JP3779052B2 - 液晶プロジェクタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
本明細書で開示する発明は、液晶表示装置を用いたプロジェクタに関する。また、液晶プロジェクタを組み込んだ液晶プロジェクションTVに関する。
【0003】
【従来の技術】
【0004】
最近安価なガラス基板上に半導体薄膜を形成した半導体装置、例えば薄膜トランジスタ(TFT)を作製する技術が急速に発達してきている。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置(液晶パネル)の需要が高まってきたことによる。
【0005】
アクティブマトリクス型液晶パネルは、マトリクス状に配置された数十〜数百万個もの画素領域にそれぞれTFTが配置され、各画素電極に出入りする電荷をTFTのスイッチング機能により制御するものである。
【0006】
また、その中でもアクティブマトリクス型液晶パネルを用いた投射型表示装置、いわゆるプロジェクタが、急速にその市場を拡大してきている。その理由として、液晶プロジェクタは、CRTを用いたプロジェクタと比較して、色再現性がよく、小型、軽量、低消費電力であること等が上げられる。
【0007】
液晶プロジェクタは、使用するアクティブマトリクス型液晶パネルの数によって3板式と単板式とに分類される。
【0008】
3板式の液晶プロジェクタの一例を図16に示す。1601は光源であり、1602、1603は、それぞれR(赤)とG(緑)との波長領域の光を選択的に反射するダイクロイックミラーである。1604、1605、および1606は、全反射ミラーであり、1607、1608、および1609は、それぞれR、G、Bに対応した透過型液晶パネルである。1610はダイクロイックプリズムであり、1611は投影レンズである。
【0009】
3板式の液晶プロジェクタは、3枚の白黒表示の液晶パネル1607、1608、および1609にそれぞれ赤、緑、青の3原色に対応した画像を表示し、それに対応する3原色の光で上記液晶パネルを照明する。そして、得られた各原色成分の画像をダイクロイックプリズム1610により合成してスクリーンに投射する。従って、3板式の液晶プロジェクタは、表示性能(解像度、スクリーン照度、色純度)に優れている。しかし、3系統分の液晶パネルおよび光学部品(レンズ、ミラーなど)を必要とするので光学系が複雑になり、小型化が難しい。また、高価なダイクロイックプリズムを必要とするので、コストが非常に高くなる。
【0010】
一方、単板式の液晶プロジェクタは、従来のカラーフィルタを用いた直視型の液晶表示装置と同じ方式によって、R、G、Bの各画素をそれぞれ駆動する方法で、得られたカラー画像をスクリーンへ投射していた。図17に従来の単板式のプロジェクタの光学系の構成図を示す。1701は光源、1702は集光レンズ、1703は液晶パネル、1704は投影レンズ、1705はスクリーンである。
【0011】
単板式の液晶プロジェクタは、上述した3板式の液晶プロジェクタと比較して、光学部品が1/3で済むことから、価格やサイズなどにおいて優れている。しかし、3板式と従来の単板式とで同じ液晶パネルを用いた場合、3板式は1つの画素に3色を重ねているのに対して、単板式は1つの画素を一色の画素としてしか利用できないため、単板式は3板式に比べて画質が劣る。しかも、上記の単板式の液晶プロジェクタは、光源からの白色光のうち不要な成分をカラーフィルタに吸収させることによって所望の色の画像を得ている。よって、液晶パネルに入射した白色光は、1/3しか透過せず、光の利用効率が悪い。
【0012】
上記の単板式の液晶プロジェクタの明るさを向上させるために、光源を明るくする方法がとられてきたが、カラーフィルタの光吸収による発熱および耐光性に対する問題が生じていた。
【0013】
そこで、従来の単板式の液晶プロジェクタの欠点を克服するために3枚のダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイとを用いた液晶プロジェクタが考え出された。
【0014】
図18を参照する。図18は、上記の単板式の液晶プロジェクタの光学系の構成図である。1801はランプとリフレクターとから成る白色光源である。1802、1803、および1804は、ダイクロイックミラーであり、それぞれ青、赤、緑の波長領域の光を選択的に反射する。1805はマイクロレンズアレイであり、複数のマイクロレンズによって構成されている。1806は液晶パネルであり、TN(ツイストネマチック)モードによって表示を行う。なお、液晶パネル1806には、電圧が印加されていないとき白表示となるノーマリホワイトモードが採用されている。1807はフィールドレンズ、1808は投影レンズ、1809はスクリーンである。
【0015】
光源1801から赤、緑、青のスペクトルを持つ白色光が出射される。光源1801は、出射された白色光の平行度が高くなるように設定されている。また、ランプから出射される白色光を有効利用するためにリフレクターが用いられている。
【0016】
光源1801から出射された白色光は、ダイクロイックミラー1802、1803、および1804に入射する。これらの3枚のダイクロイックミラーは、光源1801からの白色光を3原色の光(赤、緑、青)に分離し、これらの3つの光がマイクロレンズアレイ1805にそれぞれ異なる角度で入射するように、異なる角度をもって配置されている。
【0017】
ダイクロイックミラー1802は、青(B)の波長領域の光のみを反射し、その他の光を透過させる。ダイクロイックミラー1803は、ダイクロイックミラー1802を透過した光のうち赤(R)の波長領域の光のみを反射し、その他の光を透過させる。ダイクロイックミラー1804は、ダイクロイックミラー1802および1803を透過した光のうち緑の波長領域の光を反射させる。このような構成をとることによって、光源1801から出射された白色光を3原色に分離することができる。
【0018】
図19を参照する。図19に示されるようにR、G、Bの3原色に対応する液晶パネル1806の3画素に対し、1つのマイクロレンズが対応している。
【0019】
マイクロレンズアレイ1805は、上述の分離された3原色の光線を対応する画素に振り分け、且つ集光している。
【0020】
このように、上記の構成を有する単板式の液晶プロジェクタは、白色光をR、G、Bの3原色に分離後、それぞれの光をマイクロレンズによって液晶パネルの対応する画素の開口部に入射させているため、上述したカラーフィルタを用いた場合の単板式の液晶プロジェクタの3倍以上に光を有効利用できる。
【0021】
しかし、このマイクロレンズを用いた液晶プロジェクタでは、マイクロレンズによって各画素に集光された光束は、液晶パネルを通過後、大きな角度範囲で発散していく。このため、大口径の投影レンズを用いなければ、光束を完全に利用できず、スクリーン照度が低下する。
【0022】
また、このマイクロレンズを用いた液晶プロジェクタに用いられる液晶パネルには、TN(ツイストネマチック)モードが採用されている。しかも、液晶に電圧を印加しないときに白状態となるノーマリホワイトモードが採用されている。TNモードでは、ノーマリホワイトモードで液晶パネルを表示させる方がノーマリブラックモード(液晶に電圧を印加しない時黒状態となるモード)より高コントラストが得られるが、液晶パネルの画素部TFTに欠陥が生じた場合、輝点欠陥となりやすい。プロジェクタのように、画像を拡大して表示するような場合は、特に、上述の画素欠陥が画像表示に悪影響を及ぼすことになる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
【0024】
本願発明は、上述した問題を解決する単板式の液晶プロジェクタ、および液晶プロジェクタを組み込んだ液晶型プロジェクションTVを提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
【0026】
本発明のある実施形態によると、
白色光源と、
前記白色光源からの白色光を複数の色の光に分離する分離手段と、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、前記複数の色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記複数の色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタにおいて、
