JP2837534B2 - 液晶光学装置 - Google Patents
液晶光学装置Info
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- JP2837534B2 JP2837534B2 JP2304441A JP30444190A JP2837534B2 JP 2837534 B2 JP2837534 B2 JP 2837534B2 JP 2304441 A JP2304441 A JP 2304441A JP 30444190 A JP30444190 A JP 30444190A JP 2837534 B2 JP2837534 B2 JP 2837534B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液晶テレビ、液晶ビデオプロジェクタ等に
用いられる液晶パネルに関し、特に照明光を液晶パネル
に照射し投影レンズを介してスクリーンに拡大投影する
液晶プロジェクタに用いられる液晶光学装置に関する。
用いられる液晶パネルに関し、特に照明光を液晶パネル
に照射し投影レンズを介してスクリーンに拡大投影する
液晶プロジェクタに用いられる液晶光学装置に関する。
（従来の技術） 一般に液晶パネルの全面積のうち画素配線や画素トラ
ンジスタ（非晶質シリコン又は多結晶シリコンの薄膜ト
ランジスタ）の占める面積が60〜70％であるため、各画
素毎に実際に照明光が透過しうる液晶開口窓の面積は30
〜40％と小さく、照明光のうち60〜70％は利用できず無
駄になってしまう。
ンジスタ（非晶質シリコン又は多結晶シリコンの薄膜ト
ランジスタ）の占める面積が60〜70％であるため、各画
素毎に実際に照明光が透過しうる液晶開口窓の面積は30
〜40％と小さく、照明光のうち60〜70％は利用できず無
駄になってしまう。
そこで、１画素毎に微小レンズを設け、これによって
照明光を液晶開口窓に集光させて照明の利用効率を上
げ、投影画像を明るくしようとする発明が多数出願され
ている（例えば、特開昭60−165623号公報参照）。
照明光を液晶開口窓に集光させて照明の利用効率を上
げ、投影画像を明るくしようとする発明が多数出願され
ている（例えば、特開昭60−165623号公報参照）。
（発明が解決しようとする課題） 従来の技術で述べたものにおいては、ごく概念的にし
か記載されておらず、実際大きな効果を得るためにどの
ような仕様で微小レンズ等を製作したらよいか具体的に
示されていないという問題点を有していた。
か記載されておらず、実際大きな効果を得るためにどの
ような仕様で微小レンズ等を製作したらよいか具体的に
示されていないという問題点を有していた。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に緩
みてなされたものであり、その目的とするところは、実
際に実現可能性の高い液晶パネルとレンズアレイの組合
せを構成し、かつシュミレーションにより照明の利用効
率を上げるための各構成部品の厚さ、屈折率およびレン
ズ面の曲率半径との間に存在する数値関係を見い出し、
投影画像をより明るくすることができる液晶光学装置を
提供しようとするものである。
みてなされたものであり、その目的とするところは、実
際に実現可能性の高い液晶パネルとレンズアレイの組合
せを構成し、かつシュミレーションにより照明の利用効
率を上げるための各構成部品の厚さ、屈折率およびレン
ズ面の曲率半径との間に存在する数値関係を見い出し、
投影画像をより明るくすることができる液晶光学装置を
提供しようとするものである。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は、一対の透明基板で液
晶を挟持してなる液晶パネルにレンズアレイを配設して
構成する液晶光学装置において、 前記透明基板の表面に前記液晶の液晶開口窓に対向す
るように球面状の凸部を多数形成して、前記レンズアレ
イとするとともに、前記透明基板の厚さｔと屈折率n0、
前記凸部の曲率半径ｒと屈折率n1との間に なる関係を有するものである。
晶を挟持してなる液晶パネルにレンズアレイを配設して
構成する液晶光学装置において、 前記透明基板の表面に前記液晶の液晶開口窓に対向す
るように球面状の凸部を多数形成して、前記レンズアレ
イとするとともに、前記透明基板の厚さｔと屈折率n0、
前記凸部の曲率半径ｒと屈折率n1との間に なる関係を有するものである。
また、前記透明基板は、アルカリ成分を実質的に含ま
ないいわゆる無アルカリガラス材料で製作してもよい。
ないいわゆる無アルカリガラス材料で製作してもよい。
また、前記透明基板の凸部を形成した面とは反対側の
