专利名称：显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置，尤其涉及使用来自照明装置的光进行显示的非发光型显示装置。
背景技术：
非发光型显示装置有液晶显示装置、电致色变显示装置、电泳显示装置等，其中液晶显示装置在例如个人计算机、便携电话机等中得到广泛应用。
液晶显示装置构成通过分别对规则排列成矩阵状的象素电极施加驱动电压，使象素开口部的液晶层的光学特性变化，显示图像和字符等。在液晶显示装置中，为了分别控制多个象素，每一象素设置例如薄膜晶体管(TFTThinFilm Transistor)作为开关元件。还在开关元件设置供给规定信号用的布线。
然而，每一象素设置晶体管时，象素的面积减小，产生亮度降低的问题。
而且，开关元件和布线由于其电性能和制造技术的限制，难于按小于等于某程度的规模形成。例如光刻制版法的蚀刻精度存在1微米(μm)～10微米程度的极限。因此，随着液晶显示装置的高清晰化、小型化，象素间距越小，开口率越进一步降低，亮度降低的问题越显著。
为了解决亮度降低的问题，有分别对应于液晶显示装置的各象素设置聚光元件以便使来自照明装置的光汇聚到各象素的方法。
例如专利文献1中揭示的液晶显示装置，在具有透射区和反射区的半透射型(透射反射两用型)液晶显示装置设置微透镜等聚光元件。
近年，半透射型液晶显示装置是作为例如便携电话机那样在明亮环境中也可适用的液晶显示装置得到开发的。半透射型液晶显示装置在1象素中具有用来自背后照明的光以透射方式进行显示的透射区和用周围光以反射方式进行显示的反射区，能根据使用环境切换透射方式的显示和反射方式的显示，或进行两种显示方式的显示。
半透射型液晶显示装置中，需要以某种程度确保反射区大，所以透射区对象素的面积比率减小，存在透射方式的亮度降低的问题。
因此，专利文献2揭示一种方法，在背后照明侧配置的衬底上设置具有开口部的反射片和微透镜等聚光元件的半透射型液晶显示装置中，通过使反射片和微透镜配置在衬底的同一面侧且在液晶侧，使入射到微透镜的来自背后照明的光高效率地汇聚到设置在反射片的开口部。
专利文献3中揭示的方法将微透镜的底边取为圆形或六角形，使微透镜和象素的透射区排列成交错栅格状，同时还使微透镜和象素的透射区1∶1对应，而且使其配置成微透镜的焦点位于象素的透射区的中心，从而提高微透镜的聚光效率(从照明装置入射的光的利用效率)。
中揭示的方法在照明装置与微透镜之间设置准直元件，减小照明装置出射的光(扩散光)的扩展角，即形成接近平行光的光，从而提高微透镜的聚光效率。
这些专利文献中，将通过微透镜的光的收敛点形成在有源矩阵衬底等第1衬底上的透明电极区(专利文献2、3)、或形成在象素的液晶层内(专利文献4)。
专利文献1特开平11-109417号公报专利文献2特开2002-333619号公报专利文献3特开2003-255318号公报专利文献4特开2001-154181号公报这样，虽然提出各种用微透镜等聚光元件使从照明装置入射的光汇聚到各象素以提高显示装置的亮度的方法，但微透镜的聚光效率还不充分。
上文中，虽然以半透射型液晶显示装置作说明，但使来自照明装置的光的利用效率提高的要求在透射型显示装置中也相同。而且，液晶显示装置以外的非发光型显示装置中也看到这种要求。
发明内容
本发明是鉴于上述诸点而完成的，其目的在于，提供一种使来自照明装置的光的利用效率提高以提高亮度的显示装置。
本发明的显示装置，包含往前面出射光的照明装置；具有排列成行列状的多个象素的显示板；以及设置在所述照明装置与所述显示板之间的多个聚光元件，所述显示板具有第1衬底、第2衬底、以及设置在所述第1衬底与所述第2衬底之间的显示媒体层，将所述第1衬底配置在所述显示媒体层的所述照明装置侧，所述第2衬底则配置在所述显示媒体层的所述观察者侧，所述多个象素分别具有用从所述照明装置入射的光以透射方式进行显示的透射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述透射区的透明电极区，分别对应于所述多个象素的透射区地配置所述多个聚光元件，而且配置成在比所述显示媒体层靠近观察者的地方形成所述照明装置出射的光的收敛点。
某较佳实施方式中，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述聚光元件的顶点至所述透明电极区的距离d之比(d/f)满足下式。
0.6≤(d/f)≤0.9某较佳实施方式中，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述聚光元件的顶点至所述透明电极区的距离d之比(d/f)满足下式。
0.7≤(d/f)≤0.8某较佳实施方式中，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述多个象素的行方向的间距P1之比(f/P1)满足下式。
(f/P1)＜6某较佳实施方式中，分别对应于所述多个象素中在行方向相邻的2个象素形成的所述汇聚光斑的列方向的位置，互不相同。
某较佳实施方式中，所述多个聚光元件构成微透镜阵列。
某较佳实施方式中，所述多个象素分别还具有用从观察者侧入射的光以反射方式进行显示的反射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述反射区的反射电极区，所述第1衬底还具有排列在行方向的多条数据信号线，将所述多个象素分别配置在相邻的2条数据信号线之间，所述相邻的2条数据信号线的以象素为中介对置的一对边的至少一方，形成往行方向缩进的凹部，并且将所述透明电极区的至少一部分设置在与所述凹部对应的位置。
某较佳实施方式中，所述第1衬底包含透明电极和设置在所述透明电极的所述显示媒体层侧的具有开口部的反射电极，并由所述反射电极的所述开口部规定所述透明电极区，所述透明电极具有部分位于所述凹部内的凸部。
某较佳实施方式中，所述相邻的2条数据信号线的以象素为中介对置的一对边，形成往行方向缩进的一对凹部，并且将所述透明电极区设置在与所述一对凹部对应的位置。
某较佳实施方式中，所述多个象素中在行方向相邻的2个象素具有的透射区的列方向的位置，互不相同，并且某象素的所述反射电极在与行方向相邻的象素的所述透射区对应的位置具有切口部。
某较佳实施方式中，所述多个象素分别还具有用从观察者侧入射的光以反射方式进行显示的反射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述反射区的反射电极区，所述第1衬底还具有排列在行方向的多条数据信号线，将所述多个象素分别配置在相邻的2条数据信号线之间，所述相邻的2条数据信号线具有弯曲成它们的间隔大于其它部分的部分，并将所述透明电极区的至少一部分设置在与所述弯曲的部分形成的凹部对应的位置。
某较佳实施方式中，所述第1衬底包含透明电极和设置在所述透明电极的所述显示媒体层侧的具有开口部的反射电极，并由所述反射电极的所述开口部规定所述透明电极区，所述透明电极具有部分位于由所述弯曲的部分形成的所述凹部内的凸部。
某较佳实施方式中，所述多个象素中在行方向相邻的2个象素具有的透射区的列方向的位置，互不相同，并且某象素的所述反射电极在与行方向相邻的象素的所述透射区对应的位置具有切口部。
某较佳实施方式中，从所述照明装置出射并入射到所述多个聚光元件的光的平行度，按半值角计小于等于±5度。
某较佳实施方式中，所述显示媒体层是液晶层。
某较佳实施方式中，还具有配置在所述显示媒体层的观察者侧的光扩散元件。
本发明的便携电子设备具有上述任一种显示装置。
本发明的显示装置结构上做成将配置在照明装置(背后照明)与显示板之间的聚光元件出射的光的收敛点形成在比显示媒体层靠近观察者的地方，因此提高光的利用效率。
而且，本发明的显示装置在具有进行透射方式的显示的透射区和进行反射方式的显示的反射区的半透射型显示装置中，通过局部调整数据信号线的宽度和2条数据信号线的间隔，能增大规定透射区的透明电极区的面积，因此透射区的开口率进一步提高，使透射方式显示的亮度提高。尤其通过将透射区排列成曲折状，能提高透射方式显示的亮度。
