CN100517017C - 显示装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

在本发明的显示装置中，在像素间距长的方向，从背光源发出的光的方向性被设得很高，并且通过双凸透镜使这种光扩散。如此，在本显示装置中，通过提高从背光源发出的光的方向性，使进入双凸透镜的光变成平行光。因此，与背光源发出的光具有低方向性的显示装置相比，可以提高传播方向可受双凸透镜控制的光(即，聚焦在像素上的光)的量。使用这种配置，液晶面板的正面亮度和视角都可以得到提高。

Description

显示装置和电子设备
技术领域
本发明涉及一种显示装置，其通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制形成于显示面板上的像素的光透射状态来再现(显示)图像。
背景技术
液晶显示装置已经被广泛用于显示单元、投影仪、移动电话、手持信息终端等等。
这种液晶显示装置是利用(i)从装置内部设置的光源施加的光或(ii)从装置外部施加的光来再现图像的非自发光显示装置。
在非自发光显示装置中，将前述光施加于显示面板，该显示面板具有以预定间隔按矩阵方式排列的像素。单独对各个像素提供与显示图像(包括文本)对应的驱动信号(驱动电压)。
在显示面板的各个像素部分，提供的驱动信号改变了透射率(或反射率)。这使得可以部分调制显示光的强度，并使面板可以在其上显示图像。
这样的非自发光显示装置有两种类型：允许用户直接观看显示面板上再现的图像的直观式显示装置；和放大显示面板上的图像并使用投影透镜将该图像投射到屏幕上的投影显示装置(投影仪)。
除了液晶显示装置，非自发光显示装置的已知例子还包括电致变色显示面板、电泳显示面板、toner显示面板和PLZT面板。
此外，前述显示装置有三种类型：反射型；透射型；和半透射型。
反射型显示装置允许光(外部光)进入显示面板内部并在反射层上反射光，从而获得显示光。
透射型显示装置以下述方式配置，来自设置于显示面板后方的光源(背光源)的光经过显示面板发射到外部。
在照明差的地方，半透射型显示装置使用从背光源发出的光以透射方式再现图像。另一方面，在照明良好的地方，半透射型显示装置使用环境光再现图像。这样，无论环境光的亮度如何，都能再现具有高对比率的图像。
在液晶显示装置中，通过对像素施加上述驱动信号，改变液晶显示面板(液晶面板)中液晶层的光学特性(透射率和反射率)。
在这方面，有两种单独对各个像素施加驱动信号的方式：单纯矩阵和主动矩阵。
在主动矩阵方式中，必须在液晶面板上设置用于向像素电极提供驱动电压的开关元件和布线。开关元件的实例是诸如MIM(金属-绝缘体-金属)元件的非线性二端元件和诸如TFT(薄膜晶体管)元件的三端元件。
这里所述的开关元件(尤其是TFT元件)具有下述特性，在受到强光时，处于断路状态的元件的电阻降低。因此，当施加电压时，像素电容(像元电容)中所充的电荷被释放，这样不能实现特定的显示状态(例如，甚至在黑色显示的情况下会发生漏光，由此降低对比率)。
为了防止光进入TFT(特别是通道区域)，传统的解决方法是，在TFT基板(在其上形成TFT和像素电极)的一部分上或在面向TFT基板的反向基板(在TFT基板和反向基板之间插有液晶层)的一部分上设置光屏蔽层(称作黑矩阵)。
这种光屏蔽层对于反射型液晶显示装置是合乎需要的，因为可以使用反射电极作为光屏蔽层，这样反射电极的设置不会减少有效像素的面积。
相反，在利用透射光再现图像的透射型液晶显示装置中，不能使用任何现有元件作为光屏蔽层。
因此，除了非透射型TFT、栅极总线和源极总线外，在透射型液晶显示装置中还进一步设置有光屏蔽层。这减少了有效像素的面积，降低了显示部的总面积与有效像素面积之间的比率(开口面积比(openarea ratio))，并因此降低了亮度。
此外，当液晶面板分辨率提高且液晶面板尺寸减小时，开口面积比明显降低。这是因为，由于电特性、制造工艺等等的约束，即使像素间距缩短，TFT和总线的尺寸也不能降低至超出一定程度。
特别地，被采用作为小型显示装置用于诸如移动电话的手持设备的半透射型液晶显示装置，被配置成使得各个像素具有以反射模式产生显示的区域(反射区)和以透射模式产生显示的区域(透射区)。因此，如果缩短像素间距，总显示面积与透射面积之间的比率(即，透射区的开口面积比)明显降低，这样亮度的降低情况变得更糟。
在利用滤色片的光吸收再现彩色图像的直观式液晶显示装置和单板投影仪的情况下，光的使用效率(即，亮度)进一步降低。
下面是现有技术文献的列表。
文献1：日本专利第3293589号(2002年6月17日登记)
文献2：日本公开专利申请第2002-62818号(2002年2月28日公开)
文献3：日本公开专利申请第2002-42528号(2002年2月28日公开)
文献4：Journal for Information Display，卷11，No.42003，第641-645页(2003年11月发布)
发明内容
本发明的目的是提供一种可以容易地改进显示面板(例如，液晶面板)的显示亮度的显示装置。
为了实现这个目的，本发明的显示装置(即，本显示装置)通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，本发明的显示装置的特征在于，显示面板包括微透镜阵列，该微透镜阵列包括与像素对应的一组微透镜，显示面板上的像素以矩阵方式沿着第一方向和与第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素间距长于沿第二方向的像素间距，并且沿第一方向传播的光的方向性高于沿第二方向传播的光的方向性。
本显示装置是利用作为内部光源的背光源发出的光再现图像的非自发光显示装置。也就是说，在本显示装置中，将从背光源发出的光施加于显示面板，该显示面板包括以矩阵方式有序布置的像素，并单独对各个像素施加与要显示的图像(包括文本)对应的驱动信号(驱动电压)。
由此，改变显示面板上各个像素的透射率，从而部分调制显示光的强度。这种配置使显示面板能够在其上再现图像。
在本显示装置中，如果显示面板上像素的排列方向为第一方向和第二方向(与第一方向垂直)，则沿一个方向(下文称作第一方向)的像素间距长于沿第二方向的像素间距。
特别地，本显示装置以下述方式配置，背光源向显示面板施加沿第一方向的方向性高于沿第二方向的方向性的光。
要指出的是，方向性是指从背光源部向显示面板发出的光向特定方向的定向程度。光的这种方向性可以表示成发射光的强度分布(光分布)中的强度半宽角(在该角度下，强度是最大值的一半)。半宽角越窄，方向性越高，且光越像平行光(稍后描述)。
在从背光源接收光的一侧的表面上，本显示装置的显示面板设置有包括多个微透镜的微透镜阵列。每个微透镜设计成使得其焦点位于显示面板的像素附近。
微透镜的焦点是当平行光进入微透镜时，出射光的宽度最小处的点(即，射束腰部最小的点)。平行光是在沿着与微透镜表面(即，显示面板的表面)垂直的方向传播的光。
因此，在本显示装置中，进入微透镜的平行光以这种方式被折射，使得在像素附近聚焦。在通过像素后，光发生扩散，使得其方向性(视角)加宽。
在像素间距长的情况下，微透镜对光的收集(会聚)特别有效。也就是说，在第二方向(沿着该方向的像素间距比沿第一方向的短)，微透镜的会聚(收集)角小，因此在该方向的光收集是低效的。
在本显示装置中，在第一方向(沿着该方向，微透镜效率高(即，像素间距长))，提高背光源发出的光的方向性，以使光接近平行光。在通过像素后，用微透镜使光扩散。
