JPH0229684A - 液晶表示素子及び液晶表示素子を備えたプロジェクター - Google Patents

液晶表示素子及び液晶表示素子を備えたプロジェクター

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JPH0229684A
JPH0229684A JP63180895A JP18089588A JPH0229684A JP H0229684 A JPH0229684 A JP H0229684A JP 63180895 A JP63180895 A JP 63180895A JP 18089588 A JP18089588 A JP 18089588A JP H0229684 A JPH0229684 A JP H0229684A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
display element
lens
light
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JP63180895A
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Inventor
Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶デイスプレィ、投射型プロジェクタ−光
プリンターなどの光学機器に使用される液晶表示素子及
び液晶表示素子を備えたプロジェクタ−に関する。
〔従来の技術〕
液晶表示素子は、例えば佐々木編「液晶エレクトロニク
スの基礎と応用」オーム社(1979年)に記載されて
いるように、液晶の電気光学効果を利用して透過光量を
制御し、画像情報などの伝達を行う素子である。近年、
液晶表示素子と高輝度光源を用いて大画面への投影が可
能な液晶プロジェクタ−の開発が急速に進められている
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の液晶表示素子を用いて液晶プロジェクタ−を構成
しようとした場合には、光源の特性から液晶表示素子あ
るいはスクリーン上においては、例えば第4図(b、 
破線)に示すように光量分布(照度分布)に著しい不均
一性を生じる。この原因は光源の構造に起因するもので
ある。つまりレーザー光源を除けば、現存する白色光源
は全て有限長の発光部分を有するため、如何なるレンズ
、リフレクタ−などの波面変換機構を用いても、光源の
照射面内においてその光量分布を均一にすることは不可
能である。そこで光源の不均一性を補正するためには、
液晶表示素子になんらかの光量補正機能を持たせる必要
があるといえる。
そこで本発明は以上のような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、現行の光源を用いつつ絶対透
過光量を減少させることなく、液晶表示素子の出射光量
ひいてはスクリーン上における光量分布を均一化する手
段を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために本発明の液晶表示素子及び液
晶表示素子を備えたプロジェクタ−は、光透過型の液晶
表示素子において、該液晶表示素子の各液晶開口部に略
焦点を形成するように、該液晶開口部の手前にマイクロ
レンズ体をアレイ状に形成し、なおかつ、該マイクロレ
ンズ体の集光特性を個々に変化させたレンズアレイ体を
備えたことを特徴とする。また、上記液晶表示素子を用
いて、光源からの透過光量を制御し、画像情報を投影す
る機能を有するプロジェクタ−が構成される。
〔作用〕
上記のように、液晶表示素子の各液晶画素開口部に略焦
点を形成するようにマイクロレンズを取り付け、光源の
光束の不均一性を補正するように前記マイクロレンズの
特性(例えば、集光能)を作り込む。つまり、液晶表示
素子位置において、入射光束量の少ない部分(一般には
、液晶表示素子の周辺部)には集光性の大きいレンズ(
つまり、画素ピッチ内で取り得る最大の径を持つレンズ
)を、また入射光量の多い部分(一般には、液晶表示素
子の中央部)には前記集光性の大きいレンズに比べて相
対的に集光性の小さいレンズを作り込むことにより、液
晶表示素子を透過する光束量、引いてはスクリーンに到
達する光束量を投影面内で均一化することが可能となる
ところで、上記のようなレンズを用いるのではなく、液
晶画素部分に設けられた遮光性膜の大きさを、入射光束
量に応じて変えることによっても、液晶表示素子を透過
する光束量を透過面内で均一化することは可能であるが
、その場合は全体の光束量を減少させ、つまり光の利用
効率を減少させる結果となるため、有用な手段とは言い
難い。
〔実施例〕
以下、実施例に基付き本発明の詳細な説明する。
但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない
[実施例1] 表面を光学研磨したガラス基板(BK−7,40關X3
0mmX1mm)の片面にイオン交換法を用いて縦、横
ともに100μmピッチで多数の分布屈折率型平板マイ
クロレンズを形成した。第3図にレンズの配置状態を模
式的に示す。ここで、作り込んだマイクロレンズの大き
さは基板の中央部で直径70μm、周辺部で直径100
μmとし、その中間部ではレンズ径をほぼ連続的に変化
させた。この様にマイクロレンズの径を変化させたのは
、先に述べたように用いる光源の光束分布が照射断面内
において不均一であり、つまり光源の光軸付近では出射
光束量は多く、光軸から離れるにしたがって出射光束量
は減少し周辺部では光軸付近の約3分の1程度にまで減
少するからである。
作り込んだマイクロレンズのピッチ100μmは液晶表
示素子の画素ピッチに対応し、また、レンズ径を100
μmから70μmまで変化させることによりマイクロレ
ンズの集光性能を最大約2倍の幅で変化させることが可
能となる。
光源としてリフレクタ−付きのXeランプ(150W)
を用い、液晶表示素子の後方における出射光束の分布状
態を測定した。ここで、光源と液晶表示素子間および液
晶表示素子と光量測定用プロー1間の距離は各々190
