專利名稱：顯示裝置和電子設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，其通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制形成于顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)(顯示)圖像。
背景技術：
液晶顯示裝置已經被廣泛用于顯示單元、投影儀、移動電話、手持信息終端等等。
這種液晶顯示裝置是利用(i)從裝置內部設置的光源施加的光或(ii)從裝置外部施加的光來再現(xiàn)圖像的非自發(fā)光顯示裝置。
在非自發(fā)光顯示裝置中，將前述光施加于顯示面板，該顯示面板具有以預定間隔按矩陣方式排列的像素。單獨對各個像素提供與顯示圖像(包括文本)對應的驅動信號(驅動電壓)。
在顯示面板的各個像素部分，提供的驅動信號改變了透射率(或反射率)。這使得可以部分調制顯示光的強度，并使面板可以在其上顯示圖像。
這樣的非自發(fā)光顯示裝置有兩種類型允許用戶直接觀看顯示面板上再現(xiàn)的圖像的直觀式顯示裝置；和放大顯示面板上的圖像并使用投影透鏡將該圖像投射到屏幕上的投影顯示裝置(投影儀)。
除了液晶顯示裝置，非自發(fā)光顯示裝置的已知例子還包括電致變色顯示面板、電泳顯示面板、toner顯示面板和PLZT面板。
此外，前述顯示裝置有三種類型反射型；透射型；和半透射型。
反射型顯示裝置允許光(外部光)進入顯示面板內部并在反射層上反射光，從而獲得顯示光。
透射型顯示裝置以下述方式配置，來自設置于顯示面板后方的光源(背光源)的光經過顯示面板發(fā)射到外部。
在照明差的地方，半透射型顯示裝置使用從背光源發(fā)出的光以透射方式再現(xiàn)圖像。另一方面，在照明良好的地方，半透射型顯示裝置使用環(huán)境光再現(xiàn)圖像。這樣，無論環(huán)境光的亮度如何，都能再現(xiàn)具有高對比率的圖像。
在液晶顯示裝置中，通過對像素施加上述驅動信號，改變液晶顯示面板(液晶面板)中液晶層的光學特性(透射率和反射率)。
在這方面，有兩種單獨對各個像素施加驅動信號的方式單純矩陣和主動矩陣。
在主動矩陣方式中，必須在液晶面板上設置用于向像素電極提供驅動電壓的開關元件和布線。開關元件的實例是諸如MIM(金屬-絕緣體-金屬)元件的非線性二端元件和諸如TFT(薄膜晶體管)元件的三端元件。
這里所述的開關元件(尤其是TFT元件)具有下述特性，在受到強光時，處于斷路狀態(tài)的元件的電阻降低。因此，當施加電壓時，像素電容(像元電容)中所充的電荷被釋放，這樣不能實現(xiàn)特定的顯示狀態(tài)(例如，甚至在黑色顯示的情況下會發(fā)生漏光，由此降低對比率)。
為了防止光進入TFT(特別是通道區(qū)域)，傳統(tǒng)的解決方法是，在TFT基板(在其上形成TFT和像素電極)的一部分上或在面向TFT基板的反向基板(在TFT基板和反向基板之間插有液晶層)的一部分上設置光屏蔽層(稱作黑矩陣)。
這種光屏蔽層對于反射型液晶顯示裝置是合乎需要的，因為可以使用反射電極作為光屏蔽層，這樣反射電極的設置不會減少有效像素的面積。
相反，在利用透射光再現(xiàn)圖像的透射型液晶顯示裝置中，不能使用任何現(xiàn)有元件作為光屏蔽層。
因此，除了非透射型TFT、柵極總線和源極總線外，在透射型液晶顯示裝置中還進一步設置有光屏蔽層。這減少了有效像素的面積，降低了顯示部的總面積與有效像素面積之間的比率(開口面積比(openarea ratio))，并因此降低了亮度。
此外，當液晶面板分辨率提高且液晶面板尺寸減小時，開口面積比明顯降低。這是因為，由于電特性、制造工藝等等的約束，即使像素間距縮短，TFT和總線的尺寸也不能降低至超出一定程度。
特別地，被采用作為小型顯示裝置用于諸如移動電話的手持設備的半透射型液晶顯示裝置，被配置成使得各個像素具有以反射模式產生顯示的區(qū)域(反射區(qū))和以透射模式產生顯示的區(qū)域(透射區(qū))。因此，如果縮短像素間距，總顯示面積與透射面積之間的比率(即，透射區(qū)的開口面積比)明顯降低，這樣亮度的降低情況變得更糟。
在利用濾色片的光吸收再現(xiàn)彩色圖像的直觀式液晶顯示裝置和單板投影儀的情況下，光的使用效率(即，亮度)進一步降低。
下面是現(xiàn)有技術文獻的列表。
文獻1日本專利第3293589號(2002年6月17日登記)文獻2日本公開專利申請第2002-62818號(2002年2月28日公開)文獻3日本公開專利申請第2002-42528號(2002年2月28日公開)文獻4Journal for Information Display，卷11，No.4 2003，第641-645頁(2003年11月發(fā)布)發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種可以容易地改進顯示面板(例如，液晶面板)的顯示亮度的顯示裝置。
為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明的顯示裝置(即，本顯示裝置)通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，顯示面板包括微透鏡陣列，該微透鏡陣列包括與像素對應的一組微透鏡，顯示面板上的像素以矩陣方式沿著第一方向和與第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素間距長于沿第二方向的像素間距，并且沿第一方向傳播的光的方向性高于沿第二方向傳播的光的方向性。
本顯示裝置是利用作為內部光源的背光源發(fā)出的光再現(xiàn)圖像的非自發(fā)光顯示裝置。也就是說，在本顯示裝置中，將從背光源發(fā)出的光施加于顯示面板，該顯示面板包括以矩陣方式有序布置的像素，并單獨對各個像素施加與要顯示的圖像(包括文本)對應的驅動信號(驅動電壓)。
由此，改變顯示面板上各個像素的透射率，從而部分調制顯示光的強度。這種配置使顯示面板能夠在其上再現(xiàn)圖像。
在本顯示裝置中，如果顯示面板上像素的排列方向為第一方向和第二方向(與第一方向垂直)，則沿一個方向(下文稱作第一方向)的像素間距長于沿第二方向的像素間距。
特別地，本顯示裝置以下述方式配置，背光源向顯示面板施加沿第一方向的方向性高于沿第二方向的方向性的光。
要指出的是，方向性是指從背光源部向顯示面板發(fā)出的光向特定方向的定向程度。光的這種方向性可以表示成發(fā)射光的強度分布(光分布)中的強度半寬角(在該角度下，強度是最大值的一半)。半寬角越窄，方向性越高，且光越像平行光(稍后描述)。
在從背光源接收光的一側的表面上，本顯示裝置的顯示面板設置有包括多個微透鏡的微透鏡陣列。每個微透鏡設計成使得其焦點位于顯示面板的像素附近。
微透鏡的焦點是當平行光進入微透鏡時，出射光的寬度最小處的點(即，射束腰部最小的點)。平行光是在沿著與微透鏡表面(即，顯示面板的表面)垂直的方向傳播的光。
因此，在本顯示裝置中，進入微透鏡的平行光以這種方式被折射，使得在像素附近聚焦。在通過像素后，光發(fā)生擴散，使得其方向性(視角)加寬。
在像素間距長的情況下，微透鏡對光的收集(會聚)特別有效。也就是說，在第二方向(沿著該方向的像素間距比沿第一方向的短)，微透鏡的會聚(收集)角小，因此在該方向的光收集是低效的。
