JPH021816A - 投影型表示装置 - 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、表示明度を向上した液晶表示装置に関し、さ
らに詳しくは、カメラのファインダ表示やテレビジョン
などの投影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。

従来の技術 従来から、液晶の電気光学効果を画素表示に利用した表
示装置として液晶表示パオ・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
状に配列された多数の画素電極と、それに印加された電
圧に応じて入射光を光学変調する液晶層とから成る。

液晶表示バオ、ルの動ＩＹ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、ツイステッドネ・マチイック（以下、ｒＴＮ」
と略す）モード、スーパーツ・ｆステッド本マチイック
く以下、ｒＳＴＮＪと略す）モード、ゲスト・ホス）−
（以下、ｒ　Ｑ　ＨＪと略す）モード、ダイナミックス
キャッタリング・モード（以下、ｒＤＳＭＪと略す）、
相転移モードなどの多くのモードが開発されている。そ
れらの液晶層と画素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、（１）単純マトリックス方式、〈
２）多重マトリックス方式、（３）非線形二端子素子を
ｆ付加した方式、（４）スイッ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、表示の明度を低下させる原因が存在する。理想的
な表示状態として、表示が行われるバ主ル全面積につい
て明度が−（、πである場３を想定して、表示領域グ）
″全面積Ｓに対する、表示領域の全面ＶＬＳと１七示に
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￥＝Ｐとして次式の
ように定義するならば、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＝Ｓ−Ｎ　　　　　　　　　・・　（
１）Ｐ＝１−Ｎ／Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　・
・・　（２）Ｐ、開口率 Ｅ：全画素の有効面積 Ｓ：表示領域の全面積 Ｎ１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ｆＩＳ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って、開口率Ｐが
どのような原因によって低下し、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なわせて液晶
を注入しバ木ルを構成する。一方の行電極く走査電極）
にはｊ：憤次、行選択信号が印加される。他方の列’１
１１Ｈ［（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、行電極と列ＴＬ極の交点
が画素となり、画電極に扶まれた）α晶が両者の電位差
に応答して画素苺に光学的変調を受けることとなる。

液晶は強誘電性のものを除いては一般に実効値に応答す
る特性を有し、急峻なしきい値特性をムたないことから
各画素は電気的に独立していないためにクロス１−一り
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
で画素ビツヂを小さくして、微細なマトリックスを構成
した場きてショート防止のため非電極部の面積を多く収
った賜き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６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７トリツクス方式 これは単純マトリックス方式の電極を変形する二とによ
って、走査電極の数を減らした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な用いると、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かが増
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
６が増加し、これによって開口率は低下する。

（３）非線形二端子素子を付加した方式これは画素間の
クロスト−りを抑制するために、各画素の信号電極と走
査電極との間にバリスタ、Ｍ　Ｉ　Ｍ　（Ｍｅｔａｌ　
Ｉｎ５ｕｌｎｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ　）　、バックトウバ
ックダイオード（ｔｌａｃｋ　Ｌｏ　Ｂａｃｋ　Ｄｉｏ
ｄｅ　）などの非線形素子を付加したものである。非線
形素子をけＩＪ。

することによっ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’；−（＝ｆ加する領域を画素とは別
に設けなければならないため、そグ）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上述した
ように、ダイオードなどの非線形素子を画素の信号電極
と走査電極との間に付加することによってクロストーク
はある程度防止できるが、−ｍには画素へのパルス印加
後の電圧の減衰が速く、液晶の充分なコントラス■・が
得られないのが現状である。そこで、ダイオードなどの
非線形素子の代わりに、画素電極と信号電極と走゛査電
隋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
方式がある。画素電極の選択期間中に液晶に駆動電圧が
印加されるとコンデンサとしての液晶Ｊ何と必要に応じ
て並設された蓄積コンデンサも同時に充電され、それが
画素電極の非ｉＨ択期間中には液晶グ）励起状聾を持続
させる。液晶白木ら容量性グ）工１荷であり、その時定
数が駆動の繰り遅し周期に比べて充分大きい場合には、
Ｍ　Ｖｌコンデンサを省略することができる。ス・ｆノ
チングトランジスタとしては、薄膜ト・ランジスタ（Ｔ
ｈｉｎＦｉｌ＋ｎ　ＴｒａｎｓｉＳｔｏｒ、以下、ＴＰ
Ｔ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　０ｘｉｄｅ　５ｅｎｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ）型電界効果トランジスタ（Ｍ　ＯＳ
　−Ｆ　Ｅ　Ｔ　）や、サファイヤ基板上にシリコン回
路が形成されたＳ　ＯＳ　（＊１ｌｉｃｏｎ　ｏｎｓａ
ｐｐｂｉｒｅ）素子などが用いられる。この方式は、ク
ロストークがなく、池の走査電極を走査しているときで
も液晶の励起状官を持続することができるのて画素密度
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ｆ
付加した方式と同様に、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ｆ十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開口率が低下する。

