JP3032084B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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- JP3032084B2 JP3032084B2 JP4152108A JP15210892A JP3032084B2 JP 3032084 B2 JP3032084 B2 JP 3032084B2 JP 4152108 A JP4152108 A JP 4152108A JP 15210892 A JP15210892 A JP 15210892A JP 3032084 B2 JP3032084 B2 JP 3032084B2
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- liquid crystal
- crystal display
- glass substrate
- microlenses
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビ画面、コンピュ
ータ出力画面等を拡大表示するための液晶投影装置、い
わゆる液晶プロジェクタあるいは液晶プロジェクション
テレビに有用な液晶表示素子に関する。
ータ出力画面等を拡大表示するための液晶投影装置、い
わゆる液晶プロジェクタあるいは液晶プロジェクション
テレビに有用な液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶プロジェクタ光学系の代表例を図３
に示す。メタルハライドランプ１から射出した光束を凹
面鏡２で反射させた後又は直接にコンデンサレンズ３で
コリメートし、リレーレンズ４を介して液晶表示素子５
（以下ＬＣＤと略記する）を照明する。ＬＣＤ５には、
テレビ映像やパソコン画面等が表示されており、この表
示画面が投影レンズ６によってスクリーン７上に拡大投
影される。
に示す。メタルハライドランプ１から射出した光束を凹
面鏡２で反射させた後又は直接にコンデンサレンズ３で
コリメートし、リレーレンズ４を介して液晶表示素子５
（以下ＬＣＤと略記する）を照明する。ＬＣＤ５には、
テレビ映像やパソコン画面等が表示されており、この表
示画面が投影レンズ６によってスクリーン７上に拡大投
影される。
【０００３】リレーレンズ４は、ＬＣＤ５を照明した光
を投影レンズ６の位置に絞り込むようにすることによ
り、投影レンズ６の口径が大きくなくても、光のケラレ
がそれほど大きくならないようになっている。実際のラ
ンプ１は点光源ではなく有限の大きさを持っているた
め、図中点線で示されるような光線は投影レンズ６上で
光軸から離れた位置に到達する。従って、投影レンズ６
の口径をこの分だけ大きくする必要がある。
を投影レンズ６の位置に絞り込むようにすることによ
り、投影レンズ６の口径が大きくなくても、光のケラレ
がそれほど大きくならないようになっている。実際のラ
ンプ１は点光源ではなく有限の大きさを持っているた
め、図中点線で示されるような光線は投影レンズ６上で
光軸から離れた位置に到達する。従って、投影レンズ６
の口径をこの分だけ大きくする必要がある。
【０００４】例えば、照明光の平行度を±θ＝±６°程
度とし、リレーレンズ４と投影レンズ６との間隔をＬ＝
２００ｍｍとすると、 投影レンズ６上での光束の広が
りはおよそ、
度とし、リレーレンズ４と投影レンズ６との間隔をＬ＝
２００ｍｍとすると、 投影レンズ６上での光束の広が
りはおよそ、
【数１】 ２Ｌｔａｎθ＝４２ｍｍ （１） 程度となり、従って投影レンズ６の口径は４２ｍｍ以上
必要となる。
必要となる。
【０００５】一方、ＬＣＤ５は、配線領域、画素毎のＴ
ＦＴ（画素トランジスタ）領域など、光を透過できない
部分いわゆるブラックマトリクスを持ち、一般に開口率
は全液晶パネル面積の３０％ないし４０％程度と低く、
これ以外の部分に入射する光は上記ブラックマトリクス
によりカットされて利用できないといった問題がある。
ＦＴ（画素トランジスタ）領域など、光を透過できない
部分いわゆるブラックマトリクスを持ち、一般に開口率
は全液晶パネル面積の３０％ないし４０％程度と低く、
これ以外の部分に入射する光は上記ブラックマトリクス
によりカットされて利用できないといった問題がある。
