TWI237725B - Image display device and image projector device - Google Patents

Description

1237725 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於圖像頰示元件及利用該元件之圖像投， 機裝置。詳細而言，本發明係具備配置成陣列狀之複數個 像素之週期構造、以及支持該複數個像素之基板，且以像 素單位將自射入面所射入之光進行調變，並自射出面予以 射出之圖像顯示元件當巾，有關於能防止起因於細微：： 素 < 週期構造之高次繞射光的產生，且能使原本所需之非 繞射光之光量得以增大之技術。 【先前技術】 習知技術中，LCD投影機等之圖像顯示裝置係以咖面 板寺《圖像顯示元件的i個像素的大小（像素間距）為ι〇陶 :上：為主流，但，近年來，已進展到lcd面板之小型化. 同精密化，且像素間距亦開始出現1〇 以下者。 ί像素間距之細微化的同時，亦遭遇到下述之問題。 、二结問碭係射入至LCD面板之光束，係依據像素週期構 '射，而產生不需要之高次繞射光，特別是繞射效率 疋播法忽視的土 1 ;会结血土士 τ + 閃朵 、八、，在LCD投影機當中，不僅形成 光（f 1 a r e)之原因，且传兮. ' 刀原本所必需之0次光(非繞射 ^ 里減y，並造成亮度降低之情形。 題係能通過相對於像素全體的面積之光 像素電柄之外，才=口 °像素係在形成開口的 容量。合進展到傻： 電晶體等之切換元件或保持電 電容量間距之細微化時，則切換元件或保持 占的面積即相對性地增加’而造成該部份開口面 81876 !237725 積係成為犧牲（變少）’且開口率降低。

Armitage, "Resolution issues in reflective SPIE Vol· 3634，l〇 (1999)。 ^明有關於第—問題。在習知之聰㈣距之LCD面板 ’原理上亦因為像素週期構造而產生繞射光。以數學 式表示繞射現象時，即為SinW=U/p)。此處，入係波長， P係像素間距，Θ係表示繞射角度。習知技術中，由於像素 間距係較大’故上述關係式所給予之繞射角㊀係變小，且0 ，光t高次繞射光（±1次、±2次光）幾乎不分離，故上述問 喊尚無顯著浮現。@ ’由於近年來之像素間距之精密化， 而上述關係式所給予之繞射角度Θ係較大，而變得無法忽 ''迟之問4。有關於該問題點，係例如記載於David microdisplays11, 。1明有關於第二問題。在此種圖像顯示元件，特 别疋投影型之圖像顯示元件當中，其用以將通過各像素的 光束進行凋、笑之切換元件或保持靜電電容量之電路圖案， 雖鄰接於像素電極而配置，㉟，在像素間距之細微化的同 :，該電路圖案所占之比例亦增大。其結果，i生開口率 降低，且光利用效率亦降低之問題。作為解決該問題之方 法，係例如揭示於特開平3-236987號公報之在各像素的射 入i、彳汉置排列多數個微小的透鏡之微透鏡陣列，並藉由 微透鏡陣列將射A至像素之光束予以聚焦之方法。但，微 透鏡係對應於像素而配ϊ。因此，微透鏡陣列本射亦和像 素陣列同樣地成為週期構造，並產生繞射光。此即重疊因 像素週期構造所導致之繞射，而形成更無法忽視之問題點。 81876 1237725 【發明内容】 本案發明者係採取如下 為了解決上述習知技術的課題 之方法。 本發明之第一觀點係提供—圖像顯示元件，… ==列狀Γ複㈣像素之週期構造和支持該複數個 變，、並^射*且以像素早么將自射人面所射人之光進行調 並自射出面而予以射出，立牿 的光之面h形成使光的相位產1 :化在通過該基板 座生随機變化之移相構造。 ^，之-形態中，前述移相構造係由將通過該基板的 f刻成隨機的深度而形成之凹凸構造所構成。 光HM，前述移相構造其在通過該基板的 所::將電介質透明膜予以成膜成隨機的厚度之凹 則迷移相構造係使用微影技術而形成較為理想。 凹 或者，前述移相構造係具有像素單位之厚度：相異之 本：明係進而亦包含有將上述的圖像顯示元件使用於光 真芝耳 < 圖像投影機裝置。 :!月〈第一觀點係提供一圖像顯示元件’其係具備配 、陣列狀之複數個像素之週期#造和支持該複數個像素 《基板’且以像素單位將自射入面所射入之光進行調變， 並自射出面而予以射出，其特徵在於： 在通過該基板的光之面上，形成有·· 移相構造，其係使光的相位產生隨機變化；以及 81876 1237725 微透鏡構造，甘μ 本發明之—射入之光朝向像素而集光。 光之面予以蝕，前述移相構造係由將通過該基板的 本發明之/機的深度而形成之凹凸構造所構成。 光之面，係由將！ίΐ邊前述移相構造其在通過該基板的 凸構造所構Γ 質透明膜予以成膜成隨機的厚度之凹 則述移相構造係使用微影技術而形成 前述移相構造係且古後IW、、 、 心此外 理相上，〜/、 I早位《厚度為相異之凹凸構造。 -則迷微透鏡構造係具有和一個像 素的週期構造相同的週期而予以排列。此 像素。 故係將所射入疋光進行集光，並聚焦於 本發明係進而亦包含有將 — 真空管之圖像投影機裝置。圖像顯^件使用於光 依據本發明之第一觀點’則在圖像顯 之射入面或射出面當中，乒 合個像素 0之#m Μ 曰由對射入光形成賦予隨機的相 和相構u措施，即能防止起因於細微的像辛週期 構造之高次繞射光的產生，且 ）像素週期 ^ 且了使0/入先（原本所需之非繞 射先增大，並能達相示时之高亮度化。 : 衣據本發明之第二觀點’則在圖像顯示元 之射入面或射出面當中，藉由對射入光形成賦予隨機= 位差之移相構造之措施，即能防止起因於細微的 構造之高次繞射光的產生，且在使〇次光 …

