JPH10104618A - Liquid crystal display device and projection type liquid crystal display device - Google Patents

Liquid crystal display device and projection type liquid crystal display device

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JPH10104618A
JPH10104618A JP8254836A JP25483696A JPH10104618A JP H10104618 A JPH10104618 A JP H10104618A JP 8254836 A JP8254836 A JP 8254836A JP 25483696 A JP25483696 A JP 25483696A JP H10104618 A JPH10104618 A JP H10104618A
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JP
Japan
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light
liquid crystal
crystal display
electrode
substrate
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JP8254836A
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Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Nakamura
貴文 中村
Yoshihiro Watanabe
好浩 渡邉
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a color display of high quality with one reflection type liquid crystal display element without using any color filter. SOLUTION: White parallel source light which is made incident on pixels of the liquid crystal display elements, equipped with diffraction gratings 19 formed on a light incidence surface by the pixels 17, at a specific angle is diffracted by the diffraction gratings (holographic optical element) 19 and made incident on pixels 17R, 17G, and 17B according to the wavelength, but the diffraction gratings 19 are so brazed that the light is projected to the front direction when reflected by a reflecting electrode 14 and made incident on the diffraction gratings 19 again; and the light whose intensity is modulated by a liquid crystal layer 13 is collimated by microlenses 21, made incident on the diffraction gratings 19 again, and projected to the front direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に関
し、特に投影型液晶表示素子に関する。また本発明は反
射型液晶表示装置に関する。The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a projection type liquid crystal display device. The invention also relates to a reflection type liquid crystal display device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、ＣＲＴ表示装置よりも小型で軽量
なフラットパネルディスプレイデバイスとして、液晶表
示装置やプラズマ発光表示装置等が注目されている。こ
れらの表示装置は表示素子が自ら光を発して表示を行う
自発光型の表示装置と、光源を別に備え表示素子そのも
のは光源光の透過率を制御して表示を行う非発光型の表
示装置とに大別される。次世代の表示装置として各種の
分野で広く実用化が進んでいる液晶表示装置は後者の透
過率制御型の表示装置の代表的なものである。2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal displays, plasma light-emitting displays, and the like have attracted attention as flat panel display devices that are smaller and lighter than CRT displays. These display devices are self-luminous display devices in which a display element emits light by itself to perform display, and non-luminous display devices in which a display element itself is provided with a separate light source and the display is controlled by controlling the transmittance of the light source light. They are roughly divided into A liquid crystal display device, which has been widely put into practical use in various fields as a next-generation display device, is a representative of the latter transmittance-control display device.

【０００３】また、より大画面での表示を行うことがで
きる表示装置として投影型液晶表示装置が知られてい
る。この液晶表示装置は、光源ランプなどの光源光を液
晶表示素子に集光して入射させ、その透過光または反射
光を投影レンズによりスクリーンに投影して表示素子よ
りもサイズの大きな画像を表示するものである。Further, a projection type liquid crystal display device is known as a display device capable of performing display on a larger screen. In this liquid crystal display device, light from a light source lamp or the like is condensed and incident on a liquid crystal display element, and the transmitted light or reflected light is projected on a screen by a projection lens to display an image larger in size than the display element. Things.

【０００４】液晶表示素子は光の強度を二次元的に変調
することができるので、光源光の強度を液晶表示素子に
より変調し、光学系により変調した光を拡大投影して大
画面サイズの投影画像を得ることができる。Since the liquid crystal display element can modulate the light intensity two-dimensionally, the light source light intensity is modulated by the liquid crystal display element, and the light modulated by the optical system is enlarged and projected to project a large screen size. Images can be obtained.

【０００５】近年、この液晶表示素子を内蔵した投影型
液晶表示装置としてリヤ型液晶プロジェクタの開発が行
われている。これらのリヤ型液晶プロジェクタは、従来
のＣＲＴ方式のプロジェクタと比較して小型、軽量であ
るという特徴を有し、今後の発展が期待されている。特
に、このようなリヤ型液晶プロジェクタは輝度が高く表
示品質が優れていることと安価であることが期待されて
いる。In recent years, a rear type liquid crystal projector has been developed as a projection type liquid crystal display device incorporating this liquid crystal display element. These rear-type liquid crystal projectors are characterized in that they are smaller and lighter than conventional CRT type projectors, and are expected to develop in the future. In particular, such a rear-type liquid crystal projector is expected to have high luminance, excellent display quality, and low cost.

【０００６】従来、このような投影型液晶表示装置のカ
ラー表示方式としては、ＲＧＢの各色ごとにそれぞれ１
枚ずつ液晶表示素子を対応させ、色分離、合成をダイク
ロイックミラーで行う３板式液晶プロジェクタと、カラ
ーフィルタを用いる単板式液晶プロジェクタが知られて
いた。Conventionally, as a color display system of such a projection type liquid crystal display device, one color is used for each of RGB colors.
There have been known three-panel liquid crystal projectors in which color separation and synthesis are performed by dichroic mirrors, and single-panel liquid crystal projectors using color filters, in which a liquid crystal display element is used for each image.

【０００７】３板式液晶プロジェクタは色分離、合成に
よる光の利用効率の低下が少ないことから高輝度の表示
が可能であるという特徴を有する。一方、単板式プロジ
ェクタは用いる液晶表示素子が１枚で済むことから、低
コストの表示システムが実現できるという特徴を有す
る。The three-panel type liquid crystal projector has a feature that a high-luminance display is possible because the reduction in light use efficiency due to color separation and synthesis is small. On the other hand, the single-panel projector requires only one liquid crystal display element, and thus has a feature that a low-cost display system can be realized.

【０００８】これに対して、例えば特開平４−６０５３
８号のように、近年、色分離をダイクロイックミラーで
行い、分離された３色の光をマイクロレンズによって１
枚の液晶表示素子の対応する３色の画素にそれぞれ導く
ことにより、ある程度高輝度でかつ安価な表示方式が提
案されている。On the other hand, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
In recent years, as in No. 8, color separation has been performed by a dichroic mirror, and the separated three colors of light have been
There has been proposed an inexpensive display method which has high brightness to some extent by leading to corresponding three color pixels of a liquid crystal display element.

【０００９】このような構成の投影型液晶表示装置の１
例を図１７、図１８により説明する。図１７は従来の投
影型液晶表示装置の構成の１例を概略的に示す図であ
り、図１８はこのような液晶表示装置に用いられる従来
の液晶表示素子の構成の１例を概略的に示す図である。[0009] The projection type liquid crystal display device 1 having such a configuration is described below.
An example will be described with reference to FIGS. FIG. 17 schematically shows an example of the configuration of a conventional projection type liquid crystal display device, and FIG. 18 schematically shows an example of the configuration of a conventional liquid crystal display element used in such a liquid crystal display device. FIG.

【００１０】光源９１からの白色光は、ＲＧＢ各色の光
に対応するダイクロイックミラー９２Ｒ、９２Ｇ、９２
Ｂにより３原色のビームに分離され、液晶表示素子９４
にビームごとに互いに異なった角度から入射する。[0010] The white light from the light source 91 is a dichroic mirror 92R, 92G, 92 corresponding to the light of each color of RGB.
B separates the beams into three primary colors, and the liquid crystal display element 94
Are incident from different angles for each beam.

【００１１】液晶表示素子の光入射面には絵素ごとにマ
イクロレンズが形成されたマイクロレンズ９３が設けら
れている。ここで絵素は複数の画素からなる表示単位で
あり、例えばＲＧＢまたはＣＭＹ各色の光を変調する３
個の画素により１絵素を構成することによりカラー表示
を行うことができる。A micro lens 93 having a micro lens formed for each picture element is provided on the light incident surface of the liquid crystal display element. Here, a picture element is a display unit composed of a plurality of pixels, and for example, modulates light of each color of RGB or CMY.
Color display can be performed by configuring one picture element with the number of pixels.

【００１２】図１８は液晶表示素子２４の構造を概略的
に示す図である。FIG. 18 is a diagram schematically showing the structure of the liquid crystal display element 24. As shown in FIG.

【００１３】液晶表示素子９４は、液晶層１０１とこの
液晶層１０１を挟持するアレイ基板１０２、対向基板１
０３により構成されている。アレイ基板１０２の液晶層
１０１を挟持する面には、画素毎に画素電極１０４Ｒ、
１０４Ｇ、１０４Ｂが形成されており、また対向基板１
０３の液晶層１０１を挟持する面には、共通の対向電極
１０５が形成されている。The liquid crystal display element 94 includes a liquid crystal layer 101, an array substrate 102 sandwiching the liquid crystal layer 101, and a counter substrate 1.
03. On the surface of the array substrate 102 that sandwiches the liquid crystal layer 101, the pixel electrodes 104R,
104G and 104B are formed, and the opposite substrate 1
A common opposing electrode 105 is formed on the surface of the liquid crystal layer 101 that sandwiches the liquid crystal layer 03.

【００１４】１つのマイクロレンズに入射した入射角の
異なる３原色の光は、それぞれ対応する画素１０４Ｒ、
１０４Ｇ、１０４Ｂに振り分けられ、画素開口部に収束
される。画素ごとに液晶分子の配向状態を制御すること
によりカラー表示を行うことができる。強度変調された
ＲＧＢ各色の光はフィールドレンズ９５、投影レンズ９
６を通り、スクリーン９７に投影される。The three primary colors of light having different incident angles incident on one microlens are respectively assigned to the corresponding pixels 104R, 104R.
The light is divided into 104G and 104B and converged at the pixel opening. Color display can be performed by controlling the alignment state of liquid crystal molecules for each pixel. The intensity-modulated light of each color of RGB is supplied to the field lens 95 and the projection lens 9.
6 and is projected on a screen 97.

【００１５】このような構造によれば、カラーフィルタ
を用いないで単板式によるカラー表示が可能になり、ス
クリーンでの表示照度は従来のカラーフィルタを用いた
カラー表示方式よりも明るいという特徴を持っている。According to such a structure, a single-panel type color display can be performed without using a color filter, and the display illuminance on a screen is brighter than that of a conventional color display system using a color filter. ing.

【００１６】しかしながら、表示品質を高めるために液
晶表示素子の画素の配設密度を高めたり、また、表示シ
ステムを更に安価に提供するために液晶表示素子のサイ
ズを縮小を行おうとした場合、表示画素のピッチが狭ピ
ッチ化し、画素の開口率が低下し、表示輝度が低下して
しまうという問題がある。特に、絵素ごとに集光用のマ
イクロレンズを用いる構成の場合は、開口率４０％以下
では実効開口率の低下が著しいという問題がある。However, in order to increase the arrangement density of the pixels of the liquid crystal display element in order to improve the display quality, or to reduce the size of the liquid crystal display element in order to provide a display system at a lower cost, There is a problem that the pixel pitch becomes narrower, the aperture ratio of the pixel decreases, and the display luminance decreases. In particular, in the case of a configuration in which a condensing microlens is used for each picture element, there is a problem that the effective aperture ratio is significantly reduced when the aperture ratio is 40% or less.

【００１７】一方、画素の配設密度が大きい液晶表示素
子においても高開口率を実現し、高輝度な表示システム
を実現する技術として、反射型の液晶表示素子を使った
方式がある。On the other hand, as a technique for realizing a high-brightness display system by realizing a high aperture ratio even in a liquid crystal display element having a large arrangement density of pixels, there is a method using a reflective liquid crystal display element.

【００１８】図１９はこのような反射型液晶表示素子の
画素構成を概略的に示す断面図である。この反射型液晶
表示素子は、液晶層１１１、アレイ基板１１２、対向基
板１１３で構成され、アレイ基板１１２には反射電極１
１４が、対向基板１１３には透明絶縁性膜からなる対向
電極１１５が形成されている。また、アレイ基板１１２
には、ゲート線１１６、信号線１１７、薄膜トランジス
タ１１８などの画素駆動手段が形成されている。FIG. 19 is a sectional view schematically showing a pixel configuration of such a reflection type liquid crystal display device. This reflection type liquid crystal display device includes a liquid crystal layer 111, an array substrate 112, and a counter substrate 113.
Reference numeral 14 denotes a counter substrate 115 on which a counter electrode 115 made of a transparent insulating film is formed. The array substrate 112
Are formed with pixel driving means such as a gate line 116, a signal line 117, and a thin film transistor 118.

【００１９】入射光は反射電極で反射され、変調光とし
て出射される。このような構造を有する反射型液晶表示
素子においては、画素の駆動手段、例えば、薄膜トラン
ジスタや信号線、走査信号線、画素電圧を保持するため
の補助容量等を反射電極の下側に設けることができるた
め、開口率を大きくとることがでる。したがって画素の
配設密度の高い液晶表示素子においても開口率を大きく
とることができるという特徴を持っている。The incident light is reflected by the reflection electrode and emitted as modulated light. In a reflective liquid crystal display device having such a structure, pixel driving means, for example, a thin film transistor, a signal line, a scanning signal line, an auxiliary capacitor for holding a pixel voltage, and the like may be provided below the reflective electrode. As a result, the aperture ratio can be increased. Therefore, the liquid crystal display element having a high density of pixels has a characteristic that the aperture ratio can be increased.

【００２０】しかしながら、このような反射型液晶表示
素子に図１７、図１８に示したようなカラーフィルタを
用いない単板式のカラー表示技術を適用することはでき
なかった。この理由について以下に説明する。However, it has not been possible to apply a single-panel type color display technique which does not use a color filter as shown in FIGS. 17 and 18 to such a reflection type liquid crystal display element. The reason will be described below.

