JPH11258568A

JPH11258568A - 表示装置

Info

Publication number: JPH11258568A
Application number: JP10065355A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Nakamura; 貴文中村; Yoshihiro Watanabe; 好浩渡邉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】カラーフィルタを用いない単板式において、相
対的に強度の弱い赤色における他の色の混色を改善し、
また、画素領域における開口部とこの開口部に集束する
光ビームの集束像との不一致による光量の損失を改善で
きる表示装置を提供することを目的としている。【解決手段】マイクロレンズ１８の焦点距離は、赤光ビ
ーム１１２Ｒの結像位置が液晶パネル１９内の赤用画素
領域１１１Ｒに位置するように設定されている。このた
め、光源として使用しているメタルハライドランプの長
波長側の光強度が少ない為に混色が同率で起こった場
合、赤色の純度低下が著しくなるという問題点を解決
し、色純度が高くて明るい、表示品位の高い液晶プロジ
ェクタを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表示装置に係
り、特に液晶表示パネルを透過した光を投射する投射型
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＲＴ表示装置よりも小型で軽量なフラ
ットパネルディスプレイデバイスとして、液晶表示装置
やプラズマ発光表示装置等が注目されている。これらの
表示装置は、自ら光ビームを発して画像を表示する自発
光型と、光源から照明された光ビームの透過率を制御し
て画像を表示する非発光の透過率制御型とに大別され
る。次世代の表示装置の本命として各種の分野で広く実
用化が進む液晶表示装置は、後者の透過率制御型の代表
的なものである。

【０００３】また、大画面を表示するものとして投射型
液晶表示装置が知られている。この投射型液晶表示装置
は、ランプの光を液晶パネルに集光して入射させ、その
透過光ビームを投射レンズによりスクリーンに投射し
て、大画面サイズの画像を表示するものである。すなわ
ち、投射型液晶表示装置は、透過光ビームの強度を二次
元的に変調する液晶パネルを透過した光ビームを光学系
により拡大投射して大画面サイズの投射画像を表示す
る。

【０００４】近年、この投射型液晶表示装置を内蔵した
リヤ型液晶プロジェクタが開発されている。これらのリ
ヤ型液晶プロジェクタは、従来のＣＲＴ式プロジェクタ
と比較して、小型、軽量という特徴を持ち、今後の発展
が期待されている。特に、このようなリヤ型液晶プ口ジ
ェクタは、高輝度かつ安価であることが期待されてい
る。

【０００５】従来、このような投射型液晶表示装置のカ
ラー表示方式としては、赤すなわちＲ光ビーム、緑すな
わちＧ光ビーム、青Ｂ光ビームにそれぞれ１枚ずつ液晶
パネルを対応させ、ダイクロイックミラーで色成分の分
離及び合成を行う３板式液晶プロジェクタと、画素ごと
に色吸収フィルタいわゆるカラーフィルタを設けた単板
式液晶プロジェクタが知られている。３板式液晶プロジ
ェクタは、色分離及び合成による効率の低下が少ないこ
とから高輝度の表示が可能であり、単板式液晶プロジェ
クタは、液晶パネルが１枚であることから低コストのシ
ステムが実現できるという特徴があるとされている。

【０００６】これに対して、例えば特開平４−６０５３
８号のように、近年、色分離をダイクロイックミラーで
行い、分離された３色の光ビームをマイクロレンズによ
つて、２枚の液晶パネル上の対応する３色の画素にそれ
ぞれ導くことで、ある程度高輝度でかつ安価な表示方式
が実現しつつある。

【０００７】この表示方式の代表的な例を図６の（ａ）
及び（ｂ）に示す。この表示方式は、図６の（ａ）に示
すように、光源６０１、ダイクロイックミラー６０２、
光学絞り６０２０、コンデンサレンズ６０２１、マイク
ロレンズ６０３、液晶パネル６０４、フィールドレンズ
６０５、投射レンズ６０６、スクリーン６０７で構成さ
れている。

【０００８】ダイクロイックミラー６０２は、それぞれ
の波長範囲の光ビームを分離するために、所定の角度に
傾けて配置されている。このため、光源からの白色光
は、ダイクロイックミラー６０２により３原色Ｒ、Ｇ、
Ｂの各波長範囲のビーム６０８Ｒ、Ｇ、Ｂに分離され
る。これらのビーム６０８Ｒ、Ｇ、Ｂは、同一の液晶パ
ネル６０４に互いに異なる角度から入射される。このと
き、ビーム６０８Ｒ、Ｇ、Ｂは、液晶パネル６０４上に
配置された単一のマイクロレンズ６０３により、液晶パ
ネル６０４におけるＲ、Ｇ、Ｂに対応した３画素にそれ
ぞれ集束される。

