(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源からの第１色光と第２の光源からの第２色光と第３の光源からの第３色光をそれぞれ反射して映像を表示する反射型素子を備えた表示装置において、
前記反射型素子は、前記第１、第２、及び第３の光源に応じた互いに異なる角度を設けて配置された反射電極からなる画素電極を有する、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１、第２、及び第３の光源の前記画素電極からの反射光が一点に集光するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１、第２、及び第３の光源の光は素子に対し平行光となるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１、第２、及び第３の光源からの光の光路には、前記第１、第２、及び第３色光に応じたカラーフィルタが着脱切換自在に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
光源と、
前記光源からの光を反射した反射光が２点に集光するように設けられた、互いに異なる２つの角度を設けて配置された反射電極からなる画素電極を有する反射型素子と、
２点に集光された前記反射光をそれぞれ独立に投影する２つの投影レンズと、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記光源の光は素子に対し平行光となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記反射型素子は、液晶素子であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記反射型素子は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする請求項１乃至６に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラレコーダーのビューファインダー、プロジェクターの光バルブ等、テレビ画像の高解像度の映像表示に用いられる表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、対角４０インチを越えるような大画面表示を実現するために、プロジェクタ方式の表示装置の開発が盛んに行われている。こうした表示装置としては液晶パネルを用いたものやデジタルマイクロミラーデバイスを用いたものがある。中でも液晶を用いた反射型液晶表示装置は、数インチの液晶パネルを用いてスクリーンに拡大投影するものであり、大画面映像が容易に得られ、将来が有望視されている。
【０００３】
この反射型液晶表示装置は、フルカラー表示を行うために、赤、緑、青の各色ごと液晶パネルを用いる３板式と、１枚の液晶パネル内に赤、緑、青のカラーフィルタを内蔵させる単板式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の３板式では高価な液晶パネルが３枚も必要であり、また色合成のための光学系が必要となるため、システムが大型化し、また高価なものになってしまう。また、後者の単板式の場合は、液晶パネル内に画素ごとにオンチップで微細なカラーフィルタを形成する必要があるため、パネルの製造の歩留まりが低くコストが高くなる。
【０００５】
本発明は、製造コストが低く、かつ小型で高精細な表示が得られる液晶表示装置の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の光源からの第１色光と第２の光源からの第２色光と第３の光源からの第３色光をそれぞれ反射して映像を表示する反射型素子を備えた表示装置において、
前記反射型素子は、前記第１、第２、及び第３の光源に応じた互いに異なる角度を設けて配置された反射電極からなる画素電極を有する、ことを特徴とする。
【０００７】
なお、この場合に前記第１、第２、及び第３の光源の前記画素電極からの反射光が一点に集光するように構成するとより好ましい。
【０００９】
更に、前記第１、第２、及び第３の光源の光は素子に対し平行光になるように構成するとよい。
【００１０】
また、前記第１、第２、及び第３の光源からの光の光路には、前記第１、第２、及び第３色光に応じたカラーフィルタが着脱切換自在に配置することが望ましい。
【００１１】