液晶表示パネルのうちでも特にカラー液晶に示バ木ルで
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、利用できる光景はさらに半減するので、照
明手段を設けない反射型の表示方式などでは非常に暗い
表示となる。このため、照明手段として白熱電球、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（１方式（１）〜（４）に従っ
て述べた、 （ｎ）電極の金属配線 （１））付加された非線形素子またはスイッチング素子 （ｃ）画素Ｔ、極周囲の間隙 （、Ｊ）表示の制御はされないが、表示のコントラスト
を向上するためのブラックマトリックス部分などがある
。

液晶表示パオ・ルをカメラのファインダ表示やテレビジ
ョンなどの投影型表示に用いる場合、表示パネル（また
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ｌｒｏｍ当り５本の場き、開口率は通常の
設計でＴＰＴを用いたパネルのｊＱ、　、、：約５０％
であるが、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。すなわち液晶表示バオ・ルの構成要素
のすべてを相ａ、的に縮小できれば開口率は変（ヒレな
いが、ホトリックラフィにおける電極のエツチング精度
や位置きせ精度には１μｍ〜１０μｍ程度と限界がある
ので電極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。

したがって、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
ＰＴ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５３およびドレイン電
極５４が順次ツマターン化され積層されて構成されてい
る。トレイン電極５４には画素電極５５および必要噂こ
応じて設けられる蓄積コンデンサ（（２Ｉ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衝５３にはソース
線ＳＬを介して画（象信号が印加され、ＴＰＴを通じて
画素電極５５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（２Ｉを参照して以下に、１表示車位領域および開
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
を受けた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っ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）−”１１５１、ソース電極５３
、ＴＰＴ素子およびゲー■〜線ａＬやソース線ＳＬなど
の配線と画素重臣周囲のブランク、ギヤ・ンブといった
間隙５つから成る。したがって、液晶表示パネルの１に
示単位頭域に対する開口率は、１に示単位領域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型
ｒ　Ｇ　Ｌ　、信号重臣ＳＬ、ＴＰＴ素子、およびそれ
らの配置や画素重臣周囲の間隙５９などの面積ｎとの差
５−ｒｌを、１表示車位頃域５６の全面［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課題 上述のように、表示自体には寄与しない表示（１域周囲
の間隙あるいは金属配線やけ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ンα品層による光学的変
調が行われずに、あるいは遮断されて開口率が低下する
。したがって開口率とは、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きであると言い換
えることができる。同じ照明条件でｉ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
１■いものになっていた。

本発明の目的は、前述の技術的課題を解決して、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」、「■さＪを改善して、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にとである。

課題を解決するための手段 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、表示画素を含む表示単位Ｍ１域が行列状に構成され
た液晶表示装置において、少なくとも光源光の入射側の
透明基板にモノリシック状態で前記表示単位領域毎に形
成される光学手段であって、入射光を表示画素内に集光
するそのような光学手段を形成したことを特徴とする液
晶表示装置である。

イ１＝　　用 本発明にＵ（えば、相互に対向する一対の透明基板上に
表示用電極を行方向ま・たは列方向に配列し、その交差
領域である表示画素とその周縁部に付加された配線やｆ
［加素子から成る複数の表示り１位領域が構成された液
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・ごて光学的変調を受けた後出
て行く側の透明−！５仮に、モノリシンク状君で前記表
示単位領域毎に光学手段が形成される。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。また、入射光が変’ＪｆＪ　？、＆出て行
く透明基板に形成された光学手段によって、表示に有利
な集光がなされ表示が行われる。

