JPH08179300A - カラー表示装置 - Google Patents

カラー表示装置

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JPH08179300A
JPH08179300A JP6335891A JP33589194A JPH08179300A JP H08179300 A JPH08179300 A JP H08179300A JP 6335891 A JP6335891 A JP 6335891A JP 33589194 A JP33589194 A JP 33589194A JP H08179300 A JPH08179300 A JP H08179300A
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JP
Japan
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color filter
light
substrate
microlens
incident light
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JP6335891A
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Shizuo Nishihara
静夫 西原
Toshihiro Fukuda
俊広 福田
Takafumi Koike
啓文 小池
Shunji Kurita
俊児 栗田
Shin Yoshizawa
伸 吉沢
Tetsuro Ochi
鉄朗 越智
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロレンズを備えたカラー表示装置に組
み込まれるカラーフィルタの褪色を抑制する。 【構成】 カラー表示装置は光源側に面し入射光を受け
入れる対向基板１と、所定の間隙を介して対向基板１に
接合し出射光を放出する駆動基板２と、該間隙に保持さ
れた液晶３とを備えたフラットパネル構造を有する。こ
のフラットパネル構造にはマトリクス状に配列した画素
４が集積形成されており、入射光を電気光学的に変調し
て出射光にする。又、入射光を個々の画素４に集光する
マイクロレンズ７と、個々の画素４をＲＧＢ三原色別に
着色するカラーフィルタ８とが集積形成されている。特
徴事項として、入射側から出射側に向って順にカラーフ
ィルタ８、マイクロレンズ７及び画素４が配置してい
る。マイクロレンズ７による集光を受ける前に入射光が
カラーフィルタ８を通過するので、その褪色を防げる。
場合によっては、マイクロレンズ７自体を三原色別に着
色し、カラーフィルタとしての機能を持たせても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入射光を各画素に集光
する為のマイクロレンズを有する透過型のカラー表示装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】カラー表示装置として例えば液晶パネル
を組み込んだプロジェクタは軽量で且つコンパクトであ
りながら大型画面表示を実現できる。このプロジェクタ
では液晶パネルの背後から入射光が照射され、前方のス
クリーン上にカラー画像が投影される。液晶プロジェク
タには三板方式と単板方式とがある。三板方式では光源
から放射した白色光が赤、緑、青の三原色に分解され、
各色に対応する３枚の液晶パネルによって形成される画
像が重ねられる。これに対し、単板方式では１枚の液晶
パネル内に赤、緑、青のカラーフィルタを設ける事によ
り、カラー画像の投影が行なわれる。従って、単板方式
を採用する事により、液晶プロジェクタの小型化、軽量
化、低コスト化が図れる。
【０００３】ところが、単板方式で三板方式と同程度の
解像度を得る為には、１枚の液晶パネルに形成すべき画
素数を、三板方式に用いる各液晶パネルの画素数の３倍
にする事が必要である。この様に画素数を増加するに
は、各画素を非常に微細化しなければならない。各画素
に対応して設けられるＴＦＴ等のスイッチング素子のサ
イズや配線電極の幅等は、画素電極がある大きさ以下に
なるとこれに比例して縮小する事が困難になる。従っ
て、微細な画素電極を有する液晶パネルでは、開口率
（表示画面全体に対する画素電極の総面積の占める割
合）が低下する。開口率の低い液晶パネルを用いると、
同じ明るさの光源を用いても投影された画面は暗くな
る。
【０００４】この様な欠点を除く為に、マイクロレンズ
アレイを備えた液晶パネルが開発されており、例えば特
