JP4255334B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に関し、特に、照明装置からの光を用いて表示を行う非発光型表示装置に関する。

非発光型表示装置には、液晶表示装置や、エレクトロクロミック表示装置や、電気泳動表示装置などがあり、中でも液晶表示装置は、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話等に幅広く利用されている。

液晶表示装置は、マトリクス状に規則的に配列された絵素電極に駆動電圧をそれぞれ印加することによって、絵素開口部の液晶層の光学特性を変化させて、画像や文字などを表示するように構成されている。液晶表示装置では、複数の絵素を個別に制御するために、スイッチング素子として例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が絵素毎に設けられる。

しかし、絵素毎にトランジスタが設けられると、絵素の面積が減少し、輝度が低下するという問題が生じる。

さらに、スイッチング素子や配線は、その電気的性能や製造技術などの制約から、ある程度以下の大きさで形成することは困難である。例えばフォトリソグラフィ法におけるエッチング精度には１μｍ〜１０μｍ程度と限界がある。従って、液晶表示装置の高精細化、小型化に伴って、絵素のピッチが小さくなるほど、開口率がさらに低下し、輝度が低下するという問題が顕著になる。

輝度が低いという問題を解決するために、液晶表示装置の絵素のそれぞれに対応して集光素子を設け、照明装置からの光を各絵素に集光させる方法がある。

例えば特許文献１は、マイクロレンズを用いた透過型カラー液晶表示装置を開示している。特許文献１の液晶表示装置では、図１５（ｂ）に示すように、複数のマイクロレンズを２次元平面において最密充填に配列することによって、明るい表示を実現している。マイクロレンズを最密充填に配列するために、Ｒ、ＧおよびＢの３色のカラーフィルタ（および絵素）は、図１５（ａ）に示すように、一行ごとに１．５ピッチずつずれた、デルタ形状に配列される。絵素のｘ方向（行方向）のピッチ対ｙ方向（列方向）のピッチの比は、２：√３である。
特開平２−１２２２４号公報

上記特許文献１のマイクロレンズの配列を用いるためには、液晶表示装置の絵素を、上記所定のピッチでデルタ状に配列する必要がある。

デルタ状に絵素が配列された液晶表示装置は、自然な映像表示が得られることから、主にテレビジョンやカメラのファインダ表示に好適に使用される。一方、パーソナルコンピュータや携帯電話等のように、直線が多用される文字や図形の表示には、上記デルタ配列は適しておらず、ストライプ配列の液晶表示装置が適用される。ここで、ストライプ配列は、一般に、図１６に示すように、長方形状の３つの絵素（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が、略正方形状の１画素を構成する。特許文献１のマイクロレンズの配列は、例えばこのストライプ配列の液晶表示装置には適用できない。

上記では、液晶表示装置を例に説明したが、光の利用効率を向上させたいという要求は液晶表示装置以外の非発光型表示装置に共通する。

本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、絵素に対応して設けられる集光素子の配列を工夫することによって、例えば絵素の配列に制限されることなく光の利用効率を向上できる表示装置を提供することを目的とする。

本発明の表示装置は、前面に光を出射する照明装置と、行列状に配置された複数の絵素であって、それぞれが、前記照明装置から入射した光を透過する透過領域を備える複数の絵素と、前記照明装置の前記前面に、それぞれが前記透過領域に対して一対一で設けられた複数の集光素子と、を有する表示装置であって、前記複数の集光素子のそれぞれを通過した光束の、前記複数の絵素によって規定される面における集光スポットの中心は、前記透過領域内に形成され、前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに形成される前記集光スポットの当該絵素における重心の列方向の位置は、互いに異なり、これにより上記の課題が解決される。

前記複数の絵素は、行方向にピッチＰ１で配列されており、かつ、行方向に隣接する第１絵素と、第２絵素と、第３絵素とを含み、前記複数の絵素のうち、少なくとも前記第１絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、Ｐ１よりも大きくてもよい。

前記第２絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズ、および前記第３絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、Ｐ１よりも大きくてもよい。

前記複数の絵素は、行方向にピッチＰ１で配列されており、かつ、行方向に隣接する第１絵素と、第２絵素と、第３絵素とを含み、前記第１絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、前記第２絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズと異なってもよい。

赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタおよび青カラーフィルタを含むカラーフィルタ層をさらに有し、前記赤カラーフィルタ、前記緑カラーフィルタおよび前記青カラーフィルタは、ストライプ状に配列されていてもよい。

前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイを構成してもよい。

前記複数の絵素のそれぞれは液晶層を含んでもよい。

前記複数の絵素のそれぞれは、前記照明装置の前記前面側から入射した光を反射する反射領域を備え、透過モードおよび反射モードで表示が可能であってもよい。

前記複数の絵素のそれぞれにおいて、前記透過領域は、前記透過領域の中心と前記集光スポットの中心とが略一致するように配置されてもよい。

本発明の表示装置では、絵素に対応して設けられる集光素子の配列を工夫することによって、例えば絵素の配列に制限されることなく、光の利用効率を向上できる。また、例えば特定の色の輝度を高くすることにより、色毎に表示の輝度を変え、見やすい表示を実現できる。また、例えば半透過型液晶表示装置では、反射電極と透過電極とを形成する面積比率を変更することなく、反射モードの表示輝度と透過モードの表示輝度との比を変更できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の表示装置を説明する。

以下では、半透過型（透過反射両用型）液晶表示装置について本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば透過型液晶表示装置などの半透過型以外の液晶表示装置にも好適に用いられる。また、本発明は、例えば電気泳動表示装置などの液晶表示装置以外の表示装置にも好適に用いられる。

半透過型液晶表示装置は、近年、例えば携帯電話のように、明るい環境でも好適に使用可能な液晶表示装置として開発されたものである。半透過型液晶表示装置は、１つの絵素に、バックライトからの光を透過する透過領域と、周囲光を反射する反射領域とを有しており、使用環境に応じて、透過モードによる表示と反射モードによる表示との切り替え、または、両方の表示モードによる表示を行うことができる。半透過型液晶表示装置の詳細は、例えば、特開平１１―１０９４１７号公報に説明されている。

半透過型液晶表示装置では、反射領域をある程度広く確保する必要があるため、絵素に対する透過領域の面積比率が低下し、透過モードにおける輝度が低下するという問題があるが、以下に説明する実施形態の半透過型液晶表示装置によると、反射モードにおける輝度の低下を抑制しながら、透過モードにおける輝度を従来よりも高くすることができる。

図１は、本実施形態の半透過型液晶表示装置２００を模式的に示す図である。

半透過型液晶表示装置２００は、照明装置（図１に不図示、図８参照）５０と、照明装置５０の前面（出射面）側に設けられた集光素子群５４と、集光素子群５４の前面に設けられた表示パネル１００とを有している。

表示パネル１００は、一対の透明基板１０および１１と、それらの間に配置された複数の絵素Ｐｘとを有している。この複数の絵素Ｐｘは、行列状に配置されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光をそれぞれ出射する絵素を含んでいる。各絵素Ｐｘは、行方向に延びる遮光層ＢＬ１と、列方向に延びる遮光層ＢＬ２とによって規定される。遮光層ＢＬ１は例えば走査線１（図１３参照）によって構成され、遮光層ＢＬ２は例えば信号線２（図１３参照）によって構成される。

表示パネル１００は、図示しない、赤（Ｒ）カラーフィルタ、緑（Ｇ）カラーフィルタおよび青（Ｂ）カラーフィルタを含むカラーフィルタ層をさらに有し、上記Ｒ、ＧおよびＢカラーフィルタは図１６に示すようにストライプ状に配列されている。行方向に隣接する３つの絵素Ｐｘは、上記カラーフィルタに対応して、それぞれ、Ｒ、Ｇ、およびＢの色光を出射し、上記３つの絵素によって１画素が構成される。各絵素Ｐｘは、透過領域Ｔｒと反射領域Ｒｆとを有している。ここで、透過領域Ｔｒは透過モード表示を行う領域であり、反射領域Ｒｆは反射モード表示を行う領域である。

半透過型液晶表示装置２００が備える集光素子群５４は、複数の集光素子５４ａで構成されており、集光素子５４ａは、絵素Ｐｘの透過領域Ｔｒに対して一対一で設けられている。本実施形態では、集光素子群として、複数のマイクロレンズ（集光素子）５４ａを有するマイクロレンズアレイ５４を用いている。

