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技術 表示素子及び表示素子の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器

出願人 アルプス電気株式会社
発明者 山口雅彦杉浦琢郎
出願日 2005年7月14日 (15年7ヶ月経過) 出願番号 2005-205409
公開日 2007年2月1日 (14年0ヶ月経過) 公開番号 2007-025110
状態 未査定
技術分野 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶4(光学部材との組合せ) 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護 面状発光モジュール
主要キーワード オフセット寸法 外光散乱 耐熱板 反射光角度 面マーク 各傾斜角度 プリズム反射 焦点軸
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (18)

課題

輝度視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置及び表示装置の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器を提供する。

解決手段

バックライト3から出射されて液晶表示パネルを透過する透過光が、液晶表示パネルの透明電極24又は表示面2aの法線に対して、所定角度指向性を有して液晶表示パネルから出射される構成としている。これにより、表示素子を観察する使用者観察角度の範囲に合わせて、液晶表示パネルからの出射光の角度を設定することが可能となる。従って、バックライト3の出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。

概要

背景

従来、液晶表示素子の分野においては、消費電力の低減が強く要求されており、画素の領域をできるだけ大きくして表示の明るさを向上することが求められている。このため、アクティブマトリクス基板全面に厚膜絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に反射型画素電極を形成したものが実用化されている。このように、絶縁膜上に画素電極を上置きする構造のものでは、絶縁膜下層に配された走査線信号線等と上層に配された画素電極との間で電気的な短絡を生じない構成を採用できるため、これら配線上にオーバーラップさせるように広い面積で画素電極を形成することが可能となる。これにより、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、TFTと略記する)等のスイッチング素子や走査線,信号線の形成された領域を含めてほとんど全てを表示に寄与する画素領域とすることができ、開口率を高めて明るい表示を得ることができる。

また、反射型の画素電極を用いた液晶表示形態のみでは暗所での使用ができないため、液晶表示素子にバックライトを併設し、反射型液晶表示素子を部分的に透過表示可能な構成とした半透過反射型の液晶表示素子も広く使用されている。
半透過反射型の液晶表示素子では、1つの画素内を光透過表示部と光反射表示部に分割しているため、例えば、光反射表示部の面積を増やそうとすると光透過表示部の面積を減らす必要がある等、透過と反射の双方の表示形態トレードオフの関係となる。このため、光透過表示部の面積を狭く設定した場合に、液晶表示素子の輝度ムラが生じる虞があった。

半透過反射型の液晶表示素子をバックライトによって透過表示した際の輝度ムラを無くすため、半透過型TFT液晶表示パネルとバックライトとの間にマイクロレンズアレイを配置し、バックライトの上面にプリズムシートを取り付けたものが提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2003−107505号公報

概要

輝度視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置及び表示装置の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器を提供する。バックライト3から出射されて液晶表示パネルを透過する透過光が、液晶表示パネルの透明電極24又は表示面2aの法線に対して、所定角度指向性を有して液晶表示パネルから出射される構成としている。これにより、表示素子を観察する使用者観察角度の範囲に合わせて、液晶表示パネルからの出射光の角度を設定することが可能となる。従って、バックライト3の出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。

目的

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半透過反射型、又は透過型の液晶表示素子において、バックライト出射光が液晶表示パネルを透過する際の角度を最適化し、輝度や視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

対向配置された基板間に液晶封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置された表示素子であって、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度指向性を有して前記液晶表示パネルから出射されることを特徴とする表示素子。

請求項2

前記指向性が表示素子の観察方向に向けられてなることを特徴とする請求項1に記載の表示素子。

請求項3

前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光の角度が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して−10°以上30°以下の範囲内であることを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の表示素子。

請求項4

前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の表示素子。

請求項5

前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の表示素子。

請求項6

前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で5〜90%の範囲であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の表示素子。

請求項7

前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で10〜80%の範囲であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の表示素子。

請求項8

前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±20°の範囲であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の表示素子。

請求項9

前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±10°の範囲であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の表示素子。

請求項10

前記集光手段が、前記液晶表示パネルの他方の基板の下面に形成されていることを特徴とする請求項4〜9の何れか1項に記載の表示素子。

請求項11

前記集光手段は、マイクロレンズアレイレンチキュラーレンズフルネルレンズ屈折率分布レンズの何れかであることを特徴とする請求項4〜10の何れかに記載の表示素子。

請求項12

請求項1〜11に記載の表示素子を備えた電子機器

請求項13

対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対し、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に感光性屈折変化材料を塗布した後、該感光性屈折率変化材料をマスク露光することによって形成したことを特徴とする表示素子の製造方法。

請求項14

対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に透明樹脂インクジェット塗布することによって形成することを特徴とする表示素子の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを照明するバックライトを備えた表示素子及び表示素子の製造方法並びに表示素子を備えた電子機器に関する。

背景技術

0002

従来、液晶表示素子の分野においては、消費電力の低減が強く要求されており、画素の領域をできるだけ大きくして表示の明るさを向上することが求められている。このため、アクティブマトリクス基板全面に厚膜絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に反射型画素電極を形成したものが実用化されている。このように、絶縁膜上に画素電極を上置きする構造のものでは、絶縁膜下層に配された走査線信号線等と上層に配された画素電極との間で電気的な短絡を生じない構成を採用できるため、これら配線上にオーバーラップさせるように広い面積で画素電極を形成することが可能となる。これにより、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、TFTと略記する)等のスイッチング素子や走査線,信号線の形成された領域を含めてほとんど全てを表示に寄与する画素領域とすることができ、開口率を高めて明るい表示を得ることができる。

0003

また、反射型の画素電極を用いた液晶表示形態のみでは暗所での使用ができないため、液晶表示素子にバックライトを併設し、反射型液晶表示素子を部分的に透過表示可能な構成とした半透過反射型の液晶表示素子も広く使用されている。
半透過反射型の液晶表示素子では、1つの画素内を光透過表示部と光反射表示部に分割しているため、例えば、光反射表示部の面積を増やそうとすると光透過表示部の面積を減らす必要がある等、透過と反射の双方の表示形態トレードオフの関係となる。このため、光透過表示部の面積を狭く設定した場合に、液晶表示素子の輝度ムラが生じる虞があった。

0004

半透過反射型の液晶表示素子をバックライトによって透過表示した際の輝度ムラを無くすため、半透過型TFT液晶表示パネルとバックライトとの間にマイクロレンズアレイを配置し、バックライトの上面にプリズムシートを取り付けたものが提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2003−107505号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の液晶表示素子では、液晶表示パネルとバックライトの間に配置したマイクロレンズアレイにより、強い指向性を持った光を前記光透過表示部に照射するように構成されている。

