(57)【要約】【課題】バックライトの光を有効利用できる表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置１は、複数のサブ画素４８それぞれにおいて透光部３９ａと反射部３９ｂとが構成されるようにパターニングがなされた入射側ガラス基板２３と、光源７と、入射側ガラス基板２３の背面に対向して設けられ、光源７の光を導光する導光板９と、入射側ガラス基板２３と導光板９との間に配置され、導光板９側へ突出し、所定方向に対して斜めに交差する斜面を有する複数の三角柱１３ｃが所定方向に配列されており、導光板９により導光された光を入射側ガラス基板２３側へ透過させるプリズムシート１３と、入射側ガラス基板２３とプリズムシート１３との間において配列され、プリズムシート１３を透過した光を複数のサブ画素４８の透光部３９ａに集光する集光レンズとしての第１レンズ２９及び第２レンズ２５とを有する。【選択図】図１
2009098541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に配列された複数の画素それぞれにおいて透光領域と遮光領域とが構成されるようにパターニングがなされた透明基板と、
前記透明基板よりも背面側且つ前記複数の画素よりも前記所定方向の一方側に配置された光源と、
前記透明基板の背面に対向して設けられ、前記光源の光を前記所定方向の他方側へ導光する導光体と、
前記透明基板と前記導光体との間に配置され、前記導光体側へ突出し、前記所定方向に対して斜めに交差する斜面を有する複数の突部が前記所定方向に配列されており、前記導光体により導光された光を前記透明基板側へ透過させるプリズムシートと、
前記透明基板と前記プリズムシートとの間において前記複数の画素に対応して前記所定方向に配列され、前記プリズムシートを透過した光を前記複数の画素の前記透光領域に集光する、前記透光領域の前記所定方向の長さよりも前記所定方向の直径が大きい複数の集光レンズと、
を有する表示装置。
【請求項２】
前記複数の突部は、前記複数の集光レンズそれぞれに対して、前記所定方向において２以上の前記突部が重なるように設けられている
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記プリズムシートは、出射する光の輝度のピーク値及び当該ピーク値の半分の値が、当該プリズムシートの法線から２０度以内の範囲に収まるように、前記導光体からの光を透過させる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記複数の集光レンズそれぞれは、
前記透光領域の前記所定方向の長さよりも前記所定方向の直径が大きく、前記プリズムシートを透過した光を集光する第１レンズと、
前記第１レンズよりも焦点距離が短く、前記第１レンズから出射した光を平行光に近づけて前記透光領域に出射する第２レンズと、
を有する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１レンズ及び第２レンズは、前記第１レンズの後側焦点と前記第２レンズの前側焦点とが一致するように配置されている
請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】
前記複数の第２レンズの前記導光体側に積層され、前記複数の第１レンズが前記導光体側に積層される、前記複数の第１レンズ及び前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い低屈折率層を有する
請求項４に記載の表示装置。
【請求項７】
透明基板の一の面に対して、透光領域と遮光領域とを有する複数の画素が所定方向に配列されるようにパターニングを行うとともに、前記透明基板の前記一の面の背面に対して、当該背面側からの光を前記複数の画素の前記透光領域に集光する複数の集光レンズを設けるアレイ工程と、
前記アレイ工程の後、前記透明基板よりも前記背面側且つ前記複数の画素よりも前記所定方向の一方側に光源を設け、前記光源の光を前記所定方向へ導光する導光体を前記透明基板の前記背面に対向して設け、一方の面に複数の突部を有するプリズムシートを、前記透明基板と前記導光体との間に、前記一方の面が前記導光体に対向し、前記複数の突部が前記所定方向に配列されるとともに当該複数の突部の斜面が前記所定方向に対して交差するように設けるモジュール工程と、
を有する表示装置の製造方法。
【請求項８】
前記アレイ工程は、
前記透明基板の前記導光体側となる面に、樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して、前記複数の集光レンズを構成する複数の第２レンズを形成する工程と、
前記複数の第２レンズ上に、前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して低屈折率層を形成する工程と、
低屈折率層上に、前記低屈折率層よりも屈折率の高い樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して、前記複数の集光レンズを構成する複数の第１レンズを形成する工程と、
を有する
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【請求項９】
前記アレイ工程は、
前記透明基板の前記導光体側となる面に、フォトリソグラフィーにより、前記複数の集光レンズを構成する複数の第２レンズを形成する工程と、
前記複数の第２レンズ上に、前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い低屈折率層を形成する工程と、
低屈折率層上に、フォトリソグラフィーにより、前記低屈折率層よりも屈折率の高い、前記複数の集光レンズを構成する複数の第１レンズを形成する工程と、
を有する