【００２１】カラーフィルタを用いない単板式の技術を
反射型の液晶表示素子に応用した場合、複数のダイクロ
イックミラーにより色分離され、それぞれ異なる角度で
各絵素に入射したＲＧＢの色光は、例えばマイクロレン
ズアレイ９４などの集光素子により集光された後、ＲＧ
Ｂの画素に入射し、反射電極１１４で反射され、再びマ
イクロレンズ９３に入射する。画素で変調された光がマ
イクロレンズ９３を再透過する際、この変調光は入射時
の集光作用に従って再び拡散された状態でマイクロレン
ズ９３に入射するために、複数のマイクロレンズを透過
することになる。このとき、反射電極１１４で反射され
た変調光Ｒ、Ｇ、Ｂは複数のマイクロレンズによって複
数の異なる角度に屈折作用をうけ、フィールドレンズ９
５、投影レンズ９６などの投影光学系に正しく入射せず
に表示輝度が低下したり、本来の焦点位置と違った位置
に投影され表示が乱れてしまうという問題がある。When a single-panel type technology that does not use a color filter is applied to a reflection type liquid crystal display device, RGB color light separated by a plurality of dichroic mirrors and incident on each picture element at different angles is, for example, a micro color. After being condensed by a condensing element such as the lens array 94, the RG
The light enters the pixel B, is reflected by the reflective electrode 114, and again enters the microlens 93. When the light modulated by the pixel passes through the microlens 93 again, the modulated light passes through the plurality of microlenses because the modulated light enters the microlens 93 in a state of being diffused again according to the light condensing action at the time of incidence. become. At this time, the modulated lights R, G, and B reflected by the reflective electrode 114 are refracted by a plurality of microlenses at a plurality of different angles, and
5. There is a problem that the display luminance is lowered without correctly entering the projection optical system such as the projection lens 96, or the display is disturbed by being projected at a position different from the original focal position.

【００２２】図２０は反射型液晶表示素子にカラーフィ
ルタを用いない単板式の技術を用いた液晶表示装置の光
学系を概略的に示す図である。なお図２０では緑色の光
についてのみ光路を示したが、赤色光、青色光について
も同様である。照明光学系１７１を出射した光は、ダイ
クロイックミラー１７２Ｒ、１７２Ｇ、１７２Ｂにより
各波長成分毎に反射され、入射側偏光板１７３を通り、
反射型液晶表示素子１７４に入射する。ダイクロイック
ミラー１７２Ｒ、１７２Ｇ、１７２Ｂは光源光に対して
それぞれ異なる角度で配設されている。FIG. 20 is a view schematically showing an optical system of a liquid crystal display device using a single-panel type technology which does not use a color filter for a reflection type liquid crystal display element. Although FIG. 20 shows the optical path only for green light, the same applies to red light and blue light. The light emitted from the illumination optical system 171 is reflected for each wavelength component by dichroic mirrors 172R, 172G, and 172B, passes through the incident-side polarizing plate 173, and
The light enters the reflective liquid crystal display element 174. The dichroic mirrors 172R, 172G, 172B are arranged at different angles with respect to the light source light.

【００２３】この反射型液晶表示素子１７４に形成され
たマイクロレンズアレイ１７５は、屈折率ｎ1 の材質か
らなる部分１７５ａと、屈折率ｎ2 （ｎ1 −ｎ2 ≠０）
の材質からなる部分１７５ｂとから構成されており、液
晶表示素子１７４に入射した光はマイクロレンズアレイ
１７５によりＲＧＢの各色ごとに所定の画素１７６に集
光される。この集光光は所定画素の液晶層を透過し反射
電極で反射され、再びマイクロレンズ１７５に入射する
が、マイクロレンズ１７５を再透過するとき反射光は入
射時の集光作用に従って拡散されるために、複数のマイ
クロレンズ領域を透過することになる。図２１は変調光
が複数のマイクロレンズを透過する様子を模式的に示し
た図である。例えばダイクロイックミラーで色分離され
た青色光は、青色の画素１７６Ｂへ入射するが、出射す
るときに複数のマイクロレンズを透過する。これはダイ
クロイックミラーで色分離された他の色光についても同
様である。The microlens array 175 formed on the reflection type liquid crystal display element 174 has a portion 175a made of a material having a refractive index n 1 and a refractive index n 2 (n 1 −n 2 ≠ 0).
The light that has entered the liquid crystal display element 174 is condensed by the microlens array 175 into predetermined pixels 176 for each of the RGB colors. This condensed light passes through the liquid crystal layer of a predetermined pixel, is reflected by the reflection electrode, and is incident again on the microlens 175. When retransmitted through the microlens 175, the reflected light is diffused according to the condensing action at the time of incidence. Then, the light passes through a plurality of microlens regions. FIG. 21 is a diagram schematically showing how modulated light passes through a plurality of microlenses. For example, blue light that has been color-separated by a dichroic mirror enters the blue pixel 176B, but passes through a plurality of microlenses when exiting. This is the same for other color lights separated by the dichroic mirror.

【００２４】マイクロレンズアレイ１７５を再透過した
光は出射側偏光板１７７をとおって投射レンズ１７８に
入射する。しかし、画素１７６で変調され、反射電極で
反射された光は、複数のマイクロレンズによって複数の
異なった角度に屈折作用をうけるために投射レンズ１７
８に正しく入射せず輝度が低下したり、本来の焦点位置
と異なった位置に投射され表示が乱れるという問題があ
る。このような問題が解決されていないために、反射型
の液晶表示素子にカラーフィルタを用いない単板式の技
術を用いることはできず、したがって従来の技術では、
反射型液晶表示素子１枚により、カラーフィルタを用い
ないで投影型液晶表示装置を実現することはできなかっ
た。The light transmitted again through the microlens array 175 passes through the exit-side polarizing plate 177 and enters the projection lens 178. However, the light modulated by the pixel 176 and reflected by the reflective electrode is refracted by a plurality of microlenses at a plurality of different angles, so that the projection lens 17 is refracted.
There is a problem that the light is not correctly incident on the lens 8 and the luminance is reduced, or the image is projected at a position different from the original focal position and the display is disturbed. Since such a problem has not been solved, it is not possible to use a single-panel technology that does not use a color filter in a reflective liquid crystal display element.
With a single reflection type liquid crystal display element, a projection type liquid crystal display device could not be realized without using a color filter.

【００２５】[0025]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決にするためになされたもので、カラーフィル
タを用いることなくカラー表示を行うことのできる液晶
表示素子を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of performing color display without using a color filter. And

【００２６】また本発明は、カラーフィルタを用いるこ
となくカラー表示を行うことのできる投影型液晶表示装
置を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a projection type liquid crystal display device capable of performing color display without using a color filter.

【００２７】また本発明は、画素の配設密度が大きい場
合でも輝度が高く表示品質の優れた液晶表示素子および
投影型液晶表示装置を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display element and a projection type liquid crystal display device having high luminance and excellent display quality even when the arrangement density of pixels is high.

【００２８】また本発明は光の利用効率の高い液晶表示
素子および投影型液晶表示装置を提供することを目的と
する。Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device and a projection type liquid crystal display device having high light use efficiency.

【００２９】さらに本発明は、輝度が高く表示品質の優
れた液晶表示素子および投影型液晶表示装置を安価に提
供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display element and a projection type liquid crystal display device having high luminance and excellent display quality at low cost.

【００３０】[0030]

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、マトリクス状に配設された画素に入射した光源光の
強度を変調して表示を行う液晶表示素子であって、反射
電極である第１の電極が形成された第１の面を有する第
１の基板と、第１の基板の第１の電極との間に液晶層を
挟持して前記画素を形成する第２の電極が形成された第
１の面と、光源光の入射面である第２の面を有する第２
の基板と、第２の基板の第２の面の複数の連続した複数
の画素からなる絵素に対向する領域に形成され、この領
域に入射した光源光を分光し、波長に応じて前記絵素内
の異なった前記画素へ導く第１の光学系とを具備したこ
とを特徴とする。The liquid crystal display element of the present invention is a liquid crystal display element for performing display by modulating the intensity of light source light incident on pixels arranged in a matrix, and is a reflective electrode. A first substrate having a first surface on which a first electrode is formed, and a second electrode forming the pixel with a liquid crystal layer interposed between the first electrode and the first electrode of the first substrate are formed. Having a first surface and a second surface that is a light source light incident surface.
Formed in a region facing a picture element composed of a plurality of continuous pixels on a second surface of a second substrate of the second substrate, the light source light incident on this region is separated, and the picture is divided according to the wavelength. And a first optical system for guiding to a different one of the pixels in the element.

【００３１】第１の光学系は、その分光方向が前記絵素
内に配置された反射電極の配列方向と平行な回折格子を
用いるようにしてもよい。また、回折格子としてホログ
ラフィック光学素子を用いるようにしてもよい。またこ
の回折格子は、光源光の１次回折光の強度が極大となる
ようにブレーズされたブレーズ格子を用いるようにして
もよい。また、回折格子は、分光した光源光を波長に応
じて前記絵素内の異なった前記画素へ集光するようにチ
ャープするようにしてもよい。The first optical system may use a diffraction grating whose spectral direction is parallel to the arrangement direction of the reflection electrodes arranged in the picture element. Further, a holographic optical element may be used as the diffraction grating. The diffraction grating may be a blazed grating that is blazed so that the intensity of the first-order diffracted light of the light source light is maximized. Further, the diffraction grating may be chirped so as to condense the separated light source light to different pixels in the picture element according to the wavelength.

【００３２】本発明の液晶表示素子においては、第１の
光学系へ入射する光源光の入射角度は約３０°から約５
０°の範囲に設定するようにしてもよく、また、前記絵
素内の前記画素の配設ピッチをＰ、前記回折格子と第２
の基板の第２の電極との間隔をＤとしたとき、Ｐ／Ｄを
約０．８から約０．４の範囲に設定するようにしてもよ
い。In the liquid crystal display device of the present invention, the incident angle of the light source light incident on the first optical system is from about 30 ° to about 5 °.
0 ° may be set, and the arrangement pitch of the pixels in the picture element is set to P, and the diffraction grating and the second
When the distance between the substrate and the second electrode is D, P / D may be set in a range of about 0.8 to about 0.4.

【００３３】さらに本発明の液晶表示素子においては、
第２の電極の第２の基板側の前記画素の境界領域に対応
する領域に形成されたブラックマトリクスを具備するよ
うにしてもよい。Further, in the liquid crystal display device of the present invention,
A black matrix formed in a region corresponding to the boundary region of the pixel on the second substrate side of the second electrode may be provided.

【００３４】本発明の液晶表示素子は、第１の電極とし
て反射電極を備えるものである。すなわち、マトリクス
状に配設された画素に入射した光源光の強度を変調して
表示を行う液晶表示素子であって、反射電極が形成され
た第１の面を有する第１の基板と、第１の基板の反射電
極との間に液晶層を挟持して前記画素を形成する第２の
電極が形成された第１の面と、光源光の入射面である第
２の面を有する第２の基板と、第２の基板の第２の面の
複数の連続した複数の画素からなる絵素に対向する領域
に形成され、この領域に入射した光源光を分光し、波長
に応じて前記絵素内の異なった前記画素へ導く第１の光
学系とを具備したことを特徴とし、反射型液晶表示素子
として機能することになる。The liquid crystal display device of the present invention has a reflection electrode as the first electrode. That is, a liquid crystal display element that performs display by modulating the intensity of light from a light source incident on pixels arranged in a matrix, comprising: a first substrate having a first surface on which a reflective electrode is formed; A second surface having a first surface on which a second electrode for forming the pixel is formed by sandwiching a liquid crystal layer between the reflective electrode of the first substrate and a second surface which is a light source light incident surface; Formed in a region facing a picture element composed of a plurality of continuous pixels on a second surface of a second substrate of the second substrate, the light source light incident on this region is separated, and the picture is divided according to the wavelength. A first optical system for guiding the pixel to a different one of the pixels, and functions as a reflective liquid crystal display element.

【００３５】本発明の液晶表示素子が備える例えばホロ
グラム素子などの回折格子は、光源光をその１次回折光
の強度が極大となるように前記画素へ導く前記入射光の
前記回折格子に対する入射角と、前記反射電極で反射し
た反射光の透過強度が最大かつ極大になるような前記反
射光の前記回折格子に対する入射角とが異なることを特
徴とする。すなわち、液晶表示素子の光入射面に備えら
れる回折格子は、光源光がその１次回折光の強度が極大
となるように画素へ導かれるときの入射光の回折格子に
対する入射角と、反射電極で反射した反射光強度が極大
になるように出射されるときの反射光の回折格子に対す
る入射角とが異なるように配設される。The diffraction grating such as a hologram element provided in the liquid crystal display element of the present invention is provided with a light source light which is directed to the pixel so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized. The incident angle of the reflected light with respect to the diffraction grating such that the transmission intensity of the reflected light reflected by the reflective electrode becomes maximum and maximum is different. That is, the diffraction grating provided on the light incident surface of the liquid crystal display element has an incident angle with respect to the diffraction grating of the incident light when the light source light is guided to the pixel so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized. The reflected light is arranged so that the incident angle with respect to the diffraction grating of the reflected light when emitted is maximized so that the intensity of the reflected light is maximized.