開平４−５０８１６号公報に開示されている。図４に示
す様に、この液晶パネルは駆動基板１０１と対向基板１
０２とを有する。駆動基板１０１はその内面側に画素電
極１０３と、スイッチング素子として機能するＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）１０４とを備えており、画素１０
５を構成する。対向基板１０２は駆動基板１０１側の画
素電極１０３に対応した多数のマイクロレンズ１０６
と、これに対応したカラーフィルタ１０７と、対向電極
１０８とを有している。カラーフィルタ１０７は赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に着色されている。又、カ
ラーフィルタ１０７の着色部の周囲を縁取る様にブラッ
クマスク１０９がパタニング形成されており、対応する
画素１０５の開口部を規定している。駆動基板１０１と
対向基板１０２との間には電気光学物質として液晶１１
０が保持されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】マイクロレンズ１０６
は入射光を集光し、対応するカラーフィルタ１０７の着
色部を介して対応する画素１０５を効率的に照射する。
即ち、入射側から出射側に向って順にマイクロレンズ１
０６、カラーフィルタ１０７、画素１０５が配置してい
る。一般に、カラーフィルタ１０７は顔料を分散した有
機材料からなる。ところが、上述した従来の構成では、
有機材料からなるカラーフィルタ１０７にマイクロレン
ズ１０６を介して光が集光する為、カラーフィルタ１０
７の褪色の進行が加速されるという欠点がある。この様
に褪色が生じると、液晶パネルの極く一部であるカラー
フィルタ１０７だけが劣化したにも関わらず、高価な液
晶パネル全体が使用に耐えなくなってしまい、経済的な
面で重大な欠点となっていた。
【０００６】この点につき、さらに説明を加える。図４
に示す様に、通常マイクロレンズ１０６はカラーフィル
タ１０７よりも入射光側に配置している。直視で使用す
る場合には問題ないが、この液晶パネルをプロジェクタ
に組み込んだ場合マイクロレンズ１０６により集光され
た入射光がカラーフィルタ１０７を通過する為、その耐
光性及び耐熱性が問題になる。図示する様に、個々のマ
イクロレンズ１０６、カラーフィルタ１０７、画素１０
５は略同等のサイズを有している。しかしながら、対向
電極１０２にはブラックマスク１０９が形成されてお
り、前述した様に開口部を構成する。今仮に、この開口
部から露出するカラーフィルタ１０７の面積が、マイク
ロレンズ１０６の面積の半分であるとする。この場合、
マイクロレンズ１０６に進入した入射光が２倍のエネル
ギー強度に集光されて、対応するカラーフィルタ１０７
の着色中央部を集中的に照射する事になる。従って、カ
ラーフィルタ１０７の褪色が加速される事になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為、以下の手段を講じた。即ち、本発明に
かかるカラー表示装置は基本的に、光源側に面し入射光
を受け入れる第１基板と、所定の間隙を介して該第１基
板に接合し出射光を放出する第２基板と、該間隙に保持
された電気光学物質とを備えたフラットパネル構造を有
する。本カラー表示装置は、マトリクス状に配列され入
射光を電気光学的に変調して出射光にする複数の画素
と、入射光を個々の画素に集光するマイクロレンズと、
個々の画素を三原色別に着色するカラーフィルタとが集
積形成されている。特徴事項として、入射側から出射側
に向って順にカラーフィルタ、マイクロレンズ及び画素
が配置している。具体的には、前記カラーフィルタは第
１基板の外面側に形成され、前記マイクロレンズは第１
基板の内面側に形成されている。あるいはこれに代え
て、前記カラーフィルタを第１基板の内面側に形成し、
前記マイクロレンズを該カラーフィルタに重ねて同じく
内面側に形成しても良い。
【０００８】本発明の他の側面によれば、カラー表示装
置は基本的に、光源側に面し入射光を受け入れる第１基
板と、所定の間隙を介して該第１基板に接合し出射光を
放出する第２基板と、該間隙に保持された電気光学物質
とを備えたフラットパネル構造を有する。このカラー表
示装置はマトリクス状に配列され入射光を電気光学的に
変調して出射光にする複数の画素と、入射光を個々の画
素に集光する複数のマイクロレンズアレイとが集積形成
されている。特徴事項として、個々のマイクロレンズは
三原色別に着色されており、各画素に整合するカラーフ
ィルタとしての機能を有する。
