JP2007072044A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源光の利用効率を向上させることが可能な液晶装置を提供する。
【解決手段】 画像表示単位となる複数のサブ画素領域３０と、そのサブ画素領域３０内の透過表示領域Ｔに光源光を集光するレンズ７０とを備え、そのレンズ７０は、複数のサブ画素領域３０に跨って配置されたシリンドリカルレンズであり、そのシリンドリカルレンズの幅方向（Ｘ方向）と、レンズ７０に入射する直線偏光の振動方向３６ａとが、４５°未満の角度をなすように、好ましくは略平行に配置されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶装置および電子機器に関するものである。

図１１は、従来技術に係る液晶装置の側面断面図である。観察者側基板２０と光源側基板１０との間に液晶層５０が挟持された液晶装置の一種として、反射表示モードと透過表示モードとを兼ね備えた半透過反射型の液晶装置が知られている。このような半透過反射型の液晶装置として、例えば中央に窓部２８を有する反射膜２７が、光源側基板１０の内面に形成されたものが提案されている。

反射表示モードでは、観察者側基板２０から入射した外光９２が、液晶層５０を通過した後に光源側基板１０の反射膜２７で反射され、再び液晶層５０を通過し観察者側基板２０から出射されて表示に寄与する。一方、透過表示モードでは、光源側基板１０から入射した光源光９４が、窓部２８および液晶層５０を通過した後に、観察者側基板２０から出射されて表示に寄与する。したがって、反射膜２７の形成領域が反射表示領域Ｒとなり、反射膜２７の非形成領域（窓部２８の形成領域）が透過表示領域Ｔとなっている。

半透過反射型の液晶装置では、光源光の一部が透過表示領域Ｔに入射して表示に寄与するものの、光源光の残部はそれ以外の領域に入射して表示に寄与しないので、光源光の利用効率が低くなる。そこで、光源光の多くを透過表示領域Ｔに集光するマイクロレンズ（以下「レンズ」という。）７０を設けることにより、光源光の利用効率を向上する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２５０９１６号公報

しかしながら、光源光の全てがレンズ７０の内部に入射するわけではなく、光源光の一部はレンズ７０の表面で反射されることになる。その反射光の一部は、バックライト６０のリフレクタ等により反射され光源光として再利用されるが、反射光の残部は、液晶装置の構成部材に吸収されて消滅する。そのため、光源光の利用効率のさらなる向上が望まれている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、光源光の利用効率を向上させることが可能な液晶装置の提供を目的とする。
また、表示品質に優れた電子機器の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液晶装置は、画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内の透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、前記レンズは、前記複数のサブ画素領域に跨って配置されたシリンドリカルレンズであり、前記シリンドリカルレンズの幅方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とのなす角度が、４５°未満とされていることを特徴とする。
この構成によれば、レンズに入射するＰ偏光の光量をＳ偏光の光量より多くすることが可能になる。これにより、レンズ表面における反射率を小さくして、レンズ内部への入射率を大きくすることが可能になり、光源光の利用効率を向上させることができる。

また前記シリンドリカルレンズの幅方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、略平行とされていることが望ましい。
この構成によれば、Ｐ偏光のみをレンズに入射させることが可能になる。したがって、光源光の利用効率を最大化することができる。

一方、本発明に係る他の液晶装置は、画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内の透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、前記レンズは、前記複数のサブ画素領域ごとに配置され二方向に曲率が異なるレンズであり、前記レンズの曲率半径が小さい方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、４５°未満とされていることを特徴とする。
このレンズの曲率半径が小さい方向では、光源光の入射角が大きくなるので、Ｓ偏光とＰ偏光との反射率の差が大きくなる。そこで上記構成を採用し、曲率半径が小さい方向についてＰ偏光を多く入射させることにより、Ｓ偏光が多く入射する場合と比べてレンズ表面での反射率を小さくレンズ内部への入射率を大きくすることができる。一方、レンズの曲率半径が大きい方向では、光源光の入射角が小さくなるので、Ｓ偏光とＰ偏光との反射率の差が小さくなる。そのため、上記構成を採用することにより、曲率半径が大きい方向についてＳ偏光が多く入射しても、Ｐ偏光が多く入射する場合と比べて、レンズ表面での反射率およびレンズ内部への入射率には大差がない。したがって、光源光の利用効率を向上させることができる。

