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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigeanordnung
und insbesondere eine Flüssigkristallanzeigeanordnung
vom Reflexionstyp.
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Seit einigen Jahren wird eine Flüssigkristallanzeigeanordnung
verbreitet als dünne
und leichte Anzeigevorrichtung bei sog. Personal-Rechnern oder kleinen
Fernsehempfängern
verwendet. Zudem wurde ein großer
Forschungsaufwand mit dem Ziel der Verwendung einer Flüssigkristallanzeigeanordnung als
großes
Anzeigeelement in Wandaufhängungs-Fernsehempfängern oder
elektronischen Rechnern getrieben.
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1 zeigt
die Konstruktion einer herkömmlichen
Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung.
Die herkömmliche
Anordnung nach 1 umfasst
ein Anordnungs- bzw. Reihen- oder Arraysubstrat 241 und
ein letzterem flächig
zugewandtes Gegensubstrat 248. Auf dem Arraysubstrat 241 sind
zahlreiche Pixelelektroden 245 und TFT-Elemente 242 einander abwechselnd
ausgebildet, während
am Gegensubstrat 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 durchgelassen 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 Nutzungswirkungsgrad ergibt.
Hierbei ist zu beachten, dass eine lange Ansteuerzeit für die Anzeige
speziell bei einem tragbaren Rechner erforderlich ist, weshalb die
Verbesserung des Lichtnutzungswirkungsgrads der Anzeige sehr wichtig
ist. Zudem ist zu beachten, dass bei Verwendung eines Absorptions
(typ)-Farbfilters zahlreiche Verfahrensschritte für die Bereitstellung
von R-, G- und B-Bereichen nötig sind,
was hohe Fertigungskosten der Anzeigeanordnung bedingt.
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Im Fall einer Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung
vom Projektionstyp wird das Licht durch einen dichroitischen Spiegel
in die R-, G-, B-Komponenten zerlegt, um den Lichtnutzungswirkungsgrad zu
verbessern. Dabei werden drei Flüssigkristallanzeigeanordnungen
für die
unabhängige
Steuerung der Anzeige bzw. Wiedergabe der drei Farbkomponenten benutzt,
worauf letztere wieder miteinander kombiniert werden. In diesem
Fall werden drei Sätze aus
(je) einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
und einem optischen System benötigt,
was zu einer komplexen Konstruktion und hohen Fertigungskosten führt.
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Verschieden Flüssigkristallanzeigeanordnungen
sind aus
JP-A 61-210328 ,
JP-A 3-278026 ,
EP-A 05 83 150 ,
JP-A 62-293222 ,
US 5 221.982 und
JP-A 5-196928 bekannt.
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Insbesondere zeigt
JP-A 61-210328 Flüssigkristallanzeigeanordnung,
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 Lichtzerlegungseinheit, auf die das parallele
Licht einfällt,
zum Zerlegen des Lichts in seine roten, grünen und blauen Lichtkomponenten,
wobei jede der Lichtkomponenten paralleles Licht darstellt, und
eine Flüssigkristallzelle
zum Steuern der Transmissions- oder Durchlassgröße jeder Lichtkomponente, wobei
jede Lichtkomponente im Wesentlichen senkrecht auf die Flüssigkristallzelle
einfällt,
eine Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurchlassgrads der Flüssigkristallzelle
für eine Vielzahl
von Pixeln durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle.
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Diese Flüssigkristallanzeige arbeitet
im transmissiven Modus. Das einfallende Licht wird nach dem Konvergieren
ohne weitere Umwandlung zerlegt.
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Eine ähnliche Flüssigkristallanzeigeanordnung
ist aus
EP-A 0 5 8 315
0 bekannt .
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Des Weiteren zeigt
JP-A 3-278026 eine Flüssigkristallanzeigeanordnung
vom Reflexionstyp. Eine Farbauftrennung des einfallenden Lichts
ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist damit die
Schaffung einer weiteren Flüssigkristallanzeigeanordnung, die
einen guten Lichtnutzungswirkungsgrads ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Flüssigkristallanzeigeanordnung,
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 Strahlengangwandlereinheit
zum Umwandeln des konvergierten Lichts in paralleles Licht,
eine
Lichtzerlegungseinheit, auf die das parallele Licht einfällt, zum
Zerlegen des parallelen Lichts in seine roten, grünen und
blauen Lichtkomponenten, wobei jede der Lichtkomponenten paralleles
Licht darstellt,
eine Flüssigkristallzelle
zum Steuern der Transmissions- oder
Durchlassgröße jeder
Lichtkomponente, wobei jede Lichtkomponente im wesentlichen senkrecht
auf die Flüssigkristallzelle
einfällt,
eine
Steuereinheit zum Steuern des Lichtdurchlassgrads der Flüssigkristallzelle
für eine
Vielzahl von Pixeln durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle,
und
eine Reflektiereinheit zum Reflektieren jeder der von der
Flüssigkristallzelle
durchgelassenen und im wesentlichen senkrecht auf die Reflektiereinheit
einfallenden Lichtkomponenten.
