JPH07199188A - Liquid crystal display element and liquid crystal display device using the element - Google Patents

Liquid crystal display element and liquid crystal display device using the element

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JPH07199188A
JPH07199188A JP6000296A JP29694A JPH07199188A JP H07199188 A JPH07199188 A JP H07199188A JP 6000296 A JP6000296 A JP 6000296A JP 29694 A JP29694 A JP 29694A JP H07199188 A JPH07199188 A JP H07199188A
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal display
display device
microlens array
flat plate
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JP6000296A
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Japanese (ja)
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Yoshio Ariki
美雄 有木
Takashi Tsunoda
隆史 角田
Futoshi Yamazaki
太志 山崎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a liquid crystal display element, which effectively guides incident light to an aperture part regardless of a light source of bad parallelism to obtain bright picture information display, and the liquid crystal display device on which a picture is bright and is easy to see. CONSTITUTION:One transparent substrate, on which the light radiated from a light source is made incident, out of a pair of transparent substrates between which liquid crystal is charged consists of the substrate where a first plane micro lens array 51 and a second plane micro lens array 52 are closely brought into contact with each other. Plane micro lens arrays 51 and 52 have unit lens parts 51a and 52a each of which has an area approximately equal to the area corresponding to one picture element of the picture element array of liquid crystal and which are arranged in the same array as picture elements of liquid crystal. Two plane micro lens arrays 51 and 52 have optical axes of unit lens parts 51a and 52a aligned, and focal lengths synthesized in respective unit lens parts are shortened, and focuses are arranged very closely to the liquid crystal face in the vicinity of the liquid crystal layer and about center parts of rear parts of corresponding picture elements, and in this state, they are closely brought into contact with each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一対の透明基板間に液
晶を注入し液晶の電気光学効果により画像情報を表示す
る透過型の液晶表示素子と、透過型の液晶表示素子をラ
イトバルブとして用いた液晶表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmissive liquid crystal display element for injecting liquid crystal between a pair of transparent substrates and displaying image information by the electro-optical effect of the liquid crystal, and a transmissive liquid crystal display element as a light valve. The liquid crystal display device used.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示素子の代表例であるツイステッ
ド・ネマティック(TN)型液晶表示素子の構造は、透
明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して
構成した液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに9
0°異なるように2枚の偏光子を配置したものである。
このツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素
子は、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作
用と、偏光子の偏光成分の選択作用を組み合わせること
により、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示し
ている。これらの液晶表示素子については、例えば佐々
木編「液晶エレクトロニクスの基礎と応用」オーム社
(1979)などに詳細に開示されているが、上記液晶
表示素子においては、各画素中の電極の金属配線や、個
々の画素を個別に制御する手段として付加された非線形
素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギャ
ップなど表示に寄与しない部分(遮光部)が存在した。
そのため特に透過型の液晶表示素子においては、光源か
ら出射し、液晶表示素子に照射された光の内、上記遮光
部に到達した光は液晶表示素子を通過しないので光利用
効率を低下させてしまった。通常光利用効率は液晶表示
素子の開口率で表している。ここで、開口率は次のよう
に定義される。 開口率=1画素中の表示に寄与する有効面積/1画素全領域の面積 液晶表示素子の光利用効率(開口率)の向上は、この分
野における課題であった。
2. Description of the Related Art The structure of a twisted nematic (TN) type liquid crystal display device, which is a typical example of a liquid crystal display device, has a structure in which a liquid crystal is injected between a pair of transparent substrates having transparent electrode coatings before and after a liquid crystal cell. And each polarization direction is 9
Two polarizers are arranged so that they are different by 0 °.
This twisted nematic (TN) liquid crystal display device controls the amount of incident light transmitted by combining the action of rotating the plane of polarization by the electro-optic effect of liquid crystal and the action of selecting the polarization component of the polarizer to control the amount of incident light. Displaying information. These liquid crystal display elements are disclosed in detail, for example, in "Basics and Applications of Liquid Crystal Electronics" edited by Sasaki, Ohmsha (1979). In the above liquid crystal display elements, metal wiring of electrodes in each pixel and The non-linear element or the switching element added as a means for individually controlling each pixel, and the gap (light-shielding portion) that does not contribute to the display such as the gap around the pixel electrode existed.
Therefore, particularly in a transmissive liquid crystal display element, of the light emitted from the light source and radiated to the liquid crystal display element, the light reaching the light-shielding portion does not pass through the liquid crystal display element, which reduces the light utilization efficiency. It was The light utilization efficiency is usually expressed by the aperture ratio of the liquid crystal display element. Here, the aperture ratio is defined as follows. Aperture ratio = effective area contributing to display in one pixel / area of one pixel whole region Improvement of light utilization efficiency (aperture ratio) of a liquid crystal display element has been a problem in this field.

