JP2007183323A

JP2007183323A - 液晶表示装置及び電子機器

Info

Publication number: JP2007183323A
Application number: JP2006000412A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Otake; 俊裕大竹
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】液晶表示装置の透過表示領域に光を効率良く集光し、透過型の表示を明るくする。
【解決手段】液晶層１２を挟持する一対の基板７ａ及び８ａと、一方の基板７ａと液晶層１２との間に設けられた樹脂膜２３と、樹脂膜２３と液晶層１２との間に設けられた光反射膜２４と、サブ画素Ｄ内において樹脂膜２３内に設けられた凹部２８と、凹部２８の内部の中央部に設けられた集光レンズ２９とを有する液晶表示装置である。凹部２８の周面形状は基板７ａと直交する方向に長軸を有する楕円体Ｑの周面形状と一致する。光反射膜２４は凹部２８の表面を覆って集光レンズ２９に接触又は近接する位置まで延在する。集光レンズ２９で屈折した光は凹部２８内の光反射膜２４で反射して、対向基板８側の着色膜４１へ集光する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶を用いて光を制御する液晶表示装置に関する。また、本発明は、その液晶表示装置を用いて構成する電子機器に関する。

現在、携帯電話機、携帯情報端末機といった各種の電子機器では、例えば、当該電子機器に関する各種の情報を視覚的に表示するための表示部として、液晶表示装置が用いられている。この液晶表示装置として、例えば、透光性のガラス基板上にＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）素子等といったスイッチング素子や信号線等といった導電パターンを形成し、その上に樹脂膜と光反射膜を形成した構造のものが知られている。このような構造の液晶表示装置として、例えば半透過反射型の液晶表示装置がある。半透過反射型液晶表示装置において、表示が行われるときのサブ画素内には、室内光等といった外部光を光反射膜によって反射しその反射光を表示に用いる反射表示領域と、照明装置等から供給される光を透過して表示に用いる透過表示領域とが設けられる。

上記のような構成の液晶表示装置として、従来、基板上に設けられた樹脂膜の膜厚を調節することにより、反射表示領域における液晶層の層厚を、透過表示領域における液晶層の層厚に比べて薄くした構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように反射表示領域と透過表示領域とで液晶層の層厚を変えることにより、液晶表示装置の表示領域の全域において液晶のリタデーションを均一にしている。

特開２００３−１９５２８７号公報（第５頁、図１）

ところで、特許文献１に開示された液晶表示装置において、照明装置からは面状の光が照明光として出射され、その照明光が液晶パネルの表示領域の全域に照射されることになる。この照明光は、透過表示領域内に入射して透過型表示に利用されるのであるが、その一部は透過表示領域以外の領域、例えば反射表示領域に照射されていた。このように反射表示領域に照射された照明光は液晶パネルを透過できないので、表示に利用できない光である。従って、特許文献１等に開示された従来の液晶表示装置においては、照明装置からの光の利用効率が低い傾向にあった。特に、透過型表示が暗い傾向にあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、液晶表示装置の透過表示領域に光を効率良く集光し、透過型の表示を明るくすることを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、液晶層を挟持する一対の基板と、前記液晶層と前記一対の基板のうちの一方の基板との間に設けられた樹脂膜と、該樹脂膜と前記液晶層との間に設けられた光反射膜と、サブ画素内において前記樹脂膜内に設けられた凹部と、該凹部の中央部に設けられた集光レンズとを有する液晶表示装置であり、前記凹部の周面形状は前記一方の基板と直交する方向に長軸を有する楕円体の周面形状と一致し、前記光反射膜は前記凹部の表面を覆って前記集光レンズに接触又は近接する位置まで延在することを特徴とする。

上記構成において、「楕円体」とは、楕円をその軸のまわりに１回転させて生じる立体のことである。「楕円」は二次曲線の一つであり、幾何学的には、平面上において２つの定点からの距離の和が一定である点の軌跡のことである。すなわち、図１２に示すように、定点Ｆ０と点Ｐ０の間の距離をｄ０とし、定点Ｆ０’と点Ｐ０の間の距離をｄ０’としたとき、ｄ０＋ｄ０’が一定である点Ｐ０の軌跡Ｅが楕円である。なお、定点Ｆ０及びＦ０’が楕円の２つの焦点である。本発明において、楕円体の周面形状とは、当該楕円体を形成する曲面である楕円面のことである。

また、上記構成の液晶表示装置では、サブ画素内の領域には、光反射膜が設けられた部分と光反射膜が設けられない部分とがある。光反射膜が設けられた領域では、例えば室内光等といった外部光を光反射膜によって反射して、その反射光を液晶表示装置の表示に利用する、すなわち反射型の表示が行われる。他方、光反射膜が設けられない領域（すなわち、凹部の内部の中央部）では、例えばバックライト等といった照明手段からの光が基板を透過して液晶層に供給されることによって、その透過光を液晶表示装置の表示に利用する、いわゆる透過型の表示が行われる。

本発明の液晶表示装置では、サブ画素内に設けられた凹部の周面形状を一方の基板と直交する方向に長軸を有する楕円体の周面形状と一致させ、さらに、集光レンズが設けられる凹部の内部の中央部を除いて前記凹部を光反射膜で覆うことにした。凹部を覆う光反射膜は、凹部の周面形状に従って楕円体の周面形状を呈している。照明手段等から出射して凹部の中央の所定領域を透過して凹部の内側の領域に入射した光は、集光レンズによって集光されることにより、楕円体の周面形状に形成された光反射膜で反射して所定領域へ向かって進行する。これにより、透過型の表示において明るい表示を行うことができる。