图1是以图解方式示出实施方式1中使用的半透射型液晶显示装置的立体图。
图2是说明图1所示的显示装置的微透镜的焦点位置(收敛点位置)用的模式图。
图3是示出使d/f在0.4～1.2范围变化时的透射光通量与d/f的关系的曲线图。
图4(a)是完全平行光入射到微透镜时的光图，(b)是对透镜的法线方向倾斜10度的光入射到微透镜时的光图。
图5(a)是说明实施方式1的显示装置的TFT衬底用的俯视图，(b)是说明规定(a)所示的TFT衬底上的反射电极区的反射电极用的俯视图。
图6是图5(a)和(b)所示的TFT衬底的沿II-II’线的剖视图。
图7是示出聚光元件的顶点至收敛点的距离f与象素的行方向间距P1之比f/P1和半值视场角或正面亮度的关系的曲线图。
图8是以图解方式示出实施方式1使用的半透射型液晶显示装置中还具有放置在显示媒体层的观察者侧的光折射元件的液晶显示装置的立体图。
图9(a)是说明实施方式2的显示装置的TFT衬底用的俯视图，(b)是说明规定(a)所示的TFT衬底上的反射电极区的反射电极用的俯视图。
图10(a)是说明实施方式3的显示装置的TFT衬底用的俯视图，(b)是说明规定(a)所示的TFT衬底上的反射电极区的反射电极用的俯视图。
图11是以图解方式示出图1的液晶显示装置的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的理想例的俯视图。
图12是以图解方式示出图1的液晶显示装置的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的另一理想例的俯视图。
图13是以图解方式示出图1的液晶显示装置的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的非理想例的俯视图。
图14是以图解方式示出图1的液晶显示装置的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的另一非理想例的俯视图。
图15是以图解方式示出一例将象素配置成Δ状时的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的俯视图。
图16是以图解方式示出一例与R、G和B象素的透射区对应的微透镜中有选择地仅加大与1色象素的透射区对应的微透镜的直径时的微透镜和汇聚光斑的中心与对应的透射区的位置关系的俯视图。
图17是图1的半透射型液晶显示装置中使用的照明装置的模式图。
图18是示出照明装置的出射面的光学特性的测量结果的曲线图。
图19是说明照明装置的出射面的光学特性测量方法用的模式图。
图20(a)是以图解方式示出图18所示的方向性的偏差的图，(b)是说明(a)所示的椭圆用的图。
图21是说明照明装置的导光片用的图。
图22是图1的半透射型液晶显示装置中使用的半透射型液晶显示板的TFT衬底的俯视图。
图23是沿图22的III-III’线的剖视图。
图24是说明带阵列用的模式图。
标号说明1是扫描信号线，2是数据信号线，4是象素电极，5是TFT，5a是半导体层，6是栅极，7是源极，7a是半导体接触层，8是漏极，8a是半导体接触层，9是接触孔，10是第1衬底，11是第2衬底，12是栅极绝缘膜，13、13A、13B是透明电极，14是层间绝缘层。15、15A、15B是反射电极，16A是红(R)滤色片，18是对置电极(透明电极)，21是LED，22是棱镜，22a是反射面，23是液晶层，24是导光片，24t是角部，25是棱镜片，28是透明衬底，29是透明衬底，30是反射片，33是透明电极区，35是反射电极区，41是光，41c是汇聚光斑中心，41f是来自照明装置的光的收敛点，50是照明装置，54是微透镜阵列，54a是微透镜，54ac是微透镜55a的中心，56a是微透镜，56ac是微透镜56a的中心，57a是微透镜，57ac是微透镜57a的中心，61是数据信号线上形成的凹部，62是透明电极上形成的凸部，63、74是2条信号线的间隔大的部分，64A、64B、76A、76B是透明电极上形成的凸部，65、71是2条数据信号线的间隔小的部分，66A、66B、73A、73B是透明电极上形成的凹部，67A、67B、77A、77B是透明电极上形成的切口部，68A、68B、75A、75B是数据信号线上形成的凹部，69A、69B、72A、72B是数据信号线上形成的凸部，84是光折射元件，100是半透射型液晶显示板，100A是TFT衬底，100B是滤色片衬底(对置衬底)，200是半透射型液晶显示装置，241c是汇聚光斑中心，254a是微透镜，254ac是微透镜254a的中心，255a是微透镜，255ac是微透镜255a的中心，400是液晶显示装置，Tr是透射区，Rf是反射区，Px是象素，P1是象素的行方向间距，P2是象素的列方向间距，A是反射电极的开口部。
具体实施例方式
本发明人为了提高使用微透镜等聚光元件的显示装置的亮度，具体以照明装置出射的光的配光性(平行度或方向性)与照明装置出射的光形成的收敛点的位置的关系为中心进行了研究。结果，发现通过将从照明装置入射的光的收敛点形成在比显示媒体层靠近观察者的地方，而不是以往那样形成在照明装置侧配置的衬底(例如TFT衬底)上设置的透明电极或象素的显示媒体层(例如液晶层)内，能提高来自照明装置的光的利用效率。此情况在从照明装置出射并入射到聚光元件的光的平行度，按半值角计为小于等于±5度时成立，而且连使用小于等于±3.5度的平行度较高的光时也成立，光的利用效率提高。设想利用平行光的技术常识认为最好聚光元件的焦点形成在象素的中心(即显示媒体层内)，但本发明人发现即使在使用平行度较高的光的情况下，通过将焦点挪到比显示媒体层靠近观察者的地方，也使光的利用效率提高，从而想出本发明。
实施方式1本实施方式的显示装置，包含往前面出射光的照明装置；具有排成行列状的多个象素的显示板；以及设置在照明装置与显示板之间的多个聚光元件。显示板具有第1衬底、第2衬底、以及设置在第1衬底与第2衬底之间的显示媒体层，并且将第1衬底配置在显示媒体层的照明装置侧，将第2衬底配置在观察者侧。多个象素各自具有用从照明装置入射的光以透射方式进行显示的透射区，第1衬底在显示媒体层侧至少具有规定透射区的透明电极区。具有这种组成的显示装置中，本实施方式的特征在于，多个聚光元件各自将照明装置出射的光的收敛点形成在比显示媒体层靠近观察者的地方。
下面，参照
本发明显示装置的实施方式1。
下文中，就半透射型(透射反射两用型)液晶显示装置说明本实施方式。后面阐述的实施方式也这样。但是，本实施方式的显示装置不限于此，例如在透射型液晶显示装置等半透射型以外的液晶显示装置中也适用。而且，本实施方式还适用于作为显示媒体层具有液晶层以外的电泳层的电泳显示装置等显示装置。
图1是以图解方式示出本实施方式的半透射型液晶显示装置200的立体图。
如图1所示，半透射型液晶显示装置200包含照明装置(未图示)、具有排成行列状的多个象素Px的显示板100、以及设置在照明装置与显示板100之间的聚光元件群54。
显示板100具有配置在照明装置侧的有源矩阵衬底等第1衬底10、配置在观察者侧的滤色片衬底等第2衬底11、以及设置在第1衬底10与第2衬底11之间的液晶层23。
第1衬底10具有使照明装置出射的光透射的透明电极区33(参考图2)、以及反射从第2衬底11入射的光(周围光，未图示)的反射电极区35(参考图2)。第1衬底具有设置在液晶层23侧的透明电极13和反射电极15(参考图2)，由反射电极15规定反射电极区35，并将透明电极区33规定为形成透明电极13的区域内与反射电极15的开口部对应的区域。透明电极13可仅设置在透射电极区，但通过如范例所示那样设置在实质上整个象素内，得到稳定完成后面的工序的优点。
