FIG. 41. When the insulating film 163 is used to insulate the source electrode 154, the gate electrode 163, and the pixel electrode 151, a low dielectric film 241 is formed in the vicinity of the source electrode 163. .
[0203]
45 is a plan view of a display device according to another embodiment of the present invention, FIG. 46 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 45, and FIG. 47 is DD ′ of FIG. It is sectional drawing in a line. In the embodiment shown in FIG. 45, an additional capacitor (capacitor) 171 is formed between the pixel electrode 151 and the gate signal line 153. The additional capacitor 171 is formed by forming an insulating film 163 on the gate signal line 153 and overlapping the pixel electrode 151 on the insulating film 163. The gate signal line 153 branches along the source signal line 154. The pixel electrode 151 is preferably formed so as to shield the gate signal line 153 as much as possible.
[0204]
The additional capacitor 171 is formed at the periphery of the gate signal line 153 and the pixel electrode 151 and is formed around the same position as the light shielding film 155 in FIG. Since the gate signal line 153 is usually formed of a metal thin film, the branched gate signal line has a function as the light shielding film 155.
[0205]
The display device of FIG. 25 is a pre-stage gate system. In the pre-stage gate method, the gate signal line 153 has a large width, and the gate signal line 153 and the pixel electrode 151 are overlapped to obtain a predetermined capacitor capacity. However, if the width of the gate signal line 153 is increased, the pixel aperture ratio decreases. In FIG. 45, after the charge can be accumulated between the branched gate signal line 153 and the pixel electrode 151, the gate signal line width can be reduced as compared with the case where there is no branch by the charge. Further, the branched gate signal line portion has the function of the light shielding film 155. Therefore, the aperture ratio of the display device in FIG. 25 can be made equal to the aperture ratio of the conventional front gate type display device.
[0206]
Light leakage from the periphery of the pixel due to a lateral electric field between the source signal line 154 and the pixel electrode 151 can be prevented by the branched gate signal line 153. That is, in FIG. 25, the light shielding film 155 may be replaced with the gate signal line 153.
[0207]
When a certain signal is applied to the source signal line 154 or the gate signal line 153, a line of electric force (lateral electric field) is generated between the pixel electrode 151 and the signal line by the voltage of the signal. A polarization dependency occurs in which the liquid crystal is aligned by a lateral electric field. For this reason, light leakage occurs in the periphery of the pixel electrode 151. In order to prevent this, it is preferable to cover the signal line 154 and the like with a low dielectric film shown in FIG. However, even if the electric lines of force from the signal lines or the like are completely shielded, a horizontal electric field is generated by the electric lines of force generated between the adjacent pixel electrodes 151. In order to prevent this lateral electric field, the configuration in which the low dielectric column 262 of FIG. 42 is formed is effective. A method using a polarizing plate 331 or the like is also effective.
[0208]
In the video display method of the present invention, the voltage polarity applied to the pixel 101 is as shown in FIG. Therefore, the horizontal electric field is generated between adjacent pixel electrodes in the bb ′ direction. When the polarizing plate 331 is used, the polarization axis 332 needs to be in the bb ′ direction as shown in FIG. The electric lines of force from the source signal line 154 are completely shielded by using the low dielectric film 241 and the low dielectric pillar 262, or the light shielding film 155 or 231 prevents light leakage.
[0209]
In the image display method of the present invention and the display device adopting the image display method, a voltage having a predetermined polarity is applied to the pixel electrode 101 as shown in FIG. 12, but it is also preferable to adopt the following driving method. . The thicker the liquid crystal layer 87, the better the scattering characteristics. Accordingly, the display contrast is increased. However, a high voltage is required for transmission through the liquid crystal layer 87. If the method of FIG. 12 is used, a high voltage can be effectively applied to the liquid crystal layer 87.
[0210]
First, the polarity of the potential of the counter electrode 88 should be inverted every horizontal scanning period (H) (1H or 2H) ((a) of FIG. 48). The potential of the counter electrode 88 is applied with a potential of ± V1 + with a period of 4 horizontal scanning periods (4H) with the G1 potential as the center. The reason why it is set to 4H is that a voltage having the same polarity is applied every two lines as shown in FIG. On the other hand, in the pre-stage gate method (method in which a capacitor is formed between the gate signal line 153 and the pixel electrode 151 and the additional capacitor 171 is configured) shown in FIG. Apply. Note that the gate signal line is not considered here in order to facilitate description of applying a voltage for turning on and off the TFT 86. This driving method is called a floating gate method.
[0211]
FIG. 50 is an explanatory diagram of the floating gate method. A rectangular wave 801 having a 4H period is applied to the counter electrode 88 by the driving means 821. On the other hand, a rectangular wave 802 having a 4H cycle is applied to the gate signal line 153 by the driving means 822. The capacitor capacity of the liquid crystal layer 87 is C1, and the capacity of the additional capacitor 171 is C2. In order to facilitate further explanation, there is a relationship of C1 << C2. In the case of TN liquid crystal, the capacitor capacitance C1 of the liquid crystal layer is relatively large. However, in the case of PD liquid crystal, the capacitor capacitance C1 of the liquid crystal layer is often sufficiently smaller than the capacitance C2 of the additional capacitor. This is because the relative permittivity of the PD liquid crystal is low and the liquid crystal layer 87 is as thick as 8 μm or more. The TFT 86 is regarded as a switch, and the voltage waveform applied to the gate signal line is output to the pixel electrode 151 almost without attenuation. This is because there is a relationship C1 << C2. For ease of explanation, V1 = 4V and V2 = 4V. Further, the video signal voltage Vs output from the source drive circuit 33 varies depending on the video signal, but here it is assumed that Vs = ± 6V.
[0212]
50A, V1 + = 4V is applied to the counter electrode 88, and at that time, the gate signal line V2 + = + 4V is applied. (The level of the off voltage is not considered in the explanation). At this time, for example, a voltage of Vs = 6 V (this is a video signal from the source drive circuit 33) is applied to the pixel electrode 151 by the TFT 86. Then, a voltage of + 4V − (− 6V) = 10V is applied to the liquid crystal layer 87. This is the period (a) in FIG. Next, in the period of FIG. 80B, V1 + = 4V is applied to the counter electrode 88 as shown in FIG. 50B, and at that time, the gate signal line V2-=-4V is applied. Since the counter electrode 88 and the gate signal line potential V2 are electrodes common to all the pixels, the voltage applied in FIG. 50A is changed by changing the voltage V2 to V2- and V1 to V1-. −6V changes to −6V + V2 − = − 6V + (− 4V) = − 10V. However, the voltage applied to the liquid crystal layer 87 does not change to 10V. In FIG. 50B, a voltage of +6 V is applied to the pixel electrode 151. Accordingly, a voltage of −4 V − (− 6 V) = − 10 V, that is, 10 V is applied to the liquid crystal layer 87.
[0213]
As described above, the voltage Vs and the voltage V2 or V1 from the source drive circuit are constantly applied to the liquid crystal layer. Thus, the method of changing the voltage of the counter electrode 88 in a 4H cycle is a feature of the present invention. In particular, the PD liquid crystal display panel is convenient because the capacitor capacitance C1 of the liquid crystal layer 88 is small. This is because if C1 is larger than a certain value compared to C2, it is difficult to apply a voltage to the pixel electrode 151 even if V2 is changed.
[0214]
The above description is a description of the driving system for the structure of the previous gate system. In addition, it can be applied to the common electrode system shown in FIG. In the common electrode system, an additional capacitor 171a is formed by a common electrode 831 and a pixel electrode 151 formed in different layers. In the common electrode method, if the common electrode 831 is replaced with the gate signal line 153 in FIG. 50, the above-described floating gate method can be realized. That is, it can be considered that the driving means 822 is connected to the common electrode 831. Since other matters have been described with reference to FIGS. 48 and 50, description thereof will be omitted.
[0215]
In the common electrode system, it is necessary to form the common electrode 831 in a separate layer, and there is a disadvantage that the number of masks increases in the array formation process. However, it is not necessary to use the gate signal line 153 as one electrode of the additional capacitor 171. This increases the degree of freedom in designing the additional capacitor capacity. In addition, there is an advantage that the pixel aperture ratio is generally increased. In particular, the circuit configuration of the drive circuit 33 is simple. Therefore, it is preferably employed when the drive circuit 33 and the like are formed by polysilicon (particularly low temperature polysilicon) technology as in the display device of the present invention.
[0216]
When the display device of the present invention is used as a light valve of a projection display device, the following problems may occur. It is a ghost or display contrast reduction due to reflection on the metal thin film on the back surface of the liquid crystal display panel.
[0217]
As shown in FIG. 52, the incident light 451 is scattered by the water droplet liquid crystal 181 of the liquid crystal layer 87. The scattered light 452 becomes transmitted light 454a, but part of it becomes reflected light 453a. The reflected light 453a is reflected by a metal thin film such as the source signal line 154, becomes a thin film 453a, and further becomes transmitted light 454b. The transmitted light 454b becomes a ghost when projected on the screen. In addition, the image is irregularly reflected by a projection lens or the like, and the display contrast is lowered.
[0218]
The PD liquid crystal display panel performs light modulation by scattering incident light by the liquid crystal 87. Therefore, much light is incident on the interface 455 at a critical angle or more. Light above the critical angle is totally reflected. Therefore, the ratio of light reflected at the interface and incident on the metal thin film surface such as the source signal line 154 or the gate signal line 153 is larger than that of the TN liquid crystal display panel or the like. Therefore, it is important to eliminate the cause of the ghost. If the pixel aperture ratio is 50%, it can be considered that most of the portions other than the aperture are formed of a metal thin film.
[0219]
As a first countermeasure against the ghost, in the liquid crystal display device of the present invention, an antireflection film is formed at the interface 455 between the panel and air. The antireflection film is formed by stacking three or two thin films. In the case of three layers, it is used to prevent reflection in a wide wavelength band of visible light, and this is called multi-coat. In the case of two layers, it is used to prevent reflection in a specific visible light wavelength band, and this is called a V coat.
[0220]
In the case of multi-coating, aluminum oxide (Al 2 O 3) is formed by laminating optical film thickness nd = λ / 4, zirconium (ZrO 2) nd = λ / 2, and magnesium fluoride (MgF 2) nd = λ / 4. To do. Usually, in the case of G light, a thin film is formed with a value of 520 nm or a value in the vicinity thereof. In the case of V coat, silicon monoxide (SiO) has an optical film thickness nd = λ / 4, magnesium fluoride (MgSO 4) nd = λ / 4, or yttrium oxide (Y 2 O 3) and magnesium fluoride (MgSO 2) = Λ / 4 layered. Since SiO has an absorption band on the blue side, it is better to use Y2O3 when modulating blue light. In view of the stability of the substance, Y2O3 is preferable because it is more stable. Here, λ is the peak wavelength of the light to be modulated, that is, the center wavelength. n is the refractive index of the thin film, and d is the physical film thickness.
[0221]
However, a multi-coat or V-coat antireflection film is not sufficient. This is because light incident on the interface 455 at a critical angle or more cannot be prevented from being reflected by the interface 455. Therefore, it is preferable to employ the configuration shown in FIG. 53 or 54 as a second countermeasure.
[0222]
FIG. 53 shows a configuration in which irregularities are formed in a metal thin film (source signal line 154 and the like), and such a configuration is called a convex structure. FIG. 55 is a cross-sectional view taken along line EE ′ of FIG. First, a convex portion 411 is formed at a position where a metal thin film is formed on the array substrate 162. Examples of the material for forming the convex portions 411 include inorganic materials such as SiO 2 and SiN x. A metal thin film such as a source signal line 154 is formed in alignment with the convex portion 411. In addition, the convex part 411 may be formed periodically and may have a diffraction effect. The light 453 a reflected at the interface 455 and returned from the source signal line 154 has its traveling direction changed by the convex portion 411. Therefore, the transmitted light 453b is not generated and no ghost or the like occurs.
[0223]
54, a light shielding film 431 is formed on the array substrate 162, and a source signal line 154 and the like are formed on the light shielding film 431. Such a configuration is referred to as a lower layer light shielding film structure. Needless to say, the light shielding film 431 preferably has a light absorption film structure.
[0224]
Examples of the constituent material of the light shielding film 431 include a material for forming the light shielding film 155 in FIG. 25 or the light shielding film 231 in FIG. 24 in addition to a metal material such as hexavalent chromium. An insulating film 432 is formed on the light shielding film 431, and the peripheral portions of the source signal line 154 and the pixel electrode 151 are overlaid on the insulating film 432. The light shielding film 431 in the lower layer portion of the pixel electrode 151 corresponds to the light shielding film 155 in FIG.
[0225]
In the configuration of FIG. 54, since the light shielding film 431 is also formed in the lower layer between the pixel electrode 151 and the signal line 154, no light leakage occurs between the pixel electrode 151 and the signal line 154. Further, since the reflected light 453a can be absorbed by the light-shielding film 431, no ghost or the like is generated.
[0226]
Also in the TFT 86, a countermeasure against the reflected light 453a is important. When light enters the semiconductor layer of the TFT 86, a photoconductor phenomenon (a phenomenon in which the off characteristics of the TFT deteriorate) occurs. When the photoconductor phenomenon occurs, the electric field applied to the pixel electrode 151 cannot be held for one frame period, the brightness of white display is lowered and display contrast is deteriorated.
[0227]
In order to prevent the occurrence of the photoconductor phenomenon due to the reflected light 453a, in the display panel of the present invention, a light shielding film 431 is formed below the semiconductor layer 445 of the TFT 86 as shown in FIG. Therefore, the reflected light 453a can prevent the occurrence of the photoconductor phenomenon absorbed by the light shielding film 431. The TTF 86 includes a gate electrode 444, a drain electrode 442, a source electrode 443, a SiNx layer 441, and a semiconductor layer 445.
