JP2007333943A - 電気光学装置、電子機器、電気光学装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の視野角特性を有する電気光学装置を提供する。
【解決手段】電気光学装置は、例えば液晶表示装置であり、表示パネルと、照明装置と、レンズ層とを備える。表示パネルは、例えば液晶表示パネルであり、各サブ画素毎に光の透過領域を有する。照明装置は、表示パネルに光を透過させることにより照明する。レンズ層は、透過領域を分割した複数の領域の夫々に対応して配置されてなる。これにより、任意の視野角特性を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種情報の表示に用いて好適な電気光学装置に関する。

液晶表示装置においては、透過表示を行うために液晶表示パネルの背面側に照明装置が設けられる。照明装置から出射した光は、拡散シートやプリズムシートなどの光学シートを透過した後、液晶表示パネルに垂直に入射する。液晶表示装置は、照明装置より出射された光を、液晶表示パネルの基板上に積層されている赤、緑、青のそれぞれの波長の光を透過するカラーフィルタに透過させることにより、カラー表示を実現している。

しかしながら、照明装置から出射した光は、液晶表示パネルを透過した後、当該液晶表示パネルより垂直に出射するため、観察者は、当該液晶表示パネルの表示画面に対して正面以外の位置から当該表示画面を観察する場合には、表示された画像を見難いという問題があった。

なお、以下の特許文献１には、各サブ画素毎に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズシートを液晶表示パネルに配置することにより、ブラックマトリクスによって遮光される光を有効利用する技術が記載されている。

特開平５−２４１１４０号公報

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、任意の視野角特性を有する電気光学装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、電気光学装置は、各サブ画素毎に光の透過領域を有する表示パネルと、前記表示パネルに光を透過させることにより照明する照明装置と、前記表示パネルと前記照明装置との間に配置される偏光板と、前記表示パネルの前記照明装置側に、前記透過領域を分割した複数の領域の夫々に対応して配置されてなるレンズを有するレンズ層と、を備える。

上記の電気光学装置は、例えば液晶表示装置であり、表示パネルと、照明装置と、偏光板と、レンズ層とを備える。前記表示パネルは、例えば液晶表示パネルであり、各サブ画素毎に光の透過領域を有する。前記偏光板は、前記表示パネルと前記照明装置との間に配置される。前記照明装置は、前記表示パネルに光を透過させることにより照明する。前記レンズ層は、前記透過領域を分割した複数の領域の夫々に対応して配置されてなる。これにより、任意の視野角特性を実現することができる。

上記の電気光学装置の一態様は、前記レンズ層は、前記透過領域の中央から外側に向かうほど、より屈折率の高い前記レンズが配置されている。このようにすることで、表示画面の広視野角化を実現することができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記表示パネルは、前記照明装置からの光を遮光する遮光領域を有し、前記レンズ層は、前記遮光領域にも対応して前記レンズが配置されている。このようにすることで、遮光領域に入射した光を画像表示に利用することができ、輝度の向上を図ることができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記表示パネルは、前記照明装置とは反対側からの光を反射する反射領域を有し、前記レンズ層は、前記反射領域にも対応して前記レンズが配置されている。このようにすることで、反射領域において遮光される照明装置からの光を画像表示に利用することができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記レンズ層は、前記表示パネルの表面上に形成されている。これにより、前記レンズ層と前記表示パネルと一体成型することができる。

上記の電気光学装置の他の一態様は、前記レンズは、フレネルレンズである。このようにすることで、前記レンズ層の厚さを薄くすることができ、前記表示パネルの薄型化を図ることができる。

本発明の他の観点では、上記の電気光学装置を表示部として備える電子機器を構成することができる。

本発明の更なる他の観点では、電気光学装置の製造方法は、レンズの形状が形成された基板の原盤を基にスタンパを形成するスタンパ形成工程と、前記スタンパを用いてレンズが形成された第１の基板を作成する基板作成工程と、前記第１の基板と、第２の基板を貼り合わせることで表示パネルを作成する表示パネル作成工程と、を備える。前記第１の基板は、例えば素子基板であり、前記第２の基板は、例えばカラーフィルタ基板である。この方法を用いることにより、製造工程を少なくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を液晶表示装置に適用したものである。

