(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、
上記反射型画素電極は１層構造であって、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下に設定したことを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項２】
干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、
上記反射型画素電極は、１００μｍ以下のピッチで形成された第１反射型画素電極とその第１反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第２反射型画素電極の２層構造であって、
上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を０.２５以上かつ０.４以下に設定したことを特徴とする投影型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型液晶表示素子からの反射光を投影レンズにより集光して被投影物に投影する投影型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影型画像表示装置としては、光源からの光を映像信号に応じて変調する透過型液晶表示素子と、上記透過型液晶表示素子からの透過光を集光してスクリーンに投影する投影レンズとを備えたものがある(特開平３−５１８８２号公報)。この透過型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置では、光源からの光が光学系を通過し、透過型液晶表示素子に入射して、マイクロレンズで集光された後に画素領域を通過する。そして、上記画素領域を通過した光は、投影レンズの中心に向かう光束のまわりにマイクロレンズの開口数ＮＡで決まる角度内の円錐状に光が広がる。このため、上記投影型画像表示装置では、投影レンズの開口数をマイクロレンズの開口数よりも大きくして、照明光の利用率を高くすることによって、表示画面の明るさを向上している。
【０００３】
このような透過型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置に対して、コストが高いマイクロレンズなしに、同じサイズで透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくでき、投影画像の明るさを向上できる反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置が提案されている。この反射型液晶表示素子では、ＴＦＴ(薄膜トランジスタ)上に反射型画素電極を形成することができるため、同じ液晶表示素子サイズで透過型液晶表示素子よりも開口率を大きくとることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置では、反射型画素電極のピッチが１００μｍ以下になると、干渉効果により反射光が拡がるため、投影レンズで全反射光を捉えられず、照明光の利用率が低くなるという欠点がある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、反射型画素電極のピッチが１００μｍ以下でも、照明光の利用率が高く、表示画面を明るくできる投影型画像表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は１層構造であって、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下に設定したことを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１の投影型画像表示装置によれば、光源から入射された光は、上記反射型液晶表示素子の反射型画素電極で反射した後、その反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を上記投影レンズにより集光してスクリーン等の被投影物に投影する。このとき、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を投影レンズが捉えるように、投影レンズの開口数を設定したので、反射型画素電極のピッチが１００μｍ以下でも、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【０００８】
【０００９】
本出願人は、画素電極の構造が１層構造の反射型液晶表示素子について、基準の反射試料に対する相対反射光強度を調べた結果、上記投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下において、投影レンズが反射型液晶表示素子からの全反射光を捉え、相対反射光強度が略変わらないことが分かった。したがって、上記請求項１の投影型画像表示装置によれば、投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【００１０】
また、請求項２の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を上記反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は、１００μｍ以下のピッチで形成された第１反射型画素電極とその第１反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第２反射型画素電極の２層構造であって、上記反射型液晶表示素子の上記各反射型画素電極から反射して干渉効果により拡がる全反射光を上記投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を０.２５以上かつ０.４以下に設定したことを特徴としている。
