JP2003195275A

JP2003195275A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003195275A
Application number: JP2001390797A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ito; 理伊東; Hiroko Hayata; 浩子早田; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】バックライト光を高効率で利用する部分透過型
液晶表示装置の実現。【解決手段】走査線方向においてより近接した格子状配
列する透過表示部と、走査線方向に平行な円柱プリズム
状マイクロレンズを組み合わせる。バックライト光の集
光効率が向上し、暗所から直射日光下に及ぶ広範な光環
境下において明るく高色純度の表示が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の属する技術分野は液
晶表示装置であり、特に暗室から直射日光下までの広範
な光環境下で高コントラスト比の表示を示す液晶表示装
置である。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示装置は反射板を用いて周
囲から入射する光を反射して表示を行う。周囲の明るさ
によらずコントラスト比が一定であるため、直射日光下
から室内までの比較的明るい環境下で使用可能である。
反射型液晶表示装置に補助光源を組み合わせれば、使用
環境を暗室のような暗い環境下にまで拡張できる。

【０００３】バックライトを補助光源に用い、一画素内
に反射電極と透明電極の両方を備えた部分透過型液晶表
示装置は、暗所では透明電極部からバックライト光を透
過して表示を行う。フロントライトを補助光源に用いた
反射型液晶表示装置は、暗所では反射電極部においてフ
ロントライト光を反射して表示を行う。

【０００４】このうち、バックライトを補助光源に用い
た部分透過型液晶表示装置では、反射表示部と透過表示
部を同時に高開口率化できないので、反射表示，透過表
示とも低輝度になるという問題があった。これに対し
て、特開平１１−１０９４１７号，特開２０００−１５
４１８１では、コリメート性のバックライトとマイクロ
レンズを用いて透過表示部にバックライトの光を集光
し、透過表示の輝度向上を試みている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】個々のマイクロレンズ
は微小であり、かつ他のマイクロレンズと近接して多数
存在するため、個々のレンズの形状制御は困難である。
マイクロレンズの形状が不適切であれば、バックライト
の光を透過表示部に十分に集光できない。マイクロレン
ズの分布と形状はバックライトのコリメート性や透過表
示部の分布も勘案して決定しなければならない。透過表
示部の分布は画素構造にも影響を与える。また、透過表
示部の透過効率が高くなければ高輝度の透過表示が得ら
れない。

【０００６】このように、部分透過型の透過表示の輝度
を向上するためには、マイクロレンズの集光効率のみな
らず、部分透過型液晶表示装置の画素設計，バックライ
トのコリメート性、更には表示モードまで含めた全体設
計が必要である。しかし、従来このような全体設計が成
されなかった為、マイクロレンズの集光効率は低く、ま
た部分透過型の透過表示輝度も低かった。そのため、従
来の部分透過型液晶表示装置では、広範な環境下におい
て良好な視認性の表示が得られなかった。

【０００７】本発明が解決しようとする課題は、バック
ライト付の部分透過型液晶表示装置に置けるマイクロレ
ンズの集光効率の向上である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず始めに、部分透過型
液晶表示装置における透過表示部の配列と形状の特長に
ついて述べる。透過表示部は走査配線と信号配線に平行
な格子状であり、信号線方向の格子間隔は走査配線方向
の格子間隔の３倍である。すなわち、縦線と横線を鮮明
に表示するために各画素は格子状に配置されており、
Ｒ，Ｇ，Ｂ三色のカラーフィルタを併用するため各画素
は走査線方向の長さと信号線方向の長さの比が概略１：
３の長方形状になる。各画素中で透過表示部の占める位
置を一定とすると、透過表示部も格子状に配置され、か
つ信号線方向の格子間隔は走査配線方向の格子間隔の３
倍になる。

【０００９】また、透過表示部の形状は正方形状または
縦横比が１に近い長方形状、あるいはまたこれに類似の
多角形状である。これが長辺と短辺の比が概略３：１で
ある長方形状の画素内にあるため、各画素の透過表示部
は走査線方向においてより近接して配列する。