射光）之光量增大的同時，亦力交你φ H π在各像素的射入面形成微透鏡 81876 -10- 1237725 構造’據此而得以防止因像素切換驅動用的電路圖案所導 致射入光的遮斷，並可達成顯示圖像之高亮度化。此時， 藉由對射入光形成賦予隨機的相位差之移相構造，亦能防 止起因於細微的微透鏡之週期構造的高次繞射光的產生。 【實施方式】 以下，參閱圖式而詳細說明有關於本發明之實施形熊。 投影型LCD而柘 圖1係使用投影型LCD面板之一般的LCD投影機之光學 系統之模式圖。圖1所圖示之LCD投影機之光學系統，係由 光源燈001、第1複眼透鏡002、第2複眼透鏡〇03、將p波和S 波予以分離且合成之PS分離合成元件〇〇4、聚光透鏡〇〇5、 RGB色分離過濾器006和007、反射鏡〇〇8a〜〇〇8c、過滤透鏡 009a〜009c、中繼透鏡010和〇11、二向色稜鏡〇12、投影型 LCD面板013a〜013c、以及投射透鏡014所構成，並將擴大 圖像投影至螢幕0 1 5。 又’ RGB色分離過濾器〇〇6和〇〇7係分別用以將R(紅）、 G(綠）、B(藍）成份予以抽出，例如，在過濾器〇〇6中，將b 成份朝向反射鏡008a而進行反射，並朝向過滤器〇〇7而透過 G和R成份，過濾器〇07係朝向透鏡〇〇91)而將〇成份進行反 射，並朝向透鏡009c而透過R成份。 在圖1所圖示之投影型LCD面板當中，因應於輸入於投影 型LCD面板013a〜01 3c之圖像訊號，而調變b、G、R成份， 經調變而擴大之影像係投影至螢幕〇丨5。 本發明係針對投影型LCD面板013a〜01 3c等之LCD面板 81876 -11 - 1237725 而施以改善。 圖2A、2B係一般的投影型Lcd面板之部份擴大構成圖， 圖2A係裝配有外框1〇5之狀態，圖2B係將外框予以卸下之 狀態。一般的投影型LCD面板係由TFT基板1〇1、對向基板 1 02、射出側防塵玻璃丨03、射入侧防塵玻璃丨〇4、外框丨〇5、 以及可撓性連接器1 〇6所構成，且液晶係裝入至TFT基板 1 0 1和對向基板1 02之間。有效像素區域係以符號工〇7所示之 區域。通常之投影機用LCD面板之情形時，光線自對向基 板102側射入係射入光Li，而自TFT基板1〇1侧射出係射出光 Lo 〇 圖3A〜3C係將移相構造109形成於圖2A、圖2β所圖示之對 向基板1 02之光線射入側（防塵玻璃1 〇4側）的表面上之例。 圖3B係將圖3 A之有效像素區域丨〇7内之一部份予以擴大並 圖解之圖示，圖3C係將圖3B之A-A，截面予以擴大並圖解之 圖示。對向基板102之射入面係以和配置成二次元狀之複數 個像素之各個像素1〇8相同的間距作為單位構造，並分別以 d = 〇至d = Λ/|Ν1_Ν2|之間的任意深度或厚度進行蝕刻或 成膜。又’d係深度，又係中心波長，m係中心波長之基板 繞射率，且N2係表示中心波長之移相構造之繞射率。例如， 參考波長55〇 nm’ N1 = ’ N2叫。（空氣）時，^係 〇=〇〇㈣之間的任意值。此時，通過各像素之光線其姓刻 深度或成膜厚度係以0之區域為基準，而賦予 2 7Γ / λχάχ|Νΐ-Ν2| = 0^2 π <間的任意之相位差。此外’當繞射率犯非為空氣，且由 81876 -12- 1237725 S 填滿時，例如Ν2 = 1·4時，則d係〇〜55〇〇譲 、壬思值。將像素間距和移相構造之間距予以合併之 、押玲為了防止因&相構造的境界⑽刻深度或成膜厚度 n匕、，泉）之進入像素内而影響到畫質之故。 °如圖4所圖π，通過光束之週期構造區域，且 到：注目之觀察面時，在各個週期單位至觀察面為止之光 度產係半波長的偶數倍時’則增強光波，而為半波長 的可數倍時’則減弱光波’據此而形成繞射（干涉）圖案。 此時〇 Α光（非繞射光）之繞射效率（相對於射人光之光量 比）係減少至60〜鳩程度，相反地，則產生具有iq〜2〇%程 度的繞射效率之繞射1次光、或具有數％程度之繞射效率之 高次繞射光。⑮’此係以射入各週期構造之光線的相位係 互相一致為前提。 彳 目5所圖不’藉由將隨機之移相構造形成於週期構 造之射入面（或射出面），使得射出正後的光線相位形成不 致〜果即犯抑制繞射圖案（高次繞射光）之產生。 因此’藉由將本發明之移相構造形成於對向基板M2的射入 面，即能抑制高次繞射光之產生。 本無明 < 一實施形態係將移相構造形成於對向基板1们 的射入面，但，即使將移相構造形成於如圖6所圖示之丁 FT 基板101之射出面，或如圖7所圖示之防塵玻璃1〇4之射入面 (或射出面），亦能獲得相同之功效。 