JPH0566501A

JPH0566501A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0566501A
Application number: JP3227907A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Otaguro; 洋大田黒
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】スクリーン上に投影される画像のコントラス
ト比が高く、階調表示が容易であり、かつ消費電力の低
減をはかり得る投射型液晶表示装置を提供すること。【構成】透過型の液晶パネル２１と、この液晶パネル
２１に光を照射するための光源２２と、この光源２２か
ら出た光を液晶パネル２１に透過させてスクリーン２４
上に投影する光学系２３とを備えた投射型液晶表示装置
において、映像信号の１画面当たりの平均輝度を検出す
る輝度検出回路１２と、この回路１２で検出された輝度
信号に応じて液晶パネル２１に印加する映像信号電圧を
変調する映像信号変調回路１５と、検出された輝度信号
に応じて光源２２の輝度を変化させる光源輝度変調回路
１３とを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型液晶表示装置に
係わり、特に光源の輝度を可変する手段を備えた投射型
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータのディス
プレイや小型テレビに用いられる表示装置として、薄型
軽量の液晶表示装置が注目されている。しかし、現在商
品化されている液晶テレビは対角４インチ程度の大きさ
でしかなく、現在のＣＲＴによるテレビにとって代わる
にはサイズ・価格共程遠いのが現状である。

【０００３】そこで最近、液晶パネルをライトバルブと
して使用し、レンズやダイクロイックミラーと組み合わ
せることにより、映像をスクリーン上に拡大する投射型
液晶表示装置が開発されている。この装置は、ＣＲＴを
用いた３管式プロジェクターに比しても小型軽量であ
り、画面の大型化を十分に満足することができる。

【０００４】図８に、投射型液晶表示装置の代表的な構
造図の例を示す。この装置は、３枚の液晶パネル８１，
ハロゲンランプなどの光源８２，レンズやミラーなどの
光学系８３から構成されている。そして、光源８２から
出た光をダイクロイックミラー８３ａで赤，青，緑の三
原色に分け液晶パネル８１を通過させた後、再びダイク
ロイックミラー８３ｂにより合成し、投射用レンズ８３
ｃでスクリーン８４上に投射する。各液晶パネル８１に
はそれぞれ各色に対応した信号電圧が印加されている。
このため、赤，青，緑の３色に対応する像がスクリーン
８４上に拡大投射され、これによりカラー画像が表示さ
れることになる。

【０００５】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、画面サイズを大きくしよ
うとすればスクリーン上での輝度が落ち、コントラスト
比が落ちてしまう。これを解決するために光源の輝度を
上げると、消費電力が多くなり発熱量も増える。

【０００６】また、液晶パネル自体の電圧−輝度特性は
図９のようになっており、コントラスト比が５０対１程
度と低く、映像信号の本来持っているコントラスト比は
表示できない。従って、明るい部分の表示や暗い部分の
表示を行った場合、画像が潰れてしまい、精細な画像を
得られない。さらに、電圧−透過率特性が急峻すぎ、ま
たその電圧差も少ないので細かな階調表示を行うことは
難しい。

【０００７】また、液晶パネルにアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶パネル
を用いた場合、画面を明るくするために光源の光を強く
すると、ＴＦＴのオフ電流（光リーク電流）が増加し、
コントラスト比の低下などの画像劣化が起こる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の投
射型液晶表示装置においては、液晶パネルの特性からコ
ントラスト比が不足しており、しかも液晶パネルの電圧
−透過率特性が急峻すぎて細かな階調表示は難しい。ま
た、光源による消費電力が大きく、さらに光源の光を強
くすると、光リーク電流の増加によるコントラスト比の
低下などの画像劣化が起こる問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、スクリーン上に投影さ
れる画像のコントラスト比が高く、階調表示が容易であ
り、かつ消費電力の低減をはかり得る投射型液晶表示装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、次のような構成を採用している。

【００１１】即ち本発明は、透過型の液晶パネルと、こ
の液晶パネルに光を照射するための光源と、この光源か
ら出た光を液晶パネルに透過させてスクリーン上に投影
する光学系と、液晶パネルに映像信号に応じた駆動電圧
を供給する手段とを備えた投射型液晶表示装置におい
て、映像信号に応じて光源の輝度を変化させるようにし
たものである。