【００１０】透過表示部の形状を正方形状または縦横比
が１に近い長方形状、あるいはまたこれに類似の多角形
状にするのは以下の理由による。液晶層の配向方法はラ
ビング法が一般的であるが、透過表示部と反射表示部間
に段差がある場合、透過表示部と反射表示部の境界線近
傍で配向不良が生じる可能性がある。配向不良低減の
為、透過表示部と反射表示部の境界線近傍の長さをより
短くして配向不良を軽減するために、各画素中における
透過表示部は複数配置せず、１つだけとする。透過表示
部の形状は正方形状または縦横比が１に近い長方形状、
あるいはまた縦横比が１に近い多角形状にする。

【００１１】更に、透過表示部と反射表示部間に段差を
形成するのは以下の理由による。反射表示部では外部か
ら入射した光を反射電極で反射して表示を行う為、光は
反射前と反射後に液晶層を通過する。すなわち、反射表
示部では光は液晶層を２回通過する。透過表示部では液
晶表示装置の背後に配置されたバックライト光を利用し
て表示を行う為、光は液晶層を１回通過する。このよう
に液晶層を通過する回数が異なる為、反射表示部と透過
表示部では光路長に差が生じ、透過表示部の光路長は反
射表示部の半分になる。この場合、透過表示部の表示効
率が低下する。反射表示部と透過表示部の間に段差を形
成して、透過表示部の液晶層厚を反射表示部よりも厚く
すれば、両者の間の光路長の差を縮小することができ、
透過表示部の表示効率を向上できる。

【００１２】次に、これに組み合わせるマイクロレンズ
の最適な形状について述べる。マイクロレンズの形状が
より単純であればその形状制御も容易になり、バックラ
イト光をより高い割合で透過表示部に集光できる。ま
た、透過表示部がマイクロレンズの焦点に対して十分に
近傍になる様に、透過表示部とマイクロレンズの相互の
位置を合わせなければならないが、マイクロレンズの形
状が単純であれば位置合わせも容易になる。

【００１３】前述のように透過表示部が格子状に分布
し、かつ走査線方向においてより近接して配列すること
を考慮すれば、マイクロレンズは円柱プリズム状とし、
その配列方向は走査線に対して平行にすればよい。マイ
クロレンズを凸状にして個々の透過表示部に一対一に対
応させるよりも形状が単純でその制御も容易であり、か
つ透過表示部に対する位置合わせも容易になる。また、
画素サイズを縮小して大容量の高精彩表示を行う場合に
も、マイクロレンズの形状制御と位置合わせがより容易
である。

【００１４】マイクロレンズは自身に入射した光のみを
焦点に集光するため、マイクロレンズの幅を少なくとも
透過表示部の信号配線方向における幅よりも広くすれ
ば、集光の効果が得られる。また、マイクロレンズの断
面形状を２次曲面等の曲面とすれば、発光に角度分布を
有するバックライトと組み合わせた場合でもより高い集
光の効果が得られる。また、マイクロレンズの形状は可
視光の波長に対して十分大きいため、マイクロレンズの
断面形状や高さと幅の比の最適値を求めるには、光線追
跡法が有効である。

【００１５】バックライトのコリメート性が良好であれ
ば、マイクロレンズによるバックライト光の集光効果が
向上する。バックライトの光源には、冷陰極管やエレク
トロルミネッセンス光源が用いられる。特に、エレクト
ロルミネッセンス光源は発光部が微小である為、導光板
の屈折効果，散乱効果，干渉効果によりコリメート性の
高い面光源にすることが可能である。

【００１６】このとき、光源のコリメート性が一定以上
に向上すると、液晶表示装置の全面が均一に見えなくな
る。液晶表示装置の両端では観察者の観察方向に対する
角度が異なり、両端における観察方向の角度が光源光の
角度分布内に含まれなくなるからである。バックライト
とマイクロレンズの間に拡散板を配置してバックライト
光を拡散すれば、光源強度の面内均一性とコリメート性
を両立できる。

【００１７】表示モードには、低駆動電圧で高コントラ
スト比の表示が可能な単偏光板型の表示モードを用い
る。単偏光板型とは、反射表示部に置いて反射板（反射
電極）が液晶層に近接し、液晶層上面に一枚の偏光板と
少なくとも１枚の位相差を積層した構造を有する。透過
表示部では、このほかに液晶層下面に一枚の偏光板と少
なくとも１枚の位相差を有する。

