JP2021117354A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示面と重なる位置にセンサや撮像素子が配置可能な表示装置、およびその製造方法を提供する。【解決手段】表示装置は、第１の光学ユニット、アレイ基板、液晶層、液晶層上の対向基板、第２の光学ユニット、および第２の光学ユニット上の緩衝膜を備える。第１の光学ユニットは、第１の直線偏光板と、第１の直線偏光板上に位置し、開口を備える樹脂膜と、開口内の第１の波長板とを有する。画素電極は第１の光学ユニット上に位置し、画素電極を有する。液晶層はアレイ基板上に位置する。第２の光学ユニットは、第１の波長板と重なる第２の波長板と、第２の波長板上の第２の直線偏光板とを有し、対向基板上に位置する。【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置、および表示装置の製造方法に関する。例えば、液晶素子を含む画素を備える表示装置、およびその製造方法に関する。

近年、表示機能を備える多くの小型の電子携帯端末は、表示面を大きくして表示視認性を改善するとともにデザイン性を向上させるため、表示面以外の領域（額縁領域、周辺領域）が極力狭くなるように設計される。このような設計指針では、撮像素子やセンサ、音声入出力装置といった電子携帯端末の機能をサポートするための素子に必要な領域が厳しく制限される。このため、表示面の一部に切り欠きや開口を設け、その中に撮像素子やセンサなどを配置することが提案されている。例えば特許文献１や２では、表示面の一部と他の部分で構造と駆動方法を異なるように表示装置を構成することで、表示面の一部に透光性領域を形成することが開示されている。この透光性領域を利用することで、表示面と重なる位置に種々の素子を配置することが可能となる。

特開２０１０−１５０１５号公報 特許第２８６９４５２号公報

本発明に係る実施形態の一つは、表示面と重なる位置にセンサや撮像素子が配置可能な表示装置、およびその製造方法を提供することを課題の一つとする。例えば実施形態の一つは、動作モードが異なる液晶素子を有する表示装置、およびその製造方法を提供することを課題の一つとする。

本発明の実施形態の一つは表示装置である。この表示装置は、第１の光学ユニット、第１の光学ユニット上のアレイ基板、アレイ基板上の液晶層、液晶層上の対向基板、対向基板上の第２の光学ユニット、および第２の光学ユニット上の緩衝膜を備える。第１の光学ユニットは、第１の直線偏光板と、第１の直線偏光板上に位置し、開口を備える樹脂膜と、開口内の第１の波長板とを有する。アレイ基板は画素電極を有する。第２の光学ユニットは、第１の波長板と重なる第２の波長板、および第２の波長板上の第２の直線偏光板を有する。

本発明の実施形態の一つは表示装置である。この表示装置は、第１の直線偏光板、第１の直線偏光板上の第１の波長板、第１の波長板上の調光素子、調光素子上の第２の波長板、第２の波長板上に位置し、第２の波長板を覆う第２の直線偏光板、および第２の直線偏光板上の緩衝膜を備える。調光素子は、一対の電極と液晶層によって構成される。第２の波長板は、第１の波長板と重なり、湾曲した形状を有する。緩衝膜は、第２の波長板から第２の直線偏光板にわたって平坦な上面を有する。

本発明の実施形態の一つは表示装置の製造方法である。この製造方法は、画素電極を備えるアレイ基板と対向基板との間に液晶層を配置すること、アレイ基板の下に第１の光学ユニットを固定すること、対向基板上に第２の光学ユニットを固定すること、および第２の光学ユニット上に緩衝膜を形成することを含む。第１の光学ユニットは、第１の直線偏光板と、第１の直線偏光板と重なる第１の波長板を有する。第２の光学ユニットは、第２の波長板と、第２の波長板を覆う第２の直線偏光板を有する。第１の光学ユニットと第２の光学ユニットの固定は、第１の波長板と第２の波長板が重なるように行われる。緩衝膜の形成は、第２の光学ユニット上に樹脂の前駆体を配置し、前駆体を硬化することで行われる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の画素と調光素子の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の調光素子の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の調光素子の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の調光素子の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の調光素子の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の調光素子の模式的断面図。 調光素子の光学特性を説明する模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の動作を説明する模式的斜視図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の動作を説明する模式的斜視図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の動作を説明する模式的斜視図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を示す模式的断面図。

以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。

本明細書と請求項において、ある一つの膜を加工して複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。

本明細書および請求項において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって直接または間接的に覆われていない態様を意味し、他の構造体によって覆われていないこの部分は、さらに別の構造体によって直接または間接的に覆われる態様も含む。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、本発明の実施形態の一つに係る表示装置１００の構造を説明する。

１．全体構成
表示装置１００の全体構成を図１と図２を用いて説明する。図１は表示装置１００の模式的上面図であり、図１の鎖線Ａ−Ａ´に沿った断面の模式図を図２に示す。図２に示すように、表示装置１００は表示モジュール３００を有する。表示装置１００はさらに、表示モジュール３００の下にバックライトユニット２００や光電変換素子４００を有することができる。図２では、二つの光電変換素子４００が設けられた例が示されている。

１−１．表示モジュール
図２に示すように、表示モジュール３００はシール材３０６によって互いに固定される一対の基板３０２、３０４、および一対の基板３０２、３０４とシール材３０６によって封止される液晶層３０８を備える。以下、基板３０２と３０４をそれぞれアレイ基板３０２、対向基板３０４と記す。シール材３０６はアレイ基板３０２と対向基板３０４に挟まれ、図１に示すように、アレイ基板３０２上で単一の閉じた形状を形成する。この閉じた形状の内部に液晶層３０８が充填される。したがって、アレイ基板３０２、対向基板３０４、およびシール材３０６によって形成される閉じた一つの空間に単一の液晶層３０８が形成される。この単一の液晶層３０８、アレイ基板３０２、対向基板３０４、およびシール材３０６によって構成されるユニットが一つの液晶セルである。一つの表示装置１００は単一の液晶セルを有する。

さらに表示モジュール３００は、アレイ基板３０２の下に第１の光学ユニット３０９−１を、対向基板３０４の上に第２の光学ユニット３０９−２を有する。

第１の光学ユニット３０９−１は、第１の直線偏光板３１０−１、第１の１／４波長板（以下、第１のλ／４板と記す）３１２−１、および樹脂膜３１６を有し、第１のλ／４板３１２−１と樹脂膜３１６がアレイ基板３０２と第１の直線偏光板３１０−１によって挟まれるように配置される。樹脂膜３１６には開口が設けられ、第１のλ／４板３１２−１はこの開口内に配置される。第１の光学ユニット３０９−１は、第１の接着層３１８−１によってアレイ基板３０２の下面に固定される。

第２の光学ユニット３０９−２は、第２の１／４波長板（以下、第２のλ／４板と記す）３１２−２と、第２のλ／４板上に位置し、第２のλ／４板と重なる第２の直線偏光板３１０−２とを有し、第２のλ／４板３１２−２が第２の直線偏光板３１０−２と対向基板３０４に挟まれるように配置される。第２の光学ユニット３０９−２は、第２の接着層３１８−２によって対向基板３０４の上面に固定される。

したがって、第１の直線偏光板３１０−１と第２の直線偏光板３１０−２は、樹脂膜３１６、第１のλ／４板３１２−１、および第２のλ／４板３１２−２を挟むように配置される。第１のλ／４板３１２−１と第２のλ／４板３１２−２は、後述する調光素子３２４やバックライトユニット２００に設けられる貫通孔２１６と重なるように配置される。図２では、二対のλ／４板３１２がそれぞれ貫通孔２１６と重なる例が図示されている。

表示モジュール３００はさらに、第２の光学ユニット３０９−２上の緩衝膜３８０を備える。緩衝膜３８０は第２の直線偏光板３１０−２と接してもよい。緩衝膜３８０は第２のλ／４板３１２−２に起因する凹凸を吸収し、平坦な上面を与える機能を有する。表示モジュール３００はさらに、緩衝膜３８０上にカバープレート３８２が固定されていてもよい。

１−２．バックライトユニット
図２に示すように、バックライトユニット２００はアレイ基板３０２の下に設けられ、基本的な構成として反射板２０２、反射板２０２上の導光板２０４、導光板２０４の側面に設けられる光源２１４、および導光板２０４上に形成される種々の光学フィルムを有する。光学フィルムの構成は任意であり、図２では一例として、プリズムシート２０６と光拡散フィルム２０８が組み合わされた光学フィルムが図示されている。バックライトユニット２００は接着層２１２によって表示モジュール３００に固定されてもよい。

