JP2004325942A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックライトの光利用効率を向上させ、画面の照度を高めることができ、かつ、製造コストを低減可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】光を反射する反射画素電極７が設けられた第１の基板５と、反射画素電極に対向する透明電極９が形成されると共に第１の基板５と平行に配置される第２の基板１１と、第１の基板５と第２の基板１１との間に封入された液晶８と、第１の基板５の背面側から照明光を当てるバックライト２と、バックライト２からの照明光を反射画素電極７の配列上に集光する多数のライン状プリズムＬＰを有する集光板４と、を備え、反射画素電極７に、内側の反射率が低く且つ外側に移るに従って徐々に反射率が高くなるように連続的に変化する反射率の濃淡部分を画素単位毎に設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】光を反射する反射画素電極７が設けられた第１の基板５と、反射画素電極に対向する透明電極９が形成されると共に第１の基板５と平行に配置される第２の基板１１と、第１の基板５と第２の基板１１との間に封入された液晶８と、第１の基板５の背面側から照明光を当てるバックライト２と、バックライト２からの照明光を反射画素電極７の配列上に集光する多数のライン状プリズムＬＰを有する集光板４と、を備え、反射画素電極７に、内側の反射率が低く且つ外側に移るに従って徐々に反射率が高くなるように連続的に変化する反射率の濃淡部分を画素単位毎に設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の映像表示機能と透過型の映像表示機能を備えた半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末＝Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等のモバイル製品における表示装置として、屋内外を問わず視認性を確保可能な、いわゆる半透過型カラー液晶表示装置が使用されている。
【０００３】
一般に、半透過型カラー液晶表示装置は、外部から入射する光を反射する反射画素電極によって画素を構成しており、この反射画素電極に開口が形成されている。周囲が明るい場合には外光を反射画素電極によって反射することで画像を表示し、暗い場合にはバックライトの照明光を反射画素電極に形成された開口を透過させて画像を表示するように構成されている。
【０００４】
従来の、この種の液晶表示装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものもある。この液晶表示装置は、昼間など外光が明るい時にこれを利用して映像を表示することのできる反射型と、夜間など外光が乏しく暗い時にバックライト（背面光源）を利用して映像を表示する透過型との両方の機能を備えている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９８２６７号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半透過型カラー液晶表示装置では、外部からの光を利用したときに視認性を確保するためには、反射画素電極の開口の面積が制限されるため、バックライト使用時に照明光の利用効率が低く、画面の照度が低いという問題がある。このバックライト使用時の画面の照度を高めるために、バックライトの起動を高めると、バックライトの消費電力が増加し、モバイル製品のバッテリー使用時間が短くなるという不利益が存在する。
【０００７】
このような不利益を解消し、バックライト使用時の画面の照度を高める技術が、例えば、前述した特許文献１に開示されている。この特許文献１には、開口を有する反射層とバックライトとの間に、画素に対応する領域に合わせてマイクロレンズを配置し、バックライトからの照明光を開口に集光して、画面の照度を高める技術が記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、マイクロレンズを精度良く形成する必要があるため、製造コストが嵩むという課題があった。また、マイクロレンズを反射層に形成された開口に正確に位置合わせする必要があり、製造作業に熟練性を要するという課題も存在した。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックライトの光利用効率を向上させ、画面の照度を高めることができると共に、製造コストを低減可能な液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、光を反射する反射画素電極が設けられた第１の基板と、反射画素電極に対向する透明電極が形成されると共に第１の基板と平行に配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入された液晶と、第１の基板の背面側から照明光を当てるバックライトと、バックライトからの照明光を反射画素電極の配列上に集光する多数のライン状プリズムを有する集光板と、を備え、反射画素電極に、内側の反射率が低く且つ外側に移るに従って徐々に反射率が高くなるように連続的に変化する反射率の濃淡部分を画素単位毎に設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明では、バックライトからの照明光は、ライン状プリズムによって集光され、第１の基板を通じて反射画素電極の内側へ入射される。このため、反射画素電極に形成された反射率の濃淡部分（グラデーション）のうち、反射率の低い内側部分を通過する照明光の光量が、ライン状プリズムがない場合と比べて増加する。このため、バックライトを用いて画像を表示したときの画面の照度が、バックライトの光量を増やすことなく向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１乃至図９は、本発明の実施の例を示すもので、図１〜図３は本発明の第１の実施の例に係る液晶表示装置を示す図、図４〜図６は本発明の第２の実施の例に係る液晶表示装置を示す図、図７は表示画面の明るさと環境照度との関係を示すグラフ、図８は画素配列の例を示す図、図９は本発明に係るライン状プリズムの形状の例を示す図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の例に係る液晶表示装置１は、光源であるバックライト２と、第１の偏光板３と、集光板４と、第１の基板５と、透明画素電極６と、反射画素電極７と、液晶８と、透明電極９と、カラーフィルター１０と、第２の基板１１と、第２の偏光板１２とを備えて構成されている。
【００１４】
バックライト２は、例えば、冷陰極蛍光管等の光源を内蔵して構成されており、面状に放射される照明光ＢＬを第１の偏光板３に向けて出力する。第１の偏光板３は、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち特定の偏光光のみを透過する。この第１の偏光板３のバックライト２と反対側の面に集光板４が配置されている。
【００１５】
集光板４は、第１の偏光板３を通じて入射されるバックライト２からの照明光ＢＬを、第１の基板５上に設けられている反射画素電極７の網目状の配列上に集光する。この集光板４の構造については、後に詳細に説明する。
【００１６】
第１の基板５は、例えば、ガラス板等の透明な材料から形成されている。この第１の基板５の上面には、図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子が形成されている。このＴＦＴ素子は、各透明画素電極６及び反射画素電極７の各網目部分７ａに対してそれぞれ対応するように設けられている。
