JP2003005164A

JP2003005164A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003005164A
Application number: JP2001185124A
Authority: JP
Inventors: Joji Nishimura; 城治西村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】集光装置と光源との間に空気とは異なる屈折
率を有する透明樹脂などを配することで光源からの光を
損失することなく集光装置に入射する。【解決手段】光源からの光をマイクロレンズアレイ３
を用いて液晶パネルの開口部に集光する構成の液晶装置
１において、光源とマイクロレンズアレイの間に空気と
異なる屈折率をもつ透明樹脂５などを配することによ
り、光源からの光を光源、及びマイクロレンズアレイ３
の基板間で損失することなく、マイクロレンズアレイに
入射することができる。このような構成にすることによ
り明るい表示を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光装置を使用し
て実効開口率の向上を図った液晶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置を用いた投写型表示
装置等に代表される液晶表示装置付き電子機器が注目さ
れている。そして、この種の液晶表示装置には、高性能
化、高精細化、高輝度化などの要求が高まっている。

【０００３】ここで、液晶表示装置を投写型表示装置に
用いる場合、高い拡大率でも画質に荒さが目立たないよ
うに、画素数を増やす必要がある。画素数を増やすと、
液晶表示装置では、画素以外の部分の面積もそれに伴っ
て多くなる。特に、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置では、その傾向が強い。画素以外の部分には一般的
にブラックマトリックスと呼ばれる遮光層が形成され
て、画素表示に係わる画素の開口部の面積が減少する。
この結果、精細化された液晶表示装置の開口率は非常に
小さくなり、表示装置が暗くなってしまう。

【０００４】このため、従来では各画素の開口部に画素
用の集光用マイクロレンズを設け、本来、非透過部に照
射されていた光を開口部に集光させる構造が採用されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明装
置からの光がマイクロレンズに入射する際に光源とマイ
クロレンズアレイとの間の空気層などの屈折率の違いに
より光が空気との界面で全反射し、その結果照明装置か
らの光の利用効率が低下してしまい、表示が暗くなると
いう問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る液晶装置は、複数の光学変調素子から
なる画素部を有する液晶パネルと、前記画素部に向けて
光を出射する光源を有する照明装置と、前記液晶パネル
と前記照明装置との間に配置され、前記光源からの光を
前記画素部へ集光する集光装置とを備える構成の液晶装
置において、前記照明装置と前記集光装置とを空気とは
異なる屈折率を有する透明樹脂で固定することを特徴と
している。ここで透明樹脂は集光装置、及び照明装置を
構成する透明基板の屈折率に略等しい屈折率を有する透
明樹脂であることが好ましい。一般的な透明基板の屈折
率は１．４５〜１．６５程度である。また、集光装置を
構成する透明基板の屈折率と、照明装置を構成する透明
基板の屈折率が異なる場合は、両屈折率の中間の屈折率
を有する透明樹脂であることが好ましい。通常一般的な
ガラス層から空気層への光の出射では臨界角は４０度程
度であり、４０度以上の広角の光は全反射され、空気層
へ出射することができない。しかし、透明樹脂を用いた
この構成によれば、照明装置からの光が照明装置の基板
もしくは前記集光装置の基板界面で表面反射することを
防止し、光を損失することなく集光装置に入射すること
ができる。このような効果により光源からの光の画素開
口部への利用効率の低下を防止し、明るい表示を行うこ
とができる。

【０００７】これらの構成において、集光装置として
は、マイクロレンズアレイ(ＭＬＡ)、レンチキュラーレ
ンズアレイ、コンデンサレンズアレイまたはシリンドリ
カルレンズアレイのいずれかが好ましい。

【０００８】また、これらの構成において、照明装置と
しては、発光ダイオード(ＬＥＤ)素子、レーザダイオー
ド(レーザ光を発する素子)、無機エレクトロルミネセン
ス(ＥＬ)素子または有機ＥＬ素子のいずれかの発光素子
であることが好ましい。

