JPH08340546A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが低く、かつ小型で高精細な表示
ができるようにする。 【解決手段】光源からの光を反射して映像を表示する反
射型の液晶パネルを備えた液晶表示装置において、前記
液晶パネル７の画素電極をそれぞれ反射電極８Ｒ，８
Ｂ，８Ｇで構成し、かつパネル表面に対し異なる角度を
設けて配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラレコ
ーダーのビューファインダー、プロジェクターの光バル
ブ等、テレビ画像の高解像度の映像表示に用いられる表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、対角４０インチを越えるような大
画面表示を実現するために、プロジェクタ方式の表示装
置の開発が盛んに行われている。こうした表示装置とし
ては液晶パネルを用いたものやデジタルマイクロミラー
デバイスを用いたものがある。中でも液晶を用いた反射
型液晶表示装置は、数インチの液晶パネルを用いてスク
リーンに拡大投影するものであり、大画面映像が容易に
得られ、将来が有望視されている。

【０００３】この反射型液晶表示装置は、フルカラー表
示を行うために、赤、緑、青の各色ごと液晶パネルを用
いる３板式と、１枚の液晶パネル内に赤、緑、青のカラ
ーフィルタを内蔵させる単板式とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
３板式では高価な液晶パネルが３枚も必要であり、また
色合成のための光学系が必要となるため、システムが大
型化し、また高価なものになってしまう。また、後者の
単板式の場合は、液晶パネル内に画素ごとにオンチップ
で微細なカラーフィルタを形成する必要があるため、パ
ネルの製造の歩留まりが低くコストが高くなる。

【０００５】本発明は、製造コストが低く、かつ小型で
高精細な表示が得られる液晶表示装置の提供を目的とし
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの光
を反射して映像を表示する反射型の素子を備えた表示装
置において、前記反射型の素子の画素電極をそれぞれ反
射電極で構成し、かつ前記画素電極の少なくともひとつ
以上を互いに異なる角度を設けて配置したことを特徴と
している。

【０００７】なお、この場合に前記光源を異なる位置に
置かれた３個の光源で構成するとともに、これら各光源
の前記画素電極からの反射光が一点に集光するように構
成するとより好ましい。

【０００８】あるいは、前記光源の前記画素電極からの
反射光が２点に集光するように構成することも好まし
い。

【０００９】更に、前記光源の光は素子に対し平行光に
なるように構成するとよい。

【００１０】また、前記光源の光路には、異なる色のカ
ラーフィルタ、例えば赤、緑、青のフィルタを脱着切換
自在に配置することが望ましい。

【００１１】また、前記反射光が集光する位置の近傍に
は凸レンズを配置することで、映像をスクリーン上に投
射するように構成するか、あるいは両眼で直接覗くよう
にしてもよい。

【００１２】なお、以上構成に基づき、各光源から照射
された光は、反射型素子の各画素電極を構成する反射電
極で反射され集光される。各光源の光がカラーフィルタ
を介して照射されると、素子に印加させる信号に基づき
集光点にはフルカラーの映像が表示される。この映像を
レンズを介して覗いたりあるいはスクリーン上に投射す
ると高精細な映像を表示することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施の形態について説明する。

【００１４】（第１の実施の形態）本第１の実施の形態
は液晶表示装置に本発明を適用した実施の形態である。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態の特徴
をもっとも良く表す図面であり、同図において、１は光
源、２は集光レンズ、３（３Ｂ，３Ｇ，３Ｒ）はマイク
ロミラー、４は遮光板、５はピンホール（又はスリッ
ト）、６はレンズである。このレンズ６の焦点位置には
遮光板４、マイクロミラー３、ピンホール５とが配置さ
れ、テレセントリック光学系を形成している。

【００１６】７は、反射型液晶パネル（素子）で、該液
晶パネル７の反射画素電極８（８Ｂ，８Ｇ，８Ｒ）は画
素により傾斜角度が異なっている。液晶パネル７は、液
晶に印加される電圧により光の散乱・非散乱を切り換え
ることができる高分子分散型液晶パネルが好適である
が、これに限るものではなく、ゲストホスト型液晶パネ
ルなど他の液晶材料を用いたパネルでもよい。

【００１７】９は、赤外線カット板、１０（１０Ｂ，１
０Ｇ，１０Ｒ）はカラーフィルタ切換装置で、カラーフ
ィルタを通さずに照明する状態と各カラーフィルタ（赤
もしくは緑もしくは青等）を通して照明する状態のいず
れかを選択できる。

