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JP2622185B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

カラー液晶表示装置

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JP2622185B2
JP2622185B2 JP2171923A JP17192390A JP2622185B2 JP 2622185 B2 JP2622185 B2 JP 2622185B2 JP 2171923 A JP2171923 A JP 2171923A JP 17192390 A JP17192390 A JP 17192390A JP 2622185 B2 JP2622185 B2 JP 2622185B2
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JP
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light
liquid crystal
crystal display
color
microlens array
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JP2171923A
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JPH0460538A (ja
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浩 浜田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Priority to EP91305907A priority patent/EP0465171B1/en
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Priority to DE69122677T priority patent/DE69122677T2/de
Priority to KR1019910010928A priority patent/KR950006359B1/ko
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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、一枚の液晶表示素子に異なる方位から互い
に波長域が相違する複数の光束を照射した後、これらを
合成してカラー表示を行なう単板式カラー液晶表示装置
に関するものであり、特にコンパクトな投影型カラーテ
レビジョン（TV）システムや情報表示システムに適用さ
れるものである。
＜従来の技術とその問題点＞ 従来一般的に知られている投影型カラー液晶表示装置
について概略説明する。
従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投
影する方式、いわゆる投影型TVに代わるものとして、液
晶表示素子を用いた投影型TVの開発が行われており、既
に市販品が登場している。液晶表示素子はそれ自体発光
しないので、別に光源を設ける必要があるが、原理的に
は、その光源の明るさに応じていくらでも明るい画面を
表示できるという特徴がある。また、同じ画面サイズで
ブラウン管方式の投影型カラーTVと比較すると、各段に
小型・軽量になるという特徴も併せ持つので、今後の発
展が期待されている。
液晶表示素子には駆動法によって単純マトリックス方
式とアクティブ・マトリックス方式があるが、本発明は
いずれにも適用される。また、このような液晶表示素子
を用いた投影型カラー画像表示方式には、三原色に応じ
て液晶表示素子を３枚用いる３板式と１枚しか用いない
単板式とがある。前者の液晶表示素子を３枚用いる３板
式では、赤・緑・青の３原色それぞれの色光を伝送する
光学系とその色光を制御して画像を形成する表示素子の
対をそれぞれ独立に設け、各色の画像を光学的に重ね合