0006

しかしながら、特許文献1に記載の液晶表示素子では、マイクロレンズアレイをなす複数のレンズの内の1個のレンズと、液晶表示パネルの1個の光透過表示部とを対応させて集光するのみの構成であり、マイクロレンズアレイによって集光されたバックライトの出射光は、狭い角度で拡散することになる。このため、液晶表示パネル表示面の法線方向では輝度が高く良好な視認性が得られるものの、液晶表示パネル表示面において高い輝度が得られる視野角が狭いという問題があった。
液晶表示パネル表示面に拡散板を設けることによって視野角を改善することもできるが、外光散乱が増加してコントラストが低下する等、使用者観察角度範囲外にも出射光が拡散するために、使用者が観察する方向の輝度が低下し、バックライト出射光をマイクロレンズアレイによって集光した効果が低下しまうという問題があった。

0007

液晶表示素子が用いられる携帯電話等のモバイル機器では、使用者が手に持って使用、観察することが多いため、使用者からの観察角度が、主として液晶表示パネル表示面法線の下方向に限定される。このため、表示面法線付近角度範囲のみ液晶表示素子の輝度が高くても、実際には、使用者は高い視認性を得られていないという問題があった。
また、モバイル機器に用いられる直視型の液晶表示素子にでは、液晶表示パネルに偏光板を貼り付けて使用されることが多いが、偏光板を基板に貼り付ける際に用いる接着剤によって光の屈折が生じるため、使用者からの視認性がさらに低下してしまう虞があった。

0008

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半透過反射型、又は透過型の液晶表示素子において、バックライト出射光が液晶表示パネルを透過する際の角度を最適化し、輝度や視認性の向上及び消費電力低減を可能とした表示装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するため、本発明は、対向配置された基板間に液晶封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置された表示素子であって、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度の指向性を有して前記液晶表示パネルから出射されることを特徴とする表示素子を提供する。

0010

上述の構成によれば、液晶表示パネルからの出射光の角度を、指向性を有した設定することができ、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができる。

0011

本発明の表示素子では、前記指向性が表示素子の観察方向に向けられてなることが好ましい。

0012

上述の構成により、使用者からの観察角度の範囲に合わせて、出射光の角度を設定することが可能となり、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する。

0013

本発明の表示素子では、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光の角度が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して−10°以上30°以下の範囲内であることが好ましい。

0014

透過光の角度を上述の範囲内とすることにより、使用者からの表示素子の観察角度に合わせた設定とすることが可能となる。

0015

本発明の表示素子では、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が、該集光手段と前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成しても良い。

0016

また、本発明の表示素子では、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、集光手段が、該集光手段と前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記集光手段は、該集光手段の焦軸が、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置され、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記集光手段で集光するように構成しても良い。

0017

上述の構成により、バックライト出射光を、光透過表示部又は液晶表示パネル表示面の法線に対して所定の角度を有した光として、液晶表示パネルを透過させることができ、表示素子を観察する使用者が、表示面を観察する視認性が大きく向上する。

0018

本発明の表示素子では、前記画素電極の各々における前記光透過表示部の面積が、前記画素電極に対する面積比で5〜90%の範囲であることが好ましく、10〜80%の範囲であることがより好ましい。

0019

画素電極に対する光透過表示部の面積比を上述の範囲とすることにより、表示素子の輝度が向上する。

0020

本発明の表示素子では、前記バックライトの出射光は、該バックライトの出射面の法線に対する角度が±20°の範囲であることが好ましく、±10°の範囲であることがより好ましい。

0021

バックライト出射面の法線に対する出射光の角度を上述の範囲とすることにより、液晶表示パネルの光の透過率が一層向上するという作用が得られる。

0022

本発明の表示素子では、前記集光手段が、前記液晶表示パネルの他方の基板の下面に形成された構成としても良い。

0023

本発明の表示素子では、前記集光手段に、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズフルネルレンズ屈折率分布レンズの何れかを用いた構成としても良い。

0024

本発明は、上述の表示素子を備えた電子機器を提供する。

0025

本発明に係る表示素子を、モバイル機器等の電子機器等に搭載した場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する。

0026

本発明は、対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対し、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に感光性屈折変化材料を塗布した後、該感光性屈折率変化材料をマスク露光することによって形成したことを特徴とする表示素子の製造方法を提供する。

0027

本発明は、対向配置された基板間に液晶が封入された液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを照明するバックライトとを備え、前記一方の基板の液晶層側の面と前記他方の基板の液晶層側の面にそれぞれ電極と配向膜が形成され、前記他方の基板の電極の一部が光反射性の画素電極とされ、前記画素電極の一部に光透過部が形成され、該光透過部の形成領域に透明電極が形成されて光透過表示部とされ、前記光反射性の画素電極形成領域が光反射表示部とされ、前記バックライトが前記他方の基板側に配置され、前記液晶表示パネルとバックライトとの間には、マイクロレンズアレイが、各マイクロレンズと前記画素電極とが対応配置するように設けられており、前記マイクロレンズの各々は、該マイクロレンズのレンズ軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して、平行にオフセットするように配置されるか、又は、オフセット角度を有するように傾斜配置されており、前記光透過表示部の中央部を集光点として、前記バックライトからの出射光を前記マイクロレンズで集光するように構成したことを特徴とする表示素子の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイを、前記他方の基板の前記バックライト側の面に透明樹脂インクジェット塗布することによって形成することを特徴とする表示素子の製造方法を提供する。

発明の効果

0028

本発明の表示素子では、前記バックライトから出射されて前記液晶表示パネルを透過する透過光が、前記液晶表示パネルの光透過表示部又は表示面の法線に対して、所定角度の指向性を有して前記液晶表示パネルから出射される構成としている。
これにより、表示素子を観察する使用者の観察角度の範囲に合わせて、液晶表示パネルからの出射光の角度を設定することが可能となる。
従って、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、表示素子をモバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。
また、本発明の表示素子では、液晶表示パネルとバックライトとの間に、集光手段が、該集光手段と液晶表示パネルの画素電極とが対応配置するように設けられ、前記集光手段の焦点軸が、前記光透過表示部の中央部の法線に対して平行にオフセットするように配置されるか、又は、前記光透過表示部の中心部の法線に対してオフセット角度を有するように傾斜配置されており、液晶表示パネルの画素内に設けられた光透過表示部の中央部を集光点として、バックライトからの出射光を集光手段で集光するように構成している。
これにより、集光手段で集光されたバックライトの出射光を、光透過表示部又は液晶表示パネル表示面の法線に対して所定の角度を有した光として、液晶表示パネルを透過させることができ、表示素子を観察する使用者が、表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。