【０００９】このとき、マイクロレンズ６０３によって
集束される各ビームの結像位置は、各ビームの波長範囲
によって異なり、マイクロレンズ６０３の出射面からビ
ームが結像する位置までの距離は、青成分、緑成分、赤
成分の順に長くなる。この表示方式では、緑成分のＧ光
ビーム６０８Ｇの結像位置ＦＧは、図６の（ｂ）に示す
ように、液晶パネル６０４の緑用画素領域６０９Ｇ内に
位置するように設定され、青成分のＢ光ビーム６０８Ｂ
の結像位置ＦＢは、液晶パネル６０４の青用画素領域６
０９Ｂよりマイクロレンズ６０３側に位置し、赤成分の
Ｒ光ビーム６０８Ｒの結像位置ＦＲは、液晶パネル６０
４の赤用画素領域６０９Ｒよりスクリーン６０７側に位
置している。

【００１０】これら各色成分のビーム６０８Ｒ、Ｇ、Ｂ
は、液晶パネル６０４によって透過率が制御された後、
フィールドレンズ６０５、投射レンズ６０６を通過して
スクリーン６０７に拡大投影される。

【００１１】この構造により、カラーフィルタを用いな
い単板式によるカラー表示が可能になり、色分離合成に
ダイクロイックミラーを使用していることから、色分離
時の効率の低下が少なく、また、単板式であるため、構
造が簡単でコストが安く、更に、マイクロレンズによる
集光効果も望める液晶プロジェクタが実現できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな表示方式では、マイクロレンズによる集光作用時
に、ある色成分の光ビームが集光しきれずに広がって隣
接する違う色成分の画素領域の開口部に入射して色純度
を低下させるという問題がある。

【００１３】すなわち、液晶プロジェクタに用いられる
メタルハライドランプ等の放電型ランプ及び楕円リフレ
クタ等の各種リフレクタの組み合わせによる照明光源で
は、照明光は、ランプの発光体の大きさのために平行光
にはならず、光軸に対してある広がり角度を持つ。この
照明光学系では、色成分毎に分離された各光ビームが対
応する色成分用の画素領域の開口部にだけ入射するよう
に絞りを挿入している。しかし、一般的に、マイクロレ
ンズには、収差があるために平行光ですら１点に集束す
ることはないので、広がり角度を持った光ビームを、マ
イクロレンズの焦点位置に集束させることは困難であ
る。

【００１４】この液晶プロジェクタにおいて、Ｒ光ビー
ム、Ｇ光ビーム、Ｂ光ビームのマイクロレンズによる集
束像は、マイクロレンズの焦点面に相当する画素領域に
おける開口面において、波長の違いによる結像位置の差
及びマイクロレンズの収差によって集光しきれずに、所
定の波長成分の光ビームが本来集束するべき画素領域の
開口部ばかりでなく隣接する画素領域の開口部にも入射
することになる。

【００１５】図７でこれを説明する。液晶パネルにおけ
る各色成分毎の画素領域７０１Ｒ、Ｇ、Ｂには、各色成
分の光ビームが透過する領域である開口部７０２Ｒ、
Ｇ、Ｂが配置されている。この開口部７０２Ｒ、Ｇ、Ｂ
において、集束像７０３Ｒ、Ｇ、Ｂは、マイクロレンズ
の収差によって一点に集光しきれていない。

【００１６】図７に示したように、中央に配置された赤
用画素領域における開口部７０２Ｒには、隣接する緑用
画素領域７０１Ｇ及び青用画素領域７０１Ｂからの光ビ
ーム７０４Ｇ、７０４Ｂが入射するので、赤用画素領域
における開口部７０２Ｒを出射する光ビームは、原色の
Ｒ光ビームとは異なる色成分が混ざったいわゆる混色光
ビームになる。

【００１７】図６を見てもわかるように、マイクロレン
ズにより、Ｇ光ビームが画素領域６０９Ｇで結像するよ
うに設定されているため、Ｇ光ビームに対する集束像
は、小さくなり透過しやすくなっているのに対して、Ｂ
光ビーム及びＲ光ビームは、それぞれ画素領域６０９Ｂ
および６０９Ｒとは異なる位置で結像するため、Ｂ光ビ
ーム及びＲ光ビームに対する集束像は、広がって隣接す
る画素領域に入射する可能性がある。

【００１８】このように、本来対応する画素領域の開口
部に入射すべき表示光ビームに対する混色光ビームの割
合、すなわち、表示光ビームと混色光ビームとの透過率
の合計を１００％とした時の混色光の透過率の割合すな
わち％表示値を混色率と定義する。