通常之投影機用LCD面板係其光線為射入至對向基板 側，且自TFT基板側而予以射出，假設光線係射入至τρτ基 81876 -13- 1237725 板側，且自對向基板侧而予 以射出（構成，同樣地將本發 明之移相構造形成於各基板夕 、 土孜<射入面或射出面之其中之一 方，據此亦可獲得相同之功效。 此外，本實施例係將移相椹 不目構化形成於投影型LCD面板的 射出面之例示，但，亦可谪、人 』通用於其他的投影型（或透過型） 圖像顯示裝置。 如上述，有關於本發明之圖像顯示元件係具備配置成陣 列狀之像素⑽之週期構造、以及支持該像素之基板ι〇ι、 102而作為基本的構成，且以像素單位將自射入面所射入之 光進行調變，並自射出面而予以射出。本發明之特徵，里 係例如在通過基板101的光之面上，形成使光的相位產生隨 機變化之移相構造109。移相構造109係由將通過基板ι〇ι 的光之面予以蝕刻成隨機的深度而形成之凹凸構造所構 成。或者，移相構造亦可作成在基板的光通過之面，將電 介質透明膜予以成膜成隨機的厚度之凹凸構造，移相構造 109係例如使用微影技術而形成。移相構造1〇9係具有像素 單位之厚度為相異之凹凸構造較為理想。 圖8A、8B係一般的反射型LCD面板之構成圖。圖8A係表 不裝配有外框之狀態，圖8B係表示卸下外框之狀態。一般 的反射型LCD面板係由TFT基板201、對向基板202、反射板 203、防塵玻璃204、外框205、以及可撓性電纜206所構成。 或者’亦有對向基板202係構成於反射板203侧，而丁打基 板2 0 1係構成於防塵玻璃2 〇 4侧之情形。有效像素區域係以 207所表示之區域。 81876 -14 - 1237725 圖9A〜9C係將移相構造209形成於圖8A、8B所圖示之LCD 面板之對向基板202的光線之射入側（防塵玻璃2〇4侧）的表 面之例。圖9B係將圖9A之有效像素區域207内之一部份予 以擴大之圖示，圖9C係將圖9B之A-A，截面予以擴大之圖 不° TFT基板201之各像素區域的表面（防塵玻璃204側之 面），係以和各個像素208相同的間距作為單位構造，並分 別以自d = 〇至λ / | m-N2 | /2之間的任意深度或厚度 進行蝕刻或成膜。d係深度，又係中心波長，N丨係中心波長 之基板繞射率，.且N2係表示中心波長之移相構造之繞射 率。例如’參考波長又= 550nm，N1 = 1.5，Ν2 = 1·0(空氣） 時，d係〇〜5 5 0 nm之間的任意值。此外，當移相構造係由透 明樹脂等所填滿時，例如，N2 = 時，貝,以係〇〜275〇 nm (間的任思值。此時，通過各像素之光線其蝕刻深度或成 膜厚度係以0之區域為基準，而賦予 2x2;r/Axdx|Nl-N2|/2 = 〇〜27r 之間的任意之相位差。 據此即可和上述之實施形態相同，能抑制起因於細微的 像素週期構造之高次繞射光之產生。 本發明之實施形態係將移相構造形成於對向基板2〇2的 表面’但’如圖10所圖示之將移相構造形成於防塵玻璃204 或TFT基板202的表面，亦能獲得相同之功效。此外，對向 基板202係構成於反射板蝴，且爪基板卿構成 塵玻璃203側之反射型LCD面板之情形時亦相同，若將移相 構造形成於TFT基板侧或對向基板側之其中之一方時，亦 81876 -15- 1237725 也獲得相同之功效。此外，本發明之實施形態係表示將移 相構造適用於反射型LCD面板之例，但，亦可應用於其他 之反射型圖像顯示裝置。例如，亦可應用在LCOS (Liquid

Crystal 〇n silicon)或 DLP (Digital Light Processor)、DMD (Digital Mirror Device)等。 堡相構造之姓刻方式之形成方法 作為移相構造109或209之形成方法，可列舉有使用微影 技術之蝕刻法或成膜法。以下，即表示依據移相構造的蝕 刻法之形成方法之例。其移相構造之形成方法係和使用微 影技術之一般的繞射型光學元件之作成方法相同。 (1) 曝光·顯像 首先，如圖11A所圖示，使用第！ eb光罩i21和UV照射器 而預先將塗敷於對向基板102之光抗蝕劑11()進行曝光，並 如圖11B所圖示，進行顯像。 如圖12所示，在第丨EB光罩121係隨機地排列有以和一個 像素相同之尺寸為單位區域之Cr(白色部份）和非Cr(黑色部 份）區域，當使用該光罩而將曝光的對向基板1〇2進行顯 像，即能轉印隨機排列之光抗蝕劑圖案11 i。 (2) 蝕刻·抗蝕劑去除 在该狀怨下，如圖11C所圖示，當以入/ 2 / (N- i= 55〇 nm(反射型時係其一半之275 nm)之深度而將基板進行蝕 刻，且如圖11D所圖示，將光抗蝕劑圖案U1予以去除時， 則在對向基板102的表面上係形成有已蝕刻之區域和未蝕 刻之區域的隨機的圖案構造丨丨2。 