JPH0430140A - 投影型カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、透過タイプのマトリックス型液晶表示パネル
、照明光を各絵素に集光して表示を明るくするための手
段として用いられるマイクロレンズ・アレイ、カラーフ
ィルタを組み合わせて含む投影型カラー液晶表示装置に
関するものである。

従来の技術 投影型カラー液晶表示装置は、液晶パネルの背後から光
を照射させスクリーン上にカラー画像を投影する液晶表
示装置である。この装置でカラー表示を行う方式として
は■１枚パネル方式と０３枚パネル方式とがある。１枚
パネル方式では、１枚の液晶パネルの個々の絵素に赤、
緑、青のモザイク状のカラーフィルタを対応させて配！
することによってカラー表示が行われる。これに対して
３枚パネル方式でカラー表示を行うには液晶パネルが３
枚必要であり、かつ３色の画像を重ね合わせるための光
学系が必要である。したがって１枚パネル方式は３枚パ
ネル方式と比べて小形化、軽量化が図れそして製造費を
下げることができるというメリットがある。しかし、１
枚パネル方式でカラー表示を行う場合、３枚パネル方式
と同じ解像度を得るためには、１枚のパネルに形成すべ
き絵素数を３倍にする必要があり、１つ１つの絵素を非
常に小さくしなければならない、それに伴い、液晶パネ
ルにおいて表示に寄与する領域の占める割合である開口
率が小さくなり、同じ光源を用いても表示画面が暗くな
るという問題点が生じる。

この問題点を解決する手段としてマイクロレンズなどの
集光体を液晶表示装置に適用し、照明光を絵素部分に集
光して表示画面の明るさを向上させる技術が特開昭６０
−１６５６２１〜４に開示されている。特開昭６０−１
６５６２１は、第７図に示すように電界移入法により薄
膜トランジスタ（Ｔ　ｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ、以下ＴＦＴと略称する）側基板１ｂの背面に
部分的に屈折率分布を持つレンズ領域２３を形成し、入
射光を絵素電極（４ａ、４ｂ、４ｃ）の開口部に集中さ
せる構造とした点に特徴がある。特開昭６０−１６５６
２２は第８図に示すようにＴＰＴ側基板１ｂの背面側に
半球状の微小レンズ配列を有するアクリル製の集光体２
４を併設することを特徴としている。特開昭６０−１６
５６２３は第９図に示すようにＴＰＴ基板１ｂの背面に
透明樹脂をパターン形成し、該パターンをレンズ状に加
工して微小レンズ配列２５を構成した点に特徴がある。

また特開昭６０−１６５６２４は第１０図に示すように
背面を加工して微小レンズを形成したＴＰＴ基板２６を
用いることを特徴としている。

発明が解決しようとする課題 上記従来技術で述べた４件の公開公報に記載された投影
型カラー液晶表示装置は、いずれもＴＦＴ側より光照射
を行なっている。ここでＴＰＴを用いたアクティブマト
リックス型液晶表示装置の断面図およびＴＦＴ部１４を
拡大した断面図を第１１図、第１２図に示す、ＴＦＴ側
より光照射を行う場合、金属層から成るゲート電極１６
が遮光膜の機能を果たし、ＴＰＴを形成している水素化
アモルファスシリコン１８に光が入射することを阻止し
ている。しかし水素化アモルファスシリコンがゲート電
極１６からはみ出している部分１９には光があたり、そ
の結果ＴＰＴのオフ抵抗が下がり、ＴＦＴのしきい値電
圧がシフトし表示特性の劣化が生じるという問題がある
。しかも、通常のＴＰＴ製造プロセスにおいてはＴＰＴ
特性に悪影響を及ぼすことなくこのはみ出し部分１９を
完全になくすことはきわめて困難である。第６図はＴＰ
Ｔの光照射時間としきい値電圧のシフト量ΔＶ　ｔｈと
の関係を示したグラフである０図中、参照符１１で示さ
れる直線は、たとえば第７図〜第１０図に示す従来のア
クティブマトリックス型液晶表示装置のＴＦＴ側から光
を照射した場合を示している。Ｚｌから明らかなように
、光照射時間の経過とともにしきい値電圧は次第にシフ
トしてきている。