【0003】さらに、液晶表示素子を用いた表示装置を
コンパクトなものにするため、液晶表示素子を小形化し
た場合、液晶表示素子の画素数が同じであるとすると液
晶表示素子が小型化されればされる程1画素の面積は小
さくなる。そして、上記した遮光部が画素に閉める比率
が大きくなり、明るくすることが難しくなった。また、
同一サイズで精細度を高くした液晶表示素子を用いた表
示装置の解像度を高くするには画素ピッチを小さくする
必要があるが、その場合、液晶表示素子の構成要素全て
を相似的に縮小できれば遮光部の影響は変わらず開口率
は変化しない。しかし、エッチング精度、位置合わせ精
度等の点から電極の金属配線の幅や付加素子の大きさは
ある程度以下に小型化できない。その結果、精細度を高
く維持すると開口率が悪くなってしまった。ここで、上
記開口率を改善した透過型の液晶表示素子及び液晶表示
装置としては、例えば特開昭60−165622号公
報,特開昭61−11788号公報に開示されているよ
うなマイクロレンズアレイを設けたものがある。
Further, in order to make a display device using a liquid crystal display element compact, if the liquid crystal display element is miniaturized and the number of pixels of the liquid crystal display element is the same, the liquid crystal display element is downsized. The area of one pixel becomes smaller as it is blown out. Then, the ratio of the above-mentioned light-shielding portion to be closed in the pixel becomes large, and it becomes difficult to make it bright. Also,
In order to increase the resolution of a display device using a liquid crystal display element with the same size and high definition, it is necessary to reduce the pixel pitch, but in that case, if all the constituent elements of the liquid crystal display element can be reduced in a similar manner, light shielding is possible. The influence of the part does not change and the aperture ratio does not change. However, the width of the metal wiring of the electrode and the size of the additional element cannot be reduced to a certain extent or smaller in view of etching accuracy, alignment accuracy, and the like. As a result, the aperture ratio deteriorated when the definition was kept high. Here, as the transmissive liquid crystal display element and the liquid crystal display device with the improved aperture ratio, a microlens array as disclosed in, for example, JP-A-60-165622 and JP-A-61-11788. There is one that has.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、いずれもマイクロレンズアレイを液晶表示素子の光
線入射側の基板上に形成する構成であって、照射する光
源の特性については考慮されていなかった。そこで、液
晶素子の光特性を図11により説明する。図11は液晶
表示素子の1画素にあたる部分の概略断面図であり、液
晶層からもう一方の透明基板までは省略している。通
常、液晶表示素子の1画素の寸法Dは100μm程度で
あり、一方透明基板12の厚さtは1mm程度である。
よって、基板上に形成されるマイクロレンズアレイ10
の単位レンズ10aの焦点距離fは式(1)により求め
られる。この式から求めた焦点距離fは透明基板12の
厚さtと略等しい。 f=l/n≒t ……………(1) l:レンズの後側主点から液晶面までの距離 n:透明基板12の屈折率 すなわち、1画素の寸法Dに対して長い焦点距離のレン
ズとなる。この結果、例えば図11において、入射光線
が光線20aのように完全平行の場合は光線を画素の開
口部14に集光できる。しかし、入射光線が光線20
b,20cのようにマイクロレンズアレイ10の単位レ
ンズ10aの光軸に対して集束角θで入射する光線は、
表示に寄与しない遮光部16に集光してしまい、画素の
開口部14内に集光することができない。このように、
上記に開示されている技術は十分な集光効果が得られな
い不都合が生じた。
In each of the above-mentioned prior arts, the microlens array is formed on the substrate on the light incident side of the liquid crystal display element, and the characteristics of the light source for irradiation are not taken into consideration. It was Therefore, the optical characteristics of the liquid crystal element will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a portion corresponding to one pixel of the liquid crystal display element, and the liquid crystal layer and the other transparent substrate are omitted. Usually, the dimension D of one pixel of the liquid crystal display device is about 100 μm, while the thickness t of the transparent substrate 12 is about 1 mm.
Therefore, the microlens array 10 formed on the substrate
The focal length f of the unit lens 10a of is calculated by the equation (1). The focal length f calculated from this equation is substantially equal to the thickness t of the transparent substrate 12. f = 1 / n≈t (1) l: distance from the rear principal point of the lens to the liquid crystal surface n: refractive index of the transparent substrate 12, that is, a long focal length with respect to the dimension D of one pixel It becomes the lens of. As a result, for example, in FIG. 11, when the incident light beam is completely parallel like the light beam 20a, the light beam can be focused on the opening 14 of the pixel. However, the incident ray is the ray 20
Rays b and 20c which are incident at a convergence angle θ with respect to the optical axis of the unit lens 10a of the microlens array 10 are
The light is condensed on the light shielding portion 16 that does not contribute to the display, and cannot be condensed in the opening 14 of the pixel. in this way,
The technique disclosed above has a disadvantage that a sufficient light collecting effect cannot be obtained.

【0005】通常液晶表示素子における前記した開口率
は30〜40%であることから、仮に画素の寸法Dを1
00μmとすると、その中の開口部の寸法dは50〜6
0μm程度となる。よって、この開口部内に集光するこ
とができる、入射光線の前記集束角θは下式(2)によ
り、2〜3°程度の極めて平行度の高い光源が必要とな
る。 d=2f・tanθ ……………(2) しかし、液晶表示素子の光源として通常用いられるハロ
ゲンランプ,キセノンランプ,メタルハライドランプ等
の白色光源は前記集束角θが0〜10°程度の極めて大
きな集束角成分を有しており、通常の液晶表示素子では
十分な集光効果が得られなかった。また、このように集
光できる集束角θの値は液晶表示素子の高精細化に伴い
さらに小さくなる傾向にある。
Since the above-mentioned aperture ratio of a liquid crystal display element is usually 30 to 40%, the pixel size D is assumed to be 1
If it is 00 μm, the dimension d of the opening therein is 50 to 6
It becomes about 0 μm. Therefore, it is necessary to use a light source having an extremely high degree of parallelism such that the focusing angle θ of the incident light beam that can be condensed in the opening is about 2 to 3 ° according to the following formula (2). d = 2f · tan θ (2) However, a white light source such as a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp or the like usually used as a light source of a liquid crystal display element has an extremely large focusing angle θ of about 0 to 10 °. Since it has a focusing angle component, a general liquid crystal display element cannot obtain a sufficient light-collecting effect. In addition, the value of the convergence angle θ that can collect light in this way tends to become smaller as the liquid crystal display element becomes finer.

【0006】このように、上記従来技術においは、マイ
クロレンズアレイを設けた液晶表示素子と照明光学系を
用いた表示装置、あるいは、表示装置による像を投写レ
ンズによりスクリーン上に投写する投写型表示装置を構
成する場合における光源を含めた一連の光学系の特性に
ついては、考慮されていなかった。そこで、本発明は従
来の問題点を解決し、液晶表示素子に入射される光源か
らの光線のすべてを有効に利用でき、開口率を大幅に向
上する液晶表示素子と、これを用いた液晶表示装置を提
供することにある。
As described above, in the above-mentioned prior art, a display device using a liquid crystal display element provided with a microlens array and an illumination optical system, or a projection type display in which an image by the display device is projected on a screen by a projection lens The characteristics of a series of optical systems including a light source when constructing the device have not been considered. Therefore, the present invention solves the conventional problems, can effectively utilize all of the light rays from the light source incident on the liquid crystal display element, and significantly improves the aperture ratio, and a liquid crystal display using the same. To provide a device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、間に液晶を注入した二枚の透明基板のうち、光源か
ら放射された光線が入射する側の透明基板を第1の平板
マイクロレンズアレイと第2の平板マイクロレンズアレ
イの平板マイクロレンズアレイを密着した基板により構
成する。各平板マイクロレンズアレイは液晶の画素配列
の各1画素に対応する領域とほぼ等しい領域の単位レン
ズ部が液晶の画素配列と同一配列で配置されている。ま
た、平板マイクロレンズアレイ間の単位レンズ部同士は
その光軸を一致させて、各単位レンズ部で合成される焦
点距離を短かくし、さらにその焦点を液晶層の近傍で且
つ、対応する各画素の開口部の略中央部に一致するよう
に単位レンズを液晶層の近傍に配置した構成を基本構成
として具備する。
In the liquid crystal display device of the present invention, of the two transparent substrates in which liquid crystal is injected, the transparent substrate on the side on which the light emitted from the light source is incident is the first flat plate micro panel. The lens array and the flat plate microlens array of the second flat plate microlens array are configured by a substrate in close contact with each other. In each flat-plate microlens array, unit lens portions in an area substantially equal to an area corresponding to each pixel of the liquid crystal pixel array are arranged in the same array as the liquid crystal pixel array. In addition, the unit lens portions between the flat plate microlens arrays have their optical axes aligned with each other to shorten the focal length combined by the respective unit lens portions, and further, the focal point is in the vicinity of the liquid crystal layer and corresponding pixels. As a basic configuration, a unit lens is arranged in the vicinity of the liquid crystal layer so as to coincide with the substantially central portion of the opening.