【０００９】
【作用】本発明の第１側面によれば、入射側から出射側
に向って順にカラーフィルタ、マイクロレンズ及び画素
が配置している。換言すると、カラーフィルタがマイク
ロレンズよりも光源に近い位置に配置している。従っ
て、カラーフィルタには集光されていない状態の入射光
が照射されるので、照射エネルギー密度は比較的低く、
褪色の進行が抑制可能である。カラーフィルタを通過し
た後入射光はマイクロレンズにより集光され画素を照射
する。本発明の第２側面によれば、個々のマイクロレン
ズ自体が三原色別に着色されており、カラーフィルタと
しての機能を兼ねている。マイクロレンズ自体は集光機
能を有するが、これを照射する入射光は集光する前の状
態であり比較的エネルギー密度は低い。従って、着色の
為マイクロレンズに分散された顔料等の褪色は加速され
る惧れがない。
【００１０】
【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるカラー表示装置
の第１実施例を示す模式的な部分断面図である。図示す
る様に、本カラー表示装置は光源側に面し入射光を受け
入れる対向基板（第１基板）１と、所定の間隙を介して
対向基板１に接合し出射光を放出する駆動基板（第２基
板）２と、該間隙に保持された液晶３等からなる電気光
学物質とを備えたフラットパネル構造を有している。駆
動基板２の内面にはマトリクス状に配列した無数の画素
４が集積形成されており、入射光を電気光学的に変調し
て出射光に変換する。個々の画素４は透明導電膜からな
る画素電極５とこれを駆動するＴＦＴ６等からなるスイ
ッチング素子とで構成されている。
【００１１】一方、対向基板１側には、入射光を個々の
画素４に集光するマイクロレンズ７と、個々の画素４を
ＲＧＢ三原色別に着色するカラーフィルタ８とが集積形
成されている。特徴事項として、入射側から出射側に向
って順にカラーフィルタ８、マイクロレンズ７及び画素
４が配置している。本例では、カラーフィルタ８は対向
基板１の外面側に形成され、マイクロレンズ７は対向基
板１の内面側に形成されている。入射光は先ず対向基板
１の外面側に配置したカラーフィルタ８を通過する。こ
の段階では入射光は集光されていないので、カラーフィ
ルタ８に対する照射エネルギー密度は比較的低く、褪色
が加速される惧れはない。カラーフィルタ８を通過した
後入射光はマイクロレンズ７により集光され、画素４を
照射する。画素４は電気光学的に入射光を変調し、出射
光を放射して所望のカラー画像表示を行なう。なお、対
向基板１の内面側には透明導電膜からなる対向電極９が
形成されており、実際にはこの対向電極９と画素電極５
とその間に保持された液晶３とで個々の画素４が構成さ
れる。対向電極９と画素電極５との間に印加される電圧
により液晶３の透過率が変化し、所望の電気光学変調が
行なわれる。又、個々の画素４の周囲を縁取る様にブラ
ックマスク１０が、対向基板１の内面側にパタニング形
成されている。このブラックマスク１０は、個々の画素
４の開口部を規定する。
【００１２】以下、本カラー表示装置の主要な構成要素
であるカラーフィルタ８及びマイクロレンズ７について
詳細な説明を加える。カラーフィルタ８は対向基板１を
構成するガラス基材１１の上に集積形成されている。具
体的には、顔料分散法もしくは印刷法によりカラーフィ
ルタ８を形成する。顔料分散法では、予め赤色顔料を分
散した感光膜をガラス基材１１の外面に塗布し、これを
露光現像して赤色カラーフィルタの部分を作成する。同
様に、緑色顔料を分散した感光膜を塗布した後、露光現
像して緑色カラーフィルタの部分を形成する。さらに、
青色顔料を分散した感光膜を塗布した後これを露光現像
して青色フィルタの部分を作成する。この様にして集積
形成されたＲＧＢ三原色のカラーフィルタ８は透明な保
護膜１２によって被覆されている。
【００１３】マイクロレンズ７はエッチング法もしくは
イオン置換法によりガラス基材１１の内面側に形成され
る。例えば、エッチング法の場合、ガラス基材１１の表
面をレジストで被覆した後、離散的に微小な開口を設け
る。このレジストをマスクとして弗酸等によりガラス基
材１１を等方的にエッチングする。エッチングは微小な
開口を中心として等方的に進行するので、個々の開口の
内部に凹面がエッチング形成される。この凹面にエポキ
シ樹脂等の透明材料を充填してマイクロレンズ７を作成
する。ガラス基材１１の屈折率と透明エポキシ樹脂の屈
折率が異なる為、マイクロレンズ７が形成できる。屈折
率及び凹面の曲率半径を適宜設定する事により、所望の
焦点距離を有するマイクロレンズ７が得られる。画素４
