JPH0212224A - 液晶表示装置 - Google Patents

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、表示明度を向上し之液晶表示装置に関し、さ
らに詳細には、カメラのファインダ表示やテレビジョン
などの透過型表示に要求される、表示明度を向上した高
精細マトリックス型液晶表示装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来から、液晶の電気光学効果を画像表示に利用した表
示装置として液晶表示パネルが開発されている。この液
晶表示パネルは、基本的には、ドツト・マトリックス状
に配列され之多数の画素により構成されておシ、この各
画素は一対の透明な基板のそれぞれ向かい合った面に設
けられた透明電極及び、これらの透明電極間に印加され
た電圧に応じて入射光を光学変調する液晶層とから成っ
ている。

液晶表示パネルの動作モードには、前記液晶層として封
入する液晶の種類あるいは電気光学的性質の差異に応じ
て、ツイステフドネマティフク（以下、ｒＴＮＪと略す
）モード、スーパーツイステフドネマティフク（以下、
ｒｓＴＮＪと略す）モード、ゲスト・ホスト（以下、ｒ
ＧＨＪと略す）モード、ダイナミックスキャツタリング
（以下、ｒＤｓＭＪと略す）モード、相転移モードなど
の多くのモードが開発されている。それらの液晶層と透
明電極とから成る個々の表示画素を個別に制御する方式
に関しても、以下各方式についての説明が行われるよう
に、ｉｌ＋単純マトリックス方式、（２）多重マトリッ
クス方式、（３）非線型二端子素子を付加した方式、（
４）スインチング三端子素子を付加した方式などがある
。

しかし、上述のいずれの方式についても１表示の明度を
低下させる原因が存在する。理想的な表小 へ状態として、表示が行われるパネル全面積について明
度が一様である場合を想定して、表示領域の全面積Ｓに
対する表示領域の全面積Ｓと表示に寄与しない部分の面
積Ｎとの差５−Ｎ（以下、「全画素の有効面積Ｅ」とい
う）の比を開口率Ｐとして次式のように定義するならば
１表示の開口率Ｐの低下はほぼ表示明度の低下に等しい
と考えることができる。

Ｐ−Ｅ／Ｓ　；Ｅ−３−Ｎ　　　　・・・　［１１Ｐ　
−１−Ｎ／Ｓ　　　　　　　　・・・　（２）Ｐ：開口
率 Ｅ：全画素の有効面積 Ｓ二表示領域の全面積 Ｎ；表示に寄与しない部分の面積 したがって、第１式を変形した第２式からも判るように
、表示領域の全面積Ｓに対する表示に寄与しない部分の
面積Ｎの比Ｎ／Ｓが増大すると開口率Ｐは低下、すなわ
ち、表示明度も低下することになる。

以下、画素を個別に制御する方式に従うて、開口率Ｐが
どのような原因によって低下し１表示明度が低下するか
を説明する。

（１）単純マトリックス方式 二枚の基板のそれぞれに帯状の平行電極群を列設し、そ
れらが基板間で直交するように基板を貼り合わせて液晶
を注入しパネルを構成する。一方の行電極〔走査電極）
には順次、行選択信号が印加される。他方の列電極（信
号電極）には行選択信号と同期して画像信号が印加され
る。したがって、行′ｆ！Ｌ極と列電極の交差領域が画
素となり、画電極に挾まれた液晶が両者の電位差に応答
して、値に応答する特性を有し、急峻なしきい値特性を
もたないことから、各画素は電気的に独立していないた
めにクロストークが生じてしまう。したがって、クロス
トーク・マージンに対するダイナミック・レンジの点か
ら走査線数をあまり大きく設定することはできない。し
かし、その範囲内で画素ピッチを小さくして、微細なマ
トリックスを構成した場合で、ショート防止のため非電
極部の面積を多く取った場合や、特に透明導電膜の代わ
りに金属配線によって走査電極を構成した場合にはその
部分に表示のための光源光が入射しても不活性もしくは
不透明であるために表示に寄与することはなく、これら
によって前記開口率の低下が生じる。

（２）　　多重マトリックス方式 これは単純マトリックス方式の電極を変形することによ
って、走査電極の数を減らしｔ分だけ信号電極の数を増
し、全画素数の減少を防いだものである。このような多
重マトリックス方式を用いると、各画素に加えられる電
圧のデユーティ比（ｄｕｔｙ　　ｒａｔｉｏ）が大きく
なるので、鮮明な画像が得られやすくなる。その半面多
重マトリックス方式では、電極の形状が複雑になり配線
抵抗が高くなり易い。そのため、透明導電膜だけでは配
線抵抗が充分低く抑えることができない場合には金属配
線が併用される。電極の形状が複雑になると、画素電極
周囲のブランクあるいはギャップといった間隙の割合で
増加し、また金属配線を併用することによって、表示面
積のうちの表示に寄与しない部分あるいは不透明部分の
割合が増加し、これによって開口率は低下する。

