JPH0713161A - 液晶表示パネルとこれを適用した液晶プロジェクター - Google Patents

液晶表示パネルとこれを適用した液晶プロジェクター

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JPH0713161A
JPH0713161A JP6150300A JP15030094A JPH0713161A JP H0713161 A JPH0713161 A JP H0713161A JP 6150300 A JP6150300 A JP 6150300A JP 15030094 A JP15030094 A JP 15030094A JP H0713161 A JPH0713161 A JP H0713161A
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liquid crystal
display panel
lenses
crystal display
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JP6150300A
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Hoo-Shik Kim
厚植 金
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SANSEI KOKU SANGYO KK
Hanwha Aerospace Co Ltd
Original Assignee
SANSEI KOKU SANGYO KK
Samsung Aerospace Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光の発散を抑制し鮮明な画像を実現するこ
とができる液晶表示パネル提供することである。 【構成】 液晶表示パネルは光入射側に光集束手段
を、光出射側に光補正手段を備えたもので、光集束手段
によって投射レンズ系に発散又は集束される出射光を補
償して平行光にするようになっている。 【効果】 入射される光を画素に集束させ、実効開口
率が向上され、出射される光を補償して平行光にするこ
とにより、投射レンズ系の規模を小型化することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示パネルとこれを
適用したプロジェクターに係り、実効開口率が向上され
た液晶表示パネルと、縮小された口径の投射レンズ系を
有する液晶プロジェクターに関することである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な液晶プロジェクターは透過光を
制御する液晶表示パネルを利用してイメージを生成し、
スクリーンに投射することである。このようなプロジェ
クターは図１に示されたように、光源１から出て来た光
を反射させる放物線型反射鏡２と、この反射鏡２によっ
て反射された光の光軸９上に配置され、駆動回路８によ
って駆動される液晶表示パネル３と、この液晶表示パネ
ルの前後に位置して前記液晶表示パネルを通過する光を
偏光させる偏光板４、５と、液晶表示パネル３を通過し
た光の光軸９上に配置されて拡大された像を投射スクリ
ーン７上に投影させるための投影レンズ系６を具備す
る。
【０００３】前記反射鏡２は光源１から出て来た光を光
軸９に平行に反射して平行なソース光を形成する。液晶
表示パネル３は入射されたソース光を駆動回路８のイメ
ージ形成信号によって遮断及び通過させ、画素単位の光
イメージを形成する。前記偏光板４、５はパネル入射光
及びパネル出射光を偏光させるものであって、所定方向
の偏光のみを通過させるようになり、これら二つの偏向
板４，５はその偏光軸が所定角度を維持するように配置
されている。前記レンズ系６は前記液晶表示パネル３か
ら得られた光イメージをスクーリン７に投射してスクー
リン７上に目的とするイメージを形成する。
【０００４】このような液晶プロジェクターを通じて明
るい映像を得るためには、液晶表示パネル３の実効ピッ
クセル開口率（Effective Pixel Aperture Ratio）を最
大化することが必要である。一般的な従来液晶表示パネ
ルはＴＦＴ（Thin Film Transistor）を画素スイチッン
グ素子に適用している。図２を参照すれば、第１基板３
１と第２基板３２が所定間隔で維持するように配置され
ており、これらの間に液晶３３が充填されている。そし
て、第１基板３１と第２基板３２の内面には前記液晶表
示パネルの各ピックセルを駆動するための駆動手段が備
えられ、前記第２基板３２の内面には対応するピクセル
の駆動手段のスイッチング手段としてのＴＦＴ３２１と
液晶を駆動するための多数の画素電極３２２が所定画素
パターンに形成されており、第１基板３１の内面には前
記画素電極３２２と共に液晶を駆動するための透明な共
通電極３１１が全面的に形成されている。前記共通電極