【0008】本発明の液晶表示装置は、照明系と、間に
液晶を注入した二枚の透明基板のうち、光源から放射さ
れた光線が入射する側の透明基板を第1と第2の平板マ
イクロレンズアレイを密着した基板により構成すると共
に、各平板マイクロレンズアレイは液晶の画素配列の各
1画素に対応する領域とほぼ等しい領域の単位レンズ部
が液晶の画素配列と同一配列で配置されており、密着し
た平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部同士はその
光軸を一致させて、各単位レンズ部で合成される焦点距
離を短かくし、さらにその焦点を液晶層の近傍で且つ、
対応する各画素の開口部の略中央部に一致するように液
晶の近傍に配置した液晶表示素子とを具備する。
In the liquid crystal display device of the present invention, of the two transparent substrates with the liquid crystal injected between the illumination system, the transparent substrate on the side on which the light rays emitted from the light source are incident is the first and second flat plates. The microlens array is composed of a closely attached substrate, and in each flat plate microlens array, the unit lens portions in the regions substantially equal to the regions corresponding to each one pixel of the liquid crystal pixel array are arranged in the same array as the liquid crystal pixel array. The unit lens portions of the flat plate microlens array that are in close contact with each other have their optical axes coincident with each other to shorten the focal length synthesized by each unit lens portion, and further, the focal point thereof is in the vicinity of the liquid crystal layer, and
And a liquid crystal display element arranged in the vicinity of the liquid crystal so as to coincide with the substantially central portion of the opening of each corresponding pixel.

【0009】[0009]

【作用】本発明の液晶表示素子はマイクロレンズアレイ
の単位レンズ部を液晶層の極近傍に配置できるととも
に、配置位置に対応した単位レンズの短焦点化が実現で
き、入射光線の集束角が広がる。すなわち、通常の平行
性の悪い光源(照明系)からの集束角の大きな入射光線
が有効に開口部に導かれ、各電極の金属配線、個々の画
素を個別に制御する手段として付加された非線形素子あ
るいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギャップ
等、表示に寄与しない部分(遮光部)で遮断されること
による入射光の「ケラレ」が生じないために、開口率が
悪く(小さく)ても明るい画像情報表示が得られる。さ
らに、本発明の構成によれば液晶表示素子からの出射光
は表示に有効な部分のみとなり、画素間の不透明部が埋
めつくされるので滑らかな画像情報表示が得られる。
In the liquid crystal display device of the present invention, the unit lens portion of the microlens array can be arranged in the immediate vicinity of the liquid crystal layer, the unit lens can be made to have a short focal point corresponding to the arrangement position, and the focusing angle of the incident light beam can be widened. . That is, an incident light beam with a large focusing angle from a light source (illumination system) with poor parallelism is effectively guided to the opening, and the non-linearity added as a means for individually controlling the metal wiring of each electrode and each pixel. Brightness is obtained even if the aperture ratio is poor (small) because “vignetting” of incident light does not occur due to blocking by a portion (light-shielding portion) that does not contribute to display, such as a gap around the element or switching element or the pixel electrode, etc. An image information display is obtained. Further, according to the configuration of the present invention, the light emitted from the liquid crystal display element is limited to the effective portion for display, and the opaque portion between the pixels is filled, so that a smooth image information display can be obtained.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 第1実施例 図1は第1実施例に係る液晶表示素子50の断面図を示
す。液晶表示素子50は透明基板57、平板マイクロレ
ンズアレイA間に液晶55を注入した液晶セルの前後に
偏光板59を配置して構成する。液晶セルの光線の入射
側には一対の第1の平板状のマイクロレンズアレイ51
と第2の平板状のマイクロレンズアレイ52(以後第1
あるいは第2のレンズアレイ51,52という)とより
なる平板マイクロレンズアレイAを配設する。各レンズ
アレイ51,52は光を屈折させる作用をなす単位レン
ズ部51a,52aが、液晶の画素に対応して多数個縦
横に隣接配置された2次元配列のレンズアレイとなって
いる。平板マイクロレンズアレイAは第1のレンズアレ
イ51と第2のレンズアレイ52との間の単位レンズ部
51a、52aを向かい合わせ、かつ、各レンズの光軸
を一致させて接着層53により密着させて、一体として
いる。一体とした平板マイクロレンズアレイA上には通
常ブラックマトリクスと呼ばれる金属薄膜を配設して遮
光部56を形成し、カラーフィルタ58と透明電極54
をそれぞれ配設している。遮光部56と遮光部56との
間隙が開口部66となる。一方の透明基板57の対向面
側には透明電極54、および個々の画素を個別に制御す
る手段としての非線形素子あるいはスイッチング素子6
0を形成し、平板マイクロレンズアレイAと透明基板5
7の間に液晶55を封入している。この実施例における
液晶表示素子50は一対の偏光板59と各マイクロレン
ズアレイ51、52と透明基板57とは密着した構成と
なっているが、離した構成であっても差し支えない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Example FIG. 1 is a sectional view of a liquid crystal display element 50 according to the first example. The liquid crystal display element 50 is configured by disposing polarizing plates 59 in front of and behind a liquid crystal cell in which liquid crystal 55 is injected between a transparent substrate 57 and a flat plate microlens array A. A pair of first flat plate-shaped microlens arrays 51 are provided on the light incident side of the liquid crystal cell.
And a second flat plate-shaped microlens array 52 (hereinafter referred to as the first
Alternatively, a flat plate microlens array A composed of the second lens arrays 51 and 52) is provided. Each of the lens arrays 51 and 52 is a two-dimensional array in which a plurality of unit lens portions 51a and 52a that refract light are arranged adjacent to each other in the vertical and horizontal directions corresponding to the pixels of the liquid crystal. In the flat plate microlens array A, the unit lens portions 51a and 52a between the first lens array 51 and the second lens array 52 are made to face each other, and the optical axes of the respective lenses are made to coincide with each other to be adhered to the adhesive layer 53. And they are one. A metal thin film, which is usually called a black matrix, is disposed on the integrated flat plate microlens array A to form a light shielding portion 56, and a color filter 58 and a transparent electrode 54 are formed.
Are arranged respectively. The gap between the light shielding portion 56 and the light shielding portion 56 becomes an opening 66. A transparent electrode 54 is provided on the opposite surface side of one transparent substrate 57, and a non-linear element or a switching element 6 as means for individually controlling each pixel.
0 to form a flat plate microlens array A and a transparent substrate 5.
A liquid crystal 55 is enclosed between 7 and 7. In the liquid crystal display element 50 in this embodiment, the pair of polarizing plates 59, the microlens arrays 51 and 52, and the transparent substrate 57 are in close contact with each other, but they may be separated from each other.

