JP2007334351A - 液晶ディスプレイに使われる高輝度のカラー偏光フィルター・モジュール・ユニット及び液晶ディスプレイ - Google Patents

液晶ディスプレイに使われる高輝度のカラー偏光フィルター・モジュール・ユニット及び液晶ディスプレイ Download PDF

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Abstract

【課題】光エネルギー利用率を効果的に向上する。
【解決手段】本発明は、液晶スクリーンのバック光源前に置かれる圧縮チップと圧縮チップ前に置かれる分色チップなどが含まれ、圧縮チップは、1束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分け、分色チップはホワイト光を赤、緑、青の三原色に分けるとともに、色の手順によって異なる位置に屈折し、分色チップを導入し、バック光源のビジブルスペクトラム内のあらゆる光エネルギーは、全て効果的に利用でき、その利用率は3倍以上もアップされ、分光チップを導入すると、バック光源のあらゆる偏光方向の光エネルギーは、全て効果的に利用でき、その利用率は1倍以上圧され、2つのパネルを直列すると、バック光源の全体的光エネルギー利用率は、6倍以上もアップされ、液晶スクリーンの輝度及びコントラストは著しく向上され、エネルギー消耗も著しく低減され、高輝度、低エネルギー消耗の液晶ディスプレイが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一種の液晶ディスプレイに関わるもので、特に一種の液晶ディスプレイに使われる光学モジュール及び液晶ディスプレイと関わりがある。
既存の液晶ディスプレイ（LCDs）は、ノットPCや、ビデオカメラ、携帯電話などのディスプレイとして、モバイル電子製品に広く応用されている。これらの液晶ディスプレイ中、液晶自身は発光しないので、ディスプレイでの結像は、バック光源（透射式）、或いは自然環境光（反射式）を利用してスクリーンに照射するなど、2種の方式に依存している。一つの典型的カラー液晶ディスプレイにとって、そのバック光源の光エネルギー利用率は、僅か5〜10％しかない。そのため、液晶ディスプレイのスクリーン輝度及びコントラストは、伝統的ブラウン管スクリーンと比べることができない。1台のノットPCにとって、70％以上の電気エネルギーは、バック光源によって消耗されており、即ち、これらの電子製品中、60％以上の電気エネルギーは、むだ遣いになってしまうのである。言い換えれば、モバイル電子製品の有効使用時間を制限する要因はその液晶ディスプレイである。
液晶スクリーンの輝度が低く、コントラストが低い欠点を補うために、液晶ディスプレイには、通常輝度の極めて高いバック光源が使われているが、大量の未利用光エネルギー及びこれによって生じる熱量は、液晶ディスプレイシステムに残されるため、液晶ディスプレイの寿命に悪い影響をもたらしている。このような悪い影響は、スクリーンのパーツ及び材料、例えば、薄膜トランジスタ（TFT）にとって、特に酷いようである。事実上、バック光源の光エネルギー利用率が低いと言うことは、液晶ディスプレイが人々によって使われて以来、長期間に渡って、ずっと工業界を悩ませるボットルネックとなっている。そのため、この難点を解決すれば、液晶ディスプレイのディスプレイ市場における地位を大きくアップすることができる。
図１は、典型的透射式TN液晶ディスプレイを簡略した構造図であり、その中、液晶スクリーンには、それぞれ入射面と射出面に置かれている1対の線形偏光チップ11と12があって、それらの偏光方向はお互いに垂直となっている。また、この線形偏光チップの間には、1対にガラス基板13と14があって、その中、13は、駆動回路（例えば薄膜トランジスタ15）のアクチブパネルをサポートしており、14は、三原色フィルターのパッシブパネルをサポートしている。ガラス基板13と14に挟まれているTN液晶分子（TN-LC）17は、外部電場のない状況で、基板の裏側にて、ガイド層方向に沿って並べられが、その中、2つの基板上のガイド層方向は、お互いに垂直（即ち、入射面の液晶分子の排列方向と射出面の分子とは、お互いに垂直となっている）となっており、バック光源18は、液晶スクリーンの裏側に位置し、偏光チップ11にホワイト自然光（非偏光）を発射している。