３１１の上には前記画素電極３２２に対応する光透過領
域３１３を限定する多数ブラックマトリックス３１２が
形成されている。そして、前記第１基板３１の外面（図
面では上面）には入射光２７を前記光透過領域３１３を
通じて液晶３３の画素領域に集束するマイクロレンズ３
４１が前記各光透過領域３１３に対向されるように配置
されているマイクロレンズシート３４が付着されてい
る。
【０００５】以上のような構造の液晶表示パネルにおい
て、各マイクロレンズを通過して入射された平行ソース
光は対応される光透過領域３１３を通じて有効画素領域
に集中されることにより、ブラックマトリックス３１２
によるソース光の遮断を補償するようにし、特に前記マ
イクロレンズ３４１の光学的作用によって実質的に画素
の開口率を増大させる。
【０００６】しかし、マイクロレンズの使用によって液
晶表示パネルの実効開口率が増大されたが、マイクロレ
ンズの集束作用によって光の直進性が悪くなる。マイク
ロレンズ３４１によって光は画素領域に位置するマイク
ロレンズ３４１の第１焦点Ｆに向かって集束され、そし
て焦点Ｆを過ぎてからは発散するようになる。
【０００７】このように発散された光によると、スクー
リン上に鮮明度が低下された画像が形成される。また、
このような液晶表示パネルを使用したプロジェクターに
おいては、液晶表示パネルを通過した後、発散される光
を全部受容しうる大きさの大口径の図１の投影レンズ６
が備えられるべきである。結果的に液晶プロジェクター
の光学系の大きさの増大と原価の上昇が不可避になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は
光の発散を抑制し鮮明な画像を実現することができる液
晶表示パネルを提供することである。
【０００９】本発明の第２の目的は光の発散を矯正する
液晶表示パネルを適用し投射レンズ系の必要口径が縮小
された液晶プロジェクターを提供することである。ま
た、本発明の第３の目的は価格が低廉で、良質の画像を
実現することができる液晶プロジェクターを提供するこ
とである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による液晶表示パネルは、相互離隔された第１
基板と第２基板との間に液晶層が充填されており、前記
第１基板と前記第２基板の各内面に形成され前記液晶を
所定パターンに区分された画素領域単位で駆動するよう
にする対向電極を含む液晶駆動手段が備えられており、
そして前記第１基板と光源の間に配置され、各画素に入
射される光を集束するための光集束手段と、第２基板の
外面に配置され、各画素から出射される光を平行光で制
御するための光補償手段が備えられている点にその特徴
がある。また前記目的を達成するために本発明の液晶プ
ロジェクターは、光源と、液晶層と液晶層の上下側に介
される第１、第２基板及び液晶層を駆動する液晶駆動手
段を有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの光
入射側に備えられる入射光を前記液晶層に集束する光集
束手段と、前記液晶表示パネルの光出射側に備えられ、
前記液晶層を通過した光を平行光で形成する光補償手段
と、前記光補償手段を通過した光をスクリーンに投射す
る投射レンズ系を備える点ににその特徴がある。以上の
ような構造の液晶表示パネル及び液晶プロジェクターに
おいて、前記液晶駆動手段は第１基板または第２基板に
形成される共通電極と、第２基板または第１基板に形成
される画素電極、また前記画素電極を駆動するスイッチ
ング素子を含む。
【００１１】そして、前記共通電極が形成される第１基
板または第２基板には前記画素電極に重畳される画素領
域にのみの光の通過を許容するブラックマトリックスが
備えられている。
【００１２】そして、前記光集束手段は集束レンズアレ
ーを備えられ、前記光補償手段は入射される光が光軸に
対して発散光なら集束力を有する補償レンズアレーを備
え、そして反対に光軸に対して集束光なら発散力を有す
る補償レンズアレーを備える。
【００１３】
【作用】これにより、光補償手段を通過した光が光軸に
対して平行光になるように補償する。このように、出射
光の補償によって投射レンズ系の直径が最小化されるこ
とができ、良質の画像を実現しうる。
【００１４】
【実施例】以下添付した図面に基づき、本発明を詳細に
説明する。図３、４を参照すれば、進行光４０３の光軸
４０１上に位置する液晶表示パネルの単位画素４００の
光入射側と光出射側に、光集束手段としての第１マイク
ロレンズ４４１（凸レンズ）と光補償手段としての第２
マイクロレンズ４４２ａがそれぞれ備えられている。図
３は第１マイクロレンズ４４１の第１焦点Ｆａは画素４
００を過ぎて形成される構造で、凹レンズの第２マイク
ロレンズ４４２ａが画素４００と第１マイクロレンズ４
４１の第１焦点Ｆａ間に位置する構造を示す。そして図
４は、第１マイクロレンズ４４１の第１焦点Ｆｂが画素
