JPH10161097A - 液晶表示装置 - Google Patents
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- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
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- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
- G02F2201/123—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode pixel
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精細画像の要求に対し、輝度むらや色むら
等の画質劣化を伴わずに、低価格で製作することができ
る液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 マイクロレンズＭＬの焦点距離ｆをマイ
クロレンズＭＬと画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇとの
距離ｄよりも長く設定すると共に、その焦点位置を画素
基板２１のガラス基板２１ａの内部に設定する。これに
より、拡散角φB，φR ，φG を小さく抑えることがで
き、ＬＣＤパネル２０からの出射光の拡散角が小さくな
るため、投影レンズ３０の有効径が小さくても蹴られが
生ずることがない。すなわち、液晶表示装置の構成要素
のうちコスト比率の大きい投影レンズ３０として、製作
コストの安いＦ値の大きいレンズを使用可能となる。
等の画質劣化を伴わずに、低価格で製作することができ
る液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 マイクロレンズＭＬの焦点距離ｆをマイ
クロレンズＭＬと画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇとの
距離ｄよりも長く設定すると共に、その焦点位置を画素
基板２１のガラス基板２１ａの内部に設定する。これに
より、拡散角φB，φR ，φG を小さく抑えることがで
き、ＬＣＤパネル２０からの出射光の拡散角が小さくな
るため、投影レンズ３０の有効径が小さくても蹴られが
生ずることがない。すなわち、液晶表示装置の構成要素
のうちコスト比率の大きい投影レンズ３０として、製作
コストの安いＦ値の大きいレンズを使用可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶画素を駆動する
画素電極に対向させて集光用のマイクロレンズを配置し
て高輝度化を図った液晶表示装置に関する。
画素電極に対向させて集光用のマイクロレンズを配置し
て高輝度化を図った液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶パネルを光スイッチング素子
として利用し、液晶パネル上の画像を投射光学系によっ
てスクリーン上に拡大投影するようにした液晶プロジェ
クタや液晶プロジェクションＴＶ等の開発が盛んに行わ
れている。これらの装置は、薄型で軽量、鮮鋭な画像、
地磁気の影響を受けないこと、レジ調整不要等の優れた
性能を有している。
として利用し、液晶パネル上の画像を投射光学系によっ
てスクリーン上に拡大投影するようにした液晶プロジェ
クタや液晶プロジェクションＴＶ等の開発が盛んに行わ
れている。これらの装置は、薄型で軽量、鮮鋭な画像、
地磁気の影響を受けないこと、レジ調整不要等の優れた
性能を有している。
【０００３】このような液晶表示装置には、Ｂ（青），
Ｒ（赤），Ｇ（緑）の３色のカラーフィルタを備えた液
晶パネルを１枚用いて構成した単板方式と、モノクロ液
晶パネルをＢ，Ｒ，Ｇの各光路ごとに設けて構成した３
板方式とがある。このうち、単板方式は構造が簡単で小
型化・軽量化および低価格化が容易であるが、その一
方、カラーフィルタによる光吸収が多いため、高輝度化
に難点があると共に、冷却の点でも不利である。
Ｒ（赤），Ｇ（緑）の３色のカラーフィルタを備えた液
晶パネルを１枚用いて構成した単板方式と、モノクロ液
晶パネルをＢ，Ｒ，Ｇの各光路ごとに設けて構成した３
板方式とがある。このうち、単板方式は構造が簡単で小
型化・軽量化および低価格化が容易であるが、その一
方、カラーフィルタによる光吸収が多いため、高輝度化
に難点があると共に、冷却の点でも不利である。
【０００４】このような問題に対処すべく、例えば特開
平４−６０５３８号公報（以下、文献という。）、あ
るいは「ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ ’９５，ｐ８８
７」（以下、文献という。）には、液晶画素を駆動す
る３個の画素電極ごとに１個の集光用マイクロレンズを
対向配置し、このマイクロレンズの各々にそれぞれ異な
る方向からＢ，Ｒ，Ｇの３色を入射させて集光し、その
出射光をＢ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素電極にそれぞ
れ入射させるようにしたカラー液晶表示装置が開示され
ている。このカラー液晶表示装置では、画素と画素との
間の領域（画素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴ
が形成されたブラックマトリクス部分）に入射した光を
も有効利用することができ、実質的な開口率が高くなる
ので、高輝度化が可能となる。
平４−６０５３８号公報（以下、文献という。）、あ
るいは「ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ ’９５，ｐ８８
７」（以下、文献という。）には、液晶画素を駆動す
る３個の画素電極ごとに１個の集光用マイクロレンズを
対向配置し、このマイクロレンズの各々にそれぞれ異な
る方向からＢ，Ｒ，Ｇの３色を入射させて集光し、その
出射光をＢ，Ｒ，Ｇの３色に対応した画素電極にそれぞ
れ入射させるようにしたカラー液晶表示装置が開示され
ている。このカラー液晶表示装置では、画素と画素との
間の領域（画素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴ
が形成されたブラックマトリクス部分）に入射した光を
も有効利用することができ、実質的な開口率が高くなる
ので、高輝度化が可能となる。
【０００５】このような従来のカラー液晶表示装置で
は、画素電極に対向させて配置される各マイクロレンズ
の焦点位置は、対応する画素部の近傍にくるように設定
されていた。すなわち、マイクロレンズに入射した平行
光は、このマイクロレンズで絞られて画素部付近で焦点
を結んだのち、再び広がっていくようになっていた。
は、画素電極に対向させて配置される各マイクロレンズ
の焦点位置は、対応する画素部の近傍にくるように設定
されていた。すなわち、マイクロレンズに入射した平行
光は、このマイクロレンズで絞られて画素部付近で焦点
を結んだのち、再び広がっていくようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶プロジ
ェクション方式のデータプロジェクタやリアプロジェク
タＴＶは既に実用化されているが、今後は、マルチメデ
ィアの進展に伴い、コンピュータの画面表示とＡＶ（オ
ーディオ・ビデオ）表示とをハイビジョンテレビのよう
な高精細で混在表示できるタイプの装置が求められるこ
とが予想される。この場合、液晶表示素子を含む光学シ
ステムには従来に比較してさらなる高精細化、高画質
化、および高輝度化等が必要となる。例えば、現在実用
化されているリアプロジェクションＴＶに使用されてい
る液晶表示パネルを例にとると、アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をベ
ースとして形成され、その総画素数は３〜５インチの画
面サイズで１３０万画素程度が限界である。しかしなが
ら、液晶プロジェクション方式で薄型軽量化を実現する
ためには、さらに画素密度を高めて、２インチの画面サ
イズで１５０〜２００万画素程度にする必要がある。ま
た、民生用途を考慮すると、このような小型高精細ＬＣ
Ｄパネルは光学系を含めて低価格化に有利であり、今度
ともますます需要が増大するものと予想される。そし
て、プロセス技術的には、このような高精細の液晶パネ
ルの製造には、高温ポリシリコン（多結晶シリコン）Ｔ
ＦＴ技術、あるいは低温ポリシリコンＴＦＴ技術が重要
になるものと考えられる。
ェクション方式のデータプロジェクタやリアプロジェク
タＴＶは既に実用化されているが、今後は、マルチメデ
ィアの進展に伴い、コンピュータの画面表示とＡＶ（オ
ーディオ・ビデオ）表示とをハイビジョンテレビのよう
な高精細で混在表示できるタイプの装置が求められるこ
とが予想される。この場合、液晶表示素子を含む光学シ
ステムには従来に比較してさらなる高精細化、高画質
化、および高輝度化等が必要となる。例えば、現在実用
化されているリアプロジェクションＴＶに使用されてい
る液晶表示パネルを例にとると、アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をベ