バック光源18から発射されるホワイト自然光が、左側の線形偏光チップ11を透き通ると、光エネルギーは、元の50％以下となる。この偏光ホワイト光は、液晶層を透き通ると、パッシブパネル上のフィルター16によって、異なる位置にてそれぞれ赤、緑、青の三原色にフィルトレーチングされる。伝統的な吸収式フィルターの場合、ビジブルスペクトラムにて特定の色だけが透き通られ、その他の色（エネルギー）は吸収されてしまい、偏光ホワイト光がこのフィルターを透き通ると、残る光エネルギーは、偏光ホワイト光の1/3以下となる。事実上、バック光源18から発射される光が、人の目に着くと、その光エネルギーは元の10％も足らなくなる。こう言った欠点は、技術指標上では、その他視覚機器（例えばブラウン管）に比べて、もっと低い輝度とコントラストに反映されるのである。残念ながら、液晶ディスプレイの基本構造を変えない限り、このボトルネックは、克服できない。
本発明によって、解決しようとする技術問題は、一種のディスプレイ用の光学モジュールと、光輝度、低エネルギー消耗の液晶ディスプレイを提供することによって、光エネルギー利用率を効果的に向上することである。
本発明中、上記技術問題の解決に用いる技術的方法としては、一種の液晶ディスプレイ用の光学モジュールを提供すると言うことで、その中には、液晶スクリーンの裏に置かれるバック光源前の圧縮チップ、その前に置かれる分光チップ、及び分光チップの前に置かれるダイクロイック（分色）・チップなどが含まれている。上記の圧縮チップは、一束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分け、また、上記の分光チップは、非偏光の細かい平行光束列を2組のお互いに垂直する線形偏光の細かい平行光束列に分けて、異なる位置に分離させる。そして、上記の分色チップは、ホワイト光を赤、緑、青の三原色に分けて、カラーの手順によって、異なる位置に屈折させる。
上記の圧縮チップには、光学ガラスや、有機ガラス、又はプラスチックを材料とする大直径の凸レンズ陣列と小直径の凸（或いは凹）レンズ陣列などが含まれるが、上記の大直径凸レンズ陣列は、隙間のない排列となっており、小直径の凸（或いは凹）レンズ陣列中、隣接する2枚の小直径の凸（或いは凹）レンズの間は、遮光材料によって隔てられており、上記の大直径凸レンズ陣列と小直径の凸（或いは凹）レンズ陣列は、お互いにぴったりと合わせており、それらの焦点は重なり望遠鏡システムを形成する。また、上記の圧縮チップは、単一のパネルであって、この単一パネルは、光学ガラスや、有機ガラス、又はプラスチック材料などで作られることができ、両面は半径の異なる凸レンズ、或いは凹レンズ列によって構成されることができ、そのパネルの厚さは、両面焦点の和（凸レンズ列）、或いは両面焦点の差（凸・凹レンズ列）となっている。
上記の分光チップは、光学ガラス、又はプラスチック基板で、スペースポジションの高分子材料を混ぜた液晶分子を挟んで形成されるが、その中、液晶分子は、入射光束と0°〜90°の夾角方向に排列される。そして、また、単軸結晶体材料パネルを使用することもでき、その光軸と入射光束との夾角は、0°〜90°である。
上記の分色チップは、一種のマイクロ型の波形分配器陣列であり、中には、第1種の原色を透射し、第2種、第3種原色を反射する第1のマイクロ型波形分配器と、第2種の原色を反射し、第3種原色を透射する第2のマイクロ型波形分配器、及び第3種原色を反射する第3のマイクロ型波形分配器などが含まれるが、上記のマイクロ型波形分配器陣列は、第1、第2、第3の波形分配器を一つのユニットとして、入射光束と垂直する方向に沿って、連続且つ繰り返して排列させるか、或いは一つの第2のマイクロ型波形分配器が2つの第1のマイクロ型波形分配器に挟まれたものを1つのユニットとして、入射光束と垂直する方向に沿って、連続且つ繰り返して排列させるか、若しくは、1つの第2のマイクロ型波形分配器が2つの第3のマイクロ型波形分配器に挟まれたものを1つのユニットとして、入射光束と垂直する方向に沿って、連続且つ繰り返して排列させることによって構成される。
上記の分光チップと分色チップは、更に分光・分色チップに集積されることができ、また、分光・分色チップは、ホワイト非偏光の細かい平行光束列をお互いに垂直する赤、緑、青の三原色偏光光線に分けて、色の手順及び偏光状態によって、異なる位置に屈折することができる。
上記の分色チップの前は、また散乱チップを設けることもできる。
上記の散乱チップは、凹レンズを単位要素とする散乱チップ陣列によって構成されることもできる。
上記液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールを使用した液晶ディスプレイシステムには、液晶スクリーンと画素コントロール用のデータライン駆動回路が含まれており、液晶スクリーンには、1枚の線形偏光チップがあり、線形偏光チップは、液晶スクリーンの光束射出面に位置しており、駆動回路は、お互いに隣接している2組の異なる偏光状態の画素が、“常にオフ”及び“常にオン”と言った2種の正反対の駆動モードを採用する。