また、本発明の液晶表示装置では、サブ画素内の樹脂膜に設けた凹部のうち、光反射膜で覆われない中央の所定領域に対応して集光レンズを設けるようにした。この集光レンズは液晶層と反対側の基板の面から当該基板を透過する光を凹部の内側の領域内に集光できる。このように、光を凹部の内側の領域内に集光すれば、多くの光を表示のために利用できるので、透過型表示において光を効率良く利用できる。

次に、本発明に係る液晶表示装置において、前記集光レンズは前記楕円体の２つの焦点のうちの集光レンズに近い方の第1の焦点に光を集光することが望ましい。先に図１２を用いて説明したように、楕円の性質はｄ０＋ｄ０’が一定である。仮に、楕円Ｅを樹脂膜のうちの透過表示領域を形成する部分の側面に設けられた光反射膜の形状としたとき、焦点Ｆ０から楕円Ｅ上の点Ｐ０に向けて出射した光Ｌ０は、光反射膜によって反射して他方の焦点Ｆ０’に集光することができる。

本発明態様では、集光レンズが楕円体の焦点へ向けて光を集光させるので、集光レンズによって焦点に集光された光のうち、透過表示領域を形成している樹脂膜の凹部の側面に設けられた光反射膜によって反射した光は楕円体の他方の焦点に集光できる。これにより、透過型表示を明るくすることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、前記液晶層を挟んで前記一方の基板に対向する他の基板と、該他の基板上に設けられた着色膜とをさらに有することができ、その場合、前記着色膜は前記楕円体の第２の焦点の位置又はその近傍に配置されることが望ましい。透過表示領域を形成している樹脂膜の凹部の側面に設けられた光反射膜によって楕円体の第２の焦点、すなわち、着色膜に光を集光でき、明るいカラー表示を行うことができる。

本発明に係る液晶表示装置は、前記一方の基板を挟んで前記液晶層と反対側であって個々の前記サブ画素に対応する位置に配置された他の集光レンズを有することができ、その場合には、該他の集光レンズは前記集光レンズへ光を集光することを特徴とする。サブ画素の領域内において光反射膜で覆われない凹部の中央の所定領域に光を集光できるので、例えば照明手段等から供給される光を効率良く利用できる。

本発明に係る電子機器は、上記構成の液晶表示装置を有することを特徴とする。本発明に係る液晶表示装置においては、一方の基板と直交する方向に長軸を有する楕円体の周面形状と、サブ画素内に設けられた凹部の周面形状とを一致させ、さらに凹部の内部の中央部を除いて前記凹部を覆う形状に光反射膜を設けたので、照明手段等から凹部の中央の所定領域を透過して凹部の内側の領域に入射した光は、楕円体の周面形状に形成された光反射膜によって所定の範囲内に反射される。さらに、サブ画素内の樹脂膜に設けた凹部のうち、光反射膜で覆われない中心の所定領域に対応して集光レンズを設けたので、集光レンズは液晶層と反対側の基板面から当該基板を透過する光を凹部の内側領域内に集光でき、透過型表示において光を効率良く利用でき、液晶表示装置を用いた本発明に係る電子機器においても、光を効率良く利用して明るい透過型表示を行うことができる。

（電気光学装置の第１実施形態）
以下、本発明に係る液晶表示装置を実施形態に基づいて説明する。本実施形態では、チャネルエッチ型でシングルゲート構造のアモルファスシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置を示している。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、以下の説明で用いる図面では、特徴部分を分かり易く示すために、複数の構成要素の寸法を実際とは異なった比率で示す場合がある。

図１は、本発明に係る液晶表示装置の全体の側面断面構造を示し、図３のＺ３−Ｚ３線に従った断面図である。また、図２は、図１において矢印Ｚ１で示す部分を拡大して示している。図３は、図１の矢印Ａに従った平面構造を示し、図４は、図３のＺ２−Ｚ２線に従った断面図であり、主にＴＦＴ素子を示している。

図１において、液晶表示装置１は、電気光学パネルである液晶パネル２と、この液晶パネル２に付設された照明手段である照明装置３とを有する。この液晶表示装置１は矢印Ａが描かれた側が観察側であり、照明装置３は液晶パネル２の観察側の反対側に配置され、バックライトとして機能する。

液晶パネル２は、矢印Ａ方向から見て長方形又は正方形で環状のシール材６によって互いに貼り合わされた一対の基板７及び８を有する。基板７はスイッチング素子が形成された素子基板である。また、基板８はカラーフィルタが形成されるカラーフィルタ基板であり、観察側にカラーフィルタ基板８が配置され、観察側から見て背面に素子基板７が配置される。

シール材６は素子基板７とカラーフィルタ基板８との間に間隙、いわゆるセルギャップＧを形成する。シール材６はその一部に液晶注入口（図示せず）を有し、液晶注入口を介して素子基板７とカラーフィルタ基板８との間に電気光学物質である液晶が注入される。注入された液晶はセルギャップＧ内で電気光学物質層として液晶層１２を形成する。液晶注入口は液晶の注入が完了した後に樹脂によって封止される。液晶の注入方法としては、上記液晶注入口を通して行う方法以外に、液晶注入口を持たない連続する環状のシール材６によって囲まれる領域内に液晶滴を滴下によって供給する方法でも良い。

セルギャップＧの間隔、従って液晶層１２の層厚は、セルギャップＧ内に設けられる複数のスペーサ（図示せず）によって一定に維持される。このスペーサは、複数の球状の樹脂部材を素子基板７又はカラーフィルタ基板８の表面上にランダム（無秩序）に置くことによって形成できる。また、スペーサは、フォトリソグラフィ処理によって所定の位置に柱状に形成しても良い。