マイクロレンズアレイ５４が有する複数のマイクロレンズ５４ａは、複数の透過領域Ｔｒに対して一対一で設けられており、マイクロレンズ５４ａを通過した光束４１の、複数の絵素によって規定される面（以下、「絵素面」ということがある）における集光スポットの中心は、それぞれ対応する透過領域Ｔｒ内に形成される。

ここでは、色光束がそれぞれ対応する透過領域Ｔｒ内に収束されている例を示すが、色光束が透過領域Ｔｒ内に収束される必要はなく、マイクロレンズ５４ａを通過した色光束が絵素面よりもマイクロレンズ側に収束されていてもよい。また、これとは逆に、出射側に収束されていても良い。ただし、色光束がそれぞれ対応する透過領域Ｔｒ内で収束させることができれば、透過領域Ｔｒの面積を小さくしても輝度を高くできるので、好ましい。

本明細書において、特に断らない限り、「集光スポット」は、絵素面における色光束の断面プロファイルに対応し、収束点（色光束の断面積が最小になる点）と一致することを要しない。また、本明細書における「集光スポットの中心」は、絵素面における光の強度分布を考慮した中心であり、集光スポットの断面プロファイルに対応する外形を有し、且つ、光の強度分布に対応する密度分布を有する紙の重心に対応する。光の強度分布が集光スポットの断面プロファイルの幾何学的な重心に対して対称な場合には、「集光スポットの中心」は幾何学的な重心と一致するが、マイクロレンズの収差などの影響によって非対称な強度分布を有する場合には、幾何学的な重心からずれることがある。

本実施形態の半透過型液晶表示装置２００では、集光素子を所定の配列で配置することにより、複数の絵素のうち、行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに形成される集光スポットの当該絵素における重心の列方向の位置が、互いに異なることを特徴としている。

ここで、集光スポットの重心は、１つの絵素に集光スポットの中心が１つ形成される場合には集光スポットの中心と一致し、１つの絵素に集光スポットの中心が２以上形成される場合には、その複数の集光スポットの中心の重心である。

以下、図２から図７を参照しながら、本発明の実施形態の液晶表示装置におけるマイクロレンズアレイの配置の特徴をより詳細に説明する。図２から図７は、表示面法線方向から見た図であり、簡単のために、マクロレンズの中心と集光スポットの中心とが一致している場合を示している。

図２は、液晶表示装置２００におけるマイクロレンズ５４ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。複数の絵素は、ストライプ状に配列されており、行方向のピッチはＰ１、列方向のピッチはＰ２である。行方向に隣接する３つの絵素Ｐｘはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、およびＢの色光を出射し、上記３つの絵素によって１画素が構成される。複数のマイクロレンズ５４ａは、それぞれの集光スポットの中心４１Ｃが透過領域Ｔｒ内に形成され、かつ、透過領域Ｔｒの中心と集光スポットの中心とが略一致するように配置されている。図２は、ストライプ状配列の絵素に対して、マイクロレンズを最密充填配列した例を示している。

集光スポットの中心４１Ｃは各絵素Ｐｘに１つずつ形成されているため、集光スポットの中心４１Ｃは集光スポットの重心と一致する。集光スポットの中心４１Ｃは、絵素行においてジグザグ状に配置されている。行方向に隣接する任意の２つの絵素Ｐｘにそれぞれ形成される集光スポットの中心４１Ｃは、列方向の位置が互いに異なっており、列方向の位置が一致する場所に、集光スポットの中心４１Ｃは存在しない。このように、絵素行内において互いに隣接する絵素に対応するマイクロレンズの中心（集光スポットの中心）を列方向において異ならせることによって、ストライプ配列の絵素に対してもマイクロレンズを最密充填で配列することが可能となる。上述した特許文献１に記載されている配列では、各絵素行において、マイクロレンズの中心（集光スポットの中心）の列方向の位置が同じであるため、マイクロレンズを最密充填で配列するためには絵素をデルタ配列する必要があったのと異なる。