既存の技術に比べて、本発明のメリットとしては、光学モジュールで既存の技術構造中の線形偏光チップ及び三原色フィルターを代替することである。分光チップを導入することによって、バック光源のあらゆる偏光方向の光エネルギーは、全て効果的に利用されることになり、その利用率は1倍以上もアップされる。また、分色チップを導入することによって、バック光源のビジブルスペクトラムにおけるあらゆる光エネルギーは、全て効果的に利用されることになり、その利用率は、3倍以上もアップされる。更に、このような2枚のパネルを直列すると、既存バック光源の全体的光エネルギー利用率は、6倍以上にもアップされ、液晶スクリーンの輝度及びコントラストは、著しく向上され、エネルギー消耗も著しく低減される。そのため、この光学モジュールを使用した液晶ディスプレイは、本当の高輝度、低エネルギー消耗のディスプレイになることが期待できる。
次は、添付図実施例に合わせて本発明に対して更に詳しく説明する。
カラー液晶ディスプレイに使われる光学モジュールには、図２に示されている次の3つの部分が含まれる。即ち、（a）1束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束に分ける圧縮チップ21、（b）非偏光を2組のお互い垂直する線形偏光に分ける分光チップ22、（ｃ）ホワイトの線形偏光を三原色に分けるとともに、色の手順によって相応する位置に屈折する分色チップ23などである。次は、本発明の詳細に対して詳しく説明する。
バック光源から発生される1束のホワイト、非偏光の平行拡張光束は、先ず圧縮チップ21に正面において、1組の図２通りの細かい平行光束列に分けられる。これらの細かい平行光束は、更に分光チップ22によって、2組のお互いに垂直する線形偏光に分けられる。また、細かい平行線形偏光光束は、分色チップ23を通過される際、三つのマイクロ波形分配器による透射及び反射によって、更に三原色に分けられるが、その中、マイクロ波形分配器は入射光線と45°の角度で設置され、最終的に画素から射出されるスペクトルは、相応の位置にて、赤、緑、青の三原色を形成する。
図２中、光学ガラス、或いはプラスチックを材料とする圧縮チップ21は、単一パネル、或いは、2枚のパネルを組み合わせたものである。その2種形式の単一パネルは、図３（a）及び図４（a）に示されたとおりで、この単一パネルは、事実上両面の半径の異なるレンズで構成されている。図３（b）及び図４（b）に示されたとおり、この単一パネルは、その二つレンズの焦点が重なるようにデザインされているので、幅がB1となっている光束がパネルを通過した後、システムの圧縮比率によって、圧縮された光束の幅は、B2となり、圧縮チップ21の圧縮比率は、両面レンズの半径比率である。
図５（a）及び図６（a）には、それぞれ2種形式の2枚レンズ陣列パネルで構成された圧縮チップの略図を示している。2枚レンズ陣列パネルは、典型的望遠鏡システムを形成しており、そお相応する光路システムは、図５（b）及び図６（b）にそれぞれ示されている。これは図３及び図４と類似しており、このレンズ陣列パネルは、それぞれのレンズ焦点が重なるようにデザインされているので、その幅がB1となっている光束がパネルを通過した後、幅がB2の小さな光束に圧縮される。単一パネルと2枚レンズ陣列パネルの作動原理は同じく、その相違点は、前者の共焦点は、ガラス或いはプラスチック中にあるが、後者の共焦点は、空気中にあるということである。
これらの細かい光束の幅は、液晶スクリーンの画素幅と同じである。二つ（白黒スクリーン）或いは6つ（カラースクリーン）の画素を含んだ光束を1つの画素に圧縮且つ透射させるために、光線通過率を考慮しない場合、白黒液晶スクリーンにとって、圧縮比率は2：1となり、カラースクリーンにとって、圧縮比率は6：1となる。散乱光は分色チップを通じて液晶スクリーンに入る色の不純にするので、抑制しなければならない。この2種の構造中、213は散乱光の圧縮パネルへの透射をカットするブラックバンド陣列として使われる。
このデザインのメリットは、圧縮チップの圧縮比率を任意の理想的なデータにセットできると言うことである。例えば、伝統的液晶ディスプレイ構造中、一部の光の通らないエリアは、ブラックバンド陣列や、TFT、及び蓄積コンデンサーによってカバーされているので、画素の光通過率は、一般的に60％以下となっている。そのため、画素に照射されるあらゆる光エネルギーが全て効果的に利用されることができない。図５に示されたとおり、画素の光通過率は、影部分の面積（37-ITO電極）と点線に覆われた面積（照射面積）の比率であると定義されている。図７（a）（伝統的画素）と図７（b）（本発明の画素）を比べて見ると、本発明中、画素の光通過率は、圧縮チップの圧縮比率（その照射エリアには光の通らないブロックバンド陣列や、蓄積コンデンサーなどが含まれず）を調節することによって、著しく向上されるのである。即ち、画素の光通過率分母は著しく減少されるのである。事実上、画素の光通過率要素を考慮すると、異なる画素構造によって、圧縮チップの圧縮率は2：1（白黒スクリーン）或いは、6：1（カラースクリーン）以上に達するはずである。指摘してしなければならないことは、あらゆる空気/ガラス（プラスチック）面は、全て透過増強膜をコーティングして、光透過率を高める必要がある。