照明装置３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源１３と、導光体１４とを有する。光源としては、ＬＥＤのような点状光源以外に、冷陰極管のような線状光源を用いることもできる。導光体１４は、例えば、透光性を有する樹脂を材料の成形加工によって形成され、ＬＥＤ光源１３に対向する側面が光入射面１４ａであり、液晶パネル２に対向する面が光出射面１４ｂである。矢印Ａで示す観察側から見て導光体１４の背面には、必要に応じて、光反射層１６が設けられ、導光体１４の光出射面１４ｂには、必要に応じて、光拡散層１７が設けられる。

素子基板７は、第１の透光性基板７ａを有する。この第１透光性基板７ａは、例えば、透光性のガラスやプラスチック等によって形成される。第１透光性基板７ａの外側表面には偏光板１８ａが、例えば、貼着によって装着される。必要に応じて、偏光板１８ａ以外の光学要素、例えば位相差板を付加的に設けることもできる。他方、第１透光性基板７ａの内側表面には、矢印Ｚ１で示す部分の拡大図である図２にも示すように、ソース線１９が列方向Ｙ（すなわち、図２の左右方向）に延びている。また、ゲート線２０が行方向Ｘ（図２の紙面垂直方向）に延びている。そして、スイッチング素子として機能するアクティブ素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子２１がソース線１９及びゲート線２０に接続して形成されている。

それらのＴＦＴ素子２１、ソース線１９及びゲート線２０の上に、それらを覆う樹脂膜の保護膜２２が形成され、その上に樹脂膜としての凹凸樹脂膜２３光反射膜２４、画素電極２５、配向膜２６ａの順番に形成されている。この配向膜２６ａに配向処理、例えばラビング処理が施され、素子基板７の近傍における液晶分子の初期配向が決められる。

通常、保護膜２２は、透光性と絶縁性を有する窒化膜（ＳｉＮ）や二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２）を用いて形成される。また、凹凸樹脂膜２３は、例えば、透光性、感光性、及び絶縁性を有する樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリイミド樹脂等をフォトリソグラフィ処理によりパターニングすることで形成される。凹凸樹脂膜２３の表面には、複数の凹部及び複数の凸部から成る凹凸パターンが設けられている。

光反射膜２４は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ合金等の光反射性材料をフォトエッチング処理によりパターニングすることで形成される。画素電極２５は、例えばＩＴＯ等の金属酸化物をフォトエッチング処理によりパターニングすることで形成されて、配向膜２６ａは、例えばポリイミド等を印刷等を塗布することにより形成される。

光反射膜２４及び画素電極２５は、矢印Ａ方向から平面的に見て素子基板７上に行方向Ｘ及び列方向Ｙに沿ってマトリクス状に複数形成される。これらの光反射膜２４及び画素電極２５は、図３に示すように、各ソース線１９と各ゲート線２０とが交差する位置の近傍に設けられていて、個々のＴＦＴ素子２１に接続されている。

図２において、保護膜２２及び凹凸樹脂膜２３には、画素電極２５とＴＦＴ素子２１とを電気的に接続するための開口部としての貫通穴であるコンタクトホール２７が形成されている。このコンタクトホール２７は、矢印Ａ方向から平面的に見てＴＦＴ素子２１の素子本体部分に重ならない位置であって、画素電極２５と重なる位置に形成される。

ＴＦＴ素子２１はアモルファスシリコンＴＦＴであり、このＴＦＴ素子２１は、図４に示すように、ゲート電極３１、ゲート絶縁膜３２、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）によって形成された半導体膜３３、Ｎ^＋−Ｓｉ膜３４ａ，３４ｂ、ソース電極３５、そしてドレイン電極３６を有する。本実施形態のＴＦＴ素子２１は、ボトムゲート構造及びシングルゲート構造のチャネルエッチ型のＴＦＴ素子として構成されている。

ＴＦＴ素子２１から少し離れて補助容量３７が設けられている。補助容量３７は画素電極２５に付随する容量が小さくなり過ぎることを防止するために設けられている。補助容量３７は、ゲート電極３１と同じ層内に同じ材料によって形成された第１電極３１ａと、ゲート絶縁膜３２と同じ層内に同じ材料によって形成されていて第１電極３１ａを覆う絶縁膜３２ａと、ドレイン電極３６と同じ層内に形成されていて絶縁膜３２ａを覆う第２電極３６ａとによって構成されている。図３に示すように、補助容量３７の第１電極３１ａは、ゲート線２０に平行で、ソース線１９に交差して延びている。また、第２電極３６ａは面積の広い長方形状に形成されている。

図４において、ドレイン電極３６は、その一端がＮ^＋−Ｓｉ膜３４ｂを介して半導体膜３３に接続し、その他端が補助容量３７の第２電極３６ａとなる所まで延びている。また、ドレイン電極３６はコンタクトホール２７を介して画素電極２５に電気的に接続している。ソース電極３５は、図３に示すように、ソース線１９から分岐して形成されている。また、ゲート電極３１は、ソース線１９と直角の方向に延びるゲート線２０から分岐して延びている。

画素電極２５の下に保護膜２２と凹凸樹脂膜２３とから成る層間絶縁膜を設けることにより、画素電極２５の層とＴＦＴ素子２１の層は別々の層に分けられている。画素電極２５とＴＦＴ素子２１とを同じ層に形成する構造に比べて、素子基板７の表面を有効に活用できる。例えば、画素電極２５の層とＴＦＴ素子２１の層とを別層とすることにより、画素電極２５の面積、すなわち画素面積をＴＦＴ素子２１によって阻害されることなく大きくすることができ、そのため、液晶表示装置において鮮明な表示を行うことができる。