また前記レンズの曲率半径が小さい方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、略平行とされていることが望ましい。
この構成によれば、レンズに入射するＰ偏光の割合を最大化することが可能になる。したがって、光源光の利用効率を最大化することができる。

一方、本発明に係る他の液晶装置は、画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内に配置された透過表示領域と、前記透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、前記レンズの厚さが変化する方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、４５°未満とされていることが望ましい。
この構成によれば、上記各発明と同様に光源光の利用効率を向上させることができる。

一方、本発明に係る電子機器は、上述した液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、光源光の利用効率を向上させた輝度の高い液晶装置を備えているので、表示品質に優れた電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

なお本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、画像表示の最小単位となる領域を「サブ画素領域」と呼び、各色カラーフィルタを備えた複数のサブ画素領域の集合を「画素領域」と呼ぶ。また、サブ画素領域の内部において、液晶装置の表示面側から入射する光を利用した表示が可能な領域を「反射表示領域」と呼び、液晶装置の背面側（前記表示面と反対側）から入射する光を利用した表示が可能な領域を「透過表示領域」と呼ぶ。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。

（第１実施形態）
最初に、本発明の第１実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図４を用いて説明する。第１実施形態の液晶装置は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下「ＴＦＴ」という。）素子を採用したアクティブマトリクス型の液晶装置である。また第１実施形態の液晶装置は、サブ画素領域がストライプ配列された、全透過型の液晶装置である。

図１（ａ）は液晶装置を各構成要素とともにカラーフィルタ基板の側から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う側面断面図である。
図１に示すように、本実施形態の液晶装置１００では、ＴＦＴアレイ基板（以下「素子基板」という。）１０と対向基板２０とがシール材５２によって貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層５０が封入されている。シール材５２の外側の周辺回路領域には、データ信号駆動回路１０１および外部回路実装端子１０２が素子基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査信号駆動回路１０４が形成されている。また、対向基板２０の角部においては、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。

（等価回路）
図２は、ＴＦＴ素子を用いた液晶装置の等価回路図である。液晶装置の画像表示領域には、データ線６ａおよびゲート線３ａが格子状に配置され、両者の交点付近に画像表示単位であるサブ画素領域３０が配置されている。マトリクス状に配置された複数のサブ画素領域３０には、それぞれ画素電極１５が形成されている。その画素電極１５の側方には、当該画素電極１５への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子１３が形成されている。このＴＦＴ素子１３のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎが供給される。

またＴＦＴ素子１３のゲートには、ゲート線（走査線）３ａが電気的に接続されている。ゲート線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、‥、Ｇｎが供給される。またＴＦＴ素子１３のドレインには、画素電極１５が電気的に接続されている。そして、ゲート線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、‥、Ｇｎにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１３を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれるようになっている。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎは、画素電極１５と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極１５と容量線３ｂとの間に蓄積容量７が形成され、液晶容量と並列に配置されている。そして、上記のように液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて、階調表示が行われるようになっている。

（断面構造、平面構造）
図３および図４は第１実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図３は図４のＢ−Ｂ線に沿う側面断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う平面断面図である。
図４に示すように、第１実施形態では、画像表示単位となる複数のサブ画素領域３０がストライプ配列されている。すなわち、各サブ画素領域３０は長方形状とされ、その短手方向（Ｘ方向、第１方向）および長手方向（Ｙ方向、第２方向）に沿ってマトリクス状に並列配置されている。各サブ画素領域３０には、Ｙ方向に沿って素子形成領域Ｓおよび透過表示領域Ｔが隣接配置されている。

素子形成領域Ｓには、ＴＦＴ素子１３が形成されている。そのＴＦＴ素子１３のドレインには、第１容量電極７ａが接続されている。その第１容量電極７ａと平面的に重なるように、容量線３ｂから延設された第２容量電極７ｂが配置されている。そして第１容量電極７ａおよび第２容量電極７ｂにより蓄積容量７が形成されている。
また透過表示領域Ｔには、矩形状の画素電極１５が形成されている。この画素電極１５は、コンタクトホール４５を介して第１容量電極７ａに接続されている。

図３に示すように、本実施形態の液晶装置１００は、光源側に配置された素子基板１０と、観察者側に配置された対向基板２０と、一対の基板１０，２０の間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。なお観察者側に素子基板１０を配置し、光源側に対向基板２０を配置してもよい。
素子基板１０は、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体１１を備えている。その基板本体１１の内側には、上述したデータ線やゲート線、容量線、ＴＦＴ素子等を含む素子形成層１２が配置されている。その素子形成層１２の内側には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる画素電極１５が形成されている。