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Weitere vorteilhafte Aspekte der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung
naher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeanordnung,
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2 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 und 4 Drauf sichten zur jeweiligen
Darstellung des Einfalls eines Lichtflusses in eine Flüssigkristallzelle,
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5 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung,
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6 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung,
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7 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer vierten
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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8 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer fünften Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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9 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer sechsten
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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10 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer siebten
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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11A bis 11C Darstellungen von Fresnel-Linsen
und Beugungsgittern,
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12 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer achten
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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13A bis 13C Schnittansichten eines Hauptteils
einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer
neunten Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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14 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer zehnten
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist, und
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15 eine
Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer elften
Ausführungsform,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist,
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1 ist
eingangs bereits erläutert
worden.
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Bei einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeanordnung
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 Flüssigkristallzelle
gesteuert. Wenn die Flüssigkristallanzeigeanordnung
vom Reflexionstyp mit einer zusätzlichen
Reflektiereinheit ist, läuft
das durch letztere reflektierte Licht in der entgegengesetzten Richtung
auf praktisch dem gleichen Strahlengang wie das einfallende Licht,
um entgegengesetzt bzw. in Gegenrichtung zur Außenseite emittiert zu werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
wird das von einer Lichtquelle emittierte Licht zu einem Lichtfluss
eines Durchmessers von weniger als 1/3 des jenigen des ursprünglichen
Lichtflusses konvergiert, gefolgt von einer Zerlegung des konvergierten Lichts
in R-, G- und B-Komponenten.
Da jede dieser zerlegten R-, G- und B-Komponenten durch eine Flüssigkristallzelle
kontrolliert oder gesteuert wird, gewährleistet die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeanordnung
einen Lichtnutzungswirkungsgrad, der etwa dreimal so hoch ist wie
bei der herkömmlichen
Anordnung unter Verwendung eines Farbfilters.
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Bei der Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung sind außerdem ein Interferenzfilter
zum Zerlegen des von einer Lichtquelle emittierten oder von außen einfallenden
Lichts und eine Reflexionsplatte an zwei Substraten, zwischen die
eine Fhüssigkristallzelle
eingefügt
ist, montiert. Dabei wird das Licht durch das Interferenzfilter
und die Reflexionsplatte wiederholt so reflektiert, dass jede Farbkomponente
des Lichts schließlich
durch das entsprechende Interferenzfilter hindurch übertragen
wird. Infolgedessen können
alle R-, G- und B-Komponenten
des Lichts vollständig
für die
Anzeige oder Wiedergabe genutzt werden. Demzufolge wird mit der
Erfindung eine Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung
eines Direktsicht- oder
Projektionstyps bereitgestellt, die eine hohe Helligkeit gewährleistet,
eine Senkung des Energiebedarfs oder – verbrauchs ermöglicht und
kostensparend herstellbar ist.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand
von Beispielen im Einzelnen beschrieben.
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(Beispiel 1)
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2 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
sind zahlreiche konvexe Linsenarrays bzw. -reihen mit Linsen 11 zum
Konvergieren eines von der Augenseite her einfallenden Lichts 1 auf der
Anzeigeoberfläche
geformt. Jede Konvexlinsenreihe mit Linsen 11 verläuft in einer
lotrechten Richtung, d.h, in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene.
Die Breite L jeder Linse 11 in der Konvex-Linsenreihe ist im
wesentlichen gleich der Breite oder Weite eines Satzes von RGB-Pixeln
eingestellt. Jede Konvexlinsenreihe kann dabei aus einer Anzahl von
Konvexlinsen 11 bestehen, die in der lotrechten Richtung
zur Abdeckung einer Anzahl von Pixeln angeordnet sind (vgl. 3). Ebenso können die
in der Konvexlinsenreihe enthaltenen Linsen für getrennte Abdeckung der Pixel
angeordnet sein (vgl. 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.
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Die einfallenden Lichtflüsse treffen
gemäß den 3 und 4, von oben gesehen, auf eine Flüssigkristallzelle 14 auf.
Im Fall der Verwendung einer Linsenreihe eines halbelliptischen
Querschnitts gemäß 2 gehen die einzelnen Lichtflüsse 31R, 31G, 31B gemäß 3 in den Mittelbereichen
der Pixel lotrecht ineinander über.
Im Falle der Verwendung einer Konvexlinsenreihe aus getrennt voneinander
angeordneten Linsen passieren dagegen die einzelnen Lichtflüsse 32R', 32G', 32B' gemäß 4 den Mittelbereich eines
jeden Pixels. In den 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
ist eine Konkavlinsenreihe 12 zum Zuruckführen des
gesammelten Lichts 2 zu einem parallelen Licht (Lichtstrahl) 3 vorgesehen.
Zweckmäßig ist
die Breite L' des
parallelen Lichtflusses kleiner eingestellt als die Breite in der
Querrichtung des Einheits-Pixels.
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Jede der Linsenreihen kann aus Glas
oder Kunststoff geformt sein. Zweckmäßigerweise wird jedoch Kunststoff
verwendet, weil in diesem Fall die Linsenreihe materialeinheitlich
geformt oder gegossen werden kann. Bezüglich der Konvexlinsenreihe ist
es zweckmäßig, einen
Kunststoff oder Glas eines großen
Brechungsindex in Kombination mit Luft zu verwenden. Ebenso ist
es möglich,
einen Kunststoff eines großen
Brechungsindizes in Kombination mit einem anderen Kunststoff eines
kleinen Brechungsindizes zu verwenden. Die Konkavlinsenreihe 12 kann
durch Umkehrung der Ausgestaltung der Konvexlinsenreihe bereitgestellt
werden.
