(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板上にマトリックス状に形成された画素電極と、
前記画素電極間に、画素行に沿って前記第１の基板上に形成されたゲート信号線と、
前記第１の基板上に形成され、前記ゲート信号線からの信号により前記画素電極への電圧の書き込みをスイッチングするスイッチング素子と、
前記画素電極と対向して前記第１の基板上に形成され、前記画素電極とコンデンサを形成する複数の共通電極と、
前記各共通電極と接続され、画素行に沿って前記第１の基板上に形成された複数のコンデンサ信号線と、
前記コンデンサ信号線に電圧を印加するコンデンサ駆動回路と、
前記第１の基板の上に間隔を空けて対向して設けられた第２の基板と、
前記第２の基板上に前記第１の基板に面して形成され、所定電圧が印加される対向電極と、
前記画素電極と前記対向電極との間に挟持された液晶層と
を備え、
前記コンデンサ駆動回路は、前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に正極性の電圧Ｖｐが書き込まれた場合は、前記コンデンサ信号線に負極性の電圧Ｖｂｎを印加し、前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に負極性の電圧Ｖｎが書き込まれた場合は、前記コンデンサ信号線に正極性の電圧Ｖｂｐを印加することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記コンデンサ駆動回路は、前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に前記正極性の電圧Ｖｐ又は前記負極性の電圧Ｖｎが書き込まれた後、一水平期間後に前記コンデンサ信号線に前記負極性の電圧Ｖｂｎ又は前記正極性の電圧Ｖｂｐをそれぞれ印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記コンデンサ駆動回路は、前記コンデンサ信号線にＧＮＤ電圧を印加した後に、前記コンデンサ信号線に前記正極性の電圧Ｖｂｐ又は前記負極性の電圧Ｖｂｎを印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記コンデンサ駆動回路は、前記コンデンサ信号線にＧＮＤ電圧を印加した後、一水平期間後に前記コンデンサ信号線に前記正極性の電圧Ｖｂｐ又は前記負極性の電圧Ｖｂｎを印加することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶層のコンデンサＣｌｃと、前記画素電極と前記共通電極とによって形成されるコンデンサＣａとの比は、Ｃｌｃ：Ｃａ＝１：９であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記画素電極に前記正極性の電圧Ｖｐ又は前記負極性の電圧Ｖｎが書き込まれた後に、前記コンデンサ信号線に前記負極性の電圧Ｖｂｎ又は前記正極性の電圧が印加されることによって、前記画素電極に印加される電圧の大きさは、前記液晶層を構成する液晶の立ち上がり電圧以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
第１の基板と、
前記第１の基板上にマトリックス状に形成された画素電極と、
前記画素電極間に、画素行に沿って前記第１の基板上に形成されたゲート信号線と、
前記第１の基板上に形成され、前記ゲート信号線からの信号により前記画素電極への電圧の書き込みをスイッチングするスイッチング素子と、
前記画素電極と対向して前記第１の基板上に形成され、前記画素電極とコンデンサを形成する複数の共通電極と、
前記各共通電極と接続され、画素行に沿って前記第１の基板上に形成された複数のコンデンサ信号線と、
前記コンデンサ信号線に電圧を印加するコンデンサ駆動回路と、
前記第１の基板の上に間隔を空けて対向して設けられた第２の基板と、
前記第２の基板上に前記第１の基板に面して形成され、所定電圧が印加される対向電極と、
前記画素電極と前記対向電極との間に挟持された液晶層と
を備えた液晶表示装置の駆動方法であって、
前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に正極性の電圧Ｖｐが書き込まれた場合は、前記コンデンサ駆動回路によって前記コンデンサ信号線に負極性の電圧Ｖｂｎを印加し、
前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に負極性の電圧Ｖｎが書き込まれた場合は、前記コンデンサ駆動回路によって前記コンデンサ信号線に正極性の電圧Ｖｂｐを印加することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項８】
前記スイッチング素子をオンすることにより前記画素電極に前記正極性の電圧Ｖｐ又は前記負極性の電圧Ｖｎが書き込まれた後、一水平期間後に前記コンデンサ駆動回路によって前記コンデンサ信号線に前記負極性の電圧Ｖｂｎ又は前記正極性の電圧Ｖｂｐをそれぞれ印加することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項９】
前記コンデンサ信号線にＧＮＤ電圧を印加した後に、前記コンデンサ駆動回路によって前記コンデンサ信号線に前記正極性の電圧Ｖｂｐ又は前記負極性の電圧Ｖｂｎを印加することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１０】
前記コンデンサ駆動回路によって前記コンデンサ信号線にＧＮＤ電圧を印加した後、一水平期間後に前記コンデンサ信号線に前記正極性の電圧Ｖｂｐ又は前記負極性の電圧Ｖｂｎを印加することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を変調し、光学像を形成する表示装置と、前記表示装置の表示画像をスクリーンに拡大投写することにより大画面表示を行なう投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶を用いた表示装置（以後、液晶表示装置と呼ぶ）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応用したツイストネマティック（ＴＮ）液晶を用いたポケットテレビが実用化され、また、前記ＴＮパネルをライトバルブとして用いる投写型表示装置も実用化されている。
【０００３】
しかし、ＴＮ液晶パネルは光変調を行なうのに、偏光板を用いて入射光を直線偏光にする必要がある。前記偏光板は５０％以上の光を吸収もしくは反射する。したがって、ＴＮ液晶パネルを用いた液晶表示装置の光利用効率は低く、表示輝度は低い。
【０００４】
この課題を解決するため、ＴＮ液晶のかわりに高分子分散液晶を用いた液晶パネルが提案されている。高分子分散液晶パネルは偏光板を用いることなく光変調を行なうことができる。以下、簡単に高分子分散液晶について説明しておく。
【０００５】
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、前記ＰＤＬＣを用いた液晶パネルをＰＤ液晶パネルと呼ぶ。他の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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。ＰＤＬＣおよびＰＮＬＣに電圧を印加し、液晶分子の配列状態を規則的にすると、液晶層は透明状態となり、光は透過する。
【０００８】
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。また、液晶層の樹脂成分をポリマーと呼ぶ。
【０００９】
高分子分散液晶パネルの動作をＰＤ液晶パネルを例にあげて簡単に説明する。図３８の（ａ）及び（ｂ）は高分子分散液晶パネルの動作の説明図である。画素電極５１には薄膜トランジスタ（図示せず、以後ＴＦＴと呼ぶ）が接続され、ＴＦＴのオン・オフにより画素電極５１に電圧が印加される。前記電圧により画素電極５１上の水滴状液晶３８２の液晶分子の配向方向は変化する。
【００１０】
図３８（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３８２は不規則な方向に配向している。この状態ではポリマー３８１と液晶分子とに屈折率差が生じ、入射光は散乱する。図３８（ｂ）に示すように、画素電極５１に電圧を印加すると液晶分子の方向がそろう。液晶が一定方向に配向したときの屈折率をあらかじめポリマー３８１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１１側より出射する。
【００１１】
以上のような高分子分散液晶あるいはそれに類似した表示装置の一例として、米国特許公報４４３５０４７号がある。前記特許には、ネマティック液晶をカプセルに封入し、前記カプセルを２つの電極間内に狭持させた液晶表示装置が記載されている。前記表示装置は液晶層に電界無印加時に光を散乱し、電界印加時は光を透過させる。
【００１２】
前記液晶表示装置の画像を拡大投写する投写型表示装置の一例として、米国特許公報４６１３２０７号がある。前記特許には反射型あるいは透過型の液晶表示装置をライトバルブとして用い、前記ライトバルブの表示画像をスクリーンに拡大投写する投写型表示装置が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＴＮ液晶パネルを用いる液晶表示装置は、光変調に偏光板を用いる必要がある。したがって表示輝度が低い。また画素周辺部に逆チルトドメインが発生し、画素周辺部に光ぬけが生じる。前記光ぬけは表示コントラストを低下させる。光ぬけを防止するためにはブラックマトリックスを太くしなければならない。ブラックマトリックスを太くすることは開口率を低下させ、表示輝度が低くなる。ブラックマトリックスは照射された光を吸収するから液晶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。
【００１４】
ＴＮ液晶パネルを用いる液晶表示装置は表示輝度が低いが、高分子分散液晶を用いた液晶表示装置は偏光板を用いないため表示輝度を高くできる。しかし、高分子分散液晶を用いた液晶表示装置にも課題がある。以下、高分子分散液晶を用いた液晶表示装置の課題について説明する。
【００１５】
高分子分散液晶を用いた表示装置（以後、ＰＤＬＣＤと呼ぶ）は光の散乱と透過を切り換えることにより、光を変調し画像を形成する。光の散乱している時が黒表示となり、透過している時が白表示となる。表示コントラストとは、白表示の透過光（以下、オン光と呼ぶ）と黒表示（以下、オフ光と呼ぶ）の透過光との比である。ＰＤＬＣＤのオン光は液晶層が透明状態であるから非常に大きい。表示コントラストを大きくするためには、オフ光を小さくする必要がある。オフ光を小さくするためには散乱性能をより良好にする必要がある。液晶層の膜厚を厚くすれば散乱特性は良好になる（向上する）。しかし液晶層の膜厚を厚くすれば、液晶層を透明状態に要する電圧が高くなる。印加電圧の１つの目安として±６〜７（Ｖ）以内という制約がある。この制約の一原因は画素電極への映像信号を出力するソースドライブＩＣの駆動能力である。なお、散乱状態が最も良好となった状態を完全散乱状態と呼ぶ。完全散乱状態とは表示装置の画像表示面を、どの角度から輝度を測定しても同一輝度となる状態をいう。
【００１６】
近年、液晶パネルの画素数は大容量化の傾向があり、高精細表示パネル用として１００万画素を越える液晶パネルが試作されている。画素数が増大するにつれ前記ドライブＩＣの動作クロックは高くなる。動作クロックに同期して前記ドライブＩＣの出力は変化させる必要がある。現在の半導体技術ではクロック２０ＭＨｚで±６Ｖ駆動がほぼ限界である。
【００１７】
以上のことから、±６Ｖで液晶層が透明状態となるように液晶膜厚を設定しなければならない。しかし、±６Ｖで透明状態となる液晶層の散乱特性は完全散乱状態からほど遠い。
【００１８】
ソースドライブＩＣのサイズを非常に大きくする等すれば、±８Ｖ以上の駆動電圧を実現できる可能性はある。しかし、ソースドライブＩＣのチップサイズが大きくなるから、チップコストが高くなる。また、信号線を走査するゲートドライブＩＣの出力信号振幅も大きくする必要がある。前記出力信号振幅を大きくすることは、画素に印加する信号を制御するＴＦＴの電圧ストレスが大きくなる。電圧ストレスはＰＤＬＣＤの寿命を低下させる。
【００１９】
以上の理由により、従来のＰＤＬＣＤでは高輝度表示を実現できても、高コントラスト表示を行なうことは非常に困難であった。当然に、投写型表示装置に従来のＰＤＬＣＤをライトバルブとして用いたのでは高コントラスト表示を望むことはできない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は、高輝度かつ高コントラスト表示を実現できる表示装置と、光変調層に容易に高電圧を印加できることから、光変調層の膜厚を厚くでき、したがって、高コントラスト表示を実現できる表示装置の駆動方法と、前記表示装置をライトバルブとして用いて高画質の大画面表示を実現できる投写型表示装置を提供することである。
【００２１】
第１の本発明の表示装置は、画素電極がマトリックス状に配置された第１の基板と、複数のストライプ状電極が形成された第２の基板とを具備し、前記第１と第２の基板内に光変調層を狭持させたものである。
