JPH01222221A

JPH01222221A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH01222221A
Application number: JP63048949A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤; Masatake Matsuo; 誠剛松尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1989-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は平板レンズアレイを備えた液晶表示素子に関す
る。

〔従来の技術〕

高分解能液晶表示素子の解決すべき課題に表示面におけ
る明るさ及びコントラストの改善が挙げられる。上記課
題に対し、液晶表示素子の前Ｗ（光源側）にレンズアレ
イ板を形成し、入射光を液晶画素開口部に集めることに
より、明るき及びコントラストの改善を図るという提案
がなされてきた（例えば、特開昭５７−１５７２１５、
特開昭６０−１６５６２４　）’。以下に、従来の提案
の概要を第４図を用□いて説明する。レンズアレイ板４
０１上に形成されたマイクロレンズ４０２と、透明基板
４０６上に形成きれた液晶画素部４０９が対応するよう
に両者を構成し、該マイクロレンズにより入射光を液晶
画素゛の一点に集めるというもので、−Ｆｔにマイクロ
レンズとしては円形し゛ンズまたはレンチキュラーレン
ズが用いられる。又、透明基板４０６上に形成されてい
る信号線４０７．４０８及び能動スイッチング素子４１
０を強い入射光から保護するために、通常対向基板には
金属薄膜等による遮光膜が形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、液晶表示素子の明るさ及びコントラストの改善
に対し、従来の提案は確かにある程度の効果はあるもの
の、用いるレンズアレイの集光性能が低いため十分満足
できるものではなかった。

つまり、円形のマイクロレンズでは円形レンズ部分の周
辺に必然的に非レンズ部分（第４図の４０３）が生じ、
この部分に照射した光はそのまま液晶表示素子の能動ス
イッチング素子部分４１０に到達する。又、レンチキュ
ラーレンズを用いたものでも、やはり集光された光の一
部は液晶画素開口部以外の能動スイッチング素子部分に
到達するため、集光性を高めコントラストを改善した結
果、不要になるはずの金属薄膜等による遮光膜が依然と
して必要であった。そこで、本発明は以上のような問題
点を解決するもので、その目的とするところは、明るさ
及びコントラストを改善するとともに、金属薄膜等によ
る遮光膜を不要にした液晶表示素子を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の液晶表示素子は、一
対の基板間に液晶を保持し前記基板上に液晶の電気光学
効果を制御する手段として、一方の基板上に能動スイッ
チング素子をマトリックス状に形成した液晶表示素子に
おいて、該基板に対向する基板（以下、対向基板という
）として、複数の帯状レンズ体が形成された第１の面と
前記第１の面に形成された複数の帯状レンズ体による焦
点面とが交差するように複数の帯状レンズ体が形成され
た第２の面から成り、且つ第１の面と第２の面が相対向
するように構成された屈折率分布型平板レンズアレイ板
を用いたことを特徴とする。

この場合、対向基板として使用できる平板レンズアレイ
には集光性が著しく高いものが要求される。つまり、平
板レンズアレイに入射した光はそのほとんど全てが集光
され、特定の平面上に焦点を形成するような構造を有す
るレンズアレイ体であることが必要である。このような
平板レンズアレイ体の製造方法としては、透明平板とし
てガラス材料を用いた場合には（ａ）イオン交換拡散法
、（ｂ）イオン電界移入法、　ｔｃ＋プレス加工法等が
、また、合成樹脂材料を用いた場合には（ｄｌ拡散重合
法、　（ｅ）光共重合法、　（ｆ）プレス加工法、　（
ｇ）射出成形法等があり、レンズアレイの性能及び使用
目的に応じて選択が可能である。

〔作用〕

第１図は本発明の液晶表示素子の断面図であり、第２図
は本発明の液晶表示素子の対向基板に使用される平板レ
ンズアレイの原理説明図である。第１図に示すように対
向基板１０１となる平板レンズアレイの表面には、透明
電極層１０５と液晶を保持するための配向層が形成され
ている。平板レンズアレイ中の各レンズの光軸と液晶表
示素子の各画素とが１対１に対応するように配置構成さ
れている。対向基板である平板レンズアレイに入射した
光は、まず第１の帯状のマイクロレンズ１０２（第２図
の２０２）によりｙ軸方向にのみ集光され、つまり、２
次元的な広がりを持つ入射光線がＸ軸方向に沿った１次
元の焦線上に集光される。

