JP2000180837A

JP2000180837A - 液晶装置およびこれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000180837A
Application number: JP11268719A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ichikawa; 武史市川; Katsumi Kurematsu; 榑松　　克巳; Osamu Koyama; 理小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶装置の構成において、ディスクリネーシ
ョンなどの配向が乱れている部分（領域）を回避し、良
質な画質を確保できる液晶装置およびこれを用いた液晶
表示装置を提供する。【解決手段】画素電極上に封入された液晶と前記液晶
に電圧を印加する駆動部及びマイクロレンズを備えた液
晶装置において、前記マイクロレンズが液晶に集光する
光軸と、画素電極もしくは画素電極の開口部の重心と
を、少なくともプレチルト方向に対応して発生している
ディスクリネーションを避けるように、相対的に位置設
定していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズ付
の液晶装置およびこれを用いた液晶表示装置に関し、特
に、フルカラー液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日のマルチメディア時代においては、
画像情報でコミュニケーションを図る機器の重要性が、
ますます高まりつつある。中でも、液晶表示装置は、薄
型で消費電力が小さいため、衆目を集めており、既に、
半導体に並ぶ基幹産業にまで成長している。この液晶表
示装置は、現在、１０インチサイズなどの、画面を持っ
たノート型パソコンに、主に使用されているが、将来
は、パソコンのみならず、ワークステーションや家庭用
のテレビとして、さらに、大きい画面サイズのものにも
採用されると考えられる。

【０００３】しかし、画面の大型化に伴い、その製造装
置が大規模化し、高価になるばかりでなく、大画面を駆
動するためには、これに伴う電気的に厳しい特性が要求
されるので、画面の大型化と共に、製造コストが画面サ
イズの２〜３乗に比例して急激に増加するという問題が
ある。

【０００４】そこで、最近、小型の液晶表示パネルを作
成しておき、これによって表示される液晶画像を、光学
的に拡大して表示するプロジェクション（投影）方式が
注目されている。これは、半導体装置の高密度化、微細
化に伴い、性能向上やコスト低減についてのスケーリン
グ則と同様に、サイズを小さくして、特性を向上させ、
同時に、低コスト化も図ることができるからである。

【０００５】これらの点から、液晶表示パネルをＴＦＴ
型とした時、十分な駆動力を有する小型のＴＦＴが要求
され、また、このＴＦＴも、アモルファスＳｉを用いた
ものから多結晶Ｓｉ、更には、単結晶Ｓｉ基板を用いた
ものへと移行しつつある。

【０００６】しかし、通常のテレビに使われるＮＴＳＣ
規格などの解像度レベルの映像信号は、あまり高速の処
理を必要としない。このため、ＴＦＴのみでなく、シフ
トレジスタもしくはデコーダといった周辺駆動回路ま
で、多結晶Ｓｉもしくは単結晶Ｓｉで製造して、表示領
域と周辺駆動回路とを一体構造にした液晶表示装置がで
きるようになった。

【０００７】このような構造の液晶装置を用いた液晶表
示装置の例として、投射型液晶表示装置が知られている
が、この液晶表示装置では、偏向光を入射し、表示画像
に対応して変調された出射光を出射し、拡大投影する方
法が一般に採用されている。また、ここでは、マイクロ
レンズを用いて、液晶装置の開口率（画素電極の開口部
の領域）を上げる構成も提案されている。

【０００８】この構成を図２０〜２３を用いて説明す
る。図において、符号２０１は光源、２０２は赤（Ｒ）
のダイクロイックミラー、２０３は緑（Ｇ）のダイクロ
イックミラー、２０４は青（Ｂ）のダイクロイックミラ
ー、２０５は液晶装置、２０６はフレネルレンズ、２０
７は投影レンズ、２０８はスクリーンである。

【０００９】光源２０１から出た平行光線は、各ダイク
ロイックミラーによりＲＧＢのそれぞれの光線に分離さ
れ、液晶装置２０５に入射される。液晶装置２０５内で
は、各ＲＧＢの画素に対応する液晶にかかる電圧を制御
し、出射光を画像に対応する輝度に変調し、光束を集光
するためのフレネルレンズ２０６、投影レンズ２０７を
通して、スクリーン２０８上に拡大する。

【００１０】図２１の（ａ）には、マイクロレンズ付の
液晶装置（上述の２０５に対応）の画素配列の例が示さ
れている。ここで、符号２１１はマイクロレンズ、２１
２はＲＧＢに対応する画素電極、２１３はその開口部で
ある。この図のＡ−Ａ′部の断面図は、図２２に示され
ている。ダイクロイックミラーで分離、反射されたＧ光
は、マイクロレンズ２１１の上方から垂直に入射し、Ｇ
の画素（電極）面において集光する。一方、Ｒ、Ｂ光
は、それぞれ、ある角度を持って、マイクロレンズ２１
１に入射し、各々、Ｒ、Ｂの画素（電極）面で集光す
る。このような構造するために、画素電極の基板につい
ては、例えば、図２３で示すＴＦＴ型の構成を用いるこ
とができるが、特に、その構成に限定されることはな
い。

【００１１】ここでは、ゲート１０６、信号線と接続す
るソース領域１５０、ドレイン領域１０３（なお、１０
７はライトリードープのドレイン領域である）、ドレイ
ン電極１０８ａ、１０８ｂおよび、液晶に印加する電圧
を与えている画素電極５０８で形成されるＴＦＴが、ガ
ラス基板１０１上に形成されている。

【００１２】なお、符号６２１は対向基板（図にはマイ
クロレンズが省略されている）であり、また、６２２は
ブラックマトリクス、６２３は対向基板６２１にある透
明対向電極、４０１、２２１は配向膜で、その間に液晶
６１１が封入されている。一般に、この配向膜４０１、
２２１は、ラビング方法により封入される液晶が、ある
角度θ（プレチルト角）を持って若干の傾きを持つよう
に、形成される。その原理は、特開平８−３３４７７０
号公報に記載されている。例えば、液晶が垂直配向する
ようなものの場合、配向膜によって、液晶が垂直方向か
らθ傾いて（本願ではプレチルト方向と呼ぶ）、並ぶよ
うになる。そして、この液晶に電圧が印加されると、液
晶はそれぞれ、このプレチルト方向に沿って傾くことに
なる。また、符号１１０は層間絶縁膜である。

【００１３】液晶に電圧を印加するアクティブマトリク
スの等価回路図は、例えば、図２４に示す構成になる。
ここで、符号１２１、１２２は水平シフトレジスタ、１
２３は垂直シフトレジスタ、１２４〜１２９、１２１
０、１２１１はビデオ信号用のビデオ線、１２１２〜１
２２１はビデオ信号を水平シフトレジスタ１２１、１２
２からの走査パルスに応じてサンプリングするためのサ
ンプリングＭＯＳトランジスタ、１２２４〜１２３５は
ビデオ信号が供給される信号線、１２３６は画素部のス
イッチングＭＯＳトランジスタ、１２３７は画素電極と
共通電極との間に挟持されている液晶、１２３８は画素
電極に付随する付加容量である。

【００１４】また、符号１２３９〜１２４１は垂直シフ
トレジスタ１２３の水平走査出力用駆動線、１２４２〜
１２４５は水平シフトレジスタ１２１、１２２からの垂
直走査用の出力線である。

【００１５】この等価回路では、入力されたビデオ信号
が、サンプリングＭＯＳトランジスタ１２１２〜１２２
３を通して、水平シフトレジスタ１２１、１２２の垂直
走査制御信号１２４２〜１２４５により、サンプリング
される。この時、垂直シフトレジスタ１２３の水平走査
制御信号１２３９が出力状態であると、画素部のスイッ
チングＭＯＳトランジスタ１２３６がオン動作し、サン
プリングされた信号線電位が画素に書き込まれる。

【００１６】一方において、従来から、この種のマイク
ロレンズ付液晶パネルとそれを用いた液晶表示装置につ
いては、既に特開平８−１１４７８０号公報に開示され
ているが、この場合のマイクロレンズ付液晶パネルとし
ては、透過型のものを使うのが一般的であった。