【００２２】
ストライプ状電極は、画素電極の行（１本のゲート信号線とＴＦＴを介して接続されている画素電極）に対応するように配置されている。つまり、ストライプ状電極は画素電極の行数だけ形成される。好ましくは、ストライプ状電極はＩＴＯで形成され、前記ＩＴＯの周辺部に金属薄膜が形成される。
【００２３】
ストライプ状電極の一端はドライブ回路と電気的に接続され、各ストライプ状電極は前記ドライブ回路により、所定の電圧が印加される。前記ドライブ回路は第１の基板上に配置もしくは形成される。第２の基板上に前記ドライブ回路が配置もしくは形成された場合、ドライブ回路の信号出力端子と第１の基板上に形成されたストライプ状電極とは、導電ビーズ等を介して電気的に接続される。光変調層としては高分子分散液晶を用いることが好ましい。
【００２４】
第２の本発明の表示装置は、マトリックス状に配置された画素電極、および前記画素電極の行に対応したストライプ状電極が形成された第１の基板と、対向電極が形成された第２の基板とを具備したものである。任意のストライプ状電極と、前記ストライプ状電極と隣接したストライプ状電極とは、異なる電圧を印加できるように構成されている。また、第１の基板と第２の基板間に光変調層が狭持され、前記ストライプ状電極と画素電極とでコンデンサを形成する。光変調層としては高分子分散液晶を用いることが好ましい。
【００２５】
第３の本発明の表示装置は、少なくとも一方が光透過性を有する第１および第２の基板と前記基板間に狭持された光変調層と、第１と第２の基板と光学的に接着された透明部材とを具備するものである。
【００２６】
前記光変調層に光を照射した際、前記光変調層への光入射面の照度をＬ、光出射面かつ、光変調層の法線方向から測定した光変調層の輝度をＢ、円周率をπとしたとき、（数１）の関係を満足するようにしたものである。好ましくは、光変調層として、高分子分散液晶を用いる。また、透明部材としては、凹レンズまたは透明板を用いることが好ましい。
【００２７】
πＢ／Ｌ≦１．５（数１）
【００２８】
第４の本発明の表示装置は、画素電極がマトリックス状に配置された第１の基板と、複数のストライプ状電極が形成された基板と、前記第１の基板と第２の基板の基板間に狭持された光散乱状態の変化として光学像を形成する光変調層と、透明部材とを具備し、第１の基板と第２の基板のうち少なくとも一方に前記透明部材が接続剤を用いて光学的に接着されている。
【００２９】
ストライプ状電極は、画素電極の行に相対するように配置され、また、第３の発明と同様に（数１）の関係を満足するような光変調層を具備する。光変調層としては高分子分散液晶を用いることが好ましい。透明部材としては先の発明と同様に、凹レンズまたは厚みのある透明基板を用いることが好ましい。
【００３０】
第１の本発明の表示装置の駆動方法は、第１または第４の本発明の表示装置の駆動方法である。
【００３１】
表示装置の任意のストライプ状電極を第１のストライプ状電極、前記第１のストライプ状電極と対面する位置に形成されている画素電極を第１の画素電極とする。また、前記第１のストライプ状電極と隣接した位置に形成されているストライプ状電極を第２のストライプ状電極、前記第２のストライプ状電極と対面する位置に形成されている画素電極を第２の画素電極とする。
【００３２】
（作用）
第１の本発明の表示装置は、ストライプ状電極に印加する電圧と画素電極に印加する電圧を別々に設定できる。したがって、ストライプ状電極に印加する電圧と画素電極に印加する電圧を互いに逆極性とすることにより、両電圧の差を大きくできる。前記電圧差は光変調層に印加される電圧である。したがって、光変調層が厚くとも、十分な電界を光変調層に印加できる。光変調層が高分子分散液晶である場合、光変調層が厚するということは、完全拡散状態に近づけられることを意味する。したがって、コントラストを向上できる。また、画素電極に印加する信号の振幅値は比較的低くて済む。ドライブ回路の熱発生も抑制でき、高速信号にも対応できる。また、ストライプ状電極の一部に金属薄膜を形成すれば、前記金属薄膜はブラックマトリックスになり、不要な光を遮光できる。金属薄膜はＩＴＯに比較して抵抗値が低いからストライプ状電極の抵抗値も低下できる。したがって、ストライプ状電極に印加した信号波形の周波数特性が低下することはない。
【００３３】
第２の本発明の表示装置のように、第２の基板にストライプ状電極を形成せず、画素電極の下層にストライプ状電極を形成する。この場合も、ストライプ状電極に印加する電圧を制御することにより、先と同様に光変調層に高電圧を印加できる。したがって、高コントラスト表示を実現できる。
【００３４】
光変調層が高分子分散液晶の場合、光変調層を散乱あるいは透過状態とすることにより、入射光を変調する。散乱した光は第１または第２の基板で反射され、再び光変調層に入射し、入射した光は再び散乱される。前記散乱を２次散乱と呼ぶ。２次散乱は表示コントラストを低下させる。なぜならば、２次散乱した光の一部は基板より出射されて、スクリーン等に到達するためである。２次散乱光が黒表示のスクリーン照度を上昇させる。したがって、２次散乱光が表示コントラストを低下させる。
【００３５】
第３の本発明の表示装置のように、表示装置の第１の基板と第２の基板のうち少なくとも一方に透明基板を取り付ければ、２次散乱光を防止でき、表示コントラストを改善できる。（数１）を満足すれば、改善効果も大きいし、実用上十分な表示コントラストを得られる。透明基板のかわりに凹レンズを取り付ければ、透明基板よりも基板の中心厚を薄くでき、軽量化、コンパクト化を実現できる。
【００３６】
さらに、第４の本発明の表示装置のように、ストライプ状電極の構成と、透明基板の構成との両方を具備すれば、さらに良好な表示コントラストを実現できる。
【００３７】
なお、本発明の表示装置は偏光板等の偏光手段を用いる必要がないため、高輝度表示を実現できることは言うまでもない。
【００３８】
テレビ映像信号の第１フィールドでは、第１の画素電極に正極性の映像信号電圧を書き込み、第１のストライプ状電極に前記映像信号電圧よりも低い第１の電圧を印加する。また、第２の画素電極に負極性の映像信号電圧を書き込み、第２のストライプ状電極に前記映像信号よりも高い第２の電圧を印加する。
【００３９】
次の第２フィールドでは、第１の画素電極に負極性の映像信号を書き込み、第１のストライプ状電極に前記映像信号よりも高い第２の電圧を印加する。また、第２の画素電極に正極性の映像信号を書き込み、第２のストライプ状電極に前記映像信号よりも低い電圧を書き込む。好ましくは、第１の電圧と第２の電圧の絶対値を等しくする。
【００４０】
第２の本発明の表示装置の駆動方法も第１または第４の本発明の表示装置の駆動方法である。第１フィールドでは、第１のストライプ状電極を接地電位にし、第１の画素電極に正極性の映像信号を書き込む。その後、第１のストライプ状電極を負極性の電位にする。また、第２のストライプ状電極も同様に接地電位にし、第２の画素電極に負極性の映像信号を書き込む。その後、第２のストライプ状電極を正極性の電位にする。
【００４１】
第２のフィールドでは、第１のストライプ状電極を接地電位にし、第２の画素電極に正極性の映像信号を書き込む。その後、第１のストライプ電極を正極性の電位にする。また、第２のストライプ電極も同様に接地電位にし、第２の画素電極に正極性の映像信号を書き込む。その後、第２のストライプ状電極を負極性の電位にする。
【００４２】
第３の本発明の表示装置の駆動方法は、第３の本発明の表示装置の駆動方法である。第３の本発明の表示装置では、ストライプ状電極は画素電極が形成された基板に形成されている。駆動の手順は第２の本発明の表示装置の駆動方法と同様である。
【００４３】
本発明の表示装置の駆動方法は、ストライプ状電極と画素電極に印加する電圧を別々に制御する方法である。ストライプ状電極と画素電極とに互いに逆極性の電圧を印加できるため、ストライプ状電極と画素電極との電位差を大きくできる。したがって、光変調層に容易に高電圧を印加できる。
【００４４】
第１の本発明の投写型表示装置は、ライトバルブとして第１の表示装置を用いたものである。また、第２の本発明の投写型表示装置はライトバルブとして第２の表示装置を、第３の本発明の投写型表示装置はライトバルブとして第３の表示装置を、第４の本発明の投写型表示装置は第４の表示装置を用いたものである。
【００４５】
それぞれの投写型表示装置は、１つのメタルハライドランプ等の放電ランプを具備し、前記放電ランプから出射される光を表示装置に導く光学系と、表示装置で変調された光をスクリーン等に拡大投写する、投写レンズ等の投写手段を具備する。表示装置に入射する光の広がり角と、投写レンズ等が集光する光の集光角とはほぼ一致させる。また、投写レンズ等のＦ番号は５以上９以下であり、放電ランプのアーク長は３mm以上６mm以下にすることが好ましい。
【００４６】
本発明の投写型表示装置は表示コントラストが良好なライトバルブを用いるため、当然にスクリーン上に拡大投写される画像の表示コントラストは良好である。
【００４７】
また、偏光板を用いないため、スクリーン輝度も高い。Ｆ番号あるいはアーク長等を最適値に設定しているため、光利用効率が高く、不要な熱発生を行わない。
【００４８】
本発明の表示装置は、対向電極をストライプ状に形成し、前記ストライプ状の電極の長手方向はゲート信号線の形成方向と一致させる。ストライプ状電極の幅は縦は一画素の幅と略同一であり、横は表示領域の長さ以上である。画素電極とストライプ状電極は高分子分散液晶層を介して対向させる。
【００４９】
一行の画素電極は、一水平走査期間（１Ｈ）に順次書きかえられていく。ストライプ状電極も前記期間に同期して印加電圧が書きかえられる。画素電極に＋Ｖi電圧が印加されたとき、ストライプ状電極に−Ｖa電圧が印加されれば、液晶層にはＶi＋Ｖaなる電圧が印加されることになる。逆に画素電極に−Ｖi電圧が印加されたとき、ストライプ状電極に＋Ｖa電圧が印加されても液晶層にはＶi＋Ｖaの電圧を印加できることを意味する。したがって、ストライプ状電極にＶa電圧を印加することにより、高分子分散液晶の膜厚が厚くても充分液晶層を透過状態にすることができる。液晶の膜厚が厚ければ完全拡散状態に近づけることができ、オフ光が減少し、表示コントラストは向上する。Ｖa電圧が液晶の立ち上がり電圧以下であれば、液晶層が透過状態となることはない。
【００５０】
ストライプ状電極の一部に金属薄膜を形成すれば、ブラックマトリックスになり、不要な変調光を遮光でき、また、ストライプ状電極の抵抗を低減できる。
【００５１】
高分子分散液晶表示装置で表示コントラストを低下する原因に２次散乱光の影響がある。２次散乱光とは光変調層で散乱した光が出射側基板の表面で反射し、再び光変調層にもどり、散乱する光のことである。
【００５２】
出射側基板の厚みが厚くなると、基板表面で反射された光は、基板の側面に入射するようになる。したがって、２次散乱光は発生しにくくなるから、表示コントラストは向上する。
【００５３】
次に、出射側基板の出射側面を凹面にすれば、凹面に入射した光が曲がる角度は大きくなる。したがって、凹面の中心厚が薄くとも、２次散乱光を防止する効果は大きくなる。
【００５４】
出射側基板の側面に光吸収手段を施し、光を吸収するようにすればよい。さらに、出射側基板の出射面の有効領域に反射防止膜を付ければ、小さな角度で光変調層から出射する光の出射面における反射率が減少するので、黒表示部の輝度上昇を低減できる。なお、光吸収手段とは黒色塗料などが該当する。
【００５５】
光変調層の散乱特性が良好となるほど表示コントラストは向上する。しかし、光変調層の散乱特性が良好になるほど２次散乱の発生割合も多くなる。２次散乱光は表示コントラストを低下させる。２次散乱光の発生を防止するためには、基板厚を厚くすればよい。液晶パネルの基板厚を厚くすることは製造上困難である。液晶パネルの基板に厚いガラス板等を貼りつければこの課題は解決できる。
【００５６】
２次散乱光防止効果は次式におけるＧが１．５以下で顕著となる。
【００５７】
Ｇ＝πＢ／Ｌ（数２）
【００５８】
さらに好ましくはＧを１．０以下にする。なお、（数２）において、光変調層に電圧無印加状態での光変調層への照度をＬ、出射側基板より測定した輝度をＢ、円周率をπとしている。
【００５９】
光変調層を厚くすれば、光透過状態とするために要する駆動電圧は高くなる。通常、アクティブマトリックス型液晶パネルの場合、光変調層に印加できる電圧は最大±６（Ｖ）程度である。実用上十分な表示コントラストを得ようとすると光変調層２０μの膜厚では±８（Ｖ）以上の電圧を印加しなければならない。この課題を解決するためには、先に説明したストライプ状の電極構造は重要である。ストライプ状電極構造では容易に高電圧印加を実現できるからである。
【００６０】
表示コントラストＣＲは、投写レンズのＦ値をＦ、光変調層の透過率をＴとした時、（数２）のＧを用いて次式の（数３）で示される。
【００６１】
ＣＲ＝（２Ｆ）２Ｔ／Ｇ（数３）
【００６２】
したがって、Ｆ値が大きいとコントラストＣＲは小さくなる。透過率Ｔは０．７〜０．９であるとし、表示コントラストＣＲは１００以上必要とすると、Ｇ＝１．５とすればＦ値は７程度となる。このことから投写光学系の有効Ｆ値は７近傍にする必要がある。同様に照明光学系の有効Ｆ値も投写光学系の有効Ｆ値と略一致させなければ光損失が生じる。
【００６３】
