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JPH0950046A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0950046A
JPH0950046A JP15182996A JP15182996A JPH0950046A JP H0950046 A JPH0950046 A JP H0950046A JP 15182996 A JP15182996 A JP 15182996A JP 15182996 A JP15182996 A JP 15182996A JP H0950046 A JPH0950046 A JP H0950046A
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JP
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liquid crystal
display device
crystal display
optical member
silicon substrate
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ８ｍｍＶＴＲのビューファインダやゴーグル
型表示装置等に用いられる液晶表示装置において、小型
化、高画質化を図る。 【解決手段】 単結晶シリコン基板４上に、周辺駆動回
路としてＭＯＳＦＥＴ５と多結晶シリコンＴＦＴ７を作
り込み、表示領域のみ単結晶シリコンをくり抜いて透光
性を付与してなる基板と、プリズム２の表面１１に貼付
した偏光板３とを貼り合わせる。 【効果】 周辺駆動回路に高性能なトランジスタを用い
ることができ、また、直接偏光板と基板を貼り合わせる
ことができ、部品数の削減によるコスト削減、小型化と
画質の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像や映像の表示
装置として用いられる液晶表示装置に関し、さらに詳し
くは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、マルチメディア自体の到来によ
り、画像・音成による情報伝達がますます盛んになって
来ている。現状の８ｍｍＶＴＲカメラも高性能化が進
み、デジタル方式、さらには、半導体メモリを記録媒体
として使用する新しいタイプのものの研究開発が進めら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
使用する人間と、それら機器とのインターフェースであ
る表示装置においては、小型化が進まず、システム全体
の大きさを支配する要因となっている。
【０００４】また、３次元表示のゲームや医療分野等の
用途を中心に、ゴーグル型表示装置が提案されているも
のの、現状では一般のスキー用ゴーグルの２〜３倍程度
の大きさがあり、実際の装着において違和感が解消され
ていない。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決し、よ
り小型で高画質な表示装置の提供にある。さらに具体的
には、より小型で明るく、高コントラスト、高解像度の
表示装置を提供することにある。
【０００６】
【発明を解決するための手段】以上に挙げた問題を解決
するために、本発明者が鋭意努力した結果、以下の発明
を得た。すなわち、本発明の液晶表示装置は、表示領域
に薄膜トランジスタ、前記表示領域の周辺に単結晶シリ
コン基板上に設けた駆動回路を有するアクティブマトリ
クス型液晶表示装置において、前記単結晶シリコン基板
に光学部材が直接貼付されて一体化されていることを特
徴とする。ここで、前記薄膜トランジスタが多結晶シリ
コン薄膜トランジスタであるのが好ましい。また、前記
単結晶シリコン基板をくり抜いた場所が、前記表示領域
であることが好ましい。本発明の液晶表示装置におい
て、光学部材とは、偏光板、プリズム、レンズ、ミラー
或いは光源である。前記光学部材が偏光板である時は、
前記単結晶シリコン基板に溝が形成され、前記偏光板と
の間に通気孔が形成されていることが好ましい。前記光
学部材がプリズム、レンズ或いはミラーである時は、前
記単結晶シリコン基板に光センサが搭載され、前記光学
部材を、前記光センサに光源からの光が入射するように
配置されていることが好ましい。また、前記光学部材
を、前記光センサに外部からの光が入射するように配置
されていても良い。またこの時、前記光学部材に、さら
に、前記外光の取り込みレベルを調整する薄膜が設けら
れていることが好ましい。前記光学部材は平面型光源で
あっても良い。また、前記光学部材がＬＥＤ光源であ
り、複数の画素に共通のマイクロレンズを設けていても
良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により詳
細に説明するが、本発明がこれら実施形態により限定さ
れるものではない。
【０００８】［実施形態１］本発明の実施形態１につい
て、図１を用いて説明する。図１は８ｍｍＶＴＲ用電子
ビューファインダ、ゲームや医療機用ヘッドマウントデ