[第１実施形態]
（液晶表示装置）
まず、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る液晶表示装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。図１では、完全透過型の液晶表示装置を液晶表示装置１００の一例として挙げる。

図１において、液晶表示装置１００は大きく分けて、液晶表示パネル２０と照明装置９からなる。

液晶表示パネル２０は、素子基板９１と、その素子基板９１に対向して配置されるカラーフィルタ基板９２とが枠状のシール部材３を介して貼り合わされ、内部に液晶が封入されて液晶層４が形成されてなる。

カラーフィルタ基板９２は、基板２、着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ、黒色遮光層ＢＭ、保護層１８、透明電極８より構成される。

基板２は、ガラスなどにより形成され、基板２の内面上には、サブ画素ＳＧ毎に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかからなる着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂが形成されている。着色層６Ｒ、６Ｇ、６Ｂによりカラーフィルタが構成される。図中、画素Ｇは、ＲＧＢのサブ画素ＳＧから構成されるカラー１画素分の領域を示している。以下の説明もしくは図面において、色を問わずに構成要素を示す場合には、単に「着色層６」のように記し、色を区別して構成要素を示す場合には、例えば「着色層６Ｒ」のように記すこととする。

各サブ画素ＳＧの間には、隣接するサブ画素ＳＧ間を隔て、一方のサブ画素から他方のサブ画素への光の混入を防止するため、黒色遮光層ＢＭが形成されている。この黒色遮光層ＢＭは、黒色の樹脂材料、例えば黒色の顔料を樹脂中に分散させたもの等を用いることが可能である。

着色層６及び黒色遮光層ＢＭの上には、透明樹脂等からなる保護層１８が形成されている。この保護層１８は、各色間のカラーフィルタの段差を平滑化する機能を有すると共に、カラーフィルタ基板９２及び液晶表示装置１００の製造工程中に使用される薬剤等による腐食や汚染から、着色層６を保護する機能を有する。保護層１８の表面上には、透明電極８が形成されている。

素子基板９１は、基板１、画素電極１０、信号線３１、図示しない走査線及びスイッチング素子より構成される。

一方、基板１は、ガラスなどにより形成され、基板１の内面上には、信号線３１が一定の間隔を置いて形成されている。また、基板１の内面上には、サブ画素毎に、画素電極１０が形成されている。そして、信号線３１と図示しない走査線は、対応するＴＦＴ（Thin film Transistor）素子などのスイッチング素子を介して画素電極１０に電気的に接続されている。この画素電極１０と透明電極８との間に電圧をかけ、液晶層４の液晶を配向制御することにより光の透過性を変化させて階調表示を行う。

液晶表示パネル２０の下面側の表面上、即ち、基板１の外面上には、レンズ層７が形成されている。レンズ層７は、配列された複数のレンズ７ａより構成される。

さらに、液晶表示パネル２０の下面側には、偏光板５ａが取り付けられ、液晶表示パネル２０の上面側には、偏光板５ｂが取り付けられる。偏光板５ａは、基板１のレンズ層７に接着して取り付けられるが、この際用いられる接着剤は、その屈折率が、レンズ層７の屈折率よりも低いものが用いられる。

照明装置９は、導光板１１を備え、導光板１１の端面には、光源１５を備えている。光源１５は、ＬＥＤ１６を搭載している。照明装置９と液晶表示パネル２０の間には、拡散シートやプリズムシートなどの光学シート１２が備えられている。

光源１５のＬＥＤ１６が発光することにより、光Ｌが導光板１１の端面より入射する。導光板１１に入射した光Ｌは、導光板１１内部を伝播した後、導光板１１の上面より液晶表示パネル２０へ向けて出射する。液晶表示パネル２０に入射した光Ｌは、着色層６および液晶層４を通過して観察者に至る。この場合、照射光は、着色層６および液晶層４を透過することにより所定の色相及び明るさを呈する。こうして、所望のカラー表示画像が観察者により視認される。

図２（ａ）は、サブ画素ＳＧにおける液晶表示パネル２０の拡大断面図である。図２（ｂ）は、サブ画素ＳＧの拡大平面図である。図２（ｂ）では、説明のため、偏光板５ｂの図示は省略してある。