在本顯示裝置中，在第一方向(沿著該方向，微透鏡效率高(即，像素間距長))，提高背光源發(fā)出的光的方向性，以使光接近平行光。在通過像素后，用微透鏡使光擴散。
同時，在第二方向(沿著該方向，微透鏡是低效的(即，像素間距短))，保持背光源發(fā)出的光的低方向性(即，設定寬的擴散角)，使得光在到達微透鏡之前其視角被加寬。
使用上述配置，本顯示裝置的顯示面板的視角在第一和第二方向都很寬。
在本顯示裝置中，通過提高從背光源發(fā)出的光沿第一方向的方向性來改進正面亮度。并且，由于方向性的提高，微透鏡收集(會聚)已經被BM等阻擋的光，并使其通過像素孔(光能夠通過像素的部分)，由此提高可通過像素的光的量。
因此，在本顯示裝置中，顯示面板的正面亮度高于傳統(tǒng)顯示裝置的正面亮度，在傳統(tǒng)顯示裝置中，從背光源發(fā)出的光的方向性很低。
在微透鏡收集的各組光之中，在微透鏡末端附近進入的光被微透鏡折射并收集。因此，在本顯示裝置中，在寬視角(方向性)范圍內改進了亮度。
如果在本顯示裝置中沒有設置微透鏡，正面方向的亮度仍能得到改進，因為從背光源發(fā)出的光的方向性在第一方向很高。然而，在第一方向，顯示面板的視角非常窄。
為了完全理解本發(fā)明的性質和優(yōu)點，應參照隨后結合附圖進行的詳細描述。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的液晶顯示裝置的截面圖。
圖2是圖1的液晶顯示裝置的液晶面板的截面圖。
圖3示出了形成于圖2所示的液晶層中的像素是如何布置的。
圖4示出了形成于圖2的液晶層中的雙凸透鏡的形狀。
圖5示出了圖4的雙凸透鏡以何種方式來收集光。
圖6(a)和6(b)示出了背光源部。
圖7是表示離開圖6(a)和6(b)的背光源部的光的方向性的圖示。
圖8示出了進入圖2的液晶面板的雙凸透鏡并通過液晶層中的像素的光的狀態(tài)。
圖9是表示(i)圖2的液晶面板的雙凸透鏡的會聚角與(ii)離開雙凸透鏡的光的方向性之間的關系的圖示。
圖10(a)和10(b)示出了圖1的液晶顯示裝置可采用的背光源部。圖10(c)是表示離開該背光源部的光的方向性的圖示。
圖11示出了圖4的雙凸透鏡如何收集光的另一實例。
圖12示出了圖2的液晶面板可采用的微透鏡。
圖13示出了三角形布置的像素。
圖14示出了平面光的偏振軸(X方向)與液晶面板的偏振板的透射軸。
圖15(a)解釋了偏振交叉角，而圖15(b)是表示離開液晶面板的光的(相對)強度與偏振交叉角之間的關系的圖示。
圖16(a)-16(d)是用于表示如何制造雙凸透鏡31的截面圖。
圖17是表示濾色片的光譜透射率特性的圖示。
圖18是表示LED光源的發(fā)射光譜的圖示。
圖19示出了雙凸透鏡制造中的曝光步驟。
圖20(a)-20(c)示出了一種制造包括微透鏡的反向基板(即，帶有透鏡的反向基板)的方法。
圖21(a)-21(c)示出了另一種制造包括微透鏡的反向基板(即，帶有透鏡的反向基板)的方法。
圖22示出了又一種制造包括微透鏡的反向基板(即，帶有透鏡的反向基板)的方法。
圖23是表示(i)像素與雙凸透鏡的焦點之間的偏差與(ii)正面亮度之間的關系的計算結果的圖示。
圖24是表示離開顯示面板的光的強度與視角(觀看顯示面板的角度，假定與面板的法線夾角為0°)之間的關系的圖示。
具體實施例方式
現(xiàn)將結合實施例詳細描述本發(fā)明。要指出的是，該實施例不在任何程度上對本發(fā)明構成限制。
下面將論述本發(fā)明的一個實施例。
本實施例的液晶顯示裝置(本顯示裝置)是直觀半透射型液晶顯示裝置，其可以適于被采用作為電子設備的顯示屏，諸如，移動電話、PDA(個人數(shù)字助理)、數(shù)碼相機、液晶顯示器單元，和液晶顯示電視機。
圖1是本顯示裝置的截面圖。
如該圖所示，本顯示裝置設置有背光源部11和液晶面板12。
液晶面板12具有以矩陣方式布置的像素，并且是通過控制各個像素的透射率或反射率來再現(xiàn)圖像(包括文本)的非自發(fā)光顯示面板。
圖2是液晶面板12的截面圖。如圖所示，液晶面板12以下述方式配置，液晶層34夾在反向基板32和TFT基板33之間，并且在TFT基板33上進一步設置雙凸透鏡陣列31。
該液晶面板12是具有320(H)×240(V)點(條狀排列)和153×51μm的像素間距的2.4英寸面板。并且，液晶面板12是開口面積比為50％的半透射型液晶面板。
作為半透射型，液晶面板12的各個像素41具有讓離開背光源部11的光通過的像素孔。
此外，在像素41之間設置有黑色矩陣部42。該黑色矩陣部42包括反射外部光的反射電極。由此，無論環(huán)境光的亮度如何，液晶面板12都可以生動地再現(xiàn)圖像。
圖3示出了形成于液晶層34上的像素41是如何布置的。
如該圖所示，在液晶面板12上，像素41的布置方式是，沿著圖1和3所示的X方向，對應于R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)、R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)依此類推。
各個像素41具有矩形形狀，并且短邊沿X方向(第二方向)，而長邊沿與X方向垂直的Y方向(第一方向)。使用這種形狀，分別包括對應于R、G和B并沿X方向排成一行的三個像素41的各組的間距(x)與Y方向的像素間距(y)相同。(要指出的是，在X方向，對應于R、G和B的三個像素41被視為一組。)因此，像素41在X方向的間距是像素41在Y方向的間距的三分之一。要指出的是，X方向或Y方向的像素間距是指X/Y方向從一個像素41的中心到相鄰像素41的中心的距離。
圖1所示的雙凸透鏡陣列31等等使得從背光源部11發(fā)出的光聚集在液晶層34的像素41上，以改進液晶面板12的有效開口面積比。已經被雙凸透鏡陣列31(微透鏡)收集并已經通過像素孔部分43的光，以相同的會聚角擴散。由此，該光的方向性基本上加寬了。
圖4示出了雙凸透鏡陣列31的形狀。如該圖所示，雙凸透鏡陣列31布置成，使得分別是窄的并且成型為類似圓柱體的一部分的雙凸透鏡31a互相平行地布置。
這種雙凸透鏡31a不能收集圓柱體的縱向方向的光，但可以收集橫穿圓柱體方向的光。
在本顯示裝置中，雙凸透鏡陣列31固定在液晶面板12上的方式是，使得雙凸透鏡31a的縱向方向與X方向對齊。(注意圖2中的虛線表示雙凸透鏡31a是如何布置的)。
圖5示出了雙凸透鏡陣列31收集光的方式。如圖所示，雙凸透鏡31a收集光的方向與雙凸透鏡31a的縱向垂直(即，收集光的方向與Y方向相同)。
此外，如圖5所示，每個雙凸透鏡31a聚焦在液晶層34的像素上，即，每個雙凸透鏡31a的射束腰部在像素41處最小。液晶面板12的TFT基板(即，在雙凸透鏡陣列31一側的基板)為300μm厚。
因此，雙凸透鏡陣列31在Y方向的會聚角(即，雙凸透鏡31a收集光的方向)為tan-1(153(間距)×1.52(玻璃的折射率)/2/300(基板厚度))＝21°背光源部11被設置用于向液晶面板12施加光以在其上顯示圖像。這種背光源部11采用了文獻4中描述的工藝。
圖6(a)和6(b)示出了背光源部11。如這些圖所示，背光源部11設置有LED 21、光波導管22、反射板23，和棱鏡片24。
LED(發(fā)光二極管)21是產生施加到液晶面板12上的光的點型(dot-shaped)光源。如圖6(b)中所示，在背光源部11中，多個LED21沿光波導管22的一側(入射端面)排成直線。