【0011】次に本実施例における平板マイクロレンズ
アレイAの製法を説明する。図2、図3は平板マイクロ
レンズアレイAを模式的に示した説明図である。平板マ
イクロレンズアレイAを構成する第1のレンズアレイ5
1、第2のレンズアレイ52は、例えば屈折率N0の透
明の平行平板ガラス基板510内(この実施例では厚さ
1=約1mmとしたホウケイ酸系光学ガラス基板を用
いた)に、基板の屈折率N0と異なる屈折率Nの領域5
15を周期性を持って形成した、屈折率分布型の平板マ
イクロレンズアレイである。この屈折率分布型マイクロ
レンズアレイは、例えばイオン交換法により形成するこ
とができる。イオン交換法は透明の平行平板ガラス基板
に所要のパターンのマスク層を、例えば金属によって形
成し、これを溶融塩槽に浸すと、ガラス中に含まれるN
a+(ナトリウムイオン),K+(カリウムイオン)等
の陽イオンが溶融塩中に含まれるTl+(タリウムイオ
ン)等の陽イオンとガラスの露出面を通して交換され
る。このようにしてイオン交換された領域515は元の
ガラスと屈折率が異なり、光を屈折させる作用を有する
屈折率分布領域が単位レンズ部51a、52aとなる。
このイオン交換法により単位レンズ部51a,52aを
有するマイクロレンズ51、52を形成することによ
り、透明の平行平板ガラス基板510の内部に光を屈折
させるレンズ作用を持たせることができるため、二枚の
レンズアレイを一体とすると、表面が平らである平板マ
イクロレンズアレイAを形成することができる。また、
液晶セルの1画素に対応した2次元マトリクス状の屈折
率分布型レンズを製作するためには、所要のパターンの
マスク層の形状及びイオン交換の時間等を調整(オーバ
ー拡散)することにより達成される。
Next, a method of manufacturing the flat plate microlens array A in this embodiment will be described. 2 and 3 are explanatory views schematically showing the flat plate microlens array A. First lens array 5 forming the flat microlens array A
The first and second lens arrays 52 are, for example, in a transparent parallel plate glass substrate 510 having a refractive index N 0 (in this embodiment, a borosilicate optical glass substrate having a thickness t 1 = about 1 mm is used). Region 5 having a refractive index N different from the substrate refractive index N 0
15 is a gradient index type flat plate microlens array in which 15 is formed with periodicity. The gradient index microlens array can be formed by, for example, an ion exchange method. In the ion exchange method, a mask layer having a required pattern is formed on a transparent parallel flat plate glass substrate by using, for example, a metal, and when the mask layer is immersed in a molten salt bath, N contained in the glass is contained.
Cations such as a + (sodium ion) and K + (potassium ion) are exchanged with cations such as Tl + (thallium ion) contained in the molten salt through the exposed surface of the glass. The region 515 thus ion-exchanged has a refractive index different from that of the original glass, and the refractive index distribution regions having a function of refracting light become the unit lens portions 51a and 52a.
By forming the microlenses 51 and 52 having the unit lens portions 51a and 52a by this ion exchange method, it is possible to give a lens effect of refracting light to the inside of the transparent parallel flat plate glass substrate 510. When the lens arrays of 1 are integrated, a flat microlens array A having a flat surface can be formed. Also,
In order to manufacture a two-dimensional matrix type gradient index lens corresponding to one pixel of a liquid crystal cell, it is achieved by adjusting (overdiffusing) the shape of the mask layer having a required pattern and the time of ion exchange. It

【0012】つぎに、平板マイクロレンズアレイAの単
位レンズ部51a、52aの平面形状を図4を参照して
説明する。図4は液晶表示素子の平板マイクロレンズア
レイAの単位レンズ部51a(52a)の形状を示し
た、要部の平面図である。通常、液晶セルの1画素に対
応する領域Bは正方形や矩形形状である。そこで、領域
Bの形状を例えば一辺の長さをL1、他辺の長さをL
2(L1<L2)とした矩形とする。そして、その中に開
口部66(カラーフィルター58,透明電極54)と遮
光部56(ブラックマトリクス)があるとする。ここ
で、平板マイクロレンズアレイAの単位レンズ部51a
1を従来技術と同様に円形状で実現する場合、隣接する
各単位レンズ部の最大径は(a)に示す直径L1の円形
状となる。その結果、1画素に対応する領域Bに入射さ
れる光線の内、単位レンズ部51a1の外部に入射され
る光線については有効に利用できない。しかし、イオン
交換法による単位レンズ部51aの形成過程において、
図4(b)に示すような、直径L2の円形状の1画素内
に占める単位レンズ部51a2の面積が大きく、光線の
有効利用率の高い平板マイクロレンズアレイを形成する
ことが可能である。
Next, the planar shape of the unit lens portions 51a and 52a of the flat plate microlens array A will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view of a main part showing the shape of the unit lens part 51a (52a) of the flat plate microlens array A of the liquid crystal display element. Usually, the region B corresponding to one pixel of the liquid crystal cell has a square or rectangular shape. Therefore, the shape of the region B is, for example, L 1 for the length of one side and L for the length of the other side.
The rectangle is set to 2 (L 1 <L 2 ). Then, it is assumed that the opening 66 (color filter 58, the transparent electrode 54) and the light shielding portion 56 (black matrix) are provided therein. Here, the unit lens portion 51a of the flat plate microlens array A
When 1 is realized in a circular shape as in the conventional technique, the maximum diameter of each adjacent unit lens portion is a circular shape having a diameter L 1 shown in (a). As a result, of the rays incident on the region B corresponding to one pixel, the rays incident on the outside of the unit lens portion 51a 1 cannot be effectively used. However, in the process of forming the unit lens portion 51a by the ion exchange method,
As shown in FIG. 4B, it is possible to form a flat plate microlens array having a large area of the unit lens portion 51a 2 occupying in one pixel of a circular shape having a diameter L 2 and having a high effective utilization rate of light rays. is there.

【0013】すなわち、平板マイクロレンズアレイの単
位レンズ部51a(斜線部)が1画素内に占める面積S
を、下記の式を満足するように構成する。 (1)液晶セルの1画素に対応する領域BがL1<L2
とき π(L1/2)2<S≦L1・L2 ‥‥‥(3) (2)液晶セルの1画素に対応する領域BがL1=L2
とき π(L1/2)2<S≦L1 2 ‥‥‥(4) 上式を満足するような単位レンズ部51aを形成した平
板マイクロレンズアレイであれば、平板マイクロレンズ
アレイの形成(製作)時間が短縮され、コスト低減等の
生産性に効果があり、単位レンズ部の1画素に占める割
合が大きく、見かけ上の開口率の改善、すなわち明るい
液晶表示素子が得られる。
That is, the area S occupied by the unit lens portion 51a (hatched portion) of the flat plate microlens array in one pixel
Is configured to satisfy the following equation. (1) When the area B corresponding to one pixel of the liquid crystal cell of L 1 <L 2 π (L 1/2) 2 <S ≦ L 1 · L 2 ‥‥‥ (3) (2) of the liquid crystal cell 1 when the area B corresponding to the pixel is L 1 = L 2 π (L 1/2) 2 <S ≦ L 1 2 ‥‥‥ (4) flat to form a unit lens section 51a so as to satisfy the above equation micro With a lens array, the time required to form (manufacture) a flat microlens array is shortened, which has an effect on productivity such as cost reduction, and a large proportion of one pixel in a unit lens part improves the apparent aperture ratio. That is, a bright liquid crystal display device can be obtained.

