JPH0756547B2 - 透過型表示素子 - Google Patents

透過型表示素子

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JPH0756547B2
JPH0756547B2 JP59021121A JP2112184A JPH0756547B2 JP H0756547 B2 JPH0756547 B2 JP H0756547B2 JP 59021121 A JP59021121 A JP 59021121A JP 2112184 A JP2112184 A JP 2112184A JP H0756547 B2 JPH0756547 B2 JP H0756547B2
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liquid crystal
glass substrate
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省平 苗村
敏彦 上野
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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
    • G02F1/133526Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses

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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は透過型で明るい画面の表示が可能な受光型の表
示素子に関する。
(従来技術) 現在、文字図形およびテレビ画像等を表示する表示装置
としてはCRT(Cathod Ray Tube、陰極線管)が主に用い
られているが、CRTは体積が大きいという欠点を有し、
これにかわる薄型の表示素子として種々のものが提案さ
れて一部は実用化されている。これらの表示素子は発光
型と受光型とに分類することができ、発光型にはプラズ
マディスプレイ、螢光表示管、エレクトロルミネセンス
ディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ等が、また
受光型には液晶表示、エレクトロクロミックディスプレ
イ、電気泳動ディスプレイ、電気光学結晶ディスプレイ
等がある。これらの薄型表示素子はそれぞれ長所短所を
有しているが、一般に発光型表示素子は明るい表示が得
られるが駆動電圧が高い、あるいは消費電力が大きいと
いう欠点を有しており、一方、受光型表示素子は一般に
消費電力は小さいが、自らは発光しない受光型であるた
めに暗い所では表示が見難いという欠点を有している。
このために、受光型表示素子においては反射型構造とし
て周囲光を多く取り込む工夫等がなされているが、それ
でも微弱な周囲光の下ではほとんど表示が見えない。従
って、受光型表示素子においては多くの場合、背後に照
明用光源が設けられる。しかしながら、照明用光源を設
けた場合にはその消費電力が大きく、受光型表示素子の
消費電力が小さいという長所が損なわれてしまう。従っ
て、消費電力をできる限り小さくして発光型表示素子に
劣らない表示の明るさを得るためには、透過型の表示素
子において照明用光源からの入射光を出来る限り有効に
表示に利用することが肝要である。その手段として、従
来は例えば液晶表示素子の透明基板の端面から螢光灯を
照射し、螢光灯からの入射光が透明基板の内部で反射を
繰返しながら表示面の全面に有効に照射するような構造
がとられていた。(第3回液晶討論会講演予稿集24頁、
1977年)しかしながら、このような工夫をもってしても
受光型の表示素子においては未だに低消費電力で充分な
明るさの表示が得られないのが現状である。例えば、CR
Tに対抗し得る大表示容量でカラー表示の可能性を有す
る薄型表示素子として注目されているアクティブマトリ
クス方式カラーフィルタ内蔵液晶表示素子においては、
4Wで400ニットの輝度を有する照明用光源を用いても表
示画面においては20ニットの輝度しか得られず、4Wの消
費電力で40ニットの輝度の得られる1.5インチカラーCRT
と比べても画面の明るさで劣っている。しかるに本発明
者は、周囲光あるいは照明用光源からの入射光を有効に
表示に利用し得る新規な構造の受光型の表示素子を創案