請求項７に記載の表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等の表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる透過型又は半透過型の液晶表示装置のように、バックライトからの光を画素毎に透過させて表示を行う表示装置が知られている。このような表示装置の各画素には、各画素の輝度を制御するための駆動回路が設けられたり、表示装置外部からの光を反射するための反射領域が設けられることから、バックライトからの光が透過する透光領域と、バックライトからの光が遮断される遮光領域とが形成される。このため、バックライトの光量に比較して、実際の画素の輝度は低下しており、バックライトの光が有効に利用されていない。
【０００３】
特許文献１では、画素電極に透光領域と反射領域とが形成された半透過型の液晶表示装置において、ガラス基板と偏光板との間にマイクロレンズアレイを配置することにより、バックライトからの光を透光領域に集光し、本来は反射領域に遮光される光を透光領域に透過させ、画素の輝度を向上する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３３７３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術は、レンズによりバックライトの光を画素電極の透光領域に集光することについて記載されているものの、バックライトの構成がレンズの集光に及ぼす影響については言及されていない。例えば、バックライトが、液晶パネルの側方に配置された光源の光を、液晶パネルの背面に対向配置された導光板により導光する、いわゆるサイドライト型のものである場合、導光板からは、レンズの光軸に対して斜めに光が出射される。出射された光は、プリズムシートや拡散板を透過しても、レンズの光軸に対して傾斜する光を多く含む。一方、レンズは、光軸に沿って入射した光を画素電極の透光領域に集光するように設計されている。従って、レンズの光軸に斜めに入射した光は画素電極の透光領域に集光されず、バックライトの光の利用効率が十分に向上しないおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、バックライトの光を有効利用できる表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表示装置は、所定方向に配列された複数の画素それぞれにおいて透光領域と遮光領域とが構成されるようにパターニングがなされた透明基板と、前記透明基板よりも背面側且つ前記複数の画素よりも前記所定方向の一方側に配置された光源と、前記透明基板の背面に対向して設けられ、前記光源の光を前記所定方向の他方側へ導光する導光体と、前記透明基板と前記導光体との間に配置され、前記導光体側へ突出し、前記所定方向に対して斜めに交差する斜面を有する複数の突部が前記所定方向に配列されており、前記導光体により導光された光を前記透明基板側へ透過させるプリズムシートと、前記透明基板と前記プリズムシートとの間において前記複数の画素に対応して前記所定方向に配列され、前記プリズムシートを透過した光を前記複数の画素の前記透光領域に集光する、前記透光領域の前記所定方向の長さよりも前記所定方向の直径が大きい複数の集光レンズと、を有する表示装置。
【０００７】
好適には、前記複数の突部は、前記複数の集光レンズそれぞれに対して、前記所定方向において２以上の前記突部が重なるように設けられている。
【０００８】
好適には、前記プリズムシートは、出射する光の輝度のピーク値及び当該ピーク値の半分の値が、当該プリズムシートの法線から２０度以内の範囲に収まるように、前記導光体からの光を透過させる。
【０００９】
好適には、前記複数の集光レンズそれぞれは、前記透光領域の前記所定方向の長さよりも前記所定方向の直径が大きく、前記プリズムシートを透過した光を集光する第１レンズと、前記第１レンズよりも焦点距離が短く、前記第１レンズから出射した光を平行光に近づけて前記透光領域に出射する第２レンズと、を有する。
【００１０】
好適には、前記第１レンズ及び第２レンズは、前記第１レンズの後側焦点と前記第２レンズの前側焦点とが一致するように配置されている。
【００１１】
好適には、前記複数の第２レンズの前記導光体側に積層され、前記複数の第１レンズが前記導光体側に積層される、前記複数の第１レンズ及び前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い低屈折率層を有する。
【００１２】
本発明の表示装置の製造方法は、透明基板の一の面に対して、透光領域と遮光領域とを有する複数の画素が所定方向に配列されるようにパターニングを行うとともに、前記透明基板の前記一の面の背面に対して、当該背面側からの光を前記複数の画素の前記透光領域に集光する複数の集光レンズを設けるアレイ工程と、前記アレイ工程の後、前記透明基板よりも前記背面側且つ前記複数の画素よりも前記所定方向の一方側に光源を設け、前記光源の光を前記所定方向へ導光する導光体を前記透明基板の前記背面に対向して設け、一方の面に複数の突部を有するプリズムシートを、前記透明基板と前記導光体との間に、前記一方の面が前記導光体に対向し、前記複数の突部が前記所定方向に配列されるとともに当該複数の突部の斜面が前記所定方向に対して交差するように設けるモジュール工程と、を有する。
【００１３】
好適には、前記アレイ工程は、前記透明基板の前記導光体側となる面に、樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して、前記複数の集光レンズを構成する複数の第２レンズを形成する工程と、前記複数の第２レンズ上に、前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して低屈折率層を形成する工程と、低屈折率層上に、前記低屈折率層よりも屈折率の高い樹脂層を形成し、その樹脂層を型で押圧して、前記複数の集光レンズを構成する複数の第１レンズを形成する工程と、を有する。
【００１４】
