JPH02257119A

JPH02257119A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH02257119A
Application number: JP1079024A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Uchiyama; 正一内山; Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-17

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、液晶デイスプレィ、投射型プロジェクタ−光
プリンターなどの光学機器に使用される液晶表示素子に
関する。

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
題番こ対し、液晶表示素子の前面（光源側）にレンズア
レイ体を形成し、入射光を液晶画素開口部に集めること
により、明るさ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５７−１５７２
１５、特開昭６Ｏ−１６５６２４）。以下に従来の提案
の概要を第８図を用いて説明する。レンズアレイ板８０
１上に形成されたマイクロレンズ８０２と、透明基板８
０３上に形成された液晶画素開口部８０４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８０
５を液晶画素の一点に集め、表示面における明るさ及び
コントラストを向上させるというｔので、−ｒにマイク
ロレンズとしては円形レンズまたはレンチキュラーレン
ズが用いられる。

〔従来の技術〕

〔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有るもの
の、入射光がレンズアレイに対して垂直に入射するとい
う前提でレンズアレイを設計して有るため十分満足でき
るものではなかった。

つまり、第９図に示すようにレンズアレイ９０１に対し
て垂直に入射する光線９０２（図では点線で示す）は、
すべて液晶画素開口部９０３を通り抜けることが出来る
が、ある角度を持って入射する光線９０４（図では実線
で示す）は、その一部が遮光膜９０５によって遮られて
しまう。従って、通常は、光源として様々な角度成分を
持った光線を放射するものを使用するため、レンズアレ
イの前面の光量に対する液晶表示素子開口部透過光量の
割合（以下光透過効率とする）を最大に出来ないという
課題を有していた。

そこで本発明は以上のような課題を解決するもので、そ
の目的とするところは、種々の光源に対して、光透過効
率を最大にする液晶表示素子の構成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、レ
ンズアレイを構成する個々のマイクロレンズのピッチ、
曲率半径を、前記レンズアレイへの入射光の角度成分に
応じて変化させてあるレンズアレイが、表示画素に対応
するように備えられていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の作用を図にそって説明する。第１図（ａ）に、
説明のために斜線等で面内をいくつかのブロックに分割
した液晶表示素子の光線入射面１０１を示す。この光線
入射面１０１の面内の、点線１０２にそった光強度分布
を第１図（ｂ）に示す。なお、第１図（ｂ）のグラフの
横軸は光線入射面１０１の面内位置を示し、光線入射面
１０１の左端を０、右端を１としである。また縦軸は、
光強度を任意単位で示しである。ここで直線１０６は光
線入射面１０１への入射角度が８７°〜９３°の光線、
点線１０７は８４°〜８７°及び９３°〜９６°の光線
、１点鎖線１０８は８１°〜８４°及び９６°〜９９°
の光線を示す。第１図（ｂ）かられかるように、光線入
射面１０１の面内位置０．４２〜０．５８（第１図（ａ
）に於ける領域１０３）では最大強度を持つ光線の角度
は８７°〜９３°であり、面内位置　　０．１４〜０．
４２及び０．　５８〜０．　８６　（第１図（ａ）にお
ける領域１０４）では８４°〜８７°及び９３°〜９６
°であり、面内位置０゜０〜０．１４及び０．８６〜１
．０（第１図（ａ）に於ける領域１０５）では８１°〜
８４°及び　９６°〜９９°である。

従ってそれぞれの面内位置におけるマイクロレンズのピ
ッチ、曲率を、最大強度を持つ光線の入射角度に合わせ
込めば最大の光透過効率を得ることが出来る。その方法
を第２図を用いて説明する。