ースとして形成され、その総画素数は３〜５インチの画
面サイズで１３０万画素程度が限界である。しかしなが
ら、液晶プロジェクション方式で薄型軽量化を実現する
ためには、さらに画素密度を高めて、２インチの画面サ
イズで１５０〜２００万画素程度にする必要がある。ま
た、民生用途を考慮すると、このような小型高精細ＬＣ
Ｄパネルは光学系を含めて低価格化に有利であり、今度
ともますます需要が増大するものと予想される。そし
て、プロセス技術的には、このような高精細の液晶パネ
ルの製造には、高温ポリシリコン（多結晶シリコン）Ｔ
ＦＴ技術、あるいは低温ポリシリコンＴＦＴ技術が重要
になるものと考えられる。
【０００７】このように、高精細化の要求が強い液晶プ
ロジェクタにおいては、画素部の面積をますます縮小す
る必要性が大きくなってきているため、上記したよう
に、画素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴをアモ
ルファスシリコンを用いて形成していたのを、今後はポ
リシリコンに変更する必要性が出てきた。これは、ａ−
Ｓｉの場合はキャリア移動度が小さいことから、画素駆
動に必要な大きさの電流を得るためにはＴＦＴのサイズ
をある程度大きくしなければならないのに対し、ポリシ
リコンの場合はキャリア移動度が大きくＴＦＴのサイズ
を小さくできることによる。具体的な数値を挙げると、
ａ−Ｓｉの場合は１００μｍ程度の画素ピッチが限界で
あるのに対し、ポリシリコンでは２０μｍという微細な
画素ピッチが可能となる。
ロジェクタにおいては、画素部の面積をますます縮小す
る必要性が大きくなってきているため、上記したよう
に、画素駆動用のスイッチング素子であるＴＦＴをアモ
ルファスシリコンを用いて形成していたのを、今後はポ
リシリコンに変更する必要性が出てきた。これは、ａ−
Ｓｉの場合はキャリア移動度が小さいことから、画素駆
動に必要な大きさの電流を得るためにはＴＦＴのサイズ
をある程度大きくしなければならないのに対し、ポリシ
リコンの場合はキャリア移動度が大きくＴＦＴのサイズ
を小さくできることによる。具体的な数値を挙げると、
ａ−Ｓｉの場合は１００μｍ程度の画素ピッチが限界で
あるのに対し、ポリシリコンでは２０μｍという微細な
画素ピッチが可能となる。
【０００８】このように、画素面積が縮小していくと、
これに対応して、マイクロレンズによる集光径も小さく
する必要が生ずる。この場合、前段のプロジェクション
光学系からマイクロレンズに入射する光は完全な平行光
であることが理想であるが、実際には平行光から僅かに
角度ずれがあるため、ある画素にのみ入射すべき光が、
隣接画素との境界部のブラックマトリクス部にも照射
し、集光効率が低下する。この場合には、結果として表
示画像の輝度低下を招くこととなり、マイクロレンズの
効果が減少することとなる。また、ある色用の画素（例
えばＧ用画素）にのみ入射すべき光が隣接する他の色用
の画素（例えばＲ用画素）にも漏れ入ってしまい、いわ
ゆる混色とよばれる現象が生じて色画質が劣化する場合
もある。例えば、ある色の画素（例えばＧ画素）に入射
する光束の本来の入射角からのずれと入射強度との間に
は図５に示したような関係があり、本来の入射角からわ
ずかにずれたところで光強度が最大となっていることか
ら、入射角のずれは表示画像の輝度低下や混色に敏感に
影響することとなる。
これに対応して、マイクロレンズによる集光径も小さく
する必要が生ずる。この場合、前段のプロジェクション
光学系からマイクロレンズに入射する光は完全な平行光
であることが理想であるが、実際には平行光から僅かに
角度ずれがあるため、ある画素にのみ入射すべき光が、
隣接画素との境界部のブラックマトリクス部にも照射
し、集光効率が低下する。この場合には、結果として表
示画像の輝度低下を招くこととなり、マイクロレンズの
効果が減少することとなる。また、ある色用の画素（例
えばＧ用画素）にのみ入射すべき光が隣接する他の色用
の画素（例えばＲ用画素）にも漏れ入ってしまい、いわ
ゆる混色とよばれる現象が生じて色画質が劣化する場合
もある。例えば、ある色の画素（例えばＧ画素）に入射
する光束の本来の入射角からのずれと入射強度との間に
は図５に示したような関係があり、本来の入射角からわ
ずかにずれたところで光強度が最大となっていることか
ら、入射角のずれは表示画像の輝度低下や混色に敏感に
影響することとなる。
【０００９】このような傾向は画素部からマイクロレン
ズまでの距離が離れていればいるほど顕著となる。した
がって、高精細の要求が高くなればなるほど画素部とマ
イクロレンズとの距離を近づける必要がある。この場合
の方策としては、相似形を保ったままマイクロレンズの
サイズを小さくしてその焦点距離を小さくする方法と、
マイクロレンズのサイズはそのままにして焦点距離のみ
を小さくする方法とがある。このうち、前者の方法は、
マイクロレンズのサイズが相似形であることから、出射
側の開口角（レンズ径が焦点位置において張る角）は変
化しないで済むが、そのような微細なマイクロレンズを
形成することは設計・製作上、容易ではなく、また、表
示素子のフォーマットおよび他の光学部品との相性を考
慮しても、マイクロレンズのみを相似形を保ったまま小
型化することは現実的な方法とはいえない。したがっ
て、結果的に、マイクロレンズのレンズ径をあまり変え
ずに焦点距離を相対的に小さくする必要が生ずる。
ズまでの距離が離れていればいるほど顕著となる。した
がって、高精細の要求が高くなればなるほど画素部とマ
イクロレンズとの距離を近づける必要がある。この場合
の方策としては、相似形を保ったままマイクロレンズの
サイズを小さくしてその焦点距離を小さくする方法と、
マイクロレンズのサイズはそのままにして焦点距離のみ
を小さくする方法とがある。このうち、前者の方法は、
マイクロレンズのサイズが相似形であることから、出射
側の開口角（レンズ径が焦点位置において張る角）は変
化しないで済むが、そのような微細なマイクロレンズを
形成することは設計・製作上、容易ではなく、また、表
示素子のフォーマットおよび他の光学部品との相性を考
慮しても、マイクロレンズのみを相似形を保ったまま小
型化することは現実的な方法とはいえない。したがっ
て、結果的に、マイクロレンズのレンズ径をあまり変え
ずに焦点距離を相対的に小さくする必要が生ずる。
【００１０】この場合、上記したように画素部に焦点を
結ぶように設定した場合には、開口角が大きくなり、結
果としてマイクロレンズの出射側光線の広がり角が大き
くなる。このため、液晶パネルから出射した光が蹴られ
ることなくすべての光が有効に利用されるようにするに
は、液晶パネルの後方に配置するプロジェクション用投
影レンズのＦ値を相当小さく（すなわち、明るいレンズ
系に）しなければならない。光の蹴られが生ずると、ス
クリーン上に投影された画像に輝度むらや色むらが生ず
るからである。しかしながら、Ｆ値の小さいレンズ系は
一般に設計および製作が容易でなく価格も高くなるた
め、装置全体としてコストアップになるという問題があ
った。
結ぶように設定した場合には、開口角が大きくなり、結
果としてマイクロレンズの出射側光線の広がり角が大き
くなる。このため、液晶パネルから出射した光が蹴られ
ることなくすべての光が有効に利用されるようにするに
は、液晶パネルの後方に配置するプロジェクション用投
影レンズのＦ値を相当小さく（すなわち、明るいレンズ
系に）しなければならない。光の蹴られが生ずると、ス
クリーン上に投影された画像に輝度むらや色むらが生ず
るからである。しかしながら、Ｆ値の小さいレンズ系は
一般に設計および製作が容易でなく価格も高くなるた
め、装置全体としてコストアップになるという問題があ
った。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、高精細画像が要求される場合におい
ても輝度むらや色むら等の画質劣化を伴わずに、しかも
低価格で製作することができる液晶表示装置を提供する
ことにある。
ので、その目的は、高精細画像が要求される場合におい
ても輝度むらや色むら等の画質劣化を伴わずに、しかも
低価格で製作することができる液晶表示装置を提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、画像データに応じた信号電圧が印加される画素電極
が形成された画素基板と、液晶層を挟んで画素基板と対
向して配置された対向電極を含む対向基板と、この対向
基板の内部またはその近傍に設けられたマイクロレンズ
アレイとを備えた液晶表示装置であって、マイクロレン
ズアレイを構成する各マイクロレンズの焦点距離をマイ
クロレンズアレイと画素基板との距離よりも長く設定
し、各マイクロレンズで集光された光が画素基板におけ
る各々対応する画素電極を透過して画素基板の内部で焦
点を結ぶようにしたものである。マイクロレンズは、画
素基板における各画素電極ごとに対向配置するようにし
てもよいが、そのほか、各マイクロレンズを画素基板に
おける複数画素電極ごとに対向配置すると共に、予め色
分解された各色光を共通のマイクロレンズに互いに異な
る角度で入射させ、マイクロレンズからの各色ごとの出
射光を各色に対応して配置された画素電極に分配入射さ
せるようにしてもよい。
