專利名稱：顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及顯示器件，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使用由背光單元所發(fā)射的光進(jìn)行顯示操作的不發(fā)光顯示器件。
2.相關(guān)技術(shù)的描述不發(fā)光顯示器件的實(shí)例包括液晶顯示器(LCD)，電致變色顯示器，以及電泳顯示器。在其它裝置中，目前LCD已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)，手機(jī)和許多其它電子設(shè)備。
LCD可設(shè)計(jì)成通過(guò)改變?cè)谒膱D像元件電極開(kāi)孔上的液晶層的光學(xué)性能來(lái)顯示圖像、字符和其它等等，其中圖像元件電極可以采用矩陣圖形有規(guī)則排列并且將驅(qū)動(dòng)電壓施加于這些電極上。同樣，在LCD中，各個(gè)圖像元件都包括一個(gè)作為開(kāi)關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT)，以便于相互獨(dú)立地控制各個(gè)圖像元件。
然而，如果各個(gè)圖像元件都包括一個(gè)晶體管，則各個(gè)圖像元件的區(qū)域就會(huì)減小，并且亮度也會(huì)下降。
另外，從它們的電性能、制造技術(shù)和其它限制條件來(lái)考慮，很難將開(kāi)關(guān)元件和互連的尺寸減小至小于臨界極限。例如，采用光刻工藝所能夠獲得的刻蝕精度通常大約為1μm至大約10μm。因此，隨著LCD的清晰度進(jìn)一步的提高以及隨著其尺寸的進(jìn)一步減小，圖像元件的間距就會(huì)變得越來(lái)越小。其結(jié)果是，孔徑比率進(jìn)一步減小，以及亮度進(jìn)一步下降。
為了能夠克服這一低亮度問(wèn)題，根據(jù)所提出的方法，可以為L(zhǎng)CD大量的圖像元件中的每一個(gè)圖像元件都提供一個(gè)收集元件，從而將背光單元所發(fā)射出的光都收集在這些圖像元件中的每一個(gè)元件上。
例如，日本特許公開(kāi)號(hào)No.2-12224披露了一種使用微透鏡的透射型彩色LCD。在這類LCD中，大量的微透鏡以盡可能密的方式排列在兩維剖面上，從而實(shí)現(xiàn)了

圖15B所示的亮度顯示。由于微透鏡是以這種可能是最密的圖形來(lái)排列的，所以R、G和B濾色器(以及它們所相關(guān)的圖像元件)可以Δ三角圖形來(lái)排列，使得在一行中的每一組RGB濾色器與前一行中相對(duì)應(yīng)組的RGB濾色器錯(cuò)開(kāi)一個(gè)半間距，正如圖15A所示。也就是說(shuō)，在X方向(即，行方向)上的圖像元件間距與在Y方向(即，列方向)上的圖像元件間距的比率為 然而，為了能夠?qū)崿F(xiàn)在日本特許公開(kāi)號(hào)No.2-12224中所披露的微透鏡結(jié)構(gòu)，LCD的圖像元件就需要以預(yù)定間距的Δ圖形來(lái)排列。
采用這種Δ圖形的圖像元件結(jié)構(gòu)的LCD可以獲得正常的視頻顯示，因此就能夠有效地應(yīng)用于電視接收機(jī)，攝像機(jī)以及其它等等。然而，在個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)或者其它等等上所呈現(xiàn)的字符、圖像和其它目標(biāo)都會(huì)包含許多行，所以LCD最好是不要采用像條紋結(jié)構(gòu)一樣多的△圖形結(jié)構(gòu)。在條紋結(jié)構(gòu)中，通常是以三個(gè)矩形的R、G和B圖像元件來(lái)形成一個(gè)基本正方形的象素，正如圖16所示。在日本特許公開(kāi)號(hào)No.2-12224中所披露的微透鏡結(jié)構(gòu)不能夠應(yīng)用于任何采用這種條紋結(jié)構(gòu)的LCD中。
這就存在著進(jìn)一步提高在各種其它不發(fā)光顯示器件，而不僅僅只是以上所討論的LCD顯示器件中的光效率的發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了能夠克服以上所討論的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種顯示器件，它能夠通過(guò)改進(jìn)與圖像元件有關(guān)的收集元件(即，光收集元件和光會(huì)聚元件)的結(jié)構(gòu)來(lái)提高光效率而不受限于圖像元件的結(jié)構(gòu)。
一種根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的顯示器件較佳地包括一個(gè)背光單元，多個(gè)圖像元件，以及多個(gè)收集元件。背光單元較佳地向前發(fā)射出光線。圖像元件較佳地以行和列方式來(lái)排列，以確定一個(gè)圖像元件的平面，并且各個(gè)圖像元件較佳地具有一個(gè)發(fā)射區(qū)域，它能夠發(fā)射出來(lái)自背光單元的光。收集元件可較佳地排列在背光單元的前面，以發(fā)射和收集在圖像元件平面上的光。各個(gè)或者每個(gè)收集元件都較佳地與一個(gè)圖像元件的發(fā)射區(qū)域有關(guān)。已經(jīng)通過(guò)各個(gè)所述收集元件所發(fā)射的光較佳地在圖像元件平面上形成光束點(diǎn)。該光束點(diǎn)地中心較佳地位于在收集元件相關(guān)的發(fā)射區(qū)域中。兩個(gè)光束點(diǎn)，這是形成在行方向上兩個(gè)相互相鄰的圖像元件上的光束點(diǎn)，較佳的是在圖像元件平面的列方向上具有各自相互偏移的中心。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，圖像元件較佳的是在行方向上以間距P1來(lái)排列，并且在行方向上包括相互相鄰第一、第二和第三圖像元件。在第一、第二和第三圖像元件中，與至少第一圖像元件的發(fā)射區(qū)域相關(guān)的收集元件的尺寸較佳地大于在行方向上所測(cè)量到的P1。