し、本発明に至ったものである。
(発明の目的) 本発明の目的は明るい画面の表示が可能な受光型の表示
素子を提供することにある。
(発明の構成) 本発明の透過型表示素子は、少なくとも1枚の透明体を
表示物質の支持基板として用い、該支持基板の背後から
の入射光を前記表示物質によって制御して表示を行なう
方式の透過型表示素子であり、前記支持基板の背面に透
明樹脂層をパターン形成し、該パターン化透明樹脂層を
レンズ形状に加工して微小レンズ配列を構成した点に特
徴がある。
実施例 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。第1図
は本発明の透過型表示素子の一実施例に用いられる1枚
の支持基板の構造を示す模式図である。第1図におい
て、1は厚さ1.1mmのガラス基板、2はアモルファスシ
リコンで形成したTFT(Thin Film Transistor、薄膜ト
ランジスタ)、3はMoドレイン電極、4はMoゲート電
極、5は酸化インジウム画素電極(透明電極)である。
図では明示していないが、3のドレイン電極と4のゲー
ト電極の交差点はチッ化シリコン絶縁膜で隔離されてい
る。第2図は第1図の支持基板を用いて形成した本発明
の透過型表示素子の一実施例の構造を示す模式図であ
り、第1図の支持基板のAA′の位置に対応する場所での
断面図である。第2図において1は第1図のガラス基
板、2,3,5はそれぞれガラス基板1の上に形成されたTF
T、ドレイン電極、画素電極である。6は1と同様の厚
さ1.1mmのガラス基板であり、その上には全面に形成さ
れた酸化インジウム共通電極7および画素電極5と対応
する位置に形成されたドット状のカラーフィルタ8が設
けられている。なおカラーフィルタ8は赤、青、緑の3
種類が交互に配置されている。2枚のガラス基板1およ
び6はエポキシ接着剤9で周囲を接着固定されており、
その間隙には黒色の二色性色素を含む液晶物質10が充填
されており、いわゆるゲストホスト型のアクティブマト
リクス方式カラーフィルタ内蔵液晶表示素子を構成して
いる。また、ガラス基板1の背面には半円柱状の微小レ
ンズ配列が形成されている。これは以下のような方法で
形成した。まず、ガラス基板1の背面に透明なフェノー
ル系の感光性樹脂を200μmの厚さにスピナー塗布し、
通常のディープUV露光の手法で硬化させるとともに、ガ
ラス転移温度以上に加熱して樹脂表面を平滑化し更にガ
ラス基板との強固な接着状態を実現した。次に、この樹
脂層の上に同じ感光性樹脂を20μmの厚さにスピナー塗
布し、通常のディープUV リソグラフィの手法を用いて
ストライプ状にパターン化した。更に、この状態のパタ
ーン化透明樹脂層をガラス転移温度以上に加熱してスト
ライプ形状のエッジ部に「だれ」を生ぜしめて半円柱レ
ンズ形状に加工した。本実施例においては液晶物質が表
示物質であり、この表示物質の支持基板としての透明体
が2枚のガラス基板である。液晶物質はゲート電極4、
ドレイン電極3、共通電極7に選択的に印加される電圧
波形に応じて、よく知られているゲストホスト型の電気
光学効果を示す。すなわち「オン画素」上ではガラス基
板1の背後からの入射光をほとんど透過し、「オフ画
素」上ではガラス基板1の背後からの入射光をほとんど
吸収して透過させない。透過光は各画素電極に対応して
形成されたカラーフィルタによって着色して見えるの
で、結局、黒色背景に赤、青、緑およびそれらの混色に
よるカラー表示が実現されるわけである。ここで微小レ
ンズ配列11の効果を第3図を用いて説明する。第3図は
第2図のガラス基板1および微小レンズ配列11の一部を
ほぼ正確な縮尺で描いた図であり、12は「オン画素」上
で液晶物質が入射光を透過する状態にある、いわゆる開
口部の領域を示すものである。すなわち第1図からわか
るようにゲストホスト型の液晶物質の電気光学効果によ
って入射光が制御される、いわゆる画素領域は第1図の
画素電極5の領域だけであり、それ以外の領域は常に入
射光を遮断する状態にある。本実施例においては、第1
図における画素電極が占める面積は全体の約60%であ
り、第3図において開口部12の長さは180μm、開口部
の間隔は70μmである。第3図において、ガラス基板1
の背後からの入射光のうち20の光路をとるものは直進し
て開口部12を通り、表示に有効に寄与する。また、21ま
たは22の光路をとる入射光はいずれも微小レンズ配列11
により屈折されて、やはり開口部12を通り表示に有効に
寄与する。すなわち、本実施例の透過型表示素子におい