わせてフルカラー表示を行う。赤・緑・青それぞれの色
光の発生源として個別の３光源とカラーフィルターを用
いた例が特開昭60−3291号に開示されているが、単一の
白色光源の光をダイクロイックミラーにより赤・緑・青
の３原色の色光に分光し、それぞれの色光をその色に対
応する液晶表示素子に照射することも可能であり、この
例は本出願人により特開昭60−169827号にて開示されて
いる。白色光源としては、ハロゲンランプ、キセノンラ
ンプ、メタルハライドランプなどが用いられている。そ
の発光スペクトルは連続スペクトルであっても、輝線ス
ペクトルであっても良い。この構成では共通の白色光源
から放射される光を有効に利用できるので、他の条件が
同じであれば後述する従来の単板式構成に比べて約３倍
明るい画像が得られるが、単板式より部品点数が多くな
るのでコストおよび装置のコンパクトさの点では単板式
に比べて一般的に不利である。尚、ここで用いるダイク
ロイックミラーは、ガラス等の透明基板上にある波長域
の光だけを選択的に反射または透過するように周知の薄
膜形成技術により誘電体多層薄膜を形成したもの、ある
いはカラーTV用の映像機に用いられるダイクロイックプ
リズムのようにプリズムの表面に同様の波長選択用誘導
体多層薄膜を形成したものを組み合わせたものである。
以下では両者を含めて単にダイクロイックミラーと称す
る。一方、後者の液晶表示素子を１枚だけ用いる単板式
の構成では、直視型の液晶TVと同様、モザイク状の三原
色カラーフィルターパターンを備えた液晶表示素子をス
ライド投影機と同様の光学系によって投影するもので、
例えば特開昭59−230383号に開示されている。この方式
は、光学系の構成が簡単で、使用する液晶表示素子も１
枚なので小型の投影型システムに適している。しかし、
この方式では液晶表示素子に照射された光の約2/3はカ
ラーフィルターによって吸収または反射される。例えば
赤を表示する絵素には赤いカラーフィルターが配置され
るが、この赤いカラーフィルターで緑および青の光はカ
ットされる。従って、液晶表示素子への入射光の1/3し
か利用できず、前述の液晶表示素子を３板式で同じ光源
を用いた場合と比較して、画面の明るさは約1/3に低下
する。
以上が従来の投影型カラー液晶表示装置の概要である
が、単板式液晶表示装置に於いて、液晶表示素子を白色
光で照明し、３原色の絵素の組毎にそれに対応づけられ
た微小ダイクロイックミラー、マイクロプリズムアレイ
あるいは回折格子を配置することによりカラー表示を行
う構成が特開昭61−210328号、特開昭62−293222号、特
開昭62−293223号、特開昭63−118125号に開示されてい
る。しかし、100μｍ程度のピッチの微小ダイクロイッ
クミラーを形成するのは現実的には非常に困難であり、
またマイクロプリズムアレイまたは回折格子を用いて照
明光をスペクトル分解する方式では、絵素の開口率を充
分に高く設定することが現状では困難であるので分解さ
れたスペクトル成分の一部しか利用できないという欠点
があった。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、単板式投影型カラー液晶テレビジョンある
いは薄型カラー情報表示装置等に用いられるカラー液晶
表示装置における表示輝度を向上させることを企図する
ものであり、さらには低価格で製作の容易なかつ実用性
の高いカラー液晶表示装置を提供することを目的として
いる。
上記目的を達成するため、本発明は、光源より出力さ
れた白色の平行光が一軸上に順次配列された複数枚のダ
イクロイックミラー各々の具備する光反射透過特性に応
じてそれぞれ異なる波長域の光束毎に反射されることに
より、複数の光束に分割され、各光束がそれぞれマトリ
クス状に絵素配列されたマトリクス表示領域の同一色を
表す絵素毎に配分されて照射される液晶表示素子と、該
液晶表示素子を透過しかつ各絵素単位で変調された前記
各光束を表示画面上に合成する投影レンズと、を具備し
てなり、前記液晶表示素子のマトリクス表示領域は、前
記光束の各波長域に対応する色信号が印加される複素組
の絵素で構成され、前記液晶表示素子の前記光束入射側
には、マトリクス表示領域の同一色を表す絵素毎に前記
