JP2015096926A - 液晶装置、電子機器及び液晶装置製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常配向による不具合を抑制し、歩留の低下を抑制できる液晶装置等を提供する。【解決手段】液晶装置は、透明基板である第１基板と、第１基板と対向する透明基板である第２基板と、第１基板と第２基板との間に設けられた液晶分子を含む液晶層と、第１基板の液晶層側の表面に液晶分子を配向させる配向膜と、第１基板の配向膜上に設けられた柱状スペーサと、を含み、配向膜は、柱状スペーサと重なっている部分の少なくとも一部に配向処理が行われていない部分を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、液晶装置、これを備えた電子機器及び液晶装置製造方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）には、利用者が裸眼で立体画像を視認することができる装置がある。このような液晶表示装置には、利用者に視差を発生させる機構として、画像を表示させる面上に液晶装置として可変レンズアレイを配置する機構がある。可変レンズアレイを有する液晶表示装置は、可変レンズアレイの液晶の屈折率を用いて、画像表示装置に表示した画像を左右の視差に合わせて分割し、利用者の左右の眼に到達する画像に視差を発生させ、立体視できる画像とする。

ここで、液晶装置を可変レンズアレイとする場合、一対の基板の間を所定の間隔に保持する必要がある。可変レンズアレイの液晶層は、通常の液晶表示パネルの液晶層に比べてかなり厚くなる。これに対して液晶装置は、液晶層を挟む２つの基板の間にスペーサを設け、液晶層の厚みを維持する構造がある。

液晶装置に設けるスペーサとしては、特許文献１に記載されている柱状スペーサや、特許文献２に記載されている球状のスペーサを散布する散布式のスペーサがある。

特開２０００−２１４４２４号公報 特開２０１２−１７３５１７号公報

散布スペーサは、スペーサを配置する位置の制御が困難であり、電極パターンに対して所定の位置に配置するのが難しい。スペーサの位置がランダムになると、液晶レンズの形状が位置によって変動し、レンズの特性が不安定になる場合がある。これに対して、柱状スペーサは、露光及びエッチングを用いたプロセスで所望のパターンで形成することができる。

ここで、可変レンズアレイの液晶装置は、例えばＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶が用いられている。このような液晶装置の液晶分子は、電圧無印加時（オフ状態）にはその長軸方向が基板面に対して垂直な方向に沿った配向となるが、電圧印加時（オン状態）には、その電圧の大きさに応じて液晶分子が倒れた（傾いた）配向となる。よって、電圧無印加の状態において液晶層に電圧が印加され、基板面に垂直に配向していた液晶分子が倒れる際、その倒れる方向が任意であるため、液晶分子の配向が乱れ、異常配向（例えば、リバースツイストドメイン）が発生する可能性がある。特に、柱状スペーサを用いた液晶装置では、異常配向が発生しやすい場合がある。異常配向が発生した箇所は、表示不良の不具合が発生するため、歩留が低下する原因となっていた。

本開示は、異常配向による不具合を抑制し、歩留の低下を抑制できる液晶装置、電子機器及び液晶装置の製造方法を提供する。

本開示の液晶装置は、透明基板である第１基板と、前記第１基板と対向する透明基板である第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶分子を含む液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側の表面に前記液晶分子を配向させる配向膜と、前記第１基板の前記配向膜上に設けられた柱状スペーサと、を含み、前記配向膜は、前記柱状スペーサと重なっている部分の少なくとも一部に配向処理が行われていない部分を有する。

本開示の電子機器は、上記液晶装置を備えたものであり、例えば、カーナビゲーション装置、テレビジョン装置、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯電話、携帯用ゲーム機等の携帯端末装置あるいは情報携帯端末などが該当する。

本開示の液晶装置製造方法は、透明基板である第１基板と、前記第１基板と対向する透明基板である第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶分子を含む液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側の表面に前記液晶分子を配向させる配向膜と、前記第１基板の配向膜上に設けられたスペーサと、を含む液晶装置を製造する液晶装置製造方法であって、配向膜となる膜を前記第１基板の上に形成する工程と、前記配向膜の上に柱状スペーサを形成する工程と、前記柱状スペーサが形成された前記配向膜に配向処理を行う工程と、を有する。