光源２１４は発光ダイオードや冷陰極管などの発光素子を含む。発光素子は可視光領域の全域にわたる発光波長を有することが好ましい。光源２１４からの光が導光板２０４に入射され、導光板２０４は入射された光を内部で拡散、反射させ、表示モジュール３００の方向に均一に射出するように構成される。反射板２０２は表示モジュール３００に対して導光板２０４の反対側に設けられ、表示モジュール３００の反対側へ射出する光を反射して導光板２０４へ戻すように構成される。プリズムシート２０６は導光板２０４から射出された光を表示モジュール３００の正面方向へ集光・射出するために設けられ、例えば表面に複数のプリズム形状の凹凸がプリズムシート２０６の表面にストライプ状に配置される。光拡散フィルム２０８は光を均一化するための部材であり、光拡散する微粒子とそれを固定する高分子のマトリクスを含むことができる。

バックライトユニット２００には、少なくとも導光板２０４と反射板２０２を貫通する少なくとも一つの貫通孔２１６が設けられる。貫通孔２１６の数は光電変換素子４００の数と同じでよく、図２では二つの光電変換素子４００にそれぞれ対応する二つの貫通孔２１６が設けられた例が示されている。図２に示された例では、プリズムシート２０６と光拡散フィルム２０８にも貫通孔２１６と重なる位置に貫通孔が設けられているが、これらには貫通孔は必ずしも設けなくてもよい。

１−３．光電変換素子
光電変換素子４００は、それぞれ貫通孔２１６、および一対のλ／４板３１２（すなわち、互いに重なる第１のλ／４板３１２−１と第２のλ／４板３１２−２）と重なるように設けられる。図２では二つの光電変換素子４００がそれぞれ対応する貫通孔２１６、および一対のλ／４板３１２に重なる状態が示されている。光電変換素子４００の機能や構造は任意であり、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの撮像素子、あるいは光センサなどが挙げられる。

２．表示モジュールの構造
以下、表示モジュール３００の構造を詳細に説明する。

２−１．レイアウト
アレイ基板３０２にはパターニングされた種々の半導体膜、絶縁膜、導電膜が積層され、これらによって複数の画素３２２や調光素子３２４、これらを駆動するための回路（走査線駆動回路３２６、信号線駆動回路３２８）、端子３３０などが構成される（図１）。図１には二つの調光素子３２４が設けられる例が示されているが、調光素子３２４の数に制約はなく、一つでもよく、三つ以上の調光素子３２４が含まれてもよい。後述するように、画素３２２と調光素子３２４には、動作モードが異なる液晶素子が形成される。ここで液晶素子とは、一対の電極とそれによって駆動される液晶層３０８の部分を指す。

画素３２２は、バックライトユニット２００からの光の一部を表示装置１００外へ透過させるように構成される。画素３２２は単一の色情報を与える最小ユニットであり、画素回路、および画素回路と重なる液晶層３０８を基本構成として有する。複数の画素３２２の配置に制約はなく、例えばストライプ配列やモザイク配列、デルタ配列など、種々の配列で複数の画素３２２を配置することができる。複数の画素３２２によって定義される領域が表示領域３２０である。画素３２２は貫通孔２１６と重ならないように配置される。

調光素子３２４とそれを取り囲む表示領域３２０の一部の模式的上面図を図３に示す。調光素子３２４は表示領域３２０の内部に位置し、一つの調光素子３２４は複数の画素３２２に囲まれるように配置される。調光素子３２４の大きさ（面積）は、個々の画素３２２よりも大きくなるように構成することができる。調光素子３２４の形状は図３に示すような円形に限られず、任意に決定される。例えば正方形や長方形、台形などの四角形、多角形、楕円など、任意の形状を採用することができる。

調光素子３２４は貫通孔２１６と重なる位置に設けられる（図２）。したがって、調光素子３２４は光電変換素子４００と重なる。調光素子３２４にも画素３２２内の画素回路とは異なる構造を有する画素回路が形成され、調光素子３２４はこの画素回路、およびそれと重なる液晶層３０８を基本構成として備える。調光素子３２４は外光の透過を制御する機能を有し、これにより、光電変換素子４００に入射される光の量を調整することができる。

走査線駆動回路３２６と信号線駆動回路３２８からは、図示しない種々の信号線（ゲート線や映像信号線、初期化信号線、電源線など）が表示領域３２０へ伸び、これらの信号線は対応する画素３２２や調光素子３２４と電気的に接続される。端子３３０には図示しないフレキシブル印刷基板（ＦＰＣ）などのコネクタが接続され、外部回路（図示しない）から供給される信号や電源がコネクタと端子３３０を介して走査線駆動回路３２６、信号線駆動回路３２８、画素３２２、および調光素子３２４に供給される。供給された信号や電源に基づいて走査線駆動回路３２６、信号線駆動回路３２８が画素３２２や調光素子３２４中の画素回路を駆動する。これにより液晶層３０８中の液晶分子の配向が制御され、画素３２２ではバックライトユニット２００から供給される光の光量が制御され、調光素子３２４では入射される外光の量が制御される。

２−２．画素
図４に画素３２２のレイアウトの一例を、図４の鎖線Ｂ−Ｂ´に沿った断面の模式図を図５に示す。これらの図に示されるように、画素３２２の画素回路は、画素電極３５０、共通電極３４８、画素電極３５０と電気的に接続されるトランジスタ３４６、画素電極３５０と共通電極３４８の上に設けられる液晶層３０８、液晶層を挟む配向膜（第１の配向膜３７０−１、第２の配向膜３７０−２）などを含む。画素３２２は、走査線駆動回路３２６から延伸するゲート線３４０、信号線駆動回路３２８から延伸する映像信号線３４２、および電源線３４４と電気的に接続される。これらの図に示した画素回路はあくまで一例であり、画素回路は保持容量や他のトランジスタなどの素子を含んでもよい。

図５に示すように、画素回路はアンダーコート３６０を介してアレイ基板３０２上に設けられる。アレイ基板３０２はガラスや石英、ポリアミドなどの高分子を含むプラスチックなどから選択される材料を含む。アンダーコート３６０はアレイ基板３０２内に存在する不純物の拡散を防止するための保護膜として機能し、酸化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素含有無機化合物を含む一つ、あるいは複数の膜から構成される。

トランジスタ３４６は、半導体膜３５２、ゲート絶縁膜３６２の一部、ゲート線３４０の一部、層間絶縁膜３６４の一部、映像信号線３４２の一部、およびドレイン電極３５４などから構成される。半導体膜３５２と重なるゲート線３４０の一部がトランジスタ３４６のゲート電極として機能し、一方、上述した映像信号線３４２の一部がトランジスタ３４６のソース電極として機能する。ゲート絶縁膜３６２と層間絶縁膜３６４には半導体膜３５２に達する開口が設けられ、これらの開口を介してドレイン電極３５４とソース電極が半導体膜３５２と電気的に接続される。ここで示した例では、トランジスタ３４６はトップゲート型のトランジスタであるが、トランジスタ３４６は他の構造を有するトランジスタ（ボトムゲート型トランジスタなど）でもよい。

トランジスタ３４６上には平坦化膜３６６が設けられ、トランジスタ３４６によって形成される凹凸が吸収されて平坦な面が形成される。平坦化膜３６６はアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、ポリアミドなどの高分子材料を含む。

平坦化膜３６６上には共通電極３４８が配置される。共通電極３４８は複数の画素３２２に共有されるように形成される。例えば図４に示すように、共通電極３４８はゲート線３４０と平行に配置され、一つのゲート線３４０に接続される複数の画素３２２に共有されるように配置される。図示しないが、共通電極３４８は一つの映像信号線３４２に接続される複数の画素３２２に共有されるよう、映像信号線３４２と平行に配置してもよく、あるいは全ての画素３２２に共有されるように設けてもよい。

共通電極３４８上には、共通電極３４８と接する電源線３４４が設けられる。電源線３４４は映像信号線３４２と重なるように配置することができる。電源線３４４には、例えば映像信号線３４２に供給される映像信号の最大と最小の中間電位よりもやや低い電位（Ｖｃｏｍ）が供給され、この電位が共通電極３４８に与えられる。図示しないが、電源線３４４は共通電極３４８の下に設けてもよい。