【０００９】照明装置として、複数のＬＥＤ素子または
ＥＬ素子を用いる場合、これらを２次元的または３次元
的に配列した点光源アレイとすることが好ましい。こう
すると、照明装置の発光効率を比較的高くすることがで
き、消費電力を低減することができる。またコストを低
減するという効果を有する。

【００１０】また、照明装置は、導光体の少なくともひ
とつの側面に設置された前記発光素子からの光を前記導
光体へ入射させ、該導光体の一面に設けた複数の開口部
から光を出射する導光型照明装置である構成も好まし
い。この構成によれば、導光体に複数の開口部を液晶パ
ネルの画素開口部に対応して作製することで容易に点光
源を作製することができ、パターニングなどの工程を省
くことが可能であり、生産性を向上させるという効果を
有する。

【００１１】ここで、前記照明装置と前記集光装置と前
記液晶パネルとが略等しい熱膨張係数を有する透明基板
により構成されることが望ましい。この構成によれば、
使用環境温度の変化に伴う膨張による照明装置、集光装
置、液晶パネルの相対的な位置ずれを防止することがで
きるので、集光率を低下することなく、光利用効率の高
い明るい表示が可能であるという効果を有する。さらに
また、該照明装置と該集光装置と該液晶パネルとを、透
明基板と略等しい熱膨張係数を有する透明材料で接着す
ることが望ましい。この構成によれば、使用環境温度の
変化に伴う膨張による照明装置、集光装置、液晶パネル
の相対的な位置ずれを防止することが可能となる。

【００１２】ここで前記透明材料の屈折率は前記透明基
板の屈折率に略等しいことが望ましい。この構成によれ
ば照明装置からの光を損失することなく集光装置に入射
することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】[実施例１]図１(a)は、本発明の第１実施
形態に係る液晶装置のうち、液晶パネル、集光装置、照
明装置の構成を示す平面図であり、図１(b)は、液晶装
置の構成を示す断面図である。なお、図が煩雑になるの
を避けるため、図1(b)において、断面であることを示す
斜線は省略されている。

【００１５】これらの図に示されるように、第１実施形
態に係る液晶装置１は、照明装置Ｌ１、集光装置２およ
び液晶パネルＤ１を、互いに位置合わせた構成となって
いる。また、集光装置２は、画素の開口部に対応してマ
イクロレンズ３を配列したものであり、空気とは異なる
屈折率を有する透明樹脂５により照明装置Ｌ１と接着さ
れている。さらに、液晶パネルＤ１は、本実施形態では
透過型である。

【００１６】ここで、照明装置Ｌ１、集光装置２および
液晶パネルＤ１は、熱膨張係数の略等しい透明基板を用
いて作製されることが好ましい。さらに、集光装置２と
液晶パネルＤ１とは、それらの外周部(非表示領域)にお
いて、熱膨張係数が液晶パネルを構成する基板と略等し
い透明接着剤(図示省略)で接着(接合)されている。さら
に、照明装置Ｌ１と集光装置２とは、それらの外周部
(非表示領域)において、その熱膨張係数が照明装置を構
成する基板と略等しい透明接着剤（図示省略）で接着さ
れている。

【００１７】なお、本発明では、光学変調素子としては
特に限定されず、例えばＴＮ型液晶や、ＧＨ型液晶、高
分子分散型液晶、横電界型液晶等が用いられる。

【００１８】液晶パネルＤ１は、複数の開口部を備えた
透過型光学変調素子を有している。集光装置２における
集光素子としては、特に限定されるものではなく、例え
ば、マイクロレンズ、シリンドリカルレンズ、コンデン
サレンズ、レンチキュラーレンズ等が用いられる。集光
素子は、マイクロフレネルレンズを用いることが好まし
い。これによりマイクロレンズアレイの厚さを薄くする
ことができ、小型・軽量・薄型化に有利である。