【0014】そして、このように形成した一対の平板状
のマイクロレンズアレイ51、52を密着し、その後研
磨によって平板マイクロレンズアレイAの厚さを調整す
る(図3参照)。次に、平板マイクロレンズアレイAの
厚さの調整方法を説明する。上記の製法により製作した
2枚の平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部51
a,52a形成側を接合し、無色透明でかつ耐熱性に優
れた紫外線硬化型の接着剤53により密着する。そし
て、液晶側の基板の厚さを2つの単位レンズ部51a、
52aで合成される焦点距離と等しくなる厚さ、この実
施例では第2のマイクロレンズの厚さを厚さt2=約2
00μm、まで研磨する。そして、板厚の薄い第2のレ
ンズアレイ52を液晶セル側に配設する。
Then, the pair of flat plate-shaped microlens arrays 51 and 52 thus formed are brought into close contact with each other, and then the thickness of the flat plate microlens array A is adjusted by polishing (see FIG. 3). Next, a method of adjusting the thickness of the flat plate microlens array A will be described. Unit lens part 51 of two flat plate microlens arrays manufactured by the above manufacturing method
The side where a and 52a are formed is joined and adhered by an ultraviolet curable adhesive 53 which is colorless and transparent and has excellent heat resistance. Then, the thickness of the substrate on the liquid crystal side is set to two unit lens parts 51a,
The thickness equal to the focal length combined at 52a, in this embodiment, the thickness of the second microlens is t 2 = about 2
Polish to 00 μm. Then, the thin second lens array 52 is disposed on the liquid crystal cell side.

【0015】このように構成する平板マイクロレンズア
レイAの作用を説明する。図5は本実施例の平板マイク
ロレンズアレイAを説明するための原理説明図であっ
て、(a)は平板マイクロレンズアレイが一枚で構成さ
れている場合の単位レンズの焦点距離を示し、(b)は
二枚で構成されている場合の単位レンズの焦点距離を示
す。すなわち、単位レンズは一枚では焦点距離f1をあ
る程度までしか短焦点化できない。それに対してこの実
施例のように平板マイクロレンズアレイを二枚使用する
場合(b参照)の合成の焦点距離f2は式(5)により
求められる。 1/f2=1/f1+1/f1 ……………………(5) 上式のように、二枚の単位レンズを組み合わせた場合に
は、単位レンズ1枚の場合に対して焦点距離f2は1/
2に短焦点化することが可能となる。以上のように、平
板マイクロレンズアレイAはマイクロレンズアレイの基
板の厚さを調節することにより、単位レンズ部51a,
52aを液晶面の極近傍に配置することができると共
に、配置位置に対応した単位レンズ51a、52aの短
焦点化が同時に実現できる。
The operation of the flat plate microlens array A thus constructed will be described. FIG. 5 is a principle explanatory view for explaining the flat plate microlens array A of the present embodiment, and FIG. 5A shows the focal length of a unit lens when the flat plate microlens array is composed of one sheet, (B) shows the focal length of the unit lens when it is composed of two pieces. That is, with a single unit lens, the focal length f 1 can be reduced to a certain extent. On the other hand, when two flat plate microlens arrays are used as in this embodiment (see b), the combined focal length f 2 is obtained by the equation (5). 1 / f 2 = 1 / f 1 + 1 / f 1 (5) As shown in the above equation, when two unit lenses are combined, one unit lens is used. Focal length f 2 is 1 /
It becomes possible to shorten the focus to 2. As described above, the flat-plate microlens array A adjusts the thickness of the substrate of the microlens array so that the unit lens portions 51a,
52a can be arranged very close to the liquid crystal surface, and at the same time, the unit lenses 51a and 52a corresponding to the arrangement positions can be made to have a short focus.

【0016】次に、厚さ1.1mmの透明基板上に、従
来同様に平板マイクロレンズアレイを外付けして液晶表
示素子を構成した場合と、この実施例の平板マイクロレ
ンズアレイAを使用して液晶表示素子を構成した場合に
おける、同一画素サイズの液晶表示素子を用いた場合
の、単位レンズの焦点距離と集光可能な入射光線の集束
角θを測定した。その結果を図5のグラフに示す。な
お、光源にはアーク長3mmのメタルハライドランプに
リフレクターを取り付けた照明系を使用した。このグラ
フにおいて、横軸はレンズの焦点距離fを示し、縦軸は
レンズ光軸に対する入射光線の角度θを示している。こ
こで、厚さ1.1mmの透明基板上に平板マイクロレン
ズアレイを外付けした従来の液晶表示素子の値を15で
示し、本実施例の平板マイクロレンズアレイAを使用し
て液晶表示素子を構成した場合の値を50で示してい
る。この結果から本実施例による液晶表示素子50は単
位レンズ部から液晶面までの距離及びそれに伴う焦点距
離fを、透明基板上に外付けする構造の値15に比べ大
幅に短くすることができ、かつ、集光可能な入射光線の
集束角θが約4倍広がり、平行性の悪い光源を用いても
有効に開口部に集光できることがわかる。
Next, a case in which a flat plate microlens array is externally mounted on a transparent substrate having a thickness of 1.1 mm to form a liquid crystal display element as in the conventional case, and the flat plate microlens array A of this embodiment is used. When the liquid crystal display element was configured by using the liquid crystal display element with the same pixel size, the focal length of the unit lens and the converging angle θ of the incident light that can be condensed were measured. The result is shown in the graph of FIG. The light source used was an illumination system in which a reflector was attached to a metal halide lamp with an arc length of 3 mm. In this graph, the horizontal axis indicates the focal length f of the lens, and the vertical axis indicates the angle θ of the incident light ray with respect to the optical axis of the lens. Here, the value of a conventional liquid crystal display element in which a flat plate microlens array is externally mounted on a transparent substrate having a thickness of 1.1 mm is indicated by 15, and the flat plate microlens array A of this embodiment is used to form a liquid crystal display element. The value when configured is shown at 50. From this result, in the liquid crystal display element 50 according to the present embodiment, the distance from the unit lens portion to the liquid crystal surface and the focal length f associated therewith can be made significantly shorter than the value 15 of the structure externally mounted on the transparent substrate. Moreover, it can be seen that the converging angle θ of the incident light that can be condensed is expanded by about 4 times, and even if a light source with poor parallelism is used, the light can be effectively condensed at the opening.