は、画像データに応じた信号電圧が印加される画素電極
が形成された画素基板と、液晶層を挟んで画素基板と対
向して配置された対向電極を含む対向基板と、この対向
基板の内部またはその近傍に設けられたマイクロレンズ
アレイとを備えた液晶表示装置であって、マイクロレン
ズアレイを構成する各マイクロレンズの焦点距離をマイ
クロレンズアレイと画素基板との距離よりも長く設定
し、各マイクロレンズで集光された光が画素基板におけ
る各々対応する画素電極を透過して画素基板の内部で焦
点を結ぶようにしたものである。マイクロレンズは、画
素基板における各画素電極ごとに対向配置するようにし
てもよいが、そのほか、各マイクロレンズを画素基板に
おける複数画素電極ごとに対向配置すると共に、予め色
分解された各色光を共通のマイクロレンズに互いに異な
る角度で入射させ、マイクロレンズからの各色ごとの出
射光を各色に対応して配置された画素電極に分配入射さ
せるようにしてもよい。
【００１３】本発明の液晶表示装置では、マイクロレン
ズの焦点距離をマイクロレンズアレイと画素基板との距
離よりも長く設定すると共に、各マイクロレンズで集光
された光が画素基板の内部で焦点を結ぶようにしたの
で、合焦後の拡散角を小さくすることができる。
ズの焦点距離をマイクロレンズアレイと画素基板との距
離よりも長く設定すると共に、各マイクロレンズで集光
された光が画素基板の内部で焦点を結ぶようにしたの
で、合焦後の拡散角を小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施の形態に係る液晶表示装置の要部構成を表すもので
ある。ここでは、カラー液晶プロジェクタを例にとって
説明する。この装置は、図示しない白色光源から得られ
た平行白色光１１をそれぞれＢ，Ｒ，Ｇの各色光に色分
解するダイクロイックミラー１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇ
と、ダイクロイックミラー１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇで色
分解されたＢ，Ｒ，Ｇの各色光をカラー画像信号に応じ
て強度変調するＬＣＤパネル２０と、ＬＣＤパネル２０
からの出射光を集光してスクリーン４０上に色合成する
投影レンズ３０とを備えている。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施の形態に係る液晶表示装置の要部構成を表すもので
ある。ここでは、カラー液晶プロジェクタを例にとって
説明する。この装置は、図示しない白色光源から得られ
た平行白色光１１をそれぞれＢ，Ｒ，Ｇの各色光に色分
解するダイクロイックミラー１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇ
と、ダイクロイックミラー１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇで色
分解されたＢ，Ｒ，Ｇの各色光をカラー画像信号に応じ
て強度変調するＬＣＤパネル２０と、ＬＣＤパネル２０
からの出射光を集光してスクリーン４０上に色合成する
投影レンズ３０とを備えている。
【００１５】ダイクロイックミラー１２Ｂ，１２Ｒ，１
２Ｇは互いに微小角をなすように調整固定されており、
平行白色光１１をＲ，Ｇ，Ｂの３色に色分解してＬＣＤ
パネル２０に異なる角度で入射させる機能を有してい
る。この例では、Ｒ光はＬＣＤパネル２０に垂直に入射
し、Ｂ光およびＧ光はＲ光に対してそれぞれ〔＋θ〕，
〔−θ〕の角度をもってＬＣＤパネル２０に入射するよ
うになっている。ＬＣＤパネル２０は、図２で詳述する
が、画素電極が多数形成された画素基板２１と、対向電
極およびマイクロレンズ（本図では共に図示せず）が形
成された対向基板２２と、画素基板２１と対向基板２２
とによって挟まれた液晶層２３とを備えている。
２Ｇは互いに微小角をなすように調整固定されており、
平行白色光１１をＲ，Ｇ，Ｂの３色に色分解してＬＣＤ
パネル２０に異なる角度で入射させる機能を有してい
る。この例では、Ｒ光はＬＣＤパネル２０に垂直に入射
し、Ｂ光およびＧ光はＲ光に対してそれぞれ〔＋θ〕，
〔−θ〕の角度をもってＬＣＤパネル２０に入射するよ
うになっている。ＬＣＤパネル２０は、図２で詳述する
が、画素電極が多数形成された画素基板２１と、対向電
極およびマイクロレンズ（本図では共に図示せず）が形
成された対向基板２２と、画素基板２１と対向基板２２
とによって挟まれた液晶層２３とを備えている。
【００１６】なお、ＬＣＤパネル２０に垂直入射させる
光、および垂直方向に対して＋θ，−θの角度で入射す
る光はＢ光，Ｒ光、Ｇ光のいずれとしてもよい。
光、および垂直方向に対して＋θ，−θの角度で入射す
る光はＢ光，Ｒ光、Ｇ光のいずれとしてもよい。
【００１７】図２は図１におけるＬＣＤパネル２０の断
面構造を拡大して表すものである。この図に示したよう
に、画素基板２１は、ガラス基板２１ａと、ガラス基板
２１ａの片面側（図の光入射側）に図の下方から上方に
向かって規則的に（周期的に）配置されたＢ光，Ｒ光，
Ｇ光用の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇと、これらの
各画素電極に対して画像信号に応じた電圧を印加するた
めのスイッチング素子として機能するＴＦＴ（図示せ
ず）等からなるブラックマトリクス部２１ｂとが形成さ
れている。各ＴＦＴは例えばポリシリコンからなるゲー
ト電極、ドレイン電極およびソース電極（いずれも図示
せず）を備えている。このうち、ゲート電極は、図の上
下方向に走るアドレス配線（図示せず）に接続され、ソ
ース電極は図の紙面に垂直な方向に走るデータ配線（図
示せず）に接続され、ドレイン電極は各画素電極２１
Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇに接続されている。そして、アドレ
ス配線とデータ配線とによって選択された画素電極に画
像信号電圧が選択的に印加されることによって、その画
素電極と対向電極２２ｄとの間の液晶層２３中の液晶分
子の配向が変化し、ここを通過する光の偏光方向を変化
させるようになっている。
面構造を拡大して表すものである。この図に示したよう
に、画素基板２１は、ガラス基板２１ａと、ガラス基板
２１ａの片面側（図の光入射側）に図の下方から上方に
向かって規則的に（周期的に）配置されたＢ光，Ｒ光，
Ｇ光用の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇと、これらの
各画素電極に対して画像信号に応じた電圧を印加するた
めのスイッチング素子として機能するＴＦＴ（図示せ
ず）等からなるブラックマトリクス部２１ｂとが形成さ
れている。各ＴＦＴは例えばポリシリコンからなるゲー
ト電極、ドレイン電極およびソース電極（いずれも図示
せず）を備えている。このうち、ゲート電極は、図の上
下方向に走るアドレス配線（図示せず）に接続され、ソ
ース電極は図の紙面に垂直な方向に走るデータ配線（図
示せず）に接続され、ドレイン電極は各画素電極２１
Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇに接続されている。そして、アドレ
ス配線とデータ配線とによって選択された画素電極に画
像信号電圧が選択的に印加されることによって、その画
素電極と対向電極２２ｄとの間の液晶層２３中の液晶分
子の配向が変化し、ここを通過する光の偏光方向を変化
させるようになっている。
【００１８】一方、対向基板２２はガラス基板２２ａ
と、ガラス基板２２ａの一方の面側（図の光出射側）に
形成されたマイクロレンズアレイ２２ｂと、マイクロレ
ンズアレイ２２ｂの上に密着配置されたカバーガラス２
２ｃと、カバーガラス２２ｃ上に形成された対向電極２
２ｄとを備えている。
と、ガラス基板２２ａの一方の面側（図の光出射側）に
形成されたマイクロレンズアレイ２２ｂと、マイクロレ
ンズアレイ２２ｂの上に密着配置されたカバーガラス２
２ｃと、カバーガラス２２ｃ上に形成された対向電極２
２ｄとを備えている。
【００１９】対向電極２２ｄは、カバーガラス２２ｃの
全面あるいは必要な領域（すなわち、少なくとも画素基
板２１の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇと対向する領
域）に形成された透明電極であり、一定の電位に固定さ
れている。
全面あるいは必要な領域（すなわち、少なくとも画素基
板２１の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇと対向する領
域）に形成された透明電極であり、一定の電位に固定さ
れている。
【００２０】マイクロレンズアレイ２２ｂは、例えば選
択的イオン拡散法による屈折率分布型レンズとして形成
されるが、その他の任意の方法で形成されたものであっ
てもよい。また、マイクロレンズアレイ２２ｂを構成す
る各マイクロレンズＭＬは、通常は図の紙面と垂直方向
に軸を有する蒲鉾型レンズとして形成されるが、そのほ
か、一般の球面状またはそれに近い曲面のレンズであっ
てもよい。また、本実施の形態では、マイクロレンズＭ
Ｌの光入射側を凸面とし出射側を平面としているが．こ