（３１非線形二端子素子を付加した方式これは画素面の
クロストークを抑制するために各画素電極と信号電極と
の間にバリスタ、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　　Ｉｎ５ｕｌａ
ｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）、パブクトゥバブクダイオード（
Ｂａｃｋｔｏ　　Ｂａｃｋ　Ｄｉｏｄｅ）などの非線形
素子を直列に挿入したものである。

非線形素子を付加することによ７てクロストークを抑え
ることは可能であるが、非線形素子を付加する領域を画
素とは別に設けなげればならないため、その分だけ表示
に用いることができる面積は減少し、これによって開口
率の低下が生じる。

（４）スイッチング三端子素子を付加した方式画素電属
と信号電極と走査電極とにスイッチングトランジスタを
付加して、このスイッチングトランジスタを用いて各画
素を個別に駆動する方式である。画素電極の選択期間中
に液晶に駆ｗＪ！圧が印加されるとコンデンサとしての
液晶層と必要に応じて並設され之蓄積コンデンサも同時
に充電され、それが画素電極の非選択期間中には液晶に
印加される電圧を保持する。液晶自体も容量性の負荷で
あり、その時定数が駆動の繰り返し周期に比べて充分大
きい場合には、蓄積コンデンサを省略することができる
。スイッチングトランジスタとしては、ガラスや石英基
板上に形成した薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ
　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。

以下、ＴＰＴと略記する）、またはシリコン・ウェハ上
に回路を形成したＭＯＳ　（Ｍｅｔａｌ　ＯｘｉｄｅＳ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型電界効果トランジスタ
（ＭＯＳ−ＦＥＴ）や、サラ１イヤ基板上にシリコン回
路が形成されたＳＯ５（Ｓｉｌｉｃｏｎ　　ｏｎＳａｐ
ｐｈｉｒｅ　）素子などが用いられる。この方式は、ク
ロストークが少なく、他の走査電極を走査しているとき
でも、ある画素の液晶に印加される電圧を他の画素の液
晶に印加される電圧から独立して保持することができる
ので画素密度を高めることができる。また、信号電圧の
強弱による中間調表示も容易である。しかし、前述の非
線形素子を付加した方式と同様に１画素とは別にスイッ
チングトランジスタや蓄積コンデンサを付加する領域を
設けなければならないため、その分だけ表示に用いるこ
とが可能な画素の有効面積が減少し関口率が低下する。

液晶表示パネルのうちでも特にカラー液晶表示パネルで
は、たとえば着色表示の色として加法三原色を設定すれ
ば、入射光のスペクトル中で三原色中の一色のスペクト
ル領域しか利用されず、残りの成分は着色手段によって
吸収される。さらに偏光板を使用する液晶動作モードの
場合には、利用できる光量はさらに半減するので、照明
手段を蛍光灯、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネ
ルなどの光源を設けたり、周囲光を液晶表示パネルの背
面に導くための手段が講じられる。しかし液晶表示パネ
ルの携帯用機器への応用を図る場合には電源容量の制約
が厳しいので、光源の発光効率の向上、およびその光源
光をいかに有効に液晶表示に利用できるかで液晶表示の
明るさが決ってくる。

以上のように、開口率を低下させ表示明度を低下させる
原因としては、画素の制御方式（１）〜（４）に従って
述べた、 ｉａ）　　電極の金属配線 ［ｂｌ　　付加された非線形素子またはスイッチング素
子 ｌｃｌ　　画素電極周囲の間隙 ［ｄｌ　　表示の制御はされないが、表示のコントラス
トを向上させるためのブラックマトリックス部分 などがある。

液晶表示パネルをカメラのファインダ表示やテレビジョ
ンなどの透過型表示に用いる場合、表示パネル（又はラ
イトバルブパネル）面積が小さくかつ画素数が多い必要
がある。このような高精細度画像の再生を要する液晶表
示パネルでは、画素電極を構成する走査電極と信号電極
のピッチを小さくしなければならない。たとえば画素ピ
ッチが１−当り５本（２００μｍピッチ）の場合、関口
率は通常の設計でＴＰＴを用いたパネルの場合約５０俤
であるが１画素ピッチを小さくすると当然開口率はこれ
以下に低下する。例えば、９０μｍピッチの場合には、
現行ホトリソグラフトトルでは開口率は１０−程度とな
る。すなわち液晶表示パネルの構成要素のすべてを相似
的に縮小できれば開口率は変化しないが、ホトリソグラ
フィに於ける電極のエツチング精度や位置合せ精度には
。

