CN1584705A - 显示器件 - Google Patents

Abstract

在一种显示器件中，一个背光单元向前发射出光。图像元件以列和行的方式排列，以确定图像元件平面，并且各个图像元件都具有一个透射区域，以透射来自背光单元的光。收集元件排列在背光单元的前面，以透射和收集在图像元件平面上的光。各个收集元件都与一个图像元件的透射区域相关。通过各个收集元件透射的光在图像元件平面上形成一个光束点。该光束点的中心处于相关收集元件的透射区域内。由两个在行方向上相互相邻的图像元件所形成的两个光束点在图像元件平面的列方向上相互错开。

Description

显示器件

                         发明背景

1.技术领域

本发明主要涉及显示器件，更确切地说，本发明涉及一种使用由背光单元所发射的光进行显示操作的不发光显示器件。

2.相关技术的描述

不发光显示器件的实例包括液晶显示器(LCD)，电致变色显示器，以及电泳显示器。在其它装置中，目前LCD已经广泛地应用于个人计算机，手机和许多其它电子设备。

LCD可设计成通过改变在它的图像元件电极开孔上的液晶层的光学性能来显示图像、字符和其它等等，其中图像元件电极可以采用矩阵图形有规则排列并且将驱动电压施加于这些电极上。同样，在LCD中，各个图像元件都包括一个作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)，以便于相互独立地控制各个图像元件。

然而，如果各个图像元件都包括一个晶体管，则各个图像元件的区域就会减小，并且亮度也会下降。

另外，从它们的电性能、制造技术和其它限制条件来考虑，很难将开关元件和互连的尺寸减小至小于临界极限。例如，采用光刻工艺所能够获得的刻蚀精度通常大约为1μm至大约10μm。因此，随着LCD的清晰度进一步的提高以及随着其尺寸的进一步减小，图像元件的间距就会变得越来越小。其结果是，孔径比率进一步减小，以及亮度进一步下降。

为了能够克服这一低亮度问题，根据所提出的方法，可以为LCD大量的图像元件中的每一个图像元件都提供一个收集元件，从而将背光单元所发射出的光都收集在这些图像元件中的每一个元件上。

例如，日本特许公开号No.2-12224披露了一种使用微透镜的透射型彩色LCD。在这类LCD中，大量的微透镜以尽可能密的方式排列在两维剖面上，从而实现了图15B所示的亮度显示。由于微透镜是以这种可能是最密的图形来排列的，所以R、G和B滤色器(以及它们所相关的图像元件)可以Δ三角图形来排列，使得在一行中的每一组RGB滤色器与前一行中相对应组的RGB滤色器错开一个半间距，正如图15A所示。也就是说，在X方向(即，行方向)上的图像元件间距与在Y方向(即，列方向)上的图像元件间距的比率为

然而，为了能够实现在日本特许公开号No.2-12224中所披露的微透镜结构，LCD的图像元件就需要以预定间距的Δ图形来排列。

采用这种Δ图形的图像元件结构的LCD可以获得正常的视频显示，因此就能够有效地应用于电视接收机，摄像机以及其它等等。然而，在个人计算机、手机或者其它等等上所呈现的字符、图像和其它目标都会包含许多行，所以LCD最好是不要采用像条纹结构一样多的△图形结构。在条纹结构中，通常是以三个矩形的R、G和B图像元件来形成一个基本正方形的象素，正如图16所示。在日本特许公开号No.2-12224中所披露的微透镜结构不能够应用于任何采用这种条纹结构的LCD中。

这就存在着进一步提高在各种其它不发光显示器件，而不仅仅只是以上所讨论的LCD显示器件中的光效率的发展需求。

                          发明内容

为了能够克服以上所讨论的问题，本发明的一个目的是提供一种显示器件，它能够通过改进与图像元件有关的收集元件(即，光收集元件和光会聚元件)的结构来提高光效率而不受限于图像元件的结构。