図２に示すように、それぞれの集光スポットの中心４１Ｃは、１つの絵素行に、列方向の位置が異なる２つの行を形成するように、ジグザクに配列されている。集光スポットの中心４１Ｃが形成する各行における集光スポットの中心４１Ｃの行方向のピッチＭｘは２Ｐ１であり、同じ絵素行内の集光スポットの中心４１Ｃが形成する２つの行は、（１／２）Ｍｘ（＝Ｐ１）だけピッチがずれている。また、ここでは、絵素の列方向のピッチＰ２と集光スポットの中心４１Ｃの列方向のピッチＭｙが、Ｐ２＝２Ｍｙの関係を満足するように配置されているので、表示面に平行な面における断面が円形のマイクロレンズ５４ａは理想的な最密充填配列となっている。図２に示すマイクロレンズ５４ａは、ＭｘとＭｙとの比が、Ｍｘ：Ｍｙ＝２：√３の関係を満足し、マイクロレンズアレイ平面（表示面に平行な面）におけるマイクロレンズ５４ａの充填率はπ√３／６＝０．９０６となり、最大である。従って、照明装置５０から液晶パネル１００に入射した光量の９０．６％を集光して、対応する透過領域に導き、表示に利用することが可能となる。従って、例えば、液晶パネルの高精細化に伴って透過領域の面積が小さくなっても、明るい透過モード表示を実現できる。あるいは、反射モードの輝度を向上するために絵素Ｐｘに占める透過領域の面積比率を小さくした場合でも、明るい透過モード表示が可能となる。また、レンズの設計により、反射電極と透過電極とを形成する面積比率を変更することなく、反射モードの表示輝度と透過モードの表示輝度との比を変更できる。

図４および図５は、比較例のマイクロレンズおよび集光スポットの中心の配置を説明するための模式図である。

図４に示すマイクロレンズの配置においては、絵素Ｐｘの行方向のピッチＰ１と列方向ピッチＰ２との比が一般的な１：３である場合、マイクロレレンズ２５４ａの充填率は、最高でπ／１２＝０．２６２である。従って、透過モード表示に利用できる光量は、照明装置から液晶表示パネルに入射した光量の２６．２%以下である。

各絵素Ｐｘに３つのマイクロレンズ２５５ａが配置された図５に示す配置においては、Ｐ１：Ｐ２が１：３の場合、マイクロレレンズ２５５ａの充填率は、最高でπ／４＝０．７８５である。従って、透過表示に利用できる光量は、照明装置から液晶表示パネルに入射した光量の７８．５%以下である。

図２では、表示面に平行な面におけるレンズの断面形状が円形である場合を示したが、液晶表示装置２００に用いられるレンズの形状はこれに限定されることはない。上記レンズの断面形状は、例えば図３に示すように、六角形であってもよい。図３に示すマイクロレンズアレイでは、複数の正六角形状のマイクロレンズ５５ａが蜂の巣状に配列されている。マイクロレンズ５５ａのそれぞれの辺は、隣接するマイクロレンズの辺と接触するように設計されているので、マイクロレンズアレイ平面におけるマイクロレンズ５５ａの充填率はほぼ１００％であり、図２に示したマイクロレンズ５４ａよりも、レンズの充填率をさらに向上でき、より明るい透過モード表示を実現できる。

以上より、図２および図３に示したマイクロレンズの配列を用いると、図４および図５に示した比較例よりも、液晶パネルに入射する光をより有効に利用できることが分かる。

上記では、液晶表示装置２００における絵素がストライプ状に配列されている場合を説明したが、絵素Ｐｘの配列はこれに限られず、例えば、デルタ状に配列されていてもよい。

図６は、絵素Ｐｘがデルタ状に配列されている場合におけるマイクロレンズ５６ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。図６に示す集光スポットの中心４１Ｃは、絵素Ｐｘがデルタ状に配列されている場合であっても、図２に示した集光スポットの中心４１Ｃと同様の配置関係を有している。

上記ではマイクロレンズを最密充填配列する場合およびそれに類似する場合を例に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限られない。

絵素行内において互いに隣接する絵素に対応するマイクロレンズの中心（集光スポットの中心）を列方向において異ならせることによって、多様なマイクロレンズの配列が可能となり、種々の効果を発揮することができる。

まず、上述の最密充填配列を例に説明したように、マイクロレンズ５４ａの直径は、絵素Ｐｘの行方向ピッチＰ１よりも大きくすることができる。従って、絵素ピッチＰ１に制約されることなく、図４および図５に示したマイクロレンズよりも大きなマイクロレンズを用いることによる光の利用効率を向上することができる。

