JPH02251820A - 液晶パネル光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業の利用分野〕 本発明は、液晶デイスプレィ、液晶シャッタアレイ、液
晶テレビ等に使用される液晶パネル光学系に関し、特に
液晶プロジェクタの光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

液晶テレビ等に使用されている液晶マトリクスアレイは
、数μｍ程度の厚みの液晶層を２枚のガラス基板で挟み
込む、これに電極、信号線、ＴＰＴ等を成膜、バターニ
ングして作製される。その−船釣な構造を第３図に示す
。図中１．２はガラス基板、３は液晶層、４は透明電極
、５は液晶窓、６は配線パターン、ＴＰＴ等の不透光部
分、７は照明光である。各画素のスイッチングのための
ＴＦＴは、α−Ｓｉ又はＰｏ１ｙ　Ｓｉで作製される事
が多く、このためガラス基板１，２としては無アルカリ
ガラス（例えばα−Ｓｉに対してはコーニング社製＃７
０５９、Ｐｏ１ｙ−５ｔに対しては石英ガラス）が使用
される事が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、液晶面は前述のように電極、信号線、Ｔ
ＰＴがバターニングされているため、１画素の面積に対
し実際に光が通過する領域（以下「液晶窓」と呼ぶ）が
小さい。特に画素数を増やす場合、１画素の面積が小さ
くなり、このような場合開口率（液晶窓面８Ｉ／１画素
面積）が２０ないし３０％程度と極めて低くなる事が多
く、結果的にデイスプレィが暗くなるという欠点があっ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

上記従来の問題点を解決する本発明の液晶光学装置は、
−次元又は二次元に多数個配列された画素を持つ液晶パ
ネルを少くとも１枚備え、この液晶パネルには、パネル
１枚単位でそれぞれ異なる色を透過するフィルタを設け
るか又は、１枚の液晶パネル上の各画素ごとに異なる色
を透過するフィルタを設け、さらに液晶パネルの各画素
に対向させて配列した微小レンズ列を設けるとともに、
各レンズの集光特性を前記フィルタの透過波長ごとに稀
かに変えて作製し、これにより液晶パネルに入射する照
明光が、前記フィルタの透過波長によらず、液晶開口面
で最も集光するようにした。

〔作　用〕

上記構成によれば、液晶パネルの各画素に対して微小レ
ンズが設けられているため、面積の小さい液晶窓に照明
光が有効に絞り込まれ、実行的な開口率を向上させる事
が出来る。一般にレンズは、屈折率の波長分散に起因し
て、入射光の波長によりその焦点位置がずれるため、色
フィルタの透過波長（例えばＲ，Ｇ、Ｂ各色に対応した
透過波長）により、液晶窓が存在する面上での集光効果
が異なり、照明光の利用効率が十分に上げられない可能
性が大きい。このような波長による集光特性の違いは、
微小レンズをフレネルレンズとして作製する場合特に顕
著になる。これに対して本発明では、波長による集光効
果の相違、即ち縦の色収差を考慮して、各レンズが設計
されているため、Ｒ，Ｇ、Ｂ各色ごとに最大の開口効率
を得る事が出来る。

〔実施例〕

以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る液晶パネル光学装置の断面図であ
り、従来と変らない部分については第３図と共通の参照
番号を付している。液晶パネル１０を成す一方のガラス
基板１の表面に、各画素に対向して微小レンズ列８がフ
レネルレンズとして形成しである。例えば、ガラス基板
１の表面に、ニッケル等の金型を用いて、プラスチック
材料をモールドしてレンズ列８を一体形成する。レンズ
列８よりも光源側には色フィルタ９が置かれ、この色フ
ィルタ９により、例えばハロゲンランプの様な白色光源
から射出した白色光が各画素ごとにＲ，Ｇ、Ｂの様な異
なった色の光となってレンズ列８の個々の微小レンズ、
８　Ａに入射する。上記微小レンズ８Ａにより、照明光
７は絞り込まれ、小さな面積の液晶窓５の位置に集光す
る。従って、ガラス基板１に入射する照明光は効率良く
液晶窓５を通過する事が出来るが、レンズ列８の各レン
ズ８Ａの集光特性をすべて同一にすると、色フィルタの
透過波長の相違に基づく焦点位置のずれによって、照明
光の利用効率を十分高めることができない。そこで、本
発明では上記各レンズ８Ａの集光特性をフィルタの透過
波長ごとに変えて作製し、入射光の波長によらず常に、
入射光が液晶窓５に正確に集光するようにする。