本開示の液晶装置、電子機器及び液晶装置製造方法によれば、異常配向による不具合を抑制し、歩留の低下を抑制できる。

図１は、本実施形態に用いられる画像表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。 図２は、画像表示部の概略断面構造を表す断面図である。 図３は、可変レンズアレイの概略断面構造を表す断面図である。 図４は、液晶分子のプレチルト角を示した模式図である。 図５は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。 図６は、可変レンズアレイの背面の模式的な平面図である。 図７は、液晶装置の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。 図８は、液晶装置の製造方法の一例を説明するための説明図である。 図９は、液晶装置の製造方法の他の例を説明するための説明図である。 図１０は、他の実施形態に用いられる画像表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。 図１１は、本実施形態に係る画像表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に基づき本開示を説明する。本開示は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値及び材料は例示である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に用いられる画像表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。図１に示すように、画像表示装置１は、二次元画像を表示する画像表示部１０と、照明部２０と、可変レンズアレイ（液晶装置）３０と、を備えている。

画像表示部１０は、二次元画像を表示する。画像表示部１０は、表示領域１１に、図１に示すＸ方向にＭ個、図１に示すＹ方向にＮ個の画素１２が配列されている。第ｍ列目（但し、ｍ＝１、２・・・、Ｍ）の画素１２を、画素１２_ｍと表す。なお、本実施形態の画像表示部１０は、液晶表示パネルであるが、画像表示部１０は、エレクトロルミネッセンス表示パネル、プラズマ表示パネルなどといった、広く周知の画像表示装置を用いることができる。また、画像表示部１０は、モノクロ画像を表示してもよいし、カラー画像を表示してもよい。また、液晶表示パネルは、例えば、透明共通電極を備えたフロントパネル、透明画素電極を備えたリアパネル及びフロントパネルとリアパネルとの間に配置された液晶材料から成る。液晶表示パネルの動作モードは特に限定するものではない。液晶表示パネルは、いわゆるＴＮモードで駆動してもよいし、ＶＡモード又はＩＰＳモードで駆動してもよい。

図２は、画像表示部の概略断面構造を表す断面図である。図２に示すように、画像表示部１０の表示領域１１は、画素基板１１Ａと、この画素基板１１Ａの表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板１１Ｂと、画素基板１１Ａと対向基板１１Ｂとの間に挿設された液晶層１１Ｃとを備えている。画像表示部１０では、画素基板１１Ａと対向基板１１Ｂとの間の距離は、例えば３μｍ〜４μｍ程度である。

液晶層１１Ｃは、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic：ツイステッドネマティック）、ＶＡ（Vertical Alignment：垂直配向）、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence：電界制御複屈折）、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）等の各種モードの液晶が用いられる。

対向基板１１Ｂは、ガラス基板７５と、このガラス基板７５の一方の面に形成されたカラーフィルタ７６と、を含む。ガラス基板７５の他方の面には、偏光板７３Ａが配設されている。カラーフィルタ７６は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に着色された色領域を含む。カラーフィルタ７６は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配列して、各画素にＲ、Ｇ、Ｂの３色の色領域が１組の画素として対応付けられている。カラーフィルタ７６は、ＴＦＴ基板７１と垂直な方向において、液晶層１１Ｃと対向する。なお、カラーフィルタ７６は、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。一般に、カラーフィルタ７６は、緑（Ｇ）の色領域の輝度が、赤（Ｒ）の色領域及び青（Ｂ）の色領域の輝度よりも高い。また、コモン電極ＣＯＭＬは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料（透明導電酸化物）で形成される透明電極である。

画素基板１１Ａは、回路基板としてのＴＦＴ基板７１と、このＴＦＴ基板７１上にマトリックス状に配設された複数の画素電極７２と、ＴＦＴ基板７１及び画素電極７２の間に形成されたコモン電極ＣＯＭＬと、画素電極７２とコモン電極ＣＯＭＬとを絶縁する絶縁層７４と、ＴＦＴ基板７１の下面側には入射側の偏光板７３Ｂとを含む。液晶層１１Ｃと画素基板１１Ａとの間には第１配向膜７７が配設されている。また、液晶層１１Ｃと対向基板１１Ｂとの間には第２配向膜７８が配設されている。

画像表示部１０は、図示しない駆動回路によって駆動され、画素内の液晶分子の配向方向を制御することによって、外部からの映像信号に応じた二次元画像を表示する。

画像表示部１０の背面側には光を照射する照明部２０が配置されている。照明部２０は、光源、プリズムシート、拡散シート、導光板等といった部材（これらは図示せず）を備えている。照明部２０は、広く周知の照明部を用いることができる。照明部２０は、特に限定するものではない。

