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JP2677435B2 - カラー画像表示装置 - Google Patents

カラー画像表示装置

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Publication number
JP2677435B2
JP2677435B2 JP1326536A JP32653689A JP2677435B2 JP 2677435 B2 JP2677435 B2 JP 2677435B2 JP 1326536 A JP1326536 A JP 1326536A JP 32653689 A JP32653689 A JP 32653689A JP 2677435 B2 JP2677435 B2 JP 2677435B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
display
light source
color
liquid crystal
Prior art date
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Application number
JP1326536A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03187592A (ja
Inventor
伸一 小川
敏明 高松
雅勇 吉川
浩 浜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Priority to JP1326536A priority Critical patent/JP2677435B2/ja
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to EP90307902A priority patent/EP0409618B1/en
Priority to ES94203513T priority patent/ES2122151T3/es
Priority to DE69032668T priority patent/DE69032668T2/de
Priority to KR1019900010989A priority patent/KR940000590B1/ko
Priority to ES90307902T priority patent/ES2077648T3/es
Priority to DE69022504T priority patent/DE69022504T2/de
Priority to EP94203513A priority patent/EP0644450B1/en
Publication of JPH03187592A publication Critical patent/JPH03187592A/ja
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、たとえば透過型のカラー液晶表示装置を用
い、光源光によって該カラー画像をスクリーン上に投影
する装置などとして実現されるカラー画像表示装置に関
する。
〈従来の技術〉 比較的大型の画面を小型軽量な装置によつて実現する
ために、透過型の液晶表示素子を用い、背後側の光源か
ら光を照射してカラー画像をスクリーン上に投影する投
影型カラー画像表示装置(以下、画像表示装置と略す)
が用いられている。用いられる液晶表示素子の構成とし
て、画像信号中の赤色、緑色、青色の各色信号により、
これらの色の画像を形成する3枚の液晶表示素子を用
い、これらからの透過光をスクリーン上で重ね合わせる
構成が採用されている。しかしこのような構成では、前
記液晶表示素子が3枚必要になり、また色毎の光をスク
リーン上に位置合わせするための光学系が個別に必要と
なるなど小型軽量化に制限があり、製造コストもかさむ
ことになる。
このような課題を解消する第2の従来例としてマトリ
ックス駆動される液晶表示装置を用い、各絵素毎にたと
えば赤色、緑色、青色の透過光を得るカラーフィルタを
形成する技術が採用される。しかしながらこのような従
来例、とりわけ薄膜トランジスタやMIM(金属−絶縁体
−金属)素子などのスイッチング素子と当該スイッチン
グ素子に接続される個別の表示用電極および表示用電極
に駆動信号を供給する駆動信号ラインや、前記スイッチ
ング素子を走査する制御信号を供給する走査信号ライン
などを用いるアクティブマトリックス駆動型の液晶表示
装置の場合には、単位面積における表示用電極と、前記
表示に預からない各種信号ラインやスイッチング素子な
どとの占有面積の比(以下、開口率と称する)が他の構
成の場合と比べ減少する。カラー画像表示を行う場合に
は、表示電極を小型化し、絵素密度を増大する必要があ
り、このため相対的に前記表示には預らない遮光領域の
面積が相対的に増大し、開口率がさらに減少する。
このような開口率の減少により液晶表示装置を透過す
る光量が低下し、表示画像が暗くなってしまうという課
題がある。
上記第2の従来例における課題を解決する第3の従来
例として、単一枚の液晶表示装置の光源側に各絵素に対
応するマイクロレンズアレイを形成する技術が採用され
ている。マイクロレンズアレイは入射光を表示電極上に
集光し、前述した透過光量の低下を防止するようにして
いる。
前記マイクロレンズアレイの形成方法としては次のよ
うな方法が提案されている。
合成樹脂材料またはガラスを金型によって成型する方
法。
特定種類の感光性樹脂に、たとえばマイクロレンズア
レイに対応するパターンで露光した場合、被露光部から
露光部に未反応の前記感光性樹脂のモノマーが移動し、
露光部が盛上がるという現象を利用し、凸レンズを形成
する方法。