通過使光在光波導管22中全反射并經過光波導管22傳播，光波導管22將從LED 21發(fā)出的光轉化成平面光(從具有預定尺寸的區(qū)域發(fā)出的光)。然后，光波導管22將光從其表面(光的出射表面)射向液晶面板12。
在光波導管22的表面上，設置有許多微粒型(microdots)MD。使用這些微粒型MD調節(jié)從光波導管22發(fā)出的光的量(實際上，使光波導管22逐漸變細的，這樣也從中發(fā)射出超過全反射條件的光)。
反射板23防止光到達光波導管22的背面(沒有設置液晶面板12一側的表面)。
在反射板23上設置有棱鏡片24，并且棱鏡片24調節(jié)來自光波導管22的光的光路。換言之，棱鏡片24(i)在棱鏡表面上完全反射從光波導管22的表面斜向發(fā)出的光，且(ii)使光朝正面方向前進(與液晶面板12的表面垂直的方向)。
圖7是表示從上述背光源部11發(fā)出的光的方向性的圖示。如圖所示，從棱鏡片24發(fā)出的光在Y方向具有高(窄；±12°)方向性，并在X方向具有低(寬；±25°)方向性。
要指出的是，方向性是指從背光源部11(棱鏡片24)發(fā)出的光向特定方向的定向程度。
前述角度(±12°和±25°)是發(fā)射光的強度分布(光分布)中的半寬角(在這些角度下，強度為最大值的一半)，并且這些角度充當方向性的標志。半寬角越窄，方向性越高。
如上所述，在背光源部11中，Y方向(與光源(或光源陣列)的縱向垂直的方向)的方向性高于X方向的方向性。這是因為，如圖6(b)所示，在背光源部11中，多個LED 21在X方向沿著光波導管22的側面(邊緣部分)排成直線。
因此，在光導管22的給定點(位置)處，從布置在不同位置的LED21提供具有不同傳播方向的光束。換言之，使進入光波導管22中的點的光的X方向分量(沿LED 21的排列方向的光分量)多樣化(即，X方向的入射角分布被擴大)。X方向的方向性因此變得更寬。
在如此配置的本顯示裝置中，從背光源部11發(fā)出的光進入液晶面板12的雙凸透鏡陣列31，其中在X方向具有寬(±25°)方向性，且在Y方向具有窄(±12°)方向性。
圖8示出了進入液晶面板12的雙凸透鏡陣列31并通過液晶層34中的像素41的光的狀態(tài)。
如該圖所示，在進入雙凸透鏡陣列31的各組光之中，在雙凸透鏡31a的頂點附近通過的光L1幾乎不折射。因此，光L1幾乎不折射地通過雙凸透鏡31a并進入像素41。也就是說，進入該區(qū)域的光L1的狀態(tài)與不設置雙凸透鏡陣列31的情況下光L1的狀態(tài)幾乎相同。
同時，在雙凸透鏡31a的邊緣附近通過的光L2極大地被雙凸透鏡31a折射，使得入射光的方向性加寬。
如上所述，在收集光的方向(即，在Y方向)，雙凸透鏡陣列31的會聚角為±21°。
圖9示出了雙凸透鏡陣列31的會聚角與從雙凸透鏡陣列31發(fā)出的光的方向性之間的關系。如該圖所示，光的方向性大致與透鏡的會聚角成比例。
因此，由于其光收集能力，雙凸透鏡陣列31使入射光的視角在X方向保持在±25°，而將Y方向的視角加寬至±21°。由此，已經通過液晶面板12的光在X方向具有±25°的方向性，并在Y方向具有±21°的方向性。
如上所述，在本顯示裝置中，背光源部11將在Y方向具有高方向性的光發(fā)射到液晶面板12。也就是說，背光束在Y方向具有12°的半寬角。
本顯示裝置的液晶面板12在從背光源接收光的一側上具有由雙凸透鏡31a構成的雙凸透鏡陣列31。這些雙凸透鏡31a中的每個都設計成聚焦在液晶面板12的像素41附近。
因此，在本顯示裝置中，進入雙凸透鏡31a的多數(shù)光被折射以聚焦在像素41附近。在通過像素41后，光以其方向性加寬的方式擴散。
在像素41的間距長的情況下，諸如雙凸透鏡陣列31的微透鏡陣列對光的收集特別有效。也就是說，由于X方向的間距比Y方向的間距短，微透鏡(雙凸透鏡31a)的會聚角在X方向小，并因此在X方向，加寬方向性的效果不顯著。
在本顯示裝置中，在Y方向(沿著該方向，雙凸透鏡31a有效(像素41的間距長))，從背光源發(fā)出的光的方向性被提高，以使其接近平行光的方向性。在這些光通過像素41后，用雙凸透鏡陣列31使這些光擴散。
同時，在X方向(沿著該方向，雙凸透鏡31a(微透鏡)是低效的(像素41的間距短))，從背光源發(fā)出的光的方向性被加寬，使得在光到達雙凸透鏡陣列31之前，光的視角因此被加寬。
如此，在本顯示裝置中，液晶面板12的視角在X和Y方向都被加寬。
在本顯示裝置中，沿Y方向的從背光源發(fā)出的光的方向性被提高，從而使進入雙凸透鏡陣列31的光進一步平行，并且可通過像素41的光的量被提高。
因此，與從背光源發(fā)出的光具有低方向性的傳統(tǒng)顯示裝置相比，顯示面板的正面亮度得到了改進。此外，在微透鏡(雙凸透鏡陣列31)收集的各組光之中，圖8所示的光L2的方向性被加寬。這使得在保持寬視角(方向性)的同時可以提高亮度。
圖24是表示從顯示面板發(fā)出的光的強度與視角(觀看顯示面板的角度，假定與面板法線的角為0°)之間的關系的圖示。
圖中的曲線A是關于傳統(tǒng)顯示裝置，在傳統(tǒng)顯示裝置中，背光源在所有方向發(fā)出具有低方向性(強度半寬角度；25°)的光，并且沒有設置諸如雙凸透鏡陣列的微透鏡陣列。
如該圖所示，這種傳統(tǒng)裝置的正面亮度非常低。
同時，圖中的曲線B是關于設置有與本顯示裝置的類似的背光源部11但沒有設置微透鏡陣列的液晶顯示裝置。如該圖所示，在這種配置中，正面亮度高，但是光強度高度取決于視角(即，視角窄)。
最后，圖中的曲線C是關于本顯示裝置。如該圖所示，本顯示裝置既能實現(xiàn)高正面亮度，又能實現(xiàn)寬視角。(這種裝置的正面亮度是與曲線A相關的傳統(tǒng)裝置的正面亮度的1.3倍)。
在本顯示裝置中，從背光源發(fā)出的光的強度半寬角在X方向上為12°。然而，強度半寬角不限于此，并且優(yōu)選地不超過±20°。如果如此設定該角度，本顯示裝置的正面亮度和視角狀況良好。
從背光源發(fā)出的常規(guī)光(即，方向性沒有被提高的光)的強度半寬角在±20°至±30°之間范圍內。因此，在光的方向性為±20°或更低的方向，優(yōu)選地用諸如雙凸透鏡陣列31的微透鏡陣列來加寬光的方向性。
本顯示裝置設置有雙凸透鏡陣列31作為微透鏡陣列。這種雙凸透鏡陣列31在制造成本和簡易性方面優(yōu)于具有可以收集不同方向的光的微透鏡的微透鏡陣列。因此，采用這種雙凸透鏡31a，來限制本顯示裝置的制造成本。
在本顯示裝置中，雙凸透鏡31a的會聚角為21°。如此，雙凸透鏡31a的會聚角優(yōu)選地在20°至30°之間范圍內。由此，適當?shù)卦O定液晶面板12的視角(以便與Y方向的視角接近)。
在本實施例中，本顯示裝置設置有采用LED 21的背光源部11。然而，本顯示裝置可以采用圖10(a)和10(b)中所示的背光源51來代替背光源部11。
文獻3公開了圖10(a)和10(b)所示的背光源部51。背光源部51被配置成，在光導元件52的一側上設置有作為光源的冷陰極管53。并且，在光導元件52的光的出射表面(液晶面板12一側的表面)上，設置有棱鏡54(或透鏡陣列)。
背光源部51被配置成，棱鏡54(或透鏡陣列)上的頂端部分與光學波導管30的光的出射表面接觸，并從接觸點獲得光。
與背光源部11不同，背光源部51被配置成，如圖10(c)所示，在冷陰極管53的縱向方向(即，沿著光源(或光源陣列)的方向)，光的方向性高(±10°)，而在與上述縱向方向垂直的方向，光的方向性低(±25°)。