次に、図１と、図３から図６を用いて、可変レンズアレイ３０について説明する。図３は、可変レンズアレイの概略断面構造を表す断面図である。図４は、液晶分子のプレチルト角を示した模式図である。図５は、可変レンズアレイの正面の模式的な平面図である。図６は、可変レンズアレイの背面の模式的な平面図である。図５においては第２基板１３０Ｂの一部を切り欠いて示した。図６においては第１基板１３０Ａの一部を切り欠いて示した。

図３に示すように、可変レンズアレイ３０は、第１基板１３０Ａと、第２基板１３０Ｂと、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間に配置された液晶層１３７とを備えている。なお、封止部１３８は、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとが対向する面の周囲に形成され、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間を封止する機構である。

第１基板１３０Ａ及び第２基板１３０Ｂには、光の透過率が高い材料を用いることができる。第１基板１３０Ａ及び第２基板１３０Ｂを構成する材料として、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）又はガラスを例示することができる。第１基板１３０Ａ及び第２基板１３０Ｂを構成する材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

可変レンズアレイ３０は、画像表示部１０の正面に対向して配置されており、画像表示部１０とは設計上定めた所定の間隔を空けて対向するように図示しない保持部材によって保持されている。画像表示部１０の正面とは、画像表示部１０が表示している画像を観察する画像観察者側をいう。後述するように、可変レンズアレイ３０の第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間には、レンズ列３１の屈折率を変化させたときに液晶層１３７の液晶分子の配向方向が変わらない場所に、スペーサ（柱状スペーサ）１３６が設けられている。

可変レンズアレイ３０には、図１に示すＹ方向に延びるレンズ列（可変レンズ列）３１が、図１に示すＸ方向にＰ個並んで配列されている。第ｐ列目（但し、ｐ＝１、２・・・、Ｐ）のレンズ列３１をレンズ列３１_ｐと表す。レンズ列３１_ｐには、レンズ列３１_ｐ−１とレンズ列３１_ｐ＋１が隣接している。「Ｐ」と上述した「Ｍ」との関係については後述する。

説明の都合上、立体画像を表示する際の画像の視点数は中央の観察領域において視点Ａ₁、Ａ_２・・・、Ａ₄の４つであるとして説明するが、これは例示にすぎない。観察領域の個数及び視点の数は、画像表示装置１の設計に応じて適宜設定することができる。画像表示部１０とレンズ列３１との位置関係などを好適に設定することによって、中央の観察領域の左側の領域と右側の領域においても、各視点用の画像が観察可能となる。

図３に示すように、液晶装置である可変レンズアレイ３０は、第１電極１３１と第２電極１３４との間に印加される電圧によって液晶層１３７の液晶分子の配向方向を変化させることでの屈折率が変化するレンズ列３１を備えている。可変レンズアレイ３０は、第１電極１３１₁、１３１₂・・・、１３１₈を有する第１基板１３０Ａと、第２電極１３４を有する第２基板１３０Ｂと、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間に配置された液晶層１３７とを含んでいる。なお、第１電極１３１₁、１３１₂・・・、１３１₈を纏めて、第１電極１３１と表記する場合がある。他の要素においても同様である。

第１電極１３１と第２電極１３４とは、それぞれ、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂの液晶層１３７側の面（内面）とに形成されている。液晶層１３７は、ポジ型のネマチック液晶材料から成る。なお、本実施形態の液晶層１３７は、ホモジニアス配向の液晶材料を用いている。

第１電極１３１と第２電極１３４とは、ＩＴＯ等の透明導電材料で形成されており、成膜により形成されている。第１電極１３１は、パターニングによって、図５に示す所定のストライプ形状に形成されている。第２電極１３４は、いわゆる共通電極であり、第２基板１３０Ｂの全面に形成されている。なお、図示の都合上、図６にあっては第２電極１３４と後述する第２配向膜１３５の表示を省略した。また、図５においても、後述する第１配向膜１３３の表示を省略した。

図３に示すように、第１基板１３０Ａ上には、第１電極１３１を含む全面を覆う第１配向膜１３３が形成されており、第２基板１３０Ｂ上には、第２電極１３４を含む全面を覆う第２配向膜１３５が形成されている。これらは例えばポリイミド材料により形成されており、その表面にラビング処理等の配向処理が施されている。第１配向膜１３３と第２配向膜１３５によって、電界が印加されていない状態における液晶分子１３７Ａの分子軸の方向が規定される。第１配向膜１３３と第２配向膜１３５は、電界が印加されていない状態では液晶分子１３７Ａの長軸をＹ方向に向かせ、電界が印加されると長軸をＺ方向に傾けるような配向処理が施されている。なお、図３は、電界が印加されていないときの液晶分子１３７Ａの配向を示している。第２電極１３４には、図示しない駆動回路から所定の電圧が印加される。