一种根据本发明较佳实施例的显示器件较佳地包括：一个背光单元，多个图像元件，以及多个收集元件。背光单元较佳地向前发射出光线。图像元件较佳地以行和列方式来排列，以确定一个图像元件的平面，并且各个图像元件较佳地具有一个发射区域，它能够发射出来自背光单元的光。收集元件可较佳地排列在背光单元的前面，以发射和收集在图像元件平面上的光。各个或者每个收集元件都较佳地与一个图像元件的发射区域有关。已经通过各个所述收集元件所发射的光较佳地在图像元件平面上形成光束点。该光束点地中心较佳地位于在收集元件相关的发射区域中。两个光束点，这是形成在行方向上两个相互相邻的图像元件上的光束点，较佳的是在图像元件平面的列方向上具有各自相互偏移的中心。

在本发明的一个较佳实施例中，图像元件较佳的是在行方向上以间距P1来排列，并且在行方向上包括相互相邻第一、第二和第三图像元件。在第一、第二和第三图像元件中，与至少第一图像元件的发射区域相关的收集元件的尺寸较佳地大于在行方向上所测量到的P1。

在该特定较佳实施例中，与第二图像元件的发射区域相关的收集元件的尺寸和与第三图像元件的发射区域相关的收集元件的尺寸都较佳地大于在行方向上所测量到的P1。

在另一较佳实施例中，图像元件较佳的是在行方向上以间距P1来排列，并且在行方向上较佳地包括相互相邻第一、第二和第三图像元件。当进行行方向上的测量时，与第一图像元件的发射区域相关的收集元件的尺寸不同于与第二图像元件的发射区域相关的收集元件的尺寸。

在还有一个较佳实施例中，显示器件可以还包括一个彩色滤色层，该滤色层可以包括红色、绿色和蓝色彩色滤色器，并且以条纹图形来排列。

在另一较佳实施例中，收集元件可以由一个微透镜矩阵所组成。

在还有一个实施例中，各个所述图像元件可以具有一层液晶层。

在这种情况下，各个所述图像元件较佳地具有一个反射区域，以反射来自显示器件前方的光，使得显示器件能够有选择性地以透射模式或者以反射模式进行显示操作。

更具体的说，各个所述图像元件的透射区域可较佳地设置，以便于该透射区域的中心能够充分匹配光束点的中心。

根据本发明较佳实施例的显示器件改进了收集元件的结构，例如，该收集元件与各个图像元件有关，从而在不受图像元件结构限制的条件下提高光效率。同样，在较佳实施例中，提高了特殊色彩的亮度，从而根据色彩与色彩之间的关系来改变亮度，并且实现更佳的可视显示。另外，在采用穿透型LCD实施本发明时，可以在不改变在反射和透射电极之间的区域比率的条件下，改变在反射和透射模式之间的亮度比率。

通过以下的本发明较佳实施例的详细讨论及参考附图，本发明的其它性能、组成部分、处理方法、步骤、特性和优点将变得更加显而易见。

                    附图的简要说明

图1是说明根据本发明特殊较佳实施例的穿透型LCD的投影示意图。

图2是说明在图1所示的LCD中的微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的典型位置关系的平面示意图。

图3是说明在在图1所示的LCD中的微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的另一典型位置关系的平面示意图。

图4是说明在比较实例中的微透镜和光束点中心的结构的平面示意图。

图5是说明在另一比较实例中的微透镜和光束点中心的结构的平面示意图。

图6是说明当图像元件采用△图形结构排列时在微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的典型位置关系的平面示意图。

图7是说明在只有与R、G和B图像元件的透射区域相关的微透镜具有增加直径的状态下的微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的典型位置关系的平面示意图。

图8是说明用于图1所示的透射型LCD的背光单元的剖面示意图。

图9是说明在对背光单元的发光平面进行测量时背光单元的光学特性的图形。

图10是显示如何对背光单元的发光平面进行光学性能测量的示意图。

图11A是说明图9所示的方向分离的示意图。

图11B是说明以图11A的方式所显示的椭圆。

图12说明了图8所示的背光单元的光引导平面。

图13是说明用于在图1所示的透射型LCD的穿透型液晶平面的TFT基片的平面示意图。

图14是包括以图13中的XIV-XIV表示平面观察时的图13所示TFT基片的液晶板的局部剖面示意图。

图15A是显示日本特许公告No.2-12224中所披露的图像元件的Δ图形结构的示意图。

图15B是显示其透镜结构的示意图。

图16是显示条纹图像元件结构的示意图。

                        具体实施方式

下文将参考附图详细讨论本发明的较佳实施例。

以下所说明的本发明实施例假定适用于半透射(或者穿透型)LCD。然而，本发明并没有以任何方式限制于这些特殊较佳实施例，它可以自然地应用于诸如透射LCD之类的非穿透型LCD。此外，本发明也能够有效地应用于电泳显示器和其它非LCD显示器。

