JP4668281B2 - 表示装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に関し、特に、照明装置（バックライト）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。

照明装置からの光を用いて表示を行う、非発光型表示装置としては、液晶表示装置、エレクトロクロミック表示装置、または電気泳動表示装置などがある。このうち、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など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、複数の画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）が画素毎に設けられている。また、スイッチング素子に、所定の信号を供給するための配線が設けられている。

しかし、画素毎に薄膜トランジスタ（スイッチング素子）が設けられると、画素の面積が減少するため、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。製造技術の制約の例としては、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、画素のピッチが小さくなるほど、開口率がさらに低下し、輝度がさらに低下する、という問題が顕著になる。

このような輝度が低い、という問題を解決するために、液晶表示装置の画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画素光透過領域に集光させる方法がある。例えば特許文献１には、透過領域と反射領域とを備えた半透過型（透過反射両用型）液晶表示装置に、マイクロレンズなどの集光素子を設けた液晶表示装置が開示されている。

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つの画素に、バックライトからの光を用いて透過モードで表示を行う透過領域と、周囲光を用いて反射モードで表示を行う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。

このような半透過型液晶表示装置では、反射表示における所定の明るさを維持するために、反射領域をある程度広く確保する必要がある。このため、画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。

そこで、特許文献１及び特許文献２では、バックライト側に配置された基板上に、開口部を有する反射板と、マイクロレンズなどの集光素子とを設けた半透過型液晶表示装置において、反射板とマイクロレンズとを、基板の同一面側で且つ液晶側に配置させることにより、マイクロレンズに入射したバックライトからの光を、反射板に設置された開口部に高効率で集光させる方法が開示されている。

上記特許文献２の構成によれば、反射板とマイクロレンズとが、基板の同一面側、かつ、液晶側に配されることにより、反射板の内装化、マイクロレンズと反射板との距離の最適化、反射板の開口部とマイクロレンズとの位置合わせの高精細化が可能となる。

一方、特許文献３には、マイクロレンズの底辺を円形もしくは六角形とし、マイクロレンズおよび画素の透過領域を千鳥格子状に配列させるとともに、マイクロレンズと画素の透過領域とを１：１に対応させ、かつ、マイクロレンズの焦点が画素の透過領域の中心に位置するように配置させることにより、マイクロレンズの集光効率（照明装置から入射した光の利用効率）を高めた方法が開示されている。
日本国公開特許公報「特開平１１−１０９４１７号公報（公開日：平成１９９９年（平成１１年）４月２３日）」 日本国公開特許公報「特開２００２−３３３６１９号公報（公開日：２００２年（平成１４年）１１月２２日）」 日本国公開特許公報「特開２００３−２５５３１８号公報（公開日：２００３年（平成１５年）９月１０日）」

このようにマイクロレンズなどの集光素子を用いて照明装置から入射した光を各画素に集光させ、表示装置の輝度を高める方法は種々提案されている。

マイクロレンズなどの集光素子を用いた表示装置の場合、照明装置の出射光としては高い平行度が必要とされる（平行度が低い場合には、透過領域に十分な光を集光できなくなるからである）。このような高い平行度を保つためには、拡散層を照明装置と集光手段との間に配置することは好ましくない。また、表示装置の上に光拡散層を配置することも、表示画像がぼけて見えてしまう点や、周囲光を拡散反射してしまうために、表示画像のコントラストを低下させてしまう点で、好ましくない。

一方で、むらのない均一な表示を行うためには、照明装置と表示装置との間に、光拡散層を配置させる必要があり、光拡散層を用いない場合、照明装置の光源が「輝線」として見えることや、照明装置の光出射パターンと表示装置の画素ピッチに起因する「モアレ」が発生すること、といった表示上の課題がある。

「輝線」については、光源の光が導光板内を導光する方向に沿って、斜め方向に強く光が出射してしまうため、光源と対向する方向から斜めに表示装置を見た場合に、強度の強い光が線となって見えてしまうことが原因である。

一方、「モアレ」については、照明装置の光源から発する光を表示パネル側に立ち上げるプリズムのピッチや角度を、表示装置の画素ピッチに対して最適化することによって防ぐことが可能であるが、さまざまな角度から表示パネルを見た場合には、見かけの画素ピッチやプリズムピッチが変化するために、すべての観察角度においてモアレの発生を防ぐことは難しい。