図２、図３および図６では、複数のマイクロレンズのそれぞれの行方向のサイズが絵素ＰｘのピッチＰ１よりも大きい場合を示したが、本発明に用いられるマイクロレンズは、これに限定されない。マイクロレンズの行方向のサイズが絵素のピッチＰ１よりも大きい場合、上記サイズがピッチＰ１以下である場合に比べて、より効果的に照明装置からの光を透過領域に集光できるという効果があるが、マイクロレンズのサイズは、絵素Ｐｘにおける透過領域の比率や位置などに応じて適宜決定すればよく、絵素のピッチＰ１以下であっても良い。マイクロレンズの行方向のサイズが絵素ＰｘのピッチＰ１以下であっても、例えば、レンズの設計により、反射電極と透過電極とを形成する面積比率を変更することなく、反射モードの表示輝度と透過モードの表示輝度との比を変更できるという効果が得られる。

また、複数のマイクロレンズのうちのいくつかのマイクロレンズについてのみ、行方向のサイズをＰ１よりも大きくしてもよい。例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素のうち、１色または２色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズのサイズのみを選択的に大きくすることにより、特定の色の輝度を高くできる。色毎に表示の輝度を変えることにより、見やすい表示を実現できる場合がある。また、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの厚さを同一にすることによって、いずれかの色の輝度が低くなった場合に、その色の輝度を補償することができる。

図７は、Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素の透過領域に対応するマイクロレンズ５７ａ、５８ａのうち、１色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズ５７ａの直径のみを選択的に大きくした場合におけるマイクロレンズ５７ａ、５８ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。図７に示すマイクロレンズの集光スポットの中心は、図２に示したマイクロレンズ５４ａと同様の配置関係を有している。

また、図２、図３、図６および図７では、マイクロレンズが球面レンズであり、かつ、透過領域が円形状である場合を示したが、マイクロレンズの種類および透過領域の形状はこれに限定されない。マイクロレンズは、例えば、非球面レンズやフルネルレンズであってもよい。また、透過領域の形状は、例えば、集光スポットの形状に応じて適宜決定される。

マイクロレンズは、焦点距離（マイクロレンズの中心点から収束点までの距離）の長いものが好適に使用される。焦点距離が長ければ、液晶表示パネル１００の基板１０の厚さを厚くしても、照明装置５０からの光束を、それぞれ対応する透過領域Ｔｒ内で収束させることができるからである。

レンズアレイ５４は公知の方法で形成することができる。具体的には、例えば、以下に説明する工程によって形成される。

まず、所望とするレンズアレイ５４の形状が精密に形成された金型原盤を用意する。金型原盤と液晶表示パネル１００の基板１０との間に紫外線硬化樹脂を封入する。続いて、封入した樹脂に紫外線を照射し、硬化させる。紫外線硬化樹脂を完全に硬化させた後、金型を静かに剥離する。

上記の方法を用いれば、光学特性の高いレンズアレイを、容易に、かつ高い量産性で製造することができる。レンズアレイ５４の材料には、完全に硬化した状態で透明性が高く、かつ複屈折の小さい紫外線硬化樹脂が好適に用いられる。なお、上記方法以外に、例えばイオン交換法やフォトリソグラフィ法などが用いられる。

なお、上記では集光素子としてマイクロレンズを用いる場合を例示したが、これに限られず、例えばプリズムを用いても良い。

以下、本実施形態の半透過型液晶表示装置２００に用いた照明装置５０および、表示パネル１００について説明する。

（照明装置）
本実施形態に用いられる照明装置５０は、光源として１つのＬＥＤを用いたバックライト装置である。照明装置からの光を集光素子５４によって十分集光するには、照明装置から出射される光の平行度が高い（例えば出射光の輝度の半値幅が±５度以内である）ことが好ましい。以下に説明する照明装置５０は、所定の方向については、平行度の高い光を出射できる。

照明装置５０は図８に示すように、導光板２４と、導光板２４の背面に設けられた反射板２３と、導光板２４の角部２４ｔ（図１０、図１２参照）に近接して配置されたＬＥＤ２１と、導光板２４の前面に設けられたプリズムシート２５とを有している。なお、本実施形態に用いた照明装置５０の詳細は、ＩＤＷ‘０２ 第５０９頁〜５１２頁（カランタル カリルら）に説明されている。