に対して焦点距離を合わせる為、ガラス基材１１には所
定の厚みを有するガラスシート１３が貼着される。この
ガラスシート１３の表面に、前述した対向電極９とブラ
ックマスク１０が形成される。なお、ブラックマスク１
０は必ずしも対向基板１側に設ける必要なく、場合によ
っては駆動基板２側にパタニング形成しても良い。
【００１４】これに対し、イオン置換法では先ずソーダ
・ガラスの板にＴｉを蒸着し、フォトリソグラフィで円
形の窓を開けた後、１価イオンの硝酸塩の溶融液に浸
す。そして４００℃以上に加熱する。溶融液中の陽イオ
ンが開口窓からガラス内に等方拡散しイオン交換が起
る。ガラス内部の組成が変わって屈折率分布が生じ、光
ファイバのコネクタ等に用いる「セルフォック・レン
ズ」と同様にレンズとして働く。プロジェクタに使用す
るマイクロレンズは例えば蜂の巣状に細密充填する。
【００１５】液晶パネルではコントラスト比や応答速度
等表示品位の点で図１に示したアクティブマトリクス型
が優れている。しかしながら、アクティブマトリクス型
の液晶パネルでは、表示画面内に遮光性のＴＦＴ６や配
線等を形成しなければならず、画素４を微細化するほど
開口率が低下し表示画面が暗くなる。そこで、光源光の
利用効率を高める方策として、個々の画素４にマイクロ
レンズ７を対応配置させている。これにより、遮光領域
に進入する入射光をも画素４の開口部に集光し、実効的
に開口率を向上させ表示画面を明るくしている。本発明
では、図１に示す様にエッチング法もしくはイオン置換
法によりガラス基材１１の内面側にマイクロレンズ７を
集積形成する一方、顔料分散法もしくは印刷法によりガ
ラス基材１１の外面側にカラーフィルタ８を作成する。
こうする事により、入射光はマイクロレンズ７により集
光される前に、カラーフィルタ８を通過する事により、
マイクロレンズを使用しない液晶パネルに用いられるカ
ラーフィルタの材料をそのまま使用しても、耐光性及び
耐熱性等に問題は生じない。
【００１６】図２は、本発明にかかるカラー表示装置の
第２実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的な
構成は、図１に示した第１実施例と同様であり、対応す
る部分には対応する参照番号を付して理解を容易にして
いる。異なる点は、カラーフィルタ８が対向基板１の内
面側に形成され、マイクロレンズ７はカラーフィルタ８
に重ねて同じく内面側に形成されている事である。この
構成は第１実施例と異なり、カラーフィルタ８が外面側
に露出していないので損傷等の惧れが少なくなる。具体
的な製法としては、例えばガラス基材１１の内面側に顔
料分散法もしくは印刷法でカラーフィルタ８を集積形成
する。その表面を保護膜１２で被覆する。一方、マイク
ロレンズ７はガラスシート１３の一面にエッチング法も
しくはイオン置換法で形成する。この後、カラーフィル
タ８とマイクロレンズ７を対面させた状態でガラス基材
１１とガラスシート１３を貼り合わせて、対向基板１に
一体化する。
【００１７】図３は本発明にかかるカラー表示装置の第
３実施例を示す模式的な部分断面図である。理解を容易
にする為、図１に示した第１実施例と対応する部分には
対応する参照番号が付されている。本カラー表示装置は
光源側に面し入射光を受け入れる対向基板（第１基板）
１と、所定の間隙を介して対向基板１に接合し出射光を
放出する駆動基板（第２基板）２と、間隙に保持された
液晶３等からなる電気光学物質とを備えたフラットパネ
ル構造を有する。このフラットパネル構造にはマトリク
ス状に配列され入射光を電気光学的に変調して出射光に
する無数の画素４と、入射光を個々の画素４に集光する
無数のマイクロレンズ７とが集積形成されている。特徴
事項として、個々のマイクロレンズ７自体がＲＧＢ三原
色別に着色されており、各画素４に整合するカラーフィ
ルタとしての機能を有する。具体的には、マイクロレン
ズ７の材料として用いられるエポキシ系樹脂に赤色、緑
色及び青色の顔料を選択的に混ぜ合わせる事により、マ
イクロレンズ７自体にカラーフィルタとしての機能を持
たせる。この構造においても、マイクロレンズ７が集光
作用を行なう前に入射光がカラーフィルタを通過する場
合と等価であるので、褪色の加速等の問題が生じない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、入
射側から出射側に向って順にカラーフィルタ、マイクロ
レンズ及び画素を配置した構成とし、カラーフィルタに
高エネルギー密度の入射光が照射しない様にし、その褪
色劣化を抑制している。かかる構成によれば、マイクロ