【００１８】１１は投影レンズ、１２はスクリーンであ
る。１３〜２０は各光束である。

【００１９】本実施の形態では、カラー表示を行うため
に、赤、緑、青の各色に対応して光源系を３組配置して
いる。

【００２０】たとえば、赤外線カット板９とカラーフィ
ルタ切換装置１０Ｒを通った光はフィルタにより赤色光
のみが取り出され、集光レンズ２でマイクロミラー３Ｒ
に集光される。マイクロミラー３はレンズ６の焦点位置
に配されるため小さく形成でき、その領域に集光レンズ
２で集光する。マイクロミラー３は光源１の各配置に合
わせてそれぞれ異なる位置に異なる反射面の傾きをもっ
て配置される。マイクロミラー３Ｒによって反射した光
束は１４に示す如くレンズ６に入射する。前述したよう
にレンズ６の焦点位置にマイクロミラー３が配置されて
いるのでレンズ６からは平行光１５が液晶パネル７に入
射する。液晶パネル７の反射画素電極８Ｒでの反射光は
符号１７に示す如く入射光１６とは、角度θをなしてい
る。

【００２１】この光束１７はレンズ６により光束１８に
示す如く、ピンホール５のところに集光する。反射画素
電極８の傾斜角度は、それぞれに対応するマイクロミラ
ー３及び光源１の配置に合わせてピンホール５に集光す
るように設定されている。マイクロミラー３Ｒで反射さ
れて、反射画素電極８Ｒとは異なる傾斜角度を有する８
Ｂ、８Ｇに入射した光は、ピンホール５に集光せず、遮
光板４で遮光される。

【００２２】よって、上記構成をとることで、画素ごと
に赤・緑・青の各色を割り当てて、単板パネルでカラ一
表示を行うことができる。

【００２３】以上は液晶パネル７で光束が散乱されない
場合であり、一方散乱された場台は、パネルからの反射
光の中にはほとんど平行成分がなくなるため、遮光板４
で遮光され、ピンホール５を通過しない。

【００２４】ピンホール５を通過した光束１９は投影レ
ンズ１１によりスクリーン１２に投影される。

【００２５】１つのフィルタ切換装置１０に用いるフィ
ルタは、赤・緑・青のうちいずれか一色からなり、液晶
パネルにオンチップで形成する型ではないので、簡単で
かつ低コスト、高歩留まりで実現できる。また、フィル
タ切換装置でフィルタを切り換えることで、高精細なモ
ノクロ表示やモノカラー表示の選択が自由になる。

【００２６】単板式の場合、フルカラーでは３つの色ド
ットで１ピクセルを構成していたのに対し、１つの色ド
ットで１ピクセルを構成するため、より高精細な映像が
得られる。たとえば、本発明の装置をプレゼンテーショ
ンに用いる場合、写真や絵を表示するときにはカラー表
示で行い、文字を主に表示するときにはより高精細なモ
ノクロ表示に切り換えるなどすることにより、従来に比
べわかりやすくかつ効果的なプレゼンテーションが可能
になる。

【００２７】また、本発明の液晶パネルは単板式の装置
に適用でき、３板式に比べ光学系も簡略化できるため、
低コストでコンパクトに実現することができる。また、
多連投射方式で生じていたスクリーン上での表示像の位
置合わせが難しいといった問題も起こらない。

【００２８】図２は、本実施の形態の構造を立体的に示
した模式図である。レンズ６から液晶パネル７に照射さ
れる光は平行光線であるので、反射画素電極８に赤・緑
・青の三色に対応して３方向の異なる角度をもたせるこ
とで上述した効果を得る事ができる。

【００２９】図３に前記液晶パネル７の断面構造図を示
す。

【００３０】２０１はＳｉ、石英、ガラスやアルミナ、
セラミックス、金属等からなる基板、２０２は画素部ト
ランジスタを形成する為の半導体ボディであるＳｉ層で
ある。機能素子としての画素部トランジスタとしては、
Ｓｉ基板上や、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ（Ｓ０Ｉ）基板上に形成された単結晶トランジスタ
や、ガラスや石英基板上に形成された多結晶Ｓｉトラン
ジスタ、アモルファスＳｉトランジスタ等が用いられ
る。また、トランジスタに代えて別の機能素子であるダ
イオードやＭｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａ
ｌ（ＭＩＭ）といった２端子素子が使われる場合もあ
る。２０３、２０４はそれぞれトランジスタのソース、
及びドレイン部、２０５はゲート酸化膜を介してＳｉ層
２０２上に形成されたゲート電極、２０６は反射画素電
極であり、アルミニウム、銀、金等の金属又は合金から
なる反射性導電体で形成されており、トランジスタのド
レイン２０４と接続されている。

