KR100922659B1

KR100922659B1 - 표시 장치

Info

Publication number: KR100922659B1
Application number: KR1020077002947A
Authority: KR
Inventors: 히사시 와따나베; 요오조오 나루따끼
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2009-10-19
Also published as: CN100510888C; KR20070041565A; US20070257871A1; JP2006126732A; JP3931989B2; WO2006049116A1; CN101027602A

Abstract

본 발명의 표시 장치는, 조명 장치와 표시 패널(100) 사이에 설치된 복수의 집광 소자(54a)를 구비하고 있다. 표시 패널(100)의 제1 기판(10)은 표시 매체층(23)의 조명 장치측에 배치되어 있고, 제2 기판(11)은 표시 매체층(23)의 관찰자측에 배치되어 있다. 회소(Px)는 조명 장치로부터 입사하는 광(41)을 이용하여 통과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역(Tr)을 갖고, 제1 기판(10)은 표시 매체층(23)측에, 투과 영역(Tr)을 규정하는 투명 전극 영역을 갖고 있다. 집광 소자(54a)는 회소(Px)의 투과 영역(Tr)에 대응하여 배치되어 있고, 또한 조명 장치로부터 출사된 광의 수렴점을 표시 매체층(23)보다도 관찰자측에 형성하도록 배치되어 있다. 본 발명에 따르면, 회소의 배열 등에 제한되는 일없이 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 향상시켜 휘도를 높일 수 있다.

표시 패널, 집광 소자, 표시 매체층, 투과 영역, 광

Description

표시 장치 {DISPLAY UNIT}

본 발명은 표시 장치에 관한 것이고, 특히 조명 장치로부터의 광을 이용하여 표시를 행하는 비발광형 표시 장치에 관한 것이다.

비발광형 표시 장치에는 액정 표시 장치나, 일렉트로크로믹 표시 장치나, 전기 영동 표시 장치 등이 있고, 그 중에서도 액정 표시 장치는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화 등에 폭넓게 이용되고 있다.

액정 표시 장치는, 매트릭스형으로 규칙적으로 배열된 회소(繪素) 전극에 구동 전압을 각각 인가하는 것에 의해, 회소 개구부의 액정층의 광학 특성을 변화시켜 화상이나 문자 등을 표시하도록 구성되어 있다. 액정 표시 장치에서는, 복수의 회소를 개별로 제어하기 위해, 스위칭 소자로서 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 회소마다 설치되어 있다. 또한, 스위칭 소자에, 소정의 신호를 공급하기 위한 배선이 설치되어 있다.

그러나, 회소마다 트랜지스터가 설치되면, 회소의 면적이 감소하여 휘도가 저하한다는 문제가 생긴다.

또한, 스위칭 소자나 배선은, 그 전기적 성능이나 제조 기술 등의 제약으로부터 어느 정도 이하의 크기로 형성하는 것은 곤란하다. 예를 들어 포토리소그래 피법에 있어서의 에칭 정밀도에는 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도로 한계가 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 고선명화, 소형화에 수반하여, 회소의 피치가 작아질수록 개구율이 더 저하하여 휘도가 저하한다는 문제가 현저해진다.

휘도가 낮다는 문제를 해결하기 위해, 액정 표시 장치의 회소의 각각에 대응하여 집광 소자를 설치하고, 조명 장치로부터의 광을 각 회소에 집광시키는 방법이 있다.

예를 들어 특허 문헌 1에는, 투과 영역과 반사 영역을 구비한 반투과형(투과 반사 양용형) 액정 표시 장치에, 마이크로 렌즈 등의 집광 소자를 설치한 액정 표시 장치가 개시되어 있다.

반투과형 액정 표시 장치는 최근, 예를 들어 휴대 전화와 같이 밝은 환경에서도 적합하게 사용 가능한 액정 표시 장치로서 개발된 것이다. 반투과형 액정 표시 장치는, 1개의 회소에, 백라이트로부터의 광을 이용하여 투과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역과, 주위광을 이용하여 반사 모드 표시를 행하는 반사 영역을 갖고 있어, 사용 환경에 따라서, 투과 모드에 의한 표시와 반사 모드에 의한 표시와의 절환, 또는 양방의 표시 모드에 의한 표시를 행할 수 있다.

반투과형 액정 표시 장치에서는, 반사 영역을 어느 정도 넓게 확보할 필요가 있기 때문에, 회소에 대한 투과 영역의 면적 비율이 저하하여 투과 모드에 있어서의 휘도가 저하한다는 문제가 있다.

그래서, 특허 문헌 2에서는, 백라이트측에 배치된 기판 상에, 개구부를 갖는 반사판과, 마이크로 렌즈 등의 집광 소자를 설치한 반투과형 액정 표시 장치에 있 어서, 반사판과 마이크로 렌즈를, 기판의 동일면측에서 또한 액정측에 배치시키는 것에 의해, 마이크로 렌즈에 입사한 백라이트로부터의 광을, 반사판에 설치된 개구부에 고효율로 집광시키는 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는, 마이크로 렌즈의 바닥변을 원형 혹은 육각형으로 하고, 마이크로 렌즈 및 회소의 투과 영역을 지그재그 격자형으로 배열시키는 동시에, 마이크로 렌즈와 회소의 투과 영역을 1 : 1로 대응시키고, 또한 마이크로 렌즈의 초점이 회소의 투과 영역의 중심에 위치하도록 배치시키는 것에 의해, 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율(조명 장치로부터 입사한 광의 이용 효율)을 높인 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 4에는, 조명 장치와 마이크로 렌즈 사이에, 조명 장치로부터 출사되는 광(확산광)의 퍼짐각을 협소화, 즉 평행광에 가까운 광선으로 하는 콜리메이트 소자를 설치하는 것에 의해, 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율을 향상시킨 방법이 개시되어 있다.

이들의 특허 문헌에서는, 마이크로 렌즈를 통과한 광의 수렴점은 액티브 매트릭스 기판 등의 제1 기판 상의 투명 전극 영역에 형성되어 있거나(특허 문헌 2 내지 3), 또는 회소의 액정층 내에 형성되어 있다(특허 문헌 4).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평11-109417호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2002-333619호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 2003-255318호 공보

특허 문헌 4 : 일본 특허 공개 2001-154181호 공보

이와 같이 마이크로 렌즈 등의 집광 소자를 이용하여 조명 장치로부터 입사한 광을 각 회소에 집광시켜, 표시 장치의 휘도를 높이는 방법은 다양하게 제안되고 있지만, 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율은 아직 불충분하다.

상기에서는, 반투과형 액정 표시 장치를 예로 들어 설명했지만, 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 향상시키고자 하는 요구는 투과형 액정 표시 장치에 공통된다. 또한, 이러한 요구는 액정 표시 장치 이외의 비발광형 표시 장치에도 볼 수 있다.

본 발명은, 상기한 여러 점을 비추어 이루어진 것이고, 그 주된 목적은, 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 향상시켜 휘도가 높여진 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 표시 장치는, 전방면에 광을 출사하는 조명 장치와, 행렬형으로 배열된 복수의 회소를 구비한 표시 패널과, 상기 조명 장치와 상기 표시 패널 사이에 설치된 복수의 집광 소자를 구비하고, 상기 표시 패널은 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 설치된 표시 매체층을 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층의 상기 조명 장치측에 배치되어 있고, 상기 제2 기판은 상기 표시 매체층의 관찰자측에 배치되어 있고, 상기 복수의 회소의 각각은 상기 조명 장치로부터 입사하는 광을 이용하여 투과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역을 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층측에 상기 투과 영역을 규정하는 투명 전극 영역을 갖고, 상기 복수의 집광 소자의 각각은 상기 복수의 회소의 투과 영역에 대응하여 배치되어 있고, 또한 상기 조명 장치로부터 출사된 광의 수렴점을 상기 표시 매체층보다도 관찰자측에 형성하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 투명 전극 영역까지의 거리(d)와의 비(d/f)는, 0.6 ≤ (d/f) ≤ 0.9를 만족한다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 투명 전극 영역까지의 거리(d)와의 비(d/f)는, 0.7 ≤ (d/f) ≤ 0.8을 만족한다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 복수의 회소의 행방향의 피치(P1)와의 비(f/P1)는 (f/P1) < 6을 만족한다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 복수의 회소 중 행방향으로 인접하는 2개의 회소의 각각에 대응하여 형성되는 상기 집광 스폿의 열방향의 위치는 서로 다르다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 복수의 집광 소자는 마이크로 렌즈 어레이를 구성한다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 복수의 회소의 각각은, 관찰자측으로부터 입사하는 광을 이용하여 반사 모드에서 표시를 행하는 반사 영역을 더 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층측에 상기 반사 영역을 규정하는 반사 전극 영역을 갖고, 상기 제1 기판은 행방향으로 배열된 복수의 데이터 신호선을 더 갖고, 상기 복수의 회소의 각각은 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선 사이에 배치되어 있고, 상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변의 적어도 한쪽은 행방향으로 잘록한 오목부를 형성하고, 상기 투명 전극 영역의 적어도 일부는 상기 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 제1 기판은 투명 전극과, 상기 투명 전극의 상기 표시 매체층측에 마련된 개구부를 갖는 반사 전극을 갖고, 상기 투명 전극 영역은 상기 반사 전극의 상기 개구부에 의해 규정되고, 상기 투명 전극은, 상기 오목부 내에 그 일부가 위치하는 볼록부를 갖는다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변은 행방향으로 잘록한 한 쌍의 오목부를 형성하고, 상기 투명 전극 영역은 상기 한 쌍의 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 복수의 회소 중 행방향으로 인접하는 2개의 회소가 갖는 투과 영역의 열방향의 위치는 서로 다르고, 임의의 회소의 상기 반사 전극은, 행방향으로 인접하는 회소의 상기 투과 영역에 대응하는 위치에 절결부를 갖는다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 복수의 회소의 각각은 관찰자측으로부터 입사하는 광을 이용하여 반사 모드에서 표시를 행하는 반사 영역을 더 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층측에 상기 반사 영역을 규정하는 반사 전극 영역을 갖고, 상기 제1 기판은 행방향으로 배열된 복수의 데이터 신호선을 더 갖고, 상기 복수의 회소의 각각은 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선 사이에 배치되어 있고, 상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선은 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분을 갖고, 상기 투명 전극 영역의 적어도 일부는 상기 굴곡된 부분에 의해 형성된 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 제1 기판은 투명 전극과, 상기 투명 전극의 상기 표시 매체층측에 개구부를 갖는 반사 전극을 갖고, 상기 투명 전극 영역은 상기 반사 전극의 상기 개구부에 의해 규정되고, 상기 투명 전극은, 상기 굴곡된 부분에 의해 형성된 상기 오목부 내에 그 일부가 위치하는 볼록부를 갖는다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 조명 장치로부터 출사되어 상기 복수의 집광 소자에 입사하는 광의 평행도는 반치각으로 ±5°이하이다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 표시 매체층은 액정층이다.

임의의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 표시 매체층의 관찰자측에 배치된 광확산 소자를 더 갖는다.

본 발명의 휴대 전자 기기는, 상기한 어느 하나의 표시 장치를 구비한다.

본 발명의 표시 장치는, 조명 장치(백라이트)와 표시 패널 사이에 배치된 집광 소자가 조명 장치로부터 출사된 광의 수렴점을 표시 매체층보다도 관찰자측에 형성하도록 구성되어 있기 때문에 광의 이용 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 표시 장치는, 투과 모드에 의한 표시를 행하는 투과 영역과 반사 모드에 의한 표시를 행하는 반사 영역을 갖는 반투과형 표시 장치에 있어서, 데이터 신호선의 폭이나 2개의 데이터 신호선의 간격을 부분적으로 조정하는 것에 의해, 투과 영역을 규정하는 투명 전극 영역의 면적을 증대할 수 있으므로 투과 영역의 개구율이 한층 향상하고, 투과 모드 표시의 휘도를 높일 수 있다. 특히, 투과 전극 영역을 지그재그형으로 배열하는 것에 의해 투과 모드 표시의 휘도를 향상할 수 있다.

도1은 제1 실시 형태에 이용한 반투과형 액정 표시 장치를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

도2는 도1에 도시한 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈의 초점 위치(수렴점의 위치)를 설명하기 위한 모식도이다.

도3은 (d/f)를 약 0.4 내지 1.2의 범위에서 변화시킨 경우에 있어서의 투과 광속량과, (d/f)와의 관계를 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.

도4의 (a)는 완전한 평행광이 마이크로 렌즈에 입사했을 때의 광선도이고, 도4의 (b)는 렌즈의 법선 방향에 대해 10°경사진 광이 마이크로 렌즈에 입사했을 때의 광선도이다.

