(57)【要約】【課題】  光源の明るさを上げることなく、また、反射膜の開口面積を大きくすることなく透過時の輝度を高めることができる半透過反射型の液晶表示装置を提供する。【解決手段】  バックライト５の凹凸面５ａで反射された光は、バックライト５の上面から出射する。そして、バックライト５の光（照明光）はレンチキュラーレンズ４５を構成する個々の集光レンズ４５ａに入射する。集光レンズ４５ａの集光作用によってそれぞれの画素３６を区画する遮光壁３５の内側に照明光Ｇを集められる。これにより、それぞれの画素３６を区画する遮光壁３５の領域Ｂに当たってロスとなる照明光は大幅に減らされ、それぞれの画素３６から出射される光を増加させることができる。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を挟む第１と第２の基板を有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置と、
前記第１と第２の基板のうち前記照明装置寄りの基板の表面に、前記液晶表示パネルの画素に対応して設けられた集光レンズと、
前記液晶表示パネルを駆動する駆動回路と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、同一線上に並んだ複数の前記画素に対応する一連の突条形状の集光レンズであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記集光レンズは、四角錐形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記画素には、それぞれの画素の色を設定するカラーフィルタと、それぞれの画素の輝度を設定する開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記集光レンズは、前記照明装置から照射された照明光の入射角度と、前記画素との位置に応じてその形成位置が規定されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記駆動回路は、カラー信号をγ補正するγ補正回路と、前記γ補正回路の出力を水平同期信号のタイミングで反転する反転回路と、前記反転回路の出力を輝度制御信号に基づいてレベル制御する制御手段とを具備することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネルと、表示パネルを駆動する駆動回路と、表示パネルを照明する照明装置とを備えた液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、携帯電話や携帯用ゲーム機などの電子機器に広く用いられている液晶表示装置として、夜間でも鮮明に液晶表示パネルを観察できるように、バックライトなどの照明装置を備えるとともに、電子機器の消費電力を抑えるために外光を液晶表示パネルの照明光として用いた半透過反射型の液晶表示装置が開発されている。こうした液晶表示装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。この液晶表示装置は、半透過型とするために、液晶層の近傍に開口を有する反射層が設けられており、また、開口の具体的な例としてスリット状あるいは矩形状の開口が挙げられている。
【特許文献１】特許第３２３５１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した半透過反射型の液晶表示装置において、透過時の輝度を高く設定するために反射膜の開口面積を大きくすると（最近では４０％〜５０％）、反射時に反射膜からの反射光が減少し、表示が暗くなってしまう。そこで、表示の輝度を上げるため光源を明るくすると、消費電力が大幅にアップしてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源の明るさを上げることなく、また、反射膜の開口面積を大きくすることなく透過時の輝度を高めることができる半透過反射型の液晶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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、液晶層を挟む第１と第２の基板を有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置と、前記第１と第２の基板のうち前記照明装置寄りの基板の表面に、前記液晶表示パネルの画素に対応して設けられた集光レンズと、前記液晶表示パネルを駆動する駆動回路とを具備することを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【０００６】
こうした液晶表示装置によれば、液晶表示パネルを照らし出す照明光を集光レンズによって、それぞれの画素を区画する遮光壁の内側にを集めることができる。これにより、それぞれの画素を区画する遮光壁に当たってロスとなる照明光は大幅に減らされ、その結果、それぞれの画素から出射される光を増加させることができるようになる。よって、照明装置の光量を増加させてバッテリー消費を増やさなくても、透過時における液晶表示パネルの輝度を向上させ、視認性を大幅に高めることが可能になる。
【０００７】
前記集光レンズは、同一線上に並んだ複数の前記画素に対応する一連の突条形状の集光レンズであってもよい。また、前記集光レンズは、四角錐形に形成されていてもよい。
【０００８】
前記画素には、それぞれの画素の色を設定するカラーフィルタと、それぞれの画素の輝度を設定する開口が形成されていればよい。また、前記集光レンズは、前記照明装置から照射された照明光の入射角度と、前記画素との位置に応じてその形成位置が規定されればよい。
【０００９】
また、前記駆動回路は、カラー信号をγ補正するγ補正回路と、前記γ補正回路の出力を水平同期信号のタイミングで反転する反転回路と、前記反転回路の出力を輝度制御信号に基づいてレベル制御する制御手段とを具備するものが好ましい。