【００１７】
透明画素電極６は、第１の基板５の上面に所定の厚さで所定のパターンによって形成されている。この透明画素電極６は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の導電性の光を透過する透過膜によって形成されている。更に、透明画素電極６は、例えば、スパッタリングにより第１の基板５に薄膜を形成した後、レーザ加工等の加工方法により所定のパターンに加工される。この透明画素電極６は、液晶表示装置１の画素配列に対応して第１の基板５の表面に配列されている。尚、図３等に示すように、画面の水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向としたとき、透明画素電極６は少なくともＹ方向に関して等間隔に配列され、Ｘ方向に沿った直線上に配列されている。
【００１８】
反射画素電極７は、透明画素電極６の上に重ね合わせるように形成されている。この反射画素電極７には、図３等に示すように、外形が四角形をなす多数の網目部分７ａが形成されている。多数の網目部分７ａは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔に整列されており、碁盤の目をＹ方向に細くしたような形状として形成されている。各網目部分７ａは反射率のグラデーション（濃淡部分）をなすように形成されており、この実施例では、濃淡部分は水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の四方向に反射率が連続的に変化するように構成されている。
【００１９】
即ち、反射画素電極７の各網目部分７ａは、光の反射率が高い部分｛反射率１００％又はそれに近い反射率（光の透過率としては低い部分＝透過率０％又はそれに近い透過率）｝として形成された外側四辺の高反射部分（Ｘ方向１５ａ、Ｙ方向１５ｂ）１５と、光の反射率が低い部分｛反射率０％又はそれに近い反射率（光の透過率としては高い部分＝透過率１００％又はそれに近い透過率）｝として形成された内側中央部の低反射部分（Ｘ方向１６ａ、Ｙ方向１６ｂ）１６と、その高反射部分１５から低反射部分１６に至るまでの反射率が連続して徐々に減少するようになっている中間部分（Ｘ方向１７ａ、Ｙ方向１７ｂ）１７とから構成されている。
【００２０】
これら高反射部分１５、低反射部分１６及び中間部分１７に関して、図１〜図３（図４〜図６の場合も同様）では、図面中でグラデーションを実際に表現することが困難であるため、この実施例では線の間隔を外側から内側へ移るに従って徐々に広くしてグラデーションの感じを表現するようにしている。
【００２１】
このような反射画素電極７は、例えば、アルミニウム等の導電性の光を反射する反射膜で形成されている。この反射画素電極７は導電性を有するため、透明画素電極６と電気的に接続されている。この反射画素電極７は、例えば、金属を高温にして蒸発させ、その蒸気で金属を薄膜状に付ける真空蒸着法を用いることによって形成することができる。例えば、網目部分７ａの大きさに対応した間隔に設定された多数の櫛歯状の遮蔽部を有する治具を用い、この治具を反射画素電極７の前面に所定の隙間をあけて配置して真空蒸着する。
【００２２】
このとき、治具の遮蔽部間の隙間によってＸ方向及びＹ方向の高反射部分１５ａ，１５ｂが形成されるが、治具の姿勢を９０度変化させて２度に渡って蒸着させるようにする。これにより、最初の蒸着によって一方の高反射部分（例えば、Ｘ方向に延在された高反射部分１５ｂ）を形成することができ、次に治具の姿勢を９０度変化させて再び蒸着することによって他方の高反射部分（例えば、Ｙ方向に延在された高反射部分１５ａ）を形成することができる。また、中間部分１７の濃淡は、反射画素電極７と遮蔽部との間に適当な隙間を設けて遮蔽部の裏側に回り込む蒸着量を調整することによりグラデーションのように反射率が連続して変化する薄膜として形成することができる。
【００２３】
第２の基板１１は、例えば、ガラス板等の透明な材料から形成されている。この第２の基板１１の下面には、全面的にカラーフィルター１０が形成されており、このカラーフィルター１０上に全面的に透明電極９が形成されている。透明電極９と反射画素電極７とは、略平行とされて互いに対向されている。この透明電極９は、反射画素電極７及び透明画素電極６との間で電界を形成する。透明電極９は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の導電性の光を透過する透過膜によって形成されている。この透明電極９は、例えば、スパッタリングにより成膜される。
【００２４】
液晶８は、第１の基板５と第２の基板１１との間に封入されている。この液晶８は、透明電極９と反射画素電極７及び透明画素電極６との間で形成される電界に応じて、第１の基板５側或いは第２の基板１１側から入射する光の透過及び遮断を行う。
【００２５】
カラーフィルター１０は、第２の基板１１上に形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の微細な着色層とブラックマトリックスと呼ばれる遮光層とが、反射画素電極７の網目部分７ａの配列に対応して形成されたものである。各着色層は、網目部分７ａ及び透明画素電極６の配列に対応して配列されている。この反射画素電極７の網目部分７ａ及び透明画素電極６と、これに対応する着色層との組合せによって液晶表示装置１の一画素が構成されている。
【００２６】
第２の偏光板１２は、第２の基板１１の上面に設けられており、外部から入射する外光ＯＬのうち特定の偏光光のみを透過する。また、第２の偏光板１２は、この第２の偏光板１２を透過した外光ＯＬが反射画素電極７で反射した反射光を透過する。更に、第２の偏光板１２は、バックライト２から出力された照明光ＢＬのうち、反射画素電極７の網目部分７ａを透過した光を透過する。
【００２７】
上記構成を有する液晶表示装置１では、視認性が確保できる十分な光量の外光ＯＬが第２の基板１１側から入射すると、この外光ＯＬが反射画素電極７によって反射され、再び第２の基板１１側に出射されることにより、画像が表示される。また、外光ＯＬの光量が小さい場合には、バックライト２を点灯することにより、照明光ＢＬが反射画素電極７の網目部分７ａを通じて第２の基板１１側に出射されることにより、画像が表示される。
【００２８】
このことから、外光ＯＬを利用して画像を表示したときには、反射画素電極７の反射量が多いほど画面が明るくなり、照明光ＢＬを利用して画像を表示したときには、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量が多いほど画面が明るくなる。
【００２９】
しかしながら、反射画素電極７の網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量を増加させるために、中央の低反射部分１５ｂの面積を拡大すると、反射画素電極７の反射面積が縮小し、外光ＯＬを利用して画像を表示したときの画面の明るさが低下する。逆に、反射画素電極７の中間部分１５ｃの面積を拡大すると、反射面積が拡大して低反射部分１５ｂの面積が縮小するため、照明光ＢＬを利用して画像を表示したときの画面の明るさが低下する。
【００３０】
また、集光板４は、図１〜図３に示すように、１枚のシート状部材から構成されている。この集光板４は、バックライト２側となる一方の面４ａは平坦になっており、第１の基板５側となる他方の面にＸ方向（画面水平方向）に沿って延びる多数のライン状プリズムＬＰが形成されている。このライン状プリズムＬＰは、断面形状が三角形をなす山形をなしており、同一の大きさ及び形状を有する三角形がＹ方向に等間隔に連続して配列されている。
【００３１】