好適には、前記アレイ工程は、前記透明基板の前記導光体側となる面に、フォトリソグラフィーにより、前記複数の集光レンズを構成する複数の第２レンズを形成する工程と、前記複数の第２レンズ上に、前記複数の第２レンズよりも屈折率の低い低屈折率層を形成する工程と、低屈折率層上に、フォトリソグラフィーにより、前記低屈折率層よりも屈折率の高い、前記複数の集光レンズを構成する複数の第１レンズを形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明よれば、バックライトの光を有効利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１の断面図である。
【００１７】
液晶表示装置１は、いわゆる半透過型の液晶表示装置により構成されており、バックライト３と、バックライト３からの光を選択的に透過させる液晶パネル５とを有している。なお、液晶表示装置１は、この他にも、液晶パネル５に供給する電力を制御するドライバー等を有するが、図示は省略する。
【００１８】
バックライト３は、例えば、サイドライト型のバックライトにより構成されており、光源７と、光源７の光を導光する導光板９と、光源７の液晶パネル５への方向以外の方向への光を液晶パネル５の方向へ反射する反射板１１と、輝度を上げるためのプリズムシート１３とを有している。
【００１９】
光源７は、例えば、冷陰極蛍光管により構成されており、紙面貫通方向に延びている。光源７は、半円筒状のリフレクタ１５により囲まれており、光源７からの光は、直接的に、又、リフレクタ１５により反射されて間接的に、導光板９の端面に入射する。
【００２０】
導光板９は、例えば、アクリル板により形成されており、液晶パネル５の背面（図１の紙面下方側の面）に対向配置されている。導光板９の液晶パネル５に対向する第１面９ａは、例えば、平面に形成されている。導光板９の第１面９ａとは反対側の第２面９ｂは、例えば、図１の紙面貫通方向に延びる溝が形成されて鋸刃状に形成されている。溝部は、概ね三角に形成されており、導光板９の内部側を通過する光から見て、光源７側に傾く傾斜面９ｃが比較的長く、光源７とは反対側へ傾く傾斜面９ｄが比較的短くなるように形成されている。導光板９は、導光板９に入射した光源７の光を、第１面９ａ及び第２面９ｂで反射させつつ導光板９内部を透過させることにより、液晶パネル５に沿う導光方向（図１の紙面左右方向）に導光する。
【００２１】
反射板１１は、導光板９の背面に対向配置されている。なお、反射板１１は、金属等の適宜な材料により構成されてよい。また、反射板１１は、可撓性を有するシートにより形成されていてもよい。反射板１１と導光板９との隙間には透光性材料（例えば樹脂）の層が設けられてもよい。
【００２２】
プリズムシート１３は、例えば、ポリエステルやポリカーボネイトにより形成されている。プリズムシート１３の、導光板９に対向する入射面１３ａは、図１の紙面貫通方向に延びる三角柱１３ｃが形成されることにより、鋸刃状に形成されている。三角柱１３ｃの断面は、例えば、液晶パネル５側を底辺とする概ね２等辺三角形に形成されている。底辺の長さは、例えば、後述する第１レンズ２９の図１の紙面左右方向における直径よりも小さい。そして、複数の三角柱１３ｃは、複数の第１レンズ２９それぞれに対して、図１の紙面左右方向において、２以上の三角柱１３ｃが重なるように設けられている。三角柱１３ｃの頂角の大きさは、例えば、８０〜１００度である。なお、プリズムシート１３と導光板９との隙間には透光性材料（例えば樹脂）が配置されてもよい。また、本実施形態では、プリズムシート１３をバックライト３の一部として概念化して説明しているが、プリズムシート１３は、液晶パネル５の一部として概念化されてもよい。
【００２３】
液晶パネル５は、互いに対向して配置されたアレイ基板１７及びＣＦ基板１９と、アレイ基板１７及びＣＦ基板１９の隙間に封入された液晶２１とを有している。液晶パネル５は、アレイ基板１７がバックライト３側に、ＣＦ基板１９がバックライト３とは反対側になるように、バックライト３に対して対向して配置されている。
【００２４】
アレイ基板１７は、基体として入射側ガラス基板２３を有している。入射側ガラス基板２３には、各種の部材が積層的に設けられている。具体的には、入射側ガラス基板２３のバックライト３側の面には、紙面上方側から紙面下方側へ順に、複数の第２レンズ２５からなる第２レンズアレイ２６、第２低屈折率層２７、複数の第１レンズ２９からなる第１レンズアレイ３０、第１低屈折率層３１、及び、入射側偏光板３３が積層されている。また、入射側ガラス基板２３の液晶２１側の面には、紙面下方側から紙面上方側へ順に、複数のゲート電極（一般に、Ｙ電極と呼ばれることもある。）３５、絶縁層３７、複数の画素電極３９、及び、入射側配向膜４１が順に積層されている（ただし、一部は並列に配置されている。）。
【００２５】
なお、アレイ基板１７には、この他、データ電極（一般に、Ｘ電極、データ信号線、ソース信号線と呼ばれることもある。）、液晶駆動用のスイッチング素子として機能するＴＦＴ素子、アクティブマトリックス動作のための信号保持容量としてのキャパシタ等が設けられるが、図示は省略する。また、アレイ基板１７には、適宜な位置に保護膜や絶縁膜等が設けられてよい。
【００２６】
画素電極３９は、透光部３９ａと反射部３９ｂとを有している。透光部３９ａは、例えば、ＩＴＯ等の透光性及び導電性を有する材料により形成されており、バックライト３からの光を透過可能であるとともに、液晶２１に電圧を印加可能である。反射部３９ｂは、例えば、アルミニウム等の反射性（遮光性）及び導電性を有する材料により形成されており、バックライト３からの光を遮断する一方で液晶２１側からの光を反射可能であるとともに、液晶２１に電圧を印加可能である。透光部３９ａと反射部３９ｂとは導通されている。なお、図１では、透光部３９ａを構成する層と反射部３９ｂを構成する層とが並列に配置されている（積層されていない）が、例えば、画素電極３９全体の広さを有する透光性の層の一部の領域に、反射性の層が積層されることにより、透光部３９ａと反射部３９ｂとが構成されてもよい。透光部３９ａ及び反射部３９ｂの形状、位置及び大きさは適宜に設定されてよい。図１では、透光部３９ａ及び反射部３９ｂがそれぞれ画素の端部側に配置されている場合を例示している。