この駆動回路によれば、カラー表示において、肉眼の持つ特性を利用して、輝度信号には多階調の（モノクロ）信号を、ＲＧＢカラー信号に少階調の信号を用いても、フルカラーの画像が表示可能である。このことにより、カラー信号処理に係る回路上の負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示パネルを照らし出す照明光を集光レンズによって、それぞれの画素を区画する遮光壁の内側にを集めることができる。これにより、それぞれの画素を区画する遮光壁に当たってロスとなる照明光は大幅に減らされ、その結果、それぞれの画素から出射される光を増加させることができるようになる。よって、照明装置の光量を増加させてバッテリー消費を増やさなくても、液晶表示パネルの輝度を向上させ、視認性を大幅に高めることが可能になる。
【００１１】
また、この発明によれば、カラー表示において、肉眼の持つ特性を利用して、すなわち、画像の多階調性を輝度信号（カラーフィルタのない開口部に相当）に持たせ、カラー信号（Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ部に相当）は、より少ない階調性で表示をすることにより、肉眼では多階調カラーと認識されるので、フルカラーの画像が表示可能である。このことにより、カラー信号処理に係る回路上の負担を軽減することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態による半透過反射型の液晶表示装置を図面を参照して説明する。図１は、同実施形態による液晶表示装置における液晶モジュール１の概略を示す拡大断面図である。液晶モジュール１は、液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板１０と、第２の基板２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した液晶表示パネル９と、照明装置であるバックライト５とから構成されている。
【００１３】
第１の基板１０の液晶層３０側には順に、反射膜１２に凹部（ディンプル）３１を形成するための有機膜１１と、液晶表示装置１に入射した光を反射させ、またバックライト５からの光を透過させる半透過反射膜１２と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、有機膜１１と半透過反射膜１２を被覆して保護するとともに有機膜１１やカラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜１４と、液晶層３０を駆動するための電極層１５と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、電極層２５、オーバーコート膜２４、配向膜２６が積層形成されている。
【００１４】
カラーフィルタ１３は、例えば光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂの３色が繰り返しパターンで形成されればよい。そして、各カラーフィルタ１３の間には、隣接するカラーフィルタ１３との間で光の混色を防ぐために、一般にブラックマトリクスと称される遮光壁３５が形成されている。
【００１５】
第１の基板１０の液晶層３０側と反対側（第１の基板１０の外面側）の表面には、後ほど詳述するレンチキュラーレンズ４５が一体に形成されている。こうしたレンチキュラーレンズ４５の下部には偏光板および位相差板の積層体１８が設けられている。一方、第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、位相差板２７と、偏光板２８がこの順で積層されている。また、第１の基板１０の偏光板１８の外側には、液晶表示装置１において透過表示を行うための照明装置としてのバックライト５が配設されている。
【００１６】
有機膜１１は、その上に形成されている半透過反射膜１２に凹部３１を与えて反射光を効率よく散乱させるために設けられているものである。このように半透過反射膜１２に凹部３１を形成することにより、液晶表示装置１に入射する外光を効率よく反射することができるため、外光反射による照明時における明るい表示を実現することができる。
【００１７】
半透過反射膜１２は、例えば、アルミニウム、銀など高反射率の金属薄膜などで形成されている。半透過反射膜１２には、液晶表示パネル９の各画素に対応して開口３２が形成されている。こうした開口３２は、バックライト（照明装置）５から照射された光が金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２を透過できるようにするためのものである。
【００１８】
以上のような構成により、液晶モジュール１は、例えば日中の屋外などでは、  外光Ｎが液晶表示パネル９に入射すると、金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２の開口３２以外の反射領域で反射され、液晶表示パネル９を明るく照らし出す。一方、夜間や暗い室内など外光が不足している環境下では、バックライト５を点灯させると、バックライト５から照射された照明光Ｂが半透過反射膜１２の開口３２を透過して液晶表示パネル９を明るく照らし出す。このように、液晶モジュール１は、光源として外光およびバックライト５のいずれを用いても、半透過反射膜１２の作用によって液晶表示パネル９を高輝度で明るく照らし出すことができる。
【００１９】
図２は有機膜１１と、その上に形成された半透過反射膜１２を含む部分を示す斜視図である。この図に示すように、有機膜１１の表面には、その内面が球面の一部をなす多数の凹部１１ａが左右に重なり合うようにして連続して形成されており、その面上に半透過反射膜１２が積層されている。こうした有機膜１１の表面に形成された凹部１１ａによって、半透過反射膜１２に凹部３１が形成される。また、半透過反射膜１２の一部には、例えば矩形の開口３２が形成されている。こうした開口３２は、例えば、エッチングによって形成されればよい。