集光板４の平坦面４ａは、粘着材を介して第１の偏光板３の上面に貼り合わされている。集光板４のライン状プリズムＬＰの各頂上部は、第１の基板５の下面に当接されて粘着材を介して張り合わされている。これにより、集光板４と第１の偏光板３との間には、ライン状プリズムＬＰと逆対称形状をなす空気が満たされた空気室１８が形成されている。集光板４の材質としては、例えば、透明な合成樹脂を適用することができる。この集光板４は、例えば、射出成形によって成形される。ライン状プリズムＬＰの厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。また、粘着材は、光を透過する材料から形成されている。
【００３２】
図３は、反射画素電極７と集光板４との位置関係を示す図であって、同図Ａは平面図であり、同図Ｂは同図ＡのＷ−Ｗ線断面図である。図３に示すように、集光板４のライン状プリズムＬＰは、平坦面４ａ側から入射するバックライト２からの照明光ＢＬを反射画素電極７に形成された矩形状の網目部分７ａのＹ方向の低反射部分１６ｂと略等しい幅に集光する。このため、網目部分７ａのＸ方向の配列上には、帯状（ライン状）の照明光が照射される。
【００３３】
集光板４がない場合には、Ｙ方向における隣接する網目部分７ａ間に入射する照明光ＢＬは、高反射部分１５ａ，１５ｂ及び中間部分１７ａ，１７ｂが存在するため、高反射（低透過）部分１５ａ，１５ｂでは第２の基板１１側に透過しないが、集光板４を設けることにより照明光ＢＬが低反射部分１６ａ，１６ｂに導かれることになる。従って、集光板４がない場合と比べて、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量は増加する。しかも、網目部分７ａには中間部分１７ａ，１７ｂがあるため、この部分を透過する光量だけ照明光ＢＬの光量が増加する。
【００３４】
反射画素電極７の網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量をできるだけ増加させるには、低反射部分１６ａ，１６ｂを大きくして中間部分１７ａ，１７ｂの領域を可能な限り小さくすればよいことは明らかである。しかしながら、網目部分７ａの低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法は、上述したように、反射画素電極７の反射面積との関係で制約を受ける。このため、低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法を最適化する必要がある。
【００３５】
図７は、液晶表示装置の画面の反射率に応じた環境照度と表示画面の明るさとの関係の一例を示すグラフである。横軸に環境照度（Ｌｕｘ）をとり、縦軸に画面表示明るさ（Ｌｕｘ）をとっている。
【００３６】
液晶表示装置１の画面の視認性は、液晶表示装置１の画面の反射率に左右される。通常、液晶表示装置１において外光ＯＬを利用して画像を表示するときには、液晶表示装置１が設置される環境の環境照度が１００（Ｌｘ）以上である。このような環境照度において、液晶表示装置１の画面の反射率が低すぎると、液晶表示装置１に外光ＯＬを利用して表示された画像を正確に認識することができない。尚、ここでの反射率は、液晶表示装置１の画面に入射した外光ＯＬに対して、反射により液晶表示装置１の画面の前面に再び出力される外光ＯＬの割合である。
【００３７】
図６に示すように、環境照度が１００（Ｌｘ）以上においては、液晶表示装置１の画面の明るさは、５０（Ｌｘ）以上が必要と言われている。また、外光ＯＬが入射する室内において、液晶表示装置１の視認性を確保するには、液晶表示装置１の画面の反射率が最低でも５〜１０％が必要である。
【００３８】
一方、液晶表示装置１の第２の偏光板１２側から入射する外光ＯＬの全てが反射画素電極７で反射されて再び第２の偏光板１２から外部に出力されるわけではない。即ち、液晶表示装置１の外部から入射する外光ＯＬは、全てが反射されて第２の基板１１側に出力されるわけではない。例えば、第１の基板５に入射した外光ＯＬを１００％反射可能な理想状態を想定したとき、外部から入射する外光ＯＬのうち、第２の偏光板１２を透過する割合は、４５％程度であり、カラーフィルター１０を透過する割合は往復で４０％程度である。
【００３９】
従って、理想状態においても、液晶表示装置１の反射率は１８％程度が最大である。実際には、第１の基板５に形成された反射画素電極７は画素毎に区画されているため、網目部分７ａが反射画素電極７に形成されていない場合（反射画素電極７の全体が反射面とされている場合）を想定しても液晶表示装置１の反射率は１６％が最大である。
【００４０】
そのため、液晶表示装置１の反射率を上記したように最低でも５〜１０％の値で確保するためには、反射面積の占有率を３１〜６２％とする必要がある。即ち、液晶表示装置１の反射率を最低でも５〜１０％の値で確保するためには、開口面積占有率が３８〜６９％の範囲で、できるだけ低反射部分１６ａ，１６ｂからの光の透過量が多くなるように、反射画素電極７の網目部分７ａの低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法を決定する必要がある。
【００４１】
図４〜図６に示す本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置２１は、前述した液晶表示装置１の集光板４と反射画素電極７の構造を変えて構成したものである。この第２の実施例が第１の実施例と異なるところは集光板２２と反射画素電極２３であるため、次にこれらについて説明し、第１の実施例と同一部分には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００４２】
集光板２２は、第１のシート状部材２５と第２のシート状部材２６とから構成されている。第１のシート状部材２５は、前述した第１の実施例の集光板４と同様の構成を有しており、一方の面が平坦面２５ａとされていて、他方の面に多数のライン状プリズムＬＰが形成されている。第２のシート状部材２６は、第１のシート状部材２５のライン状プリズムＬＰによって発生する凹凸を埋め合わせるように形成され、一体的に設けられている。そして、第２のシート状部材２６の第１のシート状部材２５に対向しない側の面は平坦面２２ａとされている。これにより、第１のシート状部材２５と第２のシート状部材２６とが貼り合わされた状態で、それぞれの平坦面２５ａ，２６ａは、互いに平行となっている。
【００４３】
第２のシート状部材２６は、第１のシート状部材２５と同様に合成樹脂によって形成されているが、異なる屈折率のものが用いられている。本実施例では、第２のシート状部材２６を形成する合成樹脂の屈折率は、第１のシート状部材２５を形成する合成樹脂の屈折率よりも低く設定されている。例えば、第１のシート状部材２５の屈折率を１．６０以上に設定し、第２のシート状部材２６の屈折率を１．５０以下に設定するようにする。この集光板２２は、例えば、射出成形によって成形される。集光板２２の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
【００４４】
このような構成を有する集光板２２が、第１の偏光板３と第１の基板５の間に介在されている。即ち、集光板２２の一面には粘着材２８を介して第１の偏光板３が貼り合わされ、集光板２２の他面には粘着材２９を介して第１の基板５が貼り合わされている。粘着材は、光を透過する材料から形成されている。
【００４５】
また、反射画素電極２３は、図６等に示すように、外形が四角形をなす多数の網目部分２３ａが形成されている。多数の網目部分２３ａは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔に整列されており、碁盤の目をＹ方向に細くしたような形状として形成されている。各網目部分２３ａは反射率のグラデーションをなすように形成されており、この実施例では、濃淡部分は垂直方向（Ｙ方向）の二方向のみに反射率が連続的に変化するように構成されている。
