JPH07191310A

JPH07191310A - 投影型カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07191310A
Application number: JP5331621A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Makii; 俊之槙井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】明るく、視認性がよく、かつ、拡大投影した
とき、スクリーン上で絵素と絵素の間に暗いブラックマ
スクや、縞模様のような表示品位が低い映像が生じな
い、使い勝手がよい投影型カラー液晶表示装置を得るこ
とを目的とする。【構成】液晶パネルとスクリーンの間で、液晶パネル
の絵素電極の各々に対応した第１のマイクロレンズを液
晶パネル側に設け、スクリーン側に集光された光を平行
光として射出する第２のマイクロレンズを設けることに
より、画素間のブラックマスクや縞模様が目立たず、表
示品位の高いカラー投影画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ等の
ＴＶ映像やパソコンやＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＷａｒｋＳｔａｔｉｏｎ）等の出力画像をスクリー
ン上に拡大投影して映し出す投影型カラー液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型画面表示を軽量かつコンパクトな装
置で実現するため、投影型カラー液晶表示装置が用いら
れる。投影型カラー液晶表示装置は、液晶パネルの背後
からハロゲンランプ光が液晶パネルに照射され、３原色
（赤、緑、青）ＲＧＢカラーフィルタ付き液晶パネルの
透過光が、拡大投影レンズによりスクリーン上にカラー
画像が投影される。このような液晶パネルは、画素と呼
ばれる最小の表示単位が規則的に配列されており、それ
らの画素にそれぞれ独立した駆動電圧を印加し、各画素
を構成する液晶の光学特性を変化させることによって画
像や文字が表示される。

【０００３】そして、投影型カラー液晶表示装置の方式
としては、３板パネル方式と単板パネル方式のものがあ
る。例えば、特開昭６３−２３４２８１や特開昭６４−
５５５２４により開示されている様な３板パネル方式で
は、照射された白色光が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
の３原色に分解され、各色に対応する３枚の液晶パネル
によって形成される画像を重ね合わせることによりカラ
ー画像を投影している。したがって、３板パネル方式で
は各色に対応する液晶パネルが必要であり、更に光学系
が複雑となり、レンズ、ミラー等が多数必要になり、体
積が大きくなり、重くなるため、表示装置全体として、
大型で比較的重量が大きくなり、しかも製造コストが高
いという欠点がある。

【０００４】これに対し、特開昭６３−２９３５８２や
特開平４−５０８１６により開示されている様な単板パ
ネル方式では１枚の液晶パネル上に赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを画素に対応して設
けることにより、カラー画像が得られる。従って、単板
パネル方式を用いることにより、液晶パネルは１枚であ
り、レンズ等の光学系も簡単になるため、表示装置の小
型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単板パ
ネル方式には、画像を大きく拡大したとき、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の画素は、画像を大きく拡大したとき、Ｒ，Ｇ，Ｂの画
素が並列していることにより、３板パネル方式の様に３
色重ね合わせたものと違って各画素単独では白色表示を
することができないという欠点があり、そのＲ，Ｇ，Ｂ
の並び方によっては、一定の模様として認識され表示品
位を著しく落としている。又、このような液晶表示装置
に用いられる液晶パネルでは、画素の光学特性を変化さ
せるため、各画素に駆動電圧の供給を制御するＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）素子やＭＩＭ（金属ー絶縁体ー金
属ダイオード）素子等のスイッチング素子部及びマトリ
クス状の配線が形成されており、これらの遮光部分は表
示に寄与しない部分となる。また、これらのスイッチン
グ素子及び配線部分を覆うようにして、カラーフィルタ
基板等に網目状のブラックマスク部分が設けられてい
る。そして、液晶パネルの画素数を増加させ、画素を高
精細化していくと、画素と画素の間のブラックマスク部
分が、拡大投影されたスクリーン上の画像上に網状の模
様となって目立ち、画質が悪くなるという欠点を有す
る。