81876 -16- 1237725 繼 <，如圖1 3 A所圖示，再度將光抗蝕劑丨丨〇塗敷於具有 圖案構造112的對向基板1〇2之後，使用第2EB光罩122而同 樣地以照射器進行曝光，且如圖13B所圖示而進行顯像，並 如圖13C所圖示，以λ / 4 / (N」）=275 nm (反射型時係其 半之138 nm)之深度進行蝕刻，且如圖13D所圖示，將光 抗蝕劑圖案11 3予以去除。在如圖丨4所圖示之第2 EB光罩 122，係和第1 EB光罩121相同地隨機排列著以一個像素為 單位之心和非Cr之區域。但，所排列之圖案係和EB光罩12 1 不同。依據該步驟而在對向基板！ 〇2的表面上，形成有4種 姓刻深度為隨機排列之構造丨丨4。 進而如圖15A〜15D所圖示，依據第3EB光罩123，並和參 考圖11A〜11D和圖12A〜12D所敘述之方法相同地進rUV曝 光、頭像、蝕刻、去除抗蝕劑之處理。如圖丨6所圖示，第3 EB光罩123係和第1光罩121、第2光罩122相同，隨機地排 列著以1個像素為單位之Cr和非Cr之區域。但，排列之圖案 則和第1光罩1 2 1、第2光罩122不同。該步驟之蝕刻深度係 λ / 8 / (N-1) = 13 8 nm (反射型時係其一半之69 nm)。若將 光抗姓劑圖案予以去除時，則在對向基板1〇2的表面上，形 成有 138nm、275nm、413nm、550nm、688nm、825nm、 963 nm、1100 nm (反射型時係 68 nm、138 nm、207 nm、 275 nm、3 44 nm、413 nm、482 nm、5 50 nm)之 8種蝕刻深 度為隨機排列之移相構造1 〇9 (8準位二進位形狀）。 在上述的步騾之後，若在形成有圖17所圖示之移相構造 109的對向基板202上、將TFT基板1〇1、防塵玻璃1〇3以及 81876 -17- 1237725 1 04予以接合時 之形態。 則形成附有隨機移相 構造之圖像顯示元件 作為移相構逵，>__r _ 吴板進彳干# Ί ό ^電介質透明膜予以成膜以取代將 土板忆仃蝕刻而形成。 ι〇Λ ι〇η^ ^ 肝巧例不圖不於圖18A〜18D。圖 18A〜18D所圖示之步 口 ^你參考圖15A〜15D，且立步驟鈿 同，但，亦可使用和蝕刻 4相 于之忒r半又相同的胺厚而進行圖1 8C所圖 、 Α取代圖15C所圖示之蝕刻步驟。 以上之具體例係表示8準 _ π ,Λ1=：Ώ , ^ 卞位一進位型，但，若使用η片不 同的Ε Β光罩而重霜} 〜u 1相冋的步私人，即能形成2準位之二進 位形狀，且能更提升移相之功效。 、此外、、在母個像素單位區域使用具有隨機的UV光透過率 2 n光罩時，即能以—次的步驟而形成無限準位的 機移相構造，且能承士 口 4甘

此更k升其移相之功效。此外，使用X 射線彳政影LIGA處理等亦能形成。 產型液晶面； 圖19係表不本發明之圖像顯示元件之具體的構成例之透 過型液 '晶面板之模式圖。 將如此之透過型液晶面板使用於Lcd投影機。 如圖19所圖示，主動陣列型之透過型液晶面板係其液晶 3〇3為保持於既定間隙而予以貼合之驅動基板3〇ι和對向基 板302之間。在驅動基板3〇1的内表面係設置有互相垂直白勺 掃描線304和訊號線305。在各交點係陣列狀地排列著像素 電極306和構成像素開關之薄膜電晶體（TFT) 3〇7。進而在 未圖示之驅動基板3 0 1的内表面，亦形成有施以研磨處理之 81876 -18 - 1237725 配向月旲。此外，力赃舌甘 ”、、動基板301的外表面係依據本發明而形 成移相構造。在另__' #^ ^ Λ 彺另万對向基板302的内表面，係形成有 向包極308和濾色層309。濾色層309係具有RGB三原色之片 段\並和各個像素電極306進行整合。此外，雖未圖示，但 亦：樣地在對向電極308的表面設置有施以研磨處理之配 向膜。進而在互相接著之驅動基板3()1和對向基板如之外 表面’係分別黏貼著偏光板3丨〇、3丨j。 中f掃描線304而選擇薄膜電晶體307,並中介訊號線3〇5 而耔Λ號私碕寫入至像素電極3〇6。施加電壓於像素電極 3〇6和對向電極308之間，並使液晶303作動。依據一對的交 錯配置 < 偏光板310、311而採取其白色射入光的透過量變 化以進行彩色顯示。藉由擴大投射光學系統而將該顯示畫 =射至前方並放映至勞幕0争’則形成液晶投影機。特別 是藉由和。又置有濾色層3〇9之主動陣列型的透過型液晶面 板予以組裝之措施，即能獲得單板型之液晶投影機。 圖2 0係表示本發明之改良型的實施形態之模式性的截面 圖且表不在對向基板102形成移相構造109和微透鏡構造 130之例的說明圖。 本例之投影型LCD面板係由TFT基板1(Η、對向基板1〇2、 射出側防塵玻璃103、以及射入側防塵玻璃1〇4所構成，且 液晶係裝入至TFT基板101和對向基板1〇2之間。通常之投 影機用LCD面板之情形時，其光線自對向基板1〇2側而射 入’並自TFT基板101側而射出。 LCD面板係集聚形成有配置成陣列狀之像素丨〇8。像素之 81876 -19- 1237725 具體的構造係如圖1 9所示，具有 開口區域，其係配置 非開口區域，其係配 路圖案。 