JPH049922A

JPH049922A - 投影型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH049922A
Application number: JP2112793A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takamatsu; 敏明高松
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、照射光を各絵素に集光するためのマイクロレ
ンズを有する投影型カラー液晶表示装置に関する。

（従来の技術）大型画面表示を軽量でコンパクトな装置で実現するため
に、投影型カラー液晶表示装置が用いられる。投影型カ
ラー液晶表示装置では、液晶パネルの背後から光が照射
され、スクリーン上にカラー画像が投影される。投影型
カラー液晶表示装置には、３枚パネル方式のものと１枚
パネル方式のものとがある。３枚パネル方式では、赤、
緑、青に対応する３枚の液晶パネルが用いられ、各色に
対応する画像が重ねられる。このように３枚パネル方式
では各色に対応する液晶パネルが必要なので、表示装置
が大型で比較的重量が大きくなり、しかも製造コストが
高いという欠点がある。これに対し、１枚パネル方式で
は、１枚のパネル上に、赤、緑、青のカラーフィルタを
設けることにより、カラー画像の投影が行われる。従っ
て、１枚パネル方式を用いることにより、表示装置の小
型化、軽量化、低コスト化が図れる可能性がある。

ところが、１枚パネル方式で３枚パネル方式と同じ解像
度を得るためには、１枚のパネルに形成すべき絵素数を
、３枚パネル方式に用いる各パネルの絵素数の３倍にす
ることが必要となる。このように絵素数を増やすには、
各絵素を非常に小さくしなければならなくなる。各絵素
に対応して設けられるスイッチング素子の大きさ、各バ
ス配線の幅等は、絵素電極がある大きさ以下になると絵
素電極に比例して小さくすることができなくなるので、
小さな絵素電極を有する１枚パネル方式の表示装置では
、開口率（表示画面全体に対する絵素電極の総面積の占
める割合）が低くなってしまう。開口率の低い投影型カ
ラー液晶表示装置を用いると、同じ明るさの光源を用い
ても、得られる表示画面は暗くなる。

このような問題点を解決するために、マイクロレンズア
レイを有する投影型カラー液晶表示装置が開発されてい
る（特開昭６０−１６５６２１〜４号、特開昭６１−１
１７８８、及び特開昭６２−３６６３６〜７）。マイク
ロレンズアレイを有する投影型カラー液晶表示装置の液
晶パネルの例を第４図及び第５図に示す。第４図の表示
装置は、アクティブマトリクス基板２７と対向基板２２
とを有する。アクティブマトリクス基板２７は、透明基
板７上に絵素電極１６、スイッチング素子として機能す
る薄膜トランジスタ（以下ではｒＴＦＴヨと称する）１
５が形成された構成を有している。対向基板２２は、多
数のマイクロレンズ１２を有するマイクロレンズアレイ
２に対向電極１７が形成され、アクティブマトリクス基
板２７上の絵素電極１６に対応したカラーフィルタ６が
更に形成された構成を有している。尚、第４図では図示
していないが、ブラックマトリクス５がマイクロレンズ
アレイと対向電極１７との間に設けられている（第６図
）。マイクロレンズアレイ２は透明基板３２にマイクロ
レンズ１２が形成された構成を有し、マイクロレンズ１
２は基板３２の対向電極１７が形成された面とは反対側
の面に形成されている。アクティブマトリクス基板２７
と対向基板２２との間には、表示媒体として液晶層８が
挟まれている。

第５図に示すマイクロレンズアレイ２は、透明基板３４
に多数のマイクロレンズ１２が形成された構成を有し、
第５図の表示装置の対向基板２２は、液晶パネルの対向
側の透明基板３３に透明基板３４を張り合わせた構成を
有している。この表示装置では、マイクロレンズ１２は
基板３４の基板３３側の面に形成されている。その他の
部分の構成は、第４図のそれと同様である。

マイクロレンズを設けた投影型カラー液晶表示装置では
、第６図に示すように、マイクロレンズ１２に入射した
光は、絞り込まれてブラックマトリクス５に遮られるこ
となく液晶層８内へ入射する。このようにマイクロレン
ズ１２を設けることにより、照射光を絵素電極１６に集
光して、開口率の低下によって表示画面が暗くなること
を防ぐことができる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、マイクロレンズ１２の光軸の方向から傾いて
入射する光（平行度θ）は、第７図に示すように、ブラ
ックマトリクス５によって遮られるので、十分なマイク
ロレンズ１２の集光の効果が得られないという問題点が
ある。