４００に隣接し形成する構造で凸レンズの第２マイクロ
レンズ４４２ｂが第１マイクロレンズ４４１の焦点距離
から外れた位置にある構造を示す。
【００１５】以上の構造で、第１マイクロレンズ４４１
により集束される光は凹レンズである第２マイクロレン
ズ４４２ａによって集束され、光軸４０１（図３に示
す）に対して平行になる。言い換えれば、第１マイクロ
レンズ４４１により集束される光は凸レンズである第２
マイクロレンズ４４２ｂによって発散され、光軸４０１
（図４に示す）に対して平行になる。
【００１６】図５には図３の概念に立脚した液晶表示パ
ネルの一つの画素が抜粋図示されている。
【００１７】第１基板４１と第２基板４２が所定間隔を
維持するように配置されており、これらの間に液晶４３
が充填されている。そして第１基板４１と第２基板４２
の内面には前記液晶を駆動するための既存方式の駆動手
段が備えられる。即ち、駆動手段のスイッチング要素と
しての一対のＴＦＴ（Thin Film Transistor）４２１は
それぞれ所定距離離隔されて第２基板４２の内面に位置
し、液晶を駆動するための画素電極４０２はＴＦＴ４２
１の間に位置される。そして、第１基板４１の内面には
前記画素電極４０２と共に液晶を駆動するための透明な
共通電極４１１が全面的に形成されている。そして、前
記共通電極４１１の上には前記画素電極４０２に対応す
る光透過領域４１３を限定する一対のブラックマトリッ
クス４１２が形成されている。そして、前記外側面（図
面で上面）には入射光４０３を前記光透過領域４１３を
通じて液晶４３の画素領域に集束される凸レンズ型第１
マイクロレンズ４４１が前記光透過領域４１３に対応さ
れるように配置されており、そして前記第２基板４２の
外側面（図面で底面）には出射光４０４を発散し光軸に
対する平行光を形成する凹レンズ型である第２マイクロ
レンズ４４２ａが備えられている。
【００１８】ここで、第２マイクロレンズ４４２ａは第
１マイクロレンズ４４１とその第１焦点Ｆａとの間に設
けられる。このような第１、第２マイクロレンズ４４
１、４４２ａは第１基板４１と第２基板４２の外側面に
直接付着されることもでき、所定距離離隔されうる。
【００１９】以上の本発明による液晶表示パネルにおい
て、入射される平行の入射光４０３は第１マイクロレン
ズ４４１を通過しながら集束力を受けて画素４００に入
射する。そして、画素４００を通過した出射光４０４は
第２マイクロレンズ４４２ａによって発散されながら光
軸に対して平行光に変化されるようになる。
【００２０】このような出射光の補償過程によって良質
の画像を実現することができ、前記第１マイクロレンズ
４４１は入射される全体の入射光を集束して画素４００
に集中させるのでブラックマトリックス４１２には光が
到達せず、ほとんど画素に入射されるようになる。従っ
て、ブラックマトリックス４１２による光遮断が防止さ
れるので輝度が向上されるようになる。一方、以上のよ
うに第１マイクロレンズによって集束された後、画素４
００を通過した入射光を第２マイクロレンズを通過しな
がら発散させることにより、光軸に対して平行な状態で
出射されるようになる。ここで、第２マイクロレンズ４
４２ａは第１マイクロレンズ４４１によって集束される
入射光を発散させ平行光で形成する補償機能を有する。
このような第２マイクロレンズ４４２ａによると、出射
光の直進性が向上されるので鮮明な画像を実現すること
ができる。
【００２１】図６は本発明の液晶表示パネルの他の実施
例を示す。この液晶表示パネルでは第２マイクロレンズ
４４２ｂが凸レンズなので画素領域４００を通過した光
を集束する力を有する。このような第２マイクロレンズ
４４２ｂは第１マイクロレンズ４４１の焦点距離を外れ
た所に位置しているので、第１マイクロレンズ４４１に
よって集束されたのち焦点（Ｆｂ）を過ぎて発散される
光を集束させ、平行な出射光４０４を形成する。このよ
うな構造の本発明の第２実施例は第１実施例のように出
射光を平行な状態で出すことにより、前述したような効
果を示す。
【００２２】前記光集束化及び光平行化を実現するため
の、また他の方法は、第１基板の光透過領域４１３に対
応される部位を、その中央部から周辺部に行くほど次第
に光の屈折率が低くなる材料を積層することにより、入
射光を集束する光集束手段を構成させることができ、そ
して、第２基板の光出射領域部位にその中央部から周辺
部へ行くほど次第に光の屈折率が高くなるか低くなる材
料を積層することにより、集束力を有するか発散力を有
する第２マイクロレンズとしての光補正手段を備えるこ
とができる。
【００２３】また実施例として第１基板と第２基板の光
透過領域及び出射領域に対応される部位を所定パターン
で加工することにより、目的とする形態のマイクロレン
ズアレーを構成することもできる。
【００２４】図７は本発明による液晶プロジェクターの
概略的構造を示す。
【００２５】本発明による液晶プロジェクターは既存の
