JP3641374B2 - 投影型画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型液晶表示素子からの反射光を投影レンズにより集光して被投影物に投影する投影型画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、投影型画像表示装置としては、光源からの光を映像信号に応じて変調する透過型液晶表示素子と、上記透過型液晶表示素子からの透過光を集光してスクリーンに投影する投影レンズとを備えたものがある(特開平3−51882号公報)。この透過型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置では、光源からの光が光学系を通過し、透過型液晶表示素子に入射して、マイクロレンズで集光された後に画素領域を通過する。そして、上記画素領域を通過した光は、投影レンズの中心に向かう光束のまわりにマイクロレンズの開口数NAで決まる角度内の円錐状に光が広がる。このため、上記投影型画像表示装置では、投影レンズの開口数をマイクロレンズの開口数よりも大きくして、照明光の利用率を高くすることによって、表示画面の明るさを向上している。
【0003】
このような透過型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置に対して、コストが高いマイクロレンズなしに、同じサイズで透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくでき、投影画像の明るさを向上できる反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置が提案されている。この反射型液晶表示素子では、TFT(薄膜トランジスタ)上に反射型画素電極を形成することができるため、同じ液晶表示素子サイズで透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置では、反射型画素電極のピッチが100μm以下になると、干渉効果により反射光が拡がるため、投影レンズで全反射光を捉えられず、照明光の利用率が低くなるという欠点がある。
【0005】
そこで、この発明の目的は、反射型画素電極のピッチが100μm以下でも、照明光の利用率が高く、表示画面を明るくできる投影型画像表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は1層構造であって、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下に設定したことを特徴としている。
【0007】
上記請求項1の投影型画像表示装置によれば、光源から入射された光は、上記反射型液晶表示素子の反射型画素電極で反射した後、その反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を上記投影レンズにより集光してスクリーン等の被投影物に投影する。このとき、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を投影レンズが捉えるように、投影レンズの開口数を設定したので、反射型画素電極のピッチが100μm以下でも、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【0008】
【0009】
本出願人は、画素電極の構造が1層構造の反射型液晶表示素子について、基準の反射試料に対する相対反射光強度を調べた結果、上記投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下において、投影レンズが反射型液晶表示素子からの全反射光を捉え、相対反射光強度が略変わらないことが分かった。したがって、上記請求項1の投影型画像表示装置によれば、投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【0010】
また、請求項2の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は、100μm以下のピッチで形成された第1反射型画素電極とその第1反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第2反射型画素電極の2層構造であって、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を0.25以上かつ0.4以下に設定したことを特徴としている。
【0011】
上記請求項2の投影型画像表示装置によれば、光源から入射された光は、上記反射型液晶表示素子の第1,第2反射型画素電極で反射した後、その反射型液晶表示素子の第1,第2反射型画素電極からの反射光を上記投影レンズにより集光してスクリーン等の被投影物に投影する。本出願人は、画素電極の構造が2層構造の反射型液晶表示素子について、基準の反射試料に対する相対反射光強度を調べた結果、上記投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下において、投影レンズが反射型液晶表示素子からの全反射光を捉え、相対反射光強度が略変わらないことが分かった。したがって、上記投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の投影型画像表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0013】