次いで、第２の帯状のマイクロレンズ１０３（第２図の
２０３）によりＸ軸方向にも集光され、焦点面における
光束の形状はほぼ点彩となって焦点２０６を形成する。

つまり、２つの平面に存在する帯状マイクロレンズの列
数の積と等しい個数の焦点数を有し、且つ焦点が離散的
である焦点面を形成する。この平板レンズアレイは基本
的に非レンズ部分を持たないため、集光能力が極めて高
いレンズアレイ体であるといえる。平板レンズアレイ中
の各マイクロレンズによる焦点と液晶表示素子の画素を
１対１に対応させることにより、実質上入射光は液晶駆
動部、配線部等の領域にはあたらず、はとんど全ての光
は透明開口部のみを通り、且つその光量を制御できるた
め、高コントラスト比を維持しつつ明るい液晶表示素子
を得ることができる。尚、第１図ではスペーサー１０４
を使用しているが、このスペーサーはマイクロレンズの
焦点距離を調節するためのものであり、必ずしも必要と
するものではない。

この場合の平板レンズアレイに形成される帯状レンズ体
は直線状でなくてもよく、また、第１の面に形成されて
いる帯状レンズの焦点面と第２の面に形成されている帯
状レンズの焦゛点面は、必ずしも直交している必要はな
く９０°以外の角度で交差していてもよい。

〔実施例〕

以下、実施例にもとづき本発明の詳細な説明する。但し
、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

１実施例１１表面を光学研磨したガラス体（ＢＫ−７，４０ｕ＋ｘ　
３０ｕ　ｘ　１ｍｍ　）の両表面に二酸化チタンによる
マスクパターンを形成した。つまり、開口部幅を５５μ
ｍそのピッチを８０μｍとしたマスクパターン１と、開
口部幅を３０μｍそのピッチを６５μｍとしたマスクパ
ターン２とを、開口部の長手方向が互いに直交するよう
にガラス体の表裏に形成した。このガラス板を５４０℃
の熔融塩（ＫＮＯｓ　）　　中に浸漬し、上記マスク開
口部から上記熔融塩中のイオンを交換拡散させ、透明基
板の屈折率を部分的に高めるる処理を約１５０時間行な
った。その後、徐冷過程を経てガラス板を熔融塩中から
取り出し、Ｔ　ｉ　０２膜を熱リン酸液で除去した後に
ガラス表面を研磨して、第１図に示すような複数の帯状
の屈折率分布型レンズ部分を有する平板レンズアレイ板
を得た。

この平板レンズアレイ板を液晶表示素子の対向基板に用
いるために、アレイ板の片面に透明電極層（ＩＴＯり及
び液晶配向層（ポリイミド膜）を形成した後、第１図に
示すように平板レンズアレイ中の各レンズの光軸と液晶
画素とが１対１に一対応するように液晶表示素子を構成
した。尚、透明基板上には能動スイッチング素子として
ポリシリコン薄膜トランジスターがマトリックス状に形
成されている。この液晶表示素子の前方（対向基板側）
より平行性の良い光線を入射し、液晶表示素子を透過す
る光束量を測定したところ、対向基板前面位置における
全光束量は３００１ｍであり、液晶表示素子を透過した
全光束量は２７１１ｍであった。従来の同形の液晶表示
素子における全光束量が１１２１ｍであることを考慮す
ると本発明の液晶表示素子は、極めて明るい光学系であ
ると言える。

従来、コントラスト比の向上と能動スイッチング素子の
保護を目的として、対向基板上に遮光性の金属薄膜層を
形成していたが、本発明のように集光性の著しく高いレ
ンズアレイ板を対向基板として用いることにより、金属
薄膜層を用いる必要がなくなることがわかる。つまり、
入射した光は能動スイッチング素子にはあたらず、全て
液晶画素部分（開口部）を通過するためである。

