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JPH05273522A - 表示デバイスおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents

表示デバイスおよびそれを用いた表示装置

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Publication number
JPH05273522A
JPH05273522A JP4347976A JP34797692A JPH05273522A JP H05273522 A JPH05273522 A JP H05273522A JP 4347976 A JP4347976 A JP 4347976A JP 34797692 A JP34797692 A JP 34797692A JP H05273522 A JPH05273522 A JP H05273522A
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JP
Japan
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signal
display device
light
liquid crystal
pixel electrode
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Pending
Application number
JP4347976A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Takahara
博司 高原
Hideki Omae
秀樹 大前
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高コントラスト表示を実現できる表示デバイ
スおよび表示装置を提供する。 【構成】 表示デバイスの表示領域にはマトリックス状
に画素電極Pおよび薄膜トランジスタTp、Tmが配置
され、電極基板の対向電極と画素電極間には高分子分散
液晶が狭持されている。対向電極の電位に対して正極性
の信号を出力するソースドライブIC11と負極性の信
号を出力するソースドライブIC12により画素電極に
信号が書き込まれる。正極性の信号と負極性の信号が同
時に画素電極に書き込まれないように、画素電極には2
つのトランジスタを形成するか、各ドライブICの信号
出力端にアナログスイッチを配置する。 【効果】 ソースドライブICとソースドライブICに
より±10(V)以上の高電圧駆動が容易に実現できる
ため、液晶膜厚を厚くしても駆動できる。したがって、
高輝度表示・高コントラスト表示を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として入射光を変調
し、光学像を形成する表示デバイスと、前記表示デバイ
スの表示画像をスクリーンに拡大投映する表示装置(以
後、液晶投写型テレビと呼ぶ)、およびビデオカメラ等
で録画中の映像を表示する表示装置(以後、ビューファ
インダ呼ぶ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶パネルを用いた表示デバイスは軽
量、薄型化が可能であることから研究開発が盛んであ
る。近年では液晶の旋光性を画像表示に応用したツイス
トネマチック(TN)モード液晶パネルを用いたポケッ
トテレビ装置が実用化されている。また、前記液晶パネ
ルを表示デバイスとして用いる液晶投写型テレビおよび
ビューファインダ等も実用化されている。
【0003】(図23)はアクティブマトリックス型液
晶パネルを用いた従来の表示デバイスの等価回路図であ
る。(図23)において、G1〜Gmはゲート信号線であ
り、その一端にはゲートドライブIC231が接続され
ている。ゲートドライブIC231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)を動
作状態にする電圧(以後、オン電圧と呼ぶ)または非動
作状態にする電圧(以後、オフ電圧と呼ぶ)を出力す
る。また、S1〜Snはソース信号線であり、その一端は
ソースドライブIC232に接続されている。
【0004】TFTのTij(ただし、i、jは整数)は
画素電極Pijに接続されている。画素電極Pijと対向電
極(図示せず)間にTN液晶(図示せず)を狭持してい
る。TN液晶は画素電極に入力された電圧により配向状
態が変化し、入射光を変調する。
【0005】以下、従来の表示デバイスの駆動回路につ
いて説明する。(図25)は従来の表示デバイスの駆動
回路のブロック図である。(図25)において、251
はビデオ信号を所定値まで増幅するアンプ、252は正
極性と負極性のビデオ信号を作る位相分割回路である。
なお、正極性とは対向電極の電位(以後、コモン電圧と
呼ぶ)に対して高電位を、負極性とは低電位を言う。2
53はフィールドもしくは1水平走査(1H)期間ごと
に極性が反転した交流ビデオ信号を出力する出力切り換
え回路、254は液晶パネル、255はソースドライブ
IC232およびゲートドライブIC231の同期およ
び制御を行うためのドライブIC制御回路である。
【0006】以下、従来の表示デバイスの駆動回路の動
作について説明する。まず、アンプ251では、ビデオ
信号の振幅が液晶の電気光学時性に対応するように利得
調整が行われる。次に利得調整されたビデオ信号は位相
分割回路252に入り、コモン電圧に対して正極性と負
極性の2つのビデオ信号が作られる。2つのビデオ信号
は出力切り換え回路253に入り、出力切り換え回路2
53は1H期間ごとに極性を反転したビデオ信号を出力
する。このように信号の極性を反転させるのは、液晶に
交流電圧を印加するためである。液晶は直流電圧が印加
されると分解し、劣化する。次に出力切り換え回路25
3からのビデオ信号はソースドライブIC232に入力
され、ソースドライブIC232はドライブIC制御回
路255の制御信号によりゲートドライブIC231と
同期をとって、液晶パネル254のソース信号線にサン
プリングされたビデオ信号を印加する。
【0007】(図26)は液晶への印加電圧Vと透過量
Tの関係を示すグラフである。なお、液晶への印加電圧
は交流である。したがって、(図26)のグラフで示す
印加電圧Vは実効値を示している。液晶への印加電圧V
がVr以上で光透過量が変化する。通常、電圧VrはTN
液晶の場合、1.5〜1.8(V)、光透過率Tが飽和
する電圧Vmは5.0〜6.0(V)程度である。
【0008】以下、従来の表示デバイスの動作について
(図23)を用いて説明する。説明を容易にするため、
ソースドライブIC232からはすべてのソース信号線
nに対し、V+もしくはV-なる信号電圧が出力される
ものとする。基本的に本明細書では信号電圧Vに補助信
号+を付加するときはコモン電圧に対し正極性の信号を
意味し、補助信号−を付加するときは負極性の信号を意
味するものとする。また、マトリックス状に配置された
任意の画素行をi、任意の画素列をjの補助記号を付加
して示すものとする。
【0009】まず、ゲートドライブIC231からゲー
ト信号線G1にオン電圧が出力され、他のゲート信号線
にはオフ電圧が出力される。すると、TFTのT1jはオ
ン状態となり、ソース信号線Sjに出力されている信号
+を取り込み、画素電極P1jに入力する。画素電極P
1j上の液晶は前記電圧により配向状態が変化し、入射光
を変調する。次にゲートドライブIC231はオン電圧
をゲート信号線G2に印加する。他のゲート信号線には
オフ電圧を印加する。すると、TFTのT2jはソース信
号線Sjに出力されている信号V-を取り込み、画素電極
2jに印加する。以上のように、ゲートドライブIC2
31はオン電圧出力位置をシフトしながら、画素電極P
ijに電圧を書きこんでいく。なお、以上のように1ゲー
ト信号線を走査するのに要する時間を1H期間と呼び、
ある画素電極に電圧が印加されてから次に前記画素に再
び電圧が印加されるまでの期間を1フィールド期間(以
後、1Fと呼ぶ)と呼ぶ。通常、1Fは1/60秒であ
る。また、2フィールドで1フレームと呼び、テレビ信
号は1フレームで一画面が形成される。
【0010】(図24)にソースドライブIC232が
ソース信号線に出力する出力波形241を示す。1H期
間ごとに出力される信号の極性が異なる。このようにソ
ースドライブIC232が1H期間ごとに異なる極性の
信号を出力し、表示デバイスを駆動する方法を1H反転
駆動と呼ぶ。(図24)のような信号が表示デバイスに
印加されると液晶パネルには水平ストライプの画像が表
示される。
【0011】ソースドライブIC232にはプラス電圧
V(P)とマイナス電圧V(M)が供給され、前記電圧
の範囲内で+Vmから−Vm内の信号を出力し、液晶パネ
ルを駆動する。なお、(図24)において画素に印加す
る信号の中央値V0は理想的にはコモン電圧と同一電位
である。しかし、TFTアレイのゲート信号線と画素電
極間に生じる寄生容量あるいはゲート信号線からの対向
電極間に発生するの影響などにより、中央値V0はコモ
ン電圧よりもマイナス方向に電位がレベルシフトしてい
るのが通常である。ただし、本明細書では、説明を容易
にするために信号の中央値V0とコモン電圧とは同一と
し、画素電極にV0電圧を入力することは、画素電極に
コモン電圧と同一電圧を入力するを意味する。この時、
画素電極P ij上の液晶は全く電圧が印加されず、配向状
態が変化しない。
【0012】従来の表示デバイスをライトバルブとして
用いた液晶投写型テレビの例として特開平2−2440
89号公報がある。これらはライトバルブとして前述の
TN液晶を応用した表示デバイスを用いている。光源と
してメタルハライドランプもしくはハロゲンランプが用
いられる。
【0013】液晶投写型テレビの構成は以下の通りであ
る。ランプから出力された光はダイクロイックミラーに
より赤色光、青色光、緑色光(以後、R光、B光、G光
と呼ぶ)の三原色の光路に分離させる。これらの三原色
の光は3枚の透過型の表示デバイスを照射する。表示デ
バイスは各R光、B光、G光に対して配置されており、
映像信号に基づいて光の透過率を変化させ、各色光の強
度変調を行う。変調された光は表示デバイスの出射側に
配置されたダイクロイックミラーにより、画像合成さ
れ、投写レンズによりスクリーン上に投写される。
【0014】従来のビューファインダとして特開昭62
−111233号公報が示される。なお、本明細書では
少なくとも発光素子などの光源と表示デバイスを具備
し、両者が一体となって構成されたものをビューファイ
ンダと呼ぶ。
【0015】従来のビューファインダの光発生手段とし
ては棒状の蛍光管を用いる。蛍光管は表示デバイスとし
て用いるTN液晶パネルの表示面積が1インチ程度と小
型の場合は直径が2〜5mmのものを用いる。TN液晶
パネルの表示画面が1インチ以上の場合は前記蛍光管を
複数本用いる場合が多い。蛍光管からは前方及び後方に
光が放射される。蛍光管の後方に放射される光を利用す
るために、蛍光管の背後には凹状の反射板を配置する。
前記反射板により蛍光管から後方に放射した光は前方に
反射される。蛍光管とTN液晶パネルの間には拡散板を
配置する。拡散板は蛍光管からの光を拡散させ、面光源
化するために用いられる。前記拡散板により面光源が形
成され、前記面光源からの光がTN液晶パネルに入射す
る。面光源の面積はTN液晶パネルの画像表示領域と同
一もしくはそれ以上である。TN液晶パネルの前後には
偏光板が配置される。拡散板とTN液晶パネル間に配置
された偏光板(以後、偏光子と呼ぶ)は面光源からの光
を直線偏光にする機能を有する。TN液晶パネルと表示
画面の観察者の間に配置された偏光板(以後、検光子と
呼ぶ)はTN液晶パネルに入射した光の変調度合いに応
じて、前記光を遮光する機能を持つ。通常、偏光子と検
光子は偏光方向が直交するように配置される。
【0016】以上のようにして、面光源が形成され、前
記面光源からの光は偏光子により直線偏光に変換され
る。TN液晶パネルは前記直線偏光を、印加される映像
信号に基づき変調する。検光子は変調度合いに応じて光
を遮光もしくは透過させる。以上のようにして画像が表
示される。表示画像は検光子と観察者間に配置された拡
大レンズにより拡大してみることができる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】前述の説明でも明らか
なように、従来のTN液晶パネルを用いた表示デバイス
では直線偏光の光を用いる必要がある。したがって、液
晶パネルの入射側と出射側には2枚偏光板を配置する必
要がある。偏光板は1/2以上の光を吸収するため、低