れとは逆に、光入射側を平面とし出射側を凸面としても
よい。
択的イオン拡散法による屈折率分布型レンズとして形成
されるが、その他の任意の方法で形成されたものであっ
てもよい。また、マイクロレンズアレイ２２ｂを構成す
る各マイクロレンズＭＬは、通常は図の紙面と垂直方向
に軸を有する蒲鉾型レンズとして形成されるが、そのほ
か、一般の球面状またはそれに近い曲面のレンズであっ
てもよい。また、本実施の形態では、マイクロレンズＭ
Ｌの光入射側を凸面とし出射側を平面としているが．こ
れとは逆に、光入射側を平面とし出射側を凸面としても
よい。
【００２１】マイクロレンズアレイ２２ｂは、画素基板
２１の３つの画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇごとに１
個のマイクロレンズが配置されることとなるように形成
されている。そして、異なる３つの方向から各マイクロ
レンズに入射したＢ，Ｒ，Ｇの光束はそれぞれ集光さ
れ、液晶層２３を経て画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ
に入射するようになっている。ここで、例えばＲ光に着
目すると、マイクロレンズアレイ２２ｂの焦点ＦR は、
画素電極２１Ｒ上またはその近傍ではなく、ガラス基板
２１ａの内部の深い所に設定する。すなわち、画素電極
２１Ｒとマイクロレンズの主点Ａとの距離ｄよりもマイ
クロレンズの焦点距離ｆを大きく設定する。このため、
マイクロレンズから出射したＲ光は焦点を結ぶ前の未だ
完全には収束していない状態で各画素電極２１Ｒを通過
するようになっている。他の光（Ｂ光およびＧ光）につ
いても同様である。この点が本発明の大きな特徴をなし
ている。
２１の３つの画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇごとに１
個のマイクロレンズが配置されることとなるように形成
されている。そして、異なる３つの方向から各マイクロ
レンズに入射したＢ，Ｒ，Ｇの光束はそれぞれ集光さ
れ、液晶層２３を経て画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ
に入射するようになっている。ここで、例えばＲ光に着
目すると、マイクロレンズアレイ２２ｂの焦点ＦR は、
画素電極２１Ｒ上またはその近傍ではなく、ガラス基板
２１ａの内部の深い所に設定する。すなわち、画素電極
２１Ｒとマイクロレンズの主点Ａとの距離ｄよりもマイ
クロレンズの焦点距離ｆを大きく設定する。このため、
マイクロレンズから出射したＲ光は焦点を結ぶ前の未だ
完全には収束していない状態で各画素電極２１Ｒを通過
するようになっている。他の光（Ｂ光およびＧ光）につ
いても同様である。この点が本発明の大きな特徴をなし
ている。
【００２２】次に、このような構成の液晶表示装置の作
用を説明する。
用を説明する。
【００２３】図１に示したように、図示しない光源から
の平行白色光１１は、ダイクロイックミラー１２Ｂ，１
２Ｒ，１２ＧによってＢ，Ｒ，Ｇの３色に色分解された
のち、図示しない偏光板を経て直線偏光にされたのち、
ＬＣＤパネル２０のマイクロレンズアレイ２２ｂにそれ
ぞれ異なる方向から入射する。ここで、マイクロレンズ
アレイ２２ｂのうちの１つのマイクロレンズＭＬに入射
する光について考える。Ｒ光はガラス基板２２ａに垂直
に入射するので、マイクロレンズＭＬの光軸が通る画素
電極２１Ｒを通ってガラス基板２１ａの内部に焦点を結
ぶ。また、Ｂ光はガラス基板２２ａに入射角θで入射
し、屈折角ψで屈折したのち、これと同じ入射角ψでマ
イクロレンズＭＬに入射し、マイクロレンズＭＬの光軸
と角ψをなす直線が通る画素電極２１Ｂを通ってガラス
基板２１ａの内部に焦点ＦB を結ぶ。同様に、Ｇ光はガ
ラス基板２２ａに入射角θで入射し、屈折角ψで屈折し
たのち、これと同じ入射角ψでマイクロレンズＭＬに入
射し、マイクロレンズＭＬの光軸と角ψをなす直線が通
る画素電極２１Ｇを通ってガラス基板２１ａの内部に焦
点ＦG を結ぶ。
の平行白色光１１は、ダイクロイックミラー１２Ｂ，１
２Ｒ，１２ＧによってＢ，Ｒ，Ｇの３色に色分解された
のち、図示しない偏光板を経て直線偏光にされたのち、
ＬＣＤパネル２０のマイクロレンズアレイ２２ｂにそれ
ぞれ異なる方向から入射する。ここで、マイクロレンズ
アレイ２２ｂのうちの１つのマイクロレンズＭＬに入射
する光について考える。Ｒ光はガラス基板２２ａに垂直
に入射するので、マイクロレンズＭＬの光軸が通る画素
電極２１Ｒを通ってガラス基板２１ａの内部に焦点を結
ぶ。また、Ｂ光はガラス基板２２ａに入射角θで入射
し、屈折角ψで屈折したのち、これと同じ入射角ψでマ
イクロレンズＭＬに入射し、マイクロレンズＭＬの光軸
と角ψをなす直線が通る画素電極２１Ｂを通ってガラス
基板２１ａの内部に焦点ＦB を結ぶ。同様に、Ｇ光はガ
ラス基板２２ａに入射角θで入射し、屈折角ψで屈折し
たのち、これと同じ入射角ψでマイクロレンズＭＬに入
射し、マイクロレンズＭＬの光軸と角ψをなす直線が通
る画素電極２１Ｇを通ってガラス基板２１ａの内部に焦
点ＦG を結ぶ。
【００２４】このとき、与えられた画素信号に応じて画
素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇへの印加電圧が変化し、
これに応じて液晶層２３中を通過するＢ，Ｒ，Ｇの各色
光の偏光方向が変調を受ける。
素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇへの印加電圧が変化し、
これに応じて液晶層２３中を通過するＢ，Ｒ，Ｇの各色
光の偏光方向が変調を受ける。
【００２５】画素基板２１のガラス基板２１ａ内でそれ
ぞれ焦点を結んだＢ，Ｒ，Ｇの各色光は、再びそれぞれ
拡散角φB ，φR ，φG をもって拡がってガラス基板２
１ａから出射し、図示しない偏光板を選択的に透過し
て、投影レンズ３０によって集光されてスクリーン４０
上に色合成される。
ぞれ焦点を結んだＢ，Ｒ，Ｇの各色光は、再びそれぞれ
拡散角φB ，φR ，φG をもって拡がってガラス基板２
１ａから出射し、図示しない偏光板を選択的に透過し
て、投影レンズ３０によって集光されてスクリーン４０
上に色合成される。
【００２６】ここで、マイクロレンズＭＬの主点Ａから
画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇまでの距離をｄとし、
画素ピッチ（画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇのピッ
チ）をｐとすると、次の（１）式を満たす必要がある。 ｄ・ｔａｎψ＝ｐ……（１） ここに、ψとθとの間にはスネルの法則により次の
（２）式の関係がある。 ｎAIR ・ｓｉｎθ＝ｎSUB ・ｓｉｎψ……（２） 但し、ｎAIR ，ｎSUB はそれぞれ空気の屈折率、ガラス
基板２２ａの屈折率である。
画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇまでの距離をｄとし、
画素ピッチ（画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇのピッ
チ）をｐとすると、次の（１）式を満たす必要がある。 ｄ・ｔａｎψ＝ｐ……（１） ここに、ψとθとの間にはスネルの法則により次の
（２）式の関係がある。 ｎAIR ・ｓｉｎθ＝ｎSUB ・ｓｉｎψ……（２） 但し、ｎAIR ，ｎSUB はそれぞれ空気の屈折率、ガラス
基板２２ａの屈折率である。
【００２７】次に、マイクロレンズＭＬの焦点位置を画
素基板２１の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ上または
その近傍に設定した場合と比較して本実施の形態の効果
を説明する。
素基板２１の画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ上または
その近傍に設定した場合と比較して本実施の形態の効果
を説明する。
【００２８】図３は、マイクロレンズと画素との距離を
図２の場合と同じくすると共に、マイクロレンズの焦点
位置を画素電極上またはその近傍に設定したときの状態
を表すもので、上記した文献に記載された構成（すな
わち、対向基板の光出射側表面にマイクロレンズを配置
するという対向基板内在型）を前提としたものである。
この図で、図２と同一部分には同一符号を付し、説明を
省略する。
図２の場合と同じくすると共に、マイクロレンズの焦点
位置を画素電極上またはその近傍に設定したときの状態
を表すもので、上記した文献に記載された構成（すな
わち、対向基板の光出射側表面にマイクロレンズを配置
するという対向基板内在型）を前提としたものである。
この図で、図２と同一部分には同一符号を付し、説明を
省略する。
【００２９】この図に示したように、異なる方向からマ
イクロレンズＭＬに入射したＢ，Ｒ，Ｇの各色光はそれ
ぞれ集光されて、画素基板２１の画素電極２１Ｂ，２１
Ｒ，２１Ｇ上にそれぞれ焦点を結ぶ。このとき、マイク
ロレンズＭＬの空気中での焦点距離をｆ′とし、画素ピ
ッチ（画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇのピッチ）をｐ