有通過光束之透明 置有用以切換驅動 像素電極；以及 孩像素電極之電 :知技：中，形成有電路圖案之非開口區域係無法通過 光束’而以成光利用效率之降低。對一個像素的全 其光束所通過之面積比係稱為開口率，但，通常投影機用貝 〈LCD面板炙情形時，其開口率係以50〜60%程度者為主 流。因此，接近一半之光束係被電路圖案所遮蔽。 因此，本發明之改良型面板係如圖20所示，係在對向基 板102之TFT基板101侧的表面，將對應於像素而設置之微 小的透鏡4集合之微透鏡i 3 〇，予以對應於各個像素而形成 陣列狀。由於射入光束係藉由微透鏡130而集光於所對應之 像素1 08上，故能防止因像素切換驅動用的電路圖案之射入 光的遮斷情形。此時，微透鏡130之外形等於各像素108之 外形，且微透鏡陣列之間距和像素之間距係相等。 如圖20所圖π，在該LCD面板係形成有移相構造1〇9。亦 即，對向基板102之TFT基板101側之面，係以和各個像素 1 0 8相同的間距作為單位構造，並分別以自d = 〇至d =入/ |Ν1-Ν2|之間的任意深度或厚度進行蝕刻或成膜。以系深 度，λ係中心波長，N1係中心波長之基板繞射率，且N2. 表不中心波長之移相構造之繞射率。例如，參考波長入= 5 50 nm ’ Ν1 = 1.5，Ν2 = 1.0 (空氣）時，則擔、〇〜11〇〇 疆之 間的任意值。此時，通過各像素之光線係對於蝕刻深度或 81876 -20- 1237725 成膜厚度〇之區域賦予 · /λ X d X |N1<N2| - 0^2 7τ 4間的任意之相位差。此 a 明樹脂等所料時，例如，N/N2係在非為线，而由透 之間的任意值。將像素:和=Μ時，則d係〇〜5500誰 之理由，# η、 、 夕相構造1 〇9之間距予以配合 之里由’係因為能防止 膜厚度之變化線）#、隹 構义109的境界（蝕刻深度或成 7係進入至像素内而影響到畫質之故。 又」圖2G所描输之移相構造⑽雖係強調深度d之圖示， 7實際之移相構造㈣㈣在媒介㈣為空氣時，其最 、，田、為μιη私度而已，故各個像素之微透鏡的焦點位置之 羞兴，係並非造成問題之準位。如上述，ϋ由在對向基板 102的TFT基板1G1側〈面，形成移相構造⑽和微透鏡構造 130 ’而侍以防止起因於像素週期構造之高次繞射光之產生 的同時#月匕「方止因像素驅動用的電路圖案之遮光，且對 光利用效率之增大而有所貢獻。 、圖20所示之實施 <列，係在對向基板102的TFT基板101侧 之面，形成移相構造109和微透鏡構造13〇，但，如圖以所 圖示之僅移相構造109形成於對向基板1〇2之防塵玻璃1〇4 侧之面，或圖22所圖示之防塵玻璃1〇4射出面（或射入面）， 亦可獲得相同之功效。此外，通常之投影機用lcd面板其 光線係射入至對向基板側，並自TFT基板侧而射出，但， 假設作成光線係射入至丁FT基板侧，且自對向基板側而射 出之構成，同樣地在射入側基板形成本發明之微透鏡構 造，並於射入側或射出側基板之射入面或射出面之其中之 81876 -21 - 1237725 卜，^本發明《移相構造，據此亦能獲得相同之功效。

5施形態係表示將移相構造形成於投影贺LCD 、，面之例，但亦可適用於其他之投影型（或透過 型）圖像顯示元件。 如上边冑關於本發明之發展形態之圖像顯示元件，係 具備配置成陣列狀之像素1G8之·構造、以及支持該像素 、 1 02而作為基本的構成，並以像素單位將自射 入面所射人之光進行調變，i自射出面而射出。其特徵在 糸彳〗在通過基板1 0 1的光之面上，形成將光的相位予以隨 機變化之移相構造109和微透鏡構造13〇。移相構造ι〇9係由 將通過基板101的光之面予以蝕刻成隨機的深度而形成之 凹凸構迻所構成。移相構造丨09係例如使用微影技術而形 成。移相構造1 09係具有像素單位之厚度為相異之凹凸構造 較為理想。 _反_射型LCD而朽 圖20〜圖22所示之實施形態係均為透過型之[CD面板。相 對於此’圖23所示之實施形態係反射型[CD面板。亦即， 圖23係表示作為本發明之一實施形態之反射型lcd面板之 圖示’且表示在對向基板202形成移相構造209和微透鏡構 造1 3 0之例的說明圖。 將如此之反射型液晶面板使用於LCD投影機。 如圖23所示，本反射型LCD面板係由TFT基板2 01、對向 基板202、TFT基板上之反射層203、以及防塵玻璃204等所 構成，亦或者有TFT基板201係構成於防塵玻璃204侧之情 81876 -22- I237725 形。 圖23所圖示之實施形態，係在對向基板2〇2的光線之射出 倒（和防塵玻璃204相反側）的表面，和像素2〇8相對應而形 成移相構造209和微透鏡構造230。 像素208係具有： 開口區域，其係配置有將射入光束予以反射之像素電 極；以及 非開口區域，其係配置有用以切換驅動該像素電極之電 路圖案。 習知技術中，形成有電路圖案之非開口區域係不反射光 束’而造成光利用效率之降低。因此，本實施形態係在對 向基板202<TFT基板201側的表面，將微透鏡23〇對應於各 個像素而形成陣列狀。