KR100769506B1 - 표시 소자 및 표시 소자의 제조 방법 그리고 표시 소자를구비한 전자 기기 - Google Patents

표시 소자 및 표시 소자의 제조 방법 그리고 표시 소자를구비한 전자 기기 Download PDF

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다쿠로우 스기우라
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알프스 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 휘도나 시인성의 향상 및 소비 전력 저감을 가능하게 한 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법 그리고 표시 소자를 구비한 전자 기기를 제공한다.
(해결수단) 백라이트 (3) 로부터 출사되어 액정 표시 패널을 투과하는 투과광이, 액정 표시 패널의 투명 전극 (24) 또는 표시면 (2A) 의 법선에 대하여, 소정 각도의 지향성을 갖고 액정 표시 패널로부터 출사되는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 표시 소자를 관찰하는 사용자의 관찰 각도의 범위에 맞추어, 액정 표시 패널로부터의 출사광의 각도를 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 백라이트 (3) 의 출사광의 투과 효율이 향상되고, 휘도 및 표시 품위가 향상됨과 함께 소비 전력을 저감할 수 있고, 또한 표시 소자를 모바일 기기 등에 장착하여 사용한 경우에는, 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상되는 표시 소자를 실현할 수 있다.
표시 소자, 전자 기기

Description

표시 소자 및 표시 소자의 제조 방법 그리고 표시 소자를 구비한 전자 기기{DISPLAY DEVICE AND FABRICATING METHOD THEREOF AND ELECTRONIC EQUIPMENT WITH THE SAME}
도 1 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 개략도로서, A 는 평면도, B 는 도 3A 의 ⅢB-ⅢB 단면도, C∼E 는 도 3A 의 ⅢC-ⅢC 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, A 는 요부 확대도, B 는 렌즈 특성을 설명하는 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, A 는 요부 확대도, B 는 표시 소자를 사용자가 관찰할 때의 각도를 설명하는 개략도이다.
도 6 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, 마이크로 렌즈 어레이를 형성하여 표시 소자를 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, 마이크로 렌즈 어레이를 형성하여 표시 소자를 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9 는 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, 백 라이트의 구성을 설명하는 개략도이다.
도 10 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 나타내는 도면으로서, 백 라이트의 휘도 각도 분포를 설명하는 그래프이다.
도 11 은 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, A 는 투과율의 그래프, B 는 투과율 데이터의 일람이다.
도 12 는 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, 프리즘 시트를 구비한 백 라이트의 데이터이다.
도 13 은 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, 프리즘 시트를 구비한 백 라이트의 데이터이다.
도 14 는 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, 프리즘 시트를 구비한 백 라이트의 데이터이다.
도 15 는 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, 프리즘 시트를 구비한 백 라이트의 데이터이다.
도 16 은 본 발명의 표시 소자의 실시예를 설명하는 도면으로서, 프리즘 시트를 구비한 백 라이트의 데이터이다.
도 17 은 본 발명의 표시 소자의 일례를 설명하는 도면으로서, 백 라이트 반사판의 각도와 반사광의 각도의 관계를 나타낸다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 표시 소자
2: 액정 표시 패널
5: 액티브 매트릭스 기판 (하부 기판: 타방의 기판)
52: 화소 전극
6: 기판 (상부 기판: 일방의 기판)
62: 대향 전극 (공통 전극)
63: 상부 기판측 배향막
3: 백 라이트
3a: 출사면
31: 도광판
31a: 표면
32: 광원
33: 프리즘 시트
34: 반사판
4, 4a, 4b, 41, 42, 43: 마이크로 렌즈 어레이
8: 액정층
9: 모바일 기기 (전자 기기)
23: 투과부
24: 투명 전극
29a, 29a: 하부 기판측 배향막
30: 광 투과부
35: 광 반사 표시부
R: 렌즈 축
S, T, U: 법선
특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2003-107505호
본 발명은 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비한 표시 소자 및 표시 소자의 제조 방법 그리고 표시 소자를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
종래 액정 표시 소자의 분야에 있어서는 소비 전력의 저감이 강하게 요구되어 왔고, 화소의 영역을 가능한 한 크게 하여 표시의 밝기를 향상시킬 것이 요구되어 왔다. 이 때문에, 액티브 매트릭스 기판 전체면에 두꺼운 막의 절연막을 형성하고, 이 절연막 위에 반사형 화소 전극을 형성한 것이 실용화되어 있다. 이와 같이, 절연막 상에 화소 전극을 올려 두는 구조의 것에서는 절연막 하층에 배치된 주사선이나 신호선 등과 상층에 배치된 화소 전극 사이에서 전기적인 단락을 발생시키지 않는 구성을 채용할 수 있기 때문에, 이들 배선 상에 오버랩시키듯이 넓은 면적으로 화소 전극을 형성하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor: 이하, TFT 라 한다) 등의 스위칭 소자나 주사선, 신호선이 형성된 영역을 포함하여 거의 모두를 표시에 기여하는 화소 영역으로 할 수 있고, 개구율을 높여 밝은 표시를 얻을 수 있다.
또한, 반사형 화소 전극을 사용한 액정 표시 형태만으로는 어둔운 장소에서의 사용이 불가능하기 때문에, 액정 표시 소자에 백 라이트를 병설하여, 반사형 액정 표시 소자를 부분적으로 투과 표시 가능한 구성으로 한 반투과 반사형 액정 표시 소자도 널리 사용되고 있다.
반투과 반사형 액정 표시 소자에서는 1개의 화소내를 광 투과 표시부와 광 반사 표시부로 분할하고 있기 때문에, 예를 들어, 광 반사 표시부의 면적을 늘리고자 하면 광 투과 표시부의 면적을 줄일 필요가 있는 등 투과와 반사의 쌍방의 표시 형태에서 트레이트 오프의 관계가 된다. 이 때문에, 광 투과 표시부의 면적을 좁게 설정한 경우에 액정 표시 소자의 휘도 편차가 생길 우려가 있었다.
반투과 반사형 액정 표시 소자를 백 라이트에 의해서 투과 표시하였을 때의 휘도 편차를 없애기 위하여, 반투과형 TFT 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에 마이크로 렌즈 어레이를 배치하고, 백 라이트의 상면에 프리즘 시트를 장착한 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1).
특허 문헌 1 의 액정 표시 소자에서는 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에 배치한 마이크로 렌즈 어레이에 의해 강한 지향성을 가진 광을 상기 광 투과 표시부에 조사하도록 구성되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 액정 표시 소자에서는 마이크로 렌즈 어레이를 이루는 복수의 렌즈 중 1개의 렌즈와, 액정 표시 패널의 1개의 광 투과 표시부 를 대응시켜 집광하기만 하는 구성이고, 마이크로 렌즈 어레이에 의해서 집광된 백 라이트의 출사광은 좁은 각도로 확산하게 된다. 이 때문에, 액정 표시 패널 표시면의 법선 방향에서는 휘도가 높고 양호한 시인성이 얻어지지만, 액정 표시 패널 표시면에 있어서 높은 휘도가 얻어지는 시야각이 좁다는 문제가 있었다.
액정 표시 패널 표시면에 확산판을 설치함으로써 시야각을 개선할 수도 있지만, 외광 산란이 증가하여 콘트라스트가 저하되는 등 사용자의 관찰 각도 범위 밖으로도 출사광이 확산하기 때문에, 사용자가 관찰하는 방향의 휘도가 저하되고, 백 라이트 출사광을 마이크로 렌즈 어레이에 의해서 집광한 효과가 저하된다는 문제가 있었다.
액정 표시 소자가 사용되는 휴대 전화 등의 모바일 기기에서는 사용자가 손에 들고 사용, 관찰하는 경우가 많기 때문에, 사용자로부터의 관찰 각도가 주로 액정 표시 패널 표시면 법선의 하방향으로 한정된다. 이 때문에, 표시면 법선 부근의 각도 범위만 액정 표시 소자의 휘도가 높아도 실제로는 사용자는 높은 시인성을 얻지 못한다는 문제가 있었다.
또한, 모바일 기기에 사용되는 직시형 액정 표시 소자에서는 액정 표시 패널에 편광판을 부착하여 사용되는 경우가 많지만, 편광판을 기판에 부착할 때에 사용하는 접착제에 의해서 광의 굴절이 생기기 때문에, 사용자로부터의 시인성이 더욱 저하될 우려가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 반투과 반사형, 또는 투과형 액정 표시 소자에 있어서, 백 라이트 출사광이 액정 표시 패널을 투과할 때의 각도를 최적화하여 휘도나 시인성의 향상 및 소비 전력 저감을 가능하게 한 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 형성되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치된 표시 소자로서, 상기 백 라이트로부터 출사되어 상기 액정 표시 패널을 투과하는 투과광이 상기 액정 표시 패널의 광 투과 표시부 또는 표시면의 법선에 대하여 소정 각도의 지향성을 갖고 상기 액정 표시 패널로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 표시 소자를 제공한다.