【００４６】
即ち、反射画素電極２３の各網目部分２３ａは、光の反射率が高い部分として形成された外側四辺の高反射部分（Ｘ方向３０ａ、Ｙ方向３０ｂ）３０と、光の反射率が低い部分として形成された内側中央部の低反射部分（Ｙ方向３１ｂ）３１と、その高反射部分３０ｂから低反射部分３１ｂに至るまでの反射率が連続して徐々に減少するようになっている中間部分（Ｙ方向３２ｂ）３２とから構成されている。
【００４７】
このような構成を有する第２の実施例によっても、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。即ち、図６に示すように、集光板４の第１のシート状部材２５のライン状プリズムＬＰ１の屈折率が第２のシート状部材２６のライン状プリズムＬＰ２の屈折率よりも高く設定されているため、平坦面２５ａ側から入射するバックライト２からの照明光ＢＬは、反射画素電極７に形成された矩形状の網目部分７ａのＹ方向の低反射部分１６ｂと略等しい幅に集光する。このため、網目部分７ａのＸ方向の配列上には、帯状（ライン状）の照明光が照射される。
【００４８】
集光板４がない場合には、Ｙ方向における隣接する網目部分７ａ間に入射する照明光ＢＬは、高反射部分１５ａ，１５ｂ及び中間部分１７ａ，１７ｂが存在するため、高反射（低透過）部分１５ａ，１５ｂでは第２の基板１１側に透過しないが、集光板４を設けることにより照明光ＢＬが低反射部分１６ａ，１６ｂに導かれることになる。従って、集光板４がない場合と比べて、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量は増加する。しかも、網目部分７ａには中間部分１７ａ，１７ｂがあるため、この部分を透過する光量だけ照明光ＢＬの光量が増加する。
【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ライン状のプリズムＬＰをもつ集光板４又は２２を第１の偏光板３と第１の基板５との間に配置すると共に、反射画素電極７又は２３の反射率を連続して徐々に変化させて網目部分７ａをグラデーションのように構成したため、バックライト２からの照明光ＢＬの光利用効率を高めることができる。これにより、バックライト２の出力が一定の下でバックライト２を利用したときの液晶表示装置１の画面の照度を向上させることが可能となった。更に、外光ＯＬを利用したときの液晶表示装置１の画面の照度の維持或いは向上が可能となる。
【００５０】
更に、本実施の形態によれば、集光板４又は２２にライン状のプリズムＬＰを形成することにより、第１の基板５に形成された反射画素電極７の網目部分７ａの低反射部分に対する集光板４又は２２の位置決めは、画面の水平方向（Ｘ方向）のみで足りる。そのため、液晶表示装置１の組立作業が容易となり、製造コストを低減することが可能となる。
【００５１】
また、前記第２の実施例によれば、集光板２２を高屈折率の合成樹脂で形成された第１のシート状部材２５と低屈折率の合成樹脂で形成された第２のシート状部材２６で構成し、集光板２２の両面を平坦にする構成としたため、集光板２２と第１の基板５及び第１の偏光板３との貼り合わせ作業が容易となり、製造コストを低減することが可能となる。
【００５２】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、集光板４及びシート状部材２５，２６に形成されるライン状プリズムＬＰを、反射画素電極７の網目部分７ａの１列（１ピッチ）に対して１個の連続した三角山を対向させる（ＬＣＤ画素の垂直ピッチＴと同一の間隔）構成としたが（図９Ａを参照）、図９Ｂに示すように２個の三角山を対向させ（１／２ピッチの場合）、或いは図９Ｃに示すように３個の三角山を対向させる（１／３ピッチの場合）構成としても良く、更に、４個以上の三角山を対向させる構成とすることも可能である。即ち、山の数はｎ個（ｎは１以上の自然数）とすることができる。
【００５３】
また、集光板４及びシート状部材２５，２６のライン状プリズムＬＰを、図９Ｃに示すように、三角山の形状を異なる形状（頂角が異なる。）としても良い。更に、図９Ｄに示すように、プリズムの先端部分を丸めてドーム形状或いは蒲鉾形状とすることも可能である。
【００５４】
また、上述した実施形態では、画素配列について特に言及しなかったが、例えば、図８に示すように、各色の画素Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン）及びＢ（ブルー）が少なくともＹ方向に等間隔に配列された画素配列であれば、本発明を適用可能である。図８Ａは、いわゆるストライプ配列であり、図８Ｂはいわゆるモザイク配列であり、図８Ｃはいわゆるデルタ配列である。これらのＹ方向に等間隔で配列された画素配列に対して、集光板４又は２２の各ライン状プリズムＬＰをそれぞれ配置することにより、バックライト利用時のカラー表示が可能な液晶表示装置の画面の明るさを向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バックライトからの照明光は、ライン状プリズムによって集光され、第１の基板を通じて反射画素電極の内側へ入射されるため、反射画素電極に形成された反射率の濃淡部分（グラデーション）のうち、反射率の低い内側部分を通過する照明光の光量が、ライン状プリズムがない場合と比べて増加する。これにより、バックライトを用いて画像を表示したときの画面の照度を、バックライトの光量を増やすことなく高めることができ、バックライトの光利用効率を向上させることができると共に、製造コストを低減可能な液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の第１の実施例に係る集光板と反射画素電極との位置関係を示すもので、同図Ａは平面図、同図Ｂは同図ＡのＷ−Ｗ線断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の第２の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第２の実施例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第２の実施例に係る集光板と反射画素電極との位置関係を示すもので、同図Ａは平面図、同図Ｂは同図ＡのＶ−Ｖ線断面図である。
【図７】液晶表示装置の画面の反射率に応じた環境照度と表示画面の明るさとの関係の一例を示すグラフである。
【図８】本発明が適用可能な画素配列の例を示すもので、同図Ａはストライプ配列、同図Ｂはモザイク配列、同図Ｃはデルタ配列をそれぞれ示す説明図である。
【図９】本発明の液晶表示装置に係る集光板のライン状プリズムの形状の例を示すもので、同図Ａは画素垂直ピッチと同ピッチの場合、同図Ｂは１／２ピッチの場合、同図Ｃは１／３ピッチでプリズム形状が異なる場合、同図Ｄは同ピッチでプリズム形状が異なる場合をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
１，２１…液晶表示装置、 ２…バックライト（光源）、 ３，１２…偏光板、 ４，２２…集光板、 ５，１１…基板、 ６…透明画素電極、 ７，２３…反射画素電極、 ７ａ，２３ａ…網目部分、 ８…液晶、 ９…透明電極、 １０…カラーフィルタ、 １５，１５ａ，１５ｂ，３０ａ，３０ｂ…高反射部分、１６，１６ａ，１６ｂ，３１ｂ…低反射部分、 １７，１７ａ，１７ｂ，３２ｂ…中間部分、 １８…空気室、 ２５，２６…シート状部材、 ＬＰ…ライン状プリズム、 Ｔ…垂直ピッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の映像表示機能と透過型の映像表示機能を備えた半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末＝Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等のモバイル製品における表示装置として、屋内外を問わず視認性を確保可能な、いわゆる半透過型カラー液晶表示装置が使用されている。
