JP3396384B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばテレビジョ
ン装置、ゲーム機器、パーソナルコンピュータ、ＣＡＤ
装置、医療用モニター装置および携帯情報端末などに使
用される立体感のある三次元画像を表示することが可能
な液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元画像あるいは立体画像を再現しよ
うとする試みは、非常に古くから行われている。それを
実現するための方式としては、レーザホログラム等を用
いる方法を含めると、極めて多種のものとなる。そのう
ち、三原色フルカラーで動画を表示することができる完
成度の高い立体画像表示方式としては、次の２つの方式
があげられる。いずれの方式も、右眼用と左眼用との画
像を個々に表示し、左右の像ずれに基づく両眼視差を利
用して、観察者に奥行き感を想起させるという原理に基
づいたものである。

【０００３】第１の方式は、左右両眼用の画像を偏光方
向が互いに９０°の角度をなす直線偏光にしておき、偏
光眼鏡を通して観察することにより、観察者に立体画像
を知覚させる偏光眼鏡方式である。この方式において、
投影表示を行う場合には、２台の偏光プロジェクタを用
い、スクリーン上で右眼用画像と左眼用画像とを重ね合
わせる。また、直視表示の場合には、２台の表示装置か
らの画像をハーフミラーあるいは偏光ミラーで合成す
る。

【０００４】第２の方式は、１台の表示装置で左右両眼
用の画像を時分割で表示し、電気的なシャッター機能の
ある眼鏡を表示画像と同期して交互に開閉させることに
よって、立体画像表示を行うシャッター眼鏡方式であ
る。この方式は、投影表示にも直視表示にも適用するこ
とができる。

【０００５】上述した各方式においては、右眼用画像お
よび左眼用画像は、ともに二次元画像として提示され
る。二次元画像の表示手段としては、用途に応じて、液
晶表示装置（ＬＣＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマ
ディスプレイ等が用いられる。

【０００６】このうち、偏光眼鏡方式は、偏光軸の異な
る画像２枚を常に同時に映し出すために、２台の表示装
置や映写装置が必要となるため、高価で装置全体のサイ
ズが大きくなる。このため、家庭用には不向きであっ
た。

【０００７】このような偏光眼鏡方式の問題を解決する
ために、例えば特開昭５８−１８４９２９号公報におい
て、１台の表示装置を用いて三次元画像表示を行う方法
が提案されている。この方法では、隣接する画素間で偏
光軸が直交するモザイク状の偏光層を、１台の表示装置
（ＣＲＴあるいはＬＣＤ）の外部に密着させ、観察者
は、その表示装置によって提示された左右両眼用の二次
元画像を偏光眼鏡を通して観察する。これにより、観察
者は、立体画像を知覚することができる。ただし、特開
昭５８−１８４９２９号公報には、表示装置としてＬＣ
Ｄを用いた場合に、モザイク状の偏光層が設けられる位
置については、何ら具体的には明記されていない。した
がって、以下、偏光層は液晶表示装置の外面に設けられ
ているものとして特開昭５８−１８４９２９号公報に示
されている方式を説明する。

【０００８】図６は、特開昭５８−１８４９２９号公報
で提案されている立体表示機能を有する液晶表示装置の
概念図である。

【０００９】表示装置本体７０１は、右眼用画像および
左眼用画像をそれぞれが表示する右眼用画素７０６およ
び左眼用画素７０７を有している。画素７０６、７０７
によって表示画面が構成されており、この表示画面の前
面に、偏光軸が互いに直交する２種類の偏光層７０３、
７０４が交互に配置されている。すなわち、偏光層７０
３、７０４は、右眼用画素７０６および左眼用画素７０
７に対応するように配置されており、右眼用画像と左眼
用画像とを分離する。立体画像を観察する際には、観察
者は、右眼用画素７０６の前に配置された偏光層７０３
と偏光軸が一致する右眼用偏光板７１２ｂと、左眼用画
素７０７の前に配置された偏光層７０４と偏光軸が一致
する左眼用偏光板７１２ａとを有する偏光眼鏡７１２を
装着する。これにより、観察者の右眼および左眼は、そ
れぞれに対応する画像のみを観察することができ、立体
感のある三次元画像をみることができる。

【００１０】表示装置本体７０１は、液晶層７０５を挟
んで配置された一対のガラス基板７０２ａ、７０２ｂを
有している。一方（図６では左側）のガラス基板７０２
ａの液晶層７０５側には、上述した右眼用画素７０６お
よび左眼用画素７０７が形成されており、その上には配
向膜７１０ａが形成されている。ガラス基板７０２ａの
液晶層７０５と反対側には、偏光板７０８が設けられて
いる。また、もう一方のガラス基板７０２ｂの液晶層７
０５側には透明電極７０９ｂ、配向膜７１０ｂがこの順
に形成されている。なお、液晶層７０５の周囲はシール
部材７１１によって封止されている。

