DE4431749A1

DE4431749A1 - Flüssigkristallanzeigeanordnung

Info

Publication number: DE4431749A1
Application number: DE4431749A
Authority: DE
Inventors: Mitsushi Ikeda; Kouhei Suzuki; Fumio Sugiyama
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2014-09-07
Also published as: JPH0772478A; JP3274244B2; US5566007A; KR0171636B1; DE4431749B4; KR950009299A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigean ordnung.

Seit einigen Jahren wird eine Flüssigkristallanzeigean ordnung verbreitet als dünne und leichte Anzeigevor richtung bei sog. Personal-Rechnern oder kleinen Fern sehempfängern verwendet. Zudem wurde ein großer For schungsaufwand mit dem Ziel der Verwendung einer Flüs sigkristallanzeigeanordnung als großes Anzeigeelement in Wandaufhängungs-Fernsehempfängern oder elektroni schen Rechnern getrieben.

Fig. 1 zeigt die Konstruktion einer herkömmlichen Farb- Flüssigkristallanzeigeanordnung. Die herkömmliche An ordnung nach Fig. 1 umfaßt ein Anordnungs- bzw. Reihen- oder Arraysubstrat 241 und ein letzterem flächig zuge wandtes Gegensubstrat 248. Auf dem Arraysubstrat 241 sind zahlreiche Pixelelektroden 245 und TFT-Elemente 242 einander abwechselnd ausgebildet, während am Gegen substrat 248 zahlreiche Absorptionstyp-Farbfilter 247 geformt sind. Von jedem dieser Farbfilter 247 kann nur eine der R- (Rot-), G- (Grün-) und B- (Blau-) Komponenten des Lichts für die Wiedergabe eines Farbbilds durchge lassen werden, während die andere Lichtkomponenten durch das jeweilige Farbfilter absorbiert werden. Mit anderen Worten: nur 1/3 des Lichts kann in jedem Pixel genutzt werden, woraus sich ein niedriger Nutzungswir kungsgrad ergibt. Hierbei ist zu beachten, daß eine lange Ansteuerzeit für die Anzeige speziell bei einem tragbaren Rechner erforderlich ist, weshalb die Verbes serung des Lichtnutzungswirkungsgrads der Anzeige sehr wichtig ist. Zudem ist zu beachten, daß bei Verwendung eines Absorptions(typ) -Farbfilters zahlreiche Verfah rensschritte für die Bereitstellung von R-, G- und B- Bereichen nötig sind, was hohe Fertigungskosten der An zeigeanordnung bedingt.

Im Fall einer Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung vom Projektionstyp wird das Licht durch einen dichroiti schen Spiegel in die R-, G-, B-Komponenten zerlegt, um den Lichtnutzungswirkungsgrad zu verbessern. Dabei wer den drei Flüssigkristallanzeigeanordnungen für die un abhängige Steuerung der Anzeige bzw. Wiedergabe der drei Farbkomponenten benutzt, worauf letztere wieder miteinander kombiniert werden. In diesem Fall werden drei Sätze aus (je) einer Flüssigkristallanzeigeanord nung und einem optischen System benötigt, was zu einer komplexen Konstruktion und hohen Fertigungskosten führt.

Die Erfindung ist nun mit dem Ziel der Lösung der oben geschilderten, dem Stand der Technik innewohnenden Pro bleme entwickelt worden. Aufgabe der Erfindung ist da mit die Schaffung einer Flüssigkristallanzeigeanord nung, die eine Verbesserung des Lichtnutzungswirkungs grads ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist eine Flüssigkristallanzei geanordnung, umfassend: eine für jedes Pixel oder jede Pixelreihe bzw. -zeile aus einer Vielzahl von Pixeln vorgesehene Lichtkonvergiereinheit zum Konvergieren des von außen einfallenden Lichts, eine erste Strahlengang wandlereinheit zum Umwandeln des konvergierten Lichts in paralleles Licht, eine Lichtzerlegungseinheit zum Zerlegen des parallelen Lichts in seine roten, grünen und blauen Lichtkomponenten, eine Flüssigkristallzelle zum Steuern der Transmissions- oder Durchlaßgröße jeder Lichtkomponente, und eine Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurchlaßgrads der Flüssigkristallzelle für eine Vielzahl von Pixeln durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle. Die Flüssigkristallanzeigeanord nung kann dabei vom Reflexionstyp sein, und sie umfaßt ferner eine Reflektiereinheit zum Reflektieren des von der Flüssigkristallzelle durchgelassenen Lichts in der Weise, daß das reflektierte Licht auf die Flüssigkri stallzelle fällt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist deren Ge genstand eine Flüssigkristallanzeigeanordnung, umfas send: eine Flüssigkristallzelle mit zwei Substraten, bestehend aus einem ersten Substrat mit einer Vielzahl von darauf geformten Interferenzfiltern und einem zwei ten Substrat mit einer darauf geformten Pixelelektrode, sowie mit einem zwischen die beiden Substrate eingefüg ten Flüssigkristallmaterial, wobei der Lichtdurchlaß grad des Flüssigkristallmaterials durch Spannungsanle gung änderbar ist, auf dem zweiten Substrat geformte Farbzerlegungsfilter zum selektiven Durchlassen nur derjenigen Komponenten des von einer Lichtquelle emit tierten Lichts, die vorbestimmte, voneinander verschie dene Wellenlängen aufweisen, und eine Reflektiereinheit zum Reflektieren des von den Farbzerlegungsfiltern zur Flüssigkristallzelle durchgelassenen Lichts.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeanord nung,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Draufsichten zur jeweiligen Darstel lung des Einfalls eines Lichtflusses in ei ne Flüssigkristallzelle,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11A bis 11C Darstellungen von Fresnel-Linsen und Beugungsgittern,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13A bis 13C Schnittansichten eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfin dung,

Fig. 14 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 15 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Bei einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigean ordnung wird das von der Außenseite einfallende Licht durch eine Lichtkonvergiereinheit für jedes Pixel oder jede aus einer Anzahl von Pixeln bestehende Pixelreihe bzw. -zeile konvergiert. Das konvergierte Licht wird durch eine Strahlengangwandlereinheit in parallele Lichtstrahlen umgewandelt, gefolgt von einer Zerlegung des parallelen Lichts in R-, G- und B-Lichtkomponenten durch eine Lichtzerlegungseinheit. Ferner wird jede dieser zerlegten Lichtkomponenten durch eine Flüssig kristallzelle gesteuert. Wenn die Flüssigkristallanzei geanordnung vom Reflexionstyp mit einer zusätzlichen Reflektiereinheit ist, läuft das durch letztere reflek tierte Licht in der entgegengesetzten Richtung auf praktisch dem gleichen Strahlengang wie das einfallende Licht, um entgegengesetzt bzw. in Gegenrichtung zur Au ßenseite emittiert zu werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird das von einer Lichtquelle emittierte Licht zu einem Lichtfluß eines Durchmessers von weniger als 1/3 demjenigen des ur sprünglichen Lichtflusses konvergiert, gefolgt von ei ner Zerlegung des konvergierten Lichts in R-, G- und B- Komponenten. Da jede dieser zerlegten R-, G- und B- Komponenten durch eine Flüssigkristallzelle kontrol liert oder gesteuert wird, gewährleistet die erfin dungsgemäße Flüssigkristallanzeigeanordnung einen Lichtnutzungswirkungsgrad, der etwa dreimal so hoch ist wie bei der herkömmlichen Anordnung unter Verwendung eines Farbfilters.

Bei der Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einem an deren Merkmal der Erfindung sind außerdem ein Interfe renzfilter zum Zerlegen des von einer Lichtquelle emit tierten oder von außen einfallenden Lichts und eine Reflexionsplatte an zwei Substraten, zwischen die eine Flüssigkristallzelle eingefügt ist, montiert. Dabei wird das Licht durch das Interferenzfilter und die Re flexionsplatte wiederholt so reflektiert, daß jede Farbkomponente des Lichts schließlich durch das ent sprechende Interferenzfilter hindurch übertragen wird. Infolgedessen können alle R-, G- und B-Komponenten des Lichte vollständig für die Anzeige oder Wiedergabe ge nutzt werden. Demzufolge wird mit der Erfindung eine Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung eines Direktsicht- oder Projektionstyps bereitgestellt, die eine hohe Hel ligkeit gewährleistet, eine Senkung des Energiebedarfs oder -verbrauchs ermöglicht und kostensparend herstell bar ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen im einzelnen beschrieben.