目前，穿透型LCD已经开发成为一种有效应用于明亮环境中的LCD，它可以应用于手机中。在穿透型LCD中，各个图像元件都包括一个能够传输背光光线的透射区域和一个能够反射环境光线的反射区域。于是，穿透型LCD就可以根据它的工作环境来切换它的显示模式，可以从透射模式切换至反射模式，反之亦然；也可以在同一时间使用两种模式。例如，在日本特许公告No.11-109417中完整地披露了一种穿透型LCD。

常规穿透型LCD需要一个相对较宽的反射区域。因此，就降低了透射区域于各个图像元件区域的比率，以致于在透射模式中亮度会下降很多。然而，本发明以下较佳实施例的穿透型LCD可以通过将在反射模式中的亮度降低至最小来提高在透射模式中的亮度。

图1是说明根据本发明一个特殊较佳实施例的穿透型LCD 200的示意图。

穿透型LCD 200包括：一个背光单元50(图1中未显示，但是在图8中显示了)，设置在背光单元50前面的一组收集元件54，以及一个设置在一组收集元件前面的显示屏100。应该注意的是，当某些部件处于另一部件的前面时，本文假定较前面的部件比较后面的部件更晚些接受到来自背光单元的光线。

显示屏100包括：一对透明的基片10和11，以及多个图像元件Px，该图像元件以行和列的方式排列在这些基片10和11之间。图像元件Px包括R、G和B图像元件，它们能够分别发射出红色、绿色和蓝色的光线。这些图像元件Px中的每一个都是由沿着行方向延伸的光屏蔽层(即，黑色矩阵)BL1和沿着列方向延伸的另一光屏蔽层BL2所确定的。光屏蔽层BL1可以由栅极线1所确定(见图13)，而光屏蔽层BL2可以由数据线2所确定(也见图13)。

显示屏100还包括一个滤色器层(未显示)，该层包括了红色(R)滤色器，绿色(G)滤色器以及蓝色(B)滤色器。这些R、G和B滤色器以条纹状排列，如图16所示。三个图像元件Px，各自在行方向上相互相邻，分别通过R、G和B滤色器发射出R、G和B光线，并且一起形成一个象素。这些图像元件Px中的每一个元件都包括一个透射区域Tr和一个反射区域Rf。投射区域Tr是一个以透射模式进行显示操作的区域，而反射区域Rf则是一个以反射模式进行显示操作的区域。

在穿透型LCD 200中，收集元件组54包括多个收集元件54a，每一个收集元件都与一个图像元件Px的透射区域Tr有关。在该较佳实施例中，一个微透镜矩阵是采用收集元件54a的组54的方式提供的。

在微透镜矩阵54中，为相关图像元件Px的透射区域Tr都设置了各个微透镜54a。光线41可以通过微透镜54a在图像元件所确定的平面(有时将该平面称之为“图像元件平面)上形成一个光束点，并且该光束点的中心位于它所相关的图像元件Px的透射区域Tr内。

在该较佳实施例中，各种彩色光线都可以收集在它所相关的图像元件Px的透射区域Tr内。然而，并不是每一种彩色都必须收集在透射区域Tr之内，而是已经通过微透镜54a的彩色光线才需要收集在比图像元件平面更接近微透镜54a的点上。另外，已经通过另一微透镜54a的另一彩色光线可以收集在比图像元件平面更远的微透镜54a的点上。此外，各种彩色光线都可以较佳地收集在它所相关的图像元件的透射区域Tr内，因为即使是在减小透射区域Tr的区域时也使亮度可以保持着足够高。

