JPH0341417A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH0341417A
JPH0341417A JP1176273A JP17627389A JPH0341417A JP H0341417 A JPH0341417 A JP H0341417A JP 1176273 A JP1176273 A JP 1176273A JP 17627389 A JP17627389 A JP 17627389A JP H0341417 A JPH0341417 A JP H0341417A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
display element
crystal display
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1176273A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
Shoichi Uchiyama
正一 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0341417A publication Critical patent/JPH0341417A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/13362Illuminating devices providing polarized light, e.g. by converting a polarisation component into another one

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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
リンター等の光学機器に使用される液晶表示素子に関す
る。
〔従来の技術〕
第3図に従来のアクティブマトリックス型の液晶表示素
子の構成断面図を示す。光吸収性の偏光板301を通し
てランダムな偏光成分を有する入射光109から一方向
の偏光成分のみを取り出しく透過させ)液晶表示素子に
入射させる。液晶表示素子は大別して透明画素開口部3
05と液晶を駆動するトランジスタ一部及び配線部30
4から成っており、光は透明画素開口部のみを透過する
ことができる。一方、駆動トランジスタ一部及び配線部
は強い光があたると誤動作を生じる可能性が大きいため
、遮光体303によりおおわれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前記従来の液晶表示素子では、遮光体の部分に
入射した光は液晶表示素子を透過することなく反射ある
いは吸収されることから、従来の液晶表示素子では光の
利用効率が低いという課題を有していた。また、上記の
光吸収により液晶表示素子の温度上昇をまねき、最悪の
場合には素子の熱破壊を生じるという課題を有していた
また、光の入射側に光吸収の二色性を利用した偏光板を
置き、偏光板によって形成された一方向性偏光を入射光
として用いるため、光を入射する段階で既に光強度は光
吸収により1/2以下に減衰しており、明るい液晶表示
素子が得られないという課題を有していた。同時に光吸
収による偏光板の温度上昇により、偏光板、の熱破壊が
極めて生じやす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問題点を解決するもので、
その目的とするところは光の利用効率の高い、明るい液
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上に、相互に直交する直
線偏光成分を有する入射光を、該偏光成分を空間的に分
離、集光し、片方の偏光成分の偏光面を90°回転させ
る手段により、一方向の直線偏光成分に変換する偏光素
子を形成したことを特徴とする。また、前記液晶表示素
子において、偏光成分を集光するための手段として用い
るレンズアレイのレンズピッチを、液晶表示素子の画素
ピッチと同一としたことを特徴とする。
〔作用〕
第1図は本発明の液晶表示素子の構成断面図であり、こ
の第1図に基づいて本発明の詳細な説明する。従来の光
吸収を伴う偏光板に変えて、等方性層−複屈折性層一等
方性層一位相差層から成る偏光素子を、等方性層と複屈
折性層及び複屈折性層と等方性層の2つの界面より成る
レンズ体のレンズピッチと液晶表示素子の画素ピッチが
合うように、液晶表示素子の表面に配置されている。入
射光のランダムな偏光をその構成成分であるところの、
お互いに直交する2つの偏光成分に空間的に分離、集光
し、片方の直線偏光成分の偏光面を90°回転して、全
ての入射光の偏光面を揃えた状態で、なおかつ、先の2
つの界面によるレンズ体で入射光を集光した状態で画素
開口部に導くことにより、光源側に位置する偏光素子で
光吸収を受けることなく、また、液晶表示素子の遮光体
で光が遮られることなく画素開口部を透過させることが
できる。したがって、その透過光量を制御することによ
り、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。
〔実施例〕
以下、実施例に基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
[実施例1] 第1図に基づいて本発明の詳細な説明する。
基板101は厚さ1 mm、屈折率1.49の高耐熱性
アクリル系樹脂よりなっており、片側に断面形状が凹形
である一方向集光性のレンチキュラー状のパターンをア
レイ状に配列したもので、個々のパターン形状はレンズ
幅0.1mm、曲率半径0.2mmである。また、基板
103は厚さ1.53mm、屈折率1゜71mmのフリ
ント系ガラスよりなっており、やはり片面に、上記の凹
形断面形状に対応する、断面形状が凸形である一方向集
光性のレンチキュラー状のパターンがアレイ状に配列さ
れており、個々のパターン形状はレンズ幅0. 1mm
、  曲率半径0.2mmである。ここで基板101と
基板103におけるレンズの曲率半径を変えなかったの
は基板103の厚みに対して複屈折層の厚みが十分に薄
いためであり、つまり、界面111と界面112によっ
て形成されるレンズの焦点位置の差が基板103の厚み
に対してほとんど無視できるからである。
もちろん、2つの界面における曲率を変えて焦点位置を
合わせることは十分可能である。上記2枚の基板101
,103を用いて、通常の液晶セルを組む方法に準じて
約10μmのギャップを持つセルを張り合わせによ作製
した。その後、減圧封入法によりセルの間隙にネマチッ
ク系液晶材料(no=1゜49、ne=1.71)を注
入し、封止して、等方性M101−複屈折層102−等
方性層103の3層構造体を形成した。
次に、基板103の裏面(平坦な側)に、レンズピッチ
に合わせて幅50μmの位相差層(λ/2)104をピ
ッチ100μmで位置選択的に設置し、さらに、液晶駆
動トランジスター及び配線部106を遮光するために遮
光体105をやはり位置選択的に形成した。その後、既
