(57)【要約】      （修正有）【課題】  照明装置からの光の利用効率を向上させ、輝度が高められた表示装置を提供する。【解決手段】  照明装置と、複数の絵素を備えた表示パネル１００と、照明装置と表示パネル１００との間に設けられた集光素子５４ａとを備えている。表示パネル１００は、第１基板１０と、第２基板１１と、表示媒体層２３とを有し、第１基板１０は表示媒体層２３の照明装置側に配置されており、第２基板１１は表示媒体層２３の観察者側に配置されている。絵素Ｐｘのそれぞれは、照明装置から入射する光４１を用いて透過モードで表示を行う透過領域Ｔｒを有し、第１基板１０は表示媒体層２３側に、透過領域Ｔｒを規定する透明電極領域を有している。集光素子５４ａは、絵素Ｐｘの透過領域Ｔｒに対応して配置されており、且つ、照明装置から出射された光の収束点を表示媒体層２３よりも観察者側に形成するように配置されている。【選択図】図１
2006126732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に光を出射する照明装置と、
行列状に配列された複数の絵素を備えた表示パネルと、
前記照明装置と前記表示パネルとの間に設けられた複数の集光素子とを備え、
前記表示パネルは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示媒体層とを有し、前記第１基板は前記表示媒体層の前記照明装置側に配置されており、前記第２基板は前記表示媒体層の観察者側に配置されており、
前記複数の絵素のそれぞれは、前記照明装置から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域を有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記透過領域を規定する透明電極領域を有し、
前記複数の集光素子のそれぞれは、前記複数の絵素の透過領域に対応して配置されており、且つ、前記照明装置から出射された光の収束点を前記表示媒体層よりも観察者側に形成するように配置されている、表示装置。
【請求項２】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、
０．６≦（ｄ／ｆ）≦０．９
を満足する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、
０．７≦（ｄ／ｆ）≦０．８
を満足する請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記複数の絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）は、
（ｆ／Ｐ１）＜６
を満足する請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに対応して形成される前記集光スポットの列方向の位置は、互いに異なる、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイを構成する、請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記複数の絵素のそれぞれは、観察者側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域をさらに有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記反射領域を規定する反射電極領域を有し、
前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、
前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、
前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺の少なくとも一方は行方向にくびれた凹部を形成し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記凹部に対応する位置に設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に設けられた開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、
前記透明電極は、前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺は、行方向にくびれた一対の凹部を形成し、前記透明電極領域は前記一対の凹部に対応する位置に設けられている、請求項７または８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、
ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する、請求項８または９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記複数の絵素のそれぞれは、観察者側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域をさらに有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記反射領域を規定する反射電極領域を有し、
前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、
前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、
前記互いに隣接する２本のデータ信号線は、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分を有し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記屈曲された部分によって形成された凹部に対応する位置に設けられている、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、
前記透明電極は、前記屈曲された部分によって形成された前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、
ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する、請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記照明装置から出射され前記複数の集光素子に入射する光の平行度は、半値角で±５°以下である、請求項１から１３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１５】
前記表示媒体層は液晶層である、請求項１から１４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１６】
前記表示媒体層の観察者側に配置された光拡散素子をさらに有する請求項１から１５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の表示装置を備える、携帯電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関し、特に、照明装置からの光を用いて表示を行う非発光型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非発光型表示装置には、液晶表示装置や、エレクトロクロミック表示装置や、電気泳動表示装置などがあり、中でも液晶表示装置は、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話等に幅広く利用されている。
【０００３】
液晶表示装置は、マトリクス状に規則的に配列された絵素電極に駆動電圧をそれぞれ印加することによって、絵素開口部の液晶層の光学特性を変化させて、画像や文字などを表示するように構成されている。液晶表示装置では、複数の絵素を個別に制御するために、スイッチング素子として例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が絵素毎に設けられている。また、スイッチング素子に、所定の信号を供給するための配線が設けられている。
【０００４】
しかし、絵素毎にトランジスタが設けられると、絵素の面積が減少し、輝度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
さらに、スイッチング素子や配線は、その電気的性能や製造技術などの制約から、ある程度以下の大きさで形成することは困難である。例えばフォトリソグラフィ法におけるエッチング精度には１μｍ〜１０μｍ程度と限界がある。従って、液晶表示装置の高精細化、小型化に伴って、絵素のピッチが小さくなるほど、開口率がさらに低下し、輝度が低下するという問題が顕著になる。
【０００６】
輝度が低いという問題を解決するために、液晶表示装置の絵素のそれぞれに対応して集光素子を設け、照明装置からの光を各絵素に集光させる方法がある。
【０００７】
例えば特許文献１には、透過領域と反射領域とを備えた半透過型（透過反射両用型）液晶表示装置に、マイクロレンズなどの集光素子を設けた液晶表示装置が開示されている。
【０００８】
半透過型液晶表示装置は、近年、例えば携帯電話のように、明るい環境でも好適に使用可能な液晶表示装置として開発されたものである。半透過型液晶表示装置は、１つの絵素に、バックライトからの光を用いて透過モードで表示を行う透過領域と、周囲光を用いて反射モード表示を行う反射領域とを有しており、使用環境に応じて、透過モードによる表示と反射モードによる表示との切り替え、または、両方の表示モードによる表示を行うことができる。
【０００９】
半透過型液晶表示装置では、反射領域をある程度広く確保する必要があるため、絵素に対する透過領域の面積比率が低下し、透過モードにおける輝度が低下するという問題がある。
【００１０】
そこで、特許文献２では、バックライト側に配置された基板上に、開口部を有する反射板と、マイクロレンズなどの集光素子とを設けた半透過型液晶表示装置において、反射板とマイクロレンズとを、基板の同一面側で且つ液晶側に配置させることにより、マイクロレンズに入射したバックライトからの光を、反射板に設置された開口部に高効率で集光させる方法が開示されている。
【００１１】
特許文献３には、マイクロレンズの底辺を円形もしくは六角形とし、マイクロレンズおよび絵素の透過領域を千鳥格子状に配列させるとともに、マイクロレンズと絵素の透過領域とを１：１に対応させ、かつ、マイクロレンズの焦点が絵素の透過領域の中心に位置するように配置させることにより、マイクロレンズによる集光効率（照明装置から入射した光の利用効率）を高めた方法が開示されている。
【００１２】
特許文献４には、照明装置とマイクロレンズとの間に、照明装置から出射される光（拡散光）の広がり角を狭小化、すなわち、平行光に近い光線とするコリメート素子を設けることにより、マイクロレンズによる集光効率を高めた方法が開示されている。
【００１３】
これらの特許文献では、マイクロレンズを通過した光の収束点は、アクティブマトリクス基板などの第１基板上の透明電極領域に形成されている（特許文献２〜３）か、または、絵素の液晶層内に形成されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開平１１―１０９４１７号公報
【特許文献２】特開２００２−３３３６１９号公報
【特許文献３】特開２００３−２５５３１８号公報
【特許文献４】特開２００１−１５４１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このようにマイクロレンズなどの集光素子を用いて照明装置から入射した光を各絵素に集光させ、表示装置の輝度を高める方法は種々提案されているが、マイクロレンズによる集光効率は、未だ、不充分である。
【００１５】
上記では、半透過型液晶表示装置を例に説明したが、照明装置からの光の利用効率を向上させたいという要求は、透過型液晶表示装置に共通する。さらに、このような要求は、液晶表示装置以外の非発光型表示装置にも見られる。