【００１９】また、マイクロレンズアレイの形成方法
は、特に限定されず、例えば、製造法としては、ガラスに拡散されたイオン濃度の分布を利用して屈折
率勾配型のレンズとする方法や、金型によりプラスチックあるいはガラスの表面をレン
ズ状の凹凸に形成する方法、熱可塑性樹脂を用いてレンズの平面形状にパターン化
し、その後熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱して流動さ
せることによりパターンエッジにダレを生じさせて凸レ
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施してパターンエ
ッジにボケを生じさせ、このボケに応じて光反応生成物
の量に分布をもたせて凸レンズ形状を得る方法、感光性樹脂に強度分布をもたせた光を照射して露光
し、光強度に応じた屈折率分布パターンを形成して微少
レンズとする方法、感光性ガラスに対する光照射によって生じる結晶化に
伴った収縮を利用して凸レンズを形成する方法、感光性樹脂を、アライナーを用いて所望のパターン状
に露光すると、非露光部から露光部に未反応のモノマー
が移動して露光部が盛り上がる、という現象を利用した
凸レンズ形成方法などが挙げられる。このうち、特に製
造法、、が好ましい。

【００２０】なお、マイクロレンズ３の平面視での形状
(平面形状)および寸法などは、特に限定されず、例え
ば、液晶パネルＤ１側の画素形状などに応じて適宜設定
される。マイクロレンズ３の平面視での形状としては、
液晶パネルＤ１の画素形状の相似形状が好ましく、例え
ば、長方形、正方形などの角形や、円形などが挙げられ
る。マイクロレンズアレイの構成材料の屈折率は高いほ
ど好ましい。なお一般的な光学材料の屈折率は１．４５
〜１．６５程度である。

【００２１】マイクロレンズアレイおよび保護ガラス８
は、それぞれ、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂な
どの各種樹脂や、各種ガラスで構成されている。なお、
マイクロレンズアレイの構成材料と保護ガラス８の構成
材料とは、同一でもよく、異なっていてもよい。

【００２２】また、マイクロレンズアレイは、保護ガラ
ス８と透明材料などで接着して作製してもよく、直接液
晶パネル基板に接着されてもよい。さらにまた、マイク
ロレンズアレイと保護ガラス８と透明材料とは、熱膨張
係数の略等しい材料により作製されることが好ましい。

【００２３】くわえて、マイクロレンズアレイは、保護
ガラス８との間に窒素などの気体を封入し、保護ガラス
８と接着し作製されてもよい。

【００２４】画素照明用素子４としては特に限定される
ものではなく、例えばＬＥＤ素子、レーザ光を発する素
子、無機ＥＬ素子、有機ＥＬ素子などが用いられる。こ
こで、画素照明用素子４としてＬＥＤ素子を用いる場合
には、発光効率を比較的高くすることができ、またコス
トを低減することができる。さらに画素照明用素子４と
して無機ＥＬ素子や有機ＥＬ素子を用いる場合には、Ｅ
Ｌ素子はそのパターニングが容易であり、その製造を容
易に行うことができ、量産性に優れる。

【００２５】以下液晶パネルＤ１の構造を具体的に説明
する。図２は液晶パネルＤ１の構成を模式的に表した構
造図である。液晶パネルＤ１は、透明な基板１０と、基
板１０の図２中下側表面に形成され、図２の紙面に対し
て垂直な方向に沿って並設された複数の帯状の透明電極
１１と、基板９の下側に所定距離離間するように配置さ
れた透明な基板１２と、基板１２の図２中上側の表面に
形成されたブラックマトリクス１４および複数の図２中
横方向に沿って並設された帯状の透明電極と、基板と基
板との間に設けられ、液晶を含有する液晶層１３と透明
電極と透明電極との交差部に対応する複数のスイッチン
グ素子(図示しない)とを有している。