図４に示すように、第１配向膜１３３は、配向処理により溝１３３Ａが形成されている。第１配向膜１３３近傍の液晶分子１３７ＡＡは、溝１３３Ａにより第１基板１３０Ａの表面に対し所定の角度傾くプレチルト角を有している。また、第２配向膜１３５は、配向処理により溝１３５Ａが形成されている。第２配向膜１３５近傍の液晶分子１３７ＡＢは、溝１３５Ａにより第２基板１３０Ｂの表面に対し所定の角度傾くプレチルト角を有している。仕様によっては、第１配向膜１３３に形成される溝１３３Ａと、第２配向膜１３５に形成される溝１３５Ａを同じ形状にしてプレチルト角を同じにしてもよい。なお、図４は、配向処理として、ラビング処理を実行した場合の例である。配向処理としては、光配向処理を行ってもよい。

図３において、１つのレンズ列３１は、基本的には４列の画素１２に対応する。レンズ列３１と画素１２の図１に示すＸ方向のピッチを、それぞれ符号ＬＤと符号ＮＤとで表せば、４視点の３Ｄの場合、ＬＤ≒４×ＮＤであり、２視点の３Ｄの場合、ＬＤ≒２×ＮＤである。また、上述した「Ｐ」と「Ｍ」は、Ｐ≒Ｍ／４といった関係にある。

図３及び図５に示すように、１つのレンズ列３１には、図３及び図５に示すＹ方向に延びるストライプ形状の第１電極１３１₁、１３１₂・・・、１３１₈が配置されている。図３に示すように、第１電極１３１は、所定の間隔ＮＷを空けてＸ方向に並ぶように配置されている。符号ＥＷは第１電極１３１のＸ方向の幅を表す。レンズ列ピッチＬＤと間隔ＮＷと幅ＥＷは、ＬＤ＝８×（ＮＷ＋ＥＷ）といった関係にある。なお、１つのレンズ列３１に対応する第１電極１３１の本数も８本に限定するものではなく、可変レンズアレイ３０の設計に応じて適宜変更することができる。間隔ＮＷと幅ＥＷとの値は特に限定するものではなく、例えば成膜及びパターニング技術を考慮して適宜好適な値とすればよい。なお、本実施形態において、第２電極１３４は、第２基板１３０Ｂの全面に形成された平面状の電極であるが、隣接するレンズ列３１の間には、少なくとも１本の電極があれば、レンズ列３１を形成することができる。このため、第２電極１３４は、隣接するレンズ列３１の間に少なくとも１本形成されていれば、第２基板１３０Ｂの全面に形成されていなくてもよい。第２電極１３４をストライプ形状とする場合、第１電極１３１の延在する方向と直交する方向に第２電極１３４が形成されるようにすることができる。この構造によれば、前述したように、３Ｄ観察に適した可変のレンズが得られる。なお、第１電極１３１の延在する方向と平行に第２電極１３４が形成されるようにしてもよい。

図５に示すように、第１基板１３０Ａの表面には、図５に示すＸ方向にストライプ形状に延びる給電線１３２₁、１３２₂・・・、１３２₄が更に設けられている。給電線１３２₁乃至１３２₄も、基本的には第１電極１３１と同様の製造プロセスによって形成されている。第１電極１３１₁、１３１₈は給電線１３２₁に接続され、第１電極１３１₂、１３１₇は給電線１３２₂に接続されている。また、第１電極１３１₃、１３１₆は給電線１３２₃に接続され、第１電極１３１₄、１３１₅は給電線１３２₄に接続されている。なお、図５においては、給電線１３２と電極１３１とのコンタクトの図示を省略した。

上述の接続関係から明らかなように、第１電極１３１₁、１３１₈の電圧は給電線１３２₁に印加される電圧によって制御され、第１電極１３１₂、１３１₇の電圧は給電線１３２₂に印加される電圧によって制御される。また、第１電極１３１₃、１３１₆の電圧は給電線１３２₃に印加される電圧によって制御され、第１電極１３１₄、１３１₅の電圧は給電線１３２₄に印加される電圧によって制御される。給電線１３２₁、１３２₂・・・、１３２₄にはそれぞれ独立した電圧が図示しない駆動回路から印加される。

第１基板１３０Ａの第１電極１３１及び第２基板１３０Ｂの第２電極１３４は、光透過性を有する金属薄膜、インジウム及びスズの酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム及び亜鉛の酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料から構成することができる。第１電極及び第２電極は、真空蒸着法又はスパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などの方法によって成膜することができる。また、第１電極１３１及び第２電極１３４は、フォトリソグラフ法とエッチング法との組合せ、リフトオフ法などの周知の方法によりパターニングすることができる。