[0228]
The TN liquid crystal display panel is twisted 90 degrees so that liquid crystal molecules are aligned, and light is modulated by rotating the polarization direction along the pre-twist direction. Therefore, no light is scattered. Therefore, the amount of light reflected by the interface 455 is small. However, the PD liquid crystal display panel modulates by scattering incident light as described with reference to FIG. Therefore, the light reflected by the interface 455 is increased. Therefore, the significance of adopting the configuration shown in FIGS. 53 to 56 is great. This can be considered as a configuration unique to the polymer-dispersed liquid crystal display panel.
[0229]
For light of a specific wavelength, there are an average particle size of water droplet-like liquid crystal and an average pore size of a polymer network that optimize the scattering characteristics of PD liquid crystal. In general, the longer the wavelength of light (red light), the larger the average particle size of the water droplet liquid crystal. Conversely, the shorter the wavelength of light (blue light), the better the scattering characteristics as the average particle diameter of the water droplet liquid crystal is reduced. Therefore, it is preferable that the average particle diameter or the like of the display panel that modulates red light is larger than the average particle diameter or the like of the display panel that modulates blue light. The average particle diameter can be changed by changing the intensity of the ultraviolet rays when the mixture solution is injected and then irradiated with ultraviolet rays. When a strong ultraviolet ray is irradiated for a short time, the average particle diameter of the water droplet-like liquid crystal becomes small. On the other hand, when weak ultraviolet rays are irradiated for a long time, the average particle diameter of the water droplet liquid crystal increases.
[0230]
The projection display device of the present invention uses three display panels of the present invention for modulating red, blue and green as light valves. As described above, when the resin component of the mixed solution is polymerized, the display panel changes the irradiation intensity of the ultraviolet rays so as to obtain an optimum average particle diameter or average pore diameter for each wavelength of light to be modulated. .
[0231]
A problem arises when three colors of red, blue and green are modulated by one display panel. Specifically, this is a case where a mosaic color filter corresponding to the pixel is provided. Good display contrast cannot be expected unless the average particle size is optimized for each pixel electrode. Therefore, it is difficult to polymerize the resin component of the mixed solution by uniformly irradiating ultraviolet rays.
[0232]
The configuration shown in FIG. 57 solves this problem. A color filter 471 is disposed on the pixel electrode 151. For ease of explanation, in the transmissive display panel, the color filter 471a is red, 471b is green, and 471c is blue. A dielectric thin film 472 is formed on the counter electrode 88 by patterning. The formation of the thin film 472 substantially matches the shape of the pixel electrode 151. Since the dielectric thin film 472 is used as an ultraviolet absorbing means, it is not limited to the dielectric thin film. For example, ITO may be formed thick and used as an ultraviolet absorbing means. Of course, the dielectric thin film includes an inorganic material such as TiO 2 and an organic material such as polyimide and PVA.
[0233]
Examples of the shape material of the dielectric thin film 472 include TiO 2 and SiO. The refractive index n of TiO2 is 2.3, and the refractive index n of SiO is 1.7. Both materials absorb light with wavelengths in the ultraviolet region and transmit visible light. However, since the wavelength band to be absorbed and the absorptance change depending on the deposition conditions, it is necessary to repeat the experiment to set. As an example, according to an experiment, in the case of TiO2, when the physical film thickness of the film is 0.075 μm, the light absorption rate is 40% for light having a wavelength of 350 nm, 37% for 360 nm, 30% for 370 nm, It was 16% at 380 nm, and there was almost no absorption in visible light. Since SiO may absorb visible light to some extent, TiO2 is preferred in this sense.
[0234]
The dielectric thin film 472a on the red filter 471a is the thickest, the dielectric thin film 472b on the green filter 471b is thinner, and no dielectric thin film is formed on the blue filter 471c. Accordingly, when the mixed solution is polymerized, if the ultraviolet ray is irradiated from the A direction, the intensity of the ultraviolet ray incident on the liquid crystal layer 87c is the strongest, then becomes the liquid crystal 87b, and the liquid crystal 87a becomes the weakest. The average particle diameter of the water droplet-shaped liquid crystal 181 increases as the ultraviolet light is weaker. This is the same as increasing the average pore size of the polymer network. That is, the PD liquid crystal is not limited to the liquid crystal having water droplet liquid crystal.
[0235]
Due to the difference in the ultraviolet absorption rate of the dielectric thin film 472 described above, the average particle diameter of the water droplet-like liquid crystal 181 of the liquid crystal layer 87 is
Liquid crystal layer 87a> Liquid crystal layer 87b> Liquid crystal layer 87c
It becomes. The wavelength of light that is optimally scattered and modulated with respect to the average particle diameter of the liquid crystal layer 87 is in a substantially proportional relationship. As shown in FIG. 57, a favorable display contrast can be obtained by setting the optimum average particle diameter for the light of the color filter.
[0236]
The average particle diameter of the polymer network or the average particle diameter of the water droplet liquid crystal is 1.2 to 1.6 μm when the light to be modulated is red light, 1.0 to 1.4 μm when the light is green, and blue light. In this case, the display contrast is good when the thickness is 0.8 to 1.2 μm. The average particle diameter is controlled by the film thickness of the dielectric thin film 472, and the film thickness is determined after sufficient experiments. As described above, a configuration in which the average particle diameter or the like of the water droplet liquid crystal is changed for each pixel with the dielectric thin film 472 or the like is called a particle diameter changing structure.
[0237]
In FIG. 57, the low dielectric film 231 is formed on the source signal line 154 and the like, but other low dielectric pillars 562 may be used as shown in FIG. Needless to say, the light shielding column 261 may be used. 24, the polarizing plate structure using the polarizing plate 331 as shown in FIG. 36, the convex structure shown in FIG. 53, the light shielding film structure shown in FIG. It goes without saying that the effects associated with each structure can be enjoyed if the TFT light shielding structure shown is employed as needed. Note that these configurations and structures are also applied to a reflective display device described later.
[0238]
In FIG. 57 and the like, the low electric field film 231 is formed to prevent the transverse electric field. However, as shown in FIG. Also good. Since the source signal line 154 and the like are only covered at the same time when the color filter 471 is formed, it is easy to manufacture. The color filter is a resin material and has a relatively low relative dielectric constant, and can provide the same effect as the low dielectric film 231.
[0239]
When irradiating the mixed solution with ultraviolet rays, when the extremely strong light is irradiated, the average particle size of the water droplet-like liquid crystal becomes very small. If it becomes extremely small, even if a voltage is applied, it will not be in a transmission state. For example, when the average particle size is 0.6 μm or less, the voltage at which the transmission state is obtained is close to 10V.
[0240]
The liquid crystal layer on the pixel electrode 154 is normally in a transmissive state at a voltage of 6 V or less. If it is a specification that becomes a transmission state at 10V, it is a scattering state at 6V. In the scattering state, the display is black. Therefore, the same effect as that of pseudo BM is obtained.
[0241]
In the structure shown in FIG. 59, the liquid crystal layer 87 such as the source signal line 154 is always in a scattering state as described above, and the pseudo BM is obtained. The dielectric thin film 472 is not formed on the counter electrode 88 facing the source signal line 154, and the dielectric thin film 472 is formed on the counter electrode 88 facing the pixel electrode 151. The dielectric thin film 472a facing the red color filter 471a is the thickest, the dielectric thin film 472b facing the green color filter 471b is the next thinnest, and the dielectric thin film 472c facing the blue color filter 471c is the thinnest. Therefore, when irradiating with ultraviolet rays, the energy of the ultraviolet rays incident on the liquid crystal layer 87 is
Liquid crystal layer 87a <liquid crystal layer 87b <liquid crystal layer 87c <liquid crystal layer 87d
To. Due to the difference in energy of the ultraviolet rays, the average particle size and the like of the water droplet liquid crystal in the liquid crystal layer is
Liquid crystal layer 87a> Liquid crystal layer 87b> Liquid crystal layer 87c> Liquid crystal layer 87d
It becomes. At this time, the liquid crystal layers 87a, 87b, and 87c are made transparent at a voltage of 6V, and the liquid crystal layer 87d is made not to be in a transmissive state unless it is close to 10V. In this way, the configuration in which the liquid crystal layer 87d other than the pixel electrode does not respond to the voltage is called a pseudo BM structure.
[0242]
As described above, as shown in FIG. 59, if the average particle diameter or the like of the water droplet-like liquid crystal on the source signal line and the gate signal line is very small, no response is made to voltage application. The same effect as that obtained when the low dielectric column 262 is formed on the source signal line 154 or the like can be obtained. That is, if the average particle size is very small, it does not respond to a transverse electric field. Therefore, light leakage from the pixel peripheral portion and the like is eliminated. Moreover, since it is always in a scattering state, the same effect as that obtained by forming the BM can be obtained. As a matter of course, the low dielectric pillar 262 may be formed as shown in FIG.
[0243]
57 to 60, the color filter 471 is formed on the pixel electrode 151 and the dielectric thin film 472 is formed on the counter electrode 88. Conversely, on the pixel electrode 151 or the pixel electrode 151, Needless to say, the dielectric thin film 472 may be formed in the lower layer, and the color filter 471 may be formed on the counter electrode 88 or in the lower layer. In that case, when the resin component of the mixed solution is polymerized, the ultraviolet rays may be irradiated from the direction B in FIG.
[0244]
Hereinafter, embodiments of the reflective display device of the present invention will be described. The description will focus on matters different from the transmission type. Thus, the previously described transmissive configuration applies. FIG. 61 is a block diagram of a reflective liquid crystal display device of the present invention. The thickness of the glass substrate as the counter substrate 161 is 0.6 to 1.1 mm. A TFT 86 and the like are formed on the array substrate 161. A reflective electrode 372 is formed on the TFT 86 via an insulating film 374. The reflective electrode 372 and the TFT 86 are electrically connected by a connection terminal 373. As a material of the insulating film 374, an organic material typified by polyimide or the like, or an inorganic material such as SiO 2 or SiN x is used. The reflective electrode 372 has a surface made of an Al thin film. Although it may be formed using Cr or the like, the reflectance is lower than Al, and since it is hard, the peripheral portion of the reflective electrode 372 is easily broken.
[0245]
Although the connection terminal portion 373 can be depressed by 0.5 to 1 μm, there is no problem because processing such as alignment of the PD liquid crystal 87 is unnecessary. The aperture ratio is 80% or more when the pixel size is 100 μm square, and 70% or more even when the pixel size is 50 μm square. However, unevenness occurs on the TFT 86 and the like, and the reflection efficiency slightly decreases. In order to eliminate the unevenness, the surface of the reflective electrode 372 may be polished. The reflectance can achieve 90% or more by polishing.
[0246]
The source signal line 154 and the gate signal line 153 are not shown, but are formed on the array substrate 162. Since the reflection line 372 covers the signal line and the TFT 86, the liquid crystal 87 is not aligned by the electric field generated from the signal line and the TFT 86, and image noise is not generated.
[0247]
In the transmissive display panel, the horizontal electric field is mainly generated between the signal line and the pixel electrode 151. In the reflective display panel, the signal line 154 and the like are formed below the reflective electrode 372, so that a horizontal electric field is hardly generated between the signal line 154 and the reflective electrode 372. However, a horizontal electric field is generated between adjacent pixels. That is, as shown in FIG. 62, when a reflective electrode 372d has a positive polarity and a negative polarity voltage is applied to the reflective electrodes 372b, 372c, 372e, an electric field line (lateral electric field) 263 is applied between the reflective electrodes 372b and 372d. Will occur. The liquid crystal molecules 281 are aligned along the lateral electric field 263. A lateral electric field is not generated between the reflective electrodes 372b and 372e. This is because the reflective electrodes have the same polarity.
[0248]
As shown in FIG. 62, when the long axes of the liquid crystal molecules 281 are aligned in the direction of the lateral electric field 263, the polarized light in the bb ′ direction is transmitted and scattered in the polarized light in the aa ′ direction. In order to prevent light leakage due to a transverse electric field using a polarizing plate, the polarizing axis 332 of the polarizing plate 331 may be set in the aa ′ direction.
[0249]
However, the reflection type liquid crystal display panel does not cause a phenomenon that light is transmitted through the periphery of the pixel electrode unlike the transmission type liquid crystal display panel. In the reflective type, the liquid crystal around the reflective electrode appears as a phenomenon that causes irrelevant display (hereinafter referred to as image noise) in video display. That is, the horizontal electric field 263 causes the liquid crystal layer to be in a transmissive state, and light incident on the transmissive portion is reflected by the reflective electrode and projected on the screen.
[0250]
In order to further prevent the lateral electric field generated between the pixel electrodes, the low dielectric film 231 may be formed between the reflective electrodes 372. The low dielectric film thickness 231 is formed between the reflective electrodes and around the reflective electrode. The formation material and effects of the low dielectric film 231 have been described with reference to FIG. Further, it has already been described with reference to FIG. 29 that the low dielectric film 231 can be colored to prevent halation between the liquid crystal layers 87. Further, the low dielectric film 231 may be a light shielding column 262 as shown in FIG.
[0251]
FIG. 63 shows a reflection type PD liquid crystal display panel adopting a particle diameter changing structure. Since the structure of the transmissive display panel shown in FIG. 60 and the like is adopted as a reflection type, no particular explanation is required. Irradiation with ultraviolet rays may be performed from the A direction. Dielectric multilayer films 371a and 371b are laminated on both surfaces of the counter electrode 371b to form an antireflection film 371. The antireflection film 371 has a three-layer configuration including a first dielectric thin film 371a, an ITO thin film 371b as a counter electrode, and a second dielectric thin film 371c in this order from the counter substrate 161 side. Transparent dielectric thin films 371a and 371c are formed before and after the ITO thin film serving as the counter electrode 371b to form a three-layer structure and have an antireflection function. The optical film thickness (nd) of the ITO thin film 371b is λ / 2, and the optical film thicknesses of the first thin film 371a and the second thin film 371c are λ / 4. Where n is the refractive index, d is the physical film thickness, and λ is the wavelength of light.
[0252]
In the liquid crystal display panel 81 shown in FIG. 61 and the like, a TFT 86 is formed below the reflective electrode 372. That is, the reflective electrode 372 has a function of a light shielding film (BM) for preventing incident light scattered by the PD liquid crystal layer 87 from entering the semiconductor layer of the TFT 86 and a function as an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 87. I have a match. Since the reflective electrode 372 is formed of a metal material, has a sufficient light shielding effect, and has a simple structure, cost reduction can be realized.