도5의 (a)는 제1 실시 형태의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도5의 (b)는 도5의 (a)에 도시하는 TFT 기판 상의 반사 전극 영역을 규정하는 반사 전극을 설명하기 위한 평면도이다.

도6은 도5의 (a) 및 (b)에 도시한 TFT 기판의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 단면도이다.

도7은 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)와 회소의 행방향의 피치(P1)와의 비(f/P1)와, 반치 시야각 또는 정면 휘도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도8은 제1 실시 형태에 이용한 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 표시 매체층의 관찰자측에 적재된 광굴절 소자를 더 갖는 액정 표시 장치를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

도9의 (a)는 제2 실시 형태의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도9의 (b)는 도9의 (a)에 도시하는 TFT 기판 상의 반사 전극 영역을 규정하는 반사 전극을 설명하기 위한 평면도이다.

도10의 (a)는 제3 실시 형태의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도10의 (b)는 도10의 (a)에 도시하는 TFT 기판 상의 반사 전극 영역을 규정하는 반사 전극을 설명하기 위한 평면도이다.

도11은 도1의 액정 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿의 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 바람직한 예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도12는 도1의 액정 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿의 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 다른 바람직한 예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도13은 도1의 액정 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿의 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 바람직하지 않은 예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도14는 도1의 액정 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿의 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 바람직하지 않은 다른 예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도15는 회소가 델타형으로 배열되어 있는 경우에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도16은 R, G 및 B 회소의 투과 영역에 대응하는 마이크로 렌즈 중, 1색의 회소의 투과 영역에 대응하는 마이크로 렌즈의 직경만을 선택적으로 크게 한 경우에 있어서의 마이크로 렌즈 및 집광 스폿 중심과, 대응하는 투과 영역과의 위치 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.

도17은 도1의 반투과형 액정 표시 장치에 이용되는 조명 장치의 모식도이다.

도18은 조명 장치의 출사면에 있어서의 광학 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도19는 조명 장치의 출사면에 있어서의 광학 특성의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도20의 (a)는 도18에 도시한 지향성의 편차를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도20의 (b)는 도20의 (a)에 도시한 타원을 설명하기 위한 도면이다.

도21은 조명 장치의 도광판을 설명하기 위한 도면이다.

도22는 도1의 반투과형 액정 표시 장치에 이용되는 반투과형 액정 표시 패널의 TFT 기판의 평면도이다.

도23은 도22의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따른 단면도이다.

도24는 스트라이프 배열을 설명하기 위한 모식도이다.

[부호의 설명]

1 : 주사 신호선

2 : 데이터 신호선

4 : 회소 전극

5 : TFT

5a : 반도체층

6 : 게이트 전극

7 : 소스 전극

7a, 8a : 반도체 콘택트층

8 : 드레인 전극

9 : 콘택트 홀

10 : 제1 기판

11 : 제2 기판

12 : 게이트 절연막

13, 13A, 13B : 투명 전극

14 : 층간 절연막

15, 15A, 15B : 반사 전극

16A : 적색(R) 컬러 필터

18 : 대향 전극(투명 전극)

21 : LED

22 : 프리즘

22a : 반사면

23 : 액정층

24 : 도광판

24t : 코너부

25 : 프리즘 시트

28, 29 : 투명 기판

30 : 반사판

33 : 투명 전극 영역

35 : 반사 전극 영역

41 : 광

41c : 집광 스폿의 중심

41f : 조명 장치로부터의 광의 수렴점

50 : 조명 장치

54 : 마이크로 렌즈 어레이

54a, 55a, 56a, 57a, 254a, 255a : 마이크로 렌즈

54ac : 마이크로 렌즈(54a)의 중심

55ac : 마이크로 렌즈(55a)의 중심

56ac : 마이크로 렌즈(56a)의 중심

57ac : 마이크로 렌즈(57a)의 중심

61 : 데이터 신호선에 형성된 오목부

62 : 투명 전극에 형성된 볼록부

63, 74 : 2개의 데이터 신호선의 간격이 넓은 부분

64A, 64B, 76A, 76B : 투명 전극에 형성된 볼록부

65, 71 : 2개의 데이터 신호선의 간격이 좁은 부분

66A, 66B, 73A, 73B : 투명 전극에 형성된 오목부

67A, 67B, 77A, 77B : 반사 전극에 형성된 절결부

68A, 68B, 75A, 75B : 데이터 신호선에 형성된 오목부

69A, 69B, 72A, 72B : 데이터 신호선에 형성된 볼록부

84 : 광굴절 소자

100 : 반투과형 액정 표시 패널

100A : TFT 기판

100B : 컬러 필터 기판(대향 기판)

200 : 반투과형 액정 표시 장치

241c : 집광 스폿의 중심

254ac : 마이크로 렌즈(254a)의 중심

255ac : 마이크로 렌즈(257a)의 중심

400 : 액정 표시 장치

Tr : 투과 영역

Rf : 반사 영역

Px : 회소

P1 : 회소의 행방향의 피치

P2 : 회소의 열방향의 피치

A : 반사 전극의 개구부

본 발명자는 마이크로 렌즈 등의 집광 소자를 이용한 표시 장치의 휘도를 향상시키는 목적으로, 특히 조명 장치로부터 출사된 광의 배광 특성(평행도 또는 지향성)과, 조명 장치로부터 출사된 광이 형성하는 수렴점의 위치와의 관계를 중심으로 검토했다. 그 결과, 조명 장치로부터 입사한 광의 수렴점은, 종래와 같이 조명 장치측에 배치된 기판(예를 들어 TFT 기판)에 설치된 투명 전극이나 회소의 표시 매체층(예를 들어 액정층) 내에 형성하는 것은 아니고, 표시 매체층보다도 관찰자 측에 형성하는 것에 의해, 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 있는 것을 발견했다. 이것은, 조명 장치로부터 출사되어 집광 소자에 입사하는 광의 평행도가 반치각으로 ±5°이하, 또한 ±3.5°이하라는 비교적 평행도가 높은 광을 이용하는 경우에 있어서 조차 성립하고, 광의 이용 효율이 향상한다. 평행 광선을 이용하는 것을 상정한 기술 상식에서는, 집광 소자의 초점은 회소의 중심, 즉 표시 매체층 내에 형성하는 것이 가장 바람직하다고 생각되지만, 본 발명자는 평행도가 비교적 높은 광을 이용하는 경우에 있어서도, 표시 매체층보다도 관찰자측으로 초점을 어긋나게 하는 것에 의해 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 상도했다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태의 표시 장치는, 전방면에 광을 출사하는 조명 장치와, 행렬형으로 배열된 복수의 회소를 구비한 표시 패널과, 조명 장치와 표시 패널 사이에 설치된 복수의 집광 소자를 구비하고 있다. 표시 패널은 제1 기판과, 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 설치된 표시 매체층을 갖고, 제1 기판은 표시 매체층의 조명 장치측에 배치되어 있고, 제2 기판은 표시 매체층의 관찰자측에 배치되어 있다. 복수의 회소의 각각은 조명 장치로부터 입사하는 광을 이용하여 투과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역을 갖고, 제1 기판은 표시 매체층측에 적어도 투과 영역을 규정하는 투명 전극 영역을 갖고 있다. 복수의 집광 소자의 각각은 복수의 회소의 투과 영역에 대응하여 배치되어 있다. 이러한 구성을 구비한 표시 장치에 있어서, 복수의 집광 소자의 각각은 조명 장치로부터 출사된 광의 수렴점이 표시 매체층보다도 관찰자측에 형성되도록 배치되어 있는 것에 본 실시 형태의 특징이 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 표시 장치의 제1 실시 형태를 설명한다.

이하에서는, 반투과형(투과 반사 양용형) 액정 표시 장치에 대해 본 실시 형태를 설명한다. 이것은, 후기하는 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다. 단, 본 실시 형태의 표시 장치는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 투과형 액정 표시 장치 등의 반투과형 이외의 액정 표시 장치에도 적합하게 이용된다. 또한, 본 실시 형태는, 표시 매체층으로서 액정층 이외의 전기 영동층을 갖는 전기 영동 표시 장치 등의 표시 장치에도 적합하게 이용된다.

도1은 본 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(200)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

도1에 도시하는 바와 같이, 반투과형 액정 표시 장치(200)는, 조명 장치(도시하지 않음)와, 행렬형으로 배열된 복수의 회소(Px)를 구비한 표시 패널(100)과, 조명 장치와 표시 패널(100) 사이에 설치된 집광 소자군(54)을 갖고 있다.

표시 패널(100)은 조명 장치측에 배치되는 액티브 매트릭스 기판 등의 제1 기판(10)과, 관찰자측에 배치되는 컬러 필터 기판 등의 제2 기판(11)과, 제1 기판(10)과 제2 기판(11) 사이에 설치된 액정층(23)을 갖고 있다.

제1 기판(10)은 조명 장치로부터 출사된 광(41)을 투과하는 투명 전극 영역(33)(도2 참조)과, 제2 기판(11)으로부터 입사한 광(주위광, 도시하지 않음)을 반사하는 반사 전극 영역(35)(도2 참조)을 갖는다. 제1 기판은 액정층(23)측에 설치된 투명 전극(13)과 반사 전극(15)을 갖고 있고(도2 참조), 반사 전극 영역(35)은 반사 전극(15)에 의해 규정되고, 투명 전극 영역(33)은, 투명 전극(13)이 형성된 영역 내에서 반사 전극(15)의 개구부에 대응하는 영역으로서 규정된다. 투명 전극(13)은 투과 전극 영역에만 설치해도 좋지만, 예시하는 바와 같이, 회소 내의 대략 전체면에 설치하는 것에 의해 후방의 프로세스를 안정되게 할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

표시 패널(100)은, 도시하지 않은 적색(R) 컬러 필터, 녹색(G) 컬러 필터 및 청색(B) 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터층을 더 갖고, 상기 R, G 및 B 컬러 필터는 도24에 도시하는 바와 같이 스트라이프형으로 배열되어 있다. 행방향으로 인접하는 3개의 회소(Px)는, 상기 컬러 필터에 대응하여 각각, R, G 및 B의 색광을 출사하고, 상기 3개의 회소에 의해 1화소가 구성된다.

각 회소(Px)는 투과 모드 표시를 행하는 투과 영역(Tr)과, 반사 모드 표시를 행하는 반사 영역(Rf)을 갖고 있고, 투과 모드 및 반사 모드에서 표시를 행할 수 있다. 투과 모드 및 반사 모드의 어느 한쪽의 모드에서 표시를 행하는 것도 가능하고, 양방의 모드에서 표시를 행할 수도 있다. 복수의 회소(Px)는 행렬형으로 배치되어 있고, R, G, B의 색광을 각각 출사하는 회소를 포함하고 있다. 각 회소(Px)는 행방향으로 연장하는 차광층(BL1)과, 열방향으로 연장하는 차광층(BL2)에 의해 규정된다. 차광층(BL1)은 예를 들어 주사 신호선(도22 참조)에 의해 구성되고, 차광층(BL2)은 예를 들어 데이터 신호선(2)(도22 참조)에 의해 구성된다.

본 명세서에서는, 투명 전극 영역(33) 및 반사 전극 영역(35)은 TFT 기판 등의 액티브 매트릭스 기판의 영역으로서 정의되고, 회소(Px), 투과 영역(Tr) 및 반사 영역(Rf)은 반투과형 액정 표시 장치(200)의 영역으로서 정의된다.

반투과형 액정 표시 장치(200)가 구비하는 집광 소자군(54)은 복수의 집광 소자(54a)로 구성되어 있고, 집광 소자(54a)는 회소(Px)의 투과 영역(Tr)에 대해 일대일로 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 집광 소자군으로서 복수의 마이크로 렌즈(집광 소자)(54a)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(54)를 이용하고 있다.

마이크로 렌즈 어레이(54)가 갖는 복수의 마이크로 렌즈(54a)는 복수의 투과 영역(Tr)에 대해 일대일로 설치되어 있고, 마이크로 렌즈(54a)를 통과한 광속(光束)(41)의, 복수의 회소의 액정층에 의해 규정되는 면(이하,「회소면」이라 하는 일이 있음. 회소면은 기판면에 평행함)에 있어서의 집광 스폿의 중심은, 각각에 대응하는 투과 영역(Tr)의 액정층 내에 형성된다.

본 명세서에 있어서, 광속의 단면적이 최소로 되는 점, 즉 수렴점(예를 들어 마이크로 렌즈의 초점에 대응)과 구별하여,「집광 스폿」이라는 용어를 이용한다. 「집광 스폿」은 회소면에 있어서의 광의 단면 프로파일에 대응하고, 수렴점과 일치하는 것을 필요로 하지 않는다. 또한,「집광 스폿의 중심」은 회소면에 있어서의 광의 강도 분포를 고려한 중심이고, 집광 스폿의 단면 프로파일에 대응하는 외형을 갖고, 또한 광의 강도 분포에 대응하는 밀도 분포를 갖는 종이의 무게 중심에 대응한다. 광의 강도 분포가 집광 스폿의 단면 프로파일의 기하학적인 무게 중심에 대해 대칭인 경우에는,「집광 스폿의 중심」은 기하학적인 무게 중심과 일치하 지만, 마이크로 렌즈의 수차 등의 영향에 의해 비대칭인 강도 분포를 갖는 경우에는 기하학적인 무게 중심으로부터 어긋나는 일이 있다.

반투과형 액정 표시 장치(200)는, 제1 기판의 투명 전극 영역을 통과한 광의 수렴점이 표시 매체층보다도 관찰자측에 형성되어 있는 것에 특징이 있고, 이에 의해 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 표시 장치에서는, 예를 들어 집광 소자의 수렴점은 제1 기판(10)상의 투명 전극 영역(33)에 형성되어 있거나(특허 문헌 2 내지 3), 회소의 액정층(23) 내에 형성되어 있어, 본 실시 형태와는 구성이 다르다.

이하, 도2 및 도3을 참조하여, 조명 장치로부터 출사된 광의 수렴점이 형성되는 바람직한 위치를 구체적으로 설명한다. 또한, 도2는 도1에 도시한 표시 장치(200)에 있어서의 마이크로 렌즈(54a)의 초점 위치(수렴점의 위치)를 설명하기 위한 모식도이다.

도2에 도시하는 바와 같이, 백라이트 등의 조명 장치(도시하지 않음)로부터 출사된 광(41)은 마이크로 렌즈(54a)에 의해 집광된다. 집광된 광(41)은 제1 기판(10) 상의 투명 전극 영역(33)을 통과하고, 액정층(23)의 제2 기판(11)측에 수렴점(41f)을 형성한다.

상세하게는, 마이크로 렌즈(54a)의 정점으로부터 광(41)의 수렴점(41f)까지의 거리를 f[마이크로 렌즈(54a)의 초점 거리라 하는 일도 있음]로 하고, 마이크로 렌즈(54a)의 정점으로부터 투명 전극 영역(33)까지의 거리를 d로 하면, d와 f와의 비(d/f)는, 바람직하게는 0.6 이상 0.9 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7 이상 0.8 이하이다.

다음에, 조명 장치로부터 출사되어 표시 패널에 입사하는 광의 수렴점의 위치를, 종래의 기술 상식에 반하여, 상기한 바와 같이 설정하는 것이 바람직한 이유를 설명한다.

우선, 도3을 참조하여, (d/f)를 약 0.4 내지 1.2의 범위에서 변화시킨 경우의 투명 전극 영역을 투과하는 광속량(이하,「투과 광속량」이라 함)과, (d/f)와의 관계를 조사한 결과를 설명한다. 여기서는, 전술한 도1의 표시 장치를 이용했다. 이 표시 장치는, 후술하는 도11에 도시하는 바와 같이, 행방향으로 인접하는 2개의 회소(Px)에 각각 형성되는 집광 스폿의 중심(41c)의 열방향의 위치가 서로 다르도록 마이크로 렌즈가 배치되어 있다. 광의 이용 효율을 향상하기 위해 마이크로 렌즈의 바람직한 배치에 대해서는, 도11 내지 도24를 참조하여 후술한다.

투과 광속량은 컴퓨터를 이용한 광선 추적법에 의해 산출했다. 여기서 사용한 조명 장치, 마이크로 렌즈 및 표시 패널의 구성은 각각 이하와 같다.

ㆍ조명 장치(광원) : 1개의 LED를 이용한 백라이트 장치(출사광의 평행도 : ±3.5°, 예를 들어 후술하는 도17 및 관련되는 기재를 참조)

ㆍ마이크로 렌즈 : 굴절률 1.52(유리), 곡률 반경 88 ㎛

ㆍ제1 기판 : 굴절률 1.52(유리), 두께 0.7 ㎜(700 ㎛)

ㆍ제2 기판 : 굴절률 1.52(유리), 두께 0.7 ㎜(700 ㎛)

ㆍ액정층 : 두께 5 ㎛

ㆍ회소 : 행방향의 피치(P1) 51 ㎛, 열방향의 피치(P2) 153 ㎛

ㆍ제1 기판 상의 투명 전극 영역 … φ42 ㎛의 원형(투과 영역의 개구율 : 약 18 ％)

비교를 위해, 마이크로 렌즈를 설치하지 않은 표시 장치에 대해, 투명 전극 영역을 투과하는 광속량을 마찬가지로 산출했다.

다음에, 마이크로 렌즈를 설치했을 때의 투과 광속량과, 마이크로 렌즈를 설치하지 않을 때의 투과 광속량과의 비(이하,「투과 광속량의 비」라 약칭하는 경우가 있음)를 산출했다. 투과 광속량의 비는, 마이크로 렌즈를 설치하는 것에 의한 광의 이용 효율의 상승률을 나타내고 있고, 이 수치가 클수록 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율이 높은 것을 의미한다.

또한, 투명 전극 영역의 크기를 다양하게 변화시키고, 직경 10 ㎛(투과 영역의 개구율 : 약 1 ％), 직경 20 ㎛(개구율 : 약 4 ％), 직경 30 ㎛(개구율 : 약 9 ％)의 원형으로 했을 때에 있어서의 투과 광속량의 비를, 각각 상기와 마찬가지로 하여 산출했다.

도3은, 이와 같이 하여 얻어진 각 투과 광속량의 비와 (d/f)와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도3으로부터, 제1 기판 상의 투명 전극 영역을 φ10 내지 42 ㎜의 범위까지 변화시켰을 때(개구율로 환산하면, 약 1 내지 18 ％), 어떠한 경우도, (d/f) < 1.0일 때에 투과 광속량의 비는 최대치를 취하는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 개구율이 최대인 약 18 ％(도면 중, × )일 때에 있어서의「투과 광속량의 비」와「d/f」와의 관계를 검토하면, (d/f) = 1.0일 때 투과 광속량의 비 는 약 1.9였지만, (d/f)가 1보다도 작아짐에 따라서 투과 광속량의 비는 커지고, (d/f) = 0.7일 때 투과 광속량의 비는 최대치(약 2.2)를 취한다. 투과 광속량의 비는 (d/f) ≒ 0.7을 경계로 하여 서서히 작아지지만, (d/f)가 약 0.6 이상이면 (d/f) = 1.0일 때의 값에 비해 크다. 이들의 결과는, 마이크로 렌즈를 통과하는 광의 수렴점이 (d/f) ≒ 0.7을 만족하도록 형성되었을 때에 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율은 최대로 되고, 마이크로 렌즈를 설치하지 않을 때에 비해 밝기가 약 2.2배 향상하고, 또한 종래예(d/f ≒ 1.0)와 비교해도, 밝기가 약 1.2배 향상한 표시 장치가 얻어지는 것을 의미하고 있다.

같은 경향은, 개구율이 약 9 ％(도면 중, △)의 경우에도 볼 수 있다. 상세하게는, 투과 광속량의 비는 (d/f)가 1보다도 작아짐에 따라서 커지고, (d/f) = 0.8일 때 최대치(약 2.7)를 취한다. 투과 광속량의 비는 (d/f) ≒ 0.8을 경계로 하여 서서히 저하하지만, (d/f)가 약 0.6 이상이면 (d/f) = 1.0일 때의 값에 비해 크다. 이들의 결과는, 마이크로 렌즈를 통과하는 광의 수렴점이 (d/f) ≒ 0.8을 만족하도록 형성되었을 때에 마이크로 렌즈에 의한 집광 효율은 최대로 되고, 마이크로 렌즈를 설치하지 않을 때에 비해 밝기가 약 2.7배 향상하고, 또한 종래예(d/f ≒ 1.0)와 비교해도, 밝기가 약 1.4배 향상한 표시 장치를 얻을 수 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 이 실험 데이터는, 후기하는 제1 시험 제작예에서도 원용하고 있다.

도3에 도시하는 바와 같이, 개구율이 약 4 ％(도면 중, □), 약 1 ％(도면 중, ○)로 작아짐에 따라서, 투과 광속량의 비가 최대치를 취하는 것(d/f)은, 보다 1.0에 근접하는 경향이 확인된다. 예를 들어, 개구율이 약 4 ％인 경우, 투과 광속량의 비는 (d/f) ≒ 0.8 내지 0.9를 경계로 하여 서서히 저하하고, (d/f)가 약 0.7일 때 (d/f) ≒ 1.0보다도 커진다. 또한, 개구율이 약 1 ％인 경우, 투과 광속량의 비는 (d/f) ≒ 0.9를 경계로 하여 서서히 저하하고, (d/f)가 약 0.85일 때, (d/f) ≒ 1.0보다도 커진다.

따라서, 투과 광속량의 비가, 적어도 (d/f) ≒ 1.0일 때의 값보다도 커지는, 바람직한 (d/f) 범위는 개구율에 따라 다르지만, 예를 들어 개구율이 약 5 ％ 이상일 때에는, 바람직한 (d/f)는 대략 0.6 이상 0.9 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7 이상 0.8 이하이다. 한편, 개구율이 약 5 ％ 이하일 때에는, 바람직한 (d/f)는 대략 0.7 이상 0.95 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8 이상 0.9 이하이다.

여기서, 투과 영역의 개구율(도3 중, φ)은 40 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 값이 작아질수록 조명 장치로부터의 광의 이용 효율도 높아져, 본 실시 형태의 작용이 유효하게 발휘된다. 또한, 그 하한은 특별히 한정되지 않지만, 현재의 조명 장치로부터 출사되는 광의 평행도 등을 고려하면, 4 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도3은 조명 장치(백라이트)로부터 출사되는 광의 평행도가 ±3.5°일 때의 결과를 나타내고 있지만, 평행도가, 예를 들어 ±1°로부터 ±15°까지 변화시킨 경우라도, 같은 결과가 얻어지는 것을 확인하고 있다.

이와 같이, 대략 평행광으로 간주할 수 있을 정도로 높은 평행도를 갖고 있는 광을 이용하는 경우라도, 수렴점이 액정층보다도 관찰자측에 형성되도록 구성하 는 것에 의해 광의 이용 효율이 향상한다. 여기서, 조명 장치로부터 출사되어 집광 소자에 입사하는 광의 평행도는 반치각으로 ±5°이하인 것이 바람직하다. 또한, 그 하한은 특별히 한정되지 않지만, 실용성이나 조명 장치의 제작 정밀도 및 양산성 등을 고려하면, 약 ±2°로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, (d/f)를 1 미만으로 제어하는 것에 의해 광의 이용 효율이 높여지는 이유는, 주로 조명 장치로부터 출사되는 광의 배광 특성에 기인한다고 생각된다. 이하, 도4의 (a) 및 (b)를 참조하면서, 조명 장치로부터의 광이 완전한 평행광(마이크로 렌즈의 법선 방향에 평행한 광)인 경우와, 조명 장치로부터의 광이 확산광(마이크로 렌즈의 법선 방향에 대해 소정의 경사를 갖는 광)인 경우에 있어서, 마이크로 렌즈에 입사한 후의 광선 패턴이 각각 어떻게 다른지를 설명한다.

도4의 (a)는 완전한 평행광이 마이크로 렌즈에 입사했을 때의 광선도이고, 도4의 (b)는 광축에 대해 10°경사진 광(반치각이 ±10°)이 마이크로 렌즈에 입사했을 때의 광선도이다. 또한, 도면 중에 수광면으로서 나타낸 선분의 길이는 제1 기판 상의 투명 전극 영역의 크기에 대응하고, 여기서는 42 ㎛이다.

또한, 이들의 도면은, 상기한 이유를 설명하기 위한 간이한 광선 패턴이고, 실제로는, 조명 장치로부터의 광에는 강도 분포가 있는 등의 점은 무시하여 작성하고 있다.