【０００３】
一般に、半透過型カラー液晶表示装置は、外部から入射する光を反射する反射画素電極によって画素を構成しており、この反射画素電極に開口が形成されている。周囲が明るい場合には外光を反射画素電極によって反射することで画像を表示し、暗い場合にはバックライトの照明光を反射画素電極に形成された開口を透過させて画像を表示するように構成されている。
【０００４】
従来の、この種の液晶表示装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものもある。この液晶表示装置は、昼間など外光が明るい時にこれを利用して映像を表示することのできる反射型と、夜間など外光が乏しく暗い時にバックライト（背面光源）を利用して映像を表示する透過型との両方の機能を備えている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９８２６７号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半透過型カラー液晶表示装置では、外部からの光を利用したときに視認性を確保するためには、反射画素電極の開口の面積が制限されるため、バックライト使用時に照明光の利用効率が低く、画面の照度が低いという問題がある。このバックライト使用時の画面の照度を高めるために、バックライトの起動を高めると、バックライトの消費電力が増加し、モバイル製品のバッテリー使用時間が短くなるという不利益が存在する。
【０００７】
このような不利益を解消し、バックライト使用時の画面の照度を高める技術が、例えば、前述した特許文献１に開示されている。この特許文献１には、開口を有する反射層とバックライトとの間に、画素に対応する領域に合わせてマイクロレンズを配置し、バックライトからの照明光を開口に集光して、画面の照度を高める技術が記載されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、マイクロレンズを精度良く形成する必要があるため、製造コストが嵩むという課題があった。また、マイクロレンズを反射層に形成された開口に正確に位置合わせする必要があり、製造作業に熟練性を要するという課題も存在した。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックライトの光利用効率を向上させ、画面の照度を高めることができると共に、製造コストを低減可能な液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、光を反射する反射画素電極が設けられた第１の基板と、反射画素電極に対向する透明電極が形成されると共に第１の基板と平行に配置される第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に封入された液晶と、第１の基板の背面側から照明光を当てるバックライトと、バックライトからの照明光を反射画素電極の配列上に集光する多数のライン状プリズムを有する集光板と、を備え、反射画素電極に、内側の反射率が低く且つ外側に移るに従って徐々に反射率が高くなるように連続的に変化する反射率の濃淡部分を画素単位毎に設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明では、バックライトからの照明光は、ライン状プリズムによって集光され、第１の基板を通じて反射画素電極の内側へ入射される。このため、反射画素電極に形成された反射率の濃淡部分（グラデーション）のうち、反射率の低い内側部分を通過する照明光の光量が、ライン状プリズムがない場合と比べて増加する。このため、バックライトを用いて画像を表示したときの画面の照度が、バックライトの光量を増やすことなく向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１乃至図９は、本発明の実施の例を示すもので、図１〜図３は本発明の第１の実施の例に係る液晶表示装置を示す図、図４〜図６は本発明の第２の実施の例に係る液晶表示装置を示す図、図７は表示画面の明るさと環境照度との関係を示すグラフ、図８は画素配列の例を示す図、図９は本発明に係るライン状プリズムの形状の例を示す図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の例に係る液晶表示装置１は、光源であるバックライト２と、第１の偏光板３と、集光板４と、第１の基板５と、透明画素電極６と、反射画素電極７と、液晶８と、透明電極９と、カラーフィルター１０と、第２の基板１１と、第２の偏光板１２とを備えて構成されている。
【００１４】
バックライト２は、例えば、冷陰極蛍光管等の光源を内蔵して構成されており、面状に放射される照明光ＢＬを第１の偏光板３に向けて出力する。第１の偏光板３は、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち特定の偏光光のみを透過する。この第１の偏光板３のバックライト２と反対側の面に集光板４が配置されている。
【００１５】
集光板４は、第１の偏光板３を通じて入射されるバックライト２からの照明光ＢＬを、第１の基板５上に設けられている反射画素電極７の網目状の配列上に集光する。この集光板４の構造については、後に詳細に説明する。
【００１６】
第１の基板５は、例えば、ガラス板等の透明な材料から形成されている。この第１の基板５の上面には、図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子が形成されている。このＴＦＴ素子は、各透明画素電極６及び反射画素電極７の各網目部分７ａに対してそれぞれ対応するように設けられている。
【００１７】
透明画素電極６は、第１の基板５の上面に所定の厚さで所定のパターンによって形成されている。この透明画素電極６は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の導電性の光を透過する透過膜によって形成されている。更に、透明画素電極６は、例えば、スパッタリングにより第１の基板５に薄膜を形成した後、レーザ加工等の加工方法により所定のパターンに加工される。この透明画素電極６は、液晶表示装置１の画素配列に対応して第１の基板５の表面に配列されている。尚、図３等に示すように、画面の水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向としたとき、透明画素電極６は少なくともＹ方向に関して等間隔に配列され、Ｘ方向に沿った直線上に配列されている。
【００１８】
反射画素電極７は、透明画素電極６の上に重ね合わせるように形成されている。この反射画素電極７には、図３等に示すように、外形が四角形をなす多数の網目部分７ａが形成されている。多数の網目部分７ａは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔に整列されており、碁盤の目をＹ方向に細くしたような形状として形成されている。各網目部分７ａは反射率のグラデーション（濃淡部分）をなすように形成されており、この実施例では、濃淡部分は水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の四方向に反射率が連続的に変化するように構成されている。
【００１９】