したがって本発明の目的は１枚パネル方式で画面の明る
さを損なうことなく、高品位かつ信頼性の高い投影型カ
ラー液晶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、駆動用スイッチング素子を付加した絵素電極
を形成した基板と対向電極を形成した対向基板との間に
液晶層を介在させたマトリックス型液晶パネル、該液晶
パネルの赤、緑、青の各絵素電極に対応するモザイク状
カラーフィルタ、各絵素電極に対応するマイクロレンズ
を備えたマイクロレンズ・アレイおよび光源を備えた投
影型カラー液晶表示装置において、 光源側からマイクロレンズ・アレイ、カラーフィルタ、
液晶層、駆動用スイッチング素子を付加した絵素電極の
順序で配列され、該カラーフィルタは液晶層を挟む対向
基板の液晶側に形成されていることを特徴とする投影型
カラー液晶表示装置である。

作　　用 本発明に従えば、光源からの照射光がマイクロレンズ・
アレイによって有効に利用され、従来の３枚パネル方式
での投影型カラー液晶表示装置に代わり、１枚パネル方
式で表示コントラストの優れたかつ画像の明るい投影型
カラー液晶表示装置が実現できる。また、カラーフィル
タは液晶層を挟む対向基板の液晶側に遮光膜を備えて形
成され、このカラーフィルタ側より光照射される。した
がって視差による表示品位の低下が防止され、品質の向
上が図られるとともに、遮光膜によって駆動用スイッチ
ング素子への光の入射が防止され、光による特性の劣化
がない高品位でかつ信頼性の高い投影型カラー液晶表示
装置が実現できる。

実施例 第１ｒＭは本発明の第１の実施例である投影型カラー液
晶表示装置の構成の概略を示す縦断面図であり、第２図
はそのセクション２７の拡大断面図である。第１図およ
び第２図を参照して、投影型カラー液晶表示装置は光源
６と、光源６から後方に出射された光が液晶パネル１に
向かうように反射する反射鏡７を備えている０図中矢符
で示される光源６から前方に出射された光および反射鏡
７によって反射された光はコンデンサーレンズ５ａによ
って主光線が平行となり、コンデンサーレンズ５ｂを介
してマイクロレンズ２で集光され、液晶パネル１に入射
する。液晶パネル１は駆動用スイッチング素子であるＴ
ＦＴ１４と絵素電極２８とを片面に形成したガラス基板
１ｂと、赤、緑、青のモザイク状のカラーパターン４ａ
、４ｂ、４Ｃから成るカラーフィルタ４、ＴＦＴ１４へ
の光の入射を遮断する遮光膜１１およびこれらを被覆す
る対向電極２９を片面に形成した対向基板であるガラス
基板１ａとの間に液晶層１０を介在して構成されており
、前記したマイクロレンズ２で集光された光は、カラー
フィルタ４を形成したガラス基板１ａ側から入射する。

ガラス基板１ｂのＴＦＴ１４は各絵素電極２８に対応し
てマトリックス状に配列され、他方のガラス基板１ａの
ＴＦＴ１４に対応する位置には遮光膜１１が、絵素電極
２８に対応する位置にはカラーフィルタ４が形成されて
いる。上記した液晶パネル１に入射した光は、カラーフ
ィルタ４によって着色され、かつＴＦＴ１４によって制
御される絵素電極２８と対向電極２９との間に印加され
る電圧による映像信号に応じて強度変調を受け、その後
投影レンズ８によってスクリーン９上に拡大投影される
。

光源６にはハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キ
セノンランプなどが用いられる。家な本実施例ではケー
ラー照明の場合を示したけれども他の照明法たとえばク
リティカル照明やテレセントリック照明にも適用でき、
熱線遮断用のフィルタや紫外線遮断用のフィルタを備え
てもよい。

液晶パネル１の表示モードとしてはツイステッドネマテ
ィクモードを用いたが他のモードを用いてもよい、多く
の液晶の表示モードでは偏向板を併用することが必要で
ある。偏向板は液晶パネル１に直接貼り合わせることも
できるが、高輝度の光源を用いる場合には、偏向板の光
吸収に伴う温度上昇が液晶の動作特性に影響を与えるの
で液晶パネルに直接貼り合わせないほうがよい、偏向板
を設置する位置は、液晶パネル１との間に偏光特性を変
化させるものが入らなければどの位置に置いてもさしつ
かえない、たとえばマイクロレンズ２が液晶パネル１と
偏向板の間に挿入されても支障はない。