輝度画面しか得られないという課題がある。
【0018】同様の理由で、従来の表示デバイスを用い
て液晶投写型テレビを構成しても高輝度画像表示を行う
ことができない。さらには、偏光板で光を吸収して、偏
光板が発熱し、液晶パネルに前記熱が伝導して液晶パネ
ルを劣化をさせる。偏光板自身も光吸収により劣化し偏
光度が悪化する。
【0019】ビデオカメラは携帯性、操作性の点からコ
ンパクト・軽量であることが要求される。そのため、ビ
ューファインダ用ディスプレイとして、液晶パネルの導
入されつつある。ところが、現状では液晶パネルを用い
たビューファインダの消費電力はかなり大きい。例え
ば、TN液晶パネルを用いたビューファインダの消費電
力は、液晶パネルが約0.1W、光源が約1.0Wを消
費し、計1.1Wという例がある。ビデオカメラは、コ
ンパクト性および軽量性を確保するために、バッテリー
の容量が限られている。ビューファインダの消費電力が
大きい場合には、連続使用時間が短くなるので大きな問
題となる。
【0020】ビューファインダの消費電力が大きい原因
はTN液晶パネルに用いる偏光板の総合透過率が約30
%しかなく、光利用率が低いことである。また、蛍光管
および反射板からなるライトボックスは、輝度むらの少
ない面光源にする必要がある。そこで、TN液晶パネル
と蛍光管間に拡散板を配置する。光拡散度の低い拡散板
を用いると、蛍光間の発光パターンが現れ、それが液晶
パネルの表示画面を通して見え、表示品位を低下させ
る。そのため、拡散板は拡散度の高いものを用いるが、
一般に拡散度を高くすると拡散板の光透過率が低下し、
必要な輝度を得ようとすると光源からの光の出力量を多
くするしかない。これは光源の消費電力の増大を招く。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、高輝度
かつ高コントラスト表示が行える表示デバイス、および
前記表示デバイスをライトバルブとして用いた液晶投写
型テレビと、画像表示装置として用いたビューファイン
ダを提供することである。
【0022】第1の発明の表示デバイスは、対向電極に
印加するコモン電圧に対し、正極性の信号を出力する第
1の駆動回路と、前記電圧に対し負極性の信号を出力す
る第2の駆動回路と、マトリックス状に配置された画素
電極および前記電極に信号を入力する少なくとも第1と
第2のスイッチング素子が形成された基板とを具備した
ものである。スイッチング素子としてダイオード素子等
の2端子素子、トランジスタ素子等の3端子素子が例示
されるが、好ましくはトランジスタ素子等の3端子素子
を用いる。また、好ましくは一画素電極に2つのスイッ
チング素子を形成する。第1のスイッチング素子の一端
子と第1のドライブ回路の信号出力端子は第1の信号線
と接続され、正極性の信号を画素電極に入力できるよう
に構成されている。また、第2のスイッチング素子の一
端子と第2のドライブ回路の信号出力端子は第2の信号
線と接続され、負極性の信号を画素電極に入力できるよ
うに構成されている。かつ、第1と第2のスイッチング
素子は同時にオン状態とならないように制御されてる。
【0023】第2の発明の表示デバイスは、対向電極に
印加するコモン電圧に対し、正極性の信号を出力する第
1の駆動回路と、前記電圧に対し負極性の信号を出力す
る第2の駆動回路と、画素電極および前記電極に信号を
入力するスイッチング素子が形成された基板と、導通状
態と(ローインピーダンス状態)、(ハイインピーダン
ス状態)切断状態の2モードに変化できる第1および第
2の切り換えスイッチ回路を具備したものである。スイ
ッチング素子は好ましくはトランジスタ素子を用いる。
スイッチング素子の一端子は信号線に接続されている。
前記信号線の一端には第1の切り換えスイッチを介して
第1の駆動回路が接続され、他端には第2の切り換えス
イッチ回路を介して第2の駆動回路が接続されている。
第1の切り換えスイッチ回路と第2の切り換えスイッチ
回路は同時に導通状態とならにように制御されている。
つまり、信号線には第1のドライブ回路が出力する正極
性の信号と、第2のドライブ回路が出力する負極性の信
号が、同時に印加されないように、第1および第2の切
り換えスイッチ回路は制御される。スイッチング回路は
駆動回路の信号出力のタイミングと同期をとり、画素電
極に正極性または負極性の信号を入力する。
【0024】本発明の液晶投写型テレビは前述の本発明
の表示デバイスのいずれかを用いて構成したものであ
る。高分子分散液晶を用いることにより投写される画像
のスクリーン輝度を向上させる。また、各画素へ容易に
高電圧を書き込めるように構成したことにより、高コン
トラストを実現する。R,G,B用の3枚の表示デバイ
スを用いる。また、それぞれの液晶パネルにR,G,B
の3色の光を入射させるためにダイクロイックミラーか
らなる色分離光学系を具備し、表示デバイスの表示画像
をスクリーンに投射するための投写光学系を有してい
る。
【0025】本発明のビューファインダも、前述の本発
明の表示デバイスのいずれかを用いて構成したものであ
る。発光素子が放射する光を集光し、平行光に変換する
集光レンズと、集光レンズで集光された光を変調するた
めに本発明の表示デバイスを配置したものである。ま
た、接眼部には拡大レンズを配置し、前記表示デバイス
の表示画像を拡大して見やすくしている。
【0026】
【作用】本発明の表示デバイスには高分子分散液晶を用
いる。高分子分散液晶は光の変調を行うのに偏光板を用
いる必要がない。そのため、従来のTN液晶を用いた表
示デバイスに比較して、2倍以上の高輝度表示を行うこ
とができる。従来の表示デバイスでは、1つの駆動回路
で正極性と負極性の信号を出力していたが、表示デバイ
スの画素数が多くなると駆動回路(表示デバイスの信号
線に信号を出力する駆動IC)の動作周波数が高くな
り、出力信号の振幅を大きくできなくなる。現在の技術
レベルでは動作周波数が20(MHz)程度であれば、
信号の振幅は±6(V)以下、つまり、信号振幅が12
(V)以下程度まで設計可能であるが、これ以上は耐電
圧および耐熱の点から駆動回路のICを設計することは
困難である。信号振幅を大きくすることはICの発熱を
増大させることになり、誤動作あるいはICが破壊され
る。動作周波数を高くすることも発熱の原因となる。ま
た、信号振幅を大きくすることは、ICの出力バッファ
素子を大きくする必要がありICサイズも大きくなり、
コストの増大につながる。また、ICの製造のために特
殊なプロセスの導入も必要となる。
【0027】駆動回路の動作周波数を低下させるため、
表示領域を分割し、各分割した表示領域ごとに駆動回路
を配置し、それらを並列に動作させる方法がある。しか
し、この方法ではそれぞれの分割した表示領域に入力す
る信号のレベルが異なってしまい、分割した箇所で表示
領域の継ぎ目が発生するという課題があり好ましくな
い。現在、表示デバイスは100万画素以上の多画素数
化に向かっており、ますます、耐圧、耐熱性の問題から
駆動回路のIC設計および開発は困難になりつつある。
【0028】高分子分散液晶を用いた表示デバイスは偏
光板を用いないため、高輝度表示を実現できるが、コン
トラストが低いという課題がある。コントラストを高く
するには、電圧無印加状態での光散乱性能を向上させる
必要がある。光散乱性能を向上させるのは、液晶の膜厚
を厚くすればよい。しかし、液晶の膜厚を厚くすれば、
液晶を透過状態にする駆動電圧が高くなる。
【0029】本発明の表示デバイスでは、正極性の信号
を出力する駆動回路と負極性の信号を出力する駆動回路
を用いる。したがって、駆動回路が出力する信号の振幅
は比較的小さくとも、2つの駆動回路を組み合わせた際
の信号振幅は2倍にすることができる。たとえば、負極
性および正極性の信号を出力する駆動回路の振幅がそれ
ぞれ10(V)であれば、画素電極には10+10=2
0(V)電圧を印加できる。
【0030】正極性と負極性の駆動回路を用いることに
より、表示デバイスの画素電極に、充分な高電圧を印加
できる。したがって、高分子分散液晶を用いて、高コン
トラスト、かつ、高輝度表示を実現できる。また、一方
の駆動回路の信号振幅は従来の駆動回路に小さくてすむ
から、動作周波数が高くなっても充分対応できる。
【0031】本発明の液晶投写型テレビは、メタルハラ
イドランプなどの光源と、前記光源からの光をR光、B
光およびG光に分離する色分離光学系と、前記R光、B
光およびG各光路に本発明の表示デバイスを配置したも
のである。前記表示デバイスにより変調された光を投写
レンズにより、スクリーンに拡大投映し、大画面カラー
表示を実現する。
【0032】メタルハライドランプのアーク長は極力短
いものを用い、好ましくはアーク長は5mm以下であ
る。また、本発明の表示デバイスの対向電極を反射防止
構造をとり、不要反射を防止している。また、画素電極
を反射電極としてもよい。反射電極にすることにより画
素開口率が向上でき、より高輝度表示を実現できる。
【0033】本発明の液晶投写型テレビはライトバルブ
として本発明の表示デバイスを用いることにより、高輝
度かつ高コントラストの映像表示を実現している。
【0034】本発明のビューファインダは以下の通りで
ある。発光素子の小領域発光部から広い立体角に放射さ
れた光は、集光レンズにより平行に近く、指向性の狭い
光に変換される。前記光は光変調手段である本発明の表
示デバイスに入射する。表示デバイスは映像信号に応じ
て入射光を変調して表示画像を表示する。表示画像は観
察者の眼と表示デバイス間に配置された拡大レンズで拡
大してみることができる。
【0035】本発明のビューファインダでは光源の大き
さが小さくてすむため、光源の消費電力が従来の蛍光管
を用いるライトボックスに比較して小さくなる。また、
ビューファインダ全体を小型にすることが可能である。
また、高分子分散液晶を用いると、偏光板が不要であ
り、光利用率が高いので、消費電力を低減できる。
【0036】本発明のビューファインダの発光素子に
は、発光管、蛍光発光素子、LED(Light Emitting D
iode)を用いる。それぞれ、遮光板などにより小領域の
発光部を実現する。
【0037】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の表示デ
バイスについて説明する。(図3)は本発明の表示デバ
イスの断面図である。(図3)において、31はアレイ
基板であり、前記アレイ基板31上にはITOからなる
画素電極33、TFT34等が形成されている。32は
対向電極基板であり、その片面には対向電極35が形成
されている。対向電極35と画素電極33間には高分子
分散液晶が狭持されている。36はTFTに光が照射さ
れることを防止するためのブラックマトリックスであ
り、Crなどの金属薄膜で形成される。なお、本明細書
では液晶パネルなどのパネルに駆動用回路、たとえばド
ライブICを接続したものを表示デバイスもしくは液晶
表示デバイスと呼ぶ。
【0038】以下、簡単に本発明に用いる高分子分散液
晶について説明しておく。高分子分散液晶は、液晶と高
分子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パネルをPD液晶パネルと呼ぶ。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
たような構造をとるタイプである。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
と呼ぶ。前記2種類の液晶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う。
【0039】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。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。
【0040】これに対して、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。
【0041】なお、前述のPDLCおよびPNLCの液
晶の動きの説明はあくまでもモデル的な考え方である。
本発明の表示デバイスに用いるパネルはPD液晶パネル
とPN液晶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PD液晶パネルを例にあげて
説明する。また、PDLCおよびPNLCを総称して高
分子分散液晶と呼び、PD液晶パネルおよびPN液晶パ
ネルを総称して高分子分散液晶パネルと呼ぶ。液晶層の
樹脂成分を高分子と呼ぶ。
【0042】高分子分散液晶パネルの動作について(図
14(a)(b))を用いて簡単に述べる。(図14
(a)(b))は高分子分散液晶パネルの動作の説明図