(Beispiel 1)

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind zahlreiche konvexe Linsenarrays bzw. -reihen 11 zum Konvergieren eines von der Außenseite her einfal lenden Lichts 1 auf der Anzeigeoberfläche geformt. Jede Konvexlinsenreihe 11 verläuft in einer lotrechten Rich tung, d. h. in einer Richtung senkrecht zur Zeich nungsebene. Die Breite L jeder Linse in der Konvex- Linsenreihe 11 ist im wesentlichen gleich der Breite oder Weite eines Satzes von RGB-Pixeln eingestellt. Je de Konvexlinsenreihe 11 kann dabei aus einer Anzahl von Konvexlinsen bestehen, die in der lotrechten Richtung zur Abdeckung einer Anzahl von Pixeln angeordnet sind (vgl. Fig. 3). Ebenso können die in der -Konvexlinsen reihe enthaltenen Linsen für getrennte Abdeckung der Pixel angeordnet sein (vgl. Fig. 4). In diesem Fall ist es zweckmäßig, daß die Breite in lotrechter Richtung jeder Linse kleiner ist als die Breite des Pixels in lotrechter Richtung.

Die einfallenden Lichtflüsse treffen gemäß den Fig. 3 und 4, von oben gesehen, auf eine Flüssigkristallzelle 14 auf. Im Fall der Verwendung einer Linsenreihe eines halbelliptischen Querschnitts gemäß Fig. 2 gehen die einzelnen Lichtflüsse 31R, 31G, 31B gemäß Fig. 3 in den Mittelbereichen der Pixel lotrecht ineinander über. Im Falle der Verwendung einer Konvexlinsenreihe aus ge trennt voneinander angeordneten Linsen passieren dage gen die einzelnen Lichtflüsse 32R′, 32G′, 32B′ gemäß Fig. 4 den Mittelbereich eines jeden Pixels. In den Fig. 3 und 4 sind zusätzlich eine Gateleitung 7a, eine Signalleitung 7b und ein TFT-Element 7c dargestellt. Um eine Anzeigeelektrode herum kann eine schwarze Matrix montiert sein. In diesem Fall reicht es aus, wenn der durch die schwarze Matrix unterteilte Bereich in der Größe im wesentlichen dem Lichtfluß 32 entspricht.

Unterhalb der Konvexlinsenreihe 11 ist eine Konkavlin senreihe 12 zum Zurückführen des gesammelten Lichts 2 zu einem parallelen Licht (Lichtstrahl) 3 vorgesehen. Zweckmäßig ist die Breite L′ des parallelen Lichtflus ses kleiner eingestellt als die Breite in der Querrich tung des Einheits-Pixels.

Jede der Linsenreihen kann aus Glas oder Kunststoff ge formt sein. Zweckmäßigerweise wird jedoch Kunststoff verwendet, weil in diesem Fall die Linsenreihe mate rialeinheitlich geformt oder gegossen werden kann. Be züglich der Konvexlinsenreihe 11 ist es zweckmäßig, ei nen Kunststoff oder Glas eines großen Brechungsindex in Kombination mit Luft zu verwenden. Ebenso ist es mög lich, einen Kunststoff eines großen Brechungsindex in Kombination mit einem anderen Kunststoff eines kleinen Brechungsindex zu verwenden. Die Konkavlinsenreihe 12 kann durch Umkehrung der Ausgestaltung der Konvexlin senreihe 11 bereitgestellt werden.

Unterhalb der Konkavlinsenreihe 12 ist unter einem Win kel von etwa 45° zur optischen Achse des parallelen Lichts eine Bandpaßfilter- (Interferenzfilter-) Reihe 13R angeordnet, welche selektiv nur die rote Lichtkomponen te des parallelen Lichts durchläßt und die Lichtkompo nenten anderer Wellenlängen- reflektiert. Ebenso ist un terhalb der Konkavlinsenreihe 12 unter einem Winkel von etwa 45° relativ zur optischen Achse des parallelen Lichts eine Bandpaßfilter- (Interferenzfilter-)Reihe 13G angeordnet, welche selektiv nur die blaue Lichtkompo nente des parallelen Lichts durchläßt und die Lichtkom ponenten anderer Wellenlängen reflektiert. Ferner ist unter der Konkavlinsenreihe 12 unter einem Winkel von etwa 45° relativ zur optischen Achse des parallelen Lichts eine dritte Reihe (ein drittes Array) 13B ange ordnet, die (das) aus einfachen Spiegeln oder einem Filter, welches Infrarotstrahlung durchläßt, besteht. Gemäß Fig. 2 kann jede dieser Reihen 13R, 13G und 13B durch Ausbildung eines Filters oder eines Spiegels 8 durch zum Beispiel Aufdampfen oder Zerstäuben auf der Schrägfläche mit einer Schrägung von etwa 45° relativ zur waagerechten Ebene eines zahnförmigen transparenten Elements 5 aus Glas oder einer transparenten organi schen Folie gebildet sein. Die Breite H in waagerechter Richtung bzw. Horizontalrichtung des Filters oder Spie gels jeder der Reihen 132R, 13G und 13B ist praktisch gleich der Breite desEinheits-Pixels (bzw. der Pixel einheit) eingestellt.

Unterhalb der Reihen 13R, 13G, 13B ist mit dazwischen eingefügtem transparentem Element 5 eine Flüssigkri stallzelle 14 aus einem Glassubstrat 10 angeordnet. Auf der Oberfläche des Glassubstrats 10 sind ITO-Elektroden 9 in Entsprechung zu den Reihen 13R, 13G bzw. 13B aus gebildet. Außerdem ist eine Flüssigkristallschicht zwi schen dem Glassubstrat 10 und dem transparenten Element 5 festgelegt. Unter dem Glassubstrat 10 ist weiterhin eine reflektierende Scheibe oder Platte 15 angeordnet. Die genaue Ausgestaltung des Pixelabschnitts ist nicht veranschaulicht. Beispielsweise reicht es aus, zwei Po larisationsplatten vorzusehen, zwischen denen die Flüs sigkristallzelle festgehalten ist. Wahlweise kann im Fall der Verwendung einer reflektierenden Pixelelektro de eine einzige Polarisationsplatte angeordnet sein.

Das von der Außenseite her einfallende Licht wird durch die Konvexlinsenreihe 11 konvergiert und sodann durch die Konkavlinsenreihe 12 in paralleles Licht zurückge wandelt. Das von der Konkavlinsenreihe 12 gelieferte
parallele Licht wird auf die Bandpaßfilterreihe 13R geworfen, die selektiv die Rotlichtkomponente des einfallenden Lichts durchläßt. Die von der Reihe 13R durchgelassene Rotlichtkomponente tritt durch das transparente Element 5 hindurch und fällt auf die Flüssigkristallzelle 14. Andererseits werden die grünen und blauen Lichtkompo nenten des einfallenden Lichts durch die Reihe 13R re flektiert und auf die Bandpaßfilterreihe 13G geworfen, die selektiv die blauen Lichtkomponenten durchläßt und die grünen Lichtkomponenten reflektiert. Die von der Reihe 13G reflektierte grüne Lichtkomponente fällt auf die Flüssigkristallzelle 14. Weiterhin wird die von der Reihe 13G durchgelassene blaue Lichtkomponente durch die dritte Reihe 13B reflektiert und auf die Flüssigkristall zelle 14 geworfen.

Der Durchlaßgrad jeder der roten, grünen und blauen Lichtkomponenten des auf die Flüssigkristallzelle 14 fallenden Lichts wird durch eine Spannungsanlegung an die Flüssigkristallzelle 14 gesteuert. Das von der Flüssigkristallzelle 14 durchgelassene Licht wird von der unter der Flüssigkristallzelle 14 angeordneten re flektierenden Scheibe oder Platte 15 reflektiert. So dann laufen die einzelnen, von der reflektierenden Platte 15 reflektierten roten, grünen und blauen Kompo nenten des Lichts in der entgegengesetzten Richtung über den Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 einfallenden Lichts, um nach außen emittiert zu wer den. Insbesondere läuft dabei das reflektierte Licht durch die Flüssigkristallzelle 14, die Reihen 13R, 13G oder 13B, die Konkavlinse 12 und die Konvexlinse 11, um nach außen emittiert zu werden. Das emittierte Licht bildet ein sichtbares Wiedergabebild.