【０００６】これを解決する一方法として、図４に示す
ように、ＬＣＤを構成する２枚のガラス基板１１、１２
のうち光の入射する側のガラス基板１１に、各画素に対
向して微小レンズ１３を設け、入射光を微小レンズ１３
により画素開口部１５に集光させることにより、ＬＣＤ
を透過する光量を増加させる方法が従来から提案されて
いる。
ように、ＬＣＤを構成する２枚のガラス基板１１、１２
のうち光の入射する側のガラス基板１１に、各画素に対
向して微小レンズ１３を設け、入射光を微小レンズ１３
により画素開口部１５に集光させることにより、ＬＣＤ
を透過する光量を増加させる方法が従来から提案されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
素子構造ではＬＣＤ透過後の光束は、照明光の広がり角
±θに加え、微小レンズ１３のＮＡ（開口数）に相当す
る角度±αが足されて±（θ＋α）だけ広がることにな
る。αは微小レンズ１３の各レンズ径をｄ、ガラス基板
１１の厚みをｔ、屈折率をｎとすれば、
素子構造ではＬＣＤ透過後の光束は、照明光の広がり角
±θに加え、微小レンズ１３のＮＡ（開口数）に相当す
る角度±αが足されて±（θ＋α）だけ広がることにな
る。αは微小レンズ１３の各レンズ径をｄ、ガラス基板
１１の厚みをｔ、屈折率をｎとすれば、
【数２】α＝ｔａｎ-1［ｄｎ／２ｔ］ （２） と表され、例えば、ｄ＝１４０μｍ、ｎ＝１．５３、ｔ
＝１．１ｍｍとすれば、α＝５．６°と、θとほぼ同程
度の大きさになる。従って、明るさを向上させるために
微小レンズ１３を挿入する場合、投影レンズ６の口径を
＝１．１ｍｍとすれば、α＝５．６°と、θとほぼ同程
度の大きさになる。従って、明るさを向上させるために
微小レンズ１３を挿入する場合、投影レンズ６の口径を
【数３】２ｌｔａｎ（θ＋α）＝８２ｍｍ （３） と大きくする必要があり、装置の小型化が難しい、投影
レンズのコスト高になる等の問題が生じる。
レンズのコスト高になる等の問題が生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述のような従来技術の
問題点を解決するため、本発明ではＬＣＤを構成する２
枚のガラス基板の少なくとも一方のガラス基板の両面に
それぞれ、液晶層の各画素開口部と対応させて微小レン
ズを配列形成した。
問題点を解決するため、本発明ではＬＣＤを構成する２
枚のガラス基板の少なくとも一方のガラス基板の両面に
それぞれ、液晶層の各画素開口部と対応させて微小レン
ズを配列形成した。
【０００９】
【作用】本発明によれば、ＬＣＤガラス基板の片面のみ
に微小レンズのアレイを設ける場合に比べて、ＬＣＤ透
過後の光束の広がりを小さく抑えることができ、投影レ
ンズの口径を従来より大幅に小さくすることができる。
に微小レンズのアレイを設ける場合に比べて、ＬＣＤ透
過後の光束の広がりを小さく抑えることができ、投影レ
ンズの口径を従来より大幅に小さくすることができる。
【００１０】
【実施例】以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すＬＣＤの
拡大断面図であり、液晶プロジェクタにおけるＬＣＤ５
の配置は図３と同様でよい。図１においてＬＣＤ５は、
２枚の透明ガラス基板１１、１２間に液晶層１５を挟み
周辺を封止して構成され、両ガラス基板１１、１２のう
ち照明光入射側の基板１１の両面に微小レンズ１３、１
４が配列形成されている。
細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すＬＣＤの
拡大断面図であり、液晶プロジェクタにおけるＬＣＤ５
の配置は図３と同様でよい。図１においてＬＣＤ５は、
２枚の透明ガラス基板１１、１２間に液晶層１５を挟み
周辺を封止して構成され、両ガラス基板１１、１２のう
ち照明光入射側の基板１１の両面に微小レンズ１３、１
４が配列形成されている。
【００１１】微小レンズ１３、１４は、例えばソーダラ
イムガラスからなる基板１１の両面に、公知のイオン交
換法を用いて屈折率分布型レンズとして作製できる。す
なわち、基板ガラスの両面をイオン透過防止の機能を有
する金属膜等のマスク膜で被覆し、このマスク膜にフォ
トリソグラフィにより所定のレンズ配列パターンで開口