なお、投写光学系あるいは投写レンズのＦ値は集光角ｕでも示すことができる。
【００６４】
Ｆ値＝１／（２・ｓｉｎ（ｕ））（数４）
【００６５】
ただし、ｕは集光角である。パネルへの照明光は広がり角度とも呼ばれるが、広がり角度は集光角度と同様にＦ値でも示すことができる。本明細書では広がり角度および集光角度はＦ値で示す。
【００６６】
照明光学系の有効Ｆ値は、光変調パネルの有効表示領域ｄとランプのアーク長により決定される。パネルサイズが大きくなると投写型表示装置を構成した際、システムサイズが大きくなり好ましくない。パネルサイズが小さいと、パネルの単位面積あたりに照射される光束量が多くなり、パネルの温度上昇劣化につながり好ましくない。以上のことから、パネルの有効表示領域ｄは２インチから４インチである。前記パネルサイズで照明光の有効Ｆ値（照明光の広がり角度と同義）を７近傍にするためにはランプのアーク長は３（ｍｍ）から６（ｍｍ）にしなければならない。
【００６７】
以上のように、システムに要望される規格より、高分子分散液晶パネルをライトバルブとして用いる投写型表示装置には、構成上規定される範囲がある。
【発明の効果】
【００６８】
以上のように、本発明の表示装置では、対向電極をストライプ状に形成して、マトリクス状に形成された画素電極との間に印加する電圧を実質的に高くしているので、容易に高電圧駆動を行える。したがって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。
【００６９】
また、ゲートおよびソース駆動ＩＣは従来のものをそのまま用いることができ、アレイ基板も同様に用いることができるので、画素の開口率等も低下することなく、製造コストも高くなることはない。
【００７０】
アレイ基板もしくは対向基板を厚くすることにより、また、前記基板に透明板あるいは平凹レンズを組み合わせること、および光変調層の特性を所定値にすることにより、２次散乱光を防止でき、明るくかつ表示コントラストの良好な画像を表示できる。
【００７１】
本発明の表示装置をライトバルブとして用い、ランプのアーク長、投写レンズのＦ値等を所定値に設定することにより、高輝度高品位の投写画像を表示でき、かつ、家庭用リア投写型表示装置に対応できる投写型表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
以下、図面を参照しながら、本発明の表示装置について説明する。図１は本発明の一実施例における表示装置の斜視図である。また、図７は、その等価回路図である。ただし、説明に不要な部分は省略し、また、説明を容易にするために誇張あるいは縮小等して図示した部分がある。以上のことは以下の図面に対しても同様である。
【００７３】
基板１１（以下、アレイ基板と呼ぶ）上にはマトリックス状に画素電極５１が形成されている。画素電極５１にはそれぞれスイッチング素子としてのＴＦＴ６１が接続されている。ＴＦＴ６１の一端はコンデンサ６４および画素電極５１に接続されている。画素電極５１とストライプ状電極４１の間に液晶５３が狭持されている。コンデンサ６４の他方の電極は共通電極６３である。共通電極６３は全画素のコンデンサ６４の一方の電極に共通である。ＴＦＴ６１はゲート信号線Ｇ1〜Ｇmおよびソース信号線Ｓ1〜Ｓnに印加された信号により動作する。ゲートドライブ回路１４はゲート信号線Ｇi（ただし、ｉは１からｍ）の一端に接続される。ゲートドライブ回路１４はＴＦＴ６１を動作状態（以下、オンと呼ぶ）および非動作状態（以下、オフと呼ぶ）させる信号を出力する。一方、ソースドライブ回路１５は映像信号をサンプリングし、ソース信号線Ｓ1〜Ｓnに出力をする。
【００７４】
Ｃ1〜Ｃmはストライプ状電極４１であり、対向基板１２上でかつ液晶層５３と接する面に形成されている。前記電極１４の平面図を図４（ａ）に示す。通常ＩＴＯで形成される。ストライプ状電極４１は少なくとも有効表示領域１３の一端から他端までの長さがあり、その形成ピッチは画素ピッチと同一である。
【００７５】
ストライプ状電極４１の一端は対向ドライブ回路１６に接続されている。なお、ストライプ状電極４１は対向ドライブ回路１６の信号線とみなすことができ、信号線と呼ぶ際には対向信号線Ｃ1〜Ｃmと呼ぶ。ＩＴＯは比較的抵抗値が高いため、対向ドライブ回路１６の接続点より非接続端に電圧降下が生じる可能性がある。この対策としては図４（ｂ）のごとく金属薄膜４２を形成すればよい。金属薄膜４２はクロムなどを用いる。開口部４３は画素電極と対面する位置に位置し、金属薄膜４２はＴＦＴ、ゲートおよびソース信号線上を遮光するように配置する。つまり、金属薄膜４２はブラックマトリックスの遮光効果とストライプ状電極の低抵抗化の２つの効果をあわせもつ。
【００７６】
画素の平面図を図６（ａ）に示す。画素電極５１とＴＦＴ６１が接続されている。画素電極５１の下層に共通電極６３が形成されている。共通電極６３と画素電極５１の間は絶縁膜で絶縁されている。
【００７７】
ドライブ回路１４、１５、１６は具体的にはＩＣであり、前記ＩＣの信号端子電極部にメッキ技術またはネイルヘッドボンディング技術を用いて数μｍから１００μｍの高さの金（Ａｕ）からなる突起電極（図示せず）が形成されている。前記突起電極と各信号線とが導電性接合層（図示せず）を介して電気的に接続されている。導電性接合層は接着剤としてエポキシ系、フェノール系等を主剤とし、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、カーボン（Ｃ）、酸化すず（ＳｎＯ２）などのフレークを混ぜた物、あるいは紫外線硬化樹脂などである。導電性接合層は、転写等の技術で突起電極上に形成する。
【００７８】
なお、図１ではドライブＩＣを基板上に積載するように図示または説明したが、これに限定するものではない。たとえば、アレイ基板が高温ポリシリコンあるいは低温ポリシリコン技術を用いて作製されている場合は、直接半導体技術を用いて基板上に前記ドライブＩＣを形成してもよいことは言うまでもない。また、基板１１上にＩＣを積載せず、フィルムキャリヤ技術を用いて、ＩＣを積載したポリイミドフィルム等を用いて信号線と接続しても良い。
【００７９】
図５は本発明の一実施例における表示装置の表示部の断面図である。画素電極５１の対向する位置にストライプ状電極が配置されている。金属薄膜を形成する場合には、図５の如く斜線部に位置するようにする。ストライプ状電極とストライプ状電極との形成間隔は可能な限り狭い方がよい。あまり広いと画素の開口率を低下させる。ＴＮ液晶パネルにストライプ状電極を形成した場合は、隣接したストライプ状電極４１間に横電界が発生する。したがって、液晶分子が異常配向し、光ぬけが発生する。ＰＤ液晶の場合は横電界により液晶分子が配向し、入射光がより散乱するため問題が少ない。また、ＰＤ液晶はＴＮ液晶のように配向処理が必要でない。そのため、ＰＤ液晶ではストライプ状電極間で配向みだれが生じることは当然のことながら発生しない。
【００８０】
隣接したストライプ状電極４１間に電位差があると、２つのストライプ状電極間に電気力線が発生する。このように基板１１に対して平行な方向に発生する電界を横電界と呼ぶ。
【００８１】
横電界があると、光変調層内の液晶分子は横電界に沿って配向する。光変調層が高分子液晶の場合、配向した液晶はＰまたはＳ偏光のうち一方を散乱し、他方を透過する。つまり、横電界が発生した箇所に入射した光がパネルを出射した際には偏光依存性を持つ。ＰまたはＳ偏光のうち一方を透過する（光抜け）ため、表示コントラストを低下させる。
【００８２】
これを防止するため、図５の点線で示すように、低誘電体膜５４ａを形成する事は効果がある。低誘電体膜とは光変調層５３の比誘電率よりも低い比誘電率材料で形成した薄膜あるいは厚膜をいう。形成状態としては土手状が例示される。材料としては、ＳｉＯ２あるいは高分子液晶のポリマー３８１等が例示される。ＳｉＯ２及びポリマーの比誘電率は４から５程度であり、液晶の比誘電率の１５から３０に比較して充分小さい。
【００８３】
低誘電体膜５４ａが形成されていると電気力線は液晶層５３中を通過する。従って、横電界は発生しにくくなる。つまり、横電界に起因する光抜けがなくなり、表示コントラストは向上する。
【００８４】
画素電極５１と信号線５２間にも横電界は発生する。したがって、信号線５２上に低誘電体膜５４ｂを形成する事は効果があることは明らかであろう。
【００８５】
低誘電体膜５４ａと５４ｂは分離して形成する必要はなく、例えば、低誘電体膜５４ａと５４ｂを一体化し柱状に形成してもよい。なお、低誘電体膜の膜厚は厚いほど横電界防止効果があることは言うまでもない。
【００８６】
前記ストライプ状電極の間隔間と対面する位置にゲート信号線５２が位置するように、対向基板１２とアレイ基板１１は位置あわせして貼り付けられる。画素電極５１とストライプ状電極４１間には高分子分散液晶５３が狭持される。
【００８７】
本発明の表示装置の液晶層５３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クロル系のネマティック液晶が好ましい。中でも、クロル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。本発明ではクロル系の液晶を用いている。
【００８８】
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。本発明では紫外線硬化タイプの樹脂を用いている。なお、先行文献米国特許公報４４３５０４７号の液晶表示装置は熱硬化型の樹脂を用いている。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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０．５μｍ〜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。
【００９３】
なお、本発明は光変調層５３として高分子分散液晶を用いるとして説明をする。しかし、光変調層として高分子分散液晶に限定するものではない。たとえばツイストネマティック液晶、スーパーツイストネマティック液晶等を用いてもよい。ただし、後ほど説明する２次散乱光を防止して表示コントラストを向上させる本発明の表示装置では、特許請求の範囲の限定事項として、「光変調層は光散乱状態の変化として光学像を形成するもの」である必要がある。この光散乱状態の変化として光学像を形成するものとして、例えば熱書き込みモード、動的散乱モード（ＤＳＭ）、強誘電性液晶が例示される。液晶以外ではＰＬＺＴも例示される。本発明の技術的思想は以上の例を含むものである。また、ＴＦＴにより画素電極に信号を書き込む液晶表示装置のみに限定されるものではなく、本明細書の特許請求の範囲に示す表示装置の技術的思想は光書き込み型の表示装置にもおよぶ。
【００９４】
図１に示す表示装置の構成は対向基板１２上に対向ドライブ回路１６を積載している。しかし、基板１２および基板１３の両方にＩＣ１４、１５、１６を積載する必要があるため、パネルの製造に多少困難性を伴う。そこでアレイ基板１１上にＩＣ１４、１５、１６を積載した表示装置を図２に示す。
【００９５】
対向ドライブ回路１６はアレイ基板１１上に積載している。したがって、前記回路１６の出力信号を対向基板１１上のストライプ状電極４１に伝達する必要がある。伝達の方法および構成について以下に説明する。
【００９６】
各ドライブ回路は、アレイ基板１１上に配置されている。当然、ポリシリコン技術を用いて、アレイ基板１１上に直接形成してもよい。図３は対向ドライブ回路１６の信号出力端子３４とストライプ状電極４１の一端子３３との接続部の断面図である。端子３４は対向ドライブ回路１６の信号線の一端である。端子３３、３４は金属薄膜で形成されている。前記金属薄膜はメッキ技術等を用いて比較的厚く形成されている。液晶層５３の膜厚は１０μｍ強であるから、一例として端子３３、３４の金属薄膜の膜厚は１μｍ以上４μｍ以下とする。
【００９７】
３１は導電ビーズであり、前記ビーズは樹脂コアにＮｉメッキをほどこし、前記Ｎｉメッキ上にＡｕメッキをほどこしたものである。導電ビーズ３１の直径は、液晶層５３の膜厚以下であり、端子３３と端子３４間に狭持された時に、初期直径の７０％以下につぶれるような直径であることが好ましい。したがって、５μｍから１０μｍ以下であることが好ましい。導電ビーズ３１は絶縁性の接着剤３２中に分散されている。前記導電ビーズ３１は端子３３と３４に狭持された場合（導電ビーズ３１ｂ）は端子３３と３４間を電気的に接続する。他の場合（導電ビーズ３１ａ）は接着剤により絶縁状態となる。なお、ビーズ３１に限定するものではなく、ファイバーであってもよい。
【００９８】
ゲートドライブ回路１４、ソースドライブ回路１５および対向ドライブ回路１６はポリシリコン技術を用いればアレイ基板１１上に形成できる。この場合、基板上にドライブ回路を実装する必要でないので低コスト化が望める。
【００９９】
図７に示す構成は画素構造が図６（ａ）に示す共通電極方式と呼ばれるものである。ストライプ状電極４１の構成は図８に示す前段ゲート方式と呼ばれる方式にも採用できる。図８に示す構成ではコンデンサはゲート信号線Ｇｉ（ｉは１からｍ）と画素電極５１間に形成されている。画素の構成を図６（ｂ）に示す。ＴＦＴ６１は画素電極５１と接続されている。画素電極とゲート信号線５２上には絶縁膜（図示せず）が形成され、前記絶縁膜上に画素電極５１が重ねられてコンデンサ６４が構成されている。