【００１８】また、表示モードは電圧印加時の反射率，
透過率変化からノーマリクローズ型，ノーマリオープン
型に分類される。ノーマリクローズ型では電圧印加と共
に反射率，透過率が増大し、ノーマリオープン型では電
圧印加と共に反射率，透過率が減少する。

【００１９】単偏光板型表示モードをノーマリオープン
型にするためには、電圧が印加され位相差が実質的に０
になった状態の液晶層を用いて暗表示を実現しなければ
ならない。そのためには、上側位相板偏光板，下側位相
板偏光板を何れも４分の１波長板にしなければならな
い。このような制約があるため、ノーマリオープン型の
透過表示は透過効率が低いという欠点がある。液晶層の
ツイスト角やリタデーション，反射表示部と透過表示部
のリタデーションの比などのパラメータを如何様に変え
ても、偏光板の吸収による透過効率の上限値に対して約
半分の透過効率しか得られない。

【００２０】ノーマリクローズ型ではノーマリオープン
型のような偏光板や位相板の制約が存在しないため、偏
光板や位相板や液晶層のパラメータ、更には反射表示部
と透過表示部のリタデーションを最適化することによ
り、偏光板の吸収による透過効率の上限値とほぼ同等の
透過効率が得られる。

【００２１】以上のように、走査線方向においてより近
接した格子状配列する透過表示部と、走査線方向に平行
でかつ画素と同様のピッチで配列した円柱プリズム状マ
イクロレンズと、エレクトロルミネッセンス光源を用い
たコリメート性バックライトと、ノーマリクローズ型の
単偏光板型表示モードを組み合わせることにより、部分
透過型液晶表示装置の透過表示輝度を向上できる。

【００２２】本発明の別の実施態様によれば、複数の画
素により表示部が構成され、複数の画素の各画素内に光
透過部と光反射部を有する液晶表示装置で、各画素の光
透過部は各画素のほぼ同じ位置に配置されており、各画
素に配置された光透過部に沿った位置に対応して、円柱
プリズム状のマイクロレンズを走査配線が配置された方
向に配置したというものである。

【００２３】さらには、このマイクロレンズは、光透過
部にマイクロレンズにより集光した光が集まるように配
置しているというものである。

【００２４】さらには、このマイクロレンズは、円柱プ
リズム状の頂点位置が、光透過部の位置に略沿うように
配置しているというものである。

【００２５】さらには、このマイクロレンズが配置され
た側に光源が配置され、マイクロレンズは光源の光を光
透過部に集光するものであるというものである。

【００２６】さらには、画素は複数の信号配線とこの複
数の信号配線に交差するように配置した走査配線に囲ま
れた領域に対応して構成されており、円柱プリズム状の
マイクロレンズは、走査配線が配置された方向に配置さ
れているというものである。

【００２７】さらには、信号配線及び走査配線は透明基
板上に配置されており、この透明基板と、別の透明基板
により液晶層を挟持しているというものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、具体例を
用いてより詳細に説明する。

【００２９】（実施例１）本発明の液晶表示装置の液晶
表示素子とマイクロレンズとバックライトの断面を図１
に示す。液晶表示素子とマイクロレンズとバックライト
が順次積層されている。このうちの、マイクロレンズ３
５と、各画素内の反射表示部３８と透過表示部３９の配
列関係を図２に示す。マイクロレンズ３５は円柱プリズ
ム状であり、画素の短辺方向、即ち走査配線方向５３に
平行である。信号配線方向５４の画素間隔が０.２４mm
であるのに対し、マイクロレンズの幅は０.２２mmであ
る。反射電極の外側のサイズが０.２３４mm×０.０７４
mmであるのに対し、透過表示部のサイズは０.０９mm×
０.０６mmであり、画素のほぼ中央に分布する。信号線
方向では各透過表示部は０.１５mm の間隔を置いて分布
しているのに対し、走査線方向では０.０３mm の間隔と
なっており、走査線方向においてより近接した格子状分
布になっている。マイクロレンズの断面は概略二次曲面
であり、マイクロレンズの中心５２は法線方向から見て
透過表示部の中心５１に一致する。