面に、アルカリの析出を防止するコーティングを施すと
よい。
面に、アルカリの析出を防止するコーティングを施すと
よい。
更に、前記コーティングを透明導電膜で施してもよ
い。
い。
（作用） 球面状の凸部によって照明光が液晶パネルの各液晶開
口窓に集光し透明光の利用効率が向上する。
口窓に集光し透明光の利用効率が向上する。
（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る液晶光学装置の断面図、第２図
は球面状凸部による光線の屈折状態を示す模式図であ
る。
は球面状凸部による光線の屈折状態を示す模式図であ
る。
液晶光学装置は、一対の透明基板である液晶セル基板
1,2で液晶３を挟持してなる液晶パネル４の照明光であ
る入射光線５側の液晶セル基板１の表面に液晶３の各画
素と１対１に対向するように球面状の凸部６を形成して
構成されている。なお、液晶セル基板1,2はアルカリを
ほとんど含まないガラス材料で製作され、凸部６を形成
した面とは反対側の面にはアルカリの析出を防止するた
めに透明導電膜でコーティングを施してある。
1,2で液晶３を挟持してなる液晶パネル４の照明光であ
る入射光線５側の液晶セル基板１の表面に液晶３の各画
素と１対１に対向するように球面状の凸部６を形成して
構成されている。なお、液晶セル基板1,2はアルカリを
ほとんど含まないガラス材料で製作され、凸部６を形成
した面とは反対側の面にはアルカリの析出を防止するた
めに透明導電膜でコーティングを施してある。
液晶３は各画素毎に光を透過可能な液晶開口窓７を有
し、それ以外の部分８は薄膜トランジスタ（TFT）、画
素配線等で光を利用できない部分である。
し、それ以外の部分８は薄膜トランジスタ（TFT）、画
素配線等で光を利用できない部分である。
球面状の凸部６は、例えばNiスタンパを用いて2P樹脂
材料や熱硬化性樹脂材料を液晶セル基板１上にアレイ状
に付着形成するような方法で形成される。
材料や熱硬化性樹脂材料を液晶セル基板１上にアレイ状
に付着形成するような方法で形成される。
凸部６を形成するためのNiスタンパの形状原型、いわ
ゆる「マザー」は、例えばガラス基板にフォトリソグラ
フィ技術を用いて数μｍ径から＋数μｍ径程度の円形開
口を持つ金属マスクを形成し、これをフッ酸系のエッチ
ャントを用いて適当な時間エッチングすることにより製
作する。ガラスのエッチングはマスク開口部からほぼ等
方的に進行するため球面状の凹部が得られ、その曲率半
径はエッチング時間等によって制御できる。また、エッ
チング工程を２段階に分ける等の方法により、半球状よ
り浅い凹部や隣接する凹部同士が完全につながったいわ
ゆる稠密充填構造の球面状凹部アレイを製作することが
できる（特願平２−27712号参照）。
ゆる「マザー」は、例えばガラス基板にフォトリソグラ
フィ技術を用いて数μｍ径から＋数μｍ径程度の円形開
口を持つ金属マスクを形成し、これをフッ酸系のエッチ
ャントを用いて適当な時間エッチングすることにより製
作する。ガラスのエッチングはマスク開口部からほぼ等
方的に進行するため球面状の凹部が得られ、その曲率半
径はエッチング時間等によって制御できる。また、エッ
チング工程を２段階に分ける等の方法により、半球状よ
り浅い凹部や隣接する凹部同士が完全につながったいわ
ゆる稠密充填構造の球面状凹部アレイを製作することが
できる（特願平２−27712号参照）。
液晶セル基板1,2としては、例えばコーニング社製の7
059基板や一般的なソーダライム基板等が適用できる。
なお、プラスチック基板でもよい。このようにして製作
した球面状凹部アレイを用いて一般的な電鋳方法により
Niマスタ（形状が反転して球面状凹部アレイとなる）を
とり、更にこれを用いて電鋳方法により「マザー」と同
形状のNiスタンパが出来る。
059基板や一般的なソーダライム基板等が適用できる。
なお、プラスチック基板でもよい。このようにして製作
した球面状凹部アレイを用いて一般的な電鋳方法により
Niマスタ（形状が反転して球面状凹部アレイとなる）を
とり、更にこれを用いて電鋳方法により「マザー」と同
形状のNiスタンパが出来る。
そして、液晶セル基板１の表面に樹脂材料を塗布し、
Niスタンパを密滝させれば所望な球面状の凸部６のアレ
イを製作することが出来る。
Niスタンパを密滝させれば所望な球面状の凸部６のアレ
イを製作することが出来る。
このようにして製作された球面状凸部６のアレイ付液
晶セル基板１を凸部６が液晶３と反対側になるようにし
てもう一方の液晶セル基板２とで液晶３を挟持する。こ
の時液晶３の各液晶開口窓７と各凸部６は１対１に対向
している。
晶セル基板１を凸部６が液晶３と反対側になるようにし
てもう一方の液晶セル基板２とで液晶３を挟持する。こ