図1はこの発明の実施の一形態の投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造を示す概略図であり、図2は上記投影型画像表示装置に用いられる他の反射型液晶表示素子の画素電極構造を示す概略図である。
【0014】
図1に示す反射型液晶表示素子の画素電極構造は、略正方形状の複数の反射型画素電極11を碁盤の目状に配列している。上記複数の反射型画素電極11の下側には、反射型画素電極11の水平方向の列に沿ってアルミニウム製の配線12を夫々形成している。上記複数の反射型画素電極11とその下側の配線12とをコンタクトホール13により電気的に夫々接続している。上記反射型画素電極11の縦方向および横方向の配列ピッチをa、隣接する画素電極間の抜きの長さをbとする。なお、上記反射型画素電極11は、スパッタ法または蒸着法によって作製された1000〜3000Å厚のアルミニウム膜である。
【0015】
また、図2に示す反射型液晶表示素子の画素電極構造は、略正方形状の複数の第1反射型画素電極24を碁盤の目状に配列している。上記複数の第1反射型画素電極24の下側には厚さ1μm以下の樹脂等の透明絶縁膜29を形成し、さらにその透明絶縁膜29の下側にL型をした第2反射型画素電極25(アルミニウム製)を形成している。そして、上記第1,第2反射型画素電極24,25はコンタクトホール26,27を介して配線28に電気的に夫々接続されている。
【0016】
このようにして形成された反射型画素電極構造を便宜上「2層電極」と呼び、それに対して図1のような反射型画素電極構造を「1層電極」と呼ぶことにする。
【0017】
図3は図1,図2に示す反射型画素電極構造を図示しない液晶セルの片側基板上に形成した反射型液晶表示素子34を用いた投影型画像表示装置の概略図である。
【0018】
図3に示すように、上記投影型画像表示装置は、図示しない光源からの入射光(図中左側から右側に向かって入射される白色光)31を偏光する偏光板32と、上記偏光板32を介して入射された偏光を図中下方に反射する偏光ビームスプリッタ(PBS:Polarization Beam Splitter)33と、上記偏光ビームスプリッタ33で反射された偏光が照射される反射型液晶表示素子34と、上記反射型液晶表示素子34から偏光ビームスプリッタ33を通過した反射光を偏光する偏光板35と、上記偏光板35を通過した反射光を被投影物としてのスクリーン(図示せず)等に投影する投影レンズ37とを備えている。
【0019】
上記構成の投影型画像表示装置では、入射光31が偏光板32を通過してP偏光され、そのP偏光された光を偏光ビームスプリッタ33で反射型液晶表示素子34側に反射して、反射されたP偏光を反射型液晶表示素子34に入射する。そして、上記反射型液晶表示素子34で反射したS偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ33を通過し、さらに偏光板35を通過した反射光36を投影レンズ37で集光,拡大した後、スクリーン等に投影して表示する。
【0020】
上記投影型画像表示装置の反射型液晶表示素子34において、図1,図2に示す反射型画素電極11,24,25がa=100μm以下の画素ピッチで配列されている場合、反射型画素電極11,24,25で反射した光36は干渉効果によって図3に示す角度θの分布を有する。
【0021】
そこで、本出願人は、図1,図2に示す反射型画素電極11,24,25を用いた反射型液晶表示素子の反射光の角度分布を液晶評価装置(大塚電子製)を用いて調べた。その結果を図4,図5に示す。なお、図4,図5において、反射光強度は各液晶セルの最大強度で規格化し、横軸は液晶セルの表面に垂直な方向をゼロ度とする検出角、縦軸は相対反射光強度である。
【0022】
上記液晶評価装置の検出器のレンズの開口数NA(Numerical Aperture)は、
NA=nsinθ
で表され、屈折率n=1,θ=3.5°のとき、開口数NA=0.06である。
【0023】
図4,図5の試料は、次の(1)〜(4)である。
(1) 試料[Al−mirror]
アルミニウム膜(キノメレスグリオ製)。
(2) 試料[TF6−4]
画素ピッチa=100μmの1層電極。
(3) 試料[TF6−1L6],[TF6−1L5]
画素ピッチa=28μm、隣接する画素間の抜きの長さb=2〜3μmの1層電極。
(4) 試料[TF6−2L1],[TF6−2L2]
画素ピッチa=28μm、画素間の抜きb=2〜3μmの2層電極。
【0024】
なお、試料[Al−mirror]は、画素は全く形成されておらず、図4に示すように、約2.4°の検出角で反射強度がゼロとなっている。また、上記試料[Al−mirror]以外の試料(2)〜(4)は、いずれも検出角4°で反射強度が相対強度で数パーセントあり、干渉効果によって、反射光が広がっていることが分かる。
【0025】
次に、表1〜表3は、レンズの開口数0.13,0.25,0.4において、試料(2)〜(4)の液晶セルに所定の印加電圧を与えたときの基準の反射試料であるAg10試料に対する相対反射光強度(相対強度)を示している。
【表1】
【表2】
【表3】
これら表1〜表3によれば、1層電極の試料[TF6−1L5],[TF6−1L6]において、レンズの開口数0.4のときの相対強度に対するレンズの開口数0.13のときの相対強度の比は、
試料[TF6−1L5] : 0.36/0.38
試料[TF6−1L6] : 0.38/0.45
であり、レンズの開口数0.4のときの相対強度に対するレンズの開口数0.25のときの相対強度の比は、
試料[TF6−1L5] : 0.35/0.38
試料[TF6−1L6] : 0.42/0.45
であるので、レンズの開口数0.13とレンズの開口数0.25との差は小さい。したがって、1層電極ではレンズの開口数0.13〜0.4が望ましいことが分かる。