を設け、この開口を通してガラスの屈折率を高めるイオ
ンをガラス中のアルカリイオンとの交換で拡散させる方
法で作製することができる。この方法で得られるレンズ
１３、１４は、屈折率が基板表面で最大で、基板肉厚内
に向け放射方向に次第に減少する屈折率分布を有する。
イムガラスからなる基板１１の両面に、公知のイオン交
換法を用いて屈折率分布型レンズとして作製できる。す
なわち、基板ガラスの両面をイオン透過防止の機能を有
する金属膜等のマスク膜で被覆し、このマスク膜にフォ
トリソグラフィにより所定のレンズ配列パターンで開口
を設け、この開口を通してガラスの屈折率を高めるイオ
ンをガラス中のアルカリイオンとの交換で拡散させる方
法で作製することができる。この方法で得られるレンズ
１３、１４は、屈折率が基板表面で最大で、基板肉厚内
に向け放射方向に次第に減少する屈折率分布を有する。
【００１２】基板両面の微小レンズ１３、１４は共に、
液晶層１５の各画素開口部１５Ａ単位に１対１に対応さ
せて配列形成する。これにより、照明光が液晶層の各画
素開口部１５Ａに集光されるようにする。即ち、微小レ
ンズ１３の焦点距離は、ガラス基板内において基板１１
の厚みに略等しくなるように作製する。また同様に基板
他面側の微小レンズ１４の焦点距離も、レンズ１３と略
等しく作製する。
液晶層１５の各画素開口部１５Ａ単位に１対１に対応さ
せて配列形成する。これにより、照明光が液晶層の各画
素開口部１５Ａに集光されるようにする。即ち、微小レ
ンズ１３の焦点距離は、ガラス基板内において基板１１
の厚みに略等しくなるように作製する。また同様に基板
他面側の微小レンズ１４の焦点距離も、レンズ１３と略
等しく作製する。
【００１３】このようにガラス基板１１の両面に微小レ
ンズのアレイを形成すると、角度θだけ傾いた光束も微
小レンズ１３で屈折して、液晶層の画素開口部１５Ａの
近傍に集光する時点で、さらに他面側の微小レンズ１４
で屈折して、主光線の方向が光軸に平行に曲げられる。
従ってＬＣＤ５から射出する光束の広がり角は、従来図
４の構成において±（θ＋α）であったのが±αと大幅
に小さくでき、よって投影レンズ６の口径は
ンズのアレイを形成すると、角度θだけ傾いた光束も微
小レンズ１３で屈折して、液晶層の画素開口部１５Ａの
近傍に集光する時点で、さらに他面側の微小レンズ１４
で屈折して、主光線の方向が光軸に平行に曲げられる。
従ってＬＣＤ５から射出する光束の広がり角は、従来図
４の構成において±（θ＋α）であったのが±αと大幅
に小さくでき、よって投影レンズ６の口径は
【数４】２ｌｔａｎθ＝３９ｍｍ （４） と大幅に小口径化できる。
【００１４】なお微小レンズ１３、１４のそれぞれの配
列ピッチは、図３のようにＬＣＤ５の前にリレーレンズ
４を挿入する場合、その収束角度に合わせてＬＣＤの画
素ピッチに対し僅かにずらせて、リレーレンズ４を透過
後収束して伝搬する光を微小レンズ１３、１４で液晶層
の各画素開口部１５Ａに入射させるようにする。
列ピッチは、図３のようにＬＣＤ５の前にリレーレンズ
４を挿入する場合、その収束角度に合わせてＬＣＤの画
素ピッチに対し僅かにずらせて、リレーレンズ４を透過
後収束して伝搬する光を微小レンズ１３、１４で液晶層
の各画素開口部１５Ａに入射させるようにする。
【００１５】また図１では省略していたが、両面に微小
レンズ１３、１４の各アレイを備えたガラス基板１１を
用いてＬＣＤ５を構成する場合、図２に示すような具体
的構成がその代表例として挙げられる。図２で、ガラス
基板１１の液晶層２５と対向する側の面には、ガラス中
からのアルカリ成分の溶出を防止する被膜２０がコーテ
ィングされており、その上にブラックマトリクス２１、
カラーフィルタ２２、レベルコート材２３、透明導電膜
２４が設けられる。
レンズ１３、１４の各アレイを備えたガラス基板１１を
用いてＬＣＤ５を構成する場合、図２に示すような具体
的構成がその代表例として挙げられる。図２で、ガラス
基板１１の液晶層２５と対向する側の面には、ガラス中
からのアルカリ成分の溶出を防止する被膜２０がコーテ
ィングされており、その上にブラックマトリクス２１、
カラーフィルタ２２、レベルコート材２３、透明導電膜
２４が設けられる。
【００１６】また他方のガラス基板１２の液晶層２５に
対向する側の面には、配線部２８、ＴＦＴ部２６、画素