また、図３及び図６に示すように、レンズ列３１にスペーサ１３６が配置されている。本実施形態もスペーサ１３６は、図５及び図６に示すように、ＸＹ平面におけるアスペクト比が１に近いスペーサである。スペーサ１３６は、Ｘ方向ではレンズ列３１の中央部に、Ｙ方向ではランダムに配置されている。なお、本実施形態のスペーサ１３６は、ＸＹ平面における形状を矩形（長方形）としたが、これに限定されない。スペーサ１３６のＸＹ平面における形状は、円形、楕円形、多角形等種々の形状にすることができる。スペーサ１３６は、一方向（例えばＹ方向）に延在する形状として、壁状に配置する構成も可能である。

スペーサ１３６は、第１基板１３０Ａの第１配向膜１３３上の所定の場所に設けられている。つまり、スペーサ１３６は、第１配向膜１３３の上に形成され、液晶層１３７内に露出している。スペーサ１３６は、透明な高分子材料で形成され、第１配向膜１３３上に設けられた感光性を有するスペーサ形成用材料層の露光及び現像（エッチング）によって形成されている。製造工程については、後述する。

本実施形態において、スペーサ１３６は、レンズ列３１の中央部に位置する第１配向膜１３３の表面に設けられている。スペーサ１３６の中心を通る線に対し、第１電極１３１₁と第１電極１３１₈とは対称に配置されており、第１電極１３１₂と第１電極１３１₇とは対称に配置されている。他の第１電極も同様である。

可変レンズアレイ３０は、スペーサ１３６をレンズ列３１の中央部に設けることで、レンズ列３１の屈折率を変化させたときに液晶層１３７の液晶分子の配向方向が変わらない場所に、スペーサ１３６を設けることができる。スペーサ１３６をレンズ列３１の屈折率を変化させたときに液晶層１３７の液晶分子の配向方向が変わらない場所に設けることで、スペーサ１３６を設けた場合でも、液晶分子のレンズとしての性能を高く維持することができる。なお、「液晶分子の配向方向が変わらない」とは、厳密に液晶分子の配向方向が変わらない場合の他、実質的に液晶分子の配向方向が変わらない場合をも含む。換言すれば、設計上又は製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。スペーサは、本実施形態のレンズ列の中央部に配置されている構成とすることが好ましいが、それぞれ隣接するレンズ列の境界部に配置されていてもよい。

図３に示すように、スペーサ１３６は、Ｘ方向（延在方向に直交する方向）幅がＳＷであり、Ｚ方向の高さ（第１基板１３０Ａから第２基板１３０Ｂに向かう方向の距離）がＳＨとすると、スペーサ１３６は、高さＳＨを５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。スペーサ１３６を上記高さとすることで、可変レンズアレイ３０のレンズ機能を高くすることができる。スペーサ１３６は、幅ＳＷと高さＳＨとの関係、０．５≦ＳＨ／ＳＷ≦５を満たすことが好ましい。スペーサ１３６は、幅ＳＷと高さＳＨとのアスペクト比を１以上とすることで、液晶層１３７に与える影響を少なくしつつ、液晶層１３７の高さ、第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとの間の距離を一定に維持することができる。

ここで、スペーサ１３６が表面に設けられている第１配向膜１３３は、スペーサ１３６が配置されている領域の少なくとも一部に配向処理が行われていない部分を有する。

また、可変レンズアレイ３０は、図１から図６に示すように、第１基板１３０Ａの外周部と第２基板１３０Ｂの外周部とは、例えばエポキシ系樹脂材料から成る封止部１３８によって封止されている。図６に示すスペーサ１３６の長さＳＬは、スペーサ１３６の端部と封止部１３８との間に間隔Ｄ１、Ｄ２が空くような値に設定されている。間隔Ｄ１、Ｄ２の値は、可変レンズアレイ３０の製造の際に支障なく液晶材料が基板間に流れるような値である。可変レンズアレイ３０は、スペーサ１３６の端部と封止部との間には間隔が空けることで、液晶材料の流動性を確保することができる。

また、可変レンズアレイ３０は、駆動回路によって駆動され、立体画像を表示する場合と通常画像を表示する場合とで、レンズ列３１の屈折率がそれぞれ所定の値に設定される。なお、レンズ列３１に曲率を持たせるために液晶分子１３７Ａに電界を加える給電線１３２が形成された側の第１基板１３０Ａの第１配向膜１３３のプレチルト角を、給電線１３２が形成されていない側の第２基板１３０Ｂの第２配向膜１３５のプレチルト角より高くしてもよい。これによって、光学的によりよい特性が得られる。