应该注意的是，这里所提到的“光束点”是指在图像元件平面上的彩色光线的光束截面部分(或者横截面)，除非有其它阐述。于是，“光束点”并一定是指“聚焦点”(即，彩色光线所具有的最小截面部分的点)。同样，这里所提到的“光束点的中心”是考虑了在图像元件平面上的亮度分布来确定的，并且对应于一张纸的主要部分的中心，它的形状是由光束点的束截面部分所确定的，以及它所具有的亮度分布对应于光线的亮度分布。如果亮度分布对称于光束点的束截面部分的几何中心，则“光束点的中心”就与几何中心相匹配。然而，例如，如果由于微透镜的失常使得光亮度分布是非对称的，则“光束点的中心”就会偏离几何中心。

该较佳实施例的穿透型LCD 200的主要特征是，以一种预定的图形来排列收集元件，使得形成在两个以行方向相互相邻的图像元件上的两个光束点都能够在图像元件平面上具有以列方向主要部分相互偏离的中心。

在这种情况下，光束点的“主要中心”就与光束点的“中心”相匹配，只要是在一个单一图像元件上形成的一个单一光束点中心。然而，如果在一个单一图像元件上形成了多个光束点中心，则光束点的“主要中心”就由这些光束点的中心所确定。

下文中，将更全面地参考附图2至7来讨论该较佳实施例LCD中的微透镜矩阵的特殊结构，这些附图是以显示屏的垂直方向所观察到的微透镜的平面示意图。在图2至图7中，为了简化讨论，假定各个微透镜的中心都匹配于它所相关的光束点的中心。

图2是说明在LCD 200中的一个微透镜54a、光束点的中心41C以及它所相关的透射区域Tr之间的典型位置关系的平面示意图。图像元件是采用条纹状在行方向上以间距P1和在列方向上以间距P2排列的。在行方向上相互相邻的三个图像元件Px可以分别发射出R、G和B光线，并且一起构成一个象素。微透镜54a可以排列成各个光束点的中心41C都形成在它所相关的透射区域Tr内，并完全与该透射区域Tr的中心相匹配。在图2所说明的实例中，微透镜以尽可能与条纹状排列的图像元件的相同密度来排列。

在各个图像元件Px中形成单个光束点中心41C。于是，各个光束点中心41C与其主要部分的中心相匹配。正如图2所示，多个光束点的各个中心可以沿着一系列图像元件以Z字形图形来排列。在两个任意图像元件Px上的光束点中心41C可以在行方向上相互相邻，且在列方向上相互错开。换句话说，在列方向上就没有一对光束点，其中心41C是相互对准的。通过排列微透镜，就可以采用该方式将与一行中的两个相邻图像元件相关的微透镜的中心(即，光束点的中心)在列方向上相互错开，并且微透镜也可以尽可能与条纹状排列的图像元件一样的密度来排列。在以上所提及的日本特许公告No.2-12224中所披露的结构中，与各行的图像元件有关微透镜的中心(即，光束点的中心)都在列方向上相互对准。于是，为了尽可能密地排列微透镜，图像元件就需要采用以上所讨论的Δ图形来排列。

正如图2所显示的，光束点中心41C可以采用Z字形图形来排列，使得两行光束点中心41C都能够形成在各行的图像元件上，从而定位在列方向上的两个自然不同的层次上。在两行光束点中心41C的各自中心上，光束点中心41C可在行方向上以2P1的间距Mx来排列。这就是说，在相同行的元件上，两行光束点中心41C使得它们的间距偏移Mx/2(＝P1)。同样，在该较佳实施例中，图像元件Px和光束点中心41C可排列成它们在列方向上的间距P2和My满足P2＝2My。因此，就可以采用理想的图形(即，尽可能密)将具有圆形截面部分的微透镜54a排列在平行于显示屏的平面上。图2所示的微透镜54a可满足 $\mathrm{Mx}:\mathrm{My}=2:\sqrt{3},$ 并在微透镜矩阵平面(即，定义为平行于显示屏的平面)上的微透镜54a的全密度可最大化为 $\mathrm{\π}\sqrt{3}/6=0.906.$ 因此，从背光单元入射到显示屏100的光线总量的90.6％可以收集在相关的透射区域，并且可以用于显示的目的。正因为如此，即使各个透射区域的面积随着液晶屏的尺寸进一步增加而减小，但是亮度透射模式依旧可以获得。同样，即使各个透射区域的面积于它所相关图像元件Px的比率减小，以增加在反射模式中的零度，但是亮度透射模式也依旧可以获得。此外，通过改进透镜的设计，可以改变在反射和透射模式之间的亮度比率，而不需要改变在反射和透射电极之间的面积比率。