【0017】第2実施例 図7は本発明の第2実施例に係る液晶表示素子500の
要部断面図であり、第1実施例と同一構成部は同一符号
を付し、その詳細説明を省略する。この実施例の特徴は
2枚の平板状のマイクロレンズアレイ501,502の
基板材質を変えて液晶表示素子500を構成している。
通常の液晶表示素子おいて、スイッチング素子80にア
モルファス薄膜トランジスターを用いる場合とポリシリ
コン薄膜トランジスターを用いる場合とでは、対向側の
透明基板57の基板材質が異なる。すなわち、アモルフ
ァス薄膜トランジスターを用いる場合はホウケイ酸系光
学ガラス,ポリシリコン薄膜トランジスターを用いる場
合は石英ガラスを用いる。2枚の平板マイクロレンズア
レイにホウケイ酸系光学ガラス基板を用い、スイッチン
グ素子にアモルファス薄膜トランジスターを用いる場合
は問題ないが、ポリシリコン薄膜トランジスターを用い
る場合は基板間の熱膨張係数が異なるために画素ずれ等
の問題が発生する。そのため、ポリシリコン薄膜トラン
ジスターを用いる場合は2枚の平板状のマイクロレンズ
アレイ501,502のうち基板厚みの厚い平板マイク
ロレンズアレイ501の基板材質を、対向側の透明基板
57の基板材質と同一とする。このように構成すること
により、レンズの集光性能を落さずに、画素ずれ等の問
題を無くすことができる。
Second Embodiment FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part of a liquid crystal display device 500 according to a second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and their detailed description will be given. Omit it. The feature of this embodiment is that the liquid crystal display element 500 is configured by changing the substrate material of the two flat plate-shaped microlens arrays 501 and 502.
In a normal liquid crystal display element, the substrate material of the transparent substrate 57 on the opposite side is different between when an amorphous thin film transistor is used for the switching element 80 and when a polysilicon thin film transistor is used. That is, borosilicate optical glass is used when an amorphous thin film transistor is used, and quartz glass is used when a polysilicon thin film transistor is used. There is no problem if borosilicate optical glass substrates are used for the two flat-plate microlens arrays and amorphous thin film transistors are used as switching elements. However, if polysilicon thin film transistors are used, the coefficient of thermal expansion between the substrates is different, and Problems such as misalignment occur. Therefore, when a polysilicon thin film transistor is used, the substrate material of the flat plate microlens array 501, which has a thick substrate thickness, of the two flat plate-shaped microlens arrays 501 and 502 is the same as the substrate material of the transparent substrate 57 on the opposite side. To do. With this configuration, it is possible to eliminate problems such as pixel shift without deteriorating the light condensing performance of the lens.

【0018】第3実施例 図8は本発明の第3実施例に係る液晶表示素子550の
要部断面図であり、前実施例と同一構成部は同一符号を
付し、その詳細説明を省略する。この実施例の特徴は2
枚の平板マイクロレンズアレイ551,552の基板厚
さを等しくしている。さらに光線の入射側にガラス基板
555を接着層533で密着して構成している。基板の
厚みに差が生じた場合、基板が若干反る傾向にある。第
1実施例、第2実施例では液晶表示素子のサイズを1イ
ンチ〜3インチ程度と小形を対象としたことから問題な
かったが、液晶表示素子のサイズをさらに大形とする場
合においては、基板の反りが問題となる。反りを発生さ
せないためには、2枚の平板マイクロレンズアレイの基
板厚さを等しくすればよい。以上の事実により、この液
晶表示素子550は2枚の平板マイクロレンズアレイ5
51,552の基板厚みを等しくすることで、反りの発
生が防止でき、大型の液晶表示素子の製造を可能とし
た。なお、ガラス基板555の材質は前実施例と同様に
対向側の透明基板57の材質と同一とする方が良いこと
は当然である。
Third Embodiment FIG. 8 is a sectional view of an essential part of a liquid crystal display element 550 according to a third embodiment of the present invention. The same components as those in the previous embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. To do. The feature of this embodiment is 2
The flat plate microlens arrays 551 and 552 have the same substrate thickness. Further, a glass substrate 555 is closely attached to the light incident side with an adhesive layer 533. When there is a difference in the thickness of the substrate, the substrate tends to warp slightly. In the first and second embodiments, there is no problem because the size of the liquid crystal display element is about 1 inch to 3 inches, which is small. However, when the size of the liquid crystal display element is further increased, The warp of the substrate becomes a problem. In order to prevent warpage, the substrate thicknesses of the two flat plate microlens arrays may be made equal. Due to the above facts, this liquid crystal display element 550 is composed of two flat plate microlens arrays 5.
By making the substrate thicknesses of 51 and 552 equal, warpage can be prevented from occurring, and a large-sized liquid crystal display device can be manufactured. It should be understood that the material of the glass substrate 555 should be the same as the material of the transparent substrate 57 on the opposite side, as in the previous embodiment.

【0019】第4実施例 この実施例はこの液晶表示素子をライトバルブとして用
いた液晶表示装置を示している。図9は、本発明に係る
液晶表示素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置
の原理構成断面図であり、(a)は光源を含む照明系を
有した液晶表示装置の原理構成断面図、(b)は光源を
含む照明系と投写系を有した投写型液晶表示装置の原理
構成断面図をそれぞれ表している。
Fourth Embodiment This embodiment shows a liquid crystal display device using this liquid crystal display element as a light valve. FIG. 9 is a sectional view showing the principle configuration of a liquid crystal display device using the liquid crystal display element according to the present invention as a light valve, and FIG. 9 (a) is a sectional view showing the principle configuration of a liquid crystal display device having an illumination system including a light source. b) is a sectional view of the principle configuration of a projection type liquid crystal display device having an illumination system including a light source and a projection system.

【0020】図9(a)において、液晶表示装置は例え
ばメタルハライドランプ,ハロゲンランプ等の光源10
0(白色光源)と、凹面鏡110と、集光レンズ群13
0と、ライトバルブとしての液晶表示素子150で構成
される。白色光を発する光源100から出射した光は、
例えば凹面鏡110の反射鏡で反射されるか、あるいは
光の一部は反射鏡で反射されることなく、それぞれ集光
レンズ群130を通過後液晶表示素子150に入射され
る。液晶表示素子150では平板マイクロレンズアレイ
の作用によって入射光が有効に画素電極(開口部)に導
かれ液晶面上の像は拡散板170に投影される。このと
き、拡散板170の投影像は遮光部による光利用効率の
ロスを回避した、明るい画像情報が得られる。また、液
晶表示素子150の駆動回路としては、例えばレーザー
ディスク、VTR等から入力されるビデオ入力をビデオ
クロマ処理回路71により処理し、RGB出力回路72
に入力される。RGB出力回路72ではR、G、Bに対
応する映像信号及び液晶表示素子150をAC駆動する
ため、垂直期間ごとに極性反転し、Xドライバ73を介
して液晶表示素子150の電極に入力される。ビデオク
ロマ処理回路71、RGB出力回路72、Xドライバ7
3、及びYドライバ76は同期処理回路74、コントロ
ーラ75により同期がとられている。
In FIG. 9A, a liquid crystal display device is a light source 10 such as a metal halide lamp or a halogen lamp.
0 (white light source), the concave mirror 110, and the condenser lens group 13
0 and a liquid crystal display element 150 as a light valve. The light emitted from the light source 100 that emits white light is
For example, the light is reflected by the reflecting mirror of the concave mirror 110, or a part of the light is not reflected by the reflecting mirror and is incident on the liquid crystal display element 150 after passing through the condenser lens group 130. In the liquid crystal display element 150, the incident light is effectively guided to the pixel electrodes (openings) by the action of the flat plate microlens array, and the image on the liquid crystal surface is projected on the diffusion plate 170. At this time, the projected image of the diffusion plate 170 provides bright image information while avoiding the loss of the light utilization efficiency due to the light shielding portion. Further, as a drive circuit of the liquid crystal display element 150, for example, a video input input from a laser disk, a VTR or the like is processed by a video chroma processing circuit 71, and an RGB output circuit 72 is provided.
Entered in. In the RGB output circuit 72, the video signals corresponding to R, G, and B and the liquid crystal display element 150 are AC-driven, so that the polarities are inverted every vertical period and input to the electrodes of the liquid crystal display element 150 via the X driver 73. . Video chroma processing circuit 71, RGB output circuit 72, X driver 7
3 and the Y driver 76 are synchronized by the synchronization processing circuit 74 and the controller 75.