因此，在采用背光源部51的情況下，如圖10(b)所示，優(yōu)選的是將冷陰極管53的縱向方向設為Y方向。由此，當采用背光源部51時，也可以獲得與采用背光源部11的情況下類似的效果(高正面亮度和寬視角)。
除了LED和冷陰極管，可以對背光源部11采用任何類型的光源(例如，氙管)。
然而，優(yōu)選的布置背光源部11(或光源)的方式是，將從背光源部11發(fā)出的具有低方向性的光的方向設為Y方向。
在本實施例中，如圖5所示，雙凸透鏡陣列31的各個雙凸透鏡31a的焦點(即，射束腰部最小處的點)位于液晶層34的像素41處。
然而，如圖11所示，可以將雙凸透鏡31a的會聚角設為25°的方式，使雙凸透鏡31a的焦距接近雙凸透鏡陣列31一側(即，焦距可以被縮短)。
當如此設置焦點，并使雙凸透鏡陣列31一側上的TFT基板33的厚度保持300μm時，正面亮度是傳統(tǒng)擴散型背光源的1.2倍，但是略低于焦點位于液晶層34處的情況下的正面亮度。
即使如此，上述情況的正面亮度仍然高于傳統(tǒng)情況，且液晶面板12的光的方向性(視角)得到了改進，使得其在X和Y方向都為±25°。此外，由于在TFT基板33的厚度保持300μm的同時改進了視角，可以避免液晶面板12的(玻璃)強度的降低。
圖23是表示(i)像素與雙凸透鏡31a的焦點之間的偏差與(ii)正面亮度之間的關系的計算結果的圖示。
要指出的是，用于此計算的液晶面板12是像素間距(像素41的間距)為153×51μm且每個像素41的開口面積比為40％的2.4英寸QVGA面板。在計算中，在每個雙凸透鏡31a的焦距固定在300mm時，TFT基板3的厚度(即，像素41的位置)在300至550μm之間的范圍內變化，并且可以用每個厚度計算出正面亮度。
如該圖所示，在上述配置中，當雙凸透鏡31a的焦點從像素41偏離150mm或更多時，正面亮度顯著降低。
因此，在本顯示裝置中，雙凸透鏡31a的焦點與像素41之間的偏差優(yōu)選地落在TFT基板33厚度的三分之一以內(即，在雙凸透鏡31a與像素41之間距離的三分之一以內)。
雙凸透鏡31a的焦點優(yōu)選地更靠近雙凸透鏡陣列31而不是像素41，但是仍然在上述范圍內。由此，可以進一步加寬Y方向的視角。
本實施例使用的雙凸透鏡的排列方式是，分別是窄的并成型成類似圓柱體的一部分的多個雙凸透鏡31a互相平行地布置。如圖12所示，可以采用包括與液晶層34的像素41一一對應的微尺度(micro-scale)透鏡61(其在X和Y方向都可以收集光)的微透鏡陣列60，來代替這種雙凸透鏡陣列31。
在本實施例中，液晶層34的像素41沿著圖3所示的X方向排成直線。然而，像素41可以如圖13所示沿著X方向以三角形的方式布置。并且，在這種情況下，X方向的像素間距比Y方向的間距短。
在這種三角形排列中，在Y方向，沿X方向的像素行從前述像素行的相鄰像素行偏離開像素間距的一半。由此，在三角形排列中，每隔一行，X方向的像素位置相同(即，每隔一行的像素在Y方向對齊)。如此，在三角形排列中，像素41在X和Y方向對齊。
本顯示裝置被配置成，使得在R、G和B像素41的排列方向(即，X方向)的方向性不同于與前述方向垂直的方向(即，Y方向)的方向性的背光源部11，與雙凸透鏡陣列31(微透鏡陣列60)結合，在這兩個方向的方向性均被加寬。
如果需要保持一個方向的高方向性，采用在X和Y方向的方向性都高的背光源部，并使用雙凸透鏡陣列31(微透鏡陣列60)來加寬一個方向(Y方向)的方向性。
在將上述配置用于移動電話的情況下，可以加寬垂直方向的方向性，而保持水平方向的視角狹窄。這種配置有助于防止用戶以外的人觀看液晶面板12上顯示的圖像。(雖然移動電話的用戶可以觀看圖像，但用戶旁邊的人不能輕易窺視該圖像)。
此外，由于提高了背光源部11中兩個方向上的方向性，正面方向上能夠通過像素41的光的量可以進一步提高。這進一步改進了本顯示裝置的正面亮度。
在本實施例中，本顯示裝置的液晶面板12是半透射型液晶面板。然而，可以采用透射型液晶面板來代替這種半透射型，作為本顯示裝置的液晶面板12。
下面描述了從背光源部11發(fā)出并朝向液晶面板12傳播的光是偏振依賴(polarization-dependent)的情況。例如，文獻4所公開的背光源通過全反射的方式產生平面光。在這種情況下，要發(fā)出的平面光在Y方向是線性偏振的。
在上述情況下，(i)平面光的偏振軸(Y方向)與(ii)液晶面板12的偏振板71的透射軸71a之間的角度(偏振交叉角)，當透射軸71a與Y方向平行時為0°，而當透射軸71a與X軸平行時該角度為90°，(i)和(ii)都在圖14中示出。如圖15(b)所示，從液晶面板12發(fā)出的光的(相對)強度根據(jù)該角度而改變。
因此，在這種情況下，上述偏振交叉角優(yōu)選的是接近0°，以盡可能大地提高從液晶面板12發(fā)出的光的強度。
并且，例如，偏振交叉角優(yōu)選的是在±20°的范圍內。這使得發(fā)射光的強度為最大值(在偏振交叉角為0°的情況下)的大約百分之幾，由此可以抑制強度的降低。
如果不能容易地使液晶面板12的偏振板71的透射軸71a的方向接近Y方向，優(yōu)選的是，在液晶面板12和背光源部11之間插入1/2波長板(或另一種類型的偏振旋轉元件)。由此，可以自由旋轉從背光源部11發(fā)出的光的偏振軸(例如，旋轉90°)。這樣使得可以容易地使透射軸71a的方向接近Y方向。
現(xiàn)在，下面將描述如何制造本顯示裝置的液晶面板12中設置的雙凸透鏡陣列31。
圖16(a)-16(d)是表示雙凸透鏡陣列31的制造方法的截面圖。
首先，如圖16(a)所示，制備液晶面板，其中液晶層34被夾在基板32和33之間。
在TFT基板33的液晶層34一側，設置下述電路元件對應于以矩陣方式設置的像素的像素電極；連接到各個像素電極的TFT；和柵極總線、源極總線等等。要指出的是，圖中沒有示出這些元件。
同時，在反向基板32的液晶層34一側，根據(jù)液晶層34中像素41的位置設置R、G和B濾色片和反向電極。如圖16(a)所示，在Y方向，成直線地形成具有單一顏色(在圖16(a)中為B)的濾色片104B。在這些濾色片之間，設置光屏蔽層BM(黑色矩陣)。
注意，在下文中，其上形成濾色片104B的像素41被稱作“像素41B”。
如圖16(b)所示，在液晶面板12的TFT基板33的表面上涂布光固化樹脂，從而形成光固化樹脂層105。這種光固化樹脂層105對波長為380nm至420nm的光敏感。
注意，為了促進光固化樹脂層105與TFT基板33之間的粘合性質，優(yōu)選地，例如，通過在涂布光固化樹脂之前在玻璃表面上涂布硅烷偶聯(lián)劑來改良TFT基板33的玻璃表面。
然后，如圖16(c)所示，從反向基板32一側，以掃描方式施加用于曝光的光106(波長在380nm至420nm的范圍內)。因此，光固化樹脂層105被暴露在這種光106下。進行這種曝光的方式是，使得形成的曝光部分在與每個像素41成直線的Y方向具有大曲率，但是在X方向沒有曲率。(該曝光步驟將在下面描述。)隨后，如圖16(d)所示，使已經曝光的光固化樹脂層105顯影(develop)，以去除未固化部分(即，未曝光的部分)。這樣形成雙凸透鏡陣列31(顯影步驟)。
在顯影步驟后，優(yōu)選的是，通過向雙凸透鏡陣列31施加光106，使光固化樹脂的固化被進一步凝結，以使樹脂近乎完美地固化。這時，可以在光固化的同時執(zhí)行熱固化。
下面將詳細描述上述的曝光步驟。
圖17是表示濾色片104R、104G和104B的光譜透射率特性的圖示。要指出的是，濾色片104R和104G分別是紅色和綠色濾色片。如該圖所示，濾色片104R和104G幾乎不允許波長約為400nm的光通過。