藉此而光束係因為係集光於像素2〇8 上，故能防止因像素切換驅動用的電路圖案之吸收。此時， 微透鏡230之外形係等於各像素之外形，且微透鏡睁列 之間距和像素之間”相等。此外，微透鏡之焦點位置因 為W像素的巾央之反射層表面上，故其収射之光係再 度藉由微透鏡而成為平行光束並射出。 對向基板202<各像素區域2〇8的表面（和防塵玻璃 相反侧之面），係以和各個像素構造單位208相同的間距作 為單位構造，並分別以自“。至“又/|νι·ν2丨/2之間的 任意深度或厚度而進行蝕刻或成膜。d係深度，又係中心波 長N1係中U波長〈基板繞射率，N2係表示中心波長之移 相構造之繞射率。例如’參考波長入=55〇疆，ni ， 81876 -23- 1237725 N2 1 ·0 (芝氣）時，則以系〇〜55〇 nm之間的任意值。此外， 當移相構造係以透明樹脂等所填滿時，例如作成N2二i 4， 則d係0〜2750 nm之間的任意值。此時，通過各像素之光線 係對蚀刻深度或成膜厚度0之區域而賦予 2x27r/Axdx|Nl-N2|/2 = 0 〜2 π 之間的任意之相位差。因此，和透過型LCD面板之情形時 相同形成有隨機之移相構造，並能防止因像素週期構造 之南次繞射光之產生。 σ 、又，圖23所描繪之移相構造，雖係強調深度d之圖示，但， 實際之移相構造的深度d係在媒介質N2g空氣時，因其最大 亦為1 μηι程度而已，故各個像素之微透鏡的焦點位置之差 兴係並非造成問題之準位。如上述，藉由在對向基板2〇2 的TFT基板201側 < 面，形成移相構造2〇9和微透鏡構造 230，而能防止起因於像素週期構造之繞射光之產生的同 時，亦能防止因像素驅動用的電路圖案之遮光，且對光利 用效率之增大而有所貢獻。 圖24係表示作為本發明之另外的實施形態之反射型[〔η 面板之圖示，其係表示將移相構造2〇9形成於防塵玻璃 2〇4，並將微透鏡構造13〇形成於對向基板2〇2之例的截面 圖。 圖23所π <實施形態係在對向基板2〇2的表面，形成有移 相構造209和微透鏡構造230，但，如圖24所圖示，將微透 鏡構造230形成於向基板202的表面，並將移相構造2〇9形成 於防塵玻璃204上，亦能獲得相同之功效，此外，本實施例 81876 -24- 1237725 係表示將移相構造適用於反射型LCD面板之例，但亦可適 用於其他的反射型圖像顯示元件。例如Lc〇s (Liquid

Crystal on Silicon)或 DMD (Digital Micromirror Device)等。 微_泛1竞陣列之製i告古法 圖25 A、25B係表示本發明之微透鏡陣列的製造方法之步 騾圖，其係使用印模法。首先如圖25 A所示，預先將Ni電鑄 原盤印壓於形成於玻璃基板41〇的表面之第一光學樹脂層 420上，而轉印微透鏡面。第一光學樹脂層42〇係由低繞射 率之UV樹脂所構，成。此後，以3000 mJ之能量而自玻璃基 板410之背側照射365 nm附近之波長的uV光，並使uV樹脂 更化 又’預先在玻璃基板4 1 0之背面係形成有移相構造 409 〇 、、k之，如圖2 5 B所示，以具有第二繞射率之樹脂填埋微透 鏡面之凹凸，並使用平型印模FS而使其表面平坦化而形成 第二光學樹脂層430。本實施形態係在滴落高繞射率之uv 樹脂而填埋微透鏡面的凹凸之後，使用平型印模FS予以印 疋而使其表面平坦化。在該狀態下進行UV照射而將第二光 學樹脂層430之平坦化的表面予以固定。又，亦可利用旋轉 ’至敷之方式而供應，以取代將液狀的榭脂予以滴落之方 式。據此，即能獲得由低繞射率的第一光學樹脂層42〇和高 繞射率的第二光學樹脂層430所構成之積層構造的微透鏡 陣列。 繼之’參閱圖26 A〜26C而說明使用濕式蝕刻法之微透鏡 陣列之製造方法。首先如圖26A所示，在將石英基板41〇予 81876 -25- 1237725 以洗淨之後，塗敷抗㈣丨並進行曝光顯像，且進行配合於 像素之圖案化’又，在將石英基板41()預先形成有移相構造 409。繼之，如圖26B所示，中介抗蚀劑而進行石英基板41〇 (各向同性之蝕刻，並形成球面形狀之透鏡面r。又，亦可 將耐藥性極佳之金屬或多晶$或非結等使用於光$ 基材上，以取代抗關。作為蚀刻液係可使用Ηρ系或膽 系。繼之，如圖26C所*，將繞射率相異之透明樹脂層43〇 塗敷於石減板410的表面。樹脂之塗敷係可使用旋轉塗敷 法或噴鍍法。將樹脂充填於以濕式蝕刻法而進行球面加工 之透鏡面R。且進行UV照射或加熱處理，並使樹脂完全硬 化。雖係使用環氧系、I系、碎系、以及氣系等之樹脂， 但其中之任意一項均以”卜線照射處理或加熱處理而使其 硬化成固體化。據此，即可作成對應於各像素之微透鏡。 參閱圖27A〜27C而說明使用濕式蝕刻法之微透鏡陣列之 製造方法的另外之例。本例係和參閱圖26A〜26c所敘述之 例不同。其係在石英基板未形成移相構造，而在另外的步 驟 < 覆蓋玻璃侧，形成移相構造之方式。首先如圖27A所 =，在將石英基板予以洗淨之後，塗敷抗蝕劑並進行曝光 顯像，而進行配合於像素之圖案化。