【００１９】Ｒを表示画素としたとき、赤用画素領域に
入射する表示光ビームすなわちＲ光ビームの透過率をＴ
ｒ、赤用画素領域に入射する混色光ビームすなわちＧ光
ビーム及びＢ光ビームの透過率をそれぞれＴｇ、Ｔｂと
するとき、Ｒ光ビームに対する混色率は、（Ｔｇ＋Ｔ
ｂ）／（Ｔｒ＋Ｔｇ＋Ｔｂ）となる。

【００２０】上述したような液晶プロジェクタにおけ
る、混色率に対する表示色の色純度の低下の様子を図８
のＸＹ色度図に示す。混色率が増加するに従い、表示色
が白すなわちＷに近づいていくことがわかる。また、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の中でも、Ｒにおいては、混色率が０
％の状態からＷにいたるまでの距離が長いことから、色
純度の低下が大きいことがわかる。これは、メタルハラ
イドランプの長波長側のスペクトルの強度が小さいため
に、この積算値であるＲ光ビームの強度がＢ光ビーム及
びＧ光ビームに比べて相対的に小さくなり、Ｂ光ビーム
及びＧ光ビームよりも混色しやすくなっているためであ
る。この傾向は、メタルハライドランプのアーク長が短
くなるにつれて増加し、そのスペクトル強度も低下する
ことがわかっている。

【００２１】特開平４−６０５３８号には、ダイクロイ
ックミラーを用いることで、カラーフィルタ方式よりも
効率を上げることは開示されているが、前述した表示品
位上の問題については、ほとんど規定されていない。ま
た、光源ランプの発光アークの大きさ、照明系のコンデ
ンサレンズの焦点距離、マイクロレンズの焦点距離によ
る机上計算により集光像が開口部に収まるとのみ記述さ
れている。

【００２２】しかし、実際には、前述したように、マイ
クロレンズの収差による混色の問題と、光の利用効率が
低下するという問題のために、色純度が高く明るいとい
う表示品位の高い液晶プロジェクタの実用化は困難であ
る。

【００２３】そこで、この発明は、上記問題点を解決す
るためになされたものであり、カラーフィルタを用いな
い単板式において、相対的に強度の弱い赤色における他
の色の混色を改善し、また、画素領域における開口部と
この開口部に集束する光ビームの集束像との不一致によ
る光量の損失を改善できる表示装置を提供することを目
的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、請求項１によれば、光透過率
を制御する光変調層を備えた表示パネルと、光源からの
光源光を、少なくとも第１波長成分の第１光束群と前記
第１光束群より強度が強い第２波長成分の第２光束群と
に分離する分離手段と、前記第１及び第２光束群を前記
表示パネルの所定の透過領域に入射させるとともに、前
記第１光束群を前記所定の透過領域に結像させる結像手
段と、前記表示パネルの光変調層により透過率制御され
た変調光をスクリーンに投射する投射手段と、を備えた
ことを特徴とする表示装置が提供される。

【００２５】請求項４によれば、画素領域毎に配置され
た第１電極を駆動する駆動手段を備えたアレイ基板、ア
レイ基板に対向配置されているとともに前記第１電極に
対向する第２電極を備えた対向基板、及び前記アレイ基
板と対向基板との間に挟持されているとともに前記第１
電極と第２電極との間の電界強度に応じて前記アレイ基
板側から前記対向基板側に透過する光の透過強度を制御
する液晶層を有する液晶表示パネルと、光源からの光源
光を、少なくとも第１波長成分の第１光束群と前記第１
光束群より強度が強い第２波長成分の第２光束群とに分
離する分離手段と、前記第１及び第２光束群を前記液晶
表示パネルのアレイ基板に設けられた前記画素領域に入
射させるとともに、前記第１光束群を前記画素領域に結
像させる結像手段と、前記液晶表示パネルの液晶層によ
り透過強度が制御された光をスクリーンに投射する投射
手段と、を備えたことを特徴とする表示装置が提供され
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明に
係る表示装置、特に投射型液晶表示装置の実施の形態に
ついて詳細に説明する。図１の（ａ）は、この発明の表
示装置に係る投射型液晶表示装置の構成を概略的に示す
図であり、図１の（ｂ）は、液晶パネルに入射する各色
成分の光ビームの様子を示す図である。

【００２７】すなわち、この投射型液晶表示装置は、図
１の（ａ）に示すように、光源として機能する光源部１
１、光学手段として機能するコンデンサレンズ１６、分
離手段として機能するダイクロイックミラー１７、結像
手段として機能するマイクロレンズ１８、表示パネルと
して機能する液晶パネル１９、投射手段として機能する
フィールドレンズ１１４及び投射レンズ１１５、及びス
クリーン１１６を備えている。

【００２８】光源部１１は、光源光としての白色光を発
生するメタルハライドランプ１２、発生した白色光を反
射する楕円リフレクタ１３、光束補正レンズ１４、絞り
１５などを有している。また、楕円リフレクタ１３に
は、ＵＶ光ビーム、ＩＲ光ビームをカットする処理が行
われており、光学系の余分な温度上昇を防いでいる。