発明を実施するための最良の形態

0029

以下、本発明に係る表示素子の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる全ての図面において、説明の都合上、各構成要素の厚さや寸法比等を、適宜異なるように示している。
図1A、B及び図2A、B、Cは、本発明の表示素子の一例を説明する図であり、この表示素子1は、液晶表示パネル2と、該液晶表示パネル2を裏側から照光するバックライト3と、液晶表示パネル2とバックライト3との間に配置されたマイクロレンズアレイ(集光手段)4とで概略構成されており、バックライト3から出射されて液晶表示パネル2を透過する透過光が、液晶表示パネル2の透明電極(光透過表示部)24、又は表示面2aの法線に対して、所定角度の指向性を有して液晶表示パネル2から出射されるようになっている。
本実施形態の表示素子1では、バックライト3から出射されて液晶表示パネル2を透過する透過光の、液晶表示パネル2の透明電極24又は表示面2aの法線に対する角度Eが−10°以上30°以下の範囲内となるように構成されている(図4A参照)。

0030

本実施形態の表示素子1に備えられたマイクロレンズアレイ4は、図1Aに示すように、液晶表示パネル2が有する画素電極52内に設けられた透明電極(光透過表示部)24に対して、該透明電極24の中央部を集光点として、バックライト3の出射光を集光するものである。
図4Aに示すように、表示素子1では、マイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズのレンズ軸(焦点軸)Rが、透明電極24の中心部の法線Sに対して、オフセット寸法Lだけ、平行にオフセットするように配置して構成している。
また、表示素子1に備えられた透明電極24は、画素電極52との面積比で5〜90%、より好ましくは10〜80%の面積として構成されている。
また、本実施形態の表示素子1では、バックライト3の出射光を、該バックライト3の出射面3aの法線Tに対する平均出射光角度ψを±20°の範囲、好ましくは±10°の範囲として出射する構成としている。

0031

液晶表示パネル2は、図1A、Bに概略構造を示すように、スイッチング素子が形成された側のアクティブマトリクス基板(下基板:他方の基板)5と、それに対して設けられた対向側の基板(上基板:一方の基板)6と、これらの基板5、6の間に基板5、6とシール材7とに囲まれて挟持されている光変調層としての液晶層8とを備えて構成されている。即ち、上述のように構成された基板5、6は、スペーサ(図示略)によって互いに一定に離間された状態で保持されるとともに、基板周辺部に熱硬化性のシール材7を塗布することにより、接着一体化されている。

0032

アクティブマトリクス基板5は、図1A、B、図3Aに示すように、ガラスプラスチック等からなる透明の基板本体5a上に、平面視それぞれ行方向(図3Aのx方向)と列方向(図3Aのy方向)に複数の走査線5bと信号線5cが相互に電気的に絶縁されて形成され、各走査線5b、信号線5cの交差部の近傍にTFT(スイッチング素子)51が形成されている。上記基板本体5a上において、画素電極52が形成される領域、TFT51が形成される領域、走査線5b及び信号線5cが形成される領域を、それぞれ画素領域、素子領域、配線領域と呼称することができる。

0033

本実施形態のTFT51は逆スタガ型の構造を有し、本体となる基板本体5aの最下層部から順にゲート電極53、ゲート絶縁膜54、i型半導体層55、ソース電極56及びドレイン電極57が形成され、i型半導体層55の上であってソース電極56とドレイン電極57との間にはエッチングストッパ層58が形成され、更に、i型半導体層55とドレイン電極57との間、及びi型半導体層55とソース電極56との間にn型半導体層59が形成されている。

0034

基板本体5aはガラスの他、合成樹脂等の絶縁性透明基板からなる。ゲート電極53は導電性金属材料からなり、図3Aに示すように行方向に配設される走査線5bと一体に形成されている。ゲート絶縁膜54は酸化シリコン(SiOx)や窒化シリコン(SiNy)等のシリコン系の絶縁膜からなり、走査線5b及びゲート電極53を覆うように基板上に形成されている。

0035

以上説明の如く構成されているTFT51の部分および走査線5bと信号線5cを覆うソース絶縁膜20Aが基板本体5a上に形成されている。
なお、本実施形態においては、スイッチング素子として逆スタガ型のTFT51を設けたが、スイッチング素子は他の積層構造の薄膜トランジスタあるいは薄膜ダイオード素子などのスイッチング素子を用いても良い。

0036

更に、先のソース絶縁膜20Aの上には有機材料からなる絶縁膜20Bが積層され、この絶縁膜20B上にAlやAg等の高反射率の金属材料からなる光反射性の画素電極52が形成されている。
光反射性の画素電極52は、先の走査線5bと信号線5cとが囲む矩形状の領域よりも若干小さくなるような平面視矩形状になるように絶縁膜20B上に形成され、図3Aに示すように平面視した場合に上下左右に並ぶ画素電極52どうしが短絡しないように所定の間隔をあけてマトリクス状に配置されている。即ち、これらの画素電極52は、それらの端辺がそれらの下に位置する走査線5b及び信号線5cに沿うように配置されており、走査線5bと信号線5cが区画する領域のほぼ全域を画素領域とするように形成されている。なお、これらの画素領域の集合が液晶表示パネル2での表示領域に相当する。

0037

絶縁膜20Bは、アクリル系樹脂ポリイミド系樹脂ベンゾシクロブテンポリマ(BCB)等からなる有機系の絶縁膜とされており、TFT51の保護機能強化するようになっている。この絶縁膜20Bは、基板本体5a上において他の層に対して比較的厚く積層され、画素電極52とTFT51及び各種配線との絶縁を確実にし、画素電極52との間に大きな寄生容量が発生するのを防止する。

0038

上述の絶縁膜20A、Bにおいて、先の各ソース電極56の一端部56aに達するようにコンタクトホール21が形成され、このコンタクトホール21の内部にはその上下に位置する画素電極52とソース電極56の一端部56aを電気的に接続する導電材料からなる接続部25が形成され、TFT51の動作により画素電極52に対する通電スイッチング切り替えができるように構成されている。

0039

絶縁膜20Bにおいて、走査線5bと信号線5cとが囲む矩形状の領域の中央部に位置するように平面視短冊状の窪部22が形成され、この窪部22は絶縁膜20Bを貫通して絶縁膜20Aに達するように形成されている。窪部22の平面形状は、画素電極52の横幅の数分の1程度、画素電極52の縦幅の5〜6割程度とすることが好ましいが、総合的には、画素電極52との面積比が5〜90%の範囲であることが好ましく、10〜80%の範囲とすればより好ましい。

