JP3738582B2 - 電気光学パネルおよび投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学パネル、およびそれを用いた投射型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、電気光学パネルにおける光の利用効率の向上技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投射型表示装置などに用いられる液晶パネル等の電気光学パネルは、図２および図３に示すように、画素電極９１が形成されたアクティブマトリクス基板１０と、対向電極９２が形成された対向基板２０と、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０との間に電気光学物質として挟持された液晶５０とから概ね構成されている。アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０との間のうち、シール材８０で区画された領域内には液晶５０が封入され、そのうち、画面見切り用の遮光膜５９で囲まれた画面表示領域９５では、アクティブマトリクス基板１０の画素電極９１と対向基板２０の対向電極９２との間で液晶５０の配向状態が画素毎に制御される。従って、図１０に矢印Ａで示すように、液晶パネル１００の画面表示領域９５に入射した光は、各画素毎に光変調を受けた後、投射型表示装置の拡大投射光学系２０５０（図１０では、凸レンズで略してある。）に向けて出射される。
【０００３】
ここで、液晶パネル１００では、図２および図３からわかるように、画面表示領域９５の外周側に走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０などが形成され、これらの領域は、画面見切り用の遮光膜５９が形成されている部分も含めて、表示には直接、寄与しない額縁領域９６と称せられている。
【０００４】
このような構成の液晶パネル１００をライトバルブとして用いた投射型表示装置では、図１に示すように、光源ランプ２０１１から出射された光を集光光学系によって集光しながら各液晶パネル１００（液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ）に導き、この光を液晶パネル１００で光変調することにより、所定の画像を拡大投射光学系２０５０を介してスクリーンなどの投射面に拡大投射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成した投射型表示装置１において、液晶パネル１００（液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ）に対しては、光源ランプ２０１１からの光が、図１０に矢印Ａで示すように、集光光学系によって画面表示領域９５（画面見切り用の遮光膜５９の内側領域）に向けて照射されるものの、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に照射され、この額縁領域９６に照射された光は、表示に全く寄与しないので、その分、光の利用効率が低いという問題点がある。
【０００６】
また、液晶パネル１００から出射光は、矢印Ｃで示すように、拡大投射光学系２０５０に照射されるものの、一部の光は、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれて表示に全く寄与しないので、その分、光の利用効率が低いという問題点がある。
【０００７】
さらに、投射型表示装置１では、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２、あるいは対向基板２０の外面４０２に付着した傷や塵がそのまま拡大投射され、表示の品位を低下させるという投射型表示装置特有の問題がある。すなわち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２または対向基板２０の外面４０２は、液晶５０からみてこれらの透明基板（アクティブマトリクス基板１０または対向基板２０）の厚さ分、たとえば１ｍｍ〜２ｍｍ程度しか離れていないため、液晶５０にフォーカス状態にある光は、これらの透明基板の外面２０３、４０２に付いた傷や塵に対してもフォーカス状態にある。その結果、１０μｍ〜２０μｍ程度の小さな傷や塵も投射画像に映し出され、表示品位を低下させてしまう。
【０００８】
さらにまた、投射型表示装置１では、光源ランプ２０１１から強い光が液晶パネル１００に照射されるため、アクティブマトリクス基板１０や対向基板２０ではこれらの基板が薄い分だけ、局部的な温度上昇が起きやすい。このような局部的に加熱された部分では、周囲との間で透過率が異なるので、表示品位を低下させてしまう。また、このような局部的な温度上昇は、液晶５０を劣化させる原因にもなる。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、前記の問題点を解消することにあり、液晶などの電気光学物質を挟持する透明基板の外面側の構造を改良することにより、光の利用効率を向上するとともに、電気光学物質を直接、挟持する透明基板の外面への傷や塵の付着を防止して品位の高い表示を行うことのできる電気光学パネル、それを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、光源からの光の照射に起因する局部的な温度上昇を抑えることによって、表示品位の高い電気光学パネル、それを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、一対の透明基板間に挟持された電気光学物質によって画面表示領域に入射した光を変調させて出射する電気光学パネルにおいて、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面側は、凸レンズによって覆われ、前記一方の透明基板には前記画面表示領域を取り囲む第１の遮光膜が形成され、前記凸レンズの前記一方の透明基板側の周縁部には、前記第１の遮光膜と部分的に重なるように第２の遮光膜が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本願明細書において、透明基板の両面のうち、内面とは液晶が位置する側の面を意味し、外面とは液晶が位置する側とは反対側の面を意味する。
【００１３】
本発明において、前記凸レンズが、前記一対の透明基板のうち、光入射側に位置する透明基板の外面を覆っている場合には、電気光学パネルに向けて照射された光のうち、画面表示領域から外れた位置に向けて照射された光の一部が凸レンズによって画面表示領域に導かれるので、光の利用効率が向上する。また、前記凸レンズが、前記一対の透明基板のうち、光出射側に位置する透明基板の外面を覆っている場合には、電気光学パネルの画面表示領域から出射された光のうち、発散して拡大投射光学系からそれようとする光の一部を凸レンズによって拡大投射光学系に導くことができる。従って、光の利用効率が向上する。また、透明基板の外面が凸レンズで覆われていると、凸レンズの外面に傷や塵が付くことがあっても、この凸レンズに覆われている透明基板の外面には傷や塵が付くことがない。ここで、凸レンズの外面に傷や塵が付いたとしても、傷や塵が付いた位置は、凸レンズの厚さに相当する距離だけ液晶から遠ざかっているので、傷や塵に対しては常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズの外面に傷や塵が付いても、透明基板の外面に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがないので、表示の品位が高い。
【００１４】
このような観点からすれば、前記凸レンズは、前記一対の透明基板の外面の双方をそれぞれ覆っていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記凸レンズは、接着剤を介して透明基板の外面に対して貼られていることにより、当該透明基板の外面を覆っていることが好ましい。このように接着剤によって凸レンズを貼ると、透明基板の外面に傷が付いていたとしても、このような傷は接着剤で埋められ、修復されることになる。また、凸レンズを接着剤で透明基板に貼ると、凸レンズが一体になった分、電気光学パネルの熱容量が大きくなる。よって、電気光学パネルでは温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶などといった電気光学物質の劣化を防止することができる。それ故、表示品位が向上する。
【００１６】
この場合に、前記接着剤は、前記凸レンズが接着されている透明基板と略等しい屈折率を有していることが好ましい。このように構成すると、透明基板と接着剤の間には反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源から導かれてきた光は、効率よく電気光学パネルを透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、各透明基板と接着剤の界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、電気光学パネル内での光の反射がないので、電気光学パネルに形成されている画素スイッチング用素子が反射光に起因して誤動作するということもない。
【００１７】
本発明において、前記凸レンズの外周側には遮光膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、凸レンズに形成した遮光膜によって表示画面の見切りを行なえるので、品位の高い表示を行なうことができる。
【００１８】
本発明を適用した電気光学パネルは、光の利用効率が高く、かつ、透明基板に付いた傷や塵が表示品位を低下させることがないことから、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記電気光学パネルに入射させる集光光学系と、当該電気光学パネルによって光変調した出射光を投射面に拡大投射する拡大投射光学系とを有する投射型表示装置に用いると効果的である。すなわち、このタイプの液晶表示装置は、光の利用効率が高いことが強く求められ、かつ、画像が拡大投射されるという点で透明基板の外面に付いた傷や塵の影響で表示品位が低下しやすいが、本発明を適用した電気光学パネルを用いれば、このような問題点を全て解消できる。また、投射型表示装置では、光源からの光が強力であるが、本発明を適用した電気光学パネルを用いれば、このような強い光が照射されても、温度上昇に起因する不具合が発生しない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態では、電気光学パネルの一例として液晶パネルを用いて説明する。
