JP2007017819A - 液晶表示素子、液晶表示装置および液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示素子を基準とした各種の位置合わせを簡単な設備で実現できるようにすること。
【解決手段】本発明は、一対の基板間に液晶Ｌが封入されるパネル部２と、パネル部２の略中央に設けられ、液晶Ｌの駆動によって画像を表示する表示エリア２１とを有する液晶表示素子１において、パネル部２の表示エリア２１より外側に、液晶Ｌの駆動によって表示されるマーク画素２２−ａ、２２−ｂを備えているものである。また、このマーク画素２２−ａ、２２−ｂを基準として遮光マスク３が取り付けられた液晶表示装置およびこの液晶表示装置を用いた液晶プロジェクタである。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の基板間に液晶が封入されるパネル部を備えた液晶表示素子、液晶表示装置および液晶プロジェクタに関し、特に液晶表示素子と各部との正確な位置合わせを実現できる液晶表示素子、液晶表示装置および液晶プロジェクタに関する。

従来、投射型画像表示装置である液晶プロジェクタでは、液晶パネルにより画像情報に応じて変調された光が、光学系によって合成、拡大投射されることで投射映像が形成される。例えば、３板方式の液晶プロジェクタは、赤色，緑色，青色のいわゆるＲ，Ｇ，Ｂ３原色に対応した３枚の液晶パネルを備えている。これら３枚の液晶パネルの各々によってＲ，Ｇ，Ｂに対応した画像が形成され、各画像を重ね合わせて投影することにより鮮明なカラー画像を形成している（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。したがって、各液晶パネルの位置合わせ（レジ合わせ）が画質を決める上で非常に重要となっている。

特開２００４−２２１７１６号公報 特開２００４−２１９５１４号公報

しかしながら、従来の３板式投射型表示装置では、液晶表示装置のレジ合わせにおいて表示エリアの液晶を実際に駆動してＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画を表示し、これら各３色の画が重なるように各Ｒ，Ｇ，Ｂの液晶表示装置の位置を調整し、合わせ込みを行っている。このため、レジ合わせの際にはレジ合わせ調整用の画像を表示する特別な駆動回路が必要となっている。

また、従来の液晶表示装置では、画像の表示エリア以外への光の入射をコントロールするために遮光マスクを取り付けているが、精度よく取り付けるためには基準となる位置が必要となる。従来では、顕微鏡やそれに代わる検査装置を用いて、表示エリアの画素端を確認し、これを基準として遮光マスクを取り付けている。

ここで、表示エリアの確認のためには画素を駆動して表示する必要がある。したがって、取り付け位置の検査や再検査が必要になった場合、改めて画素端から遮光マスクまでの距離を測定しなければならず、遮光マスク取り付け時と同じ作業環境を準備するか、遮光マスク取り付け工程へ差し戻す必要が生じている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、一対の基板間に液晶が封入されるパネル部と、パネル部の略中央に設けられ、液晶の駆動によって画像を表示する表示エリアとを有する液晶表示素子において、パネル部の表示エリアより外側に、液晶の駆動によってマークを表示するマーク画素を備えているものである。

このような本発明では、表示エリアの外側で液晶の駆動によってマークを表示するマーク画素を備えていることから、マーク画素によって表示エリアの外側に各種位置決めの基準となるマークを表示できるようになる。このマーク画素は表示エリアの画素と同じ構造となっており、表示エリアの製造とともに形成される。

また、マーク画素は、表示エリアの液晶を駆動する駆動回路とは独立した簡単な回路によって駆動される。この回路としては、例えば単に矩形波を単一ピッチで出力する交流回路で良い。つまり、マークを判別できるだけの駆動で足りるため、簡単な回路構成でも十分である。また、駆動回路とは独立していることから、必要なときだけ通電し、不要なときは通電しなければ表示エリアの駆動に影響を与えない。