ィスプレイの断面図である。図中、１は観察者の目、２
はトーリックプリズム、３は偏光板、４は単結晶シリコ
ン基板、５は単結晶シリコン基板４の表面に設けられた
ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ）、６
は光が透過できるように設けられた単結晶シリコンくり
抜き部、７は表示領域上の単結晶シリコンＴＦＴで、そ
のソースには信号線が、ドレインには画素電極と画素電
圧保持容量が、ゲートには駆動線が、それぞれ接続され
ている。８は対向基板９との間に設けられた液晶層であ
る。通常ＴＮ、ＦＬＣ等のいずれのタイプのものでも使
用可能である。１０は光源ユニットである。本形態で
は、プリズムが直接接続された例について記載してある
が、単純な偏光板をつけるもので良いことは言うまでも
ない。
【０００９】本形態においては、次の点において従来の
液晶表示装置とは異なっている。
【００１０】（１）単結晶シリコン基板４上には、ＭＯ
ＳＦＥＴ５並びに、必要とあれば、バイポーラトランジ
スタも単結晶基板上に設けることが可能である。従っ
て、これらの高性能なトランジスタを用いて、シリコン
基板４上に、液晶表示に伴うタイミング発生ロジック回
路、ビデオ信号のγ変換、反転信号生成等のアナログ回
路、ビデオ信号を順次サンプリングするシフトレジスタ
とサンプリングトランジスタ又は光源のドライブ回路等
が、極めて小さい面積で設けられるため、システム全体
が小型になるということである。これらの回路の内蔵の
仕方は、それぞれのシステムに応じて選択すれば良く、
必ずしも全てを内蔵する必要はない。
【００１１】（２）プリズム２の表面１１には、偏光板
３が貼付されており、その偏光板３とシリコン基板４と
が装着されている。従って、偏光板３がプリズム２によ
り保護されるため、従来のような偏光板３の保護ガラス
等が不要である。さらに光源１０からの光は、画素電極
を介して、偏光板３が設けられたプリズム面１１に入射
するが、上記の如く偏光板３の保護ガラスがないため、
内面反射が減り、明るい表示が実現する。またさらに、
従来であればＴＦＴを有する基板に偏光板を直接貼付け
ていたため、静電気により素子特性、例えば多結晶シリ
コンＴＦＴのＶｔｈ（しきい電圧）が変動する等の問題
があったが、本形態はプリズム２に貼付した偏光板３を
シリコン基板４に貼付するため、上記のような問題も生
じず、安定したＴＦＴ特性が得られた。さらに、これら
の偏光板付きガラスをシリコン基板に吸湿性のない接着
材で貼り付けることで、水分やゴミ等がシリコンくり抜
き部に混入せず、安定した表示が実現した。
【００１２】（３）光源１０からの液晶層８を通ってプ
リズム２に入射した光１３は、プリズム２の非球面ミラ
ー部１２で反射して、観察者の目１に入る。この場合、
プリズム２の母材に極力液晶パネルを近付けることが、
歪みを減らし、且つ高拡大率を実現する鍵となる。本発
明の構成では、シリコン基板４をバックラップ等で薄く
することもできるため、従来よりも良好な表示装置が実
現する。
【００１３】［実施形態２］実施形態２は、実施形態１
の液晶表示装置の光学部材と基板の間に、通気孔があ
る。図２は、本形態のヘッドマウントディスプレイの断
面図である。図１と同じ部品番号は、同じ部品を表わ
す。本形態においては、光学部材３、２と基板４との間
に通気孔１４を設けている。これは光学部材を積層して
貼り合わせると、光学部材と基板との材質が異なるため
に、その膨張倍率の違いにより、反りや剥れが発生する
可能性があるからである。本発明の液晶表示装置は、周
辺駆動回路がシリコン基板４上に設けられている。シリ
コン基板は、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮ等のマスク材及びＴＭＡ
Ｈ（テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド）等の
エッチング液により、溝加工が容易に実現できる。図３
はプリズム２と基板４との貼り合わせ部を拡大した図
で、本実施形態では、シリコン基板４に上記溝加工を施
すことにより、プリズム２との間に通気孔１４を形成し
ている。仮に温度が上昇し、くり抜き部６内に圧力変化
が生じても、該通気孔１４を介して圧力調整が行なわれ
るため、表示特性には変化を及ぼさない。また、通気孔
を設ければ、くり抜き部の水分の影響が減り、シール材
の選択も特に特定のものを使用する必要がなく、実用性
が高い。
【００１４】［実施形態３］次に本発明の実施形態３を
図４を用いて説明する。図中、実施形態１と２と同一箇
所は同一番号で記し、説明は省略する。本実施形態の特
徴は、プリズム２に隣接して可変パワーレンズ２１を設
けたことにある。可変にするために、レンズ２１は液体
もしくはゲル等からなり、レンズ２１の周辺には圧力印
加手段２２が設けられている。尚、レンズ２１を液体で
形成する場合には、周囲が固体透明材で覆われている。
圧力印加手段によりレンズ２１に圧力を印加すると、レ
ンズ２１の曲率は小さくなり、レンズ２１のパワーが増
大する。このレンズ２１による歪みもしくは収差はプリ