【００２０】
［投射型表示装置の全体構成］
図１を参照して、投射型表示装置の光学ユニットに組み込まれている光学系について説明する。投射型表示装置１のハウジング内には光学ユニット２０１０が搭載され、この光学ユニット２０１０内には、光源ランプ２０１１（光源）と、微小レンズの集合体からなるインテグレータレンズ２０１２、２０１４、および偏光分離膜とλ／４波長板との集合体からなる偏光変換素子２０１６を備える照明用光学系２０１５と、この照明用光学系２０１５から出射される白色光束を、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系２０２０と、各色光束を変調するライトバルブとしての３枚の液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのダイクロイックプリズムからなるプリズムユニット２０４２と、合成された光束をスクリーン上に拡大投射する拡大投射光学系２０５０（投射レンズユニット）とが構成されている。光源ランプ２０１１としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。この光学ユニット２０１０では、偏光変換素子２０１６において各プリズム体で分離されたＰ偏光およびＳ偏光のうち、Ｐ偏光の出射位置にλ／２板を配置した構成に相当するため、光束をＳ偏光に揃えることができる。
【００２１】
照明用光学系２０１５は反射ミラー２０１７を備えており、照明用光学系２０１５の中心光軸を装置前方向に向けて直角に折り曲げるようにしている。色分離光学系２０２０には、赤緑反射ダイクロックミラー２０２２と、緑反射ダイクロイックミラー２０２４と、反射ミラー２０２６とが配置されている。光源ランプ２０１１から出射された白色光束は、照明用光学系２０１５を経て、まず、赤緑反射ダイクロイックミラー２０２２において、そこに含まれている赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇが直角に反射されて、緑反射ダイクロイックミラー２０２４の側に向かう。青色光束Ｂはこの赤緑反射ダイクロイックミラー２０２２を通過して、後方の反射ミラー２０２６で直角に反射されて、青色光束の出射部からプリズムユニット２０４２の側に出射される。赤緑反射ダイクロックミラー２０２２において反射された赤および緑の光束Ｒ、Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー２０２４において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束の出射部からプリズムユニット２０４２の側に出射される。これに対して、緑反射ダイクロイックミラー２０２４を通過した赤色光束Ｒは、赤色光束の出射部から導光系２０４４の側に出射される。色分離光学系２０２０における各色光束の出射側には、それぞれ集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９が配置されている。したがって、各出射部から出射した各色光束は、これらの集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９に入射して各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂに集光される。このようにして、本形態では、照明用光学系２０１５、色分離光学系２０２０、集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９および導光系２０４４によって、光源ランプ２０１１から出射された光を集光しながら各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂに導く集光光学系が構成されている。
【００２２】
このように集光された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、青色および緑色の光束Ｂ、Ｇは液晶ライトバルブ２０３０Ｂ、２０３０Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報（映像情報）が付加される。すなわち、これらのライトバルブは、不図示の駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができる。一方、赤色光束Ｒは、導光系２０４４を介して液晶ライトバルブ２０３０Ｒに導かれて、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。
【００２３】
ここで、液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いた電気光学パネルを使用できる。
【００２４】
なお、導光系２０４４としては、入射側レンズ２０４５と、入射側反射ミラー２０４６と、出射側反射ミラー２０４７と、これらの間に配置した中間レンズ２０４８とが配置されている。
【００２５】
次に、各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂを通って変調された各色光束は、プリズムユニット２０４２に入射され、ここで再合成される。ここで再合成されたカラー画像は、拡大投射光学系２０５０を介して、所定の位置にあるスクリーン上に拡大投射される。
【００２６】
［液晶パネル／液晶ライトバルブの基本構成］
このように構成した液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂは、基本的にはいずれも、図２および図３に液晶パネル１００として示す構成を有しており、透明なアクティブマトリクス基板１０と、対向電極９２および表示見切り用の遮光膜５９を備える透明な対向基板２０とを有している。アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とはギャップ材含有のシール材を用いたシール材８０によって所定の間隙（セルギャップ）を介して貼り合わされ、これらの基板間に液晶５０が封入される。シール材８０には、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。また、ギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球を用いることができる。対向基板２０はアクティブマトリクス基板１０よりも小さく、アクティブマトリクス基板１０の周辺部分は、対向基板２０の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板１０の入出力端子８１、走査線駆動回路７０およびデータ線駆動回路６０は、対向基板２０の外側に位置しているので、入出力端子８１にはフレキシブルプリント配線基板（図示せず。）を配線接続することができる。ここで、シール材８０は部分的に途切れているので、この途切れ部分によって、液晶注入口２４１が構成されている。このため、対向基板２０とアクティブマトリクス基板１０とを貼り合わせた後、シール材８０の内側領域を減圧状態にすれば、液晶注入口２４１から液晶５０を減圧注入でき、液晶５０を封入した後、液晶注入口２４１を封止剤２４２で塞げばよい。
【００２７】
対向基板２０には、シール材８０の内側に画面見切り用の遮光膜５９が形成され、その内側領域が画面表示領域９５である。また、アクティブマトリクス基板１０の一辺には、画面表示領域９５の両側に設けられた走査線駆動回路７０間をつなぐための複数の配線１０５が形成されている。対向基板２０のコーナー部の少なくとも一個所には、アクティブマトリクス基板１０を対向基板２０との間で電気的導通を取るための導通材５６が形成されている。
【００２８】
シール材５２の外側領域は、データ線駆動回路部６０や走査線駆動回路部７０などが形成されている。従って、シール材５２の外側領域は、表示には直接、寄与しない額縁領域９６であり、表示に直接、寄与するのは画面表示領域９５である。
【００２９】
このように構成した液晶パネル１００において、それを投射型表示装置１（図１参照。）に用いた際には、光源ランプ２０１１からの光は、液晶パネル１００の液晶５０においてフォーカス状態になるように集光される。
【００３０】
［アクティブマトリクス基板および画素部の概略構成］
このような液晶パネル１００に用いられる駆動回路内蔵型のアクティブマトリクス基板１０の構成を、図４（Ａ）にブロック図で示してある。
【００３１】
図４（Ａ）からわかるように、アクティブマトリクス基板１０には複数の走査線３と複数のデータ線６とによって複数の画素がマトリクス状に構成されている。いずれの画素領域にも、その１つを図４（Ｂ）に拡大して示すように、走査線３およびデータ線６に接続する画素スイッチング用の薄膜トランジスタＴＦＴ３０が形成され、この薄膜トランジスタＴＦＴ３０のドレイン電極は、前記の対向基板２０の対向電極９２との間に液晶５０を挟んで液晶セルを構成する画素電極９１である。なお、液晶セルに対しては、前段の走査線３や容量線（図示せず。）を利用して保持容量５５が構成されている。
【００３２】
アクティブマトリクス基板１０の周辺部分には、複数のデータ線６のそれぞれに画像信号を供給するデータ線駆動回路６０と、複数の走査線３のそれぞれに画素選択用の走査信号を供給するシフトレジスタ７００やバッファを備える走査線駆動回路部７０とが構成されている。データ線駆動回路６０は、クロック信号が供給されるＸ側シフトレジスタ回路６１、Ｘ側シフトレジスタ回路６１から出力された信号に基づいて動作するサンプリング回路６２、および６相に展開された各画像信号に対応する６本の画像信号線６３が構成されている。このため、サンプリング回路６２は、Ｘ側シフトレジスタ回路６１から出力された信号に基づいて動作し、画像信号線６３を介して供給される画像信号を所定のタイミングでデータ線６に取り込み、各画素に供給することが可能である。
【００３３】
［実施の形態１］