第２図には、マイクロレンズ付き液晶表示素子の断面図
を示しである。光線がレンズアレイに垂直に入射する部
分２０１では、マイクロレンズ２０５の中心部と開口部
２０６の中心部が一致するようにマイクロレンズ２０５
を配置する。光線がレンズアレイに斜めに入射する部分
２０２では、例えば破線で示す省略しである部分２０４
でマイクロレンズ２０５のピッチが広い部分を一部作り
込むなどしてマイクロレンズ２０５の中心部と開口部２
０６の中心部をずらす。こうする事により光線がレンズ
アレイに斜めに入射しても光線をすべて開口部２０６に
入射させることが出来る。更に斜めに入射する部分２０
３でも同様な処置を施せばよい。またこのような場合マ
イクロレンズの曲率を変化させると更に効果的である。

これを第３図を用いて説明する。第３図には、マイクロ
レンズ３０１の中心と開口部３０２の中心をずらしであ
る部分の断面図を示しである。第３図（ａ）は、ただ単
にマイクロレンズ３０１の中心と開口部３０２の中心を
ずらしたのみで、マイクロレンズ３０１の曲率は、レン
ズアレイに垂直に光線が入射するという前提で設計した
ものと同様な場合を描いたものである。このような場合
、マイクロレンズ３０１と開口部３０２の”距離は、ず
らさない場合に比べて伸びるため、光線は開口部３０２
の手前で集光してしまいその一部が遮光部３０３で遮ら
れてしまう。しかしこの場合でも、マイクロレンズ３０
１の中心と開口部３０２の中心を一致させてある場合に
比べれば光透過効率が高いのは言うまでもない。このよ
うなときは、第３図（ｂ）に示すようにマイクロレンズ
３０４の曲率を大きくすれば、光線は開口部３０５の中
心に集光し、光景のロスをなくすことが出来る。

〔実施例〕

以下、実施例に基付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
。

［実施例１］第４図（ａ）に、説明のために斜線等で面内をいくつか
のブロックに分割した液晶表示素子の光線入射面４０１
を示す。光線入射面４０１の面内の４０３．４０４．４
０５の領域ではマイクロレンズの中心と液晶表示素子開
口部の中心の相対位置が異なっている。第５図に示すよ
うに、マイクロレンズ５０１の中心線５０２と開口部５
０３の中心線５０４のなすギャップ５０５をｄとしたと
きに、領域４０３ではｄ＝ｏ、０μｍであり、領域４０
４ではｄ＝１９．６μｍであり、領域４０５ではｄ＝４
２．１μｍである。またそれぞれの領域の幅は、４０３
＝６．　４．ｍｍ、４０４＝１１゜２　ｍｍ、４０５＝
５．６ｍｍである。この光線入射面４０１面内の点線４
０２に沿う光源がらの入射光の光強度分布は第４図（ｂ
）に示すようなものであった。なお、第４図（ｂ）のグ
ラフの横軸は光線入射面４０１の面内位置を示し、光線
入射面４０１の左端を原点としである。また縦軸は、光
強度を任意単位で示しである。ここで直線４０６は光線
入射面４０１への入射角度が８７°〜９３゜の光線、点
線４０７は８４°〜８７°及び９３゜〜９６６の光線、
１点鎖線４０８は　　８１°〜８４°及び９６°〜９９
°の光線を示す。この液晶表示素子の明るさを求めたと
ころ、液晶表示素子を透過した全光束量としては２６８
１ｍが得られた。また第６図（ａ）に示す表示面６０１
の中心線６０２に沿う明るさは、第６図（ｂ）のグラフ
の実線６０３で示すようにほぼ全面にわたって均一であ
った。　（明るさは、最大の明るさを１００としである
。）ちなみにレンズアレイ前面位置での全光束量は３０
０１ｍである。一方、レンズアレイの全面に於てマイク
ロレンズの中心と開口部の中心が一致するレンズアレイ
を使用した場合は、液晶表示素子を透過した全光束量は
２０３１ｍであった。表示面の中心線に沿う明るさは、
第６図（ｂ）のグラフの点線６０４に示すように、表示
面の両端に行くほど暗くなった。

［実施例２］実施例１で使用したレンズアレイのマイクロレンズの曲
率を変化させたレンズアレイを用意した。

第４図（ａ）における領域４０３のマイクロレンズの曲
率半径を１６１μｍ、領域４０４のマイクロレンズの曲
率半径を１６２μｍ、領域４０５０−８＝マイクロレンズの曲率半径を１６３μｍとした。