【００３０】また、マイクロレンズと透過表示部の間に
は第二の基板，下側位相板，下側偏光板，マイクロレン
ズ基板が存在するが、それらの厚さはそれぞれおよそ
０.５mm，０.１mm，０.１５mm，０.３５mm であるた
め、マイクロレンズと透過表示部はおよそ１mmの間隔が
ある。また、第二の基板，下側位相板，下側偏光板，マ
イクロレンズ基板、及びマイクロレンズの屈折率は１.
５から１.６の範囲内にある。マイクロレンズと透過表
示部の間隔と屈折率を考慮して、マイクロレンズの断面
は概略二次曲面とし、更にその高さと幅の比は０.２に
した。これにより、特にコリメート性の良好な光が法線
方向から入射した場合、光はマイクロレンズにより透過
表示部に集光される。

【００３１】液晶表示素子は主に第一の基板１１と液晶
層１０と第二の基板１２から構成され、第一の基板と第
二の基板は液晶層を挟持する。第一の基板は、液晶層に
近接する側にカラーフィルタ１３と平坦化層１５と共通
電極１６と第一の配向膜１７を有する。第二の基板の液
晶層に近接する側に薄膜トランジスタ１９と第二の配向
膜２４を有する。薄膜トランジスタは逆スタガ型であ
り、走査配線と信号配線と反射電極２３と透明電極２５
に接続されている。走査配線と信号配線は第一の絶縁層
２０で絶縁されており、透明電極と反射電極は第二の絶
縁層２１で絶縁されている。反射電極と薄膜トランジス
タはスルーホール２７で結合されている。反射電極の上
面には第三の絶縁層があり、第三の絶縁層の上面には第
二の配向膜があり、液晶層に近接してその配向方向を規
定する。

【００３２】１画素中で反射電極の配置された部分が反
射表示部であり、透明電極が配置されている部分が透過
表示部である。透明電極を反射電極の下方に配置し、透
過表示部における液晶層厚を反射表示部よりも約１.５
μｍ厚くしている。これにより、透過表示部の液晶層
厚は５.３μｍ、反射表示部の液晶層厚は３.８μｍとな
り、両者の比は約１.４になる。透過表示部の液晶層厚
と反射表示部の液晶層厚の比を約１.４にすることによ
り両者の光路差が補償され、反射表示部，透過表示部と
もに、偏光板の吸収に起因する上限値に近い反射効率と
透過効率が得られる。

【００３３】第一の基板はホウケイサンガラス製であ
り、厚さは０.５mm である。カラーフィルタは赤，緑，
青色を呈する各部分がストライプ状に繰り返して配列し
ており、カラーフィルタに起因する凹凸は樹脂性の平坦
化層により平坦化される。共通電極はIndium Tin Oxide
（ＩＴＯ）製である。第一の配向膜はポリイミド系高分
子膜であり、ラビング法で配向処理した。

【００３４】第二の基板は第一の基板と同様にホウケイ
サンガラス製であり、厚さは０.５mmである。第二の配
向膜は第一の配向膜と同じポリイミド系高分子膜であ
り、ラビング法で配向処理した。信号配線と走査配線は
クロム製である。

【００３５】液晶層のツイスト角は、３Ｖ程度の比較的
低い電圧で駆動した際に無着色の明表示が得られやすい
５０度に設定した。反射表示部における液晶層厚を３.
８μmに、液晶材料の複屈折を０.０７２にした。上側
位相板３１には日東電工社製のＮＲＺ位相板を用い、上
側偏光板３２には同じく日東電工社製のSEG1425DUHCARS
を用いた。下側位相板３３には日東電工社製のＮＡＦ位
相板を用い、リタデーションは２００ｎｍ、遅相軸方位
角は１２０度に設定した。上側偏光板３４には同じく日
東電工社製のSEG1425DUHCARSを用い、その吸収軸方位角
は９０度に設定した。以上により、反射表示，透過表示
ともノーマリクローズ型にした。反射表示，透過表示の
印加電圧依存性を図３に示す。いずれも印加電圧と共に
反射表示，透過表示が増加するノーマリクローズ型であ
る。