このように構成した液晶パネル１００は、図１に示す投射型表示装置１においてアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０のうちの一方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源の側／光入射側）に向けられ、他方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（光出射側）に向けられる。以下の説明では、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。
【００３４】
図５は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００３５】
図５において、本形態の液晶パネル１００では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）に、対向基板２０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８８を介して、１枚の凸レンズ９８が接着されている。ここで、対向基板２０が石英基板であれば、屈折率が１．４６なので、接着剤８８については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。これに対して、対向基板２０が、ネオセラムなどの屈折率が１．５４の高耐熱ガラス板であれば、ここに用いる接着剤８８については、屈折率が１．５４となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いればよい。
【００３６】
本形態では、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０としてそれぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用い、接着剤８８の厚さは１０μｍ以下にして、接着強度を十分高いものとしてある。
【００３７】
このように構成した液晶パネル１００では、矢印Ａで示すように、光源ランプ２０１１からの光が集光光学系（図１参照）によって液晶パネル１００の画面表示領域９５（画面見切り用の遮光膜５９の内側領域）に向けて照射され、この液晶パネル１００で光変調された後、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に向けて出射される。但し、矢印Ｂで示すように、一部の光は画面表示領域９５からずれて額縁領域９６に向けても照射される。それでも、本形態の液晶パネル１００では、対向基板２０の外面４０２には凸レンズ９８が接着固定されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれ、液晶パネル１００で光変調された後、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に向けて出射される。それ故、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が表示に寄与することになるので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００３８】
また、対向基板２０の外面４０２に凸レンズ９８が面接着されているので、対向基板２０の外面４０２に傷や塵が付くことがない。また、凸レンズ９８の外面９８１は、その厚さに相当する距離だけ液晶５０から遠ざけられているため、凸レンズ９８の外面９８１は、常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズ９８の外面９８１に傷や塵が付いても、対向基板２０の外面４０２に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがない。
【００３９】
また、接着剤８８は、対向基板２０と略等しい屈折率を有するので、対向基板２０と接着剤８８との間には、反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源ランプ２０１１から導かれてきた光は、効率よく液晶パネル１００を透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、対向基板２０の外面４０２接着剤８８との界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、液晶パネル１００内での光の反射がないので、アクティブマトリクス基板１０において、反射光に起因する薄膜トランジスタＴＦＴの誤動作が発生するおそれもない。しかも、接着剤８８は、対向基板２０と略等しい屈折率を有するので、液晶パネル１００の製造工程においてたとえ対向基板２０の外面４０２に傷が付いたとしても、このような傷は接着剤８８で埋められ、修復されることになる。
【００４０】
さらに、液晶パネル１００は、凸レンズ９８が接着剤８８によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量が大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００４１】
［実施の形態２］
本形態でも、図１に示す投射型表示装置１において、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源側）に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。尚、本実施の形態は実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００４２】
図６は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００４３】
図６において、本形態の液晶パネル１０００では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）には、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８９を介して、１枚の凸レンズ９９が接着されている。本形態でも、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０として、それぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用いているので、接着剤８９については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。これに対して、アクティブマトリクス基板１０が、ネオセラムなどの屈折率が１．５４の高耐熱ガラス板であれば、ここに用いる接着剤８９については、屈折率が１．５４となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。
【００４４】
このように構成した液晶パネル１００において、液晶パネル１００からの出射光は、矢印Ｃで示すように、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に照射される。このとき、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光も出射される。それでも、本形態では、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１０に接着されている凸レンズ９９によって、拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００４５】
また、アクティブマトリクス基板１００の外面３０２に凸レンズ９９が面接着されているので、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷や塵が付くことがない。また、凸レンズ９９の外面９９１は、その厚さに相当する距離だけ液晶５０から遠ざけられているため、凸レンズ９９の外面９９１は、常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズ９９の外面９９１に傷や塵が付いても、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがない。
【００４６】
また、接着剤８９は、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有するので、アクティブマトリクス基板１０と接着剤８９との間には、反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源ランプ２０１１から導かれてきた光は、効率よく液晶パネル１００を透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２と接着剤８９との界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、液晶パネル１００内での光の反射がないので、アクティブマトリクス基板１０において、反射光に起因する薄膜トランジスタＴＦＴの誤動作が発生するおそれもない。しかも、接着剤８９は、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有するので、液晶パネル１００の製造工程においてたとえアクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷が付いたとしても、このような傷は接着剤８９で埋められ、修復されることになる。
【００４７】
さらに、液晶パネル１００は、凸レンズ９９が接着剤８９によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量が大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００４８】
［実施の形態３］
本形態は、実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図１に示す投射型表示装置１において、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源側）に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。
【００４９】
図７は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００５０】