一方の対向基板２０も、ガラスやプラスチック、石英等の透光性材料からなる基板本体２１を備えている。その基板本体２１の内側には、カラーフィルタ層（以下「ＣＦ層」という。）２２が形成されている。このＣＦ層２２には、異なる色光を透過する複数のカラーフィルタ（着色材層）と、入射光を透過しない遮光層２３とが形成されている。遮光層２３は、上述した素子形成領域Ｓに対応して形成されている。なお、遮光層２３の非形成領域と画素電極１５の形成領域とのオーバーラップ部分が、素子基板側からの入射光を利用した表示が可能な透過表示領域Ｔとなっている。

図４には、ＲＧＢ３原色光をそれぞれ透過する複数のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを、二点差線で示している。各カラーフィルタは、サブ画素領域３０に対応して形成されている。具体的には、同じ色光を透過するカラーフィルタがＹ方向に沿って並列配置され、異なる色光を透過するカラーフィルタがＸ方向に沿って順に並列配置されている。なおＣＦ層は素子基板に設けてもよい。

図３に戻り、対向基板２０の内側の略全面には、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなる共通電極２５が形成されている。その共通電極２５の表面には、ポリイミド等からなる配向膜２９が形成されている。また素子基板１０に形成された画素電極１５の表面にも、ポリイミド等からなる配向膜１９が形成されている。これらの配向膜１９，２９には、所定方向にラビング処理が施されている。さらに、液晶層５０の厚さ（セルギャップ）を規制するため、フォトスペーサ５９が形成されている。

そして、素子基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が挟持されている。この液晶層５０を構成する液晶材料として、非選択電圧印加時には配向膜に対して水平に配向し、選択電圧印加時には配向膜に対して垂直に（すなわち、電界方向と平行に）配向する、誘電率異方性が正のポジ型液晶材料を採用することができる。この場合、例えば液晶層をＴＮ（Twisted Nematic）モード等で動作させ、液晶装置をノーマリーホワイトモードで動作させればよい。

なお液晶材料として、非選択電圧印加時には配向膜に対して垂直に配向し、選択電圧印加時には配向膜に対して平行に（すなわち、電界方向と垂直に）配向する、誘電率異方性が負のネガ型液晶材料を採用することも可能である。この場合には、液晶層をＶＡＮ（Vertically-Aligned Nematic）モードで動作させ、液晶装置をノーマリーブラックモードで動作させればよい。なおネガ型液晶材料を採用する場合には、画素電極１５にスリットを形成して複数のサブドットに分割するとともに、各サブドットを電気的に接続する連結部を設けることが望ましい。また各サブドットの中央に相当する共通電極２５上の位置に、突起等の配向規制手段を設けることが望ましい。これらにより、液晶分子のダイレクタの方向を同時に複数発生させることが可能になり、視野角の広い液晶装置を提供することができる。

一方、一対の基板１０，２０の外側には、それぞれ偏光板３６，３７が設けられている。これらの偏光板３６，３７は、その透過軸方向に振動する直線偏光のみを透過させるものである。なお偏光板３６および偏光板３７の内側に、必要に応じて位相差板を配置してもよい。
さらに、素子基板１０の外面側にあたる液晶セルの外側には、光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（照明手段）６０が設置されている。

（マイクロレンズ）
図３に示すように、バックライト６０からの光（光源光）の一部は、透過表示領域Ｔに入射して表示に寄与する。しかしながら光源光の残部は、素子形成領域Ｓに入射してＴＦＴ素子や遮光層２３等に吸収され、表示に寄与しない。そのため、光源光の利用効率の向上が望まれている。

そこで、本実施形態の液晶装置は、バックライト６０からの光を透過表示領域Ｔに集光する複数のマイクロレンズ（以下「レンズ」という。）７０を備えている。このレンズ７０は、バックライト６０と素子形成層１２との間に配置されている。なおレンズ７０と素子形成層１２との距離が短いと、レンズ７０の焦点距離を短くする必要があり、レンズ７０の厚肉化を招くことになる。そこで、レンズ７０を基板本体１１の外側に配置して、画素電極１５との距離を確保することにより、レンズ７０の厚肉化を防止している。このレンズ７０は、透明な樹脂材料等で構成されている。そのレンズ７０の表面は屈折率の異なる他の樹脂材料で覆われ、その外側に偏光板３６が配置されている。