显示板100还具有包含未图示的红(R)滤色片、绿(G)滤色片和蓝(B)滤色片的滤色片层，并如图24所示那样将所述R、G和B滤色片排成带状。行方向上相邻的3个象素Px与上述滤色片对应地分别出射R、G和B色的光，并由所述3个象素构成1个像素。
各象素Px具有进行透射方式显示的透射区Tr和进行反射方式显示的反射区Rf，能用透射方式和反射方式进行显示。可用透射方式和反射方式的任一方的模式进行显示，也可用两种方式进行显示。多个象素Px排成行列状，包含分别出射R、G、B色的光的象素。由往行方向延伸的遮光层BL1和往列方向延伸的遮光层BL2规定各象素。遮光层BL1由例如扫描信号线(参考图22)构成，遮光层BL2由例如数据信号线(参考图22)构成。
本说明书中，将透明电极区33和反射电极区35定义为TFT衬底等有源矩阵衬底的区域，将象素Px、透射区Tr和反射区Rf定义为半透射型液晶显示装置200的区域。半透射型液晶显示装置200具有的聚光元件群54由多个聚光元件54a构成，并以1对1的方式对象素Px的透射区Tr设置聚光元件54a。本实施方式中，将多个具有微透镜(聚光元件)54a的微透镜阵列54用作聚光元件群。
以1对1的方式对多个透射区Tr设置微透镜阵列54具有的多个微透镜54a，并将通过微透镜54a的光束42的由多个象素的液晶层规定的面(下文有时称为“象素面”；象素面对于衬底面平行)的汇聚光斑的中心形成在各自对应的透射区Tr的液晶层内。
本说明书中，使用术语“汇聚光斑”，以区别于光束截面积最小的点(即收敛点)(例如与微透镜的焦点对应)。“汇聚光斑”与象素面的光的截面轮廓对应，不需要与收敛点对应。又，“汇聚光斑中心”是考虑象素面的光的强度分布的中心，具有与汇聚光斑的截面轮廓对应的外形，而且对应于具有与光强度分布对应的密度分布的纸的重心。光的强度分布对汇聚光斑的截面轮廓的几何重心对称时，“汇聚光斑中心”与几何重心一致，但因微透镜的像差等的影响而具有非对称的强度分布的情况下，有时偏离几何重心。
半透射型液晶显示装置200，其特征是，通过第1衬底的透明电极区的光的收敛点形成在比显示媒体层靠近观察者的地方，因而提高来自照明装置的光的利用效率。
如上文所述，已有的显示装置中，例如将聚光元件的收敛点形成在第1衬底10上的透明电极区33(专利文献2、3)或形成在象素的液晶层23内，结构与本实施方式不同。
下面。参照图2和图3具体说明形成照明装置出射的光的收敛点的较佳位置。再者，图2是说明图1所示的显示装置200的微透镜54a的焦点位置(收敛点位置)用的模式图。
如图2所示，从背后照明等照明装置(未图示)出射的光41被微透镜54a汇聚。汇聚后的光41通过第1衬底10上的透明电极区33，在液晶层23的第2衬底11侧形成收敛点41f。
详细而言，设微透镜54a的顶点至光41的收敛点41f的距离为f(有时也称为微透镜54a的焦距)，微透镜54a的顶点至透明电极区33的距离为d，则d与f之比(d/f)以大于等于0.6且小于等于0.9为佳，大于等于0.7且小于等于0.8更好。
接着，说明如上文所述那样与以往的技术常识相反地设定从照明装置出射并入射到显示板的光的收敛点位置较佳的原因。
首先，参照图3说明调查使d/f在0.4～1.2范围变化时的穿透透明电极区的光通量(下文称为“透射光通量”)与d/f的关系的结果。这里，使用上述图1的显示装置。如后面阐述的图11所示，此显示装置配置微透镜，使行方向相邻的2个象素Px中分别形成的汇聚光斑中心41c的列方向的位置不相同。以提高光的利用效率为目的，后面参照图11至图24阐述微透镜的较佳配置。
由使用计算机的光跟踪法算出透射光通量。这里使用的照明装置、微透镜和显示板的结构分别如下。
·照明装置(光源)使用1个LED的背后照明装置(出射光的平行度为±3.5度，例如参考后面阐述的图17和相关的记述)·微透镜折射率1.52(玻璃)、曲率半径88微米·第1衬底折射率1.52(玻璃)、厚0.7毫米(700微米)·第2衬底折射率1.52(玻璃)、厚0.7毫米(700微米)·液晶层厚5微米·象素行方向间距(P1)51微米、列方向间距(P2)153微米·第1衬底上的透明电极区φ42微米的圆形(透射区开口率约18％)为了比较，对不设置微透镜的显示装置同样算出穿透透明电极区的光通量。
接着，算出设置微透镜时的透射光通量与不设置微透镜时的光通量之比(下文有时简称为“透射光通量比”)。透射光通量比表示设置微透镜带来的光利用效率的提高率，此数值越大，意味着微透镜的聚光效率越高。
又，使透明电极区的规模作各种变化，并与上文所述同样地分别算出取为直径10微米(透射区开口率约1％)、直径20微米(开口率约4％)、直径30微米(开口率约9％)的圆形时的透射光通量比。
图3是示出这样获得的各透射光通量比与d/f的关系的曲线图。
从图3判明使第1衬底上的透明电极区在φ10毫米～φ42毫米的范围变化时(换算成开口率，则为约1％～18％)，任一情况下都在d/f＜1.0时透射光通量比取最大值。
例如，研究开口率最大(约18％)(图中为×)时的“透射光通量比”与“d/f”的关系，则d/f＝1.0时，透射光通量比为约1.9，但随着d/f变成小于1，透射光通量比变大，在d/f＝0.7时，透射光通量比取最大值(约2.2)。透射光通量比以d/f≈0.7为边界逐渐变小，但d/f≥约0.6则比d/f＝1.0时的值大。这些结果意味着将通过微透镜的光的收敛点形成得满足d/f≈0.7时，微透镜的聚光效率最大，获得的显示装置的亮度比不设置微透镜时提高约2.2倍，而且与已有例(d/f≈1.0)相比，亮度提高约1.2倍。
开口率为约9％(图中为△)时也发现同样的趋势。详细而言，随着d/f变成小于1，透射光通量比变大，在d/f＝0.8时取最大值(约2.7)。透射光通量比以d/f≈0.8为边界逐渐变小，但d/f≥约0.6则比d/f＝1.0时的值大。这些结果意味着将通过微透镜的光的收敛点形成得满足d/f≈0.8时，微透镜的聚光效率最大，获得的显示装置的亮度比不设置微透镜时提高约2.7倍，而且与已有例(d/f≈1.0)相比，亮度提高约1.4倍。此实验数据在后面阐述的试制例1中也引用。
如图3所示，可见透射光通量比随着开口率为约4％(图中为口)、约1％(图中为0)地变小而取最大值的d/f较接近1.0的趋势。例如，开口率为约4％时，透射光通量比以d/f≈0.8～0.9为边界逐渐变小，且在d/f为约0.7时比d/f＝1.0时的值大。而且，开口率为约1％时，透射光通量比以d/f≈0.9为边界逐渐变小，且在d/f为约0.85时比d/f＝1.0时的值大。
因此，透射光通量比，至少比d/f≈1.0时的值大的较佳d/f范围因开口率而不同，但例如开口率大于等于约5％时，较佳d/f为约大于等于0.6且小于等于0.9，大于等于0.7且小于等于0.8则更好。另一方面，开口率小于等于约5％时，较佳d/f为约大于等于0.7且小于等于0.95，大于等于0.8且小于等于0.9则更好。
这里，透射区的开口率(图3中为φ)最好取为小于等于40％。此值越小，来自照明装置的光的利用效率越高，越有效发挥本实施方式的作用。再者，其下限不受限定，但考虑当前照明装置出射的光的平行度等，则最好大于等于4％。
再者，图3示出照明装置(背后照明)出射的光的平行度为约±3.5时的结果，但确认使平行度例如从±1度变化到±15度时也得到同样的结果。
这样，通过构成使用具有高达能实质上当作平行光的程度的平行度的光时，收敛点也形成在比液晶层靠近观察者的地方，提高光的利用效率。这里，从照明装置出射并入射到聚光元件的光的平行度最好按半值角计小于等于±5度。其下限不受专门限定，但考虑实用性、照明装置的制作精度和批量生产性等，最好为实质上±2度。
本实施方式中，可认为通过将d/f控制成小于1提高光的利用效率的原因主要在于照明装置出射的光的配光特性。下面，参照图4(a)和(b)说明来自照明装置的光为完全平行光(对微透镜法线方向平行的光)时和来自照明装置的光为扩散光(对微透镜法线方向具有规定倾斜的光)时，入射到微透镜后的光图案各自如何不同。
图4(a)是完全平行光入射到微透镜时的光图，图4(b)是对光轴倾斜10度的光(半值角为±10度)入射到微透镜时的光图。图中作为感光面示出的线段的长度与第1衬底上的透明电极区的规模对应，这里为42微米。
再者，这些图是说明上述原因用的简易光图，以忽略来自照明装置的光实际存在强度分布等方面的方式制成。
来自照明装置的光为完全平行光时，如图4(a)所示，受微透镜折射的光在满足d/f＝1.0的感光面上收敛。由于感光面具有一定规模(φ42微米)，在d/f＝0.5～1.3的范围，全部光汇聚在感光面内。即，汇聚光斑的尺寸小于感光面的尺寸。此情况意味着在d/f为0.5～1.3的范围内，则将反射电极的开口部(规定透明电极区)设置在任一位置都通过同量的光，所以亮度不变。
与此相反，来自照明装置的光为扩散光时，如图4(b)所示，受微透镜折射的光偏离光轴地行进，在离开d/f＝1.0的感光面的位置(d/f＞1)形成收敛点，同时还对d/f＝1.0的感光面照射通过微透镜的光。另一方面，将感光面配置在靠近微透镜侧的地方(d/f＜1)的结构中，光离开光轴的偏差较小，所以通过微透镜的部分光入射到感光面。此情况将反射电极的开口部配置在靠近微透镜的位置，以便满足d/f＜1.0的条件，也就是把通过微透镜的光的收敛点挪到观察者侧，从而通过开口部(透射电极区)的光的量增加，透射方式显示的亮度提高。
这样，判明完全平行光入射到微透镜时，将开口部设置在d/f为0.5～1.3的任一位置，光的透射量(透射强度)都恒定不变，但扩散光入射到微透镜时，将开口部配置在d/f＜1.0的范围的情况下，光的透射量(透射强度)变多，亮度提高。这里就半值角为±10度说明了d/f与聚光效率的关系，但此关系在平行度高达半值角为小于等于±5度进而小于等于3.5度这已有技术常识认为可与平行光近似的程度的光的情况下，也成立。
再者，图2和图4画成来自照明装置的光的收敛点41f收敛为1点，但收敛点41f的形状也可以是带状(线状)。
(试制例1)下面，参照图5和图6说明实施方式1的液晶显示装置的试制例。本试制例与上文参照图2阐述的开口率为约9％(图中为△)的实验数据对应。图6是沿图5(a)的II-II’线的剖视图。
在本试制例中，使用屏幕对角线的尺寸为2.4英寸且具有320×240×RGB的像素数(QXGA)的显示装置。这点，后面的试制例2～3也相同。
图5(a)是说明试制例1的显示装置的TFT衬底用的俯视图，图5(b)是说明图5(a)所示的TFT衬底上形成的反射电极15用的俯视图。
如图5(a)所示，TFT衬底上配置往行方向排列的共计3条数据信号线2A、2B、2C，分别以象素为中介相互对置。由相邻的数据信号线2A、2B和扫描信号线1包围的区域以及由相邻的数据信号线2B、2C和扫描信号线1包围的区域中，分别形成透明电极13A和13B。又，如图5(b)所示，反射电极15A和15B形成分别具有规定象素透射区的开口部A，并且开口部A以外的区域覆盖图5(a)所示的透明电极13A和13B。2个反射电极15A和15B上形成的2个开口部A的列方向的位置不相同。因此，由反射电极15A和15B的开口部A规定的2个透明电极区的列方向的位置也不相同。
如图5(b)所示，以设置3微米间隔的方式配置数据信号线2和透明电极13。反射电极15具有露出透明电极13的开口部A，开口部A规定TFT衬底上的透明电极区。反射电极15还在层间绝缘膜14设置的开口部内与透明电极13连接，并且其一部分与透明电极13重叠。
这里，透明电极13的宽度b为36微米，数据信号线2的宽度c为9微米，象素的行方向间距P1为51微米，并且设反射电极15与透明电极13的重叠量g为3微米，设置在反射电极15的开口部A的直径e为30微米，则象素的行方向间距P1具有下式(1)的关系。
P1＝e+2×(g+d)+2×(1/2×c)……(1)接着，算出这时的透射区开口率如下。首先，设构成象素的行方向宽度和列方向宽度为1∶3，并且象素的行方向间距P1(51微米)为行方向宽度，则象素的面积为51微米×(52微米×3)＝7803微米2。而且，第1衬底上的反射电极15中形成的开口部A为π×(30微米/2)2≈706.5微米2，所以透射区的开口率(％)为(206.5微米2÷7803微米2)×100≈9.1％。
又，测量此显示装置在透射显示时的亮度(液晶板正面亮度)，则为63cd/m2。
以上的结果是d/f＝1.0时的数据。
其次，在具有这种结构的本试制例的显示装置中，进一步试制使上述d/f的范围在约0.4～1.2范围变化的显示装置，并分别测量透射光通量。它们的结果如上述图3(图中的△)所示。
如图3所示，透射光通量比随着d/f变成小于1而增加，并且以d/f＝0.8为峰后，逐渐减小，但判明d/f为约0.6～0.9的范围则获得比d/f＝1.0时亮度高显示装置。
又，本实施方式的显示装置的聚光元件顶点至收敛点的距离f和与多个象素的行方向间距P1之比(f/P1)最好满足f/P1＜6。这样，能使视场角至少大到大于等于15度，从哪个角度都能看到显示装置，所以作为信息显示装置非常有用。
下面，参照图7说明决定上述条件的原因。
图7是示出聚光元件顶点至收敛点的距离f与象素的行方向间距P1之比(f/P1)和正面亮度或半值视场角的关系的曲线图。正面亮度的含义为从正面(显示面的法线方向)看显示装置时的亮度，半值视场角的含义为从斜向看显示装置时的亮度值为正面亮度的一半的视场角(从显示面法线方向倾斜的角度)。
如图7所示，正面亮度和半值视场角在与f/P1的关系上具有相反的关系，f/P1的值大时，正面亮度大(图中为△)，但半值视场角小(图中为×)。规定正面亮度的直线与规定半值视场角的直线在f/P1≈6.2的点上交叉，在f/P1≈6时半值视场角为15度。
这样，判明f/P1比为得到目标级半值视场角用的良好指标，通过适当控制上述比的范围，获得符合使用者要求的特性的显示装置。即，用作信息显示用的显示装置时，为了从任何角度都能看显示装置，最好使半值视场角大到至少大于等于15度，所以最好将聚光元件顶点至收敛点的距离f控制成小于等于象素的行间距P1的6倍，使f/P1比小于等于6。
反之，将显示装置主要用作便携电话机等时，使用者限于个人，所以最好宁可限制视场角而不必加大视场角。因此，最好将聚光元件顶点至收敛点色距离f控制成大于等于象素行间距P1的6倍，使f/P1比大于等于6。
又，本实施方式的显示装置，最好还具有配置在显示媒体层的观察者侧的光扩散元件。这样，即使在使用方向性高的背后照明等照明装置的情况下，也能加大显示板出射的光的半值角，从而加大液晶显示装置的视场角。
下面，参照图8说明具有这种光扩散元件的显示装置的实施方式。图8是示出用于所述实施方式的液晶显示装置的组成的立体图。图8所示的液晶显示装置除在第2衬底11的观察者侧(也称为“外侧”)设置对第2衬底11出射的光(未图示)进行扩散的微透镜84这点外，与图1所示的半透射型液晶显示装置的结构相同。微透镜84可用公知的微透镜(扩散透镜)。
根据所述实施方式，在第2衬底11的观察者侧设置微透镜84作为光扩散元件，所以使用方向性高的背后照明等照明装置的情况下，也能将显示板的半值角做大，使液晶显示装置的视场角大。尤其通过组合方向性高的照明装置和本实施方式的液晶显示装置，能利用光扩散元件扩大明亮且对比度优良的图像，可提供视场角范围大的液晶显示装置。
作为用于所述实施方式的光扩散元件，能列举以微透镜和双凸透镜等扩散透镜或棱镜为代表的光折射元件，但也可采用光眩元件(光扩散层或光散射层)。作为光眩元件，可示出例如使衬底表面粗化的方法、使具有与矩阵的折射率不同的折射率的粒子(填充剂)分散到矩阵中的方法等。
再者，所述实施方式中虽然示出在第2衬底的外侧配置光扩散元件的状态，但光扩散元件的配置不限于此，至少配置在显示媒体层的观察者侧即可。因此，光扩散层可如本实施方式那样设置在第2衬底的外侧，也可设置在第2衬底的液晶层侧(也称为“内侧”)。采用哪一种结构，可考虑下文说明的各结构的优点和缺点，并根据液晶显示装置的用途适当决定。
将光扩散层设置在内侧的结构，具有不容易产生显示图像模糊(轮廓不鲜明的现象)的优点，其反面为存在制造工序复杂、成本提高的缺点。有选择地将光扩散层配置在反射区的结构中，存在光扩散层的配置图案的间距接近像素间距时容易产生光干涉(干扰条纹)的问题，此问题在高清晰液晶显示装置中显著。
另一方面，将光扩散层设置在外侧的结构，具有容易制造且便于适应设计更改和共用化、能以低成本制造的优点，其反面为存在容易产生显示图像模糊的缺点。为了抑制显示图像模糊，最好使用薄衬底。再者，即使将光扩散层配置在外侧，也不产生将反射层配置在衬底外侧时产生的双重曝光的问题。这是因为光扩散层与反射层不同，对入射光进行正反射。
下面，为了阐明还具有配置在显示媒体层的观察者侧的光扩散元件的本试制例的显示装置的有用性，以下那样试制显示装置，并与现行方式(比较例)的显示装置的功率利用效率(显示板正面亮度/LED的电流值)比较。
首先，作为本试制例的显示装置，在图1所示的液晶显示装置中，第1衬底的背面上设置图17所示的背后照明(1个LED，LED电流值30毫安(mA)，亮度半值角±3.5度，正面亮度10000cd/m2)，同时还在第2衬底的背面设置微透镜作为光扩散元件，并将获得显示板正面亮度之半的亮度的视场角(半值视场角)加大到±20度。数据信号线的结构等与后面阐述的试制例3相同，并将设置在背后照明前面(出射面)的微透镜排成曲折状(锯齿状)，以在1象素行中形成各自的汇聚光斑的中心的列方向位置不同的2行，如图11(后面阐述)所示。
为了比较，将具有3个LED的已有照明装置用作不设置光扩散元件的现行方式显示装置。详细而言，在第1衬底的背面设置当前一般液晶显示装置使用的背后照明(3个LED，LED电流值45毫安，亮度半值角±25度，正面亮度1800cd/m2)，并将显示板正面亮度的半值视场角加大到25度。
这样，使两个显示装置的显示板正面亮度的半值视场角实质上相等后，测量各显示装置的显示板正面亮度，并算出功率利用效率(显示板正面亮度/LED的电流值)。再者，将使用单一LED且出射方向性高的光的照明装置用作试制例的显示装置的照明装置，如图17所示。
表1中一起列出本试制例和比较例的显示装置各自的功率利用效率。
如表1所示，本试制例的显示板正面亮度为110cd/m2，非常高，比不设置微透镜的比较例的显示板正面亮度(55cd/m2)增加约1倍，尽管这样，LED的电流值低达30毫安，与比较例(45毫安)相比，减小到约为其2/3。结果，本试制例与比较例相比，功率利用效率提高约2倍。
这样，根据本试制例，与比较例相比，虽然用耗电小的光源，却获得亮度提高约1倍、寿命飞跃提高约2倍的显示装置。
实施方式2
下面，参照图9(a)和(b)说明本发明显示装置的实施方式2。图9(a)是说明本实施方式显示装置的TFT衬底用的俯视图，图9(b)是说明图9(a)所示的TFT衬底上形成的反射电极用的俯视图。本实施方式用的TFT衬底和反射电极的结构除下文说明那样改变数据信号线的宽度外，与上述实施方式1参照的图5(a)和图5(b)相同。因此，图9(a)和图9(b)也用与图5(a)和图5(b)相同的参考标号。
如图9(a)所示，本实施方式中，相邻的数据信号线2A和2B的以象素为中介地相互对置的一对边具有往行方向缩进的一对凹部61A，并且在与一对凹部61A对应的位置设置透明电极区。详细而言，在形成于一对边的一对凹部61A内形成具有凸部的透明电极13A。同样，相邻的数据信号线2B和2C的以象素为中介相互对置的一对边具有往行方向缩进的一对凹部61B，并且在与一对凹部61B对应的位置设置透明电极区。详细而言，在形成于一对边的一对凹部61B内形成具有凸部的透明电极13B。反射电极15A和15B在与开口部A对应的位置分别具有切口部67A和67B。
根据本实施方式，则开口部扩大与透明电极13形成的凸部62对应的区域的份额，所以透射区的开口率变大，获得比实施方式1亮的显示。
再者，本实施方式的显示装置中，对置的2条数据信号线具有“一对凹部”，但不限于此，也可以象素为中介相互对置的一对边的至少一方具有往行方向缩进的凹部。这是因为利用这种结构也使反射电极设置的开口部A变大，从而提高象素的亮度。
为了进一步提高亮度，最好分别对应于显示装置的象素设置聚光元件(详况后面阐述)。例如，如图11所示，设法排列聚光元件，使与象素行内相邻的象素分别对应形成的汇聚光斑的列方向位置不相同，则能不受象素阵列限制地提高来自照明装置的光的利用效率。
(试制例2)下面，说明实施方式2的具体试制例。本试制例中，除配置在与透明电极区对应的位置的数据信号线的宽度小达5微米外，与上述试制例1的结构相同。
与试制例1相同地算出本试制例的透射区的开口率(％)。本试制例中，除数据信号线的宽度c＝5微米外，构成上式(1)的P1、g和d的值与试制例1相同。将这些值代入上式(1)，则本试制例的反射电极15的开口部A的直径e＝34微米。第1衬底上的反射电极中形成的开口部A＝π×(34微米/2)2≈907.46微米2，所以透射区的开口率(％)＝(907.46微米2÷7803微米2)×100≈11.6％。
即，根据本试制例，与上述试制例1(开口率为约9.1％)相比，能将透射区的开口率提高到该例的1.3倍。
而且，对本试制例的液晶显示装置测量透射显示时的亮度(显示板正面亮度)时，本试制例中为80cd/m2。因此，本试制例与试制例1(63cd/m2)相比，亮度增加约27％。
上述实验结果为d/f＝1.0时的数据。
由实验确认具有这种结构的本试制例的显示装置中，通过进一步将d/f控制在约0.6～0.9的范围，能提供比d/f＝1.0时亮度高的显示装置(未图示)。
本试制例将微透镜对应于显示装置的各象素配置成图2所示，但不限于此，即使不设置微透镜，通过上文所述那样设定数据信号线的结构，也使象素的亮度提高。这点已由实验确认。
实施方式3下面，参照图10(a)至(b)说明本发明显示装置的实施方式3。与上述实施方式2改变数据信号线宽度相反，本实施方式中，数据信号线宽度恒定不变，而改变以象素为中介相互对置的数据信号线的间隔。这点与实施方式2不同。但是，两者的TFT衬底的结构基本相同，所以省略数据信号线的配置和透明电极区、开口部的位置等的说明。
图10(a)是说明本实施方式的显示装置的TFT衬底用的俯视图，图10(b)是说明规定图10(a)所示的TFT衬底上的反射电极区的反射电极用的俯视图。本实施方式使用的TFT衬底和反射电极的结构除下文说明那样改变以象素为中介相互对置的数据信号线的间隔外，与上述实施方式1中参照的图5(a)和图5(b)相同。因此，图10(a)和图10(b)中也用与图5(a)和图5(b)标注的参考标号相同的标号。
如图10(a)所示，排列在行方向的共计3条数据信号线2A、2B、2C中相邻的2条数据信号线2A和2B具有弯曲成它们的间隔大于其它部分的部分63，并且在与弯曲的部分63形成的凹部68A、68B对应的位置设置透明电极区。详细而言，在数据信号线2A和2B中形成的凹部68A、68B内形成具有凸部64A、64B的透明电极13A。对应于相邻的2条数据信号线2A和2B的弯曲成间隔大的部分63，相邻的2条数据信号线2B和2C具有弯曲成它们的间隔变小的部分71，并且在由弯曲的部分71形成的凸部72A、72B内形成具有凹部73A、73B的透明电极13B。
再有，2条数据信号线2A和2B还具有弯曲成它们的间隔小于其它部分的部分65，并且在由弯曲的部分65形成的凸部69A、69B内形成具有凹部66A、66B的透明电极13A。对应于相邻的2条数据信号线2A和2B的弯曲成间隔小的部分65，相邻的2条数据信号线2B和2C具有弯曲成它们的间隔变大的部分74，并且在与由弯曲的部分74形成的凹部75A、75B对应的位置设置透明电极区。详细而言，在数据信号线2B和2C形成的凹部75A、75B内形成具有凸部76A、76B的透明电极13B。
而且，反射电极15A和15B在与开口部A对应的位置分别具有切口部67A和67B。
这样，根据本实施方式，以摆动状形成相邻的2条数据信号线，使其具有间隔大于其它部分的部分和间隔小于其它部分的部分这两者，所以透射区的开口率变大，亮度提高。在例如构成数据信号线2的材料的电阻值大，因而上述实施方式2那样使数据信号线2的宽度小则产生显示欠佳的情况下，本实施方式的显示装置尤其有用。
再者，本实施方式中，2条数据信号线具有间隔大的部分和间隔小的部分这两者，但数据信号线的结构不限于此，至少具有弯曲成间隔大于其它部分的部分即可。这是因为利用具有这种结构的显示装置，使反射电极中设置的开口部A变大，象素的亮度提高。
为了进一步提高亮度，最好分别对应于显示装置的象素设置聚光元件。例如，如图11所示，设法排列聚光元件，使与象素行内相邻的象素分别对应形成的汇聚光斑的列方向位置不相同，则能不受象素阵列限制地提高来自照明装置的光的利用效率。
(试制例3)下面，说明实施方式3的具体试制例。
本试制例中使用的显示装置，除数据信号线的宽度恒定不变并设置2条数据信号线间的行方向间隔大的部分和小的部分外，与试制例1相同。即，构成上式(1)的参数(P1、g、d和c)中，g和d的值与试制例1相同，c为9微米。行方向间隔大的部分的P1为56毫米。
将这些值代入上式(1)，与试制例1同样地求反射电极A的开口部A的直径e，则e＝35微米。
与试制例1同样地算出这时的透射区的开口率，则为约12.3％。也同样地算出显示装置的亮度，则为约85cd/m2。
即，根据本试制例，与已有例(透射区开口率为约11.6％，亮度为约63cd/m2)相比，能将透射区的开口率提高到该已有例的约1.4倍，亮度提高约35％。此结果超过上述试制例2的结果。
上述实验结果为d/f＝1.0时的数据。
由实验确认具有这种结构的本试制例的显示装置中，通过进一步将d/f控制在约0.6～0.9的范围，能提供比d/f＝1.0时亮度高的显示装置(未图示)。
本试制例将微透镜对应于显示装置的各象素配置成图2所示，但不限于此，即使不设置微透镜，通过上文所述那样设定数据信号线的结构，也使象素的亮度提高。这点已由实验确认。
表2汇总列出试制例1～3的结果(d/f＝1.0)。
(单位微米)上述实施方式的显示装置最好通过按规定阵列配置聚光元件，使多个象素中，行方向上相邻的2个象素各自形成的汇聚光斑的列方向位置不相同。
这里，汇聚光斑的重心在1个象素上形成1个汇聚光斑中心时，与汇聚光斑的中心一致；在1个象素上形成2个汇聚光斑中心时，是该多个汇聚光斑的中心的重心。
下面，参照图11至图16较详细说明说明本实施方式的液晶显示装置的微透镜配置的特征。图11至图16是从显示面法线方向看的图，为了简便，示出微透镜的中心与汇聚光斑的中心一致的情况。
图11是以图解方式示出一例液晶显示装置200的微透镜54a和汇聚光斑中心41c与对应的透射区Tr的位置关系的俯视图。将多个象素排成带状，并且行方向的间距为P1，列方向的间距为P2。行方向上相邻的3个象素Px分别出射R、G和B色的光，所述3个象素构成1个像素。将多个微透镜54a配置成把各自的汇聚光斑中心41c形成在透射区Tr内，而且透射区Tr的中心与汇聚光斑中心实质上一致。图11示出对带状阵列的象素将微透镜排列得充填最密的例子。
在各象素中形成各1个汇聚光斑中心41c，所以汇聚光斑中心41c与汇聚光斑重心一致。在象素行中将汇聚光斑中心41c配置成锯齿状。行方向上相邻的任意2个象素Px中分别形成的汇聚光斑中心41c的列方向位置不相同，并且列方向位置一致的部位不存在汇聚光斑中心41c。这样，通过使象素行内相邻的象素所对应的微透镜的中心(汇聚光斑中心)在列方向上不同，对带状阵列的象素也能以充填最密的方式排列微透镜。
如图11所示，将各汇聚光斑中心41c排成锯齿状，使1象素行中形成列方向位置不同的2个行。汇聚光斑中心41c形成的各行的汇聚光斑中心41c的行方向间距Mx为2P1，同一象素行内形成的汇聚光斑中心41c形成的2个行错开1/2Mx＝P1的间距。这里，配置成象素的列方向间距P2和汇聚光斑中心41c的列方向间距My满足P2＝2My的关系，所以与显示面平行的面的截面是圆形的微透镜54a为理想的最密充填阵列。图11所示的微透镜54a的Mx与My之比满足Mx∶My＝2∶√3的关系，微透镜阵列平面(对显示面平行的面)的微透镜54a的充填率是π√3/6＝0.906，为最大。因此，可将从照明装置50入射到液晶板100的90.6％的光量汇聚并引导到相应的透射区，用于显示。因而，即使例如随着液晶板的高清晰化而透射区面积变小，也能实现明亮的透射方式显示。或者，即使为了提高反射方式的亮度而减小象素Px中占用的透射区的面积比率的情况下，也能作明亮的透射方式显示。而且，能利用透镜的设计改变反射方式的显示亮度与透射方式的显示亮度之比，而不改变形成反射电极和透射电极的面积比率。
图13和图14是说明微透镜和汇聚光斑中心的配置不配置成图11所示那样的例子用的模式图。
图13所示的微透镜配置中，象素Px的行方向间距P1与列方向间距P2之比一般为1∶3的情况下，微透镜254a的充填率最高为π/12＝0.262。因此，能用于透射方式显示的光量小于等于从照明装置入射到液晶显示板的光量的26.2％。
各象素Px中配置3个微透镜255a的图14所示的配置中，P1∶P2为1∶3的情况下，微透镜255a的充填率最高为π/4＝0.785。因此，能用于透射方式显示的光量小于等于从照明装置入射到液晶显示板的光量的78.5％。
图11中示出与显示面平行的面的透镜截面形状为圆形的情况，但液晶显示装置中使用的透镜的形状不限于此。所述透镜的截面形状也可例如为六角形，如图12所示。图12所示的微透镜阵列中，将多个正六角形微透镜55a排列成蜂窝状。设计成微透镜55a各自的边与相邻的微透镜接触，所以微透镜阵列平面的微透镜55a的充填率为100％，与图11所示的微透镜54a相比，透镜充填率进一步提高，能实现更明亮的透射方式显示。
上文说明了将液晶显示装置200的象素排成带状的情况，但象素Px的排列不限于此，也可例如排成△状。
图15是以图解方式示出一例将象素排成△状时的微透镜56a和汇聚光斑中心41c与相应的透射区Tr的位置关系的俯视图。图15所示的汇聚光斑中心41c在将象素Px排成△状的情况下，也具有与图11所示的汇聚光斑中心41c相同的配置关系。
上文中，以按最密充填排列微透镜的情况和与其类似的情况为例说明了本发明的实施方式，但本发明不限于此。
通过使象素行内相邻的象素所对应的微透镜中心(汇聚光斑中心)在列方向不同，可作多种微透镜排列，能发挥各种效果。
首先，如以上述最密充填阵列为例所说明，微透镜54a的直径能大于象素Px的行方向间距P1。因此，不受象素间距P1的制约，能提高使用大微透镜的光利用效率。
图11、图12和图15中，示出多个微透镜各自的行方向尺寸大于象素Px的间距P1的情况，但本发明用的微透镜不限于此。微透镜的行方向尺寸大于象素的间距P1时，与所述尺寸小于等于间距P1时相比，具有来自照明装置的光能更有效汇聚到透射区的效果，但微透镜的规模可根据象素Px的透射区比率和位置等适当决定，也可小于等于象素的间距P1。即使微透镜的行方向尺寸小于等于象素Px的间距P1，得到的效果也能例如利用透镜的设计改变反射方式的显示亮度与透射方式的显示亮度之比，而不改变形成反射电极和透射电极的面积比率。
还可仅对多个微透镜中的几个微透镜使行方向尺寸大于P1。例如有选择地仅加大R、G和B象素中1个色或2个色的象素的透射区所对应的微透镜的规模，能提高规定的色的亮度。有时通过每一色改变显示亮度能实现便于观看的显示。又，通过使R、G和B滤色片的厚度相同，在任一色的亮度变低时，能补偿该色的亮度。
图16是以图解方式示出一例有选择地仅加大R、G和B象素的透射区所对应的微透镜57a、58a中与1个色的象素的透射区对应的微透镜57a的直径时的微透镜57a、58a和汇聚光斑中心41c与相应的透射区Tr的位置关系的俯视图。图16所示的微透镜的汇聚光斑中心具有与图11所示的微透镜54a相同的配置关系。
图11、图12、图15和图16中，示出微透镜是球面透镜而且透射区为圆形的情况，但微透镜的类型和透射区的形状不限于此。微透镜也可以是例如非球面透镜。透射区的形状能根据例如汇聚光斑形状适当决定。
能用公知的方法形成微透镜54。具体而言，例如利用下面说明的工序形成。
首先，准备精密形成希望的透镜阵54的形状的原版金属模。在原版金属模与液晶显示板100的衬底10之间封入紫外线硬化树脂。接着，对封入的树脂照射紫外线，使其硬化。在紫外线硬化树脂完全硬化后，轻轻剥离金属模。
利用上述方法，能方便且批量生产性高地制造光学特性高的透镜阵。透镜阵54的材料适合使用完全硬化的状态下透明性高且双折射小的紫外线硬化树脂。上述方法以外，能用例如离子交换法或光刻制版法。
下面，说明实施方式1的半透射型液晶显示装置中使用的照明装置50。
(照明装置)实施方式1中使用的照明装置50是将1个LED用作光源的背后照明装置。为了由聚光元件54充分汇聚来自照明装置的光，最好从照明装置入射的光的平行度高(例如出射光的亮度半值宽度为±5度以内)。下面说明的照明装置50能对规定方向出射平行度高的光。
如图17所示，照明装置50具有导光片24、设置在导光片24的背面的反射片30、配置得接近导光片24的角部24t(参考图19、图20)的LED21、以及设置在导光片24的前面的棱镜片25。在IDW’02的第509页～512页(加兰塔尔、加里尔等著)说明本实施方式中使用的照明装置50的详况。
LED21出射的光入射到导光片24，在导光片内部受到反射，从而从实质上整个导光片24的出射面出射。从导光片24的下表面出射的光被反射片30反射后，再次入射到导光片24，从导光片24的出射面出射。从导光片24出射的光入射到棱镜片25，被棱镜片25折射到导光片24的法线方向。
由例如铝膜等形成反射片30。利用例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料形成导光片24。导光片24具有将入射到导光片24的内部的光用反射面22a进行反射并使其出射到导光片24外部的多个棱镜22。将多个棱镜22形成在导光片24的底面，并配置成矩阵状，如图1所示。将各棱镜22如图17所示那样配置成具有2个反射面22a的三角槽状。如图22所示，使棱镜22的反射面22a形成往对作为以LED21为中心的圆的半径方向的Y方向(第1方向)正交的X方向(第2方向)延伸。换言之，规定反射面22a的倾斜角度，使导光片24内部的光往导光片24的法线方向高效率地出射。再者，图21中，为了简便，以恒定的方式示出相邻的各棱镜22的间隔，但实际上设计成各棱镜22的间隔随着远离LED21而变短。
图18示出照明装置50的出射面的光学特性测量结果。如图19所示，图18所示的结果取照明装置50的出射面内以LED21为中心的圆弧上的3个测量部位A、B和C中分别测量的亮度的平均值。将以LED21为中心的半径方向作为Y方向，并将与Y方向正交的方向取为X方向。
如图18所示，X方向的出射光的亮度半值宽度为约±3度，而Y方向的出射光的亮度半值宽度为约±15度，X方向的方向性比Y方向高(即X方向的出射光比Y方向的出射光平行度高)，判明X方向与Y方向之间在方向性上存在差异。因此，出射光在出射面内具有方向性偏差。图20(a)以图解方式示出此方向性偏差。再者，图20(a)所示的椭圆如图20(b)所示，椭圆的长轴方向意味着方向性弱(出射光的平行度低)，短轴方向意味着方向性强(出射光的平行度高)。
上述照明装置50出射的光在出射面上，X方向和Y方向之间对方向性存在差异，但通过将由与显示面平行的面的截面为圆形的微透镜54a(参考图1和图11)构成的微透镜阵列54用作微透镜，能充分汇聚方向性高的X方向的光，所以能实现遍及液晶显示装置200的实质上整个面都亮度高的显示。
再者，本实施方式使用的照明装置不限于上述装置。例如可将LED21配置在导光片24的侧面的中央部，也可使用不少于2个LED。还可使用例如荧光管，以代替LED。但是，本实施方式中，由于只利用来自照明装置的入射光中往法线方向入射的光，排除例如投影器等照明装置。
(显示板)参照图22和图23详细说明图1的半透射型液晶显示装置200使用的显示板100的TFT衬底的一般结构和功能。图22是TFT衬底100A的俯视图，图23是具有TFT衬底100A的显示板100的局部截面图。图23对应于沿图22的III-III’线的剖视图。再者，本实施方式揭示使用薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵型液晶显示装置，但不限于此，也能用于使用MIM的有源矩阵型液晶显示装置或纯矩阵型液晶显示装置。
如图23所示，显示板100具有TFT衬底100A(对应于图1的衬底10)、滤色片衬底(对应于图1的第2衬底)100B和配置在它们之间的液晶层23。TFT衬底100A和滤色片衬底100B中，根据需要设置偏振片、1/4λ片和取向膜(均未图示)。
如图22所示，显示板100中使用的TFT衬底100A在第1衬底(例如由玻璃或石英组成)10上具有多条扫描信号线(栅极总线)1和数据信号线(源极总线)2。如图22和图23所示，在各扫描信号线1和数据信号线2包围的区域内形成由例如ITO组成的透明电极13和由例如A1组成的反射电极15，并且透明电极13和反射电极15构成象素电极4。
在扫描信号线1与数据信号线2交叉的区域附近配置TFT5，并将扫描信号线1连接到栅极6，将数据信号线2连接到源极7。虽然图13中未图示，但将象素电极4配置与扫描信号线1和数据信号线重叠，则获得能提高象素开口率的效果。
如图23所示，显示板100的从上表面(显示面)观察时排成矩阵状的多个象素Px的每一个，具有透射区Tr和反射区Rf。由TFT衬底100A的区域中具有作为对液晶层23施加电压用的电极的功能和使光透射的功能的区域规定透射区Tr。由TFT衬底100A的区域中具有作为对液晶层23施加电压用的电极的功能和使光反射的功能的区域规定反射区Rf。
在TFT衬底100A的透明衬底28上，形成扫描信号线1(参考图22)和覆盖栅极6的栅极绝缘膜12。在位于栅极6上的栅极绝缘膜12上形成半导体层5a，半导体层5a与源极7和漏极8分别以半导体接触层7a和8a为中介相连，从而形成TFT5。TFT5的漏极8与透明电极13电连接，而且在层间绝缘膜14上形成的接触孔9中与反射电极15电连接。将透明电极13形成在扫描信号线1和数据信号线2包围的区域的中央附近的栅极绝缘膜12上。
在透明衬底28上形成具有使透明电极13露出的开口部A(相当于反射电极15的开口部)的层间绝缘膜14，使其覆盖透明电极28的实质上整个面。开口部A的周边的层间绝缘膜14上形成反射电极15。形成反射电极15的层间绝缘膜14的表面具有连续波浪状的凹凸形状。反射电极15具有沿该表面形状的形状，从而反射电极15具有适度的扩散反射特性。可用例如感光性树脂形成具有连续波浪状凹凸形状的表面的层间绝缘膜14。
最好将透明电极13形成在数据信号线2和扫描信号线1包围的区域的实质上整个区域。将透明电极13形成得不与数据信号线2和扫描信号线1重叠，则能使它们之间形成的电容足够小。
又，反射电极15最好具有规定透射区Tr的开口部A，并且开口部A以外的部分形成覆盖透明电极13。即，透明电极13的外延最好位于反射电极15的外延的内侧。而且，最好将反射电极15的部分外延配置成与包围象素的2条数据信号线2和2条扫描信号线1(进而TFT5)重叠。这样，能使反射电极区35加大。
最好将反射电极15形成在形成得覆盖数据信号线2和扫描信号线1(进而TFT5)的层间绝缘膜14上，并减小层间绝缘膜14的介电常数而且/或者使层间绝缘膜14的厚度足够大。这样，能使数据信号线2和扫描信号线1(进而TFT5)与反射电极15之间形成的电容足够小，所以能加大反射电极区35。
又，最好具有将透射区Tr形成在象素Px的中央附近并且将反射区Rf形成在透射区Tr的周边的结构。构成将反射区Rf配置在象素Px的周边时，可构成数据信号线2或扫描信号线1与反射区Rf的一部分重叠，能使反射区Rf的面积较大。通过将透射区Tr配置在象素Px的中央附近，能用聚光元件效率较高地将光汇聚到透射区。这里说的中央附近是相对于周边的中央；例如，如图1所示，在行方向上将透射区Tr配置成曲折状(锯齿状)，从而能提高聚光元件的汇聚效率。
而且，透射区Tr的液晶层23的厚度(d t)与反射区Rf的液晶层23的厚度(d r)最好实质上满足d t＝2d r的关系。这样，能使用于反射方式显示的光与用于透射方式显示的光的光路长度一致，所以利用液晶层23的偏振方向的变化(旋转)进行显示的方式(TN方式、STN方式、包含垂直取向方式的ECB方式)在各象素Px中，使通过反射区Rf的光的偏振方向与通过透射区Tr的光的偏振方向相互一致，从而能实现高质量的显示。作为上文所述那样控制液晶层23的厚度的方法，举出例如根据层间绝缘膜14的厚度t在透射区内的液晶层的厚度d t与反射区的液晶层的厚度d r之间设定差值Δd的方法，通过控制成t≈Δd，能实质上满足上述“d t＝2d r”的关系。
在滤色片衬底100B的透明衬底29(例如由玻璃或石英组成)上形成滤色片层，液晶层23侧的表面则形成对置电极(透明电极)18。滤色片层具有红(R)16A、绿(G)和蓝(B)的各滤色片、以及设置在它们的间隙的黑矩阵16D。本实施方式的液晶显示装置200中，将各滤色片排列成带状，如图24所示。用例如ITO形成对置电极18。
再者，半透射型液晶显示装置200中使用的显示板不限于上述例子，能广泛利用公知的显示板。半透射型液晶显示装置200中使用的显示板不限于彩色显示型，也可以是单色型。
工业上的实用性根据本发明，能提高来自照明装置的光的利用效率。本发明尤其能有效提高可作透射方式显示和反射方式显示的半透射型显示装置的亮度。因此，能减小便携电话机等移动设备的耗电，因此能减少电池的更换或充电所需的次数。
权利要求
1.一种显示装置，其特征在于，包含往前面出射光的照明装置；具有排列成行列状的多个象素的显示板；以及设置在所述照明装置与所述显示板之间的多个聚光元件，所述显示板具有第1衬底、第2衬底、以及设置在所述第1衬底与所述第2衬底之间的显示媒体层，将所述第1衬底配置在所述显示媒体层的所述照明装置侧，所述第2衬底则配置在所述显示媒体层的所述观察者侧，所述多个象素分别具有用从所述照明装置入射的光以透射方式进行显示的透射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述透射区的透明电极区，分别对应于所述多个象素的透射区地配置所述多个聚光元件，而且配置成在比所述显示媒体层靠近观察者的地方形成所述照明装置出射的光的收敛点。
2.如权利要求1中所述的显示装置，其特征在于，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述聚光元件的顶点至所述透明电极区的距离d之比(d/f)满足下式0.6≤(d/f)≤0.9。
3.如权利要求1中所述的显示装置，其特征在于，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述聚光元件的顶点至所述透明电极区的距离d之比(d/f)满足下式0.7≤(d/f)≤ 0.8。
4.如权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述聚光元件的顶点至所述收敛点的距离f与所述多个象素的行方向的间距P1之比(f/P1)满足下式(f/P1)＜6。
5.如权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其特征在于，分别对应于所述多个象素中在行方向相邻的2个象素形成的所述汇聚光斑的列方向的位置，互不相同。
6.如权利要求1至5中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述多个聚光元件构成微透镜阵列。
7.如权利要求1至6中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述多个象素分别还具有用从观察者侧入射的光以反射方式进行显示的反射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述反射区的反射电极区，所述第1衬底还具有排列在行方向的多条数据信号线，将所述多个象素分别配置在相邻的2条数据信号线之间，所述相邻的2条数据信号线的以象素为中介对置的一对边的至少一方，形成往行方向缩进的凹部，并且将所述透明电极区的至少一部分设置在与所述凹部对应的位置。
8.如权利要求7中所述的显示装置，其特征在于，所述第1衬底包含透明电极和设置在所述透明电极的所述显示媒体层侧的具有开口部的反射电极，并由所述反射电极的所述开口部规定所述透明电极区，所述透明电极具有部分位于所述凹部内的凸部。
9.如权利要求7或8中所述的显示装置，其特征在于，所述相邻的2条数据信号线的以象素为中介对置的一对边，形成往行方向缩进的一对凹部，并且将所述透明电极区设置在与所述一对凹部对应的位置。
10.如权利要求8或9中所述的显示装置，其特征在于，所述多个象素中在行方向相邻的2个象素具有的透射区的列方向的位置，互不相同，并且某象素的所述反射电极在与行方向相邻的象素的所述透射区对应的位置具有切口部。
11.如权利要求1中所述的显示装置，其特征在于，所述多个象素分别还具有用从观察者侧入射的光以反射方式进行显示的反射区，所述第1衬底在所述显示媒体层侧具有规定所述反射区的反射电极区，所述第1衬底还具有排列在行方向的多条数据信号线，将所述多个象素分别配置在相邻的2条数据信号线之间，所述相邻的2条数据信号线具有弯曲成它们的间隔大于其它部分的部分，并将所述透明电极区的至少一部分设置在与所述弯曲的部分形成的凹部对应的位置。
12.如权利要求11中所述的显示装置，其特征在于，所述第1衬底包含透明电极和设置在所述透明电极的所述显示媒体层侧的具有开口部的反射电极，并由所述反射电极的所述开口部规定所述透明电极区，所述透明电极具有部分位于由所述弯曲的部分形成的所述凹部内的凸部。
13.如权利要求12中所述的显示装置，其特征在于，所述多个象素中在行方向相邻的2个象素具有的透射区的列方向的位置，互不相同，并且某象素的所述反射电极在与行方向相邻的象素的所述透射区对应的位置具有切口部。
14.如权利要求1至13中任一项所述的显示装置，其特征在于，从所述照明装置出射并入射到所述多个聚光元件的光的平行度，按半值角计小于等于±5度。
15.如权利要求1至14中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示媒体层是液晶层。
16.如权利要求1至15中任一项所述的显示装置，其特征在于，还具有配置在所述显示媒体层的观察者侧的光扩散元件。
17.一种便携电子设备，其特征在于，具有权利要求1至16中任一项所述的显示装置。
全文摘要
本发明的显示装置具有设置在照明装置与显示板(100)之间的多个聚光元件(54a)。将显示板(100)的第1衬底(10)配置在显示媒体层(23)的照明装置侧，第2衬底(11)则配置在显示媒体层(23)的观察者侧。象素(Px)具有用从照明装置入射的光(41)以透射方式进行显示的透射区(Tr)，第1衬底(10)在显示媒体层(23)侧具有规定透射区(Tr)的透明电极区。与象素(Px)的透射区(Tr)对应地配置聚光元件(54a)而且配置成在比显示媒体层(23)靠近观察者的地方形成照明装置出射的光的收敛点。根据本发明，能使来自照明装置的光的利用效率提高并提高亮度，而不受象素排列等限制。
文档编号G02F1/1335GK101027602SQ20058003250
公开日2007年8月29日 申请日期2005年10月31日 优先权日2004年11月1日
发明者渡边寿史, 鸣泷阳三 申请人:夏普株式会社