の時液晶３の各液晶開口窓７と各凸部６は１対１に対向
している。
次に、第１図に示すような液晶光学装置を構成し、更
に照明光である入射光線５の利用効率を上げてより明る
い投影画像を得るためには、液晶セル基板１の屈折率と
厚さ、凸部６の曲率半径等に対して以下の様な数値限定
条件に従って光学系を構成する必要がある。
に照明光である入射光線５の利用効率を上げてより明る
い投影画像を得るためには、液晶セル基板１の屈折率と
厚さ、凸部６の曲率半径等に対して以下の様な数値限定
条件に従って光学系を構成する必要がある。
ここで、液晶セル基板１の屈折率をn0,その厚さをt,
凸部の屈折率をn1,その曲率半径をｒとする。
凸部の屈折率をn1,その曲率半径をｒとする。
照明光である略平行な入射光線５が球面状凸部６に入
射するとき、その球面で光線が屈折して凸レンズとして
作用する。この凸レンズ効果により入射光線５が液晶開
口窓７に出来るだけ多く入射する時が、照明光の利用効
率の最大時である。
射するとき、その球面で光線が屈折して凸レンズとして
作用する。この凸レンズ効果により入射光線５が液晶開
口窓７に出来るだけ多く入射する時が、照明光の利用効
率の最大時である。
曲率半径ｒの凸部６の球面での屈折による凸レンズの
焦点距離ｆは、近軸条件が満足されていれば次式の関係
である。
焦点距離ｆは、近軸条件が満足されていれば次式の関係
である。
屈折光線を液晶開口窓７に集光させるためにはｆ＝t/
n0とすればよい。従って、t,n0,r,n1の関係は基本的に t/n0＝r/（n1−１） （２） となる必要がある。
n0とすればよい。従って、t,n0,r,n1の関係は基本的に t/n0＝r/（n1−１） （２） となる必要がある。
しかしながら、球面による屈折効果は正の球面収差が
大きく発生してしまい、第２図に示すように近軸光線よ
りも周辺光線はもっと凸部６側に集光する。従って、入
射光線５の全エネルギーが最も小さい領域に集光する像
点Ｉは前記近軸計算による像点IIよりも凸部６側に近く
なる。
大きく発生してしまい、第２図に示すように近軸光線よ
りも周辺光線はもっと凸部６側に集光する。従って、入
射光線５の全エネルギーが最も小さい領域に集光する像
点Ｉは前記近軸計算による像点IIよりも凸部６側に近く
なる。
そこで、実際に第１図に示す光学系により光線追跡を
行い、１画素の寸法を100μｍ平方、液晶開口窓７の寸
法を20μｍ平方としたときに球面の屈折によって液晶開
口窓７に入射する光線の本数を計算しその本数の最大位
置から実効的な焦点位置を算出した。
行い、１画素の寸法を100μｍ平方、液晶開口窓７の寸
法を20μｍ平方としたときに球面の屈折によって液晶開
口窓７に入射する光線の本数を計算しその本数の最大位
置から実効的な焦点位置を算出した。
第３図は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率
半径ｒと液晶セル基板１中の焦点距離との関係を示す計
算結果の一例である。液晶セル基板１としては、コーニ
ング社製7059基板を想定してn0＝1.53とし、液晶セル基
板１の表面に樹脂材料を塗布し、Niスタンパを密着して
成形した凸部６の屈折率は樹脂材料からn1＝1.52として
計算した。
半径ｒと液晶セル基板１中の焦点距離との関係を示す計
算結果の一例である。液晶セル基板１としては、コーニ
ング社製7059基板を想定してn0＝1.53とし、液晶セル基
板１の表面に樹脂材料を塗布し、Niスタンパを密着して
成形した凸部６の屈折率は樹脂材料からn1＝1.52として
計算した。
第３図中、横軸は球面状凸部６の曲率半径ｒを、縦軸
は液晶セル基板１（屈折率n0＝1.53）中の焦点距離の値
である。実線は、近軸条件を満足する場合の式（１），
（２）を用いた計算結果である。これに対して点線は、
前記の様な光線追跡により求めた実効的な焦点距離と曲
率半径ｒとの関係である。従って、本光学系において、
球面収差を含めて最も集光効果が大きく得られる位置が
第３図中の点線の値である。この値を近軸計算結果と比
較すると曲率半径ｒの大きな場合には近軸計算結果とほ
ぼ一致するが、曲率半径ｒの小さな場合には近軸計算結
果の約70％弱になっている。
は液晶セル基板１（屈折率n0＝1.53）中の焦点距離の値
である。実線は、近軸条件を満足する場合の式（１），
（２）を用いた計算結果である。これに対して点線は、
前記の様な光線追跡により求めた実効的な焦点距離と曲
率半径ｒとの関係である。従って、本光学系において、
球面収差を含めて最も集光効果が大きく得られる位置が
第３図中の点線の値である。この値を近軸計算結果と比
較すると曲率半径ｒの大きな場合には近軸計算結果とほ
ぼ一致するが、曲率半径ｒの小さな場合には近軸計算結