複数の光束の波長域を対応させて、前記各光束を配分照
射するマイクロレンズアレイが配置され、表示画面上で
カラー表示を実行するカラー液晶表示装置において、前
記ダイクロイックミラーが、複数の波長域に分割された
前記各光束を相互に異なる方向より前記マイクロレンズ
アレイに照射する方位に順次配列され、前記マイクロレ
ンズアレイに対する前記各光束相互間の入射角の差θ、
前記マイクロレンズアレイの空気中での焦点距離ｆμ及
び隣接する前記各絵素間の配列ピッチｐとの関係でtan
θ＝p/fμをほぼ満足するようにその方位角を規定して
いることを特徴とする。
また本発明の光入射側の構成としては、後方に位置す
る前記ダイクロイックミラーで反射された光束が前方に
位置する前記ダイクロイックミラーを再度透過してマト
リクス表示領域の絵素に照射されるようにすることもで
きる。このようにすれば複数のダイクロイックミラーが
占める占有空間が小さくて済み、液晶表示装置の小型化
につながる。
＜発明の作用＞ 本発明の構成によれば、単板式のカラー液晶表示装置
で、表示に必要な波長光の光束を相互に異なる角度で複
数本共通の液晶表示素子へ入射させて光束毎の光変調を
行ない、透過された光束を合成することによって表示画
面上へカラー表示が得られる。この場合、全光束をほと
んどカットすることなく表示に寄与せしめることが可能
であり、光の利用効率が高く明るいカラー画像を得るこ
とができる。
＜実施例＞ 《実施例１》 第１図は本発明の１実施例を示す単板式投影型カラー
画像表示装置の光源部の模式図である。本実施例の光源
としては150W,アーク長AL＝5mm,アークの径Ａφ＝2.2mm
のメタルハライドランプをアークが紙面に垂直になるよ
うに配置して成る白色光源１が用いられる。他の白色光
源としてはハロゲンランプやキセノンランプを用いるこ
とができる。白色光源１の背面には球面鏡２が配置さ
れ、全面には口径80mmφ、焦点距離fc＝60mmのコンデン
サーレンズ３が配置されている。球面鏡２の中心は白色
光源１の発光部の中心と一致するように配置され、更に
白色光源１の発光部の中心はコンデンサーレンズ３の焦
点と一致するように配置される。このような配置によ
り、白色光源１からコンデンサーレンズ３を出射した光
はほぼ平行な白色光束となる。このときの光束の平行度
はアーク長方向（第１図の紙面に垂直な方向）は約2.2
゜、アークの径の方向（第１図の紙面に平行な方向）で
は約１゜である。コンデンサーレンズ３の前方には３種
のダイクロイックミラー4R,4G,4Bが配置されている。各
ダイクロイックミラー4R,4G,4Bはそれぞれ赤、緑、青の
各波長帯の光を選択的に反射し他は透過する特性を有
し、この順に光軸上に置かれている。以下、R,G,Bはそ
れぞれ赤、緑、青を表す。これらのダイクロイックミラ
ー4R,4G,4Bは周知の多層薄膜コーティング技術により形
成される。赤のダイクロイックミラーは約600nmより長
波長、青は約500nmより短波長の可視光を反射し、緑は
およそ570nm〜500nmの範囲を反射するようにミラーを構
成する多層薄膜の条件が設定される。白色光源１から一
番遠い所に配置されるダイクロイックミラー（本実施例
の配置では4B）は残った可視光を反射すればよく、他の
波長域の光については反射してもしなくてもよい。いず
れのダイクロイックミラー4R,4G,4Bも赤外線が透過する
ように設計すると液晶表示素子の温度上昇を低減するの
に効果的である。
ダイクロイックミラー4R,4G,4Bは本実施例では光軸上
でダイクロイックミラー4Rへの入射角が45゜前後となる
ようにかつそれぞれ互いに平行な状態から紙面に垂直な
方向を回転軸として順次数度づつ傾けて配置されてい
る。この相互につくる角度は、後述する液晶表示素子20
の絵素の配置ピッチＰおよびマイクロレンズ10の焦点距
離ｆμから求められる。光学系がこのような配置をとる
ことにより、例えば赤の波長域の光は4Rによって反射光
の光路上に配置された液晶表示素子20に付設されている
マイクロレンズアレイ10に入射し、緑の波長域の光は4R
を透過後4Gによって反射され再び4Rを透過して同様にマ
イクロレンズアレイ10に異なる角度で入射し、青の波長