例えば、表示装置正面方向のモアレ発生を防ぐように、照明装置のプリズムのピッチや角度を設計したとしても、表示装置を斜めから見た場合は、見た目の画素ピッチやプリズムピッチが小さくなるために、設計条件がずれて、モアレが発生してしまう。集光素子を配置した場合に発生する、輝線およびモアレの問題については上記した特許文献には何ら開示されていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、照明装置（バックライト）からの光の利用効率を向上させ、表示装置の輝度を高めると共に、輝線やモアレといった表示上の問題のない表示装置および液晶表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、上記課題を解決するために、光を出射するバックライトと、互いに対向する第１の基板および第２の基板と、これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている表示装置において、第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、凹凸形状の凹凸部が形成されていることを特徴としている。

また、本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、光を出射するバックライトと、互いに対向して、液晶を挟持して成る第１の基板および第２の基板と、これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている液晶表示装置において、第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、凹凸形状の凹凸部が形成されていることを特徴としている。

上記構成によれば、凹凸部は、第１の基板のバックライトに対向する対向面の集光部間形成されているため、バックライトから照射され集光部に入射する光の平行度を低下させることがない。それゆえ、集光部により、透過領域に光を集光させることにより、光の輝度を高めることができる。さらに、凹凸部は、光散乱面としての役割を果たすため、バックライトから照射され、凹凸部に入射された光は、凹凸という面特性によって光拡散される。つまり、凹凸部が拡散層としての役割を果たす。それゆえ、輝線やモアレなどが生じることを緩和することができる。

従って、バックライトからの光の利用効率を向上させ、表示装置および液晶表示装置の輝度を高めると共に、輝線やモアレといった表示上の問題のない表示装置および液晶表示装置を提供することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

マイクロレンズと、表示パネルの画素部の構造との配置関係を示す図である。 本実施の形態の表示装置の概略構成を示す断面図である。 カラーフィルタ層を模式的に示す平面図である。 マイクロレンズおよび透過領域を透過的に示す平面図である。 図４（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。 図４（ａ）のＣ−Ｄ断面図である。 マイクロレンズおよび透過領域の配置を示す平面図である。 マイクロレンズおよび透過領域の配置を示す平面図である。 表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）の製造過程により製造される表示装置とは別の表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）の製造過程により製造される表示装置とは別の表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）の製造過程により製造される表示装置とは別の表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）の製造過程により製造される表示装置とは別の表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）の製造過程により製造される表示装置とは別の表示装置におけるマイクロレンズおよび凹凸部の製造過程を示す図である。 照明装置を模式的に示す断面図である。 照明装置を模式的に示す平面図である。 照明装置を模式的に示す平面図である。 第１の方向と第２の方向とを別々に、輝度と極角との関係を示すグラフである。 指向性のばらつきを示す図である。 指向性を示す楕円である。 ＬＥＤを導光板の側面の中心に設けた場合の照明装置を示す斜視図である。 図５とは別の平面形状を示すマイクロレンズ、および、透過領域の配置を示す平面図である。 図１とは異なり、かまぼこ型のレンチキュラレンズを用いた場合の、マイクロレンズと、表示パネルの画素部の構造との配置関係を示す図である。 マイクロレンズおよび透過領域を透過的に示す平面図である。 図１６（ａ）のＥ−Ｆ断面図である。 図１６（ａ）のＧ−Ｈ断面図である。 マイクロレンズおよび透過領域の配置を示す平面図である。 図１において、マイクロレンズの表面にも凹凸部を配した、マイクロレンズと、表示パネルの画素部の構造との配置関係を示す図である。

本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

本実施の形態の表示装置（本装置）は、透過反射両用型（半透過型）の液晶表示装置である。本装置は、図２に示すように、表示パネル１、複数のマイクロレンズ２、および照明装置（バックライト）３をこの順に備えている。

マイクロレンズ２の形状は、照明装置３の方へ膨んでいると共に、照明装置３側から見た形状（平面形状）が円形のお椀型レンズであり、表示パネル１に接して設けられている。図２は、隣り合うマイクロレンズ２の中心を通るように切断された部分断面図である。