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Unterhalb der Konkavlinsenreihe 12 ist
unter einem Winkel von etwa 45° zur
optischen Achse des parallelen Lichts eine Bandpassfilter-(Interferenzfilter-)Reihe 13R angeordnet,
welche selektiv nur die rote Lichtkomponente des parallelen Lichts
durchlässt
und die Lichtkomponenten anderer Wellenlängen reflektiert. Ebenso ist
unterhalb 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 Lichtkomponente des parallelen Lichts durchlässt und
die Lichtkomponenten 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 angeordnet, die (das) aus einfachen
Spiegeln oder einem Filter, welches Infrarotstrahlung durchlässt, besteht. Gemäß 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 organischen Folie gebildet sein. Die
Breite H in waagerechter Richtung bzw.
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Horizontalrichtung des Filters oder
Spiegels jeder der Reihen 13R, 13G und 13B ist
praktisch gleich der Breite des Einheitspixels (bzw. der Pixeleinheit)
eingestellt.
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Unterhalb der Reihen 13R, 13G, 13B ist
mit dazwischen eingefügtem
transparentem Element 5 eine Flüssigkristallzelle 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 ausgebildet.
Außerdem
ist eine Flüssigkristallschicht
zwischen 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 Polarisationsplatten vorzusehen, zwischen denen die
Flüssigkristallzelle
festgehalten ist. Wechselweise kann im Fall der Verwendung einer
reflektierenden Pixelelektrode eine einzige Polarisationsplatte
angeordnet sein.
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Das von der Außenseite her einfallende Licht wird
durch die Konvexlinsenreihe konvergiert und sodann durch die Konkavlinsenreihe 12 in
paralleles Licht zuruckgewandelt. 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 Lichtkomponenten des einfallenden Lichts durch die Reihe 13R reflektiert 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 Flüssigkristallzelle 14 geworfen.
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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
reflektierenden Scheibe oder Platte 15 reflektiert. Sodann
laufen die einzelnen, von der reflektierenden Platte 15 reflektierten
roten, grünen
und blauen Komponenten des Lichts in der entgegengesetzten Richtung über den
Strahlengang des auf die reflektierende Platte 15 einfallenden
Lichts, um nach außen
emittiert zu werden. 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.
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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. Selbstverständlich
kann im Wesentlichen die gleiche Wirkung auch dann erzielt werden,
wenn der einfallende Lichtfluss 1 nicht perfekt senkrecht
zur Flüssigkristallzelle
liegt, sonder zum Beispiel um einige Grade abweicht.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform dient ein Interferenzfilter
als Endstufenspiegel der roten, grünen und blauen Lichtkomponenten.
Infolgedessen werden 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 Flüssigkristallzelle
auftreffenden Licht beseitigt, um eine Beeinträchtigung der Polarisationsplatte
usw. oder die Erzeugung von Wärme
zu vermeiden. Dabei reicht es aus, für die Ausbildung der dritten
Reihe 13B einen einfachen Reflexions- bzw. Umlenkspiegel zu
verwenden.
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Die Flüssigkristallzelle 14 kann
von entweder einem aktiven 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 Pixelelektrode
gewählt werden.
Ferner ist es möglich,
einen vom N-Typmodus verschiedenen Flüssigkristallanzeigemodus anzuwenden,
wenn die Färbung
des von der Flüssigkristallanzeigeanordnung
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 Polarisator nötig.
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Wie oben beschrieben, wird bei der
Ausführungsform
gemäß 2 das von einer Lichtquelle emittierte
Licht zu einem Lichtfluss eines Durchmessers von weniger als 1/3
des ursprünglichen
Lichtflusses konvergiert, gefolgt 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 reflektiert wird. Das reflektierte Licht
wird weiterhin auf dem gleichen Strahlengang wie das auf die reflektierende
Platte einfallende Licht in der entgegengesetzten Richtung geleitet
und als Wiedergabebildlicht benutzt. In einem Reflexionsmodus kann
eine Anzeigeelektrode als Reflexionselektrode benutzt werden, was
auch für
die noch zu beschreibenden Ausführungsformen
gilt.
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Hieraus ergibt sich, dass bei der
Ausführungsform
gemäß 2 die gesamten sichtbaren Lichtkomponenten
des von einer Lichtquelle emittierten Lichts genutzt werden können. Mit
anderen Worten: die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeanordnung
gewährleistet
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 Flüssigkristallzelle
ein, mit dem Ergebnis, dass die Sicht- oder Betrachtungswinkelabhängigkeit
beseitigt ist.
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(Beispiel 2)
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5 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist eine Konvexlinsenreihe auf der Anzeigeoberfläche angeordnet, während eine
Konkavlinsenreihe 12 unterhalb der Konvexlinsenreihe angeordnet
ist, und zwar wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2. Die Konvexlinsenreihe
und die Konkavlinsenreihe 12 entsprechen den betreffenden
Linsenreihen bei der ersten Ausführungsform gemäß 2 und sind daher vorliegend
nicht mehr im Einzelnen beschrieben.