상기 서술한 구성에 의하면 액정 표시 패널로부터의 출사광의 각도를 지향성을 갖도록 설정할 수 있고, 백 라이트 출사광의 투과 효율이 향상되고, 휘도 및 표시 품위가 향상됨과 함께 소비 전력을 저감할 수 있다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 지향성이 표시 소자의 관찰 방향을 향하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 서술한 구성에 의해 사용자로부터의 관찰 각도의 범위에 맞추어 출사광 의 각도를 설정하는 것이 가능해져, 표시 소자를 모바일 기기 등에 장착하여 사용한 경우에는 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상된다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 백 라이트로부터 출사되어 상기 액정 표시 패널을 투과하는 투과광의 각도가 상기 액정 표시 패널의 광 투과 표시부 또는 표시면의 법선에 대하여 -10°이상 30°이하의 범위내인 것이 바람직하다.
투과광의 각도를 상기 서술한 범위내로 함으로써, 사용자로부터의 표시 소자의 관찰 각도에 맞춘 설정으로 하는 것이 가능해진다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 집광수단과 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 집광수단은 이 집광수단의 초점 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 집광수단으로 집광하도록 구성해도 된다.
또한, 본 발명의 표시 소자에서는 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 집광수단과 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 집광수단은 이 집광수단의 초점 축이 상기 광 투과 표시부의 중심부의 법선에 대하여 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 집광수단으로 집광하도록 구성해도 된다.
상기 서술한 구성에 의해, 백 라이트 출사광을 광 투과 표시부 또는 액정 표시 패널 표시면의 법선에 대하여 소정의 각도를 가진 광으로 하여, 액정 표시 패널을 투과시킬 수 있어 표시 소자를 관찰하는 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상된다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 화소 전극의 각각에 있어서의 상기 광 투과 표시부의 면적이 상기 화소 전극에 대한 면적비로 5∼90% 의 범위인 것이 바람직하고, 10∼80% 의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
화소 전극에 대한 광 투과 표시부의 면적비를 상기 서술한 범위로 함으로써, 표시 소자의 휘도가 향상된다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 백 라이트의 출사광은 이 백 라이트의 출사면의 법선에 대한 각도가 ±20°의 범위인 것이 바람직하고, ±10°의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
백 라이트 출사면의 법선에 대한 출사광의 각도를 상기 서술한 범위로 함으로써, 액정 표시 패널의 광의 투과율이 한층 더 향상된다는 작용이 얻어진다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 집광수단이 상기 액정 표시 패널의 타방의 기판의 하면에 형성된 구성으로 해도 된다.
본 발명의 표시 소자에서는 상기 집광수단에 마이크로 렌즈 어레이, 렌티큘러 렌즈, 프레넬 렌즈, 굴절률 분포 렌즈 중 어느 하나를 사용한 구성으로 해도 된다.
본 발명은 상기 서술한 표시 소자를 구비한 전자 기기를 제공한다.
본 발명과 관련된 표시 소자를 모바일 기기 등의 전자 기기 등에 탑재한 경우에는 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상된다.
본 발명은 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액 정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 설치되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치되고, 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 마이크로 렌즈 어레이가 각 마이크로 렌즈와 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 마이크로 렌즈의 각각은 이 마이크로 렌즈의 렌즈 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되거나, 또는 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되어 있고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 마이크로 렌즈에서 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법으로서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 상기 타방의 기판의 상기 백 라이트측의 면에 감광성 굴절률 변화 재료를 도포한 후, 이 감광성 굴절률 변화 재료를 마스크 노광함으로써 형성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 형성되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치되고, 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 마이크로 렌즈 어레이가 각 마이크로 렌즈와 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 마이크로 렌즈의 각각은 이 마이크로 렌즈의 렌즈 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되거나, 또는 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되어 있고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여, 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 마이크로 렌즈에서 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법으로서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 상기 타방의 기판의 상기 백 라이트측의 면에 투명 수지를 잉크젯 도포함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법을 제공한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명과 관련된 표시 소자의 제 1 실시형태에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 이하의 설명에 사용하는 모든 도면에 있어서, 설명의 편의상, 각 구성요소의 두께나 치수비 등을 적절히 다르게 나타내고 있다.
도 1A, B 및 도 2A, B, C 는 본 발명의 표시 소자의 일례를 설명하는 도면 으로서, 이 표시 소자 (1) 는 액정 표시 패널 (2) 과, 이 액정 표시 패널 (2) 을 뒤쪽에서 조광하는 백 라이트 (3) 와, 액정 표시 패널 (2) 과 백 라이트 (3) 사이 에 배치된 마이크로 렌즈 어레이 (집광수단)(4) 로 개략 구성되어 있고, 백 라이트 (3) 로부터 출사되어 액정 표시 패널 (2) 을 투과하는 투과광이, 액정 표시 패널 (2) 의 투명 전극 (광 투과 표시부)(24) 또는 표시면 (2a) 의 법선에 대하여, 소정 각도의 지향성을 갖고 액정 표시 패널 (2) 로부터 출사되도록 되어 있다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 백 라이트 (3) 로부터 출사되어 액정 표시 패널 (2) 을 투과하는 투과광의 액정 표시 패널 (2) 의 투명 전극 (24) 또는 표시면 (2a) 의 법선에 대한 각도 (E) 가 -10°이상 30°이하의 범위내가 되도록 구성되어 있다 (도 4A 참조).
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에 구비된 마이크로 렌즈 어레이 (4) 는 도 1A 에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 패널 (2) 이 갖는 화소 전극 (52) 내에 설치된 투명 전극 (광 투과 표시부)(24) 에 대하여 이 투명 전극 (24) 의 중앙부를 집광점으로 하여 백 라이트 (3) 의 출사광을 집광하는 것이다.
도 4A 에 나타내는 바와 같이 표시 소자 (1) 에서는 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈의 렌즈 축 (초점 축)(R) 이 투명 전극 (24) 의 중심부의 법선 (S) 에 대하여 오프셋 치수 (L) 만큼 평행하게 오프셋하도록 배치하여 구성하고 있다.
또한, 표시 소자 (1) 에 구비된 투명 전극 (24) 은 화소 전극 (52) 과의 면적비로 5∼90%, 보다 바람직하게는 10∼80% 의 면적으로서 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 백 라이트 (3) 의 출사광을 이 백 라이트 (3) 의 출사면 (3a) 의 법선 (T) 에 대한 평균 출사광 각도 (Ψ) 를 ± 20°의 범위, 바람직하게는 ±10°의 범위로 하여 출사하는 구성으로 하고 있다.
액정 표시 패널 (2) 은 도 1A, B 에 개략 구조를 나타내는 바와 같이, 스위칭 소자가 형성된 측의 액티브 매트릭스 기판 (하부 기판: 타방의 기판)(5) 과, 그것에 대하여 설치된 대향측의 기판 (상부 기판: 일방의 기판)(6) 과, 이들 기판 (5, 6) 사이에 기판 (5, 6) 과 시일재 (7) 로 둘러싸여 협지되어 있는 광 변조층으로서의 액정층 (8) 을 구비하여 구성되어 있다. 즉, 상기 서술한 바와 같이 구성된 기판 (5, 6) 은, 스페이서 (도시 생략) 에 의해서 서로 일정하게 이간된 상태로 유지됨과 함께, 기판 주변부에 열경화성 시일재 (7) 를 도포함으로써, 접착 일체화되어 있다.
액티브 매트릭스 기판 (5) 은, 도 1A, B, 도 3A 에 나타내는 바와 같이, 유리나 플라스틱 등으로 이루어지는 투명한 기판 본체 (5a) 상에, 평면에서 보아 각각 행 방향 (도 3A 의 x 방향) 과 열 방향 (도 3A 의 y 방향) 으로 복수의 주사선 (5b) 과 신호선 (5c) 이 서로 전기적으로 절연되어 형성되고, 각 주사선 (5b), 신호선 (5c) 의 교차부의 근방에 TFT (스위칭 소자)(51) 가 형성되어 있다. 상기 기판 본체 (5a) 상에 있어서, 화소 전극 (52) 이 형성되는 영역, TFT (51) 가 형성되는 영역, 주사선 (5b) 및 신호선 (5c) 이 형성되는 영역을, 각각 화소 영역, 소자 영역, 배선 영역이라 호칭할 수 있다.
본 실시형태의 TFT (51) 는 역 스태거형 구조를 갖고, 본체가 되는 기판 본체 (5a) 의 최하층부로부터 순서대로 게이트 전극 (53), 게이트 절연막 (54), i 형 반도체층 (55), 소스 전극 (56) 및 드레인 전극 (57) 이 형성되고, i 형 반도체층 (55) 의 위이고 소스 전극 (56) 과 드레인 전극 (57) 사이에는 에칭 스토퍼층 (58) 이 형성되고, 또한 i 형 반도체층 (55) 과 드레인 전극 (57) 사이, 및 i 형 반도체층 (55) 과 소스 전극 (56) 사이에 n 형 반도체층 (59) 이 형성되어 있다.