ズム２の表面の非球面ミラー１２により補正される。こ
れらのシステムにより、観察者の視度調整が実現できる
ため、画像が見えにくいという従来の問題が解決され
た。
【００１５】図４から明らかなように、本実施形態では
プリズム２の厚みに液晶パネルを設けている。厚さは約
１０ｍｍレベルであり、そのサイズで１０〜３０万画素
の表示装置を設ける必要がある。本発明では、周辺駆動
部に単結晶シリコントランジスタを用いているため、画
素ピッチが数μｍレベルでも走査回路を配置でき、超小
型パネルを構成して光学システム全体の小型化が図れ、
ほぼ眼鏡感覚で高画質の電子映像を見ることができる。
【００１６】［実施形態４］本発明の実施形態４につい
て図５を用いて説明する。図中、３０は導波路、３１は
反射膜、３２はレーザーダイオード（ＬＤ）もしくは発
光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源、３３，３４は導
波光、３５は光拡散層、３６は遮光層、４０は液晶パネ
ルの対向基板９とプリズム２とを接続する治具、３７は
プリズム２の一部に設けられたレンズで、通常の中心対
称のレンズでもシリンドリカル形状をしたレンズでも良
い。３８はシリコン基板４上に設けられた光センサで、
１次元ラインセンサでも２次元エリアセンサでも良い。
本実施形態ではレンズ３７により観察者の目１の像がセ
ンサ３８に結像される。
【００１７】次に動作説明を行なう。光源３２から導波
路３０へ入射した導波光３３，３４は、全反射を繰り返
し、光拡散層３５で一部光がもれ、液晶パネルの方へ導
かれる。本実施形態では光源３２は複数領域に設けてあ
るため、入射側のみ高輝度となるような問題は回避され
る。また光源３２にＬＤを用いた場合には、光源自身が
一方向の偏光成分しか持たないため、偏光板３が不要と
なり、高い表示が実現できる。
【００１８】図５から明らかなように、本実施形態で
は、シリコン基板４の表示領域をくり抜いた側が、光源
側となっている。これは観察者の目１からの反射光を検
出するセンサ３８を反対側に設けるためである。従っ
て、強い光がシリコン基板に当たらないように、シリコ
ン基板４で光源の光が照射される領域では、遮光層３６
が設けられている。
【００１９】液晶層８で変調された光は、プリズム２を
介して、観察者の目１に入射する。目１からの反射光
は、３９に示す如く、プリズム２を介してレンズ３７で
シリコン基板表面に設けられたセンサに結像される。こ
の反射光は、光源３２からの光でも、また目を照明する
別光源としてＬＥＤを設け、該ＬＥＤからの光であって
も良い。
【００２０】液晶パネルとプリズム２とは、基準となる
治具４０により位置が調整されているため、精度に優
れ、且つ、液晶パネルとプリズム２との間に空間が設け
られており、レンズ３７が十分に機能する。レンズ３７
としては、プリズム２に一体成形されたもの以外にも、
その領域のみイオン注入等で屈折率を変えた、グレーデ
ィッドインデックスレンズや、フレネルゾーンプレート
等の平面レンズでも可能であることは言うまでもない。
【００２１】以上の実施形態４の特徴についてまとめる
と以下の通りである。
【００２２】（１）平面型光源が、シリコン基板４のく
り抜き部６の保護板を兼ねることになり、部品点数を減
らしてコスト削減が図れるばかりでなく、保護板がない
ことによりより明るい表示が実現する。
【００２３】（２）治具４０により対向基板９とプリズ
ム２とが固定されるため、位置ずれが減り、歪み、収差
の少ない表示が可能となる。
【００２４】（３）トーリックプリズムの一部に、観察
者の視線を検出するレンズと、シリコン基板４上に目か
らの像を撮像するセンサが内蔵されており、観察者の視
線で画像を変更する等の双方向表示装置が実現する。
【００２５】［実施形態５］本発明の実施形態５につい
て図６を用いて説明する。本実施形態は、外界情報と電
子映像を切り換えて観察できる表示装置又は、同時に観
察できる表示装置に関するものである。
【００２６】図６中、４１と４２は外界からの光、４３
はプリズム２の一部に設けられたミラーレンズ、４４は
外光光量レベルを検出する測光センサ、４５は外界から
の光量を調整する膜で、エレクトロクロミック、フォト
クロミック等の機能薄膜である。外界情報と電子映像と
を同時に観察する場合、外界からの光量は、光４２をレ
ンズ４３を介して測光センサ４４で検出し、外界の光量
が強い時は、センサ４４からの信号により膜４５で外界
光量の取り入れ量を減らすように調整すれば良い。
【００２７】本実施形態は、例えば、飛行機の修理の際
に、その設計図面を実際のものと重ねて表示して確認
し、所望の部品を電子映像に表示されているリストから
選択すれば間違いのない対処が可能となる。この他に
も、外科手術や、工場での部品組立等にも有効であるこ
とは言うまでもない。
【００２８】［実施形態６］本発明の実施形態６につい
て、図７を用いて説明する。図７において、５０は、画
素スイッチング素子としての多結晶シリコンＴＦＴ、周
辺回路として単結晶トランジスタを用いた反射型液晶表
示パネルである。５１は、ＬＥＤ光源、５４はコリメー
ト用レンズ、５２は偏光ビームスプリッタ、５３は多結