電極２７が設けられ、これと前記ガラス基板１１との間
に液晶を封入してＬＣＤとする。アルカリ溶出防止膜２
０は、例えばＳｉＯ2を液相でディッピングした後、焼
成して膜とすることによって得られ、透明導電膜２４、
画素電極２７は例えばＩＴＯ膜等が用いられる。
対向する側の面には、配線部２８、ＴＦＴ部２６、画素
電極２７が設けられ、これと前記ガラス基板１１との間
に液晶を封入してＬＣＤとする。アルカリ溶出防止膜２
０は、例えばＳｉＯ2を液相でディッピングした後、焼
成して膜とすることによって得られ、透明導電膜２４、
画素電極２７は例えばＩＴＯ膜等が用いられる。
【００１７】なお、図１、２では２枚のガラス基板１
１、１２のうちの一方のみに微小レンズ１３、１４を形
成したが、例えば図１の微小レンズ付ガラス基板１１と
同じものを反対側のガラス基板１２に用いて、微小レン
ズアレイの４層構造としてもよい。この場合、ＬＣＤ射
出後の光束の広がり角は、微小レンズのＮＡに対応する
±αではなく、照明光の平行度±θとなる。
１、１２のうちの一方のみに微小レンズ１３、１４を形
成したが、例えば図１の微小レンズ付ガラス基板１１と
同じものを反対側のガラス基板１２に用いて、微小レン
ズアレイの４層構造としてもよい。この場合、ＬＣＤ射
出後の光束の広がり角は、微小レンズのＮＡに対応する
±αではなく、照明光の平行度±θとなる。
【００１８】
【発明の効果】従来は、ＬＣＤの光利用効率を上げるた
めに微小レンズのアレイをＬＣＤ直前に配置すると、投
影レンズ上での光束の広がりが大きくなり、従って投影
レンズの口径を大きくする必要があったが、本発明によ
り、ＬＣＤの光利用効率を大きく保ちつつ、投影レンズ
の口径を小さくでき、装置の小型化と低コスト化に極め
て有効である。
めに微小レンズのアレイをＬＣＤ直前に配置すると、投
影レンズ上での光束の広がりが大きくなり、従って投影
レンズの口径を大きくする必要があったが、本発明によ
り、ＬＣＤの光利用効率を大きく保ちつつ、投影レンズ
の口径を小さくでき、装置の小型化と低コスト化に極め
て有効である。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図
【図３】液晶プロジェクタの概略断面図
【図４】従来のレンズ付き液晶表示素子を示す断面図
１ 光源ランプ ２ 凹面鏡 ３ コンデンサレンズ ４ リレーレンズ ５ 液晶表示素子（ＬＣＤ） ６ 投影レンズ １１ ガラス基板 １２ ガラス基板 １３ 微小レンズ １４ 微小レンズ １５ 液晶層 １５Ａ 画素開口部 ２０ アルカリ溶出防止膜 ２１ ブラックマトリクス ２２ カラーフィルタ ２３ レベルコート層 ２４ 透明導電膜 ２５ 液晶層 ２６ ＴＦＴ（画素トランジスタ） ２７ 画素透明電極 ２８ 配線部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02B 3/00
Claims (7)
- 【請求項１】 一対のガラス基板と、これら基板間に設
けられた液晶層とを有する液晶表示素子において、前記
ガラス基板のうち少なくとも一方のガラス基板の両面に
それぞれ、前記液晶層の各画素開口部に対応させて微小
レンズを配列し、これら微小レンズの焦点距離をこれら
微小レンズを形成したガラス基板の厚みに略等しくした
ことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項２】 前記微小レンズは、基板表面を屈折率最
大として基板肉厚内に向けて放射方向に次第に減少する
屈折率分布を有している請求項１に記載の液晶表示素
子。 - 【請求項３】 前記微小レンズは、光源に対向する側の
ガラス基板のみに備えられている請求項１，２のいずれ
かに記載の液晶表示素子。 - 【請求項４】 前記微小レンズを形成したガラス基板の
少なくとも一方の面に、ガラス中のアルカリイオン溶出
を防止する透明被膜をコーティングした請求項１，２，
３のいずれかに記載の液晶表示素子。 - 【請求項５】 前記微小レンズを形成したガラス基板の
少なくとも一方の面に、透明導電膜をコーティングした
請求項１，２，３，４のいずれかに記載の液晶表示素
子。 - 【請求項６】 前記微小レンズを形成したガラス基板の
少なくとも一方の面に、ブラックマトリクスを設けた請
求項１，２，３，４，５のいずれかに記載の液晶表示素
