JPH1068938A

JPH1068938A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1068938A
Application number: JP8225070A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ando; 雅徳安藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線や紫外線等の特定波長の光を反射する
ことができ、かつ、その製造工程が容易な液晶表示装置
を提供する。【解決手段】対向基板(311) の主表面上に紫外線の反
射膜(500) を設け、この上にマイクロレンズアレイ基板
(411) を紫外線硬化樹脂によって接着するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像投影装置、ビ
デオプロジェクタ等に用いられる液晶パネル、特に液晶
ライトバルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶ライトバルブをビデオプロジ
ェクタに使用する場合には、強力な光をこの液晶ライト
バルブに照射する必要がある。一方、これに用いられる
光源は、メタルハライドランプやキセノンランプ等の赤
外線や紫外線を含んでいる。

【０００３】液晶ライトバルブに紫外線が入射すると、
液晶分子の分解等の問題が発生して信頼を損ねるという
問題がある。また、赤外線が照射されると、液晶素子内
で温度上昇が生じ、その特性が変化するという問題があ
った。

【０００４】そのため、従来より、透明電極上に光導電
層およびミラー層が形成されないガラス基板の透明電極
の形成されていない面、透明電極とガラス基板の間また
は透明電極上に赤外線反射膜または紫外線反射膜等を形
成する液晶表示装置が提案されている（特開平８−２２
０１９号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この液晶表示装置であ
ると、反射膜によって赤外線や紫外線を反射して、液晶
の分解等による劣化や温度上昇を抑えることができる。
しかしながら、この反射膜を、透明電極の形成されてい
ない面上または透明電極上に形成する必要があるため、
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を形成する工
程が増え、その作業が煩雑になるという問題があった。

【０００６】また、ビデオプロジェクタには、照射光を
有効利用するために液晶パネルにマイクロアレイレンズ
（以下、ＭＬＡという）を貼り合わせる場合がある。こ
のＭＬＡのレンズがそれぞれ液晶パネルの各画素に対応
しているため、接着剤に紫外線硬化樹脂を用いて液晶パ
ネルとＭＬＡの貼り合わせ、その位置合わせを行った
後、紫外線照射装置を用いて紫外線を液晶パネルに照射
し、樹脂を硬化させて液晶パネルとＭＬＡを貼り合わせ
ていた。

【０００７】しかしながら、ＭＬＡが形成されているガ
ラス基板は、安価なソーダガラス等の熱膨張率の高い材
料が用いられている。一方、液晶パネルは、熱膨張率の
低い材料が用いられている。したがって、これらを貼り
合わせた後、熱を加えると熱膨張率の違いにより両者に
ストレスが生じ、紫外線硬化樹脂よりなる接着剤の接着
強度に斑がある場合、強度の弱い場所から剥離する恐れ
があった。特に、接着剤の厚さが数十μｍと厚いことか
ら、厚さ方向での斑が問題になる。

【０００８】一方、前記したように液晶分子に紫外線を
照射すると劣化を起こすため、この貼り合わせの場合に
紫外線を照射するのも液晶パネルにとってはよくない。

【０００９】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、赤外
線や紫外線等の特定波長の光を反射することができ、か
つ、その製造工程が容易な液晶表示装置を提供するもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の液晶
表示装置は、２枚の基板で液晶を挾持した液晶パネルの
少なくとも一方の基板に、該液晶パネルの各画素に対応
してマイクロレンズアレイを張合わせた液晶表示装置に
おいて、前記マイクロレンズアレイを張合わせる側の基
板に、二層以上の積層膜からなる特定波長の光を反射す
る反射膜を形成し、その反射膜の表面に前記マイクロレ
ンズアレイを張合わせたものである。

【００１１】請求項２の液晶表示装置は、請求項１のも
のにおいて、前記反射膜で反射する特定波長の光が紫外
線であり、また、前記マイクロレンズアレイを張合わせ
る接着剤に紫外線硬化剤を用いたものである。