0040

次に、窪部22の位置に相当する部分の画素電極52には、窪部22の底面に合致するような平面形状の透過部(透孔)23が形成され、この画素電極52の透過部23の下側に位置する窪部22の底面を覆うように透明電極材料からなる透明(画素)電極24が形成され、窪部22の内周面を覆うように延長形成された画素電極形成材料が窪部底面の透明電極24の周縁部まで到達されて光反射性の画素電極52に透明電極24が電気的に接続されている。従って光反射性の画素電極52と透明電極24は、TFT51のスイッチング動作によって同時駆動されて液晶層に電界印加して液晶の駆動を行うことができるようになっている。
従って、各画素領域において、窪部22の形成部分が基板5の外側からの入射光(バックライト3から出射された光)を透過する光透過部30とされており、その他の領域、即ち、画素電極52の非透過部(透過部23が形成されていない部分)が基板6の外側からの入射光を反射する光反射表示部35とされている。

0041

また、先の光反射性の画素電極52の3つが、後述するカラー表示のためのほぼ1つの画素領域に対応し、透過部23の底面積が透過表示の際の光通過領域に対応するので、先の画素電極52の面積に占める透過部23の面積割合を5〜90%の範囲とすることが好ましく、10〜80%の範囲とすればより好ましい。更に、本実施形態では画素電極52に透過部23を1つのみ形成したが、画素電極52に複数の透過部を形成しても良い。その場合には、複数の透過部を合わせた総面積を、画素電極52の面積の5〜90%の範囲とすることが好ましく、10〜80%の範囲とすればより好ましい。この場合、複数の透過部の形成位置に合わせて各透過部の下にそれぞれ窪部を設けることとなる。

0042

上述のように構成された基板本体5a上には、更に画素電極52及び絶縁層20Bと窪部22を覆うようにポリイミド等からなる下基板側配向膜29a、29bが形成されている。これらの下基板側配向膜29a、29bにおいて、光透過部30、即ち、窪部22の底部側に形成されているのが配向膜29aであり、画素電極52上に形成されているのが配向膜29bである。
これらの配向膜29a、29bには、図1Aの矢印Rに示す方向(図1Aの断面図において左向き)にラビング処理が施されて、液晶の配向容易軸の方向が矢印Rに示す方向とされるとともに、プレティルト角が0゜を超えて10°以下、例えば1〜10゜の範囲、より好ましくは5〜10゜の範囲とされている。

0043

対向側の基板6は、ガラスやプラスチック等からなる透光性の基板本体6aの液晶層8側の面に、カラーフィルタ層61とITO等の透明な対向電極共通電極)62と上基板側配向膜63が形成されている。なお、図1Aに示す例では、基板本体6aの外面側に偏光板H1、位相差板H2、H3が、必要に応じて設けられる。前記カラーフィルタ層61は、ブラックマトリクスにより碁盤目状に区画された矩形状の領域に個々に赤色と青色と緑色の3原色のいずれかのカラー絵素が配置され、これらの矩形状の領域は先に図3Aを元に説明した平面視矩形状の画素電極52の形状と対応され、これら各画素電極52が対応する領域の液晶の透過率を調節することでカラー表示ができるように構成されている。

0044

配向膜63、29bの膜厚は、例えば500〜600Å(0.05〜0.06μm)程度とされる。

0045

バックライト3は、図1Aに示すように、液晶表示パネル2の裏面側、つまりアクティブマトリクス基板5側に配置され、図1Bに示すようなLED等からなる光源32と、平板状の透明なアクリル樹脂等からなる導光板31とを備え、光源32の出射光が導光板31の端面から入射して伝搬し、導光板31の表面から出射することによって、液晶表示パネル2を裏面側から照光ように構成されている。
図8に示す例では、導光板31は、裏面側、つまり液晶表示パネル2とは反対側の面に形成されているプリズム形状凹凸部等による光反射部で光路変更し、反射板34で反射した後、導光板31上面の表面31aから液晶表示パネル側に出射できるようになっている。
また、導光板31の表面31a側には、三角形状の凹凸によってプリズムをなすプリズムシート33が配置されている。このプリズムシート33は、入射面側、つまり導光板31側に、屈折面33aと反射面33bからなる突条光屈折部が連続して複数設けられるとともに、入射面と反対側の出射面3aが平坦面とされてなり、出射面3aから液晶表示パネル2に対して光を出射する。
また、図9に示すように、導光板31の裏面31b側には、三角形状の凹凸が形成されて反射面34a、34bを有し、導光板31の裏面31b側から出射された光を該導光板31へ反射する反射板34が配置されているものでも、平行光を出射することが可能である。
バックライト3と液晶表示パネル2との間には、必要に応じて偏光板44(図1A参照)と位相差板(図示略)が配置される。

0046

本実施形態の表示素子1では、バックライト3を上述の構成とすることにより、バックライト3の出射面3aからの出射光平行化している。
バックライト3の、導光板31の表面31aから出射される光の法線Tに対する角度αに合わせて、プリズムシート33の屈折面33aの出射面3aに対する傾斜角度θ1、及び、反射面33bの出射面3aに対する傾斜角度θ2の、2つのプリズム角度を設定することにより、バックライト3からの出射光の角度を一定にすることができる。

0047

図8に示すバックライト3の、プリズムシート33のプリズム角度の設定条件を以下に説明する。
図8Bに示す各々の角度β(屈折面33aの法線に対する入射光の角度)、γ(屈折面33aの法線に対する透過光の角度)、ε(法線Tに対する反射面33bの反射光角度)、ψ(法線Tに対する出射面3aからの平均出射光角度)の各角度は、プリズムシート33の屈折率をnとした時、以下の(2)〜(5)式で表される。

0048

β=α−θ1 ・・・(2)

0049

γ=sin−1(sinβ/n) ・・・(3)

0050

ε=180−2θ2−θ1−γ ・・・(4)

0051

ψ=sin−1(n*sinε) ・・・(5)

0052

上記各式に示した各角度の内、ψ=ε=0とする場合、傾斜角度θ1、θ2は以下に示す(1)式に定まる。

0053

θ2=1/2(180−θ1−sin−1(sin(α−θ1)/n)) ・・・(1)