【００２７】
第１レンズ２９及び第２レンズ２５はそれぞれ、Ｘ軸方向（図１の紙面貫通方向）に延びる半円柱状の凸レンズにより構成されている。第１レンズ２９及び第２レンズ２５はそれぞれ、Ｘ軸方向において配列された複数のサブ画素４８に亘って共通に設けられるとともに、Ｙ軸方向（図１の紙面左右方向）において配列された複数の画素に対応して当該複数の画素と同数設けられている。第１低屈折率層３１及び第２低屈折率層２７は、それぞれ第１レンズ２９及び第２レンズ２５よりも屈折率が低い材料により構成されている。第１レンズ２９、第２レンズ２５、第１低屈折率層３１及び第２低屈折率層２７は、例えば、ガラスや樹脂等の透光性の材料により形成されている。第１レンズ２９及び第２レンズ２５の径や焦点については後述する。
【００２８】
ＣＦ基板１９は、基体として出射側ガラス基板４３を有している。出射側ガラス基板４３には、各種の部材が積層的に設けられている。具体的には、出射側ガラス基板４３の液晶２１とは反対側の面には、出射側偏光板４５が貼り合わされている。また、出射側ガラス基板４３の液晶２１側の面には、紙面上方側から紙面下方側へ順に、ブラック偏光板４７、カラーフィルタ４９、保護膜５１、共通電極５３、出射側配向膜５５が積層されている（ただし、一部は並列に配置されている。）。なお、ＣＦ基板１９には、適宜な位置に保護膜や絶縁膜等が設けられてよい。
【００２９】
カラーフィルタ４９は、複数のサブ画素４８（画素をＲＧＢに対応して３分割したもの。なお、サブ画素も画素の一種であり、本願では、サブ画素を画素と呼ぶことがある。）に対応してサブ画素４８と同数設けられたフィルタ要素５７を有している。フィルタ要素５７は、複数色（例えばＲＧＢ）に対応して複数種類設けられるとともに、その複数種類のフィルタ要素５７が一組となって複数配列されている。なお、サブ画素４８は、いわゆるストライプ型に配列されていてもよいし、モザイク型に配列されていてもよいし、デルタ型に配列されていてもよい。
【００３０】
以上の構成を有する液晶表示装置１の基本的な作用を説明する。
【００３１】
入射側偏光板３３及び出射側偏光板４５はそれぞれ、透過する光を偏光に変換する。換言すれば、入射側偏光板３３及び出射側偏光板４５はそれぞれ、特定の方向に振動する光のみを透過させ、他の光を遮断する。例えば、入射側偏光板３３及び出射側偏光板４５はそれぞれ、透過する光を直線偏光に変換する。
【００３２】
液晶２１は、入射側配向膜４１及び出射側配向膜５５により配向する。また、液晶２１は、共通電極５３及び画素電極３９を介して電圧が印加されることにより、その電圧に応じた角度で、入射側配向膜４１及び出射側配向膜５５による配向の向きとは異なる向きに配向する。そして、液晶２１は、配向の向きに応じた角度で、液晶２１を透過する偏光を旋光させる。
【００３３】
従って、液晶２１に印加する電圧を制御して、入射側偏光板３３から出射側偏光板４５へ進む偏光の旋光する角度を制御することにより、液晶パネル５を透過するバックライト３の光量を調整できる。また、表示装置外部（図１の紙面上方側）から出射側偏光板４５を介して液晶パネル５に入射し、反射部３９ｂで反射して、出射側偏光板４５へ進む偏光の旋光する角度を制御することにより、反射光の光量を制御できる。なお、入射側偏光板３３、出射側偏光板４５、入射側配向膜４１及び出射側配向膜５５は、いわゆるノーマリホワイト型の液晶表示装置が構成されるように設けられてもよいし、いわゆるノーマリブラック型の液晶表示装置が構成されるように設けられてもよい。
【００３４】
液晶２１に印加される電圧は、サブ画素４８毎に制御される。具体的には以下のとおりである。ゲート電極３５及び不図示のデータ電極は、アレイ基板１７に対して縦横に延びており、サブ画素４８に対応する区画を形成している。複数の画素電極３９は、ゲート電極３５及びデータ電極により区画された領域毎に設けられており、ゲート電極３５及びデータ電極により、選択的に任意の電力が供給される。画素電極３９は、それぞれ、赤色、緑色、青色に対応するフィルタ要素５７に対応しており、各画素電極３９に印加される電圧が制御されることにより、サブ画素４８毎に液晶２１の分子の配列が制御される。
【００３５】
従って、フィルタ要素５１を透過した複数色の光の光量のバランスを制御することにより、ユーザに任意の色を視認させることができる。なお、共通電極５３は、複数の画素電極３９に共通に設けられており、複数の画素電極３９に液晶２１を挟んで対向している。共通電極５３は、ＩＴＯ等の透光性及び導電性を有する材料により形成されており、バックライト３からの光を透過する。
【００３６】
図２は、プリズムシート１３の作用を説明する断面図である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、光源７から導光板９に入射した光ＡＬは、導光板９の第１面９ａ及び第２面９ｂを反射しつつ、導光板９に沿って進む。そして、光ＡＬは、第１面９ａから出射されてプリズムシート１３を透過して液晶パネル５側（紙面上方側）へ進む。
【００３８】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部拡大図である。光ＡＬは、第１面９ａから出射されたとき、導光板９の法線に対して大きく傾斜した方向（導光板９に沿う方向）へ進む。そして、三角柱１３ｃに入射し、三角柱１３ｃの傾斜面で反射することにより、導光板９やプリズムシート１３の法線に近い方向へ進み、三角柱１３ｃの底辺（プリズムシート１３の出射面１３ｂ）から出射される。このように、プリズムシート１３は、三角柱１３ｃの傾斜面の反射により、導光板９から出射された、導光板９の法線に対して傾斜した方向へ進む光を、導光板９の法線に近い方向に進む光に変換する。なお、図２（ｂ）に示した光路は、代表的な光路を示したものであり、実際には、光ＡＬは、一部が三角柱１３ｃの内部で複数回反射したりなどして、液晶パネル５に向かう。