表示パネル１は、マイクロレンズ２および照明装置３に近いほうから順に、アクティブマトリクス基板（第１の基板）４、液晶層５、およびカラーフィルタ基板（第２の基板）６を備えている。つまり、表示パネル１は、２枚の基板（第１の基板４、第２の基板６）が液晶層５を挟持して成っている。また、第１の基板４側から照明装置３からの光７が照射されるようになっている一方、第２の基板６側から外光（周囲光；不図示）が入射されるようになっている。

第１の基板４は、透明電極８、反射電極９、層間絶縁膜１０、データ配線１６（図１参照）、走査配線１７（図１参照）、および薄膜トランジスタ（不図示）を有している。透明電極８は、第１の基板４の液晶層５に近接した側に所定の間隔を空けて形成されている。反射電極９は、第１の基板４から透明電極８よりも液晶層５側（第２の基板６側）に突出して（盛り上がって）、断面形状が台形状に形成されている。反射電極９は、隣り合う透明電極８間に配設されている。層間絶縁膜１０は、透明電極８と反射電極９とを互いに絶縁するように設けられている。

また、図２に示すように、第１の基板４の液晶層５に近接した側の領域は、透明電極８にて規定される透明電極領域（後述する透過領域Ｔｒ）１１と、反射電極９にて規定される反射電極領域（後述する反射領域Ｒｆ）１２と、に分けることができる。透明電極領域１１は、照明装置３からの光７を第２の基板６側へ透過する領域である一方、反射電極領域１２は、第２の基板６から入射した外光（不図示）を反射する領域である。

第２の基板６は、図２に示すように、液晶層５側にカラーフィルタ層１３を有している。カラーフィルタ層１３は、図３に示すように、赤（Ｒ）カラーフィルタ、緑（Ｇ）カラーフィルタ、および青（Ｂ）カラーフィルタがストライプ状に配列されて成っている。

マイクロレンズ２は、図２に示すように、第１の基板４と照明装置３との間に、第１の基板４に接して設けられている。さらに、マイクロレンズ２は、照明装置３から照射された光を、透明電極８にて形成された透明電極領域１１に集光する。つまり、マイクロレンズ２と透明電極８とは、一対一に対応していると共に、各マイクロレンズ２の中心と各透明電極８の中心とは互いに対応している。さらに換言すれば、対応するマイクロレンズ２の中心と透明電極８の中心とを結ぶ直線は、表示パネル１の法線方向（パネル表面に対して直交する方向）に平行な直線である。

図１は、マイクロレンズ２と、表示パネル１の画素部（画素）Ｐｘの構造との配置関係を示す図である。

表示パネル１の画素部Ｐｘは、第１の基板４上に形成され、互いに直交するデータ配線１６および走査配線１７にて囲われた領域であり、行方向（走査配線１７が延びる方向；ｘ方向；図５参照）に隣接する３つの画素部Ｐｘは、カラーフィルタ層１３（図３参照）に対応して、それぞれが、ＲＧＢの色光を出射し、ＲＧＢの３つのカラーフィルタ層１３に対応する３つの画素部Ｐｘによって１絵素が構成されている。つまり、画素部Ｐｘも、カラーフィルタ層１３に対応して、ＲＧＢがストライプ状に配されている。但し、画素部Ｐｘの配置は、このようなストライプ状（ストライプ配列）に限らず、デルタ状（デルタ配列）、またはモザイク状（モザイク配列）であってもよい。

画素部Ｐｘは、透明電極８（図２参照）が配置された部分が透過領域Ｔｒとなっており、反射電極９（図２参照）が配置された部分が反射領域Ｒｆとなっている。透過領域Ｔｒは、上記の透明電極領域１１に対応した領域であり、反射領域Ｒｆは、上記の反射電極領域１２に対応した領域である。それゆえ、透過領域Ｔｒは、反射領域Ｒｆが開口した領域（反射領域Ｒｆのうち窪んだ領域）である。