【００１７】その構成は図２５に示したように画素１８
とマイクロレンズ１６との間に液晶１７が位置するもの
で、ＲＧＢの各原色照明光を、それぞれ異なる角度から
液晶パネルに当てて、マイクロレンズ１６の集光作用に
より、各色光がそれぞれ異なる画素１８に当たるように
し、カラーフィルターを除くと共に高い光利用率を可能
にしている。このような投写型表示装置は、単板液晶パ
ネルにても、明るいフルカラー映像を投写表示すること
が可能であり、製品として徐々に市場にも出始めてい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、近年、画質向上が必要とされ、より微細画素
が要求されるため、隣接する画素電極同士の電界によ
り、ディスクリネーションと呼ばれる液晶の配向制御の
乱れが生ずる領域が存在し、画質の低下をもたらすとい
う課題がある。

【００１９】このことを、図２１の（ｂ）に示す画素付
近の拡大図を参照して説明する。ディスクリネーション
は、プレチルトの方向に対応して発生するものであり、
この例では、配向膜で、４５°の方向にプレチルトさせ
た場合のディスクリネーションを符号２１４で示す。ま
た、マイクロレンズ２１１の集光スポットを符号２１５
で示す。本来、この集光スポット２１５内にディスクリ
ネーション２１４が存在するのは好ましいことでなく、
コントラストの低下（画質低下）の原因となる。一方、
ディスクリネーション２１４を避けるには集光スポット
を小さくするか、個々の画素を大きくして、実質の開口
率（画素電極２１２に対応する開口部２１３の割合）を
下げなくてはならない。しかし、一定の大きさ（面積）
の中で、画素数が増えると、画素サイズを小さくしなく
てはならず、そうなると、この問題は更に深刻なものと
なる。また、集光スポットを小さくすると、光学的制約
から収差や光源の大きさを変更できず、光束をカットし
なければならず暗くなってしまう。

【００２０】また、従来のマイクロレンズ付の液晶素子
においては、例えば、上述のように（図２５で示す従来
例）、その投写表示画像は、ＲＧＢの各画素１８がスク
リーン上に拡大投影されたものとなるため、図２６に示
したように、ＲＧＢのモザイク構造が目立ってしまい、
これが表示画像の品位を著しく低下してしまうという欠
点を有していた。

【００２１】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その第１の目的とするところは、液晶装置の構成
において、ディスクリネーションなどの配向が乱れてい
る部分（領域）を回避し、良質な画質を確保できる液晶
装置およびこれを用いた液晶表示装置を提供するにあ
る。

【００２２】また、本発明の第２の目的とするところ
は、特に、図２７の如く、１つ１つの画素がＲＧＢに別
れている単板式投写型の液晶表示装置において、モザイ
クの無い、同画素混色されたフルカラー投影像の表示を
可能にした液晶装置を提供するにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
複数の画素電極をマトリックス状に備えたマトリックス
基板と、前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向
基板と、の間に液晶材料を配して構成される液晶表示装
置において、マイクロレンズが液晶に集光する光軸と、
画素電極もしくは画素電極の開口部の重心とを、少なく
ともプレチルト方向に対応して発生しているディスクリ
ネーションを避けるように、相対的に位置設定されてい
ることを特徴とする。

【００２４】この場合、マイクロレンズの光軸に対し
て、ディスクリネーションを避けるように配向制御のさ
れた画素電極もしくは画素開口部の重心位置を合わせる
ように位置設定しているのがよい。

【００２５】また、本発明の液晶装置では、ＲＧＢの各
基本画素の配列において、第１の方向とこれと異なる第
２の方向に、これら３原色画素の内、それぞれ異なる２
色の組み合わせの色画素が、交互に並ぶように配列する
とともに、該画素配列に対して、２画素ピッチになるよ
うに、２次元マイクロレンズアレイを備えていることを
特徴とする。

【００２６】これにより、１つの絵素を構成する１組の
ＲＧＢ画素からの液晶による変調後の反射光が同一のマ
イクロレンズを通じて出射するので、ＲＧＢモザイクの
無い質感の高い良好なカラー画像投写表示が可能とな
る。また、各画素からの光束はマイクロレンズを２回通
過してほぼ並行化されるので、開口数の小さい安価な投
影レンズを用いてもスクリーン上で明るい投影画像を得
ることが可能になる。

【００２７】そして、前記液晶装置を用いて、液晶表示
装置を構成する場合、高開口率で明るい反射型液晶装置
を高画質で提供するために、前記液晶装置が反射電極を
有していること、あるいは、透過型であることが好まし
い。

【００２８】本願で用いられているマイクロレンズは、
色分離、集光、偏光分離の各機能を有している。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の好
ましい実施の形態を、図１および図２を参照して、具体
的に説明する。図２に上基板６２１側のラビング方向を
実線で示し、下基板１０１側のラビング方向を点線で示
す。ラビングの押し込み量は０．５ｍｍである。なお、
これは、先述の従来例で示した図２１の構成に対応す
る。ここでは、マイクロレンズ２１１の光軸を画素開口
部の重心に位置させず、ディスクリネーション２１４な
どの、配向が乱れている部分（領域）を避けるように位
置規定されている。この実施の形態では、その光学的構
成が、従来例で示した図２０と同様であり、マイクロレ
ンズ付の単板式の液晶装置で、対向基板と画素電極基板
との位置関係を、少なくともプレチルト方向に対応して
発生しているディスクリネーションを避けるように、相
対的に位置設定すればよい。

【００３０】しかし、逆にマイクロレンズ付の液晶装置
で、対向基板と画素電極の位置関係が従来と同様でも、
光学的に、マイクロレンズ２１１に入れる入射光の角度
を調整して、マイクロレンズ２１１による集光スポット
２１５を画素の中心からずらしても、同様な効果が得ら
れることはいうまでもない。

【００３１】要するに、ここで重要なのは、画素電極面
でのマイクロレンズ２１１の集光スポット２１５、即ち
マイクロレンズ２１１の中心とスポット２１５の中心を
結ぶ光軸がディスクリネーション２１４などの配向の乱
れている部分（領域）に掛からないように、画素電極の
中心からずれていることが、ポイントなのである。

【００３２】次に、本発明に係わる液晶装置を用いた投
射型液晶表示装置の一般的構成について説明する。その
光学システムは、前述した図２０と同様であるが、ここ
では、更に詳細に説明することとする。ここでの光源２
０１には、メタルハライドやハロゲンランプを用いてお
り、そのアーク長は短かい方がより好ましく、リフレク
ターにより平行光にする。また、ここでは、フライアイ
レンズを用いて、高効率の集光システムとしている。た
だし、本質的には、これに限定されることなく、例え
ば、楕円リフレクターを用い、ロットインテグレータを
用いて、光をスクランブルして、均一照明を可能とする
システムを採用しても構わない。

【００３３】そして、各ダイクロイックミラー２０２〜
２０４により色分解を行い、液晶装置２０５に入射する
が、ここでは、液晶に垂直配向液晶（誘電異方性：負）
を用い、複屈折性を利用したＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇ
ｅｎｃｅ）モードで、光の変調を行う方式を採用した。
従って、液晶装置２０５の前後に偏光板を挿入し（クロ
スニコル方式）、電圧が掛からない状態では黒表示（ノ
ーマリーブラック）が、また、電圧が掛かると、その電
圧に応じて、白表示がアナログ階調で出力できる構成の
液晶装置とした。次いで、液晶装置から出射した光は、
フレネルレンズ２０６、投影レンズ２０７を透過し、ス
クリーン２０８に投影される。

【００３４】本実施例では、液晶材料として、ＭＬＣ６
６０８（メルク社）製を用いる。液晶厚は３μｍであ
る。

【００３５】次に、この液晶装置の画素電極を構成する
基板について、具体的に説明する。ここでは、前述した
従来例と同様な、アクティブマトリクス型ｎ型ＴＦＴを
用いた（以下、図２３を参照）。しかし、特にこれに限
定されることはなく、単純マトリクス型であっても、ま
た、ｐ型、ＣＭＯＳ型を用いても問題はなく、裏面をエ
ッチングで抜いた半導体基板やＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ
ＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いても問題ない
ことはいうまでもない。