図７において、本形態では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）には、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８９を介して１枚の凸レンズ９９が接着されている。また、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）には、対向基板２０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８８を介して１枚の凸レンズ９８が接着されている。
【００５１】
本形態でも、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０として、それぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用いているので、接着剤８８、８９については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などが用いられている。
【００５２】
このように構成した液晶パネル１００では、実施の形態１と同様、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に向けて照射されても、対向基板２０の外面４０２には凸レンズ９８が接着固定されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれる。また、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光が出射されても、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１００に接着されている凸レンズ９９によって、拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００の画面表示領域９５からずれた位置に照射された光、および液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００５３】
また、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２の双方に凸レンズ９９、９８が接着されているので、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２のいずれにも傷や塵が付くことがない。それ故、このような傷や塵に起因する表示品位の低下を防止することができなど、実施の形態１、２と同様な効果を奏する。
【００５４】
さらに、液晶パネル１００は、２枚の凸レンズ９８、９９が接着剤８８、８９によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量がかなり大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００５５】
［実施の形態４］
本実施の形態は、実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００５６】
なお、光の利用効率を高め、かつ、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２に傷や塵が付くのを防止するという観点からすれば、液晶パネルを以下のように構成してもよい。
【００５７】
図８は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００５８】
図８において、本形態では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）は、所定の隙間（空気層９９０）を介して凸レンズ９９で覆われ、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）も、所定の隙間（空気層９８０）を介して凸レンズ９８で覆われている。ここで、凸レンズ９９は、スペーサ９９５を介してアクティブマトリクス基板１０に固定され、凸レンズ９８は、スペーサ９８５を介して対向基板２０に固定されている。
【００５９】
このように構成した液晶パネル１００でも、実施の形態１、３と同様、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に向けて照射されても、対向基板２０の外面４０２の側には凸レンズ９８が配置されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれる。また、実施の形態２、３と同様、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光が出射されても、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２の側に配置されている凸レンズ９９によって拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００の画面表示領域９５からずれた位置に照射された光、および液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００６０】
また、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２の双方が凸レンズ９９、９８で覆われているので、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２のいずれにも傷や塵が付くことがない。それ故、このような傷や塵に起因する表示品位の低下を防止することができなど、実施の形態１、２、３と同様な効果を奏する。
【００６１】
［その他の実施の形態］
また、図９に示すように、アクティブマトリクス基板１０に接着固定した凸レンズ９９の外周側に遮光膜９００を形成し、かつ、この遮光膜９００と対向基板２０に形成した表示見切り用の遮光膜５９（形成範囲を矢印Ｅで示す。）とを部分的にオーバーラップさせることにより、遮光膜５９の外周側から光が入射してくるのを防止してもよい。このような遮光構造を採用するにあたって、たとえば、遮光膜９００をアクティブマトリクス基板１０の側に形成すると、シール材８０を紫外線硬化させる際に紫外線が遮光膜９００によって遮られることになるが、本形態では、凸レンズ９９の側に遮光膜９００を形成したので、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とをシール材８０を紫外線硬化させることにより貼り合わせた後に凸レンズ９９をアクティブマトリクス基板１０に接着固定する方法を採用できる。それ故、対向基板２０に形成した遮光膜５９とオーバーラップするような遮光膜９００を形成しても、シール材８０を紫外線硬化するのに支障がない。
【００６２】
なお、凸レンズ９８、９９を接着するタイミングは、液晶パネル１００を組み立てた以降、あるいは液晶パネル１００を組み立る以前のアクティブマトリクス基板１０あるいは対向基板２０のいずれであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液晶パネルおよび投射型表示装置において、凸レンズが液晶パネルの外面を覆っているので、液晶パネルに照射された光のうち、額縁領域に向けて照射された光は、一部が凸レンズによって画面表示領域に導かれる。また、液晶パネルの画面表示領域から出射された光のうち、発散して拡大投射光学系からそれようとする光も拡大投射光学系に導くことができる。従って、光の利用効率が向上する。さらに、透明基板の外面が凸レンズで覆われていると、凸レンズの外面に傷や塵が付くことがあっても、このような傷や塵が付いた位置は、凸レンズの厚さに相当する距離だけ液晶から遠いので、傷や塵に対しては常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズの外面に傷や塵が付いても、透明基板の外面に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがないので、表示の品位が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液晶パネルをライトバルブとして用いた投射型表示装置の光学系を示す平面図である。
【図２】本発明を適用した液晶パネルの平面図である。
【図３】図２のＨ−Ｈ′線における断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明を適用した液晶パネルに用いたアクティブマトリクス基板のブロック図、（Ｂ）はそれにマトリクス状に構成された画素群のうちの１つを拡大して示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係る液晶パネルの構成を示す説明図である。
【図１０】従来の液晶パネル、およびその問題点を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 投射型表示装置
１０ アクティブマトリクス基板
２０ 対向基板
３０ 画素スイッチング用の薄膜トランジスタ
５３、５９、９００ 遮光膜
６０ データ線駆動回路
７０ 走査線駆動回路
８０ シール材
２４１ 液晶注入口
８８、８９ 接着剤
９８、９９ 凸レンズ
１００ 液晶パネル
３０２ アクティブマトリクス基板の外面
４０２ 対向基板の外面
９８０、９９０ 空気層
９８５、９９５ スペーサ
２０１１ 光源ランプ（光源）
２０１５ 照明用光学系
２０２０ 色分離光学系
２０２２ 赤緑反射ダイクロイックミラー
２０２４ 緑反射ダイクロイックミラー
２０２７、２０２８、２０２９ 集光レンズ
２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ 液晶ライトバルブ
２０４２ プリズムユニット（色合成光学系）
２０５０ 投射レンズユニット（投射光学系）
２０１０ 光学ユニット
Ｒ 赤色光束
Ｇ 緑色光束
Ｂ 青色光束