【００１２】請求項３の液晶表示装置は、請求項１のも
のにおいて、前記反射膜で反射する特定波長の光が紫外
線及び赤外線であるものである。

【００１３】請求項４の液晶表示装置は、請求項１のも
のにおいて、前記液晶パネルが、プロジェクター用の液
晶ライトバルブであるものである。

【００１４】請求項１の液晶表示装置であると、基板に
形成された反射膜によって、特定波長の光が反射され
る。したがって、液晶分子が劣化する恐れがない。

【００１５】請求項２の液晶表示装置であると、反射さ
れる光が紫外線であり、マイクロレンズアレイを貼り合
わせる接着剤に紫外線硬化剤を用いているため、マイク
ロレンズアレイを基板に紫外線硬化剤よりなる接着剤で
貼り合わせるときに照射される紫外線が、この反射膜で
反射され、液晶分子が劣化する恐れがない。また、紫外
線硬化剤に対し、紫外線の照射方向からとは反対の方向
からも反射された紫外線が当たるため、樹脂が硬化する
際に照射方向において斑が生じない。

【００１６】請求項３の液晶表示装置であると、紫外線
及び赤外線が反射されるため、液晶分子が劣化を起こす
ことがなく、また、赤外線が反射されるため、温度上昇
を起こすこともない。

【００１７】請求項４の液晶表示装置であると、プロジ
ェクタ用の液晶ライトバルブに使用されるため、プロジ
ェクタの光源に赤外線や紫外線を照射するものを用いて
も、これらが反射されるため、液晶パネル内の液晶分子
に悪影響を及ぼすことがない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例の投射
型液晶表示装置について、図面を参照して説明する。

【００１９】（投射型液晶表示装置の説明）図１に示す
ように、この投射型液晶表示装置(100) は、３板式、即
ち赤（Ｒ）用、緑（Ｇ）用及び青（Ｂ）用の３枚の液晶
パネル(201-R),(201-G),(201-B) を備えている。

【００２０】この実施例の光源光学系は、光源(111) と
して配置されるメタルハライドランプと、光源(111) か
らの光源光を光源(111) と液晶パネル(201-R),(201-G),
(201-B) との間の光軸上の点Ａに焦点を持つよう集光さ
せる回転楕円型のリフレクタ(121) 、リフレクタ(121)
により点Ａに一度集光された光源光をコールドミラー(1
31) を経た後、平行光として各液晶パネル(201-R),(201
-G),(201-B) に導くコリメータレンズ(141) 、リフレク
タ(121) の焦点位置である点Ａに配置され、略円形の開
口を有し、その開口直径（D1）がサーボモータにより可
変可能な第１絞り手段(151) とを備えている。

【００２１】また、この実施例では、光源(111) はリフ
レクタ(121) に対する位置精度の簡素化等から、リフレ
クタ(121) の中心部分に固定されるため、光源(111) か
らの光源光の中心部分の光束が小さくなる。このため、
この実施例の光源光学系では、光源(111) と第１絞り手
段(151) との間に、第１絞り手段(151) 側に凸の円錐レ
ンズ(161) が配されている。この円錐レンズ(161) によ
り、発散され有効活用されない光束を中心部分に導くこ
とで、光源光の中心部分の光束の低下を防止している。
尚、凸の円錐レンズ(161) の他にも、発散され有効活用
されない光束を中心部分に導くものであれば、凹状の円
錐レンズであっも、また特開平６−１７５１２９号公報
に開示される構造であっても良い。

【００２２】投射光学系は、液晶パネル(201-R),(201-
G),(201-B) により光変調された変調光を点Ｂに集光さ
せるための集束レンズ(501) 、点Ｂにおいて各液晶パネ
ル(201-R) ,(201-G),(201-B)からの不所望な散め光を遮
断し、透過光を透過させる略円形の開口を有し、その開
口直径（D2）がサーボモータにより可変可能な第２絞り
手段(503) 、第２絞り手段(503) を経た後の変調光を投
影するための投射レンズ(505) とから構成されている。
この第２絞り手段(503) は、各液晶パネル(201-R),(201
-G),(201-B) からの不所望な散め光を遮断し、透過光を
透過させるものであるため、第２絞り手段(503) の開口
直径（D2）を大きくすることにより、コントラスト比は
低下するものの、表示輝度を増大させることができる。