同時，如上所述，光固化樹脂層105是對波長為380至420nm的光敏感的光敏材料層，因此，光106具有該波長范圍。因此，這種光106不能通過像素41R和41G，只能通過像素41B。
在曝光步驟中，如圖19所示，改變已經通過像素41B的光的入射角，使像素41R和41G上的光固化樹脂曝光，從而在TFT基板33的整個顯示區(qū)上形成雙凸透鏡陣列31。
下面描述使用由上述材料制成的光固化樹脂層105的原因。光敏材料通常吸收該材料對其敏感的光。因此，在雙凸透鏡陣列31是由對紅光或綠光敏感的光敏材料制成的情況下，雙凸透鏡陣列31吸收一部分紅光或綠光。這損害了顯示的顏色再現(xiàn)。
同樣，在雙凸透鏡陣列31是由對藍光(波長為380至420nm)敏感的光敏材料制成時，雙凸透鏡陣列31吸收一部分藍光。然而，這不會顯著影響顏色再現(xiàn)。
特別地，例如，在使用LED光源作為諸如移動電話、PDA和數(shù)位相機的液晶顯示裝置的背光源的光源時，發(fā)射光譜為大約420mm或更長，如圖18所示。如果采用這種光源，可以通過采用由對波長為380至420nm的光敏感的光敏樹脂制成的雙凸透鏡陣列31，來有效抑制對顏色再現(xiàn)的損害。
注意，一般而言，幾乎沒有濾色片(著色劑和顏料)允許波長小于380nm的光(即，紫外光)通過。因此，為了使用紫外光，必須在如上所述形成濾色片之前施加光。
可以用如下方式來制造諸如雙凸透鏡陣列31的微透鏡陣列。
圖20(a)-20(c)和21(a)-21(c)示出了(兩種)制造包括微透鏡的反向基板(即，帶有透鏡的反向基板)的方法。
要指出的是，微透鏡陣列是整齊地對齊的一組微透鏡。
圖20(a)-20(c)所示的第一種制造方法包括下列步驟(1-1)至(1-3)。
(1-1)將玻璃基板上的光致抗蝕劑層形成圖案(圖20(a))。
(1-2)加熱形成圖案的抗蝕劑層使其熔化，從而形成微透鏡形式的抗蝕劑層(圖20(b))。在使用透明的光致抗蝕劑的情況下，可以使用這種光致抗蝕劑作為微透鏡。
(1-3)與微透鏡形狀的抗蝕劑層一起，對玻璃基板進行干蝕刻。由此，在玻璃基板背面蝕刻抗蝕劑層的形式，從而形成微透鏡陣列基板(圖20(c))。
圖21(a)-21(c)所示的第二種制造方法包括下列步驟(2-1)至(2-3)。
(2-1)通過例如電子束曝光的方式，使玻璃基板上的光致抗蝕劑層形成圖案，從而形成微透鏡形狀的抗蝕劑層。該抗蝕劑層被用作主模(圖21(a))。
(2-2)使用該主模，通過例如電鍍的方式形成金屬壓模(圖21(b))。
(2-3)使用這種金屬壓模，微透鏡的形狀被轉移到玻璃基板上，從而形成微透鏡陣列基板(圖21(c))。
可替代地，可以如下方式形成微透鏡，將光敏材料涂布到液晶顯示設備的表面，并如圖22所示通過掩模執(zhí)行曝光。
在本實施例中，顯示面板21上的像素41沿X和Y方向對齊。
可替代地，從背光源發(fā)出的光的方向性降低的方向，可以與像素之間間距比較短的方向(例如，K方向)一致。在這種情況下，與K方向垂直的方向(即，在L方向)的像素間距優(yōu)選地比K方向的像素間距長。在這種情況下，通過提高從背光源發(fā)出的光在L方向的方向性，可以提高本顯示裝置的視角和正面亮度。
因此，可以重新描述本發(fā)明的顯示裝置如下本發(fā)明的顯示裝置通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，本發(fā)明的顯示裝置可以配置成使得顯示面板包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括一組與像素對應的微透鏡，沿第一方向的顯示面板上的像素間距長于沿第二方向的像素間距，并且沿第一方向傳播的光的方向性高于沿第二方向傳播的光的方向性。
如上所述，本發(fā)明的顯示裝置(即，本顯示裝置)通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，顯示面板包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括與像素對應的一組微透鏡，顯示面板上的像素以矩陣方式沿著第一方向和與第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素間距長于沿第二方向的像素間距，并且沿第一方向傳播的光的方向性高于沿第二方向傳播的光的方向性。
本顯示裝置是利用從作為內部光源的背光源發(fā)出的光來再現(xiàn)圖像的非自發(fā)光顯示裝置。
也就是說，在本顯示裝置中，從背光源發(fā)出的光被施加于顯示面板上，顯示面板包括以矩陣方式有序布置的像素，并且與要顯示的圖像(包括文本)對應的驅動信號(驅動電壓)被單獨施加到各個像素。
由此，改變顯示面板上各個像素的透射率，從而部分調制顯示光的強度。這種配置使顯示面板能夠在其上再現(xiàn)圖像。
在本顯示裝置中，如果顯示面板上像素的排列方向為第一方向和第二方向(與第一方向垂直)，則沿一個方向(下文稱作第一方向)的像素間距長于沿第二方向的像素間距。
特別地，本顯示裝置的配置方式是，背光源向顯示面板施加其在第一方向的方向性高于第二方向的方向性的光。
要指出的是，方向性是指從背光源部向顯示面板發(fā)射出的光向特定方向的定向程度。光的這種方向性可以表示成發(fā)射光的強度分布(光分布)中的強度半寬角(在該角度下，強度是最大值的一半)。半寬角越窄，方向性越高，且光越類似平行光(在下面描述)。
在從背光源接收光的一側的表面上，本顯示裝置的顯示面板設置有包含多個微透鏡的微透鏡陣列。每個微透鏡被設計成，使得其焦點在顯示面板的像素附近。
微透鏡的焦點是當平行光進入微透鏡時，出射光的寬度最小處的點(即，射束腰部最小處的點)。平行光是沿垂直于微透鏡表面(即，顯示面板的表面)的方向傳播的光。
因此，在本顯示裝置中，進入微透鏡的平行光以在像素附近聚焦的方式被折射。在通過像素后，光發(fā)生擴散，使得其方向性(視角)加寬。
在像素間距長的情況下，微透鏡對光的收集特別有效。也就是說，在第二方向(沿著該方向的像素間距比第一方向的間距短)，微透鏡的會聚角小，因此在該方向上的光收集是低效的。
在本顯示裝置中，在第一方向(沿著該方向，微透鏡有效(即，像素間距長))，提高從背光源發(fā)出的光的方向性，使得該光接近平行光。在通過像素后，用微透鏡使光擴散。
同時，在第二方向(沿著該方向，微透鏡是低效的(即，像素間距短))，保持從背光源發(fā)出的光的低方向性(即，將擴散角設成很大)，從而在光到達微透鏡之前使光的視角加寬。
使用上述配置，本顯示裝置的顯示面板的視角在第一和第二方向都很寬。
在本顯示裝置中，通過提高從背光源發(fā)出的光在第一方向的方向性來改進正面亮度。并且，由于方向性的提高，微透鏡收集已經被BM等等阻擋的光并使其通過像素孔(光可通過處的像素部分)，從而提高可通過像素的光的量。
因此，在本顯示裝置中，顯示面板的正面亮度優(yōu)于傳統(tǒng)顯示裝置的正面亮度，在傳統(tǒng)顯示裝置中，從背光源發(fā)出的光的方向性低。并且，在微透鏡收集的各組光中，在微透鏡末端附近進入的光被微透鏡折射并收集。因此，在本顯示裝置中，在寬視角(方向性)范圍內改進了亮度。
如果在本顯示裝置中沒有設置微透鏡，正面方向的亮度仍然能得到改善，因為從背光源發(fā)出的光的方向性在第一方向很高。然而，在第一方向，顯示面板的視角非常窄。