カラーフィルタ４の材料としては耐候性、耐熱性の観点
から無機材料または有機ｍｒｔｒが望ましい。

無ａｍ料としては電子ビーム蒸着やスパッタにより屈折
率の興なる２種の酸化膜を交互に積層した干渉カラーフ
ィルタが用いられる。干渉カラーフィルタのパターン化
については周知のりフトオフ方式やエツチング方式など
のホトプロセスが用いられる。また有機顔料については
キナクリドン系やアントラキノン系の赤顔料、フタロシ
アニン系緑ＩＩｌ料、青顔料が用いられる。バインダー
である感光性樹脂に上記有機顔料を均一に分散し、周知
のホトプロセスによりモザイクパターンを形成する。

遮光膜１１の材料としてはクロム、ニッケル、アルミニ
ウム、ニッケルークロムなどの金属薄膜が好適に用いら
れるけれども、ゼラチンや有機高分子膜を染料または顔
料で着色したものを用いてもよく、周知のホトプロセス
によって形成される。

前記したように遮光膜１１はＴＦＴ１４に光が入射する
ことを防止するためにＴＰＴに対応して設けるが、照明
光学系の内部での不必要な反射などによって本来の入射
方向以外からのマイクロレンズアレイに入射した光や、
マイクロレンズ自体の収差によって集光すべき絵素領域
以外の方向に進む光である迷光が他のカラーフィルタに
対応する絵素領域に入射しないように個々のカラーフィ
ルタの周辺部にも設けてもよい、さらに液晶パネル１に
入射した光が多重反射によってＴＦＴ１４に到達するこ
とを防止するために、ＴＦＴ１４が形成された基板１ｂ
のＴＦＴ１４上にも遮光膜を設けてもよい、遮光膜の材
料および形成法は前記遮光膜１１の場合と同様であるが
、ＴＰＴと導電性の大きい金属製遮光膜との間の電流の
漏洩を防止する観点からはゼラチンや有機高分子膜を染
料または顔料で着色したものが好ましい、このようにＴ
ＦＴ１４が形成された基板１ｂのＴＦＴ１４上にも遮光
膜を設けることによってＴＦＴ１４への光の入射がさら
に防止できるとともに、基板１ａおよび１ｂの貼り合わ
せの際のずれを考慮して遮光膜１１を太き目に構成する
いわゆる貼り合わせマージンが不要となり開口率が上昇
する。

液晶パネル１の絵素電極２８に対応して設けられるマイ
クロレンズの形成方法としては、下記の方法がある。

■プラスチックあるいはガラスを金型によって成型する
方法。

■ある種の感光性樹脂をパターン状に露光したとき、未
露光部から露光部に未反応のモノマーが移動し、露光部
が盛り上るという現象を利用して凸レンズを形成する方
法。

■熱可塑性樹脂を周知のフォトグラフィー技術により、
レンズの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持たせ、エツジのだれを起こさ
せて凸レンズを得る方法。

■感光性樹脂にプロキシミティ露光を行い、パターンの
エツジのボケに応じて光反応物の量の分布を持たせ凸レ
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のパターンを形成し、レンズ効果を
持たせる方法。

■選択的イオン拡散によって屈折率分布望レンズを得る
方法。

■感光性ガラスに対する光照射によって引き起こされる
結晶化に伴う収縮を利用して凸レンズを形成する方法。

本実施例では上記方法のうち■の選択イオン拡散方法を
採用したけれども、勿論他の方法を用いてもよい、また
、マイクロレンズの個々のアレイの輪郭形状は一般に用
いられている形状、たとえば四角形であるが、六角形に
して集光性能を保ちつつ、非点収差を低く押えてもよい
、この場合は、組み合わせるカラーフィルタのパターン
も六角形とすることが好ましい。

マイクロレンズは液晶パネルの絵素のパターンと対応し
て貼り合わせる。貼り合わせには光学系の接着剤が用い
られ、その屈折率が液晶パネルのガラス基板の屈折率と
ほぼ等しいものを選ぶ必要がある。