【００３６】特にこの１次回折光の強度が極大となる入
射角度が複数ある場合には、そのうち１次回折光強度が
最大となる角度から入射させることにより良い結果が得
られる。また、反射光強度が極大となる入射角度が複数
ある場合には、そのうち回折格子を透過する反射光強度
が最大となる角度から入射させることにより良い結果が
得られる。反射光強度が極大とは、回折格子に反射電極
側から入射する角度を変化させたときに、この反射光が
回折格子を出射する光の強度が大きくなるような所定の
入射角度のことであり、入射角度範囲全体に対して透過
光強度が大きくなくような角度のことである。In particular, when there are a plurality of incident angles at which the intensity of the first-order diffracted light is maximized, a good result can be obtained by making the light incident from the angle at which the intensity of the first-order diffracted light is the largest. When there are a plurality of incident angles at which the intensity of the reflected light is maximum, a good result can be obtained by making the incident light from the angle at which the intensity of the reflected light transmitted through the diffraction grating becomes maximum. The maximum reflected light intensity refers to a predetermined incident angle at which the intensity of the light emitted from the diffraction grating becomes large when the angle of incidence of the reflected light on the diffraction grating is changed. This is an angle at which the transmitted light intensity is not large with respect to the entire incident angle range.

【００３７】例えば、前記回折格子、ホログラム素子
は、光源光は１次回折光の強度が極大となるように前記
画素へ導くとともに、前記反射電極で反射した反射光に
対しては０次回折光の強度が極大になるように形成する
ようにすればよい。For example, the diffraction grating and the hologram element guide the light from the light source to the pixel so that the intensity of the first-order diffracted light becomes maximum, and the intensity of the zero-order diffracted light to the light reflected by the reflection electrode. Should be formed so as to be maximum.

【００３８】また、前記回折格子に対する光源光の入射
角度と反射光の出射角度は異なるように設定するように
してもよい。Further, the angle of incidence of the light source light on the diffraction grating and the angle of emission of the reflected light may be set differently.

【００３９】また、第２の基板の第１の面と第２の電極
との間に前記絵素毎に配設され、反射電極で反射された
光を平行光化して前記回折格子に導く第２の光学系を具
備するようにしてもよく、例えばこの第２の光学系とし
てマイクロレンズを用いるようにしてもよい。Further, a second light source is provided between the first surface of the second substrate and the second electrode for each of the picture elements, and the light reflected by the reflection electrode is converted into parallel light and guided to the diffraction grating. The second optical system may be provided, for example, a microlens may be used as the second optical system.

【００４０】また、複数の反射電極が並列配置された絵
素領域がマトリクス状に形成されたアレイ基板と、前記
アレイ基板との間に液晶層を挟持する対向基板と、前記
対向基板の前記液晶層を挟持する第１の面に形成された
透明導電性膜と、前記対向基板の第２の面の前記絵素領
域と対向する領域に形成され、この領域に第１の角度で
入射した光源光を分光し、波長に応じて前記絵素領域内
の異なった反射電極へ集光するとともに、反射電極で反
射した光については対向基板の法線方向に出射する光学
素子とを具備するようにしてもよい。Also, an array substrate in which picture element regions in which a plurality of reflective electrodes are arranged in parallel are formed in a matrix, a counter substrate sandwiching a liquid crystal layer between the array substrate, and the liquid crystal of the counter substrate A transparent conductive film formed on a first surface sandwiching a layer, and a light source formed on a region of the second surface of the counter substrate facing the picture element region, and incident on the region at a first angle An optical element for splitting light and condensing the light on different reflective electrodes in the picture element region according to the wavelength, and emitting the light reflected by the reflective electrode in the normal direction of the opposing substrate. You may.

【００４１】すなわち、本発明の液晶表示素子は、第２
の基板の液晶層を挟持する第１の面と反対側の第２の面
に、絵素領域毎に形成された例えば回折格子などの第１
の光学系を備えたものであり、この第１の光学系は、入
射時にはカラー表示を可能にするための分光作用および
波長毎に所定の画素に入射するための集光作用を有する
ものであり、さらに第１の電極として反射電極を備える
場合には、出射時には実質的に分光作用、集光作用を有
しないよう画素で強度変調された光を出射するように設
計されている。That is, the liquid crystal display device of the present invention has the second
A first surface such as a diffraction grating formed for each picture element region is formed on a second surface opposite to the first surface sandwiching the liquid crystal layer of the substrate.
The first optical system has a spectral function for enabling color display at the time of incidence and a light condensing function for allowing incidence on predetermined pixels for each wavelength. Further, when a reflective electrode is provided as the first electrode, it is designed to emit light whose intensity is modulated by the pixel so as to have substantially no spectral action or light collecting action at the time of emission.

【００４２】すなわち第１の光学系は、第２の基板の第
２の面の絵素に対応する領域に所定の角度で入射した光
を分光し、波長に応じて絵素内の異なった画素へ導く。
また第１の電極として反射電極を備えている場合には、
反射電極で反射された光については実質的に透過して出
射するように配設されている。That is, the first optical system disperses the light incident on the region corresponding to the picture element on the second surface of the second substrate at a predetermined angle, and different pixels in the picture element according to the wavelength. Lead to.
When a reflective electrode is provided as the first electrode,
The light reflected by the reflective electrode is disposed so as to be substantially transmitted and emitted.

【００４３】したがって、絵素を構成する複数の画素
（例えばＲＧＢの３画素）の配列方向と平行に所定角度
で絵素領域に入射した光は、第１の光学系により波長に
応じて異なった画素（ここではＲＧＢの３画素）に連続
して分光・集光され、液晶層により強度変調され、カラ
ー表示が行われる。Therefore, the light incident on the picture element region at a predetermined angle in parallel with the arrangement direction of a plurality of pixels (for example, three pixels of RGB) constituting the picture element differs according to the wavelength by the first optical system. The light is spectrally and condensed successively to the pixels (here, three pixels of RGB), intensity-modulated by the liquid crystal layer, and color display is performed.

【００４４】第１の光学系として例えば回折格子を用い
る場合には、回折格子を１次回折光の強度が極大になる
ようにブレーズし、またそれぞれ波長に応じて集光され
るようにチャープするようにしてもよい。また、反射電
極で反射した反射光については０次回折光の強度が極大
になるようにすればよい。When, for example, a diffraction grating is used as the first optical system, the diffraction grating is blazed so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized, and chirped so as to be focused according to the wavelength. It may be. Further, the intensity of the 0-order diffracted light of the reflected light reflected by the reflective electrode may be maximized.

【００４５】また、第１の電極として反射電極を備える
本発明の液晶表示素子は、強度変調を行う画素が２次元
に配列され、この画素群からの反射光を表示に利用する
液晶表示素子であって、少なくとも２つの異なる波長成
分を有する光が入射したとき、その出射角度を変化させ
るスペクトル変化手段である第１の光学系を、画素群の
光入射面に備えたものである。また、この第１の光学系
により変化する波長成分のエネルギーが第１の光学系に
入射する光全体のエネルギーに対して占める割合が、画
素に入射するときよりも、反射電極で反射されて画素か
ら出射するときの方が小さくなるように配設される。す
なわち、光源光が画素に入射するときには第１の光学系
によりそのスペクトルが変化するが、画素で変調され第
１の光学系に再入射するときにはそのスペクトルは実質
的に変化しないように配設される。Further, the liquid crystal display element of the present invention having a reflective electrode as the first electrode is a liquid crystal display element in which pixels for performing intensity modulation are two-dimensionally arranged, and light reflected from this pixel group is used for display. When a light having at least two different wavelength components enters, a first optical system which is a spectrum changing means for changing an emission angle is provided on a light incident surface of a pixel group. Further, the ratio of the energy of the wavelength component changed by the first optical system to the total energy of the light incident on the first optical system is reflected by the reflective electrode more than when the light enters the pixel. It is arranged so that it is smaller when the light is emitted from the. That is, the spectrum is changed by the first optical system when the light from the light source enters the pixel, but is not substantially changed when the light is modulated by the pixel and re-enters the first optical system. You.

【００４６】画素領域には、表示に寄与する表示領域と
しない非表示領域を備えており、第１の光学系に表示領
域の照度を向上させるための集光作用を持たせるように
してもよい。The pixel area has a non-display area which does not contribute to the display and a non-display area, and the first optical system may have a light-condensing action for improving the illuminance of the display area. .

【００４７】また、光源光のスペクトルを変化手段とし
て機能するとともに、画素への集光手段として機能する
第１の光学系として回折格子を用いるようにしてもよ
い。Further, a diffraction grating may be used as a first optical system which functions as a means for changing the spectrum of the light from the light source and also as a means for condensing light on pixels.

【００４８】この回折格子を、入射光に対して回折格子
の所定次数の光出力を最大とするようにブレーズするよ
うにしてもよい。そして、この回折格子に再入射させる
画素により変調され反射された光については、０次光が
最大に出力される方向に入射させるようにすればよい。The diffraction grating may be blazed so as to maximize the light output of a predetermined order of the diffraction grating with respect to the incident light. Then, the light modulated and reflected by the pixel that reenters the diffraction grating may be incident in a direction in which the zero-order light is output to the maximum.

【００４９】この回折格子は、連続する複数の画素を１
単位とする絵素ごとに設けられており、回折格子により
分光された光は、その波長に応じて絵素内の異なった画
素に集光するようにチャープするようにしてもよい。[0049] This diffraction grating converts a plurality of continuous pixels into one.
The light may be provided for each picture element as a unit, and may be chirped so that light separated by the diffraction grating is focused on different pixels in the picture element according to the wavelength.

【００５０】本発明の投影型液晶表示素子は、光源光を
マトリクス状に配設された画素に入射し、この画素で強
度変調した光源光を投影面に投影表示する投影型液晶表
示素子であって、第１の電極が形成された第１の面を有
する第１の基板と、第１の基板の第１の電極との間に液
晶層を挟持して前記画素を形成する第２の電極が形成さ
れた第１の面と、光源光の入射面である第２の面を有す
る第２の基板と、第２の基板の第２の面の複数の連続し
た複数の画素からなる絵素に対向する領域に形成され、
この領域に入射した光源光を分光し、波長に応じて前記
絵素内の異なった前記画素へ導く第１の光学系とを有す
る液晶表示素子と、光源光を所定の角度で第１の光学系
へ導く第３の光学系と、第１の光学系から出射した光を
投影面に投影する第４の光学系とを具備したことを特徴
とする。The projection type liquid crystal display device of the present invention is a projection type liquid crystal display device in which light from a light source is made incident on pixels arranged in a matrix, and the light source light intensity-modulated by the pixels is projected and displayed on a projection surface. A first substrate having a first surface on which a first electrode is formed, and a second electrode forming a pixel by sandwiching a liquid crystal layer between the first substrate and the first electrode of the first substrate. A second substrate having a first surface on which is formed, a second surface that is a light source light incident surface, and a plurality of continuous pixels on the second surface of the second substrate. Formed in the area facing the
A liquid crystal display element having a first optical system that splits light from a light source incident on this region and guides the light to different pixels in the picture element according to the wavelength; A third optical system for guiding the light to the system and a fourth optical system for projecting the light emitted from the first optical system onto a projection surface.

【００５１】また本発明の投影型液晶表示素子は、複数
の反射電極が並列配置された絵素領域がマトリクス状に
形成されたアレイ基板と、前記アレイ基板との間に液晶
層を挟持する対向基板と、前記対向基板の前記液晶層を
挟持する第１の面に形成された透明導電性膜とを有する
液晶表示素子と、前記液晶表示素子の対向基板の第２の
面に形成され、前記絵素領域に入射した光源光を１次回
折光が極大となるように分光し、波長に応じて前記絵素
領域内の前記反射電極へ集光するとともに、前記反射電
極で反射した光については０次回折光の強度が極大とな
るよう分光する第１の光学系と、光源光を前記第１の光
学系へ導く第３の光学系と、第１の光学系から出射した
光を投影面に投影する第４の光学系とを具備したことを
特徴とする。Further, according to the projection type liquid crystal display device of the present invention, there is provided an array substrate in which a plurality of reflective electrodes are arranged in parallel, in which pixel regions are formed in a matrix, and a liquid crystal layer sandwiched between the array substrate and the array substrate. A liquid crystal display element having a substrate and a transparent conductive film formed on a first surface of the counter substrate sandwiching the liquid crystal layer; and a liquid crystal display element formed on a second surface of the counter substrate of the liquid crystal display element, The light source light incident on the picture element region is separated such that the first-order diffracted light is maximized, condensed on the reflection electrode in the picture element region according to the wavelength, and 0 is reflected on the reflection electrode. A first optical system that splits the light so that the intensity of the next-order diffracted light is maximized, a third optical system that guides the light from the light source to the first optical system, and a light emitted from the first optical system is projected onto a projection surface. And a fourth optical system.

【００５２】また、本発明の投影型液晶表示装置は、マ
トリクス配置された画素群が主として光の複屈折性ある
いは旋光性を用いて光透過率を制御する光変調層を備え
た液晶層により構成された表示素子であり、この液晶表
示素子に光源からの光源光を導く照明光学系である第３
の光学系と、この液晶表示素子により光変調された変調
光を投影面に投影する投影光学系である第４の光学系と
を備えたものである。本発明の液晶表示素子は、光入射
面に集光・分光作用を持ち、所定の次数の光の強度が高
くなるようにブレーズされ、画素ごとに集光するように
チャープされ、さらに、入射時に分光・集光作用が最大
になり、出射時には最小になるような回折格子を装加し
たものである。さらに、反射型液晶表示素子の画素と第
１の光学系との間に絵素ごとにマイクロレンズなどの変
調光を平行光化する手段を設けることにより、第１の光
学系に再入射する変調光の平行度がより高まる。したが
って液晶表示素子から出射する際に第１の光学系による
分光・集光作用が低減される。また、反射電極により反
射した変調光は正しく投影光学系に導入されるから、変
調光が複数の集光素子を透過するために表示輝度が低下
したり、表示が乱れることはない。Further, in the projection type liquid crystal display device of the present invention, the pixel group arranged in a matrix is constituted by a liquid crystal layer having a light modulation layer for controlling light transmittance mainly by using birefringence or optical rotation of light. And a third illumination optical system for guiding light from a light source to the liquid crystal display.
And a fourth optical system which is a projection optical system for projecting the modulated light light-modulated by the liquid crystal display element onto a projection surface. The liquid crystal display element of the present invention has a light condensing / spectral action on the light incident surface, is blazed so that the intensity of light of a predetermined order is high, is chirped so as to condense light for each pixel, and furthermore, at the time of incidence. It is equipped with a diffraction grating that maximizes the spectral / condensing action and minimizes the emission. Further, by providing a means for parallelizing modulated light such as a microlens for each picture element between a pixel of the reflective liquid crystal display element and the first optical system, the modulation re-entering the first optical system is provided. The parallelism of light is further increased. Therefore, when the light is emitted from the liquid crystal display element, the spectral and light collecting effects of the first optical system are reduced. Further, since the modulated light reflected by the reflective electrode is correctly introduced into the projection optical system, the modulated light passes through a plurality of light-collecting elements, so that the display brightness is not reduced and the display is not disturbed.