即ち、反射画素電極７の各網目部分７ａは、光の反射率が高い部分｛反射率１００％又はそれに近い反射率（光の透過率としては低い部分＝透過率０％又はそれに近い透過率）｝として形成された外側四辺の高反射部分（Ｘ方向１５ａ、Ｙ方向１５ｂ）１５と、光の反射率が低い部分｛反射率０％又はそれに近い反射率（光の透過率としては高い部分＝透過率１００％又はそれに近い透過率）｝として形成された内側中央部の低反射部分（Ｘ方向１６ａ、Ｙ方向１６ｂ）１６と、その高反射部分１５から低反射部分１６に至るまでの反射率が連続して徐々に減少するようになっている中間部分（Ｘ方向１７ａ、Ｙ方向１７ｂ）１７とから構成されている。
【００２０】
これら高反射部分１５、低反射部分１６及び中間部分１７に関して、図１〜図３（図４〜図６の場合も同様）では、図面中でグラデーションを実際に表現することが困難であるため、この実施例では線の間隔を外側から内側へ移るに従って徐々に広くしてグラデーションの感じを表現するようにしている。
【００２１】
このような反射画素電極７は、例えば、アルミニウム等の導電性の光を反射する反射膜で形成されている。この反射画素電極７は導電性を有するため、透明画素電極６と電気的に接続されている。この反射画素電極７は、例えば、金属を高温にして蒸発させ、その蒸気で金属を薄膜状に付ける真空蒸着法を用いることによって形成することができる。例えば、網目部分７ａの大きさに対応した間隔に設定された多数の櫛歯状の遮蔽部を有する治具を用い、この治具を反射画素電極７の前面に所定の隙間をあけて配置して真空蒸着する。
【００２２】
このとき、治具の遮蔽部間の隙間によってＸ方向及びＹ方向の高反射部分１５ａ，１５ｂが形成されるが、治具の姿勢を９０度変化させて２度に渡って蒸着させるようにする。これにより、最初の蒸着によって一方の高反射部分（例えば、Ｘ方向に延在された高反射部分１５ｂ）を形成することができ、次に治具の姿勢を９０度変化させて再び蒸着することによって他方の高反射部分（例えば、Ｙ方向に延在された高反射部分１５ａ）を形成することができる。また、中間部分１７の濃淡は、反射画素電極７と遮蔽部との間に適当な隙間を設けて遮蔽部の裏側に回り込む蒸着量を調整することによりグラデーションのように反射率が連続して変化する薄膜として形成することができる。
【００２３】
第２の基板１１は、例えば、ガラス板等の透明な材料から形成されている。この第２の基板１１の下面には、全面的にカラーフィルター１０が形成されており、このカラーフィルター１０上に全面的に透明電極９が形成されている。透明電極９と反射画素電極７とは、略平行とされて互いに対向されている。この透明電極９は、反射画素電極７及び透明画素電極６との間で電界を形成する。透明電極９は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の導電性の光を透過する透過膜によって形成されている。この透明電極９は、例えば、スパッタリングにより成膜される。
【００２４】
液晶８は、第１の基板５と第２の基板１１との間に封入されている。この液晶８は、透明電極９と反射画素電極７及び透明画素電極６との間で形成される電界に応じて、第１の基板５側或いは第２の基板１１側から入射する光の透過及び遮断を行う。
【００２５】
カラーフィルター１０は、第２の基板１１上に形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の微細な着色層とブラックマトリックスと呼ばれる遮光層とが、反射画素電極７の網目部分７ａの配列に対応して形成されたものである。各着色層は、網目部分７ａ及び透明画素電極６の配列に対応して配列されている。この反射画素電極７の網目部分７ａ及び透明画素電極６と、これに対応する着色層との組合せによって液晶表示装置１の一画素が構成されている。
【００２６】
第２の偏光板１２は、第２の基板１１の上面に設けられており、外部から入射する外光ＯＬのうち特定の偏光光のみを透過する。また、第２の偏光板１２は、この第２の偏光板１２を透過した外光ＯＬが反射画素電極７で反射した反射光を透過する。更に、第２の偏光板１２は、バックライト２から出力された照明光ＢＬのうち、反射画素電極７の網目部分７ａを透過した光を透過する。
【００２７】
上記構成を有する液晶表示装置１では、視認性が確保できる十分な光量の外光ＯＬが第２の基板１１側から入射すると、この外光ＯＬが反射画素電極７によって反射され、再び第２の基板１１側に出射されることにより、画像が表示される。また、外光ＯＬの光量が小さい場合には、バックライト２を点灯することにより、照明光ＢＬが反射画素電極７の網目部分７ａを通じて第２の基板１１側に出射されることにより、画像が表示される。
【００２８】
このことから、外光ＯＬを利用して画像を表示したときには、反射画素電極７の反射量が多いほど画面が明るくなり、照明光ＢＬを利用して画像を表示したときには、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量が多いほど画面が明るくなる。
【００２９】
しかしながら、反射画素電極７の網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量を増加させるために、中央の低反射部分１５ｂの面積を拡大すると、反射画素電極７の反射面積が縮小し、外光ＯＬを利用して画像を表示したときの画面の明るさが低下する。逆に、反射画素電極７の中間部分１５ｃの面積を拡大すると、反射面積が拡大して低反射部分１５ｂの面積が縮小するため、照明光ＢＬを利用して画像を表示したときの画面の明るさが低下する。
【００３０】
また、集光板４は、図１〜図３に示すように、１枚のシート状部材から構成されている。この集光板４は、バックライト２側となる一方の面４ａは平坦になっており、第１の基板５側となる他方の面にＸ方向（画面水平方向）に沿って延びる多数のライン状プリズムＬＰが形成されている。このライン状プリズムＬＰは、断面形状が三角形をなす山形をなしており、同一の大きさ及び形状を有する三角形がＹ方向に等間隔に連続して配列されている。
【００３１】
集光板４の平坦面４ａは、粘着材を介して第１の偏光板３の上面に貼り合わされている。集光板４のライン状プリズムＬＰの各頂上部は、第１の基板５の下面に当接されて粘着材を介して張り合わされている。これにより、集光板４と第１の偏光板３との間には、ライン状プリズムＬＰと逆対称形状をなす空気が満たされた空気室１８が形成されている。集光板４の材質としては、例えば、透明な合成樹脂を適用することができる。この集光板４は、例えば、射出成形によって成形される。ライン状プリズムＬＰの厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。また、粘着材は、光を透過する材料から形成されている。
【００３２】
図３は、反射画素電極７と集光板４との位置関係を示す図であって、同図Ａは平面図であり、同図Ｂは同図ＡのＷ−Ｗ線断面図である。図３に示すように、集光板４のライン状プリズムＬＰは、平坦面４ａ側から入射するバックライト２からの照明光ＢＬを反射画素電極７に形成された矩形状の網目部分７ａのＹ方向の低反射部分１６ｂと略等しい幅に集光する。このため、網目部分７ａのＸ方向の配列上には、帯状（ライン状）の照明光が照射される。
【００３３】
集光板４がない場合には、Ｙ方向における隣接する網目部分７ａ間に入射する照明光ＢＬは、高反射部分１５ａ，１５ｂ及び中間部分１７ａ，１７ｂが存在するため、高反射（低透過）部分１５ａ，１５ｂでは第２の基板１１側に透過しないが、集光板４を設けることにより照明光ＢＬが低反射部分１６ａ，１６ｂに導かれることになる。従って、集光板４がない場合と比べて、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量は増加する。しかも、網目部分７ａには中間部分１７ａ，１７ｂがあるため、この部分を透過する光量だけ照明光ＢＬの光量が増加する。
【００３４】