図１において、素子基板７に対向するカラーフィルタ基板８は、矢印Ａ方向から見て長方形又は正方形の第２の透光性基板８ａを有する。この第２透光性基板８ａは、例えば、透光性のガラスやプラスチック等によって形成され、第２透光性基板８ａの外側表面には偏光板１８ｂが貼着され、偏光板１８ｂ以外の光学要素、例えば位相差板を付加的に設けることもできる。

図２に示すように、第２透光性基板８ａの内側表面には、カラーフィルタを構成する着色膜４１が形成され、その周囲に遮光膜４２が形成され、着色膜４１及び遮光膜４２の上にオーバーコート膜４３、共通電極４４、配向膜２６ｂが順番に形成されている。オーバーコート膜４３は、カラーフィルタの保護膜として機能する。配向膜２６ｂは、例えばポリイミド等を印刷等により塗布して形成される。

個々の着色膜４１は矢印Ａ方向から見て長方形又は正方形のドット状に形成されている。また、着色膜４１は複数個が矢印Ａ方向から見て行方向Ｘ及び列方向Ｙにマトリクス状に配列されている。遮光膜４２はそれらの着色膜４１を囲む格子状に形成されている。

着色膜４１の個々はＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の１つを通過させる光学的特性に設定され、それらＢ，Ｇ，Ｒの着色膜４１が矢印Ａ方向から見て所定の配列、例えばストライプ配列、モザイク配列、デルタ配列で並べられている。着色膜４１の光学的特性はＢ，Ｇ，Ｒの３原色に限られず、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３原色を通過させる特性とすることもできる。遮光膜４２は、異なる色の着色膜４１を重ねたり、あるいは、所定の材料（例えば、Ｃｒ）によって形成される。

図１において、共通電極４４は、カラーフィルタ基板８の表面の全面に設けられている。一方、素子基板７上に設けられた複数の画素電極２５は矢印Ａ方向から平面的に見て行方向Ｘ及び列方向Ｙに沿ってマトリクス状に並んでいる。これらの画素電極２５とカラーフィルタ基板８上に設けられた共通電極４４とは、矢印Ａ方向から平面的に見て複数のドット状の領域で重なっている。このように重なり合った領域が表示のための最小単位であるサブ画素Ｄが、複数の行方向Ｘ及び列方向Ｙにマトリクス状に並ぶことにより、矢印Ａ方向から見て長方形状又は正方形状の表示領域Ｖが形成され、この表示領域Ｖ内に文字、数字、図形等が表示される。

図２に示すように、サブ画素Ｄ内の一部の領域には、保護膜２２及び凹凸樹脂膜２３を貫通する凹部２８が設けられている。この凹部２８の周面形状は、基板７ａの表面と直交する方向（図２の上下方向）に長軸を有する楕円体Ｑの周面形状と一致している。凹部２８は、当該凹部２８の中央の領域Ｔを除いて光反射膜２４に覆われ、光反射膜２４に覆われていない領域Ｔ内で、基板７ａ上に集光レンズ２９が設けられている。この集光レンズ２９は球の一部分の形状を有している。

集光レンズ２９は、例えば凹凸樹脂膜２３を形成するときに同じ工程において同じ材料によって形成することができる。光反射膜２４は凹部２８の表面を覆って集光レンズ２９に接触する位置まで延在している。なお、光反射膜２４は集光レンズ２９に近接する状態（わずかな間隙を持つ状態）であっても良い。これらの凹部２８及び集光レンズ２９に関しては後に詳しく説明する。

本実施形態のように、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色から成る着色膜４１を用いてカラー表示を行う場合は、Ｂ，Ｇ，Ｒの３色に対応する３つの着色膜４１に対応する３つのサブ画素Ｄによって１つの画素が形成される。他方、白黒又は任意の２色でモノカラー表示を行う場合は、１つのサブ画素Ｄによって１つの画素が形成される。

光反射膜２４は、フォトエッチング処理により形成され、サブ画素Ｄのうちの一部の領域Ｒに設けられ、残りの領域Ｔには設けられない。領域Ｔは、図３に示すように、サブ画素Ｄ内の一部の円形状の領域であり、領域Ｒはサブ画素Ｄ内の領域Ｔ以外の領域である。

個々のサブ画素Ｄの中で光反射膜２４が存在する領域が反射表示領域Ｒであり、光反射膜２４が存在しない領域が透過表示領域Ｔである。図２において、矢印Ａで示す観察側から入射した外部光Ｌ０は反射表示領域Ｒにおいて光反射膜２４で反射する。一方、図１の照明装置３の導光体１４から出射した図２の光Ｌ１は、透過表示領域Ｔを透過する。

なお、透過表示領域Ｔにおいて集光レンズ２９に入射した光Ｌ１の経路は２種類が考えられる。１つは、集光レンズ２９で屈折して凹部２８の周面の光反射膜２４で反射した後に凹部２８の外部へ進むものである。他の１つは、集光レンズ２９で屈折して又は屈折せずに、且つ光反射膜２４で反射することもなく凹部２８の外部へ進むものである。光Ｌ１の進行経路を考えたとき、透過表示領域Ｔは必ずしも照明光Ｌ１が通過できる領域（集光レンズ２９の底面径に相当する領域）に限られず、それよりもう少し広い領域となる。しかしながら、本明細書では、便宜上、照明光Ｌ１が素子基板７を通過できる領域Ｔを透過表示領域として考えるものとする。