【００２９】コンデンサレンズ１６は、光源部１１にお
ける絞り１５を通過した発散性の白色光を略平行化す
る。ダイクロイックミラー１７は、白色光を複数の波長
成分すなわち色成分の光束群としての光ビームに分離す
るものであり、白色光から赤、緑、青の各波長成分の光
ビーム、すなわちＲ光ビーム、Ｇ光ビーム、Ｂ光ビーム
をそれぞれ分離するように光軸に対してそれぞれ所定の
角度の傾きを持って配置されたダイクロイックミラー１
７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを有している。

【００３０】マイクロレンズ１８は、図１の（ｂ）に示
すように、液晶パネル１９の対向基板１９ａの表面に設
けられている。このマイクロレンズ１８は、ダイクロイ
ックミラー１７によって分離されたＲ光ビーム１１２
Ｒ、Ｇ光ビーム１１２Ｇ、Ｂ光ビーム１１２Ｂを液晶パ
ネル１９内の対応する各画素領域１１１Ｒ、１１１Ｇ、
１１１Ｂに導くとともに、各ビームを液晶パネル１９内
で結像させる。

【００３１】マイクロレンズ１８による光ビームの集束
作用は、各ビームの色成分すなわち波長範囲によって異
なる。すなわち、一般に、光ビームの波長によって屈折
率が異なるため、波長の異なる光ビームはそれぞれ異な
る位置に集束される。この場合、マイクロレンズ１８の
焦点距離は、Ｒ光ビーム１１２Ｒが液晶パネル１９内の
画素領域１１１Ｒまたはその近傍に集束されるように設
定されている。つまり、Ｒ光ビーム１１２Ｒの結像位置
ＦＲが対応する画素領域１１１Ｒまたはその近傍に位置
するように設定されている。

【００３２】このため、Ｒ光ビーム１１２Ｒより波長が
短いＧ光ビーム１１２Ｇの結像位置ＦＧ及びＢ光ビーム
１１２Ｂの結像位置ＦＢは、ともにＲ光ビーム１１２Ｒ
の結像位置ＦＲより短い距離すなわちマイクロレンズ１
８側に位置する。したがって、Ｇ光ビーム１１２Ｇは、
液晶パネル１９内の画素領域１１１Ｇよりマイクロレン
ズ１８側で結像し、画素領域１１１Ｇには、広がりを持
った像が形成される。また、Ｂ光ビーム１１２Ｂは、Ｇ
光ビーム１１２Ｇよりさらにマイクロレンズ側で結像
し、画素領域１１１Ｂには、Ｇ光ビーム１１２Ｇよりさ
らに広がりを持った像が形成される。

【００３３】液晶パネル１９は、後述するように、第１
電極としいての画素電極及び画素電極を駆動する駆動手
段としての薄膜トランジスタすなわちＴＦＴを備えたア
レイ基板１９ｂと、アレイ基板１９ｂに対向配置されて
いるとともに第２電極としての対向電極を備えた対向基
板１９ａと、アレイ基板１９ｂと対向基板１９ａとの間
に挟持された光変調層として機能する液晶層１９ｃとを
有している。アレイ基板１９ｂには、各色成分毎の光ビ
ームが透過するようにそれぞれ対応して設けられた画素
領域１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂが形成されている。

【００３４】フィールドレンズ１１４は、液晶パネル１
９を透過した各色成分の光ビーム１１２Ｒ、１１２Ｇ、
１１２Ｂに集束性を与える。投射レンズ１１５は、フィ
ールドレンズ１１４を通過した光ビーム１１２Ｒ、１１
２Ｇ、１１２Ｂをスクリーン１１６に投射する。

【００３５】上述したような構造の投射型液晶表示装置
において、光源部１１におけるメタルハライドランプ１
２から発生された白色光は、楕円リフレクタ１３によっ
て集束性を持たされるように反射され、光束補正レンズ
１４及び絞り１５を介してコンデンサレンズ１６に案内
される。そして、この白色光は、コンデンサレンズ１６
により、略平行化され、ダイクロイックミラー１７に案
内される。ダイクロイックミラー１７では、白色光がそ
れぞれ異なる角度で反射されることにより、赤成分を含
むＲ光ビーム１１２Ｒ、緑成分を含むＧ光ビーム１１２
Ｇ、青成分を含むＢ光ビーム１１２Ｂに分離される。