【００５３】[0053]

【発明の実施の形態】以下に本発明についてさらに詳細
に説明する。図１は本発明の液晶表示素子の光学系を概
略的に示す図である。照明光学系１０１１を出射した光
は、入射側偏光板１０１２を通過して、対向基板の絵素
に対応する領域ごとに配設された回折格子であるホログ
ラム素子１０００により波長に応じて例えばＲＧＢの光
に分光され、絵素内の複数の画素１０１５Ｒ、画素１０
１５Ｇ、画素１０１５Ｂに入射する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. FIG. 1 is a view schematically showing an optical system of the liquid crystal display device of the present invention. The light emitted from the illumination optical system 1011 passes through the incident-side polarizing plate 1012, and is converted into, for example, RGB light by a hologram element 1000, which is a diffraction grating provided for each region corresponding to a picture element on the opposite substrate, according to the wavelength. A plurality of pixels 1015R, 10
15G, and enters the pixel 1015B.

【００５４】このホログラム素子１０００は、所定角度
で入射する光を画素１０１５Ｒ、画素１０１５Ｇ、画素
１０１５Ｂに入射するように配設されている。ここで、
図１では簡略化のため、波長５４５ｎｍの緑色光の光路
を例にとって示している。The hologram element 1000 is arranged so that light incident at a predetermined angle is incident on the pixels 1015R, 1015G, and 1015B. here,
In FIG. 1, for simplification, an optical path of green light having a wavelength of 545 nm is shown as an example.

【００５５】したがって、入射光は画素１０１５の反射
電極で反射し、再びホログラム素子１０００に入射する
ことになる。本発明の液晶表示素子においては、反射電
極で反射してホログラム素子１０００に入射する光につ
いては、ほとんど回折が生じないようにホログラム素子
を配設している。図２はホログラム素子１０００に対す
る入射光の入射角度を透過率との関係の１例を示す図で
ある。このホログラム１０００に対する入射光の１次回
折光が最大になる１次回折角は−４０°であり、このと
き全入射光を１００％とすると、１次回折光は約８３
％、０次回折光（すなわち直進光）は約１７％である。
このとき裏面（ホログラム素子の光源と反対側の面）の
１次回折光の出射角度は−５°であり、ここでも１次回
折効果がみられる。Therefore, the incident light is reflected by the reflection electrode of the pixel 1015 and enters the hologram element 1000 again. In the liquid crystal display element of the present invention, the hologram element is provided so that the light reflected by the reflection electrode and incident on the hologram element 1000 hardly undergoes diffraction. FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the angle of incidence of incident light on the hologram element 1000 and the transmittance. The first-order diffraction angle at which the first-order diffracted light of the incident light with respect to the hologram 1000 becomes maximum is −40 °. At this time, if the total incident light is 100%, the first-order diffracted light is about 83%.
%, And the 0th-order diffracted light (ie, straight traveling light) is about 17%.
At this time, the emission angle of the first-order diffracted light on the back surface (the surface opposite to the light source of the hologram element) is −5 °, and the first-order diffraction effect is also observed here.

【００５６】図３は、ホログラム素子１０００の裏面か
ら入射する光の入射角度を透過率との関係の１例を示す
図である。上述同様にここでも−４０°が裏面からの１
次回折角であり、−５°が表面の１次回折光の出射角度
になっている。FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the incident angle of light incident from the back surface of the hologram element 1000 and the transmittance. Similarly to the above, -40 ° is 1 from the back surface.
The diffraction angle is -5 °, and the emission angle of the first-order diffraction light on the surface is −5 °.

【００５７】したがって、各画素の反射電極での反射さ
れ、ホログラム素子１０００に再入射する変調光を、ホ
ログラム素子１０００により屈折作用を受けないように
利用するには、前述の回折角をはずしてホログラム素子
１０００に入射させるようにすればよい。Therefore, in order to use the modulated light reflected by the reflection electrode of each pixel and re-entering the hologram element 1000 so as not to be refracted by the hologram element 1000, the hologram is removed by removing the aforementioned diffraction angle. What is necessary is just to make it inject into the element 1000.

【００５８】例えば、図２および図３に例示したような
特性を有するホログラム素子を光入射面に備えた液晶表
示素子に、光源光を−４０°（ただし、入射方向は絵素
内の反射電極の配列方向と平行）で入射させた場合、ホ
ログラム素子からは−５°の出射角で出射して波長に応
じて角画素に入射する。この光は反射電極で反射され、
＋５°の入射角でホログラム素子の裏面に入射する。こ
の光は、図３に示したようにその約９０％が０次回折光
（直進光）としてホログラム素子１０００から出射す
る。ホログラム素子を出射した光は、出射側偏光板１０
１７、投射レンズ１０１８を経て、スクリーンに投射さ
れる。For example, a liquid crystal display device having a hologram element having the characteristics as shown in FIGS. (Parallel to the array direction), the light is emitted from the hologram element at an emission angle of -5 [deg.] And is incident on a corner pixel according to the wavelength. This light is reflected by the reflective electrode,
The light is incident on the back surface of the hologram element at an incident angle of + 5 °. About 90% of this light is emitted from the hologram element 1000 as 0th-order diffracted light (straight traveling light) as shown in FIG. The light emitted from the hologram element is output to the output-side polarizing plate 10.
17. The light is projected on the screen via the projection lens 1018.

【００５９】本発明においては、ホログラム素子の表面
（光源側）および裏面（液晶層側）の１次回折角をはず
すことにより、液晶表示素子に入射する光については回
折し、出射する光についてはほとんど直進させることが
できる。したがって、従来技術のように変調光は投射レ
ンズに正しく入射する。また、焦点もスクリーン上に正
しく結像する。したがって輝度が高く、焦点の正しくあ
った表示を行うことができる。In the present invention, the light incident on the liquid crystal display element is diffracted, and the light emitted therefrom is almost eliminated by removing the first-order diffraction angles of the front surface (light source side) and the rear surface (liquid crystal layer side) of the hologram element. You can go straight. Therefore, the modulated light correctly enters the projection lens as in the related art. Also, the focus is correctly imaged on the screen. Therefore, a display with high luminance and a correct focus can be performed.

【００６０】（実施形態１）図４は本発明の液晶表示素
子の構造の１例を概略的に示す断面図であり、図５はこ
の液晶表示素子の単位絵素を模式的に示す図である。(Embodiment 1) FIG. 4 is a sectional view schematically showing an example of the structure of a liquid crystal display device of the present invention, and FIG. 5 is a diagram schematically showing a unit picture element of the liquid crystal display device. is there.

【００６１】この液晶表示素子１０は反射型液晶表示素
子であり、アレイ基板１１と対向基板１２との間に液晶
層１３が挟持されている。アレイ基板１１にはマトリク
ス状に配設された画素領域毎に画素電極である反射電極
１４が配設されている。一方、例えばガラスなどの透明
絶縁性材からなる対向基板１２は、液晶層１３を挟持す
る面（第１の面）に例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉ
ｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性膜からなる対向電極
１５が形成されている。そして、反射電極１４と対向電
極１５との間に電界を形成し、液晶分子の配向状態を制
御することにより画素１７に入射した光の強度変調して
出射することができる。The liquid crystal display element 10 is a reflection type liquid crystal display element, and a liquid crystal layer 13 is sandwiched between an array substrate 11 and a counter substrate 12. The array substrate 11 is provided with a reflective electrode 14 as a pixel electrode for each pixel region arranged in a matrix. On the other hand, the opposite substrate 12 made of a transparent insulating material such as glass is provided on the surface (first surface) sandwiching the liquid crystal layer 13 with, for example, ITO (Indium Ti).
An opposing electrode 15 made of a transparent conductive film such as n Oxide) is formed. Then, by forming an electric field between the reflective electrode 14 and the counter electrode 15 and controlling the alignment state of the liquid crystal molecules, the intensity of the light incident on the pixel 17 can be modulated and emitted.

【００６２】ここでは、カラー表示を行うために３画素
を１単位として絵素１６が形成されており、画素１７Ｒ
でＲ（赤）の光を変調し、画素１７ＧでＧ（緑）の光を
変調し、画素１７ＢでＢ（青）色の光をそれぞれ変調す
ることによりカラー表示を行う構成となっている。Here, in order to perform color display, the picture element 16 is formed with three pixels as one unit.
The pixel 17G modulates G (green) light, and the pixel 17B modulates B (blue) light to perform color display.

【００６３】画素１７の大きさは２６μｍ×７８μｍで
あり、ＲＧＢ３画素で単位絵素１６を構成する。画素１
７の開口サイズは１画素あたり２３μｍ×７２μｍであ
り、したがって開口率はほぼ８２％になる。The size of the pixel 17 is 26 μm × 78 μm, and the unit pixel 16 is composed of three RGB pixels. Pixel 1
The aperture size of 7 is 23 μm × 72 μm per pixel, and the aperture ratio is therefore approximately 82%.

【００６４】なお、この液晶表示素子１０は、対向基板
１２の対向電極１５側の画素１７の境界領域に対応する
領域にブラックマトリクス１８を備えている。ブラック
マトリクス１８により、各画素１７に入射する色光の境
界がシャープになり、色にじみなどが低減し、表示品質
が向上する。The liquid crystal display element 10 has a black matrix 18 in a region corresponding to the boundary region of the pixel 17 on the counter electrode 15 side of the counter substrate 12. The black matrix 18 sharpens the boundary of the color light incident on each pixel 17, reduces color fringing and the like, and improves display quality.

【００６５】また図４では図示を省略しているが、アレ
イ基板１１には反射電極１４を駆動するためのスイッチ
ング素子である薄膜トランジスタ３３、薄膜トランジス
タのゲートに接続し薄膜トランジスタのオンオフを行う
ための走査線３５、薄膜トランジスタのソース３２ａ・
ドレイン３２ｂを介して反射電極１４に表示信号を印加
するための信号線３６も形成されている（図６参照）。Although not shown in FIG. 4, the array substrate 11 has a thin film transistor 33 as a switching element for driving the reflective electrode 14, and a scanning line connected to the gate of the thin film transistor for turning on and off the thin film transistor. 35, thin film transistor source 32a
A signal line 36 for applying a display signal to the reflective electrode 14 via the drain 32b is also formed (see FIG. 6).

【００６６】そして本発明の液晶表示素子１０は、対向
基板１２の液晶層を挟持する側の面と反対側の面（第２
の面）に、絵素領域毎に形成された第１の光学系である
回折格子（ホログラム素子）１９を備えている。The liquid crystal display element 10 of the present invention has a surface opposite to the surface of the opposing substrate 12 on which the liquid crystal layer is sandwiched (second surface).
Is provided with a diffraction grating (hologram element) 19 as a first optical system formed for each picture element region.

【００６７】図５（ａ）は絵素と画素との関係を、図５
（ｂ）はこの液晶表示素子の絵素領域に入射した光が画
素に導かれる様子を模式的に示している。なお、回折格
子通過後の光路は簡単のために赤色光についてのみ示し
ている。FIG. 5A shows the relationship between picture elements and pixels.
(B) schematically shows how light incident on the picture element region of the liquid crystal display element is guided to the pixel. The optical path after passing through the diffraction grating is shown only for red light for simplicity.

【００６８】この回折格子１９は、入射時にはカラー表
示を可能にするための分光作用および波長毎に所定の画
素１７に入射するための集光作用を有し、出射時には実
質的に分光作用、集光作用を有しないよう画素１７で強
度変調された光を出射するように設計されている。すな
わち回折格子１９は、対向基板１２の第２の面の絵素１
６に対応する領域に所定の角度で入射した光について
は、１次回折光の強度が極大になるように分光し、波長
に応じて絵素１６内の異なった画素１７Ｒ、１７Ｇ、１
７Ｂへ集光するとともに、反射電極で反射した光につい
ては０次回折光の強度が極大になるように出射するよう
に配設されている。The diffraction grating 19 has a spectral function for enabling color display at the time of incidence and a light condensing action for entering the predetermined pixel 17 for each wavelength. It is designed to emit light whose intensity is modulated by the pixel 17 so as not to have a light effect. In other words, the diffraction grating 19 is connected to the pixel 1 on the second surface of the counter substrate 12.
The light incident on the area corresponding to the area No. 6 at a predetermined angle is split so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized, and different pixels 17R, 17G, 1
7B, the light reflected by the reflective electrode is emitted so that the intensity of the 0th-order diffracted light is maximized.