【０００６】上記従来技術の単板式パネルを用いた投影
型カラー液晶表示装置の欠点について図３を参照しつつ
説明する。単板式パネル方式で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の各画素が縦ストライプ配列の場合、投影画像は
図３の様な画面となる。通常１画素ユニットはＲ，Ｇ，
Ｂの三つの画素をひとまとめとして表示され、三つの画
素をひとまとめとして表示され、三つの画素が全てＯＮ
のときは白色として認識されるが、スクリーンに大きく
拡大した場合Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素が個々に認識される。
その結果、Ｒ，Ｇ，Ｂの視感度特性に差がある為、図３
の縦ストライプＲＧＢの場合、縦縞が目立つこととな
り、非常に表示品位を落とす。又、図４の様に斜めＲＧ
Ｂ配列パターンでは斜縞が目立つ様になる。このよう
に、どの様なパターンでＲＧＢの各画素を配列しても一
定で規則的に並列している限り、大画面に拡大すると何
らかの縞模様が認識され表示に影響する。更に拡大倍率
を高くすればするほど、大画面上では図５に示すよう
に、画素と画素の間の非画素部であるブラックマスク部
分も拡大されて目立つようになり、これも表示品位に影
響を及ぼす。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型カラー液
晶表示装置は、多数の絵素を有する液晶表示パネルと、
各絵素に対応したＲＧＢカラーフィルタと、該液晶表示
パネルの出射光側に設けられ、且つ該絵素の各々に対応
して設けられた第１のマイクロレンズで各々ＲＧＢの画
素より集光された光を合成するところの第２のマイクロ
レンズを備えることにより前記課題を解決する。多数の
絵素電極が設けられた透過型液晶パネルと、該絵素電極
の各々に対応したカラーフィルターをもつ液晶パネル
と、この透過型液晶パネルを照明する光源と、投影レン
ズとを備えた投影型カラー液晶表示装置においてＲＧＢ
の１画素ユニットの透過光を１つに集光することによ
り、絵素電極の各々に対応した第１のマイクロレンズを
有する第１のマイクロレンズアレイ基板と、第１のマイ
クロレンズで集光された１画素ユニットの光を重ね合わ
せ平行光として出射する第２のマイクロレンズを有する
第２のマイクロレンズアレイ基板が液晶パネル出射側に
儲けられていることを特徴とする。

【０００８】また、上記投影型カラー液晶表示装置にお
いて、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズを
一体的に合わせた光学特性を持つ第３のマイクロレンズ
を有する第３のマイクロレンズアレイ基板が液晶パネル
出射側に設けられていることを特徴とする。

【０００９】また、上記投影型カラー液晶表示装置にお
いて、上記カラーフィルターの赤（Ｒ），緑（Ｇ），青
（Ｂ）の絵素が、縦方向又は横方向の１ライン毎にスト
ライプ配列され、該絵素の縦方向又は横方向の１ライン
に対応した上記第１のマイクロレンズと、第２のマイク
ロレンズを備え、縦方向又は横方向の１ライン毎でＲＧ
Ｂを重ね合わせることを特徴とする。

【００１０】また、上記投影型カラー液晶表示装置にお
いて、第１のマイクロレンズでＲＧＢを重ね合わせる際
にＲ，Ｇ，Ｂの各々をブラックマトリクスの領域までわ
ずかにズラした状態で重ね合わせることを特徴とする。

【００１１】また、上記投影型カラー液晶表示装置にお
いて、第２のマイクロレンズでＲＧＢを重ね合わせる際
に、各画素映像の周辺を隣りの画素映像の周辺とオーバ
ーラップさせて画素と画素の区切りを目立たなくするこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】前述のような構成により、単板パネル方式投影
型カラー液晶表示装置において、絵素ＲＧＢが、その配
列による縞模様という表示品位の劣化及び画素と画素の
間の非画素部分であるブラックマスク部分が網目模様と
して目立つという欠点を解消でき、表示品位の高い良質
の大画面が得られる。また、３板パネル方式投影型カラ
ー液晶表示装置のように複雑な機構、大型、重量大とい
う欠点をもつこともなく軽量、コンパクトな表示装置が
得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面とともに詳細に
説明する。＜実施例１＞図２は、本発明に係わる第１実施例の投影
型カラー液晶表示装置の全体を示す概略構成図である。
第１の実施例の投影型カラー液晶表示装置は、ランプ
１、反射鏡２、コンデンサレンズ３、カラーフィルタ
４、液晶パネル５、第１のマイクロレンズアレイ基板１
６、第２のマイクロレンズアレイ基板１７、フィールド
レンズ８、及び投影レンズ９を備え、この順に配列され
る。