【0021】図9(b)に示した投写型液晶表示装置
は、光源100より出射し液晶表示素子150に入射・
通過した後の画像情報は、投射レンズ190によって拡
大し、スクリーン200に拡大投影する。スクリーン2
00の投影像は遮光部による光利用効率のロスを回避し
た、明るい画像情報が得られる。
In the projection type liquid crystal display device shown in FIG. 9B, light is emitted from the light source 100 and is incident on the liquid crystal display element 150.
The image information after passing is enlarged by the projection lens 190 and enlarged and projected on the screen 200. Screen 2
With the projection image of 00, bright image information can be obtained while avoiding the loss of light utilization efficiency due to the light shielding unit.

【0022】第5実施例 この実施例は本発明に係る液晶表示素子をライトバルブ
として用いた液晶表示装置の他の例を示す(図10参
照)。図10はこの実施例の投写型液晶表示装置の原理
構成断面図であって、本発明による液晶表示素子を3原
色であるR(赤色),G(緑色),B(青色)の3色に
それぞれ対応して、合計3枚用いた3板式投写型液晶表
示装置を示している。メタルハライド,キセノン,ハロ
ゲン等を用いた光源300より出射した光線は直接ある
いは凹面鏡310で反射され、熱線を反射し可視光を通
過させる赤外カットフィルタ320を通過し、集光レン
ズ群330に入射した後、光線の光軸に対してほぼ平行
となる様に出射する。そして、その後光線は、光線の光
軸に対して45°の角度に配置されたB(青色)反射ダ
イクロイックミラー340aにより、Bの光は反射さ
れ、R(赤色)とG(緑色)の光は透過する。
Fifth Embodiment This embodiment shows another example of a liquid crystal display device using the liquid crystal display element according to the present invention as a light valve (see FIG. 10). FIG. 10 is a sectional view showing the principle configuration of the projection type liquid crystal display device according to this embodiment. The liquid crystal display element according to the present invention has three primary colors of R (red), G (green) and B (blue). Correspondingly, a three-plate projection type liquid crystal display device using a total of three sheets is shown. A light beam emitted from a light source 300 using metal halide, xenon, halogen, etc. is directly or reflected by a concave mirror 310, passes through an infrared cut filter 320 that reflects heat rays and allows visible light to pass, and enters a condenser lens group 330. After that, the light is emitted so as to be substantially parallel to the optical axis of the light beam. Then, the light ray is reflected by the B (blue) reflection dichroic mirror 340a arranged at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the light ray, and the R (red) and G (green) light is reflected. To Penetrate.

【0023】反射したB光線は、全反射ミラー345に
よりその光路を折り曲げられて液晶表示素子350に入
射される。一方、B反射ダイクロイックミラー340a
を透過したR及びG光線は、光線の光軸に対して45°
の角度に配置されたG反射ダイクロイックミラー340
bに入射しG反射ダイクロイックミラー340bにより
G光線は反射され、R光線は透過する。
The reflected B ray is incident on the liquid crystal display element 350 after its optical path is bent by the total reflection mirror 345. On the other hand, B reflection dichroic mirror 340a
The R and G rays that have passed through are 45 ° to the optical axis of the ray.
G-reflecting dichroic mirror 340 arranged at an angle of
G rays are incident on b and are reflected by the G reflection dichroic mirror 340b, and R rays are transmitted.

【0024】反射したG光線はそのまま液晶表示素子3
50に入射される。一方、G反射ダイクロイックミラー
340bを透過したR光線は、全反射ミラー345によ
りその光路を折り曲げられて液晶表示素子350に入射
される。さらに、各液晶表示素子350の液晶面上に表
示されるR,G,Bそれぞれに対応する画像を、B反射
面361及びR反射面363を有し、かつその反射面は
各色の光線の光軸に対して45°の角度の角度となるよ
うに構成されたダイクロイックプリズム365によって
合成し、この合成された画像を投写レンズ370によっ
て拡大し、スクリーン390上に拡大した実像を得る。
The reflected G ray is the liquid crystal display element 3 as it is.
It is incident on 50. On the other hand, the R ray that has passed through the G reflection dichroic mirror 340 b is incident on the liquid crystal display element 350 with its optical path bent by the total reflection mirror 345. Further, an image corresponding to each of R, G, and B displayed on the liquid crystal surface of each liquid crystal display element 350 has a B reflection surface 361 and an R reflection surface 363, and the reflection surface is a light beam of each color. The dichroic prism 365 configured so as to form an angle of 45 ° with respect to the axis synthesizes the synthesized image with the projection lens 370 to obtain a magnified real image on the screen 390.

【0025】また、この実施例における液晶表示素子の
駆動回路としては、例えば図中に示す回路がある。すな
わち、レーザーディスク,VTRなどから入力されるビ
デオ入力をビデオ・クロマ処理回路81により処理し、
R,G,B各色に対応した出力回路82に入力する。R
GB出力回路82では各色に対応する映像信号及び液晶
表示素子をAC駆動するため、垂直期間ごとに極性反転
し,各色に対応したXドライバ83を介して液晶表示素
子350に入力する。上記ビデオ・クロマ処理回路8
1,各色に対応した出力回路82,Xドライバ83,及
びYドライバ86は、同期処理回路84と各色に対応し
たコントローラ85により同期が取られている。なお、
本実施例に使用される液晶表示素子310の構成でカラ
ーフィルタがいらないことは当然である。
Further, as a drive circuit of the liquid crystal display element in this embodiment, for example, there is a circuit shown in the drawing. That is, a video input from a laser disk, a VTR, etc. is processed by the video / chroma processing circuit 81,
Input to the output circuit 82 corresponding to each color of R, G, B. R
In the GB output circuit 82, since the video signal corresponding to each color and the liquid crystal display element are AC-driven, the polarities are inverted every vertical period and input to the liquid crystal display element 350 via the X driver 83 corresponding to each color. The above video / chroma processing circuit 8
1, the output circuit 82 corresponding to each color, the X driver 83, and the Y driver 86 are synchronized by the synchronization processing circuit 84 and the controller 85 corresponding to each color. In addition,
It goes without saying that the liquid crystal display element 310 used in this embodiment does not require a color filter.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、入射光線の集
束角を広くできるので従来では液晶表示素子の光利用効
率を劣化させる主要因の一つである開口率が悪く(小さ
く)ても、その影響をほとんど受けることがなく、見か
け上の開口率が高くなり、表示に寄与しない部分で遮断
されることによる光線の「ケラレ」が発生せず、光利用
効率が向上する。すなわち、明るい画像情報の得られる
液晶表示素子を提供することができる。また、本発明の
液晶表示装置は、通常の平行性の悪い光源(照明系)を
用いても高い集光効果が確保でき、光源からの光線を有
効に利用できる。さらに、液晶表示素子からの出射光は
表示に有効な部分のみとなり、画素間の不透明部分がな
くなり、明るく滑らかな画像情報表示が得られる。
Since the liquid crystal display device of the present invention can widen the incident angle of incident light, even if the aperture ratio, which is one of the main factors that deteriorates the light utilization efficiency of the liquid crystal display device, is poor (small) in the related art. However, it is hardly affected by the influence, the apparent aperture ratio is increased, and “vignetting” of the light beam due to being blocked by a portion that does not contribute to the display is not generated, and the light utilization efficiency is improved. That is, it is possible to provide a liquid crystal display device that can obtain bright image information. Further, the liquid crystal display device of the present invention can secure a high light-condensing effect even when using a normal light source (illumination system) having poor parallelism, and can effectively use light rays from the light source. Further, the emitted light from the liquid crystal display element is limited to the effective portion for display, and the opaque portion between pixels is eliminated, so that bright and smooth image information display can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る液晶表示素子の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】平板マイクロレンズアレイを模式的に示す外観
斜視図である。
FIG. 2 is an external perspective view schematically showing a flat plate microlens array.