【００２３】第１絞り手段(151) 及び第２絞り手段(50
3) は、スクリーン上の照度をモニターする光センサ(71
1) からの環境照度信号（ES）に基づいて第１絞り手段
(151)及び第２絞り手段(503) の開口直径（D1），（D
2）をそれぞれ制御する絞り制御手段( 721)に電気的に
接続されている。更に詳しくは、第１絞り手段(151) の
開口直径（D1）及び第２絞り手段(503) の開口直径（D
2）は、絞り制御手段(721)により、スクリーン上の照度
が高くなるにつれて集光立体角（Ω1 ），（Ω2 ）が大
きくなるよう制御されるものである。

【００２４】尚、この本明細書における第１絞り手段(1
51) に基づく集光立体角（Ω1 ）は、光源光の分布角度
を±θとした時、［２πsin θ］を０からθまでθにつ
いて積分した値で表現され、更に、この集光立体角（Ω
1 ）を、コリメータレンズ(141) の焦点距離をf1とし
て、第１絞り手段(151) の開口直径（D1）の関数で表す
と、Ω1 ＝π（D1／2 ・f1）2 で表現される。

【００２５】また、本明細書における第２絞り手段(50
3) に基づく集光立体角（Ω2 ）は、フィールドレンズ
の焦点距離をf2とし、第２絞り手段(503) の開口直径
（D2）の関数で表すと、Ω2 ＝π（D2／2 ・f2）²で表
現される。

【００２６】これら集光立体角（Ω1 ），（Ω2 ）は、
光利用効率等を考慮すると、ほぼ一致するように連動さ
せて可変することが望ましい。

【００２７】次に、各液晶パネル(201-R),(201-G),(201
-B) の配置について説明する。光源光学系からの光源光
は、第１ダイクロイックミラー(411-D) により緑（Ｇ）
光のみが反射され、第１全反射ミラー(411-A) を介して
緑（Ｇ）光が液晶パネル(201-G) に導かれ、液晶パネル
(201-G) 、緑（Ｇ）用フィールドレンズ(421-G) を経て
出射される。

【００２８】第１ダイクロイックミラー(411-D) を透過
した光源光は第２ダイクロイックミラー(413-D) により
赤（Ｒ）光のみが反射されて液晶パネル(201-R) に導か
れる。そして、液晶パネル(201-R) 、赤（Ｒ）用フィー
ルドレンズ(421-R) を経た赤（Ｒ）光は、第１合成ミラ
ー(411-M) により液晶パネル(201-G) を経た緑（Ｇ）光
と合成される。

【００２９】第２ダイクロイックミラー(413-D) を透過
した光源光は液晶パネル(201-B) に導かれ、液晶パネル
(201-B) 、青（Ｂ）用フィールドレンズ(421-B) を経た
青（Ｂ）光は、第２全反射ミラー(413-A) を介して第２
合成ミラー(413-M) により液晶パネル(201-G) 及び液晶
パネル(201-R) を透過し合成された赤（Ｒ）光及び緑
（Ｇ）光と合成され、投射光学系に導かれる。

【００３０】（液晶パネルの説明）次に、この液晶パネ
ル(201-R),(201-G),(201-B) について説明する。尚、液
晶パネル(201-R),(201-G),(201-B) の構成は、その駆動
系を除いて差異はないので、緑（Ｇ）用の液晶パネル(2
01-G) を例にとり説明する。この液晶パネル(201-G)
は、１００ミクロンピッチの表示画素が横方向に６４０
個、縦方向に４８０個配列されて成っている。

【００３１】液晶パネル(201-G) は、図２乃至３に示す
ように、アレイ基板(211) と対向基板(311) との間に、
正の誘電率異方性を示すネマチック液晶からなる液晶層
(401) が配向膜(291),(391) を介して配列され、保持さ
れている。