【００１２】ここで、光源の輝度を変化させる手段とし
ては、映像信号の１画面当りの平均輝度，最大輝度及び
最小輝度を検出し、この検出情報に応じて光源の輝度を
変えるようにすればよい。また、光源のみならず、映像
信号に応じて液晶パネルに印加する駆動電圧を変調する
ようにしてもよい。

【００１３】

【作用】本発明では、映像信号に対応して光源の輝度を
変化させる。つまり、画面全体が暗い映像信号の時は光
源の輝度を下げ、画面全体が明るい場合は光源の輝度を
上げる。すると、明るい画面と暗い画面とを比較した場
合のコントラスト比は向上する。しかも、光源の輝度を
下げた場合は、消費電力の低減は勿論のこと、液晶パネ
ルの能動素子の光リークを低減することができ、コント
ラスト比も良くなる。

【００１４】また、映像信号に対応して液晶パネルに印
加する信号電圧を変化させる。つまり、液晶パネルの信
号電圧−透過率特性の白レベルと黒レベルの範囲内をで
きるだけいっぱいに使うように映像信号を変調し、液晶
パネルに印加する信号電圧とする。すると、階調表示を
行う場合、信号電圧を細かい階調に分けることできるの
で、階調表示が容易にでき、しかも細かく階調を整える
ことが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係わる投
射型液晶表示装置を示す概略構成図である。この装置は
大きく分けて、信号処理部１０と光学構造部２０とに分
けられる。

【００１７】光学構造部２０は従来例と同じであり、液
晶パネル２１，光源２２，光学系２３及びスクリーン２
４等から構成されている。光学系２３は、ダイクロイッ
クミラー２３ａ，２３ｂ及び投射用レンズ２３ｃからな
り、液晶パネル２１としてはノーマリーホワイトのもの
を用いた。なお、光学構造部２０は図１に限定されるも
のではなく、光源２２から出た光を液晶パネル２１を通
過させてスクリーン２４上に拡大投射するものであれば
よい。

【００１８】信号処理部１０は、ビデオや放送局からの
電波などを受信して映像信号を入力する映像信号入力回
路１１と、該映像信号の１画面当りの平均輝度，最大輝
度及び最小輝度などを検出する輝度検出回路１２と、検
出された輝度信号により光源の輝度を変えるための光源
輝度変調回路１３と、変調回路１３により電圧値が制御
される光源用の電源１４と、輝度検出回路１２により検
出された輝度信号で元の映像信号を変調し液晶パネルに
印加する駆動信号電圧を作る映像信号変調回路１５とか
らなっている。

【００１９】ここで、光源輝度変調回路１３は、輝度検
出回路１２で検出された平均輝度が暗い場合は電源１４
の電圧値を下げ、平均輝度が明るい場合は電源１３の電
圧値を上げるように設定されている。また、映像信号変
調回路１５は、平均輝度が暗い場合は駆動信号電圧の低
い方をより低く、平均輝度が明るい場合は駆動信号電圧
の高い方をより高くするように設定されている。また、
最大輝度及び最小輝度に応じてより細かい制御を行うこ
とも可能である。

【００２０】本実施例の装置を用いて表示した画面の映
像信号電圧とスクリーン上での輝度特性をはかった結果
を、図２に実線で示す。表示はラスタ表示とし、スクリ
ーン上での輝度を測定した。また、同図上に従来の駆動
信号での輝度特性を点線で示す。これらの比較から、本
実施例装置におけるコントラスト比及び映像信号の再現
性が優れていることが分かる。

【００２１】ここで、本発明の原理を図３により説明す
る。図３（ａ）に示すような駆動信号電圧−透過率特性
を持つ液晶パネルがあったとき、光源の輝度を変える
と、図３（ｂ）に示すように駆動信号電圧−輝度特性
は、光源が明るい場合は上へ上がり、逆に光源が暗い場
合は下に下がる。つまり、図３（ｂ）の斜線の範囲で駆
動信号に対する光源の明るさを変化させることができ
る。