【００１６】
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、照明装置からの光の利用効率を向上させ、輝度が高められた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の表示装置は、前面に光を出射する照明装置と、行列状に配列された複数の絵素を備えた表示パネルと、前記照明装置と前記表示パネルとの間に設けられた複数の集光素子とを備え、前記表示パネルは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示媒体層とを有し、前記第１基板は前記表示媒体層の前記照明装置側に配置されており、前記第２基板は前記表示媒体層の観察者側に配置されており、前記複数の絵素のそれぞれは、前記照明装置から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域を有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記透過領域を規定する透明電極領域を有し、前記複数の集光素子のそれぞれは、前記複数の絵素の透過領域に対応して配置されており、且つ、前記照明装置から出射された光の収束点を前記表示媒体層よりも観察者側に形成するように配置されていることを特徴としている。
【００１８】
ある好ましい実施形態では、前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、０．６≦（ｄ／ｆ）≦０．９を満足する。
【００１９】
ある好ましい実施形態では、前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、０．７≦（ｄ／ｆ）≦０．８を満足する。
【００２０】
ある好ましい実施形態では、前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記複数の絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）は、（ｆ／Ｐ１）＜６を満足する。
【００２１】
ある好ましい実施形態では、前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに対応して形成される前記集光スポットの列方向の位置は、互いに異なる。
【００２２】
ある好ましい実施形態では、前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイを構成する。
【００２３】
ある好ましい実施形態では、前記複数の絵素のそれぞれは、観察者側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域をさらに有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記反射領域を規定する反射電極領域を有し、前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺の少なくとも一方は行方向にくびれた凹部を形成し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記凹部に対応する位置に設けられている。
【００２４】
ある好ましい実施形態では、前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に設けられた開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、前記透明電極は、前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する。
【００２５】
ある好ましい実施形態では、前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺は、行方向にくびれた一対の凹部を形成し、前記透明電極領域は前記一対の凹部に対応する位置に設けられている。
【００２６】
ある好ましい実施形態では、前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する。
【００２７】
ある好ましい実施形態では、前記複数の絵素のそれぞれは、観察者側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域をさらに有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記反射領域を規定する反射電極領域を有し、前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、前記互いに隣接する２本のデータ信号線は、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分を有し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記屈曲された部分によって形成された凹部に対応する位置に設けられている。
【００２８】
ある好ましい実施形態では、前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、前記透明電極は、前記屈曲された部分によって形成された前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する。
【００２９】
ある好ましい実施形態では、前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する。
【００３０】
ある好ましい実施形態では、前記照明装置から出射され前記複数の集光素子に入射する光の平行度は、半値角で±５°以下である。
【００３１】
ある好ましい実施形態では、前記表示媒体層は液晶層である。
【００３２】
ある好ましい実施形態では、前記表示媒体層の観察者側に配置された光拡散素子をさらに有する。
【００３３】
本発明の携帯電子機器は、上記のいずれかの表示装置を備える。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の表示装置は、照明装置（バックライト）と表示パネルとの間に配置された集光素子が照明装置から出射された光の収束点を表示媒体層よりも観察者側に形成するように構成されているため、光の利用効率が高められる。
【００３５】
また、本発明の表示装置は、透過モードによる表示を行う透過領域と反射モードによる表示を行う反射領域とを有する半透過型表示装置において、データ信号線の幅や２本のデータ信号線の間隔を部分的に調整することによって、透過領域を規定する透明電極領域の面積を増大できるので、透過領域の開口率が一層向上し、透過モード表示の輝度が高められる。特に、透過電極領域を千鳥状に配列することによって、透過モード表示の輝度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明者は、マイクロレンズなどの集光素子を用いた表示装置の輝度を向上させる目的で、特に、照明装置から出射された光の配光特性（平行度または指向性）と、照明装置から出射された光が形成する収束点の位置との関係を中心に検討した。その結果、照明装置から入射した光の収束点は、従来のように、照明装置側に配置された基板（例えばＴＦＴ基板）に設けられた透明電極や絵素の表示媒体層（例えば液晶層）内に形成するのではなく、表示媒体層よりも観察者側に形成することにより、照明装置からの光の利用効率を高められることを見出した。このことは、照明装置から出射され集光素子に入射する光の平行度が半値角で±５°以下、更には±３．５°以下という比較的平行度が高い光を用いる場合においてすら成立し、光の利用効率が向上する。平行光線を利用することを想定した技術常識では、集光素子の焦点は、絵素の中心、すなわち表示媒体層内に形成することが最も好ましいと考えられるが、本発明者は、平行度が比較的高い光を用いる場合においても、表示媒体層よりも観察者側に焦点をずらすことによって光の利用効率を向上させられることを見出し、本発明に想到した。
【００３７】
（実施形態１）
本実施形態の表示装置は、前面に光を出射する照明装置と、行列状に配列された複数の絵素を備えた表示パネルと、照明装置と表示パネルとの間に設けられた複数の集光素子とを備えている。表示パネルは、第１基板と、第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた表示媒体層とを有し、第１基板は表示媒体層の照明装置側に配置されており、第２基板は表示媒体層の観察者側に配置されている。複数の絵素のそれぞれは、照明装置から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域を有し、第１基板は表示媒体層側に、少なくとも透過領域を規定する透明電極領域を有している。複数の集光素子のそれぞれは、複数の絵素の透過領域に対応して配置されている。このような構成を備えた表示装置において、複数の集光素子のそれぞれは、照明装置から出射された光の収束点が表示媒体層よりも観察者側に形成されるように配置されていることに本実施形態の特徴がある。
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明による表示装置の第１の実施形態を説明する。
【００３９】
以下では、半透過型（透過反射両用型）液晶表示装置について本実施形態を説明する。これは、後記する実施形態についても同様である。ただし、本実施形態の表示装置はこれに限定されず、例えば透過型液晶表示装置などの半透過型以外の液晶表示装置にも好適に用いられる。また、本実施形態は、表示媒体層として、液晶層以外の電気泳動層を有する電気泳動表示装置などの表示装置にも好適に用いられる。
【００４０】
図１は、本実施形態の半透過型液晶表示装置２００を模式的に示す斜視図である。
【００４１】
図１に示すように、半透過型液晶表示装置２００は、照明装置（不図示）と、行列状に配列された複数の絵素Ｐｘを備えた表示パネル１００と、照明装置と表示パネル１００との間に設けられた集光素子群５４とを有している。
【００４２】
表示パネル１００は、照明装置側に配置されるアクティブマトリクス基板などの第１基板１０と、観察者側に配置されるカラーフィルタ基板などの第２基板１１と、第１基板１０と第２基板１１との間に設けられた液晶層２３とを有している。
【００４３】
第１基板１０は、照明装置から出射された光４１を透過する透明電極領域３３（図２参照）と、第２基板１１から入射した光（周囲光、不図示）を反射する反射電極領域３５（図２参照）とを有する。第１基板は、液晶層２３側に設けられた透明電極１３と反射電極１５とを有しており（図２参照）、反射電極領域３５は反射電極１５によって規定され、透明電極領域３３は、透明電極１３が形成された領域の内で反射電極１５の開口部に対応する領域として規定される。透明電極１３は透過電極領域にのみ設けてもよいが、例示するように、絵素内のほぼ全面に設けることにより、後のプロセスを安定にできるという利点が得られる。
【００４４】
表示パネル１００は、図示しない、赤（Ｒ）カラーフィルタ、緑（Ｇ）カラーフィルタおよび青（Ｂ）カラーフィルタを含むカラーフィルタ層をさらに有し、上記Ｒ、ＧおよびＢカラーフィルタは図２４に示すようにストライプ状に配列されている。行方向に隣接する３つの絵素Ｐｘは、上記カラーフィルタに対応して、それぞれ、Ｒ、Ｇ、およびＢの色光を出射し、上記３つの絵素によって１画素が構成される。
【００４５】
各絵素Ｐｘは、透過モード表示を行う透過領域Ｔｒと、反射モード表示を行う反射領域Ｒｆとを有しており、透過モードおよび反射モードで表示を行うことができる。透過モードおよび反射モードのいずれか一方のモードで表示を行うことも可能で、両方のモードで表示を行うこともできる。複数の絵素Ｐｘは、行列状に配置されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの色光をそれぞれ出射する絵素を含んでいる。各絵素Ｐｘは、行方向に延びる遮光層ＢＬ１と、列方向に延びる遮光層ＢＬ２とによって規定される。遮光層ＢＬ１は例えば走査信号線（図２２参照）によって構成され、遮光層ＢＬ２は例えばデータ信号線２（図２２参照）によって構成される。