조명 장치로부터의 광이 완전한 평행광인 경우, 도4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈에 의해 굴절된 광은 (d/f) = 1.0을 만족하는 수광면에서 수렴 한다. 또한, 수광면은 일정한 크기(φ42 ㎛)를 갖고 있기 때문에, (d/f) = 0.5 내지 1.3의 범위에서는 모든 광이 수광면 내에 집광된다. 즉, 집광 스폿의 사이즈는 수광면의 사이즈보다도 작다. 이것은, (d/f)가 0.5 내지 1.3의 범위 내이면, 어떠한 위치에 반사 전극의 개구부(투명 전극 영역을 규정함)를 마련했다고 해도, 동일한 양의 광이 통과하기 때문에 휘도는 바뀌지 않는 것을 의미하고 있다.

이에 반해, 조명 장치로부터의 광이 확산광인 경우에는, 도4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 마이크로 렌즈에 의해 굴절된 광은, 광축으로부터 벗어나 진행해 가고, (d/f) = 1.0의 수광면으로부터 벗어난 위치 [(d/f) > 1]에 수렴점을 형성하는 동시에, (d/f) = 1.0의 수광면에는 마이크로 렌즈를 통과한 광은 닿지 않는다. 한편, 마이크로 렌즈측에 가까운 측에 수광면 [(d/f) < 1.0]을 배치하는 구성에서는, 광선의 광축으로부터의 어긋남이 비교적 작기 때문에, 마이크로 렌즈를 통과한 광의 일부가 수광면에 입사한다. 이것은, (d/f) < 1.0을 만족하도록, 반사 전극의 개구부를 마이크로 렌즈에 가까운 위치에 배치하면, 즉 마이크로 렌즈를 통과한 광의 수렴점을 관찰자측에 어긋나게 하는 것에 의해 개구부(투과 전극 영역)를 통과하는 광의 양이 증가하고, 투과 모드 표시에 있어서의 휘도가 향상한다.

이와 같이, 완전한 평행광이 마이크로 렌즈에 입사했을 때에는, (d/f)가 0.5 내지 1.3의 어떠한 위치에 개구부를 마련했다고 해도 광의 투과량(투과 강도)은 바뀌지 않고 일정하지만, 확산광이 마이크로 렌즈에 입사했을 때에는, 개구부를 (d/f) < 1.0의 범위에 배치했을 때에 광의 투과량(투과 광강도)이 많아져, 휘도가 향상하는 것을 알 수 있다. 여기서는, 반치각이 ±10°인 광에 대해 (d/f)와 집광 효율의 관계를 설명했지만, 이 관계는 반치각이 ±5°이하, 또한 ±3.5°이하라는 종래의 기술 상식에서는 평행광과 근사해도 좋다고 생각되는 정도로 평행도가 높은 광인 경우에도 성립한다.

또한, 도2 및 도4에서는, 조명 장치로부터의 광의 수렴점(41f)이 1점에 수렴되어 있는 바와 같이 도시하고 있지만, 수렴점(41f)의 형상은 띠형(선형)이라도 좋다.

(제1 시험 제작예)

이하, 도5 및 도6을 참조하여, 제1 실시 형태의 액정 표시 장치의 시험 제작예를 설명한다. 본 시험 제작예는, 도2를 참조하면서 전술한 개구율 약 9 ％(도2 중, △)의 실험 데이터에 대응한다. 도6은 도5의 (a)의 Ⅱ-Ⅱ'선'을 따른 단면도이다.

본 시험 제작예에서는, 화면의 대각선 사이즈가 2.4 인치이고, 320 × 240 × RGB의 화소수(QXGA)를 갖는 표시 장치를 사용하고 있다. 이것은, 후기하는 제2 내지 제3 시험 제작예도 마찬가지이다.

도5의 (a)는 제1 시험 제작예의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도5의 (b)는 도5의 (a)에 도시하는 TFT 기판에 형성된 반사 전극(15)을 설명하기 위한 평면도이다.

도5의 (a)에 도시하는 바와 같이, TFT 기판에는, 행방향으로 배열된 합계 3개의 데이터 신호선(2A, 2B, 2C)이 배치되어 있고, 인접하는 데이터 신호선(2A, 2B) 및 신호선(2B, 2C)은 각각 회소를 통해 서로 대향하고 있다. 또한, 인접하는 데이터 신호선(2A, 2B)과 주사 신호선(1)에 의해 포위된 영역 및 인접하는 데이터 신호선(2B, 2C)과 주사 신호선(1)에 의해 포위된 영역에는 각각 투명 전극(13A, 13B)이 형성되어 있다. 또한, 도5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 반사 전극(15A, 15B)은 각각 회소의 투과 영역을 규정하는 개구부(A)를 갖고, 개구부(A) 이외의 부분은, 도5의 (a)에 도시하는 투명 전극(13A, 13B)을 덮도록 형성되어 있다. 또한, 2개의 반사 전극(15A, 15B)에 형성된 2개의 개구부(A)의 열방향의 위치는 서로 다르다. 그로 인해, 반사 전극(15A, 15B)의 개구부(A)에 의해 규정되는 2개의 투명 전극 영역의 열방향의 위치도 서로 다르다.

도5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 데이터 신호선(2)과 투명 전극(13)은 3 ㎛의 간격(d)을 마련하여 배치되어 있다. 반사 전극(15)은 투명 전극(13)을 노출하는 개구부(A)를 갖고 있고, 개구부(A)는 TFT 기판 상의 투명 전극 영역을 규정하고 있다. 또한, 반사 전극(15)은 층간 절연막(14)에 마련된 개구부 내에서 투명 전극(13)과 접속되어 있고, 그 일부분이 투명 전극(13)과 오버랩되어 있다.

여기서, 투명 전극(13)의 폭(b)은 36 ㎛, 데이터 신호선(2)의 폭(c)은 9 ㎛, 회소의 행방향의 피치(P1)는 51 ㎛이고, 반사 전극(15)과 투명 전극(13)의 오버랩량(g)을 3 ㎛, 반사 전극(15)에 마련된 개구부(A)의 직경(e)을 30 ㎛로 하면, 회소의 행방향의 피치(P1)는 하기식 (1)의 관계를 갖고 있다.

P1 = e + 2 × (g + d) + 2 × (1/2 × c) … (1)

다음에, 이때의 투과 영역의 개구율을 이하와 같이 하여 산출한다. 우선, 회소를 구성하는 행방향의 폭 및 열방향의 폭을 1 : 3으로 하고, 회소의 행방향의 피치(P1)(51 ㎛)를 행방향의 폭으로 하면, 회소의 면적은,

51 ㎛ × (51 ㎛ × 3) = 7803 ㎛²

로 된다. 또한, 제1 기판 상의 반사 전극(15)에 형성된 개구부(A)는,

π × (30 ㎛/2)² ≒ 706.5 ㎛²

이기 때문에, 투과 영역의 개구율(％)은,

(706.5 ㎛² ÷ 7803 ㎛²) × 100

≒ 9.1 ％

로 된다.

또한, 이 표시 장치의 투과 표시시의 밝기(패널 정면 휘도)를 측정한 결과 63 cd/㎡였다.

이상의 결과는, (d/f) = 1.0일 때의 데이터이다.

다음에, 이러한 구성을 구비한 본 시험 제작예의 표시 장치에 있어서, 또한 전술한 (d/f)의 범위를 약 0.4 내지 1.2의 범위까지 변화시킨 표시 장치를 시험 제작하고, 투과 광속량을 각각 측정했다. 이들의 결과는, 전술한 도3(도면 중, △)에 나타낸 바와 같다.

도3에 나타낸 바와 같이, 투과 광속량의 비는 (d/f)가 1보다도 작아짐에 따라서 증가하고, (d/f) = 0.8을 피크로 하여 서서히 저하하지만, (d/f)가 약 0.6 내지 0.9의 범위이면, (d/f) = 1.0에 비해 휘도가 높은 표시 장치가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한 본 실시 형태의 표시 장치는 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)와, 복수의 회소의 행방향의 피치(P1)와의 비(f/P1)는 (f/P1) < 6을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 시야각을 적어도 15°이상으로 크게 할 수 있어, 어느 각도로부터라도 표시 장치를 볼 수 있기 때문에 정보용 표시 장치로서 매우 유용하다.

이하, 도7을 참조하여, 상기 요건을 결정한 이유를 설명한다.

도7은 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)와 회소의 행방향의 피치(P1)와의 비(f/P1)와, 정면 휘도 또는 반치 시야각과의 관계를 나타내는 그래프이다. 정면 휘도라 함은, 표시 장치를 정면(표시면의 법선 방향)으로부터 보았을 때의 휘도치를 의미하고, 반치 시야각이라 함은, 표시 장치를 경사로부터 보았을 때의 휘도치가 정면 휘도의 절반이 되는 시야각(표시면의 법선으로부터의 경사 각도)을 의미한다.

도7에 도시하는 바와 같이, 정면 휘도 및 반치 시야각은 (f/P1)과의 관계에서 상반되는 관계를 갖고 있고, (f/P1)의 값이 커지면, 정면 휘도는 커지지만(도면 중, △) 반치 시야각은 작아지고 있다(도면 중, ○). 정면 휘도를 규정하는 직선과 반치 시야각을 규정하는 직선은 (f/P1) ≒ 6.2인 점에서 교차하고 있고, (f/P1) ≒ 6일 때 반치 시야각은 15°로 된다.

이와 같이, (f/P1)의 비는 목표 레벨의 반치 시야각을 얻기 위한 양호한 지표로 되고, 상기 비의 범위를 적절하게 제어하는 것에 의해, 사용자의 요구 특성에 따른 표시 장치가 얻어지는 것을 알 수 있다. 즉, 정보 표시용의 표시 장치로서 사용하는 경우에는, 어느 각도로부터라도 표시 장치를 볼 수 있도록, 반치 시야각을 적어도 15°이상으로 크게 하는 것이 바람직하기 때문에, (f/P1)의 비가 6 이하로 되도록, 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)를 회소행 피치(P1)의 6배 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

이에 반해, 표시 장치를 주로 휴대 전화 등으로서 사용하는 경우에는, 사용자가 개인에 한정되기 때문에 시야각을 크게 할 필요는 없고, 오히려 시야각을 제한하는 것이 바람직하기 때문에, (f/P1)의 비가 6 이상으로 되도록, 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)를 회소행 피치(P1)의 6배 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.

또한 본 실시 형태의 표시 장치는, 표시 매체층의 관찰자측에 배치된 광확산 소자를 더 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 지향성이 높은 백라이트 등의 조명 장치를 이용한 경우라도, 표시 패널로부터 출사되는 광의 반치각을 크게 하고, 액정 표시 장치의 시야각을 크게 할 수 있다.

이하, 도8을 참조하여, 이러한 광확산 소자를 구비한 표시 장치의 실시 형태를 설명한다. 도8은 상기 실시 형태에 이용한 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 도8에 도시하는 액정 표시 장치는, 제2 기판(11)으로부터 출사하는 광(도시하지 않음)을 확산하는 마이크로 렌즈 어레이(84)가 제2 기판(11)의 관찰자측(「외측」이라고도 칭함)에 설치되어 있는 점을 제외하고, 도1에 도시하는 반투과형 액정 표시 장치의 구성과 동일하다. 마이크로 렌즈(84)는, 공지의 마이크로 렌즈(확산 렌즈)를 이용할 수 있다.

상기 실시 형태에 따르면, 제2 기판(11)의 관찰자측에, 광확산 소자로서 마이크로 렌즈(84)가 설치되어 있기 때문에, 지향성이 높은 백라이트 등의 조명 장치를 이용한 경우라도, 표시 패널의 반치각을 크게 하여 액정 표시 장치의 시야각을 크게 할 수 있다. 특히, 지향성이 높은 조명 장치와 본 실시 형태의 액정 표시 장치를 조합하는 것에 의해, 밝고 콘트라스트가 우수한 화상을 광확산 소자에 의해 넓힐 수 있어, 시각 범위가 넓은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

상기 실시 형태에 이용되는 광확산 소자로서는, 마이크로 렌즈 및 렌티큘러 렌즈 등의 확산 렌즈나 프리즘에 대표되는 광굴절 소자를 들 수 있지만, 광현 소자(광확산층 또는 광산란층)를 채용할 수도 있다. 광현 소자로서는, 예를 들어 기판의 표면을 조면화시키는 방법, 매트릭스 중에 매트릭스의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 입자(충전제)를 분산시키는 방법 등이 예시된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 제2 기판의 외측에 광확산 소자가 배치된 태양을 나타냈지만, 광확산 소자의 배치는 이에 한정되지 않고, 적어도 표시 매체층의 관찰자측에 배치되어 있으면 좋다. 따라서, 광확산층은, 본 실시 형태와 같이 제2 기판의 외측에 설치해도 좋고, 제2 기판의 액정층측(「내측」이라고도 칭함)에 설치해도 좋다. 어떠한 구성을 채용하는지는, 이하에 설명하는 각각의 구성의 이점과 결점을 고려하여, 액정 표시 장치의 용도에 따라서 적절하게 결정하면 좋다.