【００３９】
ここで、図２（ｃ）に、比較例を示す。従来、プリズムシート１１３（一部のみ示す）は、三角柱１１３ｃの頂角が液晶パネル５側（紙面上方側）になるように、配置されていた。この場合には、光ＡＬは、三角柱１１３ｃの底辺から入射し、三角柱１３ｃの傾斜面から出射されるときの屈折により、導光板９の法線に対して近い方向に進む光に変換される。なお、図２（ｃ）に示した光路は、代表的な光路を示したものであり、実際には、光ＡＬは、一部が三角柱１３ｃの内部で複数回反射したりなどして、液晶パネル５に向かう。
【００４０】
図２（ｃ）のプリズムシートの配置では、光ＡＬが射出されるときの屈折を利用していることから、光ＡＬの角度補正量は、入射角と屈折角との差に起因しており、角度補正量を大きくしようとすると、三角柱１１３ｃと、その外部との屈折率の差が大きくなるように材料を選定したり、三角柱１１３ｃ内部の反射も含めた複雑な光路を考慮して三角柱１１３ｃの頂角を選定したりする必要がある。
【００４１】
一方、図２（ｂ）に示した本実施形態のプリズムシート１３では、三角柱１３ｃの傾斜面の角度を調整すれば、導光板９から出射された光を任意の方向へ反射できる。従って、導光板９の法線方向における輝度が高くなるように構成することが容易である。なお、三角柱１３ｃの具体的な形状は、導光板９から出射される光の配向特性に応じて適宜に設定される必要がある。
【００４２】
図３は、プリズムシート１３の配向特性の例を示す図である。横軸は測定角度、縦軸は輝度を示している。測定角度は、プリズムシート１３の法線方向からの角度を示している。実線ＰＬ１は、プリズムシート１３の配向特性を示し、実線ＰＬ２は、図２（ｃ）に示したプリズムシート１１３の配向特性を示し、実線ＰＬ３は、プリズムシートが設けられていない場合（ただし、拡散シートなどにより輝度ムラがなくされているものとする）の配向特性を示している。
【００４３】
この図に示すように、プリズムシート１３又はプリズムシート１１３が用いられると、法線方向の輝度が高くなるとともに、指向性が強くなる。ここで、一般に用いられているプリズムシート１１３は、概ね、プリズムシートを用いなかった場合に比較して、測定角度が−３０〜３０度の角度範囲において、輝度が１．５〜２倍となる（例えば、「液晶ディスプレイ光学入門」（鈴木八十二著、日刊工業新聞社発行）の図３・３４及び当該図の説明参照）。換言すれば、輝度のピーク値及びピーク値の半分の値が−３０〜３０度の範囲に収まっている。
【００４４】
一方、プリズムシート１３は、プリズムシート１１３よりも指向性を高くすることができる。例えば、ピーク値及びピーク値の半分の値を−２０〜２０度に収めたり、−１０〜１０度に収めたり、−５〜５度に収めることが可能である。なお、図３の実線ＰＬ１及び実線ＰＬ２は、プリズムシート１３とプリズムシート１１３とが、同一材料で同一形状に形成されており、配置向きが異なるだけという条件のもと、発明者によって行われたシミュレーション結果を示しており、プリズムシート１３を用いたときに、ピーク値及びピーク値の半分の値が−２０〜２０度の範囲に収まることが可能であることがシミュレーションでも確認されている。
【００４５】
図４は、第１レンズ２９及び第２レンズ２５の設定及び作用を説明する図である。
【００４６】
第１レンズ２９は、Ｙ軸方向（紙面左右方向）において、透光部３９ａの長さよりも直径が大きい。また、第１レンズ２９は、バックライト３側（紙面下方側）から見て、透光部３９ａに重なるように配置されている。例えば、第１レンズ２９は、光軸ＬＡ１が透光部３９ａの中心に一致するように配置されている。従って、第１レンズ２９は、透光部３９ａよりも広い断面積の光束を集光して、本来（第１レンズ２９が設けられていない場合）は、透光部３９ａの周囲に向かう光も集光して透光部３９ａに向かわせることができる。
【００４７】
第２レンズ２５は、第１レンズ２９により集光された光を平行光に近づけるように変換する。例えば、第２レンズ２５は、光軸ＬＡ２が第１レンズ２９の光軸ＬＡ１と一致するように配置されるとともに、前側焦点（第２レンズ２５の入射側の焦点）ＦＰ２が第１レンズ２９の後側焦点（第１レンズ２９の出射側の焦点）ＦＰ１に一致するように配置されている。レンズにおいては、光軸に平行にレンズに入射した光は後側焦点を通過し、前側焦点を通過した光はレンズを通過した後、光軸に平行に進むという性質があるから、第１レンズ２９に入射した平行光は、集光された後、第２レンズ２５により平行光に変換されることになる。
【００４８】
また、第２レンズ２５は、第１レンズ２９よりも焦点距離が短くなるように形成されている。従って、上記のように、第２レンズ２５の前側焦点ＦＰ２を第１レンズ２９の後側焦点ＦＰ１に一致させているとき（若しくは近づけているとき）、第１レンズ２９により集光された光が第２レンズ２５に入射するときの断面積（基本的には、第２レンズ２５の面積と一致するから、以下において、第２レンズ２５の面積と区別しないことがある。）は、第１レンズ２９の面積よりも小さい。従って、第２レンズから出射される光の密度は、第１レンズ２９に入射した光の密度よりも高い。
【００４９】
そして、第２レンズ２５から出射される光の断面積は、例えば、透光部３９ａの面積と同一である。従って、第１レンズ２９及び第２レンズ２５の組み合わせ（レンズ群）により、透光部３９ａの面積よりも広い断面積の平行光が、密度の高い平行光に集光され、透光部３９ａに透過されることになる。その結果、透光部３９ａを大きな光量の光を透過させることができるとともに、透光部３９ａを透過したあとに光が発散することが抑制され、正面輝度を高くするとともに、隣接する画素同士の相互影響を縮小できる。
【００５０】
図５は、液晶表示装置１の製造方法の概略を説明するフローチャートである。
【００５１】
液晶表示装置１の製造方法は、アレイ工程（Ｓ１）、セル工程（Ｓ２）、モジュール工程（Ｓ３）を有している。
【００５２】