とすると、Ｂ，Ｇ光の入射角（すなわちＲ光となす角）
θは、上記文献にも記載されているように、次の（３）
式を満たすものとなる。 ｔａｎθ＝ｐ／ｆ′……（３）
イクロレンズＭＬに入射したＢ，Ｒ，Ｇの各色光はそれ
ぞれ集光されて、画素基板２１の画素電極２１Ｂ，２１
Ｒ，２１Ｇ上にそれぞれ焦点を結ぶ。このとき、マイク
ロレンズＭＬの空気中での焦点距離をｆ′とし、画素ピ
ッチ（画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇのピッチ）をｐ
とすると、Ｂ，Ｇ光の入射角（すなわちＲ光となす角）
θは、上記文献にも記載されているように、次の（３）
式を満たすものとなる。 ｔａｎθ＝ｐ／ｆ′……（３）
【００３０】この場合、合焦後におけるＢ，Ｒ，Ｇの各
色光の拡散角は、それぞれφB ′，φR ′，φG ′とな
るが、これらの拡散角は、本実施の形態（図２）におけ
る拡散角φB ，φR ，φG と比べると相当大きなものと
なっている。言い換えると、本実施の形態のように、マ
イクロレンズＭＬの焦点距離ｆをマイクロレンズＭＬと
画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇとの距離ｄよりも長く
設定すると共に、その焦点位置を画素基板２１のガラス
基板２１ａの内部に設定することにより、拡散角φB ，
φR ，φG を小さく抑えることができるのである。結
局、本実施の形態の液晶表示装置では、ＬＣＤパネル２
０からの出射光の拡散角が小さくなり、投影レンズ３０
の有効径が小さくても（Ｆ値が大きくても）、蹴られが
生ずることがない。すなわち、液晶表示装置の構成要素
のうちコスト比率の大きい投影レンズ３０として、製作
コストの安いＦ値の大きいレンズを使用することができ
る。
色光の拡散角は、それぞれφB ′，φR ′，φG ′とな
るが、これらの拡散角は、本実施の形態（図２）におけ
る拡散角φB ，φR ，φG と比べると相当大きなものと
なっている。言い換えると、本実施の形態のように、マ
イクロレンズＭＬの焦点距離ｆをマイクロレンズＭＬと
画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇとの距離ｄよりも長く
設定すると共に、その焦点位置を画素基板２１のガラス
基板２１ａの内部に設定することにより、拡散角φB ，
φR ，φG を小さく抑えることができるのである。結
局、本実施の形態の液晶表示装置では、ＬＣＤパネル２
０からの出射光の拡散角が小さくなり、投影レンズ３０
の有効径が小さくても（Ｆ値が大きくても）、蹴られが
生ずることがない。すなわち、液晶表示装置の構成要素
のうちコスト比率の大きい投影レンズ３０として、製作
コストの安いＦ値の大きいレンズを使用することができ
る。
【００３１】次に、本実施の形態における好適な実施例
を挙げる。
を挙げる。
【００３２】図２において、画素ピッチｐを２０μｍ、
空気中でのマイクロレンズＭＬの焦点距離ｆを２３０μ
ｍ（但し、屈折率が１．４６の石英基板中では３３６μ
ｍ）、マイクロレンズＭＬと画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，
２１Ｇとの距離ｄを２１７μｍ、マイクロレンズＭＬへ
の入射角ψを５．３°（θ＝７．７°）とすると、焦点
ＦR は画素電極２１Ｒから約１２０μｍだけガラス基板
２１ａ内に入った位置となる。このとき、画素上に投影
される集光径（すなわち、Ｒ光が画素電極２１Ｒを通過
する位置での光束径）は約２１．２μｍとなるが、画素
ピッチ２０μｍとブラックマトリクス幅４．５μｍとの
和が２４．５μｍとなることを考慮すると、混色は生じ
にくい。このように、本実施の形態では、画素上に投影
される集光径は画素ピッチとブラックマトリクス幅との
和を超えないことが必要である。
空気中でのマイクロレンズＭＬの焦点距離ｆを２３０μ
ｍ（但し、屈折率が１．４６の石英基板中では３３６μ
ｍ）、マイクロレンズＭＬと画素電極２１Ｂ，２１Ｒ，
２１Ｇとの距離ｄを２１７μｍ、マイクロレンズＭＬへ
の入射角ψを５．３°（θ＝７．７°）とすると、焦点
ＦR は画素電極２１Ｒから約１２０μｍだけガラス基板
２１ａ内に入った位置となる。このとき、画素上に投影
される集光径（すなわち、Ｒ光が画素電極２１Ｒを通過
する位置での光束径）は約２１．２μｍとなるが、画素
ピッチ２０μｍとブラックマトリクス幅４．５μｍとの
和が２４．５μｍとなることを考慮すると、混色は生じ
にくい。このように、本実施の形態では、画素上に投影
される集光径は画素ピッチとブラックマトリクス幅との
和を超えないことが必要である。
【００３３】また、混色は集光径のみならず入射光の角
度分布にも依存するので、できるだけアーク長の短いラ
ンプを白色光源として用い、揃った平行光を得る必要が
ある。例えば、アーク長が１．４ｍｍのメタルハライド
ランプを使用したとすると、これから得られる入射光の
角度分布は図５に示したように−３．５°〜＋３．５°
の範囲となるが、強度がピークとなる入射角は１°付近
の所なので、混色は実際上問題とならない。
度分布にも依存するので、できるだけアーク長の短いラ
ンプを白色光源として用い、揃った平行光を得る必要が
ある。例えば、アーク長が１．４ｍｍのメタルハライド
ランプを使用したとすると、これから得られる入射光の
角度分布は図５に示したように−３．５°〜＋３．５°
の範囲となるが、強度がピークとなる入射角は１°付近
の所なので、混色は実際上問題とならない。
【００３４】本実施例では、ＬＣＤパネル２０からの出
射光の最大出射角はＬＣＤパネル２０の法線に対して約
１８．７°となり、この出射光をすべてカバーするため
には投影レンズ３０のＦ値は１．５程度でよいことにな
る。
射光の最大出射角はＬＣＤパネル２０の法線に対して約
１８．７°となり、この出射光をすべてカバーするため
には投影レンズ３０のＦ値は１．５程度でよいことにな
る。
【００３５】これに対し、図４に示したように、画素電
極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ上に焦点を結ぶようにした場
合には、空気中でのマイクロレンズＭＬの焦点距離を１
５０μｍとするとＬＣＤパネル２０からの最大出射角は
約２２．７°となり、この出射光をすべてカバーするた
めには投影レンズ３０のＦ値を１．５よりもさらに小さ
く約１．３程度にしなければならないこととなる。した
がって、投影レンズ３０の製作コストがアップする。
極２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ上に焦点を結ぶようにした場
合には、空気中でのマイクロレンズＭＬの焦点距離を１
５０μｍとするとＬＣＤパネル２０からの最大出射角は
約２２．７°となり、この出射光をすべてカバーするた
めには投影レンズ３０のＦ値を１．５よりもさらに小さ
く約１．３程度にしなければならないこととなる。した
がって、投影レンズ３０の製作コストがアップする。
【００３６】次に、従来技術を含む他の方法によってＬ
ＣＤパネルからの最大出射角を小さくしようとする場合
の実現可能性について考察する。
ＣＤパネルからの最大出射角を小さくしようとする場合
の実現可能性について考察する。
【００３７】第１に、ＬＣＤパネル２０からの最大出射
角を小さくするためには、ガラス基板２２ａにおける屈
折角ψを小さくする方法が考えられる。そのためにはガ
ラス基板２２ａへの入射角θを小さくすればよいが、こ
の場合には混色を防ぐために各色ごとの入射光平行度を
さらに良くする必要がある。ところが、入射光の平行度
を良くして光発散角分布範囲を小さくすると、図５に示
したように、光学系そのものにおいてＬＣＤパネル２０
への入射光量自体が抑制されることとなり、明るさが減
少する。すなわち、マイクロレンズを用いたことの本来
の目的である輝度向上を達成することができない。
角を小さくするためには、ガラス基板２２ａにおける屈
折角ψを小さくする方法が考えられる。そのためにはガ
ラス基板２２ａへの入射角θを小さくすればよいが、こ
の場合には混色を防ぐために各色ごとの入射光平行度を
さらに良くする必要がある。ところが、入射光の平行度
を良くして光発散角分布範囲を小さくすると、図５に示
したように、光学系そのものにおいてＬＣＤパネル２０
への入射光量自体が抑制されることとなり、明るさが減
少する。すなわち、マイクロレンズを用いたことの本来
の目的である輝度向上を達成することができない。
【００３８】第２に、上記文献に示されているよう
に、ＬＣＤパネルの対向基板の光入射側表面にマイクロ
レンズを配置するようにした場合を考える。この場合、
対向基板の厚さは１．１〜０．７ｍｍ程度と考えられる
が、仮に対向基板厚さが下限の０．７ｍｍであると仮定
すると、マイクロレンズの焦点距離もまた０．７ｍｍ
（７００μｍ）程度となる。したがって、上記の（３）
式を満足する入射角θは１．８°となる。しかし、実際
に入射角の平行度を１．８°以内に収めようとしたとき
には、上記の場合と同様に、光学系自体での光量低下を
招くという不都合が生ずる。しかもこの場合、３枚のダ
イクロイックミラーの相互間角度は０．９°（＝θ／
２）にしなければならないことから、そのような調整は
実際上極めて困難であり、現実的ではない。さらに、対