レンズ７０は、円柱をその中心軸と平行に切断した形状（半円柱状、かまぼこ状）の、シリンドリカルレンズである。図４に示すように、各シリンドリカルレンズ７０は、その長手方向をＸ方向に一致させ、その幅方向をＹ方向に一致させて配置されている。図３に戻り、各シリンドリカルレンズ７０は、その光軸を透過表示領域Ｔの略中央に位置合わせして配置されている。本実施形態では、複数のシリンドリカルレンズ７０がその幅方向に並列配置された状態で一体成形されている。このレンズ７０は、熱可塑性樹脂を使用してプレス成形する方法や、感光性樹脂を使用してフォトリソグラフィにより成形する方法、樹脂材料の液滴を連続吐出して成形する方法等によって製造することが可能である。なおレンズ７０は、基板本体１１の外面に直接形成してもよく、別体のレンズシートを基板本体１１の外面に貼り付けて形成してもよい。

そして、バックライト６０から透過表示領域Ｔに向かって照射された光９４は、そのままレンズ７０を透過して表示に寄与する。また透過表示領域Ｔの周辺領域に向かって照射された光９６は、レンズ７０の表面で屈折され透過表示領域Ｔに集光されて表示に寄与する。これにより、光源光の利用効率を向上させることができる。

ところが、バックライト６０からレンズ７０に向かって照射された光源光の全てがレンズ７０に入射するわけではなく、光源光の一部はマイクロレンズ７０の表面で反射されることになる。その反射光の一部は、バックライト６０のリフレクタ等により反射され光源光として再利用されるが、反射光の残部は、液晶装置の構成部材に吸収されて消滅することになる。そのため、光源光の利用効率のさらなる向上が望まれている。

そこで、本実施形態の液晶装置は、レンズ７０の厚さが変化する方向と、そのレンズ７０に入射する直線偏光の振動方向とが、４５°未満の角度で交差するように、好ましくは略平行となるように構成されている。なおレンズ７０の厚さが変化する方向とは、シリンドリカルレンズ７０の幅方向であり、図４のＸ方向である。レンズ７０に入射する直線偏光の振動方向の設定は、図３に示す偏光板３６の透過軸方向を所定方向に配置することによって行うことができる。なお偏光板３６とレンズ７０との間に位相差板を配置した場合には、その位相差板から出射した楕円偏光がレンズ７０に入射することになる。この場合には、レンズ７０の厚さが変化する方向と、そのレンズ７０に入射する楕円偏光の長軸方向とが、上記関係を満たすように配置すればよい。

図５は、直線偏光の種類と反射率との関係の説明図である。図５（ａ）に示すように、直線偏光には、レンズ７０に対する振動方向の違いによりＰ偏光およびＳ偏光が存在する。レンズ７０の表面の法線７０ｖおよびその表面に入射する直線偏光９０の光軸を含む面（入射面；図５（ａ）の紙面に一致）に対して、平行に振動する直線偏光がＰ偏光であり、垂直に振動する直線偏光がＳ偏光である。なお楕円偏光も、Ｐ偏光およびＳ偏光の合成光である。そして図５（ｂ）に示すように、レンズの表面におけるＰ偏光の反射率は、Ｓ偏光の反射率に比べて、常に小さくなることが知られている。

そこで、レンズの厚さが変化する方向と、そのレンズに入射する直線偏光の振動方向とが、略平行となるように配置すれば、レンズに対してＰ偏光のみを入射させることができる。これにより、レンズの表面における反射率を小さくして、レンズの内部への入射率を大きくすることが可能になり、光源光の利用効率を向上させることができる。なおレンズの厚さが変化する方向と、そのレンズに入射する直線偏光の振動方向とが、４５°未満の角度で交差するように配置すれば、少なくともレンズに入射するＰ偏光の光量をＳ偏光の光量より多くすることができる。またレンズの厚さが変化する方向と、そのレンズに入射する楕円偏光の長軸方向とが、上記関係を満たすように配置した場合にも、レンズに入射するＰ偏光の光量をＳ偏光の光量より多くすることができる。いずれの場合も、レンズの内部への入射率を大きくすることができるので、光源光の利用効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶装置につき、図６ないし図９を用いて説明する。第２実施形態の液晶装置は、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode；以下「ＴＦＤ」という。）素子を採用したアクティブマトリクス型の液晶装置である。また第２実施形態の液晶装置は、サブ画素領域がデルタ配列された、半透過反射型の液晶装置である。なお、第１実施形態と同様の構成となる部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