【００３１】２０７は第１の層間膜である。２０８は反
射画素電極２０６に所望の傾斜をつけるための第２の層
間膜である。たとえばシリコン酸化膜で第１の層間膜２
０７を形成し、その上にシリコン窒化膜を堆積・パター
ニングして第２の層間膜２０８を形成することで、所望
の傾斜を実現できる。

【００３２】２０９は液晶であり、具体的には高分子分
散型液晶等が用いられる。２ｌ０は対向透明電極、２１
１は対向透明基板である。また、画素即ち反射電極の位
置に応じて各反射電極と対向透明基板２１１との傾斜角
を異ならしめることで、透明基板表面での反射光がピン
ホール５に集光しないようにすることができ、コントラ
ストの低下を防ぐこともできる。

【００３３】図４は、本実施の形態の液晶表示装置の作
製するための製法を説明する為の模式図である。同図に
示したように、まず同図（ａ）のような基板２０１を用
意する。基板２０１は、たとえばガラス基板や石英基板
が用いられる。また、シリコン基板やＳ０Ｉ基板を用い
てもよい。

【００３４】次に、基板２０１上にシリコン層２０２を
形成する。次にシリコン層２０２をエッチングしてトラ
ンジスタ形成領域を残す（同図（ｂ））。シリコン層２
０２を熱酸化、もしくは絶縁膜を堆積してゲート絶縁膜
を形成後、多結晶シリコン等を堆積、エッチングしてゲ
ート電極２０５を形成する。その後、ゲート電極をマス
クとしたイオン注入を行いソース２０３、ドレイン２０
４をセルファラインで形成する（同図（ｃ））。更に酸
化シリコンや窒化シリコン等の層間絶縁層２０７を被覆
した後、該層間絶縁層２０７にコンタクトホールを穿っ
て、その上にＡｌ 等の導電牲膜を堆積、パターニング
してソース２０３に接続されるソース電極を形成する
（同図（ｄ））。その上にまた酸化シリコンや窒化シリ
コン等の層間絶縁層２０７を被膜しそこに第２のコンタ
クトホールを穿ち、その上にＡｌ等の高反射率を有する
導電牲膜を堆積、パターニングし、反射画素電極２０６
を形成する（同図（ｅ））。

【００３５】画素電極２０６を形成する前に、層間絶縁
層２０７上に図３の符号２０８に示すような少なくとも
１つの第２の層間膜を堆積、パターニング工程を少なく
とも１回以上くり返し行なって、画素電極に所望の傾斜
をつけることができる。更に、第２の層間膜上に軟化温
度の低い、たとえばリンガラスを堆積し、熱処理すれ
ば、表面形状を急な段差のないなだらかな下地面を得る
ことができる。こうした下地面上に反射電極２０６を設
ければ、その反射面の傾斜角をより高精度に設計でき
る。

【００３６】このトランジスタが形成されたデバイス基
板とは別に、基板を用意して、その基板２１１上に透明
電極２１０を形成する。対向電極の素材としては、透明
導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）等が用いられる。

【００３７】両基板の間には液晶が挟持される。液晶と
しては、含浸法、懸濁法、相分離法等で形成された高分
子分散液晶等が用いられるが、本発明に用いられる液晶
はこれに限られるものではない。

【００３８】以上により、本実施の形態に用いられる反
射型液晶パネルが形成される。また、本実施の形態では
第２の層間膜２０８を用いて所望の傾斜角を得ていた
が、もちろんこれに限定されず、たとえばトランジスタ
を構成するシリコン層２０２、ゲート電極２０５、ソー
ス電極２０３等の段差形状を組み合わせて所望の傾斜角
を実現してもよい。

【００３９】（第２の実施の形態）図５は、本発明の第
２の実施の形態の特徴をもっとも良く表す図面である。
同図において４０１ａ、４０１ｂは集光レンズ、４０２
ａ、４０２ｂは観察者の両眼である。本実施の形態で
は、反射画素電極は８ａ、８ｂの２方向の傾斜角を有
し、それぞれピンホール５ａ、５ｂに焦点を結ぶよう角
度が決められている。