である。(図14(a)(b))において、142は水
滴状液晶、141は高分子である。画素電極33にはT
FT(図示せず)等が接続され、TFTのオン・オフに
より画素電極33に電圧が印加される。電圧により画素
電極33上の水滴上液晶142の液晶配向方向を可変さ
せて光を変調する。(図14(a))に示すように電圧
を印加していない状態(OFF)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141と液晶とに屈折率差が生じ、入射光は散乱す
る。(図14(b))に示すように画素電極33に電圧
を印加すると液晶の方向がそろう。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141の屈折率
と合わせておくと、入射光は散乱せずにアレイ基板31
側より出射する。なお、対向電極35にはコモン電圧が
印加される。
【0043】本発明の液晶パネル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、単一もしくは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
っても良い。なお、先に述べた液晶材料のうちシアノビ
フェニル系のネマティック液晶またはフッ素系のネマテ
ィック液晶が好ましい。中でもフッ素系のネマティック
液晶は光による分解等が少なく、安定である。また、液
晶層の電荷保持率も90%以上と高く作製することがで
き、耐熱性も良好で好ましい。樹脂材料としては透明な
高分子が好ましく、熱可そ性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬
化性樹脂のいずれかであっても良いが、製造工程の容易
さ、液晶との分離等の点より紫外線硬化タイプの樹脂を
用いるのが好ましい。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。これらは、紫外線を照射すること
によって樹脂のみ重合反応を起こして高分子となり、液
晶のみが相分離する。
【0044】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々である。
【0045】オリゴマーもしく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。
【0046】また、重合を速やかに行う為に重合開始剤
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−ビ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバガイキ−
社製「イルガキュア651」)等が該当する。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
を適宜併用してもよい。
【0047】この際、高分子樹脂分と比較して液晶の量
が少ない場合には独立した粒子状の水滴状液晶が形成さ
れるし、一方、液晶の量が多い場合には、樹脂マトリク
スが液晶材料中に粒子状、または、ネットワーク状に存
在し、液晶が連続層を成すように形成される。この際に
水滴状液晶の粒子径、もしくはポリマーネットワークの
孔径がある程度均一で、かつ、大きさとしては0.5μ
m〜数μmの範囲でなければ入射光の散乱性能が悪くコ
ントラストが上がらない。なお、好ましくは水滴状液晶
の平均粒子径もしくはポリマーネットワークの平均孔径
は0.8μm〜3.0μmの範囲がよい。この為にも紫
外線硬化樹脂のように短時間で硬化が終了しうる材料で
なければならない。また、液晶材料と高分子材料の配向
比は90:10〜30:70であり、中でも50:50
〜90:10の範囲が好ましい。また、液晶36の薄膜
は10μm〜30μmの範囲が望ましく、中でも12μ
m〜20μmの範囲が望ましい。液晶37の膜厚は駆動
電圧と相関して定める。膜厚が20μm以上で入射光を
完全に散乱させる状態(以後、完全拡散状態と呼ぶ)と
なり、高コントラストが得られる。しかし、駆動電圧は
10(V)以上となる。駆動電圧は、液晶と高分子の配
向比、仕様材料等により大きく異なるが、フッ素系の液
晶を用い、液晶と高分子との配合比が80:20、液晶
膜厚が15μmの時、90%の光透過率となる電圧は約
7Vであった。
【0048】先の説明でも明らかなように高分子分散液
晶パネルは光の散乱と透過状態とを制御して画像を表示
する。コントラストが高い表示を得ようとすると散乱時
の光透過量(以後、散乱透過量と呼ぶ)を極力少なくす
る必要がある。理想的には完全拡散状態にする必要があ
る。完全拡散状態とは、パネルをどの方向からみても同
一輝度となる表示状態のことである。散乱透過量を少な
くするためには、液晶の膜厚を厚くすればよい。しか
し、厚くすれば(図26)に示す飽和電圧Vmおよび立
ち上がり電圧Vrが高くなってしまう。(図24)に示
すように画素を回路するソースドライブIC232は+
mと−Vmの信号を出力する必要がある。Vmが10
(V)以上のICの設計は耐熱、耐電圧の点から困難で
ある。実際に商品化されているTN液晶パネルではVm
は最大でも7(V)程度である。ドライブICの信号出
力振幅は液晶パネルの画素数が多くなるほど大きな振り
幅値を得ることが困難とある。理由は多画素数となるほ
ど一画素あたりの信号書き込み時間を短くする必要があ
り、それにともないソースドライブICの動作周波数を
高くする必要があるからである。高分子分散液晶を用い
た液晶パネルで十分なコントラストを得るためには、液
晶の膜厚を20μmもしくは20μmに近くにする必要
があり、その時の飽和電圧Vmは7(V)を越える。
【0049】(図3)は本発明の表示デバイスに用いる
液晶パネルに共通した基本構造である。しかし、液晶3
7は高分子分散液晶のみに限定するわけではない。たと
えば動的散乱モード液晶(以後、DSMと呼ぶ)なども
用いることができる。また、配向膜等が必要であるがT
N液晶を用いることができる。本発明の表示デバイスは
画素電極に高電圧を印加できる構成を特徴とするもので
ある。たとえば、TN液晶を本発明の液晶パネルに用い
た場合を考える。TN液晶パネルでは電圧を印加状態で
黒を表示するノーマリホワイトモード表示と電圧印加状
態で黒表示を得るノーマリブラック表示がある。ノーマ
リホワイトモード表示では高電圧を印加するほど良好な
黒表示が行える。本発明の表示デバイスでは容易に高電
圧を液晶に印加できるため、良好な黒表示が行える。し
たがって、高コントラスト表示を実現できる。もちろ
ん、高分子分散液晶を用いることにより、TN液晶パネ
ルを用いた表示デバイスに比較して2〜3倍以上の光利
用率向上を達成でき、高輝度表示を行えることは言うま
でもない。
【0050】本発明の表示デバイスに用いる液晶パネル
は、画素電極の下層に共通電極を形成し、前記共通電極
と画素電極間に電荷をたくわえる。つまり、付加コンデ
ンサを形成する。この方式を共通電極方式と呼ぶ。共通
電極方式と異なる方式にゲート信号線と画素電極間に付
加コンデンサを形成する前段ゲート方式がある。一画素
に複数のTFTを形成する場合、前記ゲート方式では寄
生容量が大きくなり、TFTの駆動能力が低下すること
があり好ましくない。また、隣接したソース信号線上、
たとえば(図1)のソース信号線Sm1とSp2上には絶
縁膜を形成する。これは、隣接したソース信号線間で直
流電圧が印加され、前記電圧による信号線上の液晶の劣
化を防止するものである。以上の事項は本発明の表示デ
バイスの共通事項である。
【0051】(図1)は本発明の表示デバイスの構成図
である。(図1)において11、12は駆動手段として
のソースドライブICである。ソースドライブIC11
・12およびゲートドライブICは、ガラス基板上に直
接ICチップを接続するガラスオンチップ技術で、液晶
パネルに実装しても良く、半導体プロセス技術によりガ
ラス基板上に直接ドライブICを形成しても良い。ま
た、プリント基板上にソースドライブICを実装してお
き、前記基板と液晶パネルの信号線とをフレキシブルな
フィルム基板を用いて接続しても良い。
【0052】ソースドライブIC11はプラスV(P)
が供給され、正極性の映像信号を出力する。ソースドラ
イブIC12にはマイナスV(M)が供給され、負極性
の映像信号を出力するものとする。以後、ソースドライ
ブIC(P)11をSIC(P)11、ソースドライフ
IC(M)12をSIC(M)12と呼ぶ。また、ゲー
トドライブIC(P)13をGIC(P)13、ゲート
ドライブIC(M)14をGIC(M)14と呼ぶ。ま
た、Tp11〜TpmnおよびTm11〜TmmnはTFT、P11
mnは画素電極、Sp1〜SpnおよびSm1〜Smnはソース
信号線、Gp1〜GpmおよびGm1〜Gmnはゲート信号線で
ある。また、本発明では一般的に正極性の映像信号に関
連する要素部品は補助記号pを付加し、負極性の映像信
号に関係する要素は補助記号mを付加する。なお、SI
C(P)はコモン電圧V0から+Vmの振幅の信号電圧
を、SIC(M)はコモン電圧V0から−Vmの振幅の信
号電圧を出力できるように構成されている。
【0053】(図1)で明らかなように、第1の本発明
の表示デバイスは1つの画素電極に2つのTFTが形成
され、前記2つのTFTはそれぞれ異なるゲート信号線
およびソース信号線に接続されている。このように一画
素に2つのTFTを形成した例は特開昭63−1834
8号公報にもみられる。前記公報は画素構成に冗長性を
もたせ、画素の表示欠陥を防止するものである。本発明
は複数のTFTを画素電極に信号を入力するため用いる
ものである。さらには、前記TFTの接続されたゲート
信号線とソース信号線は、隣接画素電極のTFTと接続
されたソース信号線とも異なる。たとえば、画素電極P
33にはTp33およびTm33の2つのTFTが形成され、前
記画素に隣接した画素電極P32にはTp32およびTm32
2つのTFTが形成されている。TFTのTp33はゲー
ト信号線Gp3およびソース信号線Sp3に接続され、同様
にTm33はゲート信号線Gm3およびソース信号線Sm3
p 32はゲート信号線Gp3およびソース信号線Sp2に、
m32はゲート信号線Gm3およびソース信号線Sm2に接
続されている。前述の各TFTは異なるゲート信号線お
よびソース信号線に接続されている。つまり、各画素は
それぞれ2つのTFTと2本のゲート信号線および2本
のソース信号線を具備していることになる。
【0054】以下、第1の本発明の表示デバイスの動作
について説明する。第1のフィールドではGIC(P)
13が動作し、ゲート信号線Gp1から順次オン電圧を印
加していく。それと同期してSIC(P)11は正極性
の信号をソース信号線に出力する。この信号をV+とす
る。ゲート信号線Gp1が選択されると、TFTのTp1j
(ただし、jは整数)がオンし、正極性の信号V+を画
素電極P1jに書き込む。同様にゲート信号線Gp2が選択
されると、TFTのTp2jがオンし、正極性の信号V+
画素電極P2j書き込む。以上の動作をゲート信号線Gpm
までくりかえすことにより第1フィールドが終了する。
第2フィールドではGIC(M)14とSIC(M)1
2が動作する。まず、ゲート信号線Gp1が選択されると
TFTのTm1jがオンし、SIC(M)12から出力さ
れた負極性の信号V-を画素電極P 1jに書き込む。同様
にゲート信号線Gmmまで繰り返すことにより第2フィー
ルドが終了する。前述の動作を1つの画素に着目して見
れば、各画素電極に書き込まれる信号の極性は1フィー
ルドごとに書きかわり、1フレーム周期の交流信号が書
き込まれて駆動されていることがわかる。このような駆
動方法を1F反転駆動と呼ぶ。
【0055】(図6)は表示デバイスに水平ストライプ
画像を表示するときのSICの出力波形である。(図
6)において61はSIC(P)11の出力波形、62
はSIC(M)12の出力波形である。以上のように、
SIC(P)11は正極性のビデオ信号の出力を、SI
C(M)12は負極性のビデオ信号の出力を担当する。
したがって、各SICに注目すれば各SICは正または
負の一方の極性のビデオ信号しか出力していない。つま
り、信号の振幅は従来のSICと比較して1/2にでき
る。たとえば、従来のSICが±7(V)の振幅の信号
を出力していれば正極性のビデオ信号のピークと負極性
の信号のピーク間では7+7=14(V)となるが、S
IC(P)11およびSIC(M)12は各7(V)の
出力ですむ。出力振幅の余裕は高振幅出力を出せるよう
に設計する。つまり、従来のソースドライブICの設計
技術を用いれば0Vから14Vの信号出力を行うことが
できる。本発明の表示デバイスのように正極性と負極性
のS11とSIC12を組み合わせば±14Vの振幅の