共通電極３４８と電源線３４４の上には、電極間絶縁膜３６８を介して画素電極３５０が形成される。画素電極３５０は、平坦化膜３６６や電極間絶縁膜３６８に設けられる開口を介してドレイン電極３５４と電気的に接続される。これにより、映像信号線３４２に供給される映像信号がトランジスタ３４６を介して画素電極３５０へ与えられ、画素電極３５０の電位は、映像信号に従って画素３２２ごとに独立に制御される。図４に示すように、画素電極３５０は閉じた形状を有するスリットを有し、画素電極３５０の一部はスリットから露出される。図示しないが、画素電極３５０はスリットの替わりに切り欠きを有してもよい。あるいはスリットと切り欠きを同時に有してもよい。なお、スリットとは画素電極３５０内に設けられる閉じた形状を有する開口であり、その外周は画素電極３５０の内周となる。この開口の外周が画素電極３５０の外周の一部である時、開口は切り欠きと定義される。

画素電極３５０上には第１の配向膜３７０−１が設けられる。第１の配向膜３７０−１はポリイミドなどの高分子を有し、その表面は、液晶層３０８に含まれる液晶分子の配向を制御するように調整される。具体的には、第１の配向膜３７０−１の表面にはラビング処理が施される、あるいは、第１の配向膜３７０−１を液晶性ユニットを有する光硬化性樹脂で形成する際に偏光紫外線を一回、あるいは複数回照射し、第１の配向膜３７０−１中の液晶性ユニットを配向させる。また、光分解型ポリイミドなどを成膜し、偏光紫外線を照射してもよい。以下、配向膜３７０に対する配向制御を総じて配向処理と記す。また、電場の非存在下、配向処理が施された第１の配向膜３７０−１上において液晶分子が配向する方向を配向処理方向と記す。

対向基板３０４には、カラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６が設けられる。カラーフィルタ３７４によってバックライトユニット２００からの光に色が付与され、その結果、画素３２２は色情報を与えることができる。カラーフィルタ３７４は、隣接する画素３２２間で光学特性が異なるように構成される。ブラックマトリクス３７６は可視光に対する透過率が低い、あるいは実質的に可視光を透過しないように構成され、トランジスタ３４６や映像信号線３４２、ゲート線３４０を覆うように設けられる。任意の構成として、対向基板３０４にはカラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６を覆うオーバーコート３７２が設けられてもよい。対向基板３０４はさらに、カラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６を覆う第２の配向膜３７０−２を有する。第１の配向膜３７０−１と同様、第２の配向膜３７０−２にも配向処理が施され、その配向処理方向は第１の配向膜３７０−１のそれと同一である。

液晶層３０８は、アレイ基板３０２と対向基板３０４の間に設けられ、画素電極３５０や共通電極３４８、第１の配向膜３７０−１、第２の配向膜３７０−２はアレイ基板３０２と対向基板３０４に挟まれる。液晶層３０８は、正の誘電率異方性を有するポジ型液晶に例示される液晶を含む。上述したように、液晶層３０８はシール材３０６、アレイ基板３０２、および対向基板３０４が形成する空間内に封止され、表示装置１００は単一の液晶セルを有する。したがって、一つの液晶層３０８が全ての画素３２２と調光素子３２４によって共有される。

アレイ基板３０２と対向基板３０４間の距離は、例えばアレイ基板３０２上に形成されるスペーサ３７８によって制御される。スペーサ３７８はアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの高分子を含み、画素３２２ごと、あるいは複数の画素３２２ごとに設けられる。スペーサ３７８はアレイ基板３０２上に設けてもよく、あるいはアレイ基板３０２や対向基板３０４に固定されなくてもよい。

上述したように、表示装置１００は第１の光学ユニット３０９−１と第２の光学ユニット３０９−２を備え、これらは一対の接着層（第１の接着層３１８−１、第２の接着層３１８−２）によってアレイ基板３０２の下面と対向基板３０４の上面にそれぞれ固定される。樹脂膜３１６と一対の直線偏光板３１０は表示領域３２０と重なり、一対の直線偏光板３１０によって画素３２２と樹脂膜３１６が挟持されるように配置される。表示装置１００においては、一対の直線偏光板３１０はクロスニコルの関係を有する。すなわち、第１の直線偏光板３１０−１と第２の直線偏光板３１０−２は、これらの透過軸が互いに直交するように配置される。

直線偏光板３１０は公知の構造を有することができる。典型的には、ヨウ素が吸着し、一方向に延伸されたポリビニルアルコールの薄膜をトリアセチルセルロースなどのセルロース系高分子の膜で挟持した偏光板を用いればよい。直線偏光板３１０はさらに、一方の面、あるいは両面にポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルに例示される高分子を含む保護膜を備えてもよい。λ／４板３１２も公知の構造を有することができるため、説明を割愛する。

樹脂膜３１６は可視光の少なくとも一部を透過可能な高分子を含む膜であり、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、トリアセチルセルロースなどのセルロース系高分子、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステルなどから選択される材料を含む。第１の光学ユニット３０９−１において、樹脂膜３１６は直線偏光板３１０と接してもよい。樹脂膜３１６は光を偏光させる特性を持つ必要は無い。すなわち、透過軸を持たなくてもよい。

緩衝膜３８０も可視光の少なくとも一部を透過可能な高分子を含む膜であり、樹脂膜３１６で使用可能な材料を含むことができる。後述するように、緩衝膜３８０の厚さは、調光素子３２４と重なるように設けられる第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２の湾曲形状を吸収し、第２のλ／４板３１２−２上において平坦な上面を与えるように調整される。このため、緩衝膜３８０の厚さは樹脂膜３１６の厚さと異なってもよく、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下、５０μｍ以上２５０μｍ以下、あるいは７０μｍ以上１５０μｍ以下でもよい。樹脂膜３１６は緩衝膜３８０よりも薄くてもよい。

カバープレート３８２は可視光を透過可能な高分子、またはガラスや石英などを含む。高分子を含む場合には、樹脂膜３１６や緩衝膜３８０で使用可能な高分子のほか、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカルボナートなどの高分子を含んでもよい。カバープレート３８２は、少なくとも調光素子３２４と重なる領域において両面が平坦であることが好ましい。

緩衝膜３８０の屈折率は低いことが好ましく、直線偏光板３１０やλ／４板３１２、接着層３１８のそれと同程度であることが好ましい。例えば、緩衝膜３８０の屈折率は、１．５０以上１．６５以下、または１．５０以上１．６０以下が好ましい。また、緩衝膜３８０の屈折率と接着層３１８、直線偏光板３１０、またはλ／４板３１２の屈折率との差も、０．１５以下、あるいは０．１０以下が好ましい。これにより、緩衝膜３８０と第２の直線偏光板３１０−２との界面、第２の直線偏光板３１０−２と第２のλ／４板３１２−２との界面、第２のλ／４板３１２−２と第２の接着層３１８−２との界面における光の反射や屈折を抑制することが可能となる。その結果、後述するように、調光素子３２４の発光斑や調光素子３２４を介して撮像される画像の歪の発生を抑制することができる。

各画素３２２において、液晶層３０８に含まれる液晶分子の初期配向は、第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向処理方向によって主に決定される。電場の非存在下では、配向処理方向に沿ってアレイ基板３０２の表面にほぼ平行な方向に液晶分子が配向する。画素電極３５０と共通電極３４８間に電位差を与えると、この初期配向が変化する。すなわち、画素電極３５０と共通電極３４８間に生じる、アレイ基板３０２の表面にほぼ平行な電場により、液晶分子はアレイ基板３０２の表面にほぼ平行な面内で回転する。その結果、液晶分子の配向方向が変化し、この変化を画素電極３５０と共通電極３４８間の電位差で制御することで液晶層３０８の光透過率が制御され諧調表示が実現される。このように、各画素３２２には、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）液晶素子が形成される。

なお、図示しないが、各画素３２２の液晶素子は、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）液晶素子でもよい。この場合、共通電極３４８もスリットや切り欠きを有し、画素電極３５０と同一の層となるように、画素３２２が構成される。

２−３．調光素子
図６に調光素子３２４の上面図を、図６の鎖線Ｃ−Ｃ´に沿った断面の模式図を図７に示す。図６では、第２の光学ユニット３０９−２に含まれる第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２は示されていない。これらの図に示すように、調光素子３２４の画素回路は、貫通孔２１６と重なる下部電極３４９、下部電極３４９と重なる上部電極３５１、下部電極３４９と上部電極３５１の間に配置される液晶層３０８を含む。調光素子３２４は、信号線駆動回路３２８から延伸する調光制御線３５８と電気的に接続される。調光制御線３５８には信号線駆動回路３２８から調光制御信号が供給され、この信号の電位が調光制御線３５８を介して下部電極３４９に与えられる。下部電極３４９は、図６に示すように貫通孔２１６の全てを覆うように設けることができる。あるいは、図示しないが、下部電極３４９は光電変換素子４００の受光面の全てを覆うよう設けることができる。