反射画素電極７の網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量をできるだけ増加させるには、低反射部分１６ａ，１６ｂを大きくして中間部分１７ａ，１７ｂの領域を可能な限り小さくすればよいことは明らかである。しかしながら、網目部分７ａの低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法は、上述したように、反射画素電極７の反射面積との関係で制約を受ける。このため、低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法を最適化する必要がある。
【００３５】
図７は、液晶表示装置の画面の反射率に応じた環境照度と表示画面の明るさとの関係の一例を示すグラフである。横軸に環境照度（Ｌｕｘ）をとり、縦軸に画面表示明るさ（Ｌｕｘ）をとっている。
【００３６】
液晶表示装置１の画面の視認性は、液晶表示装置１の画面の反射率に左右される。通常、液晶表示装置１において外光ＯＬを利用して画像を表示するときには、液晶表示装置１が設置される環境の環境照度が１００（Ｌｘ）以上である。このような環境照度において、液晶表示装置１の画面の反射率が低すぎると、液晶表示装置１に外光ＯＬを利用して表示された画像を正確に認識することができない。尚、ここでの反射率は、液晶表示装置１の画面に入射した外光ＯＬに対して、反射により液晶表示装置１の画面の前面に再び出力される外光ＯＬの割合である。
【００３７】
図６に示すように、環境照度が１００（Ｌｘ）以上においては、液晶表示装置１の画面の明るさは、５０（Ｌｘ）以上が必要と言われている。また、外光ＯＬが入射する室内において、液晶表示装置１の視認性を確保するには、液晶表示装置１の画面の反射率が最低でも５〜１０％が必要である。
【００３８】
一方、液晶表示装置１の第２の偏光板１２側から入射する外光ＯＬの全てが反射画素電極７で反射されて再び第２の偏光板１２から外部に出力されるわけではない。即ち、液晶表示装置１の外部から入射する外光ＯＬは、全てが反射されて第２の基板１１側に出力されるわけではない。例えば、第１の基板５に入射した外光ＯＬを１００％反射可能な理想状態を想定したとき、外部から入射する外光ＯＬのうち、第２の偏光板１２を透過する割合は、４５％程度であり、カラーフィルター１０を透過する割合は往復で４０％程度である。
【００３９】
従って、理想状態においても、液晶表示装置１の反射率は１８％程度が最大である。実際には、第１の基板５に形成された反射画素電極７は画素毎に区画されているため、網目部分７ａが反射画素電極７に形成されていない場合（反射画素電極７の全体が反射面とされている場合）を想定しても液晶表示装置１の反射率は１６％が最大である。
【００４０】
そのため、液晶表示装置１の反射率を上記したように最低でも５〜１０％の値で確保するためには、反射面積の占有率を３１〜６２％とする必要がある。即ち、液晶表示装置１の反射率を最低でも５〜１０％の値で確保するためには、開口面積占有率が３８〜６９％の範囲で、できるだけ低反射部分１６ａ，１６ｂからの光の透過量が多くなるように、反射画素電極７の網目部分７ａの低反射部分１６ａ，１６ｂと中間部分１７ａ，１７ｂの寸法を決定する必要がある。
【００４１】
図４〜図６に示す本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置２１は、前述した液晶表示装置１の集光板４と反射画素電極７の構造を変えて構成したものである。この第２の実施例が第１の実施例と異なるところは集光板２２と反射画素電極２３であるため、次にこれらについて説明し、第１の実施例と同一部分には同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００４２】
集光板２２は、第１のシート状部材２５と第２のシート状部材２６とから構成されている。第１のシート状部材２５は、前述した第１の実施例の集光板４と同様の構成を有しており、一方の面が平坦面２５ａとされていて、他方の面に多数のライン状プリズムＬＰが形成されている。第２のシート状部材２６は、第１のシート状部材２５のライン状プリズムＬＰによって発生する凹凸を埋め合わせるように形成され、一体的に設けられている。そして、第２のシート状部材２６の第１のシート状部材２５に対向しない側の面は平坦面２２ａとされている。これにより、第１のシート状部材２５と第２のシート状部材２６とが貼り合わされた状態で、それぞれの平坦面２５ａ，２６ａは、互いに平行となっている。
【００４３】
第２のシート状部材２６は、第１のシート状部材２５と同様に合成樹脂によって形成されているが、異なる屈折率のものが用いられている。本実施例では、第２のシート状部材２６を形成する合成樹脂の屈折率は、第１のシート状部材２５を形成する合成樹脂の屈折率よりも低く設定されている。例えば、第１のシート状部材２５の屈折率を１．６０以上に設定し、第２のシート状部材２６の屈折率を１．５０以下に設定するようにする。この集光板２２は、例えば、射出成形によって成形される。集光板２２の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
【００４４】
このような構成を有する集光板２２が、第１の偏光板３と第１の基板５の間に介在されている。即ち、集光板２２の一面には粘着材２８を介して第１の偏光板３が貼り合わされ、集光板２２の他面には粘着材２９を介して第１の基板５が貼り合わされている。粘着材は、光を透過する材料から形成されている。
【００４５】
また、反射画素電極２３は、図６等に示すように、外形が四角形をなす多数の網目部分２３ａが形成されている。多数の網目部分２３ａは、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ等間隔に整列されており、碁盤の目をＹ方向に細くしたような形状として形成されている。各網目部分２３ａは反射率のグラデーションをなすように形成されており、この実施例では、濃淡部分は垂直方向（Ｙ方向）の二方向のみに反射率が連続的に変化するように構成されている。
【００４６】
即ち、反射画素電極２３の各網目部分２３ａは、光の反射率が高い部分として形成された外側四辺の高反射部分（Ｘ方向３０ａ、Ｙ方向３０ｂ）３０と、光の反射率が低い部分として形成された内側中央部の低反射部分（Ｙ方向３１ｂ）３１と、その高反射部分３０ｂから低反射部分３１ｂに至るまでの反射率が連続して徐々に減少するようになっている中間部分（Ｙ方向３２ｂ）３２とから構成されている。
【００４７】
このような構成を有する第２の実施例によっても、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。即ち、図６に示すように、集光板４の第１のシート状部材２５のライン状プリズムＬＰ１の屈折率が第２のシート状部材２６のライン状プリズムＬＰ２の屈折率よりも高く設定されているため、平坦面２５ａ側から入射するバックライト２からの照明光ＢＬは、反射画素電極７に形成された矩形状の網目部分７ａのＹ方向の低反射部分１６ｂと略等しい幅に集光する。このため、網目部分７ａのＸ方向の配列上には、帯状（ライン状）の照明光が照射される。
【００４８】
集光板４がない場合には、Ｙ方向における隣接する網目部分７ａ間に入射する照明光ＢＬは、高反射部分１５ａ，１５ｂ及び中間部分１７ａ，１７ｂが存在するため、高反射（低透過）部分１５ａ，１５ｂでは第２の基板１１側に透過しないが、集光板４を設けることにより照明光ＢＬが低反射部分１６ａ，１６ｂに導かれることになる。従って、集光板４がない場合と比べて、バックライト２から出力される照明光ＢＬのうち、網目部分７ａを透過する照明光ＢＬの光量は増加する。しかも、網目部分７ａには中間部分１７ａ，１７ｂがあるため、この部分を透過する光量だけ照明光ＢＬの光量が増加する。