【００３６】ダイクロイックミラー１７によって分離さ
れた各色成分の光ビーム１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂ
は、マイクロレンズ１８に導かれ、液晶パネル１９内に
おいて集束される。このとき、マイクロレンズ１８の集
束作用により、Ｒ光ビーム１１２Ｒは、液晶パネル１９
の赤用の画素領域１１１Ｒにおけるアレイ基板１９ｂ上
またはその近傍に結像され、Ｇ光ビーム１１２Ｇは、Ｒ
光ビーム１１２Ｒの結像位置ＦＲよりマイクロレンズ側
に結像され、さらに、Ｂ光ビーム１１２Ｂは、Ｇ光ビー
ム１１２Ｇの結像位置ＦＧよりマイクロレンズ側に結像
される。

【００３７】このため、Ｒ光ビーム１１２Ｒの集束像が
液晶パネル１９のアレイ基板１９ｂ上における赤用画素
領域１１１Ｒに形成される。また、アレイ基板１９ｂ上
における緑用画素領域１１１Ｇには、Ｒ光ビーム１１２
Ｒの集束像より大きなスポット形状のＧ光ビーム１１２
Ｇの像が形成される。さらに、アレイ基板１９Ｂ上にお
ける青用画素領域１１１Ｂには、Ｇ光ビーム１１２Ｇの
像より大きなスポット形状のＢ光ビームの像が形成され
る。

【００３８】そして、表示する画像の画像信号に応じて
液晶パネル１９を透過する各光ビーム１１２Ｒ、１１２
Ｇ、１１２Ｂの透過率が制御される。液晶パネル１９に
おける各画素領域１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂを通過
した各光ビーム１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂは、フィ
ールドレンズ１１４を介して投射レンズ１１５によって
スクリーン１１６に投射される。

【００３９】このようにして、スクリーン１１６上に画
像信号に対応したカラー画像が表示される。上述したよ
うな投射型液晶表示装置に適用される液晶パネルは、以
下のように構成されている。

【００４０】図２は、この投射型液晶表示装置に適用さ
れる液晶パネルの平面図であり、図３は、図２に示した
液晶パネルをＡ−Ａ’−Ａ線で切断した断面図である。
この液晶パネル１９は、アレイ基板１９ｂ、対向基板１
９ａ、及び液晶層１９ｃを有している。

【００４１】アレイ基板１９ｂは、マトリクス状に配置
される複数の画素電極２２０、複数の画素電極２２０の
行に沿って形成される複数の走査線２１７、複数の画素
電極２２０の列に沿って形成される複数の信号線２１
４、複数の画素電極２２０が配置される表示領域の周囲
に形成され複数の走査線を順次駆動する図示しない走査
線駆動回路、表示領域の周囲に形成され複数の信号線２
１４を駆動する図示しない信号線駆動回路を有する。さ
らに、複数のポリシリコン薄膜トランジスタ（以下、
「ポリシリコンＴＦＴ」と略す）２１５が複数の画素電
極２２０に対応して複数の走査線２１７および複数の信
号線２１４の交差位置付近にそれぞれ形成され、各々対
応走査線２１７を介して駆動され対応信号線２１４から
の映像信号電圧を対応画素電極２２０に供給するスイッ
チング素子として用いられる。

【００４２】対向基板１９ａは、複数の画素電極２２０
に対向する対向電極２２９を有し、液晶層１９ｃは、ア
レイ基板１９ｂおよび対向基板１９ａの間に保持されて
いる。マイクロレンズ１８は、各々３原色に対応して組
合わされる１組の画素電極２２０に割当てられ、これら
のマイクロレンズ１８がそれぞれの組の画素電極２２０
に対向する位置において対向基板１９ａに固定されてい
る。

【００４３】ここで、液晶パネル１９について製造工程
と共にさらに説明する。ポリシリコンＴＦＴ２１５の半
導体層２１５Ａは、アモルファスシリコン膜をガラス基
板２１１上にプラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）により
約５００オングストローム堆積し、脱水素処理をしてか
らレーザ・アニール法により多結晶シリコン化し、さら
に島状にパターニングすることにより形成される。

【００４４】続いて、約１０００オングストローム堆積
されるゲート絶縁膜２２３でこの半導体層２１５Ａを覆
い、さらに４０００オングストローム堆積されるモリブ
デン・タングステン合金（ＭｏＷ）層でゲート絶縁膜２
２３を覆い、このモリブデン・タングステン合金層をパ
ターニングすることにより走査線２１７が形成される。

【００４５】ＴＦＴ２１５のゲート電極２１３は、この
走査線２１７の一部で構成される。不純物がゲート電極
２１３をマスクとするセルフアラインで半導体層２１５
Ａに注入され、さらに補助容量線２１８が形成される。

【００４６】続いて、第１層間絶縁膜２２４が走査線２
１７上に酸化シリコンを約５０００オングストローム堆
積して形成される。第１層間絶縁膜２２４には、ソース
およびドレイン用コンタクトホール２７２が形成され
る。

