JP2677436B2 - カラー画像表示装置 - Google Patents

カラー画像表示装置

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JP2677436B2 JP32653889A JP32653889A JP2677436B2 JP 2677436 B2 JP2677436 B2 JP 2677436B2 JP 32653889 A JP32653889 A JP 32653889A JP 32653889 A JP32653889 A JP 32653889A JP 2677436 B2 JP2677436 B2 JP 2677436B2
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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、たとえば透過型のカラー液晶表示装置を用
い、光源光によって該カラー画像をスクリーン上に投影
する装置などとして実現されるカラー画像表示装置に関
する。
〈従来の技術〉 比較的大型の画面を小型軽量な装置によつて実現する
ために、透過型の液晶表示素子を用い、背後側の光源か
ら光を照射してカラー画像をスクリーン上に投影する投
影型カラー画像表示装置(以下、画像表示装置と略す)
が用いられている。用いられる液晶表示素子の構成とし
て、画像信号中の赤色、緑色、青色の各色信号により、
これらの色の画像を形成する3枚の液晶表示素子を用
い、これらからの透過光をスクリーン上で重ね合わせる
構成が採用されている。しかしこのような構成では、前
記液晶表示素子が3枚必要になり、また色毎の光をスク
リーン上に位置合わせするための光学系が個別に必要と
なるなど小型軽量化に制限があり、製造コストもかさむ
ことになる。
このような課題を解消する第2の従来例としてマトリ
ックス駆動される液晶表示装置を用い、各絵素毎にたと
えば赤色、緑色、青色の透過光を得るカラーフィルタを
形成する技術が採用される。しかしながらこのような従
来例、とりわけ薄膜トランジスタやMIM(金属−絶縁体
−金属)素子などのスイッチング素子や非線形素子、当
該スイッチング素子などに接続される個別の表示用電
極、表示用電極に駆動信号を供給する駆動信号ラインお
よび、前記スイッチング素子を走査する制御信号を供給
する走査信号ラインなどを用いるアクティブマトリック
ス駆動型の液晶表示装置の場合には、単位面積における
表示用電極と、前記表示に預からない各種信号ラインや
スイッチング素子などとの占有面積の比、すなわち開口
率が他の構成の場合と比べ減少する。
カラー画像表示を行う場合には、表示電極を小型化
し、絵素密度を増大する必要があり、このため前記表示
には預らない遮光領域の面積が相対的に増大し、開口率
がさらに減少する。このような開口率の減少により液晶
表示装置を透過する光量が低下し、表示画像が暗くなっ
てしまうという課題がある。
上記第2の従来例における課題を解決する第3の従来
例として、単一枚の液晶表示装置の光源側に各絵素に対
応するマイクロレンズアレイを形成する技術が採用され
ている。マイクロレンズアレイは入射光を表示電極上に
集光し、前述した透過光量の低下を防止するようにして
いる。
前記マイクロレンズアレイの形成方法としては次のよ
うな方法が提案されている。
合成樹脂材料またはガラスを金型によって成型する方
法。
特定種類の感光性樹脂に、たとえばマイクロレンズア
レイに対応するパターンで露光した場合、被露光部から
露光部に未反応の前記感光性樹脂のモノマーが移動し、
露光部が盛上がるという現象を利用し、凸レンズを形成
する方法。
熱可塑性樹脂を周知のホトグラフィ技術などにより、
マイクロレンズアレイに対応する平板形状にパターン形
成し、その後、軟化点以上の温度に加熱して流動性を持
たせ、エッジのダレを起こさせ、凸レンズを形成する方
法。
感光性樹脂にプロキシミティ露光を行い、露光に用い
られるマスクのエッジの感光性樹脂上における転写像の
ボケに応じて光反応物の量に分布を持たせ、凸レンズを
形成する方法。
感光性樹脂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してレンズと等価な構成を得
る方法。
ガラスなどの透光性基板に対して選択的なイオン拡散
法により屈折率の分布を形成し、レンズと等価な構成を
得る方法。
感光性ガラスに対する光照射によって発生する結晶化
に伴う収縮を利用して凸レンズを形成する方法。
またこのマイクロレンズアレイを前記カラーフィルタ
と同様に顔料や染料を用いて選択的に着色し、これによ
ってカラー表示を行う方法が提案されている。
〈発明が解決しようとする課題〉 前記第3の従来例では、マイクロレンズアレイが染色
されてカラーフィルタの機能も実現する構成であるため
下記の問題点を生じる。カラーフィルタとしての機能で
ある分光特性をその形状によって制御しようとしても、
このカラーフィルタはマイクロレンズでもあるため、要