图4和图5是说明在比较实例中的微透镜和光束点中心的典型结构的平面示意图。

在图4所示的微透镜结构中，如果在行方向上的图像元件间距P1与在列方向上的图像元件间距P2的比率为正常结构中的1∶3，则微透镜254a的总的密度大致为π/16＝0.262。因此，在透射模式显示操作中所可以使用的最大光线总量为从背光单元入射至液晶屏的光线总量的26.2％。

在图5所示的微透镜结构中，各个图像元件Px排列了三个微透镜255a，如果P1∶P2＝1∶3，则微透镜255a所具有总的密度大致为π/4＝0.785。因此，在透射模式显示操作中所可以使用的最大光线总量为从背光单元入射至液晶屏的光线总量的78.5％。

在图2所说明的实例中，各个微透镜都在平行于显示屏的平面上具有圆形截面部分。然而，在LCD 200中所使用的透镜屏不一定需要具有圆形的截面部分。可替代的是，例如，透镜可以具有图3所示的六边形截面部分。在图3所示的微透镜矩阵中，采用蜂窝图形排列多个正规六边形的微透镜55a。该微透镜矩阵可以设计成各个微透镜55a的每一边都与相邻微透镜的一边相接触。

因此，在微透镜的矩阵平面上，微透镜55a可以排列成其总的密度几乎为100％。从而与图2所示的微透镜54a相比较，可以进一步提高透镜的总的密度并且还可以实现较亮的透射模式。

于是，应该看到：与图4和图5所示的比较实例相比较，在图2和图3所示的微透镜结构中用于LCD的入射光可以得到更加有效的使用。

在以上所讨论的较佳实施例中，图像元件Px在LCD 200中可以采用条纹状排列。可替代的是，例如，图像元件Px也可以采用Δ图形来排列。

图6是说明当图像元件采用Δ图形结构排列时在微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的典型位置关系的平面示意图。即使图像元件Px是采用这类Δ图形结构来排列，也可以将图6所示的光束点中心41C排列成类似于图2所示的光束点中心41C。

在以上所讨论的本发明较佳实施例中，微透镜都是以尽可能密或者相对较密的结构来排列的。然而，本发明并没有以任何方式限制于这些特殊较佳实施例。

相反，通过与在图像元件行中相互相邻的两个图像元件相关的微透镜的中心(即，光束点的中心)在列方向上相互错开，使得微透镜可以采用多种其它图形来排列并且可以获得多种效果。

首先，对已经讨论的尽可能最密的结构来说，微透镜54a的直径可以大于在行方向上的图像元件间距P1。因此，可以使用比图4和图5所示的微透镜更大的微透镜来提高光学效率，而不再受到图像元件间距P1的限制。

在图2、3和6所说明的实例中，在行方向上所测量到的多个微透镜中的各个尺寸都大于图像元件间距P1。然而，本发明并没有以任何方式限制于这些特殊较佳实施例。如果在行方向上所测量的各个微透镜的尺寸都大于图像元件间距P1，则与尺寸小于间距P1的状态相比较，来自背光单元的光线就可以更有效地收集在透射区域。不过，微透镜的尺寸可以根据透射区域与图像元件Px的面积比率以及在图像元件Px中的透射区域的位置作适当选择。于是，在行方向上的微透镜的尺寸可以小于图像元件间距P1。即使如此，仍可以通过改进透镜的设计，来改变在反射模式和透射模式之间的亮度比率，而不需要改变在反射和透射电极之间的面积比率。

另外，并不是所有的这些微透镜，只是所选择的一部分微透镜，其在行方向上的尺寸可以大于图像元件间距P1。例如，在R、G和B图像元件之间，通过选择性地增加与一种和两种颜色的图像元件的透射区域相关的微透镜尺寸，就能够提高特定颜色的亮度。同样，通过改变颜色与颜色之间基色的亮度，也可以实现可视性显示。此外，如果R、G和B滤色器都具有相同的厚度，则可以补偿某一特定颜色所降低的亮度。