域の光は4R,4Gを透過後4Bによって反射され再び4G,4Rを
透過して同様にマイクロレンズアレイ10に異なる角度で
入射する。このように、単一の白色光源１の光は３色の
色光に分離され、３方向からマイクロレンズアレイ10に
入射されることになる。尚、白色光束のダイクロイック
ミラー4R,4G,4Bに対する入射角は必ずしも45゜である必
要はなく、むしろ入射角を小さくしたほうが、入射角の
バラツキによる反射スペクトルのシフトを小さくするこ
とができる。
第２図に本実施例で用いられる液晶表示素子20とマイ
クロレンズアレイ10の断面の模式図を示す。液晶表示素
子20は第２図（Ａ）に示す如く２枚のガラス基板24,25
間に液晶層23が封入され、この液晶層23をデューティ駆
動するためのマトリックス電極構造を構成する信号電極
21R,21G,21Bと走査電極22がガラス基板24,25の内面に配
列された構造を有して成る。信号電極21R,21G,21B及び
走査電極22はともに透明導電膜で形成されており、信号
電極21R,21G,21BにはそれぞれR,G,B信号が入力される。
また信号電極21Rにはダイクロイックミラー4Rで反射さ
れた赤の反射光がマイクロレンズを介して透過され、信
号電極21Gには同様にダイクロイックミラー4Gで反射さ
れた緑の保射光が透過され、信号電極21Bには同様にダ
イクロイックミラー4Bで反射された青の反射光が透過さ
れる。第２図（Ｂ）に信号電極21R,21G,21Bの配列パタ
ーンの平面図を示す。このように本実施例では従来のモ
ザイク状のカラーフィルターを用いる代わりに、一つの
光源から放射される白色光束を複数の色（例えば３原
色）の光束に分割し、それらを異なる方向から、液晶表
示素子20の光源側の表面に配置されたマイクロレンズア
レイ10に入射させ、各色の光束を個々のマイクロレンズ
10に対して異なる位置に集光させる。このとき、マイク
ロレンズアレイ10に対する各色の光束の入射角を次に述
べるように適切に選ぶと、各色の光束の集光スポットが
それぞれ別の給素開口部に入射させることができる。こ
の条件とは、マイクロレンズの中心にピンホールをおい
た場合に、ピンホールを通った光が対応する絵素開口部
の中心を通るという条件である。この条件は、複素色の
中のどの２色についてもそれらの光束の入射角の差を
θ、マイクロレンズの空気中での焦点距離をｆμ、対応
する色の絵素間隔をｐとすると、tanθ＝p/fμと表すこ
とができる。
本実施例では、一つの白色光源１から放射される白色
光束を複数の色（例えば３原色）の光束に分割し、それ
らを異なる方向からマイクロレンズアレイ10に入射させ
る手段として、分割する色のスペクトルに応じたダイク
ロイックミラー4R,4G,4Bをほぼ平行な状態から、前述の
入射角度についての条件を満たすように僅かに傾けて配
置している。また、ダイクロイックミラー4R,4G,4Bの間
隔は出射光が液晶表示素子の表示領域で重なるように設
定される。
次に、本実施例の重要な要素であるマイクロレンズア
レイ10について説明する。前述のアクティブマトリック
ス方式では、各絵素に独立した駆動電圧を供給するため
に、各絵素に薄膜トランジスターまたはMIMなどの素子
を設け、それらに駆動信号を供給するラインを絵素と絵
素の間に配線しなければならない。また絵素領域以外の
領域に入射した光が漏れると、表示画面の黒レベルが浮
き上がってコントラストが低下する。これを防ぐため通
常は、絵素以外の領域に遮光マスクを設け、表示に寄与
しない光を吸収または反射するように構成する。従っ
て、表示パネルが同じ照度で証明された場合、表示パネ
ルの開口率が低い程、画面が暗くなるという問題が生じ
る。このような問題を解決する手段として、特開昭60−
165621号〜165624号には、「微小レンズ配列」を表示パ
ネルの光源側に設け、照明光をそれぞれの絵素領域に集
光して照明光の利用率の向上を図る構成が開示されてい
る。ただし、これらの公報には、光源の種類や照明光の
平行度については述べられておらず、画像を投影するこ
とについても述べられていない。ただその構成をみれば
視野角が拡大されるという効果が期待できると推察され