果の約70％弱になっている。
以上のシミュレーション結果より、最も集光効果が大
きく得られる実効的な焦点距離feは、およそ 0.6r/（n1−１）fer/（n1−１） （３） のように示される。従って、この値feをt/n0に等しくす
ることにより、液晶開口位置で最大の集光効果が得られ
る。
きく得られる実効的な焦点距離feは、およそ 0.6r/（n1−１）fer/（n1−１） （３） のように示される。従って、この値feをt/n0に等しくす
ることにより、液晶開口位置で最大の集光効果が得られ
る。
即ち、t,n0,r,n1の間の数値関係を とする必要がある。
なお、本実施例では球面状凸部６を液晶セル基板1,2
のうちの一方にのみ形成したが、第４図に示すように双
方の液晶セル基板1,2の面に設けてもよい。この場合式
（４）は双方の凸部６付き液晶セル基板1,2において別
個に満足されなければならない。
のうちの一方にのみ形成したが、第４図に示すように双
方の液晶セル基板1,2の面に設けてもよい。この場合式
（４）は双方の凸部６付き液晶セル基板1,2において別
個に満足されなければならない。
また、各式において焦点距離は球面の頂点からの距離
であり、解析する場合にはレンズの厚み分を考慮すべき
であるが、本用途では焦点距離400〜800μｍ程度に比
べ、レンズの厚みは約10μｍであり事実上考慮の必要は
ない。
であり、解析する場合にはレンズの厚み分を考慮すべき
であるが、本用途では焦点距離400〜800μｍ程度に比
べ、レンズの厚みは約10μｍであり事実上考慮の必要は
ない。
また、凸部６の材料は光硬化性又は熱硬化性等の樹脂
材の他に、ゾルゲルガラス、低融点ガラス等のガラス材
料でも良く、凸部６の表面に耐湿性等を向上させるため
のコーティングや反射防止コーティングを施すと良い場
合がある。
材の他に、ゾルゲルガラス、低融点ガラス等のガラス材
料でも良く、凸部６の表面に耐湿性等を向上させるため
のコーティングや反射防止コーティングを施すと良い場
合がある。
なお、本発明においては、液晶セル基板１の厚さｔが
0.5mm〜1.1mm、液晶３の１画素の大きさが50μｍ平方〜
150μｍ平方、液晶開口窓10の寸法が１画素、の20％〜5
0％の範囲であることが前提条件となる。
0.5mm〜1.1mm、液晶３の１画素の大きさが50μｍ平方〜
150μｍ平方、液晶開口窓10の寸法が１画素、の20％〜5
0％の範囲であることが前提条件となる。
例えば、凸部６の１個の大きさ約100μｍ平方で曲率
半径ｒが約350μm,n0＝1.53,t＝1.1mm,n1＝1.59の光学
系の場合、約40μｍ平方内に集光する照明光量が凸部６
を形成しない場合に比べ２倍以上得られた。
半径ｒが約350μm,n0＝1.53,t＝1.1mm,n1＝1.59の光学
系の場合、約40μｍ平方内に集光する照明光量が凸部６
を形成しない場合に比べ２倍以上得られた。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、所定の条件式を
満足するように各数値を設定することによって最大の集
光効果が得られ、照明光の利用効率の向上が図れる。
満足するように各数値を設定することによって最大の集
光効果が得られ、照明光の利用効率の向上が図れる。
第１図は本発明に係る液晶光学装置の断面図、第２図は
球面状凸部による構成の屈折状態を示す模式図、第３図
は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率半径ｒと
液晶セル基板中の焦点距離との関係を示す計算結果の一
例、第４図は別実施例の断面図である。 1,2……液晶セル基板、３……液晶、４……液晶パネ
ル、５……入射光線、６……凸部、、７……液晶開口
窓、n0……液晶セル基板の屈折率、n1……凸部の屈折
率、ｔ……液晶セル基板の厚さ、ｒ……凸部の曲率半
径。
球面状凸部による構成の屈折状態を示す模式図、第３図
は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率半径ｒと
液晶セル基板中の焦点距離との関係を示す計算結果の一
例、第４図は別実施例の断面図である。 1,2……液晶セル基板、３……液晶、４……液晶パネ
ル、５……入射光線、６……凸部、、７……液晶開口
窓、n0……液晶セル基板の屈折率、n1……凸部の屈折
率、ｔ……液晶セル基板の厚さ、ｒ……凸部の曲率半