【００４６】
本明細書では、透明電極領域３３および反射電極領域３５は、ＴＦＴ基板などのアクティブマトリクス基板の領域として定義され、絵素Ｐｘ、透過領域Ｔｒおよび反射領域Ｒｆは、半透過型液晶表示装置２００の領域として定義される。
【００４７】
半透過型液晶表示装置２００が備える集光素子群５４は、複数の集光素子５４ａで構成されており、集光素子５４ａは、絵素Ｐｘの透過領域Ｔｒに対して一対一で設けられている。本実施形態では、集光素子群として、複数のマイクロレンズ（集光素子）５４ａを有するマイクロレンズアレイ５４を用いている。
【００４８】
マイクロレンズアレイ５４が有する複数のマイクロレンズ５４ａは、複数の透過領域Ｔｒに対して一対一で設けられており、マイクロレンズ５４ａを通過した光束４１の、複数の絵素の液晶層によって規定される面（以下、「絵素面」ということがある。絵素面は、基板面に平行である。）における集光スポットの中心は、それぞれ対応する透過領域Ｔｒの液晶層内に形成される。
【００４９】
本明細書において、光束の断面積が最小となる点、すなわち収束点（例えばマイクロレンズの焦点に対応）と区別して、「集光スポット」という用語を用いる。「集光スポット」は、絵素面における光の断面プロファイルに対応し、収束点と一致することを要しない。また、「集光スポットの中心」は、絵素面における光の強度分布を考慮した中心であり、集光スポットの断面プロファイルに対応する外形を有し、且つ、光の強度分布に対応する密度分布を有する紙の重心に対応する。光の強度分布が集光スポットの断面プロファイルの幾何学的な重心に対して対称な場合には、「集光スポットの中心」は幾何学的な重心と一致するが、マイクロレンズの収差などの影響によって非対称な強度分布を有する場合には、幾何学的な重心からずれることがある。
【００５０】
半透過型液晶表示装置２００は、第１基板の透明電極領域を通過した光の収束点が、表示媒体層よりも観察者側に形成されていることに特徴があり、これにより、照明装置からの光の利用効率が高められる。
【００５１】
前述したように、従来の表示装置では、例えば、集光素子の収束点は、第１基板１０上の透明電極領域３３に形成されている（特許文献２〜３）か、絵素の液晶層２３内に形成されており、本実施形態とは構成が相違している。
【００５２】
以下、図２および図３を参照して、照明装置から出射された光の収束点が形成される好ましい位置を具体的に説明する。なお、図２は図１に示した表示装置２００におけるマイクロレンズ５４ａの焦点位置（収束点の位置）を説明するための模式図である。
【００５３】
図２に示すように、バックライトなどの照明装置（不図示）から出射された光４１は、マイクロレンズ５４ａによって集光される。集光された光４１は、第１基板１０上の透明電極領域３３を通過し、液晶層２３の第２基板１１側に収束点４１ｆを形成する。
【００５４】
詳細には、マイクロレンズ５４ａの頂点から光４１の収束点４１ｆまでの距離をｆ（マイクロレンズ５４ａの焦点距離ということもある）とし、マイクロレンズ５４ａの頂点から透明電極領域３３までの距離をｄとすると、ｄとｆとの比（ｄ／ｆ）は、好ましくは、０．６以上、０．９以下であり、より好ましくは、０．７以上、０．８以下である。
【００５５】
次に、照明装置から出射され表示パネルに入射する光の収束点の位置を、従来の技術常識に反して、上記のように設定することが好ましい理由を説明する。
【００５６】
まず、図３を参照して、（ｄ／ｆ）を約０．４〜１．２の範囲で変化させた場合の、透明電極領域を透過する光束量（以下、「透過光束量」という。）と、（ｄ／ｆ）との関係を調べた結果を説明する。ここでは、前述した図１の表示装置を用いた。この表示装置は、後述する図１１に示すように、行方向に隣接する２つの絵素Ｐｘにそれぞれ形成される集光スポットの中心４１Ｃの列方向の位置が互いに異なるように、マイクロレンズが配置されている。光の利用効率を向上するためにマイクロレンズの好ましい配置については、図１１から図２４を参照して後述する。
【００５７】
透過光束量は、コンピュータを用いた光線追跡法によって算出した。ここで使用した照明装置、マイクロレンズ、および表示パネルの構成は、それぞれ、以下のとおりである。
【００５８】
・照明装置（光源）：１つのＬＥＤを用いたバックライト装置（出射光の平行度：±３．５°、例えば、後述する図１７および関連する記載を参照）
・マイクロレンズ：屈折率１．５２（ガラス）、曲率半径８８μｍ
・第１基板：屈折率１．５２（ガラス）、厚さ０．７ｍｍ（７００μｍ）
・第２基板：屈折率１．５２（ガラス）、厚さ０．７ｍｍ（７００μｍ）
・液晶層  ：厚さ５μｍ
・絵素    ：行方向のピッチ（Ｐ１）５１μｍ、列方向のピッチ（Ｐ２）１５３μｍ
・第１基板上の透明電極領域・・・φ４２μｍの円形（透過領域の開口率：約１８％）
【００５９】
比較のために、マイクロレンズを設けない表示装置について、透明電極領域を透過する光束量を同様に算出した。
【００６０】
次に、マイクロレンズを設けたときの透過光束量と、マイクロレンズを設けないときの透過光束量との比（以下、「透過光束量の比」と略記する場合がある。）を算出した。透過光束量の比は、マイクロレンズを設けることによる光の利用効率の上昇率を表しており、この数値が大きいほど、マイクロレンズによる集光効率が高いことを意味する。
【００６１】
さらに、透明電極領域の大きさを種々変化させ、直径１０μｍ（透過領域の開口率：約１％）、直径２０μｍ（開口率：約４％）、直径３０μｍ（開口率：約９％）の円形としたときにおける透過光束量の比を、それぞれ、上記と同様にして算出した。
【００６２】
図３は、このようにして得られた各透過光束量の比と（ｄ／ｆ）との関係を示すグラフである。
【００６３】
図３より、第１基板上の透明電極領域をφ１０〜４２ｍｍの範囲まで変化させたとき（開口率に換算すると、約１〜１８％）、いずれの場合も、（ｄ／ｆ）＜１．０のときに透過光束量の比は最大値をとることが分かる。
【００６４】
例えば、開口率が最大の約１８％（図中、×）のときにおける「透過光束量の比」と「ｄ／ｆ」との関係を検討すると、（ｄ／ｆ）＝１．０のとき、透過光束量の比は約１．９であったが、（ｄ／ｆ）が１よりも小さくなるにつれて透過光束量の比は大きくなり、（ｄ／ｆ）＝０．７のとき、透過光束量の比は最大値（約２．２）をとる。透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）≒０．７を境にして徐々に小さくなるが、（ｄ／ｆ）がおおむね、０．６以上であれば、（ｄ／ｆ）＝１．０のときの値に比べて大きい。これらの結果は、マイクロレンズを通過する光の収束点が（ｄ／ｆ）≒０．７を満足するように形成されたときに、マイクロレンズによる集光効率は最大となり、マイクロレンズを設けないときに比べて明るさが約２．２倍向上し、且つ、従来例（ｄ／ｆ≒１．０）と比較しても、明るさが約１．２倍向上した表示装置が得られることを意味している。
【００６５】
同様の傾向は、開口率が約９％（図中、△）の場合にも見られる。詳細には、透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）が１よりも小さくなるにつれて大きくなり、（ｄ／ｆ）＝０．８のとき、最大値（約２．７）をとる。透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）≒０．８を境にして徐々に低下するが、（ｄ／ｆ）がおおむね、０．６以上であれば、（ｄ／ｆ）＝１．０のときの値に比べて大きい。これらの結果は、マイクロレンズを通過する光の収束点が（ｄ／ｆ）≒０．８を満足するように形成されたときに、マイクロレンズによる集光効率は最大となり、マイクロレンズを設けないときに比べて明るさが約２．７倍向上し、且つ、従来例（ｄ／ｆ≒１．０）と比較しても、明るさが約１．４倍向上した表示装置が得られることを意味している。なお、この実験データは、後記する試作例１でも援用している。
【００６６】
図３に示すように、開口率が約４％（図中、□）、約１％（図中、○）と小さくなるにつれ、透過光束量の比が最大値をとる（ｄ／ｆ）は、より１．０に近づく傾向が認められる。例えば、開口率が約４％の場合、透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）≒０．８〜０．９を境にして徐々に低下し、（ｄ／ｆ）がおおむね０．７のとき、（ｄ／ｆ）≒１．０よりも大きくなる。また、開口率が約１％の場合、透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）≒０．９を境にして徐々に低下し、（ｄ／ｆ）がおおむね０．８５のとき、（ｄ／ｆ）≒１．０よりも大きくなる。
【００６７】
従って、透過光束量の比が、少なくとも（ｄ／ｆ）≒１．０のときの値よりも大きくなるような、好ましい（ｄ／ｆ）の範囲は、開口率によって相違するが、例えば開口率が約５％以上のときは、好ましい（ｄ／ｆ）は、おおむね０．６以上、０．９以下であり、より好ましくは０．７以上、０．８以下である。一方、開口率が約５％以下のときは、好ましい（ｄ／ｆ）は、おおむね０．７以上、０．９５以下であり、より好ましくは０．８以上、０．９以下である。
【００６８】
ここで、透過領域の開口率（図３中、φ）は、４０％以下とすることが好ましい。この値が小さくなるほど、照明装置からの光の利用効率も高くなり、本実施形態の作用が有効に発揮される。なお、その下限は特に限定されないが、現在の照明装置から出射される光の平行度などを考慮すると、４％以上にすることが好ましい。
【００６９】
なお、図３は、照明装置（バックライト）から出射される光の平行度が±３．５°のときの結果を示しているが、平行度が、例えば±１°から±１５゜まで変化させた場合であっても、同様の結果が得られることを確認している。
【００７０】
このように、ほぼ平行光と見なすことが出来る程度に高い平行度を有している光を用いる場合でも、収束点が液晶層よりも観察者側に形成されるように構成することによって、光の利用効率が向上する。ここで、照明装置から出射され集光素子に入射する光の平行度は、半値角で±５°以下であることが好ましい。なお、その下限は特に限定されないが、実用性や照明装置の作製精度、および量産性などを考慮すると、おおむね、±２°とすることが好ましい。
【００７１】
本実施形態において、（ｄ／ｆ）を１未満に制御することによって光の利用効率が高められる理由は、主に、照明装置から出射される光の配光特性に起因すると考えられる。以下、図４（ａ）および（ｂ）を参照しながら、照明装置からの光が完全な平行光（マイクロレンズの法線方向に平行な光）の場合と、照明装置からの光が拡散光（マイクロレンズの法線方向に対し、所定の傾きを有する光）の場合とにおいて、マイクロレンズに入射した後の光線パターンが、それぞれ、どのように異なるかを説明する。
【００７２】
図４（ａ）は、完全な平行光がマイクロレンズに入射したときの光線図であり、図４（ｂ）は、光軸に対して１０°傾いた光（半値角が±１０°）がマイクロレンズに入射したときの光線図である。また、図中に受光面として示した線分の長さは第１基板上の透明電極領域の大きさに対応し、ここでは４２μｍである。
【００７３】
なお、これらの図は、上記の理由を説明するための簡易な光線パターンであり、実際には、照明装置からの光には強度分布があるなどの点は無視して作成している。
【００７４】
照明装置からの光が完全な平行光の場合、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズによって屈折された光は、（ｄ／ｆ）＝１．０を満足する受光面で収束する。また、受光面は一定の大きさ（φ４２μｍ）を有しているため、（ｄ／ｆ）＝０．５〜１．３の範囲では、すべての光が受光面内に集光される。すなわち、集光スポットのサイズは受光面のサイズよりも小さい。このことは、（ｄ／ｆ）が０．５〜１．３の範囲内であれば、いずれの位置に反射電極の開口部（透明電極領域を規定する）を設けたとしても、同じ量の光が通過するため、輝度は変わらないことを意味している。
【００７５】
これに対し、照明装置からの光が拡散光の場合は、図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズによって屈折された光は、光軸から外れて進んでいき、（ｄ／ｆ）＝１．０の受光面から外れた位置（（ｄ／ｆ）＞１）に収束点を形成するとともに、（ｄ／ｆ）＝１．０の受光面には、マイクロレンズを通過した光は当たらない。一方、マイクロレンズ側に近い側に受光面（（ｄ／ｆ）＜１．０）を配置する構成では、光線の光軸からのずれが比較的小さいため、マイクロレンズを通過した光の一部が受光面に入射する。このことは、（ｄ／ｆ）＜１．０を満足するよう、反射電極の開口部をマイクロレンズに近い位置に配置すれば、すなわちマイクロレンズを通過した光の収束点を観察者側にずらすことにより、開口部（透過電極領域）を通過する光の量が増加し、透過モード表示における輝度が向上する。
【００７６】
このように、完全な平行光がマイクロレンズに入射したときは、（ｄ／ｆ）が０．５〜１．３のいずれの位置に開口部を設けたとしても光の透過量（透過強度）は変わらず一定であるが、拡散光がマイクロレンズに入射したときは、開口部を（ｄ／ｆ）＜１．０の範囲に配置したときに光の透過量（透過光強度）が多くなり、輝度が向上することが分かる。ここでは、半値角が±１０°の光について（ｄ／ｆ）と集光効率の関係を説明したが、この関係は、半値角が±５°以下、さらには±３．５°以下という、従来の技術常識では平行光と近似してもよいと考えられる程度に平行度の高い光の場合にも成立する。
【００７７】
なお、図２および図４では、照明装置からの光の収束点４１ｆが１点に収束されているように図示しているが、収束点４１ｆの形状は帯状（線状）であってもよい。
【００７８】
（試作例１）
以下、図５および図６を参照して、実施形態１の液晶表示装置の試作例を説明する。本試作例は、図２を参照しながら前述した開口率約９％（図２中、△）の実験データに対応する。図６は、図５（ａ）のＩＩ―ＩＩ’線’に沿った断面図である。
【００７９】
本試作例では、画面の対角線サイズが２．４インチで、３２０×２４０×ＲＧＢの画素数（ＱＸＧＡ）を有する表示装置を使用している。これは、後記する試作例２〜３も同様である。
【００８０】
図５（ａ）は、試作例１の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＴＦＴ基板に形成された反射電極１５を説明するための平面図である。
【００８１】
図５（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板には、行方向に配列された合計３本のデータ信号線２Ａ、２Ｂ、２Ｃが配置されており、隣接するデータ信号線２Ａと２Ｂ、および２Ｂと２Ｃとは、それぞれ、絵素を介して、互いに対向している。また、隣接するデータ信号線２Ａと２Ｂと走査信号線１とによって包囲された領域、および隣接するデータ信号線２Ｂと２Ｃと走査信号線１とによって包囲された領域には、それぞれ、透明電極１３Ａ、および１３Ｂが形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、反射電極１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ、絵素の透過領域を規定する開口部Ａを有し、開口部Ａ以外の部分は、図５（ａ）に示す透明電極１３Ａおよび１３Ｂを覆うように形成されている。また、２つの反射電極１５Ａおよび１５Ｂに形成された２つの開口部Ａの列方向の位置は、互いに異なっている。そのため、反射電極１５Ａおよび１５Ｂの開口部Ａによって規定される２つの透明電極領域の列方向の位置も、互いに異なっている。
【００８２】
図５（ｂ）に示すように、データ信号線２と透明電極１３とは、３μｍの間隔ｄを設けて配置されている。反射電極１５は、透明電極１３を露出する開口部Ａを有しており、開口部Ａは、ＴＦＴ基板上の透明電極領域を規定している。なお、反射電極１５は、層間絶縁膜１４に設けられた開口部内で透明電極１３と接続されており、その一部分が透明電極１３とオーバーラップしている。
【００８３】
ここで、透明電極１３の幅ｂは３６μｍ、データ信号線２の幅ｃは９μｍ、絵素の行方向のピッチＰ１は５１μｍであり、反射電極１５と透明電極１３とのオーバーラップ量ｇを３μｍ、反射電極１５に設けられた開口部Ａの直径ｅを３０μｍとすると、絵素の行方向のピッチＰ１は下式（１）の関係を有している。
【００８４】
Ｐ１＝ｅ＋２×（ｇ＋ｄ）＋２×（１／２×ｃ）  ・・・  （１）
【００８５】
次に、このときの透過領域の開口率を以下のようにして算出する。まず、絵素を構成する行方向の幅および列方向の幅を１：３とし、絵素の行方向のピッチＰ１（５１μｍ）を行方向の幅とすると、絵素の面積は、
５１μｍ×（５１μｍ×３）＝７８０３μｍ2
となる。また、第１基板上の反射電極１５に形成された開口部Ａは、
π×（３０μｍ／２）2≒７０６．５μｍ2
であるから、透過領域の開口率（％）は、
（７０６．５μｍ2÷７８０３μｍ2）×１００
≒９．１％
となる。
【００８６】
さらに、この表示装置の透過表示時の明るさ（パネル正面輝度）を測定したところ、６３ｃｄ／ｍ2であった。
【００８７】
以上の結果は、（ｄ／ｆ）＝１．０のときのデータである。
【００８８】
次に、このような構成を備えた本試作例の表示装置において、さらに、前述した（ｄ／ｆ）の範囲を約０．４〜１．２の範囲まで変化させた表示装置を試作し、透過光束量を、それぞれ、測定した。これらの結果は、前述した図３（図中、△）に示したとおりである。
【００８９】
図３に示したように、透過光束量の比は、（ｄ／ｆ）が１よりも小さくなるにつれて増加し、（ｄ／ｆ）＝０．８をピークにして徐々に低下するが、（ｄ／ｆ）が約０．６〜０．９の範囲であれば、（ｄ／ｆ）＝１．０に比べて輝度の高い表示装置が得られることが分かる。
【００９０】
さらに本実施形態の表示装置は、集光素子の頂点から収束点までの距離ｆと、複数の絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）は、（ｆ／Ｐ１）＜６を満足することが好ましい。これにより、視野角を少なくとも１５゜以上と大きくでき、どの角度からでも表示装置を見ることができるため、情報用表示装置として非常に有用である。
【００９１】
以下、図７を参照して、上記要件を定めた理由を説明する。
【００９２】
図７は、集光素子の頂点から収束点までの距離ｆと絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）と、正面輝度または半値視野角との関係を示すグラフである。正面輝度とは、表示装置を正面（表示面の法線方向）から見たときの輝度値を意味し、半値視野角とは、表示装置を斜めから見たときの輝度値が正面輝度の半分になる視野角（表示面の法線からの傾き角度）を意味する。
【００９３】
図７に示すように、正面輝度および半値視野角は、（ｆ／Ｐ１）との関係で、相反する関係を有しており、（ｆ／Ｐ１）の値が大きくなると、正面輝度は大きくなる（図中、△）が、半値視野角は小さくなっている（図中、×）。正面輝度を規定する直線と半値視野角を規定する直線とは、（ｆ／Ｐ１）≒６．２の点で交差しており、（ｆ／Ｐ１）≒６のとき、半値視野角は１５°となる。
【００９４】
このように、（ｆ／Ｐ１）の比は、目標レベルの半値視野角を得るための良好な指標となり、上記比の範囲を適切に制御することにより、使用者の要求特性に応じた表示装置が得られることが分かる。すなわち、情報表示用の表示装置として使用する場合は、どの角度からでも表示装置を見ることができるよう、半値視野角を少なくとも１５゜以上と大きくすることが好ましいため、（ｆ／Ｐ１）の比が６以下となるよう、集光素子の頂点から収束点までの距離ｆを絵素行ピッチＰ１の６倍以下に制御することが好ましい。
【００９５】
これに対し、表示装置を主に携帯電話等として使用する場合は、使用者が個人に限られるため、視野角を大きくする必要はなく、むしろ、視野角を制限することが好ましいため、（ｆ／Ｐ１）の比が６以上となるよう、集光素子の頂点から収束点までの距離ｆを絵素行ピッチＰ１の６倍以上に制御することが好ましい。
【００９６】
さらに本実施形態の表示装置は、表示媒体層の観察者側に配置された光拡散素子をさらに有することが好ましい。これにより、指向性が高いバックライトなどの照明装置を用いた場合であっても、表示パネルから出射される光の半値角を大きくし、液晶表示装置の視野角を大きくすることができる。
【００９７】
以下、図８を参照して、このような光拡散素子を備えた表示装置の実施形態を説明する。図８は、上記実施形態に用いた液晶表示装置の構成を示す斜視図である。図８に示す液晶表示装置は、第２基板１１から出射する光（不図示）を拡散するマイクロレンズアレイ８４が第２基板１１の観察者側（「外側」とも称する）に設けられている点を除き、図１に示す半透過型液晶表示装置の構成と同じである。マイクロレンズ８４は、公知のマイクロレンズ（拡散レンズ）を用いることができる。
【００９８】
上記実施形態によれば、第２基板１１の観察者側に、光拡散素子としてマイクロレンズ８４が設けられているため、指向性が高いバックライトなどの照明装置を用いた場合であっても、表示パネルの半値角を大きくし、液晶表示装置の視野角を大きくすることができる。特に、指向性の高い照明装置と本実施形態の液晶表示装置とを組み合わせることにより、明るく、コントラストに優れた画像を、光拡散素子によって広げることができ、視角範囲の広い液晶表示装置を提供することができる。
【００９９】
上記実施形態に用いられる光拡散素子としては、マイクロレンズおよびレンチキュラーレンズなどの拡散レンズやプリズムに代表される光屈折素子が挙げられるが、光眩素子（光拡散層または光散乱層）を採用することもできる。光眩素子としては、例えば、基板の表面を粗面化させる方法、マトリクス中にマトリクスの屈折率と異なる屈折率を有する粒子（充填剤）を分散させる方法などが例示される。
【０１００】
なお、上記実施形態では、第２基板の外側に光拡散素子が配置された態様を示したが、光拡散素子の配置はこれに限定されず、少なくとも、表示媒体層の観察者側に配置されていればよい。従って、光拡散層は、本実施形態のように第２基板の外側に設けても良いし、第２基板の液晶層側（「内側」とも称する）に設けてもよい。いずれの構成を採用するかは、以下に説明するそれぞれの構成の利点と欠点とを考慮し、液晶表示装置の用途に応じて適宜決定すればよい。
【０１０１】
光拡散層を内側に設けた構成は、表示画像のぼやけ（輪郭が不鮮明になる現象）が生じにくいという利点がある反面、製造工程が複雑となりコストが上昇するという欠点がある。また、光拡散層を反射領域に選択的に配置する構成において、光拡散層の配置パターンのピッチが画素ピッチと近いと、光の干渉（モアレ）が生じやすいという問題があり、この問題は高精細な液晶表示装置で顕著となる。
【０１０２】
一方、光拡散層を外側に設けた構成は、製造が容易で、設計変更や共用化に対応しやすく、低コストで製造できるという利点がある反面、表示画像のぼやけが生じやすいという欠点がある。表示画像のぼやけを抑制するために、薄い基板を用いることが好ましい。なお、光拡散層を外側に配置しても、反射層を基板の外側に配置した場合に生じる２重写りの問題は生じない。これは、光拡散層は反射層と異なり、入射光を正反射しないからである。
【０１０３】
以下、表示媒体層の観察者側に配置された光拡散素子をさらに有する本試作例の表示装置の有用性を明らかにする目的で、以下のようにして表示装置を試作し、現行方式（比較例）の表示装置における電力効率（パネル正面輝度／ＬＥＤの電流値）と比較した。
【０１０４】
まず、本試作例の表示装置として、図１に示す液晶表示装置において、第１基板の背面に、図１７に示すバックライト（ＬＥＤ１灯、ＬＥＤ電流値３０ｍＡ、輝度半値角±３．５°、正面輝度１００００ｃｄ／ｍ2）を設けるとともに、第２基板の背面に光拡散素子としてマイクロレンズを設け、パネル正面輝度の半分の輝度が得られる視野角（半値視野角）を±２０°と大きくした。なお、データ信号線の構成などは、後述する試作例３と同じであり、バックライトの前面（出射面）に設けられたマイクロレンズは、図１１（後記する）に示すように、それぞれの集光スポットの中心が、１つの絵素行に、列方向の位置が異なる２つの行を形成するように、千鳥状（ジグザク）に配列した。
【０１０５】