【００１１】
上記請求項２の投影型画像表示装置によれば、光源から入射された光は、上記反射型液晶表示素子の第１,第２反射型画素電極で反射した後、その反射型液晶表示素子の第１,第２反射型画素電極からの反射光を上記投影レンズにより集光してスクリーン等の被投影物に投影する。本出願人は、画素電極の構造が２層構造の反射型液晶表示素子について、基準の反射試料に対する相対反射光強度を調べた結果、上記投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下において、投影レンズが反射型液晶表示素子からの全反射光を捉え、相対反射光強度が略変わらないことが分かった。したがって、上記投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の投影型画像表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１はこの発明の実施の一形態の投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造を示す概略図であり、図２は上記投影型画像表示装置に用いられる他の反射型液晶表示素子の画素電極構造を示す概略図である。
【００１４】
図１に示す反射型液晶表示素子の画素電極構造は、略正方形状の複数の反射型画素電極１１を碁盤の目状に配列している。上記複数の反射型画素電極１１の下側には、反射型画素電極１１の水平方向の列に沿ってアルミニウム製の配線１２を夫々形成している。上記複数の反射型画素電極１１とその下側の配線１２とをコンタクトホール１３により電気的に夫々接続している。上記反射型画素電極１１の縦方向および横方向の配列ピッチをａ、隣接する画素電極間の抜きの長さをｂとする。なお、上記反射型画素電極１１は、スパッタ法または蒸着法によって作製された１０００〜３０００Å厚のアルミニウム膜である。
【００１５】
また、図２に示す反射型液晶表示素子の画素電極構造は、略正方形状の複数の第１反射型画素電極２４を碁盤の目状に配列している。上記複数の第１反射型画素電極２４の下側には厚さ１μｍ以下の樹脂等の透明絶縁膜２９を形成し、さらにその透明絶縁膜２９の下側にＬ型をした第２反射型画素電極２５(アルミニウム製)を形成している。そして、上記第１,第２反射型画素電極２４,２５はコンタクトホール２６,２７を介して配線２８に電気的に夫々接続されている。
【００１６】
このようにして形成された反射型画素電極構造を便宜上「２層電極」と呼び、それに対して図１のような反射型画素電極構造を「１層電極」と呼ぶことにする。
【００１７】
図３は図１,図２に示す反射型画素電極構造を図示しない液晶セルの片側基板上に形成した反射型液晶表示素子３４を用いた投影型画像表示装置の概略図である。
【００１８】
図３に示すように、上記投影型画像表示装置は、図示しない光源からの入射光(図中左側から右側に向かって入射される白色光)３１を偏光する偏光板３２と、上記偏光板３２を介して入射された偏光を図中下方に反射する偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter)３３と、上記偏光ビームスプリッタ３３で反射された偏光が照射される反射型液晶表示素子３４と、上記反射型液晶表示素子３４から偏光ビームスプリッタ３３を通過した反射光を偏光する偏光板３５と、上記偏光板３５を通過した反射光を被投影物としてのスクリーン(図示せず)等に投影する投影レンズ３７とを備えている。
【００１９】
上記構成の投影型画像表示装置では、入射光３１が偏光板３２を通過してＰ偏光され、そのＰ偏光された光を偏光ビームスプリッタ３３で反射型液晶表示素子３４側に反射して、反射されたＰ偏光を反射型液晶表示素子３４に入射する。そして、上記反射型液晶表示素子３４で反射したＳ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ３３を通過し、さらに偏光板３５を通過した反射光３６を投影レンズ３７で集光,拡大した後、スクリーン等に投影して表示する。
【００２０】
上記投影型画像表示装置の反射型液晶表示素子３４において、図１,図２に示す反射型画素電極１１,２４,２５がａ＝１００μｍ以下の画素ピッチで配列されている場合、反射型画素電極１１,２４,２５で反射した光３６は干渉効果によって図３に示す角度θの分布を有する。
【００２１】
そこで、本出願人は、図１,図２に示す反射型画素電極１１,２４,２５を用いた反射型液晶表示素子の反射光の角度分布を液晶評価装置(大塚電子製)を用いて調べた。その結果を図４,図５に示す。なお、図４,図５において、反射光強度は各液晶セルの最大強度で規格化し、横軸は液晶セルの表面に垂直な方向をゼロ度とする検出角、縦軸は相対反射光強度である。
【００２２】
上記液晶評価装置の検出器のレンズの開口数ＮＡ(Numerical Aperture)は、
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ
で表され、屈折率ｎ＝１,θ＝３.５°のとき、開口数ＮＡ＝０.０６である。
【００２３】
図４,図５の試料は、次の(１)〜(４)である。
(１)  試料[Ａl−mirror]
アルミニウム膜(キノメレスグリオ製)。
(２)  試料[ＴＦ６−４]
画素ピッチａ＝１００μｍの１層電極。
(３)  試料[ＴＦ６−１Ｌ６],[ＴＦ６−１Ｌ５]
画素ピッチａ＝２８μｍ、隣接する画素間の抜きの長さｂ＝２〜３μｍの１層電極。
(４)  試料[ＴＦ６−２Ｌ１],[ＴＦ６−２Ｌ２]
画素ピッチａ＝２８μｍ、画素間の抜きｂ＝２〜３μｍの２層電極。
【００２４】
なお、試料[Ａl−mirror]は、画素は全く形成されておらず、図４に示すように、約２.４°の検出角で反射強度がゼロとなっている。また、上記試料[Ａl−mirror]以外の試料(２)〜(４)は、いずれも検出角４°で反射強度が相対強度で数パーセントあり、干渉効果によって、反射光が広がっていることが分かる。