具体的な数値例を以下に示す。液晶パネルのガラス基板
１の厚みを１．０１、屈折１．５．１画素サイズ１００
　Ｘ　１００．ｕｍ２の時の各色Ｒｅｄ　（λ〜６５０
ｎｍ）　、Ｇｒｅｅｎ　　（〜５５０ｎｍ）、旧ｕｅ　
（〜４４０ｎｍ）に対する各フレネルレンズ８Ａの形状
及び寸法を、第３図及び第１表に示すように設定する。

第１表は、Ｒ，Ｇ、Ｂの各中心波長光に対して同一の焦
点位置を与えるフレネルレンズの輪帯厚み値及び各輪帯
半径を示している。

第 表 本実施例の微小レンズ列８はフレネルレンズとして形成
されているが、各レンズ８Ａの領域を円形ではなく四辺
形として、各画素間に隙間がなくなるようにすれば、ガ
ラス基板１に入射するほとんどすべての照明光が液晶窓
５を通過することが出来、円形レンズの場合に比べてよ
り一層明るくなる。また微小レンズ列８は、フレネルレ
ンズを用いる代りにて船釣な球面レンズとして形成して
しもよく、さらにレンチキュラーレンズであってもよい
。また微小レンズ列８の作製方法としては、プラスチッ
ク系材料以外に、例えばゾル−ゲル法によりガラス材料
を成形する方法でもよい。なお第１図において、微小レ
ンズ列８の焦点面はガラス基板１の反対面から若干離れ
た位置に示されているが、実際はガラス基板ｌの厚み約
１．１ｍｍ程度に対し液晶層３の厚みは数μｍ程度であ
り、微小レンズ列８の焦点面はほぼガラス基板１の反対
面の近傍になっている。

〔発明の効果〕

本発明により、従来極めて低かった照明の利用効率を大
幅に向上する事が出来、極めて明るい液晶プロジェクタ
が実現でき、また照明系を小さくできるため、消費電力
の点でもメリットがある。

カラーデイスプレィの場合、各画素ごとにＲ，Ｇ、Ｂ等
の色フィルタが設けられ、これにより光の波長が画素ご
とに異なるが、本発明のように各波長ごとにフレネルレ
ンズ、球面レンズの形状設計を最適化する事により、波
長変化による効率低下が抑えられる。また実施例のよう
に、微小レンズ列を液晶パネルガラス基板の一方の面に
一体形成すれば、例えば他の基板に微小レンズを作製し
たものを液晶パネルガラス基板に接着するような作製方
法に比べて組立て工数が削減でき、またガラス基板の膨
張係数の差による微小レンズと液晶窓の位置ずれ（光量
低下になる）等の問題を生じないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図の液晶パネルに設けた微小レンズ列を構成する単一レ
ンズを拡大して示す断面図及び正面図、第３図は従来の
液晶パネルを示す断面図である。 １．２・・・液晶パネル基板、３・・・液晶層、４・・
・透明電極、５・・・液晶窓、６・・・配線パターン、
７・・・照明光、８・・・微小レンズ列、８Ａ・・・微
小レンズ、９・・・色フィルタ。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一次元又は二次元に多数個配列された画素をもつ液晶パ
   ネルを少くとも１枚備え、前記液晶パネルは１枚単位で
   異なる色を透過させるフィルタを備えるか又は、１枚の
   液晶パネル上の画素単位に異なる色を透過させるフィル
   タを備え、さらに前記液晶パネルは、各画素に対向させ
   て配列した微小レンズ列を備え、該レンズ列を構成する
   各レンズの集光特性を前記フィルタの透過波長ごとに変
   えて作製することにより、前記液晶パネルに入射する照
   明光が、前記フィルタの透過波長によらず液晶開口面で
   最も集光するようにした事を特徴とする液晶パネル光学
   装置。