[0253]
The reflective electrode 372 and the TFT 86 are electrically connected by a connection portion 373. In order to establish a connection, it is necessary to deposit a metal thin film (reflecting electrode) 372 over the thickness of the insulating film 374. The thickness of the insulating film 374 is about 1 μm. Therefore, a step of 1 μm occurs at the connection portion 373. Further, since the thickness of the reflective electrode 372 is also 1 μm, a 1 μm valley is formed between the adjacent reflective electrodes. Since the PD liquid crystal display panel does not require rubbing, the liquid crystal display panel can be manufactured with a high manufacturing yield without any obstacles even if the step is present.
[0254]
The connection terminal portion 373 has a step of 1 μm. In addition, the shape of the TFT 86 is patterned on the reflective electrode 372, and unevenness of about 1 μm is generated. The PD liquid crystal display panel performs light modulation as a change in the scattering state. Therefore, a change of about 1 μm in the liquid crystal film thickness due to the step and the unevenness of the TFT 86 hardly affects the light modulation. In a display panel in which the light application characteristic is applied to light modulation such as TN liquid crystal, the unevenness will be fatal to light modulation. Further, the fact that the liquid crystal film thickness of the PD liquid crystal display panel is as thick as 8 μm or more acts in a good direction against the film thickness unevenness of the liquid crystal layer 87.
[0255]
The refractive index of the first thin film and the second thin film is preferably 1.60 or more and 1.80 or less. Examples are SiO, Al2O3, Y2O3, MgO, CeF3, WO3, and PbF2. In particular, when the first thin film is made of SiO and the second thin film is made of Y 2 O 3, an excellent antireflection effect of 0.1% or less over the entire visible light region can be realized.
[0256]
In the antireflection film 371, the optical film thickness of the first and second dielectric thin films is λ / 4 and the optical film thickness of the ITO thin film is λ / 2. The optical film thickness of the thin film may be λ / 4, and the optical film thickness of the ITO thin film may be λ / 4.
[0257]
Further, in terms of the theory of the antireflection film, when N is an odd number of 1 or more and M is an integer of 1 or more, the optical film thickness of the first and second dielectric thin films is (N · λ) / 4. The optical film thickness of the ITO thin film may be (N · λ) / 4. Alternatively, the optical film thickness of the first and second dielectric thin films may be (N · λ) / 4, and the optical film thickness of the ITO thin film may be (M · λ) / 2.
[0258]
Furthermore, one of the first and second dielectric thin films can be omitted. In that case, the performance as an antireflection is somewhat lowered, but it is often sufficient in practice. Also in this case, the above theory of antireflection can be applied.
[0259]
By forming the antireflection film 371, it is possible to prevent the reflected light without entering the liquid crystal layer 87, so that the display contrast can be greatly improved. Further details are described in Japanese Patent Application No. 5-109232. As for the configuration and the like of these antireflection films 371, the description in the above publication is applied to this specification.
[0260]
A reflective display panel can display high luminance because it has a thin liquid crystal 87 film thickness, good contrast, and a high pixel aperture ratio, compared to a transmissive display panel. In addition, since there is no obstacle on the back surface of the display panel, the panel can be easily cooled. For example, forced air cooling and liquid cooling can be easily performed from the back surface, and a heat sink 381 and the like can be attached to the back surface as shown in FIG. The heat sink 381 is used by being attached to the display panel 81 with an adhesive 282 such as silicon.
[0261]
In the display device of the present invention, the light reflected by the interface 455 is scattered or absorbed by the convex structure shown in FIG. 55 or the lower light-shielding film structure shown in FIG. By adopting a configuration (hereinafter referred to as a transparent member structure) in which a concave lens or a transparent substrate (hereinafter collectively referred to as a transparent member) is attached to the light incident / exit surface of the display panel 81, the ghost or the like can be prevented. Further, the display contrast can be improved. In addition, the transparent member structure can exhibit a unique effect that can improve display contrast and the like when used alone, and the effect is further enhanced by combining with the lower light-shielding film structure and the convex structure. Hereinafter, the transparent member structure will be described.
[0262]
FIG. 65 shows a configuration in which a transparent member or the like is attached to the display panel of the present invention. A transparent substrate 391 is attached to the surface of the display panel. The transparent substrate 391 is attached to the surface of the display panel via the optical coupling layer 392. An antireflection film (not shown) for preventing light reflected at the interface with air is formed on the surface of the transparent substrate 391. For example, the V coat described above.
[0263]
As the optical coupling layer, an ultraviolet curable adhesive is exemplified. Many of the adhesives are close to the refractive index of the glass substrate constituting the display panel, and are suitable for use as an optical binder. Moreover, it is not limited only to an ultraviolet curable adhesive, A transparent silicone resin etc. can also be used. In addition, liquids such as epoxy-based transparent adhesives and ethylene glycol can also be used. It should be noted that air does not enter between the counter substrate 161 and the like of the display panel. In the presence of air, image quality abnormalities occur due to refractive index differences.
[0264]
The transparent substrate 391 is made of a transparent material such as glass or acrylic resin, and a non-display area (called an ineffective surface) other than the effective display area is provided with a light absorption film (not shown) by black paint or the like. Is formed.
[0265]
The reason why the display contrast and the like can be improved by attaching the transparent substrate 391 to the display panel is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-145277, and the description thereof is omitted here. All matters described in the above publication are applied to this specification.
[0266]
Many configurations are possible in which a transparent member is attached to the display panel of the present invention. For example, as shown in FIG. 13 of the above publication, a configuration in which the concave lens 112 is pasted on the display panel, a configuration in which the concave lens 112 is pasted, and a convex lens is disposed in the concave portion of the concave lens via a slight air layer, or transparent There is a substrate 111. These matters are also described in the publication.
[0267]
As shown in FIG. 66, when the transparent substrate or the concave lens is attached to the display panel, the light scattered by the liquid crystal layer 87 is reflected by the interface 455, and the liquid crystal layer 87 is scattered again (secondary scattering or secondary light source). Therefore, the display contrast can be improved. The fact that the light reflected by the interface 455 is not returned to the liquid crystal layer 87 again means that the light 453b reflected by the source signal line 154 and the like is also eliminated. That is, as shown in FIG. 46, the incident light 451 is scattered by the liquid crystal layer 87 and becomes the scattered light 452, but the light is reflected by the interface 455 of the concave lens 391, and light absorption formed entirely in the ineffective region of the concave lens. It is incident on the film and absorbed.
[0268]
In the case where the polarizing plate 331 is attached to the display panel, it is preferable to sandwich the polarizing plate 331 between the transparent substrate 391 and the counter substrate 161 as shown in FIG. Although the polarizing plate 331 may be affixed to the surface which contacts the transparent member 391 and air, since the polarizing plate 331 is usually a resin film, it is difficult to form an antireflection film on the resin film surface. Without the antireflection film, the light reflected at the interface 455 increases and light loss occurs. If sandwiched between the transparent member 391 and the counter substrate as shown in FIG. 65, no light is reflected on the polarizing plate 331, and an antireflection film can be formed on the interface of the transparent member 391, so that the light utilization rate can be improved. . Note that the polarization axis 332 of the polarizing plate 331 is set in consideration of the generation direction of the transverse electric field, as described with reference to FIG.
[0269]
The transparent member structure can also be applied to the reflective display panel of the present invention. FIG. 67 is a configuration diagram thereof. On the surface of the transparent member 391a, a three-layer multi-coat antireflection film 401 is formed. Of course, as shown in FIG.
[0270]
The transparent part plate (transparent substrate, concave lens) is not limited to a solid material such as glass or acrylic. For example, a cubic container or the like filled with a liquid such as ethylene glycol is included. Since the liquid is fluid, it has the effect of absorbing the heat of the liquid crystal panel and cooling the liquid crystal panel. That is, the transparent member has a function of cooling the liquid crystal panel heated by light as well as controlling the secondary scattered light.
[0271]
Many variations of the configuration of the reflective display panel can be considered as in FIG. For example, as shown in FIG. 67, a configuration in which the transparent substrate 391 is attached to the counter substrate 161 of the reflective display panel, a configuration in which a concave lens is attached instead of the transparent substrate, or the counter substrate 161 is sufficiently thick (the counter substrate Of the transparent substrate 391). These effects are also the same as those of the transmissive display panel shown in FIG. Further, as shown in FIG. 68, the polarizing plate 331 may be held between the counter substrate 161 and the transparent member 391.
[0272]
The reflective display device shown in FIG. 61 has a configuration employing a metal thin film 372. However, as the reflection type, the types illustrated in FIGS. 69 and 70 are also conceivable.
[0273]
FIG. 69 shows a configuration in which a light absorption film 771 is arranged under the pixel electrode 151 in the configuration of FIG. As the light absorbing film 771, a resin containing a black dye is exemplified. Other examples include black metal materials such as hexavalent chromium. However, it is desirable to adopt a light absorption film made of a resin in consideration of ease of production and color selection.
[0274]
The light absorption film 771 is patterned corresponding to the pixel shape. It is not commonly formed (integrated) for all pixels. This reason is due to restrictions on the manufacturing process of the TFT array. First, the TFT 86, the signal line 154, and the like are formed on the substrate 162. Next, a light absorption film 771 is applied with a spinner or the like, and then patterned in accordance with the pixel shape. Finally, ITO which becomes the pixel electrode 151 is deposited, and the ITO is patterned to become the pixel electrode 151.
[0275]
In order to deposit a metal thin film constituting the TFT 86 and the like, it is necessary to heat the substrate 161 to a relatively high temperature. At the temperature, the resin of the light absorption film 771 deteriorates or changes. Therefore, the TFT 86 cannot be formed after the light absorption film 771 is formed. Therefore, a light absorption film 771 is formed after the TFT 86 is formed. Further, drilling (patterning) for connecting the TFT 86 and the pixel electrode 151 is performed. Although not shown in the drawing, a light absorption film 771 is formed on the signal line 154 and the like. This is because the light absorption film 771 functions as the low dielectric film 241 or the light absorption film 231 to prevent a horizontal electric field between the signal line and the pixel electrode.
[0276]
When the pixel electrode 151 is viewed from the A direction, it appears white (scattered) when the liquid crystal layer 87 is in a scattering state. When the liquid crystal layer 87 is in a light transmitting state, the black light absorbing film 771 can be seen. That is, the light transmittance is controlled for each pixel by the TFT 86, so that a black and white image or characters can be displayed. 69 does not use a light source or the like, and can display characters, graphics, and the like under illumination of direct light or artificial light such as a fluorescent lamp. Therefore, low power consumption can be realized and it is suitable for a monitor such as a pocket computer. Of course, if the light absorbing film 771 reflects red light, green light, and blue light, full color display can be performed. This is a matter that can be realized only by adopting a PD liquid crystal. This is because a TN liquid crystal needs to use a polarizing plate, and a practically sufficient display luminance cannot be obtained. The configuration of the light shielding film 156 and other antireflection films 371 and the like have been described with reference to FIG.
[0277]
A configuration of FIG. 70 in which the reflection type of FIG. 61 is modified is also conceivable. The configuration in FIG. 70 is a configuration in which the reflective electrode 372 in FIG. 61 is a transparent electrode 151 and the insulating film 374 is a light absorption film 771. That is, when the liquid crystal layer 87 is in a light transmission state, the color of the light absorption film 771 under the ITO 151 can be seen as shown in FIG.
[0278]
The TFT 86 is formed below the ITO 151. By forming in this way, the pixel aperture ratio is improved. However, the light absorption film 771 may contain an impurity such as an alkali metal and may affect the characteristics of the TFT 86. Therefore, a protective film 781 made of an inorganic material such as SiO 2 or SiN x is formed on the TFT 86. First, the TFT 86, the signal line 154, and the like are formed on the substrate 162. Next, a protective film 781 is formed on the TFT 86. Thereafter, a light absorbing film 771 is applied with a spinner or the like, and then patterned in accordance with the pixel shape. Finally, ITO to be the pixel electrode 151 is deposited and patterned to form the pixel electrode 151.
[0279]
Further, a light absorption film 231 is formed between adjacent ITOs 151. This is because the region where the light modulation is not in the normal display state is visually invisible due to the horizontal electric field generated between the pixels.
69 and 70, an insulating film 232 is preferably formed on the counter electrode 88 and the ITO electrode 151. The reason for this will be omitted since it has been explained previously. Further, the configuration and material of the liquid crystal layer 87 have already been described, and therefore will be omitted.
[0280]
32 to 34 and FIG. 61, the liquid crystal molecules have been described as having a positive dielectric constant. Therefore, when the lateral electric field is generated in the direction aa ′, the liquid crystal molecules are aligned in the direction aa ′. Therefore, the polarized light in the bb ′ direction is easily transmitted.
[0281]
However, when the liquid crystal molecules have a negative dielectric constant, the above relationship is reversed. In the case of having a negative dielectric constant, when a transverse electric field is generated in the aa ′ direction, it can be regarded as equivalent to being oriented in the bb ′ direction. Therefore, the polarized light in the aa ′ direction is easily transmitted. When the liquid crystal molecules have a positive dielectric constant, as shown in FIG. 62, when the video signal display method of the present invention is performed, polarized light in the aa ′ direction is easily transmitted. Therefore, when a polarizing plate is used in the display device of the present invention, the polarizing axis of the polarizing plate is made to substantially coincide with the pixel column direction (bb ′ direction). In the case of column inversion driving, the polarization axis of the polarizing plate is made to coincide with the pixel row direction (aa ′ direction).
[0282]
The description in this specification (including claims) describes that liquid crystal molecules have a positive dielectric constant. Actually, most liquid crystals that are practically used have a positive dielectric constant. However, a liquid crystal having a negative dielectric constant may be used. Therefore, when a liquid crystal having a negative dielectric constant is used, the description in the specification of the present invention (including the claims) needs to be replaced. Specifically, when the liquid crystal has a negative dielectric constant, the polarization axis of the polarizing means is set to the pixel row method (the formation direction of the gate signal line) when performing H inversion driving, and the polarization is applied when performing column inversion driving. The polarization axis of the means is the pixel column method (source signal line forming direction).