マーク画素は表示エリアの辺や隅部を基準として配置されているため、マーク画素によるマークの表示を基準として素子の光学的な位置合わせを正確に行うことができる。本発明の液晶表示装置は、このような液晶表示素子に、マーク画素によるマークを基準として遮光マスクを設けたものである。マーク画素が表示エリアを基準に設けられていることで、マーク画素によるマークを基準に遮光マスクを位置合わせすれば、表示エリアを参照せずに遮光マスクを正確な位置に合わせることができる。

また、本発明の液晶プロジェクタは、上記液晶表示素子で生成される画像を光学系によって拡大投影するものであり、マーク画素によるマークの映像を基準として液晶表示素子と光学系とが配置されている。これにより、光学系に対する液晶表示素子の位置合わせを、特別な合わせ画像を表示させなくても、正確に行うことができるようになる。

したがって、本発明によれば、特別な駆動回路や治具を用いることなく液晶表示素子と光学系や、液晶表示素子と遮光マスクとを正確に位置合わせすることが可能となる。また、表示エリアの外側の液晶部分を利用するため、特別な画像パターンを用いることなく、調整を行うことが可能となる。例えば再検査が必要になった場合、測定装置を予め設置していない場所であっても検査が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る液晶表示素子を説明する模式図である。すなわち、本実施形態に係る液晶表示素子１は、一対の基板間に液晶Ｌが封入されるパネル部２と、パネル部２の略中央に設けられ、液晶Ｌの駆動によって画像を表示する表示エリア２１とを有するもので、パネル部２の表示エリア２１より外側に、液晶Ｌの駆動によって表示されるマーク画素２２を備えている点に特徴がある。

ここで、マーク画素２２は表示エリア２１の画素と同じ構造となっており、画素と同一工程で製造される。また、マーク画素２２は、液晶Ｌが封入される領域で、表示エリア２１の外側に設けられる。

すなわち、液晶表示素子１は、一対の基板をシール剤Ｓによって貼り合わせ、その隙間に液晶Ｌを封入したもので、液晶Ｌはシール剤Ｓの内側に封入される。この液晶Ｌが封入される領域のうち、略中央部分が実際に画像を表示する有効エリア、すなわち表示エリア２１となるが、表示エリア２１の外側でシール剤Ｓまでの領域には液晶Ｌはあるものの実際の画像表示には使用されない。本実施形態のマーク画素２２は、この表示エリア２１の外側で液晶Ｌがある領域に形成されている。

また、不要な部分に光が照射されると乱光が発生して画像表示に悪影響を及ぼすため、遮光マスク３が取り付けられている（図１では破線で示している。）。この遮光マスク３は実際の画像表示に直接影響を与えるため、表示エリア２１と正確な位置関係で取り付けられる必要がある。

本実施形態では、遮光マスク３を取り付ける際、マーク画素２２によるマークを表示させて、これを基準に位置合わせを行う。先に説明したように、マーク画素２２は表示エリア２１の画素と同一工程で製造されているため、表示エリア２１の位置を基準として正確に配置されている。したがって、マーク画素２２によって表示されるマークを基準とすれば遮光マスク３を表示エリア２１に対して正確に取り付けることが可能となる。

図１（ａ）に示す例は、一対のライン状のマーク画素２２−ａ、２２−ｂが表示エリア２１の各辺に合わせて設けられた例である。一対のライン状のマーク画素２２−ａ、２２−ｂのうち外側になるマーク画素２２−ｂは、遮光マスク３の辺の位置と合うようになっている。したがって、遮光マスク３を取り付ける際、一対のマーク画素２２−ａ、２２−ｂによるマークの間に遮光マスク３の辺が配置されるよう位置合わせするとともに、外側のマーク画素２２−ｂによるマークが全て遮光マスク３によって隠れるように配置すれば、上下左右および回転方向の全ての位置を正確に決めることができる。

図１（ｂ）に示す例は、表示エリア２１の隅部に合わせてＬ型のマーク画素２２−ｃが設けられた例である。遮光マスク３を位置合わせする際には、遮光マスク３の隅部をマーク画素２２−ｃによるマークの隅部に合わせることで、遮光マスク３を正確に位置決めできる。なお、マーク画素２２の形状や位置、個数はこれらに限定されない。