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Gemäß 5 sind unter der Konkavlinsenreihe 12 Prismenarrays
oder -reihen 161, 162 zum Zerlegen des einfallenden
Lichts in seine R-, G- und B-Komponenten angeordnet. Zweckmäßig ist
der in 2 mit 163 bezeichnete
Abschnitt ein Luftspalt, oder besteht aus einem transparenten 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 Lichtstrahls 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 Abstandstücks vorgesehen
werden. Ebenso ist es möglich,
die das Prisma bildenden Elemente mit Hilfe zum Beispiel eines Klebmittels
miteinander zu verbinden.
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Die durch die Prismareihen 161, 162 aus dem
einfallenden Licht getrennten R-, G- und B-Komponenten fallen durch
ein unter diesen Prismareihen angeordnetes Glaselement 5 und
sodann durch Prismen 17, d.h. ein R-Durchlassprisma 17R und
ein B-Durchlassprisma 17B, die in unteren Abschnitten des
Glaselements 5 positioniert sind. Wie aus der Zeichnung
( 5) hervorgeht, werden
die Laufrichtungen 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 Glassubstrat 4 geändert.
Dabei läuft
die durch die Prismenreihen getrennte oder ausgezogene G-Komponente in einer
Richtung senkrecht zum Glassubstrat 4 und braucht daher
vor dem Erreichen des Glassubstrats 4 ein Prisma nicht
zu durchlaufen. Die durch das Glassubstrat 4 laufenden
R-, G- und B-Komponenten treffen auf die Flüssigkristallzelle 14 auf.
Der Durchlassgrad jeder dieser Lichtkomponenten wird dann durch
eine Spannungsanlegung an die Flüssigkristallzelle 14 gesteuert.
Das die Flüssigkristallzelle 14 passierende
Licht wird von der unterhalb ersterer angeordneten reflektierenden
Platte 15 reflektiert. Wie oben beschrieben, läuft das
reflektierte Licht in der Gegenrichtung auf dem Strahlengang des einfallenden
Lichts. Genauer gesagt: das reflektierte Licht durchläuft die
Flüssigkristallzelle 14,
die Prismenreihen 162, 161, die Konkavlinsenreihe
und die Konvexlinsenreihe, um nach außen emittiert zu werden. Das
emittierte Licht ist als Wiedergabebild sichtbar.
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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 Ergebnis, dass sich die Lichtflussverteilung nicht ändert. Selbstverständlich kann
im Wsentlichen die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn der einfallende
Lichtfluss 1 nicht perfekt senkrecht zur Flüssigkristallzelle
liegt, sondern zum Beispiel um einige Grade davon abweicht. Die
Anordnung einer einzigen reflektierenden Platte ist ausreichend;
wahlweise können
zwei reflektierende Platten vorgesehen sein, zwischen welche die
Flüssigkristallzelle
eingefügt
ist: Um den Lichtfluss senkrecht auf die Flüssigkristallzelle einfallen
zu lassen, kann anstelle des Prismas gemäß 5 eine Linse oder ein Spiegel benutzt
werden. Die Flüssigkristallzelle 14 kann
entweder von einem aktiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp
sein, sofern die Flüssigkristallanzeigeanordnung
in einem Transparentmodus betrieben wird. Ebenso ist es möglich, einen
vom TN-Typmodus verschiedenen Flüssigkristallmodus anzuwenden,
wenn die Färbung
des als Wiedergabebild nach außen
emittierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht.
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(Beispiel 3)
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6 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2, sind dabei eine Konvexlinsenreihe
auf der Anzeigeoberfläche
und eine Konkavlinsenreihe unter der Konvexlinsenreihe angeordnet.
Diese Konvex- und Konkavlinsenreihen entsprechen den bei der ersten
Ausführungsform
gemäß 2 verwendeten und sind daher
vorliegend nicht mehr im einzelnen erläutert. Gemäß 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 ausgezogenen R-, G- und B-Komponenten laufen
durch ein unter dem Beugungsgitter 18 angeordnetes Glaselement 5 und
anschließend durch
Prismen 19, d.h. ein R-Durchlassprisma 19R, ein
G-Durchlassprisma 19G und
ein B-Durchlassprisma 17B, die in unteren Bereichen des
Glaselements 5 positioniert sind. Wie aus 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 geändert.
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 reflektieret
Licht läuft,
wie oben beschrieben, auf dem Strahlengang des einfallenden Lichts
in der Gegenrichtung. Insbesondere durchläuft das reflektierte Licht
die Flüssigkristallzelle 14,
das Beugungsgitter 18, die Konkavlinsenreihe und die Konvexlinsenreihe,
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 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 einfallenden Lichts
in Gegenrichtung zu laufen, so dass sich die Lichtflussverteilung
nicht ändert.
Selbstverständlich
kann jedoch 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 davon abweicht. Es braucht
nur eine einzige reflektierende 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 verschiedenen 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.