Die Flüssigkristallanzeigeanordnung sollte zweckmäßig so ausgestaltet sein, daß der Lichtfluß 1 in einer Richtung senkrecht zur Flüssigkristallzelle einfällt, weil es diese spezielle Ausgestaltung ermöglicht, daß das durch die reflektierende Platte 15 reflektierte Licht in der Gegenrichtung genau auf dem Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 einfallenden Lichts läuft, mit dem Ergebnis, daß die Verteilung des Lichtflusses nicht verändert ist oder wird. Selbstver ständlich kann im wesentlichen die gleiche Wirkung auch dann erzielt werden, wenn der einfallende Lichtfluß 1 nicht perfekt senkrecht zur Flüssigkristallzelle liegt, sondern zum Beispiel um einige Grade abweicht.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform dient ein Interferenzfilter als Endstufenspiegel der roten, grünen und blauen Lichtkomponenten. Infolgedessen wer den das Ultraviolettlicht und Infrarotlicht über die Reihen 13R, 13G und 13B übertragen bzw. von ihnen durchgelassen. Mit anderen Worten: Ultraviolett- und Infrarotlicht werden aus dem auf die Flüssigkristall zelle auftreffenden Licht beseitigt, um eine Beein trächtigung der Polarisationsplatte usw. oder die Er zeugung von Wärme zu vermeiden. Dabei reicht es aus, für die Ausbildung der dritten Reihe 13B einen einfa chen Reflexions- bzw. Umlenkspiegel zu verwenden.

Die Flüssigkristallzelle 14 kann von entweder einem ak tiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp sein, sofern die Zelle 14 in einem Transparentmodus betrieben wird. Der technische Grundgedanke der Erfindung ist auch auf eine Aufsichttyp-Anzeigeanordnung oder eine Projektionstyp-Anzeigeanordnung anwendbar. Die Art der Anzeige kann durch Änderung des Materials der Pixel elektrode gewählt werden. Ferner ist es möglich, einen vom N-Typmodus verschiedenen Flüssigkristallanzeigemo dus anzuwenden, wenn die Färbung des von der Flüssig kristallanzeigeanordnung als Wiedergabebild nach außen emittierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht. Anstelle des TN-Modus kann ein Schwarz/Weiß-GH-Modus angewandt werden; in diesem Fall ist nur ein Polarisa tor nötig. Bei Anwendung des technischen Grundgedankens der Erfindung auf eine Flüssigkristallanzeigeanordnung eines Durchlaßmodus reicht es aus, die reflektierende Platte 15 wegzulassen und damit eine Lichttransmission zuzulassen.

Wie oben beschrieben, wird bei der Ausführungsform ge mäß Fig. 2 das von einer Lichtquelle emittierte Licht zu einem Lichtfluß eines Durchmessers von weniger als 1/3 des ursprünglichen Lichtflusses konvergiert, ge folgt von einer Zerlegung des konvergierten Lichts in R-, G- und B-Komponenten. Jede diese zerlegten R-, G- und B-Komponenten wird durch eine Flüssigkristallzelle kontrolliert bzw. gesteuert, wobei die gesteuerte Lichtkomponente durch die reflektierende Platte reflek tiert wird. Das reflektierte Licht wird weiterhin auf dem gleichen Strahlengang wie das auf die reflektieren de Platte einfallende Licht in der entgegengesetzten Richtung geleitet und als Wiedergabebildlicht benutzt. Wahlweise wird das die Flüssigkristallzelle passierende Licht nicht reflektiert, so daß die Flüssigkristallan zeigeanordnung in einem Durchlaßmodus oder Transmissi onsmodus eingesetzt wird. In einem Reflexionsmodus kann eine Anzeigeelektrode als Reflexionselektrode benutzt werden, was auch für die noch zu beschreibenden Ausfüh rungsformen gilt. Hieraus ergibt sich, daß bei der Aus führungsform gemäß Fig. 2 die gesamten sichtbaren Lichtkomponenten des von einer Lichtquelle emittierten Lichts genutzt werden können. Mit anderen Worten: die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeanordnung ge währleistet einen Lichtnutzungswirkungsgrad, der etwa dreimal so hoch ist wie bei der ein Farbfilter verwendenden herkömmlichen Anordnung. Im Fall der Verwendung eines TN-Typ-Flüssigkristalls fällt weiterhin das Licht in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Flüssig kristallzelle ein, mit dem Ergebnis, daß die Sicht- oder Betrachtungswinkelabhängigkeit beseitigt ist.

(Beispiel 2)

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungs form ist eine Konvexlinsenreihe 11 auf der Anzeigeober fläche angeordnet, während eine Konkavlinsenreihe 12 unterhalb der Konvexlinsenreihe 11 angeordnet ist, und zwar wie bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2. Die Konvexlinsenreihe 11 und die Konkavlinsenreihe 12 entsprechen den betreffenden Linsenreihen bei der er sten Ausführungsform gemäß Fig. 2 und sind daher vor liegend nicht mehr im einzelnen beschrieben.

Gemäß Fig. 5 sind unter der Konkavlinsenreihe 12 Pris menarrays oder -reihen 16₁, 16₂ zum Zerlegen deseinfall enden Lichts in seine R-, G- und B-Komponenten angeord net. Zweckmäßig ist der in Fig. 2 mit 16₃ bezeichnete Abschnitt ein Luftspalt, oder besteht aus einem trans parenten Material eines niedrigen Brechungsindex. Das Prisma in jeder der erwähnten Prismenreihen kann dabei aus einem einzigen Element bestehen. Es ist jedoch zweckmäßig, mehrere Elemente zur Bildung des Prismas zu kombinieren, derart, daß die Laufrichtung des Licht strahls nahe bei einer Richtung senkrecht zum Substrat liegt. Wenn zur Bildung des Prismas mehrere Elemente kombiniert sind, kann ein Luftspalt 6 beispielsweise unter Benutzung eines Abstandsstücks vorgesehen werden. Ebenso ist es möglich, die das Prisma bildenden Elemen te mit Hilfe zum Beispiel eines Klebmittels miteinander zu verbinden.

Die durch die Prismareihen 16₁, 16₂ aus dem einfallenden Licht getrennten R-, G- und B-Komponenten fallen durch ein unter diesen Prismareihen angeordnet es Glaselement 5 und sodann durch Prismen 17, d. h. ein R-Durchlaßpris ma 17R und ein B-Durchlaßprisma 17B, die in unteren Ab schnitten des Glaselements 5 positioniert sind. Wie aus der Zeichnung (Fig. 5) hervorgeht, werden die Laufrich tungen der R- und B-Komponenten, die schräg auf die Prismen 17R bzw. 17B einfallen, durch diese Prismen 17R und 17B auf eine Richtung senkrecht zu einem Glas substrat 4 geändert. Dabei läuft die durch die Pris menreihen getrennte oder ausgezogene G-Komponente in ei ner Richtung senkrecht zum Glassubstrat 4 und braucht daher vor dem Erreichen des Glassubstrats 4 ein Prisma nicht zu durchlaufen. Die durch das Glassubstrat 4 lau fenden R-, G- und B-Komponenten treffen auf die Flüs sigkristallzelle 14 auf. Der Durchlaßgrad jeder dieser Lichtkomponenten wird dann durch eine Spannungsanlegung an die Flüssigkristallzelle 14 gesteuert. Das die Flüs sigkristallzelle 14 passierende Licht wird von der un terhalb ersterer angeordneten reflektierenden Platte 15 reflektiert. Wie oben beschrieben, läuft das reflek tierte Licht in der Gegenrichtung auf dem Strahlengang des einfallenden Lichts. Genauer gesagt: das reflek tierte Licht durchläuft die Flüssigkristallzelle 14, die Prismenreihen 16₂, 16₁, die Konkavlinsenreihe 12 und die Konvexlinsenreihe 11, um nach außen emittiert zu werden. Das emittierte Licht ist als Wiedergabebild sichtbar.