同时，在第二方向(沿着该方向，微透镜是低效的(即，像素间距短))，保持背光源发出的光的低方向性(即，设定宽的扩散角)，使得光在到达微透镜之前其视角被加宽。
使用上述配置，本显示装置的显示面板的视角在第一和第二方向都很宽。
在本显示装置中，通过提高从背光源发出的光沿第一方向的方向性来改进正面亮度。并且，由于方向性的提高，微透镜收集(会聚)已经被BM等阻挡的光，并使其通过像素孔(光能够通过像素的部分)，由此提高可通过像素的光的量。
因此，在本显示装置中，显示面板的正面亮度高于传统显示装置的正面亮度，在传统显示装置中，从背光源发出的光的方向性很低。
在微透镜收集的各组光之中，在微透镜末端附近进入的光被微透镜折射并收集。因此，在本显示装置中，在宽视角(方向性)范围内改进了亮度。
如果在本显示装置中没有设置微透镜，正面方向的亮度仍能得到改进，因为从背光源发出的光的方向性在第一方向很高。然而，在第一方向，显示面板的视角非常窄。
为了完全理解本发明的性质和优点，应参照随后结合附图进行的详细描述。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的液晶显示装置的截面图。
图2是图1的液晶显示装置的液晶面板的截面图。
图3示出了形成于图2所示的液晶层中的像素是如何布置的。
图4示出了形成于图2的液晶层中的双凸透镜的形状。
图5示出了图4的双凸透镜以何种方式来收集光。
图6(a)和6(b)示出了背光源部。
图7是表示离开图6(a)和6(b)的背光源部的光的方向性的图示。
图8示出了进入图2的液晶面板的双凸透镜并通过液晶层中的像素的光的状态。
图9是表示(i)图2的液晶面板的双凸透镜的会聚角与(ii)离开双凸透镜的光的方向性之间的关系的图示。
图10(a)和10(b)示出了图1的液晶显示装置可采用的背光源部。图10(c)是表示离开该背光源部的光的方向性的图示。
图11示出了图4的双凸透镜如何收集光的另一实例。
图12示出了图2的液晶面板可采用的微透镜。
图13示出了三角形布置的像素。
图14示出了平面光的偏振轴(X方向)与液晶面板的偏振板的透射轴。
图15(a)解释了偏振交叉角，而图15(b)是表示离开液晶面板的光的(相对)强度与偏振交叉角之间的关系的图示。
图16(a)-16(d)是用于表示如何制造双凸透镜31的截面图。
图17是表示滤色片的光谱透射率特性的图示。
图18是表示LED光源的发射光谱的图示。
图19示出了双凸透镜制造中的曝光步骤。
图20(a)-20(c)示出了一种制造包括微透镜的反向基板(即，带有透镜的反向基板)的方法。
图21(a)-21(c)示出了另一种制造包括微透镜的反向基板(即，带有透镜的反向基板)的方法。
图22示出了又一种制造包括微透镜的反向基板(即，带有透镜的反向基板)的方法。
图23是表示(i)像素与双凸透镜的焦点之间的偏差与(ii)正面亮度之间的关系的计算结果的图示。
图24是表示离开显示面板的光的强度与视角(观看显示面板的角度，假定与面板的法线夹角为0°)之间的关系的图示。
具体实施方式
现将结合实施例详细描述本发明。要指出的是，该实施例不在任何程度上对本发明构成限制。
下面将论述本发明的一个实施例。
本实施例的液晶显示装置(本显示装置)是直观半透射型液晶显示装置，其可以适于被采用作为电子设备的显示屏，诸如，移动电话、PDA(个人数字助理)、数码相机、液晶显示器单元，和液晶显示电视机。
图1是本显示装置的截面图。
如该图所示，本显示装置设置有背光源部11和液晶面板12。
液晶面板12具有以矩阵方式布置的像素，并且是通过控制各个像素的透射率或反射率来再现图像(包括文本)的非自发光显示面板。
图2是液晶面板12的截面图。如图所示，液晶面板12以下述方式配置，液晶层34夹在反向基板32和TFT基板33之间，并且在TFT基板33上进一步设置双凸透镜阵列31。
该液晶面板12是具有320(H)×240(V)点(条状排列)和153×51μm的像素间距的2.4英寸面板。并且，液晶面板12是开口面积比为50％的半透射型液晶面板。
作为半透射型，液晶面板12的各个像素41具有让离开背光源部11的光通过的像素孔。
此外，在像素41之间设置有黑色矩阵部42。该黑色矩阵部42包括反射外部光的反射电极。由此，无论环境光的亮度如何，液晶面板12都可以生动地再现图像。
图3示出了形成于液晶层34上的像素41是如何布置的。
如该图所示，在液晶面板12上，像素41的布置方式是，沿着图1和3所示的X方向，对应于R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)依此类推。
各个像素41具有矩形形状，并且短边沿X方向(第二方向)，而长边沿与X方向垂直的Y方向(第一方向)。使用这种形状，分别包括对应于R、G和B并沿X方向排成一行的三个像素41的各组的间距(x)与Y方向的像素间距(y)相同。(要指出的是，在X方向，对应于R、G和B的三个像素41被视为一组。)
因此，像素41在X方向的间距是像素41在Y方向的间距的三分之一。要指出的是，X方向或Y方向的像素间距是指X/Y方向从一个像素41的中心到相邻像素41的中心的距离。
图1所示的双凸透镜阵列31等等使得从背光源部11发出的光聚集在液晶层34的像素41上，以改进液晶面板12的有效开口面积比。已经被双凸透镜阵列31(微透镜)收集并已经通过像素孔部分43的光，以相同的会聚角扩散。由此，该光的方向性基本上加宽了。
图4示出了双凸透镜阵列31的形状。如该图所示，双凸透镜阵列31布置成，使得分别是窄的并且成型为类似圆柱体的一部分的双凸透镜31a互相平行地布置。
这种双凸透镜31a不能收集圆柱体的纵向方向的光，但可以收集横穿圆柱体方向的光。
在本显示装置中，双凸透镜阵列31固定在液晶面板12上的方式是，使得双凸透镜31a的纵向方向与X方向对齐。(注意图2中的虚线表示双凸透镜31a是如何布置的)。
图5示出了双凸透镜阵列31收集光的方式。如图所示，双凸透镜31a收集光的方向与双凸透镜31a的纵向垂直(即，收集光的方向与Y方向相同)。
此外，如图5所示，每个双凸透镜31a聚焦在液晶层34的像素上，即，每个双凸透镜31a的射束腰部在像素41处最小。液晶面板12的TFT基板(即，在双凸透镜阵列31一侧的基板)为300μm厚。
因此，双凸透镜阵列31在Y方向的会聚角(即，双凸透镜31a收集光的方向)为：
tan-1(153(间距)×1.52(玻璃的折射率)/2/300(基板厚度))＝21°
背光源部11被设置用于向液晶面板12施加光以在其上显示图像。这种背光源部11采用了文献4中描述的工艺。
图6(a)和6(b)示出了背光源部11。如这些图所示，背光源部11设置有LED 21、光波导管22、反射板23，和棱镜片24。
LED(发光二极管)21是产生施加到液晶面板12上的光的点型(dot-shaped)光源。如图6(b)中所示，在背光源部11中，多个LED21沿光波导管22的一侧(入射端面)排成直线。
通过使光在光波导管22中全反射并经过光波导管22传播，光波导管22将从LED 21发出的光转化成平面光(从具有预定尺寸的区域发出的光)。然后，光波导管22将光从其表面(光的出射表面)射向液晶面板12。
在光波导管22的表面上，设置有许多微粒型(microdots)MD。使用这些微粒型MD调节从光波导管22发出的光的量(实际上，使光波导管22逐渐变细的，这样也从中发射出超过全反射条件的光)。