それから、圧縮チップを通された細かい光束は、ダブル屈折材料によって構成された分光チップ22上に照射される。自然光（非偏光）は、特定の角度において、このチップを通過することによって、図８（a）に示されたように、普通光（o）と非普通光（e）に“分離”される。その“分離角”の大きさは、結晶体の結晶方向及び材料のダブル屈折率によって決められる。決まった分離角にとって、分離距離と結晶体の厚さは、正比例関係を持っている。そのため、結晶体の厚さをコントロールすることによって、分光チップの分離距離を正確にデザインすることができる。光通過率要素を考慮しない場合、カラースクリーンにとって、分光チップの厚さは、その分離距離―光束幅の3倍以上を保証しなければならない。なぜならば、1束のホワイト光は、分色チップによって、異なる位置にて赤、緑、青の三原色に分離されるからである。
最も典型的なダブル屈折材料は、方解石や、YVO4、LiNbO3などであるが、これらの結晶体は、とても高く、大面積のダブル屈折原材料は欠乏しているので、この用途への応用に適合しなくなっている。本発明では、2枚のガラス或いはプラスチックパネル221及び222で、スペースポジションの液晶分子（SF-PDLC）223を挟ませて、図８（b）に示された分光チップが構成される。その中、高いダブル屈折率の液晶分子は、最大“分離角”を発生させる方向に沿って排列・且つポジションされる。そのため、大面積、低コストの分光チップが得られる。分光チップを分離パネルにする場合、その両面に透過増強膜をコーティングして、光透過率を高める必要がある。
分光チップによって分離されたo光とe光は、1組の入射光と垂直に排列し、その入射角は45°であるガラス或いはプラスチック234を基板とする干渉フィルター231（赤）、232（緑）、233（青）によって構成された分色チップ23に入る。この分色チップの切断面略図は、図９（a）及び図９（b）に示されたとおりである。その中、干渉フィルターは、既に成熟していて、広く応用されている光学技術である。典型的干渉フィルターは、異なる屈折率の非導電媒質層が交替に積み重なることによって形成される。そのため、これらの交替に積み重なる非導電媒質層の膜の厚さや、高・低屈折率をコントロールすることによって、理想的な干渉フィルターの中心波長及びパスバンド範囲が得られる。
分色チップの作動原理は図９（c）に示されたとおりであり、その中、干渉フィルターのスペクトルは、それぞれ図１０（a）及び図１０（b）に示されている。カラーチェーンの始まる色は赤である場合、図９（c）及び図１０（a）に示されている通り、赤色フィルターは、赤色のスペクトルを液晶スクリーン画素に透射するとともに、緑及び青色のスペクトルを反射する。その次の（緑色）フィルターは、緑色を反射し、青及び赤色のスペクトルを透射するが、図９（c）及び図１０（b）示されているとおり、第1番目のフィルターによって反射された緑色は、ここにて液晶スクリーン画素中に反射され、青色スペクトルはこのフィルターを透射して、続けて進む。残りのスペクトルが最終の（青色）フィルターに着くと、青色スペクトルは、ここにて液晶スクリーン画素中に反射される。このように、三原色は一々と分離且つポジションされる。つまり、始めのフィルターは、必要とするスペクトルを透射し、必要としないスペクトルを反射する。その他の2枚のフィルターは、必要とするスペクトルを反射し、必要としないスペクトルを透射する。
勿論、上記の実例中、赤色フィルター（赤色透射、その他反射）は、青色フィルター（青色反射）の機能を持っている。事実上、2種のフィルターを直列して組み合わせて使用すると、三原色の分離が実現できる。例えば、図１１（a）に示された赤（211）、緑（222）フィルターの組み合わせである。同じく、青を始めの色とする場合、青（223）と緑(222)の2種のフィルターだけで、三原色の分離が実現できる（図１１（b））。これによって、生産プロセスは更に簡略化され、生産コストも更に低くなる。前に述べた分光チップと同じく、分色チップを分離パネルとする場合、その両面に透過増強膜をコーティングして、光透過率を高める必要がある。
また、圧縮チップと分色チップとの間は、ぴったりと合わせることが必要であるが、分光チップは如何なる一致措置も要らない。第1フィルターは透射式で、第2、第3フィルターは反射式であるため、圧縮チップによって射出される光束は、正確に第1フィルターと重ならなければならない。任意不正確の合わせは、いずれも色不純の原因となす。