【００４７】続いて、信号線２１４とドレイン電極２１
９がＭｏ／Ａｌ／Ｍｏという多層構造で６０００オング
ストロームの厚さとなるように第１層間絶縁膜２２４上
に形成される。

【００４８】この後、第２層間絶縁膜２２５が窒化シリ
コンを約５０００オングストローム堆積することにより
形成され、さらに遮光層２７１が表示領域の遮光を要す
る部位に対応して第２層間絶縁膜２２５上に形成され
る。

【００４９】続いて、第３層間絶縁膜２２６がアクリル
樹脂を約２μｍ堆積することにより形成され、これによ
り表示領域およびその周辺領域の凹凸を平坦化する。こ
の第３層間絶縁膜２２６は、１〜６μｍ程度の厚さであ
ることが望ましい。画素電極２２０は、第２層間絶縁膜
２２５と第３層間絶縁膜２２６とを貫通するコンタクト
ホール２７３を設けてから形成される。尚、第３層間絶
縁膜２２６は、平坦化が有効に達成できればアクリル樹
脂以外の有機物層あるいはＳＯＧ（スピンオンガラス）
等の無機物層を材料として形成されても良い。また、第
３層間絶縁膜２２６は、有機物層の上に無機物層を重ね
た複合層であっても良い。有機物層は、感光性であれば
工程を短縮できるが、感光性を持たないもでも良い。

【００５０】上述したような工程により、アレイ基板１
９ｂが作成される。また、対向基板１９ａは、コーニン
グ社製無アルカリガラス２２８（ｎ＝１．５２）と、透
明な対向電極２２９をつけたものを、基板厚０．４ｍｍ
まで研磨して使用する。

【００５１】アレイ基板１９ｂが上述のようにして形成
されると、例えばポリイミドからなる図示しない配向膜
が画素電極２２０を全体的に覆って形成され、さらに配
向処理される。他方、対向基板１９ａについても、同様
の配向膜がガラス基板２２８上に設けられた対向電極２
２９を全体的に覆って形成され、配向処理される。この
とき、配向膜は、アレイ基板１９ｂと対向基板１９ａと
の間に挟持される液晶層１９ｃとしてＴＮ（ツイステッ
ド・ネマチック）型の表示モードを達成するために、各
基板上の液晶が９０度ツイストするようにラビング処理
される。

【００５２】アレイ基板１９ｂと対向基板１９ａとは、
これら配向膜を内側にいて向い合わされ、貼り合わさ
れ、その後シール材を熱硬化させる。液晶層１９ｃは、
シール材の一部に設けられる液晶注入口から従来から知
られる減圧注入法で液晶を注入し、その後注入口を封止
材を用いて封止することにより形成される。

【００５３】また、アレイ基板１９ｂの表面、及び対向
基板１９ａの表面には、それぞれ偏向面が直交するよう
に図示しない偏光板が配置されている。一方、この液晶
パネル１９に貼り合わせるマイクロレンズ１８は、日本
板硝子製のプラナーマイクロレンズアレイを用いた。こ
のマイクロレンズ１８は、選択的イオン拡散による屈折
率分布型レンズである。マイクロレンズ形成に用いたガ
ラスは、主成分がソーダガラスで、その厚さは２ｍｍで
ある。

【００５４】このマイクロレンズ１８の下方に液晶パネ
ル１９を対向基板１９ａを上面にして水平配置し、対向
基板面に紫外線硬化タイプの接着剤ロックタイト３４９
（ｎ＝１．５４）を塗布し、マイクロレンズ面と密着さ
せた。このとき、マイクロレンズ上面より圧力を加え
て、硬化後のレンズ面と画素開口面との距離、すなわち
接着剤層と対向基板厚との距離は４３０μｍになる様に
設定した。

【００５５】液晶パネル１９中のアレイ基板１９ｂ上に
設けられた合わせマークとマイクロレンズ１８の焦点を
合わせることで所定の位置に合わせた後、４分間紫外線
（３７０ｎｍ、４０Ｗ）を照射し硬化させる。

【００５６】このマイクロレンズ１８は、プラスチック
またはガラスを金型や機械加工によって成形したもので
もよく、平面ガラスに樹脂製のレンズを金型で形成する
タイプのものでも良く、当然平面ガラスをレンズ状にエ
ッチングし、これに樹脂を埋め込むタイプのものに対し
ても当然適用できる。

【００５７】こうした形成された画素は、画素長７１μ
ｍ、画素幅８４μｍ、色画素幅２８μｍ、のデルタ配置
で、画素開口幅１６μｍ、画素開口長４０μｍという画
素開口が可能になった。

【００５８】ところで、図７を用いて既に説明したよう
に、従来例において、通常、緑色の波長に最適化されて
いるため、アレイ基板上では、Ｇ光ビームの焦点像が小
さく集束され、Ｒ光ビーム及びＢ光ビームの各焦点像は
大きい。このため、Ｇ光ビームの透過率が最も高い。