反射板23防止光到达光波导管22的背面(没有设置液晶面板12一侧的表面)。
在反射板23上设置有棱镜片24，并且棱镜片24调节来自光波导管22的光的光路。换言之，棱镜片24(i)在棱镜表面上完全反射从光波导管22的表面斜向发出的光，且(ii)使光朝正面方向前进(与液晶面板12的表面垂直的方向)。
图7是表示从上述背光源部11发出的光的方向性的图示。如图所示，从棱镜片24发出的光在Y方向具有高(窄；±12°)方向性，并在X方向具有低(宽；±25°)方向性。
要指出的是，方向性是指从背光源部11(棱镜片24)发出的光向特定方向的定向程度。
前述角度(±12°和±25°)是发射光的强度分布(光分布)中的半宽角(在这些角度下，强度为最大值的一半)，并且这些角度充当方向性的标志。半宽角越窄，方向性越高。
如上所述，在背光源部11中，Y方向(与光源(或光源阵列)的纵向垂直的方向)的方向性高于X方向的方向性。这是因为，如图6(b)所示，在背光源部11中，多个LED 21在X方向沿着光波导管22的侧面(边缘部分)排成直线。
因此，在光导管22的给定点(位置)处，从布置在不同位置的LED21提供具有不同传播方向的光束。换言之，使进入光波导管22中的点的光的X方向分量(沿LED 21的排列方向的光分量)多样化(即，X方向的入射角分布被扩大)。X方向的方向性因此变得更宽。
在如此配置的本显示装置中，从背光源部11发出的光进入液晶面板12的双凸透镜阵列31，其中在X方向具有宽(±25°)方向性，且在Y方向具有窄(±12°)方向性。
图8示出了进入液晶面板12的双凸透镜阵列31并通过液晶层34中的像素41的光的状态。
如该图所示，在进入双凸透镜阵列31的各组光之中，在双凸透镜31a的顶点附近通过的光L1几乎不折射。因此，光L1几乎不折射地通过双凸透镜31a并进入像素41。也就是说，进入该区域的光L1的状态与不设置双凸透镜阵列31的情况下光L1的状态几乎相同。
同时，在双凸透镜31a的边缘附近通过的光L2极大地被双凸透镜31a折射，使得入射光的方向性加宽。
如上所述，在收集光的方向(即，在Y方向)，双凸透镜阵列31的会聚角为±21°。
图9示出了双凸透镜阵列31的会聚角与从双凸透镜阵列31发出的光的方向性之间的关系。如该图所示，光的方向性大致与透镜的会聚角成比例。
因此，由于其光收集能力，双凸透镜阵列31使入射光的视角在X方向保持在±25°，而将Y方向的视角加宽至±21°。由此，已经通过液晶面板12的光在X方向具有±25°的方向性，并在Y方向具有±21°的方向性。
如上所述，在本显示装置中，背光源部11将在Y方向具有高方向性的光发射到液晶面板12。也就是说，背光束在Y方向具有12°的半宽角。
本显示装置的液晶面板12在从背光源接收光的一侧上具有由双凸透镜31a构成的双凸透镜阵列31。这些双凸透镜31a中的每个都设计成聚焦在液晶面板12的像素41附近。
因此，在本显示装置中，进入双凸透镜31a的多数光被折射以聚焦在像素41附近。在通过像素41后，光以其方向性加宽的方式扩散。
在像素41的间距长的情况下，诸如双凸透镜阵列31的微透镜阵列对光的收集特别有效。也就是说，由于X方向的间距比Y方向的间距短，微透镜(双凸透镜31a)的会聚角在X方向小，并因此在X方向，加宽方向性的效果不显著。
在本显示装置中，在Y方向(沿着该方向，双凸透镜31a有效(像素41的间距长))，从背光源发出的光的方向性被提高，以使其接近平行光的方向性。在这些光通过像素41后，用双凸透镜阵列31使这些光扩散。
同时，在X方向(沿着该方向，双凸透镜31a(微透镜)是低效的(像素41的间距短))，从背光源发出的光的方向性被加宽，使得在光到达双凸透镜阵列31之前，光的视角因此被加宽。
如此，在本显示装置中，液晶面板12的视角在X和Y方向都被加宽。
在本显示装置中，沿Y方向的从背光源发出的光的方向性被提高，从而使进入双凸透镜阵列31的光进一步平行，并且可通过像素41的光的量被提高。
因此，与从背光源发出的光具有低方向性的传统显示装置相比，显示面板的正面亮度得到了改进。此外，在微透镜(双凸透镜阵列31)收集的各组光之中，图8所示的光L2的方向性被加宽。这使得在保持宽视角(方向性)的同时可以提高亮度。
图24是表示从显示面板发出的光的强度与视角(观看显示面板的角度，假定与面板法线的角为0°)之间的关系的图示。
图中的曲线A是关于传统显示装置，在传统显示装置中，背光源在所有方向发出具有低方向性(强度半宽角度；25°)的光，并且没有设置诸如双凸透镜阵列的微透镜阵列。
如该图所示，这种传统装置的正面亮度非常低。
同时，图中的曲线B是关于设置有与本显示装置的类似的背光源部11但没有设置微透镜阵列的液晶显示装置。如该图所示，在这种配置中，正面亮度高，但是光强度高度取决于视角(即，视角窄)。
最后，图中的曲线C是关于本显示装置。如该图所示，本显示装置既能实现高正面亮度，又能实现宽视角。(这种装置的正面亮度是与曲线A相关的传统装置的正面亮度的1.3倍)。
在本显示装置中，从背光源发出的光的强度半宽角在X方向上为12°。然而，强度半宽角不限于此，并且优选地不超过±20°。如果如此设定该角度，本显示装置的正面亮度和视角状况良好。
从背光源发出的常规光(即，方向性没有被提高的光)的强度半宽角在±20°至±30°之间范围内。因此，在光的方向性为±20°或更低的方向，优选地用诸如双凸透镜阵列31的微透镜阵列来加宽光的方向性。
本显示装置设置有双凸透镜阵列31作为微透镜阵列。这种双凸透镜阵列31在制造成本和简易性方面优于具有可以收集不同方向的光的微透镜的微透镜阵列。因此，采用这种双凸透镜31a，来限制本显示装置的制造成本。
在本显示装置中，双凸透镜31a的会聚角为21°。如此，双凸透镜31a的会聚角优选地在20°至30°之间范围内。由此，适当地设定液晶面板12的视角(以便与Y方向的视角接近)。
在本实施例中，本显示装置设置有采用LED 21的背光源部11。然而，本显示装置可以采用图10(a)和10(b)中所示的背光源51来代替背光源部11。
文献3公开了图10(a)和10(b)所示的背光源部51。
背光源部51被配置成，在光导元件52的一侧上设置有作为光源的冷阴极管53。并且，在光导元件52的光的出射表面(液晶面板12一侧的表面)上，设置有棱镜54(或透镜阵列)。
背光源部51被配置成，棱镜54(或透镜阵列)上的顶端部分与光学波导管30的光的出射表面接触，并从接触点获得光。
与背光源部11不同，背光源部51被配置成，如图10(c)所示，在冷阴极管53的纵向方向(即，沿着光源(或光源阵列)的方向)，光的方向性高(±10°)，而在与上述纵向方向垂直的方向，光的方向性低(±25°)。
因此，在采用背光源部51的情况下，如图10(b)所示，优选的是将冷阴极管53的纵向方向设为Y方向。由此，当采用背光源部51时，也可以获得与采用背光源部11的情况下类似的效果(高正面亮度和宽视角)。
除了LED和冷阴极管，可以对背光源部11采用任何类型的光源(例如，氙管)。
然而，优选的布置背光源部11(或光源)的方式是，将从背光源部11发出的具有低方向性的光的方向设为Y方向。
在本实施例中，如图5所示，双凸透镜阵列31的各个双凸透镜31a的焦点(即，射束腰部最小处的点)位于液晶层34的像素41处。
然而，如图11所示，可以将双凸透镜31a的会聚角设为25°的方式，使双凸透镜31a的焦距接近双凸透镜阵列31一侧(即，焦距可以被缩短)。
当如此设置焦点，并使双凸透镜阵列31一侧上的TFT基板33的厚度保持300μm时，正面亮度是传统扩散型背光源的1.2倍，但是略低于焦点位于液晶层34处的情况下的正面亮度。