【００４９】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ライン状のプリズムＬＰをもつ集光板４又は２２を第１の偏光板３と第１の基板５との間に配置すると共に、反射画素電極７又は２３の反射率を連続して徐々に変化させて網目部分７ａをグラデーションのように構成したため、バックライト２からの照明光ＢＬの光利用効率を高めることができる。これにより、バックライト２の出力が一定の下でバックライト２を利用したときの液晶表示装置１の画面の照度を向上させることが可能となった。更に、外光ＯＬを利用したときの液晶表示装置１の画面の照度の維持或いは向上が可能となる。
【００５０】
更に、本実施の形態によれば、集光板４又は２２にライン状のプリズムＬＰを形成することにより、第１の基板５に形成された反射画素電極７の網目部分７ａの低反射部分に対する集光板４又は２２の位置決めは、画面の水平方向（Ｘ方向）のみで足りる。そのため、液晶表示装置１の組立作業が容易となり、製造コストを低減することが可能となる。
【００５１】
また、前記第２の実施例によれば、集光板２２を高屈折率の合成樹脂で形成された第１のシート状部材２５と低屈折率の合成樹脂で形成された第２のシート状部材２６で構成し、集光板２２の両面を平坦にする構成としたため、集光板２２と第１の基板５及び第１の偏光板３との貼り合わせ作業が容易となり、製造コストを低減することが可能となる。
【００５２】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、集光板４及びシート状部材２５，２６に形成されるライン状プリズムＬＰを、反射画素電極７の網目部分７ａの１列（１ピッチ）に対して１個の連続した三角山を対向させる（ＬＣＤ画素の垂直ピッチＴと同一の間隔）構成としたが（図９Ａを参照）、図９Ｂに示すように２個の三角山を対向させ（１／２ピッチの場合）、或いは図９Ｃに示すように３個の三角山を対向させる（１／３ピッチの場合）構成としても良く、更に、４個以上の三角山を対向させる構成とすることも可能である。即ち、山の数はｎ個（ｎは１以上の自然数）とすることができる。
【００５３】
また、集光板４及びシート状部材２５，２６のライン状プリズムＬＰを、図９Ｃに示すように、三角山の形状を異なる形状（頂角が異なる。）としても良い。更に、図９Ｄに示すように、プリズムの先端部分を丸めてドーム形状或いは蒲鉾形状とすることも可能である。
【００５４】
また、上述した実施形態では、画素配列について特に言及しなかったが、例えば、図８に示すように、各色の画素Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン）及びＢ（ブルー）が少なくともＹ方向に等間隔に配列された画素配列であれば、本発明を適用可能である。図８Ａは、いわゆるストライプ配列であり、図８Ｂはいわゆるモザイク配列であり、図８Ｃはいわゆるデルタ配列である。これらのＹ方向に等間隔で配列された画素配列に対して、集光板４又は２２の各ライン状プリズムＬＰをそれぞれ配置することにより、バックライト利用時のカラー表示が可能な液晶表示装置の画面の明るさを向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バックライトからの照明光は、ライン状プリズムによって集光され、第１の基板を通じて反射画素電極の内側へ入射されるため、反射画素電極に形成された反射率の濃淡部分（グラデーション）のうち、反射率の低い内側部分を通過する照明光の光量が、ライン状プリズムがない場合と比べて増加する。これにより、バックライトを用いて画像を表示したときの画面の照度を、バックライトの光量を増やすことなく高めることができ、バックライトの光利用効率を向上させることができると共に、製造コストを低減可能な液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の第１の実施例に係る集光板と反射画素電極との位置関係を示すもので、同図Ａは平面図、同図Ｂは同図ＡのＷ−Ｗ線断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の第２の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第２の実施例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第２の実施例に係る集光板と反射画素電極との位置関係を示すもので、同図Ａは平面図、同図Ｂは同図ＡのＶ−Ｖ線断面図である。
【図７】液晶表示装置の画面の反射率に応じた環境照度と表示画面の明るさとの関係の一例を示すグラフである。
【図８】本発明が適用可能な画素配列の例を示すもので、同図Ａはストライプ配列、同図Ｂはモザイク配列、同図Ｃはデルタ配列をそれぞれ示す説明図である。
【図９】本発明の液晶表示装置に係る集光板のライン状プリズムの形状の例を示すもので、同図Ａは画素垂直ピッチと同ピッチの場合、同図Ｂは１／２ピッチの場合、同図Ｃは１／３ピッチでプリズム形状が異なる場合、同図Ｄは同ピッチでプリズム形状が異なる場合をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
１，２１…液晶表示装置、 ２…バックライト（光源）、 ３，１２…偏光板、 ４，２２…集光板、 ５，１１…基板、 ６…透明画素電極、 ７，２３…反射画素電極、 ７ａ，２３ａ…網目部分、 ８…液晶、 ９…透明電極、 １０…カラーフィルタ、 １５，１５ａ，１５ｂ，３０ａ，３０ｂ…高反射部分、１６，１６ａ，１６ｂ，３１ｂ…低反射部分、 １７，１７ａ，１７ｂ，３２ｂ…中間部分、 １８…空気室、 ２５，２６…シート状部材、 ＬＰ…ライン状プリズム、 Ｔ…垂直ピッチ
Claims (5)
- 光を反射する反射画素電極が設けられた第１の基板と、
前記反射画素電極に対向する透明電極が形成されると共に前記第１の基板と平行に配置される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶と、
前記第１の基板の背面側から照明光を当てるバックライトと、
前記バックライトからの照明光を当該反射画素電極の配列上に集光する多数のライン状プリズムを有する集光板と、を備え、
前記反射画素電極に、内側の反射率が低く且つ外側に移るに従って徐々に反射率が高くなるように連続的に変化する反射率の濃淡部分を画素単位毎に設けたことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記集光板は、所定の屈折率を有する凸状のライン状プリズムが形成された合成樹脂からなる第１のシート状部材と、前記第１のシート状部材の前記ライン状プリズムを形成した面に一体的に設けられ、前記第１のシート状部材よりも低い屈折率を有する合成樹脂からなる第２のシート状部材とからなり、両面が平坦となっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記集光板は、前記第１のシート状部材の屈折率が１．６０以上であり、前記第２のシート状部材の屈折率が１．５０以下であって、厚みが０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
- 前記ライン状プリズムは、横方向へのみ連続するように形成されると共に、縦方向への画素ピッチと同一間隔又は１／ｎ（ｎは１以上の自然数）間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記反射率の濃淡部分は、水平方向の二方向又は水平方向と垂直方向の四方向に連続するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
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