【００３６】ここで、方位角は、液晶表示装置を上側基
板側の法線方向から観察し、液晶層のツイスト角をΦと
すると、下側基板の配向処理方向を０.５Φ 度として反
時計回りに定義した。液晶層には高抵抗のフッ素系液晶
材料を用いた。直径が３.９μｍの真球状のポリマービ
ーズを１mm² あたり約１００個の割合で分散し、これに
より反射表示部における液晶層厚を全体にわたってほぼ
均一にした。

【００３７】マイクロレンズは以下のようにして作成し
た。透明な基板上に感光性レジスト膜を形成し、これに
フォトマスクを積層してパターン露光することにより、
レジスト膜をストライプ状に配列するように残した。次
にこれを加熱してレジスト膜を軟化させて、その断面形
状を凸状にし、かつ底面を拡大して互いにより近接する
ようにした。以上のようにして、円柱プリズム状の突起
が平行に配列した構造のマイクロレンズを作成した。

【００３８】あるいはまた、この上に金属膜を形成して
表面を硬化し、これを用いて押し型を作製して、更には
この押し型を用いて基板上の樹脂膜を押し型加工してマ
イクロレンズを作製してもよい。この他にも、金属面を
切削したものを押し型として用い、プラスチック基板を
押し型加工してもよい。

【００３９】バックライト３６は概略長方形状の形状の
導光体の頂点に白色のエレクトロルミネッセンス光源を
２個有する構成であり、エレクトロルミネッセンス光源
は対角線方向に向けて主に発光する。これを、導光体底
面の微小な突起部の干渉効果を利用して、液晶表示素子
側に反射する。バックライトを発した光はコリメート性
が高いが、面内の輝度分布の均一性が低い。拡散フィル
ムを通過させることにより面内の輝度分布をより均一に
する。拡散フィルムを通過した時点での、発光強度の角
度依存性を図４に示す。ここで、図４の横軸は法線方向
を０度とした極角である。発光強度の半値幅が約２０度
であり、良好なコリメート性を示す。

【００４０】以上のようにして作製した部分透過型液晶
表示装置の透過表示輝度を測定したところ、７２cd／ｍ
² であった。また、マイクロレンズを除いて透過表示輝
度を測定したところ、４７cd／ｍ² であった。以上よ
り、マイクロレンズを除いた場合に比べて約１.５倍の
輝度向上の効果が得られた。

【００４１】（実施例２）本実施例の液晶表示装置の断
面を図５に示す。実施例１の液晶表示装置ではマイクロ
レンズを下側位相板と下側偏光板の下方に配置したが、
本実施例では下側位相板の上方に配置して、第二の基板
に直接貼り付けた。下側位相板と下側偏光板は別途基板
上に貼り付けた。

【００４２】その結果、マイクロレンズと透明電極の間
には下側基板とマイクロレンズ基板が介在する構成にな
った。マイクロレンズと透明電極間の間隔はおよそ０.
８５mmに短縮したが、間隔の変化は十分に小さいため、
マイクロレンズの高さと幅の比は実施例１と同様に０.
２とした。

【００４３】透過表示輝度を測定したところ６５cd／ｍ
² であり、マイクロレンズを除いた場合には４３cd／ｍ
²であった。マイクロレンズを除いた場合に比べて約１.
５倍の輝度が得られた。

【００４４】（実施例３）実施例２の液晶表示装置にお
いて、マイクロレンズを第二の基板上に直接形成した。
この場合の本発明の液晶表示装置の断面図を図１０に示
す。

【００４５】その結果、マイクロレンズと透明電極の間
には第二の基板のみが介在する構成になった為、両者の
間隔はおよそ０.５mm になった。マイクロレンズと透明
電極の間隔が小さくなった為、マイクロレンズの焦点距
離をそれに応じて減少しなければならない。光が屈折す
る角度を大きくしなければならないため、マイクロレン
ズの高さと幅の比を増大しなければならない。そこで、
マイクロレンズの高さと幅の比を０.３とした。透過表
示輝度は８０cd／ｍ²であり、マイクロレンズを除いた
場合には４８cd／ｍ² であった。マイクロレンズを除い
た場合に比べて約１.７倍の輝度が得られた。