画素３２２の画素回路と同様、調光素子３２４の画素回路もアンダーコート３６０を介してアレイ基板３０２上に設けられる。調光制御線３５８は、アンダーコート３６０、および画素３２２から延伸するゲート絶縁膜３６２や層間絶縁膜３６４を介してアレイ基板３０２上に設けられ、その上には平坦化膜３６６が配置される。平坦化膜３６６には調光制御線３５８に達する開口３５６が設けられ、この開口３５６を覆うように、平坦化膜３６６上に下部電極３４９が配置され、これにより下部電極３４９と調光制御線３５８が電気的に接続される。本実施形態では、一つの調光素子３２４には単一の下部電極３４９が配置される。換言すると、一つの調光素子３２４には、単一の下部電極３４９とそれに重なる単一の上部電極３５１、およびこれらの間の液晶層３０８の一部を含む単一の液晶素子が形成される。

下部電極３４９は、画素３２２から延伸する第１の配向膜３７０−１によって覆われる。したがって、第１の配向膜３７０−１は画素３２２と共有され、その配向処理方向は画素３２２内のそれと同じである。

対向基板３０４には、上部電極３５１が設けられる。上部電極３５１は共通電極３４８と同じ電位（Ｖｃｏｍ）が供給されるように構成してもよく、共通電極３４８とは異なる電位が供給されるように構成してもよい。画素３２２においてオーバーコート３７２が設けられる場合、上部電極３５１はオーバーコート３７２を介して対向基板３０４上に形成される。対向基板３０４にも画素３２２から延伸し、上部電極３５１を覆う第２の配向膜３７０−２が形成される。第１の配向膜３７０−１と同様、この第２の配向膜３７０−２も画素３２２と共有され、その配向処理方向は画素３２２内におけるそれと同じである。なお、調光素子３２４にはカラーフィルタ３７４は形成しなくてもよい。この場合、図７に示すように、オーバーコート３７２が対向基板３０４と接してもよい。調光素子３２４にも、例えば調光制御線３５８と重なるようにブラックマトリクス３７６を形成してもよい。また、図示しないが、画素３２２と同様、下部電極３４９と調光制御線３５８の間に、これらに電気的に接続されるトランジスタを設け、このトランジスタを介して調光制御信号を下部電極３４９へ供給してもよい。

液晶層３０８は下部電極３４９と上部電極３５１の間に設けられ、下部電極３４９や上部電極３５１、第１の配向膜３７０−１、第２の配向膜３７０−２はアレイ基板３０２と対向基板３０４に挟まれる。上述したように、シール材３０６はアレイ基板３０２上において単一の閉じた形状を形成する。したがって、調光素子３２４と画素３２２の間で液晶層３０８は分断されず、液晶層３０８は調光素子３２４と画素３２２によって共有される。画素３２２と同様、調光素子３２４にも下部電極３４９と上部電極３５１間の距離を保持するためのスペーサ３７８を設けてもよい。

上述したように、表示装置１００は一対の直線偏光板３１０と少なくとも一対のλ／４板３１２を備える。一対のλ／４板は、調光素子３２４を挟持するよう、それぞれアレイ基板３０２の下と対向基板３０４の上に設けられ、画素３２２とは重ならない。換言すると、画素３２２は一対のλ／４板３１２から露出される。一対のλ／４板３１２は互いに遅相軸が直交する。上述したように、アレイ基板３０２の下に設けられる第１のλ／４板３１２−１は、樹脂膜３１６に設けられる開口内に配置される。したがって、樹脂膜３１６は調光素子３２４の全体、あるいは下部電極３４９と重ならないように設けられる。

さらに一対の直線偏光板３１０は、調光素子３２４と一対のλ／４板３１２を挟持するよう、それぞれアレイ基板３０２の下と対向基板３０４の上に設けられる。したがって、調光素子３２４が設けられる領域では、一対の直線偏光板３１０と一対のλ／４板３１２が互いに重なり、前者によって後者が挟まれる。一対の直線偏光板３１０は画素３２２と重なるように設けられるため、画素３２２と調光素子３２４によって共有されることになる。画素３２２と同様、調光素子３２４においても一対の直線偏光板３１０の透過軸は互いに直交する。また、画素３２２と調光素子３２４間では、第１の直線偏光板３１０−１の透過軸の方向は互いに同じであり、第２の直線偏光板３１０−２の透過軸も互いに同じである。一対のλ／４板３１２の遅相軸は、それぞれ一対の直線偏光板３１０の透過軸と４５°ずれる。

調光素子３２４においても、液晶層３０８に含まれる液晶分子の初期配向は、第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向処理方向によって主に決定される。電場の非存在下では、配向処理方向に沿ってアレイ基板３０２の表面にほぼ平行な方向に配向する。画素３２２と調光素子３２４間では配向膜３７０の配向処理方向は互いに同一であるので、液晶分子の配向方向も互いに同じである。下部電極３４９と上部電極３５１間に電位差を与えると、この初期配向が変化する。すなわち、下部電極３４９と上部電極３５１間に生じる、アレイ基板３０２の表面にほぼ垂直な電場により、液晶分子はアレイ基板３０２の表面から立ち上がり（チルトする）、表面に対して斜め、あるいは垂直に配向する。この配向状態の変化を下部電極３４９と上部電極３５１間の電位差で制御することで液晶層３０８の光透過率が制御される。このように、調光素子３２４には、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶素子が形成される。したがって表示装置１００は、画素３２２と調光素子３２４間で動作モードが異なる二種類の液晶素子を備える。

２−４．光学ユニット
調光素子３２４と表示領域３２０における光学ユニット３０９の構造を図８（Ａ）から図１１（Ｂ）を用いて詳細に説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は調光素子３２４とそれを囲む表示領域３２０の一部の上面模式図であり、ここでは貫通孔２１６や画素３２２が占める領域が点線で表され、液晶層３０８よりも上の構造は図示されていない。図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は図８（Ａ）の鎖線Ｄ−Ｄ´に沿った断面模式図であり、図９（Ｂ）は図８（Ｂ）の鎖線Ｅ−Ｅ´に沿った断面模式図である。これらの断面図では、アレイ基板３０２に設けられる画素回路などの詳細な構造は割愛されている。

（１）第１の光学ユニット
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、樹脂膜３１６には光電変換素子４００や貫通孔２１６（図２参照）と重なる開口が設けられ、この開口内に第１のλ／４板３１２−１が配置される。換言すると、第１の光学ユニット３０９−１において、第１のλ／４板３１２−１は樹脂膜３１６によって囲まれる。図８（Ａ）と図９（Ａ）に示すように、第１のλ／４板３１２−１は樹脂膜３１６と接してもよく、あるいは図８（Ｂ）と図９（Ｂ）に示すように、第１のλ／４板３１２−１はギャップ３１９を介して樹脂膜３１６から離隔していてもよい。第１の光学ユニット３０９−１にギャップ３１９が存在する場合でも、ギャップ３１９上には第２の光学ユニット３０９−２が配置されるため、ギャップ３１９は表示装置１００の外部からは殆ど視認されない。このため、表示装置１００のデザイン性に与える影響は無視することができる。

ここで、樹脂膜３１６の厚さと第１のλ／４板３１２−１の厚さは同一、あるいは実質的に同一であることが好ましい。すなわち、第１の光学ユニット３０９−１において、樹脂膜３１６の上面と下面は、それぞれ第１のλ／４板３１２−１の上面と下面と同一平面上に存在することが好ましい。あるいは、樹脂膜３１６の上面と下面は、それぞれ第１のλ／４板３１２−１の上面と下面との高さの差（アレイ基板３０２や対向基板３０４の表面からの距離の差）が０μｍ以上１０μｍ以下、０μｍ以上５μｍ以下、または０μｍ以上３μｍ以下となるように、樹脂膜３１６と第１のλ／４板３１２−１の厚さを調整することが好ましい。このような構成により、第１の直線偏光板３１０−１や第１のλ／４板３１２−１の平坦性を維持することができる。