透過領域Ｔｒは、透過モード表示（照明装置３の光７を用いた表示）を行う一方、反射領域Ｒｆは反射モード表示（外光を用いた表示）を行う。なお、透過モードおよび反射モードのいずれか一方のみの表示を行うことも、両方のモードでも表示を行うこともできる。なお、このようなモードの切り替えは、周囲環境によって自動的に切り替わるようになっている。つまり、例えば、晴天などのような外光が非常に強い環境では、バックライトの光は、太陽光によりほとんど意味をなさないため、つまり、バックライトを消しても表示はほとんど変わらないため、この場合は反射モードの表示となる。一方、暗闇では、反射光がなく、透過モードの表示となる。

図２の説明の繰り返しになるが、マイクロレンズ２は、図１に示すように、透過領域Ｔｒに対して、一対一で設けられている。さらに、同図に示すように、マイクロレンズ２の中心と、マイクロレンズ２を通過した光の集光スポットと、透過領域Ｔｒの中心とが、法線方向（データ配線１６および走査配線１７に直交する方向）に延びる同一の直線上にくるようになっている。

この点について、図４（ａ）〜図４（ｄ）を用いて詳細に説明する。図４（ａ）は、マイクロレンズ２および透過領域Ｔｒを透過的に示した平面図である。図４（ａ）に示すように、平面図では、マイクロレンズ２の中心と、透過領域Ｔｒの中心とが一致しており、これらの中心が、マイクロレンズ２を通過した光の集光スポットと一致している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ｂ断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＣ−Ｄ断面図である。ここで、マイクロレンズ２、および透過領域Ｔｒは、共に平面形状が円形となっているので、図４（ｂ）図４（ｃ）に示すように、集光スポットは点となる。さらに言えば、Ａ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面に限らず、図４（ａ）のいずれの断面においても集光スポットは点となる。

また、マイクロレンズ２は、図４（ｄ）に示すように、第１の基板４の照明装置３に対向する面に千鳥状に設けられている。同様に、マイクロレンズ２は、図５に示すように、行方向および列方向（データ配線の延びる方向；ｙ方向）に等間隔に、かつ、千鳥状に配されている。さらに、同図に示すように、行方向および列方向に隣接するマイクロレンズ２は互いに接触している。このようにマイクロレンズ２を千鳥状に設けることにより、マイクロレンズ２を第１の基板４に最密充填で配列させることができる。

ところで、本実施の形態のように、輝度を高めるためにマイクロレンズ２を用いた表示装置では、照明装置３から発せられる光は高い平行度を有している必要がある。従って、照明装置３としては、できるだけ平行度を高めるために、拡散層を排除する必要がある。この拡散層は、出射光の均一性を高める目的で配置されているため、この拡散層を排除すると、平行度は高まるものの、（ｉ）面内の均一性が悪くなる。（ｉｉ）光源から発する光が輝線となって見える（ｉｉｉ）液晶パネルと組み合わせた場合にモアレが出やすくなる、といった問題が発生する。

（ｉ）については、バックライトのプリズムの配置方法を最適化するなど、バックライト側の工夫で回避可能である。一方、（ｉｉ）（ｉｉｉ）については回避が難しく問題となっていた。

これに対して、本実施の形態では、図１、図２、図５に示すように、第１の基板４の照明装置３に対向する面のマイクロレンズ２が設けられていない部分が凹凸形状の凹凸部１９となっている（隣り合うマイクロレンズ２間に凹凸形状の凹凸部１９が形成されている）。

このように、凹凸部１９を設けることによって、この部分に照明装置３から入射した光を拡散させることができる。具体的には、第１の基板４と空気との界面において、照明装置３から入射した光を散乱させることができる。この凹凸部１９は、マイクロレンズ２が設けられていない部分に設けられているので、照明装置３からマイクロレンズ２に照射され、透過領域に集光される平行光の経路には配されていない。そのため、照明装置３から出射される光の平行度を下げることがない。さらに、マイクロレンズ２も巨視的に見ると、大きな凹凸であると考えられるので、表示パネルの裏面全体を拡散面に近い形にすることができる。

また、凹凸部１９の凹凸の高さは、本実施の形態では算術平均粗さＲａを２．５μｍで行っているため、光散乱を大きくすることができる。また、この算術平均粗さＲａは、２．５μｍに限らず、３．０μｍ〜５．０μｍでもよい。なお、算術平均粗さＲａは、５．０μｍより大きくなると、マイクロレンズ２の形成が困難になるので、５．０μｍ以下であることが好ましい。また、光散乱の程度は、ヘイズ値（曇価）約８０％に相当している。