[0283]
One technical idea of the present invention is that a liquid crystal molecule is aligned in a horizontal electric field to prevent light leakage from the periphery of the pixel electrode and the like. Configuration or driving method. For example, the direction of the polarization axis, the low dielectric column 261, the light shielding film 211, the resin light shielding film 231, the low dielectric film 241, the light shielding column 262, the driving method (H inversion driving, column inversion driving), and the like. Accordingly, if the liquid crystal has a negative dielectric constant, the alignment direction of the liquid crystal molecules due to the transverse electric field is also different, so that the specification and the claims are naturally adapted to the case of the negative dielectric constant. Must be read as This is because there is no change in the technical idea intended by the present invention.
[0284]
The projection display device of the present invention will be described below. The projection display device of the present invention basically uses the display device 81 of the present invention as a light valve. First, items common to the projection display apparatus of the present invention will be briefly described.
[0285]
In the projection display device of the present invention, from the viewpoint of improving the light utilization rate, if the panel effective display size (panel display area) is reduced, the F number of the illumination light needs to be increased. If the panel effective display size d is increased, the F number of the illumination light can be reduced, and as a result, a bright large screen display can be realized. However, when the panel effective display size is increased, the system size of the projection display device is increased, which is not preferable. Moreover, if the panel effective display size is reduced, the luminous flux per unit area incident on the display area of the panel is increased, which is not preferable because the panel is heated.
Further, when the luminous body luminance is fixed at 1.2 × 10 8 nt in consideration of the lamp life, the arc length and the power consumption of the lamp are considered to be approximately proportional. The efficiency of the metal halide lamp is 80 lm / W. The total luminous flux of the 50 W lamp is 4000 lm, the total luminous flux of the 100 W lamp is 8000 lm, and the total luminous flux of the 150 W lamp is 12000 lm. There is a correlation between the arc length of the lamp and the lamp power consumption, and there is a correlation between the arc length and the F number.
[0286]
In the projection display device, a light beam of 300 to 400 lm or more is required in order to obtain a projection image with a screen size of 40 inches or more and a practical viewing angle and image brightness. Therefore, if the light utilization factor of the lamp is about 4%, a lamp of 100 W or more must be used. For this reason, a lamp with an arc length of 3 mm can be used only to obtain a good display contrast (CR), but a metal halide lamp of 100 W or more is necessary to obtain sufficient brightness of the projected image. .
[0287]
Also, if the panel effective display size is small, sufficient display brightness cannot be obtained. The effective display size of the panel needs to be about 3.5 inches when the arc length is 5 mm and the effective F value of illumination light is 7. If the arc length is about 5 mm and the panel effective display size is a little over 2 inches, the effective F value of the illumination light is a little less than 5. In this case, the display luminance is in a practical range, but good display contrast (CR) cannot be expected.
[0288]
As a result of various experiments and studies, if the effective F value of the illumination light is 5 or more, display luminance in a practical range can be obtained. However, in order to obtain good display brightness and display contrast, proper power consumption and lamp life, the effective F value of illumination light (= the effective F value of projection light) is around 7, the arc length of the lamp is around 5 mm, the lamp The result is that W of around 150W should be used.
[0289]
When the F number of the projection lens is lowered, the screen light flux that reaches the screen increases. Along with this, the power consumption of the lamp must be increased. Further, when the power consumption of the lamp is increased from the viewpoint of extending the lamp life, the arc becomes long when the arc luminance is assumed to be constant. Naturally, the display contrast (CR) becomes worse as the F number becomes smaller. Conversely, when the F number of the projection optical system is increased, the display contrast is increased, but the screen luminous flux is decreased.
[0290]
As a result of various experiments and examinations, the power consumption must be 250 W or less. In order to obtain screen brightness, a metal halide lamp of 100 W or more must be used. More preferably, the arc length should be not less than 3 mm and not more than 6 mm in consideration of screen brightness and display contrast.
[0291]
The diagonal length of the effective display area of the panel must be no more than 4.5 inches in terms of system size. Moreover, it must be 2 inches or more from the point of light utilization efficiency. In particular, in order to obtain a sufficient light collection efficiency and to be compact, it is necessary to set it to 3 inches or more and 4 inches or less.
[0292]
If the panel size (effective diagonal table) is d (inch) and the arc length L (mm) of the lamp, the following relationship is preferably satisfied.
2 / 3d ≦ L ≦ 2d
For example, if the panel size d is 3 inches, the arc length L is 2 mm or more and 6 mm or less.
[0293]
The F number of the projection lens, in a broad sense, the F number of the projection optical system must be 5 or more in order to obtain a good contrast (CR). Also, it must be 9 or less in order to obtain sufficient screen brightness. Further, in consideration of the arc length of the lamp, the F number must be 6 or more and 8 or less.
[0294]
In addition, the light utilization rate is reduced unless the light spread angle (F number) of the illumination light is substantially matched with the light collection angle (F number) of the projection lens. This is because the F number is limited. The F number of the illumination light of the projection display device of the present invention and the F number of the projection lens are matched.
[0295]
In the above description, for example, the lamp arc length of 5 mm means “substantially 5 mm”. Substantially 5 mm means that even if the arc length is 8 mm, if the projection lens can collect only the light emitted from around 5 mm in the center of the arc among the light emitted from the arc, The arc length is 5 mm. Similarly, the F number means an effective F number. Even if the physical F number is 4, if the light passes only near the center of the pupil of the projection lens, the F number is naturally 4 or more.
[0296]
In the projection display device of the present invention, the display device 81 of the present invention is used as a light valve. 71 and 72 show the configuration of the projection display device of the present invention. However, components that are not necessary for the description are omitted. In FIG. 71, reference numeral 521 denotes a light source, in which a concave mirror 521b and a metal halide lamp or xenon lamp as light generating means 521a are arranged. A UVIR cut filter 521c is disposed in front of the concave mirror 521b. The UVIR cut filter 521c reflects infrared light (IR) and ultraviolet light (UV) and transmits visible light. 523a is a BDM that reflects B light, 523b is a GDM that reflects G light, and 523c is an RDM that reflects R light. The arrangement of BDM 523a to RDM 523c is not limited to the order shown in FIG. Needless to say, the last RDM 523c may be replaced with a total reflection mirror. The relay lens 522 corrects the difference between the optical path length from the light source 521 to the display device 81c that modulates the R light and the optical path length to the display device 81a that modulates the B light. In the projection display device of the present invention, the display device 81 of the present invention is mainly used as a light valve. (The optical system of FIG. 71 and three projection lenses are shown as 702 and 524 in the cabinet 701 in the apparatus shown in FIG. 72. The projected light is reflected by the mirrors 531a and 531b and is reflected on the screen 542. Projected.)
[0297]
When PD liquid crystal is used for the light modulation layer 87, the light modulation layer that modulates R light has a larger water droplet-like liquid crystal particle diameter than other light modulation layers that modulate G and B light, or a liquid crystal film. Configure with a thicker thickness. This is because the longer the wavelength of light, the lower the scattering characteristics and the lower the contrast. The particle size of the water droplet liquid crystal can be realized by controlling the ultraviolet light during polymerization, changing the material used, or adopting the particle size changing structure described with reference to FIG. The film thickness of the liquid crystal 87 can be adjusted by changing the bead diameter of the liquid crystal layer. Reference numeral 524 denotes a projection lens, reference numerals 525 and 227 denote lenses, and reference numeral 526 denotes an aperture as an aperture. The aperture 526 is shown for explaining the operation of the projection display device. Since the aperture 526 defines the condensing angle of the projection lens 524, it can be considered as being included in the function of the projection lens. That is, if the F value of the projection lens 524 is large, it can be considered that the hole diameter of the aperture 526 is small.
[0298]
In order to obtain a high contrast display, it is better that the F value of the projection lens is larger. However, as the F value increases, the brightness of white display, that is, the screen brightness decreases. On the other hand, when the F value is decreased, the screen brightness is increased and high brightness display is possible, but the display contrast is lowered. When a metal halide lamp with an arc length of 5 mm is used, the F value is 5 or more and 9 or less. The F value is preferably around 7. If it is around 7, display contrast is good and sufficient display brightness can be obtained.
[0299]
The operation of the projection display device of the present invention will be described below. Since the modulation systems for R, G, and B light are substantially the same, the modulation system for B light will be described as an example.
[0300]
White light is emitted from the light source 521, and the B light component of the white light is reflected by the BDM 523a. This B light is incident on the display device 81a. As shown in FIG. 23, the display device 81 modulates light by controlling the scattering and transmission state of incident light according to a signal applied to the pixel electrode 151.
[0301]
The scattered light is blocked by the aperture 526a, and conversely, the parallel light or the light within a predetermined angle passes through the aperture 526a. The modulated light is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 524a. As described above, the B light component of the image is displayed on the screen. Similarly, the display device 81b modulates the G light component light, and the display device 81c modulates the R light component light to display a color image on the screen.
[0302]
A drive circuit and drive method for a projection display apparatus when three light valves that modulate red, green, and blue light are used will be described. FIG. 17 is an explanatory diagram of a drive circuit in an example of the projection display apparatus according to the present embodiment. Here, R1 and R2 and the transistor Q constitute a phase division circuit 142 that creates a positive and negative video signal of the video signal input to the base. Reference numeral 143 denotes an output switching circuit that outputs an AC video signal having a polarity inverted every horizontal scanning period (H) or one vertical scanning period (1 V) to the display device 81.
[0303]
The video signal is gain-adjusted to a predetermined value and then divided into signals corresponding to R, G, and B light. The divided video signals are referred to as a video signal (R), a video signal (G), and a video signal (B), respectively. Video signals R, G, and B are each input to a phase division circuit, and two positive and negative video signals are generated by this circuit. Next, the two video signals are input to the respective output switching circuits 143a, 143b, 143c, and the output switching circuit switches the polarity of the output signal every 1H or 1V. Next, the video signal from each output switching circuit 143 is input to the source drive circuit 33 shown in FIG. The drive control circuit 141 synchronizes the source drive circuit 33 and the gate drive circuit 38 and displays an image on the display panel 81.
[0304]
Next, the visibility of human eyes will be described. The human eye has the highest sensitivity around the wavelength of 550 nm. Of the three primary colors of light, green is the highest, next is red, and blue is the least sensitive. In order to obtain a luminance signal proportional to the sensitivity, 30% red, 60% green, and 10% blue may be added. Therefore, in order to obtain white in a television image, it is sufficient to add at a ratio of R: G: B = 3: 6: 1. Further, as described above, the liquid crystal needs to be AC driven. This AC driving is performed by alternately applying positive and negative signals to a voltage (hereinafter referred to as a common voltage) applied to the counter electrode of the display panel. In this embodiment, the positive polarity signal is applied to the display panel and the light having the intensity of visibility n is modulated by + n, and the negative polarity signal is applied and the light having the intensity of visibility n is modulated. -N is expressed as -n. For example, light of R: G: B = 3: 6: 1 is applied to the display panel, and a positive signal is applied to predetermined pixels of the R and B display panels (81c, 81a), and the pixels If a negative signal is applied to the pixel of the G display panel 81b that is overlaid on the G +, it is expressed as + 3 · −6 · + 1.
[0305]
Note that R: G: B = 3: 6: 1 is for NTSC television images, and in the projection display apparatus, the ratio varies depending on the light source lamp, the spectral characteristics of the dichroic mirror, and the like. In FIG. 17, it is indicated as + 3 · −6 · + 1. This is because, when attention is paid to one arbitrary image on each display panel superimposed on the same position on the screen, each pixel is irradiated with light of R: G: B = 3: 6: 1. This shows that a positive signal is applied to the pixels of the display panel and a negative signal is applied to the pixels of the G display panel 81b. Each pixel is in a signal application state expressed as −3 · + 6 · −1 after one field.
[0306]
Normally, even when the same signal is applied to the liquid crystal display panel 81, there is a slight difference in the voltage held in the pixels in the even field and the odd field. This occurs because the on-current and off-current of the TFT 86 differ depending on the video signal, or the difference in holding characteristics between the positive electric field and the negative electric field of the insulating film 372 or the like. This difference causes the phenomenon of flicker.
[0307]
However, in the projection display device of the present invention, as shown in FIG. 17, flicker is prevented from being visually seen by making the G light modulation signal have the opposite polarity to the R / B light modulation signal. it can. The reason why the G light modulation signal has a polarity opposite to that of the other is that the light intensity is R: G: B = 3: 6: 1 when the signal polarity and human vision are taken into consideration (R + B) : G = (3 + 1): 6 = 4: 6, so that the balance is approximately 4: 6 (ideally 5: 5 is good).
[0308]
For the reasons described above, the projection display apparatus of the present invention has been successfully displaying good images without visually recognizing flicker. Note that the above technical idea is not applied only to a projection display device using three display panels, but includes one display panel having a color filter as shown in FIGS. The present invention can also be applied to the projection display device used by making some changes. For example, a positive polarity voltage is applied to the R and B pixels and a negative polarity voltage is applied to the G pixel, and the voltage polarity applied for each frame is inverted.
[0309]
When the driving method shown in FIGS. 18 and 19 is performed, a display state as shown in FIG. 75 may be obtained. That is, a high luminance line (white line) and a low luminance line (black line) are displayed for each line or every two lines, and the white line seems to move slowly downward. The brightness (difference in transmittance) of the white line and the black line is slight. However, because each line is next to each other, it is a serious problem.
[0310]
This is considered to be because the amount of charge charged in the pixel 101 is different. For example, in FIG. 73, the pixel 101 in the first line is + a for 1F, + a1 for 2F, -c1 for 3F, -c1 for 4F, and + e1 for 5F. Focusing only on the voltage polarity, as shown in FIG. 73, “+” → “+” → “−” → “−” → “+”.