即使如此，上述情况的正面亮度仍然高于传统情况，且液晶面板12的光的方向性(视角)得到了改进，使得其在X和Y方向都为±25°。此外，由于在TFT基板33的厚度保持300μm的同时改进了视角，可以避免液晶面板12的(玻璃)强度的降低。
图23是表示(i)像素与双凸透镜31a的焦点之间的偏差与(ii)正面亮度之间的关系的计算结果的图示。
要指出的是，用于此计算的液晶面板12是像素间距(像素41的间距)为153×51μm且每个像素41的开口面积比为40％的2.4英寸QVGA面板。在计算中，在每个双凸透镜31a的焦距固定在300mm时，TFT基板3的厚度(即，像素41的位置)在300至550μm之间的范围内变化，并且可以用每个厚度计算出正面亮度。
如该图所示，在上述配置中，当双凸透镜31a的焦点从像素41偏离150mm或更多时，正面亮度显著降低。
因此，在本显示装置中，双凸透镜31a的焦点与像素41之间的偏差优选地落在TFT基板33厚度的三分之一以内(即，在双凸透镜31a与像素41之间距离的三分之一以内)。
双凸透镜31a的焦点优选地更靠近双凸透镜阵列31而不是像素41，但是仍然在上述范围内。由此，可以进一步加宽Y方向的视角。
本实施例使用的双凸透镜的排列方式是，分别是窄的并成型成类似圆柱体的一部分的多个双凸透镜31a互相平行地布置。如图12所示，可以采用包括与液晶层34的像素41一一对应的微尺度(micro-scale)透镜61(其在X和Y方向都可以收集光)的微透镜阵列60，来代替这种双凸透镜阵列31。
在本实施例中，液晶层34的像素41沿着图3所示的X方向排成直线。然而，像素41可以如图13所示沿着X方向以三角形的方式布置。并且，在这种情况下，X方向的像素间距比Y方向的间距短。
在这种三角形排列中，在Y方向，沿X方向的像素行从前述像素行的相邻像素行偏离开像素间距的一半。由此，在三角形排列中，每隔一行，X方向的像素位置相同(即，每隔一行的像素在Y方向对齐)。如此，在三角形排列中，像素41在X和Y方向对齐。
本显示装置被配置成，使得在R、G和B像素41的排列方向(即，X方向)的方向性不同于与前述方向垂直的方向(即，Y方向)的方向性的背光源部11，与双凸透镜阵列31(微透镜阵列60)结合，在这两个方向的方向性均被加宽。
如果需要保持一个方向的高方向性，采用在X和Y方向的方向性都高的背光源部，并使用双凸透镜阵列31(微透镜阵列60)来加宽一个方向(Y方向)的方向性。
在将上述配置用于移动电话的情况下，可以加宽垂直方向的方向性，而保持水平方向的视角狭窄。这种配置有助于防止用户以外的人观看液晶面板12上显示的图像。(虽然移动电话的用户可以观看图像，但用户旁边的人不能轻易窥视该图像)。
此外，由于提高了背光源部11中两个方向上的方向性，正面方向上能够通过像素41的光的量可以进一步提高。这进一步改进了本显示装置的正面亮度。
在本实施例中，本显示装置的液晶面板12是半透射型液晶面板。然而，可以采用透射型液晶面板来代替这种半透射型，作为本显示装置的液晶面板12。
下面描述了从背光源部11发出并朝向液晶面板12传播的光是偏振依赖(polarization-dependent)的情况。例如，文献4所公开的背光源通过全反射的方式产生平面光。在这种情况下，要发出的平面光在Y方向是线性偏振的。
在上述情况下，(i)平面光的偏振轴(Y方向)与(ii)液晶面板12的偏振板71的透射轴71a之间的角度(偏振交叉角)，当透射轴71a与Y方向平行时为0°，而当透射轴71a与X轴平行时该角度为90°，(i)和(ii)都在图14中示出。如图15(b)所示，从液晶面板12发出的光的(相对)强度根据该角度而改变。
因此，在这种情况下，上述偏振交叉角优选的是接近0°，以尽可能大地提高从液晶面板12发出的光的强度。
并且，例如，偏振交叉角优选的是在±20°的范围内。这使得发射光的强度为最大值(在偏振交叉角为0°的情况下)的大约百分之几，由此可以抑制强度的降低。
如果不能容易地使液晶面板12的偏振板71的透射轴71a的方向接近Y方向，优选的是，在液晶面板12和背光源部11之间插入1/2波长板(或另一种类型的偏振旋转元件)。由此，可以自由旋转从背光源部11发出的光的偏振轴(例如，旋转90°)。这样使得可以容易地使透射轴71a的方向接近Y方向。
现在，下面将描述如何制造本显示装置的液晶面板12中设置的双凸透镜阵列31。
图16(a)-16(d)是表示双凸透镜阵列31的制造方法的截面图。
首先，如图16(a)所示，制备液晶面板，其中液晶层34被夹在基板32和33之间。
在TFT基板33的液晶层34一侧，设置下述电路元件：对应于以矩阵方式设置的像素的像素电极；连接到各个像素电极的TFT；和栅极总线、源极总线等等。要指出的是，图中没有示出这些元件。
同时，在反向基板32的液晶层34一侧，根据液晶层34中像素41的位置设置R、G和B滤色片和反向电极。如图16(a)所示，在Y方向，成直线地形成具有单一颜色(在图16(a)中为B)的滤色片104B。在这些滤色片之间，设置光屏蔽层BM(黑色矩阵)。
注意，在下文中，其上形成滤色片104B的像素41被称作“像素41B”。
如图16(b)所示，在液晶面板12的TFT基板33的表面上涂布光固化树脂，从而形成光固化树脂层105。这种光固化树脂层105对波长为380nm至420nm的光敏感。
注意，为了促进光固化树脂层105与TFT基板33之间的粘合性质，优选地，例如，通过在涂布光固化树脂之前在玻璃表面上涂布硅烷偶联剂来改良TFT基板33的玻璃表面。
然后，如图16(c)所示，从反向基板32一侧，以扫描方式施加用于曝光的光106(波长在380nm至420nm的范围内)。因此，光固化树脂层105被暴露在这种光106下。进行这种曝光的方式是，使得形成的曝光部分在与每个像素41成直线的Y方向具有大曲率，但是在X方向没有曲率。(该曝光步骤将在下面描述。)
随后，如图16(d)所示，使已经曝光的光固化树脂层105显影(develop)，以去除未固化部分(即，未曝光的部分)。这样形成双凸透镜阵列31(显影步骤)。
在显影步骤后，优选的是，通过向双凸透镜阵列31施加光106，使光固化树脂的固化被进一步凝结，以使树脂近乎完美地固化。这时，可以在光固化的同时执行热固化。
下面将详细描述上述的曝光步骤。
图17是表示滤色片104R、104G和104B的光谱透射率特性的图示。要指出的是，滤色片104R和104G分别是红色和绿色滤色片。如该图所示，滤色片104R和104G几乎不允许波长约为400nm的光通过。
同时，如上所述，光固化树脂层105是对波长为380至420nm的光敏感的光敏材料层，因此，光106具有该波长范围。因此，这种光106不能通过像素41R和41G，只能通过像素41B。
在曝光步骤中，如图19所示，改变已经通过像素41B的光的入射角，使像素41R和41G上的光固化树脂曝光，从而在TFT基板33的整个显示区上形成双凸透镜阵列31。
下面描述使用由上述材料制成的光固化树脂层105的原因。光敏材料通常吸收该材料对其敏感的光。因此，在双凸透镜阵列31是由对红光或绿光敏感的光敏材料制成的情况下，双凸透镜阵列31吸收一部分红光或绿光。这损害了显示的颜色再现。
同样，在双凸透镜阵列31是由对蓝光(波长为380至420nm)敏感的光敏材料制成时，双凸透镜阵列31吸收一部分蓝光。然而，这不会显著影响颜色再现。