凹凸樹脂膜２３の表面であって個々のサブ画素Ｄ内の反射表示領域Ｒに対応する部分には複数の凹部及び複数の凸部が矢印Ａ方向から見て平面的にランダムに形成されることにより、凹凸樹脂膜２３の表面に凹凸パターンが形成される。光反射膜２４は、凹凸パターンが形成さた凹凸樹脂膜２３の上に一定の膜厚で形成され、それ自身も同じ凹凸パターンの形状を有している。光反射膜２４に凹凸パターンを形成することにより、光反射膜２４で反射する光Ｌ０を、鏡面反射ではなく、適度の散乱光や適切な指向性を持った光とすることができる。

保護膜２２及び凹凸樹脂膜２３は、反射表示領域Ｒに設けられており、透過表示領域Ｔには設けられていない。このため、反射表示領域Ｒ内の液晶層１２の層厚ｔ０は、透過表示領域Ｔ内の液晶層１２の層厚ｔ１よりも薄くなっている。望ましくはｔ０＝（ｔ１）／２になっている。液晶層１２の層厚の調整は、反射表示領域Ｒ内で光Ｌ０が液晶層１２を２回通過する反射型表示の場合と、透過表示領域Ｔ内で光Ｌ１が液晶層１２を１回しか通過しない透過型表示の場合とで、光路長が不均一になることを補償する措置である。この層厚調整により、反射型表示と透過型表示との間で均一な色表示が可能となる。

次に、図１において、素子基板７を構成する第１透光性基板７ａはカラーフィルタ基板８の外側へ張り出す張出し部４５を有している。張出し部４５の表面には、配線４６がフォトエッチング処理等によって形成されている。配線４６は矢印Ａ方向から見て複数本形成されており、紙面垂直方向に沿って互いに等間隔で平行に並べられている。また、張出し部４５の辺端には複数の外部接続用端子４７が紙面垂直方向に沿って互いに等間隔で平行に並ぶように形成されている。外部接続用端子４７が設けられた張出し部４５の辺端には、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）基板（図示せず）が接続される。

複数の配線４６は、シール材６に囲まれた領域内に向けて列方向Ｙに延びるように形成されている。配線４６の一部は、素子基板７上のソース線１９（図２参照）に直接に繋がってデータ線として機能する。また、配線４６の他の一部は、シール材６によって囲まれた領域内において素子基板７の側辺に沿ってＹ方向に延びるように形成され、さらに折れ曲って行方向Ｘに延びるように形成されている。これらの曲がった状態の配線４６は、素子基板７上のゲート線２０（図２参照）に直接に繋がって走査線として機能する。

図１の張出し部４５の表面には、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電膜）４８を用いたＣＯＧ（Chip On Glass）技術によって、駆動用ＩＣ４９が実装されている。駆動用ＩＣ４９は、ソース線１９へデータ信号を伝送し、ゲート線２０へ走査信号を伝送する。駆動用ＩＣ４９は１つのＩＣチップで形成、あるいは必要に応じて複数のＩＣチップで形成しても良い。駆動用ＩＣ４９を複数のＩＣチップによって構成する場合には、それらのＩＣチップが張出し部４５上で図１の紙面垂直方向に並べて実装される。

図１における上記構成の液晶表示装置１では、液晶表示装置１が明るい室外や明るい室内に置かれる場合は、太陽光や室内光等の外部光を用いて反射型の表示が行う一方で、液晶表示装置１が暗い室外や暗い室内に置かれる場合は、照明装置３をバックライトとして用いて透過型の表示が行われる。

図２において、上記反射型表示を行う場合、観察側の矢印Ａ方向からカラーフィルタ基板８を通して液晶パネル２内へ入射した外部光Ｌ０は、液晶層１２を通過して素子基板７内へ入った後、反射表示領域Ｒにおいて光反射膜２４で反射して再び液晶層１２へ供給される。他方、上記の透過型表示を行う場合、図１の照明装置３の光源１３が点灯し、その光が導光体１４の光入射面１４ａから導光体１４へ導入され、さらに、光出射面１４ｂから面状の光として出射する。この出射光は、図２の符号Ｌ１で示すように光反射膜２４が存在しない領域を通って透過表示領域Ｔ内の液晶層１２へ供給される。

以上のようにして液晶層１２へ光が供給される間、素子基板７側の画素電極２５とカラーフィルタ基板８側の共通電極４４との間には、走査信号およびデータ信号によって特定される所定の電圧が印加され、これにより、液晶層１２内の液晶分子の配向がサブ画素Ｄごとに制御され、この結果、液晶層１２に供給された光がサブ画素Ｄごとに変調される。この変調された光が、カラーフィルタ基板８側の偏光板１８ｂ（図１参照）を通過するとき、その偏光板１８ｂの偏光特性に従ってサブ画素Ｄごとに通過を規制され、素子基板７の表面に文字、数字、図形等が表示され、矢印Ａ方向から視認される。

次に、透過型表示が行われる場合について考える。図５は透過表示領域Ｔを構成する凹部２８、集光レンズ２９、及びその周辺の構成を示している。凹部２８の周面が楕円体Ｑの形状に一致することは既述の通りである。図では、説明の都合上、凹部２８の表面を覆う光反射膜２４の表面形状として楕円体Ｑが描かれている。実際の使用上では、凹部２８の楕円体と光反射膜２４の楕円体は同じものと考えて差し支えないと考えられる。楕円体Ｑは、周知の通り、その長軸上に２つの焦点を有している。図では、集光レンズ２９に近い側の第１の焦点を符号Ｆ１で示し、遠い側の第２の焦点を符号Ｆ２で示している。