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(Beispiel 4, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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7 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer vierten
Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die vierte
Ausgestaltung ähnelt
bezüglich der
Ausgestaltung der dritten Ausführungsform
der 6, nur mit dem Unterschied,
dass ein Beugungsgitter 20 mit einer konkaven Konfiguration
geformt ist, um dass gebeugte Licht bei der vierten Ausgestaltung
gemäß 7 zu sammeln, und zwar im
Gegensatz zur Konstruktion gemäß der dritten
Ausführungsform,
bei welcher gemäß 6 die Konvexlinsenreihe,
die Konkavlinsenreihe und das Beugungsgitter 18 zum Zerlegen
des einfallenden Lichts in seine R-, G- und B-Komponenten auf der
Anzeigeoberfläche
geformt sind.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 7 laufen die durch das Beugungsgitter 20 aus
dem einfallenden Licht ausgezogenen R-, G- und B-Komponenten durch
ein unter dem Beugungsgitter 20 angeordnetes Glaselement 5 und
dann durch in unteren Abschnitten des Glaselements 5 angeordnete
Deformationslinsen (deformation lenses) 21, d.h. eine R-Komponenten-Deformierlinse 21R,
eine G-Komponenten-Deformierlinse 21G und eine B-Komponenten-Deformierlinse 21B.
Wie aus 7 hervorgeht, werden
die Laufrichtungen dieser ausgezogenen Lichtkomponenten, die schräg auf diese
Deformationslinsen 21R, 21B bzw. 21G auftreffen,
durch diese Linsen zu einer Richtung senkrecht zu einem Glassubstrat 4 geändert. 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 für
die Wiedergabe genutzt. Unter der Flüssigkristallzelle 14 kann
eine reflektierende Platte angeordnet sein, so dass die Anordnung
als Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigeanordnung
benutzbar ist. In diesem Fall läuft
das reflektierte Licht, wie oben beschrieben, auf dem Strahlengang
des Einfallslichts in der entgegengesetzten 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 Wiedergabebild sichtbar.
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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 reflektierende
Platte 15 reflektierten Licht erlaubt, genau 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 welchen die Flüssigkristallzelle
eingefügt
ist. Die Flüssigkristallzelle 14 kann
von entweder einem aktiven Matrixtyp oder einem einfachen Matrixtyp
sein, sofern die Anordnung in einem Transparentmodus betrieben wird.
Ebenso kann auch ein vom TN-Typmodus verschiedener Flüssig kristallanzeigemodus
angewandt werden, wenn eine Färbung
des als Wiedergabebild nach außen
emittierten Lichts nicht beseitigt zu werden braucht. Nebenbei bemerkt,
kann ein bei der dritten Ausgestaltung nach 6 benutztes Prisma zum Umwandeln des
auf die Flüssigkristallzelle
einfallenden Lichts in paralleles Licht anstelle eines Glaselements
mit großem
Brechungsindex verwendet werden.
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(Beispiel 5, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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8 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer fünften Ausgestaltung,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die fünfte Ausgestaltung ähnelt konstruktiv
der vierten Ausgestaltung nach 7,
nur mit dem Unterschied, dass bei der Ausgestaltung nach 8 ein transparentes Substrat 22 aus
einem Material eines großen
Brechungsindex anstelle der Deformationslinsen 21R, 21G, 21B bei
der Ausgestaltung nach 7 benutzt
wird. Bei der Ausgestaltung gemäß 8 werden die Flüsse der
zerlegten oder ausgezogenen R-, G-, B-Komponenten durch dass transparente
Substrat 22 in Lichtflüsse
umgewandelt, die in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zum Substrat
laufen.
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(Beispiel 6, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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9 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer sechsten
Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die sechste
Ausgestaltung ähnelt
konstruktiv der zweiten Ausführungsform
nach 5. Insbesondere
wird bei der Ausführungsform
gemäß 5 der durch die Konvexlinse 12 konvergierte Lichtfluss
durch die Konkavlinse wieder in einen parallelen Lichtfluss zuruckgeführt. Bei
der Ausgestaltung nach 9 wird
dagegen der konvergierte Lichtfluss nicht wieder zu einem parallelen
Lichtfluss zurückgeformt,
sondern unmittelbar in seine R-, G- und B-Komponenten zerlegt. Wenn
die zerlegten oder ausgezogenen Lichtkomponenten durch ein Zellensubstrat 41 reflektiert
werden, lassen Konkavspiegel 23, d.h. Spiegel 23R, 23G und 23B,
diese Lichtkomponenten über
die Strahlengange 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 Gegensubstrat dient. Wahlweise kann der Konkavspiegel getrennt
von einer Elektrode für
Anzeige in einem unteren Abschnitt des unteren Substrats 41 vorgesehen sein.
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(Beispiel 7, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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10 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer
siebten Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. In 10 ist ein nur drei Pixel
bedeckender oder abdeckender Abschnitt dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung
dient ein Deformierprisma (deforming prism) 24 zum Konvergieren
jeder der ausgezogenen Lichtkomponenten gemäß 10 anstelle des bei der fünften Ausgestaltung
nach 8 verwendeten deformierten
Beugungsgitters 20. Dabei können eine Konkavlinse, eine
Konvexlinse oder ein Beugungsgitter des Fresnel-Typs, die in den 11A, 11B bzw. 11C dargestellt
sind, anstelle der Linsen oder des Beugungsgitters bei den einzelnen,
vorher beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden, um damit
die Dicke der gesamten Anordnung zu verkleinern.