る。また、特開昭60−262131号には、表示パネルの両側
に各絵素に対して一対のレンズ要素を設け、第一のレン
ズにより表示パネルに入射する照明光を絵素領域に集光
し、表示領域を通過した後は、開口数で決まる角度で発
散していく光を第二のレンズにより再度ほぼ平行な光束
に変換することが開示されている。一方、投影型画像表
示装置に於いて、マイクロレンズアレイを液晶表示素子
の光源側だけに設けた場合には、マイクロレンズアレイ
に入射したほぼ平行な光束は収束されて液晶表示素子の
絵素領域を通過し、画像信号に応じて変調を受けた後、
マイクロレンズの開口数（NA）にって定まる立体角内に
拡がっていくが、これらの光束を受光するように投影レ
ンズの口径を選べば、それによって液晶表示パネルを通
過した光が制限されるということはない。つまり、液晶
表示パネルに入射し、絵素領域を通過した光は有効に利
用されるので、マイクロレンズの無い投影型画像表示装
置と比較して、明るい画像が得られる。
このような目的に用いられるマイクロレンズアレイの
形成法としては、以下の方法がある。
（１） 選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを
得る方法。これは、母体となるガラス板を熔融塩に浸漬
し、ガラス板上に設けられたマスクを通して、ガラス板
と熔融塩との間で異種のアルカリイオン等のイオンを交
換させ、マスクパターンに対応した屈折率分布を持つガ
ラス板を得る方法（Electronics Letters Vol.17No.13p
452（1981））。
この方法でマイクロレンズを形成した場合には、レン
ズの外形は凹凸がないので、カナダバルサムや光硬化性
樹脂を用いて、空気層を介さずに液晶表示パネルに張り
合わせることができ、基板表面での反射損失をほとんど
無視できる程度に低減できる。
（２） プラスチックあるいはガラスを機械加工または
金型によって成型する方法。金型は直接加工する以外
に、下記（３）以下の方法で形成されたものを原型とし
て、電鋳等の方法により転写したものを用いてもよい。
（３） ある種の感光性樹脂をパターン状に露光した
時、非露光部から露光部に未反応のモノマーが移動して
露光部が盛り上がるという現象を利用し、凸レンズを形
成する方法（応用物理学会光学懇話会微小光学研究グル
ープ機関紙Vol.５No.2p118（1987）、同Vol.６No.2p87
（1988））。
（４） 熱可塑性樹脂を、周知のフォトグラフィー技術
等により、レンズ平面形状にパターン化し、その後、軟
化点以上の温度に加熱して流動性をもたせ、エッジのダ
レを起こさせて凸レンズを得るという方法。この場合、
熱可塑性樹脂が感光性であれば、それ自体を露光するこ
とによってパターン化することができる（特開昭60−38
989号、特開昭60−165623号、特開昭61−67003号）。
（５） 感光性樹脂にプロキシミティ露光（フォトマス
クを密着させずに露光させる方法）を行い、パターンの
エッジのボケに応じて光反応生成物の量の分布を持た
せ、凸レンズ形状を得る方法（特開昭61−153602号）。
（６） 感光性樹脂に強度分布を持った光を照射し、光
の強度に応じた屈折率分布のパターンを形成し、レンズ
効果を持たせる方法（特開昭60−72927号）。
光照射によって屈折率の変化する材料については特開
昭60−166946号に開示されている。
（７） 銀塩により感光性を付与された感光性ガラスに
対してパターン化された光照射を行い、それより生成さ
れた銀の結晶核を熱処理によって成長させ、それによっ
て引き起こされるガラスの結晶化に伴う体積収縮を利用
して凸レンズを得る方法（Applied Optics Vol.24No.16
p2520（1985））。
更に、このようなマイクロレンズアレイとモザイク状
カラーフィルターとを組み合わせて液晶表示素子に適用
することが、特開昭61−208080号、特開昭62−94826
号、特開昭62−213126号、特開昭62−267791号、特開昭
62−267723号等に開示されている。ただし、投影型表示
装置に適用することについては明言されていない。ま
た、前４件の公報では、絵素とカラーフィルターとマイ