【００６９】絵素１６を構成する画素１７Ｒ、１７Ｇ、
１７Ｂの配列方向と平行に所定角度で絵素領域に入射し
た光は、回折格子により１次回折光の強度が極大になる
ように分光されて、赤色波長成分を有する光は画素１７
Ｒへ、緑色波長成分を有する光は画素１７Ｇへ、そして
青色波長成分を有する光は画素１７Ｂへ、それぞれ波長
に応じて集光される。そして、反射電極１４で反射した
反射光については０次回折光の強度が極大になるように
出射される。The pixels 17R, 17G,
Light incident on the picture element region at a predetermined angle in parallel with the arrangement direction of the pixels 17B is split by the diffraction grating so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized.
The light having the green wavelength component is focused on the pixel 17G, and the light having the blue wavelength component is focused on the pixel 17B according to the wavelength. Then, the reflected light reflected by the reflective electrode 14 is emitted so that the intensity of the zero-order diffracted light is maximized.

【００７０】図６はアレイ基板１１の１画素部分を拡大
して示す断面図である。アレイ基板１１には、画素１７
毎に液晶層１３に表示信号電圧を印加するための画素電
極である反射電極１４がマトリクス状に形成されてい
る。絵素１６内では画素１７Ｒ、画素１７Ｇ、画素１７
Ｂは回折格子１９の分光方向と平行に配列されている。FIG. 6 is an enlarged sectional view showing one pixel portion of the array substrate 11. The array substrate 11 includes a pixel 17
Each time a reflective electrode 14 serving as a pixel electrode for applying a display signal voltage to the liquid crystal layer 13 is formed in a matrix. Pixel 17R, pixel 17G, pixel 17
B is arranged parallel to the spectral direction of the diffraction grating 19.

【００７１】この反射電極１４のスイッチング素子とし
て、ガラス基板３１上にポリシリコン半導体膜３２をチ
ャネルに用いた薄膜トランジスタ（ｐ−ＳｉＴＦΤ）３
３が画素１７毎に形成されている。そして、ｐ−ＳｉＴ
ＦΤ３３のゲート電極３４にゲート電圧を印加するため
の走査線３５、ソース３２ａ、ドレイン３２ｂを通じて
反射電極１４に表示信号電圧を印加するための信号線３
６により画素１７ごとに液晶層１３に表示信号電圧を印
加することにより、入射した光の強度を変調する構成と
なっている。ゲート電極３４とｐ−Ｓｉ半導体膜３２と
はゲート絶縁膜３７により絶縁されている。３８は補助
容量を形成する補助容量電極であり、３９は補助容量線
（Ｃｓ線）である。As a switching element of the reflection electrode 14, a thin film transistor (p-SiTFΤ) 3 using a polysilicon semiconductor film 32 as a channel on a glass substrate 31.
3 are formed for each pixel 17. And p-SiT
A scanning line 35 for applying a gate voltage to the gate electrode 34 of F # 33, and a signal line 3 for applying a display signal voltage to the reflective electrode 14 through the source 32a and the drain 32b.
6, a display signal voltage is applied to the liquid crystal layer 13 for each pixel 17 to modulate the intensity of incident light. The gate electrode 34 and the p-Si semiconductor film 32 are insulated by the gate insulating film 37. Reference numeral 38 denotes an auxiliary capacitance electrode forming an auxiliary capacitance, and 39 denotes an auxiliary capacitance line (Cs line).

【００７２】ｐ−ＳｉＴＦＴ３３は、無アルカリガラス
基板１４上にアモルファスシリコン薄膜をＣＶＤ法で成
膜した後、レーザーアニール法で多結晶シリコン膜に形
成し、島状にパタ−ニングしてソース領域３２ａ、ドレ
イン領域３２ｂにセルフアラインで不純物を注入して形
成した。そして、ゲート絶縁膜３７、ゲート電極３５、
補助容量電極３８、ソース３２ａ、ドレイン３３ｂと信
号線３６、反射電極１４との接続を得るためのコンタク
トホールを形成した。The p-Si TFT 33 is formed by forming an amorphous silicon thin film on the non-alkali glass substrate 14 by a CVD method, forming a polycrystalline silicon film by a laser annealing method, and patterning it into an island shape to form a source region 32a. The impurity was implanted into the drain region 32b by self-alignment. Then, the gate insulating film 37, the gate electrode 35,
A contact hole for obtaining connection between the auxiliary capacitance electrode 38, the source 32a, the drain 33b, the signal line 36, and the reflective electrode 14 was formed.

【００７３】反射電極１４は例えばスパッタ法などで形
成したアルミニウム薄膜を露光、エッチングによりパタ
−ニングして形成されている。The reflection electrode 14 is formed by patterning an aluminum thin film formed by, for example, a sputtering method by exposing and etching.

【００７４】なお、ここではコプラナ型のｐ−ＳｉＴＦ
Ｔ３３をスイッチング素子として用いた例について示し
ているが、用いるＴＦＴは逆スタガ型でもよく、またア
モルファスシリコンを用いたａ−ＳｉＴＦＴでもよい。
また、スイッチング素子はＴＦＴに限ることはなくＭＩ
Ｍなどを用いるようにしてもよい。さらに、アレイ基板
としてアルカリを含有するガラスを用いる場合には、Ｓ
ｉＯｘ膜、ＳｉＮｘ膜およびこれらの積層膜などの保護
膜を形成してアルカリの拡散を防止するようにすればよ
い。図７はアレイ基板１１の回路構成を模式的に示す図
である。各画素に配設されたスイッチング素子である薄
膜トランジスタ３３は、走査線駆動回路４１と接続した
走査線３５に印加されるアドレス信号によりオン状態と
オフ状態とが制御される。オン状態のときに信号線駆動
回路４２と接続した信号線３６に印加される表示信号電
圧を画素２０２ｂに書き込むことにより表示が行われ
る。In this case, a coplanar p-SiTF was used.
Although an example in which T33 is used as a switching element is shown, a TFT to be used may be an inverted stagger type or an a-Si TFT using amorphous silicon.
The switching element is not limited to a TFT,
M or the like may be used. Further, when glass containing alkali is used as the array substrate, S
A protective film such as an iOx film, a SiNx film, or a laminated film thereof may be formed to prevent diffusion of alkali. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a circuit configuration of the array substrate 11. The ON state and the OFF state of the thin film transistor 33, which is a switching element provided in each pixel, are controlled by an address signal applied to a scanning line 35 connected to the scanning line driving circuit 41. Display is performed by writing the display signal voltage applied to the signal line 36 connected to the signal line driving circuit 42 to the pixel 202b in the ON state.

【００７５】本実施形態のようにｐ−ＳｉＴＦＴ３３を
用いることにより、走査線駆動回路４１、信号線駆動回
路４２などの表示画素アレイ４３の駆動手段をアレイ基
板１１上に一体的に形成することができる。By using the p-Si TFT 33 as in this embodiment, the driving means of the display pixel array 43 such as the scanning line driving circuit 41 and the signal line driving circuit 42 can be integrally formed on the array substrate 11. it can.

【００７６】本発明の液晶表示素子は、前述のようにそ
の光入射面に絵素毎に配設した回折格子１９を有し、こ
の回折格子を用いて入射光を波長に応じて各画素へ導く
ように構成されている。As described above, the liquid crystal display element of the present invention has the diffraction grating 19 disposed on the light incident surface for each picture element, and the incident light is applied to each pixel according to the wavelength by using this diffraction grating. It is configured to guide.

【００７７】液晶表示素子１０の各絵素１６の光入射面
に設けられた回折格子１９に入射した光は、波長に応じ
て異なった画素１７Ｒ、画素１７Ｇ、画素１７Ｂに連続
して分光・集光される。各画素に入射した光を液晶層１
３により強度変調することにより、カラー表示を行うこ
とができる。The light incident on the diffraction grating 19 provided on the light incident surface of each picture element 16 of the liquid crystal display element 10 is continuously dispersed and collected by the pixels 17R, 17G, and 17B which differ depending on the wavelength. Be lighted. The light incident on each pixel is applied to the liquid crystal layer 1
3, color display can be performed.

【００７８】回折格子１９は、ガラス基板上に感光材料
であるフォトポリマー（デュポン社製オムニデックス３
５２）の膜厚１０μｍ、屈折率差Δｎが０．０３のもの
を用い、光源としてアルゴン５Ｗレーザを電流３０Ａ、
出力０．１Ｗ、波長５１４．５ｎｍシングルモード状態
で用い、感光体層の法線方向（膜厚方向）に対して同じ
側に２４．３度の角度を有する平行光により感光させて
作成した。The diffraction grating 19 is made of a photopolymer (Omnidex 3 manufactured by DuPont) which is a photosensitive material on a glass substrate.
52) having a film thickness of 10 μm and a refractive index difference Δn of 0.03, using an argon 5W laser as a light source at a current of 30 A,
It was produced in a single mode state with an output of 0.1 W and a wavelength of 514.5 nm, and was exposed to parallel light having an angle of 24.3 degrees on the same side with respect to the normal direction (thickness direction) of the photoconductor layer.

【００７９】この回折格子１９は、入射向きにおいて
は、波長に応じて画素１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂごとに集
光するようにチャープされており、また、回折格子の形
成面の法線方向に対して４０度で入射した時に、１次回
折光が強くなるようにブレーズされている。The diffraction grating 19 is chirped in the incident direction so as to collect light for each of the pixels 17R, 17G, and 17B in accordance with the wavelength, and is perpendicular to the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed. When incident at 40 degrees, the first-order diffracted light is blazed so as to be strong.

【００８０】すなわちこの回折格子は格子ピッチを連続
的に変化させて形成されており、例えば波長５４５ｎｍ
の光を１絵素を構成する３画素のうち中央の画素に集光
するように、すなわち緑の表示信号により制御される画
素１７Ｇに集光するように形成されている。このとき、
例えば波長６２０ｎｍの光は赤の表示画素１７Ｒに集光
し、波長４２０ｎｍの光は青の表示画素１７Ｂに集光す
るように形成されている。That is, this diffraction grating is formed by continuously changing the grating pitch.
Is condensed on the center pixel of the three pixels constituting one picture element, that is, on the pixel 17G controlled by the green display signal. At this time,
For example, light having a wavelength of 620 nm is formed so as to be focused on the red display pixel 17R, and light having a wavelength of 420 nm is formed so as to be focused on the blue display pixel 17B.

【００８１】対向基板１２はコ−ニング社製の無アルカ
リガラス１７３７を、基板厚０．４ｍｍまで研磨して用
いた。The counter substrate 12 was prepared by polishing alkali-free glass 1737 manufactured by Corning Co., Ltd. to a substrate thickness of 0.4 mm.

【００８２】回折格子１９を形成した対向基板１２の厚
さを０．１〜１ｍｍまで変化させて作成したところ、
０．２〜０．７ｍｍまでの範囲が良好な特性を示した。
図８はこのときの画素の配設ピッチＰと対向基板Ｄの比
Ｐ／Ｄと入射光の利用効率との関係を示す図である。Ｐ
／Ｄの値が約０．１〜約０．５程度の範囲ではほぼ５０
％以上の利用効率を保てることがわかる。また、Ｐ／Ｄ
の値が約０．１〜約０．３５程度の範囲ではほぼ６０％
以上の利用効率を保つことができ、さらにＰ／Ｄの値が
約０．１２〜約０．２程度の範囲では、ほぼ８０％以上
の非常に高い利用効率を保てることがわかる。このよう
に回折格子１９を形成した対向基板１２の厚さを調節す
ることにより、より効率的に入射光を各画素に導入する
ことができる。When the thickness of the opposite substrate 12 on which the diffraction grating 19 was formed was changed from 0.1 to 1 mm,
Good characteristics were exhibited in the range from 0.2 to 0.7 mm.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the arrangement pitch P of the pixels, the ratio P / D of the counter substrate D, and the utilization efficiency of incident light at this time. P
When the value of / D is in the range of about 0.1 to about 0.5, approximately 50
It can be seen that the usage efficiency of over% can be maintained. Also, P / D
Is about 60% when the value of is about 0.1 to about 0.35.
It can be seen that the above utilization efficiency can be maintained, and that when the value of P / D is in the range of about 0.12 to about 0.2, a very high utilization efficiency of about 80% or more can be maintained. By adjusting the thickness of the opposing substrate 12 on which the diffraction grating 19 is formed, incident light can be more efficiently introduced into each pixel.

【００８３】このような回折格子１９により赤、緑、青
の光に分光された入射光は、それぞれ対応する色の表示
画素１７に集光され、反射電極１４で反射した後、再び
回折格子を通って出射する。回折格子１９に再入射する
変調光の平行度をより高めるために、例えば対向基板１
２と対向電極１５との間に、絵素毎にマイクロレンズを
配設するようにしてもよい。マイクロレンズを設けるこ
とにより画素１７で強度変調された光は平行化され、再
び回折格子を通って出射する。The incident light split into red, green, and blue light by the diffraction grating 19 is condensed on the display pixels 17 of the corresponding colors, and is reflected by the reflection electrode 14. The light exits through. In order to further increase the parallelism of the modulated light re-entering the diffraction grating 19, for example, the counter substrate 1
A microlens may be provided between each pixel and each counter electrode 15 for each picture element. By providing the microlens, the light intensity-modulated in the pixel 17 is collimated and emitted again through the diffraction grating.

【００８４】前述のようにこの回折格子１９は回折光が
特定の次数に集中するようにされたブレーズ格子である
が、本実施形態では回折格子１９の形成面の法線方向に
対して４０度で入射したときに、１次回折光が強くなる
ようにブレーズされている。As described above, the diffraction grating 19 is a blazed grating in which the diffracted light is concentrated at a specific order. In the present embodiment, however, the diffraction grating 19 is 40 degrees with respect to the normal direction of the surface on which the diffraction grating 19 is formed. Is blazed so that the first-order diffracted light becomes strong.