アレイ工程（Ｓ１）では、入射側ガラス基板２３にパターニング等が行われ、ゲート電極３５、画素電極３９（透光部３９ａ及び反射部３９ｂ）、不図示の駆動回路、第１レンズ２９及び第２レンズ２５等が形成される。また、出射側ガラス基板４３にパターニング等が行われ、カラーフィルタ４９及び共通電極５３等が形成される。
【００５３】
セル工程（Ｓ２）では、アレイ基板１７とＣＦ基板１９とが貼り合わされ、隙間に液晶２１が封入される。モジュール工程（Ｓ３）では、液晶パネル５とバックライト３とが組み合わされて固定される。このときの液晶パネル５と、バックライト３の各種部材（光源７、導光体９、プリズムシート１３等）との配置関係は、図１等を参照して説明したとおりである。また、不図示のドライバー等が液晶パネル５やバックライト３に接続される。
【００５４】
図６は、アレイ工程（Ｓ１）において、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を形成する工程の一例を説明するフローチャートである。図６は、紫外線（ＵＶ）転写を利用した成形法により、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を形成する方法を例示している。具体的には、以下のとおりである。
【００５５】
まず、図６（ａ）に示すように、入射側ガラス基板２３には、比較的高屈折率の樹脂が塗布されて樹脂層４０１が形成される。樹脂層４０１は、例えば光硬化性の樹脂により形成されている。次に、図６（ｂ）に示すように、第２レンズ２５の形状に対応した凹部が形成された型５０１により樹脂層４０１をプレスする。なお、型５０１は、石英等の透光性の材料により形成されている。そして、図６（ｃ）に示すように、型５０１を介して紫外線（ＵＶ）を照射して、樹脂層４０１を硬化させる。これにより、図６（ｄ）の、型が剥がされた状態を示す図に示されるように、第２レンズ２５が形成される。
【００５６】
第２低屈折率層２７、第１レンズ２９及び第１低屈折率層３１も、第２レンズ２５と同様に、樹脂層の形成、プレス、紫外線照射、型剥がしにより形成される。具体的には以下のとおりである。
【００５７】
図６（ｅ）に示すように、第２レンズ２５上には、比較的屈折率の低い樹脂層４０３が形成される。次に、図６（ｆ）に示すように、樹脂層４０３が型５０３によりプレスされる。そして、図示は省略するが、紫外線の照射により第２低屈折率層２７が形成され、型５０３の剥がしが行われる。
【００５８】
図６（ｇ）に示すように、第２低屈折率層２７上には、比較的屈折率の高い樹脂層４０５が形成される。次に、図６（ｈ）に示すように、樹脂層４０５が型５０５によりプレスされる。そして、図示は省略するが、紫外線の照射により第１レンズ２９が形成され、図６（ｉ）に示すように型５０５の剥がしが行われる。
【００５９】
その後、図示は省略するが、第１レンズ２９上に低屈折率の樹脂層が形成され、樹脂層に対する型によるプレス、紫外線の照射が行われ、第１低屈折率層３１が形成される。なお、成形法は、ＵＶ転写を用いるものに限らず、熱転写を用いるものであってもよい。
【００６０】
図７は、アレイ工程（Ｓ１）において、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を形成する工程の他の例を説明するフローチャートである。図７は、フォトリソグラフィー法により、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を形成する方法を例示している。具体的には、以下のとおりである。
【００６１】
まず、図７（ａ）に示すように、入射側ガラス基板２３には、比較的高屈折率の樹脂が塗布されて樹脂層４５１が形成される。樹脂層４５１は、例えば光硬化性の樹脂により形成されている。次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト層４５３を形成する。レジストは、ネガレジストでもポジレジストでもよい。図７（ｃ）に示すように、露光及び現像が行われることにより、レジスト層４５３は所定のパターンに形成される。図７（ｄ）に示すように、紫外線が照射されることにより、樹脂層４５１のうち、レジスト層４５３の非配置領域が硬化される。図７（ｅ）に示すように、レジスト層４５３の剥離が行われ、図７（ｆ）に示すように、樹脂層４５１のエッチングが行われることにより、樹脂層４５１は所定のパターンに形成される。そして、入射側ガラス基板２３がリフロー炉により加熱されることにより、樹脂層４５１は軟化して丸みを帯び、第２レンズ２５が形成される。
【００６２】
次に、図７（ｈ）に示すように、第２低屈折率層２７が形成される。第２低屈折率層２７は、例えば、光硬化性の樹脂が第２レンズ２５上に塗布された後、紫外線が照射されることにより形成される。
【００６３】
第１レンズ２９は、第２レンズ２５と同様に、高屈折率の樹脂層４５５の形成（図７（ｉ））、レジスト層４５７の形成（図７（ｊ））、露光及び現像によるレジスト層４５７のパターニング（図７（ｋ））、紫外線照射による樹脂層４５５の硬化（図７（ｌ））、レジスト層４５７の剥離（図７（ｍ））、樹脂層４５５のエッチング（図７（ｎ））、リフロー（図７（ｏ））により形成される。また、第１低屈折率層３１は、第２低屈折率層２７と同様の工程で形成される。
【００６４】