比較のために、光拡散素子を設けていない現行方式の表示装置として、３つのＬＥＤを備える従来の照明装置を用いた。詳細には、第１基板の背面に、現在一般的な液晶表示装置に使用されているバックライト（ＬＥＤ３灯、ＬＥＤ電流値４５ｍＡ、輝度半値角±２５°、正面輝度１８００ｃｄ／ｍ2）を設け、パネル正面輝度の半値視野角を±２５°と大きくした。
【０１０６】
このように両表示装置におけるパネル正面輝度の半値視野角をほぼ等しくしたうえで、各表示装置のパネル正面輝度を測定し、電力効率（パネル正面輝度／ＬＥＤの電流値）を算出した。なお、試作例の表示装置の照明装置として、図１７に示したように、単一のＬＥＤを備え、指向性の高い光を出射する照明装置を用いた。
【０１０７】
表１に、本試作例および比較例の表示装置における電力効率の結果を、それぞれ、併記する。
【０１０８】
【表１】
2006126732.tif 000003
【０１０９】
表１に示すように、本試作例のパネル正面輝度は、１１０ｃｄ／ｍ2と非常に高く、マイクロレンズを設けていない比較例のパネル正面輝度（５５ｃｄ／ｍ2）に比べて約２倍増加しているにもかかわらず、ＬＥＤの電流値は３０ｍＡと低く、比較例（４５ｍＡ）に比べて約２／３に抑えられている。結果として、本試作例は比較例よりも約３倍電力効率が上昇している。
【０１１０】
このように本試作例によれば、比較例に比べて消費電力の少ない光源を用いても、輝度が約２倍に高められ、寿命は約３倍と飛躍的に高められた表示装置が得られる。
【０１１１】
（実施形態２）
以下、図９（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明による表示装置の第２の実施形態を説明する。図９（ａ）は、本実施形態の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＴＦＴ基板に形成された反射電極を説明するための平面図である。本実施形態に用いられるＴＦＴ基板および反射電極の構成は、データ信号線の幅が以下に説明するように変更されていること以外、前述した実施形態１で参照した図５（ａ）および図５（ｂ）と同じである。したがって、図５（ａ）および図５（ｂ）に付した参照符号と同じ符号を、図９（ａ）および図９（ｂ）でも用いている。
【０１１２】
図９（ａ）に示すように、本実施形態では、隣接するデータ信号線２Ａと２Ｂの、絵素を介して互いに対向する一対の辺は、行方向にくびれた一対の凹部６１Ａを有しており、一対の凹部６１Ａに対応する位置に透明電極領域が設けられている。詳細には、一対の辺に形成された一対の凹部６１Ａ内に、凸部を備えた透明電極１３Ａが形成されている。同様に、隣接するデータ信号線２Ｂと２Ｃの、絵素を介して互いに対向する一対の辺は、行方向にくびれた一対の凹部６１Ｂを有しており、一対の凹部６１Ｂに対応する位置に透明電極領域が設けられている。詳細には、一対の辺に形成された一対の凹部６１Ｂ内に、凸部を備えた透明電極１３Ｂが形成されている。反射電極１５Ａおよび１５Ｂは、開口部Ａに対応する位置に、それぞれ、切欠き部６７Ａおよび６７Ｂを有している。
【０１１３】
本実施形態によれば、透明電極１３に形成された凸部６２に対応する領域の分だけ、開口部が広くなるため、透過領域の開口率も大きくなり、実施形態１よりも明るい表示が得られる。
【０１１４】
なお、本実施形態の表示装置では、対向する２本のデータ信号線は、「一対の凹部」を有しているが、これに限定されず、絵素を介して互いに対向する一対の辺の少なくとも一方が、行方向にくびれた凹部を有していればよい。このような構成によっても、反射電極に設けた開口部Ａが大きくなり、絵素の輝度が向上するからである。
【０１１５】
輝度の更なる向上を目的として、表示装置の絵素のそれぞれに対応して集光素子を設けることが好ましい（詳細は後述する）。例えば、図１１に示すように、絵素行内において互いに隣接する絵素の夫々に対応して形成される集光スポットの列方向の位置が互いに異なるように集光素子の配列を工夫すれば、絵素の配列に制限されることなく、照明装置からの光の利用効率を高めることができる。
【０１１６】
（試作例２）
以下、実施形態２の具体的な試作例を説明する。本試作例では、透明電極領域に対応する位置に配設されたデータ信号線の幅を５μｍと小さくしたこと以外、前述した試作例１の構成と同じである。
【０１１７】
本試作例における透過領域の開口率（％）を試作例１と同様にして算出する。本試作例では、データ信号線の幅ｃ＝５μｍであること以外、上式（１）を構成するＰ１、ｇ、およびｄの値は、試作例１と同じである。これらの値を上式（１）に代入すると、本試作例における、反射電極１５の開口部Ａの直径ｅは、
ｅ＝３４μｍ
となる。第１基板上の反射電極１５に形成された開口部Ａは、
π×（３４μｍ／２）2≒９０７．４６μｍ2
であるから、透過領域の開口率（％）は、
（９０７．４６μｍ2÷７８０３μｍ2）×１００
≒１１．６％
となる。
【０１１８】
すなわち、本試作例によれば、前述した試作例１（開口率約９．１％）に比べて透過領域の開口率を約１．３倍まで高めることができる。
【０１１９】
さらに、本試作例の液晶表示装置について、透過表示時の明るさ（パネル正面輝度）を測定したところ、本試作例では８０ｃｄ／ｍ2であった。従って、本試作例では、試作例１（６３ｃｄ／ｍ2）に比べて明るさが約２７％増している。
【０１２０】
以上の実験結果は、（ｄ／ｆ）＝１．０のときのデータである。
【０１２１】
このような構成を備えた本試作例の表示装置において、さらに、（ｄ／ｆ）を約０．６〜０．９の範囲に制御することにより、（ｄ／ｆ）＝１．０に比べて輝度の高い表示装置を提供できることを実験により確認している（図示せず）。
【０１２２】
また、本試作例では、表示装置の絵素のそれぞれに対応してマイクロレンズを図２に示すように配置しているが、これに限定されず、マイクロレンズを設けなくとも、データ信号線の構成を上記のように設定することによって絵素の輝度が向上することも、実験により確認している。
【０１２３】
（実施形態３）
以下、図１０（ａ）から（ｂ）を参照しながら、本発明による表示装置の第３の実施形態を説明する。前述した実施形態２では、データ信号線の幅を変更しているのに対し、本実施形態では、データ信号線の幅は変えずに一定とし、絵素を介して互いに対向するデータ信号線の間隔を変更している点で相違する。ただし、両者は、ＴＦＴ基板の構成は基本的に同じであるため、データ信号線の配置や透明電極領域、開口部の位置などの説明は、省略する。
【０１２４】
図１０（ａ）は、本実施形態の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＴＦＴ基板上の反射電極領域を規定する反射電極を説明するための平面図である。本実施形態に用いられるＴＦＴ基板および反射電極の構成は、絵素を介して互いに対向するデータ信号線の間隔が以下に説明するように変更されていること以外、前述した実施形態１で参照した図５（ａ）および図５（ｂ）と同じである。したがって、図５（ａ）および図５（ｂ）に付した参照符号と同じ符号を、図１０（ａ）および図１０（ｂ）でも用いている。
【０１２５】
図１０（ａ）に示すように、行方向に配列された合計３本のデータ信号線２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、隣接する２本のデータ信号線２Ａと２Ｂは、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分６３を有しており、屈曲された部分６３によって形成された凹部６８Ａ、６８Ｂに対応する位置に透明電極領域が設けられている。詳細には、データ信号線２Ａおよび２Ｂに形成された凹部６８Ａ、６８Ｂ内に、凸部６４Ａ、６４Ｂを備えた透明電極１３Ａが形成されている。隣接する２本のデータ信号線２Ａと２Ｂとの間隔が広くなるように屈曲された部分６３に対応して、隣接する２本のデータ信号線２Ｂと２Ｃは、それらの間隔が狭くなるように屈曲された部分７１を有しており、屈曲された部分７１によって形成された凸部７２Ａ、７２Ｂ内に、凹部７３Ａ、７３Ｂを備えた透明電極１３Ｂが形成されている。
【０１２６】
さらに、２本のデータ信号線２Ａと２Ｂは、それらの間隔が他の部分よりも狭くなるように屈曲された部分６５を有しており、屈曲された部分６５によって形成された凸部６９Ａ、６９Ｂ内に、凹部６６Ａ、６６Ｂを備えた透明電極１３Ａが形成されている。隣接する２本のデータ信号線２Ａと２Ｂとの間隔が狭くなるように屈曲された部分６５に対応して、隣接する２本のデータ信号線２Ｂと２Ｃは、それらの間隔が広くなるように屈曲された部分７４を有しており、屈曲された部分７４によって形成された凹部７５Ａ、７５Ｂに対応する位置に透明電極領域が設けられている。詳細には、データ信号線２Ｂおよび２Ｃに形成された凹部７５Ａ、７５Ｂ内に、凸部７６Ａ、７６Ｂを備えた透明電極１３Ｂが形成されている。
【０１２７】
また、反射電極１５Ａおよび１５Ｂは、開口部Ａに対応する位置に、それぞれ、切欠き部６７Ａおよび６７Ｂを有している。
【０１２８】
このように本実施形態によれば、互いに隣接する２本のデータ信号線は、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分と、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分とを両方有するように、蛇行して形成されているため、透過領域の開口率が大きくなって輝度が向上する。本実施形態の表示装置は、例えば、データ信号線２を構成する材料の抵抗値が高く、データ信号線２の幅を前記実施形態２のように狭くすると表示不良が生じる場合に、特に有用である。
【０１２９】
なお、本実施形態では、２本のデータ信号線は、それらの間隔が広い部分と狭い部分とを、両方、有しているが、データ信号線の構成はこれに限定されず、少なくとも、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分を有していればよい。このような構成を備えた表示装置により、反射電極に設けた開口部Ａが大きくなり、絵素の輝度が向上するからである。
【０１３０】
輝度の更なる向上を目的として、表示装置の絵素のそれぞれに対応して集光素子を設けることが好ましい。例えば、図１１に示すように、絵素行内において互いに隣接する絵素の夫々に対応して形成される集光スポットの列方向の位置が互いに異なるように集光素子の配列を工夫すれば、絵素の配列に制限されることなく、照明装置からの光の利用効率を高めることができる。
【０１３１】
（試作例３）
以下、実施形態３の具体的な試作例を説明する。
【０１３２】
本試作例では、データ信号線の幅は変えずに一定とし、２本のデータ信号線間の行方向の間隔が広い部分と狭い部分とを設けたこと以外、前述した試作例１と同じ表示装置を使用した。すなわち、上式（１）を構成するパラメータ（Ｐ１、ｇ、ｄ、およびｃ）のうち、ｇとｄの値は試作例１と同じであり、ｃは９μｍである。また、行方向の間隔が広い部分のＰ１は、５６ｍｍである。
【０１３３】
これらの値を上式（１）に代入し、試作例１と同様にして反射電極Ａの開口部Ａの直径ｅを求めると、
ｅ＝３５μｍ
となる。
【０１３４】
このときの透過領域の開口率を、試作例１と同様にして算出すると、約１２．３％となる。また、表示装置の明るさを同様にして算出すると、約８５ｃｄ／ｍ2となる。
【０１３５】
すなわち、本試作例によれば、従来例（透過領域の開口率約１１．６％、輝度約６３ｃｄ／ｍ2）に比べて、透過領域の開口率を約１．４倍、輝度を約３５％向上できる。この結果は、前述した試作例２の結果を上回っている。
【０１３６】
以上の実験結果は、（ｄ／ｆ）＝１．０のときのデータである。
【０１３７】
このような構成を備えた本試作例の表示装置において、さらに、（ｄ／ｆ）を約０．６〜０．９の範囲に制御することにより、（ｄ／ｆ）＝１．０に比べて輝度の高い表示装置を提供できることを実験により確認している（図示せず）。
【０１３８】
また、本試作例では、表示装置の絵素のそれぞれに対応してマイクロレンズを図２に示すように配置しているが、これに限定されず、マイクロレンズを設けなくとも、データ信号線の構成を上記のように設定することによって絵素の輝度が向上することも、実験により確認している。
【０１３９】
表２に、試作例１〜３の結果（（ｄ／ｆ）＝１．０）をまとめて記載する。
【０１４０】