【０１００】
図１０は本発明の表示装置に係る駆動回路の一実施例のブロック図である。図１０において、１０１はビデオ信号を所定レベルまで増幅するアンプ、１０２は正極性と負極性のビデオ信号を作成する位相分割回路である。なお、正極性とは対向電極の電位（以下、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指す。しかし、本発明の表示装置では対向電極とはストライプ状電極４１を意味する。前記ストライプ状電極４１の電位は対向ドライブ回路１６により第１の電位と第２の電位は変化する。以下、コモン電圧とは第１の電位と第２の電位の平均値とみなして説明をする。
【０１０１】
１０３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、１０５は液晶パネル、１０４はソースドライブ回路１５、ゲートドライブ回路１４および対向ドライブ回路１６の同期制御を行うための制御回路である。
【０１０２】
以下、本実施例の表示装置の駆動回路の動作について説明する。まず、アンプ１０１では、ビデオ信号の振幅が液晶５３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１０２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１０３に入力される。出力切り換え回路１０３は１フィールドもしくは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５３に交流電圧を印加するためである。液晶５３は直流電圧が印加されると、分解、劣化するからである。
【０１０３】
次に、出力切り換え回路１０３からのビデオ信号はソースドライブ回路１５に入力される。制御回路１０４はソースドライブ回路１５、ゲートドライブ回路１４および対向ドライブ回路１６と同期をとる。
【０１０４】
図１１は一画素に注目したときの信号波形である。ただし、モデル的に描いている。実際の駆動方法ではＴＦＴ等の寄生容量等があり図１１とは多少異なる。なお、印加電圧等は概念的に例にあげて説明する。
【０１０５】
１１１はストライプ状電極に印加される信号波形、１１２はソース信号線に印加される信号波形、１１３はゲート信号線に印加される信号波形である。ここでは説明を容易にするため、画素とは図７の画素７１、ストライプ状電極４１とはＣ1を、ゲート信号線とはＧ1を、ソース信号線とはＳ1として説明をする。
【０１０６】
対向ドライブ回路１６は、＋Ｖaおよび−Ｖaの電位を出力する。また、テレビ信号の第１フィールド（１Ｆ）での出力電位は対向信号線Ｃ2i（ただし、ｉは整数）に＋Ｖaを、Ｃ2i+1に−Ｖaとなるように電圧を出力する。次の第２フィールド（２Ｆ）では対向信号線Ｃ2i+1に＋Ｖaを、Ｃ2iに−Ｖaとなるように電圧を出力する。これらの電位となるように駆動するためには、対向信号線に印加する電圧を一走査期間（１Ｈ）ごとに書きかえていけばよい。つまり、対向信号線Ｃ2iが＋Ｖa電圧、Ｃ2i+1が−Ｖa電圧の時を例にあげれば、対向信号線Ｃ1を＋Ｖaに変化させ、１Ｈ後にＣ2を−Ｖaに変化させ、さらに１Ｈ後、Ｃ3を＋Ｖaというふうに変化させればよい。以上のように電圧を変化させていけば１フィールド後には全対向信号線の電位は反転する。次のフィールドでは再び、対向信号線Ｃ1に−Ｖaに反転させる。
【０１０７】
なお、電圧Ｖaは液晶の立ち上がり電圧以下である。液晶の立ち上がり電圧とは、ＴＮ液晶では液晶の配向状態が変化し始める電圧を、高分子液晶では透過状態となり始める電圧をいう。立ち上がり電圧以下の電圧が液晶層に印加されても入射光は変調されない。つまり、高分子液晶ではＶa電圧が液晶の立ち上がり電圧以下であれば、画素電極に映像信号が印加されていない状態つまり画素電極に保持されている電圧が０（Ｖ）の時、液晶層が透過状態となることはない。
【０１０８】
一方、ソースドライブ回路１５も１Ｈごとに信号の極性を変化させる。図１１ではソース信号線は−Ｖbと＋Ｖbの電圧を出力している例である。ただし、これはラスター表示の時であって、液晶パネルに動画を表示する場合は、図１１のように±Ｖbのように一定電圧の出力とならないことは言うまでもない。
１ＨごとにソースドライブＩＣの出力信号の極性を変化させる駆動方法は１Ｈ反転駆動と呼ぶ。
【０１０９】
１Ｈ反転駆動を模式的に示すと図１３のようになる。図１３では一画素７１を四角で示す。前記画素７１に正極性の電圧が書き込まれている状態を＋で表示し、負極性の電圧が書き込まれている状態を−で表示している。あるフィールドにおいて電圧の書き込み状態を図１３（ａ）とすると、１フィールド後の電圧の書き込み状態は図１３（ｂ）で示される。
【０１１０】
ゲートドライブ回路１４はソース信号線からの電圧を確実に画素電極に書き込めるように、最大出力電圧よりも高い電圧（以下、オン電圧と呼ぶ）を出力し、また、ソース信号線からの最小出力電圧でもＴＦＴがオン状態とならないように低い電圧（以下、オフ電圧と呼ぶ）を出力する。
【０１１１】
図７において、ＴＦＴ６１がオンすると画素７１に−Ｖb電圧が書き込まれる。その際、対向信号線Ｃ1は＋Ｖa電圧に保持される。次のフィールドでは画素７１には＋Ｖb電圧が書き込まれる。その時、対向信号線Ｃ1は−Ｖa電圧に保持される。以上の変化を１フィールドごとに繰り返す。したがって、画素７１にはＶc＝Ｖa＋Ｖbとなる電圧が印加されることになる。対向信号線Ｃ1の変化は＋Ｖaもしくは−Ｖaの２値である。ＴＦＴ６１により画素に書き込まれる電圧は表示画像（映像信号）により変化する。
【０１１２】
対向電極をストライプ状にすることにより、高電圧を画素に印加できる。しかし、ＴＦＴの動作中心に考えれば従来の１Ｈ反転駆動を行なっているにすぎない。したがって、ソースドライブＩＣおよびゲートドライブＩＣも従来のものを用いることができる。また、ＴＦＴ５１の耐電圧性能を向上させる必要もない。
【０１１３】
たとえばＶa＝４（Ｖ）とし、ソースドライブＩＣの最大の出力電圧Ｖmを６（Ｖ）とすればＶc＝Ｖa＋Ｖm４＋６＝１０（Ｖ）の駆動が可能である。従来の高分子分散液晶では、膜厚が１０μｍでほぼ透過状態にできる電圧は６（Ｖ）である。１０μｍでは散乱特性は低く、良好な表示コントラストは望めない。１０（Ｖ）を液晶層５３に印加できれば、液晶層５３の膜厚は１５μｍ近傍にすることができ、散乱特性は飛躍的に向上する。したがって、良好な表示コントラストを実現できる。しかし、出力電圧Ｖmを１０（Ｖ）にする必要がある。これは、本発明の表示装置で容易に実現できる。本発明によれば、アレイ基板１２側は従来のものをそのまま（ＴＦＴ、ドライブ回路等）で用いることができる。製造コストもさほど高くなることはなく、また、Ｖmが６（Ｖ）と従来のままであるから、ＴＦＴ６１が電圧ストレスにより劣化することもない。
【０１１４】
なお、図１１において、対向ドライブ回路１６は＋Ｖaおよび−Ｖaの電位を出力し、ソースドライブ回路１５は＋Ｖbおよび−Ｖbの電位を出力するとしたが、本発明の駆動方法はこれに限定されるものではない。以下、本発明の他の駆動方法の実施例について図１６を用いて説明する。
【０１１５】
理解を容易にするため、まず、図１４を用いて先に説明した駆動方法について説明しておく。画素のＴＦＴ６１はスイッチング素子であるからスイッチとみなすことができ、これをＳ2とする。また、液晶層５３はコンデンサＣｌｃとみなせる。なお、Ｃaはコンデンサ６４である。対向信号線Ｃｉは＋Ｖaと−Ｖaの電位が印加されるから、２つの電位はスイッチＳ1で切りかえるのと同等とみなせる。今、液晶層５３に印加される電圧をＶ1、コンデンサ６４に印加される電圧をＶ2とする。
【０１１６】
ゲート信号線にオン電圧が印加されるとＴＦＴ６１は動作状態となり、ソースドライブ回路１５からの信号を画素電極５１に印加する。前記信号が負極性の−Ｖbであり、対向信号線４１の電位が＋Ｖaであれば、液晶５３に印加される電圧Ｖ1はＶa＋Ｖbとなる。正極性の＋Ｖaの信号であれば、スイッチＳ1をａ端子に切りかえ、対向信号線４１の電位を−Ｖaにすれば、同様に液晶５３に印加される電圧はＶa＋Ｖbとなる。したがって、ソースドライブ回路１５から出力される信号がＶbであっても、液晶に印加される電圧Ｖ1は対向信号線の電位Ｖaが加えられて、液晶には高電圧（Ｖa＋Ｖm）を印加することができる。なお、対向信号線４１に印加された電位が＋Ｖaの時、画素電極５１に印加する信号が正極性であってもよい。ただし、＋Ｖa電圧以下という条件は満足させる必要がある。画素電極５１に印加された電圧が＋Ｖaであり、対向信号線４１に印加された電位が＋Ｖaであれば、液晶にはＶa−Ｖa＝０（Ｖ）となり全く電圧を印加しない状態にできるからである。したがって、画素電極５１に印加する電圧は対向信号線４１が＋Ｖaの時は＋Ｖa以下に、対向信号４１が−Ｖaの時には−Ｖa以上にすればよい。
【０１１７】
次に本発明の表示装置の他の駆動方法について説明をする。図１６は対向ドライブ回路１６がコモン電圧（理解を容易にするために０（Ｖ）＝ＧＮＤとする）電位と、＋Ｖaおよび−Ｖaの３つの電位の信号を出力できる場合の説明である。
【０１１８】
まず、図１６（ａ）に示すように、対向信号線４１の電位をＧＮＤにした状態で画素電極５１に電圧Ｖｘを書きこむ。液晶５３に印加される電圧はＶ1＝Ｖxとなる。一水平走査期間（１Ｈ）後は次のゲート信号線にオン電圧が印加されており、先にオン状態のＴＦＴはオフ状態となる（Ｓ２オープン）。この時の等価回路図を図１４（ｂ）に示す。ＴＦＴがオフとなると同時にスイッチＳ１を端子ａまたはｃに切りかえる。画素電極５１に印加されている信号の電位が正極性の場合は、端子ｃに（＋Ｖaに）、負極性の場合は端子ａ（−Ｖa）にする。対向信号線４１に印加される電圧が＋Ｖaまたは−Ｖaにされるわけであるから、前記電圧はＣｌｃとＣａに分圧されて印加される。分圧されＣｌｃに印加される割合ｒは、
【０１１９】
ｒ＝Ｃa／（Ｃｌc＋Ｃa）（数５）
【０１２０】
となる。高分子分散液晶表示装置の液晶膜厚はＴＮ液晶表示装置の液晶膜厚が５μｍに対し、１０μｍ以上と厚く、また液晶の比誘導電率εは低い。したがって、液晶の容量Ｃｌｃは小さい。その分、コンデンサＣａの値は大きくする必要がある。一例としてＣｌｃ：Ｃａ＝１：９である。
【０１２１】
前記ＣｌｃとＣａの値を（数５）に代入すると、ｒ＝０．９となり、対向信号線の電圧変化分の９０％が液晶層５３に印加されることとなる。したがって、電圧変化に対する液晶に印加できる電圧効率（以後、電圧効率と呼ぶ）が非常によい。これはＴＮ液晶表示装置と異なり、高分子分散液晶表示装置に特有の事項である。
【０１２２】
以上のようにＴＦＴがオフした後、画素電極５１に正極性の電圧が印加されている場合は対向信号線４１に正電圧を印加する。画素電極５１に負極性の電圧が印加されている場合は対向信号線４１に負電圧を印加する。これが本発明の第２の実施例の駆動方法である。
【０１２３】
なお、１Ｈ後、すぐに対向信号線４１の電位を切り換える必要はなく、多少の時間は遅延後であってもよい。ただし、遅延が長いほど液晶に印加される実効電圧は低下する。
【０１２４】
以上は対向基板１２にストライプ状電極４１を形成した構成の表示装置の駆動方法であった。以下に、段落（００２４）でも記載しているように画素電極が形成された基板側にストライプ状電極（コンデンサ信号線）が配置された、本発明の他の表示装置の構成および駆動方法について説明をする。
【０１２５】
図９は本発明の第２の実施例における表示装置の等価回路図である。一画素は図６（ａ）に示す形状である。液晶５３は画素電極５１と対向電極９１間に狭持される。対向電極９１は有効表示領域の全画素７１に共通である。コンデンサ６４は画素電極５１と共通電極６３とで形成される。前記共通電極６３は画素行にそって形成される。前記共通電極６３の一端はコンデンサ駆動回路９２に接続されている。ここで、共通電極６３をコンデンサ駆動回路９２の信号線とみなし、コンデンサ信号線Ｄi（ｉは１からｍ）と呼ぶことにする。他の構成は図７と同様であり、駆動回路も図１０の対向ドライブ回路１６をコンデンサ駆動回路９２におきかえればよいので説明を省略する。なお、コンデンサ駆動回路９２の動作は対向駆動回路１６の動作とほぼ同様である。
【０１２６】
以下、図９に示す表示装置の駆動方法について説明をする。図１５は駆動方法の説明図である。なお、説明を容易にするためにコンデンサ駆動回路９２はＶbp、ＶbnとＧＮＤ電圧をＤｉ信号線に出力できるものとする。本来ＧＮＤ電圧とはコモン電圧よりも低い電圧にするが、ここでは０（Ｖ）と考えた方が理解しやすいため、０（Ｖ）として説明をする。また、Ｖbnは負極性の電圧、Ｖbpは正極性の電圧とする。
【０１２７】
まず、コンデンサ駆動回路９２はコンデンサ信号線Ｄｉの電位をＧＮＤにする。ソースドライブ回路１５は画素電極５１に正極性の電圧Ｖｐを書き込む。したがって、液晶５３に印加される電圧はＶ１＝Ｖｐとなる。一水平走査期間（１Ｈ）後、コンデンサ駆動回路９２はコンデンサＤｉに負極性の電圧にＶbnを出力する。先の実施例でも述べたように、ＣlcはＣaに比較して小さく、一例としてＣlc：Ｃa＝１：９である。負極性の電圧Ｖbnは（式１）により分圧されてＣlcとＣaに印加されるが、その大部分はＣlcに印加される。したがって、Ｃlcに印加される電圧はほぼＶp＋Ｖbnとなる。
【０１２８】