mm、20+nn+とじた。
液晶表示素子としては第6図に示すような画素パターン
を持つTFT型液晶表示素子を用いた。その場合の画素
ピッチは縦、横ともに100μmであり、そのほぼ中央
部に縦、横ともに50μmの液晶画素開口部が設けられ
ており、その周囲は遮光性膜でおおわれている。
光束分布補正用分布屈折率型平板マイクロレンズアレイ
を取り付けた液晶表示素子(断面の構造を模式的に第1
図に示す。)を用いた場合の出射光の光束分布を第4図
(実線)に示す。あわせて、上記マイクロレンズアレイ
を用いていない、全く同じ液晶表示素子を用いた場合の
光束分布を破線にて第4図に示す。第4図かられかるよ
うに光束分布補正用マイクロレンズアレイを用いたもの
では液晶表示素子の中央部(光源の光軸部分に対応する
)と周辺部の光量差が著しく補正され、出射光束の分布
はほぼ均一化されていることがわかる。
しかも、マイクロレンズを用いたことにより、本来液晶
表示素子の遮光層で遮断される光を集め液晶開口部に導
くことができるため、光の利用効率が向上し明るい液晶
表示素子を得ることができる。
[実施例2] 実施例1と同様にイオン交換法を用いて縦、横ともに1
00μmピッチで多数の分布屈折率型平板マイクロレン
ズを形成したマイクロレンズアレイ体を作製した。作り
込んだマイクロレンズの大きさはすべて直径70μmと
し、レンズパワーつまりレンズの焦点距離を個々のマイ
クロレンズ間で変化させた。具体的にはアレイ体の周辺
部に位置するレンズに対し、中央部に位置するレンズ体
の焦点距離を約2/3に短縮した(逆に長くしてもよい
)。
上記レンズアレイ体を実施例1で用いたのと同様の液晶
表示素子に取り付け、実施例1と同様の測定を行い出射
光の光束分布を調べた。その結果、焦点距離の変動にと
もない液晶表示素子周辺部で微小な光束分布の変動が生
じているものの、実施例1と同様に光束分布の平滑化を
達成することができた。
[実施例3] 実施例1で得られた光源の光束分布補正用マイクロレン
ズアレイを備えた液晶表示素子及び光源を用いて、第2
図に示す構成で投射型の液晶プロジェクタ−を試作し、
スクリーン上における光束分布(照度分布)を測定した
。その結果、スクリーン中央部と周辺部における光量比
は約1=0゜88であり、光束分布補正用マイクロレン
ズアレイを備えない従来の同型の液晶表示素子を用いた
場合の光量比的1:0.52に比べて大幅に改善されて
おり、スクリーン全体でほぼ均一な明るさが得られてい
ることがわかった。
以上、光源の光束分布補正用マイクロレンズアレイを備
えた液晶表示素子について説明してきたが、以上の実施
例で示したレンズ形状およびレンズ特性はいずれもその
一例である。上記の他にも、例えば光源の光軸付近で光
束量が少なく、該退部で光束量が多い光源用の光束補正
用マイクロレンズアレイのレンズ配置としては、アレイ
の中央部に径の大きなレンズを、外周部には径の小さい
レンズを配置すればよい。レンズの製法としはイオン交
換法に限定されることはなく、電界移入法、光重合法等
によっても作製可能である。また、レンズ形状は平板状
である必要はなく凸型レンズでもよい。その場合には射
出成形法やプレス成形法が用いられる。さらに、液晶表
示素子としてはTFT型に限定されることはなく、TN
型、MIM型等多種の液晶表示素子が使用可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の液晶表示素子及び液晶表
示素子を備えたプロジェクタ−は、液晶表示素子の光源
側(入射光側)に光源の光束分布の不均一性を補正する
べく、各々集光性能が異なるマイクロレンズ体を取り付
けることにより液晶表示素子を通過する光束量を、出射
光面内(投影面内)で均一化することが可能となる。本
発明の液晶表示素子を用いれば、使用可能な光源の選択
の自由度が広がるばかりでなく、液晶プロジェクタ−を
構成した場合きわめて均質性の高い光画質な映像情報を
得ることが可能となる。さらに、本発明の液晶表示素子
は液晶プロジェクタ−だけに留まらず、光プリンター 
複写機、一般の液晶表示装置などに応用が可能なことは
明白である。
【図面の簡単な説明】
第1図は光量補正用レンズアレイを備えた本発明の液晶
表示素子の断面概略図。 第2図は本発明の液晶表示素子を用いて構成した3板式
液晶プロジェクターの構成図。 第3図は実施例1で用いた光束分布補正用レンズアレイ
中のマイクロレンズの配置概略図。 第4図(a)(b)は液晶表示素子がらの出射光の光束
分布図。 (a)本発明の液晶表示素子の場合。 (b
)従来の液晶表示素子の場合。 第5図は実施例1〜3で用いたTFT型液晶表示素子の
画素配置図。 201 ・ ・平板レンズアレイ ・マイクロレンズ ・透明基板 ・スイッチング素子 ・画素電極 ・遮光膜 ・透明開口部 ・入射光 ・出射光 ・・光量補正用レンズアレイを備 えた液晶表示素子 ・ランプ ・リフレクタ− ・干渉フィルター ・グイクロイックミラー ・ライトガイド T:+ツー ・グイクロイックプリズム 209 ・ 210 ・ ・・プロジェクションレンズ ・・スクリーン 301・・・ガラス基板 302・・・マイクロレンズ ・Y信号線 ・X信号線 ・スイッチング素子 ・画素電極 第1図 以 上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光透過型の液晶表示素子において、該液晶表示素
    子の各液晶開口部に略焦点を形成するように、該液晶開
    口部の手前にマイクロレンズ体をアレイ状に形成し、な
    おかつ、該マイクロレンズ体の集光特性を個々に変化さ
    せたレンズアレイ体を備えたことを特徴とする液晶表示
    素子。
  2. (2)第1項記載の液晶表示素子を用いて構成した、光
    源からの透過光量を制御し、画像情報を投影する機能を
    有するプロジェクター。
JP63180895A 1988-07-19 1988-07-19 液晶表示素子及び液晶表示素子を備えたプロジェクター Pending JPH0229684A (ja)

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