晶シリコンＴＦＴとドレイン部に接続された反射電極で
ある。
【００２９】本実施形態において、ＬＥＤ５１から出射
した光束５５は、レンズ５４により５６に示すように平
行光となり、ビームスプリッタにより反射型液晶表示パ
ネル側に変えられる。パネルからの反射光５７は、液晶
層で偏光が変調されているので、ビームスプリッタを通
過して５８に示すように、目１に入射する。
【００３０】本実施形態ではＬＥＤ光源は一つしか記し
ていないが、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の光源を空間的にずらして
おき、且つ、反射パネル表面にＲ，Ｇ，Ｂ３画素共通の
マイクロレンズを設けておけば、カラーフィルターを使
用せずにカラーの且つ明るい表示が実現する。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、明るく高精細な画像を
外界状況に応じて偏光できる双方向性を有する表示装置
を、小型で且つ低コストで提供することが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の断面図である。
【図２】本発明の実施形態２の断面図である。
【図３】本発明の実施形態２の部分拡大図である。
【図４】本発明の実施形態３の断面図である。
【図５】本発明の実施形態４の断面図である。
【図６】本発明の実施形態５の断面図である。
【図７】本発明の実施形態６の断面図である。
【符号の説明】
１ 観察者の目 ２ プリズム ３ 偏光板 ４ 単結晶シリコン基板 ５ ＭＯＳＦＥＴ ６ くり抜き部 ７ 多結晶シリコンＴＦＴ ８ 液晶層 ９ 対向基板 １０ 光源ユニット １１ プリズム表面 １２ 非球面ミラー部 １３ 光 １４ 通気孔 ２１ 可変パワーレンズ ２２ 圧力印加手段 ３０ 導波路 ３１ 反射膜 ３２ 光源 ３３，３４ 導波光 ３５ 光拡散層 ３６ 遮光層 ３７ レンズ ３８，４４ 光センサ ４０ 治具 ４３ ミラーレンズ ４５ 光量調整用機能薄膜 ５１ ＬＥＤ光源 ５２ 偏光ビームスプリッタ ５３ 反射電極 ５４ コリメート用レンズ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表示領域に薄膜トランジスタ、前記表示
    領域の周辺に単結晶シリコン基板上に設けた駆動回路を
    有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
    前記単結晶シリコン基板に光学部材が直接貼付されて一
    体化されていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記薄膜トランジスタが多結晶シリコン
    薄膜トランジスタである請求項１に記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項３】 前記単結晶シリコン基板をくり抜いた場
    所が、前記表示領域である請求項１又は２記載の液晶表
    示装置。
  4. 【請求項４】 前記光学部材が偏光板であり、前記単結
    晶シリコン基板に溝が形成され前記偏光板との間に通気
    孔が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の液
    晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記光学部材はプリズム、レンズ或いは
    ミラーである請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示
    装置。
  6. 【請求項６】 前記単結晶シリコン基板に光センサが搭
    載されている請求項５に記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 前記光学部材を、前記光センサに光源か
    らの光が入射するように配置している請求項６に記載の
    液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記光学部材を、前記光センサに外部か
    らの光が入射するように配置している請求項６に記載の
    液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記光学部材に、さらに、前記外光の取
    り込みレベルを調整する薄膜が設けられている請求項８
    に記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記光学部材は平面型光源である請求
    項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記光学部材はＬＥＤ光源であり、複
    数の画素に共通のマイクロレンズを設けている請求項１
    〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
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