前記光学手段によって入射光は、表示単位領域グ）表示
に有効な領域に表示画素毎に集光されるため、従来のよ
うに表示白木には直接寄与しない表示画素周囲の金属配
線やＣ１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。また、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に
示時性劣化も防止される。これによって、ｂ℃来開口率
が小さいために入射光が損失されて）＾高表示が略くな
っていたようなことや、スイッチング素子のスイッチン
グの不良はなく、有利に入射光は表示に利用され明るい
画ｆ’？！、が得られる。

さらに従東ては、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Ｉ〕いてそれが黒い縁取りとなり
、画τ丁をＩ■くする原因となっていたか、液晶によっ
て入射光が変調された紙出て行く透明基板に形成された
光学手段によって、黒いｆｉｓｈ取りは収り除かれもし
くは非常に少領域となり、画像は滑らかなものとされる
。

実施例 第１図は本発明の液晶１乏示装置の一実施例の一部分の
断面図てあり、第２１２Ｉはさらにその１表示単位領域
を取出して見た断面図である。画素を制（卸する方式は
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２．：ｔ、２ｂのそれぞれの対向する一方
の表面に帯状の透明電極３＝ｔ、３ｂがパターン形成さ
れ、この透明電極３ａ３ｂおよびその間隙の透明基板２
ａ、２ｂの表面にはさらに配向膜４ａ、４Ｌ＋が形成さ
れている。

このように透明電極３　；ｔ　、　３　ｂおよび配向Ｍ
　４　ａ　。

４ｂが形成された透明基板２ａ、２Ｌ＋は、帯状の透明
電極３ａ、３ｂが相互に透明基板２ａ、２ｂ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２ａ、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ＴＮモードである場６には、さ
らに透明基板２ａ、２Ｌｌの液晶５が封入されている面
とは反対の面に偏光板と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６ａ、６ｂとしてそれ
ぞれ形成される。

このパターン形成は、一般のホトリングラフィやリフト
・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ＮＪ６ｔ−Ｌ　、　６
１＋のうちのそれぞれ１つのマイクロレンズアレイ７ａ
、７１：＋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ｄｌ、ｄ２は、マイクロレン
ズアレイ７ε’　＋　７　ｂの屈折率および液晶表示バ
ネ・ル１の表示の視覚依存性や用途を考にＸして相互に
適宜法められる。透明型ｔＩ３ａ、３ｂに結線された操
作ライン１８を介して、駆動回ｌｉ′８９によってｊ５
明電臣３ａ、３Ｌ＋間に選択的に電圧が印加される。

第２図を参照して、ｊＩＩ晶バ木ル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
ら導入された光が、矢ｎＰで示されるように、下部透明
基板２ａに入射する。透明基板２　＝ｔに形成された第
１のレンズアレイ７ａによって入射光は集光され、予め
配置された表示画素のほぼ中央（すなわち透明′：ｒ：
、ＦＭ３ａ、３ｂ間に封入されている液晶５の中央近値
）で焦点を結ぶ。焦点を結んだ光は、拡散しながら透明
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、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。液晶パオ・ル１は駆動回路９によってその透明電
極３εｔ、３ｂ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
て前記液晶表示バネ・ル１をｊπ択的に通過することに
なる。すなわち、たとえば透明電極３ａ、３ｂの組きせ
によっ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って、液晶表示パネル１がライ
トバルブ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７　＝ｔを介した光源光
は集光され、表示画素のうちでも電極３ａ、３ｂ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。

液晶表示バ木ル１において、液晶材１１１としては表示
方式に応じて、ネマティック液晶、フレステリック液晶
、スメクテイツ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５ｉＯｚ（
石英）などの材料が用いられる。透明電極３ａ、３ｂと
しては、酸化インジウム、酸（ヒ！Ｓから成る易添加酸
化インジウト＜Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ、以
下、ＩＴ○と略記する）Ｖや木す膜などの透明導電性膜
が用いられ、透明基板２ａ、２ｂに吹きけけ、蒸着ある
いはスバ・ンタリングなどの方法で形成される。配向膜
４ε【、４ｂとしては５ｉＯｚ　、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０られ、
透明電極３ａ、３ｂ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われる。また、マイクロレンズア
レイ７ａ、７１：＋は、ガラスや５ｉｃ）ｚ（石英）な
どの透明基板２ａ、２１）の表面からＴｌ　　（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、２１：＋の屈折率とは異なる屈折率分布を透明基
板２ａ、２ｔＪ中に直接形成させて用いられる。なお、
マイクロレンズの作成法は、こグ）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木ルレンズ（図示せず）で
もよい。