【００４０】ピンホール（又はスリット）５ａ、５ｂを
通過した光束はそれぞれ集光レンズ４０２ａ、４０２ｂ
に集光する。以上のように、画素電極の角度を異ならし
め、それぞれの反射光束が左右眼に独立に集光するよう
に構成することで、ひとつの液晶パネルで左右眼に別々
の映像を表示したり、視差のある映像を表示して立体視
を行ったり、横に連続する広視野な映像を表示したり
と、多彩な表現が可能になる。

【００４１】（実施の形態３）デジタルマイクロミラー
デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ ＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤ
ｅｖｉｃｅ）は、反射型表示装置のひとつとして学会等
で発表されている（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ，Ｌ．，１９９３
ＩＥＤＭ、講演番号１５．１，Ｄｅｃ．１９９３）。

【００４２】このデジタルマイクロミラーデバイスは、
ヒンジで支えた反射電極の角度を静電気力により変える
ことで白黒の表示を行うものである。

【００４３】このデジタルマイクロミラーデバイスにお
いても画素電極の傾斜角度を図１や図５のように、パネ
ル内で異ならしめることで、第一実施の形態、第二実施
の形態と同様の効果を得ることができる。

【００４４】たとえば、第一実施の形態のように反射画
素電極の傾斜角を３通り以上に設定し、それぞれの角度
に対応して赤、緑、青の光源を用意しカラー表示を行う
ことができるので、上記論文中で述べられているような
フィルタ回転のための機械部が不要となり、全体として
システムを簡略化できる。

【００４５】液晶を用いた例と異なる点は、ミラーの傾
きを変えることで暗状態を呈する。よって、明表示の場
合は図１，５に示すように反射光がピンホールを通る位
置にミラーの傾きを設定し、暗表示の場合は、反射光が
ピンホールを通らないようにミラーの傾きを電気的に制
御する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
反射電極の角度をそれぞれ異ならしめることで、コンパ
クトで低コストの表示装置を実現することができる。ま
た、プロジェクタとして用いた場合に、赤、緑、青色の
位置合わせが不要となる利点がある。

【００４７】また、カラー表示とモノクロ表示の切換が
容易に行えるとともに、簡単な構成で立体表示、複数画
面表示や広視野表示を行いことができ、かつそれらを切
り替えて使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態の模式図である。

【図２】図１に示す表示装置の斜視図である。

【図３】図１に示す液晶パネルの断面図である。

【図４】図３に示す液晶パネルの製造方法の説明図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施の形態の模式図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 集光レンズ ３ マイクロミラー ４ 遮光板 ５ ピンホール ６ レンズ ７ 液晶パネル ８ 反射画素電極 ９ 赤外線カット板 １０ カラーフィルタ １１ 投影レンズ １２ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ 7426−5Ｈ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｋ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を反射して映像を表示する
   反射型の素子を備えた表示装置において、 前記素子の画素電極をそれぞれ反射電極で構成し、かつ
   前記画素電極の少なくともひとつ以上を互いに異なる角
   度を設けて配置したことを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記光源を異なる位置に置かれた３個の
   光源で構成するとともに、これら各光源の前記画素電極
   からの反射光が一点に集光するように構成したことを特
   徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 【請求項３】 前記光源の前記画素電極からの反射光が
   ２点に集光するように構成したことを特徴とする請求項
   １記載の表示装置。
4. 【請求項４】 前記光源の光は素子に対し平行光になる
   ように構成されていることを特徴とする請求項１又は２
   記載の表示装置。
5. 【請求項５】 前記光源の光路には、異なる色のカラー
   フィルタが着脱切換自在に配置されていることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
6. 【請求項６】 前記反射光が集光する位置の近傍には凸
   レンズが配置されされていることを特徴とする請求項２
   又は３記載の表示装置。
7. 【請求項７】 前記反射型の素子は、液晶素子である、 ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
8. 【請求項８】 前記反射型の素子は、デジタルマイクロ
   ミラーデバイスである、 ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
9. 【請求項９】 前記画素電極は、対応する光源の位置と
   反射光を通過させるホール又はスリットの位置とに応じ
   て該角度が設定されている、 ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
10. 【請求項１０】 前記画素電極の角度に応じて、光源と
    反射光を通過させるホール又はスリットとの位置が設定
    されている、 ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。