前記光学手段は、前記液晶パネルの複数画素のピッチで配列され分離された前記複数の色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、前記第1の光学手段と同じピッチを有し、前記第1の光学手段によって振り分けられた前記複数の色の光のそれぞれの主光線を屈曲し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させる第2の光学手段と、前記液晶パネルの画素と同じピッチを有し、前記第2の光学手段を通過した発散光を、画素開口部に向けて平行化する第3の光学手段と、を含む液晶プロジェクタが提供される。このことによって上記目的が達成される。
【0027】
前記分離手段によって分離された前記複数の色の光は、赤色、緑色、青色の光であってもよい。
【0028】
前記第1、第2、および第3の光学手段は、マイクロレンズアレイから成っていてもよい。
【0029】
前記第2の光学手段は、前記第1の光学手段と同じピッチを有するマイクロレンズアレイから成っていてもよい。
【0030】
前記第1および第2の光学手段は、シリンドリカルレンズから成っていてもよい。
【0031】
前記第2の光学手段は、前記第1の光学手段と同じピッチを有する台形プリズムのアレイから成っていてもよい。
【0032】
前記第1、第2、および第3の光学手段の中、少なくとも1つ以上の光学手段が、前記液晶パネルの入射側基板内に形成されていてもよい。
【0033】
前記液晶パネルは、電気光学効果を利用した液晶パネルであってもよい。
【0034】
前記液晶パネルは、電界制御複屈折効果を利用した液晶パネルであってもよい。
【0035】
前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行うようにしてもよい。
【0036】
前記液晶パネルの液晶分子は、基板に対して垂直配向もしくは概略垂直配向していてもよい。
【0037】
さらに、本発明のもう一つの実施形態によると、
白色光源と,
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記3つの色の光のそれぞれの主光線を屈曲し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させる第2の光学手段と、
前記第2の光学手段を通過した発散光を、画素開口部に向けて平行化する第3の光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタであって、
前記液晶パネルは、液晶の電気光学効果のうち電界制御複屈折効果を利用した液晶パネルである液晶プロジェクタが提供される。このことによって上記目的が達成される。
【0038】
さらに、本発明のもう一つの実施形態によると、
白色光源と,
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
第1の光学手段によって振り分けられた前記3つの色の光のそれぞれの主光線を屈曲し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させる第2の光学手段と、
前記第2の光学手段を通過した発散光を、画素開口部に向けて平行化する第3の光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタであって、
前記液晶パネルは、液晶の電気光学効果を利用したパネルであり、前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行う液晶プロジェクタが提供される。このことによって上記目的が達成される。
【0039】
さらに、本発明のもう一つの実施形態によると、
白色光源と,
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
第1の光学手段によって振り分けられた前記3つの色の光のそれぞれの主光線を屈曲し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させる第2の光学手段と、
第2の光学手段を通過した発散光を、画素開口部に向けて平行化する第3の光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタであって、
前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行う液晶プロジェクが提供される。このことによって上記目的が達成される。
【0040】
【作用】
【0041】
本発明の液晶プロジェクタは、ダイクロイックミラーで分離された赤、緑、青それぞれの光をマイクロレンズによって振り分け、平行化し、対応する画素に入射させることができる。これにより、単板式プロジェクタでありながらも、光源からの光を有効利用することができ、明るい画像を得ることができる。また、液晶パネルを通過した光の発散角が抑制されるので、投影レンズのF値(口径比の逆数)を従来の値よりも大きく設定することができる。従って、口径の小さな投影レンズを用いることができるので、装置の小型化および低廉化が可能となる。
【0042】
また、本発明の液晶プロジェクタには、液晶分子を基板に対して垂直配向させ、ECB(電界制御複屈折)モードによって表示を行う液晶パネルが用いられる。この液晶パネルの入射側と出射側のそれぞれに配置される偏光板の偏光軸を互いに直交させると、電圧が印加されていないとき黒表示となるノーマリブラックモードとなる。ノ─マリブラックモ─ドでは、液晶パネルのTFTに欠陥が発生した場合でも、欠陥の発生したTFTの画素は黒表示となるので、スクリーン上に拡大されても画素欠陥が目立ちにくい。従って、良好な画像を得ることができる。
【0043】
【実施例】
【0044】
(実施例1)
【0045】
本実施例は、マイクロレンズアレイを用いた液晶プロジェクタに関する。本実施例の液晶プロジェクタによると、マイクロレンズによって振り分けられたR、G、Bの光を液晶パネルの対応する各画素の開口部に入射させることができる。よって、光源からの光を有効利用することができ、スクリーン上に明るい画像を得ることができる。
【0046】
まず図1を参照する。101はランプとリフレクターとから成る白色光源であり、本実施例の光源手段として用いられている。101のランプにはメタルハライドランプが用いられている。102、103、および104は、ダイクロイックミラーであり、それぞれ緑、赤、青の波長領域の光を選択的に反射させ、白色光を分離する手段として用いられている。105、105’および106はマイクロレンズアレイであり、105と105’とは同一形状ではないが、それぞれのピッチは、3画素分の距離であり同じである。107は液晶パネルであり、本実施例では、液晶分子を基板に対して垂直配向させ、ECBモードによって表示を行うパネルが用いられている。なお、液晶パネル107には、電圧が印加されていないとき黒表示となるノーマリブラックモードが採用されている。108はフィールドレンズ、109は投影レンズ、110はスクリーンである。
【0047】
光源101から赤、緑、青のスペクトルを持つ白色光が出射される。光源101は、出射された白色光の平行度が高くなるように設定されている。また、ランプから出射される白色光を有効利用するためにリフレクターが用いられている。なお、光源101から出射される白色光の平行度が高くなるように、その他の光学素子が用いられてもよい。
【0048】
光源101から出射された白色光は、ダイクロイックミラー102、103、および104に入射する。これらの3枚のダイクロイックミラーは、光源101からの白色光を3原色の光(赤、緑、青)に分離し、これらの3つの色の光がマイクロレンズアレイ105にそれぞれ異なる角度で入射するように、異なる角度をもって配置されている。このようにして、光源101から出射された白色光は、複数の色の光(本実施例では3つの色の光)に分離される。
【0049】
ダイクロイックミラー102は、緑(G)の波長領域の光のみを反射し、その他の光を透過させる。ダイクロイックミラー103は、ダイクロイックミラー102を透過した光のうち赤(R)の波長領域の光のみを反射し、その他の光を透過させる。ダイクロイックミラー104は、ダイクロイックミラー102および103を透過した光のうち青(B)の波長領域の光を反射させる。このような構成をとることによって、光源101から出射された白色光を3原色に分離することができ、かつ光学系がコンパクトになる。なお,本実施例では、3枚のダイクロイックミラーを上述した順序で配置したが、これらの配置順序は変更可能である。
【0050】