在該特定較佳實(shí)施例中，與第二圖像元件的發(fā)射區(qū)域相關(guān)的收集元件的尺寸和與第三圖像元件的發(fā)射區(qū)域相關(guān)的收集元件的尺寸都較佳地大于在行方向上所測(cè)量到的P1。
在另一較佳實(shí)施例中，圖像元件較佳的是在行方向上以間距P1來(lái)排列，并且在行方向上較佳地包括相互相鄰第一、第二和第三圖像元件。當(dāng)進(jìn)行行方向上的測(cè)量時(shí)，與第一圖像元件的發(fā)射區(qū)域相關(guān)的收集元件的尺寸不同于與第二圖像元件的發(fā)射區(qū)域相關(guān)的收集元件的尺寸。
在還有一個(gè)較佳實(shí)施例中，顯示器件可以還包括一個(gè)彩色濾色層，該濾色層可以包括紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾色器，并且以條紋圖形來(lái)排列。
在另一較佳實(shí)施例中，收集元件可以由一個(gè)微透鏡矩陣所組成。
在還有一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)所述圖像元件可以具有一層液晶層。
在這種情況下，各個(gè)所述圖像元件較佳地具有一個(gè)反射區(qū)域，以反射來(lái)自顯示器件前方的光，使得顯示器件能夠有選擇性地以透射模式或者以反射模式進(jìn)行顯示操作。
更具體的說(shuō)，各個(gè)所述圖像元件的透射區(qū)域可較佳地設(shè)置，以便于該透射區(qū)域的中心能夠充分匹配光束點(diǎn)的中心。
根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的顯示器件改進(jìn)了收集元件的結(jié)構(gòu)，例如，該收集元件與各個(gè)圖像元件有關(guān)，從而在不受圖像元件結(jié)構(gòu)限制的條件下提高光效率。同樣，在較佳實(shí)施例中，提高了特殊色彩的亮度，從而根據(jù)色彩與色彩之間的關(guān)系來(lái)改變亮度，并且實(shí)現(xiàn)更佳的可視顯示。另外，在采用穿透型LCD實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可以在不改變?cè)诜瓷浜屯干潆姌O之間的區(qū)域比率的條件下，改變?cè)诜瓷浜屯干淠Ｊ街g的亮度比率。
通過(guò)以下的本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)討論及參考附圖，本發(fā)明的其它性能、組成部分、處理方法、步驟、特性和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明特殊較佳實(shí)施例的穿透型LCD的投影示意圖。
圖2是說(shuō)明在圖1所示的LCD中的微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。
圖3是說(shuō)明在在圖1所示的LCD中的微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的另一典型位置關(guān)系的平面示意圖。
圖4是說(shuō)明在比較實(shí)例中的微透鏡和光束點(diǎn)中心的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖5是說(shuō)明在另一比較實(shí)例中的微透鏡和光束點(diǎn)中心的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖6是說(shuō)明當(dāng)圖像元件采用△圖形結(jié)構(gòu)排列時(shí)在微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。
圖7是說(shuō)明在只有與R、G和B圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的微透鏡具有增加直徑的狀態(tài)下的微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。
圖8是說(shuō)明用于圖1所示的透射型LCD的背光單元的剖面示意圖。
圖9是說(shuō)明在對(duì)背光單元的發(fā)光平面進(jìn)行測(cè)量時(shí)背光單元的光學(xué)特性的圖形。
圖10是顯示如何對(duì)背光單元的發(fā)光平面進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)量的示意圖。
圖11A是說(shuō)明圖9所示的方向分離的示意圖。
圖11B是說(shuō)明以圖11A的方式所顯示的橢圓。