信号を出力できる。なお、Sへ補給する映像信号電位レ
ベルはあらかじめレベルシフトさせてSIC(P)11
およびSIC(M)12に適合するように電位レベルを
合わせて入力することは言うまでもない。
【0056】(図2)は第1の本発明の表示デバイスで
1H反転駆動を行う時の説明図である。GIC(P)1
3とGIC(M)14は交互にオン電圧をゲート信号線
を印加し、かつ、オン電圧を印加するゲート信号線は1
本とばしに選択する。SIC(P)11およびSIC
(M)12の動作は先の説明と同様である。GIC
(P)13がゲート信号線Gp1を選択するのと同期し
て、SIC(P)11はV+信号を各ソース信号線に出
力する。すると、TFTのTp1jはオン状態となり、前
記V+信号を画素電極P1jに書き込む。同時にGIC
(M)14はゲート信号線Gm2を選択し、TFTのT
m2jをオン状態にして、S1C(M)12からの出力信
号V-を画素電極P2jに書き込む。なお、GIC(P)
13がゲート信号線Gp 1を選択し、1H期間後にGIC
(M)14がGm2を選択するという順次駆動を行うこと
も可能である。次にGIC(P)13はゲート信号線G
p3を選択し、TFTのTp3jをオンさせ、V+電圧を画素
電極P3jに書き込む。同時にGIC(M)14はゲート
信号線Gm4を選択し、TFTのTm4jをオンさせ、V-
圧を画素電極P4jに書き込む。以上の動作をゲート信号
線GpmおよびGmmまで繰り返す。第2フィールドではG
IC(M)14はゲート信号線Gm1を選択し、画素電極
1jにV-電圧を書き込む。同時にGIC(P)13は
ゲート信号線Gm3を選択し、画素電極P1jにV+電圧を
書き込む。以下、第1フィールドと同様に、GIC
(P)13およびGIC(M)14は1本とばしごとに
ゲート信号線を選択し、画素電極に信号を書き込んでい
く。以上のようにして1H反転駆動が行える。
【0057】(図4)は本発明表示デバイスの駆動回路
のブロック図である。ビデオ信号はアンプ41によりビ
デオ出力振幅が液晶の電気光学特性に対応するように利
得調整が行われる。次に利得調整されたビデオ信号は位
相分割回路42に入り、正極性と負極性のビデオ信号が
作られる。正極性の信号はSIC(P)11に、負極性
の信号はSIC(M)12に印加される。
【0058】位相分割回路42は、より具体的には(図
5)に示すようにトランジスタ等を用いて構成すること
ができる。トランジスタのベース端子にビデオ信号が加
えられ、トランジスタのエミッタ端子およびコレクタ端
子からは正極性および負極性のビデオ信号が出力され
る。それぞれのビデオ信号はコンデンサにより直流成分
がカットされる。前記信号は1H周期の同期信号HDに
よりSWのスイッチがオンオフし、ペデスタルレベルが
固定されるようにクランプ電圧VcあるいはVdが加えら
れる。クランプ電圧は液晶の立ち上がり電圧Vrにあわ
せて調整される。次に電位レベルが固定された信号は、
その振幅が適正となるように調整されて負極性の信号は
ソースドライブIC12に、正極性の信号はソースドラ
イブIC11に加えられる。なお、前述の表示デバイス
の駆動回路は本発明の他の表示デバイスにおいても共通
である。もしくは少しの設計変更を行うことにより用い
ることができる。
【0059】また、対向電極35に印加されるコモン電
圧Vcmは抵抗RcとRdを用い、電圧Vの分圧により適正
値に調整される。コモン電圧が適正値からずれるとフリ
ッカが発生する。また、液晶の透過率の変化する。しか
し、高分子分散液晶の場合はTN液晶に比較して前記フ
リッカおよび透過率の変化はあまり大きくないため、コ
モン電圧の調整はラフでもよい場合が多い。
【0060】以下、本発明の他の実施例における表示デ
バイスについて説明する。(図7)は第2の本発明の液
晶パネルの構成図である。第1の本発明の表示デバイス
との差異はゲート信号線Gpi(ただし、iは整数)とG
miを共通にし、1つのゲートドライブIC71(以後、
GIC71と呼ぶ)に接続した点である。当然のことな
がらTFTのTmijとTpi+1 jは共通のゲート信号線Gi
に接続される構成となる。他の点は第1の本発明の表示
デバイスとほぼ同様の構成であるので説明を省略する。
【0061】以下、第2の本発明の表示デバイスの動作
について説明する。第1のフィールドではGIC71は
ゲート信号線G2にオン電圧を出力する。TFTのTm1j
およびTp2jはオン状態となり、それに同期してSIC
(P)11から正極性の信号V+が、SIC(M)12
から負極性の信号V-が出力される。各々の信号はTF
TのTm1jにより画素電極P1jにV-が、Tp2jにより画
素電極P2jにV+電圧が書き込まれる。次にGIC71
はゲート信号線G4にオン電圧を出力し、TFTのTm3j
およびTp4jをオン状態にする。先と同様にGIC71
の動作クロックに同期してSIC(P)11からV+
号が、SIC(M)11からV-信号が出力され、TF
TのTm3jにより画素電極P3jにV-信号が、Tp4jによ
り画素電極P4jにV+信号が書き込まれる。以上のよう
に第1フィールドではGICは偶数番目の信号線に順次
オン電圧を印加していき、2行の画素行にV-信号とV+
信号を書き込んでいく。なお、SIC(P)11とSI
C(M)12の出力信号は画像表示が水平ストライプ画
像の場合は(図6)と同様である。
【0062】第2のフィールドの動作状態の説明図を
(図8)に示す。今度は、GIC61は奇数番目のゲー
ト信号線に順次オン電圧を印加していく。ゲート信号線
1にオン電圧を印加すると、TFTのTp1jがオンとな
り、SIC(P)11の出力信号V+を画素電極P1j
書き込む。同様にゲート信号線G3にオン電圧を印加す
ると、TFTのTm2jおよびTp3jがオンとなりSIC
(P)11の出力信号V+が画素電極P3jに、SIC
(M)12の出力信号V-が画素電極P2jに書き込まれ
る。以上の動作をゲート信号線Gm-1まで繰り返す。以
上のことから液晶パネルは1H反転駆動が行われ、か
つ、各画素は1フレーム同期で交流駆動されてることが
わかる。第2の本発明では第1の本発明の液晶パネルに
比較して、ゲート信号線本数が1/2になっているた
め、画素閉口率が向上し、また、ゲート信号線間の電気
的短絡などの不良欠陥の発生をも減少させることができ
る。SIC(P)11およびSIC(M)12からの出
力信号設計は(図6)に示すように従来の表示デバイス
のソースドライブICの1H反転駆動の出力信号はな
い。つまり、(図14)に示すように1つのソースドラ
イブICが正極性と負極性の信号を出力することはな
く、一方の極性に固定されている。以上のように+Vm
から−Vmまで振幅信号にもないにもかかわらず、1H
反転駆動が行えることは第1の本発明と同様である。
【0063】なお、(図7)においてGIC61に偶数
番目のゲート信号線G2mを接続し、奇数番目のゲート信
号線G2m-1を接続する新たな第2のGICを配置すれ
ば、それぞれのGICは順次走査を行える。第1のフィ
ールドではGIC71が偶数番目のゲート信号線に順次
オン電圧を印加し、画素電極にV+またはV-電圧を書き
込む。第2フィールドでは新たに付加した第2のGIC
が奇数番目のゲート信号線に順次オン電圧を印加し、画
素電極にV+またはV-電圧を書き込む。つまり、GIC
71は第1フィールドのみ動作し、新たに付加した第2
のGICは第2フィールドのみを動作する。
【0064】以下、第3の本発明の表示デバイスについ
て説明する。(図9)は第3の本発明の表示デバイスの
構成図である。第1の本発明との差異は、各TFTの配
置位置が異なっている点と、ソース信号線本数が1/2
となり、交互に上下方向に引き出されて、SIC(P)
11、SIC(M)12と接続されたことにある。ま
た、一画素に2つのTFTのTpijとTmijが形成されて
いることは同様であるが、Tmijのソース端子は偶数番
目のソース信号線S2nに、Tpijのソース端子は奇数番
目のソース信号線S2n-1に接続されている。
【0065】以下、図面を参照しながら第3の本発明の
表示デバイスの動作について説明する。なお、SIC
(P)11はソース信号線Sjに正極性のVj+なる信号
を出力するものとする。また、SIC(M)12はソー
ス信号線Sjに負極性のVj-なる信号を出力するものと
する。まず、第1のフィールドではGIC(P)13が
動作する。ゲート信号線Gp1にオン電圧が印加されると
TFTのTp1jがオン状態となり、SIC(P)11か
ら出力されている信号Vj+を画素電極Pijに書き込む。
たとえば、画素電極P11にはV1+が、画素電極P12とP
13にはV3+が書き込まれる。次にGIC(P)13はオ
ン電圧出力位置をシフトさせ、ゲート信号線Gp2にオン
電圧を印加する。するとTFTのTp2jがオン状態とな
り、SIC(P)11の出力電圧をそれぞれの画素電極
に書き込む。以上の動作をゲート信号線Gpmまで行い、
第1のフィールドは終了する。第2のフィールドの動作
の説明図を(図10)に示す。第2フィールドではSI
C(M)12とGIC(M)14が動作する。まず、G
IC(M)14はゲート信号線Gm1にオン電圧を出力す
る。すると、TFTのTm1jがオン状態となり、SIC
(M)82から出力された信号V2-を画素電極P1jに書
き込む。1H期間後、ゲート信号線Gm2にオン電圧が印
加され、TFTのTm2jがオン状態となる。したがっ
て、画素電極P2jにはV2+が書き込まれる。以上の動作
をゲート信号線Gmmまで行い、第2フィールドは終了す
る。以上のことから、たとえば、画素電極P11には第1
フィールドで信号V1+が、第2フィールドで信号V2-
書き込まれる。したがって、表示状態はV1+とV2-が重
なりあった表示となる。同様に前記画素に隣接した画素
電極P12には第1フィールドで信号V3+が、第2フィー
ルドで信号V2が書き込まれ、表示状態はV3+とV2-
重なり合った表示となる。一般的に、隣接した画素に書
き込まれる電圧は非常ににかよっている。したがって、
前述のように第1フィールドと第2フィールドで画素電
極に異なった電圧を書き込むといっても、その差はほと
んどない。したがって、(図9)の構成でも実用上十分
である。たとえば、ゲート信号線Gp1およびGm2にオン
電圧を印加し、画素電極P1jはVj+電圧を、画素電極P
2jにVj-電圧を書き込む。1H期間後、ゲート信号線G
p3およびGm4にオン電圧を印加し、画素電極P3jにVj+
電圧を、画素電極P4jにVj-電圧を書き込むというよう
に順次駆動を行えばよい。
【0066】以上の駆動方法は1フィールドごとに画素
に印加する信号極性を反転させる駆動方法(以後、1V
反転駆動と呼ぶ)である。GIC(P)13とGIC
(M)14を同時に、かつ、げーと信号線にオン電圧印
加する位置を1本とばしに行うことにより、第2の本発
明の表示デバイスの駆動方法で説明したように、1H反
転駆動をも行えることは明らかである。
【0067】以下、第4の本発明の表示デバイスについ
て説明する。(図11)は第4の本発明の表示デバイス
の構成図である。第3の本発明との差異はゲート信号線
pi +1とGmiを共通にしていることにある。ゲート信号
線GiはGIC71に接続されている。他の点は第3の
本発明の表示デバイスと同様であるので省略する。
【0068】以下、第4の本発明の表示デバイスの動作
について図面を参照しながら説明する。第1フィールド
ではまずGIC71はゲート信号線G2にオン電圧を印
加する。すると、TFTのTm1jおよびTp2jがオン状態
となり、ソース信号線に印加された信号を画素電極P1j
およびP2jに書き込む。その時の状態を(図11)に示
している。たとえば、画素電極P11およびP12にはV2-
が、画素電極P21およびP22にはV3+が書き込まれる。
1H期間後、GIC71はゲート信号線G4にオン電圧
を印加する。すると先と同様にTFTのTm3jおよびT
p4jがオン状態となり、たとえば、画素電極P32にV2-
が、P42にV3+が書き込まれる。以上のように、GIC
71は偶数番目のゲート信号線に順次オン電圧を印加し
ていき、第1フィールドが終了する。
【0069】第2フィールドではGIC71はゲート信
号線G1にオン電圧を印加する。するとTFTのTp1j
オン状態となり、画素電極P1jにはソース信号線に印加
されている信号が書き込まれる。次にゲート信号線G3
にオン電圧が印加され、TFTのTm2jおよびTp3jがオ
ン状態となる。すると画素電極P2jにはTFTのT m2j
ソース端子が接続されたソース信号線に印加されている
信号が、P3jにはTFTのTp3jのソース端子が接続さ
れたソース信号線に印加されている信号が書き込まれ
る。以上の動作をゲート信号線Gm-1まで行い第2フィ
ールドは終了する。以上のように、1本のゲート信号線