【００８５】入射角度を０度〜９０度の範囲で変化させ
て実験したところ、入射角度が約３０度〜約５０度の範
囲で良好な特性を示した。図９は、回折格子１９への光
の入射角度θと透過率との関係を示す図であり、図１０
は回折格子１９への光の入射角度θと画素１７へ入射す
る光の強度との関係を模式的に示す図である。また図１
１は回折格子と入射光の位置関係を模式的に示す図であ
る。なお、回折格子１９の分光方向と、単位絵素を構成
する画素１７Ｒ、画素１７Ｇ、画素１７Ｂの配列方向と
は平行になるように配設されている。When the experiment was conducted while changing the incident angle in the range of 0 ° to 90 °, good characteristics were shown when the incident angle was in the range of about 30 ° to about 50 °. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the incident angle θ of light on the diffraction grating 19 and the transmittance, and FIG.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a relationship between an incident angle θ of light to the diffraction grating 19 and an intensity of light incident on the pixel 17. FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a positional relationship between a diffraction grating and incident light. It should be noted that the spectral direction of the diffraction grating 19 and the arrangement direction of the pixels 17R, 17G, and 17B constituting the unit picture element are arranged in parallel.

【００８６】図９に示したように、−４０°付近を中心
として−５０°〜−３０°の角度範囲と、＋５°付近を
中心として−１０°〜＋１０°の角度範囲で透過率が低
下していることがわかる。これは入射光が回折している
ためであり、これらの入射角度範囲では各画素に入射す
る光の強度が大きくなっている（図２、図３、図１０参
照）。したがって、入射角θを例えば−４０°付近に設
定することにより、光入射面から画素方向に効果的に回
折光を導くことができる。As shown in FIG. 9, the transmittance decreases in the angle range of -50 ° to -30 ° around -40 ° and in the angle range of -10 ° to + 10 ° around + 5 °. You can see that it is doing. This is because the incident light is diffracted, and in these incident angle ranges, the intensity of the light incident on each pixel is large (see FIGS. 2, 3, and 10). Therefore, by setting the incident angle θ to, for example, around −40 °, diffracted light can be effectively guided from the light incident surface to the pixel direction.

【００８７】このように絵素１６に所定角度で入射した
光源からの平行光は回折格子１９の作用により波長に応
じて画素１７Ｒ、画素１７Ｇ、画素１７Ｂに入射し、液
晶層１３により強度変調される。As described above, the parallel light from the light source incident on the picture element 16 at a predetermined angle is incident on the pixels 17R, 17G, and 17B according to the wavelength by the action of the diffraction grating 19, and the intensity is modulated by the liquid crystal layer 13. You.

【００８８】一方、反射電極で反射された変調光の回折
格子への再入射角度については、０次光が極大になるよ
うな角度で入射することが好ましく、さらにこの再入射
角度は回折格子の形成面の法線方向に近いことが好まし
い。本実施形態の液晶表示素子では、画素で強度変調さ
れた光を回折格子の形成面に対してほぼ鉛直方向で再入
射させ、強度が極大かつ最大の０次光を出射光として得
ることができた。On the other hand, it is preferable that the re-incident angle of the modulated light reflected by the reflective electrode to the diffraction grating is such that the zero-order light is maximized. It is preferable that it is close to the normal direction of the formation surface. In the liquid crystal display device of the present embodiment, the light whose intensity is modulated by the pixels can be re-incident almost vertically to the surface on which the diffraction grating is formed, and the zeroth-order light having the maximum and maximum intensity can be obtained as the emission light. Was.

【００８９】また、画素による変調光の回折格子への再
入射角度については、０次光が極大になる角度から離れ
るほど光の利用効率は低下することになるが、本実施形
態では画素からの出射光の平行度を高めるための光学系
としてマイクロレンズを用いたため、回折格子通過する
際の損失はほとんど無くすることができた。Regarding the angle at which the modulated light re-enters the diffraction grating by the pixel, the light use efficiency decreases as the zero-order light becomes farther from the maximum angle. Since a microlens was used as the optical system for increasing the parallelism of the emitted light, the loss when passing through the diffraction grating could be almost eliminated.

【００９０】このような構成を採用することにより、本
発明の液晶表示素子は、入射向きには、赤、緑、青の表
示をするための分光作用を持ち、また、表示画素開口部
を透過するように集光作用を持ち、−方、反射した後の
出射向きには、分光作用、集光作用をもたない特性を得
ることができた。By adopting such a configuration, the liquid crystal display element of the present invention has a spectral function for displaying red, green, and blue in the incident direction, and transmits light through the display pixel opening. As a result, it was possible to obtain a characteristic having no spectral action and no light collecting action in the emission direction after reflection in the negative direction.

【００９１】以上の構成の液晶表示素子の光の利用効率
を測定したところ、まず、入射時の回折効率は波長５４
５ｎｍの光ではほぼ１００％になり、白色光では全体の
８０％であった。また、回折格子の持つ集光作用により
表示画素開口部に集光されているため、開口率の影響は
ほとんど受けなかった。次に、表示画素の反射部におけ
る光の利用効率は、全体の８０％であった。When the light utilization efficiency of the liquid crystal display device having the above configuration was measured, the diffraction efficiency at the time of incidence was found to be
The light of 5 nm was almost 100%, and the white light was 80% of the whole. Further, since the light was condensed on the display pixel opening by the light condensing action of the diffraction grating, it was hardly affected by the aperture ratio. Next, the light use efficiency in the reflective portion of the display pixel was 80% of the whole.

【００９２】さらに、出射時に、反射光を回折格子の形
成面の法線方向に対して０度で入射させたところ、０次
光の波長５４５ｎｍの光の透過効率はほぼ１００％であ
り、白色光の再透過時の効率低下は全体に対して９０％
程度であった。Further, when the reflected light is made to enter at 0 degree with respect to the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed at the time of emission, the transmission efficiency of the light having a wavelength of 545 nm of the 0th-order light is almost 100%. 90% reduction in efficiency when retransmitting light
It was about.

【００９３】以上のように、回折、反射、再透過時の効
率低下を合計しても約６０％利用効率を得ることができ
た。これは、通常のカラーフィルタを用いた液晶表示素
子の光の利用効率の１０倍近い極めて高い利用効率であ
る。As described above, about 60% utilization efficiency could be obtained even when the reduction in efficiency during diffraction, reflection, and retransmission was added up. This is an extremely high utilization efficiency which is nearly 10 times the utilization efficiency of light of a liquid crystal display element using a normal color filter.

【００９４】以上のように、本発明の液晶表示装置にお
いては、集光・分光作用を持ち、所定の次数の光の強度
が高くなるようにブレーズされ、画素ごとに集光するよ
うにチャープされており、さらに、入射透過時に分光・
集光能力が最大になり、出射透過時に最小になるように
された回折格子を装加し、さらにこの回折格子と反射型
液晶表示素子の間に絵素ごとにマイクロレンズを設ける
ようにしてもよく、マイクロレンズにより変調光が回折
格子から出射する際の効率低下を低減することができ
る。As described above, the liquid crystal display device of the present invention has a light-collecting / spectral action, is blazed so that the intensity of light of a predetermined order is high, and is chirped so as to collect light for each pixel. In addition, the spectrum
It is also possible to provide a diffraction grating that maximizes the light-gathering ability and minimizes the intensity at the time of transmission and emission, and further provides a microlens for each pixel between the diffraction grating and the reflective liquid crystal display element. It is possible to reduce a decrease in efficiency when the modulated light is emitted from the diffraction grating by the microlens.

【００９５】また、単位絵素から出射する光は、絵素毎
に集光素子を通過して投射光学系に入射するから、輝度
が高く、焦点のあった品質の優れた表示を行うことがで
きる。 さらに、カラーフィルタを用いない単板式の技
術を、反射型液晶表示素子で実現することができるた
め、高表示品質な液晶表示素子を安価に提供することが
できる。Further, since the light emitted from the unit picture element passes through the light condensing element for each picture element and enters the projection optical system, it is possible to perform display with high luminance and focused and excellent quality. it can. Furthermore, since a single-panel technology without using a color filter can be realized with a reflective liquid crystal display device, a liquid crystal display device with high display quality can be provided at low cost.

【００９６】（実施形態２）図１２は本発明の液晶表示
素子の構造の別の１例を概略的に示す断面図であり、図
１３はこの液晶表示素子に入射する光が変調されて出射
される様子を示す図である。この液晶表示素子２０で
は、第２の光学系として、対向基板１２と対向電極１５
との間に絵素１６ごとにマイクロレンズ２１が配設され
たマイクロレンズアレイ２２を備えている。(Embodiment 2) FIG. 12 is a sectional view schematically showing another example of the structure of the liquid crystal display device of the present invention, and FIG. 13 is a diagram showing a case where light incident on the liquid crystal display device is modulated and emitted. FIG. In this liquid crystal display element 20, a counter substrate 12 and a counter electrode 15 are used as a second optical system.
And a microlens array 22 in which a microlens 21 is provided for each picture element 16.

【００９７】白色平行光源から液晶表示素子２０の光入
射面に入射した光源光は、絵素毎に形成された回折格子
１９に入射角θで入射する。この入射光は回折格子１９
により波長に応じて回折角φで分光されて画素１７Ｒ、
画素１７Ｇ、画素１７Ｂに入射する。ここで、回折格子
のピッチをｄ、光の波長をλとすると、 ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ＝λ／ｄ である。回折格子１９は、反射電極１４で反射され回折
格子１９に再入射する光は正面方向に出射するようにブ
レーズされており、液晶層１３により強度変調された光
はマイクロレンズ２１で平行光化され回折格子１９に再
入射し正面方向に出射する。このとき、画素１７Ｒ、画
素１７Ｇ、画素１７Ｂで強度変調された光はマイクロレ
ンズ２１によりより平行度を高められて、回折格子１９
に再入射する（図１３）参照。Light from the white parallel light source to the light incident surface of the liquid crystal display device 20 is incident on the diffraction grating 19 formed for each pixel at an incident angle θ. This incident light is reflected by the diffraction grating 19.
Is separated at the diffraction angle φ according to the wavelength, and the pixels 17R,
The light enters the pixels 17G and 17B. Here, assuming that the pitch of the diffraction grating is d and the wavelength of light is λ, sin θ + sin φ = λ / d. The diffraction grating 19 is blazed so that the light reflected by the reflective electrode 14 and re-entering the diffraction grating 19 is emitted in the front direction, and the light whose intensity is modulated by the liquid crystal layer 13 is parallelized by the microlens 21. The light re-enters the diffraction grating 19 and exits in the front direction. At this time, the light whose intensity has been modulated by the pixels 17R, 17G, and 17B has a higher degree of parallelism by the microlens 21, and the diffraction grating 19
(See FIG. 13).

【００９８】したがって、本発明の液晶表示素子２０に
おいても、入射向きには、赤、緑、青の表示をするため
の分光作用を持ち、また、表示画素開口部を通過するよ
うに集光作用を持ち、−方、反射した変調光の出射向き
には、分光作用、集光作用をもたない特性を得ることが
できた。Therefore, the liquid crystal display element 20 of the present invention also has a spectral function for displaying red, green, and blue in the incident direction, and a light condensing function so as to pass through the display pixel opening. In the negative direction, a characteristic having no spectral action or light condensing action was obtained in the emission direction of the reflected modulated light.

【００９９】図１４は、マイクロレンズ２１を用いた本
発明の液晶表示素子２０の光学系を模式的に示す図であ
る。反射型液晶表示素子２０にマイクロレンズ２１を備
えることにより、画素で変調された光の出射角度の範囲
を狭くすることができる。すなわち、図２１に示した通
り、ホログラム素子１９に入射した光は波長に応じて分
光され、ＲＧＢの光として集光される。ここで、ホログ
ラム素子を通過する入射光の焦点にマイクロレンズを配
設した場合、マイクロレンズ２１により屈折作用をう
け、焦点通過後の発散角は小さくなる。FIG. 14 is a diagram schematically showing the optical system of the liquid crystal display element 20 of the present invention using the microlenses 21. By providing the reflection type liquid crystal display element 20 with the microlens 21, the range of the emission angle of the light modulated by the pixel can be narrowed. That is, as shown in FIG. 21, the light incident on the hologram element 19 is separated according to the wavelength, and collected as RGB light. Here, when a micro lens is provided at the focal point of the incident light passing through the hologram element, the micro lens 21 is refracted and the divergence angle after passing through the focal point is reduced.

【０１００】なお、図１４中ＡＡは反射面を表わし、Ａ
Ａに対してホログラム素子と反対側に示した光路は、反
射電極で折り返された反射後の光路を示している。マイ
クロレンズ２１のない場合の最大発散角θよりも、マイ
クロレンズ２１を備えた場合の最大発散角θM の方が小
さくなる。したがって出射角度範囲を小さくすることが
できる。AA in FIG. 14 represents a reflecting surface, and AA
The optical path shown on the side opposite to the hologram element with respect to A shows the optical path after reflection reflected by the reflection electrode. The maximum divergence angle θ M with the micro lens 21 is smaller than the maximum divergence angle θ without the micro lens 21. Therefore, the emission angle range can be reduced.

【０１０１】以上の構成の液晶表示素子２０の光の利用
効率を測定したところ、まず、入射時の回折効率は波長
５４５ｎｍの光ではほぼ１００％になり、白色光では全
体の８０％であった。また、回折格子の持つ集光作用に
より表示画素開口部に集光されているため、開口率の影
響はほとんど受けなかった。次に、表示画素の反射部に
おける光の利用効率は、全体の８０％であった。When the light utilization efficiency of the liquid crystal display element 20 having the above configuration was measured, the diffraction efficiency at the time of incidence was almost 100% for light having a wavelength of 545 nm, and was 80% for white light. . Further, since the light was condensed on the display pixel opening by the light condensing action of the diffraction grating, it was hardly affected by the aperture ratio. Next, the light use efficiency in the reflective portion of the display pixel was 80% of the whole.