ては第3図の面内においてはすべての入射光が開口部12
を通り、表示に有効に寄与する。しかしながら、微小レ
ンズ配列11のない従来構造においては、第3図破線で示
した如く、入射光21,22も31,32のように直進し、非開口
部に到達して表示には寄与しなくなる。本実施例におい
ては、微小レンズ配列11の背後に400ニットの輝度を有
する照明光源を設置した場合28ニットの表示輝度が得ら
れ、微小レンズ配列を有しない場合の表示輝度20ニット
に比べて顕著な改善が見られ、明るい画面の表示が実現
された。もちろん格別の照明光源を設置しない場合に
も、本実施例の透過型表示素子は従来構造のものに比べ
て明るい画面の表示が得られた。なお本実施例において
は半円柱状の微小レンズ配列を用いたために、半円柱レ
ンズと平行な方向(第1図の紙面内でAA′に垂直な方
向)での開口率に対する集光効果が得られなかったが、
微小レンズ配列を半球状の微小レンズの配列とすること
により更に効果が上がり、本実施例における表示輝度28
ニットが33ニット程度にまで改善されることは容易に推
定できる。なお、以上の実施例においては、いわゆるア
クティブマトリクス方式カラーフィルタ内蔵の液晶表示
素子の場合について述べたが本発明の効果はカラーフィ
ルタ内蔵方式あるいはアクティブマトリクス方式に限定
されるものではなく、また液晶物質の動作モードもゲス
トホスト型に限定されるものではない。但し、各画素に
スイッチング素子を接続して液晶物質等の表示物質を動
作させるアクティブマトリクス方式においては、スイッ
チング素子が表示画面の開口率を著しく低下させるので
本発明の効果が極めて顕著に発揮される。また、各画素
に対応する位置にカラーフィルタ配列を設置した構造の
液晶表示素子においてもカラーフィルタによって入射光
が波長的に選択されて透過光量すなわち輝度を著しく低
下させるので本発明の効果が極めて顕著に発揮される。
なお、表示物質について、以上の実施例で述べた液晶物
質は何ら本発明を制限するものではなく、例えば表示物
質として、公知のエレクトロクロミック物質やPLZTの名
称で知られる物質で代表される電気光学結晶、あるいは
ガーネット等の磁気光学結晶等を用いた場合にも本発明
が有効であることは言うまでもない。例えば表示物質と
してエレクトロクロミック物質を用いる場合等は支持基
板は1枚でもよい。第4図はその一例であり、41はガラ
ス基板、42はポリシリコンで形成したTFT、43はMoドレ
イン電極、45は酸化スズ画素電極、50は表示物質の酸化
タングステン層、52はイオン伝導層としてのフッ化マグ
ネシウム層、47は酸化スズ共通電極、51はガラス基板41
の背後に設けられた「かまぼこ型」の微小レンズ配列を
有するアクリル製の集光体である。
以上述べたように、本発明によれば明るい画面の表示が
可能な受光型の表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における1枚の支持基板の構
造を示す図で、1はガラス基板、2は薄膜トランジス
タ、3はドレイン電極、4はゲート電極、5は画素電極
である。第2図は、第1図の支持基板を用いた本発明の
一実施例の構造を示す断面図であり、1,2,3,5は第1図
と同じ、6はガラス基板、7は対向電極、8はカラーフ
ィルタ、9は接着剤、10は表示物質、11は微小レンズ配
列である。第3図は第2図の実施例の効果を説明するた
めの図であり、1,11は第2図と同じ、12は表示の開口
部、20,21,22は入射光の光路、31,32は比較のために示
した微小レンズ配列11がない従来構造における入射光の
光路である。第4図は本発明の別の実施例を示す図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1枚の透明体を表示物質の支持
    基板として用い、該支持基板の背後からの入射光を前記
    表示物質によって制御して表示を行なう方式の透過型表
    示素子において、前記支持基板の背面に透明樹脂層をパ
    ターン形成し、該パターン化透明樹脂層をレンズ形状に
    加工して微小レンズ配列を構成したことを特徴とする透
    過型表示素子。
JP59021121A 1984-02-08 1984-02-08 透過型表示素子 Expired - Lifetime JPH0756547B2 (ja)

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