次に、図６（ａ）〜図６（ｅ）を用いてマイクロレンズ２および凹凸部１９の製造方法について説明する。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、マイクロレンズ２の製造方法を示しており、それぞれ、平面図と側面図を示している。

まず、図６（ａ）に示すように、第１の基板４を用意する。この第１の基板４のレンズ形成面に、図６（ｂ）に示すように、スピンコート法により光硬化性の透明樹脂２０を塗布する。次に、図６（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによって、マイクロレンズを形成する部分に透明樹脂２０が残るようにパターニング露光し、現像する。その後、１５０℃に加熱し、図６（ｄ）に示すように、透明樹脂２０をレンズ状に熱変形させる。そして、フッ化水素酸に浸すことにより、透明樹脂２０のない部分（領域）を侵食させて、図６（ｅ）に示すように、凹凸部１９を形成する。以上のプロセスにより、マイクロレンズ２および凹凸部１９を第１の基板４に形成することができる。

なお、マイクロレンズ２および凹凸部１９の製造方法は、次のような方法でもよい。すなわち、まず、図７（ａ）に示すように、第１の基板４を用意する。この第１の基板４を薄型化すると共に、マイクロレンズを形成する面をフッ化水素酸に浸し、図７（ｂ）に示すように、凹凸部１９を形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、光硬化性の透明樹脂２０をスピンコート法により塗布する。その後、図７（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィによって、マイクロレンズを形成する部分に透明樹脂２０が残るようにパターニング露光し、現像する。そして、１５０℃に加熱し、図７（ｅ）に示すように、透明樹脂２０をレンズ状に熱変形させる。以上のプロセスでも、マイクロレンズ２および凹凸部１９を第１の基板４に形成することができる。この図７（ａ）〜図７（ｅ）に基づくプロセスによれば、容易に高い量産性で、高い光学特性を有するマイクロレンズと凹凸部とを形成することができる。なお、第１の基板の厚みを、マイクロレンズ２の焦点距離と一致するよう薄型化する工程は、上記プロセスのフッ化水素酸に浸す工程で同時に行ってもよいし、上記プロセスのフッ化水素酸に浸す工程とは別に行ってもよい。

また、透明樹脂２０として、第１の基板４とほぼ同一の屈折率を有する材料を用いた場合には、マイクロレンズアレイと凹凸部との境界面は、光学的にマッチングし、光散乱が生じないためバックライトの平行度が保てるので好ましい。

また、上記では、凹凸部１９は、フッ化水素酸を用いて形成した。しかしながら、凹凸部１９の形成方法は、これに限らず、例えばサンドブラストによる物理的研磨法でもよい。

次に、照明装置３について説明する。図８は、照明装置３を模式的に示す断面図である。照明装置３は、図８に示すように、ＬＥＤ２１、導光板２２、反射板２３、およびプリズムシート２４を備えている。

導光板２２は、平面形状が矩形の板状体である。反射板２３は導光板２２の背面側（裏面側）に設けられており、プリズムシート２４は、導光板２２の表面側に設けられている。つまり、反射板２３とプリズムシート２４との間に導光板２２が配されている。ＬＥＤ２１は、導光板２２の一角である角部２５（図９参照）に対向するように設けられている。

ＬＥＤ２１は、光源として発光する役割を有する。導光板２２は、例えばポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレートなどの透明材料によって形成され、ＬＥＤ２１から導光板２２自身に入射した光を、導光板２２自身の内部を導光させながら、外部へ均一に出射させる。

導光板２２は、図８に示すように、背面（底面；下面）に三角溝状のプリズム２６を複数備えている。各プリズム２６は、三角溝を形成する２つの反射面２７を有している。また、プリズム２６は、図９に示すように、導光板２２の背面にマトリクス状に配されている。プリズム２６は、導光板２２内部に入射した光３０を、反射面２７で反射して、導光板２２の外部へ出射する。

また、プリズム２６の反射面２７は、図９に示すように、ＬＥＤ２１を中心とした円の半径方向（Ｙ方向）に直交する、Ｘ方向に沿って延びるように形成されている。また、反射面２７の傾斜角度は、導光板２２の内部の光が、導光板２２の法線方向に、効率良く出射するように規定されている。なお、図９では、簡単のために隣接するプリズム２６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、隣接するプリズム同士の間隔が短くなるようになっている。