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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 Lichtkomponenten durch eine reflektierende Platte reflektiert
werden, um die reflektierten Lichtkomponenten auf den Strahlengängen der
Einfallslichtkomponenten in der entgegengesetzten Richtung laufen
zu lassen. Die reflektierten Lichtkomponenten werden sodann zur Verwendung
als Anzeigelicht wieder konvergiert. 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 gesamte von der Lichtquelle emittierte sichtbare Licht zu
nutzen. Infolgedessen ermöglicht
die Erfindung die Verbesserung des Lichtnutzungswirkungsgrads auf
etwa das Dreifache desjenigen beim herkömmlichen, ein Farbfilter verwendenden
System. Bei Verwendung eines Flüssigkristalls
des TN-Typs kann außerdem
das Licht in einer Richtung nahe an einer Richtung senkrecht zum
Substrat einfallen, um die Sicht- bzw. Betrachtungswinkelabhängigkeit
der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
auszuschalten. Es kann auch ein vom TN-Typ verschiedener LC- bzw.
Flüssigkristall-Modus,
wie der Schwarz/Weiß-GHTyp,
angewandt werden.
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(Beispiel 8, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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12 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer
achten Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Dabei
sind eine Dünnfilmtransistoranordnung
oder -reihe 112, wellenlängenselektive Interferenzfilter 114 und
ITO-Pixelelektroden 115 auf einem
transparenten Glassubstrat 111 geformt (vgl. 12). Auf der Gesamtoberfläche eines
Gegensubstrats 118 ist eine (nicht dargestellte) transparente
Elektrode ausgebildet. Auf der Oberfläche jedes der beiden Substrate
ist eine Orientierungsschicht erzeugt. weiterhin ist zur Bildung
einer TFT-Typ-Flüssigkristallzelle
ein Flüssigkristallmaterial 116 zwischen
den beiden Substraten dicht eingeschlossen.
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Zur Verhinderung einer Reflexion
von externem Licht durch das Interferenzfilter 114 können gemäß 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. 12 veranschaulicht auch
ein TFT-Element 112 und eine reflektierende Schicht 113.
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Seitwärts eines Arrays oder einer
Reihe 101 ist eine Lichtquelle 119 für Gegen-
oder Hintergrundlicht angeordnet. Unter der Reihe 101 ist
ferner eine Lichtleiterplatte 121 vorgesehen. Auf der Innenflache der
letzteren ist ein reflektierender Film oder Reflexionsfilm 122 geformt,
mit dem Ergebnis, dass der untere Abschnitt des Arrays oder der
Reihe 101 mittels der Lichtleiterplatte 121 beleuchtet
wird. Der reflektierende Film 122 braucht lediglich das
von der Reihe
101 emittierte Licht zu reflektieren, um
das reflektierte Licht wiederum die Reihe 101 beleuchten
zu lassen. Der reflektierende Film kann auch eine flache Oberseite
aufweisen. Vorzugsweise sollte jedoch der reflektierende Film eine
lichtstreuende Oberfläche aufweisen.
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Bei der achten Ausgestaltung gemäß 12 wird das von einer Lichtquelle
emittierte Licht 100 durch das transparente Glassubstrat 111 reflektiert, worauf
das reflektierte Licht durch die Lichtleiterplatte 121 weiter
reflektiert wird. Auf diese Weise wird das Licht 100 durch
das transparente Glassubstrat 111 und die Lichtleiterplatte 121 wiederholt
reflektiert.
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Während
dieser Wiederholung wird eine vorbestimmte Farbkomponente des Lichts
jedes Mal dann, wenn das Licht das transparente Glassubstrat 111 erreicht,
selektiv über
das Interferenzfilter 114 durchgelassen bzw. von diesem übertragen.
Beispielsweise wird die rote Lichtkomponente 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 Lichtleiterplatte 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 reflektierte blaue
Lichtkomponente wird durch die Lichtleiterplatte 121 weiter
reflektiert, um auf das auf dem transparenten Glassubstrat 111 geformte
Farbfilter 117B geworfen zu werden. Dabei wird die blaue
Lichtkomponente durch das Farbfilter 117B übertragen
bzw. von ihm durchgelassen.
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Wie beschrieben, wird das von einer
Lichtquelle emittierte Licht durch das Farbfilter 117 und den
reflektierenden 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 können
alle drei Primärfarbkomponenten
des Lichts genutzt werden, mit dem Ergebnis, dass der Lichtnutzungswirkungsgrad
auf etwa das Dreifache desjenigen beim System mit dem herkömmlichen
Farbfilter verbessert sein kann. Die Verbesserung des Lichtnutzungswirkungsgrads
ermöglicht
eine Erhöhung
der Helligkeit des Anzeige-Bildschirms und erlaubt auch eine Senkung
des Energieverbrauchs.