0054

なお、上記各式における傾斜角度θは、α=70°の時はθ1>30°、α=75°の時はθ1>20°、α=80°の時はθ1>10°、α=85°の時はθ1>0°の範囲内とすることが好ましい(図12乃至15参照)。また、傾斜角度θ2の範囲は、α、φ、θ1によって一義的に定まる。
角度ψ、εを0°とし、角度αを上記各角度の時の傾斜角度θ1を上述の範囲内とし、また、傾斜角度θ2が一義的に定まることにより、バックライト3の出射光の前記法線Tに対する拡散角度を±20°、好ましくは±10°の範囲内とし、略平行光とすることが可能とり、また、出射光の利用効率を高めることができる。
傾斜角度θ1、θ2の好ましい角度範囲の詳細については、後述の実施例において、データを用いて説明する。

0055

バックライト3の裏面31b側に配置された反射板34の、各傾斜角度の設定条件を以下に説明する。
図9Bに示すように、導光板31からの出射光の法線Tに対する角度αと、導光板31からの出射光が反射面34aで反射した時、反射光の法線Tに対する角度βとの関係は、底面34cに対する反射面34aの傾斜角度θ3により、以下の(6)式で決定される。また、底面34cに対する反射面34bの傾斜角度θ4は、以下の(7)式を満たすことが好ましい。

0056

θ3=(α−β)/2 ・・・(6)

0057

90−α<θ4≦90° ・・・(7)

0058

図9Aに示すように、導光板31の裏面31bには、光源32の出射方向に対して滑らかに傾斜して対向した斜面部31cが形成されている。
本実施形態の表示素子1では、光源32から出射された光が、導光板31の斜面部31cから出射し、反射板34で反射して導光板31に対して垂直に入射及び透過して、該導光板31の表面31aから出射されるように構成している。

0059

角度α、βによって一義的に定まる。また、傾斜角度θ4は90°—α≦θ4≦90°の範囲内とすることが好ましい。
傾斜角度θ3、θ4を上述とすることにより、バックライト3の背面側から出射される光を、反射板34によってバックライト3の方向に効率良く反射し、バックライト3の出射面3aから出射することが可能となる。
図17に、角度β=0°、つまりバックライト法線に対して平行とした場合の、角度αと傾斜角度θ3の関係を示すが、角度αが大きくなるほど、傾斜角度θ3は大きくなり、前記(7)式で表される傾斜角度θ4の好ましい角度範囲は広くなる。

0060

また、上述の(2)〜(5)の各式を用いて傾斜角度θ1、θ2を設定することにより、バックライト3の出射面3aから出射される光の、法線Tに対する平均出射光角度ψを適宜設定することが可能となる。

0061

図10に示すグラフは、図8に示すようなバックライトの、輝度角度分布測定結果を示すものである。
ここで用いたバックライトは、導光板31から出射される光の法線Tに対する角度αが75°であり、プリズムシート33の屈折率nが1.49となっている。そして、このバックライトは、法線Tに対する反射面33bの反射光角度ε、及び法線Tに対する出射面3aからの平均出射光角度ψを0°とされた光が出射面3aから出射するように、(1)式を用いて、プリズムシート33の各プリズムの傾斜角度を、θ1=50°、θ2=56.8°として設定したものである。
図10のグラフに示すように、本例で説明するバックライトは、法線Tに対して0°の角度での輝度が約1000(cd/m2)でピークとなっており、また、法線Tを中心として−10°及び10°の角度における輝度が約350cd/m2であり、また、−20°及び20°の角度における輝度が約100cd/m2であり、この角度範囲において、輝度が100cd/m2以上と高い数値を示している。
これに対し、法線Tを中心として−25°及び25°の角度における輝度は約30cd/m2となっており、±20°の角度範囲における輝度と比べて低くなっている。
この輝度角度分布グラフから、本実施形態で用いられるバックライトは、最も高い輝度が得られる角度範囲が、法線Tを中心とした概ね±20°の範囲、より好ましくは±10°の範囲となっており、高い平行度を有する光を出射できる構成となっていることが明らかである。
なお、図9に示すような、導光板31の裏側にプリズム状の反射板34が配置されたバックライトを用いた場合であっても、上述のような平行光が得られることは言うまでも無い。

0062

本実施形態の表示素子1では、バックライトを上述の構成とし、また、バックライト出射光の出射角度ψを、±20°の範囲、より好ましくは±10°の範囲とすることにより、出射光が、後述するマイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズによって効率良く集光され、表示素子1の輝度を高めることができる。

0063

マイクロレンズアレイ4は、液晶表示パネル2とバックライト3との間に配置され、バックライト3の出射光を集光して、液晶表示パネル2の透明電極(光透過表示部)24に入射させるようになっている。
図4Aに示すように、本実施形態では、マイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズは、レンズ軸Rが、透明電極24の中央部の法線Sに対して平行にオフセットするようにして、オフセット寸法Lだけ、ずらして配置されている。

0064

マイクロレンズアレイ4は、図2A、Cに示すように、TFT51が実装された基板本体5aの裏面側(偏光板44)やバックライト3の導光板31の表面に形成するか、又は、図2Cに示すように、基板本体5aと導光板31間に挿入しても良く、形成位置を適宜選択して配置できる。

0065

マイクロレンズアレイのレンズ形状は、図2に示したものには限定されない。
図3B〜Eの断面図は、図3Aに示した画素電極52と各レンズとの対応関係を示している。
マイクロレンズアレイの形状は、図3Eの断面B−Bに示すような凸レンズ状のマイクロレンズアレイ4の他、例えば、図3Bの断面A−A及び図3Cの断面B-Bに示す形状を併せて有する凹レンズ状のマイクロレンズアレイ4aであっても良い。
また、マイクロレンズアレイの形状は、図3Aに示した各々の画素電極52に対応した複数のレンズを有するものでも良いし、又は、図3Bの断面A-A及び図3Dの断面B−Bに示す形状を併せて有し、画素電極52の長手方向のみ集光するレンズを並べたレンチキュラーレンズからなるマイクロレンズアレイ4bであっても良い。
また、各画素に集光するように設けられた、フレネルレンズ屈折率分布ガラスを用いたものであっても良い。

0066

マイクロレンズアレイ4の材質としては、基板本体5aにTFT51を形成する前に、基板本体5aの裏面側にマイクロレンズアレイ4を形成する場合、TFT51の成膜及び加工の際に形状変化を生じない材質を選択、採用することが好ましい。
基板本体5aにマイクロレンズアレイ4を形成する際、基板本体5a裏側(バックライト3側)に偏光板を貼る場合は、接着剤の屈折率が出来る限り1に近いものを選択することが好ましい。これにより、レンズ屈折が小さくなり、焦点距離が長くなる。
なお、基板本体5aの裏側に、画素電極52に対応した屈折率分布ガラスを作製した後、反対側の面にTFT51を設けても良い。
基板本体5aにTFT51を形成した後に、基板本体5a裏面側にレンズを形成する場合、スピンコートやwet現像等の加工によって配向膜が劣化しないよう注意する必要がある。