１μｓ１〜１０μ錦程度と限界があり、まｔパスライン
の幅は電気抵抗の点からパスライン用の金属配線の幅や
付加素子の大きさは成る程度以下には小さくできない。

し九がって、プロジェクション表示のライトバルブ用や
小型ファインダー用の用途で用いられる場合の様に、液
晶パネルの外形寸法を固定して画素ピッチを小さくして
いくと開口率が必然的に低下してしまう。

第５図は、液晶表示パネルにおける１表示車位領域を示
す図であり、画素を制御するスイッチング素子としてＴ
　Ｆ　Ｔ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ　）が用いられている。ＴＰＴはガラスなどの透明な
絶縁性基板の上にゲート電極５１．ゲート絶縁膜（図示
せず）、半導体膜５２．ソース電極５ａおよびドレイン
電極５４が順次パターン化され、積層されて構成されて
いる。ドレイン環１ｉＢ４には画素電極５５および必要
に応じて設けられる蓄積コンデンサ（図示せず）が接続
される。ゲート電極５１にはゲート線ＧＬを介して周期
的に走査パルスが印加され、ＴＰＴは導通（オン）状態
にされる。これに同期してソース電極５８にはソース線
ＳＬを介して画像信号が印加され、ＴＰＴを通じて画素
電極６５および必要に応じて電気的に並列に設けられた
蓄積コンデンサに印加され液晶を駆動する。

第５図を参照して以下に、１表示車位領域およびｆｆ１
口率について説明する。１表示車位領域５６は、表示に
直接寄与する領域５７と、表示には直接寄与しない領域
５８とから成る。領域５７は画素電極および電圧の印加
を受は元画素電極によって配向に変化を受ける液晶層と
から成り、入射光は液晶層によ１て光学的に変調された
後、透明な画素電極５５を通して表示される。表示に直
接寄与しない領域５８は、画素電極５５に電圧を選択的
に印加するためのゲート電＠５１、ソース電極５３、Ｔ
ＰＴ素子およびゲート線ＧＬやソース線ＳＬなどの配線
と画素電極周囲のブランク・ギャップといまた間隙５９
から成る。したがって、液晶表示パネルの１表示車位領
域に対する開口率は１表示車位領域５６の全面積Ｓと、
面積Ｓのうち表示には直接寄与しない走査電極ＧＬ、信
号電極ＳＬ、ＴＰＴ表子、およびそれらの配置や画素電
極周囲の間隙５９などの面積ｎとの差ｓ−ｎを。

１表示車位領域５６の全面積Ｓで除すことによって算定
される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述のように１表示臼体には寄与しない表示領域周囲の
間隙あるいは金属配線や付加素子などの不透明部分によ
って、入射光は表示のための液晶層による光学的変調が
行われずに、あるいは遮断されて開口率が低下する。し
比がって開口率とは液晶表示パネルに入射した光の中で
表示のために制御可能な光の割合であると言い換えるこ
とができる。同じ照明条件で観察しても開口率の高い液
晶表示パネルは相対的に明るく見え、開口率の低いパネ
ルは相対的に暗く見える。このように従来では、表示の
明るさは開口率に大きく依存しており、画素と画素との
間の不透明部分は黒い縁取りとなって見え画質は粗いも
のになっていた。

上記したような開口率が小さいことに起因する表示の「
暗さ」を解消する方法として、本出願人は先に、液晶表
示装置の表示面に複眼レンズあるいはレンティキュヲー
レンズを用いた発明をなし特願昭５９−１１８７０７ｒ
液晶表示装置」として提案している。

本出願人が先に提案した液晶表示装置の特徴的要素であ
る複眼レンズあるいはレンティキュラーレンズは、液晶
パネルを構成する透明基板をそのように成型して一体化
しても良いし、また液晶パネルを構成する基板とは別に
成型したものを用いても良い。しかし、いずれの場合に
も金型による成型法では絵素の大きさを小さくし、高精
細化するには製作精度及び貼り合せ精度等で技術的な限
界があり、また金型の製作費も非常に高くつく定め、不
向きである。

上記の問題点を解決するため、本出願人は先に透明電極
が形成されている透明基板の屈折率を各絵素の位置に対
応して部分的に異ならせるようにした液晶表示装置を昭
和６３年６月１１日付特許願として提案しているが、本
発明は更に改良を加えたものである。