【００２６】透明電極１１と透明電極１５とは、略直行
しており、これらの各交差部(交差部の近傍の部分も含
む)が、それぞれ、１画素に相当する。

【００２７】透明電極１１および１５との間で充放電を
行うことにより、液晶層１３の液晶が駆動される。この
透明電極１１および１５は、それぞれ、例えば、インジ
ウムティンオキサイド(ＩＴＯ)等で構成される。

【００２８】ブラックマトリクス１４には、複数の開口
部１６が行列状に形成されている。この開口部１６は、
透明電極１１と透明電極１５との交差部に位置し、１画
素に対応している。この開口部１６により、液晶パネル
Ｄ１の透光窓部(光が透過し得る部分)が構成される。

【００２９】[実施例２]次に、本発明の第２実施形態に
ついて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る
液晶装置の構成を模式的に示す縦断面図である。なお、
図が煩雑になるのを避けるため、図３において、断面で
あることを示す斜線は省略されている。また、説明の重
複を避けるため、第２実施形態に係る液晶装置１につい
ては、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明
し、同様の事項については、その説明を省略することに
する。

【００３０】図３に示す液晶装置１は、半透過半反射型
液晶装置であって、前述した第１実施形態の透過型液晶
パネルＤ１を、半透過半反射型の液晶パネルＤ２に代え
たものであり、第１実施形態のブラックマトリクス６を
反射膜１７に代えたものである。照明装置としては、複
数の発光素子１８からなる点光源アレイであって、前述
した第１実施形態の照明装置Ｌ１を点光源アレイ照明装
置Ｌ２に代えたものである。また、赤色の光を発する赤
色発光素子と、緑色の光を発する緑色発光素子と、青色
の光を発する青色発光素とを単位ユニットとする少なく
とも１つ以上の発光ユニットからなる発光素子でもよ
い。また複数の発光素子を２次元的に配列したものでも
よく、また立体的に配列してもよい。

【００３１】液晶装置としては複数の発光素子からの光
を、１つまたは複数の画素へ集光するように構成されて
いてもよく、ひとつの発光素子からの光を複数の画素へ
集光するように構成されていてもよい。

【００３２】複数の発光素子からの光を、１つまたは複
数の画素へ集光する場合、特に該各色発光素子からの光
を対応する各色画素へ集光するのに有利である。１つの
発光素子からの光を複数の画素へ集光する場合、発光素
子からの光を特に図示しない分光手段を用いて分光すれ
ば、各色画素へ集光が有利となる。

【００３３】この第２実施形態に係る液晶装置１によれ
ば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００３４】ここで、本発明者は、実施形態における接
着を行った液晶装置と、空気層を介して接着を行った液
晶装置とにおいてパネル上で輝度を測定した。この測定
の際、照明装置として電圧５V印加時、３００cd/m^２の
輝度を有する複数の有機ＥＬ素子が２次元的に配列して
なる点光源アレイを用いた。また、参考のため、集光装
置を省いた液晶装置も測定した。

【００３５】図４は、接着方法を変えて構成された液晶
装置における液晶パネル上での輝度及び光の利用効率を
示す図である。このグラフより空気層を介して接着され
た液晶装置では、光源からの光利用効率は約９％程度で
あるのに対し、本実施形態での接着方法を用いた場合、
光利用効率は約１３％と格段に向上して、空気層を介し
て接着された場合と比較して４０％程度の光利用効率向
上の効果が示された。

【００３６】なお、本発明は、液晶装置を図示の各実施
形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定され
るものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任
意の構成のものに置換することができる。例えば、実施
形態では、光学変調パネルとして、透過型の液晶パネル
または半透過半反射型の液晶パネルを用いているが、本
発明では、光学変調素子は液晶パネルには限定されな
い。