この点を解消するために、以下のような改善策が考えら
れる。

（１）第４図のマイクロレンズアレイ２の透明基板３２
の厚さを小さくするか、又は、第５図の透明基板３３の
厚さを小さくすることにより、マイクロレンズ１２と液
晶層８との距離を小さくする。

（２）入射光の平行度を改善して、入射光をマイクロレ
ンズ１２の光軸に平行に近い状態で入射させる。

この２つの改善策のうち、　（２）は光源１９が点光源
とはなり得ないことから実現性に乏しい。

（１）の改善策では、第８図に示すように、平行度θを
もって入射する光もマイクロレンズ１２によって液晶層
内に導かれる。ところが、第４図のマイクロレンズアレ
イ２の透明基板３２の厚さを小さくすると、配向膜を塗
布し焼成する工程で基板３２が破損するという問題点が
ある。また、第５図の透明基板３３の厚さを小さくする
と、透明基板３２上にマイクロレンズ１２を形成する工
程、カラーフィルタ６を形成する工程、アクティブマト
リクス基板との貼り合わせ工程等で、透明基板３３が破
損するという問題点が生じる。

本発明はこのような問題点を解決するものであり、本発
明の目的は、明るい表示画面を有し、しかも製造工程で
破損の発生が増加しない投影型カラー液晶表示装置を提
供することである。

（課題を解決するための手段）本発明の投影型カラー液晶表示装置は、多数の絵素電極
を備えたアクティブマトリクス基板と、各絵素電極に対
応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを
備えた対向基板と、該アクティブマトリクス基板と該対
同基板とに挟まれた液晶層と、を具備する投影型カラー
液晶表示装置であって、該マイクロレンズが該マイクロ
レンズアレイの該液晶層側に設けられ、該マイクロレン
ズアレイ上にマイクロシートが設けられており、そのこ
とによって上記目的が達成される。

また、該マイクロレンズが該マイクロレンズアレイの該
液晶層側に設けられ、該マイクロレンズアレイ上に該カ
ラーフィルタが設けられ、該カラーフィルタ上の全面に
マイクロソートが設けられている構成とすることもでき
る。

更に、前記マイクロシートが、薄板ガラス及び高分子フ
ィルムの何れかである構成とすることもてきる。

（実施例）本発明の実施例について以下に説明する。

第１図に本発明の投影型カラー液晶表示装置の一実施例
の概略構成図を示す。本実施例の投影型カラー液晶表示
装置は、光源１９、反射鏡１３、コンデンサレンズ１０
、液晶パネル１、及び投影レンズ１１を備えている。こ
の表示装置によって得られる画像は、スクリーン１４上
に投影される。

光源には、ハロゲンランプ、メタルノ飄ライドランプ、
キセノンランプ等が用いられる。反射鏡は、光源からコ
ンデンサレンズｌＯとは反対側に照射された光をコンデ
ンサレンズ１０に向かうように反射させるために設けら
れている。本実施例ではケーラー照明の場合を示したが
、他の例えばテレセントリック照明の場合にも適用でき
る。

第２図に液晶パネルｌの断面図を示す。液晶パネル１は
、アクティブマトリクス基板２７と対向基板２２とを有
している。アクティブマトリクス基板２７と対向基板２
２との間には、液晶層８が挟まれている。液晶パネル１
の表示モードとしてツィステッドネマティックモードを
用いたが、他の表示モードを用いることもできる。多く
の表示モードでは偏光板が用いられる。偏光板は液晶パ
ネル１に直接貼り付けることもできる。しかし、高輝度
の光源を用いる場合には、偏光板の光吸収による温度上
昇が液晶層８の動作特性に悪影響を与えるので、液晶バ
不ルエには直接貼り付けない方が好ましい。偏光板を設
置する位置は、偏光板と液晶パネル１との間に光の偏光
特性を変化させるものが入らなければ、どの位置に設置
してもよい。

第２図に示すように、アクティブマトリクス基板２７で
は、透明基板７上に絵素電極１６が設けられ、該絵素電
極１６に接続されたスイッチング素子として機能するＴ
ＦＴ１５が形成されている。

絵素電極１６及びＴＦＴ１５を覆ってこの基板７上の全
面に、配向膜１８が形成されている。

対向基板２２を構成するマイクロレンズアレイ２は、透
明基板３２上に多数のマイクロレンズ１２が形成された
構成を有する。マイクロレンズアレイ２の形成方法とし
て、以下の方法が提案されている。