即ち本発明は、高精細度の液晶表示装置において発生す
る開口率の低下による表示の「暗さ」、「粗さ」を更に
改善して、開口率の変化にあまり影響されない「明るく
」「滑らか」な表示が得られる液晶表示装置を提供する
ことを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は基本的に相互に対
向する一対の透明基板を有し１表示画素を含む表示単位
領域が行列状に構成された液晶表示装置において、少な
くとも一方の透明基板にモノリシック状類で上記の表示
単位領域毎に形成される光学手段を具備し、即ち、少な
くとも一方の透明基板は上記の各表示単位領域の位置に
対応して、入射光を表示画素内に集光するように屈折率
を部分的に異ならせた構成となすと共に、上記の表示単
位領域の中心がデルタ配列となる配列でもって構成する
ようになしている。

く作　用〉 本発明に従えば、相互に対向する一対の透明基板を有し
、規則的に配列され念複数の表示単位領域で構成され、
各表示単位領域中に表示に寄与しない領域を含む液晶表
示装置において、少なくとも光源光の入射側の透明基板
、さらには液晶によ１て光学的変調を受けた後出て行く
側の透明基板に、モノリシック状態で上記の表示単位領
域毎に屈折率を部分的に異ならせた領域が形成される。

これによって入射光は表示画素内の、表示に有効な領域
に表示画素毎に集光される。ま之、入射光が変調後出て
行く透明基板に各表示単位領域の位置に対応して屈折率
を部分的に異ならせた領域を形成した場合には表示に有
利な集光がなされ表示が行われる。

上記の透明基板に形成した部分的に屈折率を異ならせた
領域によって入射光は、表示単位領域の表示に有効な領
域に表示画素毎に集光されるｔめ従来のように表示自体
には直接寄与しない表示画素周囲の金属配線や付加素子
などの不透明部分に入射光が照射されることはなく、入
射光の損失は抑えられる。ま几、スイッチング素子など
に強照度の光が照射されることによる表示特性劣化も防
止される。これによ１て、従来開口率が小さいｔめに入
射光が損失されて液晶表示が暗くな−ていたようなこと
や、スイッチング素子のスイッチ特性の不良はなく、有
利に入射光は表示に利用され明るい画像が得られる。

さらに従来では、画素と画素との間には不透明部分があ
るために、表示状態においてそれが黒い縁取りとなり、
画質を粗くする原因となっていたが、液晶によって入射
光が変調され几後出て行く透明基板に形成された部分的
に屈折率を異ならせた領域によって、黒い縁取りは取り
除ｔＪ）れ、もしくは非常に少領域となり１画像は滑ら
かなものとされる。

また、上記の表示単位領域の中心をデルタ配列となして
いるため、各表示単位領域の位置に対応して透明基板に
部分的に屈折率を異ならせて形成する領域の充填率を高
めることが出来、より「明るい」表示となる。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。　　。

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例の一部分の断
面図であり、第２図はさらにその１表示車位領域を取出
して見た断面図である。画素を制御する方式は単純マト
リックス方式である。

液晶表示パネル１は、一対の透明基板２ａ、２ｂのそれ
ぞれの対向する一方の表面に帯状の透明電［８ａ、　　
８　ｔ）カバターン形成され、この透明電極８ａ、８ｂ
およびその間隙の透明基板２ａ、２ｂの表面にはさらに
配向膜４ａ、４ｂが形成されている。このように透明電
＠ａａ、８ｂおよび配向膜４ａ、４ｂが形成された透明
基板２ａ、２ｂは帯状の透明電極８ａ、８ｂが相互に透
明基板２ａ２ｂ間で直交して対向するように、予め定め
られた距離だけ隔てて配設され、透明基板２４１，２ｂ
を互いに固定するためのシール材（第１図および第２図
には示さず）を用いて透明基板２ａ、２ｂの間隙に液晶
５が封入されて構成されている。液晶の動作モードがＴ
Ｎモードである場合には、さらに透明基板２ａ、２ｂの
液晶５が封入されている画とは反対の面に偏光板をそれ
ぞれ設ける必要がある。本発明の液晶パネルの特徴的な
構成要素であるマイクロレンズアレイは、透明基板２ａ
。

２ｂの封入された液晶５に臨む面とは反対の面に表示画
素の電極パターンに対応する位置に予めレンズ形成層６
ａ、６ｂとしてそれぞれ形成される。

このパターン形成は、一般のホトリソグラフィやリフト
オフメタルマスク、イオン注入等の技術によって行われ
る。

第２図では、レンズ形成層６ａ、６ｂのうちのそれぞれ
１つのマイクロレンズアレイ７ａ、７ｂが透明基板２ａ
、２ｂに、それぞれ対向して形成されているのが示され
ている。透明基板２ａ、２ｂの厚さｄｉ、ｄ２［マイク
ロレンズプレイ７ａ。