（等価回路）
図６は、第２実施形態に係る液晶装置の等価回路図である。この液晶装置１００には、走査信号駆動回路１０４により駆動される複数の走査線９と、データ信号駆動回路１０１により駆動される複数のデータ線８とが格子状に配置され、両者の交点付近には画像表示単位であるサブ画素領域３０が配置されている。マトリクス状に配置された複数のサブ画素領域３０には、ＴＦＤ素子１３および液晶表示要素（液晶層）５０が配置されている。これらの各ＴＦＤ素子１３および各液晶層５０は、各走査線９と各データ線８との間に直列接続されている。

（断面構造、平面構造）
図７および図８は第２実施形態に係る液晶装置の説明図であり、図７は図８のＦ−Ｆ線に沿う側面断面図であり、図８は図７のＥ−Ｅ線における底面断面図である。なお図８では、素子基板に形成された画素電極１５やＴＦＤ素子１３、データ線８等を二点差線で示している。

図８に示すように、第２実施形態では、画像表示単位となる複数のサブ画素領域３０がデルタ配列されている。すなわち、各サブ画素領域３０は長方形状とされ、その短手方向（Ｘ方向、第１方向）に並列配置されるとともに、長手方向（Ｙ方向、第２方向）に隣接するサブ画素領域３０は相互にＸ方向に半ピッチずれた状態で配置されている。そのサブ画素領域３０内に、ＩＴＯ等の透明導電性材料からなる略長方形状の画素電極１５が形成されている。各画素電極１５の周囲には、データ線８がＹ方向に延設されている。そして、各画素電極１５がＴＦＤ素子１３を介してデータ線８に接続されている。

図７に示すように、本実施形態の液晶装置１００は、観察者側に配置された素子基板１０と、光源側に配置された対向基板２０と、一対の基板１０，２０の間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。なお観察者側に対向基板２０を配置し、光源側に素子基板１０を配置してもよい。
対向基板２０の基板本体２１の内側（図示上側）において、サブ画素領域の長手方向の一方端部には、アルミニウム等の高反射率の金属材料からなる反射膜２７が形成されている。その反射膜２７を覆うように、異なる色光を透過する複数のカラーフィルタを備えたＣＦ層２２が形成されている。なおＣＦ層２２は、素子基板１０に設けてもよい。

図８に示すように、反射膜２７は、Ｘ方向に並列配置された複数のサブ画素領域３０を跨ぐように、Ｘ方向に延設されている。（デルタ状に配置された３つのサブ画素領域が隣接する領域を連続して含んでいる。）そのため、反射膜２７の形成領域と画素電極１５の形成領域との重畳部分である反射表示領域Ｒは、Ｘ方向につき透過表示領域Ｔを介することなく並列配置されている。また反射膜２７の非形成領域と画素電極１５の形成領域との重畳部分である透過表示領域Ｔも、Ｘ方向につき反射表示領域Ｒを介することなく並列配置されている。さらに、ＲＧＢ３原色光をそれぞれ透過する複数のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが、各サブ画素領域３０に対応して形成されている。本実施形態では、デルタ状に隣接する３個のサブ画素領域３０に、３色のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが割り当てられている。

カラーフィルタは、サブ画素領域内で色度の異なる２種類の領域に区画されている構成とすることが好ましい。具体例を挙げると、透過表示領域Ｔの平面領域に対応して第１の色材領域が設けられ、反射表示領域Ｒの平面領域に対応して第２の色材領域が設けられており、第１の色材領域の色度が、第２の色材領域の色度より大きいものとされている構成を採用できる。また、反射表示領域Ｒの一部に非着色領域を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、カラーフィルタを表示光が１回のみ透過する透過表示領域Ｔと、２回透過する反射表示領域Ｒとの間で表示光の色度が異なるのを防止でき、反射表示と透過表示の見映えを揃えて表示品質を向上させることができる。