【００４６】（実施例４）実施例３の構成では、マイク
ロレンズと透明電極の間に下側基板だけが介在する構成
であり、マイクロレンズの屈折率と下側基板の屈折率は
共に１.５〜１.６である。この構成において、輝度向上
が得られるパラメータの範囲を光線追跡法を用いて計算
した。具体的には、マイクロレンズを微小な平面の集合
体と見なし、何れの微小平面にも同様の角度分布でバッ
クライトの光が入射し、かつ幾何光学的な屈折と反射が
生じるものと仮定した。マイクロレンズの高さと幅の比
と、マイクロレンズと透明電極の間隔を様々に変えて、
透過率向上の効果が得られるパラメータの組み合わせを
求めた。

【００４７】このとき、マイクロレンズを用いない場合
に比較して輝度向上の効果が得られたパラメータの組み
合わせを図６に示す。ｘをマイクロレンズと透明電極の
間隔で単位をmm、ｙをマイクロレンズの高さと幅の比と
すると、輝度向上の効果が得られたパラメータの組み合
わせは、（ｘ，ｙ）＝（１.８，０.１），（１.５，０.
２），（０.６５，０.５），（０.１，０.５），(０.
１，０.２），(０.３５，０.１）を頂点とする多角形内
に分布している。

【００４８】また、マイクロレンズを用いない場合に比
較して１.２５倍以上の輝度向上の効果が得られたパラ
メータの組み合わせを図７に示す。（ｘ，ｙ）＝（１.
５，０.１），（１.３，０.２），（０.５５，０.
５），（０.１，０.５），（０.３，０.２），（０.
９，０.１）を頂点とする多角形内に分布している。

【００４９】マイクロレンズを用いない場合に比較して
１.５倍以上の輝度向上の効果が得られたパラメータの
組み合わせを図８に示す。（ｘ，ｙ）＝(１.１５，０.
１７)，（０.４５，０.５），(０.１５，０.５），(０.
３，０.３），(０.５，０.２)，（０.７，０.１７）を
頂点とする多角形内に分布している。実施例１では
（ｘ，ｙ）＝（１.０，０.２）であり、実施例２では
（ｘ，ｙ）＝(０.８５，０.２)であり、実施例３では
（ｘ，ｙ）＝（０.５，０.３）であり、何れも図８に示
した範囲内に分布している。

【００５０】以上より、マイクロレンズアレイと透明電
極の間隔（mm）、マイクロレンズの高さと幅の比の組み
合わせを（１.８，０.１），（１.５，０.２），(０.６
５，０.５），（０.１，０.５），（０.１，０.２），
(０.３５，０.１）を頂点とする多角形内で選択すると
輝度向上の効果が得られ、望ましくは（１.５，０.
１），（１.３，０.２），（０.５５，０.５），(０.
１，０.５），(０.３，０.２），（０.９，０.１）を頂
点とする多角形内で選択すると１.２５倍以上の輝度向
上の効果が得られ、更に望ましくは（１.１，０.１
７），（０.４５，０.５），（０.１５，０.５），
（０.３，０.３），(０.５，０.２），(０.７，０.１
７）を頂点とする多角形内で選択すると１.５倍以上の
輝度向上の効果が得られる。

【００５１】（実施例５）実施例１の液晶表示装置にお
いて、拡散フィルムの拡散性を変えて、コリメート性が
様々に異なるバックライトを作製した。発光強度の極角
依存性における半値幅をコリメート性と定義すると、実
施例１のバックライトのコリメート性は２０度である。
その他に、コリメート性が１４度，３２度，４０度，５
５度のバックライトが得られた。また、拡散フィルムを
除いたところ、コリメート性が１０度のバックライトが
得られた。

【００５２】マイクロレンズを除いた場合に比較した輝
度向上の効果を図９に示す。図９の縦軸は、マイクロレ
ンズを除いた場合に比較した輝度向上の効果である。コ
リメート性が５５度と４０度の場合には輝度向上の効果
はほとんど見られないが、これよりもバックライトのコ
リメート性が向上するにつれて輝度向上の効果が増加す
ることがわかる。図９より、コリメート性が３５度を超
えると輝度向上の効果が得られる。