【表２】
2006126732.tif 000004
【０１４１】
前述した実施形態の表示装置は、集光素子を所定の配列で配置することにより、複数の絵素のうち、行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに形成される集光スポットの列方向の位置が、互いに異なることが好ましい。
【０１４２】
ここで、集光スポットの重心は、１つの絵素に集光スポットの中心が１つ形成される場合には集光スポットの中心と一致し、１つの絵素に集光スポットの中心が２以上形成される場合には、その複数の集光スポットの中心の重心である。
【０１４３】
以下、図１１から図１６を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置におけるマイクロレンズアレイの配置の特徴をより詳細に説明する。図１１から図１６は、表示面法線方向から見た図であり、簡単のために、マクロレンズの中心と集光スポットの中心とが一致している場合を示している。
【０１４４】
図１１は、液晶表示装置２００におけるマイクロレンズ５４ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。複数の絵素は、ストライプ状に配列されており、行方向のピッチはＰ１、列方向のピッチはＰ２である。行方向に隣接する３つの絵素Ｐｘはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、およびＢの色光を出射し、上記３つの絵素によって１画素が構成される。複数のマイクロレンズ５４ａは、それぞれの集光スポットの中心４１Ｃが透過領域Ｔｒ内に形成され、かつ、透過領域Ｔｒの中心と集光スポットの中心とが略一致するように配置されている。図１１は、ストライプ状配列の絵素に対して、マイクロレンズを最密充填配列した例を示している。
【０１４５】
集光スポットの中心４１Ｃは各絵素Ｐｘに１つずつ形成されているため、集光スポットの中心４１Ｃは集光スポットの重心と一致する。集光スポットの中心４１Ｃは、絵素行においてジグザグ状に配置されている。行方向に隣接する任意の２つの絵素Ｐｘにそれぞれ形成される集光スポットの中心４１Ｃは、列方向の位置が互いに異なっており、列方向の位置が一致する場所に、集光スポットの中心４１Ｃは存在しない。このように、絵素行内において互いに隣接する絵素に対応するマイクロレンズの中心（集光スポットの中心）を列方向において異ならせることによって、ストライプ配列の絵素に対してもマイクロレンズを最密充填で配列することが可能となる。
【０１４６】
図１１に示すように、それぞれの集光スポットの中心４１Ｃは、１つの絵素行に、列方向の位置が異なる２つの行を形成するように、ジグザクに配列されている。集光スポットの中心４１Ｃが形成する各行における集光スポットの中心４１Ｃの行方向のピッチＭｘは２Ｐ１であり、同じ絵素行内の集光スポットの中心４１Ｃが形成する２つの行は、（１／２）Ｍｘ（＝Ｐ１）だけピッチがずれている。また、ここでは、絵素の列方向のピッチＰ２と集光スポットの中心４１Ｃの列方向のピッチＭｙが、Ｐ２＝２Ｍｙの関係を満足するように配置されているので、表示面に平行な面における断面が円形のマイクロレンズ５４ａは理想的な最密充填配列となっている。図１１に示すマイクロレンズ５４ａは、ＭｘとＭｙとの比が、Ｍｘ：Ｍｙ＝２：√３の関係を満足し、マイクロレンズアレイ平面（表示面に平行な面）におけるマイクロレンズ５４ａの充填率はπ√３／６＝０．９０６となり、最大である。従って、照明装置５０から液晶パネル１００に入射した光量の９０．６％を集光して、対応する透過領域に導き、表示に利用することが可能となる。従って、例えば、液晶パネルの高精細化に伴って透過領域の面積が小さくなっても、明るい透過モード表示を実現できる。あるいは、反射モードの輝度を向上するために絵素Ｐｘに占める透過領域の面積比率を小さくした場合でも、明るい透過モード表示が可能となる。また、レンズの設計により、反射電極と透過電極とを形成する面積比率を変更することなく、反射モードの表示輝度と透過モードの表示輝度との比を変更できる。
【０１４７】
図１３および図１４は、マイクロレンズおよび集光スポットの中心の配置が図１１に示すように配置されていない例を説明するための模式図である。
【０１４８】
図１３に示すマイクロレンズの配置においては、絵素Ｐｘの行方向のピッチＰ１と列方向ピッチＰ２との比が一般的な１：３である場合、マイクロレレンズ２５４ａの充填率は、最高でπ／１２＝０．２６２である。従って、透過モード表示に利用できる光量は、照明装置から液晶表示パネルに入射した光量の２６．２%以下である。
【０１４９】
各絵素Ｐｘに３つのマイクロレンズ２５５ａが配置された図１４に示す配置においては、Ｐ１：Ｐ２が１：３の場合、マイクロレレンズ２５５ａの充填率は、最高でπ／４＝０．７８５である。従って、透過表示に利用できる光量は、照明装置から液晶表示パネルに入射した光量の７８．５%以下である。
【０１５０】
図１１では、表示面に平行な面におけるレンズの断面形状が円形である場合を示したが、液晶表示装置２００に用いられるレンズの形状はこれに限定されることはない。上記レンズの断面形状は、例えば図１２に示すように、六角形であってもよい。図１２に示すマイクロレンズアレイでは、複数の正六角形状のマイクロレンズ５５ａが蜂の巣状に配列されている。マイクロレンズ５５ａのそれぞれの辺は、隣接するマイクロレンズの辺と接触するように設計されているので、マイクロレンズアレイ平面におけるマイクロレンズ５５ａの充填率はほぼ１００％であり、図１１に示したマイクロレンズ５４ａよりも、レンズの充填率をさらに向上でき、より明るい透過モード表示を実現できる。
【０１５１】
上記では、液晶表示装置２００における絵素がストライプ状に配列されている場合を説明したが、絵素Ｐｘの配列はこれに限られず、例えば、デルタ状に配列されていてもよい。
【０１５２】
図１５は、絵素Ｐｘがデルタ状に配列されている場合におけるマイクロレンズ５６ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。図１５に示す集光スポットの中心４１Ｃは、絵素Ｐｘがデルタ状に配列されている場合であっても、図１１に示した集光スポットの中心４１Ｃと同様の配置関係を有している。
【０１５３】
上記ではマイクロレンズを最密充填配列する場合およびそれに類似する場合を例に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限られない。
【０１５４】
絵素行内において互いに隣接する絵素に対応するマイクロレンズの中心（集光スポットの中心）を列方向において異ならせることによって、多様なマイクロレンズの配列が可能となり、種々の効果を発揮することができる。
【０１５５】
まず、上述の最密充填配列を例に説明したように、マイクロレンズ５４ａの直径は、絵素Ｐｘの行方向ピッチＰ１よりも大きくすることができる。従って、絵素ピッチＰ１に制約されることなく、大きなマイクロレンズを用いることによる光の利用効率を向上することができる。
【０１５６】
図１１、図１２および図１５では、複数のマイクロレンズのそれぞれの行方向のサイズが絵素ＰｘのピッチＰ１よりも大きい場合を示したが、本発明に用いられるマイクロレンズは、これに限定されない。マイクロレンズの行方向のサイズが絵素のピッチＰ１よりも大きい場合、上記サイズがピッチＰ１以下である場合に比べて、より効果的に照明装置からの光を透過領域に集光できるという効果があるが、マイクロレンズのサイズは、絵素Ｐｘにおける透過領域の比率や位置などに応じて適宜決定すればよく、絵素のピッチＰ１以下であっても良い。マイクロレンズの行方向のサイズが絵素ＰｘのピッチＰ１以下であっても、例えば、レンズの設計により、反射電極と透過電極とを形成する面積比率を変更することなく、反射モードの表示輝度と透過モードの表示輝度との比を変更できるという効果が得られる。
【０１５７】
また、複数のマイクロレンズのうちのいくつかのマイクロレンズについてのみ、行方向のサイズをＰ１よりも大きくしてもよい。例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素のうち、１色または２色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズのサイズのみを選択的に大きくすることにより、特定の色の輝度を高くできる。色毎に表示の輝度を変えることにより、見やすい表示を実現できる場合がある。また、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタの厚さを同一にすることによって、いずれかの色の輝度が低くなった場合に、その色の輝度を補償することができる。
【０１５８】
図１６は、Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素の透過領域に対応するマイクロレンズ５７ａ、５８ａのうち、１色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズ５７ａの直径のみを選択的に大きくした場合におけるマイクロレンズ５７ａ、５８ａおよび集光スポットの中心４１Ｃと、対応する透過領域Ｔｒとの位置関係の一例を模式的に示す平面図である。図１６に示すマイクロレンズの集光スポットの中心は、図１１に示したマイクロレンズ５４ａと同様の配置関係を有している。
【０１５９】
また、図１１、図１２、図１５および図１６では、マイクロレンズが球面レンズであり、かつ、透過領域が円形状である場合を示したが、マイクロレンズの種類および透過領域の形状はこれに限定されない。マイクロレンズは、例えば、非球面レンズやフレネルレンズであってもよい。また、透過領域の形状は、例えば、集光スポットの形状に応じて適宜決定される。
【０１６０】
マイクロレンズアレイ５４は公知の方法で形成することができる。具体的には、例えば、以下に説明する工程によって形成される。
【０１６１】
まず、所望とするレンズアレイ５４の形状が精密に形成された金型原盤を用意する。金型原盤と液晶表示パネル１００の基板１０との間に紫外線硬化樹脂を封入する。続いて、封入した樹脂に紫外線を照射し、硬化させる。紫外線硬化樹脂を完全に硬化させた後、金型を静かに剥離する。
【０１６２】
上記の方法を用いれば、光学特性の高いレンズアレイを、容易に、かつ高い量産性で製造することができる。レンズアレイ５４の材料には、完全に硬化した状態で透明性が高く、かつ複屈折の小さい紫外線硬化樹脂が好適に用いられる。なお、上記方法以外に、例えばイオン交換法やフォトリソグラフィ法などが用いられる。
【０１６３】
以下、実施形態１の半透過型液晶表示装置２００に用いた照明装置５０について説明する。
【０１６４】
（照明装置）
実施形態１に用いられる照明装置５０は、光源として１つのＬＥＤを用いたバックライト装置である。照明装置からの光を集光素子５４によって十分集光するには、照明装置から入射される光の平行度が高い（例えば出射光の輝度の半値幅が±５°以内である）ことが好ましい。以下に説明する照明装置５０は、所定の方向については、平行度の高い光を出射できる。
【０１６５】
照明装置５０は図１７に示すように、導光板２４と、導光板２４の背面に設けられた反射板３０と、導光板２４の角部２４ｔ（図１９、図２０参照）に近接して配置されたＬＥＤ２１と、導光板２４の前面に設けられたプリズムシート２５とを有している。なお、本実施形態に用いた照明装置５０の詳細は、ＩＤＷ‘０２  第５０９頁〜５１２頁（カランタル  カリルら）に説明されている。
【０１６６】
ＬＥＤ２１から出射する光は、導光板２４に入射し、導光板内部で反射されることにより、導光板２４の出射面のほぼ全面から出射する。導光板２４の下面から出射する光は、反射板３０によって反射され、再び導光板２４に入射し、導光板２４の出射面から出射する。導光板２４から出射された光は、プリズムシート２５に入射し、プリズムシート２５によって、導光板２４の法線方向に屈折される。
【０１６７】