図２は、本実施形態に係る液晶表示装置を説明する模式断面図である。液晶表示装置１０は、先に説明した液晶表示素子１に、表示エリア２１の周辺を遮光する遮光マスク３を取り付けた構成となっている。パネル部２は、一対の基板２ａ、２ｂをシール剤Ｓによって貼り合わせ、その間に液晶Ｌを封入した構成となっている。

パネル部２を構成する一対の基板２ａ、２ｂとしては、反射型液晶表示装置では基板２ａがシリコン等の半導体基板、基板２ｂが透光性を有するガラス基板によって構成される。透過型液晶表示装置では、両基板２ａ、２ｂとも透光性を有するガラス基板によって構成される。本実施形態では、反射型液晶表示装置の場合を説明する。

シリコン基板から成る基板２ａの表示エリア２１に対応する部分にはマトリクス状に駆動素子（図示せず）が形成され、この駆動素子によって電圧に印加が制御される駆動電極Ｄ２が形成されている。一方の基板２ｂには一様に対向電極Ｄ１が形成されている。基板２ａの端部には例えばフレキシブルケーブルＦＣを介して駆動回路４が取り付けられており、これらの電極間に画像信号に応じた電圧を印加することで液晶Ｌを駆動して、画素単位での変調を行うことができるようになっている。

また、本実施形態では、表示エリア２１の外側に、先に説明したマーク画素２２が形成されている。マーク画素２２も通常の画素と同じ構造となっている。すなわち、基板２ａの表示エリア２１に対応した画素電極Ｄ２と同一工程で、マーク画素２２に応じたパターンの電極を形成する。

マーク画素２２には、画素電極Ｄ２を駆動するのとは別の独立した回路構成で簡単な交流回路ＡＣが接続されている。マーク画素２２と対向電極Ｄ１との間に例えば単に矩形波を単一ピッチで出力する交流電圧を印加すると、マーク画素２２のパターンに対応した液晶Ｌが駆動され、マークとして表示できるようになる。

マーク画素２２が、図１（ａ）に示すような一対のライン状のパターンから成る場合、外側となるパターンが遮光マスク３を配置する際の基準となるように形成されている。先に説明したようにマーク画素２２は画素電極Ｄ２を形成するのと同じ工程で形成されていることから、例えば半導体製造技術であるフォトリソグラフィの精度によって正確に形成することができる。遮光マスク３の基準として使用する場合には、表示エリア２１を構成する画素電極Ｄ２の位置を基準としてマーク画素２２を形成すればよい。

マーク画素２２には画素電極Ｄ２を駆動する回路への配線パターンとは別の配線パターンが基板２ａに形成されており、配線パターンの末端が端子として基板２ａに形成されている。この端子に交流回路ＡＣを接続することで、単独でマーク画素２２を駆動できることになる。なお、マーク画素２２と導通する端子は、画素電極Ｄ２用の駆動回路４を接続するフレキシブルケーブルＦＣの一部の配線として接続されていても、単独の端子として開放されていてもよい。

したがって、液晶表示素子１に遮光マスク３を取り付ける場合や後述する光学系との位置合わせを行うレジ合わせの場合など、調整の際にのみ交流回路ＡＣを接続してマーク画素２２を駆動し、マークを表示すれば、正確な位置合わせに寄与できるようになる。

このようなマーク画素２２によるマークを用いた位置合わせでは、既に画素としてパターンが組み込まれているため、レジ合わせ等を行う際に特別な合わせ用の画像を表示エリア２１に表示させる必要がなく、またそのために駆動回路４を接続したり、映像信号を送り込む必要がなくなる。

なお、マーク画素２２の駆動には単純な交流波形を用いることができるが、単純かつ高い周波数で駆動可能なため、画面の輝度にちらつきにない安定した状態での評価が可能となる。