この結果、液晶表示素子を透過した全光束量は２８１１
ｍに向上した。

［実施例３］マイクロレンズの中心線と開口部の中心線がなすギャッ
プ（第５図５０５参照）が、連続的に変化するレンズア
レイを作製した。このレンズアレイのギャップの変化の
模様を第７図を用いて説明する。レンズアレイの光線の
入射する面７０１の中心線７０２に沿ったギャップの変
化は第７図（ｂ）に示すものであり、入射面７０１の面
内で連続的に変化している。このレンズアレイを液晶表
示素子に実装し、液晶表示素子の明るさを求めたところ
、透過した全光束量としては２７２１ｍが得られた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、入射光の角度成分
に応じて、レンズアレイを構成するマイクロレンズのピ
ッチ、曲率半径を変化させたレンズアレイを、表示画素
に対応するように液晶表示素子に備えることによって、
効率良く表示面の光量増加を図ることが出来る。このよ
うな液晶表示素子を用いれば、極めて高輝度な投射型プ
ロジェクタ−を得ることが可能であり、さらには光プリ
ンター　複写機、一般の液晶表示装置などへも応用が可
能であることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）、第２図、第３図（ａ）　（ｂ）は
本発明の詳細な説明図。仕叶奢示藁七　第４図（ａ）　
（ｂ）、第５図、第６図（ａ）　ｆｂ）は本発明の第１
の実施例の説明図。第７図（ａ）　（ｂ）は本発明の第
３の実施例の説明図。第８図、第９図は従来の技術の説
明図。１０１・・・光線入射面１０２・・・点線１０２１０３・・・領域１０３１０４・・・領域１０４１０５・・・領域１０５４０７　・４０８　・６０１　・６０２　・６０３　　・・光線入射面・点線４０２・領域４０３・領域４０４・領域４０５・入射角度８７°〜９３°の光線の光強度・・入射角度８４°〜８７°及び９３°〜９６°の光線の光強度・・入射角度８１’〜８４°及び９６°〜９９°の光線の光強度・マイクロレンズ・マイクロレンズの中心線・開口部・開口部の中心線・マイクロレンズの中心線と開口部の中心線がなすギャップ・・表示面・・中心線・・実線６０３１０６・・・入射角度８７°〜９３°の光線の光強度１０７・・・入射角度８４°〜８７°及び９３°〜９６
°の光線の光強度１０８・・・入射角度８１°〜８４°及び９６°〜９９
°の光線の光強度２０１・・・光線がレンズアレイに垂直に入射する部分２０２・・・光線がレンズアレイに斜めに入射する部分２０３・・・更に斜めに入射する部分２０４・・・省略しである部分２０５・・・マイクロレンズ２０６・・・開口部２０７・・・省略しである部分３０１・・・マイクロレンズ３０２・・・開口部３０３・・・遮光部３０４・・・マイクロレンズ３０５・・・開口部・点線６０４・光線の入射する面・中心線・レンズアレイ板・マイクロレンズ・透明基板・液晶画素開口部・入射光・遮光膜・画素電極・スイッチング素子・レンズアレイ・レンズアレイに対して垂直に入射する光線９０３・・・液晶画素開口部９０４・・・レンズアレイに対して、ある角度を持って
入射する光線９０５・・・遮光膜以上 −１４＝第図（久）第３図 ≠０／ ■ ／１−二二／／ｍ＝／− ：：＝／ ′＝＝＝：／／影履／／Ａ／／Ｌｏ３４ρ 、Ｉｔ（＝２４０ダ０り第４図３“。第８図

Claims

【特許請求の範囲】

レンズアレイを構成する個々のマイクロレンズのピッチ
、曲率半径を、前記レンズアレイへの入射光の角度成分
に応じて変化させてあるレンズアレイが、表示画素に対
応するように備えられていることを特徴とする液晶表示
素子。