图7是说明在只有与R、G和B图像元件的透射区域相关的微透镜57a具有增加直径的状态下的微透镜、光束点的中心以及它所相关透射区域之间的典型位置关系的平面示意图。由图7所示的微透镜所形成的光束点中心也可以排列成类似于图2所示的微透镜54a所形成的光束点中心。

在图2、3、6和7所说明的实例中，微透镜是一个球形透镜，它具有一个圆形的透射区域。然而，本发明并没有以任何方式限制于这些特殊较佳实施例。可替代的是，微透镜也可以是非球形的透镜或者是菲涅耳透镜。同样，例如，透射区域的形状可以光束点的形状作适当的选择。

微透镜较佳地具有一个长的焦距长度(即，从微透镜中心至聚焦点的距离)。这是因为如果聚焦长度是长的，则从背光单元50所发射出的光就能够根据需要收集在它所相关的透射区域Tr上，即使液晶屏100包括相对较厚的基片10。

微透镜54可以采用众所周知的方式来制成。特别是，通过执行以下工艺步骤可以获得微透镜矩阵54。

首先，制备一个压模，它能够高精度呈现出所需微透镜矩阵的形状。接着，将紫外线固化的树脂注入到压模和液晶屏100的基片10之间的缝隙中。随后，暴露出紫外线固化的树脂，并采用紫外线对其固化。在紫外线固化的树脂已经充分固化之后，小心地卸去压模。

根据这一方法，就可以容易地大批量制造出具有高光学性能的微透镜矩阵。微透镜矩阵54的材料较佳是紫外线固化的树脂，当其完全固化时可呈现出高的透明性和小的双折射性。另外，微透镜矩阵也可以采用离子交换方法或者光刻工艺来制成。在以上所讨论的较佳实施例中，微透镜可作为一个收集元件使用。另一种选择是，也可以使用棱镜或者任何其它类型的光学元件来替代。

下文中，将讨论在该较佳实施例的穿透型LCD 200中所使用的背光单元50和显示屏100。

                         背光单元

适用于该较佳实施例的背光单元50是一个使用一个单一的LED作为它的光源的背光。为了使得背光单元50所发出的光可以被收集元件54充分地收集，由背光单元50所发射出的光较佳地具有较高程度的平行度(即，发出光的亮度半宽较佳的是在±5度以内)。以下所讨论的背光单元可以预定方向发射出具有高平行度的光。

正如图8所示，背光单元50包括：一个光引导板24，一个设置在光引导板24之后的反射器30，一个排列在接近光引导板24的角落24t的LED 21(见图10和12)，以及一个设置在光引导板24前面的棱镜片25。在该较佳实施例中所使用的背光单元50更全面地是Kalil Kalantar等在IDW’02(PP.509-512)中所披露的。

由LED 21所发射出的光入射至光引导板24并且由光引导板24进行内部反射。其结果是，光几乎透射到了光引导板24的整个输出平面。已经通过光引导板24的较低表面的光由反射器30反射，再次入射至光引导板24，并随之透射到光引导板24的整个输出平面。光引导板所输出的光入射至棱镜片25上，并由棱镜片25垂直折射至光引导板24。

例如，反射器30可以由铝膜制成。光引导板24可以由某些透明的材料制成，例如，聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。光引导板24包括多个棱镜22，可用于采用反射表面22a所反射的内部入射的光并随后通过光引导板24来透射。这些棱镜22都可以制成在光引导板24的下部并以图12所示的矩阵方式排列。正如图8所示，各个棱镜22都具有一个双反射表面22a的三角形凹槽的形状。所设置的棱镜22的反射表面22a是沿着与Y方向(第一方向)相垂直的X方向(第二方向)延伸，这是以环绕LED 21为中心的所定义的圆的半径方向，正如图12所示。换句话说，棱镜22是以沿着X方向延伸的凹槽制成的。可将反射表面22a的倾斜角度定义为在光引导板24中的内部光都能够有效地透射过垂直的光引导板24。在图12所说明的实例中，为了能够简化说明，该棱镜22是以规则的间隔来排列的。然而，实际上，棱镜22可较佳的设计成它们的间隔随着离LED 21所发射出的光越远而减小。