The pixel 101 is charged using a TFT 86. In {circle around (1)} in FIG. 73, the voltage polarity is the same because “+” → “+”. However, in (2), the voltage polarity is opposite because “+” → “−”. If the voltage polarity is the same, the amount of charge required for addition is small. Therefore, the driving capability of the TFT 86 may be small. However, if the voltage polarity is different, it is necessary to charge the charge of opposite polarity. Therefore, a large driving capability of the TFT 86 is required. This can be explained by the VT curve (voltage-transmittance characteristics) of the liquid crystal layer 87 in FIG. When the voltage polarity is opposite, the characteristic is a dotted line, and when the voltage polarity is the same, the characteristic is a solid line. That is, the transmittance is different between when the charge polarity of the pixel 101 is the same even when the same actual voltage (V) is applied, and when the charge polarity of the opposite polarity needs to be completely rewritten. It will end up. Therefore, as shown in FIG. 75, white lines and black lines (hatched portions) will be generated. Of course, when the charge retention rate of the pixel is high and the driving capability of the TFT 86 is sufficient, the phenomenon of FIG. 71 will hardly occur. However, in practice, there is a demand for reducing the size of the TFT 86 and increasing the pixel aperture ratio, and the phenomenon of FIG. 75 is likely to occur in many cases.
[0311]
Therefore, in the present invention, a data correction circuit 931 is added as shown in FIG. As an example, the data correction circuit 931 is arranged in the display line selection circuit of FIG. Alternatively, there is a configuration in which the frame memory shown in FIG. The data map 932 records the VT curve of FIG. 74 as a map. Specifically, it is a ROM. The (++) (−−) map is an area in which the solid line characteristic curve of FIG. 74 is mapped and stored. When data corresponding to the transmittance T is given from the data correction circuit 931, an actual operating voltage (data) corresponding to the solid line is output and transferred to the data correction circuit 931. That is, the voltage (data) applied to the pixel 101 when the polarity is “+” → “+”, “−” → “−” is corrected. On the other hand, the map for (+ −) (− +) is an area where the dotted characteristic curve of FIG. 74 is mapped and stored. When data corresponding to the transmittance T is given from the data correction circuit 931, an actual operating voltage (data) corresponding to the dotted line is output and transferred to the data correction circuit 931. The characteristic curve in FIG. 74 is measured in advance by experiments or the like, and stored in the data map 932 in ROM using the measured data.
[0312]
As described above, the transmittance data (or voltage data) from the line memory 41 is corrected by the data correction circuit 931, converted to an analog signal by the D / A converter 42, and output to the source signal processing circuit 32.
[0313]
In the projection display device using a plurality of liquid crystal display panels 81, the phenomenon shown in FIG. 75 can be more easily dealt with. As described with reference to FIG. 17, the voltage polarity applied to the pixels of at least one display panel 81 among the plurality of display panels 81 is reversed. In particular, it is preferable that the G light modulation panel has a polarity opposite to that of the R and B light modulation panels. This has been described with reference to FIG.
[0314]
As a voltage application method, the method is as shown in FIG. That is, in the panel 1 of FIG. 77 (a), two rows of the same polarity voltage are applied to the pixel 101 (from the upper end +++-++...), And in the panel 2 (FIG. 77 (b)). Apply every two lines as --- ++-.
[0315]
Also, the method of FIG. 78 may give better results. In panel 1 (FIG. 78 (a)), it is ++ −− ++ −−... From the upper end, and in panel 2 (FIG. 78 (b)), it is shifted by one line to be + −− ++ −−. By driving the display panel as shown in FIG. 78, the white line portion of the panel of FIG. 75 and the black line portion of the panel 2 are overlapped on the screen and can cancel each other. Of course, in the case of FIG. 77, the panel 1 and the panel 2 may be overlapped on the screen by shifting one line. As a matter of course, if the circuit configuration of FIG. 76 is adopted, the method of FIG. 77 or 78 need not be used. It goes without saying that even better results can be obtained by combining the circuit configuration of FIG. 76 with the method of FIG. 77 or 78.
[0316]
As described above, the projection display apparatus of the present invention applies the video signal display method described with reference to FIG. 12 to each display panel 81, and, as shown in FIG. The phase of the video signal applied to one liquid crystal display panel 81 is inverted. Therefore, no flicker occurs and a good display can be realized.
[0317]
Hereinafter, although the projection type display apparatus of other embodiment is demonstrated, the difference of a 1st Example is mainly demonstrated. Therefore, the items related to the display panel, the drive circuit, and the optical system described in FIG. 71 are also applied to other projection display devices as needed.
[0318]
71 and 72 show a method of enlarging and projecting on a screen by three projection lenses 524, but there is also a method of enlarging and projecting with one projection lens. FIG. 79 shows the configuration. Here, for ease of explanation, 81b is a display panel that displays an image of G light, 81c is a display panel that displays an image of R light, and 81a is a display panel that displays an image of B light. Therefore, the wavelength which transmits and reflects each dichroic mirror 531, the dichroic mirror 523a reflects R light and transmits G light and B light. The dichroic mirror 523b reflects G light and transmits R light. The dichroic mirror 523c transmits R light and reflects G light. The dichroic mirror 523d reflects B light and transmits G light and R light.
[0319]
Light emitted from a metal halide lamp (not shown) is reflected by the total reflection mirror 531a, and the traveling direction of the light is changed. The light is separated by the dichroic mirrors 523a and 523b into optical paths of the three primary colors of R, G, and B. The R light is incident on the field lens 532c, the G light is incident on the field lens 532b, and the B light is incident on the field lens 532a. . Each field lens 532 collects each light. The display panel 81 modulates the light by changing the orientation of the liquid crystal corresponding to each video signal. The R, G, B light modulated in this way is synthesized by the dichroic mirrors 523c, 523d, and enlarged and projected on the screen (not shown) by the projection lens 524.
[0320]
Hereinafter, an embodiment of a projection display device of the present invention using a reflective display device (display panel) 81 of the present invention as a light valve will be described with reference to FIG. The light source 521 emits light including color components of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B). The concave mirror 521b is made of glass as described above, and is formed by depositing a multilayer film that reflects visible light and transmits infrared light on a reflection surface. Part of the visible light included in the emitted light from the lamp 521a is reflected by the reflecting surface of the concave mirror 521b. The reflected light emitted from the concave mirror 521b is emitted after the infrared rays and ultraviolet rays are removed by the filter 521c.
[0321]
The projection lens 524 includes a first lens group 524b on the liquid crystal display panel side and a second lens group 524a on the screen side, and a plane mirror 531 is disposed between the first lens group 524b and the second lens group 524a. ing. Scattered light emitted from the pixel at the center of the screen of the display panel 81 passes through the first lens group 524b, then enters about half of it into the plane mirror 531 and the rest does not enter the plane mirror 531. Incident to 524a. The normal line of the reflecting surface of the plane mirror 431 is inclined 45 ° with respect to the optical axis 541 of the projection lens 524. Light from the light source 521 is reflected by the plane mirror 531, passes through the first lens group 524 b, and enters the display panel 81.
[0322]
The reflected light from the display panel 81 passes through the first lens group 524b and the second lens group 524a in this order and reaches the screen 542. Light rays that exit from the center of the aperture of the projection lens 542 toward the display panel 81 are incident on the liquid crystal layer 87 substantially perpendicularly, that is, telecentric.
[0323]
For ease of explanation, it is assumed that 81a is a display panel that modulates R light, 81c is a display panel that modulates B light, and 81b is a display panel that modulates G light.
[0324]
The dichroic mirror 523 serves both as a color composition system and a color separation system. The band of the UVIR cut filter 521c is a half value of 430 nm to 690 nm. Hereinafter, when describing the optical band, it is expressed by half value. The dichroic mirror 523a reflects R light and transmits G light and B light. The G light is reflected by the dichroic mirror 523b and enters the display panel 81b. The band of R light is 600 nm to 690 nm, and the band of G light is 510 nm to 570 nm. The dichroic mirror 523b transmits B light. The B light is incident on the display panel 81c. The band of incident B light is 430 nm to 490 nm. Each display panel 81 forms an optical image as a change in the scattering state in accordance with each video signal. The optical system formed by each display panel 81 is color-synthesized by the dichroic mirror 523, enters the projection lens 524, and is enlarged and projected on the screen 542.
[0325]
As shown in FIG. 61, the display panel 81 includes reflective electrodes 372 arranged in a matrix, and modulates incident light according to a voltage application state between the reflective electrode 372 and the counter electrode 371b. The liquid crystal layer 87 on the pixel to which the voltage is applied to the reflective electrode 372 is in a transmissive state, and the pixel to which no voltage is applied is in a scattering state. When the liquid crystal layer 87 is in a transmissive state, the light incident from the counter substrate 161 is reflected by the reflective electrode 372 and is emitted from the counter substrate 161 again.
[0326]
FIG. 80 shows an apparatus that performs color separation color composition using the dichroic mirror 523, but color separation color composition can also be performed using the dichroic prism 553. FIG. 81 shows the configuration. The dichroic prism 553 has two light separation surfaces 551, and the light separation surface 551 separates white light into R, G, and B primary colors. Each display panel 81 is attached to a dichroic prism 551 through an optical coupling layer 392. Reference numeral 552 denotes an auxiliary lens.
[0327]
As shown in FIG. 82, a light absorption film (black paint) 561 is applied to the surface of the dichroic prism 551. Examples of the material are the same as the light shielding film 155 shown in FIG. The light absorption film 561 has a function of absorbing light scattered by the display panel 81.
[0328]
The display panel 81 is attached to a dichroic prism 553, and a light absorption film 561 is applied to an ineffective area (a surface on which light is not input / output) of the dichroic prism 553. This configuration is functionally similar to the transparent substrate 391 being optically coupled to the display panel 81 and a light absorption film being applied to the ineffective area of the transparent substrate 391 as shown in FIG. That is, the transparent substrate 391 may be replaced with the dichroic prism 553. For example, if the display panel 81a is considered as the center and the display panel 81a modulates R light, the incident light 81a is incident from the light incident / exit surface 562 of the dichroic prism 553, and the R light is reflected by the light separation surface 551b. Is done. The display panel 81a changes the degree of scattering of the light modulation layer 87 in accordance with the magnitude of the voltage applied to the reflective electrode 372. Among them, the transmitted light component is reflected again by the light separation surface 551b and is emitted from the light incident / exit surface 562. Most of the scattered light is incident on the light absorption film 561 and absorbed, and returns to the light modulation layer 87, so that secondary scattering is not generated.
[0329]
From the above, it can be understood that in FIG. 81, the dichroic prism 553 has a function of color separation and color synthesis and a function of preventing the generation of secondary scattered light. The configuration shown in FIG. 81 is very simple and small in color separation / synthesis system. It also has a function of preventing secondary scattering.
Note that the dichroic prism is not limited to a glass or other solid material, but includes, for example, a cubic container filled with a liquid such as ethylene glycol. Since the liquid has fluidity, it is preferable because it can cool and cool the liquid crystal panel. A dichroic mirror plate for color separation is arranged inside the container, and a black paint is applied to the outside to absorb the light scattered by the liquid crystal panel.
[0330]
The above apparatus is a projection display apparatus using a display panel that forms an optical image as a change in the light scattering state as a light valve (light modulation means). However, the technical idea of converting P-polarized light with the phase plate of the present invention, narrowing the bandwidth of light in the color separation color composition system, and improving the hue of the projection display device is to modulate other random light. The present invention is also applied to a projection display device using a display panel that performs the above-described operation.
[0331]
80 and 81 are shown two-dimensionally for easy understanding, but more specifically, they should be configured as shown in FIG. In FIG. 83, attention should be paid to the tilt direction of the dichroic mirror 532 and the tilt direction of the plane mirror 531. The dichroic mirror 532 is generally used by depositing a dielectric multilayer film on a transparent substrate and transmitting or reflecting light of a specific wavelength band. This type of dichroic mirror 532 has a characteristic that the spectral performance is shifted depending on the incident angle of the light beam, and the optical axis of the incident light beam 541a and the optical axis of the outgoing light beam 541b are incident at different angles as shown in FIG. Since the spectral characteristics for color separation and the spectral characteristics for color synthesis are different from each other, it is difficult to obtain a projected image having a desired color purity.
[0332]
In the configuration shown in FIG. 83, the plane including the optical axis 541a of the illumination light emitted from the light source 521 and the optical axis 541b of the projection light reflected by the liquid crystal display panel 81 is the center normal line of the liquid crystal display panel 81 and the dichroic mirror. Since the optical axis 541 a and the plane including the optical axis 541 b are arranged at an angle of 45 ° with the color separation / synthesis surface of the dichroic mirror 532. Therefore, both illumination light and projection light can be incident on the dichroic mirror 532 at the same incident angle of 45 °.
[0333]
The spectral transmittances of the dichroic mirrors 532a and 532b are shown in FIGS. 84 (a) and 84 (b). (a) shows the spectral transmittance when the incident angle of light on the dichroic mirror 532a is 45 °. The dichroic mirror 532a reflects R light and transmits G light and B light. (B) shows the spectral transmittance when the light incident angle on the dichroic mirror 532b is 45 °. The dichroic mirror 532b is a type that reflects B light and transmits G light.
[0334]
According to the configuration of the present embodiment, since the spectral performance in the case of color separation matches the spectral performance in the case of color synthesis, the spectral performance shown in (a) and (b) of FIG. Can be reflected.
[0335]
For comparison, a description will be given of the case of the configuration shown in FIG. If the optical axis 541a of the illumination light is configured to enter the liquid crystal display panel 81 at 5 °, the optical axis 541a of the illumination light and the optical axis 541b of the projection light form an angle of 10 °, and the dichroic mirror 523a of the illumination light The incident angle to 523b is 40 °, and the incident angle of projection light to the dichroic mirrors 523a and 523b is 50 °. The spectral transmittance when the incident angle is 40 ° and when the incident angle is 50 ° is shown in FIGS. 85 (a) and 85 (b). (a) shows the spectral transmittance of the dichroic mirror 523a, and (b) shows the spectral transmittance of the dichroic mirror 523b. In the figure, the solid line indicates the incident angle of the light beam is 40 °, and the dotted line indicates the incident angle of the light beam is 50 °. Shows the case. From FIG. 85, due to the wavelength shift depending on the incident angle, the spectral performance of the illumination light and the spectral performance of the projection light are significantly different, and it is difficult to obtain the desired color purity without reducing the light utilization efficiency. Understand.