の選択により、2行の画素行に信号が書き込まれる。各
画素は2フィールドで正極性と負極性の信号が書き込ま
れ、交流駆動がなされる。また、駆動は1H反転駆動と
なっている。この場合は、先の実施例と同時に、1つの
画素電極に注目してみれば、第1フィールドと第2フィ
ールドで異なった電圧が書き込まれる。しかし、先に説
明したように実用上は十分である。
【0070】(図11)のように構成することにより、
第3の本発明の液晶パネルと比較して、ゲート信号線本
数が1/2となっているため、画素開口率が向上し、ま
た、ゲート信号線間の短絡欠陥などの欠陥も発生しにく
い。1H反転駆動を行うことにより、輝度傾斜およびフ
リッカ等の問題も発生せず、高品位の画像表示が行え
る。
【0071】第5の本発明の表示デバイスについて説明
する。(図12)は第5の本発明の表示デバイスの構成
図である。各TFTは画素電極にそれぞれ1個ずつ形成
されており、画素構成は従来の液晶パネルと変化がな
い。各ソース信号線Sjの両端にはSIC(P)11と
SIC(M)12が配置され、前記両SICの出力端子
には切り換えスイッチ回路121および122が配置さ
れている。具体的には前記切り換えスイッチ回路はアナ
ログスイッチ素子から構成される。アナログスイッチは
最大±15V程度の耐圧のものが半導体部品メーカーか
ら多くの種類が販売されている。123はインバータ素
子であり、前記インバータ素子は入力端子aに印加され
る水平同期信号HDあるいは垂直同期信号に同期してロ
ジック信号出力がログル動作をする。たとえば、水平同
期信号HDに同期する構成であれば、ある時点でa点が
ハイレベル(以後、Hレベルと呼ぶ)ならば次の水平同
期信号HDが入力された時点でローレベル(以後、Lレ
ベルと呼ぶ)となる。以後、同期信号HDが入るごとに
Hレベル、Lレベルとトグル動作を繰り返す。なお、a
点とb点ではロジックレベルは反対となっている。切り
換えスイッチ回路101および102内のアナログスイ
ッチSWpjはa点がLレベルの時ローインピーダンス状
態となり、アナログスイッチSWmjがハイインピーダン
ス状態となるものとする。また、a点がHレベルの時ア
ナログスイッチSWpjはハイインピーダンス状態に、ア
ナログスイッチSWmjはローインピーダンス状態となる
ものとする。以上のように、切り換え回路121と12
2はa点のロジックレベルによりアナログスイッチSW
pjおよびSWmjをオンオフさせる。この際、SIC
(P)11の出力信号とSIC(M)12の出力信号が
同時にソース信号線Sjに印加されないように制御され
ている。以上のように構成することによりソース信号線
jにはSIC11もしくはSIC12の一方のSIC
しか接続されていない状態にすることができる。
【0072】以下、第5の本発明の表示デバイスの動作
について説明する。まず、GIC71がゲート信号線G
1にオン電圧を印加すると、TFTのT1jがオン状態と
なる。その際、切り換えスイッチ回路121内のアナロ
グスイッチSWpjは閉じ、SIC(P)11の出力信号
+がソース信号線に印加される。したがって、信号V+
が画素電極P1jに印加される。次にGIC71はゲート
信号線G2にオン電圧を印加する。するとTFTのT2j
がオン状態となる。この際、切り換えスイッチ回路12
1内のアナログスイッチSWPjは開き、切り換えスイッ
チ回路122内のアナログスイッチSWmjが閉じる。し
たがって、SIC(M)12が出力している信号V-
画素電極P2jに書き込まれる。以上のように各画素行ご
とにSIC(P)11の出力する信号とSIC(M)1
2の出力する信号が交互に書き込まれていく。第2フィ
ールドでは画素電極P1jにV-信号が、P2jにV+信号が
書き込まれる。以上のようにして、1H反転駆動が実現
される。
【0073】第5の本発明の表示デバイスは、アレイ構
成は従来の液晶パネルと変化がないにもかかわらず、切
り換えスイッチ回路121、122を付加すること、正
極性の信号を出力するSIC(P)11および負極性の
信号を出力するSIC(M)12を配置することによ
り、容易に各画素電極に高電圧を印加することができ
る。
【0074】なお、1H反転駆動は画素行ごとに極性の
反転した信号を印加する駆動方式であるが、画素列ごと
に極性の反転した信号を印加する駆動方式(以後、1V
反転駆動と呼ぶ)も容易である。その説明図を(図1
3)に示す。(図13)では切り換えスイッチ121、
122内のアナログスイッチが初期状態で交互にローイ
ンピーダンス状態とハイインピーダンス状態となってい
る。たとえば、奇数番目のアナログスイッチSWpおよ
びSWmはハイインタービンスに、偶数番目のアナログ
スイッチSWpおよびSWmはローインピーダンスとなっ
ている。当然のことながら、SIC(P)11の出力と
SIC(M)12の出力が同時にソース信号線Sjに印
加されないように構成されている。第1フィールドでは
j1列にV-信号がPj2列にV+信号が印加され第2フィ
ールドでは各画素には先と逆の信号が印加される。
【0075】以下、図面を参照しながら本発明の液晶投
写型テレビについて説明する。(図15)は本発明の液
晶投写型テレビの構成図である。ただし、説明に不要な
構成要素は省略している。(図15)において、151
は集光光学系であり、内部に凹面鏡および光発生手段と
してのメタルハライドランプあるいはキセノンランプを
配置している。前記ランプはアーク長ができるだけ短い
ものを使用することが望ましい。一般的にキセノンラン
プのアーク長は2mm以下であり、本発明の液晶投写型
テレビの用途として十分である。しかし、寿命が短いと
いう欠点がある。メタルハライドランプは250Wクラ
スのもので、アーク長は6mm程度である。これはアー
ク長が長すぎ、好ましくない。アーク長は5mm以下が
好ましく、さらには4mm以下がさらに好ましい。メタ
ルハライドランプは消費電力が小さいものであれば短ア
ークのものが販売されている。一例として岩崎電気株式
会社より120Wでアーク長3mm強のものが販売され
ている。これは、本発明の液晶投写型テレビではメタル
ハライドランプを用い、そのランプのアーク長はを4m
m以下のものを用いるた。凹面鏡はランプのアーク長に
あわせて適正値に設計する。また、投写レンズのF値も
同様である。一例としてアーク長が4mmであれば投写
レンズのF値はF8程度にし、3mmであればF値はF
10程度に設定する。本発明で用いたランプはアーク長
が3mmのメタルハライドランプであり、凹面鏡は球面
状のものを用い、また、投写レンズのF値はF10であ
る。152は赤外線および紫外線を反射させて有視光の
みを透過させるUVIRカットフィルタである。また、
153aはB光を反射させるダイクロイックミラー(以
後、BDMと呼ぶ)、153bはG光を反射させるダイ
クロイックミラー(以後、GDMと呼ぶ)、153cは
R光を反射させるダイクロイックミラー(以後、RDM
と呼ぶ)である。なお、BDM153aからRDM15
3c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RDM153c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。
【0076】154a、154bおよび154cは本発
明の表示デバイスである。本発明の液晶投写型テレビで
は本発明の表示デバイスをライトバルブとして用いる。
なお、液晶として高分子分散液晶を用いる場合は、R光
を変調する液晶パネルを他の液晶パネルに比較して水滴
状液晶粒子径を大きく、もしく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、あるいは使用材料を変化させることにより制御で
きる。液晶膜厚は液晶層のビーズ径を変化することによ
り調整できる。155a、155bおよび155cはレ
ンズ、157a、157bおよび157cは投写レン
ズ、156a、156bおよび156cはしぼりとして
のアパーチャである。なお、155、156および15
7で投写光学系を構成している。なお、アパーチャは、
液晶投写型テレビの動作の説明上図示したものである。
アパーチャは投写レンズ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、F値が大きければアパーチャの穴径は小
さいと考えることができる。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、
大きくなると白表示の輝度は低下する。
【0077】以下、本発明の液晶投写型テレビの動作に
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。まず、集光光学系151か
ら白色光が照射され、この白色光のB光成分はBDM1
53aにより反射される。このB光は表示デバイス15
4aに入射する。表示デバイス154bは、(図14
(a)(b))に示すように画素電極に印加された信号
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。
【0078】散乱した光はアパーチャ156a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15
6aを通過する。変調された光は投写レンズ157a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。同様に表示デバイス154bはG光成分の光を変調
し、また、表示デバイス154c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。
【0079】(図15)は3つの投射レンズ157によ
りスクリーンに拡大投映画する方式であるが、一つの投
写レンズで拡大投映する方式もある。その構成図を(図
19)に示す。なお、表示デバイスは(図15)で用い
たものと同様のものを用いる。
【0080】ここでは説明を容易にするため、195G
をG光の映像を表示する表示デバイス、197RをR光
の映像を表示する表示デバイス、197BをB光の映像
を表示する表示デバイスとする。したがって、各ダイク
ロイックミラーを透過および反射する波長は、ダイクロ
イックミラー195aはR光を反射し、G光とB光を透
過する。また、ダイクロイックミラー195bはG光を
反射し、R光を透過させる。また、ダイクロイックミラ
ー195dはB光を反射させ、G光およびR光を透過す
る。
【0081】メタルハライドランプ192から出射され
た光は全反射ミラー193aにより反射され、光の方向
を変化させられる。次に前記光はUVIRカットフィル
タ194により紫外線領域および赤外線領域の波長の光
がカットされる。紫外線および赤外線をカットされた光
はダイクロイックミラー195a、195bによりR・
G・B光の3つの波長領域の分離され、R光はフィール
ドレンズ196Rに、G光はフィールドレンズ196G
に、B光はフィールドレンズ196Bに入射する。各フ
ィールドレンズ196は各光を集光し、表示デバイス1
97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197c、197dにより合成
され、投映レンズ198によりスクリーンに拡大投映さ
れる。
【0082】一方、液晶投写型テレビを反射方式で構成
した例が(図18)である。また、(図16)は(図1
8)に示す反射型の液晶投写型テレビに用いる表示デバ
イスの断面図である。(図16)に示す表示デバイスに
おいても等価回路図および動作は先に説明した実施例と
同様である。
【0083】まず、(図16)に示す反射型の表示デバ
イスについて説明する。アレイ基板161上にはアルミ
ニウムからなる反射電極166に印加する信号を制御す
るためのTFT163等が形成されている。TFT16
3の一端子と反射電極166とはコンタクト部164に
より電気的に接続されている。コンタクト164部以外
の部分は絶縁膜165により分離されている。前記絶縁
膜165の材料としてはポリイミド等の有機材料、Si
2,Six等の無機材料が用いられる。反射電極16
6は鏡面性を良好にし、反射率を高めるため反射電極1
66を形成後、研磨により反射電極表面の平滑化処理を
行っている。
【0084】対向基板162はガラス基板であり、光変
調層である液晶層と接する面には反射防止構造をかねた
対向電極167が形成されている。また、対向電極16
7と反射電極166間はスペーサ(図示せず)等により
所定間隔あけて保持され、前記間隔には光変調を行う高
分子分散液晶37が狭持されている。対向基板162は
例えば厚さ1mmのガラス基板で構成しており、屈折率
は1.52である。
【0085】168は空気と対向基板162間の光の反