また、周知の通り、球の一部分の形状を有する集光レンズ２９は、光入射面へ入射した光Ｌ１を所定の集光点へ集光する機能を持っている。集光レンズ２９の集光点を楕円体Ｑの第１焦点Ｆ１に一致させている。楕円体Ｑの第２焦点Ｆ２が対向基板であるカラーフィルタ基板８上の着色膜４１の表面上又はその近傍に位置するように楕円体Ｑの形状を規定している。

凹部２８及び楕円体Ｑに関する構成により、図１の照明装置３の光出射面１４ｂから出た光Ｌ１が図５に示した集光レンズ２９へ入射すると、光Ｌ１は集光レンズ２９で屈折してそのレンズの集光点である楕円体Ｑの第１焦点Ｆ１へ集光する。この集光した光は楕円体Ｑの性質により凹部２８上の光反射膜２４で反射した後に第２焦点Ｆ２へ集光する。第２焦点Ｆ２は着色膜４１の表面又はその近傍に位置設定されているので、着色膜４１は光量の大きい光で照明される。この結果、カラーフィルタ基板８の外部に明るい色光を出射でき、透過型表示を明るく表示することができる。

（凹部２８の形成手法）
本実施形態における透過表示領域Ｔに凹部２８を設けて透過型表示を明るくする効果を得る凹部２８の形成方法について説明する。

凹部２８は、例えば、凹凸樹脂膜２３をフォトリソグラフィ処理によって形成する。具体的には、露光マスクとしてハーフトーンマスクを用い、そのハーフトーンマスクの光透過率に変化を持たせることにより、凹部の周面に楕円体形状を形成する。なお、ハーフトーンマスクは、光を減衰させて透過させるハーフトーン材料をガラス基板上に適宜のパターンで形成した露光マスクである。一般的には、多階調の露光マスクを作製するためにこのハーフトーンマスクが広く用いられる。ハーフトーン材料（光を減衰して透過させる材料）としては、例えば、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ又はＭｏＳｉ_２）を用いる。

（Ｉ）まず、図６（ａ）に示すような楕円曲面について考える。図６（ｂ）はその楕円曲面の平面透視図である。また、図６（ｃ）はその楕円曲面の垂直透視図である。図６（ａ）に示す楕円曲面を数式で表すと、
（ｘ^２／ａ^２）＋（ｙ^２／ｂ^２）＋（ｚ^２／ｃ^２）＝１
である。

本発明について考える場合は、原点を通りｘｙ平面の射影が円である系を選ぶのが、楕円ミラーの系に最も近いといえる。この系は、
（ｘ^２／ａ^２）＋（ｙ^２／a^２）＋｛（ｚ−ｂ）^２／ｂ^２｝＝１ …（１）
となる。（１）式より、
（ｚ−ｂ）／ｂ＝±√｛１−（ｘ^２＋ｙ^２）／ａ^２｝
であり、さらに、ｚ＜ｂより、
ｚ＝ｂ［１−√{１−（ｘ^２＋ｙ^２）／ａ^２}］
である。

今、図６（ｄ）のようなミラーの断面を考える。ｙ＝０より、
ｚ＝ｂ｛１−√（１−ｘ^２／ａ^２）｝ …（２）
となる。

（ＩＩ）次に、マスクの透過率と感光性樹脂（いわゆる、レジスト）の掘れ量との関係を考える。「掘れ量」は逆に見れば「残膜量」と考えることもできる。
一定の露光量の条件下、透過率Ｔと残膜量Ｌは図７（ｂ）に示すように一次の関係にある。図７（ｂ）においてＬ０の膜厚の残膜量が０（ゼロ）になる最少の透過率をＴ０とし、図７（ａ）においてＬ０の膜厚の残膜量がＬであるとすれば、
Ｌ＝Ｌ０｛１−（Ｔ／Ｔ０）｝ …（３）
である。但し、Ｌ０及びＴ０はマスクに固有の量である。

（ＩＩＩ）上記の（２）式と（３）式より、楕円ミラーを形成するためには、
Ｚ０｛１−（Ｔ／Ｔ０）｝＝ｂ[１−√｛１−（ｘ^２／ａ^２）｝] …（４）
の関係を満たしていれば良いことが分かる。
なお、この際、離心率ｅは
ｅ＝{√（ｂ^２−ａ^２）}／ｂ
であり、焦点ｆは
ｆ＝ｂｅ＝√（ｂ^２−ａ^２）
となる。また、原点から焦点ｆまでの距離は、
ｂ−√（ｂ^２−ａ^２）
となる。

（ＩＶ）以上のように、上記（３）式において、原点からの距離ｘと、その点に要求される透過率Ｔが求められれば、ハーフトーンマスクを用いた露光マスクを描画露光によって作製する際に、その（ｘ、Ｔ）に基づいてハーフトーン材料の透過率を制御すれば、樹脂膜に楕円体の凹部を形成できる露光マスクを作製することができる。

（電気光学装置の第２実施形態）
次に、本発明に係る液晶表示装置の他の実施形態を説明する。図８は、本発明に係る液晶表示装置の他の実施形態を示す。本実施形態が第１実施形態と異なる点は次の点である。第１実施形態では、図１に示すように、個々のサブ画素Ｄ内の基板７ａ上であって、凹部２８の内側の領域（透過表示領域）Ｔに集光レンズ（以下、第１集光レンズという）２９を設けているが、本実施形態では、図８に示すように、基板７ａ上の第１集光レンズ２９に加えて、基板７ａと照明装置３との間に第２の集光レンズ５９を設けている。以下、図８の液晶表示装置５１を、図１の液晶表示装置１と異なる点を中心に説明する。