【００３６】ここで採用するＴＦＴの形成法として、低
温Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを用いた場合のプロセスについ
て説明する。まず、ガラス基板１０１をバッファー酸化
し、ついで、約５０ｎｍのａ−Ｓｉを、通常のＬＰＣＶ
Ｄ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で４２５℃のＳｉ₂
Ｈ₆ ガスで堆積し、その後に、ＫｒＦエキシマレーザー
により多結晶化させ１５０，１７０，１０３の層を形成
する。次に、１０〜１００ｎｍの酸化膜１０５を成膜
し、ゲート酸化膜とした。

【００３７】そして、ゲート電極１０６を形成した後、
ソースドレインがイオンドーピング法で形成される。不
純物の活性化は、窒素雰囲気中で、３００℃〜４００℃
にて、１〜３時間を掛けて行い、ＳｉＯ₂からなる５０
０ｎｍの厚さの絶縁膜１１０を形成した後に、コンタク
トホールのパターニングを行い、ついで、配線層を形成
する（これを形成する際に、ドレイン電極１０８ａ、１
０８ｂが構成される）。例えば、ここではバリアメタル
としてＴｉＮを用い、シリコンが０．５〜２％ドープさ
れたＡｌ配線を用いる。なお、電極材料としては、通常
の半導体やＴＦＴプロセスで使用される材料である、他
のＡｌ合金、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、また
は、これらのシリサイドなどでも構わないのであって、
適宜に使用される。

【００３８】これにより、低温で且つ高性能なＴＦＴが
形成できるため、大面積化や低価格化ができる。ここで
は、低温Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴについて記述したが、特
に、この方法に限定されることはなく、イオン注入や固
相成長法などを用いて、高性能Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを
作成し、周辺まで含めた回路を一体形成しても構わない
し、特に、高性能Ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの液晶装置に限
らず、通常のＰｏｌｙ−ＳｉＴＦＴやａ−ＳｉＴＦＴを
用いた液晶装置にしてもよい。この場合には、その性能
が低下するが、コストは低下するのであって、本発明の
応用の範囲にあることはいうまでもない。

【００３９】電極層をパターニングした後、さらに層間
絶縁膜６０１を形成する。これは、ＳＯＧやＴＥＯＳ、
もしくは、ＣＭＰを用いて、平坦化処理する。次に、遮
光膜である非透過性金属膜６０２を形成し、パターニン
グを行う（例えば、スパッタ法によりＴｉを堆積させ
る）。ついで、例えば、２００〜４００℃の温度で、シ
ランガスとアンモニアガス、または、シランガスとＮ₂
Ｏの混合ガスを、プラズマ中で分解堆積することで、容
量膜としての絶縁膜１０９を形成し、その後に、３５０
〜５００℃の温度において、水素ガス中、または、水素
ガスと窒素ガスなどの不活性ガスとの混合ガス中で、１
０〜２４０分間、熱処理して、多結晶シリコン１５０、
１０７を水素化する。

【００４０】そして、再び、ＳｉＯのような絶縁膜６０
５を堆積し、パターニングすると共に、そこで、スルー
ホールを開け、その後に、画素電極５０８を成膜する。
なお、この実施の形態では、この透明電極はＩＴＯを用
いたが、これに限定されない。その後に、ＣＭＰ法によ
り、画素電極表面を平坦化する。このようにして形成し
た下地基板表面に、次の方法により、垂直配向膜４０１
を形成した。その後、対向基板６２１を貼り合わせ、そ
の後、負の誘電異方性を持つ液晶６１１を注入して、封
止する。

【００４１】なお、この液晶装置の駆動系は、既に述べ
たアクティブマトリクス型を採用した（図３参照）。こ
こでの画素サイズは３０μｍ角であり、開口部２１３は
２０μｍ×１５μｍである。この時、ディスクリネーシ
ョン２１４が約２μｍほどあり、開口部２１３の中心に
集光スポットがある場合（従来例での図２１の（ｂ）を
参照）、ディスクリネーション２１４にかかる集光スポ
ットは、直径：１１μｍまでに抑制しなければならない
が、本発明のように、画素電極２１２の中心から位置を
下に１μｍ、右に３．５μｍずらして、集光スポット２
１５を設定するように設計すると、直径：１３μｍまで
の大きさに集光スポットを拡大でき、表示輝度を向上で
きる。即ち、そこまでの集光でよいことになる。

【００４２】実際の光学系では、例えば、集光スポット
を１２μｍに設定した設計仕様によって、コントラスト
値として、従来の２００に対して、２０％ほど向上し、
２４０に増加した、投射型液晶表示装置が実現できる。

【００４３】上述の液晶装置以外の周辺電気回路につい
ては、図３を参照して具体的に説明する。図において、
符号３８５は電源で、主に、ランプ用電源とパネルや信
号処理回路駆動用のシステム電源とに分離されている。
また、符号３８６はプラグであり、また、符号３８７は
ランプ温度検出器であって、ランプの温度の異常があれ
ば、制御ボード３８８により、ランプを停止させるなど
の制御を行う。これは、ランプに限らず、フィルタ安全
スイッチ３８９でも、同様に制御される。例えば、高温
ランプハウスボックスを開けようとした場合、ボックス
が開かなくなるような、安全上の対策が施されている。

【００４４】また、符号３９０はスピーカーであり、ま
た、符号３９１は音声ボードで、要求に応じて、３Ｄサ
ウンド、サラウンドサウンドなどのプロセッサも内蔵で
きる。また、符号３９２は拡張ボード１で、ビデオ信号
用Ｓ端子、ビデオ信号用コンポジット映像、音声などの
外部装置３９６からの入力端子、および、信号を選択す
るかの選択スイッチ３９５、チューナ３９４からなり、
デコーダ３９３を介して符号３９７で示す拡張ボード２
へ信号を送るようになっている。一方、拡張ボード２
は、主に、接続端子３９８、３９９を介して、別系列か
らのビデオ入力１やコンピュータ音声２を受け、コンピ
ュータのＤsub １５ピン端子を有し、デコーダ３９３か
らのビデオ信号と切換えるスイッチ４５０を介して、Ａ
／Ｄコンバータ４５１で、ディジタル信号に変換するの
である。

【００４５】また、符号４５３は、主にビデオＲＡＭな
どのメモリとＣＰＵとからなるメインボードである。Ａ
／Ｄコンバータ４５１にてＡ／Ｄ変換したＮＴＳＣ信号
は、一度、メモリに蓄積され、高画素数へ巧く割り当て
るために、液晶素子数にマッチしていない空き素子の不
足の信号を、補間して作成したり、液晶表示素子に適し
たγ変換エッジ階調、ブライト調整バイアス調整などの
信号処理を行う。なお、ＮＴＳＣ信号だけでなく、コン
ピュータ信号も、例えば、ＶＧＡの信号がくれば、高解
像度のＸＧＡパネルの場合、その解像度変換の処理も行
う。

【００４６】このメインボード４３５は、一画像データ
だけでなく、複数の画像データのＮＴＳＣ信号にコンピ
ュータ信号を合成させるなどの処理も行う。また、この
メインボード４５３の出力は、シリアル・パラレル変換
され、ノイズの影響を受けにくい形態で、ヘッドボード
４５４にあてられる。このヘッドボード４５４で、再
度、パラレル／シリアル変換した後、Ｄ／Ａ変換し、パ
ネルのビデオ線数に応じて分割され、ドライブアンプを
介して、Ｇの液晶パネル４５５へ信号を書き込むのであ
る。

【００４７】なお、符号４５２はリモコン操作パネル
で、コンピュータ画面も、ＴＶと同様の感覚で、簡単に
操作できるようになっている。ここでは、単板パネル
（Ｇ）のみが示されているが、上述のように、実際には
ヘッドボードからＲＧＢの３板の液晶パネルをつなげ
て、Ｂ、Ｇ、Ｒの各色の液晶パネルへ信号を書き込むの
である。即ち、ここでの本発明の実施の形態は、説明の
ための１例であり、他の実施の形態を含めて、複数種の
液晶パネルについても、適用可能で、相互の形態の技術
を組み合わせることによって、効果を増大することもで
きるのは、いうまでもない。