次に、ダイクロイックミラー102、103、および104によって分離されたR、G、Bの3つの色の光を液晶パネル107の所望の画素に正確に入射させる光学手段としての3つのマイクロレンズアレイ105、105’および106の機能について図2および図3を用いて説明する。
【0051】
図2は、図3においてA−A’で示される断面を上から見た図であり、マイクロレンズアレイ105、105’、106、および液晶パネル107の画素との対応関係を示している。マイクロレンズアレイ105および105’を構成するマイクロレンズは、液晶パネル107のB、R、Gの3つの画素分の面積を有し、Rの画素を中心として配置されている。また、マイクロレンズアレイ106を構成するマイクロレンズは、液晶パネル107の1画素分の大きさである。
【0052】
液晶パネルの画素配列とマイクロレンズアレイ105、105’の形状および対応関係を図3に示す。液晶パネルの画素配列はデルタ配列であるので、本実施例では、マイクロレンズアレイ105の形状は六角形としたが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、液晶パネル107の3画素分の長方形の輪郭形状のマイクロレンズをレンガ積み状に配列したものであってもよい。また、マイクロレンズアレイ105’を構成するそれぞれのマイクロレンズ301は、光の入射方向から見た時、3個のマイクロレンズ106と液晶パネル107の3画素(302、303、304)を覆うように配置される。図より、R、G、Bの3原色に対応する液晶パネル107の3画素(302、303、304)に対して、1つのマイクロレンズ301および301’が対応していることが理解される。
【0053】
また、図3には、液晶パネル107の画素とマイクロレンズアレイ106との形状および対応関係も示されている。マイクロレンズ305に注目すると、液晶パネル107の各画素に対して、1つのマイクロレンズ305が対応していることが理解される。なお、本実施例では、マイクロレンズ305の形状は、マイクロレンズ301のように六角形としたが、説明の便宜上、図3においては円形で示してある。また、マイクロレンズ305の形状は、円形でも良い。この場合、必要に応じてレンズとレンズとの隙間を光を吸収する材料などで埋めてもよい。また、マイクロレンズ305の形状は、その製造プロセスによって制御され得る。また、マイクロレンズ305の形状は、マイクロレンズ301および301’の光学パラメ─タによって決定され得る。
【0054】
また、図4には、マイクロレンズアレイ105’の斜視図が示されている。図4に示されるように、マイクロレンズアレイ105’を構成するマイクロレンズ301’は、凸レンズの四方を切り取った様な形状をしている。このマイクロレンズ301’がB、R、Gの3画素に対応している。
【0055】
上記のマイクロレンズ105〜106は、例えば、イオン交換法(例えば、Appl.Optics,21(6)p.1052(1984)、Electron Lett.,17p.452(1981))、光重合性ポリマーを用いる方法(例えば、鈴木他;”プラスチックマイクロレンズの新しい作製法”,第24回微小光学研究会)、フォトレジストを加熱して表面張力によりレンズを形成する方法(例えば、Zoran D.Popovic et al.,Appl.Optics,27p.1281(1988))、蒸着法(例えば、特開昭61─64158号公報)、機械加工法、或いは特開平3─248125号公報に開示されている方法等により製造され得る。また、マイクロレンズの液晶プロジェクタへの応用例としては、マイクロレンズを液晶パネルの入射側基板内部に形成し、液晶パネルの実効開口率を向上させる方法(Hamada et al.,ASIA DISPLAY ’95,P.887(1995))が知られている。
【0056】
再度、図2において、ダイクロイックミラーによって分離されたR、G,Bの3つの色の光は、第1のマイクロレンズアレイ105に入射し、それぞれの主光線(マイクロレンズ105の中心を通過する光線)が角度+α、0、−α(本実施例ではα=6.1°)でマイクロレンズアレイ105を出射する。各光束は屈折率N1の媒質(本実施例では空気で、N1=1.00)を経て、マイクロレンズアレイ105の焦点面に集光される。ここで、G、Bの集光スポットが、対応する画素の中心線上にあるための条件は、tanα=P/f1である。但し、Pは画素ピッチで本実施例では50μm、f1はマイクロレンズアレイ105の焦点距離で本実施例では465μm(空気換算値)である。また、集光スポットの位置は第2のマイクロレンズアレイと重なるために、第1と第2のマイクロレンズ間隔も465μm(空気換算値)となる。次に、曲率半径Rを有し、屈折率N2の媒質で形成された第2のマイクロレンズアレイ105’によって、G、Bの色の光の主光線は屈折し、マイクロレンズアレイ106へと垂直入射する。なお、垂直入射の条件は、屈折の法則から、N1・sin(α+β)=N2・sinβ、但しβは屈折位置のレンズ面法線が光軸となす角度であり、R・sinβ=Pを満足する。本実施例では、β=10°、N2=1.60、R=288μmである。主光線以外の光線も同様に屈曲され、所定の発散角でマイクロレンズアレイ106に入射する。
【0057】
第3のマイクロレンズアレイ106は、そのサイズと焦点距離とは共に第1のマイクロレンズアレイ105の3分の1である。従って、本実施例での焦点距離f2は、f2=465/3=155μm(空気換算値)である。また、第2、第3のマイクロレンズアレイの間隔も155μm(空気換算値)となっている。従って、第2のマイクロレンズアレイ105’を通過した発散光は、マイクロレンズアレイ106によって平行化される。これらのR、G、Bの色の光は液晶パネル107の対応する画素にそれぞれ入射し、画像信号に応じて強度変調を受ける。
【0058】
液晶パネル107を通った光は、フィールドレンズ108で集められ、投影レンズ109に入射する。その後、投影レンズ109によって、スクリーン110に光が投射され、スクリーン110上に画像が結ばれる。
【0059】
上述したように、本実施例では、3枚のダイクロイックミラーを異なる角度で配置することによって白色光の分離を行い、分離された光を3つのマイクロレンズアレイによって、対応する画素の開口部に平行化された光束として入射させることができる。これにより、単板式プロジェクタでありながらも、光源からの光を有効利用することができ、明るい画像を得ることができる。また、液晶パネルを通過した光の発散角が抑制されるので、投影レンズのF値を従来の値よりも大きく設定することができる。従って、口径の小さな投影レンズを用いることができるので、装置の小型化および低廉化が可能となる。
【0060】
また、本実施例の別の形態として、図5に示すように、第2の光学手段として、マイクロレンズアレイ105’の代わりに台形プリズム501を用いてもよい。台形プリズム501は画素3つ分の大きさであり、第1のマイクロレンズアレイ105に対応する位置にある。また、両者の間隔は前述と同じ465μmとなっている。プリズムは屈折率N2の材質からなり、屈折率N1の媒質と界面とが接している。G、Bの色の光はプリズムの傾斜した部分で屈折され、主光線は第3のマイクロレンズアレイ106に垂直入射するが、その条件は、前述と同じく屈折の法則から、N1・sin(α+β)=N2・sinβで与えられる。βはプリズムの傾斜角であり、本実施例ではβ=10°(N1=1.00、N2=1.60、α=6.1°のとき)である。これにより、前述と同じ効果が得られる。
【0061】
ここで、本実施例の液晶パネル107の表示モードとして利用されている、ECB(電界制御複屈折)モードについて説明する。
【0062】
図20を参照する。図20において、2001は液晶パネル、2002は液晶パネル2001中の液晶分子2002、2003および2004は偏光板、2008は交流電源である。2005は入射光を示す。2006、2007はそれぞれ偏光板2003、2004の偏光透過軸を示す。2006は紙面に平行であり、2007は紙面に垂直である。
【0063】
図20(A)に示されるように、n型液晶を用いた垂直配向のECBモードでは、電圧を印加しない状態では、液晶パネル中の液晶分子は基板に対して垂直配向している。また、1対の偏光板2003および2004は、それぞれの偏光透過軸方向が直交し(いわゆるクロスニコル)、液晶パネル2001を挟むように配置されている。
【0064】