【００５９】これに対して、この実施の形態の投射型液
晶表示装置のように、赤色の波長に最適化するようにマ
イクロレンズ１８の焦点距離を短くした場合、図９に示
すように、アレイ基板上における赤用画素領域９０１Ｒ
上でのＲ光ビームの焦点像は小さく集束され、緑用画素
領域９０１Ｇ上及び青用画素領域９０１Ｂ上での各Ｇ光
ビーム及びＢ光ビームの各焦点像はＲ光ビームの焦点像
より大きくなる。このため、Ｒ光ビームの透過率が最も
高くなる。

【００６０】このような構成の投射型液晶表示装置にお
いて、上述した画素パターンをもつ液晶パネルを製作
し、これにアレイ基板に対する焦点距離を変えたマイク
ロレンズ１８を貼り合わせたいくつかのサンプルを作成
し、それぞれのサンプルにおける表示光ビームの透過
率、混色光ビームの透過率、及び混色率を測定した。

【００６１】混色率は、以下のように定義するものとす
る。すなわち、赤用の画素領域を透過する全光ビームの
透過量に対する混色光ビームの透過量の割合、すなわ
ち、表示光ビーム及び混色光ビームの透過率の合計を１
００％とした時の混色光の透過率の割合すなわち％表示
値を混色率と定義する。

【００６２】赤色を表示画素としたとき、液晶パネルの
赤用画素領域を透過する表示光ビームすなわちＲ光ビー
ムの透過率をＴｒとし、この赤用画素領域を透過する混
色光ビームすなわちＧ光ビーム及びＢ光ビームの透過率
をＴｇ．Ｔｂとするとき、混色率は、（Ｔｇ＋Ｔｂ）／
（Ｔｒ＋Ｔｇ＋Ｔｂ）と定義される。

【００６３】図１０には、アレイ基板の表面からマクロ
レンズの焦点位置までの距離に対する表示光ビーム（Ｒ
光ビーム）及び混色光ビーム（Ｇ光ビーム及びＢ光ビー
ム）の透過率の測定結果が示されている。

【００６４】なお、図１０において、横軸は、マイクロ
レンズの焦点位置がアレイ基板より後方すなわちスクリ
ーン側を正とし、マクロレンズの焦点位置がアレイ基板
より前方すなわち対向基板側を負とした。

【００６５】図１０に示すように、アレイ基板表面上か
ら焦点位置までの距離が離れた場合でも、混色光ビーム
の増加率はさほど大きくなく、逆に表示光ビームの透過
率の低下率の方が高いことがわかった。

【００６６】従って、図１１に示すように、混色率を低
く抑えることが可能となる。この結果から、対向基板厚
に対してマイクロレンズの焦点距離を変えた場合、マイ
クロレンズの焦点距離は、赤の波長を最適化するように
Ｒ光ビームの結像位置が赤用の画素領域内に位置するよ
うに設定することにより、透過率が向上し、混色率が低
下することがわかる。この発明を適用することで、カラ
ーフィルタを用いない単板式の投射型液晶表示装置にお
いて、光源として使用しているメタルハライドランプの
長波長側の光強度が少ない為に混色が同率で起こった場
合、赤色の純度低下が著しくなるという問題点を解決
し、色純度が高くて明るい、表示品位の高い液晶プロジ
ェクタを実現することができる。

【００６７】また、上述した測定において、混色率が最
も小さい最適化された状態の焦点距離を有するマイクロ
レンズを備えた投射型液晶表示装置を用いて、照明角に
対する混色率を測定した。ここで、照明角とは、マイク
ロレンズに入射する各光ビームの入射角であり、マイク
ロレンズのレンズ中心を通る光軸に対する広がり角度で
示している。図４には、照明角に対する混色率の測定結
果が示されている。図４に示すように、この実施の形態
の投射型液晶表示装置における照明角に対する混色率の
測定結果Ａは、照明角が０度乃至３度の範囲で従来例の
測定結果Ｂより低くなった。例えば、照明角が１．６度
のとき、混色率は、従来例における２％から１．２％ま
で減少した。

【００６８】この混色率が変化した時の色純度を図５の
色度座標に示す。図５中において、原色とあるのが、ダ
イクロイックミラーから反射された光の色すなわちＲ光
ビーム、Ｇ光ビーム、及びＢ光ビームそのものであり、
それに対して、従来の方式及び本発明例による液晶パネ
ルを通過した表示色ビームの色純度をそれぞれ示す。

【００６９】図５に示すように、本発明例による表示色
ビームの色純度は、原色の色純度に極めて近く、混色に
よる色純度の低下が抑制されていることが分かる。この
測定結果より、この実施の形態による投射型液晶表示装
置は、良好な色純度特性を示すことが分かる。