第３［２１は、本発明のｉα品表示装置に用いられろレ
ンズアレイの基本原理を示した図である。第３図（１）
および第３１Ｅｌｉｌ（２）は一対の凸レンズ３０ａ　
　３０ｂに対して、平行な光線Ａが垂直に入射する場６
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３図（１）において、第２レンズ３０εｔ
および第２レンズ３０ｂは共に凸レンズであり、各一対
の焦点Ｆ、、Ｆ’、とＦ　２　　Ｆ　’　２のうち第ル
ンズ３０ａと第２レンズ３０ｂの向き会う側の焦点Ｆ’
ｌ、Ｆ２が同一点となるようにレンズ３０εＬ、３０ｂ
の焦点距ｆｉＬ１゜Ｌ２のき針圧ｉ！！Ｌ１＋Ｌ２だけ
開閉をおいて配置されている。ここで、焦点距離ＬＬ、
Ｌ２は、第２１１Ｊで示される第２レンズアレイ７ｂと
液晶５の中央との距離し１および液晶５の中央と第２レ
ンズアレイ７ｂとの距１Ｌ２にそれぞれ対応する。

これによって左手から第ルンズ３０ａに垂直に入射した
平行光線Ａは集光され点Ｆ　’　＋　＝　Ｆ　２で焦点
を結ぶ。焦点を結んだ後拡散した光は第２レンズ３０ｂ
に入射する。予め焦点Ｆ２が焦点Ｆ、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Δ゛として収束される。第３図（
２）における第１および第２レンズ３０ａ、３０ｂの配
置は、第３［２Ｉ（１）と同様である。第３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、左手から第ルンズ３０ａに傾斜して入射する点が上
述の第３１２１（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行光１１ＡＢ’　と
され、入射方向と対称な方向に出ていく。

第３［Ｊ（１）のｔ％きとは異なって、入射平行光が第
ルンズ３０ａに斜めに入射するため、第ルンズ３０ａに
よって集光された光は黒子面上で光軸■］から離れた点
Ｇに焦点を結ぶ。

第２レンズ３０　ｂは、第２レンズ３０　ＺＬによって
集光された光を、カメラのファインダ表示やテレビジョ
ンの投影型表示などのそれぞれの用途に応じた表示を行
うために設けられるものである。

したがってその用途に応じて、明視の距離（たとえば２
５　ｃ　ｍ　）ないし無限遠に１象を結ばせる。用途に
よっては第２レンズ３０　ｂを特に配置しなくてもよい
。

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
果があるのて、第３［２１に示した一対の凸レンズ３０
ａと３０ｂの間の焦点Ｆ’、−Ｆ、近傍に液晶表示バ木
ルを挿入し、表示相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３０ａによって集束させた入射光
が照射するようにする。これによって表示画素のうちで
も表示にあずからない部分や金属配線などの不透明部分
に入射光が照射されることはないので光のす０失はなく
、入射光は有効に表示に利用される。

また、第３１１２１（１）および第３図（２）の場６よ
りも第ルンズ３０　ａと第２レンズ３０ｔ、＋との間隔
を拡げた配置とし、第ルンズ３０　ａの焦点Ｆ′１近伊
に液晶パネルを配置する。第ルンズ３０ａの黒子面上に
集束した光は液晶を照射、透過し、第２レンズ３０ｂを
通過した陵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３０ｂを明視した状態で
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屑を想定し
、その距離に光源の像が結ばれるようにすると液晶表示
バネ・ルが最も明るく見えることになる。