電圧を印加しない状態(図20(A))では、入射光2005は、偏光板2003によって紙面に平行な方向に偏光され、そのまま液晶層を通過する。液晶パネルを通過した光は、偏光透過軸方向が直交する偏光板2004を通過することはない。よって、暗状態(黒状態)となる。このように、電圧を印加しないとき暗状態となるモードをノーマリブラックモードという。
【0065】
次に、図20(B)に示すように、液晶パネルに電圧が印加された場合は、液晶分子の配向に変化が生じ、液晶分子が基板に対して斜めに配向する。よって、液晶パネルに入射する直線偏光は、液晶分子に対して斜めに入射することになる。この場合、液晶の複屈折効果によって、入射光の液晶の分子長軸に対して平行な成分と垂直な成分とに位相差が生じ、楕円偏光に変化する。液晶パネルを出射した楕円偏光の一部は、出射側の偏光板2004を通過することができる。よって明状態(白状態)となる。
【0066】
なお、上記の位相差は、液晶の複屈折Δn(=液晶の分子長軸方向の屈折率−液晶の分子長軸に垂直な方向の屈折率)と、光が液晶パネルの中を進む距離dとの積によって与えられる。
【0067】
なお、さらに強い電圧が印加された場合(図20(C))は、液晶分子は基板に対して、より斜めに配向する。この時、液晶パネルを通過する直線偏光には、より大きな位相差が生じ、偏光方向が90度ねじれた状態となって液晶パネルを出射する。この出射光が、偏光板2004を完全に通過し、最も明るい状態が得られるように液晶パネルのリタデ─ション(Δn・d)が決定される。また、本実施例では、直交する2枚偏光板の偏光軸に対して45°の方向に液晶分子がプレチルト角を有するようにラビング処理が施されている。このプレチルト角の方向によって電圧が印加された時の液晶分子の運動方向が決まる。
【0068】
上述したように、n型液晶を用いた垂直配向のECBモードによって液晶パネルの表示を行う場合は、光が液晶パネルの中を進む距離が重要となってくる。
【0069】
本実施例では、液晶パネル107は、n型液晶を用いた垂直配向のECBモードで表示を行い、かつ電圧が印加されていないとき黒表示となるノーマリブラックモードが採用されている。上述したように、ECBモードで表示を行う液晶パネルでは、光が液晶パネルの中を進む際に、液晶の複屈折性によって位相差が生じ、偏光状態が変化することを利用している。しかも、上記位相差は、光が液晶パネルの中を進む距離に比例する。したがって、本実施例のように、液晶パネルに入射する光を、事前にコリメートし、平行度の高い光とすることによって、光が液晶パネル中を進む距離のばらつきを抑制することができる。
【0070】
また、本実施例では、n型液晶を用いた垂直配向のECBモードで表示を行う液晶パネルを用いている。液晶パネルにECBモードによって表示を行わせる場合には、光が液晶パネル中を進む距離が重要である。なぜなら、液晶パネル中の液晶分子が光に与える情報は、液晶分子の複屈折と光が液晶パネル中を進む距離とに依存するからである。本実施例では、マイクロレンズアレイ105のマイクロレンズによって集光され、振り分けられた光をマイクロレンズアレイ106によってコリメートし、平行度の高くなった光を液晶パネルの対応する画素に入射させているので、光が液晶パネル中を進む距離にばらつぎが生じることを抑制することができる。よって、良好な表示を得ることができる。
【0071】
また、本実施例の液晶パネル107は、ノーマリブラックで動作するので、液晶パネルの一部のTFTに欠陥が主じ、そのTFTに対応する画素が動作不良となった場合でも、その画素は黒表示となるので、スクリーンに投射されても画質の低下を防ぐことができる。
【0072】
ここで、本実施例で用いられた液晶パネル107の作製工程を説明する。本実施例では絶縁表面を有する基板上に複数のTFTを形成し、画素マトリクス回路と周辺回路とをモノリシックに構成する例を図6〜図9に示す。なお、本実施例ではドライバー回路やロジック回路等の周辺回路の例として、基本回路であるCMOS回路を示す。
【0073】
図6を参照する。まず、絶縁表面を有する基板として石英基板601を準備する。石英基板の代わりに熱酸化膜を形成したシリコン基板を用いることもできる。また、石英基板上に一旦非晶質珪素膜を形成し、それを完全に熱酸化して絶縁膜とする様な方法をとっても良い。さらに、絶縁膜として窒化珪素膜を形成した石英基板、セラミックス基板またはシリコン基板を用いても良い。
【0074】
602は非晶質珪素膜であり、最終的な膜厚(熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚)が10〜75nm(好ましくは15〜45nm)となる様に調節する。なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管理を徹底的に行うことは重要である。
【0075】
本実施例の場合、非晶質珪素膜602中において代表的な不純物であるC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)、S(硫黄)の濃度はいずれも5×1018atoms/cm3 未満(好ましくは1×1018atoms/cm3 以下)となる様に管理している。各不純物がこれ以上の濃度で存在すると、結晶化の際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜質を低下させる原因となりうる。
【0076】
なお、非晶質珪素膜602中の水素濃度も非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑えた方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、非晶質珪素膜602の成膜は減圧熱CVD法であることが好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズマCVD法を用いることも可能である。
【0077】
次に、非晶質珪素膜602の結晶化工程を行う。結晶化の手段としては特開平7−130652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例1および実施例2のどちらの手段でも良いが、本実施例では、同広報の実施例2に記載した技術内容(特開平8−78329号公報に詳しい)を利用するのが好ましい。
【0078】
特開平8−78329号公報記載の技術は、まず触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜603を形成する。マスク絶縁膜603は触媒元素を添加するために複数箇所の開口部を有している。この開口部の位置によって結晶領域の位置を決定することができる。
【0079】
そして、非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル(Ni)を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ni含有層604を形成する。なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバルト(Co)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、ゲルマニウム(Ge)等を用いることができる(図6(A))。
【0080】
また、上記触媒元素の添加工程は、レジストマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易となるので、微細化した回路を構成する際に有効な技術となる。
【0081】
次に、触媒元素の添加工程が終了したら、450℃で1時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素雰囲気または酸素雰囲気中において500〜700℃(代表的には550〜650℃)の温度で4〜24時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜602の結晶化を行う。本実施例では窒素雰囲気で570℃で14時間の加熱処理を行う。
【0082】
この時、非晶質珪素膜602の結晶化はニッケルを添加した領域605および606で発生した核から優先的に進行し、基板601の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域607および608が形成される。この結晶領域607および608を横成長領域と呼ぶ。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶が集合しているため、全体的な結晶性に優れるという利点がある(図6(B))。
【0083】
