JP2841997B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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- JP2841997B2 JP2841997B2 JP4007035A JP703592A JP2841997B2 JP 2841997 B2 JP2841997 B2 JP 2841997B2 JP 4007035 A JP4007035 A JP 4007035A JP 703592 A JP703592 A JP 703592A JP 2841997 B2 JP2841997 B2 JP 2841997B2
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- liquid crystal
- crystal display
- light
- illumination light
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はテレビ用及びコンピュー
タ用等の一般的な液晶表示素子に関する。
タ用等の一般的な液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶テレビやコンピュータ用液晶
表示素子の開発が盛んである。これらの表示素子は自ら
発光せず、多くは背後からの照明光を制御する受光型の
デバイスである。一般に照明光源は消費電力が大きいた
め、照明光源からの入射光をできるだけ有効に利用する
ことが肝要である。特に現在主流であるアクティブマト
リクス型液晶表示素子では、液晶を駆動するための薄膜
トランジスタ等の部分があり、実際に光が透過する有効
部分が制限されてしまう。すなわち、透過部分以外はブ
ラックマトリクスと呼ばれる金属薄膜で覆われており、
この部分に当たった照明光は損失となる。この問題を解
決するために微小レンズが集積化されたレンズアレイ基
板を用いる方法が知られている。図３に従来例を示す。
図３（ａ）は１枚のレンズアレイ基板を用いる方法であ
る。レンズアレイ基板の微小レンズ３０１は対応する液
晶表示素子の表示画素１１０に合わせてある。微小レン
ズ３０１に入射した平行光は集束し、ガラス基板１０
４，１０５の間に挟まれた液晶１０７のブラックマトリ
クス１０６を避けて表示有効部分１０９に入射する。こ
のためブラックマトリクス１０６に照射されることによ
る損失がなく、照明光の光利用効率を向上させることが
できる。図３（ｂ）は、液晶表示素子のガラス基板の両
側に２枚のレンズアレイ基板を配置する方法である。こ
の方法では微小レンズ３０１によって集束された照明光
は表示有効部分１０９に入射した後、微小レンズ３０２
で再び平行光とされる。
表示素子の開発が盛んである。これらの表示素子は自ら
発光せず、多くは背後からの照明光を制御する受光型の
デバイスである。一般に照明光源は消費電力が大きいた
め、照明光源からの入射光をできるだけ有効に利用する
ことが肝要である。特に現在主流であるアクティブマト
リクス型液晶表示素子では、液晶を駆動するための薄膜
トランジスタ等の部分があり、実際に光が透過する有効
部分が制限されてしまう。すなわち、透過部分以外はブ
ラックマトリクスと呼ばれる金属薄膜で覆われており、
この部分に当たった照明光は損失となる。この問題を解
決するために微小レンズが集積化されたレンズアレイ基
板を用いる方法が知られている。図３に従来例を示す。
図３（ａ）は１枚のレンズアレイ基板を用いる方法であ
る。レンズアレイ基板の微小レンズ３０１は対応する液
晶表示素子の表示画素１１０に合わせてある。微小レン
ズ３０１に入射した平行光は集束し、ガラス基板１０
４，１０５の間に挟まれた液晶１０７のブラックマトリ
クス１０６を避けて表示有効部分１０９に入射する。こ
のためブラックマトリクス１０６に照射されることによ
る損失がなく、照明光の光利用効率を向上させることが
できる。図３（ｂ）は、液晶表示素子のガラス基板の両
側に２枚のレンズアレイ基板を配置する方法である。こ
の方法では微小レンズ３０１によって集束された照明光
は表示有効部分１０９に入射した後、微小レンズ３０２
で再び平行光とされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示素子は、一般
の液晶テレビ等の直視型及び液晶プロジェクタ等の投射
型として用いられる。投射型装置の場合、液晶表示素子
後方の光源からの照射光は液晶表示素子を透過した後、
スクリーンに投影するための投射レンズに入射する構造
となる。この投射レンズは、図３（ａ）では液晶表示素
子の右側に配置されるが図では省略してある。図から分
かるように液晶表示素子を透過後の照明光束が広がって
いる。このため、投射型でこの液晶表示素子を用いる場
合、照明光束の一部が投射レンズに入射しない可能性が
ある。その場合には照明光の損失となる。また、照明光
が絞られることによって液晶１０７に対して様々な角度
から入射することになる。液晶には入射角依存性がある
ため、高コントラストが得られない光線が存在し、全体