【００１４】この投影型カラー液晶表示装置によって得
られる画像は、スクリーン１０上に投影される。光源１
には白色のハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キ
セノンランプ等が用いられる。反射鏡２は、反射鏡に照
射された光をコンデンサレンズ３に向かうように反射さ
せる為に設けられている。コンデンサレンズ３は光源１
あるいは反射鏡２からの光を平行光として、カラーフィ
ルタ４付液晶パネル５に入射させる。ここで、カラーフ
ィルタ４に入射された光は、各々の画素に対応したフィ
ルタにより赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の
み透過させる。

【００１５】液晶パネル５は、ブラックマスク５ｂを有
する対向ガラス５ａと、ＴＦＴを形成したアクティブマ
トリックス基板５ｄの間に液晶５ｃを挿入して構成され
る。各画素に対応する映像データ信号が印加された液晶
パネル５により各々の画素信号に対応した光量を透過さ
せる。そして、各々の画素に対応した第１のマイクロレ
ンズ６を通して第２のマイクロレンズ７により集光され
た後、第２のマイクロレンズ７によって重ね合わされ平
行光として出射される。その後、図２において、フィー
ルドレンズ８によって投影レンズ９に集光され、投影レ
ンズ９によってスクリーン１０上に投影される。

【００１６】本発明において、出射光側に取り付けられ
Ｒ，Ｇ，Ｂの集光を行う第１のマイクロレンズ６及び合
成を行うところの第２のマイクロレンズ７は、特開平１
−１８９６８５、平４−９９２２で開示されている様に
入射光側に取り付けられ、主として集光の役目のみを果
たしているマイクロレンズとは構造、目的が異なってい
る。即ち、第１のマイクロレンズ６はＲ、Ｇ、Ｂの各画
素に対応して配置され、三つの画素の透過光が一つに集
光されて合成されるよう各マイクロレンズの光軸が調整
される。

【００１７】図１の例では画素Ｇに対向するレンズの光
軸は液晶パネルの透過光と平行に配置される。画素Ｒと
Ｂに対向するレンズの光軸は液晶パネルの透過光に対し
て斜めに配置され画素Ｇの光軸に一致するようにされて
いる。第２のマイクロレンズ７は三つの画素ＲＧＢの光
を集光して１画素ユニットの透過光として平行光とする
作用を行う。第１の実施例の第１のマイクロレンズ６と
第２のマイクロレンズ７の一単位の斜視図を図８に示
す。

【００１８】本発明によると、図７のようにＲＧＢの各
画素が重ね合せられた１画素ユニットの集合画面とな
る。本発明において、第１及び第２のマイクロレンズが
なければ、図６に示すように縦配列のＲ、Ｇ、Ｂの各画
素像がスクリーン上に形成されるが、本発明の構成で
は、液晶表示パネルを透過した光が第１のマイクロレン
ズにより集光され、第２のマイクロレンズで合成重ね合
わされることにより、大画面に拡大したときにＲ，Ｇ，
Ｂの各画素が、個々に認識されるという単板式の問題点
が解消される。

【００１９】＜実施例２＞次に第２の実施例に使用され
る第３のマイクロレンズ１３を図９に示す。この第３の
マイクロレンズ１３は第１の実施例の第１のマイクロレ
ンズ６と第２のマイクロレンズ７に代って用いられ、２
つのマイクロレンズを一体的に合わせた光学的役割果た
す構造である。その他の部分の構造は第１の実施例と同
一である。この第２の実施例では、２種類のマイクロレ
ンズの組み合わせ位置調整が投影型カラー液晶表示装置
の組み立て工程において必要がないため機構組み立てプ
ロセスが更に簡単になる。

【００２０】＜実施例３＞図１０は第３の実施例におけ
るカラーフィルタ４の画素配列、第１のマイクロレンズ
６３と第２のマイクロレンズ７３の構成を示す図であ
る。図１０（ａ）はカラーフィルタ４の画素ＲＧＢの配
列を示し、この場合は画素ＲＧＢ縦配列としている。図
１０（ｂ）に示す第１のマイクロレンズ３は画素Ｒ、
Ｇ、Ｂ１ライン縦長のに１つのマイクロレンズ３１Ｒ、
３１Ｇ、３１Ｂが各々対応している。そして、第２のマ
イクロレンズ３２は、第１のマイクロレンズ３１のＲＧ
Ｂ３ラインを１ユニットとする１ラインの第２のマイク
ロレンズが合成している。その他の部分の構造は第１の
実施例と同一であり、第１の実施例と同様の効果が得ら
れる。第３の実施例において、画素ＲＧＢが横配列され
た横ストライプでも同様に構成することが可能である。

【００２１】＜実施例４＞第４の実施例は、図１０の
ｂ，ｃに示す第４の実施例における第１及び第２の第２
のマイクロレンズを第２の実施例に示すように一体的に
合わせた第３のマイクロレンズを用いて構成する。これ
により、第１と第２のマイクロレンズ３１と３２のの位
置合わせ等、組み立て時の調整が簡単になる。

【００２２】＜実施例５＞図１１に第５の実施例のカラ
ーフィルタ４５画素ＲＧＢの配列を示す。この例におい
て、画素ＲＧＢは各々２つずつの配列になっている。実
施例５の第１のマイクロレンズ６５を図１２の（ａ），
第２のマイクロレンズ７５を図１２の（ｂ）に示す。こ
の例での第１のマイクロレンズ６５及び第２のマイクロ
レンズ７５の働きを図１３に示している。ここで、カラ
フィルター４５に入射した光１１は、各々の画素に対応
したフィルタ４５によりＲ，Ｇ，Ｂの光のみ透過させ、
液晶パネル５５により、各々の画素信号に対応した光量
を透過させる。カラーフィルタ４５のＲ１、Ｇ１、Ｂ１
を透過した光を第１のマイクロレンズ６５により第２の
マイクロレンズ７５のレンズｍ１に導く。また、カラー
フィルタ４５のＲ２、Ｇ２、Ｂ２を透過した光を第２の
マイクロレンズ７５のｍ２に集光する。そして、第２の
マイクロレンズｍ１、ｍ２によって重ね合わされた光は
平行光として出射され投影レンズ８、９によりスクリー
ン１０上に投影される。

【００２３】各画素ＲＧＢについて再度説明すると、カ
ラーフィルタ４５は図１４（ａ）のように画素ＲＧＢは
各々２列づつ配列され、図１４（ｂ）（ｃ）のように第
１のマイクロレンズ６５のＲ１，Ｇ１，Ｂ１光が第２の
マイクロレンズｍ１に集光し、第１のマイクロレンズ６
５のＲ２、Ｇ２、Ｂ２光が第２のマイクロレンズｍ２に
集光するよう配置され、スクリーン１０にはＲ１、Ｇ
１、Ｂ１の重ね合わせ、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の重ね合わせ
画像が図１４（ｄ）のように表示される。以上、図１１
において、画素Ｒ、Ｇ、Ｂが横に並んでいるが、縦並び
でも第１の実施例と同様の効果が得られる。

【００２４】＜実施例６＞第６の実施例においては、実
施例５の図１２の（ａ），（ｂ）に示す第１、第２のマ
イクロレンズを第２の実施例に示すように一体的に合わ
せた第３のマイクロレンズを用いる。第５の実施例と同
様の効果が得られる。

【００２５】＜実施例７＞第７の実施例においては、実
施例１の投影型カラー液晶表示装置において第１のマイ
クロレンズ１６でＲＧＢを重ね合わせる際に、図１５の
ようにＲＧＢの各画素像をブラックマトリックスの領域
まで、ずらした状態で重ね合わせる様にする。第１の実
施例と同様の効果が得られるとともに、更に網目状の模
様が見えにくくなり、表示品位の高い画像が得られる。

【００２６】＜実施例８＞第８の実施例においては、実
施レイ１の投影型カラー液晶表示装置において、第２の
マイクロレンズ１７でＲＧＢを重ね合わせる際に、隣の
絵素と図１６（ｂ）のようにすこしオーバーラップす
る。図１６（ａ）に通常の画素像重ね合わせによる表
示、図１６（ｂ）に実施例８の画素像重ね合わせを示
す。第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、更
に網目状の模様が見えにくくなり、表示品位の高い画像
が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による投影
型カラー液晶表示装置は、出射側に設けた第１のマイク
ロレンズ及び第２のマイクロレンズ、または、それらの
特質を合わせ持った第３のマイクロレンズにより、ＲＧ
Ｂ画素の並列による縞模様が目立つという表示品位の劣
化及び／または画素と画素の間のブラックマスク部分が
目立つという従来技術の欠点を解消でき、画質を向上さ
せることができるという効果がある。また、絵素欠陥も
目立ちにくくなる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズ部分の動作説明図であ
る。

【図２】本発明の構成図である。

【図３】第１従来技術のＲ，Ｇ，Ｂ絵素配列図である。

【図４】第２従来技術のＲ，Ｇ，Ｂ絵素配列図である。

【図５】第３従来技術のＲ，Ｇ，Ｂ絵素配列図である。

【図６】実施例１のカラーフィルタ配列図である。

【図７】実施例１の投影画面を示す図である。

【図８】実施例１のマイクロレンズの斜視図である。

【図９】実施例２のマイクロレンズ斜視図である。

【図１０】実施例３のカラーフィルタ配列図である。

【図１１】実施例５のカラーフィルタ配列図である。

【図１２】実施例５のマイクロレンズの斜視図である。

【図１３】実施例５及び７のマイクロレンズ動作説明図
である。

【図１４】実施例７のカラーフィルタ配列図である。

【図１５】実施例８の投影絵素図である。

【図１６】通常の投影画面を示す図である。

【符号の説明】

１光源２反射鏡３コンデンサレンズ４カラーフィルタ５液晶パネル５ａ対向ガラス基板５ｂブラックマスク（BM）５ｃ液晶層５ｄ TFT（薄膜トランジスタ）ガラス基板６第１のマイクロレンズ７第２のマイクロレンズ８フィールドレンズ９投影レンズ１０スクリーン１１入射光１２出射光１６第１のマイクロレンズアレイ１７第２のマイクロレンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の絵素電極が設けられた透過型液晶
パネルと、該絵素電極の各々に対応したカラーフィルタ
ーをもつ液晶パネルと、この透過型液晶パネルを照明す
る光源と、投影レンズとを備えた投影型カラー液晶表示
装置において、ＲＧＢの１画素ユニットの透過光を１つ
に集光することにより、絵素電極の各々に対応した第１
のマイクロレンズを有する第１のマイクロレンズアレイ
基板と、第１のマイクロレンズで集光された１画素ユニ
ットの光を重ね合わせ平行光として出射する第２のマイ
クロレンズを有する第２のマイクロレンズアレイ基板が
液晶パネル出射側に設けられていることを特徴とする投
影型カラー液晶表示装置。
【請求項２】請求項１の投影型カラー液晶表示装置に
おいて、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズ
を一体的に合わせた光学特性を持つ第３のマイクロレン
ズを有する第３のマイクロレンズアレイ基板が液晶パネ
ル出射側に設けられていることを特徴とする投影型カラ
ー液晶表示装置。
【請求項３】請求項１の投影型カラー液晶表示装置に
おいて、上記カラーフィルターの赤（Ｒ），緑（Ｇ），
青（Ｂ）の絵素が、縦方向又は横方向の１ライン毎にス
トライプ配列され、該絵素の縦方向又は横方向の１ライ
ンに対応した上記第１のマイクロレンズと、第２のマイ
クロレンズを備え、縦方向又は横方向の１ライン毎でＲ
ＧＢを重ね合わせることを特徴とする投影型カラー液晶
表示装置。
【請求項４】請求項１の投影型カラー液晶表示装置に
おいて、第１のマイクロレンズでＲＧＢを重ね合わせる
際にＲ，Ｇ，Ｂの各々をブラックマトリクスの領域まで
わずかにズラした状態で重ね合わせることを特徴とする
投影型カラー液晶表示装置。
【請求項５】請求項１の投影型カラー液晶表示装置に
おいて、第２のマイクロレンズでＲＧＢを重ね合わせる
際に、各画素映像の周辺を隣りの画素映像の周辺とオー
バーラップさせて画素と画素の区切りを目立たなくする
ことを特徴とする投影型カラー液晶表示装置。