反射板２３は、アルミニウム膜などにより形成されており、導光板２２から背面側に出射された光を再び導光板２２の方へ反射させる。プリズムシート２４は、導光板２２内を導光する光を効率的に外部へ取り出す役割を有している。なお、この照明装置３の詳細については、ＩＤＷ‘０２ 第５０９頁〜５１２頁（カランタル カリルら）に説明されている。

この照明装置３の動作について簡単に説明すると、ＬＥＤ２１から出射された光が導光板２２に入射し、導光板２２の内部で反射されることにより、導光板２２の出射面のほぼ全面から出射する。導光板２２の下面から出射した光（不図示）は、反射板２３によって反射され、再び導光板に入射して導光板２２の出射面から出射する。導光板２２から出射された光は、プリズムシート２４に入射し、プリズムシート２４によって導光板２２の法線方向に屈折される。

上記では、光源としてＬＥＤ２１を用いたが、これに限らず、例えば蛍光管などを用いてもよい。また、ＬＥＤ２１を１つ配する場合にはついて説明したが、これに限らず、２つ以上のＬＥＤ２１を設けてもよい。

次に、図１０に示すような、導光板における、ＬＥＤ２１を中心とした円弧（この円の半径は導光板の短手方向の辺（短辺）の長さよりも小さい）上の３つの地点Ｉ・Ｊ・Ｋにおける、第１の方向、および、第２の方向それぞれの方向における輝度の平均値について検討する。この円弧状の地点Ｉは、図１０に示すように、短辺上の点であり、地点Ｋは、導光板の長手方向の辺（長辺）上の点である。そして、地点Ｊは、地点Ｉと地点Ｋとを結ぶ円弧上に設けられている。

図１１は、この検討結果を第１の方向、第２の方向をそれぞれ別々に示すグラフである。このグラフは、縦軸に輝度（ｃｄ／ｍ２）が示されており、横軸に極角（ｄｅｇ）が示されている。このグラフに示すように、第２の方向における導光板２２からの出射光の輝度の半値幅は、約±３°であるのに対し、第１の方向における導光板２２からの出射光の輝度の半値幅は、約±１５°であり、第１の方向よりも第２の方向の方が指向性が高く、第１の方向と第２の方向とで指向性に差があることが分かる。すなわち、第２の方向における出射光は、第１の方向における出射光よりも平行度が高い。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１２（ａ）にこの指向性のばらつきについて楕円を用いて模式的に表す。

ここで、楕円の形状が出射光の指向性を示している。つまり、図１２（ｂ）に示すように、楕円の長軸方向は指向性が弱い（出射光の平行度が低い）ことを意味する一方、楕円の短軸方向は指向性が強い（出射光の平行度が高い）ことを意味する。

なお、ＬＥＤ２１の位置は、角部２５に限らず、図１３に示すように、導光板２２の側面の中心に設けてもよい。

また、上記では、照明装置３側から見たマイクロレンズ２の形状は、図５に示すように、円形であるとした。しかしながら、これは単なる一例にすぎず、例えば、図１４に示すように、照明装置３側から見たマイクロレンズ２の形状は、六角形などの多角形であってもよい。マイクロレンズ２の形状を六角形にした場合にも、上記と同様にマイクロレンズ２を千鳥状に配することが好ましい。但し、マイクロレンズ２の形状を六角形にした場合には、行方向および列方向に隣接するマイクロレンズ２を互いに所定距離離間させて、隣接するマイクロレンズ２同士の間隙部分に凹凸部１９を設けることが好ましい。

さらに、照明装置３側から見たマイクロレンズ２の形状は、図５に示すように、円形であるとし、千鳥状に配されているとした。しかしながら、このようなマイクロレンズ２に限らず、図１５に示すような、かまぼこ型（かまぼこ状；半円筒状）のレンチキュラレンズ３５であってもよい。このレンチキュラレンズ３５は、具体的には、同図に示すように、行方向に第１の基板４の両端まで延びて配されている一方、列方向には所定の間隔を空けて設けられている。そして、列方向に隣り合うレンチキュラレンズ３５同士の間には、凹凸部１９が設けられている。