なお、上述の特開平7−130652号公報の実施例1に記載された技術を用いた場合も微視的には横成長領域と呼びうる領域が形成されている。しかしながら、核発生が面内において不均一に起こるので結晶粒界の制御性の面で難がある。
【0084】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜603を除去してパターニングを行い、横成長領域607および608でなる島状半導体層(活性層)609、610、および611を形成する(図6(C))。
【0085】
ここで609はCMOS回路を構成するN型TFTの活性層、610はCMOS回路を構成するP型TFTの活性層、611は画素マトリクス回路を構成するN型TFT(画素TFT)の活性層である。
【0086】
活性層609、610、および611を形成したら、その上に珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜612を成膜する。
【0087】
そして、次に図6(D)に示す様に触媒元素(ニッケル)を除去または低減するための加熱処理(触媒元素のゲッタリングプロセス)を行う。この加熱処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。なお、ゲイト絶縁膜612を形成する前にも、触媒元素のゲッタリングプロセスを行ってもよい。また、何れかの工程だけ、行ってもよい。
【0088】
なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を十分に得るためには、上記加熱処理を700℃を超える温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタリング効果が得られなくなる恐れがある。
【0089】
そのため本実施例ではこの加熱処理を700℃を超える温度で行い、好ましくは800〜1000℃(代表的には950℃)とし、処理時間は0.1〜6hr、代表的には0.5〜1hrとする。
【0090】
なお、本実施例では酸素雰囲気中に対して塩化水素(HCl)を0.5〜10体積%(本実施例では3体積%)の濃度で含有させた雰囲気中において、950℃で、30分の加熱処理を行う例を示す。HCl濃度を上記濃度以上とすると、活性層609、610、および611の表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため好ましくない。
【0091】
また、ハロゲン元素を含む化合物してHClガスを用いる例を示したが、それ以外のガスとして、代表的にはHF、NF3 、HBr、Cl2 、ClF3 、BCl3 、F2 、Br2 等のハロゲンを含む化合物から選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来る。
【0092】
この工程においては活性層609、610、および611中のニッケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去されると考えられる。そして、この工程により活性層609、610、および611中のニッケルの濃度は5×1017atoms/cm3 以下にまで低減される。
【0093】
なお、5×1017atoms/cm3 という値はSIMS(質量二次イオン分析)の検出下限である。本発明者らが試作したTFTを解析した結果、1×1018atoms/cm3 以下(好ましくは5×1017atoms/cm3 以下)ではTFT特性に対するニッケルの影響は確認されなかった。ただし、本明細書中における不純物濃度は、SIMS分析の測定結果の最小値でもって定義される。
【0094】
また、上記加熱処理により活性層609、610、および611とゲイト絶縁膜612の界面では熱酸化反応が進行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜612の膜厚は増加する。この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界面準位の少ない半導体/絶縁膜界面を得ることができる。また、活性層端部における熱酸化膜の形成不良(エッジシニング)を防ぐ効果もある。
【0095】
さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱処理を施した後に、窒素雰囲気中で950℃で1時間程度の加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜612の膜質の向上を図ることも有効である。
【0096】
なお、SIMS分析により活性層609、610、および611中にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素が、1×1015atoms/cm3 〜1×1020atoms/cm3 の濃度で残存することも確認されている。また、その際、活性層609、610、および611と加熱処理によって形成される熱酸化膜との間に前述のハロゲン元素が高濃度に分布することがSIMS分析によって確かめられている。
【0097】
また、他の元素についてもSIMS分析を行った結果、代表的な不純物であるC(炭素)、N(窒素)、O(酸素)、S(硫黄)はいずれも5×1018atoms/cm3 未満(典型的には1×1018atoms/cm3 以下)であることが確認された。
【0098】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型613、614、および615を形成する。本実施例では2wt%のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる(図7(A))。
【0099】
次に、特開平7−135318号公報記載の技術により多孔性の陽極酸化膜616、617、および618、無孔性の陽極酸化膜619、620、および621、ゲイト電極622、623、および624を形成する(図7(B))。
【0100】
こうして図7(B)の状態が得られたら、次にゲイト電極622、623、および624、多孔性の陽極酸化膜616、617、および618をマスクとしてゲイト絶縁膜612をエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜616、617、および618を除去して図7(C)の状態を得る。なお、図7(C)において625、626、および627で示されるのは加工後のゲイト絶縁膜である。
【0101】
次に、N型またはP型のいずれかの導電性を付与する不純物元素の添加工程を行う。不純物元素としてはN型ならばP(リン)またはAs(砒素)、P型ならばB(ボロン)を用いれば良い。
【0102】
本実施例では、不純物添加を2回の工程に分けて行う。まず、1回目の不純物添加(本実施例ではP(リン)を用いる)を高加速電圧80keV程度で行い、n- 領域を形成する。このn- 領域は、Pイオン濃度が1×1018atoms/cm3 〜1×1019atoms/cm3 となるように調節する。
【0103】
さらに、2回目の不純物添加を低加速電圧10keV程度で行い、n+ 領域を形成する。この時は、加速電圧が低いので、ゲイト絶縁膜がマスクとして機能する。また、このn+ 領域は、シート抵抗が500Ω以下(好ましくは300Ω以下)となるように調節する。
【0104】
以上の工程を経て、CMOS回路を構成するN型TFTのソース領域628、ドレイン領域629、低濃度不純物領域630、チャネル形成領域631が形成される。また、画素TFTを構成するN型TFTのソース領域632、ドレイン領域633、低濃度不純物領域634、チャネル形成領域635が確定する(図7(D))。
【0105】
なお、図7(D)に示す状態ではCMOS回路を構成するP型TFTの活性層もN型TFTの活性層と同じ構成となっている。
【0106】
次に、図8(A)に示すように、N型TFTを覆ってレジストマスク636を設け、P型を付与する不純物イオン(本実施例ではボロンを用いる)の添加を行う。
【0107】
この工程も前述の不純物添加工程と同様に2回に分けて行うが、N型をP型に反転させる必要があるため、前述のPイオンの添加濃度の数倍程度の濃度のB(ボロン)イオンを添加する。
【0108】
こうしてCMOS回路を構成するP型TFTのソース領域637、ドレイン領域638、低濃度不純物領域639、チャネル形成領域640が形成される(図8(A))。
