CN101542365B

CN101542365B - 显示装置

Info

Publication number: CN101542365B
Application number: CN2007800428281A
Authority: CN
Inventors: 渡边寿史; 佐藤孝
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: WO2008062681A1; US20100085511A1; CN101542365A

Abstract

本发明提供显示装置。该显示装置包括：具备以矩阵状排列的多个像素的显示面板(100a)；具备光源(30)和导光板(31)并向前面射出光的照明装置(50)；和配置在显示面板与照明装置之间的多个聚光元件(54a)。从照明装置射出并向聚光元件入射的光的指向性按显示面板面内的位置而不同，从照明装置射出并向聚光元件入射的光中，通过聚光元件之后透过显示面板而用于显示的光的、根据几何光学求得的以显示面板面法线为基准的极角的范围为±ω以下，当使极角为±ω的范围内(∠AOC内)的光通量为Φω时，将与显示面板面的显示区域对应的区域9等分，9个区域的各自的中心的光通量Φω内的最小值为最大值的70％以上。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置，特别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

在非发光型显示装置中，有液晶显示装置、电致发光显示装置、电泳显示装置等，其中，液晶显示装置在例如个人计算机、便携式电话等中被广泛的利用。

液晶显示装置构成为，通过向以矩阵状有规则地排列的像素电极分别施加驱动电压，使像素开口部的液晶层的光学特性变化，显示图像、文字等。在液晶显示装置中，为了个别地控制多个像素，例如在每个像素上均设置有作为开关元件的例如薄膜晶体管(TFT：Thin Filmtransistor)。此外，针对开关元件，设置有用于供给规定的信号的配线。

当在每个像素上设置晶体管时，存在像素的面积减少，亮度降低的问题。进一步，开关元件和配线由于其电性能和制造技术等的制约，难以以一定程度以下的大小形成。例如，光刻法中的蚀刻精度存在1μm～10μm左右的限度。因此，存在以下问题，即，随着液晶显示装置的高精细化、小型化，像素的间距变得越小，则开口率进一步降低，亮度降低。

为了解决亮度低这个问题，有在液晶显示装置与照明装置之间设置聚光元件，使来自照明装置的光聚光至像素的方法。

例如，在专利文献1中公开有一种液晶显示装置，其在具备透过区域和反射区域的半透过型(透过反射两用型)液晶显示装置上，设置有微透镜等聚光元件。

半透过型液晶显示装置在近年来，例如如便携式电话那样，作为在明亮的环境下也能够便利地使用的液晶显示装置被开发而成。半透过型液晶显示装置在一个像素上具有使用来自设置在背面的面状的照明装置(称作“背光源”)的光在透过模式下进行显示的透过区域，和使用周围光进行反射模式显示的反射区域，根据使用环境，能够切换利用透过模式的显示和利用反射模式的显示，或利用这2个显示模式进行显示。

在半透过型液晶显示装置中，因为必须一定程度地较宽地确保反射区域，所以存在透过区域相对于像素的面积比率降低，透过模式下的亮度降低的问题。

于是，在专利文献2中公开有以下方法，其在配置于背光源侧的基板上设置有具有开口部的反射板和微透镜等聚光元件的半透过型液晶显示装置中，将反射板和微透镜配置在基板的同一面侧且液晶侧，由此，使入射微透镜的来自背光源的光以高效率聚光至设置在反射板上的开口部。

此外，在专利文献3中公开有以下方法，其使微透镜的底边为圆形或六边形，以千鸟格子状(锯齿状)排列微透镜和像素的透过区域，并使微透镜和像素的透过区域以1∶1对应，并且以微透镜的焦点位于像素的透过区域的中心的方式配置，由此，能够提高微透镜的聚光效率(从照明装置入射的光的利用效率)。

为了使用聚光元件高效率地聚光，优选使从照明装置射出且入射聚光元件的光的平行度(也称为“指向性”)较高。但是，在中小型的液晶显示装置、特别是装载在移动设备上的液晶显示装置中，为了实现薄型轻量化，使用所谓的边光型的背光源，难以获得平行度高的光。边光型的背光源构成为，包括导光板和向导光板的侧面射出光的光源(发光二极管、荧光管等)，在反复进行全反射的同时在导光板内传播的光一部分向显示面板侧射出。为了使在导光板内传播的光向显示面板侧射出，在导光板上形成有凹部或凸部。当在导光板内传播的光入射凹部或凸部时，被凹部或凸部的斜面(导光板与外部的界面)反射，行进方向被改变，该光的一部分相对于导光板的出射面(显示面板侧的主面)以比临界角小的角度入射，结果，向导光板外射出。而且，为了使从导光板的背面射出的光再次入射导光板，也有在导光板的背面设置反射层的情况。