！実施例２１実施例１で作製した平板レンズアレイ板上に写真製版技
術、印刷法、色素蒸着法などによりカラーフィルター層
を形成した。その後、該カラーフィルター上に透明電極
層（工ＴＯＪＩり及び液晶配向層（ポリイミド層）を形
成した。さらに、一方の透明基板上に能動スイッチング
素子として金属−絶縁体−金属構造をとるダイオード（
ＭＩＸ素子）を形成した。そして、上記一対の基板をス
ペーサー及びギャップ材を介して液晶セルを組み、液晶
を封入した。本実施例で作製したＭＩＭ液晶表示素子の
断面図を第３図に示す。上記工程を経てできあがった本
発明の平板レンズアレイを対向基板として用いた液晶表
示素子は、金属薄膜等による遮光層を用いた従来の液晶
表示素子と比較して、明るさ及びコントラストが大幅に
改善され、鮮明なカラー画像を得ることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の液晶表示素子は、集光性が
極めて高いマイクロレンズを組み込んだ平板レンズアレ
イを対向基板として用いることにより、はとんど全ての
入射光を液晶画素開口部のみに集め、且つその光量を自
在に制御できることから、高コントラスト比を維持しつ
つ明るい液晶表示素子を得ることができる。本発明の液
晶表示素子に用いられる平板レンズアレイ板は、複数の
帯状の屈折率分布形マイクロレンズからなり、非レンズ
部分を持たない構造であることから極めて集光性の高い
レンズアレイ板と言える。さらに、本発明の構成をとる
ことにより、コントラスト比向上のために従来必要とさ
れていた金属薄膜等による遮光膜を形成する必要がなく
、液晶表示素子の製造工程を簡略化できるという大きな
効果がある。また、本発明の液晶表示素子は、実施例に
示した以外の液晶表示素子（例えば、単純マトリックス
液晶表示素子）や２次元的な光処理を伴う、例えばＣ，
Ｃ，Ｄ、　　、光センサ−、レーザーアレイなど様々な
光応用機器にも十分応用が可能である。

液晶表示素子の最大の解決課題は明るさ及びコントラス
トの改善にあり、この点が液晶表示素子の応用範囲を制
限していた。上記課題を解決するためには入射光の利用
効率を上げることが最も重要であるが、本発明の液晶表
示素子の構成では入射光の利用効率を従来のものと比較
して、２〜３倍に向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の構造を説明するための
断面図。第２図は本発明の液晶表示素子の対向基板として用いる
平板レンズアレイの原理説明のための斜視図。第３図は実施例２で示したＭＩＭ液晶表示素子の断面図
。第４図は集光性を考慮してマイクロレンズアレイ板を組
み込んだ、従来の液晶表示素子の概略図。１０１・・・対向基板１０２・・・Ｘ軸方向帯状マイクロレンズ１０３・・・
Ｙ軸方向帯状マイクロレンズ１０４・・・スペーサー１０５・・・透明電極１０６・・・液晶封入部１０７・・・画素電極１０８・・・能動スイッチング素子１０９・・・透明基板１１０・・・入射光２０１・・・透明基板２０２・・・Ｘ軸方向帯状マイクロレンズ２０３・・・
Ｙ軸方向帯状マイクロレンズ２０４・・・平行光線２０５・・・マイクロレンズの中心軸３０１・・・対向基板３０２・・・Ｘ軸方向帯状マイクロレンズ３０３・・・
Ｙ軸方向帯状マイクロレンズ３０４・・・カラーフィル
ター３０５・・・透明電極３０６・・・液晶封入部３０７・・・画素電極３０８・・・能動スイッチング素子３０９・・・透明基板３１０・・・入射光４０１・・・レンズアレイ板４０２・・・マイクロレンズ部４０３・・・非レンズ部４０４・・・対向基板４０５・・・液晶封入部４０６・・・透明電極４０７・・・信号線１４０８・・・信号線２４０９・・・画素部（開口部）４１０・・・能動スイッチング素子４１１・・・入射光以上第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

一対の基板間に液晶を保持し前記基板上に液晶の電気光
学効果を制御する手段として、一方の基板上に能動スイ
ッチング素子をマトリックス状に形成した液晶表示素子
において、該基板に対向する基板として、複数の帯状レ
ンズ体が形成された第１の面と前記第１の面に形成され
た複数の帯状レンズ体による焦点面とが交差するように
複数の帯状レンズ体が形成された第２の面とから成り、
且つ第１の面と第２の面が相対向するように構成された
１枚の屈折率分布型平板レンズアレイ板を用いたことを
特徴とする液晶表示素子。