７ｂの屈折率および液晶表示パネル１の表示の視覚依存
性や用途を考慮して相互に適宜決められる。

透明電極ａａ、８ｂに結線された操作ラインノ８を介し
て駆動回路９によって透明電極８ａ、ａｂ間に選択的に
電圧が印加される。

第２図を参照して、液晶パネル１とは別に設けられた照
明装置からの光源光、あるいは液晶表示装置周囲から導
入され几光が矢符Ｐで示されるように下部透明基板２ａ
に入射する。透明基板２ａに形成された第１のレンズア
レイ７ａによっテ入射光は集光され、予め配置された表
示画素のほぼ中央（すなわち透明電極８ａ、Ｂｂ間に封
入されている液晶５の中央近傍）で焦点を結ぶ。焦点を
通過した光は１発散しながら透明基板２ｂを通過するが
、透明基板２ｂに形成された第２のレンズアレイ７ｂに
よって再び集光され、はぼ平行な光線となり矢符Ｒで示
されるように出ていき、液晶表示パネル１の表示が行わ
れる。液晶パネル１は駆動回路９によってその透明電極
８ａ、８ｂに選択的に電圧が印加される。これによって
液晶表示パネル１に入射する光は表示内容に対応して前
記液晶表示パネル１を選択的に通過することになる。

すなわち、たとえば透明電極８ａ、８ｂの組合せによ１
て規定される複数の表示画素のうち電圧が印加された表
示画素は透光性となり、電圧が印加されない画素が遮光
性となることによりて、液晶表示パネル１がライトパル
プとしての役割を果たすことができる。そのようにして
、レンズアレイ７ａを介した光源光は集光され、表示画
素のうちでも電極８ａ、８ｂの配置の間隙などの表示に
寄与しない液晶部分や金属配線を通過せず、表示にあず
かる表示画素のみを介して光学的変調を受ける。これに
よって液晶表示パネル１への入射光は有効に表示に用い
られる。

液晶表示パネル１において、液晶材料としては表示方式
に応じて、ネマティック液晶、コレステリ・ツク液晶、
スメクティブク液晶およびそれらの混合液晶が用いられ
る。透明基板２ａ、２ｂとしてはガラスや５ｉ０２（石
英）などの材料が用いられる。透明電極ａａ、８ｂとし
ては、酸化インジウム、酸化錫から成る錫添加酸化イン
ジウム（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ、以下、Ｉ
ＴＯと略記する）膜やネサ膜などの透明導電性膜が用い
られ、透明基板２ａ、２ｂに吹き付け、蒸着あるいはス
バフタリングなどの方法で形成される。配向膜４ａ、４
ｂとしては５ｉ０２．ＳｉＯなどの無機質膜、またはポ
リイミド、ポリビニルアルコール、尿素樹脂膜、ナイロ
ン、アクリルなどの有機質膜が用いられ、透明電ｇｉ、
８ａ、Ｂｂ上に形成された後、ラビング処理、斜方スパ
ッタ処理等が行ワレる。また、マイクロレンズアレイ’
ｒａ、’ｒｂは、ガラスや５ｉ０３（石英）などの透明
基板２ａ、２ｂの表面からＴノ（タリウム）等の重元素
を熱拡散や電界印加拡散などの方法によって拡散させた
り、またイオン交換法により透明基板２ａ、２ｂの屈折
率とは異なる屈折率分布を透明基板２ａ、２ｂ中に直接
形成させて用いられる。

尚、マイクロレンズの作成法はこの方法に限られるもの
ではなく、感光性ガラス法やプラズマＣＶＤ・法等の分
布屈折率レンズやマイクロフレネルレンズ（図示せず）
でもよい。

第８図は、本発明の液晶表示装置に用いられるレンズア
レイの基本原理を示した図である。第８図（１）および
第８図（２）は一対の凸レンズ８０ａ。

ａｏｂに対して、平行な光線Ａが垂直に入射する場合と
、平行な光線Ｂが斜めに入射する場合とをそれぞれ示し
ている。第８図（１）において、第１しンズａｈａおよ
び第２レンズａ　ｏ　ｂＨ共に凸レンズであり、各一対
の焦点Ｆ□、Ｆ′１　とＦ、、　Ｆ’。

のうち第ルンズ８０ａと第２レンズ８０ｂの向き合う側
の焦点”ｌｅ　Ｆ２が同一点となるようにレンズ８０　
ａ、　　８０　ｂの焦点距［Ｌｌ、Ｌ２の合計用１１１
Ｌ１＋Ｌ２だけ間隔をおいて配置されている。ここで、
焦点距離Ｌｌ、Ｌ２は第２図で示される第２レンズアレ
イ７ｂと液晶５の中央との距ｉＬ１および液晶５の中央
と第２レンズアレイ７ｂとの距離Ｌ２にそれぞれ対応す
る。これによって左手から第ルンズ８０ａに垂直に入射
した平行光線Ａは集光され点Ｆ’１””Ｆ、で焦点を結
ぶ。