としてもコントラスト低下につながる。図３（ｂ）では
液晶表示素子透過後に平行光とするため投射レンズに対
する入射の問題は解決されるが、液晶に対する斜め入射
の問題は依然残っている。更に、両側でのレンズアレイ
基板の位置合わせが非常に難しい。
の液晶テレビ等の直視型及び液晶プロジェクタ等の投射
型として用いられる。投射型装置の場合、液晶表示素子
後方の光源からの照射光は液晶表示素子を透過した後、
スクリーンに投影するための投射レンズに入射する構造
となる。この投射レンズは、図３（ａ）では液晶表示素
子の右側に配置されるが図では省略してある。図から分
かるように液晶表示素子を透過後の照明光束が広がって
いる。このため、投射型でこの液晶表示素子を用いる場
合、照明光束の一部が投射レンズに入射しない可能性が
ある。その場合には照明光の損失となる。また、照明光
が絞られることによって液晶１０７に対して様々な角度
から入射することになる。液晶には入射角依存性がある
ため、高コントラストが得られない光線が存在し、全体
としてもコントラスト低下につながる。図３（ｂ）では
液晶表示素子透過後に平行光とするため投射レンズに対
する入射の問題は解決されるが、液晶に対する斜め入射
の問題は依然残っている。更に、両側でのレンズアレイ
基板の位置合わせが非常に難しい。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決した光利用効率の高い液晶表示素子を提供することで
ある。
決した光利用効率の高い液晶表示素子を提供することで
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、対向する１対のガラス基板の間に液晶を挟み込ん
た、２次元状に配列された表面画素を有する液晶表示素
子において、前記１対のガラス基板のうち照明光が入射
する側のガラス基板の両面に、焦点距離の異なる複数の
微小レンズを、レンズ光軸を前記照明光の光軸と合わ
せ、前記表示画素の各々に対応するように形成し、前記
照明光が入射する側のガラス基板のどちらか一方の面が
前記液晶と隣接することを特徴とする
は、対向する１対のガラス基板の間に液晶を挟み込ん
た、２次元状に配列された表面画素を有する液晶表示素
子において、前記１対のガラス基板のうち照明光が入射
する側のガラス基板の両面に、焦点距離の異なる複数の
微小レンズを、レンズ光軸を前記照明光の光軸と合わ
せ、前記表示画素の各々に対応するように形成し、前記
照明光が入射する側のガラス基板のどちらか一方の面が
前記液晶と隣接することを特徴とする
【０００６】
【０００７】本発明の液晶表示素子は、液晶表示素子を
構成する片側のガラス基板上の両面にレンズ光軸を照明
光の光軸と合わせた複数の微小レンズを形成することに
より、ビーム径の変換を行う。照明光源からの光は入射
側の微小レンズで一旦集束させられるが、反対側の微小
レンズによって液晶表示素子の表面画素の表示有効部分
の太さの平行光線に変換され、表示有効部分に入射す
る。このため照明光を効率良く利用できる。また、液晶
に対する入射は一定となり入射角依存性の問題は生じな
い。更に平行光として出射されるため、投射レンズに入
射しなくなるという従来技術の問題も発生しない。
構成する片側のガラス基板上の両面にレンズ光軸を照明
光の光軸と合わせた複数の微小レンズを形成することに
より、ビーム径の変換を行う。照明光源からの光は入射
側の微小レンズで一旦集束させられるが、反対側の微小
レンズによって液晶表示素子の表面画素の表示有効部分
の太さの平行光線に変換され、表示有効部分に入射す
る。このため照明光を効率良く利用できる。また、液晶
に対する入射は一定となり入射角依存性の問題は生じな
い。更に平行光として出射されるため、投射レンズに入
射しなくなるという従来技術の問題も発生しない。
【０００８】
【０００９】
【実施例】第１の発明の一実施例の液晶表示素子の断面
を図１に示す。ガラス基板１０４，１０５で液晶１０７
を挟み込み、更に表示画素１１０に合わせてレンズアレ
イ基板１０８を貼り合わせてある。ガラス基板１０５上
には薄膜トランジスタ等の液晶駆動回路が形成されてい
るが、図では省略している。レンズアレイ基板１０８は
焦点距離の異なる微小レンズ１０２，１０３をレンズ光
軸を合わせて両面に形成してある。このためレンズアレ
イ基板１０８に入射した平行の照明光１０１は微小レン
ズ１０２，１０３によってビーム径の細い平行光に変換
されて液晶表示有効部分１０９に入射する。このためブ
ラックマトリクス１０６に照射されることはなく、損失
は起こらない。本発明では照明光は表示有効部分に絞ら
れるので、ブラックマトリクスは必ずしも必要ではな
い。しかし、斜めから入射する外光や散乱光から液晶駆
動部を保護するためにブラックマトリクス１０６を形成
した方が良い。
を図１に示す。ガラス基板１０４，１０５で液晶１０７
を挟み込み、更に表示画素１１０に合わせてレンズアレ
イ基板１０８を貼り合わせてある。ガラス基板１０５上
には薄膜トランジスタ等の液晶駆動回路が形成されてい
るが、図では省略している。レンズアレイ基板１０８は
焦点距離の異なる微小レンズ１０２，１０３をレンズ光