クロレンズとは１対に対応づけられており、５件目の公
報では“並列した３つの着色画素にまたがる径の透明樹
脂よりなるマイクロ凸レンズ”を色フィルターの上に設
けることが特徴とされている。
第２図では簡単の為に液晶表示素子20の構成要素であ
る偏光板、配向膜等は省略してある。本実施例では、走
査電極本数220本、走査電極ピッチ200μｍ、信号電極本
数600本、信号電極ピッチ100μｍのスーパー・ツィステ
ッド・ネマティック・モード（STN）で動作する単純マ
トリックス型液晶表示素子を用いた。本発明では、従来
の単板式と異なり、液晶表示素子にはカラーフィルター
を付与する必要はないが、駆動信号の色の割り当ては縦
ストライプ型とし各対応する信号電極21R,21G,21Bに印
加される。これに対応するマイクロレンズアレイ10とし
て、信号電極21R,21G,21B3本分に相当する幅300μｍの
縦方向のレンチキュラーレンズ（蒲鉾状のレンズが平行
に配列されたもの）をイオン交換法により透明基板に配
列したレンチキュラーレンズ基板が用いられる。その焦
点距離は液晶表示素子20のガラス基板24の厚さｔ＝1.1m
mとほぼ等しくなるように設定される。但し、マイクロ
レンズの焦点距離を空気中で測定すると、t/n＝1.1mm/
1.53≒0.72mmとなる。ここでｎは液晶表示素子の基板の
屈折率を表す。これをレンチキュラーレンズの軸方向と
液晶表示素子の信号電極の長手方向が平行になるように
液晶表示素子20の光入射側表面に接着した。マイクロレ
ンズアレイ10の斜視図を第２図（ｃ）に示す。
上記マイクロレンズアレイ10に所定の方向から平行光
束を照射すると、各マイクロレンズの光軸が液晶層と交
わる位置にレンチキュラーレンズのピッチに対応して30
0μｍ間隔のライン状に各光束が集光される。この集光
ラインの幅Ｗは、 Ｗ＝Ａφ（光源のアークの径） ×ｆμ（マイクロレンズの焦点距離） /fc（コンデンサーレンズの焦点距離） ＝2.2mm×0.72mm/60mm＝26.4μｍ となり、ストライプ状の信号電極の幅の中に収まる。
次に、最初の方向からθ＝tan-1（100/720）≒８゜傾
いた方向から平行光束を照射すると、最初の集光ライン
のそれぞれ100μｍ横に集光ラインが形成され、となり
の信号電極内に収まる。従って、８゜づつ異なる３方向
から３原色の平行光束でマイクロレンズアレイ10を照射
すると、３原色の集光ラインが100μｍ間隔で順次隣接
した信号電極上に形成される。
そこで、各信号電極をその上に形成される集光ライン
の色に対応した映像信号で駆動すると、各色の光はその
信号に応じて強度が変調される。この光はさらに投影レ
ンズ６によりスクリーン６に投影されたカラー画像表示
が行われる。投影レンズ６の口径を小さくするために、
液晶表示素子20の直後にフィールドレンズ５を置き、液
晶表示素子20を通過して拡がっていく光を収束しても良
い。
従来のモザイク状またはストライプ状のカラーフィル
ターを備えた単板式液晶表示素子では絵素電極の上また
は下に３原色のいずれかのカラーフィルターが形成され
ており、液晶表示素子に入射した光の約1/3はカットさ
れていたが、本実施例では入射光はすべて利用されるの
で、表示の明るさは従来の約３倍に向上した。
《実施例２》 実施例１で用いた単純マトリックス型液晶表示素子の
代わりに、周知のマトリクス状に配列された矩形絵素を
スイッチングするアモルファス・シリコン半導体薄膜ト
ランジスタを介してダイナミック表示駆動されるツイス
テッド・ネマチックモード（TN）のアクティブ・マトリ
ックス型液晶表示素子を用いた実施例について説明す
る。絵素ピッチは縦横とも100μｍ、絵素開口部の大き
さは縦50×横70μｍ、絵素数は縦450×横600のデルタ配
列とした。絵素の開口率は35％となる。光源部およびダ
イクロイックミラーの配置は実施例１と同様であるが、
光源となるメタルハライドランプのアークの向きは紙面
と平行とした。絵素配列がデルタ配列の場合にはレンチ
キュラーレンズは不適当である。個々のマイクロレンズ
の形状は必ずしもそれに対応する絵素の組の形と相似形
である必要はないので、球面レンズの外周部が相互に融
合した６角形のマイクロレンズを稠密に配列したマイク