【００４８】また、液晶パネル（液晶装置）の構造は、
半導体基板を用いたものについて、記述しているが、必
ずしも、半導体基板に限定されるものはなく、通常の透
明基板上に、以下に記述するような構造体を形成して、
用いてもよい。また、以下に記述する液晶パネルは、す
べて、ＭＯＳＦＥＴやＴＦＴ型であるが、ダイオード型
などの２端子型であってもいい。また、以下に記述する
液晶パネルは、家庭用テレビは勿論、プロジェクタ、ヘ
ッドマウントディスプレイ、３次元映像ゲーム機器、ラ
ップトップコンピュータ、電子手帳、テレビ会議システ
ム、カーナビゲーション、飛行機のパネルなどの表示装
置として、有効に適用できる。

【００４９】また、図２では、開口部２１３の形状は、
対称な長方形であるが、本発明では、開口部２１３の形
状が矩形を変形させた六角形のような非対称形にも適用
できる。

【００５０】（第２の実施の形態）次に、図４の（ａ）
および（ｂ）を用いて、本発明の第２の実施の形態につ
いて説明する。図４の（ａ）では、画素電極構造とし
て、反射型の画素電極構造を持つ基板が用いられる。反
射型の画素電極においては、透過型のそれと比べて、開
口率が大きくとれるという利点があるが、その反面、開
口率が大きく隣接画素が近いため、隣接する画素による
横方向電界の影響を受けやすく、ディスクリネーション
が大きくなるという事情がある。一部、詳細に説明する
と、透過型は回路基板を通して光を当てなければならな
いので、回路のあるところはもちろん、それに加えて回
路の光リークの問題も有るので、さらにマージンを持っ
て開口率を小さくしなければならない。反射型はその制
約がないため開口率が大きくなる。反射型の光学システ
ムでは、図示のように、偏光ビームスプリッタ２１０を
用いている。ここでは、光源２０１からの光を、偏光ビ
ームスプリッタ２１０の偏光板により、互いに直交する
直線偏光成分に分離し、液晶装置２０５には、一方の偏
向光のみを入射させ、反射型の単板式の液晶装置２０５
では、その光を変調し、出射する。そして、偏光ビーム
スプリッタ２０６を透過した各色の光をフレネルレンズ
２０６で合成し、これを投影レンズ２０７で拡大してス
クリーン２０８に投影する。

【００５１】図４の（ｂ）は、この際のマイクロレンズ
２１１と画素電極２１２の平面図である。画素電極２１
２と隣接画素電極２１２との間は１μｍであり、横方向
電界の影響により、約４μｍほどのディスクリネーショ
ン２１４を発生している。なお、この場合の画素サイズ
は１６μｍ角である。

【００５２】従来の方法では、画素電極２１２の中心に
光軸があるため、ディスクリネーション２１４を避ける
には、マイクロレンズ２１１による集光スポット２１５
は、８μｍにまで、集光しなければならないが（図２２
の（ａ）、（ｂ）を参照）、本発明では光学軸を、ディ
スクリネーション２１４を避けるようにずらしているた
め、１２μｍの集光を行なえばよい。即ち、ディスクリ
ネーションを避けた、良質な画質を示す投射型液晶表示
装置を実現できるのである。

【００５３】本発明の上述の構成により、画素サイズを
小さくすることが可能となる。因みに、１２μｍの集光
スポットを形成するための画素基板を構成するには、従
来例では、２０μｍまで大きくしなければならないので
ある。

【００５４】なお、本発明の第１および第２の実施の形
態では、共にＥＣＢモードの垂直配向液晶を用いている
が、特に、これに限定されるものでなく、通常のＴＮモ
ード液晶や散乱型液晶などを用いても、同様な効果を期
待できることはいうまでもない。

【００５５】また、本願の図５、７、１０、１２、１８
等、の集光機能を有するマイクロレンズを例にして説明
したが、特開平１０−３００９３４号公報（特願平９−
１２４９１０）に述べられているレンズ作用を受けて、
集光入射するホログラムレンズのようなものも含まれ
る。

【００５６】ホログラムカラーレンズで集光入射する時
の光軸と画素電極もしくは画素開口部の重心（中心）を
ずらして、ディスクリネーションを避けたりすることは
大きな効果があり、有効である。

【００５７】（第３の実施の形態）図５ないし図７に
は、本発明に係わる液晶装置を用いた投写型液晶表示装
置の光学系の構成が立体座標系の各座標について、それ
ぞれ、示されている。ここで、符号１投影レンズ、２は
マイクロレンズ付液晶パネル（液晶装置）、３は偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、４０はＲ（赤色光）
反射ダイクロイックミラー、４１はＢ／Ｇ（青色＆緑色
光）反射ダイクロイックミラー、４２はＢ（青色光）反
射ダイクロイックミラー、４３は全色光を反射する高反
射ミラー、５０はフレネルレンズ、５１は凸レンズ、６
はロッド型インテグレーター、７は楕円リフレクター、
８はメタルハライド、ＵＨＰなどのアークランプであ
る。

【００５８】ここで、Ｒ（赤色光）反射ダイクロイック
ミラー４０、Ｂ／Ｇ（青色＆緑色光）反射ダイクロイッ
クミラー４１、Ｂ（青色光）反射ダイクロイックミラー
４２は、図８の（ａ）〜（ｃ）に示したような、それぞ
れの分光反射特性を有している。そして、これらのダイ
クロイックミラーは、高反射ミラー４３とともに、図９
の立体座標系で示したように、３次元的に配置されてお
り、後述するように、白色照明光をＲＧＢに色分解する
とともに、各原色光が３次元的に異なる方向から液晶パ
ネル２を照明するようにしている。

【００５９】ここで、光束の進行過程に従って、説明す
ると、先ず、ランプ８からの出射光束は白色光であり、
楕円リフレクター７により、その前方のインテグレータ
ー６の入り口に集光され、このインテグレーター６内
を、その胴部で反射を繰り返しながら進行し、この過程
で、光束の空間的強度分布を均一化される。そして、イ
ンテグレーター６を出射した光束は、凸レンズ５１とフ
レネルレンズ５０とにより、Ｘ軸の−方向（図６を基
準）に平行光束化されて、Ｂ反射ダイクロイックミラー
４２に至る。

【００６０】このＢ反射ダイクロイックミラー４２で
は、Ｂ光（青色光）のみが反射され、次いで、Ｚ軸の−
方向、つまり、下側（図６をｂ基準）にＺ軸に対して所
定の角度で、Ｒ反射ダイクロイックミラー４０に向か
う。一方、Ｂ光以外の色光（Ｒ／Ｇ光）は、このＢ反射
ダイクロイックミラー４２を通過し、高反射ミラー４３
により、直角にＺ軸の−方向（下側）に反射され、矢張
り、Ｒ反射ダイクロイックミラー４０に向かう。

【００６１】ここで、Ｂ反射ダイクロイックミラー４２
と高反射ミラー４３とは、共に図５を基準にして、イン
テグレーター６からの光束（Ｘ軸の−方向）をＺ軸の−
方向（下側）に反射するように、配置されており、ま
た、高反射ミラー４３は、Ｙ軸方向を回転軸に、ＸＹ平
面に対して、丁度、４５°の傾きとなっている。それに
対して、Ｂ反射ダイクロイックミラー４２は、矢張り、
Ｙ軸方向を回転軸に、ＸＹ平面に対して、前述の４５°
よりも浅い角度に位置設定されている。

【００６２】従って、高反射ミラー４３で反射されたＲ
／Ｇ光は、Ｚ軸の−方向に直角に反射されるのに対し
て、Ｂ反射ダイクロイックミラー４２で反射されたＢ光
は、Ｚ軸に対して所定の角度（ＸＺ面内でチルト）で、
下方向に向かうことになる。本発明では、ここで、Ｂ光
とＲ／Ｇ光との、液晶パネル２上の照明範囲を一致させ
るため、各色光の主光線が、液晶パネル２上で交差する
ように、高反射ミラー４３とＢ反射ダイクロイックミラ
ー４２のシフト量およびチルト量が選択される。