軸を合わせて両面に形成してある。このためレンズアレ
イ基板１０８に入射した平行の照明光１０１は微小レン
ズ１０２，１０３によってビーム径の細い平行光に変換
されて液晶表示有効部分１０９に入射する。このためブ
ラックマトリクス１０６に照射されることはなく、損失
は起こらない。本発明では照明光は表示有効部分に絞ら
れるので、ブラックマトリクスは必ずしも必要ではな
い。しかし、斜めから入射する外光や散乱光から液晶駆
動部を保護するためにブラックマトリクス１０６を形成
した方が良い。
【００１０】微小レンズ１０２，１０３は、ガラス基板
内部に屈折率分布領域が形成されたものである。これ
は、イオン拡散法を用いて作製される。作製はガラス基
板にマスクを用い、フォトリソグラフィの手法により円
形窓を開ける。この基板の両側を溶融塩で満たし、その
中に電極を設けて基板に電界を印加しイオンを移入し屈
折率分布を形成し、レンズとする。本発明の場合、レン
ズアレイ基板の両面に微小レンズを形成する必要がある
ので、１枚のガラス基板に対し片側ずつ２回の工程で作
製する。両面の位置合わせはリソグラフィに用いる露光
機の精度によるが、一般に１ミクロン以下の誤差に抑え
ることができる。レンズアレイ基板は、２枚のガラス基
板の各々に焦点距離の異なる微小レンズを形成し、両者
をレンズ光軸が合うように貼り合わせることで作製する
こともできる。但しこの場合は、貼り合わせの精度が、
１枚で形成するのに比較してやや劣る。なお、微小レン
ズの作製方法は、イオン拡散法に限らず、アクリル等を
加工する方法、紫外線硬化樹脂で形成する方法等でも良
い。
内部に屈折率分布領域が形成されたものである。これ
は、イオン拡散法を用いて作製される。作製はガラス基
板にマスクを用い、フォトリソグラフィの手法により円
形窓を開ける。この基板の両側を溶融塩で満たし、その
中に電極を設けて基板に電界を印加しイオンを移入し屈
折率分布を形成し、レンズとする。本発明の場合、レン
ズアレイ基板の両面に微小レンズを形成する必要がある
ので、１枚のガラス基板に対し片側ずつ２回の工程で作
製する。両面の位置合わせはリソグラフィに用いる露光
機の精度によるが、一般に１ミクロン以下の誤差に抑え
ることができる。レンズアレイ基板は、２枚のガラス基
板の各々に焦点距離の異なる微小レンズを形成し、両者
をレンズ光軸が合うように貼り合わせることで作製する
こともできる。但しこの場合は、貼り合わせの精度が、
１枚で形成するのに比較してやや劣る。なお、微小レン
ズの作製方法は、イオン拡散法に限らず、アクリル等を
加工する方法、紫外線硬化樹脂で形成する方法等でも良
い。
【００１１】また、レンズアレイ基板１０８は、表示画
素１１０の大きさをｌａ，焦点距離をｆａ、表示有効部
分の大きさをｌｂ、焦点距離をｆｂ、レンズアレイ基板
１０８の厚みをｔとすると、 ｌａ／１ｂ＝ｆａ／｜ｆｂ｜、ｆａ＋ｆｂ＝ｔ となるように設計する。
素１１０の大きさをｌａ，焦点距離をｆａ、表示有効部
分の大きさをｌｂ、焦点距離をｆｂ、レンズアレイ基板
１０８の厚みをｔとすると、 ｌａ／１ｂ＝ｆａ／｜ｆｂ｜、ｆａ＋ｆｂ＝ｔ となるように設計する。
【００１２】図において、微小レンズ１０３は凸レンズ
で記載してあるが、凹レンズで構成することもできる。
で記載してあるが、凹レンズで構成することもできる。
【００１３】本発明の液晶表示素子では、液晶１０７に
対する照明光の入射角は一定となり、全ての光線を最適
な方向から液晶に入射させることができる。このため、
液晶の入射角依存性によってコントラストが低下すると
いう問題は生じない。図では照明光は基板に対して垂直
に入射しているが、液晶の入射角依存性に応じて角度を
つけても構わない。さらに平行光として出射されるた
め、一部が投射レンズに入射しないという問題も発生し
ない。両面の微小レンズの合わせ精度も前述したとおり
１ミクロン以下である。図３（ｂ）に示した従来技術に
よると、２つのレンズアレイ基板を組立工程で行わなけ
ればならず、両方の微小レンズの光軸を合わせることが
難しい。通常、専用の機械で行っても５ミクロン程度の
誤差が生じる。従ってこの点でも本発明による液晶表示
素子が有利である。
対する照明光の入射角は一定となり、全ての光線を最適
な方向から液晶に入射させることができる。このため、
液晶の入射角依存性によってコントラストが低下すると
いう問題は生じない。図では照明光は基板に対して垂直
に入射しているが、液晶の入射角依存性に応じて角度を
つけても構わない。さらに平行光として出射されるた
め、一部が投射レンズに入射しないという問題も発生し
ない。両面の微小レンズの合わせ精度も前述したとおり
１ミクロン以下である。図３（ｂ）に示した従来技術に
よると、２つのレンズアレイ基板を組立工程で行わなけ
ればならず、両方の微小レンズの光軸を合わせることが
難しい。通常、専用の機械で行っても５ミクロン程度の
誤差が生じる。従ってこの点でも本発明による液晶表示
素子が有利である。
【００１４】なお、第１の発明の別の実施例として、図
１のレンズアレイ基板１０８とガラス基板１０４の配置
を逆にした構造でも同様の効果が得られる。
１のレンズアレイ基板１０８とガラス基板１０４の配置