ＬＥＤ２１から出射する光は、導光板２４に入射し、導光板内部で反射されることにより、導光板２４の出射面のほぼ全面から出射する。導光板２４の下面から出射する光は、反射板２３によって反射され、再び導光板２４に入射し、導光板２４の出射面から出射する。導光板２４から出射された光は、プリズムシート２５に入射し、プリズムシート２５によって、導光板２４の法線方向に屈折される。

反射板２３は、例えばアルミニウム膜等により形成される。導光板２４は、例えばポリカーボネートやポリメチルメタクリレート等の透明材料によって形成される。導光板２４は、導光板２４の内部に入射した光を、反射面２２ａで反射して導光板２４の外部へ出射させる複数のプリズム２２を備えている。複数のプリズム２２は、導光板２４の底面に形成され、図１２に示すように、マトリクス状に配置されている。各プリズム２２は図８に示すように、２つの反射面２２ａを有する三角溝状に構成されている。プリズム２２の反射面２２ａは、図１２に示すように、ＬＥＤ２１を中心とした円の半径方向であるＹ方向（第１方向）に対して直交するＸ方向（第２方向）に延びるように形成されている。言い換えれば、プリズム２２は、Ｘ方向に延びる溝に構成されている。反射面２２ａの傾斜角度は、導光板２４の内部の光が、導光板２４の法線方向に効率よく出射するように規定されている。なお、図１２では、簡単のために、隣接する各プリズム２２同士の間隔を一定にして示しているが、実際には、ＬＥＤ２１から離れるにつれて、各プリズム２２の間隔が短くなるように設計されている。

照明装置５０の出射面における光学特性の測定結果を図９に示す。図９に示す結果は、図１０に示すように、照明装置５０の出射面内で、ＬＥＤ２１を中心とした円弧上の３つの測定個所Ａ、ＢおよびＣにおいてそれぞれ測定した輝度の平均値をとったものである。ＬＥＤ２１を中心とした半径方向をＹ方向とし、Ｙ方向に直交する方向にＸ方向をとる。

図９に示すように、Ｘ方向における出射光の輝度の半値幅は、約±３゜であるのに対し、Ｙ方向における出射光の輝度の半値幅は、約±１５゜であり、Ｙ方向よりもＸ方向の指向性が高く（すなわち、Ｘ方向における出射光は、Ｙ方向における出射光よりも平行度が高く）、Ｘ方向とＹ方向との間で指向性に差があることが分かる。従って、出射光は、出射面内において指向性のばらつきを有する。図１１（ａ）に、この指向性のばらつきを模式的に表す。なお、図１１（ａ）に示した楕円は、図１１（ｂ）に示すように、楕円の長軸方向は指向性が弱い（平行度が低い）ことを意味し、短軸方向は指向性が強い（平行度が高い）ことを意味する。

上記照明装置５０から出射される光は、出射面において、Ｘ方向とＹ方向との間で指向性に差があるが、マイクロレンズとして、表示面に平行な面における断面が円形のマイクロレンズ５４ａ（図１および図２参照）で構成されるマイクロレンズアレイ５４を用いることによって指向性の高いＸ方向の光を十分に集光できるので、液晶表示装置２００のほぼ全表示面にわたって輝度の高い表示を実現できる。

なお、本実施形態に用いられる照明装置は上記のものに限定されない。例えば、ＬＥＤ２１を導光板２４の側面の中央部に配置しても良いし、２以上のＬＥＤを用いても良い。また、ＬＥＤに代えて、例えば蛍光管などを用いても良い。

（表示パネル）
図１３および図１４を参照しながら、半透過型液晶表示装置２００（図１）に用いられる表示パネル１００の構造および機能を説明する。図１３は、表示パネル１００が有するＴＦＴ基板１００Ａの平面図であり、図１４は、ＴＦＴ基板１００Ａを有する表示パネル１００の部分断面図であり、図１４は、図１３のＩＩ―ＩＩ’線に沿った断面図に対応する。

図１４に示すように表示パネル１００は、ＴＦＴ基板１００Ａと、カラーフィルタ基板１００Ｂと、これらの間に配置された液晶層２３とを有している。ＴＦＴ基板１００Ａおよびカラーフィルタ基板１００Ｂには、偏光板、１／４λ板、および配向膜（いずれも不図示）が必要に応じて設けられる。