求されるレンズ特性に基づいて決定された形状の変更は
困難である。またマイクロレンズとして構成されるにあ
たって、屈折率、分子構造および溶融点などの点で材料
の選択範囲が比較的少なく、またレンズの素材に限定が
課されるため、用いられる顔料や染料の範囲も大きく制
限が課されてしまうという課題がある。
本発明の目的は上述の技術的課題を解消し、構成が小
型軽量化され、かつ表示される画像の明度を格段に向上
できるカラー画像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〉 本発明は、光源と、 光源からの光を選択的に透過する表示絵素が行列状に
配列され、各表示絵素の周囲には遮光領域が形成されて
いる表示手段と、 前記表示手段の光源側に設けられる透光性基板であっ
て、その表示手段側表面には、表示手段の表示絵素と対
応して透過光を予め定める色彩に選択する色彩選択領域
が複数形成され、表示手段側表面が平坦な色彩選択部材
の表示手段側に前記各色彩選択領域に対応してそれぞれ
形成される複数のマイクロレンズとがこの順に形成され
ている、そのような透光性基板とを含み、 各マイクロレンズを表示手段の各表示絵素に臨ませ
て、その間を透光性材料によって充填され、光源から表
示絵素と遮光領域とに入射すべき光は、マイクロレンズ
によって表示絵素にのみ集光されることを特徴とするカ
ラー画像表示装置である。
〈作 用〉 本発明に従えば、光源からの光は透光性基板の表示手
段側に設けられる色彩選択部材において、表示手段の表
示絵素と対応する色彩選択領域毎に予め定める色彩の光
が選択される。色彩選択部材からの光は、各色彩選択領
域毎にマイクロレンズを経て表示手段の表示絵素に照射
される。表示手段では、行列状に配列されている表示絵
素毎に光源光を選択的に透過してカラー画像表示を行
う。
本発明では、行列状に配列される各表示絵素の周囲に
は非透過領域である遮光領域が形成されており、マイク
ロレンズの働きによって光源から表示絵素と遮光領域と
に入射すべき光は、表示絵素にのみ集光される。このた
め明るいカラー画像を得ることができる。また前記本発
明により前記色彩毎に表示手段を儲ける必要が解消さ
れ、小型軽量な構成によりカラー表示を実現することが
できる。
〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例のカラー画像表示装置1の
構成を示す断面図である。画像表示装置1は白色光源2
と反射鏡3とを備え、白色光源2および反射鏡3からの
光源光は、たとえば一対のコンデンサレンズ4,5を介し
て表示手段6に入射される。表示手段6は色彩選択部材
9と液晶表示素子10とが光源2側からこの順に積層して
構成される。表示手段6からの光は、投影レンズ7によ
りスクリーン8上に投影されカラー画像を結像させる。
第2図は前記表示手段6の構成を示す断面図であり、
第3図は液晶表示素子10の表示絵素としての絵素電極13
付近の拡大平面図である。色彩選択部材9は液晶表示素
子10の光源2側に配置される。この液晶表示素子10は、
たとえばアクティブマトリクス駆動型であって、第3図
に示されるようにたとえばITO(インジウム錫酸化物)
などの透明導電性材料からなる絵素電極13がガラス基板
19上に行列状に配列され、当該表示電極13への駆動信号
は駆動信号ライン14から、たとえば薄膜トランジスタ
(TFT)などのスイッチング素子15を介して供給され
る。このスイッチング素子15は走査信号ライン16からの
走査信号が入力されることにより、導通/遮断され、前
記駆動信号を導通/遮断する。
再び第2図を参照して絵素電極13などの構成は、液晶
表示素子10の光源2側のガラス基板19に設けられ、対向
するガラス基板20には絵素電極13に臨み、透明導電性材
料から成る対向電極21がガラス基板20の全面に亘り形成
される。
このような液晶表示素子10において、前記絵素電極13
が透過領域17を構成し、駆動信号ライン14、走査信号ラ
イン16およびスイッチング素子15などが光を透過させな
い遮光領域18を構成する。
第4図は表示手段6の製造工程を説明する断面図であ
る。液晶表示素子10の光源2側に配置される第4図
(1)のガラス基板11に、絵素電極13に対応するように
顔料を分散した合成樹脂材料を赤色、緑色、青色の予め
定める組合わせのパターンで形成してカラーフィルタ23
R,23G,23Bを第4図(2)のように形成する。このカラ
ーフィルタ23R,23G,23Bは、スパッタリングを用いる蒸
着技術によって光学的屈折率の異なる無機酸化膜を複数
層選択的に積層して構成するようにしてもよい。その
後、基板11上に透光性樹脂層25を塗布して第4図(2)
に示すように表面を平坦化して焼成する。
その後、比較的屈折率の高い熱可塑性樹脂を前記カラ
ーフィルタ23R,23G,23B上に第4図(3)に示すように
選択的にパターン形成し、軟化点以上の温度に加熱して
凸レンズ状に変形させ、このようにして前記液晶表示装