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(Beispiel 9, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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13A zeigt
den Schnitt eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer neunten
Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Diese Ausgestaltung
entspricht im Wesentlichen der achten Ausgestaltung gemäß 12, nur mit dem Unterschied,
dass die Lagenbeziehung zwischen dem transparenten Glassubstrat 111 und der
Gegenelektrode 118 umgekehrt ist. Genauer gesagt: die Gegenelektrode 118 ist
bei der Ausgestaltung nach 13 unter
dem transparenten Glassubstrat 111 angeordnet. Außerdem ist
auf der Oberseite der Gegenelektrode 118 ein Interferenzfilter 114 ausgebildet.
Ferner ist auf der obersten Fläche des
transparenten Glassubstrats 111 ein Antireflexfilm 123 vorgesehen.
Wahlweise kann eine Polarisationsplatte in der Lage sein, die Funktion
der Verhinderung einer Lichtreflexion zu übernehmen. Die Ausgestaltung gemäß 13 gewährleistet eine ähnliche
Wirkung wie die achte Ausgestaltung nach 12.
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Üblicherweise
verringert sich mit der Ausbreitung des Lichts im Inneren des Lichtleiters
die (Licht-) Intensität.
Der Anteil des durchgelassenen Lichts kann somit vergrößert werden,
indem eine Öffnung
oder Apertur 130A des Spiegels 130, die zur Innenseite
gemäß 13B hin größer (grater)
ist, ausgebildet wird. Ruf ähnliche
Weise kann der Lichtstreuungsteil 131 in das Innere hinein
größer sein (vgl. 13C).
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(Beispiel 10, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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14 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer
zehnten Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Diese
Ausgestaltung betrifft eine Flüssigkristallanzeigeanordnung
eines Projektionstyps.
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Bei der zehnten Ausgestaltung sind
eine Projektionslichtquelle 102 und ein Spiegel 103 unter
einem TFT-LCD-Substrat 101 angeordnet (vgl. 14). Bei dieser Ausgestaltung
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 Einfallslichts durchlässt. Dabei wird die rote Lichtkomponente
selektiv vom Interferenzfilter 114R durchgelassen, während die
grünen
und blauen Lichtkomponenten vom Filter 114R reflektiert
werden. Diese grünen
und blauen Lichtkomponenten 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 Lichtkomponente selektiv vom Interferenzfilter 114B durchgelassen
bzw. durch dieses übertragen,
während
die restliche grüne
Lichtkomponente vom Filter 114B reflektiert wird. Weiterhin
wird die grüne
Lichtkomponente durch den Spiegel 103 auf das Interferenzfilter 114G reflektiert,
welches die grüne
Lichtkomponente selektiv durchlässt.
Dabei wird die grüne
Lichtkomponente ersichtlicherweise vom Interferenzfilter 1146 durchgelassen.
Infolgedessen werden bei dieser Ausgestaltung alle R-, G- und B-Komponenten
des von der Lichtquelle 102 emittierten Lichts genutzt. Zweckmäßigerweise
wird der Reflexionsgrad des Interferenzfilters auf einen hohen Wert
nahe bei 100 eingestellt.
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Bei dem oben beschriebenen Strahlengang werden
die einzelnen R-, G-und B-Komponenten des Einfallslichts vollständig durchgelassen
oder Übertragen,
wenn das Licht auf das betreffende Interferenzfilter fällt. Dabei
kann auch der Lichtnutzungswirkungsgrad nahe bei 100 % liegen, indem
das Einfallslicht durch das Interferenzfilter und den Spiegel wiederholt
und mehrfach reflektiert wird, so dass jede der R-G- und B-Komponenten
des Einfallslichts in der Endphase vollständig durchgelassen und Übertragen
wird.
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Die spezielle Konstruktion der zehnten
Ausgestaltung gemäß 14 ermöglicht eine Verringerung der
Zahl der Bauteile der Flüssigkristallanzeigeanordnung,
wie Prismen, Spiegel, Linsen, Arrays oder Reihen und Treiberschaltungen,
auf 1/3 derjenigen der herkömmlichen
Anordnung des 3-Plattentyps, was zu niedrigen Fertigungskosten für die Anordnung
führt.
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(Beispiel 11, nicht Gegenstand
der Erfindung)
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15 zeigt
die Schnittansicht eines Hauptteils einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
gemäß einer
elften Ausgestaltung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Bei
dieser Ausgestaltung 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 Gesamtoberfläche der
Gegenelektrode 118 geformt. Auf der Oberfläche jedes
der beiden Substrate ist eine Orientierungsschicht 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 Augenseite her kommender Lichtfluss 126 fällt zunächst zum
Beispiel auf ein grünes
Pixel, wird durch die Mikrolinsenreihe 125G konvergiert,
durch einen zwischen den Interferenzfiltern 114R und 114G gebildeten
Schlitz 130 übertragen,
durch eine reflektierende 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 Konvergierlinse 128G konvergiert und dann durch
einen . Zwischenraum zwischen den Linsen 125G und 125B nach
außen
emittiert. Andererseits werden die durch das Interferenzfilter 114G reflektierten
roten und blauen Lichtkomponenten auf ähnliche Weise innerhalb der
Anordnung wiederholt reflektiert, wobei diese Lichtkomponenten von
den Interferenzfiltern 114R und 114B durchgelassen
und schließlich
nach außen emittiert
werden.