繼之，如圖27b所示， 中介抗姓劑而進行石英基板之各向同性之蝕刻，並形成球 面形狀之透知面R。又，亦可將耐藥性極佳之金屬或多晶矽 或非結晶矽膜等使用於光罩基材上，以取代抗蝕劑。作為 蝕刻液係可使用H F系或B H F系。繼之，如圖2 7 c所示，在石 英基板的表面’將覆盖玻璃予以貼合，並於兩者之間隙充 81876 -26- 1237725 :、、:率相并 < 彡明樹冑。樹脂之充填係能利用真空注入 而進行。或者，亦可使用旋轉塗敷法或噴鍍法。將 树月曰无填於以濕式飾刻法而進行球面加工之透鏡面R。並進 丁 UV…'射或加熱處s ’並使樹脂完全硬化。雖可使用環氧 ::、：系、矽系、以及氟系等之樹脂，但其中之任意一項 此糸外、泉知、射處理或加熱處理而使其硬化成固體化。據 ^可作成對應於各像素之微透鏡。最後如圖27D所示， :覆：：璃進行研磨之後，在其表面形成ιτ〇等之透明電 素電極或薄膜·…1甘圖’，#，將形成有像 射3 '晶體《驅動基板和對向基板予以貼合，並 元：…至兩者之間隙’而完成主動陣列型之液晶顯示 相別作成之移相構造和微透鏡構造予以互 之模式性的/口化《王動陣列顯示裝置用之基板的一例 成有構成隨機圖28所圖不’在覆蓋玻璃係預先形 、彝成^機的繞射格子狀之移相構造。又， 之形成方法，係可採用圖1卜圖1 8所示之# 、以、夕 造 各像素之繞射格子的高度，係因應於樹脂應於 射率差等而適當地進行設定變更。另h射率或基板繞 係預先形成微透鏡構造。該微 万:，：石英基板 —所示之處理方式而形成，能^ 積形成細微之微透鏡。預先將形成移素皮而集 脂而予以貼合。本實施形態之情形時，二纟互相以樹 1’使用於覆蓋玫璃和 81876 -27- 1237725 e / 土板的接著《樹脂，其繞射率係1 ·6()程度，且可# /ΪΙ :系、環氧系或…酸乙醋系之樹脂。 ：：: 的凹凸作#扣g ^土 咐私相構造 脂。本例得乂續嘗 、Θ ; 、 乍為接著樹 整微透e、'、/ ㈣而作成繞射格子，I能不必調 2透k南度位置，故可分別單獨地僅組合優 構坆和微透鏡構造，並能提升製造良率。 /、夕相 構:：說明，！據本發明之第一觀點，則藉由形成移相 投与機日=^減低*次繞射光之產生，且能防止液晶 =機《閃光的產生。此外，藉由形成移相構造而得以將 之提：二:二(非繞射光)的光量予以增大’且能對亮度 <《疋升而有所貢獻。 $外，依據本發明之第二觀點，則藉由形成移相構造， 即牝減低咼次繞射光的產生，且能防止液晶投影機之閃光 =產生。此外，藉由形成移相構造，而得以使原本所需之0 久光繞射光）之光量增大，且能對投影圖像的亮度提升 有所貢獻。進而藉由形成微透鏡構造，即能防止因像素切 換電路區域之光的閃燦，且能對投影圖像的亮度提升有 貢獻。 產業上之利用可能性 使用本|明之L C D面板作為圖像調變手段之l c d投影 機’係能適用於各種領域之圖像顯示。 【圖式簡單說明】 圖1係使用投影型LCD面板之一般的LCD投影機的光學 系統之棱式圖。 81876 -28 - 1237725 圖2A、2B係一般的投影型LCD面板的部份擴大構成圖。 圖3A〜3C係在圖2A、圖2輯圖示之對向基板的光線射入 侧（防塵玻璃側）的表面上，形成移相構造之例示圖。 圖4係說明依據一般的週期構造之繞射現象之圖式。 圖5係作為本务明之第一貫施形態而附加移相構造於週 期構造時之說明圖。 圖6係作為本發明之第一貫施形態而將移相構造形成於 TFT基板之例示圖。 圖7係作為本發明之第三實施形態而將移相構造形成於 防塵玻璃之例示圖。 圖8A、8B係一般的反射型LCD面板之構成圖。 圖9A〜9C係表示將移相構造形成於圖8a、8B所圖示之 LCD面板之對向基板之例的說明圖。 圖10係表示將移相構造形成於圖8A、8B所圖示之LCD面 板之防塵玻璃之例的圖示。 圖11A〜11D係說明作為本發明之實施形態1而依據微影 技術之移相構造的形成方法之圖示。 圖12係說明圖11 A〜11D之第1 EB光罩之圖示。 圖13A〜1 3D係說明作為本發明之實施形態2而依據微影 技術之移相構造的形成方法之圖示。 圖14係說明圖13A〜1 3D之第2 EB光罩之圖示。 圖15A〜15D係說明作為本發明之實施形態3而依據微影 技術之移相構造的形成方法之圖示。 圖16係說明圖15A〜15D之第3 EB光罩之圖示。 81876 •29- 1237725 圖17係說明在圖8a、一 斤圖不之LCD面板之對向其柄卜 形成移相構造的情形之圖示。 土板上 圖18A〜18D係說明作為本 今’J <貝她开/悲4而依據微影 技術之移相構造的形成方法之圖示。 依據心 圖1 9係表示有關於本發一-、 月乏圖像頭7^兀件〈具體的構成 例《透過型液晶面板之模式圖。 圖20係表示本發明的改良型實施形態之模式性的截面 圖’且係ϋ移相構造和微透鏡構造形成於對向基板之 例的說明圖。 、圖21係表示將移相構造和微透鏡構造形成於圖19所圖示 之透過型液晶面板之對向基板之例的截面圖。 圖22係表示將移相構造形成於圖19所圖示之透過型液晶 面板 < 防塵玻璃，且將微透鏡構造形成於對向基板之例之 截面圖。 