[0336]
In order to perform color display with one liquid crystal display panel 81, the configuration shown in FIG. 86 or 87 is employed. 86 uses the display panel (display device) 81 of the present invention including the color filter 471 shown in FIGS. 57 to 60 as a light valve. When the polarizing plate 331 is used, one of the incident side 331a and the emission side 331b is disposed.
[0337]
Of course, both the incident side and emission side polarizing plates 331a and 331b may be arranged. When both polarizing plates 331a and 331b are used, it is important that the polarizing axes of the polarizing plates 331a and 331b are matched (see the arrangement of the polarizing plates 331a and 331b in FIG. 38A). In this case, the light passing through the polarizing plate 331a becomes linearly polarized light. When the liquid crystal layer 87 is in a transparent state (light transmission state), the linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer 87 while maintaining the polarization state. Therefore, the output side polarizing plate 331b does not lose light, so that strong output light can be obtained. On the other hand, when the liquid crystal layer 87 is in the light scattering state, the light incident on the liquid crystal layer 87 is scattered, so that the linearly polarized state is lost. Accordingly, about half of the light is absorbed by the polarizing plate 331b on the emission side.
When the liquid crystal layer 87 is in a scattering state, the display is black. The fact that light is absorbed by the output-side polarizing plate 331b means that the light reaching the screen is reduced during black display, so that the display contrast is improved.
[0338]
From the above, in a projection display device that uses a display panel that forms an optical image as a change in the light modulation state as a light valve, the polarization axis 331a of the polarizing plate 331a on the incident side of the display panel and the polarizing plate 331b on the outgoing side. It is important to make the polarization axis substantially coincide. The reason why they substantially coincide is that even if the polarizing axis of the polarizing plate is slightly deviated, the display contrast is only slightly lowered, and there is no practical problem. Note that the deviation of the angle of the polarization axis is preferably within 20 °.
[0339]
In the above description, the polarizing plates 331 are arranged on the incident side and the emission side of the display panel. However, it should be considered that the configuration of FIG. 88 is also included. In FIG. 88, reference numeral 881 denotes a polarizing screen. As an example, when the polarizing screen 881 is “reflective”, a configuration in which a reflecting plate and a polarizing plate are bonded is applicable. For example, it is sold by Arisawa Manufacturing Co., Ltd. Further, when the polarizing screen is “transmission type”, a polarizing plate and a diffusing plate or the like to be a screen are bonded. Therefore, the polarizing screen may be transmissive or reflective. When linearly polarized light that coincides with the polarization axis of the polarizing screen 881 is incident, the linearly polarized light is reflected by the polarizing screen or transmitted through the polarizing screen. Conversely, when linearly polarized light perpendicular to the polarization axis of the polarizing screen is incident, it is absorbed by the polarizing screen.
[0340]
The display device of FIG. 88 includes a polarizing plate 331a on the incident side of the display panel, but does not have the polarizing plate 331b on the emission side. Instead, a polarizing screen 881 is arranged. The polarizing screen 881 functions as the polarizing plate 331b. The display device of FIG. 88 can also realize high contrast display as in the previous embodiment (FIG. 86). The reason and the operation of the projection display device may be considered by replacing the polarizing plate 331b and the polarizing screen 881 on the emission side in the above description, and thus the description is omitted.
[0341]
In the description of FIGS. 86 and 88, the projection display device using one display panel has been described. However, the technical idea of substantially matching the polarization axis of the incident-side polarizing plate 331a with the outgoing-side polarizing plate 331b (or the polarizing screen 881) is that a plurality of display panels such as FIG. 71, FIG. 79, and FIG. Needless to say, the present invention can also be applied to a projection display device to be used. Further, it is more preferable that the direction of the polarization axis of the polarizing plate 331 or the like is set in consideration of the direction in which the “polarization dependency” occurs, as described with reference to FIGS. 32 to 34, 36, and 37. . Further, the polarizing means is not limited to the polarizing plate 331, and a polarizing beam splitter or the like may be used.
[0342]
When the display panel is not provided with a color filter, the display panel is configured as shown in FIG. White light from the light source 521 is separated into three primary color lights of R, G, and B by three dichroic mirrors 523. On the incident side of the liquid crystal display panel 81, a microlens array 581 in which microlenses 528 corresponding to a set of three pixels 101 of R, G, and B are arranged in a matrix is arranged. A transparent member 391 is connected to the emission side of the display panel via a transparent bonding layer. The directions of the primary colors of R, G, and B are changed by the microlens and are incident on the pixels that modulate the R, G, and B lights.
[0343]
Next, a description will be given of a projection display apparatus in which the projection optical system is further improved to ensure good color reproducibility and realize high brightness display and high contrast display. A projection display device using a PD liquid crystal display panel as a light valve has an advantage that a bright projection image can be obtained. However, when a projection lens having a small effective F number is used, most of the light scattered in the black display state is caused by the projection lens. It will be condensed and black floating will occur. As a result, the contrast of the projected image decreases. When a projection lens having a large effective F number is used, high contrast is obtained, but light that cannot be collected in a white display state is generated, so that light loss occurs. In order to suppress the light loss, it is necessary to increase the effective F number of the illumination light in accordance with the effective F number of the projection lens.
[0344]
When forming illumination light having a large effective F number, that is, having good parallelism, it is difficult to obtain high light utilization efficiency due to increased light loss unless a light emitter close to a point light source is used. On the other hand, the light emitter of a metal halide lamp generally known as a short arc type has a length of about 5 to 10 mm, and the light emitter of a xenon lamp known to be close to a point light source has a length of about 2 to 4 mm. . When the light emitted from these illuminants is efficiently collected to form light that illuminates the light bulb, in any case, there is a certain irradiation angle, so the effective F number of the projection lens matches this. It is necessary to let
[0345]
In order to increase the effective F number of the illumination light without increasing the light loss, if the size of the light emitter is reduced, a general lamp has a problem because the light emission characteristics such as life characteristics are extremely deteriorated. . Although it is effective to use a light valve having a relatively large display area with respect to the light emitter, it is difficult to construct a compact projection display device, and there is a problem because the cost increases.
[0346]
Therefore, in order to construct a projection display device using a PD liquid crystal display panel with little light loss and obtain a bright and high-contrast projection image, it is necessary to match the effective F number of the illumination light with the effective F number of the projection lens. is there. Since the projection lens provides the minimum necessary opening for the light emitted from the light valve, stray light in the projection lens can be reduced, and a projected image with high contrast can be obtained.
[0347]
Further, it is preferable that the effective F number of the illumination light and the effective F number of the projection lens are matched well at every point on the display area of the light valve. In particular, when a PD liquid crystal display panel is used as the light valve, it is important to make the contrast uniform over the entire area of the projected image. For this purpose, it is necessary to favorably restrict the illumination light irradiation angle and the converging angle of the projection lens not only on the on-axis point on the light valve but also on any off-axis point. Conventionally, it has been difficult to control the effective F number of the illumination light and the effective F number of the projection lens as described above, and as a result, the image quality of the projected image is deteriorated.
[0348]
FIG. 90 is a block diagram of a projection display apparatus according to the present invention that solves the above problems. The projection display device of the present invention includes a light emitter 592 as light generating means, a light collecting means for collecting light emitted from the light emitter, a light transmitting means for receiving light emitted from the light collecting means, a light The display panel (light valve 81) of the present invention as light modulation means illuminated by light emitted from the transmission means, a projection lens 591 as projection means for projecting an optical image on the light valve 81 onto the screen, a light A first aperture stop 596 disposed on the incident side of the bulb 81 and a second aperture stop 598 disposed on the exit side of the light valve 81 are provided.
[0349]
The light transmitting means includes an input part converging lens array 594, a central part converging lens array 595, and an output part converging lens 597. The input part converging lens array 594 includes a plurality of input part converging lenses 599 arranged two-dimensionally, The central convergent lens array 597 is formed by two-dimensionally arranging a plurality of central convergent lenses 600 paired in the same number as the plurality of input convergent lenses 599.
[0350]
Each of the input part converging lenses 599 forms a plurality of secondary light emitters in the vicinity of the main plane of each of the corresponding central part converging lenses 600, and each of the central part converging lenses 600 corresponds to the output part converging lens 597. Each of the object images in the vicinity of the main plane of each of the input unit converging lenses 599 is formed in the vicinity of the effective display area of the light valve 81 as a superimposed form, and the output unit converging lens 597 emits light emitted from a plurality of secondary light emitters. The projection lens 591 is effectively reached.
[0351]
The first aperture stop 596 is disposed in the vicinity of the plurality of secondary light emitters, and the optical element interposed in the optical path from the first aperture stop 596 to the second aperture stop 598 includes the first aperture stop 596 and the second aperture stop 598. The first aperture stop 596 has an opening shape that selectively allows light passing through the effective region of the secondary light emitter to pass through, and the second aperture stop 598 is the whitest of the light valve. In the display state, it has an aperture shape that selectively allows light that has passed through the first aperture stop 596 to pass therethrough.
[0352]
Hereinafter, first, the basic configuration of the optical system of the projection display apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The projection display apparatus mainly includes a metal halide lamp 521a as a light generating means, a parabolic mirror 521b, a light source 521 including a UV-IR cut filter 521c, an input part converging lens array 594, a central part converging lens array 595, and an aperture 596. , An output unit converging lens 597, a liquid crystal display panel 81, a projection lens 591 as projection means, and a diaphragm 598. The projection lens 591 includes a front lens group 591a and a rear lens group 591b. The output unit converging lens 597 and the rear group lens 591b have a diaphragm 596 and a diaphragm 598 in a conjugate relationship with each other.
[0353]
The input unit converging lens array 594 includes a plurality of input unit converging lenses 599 arranged two-dimensionally. FIG. 91 shows an example of the configuration. Ten input unit converging lenses 599 having rectangular openings are arranged so as to be inscribed in a region of a perfect circle. The ten input unit converging lenses 599 are planoconvex lenses having the same aperture shape, and the ratio of the short side to the long side of the rectangular aperture is set to 4: 3. That is, the screen shape of the effective display area of the liquid crystal display panel 81 is used. If the screen shape is 16: 9, the input unit converging lens 599 is also set to 16: 9.
[0354]
The central convergent lens array 595 is configured by arranging a plurality of central convergent lenses 600 in a two-dimensional manner. The central convergent lenses 600 having the same number and the same aperture as the input convergent lenses 599 are arranged in the same manner as the input convergent lens array 594.
[0355]
An illumination procedure in the projection display apparatus will be described. The light emitted from the light emitter 592 of the metal halide lamp 521a is reflected by the parabolic mirror 521b, travels substantially parallel to the optical axis 604, and enters the input unit converging lens array 594. Since the cross-sectional shape of the light emitted from the parabolic mirror 521b is generally a perfect circle, the input unit converging lens array 594 is configured such that the sum of the apertures of the input unit converging lens 599 is inscribed therein. The light that has passed through the input unit converging lens array 594 is divided into the same number of partial light beams as the input unit converging lens 599, and each partial light beam illuminates the effective display area of the liquid crystal display panel 81.
[0356]
The light that has passed through the input unit converging lens 599 is guided to the opening of the corresponding central unit converging lens 600 and converged. Secondary light emitters, for example, 601A and 601B are formed on the respective apertures of the central converging lens 600. An example of a plurality of secondary light emitters 601 formed on the central convergent lens array 595 is schematically shown in FIG. Each of the central convergent lenses 600 effectively transmits the corresponding light onto the display area of the PD liquid crystal display panel 81. Specifically, an object on the main plane of the corresponding input unit converging lens 599, for example, a real image 603 of 601A and 601B is formed in the vicinity of the display area of the PD liquid crystal display panel 81. However, each central convergent lens 600 is appropriately decentered, and a single real image 603 is formed by superimposing a plurality of images.
[0357]
According to the above configuration, the display area of the PD liquid crystal display panel 81 and each aperture of the input unit converging lens 599 are approximately conjugate to each other. Therefore, if the aperture of the input unit converging lens 599 is made similar to the display area of the PD liquid crystal display panel 81, the light loss can be suppressed by matching the section of the illumination light with the shape of the display area. Therefore, the input part converging lens array 594 shown in FIG. 91 is preferably used in combination with a PD liquid crystal display panel 81 that displays an image with an aspect ratio of 4: 3 corresponding to NTSC.
[0358]
Note that all the configurations, shapes, technical ideas, and functions described so far are applied to the PD liquid crystal display panel in this configuration. For example, the display method of FIGS. 1 and 2, the circuit configurations of FIGS. 3 and 4, the panel configurations of FIGS. 25 to 29, FIGS. 39 to 45, FIGS. 53 to 68, 69, and 70, FIGS. 37 is a configuration and driving method related to the countermeasure for polarization dependence in FIG. 37 and the driving method in FIGS. 18 to 22. Further, the display panel is not limited to the PD liquid crystal display panel, and may be a display panel to which PLZT is applied, a TN and STN liquid crystal display panel.
[0359]
In general, light emitted from a concave mirror such as a parabolic mirror has a relatively large brightness unevenness. If light with large brightness unevenness is transmitted as it is to illuminate the PD display liquid crystal display panel 81, the uniformity of the brightness of the projected image decreases. If illumination is performed using only a region where the brightness is relatively uniform, light that cannot be used increases, so that light use efficiency decreases. On the other hand, the projection display device of the present invention has an advantage that it is possible to obtain a projection image with high light utilization efficiency and excellent brightness uniformity. The reason is described below.
[0360]
The input unit converging lens array 254 divides light with large brightness unevenness into a plurality of partial light beams. The brightness unevenness of each partial light beam on the aperture of the input part converging lens 599 is smaller than the brightness unevenness of the cross section of the light beam before splitting. Each of the central converging lenses 600 enlarges a partial light beam with less unevenness of brightness to an appropriate size and superimposes it on the display area of the PD liquid crystal display panel 204. Therefore, it is possible to realize illumination with good brightness uniformity.
