JPH0363626A - 投影型カラー液晶表示装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、マトリックス型で、かつ透過型の液晶表示パ
ネルとそれに対する照明光を各絵素に集光して、表示を
明るくするための手段として用いられるマイクロレンズ
アレイとカラーフィルタとを組み合わせた投影型カラー
液晶表示装置に関するものである。

〈従来の技術〉 大型画面表示を軽量、コンパクトな装置で実現するため
、液晶パネルの背後から光を照射させスクリーン上にカ
ラー画像を投影する液晶表示装置に４ヨ、赤、緑、青の
３ｙＫ色の液晶パネルからの映像を重ね合わせてカラー
画像を合皮する「３枚パネル方式」と、１枚の液晶パネ
ルの個々の絵素に赤、緑、青のモザイク状あるいはスト
ライプ状のカラーフィルタ（以下、簡単のために単にカ
ラーフィルタと略す。）を対応させて配置することによ
りカラー表示を行う「１枚パネル方式」とがある。前者
では、液晶パネルが３枚必要なこと、３色の画像を重ね
合わせるための光学系が必要なことなどの理由により小
型化、軽量化を図ることが困難である。それに対し、後
者では、小型化、軽量化、及び製造コストを下げるのは
、比較的容易である。

しかしながら、１枚パネル方式でカラー化する場合、３
枚パネル方式と同じ解像度を得るためには、１枚のパネ
ルに形成すべき絵素数は３倍になるので、絵素を小さく
しなければなず、それに伴い、表示に寄与する領域の占
める割合（開口率）が小さくなり、同じ光源を用いても
画面が暗くなるという問題点が生じる。この問題点を解
決するために、マイクロレンズアレイを表示パネルに適
用し、照明光を絵素部分に集光して表示画面の明るさを
向上させる技術が特開昭６０−１６５６２１−１６５６
２４、特開昭６０−２６２１３１に開示されている。さ
らに、マイクロレンズアレイを赤、緑、青に着色マ し士カラーフィルタを兼ねさせる技術が特開昭６１−２
０８０８０．特開昭６２−２６７７９１に開示されてい
る。あとの２つの技術では、マイクロレンズ自体の厚み
の分布に応じて、透過率が変化するので、マイクロレン
ズの中央部では透過率が低くなり、マイクロレンズの周
辺近傍では吸収すべき波長域の光が透過してしまうので
、所望の分光特性が得られ難いという欠点を有している
。

本奥明にかかわるマイクロレンズアレイの形成法として
は、次のような方法が提唱されている。

■　プラスチックあるいはガラスを金型によって成型す
る方法。

■　ある種の感光性樹脂にパターン状に露光した時、非
露光部から露光部に未反応のモノマーが移動し、露光部
が盛り上がるという現象を利用し、凸レンズを形成する
方法。

■　熱可塑性樹脂を周知の７オトグラフイー技術などに
より、レンズの平面形状にパターン化し、その後、軟化
点以上の温度に加熱して流動性を持たせ、エツジのダレ
を起こさせて凸レンズを得る方法。

■　感光性樹脂にプロキシミティ露光を行い、パターン
のエツジのボケに応じて光反応物の量の分布を持たせ、
凸レンズ形状を得る方法。

■　感光性樹脂に強度分布を持った光を照射し、光の強
度に応じた屈折率分布のパターンを形成し、レンズ効果
を持たせる方法。

■　選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを得る
方法。

■　感光性ガラスに対する光照射によって引き起こされ
る結晶化に伴う収縮を利用して凸レンズを得る方法。

従来は、マイクロレンズアレイを前記■〜■のいずれの
方法により作成する場合でも、円形のマイクロレンズが
相互に重なり合わないように所定の間隔で配列されてい
たが、この場合には、隣接するマイクロレンズ相互の間
に集光能力を持たない隙間が残ってしまい、マイクロレ
ンズアレイに入射した光を完全に集光して表示に利用す
ることはできなかった。

そこで、マイクロレンズ相互の間に隙間が残らないよう
に、個々のマイクロレンズの輪郭を変更することにより
、集光能力を高めることが考えられる。絵素配列が直交
格子状の場合には、個々のマイクロレンズの形状を、絵
素ピッチに対応した長方形にすれば隙間なくマイクロレ
ンズを敷き詰めることができるのは、明らかである。

ところで、液晶パネルの色配列には、ストライプ配列、
対角線配列、デルタ配列等があり、このような液晶パネ
ルの色配列に応じてマイクロレンズも配列される。デル
タ配列とは、煉瓦を積んだ様に、奇数行と偶数行の絵素
が互いに絵素ピッチの半分（同じ色の絵素は絵素ピッチ
の１．５倍）だけずらされた配列である。デルタ配列は
、空間分解能の異方性が少なく、３原色の混合性が良く
、同じ絵素数では最も表示品位が良いので、はとんどの
携帯用液晶ＴＶに採用されており、投影型カラー液晶表
示装置でも同様の効果が期待される。