【００５３】バックライトのコリメート性が向上すれば
輝度向上の効果が増大するが、その一方で、輝度の面内
均一性が低下する。例えば、携帯電話用の液晶表示装置
の場合その幅は約３cmであり、これを３０cm離れて観察
する場合、両端を結ぶ角は約５度になる。そのため、発
光強度の極角依存性における半値幅は、最低でも５度は
必要である。

【００５４】以上より、コリメート性を５度以上，３５
度以下にすれば、輝度向上の効果が得られてかつ実用上
十分な輝度の面内均一性が得られる。

【００５５】（実施例６）実施例１の液晶表示装置にお
いて、凹凸形成層を除き、第一の基板と上側位相板の間
に拡散粘着剤３０を新たに配置した。拡散粘着剤は微粒
子を多数含んだ粘着剤であり、微粒子の屈折率が粘着剤
とは異なることにより拡散が生じる。凹凸形成層を除い
たことにより反射電極が鏡面になっても、拡散粘着剤に
より反射光が拡散されるため、紙に似た品位の反射表示
が得られる。このようなより簡略化した構成において
も、実施例１とほぼ同様の輝度向上の効果が得られる。

【００５６】これらの実施例により、本発明の液晶表示
装置では高効率の反射表示と透過表示が得られるため、
これを携帯型の情報機器等に搭載すれば、暗所から直射
日光下に及ぶ広範な光環境下においてその表示特性を一
層向上する効果が得られる。例えば、広範な光環境下に
おいて表示の明るさを向上できる。高色純度のカラーフ
ィルタを搭載すれば、表示の明るさを従来同等に保った
上で色再現範囲を拡大できる。以上のようにして、広範
な環境下で良好な視認性の表示を与える液晶表示装置が
実現される。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロレンズの集光
効率の向上が可能なバックライト付の部分透過型液晶表
示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の液晶表示装置の構成を示す断面図で
ある。

【図２】実施例１における透過表示部とマイクロレンズ
の分布を示す透視図である。

【図３】実施例１における反射率と透過率の印加電圧依
存性を示す図である。

【図４】実施例１のバックライトの発光強度の角度依存
性を示す図である。

【図５】実施例２の液晶表示装置の構成を示す断面図で
ある。

【図６】マイクロレンズを用いない場合に比較して輝度
向上の効果が得られたマイクロレンズと透明電極の間隔
と、マイクロレンズの高さと幅の比の組み合わせを示す
図である。

【図７】マイクロレンズを用いない場合に比較して１.
２５倍の輝度向上の効果が得られたマイクロレンズと
透明電極の間隔と、マイクロレンズの高さと幅の比の組
み合わせを示す図である。

【図８】マイクロレンズを用いない場合に比較して１.
５倍の輝度向上の効果が得られたマイクロレンズと透明
電極の間隔と、マイクロレンズの高さと幅の比の組み合
わせを示す図である。