熱可塑性樹脂を周知のホトグラフィ技術などにより、
マイクロレンズアレイに対応する平板形状にパターン形
成し、その後、軟化点以上の温度に加熱して流動性を持
たせ、エッジのダレを起こさせて、凸レンズを形成する
方法。
感光性樹脂にプロキシミティ露光を行い、露光に用い
られるマスクのエッジの感光性樹脂上における転写像の
ボケに応じて光反応物の量に分布を持たせ、凸レンズを
形成する方法。
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を形成してレンズと等価な構成を得
る方法。
ガラスなどの透光性基板に対して選択的なイオン拡散
法により屈折率の分布を形成し、レンズと等価な構成を
得る方法。
感光性ガラスに対する光照射によって発生する結晶化
に伴う収縮を利用して凸レンズを形成する方法。
またこのマイクロレンズアレイを前記カラーフィルタ
と同様に顔料や染料を用いて選択的に着色しており、こ
れによりカラー表示を行う方法が提案されている。
〈発明が解決しようとする課題〉 前記第3の従来例では、マイクロレンズアレイが染色
されてカラーフィルタの機能も実現する構成であるため
下記の問題点を生じる。カラーフィルタとしての機能で
ある分光特性をその形状によって制御しようとしても、
このカラーフィルタはマイクロレンズでもあるため、要
求されるレンズ特性に基づいて決定された形状の変更は
困難である。またマイクロレンズとして構成されるにあ
たって、屈折率、分子構造および溶融点などの点で材料
の選択範囲が比較的少なく、またレンズの素材に限定が
課されるため、用いられる顔料や染料の範囲も大きく制
限が課されてしまうという課題がある。
本発明の目的は上述の技術的課題を解消し、構成が小
型軽量化され、かつ表示される画像の明度を格段に向上
できるカラー画像表示装置を提供することである。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は、光源と、 光源からの光を選択的に透過する表示絵素が行列状に
配列され、各表示絵素の周囲には遮光領域が形成されて
いる表示手段と、 前記表示手段の光源側に設けられ、複数のマイクロレ
ンズが埋設して形成されている透光性基板であって、該
透光性基板の厚み方向一方側には各マイクロレンズに対
応する位置に、透過光を予め定める色彩に選択する色彩
選択部材がそれぞれ形成されているそのような透光性基
板とを含み、 透光性基板の色彩選択部材は表示手段の各表示絵素に
臨み、その間を透光性材料によって充填され、光源から
表示素子と遮光領域とに入射すべき光は、マイクロレン
ズによって表示絵素にのみ集光されることを特徴とする
カラー画像表示装置である。
〈作 用〉 本発明に従えば、光源からの光は複数のマイクロレン
ズが埋設して形成されている透光性基板または色彩選択
部材のいずれか一方から、いずれか他方を透過し、絵素
毎に予め定められる色彩の光が選択されるとともに、こ
れらの光はマイクロレンズにて表示手段の各絵素毎に集
光される。表示手段は、各表示絵素の周囲には非透過領
域である遮光領域が形成されており、マイクロレンズの
働きによって、光源から表示絵素と遮光領域とに入射す
べき光は、表示絵素にのみ集光される。したがってこの
ように、マイクロレンズおよび色彩選択部材の各大きさ
は、表示絵素の大きさよりも大きく形成されていること
になる。このため、明るいカラー画像を得ることができ
る。表示手段を、絵素毎に選択的に透過した光によって
カラー画像が表示される。
〈実施例〉 第1図は本発明の一実施例のカラー画像表示装置1の
構成を示す断面図である。画像表示装置1は白色光源2
と反射鏡3とを備え、白色光源2および反射鏡3からの
光源光は、たとえば一対のコンデンサレンズ4,5を介し
て表示手段6に入射される。表示手段6は色彩選択部材
9と液晶表示素子10とが光源2側からこの順に積層して
構成される。表示手段6からの光は、投影レンズ7によ
りスクリーン8上に投影されカラー画像を結像させる。
第2図は前記表示手段6の構成を示す断面図であり、
第3図は液晶表示素子10の表示絵素としての絵素電極13
付近の拡大平面図である。色彩選択部材9は液晶表示素
子10の光源2側に配置される。この液晶表示素子10は、
たとえばアクティブマトリクス駆動型であって、第3図
に示されるようにたとえばITO(インジウム錫酸化物)
などの透明導電性材料からなる絵素電極13がガラス基板
19上に行列状に配列され、当該表示電極13への駆動信号
は駆動信号ライン14から、たとえば薄膜トランジスタ
(TFT)などのスイッチング素子15を介して供給され
る。このスイッチング素子15は走査信号ライン16からの
走査信号が入力されることにより、導通/遮断され、前
記駆動信号を導通/遮断する。
再び第2図を参照して絵素電極13などの構成は、液晶
表示素子10の光源2側のガラス基板19に設けられ、対向
するガラス基板20には絵素電極13に臨み、ITOなどの透
明導電性材料から成る対向電極21がガラス基板20の全面
に亘って形成される。
このような液晶表示素子10において、前記絵素電極13
が透過領域17を構成し、駆動信号ライン14、走査信号ラ
イン16およびスイッチング素子15などが光を透過させな
い遮光領域18を構成する。
第4図は表示手段6の製造工程を説明する断面図であ
り、第5図は該製造工程を説明する平面図である。液晶
表示素子10の光源2側に配置される第4図(1)および
第5図(1)のガラス基板11では、周知の選択的イオン
拡散法によりイオンが強度分布を有してガラス基板11に
注入され、ガラス基板11内にガラス基板11の屈折率より
大きな屈折率を有する領域を凸レンズ状に形成し、前記
液晶表示素子10の絵素電極13に個別的に対応するマイク
ロレンズ22が第4図(2)および第5図(2)のように
行列状に配列されてなるマイクロレンズアレイが形成さ