色配列がデルタ配列の場合には、マイクロレンズの輪郭
が長方形であっても、六角形であっても隙間なくマイク
ロレンズを敷き詰めることができる。マイクロレンズア
レイを前記■の方法で作成する場合には、マイクロレン
ズの凹凸形状の回転対称性を損なわずに、輪郭を長方形
または六角形に区切ることができるので、両者の集光性
能は、はとんど変わらない。しかし、前記■以外の方法
で、たとえば露光パターンを所望の形状にすることによ
り、輪郭が円形ではないマイクロレンズを形成すると、
回転対称性がなくなるので、非点収差が発生し、集光ス
ポットの径が大きくなったり歪んだりする。その結果、
絵素の開口部から集光スポットの一部がはみ出るように
なると、集光効果が低下する。この非点収差の度合は、
前記■以外のいずれの方法でマイクロレンズアレイを作
成しても、長方形のマイクロレンズの方が六角形のもの
より、非点収差が大きくなることが本件発明者によって
確認されている。この理由は、マイクロレンズの凹凸形
状または゛屈折率分布の回転対称性からのズレに応じて
非点収差の度合が変化するからである。

従って、一般的にデルタ配列の絵素を有する液晶表示パ
ネルに対しては、六角形の輪郭を有するマイクロレンズ
アレイを適用するのが効果的である。

尚、■のイオン拡散法により、個々のマイクロレンズ相
互間の隙間がなくなる様に形成する場合には、イオンが
形成すべきマイクロレンズの直径と比較してかなり小さ
い拡散窓から拡散させて形成するので、マイクロレンズ
アレイの形状は必然的に六角形となる。また、■の方法
で六角形のマイクロレンズアレイを形成することを妨げ
る理由は特にないので、本発明の趣旨はマイクロレンズ
アレイの形成法によって限定を受けるものではない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ここで、従来のカラーフィルタとマイクロレンズとの関
係を第６図に示す。このような組み合わせでは、カラー
フィルタが矩形であることからマイクロレンズよりカラ
ーフィルタがはみ出した部分から白色光、あるいは他の
色光が漏れることになり表示コントラストが低下し、あ
るいは混色により鮮やかさが低下するという問題点が生
じる。

〈問題を解決するための手段〉 本発明は、マイクロレンズの個々のアレイ形状が六角形
であることから、それに組み合わせるカラーフィルタパ
ターンも同様に六角形とするものである。

く作用〉 本発明を投影型カラー液晶表示装置に適用することによ
り色光漏れや混色等が解消されマイクロレンズアレイ、
及びカラーフィルタを透過する光が有効に利用され、表
示コントラストの優れた、かつ明るい表示が実現できる
。

〈実施例〉 本発明の実施例について詳細を以下に説明する。第１図
は本発明にかかわる投影型カラー液晶表示装置の１実施
例を示す説明図である。光源からの照射光がそれぞれの
マイクロレンズ２で集光されたのちカラーフィルタ４、
及び液晶パネルの絵素に照射される。

ｌは液晶表示パネルの光源側に設けられ、平板マイクロ
レンズアレイ側に形成された基板である。このマイクロ
レンズの配列は、次に説明する液晶表示パネル８の絵素
配列に対応し、焦点距離は、カラーフィルタ基板３の厚
さ１．１ｍｍと、液晶表示パネルの基板５の厚さ１．１
ｍｍとの和と等しくなるようにする。ただし、空気中で
の焦点距離は、（１，１＋１．１）／１．５３”＝１．
４４ｍｍとなる。

図中の８は液晶表示パネルであり、表示画面の対角線は
７５　ｍ　ｍ　ｓ絵素ピッチは縦１９０μｍ、１６１μ
ｍ１絵素領域の大きさは、縦８８／’　ｍ　ｓ横１０４
μｍ、開口率は３０％、基板の屈折率ｎは１．５３、基
板の厚さは１−１ｍｍである。液晶の動作モードはツィ
ステッド・ネマティックを用いたが、他のモードを用い
ることもできる。多くの液晶の動作モードでは偏光板を
併用することが必要になる。偏光板は液晶表示パネルに
直接貼り合わせることもできるが、高輝度の光源を用い
る場合には、偏光板の光吸収に伴う温度上昇が液晶の動
作特性に影響を与えるので、液晶表示パネルに直接貼り
合わせない方がよい。偏光板を設置する位置は、液晶表
示パネルとの間に偏光特性を変化させるものが入らなけ
れば、どこでも差し支えない。例えば、平板マイクロレ
ンズアレイが液晶表示パネルと偏光板の間に挿入されて
も支障はない。