【0109】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物イオンの活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【0110】
次に、層間絶縁膜641として酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、ソース電極642、643、および644、ドレイン電極645、646を形成して図8(B)に示す状態を得る。
【0111】
次に、10〜50nmの厚さの窒化珪素膜547、ブラックマスク648を形成する(図8(C))。
【0112】
図8(C)の構成では、窒化珪素膜647を介して、ドレイン電極646とブラックマスク648との間で補助容量を形成する。
【0113】
このように、図8(C)の構成では、ブラックマスク648が補助容量の上部電極を兼ねている点が特徴である。
【0114】
なお、図8(C)に示すような構成では、広い面積を占めやすい補助容量をTFTの上に形成することで開口率の低下を防ぐことが可能である。また、誘電率の高い窒化珪素膜を25nm程度の厚さで利用できるので、少ない面積で非常に大きな容量を確保することが可能である。
【0115】
次に、基板全体を350℃の水素雰囲気で1〜2時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中(特に活性層中)のダングリングボンド(不対結合手)を補償する。以上の工程を経て同一基板上にCMOS回路および画素マトリクス回路を作製することができる。
【0116】
次に、有機性樹脂膜でなる第2の層間絶縁膜649を0.5〜3μmの厚さに形成する。そして、層間絶縁膜649上に導電膜を形成しパターニングすることにより画素電極650を形成する。本実施例は透過型の例であるため画素電極650を構成する導電膜としてITO等の透明導電膜を用いる。
【0117】
次に、図9に示すように、上記の工程によって作製されたアクティブマトリクス基板をもとに、液晶パネルを作製する工程を説明する。
【0118】
図8(C)の状態のアクティブマトリクス基板に配向膜651を形成する。本実施例では、配向膜651には、ポリイミドを用いた。次に、対向基板を用意する。対向基板は、ガラス基板652、透明導電膜653、配向膜654とで構成される。
【0119】
なお、本実施例では、配向膜には、液晶分子が基板に対して垂直に配向するようなポリイミド膜を用いた。なお、配向膜形成後、ラビング処理を施すことにより、液晶分子がある一定のプレチルト角を持って垂直配向するようにした。
【0120】
なお、対向基板には必要に応じてブラックマスクなどが形成されるが、ここでは省略する。
【0121】
次に、上記の工程を経たアクティブマトリクス基板と対向基板とを公知のセル組み工程によって、シール材やスペーサ(図示せず)などを介して貼り合わせる。その後、両基板の間に液晶材料655を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。よって、図9に示すような透過型の液晶パネルが完成する。
【0122】
なお、本実施例では、液晶パネルが、ECB(電界制御複屈折)モードによって表示を行うようにした。そのため、1対の偏光板(図示せず)がクロスニコル(1対の偏光板が、それぞれの透過軸を直交させるような状態)で、液晶パネルを挟持するように配置された。なお、1対の偏光板のそれぞれの透過軸が、ラビング方向つまり液晶の分子長軸の基板に対する射影軸と45°の角度をなすように配置された。
【0123】
よって、本実施例では、液晶パネルに電圧が印加されていないとき黒表示となる、ノーマリブラックモードで表示を行うことが理解される。
【0124】
また、図8(C)に示した様なアクティブマトリクス基板の外観を図10に簡略化して示す。図10において、1001は石英基板、1002は画素マトリクス回路、1003はソースドライバー回路、1004はゲイトドライバー回路、1005はロジック回路である。
【0125】
ロジック回路1005は広義的にはTFTで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するため、それ以外の信号処理回路(メモリ、D/Aコンバータ、パルスジェネレータ等)を指す。
【0126】
また、こうして形成された液晶パネルには外部端子としてFPC(Flexible Print Circuit)端子が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれるのはFPCを取り付けた状態の液晶パネルである。
【0127】
(実施例2)
【0128】
本実施例では、実施例1で説明した液晶プロジェクタにおいて、画素配置を変更した液晶パネルをもちい、それに合わせてマイクロレンズの形状を変化させた。本実施例では、マイクロレンズと液晶パネルとが実施例1と異なり、その他の構成要素は、実施例1と同じであるので、ここでは省略する。
【0129】
図11を参照する。図11には、液晶パネル1101の画素と、複数のシリンドリカルレンズ1102からなる第1のレンチキュラーレンズ1103と、第1のレンチキュラーレンズと同じ形状である複数のシリンドリカルレンズ1104からなる第2のレンチキュラーレンズ1105と、複数のマイクロレンズ1106からなるマイクロレンズアレイ1107との対応関係を示している。なお、本実施例の液晶パネル1101の各画素は、ストライプ配列をとっている。
【0130】
次に、図12を用いて、レンチキュラーレンズ1103に入射する光が、レンチキュラーレンズ1105、マイクロレンズアレイ1107、および液晶パネル1101を通過し、画像の情報が与えられるまでの動作を説明する。
【0131】
3枚のダイクロイックミラーによって分離されたR、G、Bの3つの色の光は、それぞれ異なる角度をもってレンチキュラーレンズ1103に入射する。シリンドリカルレンズと液晶パネル1101の画素との対応関係を図12に示す。レンチキュラーレンズ1102に注目する。R、G、Bの3原色に対応する液晶パネル107の3画素の列に対して、1つのシリンドリカルレンズが対応していることが理解される。
【0132】
次に、レンチキュラーレンズ1103に入射したR、G、Bの色の光はそれぞれ、第2のレンチキュラーレンズ1105のレンズ面上に集光ラインを形成する。R、G、Bスポット光の位置は対応する画素の中心線上にあり、第2のレンチキュラーレンズによって、その主光線が折り曲げられ、第3のマイクロレンズアレイ1107へと入射する。
【0133】
複数のマイクロレンズから成るマイクロレンズアレイ1107に入射したR、G、Bの色の光は、マイクロレンズによってコリメートされ、平行度の高い光に変換される。その後、これらのR、G、Bの色の光は、液晶パネル1101のそれぞれ対応する画素に入射し、画像の情報が与えられる。
【0134】
本実施例では、液晶パネル1101は、ECBモードで表示を行い、かつ電圧が印加されていないとき黒表示となるノーマリブラックモードが採用されている。上述したように、ECBモードで表示を行う液晶パネルでは、光が液晶パネルの中を進む際に、液晶の複屈折性によって位相差が生じ、偏光状態が変化することを利用している。しかも、上記位相差は、光が液晶パネルの中を進む距離に比例する。したがって、本実施例のように、液晶パネルに入射する光を、事前にコリメートし、平行度の高い光とすることによって、光が液晶パネル中を進む距離のばらつきを抑制することができる。
【0135】
液晶パネル1101を通過した光は、その後、集光レンズ(図示せず)に入射する。集光レンズで集められた光は、投影レンズ(図示せず)によってスクリーン(図示せず)に投射される。
【0136】
上述したように、本実施例では、3枚のダイクロイックミラーを異なる角度でもって配置することによって白色光の分離を行っている。また、ダイクロイックミラーで分離された光を、レンチキュラーレンズ1103、1105およびマイクロレンズアレイ1107とによって対応する画素の開口部に正確に入射させることができる。よって、光の有効利用が実現できる。
【0137】
なお、レンチキュラーレンズ1103、1105およびマイクロレンズアレイ1107は、所望の位置に光が焦点を結ぶように設計され、その配置が調節される。
【0138】
また、本実施例では、レンチキュラーレンズ1103によって振り分けられたR、G、Bの色の光を、複数のシリンドリカルレンズから成るレンチキュラーレンズ1105によって、各色の光の主光線を折り曲げ、マイクロレンズアレイ1107に垂直入射させているが、同様な効果を与える素子であれば、いかなるものを用いてもよい。例えば、実施例1で述べた微少な台形プリズムを用いてもよい。