このようなレンチキュラレンズ３５を用いる場合には、画素部Ｐｘに設けられた透過領域Ｔｒは、図１に示すような円形の領域ではなくて、図１５に示すような四角形の領域でもよい。レンチキュラレンズ３５を用いた場合、レンチキュラレンズ３５を通過した光の集光スポットは、上記のマイクロレンズ２とは異なり、図１６（ａ）に示すように、「ライン」となる。なお、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は透過領域が円形の場合について説明する。

図１６（ｄ）は、レンチキュラレンズ３５と透過領域Ｔｒとの位置関係および集光スポットを示している。同図に示すように、レンチキュラレンズ３５は、透過領域Ｔｒの行方向に沿って延伸しており、行方向に配された透過領域Ｔｒの中心を通るように、直線状（ライン状）の集光スポットを形成している。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）におけるＥ−Ｆ断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）におけるＧ−Ｈ断面図である。Ｅ−Ｆ断面は、透過領域Ｔｒを行方向に切断した断面であり、Ｇ−Ｈ断面は、透過領域Ｔｒを列方向に切断した断面である。図１６（ｂ）に示すように、透過領域Ｔｒの行方向の断面では、レンチキュラレンズ３５の形状が矩形状となるため、レンチキュラレンズ３５を通過した光は、１点に集光することなく、そのまま通過するか、反射領域にて遮られる。一方、図１６（ｃ）に示すように、透過領域Ｔｒの列方向の断面では、レンチキュラレンズ３５の形状が湾曲形状であるため、１点に集光する。

さらに、上記では、図１、図１５などに示すように、マイクロレンズ２やレンチキュラレンズ３５同士の間に凹凸部１９を設けていた。しかしながらこの構成に限らず、図１７に示すように、マイクロレンズ２を配設する箇所自体に凹凸部１９を設けてもよい。

ただし、本実施の形態の表示装置は、半透過型の液晶表示装置に限定されず、透過型の液晶表示装置としても用いることができる。また、本実施の形態の表示装置は、表示媒体層として、液晶層以外の電気泳動層を有する電気泳動表示装置としても用いることができる。

なお、比較例として、凹凸部１９が形成されていない表示装置について実験を行ったが、照明装置の光源の輝線や、照明装置の光出射パターンと画素とのパターンからなるモアレが発生し、表示は不良であった。

本発明の表示装置は、前面に光を出射する照明装置と、行列状に配列された複数の画素を備えた表示パネルと、前記照明装置と前記表示パネルとの間に設けられた複数の集光素子とを備え、前記表示パネルは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示媒体層とを有し、前記第１基板は前記表示媒体層の前記照明装置側に配置されており、前記第２基板は前記表示媒体層の観察者側に配置されており、前記複数の画素のそれぞれは、前記照明装置から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域を有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記透過領域を規定する透明電極領域を有し、前記複数の集光素子のそれぞれは、前記複数の画素の透過領域に対応して配置されており、且つ、前記第１基板の少なくとも表示領域内の、前記複数の集光素子が形成されていない領域には、凹凸面が設けられている。

また、本発明の表示装置では、集光部は、お椀型のマイクロレンズであり、それぞれの集光部を通過した光の光軸が、対応する透過領域の中心を通るように透過領域に対して一対一で設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、お椀型のマイクロレンズを用い、透過領域に対して、集光部を通過した光の光軸が、透過領域の中心を通るように一対一で設けられている。従って、集光効率を高めることができる。また、集光部がお椀型のマイクロレンズであるため、このマイクロレンズも巨視的に見れば凹凸であるため、凹凸部と合わせて、第１の基板のバックライトに対向する対向面全体を拡散面に近い構造とすることができる。

また、本発明の表示装置では、集光部は、平面形状が円形または多角形であることが好ましい。

また、本発明の表示装置では、集光部は、第１の基板のバックライトに対向する対向面に千鳥状に配されていることが好ましい。上記構成によれば、集光部は対向面に千鳥状に配されているため、充填密度を高めることができる。

また、本発明の表示装置では、集光部は、かまぼこ型のレンチキュラレンズであり、同一行に配された画素に設けられた透過領域毎に、配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、かまぼこ型のレンチキュラレンズを用いるため、その形状から、ストライプ配列の画素に対して利用し易い。