기판 본체 (5a) 는 유리 외에, 합성 수지 등의 절연성 투명 기판으로 이루어진다. 게이트 전극 (53) 은 도전성 금속 재료로 이루어지고, 도 3A 에 나타내는 바와 같이 행 방향에 배치되는 주사선 (5b) 과 일체로 형성되어 있다. 게이트 절연막 (54) 은 산화 규소 (SiOx) 나 질화 규소 (SiNy) 등의 규소계 절연막으로 이루어지고, 주사선 (5b) 및 게이트 전극 (53) 을 덮도록 기판 상에 형성되어 있다.
이상 설명한 바와 같이 구성되어 있는 TFT (51) 의 부분 및 주사선 (5b) 과 신호선 (5c) 을 덮는 소스 절연막 (20a) 이 기판 본체 (5a) 상에 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 스위칭 소자로서 역 스태거형 TFT (51) 를 설치하였으나, 스위칭 소자는 다른 적층 구조의 박막 트랜지스터 또는 박막 다이오드 소자 등의 스위칭 소자를 사용해도 된다.
나아가, 앞의 소스 절연막 (20a) 위에는 유기 재료로 이루어지는 절연막 (20b) 이 적층되고, 이 절연막 (20b) 상에 Al 이나 Ag 등의 고반사율 금속 재료로 이루어지는 광 반사성 화소 전극 (52) 이 형성되어 있다.
광 반사성 화소 전극 (52) 은, 앞의 주사선 (5b) 과 신호선 (5c) 이 둘러싸는 직사각형 형상의 영역보다 약간 작아지는 평면에서 보아 직사각형 형상이 되도록 절연막 (20b) 상에 형성되고, 도 3A 에 나타내는 바와 같이 평면에서 본 경우에 상하 좌우로 늘어선 화소 전극 (52) 끼리가 단락하지 않도록 소정 간격으로 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 즉, 이들 화소 전극 (52) 은, 그들의 단변(端邊)이 그들 아래에 위치하는 주사선 (5b) 및 신호선 (5c) 을 따르도록 배치되어 있고, 주사선 (5b) 과 신호선 (5c) 이 구획하는 영역의 대략 전체 영역을 화소 영역으로 하도록 형성되어 있다. 또한, 이들 화소 영역의 집합이 액정 표시 패널 (2) 에서의 표시 영역에 상당한다.
절연막 (20b) 은 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 벤조시클로부텐 폴리머 (BCB) 등으로 이루어지는 유기계 절연막으로 되어 있고, TFT (51) 의 보호 기능을 강화하도록 되어 있다. 이 절연막 (20b) 은 기판 본체 (5a) 상에 있어서 다른 층에 대하여 비교적 두껍게 적층되고, 화소 전극 (52) 과 TFT (51) 및 각종 배선과의 절연을 확실하게 하여, 화소 전극 (52) 과의 사이에 큰 기생 용량이 발생하는 것을 방지한다.
상기 서술한 절연막 (20a, b) 에 있어서, 앞의 각 소스 전극 (56) 의 일단부 (56a) 에 도달하도록 컨택트 홀 (21) 이 형성되고, 이 컨택트 홀 (21) 의 내부에는 그 상하에 위치하는 화소 전극 (52) 과 소스 전극 (56) 의 일단부 (56a) 를 전기적으로 접속하는 도전 재료로 이루어지는 접속부 (25) 가 형성되고, TFT (51) 의 동작에 의해 화소 전극 (52) 에 대한 통전의 스위칭의 전환이 가능하도록 구성되어 있다.
절연막 (20b) 에 있어서, 주사선 (5b) 과 신호선 (5c) 이 둘러싸는 직사각형 형상의 영역의 중앙부에 위치하도록 평면에서 보아 긴 직사각형 형상의 오목부 (22) 가 형성되고, 이 오목부 (22) 는 절연막 (20b) 을 관통하여 절연막 (20a) 에 도달하도록 형성되어 있다. 오목부 (22) 의 평면 형상은, 화소 전극 (52) 의 횡폭의 수 분의 일 정도, 화소 전극 (52) 의 종폭의 5∼6할 정도로 하는 것이 바람직하지만, 종합적으로는, 화소 전극 (52) 과의 면적비가 5∼90% 의 범위인 것이 바람직하고, 10∼80% 의 범위로 하면 더욱 바람직하다.
다음으로, 오목부 (22) 의 위치에 상당하는 부분의 화소 전극 (52) 에는, 오목부 (22) 의 바닥면에 합치하는 평면 형상의 투과부 (투과공)(23) 가 형성되고, 이 화소 전극 (52) 의 투과부 (23) 의 하측에 위치하는 오목부 (22) 의 바닥면을 덮도록 투명 전극 재료로 이루어지는 투명 (화소) 전극 (24) 이 형성되고, 오목부 (22) 의 내주면을 덮도록 연장 형성된 화소 전극 형성 재료가 오목부 바닥면의 투명 전극 (24) 의 주연부까지 도달되어 광 반사성 화소 전극 (52) 에 투명 전극 (24) 이 전기적으로 접속되어 있다. 따라서 광 반사성 화소 전극 (52) 과 투명 전극 (24) 은 TFT (51) 의 스위칭 동작에 의해서 동시 구동되어 액정층에 전계를 인가하여 액정을 구동할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 각 화소 영역에 있어서, 오목부 (22) 의 형성 부분이 기판 (5) 의 외측으로부터의 입사광 (백 라이트 (3) 로부터 출사된 광) 을 투과하는 광 투과부 (30) 가 되어 있고, 그 밖의 영역, 즉, 화소 전극 (52) 의 비투과부 (투과부 (23) 가 형성되어 있지 않은 부분) 가 기판 (6) 의 외측으로부터의 입사광을 반사하는 광 반사 표시부 (35) 가 되어 있다.
또한, 앞의 광 반사성 화소 전극 (52) 의 3개가, 후술하는 컬러 표시를 위한 대략 1개의 화소 영역에 대응하고, 투과부 (23) 의 바닥 면적이 투과 표시시의 광 통과 영역에 대응하기 때문에, 앞의 화소 전극 (52) 의 면적에 차지하는 투과부 (23) 의 면적 비율을 5∼90% 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 10∼80% 의 범위로 하면 더욱 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는 화소 전극 (52) 에 투과부 (23) 를 1개만 형성하였으나, 화소 전극 (52) 에 복수의 투과부를 형성해도 된다. 그 경우에는, 복수의 투과부를 합한 총 면적을 화소 전극 (52) 의 면적의 5∼90% 의 범위로 하는 것이 바람직하고, 10∼80% 의 범위로 하면 더욱 바람직하다. 이 경우, 복수의 투과부의 형성 위치에 맞추어 각 투과부 아래에 각각 오목부를 설치하게 된다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 기판 본체 (5a) 상에는, 추가로 화소 전극 (52) 및 절연막 (20b) 과 오목부 (22) 를 덮도록 폴리이미드 등으로 이루어지는 하부 기판측 배향막 (29a, 29b) 이 형성되어 있다. 이들 하부 기판측 배향막 (29a, 29b) 에 있어서, 광 투과부 (30), 즉 오목부 (22) 의 바닥부측에 형성되어 있는 것이 배향막 (29a) 이고, 화소 전극 (52) 상에 형성되어 있는 것이 배향막 (29b) 이다.
이들 배향막 (29a, 29b) 에는 도 1A 의 화살표 (R) 에 나타내는 방향 (도 1A 의 단면도에 있어서 좌향) 으로 러빙 처리가 실시되고, 액정의 배향 용이 축의 방향이 화살표 (R) 에 나타내는 방향이 됨과 함께, 프리틸트각이 0°를 초과하여 10°이하, 예를 들어 1∼10°의 범위, 보다 바람직하게는 5∼10°의 범위가 되어 있다.
대향측의 기판 (6) 은 유리나 플라스틱 등으로 이루어지는 투광성 기판 본체 (6a) 의 액정층 (8) 측의 면에, 컬러 필터층 (61) 과 ITO 등의 투명한 대향 전극 (공통 전극)(62) 과 상부 기판측 배향막 (63) 이 형성되어 있다. 또한, 도 1A 에 나타내는 예에서는 기판 본체 (6a) 의 외면측에 편광판 (H1), 위상차판 (H2, H3) 이 필요에 따라 설치된다. 상기 컬러 필터층 (61) 은 블랙 매트릭스에 의해 바둑판눈 형상으로 구획된 직사각형 형상의 영역에 개개로 적색과 청색과 녹색의 3원색 중 어느 한 컬러 화소가 배치되고, 이들 직사각형 형상의 영역은 먼저 도 3A 를 바탕으로 설명한 평면에서 보아 직사각형 형상의 화소 전극 (52) 의 형상과 대응되고, 이들 각 화소 전극 (52) 이 대응하는 영역의 액정의 투과율을 조절함으로써 컬러를 표시할 수 있도록 구성되어 있다.
배향막 (63, 29b) 의 막두께는 예를 들어 500∼600Å (0.05∼0.06㎛) 정도가 된다.