【００３２】アレイ基板(211) は、０．７mm厚の透明な
ガラス基板(210) 上に、図２に示す如く信号線(221) と
走査線(231) とが略直交するように配置され、信号線(2
21)と走査線(231) との交点近傍に薄膜トランジスタ
（以下、ＴＦＴと略称する。）(241) が配置されてい
る。このＴＦＴ(241) は、図３に示すように、走査線(2
31) 自体をゲート電極とし、走査線(231) 上にゲート絶
縁膜(243) を介して半導体層として非晶質シリコン薄膜
(245) 、非晶質シリコン薄膜(245) を保護すると共に寄
生容量を抑えるため走査線(231) と自己整合されたシリ
コンナイトライドから成る半導体保護膜(246) 、非晶質
シリコン薄膜(245) と信号線(221) とをｎ⁺型非晶質シ
リコン薄膜(248) を介して電気的に接続する信号線(22
1) から延在されたドレイン電極(247) 、信号線(221)
と走査線(231) とによって囲まれる領域に配置されたＩ
ＴＯ（Indium Tin Oxide）から成る画素電極(251) と非
晶質シリコン薄膜(245) とをｎ⁺型非晶質シリコン薄膜
(250) を介して電気的に接続するソース電極(249) とを
備えて構成される逆スタガ構造である。また、画素電極
(251) との間でゲート絶縁膜(243) を介して補助容量
（Ｃｓ）を形成するための補助容量線(253) が走査線(2
31) に略平行して配置されている。更に、これらＴＦＴ
(241) や画素電極(251) 上には、保護膜(255) が配置さ
れてアレイ基板(211)は構成されている。

【００３３】対向基板(311) は、０．７mm厚の透明なガ
ラス基板(310) 上に、アレイ基板(211) のＴＦＴ(241)
及び画素電極(251) 周辺部部を遮光するためのクロム
（Ｃｒ）から成るマトリクス状の遮光層(313) 、遮光層
(313) 上に配置される保護膜(317) 、保護膜(317) 上に
配置されるＩＴＯから成る対向電極(319) とによって構
成されている。

【００３４】対向基板(311) の表面、すなわち、ガラス
基板(310) の表面には、紫外線領域を反射するととも
に、可視領域は透過する設計の反射膜(500) が形成され
ている。この反射膜(500) の構造としては、帯域フィル
タ型の積層膜とし、次のような膜構造にする。

【００３５】（Ｈ／２×Ｌ×Ｈ／２）^ｎ（ここで、Ｈは高い屈折率の物質で、Ｌは低い屈折率の
薄膜である。

【００３６】膜厚が１のときはλ／４であり、０．５の
ときはλ／８である。

【００３７】なお、λは波長である。ｎは繰り返し数で
ある。）積層する薄膜は、高い屈折率薄膜としては、Ｚ
ｎＳ、ＨｆＯ₂、ＣｅＯ₂等であり、低い屈折率薄膜と
してはＳｙＯ₂、ＭｇＦ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の誘電体薄膜
を用いて構成する。

【００３８】また、この液晶パネル(201-G) は、液晶パ
ネル(201-G) を構成する対向基板(311) の主表面上にあ
る反射膜(500) の上にマイクロレンズアレイ基板(411)
が接着層(410) を介して貼り付けられて構成されてい
る。

【００３９】このマイクロレンズアレイ基板(411) は、
各表示画素に対応する集光レンズ(413) 群から成り、集
光レンズ(413) の焦点位置はアレイ基板(211) を構成す
るガラス基板(210) に存在するよう設定されている。

【００４０】上記した如く各液晶パネル(201-R),(201-
G),(201-B) を構成すれば、これまで遮光層(313) で遮
られて有効に利用されていなかった光も利用できるた
め、各液晶パネル(201-R),(201-G),(201-B) の実効開口
率を大きくとることができ、集光立体角（Ω1 ），（Ω
2 ）を絞っても十分なピーク光束が得られ、表示輝度の
低下が軽減される。

【００４１】（液晶パネルにマイクロレンズアレイ基板
を接着する工程）上記したように、対向基板(311) の主
表面上にマイクロレンズアレイ基板(411) を接着するわ
けであるが、この場合の接着剤として、紫外線硬化樹脂
を用いている。