圖12說(shuō)明了圖8所示的背光單元的光引導(dǎo)平面。
圖13是說(shuō)明用于在圖1所示的透射型LCD的穿透型液晶平面的TFT基片的平面示意圖。
圖14是包括以圖13中的XIV-XIV表示平面觀察時(shí)的圖13所示TFT基片的液晶板的局部剖面示意圖。
圖15A是顯示日本特許公告No.2-12224中所披露的圖像元件的Δ圖形結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖15B是顯示其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖16是顯示條紋圖像元件結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖詳細(xì)討論本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
以下所說(shuō)明的本發(fā)明實(shí)施例假定適用于半透射(或者穿透型)LCD。然而，本發(fā)明并沒(méi)有以任何方式限制于這些特殊較佳實(shí)施例，它可以自然地應(yīng)用于諸如透射LCD之類的非穿透型LCD。此外，本發(fā)明也能夠有效地應(yīng)用于電泳顯示器和其它非LCD顯示器。
目前，穿透型LCD已經(jīng)開(kāi)發(fā)成為一種有效應(yīng)用于明亮環(huán)境中的LCD，它可以應(yīng)用于手機(jī)中。在穿透型LCD中，各個(gè)圖像元件都包括一個(gè)能夠傳輸背光光線的透射區(qū)域和一個(gè)能夠反射環(huán)境光線的反射區(qū)域。于是，穿透型LCD就可以根據(jù)它的工作環(huán)境來(lái)切換它的顯示模式，可以從透射模式切換至反射模式，反之亦然；也可以在同一時(shí)間使用兩種模式。例如，在日本特許公告No.11-109417中完整地披露了一種穿透型LCD。
常規(guī)穿透型LCD需要一個(gè)相對(duì)較寬的反射區(qū)域。因此，就降低了透射區(qū)域于各個(gè)圖像元件區(qū)域的比率，以致于在透射模式中亮度會(huì)下降很多。然而，本發(fā)明以下較佳實(shí)施例的穿透型LCD可以通過(guò)將在反射模式中的亮度降低至最小來(lái)提高在透射模式中的亮度。
圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)特殊較佳實(shí)施例的穿透型LCD 200的示意圖。
穿透型LCD 200包括一個(gè)背光單元50(圖1中未顯示，但是在圖8中顯示了)，設(shè)置在背光單元50前面的一組收集元件54，以及一個(gè)設(shè)置在一組收集元件前面的顯示屏100。應(yīng)該注意的是，當(dāng)某些部件處于另一部件的前面時(shí)，本文假定較前面的部件比較后面的部件更晚些接受到來(lái)自背光單元的光線。
顯示屏100包括一對(duì)透明的基片10和11，以及多個(gè)圖像元件Px，該圖像元件以行和列的方式排列在這些基片10和11之間。圖像元件Px包括R、G和B圖像元件，它們能夠分別發(fā)射出紅色、綠色和藍(lán)色的光線。這些圖像元件Px中的每一個(gè)都是由沿著行方向延伸的光屏蔽層(即，黑色矩陣)BL1和沿著列方向延伸的另一光屏蔽層BL2所確定的。光屏蔽層BL1可以由柵極線1所確定(見(jiàn)圖13)，而光屏蔽層BL2可以由數(shù)據(jù)線2所確定(也見(jiàn)圖13)。
顯示屏100還包括一個(gè)濾色器層(未顯示)，該層包括了紅色(R)濾色器，綠色(G)濾色器以及藍(lán)色(B)濾色器。這些R、G和B濾色器以條紋狀排列，如圖16所示。三個(gè)圖像元件Px，各自在行方向上相互相鄰，分別通過(guò)R、G和B濾色器發(fā)射出R、G和B光線，并且一起形成一個(gè)象素。這些圖像元件Px中的每一個(gè)元件都包括一個(gè)透射區(qū)域Tr和一個(gè)反射區(qū)域Rf。投射區(qū)域Tr是一個(gè)以透射模式進(jìn)行顯示操作的區(qū)域，而反射區(qū)域Rf則是一個(gè)以反射模式進(jìn)行顯示操作的區(qū)域。
在穿透型LCD 200中，收集元件組54包括多個(gè)收集元件54a，每一個(gè)收集元件都與一個(gè)圖像元件Px的透射區(qū)域Tr有關(guān)。在該較佳實(shí)施例中，一個(gè)微透鏡矩陣是采用收集元件54a的組54的方式提供的。
在微透鏡矩陣54中，為相關(guān)圖像元件Px的透射區(qū)域Tr都設(shè)置了各個(gè)微透鏡54a。光線41可以通過(guò)微透鏡54a在圖像元件所確定的平面(有時(shí)將該平面稱之為“圖像元件平面)上形成一個(gè)光束點(diǎn)，并且該光束點(diǎn)的中心位于它所相關(guān)的圖像元件Px的透射區(qū)域Tr內(nèi)。
在該較佳實(shí)施例中，各種彩色光線都可以收集在它所相關(guān)的圖像元件Px的透射區(qū)域Tr內(nèi)。然而，并不是每一種彩色都必須收集在透射區(qū)域Tr之內(nèi)，而是已經(jīng)通過(guò)微透鏡54a的彩色光線才需要收集在比圖像元件平面更接近微透鏡54a的點(diǎn)上。另外，已經(jīng)通過(guò)另一微透鏡54a的另一彩色光線可以收集在比圖像元件平面更遠(yuǎn)的微透鏡54a的點(diǎn)上。此外，各種彩色光線都可以較佳地收集在它所相關(guān)的圖像元件的透射區(qū)域Tr內(nèi)，因?yàn)榧词故窃跍p小透射區(qū)域Tr的區(qū)域時(shí)也使亮度可以保持著足夠高。