0067

図2Aに示すように、マイクロレンズアレイ4を、液晶表示パネル2の裏側、つまり基板本体5aの裏側に形成する際は、透明電極24との間で近距離となる直下を避けて配置するのが好ましい。これにより、マイクロレンズアレイ4による集光が長焦点となり、振幅の小さなレンズが使用可能となるとともに、マイクロレンズアレイ4を平坦化する工程が不要となる。
マイクロレンズアレイ4を透明電極24の近距離直下に配置した場合、短焦点の集光となるために振幅が大きく形成が難しいマイクロレンズアレイが必要となること、マイクロレンズアレイの平坦化工程が必要となること(平坦膜は10μm以上の厚膜が必要)、平坦樹脂膜は200℃以上の高耐熱と1.3以下の低屈折率が必要となり材料が限定されること、平坦膜上に金属配線やTFT51を形成すると信頼性及び歩留まりが低下する等の虞があるためである。

0068

本実施形態の表示素子1では、マイクロレンズアレイ4を上述の構成とすることにより、バックライト3の出射光を傾斜させてマイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズに入射した際にも、効率良く透明電極24の中央部へ集光することができる。
図4Aに示すように、例えば、バックライトから出射されてマイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズに入射する光の角度が平行ではなく、拡散した角度で入射する場合であっても、図4Bに示すようなマイクロレンズアレイ4の屈折、集光作用によって、透明電極24の中央部へ光を無駄なく集光することができる。

0069

また、本実施形態の表示素子1では、バックライト3を前述した構成とすることにより、バックライトの出射光を、指向性を有する光とし、バックライト出射面の法線に対する光の拡散角度を±20°の範囲、好ましくは±10°の範囲(図10参照)として出射する構成とすれば、マイクロレンズアレイ4で集光されたバックライトの出射光を、より効率良く透明電極24の中央部に透過させることができる。
図4Aに示す例のように、バックライト3の出射面3aの法線Tに対し、出射光の角度ψが±10°の範囲であれば、オフセット配置されたマイクロレンズアレイ4の各マイクロレンズは、透明電極24の中央部に対して効率良く集光することができる。
バックライトの出射光の、バックライト出射面の法線に対する角度ψが±10°を超える大きな角度となった場合、透明電極24中央部への集光効率が低下し、表示素子の輝度が低下する虞がある。また、出射光を透明電極24に効率良く照射するためには、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズのオフセット量を大きくする必要があり、表示素子の製造コストが上昇する虞がある。

0070

また、本実施形態の表示素子1では、上述したオフセット寸法Lを適宜設定することにより、マイクロレンズアレイ4によって集光されたバックライトの出射光が透明電極24を透過して液晶表示パネル2の表示面2aから出射される際の、透明電極24の法線S又は表示面2aの法線Uに対する出射光の角度Eを−10°以上30°以下の範囲内となるように構成すれば、以下に説明する理由により、表示素子1を携帯電話等のモバイル機器(電子機器)9の表示部として用いた場合に、使用者がモバイル機器9の表示面(つまり、表示素子の表示面)を観察する視認性が大きく向上する。
図5Bに示す例のように、本実施形態の表示素子を表示部に用いたモバイル機器9を使用者が手に持って使用する際、使用者がモバイル機器9の表示部(表示素子)を観察する角度は、主として、表示部(表示素子)表面の法線Uより略下方(図5Bの矢印A方向)、詳細には法線Uに対して−10°以上30°以下の範囲内(観察角度F)に限定されることが経験的に知られている。
本実施形態の表示素子1では、透明電極24又は液晶表示パネル2の表示面2aの法線Uに対する出射光の角度Eの範囲を、上述した使用者の観察角度Fの範囲と一致させ、−10°以上30°以下の範囲(つまり、40°の範囲)としている。これにより、表示素子1をモバイル機器9の表示部に用いた場合に、使用者の観察角度Fと表示面2aから出射される光の角度が一致し、使用者は、モバイル機器9の表示部(表示素子)を、最も輝度の高い角度及び方向で観察することが可能となる。

0071

なお、図4Aに示す例では、説明の都合上、液晶表示パネル2に厚みを持たせ、透明電極24と表示面2aとのに距離を有した図としているが、実際に表示素子に用いられる液晶表示パネルの厚さ寸法は、1〜2.2mm程度であり、非常に薄型となっている。このため、図示例においては、透明電極24の法線Sに対するマイクロレンズアレイ4で集光された光の角度を上述の角度Eとして説明しているが、本実施形態の表示素子1では、表示面2aの法線Uに対する光の角度を角度Eとしても、使用者側からの観察角度の変化は僅かであり、実質的にほぼ同一の角度となる。このため、上述の角度Eは、透明電極24及び表示面2aの何れを基準としても良い。

0072

以下に、本実施形態の表示素子1に用いられるマイクロレンズアレイを、液晶表示パネル2の裏面側(バックライト3側)に設けられた下偏光板の表面に設置する方法の一例について、図6図7を用いて説明する。
マイクロレンズフィルムを、液晶表示パネル2に貼り付けられた偏光板44上に直接形成する場合は、図6Aに示すように、まず偏光板44上にレンズ樹脂材料40を塗布してプリベークを行う。次に、図6Bに示すように、転写型45を用いてレンズ樹脂材料40を、液晶表示パネル2の画素電極52(図1A参照)にアライメントしながら、レンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。これにより、マイクロレンズアレイ41が形成され、図6Cに示すように、マイクロレンズアレイ42をバックライト3側に向けてモジュール組み込みを行う。
マイクロレンズフィルムを、偏光板上に形成した後に該偏光板を液晶表示パネル2に貼り付ける場合は、図7Aに示すように、偏光板44上にレンズ樹脂材料40を塗布してプリベークを行う。次に、図7Bに示すように、転写型45を用いてレンズ樹脂材料40をレンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。図7B、Dに示すように、表面にマイクロレンズアレイ43が形成された偏光板44を必要なサイズにカットした後、液晶表示パネル2に、画素電極52(図1A、図3A参照)にアライメントしながら貼合せる
なお、レンズ樹脂材料としては、ポリシラン樹脂等の感光性屈折率変化材料を用いることが好ましい。
また、上記作製過程におけるベーク温度は、偏光板44の劣化温度以下とすることが好ましい。
また、マイクロレンズアレイの設置の際は、偏光板等のレンズ形成箇所に対し、透明樹脂をインクジェット塗布することによって、マイクロレンズフィルムを形成する方法を用いても良い。