上記説明から良くわかるように、分光チップと分色チップを更に集積して単一パネルにすることができる。図１２は、分色チップを基板とする分光チップの構造であり、このパネルを分色・分色チップと命名されている。この構造中、高分子材料や、液晶、ガラスなどの屈折率は、あまり変わらないので、分色チップの裏面は透過増強膜をコーティングする必要がない。2枚パネルを組み合わせた場合、原基板の外面透過増強膜を省くことができる。即ち、2枚パネルを組み合わせた場合、分光・分色パネルは、2面の透過増強膜プロセスを省くことによって、システム構造（3つのパネルを2つのパネルに減少）を簡略化するだけでなく、コストを低減することもできる。
本発明の特徴は、図２の通り各種異なる構造に組み合わせることによって、液晶ディスプレイのバック光源の光エネルギー利用率を高めることができると言うことである。
図１３（a）は、圧縮チップと分色チップを分離パーツとして、液晶スクリーンに応用したものである。この構造の中、このモジュールは、バック光源と液晶スクリーンとの間に挟まれており、液晶画素とぴったりと合わせて、最大限に光エネルギーを利用し、正確に運行させなければならない。このユニットの作動原理は次の通りである。バック光源18によって発生される1束のホワイト平行拡張光束は、3：1の圧縮チップを経て、1組の原1/3幅の光束に分けられるとともに、画素同じ幅の平行光束列を形成する。これらの細かいホワイト平行光束は、その後分色チップ23によって、同じ幅の赤、緑、青の三原色に分離され、一々と繋がってポジションされる。これらの細かい有色平行光束は、光源として液晶スクリーンに入射される。この構造中、第1番目の偏光器11は、理論的にバック光源18と液晶スクリーンのアクチブ基板13との間の任意位置に設置することができる。本モジュールと既存のTFT-LCDとは、高いコンパチブル性を持っているので、TFT-LCDの生産プロセス中にこのモジュールを使用すると、生産プロセスを大きく変える必要がなく、伝統的ディスプレイ中、本モジュールで図１中の伝統的フィルター16を代替すれば良い。
図１３（b）は、分色チップを液晶スクリーンの基板として、ディスプレイ中に応用したものである。分色チップは、1枚のガラス板であるため、生産中液晶スクリーンに加えられる機械・熱のショックに耐えることができ、液晶スクリーンの（パッシブ・アクチブ）基板として液晶分子を挟むのである。パッシブ基板の場合は、ただ電極のスプレー・コーティングや、高分子ガイド膜の回転コーティング及び2回の摩擦などの主なプロセスだけが必要とする。この場合、図１４（b）中、第1番目の偏光器11は、圧縮チップ21と分色チップ22（液晶スクリーン基板）との間に設置されているが、理論的には、バック光源18と分色チップ22との間の任意位置に設置することができる。この構造中、パッシブ基板は、アクチブ基板（TFT基板）とぴったりと合わせなければならない。分色チップを基盤とする場合、分色チップと画素は、既にアクチブ生産中、一致させているので、パッシブ基板とアクチブ基板を合わせる必要がない。また、1層の基板を省いたため、この方法は、液晶スクリーンの構造及び相応するプロセスを更に簡略化し、液晶スクリーンの技術的指標を更に向上させている。と同時に、この省略は、2回の透過増強膜プロセス（1回は、分色パネル表面、もう1回は液晶スクリーンのパッシブ基板の外表面）が省けるので、システムの厚さを減らすことができる。
図１４は、圧縮チップ、分光チップ及び分色チップなどが、バック光源18と液晶スクリーンに挟まれた構造を示したもので、この場合、バック光源18より発生された、１束のホワイト・非偏光の平行拡張光束は、6：1の圧縮チップを通過することによって、1組の1/6幅に分けられ、画素と同じ幅の平行光束列になる。また、二つの偏光状態に分布される三原色の光エネルギーが1つの画素幅を通過されなければならないので、圧縮チップの圧縮比率は、必ず6：1に達するのみ、6つの画素の光エネルギーを1つの画素幅内に圧縮することができ、これらの細かい平行光束は、更に分光チップ22によって2組のお互いに垂直・隣接・同じ幅の線形偏光平行光束に分けられる。そしてまた、これらの細かいホワイト偏光平行光束は、分色チップ23によって、同じ幅の赤、緑、青の三原色に分離されるとともに、一々と繋がってポジションされる。それから、これらの細かい有色偏光平行光束は、光源として液晶スクリーン基板13に入射される。この場合、p-偏光状態三原色の1組は、いつもs-偏光状態三色の1組と隣接している。と同時に、圧縮チップ21、分色チップ23及び液晶スクリーン画素は、ぴったりと合わせる必要があるが、分光チップ22は如何なる合わせる必要などない。画素から射出される光束は、2種のお互いに垂直する偏光状態が存在するため、回路の駆動方式は、隣接する2組の偏光状態の異なる画素に対して正反対の駆動方式を採用する。即ち、第1組の3つの画素が“常にオン”である場合、隣接する第2組の3つの画素は“常にオフ”である。