（２）第２の光学ユニット
一方、第２の光学ユニット３０９−２では、第２のλ／４板３１２−２は第２の直線偏光板３１０−２に覆われ、これらの上に緩衝膜３８０が配置される。緩衝膜３８０は、表示領域３２０から調光素子３２４が配置される領域にかけて平坦な上面を形成する。このため、第２のλ／４板３１２−２は必ずしも高い平坦性を有する必要は無く、湾曲した形状を有してもよい。例えば図１０（Ａ）や図１０（Ｂ）に示すように、第２のλ／４板３１２−２は上に凸の形状、または下に凸の形状を有してもよい。あるいは、図示しないが、第２のλ／４板３１２−２の表面に複数の凹凸が形成されていてもよい。第２のλ／４板３１２−２がこのような湾曲形状を有する場合、第２の直線偏光板３１０−２にも第２のλ／４板３１２−２の形状が反映されるため、第２の直線偏光板３１０−２も湾曲した形状を有していてもよい。具体的には、第２の直線偏光板３１０−２も上または下に凸の形状を有してもよく、あるいは表面に複数の凹凸が形成されていてもよい。同様に、第２のλ／４板３１２−２の下に配置される第２の接着層３１８−２も表面に凹凸を有してもよく、調光素子３２４上において厚さが不均一であってもよい。

第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２、あるいは第２の接着層３１８−２が非平坦な構造を有し、緩衝膜３８０やカバープレート３８２が設けられない場合、第２の直線偏光板３１０−２は空気と接する。このため、図１１（Ａ）に示すように、第２の直線偏光板３１０−２と空気と間の大きな屈折率差によって、調光素子３２４を透過する光が屈折する。光が第２の直線偏光板３１０−２と空気との界面においてランダムに屈折すると、調光素子３２４の下に撮像素子を光電変換素子４００として配置した場合、撮像される画像に歪みが発生する。また、調光素子３２４から出射する光に斑が発生する。

このような歪や斑の発生は、第２の光学ユニット３０９−２を第１の光学ユニット３０９−１と同様の構造を有するように形成することで防止することができる（図１１（Ｂ）参照）。これは、樹脂膜３１６の開口に選択的にλ／４板３１２が配置されるため、高い平坦性をλ／４板３１２や直線偏光板３１０に付与することができるためである。しかしながら、ギャップ３１９が第２の直線偏光板３１０−２と第２のλ／４板３１２−２の間に存在すると光漏れの原因となり、表示品質が低下する。また、このギャップ３１９が外部から視認されると、表示装置１００の美観に影響を及ぼす。

しかしながら本実施形態に係る表示装置１００では、上面が平坦な緩衝膜３８０が配置される。緩衝膜３８０は、第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２の湾曲形状、凹凸、あるいは非平坦な形状を吸収し、平坦な上面を与えることができる厚さで設けられる。このため、大きな屈折率差を生み出す緩衝膜３８０と空気の界面は平坦となり、この界面においてランダムな光の屈折は生じない。カバープレート３８２が配置される場合も同様であり、カバープレート３８２の上面の平坦性に起因し、ランダムな光の屈折が抑制される。その結果、第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２が湾曲形状を有していても、外部から入射される光や調光素子３２４側から入射される光のランダムな屈折が抑制される。この効果は、緩衝膜３８０や第２の接着層３１８−２、第２のλ／４板３１２−２、および第２の接着層３１８−２の屈折率との差を互いに０．１５以下、あるいは０．１０以下に抑制することで、これらの構成間の界面における光の屈折率の変化が小さくなるため、さらに増長させることができる。よって、光漏れや撮像される画像の歪、調光素子３２４から得られる光の斑の発生などを防止することができるとともに、デザイン性の高い表示装置を提供することが可能となる。

３．動作
調光素子３２４の動作を図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）を用いて、画素３２２の動作を図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）を用いて説明する。見やすさを考慮し、これらの図では、調光素子３２４においては上部電極３５１と下部電極３４９は図示されていない。また、直線偏光板３１０とλ／４板３１２は分離して示されているが、これはあくまで説明上の都合であり、これらは互いに接してもよい。直線偏光板３１０やλ／４板３１２上に示される点線矢印は、それぞれの透過軸と遅相軸の方向を表し、実線の矢印は光の偏向を表す。

３−１．調光素子
（１）初期状態
初期状態、すなわち、オフ状態における調光素子３２４の模式的斜視図を図１２（Ａ）に示す。この状態では、楕円で示された液晶分子の配向は第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向制御方向によって決定される。第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向処理方向は互いに同一であるため、電場の非存在下では、液晶分子はほぼ配向処理方向に沿って配向する。

ここで、光がアレイ基板３０２側（すなわち第１の直線偏光板３１０−１側）から対向基板３０４側（すなわち第２の直線偏光板３１０−２側）へ進行する場合を考える。白抜き矢印で示されるこの光は、第１の直線偏光板３１０−１を透過すると、透過軸に平行な直線偏光（ａ）となる。この直線偏光（ａ）が第１のλ／４板３１２−１に入射されると、第１のλ／４板３１２−１の遅相軸は第１の直線偏光板３１０−１の透過軸と４５°の角度でずれているため、位相がπ／２ずれる。その結果、第１のλ／４板３１２−１を通過した光は円偏光（ｂ）となる。この円偏光（ｂ）は液晶層３０８を透過すると、液晶層３０８に含まれる液晶分子の屈折率異方性によってさらにπ遅相され、逆回りの円偏光（ｃ）へ変換される。さらにこの円偏光（ｃ）が第２のλ／４板３１２−２に入射されると、第１のλ／４板３１２−１と第２のλ／４板３１２−２の透過軸はは直交関係にあるため、−π／２遅相される。その結果、第１のλ／４板３１２−１に入射された光と比較して位相差はπとなり、直線偏光（ｄ）となる。直線偏光（ｄ）の偏光軸は、第１の直線偏光板３１０−１によって形成される偏光（ａ）の偏光軸に対して直交する。第１の直線偏光板３１０−１と第２の直線偏光板３１０−２は互いにクロスニコルの関係にあるため、直線偏光（ｄ）は第２の直線偏光板３１０−２を透過することができる。外光が対向基板３０４側からアレイ基板３０２側へ進行する場合も同様であり、第１の直線偏光板３１０−１を透過することができる。したがって、光は調光素子３２４を透過することになり、調光素子３２４は所謂ノーマリーホワイトの素子として機能する。

（２）駆動
下部電極３４９と上部電極３５１の間に電位差を与える場合、すなわちオン状態における調光素子３２４の模式的斜視図を図１２（Ｂ）に示す。この電位差が閾値電圧を超えると、液晶分子はアレイ基板３０２の表面に対して立ち上がり始め、電位差を大きくするにつれてその立ち上がり角は大きくなる。すると、液晶分子に入射する光に対して複屈折率が小さくなる。複屈折率が０の場合、第１のλ／４板３１２−１を透過して生成する円偏光（ｂ）の偏光特性が維持され、第２の直線偏光板３１０−２へ入射する。この円偏光（ｃ）は第２の直線偏光板３１０−２によって直線偏光（ｄ）へ変換されるが、この時の偏光軸は第１の直線偏光板３１０−１によって形成される直線偏光（ａ）の偏光軸と同じであり、かつ、第２の直線偏光板３１０−２の透過軸と直交する。したがって、第１の直線偏光板３１０−１に入射された光は調光素子３２４を透過することができない。第２の直線偏光板３１０−２に入射された光の挙動も同様であり、第１の直線偏光板３１０−１を透過することができない。

液晶分子に入射する光に対する液晶分子の複屈折率は、液晶分子の立ち上がり角によって制御され、これは上部電極３５１と下部電極３４９間に与えられる電位差によって決まる。したがって、この電位差を調光制御信号を用いて制御することで、調光素子３２４の光透過率を調整することができる。

上述したように、調光素子３２４が設けられる領域には、導光板２０４や反射板２０２に設けられる貫通孔２１６が位置する。したがって、調光素子がオフ状態（すなわちノーマリーホワイト）のときには、外光は調光素子３２４を透過することができるため、貫通孔２１６の中、あるいは下に配置される光電変換素子４００を利用して外光のセンシング、撮像などを行うことができる。一方、調光素子３２４を駆動して上部電極３５１と下部電極３４９間の電位差を制御することで、その透過率を調整することができるため、調光素子３２４を減光フィルタ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ（ＮＤ）フィルタ）やシャッタとして機能させることができる。シャッタとして機能させる場合、光電変換素子４００で反射した外光を遮蔽することができるため、画素３２２によって形成される表示に対する悪影響を防止することができる。

さらに上述したように、表示装置１００の調光素子３２４では、下部電極３４９にスリットや切り欠きを設ける必要がなく、調光素子３２４のほぼ全体にわたって同一の厚さを有し、貫通孔２１６の全て、あるいは光電変換素子４００の受光面の全てを覆うように下部電極３４９が配置される。このため、スリットや切り欠きの存在によって生じる屈折率分布の発生を回避することができる。さらに、樹脂膜３１６に調光素子３２４と重なる開口を設け、この開口内に第１のλ／４板３１２−１を配置することにより、第１のλ／４板３１２−１や第１の直線偏光板３１０−１の表面の高い平坦性が確保される。一方、第２の直線偏光板３１０−２上には、平坦な上面を有する緩衝膜３８０が形成されるため、第２のλ／４板３１２−２の形状に起因するランダムな光屈折が防止される。このため、調光素子３２４を透過する光に対して悪影響を与えない。その結果、例えば光電変換素子４００として撮像素子を使用する場合、撮像される映像に縞や斑、歪が発生するなどの悪影響を及ぼすことがなく、高品質な映像を取得することができる。