【０１０２】さらに、出射時に、反射光を回折格子の形
成面の法線方向に対して０度で入射させたところ、０次
光の波長５４５ｎｍの光の透過効率はほぼ１００％であ
り、白色光の再透過時の効率低下は全体に対して９８％
程度であった。Further, when the reflected light is made to enter at 0 degree with respect to the normal direction of the surface on which the diffraction grating is formed at the time of emission, the transmission efficiency of the zero-order light having a wavelength of 545 nm is almost 100%. 98% reduction in efficiency when retransmitting light
It was about.

【０１０３】以上のように、回折、反射、再透過時の効
率低下を合計しても約６５％の利用効率を得ることがで
きた。これは、通常のカラーフィルタを用いた液晶表示
素子の光の利用効率の１１倍近い極めて高い利用効率で
ある。As described above, a utilization efficiency of about 65% could be obtained even when the reductions in efficiency during diffraction, reflection, and retransmission were summed up. This is an extremely high utilization efficiency, which is nearly 11 times the utilization efficiency of light of a liquid crystal display device using a normal color filter.

【０１０４】以上のように、本発明の液晶表示装置にお
いては、集光・分光作用を持ち、所定の次数の光の強度
が高くなるようにブレーズされ、画素ごとに集光するよ
うにチャープされており、さらに、入射透過時に分光・
集光能力が最大になり、出射透過時に最小になるように
された回折格子を装加し、さらにこの回折格子と反射型
液晶表示素子の間に絵素ごとにマイクロレンズを設ける
ようにしてもよく、マイクロレンズにより変調光が回折
格子から出射する際の効率低下を低減することができ
る。As described above, in the liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal display device has a light condensing and spectral action, is blazed so that the intensity of light of a predetermined order is increased, and is chirped so as to condense light for each pixel. In addition, the spectrum
It is also possible to provide a diffraction grating that maximizes the light-gathering ability and minimizes the intensity at the time of transmission and emission, and further provides a microlens for each pixel between the diffraction grating and the reflective liquid crystal display element. It is possible to reduce a decrease in efficiency when the modulated light is emitted from the diffraction grating by the microlens.

【０１０５】また、単位絵素から出射する光は、絵素毎
に集光素子を通過して投射光学系に入射するから、輝度
が高く、焦点のあった品質の優れた表示を行うことがで
きる。 さらに、カラーフィルタを用いない単板式の技
術を、反射型液晶表示素子で実現することができるた
め、高表示品質な液晶表示素子を安価に提供することが
できる。Further, since the light emitted from the unit picture element passes through the light condensing element for each picture element and enters the projection optical system, it is possible to perform display with high brightness and high quality with focus. it can. Furthermore, since a single-panel technology without using a color filter can be realized with a reflective liquid crystal display device, a liquid crystal display device with high display quality can be provided at low cost.

【０１０６】（実施形態３）図１５は本発明の投影型液
晶表示装置３０の構成を概略的に示す図である。(Embodiment 3) FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a projection type liquid crystal display device 30 of the present invention.

【０１０７】この投影型液晶表示装置３０は、実施形態
１、実施形態２に例示したような光入射面に回折格子１
９を備えた本発明の液晶表示素子を用いたものである。
ここでは、図１２に例示したマイクロレンズアレイ２２
を備えた液晶表示素子２０を用いた例について説明す
る。The projection type liquid crystal display device 30 has a diffraction grating 1 on the light incident surface as exemplified in the first and second embodiments.
9 using the liquid crystal display element of the present invention provided with No. 9.
Here, the micro lens array 22 illustrated in FIG.
An example using the liquid crystal display element 20 provided with the following will be described.

【０１０８】液晶表示素子を照射する照明光学系である
第３の光学系は、反射鏡３１およびランプ３２からなる
白色の光源３３と、光源光の平行度をさらに高めるため
のレンズ３４から構成されており、液晶表示素子２０の
光入射面に対して−４０°の角度で平行光を入射するよ
うに配置されている。液晶表示素子２０への入射光はで
きるだけ高い平行度を有することが好ましい。The third optical system, which is an illumination optical system for irradiating the liquid crystal display element, is composed of a white light source 33 composed of a reflecting mirror 31 and a lamp 32, and a lens 34 for further increasing the parallelism of the light from the light source. It is arranged so that parallel light is incident on the light incident surface of the liquid crystal display element 20 at an angle of −40 °. It is preferable that light incident on the liquid crystal display element 20 has as high a parallelism as possible.

【０１０９】また、液晶表示素子２０により２次元的に
強度変調された光を投射する第４の光学系は、集光レン
ズ３５、不要光を取り除く絞り３６、表示画像を拡大投
影する投影レンズ３７、およびスクリーン３８により構
成されている。A fourth optical system for projecting light two-dimensionally modulated by the liquid crystal display element 20 includes a condenser lens 35, a stop 36 for removing unnecessary light, and a projection lens 37 for enlarging and projecting a display image. , And a screen 38.

【０１１０】光源３３から平行光束として出射した照明
光束は液晶表示素子２０に照射される。光源３３のラン
プ３２としては、たとえばメタルハライドランプ、キセ
ノンランプ等の放電ランプやハロゲンランプ等が反射鏡
３１と組み合わせて使用される。液晶表示素子２０の画
素アレイ上には画像が表示され、表示画像の濃淡に応じ
て面内に入射した光束の強度が変調される。図１６は、
液晶表示素子２０により光が変調されて出射する様子を
模式的に示す図であり、マイクロレンズは図示を省略し
た。The illumination light beam emitted from the light source 33 as a parallel light beam is applied to the liquid crystal display element 20. As the lamp 32 of the light source 33, for example, a discharge lamp such as a metal halide lamp or a xenon lamp, or a halogen lamp is used in combination with the reflecting mirror 31. An image is displayed on the pixel array of the liquid crystal display element 20, and the intensity of the light beam incident on the plane is modulated according to the density of the displayed image. FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which light is modulated and emitted by the liquid crystal display element 20, and a microlens is not shown.

【０１１１】液晶表示素子２０の画素アレイに対して垂
直に出射した光束Ｌ0 は集光レンズ３５により絞り上に
集光され、絞り３６を透過した後に、投射レンズ３７に
入射する。液晶表示素子２０で散乱し、集光レンズ３５
を透過した光束Ｌe は絞り３６により遮断され、投射レ
ンズ３７に入射することはない。すなわち絞り３６は不
要光（散乱光）を選択的に遮断し、液晶表示素子２０か
らほぼ垂直に出射する変調光の光束のみを選択的に投射
レンズ３７に送り込むことにより、コントラストを向上
させる。投射レンズ３７を透過した光束はスクリーン３
８上に拡大結像される。The light beam L 0 emitted perpendicular to the pixel array of the liquid crystal display element 20 is condensed on the stop by the condensing lens 35, passes through the stop 36, and then enters the projection lens 37. The light is scattered by the liquid crystal display element 20 and is collected by the condenser lens 35.
Light beam transmitted through the L e is blocked by the stop 36, it will not be incident on the projection lens 37. That is, the diaphragm 36 selectively blocks unnecessary light (scattered light) and selectively sends only the light flux of the modulated light, which is emitted almost perpendicularly from the liquid crystal display element 20, to the projection lens 37, thereby improving the contrast. The light beam transmitted through the projection lens 37 is
8 is magnified and imaged.

【０１１２】このように、本発明の投影型液晶表示装置
においては、実施形態１および実施形態２で説明したよ
うな、集光・分光作用を持ち、所定の次数の光の強度が
高くなるようにブレーズされかつ画素ごとに集光するよ
うにチャープされ、さらに、入射透過時に分光・集光能
力が最大になり、出射透過時に最小になるようにされた
回折格子を装加した構成の液晶表示素子を用いることに
より、反射型液晶表示素子１枚だけで、カラーフィルタ
を用いることなくカラー表示を行うことができる。した
がって、画素の配設密度の大きい液晶表示素子において
も、画素開口率低下による表示品質の低下を解消するこ
とができる。また、カラーフィルタが不要であるので、
光の利用効率が極めて高く、輝度の高い品質の優れた表
示を行うことができる。As described above, the projection type liquid crystal display device of the present invention has the light condensing / spectral action as described in the first and second embodiments, and the intensity of the light of a predetermined order is increased. Liquid crystal display with a diffraction grating that is blazed and chirped to condense light for each pixel, and furthermore, has a diffraction grating that maximizes the spectral and condensing ability at the time of incident transmission and minimizes it at the time of emission transmission. By using the element, color display can be performed with only one reflective liquid crystal display element without using a color filter. Therefore, even in a liquid crystal display element having a high pixel arrangement density, a decrease in display quality due to a decrease in pixel aperture ratio can be solved. Also, since no color filter is required,
Light utilization efficiency is extremely high, and excellent display with high luminance and high quality can be performed.

【０１１３】さらにこの回折格子と反射型液晶表示素子
の間に絵素ごとにマイクロレンズを設けるようにしても
よく、マイクロレンズにより変調光が回折格子から出射
する際の効率低下を低減することができる。Further, a microlens may be provided for each picture element between the diffraction grating and the reflection type liquid crystal display element, and the microlens can reduce a decrease in efficiency when modulated light is emitted from the diffraction grating. it can.

【０１１４】また、単位絵素から出射する光は、絵素毎
に集光素子を通過して投射光学系に入射するから、輝度
が高く、焦点のあった品質の優れた表示を行うことがで
きる。 さらに、反射型液晶表示素子単板でカラー表示
を実現することができるため、高表示品質な投影型液晶
表示素子を安価に提供することができる。Further, since the light emitted from the unit picture element passes through the light condensing element for each picture element and enters the projection optical system, it is possible to perform display with high brightness and high quality with focus. it can. Furthermore, since color display can be realized with a single reflective liquid crystal display element, a projection type liquid crystal display element with high display quality can be provided at low cost.

【０１１５】[0115]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の投影型液
晶表示装置によれば、集光・分光作用を持ち、所定の次
数の光の強度が高くなるようにブレーズされかつ画素ご
とに集光するようにチャープされ、さらに、入射透過時
に分光・集光能力が最大になり、出射透過時に最小にな
るようにされた回折格子を装加した構成の液晶表示素子
を用いることにより、反射型液晶表示素子１枚だけで、
カラーフィルタを用いることなくカラー表示を行うこと
ができる。したがって、画素の配設密度の大きい液晶表
示素子においても、画素開口率低下による表示品質の低
下を解消することができる。また、カラーフィルタが不
要であるので、光の利用効率が極めて高く、輝度の高い
品質の優れた表示を行うことができる。As described above, according to the projection type liquid crystal display device of the present invention, the projection type liquid crystal display device has a condensing / spectral action, is blazed so that the intensity of light of a predetermined order becomes high, and is collected for each pixel. By using a liquid crystal display element that is chirped so as to emit light and that is equipped with a diffraction grating that is designed to maximize the spectral and condensing ability at the time of incidence and transmission and minimize it at the time of emission and transmission, With only one liquid crystal display element,
Color display can be performed without using a color filter. Therefore, even in a liquid crystal display element having a high pixel arrangement density, a decrease in display quality due to a decrease in pixel aperture ratio can be solved. In addition, since a color filter is not required, light use efficiency is extremely high, and high quality display with high luminance can be performed.

【０１１６】さらにこの回折格子と反射型液晶表示素子
の間に絵素ごとにマイクロレンズを設けるようにしても
よく、マイクロレンズにより変調光が回折格子から出射
する際の効率低下を低減することができる。Further, a microlens may be provided for each picture element between the diffraction grating and the reflection type liquid crystal display element, and the microlens can reduce a decrease in efficiency when modulated light is emitted from the diffraction grating. it can.

【０１１７】また、単位絵素から出射する光は、絵素毎
に集光素子を通過して投射光学系に入射するから、輝度
が高く、焦点のあった品質の優れた表示を行うことがで
きる。 さらに、反射型液晶表示素子単板でカラー表示
を実現することができるため、高表示品質な投影型液晶
表示素子を安価に提供することができる。Further, the light emitted from the unit picture element passes through the light condensing element for each picture element and enters the projection optical system. Therefore, it is possible to perform display with high brightness and high quality with focus. it can. Furthermore, since color display can be realized with a single reflective liquid crystal display element, a projection type liquid crystal display element with high display quality can be provided at low cost.

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

【図１】本発明の液晶表示素子の光学系を概略的に示す
図。FIG. 1 is a diagram schematically showing an optical system of a liquid crystal display device of the present invention.

【図２】ホログラム素子に対する入射光の入射角度と透
過率との関係の１例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between an incident angle of incident light on a hologram element and transmittance.

【図３】ホログラム素子の裏面から入射する光の入射角
度と透過率との関係の１例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between an incident angle of light incident from the back surface of the hologram element and transmittance.

【図４】本発明の液晶表示素子の構造の１例を概略的に
示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one example of the structure of the liquid crystal display element of the present invention.

【図５】本発明の液晶表示素子の単位絵素を模式的に示
す図。FIG. 5 is a diagram schematically showing a unit picture element of the liquid crystal display element of the present invention.

【図６】本発明の液晶表示素子の１画素部分を拡大して
示す断面図。FIG. 6 is an enlarged sectional view showing one pixel portion of the liquid crystal display element of the present invention.

【図７】アレイ基板の回路構成を模式的に示す図。FIG. 7 is a diagram schematically showing a circuit configuration of an array substrate.