置10の絵素電極13に個別的に対応するマイクロレンズ22
が行列状に配列されて成るマイクロレンズアレイが形成
される。
上述したようにカラーフィルタ23R,23G,23Bとマイク
ロレンズ22とが一対的に構成されたガラス基板11は、各
マイクロレンズ22を液晶表示素子10の各絵素電極13に対
向するように位置決めされて、透光性を有する接着剤24
によって相互に接着される。前記マイクロレンズ22は、
光源2からコンデンサレンズ4,5および各カラーフィル
タ23を介して透過する光を、液晶表示素子10の絵素電極
13内に入射するようにその形状が選ばれる。このように
して表示手段6が一体的に構成される。
このとき光源2からコンデンサレンズ4,5を介して表
示手段6に入射する光は、マイクロレンズ22によって液
晶表示素子10の前記各絵素電極13にそれぞれ集光され、
液晶層を通過するときに、前記駆動信号に対応して強度
変調を受ける。この光が液晶表示素子10を通過した後
は、マイクロレンズ22に関して定められる開口数(NA)
で決定される立体角に対応する円錐内に拡散するが、い
ずれのマイクロレンズ22からのこのような光束も受光で
きるように、前記投影レンズ7の口径D1が選択される。
これによって液晶表示素子10を通過した光、すなわち表
示画像が投影レンズ7によって制限を受けないようにで
きる。
このようにして光源2からの光は、液晶表示素子10の
透過領域17のみを通過するので、スクリーン8上に結像
される画像の明度を光源2の照度をむやみに向上するこ
となく、増大することができる。すなわちマイクロレン
ズ22の働きによって、絵素電極13内に入射すべき光だけ
でなく、遮光領域18に入射すべき光も、絵素電極13に集
光され、このようにマイクロレンズ22および色彩選択部
材23の大きさは、表示絵素13の大きさよりも大きく形成
されることによって、色抜けする部分がなく、色純度が
低下することはなく、マイクロレンズ22で拡大されるこ
とによって明るくなる。また従来例で説明した赤色、青
色および緑色に対応する3枚の液晶表示装置を用いる構
成と比較し、構成の小型軽量化を図ることができる。
前記光源2は白色光源であり、ハロゲンランプ、メタ
ルハーライドランプ、キセノンランプなどが用いられ
る。
〈発明の効果〉 本発明によれば、表示手段に行列状に配列される各表
示絵素の周囲には遮光領域が形成されており、マイクロ
レンズの働きによって光源から表示絵素と遮光領域とに
入射すべき光は、表示絵素にのみ集光され、したがって
色抜けする部分がなく、色純度が低下することがなく、
しかもマイクロレンズに拡大されるので明るくなるとい
う効果が達成され、表示手段全体の透過光量が減衰して
しまう事態を防ぐことができる。
また前記本発明により前記色彩毎に表示手段を設ける
必要が解消され、小型軽量な構成によりカラー表示を表
現することができる。これによって、前記色彩枚に表示
手段や光源を個別に用いる構成の必要が解消され、構成
の小型軽量化を図ることができる。また表示画像の明度
を格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の画像表示装置1の構成を示
す断面図、第2図は表示手段6の構成例を示す断面図、
第3図は液晶表示素子10の一部分の拡大平面図、第4図
は表示手段6の製造工程を説明する断面図である。 1……画像表示装置、2……白色光源、6……表示手
段、9……色彩選択部材、10……液晶表示素子、11,19,
20……ガラス基板、13……絵素電極、17……透過領域、
18……遮光領域、22……マイクロレンズ、23R,23G,23B
……カラーフィルタ、26……熱可塑性樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−51882(JP,A) 特開 平2−115889(JP,A) 実開 昭60−80492(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、 光源からの光を選択的に透過する表示絵素が行列状に配
    列され、各表示絵素の周囲には遮光領域が形成されてい
    る表示手段と、 前記表示手段の光源側に設けられる透光性基板であっ
    て、その表示手段側表面には、表示手段の表示絵素と対
    応して透過光を予め定める色彩に選択する色彩選択領域
    が複数形成され、表示手段側表面が平坦な色彩選択部材
    と、色彩選択部材の表示手段側に前記各色彩選択領域に
    対応してそれぞれ形成される複数のマイクロレンズとが
    この順に形成されている、そのような透光性基板とを含
    み、 各マイクロレンズを表示手段の各表示絵素に臨ませて、
    その間を透光性材料によって充填され、光源から表示絵
    素と遮光領域とに入射すべき光は、マイクロレンズによ
    って表示絵素にのみ集光されることを特徴とするカラー
    画像表示装置。
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