図１５は、集積された分光・分色チップ24がバック光源18と液晶スクリーンとの間に挟まれた構造を示したもので、その作動原理は図１４とおなじである。しかし、図１４に比べて、1層の基板を省いたため、2回の透過増強膜プロセス（1回は分光チップ22の外表面、もう1回は分色チップ23の外表面）を省略することができ、システムは更にコンパクトになる。
図１６は、集積された分光・分色チップ24を液晶スクリーンのパッシブ基板として更に集積したものである。ただ電極のスプレー・コーティングと高分子ガイド膜回転コーティング及び2回の摩擦など主なプロセスだけが必要とし、光彫り、フィルタープリントなどの複雑なプロセスはなくなる。と同時に本発明中の分色チップは、既にポジションされた高分子液晶パネルであるので、液晶スクリーン生産過程中更なるショックにも耐えることができ、液晶スクリーンの理想的基板となる。
この構造の作動原理は図１４、15と同じであるが、液晶スクリーンの構造及び関連プロセスを更に簡略化し、その技術的指標を更に向上させたものである。1層の基板を更に減らしたため、図１５に比べて、2回の透過増強膜プロセス（1回は分色チップの外表面、もう1回は液晶スクリーンの外表面）を減らすことができる。図１４に比べると、2層の基板(分光チップ基板222及び液晶スクリーンパッシブ基板14)及び4つの表面を減らしたことになる。
干渉フィルターの中心波長及びパスバンド範囲は、ただ特定の入射角に対して定義しているので、この入射角を離れるとその中心波長とパスバンド範囲は、いずれも変わってくる。即ち、異なる観察角度によって、異なる色が見える。そのため、異なる観察角度の観察者の目に着く光束は、全て特定の角度で干渉フィルターから透射されなければならない。そのため、液晶スクリーンの射出面に、凹レンズを単位要素とする散乱チップ陣列を加えなければならない。図１７、図１８の通り、ブラックバンド陣列213によって、1束の平行光束は、左側から垂直に散乱チップ25に入射されるが、周知の屈折原理によって、この平行光束は、散乱チップの射出面にて異なる方向に乱れて射出される。
図１９は、圧縮チップ21、分色チップ23及び散乱チップ25などの分離パーツによって構成された液晶ディスプレイ構造である。
図２０は、圧縮チップ21及び散乱チップ25を分離パーツとして、分色チップ23を基板とする液晶ディスプレイに応用したものである。
図２１は、それぞれ分色チップ23及び散乱チップ25をアクチブ及びパッシブ基板とする液晶ディスプレイの集積である。
既存技術の液晶ディスプレイの簡略化構造切断面図で、その中、11と12は1対の垂直に置かれた線形偏光チップで、13と14はそれぞれ、アクチブ及びパッシブガラス基板であり、15は薄膜トランジスタ（TFT）陣列で、16はフィルターであり、17はTN−LC分子で、18はバック光源である。矢印と黒の円は関連パーツの偏光方向を表わす。 本発明の切断面略図で、その中、21は圧縮チップで、22は分光チップ、23は分色チップである。 （a）は、図２中、圧縮チップ21（凸・凸レンズ陣列）の単一パネル詳細切断面図で、その中、両表面にて半径の異なる2つの凸レンズによって構成された陣列は、光束を1組の細かい平行光束列に分けるが、この凸レンズ陣列の圧縮能力は、2つの凸レンズ2111と2112の半径比率によって決められる。213陣列は環境乱射光をカットするためのブラックバンド陣列である。（b）は、（a）中、圧縮チップ望遠鏡システムの光学的作動原理図であり、B1及びB2はそれぞれ凸レンズ両側の光束間の幅を示しており、凸レンズ陣列の圧縮能力はB1：B2である。 （a）は、図２中、圧縮チップ21（凸・凹レンズ）の単一パネル詳細切断面図で、その中、両表面にて半径の異なる2つの凸・凹レンズによって構成された陣列は、一束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分けるが、この凸・凹レンズ陣列の圧縮能力は、2つの凸面2121と2122の半径比率によって決められる。213陣列は、環境乱射光をカットするためのブラックバンド陣列である。（b）は、（a）中、圧縮チップ望遠鏡システムの光学的作動原理図であり、B1及びB2はそれぞれ凸・凹レンズ両側の光束間の幅を示しており、凸・凹レンズ陣列の圧縮能力はB1：B2である。 （a）は、図２中、圧縮チップ21の凸・凸レンズ陣列ダブルパネル構造の切断面図で、その中、211は第1の凸レンズ陣列で、212は第2の凸レンズ陣列であり、この2つに陣列の設置は、一束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分けることができ、この二つ凸レンズの圧縮能力は、二つの凸レンズ陣列各自の凸面半径比率によって決められるし、213陣列は、環境乱射光をカットするためのブラックバンド陣列である。（b）は、（a）中、圧縮チップ望遠鏡システムの光学的作動原理図であり、B1，f1とB2，f2は、それぞれ凸レンズ陣列211及び212の光束幅及び焦点距離であり、凸レンズ陣列の圧縮能力はB1：B2である。 （a）は、図２中、圧縮チップ21の凸・凹レンズ陣列ダブルパネル構造の切断面図で、その中、211は凸レンズ陣列で、214は凹レンズ陣列であり、この2つに陣列の設置は、一束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分けることができ、この二つレンズの圧縮能力は、二つのレンズ陣列各自の球面半径比率によって決められるし、213陣列は、環境乱射光をカットするためのブラックバンド陣列である。（b）は、（a）中、圧縮チップ望遠鏡システムの光学的作動原理図であり、B1，f1とB2，f2は、それぞれレンズ陣列211及び214の光束幅及び焦点距離であり、凸レンズ陣列の圧縮能力はB1：B2である。 （a）は、既存技術の液晶ディスプレイ画素のウインドー透過率を示した図で、その中、33は行電極（ゲート電極）で、34は列電極（データ電極）、35は薄膜トランジスタ、36は蓄積コンデンサー、37は透明電極ITOである。（b）は、本発明モジュールの液晶ディスプレイ画素のウインドー透過率を示した図で、その中、33は行電極（ゲート電極）で、34は列電極（データ電極）、35は薄膜トランジスタ、36は蓄積コンデンサー、37は透明電極ITOである。 （a）は、双屈折線分光チップの作動原理略図である。（b）は、図２中、分光チップ22の切断面図で、その中、ガラス221とプラスチック222に挟まれた液晶分子223は、光束の伝播方向に沿って、一定の角度と方向にきちんと排列されている。 図２中、分色チップ23の切断面図で、その中、三原色は、3つのマイクロ型波形分配器（相対入射光45°によって設置した干渉フィルター）によって、カラーの手順に相応する位置に屈折されすが、この仕組中、231、232、233は、それぞれ赤、緑、青のフィルターであり、234は基板である。 図９（a）中分色チップのA切断面図である。 分色チップ23の光学的作動原理であり、その中、231、232、及び233は、それぞれ45°の赤、緑、青の干渉フィルターである。 （a）は、赤（青）色干渉フィルターの透射グラフであり、その中、赤色は45°にて透射され、緑、青は45°にて反射される。（b）は、緑色干渉フィルターの透射グラフであり、その中、緑色は45°にて反射され、赤、青色は、45°にて透射される。 （a）は、ただ2種のフィルター（231及び232）によって構成された分色チップ構造で、その中、カラーチェーンの始まる色は赤である。（b）は、ただ2種のフィルター（232及び233）によって構成された分色チップ構造で、その中、カラーチェーンの始まる色は青である。 分光チップ22及び分色チップ23を集積した略図で、その中、分色チップ23を基板として、TN-LC液晶分光チップが形成される。 圧縮チップ21及び分色チップ23を既存の液晶ディスプレイ中に応用したもので、その中、フィルター陣列16は、本発明のモジュールによって代替されている。 図１３（a）を更に集積した略図で、その中、分色チップ23は、液晶スクリーンのパッシブ基板として使われている。 圧縮チップ21、分光チップ22、分色チップ23を既存の液晶ディスプレイに応用したもので、その中、第1番目の線形偏光器11及びフィルター陣列16は、本発明のモジュールによって代替されている。 圧縮チップ21、及び分色チップ24を既存の液晶ディスプレイに応用したもので、その中、第1番目の線形偏光器11及びフィルター陣列16は、本発明のモジュールによって代替されている。 図１３を更に集積した略図で、その中、分色チップ24は、液晶スクリーンのパッシブ基板として使われている。 散乱チップ25の切断面略図である。 散乱チップ25の立体構造略図である。 圧縮チップ21、分色チップ23、散乱チップ25を分離パーツとして、液晶ディスプレ中に応用したものである。 圧縮チップ21及び散乱チップ25を分離パーツとして、分色チップ23を基板とする液晶ディスプレイ中に応用したものである。 それぞれ、分色チップ23及び散乱チップ25をアクチブ及びパッシブ基板とする液晶ディスプレイに集積したものである。
符号の説明
１１、１２ 線形偏光チップ
１３ アクチブ基板
１４ パッシブガラス基板
１５ 薄膜トランジスタ（TFT）
１６ フィルター
１７ TN−LC分子