射を防止するための反射防止膜である。反射防止膜16
8として比較的広い可視光の波長帯域で反射率を低減さ
せるマルチコート方式、特定の波長帯域で反射率を低減
させるVコート方式がある。R光、G光およびB光を変
調する3枚の表示デバイスを用いる場合はVコート方式
を採用する。各表示デバイスがうけもつ波長帯域は狭
い。狭い光の帯域で極力反射光を防止するのにはVコー
トが適する。したがって、R,G,B光のそれぞれの光
を変調する表示デバイスはそれぞれに入射光のピーク波
長λに対応して最適なVコートを施すことが好ましい。
【0086】マルチコート方式ではAl23を光学的膜
厚がλ/4、ZrO2を光学的膜厚がλ/2、MgF2
光学的膜厚がλ/4の3層の薄膜を蒸着して形成する。
Vコート方式の場合は(図16)の小円内に示すように
23168bを光学的膜厚がλ/4、MgF2168
aを光学的膜厚がλ/4の2層の薄膜を蒸着して形成す
る。なお、Y22のかわりにSiOを用いてもよいがSi
Oは青色光で吸収帯域があるため、B光を変調する表示
デバイスにはY23を用いた方がよい。なお、一般的に
はY23の方が安定で良好な膜質が得られる。
【0087】対向基板141の片面には、対向電極と反
射防止膜が形成される。正確には対向電極とする透明導
電性薄膜の上下に薄膜を形成して反射防止膜が形成され
る。以後、この反射防止構造の対向電極を反射防止電極
と呼ぶ。167bは対向電極となるITO膜である。前
記ITO膜の膜厚は光学的膜厚がλ/2となるようにす
る。入射する光のピーク波長λが550nmであればd
=1375Å前後である。前記ITO膜の膜厚は波長λ
に対応して形成される。167aおよび167cは対向
基板162の屈折率とITO膜167bの屈折率との間
の屈折率nの物質からなる薄膜である。薄膜167aと
167cは同一の物質で同一の膜厚に形成することが好
ましい。前記薄膜の膜厚は光学的膜厚はnd=λ/4と
する。なお、dは物理的膜厚である。
【0088】薄膜167a、167cの材料としては酸
化アルミニウム(Al23)、酸化イットリウム(Y2
3)、一酸化シリコン(SiO)、酸化マグネシウム
(MgO)、酸化タングステン(WO3)弗化セリウム
(CeF3)、フッ化鉛(PbF 2)が例示される。中で
も、Al23、Y23、CeF3物質の安定性、光透過
性、膜の均一性等の点から好ましい。また、SiO(n
≒1.7)は広い可視光の範囲で反射率を極めて小さく
できる。
【0089】λを550nmとすると、薄膜167a、
167cにAl23(n=1.63)を用いて形成する
膜厚はd=700Å〜1000Åの範囲、ITO膜(n
≒2.0)167bの膜厚は1150Å〜1600Åの
範囲とすればよい。薄膜167cはITO膜167bに
印加した電圧を電圧降下させることになるが薄膜167
cの膜厚d=1000Å以下であればほとんど影響しな
い。逆に対向基板162から不要な物質が溶出すること
を防止し液晶層37の保持率を増す効果もでる。また、
ITO膜は1000Å以上であれば200度以上で蒸着
もしくはスパッタで形成することにより必要十分な抵抗
値が得られる。なお、薄膜167aがY 23(n=1.
78)の場合は膜厚d=650Å〜900Åとすればよ
い。
【0090】検討した結果では、ITO膜の屈折率nが
2.0前後の場合は167a、167cとしてY23
用いる方が可視光のほぼ全域にわたり反射率を極めて小
さくできる。ITO膜の屈折率nが1.9よりも小さい
ときは、Al23を用いる方が可視光の範囲で反射率を
極めて小さくできる。ただし、高分子分散液晶37の散
乱時に示す屈折率が対向基板162の屈折率よりも大き
い場合である。ITOの屈折率は液晶層に入射した光が
高分子分散液晶層37で散乱し、前記光が再びITOを
透過させるときにも影響を与える。屈折率が高いと反射
され再び液晶層37に戻り2次散乱をひきおこす割合が
増加する。したがって、ITOの屈折率は極力低く形成
できることが好ましい。以上のことから、本発明の反射
型の表示デバイスではITO167bの屈折率を1.8
強に形成し、薄膜167a、167cはAl23(n≒
1.63)を用いて形成した。
【0091】以上のように反射防止電極167を形成す
ることにより光の反射率を大幅に低減でき、変調する光
の帯域が比較的狭い場合は反射率はピーク波長λで0.
1%以下を実現できる。当然のことながらITO膜16
7bはコモン電圧が印加できるように構成もしくは形成
する。
【0092】表示デバイスの入射光波長に対する反射率
を(図17)のグラフに示す。設計時のピーク波長はλ
=535mmにしている。反射防止膜168はVコー
ト、反射防止電極167はAl23、ITO、Al23
の3層の構造である。グラフでわかるとおり530mm
付近では極めて低い反射率を実現している。
【0093】ピーク波長からずれると反射率は大きくな
るが、表示デバイスを液晶投写型テレビに用いる場合は
問題がない。液晶投写型テレビでは3つの表示デバイス
を用い、各表示デバイスが変調する光の帯域が狭いため
である。表示デバイスに入射する光の帯域はG光、B光
用では入射光の半値幅はほぼ50nm、R光用では90
nmである。(図17)から明らかなように、ピーク波
長を中心として帯域±25nmの範囲では極めて反射率
が低い。
【0094】(図18)は反射型の液晶投写型テレビの
構成図である。185a、185b、185cは前述の
(図16)に示す反射型の表示デバイスである。光源1
82はランプ182a、凹面鏡182b、フィルタ18
2で構成される。ランプ182aはメタルハライドラン
プであり、(図15)および(図19)と同様にアーク
長が4mm以下のものを用いる。凹面鏡182bはガラ
ス製で、反射面に可視光を反射し赤外光を反射する多層
膜を蒸着したものである。ランプ182aからの放射光
に含まれる可視光は、凹面鏡182bの反射面により反
射する。凹面鏡182bから出射する反射光は、フィル
タ182cにより赤外線と紫外線とが除去されて出射す
る。
【0095】投写レンズ181は表示デバイス185側
の第1レンズ群181bとスクリーン側の第2レンズ群
181aとで構成され、第1レンズ群181bと第2レ
ンズ群181aとの間には平面ミラー183が配置され
ている。表示デバイス185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181bを透過した
後、約半分が平面ミラー183に入射し、残りが平面ミ
ラー183に入射せずに第2レンズ群181aに入射す
る。平面ミラー183の反射面の放線は投写レンズ18
1の光軸186に対して45゜傾いている。
【0096】光源182からの光は平面ミラー183で
反射されて第1レンズ群181bを透過し、表示デバイ
ス185に入射する。表示デバイス185からの反射光
は、第1レンズ群181b、第2レンズ群181aの順
に透過してスクリーン187に到達する。投写レンズ1
81の絞りの中心から出て表示デバイス185に向かう
光線は、液晶層37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。
【0097】ここでは説明を容易にするために185b
をG光を変調する表示デバイス、185cをB光を変調
する表示デバイス、185aをR光を変調する表示デバ
イスであるとして説明する。
【0098】(図18)において184a、184b、
184cはダイクロイックミラーであるが、これは色合
成系と色分離系を兼用している。光源からの出射された
白色光は平面ミラー183によりおりまげられ、投写レ
ンズ181の第1群に入射する。この際フィルタ182
cにより不要なB光およびR光はカットされる。フィル
タ182cの帯域は半値幅の値で430nm〜690n
mである。以後、光の帯域を記述する際は半値幅で表現
する。ダイクロイックミラー184aはG光を反射し、
R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184cで帯域制限され、表示デバイス184bに
入射する。G光の帯域は510〜570nmにする。一
方ダイクロイックミラー184bはB光を反射し、R光
を透過させる。B光は表示デバイス185cに、R光は
表示デバイス185aに入射する。入射するB光の帯域
は430nm〜490nm、R光の帯域は600nm〜
690nmである。表示デバイス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が形成する。表示
デバイスで形成された光学像はダイクロイックミラー1
84a、184bで色合成され、投写レンズ181に入
射し、スクリーン187上に拡大投写される。なお、こ
れらのR、G、B光の帯域は本発明の液晶投写型テレビ
でほぼ共通の値である。
【0099】反射型の表示デバイスを用いることによ
り、投写型に比較して、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、表示デバイス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冷を
容易に行え、また、裏面にヒートシンク等も容易に取り
付けることができる。
【0100】以下、本発明のビューファインダについて
説明する。(図20)はビューファンダの外観図であ
る。(図21)は、(図20)に示すボデー201の断
面図である。211は発光素子、213は集光レンズ、
214は前述の本発明の表示デバイスである。
【0101】一例として、表示デバイス214の表示領
域の対角長は28mmであり、集光レンズ213は有効
直径が30mm、焦点距離が15mmである。集光レン
ズ213の焦点の近傍に発光素子211が配置されてい
る。集光レンズ213は平凸レンズであり、平面を発光
素子211側に向けている。ボデー201の端部に接眼
リング215が装着されている。また、接眼リング21
5には、拡大レンズ216が装着されている。ボデー2
01の内面は不要光を吸収するため黒色あるいは暗色に
している。
【0102】212は中央部に円形の穴のあいた遮光板
である。より具体的にはピンホール板である。発光素子
211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デバイスの表示
画像は大きくなるが、コントラストは低下する。これは
集光レンズ213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。前述のような表示デバ
イスの表示領域の対角長が28mmの場合、光を放射す
る領域はおよそ15mm2以下にすべきである。これは
直径がほぼ4mmのピンホールの穴径に相当する。好ま
しくは10mm 2以下とすべきである。しかし、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以上の表示画面の輝度
が得られた。穴系は直径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、対角長に比例して穴径も大きくする。表示面積と光
を放射する穴の面積比で規定すれば20:1以下にしな
ければならない。好ましくは40:1以下である。しか
し、視野角の問題から200:1以上にすることが好ま
しい。
【0103】発光素子21から広い立体角に放射された
光は、集光レンズ213により平行に近く指向性の狭い
光に変化され、表示デバイス214の対向電極(図示せ
ず)側から入射する。表示デバイス214は印加される
映像信号に応じて液晶の光の透過量もしくは散乱度合い
が変化して、画像を形成する。観察者は、接眼リング2
15に目を密着させて、あるいは接眼カバー202に密
着させて、表示デバイス214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。表示デバイス214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213は発光素子211から
放射され、前記集光レンズ23の有効領域に入射する光
が拡大レンズ216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。観察者は表示デバイス214
の小さな表示画像を拡大レンズ216で拡大して見るこ
とができる。
【0104】ビューファインダは観察者の瞳の位置が接
眼カバー202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良い。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、表示デバイス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。