以上の実施形態によれば、複数のサブ画素４８それぞれにおいて透光部３９ａと反射部３９ｂとが構成されるようにパターニングがなされた入射側ガラス基板２３と、入射側ガラス基板２３よりも背面側且つ複数のサブ画素４８よりも所定方向（導光方向、図１の紙面左右方向）の一方側に配置された光源７と、入射側ガラス基板２３の背面に対向して設けられ、光源７の光を導光方向へ導光する導光板９と、入射側ガラス基板２３と導光板９との間に配置され、導光板９側へ突出し、導光方向に対して交差する斜面を有する複数の三角柱１３ｃが導光方向に配列されており、導光板９により導光された光を入射側ガラス基板２３側へ透過させるプリズムシート１３と、入射側ガラス基板２３とプリズムシート１３との間に配置され、プリズムシート１３を透過した光を複数のサブ画素４８の透光部３９ａに集光する、透光部３９ａの導光方向の長さよりも導光方向の直径が長い複数の集光レンズ（第１レンズ２９及び第２レンズ２５からなるレンズ群）とを有することから、導光板９から斜めに出射された光をプリズムシート１３により入射側ガラス基板２３に直交する方向の光に変換し、その変換した光を第１レンズ２９及び第２レンズ２５に入射させることができる。従って、第１レンズ２９及び第２レンズ２５の光軸に沿って効率的に光を集光することができる。換言すれば、導光板９からの光が、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を通過して透光部３９ａの周囲に向かってしまうことを抑制できる。そして、図２及び図３を参照して説明したように、プリズムシート１３は、凹凸が形成された面を導光板９に対向させていることから、従来の凹凸が形成された面を入射側ガラス基板２３側に向ける場合に比較して、導光板９から斜めに出射された光を入射側ガラス基板２３に直交する方向へ効率的且つ簡便に変換可能である。
【００６５】
例えば、従来のプリズムシート１１３の配置では実現されていない、出射する光の輝度のピーク値及び当該ピーク値の半分の値が、プリズムシート１３の法線から２０度以内の範囲に収まるように、導光板９からの光を透過させることが可能である。
【００６６】
複数の三角柱１３ｃは、複数の集光レンズ（第１レンズ２９及び第２レンズ２５）それぞれに対して、所定方向（図１の紙面左右方向）において、２以上の三角柱１３ｃが重なるように設けられていることから、各サブ画素４８において、三角柱１３ｃが設けられていることによる輝度ムラが生じることがない。
【００６７】
複数の透光部３９ａに集光する複数の集光レンズそれぞれは、透光部３９ａの所定方向（図１の紙面左右方向）の長さよりも当該所定方向の直径が長く、プリズムシート１３を透過した光を集光する第１レンズ２９と、第１レンズ２９よりも焦点距離が短く、第１レンズ２９から出射した光を平行光に近づけて透光部３９ａに出射する第２レンズ２５とを有することから、図４を参照して説明したように、第１レンズ２９により集光された光は、透光部３９ａを通過した後の発散が抑制され、正面輝度が向上する。その結果、液晶パネル５の厚さの設計の自由度も向上する。
【００６８】
第１レンズ２９及び第２レンズ２５は、第１レンズ２９の後側焦点ＦＰ１と第２レンズ２５の前側焦点ＦＰ２とが一致するように配置されていることから、第２レンズ２５は、精度よく平行光を形成することができ、好適に上記の正面輝度の向上の効果が得られる。
【００６９】
液晶表示装置１は、複数の第２レンズ２５の導光板９側に積層され、複数の第１レンズ２９が導光板９側に積層される、複数の第１レンズ２９及び複数の第２レンズ２５よりも屈折率の低い第２低屈折率層２７を有することから、複数の第１レンズ２９及び複数の第２レンズ２５の形成が容易である。例えば、上述の前側焦点と後側焦点とを一致させることは、第２低屈折率層２７の膜厚調整により簡単に行われる。
【００７０】
液晶表示装置１の製造方法は、入射側ガラス基板２３の一の面（図１の紙面上方側の面）に対して、透光部３９ａと反射部３９ｂとを有する複数のサブ画素４８が所定方向（図１の紙面左右方向）に配列されるようにパターニングを行うとともに、入射側ガラス基板２３の背面（図１の紙面下方側の面）に対して、当該背面側からの光を複数のサブ画素４８の透光部３９ａに集光する複数の集光レンズ（第１レンズ２９及び第２レンズ２５）を設けるアレイ工程（Ｓ１）と、アレイ工程の後、入射側ガラス基板２３よりも背面側（図１の紙面下方側）且つ複数のサブ画素４８よりも所定方向（図１の紙面左右方向）の一方側に光源７を設け、光源７の光を上記の所定方向へ導光する導光板９を入射側ガラス基板２３の背面に対向して設け、入射面１３ｃに複数の三角柱１３ｃを有するプリズムシート１３を、入射側ガラス基板２３と導光板９との間に、入射面１３ｃが導光板９に対向し、複数の三角柱１３ｃが上記の所定方向に配列されるとともに複数の三角柱１３ｃの斜面が上記の所定方向に対して交差するように設けるモジュール工程（Ｓ３）とを有することから、従来の製造方法に、アレイ工程においてレンズを形成し、モジュール工程においてプリズムシート１３を逆側に向けて配置する工程を加えるだけで、液晶表示装置１を構成することができる。
【００７１】
図６に示したアレイ工程（Ｓ１）は、入射側ガラス基板２３の導光板９側となる面に、樹脂層４０１を形成し、その樹脂層４０１を型５０１で押圧して複数の第２レンズ２５を形成する工程（図６（ａ）〜図６（ｄ））と、複数の第２レンズ２５上に、複数の第２レンズ２５よりも屈折率の低い樹脂層４０３を形成し、その樹脂層４０３を型５０３で押圧して第２低屈折率層２７を形成する工程（図６（ｅ）、図６（ｆ））と、第２低屈折率層２７上に、第２低屈折率層よりも屈折率の高い樹脂層４０５を形成し、その樹脂層４０５を型５０５で押圧して複数の第１レンズ２９を形成する工程（図６（ｇ）〜図６（ｉ））とを有することから、第１レンズ２９及び第２レンズ２５を簡便に形成できるとともに、第２低屈折率層２７を形成する際の型５０３の押圧力等の制御により、簡便に第１レンズ２９と第２レンズ２５との距離を適宜なものとすることができる。
【００７２】
図７に示したアレイ工程（Ｓ１）は、入射側ガラス基板２３の導光板９側となる面に、フォトリソグラフィーにより複数の第２レンズ２５を形成する工程（図７（ａ）〜図７（ｇ））と、複数の第２レンズ２５上に、複数の第２レンズ２５よりも屈折率の低い第２低屈折率層２７を形成する工程（図７（ｈ））と、第２低屈折率層２７上に、フォトリソグラフィーにより第２低屈折率層２７よりも屈折率の高い複数の第１レンズ２９を形成する工程（図７（ｉ）〜図７（ｏ））とを有することから、画素電極３９等の形成と同様に第１レンズ２９及び第２レンズ２５を形成することができ、製造工程が簡便化される。
【００７３】