特别地，例如，在使用LED光源作为诸如移动电话、PDA和数位相机的液晶显示装置的背光源的光源时，发射光谱为大约420mm或更长，如图18所示。如果采用这种光源，可以通过采用由对波长为380至420nm的光敏感的光敏树脂制成的双凸透镜阵列31，来有效抑制对颜色再现的损害。
注意，一般而言，几乎没有滤色片(着色剂和颜料)允许波长小于380nm的光(即，紫外光)通过。因此，为了使用紫外光，必须在如上所述形成滤色片之前施加光。
可以用如下方式来制造诸如双凸透镜阵列31的微透镜阵列。
图20(a)-20(c)和21(a)-21(c)示出了(两种)制造包括微透镜的反向基板(即，带有透镜的反向基板)的方法。
要指出的是，微透镜阵列是整齐地对齐的一组微透镜。
图20(a)-20(c)所示的第一种制造方法包括下列步骤(1-1)至(1-3)。
(1-1)将玻璃基板上的光致抗蚀剂层形成图案(图20(a))。
(1-2)加热形成图案的抗蚀剂层使其熔化，从而形成微透镜形式的抗蚀剂层(图20(b))。在使用透明的光致抗蚀剂的情况下，可以使用这种光致抗蚀剂作为微透镜。
(1-3)与微透镜形状的抗蚀剂层一起，对玻璃基板进行干蚀刻。由此，在玻璃基板背面蚀刻抗蚀剂层的形式，从而形成微透镜阵列基板(图20(c))。
图21(a)-21(c)所示的第二种制造方法包括下列步骤(2-1)至(2-3)。
(2-1)通过例如电子束曝光的方式，使玻璃基板上的光致抗蚀剂层形成图案，从而形成微透镜形状的抗蚀剂层。该抗蚀剂层被用作主模(图21(a))。
(2-2)使用该主模，通过例如电镀的方式形成金属压模(图21(b))。
(2-3)使用这种金属压模，微透镜的形状被转移到玻璃基板上，从而形成微透镜阵列基板(图21(c))。
可替代地，可以如下方式形成微透镜，将光敏材料涂布到液晶显示设备的表面，并如图22所示通过掩模执行曝光。
在本实施例中，显示面板21上的像素41沿X和Y方向对齐。
可替代地，从背光源发出的光的方向性降低的方向，可以与像素之间间距比较短的方向(例如，K方向)一致。在这种情况下，与K方向垂直的方向(即，在L方向)的像素间距优选地比K方向的像素间距长。在这种情况下，通过提高从背光源发出的光在L方向的方向性，可以提高本显示装置的视角和正面亮度。
因此，可以重新描述本发明的显示装置如下：本发明的显示装置通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，本发明的显示装置可以配置成使得显示面板包括微透镜阵列，微透镜阵列包括一组与像素对应的微透镜，沿第一方向的显示面板上的像素间距长于沿第二方向的像素间距，并且沿第一方向传播的光的方向性高于沿第二方向传播的光的方向性。
如上所述，本发明的显示装置(即，本显示装置)通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，本发明的显示装置的特征在于，显示面板包括微透镜阵列，微透镜阵列包括与像素对应的一组微透镜，显示面板上的像素以矩阵方式沿着第一方向和与第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素间距长于沿第二方向的像素间距，并且沿第一方向传播的光的方向性高于沿第二方向传播的光的方向性。
本显示装置是利用从作为内部光源的背光源发出的光来再现图像的非自发光显示装置。
也就是说，在本显示装置中，从背光源发出的光被施加于显示面板上，显示面板包括以矩阵方式有序布置的像素，并且与要显示的图像(包括文本)对应的驱动信号(驱动电压)被单独施加到各个像素。
由此，改变显示面板上各个像素的透射率，从而部分调制显示光的强度。这种配置使显示面板能够在其上再现图像。
在本显示装置中，如果显示面板上像素的排列方向为第一方向和第二方向(与第一方向垂直)，则沿一个方向(下文称作第一方向)的像素间距长于沿第二方向的像素间距。
特别地，本显示装置的配置方式是，背光源向显示面板施加其在第一方向的方向性高于第二方向的方向性的光。
要指出的是，方向性是指从背光源部向显示面板发射出的光向特定方向的定向程度。光的这种方向性可以表示成发射光的强度分布(光分布)中的强度半宽角(在该角度下，强度是最大值的一半)。半宽角越窄，方向性越高，且光越类似平行光(在下面描述)。
在从背光源接收光的一侧的表面上，本显示装置的显示面板设置有包含多个微透镜的微透镜阵列。每个微透镜被设计成，使得其焦点在显示面板的像素附近。
微透镜的焦点是当平行光进入微透镜时，出射光的宽度最小处的点(即，射束腰部最小处的点)。平行光是沿垂直于微透镜表面(即，显示面板的表面)的方向传播的光。
因此，在本显示装置中，进入微透镜的平行光以在像素附近聚焦的方式被折射。在通过像素后，光发生扩散，使得其方向性(视角)加宽。
在像素间距长的情况下，微透镜对光的收集特别有效。也就是说，在第二方向(沿着该方向的像素间距比第一方向的间距短)，微透镜的会聚角小，因此在该方向上的光收集是低效的。
在本显示装置中，在第一方向(沿着该方向，微透镜有效(即，像素间距长))，提高从背光源发出的光的方向性，使得该光接近平行光。在通过像素后，用微透镜使光扩散。
同时，在第二方向(沿着该方向，微透镜是低效的(即，像素间距短))，保持从背光源发出的光的低方向性(即，将扩散角设成很大)，从而在光到达微透镜之前使光的视角加宽。
使用上述配置，本显示装置的显示面板的视角在第一和第二方向都很宽。
在本显示装置中，通过提高从背光源发出的光在第一方向的方向性来改进正面亮度。并且，由于方向性的提高，微透镜收集已经被BM等等阻挡的光并使其通过像素孔(光可通过处的像素部分)，从而提高可通过像素的光的量。
因此，在本显示装置中，显示面板的正面亮度优于传统显示装置的正面亮度，在传统显示装置中，从背光源发出的光的方向性低。并且，在微透镜收集的各组光中，在微透镜末端附近进入的光被微透镜折射并收集。因此，在本显示装置中，在宽视角(方向性)范围内改进了亮度。
如果在本显示装置中没有设置微透镜，正面方向的亮度仍然能得到改善，因为从背光源发出的光的方向性在第一方向很高。然而，在第一方向，显示面板的视角非常窄。
在本显示装置中，优选的是，沿第一方向传播的光的强度半宽角不超过±20°。
从背光源发出的光(即，其方向性没有被提高的光)通常具有在±20°至±30°之间范围内的强度半宽角。因此，在光的方向性为±20°或更低的方向，优选地通过微透镜来加宽光的方向性。
当显示面板支持彩色图像再现时，显示面板具有不同类型的像素(例如，R、G和B)行。在这种情况下，由于沿着这些行的排列方向的像素间距很短，所以优选的是，将这些行的排列方向设为第二方向。
可以采用双凸透镜阵列作为上述的微透镜阵列。该双凸透镜阵列包括多个双凸透镜，该多个双凸透镜是分别可以收集沿一个方向传播的光的微透镜。
双凸透镜在制造的简易性和成本方面优于可以收集沿多于一个方向传播的光的微透镜。因此，采用双凸透镜可以限制本显示装置的制造成本。
注意，当采用双凸透镜时，双凸透镜收集光的方向优选的是与上述的第一方向平行。
在本显示装置中，沿第一方向，每个微透镜的会聚角优选的是在20°至30°之间的范围内。由此，适当地设定显示面板的视角。
如果在沿像素间距的纵向方向收集光的方向的透镜直径为D，且焦距为f，则微透镜的会聚角θ可以用下式表示：
θ＝tan-1(D/(2×f))
微透镜阵列通常被设置在显示面板的玻璃基板上。因此，已经通过微透镜的光随后通过玻璃(其折射率为n)。在这种情况下，会聚角被表示如下：
θ＝tan-1(D·n/(2×f))
(在该等式中，f表示玻璃中微透镜的焦距)