向基板厚さが上限の１．１ｍｍであると仮定すると、入
射角θはもっと小さくする必要があり、実現は一層困難
となる。
に、ＬＣＤパネルの対向基板の光入射側表面にマイクロ
レンズを配置するようにした場合を考える。この場合、
対向基板の厚さは１．１〜０．７ｍｍ程度と考えられる
が、仮に対向基板厚さが下限の０．７ｍｍであると仮定
すると、マイクロレンズの焦点距離もまた０．７ｍｍ
（７００μｍ）程度となる。したがって、上記の（３）
式を満足する入射角θは１．８°となる。しかし、実際
に入射角の平行度を１．８°以内に収めようとしたとき
には、上記の場合と同様に、光学系自体での光量低下を
招くという不都合が生ずる。しかもこの場合、３枚のダ
イクロイックミラーの相互間角度は０．９°（＝θ／
２）にしなければならないことから、そのような調整は
実際上極めて困難であり、現実的ではない。さらに、対
向基板厚さが上限の１．１ｍｍであると仮定すると、入
射角θはもっと小さくする必要があり、実現は一層困難
となる。
【００３９】以上のように、上記した文献，では、
画素上にマイクロレンズの焦点を設定しているが、これ
は実際の混色や輝度低下の防止を考慮したものと考えら
れる。しかし、マイクロレンズは必ずしも画素上に焦点
を結ばなければならないものでもなく、混色については
光源ランプのアーク長の短縮やダイクロイックミラーの
分光特性を適切化することで現実的な対応は可能であ
り、また、輝度低下についても、有効開口部（画素部）
を光が透過すれば問題は生じないはずである。本発明は
まさにこの点に着目してなされたものであり、マイクロ
レンズの焦点位置を画素上ではなく画素基板内に設定し
たのである。
画素上にマイクロレンズの焦点を設定しているが、これ
は実際の混色や輝度低下の防止を考慮したものと考えら
れる。しかし、マイクロレンズは必ずしも画素上に焦点
を結ばなければならないものでもなく、混色については
光源ランプのアーク長の短縮やダイクロイックミラーの
分光特性を適切化することで現実的な対応は可能であ
り、また、輝度低下についても、有効開口部（画素部）
を光が透過すれば問題は生じないはずである。本発明は
まさにこの点に着目してなされたものであり、マイクロ
レンズの焦点位置を画素上ではなく画素基板内に設定し
たのである。
【００４０】また、上記した文献，を含む従来の設
計思想はアモルファスシリコンを用いたＴＦＴに主眼を
置いたもので、画素ピッチが１００μｍ程度であること
を前提としている。したがって、従来のように画素上に
マイクロレンズの焦点を結ばせるという方式であって
も、投影レンズにおける蹴られという問題は生じること
がなく、また、その問題の認識もなされていなかったと
いえる。しかし、今後の高画質化の流れの中で、ポリシ
リコンを用いたＴＦＴを前提として画素ピッチを２０μ
ｍ以下程度まで高精細化しようとする場合には、従来の
方法では投影レンズのＦ値を相当小さくする必要が生
じ、投影レンズの製作上の困難性と製作コストの増大は
必至である。本発明は、このような問題点を解決し得る
点で極めて有効なものであり、今後一層厳しくなるであ
ろう高精細化の要求にも十分対応可能である。
計思想はアモルファスシリコンを用いたＴＦＴに主眼を
置いたもので、画素ピッチが１００μｍ程度であること
を前提としている。したがって、従来のように画素上に
マイクロレンズの焦点を結ばせるという方式であって
も、投影レンズにおける蹴られという問題は生じること
がなく、また、その問題の認識もなされていなかったと
いえる。しかし、今後の高画質化の流れの中で、ポリシ
リコンを用いたＴＦＴを前提として画素ピッチを２０μ
ｍ以下程度まで高精細化しようとする場合には、従来の
方法では投影レンズのＦ値を相当小さくする必要が生
じ、投影レンズの製作上の困難性と製作コストの増大は
必至である。本発明は、このような問題点を解決し得る
点で極めて有効なものであり、今後一層厳しくなるであ
ろう高精細化の要求にも十分対応可能である。
【００４１】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
る。
【００４２】図４は本発明の他の実施の形態に係る液晶
表示装置のＬＣＤパネルの断面構造を拡大して表すもの
で、図１に示したようなダイクロイックミラーによる色
分離を行わず、１画素ごとにマイクロレンズおよびカラ
ーフィルタを配置してカラー表示を行うようにしたカラ
ー液晶表示装置に関するものである。この図に示したよ
うに、このＬＣＤパネルは、画素電極が多数形成された
画素基板１２１と、対向電極、マイクロレンズおよびカ
ラーフィルタが形成された対向基板１２２と、画素基板
１２１と対向基板１２２とによって挟まれた液晶層１２
３とを備えている。画素基板１２１は、図２における画
素基板２１と同様に構成され、ガラス基板１２１ａと、
ガラス基板２１ａの光入射側に規則的に配置された画素
電極１２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇと、これらの各画素
電極に対して画像信号に応じた電圧を印加するためのス
イッチング素子として機能するＴＦＴ（図示せず）等か
らなるブラックマトリクス部１２１ｂとが形成されてい
る。各画素電極への信号電圧の印加方式（すなわち、Ｔ
ＦＴの構成およびそのスイッチング駆動方式）は図２の
場合と同様なので説明を省略する。
表示装置のＬＣＤパネルの断面構造を拡大して表すもの
で、図１に示したようなダイクロイックミラーによる色
分離を行わず、１画素ごとにマイクロレンズおよびカラ
ーフィルタを配置してカラー表示を行うようにしたカラ
ー液晶表示装置に関するものである。この図に示したよ
うに、このＬＣＤパネルは、画素電極が多数形成された
画素基板１２１と、対向電極、マイクロレンズおよびカ
ラーフィルタが形成された対向基板１２２と、画素基板
１２１と対向基板１２２とによって挟まれた液晶層１２
３とを備えている。画素基板１２１は、図２における画
素基板２１と同様に構成され、ガラス基板１２１ａと、
ガラス基板２１ａの光入射側に規則的に配置された画素
電極１２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇと、これらの各画素
電極に対して画像信号に応じた電圧を印加するためのス
イッチング素子として機能するＴＦＴ（図示せず）等か
らなるブラックマトリクス部１２１ｂとが形成されてい
る。各画素電極への信号電圧の印加方式（すなわち、Ｔ
ＦＴの構成およびそのスイッチング駆動方式）は図２の
場合と同様なので説明を省略する。
【００４３】一方、対向基板１２２はガラス基板１２２
ａと、ガラス基板１２２ａの光出射側に形成されたマイ
クロレンズアレイ１２２ｂと、マイクロレンズアレイ１
２２ｂの上に密着配置されたカバーガラス１２２ｃと、
カバーガラス２２ｃ上に各画素に対応して形成された
Ｂ，Ｒ，Ｇ光用のカラーフィルタ１２２ｅと、カラーフ
ィルタ１２２ｅ上に形成された対向電極１２２ｄとを備
えている。但し、カラーフィルタ１２２ｅは、３板方式
のプロジェクタにおいては必ずしも必要ない。
ａと、ガラス基板１２２ａの光出射側に形成されたマイ
クロレンズアレイ１２２ｂと、マイクロレンズアレイ１
２２ｂの上に密着配置されたカバーガラス１２２ｃと、
カバーガラス２２ｃ上に各画素に対応して形成された
Ｂ，Ｒ，Ｇ光用のカラーフィルタ１２２ｅと、カラーフ
ィルタ１２２ｅ上に形成された対向電極１２２ｄとを備
えている。但し、カラーフィルタ１２２ｅは、３板方式
のプロジェクタにおいては必ずしも必要ない。
【００４４】対向電極１２２ｄの構成および作用は図２
の対向電極２２ｄと同様である。マイクロレンズアレイ
１２２ｂは、画素基板１２１の各画素電極１２１Ｂ，１
２１Ｒ，１２１Ｇに対応してそれぞれ１個のマイクロレ
ンズが配置されることとなるように形成されている。そ
して、図示しない光源からの平行白色光はすべてのマイ
クロレンズＭＬに入射してそれぞれ集光され、対応する
色のカラーフィルタ１２２ｅを通過してＢ，Ｒ，Ｇの各
色光束となり、液晶層１２３を経てそれぞれ画素電極１
２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇに入射するようになってい
る。すなわち、本実施の形態では、図２の場合と異な
り、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色光の光軸は互いに平行となってい
る。
の対向電極２２ｄと同様である。マイクロレンズアレイ
１２２ｂは、画素基板１２１の各画素電極１２１Ｂ，１
２１Ｒ，１２１Ｇに対応してそれぞれ１個のマイクロレ
ンズが配置されることとなるように形成されている。そ
して、図示しない光源からの平行白色光はすべてのマイ
クロレンズＭＬに入射してそれぞれ集光され、対応する
色のカラーフィルタ１２２ｅを通過してＢ，Ｒ，Ｇの各
色光束となり、液晶層１２３を経てそれぞれ画素電極１
２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇに入射するようになってい
る。すなわち、本実施の形態では、図２の場合と異な
り、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色光の光軸は互いに平行となってい
る。