백 라이트 (3) 는 도 1A 에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 패널 (2) 의 이면측, 요컨대 액티브 매트릭스 기판 (5) 측에 배치되고, 도 1B 에 나타내는 바와 같은 LED 등으로 이루어지는 광원 (32) 과, 평판 형상의 투명한 아크릴 수지 등으로 이루어지는 도광판 (31) 을 구비하고, 광원 (32) 의 출사광이 도광판 (31) 의 단면으로부터 입사하여 전파하고, 도광판 (31) 의 표면으로부터 출사함으로써 액정 표시 패널 (2) 을 이면측으로부터 조광하도록 구성되어 있다.
도 8 에 나타내는 예에서는, 도광판 (31) 은 이면측, 요컨대 액정 표시 패널 (2) 과는 반대측의 면에 형성되어 있는 프리즘 형상의 요철부 등에 의한 광 반사부 에서 광로 변경하여, 반사판 (34) 에서 반사한 후, 도광판 (31) 상면의 표면 (31a) 으로부터 액정 표시 패널측에 출사할 수 있도록 되어 있다.
또한, 도광판 (31) 의 표면 (31a) 측에는 삼각 형상의 요철에 의해서 프리즘을 이루는 프리즘 시트 (33) 가 배치되어 있다. 이 프리즘 시트 (33) 는 입사면측, 요컨대 도광판 (31) 측에, 굴절면 (33a) 과 반사면 (33b) 으로 이루어지는 돌조의 광굴절부가 연속하여 복수 설치됨과 함께, 입사면과 반대측의 출사면 (3a) 이 평탄면이 되어 이루어지고, 출사면 (3a) 으로부터 액정 표시 패널 (2) 에 대하여 광을 출사한다.
또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (31) 의 이면 (31b) 측에는 삼각 형상의 요철이 형성되어 반사면 (34a, 34b) 을 갖고, 도광판 (31) 의 이면 (31b) 측으로부터 출사된 광을 이 도광판 (31) 으로 반사하는 반사판 (34) 이 배치되어 있는 것이라도 평행광을 출사하는 것이 가능하다.
백 라이트 (3) 와 액정 표시 패널 (2) 사이에는 필요에 따라 편광판 (44)(도 1A 참조) 과 위상차판 (도시 생략) 이 배치된다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 백 라이트 (3) 를 상기 서술한 구성으로 함으로써, 백 라이트 (3) 의 출사면 (3a) 으로부터의 출사광을 평행화하고 있다.
백 라이트 (3) 의 도광판 (31) 의 표면 (31a) 으로부터 출사되는 광의 법선 (T) 에 대한 각도 (α) 에 맞추어 프리즘 시트 (33) 의 굴절면 (33a) 의 출사면 (3a) 에 대한 경사 각도 (θ1), 및 반사면 (33b) 의 출사면 (3a) 에 대한 경사 각도 (θ2) 의 2개의 프리즘 각도를 설정함으로써, 백 라이트 (3) 로부터의 출사광의 각도를 일정하게 할 수 있다.
도 8 에 나타내는 백 라이트 (3) 의 프리즘 시트 (33) 의 프리즘 각도의 설정조건을 이하에 설명한다.
도 8B 에 나타내는 각각의 각도 (β)(굴절면 (33a) 의 법선에 대한 입사광의 각도), (γ)(굴절면 (33a) 의 법선에 대한 투과광의 각도), (ε)(법선 (T) 에 대한 반사면 (33b) 의 반사광 각도), (Ψ)(법선 (T) 에 대한 출사면 (3a) 으로부터의 평균 출사광 각도) 의 각 각도는 프리즘 시트 (33) 의 굴절률을 n 으로 하였을 때, 이하의 (2)∼(5) 식으로 표시된다.
β=α-θ1 --- (2)
γ=sin-1(sinβ/n) --- (3)
ε=180-2θ2-θ1-γ --- (4)
Ψ=sin-1(n*sinε) --- (5)
상기 각 식에 나타낸 각 각도 중, Ψ=ε=0 으로 하는 경우, 경사 각도 (θ1, θ2) 는 이하에 나타내는 (1) 식으로 정해진다.
θ2=1/2(180-θ1-sin-1(sin(α-θ1)/n)) --- (1)
또한, 상기 각 식에 있어서의 경사 각도 (θ1) 는, α=70°일 때에는 θ1>30°, α=75°일 때에는 θ1>20°, α=80°일 때에는 θ1>10°, α=85°일 때에는 θ1>0°의 범위내로 하는 것이 바람직하다 (도 12 내지 15 참조). 또한, 경사 각도 (θ2) 의 범위는, α, θ1 에 의해 일의적으로 정해진다.
각도 (Ψ, ε) 를 0°로 하고, 각도 (α) 를 상기 각 각도일 때의 경사 각도(θ1) 를 상기 서술한 범위내로 하고, 또한, 경사 각도 (θ2) 가 일의적으로 정해짐으로써, 백 라이트 (3) 의 출사광의 상기 법선 (T) 에 대한 확산 각도를 ±20°, 바람직하게는 ±10°의 범위내로 하여, 대략 평행광으로 하는 것이 가능해지고, 또한, 출사광의 이용 효율을 높일 수 있다.
경사 각도 (θ1, θ2) 의 바람직한 각도 범위의 상세한 것에 관해서는 후술하는 실시예에 있어서 데이터를 사용하여 설명한다.
백 라이트 (3) 의 이면 (31b) 측에 배치된 반사판 (34) 의 각 경사 각도의 설정조건을 이하에 설명한다.
도 9B 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (31) 으로부터의 출사광의 법선 (T) 에 대한 각도 (α) 와 도광판 (31) 으로부터의 출사광이 반사면 (34a) 에서 반사하였을 때, 반사광의 법선 (T) 에 대한 각도 (β) 의 관계는 바닥면 (34c) 에 대한 반사면 (34a) 의 경사 각도 (θ3) 에 의해, 이하의 (6) 식으로 결정된다. 또한, 바닥면 (34c) 에 대한 반사면 (34b) 의 경사 각도 (θ4) 는, 이하의 (7) 식을 만족 하는 것이 바람직하다.
θ3=(α-β)/2 --- (6)
90-α<θ4≤90°--- (7)
도 9A 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (31) 의 이면 (31b) 에는 광원 (32) 의 출사 방향에 대하여 매끄럽게 경사져 대향한 사면부 (31c) 가 형성되어 있다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 광원 (32) 으로부터 출사된 광이 도광판 (31) 의 사면부 (31c) 로부터 출사하고, 반사판 (34) 에서 반사하여 도광판 (31) 에 대하여 수직으로 입사 및 투과하고, 이 도광판 (31) 의 표면 (31a) 으로부터 출사되도록 구성하고 있다.
θ3 은 각도 (α, β) 에 의해 일의적으로 정해진다. 또한, 경사 각도 (θ4) 는 90°-α≤θ4≤90°의 범위내로 하는 것이 바람직하다.
경사 각도 (θ3, θ4) 를 상기 범위로 함으로써, 백 라이트 (3) 의 배면측으로부터 출사되는 광을 반사판 (34) 에 의해서 백 라이트 (3) 의 방향으로 효율적으로 반사하고, 백 라이트 (3) 의 출사면 (3a) 으로부터 출사하는 것이 가능해진다.
도 17 에, 각도 (β=0°, 요컨대 백 라이트 법선에 대하여 평행으로 한 경우의, 각도 (α) 와 경사 각도 (θ3) 의 관계를 나타내지만, 각도 (α) 가 커질수록 경사 각도 (θ3) 는 커지고, 상기 (7) 식으로 표시되는 경사 각도 (θ4) 의 바람직한 각도 범위는 넓어진다.
또한, 상기 서술한 (2)∼(5) 의 각 식을 사용하여 경사 각도 (θ1, θ2) 를 설정함으로써, 백 라이트 (3) 의 출사면 (3a) 으로부터 출사되는 광의 법선 (T) 에 대한 평균 출사광 각도 (Ψ) 를 적절히 설정하는 것이 가능해진다.
도 10 에 나타내는 그래프는 도 8 에 나타내는 바와 같은 백 라이트의 휘도 각도 분포의 측정 결과를 나타내는 것이다.
여기서 사용한 백 라이트는 도광판 (31) 으로부터 출사되는 광의 법선 (T) 에 대한 각도 (α) 가 75°이고, 프리즘 시트 (33) 의 굴절률 (n) 이 1.49 로 되어있다. 그리고, 이 백 라이트는 법선 (T) 에 대한 반사면 (33B) 의 반사광 각도 (ε) 및 법선 (T) 에 대한 출사면 (3a) 으로부터의 평균 출사광 각도 (Ψ) 를 0°로 한 광이 출사면 (3a) 으로부터 출사하도록, (1) 식을 사용하여, 프리즘 시트 (33) 의 각 프리즘의 경사 각도를, θ1=50°, θ2=56.8°로 설정한 것이다.