【0105】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
213により平行に近い光に変換する。こうすると、集
光レンズ213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れ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。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
表示デバイス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。
【0106】集光レンズ213が無収差で、透過率が1
00%の場合、集光レンズ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液晶表示デバイスの最大透過率
を3%、集光レンズ213の透過率を90%、ビューフ
ァインダとして必要な輝度を15〔ft−L〕とする
と、光源に必要な輝度は約560〔ft−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、タングステ
ンランプ、LED、EL(Electro Lumin
escence)などの電子の動作により発光する素
子、PDP(Plasma DisplayPane
l)などの放電により発光するもの等の自己発光を行う
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が最適であ
る。
【0107】表示デバイス214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55000画素であ
る。カラーフィルタは赤、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
御しても良い。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ことができる。特に高分子分散液
晶を用いた表示デバイスは、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暑くすれば、散乱性能
を向上させることができ、赤、緑、青の諧調性を揃える
ことができる。
【0108】集光レンズ213は平面、つまり曲率半径
の大きい面を発光体211側に向けている。これは、正
弦条件を満足しやすくして、表示デバイス214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213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。
【0109】接眼リング215のボデー201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
ント調整を行うことができる。なお、接眼カバー215
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デバイス214への光
の指向性が狭くても観察者は良好に表示画像を見ること
ができる。さらに良好に見えるようにするには発光素子
211からの光の放射方向を最適な放射方向に移動させ
ればよい。そのため、発光素子211は、前後あるいは
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。
【0110】発光素子として豆電球形状の発光管を用い
る場合は、ミニパイロ電機(株)より販売されているル
ナライトシリーズ(直径7mm、10mm)の白色発光
タイプを用いるとよい。棒状の冷陰極蛍光灯を用いる場
合は松下電器産業社製の品番5−C21T26E85H
がある。前述の発光管および冷陰極蛍光灯は遮光板など
を用い、微小領域から光を放射されるように構成し、本
発明のビューファインダの発光素子211として用い
る。
【0111】(図22)は本発明のビューファインダを
ビデオカメラにとりつけた状態の説明図である。ビュー
ファインダのボデー201は取り付け金具203により
ビデオ本体にとりつけられている。214は本発明の表
示デバイスであり、表示画面の対角長は約28mm
(1.1インチ)である。224は主として(図4)に
示す駆動回路である。発光素子211としてミニパイロ
電機社製の発光管(ルナライト−07シリーズ)を用い
た。発光管の直径は7mmである。発光色は三波長タイ
プであり白色である。発光管へは発光管電源回路223
から電圧の供給を行う。発光管電源回路223は発光管
211へヒーター電圧2.5Vおよびアノード電圧18
Vを供給する。両電圧は直流電圧である。発光管電源供
給回路はアノード電圧をパルス変調する回路を有してい
る。パルス周期は60ヘルツにしている。アノードに印
加する電圧をパルス信号とすることにより、パルス幅に
比例して発光管211から放射される光量を可変でき
る。パルス幅はビデオ本体に取り付けられたボリウムを
回転させることにより0(0%)から1/1(100
%)まで連続に変化させることができる。一実施例にお
いて、パルス幅が1/2(50%)のとき、発光管の輝
度は約800〔ft−l〕である。1/1つまり、アノ
ード電圧の連続印加状態では2倍の約1600〔ft−
L〕になる。発光管の輝度が800〔ft−L〕のとき
光源部の消費電力は約0.25(W)であった。一方、
CCDセンサ221からは映像信号が出力され、表示デ
バイス駆動回路224のビデオアンプ41に印加され、
表示デバイス214に画像が表示される。また、ビデオ
テープに記録された映像信号は再生回路225により再
生され、ビデオアンプ41に印加される。222はビデ
オカメラ本体に取り付けられたバッテリーであり、発光
管電源回路223、表示デバイス駆動回路224および
再生回路225に電力を供給する。TN液晶表示パネル
を用いた従来のビューファインダで消費される電力は
1.0W強であったが、本発明のビューファインダで消
費される電力は0.3W強であり、消費電力は1/3に
低減した。
【0112】なお、(図15)においては投写レンズ系
をアパーチャを用いた光学系としたがこれに限定するも
のではなく、平行光を集光し遮光体で遮光し、散乱光を
スクリーンに投映する中心遮へい型の光学系を用いても
よいことは言うまでもない。
【0113】また、本発明の表示デバイスにおいてスイ
ッチング素子としてはTFTに限定するものではなく、
ダイオードなどの2端子素子をスイッチング素子として
用いてもよいことは明らかである。
【0114】また、(図18)において185は反射型
の液晶パネルとしたが、これに限定するものではなく、
たとえば、光書き込み型の表示デバイスであってもよ
い。光書き込み型の表示デバイスとは光変調層と、入射
光を反射する誘電体ミラーおよびデバイスの裏面からの
書き込み光により抵抗率が変化する光伝導層を具備する
ものである。
【0115】また、本発明のビューファインダは、多く
の変形が考えられる。たとえば、集光レンズ213をフ
レネルレンズにしたもの、拡大レンズ216を2枚有す
るもの、表示デバイス214と拡大レンズ216間に回
折格子を配置したものなどが該当する。
【0116】また、本発明の表示デバイスは正極性を出
力するソースドライブICと負極性を出力するソースド
ライブICを用いて画素に高電圧を印加できるところに
特徴がある。本発明の実施例のように液晶パネルのみに
応用されることに限定するものではなくい。たとえば、
EL(Electro Luminescence)パネル、PDP(Plasma
Display Panel)にも応用できることができることは言
うまでもない。
【0117】
【発明の効果】以上のように本発明の表示デバイスは、
正極性の信号を出力する第1のドライブ手段(ソースド
ライブIC(P))と負極性の信号を出力する第2のド
ライブ手段(ソースドライブIC(M))を具備するこ
とにより、容易に±10(V)以上の光電圧を各画素に
印加することができる。したがって、表示画素数が30
万画素以上と多くなり、ソースドライブICの動作クロ
ックを高くする場合でも容易に本発明の表示デバイスの
ドライブIC設計を行うことができる。
【0118】液晶パネルに高分子分散液晶を用いる場
合、散乱透過光を少なくし、コントラストを高くするた
めには、液晶膜厚を厚くする必要があり、その際、10
V以上の比較的高い電圧を液晶に印加しなければ透過状
態とならない。本発明の液晶パネルでは容易に高電圧駆
動を行えるから、高輝度表示かつ高コントラスト表示を
実現することができる。
【0119】また、本発明の表示デバイスでは、1ゲー
ト信号線にオン電圧を印加することにより2行の画素列
に信号を書き込むことができる。したがって、ソースド
ライブIC等の動作クロックを従来の1/2にすること
ができる。その上、前記2行のうち、1行の画素列に正
極性信号を、他の1行の画素列に負極性信号を書き込む
が、これは1H反転反転駆動を実現していることにな
る。1H反転駆動は、表示領域の輝度傾斜およびフリッ
カ等が発生せず、高品位表示を実現できる。ゆえに、従
来と比較して動作クロックが1/2でかつ容易に1H反
転駆動の高品位表示が実現できる。
【0120】本発明の液晶投写型テレビは、本発明の高
分子分散液晶を光変調層とする表示デバイスを用いるこ
とにより、光利用効率を2倍以上に向上されている。コ
ントラストも200:1以上を実現できる。したがっ
て、表示デバイス等での光吸収による劣化もなく、高輝
度、高コントラストの画像表示を実現している。当然の
ことながら偏光板も用いないから偏光板の劣化等偏光板
に関する問題点は発生しない。
【0121】本発明のビューファインダは、発光素子の
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
ズで平行に近く指向性の狭い光に変換し、表示デバイス
で変調して画像を表示するため、消費電力が少なく、輝
度むらも少なくなる。表示デバイスの光変調層として高
分子分散液晶を用いれば、TN液晶を用いた表示デバイ
スに比較して消費電力をさらに低減できる。本発明のビ
ューファインダをビデオカメラに装着して用いれば、消
費電力が少なく、連続使用時間を大幅に長くすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図2】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図3】本発明の表示デバイスの断面図
【図4】本発明の表示デバイスの駆動回路のブロック図
【図5】本発明の表示デバイスの駆動回路の一部回路図
【図6】本発明の表示デバイスのソースドライブICの
出力波形図
【図7】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図8】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図9】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図10】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成
【図11】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成
【図12】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成
【図13】本発明の表示デバイスの一実施例に係る構成
【図14】高分子分散液晶パネルの動作の説明図
【図15】本発明の液晶投写型テレビの一実施例に係る
構成図
【図16】本発明の表示デバイスの他の実施例における
断面図
【図17】本発明の表示デバイスの入射波長と反射率と
の特性図
【図18】本発明の他の実施例における液晶投写型テレ
ビの構成図
【図19】本発明の他の実施例における液晶投写型テレ
ビの構成図
【図20】本発明のビューファインダの外観図
【図21】本発明のビューファインダの断面図
【図22】本発明のビューファインダを取り付けたビデ
オカメラの構成図
【図23】従来の表示デバイスの一実施例に係る構成図
【図24】従来の表示デバイスのソースドライブICの
出力波形図
【図25】従来の表示デバイスの駆動回路のブロック図
【図26】液晶パネルの印加電圧−光透過量の関係図
【符号の説明】
11、12 ソースドライブIC 13、14、71 ゲートドライブIC 31、161 アレイ基板 32、162 対向基板 33 画素電極 34 TFT 35、167 対向電極 37 高分子分散液晶 36 ブラックマトリックス 42 位相分割回路 43 液晶パネル 61、62 ソースドライブICの出力波形 121、122 切り換えスイッチ回路 123 インバータ素子 141 ポリマー 142 水滴状液晶 151 集光光学系 152、182c,194 UVIRカットフィルタ 153a、153b、153c、184a、184b、