應(yīng)該注意的是，這里所提到的“光束點(diǎn)”是指在圖像元件平面上的彩色光線的光束截面部分(或者橫截面)，除非有其它闡述。于是，“光束點(diǎn)”并一定是指“聚焦點(diǎn)”(即，彩色光線所具有的最小截面部分的點(diǎn))。同樣，這里所提到的“光束點(diǎn)的中心”是考慮了在圖像元件平面上的亮度分布來(lái)確定的，并且對(duì)應(yīng)于一張紙的主要部分的中心，它的形狀是由光束點(diǎn)的束截面部分所確定的，以及它所具有的亮度分布對(duì)應(yīng)于光線的亮度分布。如果亮度分布對(duì)稱于光束點(diǎn)的束截面部分的幾何中心，則“光束點(diǎn)的中心”就與幾何中心相匹配。然而，例如，如果由于微透鏡的失常使得光亮度分布是非對(duì)稱的，則“光束點(diǎn)的中心”就會(huì)偏離幾何中心。
該較佳實(shí)施例的穿透型LCD 200的主要特征是，以一種預(yù)定的圖形來(lái)排列收集元件，使得形成在兩個(gè)以行方向相互相鄰的圖像元件上的兩個(gè)光束點(diǎn)都能夠在圖像元件平面上具有以列方向主要部分相互偏離的中心。
在這種情況下，光束點(diǎn)的“主要中心”就與光束點(diǎn)的“中心”相匹配，只要是在一個(gè)單一圖像元件上形成的一個(gè)單一光束點(diǎn)中心。然而，如果在一個(gè)單一圖像元件上形成了多個(gè)光束點(diǎn)中心，則光束點(diǎn)的“主要中心”就由這些光束點(diǎn)的中心所確定。
下文中，將更全面地參考附圖2至7來(lái)討論該較佳實(shí)施例LCD中的微透鏡矩陣的特殊結(jié)構(gòu)，這些附圖是以顯示屏的垂直方向所觀察到的微透鏡的平面示意圖。在圖2至圖7中，為了簡(jiǎn)化討論，假定各個(gè)微透鏡的中心都匹配于它所相關(guān)的光束點(diǎn)的中心。
圖2是說(shuō)明在LCD 200中的一個(gè)微透鏡54a、光束點(diǎn)的中心41C以及它所相關(guān)的透射區(qū)域Tr之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。圖像元件是采用條紋狀在行方向上以間距P1和在列方向上以間距P2排列的。在行方向上相互相鄰的三個(gè)圖像元件Px可以分別發(fā)射出R、G和B光線，并且一起構(gòu)成一個(gè)象素。微透鏡54a可以排列成各個(gè)光束點(diǎn)的中心41C都形成在它所相關(guān)的透射區(qū)域Tr內(nèi)，并完全與該透射區(qū)域Tr的中心相匹配。在圖2所說(shuō)明的實(shí)例中，微透鏡以盡可能與條紋狀排列的圖像元件的相同密度來(lái)排列。
在各個(gè)圖像元件Px中形成單個(gè)光束點(diǎn)中心41C。于是，各個(gè)光束點(diǎn)中心41C與其主要部分的中心相匹配。正如圖2所示，多個(gè)光束點(diǎn)的各個(gè)中心可以沿著一系列圖像元件以Z字形圖形來(lái)排列。在兩個(gè)任意圖像元件Px上的光束點(diǎn)中心41C可以在行方向上相互相鄰，且在列方向上相互錯(cuò)開(kāi)。換句話說(shuō)，在列方向上就沒(méi)有一對(duì)光束點(diǎn)，其中心41C是相互對(duì)準(zhǔn)的。通過(guò)排列微透鏡，就可以采用該方式將與一行中的兩個(gè)相鄰圖像元件相關(guān)的微透鏡的中心(即，光束點(diǎn)的中心)在列方向上相互錯(cuò)開(kāi)，并且微透鏡也可以盡可能與條紋狀排列的圖像元件一樣的密度來(lái)排列。在以上所提及的日本特許公告No.2-12224中所披露的結(jié)構(gòu)中，與各行的圖像元件有關(guān)微透鏡的中心(即，光束點(diǎn)的中心)都在列方向上相互對(duì)準(zhǔn)。于是，為了盡可能密地排列微透鏡，圖像元件就需要采用以上所討論的Δ圖形來(lái)排列。
正如圖2所顯示的，光束點(diǎn)中心41C可以采用Z字形圖形來(lái)排列，使得兩行光束點(diǎn)中心41C都能夠形成在各行的圖像元件上，從而定位在列方向上的兩個(gè)自然不同的層次上。在兩行光束點(diǎn)中心41C的各自中心上，光束點(diǎn)中心41C可在行方向上以2P1的間距Mx來(lái)排列。這就是說(shuō)，在相同行的元件上，兩行光束點(diǎn)中心41C使得它們的間距偏移Mx/2(＝P1)。同樣，在該較佳實(shí)施例中，圖像元件Px和光束點(diǎn)中心41C可排列成它們?cè)诹蟹较蛏系拈g距P2和My滿足P2＝2My。因此，就可以采用理想的圖形(即，盡可能密)將具有圓形截面部分的微透鏡54a排列在平行于顯示屏的平面上。圖2所示的微透鏡54a可滿足Mx:My=2:3,]]>并在微透鏡矩陣平面(即，定義為平行于顯示屏的平面)上的微透鏡54a的全密度可最大化為π3/6=0.906.]]>因此，從背光單元入射到顯示屏100的光線總量的90.6％可以收集在相關(guān)的透射區(qū)域，并且可以用于顯示的目的。正因?yàn)槿绱?，即使各個(gè)透射區(qū)域的面積隨著液晶屏的尺寸進(jìn)一步增加而減小，但是亮度透射模式依舊可以獲得。同樣，即使各個(gè)透射區(qū)域的面積于它所相關(guān)圖像元件Px的比率減小，以增加在反射模式中的零度，但是亮度透射模式也依舊可以獲得。此外，通過(guò)改進(jìn)透鏡的設(shè)計(jì)，可以改變?cè)诜瓷浜屯干淠Ｊ街g的亮度比率，而不需要改變?cè)诜瓷浜屯干潆姌O之間的面積比率。