在专利文献4和非专利文献1中，记载有能够射出指向性高的光的边光方式的背光源。但是，从记载在这些文献中的边光型的背光源射出的光的指向性虽然比其之前的方式高，但是不能够获得在例如投影型液晶显示装置中使用的光源那样的高的指向性(例如，半值宽度为±2°)。此外，存在从背光源射出的光的指向性根据方位(液晶面板面内的方位)而不同的问题。例如，在非专利文献1所记载的背光源中，亮度的角度分布(极角)，与在作为以配置在导光板的侧面的光源为中心的圆的半径方向的Y方向上相比，在与Y方向正交的X方向更小。例如，X方向的亮度的半值宽度为约±3°，与此相对，Y方向的亮度的半值宽度为约±15°。

本申请人在专利文献5中公开了一种在使用如非专利文献1中记载的射出根据方位而指向性不同的光的背光源的显示装置中，用于使通过像素的光量增加(提高显示亮度)的结构。具体而言，公开有以下结构，即，配置聚光元件，使得收聚点相比于显示介质层更位于观察者侧，由此，与在显示介质层的背光源侧的面(入射侧的面)上形成收聚点相比，能够增大透过光量。

而且，为了参考，在本说明书中引用专利文献4和5、以及非专利文献1的全部公开内容。

专利文献1：日本特开平11-109417号公报

专利文献2：日本特开2002-333619号公报

专利文献3：日本特开2003-255318号公报

专利文献4：日本专利第3151830号公报

专利文献5：日本特开2006-126732号公报

非专利文献1：カランタルカリル等，IDW‘02，第509页～512页。

发明内容

但是，经本发明人的研究得知，在使用非专利文献1和专利文献4所记载的高指向性的边光型背光源和聚光元件的显示装置中，存在亮度的面内分布变得不均匀的问题。现有技术中，对用于使从边光型背光源射出的亮度的面内分布均匀的结构进行了多种研究，只要为了使显示面板的正面亮度的面内分布均匀，使与显示面板面内的位置对应的照明装置的各位置的峰值亮度为一定，但是在具备聚光元件的显示装置中，在通过聚光元件使从照明装置射出的光折射，并聚光至像素的开口部的原理上，因为显示面板的亮度分布与照明装置的亮度分布不同，所以即使使用被这样调整后的照明装置，具备聚光元件的显示装置的亮度的面内分布也不会均匀。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其主要目的在于使具备高指向性的边光型背光源和聚光元件的显示装置的亮度的面内分布均匀。

本发明的显示装置的特征在于，包括：具备以矩阵状排列的多个像素的显示面板；照明装置，其从背面向上述显示面板照射光，具备光源和接收来自上述光源的光的导光板，向前面射出光；和配置在上述显示面板与上述照明装置之间的多个聚光元件，从上述照明装置射出并向上述多个聚光元件入射的光的指向性按上述显示面板面内的位置而不同，使从上述照明装置射出并向上述多个聚光元件入射的光的以上述显示面板面法线为基准的极角为±15°的范围内的光通量为Φ₁₅，将与上述显示面板面的显示区域对应的区域9等分，9个区域的各自的中心的光通量Φ₁₅内的最小值为最大值的70％以上。

在一个实施方式中，从上述照明装置射出并向上述多个聚光元件入射的光的指向性依赖于上述显示面板的面内的方位而不同。

在一个实施方式中，上述导光板在其背面具有以上述光源为中心的同心圆状地配置的凹部(线状的槽或被离散地设置的凹陷)或凸部(线状的山或被离散地设置的突起)，从上述照明装置射出并向上述多个聚光元件入射的光的指向性，与作为以上述光源为中心的圆的半径方向的Y方向相比，在与Y方向正交的X方向上更小。

在一个实施方式中，上述照明装置还具有配置在上述导光板的前面的棱镜片，上述棱镜片具有以上述光源为中心的同心圆状地配置的凹凸图案。

使从某照明装置射出并向上述多个聚光元件入射的光的峰值亮度为Lp，将与上述显示面板面的显示区域对应的区域9等分，9个区域的各自的峰值亮度内的最小值不到最大值的70％。