图9显示了在光输出平面上所测量到的背光单元50的光学性能。图9所示的结果是通过图10所示的环绕LED 21为中心的在背光单元50的光输出平面上所画的三个圆弧上的三个点A、B和C所测量到的亮度平均所获得结果。在这种情况下，环绕LED 21为中心所画的圆的半径方向可称之为“Y方向”，而与Y方向相垂直的方向可称之为“X方向”。

正如图9所示，以X方向输出光的亮度所具有的半宽(即，FWHM)大约为±3度，而在Y方向输出光的亮度所具有的半宽大约为±15度。于是，就可以看到，在X方向上的指向性就高于在Y方向上的指向性(即，在X方向上的输出光所具有的平行度高于Y方向)。这就是说，很明确，在X和Y方向之间的指向性上存在着差异。因此，所输出的光就在光输出平面上呈现出分散的指向性。图11A是说明这种指向性的分散现象的示意图。图11B显示了在图11A中所显示的椭圆的含义。可以从图11B中看到，椭圆的长轴方向呈现出较弱的指向性(即，较低的平行度)，而椭圆的短轴方向出现出较强的指向性(即，较高的平行度)。

采用这一方式，背光单元50输出光在光输出平面的X和Y方向上呈现出不同的指向性。然而，通过使用微透镜矩阵54，构成了在平行于显示屏所定义的平面上具有圆形截面部分的微透镜54a(见图1和图2)，使得在X方向上的高指向性光可以被充分地收集。其结果是，在LCD 200的整个显示屏幕上都能够较好地实现高亮度显示。

应该注意的是，在这些较佳实施例中所使用的背光单元并不一定都具有以上所讨论的结构。另外，LED 21也可以设置在光引导板24的一边表面的中心或者甚至于使用两个或更多个LED。可选择的是，例如，LED可以采用荧光灯来替代。

                          显示屏

下文中，将参考图13和图14详细讨论适用于图1所示的穿透型LCD使用的显示屏1000的结构和功能。图13是说明显示屏100的TFT基片100A的平面示意图。图14是包括以图13所示的XIV-XIV表示平面上所观察到的TFT基片100A的显示屏100的局部剖面示意图。

正如图14所示，显示屏100包括：TFT基片100A，一个滤色器基片100B，以及一个夹在两个基片100A和100B之间的液晶层23。根据TFT基片100A和滤色器基片100B的需要还可以设置一个偏振器、一个四分之一波板和/或一个对准薄膜(在图14中没有显示)。

正如图13所示，在显示屏100中所包括的TFT基片100A包括制成在玻璃、石英或者其它适用材料的透明基片上的薄膜晶体管(TFT)5，栅极总线1和源极总线2。正如图13和图14所示，在两个栅极总线1和两个源极总线2所环绕的各个区域中设置了诸如ITO所制成的透明电极13和诸如铝所制成的反射电极15，以便于组成一个图像元件的电极4。

TFT 5设置在栅极和源极总线1和2之间各个交叉部分的附近。正如图13所示，栅极总线1连接着TFT 5的栅极电极6，而源极总线2连接着TFT 5的源极电极7。尽管在图13中没有显示，如果图像元件的电极4可排列成与栅极和源极总线21和2相互重叠的，就可以有效地提高图像元件的孔径比率。

正如从显示屏100(即，垂直于显示屏幕)上所观察到的，以矩阵方式排列的多个图像元件Px中的各个元件都包括一个透射区域Tr和一个反射区域Rf。透射区域Tr是由具有将电压施加至液晶层23的电极功能和透射入射光功能的TFT基片100A的区域所确定的。另一方面，反射区域Rf是由具有将电压施加至液晶层23的电极功能和反射入射光功能的TFT基片100A的区域所确定的。

在TFT基片100A的透明基片10上，设置了栅极绝缘薄膜12，以此覆盖着栅极总线1(见图13)和栅极电极6。在该栅极绝缘薄膜12上沉积着一个半导体层5a，从而定位在栅极电极6的右面。同样，半导体层5a分别通过半导体接触层7a和8a电性能连接着源极和漏极电极7和8，以此构成TFT 5。TFT 5的漏极电极8电性能连接着透明电极13并且还在树脂层14的接触孔9上进一步连接着反射电极15。透明电极13设置在栅极绝缘薄膜12上，以此定位在栅极和源极总线1和2所环绕的区域中心附近。