反射板３０は、例えばアルミニウム膜等により形成される。導光板２４は、例えばポリカーボネートやポリメチルメタクリレート等の透明材料によって形成される。導光板２４は、導光板２４の内部に入射した光を、反射面２２ａで反射して導光板２４の外部へ出射させる複数のプリズム２２を備えている。複数のプリズム２２は、導光板２４の底面に形成され、図２１に示すように、マトリクス状に配置されている。各プリズム２２は図１７に示すように、２つの反射面２２ａを有する三角溝状に構成されている。プリズム２２の反射面２２ａは、図２１に示すように、ＬＥＤ２１を中心とした円の半径方向であるＹ方向（第１方向）に対して直交するＸ方向（第２方向）に延びるように形成されている。言い換えれば、プリズム２２は、Ｘ方向に延びる溝に構成されている。反射面２２ａの傾斜角度は、導光板２４の内部の光が、導光板２４の法線方向に効率よく出射するように規定されている。なお、図２１では、簡単のために、隣接する各プリズム２２同士の間隔を一定にして示しているが、実際には、ＬＥＤ２１から離れるにつれて、各プリズム２２の間隔が短くなるように設計されている。
【０１６８】
照明装置５０の出射面における光学特性の測定結果を図１８に示す。図１８に示す結果は、図１９に示すように、照明装置５０の出射面内で、ＬＥＤ２１を中心とした円弧上の３つの測定個所Ａ、ＢおよびＣにおいてそれぞれ測定した輝度の平均値をとったものである。ＬＥＤ２１を中心とした半径方向をＹ方向とし、Ｙ方向に直交する方向にＸ方向をとる。
【０１６９】
図１８に示すように、Ｘ方向における出射光の輝度の半値幅は、約±３゜であるのに対し、Ｙ方向における出射光の輝度の半値幅は、約±１５゜であり、Ｙ方向よりもＸ方向の指向性が高く（すなわち、Ｘ方向における出射光は、Ｙ方向における出射光よりも平行度が高く）、Ｘ方向とＹ方向との間で指向性に差があることが分かる。従って、出射光は、出射面内において指向性のばらつきを有する。図２０（ａ）に、この指向性のばらつきを模式的に表す。なお、図２０（ａ）に示した楕円は、図２０（ｂ）に示すように、楕円の長軸方向は指向性が弱い（出射光の平行度が低い）ことを意味し、短軸方向は指向性が強い（出射光の平行度が高い）ことを意味する。
【０１７０】
上記照明装置５０から出射される光は、出射面において、Ｘ方向とＹ方向との間で指向性に差があるが、マイクロレンズとして、表示面に平行な面における断面が円形のマイクロレンズ５４ａ（図１および図１１参照）で構成されるマイクロレンズアレイ５４を用いることによって指向性の高いＸ方向の光を十分に集光できるので、液晶表示装置２００のほぼ全表示面にわたって輝度の高い表示を実現できる。
【０１７１】
なお、本実施形態に用いられる照明装置は上記のものに限定されない。例えば、ＬＥＤ２１を導光板２４の側面の中央部に配置しても良いし、２つ以上のＬＥＤを用いても良い。また、ＬＥＤに代えて、例えば蛍光管などを用いても良い。ただし、本実施形態では、照明装置からの入射光のうち法線方向に入射する光しか利用しないため、例えば、プロジェクタなどの照明装置は除外される。
【０１７２】
（表示パネル）
図２２および図２３を参照しながら、図１の半透過型液晶表示装置２００に用いられる表示パネル１００のＴＦＴ基板の一般的な構造および機能を詳しく説明する。図２２は、ＴＦＴ基板１００Ａの平面図であり、図２３は、ＴＦＴ基板１００Ａを有する表示パネル１００の部分断面図であり、図２３は、図２２のＩＩＩ―ＩＩＩ’線に沿った断面図に対応する。なお、本実施形態は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置を開示しているが、これに限定されず、ＭＩＭを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置や単純マトリクス型液晶表示装置に適用することもできる。
【０１７３】
図２３に示すように表示パネル１００は、ＴＦＴ基板１００Ａ（図１の第１基板１０に対応）と、カラーフィルタ基板（図１の第２基板１１に対応）１００Ｂと、これらの間に配置された液晶層２３とを有している。ＴＦＴ基板１００Ａおよびカラーフィルタ基板１００Ｂには、偏光板、１／４λ板、および配向膜（いずれも不図示）が必要に応じて設けられる。
【０１７４】
図２２に示すように、表示パネル１００に用いられるＴＦＴ基板１００Ａは、第１基板（例えば、ガラスや石英からなる）１０の上に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５と、複数の走査信号線（ゲートバスライン）１およびデータ信号線（ソースバスライン）２とを有している。図２２および図２３に示すように、各走査信号線１およびデータ信号線２によって囲まれた領域内には、例えばＩＴＯからなる透明電極１３と、例えばＡｌからなる反射電極１５とが形成されており、透明電極１３と反射電極１５とが絵素電極４を構成している。
【０１７５】
走査信号線１とデータ信号線２とが交差する領域の近傍にはＴＦＴ５が配置されており、走査信号線１がゲート電極６に、データ信号線２がソース電極７に接続されている。なお、図１３には示さないが、絵素電極４を、走査信号線１およびデータ信号線２に重畳するように配置すれば、絵素開口率を高くできるという効果が得られる。
【０１７６】
図２３に示すように、表示パネル１００は、上面（表示面）から観察した場合、マトリクス状に配列された複数の絵素Ｐｘ毎に透過領域Ｔｒと、反射領域Ｒｆとを有している。透過領域Ｔｒは、ＴＦＴ基板１００Ａの領域のうち、液晶層２３に電圧を印加するための電極としての機能と光を透過する機能とを備えた領域によって規定される。反射領域Ｒｆは、ＴＦＴ基板１００Ａの領域のうち、液晶層２３に電圧を印加するための電極としての機能と光を反射する機能とを備えた領域によって規定される。
【０１７７】
ＴＦＴ基板１００Ａの透明基板２８上には、走査信号線１（図２２参照）およびゲート電極６を覆うゲート絶縁膜１２が形成されている。ゲート電極６の上に位置するゲート絶縁膜１２上に半導体層５ａが形成されており、半導体層５ａとソース電極７およびドレイン電極８とはそれぞれ半導体コンタクト層７ａおよび８ａを介して接続され、ＴＦＴ５を形成している。ＴＦＴ５のドレイン電極８は、透明電極１３と電気的に接続され、さらに層間絶縁膜１４に形成されたコンタクトホール９において、反射電極１５と電気的に接続されている。透明電極１３は、走査信号線１およびデータ信号線２で包囲される領域の中央付近のゲート絶縁膜１２上に形成されている。
【０１７８】
透明基板２８上に、透明電極１３を露出する開口部Ａ（反射電極１５の開口部に相当する）を備えた層間絶縁膜１４が透明基板２８のほぼ全面を覆うように形成されている。開口部Ａの周辺の層間絶縁膜１４上に反射電極１５が形成されている。反射電極１５が形成されている層間絶縁膜１４の表面は、連続する波状の凹凸形状を有し、反射電極１５はこの表面形状に沿った形状を有し、反射電極１５は適度な拡散反射特性を有する。連続する波状の凹凸形状の表面を有する層間絶縁膜１４は、例えば感光性樹脂を用いて形成することができる。
【０１７９】
透明電極１３は、データ信号線２と走査信号線１とによって包囲される領域のほぼ全領域に形成されることが好ましい。データ信号線２および走査信号線１に重ならないように透明電極１３を形成すれば、これらの間に形成される容量を十分に小さくすることができる。
【０１８０】
また、反射電極１５は、透過領域Ｔｒを規定する開口部Ａを有し、開口部Ａ以外の部分は透明電極１３を覆うように形成されていることが好ましい。すなわち、透明電極１３の外延は、反射電極１５の外延の内側に位置することが好ましい。さらに反射電極１５の外延の一部は、絵素を包囲する２本のデータ信号線２および２本の走査信号線１（さらにはＴＦＴ５）と重なるように配置されていることが好ましい。これにより、反射電極領域３５を広くすることができる。
【０１８１】
さらに、反射電極１５は、データ信号線２および走査信号線１（さらにはＴＦＴ５）を覆うように形成された層間絶縁膜１４上に形成し、層間絶縁膜１４の誘電率を小さくするおよび／または層間絶縁膜１４の厚さを十分に大きくすることが好ましい。これにより、データ信号線２および走査信号線１（さらにはＴＦＴ５）と反射電極１５との間に形成される容量を十分に小さくできるため、反射電極領域３５を大きくすることができる。
【０１８２】
また、透過領域Ｔｒは絵素Ｐｘの中央付近に形成され、反射領域Ｒｆは透過領域Ｔｒの周辺に形成される構造を有することが好ましい。反射領域Ｒｆを絵素Ｐｘの周辺部に配置するように構成すると、データ信号線２や走査信号線１と反射領域Ｒｆの一部が重なる構成とすることが可能であり、反射領域Ｒｆの面積を比較的広くすることができる。また、透過領域Ｔｒを絵素Ｐｘの中央付近に配置することによって、集光素子を用いて、より効率良く透過領域に光を集光することができる。なお、ここでいう中央付近は、周辺に対する中央であり、例えば図１に示したように、行方向においては、千鳥状に（ジグザグに）透過領域Ｔｒを配置することによって、集光素子による集光効率を向上することが出来る。
【０１８３】
さらに、透過領域Ｔｒにおける液晶層２３の厚さ（ｄｔ）と反射領域Ｒｆにおける液晶層２３の厚さ（ｄｒ）とは、ｄｔ＝２ｄｒの関係をほぼ満足することが好ましい。これにより、反射モードの表示に利用される光と透過モードの表示に利用される光の光路長を一致させることができるため、例えば、液晶層２３による偏光方向の変化（回転）を利用して表示を行うモード（ＴＮモード、ＳＴＮモード、垂直配向モードを含むＥＣＢモード）では、それぞれの絵素Ｐｘにおいて、反射領域Ｒｆを通過した光の偏光方向と、透過領域Ｔｒを通過した光の偏光方向とを互いに一致させることによって、高品位の表示を実現することができる。液晶層２３の厚さを上記のように制御する方法としては、例えば、層間絶縁膜１４の厚さ（ｔ）により、透過領域内の液晶層の厚さ（ｄｔ）と反射領域の液晶層の厚さ（ｄｒ）との間に差（Δｄ）を設ける方法が挙げられ、ｔ≒Δｄとなるように制御することにより、上述した「ｄｔ＝２ｄｒ」の関係をほぼ満足することができる。
【０１８４】
カラーフィルタ基板１００Ｂの透明基板２９（例えば、ガラスや石英などからなる）上には、カラーフィルタ層が形成されており、液晶層２３側の表面には対向電極（透明電極）１８が形成されている。カラーフィルタ層は、赤（Ｒ）１６Ａ、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各カラーフィルタと、それらの間隙に設けられたブラックマトリクス１６Ｄとを有している。本実施形態の液晶表示装置２００では、各カラーフィルタは、図２４に示すようにストライプ状に配列されている。対向電極１８は、例えばＩＴＯを用いて形成される。
【０１８５】
なお、半透過型液晶表示装置２００に用いられる表示パネルは、上記の例に限られず、公知のパネルを広く利用することができる。半透過型液晶表示装置２００に用いられる表示パネルはカラー表示型に限られず、モノクロ型であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明によると、照明装置からの光の利用効率が高められる。特に、本発明は、透過モードによる表示と反射モードによる表示とが可能な半透過型表示装置の輝度を効果的に向上することができる。従って、携帯電話などのモバイル機器の消費電力を低減することができるので、電池の交換または充電の必要回数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】実施形態１に用いた半透過型液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した表示装置におけるマイクロレンズの焦点位置（収束点の位置）を説明するための模式図である。
【図３】（ｄ／ｆ）を約０．４〜１．２の範囲で変化させた場合における、透過光束量と、（ｄ／ｆ）との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、完全な平行光がマイクロレンズに入射したときの光線図であり、（ｂ）は、レンズの法線方向に対して１０°傾いた光がマイクロレンズに入射したときの光線図である。
【図５】（ａ）は、実施形態１の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＴＦＴ基板上の反射電極領域を規定する反射電極を説明するための平面図である。
【図６】図５（ａ）のＩＩ―ＩＩ’線に沿った断面図である。