先にも述べたように、基板２の内面上には、着色層６及び黒色遮光層ＢＭが設けられている。照明装置９から出射された光Ｌは、黒色遮光層ＢＭで遮光されるため、黒色遮光層ＢＭが設けられている液晶表示パネル２０の領域は、遮光領域として機能する。一方、光Ｌは、黒色遮光層ＢＭが設けられている領域以外の領域たる領域２２、即ち、液晶表示パネル２０における着色層６が設けられている領域については透過するため、領域２２は、透過領域として機能する。

第１実施形態に係る液晶表示装置１００では、基板１の照明装置側にレンズ層７が設けられている。レンズ層７は、図１で述べたように、複数のレンズ７ａが配列されたものである。レンズ７ａは、その断面形状が蒲鉾形状となるレンズである。レンズ７ａは、透過領域２２を分割した複数の領域の夫々に対応して配置されており、各領域に配置されたレンズの屈折率は、夫々異なる。液晶表示装置１００では、透過領域２２を３分割することとし、３分割された各領域にレンズ７ａを配置することとする。図２（ａ）では、透過領域２２の中央に配置されたレンズ７ａをレンズ７ａａとし、透過領域２２の中央よりも外側、正確には、レンズ７ａａの両側に隣接して配置されるレンズ７ａをレンズ７ａｂとする。図２（ｂ）に、レンズ７ａａ、７ａｂの平面図を夫々波線で示している。

図２（ａ）に示すように、例えば、光Ｌは、レンズ７ａｂの中央に入射した場合、光Ｌｂとして液晶表示パネル２０に対して垂直に出射するが、レンズ７ａｂの中央よりも外側に入射した場合、光Ｌａ、Ｌｃとして液晶表示パネル２０に対して拡散する方向に出射する。液晶表示装置１００では、透過領域２２の中央から外側に向かうほど、より屈折率の高いレンズが配置されている。つまり、レンズ７ａｂの屈折率は、レンズ７ａａの屈折率よりも高くなっている。そのため、レンズ７ａｂに入射した光Ｌは、レンズ７ａａに入射した光Ｌと比較して、より拡散することとなる。

透過領域２２の中央よりも外側に入射した光Ｌは、レンズ７ａｂによって拡散される。そのため、液晶表示パネル２０に対して垂直方向に出射する光の輝度は、レンズが設けられていない一般的な液晶表示パネルに対して垂直方向に出射する光の輝度と比較して、レンズ７ａｂによって光が拡散される分、低下する。液晶表示装置１００では、透過領域２２の中央にあるレンズ７ａａの屈折率を低くすることで、液晶表示パネル２０に対して垂直方向に出射する光の輝度の低下を最小限に抑えている。なお、このようにする代わりに、レンズ層７は、透過領域２２の中央では、レンズ７ａａが設けられずに平坦に形成され、当該透過領域２２の中央の外側にのみレンズ７ａｂが設けられるとしてもよい。

このように、液晶表示装置１００では、透過領域２２の中央から外側に向かうほど、より屈折率の高いレンズが配置されることにより、液晶表示パネル２０に対し、垂直方向に出射する光の輝度の低下を抑えつつ光を拡散することができ、表示画面の広視野角化を実現することができる。この視野角の広狭は、レンズ７ａｂの屈折率を変えることにより、変化させることができる。

なお、上記の例では、透過領域２２を３つの領域に分割してレンズ７ａを配置するとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、透過領域２２を２つ又は４つ以上の領域に分割してレンズ７ａを配置するとしてもよい。また、夫々の領域に配置されるレンズ７ａの屈折率も任意に設定可能である。このことから分かるように、第１実施形態に係る液晶表示装置１００では、液晶表示パネル２０の照明装置９側に、透過領域２２を分割した複数の領域の夫々に対応してレンズ７ａを配置することにより、任意の視野角特性を実現することができる。

また、第１実施形態に係る液晶表示装置１００では、レンズ７ａは、遮光領域にも配置されている。図２（ａ）、（ｂ）では、遮光領域に配置されているレンズ７ａをレンズ７ａｃとする。光Ｌは、レンズ７ａｃの中央に入射した場合には、黒色遮光層ＢＭによって遮光されるが、図２（ａ）に示すように、レンズ７ａｃの縁に近い部分に入射した場合には屈折されて、光Ｌｄとして、黒色遮光層ＢＭに遮光されずに、液晶表示パネル２０を出射することができる。言い換えると、レンズ７ａｃが存在しない場合には、黒色遮光層ＢＭで覆われている遮光領域に入射した光Ｌは、全て黒色遮光層ＢＭによって遮光されるが、遮光領域にレンズ７ａｃを配置することにより、遮光領域に入射した光Ｌのうち、一部の光は、屈折され、透過領域２２より出射することができる。このようにすることで、第１実施形態に係る液晶表示装置１００は、遮光領域に入射した光を画像表示に利用することができ、輝度の向上を図ることができる。