第３図は本発明の第２の実施例である投影型カラー絵素
表示装置の構成の概略を示す縦断面図であり、第４ｔ！
Ｉはその液晶パネル１の拡大断面図である０本実施例は
前記した第１の実施例に類似し、同一の部材は同一の参
照符を用いて示し説明を省略する。本実施例は、液晶表
示パネル１を構成する基板１ａの液晶に接する側とは反
対面に前記した■の選択イオン拡散法を用いてマイクロ
レンズアレイ３ａ、３ｂ、３ｃを形成した点に特徴を有
する。さらに第５図に示すようにマイクロレンズアレイ
３ａ、３ｂ、３ｃを基板１ａに関してカラ−フィルタ４
形成面とは反対側の面上に形成してもよく、この場合は
前記した■〜■、■の凸レンズを形成する方法が採用さ
れる０本実施例においても前記の第１の実施例と同様に
ＴＦＴ１４が形成された基板１ｂのＴＦＴ１４上にも遮
光膜を設けてもよい０本実施例ではマイクロレンズレン
ズ３ａ、３ｂ、３ｃおよびカラーフィルタ４ａ、４ｂ、
４ｃを同一基板ｌａ上に形成するので使用する基板の枚
数は減り、各ガラス基板の反射による損失を少なくする
ことができる。

第６図は液晶表示装置でのＴＰＴに照射する照度約７０
万ルツクスの可視光の照射時間としきい値電圧シフト量
Δｖ、ｈの関係を示している。参照符１２で示される直
線は本実施例の投影型カラー液晶表示装置で得られた結
果であり、この１２から明らかなように長時間光照射を
行ってもしきい値電圧はほとんどシフトしていない。

発明の効果 以上のように本発明によれば画面が明るく、かつ表示コ
ントラストおよび信頼性の優れた投影型カラー液晶表示
装置が得られ、また１枚パネル方式であることから装置
の小形化、軽量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１５！ｌは本発明の第１の実施例の構成の概略を示す
縦断面図、第２図はそのセクション２７の拡大断面図、
第３１！Ｉは本発明の第２の実施例の構成の概略を示す
縦断面図、第４図および第５図はその液晶パネル１の拡
大断面図、第６図は液晶表示装置における光照射時間と
しきい値電圧シフト量との関係を示すグラフ、第７図〜
第１０図は従来の投影型カラー液晶表示装置の要部拡大
断面図、第１１図はアクティブマトリックス型液晶表示
装置のＴＰＴ液晶パネルの断面図、第１２図はＴＰＴ部
の拡大断面図である。なお、第１図、第３図、第７図〜
第１０図において、光路を明らかにするために断面を示
す斜線を省略する。 １・・・液晶パネル、２・・・マイクロレンズ、３・・
・マイクロレンズアレイ、４・・・カラーフィルタ、１
１・・・遮光膜、１２・・・対向電極、１３・・・配向
膜、１４・・・ＴＰＴ、１５・・・偏向板、１６・・・
ゲート電極、１８・・・水素化アモルファスシリコン族
、１９・・・ゲート電極よりはみ出した水素化アモルフ
ァスシリコン族、２１・・・絶縁膜、２２・・・金属膜
、２３・・・部分的に屈折率分布をもつレンズ領域、２
４・・・微小レンズからなるアクリル製の集光体、２５
・・・透明樹脂をレンズ状に加工した微小レンズ配列、
２６・・・背面に微小レンズを形成したＴＰＴ基板、２
８・・・絵素電極、２９・・・対向電極、３２・・・透
明樹脂膜代理人　　弁理士　西教　圭一部 第 図 第 園 準 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 駆動用スイッチング素子を付加した絵素電極を形成した
   基板と対向電極を形成した対向基板との間に液晶層を介
   在させたマトリックス型液晶パネル、該液晶パネルの赤
   、緑、青の各絵素電極に対応するモザイク状カラーフィ
   ルタ、各絵素電極に対応するマイクロレンズを備えたマ
   イクロレンズ・アレイおよび光源を備えた投影型カラー
   液晶表示装置において、 光源側からマイクロレンズ・アレイ、カラーフィルタ、
   液晶層、駆動用スイッチング素子を付加した絵素電極の
   順序で配列され、該カラーフィルタは液晶層を挟む対向
   基板の液晶側に形成されていることを特徴とする投影型
   カラー液晶表示装置。