树脂层14具有可以暴露透明电极13的开孔14a，该树脂层设置在透明电极上，从而覆盖几乎透明电极10的整个表面。反射电极15设置在树脂层14上，使之环绕着开孔14a。树脂层14的表面上设置着反射电极15，它具有类似于连续波的不平坦。于是，反射电极15也具有相类似的表面形状并且呈现出适度传播和反射的特征。具有连续波形状表面的树脂层14可以采用诸如光敏树脂的材料来制成。

在滤色器基片100B的透明基片11(可由玻璃、石英和任何其它适用材料所制成)上，设置了一层滤色层并且还在其表面上设置了反向电极(透明电极)18，且使之面对着液晶层23。滤色层包括红色(R)滤色器16A，绿色(G)滤色器和蓝色(B)滤色器，以及一个充垫在这些滤色器之间间隙的黑色矩阵16D。在该较佳实施例的LCD 200中，滤色器是以图16所示的条纹状排列的。反向电极18可以由诸如ITO的材料制成。

应该注意的是，在穿透型LCD 200中所包括的显示屏并不一定要采用这种结构，并且可以是任何其它已知的显示屏。在穿透型LCD 200中所使用的显示屏并不一定是彩色显示类型，并且也可以是单色显示类型。

以上所讨论的根据本发明任何各种较佳实施例的显示器件可以提高光学效率，而不限制于任何特定的图像元件结构，并且可以有效地应用于诸如LCD之类的非发光性显示器件。

在结合上述较佳实施例讨论本发明的同时，本领域中的熟练技术人士都应该意识到，所披露的发明可以采用众多方式进行改进并可以包括以上所特殊讨论的这些实施例以外的许多实施例。后附的权利要求试图包含着本发明的所有改进并将属于本发明的精神和范围之内。

Claims (9)

1.一种显示器件，其特征在于，它包括：

一个背光单元，用于向前发射光；

多个图像元件，它以列和行方式来排列，以确定一个图像元件平面，并且各个图像元件都具有一个透射区域，以透射来自背光单元的光；和，

多个收集元件，它排列在背光单元的前面，以透射和收集在图像元件平面上的光，各个和每个收集元件都与一个图像元件的透射区域相关；

其中，通过各个所述收集元件透射的光线在图像元件平面上形成一个光束点，光束点的中心位于与所述收集元件相关的透射区域内，以及，

其中，由两个在行方向上相互相邻的图像元件所形成的两个光束点中心的主要部分在图像元件平面上的列方向上相互错开。

2.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，所述图像元件在行方向上以间距P1来排列，并且包括在行方向上相互相邻的第一、第二和第三图像元件，以及，

其中，在第一、第二和第三图像元件中，与至少第一图像元件的透射区域相关的收集元件尺寸大于在行方向上所能够测量到的P1。

3.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，所述与第二图像元件的透射区域相关的收集元件尺寸和与第三图像元件的透射区域相关的收集元件尺寸都大于在行方向上所能够测量到的P1。

4.如权利要求1至3所述的显示器件，其特征在于，所述图像元件在行方向上以间距P1来排列，并且包括在行方向上相互相邻的第一、第二和第三图像元件，以及，

其中，正如在行方向上所测量到的，与第一图像元件的透射区域相关的收集元件尺寸不同于与第二图像元件的透射区域相关的收集元件尺寸。

5.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，还包括一层滤色层，该滤色层包括红色、绿色和蓝色滤色器，这些滤色器以条纹图形排列。

6.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，所述收集元件可构成一个微透镜矩阵。

7.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于，所述各个图像元件都具有一层液晶层。

8.如权利要求7所述的显示器件，其特征在于，所述图像元件都具有一个反射区域，以反射来自背光单元的光，以及，

其中，所述显示器件可有选择性地以透射模式和以反射模式来进行显示操作。

9.如权利要求8所述的显示器件，其特征在于，所述各个图像元件的透射区域可排列成所述透射区域的中心完全与光束点的中心相匹配。

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