また、光源と、前記光源からの光を反射した反射光が２点に集光するように設けられた、互いに異なる２つの角度を設けて配置された反射電極からなる画素電極を有する反射型素子と、２点に集光された前記反射光をそれぞれ独立に投影する２つの投影レンズと、を有することを特徴とする。
【００１２】
なお、以上構成に基づき、各光源から照射された光は、反射型素子の各画素電極を構成する反射電極で反射され集光される。各光源の光がカラーフィルタを介して照射されると、素子に印加させる信号に基づき集光点にはフルカラーの映像が表示される。この映像をレンズを介して覗いたりあるいはスクリーン上に投射すると高精細な映像を表示することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本第１の実施の形態は液晶表示装置に本発明を適用した実施の形態である。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態の特徴をもっとも良く表す図面であり、同図において、１は光源、２は集光レンズ、３（３Ｂ，３Ｇ，３Ｒ）はマイクロミラー、４は遮光板、５はピンホール（又はスリット）、６はレンズである。このレンズ６の焦点位置には遮光板４、マイクロミラー３、ピンホール５とが配置され、テレセントリック光学系を形成している。
【００１６】
７は、反射型液晶パネル（素子）で、該液晶パネル７の反射画素電極８（８Ｂ，８Ｇ，８Ｒ）は画素により傾斜角度が異なっている。液晶パネル７は、液晶に印加される電圧により光の散乱・非散乱を切り換えることができる高分子分散型液晶パネルが好適であるが、これに限るものではなく、ゲストホスト型液晶パネルなど他の液晶材料を用いたパネルでもよい。
【００１７】
９は、赤外線カット板、１０（１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ）はカラーフィルタ切換装置で、カラーフィルタを通さずに照明する状態と各カラーフィルタ（赤もしくは緑もしくは青等）を通して照明する状態のいずれかを選択できる。
【００１８】
１１は投影レンズ、１２はスクリーンである。１３〜２０は各光束である。
【００１９】
本実施の形態では、カラー表示を行うために、赤、緑、青の各色に対応して光源系を３組配置している。
【００２０】
たとえば、赤外線カット板９とカラーフィルタ切換装置１０Ｒを通った光はフィルタにより赤色光のみが取り出され、集光レンズ２でマイクロミラー３Ｒに集光される。マイクロミラー３はレンズ６の焦点位置に配されるため小さく形成でき、その領域に集光レンズ２で集光する。マイクロミラー３は光源１の各配置に合わせてそれぞれ異なる位置に異なる反射面の傾きをもって配置される。マイクロミラー３Ｒによって反射した光束は１４に示す如くレンズ６に入射する。前述したようにレンズ６の焦点位置にマイクロミラー３が配置されているのでレンズ６からは平行光１５が液晶パネル７に入射する。液晶パネル７の反射画素電極８Ｒでの反射光は符号１７に示す如く入射光１６とは、角度θをなしている。
【００２１】
この光束１７はレンズ６により光束１８に示す如く、ピンホール５のところに集光する。反射画素電極８の傾斜角度は、それぞれに対応するマイクロミラー３及び光源１の配置に合わせてピンホール５に集光するように設定されている。マイクロミラー３Ｒで反射されて、反射画素電極８Ｒとは異なる傾斜角度を有する８Ｂ、８Ｇに入射した光は、ピンホール５に集光せず、遮光板４で遮光される。
【００２２】
よって、上記構成をとることで、画素ごとに赤・緑・青の各色を割り当てて、単板パネルでカラ一表示を行うことができる。
【００２３】
以上は液晶パネル７で光束が散乱されない場合であり、一方散乱された場台は、パネルからの反射光の中にはほとんど平行成分がなくなるため、遮光板４で遮光され、ピンホール５を通過しない。
【００２４】
ピンホール５を通過した光束１９は投影レンズ１１によりスクリーン１２に投影される。
【００２５】
１つのフィルタ切換装置１０に用いるフィルタは、赤・緑・青のうちいずれか一色からなり、液晶パネルにオンチップで形成する型ではないので、簡単でかつ低コスト、高歩留まりで実現できる。また、フィルタ切換装置でフィルタを切り換えることで、高精細なモノクロ表示やモノカラー表示の選択が自由になる。
【００２６】
単板式の場合、フルカラーでは３つの色ドットで１ピクセルを構成していたのに対し、１つの色ドットで１ピクセルを構成するため、より高精細な映像が得られる。たとえば、本発明の装置をプレゼンテーションに用いる場合、写真や絵を表示するときにはカラー表示で行い、文字を主に表示するときにはより高精細なモノクロ表示に切り換えるなどすることにより、従来に比べわかりやすくかつ効果的なプレゼンテーションが可能になる。