図３は、液晶表示装置の組み立て例を示す模式斜視図である。液晶表示装置１０には先に説明した遮光マスク３が取り付けられ、不要な箇所への光の照射を遮るようにしている。また、液晶表示装置１０は、ホルダーＨに組み込まれ、液晶プロジェクタ等の表示装置への取り付けハンドリングを向上させている。

このような液晶表示装置１０として、先に説明したマーク画素２２を用いることで、遮光マスク３の目視による位置合わせ判定も可能となる。また、例えば、再検査が必要になった場合、特別な測定装置がなくても交流回路ＡＣを端子に接続する簡単な検査設備のみで検査を行うことができ、簡便な検査装置で場所を選ばず容易に検査を行うことが可能となる。

図４は、レジ合わせの方法を説明する模式図である。この例では、光学系の一部であるビームスプリッタ１０４に対する液晶表示装置１０の位置決めを行っている状態を示している。液晶表示装置１０をビームスプリッタ１０４の基準位置に取り付けるには、液晶表示装置１０に交流回路ＡＣを接続して先に説明したマーク画素を表示させる。

この状態でランプ光源１０１から液晶表示装置１０に光を入射すると、マーク画素の映像２２’が投射レンズ１０７を介して拡大投影される。投影像にはマーク画素による映像２２’が成されるため、これをマークとして液晶表示装置１０の位置を調整し、ビームスプリッタ１０４に取り付けることになる。

このような位置合わせでは、予め液晶表示装置１０に設けられたマーク画素を駆動してマークを表示することから、投影されたマークの画像を参照して液晶表示装置１０の位置合わせ調整を簡単に行うことが可能となる。つまり、液晶表示装置１０に特別な位置合わせ用の画像を表示させるための回路や検査装置を用意することなく、簡単な検査構成で位置合わせを実現できるようになる。

なお、３板式の液晶プロジェクタではＲ，Ｇ，Ｂ３色に応じて液晶表示装置のレジ合わせを行うことになるが、この場合には図４に示す調整のための構成が３枚分となっており、３枚の液晶表示装置のマーク画素を同時に駆動する。これにより、投影像には３枚の液晶表示装置のマーク画素によるマークの映像が重畳され、これらが正確に重なり合うよう液晶表示装置の配置を調整すれば、高画質のカラー映像を得られるレジ合わせが可能となる。

本実施形態に係る液晶表示装置１０は、複数枚の液晶パネル（液晶表示装置１０）のレジ合わせが必要となる例えばプロジェクションシステム（液晶プロジェクタ）に適用するのが望ましい。図５は、本実施形態の液晶表示装置を用いたプロジェクションシステムの例を示す模式図である。すなわち、プロジェクションシステム１００は、ランプ光源１０１、レンズ部１０２、ダイクロイック色分離フィルタ１０３、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ、駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂ、プリズム（ダイクロイックミラー）１０６および投射レンズ１０７を備えた構成となっている。

この液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂとしては上記説明した本実施形態に係る反射型液晶表示素子を用いているため、図２に示す基板２ａに形成される対向電極Ｄ１として透明電極、シリコン基板から成る基板２ｂに設けられる画素電極Ｄ２としてアルミニウム等の光反射電極を用いている。

このシステムでは、ランプ光源１０１から出射した光をレンズ部１０２からダイクロイック色分離フィルタ１０３に送り、ここで２方向へ分離する。２方向へ分離された光は、全反射ミラー１０８、１０９、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、ダイクロイックミラー１１０、プリズム１０６によってＲ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した反射型の液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂから成る表示部に各々送られる。

例えば、Ｒ（RED）に対応した液晶表示装置１０ｒには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ビームスプリッタ１０４ｒを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｇ（GREEN）に対応した液晶表示素子１０ｇには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ダイクロイックミラー１１０およびビームスプリッタ１０４ｇを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｂ（BLUE）に対応した液晶表示素子１０ｂには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０９、ビームスプリッタ１０４ｂを介してランプ光源１０１からの光が入射する。