【００４２】そのため、このマイクロレンズアレイ基板
(411) を貼り合わせる工程について説明する。

【００４３】対向基板(311) のガラス基板(310) の
表面に、前記したように反射膜(500)を形成する。

【００４４】反射膜(500) の表面に紫外線硬化樹脂
よりなる接着層(410) を形成する。

【００４５】接着層(412) の上にマイクロレンズア
レイ基板(411) を取り付ける。

【００４６】マイクロレンズアレイ基板(411) を、
液晶パネルの各画素に対し位置合わせを行う。

【００４７】紫外線照射装置から紫外線をマイクロ
レンズアレイ基板(411) の表面から照射し、接着層(41
0) の紫外線硬化樹脂を硬化させる。この場合に、反射
膜(500)が存在しているため、接着層(410) を通過した
紫外線はこの反射膜(500) で反射され再び接着層(412)
に至る。そのため、接着層(410) は表面及び裏面から紫
外線が照射された状態となり、その両側から硬化を始め
る。したがって、従来のように厚み方向に接着強度に斑
が生じることがなく、強度の弱い場所が生じず、マイク
ロレンズアレイ基板(411) が剥離することがない。さら
に、紫外線は前記したように反射膜(500) で反射される
ため、ＰＤ型液晶層(401) に到達することがなく、液晶
分子に悪影響を及すこともない。

【００４８】以上のようにして、マイクロレンズア
レイ基板(411) を液晶パネルに取り付ける。

【００４９】（駆動電圧供給回路及び極性反転／非反転
増幅器の説明）この実施例の投射型液晶表示装置(100)
は、図１に示すように、各液晶パネル(201-R),(201-G),
(201-B) にそれぞれの映像信号（ＶSR），（ＶSG），
（ＶSB）を供給するための駆動電圧供給回路(741) 及び
極性反転／非反転増幅器(751) を備えている。

【００５０】駆動電圧供給回路(741) は、図５に示すよ
うに、入力される輝度信号（BS）をアナログ・ディジタ
ル変換器(743) でディジタル信号化し、ディジタル信号
化された輝度信号（BS）をＲＯＭで構成されるガンマ補
正回路(744) によりガンマ補正し、ガンマ補正されたデ
ィジタル輝度信号は加算器(745) の一方の入力端子に供
給される。また、光センサ(711) からの環境照度信号
（ES）に基づいて、ＲＯＭで構成される光リーク補償回
路(746) から液晶パネル(201-G) を構成するＴＦＴ(24
1) の光リーク電流（Ｉoff ）による電位低下を補正す
る補償データが加算器(745) の他方の入力端子に供給さ
れ、加算器(745) からはディジタル輝度信号と補償デー
タとの加算出力をディジタル・アナログ変換器(747) に
出力する。そして、ディジタル・アナログ変換器(747)
からアナログ信号が極性反転／非反転増幅器(751) に出
力される。

【００５１】極性反転／非反転増幅器(751) では、アナ
ログ信号を液晶パネル(201-G) に必要な信号レベルに増
幅すると共に、各フィールド期間毎、走査期間毎等の所
定周期で基準電位に対して極性反転する映像信号（ＶS
G）と成して液晶パネル(201-G) に供給する。

【００５２】また、他の液晶パネル(201-R),(201-B) も
同様に、光センサ(711) からの環境照度信号（ES）に基
づいて補正された映像信号（ＶSR），（ＶSB）が液晶パ
ネル(201-R),(201-B) に供給される。即ち、この実施例
では、スクリーン上の照度が高くなるにつれて集光立体
角（Ω1 ），（Ω2 ）が大きくなるよう第１絞り手段(1
51) 及び第２絞り手段(503) の開口直径（D1），（D2）
を絞り制御手段(721)によって制御されるが、これに伴
い各液晶パネル(201-R),(201-G),(201-B) に供給される
映像信号（ＶSR），（ＶSG），（ＶSB）も大きくなるよ
う駆動電圧供給回路(741) によって制御される。