■プラスチック又はガラスを金型によって成形する方法
。

■感光性樹脂の膜をあるパターンに露光し、未露光部か
ら露光部に未反応のモノマーが移動して露光部が盛り上
がるという現象を利用して凸レンズを形成する方法。

■熱可塑性樹脂の膜を公知のフォトリングラフィ法によ
り、レンズの平面視の形状にパターン化し、その後、該
樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、該パターンのエツ
ジ部分のダレを起こさせて凸レンズを形成する方法。

■感光性樹脂の膜にプロキシミティ露光を行い、ｔ［さ
れるパターンのエツジのボケに応じて光反応物の量に分
布を持たせることにより、凸レンズを形成する方法。

■感光性樹脂の膜に強度分布を持った光を照射し、光の
強度に応じた屈折率分布を形成することにより、レンズ
効果を持たせる方法。

■選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを得る方
法。

■感光性ガラスに光照射を行い、それによって引き起こ
される結晶化に伴う収縮を利用して、凸レンズを形成す
る方法。

本実施例では上記の方法のうち、■の選択的イオン拡散
法により形成したマイクロレンズアレイ２を用いた。

マイクロレンズアレイ２のマイクロレンズ１２が形成さ
れている面には、マイクロシートである薄板ガラス４が
紫外線硬化樹脂３を用いて貼り付けられている。薄板ガ
ラス４の厚さとしては０゜１〜０．５−の範囲が適して
いる。本実施例では０．２ｍｍの薄板ガラスを用いた。

紫外線硬化樹脂３としては日本ロックタイト製のものを
用いた。

マイクロレンズアレイ２と薄板ガラス４との接着は、マ
イクロレンズアレイ２上に紫外線硬化樹脂３を滴下し、
その上に気泡が混入しないように薄板ガラス４を載せ、
紫外線を照射することにより行った。

薄板ガラス４上にはブラックマトリクス５が形成されて
いる。ブラックマトリクス５は黒色レジスト（富士ハン
トエレクトロニクス製）の膜をパターニングすることに
より形成した。ブラックマトリクス５には無機材料を含
有する干渉カラーフィルタ、金属膜等も用いることがで
きる。ブラックマトリクス５の開口部分には、該開口部
分よりも面積の大きなカラーフィルタ６がパターン形成
されている。カラーフィルタ６は赤色レジスト、緑色レ
ジスト、青色レジスト（何れも富士ハントエレクトロニ
クス製）の膜をバターニングすることにより形成した。

カラーフィルタ６には上述の無機材料を含有する干渉カ
ラーフィルタを用いることもできる。更に、ブラックマ
トリクス５及びカラーフィルタ６上の全面には、ＩＴＯ
からなる対向電極１７が形成されている。対向電極１７
上には配向膜１８が形成されている。

本実施例の投影型カラー液晶表示装置では、マイクロレ
ンズ１２がマイクロレンズアレイ２の液晶層８側の面に
設けられ、マイクロレンズアレイ２上には薄板ガラス４
が設けられているので、マイクロレンズ１２とブラック
マトリクス５の開口部内の液晶層８との距離を小さく設
定し得る。このｉ成により、マイクロレンズエ２の光軸
の方向から傾いてマイクロレンズ１２に入射する光の多
くを、ブラックマトリクス５の開口部内の液晶層８に導
くことができる。また、マイクロレンズアレイ２には従
来と同じ厚さのものを用いることができるので、製造工
程でのマイクロレンズアレイ２の破損の発生も増加しな
い。

第３図に本発明の投影型カラー液晶表示装置に用いられ
る液晶パネルの他の実施例を示す。本実施例の液晶パネ
ル１のアクティブマトリクス基板２７の構成は、前述の
第２図の実施例と同様である。対向基板２２では、前述
の第２図の実施例と同様のマイクロレンズアレイ２に、
各マイクロレンズ１２に対応して、赤色、緑色、青色の
カラーフィルタ６が形成されている。これらのカラーフ
イルタロ上にはマイクロノートとしての薄板ガラス４が
、紫外線硬化樹脂３によって貼り付けられている。薄板
ガラス上４の厚さは０．　２ｍｍである。

薄板ガラス４上には各カラーフィルタ６に対応した開口
部を有するブラックマトリクス５が形成され、更にＩＴ
Ｏからなる対向電極１７が形成されている。対同電極１
７上には配向膜１８が形成されている。