在本显示装置中，微透镜的焦点在显示面板的像素附近。更具体地，微透镜的焦点与像素之间的偏差优选地在不超过微透镜与像素之间距离的三分之一的范围内。如果上述偏差在此范围内，可以防止本显示装置的正面亮度明显降低。
微透镜的焦点优选的是更接近微透镜而不是像素，同时偏差在上述范围内。由此，可以在使玻璃基板的厚度被保持在一定水平的同时，在前述方向加宽显示面板(本显示装置)的视角，从而既实现玻璃的方向性又实现玻璃的强度。
可以通过下列步骤(a)-(c)来制造本显示装置的微透镜：
(a)向显示面板的表面(该表面在背光源一侧)涂布光敏树脂的步骤，其中光敏树脂是微透镜的材料；
(b)通过显示面板的像素孔使光敏树脂材料曝光的步骤；和
(c)使已经经过曝光的光敏树脂材料显影的步骤。
如此，通过采用像素的自配准的方法，可以以低成本简单地制造透镜。这使得本显示装置的制造成本降低。
在本显示装置中，在第一和第二方向，可以将从背光源发出的光的强度半宽角设为比较小的值(不超过±20°)。
在这种情况下，从背光源发出的光在第一和第二方向都具有高方向性。这使得在第二方向(沿着该方向，微透镜的会聚角窄)的视角变窄。
在将上述配置用于移动电话的情况下，可以在保持水平方向的窄视角的同时加宽在垂直方向的方向性。这种配置有助于防止用户以外的人观看显示面板上显示的图像。(虽然移动电话的用户可以观看图像，但用户旁边的人不能轻易窥视该图像)。
此外，由于提高了从背光源发出的光在两个方向的方向性，可以进一步提高沿正面方向传播的并能够通过像素的光的量。这进一步改进了本显示装置的正面亮度。
显示面板通常设置有线性偏振板。同时，从背光源发出的一种光是线性偏振的(换言之，从背光源发出的光的线性偏振成分在特定方向很大)。在这种情况下，进入线性偏振板的光的主偏振方向(上述的特定方向)优选地被配置成与偏振板的透射轴平行。这进一步改进了本显示装置的显示亮度。
更具体地，线性偏振板的透射轴与主偏振方向之间的偏振交叉角优选的是不超过±20°的范围。
这将发射光的强度降低限制成约为最大值(在偏振交叉角为0°的情况下)的百分之几。此外，从背光源发出的光的主偏振方向可以与第二方向平行。
可以通过调节线性偏振板与背光源的相对位置，或者在液晶面板和背光源之间插入1/2波长板(或另一种类型的偏振旋转元件)，使进入线性偏振板的光的主偏振方向与偏振板的透射轴平行。
使用偏振旋转元件，可以使从背光源发出的光的主偏振方向旋转所需的方向。这可以容易地使主偏振方向接近线性偏振板的透射轴方向。
当采用液晶面板作为本显示装置的显示面板时，本显示装置可以作为正面亮度高且视角宽的液晶显示装置。
可以适当地采用这种液晶显示装置作为诸如移动电话、PDA(个人数字助理)、数码相机、液晶显示单元和液晶电视的电子设备的显示屏。
在下述液晶面板的情况下——在该液晶面板中，微透镜的形成是通过：在向显示面板发射光的背光源部的显示面板一侧的表面上，粘合允许从背光源发出的并在一个方向振动的线性偏振光通过的偏振板，当偏振板与玻璃基板粘合在一起时，各个微透镜的透镜部分被掩埋在涂布到偏振板上的粘合剂下面，因此难以简单地将背光源部与玻璃基板粘合。因此，由于微透镜表面上的反射而发生光损耗。然而，如果，例如，将偏振板与用于背光源的棱镜片的表面粘合，棱镜片上的反射降低，因此可以阻止上述的光损耗。
本发明的显示装置通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，其可以配置成使得显示面板包括微透镜阵列，微透镜阵列包括与像素对应的一组微透镜，显示面板上的像素以矩阵方式并沿着第一方向和与该第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素间距长于沿第二方向的像素间距，显示面板上的像素以矩阵方式沿着第一方向和与第一方向垂直的第二方向布置，沿第一方向的像素间距长于沿第二方向的像素间距，光的强度半宽角在第一方向和第二方向不超过±20°，并且微透镜阵列收集沿第一方向传播的光。
在这种情况下，从背光源发出的光在第一方向和第二方向都具有高方向性。因此，可以使第二方向(沿着该方向，微透镜的会聚角窄)的视角变窄。
因此，例如，当将这种配置用于移动电话时，可以在保持水平方向的窄视角的同时加宽垂直方向的视角。这种配置有助于防止用户以外的人观看显示面板上显示的图像。(虽然移动电话用户可以观看图像，但用户旁边的人不能轻易窥视该图像)。
此外，由于提高了从背光源发出的光在两个方向的方向性，可以进一步提高沿正面方向传播并能够通过像素的光的量。这进一步改进了本显示装置的正面亮度。
可以如下重新描述上述说明：在背光源部11中，从光源(LED 21)发出的光反复发生全反射，并通过光波导管22传播，并且在设置于发光侧上的微粒型MD上入射的光主要是从光波导管22发出的。
可以以下述第一至第十二个图像显示装置来重新描述本发明。第一显示装置包括：平面光源，其包括光源和传播光源发出的光并使该光从光出射表面出射到外部的光波导管；图像显示设备，通过调制离开光波导管的光出射表面的光，在该图像显示设备上显示图像；设置在图像显示设备的平面光源一侧上并将光聚集在图像显示器的像素孔上的微透镜，这些像素孔与微透镜相对应，该第一图像显示装置被配置成使得从平面光源发出的光在(i)图像显示设备的多色像素的排列方向和(ii)与方向(i)垂直的方向之间的方向性不同，并且在方向(ii)的方向性高于在方向(i)的方向性。
一般而言，如图3所示，直观式液晶显示设备(在该显示设备中，与R、G和B对应的像素(即，RGB像素)以条状方式排列)被配置成，使得沿这些像素(41)的排列方向与R、G和B对应的三个像素被视为一组。因此，这些像素的组的间距(x)和与像素排列方向垂直的方向的像素间距(y)相同。因此，沿RGB像素的排列方向的像素间距是沿与RGB像素的排列方向垂直的方向的像素间距(y)的三分之一。并且，当像素以三角形方式布置时，沿RGB像素的排列方向的像素间距比与RGB像素的排列方向垂直的方向的像素间距短。
当在这些像素中的每个上设置微透镜时，透镜具有矩形形状(即，透镜在与像素排列方向垂直的方向具有较长的边)，使得在图3所示的Y方向的会聚角比X方向的会聚角宽。因此，在Y方向，已经通过像素孔的光以相同的会聚角扩散。同时，由于微透镜在X方向的会聚角窄，即使在光通过像素孔后，扩散角也不宽。这表明，尽管微透镜加宽了Y方向的方向性(视角)，但微透镜在X方向的方向性(视角)不会加宽。因此，来自光源的光在Y方向的方向性被提高，并且其在X方向的方向性被加宽。由此，光在X方向的方向性变窄(提高)，使得背光源的正面亮度得到改进，同时在不会显著降低正面亮度的情况下使通过液晶显示设备的光在Y方向的方向性(视角)加宽。尽管由微透镜引起的方向性(视角)加宽效果在X方向不明显，但入射光的方向性在X方向很宽。因此，由于已经通过液晶显示设备的光在所有方向都具有宽方向性(视角)，实现了具有非常高的质量(即，亮且具有宽视角)的图像。
第二图像显示装置与第一图像显示装置相同，除了光源被布置成与图像显示设备的多色像素的排列方向平行。例如，在文献4的侧光型背光源中，出射光的方向性在(i)光的传播方向和(ii)垂直于方向(i)的方向之间不同。如图6(b)示意性地示出的，在背光源部11中，多个LED 21沿着光波导管22的一侧(入射端面)排成一条直线。可以采用冷阴极管来代替LED 21。并且，可以在光波导管22的两侧上都设置LED或冷阴极管。从LED 21发出并从光波导管22的入射端面进入光波导管22的光，在Y方向通过光波导管22传播，并从出射面(与图平行)发射到显示面板上。随后，光在棱镜片(棱镜阵列)24中全反射，并射向液晶面板12。