画素電極５１に負極性の電圧Ｖnを書き込む場合は、まず、コンデンサ駆動回路９２はコンデンサ信号線ＤｉにＧＮＤ電圧を出力する。次に、一水平走査期間（１Ｈ）後、コンデンサ駆動回路９２はコンデンサ信号線Ｄｉに正極性の電圧Ｖbpを出力する。つまり、画素電極５１には、ほぼＶn＋Ｖbpの電圧が印加されることになる。
【０１２９】
画素電極５１には１フィールド周期でＶn＋ＶbpとＶp＋Ｖbnの電圧が印加される。つまり、交流駆動される。
【０１３０】
なお、コンデンサ駆動回路はまず、ＧＮＤ電圧を出力し、一水平走査期間（１Ｈ）後、ＶpnまたはＶbp電圧を出力するとしたが、一水平走査期間に限定するものではない。たとえば、二水平走査期間（２Ｈ）後であってもよい。ただし、その場合、画素電極に印加される実効電圧は多少低くなる。また、まずＧＮＤ電圧をコンデンサ信号線Ｄｉに出力して、次にＶbnまたはＶbp電圧を出力するとしたが、これに限定するものではない。たとえば、画素電極５１に正極性の電圧Ｖpを書き込む場合、コンデンサ信号線Ｄｉに正極性の電圧Ｖbpを印加しておき、一水平走査期間後コンデンサ信号線Ｄｉに負極性の電圧Ｖbnを印加してもよい。この場合、ＧＮＤ電圧を出力することは不要となる。ただし、電圧制御はやりにくくなるであろう。
【０１３１】
以上の実施例は液晶層５３の膜厚を厚くして表示コントラストを向上させる方法であった。つまり、液晶層５３の膜厚を厚くする→液晶層５３を透明状態にするのに比較的高い電圧が必要→ストライプ状電極等の構造を採用→高電圧を液晶層に印加できる→表示コントラストが向上する。という方法あるいは表示装置の発明であった。
【０１３２】
高分子分散液晶表示装置は表示コントラストが低いという課題に対して、我々は２次散乱光を防止する構成あるいは方法も発明した。以下、２次散乱光を防止する方法、構成について説明する。
【０１３３】
まず、理解を容易にするため本発明の表示装置のモデルについて説明をしよう。本発明の一実施例である表示装置の説明図を図１７に示す。入射側基板１７８と出射側基板１７９の間に光変調層５３が狭持されているものとする。出射側基板１７９はアレイ基板１１に透明板（ガラス基板など）を光学的結合させたものと考えてもよい。なお、光学的に結合とは、基板と基板間を、前記基板の屈折率とほぼ等しい透明材料で接着あるいは接合することをいう。
【０１３４】
光変調層５３に電圧を印加しないで、表示領域内の点Ａを中心とする微小領域１７１だけに細い平行光を照射する場合について考える。微小領域１７２に入射した光は散乱光１７３ａとなり散乱する。散乱光は出射面１７６に達する。出射面１７６と散乱光１７３ａとの角度θ0が臨界角以下の時は透過光線１７４となる。臨界角以上の時は反射光線１７５となる。反射光線１７５は再び光変調層５３に入射し、再び散乱光１７３ｂが前方に出射する。これは光変調層５３に２次光源が形成されたことに相当する。このように反射光線１７５が、再び光変調層５３に入射し、散乱することを２次散乱と呼び、その光を２次散乱光と呼ぶ。
【０１３５】
光変調層５３からの再出射光の輝度分布は微小領域１７２を中心として回転対称となる。再出射光の輝度分布は図１８に示す光リング１８１となる。
【０１３６】
光リング１８１は微小領域１７２から出射され、出射面１７６と臨界角θで反射され、再び光変調層５３にもどる位置近傍に出現する。これは、臨界角以下のとき、光は透過光１７４となり、臨界角より十分大きい角度の反射光の発生割合が少ないことから直感的にも推測される。今、基板１７９の屈折率ｎが１．５２とすれば、空気の屈折率は１．０であるから臨界角θはθ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）＝ｓｉｎ−１（１／１．５２）＝４２度となる。
【０１３７】
図１８に示すように基板１７９の厚みが比較的薄いときは光リング１８１の直径２ｒは有効表示領域１８２の対角長ｄより小さい。したがって、有効表示領域１８２内に光リング１８１が発生するから表示コントラストを低下させる。図１９に示すように、基板１７９の厚みが厚い時は光リング１８１の直径２ｒは有効表示領域の対角長ｄよりも大きくなる。つまり、反射光１７５は有効表示領域以外の領域（以後、無効領域と呼ぶ）に形成された光吸収膜１７１に入射し、そして吸収される。光吸収膜１７１とは黒色塗料等が例示される。
【０１３８】
光リング１８１の直径が有効表示領域の対角長ｄより大きくなる条件は、基板１７９の厚みをｔとすれば
【０１３９】
（ｔ／ｄ）≧（１／４）√（ｎ２−１）（数６）
【０１４０】
である。（数６）にｎ＝１．５２を代入すればｔ／ｄ≒０．３となる。
実際にその効果をたしかめた結果を図２７に示す。図２７（ａ）に示すようにパネルに平行光線を照射し、出射側から光変調層の輝度を測定する。輝度Ｂとは出射側基板１７９の厚みｔが、有効表示領域の対角長ｄに対して極めて薄い時である。具体的にはｄ＝５５（ｍｍ）に対してｔ＝１（ｍｍ）である。Ｂｅは基板厚ｔを変化させた時の輝度である。図２７（ｂ）は縦軸を輝度比（Ｂｅ／Ｂ）とし、横軸を相対基板厚（ｔ／ｄ）としている。図２７（ｂ）よりｔ／ｄ＝０．３で一定となり、ｔ／ｄ＜０．３の時、輝度比（Ｂｅ／Ｂ）の低下割合が大きいことがわかる。
【０１４１】
輝度比が小さいことは表示コントラストが高いことを示す。図２７（ｂ）によればｔ／ｄ＝０．２５〜０．３以上でコントラスト向上効果は十分であり、先のｔ／ｄの１／２であるｔ／ｄ＝０．１５でも実用域であることがわかる。したがって、基板の屈折率ｎ＝１．５２の時ｔ／ｄは０．１５以上が好ましく、さらには（ｔ／ｄ）は０．３以上が好ましい。以上のことから（数６）の条件の１／２であっても実用上支障がない。したがって基板１７９の厚みｔと有効表示領域の対角長ｄの関係は次の（数７）を満たせばよい。
【０１４２】
（ｔ／ｄ）≧（１／８）√（ｎ２−１）（数７）
【０１４３】
ある画素からでた散乱光が本来黒表示となるべき画素にも他の画素に入射すると、そこに拡散反射による２次光源が形成されるので、本来黒表示となるべき画素の輝度が高くなってしまう。この２次散乱光を黒色塗料１７１で吸収すれば表示コントラストを向上できる。本発明はこの技術的思想を透明基板２１２等で実現する。
【０１４４】
以上から、光散乱により変調を行なう表示装置をライトバルブとして用いた投写型表示装置の投写画像のコントラストが良くないという問題点は、光変調層５３の散乱特性が小さいという点も原因の１つであるが、上記メカニズムが原因となっている。出射側基板１７９の厚さｔが厚くなるほど、２次散乱光による輝度の上昇は小さくなる。従って、出射側基板１７９の厚さを厚くすれば、表示画像のコントラストが向上する。
【０１４５】
以上の説明は出射側基板１７９に関する説明であるが、微小領域１７２に入射し、入射側に反射した光についても同様のことが論じれる。つまり反射光は、入射側基板１７８の光入射面に戻る。この場合は、入射側基板１７８の厚みを厚くすれば２次散乱光の発生を防止できる。以上の記述は特願平４−１４５２９７号にてさらに詳しく説明されているので参照されたい。
【０１４６】
次に、出射側基板１７９の出射側面が凹面の場合について説明する。出射側基板１７９の材質を同一として、出射面１７６だけを凹面に変え、図２０に示すように、光変調層５３に電圧を印加しないで表示領域内の点Ａを中心とする微小領域１７２だけに入射側から細い平行光を照射する。光変調層５３上の点Ａから出て凹面１７６上の点Ｂで反射し光変調層５３上の点Ｃに入射する光線を考えると、出射面１７６が平面から凹面に変わることにより、点Ｂに入射する光線の入射角が大きくなるから、光リング１８１の直径２ｒは大きくなる。従って、出射側基板１７６の出射面１７６を平面から凹面に変えることにより、再出射光の輝度を低減することができ、表示画像のコントラストを向上させることができる。このことは、出射側基板１７９の出射面が凹面の場合、出射面が平面の場合と比較して、中心厚ｔが薄くてもコントラスト向上の効果が大きいことを意味する。したがって、（数７）には制約されない。
【０１４７】
２１２は透明基板であり、対向基板１２およびアレイ基板１１と光学的結合されている。光学的結合材料としては紫外線硬化型接着剤が例示される。前記接着剤は対向基板２１２を構成するガラスの屈折率に近いものが多く、この用途に十分である。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。他にエボキシ系透明接着剤、エチレングリコール等の液体等も用いることができる。留意すべき点は対向基板１２等に透明基板２１２を接着する際、光学的結合層に空気が混入しないようにすることである。空気層があると屈折率差により画質異常を生じる。なお、透明基板２１２と対向基板１２等とを光学的に結合させることをオプティカルカップリングと呼ぶ。
【０１４８】
透明基板２１２は対向基板１２と同一材質のガラス基板を用いることが好ましい。他にアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂なども用いる事ができる。これらにガラスの屈折率に近いものが得られ、比較的安価であり、また、プレス加工等により任意の形状を容易に形成できる。
【０１４９】
透明基板２１２の側面には黒色塗料等を用いて光吸収膜１７１が形成されている。前記光吸収膜１７１は側面に限定されるものではなく、光の入出射面以外の無効領域にできるだけ広い領域にわたり形成することが好ましい。
【０１５０】
透明基板２１２ａの空気に接する面から光変調層５３までの距離ｔは透明板の屈折率ｎ、光変調パネルの有効表示領域の最大径をｄとして、（数７）を満足するようにする。
【０１５１】
図２２は本発明の表示装置の断面図である。対向基板１２上には、対向電極９１およびブラックマトリックス２２１が形成されている。ブラックマトリックス２２１はＴＦＴ６１、ゲート信号線（図示せず）およびソース信号線（図示せず）に対面するように配置される。一方、アレイ基板１１上には画素電極５１およびＴＦＴ２２１が形成されている。また、ＴＦＴ上には遮光膜２２２が形成されている。遮光膜２２２として、アクリル系樹脂にカーボンを分散させた薄膜構成、あるいはＴＦＴ６１上に絶縁膜（図示せず）を形成し、その上に金属薄膜を形成した構成が例示される。遮光膜２２２は液晶層５３内で散乱した光がＴＦＴ６１の半導体層に入射することを防止する。遮光膜２２２は、図１、図２の表示装置でも採用している。アレイ基板１１および対向基板１２の周辺は封止樹脂２２３で封止され、前記基板間に光変調層５３としての高分子分散液晶が狭持されている。同様に透明基板２１２ｂの中心膜ｔも（数７）を満足するようにする。なお、先にも述べたように透明基板２１２が凹レンズの場合は（数７）の条件を満足する必要はない。
【０１５２】
次に、透明基板２１２の効果についてさらに述べる。透明基板２１２がない場合、光変調層５３で散乱した入射光ＣはＡ２およびＢ２で示される。散乱光Ａ２は対向基板１２内で反射を繰り返し、再び光変調層５３に入射する。前記入射光は再び散乱するから２次光源となり表示コントラストを低下させる。散乱光Ｂ２はアレイ基板１１と空気と接する面で反射し、ＴＦＴ６１の半導体層に入射する。ＴＦＴ６１の半導体層は前記入射光により励起され、ホトコンダクタ現象が発生する。するとＴＦＴ６１はリーク状態となり、これも表示コントラストの原因となる。
【０１５３】
透明基板２１２ａ、２１２ｂが設けられていると、散乱光Ａ２およびＢ２はなくなり、散乱光Ａ１およびＢ１となる。散乱光Ａ１およびＢ１は光吸収膜１７１で吸収されるから、ホトコンダクタ現象が発生することも２次散乱光となることになく表示コントラストを向上できる。
【０１５４】
図２２では透明基板２１２は円柱あるいは板上として説明した。透明基板２１２は図２０で示すように平凹レンズとしてもよい。また、前記平凹レンズに正レンズを組み合わせる構成も考えられる。
【０１５５】
本発明の表示装置には、多くの変形が考えられる。変形として考えられる構成の例を図２１（ａ）〜図２１（ｋ）に示す。いずれも、図面の右側が入射側であり、透明基板２１２、平凹レンズ２１４は透明接着剤により液晶パネル２１１に光学的に結合されている。また、透明基板２１２、平凹レンズ２１４の無効領域には光吸収膜１７１が塗布されている。平凹レンズ２１４を用いる場合には、正レンズ２１３を組み合わせることができる。なお、表示装置の入射側には、投写画像の周辺部を明るくするためにフィールドレンズを配置するのがよいが、液晶パネル２１１の入射側に平凹レンズ２１４を用い、その入射側に正レンズ２１３を近接配置する場合には、その正レンズ２１３はフィールドレンズとして機能することになる。
【０１５６】
図２１（ａ）〜図２１（ｋ）に示したいずれの構成も、前述の実施例と同様に良好な画像表示が得られる。なお、表示装置の液晶層５３から空気と接する面までを１つの材料で構成してもよいし、複数の材料を組み合わせてもよい。
【０１５７】
平凹レンズ２１４の光出射面もしくは光入射面には反射防止膜が形成される。平凹レンズ２１４はアクリル樹脂を用い、成型加工により作製している。成型加工は金型があれば、同一のレンズを作製できるので、量産性がよい。本発明の表示装置を用いて投写型表示装置を構成する場合は、平凹レンズ２１４等を組み合わせた状態で、光変調層５３上の光学像がスクリーン上で結像するようにすればよい。図２０に示すように、透明基板２１２を平凹レンズに構成することにより透明基板２１２の厚みは（数７）によらず、薄い厚みで十分に２次散乱光を防止することができる。
【０１５８】