また、本発明の表示装置では、第１の基板のバックライトに対向する対向面における集光部が形成されている部分にも凹凸形状の凹凸部が形成されていることが好ましい。

また、本発明の表示装置では、画素は、色の３原色であるＲＧＢの３つの画素が配列されて１絵素を形成することが好ましい。

また、本発明の表示装置では、画素の配列は、ストライプ配列、デルタ配列、またはモザイク配列のいずれかであることが好ましい。

また、本発明の表示装置では、凹凸部の算術平均粗さは、２．０μｍ〜５．０μｍであることが好ましい。

上記構成によれば、凹凸部の算術平均粗さは、２．０μｍ〜５．０μｍであるため、集光素子の形成が可能な範囲内で、光散乱を大きくすることができる。なお、凹凸部の算術平均粗さを大きくしすぎると、集光素子の形成が困難になる。

また、本発明の表示装置では、バックライトから出射された光を用いた表示モードと、外光を用いた表示モードとの切り替えが可能であることが好ましい。

上記構成によれば、バックライトから出射された光を用いた表示モードと、外光を用いた表示モードとの切り替えが可能であるので、周囲の明るさなどの、周辺環境に応じて適切なモードに切り替えることができる。

本発明の表示装置は、光を出射するバックライトと、互いに対向する第１の基板および第２の基板と、これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている表示装置において、第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、凹凸形状の凹凸部が形成されている。

また、本発明の液晶表示装置では、光を出射するバックライトと、互いに対向して、液晶を挟持して成る第１の基板および第２の基板と、これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている液晶表示装置において、第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、凹凸形状の凹凸部が形成されている。

従って、照明装置（バックライト）からの光の利用効率を向上させ、表示装置の輝度を高めると共に、輝線やモアレといった表示上の問題のない表示装置および液晶表示装置を提供することができる、という効果を奏する。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の表示装置は、液晶表示装置に利用でき、特に、携帯電話やパーソナルコンピュータに好適に利用することができる。

Claims (11)

1. 光を出射するバックライトと、
   互いに対向する第１の基板および第２の基板と、
   これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、
   第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている表示装置において、
   第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、バックライトから入射した光を拡散させる凹凸形状の凹凸部が形成されていることを特徴とする表示装置。
2. 集光部は、お椀型のマイクロレンズであり、それぞれの集光部を通過した光の光軸が、対応する透過領域の中心を通るように透過領域に対して一対一で設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の表示装置。
3. 集光部は、平面形状が円形または多角形であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の表示装置。
4. 集光部は、第１の基板のバックライトに対向する対向面に千鳥状に配されていることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の表示装置。
5. 集光部は、かまぼこ型のレンチキュラレンズであり、同一行に配された画素に設けられた透過領域毎に対応して配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の表示装置。
6. 第１の基板のバックライトに対向する対向面における集光部が形成されている部分にも凹凸形状の凹凸部が形成されており、上記集光部は上記第１の基板とほぼ同一の屈折率を有することを特徴とする請求の範囲第２項から第５項のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 画素は、色の３原色であるＲＧＢの３つの画素が配列されて１絵素を形成することを特徴とする請求の範囲第２項から第６項のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 画素の配列は、ストライプ配列、デルタ配列、またはモザイク配列のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の表示装置。
9. 凹凸部の算術平均粗さは、２．０μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする請求の範囲第２項から第８項のいずれか１項に記載の表示装置。
10. バックライトから出射された光を用いた表示モードと、外光を用いた表示モードとの切り替えが可能であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の表示装置。
11. 光を出射するバックライトと、
    互いに対向して、液晶を挟持して成る第１の基板および第２の基板と、
    これらの基板のうち、バックライト側に配された第１の基板のバックライトに対向する対向面に設けられ、バックライトからの光を集光する複数の集光部とを有し、
    第１の基板には、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とをそれぞれ有する複数の画素が行列状に配されており、バックライトから出射された光が集光部により透過領域に集光するようになっている液晶表示装置において、
    第１の基板のバックライトに対向する対向面における隣り合う集光部間には、バックライトから入射した光を拡散させる凹凸形状の凹凸部が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

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