如图7所示，这种背光源部11在光源排列方向具有宽方向性，而在与垂直于光源排列方向的方向具有高方向性。因此，如关于第一图像显示装置的效果所描述的，如果使方向性宽的方向与RGB像素(像素41)的排列方向平行，由于微透镜(双凸透镜阵列31)，在所有方向都获得宽方向性(视角)，从而实现具有非常高的质量(亮且具有宽视角)的图像。
第三图像显示装置与第一图像显示装置相同，除了光源被布置成与图像显示设备的多色像素的排列方向垂直的方向。例如，在文献3的侧光型背光源中，出射光的方向性在(i)光传播方向和(ii)垂直于方向(i)的方向之间不同。
在侧光型背光源中，使棱镜或透镜阵列的顶端部分与光波导管的发光侧接触，并且从接触点获得光。因此，如图10(a)-10(c)所示，在光源的排列方向(即，在Y方向)的方向性高，而在垂直于排列方向的方向(即，在X方向)的方向性宽。如对于第一图像显示装置的效果所描述的，如果使方向性宽的方向与RGB像素的排列方向平行，由于微透镜(双凸透镜阵列31)，在所有方向都获得宽方向性(视角)，从而实现具有非常高的质量(亮且具有宽视角)的图像。注意，光源可以是窄的冷阴极管或氙管。并且，作为光源，在光波导管的发光部上设置折射率至少部分匹配的棱镜或透镜。
第四图像显示装置与第一至第三图像显示装置中的任意一个相同，除了微透镜是仅在一个方向收集光的双凸透镜，并且双凸透镜的纵向与多色像素的排列方向平行。如对于第一图像显示装置的效果所描述的，即使采用在Y和X方向都能收集光的微透镜，通过微透镜也不可能使RGB像素排列方向的方向性加宽。因此，这种情况下的效果与采用仅在与RGB像素排列方向垂直的方向收集光的双凸透镜的情况几乎相同。此外，采用双凸透镜可以使透镜易于制造并降低成本。
第五图像显示装置与第一至第四图像显示装置中的任意一个相同，除了微透镜收集光的至少一个方向在20°≤tan-1(D/(2×f))≤30°的范围内，假设在沿像素间距的纵向收集光的方向的微透镜直径为D，且焦距为f。注意，如果微透镜的焦距f被定义为玻璃中的距离，则f必须除以玻璃的折射率n。典型的背光源系统的调节是通过(i)光波导管，其包括以使离开光出射面的出射光组均衡的方式互相远离的扩散部，和(ii)两个棱镜，其垂直于调节出射光的方向性的扩散板，并且在光通过液晶显示设备后，光的方向性(视角)在所有方向都在大约±20°至±30°的范围内。如果为了提高正面方向的亮度，方向性高于上述范围，则液晶显示装置的视角变窄。相反，如果方向性比上述范围宽，则液晶显示装置的视角也加宽，但是亮度降低。如此，这两种情况都不实用。根据类似的原因，在采用微透镜时，优选的是，以使光的方向性保持在上述范围内的方式调节透镜，由此平衡亮度和视角。
根据透镜的直径D和透镜的焦距f(焦点通常设定在像素孔上)确定微透镜的会聚角(光的扩散角)。图9示出了微透镜的会聚角与方向性(半宽角)之间的关系。如果会聚角tan-1(D/2f)在±20°至±30°的范围(注意，尽管这个范围大致精确，但由于像素孔形状之类的原因会产生小的偏差)内，则方向性保持在上述范围内。要指出的是，方向性是指，从发光系统发出的光向特定方向的定向程度。例如，上述范围是用发射光的强度分布(光分布)中的强度半宽角表示的。半宽角越窄，方向性越高。焦点不是通过傍轴焦点方式进行光收集的点，而是微透镜收集的光的射束腰部最小处的点。如果，即使光从背光源进入透镜，也无法确定射束腰部的位置，焦点被设为当平行光进入微透镜时射束腰部最小处的点。
第六图像显示装置与第一至第四显示装置中的任意一个相同，除了微透镜的焦点(在焦点处射束腰部最小)更靠近微透镜而不是图像显示设备的像素孔。目前用于移动电话、PDA、数码相机等的液晶设备的像素间距通常在100-200μm的范围内。当在具有上述像素间距的面板上设置微透镜并且微透镜的焦点被设计成大致位于像素孔处时，如下式所示，在采用具有150μm的像素间距的面板的情况下，即使估计方向性为最窄(20°)，液晶显示设备的微透镜一侧上的玻璃基板的厚度优选地为大约200μm。
会聚角＝tan-1D/2f＝tan-1(150(间距)×1.52(玻璃的折射率)/(2×300(玻璃基板的厚度)))＝20
当然，玻璃基板越薄，玻璃的强度就越低。低强度玻璃会在制造液晶显示设备的步骤中引发操作问题，并且对实际应用中施加的外力缺乏耐受力。因此，如文献1所述，以使微透镜的焦点更靠近透镜而不是像素孔的方式设定微透镜的焦距。由此，只有微透镜的会聚角加宽，且保持一定水平的玻璃基板厚度，从而可以既实现方向性又实现玻璃的强度。
通过文献3公开的微透镜形成方法(这种方法，通过采用像素孔的自配准的方式形成微透镜)制造第七图像显示装置。通过自配准的方法，可以容易地制造对于第四成像装置的效果所描述的双凸透镜，其仅在与RGB像素排列方向垂直的方向收集光。因此，自配准特别适合制造双凸透镜，并有助于削减成本。
第八图像显示装置包括：背光源，从中发出在RGB像素排列方向和在与排列方向垂直的方向都具有高方向性的光；和第一至第一图像显示装置之一。当本发明被用于，例如，通常显示私密信息的移动电话时，在保持平行方向的方向性窄的同时，可加宽垂直方向的方向性。这仍然使用户可以适当地观看显示，但用户旁边的人不能轻易窥视到该显示。此外，由于在所有方向都改进了从背光源发出的光的方向性，背光源的正面亮度得到了进一步提高，因此将实现高强度显示。
第九图像显示装置与第一图像显示装置相同，除了从平面光源发出的光是偏振依赖的，并且线性偏振光(其在光的量比较大的方向)可通过设置于图像显示器的光入射侧上的偏振板。由此，进一步提高了从背光源发出的光的使用效率，从而获得可发出明亮的光的图像显示设备。第十图像显示装置与第九图像显示装置相同，除了图像显示设备的光入射侧上的偏振板允许大部分线性偏振光(其在与多色像素排列方向垂直的方向振动)通过。文献2公开的背光源是以图15(a)和15(b)所示的方式偏振依赖的。如果根据背光源的这种特性设计偏振板，光的使用效率得到改善，从而获得可以显示明亮图像的图像显示设备。
第十一图像显示装置与第十图像显示装置相同，除了上述角度的许可范围不超过±20°。第十二图像显示装置与第十图像显示装置相同，除了在平面光源和偏振板之间设置改变偏振方向的偏振旋转元件(1/2波长板)，并以允许线性偏振光(其沿着光的量比较大的方向)通过偏振板的方式使线性偏振光的偏振轴旋转。当偏振板的透射轴不平行于线性偏振光的轴(其沿着光的量比较大的方向)时，波长板使线性偏振光旋转。由此，从背光源发出的光的利用效率得到改善，从而获得可以再现明亮图像的图像显示设备。
在本实施例中，微透镜被设置在TFT基板33一侧上。可替代地，微透镜可以设置在反向基板32一侧。
在液晶面板不包括微透镜的情况下，通常可以将偏振板固定到玻璃基板上。另一方面，当在液晶面板中形成微透镜时，难以将偏振板固定到玻璃基板上。
由此，可以将微透镜一侧上的偏振板固定到用于背光源部11的棱镜片24上。这使得微透镜表面上的反射提高，但同时使棱镜片上的反射降低，因此可以阻止由表面反射引起的光损耗。
在如上描述的本发明的基础上，显而易见，可以以许多方式改变该相同的方法。这种改变不应被视为背离本发明的精神和范围，并且对本领域技术人员而言显而易见的是，所有这样的修改都应该包含在下面的权利要求的范围内。
工业应用性
本发明可用于包括非自发光显示面板的装置，非自发光显示面板诸如液晶面板、电致变色显示面板、电泳显示面板、toner显示面板和PLZT面板。