Vorzugsweise ist die Flüssigkristallanzeigeanordnung so ausgestaltet, daß der Lichtfluß 1 in einer Richtung senkrecht zur Flüssigkristallzelle einfällt, weil diese spezielle Ausgestaltung es ermöglicht, daß das von der reflektierenden Platte 15 reflektierte Licht genau auf dem Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 einfallenden Lichts in Gegenrichtung läuft, mit dem Er gebnis, daß sich die Lichtflußverteilung nicht ändert. Selbstverständlich kann im wesentlichen die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn der einfallende Lichtfluß 1 nicht perfekt senkrecht zur Flüssigkristallzelle liegt, sondern zum Beispiel um einige Grade davon ab weicht. Die Anordnung einer einzigen reflektierenden Platte ist ausreichend; wahlweise können zwei reflek tierende Platten vorgesehen sein, zwischen welche die Flüssigkristallzelle eingefügt ist. Um den Lichtfluß senkrecht auf die Flüssigkristallzelle einfallen zu lassen, kann anstelle des Prismas gemäß Fig. 5 eine Linse oder ein Spiegel benutzt werden. Die Flüssigkri stallzelle 14 kann entweder von einem aktiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp sein, sofern die Flüs sigkristallanzeigeanordnung in einem Transparentmodus betrieben wird. Ebenso ist es möglich, einen vom TN- Typmodus verschiedenen Flüssigkristallmodus anzuwenden, wenn die Färbung der als Wiedergabebild nach außen emit tierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht. Bei Anwendung des technischen Grundgedankens der Erfindung auf eine Flüssigkristallanzeigeanordnung eines Trans missionsmodus (transmitting mode) braucht lediglich die reflektierende Platte 15 weggelassen zu werden, um eine Lichttransmission zuzulassen.

(Beispiel 3)

Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Ebenso wie bei der er sten Ausführungsform gemäß Fig. 2, sind dabei eine Konvexlinsenreihe 11 auf der Anzeigeoberfläche und eine Konkavlinsenreihe 12 unter der Konvexlinsenreihe 11 an geordnet. Diese Konvex- und Konkavlinsenreihen 11 bzw. 12 entsprechen den bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendeten und sind daher vorliegend nicht mehr im einzelnen erläutert.

Gemäß Fig. 6 ist unterhalb der Konkavlinsenreihe 12 ein Beugungsgitter 18 zum Zerlegen des einfallenden Lichts in seine R-, G- und B-Komponenten angeordnet. Die durch das Beugungsgitter 18 aus dem einfallenden Licht ausge zogenen R-, G- und B-Komponenten laufen durch ein unter dem Beugungsgitter 18 angeordnet es Glaselement 5 und anschließend durch Prismen 19, d. h. ein R-Durchlaßpris ma 19R, ein G-Durchlaßprisma 19G und ein B-Durchlaß prisma 17B, die in unteren Bereichen des Glaselements 5 positioniert sind. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, werden die Laufrichtungen dieser zerlegten oder ausgezogenen Lichtkomponenten, die schräg auf diese Prismen 19R, 19B bzw. 17B (d. h. 19G) auftreffen, durch diese Prismen in eine Richtung senkrecht zu einem Glassubstrat 10 geän dert. Der Durchlaßgrad jeder dieser Lichtkomponenten, die auf die Flüssigkristallzelle 14 fallen, wird durch eine Spannungsanlegung an die Flüssigkristallzelle 14 gesteuert. Das die Flüssigkristallzelle 14 passierende Licht wird durch die unter der Flüssigkristallzelle 14 angeordnete reflektierende Platte 15 reflektiert. Das reflektierende Licht läuft, wie oben beschrieben, auf dem Strahlengang des einfallenden Lichts in der Gegen richtung. Insbesondere durchläuft das reflektierte Licht die Flüssigkristallzelle 14, das Beugungsgitter 18, die Konkavlinsenreihe 12 und die Konvexlinsenreihe 11, um nach außen emittiert zu werden. Das emittierte Licht ist als Wiedergabebild sichtbar (oder erkennbar).

Mit der oben beschriebenen Anordnung werden ähnliche Wirkungen wie mit den Anordnungen gemäß erster und zweiter Ausführungsform nach Fig. 2 bzw. 5 erzielt.

Zweckmäßig ist die Flüssigkristallanzeigeanordnung so ausgestaltet, daß der Lichtfluß 1 in einer Richtung senkrecht zur Flüssigkristallzelle einfällt, weil diese spezielle Ausgestaltung es dem durch die reflektierende Platte 15 reflektierten Licht ermöglicht, genau auf dem Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 ein fallenden Lichts in Gegenrichtung zu laufen, so daß sich die Lichtflußverteilung nicht ändert. Selbstver ständlich kann jedoch im wesentlichen die gleiche Wir kung auch dann erzielt werden, wenn der einfallende Lichtfluß 1 nicht perfekt senkrecht zur Flüssigkri stallzelle liegt, sondern zum Beispiel um einige Grade davon abweicht. Es braucht nur eine einzige reflektie rende Platte vorgesehen zu sein; wahlweise können zwei reflektierende Platten vorgesehen werden, welche die Flüssigkristallzelle zwischen sich einschließen. Die Flüssigkristallzelle 14 kann von entweder einem aktiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp sein, sofern die Anordnung in einem Transparentmodus betrieben wird. Ebenso ist es möglich, einen vom TN-Typmodus verschie denen Flüssigkristallanzeigemodus anzuwenden, wenn eine Färbung des als Wiedergabebild nach außen emittierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht. Außerdem kann das Beugungsgitter 18 aus einem Kunststoff oder Glas geformt sein. Bei Anwendung des technischen Grundgedan kens der Erfindung auf eine Flüssigkristallanzeigean ordnung eines Transmissionsmodus reicht es aus, die re flektierende Platte 15 wegzulassen und damit eine Lichttransmission zuzulassen.

(Beispiel 4)

Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Die vierte Ausführungs form ähnelt bezüglich der Ausgestaltung der dritten Ausführungsform der Fig. 6, nur mit dem Unterschied, daß ein Beugungsgitter 20 mit einer konkaven Konfigura tion geformt ist, um das gebeugte Licht bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 7 zu sammeln, und zwar im Gegensatz zur Konstruktion gemäß der dritten Ausfüh rungsform, bei welcher gemäß Fig. 6 die Konvexlinsen reihe 11, die Konkavlinsenreihe 12 und das Beugungsgit ter 18 zum Zerlegen des einfallenden Lichts in seine R-, G- und B-Komponenten auf der Anzeigeoberfläche ge formt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 laufen die durch das Beugungsgitter 20 aus dem einfallenden Licht ausge zogenen R-, G- und B-Komponenten durch ein unter dem Beugungsgitter 20 angeordnetes Glaselement 5 und dann durch in unteren Abschnitten des Glaselements 5 ange ordnete Deformationslinsen (deformation lenses) 21, d. h. eine R-Komponenten-Deformierlinse 21R, eine G- Komponenten-Deformierlinse 21G und eine B-Komponenten- Deformierlinse 21B. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, werden die Laufrichtungen dieser ausgezogenen Lichtkomponen ten, die schräg auf diese Deformationslinsen 21R, 21B bzw. 21G auftreffen, durch diese Linsen zu einer Rich tung senkrecht zu einem Glassubstrat 4 geändert. Der Durchlaßgrad jeder dieser Lichtkomponenten, die auf die Flüssigkristallzelle 14 fallen, wird durch eine Span nungsanlegung an die Flüssigkristallzelle 14 gesteuert. Das die Flüssigkristallzelle 14 passierende Licht wird für die Wiedergabe genutzt. Unter der Flüssigkristall zelle 14 kann eine reflektierende Platte angeordnet sein, so daß die Anordnung als Reflexionstyp-Flüssig kristallanzeigeanordnung benutzbar ist. In diesem Fall läuft das reflektierte Licht, wie oben beschrieben, auf dem Strahlengang des Einfallslichts in der entgegenge setzten Richtung. Insbesondere durchläuft das Licht die Flüssigkristallzelle 14, die Deformationslinsen 21R, 21G, 21B und die Konkavlinsenreihe 12, um nach außen emittiert zu werden. Das emittierte Licht ist als Wie dergabebild sichtbar.