광확산층을 내측에 설치한 구성은, 표시 화상의 흐림(윤곽이 불선명해지는 현상)이 생기기 어렵다는 이점이 있는 반면, 제조 공정이 복잡하게 되어 비용이 상승한다는 결점이 있다. 또한, 광확산층을 반사 영역에 선택적으로 배치하는 구성 에 있어서, 광확산층의 배치 패턴의 피치가 화소 피치와 가까우면, 광의 간섭[무아레(moire)]이 생기기 쉽다는 문제가 있고, 이 문제는 고선명의 액정 표시 장치에서 현저하게 된다.

한편, 광확산층을 외측에 설치한 구성은, 제조가 용이하고 설계 변경이나 공용화에 대응하기 쉬워, 저비용으로 제조할 수 있다는 이점이 있는 반면, 표시 화상의 흐림이 생기기 쉽다는 결점이 있다. 표시 화상의 흐림을 억제하기 위해 얇은 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 광확산층을 외측에 배치해도, 반사층을 기판의 외측에 배치한 경우에 생기는 2중 비침의 문제는 생기지 않는다. 이것은, 광확산층은 반사층과 달리 입사광을 정반사하지 않기 때문이다.

이하, 표시 매체층의 관찰자측에 배치된 광확산 소자를 더 갖는 본 시험 제작예의 표시 장치의 유용성을 명백하게 하는 목적으로, 이하와 같이 하여 표시 장치를 시험 제작하고, 현행 방식(비교예)의 표시 장치에 있어서의 전력 효율(패널 정면 휘도/LED의 전류치)과 비교했다.

우선, 본 시험 제작예의 표시 장치로서, 도1에 도시하는 액정 표시 장치에 있어서, 제1 기판의 배면에, 도17에 도시하는 백라이트(LED 1개, LED 전류치 30 ㎃, 휘도 반치각 ±3.5°, 정면 휘도 10000 cd/㎡)를 설치하는 동시에, 제2 기판의 배면에 광확산 소자로서 마이크로 렌즈를 설치하고, 패널 정면 휘도의 절반의 휘도가 얻어지는 시야각(반치 시야각)을 ±20°로 크게 했다. 또한, 데이터 신호선의 구성 등은 후술하는 제3 시험 제작예와 동일하고, 백라이트의 전방면(출사면)에 설치된 마이크로 렌즈는, 도11(후기함)에 도시하는 바와 같이, 각각의 집광 스폿의 중심이, 1개의 회소행에, 열방향의 위치가 다른 2개의 행을 형성하도록 지그재그형으로 배열했다.

비교를 위해, 광확산 소자를 설치하지 않고 있는 현행 방식의 표시 장치로서, 3개의 LED를 구비하는 종래의 조명 장치를 이용했다. 상세하게는, 제1 기판의 배면에, 현재 일반적인 액정 표시 장치에 사용되어 있는 백라이트(LED 3등, LED 전류치 45 ㎃, 휘도 반치각 ±25°, 정면 휘도 1800 cd/㎡)를 설치하고, 패널 정면 휘도의 반치 시야각을 ±25°로 크게 했다.

이와 같이 양 표시 장치에 있어서의 패널 정면 휘도의 반치 시야각을 대략 동등하게 한 후, 각 표시 장치의 패널 정면 휘도를 측정하고, 전력 효율(패널 정면 휘도/LED의 전류치)을 산출했다. 또한, 시험 제작예의 표시 장치의 조명 장치로서, 도17에 도시한 바와 같이 단일의 LED를 구비하고, 지향성이 높은 광을 출사하는 조명 장치를 이용했다.

표 1에, 본 시험 제작예 및 비교예의 표시 장치에 있어서의 전력 효율의 결과를 각각 병기한다.

[표 1]

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 시험 제작예의 패널 정면 휘도는, 110 cd/㎡ 로 매우 높고, 마이크로 렌즈를 설치하고 있지 않은 비교예의 패널 정면 휘도(55 cd/㎡)에 비해 약 2배 증가하고 있음에도 불구하고, LED의 전류치는 30 ㎃로 낮고, 비교예(45 ㎃)에 비해 약 2/3로 억제되어 있다. 결과적으로, 본 시험 제작예는 비교예보다도 약 3배 전력 효율이 상승하고 있다.

이와 같이 본 시험 제작예에 따르면, 비교예에 비해 소비 전력이 적은 광원을 이용해도 휘도가 약 2배로 높아지고, 수명은 약 3배로 비약적으로 높아진 표시 장치를 얻을 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 도9의 (a) 및 도9의 (b)를 참조하여, 본 발명에 의한 표시 장치의 제2 실시 형태를 설명한다. 도9의 (a)는 본 실시 형태의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도9의 (b)는 도9의 (a)에 도시하는 TFT 기판에 형성된 반사 전극을 설명하기 위한 평면도이다. 본 실시 형태에 이용되는 TFT 기판 및 반사 전극의 구성은, 데이터 신호선의 폭이 이하에 설명한 바와 같이 변경되어 있는 것 이외에, 전술한 제1 실시 형태에서 참조한 도5의 (a) 및 도5의 (b)와 동일하다. 따라서, 도5의 (a) 및 도5의 (b)에 붙인 참조 부호와 동일한 부호를, 도9의 (a) 및 도9의 (b)에서도 이용하고 있다.

도9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 인접하는 데이터 신호선(2A, 2B)의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변은 행방향으로 잘록한 한 쌍의 오목부(61A)를 갖고 있고, 한 쌍의 오목부(61A)에 대응하는 위치에 투명 전극 영역이 마련되어 있다. 상세하게는, 한 쌍의 변에 형성된 한 쌍의 오목부(61A) 내 에 볼록부를 구비한 투명 전극(13A)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 인접하는 데이터 신호선(2B, 2C)의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변은 행방향으로 잘록한 한 쌍의 오목부(61B)를 갖고 있고, 한 쌍의 오목부(61B)에 대응하는 위치에 투명 전극 영역이 마련되어 있다. 상세하게는, 한 쌍의 변에 형성된 한 쌍의 오목부(61B) 내에 볼록부를 구비한 투명 전극(13B)이 형성되어 있다. 반사 전극(15A, 15B)은 개구부(A)에 대응하는 위치에 각각 절결부(67A, 67B)를 갖고 있다.

본 실시 형태에 따르면, 투명 전극(13)에 형성된 볼록부(62)에 대응하는 영역의 분만큼 개구부가 넓어지기 때문에, 투과 영역의 개구율도 커지고, 제1 실시 형태보다도 밝은 표시를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 표시 장치에서는, 대향하는 2개의 데이터 신호선은,「 한 쌍의 오목부」를 갖고 있지만, 이에 한정되지 않고, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변의 적어도 한쪽이, 행방향으로 잘록한 오목부를 갖고 있으면 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 반사 전극에 마련한 개구부(A)가 커지고, 회소의 휘도가 향상하기 때문이다.

휘도의 더 큰 향상을 목적으로서, 표시 장치의 회소의 각각에 대응하여 집광 소자를 설치하는 것이 바람직하다(상세는 후술함). 예를 들어, 도11에 도시하는 바와 같이, 회소행 내에 있어서 서로 인접하는 회소의 각각에 대응하여 형성되는 집광 스폿의 열방향의 위치가 서로 다르도록 집광 소자의 배열을 연구하면, 회소의 배열에 제한되는 일없이 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 있다.

(제2 시험 제작예)

이하, 제2 실시 형태의 구체적인 시험 제작예를 설명한다. 본 시험 제작예에서는, 투명 전극 영역에 대응하는 위치에 배치된 데이터 신호선의 폭을 5 ㎛로 작게 한 것 이외에, 전술한 제1 시험 제작예의 구성과 동일하다.

본 시험 제작예에 있어서의 투과 영역의 개구율(％)을 제1 시험 제작예와 마찬가지로 하여 산출한다. 본 시험 제작예에서는, 데이터 신호선의 폭(c) = 5 ㎛인 것 이외에, 상기 식 (1)을 구성하는 P1, g 및 d의 값은 제1 시험 제작예와 동일하다. 이들의 값을 상기 식 (1)에 대입하면, 본 시험 제작예에 있어서의, 반사 전극(15)의 개구부(A)의 직경(e)은,

e = 34 ㎛

로 된다. 제1 기판 상의 반사 전극(15)에 형성된 개구부(A)는,

π × (34 ㎛/2)² ≒ 907.46 ㎛²

이기 때문에, 투과 영역의 개구율(％)은,

(907.46 ㎛² ÷ 7803 ㎛²) × 100 ≒ 11.6 ％

로 된다.

즉, 본 시험 제작예에 따르면, 전술한 제1 시험 제작예(개구율 약 9.1 ％)에 비해 투과 영역의 개구율을 약 1.3배까지 높일 수 있다.

또한, 본 시험 제작예의 액정 표시 장치에 대해, 투과 표시시의 밝기(패널 정면 휘도)를 측정한 바, 본 시험 제작예에서는 80 cd/㎡였다. 따라서, 본 시험 제작예에서는, 제1 시험 제작예(63 cd/㎡)에 비해 밝기가 약 27 ％ 증가하고 있다.

이상의 실험 결과는, (d/f) = 1.0일 때의 데이터이다.

이러한 구성을 구비한 본 시험 제작예의 표시 장치에 있어서, 또한 (d/f)를 약 0.6 내지 0.9의 범위로 제어하는 것에 의해, (d/f) = 1.0에 비해 휘도가 높은 표시 장치를 제공할 수 있는 것을 실험에 의해 확인하고 있다(도시하지 않음).

또한, 본 시험 제작예에서는, 표시 장치의 회소의 각각에 대응하여 마이크로 렌즈를 도2에 도시하는 바와 같이 배치하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 마이크로 렌즈를 설치하지 않아도, 데이터 신호선의 구성을 상기와 같이 설정하는 것에 의해 회소의 휘도가 향상하는 것도, 실험에 의해 확인하고 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 도10의 (a) 내지 도10의 (b)를 참조하면서, 본 발명에 의한 표시 장치의 제3 실시 형태를 설명한다. 전술한 제2 실시 형태에서는, 데이터 신호선의 폭을 변경하고 있는 데 반해, 본 실시 형태에서는 데이터 신호선의 폭은 바꾸지 않고 일정하게 하고, 회소를 통해 서로 대향하는 데이터 신호선의 간격을 변경하고 있는 점에서 다르다. 단, 양자는, TFT 기판의 구성은 기본적으로 동일하게 때문에, 데이터 신호선의 배치나 투명 전극 영역, 개구부의 위치 등의 설명은 생략한다.

도10의 (a)는 본 실시 형태의 표시 장치의 TFT 기판을 설명하기 위한 평면도이고, 도10의 (b)는, 도10의 (a)에 도시하는 TFT 기판 상의 반사 전극 영역을 규정하는 반사 전극을 설명하기 위한 평면도이다. 본 실시 형태에 이용되는 TFT 기판 및 반사 전극의 구성은, 회소를 통해 서로 대향하는 데이터 신호선의 간격이 이하 에 설명하는 바와 같이 변경되어 있는 것 이외에, 전술한 제1 실시 형태에서 참조한 도5의 (a) 및 도5의 (b)와 동일하다. 따라서, 도5의 (a) 및 도5의 (b)에 붙인 참조 부호와 동일한 부호를, 도10의 (a) 및 도10의 (b)에서도 이용하고 있다.

도10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 행방향으로 배열된 합계 3개의 데이터 신호선(2A, 2B, 2C) 중, 인접하는 2개의 데이터 신호선(2A, 2B)은 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분(63)을 갖고 있고, 굴곡된 부분(63)에 의해 형성된 오목부(68A, 68B)에 대응하는 위치에 투명 전극 영역이 마련되어 있다. 상세하게는, 데이터 신호선(2A, 2B)에 형성된 오목부(68A, 68B) 내에, 볼록부(64A, 64B)를 구비한 투명 전극(13A)이 형성되어 있다. 인접하는 2개의 데이터 신호선(2A, 2B)과의 간격이 넓어지도록 굴곡된 부분(63)에 대응하여, 인접하는 2개의 데이터 신호선(2B, 2C)은 그들의 간격이 좁아지도록 굴곡된 부분(71)을 갖고 있고, 굴곡된 부분(71)에 의해 형성된 볼록부(72A, 72B) 내에, 오목부(73A, 73B)를 구비한 투명 전극(13B)이 형성되어 있다.