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学パネル、およびそれを用いた投射型表示装置に関するものである。さらに詳しくは、電気光学パネルにおける光の利用効率の向上技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投射型表示装置などに用いられる液晶パネル等の電気光学パネルは、図２および図３に示すように、画素電極９１が形成されたアクティブマトリクス基板１０と、対向電極９２が形成された対向基板２０と、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０との間に電気光学物質として挟持された液晶５０とから概ね構成されている。アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０との間のうち、シール材８０で区画された領域内には液晶５０が封入され、そのうち、画面見切り用の遮光膜５９で囲まれた画面表示領域９５では、アクティブマトリクス基板１０の画素電極９１と対向基板２０の対向電極９２との間で液晶５０の配向状態が画素毎に制御される。従って、図１０に矢印Ａで示すように、液晶パネル１００の画面表示領域９５に入射した光は、各画素毎に光変調を受けた後、投射型表示装置の拡大投射光学系２０５０（図１０では、凸レンズで略してある。）に向けて出射される。
【０００３】
ここで、液晶パネル１００では、図２および図３からわかるように、画面表示領域９５の外周側に走査線駆動回路７０やデータ線駆動回路６０などが形成され、これらの領域は、画面見切り用の遮光膜５９が形成されている部分も含めて、表示には直接、寄与しない額縁領域９６と称せられている。
【０００４】
このような構成の液晶パネル１００をライトバルブとして用いた投射型表示装置では、図１に示すように、光源ランプ２０１１から出射された光を集光光学系によって集光しながら各液晶パネル１００（液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ）に導き、この光を液晶パネル１００で光変調することにより、所定の画像を拡大投射光学系２０５０を介してスクリーンなどの投射面に拡大投射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成した投射型表示装置１において、液晶パネル１００（液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ）に対しては、光源ランプ２０１１からの光が、図１０に矢印Ａで示すように、集光光学系によって画面表示領域９５（画面見切り用の遮光膜５９の内側領域）に向けて照射されるものの、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に照射され、この額縁領域９６に照射された光は、表示に全く寄与しないので、その分、光の利用効率が低いという問題点がある。
【０００６】
また、液晶パネル１００から出射光は、矢印Ｃで示すように、拡大投射光学系２０５０に照射されるものの、一部の光は、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれて表示に全く寄与しないので、その分、光の利用効率が低いという問題点がある。
【０００７】
さらに、投射型表示装置１では、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２、あるいは対向基板２０の外面４０２に付着した傷や塵がそのまま拡大投射され、表示の品位を低下させるという投射型表示装置特有の問題がある。すなわち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２または対向基板２０の外面４０２は、液晶５０からみてこれらの透明基板（アクティブマトリクス基板１０または対向基板２０）の厚さ分、たとえば１ｍｍ〜２ｍｍ程度しか離れていないため、液晶５０にフォーカス状態にある光は、これらの透明基板の外面２０３、４０２に付いた傷や塵に対してもフォーカス状態にある。その結果、１０μｍ〜２０μｍ程度の小さな傷や塵も投射画像に映し出され、表示品位を低下させてしまう。
【０００８】
さらにまた、投射型表示装置１では、光源ランプ２０１１から強い光が液晶パネル１００に照射されるため、アクティブマトリクス基板１０や対向基板２０ではこれらの基板が薄い分だけ、局部的な温度上昇が起きやすい。このような局部的に加熱された部分では、周囲との間で透過率が異なるので、表示品位を低下させてしまう。また、このような局部的な温度上昇は、液晶５０を劣化させる原因にもなる。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、前記の問題点を解消することにあり、液晶などの電気光学物質を挟持する透明基板の外面側の構造を改良することにより、光の利用効率を向上するとともに、電気光学物質を直接、挟持する透明基板の外面への傷や塵の付着を防止して品位の高い表示を行うことのできる電気光学パネル、それを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、光源からの光の照射に起因する局部的な温度上昇を抑えることによって、表示品位の高い電気光学パネル、それを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、一対の透明基板間に挟持された電気光学物質によって画面表示領域に入射した光を変調させて出射する電気光学パネルにおいて、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面側は、凸レンズによって覆われ、前記一方の透明基板には前記画面表示領域を取り囲む第１の遮光膜が形成され、前記凸レンズの前記一方の透明基板側の周縁部には、前記第１の遮光膜と部分的に重なるように第２の遮光膜が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本願明細書において、透明基板の両面のうち、内面とは液晶が位置する側の面を意味し、外面とは液晶が位置する側とは反対側の面を意味する。
【００１３】
本発明において、前記凸レンズが、前記一対の透明基板のうち、光入射側に位置する透明基板の外面を覆っている場合には、電気光学パネルに向けて照射された光のうち、画面表示領域から外れた位置に向けて照射された光の一部が凸レンズによって画面表示領域に導かれるので、光の利用効率が向上する。また、前記凸レンズが、前記一対の透明基板のうち、光出射側に位置する透明基板の外面を覆っている場合には、電気光学パネルの画面表示領域から出射された光のうち、発散して拡大投射光学系からそれようとする光の一部を凸レンズによって拡大投射光学系に導くことができる。従って、光の利用効率が向上する。また、透明基板の外面が凸レンズで覆われていると、凸レンズの外面に傷や塵が付くことがあっても、この凸レンズに覆われている透明基板の外面には傷や塵が付くことがない。ここで、凸レンズの外面に傷や塵が付いたとしても、傷や塵が付いた位置は、凸レンズの厚さに相当する距離だけ液晶から遠ざかっているので、傷や塵に対しては常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズの外面に傷や塵が付いても、透明基板の外面に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがないので、表示の品位が高い。
【００１４】
このような観点からすれば、前記凸レンズは、前記一対の透明基板の外面の双方をそれぞれ覆っていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記凸レンズは、接着剤を介して透明基板の外面に対して貼られていることにより、当該透明基板の外面を覆っていることが好ましい。このように接着剤によって凸レンズを貼ると、透明基板の外面に傷が付いていたとしても、このような傷は接着剤で埋められ、修復されることになる。また、凸レンズを接着剤で透明基板に貼ると、凸レンズが一体になった分、電気光学パネルの熱容量が大きくなる。よって、電気光学パネルでは温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶などといった電気光学物質の劣化を防止することができる。それ故、表示品位が向上する。
【００１６】
この場合に、前記接着剤は、前記凸レンズが接着されている透明基板と略等しい屈折率を有していることが好ましい。このように構成すると、透明基板と接着剤の間には反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源から導かれてきた光は、効率よく電気光学パネルを透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、各透明基板と接着剤の界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、電気光学パネル内での光の反射がないので、電気光学パネルに形成されている画素スイッチング用素子が反射光に起因して誤動作するということもない。
【００１７】
本発明において、前記凸レンズの外周側には遮光膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、凸レンズに形成した遮光膜によって表示画面の見切りを行なえるので、品位の高い表示を行なうことができる。
【００１８】
本発明を適用した電気光学パネルは、光の利用効率が高く、かつ、透明基板に付いた傷や塵が表示品位を低下させることがないことから、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記電気光学パネルに入射させる集光光学系と、当該電気光学パネルによって光変調した出射光を投射面に拡大投射する拡大投射光学系とを有する投射型表示装置に用いると効果的である。すなわち、このタイプの液晶表示装置は、光の利用効率が高いことが強く求められ、かつ、画像が拡大投射されるという点で透明基板の外面に付いた傷や塵の影響で表示品位が低下しやすいが、本発明を適用した電気光学パネルを用いれば、このような問題点を全て解消できる。また、投射型表示装置では、光源からの光が強力であるが、本発明を適用した電気光学パネルを用いれば、このような強い光が照射されても、温度上昇に起因する不具合が発生しない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。実施の形態では、電気光学パネルの一例として液晶パネルを用いて説明する。
【００２０】
［投射型表示装置の全体構成］