在一个实施方式中，上述多个聚光元件相对于上述显示面板的上述多个像素，一对一对应地配置。

在一个实施方式中，上述显示面板具有第一基板、第二基板和设置在第一基板与第二基板之间的液晶层，第一基板配置在液晶层的照明装置侧，第二基板配置在液晶层的观察者侧，上述多个像素分别具有利用从上述照明装置入射的光以透过模式进行显示的透过区域、和利用从观察者侧入射的光以反射模式进行显示的反射区域，上述第一基板在上述液晶层侧具有规定上述透过区域的透明电极区域和规定上述反射区域的反射电极区域，上述多个聚光元件分别与上述多个像素各自的上述透过区域对应地配置。

利用本发明，能够使具备高指向性的边光型背光源和聚光元件的显示装置的亮度的分布均匀。

附图说明

图1是示意地表示基于本发明的实施方式的半透过型液晶显示装置100的立体图。

图2是示意地表示从高指向性的边光型背光源射出的光经微透镜向显示面板100a入射的情况的图。

图3是示意地表示液晶显示装置100中的微透镜54a和聚光点的中心41C与对应的透过区域Tr的位置关系的一例的平面图。

图4是示意地表示适当地用于液晶显示装置100的高指向性的边光型的背光源40的结构的立体图。

图5是沿着适当地用于液晶显示装置100的高指向性的边光型的背光源40的图4中的X1、X2和X3的线的示意的截面图。

图6(a)是示意地表示从背光源40射出的光的亮度分布的图，(b)是用于说明从背光源40射出的光的角度分布的示意图，(c)是表示对从背光源40射出的光的亮度的面内分布进行测定的点的示意图。

图7是表示用于实施例的液晶显示装置100的背光源40的亮度分布的测定结果的图。

图8(a)是用于对在基于本发明的实施方式的液晶显示装置中使用的背光源的亮度的面内分布进行说明的图，(b)是用于说明现有的背光源的亮度的面内分布的图。

图9(a)～(c)是用于对用于获得在基于本发明的实施方式的液晶显示装置中使用的背光源的面内亮度分布的方法进行说明的示意图。

符号的说明

10第一基板(TFT基板)

11第二基板(彩色滤光片基板)

13透明电极

15反射电极

23液晶层

33透明电极区域

35反射电极区域

41光

50照明装置

54微透镜阵列

54a微透镜

100a显示面板

100半透过型液晶显示装置

Tr透过区域

Rf反射区域

Px像素

具体实施方式

参照附图，对基于本发明的实施方式的显示装置进行说明。以下，以具有以透过模式进行显示的透过区域和以反射模式进行显示的反射区域的半透过型液晶显示装置为例，对基于本发明的实施方式的液晶显示装置进行说明，但本发明不限于此，在至少能够以透过模式进行显示的显示装置中也能够广泛地应用。

[液晶显示装置]

图1是示意地表示本实施方式的半透过型液晶显示装置100的立体图。如图1所示，半透过型液晶显示装置100具有：照明装置(未图示)；设置有以矩阵状排列的多个像素Px的显示面板100a；和设置在照明装置与显示面板100a之间的聚光元件组54。

显示面板100a具有：配置在照明装置侧的有源矩阵基板等第一基板10；配置在观察者侧的彩色滤光片基板等第二基板11；和设置在第一基板10与第二基板11之间的液晶层23。

第一基板10具有：透过从照明装置射出的光41的透明电极区域33(参照图2)；和反射从第二基板11入射的光(周围光，未图示)的反射电极区域35(参照图2)。第一基板10具有设置在液晶层23侧的透明电极13和反射电极15(参照图2)，反射电极区域35由反射电极15规定，透明电极区域33在形成有透明电极13的区域内作为与反射电极15的开口部对应的区域而被规定。透明电极13也可以仅设置于透过电极区域，但是如例示那样，也可以设置在像素内的几乎整个面内，由此，能够获得能够稳定地进行之后的处理的优点。

显示面板100a还具有包含未图示的红(R)彩色滤光片、绿(G)彩色滤光片和蓝(B)彩色滤光片的彩色滤光片层，上述R、G和B彩色滤光片例如以条状排列。在行方向上相邻的3个像素Px与上述彩色滤光片对应地分别射出R、G和B颜色的光，由上述3个像素构成一个彩色显示像素。

各像素Px具有进行透过模式显示的透过区域Tr，和进行反射模式显示的反射区域Rf，能够以透过模式和反射模式进行显示。能够以透过模式和显示模式中的任一个模式进行显示，也能够以2个模式进行显示。多个像素Px配置成矩阵状，包含分别射出R、G、B颜色的光的像素。各像素Px由在行方向上延伸的遮光层BL1和在列方向上延伸的遮光层BL2规定。遮光层BL1例如能够由扫描信号线构成，遮光层BL2例如能够由数据信号线构成。