ロレンズアレイをイオン交換法により作製した。第３図
（ａ）に絵素配列とマイクロレンズアレイの相対的な位
置関係の例を示す。図では絵素は正方形のレンガ積み状
に配列されており、マイクロレンズアレイは６角形のマ
イクロレンズが蜂の単状に配列されている。緑の光は液
晶表示素子およびマイクロレンズアレイに垂直（図では
紙面に垂直）に照射され、各マイクロレンズの光軸上に
配置されている緑の絵素内に集光スポットが形成され
る。赤および青の光は緑の光に対してそれぞれ左右８゜
傾いた方向から照射され、緑の絵素内にそれぞれの色の
光の集光スポットが形成される。このようにして赤、
緑、青の各絵素にそれぞれの色の光束が集光される。集
光スポットの大きさは実施例１と同様の計算により60μ
ｍ×26.4μｍとなり、絵素開口部内に収まる。
尚、第３図（ａ）の例では、一つのマイクロレンズに
より集光された３原色の集光スポットは横に３つ並べら
れるが、第３図（ｂ）に示したような３絵素を一組とし
てそれぞれに対応する色光を集光させるようにしても良
い。この場合には、第１図に示されているダイクロイッ
クミラーの面法線の方向を紙面から傾ける必要がある
が、マイクロレンズの光軸と各色の入射光のなす角は小
さくなるので、マイクロレンズの収差は低減される。
また、ダイクロイックミラーによる色分解の順序は必
ずしもこの実施例の順序に限定されるものではない。更
に、本実施例では白色光を３原色に分解する例を示した
が、本発明はグラフィック表示用に４色以上に分解する
ような構成に適用することも可能である。
マイクロレンズの稠密配列を形成する技術は、本件出
願人他により平成元年10月23日に出願されている（特整
89−2763日本板硝子（株）との共同出願）。この方法に
よれば個々のマイクロレンズの境界線は隣接するマイク
レンズの中心間を結ぶ線分の垂直２等分線となる。
上記各実施例は投影型カラー液晶表示装置について説
明したが、本発明は投影型以外に液晶表示素子の出射側
に散乱透過板を介して表示画面を形成し、各透過光束が
合成散乱されて表示画面上にカラー画像を形成するよう
にすれば、直視型の表示装置として利用することも可能
である。またマイクロレンズを利用することによって異
なる角度より入射された色光束を対応する色信号が供給
されるカラー表示電極へ光束毎に分配照射せしめる構成
としているが、光ファイバー等の導光部材を利用するこ
とによって色光束を対応するカラー表示電極へ分配する
ように構成しても良く、またカラー表示電極へ導光機能
を付加して特定の方向より照射された光束のみを透過し
他は反射もしくは吸収するように光をガイドせしめるこ
とにより対応する角度で透過されてきた色光束のみがこ
のカラー表示電極を透過するように構成しても良い。
上記実施例で示すような構成の単板式投影型カラー液
晶表示装置と、マイクロレンズアレイを用いずモザイク
状カラーフィルターを備えた従来の単板式投影型カラー
液晶表示装置とを比較すると表示画面の明るさは約7.5
倍となった。この明るさ向上の効果は、従来の装置では
モザイク状カラーフィルターによりカットされていた約
2/3の光も有効に利用できるようになったことによる明
るさ向上効果の約３倍と、従来は絵素の開口率が35％し
かないために液晶表示素子に入射した光の残り65％は遮
光膜により遮断され無駄になっていたが、マイクロレン
ズの集光効果により絵素開口部内に入射光の大部分を集
め有効利用できるようになった効果の約2.5倍との積で
あると考えられる。
本発明では、照明光の平行度が悪い場合や、迷光つま
り想定されている方向とは異なる方向からの光が液晶表
示素子に入射すると、表示のコントラストの低下や色純
度の低下を引き起こす可能性があるので、必要に応じ
て、光源からの白色光をコンデンサーレンズで一旦スポ
ットに集光し、スリットまたはピンホール等で不要な光
をカットしても良い。また白色光源を分割する代わりに
三原色の３光源を用いて異なる方位より液晶表示素子を
照射するように構成してもよい。
＜発明の効果＞ 本発明によれば、例えば白色光源と赤、緑、青の三原
色を選択的に反射する３枚のダイクロイックミラーある
いは相互に異なる方向により照射される複数の色光束と