焦点を通過した後発散した光は第２レンズａｏｂに入射
する。予め焦点Ｆ！が焦点Ｆ１１に一致して配置されて
いるので、第２レンズ３０ｂに入射した光は第２レンズ
によって平行光線Ａ′となる。

第３図（２）における第１および第２１／ンズ３０ａ。

ａｏｂの配置は、第８図（１）と同様である。第２図（
２）において、平行光線Ｂは光路に矢符が付されている
ように、左手から第２レンズ８０ｂに傾斜して入射する
点が上述の第３図（１）の場合とは異なる。

第ルンズおよび第２レンズを通過した光は再び平光線Ｂ
′とされ、入射方向と対称な方向に出て行く。第８図（
１）の場合とは異なって、入射平行光が第ルンズ８０ａ
に斜めに入射するため、第ルンズ８０ａによって集光さ
れた光は焦平面上で光軸Ｈから離れた点Ｇに焦点を結ぶ
。

点Ｇが表示画素内に入っていれば、駆動信号に応じて入
射光の強度が有効に変調される。従うで第２図に示した
ように、液晶パネルの両方の基板の屈折率を部分的に異
ならせてレンズ作用を持たせた場合には、液晶パネルに
対しである程度斜めに入射した光も有効に変調される。

液晶パネルを斜めから見たときの「明るさ」の角度依存
性は光源から液晶パネルに入射する光の角度分布を反映
する。

第２レンズ８０ｂの機能は、第ルンスａ　Ｏａによシ収
束された光を再び平行光に戻すことであシ、その結果、
各画素の中央付近に縮少投影されていた光源の実像を拡
大して見ることになシ、画素と画素の間に′存在する「
表示に直接寄与しない領域」が隠されるので１表示が「
滑らか」になるという効果が得られる。

このように凸レンズは入射する光を絞って集束させる効
果があるので、第８図に示した一対の凸Ｌ／７ズＢｏａ
とａｏｂの間の焦点Ｆ’、”Ｆ、　　近傍に液晶表示パ
ネルを挿入し、表示単位領域のうちの表示画素の表示に
寄与する部分に第ルンズ明部分に入射光が照射されるこ
とはないので光の損失はなく、入射光は有効に表示に利
用される。

また、第３図（１）および第３図（２）の場合よりも第
２レンズａｈａと第２レンズａＯｂとの間隔を拡げ之装
置とし、第ルンズ８０ａの焦点Ｆ／ｌ近傍に液晶パネル
を配置する。第２レンズ３０ｂの焦平面上に集束し几光
は液晶を照射、透過し、第２レンズａｏｂを通過した後
その共役面上に収束して光源の像を結ぶ。よって、その
位置から第２レンズ８０ｂを明視し几状態で液晶パネル
を駆動すると液晶パネルが最も明るく表示される。ゆえ
に予め本発明の液晶表示装置の応用される分野に応じて
、液晶表示装置と利用者の目の間の距離を想定し、その
距離に光源の像が結ばれるようにすると液晶表示パネル
が最も明るく見えることになる。

さらに、第８図（１）および第８図（２）では第ルン、
（８０ａに入射光が垂直に入射するか斜めに入射するか
によって、第２レンズ３０ｂによって集光される焦点の
位置が点Ｆ′□−Ｆ、から点Ｇへとわずかであるが、焦
平面上で光軸Ｈに対して垂直な方向に変動する。したが
って、液晶表示パネルの用途に応じて、液晶表示の視角
依存性や上記の焦点の変動範囲が表示画素内に収まるよ
うにレンズアレイの焦点距ＩＩｊ！Ｌｌ、Ｌ２および透
明基板の厚みを算定し１本発明の液晶表示パネルを作製
する。

第４図は、本発明の他の実施例としてａ−Ｓｉま之はポ
リＳｉを半導体として用い之ＴＦＴ素子をスイッチング
素子として用い念液晶表示パネルのセル基板の要部構成
説明の定めの断面図である。

ＴＰＴはガラスなどの透明な絶縁性基板４１上にゲート
工面４２、ゲート絶縁膜４３、半導体膜４４゜ソース電
極４５およびドレイン電極４６が順次パターン化され積
層されて構成される。ドレイン電極４６には１画素電極
４７および必要に応じて設けられる蓄積コンデンサ（図
示せず）が接続される。透明基板４１のＴＰＴ素子およ
び画素電極４７が設けられる面とは反対の面の基板４１
内には、前記表示画素電極４７のパターンに対応した位
置に、透明基板４１の他の部分とは屈折率が異なる領域
を有するマイクロレンズアレイ又はマイクロプレネルレ
ンズアレイ４８が、第１図および第２図に関して説明し
た方法によって形成される。