圖4和圖5是說(shuō)明在比較實(shí)例中的微透鏡和光束點(diǎn)中心的典型結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
在圖4所示的微透鏡結(jié)構(gòu)中，如果在行方向上的圖像元件間距P1與在列方向上的圖像元件間距P2的比率為正常結(jié)構(gòu)中的1∶3，則微透鏡254a的總的密度大致為π/16＝0.262。因此，在透射模式顯示操作中所可以使用的最大光線總量為從背光單元入射至液晶屏的光線總量的26.2％。
在圖5所示的微透鏡結(jié)構(gòu)中，各個(gè)圖像元件Px排列了三個(gè)微透鏡255a，如果P1∶P2＝1∶3，則微透鏡255a所具有總的密度大致為π/4＝0.785。因此，在透射模式顯示操作中所可以使用的最大光線總量為從背光單元入射至液晶屏的光線總量的78.5％。
在圖2所說(shuō)明的實(shí)例中，各個(gè)微透鏡都在平行于顯示屏的平面上具有圓形截面部分。然而，在LCD 200中所使用的透鏡屏不一定需要具有圓形的截面部分?？商娲氖牵?，透鏡可以具有圖3所示的六邊形截面部分。在圖3所示的微透鏡矩陣中，采用蜂窩圖形排列多個(gè)正規(guī)六邊形的微透鏡55a。該微透鏡矩陣可以設(shè)計(jì)成各個(gè)微透鏡55a的每一邊都與相鄰微透鏡的一邊相接觸。
因此，在微透鏡的矩陣平面上，微透鏡55a可以排列成其總的密度幾乎為100％。從而與圖2所示的微透鏡54a相比較，可以進(jìn)一步提高透鏡的總的密度并且還可以實(shí)現(xiàn)較亮的透射模式。
于是，應(yīng)該看到與圖4和圖5所示的比較實(shí)例相比較，在圖2和圖3所示的微透鏡結(jié)構(gòu)中用于LCD的入射光可以得到更加有效的使用。
在以上所討論的較佳實(shí)施例中，圖像元件Px在LCD 200中可以采用條紋狀排列?？商娲氖?，例如，圖像元件Px也可以采用Δ圖形來(lái)排列。
圖6是說(shuō)明當(dāng)圖像元件采用Δ圖形結(jié)構(gòu)排列時(shí)在微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。即使圖像元件Px是采用這類Δ圖形結(jié)構(gòu)來(lái)排列，也可以將圖6所示的光束點(diǎn)中心41C排列成類似于圖2所示的光束點(diǎn)中心41C。
在以上所討論的本發(fā)明較佳實(shí)施例中，微透鏡都是以盡可能密或者相對(duì)較密的結(jié)構(gòu)來(lái)排列的。然而，本發(fā)明并沒(méi)有以任何方式限制于這些特殊較佳實(shí)施例。
相反，通過(guò)與在圖像元件行中相互相鄰的兩個(gè)圖像元件相關(guān)的微透鏡的中心(即，光束點(diǎn)的中心)在列方向上相互錯(cuò)開(kāi)，使得微透鏡可以采用多種其它圖形來(lái)排列并且可以獲得多種效果。
首先，對(duì)已經(jīng)討論的盡可能最密的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，微透鏡54a的直徑可以大于在行方向上的圖像元件間距P1。因此，可以使用比圖4和圖5所示的微透鏡更大的微透鏡來(lái)提高光學(xué)效率，而不再受到圖像元件間距P1的限制。
在圖2、3和6所說(shuō)明的實(shí)例中，在行方向上所測(cè)量到的多個(gè)微透鏡中的各個(gè)尺寸都大于圖像元件間距P1。然而，本發(fā)明并沒(méi)有以任何方式限制于這些特殊較佳實(shí)施例。如果在行方向上所測(cè)量的各個(gè)微透鏡的尺寸都大于圖像元件間距P1，則與尺寸小于間距P1的狀態(tài)相比較，來(lái)自背光單元的光線就可以更有效地收集在透射區(qū)域。不過(guò)，微透鏡的尺寸可以根據(jù)透射區(qū)域與圖像元件Px的面積比率以及在圖像元件Px中的透射區(qū)域的位置作適當(dāng)選擇。于是，在行方向上的微透鏡的尺寸可以小于圖像元件間距P1。即使如此，仍可以通過(guò)改進(jìn)透鏡的設(shè)計(jì)，來(lái)改變?cè)诜瓷淠Ｊ胶屯干淠Ｊ街g的亮度比率，而不需要改變?cè)诜瓷浜屯干潆姌O之間的面積比率。
另外，并不是所有的這些微透鏡，只是所選擇的一部分微透鏡，其在行方向上的尺寸可以大于圖像元件間距P1。例如，在R、G和B圖像元件之間，通過(guò)選擇性地增加與一種和兩種顏色的圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的微透鏡尺寸，就能夠提高特定顏色的亮度。同樣，通過(guò)改變顏色與顏色之間基色的亮度，也可以實(shí)現(xiàn)可視性顯示。此外，如果R、G和B濾色器都具有相同的厚度，則可以補(bǔ)償某一特定顏色所降低的亮度。
圖7是說(shuō)明在只有與R、G和B圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的微透鏡57a具有增加直徑的狀態(tài)下的微透鏡、光束點(diǎn)的中心以及它所相關(guān)透射區(qū)域之間的典型位置關(guān)系的平面示意圖。由圖7所示的微透鏡所形成的光束點(diǎn)中心也可以排列成類似于圖2所示的微透鏡54a所形成的光束點(diǎn)中心。