또한, 2개의 데이터 신호선(2A, 2B)은 그들의 간격이 다른 부분보다도 좁아지도록 굴곡된 부분(65)을 갖고 있고, 굴곡된 부분(65)에 의해 형성된 볼록부(69A, 69B) 내에, 오목부(66A, 66B)를 구비한 투명 전극(13A)이 형성되어 있다. 인접하는 2개의 데이터 신호선(2A, 2B)과의 간격이 좁아지도록 굴곡된 부분(65)에 대응하여, 인접하는 2개의 데이터 신호선(2B, 2C)은 그들의 간격이 넓어지도록 굴곡된 부분(74)을 갖고 있고, 굴곡된 부분(74)에 의해 형성된 오목부(75A, 75B)에 대응하는 위치에 투명 전극 영역이 마련되어 있다. 상세하게는, 데이터 신호선(2B, 2C)에 형성된 오목부(75A, 75B) 내에, 볼록부(76A, 76B)를 구비한 투명 전극(13B)이 형성되어 있다.

또한, 반사 전극(15A, 15B)은, 개구부(A)에 대응하는 위치에 각각 절결부(77A, 77B)를 갖고 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선은 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분과, 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분을 양방 갖도록 사행하여 형성되어 있기 때문에, 투과 영역의 개구율이 커져 휘도가 향상한다. 본 실시 형태의 표시 장치는, 예를 들어 데이터 신호선(2)을 구성하는 재료의 저항치가 높고, 데이터 신호선(2)의 폭을 상기 제2 실시 형태와 같이 좁게 하면 표시 불량이 생기는 경우에, 특히 유용하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 2개의 데이터 신호선은 그들의 간격이 넓은 부분과 좁은 부분을 양방 갖고 있지만, 데이터 신호선의 구성은 이에 한정되지 않고, 적어도 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분을 갖고 있으면 좋다. 이러한 구성을 구비한 표시 장치에 의해, 반사 전극에 마련한 개구부(A)가 커져 회소의 휘도가 향상하기 때문이다.

휘도의 더 큰 향상을 목적으로서, 표시 장치의 회소의 각각에 대응하여 집광 소자를 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도11에 도시하는 바와 같이 회소행 내에 있어서 서로 인접하는 회소의 각각에 대응하여 형성되는 집광 스폿의 열방향의 위치가 서로 다르도록 집광 소자의 배열을 연구하면, 회소의 배열에 제한되는 일없이 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 있다.

(제3 시험 제작예)

이하, 제3 실시 형태의 구체적인 시험 제작예를 설명한다.

본 시험 제작예에서는, 데이터 신호선의 폭은 바꾸지 않고 일정하게 하고, 2개의 데이터 신호선간의 행방향의 간격이 넓은 부분과 좁은 부분을 마련한 것 이외에, 전술한 제1 시험 제작예와 동일한 표시 장치를 사용했다. 즉, 상기 식 (1)을 구성하는 파라미터(P1, g, d 및 c) 중 g와 d의 값은 제1 시험 제작예와 동일하고, c는 9 ㎛이다. 또한, 행방향의 간격이 넓은 부분의 P1은 56 ㎜이다.

이들의 값을 상기 식 (1)에 대입하고, 제1 시험 제작예와 마찬가지로 하여 반사 전극(A)의 개구부(A)의 직경(e)을 구하면,

e = 35 ㎛

로 된다.

이때의 투과 영역의 개구율을, 제1 시험 제작예와 마찬가지로 하여 산출하면 약 12.3 ％로 된다. 또한, 표시 장치의 밝기를 마찬가지로 하여 산출하면 약 85 cd/㎡로 된다.

즉, 본 시험 제작예에 따르면, 종래예(투과 영역의 개구율 약 11.6 ％, 휘도 약 63 cd/㎡)에 비해, 투과 영역의 개구율을 약 1.4배, 휘도를 약 35 ％ 향상할 수 있다. 이 결과는, 전술한 제2 시험 제작예의 결과를 상회하고 있다.

이상의 실험 결과는, (d/f) = 1.0일 때의 데이터이다.

표 2에, 제1 내지 제3 시험 제작예의 결과[(d/f) = 1.0]를 정리하여 기재한다.

[표 2]

전술한 실시 형태의 표시 장치는, 집광 소자를 소정의 배열로 배치하는 것에 의해, 복수의 회소 중, 행방향으로 인접하는 2개의 회소의 각각에 형성되는 집광 스폿의 열방향의 위치가 서로 다른 것이 바람직하다.

여기서, 집광 스폿의 무게 중심은, 1개의 회소에 집광 스폿의 중심이 1개 형성되는 경우에는 집광 스폿의 중심과 일치하고, 1개의 회소에 집광 스폿의 중심이 2 이상 형성되는 경우에는, 그 복수의 집광 스폿의 중심의 무게 중심이다.

이하, 도11 내지 도16을 참조하면서, 본 실시 형태의 액정 표시 장치에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이의 배치의 특징을 보다 상세하게 설명한다. 도11 내지 도16은 표시면 법선 방향으로부터 본 도면이고, 간단하게 하기 위해, 매크로 렌즈의 중심과 집광 스폿의 중심이 일치하고 있는 경우를 나타내고 있다.

도11은, 액정 표시 장치(200)에 있어서의 마이크로 렌즈(54a) 및 집광 스폿의 중심(41c)과, 대응하는 투과 영역(Tr)과의 위치 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 복수의 회소는 스트라이프형으로 배열되어 있고, 행방향의 피치는 P1, 열방향의 피치는 P2이다. 행방향으로 인접하는 3개의 회소(Px)는 각각 R, G 및 B의 색광을 출사하고, 상기 3개의 회소에 의해 1화소가 구성된다. 복수의 마이크로 렌즈(54a)는 각각의 집광 스폿의 중심(41c)이 투과 영역(Tr) 내에 형성되고, 또한 투과 영역(Tr)의 중심과 집광 스폿의 중심이 대략 일치하도록 배치되어 있다. 도11은, 스트라이프형 배열의 회소에 대해, 마이크로 렌즈를 밀집 충전 배열한 예를 나타내고 있다.

집광 스폿의 중심(41c)은 각 회소(Px)에 1개씩 형성되어 있기 때문에, 집광 스폿의 중심(41c)은 집광 스폿의 무게 중심과 일치한다. 집광 스폿의 중심(41c)은, 회소행에 있어서 지그재그형으로 배치되어 있다. 행방향으로 인접하는 임의의 2개의 회소(Px)에 각각 형성되는 집광 스폿의 중심(41c)은 열방향의 위치가 서로 다르고, 열방향의 위치가 일치하는 장소에 집광 스폿의 중심(41c)은 존재하지 않는다. 이와 같이, 회소행 내에 있어서 서로 인접하는 회소에 대응하는 마이크로 렌즈의 중심(집광 스폿의 중심)을 열방향에 있어서 다르게 하는 것에 의해, 스트라이프 배열의 회소에 대해서도 마이크로 렌즈를 밀집 충전으로 배열하는 것이 가능하게 된다.

도11에 도시하는 바와 같이, 각각의 집광 스폿의 중심(41c)은 1개의 회소행에, 열방향의 위치가 다른 2개의 행을 형성하도록 지그재그로 배열되어 있다. 집광 스폿의 중심(41c)이 형성하는 각 행에 있어서의 집광 스폿의 중심(41c)의 행방향의 피치(Mx)는 2P1이고, 동일한 회소행 내의 집광 스폿의 중심(41c)이 형성하는 2개의 행은 (1/2)Mx(= P1)만큼 피치가 어긋나 있다. 또한, 여기서는, 회소의 열방향의 피치(P2)와 집광 스폿의 중심(41c)의 열방향의 피치(My)가, P2 = 2My의 관계를 만족하도록 배치되어 있으므로, 표시면에 평행한 면에 있어서의 단면이 원형의 마이크로 렌즈(54a)는 이상적인 밀집 충전 배열로 되어 있다. 도11에 도시하는 마이크로 렌즈(54a)는, Mx와 My와의 비가 Mx : My = 2 :

의 관계를 만족하고, 마이크로 렌즈 어레이 평면(표시면에 평행한 면)에 있어서의 마이크로 렌즈(54a)의 충전율은 π

/6 = 0.906으로 되어 최대이다. 따라서, 조명 장치(50)로부터 액정 패널(100)에 입사한 광량의 90.6 ％를 집광하여 대응하는 투과 영역으로 유도하고, 표시에 이용하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 예를 들어 액정 패널의 고선명화에 수반하여 투과 영역의 면적이 작아져도, 밝은 투과 모드 표시를 실현할 수 있다. 혹은, 반사 모드의 휘도를 향상하기 위해 회소(Px)에 차지하는 투과 영역의 면적 비율을 작게 한 경우라도, 밝은 투과 모드 표시가 가능하게 된다. 또한, 렌즈의 설계에 의해, 반사 전극과 투과 전극을 형성하는 면적 비율을 변경하는 일없이, 반사 모드의 표시 휘도와 투과 모드의 표시 휘도와의 비를 변경할 수 있다.

도13 및 도14는, 마이크로 렌즈 및 집광 스폿의 중심의 배치가 도11에 도시 하는 바와 같이 배치되어 있지 않은 예를 설명하기 위한 모식도이다.

도13에 도시하는 마이크로 렌즈의 배치에 있어서는, 회소(Px)의 행방향의 피치(P1)와 열방향 피치(P2)와의 비가 일반적인 1 : 3인 경우, 마이크로 렌즈(254a)의 충전율은 최고이고 π/12 = 0.262이다. 따라서, 투과 모드 표시에 이용할 수 있는 광량은, 조명 장치로부터 액정 표시 패널에 입사한 광량의 26.2 ％ 이하이다.

각 회소(Px)에 3개의 마이크로 렌즈(255a)가 배치된 도14에 도시하는 배치에 있어서는, P1 : P2가 1 : 3인 경우, 마이크로 렌즈(255a)의 충전율은 최고이고 π/4 = 0.785이다. 따라서, 투과 표시에 이용할 수 있는 광량은, 조명 장치로부터 액정 표시 패널에 입사한 광량의 78.5 ％ 이하이다.

도11에서는, 표시면에 평행한 면에 있어서의 렌즈의 단면 형상이 원형인 경우를 나타냈지만, 액정 표시 장치(200)에 이용되는 렌즈의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 렌즈의 단면 형상은, 예를 들어 도12에 도시하는 바와 같이 육각형이라도 좋다. 도12에 도시하는 마이크로 렌즈 어레이에서는, 복수의 정육각 형상의 마이크로 렌즈(55a)가 벌집형으로 배열되어 있다. 마이크로 렌즈(55a)의 각각의 변은, 인접하는 마이크로 렌즈의 변과 접촉하도록 설계되어 있으므로, 마이크로 렌즈 어레이 평면에 있어서의 마이크로 렌즈(55a)의 충전율은 대략 100 ％이고, 도11에 도시한 마이크로 렌즈(54a)보다도 렌즈의 충전율을 더 향상할 수 있어, 보다 밝은 투과 모드 표시를 실현할 수 있다.

상기에서는, 액정 표시 장치(200)에 있어서의 회소가 스트라이프형으로 배열 되어 있는 경우를 설명했지만, 회소(Px)의 배열은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 델타형으로 배열되어 있어도 좋다.

도15는, 회소(Px)가 델타형으로 배열되어 있는 경우에 있어서의 마이크로 렌즈(56a) 및 집광 스폿의 중심(41c)과, 대응하는 투과 영역(Tr)과의 위치 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도15에 도시하는 집광 스폿의 중심(41c)은, 회소(Px)가 델타형으로 배열되어 있는 경우라도, 도11에 도시한 집광 스폿의 중심(41c)과 같은 배치 관계를 갖고 있다.

상기에서는 마이크로 렌즈를 밀집 충전 배열하는 경우 및 그것과 유사한 경우를 예로 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

회소행 내에 있어서 서로 인접하는 회소에 대응하는 마이크로 렌즈의 중심(집광 스폿의 중심)을 열방향에 있어서 다르게 하는 것에 의해, 다양한 마이크로 렌즈의 배열이 가능하게 되어 다양한 효과를 발휘할 수 있다.

우선, 상술한 밀집 충전 배열을 예로 설명한 바와 같이, 마이크로 렌즈(54a)의 직경은 회소(Px)의 행방향 피치(P1)보다도 크게 할 수 있다. 따라서, 회소 피치(P1)에 제약되는 일없이 큰 마이크로 렌즈를 이용하는 것에 의한 광의 이용 효율을 향상할 수 있다.