に液晶駆動トランジスター及び配線部を形成しであるガ
ラス製の液晶基板108と7μmのスペーサを介して張
り合わせ、液晶セルを形成した。液晶の封入は減圧封入
法により行った。
いま、第1図において常光成分(偏光方向が紙面に平行
)を実線で、異常光成分(偏光方向が紙面に垂直)を破
線で示すと、等方性層である基板101の屈折率niと
複屈折性層102の常光屈折率noが等しいことにより
、偏光素子に入射した光のうち常光成分は界面111に
おいて、何等屈折作用を受けることなく直進するのに対
して、異常光成分は界面での屈折率変化に伴う光の屈折
作用を受は光が空間的に集められ、λ/2の位相差を与
える位相差M2O3上(あるいはその近傍)に焦点を結
ぶ。この位相差層を透過することにより偏光方向は90
0回転するため、異常光成分の偏光方向は常光成分の偏
光方向と同一となる。逆に、界面112では常光成分の
みが屈折率差に伴う光の屈折作用を受は集光し、異常光
成分の場合とは異なり位相差層の無い所に焦点を結ぶ。
以上のように、入射光は一方の偏光面のみを有する偏光
に変換された後、集光状態で液晶画素開口部107のみ
を通過するため、入射光はほとんど吸収されることなく
、また、遮光体105により遮られることなく、液晶画
素開口部を通通し出射光となる。同時に光吸収が非常に
少ないことから、光吸収に伴う素子の温度上昇はほとん
どなく、熱破壊を生じる可能性は非常に低いと言える。
この液晶表示素子の前方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、入
射光の光束量3001mに対して出射光束量は2681
mであり、偏光素子を前面に取り付けていない従来の液
晶表示素子で同様の測定法により得られた出射光束量が
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。
[実施例2コ 第2図に実施例1に類似した本発明の液晶表示素子の構
成断面図を示す。先の実施例1の場合とは偏光素子の構
造が異なり、本実施例の液晶表示素子は入射光の内、異
常光成分のみを集光し液晶画素開口部を透過させる型の
ものである。常光成分は集光できないという欠点はある
が、しかし、実施例1のものと比較すると偏光素子部の
構造が簡略化されているという特徴がある。
基板201は実施例1で用いたのと同様なアクリル系の
樹脂材料からできており、片面にやはり同様なレンズア
レイ形状が形成されている。基板203は両面が平面状
のフリント系ガラスからできており、ここにはレンズア
レイは形成されていない。
実施例]の場合と同様なネマチック系液晶を封入した偏
光素子を形成し、異常光線(破線)の集光位置が液晶画
素開口部に一致するように構成した。
つまり、レンズアレイのピッチと液晶画素のピッチを同
じとした。なお、位相差層を透過する常光成分も異常光
成分と同様に偏光面の回転作用を受け、その状態で液晶
表示素子に入射するため、この光を遮断する目的で、従
来の光吸収の二色性を利用した偏光板209を位相差層
の後に組み入れである。ここで位相差層の幅を30μm
、液晶表示素子の本来の開口率を34%として、実施例
1の場合と同様に出射光の光束量を求めたところ、入射
光束量3001mに対して181.11. mであった
〔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、液晶表示
素子の対向基板上の入射光側に、複屈折性材料からなる
入射光の偏光成分を光吸収を伴うことなく、高効率で一
方向性偏光に変換する偏光素子を形成し、さらに、偏光
成分を集光するレンズアレイのレンズピッチを、液晶表
示素子の画素ビッヂと同一にすることにより、ランダム
な偏光面を有する入射光の、光強度を減衰させることな
く、また、集光レンズのレンズピッチを表示素子の画素
ピッチに合わせることにより、液晶画素開口部周辺の遮
光体で光が遮られることなく、はとんど全ての光を液晶
画素開口部に導くことが可能となり、従って、光の利用
効率が高い、極めて明るい液晶表示素子を得ることが可
能である。
=11− 4、
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の液晶表示素子の構成断面図
。第3図は従来の液晶表示素子の構成断面図。  01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 ・基板(等方性層) ・複屈折性層 ・・基板(等方性層) ・・位相差層 ・・遮光体 ・・液晶駆動トランジスター及び 配線部 ・画素開口部 ・液晶基板 ・・入射光 ・・出射光 ・・界面1 ・界面2 12− 201 ・ 202 ・ 203 ・ 204 ・ 205 ・ 206 ・ 207 ・ 208 ・ 209 ・ ・・基板(等方性層) ・複屈折性層 ・・基板(等方性層) ・・位相差層 ・遮光体 ・液晶駆動トランジスター及び 配線部 ・・画素開口部 ・・液晶基板 ・・偏光板 301 ・ 302 ・ 303 ・ 304 ・ 305 ・ 306 ・ ・偏光板 ・対向基板 ・・遮光体 ・・液晶駆動トランジスター及び 配線部 ・・画素開口部 ・・液晶基板 以上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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上に、相互に直
    交する直線偏光成分を有する入射光を、該偏光成分を空
    間的に分離、集光し、片方の偏光成分の偏光面を90゜
    回転させる手段により、一方向の直線偏光成分に変換す
    る偏光素子を形成したことを特徴とする液晶表示素子。
  2. (2)前記液晶表示素子において、偏光成分を集光する
    ための手段として用いるレンズアレイのレンズピッチを
    、液晶表示素子の画素ピッチと同一としたことを特徴と
    する請求項1記載の液晶表示素子。
JP1176273A 1989-07-07 1989-07-07 液晶表示素子 Pending JPH0341417A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03105318A (ja) * 1989-09-20 1991-05-02 Hitachi Ltd 液晶表示装置
US5959704A (en) * 1996-02-08 1999-09-28 Fujitsu Limited Display device having diffraction grating

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US5959704A (en) * 1996-02-08 1999-09-28 Fujitsu Limited Display device having diffraction grating
US6639642B1 (en) 1996-02-08 2003-10-28 Fujitsu Limited Display device having diffraction grating

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