【図７】集光素子の頂点から収束点までの距離ｆと絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）と、半値視野角または正面輝度との関係を示すグラフである。
【図８】実施形態１に用いた半透過型液晶表示装置において、表示媒体層の観察者側に載置された光屈折素子をさらに有する液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。
【図９】（ａ）は、実施形態２の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＴＦＴ基板上の反射電極領域を規定する反射電極を説明するための平面図である。
【図１０】（ａ）は、実施形態３の表示装置のＴＦＴ基板を説明するための平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＴＦＴ基板上の反射電極領域を規定する反射電極を説明するための平面図である。
【図１１】図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の好ましい例を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の他の好ましい例を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の好ましくない例を模式的に示す平面図である。
【図１４】図１の液晶表示装置におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の好ましくない他の例を模式的に示す平面図である。
【図１５】絵素がデルタ状に配列されている場合におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の一例を模式的に示す平面図である。
【図１６】Ｒ、Ｇ、およびＢ絵素の透過領域に対応するマイクロレンズのうち、１色の絵素の透過領域に対応するマイクロレンズの直径のみを選択的に大きくした場合におけるマイクロレンズおよび集光スポットの中心と、対応する透過領域との位置関係の一例を模式的に示す平面図である。
【図１７】図１の半透過型液晶表示装置に用いられる照明装置の模式図である。
【図１８】照明装置の出射面における光学特性の測定結果を示すグラフである。
【図１９】照明装置の出射面における光学特性の測定方法を説明するための模式図である。
【図２０】（ａ）は、図１８に示した指向性のばらつきを模式的に表す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した楕円を説明するための図である。
【図２１】照明装置の導光板を説明するための図である。
【図２２】図１の半透過型液晶表示装置に用いられる半透過型液晶表示パネルのＴＦＴ基板の平面図である。
【図２３】図２２のＩＩＩ―ＩＩＩ’線に沿った断面図である。
【図２４】ストライプ配列を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１      走査信号線
２      データ信号線
４      絵素電極
５      ＴＦＴ
５ａ    半導体層
６      ゲート電極
７      ソース電極
７ａ    半導体コンタクト層
８      ドレイン電極
８ａ    半導体コンタクト層
９      コンタクトホール
１０    第１基板
１１    第２基板
１２    ゲート絶縁膜
１３、１３Ａ、１３Ｂ    透明電極
１４    層間絶縁膜
１５、１５Ａ、１５Ｂ    反射電極
１６Ａ  赤（Ｒ）カラーフィルタ
１８    対向電極（透明電極）
２１    ＬＥＤ
２２    プリズム
２２ａ  反射面
２３    液晶層
２４    導光板
２４ｔ  角部
２５    プリズムシート
２８    透明基板
２９    透明基板
３０    反射板
３３    透明電極領域
３５    反射電極領域
４１    光
４１ｃ  集光スポットの中心
４１ｆ  照明装置からの光の収束点
５０    照明装置
５４    マイクロレンズアレイ
５４ａ    マイクロレンズ
５４ａｃ  マイクロレンズ５４ａの中心
５５ａ    マイクロレンズ
５５ａｃ  マイクロレンズ５５ａの中心
５６ａ    マイクロレンズ
５６ａｃ  マイクロレンズ５６ａの中心
５７ａ    マイクロレンズ
５７ａｃ  マイクロレンズ５７ａの中心
６１      データ信号線に形成された凹部
６２      透明電極に形成された凸部
６３、７４                          ２本のデータ信号線の間隔が広い部分
６４Ａ、６４Ｂ、７６Ａ、７６Ｂ      透明電極に形成された凸部
６５、７１                          ２本のデータ信号線の間隔が狭い部分
６６Ａ、６６Ｂ、７３Ａ、７３Ｂ      透明電極に形成された凹部
６７Ａ、６７Ｂ、７７Ａ、７７Ｂ      反射電極に形成された切欠き部
６８Ａ、６８Ｂ、７５Ａ、７５Ｂ      データ信号線に形成された凹部
６９Ａ、６９Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ      データ信号線に形成された凸部
８４        光屈折素子
１００      半透過型液晶表示パネル
１００Ａ    ＴＦＴ基板
１００Ｂ    カラーフィルタ基板（対向基板）
２００      半透過型液晶表示装置
２４１ｃ    集光スポットの中心
２５４ａ    マイクロレンズ
２５４ａｃ  マイクロレンズ２５４ａの中心
２５５ａ    マイクロレンズ
２５５ａｃ  マイクロレンズ２５７ａの中心
４００      液晶表示装置
Ｔｒ        透過領域
Ｒｆ        反射領域
Ｐｘ        絵素
Ｐ１        絵素の行方向のピッチ
Ｐ２        絵素の列方向のピッチ
Ａ          反射電極の開口部
【図１】
2006126732.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2006126732.tif 000021
【図１８】
2006126732.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月3日(2006.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に光を出射する照明装置と、
行列状に配列された複数の絵素を備えた表示パネルと、
前記照明装置と前記表示パネルとの間に設けられた複数の集光素子とを備え、
前記表示パネルは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示媒体層とを有し、前記第１基板は前記表示媒体層の前記照明装置側に配置されており、前記第２基板は前記表示媒体層の観察者側に配置されており、
前記複数の絵素のそれぞれは、前記照明装置から入射する光を用いて透過モードで表示を行う透過領域と、観察者側から入射する光を用いて反射モードで表示を行う反射領域を有し、前記第１基板は前記表示媒体層側に、前記透過領域を規定する透明電極領域と前記反射領域を規定する反射電極領域とを有し、
前記複数の集光素子のそれぞれは、前記複数の絵素の透過領域に対応して配置されており、且つ、前記照明装置から出射された光の収束点を前記表示媒体層よりも観察者側に形成するように配置されており、前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素のそれぞれに対応して形成される前記集光スポットの列方向の位置は互いに異なる、表示装置。
【請求項２】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、
０．６≦（ｄ／ｆ）≦０．９
を満足する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記集光素子の頂点から前記透明電極領域までの距離ｄとの比（ｄ／ｆ）は、
０．７≦（ｄ／ｆ）≦０．８
を満足する請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記集光素子の頂点から前記収束点までの距離ｆと、前記複数の絵素の行方向のピッチＰ１との比（ｆ／Ｐ１）は、
（ｆ／Ｐ１）＜６
を満足する請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記照明装置から出射され前記集光素子に入射する光の平行度は半値角で±２°以上である、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記複数の集光素子はマイクロレンズアレイを構成する、請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、
前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、
前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺の少なくとも一方は行方向にくびれた凹部を形成し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記凹部に対応する位置に設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に設けられた開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、
前記透明電極は、前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記互いに隣接する２本のデータ信号線の、絵素を介して互いに対向する一対の辺は、行方向にくびれた一対の凹部を形成し、前記透明電極領域は前記一対の凹部に対応する位置に設けられている、請求項７または８に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、
ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する、請求項８または９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１基板は、行方向に配列された複数のデータ信号線をさらに有し、
前記複数の絵素のそれぞれは、互いに隣接する２本のデータ信号線の間に配置されており、
前記互いに隣接する２本のデータ信号線は、それらの間隔が他の部分よりも広くなるように屈曲された部分を有し、前記透明電極領域の少なくとも一部は前記屈曲された部分によって形成された凹部に対応する位置に設けられている、請求項１に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第１基板は、透明電極と、前記透明電極の前記表示媒体層側に開口部を有する反射電極とを有し、前記透明電極領域は前記反射電極の前記開口部によって規定され、
前記透明電極は、前記屈曲された部分によって形成された前記凹部内にその一部が位置する凸部を有する、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記複数の絵素のうち行方向に隣接する２つの絵素が有する透過領域の列方向の位置は互いに異なり、
ある絵素の前記反射電極は、行方向に隣接する絵素の前記透過領域に対応する位置に切欠き部を有する、請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記照明装置から出射され前記複数の集光素子に入射する光の平行度は、半値角で±５°以下である、請求項１から１３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１５】
前記表示媒体層は液晶層である、請求項１から１４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１６】
前記表示媒体層の観察者側に配置された光拡散素子をさらに有する請求項１から１５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の表示装置を備える、携帯電子機器。