図１を参照して、投射型表示装置の光学ユニットに組み込まれている光学系について説明する。投射型表示装置１のハウジング内には光学ユニット２０１０が搭載され、この光学ユニット２０１０内には、光源ランプ２０１１（光源）と、微小レンズの集合体からなるインテグレータレンズ２０１２、２０１４、および偏光分離膜とλ／４波長板との集合体からなる偏光変換素子２０１６を備える照明用光学系２０１５と、この照明用光学系２０１５から出射される白色光束を、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系２０２０と、各色光束を変調するライトバルブとしての３枚の液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのダイクロイックプリズムからなるプリズムユニット２０４２と、合成された光束をスクリーン上に拡大投射する拡大投射光学系２０５０（投射レンズユニット）とが構成されている。光源ランプ２０１１としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。この光学ユニット２０１０では、偏光変換素子２０１６において各プリズム体で分離されたＰ偏光およびＳ偏光のうち、Ｐ偏光の出射位置にλ／２板を配置した構成に相当するため、光束をＳ偏光に揃えることができる。
【００２１】
照明用光学系２０１５は反射ミラー２０１７を備えており、照明用光学系２０１５の中心光軸を装置前方向に向けて直角に折り曲げるようにしている。色分離光学系２０２０には、赤緑反射ダイクロックミラー２０２２と、緑反射ダイクロイックミラー２０２４と、反射ミラー２０２６とが配置されている。光源ランプ２０１１から出射された白色光束は、照明用光学系２０１５を経て、まず、赤緑反射ダイクロイックミラー２０２２において、そこに含まれている赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇが直角に反射されて、緑反射ダイクロイックミラー２０２４の側に向かう。青色光束Ｂはこの赤緑反射ダイクロイックミラー２０２２を通過して、後方の反射ミラー２０２６で直角に反射されて、青色光束の出射部からプリズムユニット２０４２の側に出射される。赤緑反射ダイクロックミラー２０２２において反射された赤および緑の光束Ｒ、Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー２０２４において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束の出射部からプリズムユニット２０４２の側に出射される。これに対して、緑反射ダイクロイックミラー２０２４を通過した赤色光束Ｒは、赤色光束の出射部から導光系２０４４の側に出射される。色分離光学系２０２０における各色光束の出射側には、それぞれ集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９が配置されている。したがって、各出射部から出射した各色光束は、これらの集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９に入射して各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂに集光される。このようにして、本形態では、照明用光学系２０１５、色分離光学系２０２０、集光レンズ２０２７、２０２８、２０２９および導光系２０４４によって、光源ランプ２０１１から出射された光を集光しながら各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂに導く集光光学系が構成されている。
【００２２】
このように集光された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、青色および緑色の光束Ｂ、Ｇは液晶ライトバルブ２０３０Ｂ、２０３０Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報（映像情報）が付加される。すなわち、これらのライトバルブは、不図示の駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができる。一方、赤色光束Ｒは、導光系２０４４を介して液晶ライトバルブ２０３０Ｒに導かれて、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。
【００２３】
ここで、液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いた電気光学パネルを使用できる。
【００２４】
なお、導光系２０４４としては、入射側レンズ２０４５と、入射側反射ミラー２０４６と、出射側反射ミラー２０４７と、これらの間に配置した中間レンズ２０４８とが配置されている。
【００２５】
次に、各液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂを通って変調された各色光束は、プリズムユニット２０４２に入射され、ここで再合成される。ここで再合成されたカラー画像は、拡大投射光学系２０５０を介して、所定の位置にあるスクリーン上に拡大投射される。
【００２６】
［液晶パネル／液晶ライトバルブの基本構成］
このように構成した液晶ライトバルブ２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂは、基本的にはいずれも、図２および図３に液晶パネル１００として示す構成を有しており、透明なアクティブマトリクス基板１０と、対向電極９２および表示見切り用の遮光膜５９を備える透明な対向基板２０とを有している。アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とはギャップ材含有のシール材を用いたシール材８０によって所定の間隙（セルギャップ）を介して貼り合わされ、これらの基板間に液晶５０が封入される。シール材８０には、エポキシ樹脂や各種の紫外線硬化樹脂などを用いることができる。また、ギャップ材としては、約２μｍ〜約１０μｍの無機あるいは有機質のファイバ若しくは球を用いることができる。対向基板２０はアクティブマトリクス基板１０よりも小さく、アクティブマトリクス基板１０の周辺部分は、対向基板２０の外周縁よりはみ出た状態に貼り合わされる。従って、アクティブマトリクス基板１０の入出力端子８１、走査線駆動回路７０およびデータ線駆動回路６０は、対向基板２０の外側に位置しているので、入出力端子８１にはフレキシブルプリント配線基板（図示せず。）を配線接続することができる。ここで、シール材８０は部分的に途切れているので、この途切れ部分によって、液晶注入口２４１が構成されている。このため、対向基板２０とアクティブマトリクス基板１０とを貼り合わせた後、シール材８０の内側領域を減圧状態にすれば、液晶注入口２４１から液晶５０を減圧注入でき、液晶５０を封入した後、液晶注入口２４１を封止剤２４２で塞げばよい。
【００２７】
対向基板２０には、シール材８０の内側に画面見切り用の遮光膜５９が形成され、その内側領域が画面表示領域９５である。また、アクティブマトリクス基板１０の一辺には、画面表示領域９５の両側に設けられた走査線駆動回路７０間をつなぐための複数の配線１０５が形成されている。対向基板２０のコーナー部の少なくとも一個所には、アクティブマトリクス基板１０を対向基板２０との間で電気的導通を取るための導通材５６が形成されている。
【００２８】
シール材５２の外側領域は、データ線駆動回路部６０や走査線駆動回路部７０などが形成されている。従って、シール材５２の外側領域は、表示には直接、寄与しない額縁領域９６であり、表示に直接、寄与するのは画面表示領域９５である。
【００２９】
このように構成した液晶パネル１００において、それを投射型表示装置１（図１参照。）に用いた際には、光源ランプ２０１１からの光は、液晶パネル１００の液晶５０においてフォーカス状態になるように集光される。
【００３０】
［アクティブマトリクス基板および画素部の概略構成］
このような液晶パネル１００に用いられる駆動回路内蔵型のアクティブマトリクス基板１０の構成を、図４（Ａ）にブロック図で示してある。
【００３１】
図４（Ａ）からわかるように、アクティブマトリクス基板１０には複数の走査線３と複数のデータ線６とによって複数の画素がマトリクス状に構成されている。いずれの画素領域にも、その１つを図４（Ｂ）に拡大して示すように、走査線３およびデータ線６に接続する画素スイッチング用の薄膜トランジスタＴＦＴ３０が形成され、この薄膜トランジスタＴＦＴ３０のドレイン電極は、前記の対向基板２０の対向電極９２との間に液晶５０を挟んで液晶セルを構成する画素電極９１である。なお、液晶セルに対しては、前段の走査線３や容量線（図示せず。）を利用して保持容量５５が構成されている。
【００３２】
アクティブマトリクス基板１０の周辺部分には、複数のデータ線６のそれぞれに画像信号を供給するデータ線駆動回路６０と、複数の走査線３のそれぞれに画素選択用の走査信号を供給するシフトレジスタ７００やバッファを備える走査線駆動回路部７０とが構成されている。データ線駆動回路６０は、クロック信号が供給されるＸ側シフトレジスタ回路６１、Ｘ側シフトレジスタ回路６１から出力された信号に基づいて動作するサンプリング回路６２、および６相に展開された各画像信号に対応する６本の画像信号線６３が構成されている。このため、サンプリング回路６２は、Ｘ側シフトレジスタ回路６１から出力された信号に基づいて動作し、画像信号線６３を介して供給される画像信号を所定のタイミングでデータ線６に取り込み、各画素に供給することが可能である。
【００３３】
［実施の形態１］
このように構成した液晶パネル１００は、図１に示す投射型表示装置１においてアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０のうちの一方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源の側／光入射側）に向けられ、他方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（光出射側）に向けられる。以下の説明では、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。
【００３４】
図５は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００３５】