れる。
このガラス基板11の液晶表示素子10側にマイクロレン
ズ22毎に色彩選択部材であり、透過光が赤色、緑色、青
色にそれぞれ選択されるカラーフィルタ23R,23G,23B
(必要な場合は参照符23で総称する)を第4図(3)お
よび第5図(3)のようにそれぞれ形成する。前記マイ
クロレンズ22は光源2からコンデンサレンズ4,5を介し
て入射する光を各カラーフィルタ23を介て液晶表示装置
10の絵素電極13内に入射するようにその形状が選ばれ
る。すなわちマイクロレンズ22がなければ、光源2から
絵素電極13内に入射すべき光だけでなく、遮光領域18に
入射すべき光も、マイクロレンズ22によって絵素電極13
に集光される。またカラーフィルタ23を形成するには、
赤色、緑色、青色の顔料を分散した合成樹脂材料を各色
毎の予め定めるパターンで形成してもよく、また光学的
屈折率の異なる無機酸化膜をスパッタリングによりガラ
ス基板11の液晶表示素子10側に複数層選択的に積層し、
光源2からの光が複数の無機酸化膜により赤色、緑色、
青色の各干渉色を実現するようにしてもよい。
このようにカラーフィルタ23が形成されたガラス基板
11は、透光性を有する接着剤24によってマイクロレンズ
22、したがって各カラーフィルタ23と絵素電極13との位
置合わせを行ってガラス基板19に固着される。このよう
にして表示手段6が一体的に構成される。
このとき光源2からコンデンサレンズ4,5を介して表
示手段6に入射する光は、マイクロレンズ22によって液
晶表示素子10の前記各絵素電極13にそれぞれ集光され、
液晶層を通過するときに、前記駆動信号に対応して強度
変調を受ける。この光が液晶表示素子10を通過した後
は、マイクロレンズ22に関して定められる開口数(NA)
で決定される立体角に対応する円錐内に拡散するが、い
ずれのマイクロレンズ22からのこのような光束も受光で
きるように、前記投影レンズ7の口径D1が選択される。
これによって液晶表示素子10を通過した光、すなわち表
示画像が投影レンズ7によって制限を受けないようにで
きる。
このようにして光源2からの光は、液晶表示素子10の
透過領域17のみを通過するので、スクリーン8上に結像
される画像の明度を光源2の照度をむやみに向上するこ
となく、増大することができる。また従来例で説明した
赤色、青色および緑色に対応する3枚の液晶表示装置を
用いる構成と比較し、構成の小型軽量化を図ることがで
きる。
前記光源2は白色光源であり、ハロゲンランプ、メタ
ルハーライドランプ、キセノンランプなどが用いられ
る。
〈発明の効果〉 以上のように本発明に従えば、光源からの光は複数の
マイクロレンズが埋設して形成されている透光性基板ま
たは色彩選択部材のいずれか一方から、いずれか他方を
透過し、表示絵素毎に予め定められる色彩の光が選択さ
れるとともに、これらの光はマイクロレンズにて表示手
段の各表示絵素毎に集光される。表示手段を、各表示絵
素毎に選択的に透過した光によってカラー画像が表示さ
れる。これにより、前記色彩毎に表示手段や光源を個別
に用いる構成の必要が解消され、構成の小型軽量化を図
ることができる。表示手段における行列状に配列された
各表示絵素の周囲には遮光領域が形成されており、マイ
クロレンズの働きによって光源から表示絵素と遮光領域
とに入射すべき光は、表示絵素にのみ集光され、したが
ってこのことから、本発明では各マイクロレンズと色彩
選択部材との大きさは表示絵素の大きさよりも大きく形
成されている。
したがって表示手段全体の透過光量が減衰してしまう事
態を防ぐことができる。したがって表示画像の明度を格
段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の画像表示装置1の構成を示
す断面図、第2図は表示手段6の構成例を示す断面図、
第3図は液晶表示素子10の一部分の拡大平面図、第4図
は表示手段6の製造工程を説明する断面図、第5図は該
製造工程を説明する平面図である。 1……画像表示装置、2……白色光源、6……表示手
段、9……色彩選択部材、10……液晶表示素子、11,19,
20……ガラス基板、13……絵素電極、17……透過領域、
18……遮光領域、22……マイクロレンズ、23R,23G,23B
……カラーフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−51882(JP,A) 特開 平2−115889(JP,A) 実開 昭60−80492(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、 光源からの光を選択的に透過する表示絵素が行列状に配
    列され、各表示絵素の周囲には遮光領域が形成されてい
    る表示手段と、 前記表示手段の光源側に設けられ、複数のマイクロレン
    ズが埋設して形成されている透光性基板であって、該透
    光性基板の厚み方向一方側には各マイクロレンズに対応
    する位置に、透過光を予め定める色彩に選択する色彩選
    択部材がそれぞれ形成されているそのような透光性基板
    とを含み、 透光性基板の色彩選択部材は表示手段の各表示絵素に臨
    み、その間を透光性材料によって充填され、光源から表
    示素子と遮光領域とに入射すべき光は、マイクロレンズ
    によって表示絵素にのみ集光されることを特徴とするカ
    ラー画像表示装置。
JP1326536A 1989-07-19 1989-12-15 カラー画像表示装置 Expired - Lifetime JP2677435B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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