【００２０】
凹部３１は、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部３１のピッチを３μｍ〜５０μｍの範囲でランダムに配置し、凹部３１内面の傾斜角を−３０度〜＋３０度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部３１の内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に設定する点、および隣接する凹部３１のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部３１のピッチに規則性があると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという不具合があるからである。
【００２１】
また、凹部３１の内面の傾斜角分布が−３０度〜３０度の範囲を超えると、反射光の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示が得られない（反射光の拡散角が空気中で３６度以上になり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全反射ロスが大きくなるからである。）からである。さらに、凹部３１の深さが３μｍを超えると、後工程で凹部３１を平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜（オーバーコート膜１４）で埋めきれず、極めて厚い平坦化膜を用いないと所望の平坦性が得られなくなり、表示ムラの原因となる。厚い平坦化膜を用いると、着色したり、信頼性テストにより平坦化膜の収縮やクラークが発生しやすくなる。
【００２２】
隣接する凹部３１のピッチが３μｍ未満の場合、有機膜１１を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、実用上、前記転写型の製作に使用しうる３０μｍ〜１００μｍ径のダイヤモンド圧子を用いる場合、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍとすることが望ましい。
【００２３】
このような構成によって、半透過反射膜１２はバックライト５からの照明光Ｂを開口３２で透過させるとともに、凹部３１が多数形成された反射領域３３で外光Ｎを効率よく反射させることができる。
【００２４】
図３（ａ）は、液晶表示パネルの各画素の様子を拡大して上面から見た拡大平面図であり、図３（ｂ）はこの図３（ａ）に対応する側面断面図である。鎖線で示す液晶表示パネル９のそれぞれの画素３６は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、透光部４６と、これらを区画する遮光壁（ブラックマトリクス）３５とから構成されている。
【００２５】
各画素に輝度を与えこれを設定する開口である透光部４６は、バックライト５からの光や半透過反射膜１２で反射された外光などの白色光をそのまま液晶表示パネル９に向けて透過させるものであり、この透光部４６と、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって各色の多階調表現を行い、ＬＲＧＢとも呼ばれる多階調のフルカラー表示を実現する。
【００２６】
これら各カラーフィルタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと透光部４６の下層に形成される半透過反射膜１２には、各カラーフィルタ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと透光部４６に対応する位置に、バックライト５からの光を透過させる矩形の開口３２がそれぞれ形成されている。
【００２７】
第１の基板１０の下層面（バックライト５側）には、レンチキュラーレンズ４５が一体に形成されている。図４は、第１の基板１０を下面側から見たときの外観斜視図である。第１の基板１０の下面に一体に形成されたレンチキュラーレンズ４５は、一方向に延びる断面略半円形の集光レンズ４５ａ（シリンドリカルレンズ）を多数整列させたシート状のレンズである。それぞれの集光レンズ４５ａはバックライト５側（図３参照）に向かって膨らんでおり、バックライト５側から入射した光をそれぞれの集光レンズ４５ａの中心に向けて収束させる。
【００２８】
レンチキュラーレンズ４５を構成する個々の集光レンズ４５ａは、液晶表示パネル９の一線上に並んだ一列分の画素３６Ｕに対応するように形成されている。これにより、個々の集光レンズ４５ａに入射した光は、それぞれの画素３６に向けて光を収束させる。
【００２９】
次に、このような集光レンズ４５ａ（レンチキュラーレンズ４５）の作用を説明する。図５に示すように、バックライト５の凹凸面５ａで反射された光は、バックライト５の上面から出射する。そして、バックライト５の光（照明光）はレンチキュラーレンズ４５を構成する個々の集光レンズ４５ａに入射する。
【００３０】
集光レンズ４５ａに入射する光は、凹凸面５ａの傾斜によって鉛直方向から傾いている。このため、このまま入射させるとそれぞれの画素３６の最適位置に光を集光することができずにロスになってしまう。しかし、それぞれの集光レンズ４５ａの中心Ｓ１は、それぞれの画素３６の中心Ｓ２に対して、集光レンズ４５ａに入射する光の傾斜角度に相当する分の幅Ｍだけズレて形成されているため（図３参照）、集光レンズ４５ａの集光作用によってそれぞれの画素３６を区画する遮光壁３５の内側に照明光Ｇを集めることができる。
【００３１】