を逆にした構造でも同様の効果が得られる。
【００１５】第２の発明の一実施例の液晶表示素子の断
面を図２に示す。まず、液晶表示素子の片側のガラス基
板２０１上にイオン交換によって微小レンズ１０２，１
０３を形成する。更にブラックマトリクス１０６も形成
する。もう一方のガラス基板１０５には、図には明示し
ていないが液晶駆動のための薄膜トランジスタ等を形成
する。これら両基板２０１，１０５を表示画素１１０に
微小レンズ１０２が対応するように貼り合わせ、その間
に液晶１０７を注入する。図では省略したが、ガラス基
板２０１には対向透明電極と液晶配向膜が、ガラス基板
１０５には液晶配向膜も成膜されている。この場合も第
１の発明と同様の原理により、光の利用効率の向上を図
ることができる。更にガラス基板２０１が第１の発明の
ガラス基板１０４とレンズアレイ基板１０８を兼ねてい
るため、第１の発明に比べ薄型化の点で優れている。
面を図２に示す。まず、液晶表示素子の片側のガラス基
板２０１上にイオン交換によって微小レンズ１０２，１
０３を形成する。更にブラックマトリクス１０６も形成
する。もう一方のガラス基板１０５には、図には明示し
ていないが液晶駆動のための薄膜トランジスタ等を形成
する。これら両基板２０１，１０５を表示画素１１０に
微小レンズ１０２が対応するように貼り合わせ、その間
に液晶１０７を注入する。図では省略したが、ガラス基
板２０１には対向透明電極と液晶配向膜が、ガラス基板
１０５には液晶配向膜も成膜されている。この場合も第
１の発明と同様の原理により、光の利用効率の向上を図
ることができる。更にガラス基板２０１が第１の発明の
ガラス基板１０４とレンズアレイ基板１０８を兼ねてい
るため、第１の発明に比べ薄型化の点で優れている。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により光利
用効率の良い液晶表示素子を実現でき、産業上非常に有
用である。
用効率の良い液晶表示素子を実現でき、産業上非常に有
用である。
【図１】第１の発明の一実施例の液晶表示素子の断面を
示す図である。
示す図である。
【図２】第２の発明の一実施例の液晶表示素子の断面を
示す図である。
示す図である。
【図３】従来の液晶表示素子の断面を示す図である。
１０１ 照明光 １０２，１０３ 微小レンズ １０４，１０５ ガラス基板 １０６ ブラックマトリクス １０７ 液晶 １０８ レンズアレイ基板 １０９ 表示有効部分 １１０ 表示画素 ２０１ ガラス基板 ３０１，３０２ 微小レンズ
Claims (1)
- 【請求項１】対向する１対のガラス基板の間に液晶を挟
み込んた、２次元状に配列された表面画素を有する液晶
表示素子において、前記１対のガラス基板のうち照明光
が入射する側のガラス基板の両面に、焦点距離の異なる
複数の微小レンズを、レンズ光軸を前記照明光の光軸と
合わせ、前記表示画素の各々に対応するように形成し、
前記照明光が入射する側のガラス基板のどちらか一方の
面が前記液晶と隣接することを特徴とする液晶表示素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007035A JP2841997B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007035A JP2841997B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196928A JPH05196928A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2841997B2 true JP2841997B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=11654786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007035A Expired - Lifetime JP2841997B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 液晶表示素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841997B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3274244B2 (ja) * | 1993-09-06 | 2002-04-15 | 株式会社東芝 | 液晶表示装置 |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP4007035A patent/JP2841997B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05196928A (ja) | 1993-08-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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