子。 - 【請求項７】 前記微小レンズを形成したガラス基板の
少なくとも一方の面に、各画素に対応した複数色のカラ
ーフィルタを設けた請求項１，２，３，４，５，６のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4152108A JP3032084B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4152108A JP3032084B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05341283A JPH05341283A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3032084B2 true JP3032084B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=15533233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4152108A Expired - Fee Related JP3032084B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 液晶表示素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3032084B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010023997A1 (ja) | 2008-09-01 | 2010-03-04 | 日本テクノ株式会社 | 水素と酸素からなる液状物、これから得られる水素と酸素からなる再気化ガス、これらの製造方法及び装置、並びにこれら液状物及び再気化ガスからなる炭酸ガスを発生しない燃料 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990992A (en) * | 1997-03-18 | 1999-11-23 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Image display device with plural planar microlens arrays |
| JP2002350823A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-04 | Sony Corp | 液晶表示素子および投射型液晶表示装置 |
| US8009251B2 (en) | 2006-06-13 | 2011-08-30 | Au Optronics Corporation | High brightness liquid crystal display |
| JP5499618B2 (ja) | 2009-04-22 | 2014-05-21 | ソニー株式会社 | 投射型液晶表示装置 |
| JP6450965B2 (ja) | 2014-10-07 | 2019-01-16 | セイコーエプソン株式会社 | マイクロレンズアレイ基板、マイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置、及び投写型表示装置 |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP4152108A patent/JP3032084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010023997A1 (ja) | 2008-09-01 | 2010-03-04 | 日本テクノ株式会社 | 水素と酸素からなる液状物、これから得られる水素と酸素からなる再気化ガス、これらの製造方法及び装置、並びにこれら液状物及び再気化ガスからなる炭酸ガスを発生しない燃料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05341283A (ja) | 1993-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |