(57)【要約】【課題】  マイクロレンズ付き液晶表示パネルの光の利用効率を高めるとともに、指向性の強い表示を提供する。【解決手段】  ＴＦＴ基板６０と、対向基板６２と、液晶層６４と、ＴＦＴ基板６０の液晶層６４とは反対側の第１面の上に配置された複数のマイクロレンズ５３と、を備え、複数の画素のそれぞれが前記第１面から入射する光を対向基板６２の外面に向けて透過させる開口部と、前記第１面から入射する光を遮光する遮光部とを含み、複数のマイクロレンズ５３のそれぞれが、基板面に垂直な軸であってマイクロレンズ５３の中心を通る軸に対して非対称な形状を有し、且つ、入射光を前記開口部に向けて集光する第１レンズ部分５３ａと、入射光を前記遮光部に向けて集光する第２レンズ部分５３ｂとを含む。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備えた液晶表示パネルであって、
ＴＦＴ及び画素電極を含む電気素子層を備えたＴＦＴ基板と、
前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向基板と、
前記電気素子層と前記対向電極との間に配置された液晶層と、
前記複数の画素に対応するように、前記ＴＦＴ基板の前記液晶層とは反対側の第１面の上に配置された複数のマイクロレンズと、を備え、
前記複数の画素のそれぞれが、前記ＴＦＴ基板の前記第１面から入射する光を前記対向基板の外面に向けて透過させる開口部と、前記ＴＦＴ基板の前記第１面から入射する光を遮光する遮光部とを含み、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、基板面に垂直な軸であってマイクロレンズの中心を通る軸に対して非対称な形状を有し、且つ、入射光を前記開口部に向けて集光する第１レンズ部分と、入射光を前記遮光部に向けて集光する第２レンズ部分とを含む、液晶表示パネル。
【請求項２】
前記第１レンズ部分の光軸が前記開口部を通り、前記第２レンズ部分の光軸が前記遮光部を通る、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項３】
前記第１レンズ部分の焦点位置が前記開口部の中にあり、前記第２レンズ部分の焦点位置が前記遮光部の中にある、請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
【請求項４】
前記複数のマイクロレンズが複数のレンチキュラーレンズであり、
前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれが、基板面に垂直な面であって、前記複数のレンチキュラーレンズの延びる第１方向に平行な面に対して非対称な形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項５】
基板面に垂直に見た場合、前記第１方向に垂直な第２方向における前記複数の画素のそれぞれの中央位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの中央位置と異なる、請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
基板面に垂直に見た場合、前記第２方向における前記複数の画素のそれぞれの端部位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの端部位置と異なる、請求項５に記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記遮光部の半分以上が前記第１レンズ部分と重なっている、請求項５または６に記載の液晶表示パネル。
【請求項８】
基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記第２レンズ部分の全てが前記遮光部と重なっている、請求項５から７のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項９】
前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、前記第１レンズ部分と前記第２レンズ部分との間に配置された、基板面に略平行な光入射面を有する第３レンズ部分を含む、請求項５から８に記載の液晶表示パネル。
【請求項１０】
基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記第３レンズ部分の全てが前記開口部と重なっている、請求項９に記載の液晶表示パネル。
【請求項１１】
前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルを透過する光によって表示を行う透過領域と、前記電気素子層に含まれる反射層によって光を反射させて表示を行う反射領域とを備えた半透過型液晶表示パネルであり、
前記対向基板はカラーフィルタ層を含み、
前記遮光部は、前記反射領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分であり、
前記開口部は、前記透過領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分である、請求項１から１０に記載の液晶表示パネル。
【請求項１２】
前記複数のマイクロレンズが、光硬化性樹脂からなり、前記開口部を介して照射された光を利用して自己整合的に形成されている、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項１３】
前記マイクロレンズの前記ＴＦＴ基板とは反対側に、前記マイクロレンズと同じ材料またはアクリル材料によって形成された保護層が配置されている、請求項１から１２のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の液晶表示パネルと、
前記マイクロレンズの前記ＴＦＴ基板とは反対側に配置されたバックライトと、を備えた液晶表示装置。
【請求項１５】
前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、狭指向性を有する光を出射する、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの基板面鉛直方向から傾斜した方向に伝播する照射光を出射し、
前記傾斜した方向に沿って前記複数のマイクロレンズが非対称の形状を有する、請求項１４または１５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、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関するものであり、特に、マイクロレンズアレイを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モニター、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などの表示装置として液晶表示装置が広く利用されている。液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルの透過率（又は反射率）を駆動信号によって変化させ、液晶表示パネルに照射される光源からの光の強度を変調して画像や文字などを表示する。液晶表示装置には、液晶表示パネルに表示された画像などを直接観察する直視型表示装置や、液晶表示パネルに表示された画像を投影レンズによってスクリーン上に拡大投影する投影型表示装置（プロジェクタ）などがある。
【０００３】
液晶表示装置は、マトリクス状に規則的に配列された画素のそれぞれに画像信号に対応した駆動電圧を印加することによって、各画素における液晶層の光学特性を変化させ、液晶層を通過した光を偏光板を用いて調光することによって表示を行う。
【０００４】
液晶表示装置には、表示面から入射した光を反射させて表示を行う反射型液晶表示装置、及びバックライト光源からの光を透過させて表示を行う透過型液晶表示装置がある。また、近年、モバイル機器等の表示装置として、各画素の中に、バックライト光源からの光を利用して表示を行う領域と、表示面から入射した光を反射して表示を行う領域とを備えた半透過型（透過反射型）液晶表示装置の開発が進められている。
【０００５】
透過領域を有する液晶表示装置の光利用効率を改善するために、液晶表示パネルに個々の画素に光を集光するマイクロレンズを設け、液晶表示パネルの実効的な開口率を向上させる方法が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、マイクロレンズを精度良く形成する方法が特許文献２に記載されている。特許文献２のマイクロレンズは、基板上に塗布した光硬化性樹脂にＣＦ基板側から画素開口部を介して光を照射した後、現像、加熱等のフォトリソグラフィ工程を施すことによって形成され、その光照射工程には、画素開口部を透過する光の入射角度を変化させて露光を行う、いわゆるセルフアライメント露光が採用される。この露光方法によれば、マイクロレンズが各画素に対応して自己整合的に形成されるため（セルフアライメント方式によるマイクロレンズの形成）、マイクロレンズを形成するためのマスクのアライメントが不要となり、画素開口部とマイクロレンズアレイとの位置合わせを極めて高い精度で行うことが出来る。
【０００７】
特許文献３には、カーナビゲーションシステムのモニタ表示部等に用いられる液晶ディスプレイが記載されている。図８は、特許文献３において車載用液晶ディスプレイの問題点を説明するために用いられた図である。
【０００８】
図８を用いて説明されているように、カーナビゲーションシステム等に用いられる従来の液晶ディスプレイ４は、表示光を、ドライバー１及び助手席に向かう方向のみならず、他の広い方位角方向及び極角方向にもほぼ同様の強度で伝播させる。したがって、図８の中で斜線にて示されるように、フロントグラス５またはドアグラス６に表示の映り込み４Ａ及び４Ｂが発生し、ドライバー１による運転の妨げになるという問題があった。
【０００９】
このような問題を解決するために、特許文献３には、バックライトから出射された光の出射方向を光出射方向修正素子によって修正することにより、液晶ディスプレイの表示部から出射される光に指向性を与え、特定の方向にのみ明るい表示を提供する技術が記載されている。
【００１０】
特許文献４には、基板法線に対して非対称な形状を有するマイクロ光学素子を光入射側に配置した液晶表示装置が開示されている。
【００１１】
図９は、特許文献４に開示された液晶表示装置の断面を表している。図９に示されるように、この液晶表示装置では、コントラストを向上させるために、入射光が非対称マイクロレンズによって液晶のプレチルト角に合った方向に傾けられる。
【００１２】
また、特許文献５には、液晶表示装置に用いられるバックライトの一例が示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９４３３２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６１３９号公報（特許第３７０８１１２号）
【特許文献３】特開平７−３０６４１１号公報
【特許文献４】特開２００６−１８４６７３号公報
【特許文献５】特開平８−２７１８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
車載用、モバイル用等の液晶表示パネルには、消費電力を抑えるために、より光の利用効率の高い液晶表示パネルが求められる。また、日中の車内や屋外など明るい場所での使用においては、表示品質を向上させるために、より高い輝度で表示を行うことが求められる。また、上述したように、窓等への映り込みを抑えるために、表示に指向性を与えることも要求される。
【００１４】
特許文献３には、光出射方向修正素子を用いることにより出射光の方向を規制して表示に指向性を与えることは記載されているが、光の利用効率を向上させるための技術については述べられていない。
【００１５】
また、特許文献４の液晶表示パネルにおいては、垂直配向時の液晶のプレチルト角度に合わせて光の入射角度及び出射角度が規定される。したがって、このような液晶表示パネルでは、出射光の方向は液晶のプレチルト角度によって完全に規定されるため、指向性の向きを任意に設定することはできない。また、垂直配向時の液晶のプレチルト角度は、通常、基板鉛直方向に対して５度以下に設定されるため、それ以上の極角方向に向けて指向性を高めることもできない。よって、この液晶表示パネルでは、図１に示される運転手方向に指向性の強い表示を行うことができない。また、不必要な方向への光の出射を防止することもできず、特許文献４の液晶表示パネルを用いて映り込みを低減させることは困難である。
【００１６】
バックライトのみならず外光を利用して表示を行うことができる半透過型液晶表示パネルは、光の利用効率向上及び消費電力の低減に適している。しかし、半透過型液晶表示パネルは、各画素の中に広い反射領域を有するため、反射領域による遮光によってバックライトの利用効率が低下する。特に暗所での使用時には、ほぼバックライトのみに頼って表示を行うため、輝度の向上と消費電力の低減を両立させるために、バックライトの利用効率の向上が必要である。
【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロレンズを備えた比較的広い遮光領域を有する半透過型等の液晶表示パネルによって、指向性の強い表示を提供すると共に、バックライトの利用効率をさらに向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による液晶表示装置は、複数の画素を備えた液晶表示パネルであって、ＴＦＴ及び画素電極を含む電気素子層を備えたＴＦＴ基板と、前記画素電極に対向する対向電極を備えた対向基板と、前記電気素子層と前記対向電極との間に配置された液晶層と、前記複数の画素に対応するように、前記ＴＦＴ基板の前記液晶層とは反対側の第１面の上に配置された複数のマイクロレンズと、を備え、前記複数の画素のそれぞれが、前記ＴＦＴ基板の前記第１面から入射する光を前記対向基板の外面に向けて透過させる開口部と、前記ＴＦＴ基板の前記第１面から入射する光を遮光する遮光部とを含み、前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、基板面に垂直な軸であってマイクロレンズの中心を通る軸に対して非対称な形状を有し、且つ、入射光を前記開口部に向けて集光する第１レンズ部分と、入射光を前記遮光部に向けて集光する第２レンズ部分とを含む。
【００１９】
ある実施形態では、前記第１レンズ部分の光軸が前記開口部を通り、前記第２レンズ部分の光軸が前記遮光部を通る。
【００２０】
ある実施形態では、前記第１レンズ部分の焦点位置が前記開口部の中にあり、前記第２レンズ部分の焦点位置が前記遮光部の中にある。
【００２１】
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズが複数のレンチキュラーレンズであり、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれが、基板面に垂直な面であって、前記複数のレンチキュラーレンズの延びる第１方向に平行な面に対して非対称な形状を有する。
【００２２】
ある実施形態では、基板面に垂直に見た場合、前記第１方向に垂直な第２方向における前記複数の画素のそれぞれの中央位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの中央位置と異なる。
【００２３】
ある実施形態では、基板面に垂直に見た場合、前記第２方向における前記複数の画素のそれぞれの端部位置が、前記複数のレンチキュラーレンズのそれぞれの端部位置と異なる。
【００２４】
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記遮光部の半分以上が前記第１レンズ部分と重なっている。
【００２５】
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記第２レンズ部分の全てが前記遮光部と重なっている。
【００２６】
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズのそれぞれが、前記第１レンズ部分と前記第２レンズ部分との間に配置された、基板面に略平行な光入射面を有する第３レンズ部分を含む。
【００２７】
ある実施形態では、基板面に垂直に前記第２方向に沿って見た場合、前記第３レンズ部分の全てが前記開口部と重なっている。
【００２８】
ある実施形態では、前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルを透過する光によって表示を行う透過領域と、前記電気素子層に含まれる反射層によって光を反射させて表示を行う反射領域とを備えた半透過型液晶表示パネルであり、前記対向基板はカラーフィルタ層を含み、前記遮光部は、前記反射領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分であり、前記開口部は、前記透過領域における前記電気素子層の底面から前記カラーフィルタ層の上面までの部分である。
【００２９】
ある実施形態では、前記複数のマイクロレンズが、光硬化性樹脂からなり、前記開口部を介して照射された光を利用して自己整合的に形成されている。
【００３０】
ある実施形態では、前記マイクロレンズの前記ＴＦＴ基板とは反対側に、前記マイクロレンズと同じ材料またはアクリル材料によって形成された保護層が配置されている。
【００３１】
本発明による液晶表示装置は、上記の液晶表示パネルと、前記マイクロレンズの前記ＴＦＴ基板とは反対側に配置されたバックライトとを備えている。
【００３２】
ある実施形態では、前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、狭指向性を有する光を出射する。
【００３３】
ある実施形態では、前記バックライトは、前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの基板面鉛直方向から傾斜した方向に伝播する照射光を出射し、前記傾斜した方向に沿って前記複数のマイクロレンズが非対称の形状を有する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、マイクロレンズの第１レンズ部分によって多くの入射光を集光させると共に、その集光された光によって所望の指向性が得られ、また、第２レンズ部分によって不要な方向に向かう光路が妨げられる。したがって、比較的広い遮光領域を有する液晶表示パネルのバックライト利用効率が向上すると共に、特別な素子を付加することなく指向性の強い表示を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の実施形態について説明する。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の液晶表示装置１００の構成を模式的に示した断面図である。液晶表示装置１００は、アクティブマトリクス方式による半透過型（反射透過型）の液晶表示装置（ＬＣＤ）である。図に示すように、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル（マイクロレンズ付き液晶表示パネル）５０と、液晶表示パネル５０の下（表示面と反対側の面側）に配置されたバックライト３０とを備えている。
【００３７】
液晶表示パネル５０は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する貼り合せ基板５１と、貼り合せ基板５１の受光面（紙面に垂直に延びる貼り合せ基板５１の底面）に設けられた複数のマイクロレンズ５３を含むマイクロレンズアレイ５２と、マイクロレンズアレイ５２の周辺領域に設けられた支持体５９と、貼り合せ基板５１の観察者側（図の上側）に設けられた前面側光学フィルム５４と、マイクロレンズアレイ５２の光入射側に設けられた背面側光学フィルム５５と、背面側光学フィルム５５とマイクロレンズアレイ５２との間に配置された保護層５６とを備えている。
【００３８】
マイクロレンズアレイ５２は、光硬化性樹脂によって形成されている。マイクロレンズアレイ５２の各マイクロレンズ５３は、例えば特許文献２に記載される方法に従って、光硬化性樹脂に画素の開口部を介して光を照射することにより、各画素に対応するように自己整合的に形成されている。なお、マイクロレンズ５３を、他の従来の方法によって形成してもよく、例えば、スタンパによって樹脂を型取りすることにより形成することも可能である。
【００３９】
保護層５６は、マイクロレンズアレイ５２と同じ光硬化性樹脂によって、マイクロレンズアレイ５２及び支持体５９に接するように設けられている。保護層５６とマイクロレンズアレイ５２は、保護層５６が各マイクロレンズ５３の頂点付近にのみ接するように貼り合わせられており、マイクロレンズアレイ５２と保護層５６との間には、空気を含む間隙が形成されている。
【００４０】
前面側光学フィルム５４は接着層５７を介して貼り合せ基板５１に貼り付けられており、背面側光学フィルム５５は接着層５８を介して保護層５６に貼り付けられている。なお、前面側光学フィルム５４及び背面側光学フィルム５５は、それぞれ、直線偏光を透過する偏光フィルムを含んでいる。
【００４１】
保護層５６は、可視光の透過率が高いアクリル系あるいはエポキシ系のＵＶ硬化樹脂で形成されているが、これを熱硬化性樹脂によって形成することも可能である。保護層５６及び支持体５９は、マイクロレンズ５３と同じ材料、あるいはマイクロレンズ５３を構成する材料の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する材料によって形成することが好ましい。
【００４２】
保護層５６が支持体５９と複数のマイクロレンズ５３の頂上部とによって固定されているので、液晶表示パネル５０の押圧強度が高くなる。また、保護層５６に硬化性樹脂を用いることにより、保護層５６とマイクロレンズアレイ５２とを、接着層を用いることなく強固に固着することができる。したがって、本実施形態によれば、たとえ液晶表示パネル５０が押圧を受けたとしても、背面側光学フィルム５５とマイクロレンズアレイ５２との間隔が一定に保たれるので、両者の間隔が変化することに起因する輝度ムラの発生を防止することができる。
【００４３】
マイクロレンズアレイ５２と保護層５６との間をマイクロレンズアレイ５２とは異なる屈折率を有する材料で埋めてもよい。このような構成を採ることにより、液晶表示パネル５０の強度を上げることができる。また、強度は落ちるものの、支持体５９の高さをマイクロレンズアレイ５２の高さよりも高くして、保護層５６を支持体５９のみで支えてもよい。
【００４４】
保護層５６を配置しない構成を採ることも可能である。しかしその場合、マイクロレンズアレイ５２に接着層５８が接することになり、液晶表示パネル５０が押圧を受けた場合、接着材がマイクロレンズアレイ５２の中に入り込み、表示ムラ等の不具合を発生させる恐れがある。本実施形態のように保護層５６を配置することにより、そのような不具合の発生を防止することができる。
【００４５】
貼り合せ基板５１は、画素毎にＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板６０と、カラーフィルタ基板（ＣＦ基板）である対向基板６２と、液晶層６４とを備えている。液晶層６４は、ＴＦＴ基板６０と対向基板６２との間に封入された液晶材料を含み、外周部に設けられたシール材６６によって密閉されている。
【００４６】
マイクロレンズ５３は、貼り合せ基板５１にマトリクス状に配置された画素の列方向（図の紙面垂直方向）に延びるレンチキュラーレンズである。画素の行方向（図の紙面左右方向）に沿って見た場合、各マイクロレンズ５３は非対称の形状を有している。図１にはマイクロレンズ５３の簡略化した断面形状を示している。マイクロレンズの断面形状の詳細は、後に図４及び図５を用いて説明する。
【００４７】
画素ピッチ（１つの画素の行方向の幅）は約１７０μｍであり、マイクロレンズ５３の幅も画素ピッチに対応している。ただし、後述するように、行方向に沿って見た場合、画素の位置とレンチキュラーレンズの位置は一致してはいない。すなわち、行方向における画素の中央とレンチキュラーレンズの中央は一致しておらず、画素の端部位置とレンチキュラーレンズの端部位置も異なっている。
【００４８】
マイクロレンズ５３をレンチキュラーレンズとした場合、各マイクロレンズ５３は画素の列に沿って複数の画素を覆うように形成される。各マイクロレンズ５３の画素の列に沿った幅を１つの画素と同じ幅に形成してもよい。
【００４９】
バックライト３０には、逆プリズム（ＴＬ：Ｔｕｒｎｉｎｇ  Ｌｅｎｓ又はＲＰ：Ｒｅｖｅｒｓｅｄ  Ｐｒｉｓｍ）を利用したエッジライト方式のバックライトが用いられる。この方式のバックライト３０により、指向性の強い平行光（狭指向性を有する光とも呼ぶ）が得られる。
【００５０】
図１に示すように、バックライト３０は、導光板３２と、導光板３２の１つの側面に配置されたＬＥＤや冷陰極管等の光源３４と、導光板３２の下に配置された反射板３６と、導光板３２の上（液晶表示パネル側）に配置されたプリズムシート３８を備えている。
【００５１】
反射板３６に面する導光板３２の下部には鋸歯状に溝が掘られており、その結果、導光板３２の底面には、傾斜角度θが異なる複数の傾斜面が形成される。ここで複数の傾斜面は、光源３４から離れるに従って傾斜角度θが大きくなるように形成されている。プリズムシート３８は、下方向に尖った複数のプリズムを有する。
【００５２】
光源３４から出射された光は、反射板３６あるいは導光板３２の傾斜面で反射された後、導光板３２の上面（出射面）を通過し、プリズムシート３８のプリズムによって屈折された後、液晶表示パネル５０に向けて出射される。
【００５３】
光源３４から発せられた光のうち、導光板３２の底面及び上面に臨界角（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ａｎｇｌｅ）以上の角度で入射した光は、これらの面によって全反射される。一方、臨界角よりも小さい角度で入射した光は、その一部が反射され、残りは屈折して底面又は上面から出射される。底面から出射した光は、反射板３６で反射して再び導光板３２に入射し、上面から出射した光はプリズムシート３８へと向かう。
【００５４】
このような仕組みにより、導光板３２を伝播する光は反射及び屈折を繰り返しながら、徐々にプリズムシート３８に向けて出射されていくが、このとき、導光板３２から出射される光は、上面の面鉛直方向から傾いた方向の指向性を有する光となる。この指向性の方向は、上面の面鉛直方向を極角０°、上面に沿って光源３４から離れる方向（図の左から右に向かう方向）を極角９０°とした場合、例えば極角４５°以上９０°未満の方向となる。
【００５５】
ここで、光が「指向性を有する」とは、出射される光がある特定の方向に対して強い強度を有することを示しており、指向性の強さ、すなわち特定の方向に対してどの程度強い方向性を有するかは、出射光の強度分布における半値幅角によって示される。その半値幅角の中心値によって示される方向を「指向性の方向」と定義する。
【００５６】
なお、バックライト３０には、特許文献５に記載されたバックライトを用いてもよく、それによっても指向性の強い光を得ることができる。
【００５７】
次に、貼り合せ基板５１のより詳細な構成を説明する。
【００５８】
図２は、貼り合せ基板５１の一部の形状を模式的に表した断面図である。図に示すように、ＴＦＴ基板６０は、透明基板７０と、透明基板７０の上に形成された電気素子層７８を備えている。
【００５９】
電気素子層７８は、画素毎に形成された反射部７２と画素電極７６と、透明電極７０と画素電極７６との間に形成された絶縁層７４とを含む。電気素子層７８には、図示するものの他に、画素毎に配置されたＴＦＴ、画素を区分するように配置されたゲートライン（走査線）及びソースライン（信号線）、Ｃｓライン（補助容量線）なども形成されている。反射部７２は、アルミニウム等の金属からなる反射層を有しており、この反射層により表示面側から入射した光が反射され、反射光４６として表示面から出射される。ＴＦＴ、ゲートライン、ソースライン、Ｃｓラインも、反射部の一部となり得る。
【００６０】
対向基板６２は、対向電極８４、ＣＦ（カラーフィルタ）層８２、および透明基板８０を備えている。透明基板８０の上部の面は、液晶表示装置１００の表示面となる。なお、ＴＦＴ基板６０および対向基板６２それぞれの液晶層側の面には、電圧無印加時に液晶に垂直配向性を与える図示しない配向膜が形成されている。
【００６１】
基板面に垂直な方向から見た場合、液晶表示パネル５０において、反射部７２が形成されている領域を反射領域４２と呼び、反射部７２が形成されておらずバックライト３０からの光を透過させ得る領域（透過光４４を出射し得る領域）を透過領域４３と呼ぶ。また、画素電極７２のそれぞれを囲むように格子状に配置されたゲートライン及びソースラインによって区切られた領域を画素領域４０と呼ぶ。
【００６２】
なお、反射部７２の上部の対向基板６２の側には、透過性樹脂等によって形成された図示しない調整層が設けられ得る。調整層によって反射領域４２と透過領域４３における液晶層６４内での光路長を同じにすることができる。
【００６３】
図３は、表示面側から見た液晶表示パネル５０の構成を模式的に表した図である。図に示すように、マイクロレンズアレイ５２は、画素の行方向Ｂに沿って画素ピッチと同じピッチで配列された複数のマイクロレンズ５３からなる。各マイクロレンズ５３は、画素の列方向Ｃに沿って延びるレンチキュラーレンズである。
【００６４】
図４及び図５は、液晶表示パネル５０の図３におけるＡ−Ａ’位置の断面を模式的に表した図である。図４には、バックライト３０から液晶表示パネル５０に向けて、基板面に垂直に入射光９０が照射される場合の光路を表しており、図５には、バックライト３０から基板面鉛直方向に対して傾いた入射光９０’が照射される場合の光路を表している。なお、これらの図では、前面側光学フィルム５４、背面側光学フィルム５５、保護層５６等の図示を省略している。
【００６５】
図４及び図５に示すように、各マイクロレンズ５３は、基板面に垂直な軸であって、行方向Ｂにおいてマイクロレンズ５３の中心を通る軸に対して非対称な形状を有している。
マイクロレンズ５３をレンチキュラーレンズとして考えた場合、各マイクロレンズ５３は、基板面に垂直な面であって列方向Ｃに平行な面に対して非対称な形状を有するとも言える。
【００６６】
各マイクロレンズ５３は、第１の曲率を有する第１入射面を備えた第１部分５３ａと、第１の曲率よりも大きな曲率を有する（第１入射面よりも曲率半径が小さい）第２入射面を備えた第２レンズ部分５３ｂとを有する。
【００６７】
基板鉛直方向から見て反射領域４２の中に位置する部分のうち、基板厚さ方向において電気素子層７８の底面からＣＦ層８２の上面までの範囲にある部分（反射部７２、絶縁層７４、画素電極７６、液晶層６４、対向電極８４、及びＣＦ層８２を含む）を遮光部と呼ぶ。また、基板鉛直方向から見て透過領域４３の中に位置する部分のうち、基板厚さ方向において電気素子層７８の底面からＣＦ層８２の上面までの範囲にある部分を開口部と呼ぶ。
【００６８】
第１レンズ部分５３ａの焦点９３ａは開口部の中に位置し、第２レンズ部分５３ｂの焦点９３ｂは遮光部の中に位置する。第１レンズ部分５３ａの光軸９２ａは遮光部を通ることなく開口部を通って延び、第２レンズ部分５３ｂの光軸９２ｂは遮光部を通って延びている。つまり、第１レンズ部分５３ａによって入射光９０及び９０’は開口部に向けて集光され、第２レンズ部分５３ｂによって入射光９０及び９０’は遮光部に向けて集光される。したがって、第１レンズ部分５３ａを透過した光９１ａは、遮光部によってほとんど遮光されることなく、正の行方向Ｂに強く傾いた出射光となり、第２レンズ部分５３ｂを透過した光９１ｂは、そのほぼ全てが反射部７２によって遮光される。
【００６９】
なお、第２レンズ部分５３ｂの光軸９２ｂが反射部７２を通って延びるようにマイクロレンズ５３を形成すれば、不要な方向に進む光のより多くを遮光することができる。また、第２レンズ部分５３ｂの焦点９３ｂが反射部７２の中に位置するようにマイクロレンズ５３を形成すれば、さらに多くの不要な光を遮光することができる。
【００７０】
基板面に垂直に見た場合、マイクロレンズ５３の行方向Ｂの端部は反射部７２の中に位置し、画素の端部とは異なる部分に位置する。言い換えれば、基板面に垂直に見た場合、行方向Ｂにおける各画素の中央の位置は、各マイクロレンズ５３の中央位置とは異なっている。また、基板面に垂直に行方向Ｂ方向に沿って見た場合、反射部７２（又は遮光部）の半分以上が第１レンズ部分５３ａと重なっており、第２レンズ部分５３ｂは全て反射部７２（又は遮光部）と重なる。
【００７１】
本実施形態の液晶表示装置１００によれば、第１レンズ部分５３ａを透過した光によって正の行方向Ｂに向けて指向性の強い表示が得られる。また、それと同時に、本来反射部７２によって遮光されるバックライトの多くを表示に用いることができるため、光の利用効率が向上する。また、第２レンズ部分５３ｂによって不要な方向に向かう光路が妨げられるため、より指向性の強い表示を行うことができる。したがって、液晶表示装置１００を車載用の液晶ディスプレイとして用いた場合、より明るい表示が得られると共に、窓への映り込みも防止することが可能となる。
【００７２】
図６は、本実施形態による液晶表示装置１００から出射される表示光の強度の極角依存性を表しており、（ａ）は画素の列方向Ｃに沿った極角依存性を、（ｂ）は画素の行方向Ｂに沿った極角依存性をそれぞれ表したグラフである。図６（ａ）のグラフの横軸は列方向Ｃに沿って見た場合の極角を表しており、縦軸は出射光の強度を表している。図６（ｂ）のグラフの横軸は行方向Ｂに沿って見た場合の極角を表しており、縦軸は出射光の強度を表している。両グラフにおける実線は、本実施形態の液晶表示装置１００から得られた特性を示しており、点線はマイクロレンズ５３を備えない液晶表示装置（比較例と呼ぶ）から得られた特性を示している。
【００７３】
図６の（ａ）及び（ｂ）からわかるように、列方向Ｃに沿ってみた場合、液晶表示装置１００の出射光も比較例の出射光も、強度のピークは極角０度の位置にあり、ほぼ同様の極角依存性を有している。しかし、行方向Ｂに沿ってみた場合には、比較例では強度のピーク位置が極角０度の方向にあるのに対し、液晶表示装置１００ではピーク位置が正の極角方向（約１０度）の方向にある。したがって、本願発明によるマイクロレンズ５３を用いることにより、指向性の強い表示が得られることがわかる。
【００７４】
なお、これらのグラフは、液晶表示パネル５０がバックライト３０から図５に示した入射光９０’を受けた場合の特性を表している。液晶表示パネル５０が図４に示した入射光９０を受けた場合、行方向Ｂに沿った強度のピーク位置（指向性の方向）が、図６（ｂ）に示すピークよりも若干極角０度に近い側にずれる。
【００７５】
（実施形態２）
図７は、第２の実施形態による液晶表示装置の液晶表示パネル５０の断面図であり、図３におけるＡ−Ａ’に相当する位置の断面を模式的に表した図である。ただし、これらの図では、前面側光学フィルム５４、背面側光学フィルム５５、保護層５６等の図示を省略している。実施形態２の液晶表示装置の構成は、マイクロレンズの形状以外は実施形態１と同じであるので、以下マイクロレンズの形状のみを説明し、他の構成要素の説明は省略する。
【００７６】
実施形態２の液晶表示パネル５０のマイクロレンズ５３’は、図７に示すように、第１の曲率を有する第１入射面を備えた第１部分５３’ａと、第１の曲率よりも大きな曲率を有する（第１入射面よりも曲率半径が小さい）第２入射面を備えた第２レンズ部分５３’ｂと、第１レンズ部分５３’ａと第２レンズ部分５３’ｂとの間に位置する第３レンズ部分５３’ｃとを有する。第３レンズ部分５３’ｃの受光面は、基板面に平行な面となっている。基板面に垂直に行方向Ｂに沿って見た場合、第３レンズ部分５３’ｃの全てが開口部と重なっている。
【００７７】
第１レンズ部分５３’ａ及び第２レンズ部分５３’ｂの焦点は、それぞれ実施形態１と同様、開口部及び遮光部の中に位置する。従って、第１レンズ部分５３’ａ及び第３レンズ部分５３’ｃの光軸は開口部を通り、第２レンズ部分５３’ｂの光軸は遮光部を通る。つまり、第１レンズ部分５３’ａによって入射光は開口部に向けて集光され、第２レンズ部分５３’ｂによって入射光は遮光部に向けて集光される。第３レンズ部分５３’ｃへ入射した光のほぼ全ては集光されることなく開口部を透過する。
【００７８】
基板面に垂直に見た場合、マイクロレンズ５３’の行方向Ｂの両端部は反射部７２の中に位置し、画素の端部とは異なる部分に位置する。基板面に垂直に行方向Ｂ方向に沿って見た場合、反射部７２（又は遮光部）と第１レンズ部分５３’ａとが重なる幅は、反射部７２と第２レンズ部分５３’ｂとが重なる幅よりも広い。
【００７９】
このような形状を有するマイクロレンズ５３’を用いることによって、実施形態１と同様、指向性の強い表示を提供するとともに、光の利用効率を向上させることができる。なお、第３レンズ部分５３’ｃの受光面を基板面に対して傾いた平面としてもよく、第３レンズ部分５３’ｃの第１レンズ部分５３’ａ側の端部の位置を開口部の内側に設定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば車載用のディスプレイのような、電力消費が少なく、明るく指向性の強い表示が求められるディスプレイ用の液晶表示パネルとして好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施形態１による液晶表示装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】実施形態１の貼り合せ基板の一部の形状を模式的に表した断面図である。
【図３】表示面側から見た場合の実施形態１の液晶表示パネルの構成を模式的に表した図である。
【図４】液晶表示パネルの図３におけるＡ−Ａ’位置の断面を模式的に表した図である。
【図５】液晶表示パネルの図３におけるＡ−Ａ’位置の断面を模式的に表した図である。
【図６】実施形態１による液晶表示装置から出射される表示光の強度の極角依存性を表したグラフであり、（ａ）は画素の列方向に沿った極角依存性を、（ｂ）は画素の行方向に沿った極角依存性をそれぞれ表している。
【図７】本発明による実施形態２の液晶表示パネルの構成を模式的に表した断面図である。
【図８】特許文献３において車載用液晶ディスプレイの問題点を説明するために用いられた図である。
【図９】特許文献４に開示された液晶表示装置を表した断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
３０  バックライト
３２  導光板
３４  光源
３６  反射板
３８  プリズムシート
４０  画素領域
４２  反射領域
４３  透過領域
４４  透過光
４６  反射光
５０  液晶表示パネル
５１  貼り合せ基板
５２  マイクロレンズアレイ
５３、５３’  マイクロレンズ
５３ａ、５３’ａ  第１レンズ部分
５３ｂ、５３’ｂ  第２レンズ部分
５３’ｃ  第３レンズ部分
５４  前面側光学フィルム
５５  背面側光学フィルム
５６  保護層
５７、５８  接着層
５９  支持体
６０  ＴＦＴ基板
６２  対向基板
６４  液晶層
６６  シール材
７０  透明基板
７２  反射部
７４  絶縁層
７６  画素電極
７８  電気素子層
８０  透明基板
８２  ＣＦ層
８４  対向電極
９０、９０’  入射光
９１ａ、９１ｂ  出射光
９２ａ、９２ｂ  光軸
９３ａ、９３ｂ  焦点
１００  液晶表示装置
【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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【図８】
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【図９】
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