在本说明书中，透明电极区域33和反射电极区域35被定义为TFT基板等有源矩阵基板的区域，像素Px、透过区域Tr和反射区域Rf被定义为半透过型液晶显示装置100的区域。

半透过型液晶显示装置100所具备的聚光元件组54由多个聚光元件54a构成，聚光元件54a相对于各像素Px的透过区域Tr以一对一的方式设置。在本实施方式中，作为聚光元件组54，使用具有多个微透镜(聚光元件)54a的微透镜阵列54。

微透镜阵列54所具有的多个微透镜54a相对于各透过区域Tr一对一地设置，透过微透镜54a的光41在由多个像素的液晶层规定的面(以下，也有称为“像素面”的情况，像素面与基板面平行。)中的聚光点的中心被分别形成在对应的透过区域Tr的液晶层内。

在本说明书中，与光束的截面积为最小的点，即收聚点(例如与微透镜的焦点对应)区别，使用“聚光点”这个词。“聚光点”与像素面中的光的截面轮廓对应，不要求与收聚点一致。此外，“聚光点的中心”是考虑像素面中的光的亮度分布的中心，具有与聚光点的截面轮廓对应的外形，并且，与具有对应于光的亮度分布的密度分布的纸的重心对应。在光的亮度分布相对于聚光点的截面轮廓的几何学的重心对称的情况下，“聚光点的中心”与几何学的重心一致，但是在由于微透镜的像差等的影响而具有非对称的亮度分布的情况下，存在从几何学的重心偏离的情况。

图3是示意地表示液晶显示装置100中的微透镜54a和聚光点的中心41C、与对应的透过区域Tr的位置关系的一例的平面图。多个像素以条状排列，行方向的间距是P1，列方向的间距是P2。在行方向上相邻的3个像素Px分别射出R、G和B颜色的光，由上述3个像素构成1个像素。多个微透镜54a以各自的聚光点的中心41C形成在透过区域Tr内、并且透过区域Tr的中心与聚光点41C的中心大致一致的方式配置。图3表示相对于条状排列的像素，最密地填充排列微透镜的例子。

因为聚光点的中心41C在各像素Px上各形成有1个，所以聚光点的中心41C与聚光点的重心一致。聚光点的中心41C在像素行中以锯齿状配置。分别形成于在行方向上相邻的任意的2个像素Px上的聚光点的中心41C在列方向的位置相互不同，在列方向的位置一致的位置，不存在聚光点的中心41C。这样，通过使与在像素行内相互相邻的像素对应的微透镜的中心(聚光点的中心)在列方向上不同，对于条状排列的像素也能够以最密的填充排列微透镜。

如图3所示，各个聚光点的中心41C以在1个像素行上形成列方向的位置不同的2行的方式锯齿状排列。聚光点的中心41C所形成的各行中的聚光点的中心41C的行方向的间距Mx是2P1，相同像素行内的聚光点的中心41C所形成的2行间距偏离(1/2)Mx(＝P1)。此外，此处，因为像素的列方向的间距P2与聚光点的中心41C的列方向的间距My以满足P2＝2My的关系的方式配置，所以与显示面平行的面内的截面为圆形的微透镜54a为理想的最密填充排列。关于图3所示的微透镜54a，其Mx与My的比满足

Mx : My = 2 : \sqrt{3}

的关系，微透镜阵列平面(与显示面平行的面)内的微透镜54a的填充率为

π \sqrt{3} / 6 = 0.906,

为最大。因此，对从照明装置50向显示面板100a入射的光量的90.6％进行聚光，并能够将其引导至对应的透过区域，用于显示。从而，例如，伴随着液晶面板的高精细化，即使透过区域的面积变小，也能够实现明亮的透过模式显示。或者，为了提高反射模式的亮度，即使在使在像素Px中占有的透过区域的面积比率较小的情况下，也能够实现明亮的透过模式显示。此外，通过透镜的设计，能够不变更形成反射电极和透过电极的面积比率地变更反射模式的显示亮度与透过模式的显示亮度之比。

此外，在液晶显示装置100中，为了提高来自照明装置的光的利用效率，如专利文献5所记载的那样，优选构成为，通过第一基板10的透明电极区域33的光的收聚点相比于液晶层23，形成在观察者侧。