【図９】輝度向上の効果の、バックライトのコリメート
性に対する依存性を示す図である。

【図１０】実施例３の液晶表示装置の構成を示す断面図
である。

【図１１】実施例６の液晶表示装置の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０…液晶層、１１…第一の基板、１２…第二の基板、
１３…カラーフィルタ、１５…平坦化層、１６…共通電
極、１７…第一の配向膜、１９…薄膜トランジスタ、２
０…第一の絶縁層、２１…第二の絶縁層、２２…凹凸形
成層、２３…反射電極、２４…第二の配向膜、２５…透
明電極、２７…スルーホール、３０…拡散粘着材、３１
…上側位相板、３２…上側偏光板、３３…下側位相板、
３４…下側偏光板、３５…マイクロレンズ、３６…バッ
クライト、３７…プリズムシート、３８…反射表示部、
３９…透過表示部、４０…拡散フィルム、４１…マイク
ロレンズ基板、５１…透過表示部の中心、５２…マイク
ロレンズの中心、５３…走査配線方向、５４…信号配線
方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1343 Ｇ０２Ｆ 1/1343 (72)発明者檜山郁夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H091 FA08X FA08Z FA11Z FA14Y FA28Z FA29Z FA32Z FA43Z FA44Z FB02 FC22 FC26 FD13 GA03 LA16 LA17 2H092 GA17 HA03 HA05 JA24 NA01 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の基板と、第二の基板と、液晶層と、
駆動部から構成され、前記第一の基板と第二の基板は液
晶層を挟持してかつ駆動部に接続されており、第一の基
板は共通電極を備え、第二の基板は複数の信号配線と走
査配線を備え、第二の基板の信号配線と走査配線の交差
部にはアクティブ素子を備え、第二の基板の各アクティ
ブ素子には透明電極と反射電極が接続され、各画素は透
過表示部と反射表示部を含みかつ格子状に分布する液晶
表示装置であって、マイクロレンズとバックライトを背後に備え、各マイク
ロレンズは円柱プリズム状の形状でかつ走査配線に平行
に分布し、各マイクロレンズは各画素の透過表示部にバ
ックライト光を集光する液晶表示装置。
【請求項２】各画素中の透過表示部は格子状に分布して
おり、かつマイクロレンズの中心線上に分布することを
特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項３】マイクロレンズの幅は透過表示部よりも広
く、かつ信号線方向の画素間隔と同等若しくはこれより
も狭いことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項４】バックライトの光強度は角度依存性を有
し、その極大は法線方向付近にあり、発光強度の半値幅
は５度以上，３５度以下であることを特徴とする請求項
１の液晶表示装置。
【請求項５】マイクロレンズと透明電極の間隔を単位mm
で表し、マイクロレンズの高さと幅の比の組み合わせを
（ｘ，ｙ）とすると、(ｘ，ｙ）が(１.８，０.１），
(１.５，０.２），(０.６５，０.５），(０.１，０.
５），(０.１，０.２），(０.３５，０.１）を頂点と
する多角形内であることを特徴とする請求項１の液晶表
示装置。
【請求項６】マイクロレンズと透明電極の間隔を単位mm
で表し、マイクロレンズの高さと幅の比の組み合わせを
（ｘ，ｙ）とすると、(ｘ，ｙ）が(１.５，０.１），
(１.３，０.２），（０.５５，０.５），（０.１，０.
５），(０.３，０.２），(０.９，０.１）を頂点とする
多角形内であることを特徴とする請求項５の液晶表示装
置。
【請求項７】マイクロレンズと透明電極の間隔を単位mm
で表し、マイクロレンズの高さと幅の比の組み合わせを
（ｘ，ｙ）とすると、(１.１，０.１７)，(０.４５，
０.５)，（０.１５，０.５），(０.３，０.３），(０.
５，０.２），(０.７，０.１７)を頂点とする多角形内
であることを特徴とする請求項６の液晶表示装置。
【請求項８】反射表示部と透過表示部は印加電圧と共に
反射率，透過率が増大するノーマリブラック型の印加電
圧特性を示すことを特徴とする請求項１の液晶表示装
置。
【請求項９】複数の画素により表示部が構成され、複数
の画素の各画素内に光透過部と光反射部を有する液晶表
示装置において、各画素の光透過部は各画素のほぼ同じ位置に配置されて
おり、各画素に配置された光透過部に沿った位置に対応して、
円柱プリズム状のマイクロレンズを走査配線が配置され
た方向に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】前記マイクロレンズは、前記光透過部に
該マイクロレンズにより集光した光が集まるように配置
したことを特徴とする請求項９の液晶表示装置。
【請求項１１】前記マイクロレンズは、円柱プリズム状
の頂点位置が、前記光透過部の位置に略沿うように配置
したことを特徴とする請求項９又は１０の液晶表示装
置。
【請求項１２】前記マイクロレンズが配置された側に光
源が配置され、前記マイクロレンズは前記光源の光を前
記光透過部に集光することを特徴とする請求項９〜１１
のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記画素は複数の信号配線と該複数の信
号配線に交差するように配置した走査配線に囲まれた領
域に対応して構成されており、前記円柱プリズム状のマ
イクロレンズは、前記走査配線が配置された方向に配置
されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか
１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】前記信号配線及び前記走査配線は透明基
板上に配置されており、該透明基板と、別の透明基板に
より液晶層を挟持していることを特徴とする請求項１３
の液晶表示装置。