【0139】
(実施例3)
【0140】
本実施例では、上記実施例1および2で述べた3種類のマイクロレンズと液晶パネルとの一体化を図った。液晶プロジェクタの他の構成要素については、実施例1と同じであるので省略する。
【0141】
図13を参照する。図13には、実施例2の2つのレンチキュラーレンズ、マイクロレンズアレイ、および液晶パネルが示されている。本実施例では、レンチキュラーレンズ1301と1302とは一体形成されており、レンチキュラーレンズ1303を構成している。また、マイクロレンズアレイ1304と液晶パネルとは一体形成されており、液晶パネル1305を構成している。
【0142】
また、レンチキュラーレンズ1303と液晶パネル1305との隙間1306に樹脂などを注入し、固定してもよい。また、レンチキュラーレンズ1303と液晶パネル1305とをホルダーなどで固定してもよい。
【0143】
3枚のダイクロイックミラーによって分離されたR、G、Bの3つの光が、それぞれ異なる角度でレンチキュラーレンズ1301に入射すると、液晶パネルのそれぞれの画素に対応した光が、マイクロレンズ1304から出射される。また、マイクロレンズアレイ1304は、液晶パネルの画素に近傍しているので、マイクロレンズから出射した光束を、異なる色の画素に入射させることなく、対応する画素開口部に確実に入射させることができる。
【0144】
なお、本実施例では、実施例2を例にとって説明したが、実施例1においても、マイクロレンズを一体形成し、隙間を樹脂などで固定できることは言うまでもない。
【0145】
(実施例4)
【0146】
本実施例では、上記実施例1、2あるいは3に示したような光学エンジンをセットに組み込んだプロジェクタ(プロジェクションTV)について説明する。図14に、本実施例のプロジェクションTVの外観図を示す。本実施例のプロジェクションTVは、一般的に、リア型プロジェクタとも呼ばれるタイプである。なお、図14(A)は側面図であり、内部構造を簡略化して示されている。また、図14(B)は、本実施例のプロジェクションTVを斜めから見た図である。
【0147】
図14(A)および(B)において、1401は本体、1402は光学エンジン、1403はリフレクター、1404はスクリーンである。実際には、その他の光学系が加わって複雑な構成となるが、本実施例では概略の構成のみを示すこととする。
【0148】
光学エンジンには、実施例1、2あるいは3のプロジェクタを用いる。
【0149】
なお、実施例1、2あるいは3の液晶パネルに半導体回路を一体形成することによってNTSC方式、PAL方式、ディジタル方式の信号にも対応できるようにすることができる。
【0150】
また、ビデオ信号がXGA、SXGA、UXGAといった様に、異なる解像度に対応していても、ロジック回路等で不必要な箇所(画像非表示部)を黒表示するなどの工夫により解像度の低下を防ぎ、かつコントラストの高い映像を提供することができる。
【0151】
(実施例5)
【0152】
本実施例では、実施例4とは異なる構成のプロジェクタ(プロジェクションTV)について説明する。本実施例で示す装置は、一般的にはフロント型プロジェクタと呼ばれているタイプである。
【0153】
図15に、本実施例のフロント型プロジェクタの構成図を示す。図15において、1501はプロジェクション本体、1502は投影レンズ、1503はスクリーンである。
【0154】
プロジェクション本体1501には、実施例1に示したプロジェクタを用いる。プロジェクション本体1501から映像情報を含む光が供給され、投影レンズ1502によって、映像がスクリーン1503に投射される。
【0155】
フロント型プロジェクタの最大の特徴は、映像が大画面スクリーンに映し出されることである。よって、会議やプレゼンテーション用のアプリケーションとしての需要が高い。なお、スクリーンには対角1〜2.5mのものが一般的によく用いられているが、それ以上のサイズのものも用いられる。
【0156】
(実施例6)
【0157】
上記実施例1〜5では、ECB(電界制御複屈折)モードで表示を行う液晶パネルを用いたが、ECBモードのうちでもIPS(横電界)モードで表示を行う液晶パネルを用いてもよいし、TN(ツイストネマチック)やSTN(スーパーツイストネマチック)などのモードで表示を行う液晶パネルを用いてもよい。
【0158】
また、上記実施例1〜5では、光源にメタルハライドランプを用いたが、赤、青、緑の波長領域に鋭いスペクトルをもつ他のランプを用いてもよい。
【0159】
【発明の効果】
【0160】
本発明の液晶プロジェクタによると、単板式の液晶プロジェクタでありながらも光の有効利用がはかれる。また、マイクロレンズによって振り分けられた光を液晶パネルに入射させる前に平行度の高い光に変換することによって、液晶パネルの対応する画素に確実に入射させることができる。こうすることによって、光の有効利用を達成することができる。
【0161】
また、本実施例では、第1のマイクロレンズアレイによって集光され、第2のマイクロレンズアレイによって各色光の主光線を折り曲げ、振り分けられた光を第3のマイクロレンズアレイによってコリメートし、平行度の高い光を液晶パネルの対応する画素に入射させているので、光が液晶パネル中を進む距離にばらつぎが生じることを抑制することができる。よって、ECBモードで表示を行う場合でも、良好な表示を得ることができる。
【0162】
また、本発明の液晶プロジェクタは、液晶パネルにノーマリブラックモードを採用しているので、液晶パネルのTFTに欠陥が生じても黒点となり、画質の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図2】 本発明の液晶プロジェクタにおける、第1のマイクロレンズ、第2のマイクロレンズ、第3のマイクロレンズ、画素、および液晶パネルを通過する光の関係を示す図である。
【図3】 本発明の液晶プロジェクタにおける第1、第2のマイクロレンズと画素との位置関係を示す図である。
【図4】 本発明の液晶プロジェクタにおける第3のマイクロレンズと画素との位置関係を示す図である。
【図5】 本発明の別の液晶プロジェクタにおける第1のマイクロレンズ、第2の台形プリズム、第3のマイクロレンズ、画素、および液晶パネルを通過する光の関係を示す図である。
【図6】 TFTの作製工程を示す図である。
【図7】 TFTの作製工程を示す図である。
【図8】 TFTの作製工程を示す図である。
【図9】 液晶パネルの断面図である。
【図10】 アクティブマトリクス基板の上面図である。
【図11】 本発明の別の液晶プロジェクタにおける第1のレンチキュラーレンズと、第2のレンチキュラーレンズと、マイクロレンズアレイと、画素との位置関係を示す図である。
【図12】 本発明の別の液晶プロジェクタにおける第1のレンチキュラーレンズ、第2のレンチキュラーレンズ、マイクロレンズアレイ、画素、および液晶パネルを通過する光の関係を示す図である。
【図13】 本発明の別の液晶プロジェクタにける、第1のマイクロレンズ、第2のマイクロレンズ、第3のマイクロレンズ、画素、および液晶パネルを通過する光の関係を示す図である。
【図14】 リア型液晶プロジェクションTVの構成を示す図である。
【図15】 フロント型液晶プロジェクションTVの構成を示す図である。
【図16】 従来の3板式液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図17】 従来の単板式液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図18】 従来のマイクロレンズを用いた単板式液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図19】 従来のマイクロレンズを用いた単板式液晶プロジェクタにおけるマイクロレンズおよび画素を通過する光の関係を示す図である。
【図20】 ECBモードの動作原理を示す図である。
【符号の説明】
101 光源
102、193、104 ダイクロイックミラー
105 マイクロレンズアレイ
105’ マイクロレンズアレイ
106 マイクロレンズアレイ
107 液晶パネル
108 フィールドレンズ
109 投影レンズ
110 スクリーン
Claims (14)
- 白色光源と、
前記白色光源からの白色光を複数の色の光に分離する分離手段と、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記複数の色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記複数の色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタであって、