図８は、本発明に係る液晶表示装置の全体の側面断面構造を示している。また、図９は、図８において矢印Ｚ４で示す部分、すなわち凹部２８の部分を拡大して示している。図８の液晶表示装置５１において、液晶パネル２は任意に構成できるが、本実施形態では図１に示す液晶パネル２と同じ構成とする。また、図８における照明装置３も任意に構成できるが、本実施形態では図１に示す照明装置３と同じ構成とする。なお、図８及び図９に示す要素と図１及び図５に示す要素とが同じものである場合はそれらを同じ符号によって示し、各要素の詳しい説明は省略する。

図８において、素子基板７の外側の表面（偏光板１８ａの表面）には、複数の第２の集光レンズ５９が設けられている。第２集光レンズ５９は、個々のサブ画素Ｄに対して１つずつ設けられている。この第２集光レンズ５９は、球の一部分の形状又は半円筒形状（かまぼこ形状）に形成されている。

図９に示すように、第２集光レンズ５９は第１集光レンズ２９と同様に、光入射面へ入射した光Ｌ１を所定の集光点へ集光する機能を持っている。本実施形態では、第２集光レンズ５９の集光点を、第１集光レンズ２９の場合と同様に楕円体Ｑの第１焦点Ｆ１に一致させている。

図１に示した第１実施形態においては、照明装置３の光出射面１４ｂから出た出射光は略平行に進むので、集光レンズ２９に入射する光はその集光レンズ２９に対応した位置の光出射面１４ｂから出射した光に限られるが、本実施形態では、液晶パネル２と照明装置３との間の個々のサブ画素Ｄに対応し、個々の第１集光レンズ２９に対応して第２集光レンズ５９を設けることにより、照明装置３から出射する光を広い領域から集めて第１集光レンズ２９へ供給することができ、透過型表示をより一層明るい表示にできる。

（電気光学装置に関するその他の実施形態）
以上、実施形態を挙げて本発明に係る電気光学装置を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。

例えば、上記の各実施形態では、基板７ａ上に設けた集光レンズ２９は、透光性の樹脂を用いて形成しているが、集光レンズ２９は、樹脂以外の材料を用いて形成することもできる。例えば、集光レンズ２９はガラスを用いて形成することができ、この場合には、基板７ａの表面に、当該基板７ａと一体に形成することができる。

また、上記の実施形態は、チャネルエッチ型でシングルゲート構造のアモルファスシリコンＴＦＴ素子をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に本発明を適用したものであるが、本発明はチャネルエッチ型以外のアモルファスシリコンＴＦＴ素子を用いる液晶表示装置にも適用できる。また、本発明は、アモルファスシリコンＴＦＴ素子以外のＴＦＴ素子、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ素子や、低温ポリシリコンＴＦＴ素子等をスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス方式の液晶表示装置にも適用できる。

また、本発明は、シングルゲート構造以外のＴＦＴ素子、例えばダブルゲート構造又はマルチゲート構造のＴＦＴ素子を用いる液晶表示装置にも適用できる。また、上記実施形態は３端子型スイッチング素子であるＴＦＴ素子を用いる電気光学装置に本発明を適用したものであるが、本発明は、ＴＦＤ（Thin Film Diode）素子等といった２端子型スイッチング素子を用いる電気光学装置にも適用できる。

（電子機器の第１実施形態）
以下、本発明に係る電子機器を実施形態を挙げて説明する。この実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１０は、本発明に係る電子機器の一実施形態を示す。ここに示す電子機器は、液晶表示装置１０１と、これを制御する制御回路１０２とを有する。制御回路１０２は、表示情報出力源１０５、表示情報処理回路１０６、電源回路１０７及びタイミングジェネレータ１０８によって構成され、液晶表示装置１０１は液晶パネル１０３及び駆動回路１０４を有する。

表示情報出力源１０５は、ＲＡＭ(Random Access Memory)等のメモリや、各種ディスク等のストレージユニット、ディジタル画像信号を同調出力する同調回路等を備え、タイミングジェネレータ１０８により生成される各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等の表示情報を表示情報処理回路１０６に供給する。

次に、表示情報処理回路１０６は、増幅・反転回路や、ローテーション回路や、ガンマ補正回路、クランプ回路等といった周知の回路を多数備え、入力した表示情報の処理を実行して、画像信号をクロック信号ＣＬＫと共に駆動回路１０４へ供給する。ここで、駆動回路１０４は、走査線駆動回路やデータ線駆動回路と共に、検査回路等を総称したものである。また、電源回路１０７は、上記の各構成要素に所定の電源電圧を供給する。

液晶表示装置１０１は、例えば、図１に示した液晶表示装置１又は図８に示した液晶表示装置５１を用いて構成する。これらの液晶表示装置を用いれば、集光レンズとそれを取り囲む凹部内光反射膜との協働作用により、明るい透過型表示となるので、液晶表示装置を用いた本実施形態の電子機器においても、明るい透過型表示を行うことができ、電子機器に関する情報を鮮明に表示できる。

（電子機器の第２実施形態）
図１１は、本発明に係る電子機器の他の実施形態である携帯電話機を示している。ここに示す携帯電話機１１０は、本体部１１１と、これに開閉可能に設けられた表示体部１１２とを有する。液晶表示装置等の電気光学装置によって構成された表示装置１１３は、表示体部１１２の内部に配置され、電話通信に関する各種表示は、表示体部１１２において表示画面１１４によって視認できる。本体部１１１には操作ボタン１１５が配列されている。