도 10 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 본 예에서 설명하는 백 라이트는 법선 (T) 에 대하여 0°의 각도에서의 휘도가 약 1000(CD/㎡) 에서 피크가 되어 있으며, 또한, 법선 (T) 을 중심으로 하여 -10°및 10°의 각도에 있어서의 휘도가 약 350CD/㎡ 이고, 또한 -20°및 20°의 각도에 있어서의 휘도가 약 100CD/㎡ 이고, 이 각도 범위에 있어서, 휘도가 100CD/㎡ 이상으로 높은 수치를 나타내고 있다.
이것에 대하여, 법선 (T) 을 중심으로 하여 -25°및 25°의 각도에 있어서의 휘도는 약 30CD/㎡ 가 되어 있어, ±20°의 각도 범위에 있어서의 휘도에 비하여 낮게 되어 있다.
이 휘도 각도 분포 그래프로부터, 본 실시형태에서 사용되는 백 라이트는 가장 높은 휘도가 얻어지는 각도 범위가 법선 (T) 을 중심으로 한 대략 ±20°의 범위, 보다 바람직하게는 ±10°의 범위로 되어 있어, 높은 평행도를 갖는 광을 출사할 수 있는 구성으로 되어 있음이 명백하다.
또한, 도 9 에 나타내는 바와 같은 도광판 (31) 의 뒤쪽에 프리즘 형상의 반사판 (34) 이 배치된 백 라이트를 사용한 경우에도 상기 서술한 바와 같은 평행광이 얻어짐은 당연하다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 백 라이트를 상기 서술한 구성으로 하고, 또한, 백 라이트 출사광의 출사 각도 (Ψ) 를, ±20°의 범위, 보다 바람직하게는 ±10°의 범위로 함으로써, 출사광이 후술하는 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈에 의해서 효율적으로 집광되어 표시 소자 (1) 의 휘도를 높일 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이 (4) 는 액정 표시 패널 (2) 과 백 라이트 (3) 사이에 배치되어, 백 라이트 (3) 의 출사광을 집광하고, 액정 표시 패널 (2) 의 투명 전극 (광 투과 표시부)(24) 에 입사시키도록 되어 있다.
도 4A 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈는 렌즈 축 (R) 이 투명 전극 (24) 의 중앙부의 법선 (S) 에 대하여 평행하게 오프셋하도록 하고, 오프셋 치수 (L) 만큼, 어긋나게 하여 배치되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이 (4) 는 도 2A, C 에 나타내는 바와 같이, TFT (51) 가 실장된 기판 본체 (5a) 의 이면측 (편광판 (44)) 이나 백 라이트 (3) 의 도광판 (31) 의 표면에 형성하거나, 또는 도 2C 에 나타내는 바와 같이, 기판 본체 (5a) 와 도광판 (31) 사이에 삽입해도 되고, 형성 위치를 적절히 선택하여 배치할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상은 도 2 에 나타낸 것에는 한정되지 않는다.
도 3B∼E 의 단면도는 도 3A 에 나타낸 화소 전극 (52) 과 각 렌즈의 대응 관계를 나타내고 있다.
마이크로 렌즈 어레이의 형상은 도 3E 의 단면 B-B 에 나타내는 바와 같은 볼록 렌즈 형상의 마이크로 렌즈 어레이 (4) 외, 예를 들어, 도 3B 의 단면 및 도 3C 의 단면에 나타내는 형상을 더불어 갖는 오목 렌즈 형상의 마이크로 렌즈 어레이 (4a) 여도 된다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이의 형상은 도 3A 에 나타낸 각각의 화소 전극 (52) 에 대응한 복수의 렌즈를 갖는 것이어도 되고, 또는 도 3B 의 단면 A-A 및 도 3D 의 단면 B-B 에 나타내는 형상을 더불어 갖고, 화소 전극 (52) 의 길이 방향만 집광하는 렌즈를 나열한 렌티큘러 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이 (4b) 여도 된다.
또한, 각 화소에 집광하도록 설치된 프레넬 렌즈나 굴절률 분포 유리를 사용한 것이어도 된다.
마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 재질로서는 기판 본체 (5a) 에 TFT (51) 를 형 성하기 전에, 기판 본체 (5a) 의 이면측에 마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 형성하는 경우, TFT (51) 의 막 형성 및 가공시에 형상 변화를 발생시키지 않는 재질을 선택, 채용하는 것이 바람직하다.
기판 본체 (5a) 에 마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 형성할 때, 기판 본체 (5a) 뒤쪽 (백 라이트 (3) 측) 에 편광판을 부착하는 경우에는, 접착제의 굴절률이 가능한 한 1 에 가까운 것을 선택하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 렌즈 굴절이 작아지고 초점 거리가 길어진다.
또한, 기판 본체 (5a) 의 뒤쪽에 화소 전극 (52) 에 대응한 굴절률 분포 유리를 제작한 후, 반대측 면에 TFT (51) 를 설치해도 된다.
기판 본체 (5a) 에 TFT (51) 를 형성한 후에, 기판 본체 (5a) 이면측에 렌즈를 형성하는 경우, 스핀 코트나 wet 현상 등의 가공에 의해서 배향막이 열화되지 않도록 주의할 필요가 있다.
도 2A 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 액정 표시 패널 (2) 의 뒤쪽, 요컨대 기판 본체 (5a) 의 뒤쪽에 형성할 때에는 투명 전극 (24) 과의 사이에서 근거리가 되는 바로 아래를 피하여 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 마이크로 렌즈 어레이 (4) 에 의한 집광이 장초점이 되고, 진폭이 작은 렌즈가 사용 가능해짐과 동시에 마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 평탄화하는 공정이 불필요하게 된다.
마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 투명 전극 (24) 의 근거리 바로 아래에 배치한 경우, 단초점의 집광이 되기 때문에 진폭을 크게 형성하기 어려운 마이크로 렌즈 어레이가 필요하게 되는 점, 마이크로 렌즈 어레이의 평탄화 공정이 필요하게 되는 점 (평탄막은 10㎛ 이상의 두께막이 필요), 평탄 수지막은 200℃ 이상의 고내열과 1.3 이하의 저굴절률이 필요하게 되어 재료가 한정되는 점, 평탄막 상에 금속 배선이나 TFT (51) 를 형성하면 신뢰성 및 수율이 저하되는 등의 우려가 있기 때문이다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 마이크로 렌즈 어레이 (4) 를 상기 서술한 구성으로 함으로써, 백 라이트 (3) 의 출사광을 경사시켜 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈에 입사하였을 때에도, 효율적으로 투명 전극 (24) 의 중앙부로 집광할 수 있다.
도 4A 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 백 라이트로부터 출사되어 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈에 입사하는 광의 각도가 평행이 아니라, 확산된 각도로 입사하는 경우에도, 도 4B 에 나타내는 바와 같은 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 굴절, 집광 작용에 의해서, 투명 전극 (24) 의 중앙부로 광을 낭비 없이 집광할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 백 라이트 (3) 를 상기 서술한 구성으로 함으로써, 백 라이트의 출사광을 지향성을 갖는 광으로 하여, 백 라이트 출사면의 법선에 대한 광의 확산 각도를 ±20°의 범위, 바람직하게는 ±10°의 범위 (도 10 참조) 로 하여 출사하는 구성으로 하면, 마이크로 렌즈 어레이 (4) 에서 집광된 백 라이트의 출사광을 보다 효율적으로 투명 전극 (24) 의 중앙부에 투과시킬 수 있다.
도 4A 에 나타내는 예와 같이, 백 라이트 (3) 의 출사면 (3a) 의 법선 (T) 에 대하여, 출사광의 각도 (Ψ) 가 ±10°의 범위이면, 오프셋 배치된 마이크로 렌즈 어레이 (4) 의 각 마이크로 렌즈는 투명 전극 (24) 의 중앙부에 대하여 효율적으로 집광할 수 있다.
백 라이트의 출사광의 백 라이트 출사면의 법선에 대한 각도 (Ψ) 가 ±10°를 초과하는 큰 각도가 된 경우, 투명 전극 (24) 중앙부로의 집광 효율이 저하되고, 표시 소자의 휘도가 저하될 우려가 있다. 또한, 출사광을 투명 전극 (24) 에 효율적으로 조사하기 위해서는 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈의 오프셋량을 크게 할 필요가 있어, 표시 소자의 제조 비용이 상승할 우려가 있다.
또한, 본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 상기 서술한 오프셋 치수 (L) 를 적절히 설정함으로써, 마이크로 렌즈 어레이 (4) 에 의해서 집광된 백 라이트의 출사광이 투명 전극 (24) 을 투과하여 액정 표시 패널 (2) 의 표시면 (2a) 으로부터 출사될 때의, 투명 전극 (24) 의 법선 (S) 또는 표시면 (2a) 의 법선 (U) 에 대한 출사광의 각도 (E) 를 -10°이상 30°이하의 범위내가 되도록 구성하면, 이하에 설명하는 이유에 의해, 표시 소자 (1) 를 휴대 전화 등의 모바일 기기 (전자 기기)(9) 의 표시부로서 사용한 경우에, 사용자가 모바일 기기 (9) 의 표시면 (요컨대, 표시 소자의 표시면) 을 관찰하는 시인성이 크게 향상된다.