なお、以上の実施形態において、液晶表示装置１は本発明の表示装置の一例であり、サブ画素４８は本発明の画素の一例であり、透光部３９ａは本発明の透光領域の一例であり、反射部３９ｂは本発明の遮光領域の一例であり、入射側ガラス基板２３は本発明の透明基板の一例であり、導光板９は本発明の導光体の一例であり、三角柱１３ｃは本発明のプリズムシートの突部の一例であり、第１レンズ２９及び第２レンズ２５からなるレンズ群は本発明の集光レンズの一例である。
【００７４】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００７５】
表示装置は、液晶表示装置に限定されない。光源からの光を透明基板に形成された透光領域に透過させることにより表示を行うものであればよい。また、実施形態では、いわゆる半透過型の液晶表示装置を示したが、いわゆる全透過型の表示装置であってもよい。全透過型の表示装置であっても、実際には、ゲート電極や駆動回路により遮光領域が形成されているから、透光領域に光を集光することにより光源からの光の有効利用が図られる。表示装置の駆動方式は、アクティブマトリックス方式でも単純マトリックス方式でもよいし、駆動回路等の構成の方式は、逆スタガー方式（ボトムゲート方式）でも正スタガー方式（トップゲート方式）でもよい。
【００７６】
導光体（９）の導光方向は、Ｘ軸方向に限定されない。例えば、Ｙ軸方向であってもよい。なお、半円柱状のレンズは、ストライプ型やモザイク型であれば、Ｙ軸方向に延びるように配置されることができる。また、導光体の形状は適宜に設定されてよく、例えば、プリズムシートとは反対側の面は、平面状に形成されていてもよい。
【００７７】
プリズムシートの配置位置は、集光レンズ（２５及び２９）と、導光体（９）との間であればよく、入射側偏光板（３３）のバックライト側に限定されない。例えば、プリズムシートは、入射側偏光板（３３）よりも出射側に設けられていてもよい。また、集光レンズの配置位置は、透明基板（２３）とバックライトとの間であればよく、透明基板（２３）と入射側偏光板（３３）との間に限定されない。例えば、入射側偏光板（３３）よりもバックライト側であってもよいし、入射側偏光板（３３）を挟んで第１レンズと第２レンズとが配置されていてもよい。
【００７８】
プリズムシートや集光レンズ（２５及び２９）は、他の部材と一体的に形成されていてもよい。例えば、プリズムシートは、第１低屈折率層（３１）のバックライト側の面に溝部が形成されることにより、第１低屈折率層と一体的に形成されていてもよいし、集光レンズは、透明基板（２３）のバックライト側の面に溝部が形成されることにより、透明基板と一体的に形成されていてもよい。
【００７９】
集光レンズ（２５及び２９）は、半円柱状のものに限定されず、光軸方向に見て円形や多角形のものが設けられてもよい。換言すれば、複数の集光レンズは、一方向（Ｘ軸方向）に配列されるものに限定されず、２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に配列されるものであってもよい。また、集光レンズ（２５及び２９）は、２枚のレンズにより構成されるものに限定されない。１枚のレンズであってもよいし、３枚以上のレンズにより構成されたレンズ群であってもよい。レンズ群により集光レンズを構成する場合、集光レンズは、凸レンズが組み合わされて構成されるものに限定されず、凸レンズや凹レンズが適宜に組み合わされて構成されてよい。
【００８０】
図８は、凹レンズを含んで構成した集光レンズの例を示す模式図である。
【００８１】
この変形例では、第１レンズ１２９は凸レンズにより、第２レンズ１２５は凹レンズにより構成されている。そして、実施形態と同様に、第２レンズ１２５は、光軸ＬＡ１２が第１レンズ２９の光軸ＬＡ１１と一致するように配置されるとともに、前側焦点ＦＰ２が第１レンズ２９の後側焦点ＦＰ１に一致するように配置されている。なお、第２レンズ１２５は凹レンズであることから、前側焦点は、光の出射側に位置している。この変形例においても、導光板からの光は第１レンズ１２９により集光され、集光された光は第２レンズ１２５により平行光に変換される。
【００８２】
第２レンズは、第１レンズにより集光された光を完全な平行光に変換する必要はない。第１レンズにより集光された光を少しでも平行光に近づけることができれば、正面輝度が向上するという効果が得られる。集光レンズと他の部材との間や第１レンズと第２レンズとの間の低屈折率層は省略されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図。
【図２】図１の液晶表示装置のプリズムシートの作用を説明する断面図。
【図３】図１の液晶表示装置のプリズムシートの配向特性を示す図。
【図４】図１の液晶表示装置の集光レンズの構成及び作用を説明する図。
【図５】図１の液晶表示装置の製造方法を示すフローチャート。
【図６】図５の製造方法のアレイ工程の一例を説明する図。
【図７】図５の製造方法のアレイ工程の他の例を説明する図。
【図８】集光レンズの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００８４】
１…液晶表示装置（表示装置）、３…バックライト、７…光源、９…導光板（導光体）、１３…プリズムシート、１３ｃ…三角柱（突部）、２３…入射側ガラス基板（透明基板）、２５…第２レンズ（集光レンズ）、２９…第１レンズ（集光レンズ）、３９ａ…透光部（透光領域）、３９ｂ…反射部（遮光領域）、４８…サブ画素（画素）。
【図１】
2009098541.tif 000003
【図２】
2009098541.tif 000004
【図３】
2009098541.tif 000005
【図４】
2009098541.tif 000006
【図５】
2009098541.tif 000007
【図６】
2009098541.tif 000008
【図７】
2009098541.tif 000009
【図８】
2009098541.tif 000010