たとえば図２１（ｋ）では平凹レンズ２１４に正レンズ２１３が近接して配置されている。正レンズ２１３の一方の凸面の曲率半径は、平凹レンズ２１４の凹面の曲率半径と等しい。前記凹面と凸面間に薄い空気間隔を設けている。平凹レンズの凹面および両凸レンズの両凸面には反射防止膜が蒸着されている。先と同様に本発明の表示装置を用いて投写型表示装置を構成する場合は投写レンズを、平凹レンズ２１４、正レンズ２１３を組み合わせた状態で、光変調層５３上の光学像スクリーン上に結像するようにする。
【０１５９】
高分子分散液晶のように光散乱状態の変化として光学像を形成する光変調層５３を有するライトバルブは、光変調層が完全散乱状態に近いほど表示コントラストは向上する。
【０１６０】
以上のように基板厚ｔと有効表示領域の対角長ｄとは重要な関係があることがわかった。我々はさらに検討を進め、光変調層５３の散乱特性を所定値以上とすることにより、２次散乱光の防止効果を大幅に向上できることを発見した。
【０１６１】
図１７において散乱光１７３ａが出射面１７６で反射し、再び光変調層５３に入射して２次散乱が生じる。光変調層５３の散乱特性が悪いと２次散乱も生じにくい。つまり、２次光源となることはない。
【０１６２】
光変調層５３が完全散乱状態に近くなると２次散乱の発生割合も多くなる。したがって、出射側基板１７９の厚みｔが（数７）の条件を満足することが必須になる。本発明者らは種々の実験を繰り返し、光変調層５３に電圧無印加状態で、入射側基板１７９より微小領域１７２への入射光の照度をＬ、出射基板１７９より微小領域１７２から測定した輝度をＢとしたとき（数８）で示されるＧが１．５以下、好ましくは１．０以下のとき、２次散乱光の防止効果が顕著であることを確認した。なお、（数８）においてπは円周率である。
【０１６３】
Ｇ＝πＢ／Ｌ（数８）
【０１６４】
以下、（数８）のＧを１．５以下とすることの根拠について説明をする。そのためには光変調層５３の特性の評価手法について説明しなければならない。図２３および図２４は光変調層の特性の評価手法の説明図である。
【０１６５】
図２３、図２４において、２１１は透明基板２１２を取り付けない状態の表示装置であり、２２４は表示装置２１１に透明基板２１２を取り付けた表示装置２１４である。２３１は平行光光源であり、略平行光の光を表示装置に照射する。２３２は輝度計であり、光変調層５３の微小領域の輝度を測定するものである。
【０１６６】
平行光光源２３１より表示装置２１１、２２４に照射する。輝度計２３２は角度θを変化させながら、光変調層の微小領域の輝度を測定する。なお、距離ｘは十分長くとる。なぜならば、透明基板の厚みにより図２３と図２４のｘの光学的距離に差が生じるのを防止するためである。前記測定結果を図２５）に示す。２５１は図２４（ａ）の表示装置の輝度（Ｂ）−角度（θ）曲線（以下、Ｂ−θ曲線と呼ぶ）、２５２は図２４（ｂ）の表示装置のＢ−θ曲線である。図２４（ｂ）の表示装置では輝度（Ｂ）が低下することがわかる。この原因は透明基板２１２により２次散乱光が抑制されているためである。Ｂ−θ曲線２５１と２５２の差は光変調層５３の散乱特性がよくなるほど大きくなる。
【０１６７】
前述のＢ−θ曲線でθ＝０度のときの輝度Ｂとライトバルブの光入射面で測定した照度Ｌを用いて、（数８）によりパネルゲイン（Ｇ）を計算する。
【０１６８】
次に、θ＝０のときの図２３の表示装置の輝度Ｂ１と図２４の表示装置の輝度Ｂ２との比、Ｂ２／Ｂ１をとり、輝度低下割合Ｄ（＝Ｂ２／Ｂ１）を計算する。前記輝度低下割合ＤとパネルゲインＧの関係曲線（以下、Ｄ−Ｇ曲線と呼ぶ）を描くと図２６の傾向になる。
【０１６９】
図２６ではパネルゲインＧが１．５以上では輝度低下割合（Ｄ）が小さく、パネルゲインＧが１．０以下で急激に輝度低下割合（Ｄ）が大きくなることを示している。つまり、パネルゲインＧは１．５以下にすることが好ましく、さらには１．０以下にすることが好ましい。
【０１７０】
本発明の表示装置をライトバルブとして用い、投写型表示装置を構成した際、コントラストＣＲは次の（数９）で示される。
【０１７１】
ＣＲ＝（２Ｆ）２Ｔ／Ｇ（数９）
【０１７２】
（数９）において、パネルゲインＧは（数８）で求められる。また、Ｆは投写レンズの有効Ｆ番号（以後ＦＮｏと呼ぶ）、Ｔはライトバルブの光変調層５３に最大電圧が印加されたときの光の透過率である。前記透過率Ｔは通常０．７〜０．９である。透過率を低減させているのは、対向電極を構成するＩＴＯの反射率および光変調層の光の吸収率等である。
【０１７３】
（数８）（数９）の導出については少し説明が必要である。まず（数８）について説明する。ここで（数８）および（数９）について簡単に説明しておこう。
【０１７４】
平行光を表示装置の光変調層５３に入射させ、その時の光変調層５３の照度をＬとする。輝度Ｂは前記照度Ｌを円周率πで除算したものである。また、光変調層５３の光散乱による輝度低下割合をパネルゲインＧとして定義する。パネルゲインＧは散乱特性が良好なほど小さくなる。以上のことから、光変調層５３の輝度Ｂは
【０１７５】
Ｂ＝ＧＬ／π（数１０）
【０１７６】
となる。（数１０）式を変形すれば（数８）が求まる。
次に（数９）について説明をする。輝度Ｂ0の発光体を、ＦＮｏがＦの投写レンズでスクリーン（像面）に投写する。そのスクリーン照度（像面照度）Ｌは一般的な光学理論式より、
【０１７７】
Ｌ＝（πＢ０）／（４Ｆ２）（数１１）
【０１７８】
である。（数１０）よりパネルの輝度はＢ＝ＧＬ／πである。したがって、光変調層５３が光散乱状態の時の、光変調層５３の輝度Ｂは（数１０）に（数１１）を代入して
【０１７９】
Ｂ＝（ＧＢ０）／（４Ｆ２）（数１２）
【０１８０】
となる。
光変調層５３が透明状態の時、また、その光透過率をＴとすれば、光変調層５３の輝度Ｂtは
【０１８１】
ＢＴ＝Ｂ０Ｔ（数１３）
【０１８２】
となる。表示コントラストＣＲは、Ｂ（黒表示）、ＢT（白表示）の比であるから、
【０１８３】
ＣＲ＝ＢＴ／Ｂ＝４Ｆ２Ｔ／Ｇ（数１４）
【０１８４】
となり、（数９）が求まる。
パネルゲインＧ＝０．５とは、透過型光変調パネルが完全拡散状態となった時の値である。Ｇ＝０．５の時、輝度低下割合が仮に０．５であれば実効的なパネルゲインは０．５×０．５＝０．２５となることを示している。以後、透明基板等の２次散乱防止効果により輝度低下割合Ｄを考慮したパネルゲインを実効パネルゲインＧ’と呼ぶ。
【０１８５】
パネルゲインＧが１．５以下、好ましくは１．０以下の時、輝度低下割合Ｄが大きくなり、実効パネルゲインＧ’が小さくなる。前記実効パネルゲインＧ’は（数９）においてＧ＝Ｇ’とおきかえることができるから、表示コントラストを向上できることになる。
【０１８６】
パネルゲインＧを１．５以下にするためには、光変調層５３の散乱特性をより完全拡散状態にしなければならない。完全拡散状態に近づける方法としては、（１）光変調層５３の材料開発により散乱特性を向上させる方法。（２）光変調層５３の膜厚を厚くする方法がある。（１）の方法は光変調層５３の膜厚および駆動電圧を変化させず散乱特性を向上するものであるから好ましいが、材料開発はそうたやすいものではない。（２）の方法は膜厚を厚くするだけであるから容易である。しかし、膜厚を厚くするほど光変調層を透過状態にするのに要する電圧は高くなる。一例として高分子分散液晶のポリマーと液晶との比率が約４：６で、かつ、液晶にネマティック液晶を用いた場合、液晶膜厚が１２（μｍ）の時、パネルゲインＧは約１．８であり、駆動電圧は６（Ｖ）である。液晶膜厚が２０μｍの時、パネルゲインＧ＝約０．８強であり、駆動電圧は１０（Ｖ）であった。駆動電圧ＶとパネルゲインＧの関係の一例を図２８に示す。
【０１８７】
印加電圧の１つの目安として±６〜７（Ｖ）以内という制約がある。この制約の一原因は画素電極への映像信号を出力するソースドライブＩＣ１５の駆動能力の問題である。
【０１８８】
パネルゲインＧを１．５以下にしようとすると駆動電圧は７（Ｖ）以上、パネルゲインＧを１．０以下とするには駆動電圧は９（Ｖ）以上必要である。図１または図２に示す本発明の表示装置および、本発明の表示装置の駆動方法を用いれば、液晶層５３に１０（Ｖ）程度の電圧を印加することは容易である。したがって、図１または図２等のストライプ状電極４１を形成することにより駆動電圧を１０（Ｖ）以上にできるから、パネルゲインＧを１．５以下にできる。さらに、図２２に示すような透明基板２１２をパネルにオプティカルカップリングすることにより、実効パネルゲインＧ’の低減効果を得られる。つまり本発明の表示装置は良好な表示コントラストを実現できることになる。当然のことながらストライプ状電極の構成を採用せずとも、パネルゲイン１．５以下を実現できれば、良好な表示コントラストを実現できる。また、図９に示す構成でも液晶層５３に高電圧を印加でき、良好な表示コントラストを実現できる。
【０１８９】
図１等に示すようにストライプ状電極４１を有する構成を採用することにより、液晶層５３に高電圧を印加できるようになる。多少の困難性があるが図６（ｂ）に示すような前段ゲート方式でも、１０Ｖ程度の高電圧印加を実現できる。ただし、ゲート信号線への印加電圧が高くなるから、ＴＦＴ６１の耐圧による劣化は生じる可能性はある。図１の表示装置では耐圧による劣化は生じない。
【０１９０】
前段ゲート方式の等価回路図は図８で示される。ただし、対向ドライブ回路１６は必要なく、ストライプ状電極４１は全画素共通の対向電極９１（図示せず）とする。
【０１９１】
図１２は図８の構成で液晶層５３に高電圧を印加するための説明図である。実線はＴＦＴ６１のゲートの電圧波形、点線はコンデンサ６４を形成する前段のゲート電圧波形である。ＴＦＴ６１オフ直後に突き抜けによって電圧ｄＶ１およびｄＶ４だけ低下し、次に点線で示す補償電圧Ｖｅ（＋）、Ｖｅ（−）でそれぞれｄＶ２、ｄＶ５だけ補償される。同一の電位に設定した対向電圧Ｖｔと信号電圧の中心Ｖｓｃを中心に正負Ｖ*（＋）、Ｖ*（−）だけ対称にバイアスされる。
【０１９２】
ゲートドライブＩＣ１４は、通常駆動のＴＦＴ６１オン・オフレベルに加えて、ＴＦＴ６１の寄生容量によって発生する突き抜け電圧を補償する二つのＶe（＋）、Ｖe（−）を持つ４レベルの信号を出力する。二つの補償電圧の中間レベル最適化でソース信号の電位中心と画素電位の電位中心と対向電位（固定）が同電位で駆動できる。
【０１９３】
また、２つの補償電圧間の振幅（Ｖ*＝Ｖe（＋）＋Ｖe（−））は、液晶５３にバイアス電圧を印加する効果がある。これを最適値に設定すればソース信号の最大振幅６（Ｖ）で十分なコントラストを得られる。たとえば、液晶５３に±１０（Ｖ）の電圧を印加するためにはＶe（＋）＋Ｖe（−）により±４（Ｖ）分バイアスさせれば、ソース信号線の最大振幅は６（Ｖ）でよい。以上のような駆動方法をバイアス駆動と呼ぶ。
【０１９４】
他に比較的高電圧を液晶層５３に印加できる方法として１Ｈ対向反転駆動があげられる。前記駆動は１水平走査期間（１Ｈ）ごとに一行の画素列に信号を書き込むと同時に対向電極９１の電位の極性を反転させるものである。対向電極の消費電力が大きくなる点、パネルの寿命が短くなるという欠点があるが、１Ｈ対向反転駆動を本発明の表示装置の駆動方式として採用することも可能である。
【０１９５】
以上のように、ストライプ状電極４１の構成を採用せずとも、液晶層５３に比較的高い電圧を印加する方法（バイアス駆動、一Ｈ対向反転駆動）は存在する。前述の駆動と図２１に例示する構成と（数８）のＧ＜１．５の条件を満足させることにより良好な表示コントラストを実現できる。
【０１９６】
本発明の表示装置では光変調に偏光板を用いないため、高輝度表示を実現できる。また、容易に液晶層５３に高電圧を印加できる構成を採用すること、あるいは透明基板１７９の効果により高コントラスト表示を実現できる。当然のことながら高電圧を印加できる構成を採用し、かつ、透明基板１７９の２次散乱光の防止効果両方によりさらに表示コントラストを向上できることはいうまでもない。
【０１９７】
透明基板１７９は２次散乱光防止効果をもつ。ただし、２次散乱防止効果の利益を十分に得ようとするとパネルゲインＧは１．５以下に好ましくは１．０以下にする必要がある。後ほど説明をするが、実用上十分なコントラストＣＲを得るためにも、パネルゲインＧは１．５以下を実現する必要がある。パネルＧを１．５以下を実現しようとすると、液晶層５３に少なくとも７（Ｖ）以上の電圧を印加せねばならない。図１等に示す本発明の表示装置はストライプ状電極４１を形成しているため、ソースドライブ回路１５の信号振幅を大きくすることなく、液晶層５３に高電圧を印加できる。
【０１９８】
以上のように本明細書では、大きく考えて３つの表示装置の発明の記載がある。第１番目はストライプ状電極を形成した表示装置、第２番目は透明基板１７９を有し、かつパネルゲインＧ＜１．５を実現した表示装置、第３番目は第１番目と第２番目の表示装置を組み合わせた表示装置である。
【０１９９】
以下、図面を参照しながら本発明の投写型表示装置について説明する。図３２は本発明の投写型表示装置の構成図である。ただし、説明に不要な構成要素は省略している。
【０２００】