도 5B 에 나타내는 예와 같이, 본 실시형태의 표시 소자를 표시부에 사용한 모바일 기기 (9) 를 사용자가 손에 들고 사용할 때, 사용자가 모바일 기기 (9) 의 표시부 (표시 소자) 를 관찰하는 각도는 주로 표시부 (표시 소자) 표면의 법선 (U) 보다 대략 하방 (도 5B 의 화살표 A 방향), 상세하게는 법선 (U) 에 대하여 -10°이상 30°이하의 범위내 (관찰 각도 F) 에 한정됨이 경험적으로 알려져 있다.
본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는 투명 전극 (24) 또는 액정 표시 패널 (2) 의 표시면 (2a) 의 법선 (U) 에 대한 출사광의 각도 (E) 의 범위를 상기 서술한 사용자의 관찰 각도 (F) 의 범위와 일치시키고, -10°이상 30°이하의 범위 (요컨대, 40°의 범위) 로 하고 있다. 이것에 의해, 표시 소자 (1) 를 모바일 기기 (9) 의 표시부에 사용한 경우에, 사용자의 관찰 각도 (F) 와 표시면 (2a) 으로부터 출사되는 광의 각도가 일치하여, 사용자는 모바일 기기 (9) 의 표시부 (표시 소자) 를 가장 휘도가 높은 각도 및 방향에서 관찰하는 것이 가능해진다.
또한, 도 4A 에 나타내는 예에서는, 설명의 편의상, 액정 표시 패널 (2) 에 두께를 갖게 하고, 투명 전극 (24) 과 표시면 (2a) 사이에 거리를 갖는 것처럼 도시되어 있지만, 실제로 표시 소자에 사용되는 액정 표시 패널의 두께 치수는, 1∼2.2㎜ 정도로, 매우 박형으로 되어 있다. 이 때문에, 도시 예에 있어서는, 투명 전극 (24) 의 법선 (S) 에 대한 마이크로 렌즈 어레이 (4) 에서 집광된 광의 각도를 상기 서술한 각도 (E) 로 하여 설명하고 있지만, 본 실시형태의 표시 소자 (1) 에서는, 표시면 (2a) 의 법선 (U) 에 대한 광의 각도를 각도 (E) 로 해도, 사용자측으로부터의 관찰 각도의 변화는 약간으로, 실질적으로 대략 동일한 각도가 된다. 이 때문에, 상기 서술한 각도 (E) 는 투명 전극 (24) 및 표시면 (2a) 중 어느 것을 기준으로 해도 된다.
이하에, 본 실시형태의 표시 소자 (1) 에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이를, 액정 표시 패널 (2) 의 이면측 (백 라이트 (3) 측) 에 설치된 하부 편광판의 표면에 설치하는 방법의 일례에 관해서, 도 6, 도 7 을 사용하여 설명한다.
마이크로 렌즈 필름을 액정 표시 패널 (2) 에 부착된 편광판 (44) 상에 직접 형성하는 경우에는, 도 6A 에 나타내는 바와 같이, 우선 편광판 (44) 상에 렌즈 수지 재료 (40) 를 도포하여 프리베이크를 행한다. 다음으로, 도 6B 에 나타내는 바와 같이, 전사형 (45) 을 사용하여 렌즈 수지 재료 (40) 를 액정 표시 패널 (2) 의 화소 전극 (52)(도 1A 참조) 에 얼라인먼트하면서, 렌즈 형상으로 전사 성형한 후, 마스크 노광 및 베이크를 실시한다. 이것에 의해, 마이크로 렌즈 어레이 (42) 가 형성되고, 도 6C 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이 (42) 를 백 라이트 (3) 측을 향하여 모듈을 장착한다.
마이크로 렌즈 필름을 편광판 상에 형성한 후에 이 편광판을 액정 표시 패널 (2) 에 부착하는 경우에는, 도 7A 에 나타내는 바와 같이, 편광판 (44) 상에 렌즈 수지 재료 (40) 를 도포하고 프리베이크를 행한다. 다음으로, 도 7B 에 나타내는 바와 같이, 전사형 (45) 을 사용하여 렌즈 수지 재료 (40) 를 렌즈 형상으로 전사 성형한 후, 마스크 노광 및 베이크를 실시한다. 도 7B, D 에 나타내는 바와 같이, 표면에 마이크로 렌즈 어레이 (42) 가 형성된 편광판 (44) 을 필요한 사이즈로 커트한 후, 액정 표시 패널 (2) 에, 화소 전극 (52)(도 1A, 도 3A 참조)에 얼라인먼트하면서 부착한다.
또한, 렌즈 수지 재료로서는 폴리실란 수지 등의 감광성 굴절률 변화 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제작 과정에 있어서의 베이크 온도는 편광판 (44) 의 열화 온도 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이의 설치시에는, 편광판 등의 렌즈 형성 개소에 대하여 투명 수지를 잉크젯 도포함으로써, 마이크로 렌즈 필름을 형성하는 방법을 이용해도 된다.
도 2B 에 나타내는 예와 같이, 마이크로 렌즈 어레이를 액정 표시 패널 (2) 과 백 라이트 (3) 사이에 삽입 배치하는 경우에는, 수지 등의 투명한 내열판 (도시 생략) 상에 렌즈 수지 재료를 도포하고, 렌즈 형상으로 전사 성형한 후, 마스크 노광 및 베이크를 실시한다. 그리고, 액정 표시 패널 (2)(편광판 (44)) 과 백 라이트 (3) 사이에 렌즈와 화소 전극 (52)(도 1A, 도 3A 참조) 을 얼라인먼트하고, 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 내열판을 섀시나 케이스 등으로 고정한다. 이 경우의 마이크로 렌즈 어레이의 제작 방법으로서는, 도 7 을 사용하여 설명한 방법을 이용할 수 있지만, 마이크로 렌즈 어레이를 액정 표시 패널 (2) 과 백 라이트 (3) 사이에 삽입 배치하는 방법은 상기 서술에 한정되지 않고, 적절히 결정하면 된다.
도 2C 에 나타내는 예와 같이, 마이크로 렌즈 어레이를 백 라이트 (3) 의 상면에 설치하는 경우에는, 백 라이트 (3) 상면측에 설치된 프리즘 시트 (33)(도 8 참조) 상에, 렌즈 필름 또는 렌즈판으로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이를 설치하고, 액정 표시 패널 (2) 의 화소 전극 (52)(도 1A 참조) 에 대하여 백 라이트 (3) 와 함께 얼라인먼트하여 모듈을 장착하면 된다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 표시 장치 (1) 에 의하면, 액정 표시 패널 (2) 과 백 라이트 (3) 사이에, 마이크로 렌즈 어레이 (4) 가 각 마이크로 렌즈와 액정 표시 패널 (2) 의 화소 전극 (52) 이 대응 배치하도록 설치되고, 상기 마이크로 렌즈의 각각의 렌즈 축 (R) 이 투명 전극 (24) 중앙부의 법선 (S) 에 대하여 오프셋 치수 (L) 만큼 평행하게 오프셋하도록 배치되어 있고, 액정 표시 패널 (2) 의 화소내에 설치된 투명 전극 (24) 의 중앙부를 집광점으로 하여, 백 라이트 (3) 로부터의 출사광을 마이크로 렌즈에서 집광하도록 구성하고 있다.
이것에 의해, 마이크로 렌즈에서 집광된 백 라이트 (3) 의 출사광을 투명 전극 (24), 또는 액정 표시 패널 (2) 의 표시면 (2a) 의 법선에 대하여 소정의 각도를 가진, 지향성을 가진 광으로 하여 액정 표시 패널 (2) 을 투과시킬 수 있다.
따라서, 백 라이트 출사광의 투과 효율이 향상되고, 휘도 및 표시 품위가 향상됨과 함께 소비 전력을 저감할 수 있고, 또한 모바일 기기 등에 장착하여 사용한 경우에는, 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상되는 표시 소자를 실현할 수 있다.
이하에, 본 발명과 관련된 표시 소자의 제 2 실시형태에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 제 1 실시형태의 표시 소자 (1) 와의 공통 부분에 관해서는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.
도 5A 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 표시 소자 (11) 는 마이크로 렌즈 어레이 (41) 의 각 마이크로 렌즈를 이 마이크로 렌즈의 렌즈 축 (R) 이 투명 전극 (24) 의 중심부의 법선 (S) 에 대하여 오프셋 각도 (D) 만큼 경사지도록 배치하고 있다.