在本顯示裝置中，優(yōu)選的是，沿第一方向傳播的光的強度半寬角不超過±20°。
從背光源發(fā)出的光(即，其方向性沒有被提高的光)通常具有在±20°至±30°之間范圍內的強度半寬角。因此，在光的方向性為±20°或更低的方向，優(yōu)選地通過微透鏡來加寬光的方向性。
當顯示面板支持彩色圖像再現(xiàn)時，顯示面板具有不同類型的像素(例如，R、G和B)行。在這種情況下，由于沿著這些行的排列方向的像素間距很短，所以優(yōu)選的是，將這些行的排列方向設為第二方向。
可以采用雙凸透鏡陣列作為上述的微透鏡陣列。該雙凸透鏡陣列包括多個雙凸透鏡，該多個雙凸透鏡是分別可以收集沿一個方向傳播的光的微透鏡。
雙凸透鏡在制造的簡易性和成本方面優(yōu)于可以收集沿多于一個方向傳播的光的微透鏡。因此，采用雙凸透鏡可以限制本顯示裝置的制造成本。
注意，當采用雙凸透鏡時，雙凸透鏡收集光的方向優(yōu)選的是與上述的第一方向平行。
在本顯示裝置中，沿第一方向，每個微透鏡的會聚角優(yōu)選的是在20°至30°之間的范圍內。由此，適當?shù)卦O定顯示面板的視角。
如果在沿像素間距的縱向方向收集光的方向的透鏡直徑為D，且焦距為f，則微透鏡的會聚角θ可以用下式表示θ＝tan-1(D/(2×f))微透鏡陣列通常被設置在顯示面板的玻璃基板上。因此，已經通過微透鏡的光隨后通過玻璃(其折射率為n)。在這種情況下，會聚角被表示如下θ＝tan-1(D·n/(2×f))(在該等式中，f表示玻璃中微透鏡的焦距)在本顯示裝置中，微透鏡的焦點在顯示面板的像素附近。更具體地，微透鏡的焦點與像素之間的偏差優(yōu)選地在不超過微透鏡與像素之間距離的三分之一的范圍內。如果上述偏差在此范圍內，可以防止本顯示裝置的正面亮度明顯降低。
微透鏡的焦點優(yōu)選的是更接近微透鏡而不是像素，同時偏差在上述范圍內。由此，可以在使玻璃基板的厚度被保持在一定水平的同時，在前述方向加寬顯示面板(本顯示裝置)的視角，從而既實現(xiàn)玻璃的方向性又實現(xiàn)玻璃的強度。
可以通過下列步驟(a)-(c)來制造本顯示裝置的微透鏡(a)向顯示面板的表面(該表面在背光源一側)涂布光敏樹脂的步驟，其中光敏樹脂是微透鏡的材料；(b)通過顯示面板的像素孔使光敏樹脂材料曝光的步驟；和(c)使已經經過曝光的光敏樹脂材料顯影的步驟。
如此，通過采用像素的自配準的方法，可以以低成本簡單地制造透鏡。這使得本顯示裝置的制造成本降低。
在本顯示裝置中，在第一和第二方向，可以將從背光源發(fā)出的光的強度半寬角設為比較小的值(不超過±20°)。
在這種情況下，從背光源發(fā)出的光在第一和第二方向都具有高方向性。這使得在第二方向(沿著該方向，微透鏡的會聚角窄)的視角變窄。
在將上述配置用于移動電話的情況下，可以在保持水平方向的窄視角的同時加寬在垂直方向的方向性。這種配置有助于防止用戶以外的人觀看顯示面板上顯示的圖像。(雖然移動電話的用戶可以觀看圖像，但用戶旁邊的人不能輕易窺視該圖像)。
此外，由于提高了從背光源發(fā)出的光在兩個方向的方向性，可以進一步提高沿正面方向傳播的并能夠通過像素的光的量。這進一步改進了本顯示裝置的正面亮度。
顯示面板通常設置有線性偏振板。同時，從背光源發(fā)出的一種光是線性偏振的(換言之，從背光源發(fā)出的光的線性偏振成分在特定方向很大)。在這種情況下，進入線性偏振板的光的主偏振方向(上述的特定方向)優(yōu)選地被配置成與偏振板的透射軸平行。這進一步改進了本顯示裝置的顯示亮度。
更具體地，線性偏振板的透射軸與主偏振方向之間的偏振交叉角優(yōu)選的是不超過±20°的范圍。
這將發(fā)射光的強度降低限制成約為最大值(在偏振交叉角為0°的情況下)的百分之幾。此外，從背光源發(fā)出的光的主偏振方向可以與第二方向平行。
可以通過調節(jié)線性偏振板與背光源的相對位置，或者在液晶面板和背光源之間插入1/2波長板(或另一種類型的偏振旋轉元件)，使進入線性偏振板的光的主偏振方向與偏振板的透射軸平行。
使用偏振旋轉元件，可以使從背光源發(fā)出的光的主偏振方向旋轉所需的方向。這可以容易地使主偏振方向接近線性偏振板的透射軸方向。
當采用液晶面板作為本顯示裝置的顯示面板時，本顯示裝置可以作為正面亮度高且視角寬的液晶顯示裝置。
可以適當?shù)夭捎眠@種液晶顯示裝置作為諸如移動電話、PDA(個人數(shù)字助理)、數(shù)碼相機、液晶顯示單元和液晶電視的電子設備的顯示屏。
在下述液晶面板的情況下——在該液晶面板中，微透鏡的形成是通過在向顯示面板發(fā)射光的背光源部的顯示面板一側的表面上，粘合允許從背光源發(fā)出的并在一個方向振動的線性偏振光通過的偏振板，當偏振板與玻璃基板粘合在一起時，各個微透鏡的透鏡部分被掩埋在涂布到偏振板上的粘合劑下面，因此難以簡單地將背光源部與玻璃基板粘合。因此，由于微透鏡表面上的反射而發(fā)生光損耗。然而，如果，例如，將偏振板與用于背光源的棱鏡片的表面粘合，棱鏡片上的反射降低，因此可以阻止上述的光損耗。
本發(fā)明的顯示裝置通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，其可以配置成使得顯示面板包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括與像素對應的一組微透鏡，顯示面板上的像素以矩陣方式并沿著第一方向和與該第一方向垂直的第二方向布置，并且沿第一方向的像素間距長于沿第二方向的像素間距，顯示面板上的像素以矩陣方式沿著第一方向和與第一方向垂直的第二方向布置，沿第一方向的像素間距長于沿第二方向的像素間距，光的強度半寬角在第一方向和第二方向不超過±20°，并且微透鏡陣列收集沿第一方向傳播的光。
在這種情況下，從背光源發(fā)出的光在第一方向和第二方向都具有高方向性。因此，可以使第二方向(沿著該方向，微透鏡的會聚角窄)的視角變窄。
因此，例如，當將這種配置用于移動電話時，可以在保持水平方向的窄視角的同時加寬垂直方向的視角。這種配置有助于防止用戶以外的人觀看顯示面板上顯示的圖像。(雖然移動電話用戶可以觀看圖像，但用戶旁邊的人不能輕易窺視該圖像)。
此外，由于提高了從背光源發(fā)出的光在兩個方向的方向性，可以進一步提高沿正面方向傳播并能夠通過像素的光的量。這進一步改進了本顯示裝置的正面亮度。
可以如下重新描述上述說明在背光源部11中，從光源(LED 21)發(fā)出的光反復發(fā)生全反射，并通過光波導管22傳播，并且在設置于發(fā)光側上的微粒型MD上入射的光主要是從光波導管22發(fā)出的。
可以以下述第一至第十二個圖像顯示裝置來重新描述本發(fā)明。第一顯示裝置包括平面光源，其包括光源和傳播光源發(fā)出的光并使該光從光出射表面出射到外部的光波導管；圖像顯示設備，通過調制離開光波導管的光出射表面的光，在該圖像顯示設備上顯示圖像；設置在圖像顯示設備的平面光源一側上并將光聚集在圖像顯示器的像素孔上的微透鏡，這些像素孔與微透鏡相對應，該第一圖像顯示裝置被配置成使得從平面光源發(fā)出的光在(i)圖像顯示設備的多色像素的排列方向和(ii)與方向(i)垂直的方向之間的方向性不同，并且在方向(ii)的方向性高于在方向(i)的方向性。
一般而言，如圖3所示，直觀式液晶顯示設備(在該顯示設備中，與R、G和B對應的像素(即，RGB像素)以條狀方式排列)被配置成，使得沿這些像素(41)的排列方向與R、G和B對應的三個像素被視為一組。因此，這些像素的組的間距(x)和與像素排列方向垂直的方向的像素間距(y)相同。因此，沿RGB像素的排列方向的像素間距是沿與RGB像素的排列方向垂直的方向的像素間距(y)的三分之一。并且，當像素以三角形方式布置時，沿RGB像素的排列方向的像素間距比與RGB像素的排列方向垂直的方向的像素間距短。