表示体部１１２の一端部には伸縮自在のアンテナ１１６が取付けられている。表示体部１１２の上部に設けられた受話部１１７の内部には、スピーカ（図示なし）が配置される。また、本体部１１１の下端部に設けられた送話部１１８の内部にはマイク（図示なし）が内蔵されている。表示装置１１３の動作を制御するための制御部は、携帯電話機の全体の制御を司る制御部の一部として、又は制御部とは別に、本体部１１１又は表示体部１１２の内部に格納される。

表示装置１１３は、例えば、図１に示した液晶表示装置１又は図８に示した液晶表示装置５１を用いて構成できる。この液晶表示装置を用いることにより、集光レンズとそれを取り囲む凹部内光反射膜との協働作用で、明るい透過型表示を行うことができる。液晶表示装置を用いた本実施形態の電子機器においても、明るい透過型表示を行うことができ、電子機器に関する情報を鮮明に表示できる。

なお、電子機器として、以上に説明した携帯電話機等の他に、パーソナルコンピュータ、液晶テレビ、ビューファインダ型又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、テレビ電話機、ＰＯＳ端末器等が挙げられる。

本発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す側面断面図。図１において矢印Ｚ１で示す部分を拡大して示す断面図。図２において矢印Ａに従って素子基板上の１つのサブ画素及びその周辺の平面構造を示す平面図。図３のＺ２−Ｚ２線に従った断面図。図２の透過表示領域及びその近傍を拡大して示す断面図。楕円体表面の作成手法を説明するための図。楕円体表面の作成手法を説明するための他の図。本発明に係る液晶表示装置の他の実施形態を示す側面断面図。図８の矢印Ｚ４で示す部分を拡大して示す断面図。本発明に係る電子機器の一実施形態を示すブロック図。本発明に係る電子機器の他の実施形態である携帯電話機を示す斜視図。楕円体の焦点について示す図。

符号の説明

１，５１．液晶表示装置、２．液晶パネル、３．照明装置、６．シール材、
７．素子基板、７ａ．第１透光性基板、８．カラーフィルタ基板、
８ａ．第２透光性基板、１２．液晶層、１３．ＬＥＤ、１４．導光体、
１６．光反射層、１７．光拡散層、１８ａ，１８ｂ．偏光板、１９．ソース線、
２０．ゲート線、２１．ＴＦＴ素子、２２．保護膜、
２３．凹凸樹脂膜（樹脂膜）、２４．光反射膜、２５．画素電極、
２６ａ，２６ｂ．配向膜、２７．コンタクトホール、２８．凹部、
２９．集光レンズ、３１．ゲート電極、３２．ゲート絶縁膜、３３．半導体層、
３４ａ，３４ｂ．Ｎ+−Ｓｉ膜、３５．ソース電極、３６．ドレイン電極、
３７．補助容量、４１．着色膜、４２．遮光膜、４３．オーバーコート膜、
４４．共通電極、４５．張出し部、４６．配線、４７．外部接続用端子、
４８．ＡＣＦ、４９．駆動用ＩＣ、５１．液晶表示装置、５９．第２集光レンズ、
１０１．液晶表示装置（電気光学装置）、１０２．制御回路、
１０３．液晶パネル（電気光学パネル）、１０４．駆動回路、
１１０．携帯電話機（電子機器）、Ｄ．サブ画素、Ｇ．セルギャップ、
Ｌ０，Ｌ１．光、Ｒ．反射表示領域、Ｔ．透過表示領域、ｔ０，ｔ１．層厚、
Ｖ．表示領域

Claims

液晶層を挟持する一対の基板と、前記液晶層と前記一対の基板のうちの基板の一方の基板との間に設けられた樹脂膜と、該樹脂膜と前記液晶層との間に設けられた光反射膜と、サブ画素内において前記樹脂膜内に設けられた凹部と、該凹部の内部の中央部に設けられた集光レンズとを有する液晶表示装置であり、
前記凹部の周面形状は前記一方の基板と直交する方向に長軸を有する楕円体の周面形状と一致し、前記光反射膜は前記凹部の表面を覆って前記集光レンズに接触又は近接する位置まで延在することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置において、前記一方の基板を挟んで前記液晶層の反対側に設けられた照明手段を有し、
前記集光レンズは前記照明手段から出射して前記一方の基板を通過した光を集光することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、前記サブ画素内に設けられた反射表示領域及び透過表示領域を有し、前記光反射膜で反射した光によって前記反射表示領域が規定され、前記集光レンズを通過した後に前記凹部を覆う前記光反射膜で反射した光、及び前記集光レンズを通過した後に前記凹部を覆う前記光反射膜で反射することなく前記凹部を通過した光の両方の光によって透過表示領域が規定されることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、前記集光レンズは、前記楕円体の２つの焦点のうちの前記集光レンズに近い方の第１の焦点に光を集光することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、前記液晶層を挟んで前記一方の基板に対向する他の基板と、該他の基板上に設けられた着色膜とを有する液晶表示装置において、
前記着色膜は前記楕円体の第２の焦点の位置又はその近傍に配置されることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、前記基板を挟んで前記液晶層と反対側であって個々の前記サブ画素に対応する位置に配置された他の集光レンズを有し、該他の集光レンズは前記集光レンズへ光を集光することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の液晶表示装置を有することを特徴とする電子機器。