도시 예와 같이, 백 라이트의 출사광이 액정 표시 패널에 대하여 평행 (0°) 하지 않고, 예를 들어 10°의 각도로 기울어 출사되어 있는 경우에도, 도 4B 에 나타내는 바와 같은 경사 배치된 마이크로 렌즈 어레이 (41) 에 의한 굴절, 집광 작용에 의해서, 투명 전극 (24) 의 중앙부를 향하여, 광을 낭비 없이 집광할 수 있다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이 (41) 의 각 마이크로 렌즈의 렌즈 축 (R) 의 상기 법선 (S) 에 대한 오프셋 각도 (D) 를 적절히 설정함으로써, 투명 전극 (24) 을 투과하여, 액정 표시 패널 (2) 의 표시면 (2a) 으로부터 출사되는 광의 표시면 (2a) 의 법선 (U) 에 대한 출사 각도를 설정할 수 있어, 표시 소자 (11), 나아가서는 이 표시 소자 (11) 가 사용되는 모바일 기기 (9) 등의 표시부의 휘도 및 시인성을 향상시키는 것이 가능해진다.
실시예
이하에, 본 발명과 관련된 표시 장치의 실시예에 관해서 설명한다.
반투과형 TFT 액정 표시 소자의 TFT 기판 본체 이면에 집광수단으로서 두께0.1㎜ 의 마이크로 렌즈 어레이를 사용하고, 이 마이크로 렌즈 어레이를 화소 전극과 얼라인먼트하여 접착제로 부착하여 도 1A 에 나타내는 바와 같은 액정 표시 패널 (2) 을 제작하고, 또한 도 8 에 나타내는 바와 같이, 백 라이트의 도광판의 상면측 (액정 표시 패널측) 에 프리즘 시트를 배치하여 표시 소자를 제작하였다.
백 라이트로부터의 출사광을 도 8 에 나타내는 예와 마찬가지로, 광원의 위치와 역방향 (도 8A, B 의 오른쪽) 으로 경사시켜, 평균 출사광 각도 (Ψ) 가 법선 (T)로부터 30°의 각도로 경사지도록, 프리즘 시트의 경사 각도 (θ1, θ2) 를 설정하였다.
반투과형 TFT 액정 표시 소자로서, 화소 전극에 대한 투명 전극의 개구율이 면적비로 30% 가 되어 있고, 화소 전극의 치수가 세로 180㎛×가로 60㎛, 투명 전극의 치수가 세로 36㎛×가로 40㎛ 로 되어 있는 것을 사용하였다.
백 라이트로서, 도 8 에 나타내는 바와 같은, 도광판의 표면측에 프리즘 시트가 배치된 것을 사용하였다. 또한, 백 라이트의 도광판 표면으로부터의, 법선에 대한 광의 출사 각도 (α) 는 75°이고, 상기 프리즘 시트의 굴절률 (n) 은 1.49 였다. 그리고, 도 8B 에 나타내는 프리즘 시트의 각 프리즘의 경사 각도를, 상기 (1) 식을 사용하여, θ1=50°, θ2=56.8°로 하여 구성함으로써, 백 라이트 출사면으로부터의 확산 각도가 0°가 되는 설정으로 하여 사용하였다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈를 렌즈 축이 투명 전극 중앙부의 법선에 대하여 표시 소자의 표시면 상방향 (도 4A 의 좌방향, 도 8A 의 백 라이트의 도면에서 좌방향) 에 550×tanΨ㎛ 어긋나게 하여 오프셋 배치하여, 본 발명과 관련된 표시 소자 (실시예) 를 얻었다.
또한, 마이크로 렌즈 어레이에 의해서 액정 표시 패널의 투명 전극에 집광되어 투과하는 광의 경사 방향도 상기 서술한 백 라이트 출사광의 출사 방향과 마찬 가지로, 광원의 위치와 역방향 (도 8A, B 의 오른쪽, 도 4A 의 오른쪽) 으로 하였다.
또한, 반투과형 TFT 액정 표시 소자의 TFT 기판 본체 이면에 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈를 렌즈 축과 투명 전극 중앙부의 법선을 일치시켜 오프셋하지 않고 배치함과 동시에, 백 라이트의 도광판 상에는 프리즘 시트를 배치하지않는 점을 제외하고, 상기 서술과 동일하게 하여 종래의 표시 소자 (비교예) 를 얻었다.
상기 서술한 각 샘플 (실시예, 비교예) 을 사용하여, 표시 소자의 표시면 법선에 대한 각 각도에 있어서의 광 투과율 (%) 을 측정하였다.
도 11 에, 표시 소자의 표시면 법선 (시각 0°) 에 대한 시각 (사용자의 관찰 각도 F) 과 백 라이트 출사광의 액정 표시 패널에 대한 투과율의 관계를 나타낸다.
도 11A 의 그래프, 및 도 11B 의 데이터 일람에 나타내는 바와 같이, 본 발명과 관련된 표시 소자에서는, 시각이, 표시 소자의 표시면 법선 (시각 0°) 에 대하여 하측 10°부근에 있어서 투과율이 약 100% 로 피크에 도달해 있고, 상측 10°∼하측 30°의 범위에 있어서 관찰 가능한 높은 투과율을 나타내고 있다.
이에 대하여, 종래의 표시 소자에서는 시각이 표시 소자의 표시면 법선 (0°) 에서 투과율이 약 50% 로 피크가 되는 법선을 중심으로 하여 대략 ±20% 의 범위에서 관찰 가능한 투과율을 나타내는 산형 그래프로 되어 있다.
상기 서술한 데이터로부터, 본 발명과 관련된 표시 장치에서는 백 라이트의 도광판으로부터 출사되는 광을 프리즘 시트로 평행화하고, 상기 서술한 바와 같이 오프셋 배치한 마이크로 렌즈 어레이를 사용하여 투명 전극 중앙부에 집광하여 액정 표시 패널에 투과함으로써, 사용자가 모바일 기기 등에 사용되는 표시 소자를 관찰할 때의 관찰 각도와 일치한 각도로 표시 소자의 표시면으로부터 광을 출사시킬 수 있음이 명백하다.
이것에 의해, 본 발명과 관련된 표시 소자를 사용자가 가장 높은 휘도 및 시인성으로 관찰할 수 있음이 실증되었다.
도 12 내지 15 에 프리즘 시트의 경사 각도 (θ1, θ2) 와 백 라이트 출사광 각도의 관계를 측정한 데이터를 나타낸다. 또한, 도 16B 에, 도 12 내지 15의 데이터를 플롯한 그래프를 나타낸다.
도 16A 에 나타내는 광이 도달하는 높이 (H) 와 프리즘 높이 (h) 의 관계가 H<h 의 관계이면 광의 이용 효율이 좋아진다. 이 때문에, θ1, θ2 의 각도는 상기 H<h 의 조건을 만족하는 범위인 것이 바람직하다.
도 8B 및 도 16A 에 나타내는 각 각도 및 치수의 관계는 이하의 식으로 표시된다.
D=p*tanθ1/(tanθ1+tanθ2)
H≒(p+D)/tanα
h=D*tanθ2
도 12 내지 15, 및 도 16B 에 나타내는 바와 같이, 경사 각도 (θ1) 는, α=70°일 때에는 θ1>30°, α=75°일 때에는 θ1>20°, α=80°일 때에는 θ1>10°, α=85°일 때에는 θ1>0°의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 경사 각도 (θ2) 의 범위는 α, θ1 에 따라 일의적으로 정해진다.
각도 (α) 가 상기 각 각도일 때의 경사 각도 (θ1) 를 상기 서술한 범위내로 하고, 경사 각도 (θ2) 가 일의적으로 정해짐으로써, 광이 도달하는 높이 (H) 와 프리즘 높이 (h) 의 관계가 H<h 의 조건을 만족하여 출사광의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 백 라이트의 출사광의 상기 법선 (T) 에 대한 각도를 최소 각도로 할 수 있고, 이 각도를 ±20°, 바람직하게는 ±10°의 범위로 하는 것이 가능해짐이 명백하다.
또한, H>h 로 한 경우에는, 프리즘 시트에 입사되는 광의 일부가 θ2 측의 면에 닿지 않게 되어 광의 이용 효율이 저하한다. 따라서, H<h 가 되는 것이 바람직하다.
[제작예 1]
액정 표시 소자를 투과형 TFT 액정 표시 소자로 한 점을 제외하고, 실시예와 동일하게 하여, 마이크로 렌즈 어레이를 오프셋 배치하고, 백 라이트 도광판 상에 프리즘 시트를 배치하여, 본 발명과 관련된 표시 소자를 얻었다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예와 동일한 광 투과 특성이 얻어졌다.
[제작예 2]
액정 표시 소자를 반투과형 STN 액정 표시 장치로 한 점을 제외하고, 실시예와 동일하게 하여, 마이크로 렌즈 어레이를 오프셋 배치하고, 백 라이트 도광판 표면에 프리즘 시트를 배치하여, 본 발명과 관련된 표시 소자를 얻었다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 도 11 에 나타내는 바와 같은 실시예와 동일한 광 투과 특성이 얻어졌다.
[제작예 3]
마이크로 렌즈 어레이를 반투과형 TFT 액정 표시 소자의 백 라이트 상에 부착하고, 액정 표시 유닛과 백 라이트를 얼라인먼트하여 섀시로 고정한 점을 제외하고, 실시예와 동일하게 하여, 마이크로 렌즈 어레이를 오프셋 배치하여, 본 발명과 관련된 표시 소자를 얻었다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 도 11 에 나타내는 바와 같은 실시예와 동일한 광 투과 특성이 얻어졌다.