前記光学手段は、
前記分離手段により分離された複数の色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記それぞれの色の主光線を屈曲させる第2の光学手段と、
第3の光学手段とを含み、
前記第1の光学手段は、前記液晶パネルの前記複数の色数の画素分のピッチで複数配列され、
前記第2の光学手段は、一方の方向には前記液晶パネルの前記複数の色数の画素分のピッチで複数配列され、当該方向と直交する方向には前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記第2の光学手段を通過したそれぞれの色の主光線及び発散光を平行化し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射することを特徴とする液晶プロジェクタ。 - 白色光源と、
前記白色光源からの白色光を複数の色の光に分離する分離手段と、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記複数の色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記複数の色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクタであって、
前記光学手段は、
前記分離手段により分離された複数の色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記それぞれの色の主光線を屈曲させる第2の光学手段と、
前記第1の光学手段の3分の1の焦点距離を有する第3の光学手段とを含み、
前記第1の光学手段は、前記液晶パネルの前記複数の色数の画素分のピッチで複数配列され、
前記第2の光学手段は、一方の方向には前記液晶パネルの前記複数の色数の画素分のピッチで複数配列され、当該方向と直交する方向には前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記第2の光学手段を通過したそれぞれの色の主光線及び発散光を平行化し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射することを特徴とする液晶プロジェクタ。 - 前記分離手段によって分離された前記複数の色の光は、赤色、緑色、青色の光である請求項1または2に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記第1の光学手段、前記第2の光学手段、および前記第3の光学手段は、マイクロレンズである請求項1乃至3のいずれか一に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記第1の光学手段および前記第3の光学手段は、マイクロレンズであり、前記第2の光学手段は、台形プリズムである請求項1乃至3のいずれか一に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記第1の光学手段および前記第2の光学手段は、シリンドリカルレンズであり、前記第3の光学手段は、マイクロレンズである請求項1乃至3のいずれか一に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記第1、第2、および第3の光学手段のうち、少なくとも1つ以上の光学手段が、前記液晶パネルの入射側基板内に形成されている請求項1乃至6のいずれか一に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記液晶パネルは、電気光学効果を利用した液晶パネルである請求項1乃至7のいずれか一に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記電気光学効果は、電界制御複屈折効果である請求項8に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行う請求項9に記載の液晶プロジェクタ。
- 前記液晶パネルの液晶分子は、基板に対して最適視角配向もしくは概略最適視角配向している請求項10に記載の液晶プロジェクタ。
- 白色光源と、
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクターであって、
前記光学手段は、
前記ダイクロイックミラーにより分離された3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記それぞれの色の主光線を屈曲させる第2の光学手段と、
第3の光学手段とを含み、
前記第1の光学手段は、前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、
前記第2の光学手段は、一方の方向には前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、当該方向と直交する方向には前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記第2の光学手段を通過したそれぞれの色の主光線及び発散光を平行化し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させるものであり、
前記液晶パネルは、液晶の電気光学効果のうち電界制御複屈折効果を利用した液晶パネルである液晶プロジェクタ。 - 白色光源と、
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクターであって、
前記光学手段は、
前記ダイクロイックミラーにより分離された3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記それぞれの色の主光線を屈曲させる第2の光学手段と、
第3の光学手段とを含み、
前記第1の光学手段は、前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、
前記第2の光学手段は、一方の方向には前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、当該方向と直交する方向には前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記第2の光学手段を通過したそれぞれの色の主光線及び発散光を平行化し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させるものであり、
前記液晶パネルは、液晶の電気光学効果を利用したパネルであり、
前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行う液晶プロジェクタ。 - 白色光源と、
前記白色光源からの白色光を3つの色の光に分離する3枚のダイクロイックミラーと、
液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に設けられ、分離された前記3つの色の光を色毎に、前記液晶パネルの画素開口部に照射させる光学手段と、
前記液晶パネルにより変調された前記3つの色の光を投影する手段と、
を備えている液晶プロジェクターであって、
前記光学手段は、
前記ダイクロイックミラーにより分離された3つの色の光をそれぞれの色について振り分け且つ集光する第1の光学手段と、
前記第1の光学手段によって振り分けられた前記それぞれの色の主光線を屈曲させる第2の光学手段と、
第3の光学手段とを含み、
前記第1の光学手段は、前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、
前記第2の光学手段は、一方の方向には前記液晶パネルの3画素分のピッチで複数配列され、当該方向と直交する方向には前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記液晶パネルの画素と同じピッチで複数配列され、
前記第3の光学手段は、前記第2の光学手段を通過したそれぞれの色の主光線及び発散光を平行化し、前記液晶パネルに最適視角方向から入射させるものであり、
前記液晶パネルは、ノーマリブラックモードで表示を行う液晶プロジェクタ。
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