径。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 隆 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 曽野 健三 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−83525（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89025（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−87117（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1335
Claims (4)
- 【請求項１】一対の透明基板で液晶を挟持してなる液晶
パネルにレンズアレイを配設して構成する液晶光学装置
において、 前記透明基板の表面に前記液晶の液晶開口窓に対向する
ように球面状の凸部を多数形成して、前記レンズアレイ
とするとともに前記透明基板の厚さｔと屈折率n0、前記
凸部の曲率半径ｒと屈折率n1との間に なる関係を有することを特徴とする液晶光学装置。 - 【請求項２】前記透明基板は、アルカリを実質的に含ま
ないガラス材料で製作した請求項１記載の液晶光学装
置。 - 【請求項３】前記透明基板の凸部を形成した面とは反対
側の面に、アルカリの析出を防止するコーティングを施
した請求項１又は２記載の液晶光学装置。 - 【請求項４】前記コーティングを透明導電膜で施した、
請求項３記載の液晶光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2304441A JP2837534B2 (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | 液晶光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2304441A JP2837534B2 (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | 液晶光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04175726A JPH04175726A (ja) | 1992-06-23 |
| JP2837534B2 true JP2837534B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=17933049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2304441A Expired - Fee Related JP2837534B2 (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | 液晶光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2837534B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5398125A (en) * | 1993-11-10 | 1995-03-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Liquid crystal projection panel having microlens arrays, on each side of the liquid crystal, with a focus beyond the liquid crystal |
| US8279377B2 (en) | 2008-04-16 | 2012-10-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Liquid crystal display device |
| JP2016509473A (ja) | 2012-12-26 | 2016-03-31 | ネステク ソシエテ アノニム | 低密度の被覆された動物用敷材組成物 |
| WO2017068561A1 (en) | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Nestec Sa | Low density pet litters and methods of making such pet litters |
-
1990
- 1990-11-09 JP JP2304441A patent/JP2837534B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04175726A (ja) | 1992-06-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |