JPH09113899A - 反射型画像表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平板型マイクロレンズアレイを反射型画像表
示素子に組み合わせて明るさと投影レンズ径の小径化を
図る。 【解決手段】 反射型液晶表示素子１を構成する透光性
パネル２を、第１及び第２の平板型マイクロレンズアレ
イ１１，１２を積層して構成し、第１の平板型マイクロ
レンズアレイ１１にあっては、ガラス基板１２に形成し
た凹部１３に高屈折率樹脂を充填したレンズ部１４が設
けられ、このレンズ部１４で照射光を集光せしめるよう
にし、また第２の平板型マイクロレンズアレイ１２にあ
っては、ガラス基板１５に形成した凹部１６に高屈折率
樹脂を充填したレンズ部１７が設けられ、このレンズ部
１７で前記第１の平板型マイクロレンズアレイ１１のレ
ンズ部１４を透過した照射光を前記反射膜６に垂直に当
るように屈折せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はテレビの画面やコン
ピュータの画面を拡大して表示する液晶プロジェクタや
プロジェクタテレビジョン（ＰＴＶ）に組み込む反射型
画像表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】照射光源の明るさに応じて画面を明るく
できる液晶表示素子を用いたプロジェクタが、ブラウン
管方式のプロジェクタに代って用いられるようになって
きている。斯かる液晶表示素子として、画像を形成した
液晶層に照射光を入射せしめ、液晶層を透過した照射光
を光学系を介してスクリーンに投影する透過型の液晶表
示素子と反射型の液晶表示素子がある。

【０００３】反射型の液晶表示素子を用いたカラープロ
ジェクタの構成を図８に基づいて説明すると、白色光源
１００からの照射光をビームスプリッタ１０１を介して
ダイクロイックプリズム１０２に入射せしめて白色光を
赤色光、青色光、緑色光に分け、それぞれの照射光を反
射型液晶表示素子１０３に入射せしめ、一方、各反射型
液晶表示素子１０３にはそれぞれに対応したＣＲＴ１０
４の画像を写し出し、この画像を照射光の反射光として
読み出し、この読み出し光をビームスプリッタ１０１を
透過せしめ、各色の合成画像をスクリーン１０５に投影
するようにしている。

【０００４】前記反射型液晶表示素子１０３の構造は、
図９に示すように一対のガラス基板１１１，１１８の対
向面に透明電極１１２，１１７を形成し、透明電極１１
２上に例えばα−ＳiやＣdＳ等のフォトコンダクタ層１
１３、遮光層１１４及びミラー層１１５を形成する。こ
れと対抗側ガラス基板１１８との間に液晶層１１６を封
入して図９のようにセル組みし、両透明電極１１２，１
１７間に電圧をかける。

【０００５】ＣＲＴ１０４に映し出された映像は結像レ
ンズを介してフォトコンダクタ層１１３に結像する。フ
ォトコンダクタ層１１３の抵抗がこの像の光強度に比例
して変化するため、液晶層１１６にかかる電場もこれに
応じて変化し、従って反対面から照明光を液晶層１１６
に照射することによってＣＲＴ画像によって書き込まれ
た画像を反射光として読み出す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】カラープロジェクタに
あっては、３原色に対応した液晶表示素子１０３及びＣ
ＲＴ１０４を必要とし、装置全体が大型化してしまう。
そこで、１つの液晶表示素子１０３で済ますことができ
れば装置の小型化を図ることができる。

【０００７】透過型液晶表示素子に関しては１つの液晶
表示素子で照射光の明るさを落とすことなく装置の小型
化を図る提案が特開平４−６０５３８号公報になされて
いる。この公報に開示される透過型の液晶表示素子は図
１０に示すように、ガラス基板１２１，１２２の対向面
に走査電極１２１ａ，信号電極１２２ａを形成するとと
もに、スペーサ１２３にて形成されるガラス基板１２
１，１２２間の隙間に液晶１２４を充填し、更に照射光
が入射する側のガラス基板１２１に平板型マイクロレン
ズアレイ１２５を接合し、赤、青、緑の各照射光が信号
電極１２２ａ（画素開口部）に集中するようにしたもの
である。

【０００８】しかしながら、上述した方式を反射型の液
晶表示素子にそのまま組み込むと、図１１に示すように
反射光が平板型マイクロレンズアレイ１２５のレンズ部
の中心を通らず、照射光の有効利用が困難となる。

【０００９】照射光の有効利用を図るために、レンズ部
と画素の配列を図１２に示すようにすることも考えられ
る。このようにすれば図１３に示すように反射光が平板
型マイクロレンズアレイ１２５のレンズ部の中心を通
る。しかしながら、図１２からも明らかなように、反射
光がレンズ部の中心を通るようにするには、画素電極の
配列を直線上にすることができず不規則な配列としなけ
ればならず、他の部材の設計等に大きな制約が課せら
れ、トータル的に不利が大きい。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願の第１発明は、表示しようとする画像に対応して各
画素に入射する光線の反射率を制御する反射型画像表示
素子の反射光の読み出し側に透光性パネルを設け、この
透光性パネルを第１及び第２の平板型マイクロレンズア
レイを積層して構成し、第１の平板型マイクロレンズア
レイには照射光を集光せしめるレンズ部を設け、第２の
平板型マイクロレンズアレイには第１の平板型マイクロ
レンズアレイを透過した照射光が反射面に直角に当るよ
うに照射光を屈折せしめるレンズ部を設けた。

【００１１】また上記課題を解決するため本願の第２発
明は、反射型画像表示素子の読み出し側に設けられる透
光性パネルを、平板型マイクロレンズアレイにて構成
し、この平板型マイクロレンズアレイはガラス基板の両
面にレンズ部を形成し、液晶層から離れた位置に設けら
れたレンズ部は照射光を集光せしめ、液晶層に近い位置
に設けられたレンズ部は照射光を前記反射膜に垂直に当
るように屈折せしめるものとした。

【００１２】尚、本発明に係る反射型画像表示素子に
は、一対の透光性パネルの間に液晶層を設け、この液晶
層の背面側に反射面を設け、この反射面にて液晶層に照
射された照射光を反射し、この反射光を読み出し光とし
て出射するようにした反射型液晶表示装置、或いは、画
素毎に微小ミラーを備えたマイクロミラーアレイの反射
光の読み出し側に前記透光性パネルを設け、微小ミラー
の角度を各画素毎に制御することによって、マイクロミ
ラーアレイを照射する照射光の反射パターンを制御して
画像表示するマイクロミラーアレイ型画像表示素子を含
む。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
反射型画像表示素子としての反射型液晶表示素子の断面
図、図２は図１のＡ−Ａ方向矢視図である。

【００１４】反射型液晶表示素子１は、一対の透光性パ
ネル２，３の対向面に透明電極２ａ，３ａを形成し、透
明電極３ａ上に光導電層４、遮光層５及び反射膜６を形
成し、反射膜６と前記透光性パネル２との間の隙間に液
晶７を充填するとともに、反射膜６の上に画素電極８を
形成している。

【００１５】本願の第１発明にあっては、前記透光性パ
ネル２を第１及び第２の平板型マイクロレンズアレイ１
１，１２を積層して構成している。液晶７から離れた側
に位置する第１の平板型マイクロレンズアレイ１１にあ
っては、ガラス基板１３に形成した凹部１４に高屈折率
樹脂を充填したレンズ部１５が設けられ、このレンズ部
１５で照射光を集光せしめるようにし、また液晶７に近
い側に位置する第２の平板型マイクロレンズアレイ１２
にあっては、ガラス基板１６に形成した凹部１７に高屈
折率樹脂を充填したレンズ部１８が設けられ、このレン
ズ部１８で前記第１の平板型マイクロレンズアレイ１１
のレンズ部１５を透過した照射光を前記反射膜６に垂直
に当るように屈折せしめるようにしている。

【００１６】また、前記レンズ部１５，１８はその光軸
が共通するように互いに対応して設けられ、レンズ部の
１つの領域内には画素電極８の中心が３角形の頂点位置
に均等に配列されている。この配列にあっては、図に点
線で示すように赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の各画素
が複数のレンズ領域に亘って直線状に配列される。

【００１７】また、レンズ部１５，１８と画素電極８の
配列については図３に示すように、赤（Ｒ）、青
（Ｂ）、緑（Ｇ）の各画素を直線状に配列するとともに
１つのレンズ部１５，１８内に収めるようにしてもよ
く、或いは図４に示すようにレンズ部の輪郭形状を六角
でなく四角にしてもよい。

【００１８】更に、前記平板型マイクロレンズアレイ１
１，１２は焦点距離等を設定値に合せるべく研磨によっ
てガラス基板１３，１６の厚みを調整している。そし
て、平板型マイクロレンズアレイ１１，１２のレンズ部
１５，１８を形成するにあたっては、ガラス基板１３，
１６の研磨を行わない平滑面に対してエッチングにて凹
部１４，１７を形成し、この凹部１４，１７に高屈折率
樹脂を充填することでレンズ部１５，１８とする。この
ように、平滑面に対してエッチングすることで凹部１
４，１７を形成すれば研磨傷に沿ってエッチャントが流
れることがないので、平面視で偏りのない開口形状の凹
部を形成できる。また、凹部を形成しない面は研磨した
ため微細な研磨傷が残るが、この研磨傷は接着剤として
の高屈折率樹脂にて埋められるので、光学的には何ら問
題はない。

【００１９】以上において、ＣＲＴに映し出された映像
はフォトコンダクタ４で光−電変換され、ＣＲＴに映し
出された映像と同一の映像が液晶層７に形成される。一
方、３原色分けられた照射光は図５に示すように、異な
る角度で平板型マイクロレンズアレイ１１のレンズ部１
５に入射するが、このレンズ部１５で絞られて平板型マ
イクロレンズアレイ１２のレンズ部１８にて反射膜６に
垂直に当るように屈折せしめられ、反射膜６にて反射し
た読み取り光は照射光と同一の光路をたどって出射す
る。

【００２０】したがって、レンズ部１５の中心から照射
光が入射すれば、この照射光に対応する反射光もレンズ
部１５の中心から出射することになり、照射光の有効利
用が図れる。

【００２１】図６は液晶を用いた別実施例を示す図１と
同様の断面図であり、この実施例にあっては、透光性パ
ネル２を１枚の平板型マイクロレンズアレイにて構成し
ている。即ち、平板型マイクロレンズアレイのガラス基
板２０の両面に凹部２１，２２を形成し、各凹部２１，
２２に高屈折率樹脂を充填してレンズ部２３，２４とし
ている。尚、作用は前記した液晶表示素子と同様であ
る。

【００２２】図７はマイクロミラーアレイを用いた別実
施例（デジタルミラーデバイス）を示す図１と同様の断
面図であり、この実施例にあっては、Ｓi基板３０に対
してエッチングを施し、Ｓi基板３０の一部をマイクロ
ミラー３１として残す。即ち、マイクロミラー３１の裏
側を抉るような等方性のエッチングを施すことで、一部
がＳi基板３０につながったマイクロミラー３１を作製
するとともに、マイクロミラー３１の裏側にはマイクロ
ミラー３１を傾動させるマイクロミラー駆動系３２を設
けている。

【００２３】また、マイクロミラー３１が作製されたＳ
i基板３０の一面側にスペーサ３３を介してガラス基板
２０を取り付ける。このガラス基板２０の両面には前記
同様高屈折率樹脂を充填したレンズ部２３，２４が形成
され、更にガラス基板２０とＳi基板３０の一面側との
間にはマイクロミラー３１の傾動のためのスペース３４
を形成している。

【００２４】ここで、マイクロミラー３１が傾いていな
いときは反射光がほぼ１００％戻ってスクリーンに投影
され、マイクロミラー３１が傾いているときは反射光が
傾くため、レンズ部２３，２４を通過後、投影レンズに
けられてスクリーン光量が低下する。即ち、電気駆動
（ビデオ）信号をマイクロミラー駆動系３２に与えるこ
とにより、信号に対応してマイクロミラー３１を傾斜さ
せ、これによってスクリーンに濃淡画像が表示される。

【００２５】尚、平板型マイクロレンズアレイのレンズ
部を形成する方法としては、エッチングにて形成した凹
部に高屈折率樹脂を充填する方法に限らず、イオン交換
にて徐々に屈折率が変化するレンズ部を形成してもよ
い。また、図６の作用を示す図では、単板式のプロジェ
クタに用いる反射型の液晶表示素子を示したが、本発明
に係る反射型液晶表示素子は各種プロジェクタに組み込
むことが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように本願の第１発明に
よれば、所謂反射型液晶表示素子の液晶層を保持する一
対の透光性パネルのうち読み出し側の透光性パネルを、
第１及び第２の平板型マイクロレンズアレイを積層して
構成し、第１の平板型マイクロレンズアレイには照射光
を集光せしめるレンズ部を設け、第２の平板型マイクロ
レンズアレイには第１の平板型マイクロレンズアレイを
透過した照射光が前記反射膜に垂直に当るように屈折せ
しめるレンズ部を設けたので、照射光を液晶の画素電極
部に集光させ、且つ反射光を照射光と同一の光路を介し
て読み出すことができる。

【００２７】特に、平板型マイクロレンズアレイのレン
ズ部を、研磨を行わない平滑面に対してエッチングにて
凹部を形成し、この凹部に高屈折率樹脂を充填すること
でレンズ部とすることで、均一に拡散するエッチングが
行え、光学的に優れたマイクロレンズアレイとすること
ができる。

【００２８】また本願の第２発明によれば、反射型液晶
表示素子の液晶層を保持する一対の透光性パネルのうち
読み出し側の透光性パネルを、平板型マイクロレンズア
レイにて構成し、この平板型マイクロレンズアレイはガ
ラス基板の両面にレンズ部を形成し、液晶層から離れた
位置に設けられたレンズ部は照射光を集光せしめ、液晶
層に近い位置に設けられたレンズ部は照射光を前記反射
膜に垂直に当るように屈折せしめるものとしたので、前
記第１発明と同一の効果を発揮する。

【００２９】特に第２発明による場合には、１枚の平板
型マイクロレンズアレイの両面にレンズ部を形成したの
で部品点数を少なくして上記の効果を発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射型画像表示素子の断面図

【図２】図１のＡ−Ａ方向矢視図

【図３】レンズ部と画素の配列の別実施例を示す図２と
同様の図

【図４】レンズ部と画素の配列の別実施例を示す図２と
同様の図

【図５】照射光と反射光の光路を示す図

【図６】液晶を用いた別実施例を示す図１と同様の断面
図

【図７】マイクロミラーアレイを用いた別実施例を示す
図１と同様の断面図

【図８】従来の反射型液晶表示素子を用いたプロジェク
タの全体図

【図９】従来の反射型液晶表示素子の断面図

【図１０】単板式のカラー液晶プロジェクタに用いる従
来の透過型液晶表示素子の断面図

【図１１】図１０に透過型液晶表示素子を反射型液晶表
示素子に応用した場合の問題点を示す図

【図１２】図１１に示す問題点を完全するために考えら
れるレンズ部と画素の配列を示す図

【図１３】図１２の配列による場合の入射光と反射光の
光路を示す図

【符号の説明】

１…反射型液晶表示素子、２，３…透光性パネル、４…
光導電層、５…遮光層、６…反射膜、７…液晶、８…画
素電極、１１…第１の平板型マイクロレンズアレイ、１
２…第２の平板型マイクロレンズアレイ、１３，１６，
２０…ガラス基板、１４，１７，２１，２２…凹部、１
５，１８，２３，２４…レンズ部、３１…マイクロミラ
ー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示しようとする画像に対応して各画素
   に入射する光線の反射率を制御する反射型画像表示素子
   において、この反射型画像表示素子は反射光の読み出し
   側に透光性パネルを設け、この透光性パネルは第１及び
   第２の平板型マイクロレンズアレイを積層して構成さ
   れ、第１の平板型マイクロレンズアレイには照射光を集
   光せしめるレンズ部が設けられ、第２の平板型マイクロ
   レンズアレイには第１の平板型マイクロレンズアレイを
   透過した照射光が反射面に直角に当るように照射光を屈
   折せしめるレンズ部が設けられていることを特徴とする
   反射型画像表示素子。
2. 【請求項２】 表示しようとする画像に対応して各画素
   に入射する光線の反射率を制御する反射型画像表示素子
   において、この反射型画像表示素子は反射光の読み出し
   側に透光性パネルを設け、この透光性パネルは平板型マ
   イクロレンズアレイにて構成され、この平板型マイクロ
   レンズアレイはガラス基板の両面にレンズ部が形成さ
   れ、液晶層から離れた位置に設けられたレンズ部は照射
   光を集光せしめ、液晶層に近い位置に設けられたレンズ
   部は照射光が前記反射膜に直角に当るように照射光を屈
   折せしめるものであることを特徴とする反射型画像表示
   素子。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の反射型
   画像表示素子において、この反射型画像表示素子は少な
   くとも一方が前記の透光性パネルである一対のパネルの
   間に液晶層を設け、この液晶層の背面側に反射面を設
   け、この反射面にて液晶層に照射した照射光を反射せし
   めることで液晶層に表示した画像を反射光として取り出
   す反射型液晶表示素子であることを特徴とする反射型画
   像表示素子。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の反射型
   画像表示素子において、この反射型画像表示素子は各画
   素毎に微小ミラーを備えたマイクロミラーアレイを備
   え、このマイクロミラーアレイの反射光の読み出し側に
   前記透光性パネルを設け、前記微小ミラーの角度を各画
   素毎に制御することによって、マイクロミラーアレイを
   照射する照射光の反射パターンを制御して画像表示する
   マイクロミラーアレイ型画像表示素子であることを特徴
   とする反射型画像表示素子。