図３２において、３２１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３（ｍｍ）以上６（ｍｍ）以下のものを用いる。メタルハライドランプは２５０（Ｗ）クラスのものでアーク長は略６．５（ｍｍ）、１５０（Ｗ）クラスのものでアーク長は略５（ｍｍ）である。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。凹面鏡は楕円面鏡あるいは放物面鏡を用いる。３２２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、３２３ａはＢ光を反射させるダイクロイックミラー（以下、ＢＤＭと呼ぶ）、３２３ｂはＧ光を反射させるダイクロイックミラー（以下、ＧＤＭと呼ぶ）、３２３ｃはＲ光を反射させるダイクロイックミラー（以下、ＲＤＭと呼ぶ）である。なお、ＢＤＭ３２３ａからＲＤＭ３２３ｃ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ＲＤＭ３２３ｃ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。
【０２０１】
２１２は図１または図２に示す本発明の表示装置である。なお、光変調層５３に高分子分散液晶を用いる場合は、Ｒ光を変調する光変調層５３を、他のＧおよびＢ光を変調する光変調層５３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５３のビーズ径を変化することにより調整できる。３２４はレンズ、３２６は投写レンズ、３２５はしぼりとしてのアパーチャである。なお、３２４、３２５および３２６で投写光学系を構成している。なお、アパーチャ３２５は、投写型表示装置の動作の説明上図示したものである。アパーチャ３２５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ＦＮｏが大きければアパーチャ３２５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ＦＮｏ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。  
【０２０２】
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。まず、集光光学系３２１から白色光が照射され、この白色光のＢ光成分はＢＤＭ３２３ａにより反射される。このＢ光は表示装置２１２ａに入射する。表示装置２１２ａは、図３８（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。
【０２０３】
散乱した光はアパーチャ３２５ａで遮光される。平行光または所定角度内の光はアパーチャ３２５ａを通過する。変調された光は投写レンズ３２６ａによりスクリーン（図示せず）に拡大投写される。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２１２ｂはＧ光成分の光を変調し、また、表示装置２１２ｃはＲ光成分の光を変調する。３つの表示装置が変調した光によりスクリーン上にはカラー画像が表示される。図３５は図３２の表示装置２１２を図２１に示す表示装置２２４におきかえた投写型表示装置である。他の構成は図３２と同様であるので説明を省略する。ただし、表示装置２２４の透明基板２１２が平凹レンズ２１４等の場合は、前記レンズの屈折角度等を考慮して投写光学系を形成する。なお、表示装置２２４は図１７または図２１に示すものでもよいことは言うまでもない。
【０２０４】
図３２は３つの投写レンズ３２６によりスクリーンに拡大投映する方式であるが、一つの投写レンズで拡大投写する方式もある。その構成図を図３３に示す。なお、表示装置２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは図３２で用いたものと同様のものを用いる。
【０２０５】
ここでは説明を容易にするため、２１２ＧをＧ光の映像を表示する表示装置、２１２ＲをＲ光の映像を表示する表示装置、２１２ＢをＢ光の映像を表示する表示装置とする。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光の波長は、以下のとおりである。ダイクロイックミラー３３２ａ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３３２ｃ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３３２ｂはＢ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３３２ｄはＢ光を反射させ、Ｇ光およびＲ光を透過する。
【０２０６】
メタルハライドランプから出射された光は全反射ミラー３３１ａ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３３２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３３２ａ、３３２ｂ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３３３Ｒに、Ｇ光はフィールドレンズ３３３Ｇに、Ｂ光はフィールドレンズ３３３Ｂに入射する。各フィールドレンズ３３３は各光を集光し、表示装置２１２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３３２ｃ、３３２ｄにより合成され、投映レンズ３３４によりスクリーン（図示せず）に拡大投映される。
【０２０７】
図３６は図３３の表示装置２１２を図２１に示す表示装置２２４におきかえた投写型表示装置である。他の構成は図３３と同様であるので説明を省略する。ただし、表示装置２２４の透明基板２１２が平凹レンズ２１４等の場合は前記レンズの屈折角度等を考慮して投写レンズ３３４を設計をする。なお、表示装置２２４は図１７または図２１に示すものでもよいことは言うまでもない。
【０２０８】
図３４は反射型の投写型表示装置の一実施例の構成図である。３４５は反射型の表示装置である。図１等に示す表示装置の画素電極５１を金属薄膜等を用いて反射電極として形成すれば、反射型の表示装置を実現できる。光源３４１はランプ３４１ａ、凹面鏡３４１ｂ、ＵＶＩＲカットフィルタ３４１ｃで構成される。ランプ３４１ａはメタルハライドランプである。凹面鏡３４１ｂ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３４１ａからの放射光に含まれる可視光は、凹面鏡３４１ｂの反射面により反射する。凹面鏡３４１ｂから出射する反射光は、フィルタ３４１ｃにより赤外線と紫外線とが除去されて出射する。
【０２０９】
投写レンズ３４２は、表示装置３４５側の第１レンズ群３４２ｂとスクリーン側の第２レンズ群３４２ａとで構成され、第１レンズ群３４２ｂと第２レンズ群３４２ａとの間には平面ミラー３４３が配置されている。表示装置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３４２ｂを透過した後、約半分が平面ミラー３４３に入射し、残りが平面ミラー３４３に入射せずに第２レンズ群３４２ａに入射する。平面ミラー３４３の反射面の放線は投写レンズ３４２の光軸３４６に対して４５゜傾いている。
【０２１０】
光源３４１からの光は、平面ミラー３４３で反射されて第１レンズ群３４２ｂを透過し、表示装置３４５に入射する。表示装置３４５からの反射光は、第１レンズ群３４２ｂ、第２レンズ群３４２ａの順に透過してスクリーン３４７に到達する。投写レンズ３４２の絞りの中心から出て表示装置３４５に向かう光線は、液晶層５３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。
【０２１１】
ここでは説明を容易にするために、３４５ｂをＧ光を変調する表示装置、３４５ｃをＢ光を変調する表示装置、３４５ａをＲ光を変調する表示装置であるとして説明する。
【０２１２】
図３４において、３４４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３４３により折り曲げられ、投写レンズ３４２の第１群に入射する。この際フィルタ３４１ｃにより不要なＢ光およびＲ光はカットされる。フィルタ３４１ｃの帯域は半値幅の値で４３０ｎｍ〜６９０ｎｍ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３４４ａ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３４４ｃで帯域制限され、表示装置３４５ｂ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３４４ｂはＢ光を反射し、Ｒ光を透過させる。Ｂ光は表示装置３４５ｃに、Ｒ光は表示装置３４５ａに入射する。
【０２１３】
入射するＢ光の帯域は４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ、Ｒ光の帯域は６００ｎｍ〜６９０ｎｍである。表示装置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。表示装置で形成された光学像はダイクロイックミラー３４４で色合成され、投写レンズ３４２に入射し、スクリーン３４７上に拡大投写される。なお、これらのＲ、Ｇ、Ｂ光等の帯域は本発明の投写型表示装置でほぼ共通の値である。
【０２１４】
図３７は図３４の表示装置３４５を表示装置３７１におきかえた投写型表示装置である。表示装置３４５の光入射面に透明基板１７９をオプティカルカップリングしている。他の構成は図３４の構成と同様であるので説明を省略する。
【０２１５】
このように反射型の表示装置を用いれば、図３２または図３３の投写型表示装置と比較して、コントラストも良好であり、画素開口率も高く、高輝度表示を行うことができる。その上、表示装置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。
【０２１６】
本発明の投写型表示装置において、ダイクロイックミラーによってＲ光、Ｇ光およびＢ光の３原色の光に分離するとしたが、これに限定するものではなく、たとえばダイクロイックフィルタ、ダイクロイックプリズム等を用いてもよい。
【０２１７】
以下、本発明の投写型表示装置の共通事項について説明をする。まずは、ランプのアーク長・消費電力、パネルサイズ、コントラスト等について設計に必要な事項について順次説明をする。
【０２１８】
表示装置の液晶層５３を±１０Ｖの電圧で駆動するとすれば、パネルゲインＧ＝０．８以下のものを作製することが可能である。パネルゲインＧ＝０．８のパネルに透明基板１７９等を取り付け、輝度低下割合Ｄを考慮すると、実効パネルゲインＧ’＝０．５近くのものを得ることができる。実効パネルゲインＧ’の表示装置を用いて投写型表示装置を構成すると、コントラストＣＲは次式で示される。
【０２１９】
ＣＲ＝（２Ｆ）２Ｔ／Ｇ’（数１５）
【０２２０】
（数１５）よりＦＮｏと表示コントラストの関係をグラフ化したものを図３１に示す。ただしＴ＝０．７５としている。
【０２２１】
（数１５）より、投写光学系の有効Ｆ値が５以上であればＣＲ＝１５０以上、７以上であればＣＲ＝２５０以上となる。
【０２２２】
投写型表示装置を家庭用テレビとして商品化するための重要な項目に消費電力がある。家庭用の現行のＮＴＳＣ対応直視テレビでは３０インチクラスで２００Ｗ以下である。本発明の投写型表示装置は、現行のＮＴＳＣ直視テレビよりもっと大画面表示の実現を商品化目標としているが、やはり消費電力は３００Ｗ以下にしなければならない。ランプの消費電力は、映像信号処理回路などで消費する電力を考慮すると２５０Ｗ以下、好ましくは１５０Ｗ程度にしなければならない。
【０２２３】
ランプの制約にアーク長の問題もある。松下電子工業（株）が開発しているメタルハライドランプ２５０Ｗはアーク長６．５（ｍｍ）である。また、岩崎電気（株）が開発しているメタルハライドランプ等は１５０Ｗでアーク長５．０（ｍｍ）強のものがある。これらのランプのアーク輝度は、およそ１．２×１０８（ｎｔ）である。ランプの消費電力を一定にしてアーク長を短くすればアーク輝度は上昇するがランプ寿命は短くなる。
【０２２４】
家庭用テレビとして投写型表示装置を導入するとすればメタルハライドランプの交換は容易に行うことができないから、ランプの長寿命化は重要である。アーク輝度１．２×１０８（ｎｔ）のメタルハライドランプは徐々に長寿命化の傾向にあるが、短アークにして長寿命化の実現できるめどは現在のところない。
【０２２５】
次に照明光の光広がり角（ＦＮｏ）について考慮する。なお、照明光の光広がり角とは表示装置に入射する光のＦ番号（ＦＮｏ）である。仮定として、（１）ライトバルブ面、スクリーン面共に均一照明分布として扱う。
（２）ランプのアーク発光体は長さｄＬ、太さｄＷの完全拡散円筒光源とする。（３）スクリーン到達光系φＳ、ランプ全光束φＬとした場合に、光透過効率ｔ、光集光能力ηを用いて、φＳ＝ｔ・η・φＬとする。ただし、光透過効率ｔは界面損失，液晶パネルの透過率，ダイクロイックミラー等の色分離効率で決まる値、光集光能力ηは光透過効率ｔ＝１．０とした場合に、光学系が集光できる能力である。
【０２２６】
光束に着目したときスクリーン照度ＥＳはランプの全光束をφＬ（ｌｍ）、パネルの有効対角長をｄ（ｍ）、面積係数をＫ（パネルの画面サイズが４：３の時はＫ＝０．４８、１６：９の時はＫ＝０．４３）、拡大倍率をｍ、光集光能力をη、光透過効率をｔとしたとき、（数１６）で示される。
【０２２７】
ＥＳ＝（ｔηφＬ）／（ｍ２ＫＤ）（数１６）
【０２２８】