Zweckmäßig sollte die Flüssigkristallanzeigeanordnung so ausgestaltet sein, daß der Lichtfluß 1 in einer Richtung senkrecht zur Flüssigkristallzelle einfällt, weil es diese spezielle Ausgestaltung dem durch die re flektierende Platte 15 reflektierten Licht erlaubt, ge nau auf dem Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 einfallenden Lichts in der entgegengesetzten Richtung bzw. Gegenrichtung zu laufen, so daß sich die Lichtflußverteilung nicht ändert. Selbstverständlich kann praktisch die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn der einfallende Lichtfluß 1 nicht perfekt senkrecht zur Flüssigkeitskristallzelle liegt, sondern zum Beispiel um einige Grade davon abweicht. Es reicht aus, eine einzige reflektierende Platte vorzusehen; wahlweise können zwei reflektierende Platten vorgesehen sein, zwischen welche die Flüssigkristallzelle eingefügt ist. Die Flüssigkristallzelle 14 kann von entweder einem ak tiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp sein, sofern die Anordnung in einem Transparentmodus betrie ben wird. Ebenso kann auch ein vom TN-Typmodus ver schiedener Flüssigkristallanzeigemodus angewandt wer den, wenn eine Färbung des als Wiedergabebild nach au ßen emittierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht. Nebenbei bemerkt, kann ein bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 6 benutztes Prisma zum Umwan deln des auf die Flüssigkristallzelle einfallenden Lichts in paralleles Licht anstelle eines Glaselements mit großem Brechungsindex verwendet werden.

Die Konstruktion nach der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 7 liefert ähnliche Vorteile wie die Konstruktion nach den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Bei der vierten Ausführungsform sind außerdem eine Linse oder ein Prisma nicht nötig, mit dem Ergebnis, daß eine Anordnung einfacherer Ausgestaltung kostengünstiger herstellbar ist.

(Beispiel 5)

Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Die fünfte Ausführungs form ähnelt konstruktiv der vierten Ausführungsform nach Fig. 7, nur mit dem Unterschied, daß bei der Aus führungsform nach Fig. 8 ein transparentes Substrat 22 aus einem Material eines großen Brechungsindex anstelle der Deformationslinsen 21R, 21G, 21B bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 7 benutzt wird. Bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 8 werden die Flüsse der zerlegten oder ausgezogenen R-, G-, B-Komponenten durch das transparente Substrat 22 in Lichtflüsse umgewandelt, die in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zum Substrat laufen. Selbstverständlich gewährleistet die Ausgestaltung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 8 ebenfalls ähnliche Wirkungen (wie vorher). Außerdem ist die fünfte Ausführungsform nach Fig. 8 einfach aufge baut, wodurch ihre Herstellung vereinfacht wird.

(Beispiel 6)

Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die sechste Ausführungs form ähnelt konstruktiv der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5. Insbesondere wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 der durch die Konvexlinse 12 konvergierte Lichtfluß durch die Konkavlinse wieder in einen paral lelen Lichtfluß zurückgeführt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 wird dagegen der konvergierte Lichtfluß nicht wieder zu einem parallelen Lichtfluß zurückge formt, sondern unmittelbar in seine R-, G- und B- Komponenten zerlegt. Wenn die zerlegten oder ausgezoge nen Lichtkomponenten durch ein Zellensubstrat 41 re flektiert werden, lassen Konkavspiegel 23, d. h. Spiegel 23R, 23G und 23B, diese Lichtkomponenten über die Strahlengänge der einfallenden Lichtkomponenten in der entgegengesetzten Richtung laufen. Der Konkavspiegel 23 kann so ausgestaltet sein, daß er als Pixelelektrode 45 oder als gemeinsame bzw. Sammelelektrode für ein Gegen substrat dient. Wahlweise kann der Konkavspiegel ge trennt von einer Elektrode für Anzeige in einem unteren Abschnitt des unteren Substrats 41 vorgesehen sein.

(Beispiel 7)

Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 10 ist ein nur drei Pixel bedeckender oder abdeckender Abschnitt dar gestellt. Bei dieser Ausführungsform dient ein Defor mierprisma (deforming prism) 24 zum Konvergieren jeder der ausgezogenen Lichtkomponenten gemäß Fig. 10 anstel le des bei der fünften Ausführungsform nach Fig. 8 ver wendeten deformierten Beugungsgitters 20. Dabei können eine Konkavlinse, eine Konvexlinse oder ein Beugungs gitter des Fresnel-Typs, die in den Fig. 11A, 11B bzw. 11C dargestellt sind, anstelle der Linsen oder des Beu gungsgitters bei den einzelnen, vorher beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, um damit die Dicke der gesamten Anordnung zu verkleinern.

Wie oben beschrieben, wird bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen der von einer Lichtquelle emittierte Lichtfluß auf eine Breite von weniger als etwa 1/3 der Breite des von der Lichtquelle emittierten Lichtflusses konvergiert. Der konvergierte Lichtfluß wird sodann in seine R-, G- und B-Komponenten zerlegt. Ferner wird der Durchlaßgrad der zerlegten oder auch ausgezogenen Lichtkomponenten durch einen Flüssigkristall gesteuert, worauf die den Flüssigkristall passierenden Lichtkompo nenten durch eine reflektierende Platte reflektiert werden, um die reflektierten Lichtkomponenten auf den Strahlengängen der Einfallslichtkomponenten in der ent gegengesetzten Richtung laufenzulassen. Die reflektier ten Lichtkomponenten werden sodann zur Verwendung als Anzeigelicht wieder konvergiert. Wahlweise werden Lichtkomponenten, deren Durchlaßgrad durch den Flüssig kristall gesteuert ist, für die Verwendung der Anord nung in einem Transmissionsmodus nicht reflektiert. Ebenso kann mit praktisch den gleichen Ergebnissen eine Lichtzerlegungsmethode unter Anwendung eines Prinzips, das von denen bei den beschriebenen Ausführungsformen verschieden ist, angewandt werden. Eine spezielle, bei der Erfindung angewandte Technik ermöglicht es, das ge samte von der Lichtquelle emittierte sichtbare Licht zu nutzen. Infolgedessen ermöglicht die Erfindung die Ver besserung des Lichtnutzungswirkungsgrads auf etwa das Dreifache desjenigen beim herkömmlichen, ein Farbfilter verwendenden System. Bei Verwendung eines Flüssigkri stalls des TN-Typs kann außerdem das Licht in einer Richtung nahe an einer Richtung senkrecht zum Substrat einfallen, um die Sicht- bzw. Betrachtungswinkelabhäng igkeit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung auszu schalten. Es kann auch ein vom TN-Typ verschiedener LC- bzw. Flüssigkristall-Modus, wie der Schwarz/Weiß-GH- Typ, angewandt werden.

(Beispiel 8)

Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer achten Aus führungsform der Erfindung. Dabei sind eine Dünnfilm transistoranordnung oder -reihe 112, wellenlängenselek tive Interferenzfilter 114 und ITO-Pixelelektroden 115 auf einem transparenten Glassubstrat 111 geformt (vgl. Fig. 12). Auf der Gesamtoberfläche eines Gegensubstrats 118 ist eine (nicht dargestellte) transparente Elektro de ausgebildet. Auf der Oberfläche jedes der beiden Substrate ist eine Orientierungsschicht erzeugt. Wei terhin ist zur Bildung einer TFT-Typ-Flüssigkristall zelle ein Flüssigkristallmaterial 116 zwischen den bei den Substraten dicht eingeschlossen.

Zur Verhinderung einer Reflexion von externem Licht durch das Interferenzfilter 114 können gemäß Fig. 12 auf der Oberfläche des Gegensubstrats 116 Farbfilter (Farbzerlegungsfilter) 117, d. h. Farbfilter 117R, 117G, 117b, geformt sein, welche selektiv die roten, grünen bzw. blauen Lichtkomponenten für eine Farbe gleich der Farbe des durchgelassenen Lichts durchlassen. Außerdem können die Farbfilter 117 auf dem Interferenzfilter 114 laminiert bzw. schichtartig ausgebildet sein. Fig. 12 veranschaulicht auch ein TFT-Element 112 und eine re flektierende Schicht 113.