図７に戻り、ＣＦ層２２の内側には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の厚さを透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の厚さよりも小さくする液晶層厚調整層２４が設けられている。半透過反射型の液晶装置では、反射表示領域Ｒへの入射光は液晶層５０を２回透過するが、透過表示領域Ｔへの入射光は液晶層５０を１回しか透過しない。これにより反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの間で液晶層５０が寄与する偏光変調効果が異なってくるため、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒで階調表示特性が合わなくなる。そこで液晶層厚調整層２４を設けることにより、マルチギャップ構造が実現されている。具体的には、反射表示領域Ｒにおける液晶層５０の層厚が透過表示領域Ｔにおける液晶層５０の層厚の半分程度に設定されて、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおける液晶層５０のリタデーションが略同一に設定されている。これにより、反射表示領域Ｒおよび透過表示領域Ｔにおいて均一な画像表示を得ることができるようになっている。

この液晶層厚調整層２４の構成材料として、アクリル樹脂等の電気絶縁性および感光性を有する材料を採用することが望ましい。感光性材料を採用することにより、フォトリソグラフィを用いたパターニングが可能になり、液晶層厚調整層を精度よく形成することができる。この液晶層厚調整層２４は、素子基板１０に設けてもよく、また素子基板１０および対向基板２０の両方に設けてもよい。

液晶層厚調整層２４が形成された対向基板２０の内側には、帯状電極２５が形成されている。この帯状電極２５は、上述した走査線として機能するものであり、前記素子基板１０のデータ線と交差する方向に延在している。なお対向基板２０の帯状電極２５をデータ線として機能させ、素子基板１０のデータ線を走査線として機能させてもよい。

その帯状電極２５および突起の表面には、ポリイミド等からなる配向膜２９が形成されている。また素子基板１０に形成された画素電極１５の表面にも、ポリイミド等からなる配向膜１９が形成されている。これらの配向膜１９，２９には、所定方向にラビング処理が施されている。そして、素子基板１０と対向基板２０との間には、誘電率異方性が正のポジ型液晶材料からなる液晶層５０が挟持されている。なお液晶材料として、誘電率異方性が負のネガ型液晶材料を採用することも可能である。

一方、一対の基板１０，２０の外側には、それぞれ偏光板３６，３７が設けられている。その偏光板３６および偏光板３７の内側に、それぞれ位相差板３１および位相差板３２が設けられている。位相差板３１，３２として、可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４板を使用すれば、偏光板３６，３７とともに円偏光板を構成することができる。またλ／２板およびλ／４板を組み合わせて使用すれば、広帯域円偏光板を構成することができる。

（マイクロレンズ）
図７に示すように、第２実施形態の液晶装置でも、バックライト６０からの光源光を透過表示領域Ｔに集光するため、複数のマイクロレンズ（以下「レンズ」という。）７０が形成されている。このレンズ７０の光軸は、透過表示領域Ｔの略中央に位置合わせされている。またレンズ７０は、反射膜２７とバックライト６０との間に配置されている。特に、レンズ７０を基板本体２１の外側に配置して、反射膜２７との距離を確保することにより、レンズ７０の厚肉化を防止している。なお第２実施形態の複数のレンズ７０も、第１実施形態と同様の方法により一体成形することが可能である。

図８に示すように、レンズ７０は、長方形状のサブ画素領域３０に対応して長円形状に形成されている。このレンズ７０は、長軸方向をＹ方向に一致させ、短軸方向をＸ方向に一致させて配置されている。すなわち、レンズ７０はＸ方向の曲率（半径）とＹ方向の曲率（半径）とが異なる非球面平凸レンズであり、Ｘ方向の曲率はＹ方向の曲率より大きくなっている。そして、複数のレンズ７０が最密充填配置されている。なお各サブ画素領域の反射表示領域Ｒは、Ｙ方向に隣接するレンズ７０の境界部を跨ぐように配置されている。

ところで、図４に示す第１実施形態のシリンドリカルレンズは、光源光をＹ方向のみに集光しＸ方向には集光しないので、透過表示領域Ｔだけでなく、そのＸ方向の隣接領域にも光源光が照射されることになる。この隣接領域に照射された光源光は表示に寄与しないので、光源光の利用効率の向上に限界がある。この点、図８に示す第２実施形態の長円形状レンズは、ＸＹ両方向について光源光を集光するので、透過表示領域Ｔのみに光源光を集光することが可能になる。しかも、複数のレンズ７０が最密充填配置されているので、光源光のほとんど全てを透過表示領域Ｔに集光することが可能になる。したがって、光源光の利用効率を最大化することができる。