【図3】平板マイクロレンズアレイを模式的に示す部分
断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view schematically showing a flat plate microlens array.

【図4】平板マイクロレンズアレイの形状を示す要部平
面図である。
FIG. 4 is a main part plan view showing the shape of a flat plate microlens array.

【図5】平板マイクロレンズアレイの効果の原理説明図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the effect of the flat plate microlens array.

【図6】平板マイクロレンズアレイの特性グラフであ
る。
FIG. 6 is a characteristic graph of a flat plate microlens array.

【図7】本発明の第2実施例に係る液晶表示素子の要部
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of essential parts of a liquid crystal display element according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3実施例に係る液晶表示素子の要部
断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of essential parts of a liquid crystal display element according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の液晶表示装置及び投写型液晶表示装置
の構成説明図である。
FIG. 9 is a structural explanatory view of a liquid crystal display device and a projection type liquid crystal display device of the present invention.

【図10】本発明の液晶表示装置の他の実施例の構成説
明図である。
FIG. 10 is a structural explanatory view of another embodiment of the liquid crystal display device of the present invention.

【図11】従来技術の液晶表示素子の断面説明図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional explanatory diagram of a conventional liquid crystal display element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50 液晶表示素子 51 第1のレンズアレイ 51a 単位レンズ部 52 第2のレンズアレイ 52a 単位レンズ部 53 接着層 54 透明電極 55 液晶 56 遮光部 57 透明基板 58 カラーフイルタ 60 スイッチング素子 A 平板マイクロレンズアレイ 50 Liquid Crystal Display Element 51 First Lens Array 51a Unit Lens Section 52 Second Lens Array 52a Unit Lens Section 53 Adhesive Layer 54 Transparent Electrode 55 Liquid Crystal 56 Light Shielding Section 57 Transparent Substrate 58 Color Filter 60 Switching Element A Flat Plate Micro Lens Array

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対の透明基板間に液晶を注入し、液晶
の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液晶
表示素子において、 光源から放射される光線が入射する側の透明基板は、屈
折率N0の基板内に屈折率N0と異なる屈折率Nの単位レ
ンズを液晶の画素配列と同一の配列で配置した第1の平
板マイクロレンズアレイと第2の平板マイクロレンズア
レイを備え、 各平板マイクロレンズアレイの単位レンズは、液晶の画
素配列の各1画素に対応する領域とほぼ等しい領域を有
し、 第1の平板マイクロレンズアレイと第2の平板マイクロ
レンズアレイは単位レンズ部の光軸を一致させ、その焦
点を液晶層の近傍、かつ、対応する各画素の開口部の略
中央部に一致させて接合させてなる液晶表示素子。
1. In a transmissive liquid crystal display device in which liquid crystal is injected between a pair of transparent substrates to display image information by the electro-optical effect of the liquid crystal, the transparent substrate on the side on which a light beam emitted from a light source is incident, comprising a first planar microlens array and the second planar microlens array the unit lenses of the refractive index N 0 as different refractive index N is arranged in the same sequence as the liquid crystal of the pixel array in the substrate having a refractive index N 0, The unit lens of each flat plate microlens array has a region substantially equal to the region corresponding to each pixel of the liquid crystal pixel array, and the first flat plate microlens array and the second flat plate microlens array are of the unit lens unit. A liquid crystal display device in which optical axes are aligned and the focal point is aligned near the liquid crystal layer and is aligned in the substantially central portion of the opening of each corresponding pixel and bonded.
【請求項2】 平板マイクロレンズアレイの単位レンズ
部は、液晶の1画素に対応する領域が一辺をL1、他辺
をL2なる矩形の形状としたとき、 L1<L2のとき π(L1/2)2<S≦L1・L21=L2のとき π(L1/2)2<S≦L1 2 ただし、 S:単位レンズ部として作用する領域の面積(レンズ開
口)を満足する面積を有することを特徴とする請求項1
記載の液晶表示素子。
2. In the unit lens portion of the flat plate microlens array, when the region corresponding to one pixel of the liquid crystal has a rectangular shape with one side L 1 and the other side L 2 , L 1 <L 2 (L 1/2) 2 <when S ≦ L 1 · L 2 L 1 = L 2 π (L 1/2) 2 <S ≦ L 1 2 However, S: area of the region which acts as a unit lens section ( 2. An area satisfying a lens aperture).
The liquid crystal display element described.
【請求項3】 接合した第1の平板マイクロレンズアレ
イと第2の平板レンズアレイの単位レンズ部は液晶層の
近傍に配置されてなる請求項1記載の液晶表示素子。
3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the unit lens portions of the first flat plate microlens array and the second flat plate lens array which are joined are arranged in the vicinity of the liquid crystal layer.
【請求項4】 各平板マイクロレンズアレイは基板の屈
折率と異なる屈折率を有する単位レンズ部を周期的に形
成した2次元マトリクス状の屈折率分布型の平板マイク
ロレンズアレイである請求項1記載の液晶表示素子。
4. A two-dimensional matrix type refractive index distribution type planar microlens array in which unit lens portions having a refractive index different from that of the substrate are periodically formed in each flat plate microlens array. Liquid crystal display element.
【請求項5】 少なくとも照明光学系と液晶表示素子と
を備えた液晶表示装置において、 液晶表示装置の液晶表示素子は請求項1、2、3、また
は、4記載の液晶表示素子を用いてなる液晶表示装置。
5. A liquid crystal display device comprising at least an illumination optical system and a liquid crystal display device, wherein the liquid crystal display device of the liquid crystal display device comprises the liquid crystal display device according to claim 1, 2, 3, or 4. Liquid crystal display device.
【請求項6】 少なくとも照明光学系と液晶表示素子と
投写光学系とを備えた投写型の液晶表示装置において、 液晶表示装置の液晶表示素子は請求項1、2、3、また
は4記載の液晶表示素子を用いてなる投写型の液晶表示
装置。
6. A projection-type liquid crystal display device comprising at least an illumination optical system, a liquid crystal display element, and a projection optical system, wherein the liquid crystal display element of the liquid crystal display device is the liquid crystal according to claim 1, 2, 3, or 4. A projection type liquid crystal display device using a display element.
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