[边光型背光源]

但是，本发明人研究的结果可知，当采用专利文献5所记载的结构时，亮度虽然提高，但是存在亮度的显示面内的分布不能充分变均匀的问题。接着，与现有的高指向性的边光型背光源进行对比，对在本发明的液晶显示装置100中被适当地使用的高指向性的边光型背光源的特征进行说明。

图4和图5是示意地表示适当地用于液晶显示装置100的高指向性的边光型的背光源40的结构的图，图4是背光源40的立体图，图5是沿图4中的X1、X2和X3的线的示意的截面图。其中，因为现有的高指向性的边光型的背光源与背光源40的基本的结构相同，所以为了说明现有的背光源，也参照图4和图5。

背光源40包括光源(例如LED)30；接收来自光源30的光的导光板31；配置在导光板31的背面侧的反射板33；和配置在导光板31的前面侧的棱镜片34。导光板31具有：光出射面(前面)31a，与光出射面31a相对的背面31b，和位于它们之间的至少4个侧面。在一个侧面(光入射面31c)的宽度方向的中央配置有光源30。在导光板31的背面31b形成有以光源为中心的同心圆状地配置的凹部(槽或凹陷)32。此处，虽然表示形成有凹部32的例子，但是不限于凹部，也可以形成凸部。此外，各个凹部32既可以是线状的槽，也可以是离散地设置的凹陷。同样，在为凸部的情况下，也可以是线状的山或离散地设置的突起。当在导光板31内传播的光入射凹部32时，被凹部32的斜面(导光板31与外部的界面)反射而改变行进方向，该光的一部分相对于导光板31的光出射面31a以比临界角小的角度入射，结果，向导光板31外射出。棱镜片34在导光板31的光出射面31a侧的面上具有以光源为中心的同心圆状地配置的凹凸图案(棱镜)35，修正从导光板31的光出射面31a射出的光的角度分布。例如，以使得正面亮度变高的方式修正出射光的角度分布。设置在导光板31的背面侧的反射板33使从导光板31的背面31b射出的光再次向导光板31内入射，有助于提高利用效率。导光板31由丙烯酸等透明材料形成。其中，凹部32和凹凸图案35“同心圆状地配置”是指，各个凹部32和凹凸图案35不是一定需要形成圆，各个凹部32和凹凸图案35也可以是圆的一部分(例如参照专利文献4的图9、图26)。

在具有上述那样的结构的背光源40中，因为从光源30射出并向导光板31入射，在导光板31中呈放射状地传播的光的大部分，垂直地向以光源30为中心以同心圆状地配置的凹部32和棱镜片34的凹凸图案35入射，所以容易有效地向光出射面31a的法线方向射出，虽然不是完全的平行光，但是具有接***行光的指向性(窄的亮度分布)。图6(a)示意地表示从背光源40射出的光的亮度分布。图6(b)是用于说明从背光源40射出的光的角度分布的示意图。

如图6(a)所示，从背光源40射出的光的亮度分布(角度分布)在以光源30的位置为中心的同心圆的半径方向(使其为Y方向。)上广，在与其正交的方向(使其为X方向。)上狭窄。即，显示面板面内的方位在Y方向上平行度较低，在X方向上平行度较高，出射光的指向性依赖于显示面板的面内的方位而不同。

如图6(b)所示，从背光源40的显示面板面内的某一点射出的光的角度分布，通过使极角小的(α)方位和极角大的(β)方位分别为短轴和长轴的椭圆，能够确立特征。图6(a)表示使该椭圆与背光源40的光出射面31a上的位置对应。椭圆的长轴与以光源30为中心的同心圆的半径方向平行(Y方向)，短轴和与之正交的方向平行(X方向)。而且，此处，如图6(b)所示，使与导光板31的光入射面31c平行的方向(图中朝下)的方位角为0°，使逆时针方向为正。因此，由从光源30向光入射面31c引的垂线确定的方位的方位角是90°。

如图6(a)所示，出射光的指向性依赖于显示面板面内的方位而不同，不仅如此，也因显示面板面内的位置而不同(存在面内分布)。即，可知在图6(a)中，随着与光源30相距的距离变长，椭圆的短轴的长度变短，换言之，X方向的指向性变高。该出射光的指向性的位置依赖性(与光源的距离依赖性)基于以下的原因。

随着与光源30相距的距离变长，向导光板31的凹部32、棱镜片34的凹凸图案35入射的光，因为其入射角接近90°的部分增加，所以与其相应地，X方向的指向性变高(半值宽度变窄)。