[제작예 4]
백 라이트 도광판 뒤쪽에 프리즘 반사경을 배치한 점을 제외하고, 실시예와 동일하게 하여, 마이크로 렌즈 어레이를 오프셋 배치하여 본 발명과 관련된 표시 소자를 얻었다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예와 동일한 광 투과 특성이 얻어졌다.
[제작예 5]
반투과형 TFT 액정 표시 소자의 TFT 기판 본체 이면에 집광수단으로서 렌티큘러 렌즈 및 굴절률 분포 유리를 사용한 점을 제외하고, 실시예와 동일하게 하여 각 집광수단을 오프셋 배치하여, 본 발명과 관련된 표시 소자를 각각 얻었다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 각 샘플 모두 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예의 샘플과 동일한 집광 효과가 얻어졌다.
[제작예 6]
반투과형 TFT 액정 표시 소자의, 타방의 기판의 백 라이트측의 기판면에 폴리실란 수지를 막두께 20㎛ 로 도포하고, 액정층면 마크에 얼라인먼트하면서, 자외선을 6J/㎠ 로 조사하여 마스크 노광을 행함으로써, 미세 요철 렌즈를 투명 전극에 대하여 오프셋한 위치에서 형성한 후, 200℃ 의 온도에서 베이크하고, 커트 처리 후, 액정을 주입하여 본 발명과 관련된 표시 소자를 얻었다.
또한, 액정 표시 소자에, 반투과형 STN 액정 표시 소자 및 투과형 TFT 액정 표시 소자를 사용하여, 상기 서술한 바와 마찬가지로 본 발명과 관련된 표시 소자를 제작하였다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 각 샘플 모두 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예의 샘플과 동일한 집광 효과가 얻어졌다.
[제작예 7]
반투과형 TFT 액정 표시 소자의, 타방의 기판의 백 라이트측의 기판면에 폴리실란 수지를 막두께 20㎛ 로 도포하고, 액정층면 마크에 얼라인먼트하면서, 자외 선을 6J/㎠ 로 조사하여 그레이 스케일 마스크 노광을 행함으로써, 미세 요철 렌즈를 투명 전극에 대하여 오프셋한 위치에서 형성한 후, 200℃ 의 온도에서 베이크하여 커트 처리 후, 액정을 주입하여 본 발명과 관련된 표시 소자를 제작하였다.
또한, 액정 표시 소자로서 반투과형 STN 액정 표시 소자 및 투과형 TFT 액정 표시 소자를 사용하여, 상기 서술한 바와 마찬가지로 본 발명과 관련된 표시 소자를 제작하였다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 각 샘플 모두 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예의 샘플과 동일한 집광 효과가 얻어졌다.
[제작예 8]
반투과형 TFT 액정 표시 소자의 타방의 기판의 백 라이트측의 면에 투명 수지를 액정층면 마크에 얼라인먼트하면서 잉크젯 도포함으로써, 미세 요철 렌즈를 투명 전극에 대하여 오프셋한 위치에서 형성한 후, 200℃ 의 온도에서 베이크하고, 커트 처리 후, 액정을 주입하여 본 발명과 관련된 표시 소자를 제작하였다.
또한, 액정 표시 소자로서 반투과형 STN 액정 표시 소자 및 투과형 TFT 액정 표시 소자를 사용하여, 상기 서술한 바와 마찬가지로 본 발명과 관련된 표시 소자를 제작하였다.
실시예와 동일한 측정을 행한 결과, 각 샘플 모두 도 11 에 나타내는 바와 같은, 실시예의 샘플과 동일한 집광 효과가 얻어졌다.
본 발명의 표시 소자에서는, 상기 백 라이트로부터 출사되어 상기 액정 표시 패널을 투과하는 투과광이 상기 액정 표시 패널의 광 투과 표시부 또는 표시면의 법선에 대하여 소정 각도의 지향성을 갖고 상기 액정 표시 패널로부터 출사되는 구성으로 하고 있다.
이로 인해, 표시 소자를 관찰하는 사용자의 관찰 각도의 범위에 맞추어 액정 표시 패널로부터의 출사광의 각도를 설정하는 것이 가능해진다.
따라서, 백 라이트 출사광의 투과 효율이 향상되고, 휘도 및 표시 품위가 향상됨과 함께 소비 전력을 저감할 수 있고, 또한 표시 소자를 모바일 기기 등에 장착하여 사용한 경우에는, 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상되는 표시 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 소자에서는, 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에 집광수단이 이 집광수단과 액정 표시 패널의 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되고, 상기 집광수단의 초점 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되거나, 또는 상기 광 투과 표시부의 중심부의 법선에 대하여 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되어 있고, 액정 표시 패널의 화소내에 형성된 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 백 라이트로부터의 출사광을 집광수단으로 집광하도록 구성하고 있다.
이것에 의해, 집광수단으로 집광된 백 라이트의 출사광을 광 투과 표시부 또는 액정 표시 패널 표시면의 법선에 대하여 소정의 각도를 가진 광으로 하여, 액정 표시 패널을 투과시킬 수 있어, 표시 소자를 관찰하는 사용자가 표시면을 관찰하는 시인성이 크게 향상되는 표시 소자를 실현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 형성되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치된 표시 소자로서,
    상기 백 라이트로부터 출사되어 상기 액정 표시 패널을 투과하는 투과광이, 상기 액정 표시 패널의 광 투과 표시부 또는 표시면의 법선에 대하여, 소정 각도의 지향성을 갖고 상기 액정 표시 패널로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향성이 표시 소자의 관찰 방향을 향하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백 라이트로부터 출사되어 상기 액정 표시 패널을 투과하는 투과광의 각도가, 상기 액정 표시 패널의 광 투과 표시부 또는 표시면의 법선에 대하여 -10°이상 30°이하의 범위내인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 집광수단과 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고,
    상기 집광수단은 이 집광수단의 초점 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되고,
    상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여, 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 집광수단으로 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 집광수단과 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고,
    상기 집광수단은, 이 집광수단의 초점 축이 상기 광 투과 표시부의 중심부의 법선에 대하여 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되고,
    상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여, 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 집광수단으로 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극의 각각에 있어서의 상기 광 투과 표시부의 면적이, 상기 화소 전극에 대한 면적비로 5∼90% 의 범위인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극의 각각에 있어서의 상기 광 투과 표시부의 면적이, 상기 화소 전극에 대한 면적비로 10∼80% 의 범위인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 백 라이트의 출사광은 이 백 라이트의 출사면의 법선에 대한 각도가 ±20°의 범위인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 백 라이트의 출사광은 이 백 라이트의 출사면의 법선에 대한 각도가 ±10°의 범위인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 집광수단이 상기 액정 표시 패널의 타방의 기판의 하면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 집광수단은 마이크로 렌즈 어레이, 렌티큘러 렌즈, 프레넬 렌즈, 굴절률 분포 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표시 소자.
  12. 제 1 항에 기재된 표시 소자를 구비한 전자 기기.
  13. 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 형성되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치되고, 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 마이크로 렌즈 어레이가 각 마이크로 렌즈와 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 마이크로 렌즈의 각각은 이 마이크로 렌즈의 렌즈 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되거나, 또는 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되어 있고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 마이크로 렌즈에서 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법으로서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이를 상기 타방의 기판의 상기 백 라이트측의 면에 감광성 굴절률 변화 재료를 도포한 후, 이 감광성 굴절률 변화 재료를 마스크 노광 함으로써 형성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법.
  14. 대향 배치된 기판 사이에 액정이 봉입된 액정 표시 패널과, 이 액정 표시 패널을 조명하는 백 라이트를 구비하고, 상기 일방의 기판의 액정층측의 면과 상기 타방의 기판의 액정층측의 면에 각각 전극과 배향막이 형성되고, 상기 타방의 기판의 전극의 일부가 광 반사성 화소 전극이 되고, 상기 화소 전극의 일부에 광 투과부가 형성되고, 이 광 투과부의 형성 영역에 투명 전극이 형성되어 광 투과 표시부가 되고, 상기 광 반사성 화소 전극 형성 영역이 광 반사 표시부가 되고, 상기 백 라이트가 상기 타방의 기판측에 배치되고, 상기 액정 표시 패널과 백 라이트 사이에는 마이크로 렌즈 어레이가 각 마이크로 렌즈와 상기 화소 전극이 대응 배치하도록 설치되어 있고, 상기 마이크로 렌즈의 각각은, 이 마이크로 렌즈의 렌즈 축이 상기 광 투과 표시부의 중앙부의 법선에 대하여 평행하게 오프셋하도록 배치되거나, 또는 오프셋 각도를 갖도록 경사 배치되어 있고, 상기 광 투과 표시부의 중앙부를 집광점으로 하여 상기 백 라이트로부터의 출사광을 상기 마이크로 렌즈에서 집광하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법으로서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이를 상기 타방의 기판의 상기 백 라이트측의 면에 투명 수지를 잉크젯 도포함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 소자의 제조 방법.
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