３−２．画素
（１）初期状態
オフ状態における画素３２２の模式的斜視図を図１３（Ａ）に示す。調光素子３２４と同様、この状態では液晶分子の配向は第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向特性によって決定される。第１の配向膜３７０−１と第２の配向膜３７０−２の配向処理方向は互いに同一であるため、電場の非存在下では、液晶分子はほぼ配向処理方向に沿って配向する。

ここで、バックライトユニット２００からの光が第１の直線偏光板３１０−１側へ入射し、第２の直線偏光板３１０−２側へ進行する場合を考える。白抜き矢印で示されるバックライトユニット２００からの光は、第１の直線偏光板３１０−１を透過すると、透過軸に平行な直線偏光（ａ）となる。画素３２２にはλ／４板３１２は設けられないため、この直線偏光（ａ）が次に液晶層３０８に入射される。配向処理方向が第１の直線偏光板３１０−１の透過軸に直交するように配向膜３７０に対して配向処理を行った場合、直線偏光（ａ）の偏光軸と液晶分子の配向方向はほぼ直交する。このため複屈折率が現れず、光に遅相が生じない。その結果、この直線偏光（ａ）は偏光軸と強度をほぼ維持したまま第２の直線偏光板３１０−２に入射される。しかしながら第２の直線偏光板３１０−２の透過軸は第１の直線偏光板３１０−１と直交しているため、第２の直線偏光板３１０−２に入射された光（ｂ）は第２の直線偏光板３１０−２によって吸収され、画素３２２から出射されない。したがって、オフ状態では画素３２２は所謂ノーマリーブラックとなる。

（２）駆動
画素電極３５０と共通電極３４８の間に電位差を与える場合、すなわちオン状態における画素３２２の模式的斜視図を図１１（Ｂ）に示す。この電位差によってアレイ基板３０２の表面にほぼ平行な電場が発生し、液晶分子の誘電率異方性に起因して液晶分子はアレイ基板３０２の表面に平行な面内で回転する。このため、液晶層３０８に入射される直線偏光（ａ）の偏光軸と液晶分子の配向方向がずれ、液晶層３０８に入射される光に遅相が生じる。ここで表示装置１００では、遅相が概ねπとなるよう、液晶分子の長軸方向と短軸方向の屈折率に応じて液晶層３０８の厚さが制御される。このため、液晶層３０８を通過した光は、直線偏光（ａ）から偏光軸が回転して得られる直線偏光（ｂ）となる。液晶分子の配向が９０°回転した場合、この直線偏光（ｂ）の偏光軸は直線偏光（ａ）の偏光軸と直交する。また、第１の直線偏光板３１０−１と第２の直線偏光板３１０−２はクロスニコルの関係である。したがって、液晶層３０８から出射される直線偏光は第２の直線偏光板３１０−２を透過することができる。

取り出される光の光量は、液晶分子が回転する角度によって決まり、これは映像信号の電位に基づく画素電極３５０と共通電極３４８の間の電位差によって制御することができる。したがって、この電位差を制御することで各画素において諧調が得られる。また、上述したように異なる光学特性を有するカラーフィルタ３７４が画素ごとに設けられるため、色ごとに階調を制御することができ、表示領域３２０上にフルカラーの表示が可能となる。

上述したように表示装置１００では、表示領域３２０に設けられる画素３２２はノーマリーブラックであるため、高いコントラストを有する表示を実現することができる。また、画素３２２ではＦＦＳ液晶が形成されるため、視野角特性に優れた表示が可能である。このことから、表示装置１００では高品質のフルカラー表示が可能である。

さらに調光素子３２４は画素３２２に囲まれるように配置されるため、撮像素子などの光電変換素子４００を表示領域３２０と重なるように設けることができる。このため、光電変換素子４００を額縁に配置する必要がなくなり、額縁領域を小さくする、あるいは排除することができ、表示装置全体に占める表示領域３２０の相対面積を増大することができる。その結果、表示領域３２０が大きく、デザイン性に優れた電子機器を提供することが可能となる。また、調光素子３２４の光透過率も制御可能であることから、調光素子３２４による表示品質の低下を招くことなく、光電変換素子４００に入射される光の量を適切に調整することが可能となる。

４．変形例
表示装置１００は、一対のλ／４板３１２の替わりに、一対の１／２波長板（以下、λ／２板と記す）３１４を備えてもよい。この場合の構造と動作を図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）を用いて説明する。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）はそれぞれ、初期状態と駆動時における表示装置１００の模式的斜視図であり、それぞれ図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に相当する。

一対のλ／２板３１４は調光素子３２４を挟むように設けられ、一対の直線偏光板３１０によって挟まれる。アレイ基板３０２側に配置されるλ／２板（第１のλ／２板３１４−１）は、その遅相軸が第１の直線偏光板３１０−１のそれと２２．５°ずれるように配置される。同様に、対向基板３０４側に配置されるλ／２板（第２のλ／２板３１４−２）も、その遅相軸が第２の直線偏光板３１０−２のそれと２２．５°ずれるように配置される。したがって、一対のλ／２板３１４は互いに遅相軸が直交関係であり、一対の直線偏光板３１０も互いにクロスニコルの関係となる。

４−１．初期状態
一対のλ／４板３１２を用いた時と同様（図１２（Ａ））、オフ状態では液晶分子はほぼ配向処理方向に沿って配向する（図１４（Ａ））。第１の直線偏光板３１０−１側から進入する光は、第１の直線偏光板３１０−１を透過すると、透過軸に平行な直線偏光（ａ）となる。この直線偏光（ａ）が次に第１のλ／２板３１４−１に入射されると位相がπずれるが、第１のλ／２板３１４−１の遅相軸は第１の直線偏光板３１０−１の透過軸と２５．５°の角度でずれているため、第１のλ／２板３１４−１を通過した直線偏光（ａ）の偏光軸は、第１の直線偏光板３１０−１の透過軸からπ／２の位相差、すなわち４５°ずれた直線偏光（ｂ）となる。この直線偏光（ｂ）が液晶層３０８を通過するとさらに遅相が生じる。ここで、表示装置１００では遅相が概ねπとなるよう、液晶分子の長軸方向と短軸方向の屈折率に応じて液晶層３０８の厚さが制御される。このため、直線偏光（ｂ）は液晶層３０８を通過すると偏光軸がさらに９０°ずれ、直線偏光（ｃ）となる。この直線偏光（ｃ）がさらに第２のλ／２板３１４−２に入射されると位相差πが生じるが、第２のλ／２板３１４−２の遅相軸は第２の直線偏光板３１０−２の透過軸と２５．５°でずれているため、π／２の位相差を与える。その結果、偏光軸が４５°ずれ、第１の直線偏光板３１０−１の透過軸に対して直交する偏光軸を有する直線偏光（ｄ）となる。直線偏光（ｄ）の偏光軸は第２の直線偏光板３１０−２の透過軸に直交するため、光は第２の直線偏光板３１０−２を透過することはできない。したがって、オフ状態では調光素子３２４は所謂ノーマリーブラックとなる。

４−２．駆動
下部電極３４９と上部電極３５１の間に与えられる電位差が閾値電圧を超えると、液晶分子はアレイ基板３０２の表面に対して立ち上がり始め、電位差を大きくするにつれてその立ち上がり角は大きくなる。すると、液晶分子に入射する光に対して複屈折率が小さくなる。複屈折率が０の場合、第１のλ／２板３１４−１を透過して生成する直線偏光（ｂ）の偏光特性が維持され、第２のλ／２板３１４−２へ直線偏光（ｃ）が入射する。この直線偏光（ｃ）は第２のλ／２板３１４−２によって直線偏光（ｄ）へ変換されるが、第２のλ／２板３１４−２の遅相軸は第２の直線偏光板３１０−２の透過軸から２２．５°ずれているため、偏光軸は第２の直線偏光板３１０−２のそれと同じである。このため、この直線偏光（ｄ）は第２の直線偏光板３１０−２を透過することができる。第２の直線偏光板３１０−２から入射された光の挙動も同様に、第１の直線偏光板３１０−１を透過することができる。