[0361]
Since the sum of the apertures of the input unit converging lens 599 is inscribed in the cross section of the incident light beam, the light loss in the input unit converging lens array 594 is small. Further, since each of the apertures of the central convergent lens 600 is sufficiently large with respect to the secondary light emitter 592, there is little light loss in the central convergent lens array 595. Furthermore, since the cross section of the light incident on the PD liquid crystal display panel 81 is matched with the shape of the display area, the light loss in the PD liquid crystal display panel 81 is small. Accordingly, most of the light emitted from the light emitter 592 is reflected by the parabolic mirror 521b, and the input part converging lens array 594, the central part converging lens array 595, the output part converging lens 597, and the PD liquid crystal display panel 81 are reflected. It passes through and reaches the projection lens 591. Therefore, if light loss in the projection lens 591 is suppressed, high light utilization efficiency is realized, and a bright projected image with excellent brightness uniformity is obtained.
[0362]
By the way, since a plurality of secondary light emitters 592 are discretely formed on the central convergent lens array 600, the effective F number of the illumination light in this case is equivalent to the total area of the secondary light emitters 592. It is necessary to determine from the irradiation angle converted to. On the other hand, the condensing angle of the light emitted from the PD liquid crystal display panel 81 at the most angle with the optical axis 604 is larger than this equivalent irradiation angle. Therefore, in order to suppress light loss, it is necessary to make the effective F number of the projection lens 591 smaller than the effective effective F number of the illumination light. This is problematic in the case of the PD liquid crystal display panel 81 because it reduces the contrast of the projected image.
[0363]
On the other hand, in the projection display apparatus of the present embodiment, the apertures on the illumination light side and the projection lens side can both be made the minimum necessary size without increasing light loss by the action of the diaphragm 596 and the diaphragm 598. Therefore, it is possible to suppress a decrease in contrast. Specifically, the aperture of the diaphragm 596 on the illumination light side is shaped as shown in FIG. 92 in accordance with the effective area of the secondary light emitter 592 formed discretely. Dashed lines correspond to the respective apertures of the central convergent lens 660 of FIG. In addition, since a real image of the secondary light emitter 592 is formed on the aperture of the diaphragm 591 on the projection lens side, the aperture shape of the diaphragm 598 is also the same as the aperture shape of the diaphragm 596. Thereby, since the light that has passed through the diaphragm 596 passes through the diaphragm 598, high light utilization efficiency can be realized. At the same time, since the projection lens 591 provides the minimum necessary opening required by the illumination light, a display image with high contrast can be realized. As a result, it is possible to provide a bright and high-quality projection image quality, so that a very large effect can be obtained.
[0364]
The input part converging lens array 594, the central part converging lens array 595, the diaphragm 596, and the diaphragm 598 used in the projection display device of the present invention are preferably configured as follows. FIG. 93 shows the configuration of the central convergent lens array 595 in this case. In general, the size of the secondary light emitter 592 is larger as that formed by the input part converging lens 599 located near the optical axis. Therefore, the apertures of the central convergent lens 600 do not necessarily have to be the same, and may have a necessary and sufficient size for each of the secondary light emitters 601. If the central convergent lens array 595 is configured by aggregating and arranging a plurality of central convergent lenses 600 having different apertures effectively, there is an advantage that the sum of the aperture areas can be reduced. The input part converging lens array 594 combined with the central part converging lens array 595 is configured in the same manner as that shown in FIG. 94, and each of the input part converging lenses is appropriately decentered so that the center of the aperture of the corresponding central part converging lens 600 is obtained. The secondary light-emitting body 601 may be formed.
[0365]
In this case, an aperture-shaped stop 596 shown in FIG. 95 may be used instead of the stop 596 on the illumination light side. The same applies to the stop 598 on the projection lens side. Thereby, there is an advantage that the aperture diameter of the central convergent lens array 595 can be reduced and the lens diameter of the projection lens 591 can be reduced without causing optical loss.
[0366]
As described above, the projection display apparatus according to the present embodiment has a greater effect when a plurality of secondary light emitters are discretely formed to illuminate the light valve. Even when a projection lens having a large maximum condensing angle is used, the minimum necessary opening for light emitted from the light valve can be provided by providing a diaphragm having a plurality of discrete openings. As a result, a bright projected image with high contrast can be obtained.
[0367]
FIG. 89 shows the configuration of a projection display apparatus that can display a color image using three display panels 81 of the present invention based on FIG. The metal halide lamp 521a forms a light emitter 592 that emits light including three primary colors. The display areas of the PD liquid crystal display panels 81b and 81c are illuminated by the same procedure as that shown in FIG. However, the illumination light is decomposed into three primary color lights by the functions of the dichroic mirrors 523a and 523b and the flat mirror 531a, and guided to the corresponding display areas of the PD liquid crystal display panel 81, respectively.
[0368]
In the PD liquid crystal display panel 81, an optical image corresponding to the three primary colors is formed on each display area in accordance with a video signal supplied from the outside. The projection lens 591 includes a front lens group 591a and a rear lens group 591b, and enlarges and projects an optical image of three primary colors on a screen. The light emitted from the PD liquid crystal display panel 81 is combined with one optical path by the action of the dichroic mirrors 523c and 523d and the flat mirror 531c, so that a full-color projection image is obtained.
[0369]
The diaphragm 596 on the illumination light side and the diaphragm 598 on the projection lens side are the same as those shown in FIG. 90 or 93 and are used for the same purpose. The output unit converging lens 597 and the rear group lens 591b are appropriately configured so that the diaphragm 596 and the diaphragm 598 are in a conjugate relationship with each other. With the configuration described above, it is possible to realize a color display projection display device that does not have color reproducibility and has high luminance and high contrast display. The other points have been described with reference to FIG.
[0370]
The above projection display apparatus has been described as a front projection display apparatus in which the screen 542 and the optical block are separated, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 72, a rear projection display apparatus in which a screen 542 and an optical block 702 are integrated in a cabinet may be used. Needless to say, FIG. 71, FIG. 79, FIG. 80, and the like correspond to the optical block. The light output from the optical block is reflected by mirrors 531 a and 531 b and projected onto the screen 542.
[0371]
The video signal display method of the present invention and a display device (display panel) using the video signal display method can be applied to a viewfinder used as a playback image display device such as a video camera. The viewfinder means a light source, a liquid crystal display panel, and a lens for enlarging an image of the liquid crystal display panel. The viewfinder for a video camera described below and a head mounted display This corresponds to the configuration of the image display unit. FIG. 96 is an external view of the viewfinder of the present invention. Reference numeral 668 denotes an eyepiece cover, and 669 denotes a mounting bracket for the video camera. Reference numeral 667 denotes a body, and a lens 663, a display panel 81, and the like are stored in the body 667.
[0372]
FIG. 97 shows the internal structure of the body 667 shown in FIG. Reference numeral 661 denotes a light emitting element, 663 denotes a condenser lens, and 666 denotes a magnifying lens. As an example, the diagonal length of the display area of the display panel 81 is 28 mm, and the condenser lens 663 has an effective diameter of 30 mm and a focal length of 15 mm. A light emitting element 661 is disposed in the vicinity of the focal point of the condenser lens 663. The condenser lens 663 is a plano-convex lens, and the plane is directed to the light emitting element 661 side. An eyepiece ring 665 is attached to the end of the body 667. A magnifying lens 666 is attached to the eyepiece ring 665. The inner surface of the body 667 is black or dark for absorbing unnecessary light.
[0373]
Reference numeral 662 denotes a light shielding plate having a circular hole in the center. The light emitting element 661 has a function of reducing a region where light is emitted from the light emitting element 661. When the hole area increases, the display image on the display panel 81 becomes brighter, but the contrast decreases. This is because the amount of light incident on 663 by the condenser lens increases, but the directivity of the incident light deteriorates. When the diagonal length of the display area of the display panel as described above is 28 mm, the area that emits light should be 15 mm 2 or less. This corresponds to the diameter of a pinhole having a diameter of about 4 mm or more. Preferably, it should be 10 mm 2 or less. However, if the diameter of the hole is made too small, the directivity of light becomes unnecessarily narrow, and when the viewfinder is viewed, the display screen becomes extremely dark just by slightly shifting the viewpoint. Therefore, the area of the hole should be at least 2 mm2. As an example, when the hole diameter is a straight line of 3 mm, the brightness of a display screen equivalent to that of a viewfinder using a conventional surface light source can be obtained, and the contrast at that time is also good. The region that emits light, that is, the hole diameter should be considered to be in the range of 0.5 mm to 5 mm in diameter. However, this is a case where the diagonal length of the display screen is 28 mm. As the diagonal length increases, the optimum hole diameter also changes according to the diagonal length.
[0374]
Light emitted from the light emitting element 661 to a wide solid angle is converted into light that is close to parallel and has low directivity by the condenser lens 663, and enters from the counter electrode 88 side of the display panel 81. The observer sees the display image on the display panel 81 with his eyes in close contact with the eyepiece rubber 688. That is, the position of the observer's pupil is substantially fixed. When it is assumed that all pixels of the display panel 81 travel light straight, the condenser lens 663 is radiated from the light emitting element 661, and after the light incident on the effective area of the condenser lens 663 passes through the magnifying lens 666, All are incident on the pupil of the observer. Since the lens 666 functions as a magnifying lens, the observer can enlarge and view a small display image on the display panel 81.
[0375]
Since the position of the observer's pupil is substantially fixed by the eyepiece cover 668 in the viewfinder, the light source disposed behind the viewfinder may have a narrow directivity. In a conventional viewfinder that uses a light box using a fluorescent tube as a light source, only light that travels within a small solid angle in a certain direction from an area that is almost the same size as the display area of the display panel is used, and proceeds in another direction. Light is not used. That is, the light utilization efficiency is very poor.
[0376]
In the present invention, a light source having a small illuminant is used, and light emitted from the illuminant to a wide solid angle is converted into light almost parallel by the condenser lens 663. As a result, the directivity of the light emitted from the condenser lens 663 is narrowed. If the observer's viewpoint is fixed, the light having the narrow directivity described above is sufficient for the use of the viewfinder.
[0377]
Naturally, if the size of the light emitter is small, the power consumption is small. As described above, the viewfinder of the present invention utilizes the fact that the observer views the display image with the viewpoint fixed. A normal direct-view liquid crystal display device requires a certain viewing angle, but a viewfinder is sufficient for use if a display image can be satisfactorily observed from a predetermined direction. When the condenser lens 663 has no aberration and the transmittance is 100%, the luminance of the light emitter viewed through the condenser lens 663 is equal to the luminance of the light emitter itself. Assuming that the maximum transmittance of the display panel including the color filter, polarizing plate, image aperture ratio, etc. is 3%, the transmittance of the condenser lens 163 is 90%, and the brightness necessary for the viewfinder is 15 ft-L, the light source The required brightness is about 560 ft-L. Light emitting elements that satisfy these requirements include light emitting tubes such as cathode ray tubes and fluorescent tubes, fluorescent light emitting elements, xenon lamps, halogen lamps, tungsten lamps, metal halide lamps, LEDs, electroluminescence (EL), and other electronic devices. Examples thereof include a device that emits light by an operation, a device that emits light by discharge such as plasma or a display panel (PDP), and the like that emits light. Any of these light emitting elements may be used as the light generating means, but among them, a light emitting tube, an LED, and a fluorescent light emitting element are optimal in terms of low power consumption, small size, and white light emission. Among them, the Luna Pastel 07 series (7 mm diameter arc tube) of Mini Pyro Electric Co., Ltd. is optimal because of its low power consumption.
[0378]
In the display panel 81, when the voltage applied to each pixel is changed, the light scattering degree of the pixel changes. The light scattering degree is greatest when no voltage is applied, and the light scattering degree decreases when the applied voltage is increased. When light having narrow directivity is incident on the display panel 81 and the degree of light scattering is changed, the amount of light incident on the observer's pupil from that pixel changes. That is, since the luminance of the pixel as viewed from the observer changes, image display is performed using this.
[0379]
A mosaic color filter (not shown) is attached to the display panel 81. The pixel arrangement is a delta arrangement, and the number of pixels is about 100,000 pixels. The color filter 471 transmits any one of red, green, and blue. You may control the film thickness of each color with the structure of a color filter. The film thickness of the color filter is adjusted when forming the color filter. That is, the thickness of the color filter is changed between red, green, and blue. The film thickness of the liquid crystal on each pixel can be adjusted according to the color filter color depending on the film thickness of the color filter. In particular, PD liquid crystal display panels have poor scattering characteristics for long-wavelength light (red light). Therefore, if the liquid crystal layer thickness of the red pixel is made thicker than other blue and green pixels, the scattering characteristics can be improved, and the gradation of red, green and blue can be made uniform. . That is, the display panel 81 of the present invention having the configuration shown in FIGS. 57 to 60 may be used.
[0380]
A part of the light emitted from the display panel 81 enters the pupil of the observer, but the other light becomes stray light, which causes a reduction in the contrast of the display image. In order to avoid this problem, the inner surfaces of the body 667 and the eyepiece ring 665 are black or dark in order to prevent light reflection.
[0381]
The condenser lens 663 has a flat surface, that is, a surface having a large curvature radius, facing the light emitter 661. This is because the sine condition is easily satisfied and the luminance uniformity of the display image on the display panel 81 is improved. However, it goes without saying that the condenser lens 663 is not limited to the above-described plano-convex lens, and may be a normal positive lens.
[0382]
By adjusting the degree of insertion of the eyepiece ring 665 into the body 667, focus adjustment can be performed in accordance with the visual acuity of the observer. Since the position of the observer's eye is fixed by the eyepiece cover 668, the viewpoint position is hardly shifted during use of the viewfinder. If the viewpoint is fixed, the observer can see a good image even if the directivity of light to the display panel 81 is narrow. In order to make it look better, the radiation direction of light from the light emitting element 661 may be moved in an optimum direction. Therefore, it is preferable that a position adjustment mechanism is added to the light emitting element 661 so that the light emitting element 661 can be moved slightly back and forth or left and right.