Seitwärts eines Arrays oder einer Reihe 101 ist eine Lichtquelle 119 für Gegen- oder Hintergrundlicht ange ordnet. Unter der Reihe 101 ist ferner eine Lichtlei terplatte 121 vorgesehen. Auf der Innenfläche der letz teren ist ein reflektierender Film oder Reflexionsfilm 122 geformt, mit dem Ergebnis, daß der untere Abschnitt des Arrays oder der Reihe 101 mittels der Lichtleiter platte 121 beleuchtet wird. Der reflektierende Film 122 braucht lediglich das von der Reihe 101 emittierte Licht zu reflektieren, um das reflektierte Licht wie derum die Reihe 101 beleuchten zu lassen. Der reflek tierende Film kann auch eine flache Oberseite aufwei sen. Vorzugsweise sollte jedoch der reflektierende Film eine lichtstreuende Oberfläche aufweisen.

Bei der achten Ausführungsform gemäß Fig. 12 wird das von einer Lichtquelle emittierte Licht 100 durch das transparente Glassubstrat 111 reflektiert, worauf das reflektierte Licht durch die Lichtleiterplatte 121 wei ter reflektiert wird. Auf diese Weise wird das Licht 100 durch das transparente Glassubstrat 111 und die Lichtleiterplatte 121 wiederholt reflektiert. Während dieser Wiederholung wird eine vorbestimmte Farbkompo nente des Lichts jedesmal dann, wenn das Licht das transparente Glassubstrat 111 erreicht, selektiv über das Interferenzfilter 114 durchgelassen bzw. von diesem übertragen. Beispielsweise wird die rote Lichtkomponen te des Lichts 100 selektiv über das Farbfilter 117R übertragen, während die anderen Lichtkomponenten, d. h. grüne und blaue Lichtkomponenten, vom transparenten Glassubstrat 111 reflektiert werden. Diese grünen und blauen Lichtkomponenten werden durch die Lichtleiter platte 121 weiter reflektiert, um auf das auf dem transparenten Glassubstrat 111 geformte Farbfilter 117G zu fallen. Dabei wird die grüne Lichtkomponente vom Farbfilter 117G selektiv durchgelassen, während die restliche blaue Komponente reflektiert wird. Die re flektierte blaue Lichtkomponente wird durch die Licht leiterplatte 121 weiter reflektiert, um auf das auf dem transparenten Glassubstrat 111 geformte Farbfilter 117B geworfen zu werden. Dabei wird die blaue Lichtkomponen te durch das Farbfilter 117B übertragen bzw. von ihm durchgelassen.

Wie beschrieben, wird das von einer Lichtquelle emit tierte Licht durch das Farbfilter 117 und den reflek tierenden Film 122 wiederholt reflektiert. Während der wiederholten Reflexion werden die roten, grünen und blauen Komponenten des Lichts durch die Farbfilter 117R, 117G bzw. 117B durchgelassen. Infolgedessen kön nen alle drei Primärfarbkomponenten des Lichts genutzt werden, mit dem Ergebnis, daß der Lichtnutzungswir kungsgrad auf etwa das Dreifache desjenigen beim System mit dem herkömmlichen Farbfilter verbessert sein kann. Die Verbesserung des Lichtnutzungswirkungsgrads ermög licht eine Erhöhung der Helligkeit des Anzeige-Bild schirms und erlaubt auch eine Senkung des Energiever brauchs.

(Beispiel 9)

Fig. 13A zeigt den Schnitt eines Hauptteils einer Flüs sigkristallanzeigeanordnung gemäß einer neunten Ausfüh rungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ent spricht im wesentlichen der achten Ausführungsform ge mäß Fig. 12, nur mit dem Unterschied, daß die Lagenbe ziehung zwischen dem transparenten Glassubstrat 111 und der Gegenelektrode 118 umgekehrt ist. Genauer gesagt: die Gegenelektrode 118 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 13 unter dem transparenten Glassubstrat 111 ange ordnet. Außerdem ist auf der Oberseite der Gegenelek trode 118 ein Interferenzfilter 114 ausgebildet. Ferner ist auf der obersten Fläche des transparenten Glas substrats 111 ein Antireflexfilm 123 vorgesehen. Wahl weise kann eine Polarisationsplatte in der Lage sein, die Funktion der Verhinderung einer Lichtreflexion zu übernehmen. Die Ausführungsform gemäß Fig. 13 gewähr leistet eine ähnliche Wirkung wie die achte Ausfüh rungsform nach Fig. 12. üblicherweise verringert sich mit der Ausbreitung des Lichts im Inneren des Lichtlei ters die (Licht-)Intensität. Der Anteil des durchgelas senen Lichts kann somit vergrößert werden, indem eine Öffnung oder Apertur 130A des Spiegels 130, die zur In nenseite gemäß Fig. 13B hin größer (grater) ist, ausge bildet wird. Auf ähnliche Weise kann der Lichtstreu ungsteil 131 in das Innere hinein größer sein (vgl. Fig. 13C).

(Beispiel 10)

Fig. 14 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungs form ist der technische Grundgedanke der Erfindung auf eine Flüssigkristallanzeigeanordnung eines Projektion styps angewandt.

Bei der zehnten Ausführungsform sind eine Projektions lichtquelle 102 und ein Spiegel 103 unter einem TFT- LCD-Substrat 101 angeordnet (vgl. Fig. 14). Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlengang zum Beispiel wie folgt gebildet: das von der Lichtquelle 102 emittierte Licht wird durch den Spiegel 103 reflektiert (umgelenkt) und erreicht das Interferenzfilter 114R, das selektiv die rote Lichtkomponente des Einfalls lichts durchläßt. Dabei wird die rote Lichtkomponente selektiv vom Interferenzfilter 114R durchgelassen, wäh rend die grünen und blauen Lichtkomponenten vom Filter 114R reflektiert werden. Diese grünen und blauen Licht komponenten werden sodann wiederum durch den Spiegel 103 reflektiert und erreichen das Interferenzfilter 114B, welches selektiv die blaue Lichtkomponente des Einfallslichts durchläßt. Dabei wird die blaue Licht komponente selektiv vom Interferenzfilter 114B durchge lassen bzw. durch dieses übertragen, während die rest liche grüne Lichtkomponente vom Filter 114B reflektiert wird. Weiterhin wird die grüne Lichtkomponente durch den Spiegel 103 auf das Interferenzfilter 114G reflek tiert, welches die grüne Lichtkomponente selektiv durchläßt. Dabei wird die grüne Lichtkomponente er sichtlicherweise vom Interferenzfilter 114G durchgelas sen. Infolgedessen werden bei dieser Ausführungsform alle R-, G- und B-Komponenten des von der Lichtquelle 102 emittierten Lichts genutzt. Zweckmäßigerweise wird der Reflexionsgrad des Interferenzfilters auf einen ho hen Wert nahe bei 100% eingestellt.

Bei dem oben beschriebenen Strahlengang werden die ein zelnen R-, G- und B-Komponenten des Einfallslichts vollständig durchgelassen oder übertragen, wenn das Licht auf das betreffende Interferenzfilter fällt. Da bei kann auch der Lichtnutzungswirkungsgrad nahe bei 100% liegen, indem das Einfallslicht durch das Inter ferenzfilter und den Spiegel wiederholt und mehrfach reflektiert wird, so daß jede der R-, G- und B-Kompo nenten des Einfallslichts in der Endphase vollständig durchgelassen und übertragen wird.

Die spezielle Konstruktion der zehnten Ausführungsform gemäß Fig. 14 ermöglicht eine Verringerung der Zahl der Bauteile der Flüssigkristallanzeigeanordnung, wie Pris men, Spiegel, Linsen, Arrays oder Reihen und Treiber schaltungen, auf 1/3 derjenigen der herkömmlichen An ordnung des 3-Plattentyps, was zu niedrigen Fertigungs kosten für die Anordnung führt.