（液晶表示装置の製造方法）
次に、第１実施形態に係る液晶表示装置１００の製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る液晶表示装置１００の製造方法を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態に係る液晶表示装置１００の製造方法における各製造工程における模式図を示している。

まず、スタンパ形成工程として、図４（ａ）に示すように、レンズの形状が形成された基板の原盤を電子線描画法などで作成した後、電鋳法を用いることにより、レンズの形状が形成された基板のスタンパ５１が形成される（工程Ｐ１１）。次に、基板作成工程として、図４（ｂ）に示すように、ガラスなどがスタンパ５１に流し込まれた後、硬化されることで、レンズ層７が形成された基板１が作成される（工程Ｐ１２）。そして、表示パネル作成工程として、基板１は、画素電極１０などの素子基板の構成要素を取り付けられた後、着色層６などのカラーフィルタ基板の構成要素が取り付けられた基板２と貼り合わされる。この後、基板１と基板２の間に液晶が封入されることで、液晶表示パネル２０が作成される（工程Ｐ１３）。その後、照明装置９などの付属部品が液晶表示パネル２０に取り付けられることで（工程Ｐ１４）、液晶表示装置１００は完成する。

このように、第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、レンズ層７を基板１に一体成型することで、レンズ層７をレンズシートなどの独立した構成部品として製造するよりも、製造工程を少なくすることができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置について述べる。図５（ａ）は、第２実施形態に係る液晶表示装置１００のサブ画素ＳＧにおける液晶表示パネル２０の拡大断面図である。図５（ｂ）は、サブ画素ＳＧの拡大平面図である。

第２実施形態に係る液晶表示装置１００では、第１実施形態に係る液晶表示装置１００と異なり、透過領域２２の中央のレンズ７ａａに隣接して配置されるレンズ７ａｂは、レンズ７ａａとの境界からサブ画素ＳＧ間の遮光領域の中央に渡る領域に対応して配置される。このようにすることで、第２実施形態に係る液晶表示装置１００では、光Ｌは、液晶表示パネル２０に入射する位置が当該遮光領域の中央に近ければ近い程、レンズ７ａｂによって大きく屈折される。従って、第２実施形態に係る液晶表示装置１００は、図２で述べたレンズ７ａｃを用いた第１実施形態に係る液晶表示装置１００よりも、遮光領域に入射した光Ｌをより多く透過領域２２より出射することができる。よって、第２実施形態に係る液晶表示装置１００によっても、遮光領域に入射した光を画像表示に利用することができ、輝度の向上を図ることができる。

[変形例]
次に、本発明の変形例について述べる。図６は、変形例に係る液晶表示装置１００のサブ画素ＳＧにおける液晶表示パネル２０の拡大断面図である。変形例に係る液晶表示装置１００では、上述の各実施形態と異なり、レンズ７ａとしてフレネルレンズを用いている。フレネルレンズは、屈折率が高くなってもレンズ自体の厚みを抑えることができる。従って、レンズ７ａとしてフレネルレンズを用いることにより、レンズ層７の厚さを薄くすることができ、液晶表示パネル２０の薄型化を図ることができる。

また、上述の各実施形態では、液晶表示装置１００として、完全透過型の液晶表示装置を例に挙げているが、これに限られるものではなく、代わりに、半透過反射型の液晶表示装置を用いるとしても良い。

具体的には、半透過反射型の液晶表示装置では、液晶表示パネルにおいて、画素電極１０の内面上に反射層が設けられる。当該反射層は、カラーフィルタ基板９２の着色層６を透過することで外部より入射してきた照明装置９とは反対側からの光である外光を反射する。反射層によって反射された外光は、再び、着色層６を介して外部へ出射する。これにより、半透過反射型の液晶表示装置における画像の反射型表示が行われる。