184c、195a、195b、195c ダイクロイ
ックミラー 154a、154b、154c 高分子分散液晶パネル 155a、155b、155c、157a、157b、
157c レンズ 156a、156b、156c アパーチャ 165 絶縁層 166 反射電極 164 コンタクト部 185a、185b、185c、197R、197G、
197B、214 表示デバイス 183、193a、193b、193c ミラー 182a ランプ 182b 凹面鏡 181 投写レンズ 201 ボデー 202 接眼カバー 203 取り付け金具 211 発光素子 212 アパーチャ 213 集光レンズ 216 拡大レンズ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定電位に対し正極性の信号を出力する第
    1の駆動手段と、前記所定電位に対し負極性の信号を出
    力する第2の駆動手段と、画素電極がマトリックス状に
    配置された基板とを具備し、前記第1の駆動手段の出力
    信号と前記第2の駆動手段の出力信号のうち一方を選択
    して、前記画素電極に入力できるように構成されている
    ことを特徴とする表示デバイス。
  2. 【請求項2】1つの画素電極に少なくとも第1と第2の
    スイッチング素子が配置され、前記第1のスイッチング
    素子の一端子と第1の駆動手段の出力信号の出力端子が
    第1の信号線により電気的に接続され、かつ、前記第1
    の駆動手段の出力信号が前記画素電極に入力できるよう
    に構成され、前記第2のスイッチング素子の一端子と第
    2の駆動手段の信号出力端子が第2の信号線により電気
    的に接続され、かつ、前記第2の駆動手段の出力信号が
    前記画素電極に入力できるように構成されていることを
    特徴とする請求項1記載の表示デバイス。
  3. 【請求項3】画素電極に信号を入力するスイッチング素
    子が入力され、第1および第2の駆動手段の第1の信号
    出力端子列、第1の信号入力端子と出力端子間をローイ
    ンピーダンス状態とハイインピーダンス状態にできる第
    1の切り換え手段と、第2の駆動手段の第3の信号の出
    力端子側に、第2の信号出力端子間をローインピーダン
    ス状態とハイインピーダンス状態にできる第2の切り換
    え手段とを具備し、前記第1の駆動手段の第1の信号出
    力端子と前記第1の切り換え出段の第1の信号の入力端
    子が電気的に接続され、前記第2の駆動手段の第3の信
    号出力端子と前記第2の切り換え手段の第2の信号の入
    力端子が電気的に接続され、かつ、前記第1の切り換え
    手段の第2の信号出力端子と前記第2の切り換え手段の
    第4の信号出力端子間が信号線により電気的に接続され
    ており、かつ、第1の切り換え手段の第1の信号入力端
    子と第2の信号の出力端子間と、第2の切り換え手段の
    第2の信号入力端子と第4の信号出力端子間が同時にロ
    ーインピーダンス状態にならないように制御されてお
    り、かつ、前記スイッチング素子の一端子が前記信号線
    と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記
    載の表示デバイス。
  4. 【請求項4】対向電極が形成された第1の基板と、マト
    リックス状に配置された画素電極と前記画素電極に信号
    を入力するトランジスタ素子が形成された第2の基板間
    に、液晶を狭持させたアクティブマトリックス型液晶パ
    ネルと、前記対向電極の電位に対し、正極性の信号を出
    力する第1の駆動手段と、前記対向電極の電位に対し、
    負極性の信号を出力する第2の駆動手段とを具備し、前
    記画素電極に、少なくとも第1と第2のトランジスタ素
    子が形成され、かつ、前記第1のトランジスタ素子の第
    1の端子が第1の信号線に接続され、かつ、前記第1の
    信号線の一端が第1の駆動手段の信号の出力端子と電気
    的に接続され、前記第2のトランジスタ素子の第1の端
    子が第2の信号線に接続され、かつ前記第2の信号線の
    一端が第2の駆動手段の信号の出力端子と電気的に接続
    され、かつ、第1と第2のトランジスタ素子の第2の端
    子が相異なるゲート信号線に接続され、第1と第2のト
    ランジスタ素子の第3の端子が同一の画素電極に接続さ
    れていることを特徴とする表示デバイス。
  5. 【請求項5】対向電極が形成された第1の基板と、マト
    リックス状に配置された画素電極と前記画素電極に信号
    を入力するトランジスタ素子が形成された第2の基板間
    に、液晶を狭持させたアクティブマトリックス型液晶パ
    ネルと、前記対向電極の電位に対し、正極性の信号を出
    力する第1の駆動手段と、前記対向電極の電位に対し、
    負極性の信号を出力する第2の駆動手段と、第1の駆動
    手段の第1の信号出力端子側に、第1の信号出力端子と
    第2の信号出力端子間をローインピーダンス状態とハイ
    インピーダンス状態にできる第1の切り換え手段と、第
    2の駆動手段の第3の信号出力端子側に、第2の信号入
    力端子と第4の信号出力端子間をローインピーダンス状
    態とハイインピーダンス状態にできる第2の切り換え手
    段とを具備し、前記第1の駆動手段の第1の信号出力端
    子と前記第1の切り換え手段の第1の信号入力端子が電
    気的に接続され、前記第2の駆動手段の第3の信号出力
    端子と前記第2の切り換え手段の第2の信号入力端子が
    電気的に接続され、かつ、前記第1の切り換え手段の第
    2の信号出力端子と、前記第2の切り換え手段の第4の
    信号出力端子間が信号線により電気的に接続されてお
    り、かつ、第1の切り換え手段の第1の信号入力端子と
    第2の信号出力端子間と、第2の切り換え手段の第2の
    信号入力端子と第4の信号出力端子間が、同時にローイ
    ンピーダンス状態にならないように制御されており、前
    記トランジスタ素子の−端子が前記信号線と電気的に接
    続されていることを特徴とする表示デバイス。
  6. 【請求項6】画素電極Pi j(ただし、i、jは整数で
    あり、iは行を、jは列を示す)に信号を入力するトラ
    ンジスタ素子が接続された第2の信号線と、画素電極P
    i j+1に信号を入力するトランジスタ素子が接続された
    第2の信号線とが異なり、かつ、画素電極Pi jに信号
    を入力するトランジスタ素子が接続された第1の信号線
    と、画素電極Pi+1jに信号を入力するトランジスタ素子
    が接続された第1の信号線と異なっていることを特徴と
    する請求項4記載の表示デバイス。
  7. 【請求項7】画素電極Pi j(ただし、i、jは整数で
    あり、iは行を、jは列を示す)に信号を入力するトラ
    ンジスタ素子が接続された第1および第2の信号線と、
    画素電極Pi j+1に信号を入力するトランジスタ素子が
    接続された第1および第2のの信号線とが異なる信号線
    であり、かつ、画素電極Pi jに信号を入力する複数の
    トランジスタ素子のうち少なくとも1つのトランジスタ
    素子が、画素電極Pi j+1に信号を入力する複数のトラ
    ンジスタ素子のうち少なくとも1つのトランジスタ素子
    とが同一のゲート信号線に接続されていることを特徴と
    する請求項4記載の表示デバイス。
  8. 【請求項8】画素電極Pi j(ただし、i、jは整数で
    あり、iは行を、jは列を示す)に信号を入力する第1
    のトランジスタ素子の第1の端子と、画素電極Pi j+1
    に信号を入力する第1のトランジスタ素子の第1の端子
    とが、第1の信号線と電気的に接続され、画素電極P
    i jに画素を入力する第2のトランジスタ素子の第1の
    端子と、画素電極Pi j-1に信号を入力する第2のトラン
    ジスタ素子の第1の端子とが、第2の信号線と電気的に
    接続されていることを特徴とする請求項4記載の表示デ
    バイス。
  9. 【請求項9】液晶は高分子分散液晶であることを特徴と
    する請求項4または請求項5記載の表示デバイス。
  10. 【請求項10】画素電極と、画素電極と絶縁体膜を介し
    て配置されている共通電極により付加コンデンサが形成
    されていることを特徴とする請求項4記載の表示デバイ
    ス。
  11. 【請求項11】対向電極は、透明導電性薄膜と、前記薄
    膜と接する第1の薄膜から構成され、前記透明導電性薄
    膜の光学的膜厚が略λ/2(λは液晶に入射する光のピ
    ーク波長)であり、前記第1の薄膜の光学的膜厚が略λ
    /4であり、前記透明導電性薄膜の屈折率をn1、第1
    の薄膜の屈折率をn2としたとき、n1>n2なる関係が
    あることを特徴とする請求項4または請求項5記載の表
    示デバイス。
  12. 【請求項12】液晶パネルにモザイク状のカラーフィル
    タが取り付けられていることを特徴とする請求項4また
    は請求項5記載の表示デバイス。
  13. 【請求項13】第1の薄膜は、酸化アルミニウム、酸化
    イットリウム、一酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸
    化タングステン、弗化セリウム、弗化鉛のうちいずれか
    であることを特徴とする請求項11記載の表示デバイ
    ス。
  14. 【請求項14】高分子分散液晶の水滴状液晶の平均粒子
    径もしくはポリマーネットワークの平均孔径が0.8μ
    m以上3.0μm以下であることを特徴とする請求項9
    記載の表示デバイス。
  15. 【請求項15】高分子分散液晶の膜厚は5μm以上であ
    ることを特徴とする請求項9記載の表示デバイス。
  16. 【請求項16】発光素子と、前記発光素子から放射され
    る光を略平行光に変換する集光手段と、前記集光手段か
    らの出射光を変調する表示デバイスと、前記表示デバイ
    スの表示画像を拡大する拡大表示手段とを具備し、前記
    表示デバイスとして請求項1、請求項4、請求項5のい
    ずれかに記載の表示デバイスを用い、前記発光素子から
    出て集光手段の有効領域に入射し、前記表示デバイスを
    直進する光が観察者の瞳に到達するようにしたことを特
    徴とする表示装置。
  17. 【請求項17】集光レンズは平凸レンズであり、レンズ
    の平面部を発光素子側に向けて配置されていることを特
    徴とする請求項16記載の表示装置。
  18. 【請求項18】観察者の視点位置を略固定できる接眼カ
    バーが拡大表示手段と観察者間に配置されていることを
    特徴とする請求項16記載の表示装置。
  19. 【請求項19】光源と、前記光源からの出射光を複数色
    の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系で分
    離された光ごとに配置された表示デバイスと、前記表示
    デバイスで変調された光を拡大投映する投写レンズとを
    具備じ、前記表示デバイスとして請求項1、請求項4、
    請求項5のいずれかに記載の表示デバイスを用いること
    を特徴とする表示装置。
  20. 【請求項20】表示デバイスの光の出力側に複数色の光
    を同一光路に合成する色合成光学系が配置されているこ
    とを特徴とする請求項19記載の表示装置。
  21. 【請求項21】光源と、表示デバイスと、前記光源から
    の出射光を複数色の光に分離する機能と前記表示デバイ
    スで変調された光を同一光路に合成する機能を有する色
    分離色合成光学系と、前記同一光路に合成した光を拡大
    投映する投写レンズとを具備し、前記表示デバイスとし
    て請求項1、請求項4、請求項5のいずれかに記載の表
    示デバイスを用い、前記投写レンズ内にミラーが配置さ
    れ、かつ前記ミラーに光源からの出射光が集光され前記
    表示デバイスに導かれていることを特徴とする表示装
    置。
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