[0383]
As described above, the viewfinder of the present invention efficiently collects the light emitted from the small light emitter of the light emitting element 661 to a wide solid angle by the condenser lens 663, and therefore the back of the surface light source using the fluorescent tube. Compared with the case of using a light, the power consumption of the light source can be greatly reduced.
[0384]
In FIGS. 96 and 97, the display panel 81 is described as a PD liquid crystal display panel from the viewpoint of facilitating the description, but the present invention is not limited to this. A light scattering modulation (DSM) liquid crystal or the like that modulates light by scattering and transmission may be used. It is also known that ferroelectric liquid crystals cause scattering when the film thickness is relatively thick. Therefore, a ferroelectric liquid crystal may be used. In addition, PLZT is known to form an optical image (perform light modulation) as a change in the light scattering state. The display panel of the present invention and the display device using the display panel include these. In addition, since a display panel to which the video signal display method of the present invention is applied, a TN liquid crystal display panel may be used.
[0385]
98 to 100 show an example of a configuration using a polarizing plate. FIG. 98 shows an example in which a polarizing plate 331 is disposed on the incident / exit surface of the PD liquid crystal display panel. Of course, it may be considered simply as a TN liquid crystal display panel. This is because the technical idea in the configuration of FIG. 98 is unknown and has novelty and inventive step.
[0386]
FIG. 99 shows a configuration in which a polarizing plate 331 a on the incident side 663 of the display panel is attached to the condenser lens 663. The condenser lens 663 is made rotatable. That is, by rotating the condenser lens 663, the angle of the polarization axis 332 between the incident-side polarizing plate 331a and the outgoing-side polarizing plate 331b can be adjusted. The angular deviation of the polarization axis directly affects the display contrast. Therefore, the angle adjustment of the polarization axis is important. Preferably, as shown in FIG. 100, the convex surface of the condenser lens 663 should be directed to the light emitting element 661 side. Although the sine condition is a little worse, there is no problem in practical use. Parallel light is incident on the polarizing plate 331a. Therefore, the display contrast is higher than in the case of FIG.
[0387]
The above matters are described in detail in JP-A-7-92443. The matters described in the above publication are applied or inserted in this specification as they are. The publication describes various configurations. For example, a configuration including the diaphragm 31 in FIG. 3, a configuration in which the body 667 in FIG. 11 is bent, and a configuration using the Fresnel lens 101 in FIG.
[0388]
【The invention's effect】
According to the liquid crystal display device of the present invention, since one frame of video information is displayed in a plurality of frame periods, the input progressive scanning video signal is displayed at a lower speed than when it is displayed as it is. Can do. As a result, even when a wide-band (high-speed data rate) progressive scanning video signal such as a personal computer or workstation is displayed on a display that is not good at high-speed scanning such as a matrix type liquid crystal display, image quality does not deteriorate. That is, the display need not be divided and driven as in the conventional example, or the number of shift registers in the source driving circuit can be greatly reduced. In addition, the occurrence of a luminance difference can be prevented and power consumption can be reduced.
[0389]
Further, in the display panel of the present invention, by adopting the H inversion driving as shown in FIG. 12 or the column inversion driving as shown in FIG. 14, the generation direction of the lateral electric field can be defined and the occurrence of flicker can be prevented. . Further, in the projection display device of the present invention, by adopting the driving method described with reference to FIGS. 16 to 17, it is possible to sufficiently prevent flicker and realize a good image display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a video signal display method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a video signal display device according to an embodiment of the present invention using an active matrix type liquid crystal display panel.
4 is a block diagram showing a more detailed configuration of the gate drive IC in FIG. 3;
5 is a timing chart of memory control signals input to the line memory in FIG. 3 and input / output image signals thereof.
6 is a timing chart of gate drive IC control signals input to the gate drive ICs 38 and 39 from the gate drive IC control circuit 36 in FIG. 3;
7 is a timing chart of gate drive IC control signals input to the gate drive ICs 38 and 39 from the gate drive IC control circuit 37 in FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a driving method according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a video signal processing apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a display device of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a video signal display device according to an embodiment of the present invention using an active matrix type liquid crystal display panel.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a video signal display method according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a video signal display method according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a video signal display method according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a video signal display method according to the present invention.
FIG. 16 is a block diagram of a display device of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram of a display device of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 22 is an explanatory diagram of a video signal display method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram of the operation of a polymer dispersed liquid crystal.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a plan view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a partial equivalent circuit diagram of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 29 is an explanatory diagram of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 30 is an explanatory diagram of P-polarized light and S-polarized light.
FIG. 31 is an explanatory diagram of P-polarized light and S-polarized light.
FIG. 32 is an explanatory diagram of a display device of the present invention.
FIG. 33 is an explanatory diagram of a display device of the present invention.
34 is an explanatory diagram of a driving method of a display device of the present invention. FIG.
FIG 35 is an explanatory diagram of a display device of the invention.
36 is an explanatory diagram of a display device of the present invention. FIG.
FIG. 37 is an explanatory diagram of a display device of the present invention.
FIG. 38 is a configuration diagram of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 39 is a sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 43 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 45 is a plan view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 46 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 47 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 48 is an explanatory diagram of a video signal processing system according to the present invention.
FIG. 49 is an equivalent circuit diagram of the previous gate type structure.
FIG. 50 is an explanatory diagram of a video signal processing method according to the present invention.
FIG. 51 is an equivalent circuit diagram of a common electrode type structure.
52 is an explanatory diagram of a display device of the invention. FIG.
FIG. 53 is a sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 54 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 55 is a partial plan view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 56 is a cross-sectional view of the switching element portion of the display device of the present invention.
FIG. 57 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 58 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 59 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 60 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 61 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
62 is an explanatory diagram of a driving method of a display device of the present invention. FIG.
FIG. 63 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 64 is an explanatory diagram of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 65 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
66 is an explanatory diagram of a display device of the present invention. FIG.
FIG. 67 is a sectional view of another embodiment of the present invention.
FIG. 68 is a sectional view of another embodiment of the present invention.
FIG. 69 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 70 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 71 is a block diagram of a projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 72 is a block diagram of a projection display apparatus in another embodiment of the present invention.
FIG. 73 is an explanatory diagram of a driving method of the present invention.
FIG. 74 is a graph of VT characteristics.
75 is an explanatory diagram of a display state of a liquid crystal display panel. FIG.
FIG. 76 is an explanatory diagram of a drive circuit according to the present invention.
FIG. 77 is an explanatory diagram of the driving method of the present invention.
FIG. 78 is an explanatory diagram of the driving method of the present invention.
FIG. 79 is a block diagram of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 80 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 81 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 82 is a perspective view of optical components of the projection display apparatus of the present invention.
FIG. 83 is an explanatory diagram of a method for improving the projection display apparatus of the present invention.
84 is a spectral characteristic diagram of reflecting the dichroic mirror of the projection display apparatus of the present invention shown in FIG. 83.
FIG. 85 is a spectral characteristic diagram of reflecting the dichroic mirror of the projection display apparatus of FIG.
FIG. 86 is an explanatory diagram of a projection display apparatus (when a color image is displayed on one display panel) in another embodiment of the present invention.
FIG. 87 is a configuration diagram of a projection display apparatus (when a color image is displayed on one display panel) in another embodiment of the present invention.
FIG. 88 is a block diagram of the projection display device of the present invention.
89 is a configuration diagram when a color image is displayed using the configuration of FIG. 90.
FIG. 90 is an explanatory diagram of a projection display apparatus according to another embodiment of the present invention.
91 is an explanatory diagram of FIG. 90. FIG.
FIG. 92 is an explanatory diagram of FIG. 90.
FIG. 93 is an explanatory diagram of FIG. 90.
FIG. 94 is an explanatory diagram of FIG. 90.
95 is an explanatory diagram of FIG. 90. FIG.
FIG. 96 is an external view of a viewfinder according to the present invention.
FIG. 97 is a sectional view of the viewfinder of the present invention.
FIG. 98 is a cross-sectional view of another embodiment of the viewfinder of the present invention.
FIG. 99 is a sectional view of another embodiment of the viewfinder of the present invention.
FIG. 100 is a sectional view of another embodiment of the viewfinder of the present invention.
FIG. 101 is a block diagram showing a configuration of a conventional video signal display device using an active matrix type liquid crystal display panel.
FIG. 102 is an explanatory diagram of problems of a conventional display device
103 is an explanatory diagram of a problem of a conventional display device. FIG.
104 is an explanatory diagram of a problem of a conventional liquid crystal display device. FIG.
FIG. 105 is an explanatory diagram of a problem of a conventional liquid crystal display device
[Explanation of symbols]
31 Display line selection circuit
32 Source signal processing circuit
33 Source drive circuit
35 Display method selection circuit
36, 37 Gate drive circuit control circuit
38 Gate drive circuit
40 A / D converter
41 line memory
42 D / A converter
43 Line memory control circuit
44 selector
81 LCD panel
86 TFT
87 Liquid crystal layer
88 Counter electrode
101 pixels
141 amplifier
142 Phase division circuit
143 Output switching circuit
144 Drive control circuit
151 Pixel electrode
153 Gate signal line
154 Source signal line
155 Light-shielding film
161 Counter substrate
162 Array substrate
163 Insulating film
171 Additional capacitor
181 Water droplet liquid crystal
182 polymer
231 Low dielectric film
232 Insulating film
263 Electric field lines
281 Liquid crystal molecules
311 Incident light
312 Normal
313 Vibration direction
315 P polarization axis
316 Light separation surface
317 P-polarized light
318 P polarization plane
319 Polarization axis of polarizing plate
331 Polarizing plate
332 Polarization axis
361 deflection beam splitter
372 Reflective electrode
373 connections
374 Insulating film
391 Transparent substrate
392 optical coupling layer
411 Convex
471 color filter
472 Dielectric thin film (UV absorbing film)
521 Light source
521a lamp
521b Concave mirror
521c UVIR cut filter
522 Relay lens
523 Dichroic Mirror
524 projection lens
526 aperture
531 Mirror
532 field lens
541 Optical axis
541a Incident ray (optical axis of incident ray)
541b Outgoing ray (optical axis of outgoing ray)
542 screen
551 Light separation surface
552 Auxiliary lens
553 Dichroic Prism
561 Light Absorption Film
562 Light entrance / exit surface
581 Micro lens array
582 Microlens
592 Luminescent body
594 Input unit convergence lens array
595 Central Converging Lens Array
596,598 aperture
597 Output unit convergence lens array
599 Converging lens for input section
600 Center convergent lens
601 Secondary light emitter
603 Real image
604 optical axis
663 condenser lens
665 eyepiece ring
666 eyepiece
667 body
668 Eyepiece rubber
669 mounting bracket
702 Reverse domain region

Claims (6)

マトリックス状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素に対向する対向電極と、
各画素ごとに接続されるスイッチング素子と、
マトリックスのライン方向に並ぶ複数の前記画素の前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子に接続される前記画素に映像信号を伝達するソース信号線と、
マトリックスのライン方向に直交する方向に並ぶ複数の前記画素の前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子に接続される前記画素を制御するゲート信号線と、
前記ソース信号線に映像信号を印加するソース駆動回路と、
前記ゲート信号線にゲート駆動信号を印加するゲート駆動回路とを具備し
前記ソース駆動回路は、画素に保持された電圧の対向電極の電位に対する極性を変化させる場合と、前記極性が同一の場合とで、同じ入力映像信号について、極性を変化させる場合は、極性が同一の場合に比べて、出力する映像信号の大きさを大きくすることを特徴とする液晶表示装置。
A plurality of pixels arranged in a matrix;
A counter electrode facing the plurality of pixels;
A switching element connected to each pixel ;
A source signal line connected to the switching elements of the plurality of pixels arranged in a line direction of the matrix, and transmitting a video signal to the pixels connected to the switching elements ;
A gate signal line connected to the switching elements of the plurality of pixels arranged in a direction orthogonal to the line direction of the matrix, and controlling the pixels connected to the switching elements;
A source driving circuit for applying a video signal to the source signal line;
The gate signal line; and a gate drive circuit for applying a gate drive signal to the source driver circuit, a case of changing the polarity with respect to the potential of the counter electrode of the voltage held by the pixel, and when the polarity is the same in, for the same input video signal, when changing the polarity, as compared with the case where the polarity is the same, the liquid crystal display device, characterized by increasing the size of the video signal to be output.
第1のゲート駆動回路と、
第2のゲート駆動回路とを具備し、
奇数画素行を制御する第1のゲート信号線は、前記第1のゲート駆動回路と接続されており、
偶数画素行を制御する第2のゲート信号線は、前記第2のゲート駆動回路と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
A first gate drive circuit;
A second gate driving circuit;
The first gate signal line for controlling the odd-numbered pixel row is connected to the first gate driving circuit,
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a second gate signal line for controlling the even-numbered pixel row is connected to the second gate driving circuit.
表示領域内で画像表示位置を移動できることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示装置。  The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an image display position can be moved within the display area. ソース駆動回路は、第1の前記ソース駆動回路と第2の前記ソース駆動回路から構成され、
奇数画素列に映像信号を印加する第1のソース信号線は、前記第1のソース駆動回路と接続されており、
偶数画素行に映像信号を印加する第2のソース信号線は、前記第2のソース駆動回路と接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の液晶表示装置。
The source driving circuit includes the first source driving circuit and the second source driving circuit,
A first source signal line for applying a video signal to the odd pixel columns is connected to the first source driving circuit;
4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a second source signal line for applying a video signal to an even-numbered pixel row is connected to the second source driving circuit. 5. .
液晶層への光入射側または光出射側に、位相差フィルムまたは位相差板が配置または形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の液晶表示装置。5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a phase difference film or a phase difference plate is disposed or formed on a light incident side or a light emission side to the liquid crystal layer. 光発生手段と、Light generating means;
前記光発生手段が放射する光を変調する請求項1から請求項5のいずれかに記載の液晶表示装置と、The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 5, which modulates light emitted by the light generating means;
前記液晶表示装置で変調された光を投射する投写レンズとを具備することを特徴とする投写型表示装置。A projection display device, comprising: a projection lens that projects light modulated by the liquid crystal display device.
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