【００６３】次に、前述のように、下方向（Ｚ軸の−方
向）に向かったＲ／Ｇ／Ｂ光は、Ｒ反射ダイクロイック
ミラー４０とＢ／Ｇ反射ダイクロイックミラー４１とに
向う。この場合、これらダイクロイックミラー４０、４
１は、Ｂ反射ダイクロイックミラー４２と高反射ミラー
４３の下側に位置しており、また、Ｂ／Ｇ反射ダイクロ
イックミラー４１がＸ軸を回転軸に、ＸＺ面に対して、
４５°傾いて配置されており、Ｒ反射ダイクロイックミ
ラー４０が、矢張り、Ｘ軸方向を回転軸にＸＺ平面に対
して、前述の４５°よりも浅い角度に位置設定されてい
る。

【００６４】従って、これらに入射するＲ／Ｇ／Ｂ光の
内、まず、Ｂ／Ｇ光は、Ｒ反射ダイクロイックミラー４
０を通過して、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー４１に
より直角にＹ軸の＋方向に反射され、ＰＢＳ３を通じ
て、偏光化された後、ＸＺ面に水平に配置された液晶パ
ネル２を照明する。この内、Ｂ光は、前述したように、
既にＸ軸に対して所定の角度（ＸＺ面内でチルト）で進
行しているため（図５および図６を参照）、Ｂ／Ｇ反射
ダイクロイックミラー４１による反射後は、Ｙ軸に対し
て所定の角度（ＸＹ面内でチルト）を維持し、その角度
を入射角（ＸＹ面方向）として、液晶パネル２を照明す
る。

【００６５】Ｇ光については、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイッ
クミラー４１により直角に反射し、Ｙ軸の＋方向に進
み、ＰＢＳ３を通じて偏光された後、入射角０°、つま
り、垂直に液晶パネル２を照明する。また、Ｒ光につい
ては、前述のように、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー
４１の手前に配置されたＲ反射ダイクロイックミラー４
０により、Ｒ反射ダイクロイックミラー４０にてＹ軸＋
方向に反射されるが、図７に示したように、Ｙ軸に対し
て所定の角度（ＹＺ面内のチルト）で、Ｙ軸の＋方向に
進み、ＰＢＳ３を通じて偏光された後、液晶パネル２
を、このＹ軸に対する入射角（ＹＺ面方向）で照明す
る。

【００６６】また、前述と同様に、ＲＧＢ各色光の液晶
パネル２上の照明範囲を一致させるため、各色光の主光
線が液晶パネル２上で交差するように、Ｂ／Ｇ反射ダイ
クロイックミラー４１とＲ反射ダイクロイックミラー４
０のシフト量およびチルト量は、予め選択されている。
さらに、図８に示したように、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイッ
クミラー４１のカット波長は５７０ｎｍ、Ｒ反射ダイク
ロイックミラー４０のカット波長は６００ｎｍであるか
ら、不要な橙色光は、Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー
４１を透過して捨てられる。これにより、最適な色バラ
ンスを得ることができる。

【００６７】そして、後述するように、各ＲＧＢ光は、
液晶パネル２にて反射および偏光変調され、ＰＢＳ３に
戻り、ＰＢＳ３のＰＢＳ面３ａにてＸ軸の＋方向に反射
する光束が画像光となり、投影レンズ１を通じて、スク
リーン（図示せず）に拡大投影される。ところで、液晶
パネル２を照明する各ＲＧＢ光は入射角が異なるため、
そこから反射されてくる各ＲＧＢ光も、その出射角を異
にしているが、投影レンズ１としては、これらを全て取
り込むのに十分な大きさのレンズ径及び開口のものを用
いている。

【００６８】ただし、投影レンズ１に入射する光束の傾
きは、各色光がマイクロレンズを２回通過することによ
り平行化され、液晶パネル２への入射光の傾きを所定値
に維持している。ところが、図２６に示したように、従
来例の透過型の液晶表示装置では、液晶パネルを出射し
た光束は、マイクロレンズの集光作用分も加わって、よ
り大きく広がってしまうので、この光束を取り込むため
の投影レンズは、さらに大きな開口数を必要とし、高価
なレンズとなっていた。しかし、本発明の実施の形態に
おいては、液晶パネル２からの光束の広がりは、上述の
ように、比較的小さくなるので、より小さな開口数の投
影レンズでも、スクリーン上で十分に明るい投影画像を
得ることができる。即ち、より安価な投影レンズを用い
ることが可能になる。

【００６９】次に、ここで用いる本発明の液晶パネル２
について、図１０（図７に対応する断面）を参照して、
説明する。ここで、符号２１はマイクロレンズ基板、２
２はマイクロレンズ、２３はシートガラス、２４は透明
対向電極、２５は液晶層、２６は画素電極、２７はアク
ティブマトリクス駆動回路部、２８はシリコン半導体基
板である。

【００７０】マイクロレンズ２２は、所謂、イオン交換
法によりガラス基板（アルカリ系ガラス）２１の表面上
に形成されており、画素電極２６のピッチの倍のピッチ
で、２次元的アレイ構造を成している。液晶層２５は、
反射型に適応した、所謂、ＤＡＰ、ＨＡＮなどのＥＣＢ
モードのネマチック液晶を採用しており、配向層（図示
せず）により、所定の配向が維持されている。

【００７１】画素電極２６はＡｌから成り、反射鏡を兼
ね、表面性を良くして、反射率を向上させるためにパタ
ーニング後の最終工程で、所謂、ＣＭＰ法の処理を施し
ている。また、アクティブマトリクス駆動回路部２７
は、所謂、シリコン半導体基板２８上に設けられた半導
体回路であり、画素電極２６をアクティブマトリクス駆
動するものであり、この回路マトリクスの周辺部には、
垂直レジスターなどのゲート線ドライバー（図示せず）
や水平レジスターなどの信号線ドライバー（図示せず）
が設けられている。これらの周辺ドライバーおよびアク
ティブマトリクス駆動回路は、ＲＧＢの各原色映像信号
を、所定の各ＲＧＢ画素に書き込むために構成されてお
り、各画素電極２６は、カラーフィルターを有していな
いものの、アクティブマトリクス駆動回路にて書き込ま
れる原色映像信号により、各ＲＧＢ画素として区別さ
れ、後述する所定のＲＧＢ画素配列を形成している。

【００７２】ここで、液晶パネル２に対して照明するＧ
光について見てみると、前述したように、Ｇ光は、ＰＢ
Ｓ３により偏光された後、液晶パネル２に対して垂直に
入射する。この光線の内、１つのマイクロレンズ２２ａ
に入射する光線の例を、図中の矢印Ｇ（ｉｎ／ｏｕｔ）
にて示す。ここに図示されたように、Ｇ光線はマイクロ
レンズにより集光され、Ｇ画素電極２６ｇ上を照明す
る。そして、Ａｌより成る画素電極２６ｇにより反射さ
れ、再び、同じマイクロレンズ２２ａを通じて、パネル
外に出射して行く。

【００７３】このように、液晶層２５を往復通過する
際、偏光されたＧ光線は、画素電極２６ｇに印加される
信号電圧により対向電極２４との間に形成された電界で
液晶が動作することによって、変調を受けて、液晶パネ
ルを出射し、ＰＢＳ３に戻る。そして、ここで、その変
調度合いにより、ＰＢＳ面３ａにて反射され、投影レン
ズ１に向かう光量が変化し、各画素の、所謂、濃淡階調
表示がなされることになる。

【００７４】一方、上述したように、図中、断面（ＹＺ
面）内の斜め方向から入射してくるＲ光については、や
はり、ＰＢＳ３により偏光された後、例えば、マイクロ
レンズ２２ｂに入射するＲ光線に注目すると、図中の矢
印Ｒ（ｉｎ）にて示したように、マイクロレンズ２２ｂ
により集光されて、その真下よりも左側にシフトした位
置にあるＲ画素電極２６ｒ上を照明することになる。そ
して、画素電極２６ｒにより反射され、図示したよう
に、今度は隣（−Ｚ方向）のマイクロレンズ２２ａを通
じて、パネル外に出射して行く。これを矢印Ｒ（ｏｕ
ｔ）で示す。この際に、偏光したＲ光線は、やはり、画
素電極２６ｒに印加される信号電圧により対向電極２４
との間に形成されたる電界で液晶が動作することによっ
て、変調を受けて、液晶パネルを出射し、ＰＢＳ３に戻
る。そして、その後のプロセスでは、前述のＧ光の場合
と全く同じように、画像光の一部として投影される。