Claims (24)

1.一种显示装置，其通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在所述显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，
其中，
在所述显示面板的所述背光源侧，具有微透镜阵列，所述微透镜阵列包括与所述像素对应的一组微透镜，
所述显示面板上的所述像素以矩阵方式沿着第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的间距长于沿所述第二方向的所述像素的间距，并且
所述背光源对所述微透镜阵列的照射光的沿所述第一方向的照射角的方向性高于沿所述第二方向的照射角的方向性。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，沿所述第一方向传播的所述光的强度半宽角不超过±20°。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述微透镜是分别收集沿所述第一方向传播的光的双凸透镜。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中，沿所述第一方向，各个所述微透镜的会聚角在20°至30°之间的范围内。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中，各个所述微透镜是与液晶层上的像素一一对应的微型透镜组，并能够收集沿所述第一方向和所述第二方向传播的光。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中，各个所述微透镜的焦点与所述显示面板上的所述像素之间的偏差在不超过所述微透镜与所述像素之间距离的1/3的范围内。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中，当所述偏差在所述范围内时，所述焦点更接近所述微透镜而不是所述像素。
8.一种权利要求1所述的显示装置的制造方法，其中，包括执行下列步骤来制造所述微透镜的形成工序：
(a)向所述显示面板表面涂布光敏树脂，所述光敏树脂是所述微透镜的材料，所述显示面板的所述表面在背光源一侧；
(b)通过所述显示面板的像素孔，使所述光敏树脂材料曝光；和
(c)使已经经过曝光的所述光敏树脂材料显影。
9.如权利要求1所述的显示装置，
其中，
所述显示面板设置有线性偏振板，并且从所述背光源发出的所述光是线性偏振的，并且
所述线性偏振板的所述透射轴与进入所述线性偏振板的光的主偏振方向之间的偏振交叉角不超过±20°的范围。
10.如权利要求9所述的显示装置，其中，所述主偏振方向与所述第一方向平行。
11.如权利要求9所述的显示装置，其中，进入所述线性偏振板的光的主偏振方向与所述偏振板的透射轴平行。
12.如权利要求11所述的显示装置，其中，在所述显示面板与所述背光源之间设置有偏振旋转元件，用于使所述偏振交叉角在所述范围内。
13.如权利要求1所述的显示装置，其中，使从所述背光源发出的并沿一个方向振动的线性偏振光通过的偏振板，被固定到所述背光源的表面上，所述表面在显示面板一侧。
14.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示面板是液晶面板。
15.一种电子设备，包括权利要求14所述的显示装置。
16.一种显示装置，其通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在所述显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，
其中，
所述显示面板包括微透镜阵列，所述微透镜阵列包括与所述像素对应的一组微透镜，
所述显示面板上的所述像素以矩阵方式沿着第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的间距长于沿所述第二方向的所述像素的间距，而且，所述像素形成在所述第一方向上长、在所述第二方向上短的长方形，
来自所述背光源的光到达所述微透镜阵列之前，作为沿所述第一方向和所述第二方向的各光的射出角的各强度半宽角不超过±20°，并且
通过所述微透镜阵列收集沿所述第一方向传播的所述光。
17.如权利要求16所述的显示装置，其中，所述显示面板是液晶面板。
18.一种电子设备，包括权利要求16所述的显示装置。
19.一种显示装置，其通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在所述显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，
其中，
所述显示面板包括微透镜阵列，所述微透镜阵列包括与所述像素对应的一组微透镜，
所述显示面板上的所述像素以矩阵方式沿着第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的间距长于沿所述第二方向的所述像素的间距，而且，所述像素形成在所述第一方向上长、在所述第二方向上短的长方形，
来自所述背光源的光到达所述微透镜阵列之前，作为沿所述第一方向和所述第二方向的各所述光的射出角的各强度半宽角不超过±20°，并且
通过所述微透镜阵列收集沿所述第一方向传播的所述光，
所述显示面板设置有线性偏振板，并且从所述背光源发出的所述光是线性偏振的，并且
进入所述线性偏振板的光的主偏振方向与所述偏振板的透射轴平行，
所述主偏振方向与所述第一方向平行。
20.一种显示装置，其通过将来自背光源的光施加于显示面板并控制以矩阵方式设置在所述显示面板上的像素的光透射状态来再现图像，
其中，
所述显示面板包括微透镜阵列，所述微透镜阵列包括与所述像素对应的一组微透镜，
所述显示面板上的所述像素以矩阵方式沿着第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的间距长于沿所述第二方向的所述像素的间距，而且，所述像素形成在所述第一方向上长、在所述第二方向上短的长方形，
来自背光源的光到达所述微透镜阵列之前，作为沿所述第一方向和所述第二方向的各所述光的射出角的各强度半宽角不超过±20°，并且
通过所述微透镜阵列收集沿所述第一方向传播的所述光，
所述显示面板设置有线性偏振板，并且从所述背光源发出的所述光是线性偏振的，并且
所述线性偏振板的所述透射轴与所述主偏振方向之间的偏振交叉角不超过±20°的范围。
21.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述像素形成在所述第一方向上长、在所述第二方向上短的长方形。
22.如权利要求1所述的显示装置，其中，
所述背光源具有导光板和在所述导光板上照射光的各点光源，
所述各点光源分别线状地配置在所述导光板的沿所述第二方向的侧面。
23.如权利要求1所述的显示装置，其中，
所述背光源具有导光板和在所述导光板上照射光的冷阴极管，
所述冷阴极管配置在所述导光板的沿所述第一方向的侧面。
24.如权利要求16所述的显示装置，其中，
所述背光源对所述微透镜阵列的照射光的沿所述第一方向的照射角的方向性高于沿所述第二方向的照射角的方向性。
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