在圖2、3、6和7所說(shuō)明的實(shí)例中，微透鏡是一個(gè)球形透鏡，它具有一個(gè)圓形的透射區(qū)域。然而，本發(fā)明并沒(méi)有以任何方式限制于這些特殊較佳實(shí)施例。可替代的是，微透鏡也可以是非球形的透鏡或者是菲涅耳透鏡。同樣，例如，透射區(qū)域的形狀可以光束點(diǎn)的形狀作適當(dāng)?shù)倪x擇。
微透鏡較佳地具有一個(gè)長(zhǎng)的焦距長(zhǎng)度(即，從微透鏡中心至聚焦點(diǎn)的距離)。這是因?yàn)槿绻劢归L(zhǎng)度是長(zhǎng)的，則從背光單元50所發(fā)射出的光就能夠根據(jù)需要收集在它所相關(guān)的透射區(qū)域Tr上，即使液晶屏100包括相對(duì)較厚的基片10。
微透鏡54可以采用眾所周知的方式來(lái)制成。特別是，通過(guò)執(zhí)行以下工藝步驟可以獲得微透鏡矩陣54。
首先，制備一個(gè)壓模，它能夠高精度呈現(xiàn)出所需微透鏡矩陣的形狀。接著，將紫外線固化的樹(shù)脂注入到壓模和液晶屏100的基片10之間的縫隙中。隨后，暴露出紫外線固化的樹(shù)脂，并采用紫外線對(duì)其固化。在紫外線固化的樹(shù)脂已經(jīng)充分固化之后，小心地卸去壓模。
根據(jù)這一方法，就可以容易地大批量制造出具有高光學(xué)性能的微透鏡矩陣。微透鏡矩陣54的材料較佳是紫外線固化的樹(shù)脂，當(dāng)其完全固化時(shí)可呈現(xiàn)出高的透明性和小的雙折射性。另外，微透鏡矩陣也可以采用離子交換方法或者光刻工藝來(lái)制成。在以上所討論的較佳實(shí)施例中，微透鏡可作為一個(gè)收集元件使用。另一種選擇是，也可以使用棱鏡或者任何其它類型的光學(xué)元件來(lái)替代。
下文中，將討論在該較佳實(shí)施例的穿透型LCD 200中所使用的背光單元50和顯示屏100。
背光單元適用于該較佳實(shí)施例的背光單元50是一個(gè)使用一個(gè)單一的LED作為它的光源的背光。為了使得背光單元50所發(fā)出的光可以被收集元件54充分地收集，由背光單元50所發(fā)射出的光較佳地具有較高程度的平行度(即，發(fā)出光的亮度半寬較佳的是在±5度以內(nèi))。以下所討論的背光單元可以預(yù)定方向發(fā)射出具有高平行度的光。
正如圖8所示，背光單元50包括一個(gè)光引導(dǎo)板24，一個(gè)設(shè)置在光引導(dǎo)板24之后的反射器30，一個(gè)排列在接近光引導(dǎo)板24的角落24t的LED 21(見(jiàn)圖10和12)，以及一個(gè)設(shè)置在光引導(dǎo)板24前面的棱鏡片25。在該較佳實(shí)施例中所使用的背光單元50更全面地是Kalil Kalantar等在IDW’02(PP.509-512)中所披露的。
由LED 21所發(fā)射出的光入射至光引導(dǎo)板24并且由光引導(dǎo)板24進(jìn)行內(nèi)部反射。其結(jié)果是，光幾乎透射到了光引導(dǎo)板24的整個(gè)輸出平面。已經(jīng)通過(guò)光引導(dǎo)板24的較低表面的光由反射器30反射，再次入射至光引導(dǎo)板24，并隨之透射到光引導(dǎo)板24的整個(gè)輸出平面。光引導(dǎo)板所輸出的光入射至棱鏡片25上，并由棱鏡片25垂直折射至光引導(dǎo)板24。
例如，反射器30可以由鋁膜制成。光引導(dǎo)板24可以由某些透明的材料制成，例如，聚碳酸酯或者聚甲基丙烯酸甲酯。光引導(dǎo)板24包括多個(gè)棱鏡22，可用于采用反射表面22a所反射的內(nèi)部入射的光并隨后通過(guò)光引導(dǎo)板24來(lái)透射。這些棱鏡22都可以制成在光引導(dǎo)板24的下部并以圖12所示的矩陣方式排列。正如圖8所示，各個(gè)棱鏡22都具有一個(gè)雙反射表面22a的三角形凹槽的形狀。所設(shè)置的棱鏡22的反射表面22a是沿著與Y方向(第一方向)相垂直的X方向(第二方向)延伸，這是以環(huán)繞LED 21為中心的所定義的圓的半徑方向，正如圖12所示。換句話說(shuō)，棱鏡22是以沿著X方向延伸的凹槽制成的?？蓪⒎瓷浔砻?2a的傾斜角度定義為在光引導(dǎo)板24中的內(nèi)部光都能夠有效地透射過(guò)垂直的光引導(dǎo)板24。在圖12所說(shuō)明的實(shí)例中，為了能夠簡(jiǎn)化說(shuō)明，該棱鏡22是以規(guī)則的間隔來(lái)排列的。然而，實(shí)際上，棱鏡22可較佳的設(shè)計(jì)成它們的間隔隨著離LED 21所發(fā)射出的光越遠(yuǎn)而減小。
圖9顯示了在光輸出平面上所測(cè)量到的背光單元50的光學(xué)性能。圖9所示的結(jié)果是通過(guò)圖10所示的環(huán)繞LED 21為中心的在背光單元50的光輸出平面上所畫的三個(gè)圓弧上的三個(gè)點(diǎn)A、B和C所測(cè)量到的亮度平均所獲得結(jié)果。在這種情況下，環(huán)繞LED 21為中心所畫的圓的半徑方向可稱之為“Y方向”，而與Y方向相垂直的方向可稱之為“X方向”。
正如圖9所示，以X方向輸出光的亮度所具有的半寬(即，F(xiàn)WHM)大約為±3度，而在Y方向輸出光的亮度所具有的半寬大約為±15度。于是，就可以看到，在X方向上的指向性就高于在Y方向上的指向性(即，在X方向上的輸出光所具有的平行度高于Y方向)。這就是說(shuō)，很明確，在X和Y方向之間的指向性上存在著差異。因此，所輸出的光就在光輸出平面上呈現(xiàn)出分散的指向性。圖11A是說(shuō)明這種指向性的分散現(xiàn)象的示意圖。圖11B顯示了在圖11A中所顯示的橢圓的含義?？梢詮膱D11B中看到，橢圓的長(zhǎng)軸方向呈現(xiàn)出較弱的指向性(即，較低的平行度)，而橢圓的短軸方向出現(xiàn)出較強(qiáng)的指向性(即，較高的平行度)。