液晶分子に入射する光に対する液晶分子の複屈折率は、液晶分子の立ち上がり角によって制御され、これは上部電極３５１と下部電極３４９間に与えられる電位差によって決まる。したがって、この電位差を調光制御信号を用いて制御することで、調光素子３２４の光透過率を調整することができる。例えば調光素子がオフ状態（すなわちノーマリーブラック）のときには、外光は調光素子３２４を透過することができないため、光電変換素子４００で反射した外光を遮蔽することもでき、画素３２２によって形成される表示に対して悪影響を及ぼすことを防止することができる。一方、調光素子３２４を駆動して上部電極３５１と下部電極３４９間の電位差を制御することで、その透過率を調整することができるため、調光素子３２４をＮＤフィルタやシャッタとして機能させることができる。このため、外部環境に従って適宜上部電極３５１と下部電極３４９間の電位差を制御し、光電変換素子４００へ入射する光量を最適化することができる。

また、単一の下部電極３４９が貫通孔２１６のすべて、あるいは光電変換素子４００の受光面の全体を覆うように配置されため、屈折率分布の発生を回避することができる。さらに上述したように、樹脂膜３１６に調光素子３２４と重なる開口を設け、この開口内に第１のλ／４板３１２−１を配置することにより、第１のλ／４板３１２−１や第１の直線偏光板３１０−１の表面の高い平坦性が確保される。一方、第２の直線偏光板３１０−２上には、緩衝膜３８０が配置されるため、第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２の形状に起因するランダムな光屈折が防止される。このため、調光素子３２４を通過する光が不規則に屈折せず、光電変換素子４００によって撮像される映像に縞や斑、歪が発生するなどの悪影響を及ぼすことなく高品質な映像を取得することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態で述べた構造を有する表示装置１００の製造方法の一例を説明する。第１実施形態で述べた構造と同一、あるいは類似する構造については説明を割愛することがある。

図１５（Ａ）から図２０は、表示装置１００の製造方法を示す模式的断面図である。これらの図の各々において、左側は画素３２２の一部を、右側は調光素子３２４の一部を示す。

１．アレイ基板
図１５（Ａ）は、アレイ基板３０２上に層間絶縁膜３６４までが形成された模式図である。この構造は公知の方法や材料を用いて形成することができるため、説明は省略する。

層間絶縁膜３６４に対してエッチングを行い、半導体膜３５２に達する開口を形成し、この開口を覆うように金属膜を形成する。金属膜はモリブデンやタングステン、チタン、アルミニウムなどの金属を含む膜をスパッタリング法や化学気相堆積（ＣＶＤ）法などを利用して積層することで形成される。その後この金属膜をエッチング加工し、映像信号線３４２やドレイン電極３５４、調光制御線３５８を形成する（図１５（Ｂ））。これにより、トランジスタ３４６が形成される。上述したように、映像信号線３４２の一部はトランジスタ３４６のソース電極として機能する。

その後、トランジスタ３４６や調光制御線３５８を覆うように平坦化膜３６６を形成する（図１５（Ｃ））。平坦化膜３６６は、第１実施形態で述べた高分子の前駆体をスピンコーティング法やディップコーティング法、インクジェット法、印刷法などの湿式成膜法を利用して塗布し、その後硬化することで形成される。

その後、平坦化膜３６６上に共通電極３４８を形成する（図１５（Ｃ））。共通電極３４８は可視光を透過するように構成される。したがって、共通電極３４８は、インジウムとスズの混合酸化物（ＩＴＯ）やインジウムと亜鉛の混合酸化物（ＩＺＯ）などの可視光に対して透過性を示す導電性酸化物を用い、スパッタリング法などによって形成すればよい。図示しないが、共通電極３４８を形成した後、電源線３４４が形成される。電源線３４４は、上述した金属を含む膜をスパッタリング法やＣＶＤ法などを利用して積層することで形成される。図示しないが、調光素子３２４がＦＦＳ液晶を形成する場合、共通電極３４８を形成すると同時に下部電極３４９を形成すればよい。したがってこの場合、共通電極３４８と下部電極３４９は同一の層内に存在し、同一の組成や厚さを有する。

この後、電極間絶縁膜３６８を共通電極３４８と調光制御線３５８を覆うように形成する（図１６（Ａ））。電極間絶縁膜３６８は上述したケイ素含有無機化合物を含み、ＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて形成される。引き続き、電極間絶縁膜３６８と平坦化膜３６６に対してエッチングを行い、ドレイン電極３５４と調光制御線３５８にそれぞれ達する開口３５７、３５６を形成する（図１６（Ａ））。

この後、それぞれドレイン電極３５４と調光制御線３５８に接するよう、画素電極３５０と下部電極３４９を形成する（図１６（Ｂ））。これらも可視光に対する透光性が高いことが好ましく、したがって、ＩＴＯやＩＺＯなどの透過性を示す導電性酸化物を用い、スパッタリング法などによって形成すればよい。画素電極３５０と下部電極３４９は同時に形成することができるため、これらは同一の層内に存在し、同一の組成、厚さを有することができる。図示しないが、調光素子３２４がＦＦＳ液晶を形成する場合、画素電極３５０を形成すると同時に上部電極３５１を形成すればよい。したがってこの場合、画素電極３５０と上部電極３５１は同一の層内に存在し、同一の組成や厚さを有することができる。

その後、画素電極３５０と下部電極３４９を覆うように第１の配向膜３７０−１を形成する（図１６（Ｂ））。第１の配向膜３７０−１は、例えばポリイミド前駆体を湿式成膜法で塗布した後硬化させ、その後ラビング処理を行うことで形成することができる。ラビング処理は公知の方法を適用すればよい。

２．対向基板
対向基板３０４上には、カラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６が形成される（図１７（Ａ））。画素３２２では、ブラックマトリクス３７６はトランジスタ３４６や映像信号線３４２、ゲート線３４０などを覆うように設けられ、調光素子３２４では調光制御線３５８を覆うように設けられる。カラーフィルタ３７４は調光素子３２４には設けなくてもよい。オーバーコート３７２を形成する場合には、カラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６を覆うように設けられる（図１７（Ｂ））。これらのカラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６、オーバーコート３７２は、公知の方法や材料を用いて形成すればよく、よって詳細な説明は割愛する。

この後、調光素子３２４の上部電極３５１が形成される（図１７（Ｃ））。上部電極３５１は下部電極３４９や共通電極３４８、画素電極３５０と同様の方法を適用して形成することができる。その後、カラーフィルタ３７４やブラックマトリクス３７６、上部電極３５１を覆うように第２の配向膜３７０−２を形成する。第２の配向膜３７０−２も第１の配向膜３７０−１と同様の方法で形成すればよい。第２の配向膜３７０−２上には、公知の方法や材料を適用して任意の構成であるスペーサ３７８が設けられる（図１７（Ｃ））。スペーサ３７８はアレイ基板３０２上に設けられる第１の配向膜３７０−１の上に形成してもよい。

３．セル組
その後、液晶層３０８を形成する。具体的には、アレイ基板３０２と対向基板３０４の一方の上にシール材３０６を塗布し、シール材３０６で形成される領域に液晶層３０８を滴下する。その後、画素電極３５０や共通電極３４８、下部電極３４９、上部電極３５１がアレイ基板３０２と対向基板３０４に挟まれるよう、アレイ基板３０２と対向基板３０４の他方を液晶層３０８とシール材３０６の上に配置し、シール材３０６を硬化する。この時、画素電極３５０と共通電極３４８は上部電極３５１と重ならず、上部電極３５１から露出される。これによってアレイ基板３０２と対向基板３０４が貼り合わされ、固定される（図１８）。あるいは、あらかじめシール材３０６を用いてアレイ基板３０２と対向基板３０４を貼り合わせる。この場合、シール材３０６は閉じた形状とせず、二つに分離するように形成する。シール材３０６を硬化した後、分離した二つのシール材３０６の間から液晶層３０８を注入し、その後シール材３０６の間にさらにシール材３０６を塗布し、硬化する。これにより、シール材３０６は単一の閉じた形状を与える。なお、スペーサ３７８を形成しない場合、粒状のスペーサを液晶層３０８に混合してもよい。