図５において、本形態の液晶パネル１００では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）に、対向基板２０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８８を介して、１枚の凸レンズ９８が接着されている。ここで、対向基板２０が石英基板であれば、屈折率が１．４６なので、接着剤８８については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。これに対して、対向基板２０が、ネオセラムなどの屈折率が１．５４の高耐熱ガラス板であれば、ここに用いる接着剤８８については、屈折率が１．５４となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いればよい。
【００３６】
本形態では、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０としてそれぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用い、接着剤８８の厚さは１０μｍ以下にして、接着強度を十分高いものとしてある。
【００３７】
このように構成した液晶パネル１００では、矢印Ａで示すように、光源ランプ２０１１からの光が集光光学系（図１参照）によって液晶パネル１００の画面表示領域９５（画面見切り用の遮光膜５９の内側領域）に向けて照射され、この液晶パネル１００で光変調された後、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に向けて出射される。但し、矢印Ｂで示すように、一部の光は画面表示領域９５からずれて額縁領域９６に向けても照射される。それでも、本形態の液晶パネル１００では、対向基板２０の外面４０２には凸レンズ９８が接着固定されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれ、液晶パネル１００で光変調された後、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に向けて出射される。それ故、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が表示に寄与することになるので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００３８】
また、対向基板２０の外面４０２に凸レンズ９８が面接着されているので、対向基板２０の外面４０２に傷や塵が付くことがない。また、凸レンズ９８の外面９８１は、その厚さに相当する距離だけ液晶５０から遠ざけられているため、凸レンズ９８の外面９８１は、常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズ９８の外面９８１に傷や塵が付いても、対向基板２０の外面４０２に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがない。
【００３９】
また、接着剤８８は、対向基板２０と略等しい屈折率を有するので、対向基板２０と接着剤８８との間には、反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源ランプ２０１１から導かれてきた光は、効率よく液晶パネル１００を透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、対向基板２０の外面４０２接着剤８８との界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、液晶パネル１００内での光の反射がないので、アクティブマトリクス基板１０において、反射光に起因する薄膜トランジスタＴＦＴの誤動作が発生するおそれもない。しかも、接着剤８８は、対向基板２０と略等しい屈折率を有するので、液晶パネル１００の製造工程においてたとえ対向基板２０の外面４０２に傷が付いたとしても、このような傷は接着剤８８で埋められ、修復されることになる。
【００４０】
さらに、液晶パネル１００は、凸レンズ９８が接着剤８８によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量が大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００４１】
［実施の形態２］
本形態でも、図１に示す投射型表示装置１において、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源側）に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。尚、本実施の形態は実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００４２】
図６は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００４３】
図６において、本形態の液晶パネル１０００では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）には、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８９を介して、１枚の凸レンズ９９が接着されている。本形態でも、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０として、それぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用いているので、接着剤８９については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。これに対して、アクティブマトリクス基板１０が、ネオセラムなどの屈折率が１．５４の高耐熱ガラス板であれば、ここに用いる接着剤８９については、屈折率が１．５４となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などを用いる。
【００４４】
このように構成した液晶パネル１００において、液晶パネル１００からの出射光は、矢印Ｃで示すように、拡大投射光学系２０５０（凸レンズで略してある。）に照射される。このとき、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光も出射される。それでも、本形態では、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１０に接着されている凸レンズ９９によって、拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００４５】
また、アクティブマトリクス基板１００の外面３０２に凸レンズ９９が面接着されているので、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷や塵が付くことがない。また、凸レンズ９９の外面９９１は、その厚さに相当する距離だけ液晶５０から遠ざけられているため、凸レンズ９９の外面９９１は、常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズ９９の外面９９１に傷や塵が付いても、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがない。
【００４６】
また、接着剤８９は、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有するので、アクティブマトリクス基板１０と接着剤８９との間には、反射界面が存在しないものと見做すことができる。従って、光源ランプ２０１１から導かれてきた光は、効率よく液晶パネル１００を透過し、光量損失が極めて小さい。それ故、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２と接着剤８９との界面に反射防止膜を形成する必要がないので、製造コストの増大を抑えることができる。また、液晶パネル１００内での光の反射がないので、アクティブマトリクス基板１０において、反射光に起因する薄膜トランジスタＴＦＴの誤動作が発生するおそれもない。しかも、接着剤８９は、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有するので、液晶パネル１００の製造工程においてたとえアクティブマトリクス基板１０の外面３０２に傷が付いたとしても、このような傷は接着剤８９で埋められ、修復されることになる。
【００４７】
さらに、液晶パネル１００は、凸レンズ９９が接着剤８９によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量が大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００４８】
［実施の形態３］
本形態は、実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。図１に示す投射型表示装置１において、対向基板２０の方が、図１における光源ランプ２０１１の側（光源側）に向けられ、アクティブマトリクス基板１０の方が図１における拡大投射光学系２０５０の側（出射側）に向けられるものとして説明する。
【００４９】
図７は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００５０】
図７において、本形態では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）には、アクティブマトリクス基板１０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８９を介して１枚の凸レンズ９９が接着されている。また、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）には、対向基板２０と略等しい屈折率を有する透明な接着剤８８を介して１枚の凸レンズ９８が接着されている。
【００５１】
本形態でも、対向基板２０およびアクティブマトリクス基板１０として、それぞれ１．１ｍｍ厚の石英基板、および１．２ｍｍ厚の石英基板を用いているので、接着剤８８、８９については、屈折率が１．４６となるように調製したシリコン系接着剤やアクリル系接着剤などが用いられている。
【００５２】