本実施例の投影型カラー液晶表示装置でも、マイクロレ
ンズ１２とブラックマトリクス５の開口部内の液晶層８
との距離が小さく設定されているので、マイクロレンズ
１２の光軸の方向から傾いてマイクロレンズ１２に入射
する光の多くを、ブラックマトリクス５の開口部内の液
晶層８に導くことができる。また、製造工程でのマイク
ロレンズアレイ２の破損の発生も増加しない。

次に、本発明の投影型カラー液晶表示装置の液晶パネル
の更に他の実施例について説明する。本実施例の構成は
、マイクロ／−トとして高分子フィルムを用いた点を除
いて、第２図の実施例と同様である。高分子フィルムと
して、例えばポリエステルフィルム等の光学的異方性を
示すものを用いると、２枚の偏光板によってフィルムが
虹色に着色して見えるという問題点が生じる。そこで、
光学的異方性を示さない高分子フィルムを選定して使用
することが必要となる。本実施例では厚さ０．２ｍｍの
ポリカーボネートフィルムを用いた。

本実施例の投影型カラー液晶表示装置でも、マイクロレ
ンズアレイ２の光軸の方向から傾いてマイクロレンズ１
２に入射する光の多くを、ブラックマトリクス５の開口
部内の液晶層８に導くことができる。また、製造工程で
のマイクロレンズアレイ２の破損の発生も増加しない。

（発明の効果）本発明の投影型カラー液晶表示装置では、マイクロレン
ズがマイクロレンズアレイの液晶層側に設けられ、マイ
クロレンズアレイ上にはマイクロノートが設けられてい
るので、マイクロレンズアレイと液晶層との距離を小さ
（設定し得る。この構成により、マイクロレンズの光軸
の方向から傾いてマイクロレンズに入射する光の多くを
、液晶層に導くことができる。また、マイクロレンズア
レイの厚さを自由に設定し得るので、製造工程でのマイ
クロレンズアレイの破損の発生も低減される。従って、
製造歩留りの低下も生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投影型カラー液晶表示装置の一実施例
の概略構成図、第２図は第１図の表示装置を構成する液
晶パネルの断面図、第３図は液晶パネルの他の実施例の
断面図、第４図及び第５図は従来の従来の投影型カラー
液晶表示装置に用いられる液晶パネルの断面図、第６図
〜第８図はマイクロレンズに入射すた光が集光する様子
を示す図である。１・・・液晶パネル、２・・・マイクロレンズアレイ、
３・・・紫外線硬化樹脂、４・・・薄板ガラス、５・・
・ブラックマトリクス、６・・・カラーフィルタ、７，
３２・・・透明基板、８・・・液晶層、１０・・・コン
デンサレンズ、１１・・・投影レンズ、１２・・・マイ
クロレンズ、１３・・・反射鏡、１４・・・スクリーン
、１５・・・Ｔ　Ｐ　Ｔ。１６・・・絵素電極、１７・・・対向電極、１８・・・
配向膜、１９・・・光源、２２・・・対向基板、２７・
・・アクティツマトリクス基板。以上

Claims

【特許請求の範囲】１、多数の絵素電極を備えたアクティブマトリクス基板
と、各絵素電極に対応したマイクロレンズを有するマイ
クロレンズアレイを備えた対向基板と、該アクティブマ
トリクス基板と該対向基板とに挟まれた液晶層と、を具
備する投影型カラー液晶表示装置であって、該マイクロ
レンズが該マイクロレンズアレイの該液晶層側に設けら
れ、該マイクロレンズアレイ上にマイクロシートが設け
られている投影型カラー液晶表示装置。２、多数の絵素電極を備えたアクティブマトリクス基板
と、各絵素電極に対応したマイクロレンズを有するマイ
クロレンズアレイ及び各マイクロレンズに対応したカラ
ーフィルタを備えた対向基板と、該アクティブマトリク
ス基板と該対向基板とに挟まれた液晶層と、を具備する
投影型カラー液晶表示装置であって、該マイクロレンズが該マイクロレンズアレイの該液晶層
側に設けられ、該マイクロレンズアレイ上に該カラーフ
ィルタが設けられ、該カラーフィルタ上の全面にマイク
ロシートが設けられている投影型カラー液晶表示装置。３、前記マイクロシートが、薄板ガラス及び高分子フィ
ルムの何れかである、請求項１又は２に記載の投影型カ
ラー液晶表示装置。