図１３に示すように、表示パネル１００に用いられるＴＦＴ基板１００Ａは、透明基板（例えば、ガラスや石英からなる）１０の上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５と、複数の走査線（ゲートバスライン）１および信号線（ソースバスライン）２とを有している。図１３および図１４に示すように、各走査線１および信号線２によって囲まれた領域内には、例えばＩＴＯからなる透明電極１３と、例えばＡｌからなる反射電極１５とが形成されており、透明電極１３と反射電極１５とが絵素電極４を構成している。

走査線１と信号線２とが交差する領域の近傍にはＴＦＴ５が配置されており、走査線１がゲート電極６に、信号線２がソース電極７に接続されている。なお、図１３には示さないが、絵素電極４を、走査線１および信号線２に重畳するように配置すれば、絵素開口率を高くできるという効果が得られる。

表示パネル１００は、上面（表示面）から観察した場合、マトリクス状に配列された複数の絵素Ｐｘ毎に透過領域Ｔｒと、反射領域Ｒｆとを有している。透過領域Ｔｒは、ＴＦＴ基板１００Ａの領域のうち、液晶層２３に電圧を印加するための電極としての機能と光を透過する機能とを備えた領域によって規定される。反射領域Ｒｆは、ＴＦＴ基板１００Ａの領域のうち、液晶層２３に電圧を印加するための電極としての機能と光を反射する機能とを備えた領域によって規定される。

ＴＦＴ基板１００Ａの透明基板１０上には、走査線（図１３参照）１およびゲート電極６を覆うゲート絶縁膜１２が形成されている。ゲート電極６の上に位置するゲート絶縁膜１２上に半導体層５ａが形成されており、半導体層５ａとソース電極７およびドレイン電極８とはそれぞれ半導体コンタクト層７ａおよび８ａを介して接続され、ＴＦＴ５を形成している。ＴＦＴ５のドレイン電極８は、透明電極１３と電気的に接続され、さらに樹脂層１４に形成されたコンタクトホール９において、反射電極１５と電気的に接続されている。透明電極１３は、走査線１および信号線２で包囲される領域の中央付近のゲート絶縁膜１２上に形成されている。

この透明基板１０上に、透明電極１３を露出する開口部１４ａを有する樹脂層１４が透明基板１０のほぼ全面を覆うように形成されている。開口部１４ａの周辺の樹脂層１４上に反射電極１５が形成されている。反射電極１５が形成されている樹脂層１４の表面は、連続する波状の凹凸形状を有し、反射電極１５はこの表面形状に沿った形状を有し、反射電極１５は適度な拡散反射特性を有する。連続する波状の凹凸形状の表面を有する樹脂層１４は、例えば感光性樹脂を用いて形成することができる。

カラーフィルタ基板１００Ｂの透明基板（例えば、ガラスや石英からなる）１１上には、カラーフィルタ層が形成されており、液晶層２３側の表面には対向電極（透明電極）１８が形成されている。カラーフィルタ層は、赤（Ｒ）１６Ａ、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各カラーフィルタと、それらの間隙に設けられたブラックマトリクス１６Ｄとを有している。本実施形態の液晶表示装置２００では、各カラーフィルタは、図１６に示すようにストライプ状に配列されている。対向電極１８は、例えばＩＴＯを用いて形成される。

なお、半透過型液晶表示装置２００に用いられる表示パネルは、上記の例に限られず、公知のパネルを広く利用することができる。半透過型液晶表示装置２００に用いられる表示パネルはカラー表示型に限られず、モノクロ型であってもよい。