次に、図７から図９を用いて、可変レンズアレイ３０の製造方法を説明する。図７は、液晶装置の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図８は、液晶装置の製造方法の一例を説明するための説明図である。図９は、液晶装置の製造方法の他の例を説明するための説明図である。

液晶装置の製造方法は、第１基板１３０Ａ上に、第１電極１３１、第１から第４給電線等、各種配線を形成する（ステップＳ１２）。次に、液晶装置の製造方法は、配線を形成した面に配向膜（第１配向膜１３３となる膜）を形成する（ステップＳ１４）。なお、この状態の配向膜は、配向処理が行われていない状態である。次に、液晶装置の製造方法は、配向処理が行われていない配向膜上にスペーサを形成する（ステップＳ１６）。液晶装置の製造方法は、配向膜上にスペーサを形成したら、配向膜に配向処理を行う（ステップＳ１８）。液晶装置の製造方法は、以上のようにして第１基板１３０Ａを製造する。液晶装置の製造方法は、さらに、第２基板１３０Ｂの表面に、第２電極１３４、第２配向膜１３５を適宜形成する。そして、上記工程を経た第１基板１３０Ａと第２基板１３０Ｂとを、液晶材料を挟んだ状態で対向させ、周囲を封止することによって、可変レンズアレイ３０を得ることができる。

さらに画像表示装置を製造する場合、液晶装置の製造方法で製造した可変レンズアレイ３０と画像表示部１０とを重ね合わせる。この場合、可変レンズアレイ３０と画像表示部１０とは、透明な接着剤等で接着することが好ましい。その後、可変レンズアレイ３０と画像表示部１０とが重なったユニットを、照明部２０が配置された筐体内に設置し、その後各種配線を接続することで、画像表示装置が製造される。

次に、図８を用いて、第１基板１３０Ａの製造方法についてより詳細に説明する。液晶装置の製造方法は、第１基板１３０Ａとなる基板３０２を作成し（ステップＳ１０２）、基板３０２上に配線３０４を形成する（ステップＳ１０４）。ここで、配線３０４は、配線３０４となる金属膜の蒸着、露光、エッチングを行うことで、配線のパターンを形成する。また、配線３０４は、一層配線ではなく、配線と絶縁層とが交互に積層された多層の配線となる。

液晶装置の製造方法は、配線３０４を形成したら、配向膜となる膜３０６、例えばＰＩ（ポリイミド、polyimide）膜を形成する（ステップＳ１０６）。膜３０６は、スクリーン印刷や、インクジェット印刷で形成することができる。また、膜３０６は、配線３０４が形成された基板３０２の表面の全面に形成される。なお、インクジェット印刷で膜３０６を形成する場合、スペーサを形成する範囲の一部は膜３０６を形成しなくてもよい。

液晶装置の製造方法は、膜３０６を形成したら、スペーサとなる材料層３０８を形成する（ステップＳ１０８）。材料層３０８は、感光性を有する透明な材料である。液晶装置の製造方法は、材料層３０８を形成したら、スペーサのパターンに対応したマスク３１０を形成する（ステップＳ１１０）。本実施形態は、材料層３０８の材料をポジ型の感光材料とした場合を示している。マスク３１０は、スペーサを設ける位置に光を遮る材料が配置されている。なお、材料層３０８の材料をポジ型の感光材料とした場合、マスク３１０の光を遮る材料が配置される領域が逆になり、スペーサを設けない位置に光を遮る材料が配置されている。液晶装置の製造方法は、マスク３１０を形成したら、露光光で、材料層３０８を露光する。

液晶装置の製造方法は、材料層３０８への露光を行ったら、現像（エッチング）を行う（ステップＳ１１２）。液晶装置の製造方法は、現像（エッチング）を行うことで、材料層３０８のうち、露光光が照射されていない領域が残る。これにより膜３０６の上にスペーサ３１２が形成される。なお、マスク３１０は、現像時に材料層３０８の露光された領域と一緒に除去してもよいし、現像前にマスク３１０のみを除去するエッチングにより除去してもよい。なお、エッチングは、アルカリ性の液体を用いてウェットエッチングで行うことが好ましいが、ドライエッチングで行ってもよい。なお、エッチングをウェットエッチングで行うことで簡単にエッチングを行うことができる。

液晶装置の製造方法は、スペーサ３１２を形成したら、膜３０６に配向処理を行う（ステップＳ１１４）。本実施形態は、光源３３０から膜３０６に向けて所定の配向方向の直線偏光の光を照射する。このように、直線偏光の光を所定の配向方向から照射することで、特定の方向のみ分子の結合を切り、膜３０６を配向させる。なお、図８では、膜３０６に対する配向処理を光配向処理で行ったが、図９に示すように、ブラシ３４０等を用いて溝を形成するラビング処理を行い、膜３０６に配向処理を行ってもよい。これにより、膜３０６は、所定の方向に配向される。液晶装置の製造方法は、以上のようにして、第１基板１３０Ａ上に配線、配向膜、スペーサを形成する。

画像表示装置１は、以上のように、第１基板１３０Ａの第１配向膜１３３上にスペーサ１３６を形成することで、スペーサ１３６を形成した後に、第１配向膜１３３への配向処理を行って製造することが可能となる。

画像表示装置１は、図７から図９に示すように、スペーサ１３６を形成した後に、第１配向膜１３３への配向処理を行うことで、配向膜１３３の配向処理が行われた部分を好適に保存することができ、配向膜１３３の性能を高く維持することができる。

例えば、画像表示装置１は、配向膜１３３に配向処理をした後、スペーサ１３６を形成すると、つまり、配向膜１３３の全面に配向処理が施され、配向処理がされた領域の上にスペーサ１３６が形成されている構造では、配向膜１３３のスペーサ１３６が形成されていない領域の配向処理が、スペーサ１３６の形成時にエッチング等で特性が変化してしまい、異常配向の原因となる場合がある。また、スペーサ１３６を形成した後、配向膜１３３を形成した場合、配向膜１３３の形成時にスペーサ１３６の形状が変化してしまい、スペーサ１３６がつぶれてしまう構造となる場合がある。これに対して、画像表示装置１は、スペーサ１３６を形成した後に、第１配向膜１３３への配向処理を行い、第１配向膜１３３のスペーサ１３６が形成されている領域と重なる部分の少なくとも一部は配向処理がされていない構造とすることで、スペーサ１３６がつぶれることを抑制しつつ、第１配向膜１３３の配向処理を好適な状態で維持することができる。これにより、異常配向による不具合を抑制し、歩留の低下を抑制できる。

また、スペーサ１３６を形成した後、インクジェット印刷により配向膜１３３を形成した場合、スペーサ１３６の周囲に形成された配向膜１３３と他の部分の配向膜１３３との厚みに差が不均一になる場合がある。これに対して、本実施形態は、配向膜１３３となる膜を形成した後、スペーサ１３６を形成しているので、インクジェット印刷で膜３０６を形成する場合も、各位置に所望の厚みの配向膜１３３を形成することができる。

また、配向処理を光配向処理で行うことで、スペーサ１３６の配置に関係なく、配向処理を行うことができる。また、配向処理をラビング処理で行うことで、第１配向膜１３３として種々の材料を用いることができ、装置の製造を簡単にすることができ、かつ、装置をより安価にすることができる。なお、配向処理の方法がこれに限定されず、種々の配向処理を用いることができる。例えば、イオンビーム配向などの方法で配向処理をおこなってもよい。

なお、画像表示装置１は、可変レンズアレイの表面を画像観察者が押すといった使用状態が想定される場合には、いわゆる面押し強度を確保するためにスペーサを所定の方向に延在する形状で用いることが好ましい。また、スペーサ１３６は、本実施形態のようにアスペクト比が１に近い形状とすることも好ましい。これにより、スペーサ１３６を視認されにくくすることができる。また、本実施形態のようにスペーサ１３６をランダムに配置することで、視認されにくくすることができる。

可変レンズアレイの液晶層を構成する材料として、上述したネマチック液晶材料などの広く周知の材料を用いることができる。液晶層を構成する材料は特に限定されるものではない。

図１０は、他の実施形態に用いられる画像表示装置を仮想的に分離したときの模式的な斜視図である。ここで、本実施形態の液晶層１３７は、ホモジニアス配向の液晶材料を用いたが、ねじれネマチック（ＴＮ）型の液晶材料を用いることもできる。可変レンズアレイの液晶層にねじれネマチック（ＴＮ）型の液晶材料を用いる場合、図１０に示す画像表示装置１Ａのように、可変レンズアレイ３０Ａに、第２基板１３０Ｂの液晶層とは反対側に偏光板１３９を設けることで、画像表示装置１と同様の表示状態となる。