図９は、各光学軸の配置図である。第２実施形態では、偏光板３７とレンズ７０との間に位相差板３２が配置されている。そのためバックライト６０からの光は、偏光板３７により直線偏光９０に変換され、さらに位相差板３２により楕円偏光９１に変換されて、レンズ７０に入射する。そこで第２実施形態では、レンズ７０の厚さが大きく変化する方向（曲率が大きい方向）と、そのレンズ７０に入射する楕円偏光９１の長軸方向とが、４５°未満の角度で交差するように、好ましくは略平行となるように構成されている。レンズ７０に入射する楕円偏光の長軸方向の設定は、偏光板３７の透過軸方向を所定方向に配置すること等によって行うことが可能である。なお位相差板３２を設けない場合には、レンズ７０の厚さが変化する方向と、そのレンズ７０に入射する直線偏光の振動方向とが、上記関係を満たすように配置すればよい。

ところで、第２実施形態のレンズ７０は、ＸＹ両方向に曲率を有するので、ＸＹ両方向にレンズ７０の厚さが変化する。ここで、図５（ａ）に示す直線偏光９０の入射角（レンズの法線７０ｖと直線偏光９０の光軸とのなす角度）θは、レンズ７０の曲率半径が小さいほど大きくなる。そして図５（ｂ）に示すように、直線偏光の入射角θが大きいほど、Ｓ偏光とＰ偏光との反射率の差が大きくなる。そこで、上述した「レンズの厚さが変化する方向」を、レンズの曲率半径が小さい方向（Ｘ方向）に設定することが望ましい。レンズの曲率半径が小さい方向では、光源光の入射角が大きくなるので、Ｓ偏光とＰ偏光との反射率の差が大きくなる。そこで上記構成を採用し、曲率半径が小さい方向についてＰ偏光を多く入射させることにより、Ｓ偏光が多く入射する場合と比べてレンズ表面での反射率を小さくレンズ内部への入射率を大きくすることができる。一方、レンズの曲率半径が大きい方向では、光源光の入射角が小さくなるので、Ｓ偏光とＰ偏光との反射率の差が小さくなる。そのため、上記構成を採用することにより、曲率半径が大きい方向についてＳ偏光が多く入射しても、Ｐ偏光が多く入射する場合と比べて、レンズ表面での反射率およびレンズ内部への入射率には大差がない。したがって、光源光の利用効率を向上させることができる。

（電子機器）
図１０は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。図１０に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。本発明の液晶装置では、光源光の利用効率を向上させることにより、液晶装置の輝度を増加させることができるので、表示品質に優れた携帯電話１３００を提供することができる。

上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るく、高コントラストの表示が可能になっている。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

液晶装置の平面図および側面断面図である。 ＴＦＴ素子を用いた液晶装置の等価回路図である。 第１実施形態に係る液晶装置の側面断面図である。 第１実施形態に係る液晶装置の平面断面図である。 直線偏光の種類と反射率との関係の説明図である。 ＴＦＤ素子を用いた液晶装置の等価回路図である。 第２実施形態に係る液晶装置の側面断面図である。 第２実施形態に係る液晶装置の平面断面図である。 各光学軸の配置図である。 携帯電話の斜視図である。 従来技術に係る液晶装置の側面断面図である。

符号の説明

Ｔ‥透過表示領域 ３０‥サブ画素領域 ３６ａ‥直線偏光の振動方向 ７０‥レンズ １００‥液晶装置 １３００‥電子機器

Claims (6)

1. 画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内の透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、
   前記レンズは、前記複数のサブ画素領域に跨って配置されたシリンドリカルレンズであり、
   前記シリンドリカルレンズの幅方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とのなす角度が、４５°未満とされていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記シリンドリカルレンズの幅方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、略平行とされていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内の透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、
   前記レンズは、前記複数のサブ画素領域ごとに配置され二方向に曲率が異なるレンズであり、
   前記レンズの曲率半径が小さい方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、４５°未満とされていることを特徴とする液晶装置。
4. 前記レンズの曲率半径が小さい方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、略平行とされていることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
5. 画像表示単位となる複数のサブ画素領域と、前記サブ画素領域内に配置された透過表示領域と、前記透過表示領域に光源光を集光するレンズと、を備えた液晶装置であって、
   前記レンズの厚さが変化する方向と、前記レンズに入射する直線偏光の振動方向または楕円偏光の長軸方向とが、４５°未満とされていることを特徴とする液晶装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

Images