【００２７】
また、本発明の液晶パネルは単板式の装置に適用でき、３板式に比べ光学系も簡略化できるため、低コストでコンパクトに実現することができる。また、多連投射方式で生じていたスクリーン上での表示像の位置合わせが難しいといった問題も起こらない。
【００２８】
図２は、本実施の形態の構造を立体的に示した模式図である。レンズ６から液晶パネル７に照射される光は平行光線であるので、反射画素電極８に赤・緑・青の三色に対応して３方向の異なる角度をもたせることで上述した効果を得る事ができる。
【００２９】
図３に前記液晶パネル７の断面構造図を示す。
【００３０】
２０１はＳｉ、石英、ガラスやアルミナ、セラミックス、金属等からなる基板、２０２は画素部トランジスタを形成する為の半導体ボディであるＳｉ層である。機能素子としての画素部トランジスタとしては、Ｓｉ基板上や、Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（Ｓ０Ｉ）基板上に形成された単結晶トランジスタや、ガラスや石英基板上に形成された多結晶Ｓｉトランジスタ、アモルファスＳｉトランジスタ等が用いられる。また、トランジスタに代えて別の機能素子であるダイオードやＭｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）といった２端子素子が使われる場合もある。２０３、２０４はそれぞれトランジスタのソース、及びドレイン部、２０５はゲート酸化膜を介してＳｉ層２０２上に形成されたゲート電極、２０６は反射画素電極であり、アルミニウム、銀、金等の金属又は合金からなる反射性導電体で形成されており、トランジスタのドレイン２０４と接続されている。
【００３１】
２０７は第１の層間膜である。２０８は反射画素電極２０６に所望の傾斜をつけるための第２の層間膜である。たとえばシリコン酸化膜で第１の層間膜２０７を形成し、その上にシリコン窒化膜を堆積・パターニングして第２の層間膜２０８を形成することで、所望の傾斜を実現できる。
【００３２】
２０９は液晶であり、具体的には高分子分散型液晶等が用いられる。２ｌ０は対向透明電極、２１１は対向透明基板である。また、画素即ち反射電極の位置に応じて各反射電極と対向透明基板２１１との傾斜角を異ならしめることで、透明基板表面での反射光がピンホール５に集光しないようにすることができ、コントラストの低下を防ぐこともできる。
【００３３】
図４は、本実施の形態の液晶表示装置の作製するための製法を説明する為の模式図である。同図に示したように、まず同図（ａ）のような基板２０１を用意する。基板２０１は、たとえばガラス基板や石英基板が用いられる。また、シリコン基板やＳ０Ｉ基板を用いてもよい。
【００３４】
次に、基板２０１上にシリコン層２０２を形成する。次にシリコン層２０２をエッチングしてトランジスタ形成領域を残す（同図（ｂ））。シリコン層２０２を熱酸化、もしくは絶縁膜を堆積してゲート絶縁膜を形成後、多結晶シリコン等を堆積、エッチングしてゲート電極２０５を形成する。その後、ゲート電極をマスクとしたイオン注入を行いソース２０３、ドレイン２０４をセルファラインで形成する（同図（ｃ））。更に酸化シリコンや窒化シリコン等の層間絶縁層２０７を被覆した後、該層間絶縁層２０７にコンタクトホールを穿って、その上にＡｌ  等の導電牲膜を堆積、パターニングしてソース２０３に接続されるソース電極を形成する（同図（ｄ））。その上にまた酸化シリコンや窒化シリコン等の層間絶縁層２０７を被膜しそこに第２のコンタクトホールを穿ち、その上にＡｌ
等の高反射率を有する導電牲膜を堆積、パターニングし、反射画素電極２０６を形成する（同図（ｅ））。
【００３５】
画素電極２０６を形成する前に、層間絶縁層２０７上に図３の符号２０８に示すような少なくとも１つの第２の層間膜を堆積、パターニング工程を少なくとも１回以上くり返し行なって、画素電極に所望の傾斜をつけることができる。更に、第２の層間膜上に軟化温度の低い、たとえばリンガラスを堆積し、熱処理すれば、表面形状を急な段差のないなだらかな下地面を得ることができる。こうした下地面上に反射電極２０６を設ければ、その反射面の傾斜角をより高精度に設計できる。
【００３６】
このトランジスタが形成されたデバイス基板とは別に、基板を用意して、その基板２１１上に透明電極２１０を形成する。対向電極の素材としては、透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等が用いられる。
【００３７】