采用這一方式，背光單元50輸出光在光輸出平面的X和Y方向上呈現(xiàn)出不同的指向性。然而，通過(guò)使用微透鏡矩陣54，構(gòu)成了在平行于顯示屏所定義的平面上具有圓形截面部分的微透鏡54a(見(jiàn)圖1和圖2)，使得在X方向上的高指向性光可以被充分地收集。其結(jié)果是，在LCD 200的整個(gè)顯示屏幕上都能夠較好地實(shí)現(xiàn)高亮度顯示。
應(yīng)該注意的是，在這些較佳實(shí)施例中所使用的背光單元并不一定都具有以上所討論的結(jié)構(gòu)。另外，LED 21也可以設(shè)置在光引導(dǎo)板24的一邊表面的中心或者甚至于使用兩個(gè)或更多個(gè)LED?？蛇x擇的是，例如，LED可以采用熒光燈來(lái)替代。
顯示屏下文中，將參考圖13和圖14詳細(xì)討論適用于圖1所示的穿透型LCD使用的顯示屏1000的結(jié)構(gòu)和功能。圖13是說(shuō)明顯示屏100的TFT基片100A的平面示意圖。圖14是包括以圖13所示的XIV-XIV表示平面上所觀察到的TFT基片100A的顯示屏100的局部剖面示意圖。
正如圖14所示，顯示屏100包括TFT基片100A，一個(gè)濾色器基片100B，以及一個(gè)夾在兩個(gè)基片100A和100B之間的液晶層23。根據(jù)TFT基片100A和濾色器基片100B的需要還可以設(shè)置一個(gè)偏振器、一個(gè)四分之一波板和/或一個(gè)對(duì)準(zhǔn)薄膜(在圖14中沒(méi)有顯示)。
正如圖13所示，在顯示屏100中所包括的TFT基片100A包括制成在玻璃、石英或者其它適用材料的透明基片上的薄膜晶體管(TFT)5，柵極總線1和源極總線2。正如圖13和圖14所示，在兩個(gè)柵極總線1和兩個(gè)源極總線2所環(huán)繞的各個(gè)區(qū)域中設(shè)置了諸如ITO所制成的透明電極13和諸如鋁所制成的反射電極15，以便于組成一個(gè)圖像元件的電極4。
TFT 5設(shè)置在柵極和源極總線1和2之間各個(gè)交叉部分的附近。正如圖13所示，柵極總線1連接著TFT 5的柵極電極6，而源極總線2連接著TFT 5的源極電極7。盡管在圖13中沒(méi)有顯示，如果圖像元件的電極4可排列成與柵極和源極總線21和2相互重疊的，就可以有效地提高圖像元件的孔徑比率。
正如從顯示屏100(即，垂直于顯示屏幕)上所觀察到的，以矩陣方式排列的多個(gè)圖像元件Px中的各個(gè)元件都包括一個(gè)透射區(qū)域Tr和一個(gè)反射區(qū)域Rf。透射區(qū)域Tr是由具有將電壓施加至液晶層23的電極功能和透射入射光功能的TFT基片100A的區(qū)域所確定的。另一方面，反射區(qū)域Rf是由具有將電壓施加至液晶層23的電極功能和反射入射光功能的TFT基片100A的區(qū)域所確定的。
在TFT基片100A的透明基片10上，設(shè)置了柵極絕緣薄膜12，以此覆蓋著柵極總線1(見(jiàn)圖13)和柵極電極6。在該柵極絕緣薄膜12上沉積著一個(gè)半導(dǎo)體層5a，從而定位在柵極電極6的右面。同樣，半導(dǎo)體層5a分別通過(guò)半導(dǎo)體接觸層7a和8a電性能連接著源極和漏極電極7和8，以此構(gòu)成TFT 5。TFT 5的漏極電極8電性能連接著透明電極13并且還在樹(shù)脂層14的接觸孔9上進(jìn)一步連接著反射電極15。透明電極13設(shè)置在柵極絕緣薄膜12上，以此定位在柵極和源極總線1和2所環(huán)繞的區(qū)域中心附近。
樹(shù)脂層14具有可以暴露透明電極13的開(kāi)孔14a，該樹(shù)脂層設(shè)置在透明電極上，從而覆蓋幾乎透明電極10的整個(gè)表面。反射電極15設(shè)置在樹(shù)脂層14上，使之環(huán)繞著開(kāi)孔14a。樹(shù)脂層14的表面上設(shè)置著反射電極15，它具有類似于連續(xù)波的不平坦。于是，反射電極15也具有相類似的表面形狀并且呈現(xiàn)出適度傳播和反射的特征。具有連續(xù)波形狀表面的樹(shù)脂層14可以采用諸如光敏樹(shù)脂的材料來(lái)制成。
在濾色器基片100B的透明基片11(可由玻璃、石英和任何其它適用材料所制成)上，設(shè)置了一層濾色層并且還在其表面上設(shè)置了反向電極(透明電極)18，且使之面對(duì)著液晶層23。濾色層包括紅色(R)濾色器16A，綠色(G)濾色器和藍(lán)色(B)濾色器，以及一個(gè)充墊在這些濾色器之間間隙的黑色矩陣16D。在該較佳實(shí)施例的LCD 200中，濾色器是以圖16所示的條紋狀排列的。反向電極18可以由諸如ITO的材料制成。
應(yīng)該注意的是，在穿透型LCD 200中所包括的顯示屏并不一定要采用這種結(jié)構(gòu)，并且可以是任何其它已知的顯示屏。在穿透型LCD 200中所使用的顯示屏并不一定是彩色顯示類型，并且也可以是單色顯示類型。
以上所討論的根據(jù)本發(fā)明任何各種較佳實(shí)施例的顯示器件可以提高光學(xué)效率，而不限制于任何特定的圖像元件結(jié)構(gòu)，并且可以有效地應(yīng)用于諸如LCD之類的非發(fā)光性顯示器件。