(Beispiel 11)

Fig. 15 zeigt die Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß einer elften Aus führungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind wellenlängenselektive Interferenzfilter 114, d. h. 114R, 114G und 114B, sowie ITO-Pixelelektroden 115 auf einem transparenten Glassubstrat 161 geformt. Weiterhin ist eine transparente Elektrode 124 auf der Gesamtober fläche der Gegenelektrode 118 geformt. Auf der Oberflä che jedes der beiden Substrate ist eine Orientierungs schicht ausgebildet, wobei zur Bildung einer TFT- Flüssigkristallzelle ein Flüssigkristallmaterial 116 zwischen diesen beiden Elektroden dicht eingeschlossen ist. Ferner sind am Gegensubstrat 118 Mikrolinsenarrays oder -reihen 125, d. h. 125R, 125G und 125B, geformt.

Ein von der Außenseite her kommender Lichtfluß 126 fällt zunächst zum Beispiel auf ein grünes Pixel, wird durch die Mikrolinsenreihe 125G konvergiert, durch ei nen zwischen den Interferenzfiltern 114R und 114G ge bildeten Schlitz 130 übertragen, durch eine reflektie rende Platte 163 reflektiert, vom Interferenzfilter 114G, das selektiv die grüne Komponente des Lichts 127G durchläßt, übertragen oder durchgelassen, durch eine Flüssigkristallzelle 116 gesteuert, durch eine Konver gierlinse 128G konvergiert und dann durch einen Zwi schenraum zwischen den Linsen 125G und 125B nach außen emittiert. Andererseits werden die durch das Interfe renzfilter 114G reflektierten roten und blauen Licht komponenten auf ähnliche Weise innerhalb der Anordnung wiederholt reflektiert, wobei diese Lichtkomponenten von den Interferenz filtern 114R und 114B durchgelassen und schließlich nach außen emittiert werden.

Die spezielle, oben beschriebene Konstruktion ermög licht die Bereitstellung einer Flüssigkristallanzeige anordnung eines Reflexionstyps, die eine ähnliche Wir kung wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen gewährleistet. Dabei ist es, nebenbei bemerkt, auch möglich, ein Lichtstreuungselement 129 zur Verhinderung einer Direktreflexion von externem Licht vorzusehen.

Das Interferenzfilter kann durch Laminieren oder schichtweises Anordnen von transparenten Filmen unter schiedlicher Brechungsindizes gebildet werden. Als transparenter Film kann ein Metalloxidfilm verwendet werden, zum Beispiel ein Film aus einer Mehrlagenanord nung mit niedrigem/hohem Reflexionsindex, wie (SiO₂/TiO₂)_n, oder ein transparenter Harzfilm bzw. eine transparente Harzfolie. Ebenso kann ein holographisches Filter als Interferenzfilter benutzt werden. Das holo graphische Filter kann durch Aufstrahlen verschiedener Laserlichtarten unterschiedlicher Wellenlängen auf lichtempfindliches Material hergestellt werden. Es reicht aus, Interferenzfilter für rote, grüne und blaue Lichtkomponenten für jedes Pixel vorzusehen. Zur Her stellung des Interferenzfilters kann zunächst auf der Gesamtoberfläche eines Substrats ein Interferenzfilter für eine bestimmte Farbe geformt werden, worauf durch selektives Ätzen das auf diese Weise geformte Filter von dem Bereich, der vom gewünschten oder vorgesehenen Pixelbereich verschieden ist, entfernt wird. Wahlweise kann eine Schichtstruktur aus Harzschichten voneinander verschiedener Brechungsindizes durch zum Beispiel se lektive Elektroablagerung auf einem vorgesehenen Pixel bereich, um ein Interferenzfilter einer gewünschten Farbe auszubilden, geformt werden. Neben der erwähnten Elektroablagerungsmethode kann auch eine Vakuumaufdamp fung oder eine Zerstäubung für die Herstellung des In terferenzfilters angewandt werden. Diese Methoden zur Herstellung oder Ausbildung eines Interferenzfilters, die auf die elfte Ausführungsform gemäß Fig. 15 anwend bar sind, können auf ähnliche Weise auch bei den ande ren, vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfin dung angewandt werden.

Der technische Grundgedanke der Erfindung, der bei den oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine TFT- Flüssigkristallanzeige angewandt ist, kann auch auf Flüssigkristallanzeigeanordnungen anderer Arten, wie Anordnungen des MIM-Typs, des einfachen Matrixtyps usw. angewandt werden. Die in Fig. 15 gezeigte elfte Ausfüh rungsform ist auch auf andere, ein Farbfilter verwen dende Arten von Flüssigkristallanzeigeanordnungen über tragbar. Die Anzeige kann entweder von einem Direktbe trachtungs- bzw. Aufsichttyp oder von einem Projek tionstyp sein. Die erfindungsgemäß verwendete Licht quelle ist nicht auf die R-, G- und B-Lichtkomponenten beschränkt. Vielmehr kann jede Art Lichtquelle verwen det werden, sofern das Licht Komponenten einer erfor derlichen Wellenlänge enthält. Zur Senkung der Ferti gungskosten durch Verringerung der Leistung des Spek troskops, wie Prismen, Interferenzfilter oder Beugungs gitter, ist es jedoch wünschenswert, eine Linienspek trum-Lichtquelle eines engen oder schmalen Wellenlän genbereichs einzusetzen. In diesem Fall sollte die Wel lenlänge dieser Lichtquelle zweckmäßig näher an der zentralen Wellenlänge einer der R-, G- und B-Licht komponenten liegen. Bei der elften Ausführungsform ge mäß Fig. 15 wird die Intensität oder Stärke des reflek tierten Lichts in Richtung auf den Mittelbereich der Anzeigevorrichtung abgeschwächt. Aus diesem Grund soll ten zweckmäßig der Lichtstreuungskörper 129 und der transparente offene Abschnitt in Richtung auf den Mit telbereich der Anzeigevorrichtung erweitert oder ver größert sein, um dem reflektierten Licht, wie in Fig. 13B gezeigt, eine gleichmäßige Intensität zu verleihen.

Wie oben beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeanordnung der von einer Licht quelle emittierte Lichtfluß auf eine Breite bzw. Weite von weniger als etwa 1/3 der Breite oder Weite des von der Lichtquelle emittierten Lichtflusses konvergiert. Sodann wird der konvergierte Lichtfluß in seine R-, G- und B-Komponenten zerlegt. Weiterhin wird der Durchlaß grad jeder der zerlegten Lichtkomponenten durch einen Flüssigkristall kontrolliert oder gesteuert. Wenn diese Anordnung von einem Reflexionstyp ist, werden die durch den Flüssigkristall hindurchgehenden Lichtkomponenten durch eine reflektierende Platte reflektiert, so daß die reflektierten Lichtkomponenten auf den Strahlengän gen der einfallenden Lichtkomponenten in der entgegen gesetzten Richtung laufen können. Die reflektierten Lichtkomponenten werden anschließend zur Verwendung als Anzeigelicht erneut konvergiert.

Die spezielle Konstruktion gemäß der Erfindung ermög licht die Nutzung aller Komponenten des von der Licht quelle emittierten Lichts. Infolgedessen ermöglicht die Erfindung die Verbesserung des Lichtnutzungswirkungs grads auf etwa das Dreifache desjenigen beim herkömmli chen, ein Farbfilter verwendenden System. Im Falle der Verwendung eines TN-Typ-Flüssigkristalls kann außerdem das Licht in einer Richtung nahe einer Richtung senk recht zur Substratoberfläche einfallen, so daß die Sicht- bzw. Betrachtungswinkelabhängigkeit der Flüssig kristallanzeigeanordnung beseitigt wird. In der Praxis braucht die Einfallsrichtung des Lichts nicht streng senkrecht zur Substratoberfläche zu liegen. Beispiels weise ruft eine Abweichung von weniger als etwa 10°, vorzugsweise 5°, von der senkrechten Richtung keinerlei praktisches Problem hervor.