３はカラーフィルタが形成される基板であり、その表面
にモザイク状のカラーフィルタ４が形成される。本発明
ではマイクロレンズのパターンが六角形であることから
、第２図に示すようにカラーフィルタについても六角形
パターンを採用した。このカラーフィルタの材料として
は、耐光性、耐熱性の観点から無機材料、あるいは有機
顔料が望ましい。無機材料としては、電子ビーム蒸着や
スパッ゛りにより屈折率の異なる２種の酸化膜を交互に
積層した干渉カラーフィルタを用いる。干渉カラーフィ
ルタのパターン化については周知のす７トオ７方式やエ
ツチング方式などのホトプロセスが用いられる。また有
機顔料についてはキナクリドン系赤顔料、また７りロシ
アニン系の緑顔料、青顔料が用いられる。バインダであ
る感光性樹脂に、上記有機顔料を均一に分散し、周知の
ホトプロセスによりモザイクパターンを形成する。

マイクロレンズ基板１およびカラーフィルタ基板３は液
晶表示パネル８の絵素の位置と対応付けられて、図示し
ない透明な光学用の接着剤で順次、貼り合わされる。光
学用の接着剤として、その屈折率が液晶表示パネルの透
明基板の屈折率とほぼ等しいものを選ぶことができるの
で、界面での反射損失を実質的に無くすことができる。

また他の実施例として、カラーフィルタ側にブラックマ
トリックスを適用した場合を第４図に例示する。迷光（
照明光学系の内部での不必要な反射等により、本来の入
射方向以外からマイクロレンズアレイに入射した光や、
マイクロレンズ自体の収差により集光すべき絵素領域以
外の方向に進む光）が、他のカラーフィルタに対応する
絵素に入射しないように、側々のカラーフィルタの周辺
に遮光膜を設けた。この遮光膜はクロムなどの金属薄膜
あるいは黒色の顔料等により、周知のホトプロセスによ
り形成される。

次、に投影型カラー液晶表示装置の構成について説明す
る。本発明の構成は第５図に示すように光源１５、反射
鏡１６．コンデンサーレンズ１７、マイクロレンス基板
１１カラーフィルタ基板３、液晶パネル８、投影レンズ
１８、スクリーン１９よりなっている。光源１５より発
しり光がコンデンサーレンズ１７を通過したのちマイク
ロレンズ２により集光される。この光束がカラーフィル
タ４の赤、緑、青、それぞれのモザイクパターンを透過
し、液晶パネル８に入る。そこで液晶層６に印加される
画像信号電圧に応じて強度変調を受け、その後、投影レ
ンズ１８によりスクリーン１９上に投影される。

白色光源１５には、ハロゲンラング、メタルハライドラ
ンプ、キセノンランプなどが用いられる。反射鏡１６は
、光源１５かも反対側に出射された光を液晶表示パネル
８に向かうように反射させるためのものである。本実施
例では、ケーラー照明の場合を示したが、他の照明法、
例えばクリティカル照明やテレセントリック系にも適用
することができる。

尚、光源、マイクロレンズアレイおよびカラーフィルタ
の順序については、前記実施例とは逆に、光源、マイク
ロレンズアレイ、カラーフィルタの順に配置しても、本
発明の趣旨には反しない。また、前記実施例では、マイ
クロレンズアレイとカラーフィルタとを別々の基板上に
形成したが、それぞれを基板のどちら側に形成してもよ
い。また、両者を同一の基板の両面あるいは同じ側の面
に形成してもよく、また、マイクロレンズアレイとカラ
ーフィルタのいずれか一方あるいは両方を液晶表示パネ
ルの外面に形成してもよい。

〈発明の効果〉 本発明を採用することにより画面が明るく、かつ表示コ
ントラストが優れた投影型カラー液晶表示装置が得られ
、また１枚パネル方式であることから装置の小型化、軽
量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｌ実施例である投影型カラー液晶表示
装置に用いられる液晶表示パネル、マイクロレンズおよ
びモザイク状カラーフィルタの配置を示し、第２図はマ
イクロレンズおよびモザイク状カラーフィルタのパター
ン形状を示す。第３図、第４図は遮光膜を付加した他の
実施例を示す。第５図は本発明の投影型カラー液晶表示
装置の構成を示す。第６図は従来のマイクロレンズとモ
ザイク状カラーフィルタのパターン形状を示す。 ｌはマイクロレンズ基板、２はマイクロレンズアレイ、
３はカラーフィルタ基板、４はモザイク状カラーフィル
タのパターン、５はガラス基板、６は液晶、７はシール
部、８は液晶パネル、９は入射光、ＩＯはマイクロレン
ズアレイ、１１．１２．１３は赤、緑、青に対応するカ
ラーフィルタ、１４は遮光膜を示す。 第３図 ２ 第 ４図 第１ｒＭ 第２図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マトリックス型液晶表示パネル、該液晶表示パネルの赤
   、緑、青の絵素に対応するモザイク状カラーフィルタ、
   光源、投影レンズを備えた投影型カラー液晶表示装置に
   於いて、 該液晶表示パネルの各絵素に対応するマイクロレンズア
   レイを備え、 かつ、前記モザイク状カラーフィルタを構成する個々の
   カラーフィルタの輪郭が六角形であることを特徴とする
   投影型カラー液晶表示装置。