在結(jié)合上述較佳實(shí)施例討論本發(fā)明的同時(shí)，本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人士都應(yīng)該意識(shí)到，所披露的發(fā)明可以采用眾多方式進(jìn)行改進(jìn)并可以包括以上所特殊討論的這些實(shí)施例以外的許多實(shí)施例。后附的權(quán)利要求試圖包含著本發(fā)明的所有改進(jìn)并將屬于本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顯示器件，其特征在于，它包括一個(gè)背光單元，用于向前發(fā)射光；多個(gè)圖像元件，它以列和行方式來(lái)排列，以確定一個(gè)圖像元件平面，并且各個(gè)圖像元件都具有一個(gè)透射區(qū)域，以透射來(lái)自背光單元的光；和，多個(gè)收集元件，它排列在背光單元的前面，以透射和收集在圖像元件平面上的光，各個(gè)和每個(gè)收集元件都與一個(gè)圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)；其中，通過(guò)各個(gè)所述收集元件透射的光線在圖像元件平面上形成一個(gè)光束點(diǎn)，光束點(diǎn)的中心位于與所述收集元件相關(guān)的透射區(qū)域內(nèi)，以及，其中，由兩個(gè)在行方向上相互相鄰的圖像元件所形成的兩個(gè)光束點(diǎn)中心的主要部分在圖像元件平面上的列方向上相互錯(cuò)開(kāi)。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器件，其特征在于，所述圖像元件在行方向上以間距P1來(lái)排列，并且包括在行方向上相互相鄰的第一、第二和第三圖像元件，以及，其中，在第一、第二和第三圖像元件中，與至少第一圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的收集元件尺寸大于在行方向上所能夠測(cè)量到的P1。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示器件，其特征在于，所述與第二圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的收集元件尺寸和與第三圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的收集元件尺寸都大于在行方向上所能夠測(cè)量到的P1。
4.如權(quán)利要求1至3所述的顯示器件，其特征在于，所述圖像元件在行方向上以間距P1來(lái)排列，并且包括在行方向上相互相鄰的第一、第二和第三圖像元件，以及，其中，正如在行方向上所測(cè)量到的，與第一圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的收集元件尺寸不同于與第二圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)的收集元件尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示器件，其特征在于，還包括一層濾色層，該濾色層包括紅色、綠色和藍(lán)色濾色器，這些濾色器以條紋圖形排列。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示器件，其特征在于，所述收集元件可構(gòu)成一個(gè)微透鏡矩陣。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示器件，其特征在于，所述各個(gè)圖像元件都具有一層液晶層。
8.如權(quán)利要求7所述的顯示器件，其特征在于，所述圖像元件都具有一個(gè)反射區(qū)域，以反射來(lái)自背光單元的光，以及，其中，所述顯示器件可有選擇性地以透射模式和以反射模式來(lái)進(jìn)行顯示操作。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示器件，其特征在于，所述各個(gè)圖像元件的透射區(qū)域可排列成所述透射區(qū)域的中心完全與光束點(diǎn)的中心相匹配。
全文摘要
在一種顯示器件中，一個(gè)背光單元向前發(fā)射出光。圖像元件以列和行的方式排列，以確定圖像元件平面，并且各個(gè)圖像元件都具有一個(gè)透射區(qū)域，以透射來(lái)自背光單元的光。收集元件排列在背光單元的前面，以透射和收集在圖像元件平面上的光。各個(gè)收集元件都與一個(gè)圖像元件的透射區(qū)域相關(guān)。通過(guò)各個(gè)收集元件透射的光在圖像元件平面上形成一個(gè)光束點(diǎn)。該光束點(diǎn)的中心處于相關(guān)收集元件的透射區(qū)域內(nèi)。由兩個(gè)在行方向上相互相鄰的圖像元件所形成的兩個(gè)光束點(diǎn)在圖像元件平面的列方向上相互錯(cuò)開(kāi)。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1584705SQ20041006421
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者渡邊壽史 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社