【００７０】上述したように、この発明の投射型液晶表
示装置によれば、メタルハライドランプが長波長側のス
ペクトルの強度が少ない為に赤色の色純度低下が著しく
なるという問題を解決し、表示色の色純度が良く、明る
く表示品位の高いカラーフィルタを用いない単板式の液
晶プロジェクタを実現することができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、カラーフィルタを用いない単板式において、相対的
に強度の弱い赤色における他の色の混色を改善し、ま
た、画素領域における開口部とこの開口部に集束する光
ビームの集束像との不一致による光量の損失を改善でき
る表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）は、この発明の表示装置に係る投
射型液晶表示装置の構成を概略的に示す図であり、図１
の（ｂ）は、液晶パネルに入射する各色成分の光ビーム
の様子を示す図である。

【図２】図２は、図１に示した投射型液晶表示装置に適
用される液晶パネルの平面図である。

【図３】図３は、図２に示した液晶パネルをＡ−Ａ’−
Ａ線で切断した断面図である。

【図４】図４は、従来の表示装置及びこの発明の表示装
置における照明角に対する混色率の測定結果を示す図で
ある。

【図５】図５は、原色に対する従来の表示装置及びこの
発明の表示装置における色純度を示す色度座標図であ
る。

【図６】図６の（ａ）は、従来の表示装置における投射
型液晶表示装置の構成を概略的に示す図であり、図６の
（ｂ）は、液晶パネルに入射する各色成分の光ビームの
様子を示す図である。

【図７】図７は、図６に示した表示装置のアレイ基板上
における各色成分の光ビームの集束像を示す図である。

【図８】図８は、従来の表示装置における混色による色
純度の低下を説明するための図である。

【図９】図９は、図１に示した表示装置のアレイ基板上
における各色成分の光ビームの集束像を示す図である。

【図１０】図１０は、図１に示した表示装置におけるア
レイ基板の表面からマクロレンズの焦点位置までの距離
に対する表示光ビーム（Ｒ光ビーム）及び混色光ビーム
（Ｇ光ビーム及びＢ光ビーム）の透過率の測定結果を示
す図である。

【図１１】図１１は、図１に示した表示装置における混
色率の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１１…光源部１７…ダイクロイックミラー１８…マイクロレンズ１９…液晶パネル１９ａ…対向基板１９ｂ…アレイ基板１９ｃ…液晶層１１１（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…画素領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過率を制御する光変調層を備えた表示
パネルと、光源からの光源光を、少なくとも第１波長成分の第１光
束群と前記第１光束群より強度が強い第２波長成分の第
２光束群とに分離する分離手段と、前記第１及び第２光束群を前記表示パネルの所定の透過
領域に入射させるとともに、前記第１光束群を前記所定
の透過領域に結像させる結像手段と、前記表示パネルの光変調層により透過率制御された変調
光をスクリーンに投射する投射手段と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記第１波長成分は、前記第２波長成分よ
り長波長であるとともに、前記結像手段は、前記第２光
束群を前記第１光束群が結像される位置より短い距離で
結像させることを特徴とする請求項１に記載の表示装
置。
【請求項３】前記表示パネルに入射する前記第１及び第
２光束群を光軸に対して３度以内の広がり角度を有する
略平行光束群に変換する光学手段を備えたことを特徴と
する請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】画素領域毎に配置された第１電極を駆動す
る駆動手段を備えたアレイ基板、アレイ基板に対向配置
されているとともに前記第１電極に対向する第２電極を
備えた対向基板、及び前記アレイ基板と対向基板との間
に挟持されているとともに前記第１電極と第２電極との
間の電界強度に応じて前記アレイ基板側から前記対向基
板側に透過する光の透過強度を制御する液晶層を有する
液晶表示パネルと、光源からの光源光を、少なくとも第１波長成分の第１光
束群と前記第１光束群より強度が強い第２波長成分の第
２光束群とに分離する分離手段と、前記第１及び第２光束群を前記液晶表示パネルのアレイ
基板に設けられた前記画素領域に入射させるとともに、
前記第１光束群を前記画素領域に結像させる結像手段
と、前記液晶表示パネルの液晶層により透過強度が制御され
た光をスクリーンに投射する投射手段と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項５】前記第１波長成分は、前記第２波長成分よ
り長波長であるとともに、前記結像手段は、前記第２光
束群を前記第１光束群が結像される位置より短い距離で
結像させることを特徴とする請求項４に記載の表示装
置。
【請求項６】前記液晶表示パネルに入射する前記第１及
び第２光束群を光軸に対して３度以内の広がり角度を有
する略平行光束群に変換する光学手段を備えたことを特
徴とする請求項４に記載の表示装置。