薄膜形成法としては真空蒸着法、スバ１タリング法、Ｃ
ＶＤ法、プラズ？ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などが用いら
れ、シャドウマスクやフォトリングラフィ法の技術によ
ってパターン化される。このＴＰＴが形成された基板で
液晶を封入するセルを構成するとともに、液晶を駆動す
るために、さらに必要に応じて表示画素電極４７０周辺
部を遮光してＴＰＴ素子の表示特性劣化を防止する遮光
膜および液晶分子の軸の配向を整える配向膜が設けられ
る。次に、ガラスなどの透明基板に対向電極としてＩＴ
Ｏから成る透明導電膜を真空蒸着法。

イオンブレーティングやスパフタリングなどの方法によ
って設け、その上に液晶を配向させるための配向膜を積
層する。透明基板の透明導電膜、配向膜が設けられる面
とは反対の面の基板内には、透明基板の他の部分とは屈
折率の異なる領域を有するマイクロレンズアレイやマイ
クロフレネルレンズアレイが形成される。なお、このレ
ンズアレイは液晶表示パネルの用途によっては設けなく
てもよい。これら２枚の基板をスペーサを介して貼り合
わせ、側基板の間隙に液晶を注入した後注入口を封止す
ることによって液晶表示パネルが作製される。なお、液
晶の動作モードがＴＮモードの場合には液晶表示パネル
の両面にさらに偏光板を設ける。

半導体膜４４としてｎ−型半導体を用い九場合ゲート電
極４２に正の電圧を印加すると半導体膜４４のゲート絶
縁膜４８側の界面に電子の蓄積層が形成され、ソース電
極４５とドレイン電極４６スが印加されＴＰＴは導通（
オン）状態にされる。

さらにこれに同期してソース電極４５にはソース線ＳＬ
（図示せず）を介して画像信号が印加されＴＰＴを通じ
て画素電層４７および必要に応じて画素電極４７とは電
気的に単列に設けられる蓄積コンデンサに印加され液晶
を駆動する。蓄積コンデンサは、ＴＰＴが遮断（オフ）
状態の１画素電極４７が選択されない非選択期間中にも
液晶に印加すべき電圧を保持するためのものである。液
晶の時定数が走査周期に比べて充分大きければ蓄積コン
デンサは特に設けなくてもよい。

ここで、本発明を適用しｔ場合に特に効果が顕著となる
画素配列について説明する。

カラー液晶表示装置では、各画素毎に赤、緑。

青の三原色のいずれか一色を対応させ、各色を規則的に
配列することによって、フルカラー表示を実現している
。各色の配列の方法としては種々提案されているが１代
表的なものは、縦ストライプ配列、横ストライブ配列、
斜めストライプ配列及びデルタ配列等である。この内、
デルタ配列は同じ画面サイズに同じ画素数を配列すると
いう条件で、他の配列と比較すると最も画質が良く、本
件に関して本出頭人は特願昭５９−７５１１０１ｒ力ラ
ー液晶表示装置」として提案している。

このデルタ配列は本発明を適用する対象としてもふされ
しく、その効果は顕著である。その理由は次の通りであ
る。

すなわち、上記したデルタ配列では第６図（１）に示す
ように各画素が一行毎に１．５ピンチ横にずらされて配
置されている。ここで、本発明にしたがって各画素に対
応して基板４１に形成されるマイクロレンズの形状が円
形であるとし、その中心と各画素の中心とを一致させて
配列すると、第６図（２）のようになり、平面に円を敷
きつめる場合の六方最密充填に近いことがわかる。特に
横方向の画素ピッチＸと行間隔ｙがｘ：ｙ−２：Ｊ　　
の関係を満す時、充填率が最高の　π、／Ｔ　／ｓ　＝
　０．９０６となる。従１て、液晶パネルに入射した光
量の９０．６　％を有効に集光して画素に導き、表示に
利用できることになる。

これに対して、上記した他の配列では各画素は第７図（
１）のようにネ舛目状に配列されているので、それに対
応して形成されるマイクロレンズの配置は、第７図（２
）のようになり、充填率は最高でπ／４　コ０．７８５
である。

このようにデルタ配列の方が液晶パネルに入射し几光を
より有効に利用できることになる。

なお、上記したデルタ型配列と桝目型配列の比較はモノ
クロ表示の場合においても同様である。

ま之、第６図（１）に示した例では画素形状が長方形の
場合を示したが１本発明はこれに限定されるものではな
く１例えば第８図に示すように各画素をほぼ正六角形と
し、全体として蜂の巣状に配列しても良い。なお、第８
図において第５図と同一部分は同一符号で示している。