【００４５】ここで、Ｒ光に着目すると、マイクロレン
ズアレイ１２２ｂの焦点ＦR は、画素電極１２１Ｒ上ま
たはその近傍ではなくガラス基板１２１ａの内部の深い
所に設定する。すなわち、画素電極１２１Ｒとマイクロ
レンズアレイ１２２ｂの主点Ａとの距離ｄよりもマイク
ロレンズの焦点距離ｆを大きく設定する。このため、マ
イクロレンズから出射したＲ光は焦点を結ぶ前の未だ完
全には収束していない状態で画素電極１２１Ｒを通過す
るようになっている。他の光についても同様である。
ズアレイ１２２ｂの焦点ＦR は、画素電極１２１Ｒ上ま
たはその近傍ではなくガラス基板１２１ａの内部の深い
所に設定する。すなわち、画素電極１２１Ｒとマイクロ
レンズアレイ１２２ｂの主点Ａとの距離ｄよりもマイク
ロレンズの焦点距離ｆを大きく設定する。このため、マ
イクロレンズから出射したＲ光は焦点を結ぶ前の未だ完
全には収束していない状態で画素電極１２１Ｒを通過す
るようになっている。他の光についても同様である。
【００４６】本実施の形態では、図２の場合と同様に、
マイクロレンズの焦点位置を画素電極上ではなく画素基
板１２１上に設定するようにしているので、画素ピッチ
の縮小に伴ってマイクロレンズアレイ１２２ｂと画素基
板１２１との距離ｄを縮小した場合でも、マイクロレン
ズの焦点距離をｄより大きくとることができる。したが
って、この場合の拡散角ΦR は、マイクロレンズの焦点
位置を画素電極上に設定した場合（図中の破線）の拡散
角ΦR ′よりも小さくなり、結果としてＬＣＤパネルか
らの出射角もまた小さくなる。このため、各色光をスク
リーン上に合成するための投影レンズ（図示せず）のＦ
値をあまり小さくする必要がなくなり、製作コストの低
減が可能となる。
マイクロレンズの焦点位置を画素電極上ではなく画素基
板１２１上に設定するようにしているので、画素ピッチ
の縮小に伴ってマイクロレンズアレイ１２２ｂと画素基
板１２１との距離ｄを縮小した場合でも、マイクロレン
ズの焦点距離をｄより大きくとることができる。したが
って、この場合の拡散角ΦR は、マイクロレンズの焦点
位置を画素電極上に設定した場合（図中の破線）の拡散
角ΦR ′よりも小さくなり、結果としてＬＣＤパネルか
らの出射角もまた小さくなる。このため、各色光をスク
リーン上に合成するための投影レンズ（図示せず）のＦ
値をあまり小さくする必要がなくなり、製作コストの低
減が可能となる。
【００４７】例えば、画素ピッチｐを３２μｍ、マイク
ロレンズの空気中での焦点距離を１８０μｍ、マイクロ
レンズの主点Ａから画素電極までの距離ｄを１３５μｍ
とすると、マイクロレンズの焦点位置は、画素電極１２
１Ｒ等からガラス基板１２１ａ内に１２８μｍ入った所
となる。この場合、ＬＣＤパネルからの最大出射角はＬ
ＣＤパネルの法線に対して約１３．８°（＋／−８°の
発散角をもった光を入射した場合）となり、投影レンズ
のＦ値は２．３程度となる。一方、従来のように画素上
に焦点を結ぶように設定した場合は、最大出射角が１
８．１°となり、投影レンズのＦ値を２．３よりも小さ
く設計しなければならない。したがって、本実施の形態
の構成によれば、従来に比べて製作が容易で安価な投影
レンズを使用できることとなり、装置全体としてのコス
ト低減が可能となる。
ロレンズの空気中での焦点距離を１８０μｍ、マイクロ
レンズの主点Ａから画素電極までの距離ｄを１３５μｍ
とすると、マイクロレンズの焦点位置は、画素電極１２
１Ｒ等からガラス基板１２１ａ内に１２８μｍ入った所
となる。この場合、ＬＣＤパネルからの最大出射角はＬ
ＣＤパネルの法線に対して約１３．８°（＋／−８°の
発散角をもった光を入射した場合）となり、投影レンズ
のＦ値は２．３程度となる。一方、従来のように画素上
に焦点を結ぶように設定した場合は、最大出射角が１
８．１°となり、投影レンズのＦ値を２．３よりも小さ
く設計しなければならない。したがって、本実施の形態
の構成によれば、従来に比べて製作が容易で安価な投影
レンズを使用できることとなり、装置全体としてのコス
ト低減が可能となる。
【００４８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上
記の各実施の形態では、画素電極を駆動するＴＦＴは画
素基板の側に配置するようにしたが、これを対向基板側
に配置するようにしてもよい。また、図１および図２に
示した実施の形態では、中心光に対して他の２色光の入
射角を等しくθとしたが、これらの入射角を異なるよう
に構成してもよい。但し、この場合には対応する画素ピ
ッチも変える必要がある。
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上
記の各実施の形態では、画素電極を駆動するＴＦＴは画
素基板の側に配置するようにしたが、これを対向基板側
に配置するようにしてもよい。また、図１および図２に
示した実施の形態では、中心光に対して他の２色光の入
射角を等しくθとしたが、これらの入射角を異なるよう
に構成してもよい。但し、この場合には対応する画素ピ
ッチも変える必要がある。
【００４９】また、図４に示した実施の形態では、カラ
ーフィルタ１２２ｄはカバーガラス基板１２２ｃの光出
射側に配置するようにしたが、光入射側（マイクロレン
ズ側）に配置するようにしてもよい。さらに、カラーフ
ィルタを省略してモノクロタイプの液晶表示装置とする
ことも可能である。さらに、３板方式のプロジェクタや
プロジェクションＴＶのように、Ｂ，Ｒ，Ｇの各光路ご
とに配置したモノクロ液晶パネルにマイクロレンズを搭
載してさらなる高輝度化を図ったシステムにおいても本
発明は適用可能である。
ーフィルタ１２２ｄはカバーガラス基板１２２ｃの光出
射側に配置するようにしたが、光入射側（マイクロレン
ズ側）に配置するようにしてもよい。さらに、カラーフ
ィルタを省略してモノクロタイプの液晶表示装置とする
ことも可能である。さらに、３板方式のプロジェクタや
プロジェクションＴＶのように、Ｂ，Ｒ，Ｇの各光路ご
とに配置したモノクロ液晶パネルにマイクロレンズを搭
載してさらなる高輝度化を図ったシステムにおいても本
発明は適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置では、マイクロレンズの焦点距離をマイクロレンズ
アレイと画素基板との距離よりも長く設定すると共に、
各マイクロレンズで集光された光が画素基板の内部で焦
点を結ぶように構成したので、合焦後の拡散角を小さく
することができる。このため、ＬＣＤパネルからの最大
出射角を小さく抑えることができ、後段の投影レンズと
してＦ値の大きなものを使用したとしても、色むらや輝
度むらの原因となる光束の蹴られが起きることがない。
したがって、投影レンズの製作が容易となって製作コス
トを抑えることができ、装置全体としてもコストを低減
できるという効果がある。
装置では、マイクロレンズの焦点距離をマイクロレンズ
アレイと画素基板との距離よりも長く設定すると共に、
各マイクロレンズで集光された光が画素基板の内部で焦
点を結ぶように構成したので、合焦後の拡散角を小さく
することができる。このため、ＬＣＤパネルからの最大
出射角を小さく抑えることができ、後段の投影レンズと
してＦ値の大きなものを使用したとしても、色むらや輝
度むらの原因となる光束の蹴られが起きることがない。
したがって、投影レンズの製作が容易となって製作コス
トを抑えることができ、装置全体としてもコストを低減
できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の要
部構成を表す図である。
部構成を表す図である。
【図２】図１におけるＬＣＤパネルの構造および作用を
表す断面図である。
表す断面図である。
【図３】従来のＬＣＤパネルの構造および作用を表す断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置に
おけるＬＣＤパネルの構造を表す断面図である。
おけるＬＣＤパネルの構造を表す断面図である。
【図５】入射角ずれ量と入射光強度との関係を表す説明
図である。
図である。
１１…平行白色光、１２Ｂ，１２Ｒ，１２Ｇ…ダイクロ
イックミラー、２０…ＬＣＤパネル、２１，１２１…画
素基板、２１ａ，１２１ａ…ガラス基板、２１ｂ，１２
１ｂ…ブラックマトリクス部、２１Ｂ，２１Ｒ，２１
Ｇ，１２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇ…画素電極、２２，
１２２…対向基板、２２ａ，１２２ａ…ガラス基板、２
２ｂ，１２２ｂ…マイクロレンズアレイ、２２ｃ，１２
２ｃ…カバーガラス、２２ｄ，１２２ｄ…対向電極、３
０…投影レンズ、１２２ｅ…カラーフィルタ
イックミラー、２０…ＬＣＤパネル、２１，１２１…画
素基板、２１ａ，１２１ａ…ガラス基板、２１ｂ，１２
１ｂ…ブラックマトリクス部、２１Ｂ，２１Ｒ，２１
Ｇ，１２１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇ…画素電極、２２，
１２２…対向基板、２２ａ，１２２ａ…ガラス基板、２
２ｂ，１２２ｂ…マイクロレンズアレイ、２２ｃ，１２
２ｃ…カバーガラス、２２ｄ，１２２ｄ…対向電極、３