Darüber hinaus ermöglicht die spezielle Konstruktion gemäß der Erfindung die Bereitstellung einer Farb- Flüssigkristallanzeigeanordnung eines Aufsichttyps (direct-view type) oder eines Projektionstyps, welche Anordnung einen hohen Helligkeitsgrad gewährleistet, eine Senkung des Energieverbrauchs ermöglicht und sich kostengünstig herstellen läßt.

Mit der Erfindung wird auch eine Flüssigkristallanzei geanordnung bereitgestellt, die Interferenzfilter zum Zerlegen des von einer Lichtquelle emittierten Lichts in seine roten, grünen und blauen Komponenten sowie ei ne reflektierende Platte aufweist. Bei der Anordnung dieser Art wird das einfallende Licht durch die Inter ferenzfilter und die reflektierende Platte wiederholt reflektiert, so daß die roten, grünen und blauen Kompo nenten des Einfallslichts schließlich von den Interfe renzfiltern der betreffenden Farben durchgelassen wer den. In diesem Fall können alle roten, grünen und blau en Komponenten des Einfallslichts für die Anzeige ge nutzt werden. Mit der Erfindung werden somit die ange gebenen Vorteile sicher gewährleistet.

Claims

1. Flüssigkristallanzeigeanordnung, umfassend:
eine für jedes Pixel oder jede Pixelreihe bzw. -zeile aus einer Vielzahl von Pixeln vorgesehene Lichtkonvergiereinheit zum Konvergieren des von au ßen einfallenden Lichts,
eine erste Strahlengangwandlereinheit zum Umwan deln des konvergierten Lichts in paralleles Licht, eine Lichtzerlegungseinheit zum Zerlegen des pa rallelen Lichts in seine roten, grünen und blauen Lichtkomponenten,
eine Flüssigkristallzelle zum Steuern der Trans missions- oder Durchlaßgröße jeder Lichtkomponente,
eine Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurch laßgrads der Flüssigkristallzelle für eine Vielzahl von Pixeln durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle und
eine Reflektiereinheit zum Reflektieren des von der Flüssigkristallzelle durchgelassenen Lichts in der Weise, daß das reflektierte Licht auf die Flüs sigkristallzelle fällt.

2. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtkonvergierein heit aus einer Konvexlinse geformt ist.

3. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strahlengang wandlereinheit aus einer Konkavlinse geformt ist.

4. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzerlegungsein heit ein erstes Bandpaßfilter, das mit einer Nei gung von im wesentlichen 45° relativ zur optischen Achse des parallelen Lichts geformt ist, zum selek tiven Durchlassen (oder Übertragen) der roten Lichtkomponente des Einfallslichts unter Reflexion der anderen Lichtkomponenten, ein mit einer Neigung von im wesentlichen 45° relativ zur optischen Achse des parallelen Lichts geformtes zweites Bandpaßfil ter zum selektiven Durchlassen der blauen Lichtkom ponente des Einfallslichts unter Reflexion der an deren Lichtkomponente(n) und einen einfachen Spie gel oder ein Infrarotdurchlaßfilter, mit einer Nei gung von im wesentlichen 45° relativ zur optischen Achse des parallelen Lichts geformt, umfaßt.

5. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzerlegungsein heit mindestens ein Prisma aufweist.

6. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, umfassend ein Prisma als Einrichtung zum Umwandeln jeder der durch die Lichtzerlegungseinheit zerleg ten Lichtkomponenten in paralleles Licht.

7. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzerlegungsein heit aus einem Beugungsgitter geformt ist.

8. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 7, umfassend ein Prisma als Einrichtung zum Umwandeln jeder der durch die Lichtzerlegungseinheit zerleg ten Lichtkomponenten in paralleles Licht.

9. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 7, umfassend eine Linse als Einrichtung zum Umwandeln jeder der durch die Lichtzerlegungseinheit zerleg ten Lichtkomponenten in paralleles Licht.

10. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter eine konkave Oberfläche oder Konkavfläche aufweist.

11. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 10, umfassend ein aus einem Material eines vergleichs weise großen Brechungsindex geformtes transparentes Substrat als Einrichtung zum Umwandeln jeder der durch die Lichtzerlegungseinheit zerlegten Licht komponenten in paralleles Licht.

12. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Flüssigkri stallzelle passierende Licht im wesentlichen senk recht zur Flüssigkristallzelle gerichtet ist.

13. Flüssigkristallanzeigeanordnung, umfassend:
eine für jedes Pixel oder jede Pixelreihe bzw. -zeile aus einer Vielzahl von Pixeln vorgesehene Lichtkonvergiereinheit zum Konvergieren des von au ßen einfallenden Lichts,
eine Lichtzerlegungseinheit zum Zerlegen des konvergierten Lichts in seine roten, grünen und blauen Lichtkomponenten,
eine Flüssigkristallzelle zum Steuern der Trans missions- oder Durchlaßgröße jeder Lichtkomponente,
eine Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurch laßgrads der Flüssigkristallzelle für eine Vielzahl von Pixeln durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle und
eine in der Flüssigkristallzelle geformte zweite Strahlengangwandlereinheit, um die durch die Licht zerlegungseinheit zerlegten Lichtkomponenten wieder auf die optische Achse des Einfallslichts zurückzu bringen.

14. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strahlen gangwandlereinheit aus einem Spiegel mit einer kon kaven Fläche oder Konkavfläche geformt ist.

15. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzerlegungsein heit aus einem Prisma geformt ist.

16. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzerlegungsein heit aus einem Beugungsgitter geformt ist.

17. Flüssigkristallanzeigeanordnung, umfassend:
eine Flüssigkristallzelle mit zwei Substraten, bestehend aus einem ersten Substrat mit einer Viel zahl von darauf geformten Interferenzfiltern und
einem zweiten Substrat mit einer darauf geformten Pixelelektrode, sowie mit einem zwischen die beiden Substrate eingefügten Flüssigkristallmaterial, wo bei der Lichtdurchlaßgrad des Flüssigkristallmate rials durch Spannungsanlegung änderbar ist,
auf dem zweiten Substrat geformte Farbzerle gungsfilter zum selektiven Durchlassen nur derjeni gen Komponenten des von einer Lichtquelle emittier ten Lichts, die vorbestimmte, voneinander verschie dene Wellenlängen aufweisen, und
eine Reflektiereinheit zum Reflektieren des von den Farbzerlegungsfiltern zur Flüssigkristallzelle durchgelassenen Lichts.

18. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 17, ferner umfassend einen auf der Außenfläche des er sten Substrats erzeugten Reflexschutzfilm.

19. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle von ei nem Spiegel umgeben ist.

20. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektiereinheit eine lichtleitende Platte oder Lichtleiterplatte und eine Anzahl von in einem vorbestimmten Abstand von der Lichtleiterplatte angeordneten Lichtstreu ungskörpern aufweist, wobei eine Breite eines Lichtstreuungskörpers mit zunehmendem Abstand des selben von der Lichtquelle größer ist.

21. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spiegel in ei nem vorbestimmten Abstand voneinander auf einer die Farbzerlegungsfilter tragenden Hauptfläche und der gegenüberliegenden Hauptfläche eines zweiten Sub strats der Flüssigkristallzelle geformt sind, wobei sich der Abstand zwischen den Spiegeln mit zuneh mender Entfernung der Lichtstreuungskörper von der Lichtquelle vergrößert.

22. Flüssigkristallanzeigeanordnung, umfassend:
eine für jedes Pixel oder jede Pixelreihe bzw. -zeile aus einer Vielzahl von Pixeln vorgesehene Lichtkonvergiereinheit zum Konvergieren des von au ßen her einfallenden Lichts,
eine erste Strahlengangwandlereinheit zum Umwan deln des konvergierten Lichts in paralleles Licht,
eine Lichtzerlegungseinheit zum Zerlegen des pa rallelen Lichts in seine roten, grünen und blauen Lichtkomponenten,
eine Flüssigkristallzelle zum Steuern der Trans missions- oder Durchlaßgröße jeder Lichtkomponente und
eine Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurch laßgrads der Flüssigkristallzelle für eine Anzahl von Pixeln durch Anlegung einer Spannung an die Flüssigkristallzelle.

23. Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das die Flüssigkri stallzelle passierende Licht im wesentlichen senk recht zur Flüssigkristallzelle gerichtet ist.