0073

図2Bに示す例のように、マイクロレンズアレイを、液晶表示パネル2とバックライト3の間に挿入配置する場合は、樹脂等の透明な耐熱板(図示略)上にレンズ樹脂材料を塗布して、レンズ形状に転写成形した後、マスク露光及びベークを施す。そして、液晶表示パネル2(偏光板44)とバックライト3の間に、レンズと画素電極52(図1A、図3A参照)をアライメントして、マイクロレンズアレイが形成された耐熱板をシャーシケース等で固定する。この場合のマイクロレンズアレイの作成方法としては、図7を用いて説明した方法を用いることができるが、マイクロレンズアレイを液晶表示パネル2とバックライト3との間に挿入配置する方法は上述に限定されず、適宜決定すれば良い。

0074

図2Cに示す例のように、マイクロレンズアレイを、バックライト3の上面に設置する場合は、バックライト3上面側に設けられたプリズムシート33(図8参照)上に、レンズフィルム又はレンズ板からなるマイクロレンズアレイを設置し、液晶表示パネル2の画素電極52(図1A参照)に対して、バックライト3と共にアライメントして、モジュール組付けを行えば良い。

0075

以上、説明したように、本実施形態の表示装置1によれば、液晶表示パネル2とバックライト3との間に、マイクロレンズアレイ4が、各マイクロレンズと液晶表示パネル2の画素電極52とが対応配置するように設けられ、前記マイクロレンズの各々のレンズ軸Rが、透明電極24中央部の法線Sに対して、オフセット寸法Lだけ、平行にオフセットするように配置されており、液晶表示パネル2の画素内に設けられた透明電極24の中央部を集光点として、バックライト3からの出射光をマイクロレンズで集光するように構成している。
これにより、マイクロレンズで集光されたバックライト3の出射光を、透明電極24、又は液晶表示パネル2の表示面2aの法線に対して所定の角度を有した、指向性を持った光として、液晶表示パネル2を透過させることができる。
従って、バックライト出射光の透過効率が向上して、輝度及び表示品位が向上するとともに消費電力を低減することができ、また、モバイル機器等に組み込んで用いた場合には、使用者が表示面を観察する視認性が大きく向上する表示素子を実現することができる。

0076

以下に、本発明に係る表示素子の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
以下の説明において、第1の実施形態の表示素子1との共通部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図5Aに示すように、本実施形態の表示素子11は、マイクロレンズアレイ41の各マイクロレンズを、該マイクロレンズのレンズ軸Rが、透明電極24の中心部の法線Sに対して、オフセット角度Dだけ傾斜するように配置している。
図示例のように、バックライトの出射光が、液晶表示パネルに対して平行(0°)ではなく、例えば10°の角度で傾いて出射されている場合であっても、図4Bに示すような、傾斜配置されたマイクロレンズアレイ41による屈折、集光作用によって、透明電極24の中央部へ向けて、光を無駄なく集光することができる。
また、マイクロレンズアレイ41の各マイクロレンズのレンズ軸Rの、前記法線Sに対するオフセット角度Dを適宜設定することにより、透明電極24を透過して、液晶表示パネル2の表示面2aから出射される光の、表示面2aの法線Uに対する出射角度を設定することでき、表示素子11、ひいては該表示素子11が用いられるモバイル機器9等の表示部の輝度及び視認性を向上させることが可能となる。

0077

以下に、本発明に係る表示装置の実施例について説明する。

0078

半透過型TFT液晶表示素子TFT基板本体裏面に、集光手段として厚さ0.1mmのマイクロレンズアレイを使用して、該マイクロレンズアレイを画素電極とアライメントして接着剤で貼り合せ、図1Aに示すような液晶表示パネル2を作製し、更に、図8に示すように、バックライトの導光板の上面側(液晶表示パネル側)にプリズムシートを配置して表示素子を作製した。
バックライトからの出射光を、図8に示す例と同様に、光源の位置と逆方向(図8A、Bの右側)へ傾斜させ、平均出射光角度ψが法線Tから30°の角度で傾斜するよう、プリズムシートの傾斜角度θ1、θ2を設定した。
半透過型TFT液晶表示素子として、画素電極に対する透明電極の開口率が、面積比で30%となっており、画素電極の寸法が縦180μm×横60μm、透明電極の寸法が縦36μm×横40μmとなっているものを用いた。
バックライトとして、図8に示すような、導光板の表面側にプリズムシートが配置されたものを用いた。また、バックライトの導光板表面からの、法線に対する光の出射角度αは75°であり、前記プリズムシートの屈折率nは1.49であった。そして、図8Bに示すプリズムシートの各プリズムの傾斜角度を、前記(1)式を用いて、θ1=50°、θ2=56.8°として構成することにより、バックライト出射面からの拡散角度が0°となるような設定として用いた。
また、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを、レンズ軸が透明電極中央部の法線に対し、表示素子の表示面上方向(図4Aの左方向、図8Aのバックライトの図で左方向)に550×tanψμmずらしてオフセット配置し、本発明に係る表示素子(実施例)を得た。
なお、マイクロレンズアレイによって液晶表示パネルの透明電極に集光されて透過する光の傾斜方向も、上述のバックライト出射光の出射方向と同様に、光源の位置と逆方向(図8A、Bの右側、図4Aの右側)とした。

0079

また、半透過型TFT液晶表示素子のTFT基板本体裏面に、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズを、レンズ軸と透明電極中央部の法線とを一致させてオフセットせずに配置するとともに、バックライトの導光板上にはプリズムシートを配置しない点を除き、上述と同様にして、従来の表示素子(比較例)を得た。

0080

上述の各サンプル(実施例、比較例)を用いて、表示素子の表示面法線に対する各角度における光透過率(%)を測定した。
図11に、表示素子の表示面法線(視角0°)に対する視角(使用者の観察角度F)と、バックライト出射光の液晶表示パネルに対する透過率との関係を示す。