０…投影レンズ、１２２ｅ…カラーフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 三輝也 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 (3)
- 【請求項１】 画像データに応じた信号電圧が印加され
る画素電極が形成された画素基板と、液晶層を挟んで前
記画素基板と対向して配置された対向電極を含む対向基
板と、この対向基板の内部またはその近傍に設けられた
マイクロレンズアレイとを備えた液晶表示装置であっ
て、 前記マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズ
の焦点距離をマイクロレンズアレイと前記画素基板との
距離よりも長く設定し、各マイクロレンズで集光された
光が画素基板における各々対応する画素電極を透過して
画素基板の内部で焦点を結ぶようにしたことを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項２】 前記各マイクロレンズを前記画素基板に
おける各画素電極ごとに対向配置したことを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。 - 【請求項３】 前記各マイクロレンズを前記画素基板に
おける複数画素電極ごとに対向配置すると共に、予め色
分解された各色光を共通のマイクロレンズに互いに異な
る角度で入射させ、マイクロレンズからの各色ごとの出
射光を各色に対応して配置された画素電極に分配入射さ
せるようにしたことを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31806096A JP3318859B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 液晶表示装置 |
| US08/975,107 US6002459A (en) | 1996-11-28 | 1997-11-20 | Liquid crystal panel having micro-lens array with extended focal length and display apparatus having the same |
| KR1019970063281A KR100473089B1 (ko) | 1996-11-28 | 1997-11-26 | 액정패널 및 이것을 사용한 투사형 표시장치 |
| EP97402871A EP0846974B1 (en) | 1996-11-28 | 1997-11-28 | Liquid crystal panel and projection type display device using the same |
| DE69729625T DE69729625T2 (de) | 1996-11-28 | 1997-11-28 | Flüssigkristallanzeige und damit ausgestatteter Projektor |
| ES97402871T ES2219740T3 (es) | 1996-11-28 | 1997-11-28 | Panel de cristal liquido y dispositivo de presentacion del tipo proyeccion que utiliza el mismo. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31806096A JP3318859B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10161097A true JPH10161097A (ja) | 1998-06-19 |
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Family
ID=18095039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31806096A Expired - Fee Related JP3318859B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 液晶表示装置 |
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| EP (1) | EP0846974B1 (ja) |
| JP (1) | JP3318859B2 (ja) |
| KR (1) | KR100473089B1 (ja) |
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| ES (1) | ES2219740T3 (ja) |
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| JP2000075259A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-03-14 | Seiko Epson Corp | 液晶装置及びこれを用いた投写型表示装置 |
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| US8532449B2 (en) * | 2010-05-06 | 2013-09-10 | Intel Corporation | Wafer integrated optical sub-modules |
| JP2012247783A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Samsung Corning Precision Materials Co Ltd | ディスプレイ装置 |
| TWI616692B (zh) * | 2014-12-29 | 2018-03-01 | 鴻海精密工業股份有限公司 | 光纖連接器及光耦合透鏡 |
| KR102051351B1 (ko) * | 2017-11-08 | 2019-12-03 | 엠피닉스 주식회사 | 백색빔 구현용 ｒｇｂ 레이저모듈시스템 |
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| JPH0642126B2 (ja) * | 1988-10-26 | 1994-06-01 | シャープ株式会社 | 投影型画像表示装置 |
| JPH07107594B2 (ja) * | 1990-02-26 | 1995-11-15 | シャープ株式会社 | 投影型画像表示装置 |
| JP2622185B2 (ja) * | 1990-06-28 | 1997-06-18 | シャープ株式会社 | カラー液晶表示装置 |
| JPH04181218A (ja) * | 1990-11-15 | 1992-06-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学素子 |
| JP2849492B2 (ja) * | 1991-05-31 | 1999-01-20 | シャープ株式会社 | 投影型液晶表示装置 |
| JP2719258B2 (ja) * | 1991-12-27 | 1998-02-25 | シャープ株式会社 | 投影型画像表示装置 |
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| JPH0715750A (ja) * | 1993-06-24 | 1995-01-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 投写型映像表示装置 |
| JPH07225303A (ja) * | 1993-12-16 | 1995-08-22 | Sharp Corp | マイクロレンズ基板及びそれを用いた液晶表示素子ならびに液晶プロジェクタ装置 |
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| JPH08179300A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Sony Corp | カラー表示装置 |
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1996
- 1996-11-28 JP JP31806096A patent/JP3318859B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1997
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- 1997-11-28 DE DE69729625T patent/DE69729625T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-11-28 ES ES97402871T patent/ES2219740T3/es not_active Expired - Lifetime
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