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Die spezielle, oben beschriebene
Konstruktion ermöglicht
die Bereitstellung einer Flüssigkristallanzeigeanordnung
eines Reflexionstyps, die eine ähnliche
Wirkung 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 unterschiedlicher Brechungsindizes gebildet
werden. Als transparenter Film kann ein Metalloxidfilm verwendet
werden, zum Beispiel ein Film aus einer Mehrlagenanordnung mit niedrigem/hohem
Reflexionsindex, wie (SiO2/TiO2)n, oder ein transparenter Harzfilm bzw. eine
transparente Harzfolie.
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Ebenso kann ein holographisches Filter
als Interferenzfilter benutzt werden. Das holographische 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 Herstellung des Interferenzfilters kann
zunächst
auf der Gesamtoberfläche
eines Substrats ein Interferenzfilter für eine bestimmte Farbe geformt
werden, worauf durch selektives Atzen 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 selektive Elektroablagerung
auf einem vorgesehenen Pixelbereich, um ein Interferenzfilter einer
gewünschten
Farbe auszubilden, geformt werden. Neben der erwähnten Elektroablagerungsmethode
kann auch eine Vakuumaufdampfung oder eine Zerstäubung für die Herstellung des Interferenzfilters
angewandt werden. Diese Methoden zur Herstellung oder Ausbildung
eines Interferenzfilters, die auf die elfte Ausführungsform gemäß 15 anwendbar sind, können auf ähnliche Weise
auch bei den anderen, vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
angewandt werden.
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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 15 gezeigte
elfte Ausführungsform
ist auch auf andere, ein Farbfilter verwendende Arten von Flüssigkristallanzeigeanordnungen übertragbar.
Die Anzeige kann entweder von einem Direktbetrachtungs- bzw. Aufsichttyp
oder von einem Projektionstyp sein. Die erfindungsgemäß verwendete
Lichtquelle ist nicht auf die R-, G- und B-Lichtkomponenten beschränkt.
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Vielmehr kann jede Art Lichtquelle
verwendet werden, sofern das Licht Komponenten einer erforderlichen
Wellenlange enthalt. Zur Senkung der Fertigungskosten durch Verringerung
der Leistung des Spektroskops, wie Prismen, Interferenzfilter oder Beugungsgitter,
ist es jedoch wünschenswert,
eine Linienspektrum-Lichtquelle eines engen oder schmalen Wellenlängenbereichs
einzusetzen. In diesem Fall sollte die Wellenlänge dieser Lichtquelle zweckmäßig naher
an der zentralen Wellenlange einer der R-, G- und B-Lichtkomponenten
liegen. Bei der elften Ausführungsform
gemäß 15 wird die Intensität oder Stärke des
reflektierten Lichts in Richtung auf den Mittelbereich der Anzeigevorrichtung
abgeschwächt.
Aus diesem Grund sollten zweckmäßig der
Lichtstreuungskörper 129 und
der transparente offene Abschnitt in Richtung auf den Mittelbereich
der Anzeigevorrichtung erweitert oder vergrößert sein, um dem reflektierten
Licht, wie in 13B gezeigt, eine
gleichmäßige Intensität zu verleihen.
Wie oben beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeanordnung
der von einer Lichtquelle 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 Durchlassgrad 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
Strahlengängen
der einfallenden Lichtkomponenten in der entgegengesetzten Richtung
laufen können.
Die reflektierten Lichtkomponenten werden anschließend zur
Verwendung als Anzeigelicht erneut konvergiert.
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Die spezielle Konstruktion gemäß der Erfindung
ermöglicht
die Nutzung aller Komponenten des von der Lichtquelle emittierten
Lichts. Infolgedessen ermöglicht
die Erfindung die Verbesserung des Lichtnutzungswirkungsgrads auf
etwa das Dreifache desjenigen beim herkömmlichen, ein Farbfilter verwendenden
System. Im Falle der Verwendung eines TN-Typ Flüssigkristalls kann außerdem das
Licht in einer Richtung nahe einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche einfallen,
so dass die Sicht- bzw. Betrachtungswinkelabhängigkeit der Flüssigkristallanzeigeanordnung
beseitigt wird. In der Praxis braucht die Einfallsrichtung des Lichts
nicht streng senkrecht zur Substratoberfläche zu liegen. Beispielsweise
ruft eine Abweichung von weniger als etwa 10°, vorzugsweise 5°, von der
senkrechten Richtung keinerlei praktisches Problem hervor.
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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.
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Mit der Erfindung wird auch eine
Flüssigkristallanzeigeanordnung
bereitgestellt, die Interferenzfilter zum Zerlegen des von einer
Lichtquelle emittierten Lichts in seine roten, grünen und
blauen Komponenten sowie eine reflektierende Platte aufweist. Bei der
Anordnung dieser Art wird das einfallende Licht durch die Interferenzfilter
und die reflektierende Platte wiederholt reflektiert, so dass die
roten, grünen und
blauen Komponenten des Einfallslichts schließlich von den Interferenzfiltern
der betreffenden Farben durchgelassen werden. In diesem Fall können alle
roten, grünen
und blauen Komponenten des Einfallslichts für die Anzeige genutzt werden.
Mit der Erfindung werden somit die angegebenen Vorteile sicher gewährleistet.