当从背光源射出的光的指向性不同时，例如峰值亮度(最高亮度)即使相同，聚光元件的聚光效率也存在差异。指向性(平行度)高的光被高效地聚光，与此相对，指向性(平行度)低的光的聚光效率低。因此，由于入射聚光元件的光的指向性的不同，通过聚光元件的光的亮度分布(例如峰值亮度)不同。

根据专利文献5记载的技术，在利用指向性根据方位而不同的光(例如X方向的半值宽度超过±5°，Y方向的半值宽度在5°以上)的情况下，相比于液晶层，将光的收聚点配置在观察者侧，由此，能够使通过像素的光量增加(提高显示亮度)。利用专利文献5记载的技术，虽然能够提高指向性根据方位而不同的光的利用效率，但是不能够消除由于光的指向性根据位置而不同所导致的亮度的面内分布的不均匀性。

关于本发明的实施方式的液晶显示装置100所具备的背光源40，以使得通过聚光元件(微透镜)后的亮度的面内分布变得均匀的方式，调整从背光源40射出的光的亮度分布。具体而言，调整为在背光源40的出射面内，在出射光的平行度低的区域(接近光源30的区域)使亮度较低，在平行度高的区域(远离光源30的区域)使亮度较高。参照图2，以下进行具体的说明。

在图2中，使第一基板10的厚度为d，使从微透镜54a的基板法线方向看时的半径为p，使透过电极区域33为半径r的圆形。微透镜54a以使得从基板法线方向入射的平行光收聚于透过区域33的中心的方式被形成。当然，为了提高光的利用效率，优选采用专利文献5记载的技术，但是在此处为了使说明简单，以上述的方式进行设定。

从上述的高指向性的边光型背光源40射出的光，从基板法线方向以若干的扩展(由极角表示)向微透镜54a入射，因此，入射微透镜54a的光以透过区域33的中央为中心，具有一定扩展地被聚光。

在图2中，光线41a是通过微透镜54a的边缘O，朝向透过区域33的边缘F行进的光。光线41b是通过微透镜54a的边缘O，朝向透过区域33的中心E行进的光。光线41c是通过微透镜54a的边缘O，朝向透过区域33的边缘D行进的光。

根据几何光学，从图2可知，在使用微透镜54a的液晶显示装置100中，通过微透镜54a后透过透过区域33而被用于显示的光，是从背光源40射出的光中以∠AOC内的角度射出的光。因此可知，在使用聚光元件的显示装置中，为了使亮度的面内分布均匀，以基板法线方向为中心，使在∠AOC***出的光的亮度的面内分布均匀即可。现有技术中，主要为了使显示面板的正面亮度均匀，使与显示面板面内的位置对应的照明装置的各位置的峰值亮度均匀，因此，设置有聚光元件的显示装置的亮度的面内分布不可能均匀。

而且，当使第一基板的折射率为n时，根据几何光学，∠AOC能够通过以下的式(1)近似地进行计算。

此外，从背光源射出并向聚光元件入射的光的扩展的程度，能够由以显示面板面法线为基准的极角表示。也有将∠AOC表示为2ω(或±ω)的情况。此处，使ω的单位为[°(度)]。

特定的极角的范围内的光的强度以光通量(luminous flux)Φ表示。具体而言，利用亮度计(ELDIM公司EZContrast)测定亮度(luminance)的角度分布，将得到的亮度数据变换成光通量数据(亮度/cosθ×立体角Ω，θ：极角)，求得特定的极角的范围内的光通量Φ。其中，立体角Ω与极角θ具有Ω[sr]＝2π(1-cosθ)的关系。

试制具有上述的结构的液晶显示装置100，以下，对评价亮度的显示面板面内分布所得的结果进行说明。以下表示试制的液晶显示装置的基本结构。

·照明装置：使用1个LED的高指向性的边光型背光源(图4)

·微透镜：折射率1.5，曲率半径60μm，从基板法线方向看时的半径p51μm

·第一基板：折射率1.5(玻璃)，厚度0.12mm

·第二基板：折射率1.5(玻璃)，厚度0.7mm

·像素：行方向的间距51μm，列方向的间距153μm

·透过电极区域：2r＝42μm的圆形(透过电极区域的开口率：约18％)