本発明にかかる表示装置は、例えば、絵素の配列に制限されることなく光の利用効率を向上でき、液晶表示装置などの非発光型表示装置に適用できる。

本発明の実施形態の半透過型液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。 図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の一例を模式的に示す平面図である。 図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の他の例を模式的に示す平面図である。 比較例のマイクロレンズおよび集光スポットの中心の配置を説明するための模式図である。 比較例のマイクロレンズおよび集光スポットの中心の配置を説明するための模式図である。 絵素がデルタ状に配列されている場合におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の一例を模式的に示す平面図である。 Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素の透過領域に対応するマイクロレンズのうち、１色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズの直径のみを選択的に大きくした場合におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の一例を模式的に示す平面図である。 図１の半透過型液晶表示装置に用いられる照明装置の模式図である。 照明装置の出射面における光学特性の測定結果を示すグラフである。 照明装置の出射面における光学特性の測定方法を説明するための模式図である。 （ａ）は、図９に示した指向性のばらつきを模式的に表す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した楕円を説明するための図である。 照明装置の導光板を説明するための図である。 図１の半透過型液晶表示装置に用いられる半透過型液晶表示パネルのＴＦＴ基板の平面図である。 図２のＴＦＴ基板を有する液晶表示パネルの部分断面図であり、図１３のＩＩ―ＩＩ’線に沿った断面図に対応する。 （ａ）は特許文献１の絵素の配置（デルタ形状）を説明するための模式図であり、（ｂ）はレンズの配置を説明するための模式図である。 ストライプ配列を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 走査線
２ 信号線
４ 絵素電極
５ ＴＦＴ
５ａ 半導体層
６ ゲート電極
７ ソース電極
７ａ 半導体コンタクト層
８ ドレイン電極
８ａ 半導体コンタクト層
９ コンタクトホール
１０ 透明基板
１１ 透明基板
１２ ゲート絶縁膜
１３ 透明電極
１４ 樹脂層
１４ａ 開口部
１５ 反射電極
１６Ａ 赤（Ｒ）カラーフィルタ
１８ 対向電極（透明電極）
２１ ＬＥＤ
２２ プリズム
２２ａ 反射面
２３ 液晶層
２４ 導光板
２４ｔ 角部
２５ プリズムシート
４１ 光束
４１ｃ 集光スポットの中心
５０ 照明装置
５４ マイクロレンズアレイ
５４ａ マイクロレンズ
５４ａｃ マイクロレンズ５４ａの中心
５５ａ マイクロレンズ
５５ａｃ マイクロレンズ５５ａの中心
５６ａ マイクロレンズ
５６ａｃ マイクロレンズ５６ａの中心
５７ａ マイクロレンズ
５７ａｃ マイクロレンズ５７ａの中心
１００ 半透過型液晶表示パネル
１００Ａ ＴＦＴ基板
１００Ｂ カラーフィルタ基板（対向基板）
２４１ｃ 集光スポットの中心
２５４ａ マイクロレンズ
２５４ａｃ マイクロレンズ２５４ａの中心
２５５ａ マイクロレンズ
２５５ａｃ マイクロレンズ２５７ａの中心
Ｔｒ 透過領域
Ｒｆ 反射領域
Ｐｘ 絵素
Ｐ１ 絵素ピッチ

Claims (9)

1. 前面に光を出射する照明装置と、
   行列状に配置された複数の絵素であって、それぞれが、前記照明装置から入射した光を透過する透過領域を備える複数の絵素と、
   前記照明装置の前記前面に、それぞれが前記透過領域に対して一対一で設けられた複数の集光素子と、を有する表示装置であって、
   前記複数の集光素子のそれぞれを通過した光束の、前記複数の絵素によって規定される面における集光スポットの中心は、前記透過領域内に形成され、
   前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに形成される前記集光スポットの当該絵素における重心の列方向の位置は、互いに異なり、
   前記複数の絵素は、行方向にピッチＰ１で配列されており、かつ、行方向に隣接する第１絵素と、第２絵素と、第３絵素とを含み、
   前記第１絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、前記第２絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズと異なる、表示装置。
2. 前記複数の絵素は、行方向にピッチＰ１で配列されており、かつ、行方向に隣接する第１絵素と、第２絵素と、第３絵素とを含み、
   前記複数の絵素のうち、少なくとも前記第１絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、Ｐ１よりも大きい、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズ、および前記第３絵素の前記透過領域に対応する集光素子の行方向のサイズは、Ｐ１よりも大きい、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記複数の集光素子の集光スポットの中心は、行方向においてジグザグに配列されている、請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
5. 赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタおよび青カラーフィルタを含むカラーフィルタ層をさらに有し、
   前記赤カラーフィルタ、前記緑カラーフィルタおよび前記青カラーフィルタは、ストライプ状に配列されている、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイを構成する、請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記複数の絵素のそれぞれは液晶層を含む、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記複数の絵素のそれぞれは、前記表示装置の前記前面側から入射した光を反射する反射領域を備え、
   透過モードおよび反射モードで表示が可能である、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記複数の絵素のそれぞれにおいて、前記透過領域は、前記透過領域の中心と前記集光スポットの中心とが略一致するように配置される、請求項８に記載の表示装置。

Images