これにより、集光レンズ４５ａに入射する光が鉛直方向から傾いて入射しても、それぞれの画素３６を区画する遮光壁３５の領域Ｂに当たってロスとなる照明光は大幅に減らされ、その結果、それぞれの画素３６から出射される光を増加させることができるようになる。よって、バックライト５の光量を増加させてバッテリー消費を増やさなくても、液晶表示パネル９の輝度を向上させ、視認性を大幅に高めることが可能になる。
【００３２】
次に、液晶パネル９を駆動するパネル駆動回路について説明する。図７はパネル駆動回路７０の構成を示すブロック図である。図において、映像信号の輝度信号Ｙおよびカラー信号Ｃ（共にディジタル信号）は各々輝度信号補正回路７１およびカラー信号補正回路７２へ入力される。輝度信号補正回路７１は、輝度信号Ｙについて画質やコントラストの補正を行って出力する。カラー信号補正回路７２は、カラー信号Ｃについてカラーレベルの補正等を行って色復調器７３および自動位相制御回路７４へ出力する。
【００３３】
自動位相制御回路７４はカラー信号Ｃの復調用のキャリアを発生し、色復調器７３へ出力する。色復調器７３は、カラー信号Ｃを復調して色差信号Ｒ−Ｙ、Ｇ−Ｙ、Ｂ−Ｙを生成する。そして、色差信号Ｒ−Ｙをγ補正回路７５Ｒへ出力する。γ補正回路７５Ｒは、色差信号Ｒ−Ｙと輝度信号補正回路７１の出力を加算することによって色データＲ（赤）を生成し、次いで、この色データＲに液晶パネル９の特性に合わせたγ補正を行って反転回路７６Ｒへ出力する。反転回路７６Ｒは、タイミング信号発生回路８０からの水平同期信号に基づいて、γ補正回路７５Ｒの出力データＲを反転してＤ／Ａ変換器７７Ｒへ出力する。ここで、反転とは、ＬＳＢをＭＳＢに、（ＬＳＢ−１）を（ＭＳＢ−１）に、・・・入れ替えることをいう。Ｄ／Ａ変換器７７Ｒは反転回路７６Ｒの出力データをアナログのＲカラー信号に変換し、オペアンプ７８Ｒへ出力する。
【００３４】
タイミング信号発生回路８０は、輝度信号Ｙに基づいて水平同期信号、垂直同期信号、その他のタイミング信号を発生し、各部へ出力する。輝度制御信号発生器８１は、輝度レベルを制御する制御データを発生し、Ｄ／Ａ変換器８２へ出力する。Ｄ／Ａ変換器８２は輝度制御信号発生器８１の出力データをアナログの輝度レベル制御信号に変換し、オペアンプ７８Ｒへ出力する。オペアンプ７８Ｒは、Ｄ／Ａ変換器７７Ｒから出力されるＲカラー信号を、Ｄ／Ａ変換器８２から出力される輝度レベル制御信号に応じてレベル変換し、液晶パネル９へ出力する。
【００３５】
上記と同様に、色復調器７３から出力された色差信号Ｇ−Ｙ、Ｂ−Ｙもそれぞれ、色データＧ（緑）、Ｂ（青）に変換され、γ補正が行われ、反転処理され、Ｄ／Ａ変換され、輝度レベル制御信号に応じてレベル変換されて液晶パネル９へ出力される。これにより、液晶パネル９のカラー表示が行われる。
【００３６】
なお、図１において、画素を区画する遮光壁よりも内側に照明光を収束させる集光レンズは、例えば、四角錐などのプリズム形状であってもよい。図６は、本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態では、それぞれの集光レンズ６１は四角錐形状に形成され、１つの集光レンズ６１が１つの画素６２に１対１で対応するように配置されている。
【００３７】
このような集光レンズ６１も、それぞれの画素６２の遮光壁６３よりも内側に照明光を収束させることができるので、それぞれの画素６２を区画する遮光壁６３に照明光が当たってロスになることを防止して、それぞれの画素６２から出射される光を増加させることができるようになる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、半透過反射型の液晶表示装置を取り上げたが、もちろんこれに限定されるものではなく、照明装置による照明光だけで液晶表示パネルを照らし出す透過型の液晶表示装置であってもよい。また、集光レンズは、上述した断面略半円形のカマボコ型や四角錐型以外にも、略半球形の凸レンズや台形のプリズムなど、集光作用のある形状であるならばどのようなものであってもよい。
【００３９】
また、前記集光レンズは、同一線上に並んだ複数の前記画素のそれぞれに対して集光する一連の集光レンズであればよい。また、前記画素には、それぞれの画素の色を設定するカラーフィルタと、それぞれの画素の輝度を設定する開口が形成されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による液晶表示装置における液晶モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す半透過反射膜の拡大斜視図である。
【図３】各画素と集光レンズとの関係を示す説明図である。
【図４】集光レンズが形成された第１の基板の様子を示す外観斜視図である。
【図５】同実施形態の液晶モジュールの作用を説明する説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す外観斜視図である。
【図７】図１に示す液晶パネル９を駆動するパネル駆動回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  液晶表示装置
５  バックライト（照明装置）
９  液晶表示パネル
１０  基板（第１の基板）
１２  半透過反射膜
１３  カラーフィルタ
２０  基板（第２の基板）
３１  凹部（ディンプル）
３２  開口
３６  画素
４５ａ  集光レンズ
７０  パネル鼓動回路
７１  輝度信号補正回路
７２  カラー信号補正回路
７３  色復調器
７４  自動位相制御回路
７５Ｒ  γ補正回路
７６Ｒ  反転回路
７７Ｒ、８２  Ｄ／Ａ変換器
７８Ｒ  オペアンプ
８０  タイミング信号発生回路
８１  輝度制御信号発生器
【図１】
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【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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