絵素配列に対応して各光束を光変調する液晶表示素子と
により、光源の光を無駄なく利用することが可能にな
り、カラーフィルタを用いることなく、単板式の利点を
活かしたコンパクトで画面の非常に明るいカラー画像表
示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例の説明に供するカラー液晶表
示装置の模式図。 第２図は第１図に示すカラー液晶表示装置の液晶表示素
子の要部詳細図である。 第３図（Ａ）（Ｂ）は、本発明の他の実施例の説明に供
する絵素電極配列とマイクロレンズの配列の位置関係を
表わす平面図である。 １……白色光源、２……球面鏡、３……コンデンキーレ
ンズ、4R,4G,4B……ダイクロイックミラー、５……フィ
ールドレンズ、６……投影レンズ、７……スクリーン、
10……マイクロレンズアレイ、20……液晶表示素子、21
R,21G,21B……信号電極、22……走査電極、23……液晶
層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−118125（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56922（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−210328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−293222（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−120694（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4807978（ＵＳ，Ａ) 米国特許4798448（ＵＳ，Ａ) ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＣＴＲＯＮＩＣＳ （Ｎｏ．496）Ｐ．91−92

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源より出力された白色の平行光が、一軸
    上に順次配列された複数枚のダイクロイックミラー各々
    の具備する光反射透過特性に応じてそれぞれ異なる波長
    域の光束毎に反射されることにより、複数の光束に分割
    され、各光束がそれぞれマトリクス状に絵素配列された
    マトリクス表示領域の同一色を表す絵素毎に配分されて
    照射される液晶表示素子と、該液晶表示素子を透過しか
    つ各絵素単位で変調された前記各光束を表示画面上に合
    成する投影レンズと、を具備してなり、 前記液晶表示素子のマトリクス表示領域は、前記光束の
    各波長域に対応する色信号が印加される複数組の絵素で
    構成され、 前記液晶表示素子の前記光束入射側には、マトリクス表
    示領域の同一色を表す絵素毎に前記複数の光束の波長域
    を対応させて、前記各光束を配分照射するマイクロレン
    ズアレイが配置され、 表示画面上でカラー表示を実行するカラー液晶表示装置
    において、 前記ダイクロイックミラーは、複数の波長域に分割され
    た前記各光束を相互に異なる方向より前記マイクロレン
    ズアレイに照射する方位に順次配列され、前記マイクロ
    レンズアレイに対する前記各光束相互間の入射角の差
    θ、前記マイクロレンズアレイの空気中での焦点距離ｆ
    μ及び隣接する前記各絵素間の配列ピッチｐとの関係が
    tanθ＝p/fμをほぼ満足するようにその方位角が設定さ
    れていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
  2. 【請求項２】後方に位置する前記ダイクロイックミラー
    で反射された光束は前方に位置する前記ダイクロイック
    ミラーを再度透過してマトリックス表示領域の絵素に照
    射される請求項１記載のカラー液晶表示装置。
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