両基板の間には液晶が挟持される。液晶としては、含浸法、懸濁法、相分離法等で形成された高分子分散液晶等が用いられるが、本発明に用いられる液晶はこれに限られるものではない。
【００３８】
以上により、本実施の形態に用いられる反射型液晶パネルが形成される。また、本実施の形態では第２の層間膜２０８を用いて所望の傾斜角を得ていたが、もちろんこれに限定されず、たとえばトランジスタを構成するシリコン層２０２、ゲート電極２０５、ソース電極２０３等の段差形状を組み合わせて所望の傾斜角を実現してもよい。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態の特徴をもっとも良く表す図面である。同図において４０１ａ、４０１ｂは集光レンズ、４０２ａ、４０２ｂは観察者の両眼である。本実施の形態では、反射画素電極は８ａ、８ｂの２方向の傾斜角を有し、それぞれピンホール５ａ、５ｂに焦点を結ぶよう角度が決められている。
【００４０】
ピンホール（又はスリット）５ａ、５ｂを通過した光束はそれぞれ集光レンズ４０２ａ、４０２ｂに集光する。以上のように、画素電極の角度を異ならしめ、それぞれの反射光束が左右眼に独立に集光するように構成することで、ひとつの液晶パネルで左右眼に別々の映像を表示したり、視差のある映像を表示して立体視を行ったり、横に連続する広視野な映像を表示したりと、多彩な表現が可能になる。
【００４１】
（実施の形態３）
デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  ＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）は、反射型表示装置のひとつとして学会等で発表されている（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ，Ｌ．，１９９３ＩＥＤＭ、講演番号１５．１，Ｄｅｃ．１９９３）。
【００４２】
このデジタルマイクロミラーデバイスは、ヒンジで支えた反射電極の角度を静電気力により変えることで白黒の表示を行うものである。
【００４３】
このデジタルマイクロミラーデバイスにおいても画素電極の傾斜角度を図１や図５のように、パネル内で異ならしめることで、第一実施の形態、第二実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
たとえば、第一実施の形態のように反射画素電極の傾斜角を３通り以上に設定し、それぞれの角度に対応して赤、緑、青の光源を用意しカラー表示を行うことができるので、上記論文中で述べられているようなフィルタ回転のための機械部が不要となり、全体としてシステムを簡略化できる。
【００４５】
液晶を用いた例と異なる点は、ミラーの傾きを変えることで暗状態を呈する。よって、明表示の場合は図１，５に示すように反射光がピンホールを通る位置にミラーの傾きを設定し、暗表示の場合は、反射光がピンホールを通らないようにミラーの傾きを電気的に制御する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、反射電極の角度をそれぞれ異ならしめることで、コンパクトで低コストの表示装置を実現することができる。また、プロジェクタとして用いた場合に、赤、緑、青色の位置合わせが不要となる利点がある。
【００４７】
また、カラー表示とモノクロ表示の切換が容易に行えるとともに、簡単な構成で立体表示、複数画面表示や広視野表示を行いことができ、かつそれらを切り替えて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態の模式図である。
【図２】図１に示す表示装置の斜視図である。
【図３】図１に示す液晶パネルの断面図である。
【図４】図３に示す液晶パネルの製造方法の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の模式図である。
【符号の説明】
１          光源
２          集光レンズ
３          マイクロミラー
４          遮光板
５          ピンホール
６          レンズ
７          液晶パネル
８          反射画素電極
９          赤外線カット板
１０        カラーフィルタ
１１        投影レンズ
１２        スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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