在具有上述的基本结构的液晶显示装置中，利用几何光学的计算，∠DOF计算出为17°，根据式(1)，能够得到

在实施例的液晶显示装置100中，使用背光源40，该背光源40以使得在以显示面法线为中心的极角为±13°(总共26°)范围***出的光的光通量Φ₁₃在显示面内变得均匀的方式对高指向性的照明装置的光亮度分布进行了调整。此外，在比较例的液晶显示装置中，使用以使得峰值亮度在显示面内变得均匀的方式被调整过的现有的背光源。

将与显示区域对应的区域9等分，测定9个区域的各自的中心的光通量Φ₁₃和峰值亮度，如果各自的最小值为最大值的70％以上则显示面内的均匀性为均匀。70％这个评价基准是通过主观评价而被判断为没有问题的级别，是目前为止的市售品中有实效的级别。

图7表示使用亮度计(ELDIM公司EZContrast)对在实施例的液晶显示装置100中使用的背光源40的亮度分布进行测定所得的结果。如图6(c)示意地所示，将背光源40的出射面的与显示区域对应的区域9等分，测定点a1～a3、b1～b3、和c1～c3是9个区域的各自的中心。在表示亮度分布的各图中，半径方向是极角θ，圆周方向表示方位角。方位角0°的方向是如图6(a)所示，与导光板31的光入射面31c平行的方向。从图7明显可知，各点的亮度的角度分布如上所述具有方位角依赖性，并且具有位置依赖性。例如，观看导光板31的中央部的测定点a2、b2和c2的亮度的X方向的角度分布时，与光源30相距的距离最长的a2处的亮度分布最窄，与光源30相距的距离最短的c2处的亮度分布最广，这2点的中间的b2处的亮度分布具有中间的扩展度。对比较例的背光源也同样地测定亮度分布。将这些结果归纳表示在表1中。此外，表1还一并表示使用各个背光源制作的液晶显示装置(透过带透镜的面板后)的峰值亮度(正面亮度)和全部光通量。

[表1]

其中，表1中的“分布”表示相对于各自的最大值的最小值的百分率。

此外，关于光通量，除了极角为±15°的光通量Φ₁₃之外还表示全部光通量。此处，表示的是光束Φ₁₅，但极角为±13°的光通量Φ₁₃的分布也在70％以上，透过带透镜的面板后的峰值亮度和全部光通量均为70％以上。使射出的光的光通量为一定的极角ω＝∠AOC/2是根据显示面板的开口部(透过区域)的大小和形状以及第一基板的厚度通过式(1)而适当地求取。因此，根据显示面板的规格制作出射光的极角±ω的光通量Φ_ω均匀的背光源即可。但是，因为对各种高指向性的边光型背光源的亮度分布进行研究的结果是，可知如果ω＝15°的光通量Φ₁₅的分布为70％以上，则透过带透镜的面板后的峰值亮度和全部光通量均能够得到70％以上，所以即使不准备严格符合式(1)的背光源，仅通过应用光通量Φ₁₅的分布为70％以上的背光源，也能够得到能够进行比较均匀的亮度的显示的液晶显示装置。这在降低背光源的开发成本方面尤其有利。

首先，关注表1中的比较例。现有的高指向性的边光型背光源以使峰值亮度的面内分布均匀的方式被调整，结果，峰值亮度的面内分布是74％，具有足够的均匀性。但是，透过带透镜的面板后的峰值亮度的分布是41％，全部光通量只得到42％这样低的值，被观察者识别为显示亮度的面内分布的不均匀性。该现有的高指向性的边光型背光源的Φ₁₅的分布为45％这样非常低的值，该不均匀性成为透过透镜后的亮度的不均匀性的原因。

与此相对，观看表1中的实施例可知，边光型背光源的Φ₁₅的面内分布为74％，较高，结果，透过带透镜的面板后的峰值亮度的分布能够得到77％，全部光通量能够得到79％这样非常高的值。这样，通过使边光型背光源的Φ₁₅的面内分布为70％以上，能够使透过带透镜的面板后的峰值亮度的分布和全部光通量为70％以上。这样调整后的边光型背光源的的峰值亮度的面内分布是48％，成为非常小的值。

参照图8(a)和(b)，在概念上说明实施例和比较例的背光源的亮度的面内分布的不同。

如图8(a)示意地所示，在实施例的液晶显示装置中使用的背光源以使得极角为±13°(共26°)以内的光通量Φ₁₃在显示区域内为一定的方式被调整。因此，观察峰值亮度，在接近光源的区域(图6(c)中的c1～c3)中变得较小，在距离光源较远的区域(图6(c)中的a1～a3)中变得较大。另一方面，如图8(b)示意地所示，在比较例的液晶显示装置中使用的现有的背光源使亮度一定。即，在本发明的实施方式的液晶显示装置中使用的背光源与现有的技术常识相反，积极地使峰值亮度不同，通过使峰值亮度随着与光源相距的距离变长而增大，由此初次被获得。