各液晶表示素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂは、ダイクロイックミラーであるプリズム１０６の複数の面に各々対応する状態で、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂを介して設けられている。また、各液晶表示素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂは各々対応する駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂによって駆動され、入射した光を液晶層で映像にして反射し、プリズム１０６によって合成して投射レンズ１０７に送られる。これにより、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した映像が図示しないスクリーンに投影され、カラー画像として再現されることになる。

このような液晶プロジェクタに本実施形態の液晶表示装置１０（１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ）を用いれば、特別な駆動回路や治具を用いることなく液晶表示装置１０（１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ）と光学系との正確な位置調整を容易に行うことが可能となる。

すなわち、各液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂのマーク画素を駆動してマークの映像をスクリーンに投射した場合、レジずれが発生していると各液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂのマークの重ね合わせにずれが生じることになる。このマークのずれを修正するよう各各液晶表示装置１０ｒ、１０ｇ、１０ｂのビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂに対する取り付け位置を調整すれば、正確なレジ合わせを行うことができる。

この際、特別な駆動回路は不要であり、簡単な交流電圧を各マーク画素へ印加するだけの簡単な検査構成によってマークを投影でき、このマークの投影像を参照しながら容易にレジ合わせを実行することが可能となる。

本実施形態に係る液晶表示素子を説明する模式図である。 本実施形態に係る液晶表示装置を説明する模式断面図である。 液晶表示装置の組み立て例を示す模式斜視図である。 レジ合わせの方法を説明する模式図である。 本実施形態の液晶表示装置を用いたプロジェクションシステムの例を示す模式図である。

符号の説明

１…液晶表示素子、２…パネル部、３…遮光マスク、４…駆動回路、１０…液晶表示装置、２１…表示エリア、２２…マーク画素、１００…プロジェクションシステム、１０１…ランプ光源、１０４…ビームスプリッタ、ＡＣ…交流回路、ＦＣ…フレキシブルケーブル、Ｌ…液晶、Ｓ…シール剤

Claims (9)

1. 一対の基板間に液晶が封入されるパネル部と、
   前記パネル部の略中央に設けられ、前記液晶の駆動によって画像を表示する表示エリアとを有する液晶表示素子において、
   前記パネル部の前記表示エリアより外側に、前記液晶の駆動によってマークを表示するマーク画素を備えている
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記マーク画素は交流回路によって駆動される
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記マーク画素には、前記表示エリアの液晶を駆動する駆動回路とは独立して前記交流回路を接続するための配線パターンが接続されている
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
4. 前記マーク画素は、一対のライン状パターンの組みによって構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
5. 前記マーク画素は、前記表示エリアを中心として少なくとも２箇所に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
6. 前記マーク画素は、前記表示エリアの辺を基準として設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
7. 前記マーク画素は、前記表示エリアの隅部を基準として設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
8. 一対の基板間に液晶が封入されるパネル部の略中央に設けられ、前記液晶の駆動によって画像を表示する表示エリアを有する液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の前記表示エリアに対応した開口を有し、前記表示エリアの周辺を遮光する遮光マスクとを備える液晶表示装置において、
   前記パネル部の前記表示エリアより外側に、前記液晶の駆動によってマークを表示するマーク画素が設けられ、
   前記マーク画素によるマークを基準として前記遮光マスクが配置されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 液晶表示素子により生成された画像を光学系によって拡大して出力する液晶プロジェクタにおいて、
   前記液晶表示素子は、
   一対の基板間に液晶が封入されるパネル部と、
   前記パネル部の略中央に設けられ、前記液晶の駆動によって画像を表示する表示エリアと、
   前記パネル部の前記表示エリアより外側に設けられ、前記液晶の駆動によってマークを表示するマーク画素とを備えており、
   前記マーク画素によるマークの映像を基準として前記液晶表示素子が前記光学系に配置されている
   ことを特徴とする液晶プロジェクタ。
   

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