、圖23係表示作為本發明之—實施形態之反射型lcd面板 〈圖π ’且4 π將移相冑造和微透鏡構造形成於對向基板 之例的說明圖。 圖24係表示作為本發明之另一實施形態之反射型lcd面 板之圖示，且表示將移相構造形成於防塵玻璃，並將微透 鏡形成於對向基板之例的截面圖。 圖25A、25B係表示使用於本發明之[(：1：)面板之微透鏡構 造之形成方法的一實施形態之步驟圖。 圖26八〜260：係表示使用於本發明之1^(：：1)面板之微透鏡構 造之形成方法之另一實施形態之步騾圖。 81876 -30- 1237725 圖27A〜27D係表示使用於本發明之LCD面板之微透鏡構 造之形成方法之其他另外之實施形態之步驟圖。 圖28係表示作為本發明之實施形態之微透鏡構造和移相 構造的組合狀態之模式性的截面圖。 【圖式代表符號說明】 001 光源燈 002 第1複眼透鏡 003 第2複眼透鏡 004 PS分離合成元件 005 聚光透鏡 006 > 007 RGB色分離過濾器 008a〜008c 反射鏡 009a〜009c 過濾透鏡 010-011 中繼透鏡 012 二向色棱鏡 013a〜013c 投影型LCD面板 015 螢幕 101 、 201 TFT基板 102 、 202 、 302 對向基板 103 射出側防塵玻璃 104 射入側防塵玻璃 105 、 205 外框 106 可撓性連接器 107 、 207 有效像素區域 81876 -31 - 1237725 108 、 208 109 、 209 、 409 110 111 121 122 123 130 、 230 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 、 311 410 420 像素 移相構造 光抗蚀劑 光抗蝕劑圖案 第1 EB光罩 第2 EB光罩 第3 EB光罩 微透鏡 驅動基板 對向基板 液晶 掃描線 訊號線 像素電極 薄膜電極體 對向電極 濾色層 偏光板 玻璃基板 第一光學樹脂層 第二光學樹脂層 -32- 81876 430

Claims (1)

1. Ϊ237725 拾、申請專利範園： 1 ·—種圖像顯示元件，其係具備配置成陣列狀之像素的週 期構造、以及支持該像素之基板，且以像素單位而將自 射入面所射入之光進行調變，並自射出面而射出者，其 特徵在於： 、 在基板的光通過之面上，形成使光的相位產生隨機變 化之移相構造。 2·如申請專利範圍第1項之圖像顯示元件，其中 前述移相構造係由將通過該基板的光之面予以蚀刻 成隨機的深度而形成之凹凸構造所構成。 3 ·如申請專利範圍第1項之圖像顯示元件，其中 莉述移相構造係：由在通過該基板的光之面將電介質 透明膜予以成膜成隨機的厚度而形成之凹凸構造所構 成。 4.如申請專利範圍第1項之圖像顯示元件，其中 前述移相構造係使用微影技術而形成。 5 ·如申請專利範圍第1項之圖像顯示元件，其中 前述移相構造係具有以像素單位厚度為相異之凹凸 構造。 6. —種圖像投影機裝置，其係沿著光軸而依次配置光源、 顯示面板、以及擴大投射光學系統者，其特徵在於： 前述顯示面板係具備配置成陣列狀之像素的週期構 造、以及支持該像素之基板，且以像素單位而將自射入 面所射入之光進行調變，並自射出面而射出， 在通過該基板的光之面上，形成使光的相位產生隨機 81876 1237725 變化之移相構造。 種圖像顯示元件’其係具備配置成陣列狀之像素的週 期構造、以及支持該像素之基板，且以像素單位而將自 射入面所射入之光進行調變，並自射出面而射出者，其 特徵在於： “仏呢嗖茲基板的无之面上，形成使光的相位產生隨機 笑化义移相構造、以及將射入之光朝向像素而集光之微 透鏡構造。 8.如申請專利範圍第7項之圖像顯示元件，其中 ::移相構造係:由將通過該基板的光…以姓刻 9成延機的深度而形成之凹凸構造所構成。 .如：請專利範園第7項之圖像顯示元件，其中 别述移相構造係··由在通過 透明，7 乂成基板的光之面將電介質 透月馭丁以成膜成隨機的厚度 ^ 10. 如申4^ 反爻凹凸構造所構成。 /專利範圍第7項之圖像顯示元件，复中 11. 如：f舞造係使用微影技術而形成。 /專利範圍第7項之圖像顯示元件 則迷移相構造係具有以像 /、中 構造。 素早位厚度為相異之凹凸 12·如中請專利範園第〜像顧 口微透鏡構造係具有和—個像素同、中、 遵以和像素的週期禮！ _ Μ 寺尺寸之開 13'"If4 #,J ^ ^ ^ ^ 7"#° 則述微透鏡構造係將所射：其中 k订集光，並聚焦於 81876 1237725 像素。 14. 一種圖像投影機裝置，其係沿著光軸而依次配置光源、 顯示面板、以及擴大投射光學系統者，其特徵在於. 前述顯示面板係具備：配置成陣列狀之像素的週期構 造、以及支持該像素之基板；且以像素單位而將自射入 面所射入之光進行調變，並自射出面而射出， 在通過該基板的光之面上，形成使光的 變化乏穸相椹！ 生隨機 又化 < 私相構造、以及將所射入之光集光於 鏡構造。 、素之微透 81876