この後、第１の光学ユニット３０９−１と第２の光学ユニット３０９−２をそれぞれ第１の接着層３１８−１と第２の接着層３１８−２を用いてアレイ基板３０２の下面と対向基板３０４の上面に固定する（図１９）。具体的には、第１の接着層３１８−１、第１の接着層３１８−１上の樹脂膜３１６、接着層３１８上に位置し、樹脂膜３１６の開口に配置された第１のλ／４板３１２−１、および樹脂膜３１６と第１のλ／４板３１２−１上に積層された第１の直線偏光板３１０−１を含む積層体を、第１の接着層３１８−１がアレイ基板３０２と接するように固定する。一方、第２の接着層３１８−２、第２の接着層３１８−２上の第２のλ／４板３１２−２、および第２のλ／４板３１２−２を覆う第２の直線偏光板３１０−２を含む積層体を、第２の接着層３１８−２が対向基板３０４と接するように固定する。一対の光学ユニット３０９は、一対のλ／４板３１２が調光素子３２４と重なるように固定される。

この後、緩衝膜３８０を形成する。具体的には、第１実施形態で述べた樹脂や高分子の前駆体を第２の直線偏光板３１０−２上に塗布する。塗布は、インクジェット法、印刷法、スピンコーティング法などの方法を用いて行えばよい。あるいは、シート状のレジストを用いて上記樹脂や高分子の前駆体を配置してもよい。その後、前駆体を加熱する、あるいは前駆体に対して光照射を行い、前駆体を固化することで緩衝膜３８０が形成される（図２０）。カバープレート３８２を形成する場合には、前駆体を形成した後に対向基板３０４を配置し、前駆体を加熱する、あるいは前駆体に対して光照射を行って硬化させることでカバープレート３８２が固定される。この時、前駆体を圧縮するように対向基板３０４に対して圧力を与えながら加熱する、あるいは光照射を行ってもよい。この工程により、上面が平坦な緩衝膜３８０が形成されると同時にカバープレート３８２が固定される（図２０）。

光学ユニット３０９を固定する際、接着層３１８を圧縮するように、それぞれ光学ユニット３０９に対して圧力を加えてもよい。この時、圧力の大きさ、圧力をかける時間などによって第２のλ／４板３１２−２やその上の第２の直線偏光板３１０−２が湾曲することがある。しかしながら、緩衝膜３８０を設ける、あるいは緩衝膜３８０を介してカバープレート３８２を設けることで、第２のλ／４板３１２−２や第２の直線偏光板３１０−２の湾曲形状に起因するランダムな光屈折を防止することができる。

以上の工程により、表示モジュール３００が形成される。この表示モジュール３００をバックライトユニット２００上に公知の方法で配置・固定することで、表示装置１００を製造することができる。

本発明の実施形態を適用することで、額縁領域が小さく、広い表示面を有する表示装置を提供することができる。この表示装置では、表示面と重なるように種々の光電変換素子を搭載することができるため、本発明の実施形態によって表示装置の高いデザイン自由度を提供することができる。また、表示面内に設けられ、光電変換素子と重なる調光素子の透過率制御することで、表示品質の低下を招くことなく、光電変換素子に入射される光の量を制御することが可能となる。

また、単一の下部電極３４９が貫通孔２１６のすべて、あるいは光電変換素子４００の受光面の全体を覆うように配置されため、屈折率分布の発生を回避することができる。さらに、上述した構造を有する光学ユニットを採用することで、調光素子３２４へ入射する外光に対して悪影響を与えることを防止することができるため、光電変換素子４００によって撮像される映像に縞や斑、歪が発生するなどの悪影響を及ぼすことなく高品質な映像を表示領域３２０を介して取得することができる。

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００：表示装置、２００：バックライトユニット、２０２：反射板、２０４：導光板、２０６：プリズムシート、２０８：光拡散フィルム、２１２：接着層、２１４：光源、２１６：貫通孔、３００：表示モジュール、３０２：基板、３０２：アレイ基板、３０４：対向基板、３０４：基板、３０６：シール材、３０８：液晶層、３０９：光学ユニット、３０９−１：第１の光学ユニット、３０９−２：第２の光学ユニット、３１０：直線偏光板、３１０−１：第１の直線偏光板、３１０−２：第２の直線偏光板、３１２：λ／４板、３１２−１：第１のλ／４板、３１２−２：第２のλ／４板、３１４：λ／２板、３１４−１：第１のλ／２板、３１４−２：第２のλ／２板、３１６：樹脂膜、３１８：接着層、３１８−１：第１の接着層、３１８−２：第２の接着層、３１９：ギャップ、３２０：表示領域、３２２：画素、３２４：調光素子、３２６：走査線駆動回路、３２８：信号線駆動回路、３３０：端子、３４０：ゲート線、３４２：映像信号線、３４４：電源線、３４６：トランジスタ、３４８：共通電極、３４９：下部電極、３５０：画素電極、３５１：上部電極、３５２：半導体膜、３５４：ドレイン電極、３５６：開口、３５７：開口、３５８：調光制御線、３６０：アンダーコート、３６２：ゲート絶縁膜、３６４：層間絶縁膜、３６６：平坦化膜、３６８：電極間絶縁膜、３７０：配向膜、３７０−１：第１の配向膜、３７０−２：第２の配向膜、３７２：オーバーコート、３７４：カラーフィルタ、３７６：ブラックマトリクス、３７８：スペーサ、３８０：緩衝膜、３８２：カバープレート、４００：光電変換素子

Claims (20)

1. 第１の直線偏光板と、前記第１の直線偏光板上に位置し、開口を備える樹脂膜と、前記開口内の第１の波長板とを有する第１の光学ユニット、
   前記第１の光学ユニット上に位置し、画素電極を有するアレイ基板、
   前記アレイ基板上の液晶層、
   前記液晶層上の対向基板、
   前記第１の波長板と重なる第２の波長板と、前記第２の波長板上の第２の直線偏光板とを有し、前記対向基板上に位置する第２の光学ユニット、および
   前記第２の光学ユニット上の緩衝膜を備える表示装置。
2. 前記緩衝膜上にカバープレートをさらに備える、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記樹脂膜は、前記第１の波長板と接する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記樹脂膜は、前記第１の波長板と離隔する、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記樹脂膜の下面は、前記第１の波長板の下面と同一平面上に存在する、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記第２の波長板は、湾曲した形状を有する、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記第２の波長板は、上に凸、あるいは下に凸の形状を有する、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記第２の直線偏光板は、湾曲した形状を有する、請求項６に記載の表示装置。
9. 前記緩衝膜の上面は、前記第２の波長板の上において平坦である、請求項６に記載の表示装置。
10. 前記画素電極、対向電極、および前記液晶層によって構成される少なくとも一つの画素、ならびに
    一対の電極、および前記液晶層によって構成される調光素子をさらに備え、
    前記少なくとも一つの画素は、前記樹脂膜、前記第１の直線偏光板、および前記第２の直線偏光板と重なり、前記第２の波長板から露出し、
    前記調光素子は、前記第１の直線偏光板、前記第１の波長板、前記第２の波長板、および前記第２の直線偏光板と重なる、請求項１に記載の表示装置。
11. 前記少なくとも一つの画素は、前記調光素子を囲む複数の画素を含む、請求項１０に記載の表示装置。
12. 導光板を有するバックライトをさらに備え、
    前記導光板は、前記第１の波長板と前記第２の波長板と重なる貫通孔を有する、請求項１に記載の表示装置。
13. 第１の直線偏光板、
    前記第１の直線偏光板上の第１の波長板、
    前記第１の波長板上に位置し、一対の電極と液晶層によって構成される調光素子、
    前記調光素子上に位置し、前記第１の波長板と重なり、湾曲した形状を有する第２の波長板、
    前記第２の波長板上に位置し、前記第２の波長板を覆う第２の直線偏光板、および
    前記第２の直線偏光板上に位置し、前記第２の波長板上において平坦な上面を有する緩衝膜を備える表示装置。
14. 前記緩衝膜上にカバープレートをさらに備える、請求項１３に記載の表示装置。
15. 前記調光素子を囲み、前記第１の直線偏光板と前記第２の直線偏光板に挟まれ、前記第２の波長板から露出する複数の画素をさらに備える、請求項１３に記載の表示装置。
16. 前記第１の直線偏光板と前記複数の画素の間に樹脂膜をさらに有し、
    前記樹脂膜は開口を有し、
    前記第１の波長板は前記開口内に位置する、請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記樹脂膜は、前記第１の波長板と接する、請求項１６に記載の表示装置。
18. 前記樹脂膜は、前記第１の波長板と離隔する、請求項１６に記載の表示装置。
19. 前記液晶層は、前記調光素子において前記一対の電極に挟まれ、
    前記複数の画素の各々は、画素電極、共通電極、および前記画素電極と前記共通電極上の前記液晶層によって構成される、請求項１５に記載の表示装置。
20. 導光板を有するバックライトをさらに備え、
    前記導光板は、前記調光素子と重なる貫通孔を有する、請求項１３に記載の表示装置。

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