さらに、第３１：３（１）および第３［］（２＞では第
ルンズ３０ａ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、第ルンズ３０ａによって集光される焦点
の位置が点Ｆ’、＝Ｆ２から点Ｇへとわずかであるが、
黒子面上で光軸Ｈに対して垂直な方向に変動する。した
がって、液晶表示パオ・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離ＬＬ、Ｌ２および透明
基板の厚みと算定し、本発明の液晶表示パオ・ルを作製
する。

第４（２Ｉは、本発明の池の実施例としてＴＰＴ素子を
スイッチング素子として用いた液晶表示パネルのセル基
板の要部構成説明のための断面図である。ＴＰＴはガラ
スなどの透明な絶縁性基板４１上にゲート電極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ｆ？を層されて
構成される。ドレイン電極４６には、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には、前記表示画常
電ｆｉ４７のパターンに対応した位置に、透明基板４１
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
またはマイクロフ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、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、アラダマ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
るためにさらに表示画素電極４７の周辺部を遮光してＴ
ＰＴ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走査電極としてＩＴＯがら成る透
明導電膜を真空蒸着法、イオンブレーティングやスパッ
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には、透明基板と
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）α晶表示バネ・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
て貼り会わせ、両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１ヤ製される
。なお、液晶の動ずヤモードがＴ、Ｎモードの場合には
）α晶表示パネルの両面にさらに偏光板を設ける。

半導体ｖ、４４としてｒｌ−型半導体を用いた場き、ゲ
ートＴｉ［４２に正の電圧を印加すると半導体膜４４の
ゲート絶縁膜４３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との間の抵抗が変調
される。ターｌ−電極４２にはゲート線（図示せず）を
介して周期的に走査パルスが印加されＴＰＴは導通くオ
ン）状態にされる。

さらにこれに同期してソース′：ｒｉ極４５にはソース
線ＳＬ（図示せず）を介して画（負信号が印加されＴＰ
Ｔを通じて画素電極４７および必要に応じて画素電極４
７とは電気的に平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［
！７ｒ（オフ）状態の、画素電極１１７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。

以上のように液晶表示パネルを格成す・ることによって
、第４１２Ｉの透明基板４１の画禦電臣４７とは反対の
面に入射した光（矢符Ｑて示す）はマイクロレンズアレ
イ４８によって画素電極４７（より正確には画素ＴＬ極
４７と対向する走査電極に挟まれた液晶層）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、液晶に示に寄与
しないＴＰＴ素子や配線５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１７性劣１ヒ
なども防止する光シールド’−ＯＦ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っ
て、レンズアレイ４８によって集光され焦点を結んだ漫
拡散しようとする入射光を再び集光することがてき、本
発明の液晶表示装置の応用される分野に適した７乏示３
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
学手段を表示画素毎に形成することによって、表示画素
の中でも表示を制（卸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
向上させなムのである。したがって本発明は、ＴＮモー
ド、ＳＴＮモード、Ｇ　１＋モード、ＤＳＭ、用仔転モ
ードなどいずれの動作モードに対してら適用可能である
が、特にＴＮモード、ＳＴＮモードおよびＧｌｌ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色をはしめカラー表示可
能な３色、４色以上の多色液晶）乏示にも適用でき、応
用形磨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
ンなどの投影型表示に用いられる高精細度な液晶表示装
置において、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、従来表示画素間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、レンズアしイ
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、液晶表示バネ・ルＬ７）：ｒ：、ｌｆ！等のパ
ターニング技術を用いて（することがてきるため、レン
ズアレイと表示電極との位置なぜが精度良く行えしかも
全体の構成要素が減少し、省スペース、低コストの液晶
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目の液晶表示パネル１の１表示単位
領域を取出して見た断面図、第３図は本発明の液晶表示
装置に用いられろ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池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表示単位領域を示
す図である。 １・・・液晶表示バ本ル、２ａ、２１Ｊ、４１・・・透
明基板、３εｔ、３ｂ、４７．５５・・・透明重陽およ
び画素電極、６　ａ　、　６　ｂ　、　７　ａ　、　７
　ｂ　、　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　西教　圭一部 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 少なくとも光源光の入射側の透明基板に前記表示単位領
   域毎に形成される光学手段であって、入射光を表示画素
   内に集光するそのような光学手段を形成したことを特徴
   とする液晶表示装置。