【００５３】（投射型液晶表示装置の動作説明）以上の
ようにして構成される投射型液晶表示装置(100) の動作
について簡単に説明する。

【００５４】まず、スクリーン上の照度を光センサ(71
1) により検出し、光センサ(711) からの環境照度信号
（ES）に基づいて、絞り制御手段(721) により第１絞り
手段(151) 及び第２絞り手段(503) の開口直径（D1），
（D2）を決定する。即ち、スクリーン上の照度が大きく
なる程、第１絞り手段(151) 及び第２絞り手段(503) の
開口直径（D1），（D2）を大きくする。

【００５５】駆動電圧供給回路(741) によって、映像信
号（ＶSR），（ＶSG），（ＶSB）の最適化を行わない場
合、例えば、スクリーン上の照度が３０lxといった暗い
場合は、集光立体角（Ω1 ），（Ω2 ）が絞られ、これ
より充分なコントラスト比が達成される。逆に、スクリ
ーン上の照度が２００lxといった明るい場合は、集光立
体角（Ω1 ）（Ω2 ）が広げられ、白表示時の高い表示
輝度が達成される。

【００５６】更に、この実施例では、光センサ(711) か
らの環境照度信号（ES）に基づいて、スクリーン上の照
度が２００lxの場合、スクリーン上の照度が３０lxの場
合に比べて１０％程度各映像信号（ＶSR），（ＶSG），
（ＶSB）が駆動電圧供給回路(741) によって増大され
る。

【００５７】さらに、液晶パネル(201) には、紫外線の
反射膜(500) が形成されているため、メタルハライドラ
ンプよりなる光源(111) から紫外線が照射されても、こ
の反射膜(500) で反射されるため、液晶分子に到達する
ことがなく、これら液晶分子が劣化を起こすことがな
い。

【００５８】なお、上記実施例では、反射膜(500) とし
ては、紫外線領域を反射し可視領域は透過する設計のも
のを用いたが、これに限らず、紫外線領域及び赤外線領
域をも反射する反射膜を用いてもよい。この場合には、
光源(111) からの紫外線及び赤外線をカットできるの
で、液晶の劣化のみならず、液晶パネル(200) の温度上
昇をも抑えることができる。したがって、劣化による特
性変化、色抜け、温度上昇による液晶、ＴＦＴの特性変
化等を抑制し、特性の変化の少ない高い信頼性で高い品
質の液晶パネル(201) を提供することができる。

【００５９】また、上記辞意意思例では、シリーレン光
学系を用いものを示したが、絞り等を含まない通常の光
学系であってもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上により本発明の液晶表示装置である
と、紫外線や赤外線等の特定波長の光を反射する反射膜
をマイクロレンズを貼り合わせる側の基板に設けている
ため、紫外線による液晶の特性劣化や赤外線による温度
上昇を防止することができる。また、その反射膜を形成
する工程も基板に形成する構造であるため、容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる３板式投射型表示装
置の概略構成図である。

【図２】図１の液晶パネルの一部概略正面図である。

【図３】図２におけるａ／ａ′線に沿って切断した液晶
パネルの一部概略縦断面図である。

【図４】同じく液晶パネルの要部拡大縦断面図である。

【図５】図１の投射型表示装置の駆動電圧供給回路の概
略構成図である。

【符号の説明】

１００投射型表示装置１１１光源２０１液晶パネル５００反射膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の基板で液晶を挾持した液晶パネルの
少なくとも一方の基板に、該液晶パネルの各画素に対応
してマイクロレンズアレイを張合わせた液晶表示装置に
おいて、前記マイクロレンズアレイを張合わせる側の基板に、二
層以上の積層膜からなる特定波長の光を反射する反射膜
を形成し、その反射膜の表面に前記マイクロレンズアレ
イを張合わせたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記反射膜で反射する特定波長の光が紫外
線であり、また、前記マイクロレンズアレイを張合わせる接着剤に
紫外線硬化剤を用い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】前記反射膜で反射する特定波長の光が紫外
線及び赤外線であることを特徴とする請求項１記載の液
晶表示装置。
【請求項４】前記液晶パネルが、プロジェクター用の液
晶ライトバルブであることを特徴とする請求項１記載の
液晶表示装置。