一方、発光体輝度に着目してスクリーン照度ＥＳ’は、発光体輝度をＢＬ（ｎｔ）照明光の有効Ｆ値をＦ０とすれば（数１７）で示される。
【０２２９】
Ｅｓ’＝（πＢＬｔ）／（４ｍ２Ｆｏ２）（数１７）
【０２３０】
また、発光体の輝度ＢＬは発光体有効長をｄＷ、発光体有効幅をｄＬとしたとき、（数１８）で示される。
【０２３１】
ＢＬ＝φＬ／（π２ｄＬｄＷ）（数１８）
【０２３２】
以上の（数１６）（数１７）および（数１８）より照明光の有効ＦＮｏ（Ｆ０）は（数１９）で示される。
【０２３３】
Ｆ０２＝（ＫＤ２）／（４πηｄＷｄＬ）（数１９）
【０２３４】
照明光の光の広がり角（ＦＮｏ）を投写レンズの集光角（ＦＮｏ）は略一致させなければ光利用率は低下する。これは、ＦＮｏ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ＦＮｏと投写レンズのＦＮｏは一致させている。
【０２３５】
図３０は照明光の有効Ｆ値とランプのアーク長つまり発光体長およびパネルの対角長ｄとの関係を示している。図３０は（式９）を用いて算出している。なお、ｋ＝０．４３、η＝０．５とする。また、アーク長は１５０（Ｗ）、アーク長５（ｍｍ）ランプのｄＷ＝２（ｍｍ）、ｄＬ＝５（ｍｍ）を基準としている。他のアーク長はｄＷ：ｄＬのアスペクトに比例して算出している。
【０２３６】
図３０において、パネルサイズが小さくなるほど、同一アーク長であればパネルサイズｄが小さくなる。したがってパネルサイズｄを小さくすれば照明光のＦＮｏは小さくする必要がある。パネル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、パネルサイズｄ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。したがって、実用上の観点からパネルの対角長は２インチ以上４インチ以下にしなければならない。
【０２３７】
発光体輝度をランプ寿命を考慮して１．２×１０８（ｎｔ）とすると、アーク長とランプの消費電力は比例すると考えられる。アーク長３（ｍｍ）のランプは５０（Ｗ）、アーク長４（ｍｍ）のランプは１００（Ｗ）、アーク長５（ｍｍ）のランプは１５０（Ｗ）程度となる。メタルハライドランプの効率は８０（ｌｍ／Ｗ）である。５０（Ｗ）のランプの全光束は４０００（ｌｍ）、１００（Ｗ）のランプの全光束は８０００（ｌｍ）、１５０（Ｗ）のランプの全光束は１２０００（ｌｍ）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ＦＮｏとは相関があり、ランプの消費電力とランプの全光束は相関があるから、この関係を図示すると図２９になる。ただし、スクリーン光束はランプの全光束の５％としている。
【０２３８】
以上のことから、投写型表示装置に最適な仕様範囲が定まってくる。以下、最適な仕様について説明をする。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、かつ実用域の視野特性を得るためには３００〜４００（ｌｍ）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、１００（Ｗ）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３（ｍｍ）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１００（Ｗ）以上のメタルハライドランプが必要である。
【０２３９】
また、パネル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。パネルサイズはアーク長が５（ｍｍ）、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。
【０２４０】
アーク長が５（ｍｍ）程度、パネルサイズが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。
【０２４１】
以上のことから、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５（ｍｍ）前後、ランプのＷは１５０Ｗ前後を用いなければならない。
【０２４２】
投写レンズのＦＮｏ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（数１５）で示されるからＦＮｏが小さくなると表示コントラストは悪くなる。逆に投写光学系のＦＮｏ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。
【０２４３】
以上のことから、ランプに関してはアーク長は良好な表示コントラストを得るために３（ｍｍ）以上６（ｍｍ）以下でなければならない。また、消費電力の点から２５０（Ｗ）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１００（Ｗ）以上のメタルハラ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３（ｍｍ）以上６（ｍｍ）以下でなければならない。
【０２４４】
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。
【０２４５】
投写レンズのＦＮｏ、広義には投写光学系のＦＮｏ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ＦＮｏは６以上８以下でなければならない。また、投写レンズのＦＮｏと照明光学系のＦＮｏと略一致させなければ光損失が生じ、光利用効率は低下する。
【０２４６】
以上の値あるいは値の範囲は高分子分散液晶表示装置をライトバルブとして用いる投写型表示装置として重要な事項である。これらの事項はまだ、他社等から開示されている事項ではない。
【０２４７】
なお、本発明の投写型表示装置において、表示装置の光変調層５３として高分子分散液晶を用いるとしたが、散乱状態の変化を用いるものであれば同様の効果を得られる。たとえば、高分子分散液晶を用いた光書き込み型液晶パネル、相変化液晶を用いた熱書き込み液晶パネル、散乱状態の変化を用いる強誘電性液晶パネル、ＤＳＭ液晶パネル、ＰＬＺＴなどを用いる表示パネル等が該当する。また、ストライプ状電極構成は、光変調層として散乱により光変調を行なうものに限定するものではなく、ツイストネマティック液晶パネルにも応用できる。また、偏光方式の光書き込み液晶パネルにも応用できるであろう。
【０２４８】
また、本発明の表示装置のアレイ基板１１または対向基板１２もしくは前記両方の基板に透明基板を貼りつけるとしたが、前記アレイ基板１１または対向基板１２もしくは両方の基板を厚くして（数７）の条件を満足できれば、あえて透明基板を貼りつける必要がないことは明らかである。また、アレイ基板１１もしくは対向基板を凹レンズ状にできれば、基板に凹レンズを貼りつける必要がないことも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０２４９】
【図１】本発明の表示装置の斜視図である。
【図２】他の実施例における本発明の表示装置の斜視図である。
【図３】本発明の表示装置の斜視図の一部断面図である。
【図４】本発明の表示装置のストライプ状電極を形成した基板の平面図である。
【図５】本発明の表示装置の断面図である。
【図６】画素の構成図である。
【図７】本発明の表示装置の等価回路図である。
【図８】他の実施例における本発明の表示装置の等価回路図である。
【図９】他の実施例における本発明の表示装置の等価回路図である。
【図１０】本発明の表示装置の回路ブロック図である。
【図１１】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１２】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１３】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１４】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１５】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１６】本発明の表示装置の駆動方法の説明図である。
【図１７】本発明の表示装置の説明図である。
【図１８】本発明の表示装置の説明図である。
【図１９】本発明の表示装置の説明図である。
【図２０】本発明の表示装置の説明図である。
【図２１】本発明の表示装置の変形例である。
【図２２】本発明の表示装置の断面図である。
【図２３】本発明の表示装置の説明図である。
【図２４】本発明の表示装置の説明図である。
【図２５】本発明の表示装置の特性図である。
【図２６】本発明の表示装置の説明図である。
【図２７】本発明の表示装置の説明図である。
【図２８】本発明の表示装置の説明図である。
【図２９】本発明の投写型表示装置の説明図である。
【図３０】本発明の投写型表示装置の説明図である。
【図３１】本発明の投写型表示装置の説明図である。
【図３２】本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３３】他の実施例における本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３４】他の実施例における本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３５】他の実施例における本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３６】他の実施例における本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３７】他の実施例における本発明の投写型表示装置の構成図である。
【図３８】高分子分散液晶の説明図である。
【符号の説明】
【０２５０】
１１  アレイ基板
１２  対向基板
１３  表示領域
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  ゲートドライブ回路
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  ソースドライブ回路
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ  対向ドライブ回路
３３、３４  端子
３１ａ、３１ｂ  導電ビーズ
３２  接着剤
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ  ストライプ状電極
４２  金属薄膜
４３  ＩＴＯ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ  画素電極  
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ  ゲート信号線
５３  液晶層
５４ａ，５４ｂ  低誘電体膜
６１  ＴＦＴ
６２  ソース信号線
６３  共通電極
６４  コンデンサ
７１  画素
９１  対向電極
９２  コンデンサ駆動回路
１０１  アンプ
１０２  位相分割回路
１０３  出力切り換え回路
１０４  制御回路
１０５、２１１  液晶パネル
１１１、１１２、１１３  信号波形
１７１  光吸収膜
１７２  微小領域
１７３ａ、１７３ｂ  散乱光
１７４  透過光線
１７５  反射光線
１７６  出射面
１７７  側面
１７８  入射側基板
１７９  出射側基板
１８１  光リング
１８２  有効表示領域
２１２  透明基板
２１３  正レンズ
２１４  平凹レンズ
２２２  遮光膜
２２３  封止樹脂
２２４  表示装置
２３１  平行光線
２３１  輝度計
２５１、２５２  パネルゲイン曲線
３２１  集光光学系
３２２、３４１ｃ  ＵＶＩＲカットフィルタ
３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃ  ダイクロイックミラー
３２４ａ、３２４ｂ、３２４ｃ、３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ  レンズ
３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃ  アパーチャ
３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃ、３４３  ミラー
３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄ、３４４ａ、３４４ｂ、３４４ｃ  ダイクロイックミラー
３３３Ｒ、３３３Ｇ、３３３Ｂ  フィールドレンズ
３３４、３４２  投写レンズ
２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂ  表示装置
３４１  光源
３４１ａ  ランプ
３４１ｂ  凹面鏡
３４２ａ、３４２ｂ  レンズ
３８１  ポリマー
３８２  水滴状液晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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