プロジェクターと類似している構造有し、光源１００か
ら出て来た光を反射させる放物線型反射鏡１２０と、こ
の反射鏡１２０によって反射された光の進行経路上に配
置され、駆動回路７８によって駆動される液晶表示パネ
ル４０と、この液晶表示パネル４０の前後に位置し偏光
を除去する偏光板１４０、１５０と、液晶表示パネル４
０を通過した光の進行経路上に配置され拡大投影像をス
クリーン１７０上に投影させるための投影レンズ系１６
０を具備する。
【００２６】そして、本発明の特徴的要素として前記液
晶表示パネル４０の前後には相互対応する多数のマイク
ロレンズ４４１、４４２ａ、４４２ｂの配列を備えた第
１、第２マイクロレンズシート４４０、４４２が備えら
れ、第１マイクロレンズシート４４０は光集束手段であ
り、光源１００から出発し反射鏡１２０により反射さ
れ、偏光板１４０によって特定偏光成分のみを有するよ
うにフィルタリングされた入射光７９を前記液晶表示パ
ネル４０の画素単位で集束させて液晶表示パネル４０に
進入させ、第２マイクロレンズシート４２２は光補償手
段であり、液晶表示パネル４０を通過した光を画素単位
で補償して平行な状態の出射光８０を形成する。
【００２７】液晶表示パネル４０は駆動回路７８によっ
て画像信号に従う形態に動作され、画素単位で入射光７
９の通過及び遮断を可能にする。前記第１マイクロレン
ズシート４４０とは第２マイクロレンズシート４４２の
マイクロレンズ４４１、４４２ａ、４４２ｂは前述した
本発明の液晶表示パネルにおけるものと同じ類型であ
る。即ち、前記液晶表示パネルを通過した出射光が発散
状態なら、第２マイクロレンズ４４２ａは発散した状態
の出射光を自分の集束力によって補償し平行な状態の出
射光を形成し、そして、液晶表示パネルを通過した出射
光が集束した状態なら、集束した状態の出射光を自分の
発散力によって補償し平行な状態の出射光を形成する。
このように第２マイクロレンズシート４４２ｂを通過し
ながら補正された出射光は投影レンズ系１６０を通じて
スクリーン１７０に到達し拡大された画像をスクリーン
１７０上に形成するようになる。
【００２８】
【発明の効果】このような液晶プロジェクターにおいて
は液晶表示パネルを通過した光が液晶表示パネルの第１
マイクロレンズ配列を有する光集束手段としての第１マ
イクロレンズシートによって集束されるので実開口率が
向上され、これと共に光集束手段によって集束された光
が第２マイクロレンズ配列を有する光補償手段としての
第２マイクロレンズシートによって平行光に変わるので
投影レンズ系を通過する光の発散角度が従来の液晶プロ
ジェクターと比較して著しく減少する。従って、投影レ
ンズ系を通過する出射光を小さい発散角によってスクリ
ーン上に得られた画像が従来に比して明瞭になるだけで
なく、投影レンズ系の直径が従来ものに比較して縮小さ
れうるので、投影レンズ系の小型化が可能になり、また
プロジェクター全体の製造原価を下げることができるよ
うになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶プロジェクターの概略的構成図であ
る。
【図２】従来の液晶プロジェクター用液晶表示パネルの
概略的断面図である。
【図３】本発明による液晶表示パネルの光学的作用を示
した図面である。
【図４】本発明による液晶表示パネルの光学的作用を示
した図面である。
【図５】図３に示された本発明による液晶表示パネルの
第１実施例の概略的断面図である。
【図６】図４に示した本発明による液晶表示パネルの第
２実施例の概略的断面図である。
【図７】本発明による液晶プロジェクターの概略的構成
図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 放物線型反射鏡 ３ 液晶表示パネル ４、５ 偏光板 ６ 投影レンズ系 ７ 投射スクリーン ８ 駆動回路 ９ 光軸 ２７ 入射光 ３１ 第１基板 ３２ 第２基板 ３３ 液晶 ３４ マイクロレンズシート ４０ 液晶表示パネル ４１ 第１基板 ４２ 第２基板 ４３ 液晶 ７８ 駆動回路 ７９ 入射光 ８０ 出射光 １００ 光源 １２０ 放物線型反射鏡 １４０、１５０ 偏光板 １６０ 投影レンズ系 １７０ スクリーン ３１１ 透明な共通電極 ３１２ ブラックマトリックス ３１３ 光透過領域 ３２１ ＴＦＴ ３２２ 画素電極 ３４１ マイクロレンズ ４００ 液晶表示パネルの単位画素 ４０１ 光軸 ４０２ 画素電極 ４０３ 進行光（入射光） ４０４ 出射光 ４１１ 透明な共通電極 ４１２ ブラックマトリックス ４１３ 光透過領域 ４２１ ＴＦＴ ４４０ 第１マイクロレンズシート ４４１ 第１マイクロレンズ ４４２ 第２マイクロレンズシート ４４２ａ 第２マイクロレンズ ４４２ｂ 第２マイクロレンズ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相互離隔されたその間に液晶が充填さ
    れる第１基板と第２基板と、 前記第１基板と前記第２基板の各内面に形成され、前記