當在這些像素中的每個上設置微透鏡時，透鏡具有矩形形狀(即，透鏡在與像素排列方向垂直的方向具有較長的邊)，使得在圖3所示的Y方向的會聚角比X方向的會聚角寬。因此，在Y方向，已經通過像素孔的光以相同的會聚角擴散。同時，由于微透鏡在X方向的會聚角窄，即使在光通過像素孔后，擴散角也不寬。這表明，盡管微透鏡加寬了Y方向的方向性(視角)，但微透鏡在X方向的方向性(視角)不會加寬。因此，來自光源的光在Y方向的方向性被提高，并且其在X方向的方向性被加寬。由此，光在X方向的方向性變窄(提高)，使得背光源的正面亮度得到改進，同時在不會顯著降低正面亮度的情況下使通過液晶顯示設備的光在Y方向的方向性(視角)加寬。盡管由微透鏡引起的方向性(視角)加寬效果在X方向不明顯，但入射光的方向性在X方向很寬。因此，由于已經通過液晶顯示設備的光在所有方向都具有寬方向性(視角)，實現(xiàn)了具有非常高的質量(即，亮且具有寬視角)的圖像。
第二圖像顯示裝置與第一圖像顯示裝置相同，除了光源被布置成與圖像顯示設備的多色像素的排列方向平行。例如，在文獻4的側光型背光源中，出射光的方向性在(i)光的傳播方向和(ii)垂直于方向(i)的方向之間不同。如圖6(b)示意性地示出的，在背光源部11中，多個LED 21沿著光波導管22的一側(入射端面)排成一條直線。可以采用冷陰極管來代替LED 21。并且，可以在光波導管22的兩側上都設置LED或冷陰極管。從LED 21發(fā)出并從光波導管22的入射端面進入光波導管22的光，在Y方向通過光波導管22傳播，并從出射面(與圖平行)發(fā)射到顯示面板上。隨后，光在棱鏡片(棱鏡陣列)24中全反射，并射向液晶面板12。
如圖7所示，這種背光源部11在光源排列方向具有寬方向性，而在與垂直于光源排列方向的方向具有高方向性。因此，如關于第一圖像顯示裝置的效果所描述的，如果使方向性寬的方向與RGB像素(像素41)的排列方向平行，由于微透鏡(雙凸透鏡陣列31)，在所有方向都獲得寬方向性(視角)，從而實現(xiàn)具有非常高的質量(亮且具有寬視角)的圖像。
第三圖像顯示裝置與第一圖像顯示裝置相同，除了光源被布置成與圖像顯示設備的多色像素的排列方向垂直的方向。例如，在文獻3的側光型背光源中，出射光的方向性在(i)光傳播方向和(ii)垂直于方向(i)的方向之間不同。
在側光型背光源中，使棱鏡或透鏡陣列的頂端部分與光波導管的發(fā)光側接觸，并且從接觸點獲得光。因此，如圖10(a)-10(c)所示，在光源的排列方向(即，在Y方向)的方向性高，而在垂直于排列方向的方向(即，在X方向)的方向性寬。如對于第一圖像顯示裝置的效果所描述的，如果使方向性寬的方向與RGB像素的排列方向平行，由于微透鏡(雙凸透鏡陣列31)，在所有方向都獲得寬方向性(視角)，從而實現(xiàn)具有非常高的質量(亮且具有寬視角)的圖像。注意，光源可以是窄的冷陰極管或氙管。并且，作為光源，在光波導管的發(fā)光部上設置折射率至少部分匹配的棱鏡或透鏡。
第四圖像顯示裝置與第一至第三圖像顯示裝置中的任意一個相同，除了微透鏡是僅在一個方向收集光的雙凸透鏡，并且雙凸透鏡的縱向與多色像素的排列方向平行。如對于第一圖像顯示裝置的效果所描述的，即使采用在Y和X方向都能收集光的微透鏡，通過微透鏡也不可能使RGB像素排列方向的方向性加寬。因此，這種情況下的效果與采用僅在與RGB像素排列方向垂直的方向收集光的雙凸透鏡的情況幾乎相同。此外，采用雙凸透鏡可以使透鏡易于制造并降低成本。
第五圖像顯示裝置與第一至第四圖像顯示裝置中的任意一個相同，除了微透鏡收集光的至少一個方向在20°≤tan-1(D/(2×f))≤30°的范圍內，假設在沿像素間距的縱向收集光的方向的微透鏡直徑為D，且焦距為f。注意，如果微透鏡的焦距f被定義為玻璃中的距離，則f必須除以玻璃的折射率n。典型的背光源系統(tǒng)的調節(jié)是通過(i)光波導管，其包括以使離開光出射面的出射光組均衡的方式互相遠離的擴散部，和(ii)兩個棱鏡，其垂直于調節(jié)出射光的方向性的擴散板，并且在光通過液晶顯示設備后，光的方向性(視角)在所有方向都在大約±20°至±30°的范圍內。如果為了提高正面方向的亮度，方向性高于上述范圍，則液晶顯示裝置的視角變窄。相反，如果方向性比上述范圍寬，則液晶顯示裝置的視角也加寬，但是亮度降低。如此，這兩種情況都不實用。根據(jù)類似的原因，在采用微透鏡時，優(yōu)選的是，以使光的方向性保持在上述范圍內的方式調節(jié)透鏡，由此平衡亮度和視角。
根據(jù)透鏡的直徑D和透鏡的焦距f(焦點通常設定在像素孔上)確定微透鏡的會聚角(光的擴散角)。圖9示出了微透鏡的會聚角與方向性(半寬角)之間的關系。如果會聚角tan-1(D/2f)在±20°至±30°的范圍(注意，盡管這個范圍大致精確，但由于像素孔形狀之類的原因會產生小的偏差)內，則方向性保持在上述范圍內。要指出的是，方向性是指，從發(fā)光系統(tǒng)發(fā)出的光向特定方向的定向程度。例如，上述范圍是用發(fā)射光的強度分布(光分布)中的強度半寬角表示的。半寬角越窄，方向性越高。焦點不是通過傍軸焦點方式進行光收集的點，而是微透鏡收集的光的射束腰部最小處的點。如果，即使光從背光源進入透鏡，也無法確定射束腰部的位置，焦點被設為當平行光進入微透鏡時射束腰部最小處的點。
第六圖像顯示裝置與第一至第四顯示裝置中的任意一個相同，除了微透鏡的焦點(在焦點處射束腰部最小)更靠近微透鏡而不是圖像顯示設備的像素孔。目前用于移動電話、PDA、數(shù)碼相機等的液晶設備的像素間距通常在100-200μm的范圍內。當在具有上述像素間距的面板上設置微透鏡并且微透鏡的焦點被設計成大致位于像素孔處時，如下式所示，在采用具有150μm的像素間距的面板的情況下，即使估計方向性為最窄(20°)，液晶顯示設備的微透鏡一側上的玻璃基板的厚度優(yōu)選地為大約200μm。
會聚角＝tan-1D/2f＝tan-1(150(間距)×1.52(玻璃的折射率)/(2×300(玻璃基板的厚度)))＝20當然，玻璃基板越薄，玻璃的強度就越低。低強度玻璃會在制造液晶顯示設備的步驟中引發(fā)操作問題，并且對實際應用中施加的外力缺乏耐受力。因此，如文獻1所述，以使微透鏡的焦點更靠近透鏡而不是像素孔的方式設定微透鏡的焦距。由此，只有微透鏡的會聚角加寬，且保持一定水平的玻璃基板厚度，從而可以既實現(xiàn)方向性又實現(xiàn)玻璃的強度。
通過文獻3公開的微透鏡形成方法(這種方法，通過采用像素孔的自配準的方式形成微透鏡)制造第七圖像顯示裝置。通過自配準的方法，可以容易地制造對于第四成像裝置的效果所描述的雙凸透鏡，其僅在與RGB像素排列方向垂直的方向收集光。因此，自配準特別適合制造雙凸透鏡，并有助于削減成本。
第八圖像顯示裝置包括背光源，從中發(fā)出在RGB像素排列方向和在與排列方向垂直的方向都具有高方向性的光；和第一至第一圖像顯示裝置之一。當本發(fā)明被用于，例如，通常顯示私密信息的移動電話時，在保持平行方向的方向性窄的同時，可加寬垂直方向的方向性。這仍然使用戶可以適當?shù)赜^看顯示，但用戶旁邊的人不能輕易窺視到該顯示。此外，由于在所有方向都改進了從背光源發(fā)出的光的方向性，背光源的正面亮度得到了進一步提高，因此將實現(xiàn)高強度顯示。