【図８】画素の配設ピッチＰと対向基板Ｄの比Ｐ／Ｄと
入射光の利用効率との関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an arrangement pitch P of pixels, a ratio P / D of a counter substrate D, and utilization efficiency of incident light.

【図９】回折格子への光の入射角度θと透過率との関係
を示す図。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle θ of light to a diffraction grating and transmittance.

【図１０】回折格子への光の入射角度θと画素へ入射す
る光の強度との関係を模式的に示す図。FIG. 10 is a diagram schematically showing a relationship between an incident angle θ of light on a diffraction grating and an intensity of light incident on a pixel.

【図１１】回折格子と入射光の位置関係を模式的に示す
図。FIG. 11 is a diagram schematically showing a positional relationship between a diffraction grating and incident light.

【図１２】本発明の液晶表示素子の構造の別の１例を概
略的に示す断面図。FIG. 12 is a sectional view schematically showing another example of the structure of the liquid crystal display element of the present invention.

【図１３】図１２の液晶表示素子に入射した光が画素で
強度変調されて出射する様子を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a state in which light incident on the liquid crystal display element in FIG. 12 is intensity-modulated by a pixel and emitted.

【図１４】マイクロレンズを備えた本発明の液晶表示素
子の光学系を模式的に示す図。FIG. 14 is a diagram schematically showing an optical system of a liquid crystal display device of the present invention including a microlens.

【図１５】本発明の投影型液晶表示装置の構成を概略的
に示す図。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a projection type liquid crystal display device of the present invention.

【図１６】照明光学系と液晶表示素子の回折格子、ブラ
ックマトリクス、画素との関係を模式的に示す図。FIG. 16 is a diagram schematically showing a relationship between an illumination optical system and a diffraction grating, a black matrix, and pixels of a liquid crystal display element.

【図１７】従来の投影型液晶表示装置の構成の１例を概
略的に示す図。FIG. 17 is a view schematically showing an example of a configuration of a conventional projection type liquid crystal display device.

【図１８】従来の液晶表示素子の構成の１例を概略的に
示す図。FIG. 18 is a view schematically showing an example of a configuration of a conventional liquid crystal display element.

【図１９】反射型液晶表示素子の画素構成を概略的に示
す断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view schematically illustrating a pixel configuration of a reflective liquid crystal display element.

【図２０】単板式のカラー表示技術を反射型液晶表示素
子に応用した場合の問題を模式的に示す図。FIG. 20 is a diagram schematically showing a problem when a single-panel color display technique is applied to a reflective liquid crystal display element.

【図２１】単板式のカラー表示技術を反射型液晶表示素
子に応用した場合の問題を模式的に示す図。FIG. 21 is a diagram schematically showing a problem when a single-panel color display technology is applied to a reflective liquid crystal display element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０……液晶表示素子、１１……アレイ基板、１２……
対向基板 １３……液晶層、１４……反射電極、１５……対向電
極、１６……絵素 １７Ｒ……画素（赤色）、１７Ｇ……画素（緑色）、１
７Ｂ……画素（青色） １８……ブラックマトリクス、１９……回折格子 ２０……液晶表示素子、２１……マイクロレンズ ２２……マイクロレンズアレイ ３０……投影型液晶表示装置、３１……反射鏡、３２…
…ランプ ３３……光源、３４……レンズ、３５……集光レンズ、
３６……絞り ３７……投影レンズ、３８……スクリーン ４０……投影型液晶表示装置、４１……液晶表示素子 ９１……光源、９２……ダイクロイックミラー、９３…
…マイクロレンズ ９４……液晶表示素子、９５……フィールドレンズ、９
６……投影レンズ ９７……スクリーン １０１……液晶層、１０２……アレイ基板、１０３……
対向基板 １０４Ｒ……画素（赤）、１０４Ｇ……画素（緑）、１
０４Ｂ……画素（青） １０５……対向電極 １１１……液晶層、１１２……アレイ基板、１１３……
対向基板 １１４……反射電極、１１５……対向電極、１１６……
ゲート線 １１７……信号線、１１８……薄膜トランジスタ １０００……ホログラム素子 １０１１……照明光学系、１０１２……入射側偏光板、
１０１５……画素10: liquid crystal display element, 11: array substrate, 12:
Counter substrate 13: Liquid crystal layer, 14: Reflecting electrode, 15: Counter electrode, 16: Picture element 17R: Pixel (red), 17G: Pixel (green), 1
7B Pixel (blue) 18 Black matrix 19 Diffraction grating 20 Liquid crystal display element 21 Microlens 22 Microlens array 30 Projection liquid crystal display device 31 Reflector , 32 ...
... Lamp 33 ... Light source, 34 ... Lens, 35 ... Condenser lens,
36 ... Aperture 37 ... Projection lens, 38 ... Screen 40 ... Projection liquid crystal display device, 41 ... Liquid crystal display element 91 ... Light source, 92 ... Dichroic mirror, 93 ...
… Micro lens 94… liquid crystal display element 95… field lens 9
6 Projection lens 97 Screen 101 Liquid crystal layer 102 Array substrate 103
Counter substrate 104R: pixel (red), 104G: pixel (green), 1
04B: pixel (blue) 105: counter electrode 111: liquid crystal layer, 112: array substrate, 113:
Counter substrate 114 Reflective electrode 115 Counter electrode 116
Gate line 117 signal line 118 thin film transistor 1000 hologram element 1011 illumination optical system 1012 incident side polarizing plate
1015 pixels

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 マトリクス状に配設された画素に入射し
た光源光の強度を変調して表示を行う液晶表示素子であ
って、 反射電極が形成された第１の面を有する第１の基板と、 第１の基板の反射電極との間に液晶層を挟持して前記画
素を形成する透明電極が形成された第１の面と、光源光
の入射面である第２の面とを有する第２の基板と、 複数の連続した前記画素からなる絵素に対応する第２の
基板の第２の面上の領域に形成され、この領域に入射し
た光源光を分光し、波長に応じて前記絵素内の異なった
前記画素へ導く第１の光学系とを具備したことを特徴と
する液晶表示素子。1. A liquid crystal display element for performing display by modulating the intensity of light source light incident on pixels arranged in a matrix, comprising: a first substrate having a first surface on which a reflective electrode is formed; A first surface on which a transparent electrode forming the pixel is formed by sandwiching a liquid crystal layer between the reflective electrode of the first substrate and a second surface which is a light source light incident surface. A second substrate, formed in a region on the second surface of the second substrate corresponding to a picture element composed of a plurality of continuous pixels, disperses light source light incident on this region, and according to the wavelength, A first optical system for guiding to a different one of the pixels in the picture element. 【請求項２】 第１の光学系は、その分光方向が前記絵
素内に配置された前記画素の配列方向と平行な回折格子
であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素
子。2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the first optical system is a diffraction grating whose spectral direction is parallel to the arrangement direction of the pixels arranged in the picture element. . 【請求項３】 前記回折格子は、光源光の１次回折光の
強度が極大となるようにブレーズされたブレーズ格子で
あることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。3. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the diffraction grating is a blazed grating blazed so that the intensity of the first-order diffracted light of the light source light is maximized. 【請求項４】 前記回折格子は、分光した光源光を波長
に応じて前記絵素内の異なった前記画素へ集光するよう
にチャープされていることを特徴とする請求項２乃至３
のいずれかに記載の液晶表示素子。4. The diffraction grating according to claim 2, wherein the diffraction grating is chirped so as to condense the separated light source light to different pixels in the picture element according to the wavelength.
A liquid crystal display device according to any one of the above. 【請求項５】 第１の光学系へ入射する光源光の入射角
度は約３０°から約５０°の範囲にあることを特徴とす
る請求項１に記載の液晶表示素子。5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an incident angle of the light source light incident on the first optical system is in a range of about 30 ° to about 50 °. 【請求項６】 前記絵素内の前記画素の配設ピッチを
Ｐ、前記回折格子と第２の基板の第２の電極との間隔を
Ｄとしたとき、Ｐ／Ｄは約０．８から約０．４の範囲に
あることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。6. When the arrangement pitch of the pixels in the picture element is P and the interval between the diffraction grating and the second electrode of the second substrate is D, P / D is about 0.8. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the range is approximately 0.4. 【請求項７】 第２の電極の第２の基板側の前記画素の
境界領域に対応する領域に形成されたブラックマトリク
スを具備したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表
示素子。7. The liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a black matrix formed in a region corresponding to a boundary region of the pixel on the second substrate side of the second electrode. 【請求項８】 前記回折格子は、光源光をその１次回折
光の強度が極大となるように前記画素へ導く前記入射光
の前記回折格子に対する入射角と、前記反射電極で反射
した反射光の透過強度が極大になるような前記反射光の
前記回折格子に対する入射角とが異なることを特徴とす
る請求項２に記載の液晶表示素子。8. The diffraction grating, wherein an incident angle of the incident light for guiding the light source light to the pixel so that the intensity of the first-order diffracted light is maximized with respect to the diffraction grating, and a reflection light reflected by the reflection electrode, 3. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein an incident angle of the reflected light with respect to the diffraction grating that maximizes a transmission intensity is different. 【請求項９】 前記回折格子に対する光源光の入射角度
と反射光の出射角度は異なることを特徴とする請求項８
に記載の液晶表示素子。9. An angle of incidence of light from the light source on the diffraction grating and an angle of emission of reflected light are different from each other.
3. The liquid crystal display device according to item 1. 【請求項１０】 第２の基板の第１の面と第２の電極と
の間に前記絵素毎に配設され、反射電極で反射された光
を平行光化して前記回折格子に導く第２の光学系を具備
したことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。10. A light source, which is disposed between the first surface of the second substrate and the second electrode for each of the picture elements, converts light reflected by the reflection electrode into parallel light, and guides the light to the diffraction grating. 3. The liquid crystal display device according to claim 2, further comprising two optical systems. 【請求項１１】 第２の光学系はマイクロレンズである
ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子。11. The liquid crystal display device according to claim 10, wherein the second optical system is a micro lens. 【請求項１２】 光源光をマトリクス状に配設された画
素に入射し、この画素で強度変調した光源光を投影面に
投影表示する投影型液晶表示素子であって、 第１の電極が形成された第１の面を有する第１の基板
と、第１の基板の第１の電極との間に液晶層を挟持して
前記画素を形成する第２の電極が形成された第１の面
と、光源光の入射面である第２の面を有する第２の基板
と、第２の基板の第２の面の複数の連続した複数の画素
からなる絵素に対向する領域に形成され、この領域に入
射した光源光を分光し、波長に応じて前記絵素内の異な
った前記画素へ導く第１の光学系とを有する液晶表示素
子と、 光源光を所定の角度で第１の光学系へ導く第３の光学系
と、 前記画素で強度変調された光源光を投影面に投影する第
４の光学系とを具備したことを特徴とする投影型液晶表
示装置。12. A projection type liquid crystal display element for projecting light source light into pixels arranged in a matrix and projecting and displaying the light source light intensity-modulated by the pixels on a projection surface, wherein the first electrode is formed. A first substrate having a first surface formed thereon, and a first surface on which a second electrode for forming the pixel is formed by sandwiching a liquid crystal layer between the first substrate and the first electrode of the first substrate And a second substrate having a second surface that is a light source light incident surface, and a second substrate formed on a second surface of the second substrate in a region facing a picture element including a plurality of continuous pixels, A liquid crystal display element having a first optical system that splits light from a light source incident on this area and guides the light to different pixels in the picture element according to the wavelength; A third optical system that guides the light to the system, and a fourth optical system that projects the light source light intensity-modulated by the pixel onto a projection surface. A liquid crystal display device of the projection type. 【請求項１３】 光源光をマトリクス状に配設された画
素に入射し、この画素で強度変調した光源光を投影面に
投影表示する投影型液晶表示素子であって、 反射電極である第１の電極が形成された第１の面を有す
る第１の基板と、第１の基板の第１の電極との間に液晶
層を挟持して前記画素を形成する第２の電極が形成され
た第１の面と、光源光の入射面である第２の面を有する
第２の基板と、第２の基板の第２の面の複数の連続した
複数の画素からなる絵素に対向する領域に形成され、こ
の領域に入射した光源光を分光し、波長に応じて前記絵
素内の異なった前記画素へ導くとともに、前記画素で強
度変調され第１の電極で反射された変調光を出射する第
１の光学系とを有する液晶表示素子と、 光源光を所定の角度で第１の光学系へ導く第３の光学系
と、 前記液晶表示素子から出射した変調光を投影面に投影す
る第４の光学系とを具備したことを特徴とする投影型液
晶表示装置。13. A projection type liquid crystal display element for projecting light source light into pixels arranged in a matrix and projecting the light source light intensity-modulated by the pixels on a projection surface, wherein the first electrode is a reflective electrode. A first substrate having a first surface on which the first electrode is formed; and a second electrode forming the pixel by sandwiching a liquid crystal layer between the first electrode and the first electrode of the first substrate. A second substrate having a first surface, a second surface which is a light source light incident surface, and a region facing a picture element composed of a plurality of continuous pixels on the second surface of the second substrate And splits the light source light incident on this region, guides the light to different pixels in the picture element according to the wavelength, and emits the modulated light that is intensity-modulated by the pixel and reflected by the first electrode. A liquid crystal display element having a first optical system that performs light source light, Of an optical system, the liquid crystal modulated light emitted from the display element, characterized by comprising a fourth optical system for projecting the projection surface a projection type liquid crystal display device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002268009A (en) * 2001-03-13 2002-09-18 Seiko Epson Corp Projection image display device
CN106959518A (en) * 2016-01-08 2017-07-18 京东方科技集团股份有限公司 A kind of display panel and display device
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