【００２５】
次に、表１〜表３は、レンズの開口数０.１３,０.２５,０.４において、試料(２)〜(４)の液晶セルに所定の印加電圧を与えたときの基準の反射試料であるＡg１０試料に対する相対反射光強度(相対強度)を示している。
【表１】
0003641374.tif 000002
【表２】
0003641374.tif 000003
【表３】
0003641374.tif 000004
これら表１〜表３によれば、１層電極の試料[ＴＦ６−１Ｌ５],[ＴＦ６−１Ｌ６]において、レンズの開口数０.４のときの相対強度に対するレンズの開口数０.１３のときの相対強度の比は、
試料[ＴＦ６−１Ｌ５]  ：  ０.３６／０.３８
試料[ＴＦ６−１Ｌ６]  ：  ０.３８／０.４５
であり、レンズの開口数０.４のときの相対強度に対するレンズの開口数０.２５のときの相対強度の比は、
試料[ＴＦ６−１Ｌ５]  ：  ０.３５／０.３８
試料[ＴＦ６−１Ｌ６]  ：  ０.４２／０.４５
であるので、レンズの開口数０.１３とレンズの開口数０.２５との差は小さい。したがって、１層電極ではレンズの開口数０.１３〜０.４が望ましいことが分かる。
【００２６】
また、２層電極の試料[ＴＦ６−２Ｌ１],[ＴＦ６−２Ｌ２]において、レンズの開口数０.４のときの相対強度に対するレンズの開口数０.１３のときの相対強度の比は、
試料[ＴＦ６−２Ｌ１]  ：  ０.３１／０.３７
試料[ＴＦ６−２Ｌ２]  ：  ０.３８／０.４２
と全般的に小さく、レンズの開口数０.４のときの相対強度に対するレンズの開口数０.２５のときの相対強度の比は、
試料[ＴＦ６−２Ｌ１]  ：  ０.３５／０.３７
試料[ＴＦ６−２Ｌ２]  ：  ０.４２／０.４２
と開口数０.１３のときより略１に近い。したがって、２層電極では、レンズの開口数０.２５〜０.４が望ましいことが分かる。
【００２７】
このように、反射型液晶表示素子の大きさと拡大率によって投影レンズの開口数が設定されるのではなく、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を投影レンズが全て捉えるように、投影レンズの開口数を設定することによって、反射型画素電極のピッチが１００μｍ以下で干渉効果により反射光が広がっても、照明光の利用率を高めて、表示画面の明るい投影型画像表示装置を実現することができる。
【００２８】
また、上記反射型画素電極が１層電極構造の場合、投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【００２９】
さらに、上記反射型画素電極が２層電極構造の場合、投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下にすることによって、照明光の利用率を高めて、表示画面を明るくできる。
【００３０】
上記実施の形態では、電極材料,配線材料としてアルミニウムを用いたが、他の銀,金および銅またはそれらの合金材料等を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は１層構造であって、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により広がる全反射光を投影レンズが捉えるように、投影レンズの開口数を０.１３以上かつ０.４以下に設定したので、反射型画素電極の配列ピッチが１００μｍ以下で干渉効果により反射光が拡がっても、照明光の利用率が高くなり、表示画面を明るくすることができる。
【００３２】
【００３３】
また、請求項２の発明の投影型画像表示装置は、干渉効果により反射光が拡がる１００μｍ以下のピッチで形成された反射型画素電極を有し、光源から入射された光を反射型画素電極で反射する反射型液晶表示素子と、上記反射型液晶表示素子の各反射型画素電極からの反射光を集光して被投影物に投影する投影レンズとを備え、上記反射型画素電極は、第１反射型画素電極とその第１反射型画素電極の下側に絶縁膜を介して形成された第２反射型画素電極の２層構造であって、反射型液晶表示素子の各反射型画素電極から反射して干渉効果により広がる全反射光を投影レンズが捉えるように、上記投影レンズの開口数を０.２５以上かつ０.４以下に設定したので、第１,第２反射型画素電極の配列ピッチが１００μｍ以下で干渉効果により反射光が拡がっても、照明光の利用率が高くなり、表示画面を明るくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施の一形態の投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造(１層電極)を示す概略図である。
【図２】  図２は上記投影型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示素子の画素電極構造(２層電極)を示す概略図である。
【図３】  図３は図１,図２の反射型液晶表示素子を用いた投影型画像表示装置の概略図である。
【図４】  図４は上記反射型液晶表示素子(１層電極)の液晶評価装置による相対反射光強度の検出角依存性を示す図である。
【図５】  図５は上記反射型液晶表示素子(２層電極)の液晶評価装置による相対反射光強度の検出角依存性を示す図である。
【符号の説明】
１１…画素電極、１２…配線、１３…コンタクトホール、
２４,２５…画素電極、２６,２７…コンタクトホール、２８…配線。
【図１】
0003641374.tif 000005
【図２】
0003641374.tif 000006
【図３】
0003641374.tif 000007
【図４】
0003641374.tif 000008
【図５】
0003641374.tif 000009