0081

図11Aのグラフ、及び図11Bのデータ一覧に示すように、本発明に係る表示素子では、視角が、表示素子の表示面法線(視角0°)に対し、下側10°付近において透過率が約100%とピークに達しており、上側10°〜下側30°の範囲において観察可能な高い透過率を示している。
これに対し、従来の表示素子では、視角が、表示素子の表示面法線(0°)で透過率が約50%でピークとなる、法線を中心として概ね±20%の範囲で観察可能な透過率を示す山形グラフとなっている。
上述のデータより、本発明に係る表示装置では、バックライトの導光板から出射される光をプリズムシートで平行化し、上述のようにオフセット配置したマイクロレンズアレイを用いて透明電極中央部に集光して液晶表示パネルに透過することにより、使用者が、モバイル機器等に用いられる表示素子を観察する際の観察角度と一致した角度で、表示素子の表示面から光を出射させることができることが明らかである。
これにより、本発明に係る表示素子を、使用者が、最も高い輝度及び視認性で観察することができることが実証された。

0082

図12乃至15に、プリズムシートの傾斜角度θ1、θ2とバックライト出射光角度との関係を測定したデータを示す。また、図16Bに、図12乃至15のデータをプロットしたグラフを示す。
図16Aに示す光の届く高さHとプリズム高さhの関係が、H<hの関係であれば光の利用効率が良くなる。このため、θ1、θ2の角度は、前記H<hの条件を満たす範囲であることが好ましい。
図8B及び図16Aに示す各角度及び寸法の関係は、以下の式で表される。

0083

d=p*tanθ1/(tanθ1+tanθ2)

0084

H≒(p+d)/tanα

0085

h=d*tanθ2

0086

図12乃至15、及び図16Bに示すように、傾斜角度θ1は、α=70°の時はθ1>30°、α=75°の時はθ1>20°、α=80°の時はθ1>10°、α=85°の時はθ1>0°の範囲内とすることが好ましい。傾斜角度θ2の範囲は、α、φ、θ1によって一義的に定まる。
角度αが上記各角度の時の傾斜角度θ1を上述の範囲内とし、傾斜角度θ2が一義的に定まることにより、光の届く高さHとプリズム高さhの関係がH<hの条件を満たし、出射光の利用効率を高めることができる。また、バックライトの出射光の前記法線Tに対する角度を最小角度にすることができ、該角度を±20°、好ましくは±10°の範囲とすることが可能となることが明らかである。
なお、H>hとした場合には、プリズムシートに入射される光の一部がθ2側の面に当たらなくなり、光の利用効率が低下する。従って、H<hとなることが好ましい。

0087

[作製例1]
液晶表示素子を透過型TFT液晶表示素子とした点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、バックライト導光板上にプリズムシートを配置して、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図11に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。

0088

[作製例2]
液晶表示素子を半透過型STN液晶表示装置とした点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、バックライト導光板表面にプリズムシートを配置して、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図11に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。

0089

[作製例3]
マイクロレンズアレイを、半透過型TFT液晶表示素子のバックライト上に貼り付け、液晶表示ユニットとバックライトとをアライメントしてシャーシで固定した点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図11に示すような実施例と同様の光透過特性が得られた。

0090

[作製例4]
バックライト導光板裏側にプリズム反射鏡を配置した点を除き、実施例と同様にして、マイクロレンズアレイをオフセット配置し、本発明に係る表示素子を得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、図11に示すような、実施例と同様の光透過特性が得られた。

0091

[作製例5]
半透過型TFT液晶表示素子のTFT基板本体裏面に、集光手段としてレンチキュラーレンズ及び屈折率分布ガラス用いた点を除き、実施例と同様にして各集光手段をオフセット配置して、本発明に係る表示素子を、それぞれ得た。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図11に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。

0092

[作製例6]
半透過型TFT液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の基板面にポリシラン樹脂を膜厚20μmで塗布し、液晶層面マークにアライメントしながら、紫外線を6J/cm2で照射してマスク露光を行うことにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、200℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を得た。
また、液晶表示素子に、半透過型STN液晶表示素子、及び、透過型TFT液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図11に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。

0093

[作製例7]
半透過型TFT液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の基板面にポリシラン樹脂を膜厚20μmで塗布し、液晶層面マークにアライメントしながら、紫外線を6J/cm2で照射してグレースケールマスク露光を行うことにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、200℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を作製した。
また、液晶表示素子として半透過型STN液晶表示素子、及び、透過型TFT液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図11に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。

0094

[作製例8]
半透過型TFT液晶表示素子の、他方の基板のバックライト側の面に、透明樹脂を、液晶層面マークにアライメントしながらインクジェット塗布することにより、微細凹凸レンズを透明電極に対してオフセットした位置で形成した後、200℃の温度でベークし、カット処理の後、液晶を注入して本発明に係る表示素子を作製した。
また、液晶表示素子として半透過型STN液晶表示素子、及び、透過型TFT液晶表示素子を用いて、上述と同様に本発明に係る表示素子を作製した。
実施例と同様の測定を行ったところ、各サンプルとも、図11に示すような、実施例のサンプルと同様の集光効果が得られた。

図面の簡単な説明

0095

本発明の表示素子の一例を示す断面図である。
本発明の表示素子の一例を示す概略図である。
本発明の表示素子の一例を示す概略図であり、Aは平面図、Bは図3AのIIIB−IIIB断面図、C〜Eは図3AのIIIC−IIIC断面図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、Aは要部拡大図、Bはレンズ特性を説明する概略図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、Aは要部拡大図、Bは表示素子を使用者が観察する際の角度を説明する概略図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、マイクロレンズアレイを形成して表示素子を製造する過程を説明する図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、マイクロレンズアレイを形成して表示素子を製造する過程を説明する図である。
本発明の表示素子の一例を示す概略図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、バックライトの構成を説明する概略図である。
本発明の表示素子の一例を示す図であり、バックライトの輝度分布角度を説明するグラフである。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、Aは透過率のグラフ、Bは透過率データの一覧である。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
本発明の表示素子の実施例を説明する図であり、プリズムシートを備えたバックライトのデータである。
本発明の表示素子の一例を説明する図であり、バックライト反射板の角度と反射光の角度との関係を示す。

符号の説明

0096

1…表示素子、2…液晶表示パネル、5…アクティブマトリックス基板(下基板:他方の基板)、52…画素電極、6…基板(上基板:一方の基板)、62…対向電極(共通電極)、63…上基板側配向膜、3…バックライト、3a…出射面、31…導光板、31a…表面、32…光源、33…プリズムシート、34…反射板、4、4a、4b、41、42、43…マイクロレンズアレイ、8…液晶層、9…モバイル機器(電子機器)、23…透過部、24…透明電極、29a、29b…下基板側配向膜、30…光透過部、35…光反射表示部、R…レンズ軸、S、T、U…法線

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