第九圖像顯示裝置與第一圖像顯示裝置相同，除了從平面光源發(fā)出的光是偏振依賴的，并且線性偏振光(其在光的量比較大的方向)可通過設置于圖像顯示器的光入射側上的偏振板。由此，進一步提高了從背光源發(fā)出的光的使用效率，從而獲得可發(fā)出明亮的光的圖像顯示設備。第十圖像顯示裝置與第九圖像顯示裝置相同，除了圖像顯示設備的光入射側上的偏振板允許大部分線性偏振光(其在與多色像素排列方向垂直的方向振動)通過。文獻2公開的背光源是以圖15(a)和15(b)所示的方式偏振依賴的。如果根據(jù)背光源的這種特性設計偏振板，光的使用效率得到改善，從而獲得可以顯示明亮圖像的圖像顯示設備。
第十一圖像顯示裝置與第十圖像顯示裝置相同，除了上述角度的許可范圍不超過±20°。第十二圖像顯示裝置與第十圖像顯示裝置相同，除了在平面光源和偏振板之間設置改變偏振方向的偏振旋轉元件(1/2波長板)，并以允許線性偏振光(其沿著光的量比較大的方向)通過偏振板的方式使線性偏振光的偏振軸旋轉。當偏振板的透射軸不平行于線性偏振光的軸(其沿著光的量比較大的方向)時，波長板使線性偏振光旋轉。由此，從背光源發(fā)出的光的利用效率得到改善，從而獲得可以再現(xiàn)明亮圖像的圖像顯示設備。
在本實施例中，微透鏡被設置在TFT基板33一側上?？商娲?，微透鏡可以設置在反向基板32一側。
在液晶面板不包括微透鏡的情況下，通常可以將偏振板固定到玻璃基板上。另一方面，當在液晶面板中形成微透鏡時，難以將偏振板固定到玻璃基板上。
由此，可以將微透鏡一側上的偏振板固定到用于背光源部11的棱鏡片24上。這使得微透鏡表面上的反射提高，但同時使棱鏡片上的反射降低，因此可以阻止由表面反射引起的光損耗。
在如上描述的本發(fā)明的基礎上，顯而易見，可以以許多方式改變該相同的方法。這種改變不應被視為背離本發(fā)明的精神和范圍，并且對本領域技術人員而言顯而易見的是，所有這樣的修改都應該包含在下面的權利要求的范圍內。
工業(yè)應用性本發(fā)明可用于包括非自發(fā)光顯示面板的裝置，非自發(fā)光顯示面板諸如液晶面板、電致變色顯示面板、電泳顯示面板、toner顯示面板和PLZT面板。
權利要求
1.一種顯示裝置，其通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在所述顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，其中，所述顯示面板包括微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括與所述像素對應的一組微透鏡，所述顯示面板上的所述像素以矩陣方式沿著第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的間距長于沿所述第二方向的所述像素的間距，并且沿所述第一方向傳播的所述光的方向性高于沿所述第二方向傳播的所述光的方向性。
2.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，沿所述第一方向傳播的所述光的強度半寬角不超過±20°。
3.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述微透鏡是分別收集沿所述第一方向傳播的光的雙凸透鏡。
4.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，沿所述第一方向，各個所述微透鏡的會聚角在20°至30°之間的范圍內。
5.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，各個所述微透鏡是與液晶層上的像素一一對應的微型透鏡組，并能夠收集沿所述第一方向和所述第二方向傳播的光。
6.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，各個所述微透鏡的焦點與所述顯示面板上的所述像素之間的偏差在不超過所述微透鏡與所述像素之間距離的1/3的范圍內。
7.如權利要求6所述的顯示裝置，其中，當所述偏差在所述范圍內時，所述焦點更接近所述微透鏡而不是所述像素。
8.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，通過執(zhí)行下列步驟來制造所述微透鏡(a)向所述顯示面板表面涂布光敏樹脂，所述光敏樹脂是所述微透鏡的材料，所述顯示面板的所述表面在背光源一側；(b)通過所述顯示面板的像素孔，使所述光敏樹脂材料曝光；和(c)使已經經過曝光的所述光敏樹脂材料顯影。
9.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述顯示面板設置有線性偏振板，并且從所述背光源發(fā)出的所述光是線性偏振的，并且進入所述線性偏振板的光的主偏振方向與所述偏振板的透射軸平行。
10.如權利要求9所述的顯示裝置，其中，所述主偏振方向與所述第一方向平行。
11.如權利要求9所述的顯示裝置，其中，所述線性偏振板的所述透射軸與所述主偏振方向之間的偏振交叉角不超過±20°的范圍。
12.如權利要求9所述的顯示裝置，其中，在所述顯示面板與所述背光源之間設置有偏振旋轉元件，用于使所述偏振交叉角在所述范圍內。
13.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，使從所述背光源發(fā)出的并沿一個方向振動的線性偏振光通過的偏振板，被固定到所述背光源的表面上，所述表面在顯示面板一側。
14.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述顯示面板是液晶面板。
15.一種電子設備，包括權利要求14所述的顯示裝置。
16.一種顯示裝置，其通過將來自背光源的光施加于顯示面板并控制以矩陣方式設置在所述顯示面板上的像素的光透射狀態(tài)來再現(xiàn)圖像，其中，所述顯示面板包括微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括與所述像素對應的一組微透鏡，所述顯示面板上的所述像素以矩陣方式沿著第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向布置，并且沿所述第一方向的所述像素的間距長于沿所述第二方向的所述像素的間距，沿所述第一方向和所述第二方向的所述光的強度半寬角不超過±20°，并且通過所述微透鏡陣列收集沿所述第一方向傳播的所述光。
17.如權利要求16所述的顯示裝置，其中，所述顯示面板是液晶面板。
18.一種電子設備，包括權利要求16所述的顯示裝置。
全文摘要
在本發(fā)明的顯示裝置中，在像素間距長的方向，從背光源發(fā)出的光的方向性被設得很高，并且通過雙凸透鏡使這種光擴散。如此，在本顯示裝置中，通過提高從背光源發(fā)出的光的方向性，使進入雙凸透鏡的光變成平行光。因此，與背光源發(fā)出的光具有低方向性的顯示裝置相比，可以提高傳播方向可受雙凸透鏡控制的光(即，聚焦在像素上的光)的量。使用這種配置，液晶面板的正面亮度和視角都可以得到提高。
文檔編號G02F1/1335GK1922539SQ200580006008
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2004年2月27日
發(fā)明者中西浩 申請人:夏普株式會社