도11, 도12 및 도15에서는, 복수의 마이크로 렌즈의 각각의 행방향의 사이즈가 회소(Px)의 피치(P1)보다도 큰 경우를 나타냈지만, 본 발명에 이용되는 마이크로 렌즈는 이에 한정되지 않는다. 마이크로 렌즈의 행방향의 사이즈가 회소의 피치(P1)보다도 큰 경우, 상기 사이즈가 피치(P1) 이하인 경우에 비해, 더 효과적으 로 조명 장치로부터의 광을 투과 영역에 집광할 수 있다는 효과가 있지만, 마이크로 렌즈의 사이즈는, 회소(Px)에 있어서의 투과 영역의 비율이나 위치 등에 따라서 적절하게 결정하면 좋고, 회소의 피치(P1) 이하라도 좋다. 마이크로 렌즈의 행방향의 사이즈가 회소(Px)의 피치(P1) 이하라도, 예를 들어 렌즈의 설계에 의해, 반사 전극과 투과 전극을 형성하는 면적 비율을 변경하는 일없이, 반사 모드의 표시 휘도와 투과 모드의 표시 휘도와의 비를 변경할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 복수의 마이크로 렌즈 중 몇 개의 마이크로 렌즈에 대해서만, 행방향의 사이즈를 P1보다도 크게 해도 좋다. 예를 들어, R, G 및 B 회소 중 1색 또는 2색의 회소의 투과 영역에 대응하는 마이크로 렌즈의 사이즈만을 선택적으로 크게 하는 것에 의해, 특정한 색의 휘도를 높게 할 수 있다. 색마다 표시의 휘도를 바꾸는 것에 의해, 보기 쉬운 표시를 실현할 수 있는 경우가 있다. 또한, R, G, B의 컬러 필터의 두께를 동일하게 하는 것에 의해, 어느 하나의 색의 휘도가 낮아진 경우에, 그 색의 휘도를 보상할 수 있다.

도16은 R, G 및 B 회소의 투과 영역에 대응하는 마이크로 렌즈(57a, 58a) 중 1색의 회소의 투과 영역에 대응하는 마이크로 렌즈(57a)의 직경만을 선택적으로 크게 한 경우에 있어서의 마이크로 렌즈(57a, 58a) 및 집광 스폿의 중심(41c)과, 대응하는 투과 영역(Tr)과의 위치 관계의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도16에 도시하는 마이크로 렌즈의 집광 스폿의 중심은, 도11에 도시한 마이크로 렌즈(54a)와 같은 배치 관계를 갖고 있다.

또한, 도11, 도12, 도15 및 도16에서는, 마이크로 렌즈가 구면 렌즈이고, 또 한 투과 영역이 원 형상인 경우를 나타냈지만, 마이크로 렌즈의 종류 및 투과 영역의 형상은 이에 한정되지 않는다. 마이크로 렌즈는, 예를 들어 비구면 렌즈나 프레넬 렌즈라도 좋다. 또한, 투과 영역의 형상은, 예를 들어 집광 스폿의 형상에 따라서 적절하게 결정된다.

마이크로 렌즈 어레이(54)는 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 이하에 설명하는 공정에 의해 형성된다.

우선, 원하는 렌즈 어레이(54)의 형상이 정밀하게 형성된 금형 원반을 준비한다. 금형 원반과 액정 표시 패널(100)의 기판(10) 사이에 자외선 경화 수지를 봉입한다. 계속해서, 봉입한 수지에 자외선을 조사하고 경화시킨다. 자외선 경화 수지를 완전하게 경화시킨 후, 금형을 안정되게 박리한다.

상기한 방법을 이용하면, 광학 특성이 높은 렌즈 어레이를 용이하고, 또한 높은 양산성으로 제조할 수 있다. 렌즈 어레이(54)의 재료에는, 완전히 경화한 상태에서 투명성이 높고, 또한 복굴절이 작은 자외선 경화 수지가 적합하게 이용된다. 또한, 상기 방법 이외에, 예를 들어 이온 교환법이나 포토리소그래피법 등이 이용된다.

이하, 제1 실시 형태의 반투과형 액정 표시 장치(200)에 이용한 조명 장치(50)에 대해 설명한다.

(조명 장치)

제1 실시 형태에 이용되는 조명 장치(50)는, 광원으로서 1개의 LED를 이용한 백라이트 장치이다. 조명 장치로부터의 광을 집광 소자(54)에 의해 충분히 집광하 기 위해서는, 조명 장치로부터 입사되는 광의 평행도가 높은(예를 들어 출사광의 휘도의 반치폭이 ±5°이내임) 것이 바람직하다. 이하에 설명하는 조명 장치(50)는, 소정의 방향에 대해서는 평행도가 높은 광을 출사할 수 있다.

조명 장치(50)는 도17에 도시하는 바와 같이, 도광판(24)과, 도광판(24)의 배면에 설치된 반사판(30)과, 도광판(24)의 코너부(24t)(도19, 도20 참조)에 근접하여 배치된 LED(21)와, 도광판(24)의 전방면에 설치된 프리즘 시트(25)를 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태에 이용한 조명 장치(50)의 상세는, IDW'02 제509페이지 내지 512페이지(카란탈 카릴 등)에 설명되어 있다.

LED(21)로부터 출사하는 광은 도광판(24)에 입사하고, 도광판 내부에서 반사되는 것에 의해 도광판(24)의 출사면의 대략 전체면으로부터 출사한다. 도광판(24)의 하면으로부터 출사하는 광은 반사판(30)에 의해 반사되고, 다시 도광판(24)에 입사하고, 도광판(24)의 출사면으로부터 출사한다. 도광판(24)으로부터 출사된 광은 프리즘 시트(25)에 입사하고, 프리즘 시트(25)에 의해 도광판(24)의 법선 방향으로 굴절된다.

반사판(30)은, 예를 들어 알루미늄막 등에 의해 형성된다. 도광판(24)은, 예를 들어 폴리카보네이트나 폴리메틸 메타크릴레이트 등의 투명 재료에 의해 형성된다. 도광판(24)은, 도광판(24)의 내부에 입사한 광을, 반사면(22a)에서 반사하여 도광판(24)의 외부로 출사시키는 복수의 프리즘(22)을 구비하고 있다. 복수의 프리즘(22)은 도광판(24)의 바닥면에 형성되고, 도21에 도시하는 바와 같이 매트릭스형으로 배치되어 있다. 각 프리즘(22)은 도17에 도시하는 바와 같이, 2개의 반 사면(22a)을 갖는 삼각홈형으로 구성되어 있다. 프리즘(22)의 반사면(22a)은, 도21에 도시하는 바와 같이 LED(21)를 중심으로 한 원의 반경 방향인 Y방향(제1 방향)에 대해 직교하는 X방향(제2 방향)으로 연장하도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 프리즘(22)은 X방향으로 연장하는 홈으로 구성되어 있다. 반사면(22a)의 경사각도는, 도광판(24)의 내부의 광이 도광판(24)의 법선 방향으로 효율적으로 출사하도록 규정되어 있다. 또한, 도21에서는, 간단하게 하기 위해, 인접하는 각 프리즘(22)끼리의 간격을 일정하게 하여 도시하고 있지만, 실제로는 LED(21)로부터 이격됨에 따라서, 각 프리즘(22)의 간격이 짧아지도록 설계되어 있다.

조명 장치(50)의 출사면에 있어서의 광학 특성의 측정 결과를 도18에 나타낸다. 도18에 나타내는 결과는, 도19에 도시하는 바와 같이 조명 장치(50)의 출사면 내에서, LED(21)를 중심으로 한 원호 상의 3개의 측정 부위(A, B 및 C)에 있어서 각각 측정한 휘도의 평균치를 취한 것이다. LED(21)를 중심으로 한 반경 방향을 Y방향으로 하고, Y방향으로 직교하는 방향으로 X방향을 취한다.

도18에 도시하는 바와 같이, X방향에 있어서의 출사광의 휘도의 반치폭은 약 ±3°인 데 반해, Y방향에 있어서의 출사광의 휘도의 반치폭은 약 ±15°이고, Y방향보다도 X방향의 지향성이 높고(즉, X방향에 있어서의 출사광은, Y방향에 있어서의 출사광보다도 평행도가 높고), X방향과 Y방향 사이에서 지향성에 차가 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 출사광은 출사면 내에 있어서 지향성의 편차를 갖는다. 도20의 (a)에, 이 지향성의 편차를 모식적으로 나타낸다. 또한, 도20의 (a)에 도시한 타원은, 도20의 (b)에 도시하는 바와 같이 타원의 장축 방향은 지향성이 약 한(출사광의 평행도가 낮은) 것을 의미하고, 단축 방향은 지향성이 강한(출사광의 평행도가 높은) 것을 의미한다.

상기 조명 장치(50)로부터 출사되는 광은, 출사면에 있어서, X방향과 Y방향 사이에서 지향성에 차가 있지만, 마이크로 렌즈로서, 표시면에 평행한 면에 있어서의 단면이 원형의 마이크로 렌즈(54a)(도1 및 도11 참조)로 구성되는 마이크로 렌즈 어레이(54)를 이용하는 것에 의해 지향성이 높은 X방향의 광을 충분히 집광할 수 있으므로, 액정 표시 장치(200)의 대략 전체 표시면에 걸쳐 휘도가 높은 표시를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 이용되는 조명 장치는 상기한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, LED(21)를 도광판(24)의 측면의 중앙부에 배치해도 좋고, 2개 이상의 LED를 이용해도 좋다. 또한, LED 대신에, 예를 들어 형광관 등을 이용해도 좋다. 단, 본 실시 형태에서는 조명 장치로부터의 입사광 중 법선 방향으로 입사하는 광밖에 이용하지 않기 때문에, 예를 들어 프로젝터 등의 조명 장치는 제외된다.

(표시 패널)

도22 및 도23을 참조하면서, 도1의 반투과형 액정 표시 장치(200)에 이용되는 표시 패널(100)의 TFT 기판의 일반적인 구조 및 기능을 상세하게 설명한다. 도22는 TFT 기판(100A)의 평면도이고, 도23은 TFT 기판(100A)을 갖는 표시 패널(100)의 부분 단면도이고, 도23은 도22의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따른 단면도에 대응한다. 또한, 본 실시 형태는, 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 개시하고 있지만, 이에 한정되지 않고, MIM을 이용한 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치나 단순 매트릭스형 액정 표시 장치에 적용할 수도 있다.

도23에 도시하는 바와 같이 표시 패널(100)은, TFT 기판(100A)[도1의 제1 기판(10)에 대응]과, 컬러 필터 기판[도1의 제2 기판(11)에 대응](100B)과, 이들 사이에 배치된 액정층(23)을 갖고 있다. TFT 기판(100A) 및 컬러 필터 기판(100B)에는, 편광판, 1/4λ판 및 배향막(모두 도시하지 않음)이 필요에 따라서 설치된다.

도22에 도시하는 바와 같이, 표시 패널(100)에 이용되는 TFT 기판(100A)은 제1 기판(예를 들어, 유리나 석영으로 이루어짐)(10) 상에 박막 트랜지스터(TFT)(5)와, 복수의 주사 신호선(게이트 버스 라인)(1) 및 데이터 신호선(소스 버스 라인)(2)을 갖고 있다. 도22 및 도23에 도시하는 바와 같이, 각 주사 신호선(1) 및 데이터 신호선(2)에 의해 둘러싸인 영역 내에는, 예를 들어 ITO로 이루어지는 투명 전극(13)과, 예를 들어 Al로 이루어지는 반사 전극(15)이 형성되어 있고, 투명 전극(13)과 반사 전극(15)이 회소 전극(4)을 구성하고 있다.

주사 신호선(1)과 데이터 신호선(2)이 교차하는 영역의 근방에는 TFT(5)가 배치되어 있고, 주사 신호선(1)이 게이트 전극(6)에, 데이터 신호선(2)이 소스 전극(7)에 접속되어 있다. 또한, 도23에는 도시되지 않지만, 회소 전극(4)을 주사 신호선(1) 및 데이터 신호선(2)에 중첩하도록 배치하면, 회소 개구율을 높게 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도23에 도시하는 바와 같이, 표시 패널(100)은, 상면(표시면)으로부터 관찰한 경우, 매트릭스형으로 배열된 복수의 회소(Px)마다 투과 영역(Tr)과, 반사 영역(Rf)을 갖고 있다. 투과 영역(Tr)은 TFT 기판(100A)의 영역 중, 액정층(23)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서의 기능과 광을 투과하는 기능을 구비한 영역에 의해 규정된다. 반사 영역(Rf)은 TFT 기판(100A)의 영역 중, 액정층(23)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서의 기능과 광을 반사하는 기능을 구비한 영역에 의해 규정된다.