【0026】
また、2層電極の試料[TF6−2L1],[TF6−2L2]において、レンズの開口数0.4のときの相対強度に対するレンズの開口数0.13のときの相対強度の比は、
試料[TF6−2L1] : 0.31/0.37
試料[TF6−2L2] : 0.38/0.42
と全般的に小さく、レンズの開口数0.4のときの相対強度に対するレンズの開口数0.25のときの相対強度の比は、
試料[TF6−2L1] : 0.35/0.37
試料[TF6−2L2] : 0.42/0.42
と開口数0.13のときより略1に近い。したがって、2層電極では、レンズの開口数0.25〜0.4が望ましいことが分かる。
【0027】
このように、反射型液晶表示素子の大きさと拡大率によって投影レンズの開口数が設定されるのではなく、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を投影レンズが全て捉えるように、投影レンズの開口数を設定することによって、反射型画素電極のピッチが100μm以下で干渉効果により反射光が広がっても、照明光の利用率を高めて、表示画面の明るい投影型画像表示装置を実現することができる。
【0028】
また、上記反射型画素電極が1層電極構造の場合、投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【0029】
さらに、上記反射型画素電極が2層電極構造の場合、投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【0030】
上記実施の形態では、電極材料,配線材料としてアルミニウムを用いたが、他の銀,金および銅またはそれらの合金材料等を用いてもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1の発明の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は1層構造であって、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により広がる全反射光を投影レンズが捉えるように、投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下に設定したので、反射型画素電極の配列ピッチが100μm以下で干渉効果により反射光が拡がっても、照明光の利用率が高くなり、表示画面を明るくすることができる。
【0032】
【0033】
また、請求項2の発明の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は、第1反射型画素電極とその第1反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第2反射型画素電極の2層構造であって、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により広がる全反射光を投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を0.25以上かつ0.4以下に設定したので、第1,第2反射型画素電極の配列ピッチが100μm以下で干渉効果により反射光が拡がっても、照明光の利用率が高くなり、表示画面を明るくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はこの発明の実施の一形態の投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造(1層電極)を示す概略図である。
【図2】 図2は上記投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造(2層電極)を示す概略図である。
【図3】 図3は図1,図2の反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置の概略図である。
【図4】 図4は上記反射型液晶表示素子(1層電極)の液晶評価装置による相対反射光強度の検出角依存性を示す図である。
【図5】 図5は上記反射型液晶表示素子(2層電極)の液晶評価装置による相対反射光強度の検出角依存性を示す図である。
【符号の説明】
11…画素電極、12…配線、13…コンタクトホール、
24,25…画素電極、26,27…コンタクトホール、28…配線。
Claims (2)
- 干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、
上記反射型画素電極は1層構造であって、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を0.13以上かつ0.4以下に設定したことを特徴とする投影型画像表示装置。 - 干渉効果により反射光が拡がる100μm以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、
上記反射型画素電極は、100μm以下のピッチで形成された第1反射型画素電極とその第1反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第2反射型画素電極の2層構造であって、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を0.25以上かつ0.4以下に設定したことを特徴とする投影型画像表示装置。
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