【００７５】なお、図１０に描写された状態では、画素
電極２６ｇ上および画素電極２６ｒ上の各Ｇ光およびＲ
光の色光が、一部が重なり合って、干渉しているように
みえるが、これは、模式的に、液晶層の厚さを拡大誇張
して描いているためであり、実際には、液晶層２５の厚
さは５μｍ程度であり、シートガラス２３の５０〜１０
０μｍに比べて非常に薄く、画素サイズに関係なく、こ
のような干渉は起こらないのである。

【００７６】図１１には、画素サイズを１０μｍとした
時のマイクロレンズと画素電極の一般例を平面的に示
す。ここでは、先述の第２の実施の形態とは異なり、１
つの画素基板に対して、ＲＧＢ全ての画素が含まれるよ
うに対応している。従って、画素数が多く、１画素のサ
イズを小さくする必要があるために、画素電極に対する
ディスクリネーションの占める割合が大きく、また、画
質の変化が確認されやすい全面同輝度の画像において
は、隣接画素が、同色でないために、そこには横方向の
電界の影響が生じ、そのディスクリネーションによる画
質低下に対しての、本発明の構成による効果は大きい。

【００７７】即ち、図１１に示すように、画素中心に対
して、ＸＹ方向のそれぞれに、２μｍほどのプレチルト
方向への光軸の移動を行うことで、集光スポットを大き
めに採れるのである。例えば、ここでは、ディスクリネ
ーションを４μｍとして、集光スポットを直径：６μｍ
としている。また、ここでは、完全に集光スポットがデ
ィスクリネーションを避けている図を描いているが、仮
に、ディスクリネーションに集光スポットの縁が、若
干、掛かっていたとしても、光軸をずらした効果はかな
り大きく、光軸をずらさない場合（従来）と比べて、コ
ントラストなどの画質に大きな効果があることが、実施
の上で確認されている。

【００７８】次に、図１２を参照して、この実施の形態
における色分解、色合成原理を説明する。ここで、
（ａ）は液晶パネル２を模式的に示す上面図であり、
（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、液晶パネル２につい
て、Ａ−Ａ′（Ｘ方向）の断面図、Ｂ−Ｂ′（Ｚ方向）
の断面図を模式的に示す。この内、図１２の（ｃ）はＹ
Ｚ断面を表すことになる図１１に対応するものであり、
ここでは、各マイクロレンズ２２に入射するＧ光とＲ光
の入出射の様子を表している。

【００７９】これから判るように、各Ｇ画素電極は、各
マイクロレンズ中心の真下に配置され、各Ｒ画素電極
は、各マイクロレンズ間境界の真下に配置されている。
従って、Ｒ光の入射角は、そのｔａｎθが画素ピッチ
（Ｇ＆Ｒ画素）：２０μｍとマイクロレンズ・画素電極
間の距離：１００μｍの比に等しくなるように設定する
のが好ましい。

【００８０】一方、図１２の（ｂ）は、液晶パネル２の
ＸＹ断面に対応するものである。このＸＹ断面について
は、Ｂ画素電極とＧ画素電極とが、図１２の（ｃ）と同
様に交互に配置されており、やはり、各Ｇ画素電極が各
マイクロレンズ中心の真下に配置され、各Ｂ画素電極が
各マイクロレンズ間境界の真下に配置されている。

【００８１】ところで、液晶パネルを照明するＢ光につ
いては、前述したように、ＰＢＳ３による偏光の後、図
中の断面（ＸＹ面）の斜め方向から入射してくるため、
Ｒ光の場合と全く同様に、各マイクロレンズから入射し
たＢ光線は、図示しているように、Ｂ画素電極により反
射され、入射したマイクロレンズに対して、Ｘ方向に隣
り合うところのマイクロレンズから出射する。なお、Ｂ
画素電極上の液晶による変調や液晶パネルからのＢ出射
光の投影については、前述のＧ光およびＲ光と同様であ
る。

【００８２】また、各Ｂ画素電極は、各マイクロレンズ
間境界の真下に配置されており、Ｂ光の液晶パネルに対
する入射角についても、Ｒ光と同様に、そのｔａｎθが
画素ピッチ（Ｇ＆Ｂ画素）：３２μｍとマイクロレンズ
・画素電極間の距離：１００μｍの比に等しくなるよう
に設定するのが好ましい。

【００８３】本実施の形態における液晶パネルでは、以
上述べたように、各ＲＧＢ画素の並びが、Ｚ方向に対し
ては、ＲＧＲＧＲＧ・・・であり、Ｘ方向に対しては、
ＢＧＢＧＢＧ・・・となっている（図１２の（ａ）は、
その平面的な並びを示している）。このように、各画素
サイズは、縦横共にマイクロレンズの約半分になってお
り、画素ピッチは、ＸＺ両方向ともに、マイクロレンズ
のそれの半分になっている。また、Ｇ画素は、平面的に
もマイクロレンズ中心の真下に位置し、Ｒ画素は、Ｚ方
向のＧ画素間かつマイクロレンズ境界に位置し、更に、
Ｂ画素は、Ｘ方向のＧ画素間かつマイクロレンズ境界に
位置している。更に、１つのマイクロレンズ単位の形状
は、矩形（画素の２倍サイズ）となっている。

【００８４】図１３には、この液晶パネルの部分が拡大
して示されている。ここで、図中の破線格子２９は、１
つの絵素を構成するＲＧＢ画素のまとまり、つまり、図
１０のアクティブマトリクス駆動回路部２７により、各
ＲＧＢ画素が駆動される際、破線格子２９で示されるＲ
ＧＢ画素ユニットが同一画素位置に対応したＲＧＢ映像
信号にて駆動されることを示している。

【００８５】ここで、Ｒ画素電極２６ｒ、Ｇ画素電極２
６ｇ、Ｂ画素電極２６ｂから成る１つの絵素に注目して
みると、まず、Ｒ画素電極２６ｒは、矢印ｒ１で示され
るように、マイクロレンズ２２ｂから、前述したよう
に、斜めに入射するＲ光で照明され、そのＲ反射光が、
矢印ｒ２で示すように、マイクロレンズ２２ａを通じて
出射する。また、Ｂ画素電極２６ｂは、矢印ｂ１で示さ
れるように、マイクロレンズ２２ｃから、前述したよう
に、斜めに入射するＢ光で照明され、そのＢ反射光が、
矢印ｂ２で示すように、やはりマイクロレンズ２２ａを
通じて出射する。更に、Ｇ画素電極２６ｇは、正面、後
向きの矢印ｇ１２で示されるように、マイクロレンズ２
２ａから、前述したように、垂直（紙面奥へ向かう方
向）に入射するＧ光で照明され、そのＧ反射光は、同じ
マイクロレンズ２２ａを通じて、垂直に（紙面手前に出
てくる方向）出射する。

【００８６】このように、本液晶パネルにおいては、１
つの絵素を構成するＲＧＢ画素ユニットについて、各原
色照明光の入射照明位置は異なるものの、それらの出射
については、同じマイクロレンズ（この場合は２２ａ）
から行われる。そして、このことは、その他の全ての絵
素（ＲＧＢ画素ユニット）についても成り立っているの
である。

【００８７】従って、図１４に示すように、液晶パネル
からの全出射光を、ＰＢＳ３および投影レンズ１を通じ
て、スクリーン９に投写するに際して、液晶パネル２内
のマイクロレンズ位置がスクリーン９上に結像・投影さ
れるように光学的に調整すると、その投影画像は、図１
５に示すようなマイクロレンズの格子内に各絵素を構成
するＲＧＢ画素ユニットからの出射光が混色した状態、
つまり、同画素の混色した状態の絵素を、その構成単位
としたものとなる。そして、前述した従来例のような、
所謂、ＲＧＢモザイクがあるものと異なり、それが無
い、質感の高い良好なカラー画像表示が可能となる。

【００８８】次に、前述した各画素電極２６、および、
それをアクティブ駆動するシリコン半導体基板２８上に
設けられたアクティブマトリクス駆動回路部２７につい
て、以下に詳述する。図１６には、本発明に係わる液晶
装置を用いた投写型液晶表示装置の駆動回路系の構成が
ブロックで示されている。ここで、符号１０はパネルド
ライバーであり、ＲＧＢ映像信号を極性反転し、かつ、
所定の電圧増幅をした液晶駆動信号を形成すると共に、
対向電極２４駆動信号、各種タイミング信号などを形成
している。また、符号１２はインターフェースであり、
各種映像および制御伝送信号を、標準映像信号などにデ
コードしている。

【００８９】更に、符号１１はデコーダーであり、イン
ターフェース１２からの標準映像信号を、ＲＧＢ原色映
像信号及び同期信号にデコードしている。また、符号１
４はバラストであり、アークランプ８を駆動点灯する。
１５は電源回路であり、各回路ブロックに対して電源を
供給している。なお、符号１３は操作部（図示せず）を
内在したコントローラーであり、各回路ブロックを総合
的にコントロールするものである。

【００９０】このように、ここでの投写型液晶表示装置
は、その駆動回路系が単板式プロジェクターとして、極
めて一般的な形式のものであり、特に、駆動回路系に負
担を掛けることなく、前述したような、ＲＧＢモザイク
の無い、良好な質感のカラー画像を表示することができ
るものである。

【００９１】なお、本発明に係わる液晶パネル（液晶装
置）の別形態として、図１７に示すような構成のものを
採用してもよい。ここでは、マイクロレンズ２２の中心
真下位置にＢ画素を配列し、それに対して、左右方向に
Ｇ画素が交互に並ぶように、上下方向にＲ画素が交互に
並ぶように配列している。このように配列しても、絵素
を構成するＲＧＢ画素ユニット２６ｒ、２６ｇ、２６ｂ
からの反射光が、１つの共通マイクロレンズ２２から出
射するように、Ｂ光を垂直入射、Ｒ／Ｇ光を斜め入射
（同角度で異方向）とすることにより、前例と全く同様
な効果を得ることができる。また、マイクロレンズ２２
の中心真下位置にＲ画素を配列し、Ｒ画素に対して、そ
の他の色画素を、左右または上下方向に交互に並ぶよう
にしても良いことは勿論である。

【００９２】（第４の実施の形態）次に、本発明に係る
液晶パネル（液晶装置）の第４の実施の形態について、
図１８を参照して説明する。図１８は、液晶パネルの拡
大断面模式図（図２１のｙｚ面に対応）を示す。ここ
で、符号２１、２１′はマイクロレンズ基板、２２、２
２′はマイクロレンズ、２３、２３′はマイクロレンズ
と画素の距離を調整するためのシートガラス、２４は透
明対向電極、２２５はＤＡＰ（Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｏｆＡｌｉｇｈｎｅｄｐｈａｓｅ）液晶層、２２
６は透明画素電極、２２７はアクティブマトリクス駆動
回路部であり、更に、符号４７，４６はクロスニコル関
係の偏光板である。

【００９３】マイクロレンズ２２、２２′は、所謂、イ
オン交換法により、ガラス基板（アルカリ系ガラス）２
１、２１′の表面上に形成されており、画素電極２２６
のピッチの倍のピッチで、２次元的アレイ構造を成して
いる。そして、この各マイクロレンズ上にシートガラス
２３、２３′が接着されている。また、液晶層２２５
は、ＤＡＰモードのネマチック液晶を採用しており、配
向層（図示せず）により所定の配向が維持されている。
更に、画素電極２２６はＩＴＯから成り、シートガラス
２３上に形成されている。

【００９４】アクティブマトリクス駆動回路部２２７
は、所謂、アモルファスまたはポリシリコン薄膜をベー
スとしたＴＦＴ回路であり、画素電極２２６をアクティ
ブマトリクス駆動するものであり、シートガラス２３′
上に形成されていて、図１９に示すようなレイアウトに
なっている。

【００９５】ここで、符号３０１、３０２、３０３は、
それぞれ、Ｂ、Ｇ、Ｒ信号映像ライン、３１０はゲート
ライン、３２１〜３２３はＴＦＴ、また、２２６ｒ、２
２６ｇ、２２６ｂは、各Ｒ、Ｇ、Ｂ透明画素電極を表し
ている。また、回路マトリクスの周辺部には、垂直レジ
スターなどのゲート線ドライバー（図示せず）や水平レ
ジスターなどの信号線ドライバー（図示せず）が設けら
れている。

【００９６】これらの周辺ドライバーおよびアクティブ
マトリクス駆動回路は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色映像信号
を、所定の各Ｒ、Ｇ、Ｂ画素に書き込むために構成され
たもので、各画素電極２２６はカラーフィルターを備え
ないものの、アクティブマトリクス駆動回路にて書き込
まれる原色映像信号により、各Ｒ、Ｇ、Ｂ画素として、
区別され、後述する所定のＲ、Ｇ、Ｂ画素配列を形成し
ている。

【００９７】ここで、液晶パネルに対して照明するＧ光
について考察すると、前述したように、Ｇ光は液晶パネ
ルに対して垂直に入射する。この光線の内、１つのマイ
クロレンズ２２ａに入射する光線を、図１８中の矢印Ｇ
（ｉｎ）に示す。ここに図示されたように、Ｇ光線はマ
イクロレンズにより集光され、Ｇ画素電極２２６ｇ上を
照明する。そして、液晶層２２５を通過した後、今度は
ＴＦＴ側のマイクロレンズ２２′ａを通じて液晶パネル
外に出射して行く。このように、液晶層２２５を通過す
る際、Ｇ光線（偏光板４６にて偏光）は、画素電極２２
６ｇに印加される信号電圧によって対向電極２４との間
に電界が形成され、これにより液晶が動作することで、
変調を受けて、液晶パネルを出射する。この際の変調度
合いにより、偏光板４７を通過して投影レンズ１に向う
光量が変化し、各画素の、所謂、濃淡階調表示がなされ
ることになる。

【００９８】一方、上述したように、図中の断面（ＹＺ
面）内の、斜め方向から入射してくるＲ光について考察
すると、矢張り、このＲ光は、偏光板４６により偏光さ
れ、例えば、マイクロレンズ２２ｂに入射する光線に注
目すると、図中の矢印Ｒ（ｉｎ）で示したように、マイ
クロレンズ２２ｂにより集光され、その真下よりも下側
にシフトした位置にあるＲ画素電極２２６ｒ上を照明す
る。そして、Ｒ画素電極２２６ｒを通過し、図示したよ
うに、矢張り、ＴＦＴ側のマイクロレンズ２２′ａを通
じて、パネル外に出射して行く（Ｇ／Ｒ（ｏｕｔ）を参
照）。この際、Ｒ光線（偏光）も、Ｒ画素電極２２６ｒ
に印加される信号電圧により対向電極２４との間に電界
が形成され、これにより液晶が動作することで、変調を
受けて、液晶パネルを出射する。そして、その後のプロ
セスは、前述のＧ光の場合と全く同じように、画像光の
一部として投影される。

【００９９】ところで、図１８上では、Ｇ画素電極２２
６ｇ上とＲ画素電極２２６ｒ上の、各Ｇ光、Ｒ光の色光
が一部重なって、干渉しているように描写されいるが、
これは、模式的に液晶層の厚さを拡大誇張しているため
であり、実際には、液晶層の厚さは５μ程度であり、シ
ートガラスの５０〜１００μに比べて非常に薄いのであ
って、画素サイズに関係なく、このような干渉は起こら
ない。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の画素電極をマトリックス状に備えたマトリックス
基板と、前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向
基板と、の間に液晶材料を配して構成される液晶表示装
置において、マイクロレンズが液晶に集光する光軸と、
画素電極もしくは画素電極の開口部の重心とを、少なく
ともプレチルト方向に対応して発生しているディスクリ
ネーションを避けるように、相対的に位置設定されてい
る。従って、有効に画素電極を利用し、良質な画質を得
ることが可能となる。

【０１０１】この場合、前記マイクロレンズの光軸に対
して、ディスクリネーションを避けるように配向制御の
された画素電極もしくは画素開口部の重心位置を合わせ
るように位置設定していることにより、さらに、上述の
効果を高めることが可能となる。また、前記液晶装置に
反射電極を備えることによって、高開口率で、明るい反
射型液晶装置を、高画質で提供することが可能となる。

【０１０２】さらに、ＲＧＢの各基本画素の配列におい
て、第１の方向とこれと異なる第２の方向に、これら３
原色画素の内、それぞれ異なる２色の組み合わせの色画
素が、交互に並ぶように配列するとともに、該画素配列
に対して、２画素ピッチになるように、２次元マイクロ
レンズアレイを備えていることで、１つの絵素を構成す
る１組のＲＧＢ画素からの液晶による変調後の反射光が
同一のマイクロレンズを通じて出射するので、ＲＧＢモ
ザイクの無い質感の高い良好なカラー画像投写表示が可
能となる。また、各画素からの光束はマイクロレンズを
２回通過してほぼ並行化されるので、開口数の小さい安
価な投影レンズを用いてもスクリーン上で明るい投影画
像を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す液晶装置の画素配列
とマイクロレンズの配置関係（重なり）を示す平面図で
ある。

【図２】同じく、部分拡大平面図である。

【図３】本発明の液晶装置を用いた液晶表示装置の周辺
電気回路の概略構成図である。

【図４】本発明に係わる第２の実施形態を示す反射型液
晶表示装置光学系（ａ）の概略構成図、および、その際
の液晶パネル（液晶装置）の画素配列とマイクロレンズ
の配置関係（ｂ）を示す平面図である。

【図５】同じく、この液晶パネルを使用した投写型液晶
表示装置光学系の実施の形態を示すＸＹ座標表示の全体
構成図である。

【図６】同じく、ＸＺ座標表示の全体構成図である。

【図７】同じく、ＹＺ座標表示の全体構成図である。

【図８】上述の液晶表示装置光学系でのダイクロイック
ミラーの分光反射特性を示すグラフである。

【図９】同じく、上述の液晶表示装置光学系を立体座標
表示で示す全体構成図である。

【図１０】本発明に係わる液晶パネル（液晶装置）の一
つの実施形態を示す断面図である。

【図１１】本発明に係わる第３の実施形態についての画
素配列とマイクロレンズの配置関係を示す平面図であ
る。

【図１２】同じく、本発明に係わる液晶パネルでの色分
解、色合成の原理説明図である。

【図１３】本発明に係わる第３の実施形態についての液
晶パネルの拡大平面図である。

【図１４】同じく、この液晶パネルを用いた本発明に係
わる投写型液晶表示装置の一つの投影光学系を示す部分
的な構成図である。

【図１５】同じく、スクリーン上投影像の部分拡大図で
ある。

【図１６】本発明に係わる投写型液晶表示装置の一つの
駆動回路系を示すブロック図である。

【図１７】本発明に係わる液晶パネルの別の実施形態の
部分的な拡大平面図である。

【図１８】同じく、模式的な断面図である。

【図１９】本発明に係わる液晶パネルにおけるアクティ
ブマトリクス駆動部の部分的な回路構成図である。

【図２０】従来の液晶表示装置の概略構成図である。

【図２１】同じく、従来例における液晶装置の画素配列
を示す模式的構成図である。

【図２２】同じく、画素面でのＲＧＢの集光状態を示す
模式的側面図である。

【図２３】同じく、画素電極基板の積層構造を示す断面
図である。

【図２４】同じく、アクティブマトリクス基板を示す概
略回路構成図である。

【図２５】従来のマイクロレンズ付透過型液晶パネルの
部分的な拡大断面図である。

【図２６】同じく、スクリーン上の投影像の模式的な拡
大平面図である。

【符号の説明】

（図１）２０２〜２０４ダイクロイックミラー（以下、図１、２、４、１１、２２）２１１マイクロレンズ２１２画素電極２１３開口部２１４ディスクリネーション２１５集光スポット（以下、図３）３８５電源３８６プラグ３８７ランプ温度検出器３８８制御ボード３８９安全スイッチ３９０スピーカー３９１音声ボード３９２拡張ボード３９３デコーダー３９４チューナー３９５選択スイッチ３９６外部装置４５０スイッチ４５１Ａ／Ｄコンバーター４５３メインボード４５４ヘッドボード４５５、４５６、４５７液晶パネル（その他）２１０偏光ビームスプリッタ（図４）１投影レンズ（図５、１４）６ロッド型インテグレーター（図５、６）７楕円リフレクター（図５、６、１６）８アークランプ（図５、６、８、１６）４２Ｂ反射ダイクロイックミラー（図５、６、９）４３高反射ミラー（図５〜７）４０Ｒ反射ダイクロイックミラー（図６、７、９）４１Ｂ／Ｇ反射ダイクロイックミラー（図６、７、
９）２マイクロレンズ付液晶パネル（図１０、１４）２１、２１’ マイクロレンズガラス基板（図１０）２２、２２’ マイクロレンズ（図１０、１２、１４、
１７）２３、２３’ シートガラス（図１０）２４対向透明電極（図１０）２５液晶層（図１０、１２、１４）２５２周辺シール部（図１０）２６画素電極（図１０、１２）２６ｒ、２６ｇ、２６ｂＲ、Ｇ、Ｂ透明画素電極（図
１０、１３、１７）２７アクティブマトリクス駆動回路部（図１０）２８シリコン半導体基板（図１０）２９基本絵素単位（図１３、１７）３偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）（図１４）９スクリーン（図１４）１０パネルドライバー（図１６）１１デコーダー（図１６）１２インターフェース回路（図１６）１３コントローラ（図１６）１４バラスト（図１６）１５電源回路（図１６）２２６ｒ、２２６ｇ、２２６ｂＲ、Ｇ、Ｂ透明画素電
極（図１８、１９）３０１、３０２、３０３Ｂ、Ｇ、Ｒ信号映像ライン
（図１９）３１０ゲートライン（図１９）３２１〜３２３ＴＦＴ（図１９）（以下、図２１）２０１光源２０５液晶装置２０６フレネルレンズ２０７投影レンズ２０８スクリーン（以下、図２４）１０１ガラス基板１０３ドレイン領域１０９、１１０絶縁膜１０５絶縁膜１０６ゲート１０７ドレイン領域（ライトドープ層）１０８ａ、１０８ｂドレイン電極１５０ソース領域４０１配向膜５０８画素電極６０１絶縁膜６０２遮光膜６１１液晶６２１対向基板６２２ブラックマトリクス６２３透明対向電極（以下、図２５）１２１、１２２水平シフトレジスタ１２３垂直シフトレジスタ１２４〜１２９、１２１、１２１１ビデオ線１２１２〜１２２１サンプリングトランジスタ１２２４〜１２３５信号線１２３６画素部トランジスタ１２３７液晶１２３８付加容量１２３９〜１２４１水平走査出力用駆動線１２４２〜１２４５垂直走査用の出力線（その他）１６マイクロレンズ（図２６）１７液晶（図２６）１８画素（図２６）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素電極をマトリックス状に備え
たマトリックス基板と、前記画素電極に対向する対向電
極を備えた対向基板と、の間に液晶材料を配して構成さ
れる液晶表示装置において、マイクロレンズが液晶に集
光する光軸と、画素電極もしくは画素電極の開口部の重
心とを、少なくともプレチルト方向に対応して発生して
いるディスクリネーションを避けるように、相対的に位
置設定されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項２】前記マイクロレンズの光軸に対して、デ
ィスクリネーションを避けるように配向制御のされた画
素電極もしくは画素開口部の重心位置を合わせるように
位置設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
液晶装置。
【請求項３】ＲＧＢの各基本画素の配列において、第
１の方向とこれと異なる第２の方向に、これら３原色画
素の内、それぞれ異なる２色の組み合わせの色画素が、
交互に並ぶように配列するとともに、該画素配列に対し
て、２画素ピッチになるように、２次元マイクロレンズ
アレイを備えることにより１つの絵素を構成する３原色
画素を通過した光を同一マイクロレンズから出射させる
ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の液晶装
置。
【請求項４】請求項１〜３の何れかの前記液晶装置を
用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶表示装置は、その液晶装置が反
射電極を有していることを特徴とする請求項４に記載の
液晶表示装置。
【請求項６】前記液晶表示装置は、その液晶装置が透
過型であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示
装置。