    液晶を所定パターンに区分された画素領域単位で駆動す
    るようにする対向電極を含む液晶駆動手段と、 前記第１基板と光源の間に備えられ、前記画素にそれぞ
    れ入射される光を集束するための光集束手段と、 前記第２基板の外面に備えられ、前記各画素領域から出
    射される光を平行光で制御するための光補償手段を具備
    することを特徴とする液晶表示パネル。
  2. 【請求項２】 前記光集束手段はそれぞれが光集束力
    を有する多数の第１レンズより構成されたアレーを有
    し、前記光補償手段はそれぞれが前記第１レンズに対応
    して光集束力または光発散力を有する多数の第２レンズ
    より構成されたアレーを有することを特徴とする請求項
    １に記載の液晶表示パネル。
  3. 【請求項３】 前記各第１レンズは前記第１基板の外
    面に位置し、かつ光集束力を有する凸レンズからなるこ
    とを特徴とする請求項２に記載の液晶表示パネル。
  4. 【請求項４】 前記各第２レンズは前記第２基板の外
    面に位置し、対応される前記第１レンズと画素単位とを
    通過した光に対して光集束力を有する凸レンズであるこ
    とを特徴とする請求項２に記載の液晶表示パネル。
  5. 【請求項５】 前記各第２レンズは対応される前記第
    １レンズの焦点距離内に位置することを特徴とする請求
    項４に記載の液晶表示パネル。
  6. 【請求項６】 前記各第２レンズは前記第２基板の外
    面に位置し、対応される前記第１レンズと画素単位とを
    通過した光に対して光発散力を有する凹レンズであるこ
    とを特徴とする請求項２に記載の液晶表示パネル。
  7. 【請求項７】 前記各第２レンズは対応される前記第
    １レンズの焦点距離の外に位置することを特徴とする請
    求項６に記載の液晶表示パネル。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２レンズはそれぞれ対
    応される前記第１及び第２基板と一体で形成されること
    を特徴とする請求項２に記載の液晶表示パネル。
  9. 【請求項９】 光源と、 液晶層と液晶層の上下側に介される第１、第２基板及び
    液晶層を制御する液晶駆動手段を有する液晶表示パネル
    と、 前記液晶表示パネルの光入射側に備えられ、かつ入射光
    を前記液晶層に集束する光集束手段と、 前記液晶表示パネルの光出射側に備えられ、かつ前記液
    晶層を通過した光を平行光に形成する光補償手段と、 前記光補償手段を通過した光をスクリーンに投射する投
    射レンズ系を備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ
    ー。
  10. 【請求項１０】 前記光集束手段は多数の第１レンズ
    より構成されたアレーを有し、前記光補償手段は前記第
    １レンズに対応される多数の第２レンズより構成された
    アレーを有することを特徴とする請求項９に記載の液晶
    プロジェクター。
  11. 【請求項１１】 前記各第１レンズは、前記第１基板
    の外面に位置し、かつ光集束力を有する凸レンズである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶プロジェクタ
    ー。
  12. 【請求項１２】 前記各第２レンズは、前記第２基板
    の外面に位置し、かつ対応される前記第１レンズと画素
    単位とを通過した光に対して光集束力を有する凸レンズ
    であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶プロジ
    ェクター。
  13. 【請求項１３】 前記各第２レンズは対応される前記
    第１レンズの焦点距離内に位置することを特徴とする請
    求項１２に記載の液晶プロジェクター。
  14. 【請求項１４】 前記各第２レンズは前記第２基板の
    外面に位置し、対応される前記第１レンズと画素単位と
    を通過した光に対して光発散力を有する凹レンズである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶フロジェクタ
    ー。
  15. 【請求項１５】 前記各第２レンズは対応される前記
    第１レンズの焦点距離の外に位置することを特徴とする
    請求項１４に記載の液晶プロジェクター。
  16. 【請求項１６】 前記第１及び第２レンズはそれぞれ
    対応される前記第１及び第２基板と一体で形成されるこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の液晶プロジェクタ
    ー。
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