このように構成した液晶パネル１００では、実施の形態１と同様、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に向けて照射されても、対向基板２０の外面４０２には凸レンズ９８が接着固定されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も、一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれる。また、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光が出射されても、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１００に接着されている凸レンズ９９によって、拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００の画面表示領域９５からずれた位置に照射された光、および液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００５３】
また、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２の双方に凸レンズ９９、９８が接着されているので、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２のいずれにも傷や塵が付くことがない。それ故、このような傷や塵に起因する表示品位の低下を防止することができなど、実施の形態１、２と同様な効果を奏する。
【００５４】
さらに、液晶パネル１００は、２枚の凸レンズ９８、９９が接着剤８８、８９によって密着した状態に接着されて一体になっている分、従来の液晶パネルと比較して熱容量がかなり大きい。よって、液晶パネル１００では温度上昇が小さく、かつ、局部的な温度上昇も起きないので、温度差に起因する透過率のばらつきや液晶５０の劣化を防止することができる。
【００５５】
［実施の形態４］
本実施の形態は、実施の形態１と同様な構成を有し、同様な構成についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【００５６】
なお、光の利用効率を高め、かつ、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２に傷や塵が付くのを防止するという観点からすれば、液晶パネルを以下のように構成してもよい。
【００５７】
図８は、本形態の液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【００５８】
図８において、本形態では、図２および図３を参照して説明した液晶パネル１００の両外面のうち、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２（光の出射面の側）は、所定の隙間（空気層９９０）を介して凸レンズ９９で覆われ、対向基板２０の外面４０２（光の入射面の側）も、所定の隙間（空気層９８０）を介して凸レンズ９８で覆われている。ここで、凸レンズ９９は、スペーサ９９５を介してアクティブマトリクス基板１０に固定され、凸レンズ９８は、スペーサ９８５を介して対向基板２０に固定されている。
【００５９】
このように構成した液晶パネル１００でも、実施の形態１、３と同様、矢印Ｂで示すように、一部の光が額縁領域９６に向けて照射されても、対向基板２０の外面４０２の側には凸レンズ９８が配置されているので、額縁領域９６に向けて照射された光も一部が凸レンズ９８によって画面表示領域９５に導かれる。また、実施の形態２、３と同様、液晶パネル１００からは、矢印Ｄで示すように、拡大投射光学系２０５０からそれようとする光が出射されても、このような光の一部は、アクティブマトリクス基板１０の外面３０２の側に配置されている凸レンズ９９によって拡大投射光学系２０５０に導かれる。従って、液晶パネル１００の画面表示領域９５からずれた位置に照射された光、および液晶パネル１００から発散して出射される光も、一部が表示に寄与するので、光の利用効率が高く、明るい表示を行うことができる。
【００６０】
また、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２の双方が凸レンズ９９、９８で覆われているので、アクティブアクティブマトリクス基板１０および対向基板２０の外面３０２、４０２のいずれにも傷や塵が付くことがない。それ故、このような傷や塵に起因する表示品位の低下を防止することができなど、実施の形態１、２、３と同様な効果を奏する。
【００６１】
［その他の実施の形態］
また、図９に示すように、アクティブマトリクス基板１０に接着固定した凸レンズ９９の外周側に遮光膜９００を形成し、かつ、この遮光膜９００と対向基板２０に形成した表示見切り用の遮光膜５９（形成範囲を矢印Ｅで示す。）とを部分的にオーバーラップさせることにより、遮光膜５９の外周側から光が入射してくるのを防止してもよい。このような遮光構造を採用するにあたって、たとえば、遮光膜９００をアクティブマトリクス基板１０の側に形成すると、シール材８０を紫外線硬化させる際に紫外線が遮光膜９００によって遮られることになるが、本形態では、凸レンズ９９の側に遮光膜９００を形成したので、アクティブマトリクス基板１０と対向基板２０とをシール材８０を紫外線硬化させることにより貼り合わせた後に凸レンズ９９をアクティブマトリクス基板１０に接着固定する方法を採用できる。それ故、対向基板２０に形成した遮光膜５９とオーバーラップするような遮光膜９００を形成しても、シール材８０を紫外線硬化するのに支障がない。
【００６２】
なお、凸レンズ９８、９９を接着するタイミングは、液晶パネル１００を組み立てた以降、あるいは液晶パネル１００を組み立る以前のアクティブマトリクス基板１０あるいは対向基板２０のいずれであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液晶パネルおよび投射型表示装置において、凸レンズが液晶パネルの外面を覆っているので、液晶パネルに照射された光のうち、額縁領域に向けて照射された光は、一部が凸レンズによって画面表示領域に導かれる。また、液晶パネルの画面表示領域から出射された光のうち、発散して拡大投射光学系からそれようとする光も拡大投射光学系に導くことができる。従って、光の利用効率が向上する。さらに、透明基板の外面が凸レンズで覆われていると、凸レンズの外面に傷や塵が付くことがあっても、このような傷や塵が付いた位置は、凸レンズの厚さに相当する距離だけ液晶から遠いので、傷や塵に対しては常にデフォーカス状態にある。それ故、凸レンズの外面に傷や塵が付いても、透明基板の外面に傷や塵が付かない限り、傷や塵が投射画像に映し出されることがないので、表示の品位が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液晶パネルをライトバルブとして用いた投射型表示装置の光学系を示す平面図である。
【図２】本発明を適用した液晶パネルの平面図である。
【図３】図２のＨ−Ｈ′線における断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明を適用した液晶パネルに用いたアクティブマトリクス基板のブロック図、（Ｂ）はそれにマトリクス状に構成された画素群のうちの１つを拡大して示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る液晶パネルの構成、および作用・効果を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係る液晶パネルの構成を示す説明図である。
【図１０】従来の液晶パネル、およびその問題点を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ 投射型表示装置
１０ アクティブマトリクス基板
２０ 対向基板
３０ 画素スイッチング用の薄膜トランジスタ
５３、５９、９００ 遮光膜
６０ データ線駆動回路
７０ 走査線駆動回路
８０ シール材
２４１ 液晶注入口
８８、８９ 接着剤
９８、９９ 凸レンズ
１００ 液晶パネル
３０２ アクティブマトリクス基板の外面
４０２ 対向基板の外面
９８０、９９０ 空気層
９８５、９９５ スペーサ
２０１１ 光源ランプ（光源）
２０１５ 照明用光学系
２０２０ 色分離光学系
２０２２ 赤緑反射ダイクロイックミラー
２０２４ 緑反射ダイクロイックミラー
２０２７、２０２８、２０２９ 集光レンズ
２０３０Ｒ、２０３０Ｇ、２０３０Ｂ 液晶ライトバルブ
２０４２ プリズムユニット（色合成光学系）
２０５０ 投射レンズユニット（投射光学系）
２０１０ 光学ユニット
Ｒ 赤色光束
Ｇ 緑色光束
Ｂ 青色光束
Claims (7)
- 一対の透明基板間に挟持された電気光学物質によって画面表示領域に入射した光を変調させて出射する電気光学パネルにおいて、
前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面側は、凸レンズによって覆われ、
前記一方の透明基板には前記画面表示領域を取り囲む第１の遮光膜が形成され、
前記凸レンズの前記一方の透明基板側の周縁部には、前記第１の遮光膜と部分的に重なるように第２の遮光膜が形成されていることを特徴とする電気光学パネル。 - 請求項１において、前記凸レンズは、前記一対の透明基板のうち、光入射側に位置する透明基板の外面を覆っていることを特徴とする電気光学パネル。
- 請求項１において、前記凸レンズは、前記一対の透明基板のうち、光出射側に位置する透明基板の外面を覆っていることを特徴とする電気光学パネル。
- 請求項１において、前記凸レンズは、前記一対の透明基板の外面の双方をそれぞれ覆っていることを特徴とする電気光学パネル。
- 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記凸レンズは、接着剤を介して透明基板の外面に貼られていることにより当該透明基板の外面を覆っていることを特徴とする電気光学パネル。
- 請求項５において、前記接着剤は、該接着剤によって前記凸レンズが接着されている透明基板と略等しい屈折率を有していることを特徴とする電気光学パネル。
- 請求項１ないし６のいずれかに規定する電気光学パネルを用いた液晶表示装置であって、光源と、該光源から出射された光を集光しながら前記電気光学パネルに入射させる集光光学系と、当該電気光学パネルによって光変調した出射光を投射面に拡大投射する拡大投射光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置。
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