レンズ及びカラーフィルタが集積形成された液晶パネル
をプロジェクタに組み込む場合に、マイクロレンズを有
しない液晶パネルに使用しているカラーフィルタの材料
と同じものを採用しても、耐光性や耐熱性に問題がな
く、高輝度液晶プロジェクタが実現できる。又、本発明
の他の側面によれば、マイクロレンズ自体にカラーフィ
ルタとしての機能を持たせる事により、マイクロレンズ
とカラーフィルタを別々に作成する場合に比べ、製造工
程が短縮化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるカラー表示装置の第１実施例を
示す模式的な部分断面図である。
【図２】本発明にかかるカラー表示装置の第２実施例を
示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明にかかるカラー表示装置の第３実施例を
示す模式的な部分断面図である。
【図４】従来のカラー表示装置の一例を示す部分断面図
である。
【符号の説明】
１ 対向基板 ２ 駆動基板 ３ 液晶 ４ 画素 ５ 画素電極 ６ ＴＦＴ ７ マイクロレンズ ８ カラーフィルタ ９ 対向電極 １０ ブラックマスク １１ ガラス基材 １２ 保護膜 １３ ガラスシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗田 俊児 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 吉沢 伸 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 越智 鉄朗 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源側に面し入射光を受け入れる第１基
    板と、所定の間隙を介して該第１基板に接合し出射光を
    放出する第２基板と、該間隙に保持された電気光学物質
    とを備えたフラットパネル構造を有し、マトリクス状に
    配列され入射光を電気光学的に変調して出射光にする複
    数の画素と、入射光を個々の画素に集光するマイクロレ
    ンズと、個々の画素を三原色別に着色するカラーフィル
    タとが集積形成されたカラー表示装置であって、 入射側から出射側に向って順にカラーフィルタ、マイク
    ロレンズ及び画素が配置している事を特徴とするカラー
    表示装置。
  2. 【請求項２】 前記カラーフィルタは第１基板の外面側
    に形成され、前記マイクロレンズは第１基板の内面側に
    形成されている事を特徴とする請求項１記載のカラー表
    示装置。
  3. 【請求項３】 前記カラーフィルタは第１基板の内面側
    に形成され、前記マイクロレンズは該カラーフィルタに
    重ねて同じく内面側に形成されている事を特徴とする請
    求項１記載のカラー表示装置。
  4. 【請求項４】 光源側に面し入射光を受け入れる第１基
    板と、所定の間隙を介して該第１基板に接合し出射光を
    放出する第２基板と、該間隙に保持された電気光学物質
    とを備えたフラットパネル構造を有し、マトリクス状に
    配列され入射光を電気光学的に変調して出射光にする複
    数の画素と、入射光を個々の画素に集光する複数のマイ
    クロレンズとが集積形成されたカラー表示装置であっ
    て、 個々のマイクロレンズは三原色別に着色されており各画
    素に整合するカラーフィルタとしての機能を有する事を
    特徴とするカラー表示装置。
JP6335891A 1994-12-22 1994-12-22 カラー表示装置 Pending JPH08179300A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6335891A JPH08179300A (ja) 1994-12-22 1994-12-22 カラー表示装置
US08/569,295 US5682215A (en) 1994-12-22 1995-12-08 Color display device with light incident substrate having color filters on the outside and microlenses on the inside surface
KR1019950053444A KR960028576A (ko) 1994-12-22 1995-12-21 컬러표시장치
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