【００２２】図４は横軸に光源の相対輝度を取り、縦軸
にスクリーン上での輝度を取って、図３（ｂ）をプロッ
トした図である。一番上の直線は駆動信号電圧が小さい
ときで、この表示装置の白レベルである。一番下の直線
は駆動信号が大きいときで、この表示装置の黒レベルで
ある。ここでは簡単のために光源の輝度は、(1) 標準
（100%），(2) 標準より明るい（120%），(3) 標準より
暗い（50％）の３段階のみ変化するとする。

【００２３】映像信号として、ある１画面でＶ３〜Ｖ５
の範囲の信号電圧が印加されたとする。映像信号をその
まま液晶パネルの駆動信号としてＶ３〜Ｖ５の範囲で液
晶パネルに印加すると、光源の輝度が (1)の標準のと
き、スクリーン上の輝度はＡのようになる。このとき、
光源の輝度を (3)標準より暗くし、駆動信号電圧をＶ２
〜Ｖ５の範囲で変化させても、Ａと同じ輝度範囲のＡ′
が得られる。Ａの場合よりＡ′の方が液晶の駆動電圧と
しては幅が広い。従って、Ａ′の方、即ち光源の輝度を
暗くした方がより細かく階調を取ることができる。

【００２４】同様に、Ｖ１〜Ｖ３の範囲で映像信号が入
力されたとき、そのまま液晶パネルに印加すれば、輝度
の範囲はＢのようになる。このとき、光源の輝度を上げ
て、(2) の条件にし、Ｖ１〜Ｖ４の範囲の駆動信号を液
晶パネルに印加すれば、白レベルが上がり、コントラス
ト比が高くなる。

【００２５】本実施例では液晶パネルとして、ａ−Ｓｉ
のＴＦＴ液晶パネルを使用したが、従来例でも説明した
ようにＴＦＴに光を照射すると、オフ状態（Ｖｇ＜０）
でのドレイン電流（光リーク電流：Ｉoff ）が増加し
て、画素の保持特性の劣化が生じ、コントラスト比の低
下やフリッカ発生の原因となる。光の強さを変化させた
ときの光リーク電流の違いを、図５に示す。この図は、
光が照射されていない場合（図中実線で示す）と、照度
Ｌ１の場合（図中一点鎖線で示す）と、照度Ｌ２の場合
（図中破線で示す）との、それぞれのトランジスタ特性
を示している。但し、（Ｌ２＞Ｌ１）である。照度が高
いＬ２よりも照度が低いＬ１の方が、光リーク電流が少
なくことが分かる。

【００２６】投射型液晶表示装置の場合、映像を明るく
するためには光源を明るくすることが必要であり、液晶
パネルに照射される光の強さは、従来例で２０万ルクス
にも達する。従って、ＴＦＴの光リーク電流も無視でき
ない大きさであり、この光リーク電流により種々の悪影
響が生じる。

【００２７】本実施例では、映像が明るい場合は光源の
輝度を上げ、映像が暗い場合は光源の輝度を下げてい
る。従って、リーク電流は一定ではなく、映像が明るい
場合は大きく、暗い場合は小さいものとなる。一方、光
リーク電流は映像が明るい場合は殆ど問題とならない
が、暗い場合には画質劣化として顕著に現われる。従っ
て本実施例のように光源の輝度を可変すれば、画質劣化
の要因となる暗い映像における光リーク電流を少なくす
ることができる。

【００２８】このように本実施例によれば、１画面当た
りの平均輝度に応じて光源の輝度を可変すると共に、液
晶パネルに印加する駆動信号（映像信号）を変調するこ
とにより、コントラスト比が高く、階調表示が容易にな
り、低消費電力の投射型液晶表示装置を実現することが
できる。