しかし、当該反射層は、照明装置９から入射してきた光を遮光するので、当該反射層が形成された液晶表示パネル２０の領域（以下、「反射領域」と称す）は、照明装置９からの光に対しては遮光領域として機能する。

そこで、変形例に係る半透過反射型の液晶表示装置では、黒色遮光層ＢＭが設けられている遮光領域と同様、反射領域にも対応してレンズ７ａが配置される。このようにすることで、反射領域において遮光される照明装置からの光を画像表示に利用することができる。

また、上述の各実施形態では、レンズ７ａとして、その断面形状が蒲鉾形状のレンズが用いられるとしているがこれに限られるものではなく、代わりに、半球状のマイクロレンズを用いるとしてもよい。マイクロレンズを用いることにより、表示画面の全方向に光を拡散することができ、表示画面の全方向に対して視野角を拡大することができる。

また、上述の各実施形態では、基板１の表面上にレンズ層７を設けることとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、レンズ層７をレンズシートなどの独立した構成物品として製造して、基板１の表面上に取り付けることとしても良いのは言うまでもない。また、この場合には、基板１の表面上に取り付ける代わりに、偏光板５ａの照明装置９側の面に取り付けることとしても良い。さらには、上述の各実施形態では、レンズ７ａとして、その断面形状が蒲鉾形状のレンズ、即ち凸型のレンズを取り付けることとしているが、代わりに、凹型のレンズを取り付けることとしても、光を拡散することができ、本発明と同様の効果を得ることができる。

[電子機器]
次に、本発明に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器の具体例について図７を参照して説明する。

まず、本発明に係る液晶表示装置１００を、可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）の表示部に適用した例について説明する。図７（ａ）は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ７１０は、キーボード７１１を備えた本体部７１２と、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７１３とを備えている。

続いて、本発明に係る液晶表示装置１００を、携帯電話機の表示部に適用した例について説明する。図７（ｂ）は、この携帯電話機の構成を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機７２０は、複数の操作ボタン７２１のほか、受話口７２２、送話口７２３とともに、本発明に係る液晶表示装置１００を適用した表示部７２４を備える。

なお、本発明に係る液晶表示装置１００を適用可能な電子機器としては、図７（ａ）に示したパーソナルコンピュータや図７（ｂ）に示した携帯電話機の他にも、液晶テレビ、ビューファインダ型・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、ディジタルスチルカメラなどが挙げられる。

第１実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態の液晶表示パネルの拡大断面図及び拡大平面図である。 第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を示すフローチャート。 第１実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す模式図である。 第２実施形態の液晶表示パネルの拡大断面図及び拡大平面図である。 変形例に係る液晶表示パネルの拡大断面図である。 本発明の照明装置を適用した電子機器を示す概略図である。

符号の説明

１、２ 基板、 ６ 着色層、 ９ 照明装置、 ７ レンズ層、 ７ａ レンズ、 ２０ 液晶表示パネル、 １００ 液晶表示装置

Claims (8)

1. 各サブ画素毎に光を透過する透過領域を有する表示パネルと、
   前記表示パネルに光を透過させることにより照明する照明装置と、
   前記表示パネルと前記照明装置との間に配置される偏光板と、
   前記表示パネルの前記照明装置側に、前記透過領域を分割した複数の領域の夫々に対応してレンズが配置されているレンズ層と、を備えることを特徴とする電気光学装置。
2. 前記レンズ層は、前記透過領域の中央から外側に向かうほど、より屈折率の高い前記レンズが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記表示パネルは、前記照明装置からの光を遮光する遮光領域を有し、
   前記レンズ層は、前記遮光領域にも対応して前記レンズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
4. 前記表示パネルは、前記照明装置とは反対側からの光を反射する反射領域を有し、
   前記レンズ層は、前記反射領域にも対応して前記レンズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気光学装置。
5. 前記レンズ層は、前記表示パネルの表面上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載されている電気光学装置。
6. 前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気光学装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気光学装置を表示部に備えることを特徴とする電子機器。
8. レンズの形状が形成された基板の原盤を基にスタンパを形成するスタンパ形成工程と、
   前記スタンパを用いてレンズが形成された第１の基板を作成する基板作成工程と、
   前記第１の基板と、第２の基板を貼り合わせることで表示パネルを作成する表示パネル作成工程と、を備えることを特徴とする電気光学装置の製造方法。

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