TFT 기판(100A)의 투명 기판(28) 상에는 주사 신호선(1)(도22 참조) 및 게이트 전극(6)을 덮는 게이트 절연막(12)이 형성되어 있다. 게이트 전극(6) 상에 위치하는 게이트 절연막(12) 상에 반도체층(5a)이 형성되어 있고, 반도체층(5a)과 소스 전극(7) 및 드레인 전극(8)은 각각 반도체 콘택트층(7a, 8a)을 통해 접속되어 TFT(5)을 형성하고 있다. TFT(5)의 드레인 전극(8)은 투명 전극(13)과 전기적으로 접속되고, 또한 층간 절연막(14)에 형성된 콘택트 홀(9)에 있어서 반사 전극(15)과 전기적으로 접속되어 있다. 투명 전극(13)은 주사 신호선(1) 및 데이터 신호선(2)으로 포위되는 영역의 중앙 부근의 게이트 절연막(12) 상에 형성되어 있다.

투명 기판(28) 상에, 투명 전극(13)을 노출하는 개구부(A)[반사 전극(15)의 개구부에 상당함]를 구비한 층간 절연막(14)이 투명 기판(28)의 대략 전체면을 덮도록 형성되어 있다. 개구부(A)의 주변의 층간 절연막(14) 상에 반사 전극(15)이 형성되어 있다. 반사 전극(15)이 형성되어 있는 층간 절연막(14)의 표면은 연속하는 파형의 요철 형상을 갖고, 반사 전극(15)은 이 표면 형상을 따른 형상을 갖고, 반사 전극(15)은 적절한 확산 반사 특성을 갖는다. 연속하는 파형의 요철 형상의 표면을 갖는 층간 절연막(14)은, 예를 들어 감광성 수지를 이용하여 형성할 수 있다.

투명 전극(13)은, 데이터 신호선(2)과 주사 신호선(1)에 의해 포위되는 영역의 대략 전체 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 데이터 신호선(2) 및 주사 신호선(1)에 중첩되지 않도록 투명 전극(13)을 형성하면, 이들 사이에 형성되는 용량을 충분히 작게 할 수 있다.

또한, 반사 전극(15)은 투과 영역(Tr)을 규정하는 개구부(A)를 갖고, 개구부(A) 이외의 부분은 투명 전극(13)을 덮도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 투명 전극(13)의 외연은 반사 전극(15)의 외연의 내측에 위치하는 것이 바람직하다. 또한 반사 전극(15)의 외연의 일부는, 회소를 포위하는 2개의 데이터 신호선(2) 및 2개의 주사 신호선(1)[또한 TFT(5)]과 중첩되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반사 전극 영역(35)을 넓게 할 수 있다.

또한, 반사 전극(15)은, 데이터 신호선(2) 및 주사 신호선(1)[또한 TFT(5)]을 덮도록 형성된 층간 절연막(14) 상에 형성하고, 층간 절연막(14)의 유전율을 작게 하는 및/또는 층간 절연막(14)의 두께를 충분히 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 데이터 신호선(2) 및 주사 신호선(1)[또한 TFT(5)]과 반사 전극(15) 사이에 형성되는 용량을 충분히 작게 할 수 있기 때문에, 반사 전극 영역(35)을 크게 할 수 있다.

또한, 투과 영역(Tr)은 회소(Px)의 중앙 부근에 형성되고, 반사 영역(Rf)은 투과 영역(Tr)의 주변에 형성되는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 반사 영역(Rf)을 회소(Px)의 주변부에 배치하도록 구성하면, 데이터 신호선(2)이나 주사 신호선(1)과 반사 영역(Rf)의 일부가 중첩되는 구성으로 하는 것이 가능하고, 반사 영역(Rf) 의 면적을 비교적 넓게 할 수 있다. 또한, 투과 영역(Tr)을 회소(Px)의 중앙 부근에 배치하는 것에 의해 집광 소자를 이용하여, 보다 효율적으로 투과 영역에 광을 집광할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 중앙 부근은 주변에 대한 중앙이고, 예를 들어 도1에 도시한 바와 같이, 행방향에 있어서는 지그재그형으로 투과 영역(Tr)을 배치하는 것에 의해, 집광 소자에 의한 집광 효율을 향상할 수 있다.

또한, 투과 영역(Tr)에 있어서의 액정층(23)의 두께(dt)와 반사 영역(Rf)에 있어서의 액정층(23)의 두께(dr)는, dt = 2dr의 관계를 대략 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반사 모드의 표시에 이용되는 광과 투과 모드의 표시에 이용되는 광의 광로 길이를 일치시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 액정층(23)에 의한 편광방향의 변화(회전)를 이용하여 표시를 행하는 모드(TN 모드, STN 모드, 수직 배향 모드를 포함하는 ECB 모드)에서는, 각각의 회소(Px)에 있어서 반사 영역(Rf)을 통과한 광의 편광 방향과, 투과 영역(Tr)을 통과한 광의 편광 방향을 서로 일치시키는 것에 의해 고품위의 표시를 실현할 수 있다. 액정층(23)의 두께를 상기와 같이 제어하는 방법으로서는, 예를 들어 층간 절연막(14)의 두께(t)에 의해, 투과 영역 내의 액정층의 두께(dt)와 반사 영역의 액정층의 두께(dr) 사이에 차(Δd)를 형성하는 방법을 들 수 있고, t ≒ Δd로 되도록 제어하는 것에 의해, 상술한「dt = 2dr」의 관계를 대략 만족할 수 있다.

컬러 필터 기판(100B)의 투명 기판(29)(예를 들어, 유리나 석영 등으로 이루어짐) 상에는 컬러 필터층이 형성되어 있고, 액정층(23)측의 표면에는 대향 전극(투명 전극)(18)이 형성되어 있다. 컬러 필터층은 적색(R)(16A), 녹색(G) 및 청 색(B)의 각 컬러 필터와, 그들의 간극에 설치된 블랙 매트릭스(16D)를 갖고 있다. 본 실시 형태의 액정 표시 장치(200)에서는, 각 컬러 필터는 도24에 도시하는 바와 같이 스트라이프형으로 배열되어 있다. 대향 전극(18)은, 예를 들어 ITO를 이용하여 형성된다.

또한, 반투과형 액정 표시 장치(200)에 이용되는 표시 패널은, 상기한 예에 한정되지 않고, 공지의 패널을 널리 이용할 수 있다. 반투과형 액정 표시 장치(200)에 이용되는 표시 패널은 컬러 표시형에 한정되지 않고, 모노크롬이라도 좋다.

본 발명에 따르면, 조명 장치로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 있다. 특히, 본 발명은, 투과 모드에 의한 표시와 반사 모드에 의한 표시가 가능한 반투과형 표시 장치의 휘도를 효과적으로 향상할 수 있다. 따라서, 휴대 전화 등의 모바일 기기의 소비 전력을 저감할 수 있으므로, 전지의 교환 또는 충전의 필요 횟수를 저감할 수 있다.

Claims

삭제
광원과 상기 광원으로부터의 광을 받는 도광판을 구비하고, 전방면에 광을 출사하는 조명 장치와,

행렬형으로 배열된 복수의 회소를 구비한 표시 패널과,

상기 조명 장치와 상기 표시 패널 사이에 설치된 복수의 집광 소자를 구비하고,

상기 표시 패널은 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 설치된 표시 매체층을 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층의 상기 조명 장치측에 배치되어 있고, 상기 제2 기판은 상기 표시 매체층의 관찰자측에 배치되어 있고,

상기 복수의 회소의 각각은, 상기 조명 장치로부터 입사하는 광을 이용하여 투과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역과, 관찰자측으로부터 입사하는 광을 이용하여 반사 모드에서 표시를 행하는 반사 영역을 갖고, 상기 제1 기판은 상기 표시 매체층측에, 상기 투과 영역을 규정하는 투명 전극 영역과 상기 반사 영역을 규정하는 반사 전극 영역을 갖고,

상기 조명 장치로부터 출사되어 상기 집광 소자에 입사하는 광의 지향성은, 상기 광원을 중심으로 하는 원의 반경 방향인 Y방향에 있어서보다도, 상기 Y방향에 직교하는 X방향에 있어서 높고,

상기 복수의 집광 소자의 각각은, 상기 복수의 회소의 투과 영역에 대응하여 배치되어 있고, 또한

상기 집광 소자의 정점으로부터 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 투명 전극 영역까지의 거리(d)와의 비(d/f)는, 0.6 ≤ (d/f) ≤ 0.9를 만족하고, d/f = 1인 경우보다도 상기 투명 전극 영역을 투과하는 광속량이 많은 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 투명 전극 영역까지의 거리(d)와의 비(d/f)는,

0.7 ≤ (d/f) ≤ 0.8

을 만족하는 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 집광 소자의 정점으로부터 상기 수렴점까지의 거리(f)와, 상기 복수의 회소의 행방향의 피치(P1)와의 비(f/P1)는,

(f/P1) < 6

을 만족하는 표시 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 장치로부터 출사되어 상기 집광 소자에 입사하는 광의 상기 X방향에 있어서의 평행도는 반치각으로 ±5°이하인 표시 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 장치로부터 출사되어 상기 집광 소자에 입사하는 광의 상기 Y방향에 있어서의 평행도는 반치각으로 ±5°초과인 표시 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 회소 중 행방향으로 인접하는 2개의 회소의 각각에 대응하여 형성되는 복수의 회소의 액정층에 의해 규정되는 면에 있어서의 광의 단면 프로파일에 대응하는 집광 스폿의 열방향의 위치는 서로 다른 표시 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 집광 소자는 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 표시 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 기판은 행방향으로 배열된 복수의 데이터 신호선을 더 갖고,

상기 복수의 회소의 각각은 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선 사이에 배치되어 있고,

상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변의 적어도 한쪽은 행방향으로 잘록한 오목부를 형성하고, 상기 투명 전극 영역의 적어도 일부는 상기 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있는 표시 장치.
제9항에 있어서, 상기 제1 기판은 투명 전극과, 상기 투명 전극의 상기 표시 매체층측에 마련된 개구부를 갖는 반사 전극을 갖고, 상기 투명 전극 영역은 상기 반사 전극의 상기 개구부에 의해 규정되고,

상기 투명 전극은, 상기 오목부 내에 그 일부가 위치하는 볼록부를 갖는 표시 장치.
제9항에 있어서, 상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선의, 회소를 통해 서로 대향하는 한 쌍의 변은 행방향으로 잘록한 한 쌍의 오목부를 형성하고, 상기 투명 전극 영역은 상기 한 쌍의 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있는 표시 장치.
제10항에 있어서, 상기 복수의 회소 중 행방향으로 인접하는 2개의 회소가 갖는 투과 영역의 열방향의 위치는 서로 다르고,

임의의 회소의 상기 반사 전극은, 행방향으로 인접하는 회소의 상기 투과 영역에 대응하는 위치에 절결부를 갖는 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 기판은 행방향으로 배열된 복수의 데이터 신호선을 더 갖고,

상기 복수의 회소의 각각은 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선 사이에 배치되어 있고,

상기 서로 인접하는 2개의 데이터 신호선은, 그들의 간격이 다른 부분보다도 넓어지도록 굴곡된 부분을 갖고, 상기 투명 전극 영역의 적어도 일부는 상기 굴곡된 부분에 의해 형성된 오목부에 대응하는 위치에 마련되어 있는 표시 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 기판은 투명 전극과, 상기 투명 전극의 상기 표시 매체층측에 개구부를 갖는 반사 전극을 갖고, 상기 투명 전극 영역은 상기 반사 전극의 상기 개구부에 의해 규정되고,

상기 투명 전극은, 상기 굴곡된 부분에 의해 형성된 상기 오목부 내에 그 일부가 위치하는 볼록부를 갖는 표시 장치.
제14항에 있어서, 상기 복수의 회소 중 행방향으로 인접하는 2개의 회소가 갖는 투과 영역의 열방향의 위치는 서로 다르고,

임의의 회소의 상기 반사 전극은, 행방향으로 인접하는 회소의 상기 투과 영역에 대응하는 위치에 절결부를 갖는 표시 장치.
제2항 내지 제4항 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시 매체층은 액정층인 표시 장치.
제2항 내지 제4항 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시 매체층의 관찰자측에 배치된 광확산 소자를 더 갖는 표시 장치.
제2항 내지 제4항 또는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치를 구비하는 휴대 전자 기기.
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