【００２９】上記実施例では光源及び駆動信号の変調を
映像信号の輝度により行ったが、色信号による変調や、
変調専用の信号を映像信号に付加することによっても可
能である。また、光源の輝度は３段階に限らず、複数の
段階にすることができ、連続的に変化させることも可能
である。また、実施例では液晶パネルとしてノーマリホ
ワイト型のものを用いたが、ノーマリブラック型のもの
を用いても同様の効果が得られる。この場合、液晶パネ
ルに印加する電圧を、白黒で実施例とは逆にすればよ
い。

【００３０】図６は、本発明の第２の実施例を示す概略
構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。本実施例が、先に説
明した実施例と異なる点は、光源２２として２つのラン
プを用いたことにある。

【００３１】本実施例における光源２２ａ，２２ｂはメ
タルハライド・ランプである。メタルハライド・ランプ
は放電型ランプであるので、発光効率は高く、輝度が高
いという特徴がある。本実施例ではメタルハライド・ラ
ンプ２２ｂの方は輝度を一定とし表示装置としての輝度
を高くするのに用い、輝度の変調をもう一方のメタルハ
ライド・ランプ２２ａを用いて行う。

【００３２】２つのランプ２２ａ，２２ｂから発光した
光は光軸を合わせるためプリズム２３ｄで合成する。こ
のようにしても先の実施例と同様の効果が得られる。本
実施例では、２つの同じ種類のランプを組み合わせた
が、ランプの種類は異なってもよく、数も２つ以上でも
よい。また、輝度を変化させるランプと変化させないラ
ンプの組み合わせも、本実施例には限定されない。

【００３３】以上の２つの実施例において、液晶パネル
には偏光板を使用しているが、投射型の場合光源からの
光が強く、その多くは偏光板で吸収されて熱に代わる。
従って、液晶パネルを熱から守るためと、放熱効率を良
くするために、図７のように偏光板７１をガラス基板７
３に接着剤７２で張り付け、液晶パネル７４から離した
位置に設置する。この場合に、図７（ａ）のように液晶
パネル側にガラスが来るように配置する場合と、図７
（ｂ）に示すように偏光板が液晶パネル側に向くように
配置した場合を比較した結果、図７（ｂ）のように配置
した方がコントラスト比や色表示特性が良くなった。

【００３４】この理由として、接着剤７２の影響が考え
られる。即ち、図７（ａ）の場合、偏光板７１を介して
偏光された光が接着剤７２で乱されて液晶パネル７４に
入射することになる。これに対し、図７（ｂ）の場合、
接着剤７２で乱された光は偏光板７１により偏光され、
偏光方向の揃った光が液晶パネル７４に入射されること
になるためである。また、上記の理由から、接着剤７２
を使わないで偏光板を固定する方法を採用してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、映
像信号に応じて光源の輝度を可変する構成としているの
で、スクリーン上に投射される映像のコントラスト比が
高く、階調表示が容易で、消費電力が少ない投射型液晶
表示装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる投射型液晶表示
装置を示す概略構成図、

【図２】第１の実施例における映像信号電圧−輝度特性
を示す図、

【図３】第１の実施例における駆動信号電圧−輝度特性
を示す図、

【図４】光源の輝度変化に対するスクリーン上での輝度
変化を示す図、

【図５】ａ−Ｓｉ薄膜トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性を
示す図、

【図６】本発明の第２の実施例を示す概略構成図、

【図７】偏光板の配置例を示す図、

【図８】従来の投射型液晶表示装置を示す概略構成図、

【図９】従来装置における信号電圧−輝度特性を示す
図。

【符号の説明】

１０…信号処理部、１１…映像信号入力部、１２…輝度検出回路、１３…光源輝度変調回路、１４，１４ａ，１４ｂ…電源、１５…映像信号変調回路、２０…光学構造部、２１…液晶パネル、２２…光源、２３…光学系、２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、２３ｃ…投射用レンズ、２３ｄ…プリズム、２４…スクリーン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過型の液晶パネルと、この液晶パネルに
光を照射する光源と、この光源から出た光を前記液晶パ
ネルに透過させてスクリーン上に投影する光学系と、前
記液晶パネルに映像信号に応じた駆動電圧を供給する手
段と、前記映像信号に応じて光源の輝度を変化させる手
段とを具備してなることを特徴とする投射型液晶表示装
置。