接着，参照图9(a)～(c)，对用于实现表1、表8所示的亮度的面内分布的方法进行说明。其中，在本发明的实施方式的液晶显示装置中使用的高指向性的边光型背光源在亮度的面内分布上有特征，因为作为调整亮度的面内分布的各种方法能够使用公知的方法，所以简单地进行说明。

如图9(a)所示，随着与光源30相距的距离变长，使形成在导光板31的背面的凹部32的图案的密度与现有技术相比急剧增大。即，随着与光源30相距的距离变长，使每单位长度包含的凹部32的个数所增大的程度与现有技术相比更大。

如图9(b)所示，随着与光源30相距的距离变长，使形成在导光板31的背面的凹部32的图案增大。

如图9(c)所示，随着与光源30相距的距离变长，使形成在导光板31的背面的凹部32的光源30侧的倾斜面(作为反射面发挥作用)的倾斜角增大。

当然，也能够任意地组合图9(a)～(c)所示的方法，而且，也可以使导光板31的厚度随着与光源30相距的距离变长而变薄。

产业上的可利用性

本发明能够适当地应用于例如半透过型液晶显示装置等中小型的液晶显示装置中。

Claims

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

具备以矩阵状排列的多个像素的透过型显示面板；

照明装置，其从背面向所述显示面板照射光，具备光源和接收来自所述光源的光的导光板，向前面射出光；和

配置在所述显示面板与所述照明装置之间的多个聚光元件，

所述照明装置是边光型背光源，

从所述照明装置射出并向所述多个聚光元件入射的光的指向性按所述显示面板面内的位置而不同，在所述照明装置的出射面内，出射光在接近所述光源的区域平行度低，在远离所述光源的区域平行度高，从所述照明装置射出的光的亮度分布被调整为：在所述照明装置的出射面内，在出射光的平行度低的所述区域亮度低，在出射光的平行度高的所述区域亮度高，

从所述照明装置射出并向所述多个聚光元件入射的光中，通过所述多个聚光元件之后透过所述显示面板而用于显示的光的、根据几何光学求得的以所述显示面板面法线为基准的极角的范围为±ω以下，当使极角为±ω的范围内的光通量为Фω时，

将所述照明装置的出射面的与所述显示面板面的显示区域对应的区域9等分，9个区域的各自的中心的光通量Фω内的最小值为最大值的70％以上。

2.一种显示装置，其特征在于，包括：

具备以矩阵状排列的多个像素的透过型显示面板；

配置在所述显示面板与所述照明装置之间的多个聚光元件，

所述照明装置是边光型背光源，

使从所述照明装置射出并向所述多个聚光元件入射的光中，通过所述多个聚光元件之后透过所述显示面板而用于显示的光的、根据几何光学求得的以所述显示面板面法线为基准的极角为±15°的范围内的光通量为Ф₁₅，将所述照明装置的出射面的与所述显示面板面的显示区域对应的区域9等分，9个区域的各自的中心的光通量Ф₁₅内的最小值为最大值的70％以上。

3.如权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于：

从所述照明装置射出并向所述多个聚光元件入射的光的指向性，与作为以所述光源为中心的圆的半径方向的Y方向相比，在与所述Y方向正交的X方向上更小。

4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于：

所述导光板在其背面具有以所述光源为中心的同心圆状地配置的凹部或凸部。

5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于：

所述照明装置还具有配置在所述导光板的前面的棱镜片，所述棱镜片具有以所述光源为中心的同心圆状地配置的凹凸图案。

6.如权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于：

所述多个聚光元件相对于所述显示面板的所述多个像素，一对一对应地配置。

7.如权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于：

所述显示面板具有第一基板、第二基板和设置在第一基板与第二基板之间的液晶层，第一基板配置在液晶层的照明装置侧，第二基板配置在液晶层的观察者侧，

所述多个像素分别具有利用从所述照明装置入射的光以透过模式进行显示的透过区域、和利用从观察者侧入射的光以反射模式进行显示的反射区域，所述第一基板在所述液晶层侧具有规定所述透过区域的透明电极区域和规定所述反射区域的反射电极区域，

所述多个聚光元件分别与所述多个像素各自的所述透过区域对应地配置。