１８ バック光源
２１ 圧縮チップ
２２ 分光チップ
２３、２４ 分色チップ
２５ 散乱チップ
３３ 行電極（ゲート電極）
３４ 列電極（データ電極）
３５ 薄膜トランジスタ
３６ 蓄積コンデンサー
３７ 透明電極ITO

Claims (10)

  1. 一種の液晶ディスプレイの光学モジュールであり、その特徴は次の通りである。即ち、液晶スクリーン光源前に置かれる圧縮チップと圧縮チップ前に置かれる分色チップが含まれており、圧縮チップは、1束の平行拡張光束を1組の細かい平行光束列に分け、分色チップはホワイト光を赤、緑、青の三原色に分けて、色の手順によって異なる位置に屈折させる。
  2. 請求項1に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、圧縮チップと分色チップとの間に分光チップを設置するが、この分光チップは、非偏光の細かい平行光束列を2組のお互いに垂直する線形偏光の細かい平行光束列に分けるとともに、それらを異なる位置に分離する。
  3. 請求項1又は2に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、圧縮チップには、光学ガラス或いはプラスチックを材料とする大直径の凸レンズと小直径の凸或いは凹レンズの陣列が含まれており、大直径の凸レンズ陣列は、隙間のない排列となっているが、小直径の凸或いは凹レンズ陣列中、隣接した2つの小直径の凸或いは凹レンズは、遮光材料によって隔てられており、大直径凸レンズ陣列と小直径凸或いは凹レンズ陣列は、お互いにぴったりと合わせており、それらの焦点は重なっている。
  4. 請求項1又は2に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、分色チップは1つのマイクロ型波形分配器陣列であり、第1種原色を透射し、第2、3原色を反射する第1のマイクロ型波形分配器や、第2種原色を反射し、第3種原色を透射する第2のマイクロ型波形分配器、及び第3種原色を反射する第3のマイクロ型波形分配器などが含まれている。上記のマイクロ型波形分配器陣列は、第1、第2、第3の3つのマイクロ型波形分配器を1つのユニットし、入射光束と垂直する方向に沿って連続且つ繰り返して排列しているか、或いは、1つの第2のマイクロ型波形分配器が2つの第1のマイクロ型波形分配器の間に挟まれたものを1つのユニットとし、入射光束と垂直する方向に沿って連続且つ繰り返して排列しているか、若しくは、1つの第2のマイクロ型波形分配器が2つの第3のマイクロ型波形分配器に挟まれたものを1つのユニットとし、入射光束と垂直する方向に沿って連続且つ繰り返して排列している。
  5. 請求項2に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、分光チップは、スペースポジションの高分子材料に液晶分子を混ぜたものをガラス或いはプラスチック基板で挟んで形成されており、その中、液晶分子は入射光束と0°〜90°の夾角方向に沿って排列される。
  6. 請求項1又は2に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、分色チップの光束射出面には乱射チップが設けられている。
  7. 請求項6に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールは、次の特徴を持っている。即ち、乱射チップは、凹レンズを単位要素とする乱射チップ陣列である。
  8. 一種の請求項1に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールを使用した液晶ディスプレイで、その特徴は次の通りである。即ち、液晶スクリーンが含まれており、液晶スクリーンには1枚の線形偏光チップがあり、線形偏光チップは、液晶スクリーンの光束射出面に設けられている。
  9. 一種の請求項2に述べられている液晶ディスプレイに用いられる光学モジュールを使用した液晶ディスプレイで、その特徴は次の通りである。即ち、液晶スクリーンと画素をコントロール用のデータライン駆動回路が含まれており、液晶スクリーンには、1枚の線形偏光チップがあり、線形偏光チップは、液晶スクリーンの光束射出面に位置しており、駆動回路は、お互いに隣接している2組の異なる偏光状態の画素が、“常にオフ”及び“常にオン”と言った2種の正反対の駆動モードを採用する。
  10. 請求項8又は9に述べられている液晶ディスプレイは、次の特徴を持っている。即ち、分色チップ前には乱射チップが設けられており、乱射チップは液晶スクリーンの光束射出面に設けられている。
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