【００３７】また、本発明の液晶装置は、複数色を表示
し得る表示装置、例えばフルカラーの表示装置であって
もよく、また、モノクロの表示装置であってもよい。

【００３８】また本発明の液晶装置は、例えば、ラップ
トップ型パーソナルコンピュータやノート型パーソナル
コンピュータなどのモニタ(ディスプレイ)のほか、テレ
ビジョンのモニタ、テレビ電話のモニタ、さらには携帯
電話(PHSを含む)や、電子手帳、電子辞書、電子カメラ
(デジタルカメラ)、ビデオカメラ、ヘッドマウンドディ
スプレイなどの携帯電子機器用モニタなどの直視型表示
装置、プロジェクターなどの投写型表示装置に適用する
ことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、照
明装置からの光を損失することなく集光装置に入射し、
明るい表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶装置の構成
を模式的に示す構造図である。

【図２】本発明における液晶パネルの構成を模式的に
表す構造図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る液晶装置の構成
を模式的に示す断面構造図である。

【図４】本発明における透明樹脂を使って接着した場
合と透明樹脂を使わないで接着した場合の光利用効率を
示す図である。

【符号の説明】

１……液晶装置２……集光装置３……マイクロレンズ４……画素照明用素子５……透明樹脂６、１４……ブラックマトリクス７、１６……開口部８……保護ガラス９……透明樹脂１０……基板１１……透明電極１２……基板１３……液晶層１５……透明電極１７……反射膜１８……点光源Ｄ１……透過型液晶パネルＤ２……半透過反射液晶パネルＬ１……照明装置Ｌ２……点光源アレイ照明装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 ＭＦターム(参考） 2H091 FA14Y FA23Z FA28Z FA29Z FA35Y FA44Z FA45Z FA46Z FD06 FD14 GA13 GA17 HA06 HA07 HA08 JA02 LA30 MA07 5F041 AA03 DA13 DA43 DA77 DA82 DA92 DB08 FF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光学変調素子からなる画素部を有
する液晶パネルと、前記画素部に向けて光を出射する光源を有する照明装置
と、前記液晶パネルと前記照明装置との間に配置され、前記
光源からの光を前記画素部へ集光する集光装置とを備え
る液晶装置において、空気とは異なる屈折率を有する透明樹脂により前記集光
装置と前記照明装置を接着することを特徴とする液晶装
置。
【請求項２】前記透明樹脂の屈折率は前記集光装置を
構成する透明基板の屈折率と前記証明装置を構成する透
明基板の屈折率とのほぼ中間の屈折率であることを特徴
とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】前記集光装置は、マイクロレンズアレイ
(MLA)、レンチキュラーレンズアレイ、コンデンサレン
ズアレイまたはシリンドリカルレンズアレイのいずれか
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装
置。
【請求項４】前記照明装置は、発光ダイオード(ＬＥ
Ｄ)素子、レーザダイオード(レーザ光を発する素子)、
無機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子または有機ＥＬ
素子のいずれかの発光素子であることを特徴とする請求
項１記載の液晶装置。
【請求項５】前記照明装置は、複数のＬＥＤ素子また
はＥＬ素子を、２次元的に配列した点光源アレイである
ことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項６】前記照明装置は、導光体の少なくともひ
とつの側面に設置された前記発光素子からの光を前記導
光体へ入射させ、該導光体の一面に設けた複数の開口部
から光を出射する導光型照明装置であることを特徴とす
る請求項４記載の液晶装置。
【請求項７】前記照明装置と前記集光装置と前記液晶
パネルとが略等しい熱膨張係数を有する透明基板により
構成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装
置。
【請求項８】請求項３記載の液晶装置であって、前記
透明基板と略等しい熱膨張係数を有する透明材料によっ
て前記照明装置と前記集光装置と前記液晶パネルとが接
着されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装
置。
【請求項９】前記照明装置と前記集光装置と前記液晶
パネルとが屈折率の略等しい透明基板により作製される
ことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項１０】前記液晶パネルは、透過型液晶パネル
または半透過半反射型液晶パネルであることを特徴とす
る請求項１記載の液晶装置。