以上のように液晶表示パネルを構成することによって、
第４図の透明基板４１の画素電極４７とは反対の面に入
射した光（矢符Ｑで示す）はマイクロレンズアレイ４８
によって画素電極４７（よシ正確には画素電極４７と対
向する対向電極に挾まれた液晶層）の中心近傍に焦点を
結ぶ。これによって、入射光は透明基板４１に形成され
た画素にのみ照射が行われて、液晶表示に寄与しないＴ
ＰＴ素子や配線、あるいはそれらの間隙などに入射する
ことはない。とくにＴＰＴ素子などに強照度の光が長時
間照射されることによるスイッチ特性劣化なども防止す
る光シールドを併設しても表示に影響はない。これによ
って、入射光は有効に表示画素を照射して、従来よりも
明るい液晶表示が可能となる。また、透明基板４１に対
向して設けられる透明基板の液晶に臨む面とは反対の面
にもレンズアレイを設けることによ１て、レンズアレイ
４８によって集光され焦点を結んだ後拡散しようとする
入射光を再び集光することができ、本発明の液晶表示装
置の応用される分野に適した表示を行うことができる。

本発明は、液晶の電気光学的性質や表示電極の動作方式
を変更したものではなく、液晶を封止する透明基板に光
学手段として表示画素毎に対応して屈折率を異ならせ几
領域を形成することによって、表示画素の中でも表示を
制御できる部分を中心に入射光が入射するようにして、
入射光の損失を少なくして表示明度を向上させたもので
ある。

したがって本発明は、ＴＮモード、ＳＴＮモード。

ＧＨモード、ＤＳＭ、相移転モードなどいずれの動作モ
ードに対しても適用可能であるが、特にＴＮモード、Ｓ
ＴＮモードおよびＧＨモードが好ましい結果を与える。

また本発明は、モノクローム２色をはじめカラー表示可
能な３色、４色以上の多色液晶表示にも適用でき、応用
形態はグラフィック表示やキャラクタ表示等にも適用可
能である。さらに、多数の液晶表示モジュールを並列配
置し、大画面の表示を得る液晶表示装置にも適用可能で
ある。

〈発明の効果〉 本発明によれば、カメラのファインダ表示やテレビジョ
ンなどの透過型表示に用いられる高精細度な液晶表示に
おいて、開口率が小さくともその影響を殆ど受けない明
るい表示が得られる。また従来表示画素面に存在してい
た黒い縁取りは表示されず滑らかな画像が得られる。さ
らに、レンズアレイなどの手段を液晶表示装置とは別に
外設する必要がなく、マイクロレンズアレイのパターン
形成をホトリソグラフィ等の液晶表示パネルの電極等の
パターニング技術を用いて作ることが出来るため、レン
ズアレイと表示電極との位置合せを精度良く行なうこと
が出来、しかも全体の構成要素が減少し、省スペース、
低コストで開口率が高く、明るくコントラストの良い液
晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の一実施例の一部分の断
面図、第２図は第１図の液晶表示パネル１の１表示車位
領域を取出して見た断面図、第３図（１）及び（２）は
それぞれ本発明の液晶表示装置に用いられるレンズアレ
イの基本原理を示した図、第４図は本発明の液晶表示装
置の他の実施例の一部分の断面図、第５図は液晶表示パ
ネルの１表示車位領域を示す図、第６図（１）は本発明
の適用される液晶表示装置の色配列の例を示す図、第驚
図（２）は第６図（１）に対応するマイクロレンズアレ
イの配列を示す図、第７図（１）は液晶表示装置の色配
列の他の例を示す図、第７図（２）は第７図（１）に対
応するマイクロレンズアレイの配列を示す図、第８図は
デルタ状に配列した表示単位領域の構成例を示す平面図
である。 １・・・液晶表示パネル、２ａ、２ｂ、４１・・・透明
基板、８ａ、３ｂ、４７．５５・・・透明電極および画
素電極、６ａ、６ｂ、７ａ、Ｗｂ、４８−レンズ形成層
およびマイクロレンズアレイ。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）第６　図 第７ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相互に対向する一対の透明基板を有し、表示画素を
   含む表示単位領域が行列状に構成された液晶表示装置に
   おいて、 少なくとも一方の透明基板は上記各表示単位領域の位置
   に対応して、入射光を表示画素内に集光するように屈折
   率を部分的に異ならせた構成となし、 かつ、上記表示単位領域の中心をデルタ配列となしたこ
   とを特徴とする液晶表示装置。