なお、第１基板における第１電極の平面形状と第２基板における第２電極の平面形状とは、可変レンズアレイの設計に応じて、適宜好適な形状とすればよい。例えば、第１電極及び第２電極の一方を平面状の共通電極とし、他方をストライプ形状の電極とすればよいし、両方をストライプ形状としてもよい。なお、連続して直流電圧を液晶層に印加すると液晶材料の劣化を招く可能性がある。このため、通常の液晶表示パネルと同様に、第１電極と第２電極との間の電圧の極性が順次反転するように可変レンズアレイを駆動すればよい。更には、もう片方を平面状電極又はストライプ形状電極としてパターニングしていてもよい。平行方向でのストライプであれば通常の液晶レンズ、垂直方向のストライプであればパネルの３Ｄ観察に適した可変のレンズとなる。

本実施形態の画像表示装置１は、可変レンズアレイを画像表示部と画像観察者との間に配置した場合としたが、本開示の構造はこれに限るものではない。画像表示装置は、画像表示部（透過型表示パネル）と照明部との間に可変レンズアレイを配置してもよい。

また、本明細書に示す各種の条件は、厳密に成立する場合の他、実質的に成立する場合にも満たされる。設計上あるいは製造上生ずる種々のばらつきの存在は許容される。

＜２．適用例＞
次に、実施形態及び変形例で説明した画像表示装置１の適用例について説明する。実施形態及び変形例に係る画像表示装置１は、カーナビゲーション装置、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯用ゲーム機等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、実施形態及び変形例に係る画像表示装置１は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

図１１は、本実施形態に係る画像表示装置を適用する電子機器の一例を示す図である。図１１は、表示装置を携帯用ゲーム機に搭載した例を示している。表示装置１は、例えば図１１に示すように、携帯用ゲーム機４００の操作部４０２に挟まれた位置に配置される。携帯用ゲーム機４００は、ユーザが筐体の操作部４０２の両端を両手で保持しながら、画面を見て利用される。画像表示装置１を用いることで、ゲームの画面を立体視できる状態で表示させることができる。

１ 画像表示装置
１０ 画像表示部
１１ 表示領域
１１Ａ 画素基板
１１Ｂ 対向基板
１１Ｃ 液晶層
１２ 画素
２０ 照明部
３０ 可変レンズアレイ
３１ レンズ列
１３０Ａ 第１基板
１３０Ｂ 第２基板
１３１、１３１₁、１３１₂、１３１₃、１３１₄、１３１₅、１３１₆、１３１₇、１３１₈ 第１電極
１３２、１３２₁、１３２₂、１３２₃、１３２₄ 給電線
１３３ 第１配向膜
１３４ 第２電極
１３５ 第２配向膜
１３６ スペーサ
１３７ 液晶層
１３７Ａ、１３７ＡＡ、１３７ＡＢ 液晶分子
１３８ 封止部
Ａ₁、Ａ_２、Ａ₃、Ａ₄ 視点

Claims (8)

1. 透明基板である第１基板と、
   前記第１基板と対向する透明基板である第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶分子を含む液晶層と、
   前記第１基板の前記液晶層側の表面に前記液晶分子を配向させる配向膜と、
   前記第１基板の前記配向膜上に設けられた柱状スペーサと、を含み、
   前記配向膜は、前記柱状スペーサと重なっている部分の少なくとも一部に配向処理が行われていない部分を有する液晶装置。
2. 前記配向処理は、光配向処理である請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記配向処理は、ラビング処理である請求項１に記載の液晶装置。
4. 前記柱状スペーサは、高さと幅との関係が、０．５≦高さ／幅≦５である請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶装置。
5. 前記第１基板の前記液晶層側の表面に形成されたストライプ形状の第１電極と、
   前記第２基板の前記液晶層側の表面に形成された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧により前記液晶層の液晶分子の配向方向を変化させることで屈折率が変化する複数のレンズ列と、
   を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液晶装置を備えた電子機器。
7. 透明基板である第１基板と、前記第１基板と対向する透明基板である第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶分子を含む液晶層と、前記第１基板の前記液晶層側の表面に前記液晶分子を配向させる配向膜と、前記第１基板の配向膜上に設けられたスペーサと、を含む液晶装置を製造する液晶装置製造方法であって、
   配向膜となる膜を前記第１基板の上に形成する工程と、
   前記配向膜の上に柱状スペーサを形成する工程と、
   前記柱状スペーサが形成された前記配向膜に配向処理を行う工程と、を有する液晶装置製造方法。
8. 前記柱状スペーサを形成する工程は、エッチングにより前記柱状スペーサを形成する請求項７に記載の液晶装置製造方法。

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