【００１１】しかしながら、このような構成を有する従
来の表示装置には、以下の問題があった。

【００１２】表示装置本体７０１の右眼用画素７０６お
よび左眼用画素７０７と、右眼用偏光層７０３および左
眼用偏光層７０４との間には、図７に示すように、ガラ
ス基板７０２ｂが介在している。このため、図７におい
て一点鎖線にて示すように、観察者が正面方向から表示
画面を観察するときには、正常な立体画像を観察するこ
とができるが、破線にて示すように観察者の見る位置が
正面方向から上下に移動すると、右眼用画素７０６が左
眼用偏光層７０４を通して、また左眼用画素７０７が右
眼用偏光層７０３を通して観察される場合が生じる。こ
の場合、左右両眼用の画像がそれぞれ逆の眼に混入する
現象（クロストーク）が発生し、正常な立体画像は得ら
れなくなる。なお、図７においては、簡略化のために、
図６の表示装置本体７０１の構成要素の一部を省略して
いる。

【００１３】このクロストークの問題を解決するため
に、特開昭６２−１３５８１０号公報では、１台の透過
型液晶表示素子を用いた表示装置において、透過型液晶
表示素子を構成するガラス基板よりも内側に、部分的に
偏光方向が異なる偏光層を設置することが提案されてい
る。この表示装置では、透過型液晶表示素子の右眼用画
素および左眼用画素は、右眼用偏光層および左眼用偏光
層とそれぞれ隣接している。このため、観察者が表示画
面を観察する方向が、表示画面の正面方向から上下に移
動しても、上述したようなクロストークの発生はない。
したがって、立体画像を見ることができる範囲が制限さ
れることはなく、視野角の広い立体画像を表示可能な表
示装置を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏光眼
鏡方式の立体表示機能を有する液晶表示装置では、従来
から透過型液晶表示素子が用いられているので、液晶表
示素子を照明する光源（バックライト）が必要となり、
消費電力が増加する。このため、例えば携帯情報端末等
のバッテリーを使用する利用分野では、一回の充電で使
用することができる時間が限定されてしまうという問題
がある。また、透過型液晶表示素子では照明光源が必要
なために、表示装置の製造コストが上昇するという問題
もある。

【００１５】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、照明光源が不要で、低消費電
力の長時間使用可能な立体表示機能を有する薄型・軽量
の液晶表示装置であって、低コストで製造することがで
き、さらに三次元画像表示時に発生するクロストークを
なくし、広視野角で良好な表示を実現することにより利
用分野の拡大を図ることができる液晶表示装置を提供す
ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、複数の画素からなる表示画面を有する液晶表示装置
であって、該複数の画素は右眼用画素と左眼用画素とを
含んでおり、該装置は、スイッチング素子および配線
と、これらの上に設けられた層間絶縁膜と、該層間絶縁
膜上に設けられた画素電極とを有する素子側基板と、対
向電極および光反射層が設けられており、該対向電極が
該素子側基板の該画素電極と対向するように配置された
対向基板と、を備えており、該層間絶縁膜は、該右眼用
画素に対応するように配置されている第１の領域と、該
左眼用画素に対応するように配置されている第２の領域
とを有しており、該第１の領域において、第１の偏光が
選択的に透過され、該第２の領域において、該第１の偏
光とは異なる第２の偏光が選択的に透過され、そのこと
により上記目的を達成する。

【００１７】ある実施形態においては、前記層間絶縁膜
は、偏光層および位相差層から構成されており、該偏光
層は、前記第１の領域において前記第１の偏光を選択的
に透過し、前記第２の領域において前記第２の偏光を選
択的に透過し、該位相差層は、該第１の領域においての
み位相差を与える。前記液晶表示装置は、前記素子側基
板および前記対向基板の間に挟まれている液晶層をさら
に備えており、前記偏光層を透過した前記第１の偏光
は、前記位相差層によって前記位相差を与えられて前記
第２の偏光に変換され、それにより該液晶層には、前記
表示画面全体にわたって該第２の偏光が入射してもよ
い。

【００１８】他の実施形態においては、前記液晶表示装
置は、前記素子側基板および前記対向基板の間に挟まれ
ている液晶層をさらに備えており、該液晶層は、前記右
眼用画素に対応する第１の液晶層領域および前記左眼用
画素に対応する第２の液晶層領域を有しており、該第１
の液晶層領域の液晶分子は、前記第１の偏光を選択的に
光変調するように配向されており、該第２の液晶層領域
の液晶分子は、前記第２の偏光を選択的に光変調するよ
うに配向されている。

【００１９】さらに他の実施形態においては、前記液晶
表示装置は、前記素子側基板および前記対向基板の間に
挟まれている液晶層をさらに備えており、前記層間絶縁
膜は、位相差層、および該位相差層よりも該液晶層に近
い側に配置された偏光層から構成されており、該位相差
層は、前記第１の領域において該偏光層からの前記第１
の直線偏光を第１の円偏光に変換し、前記第２の領域に
おいて該偏光層からの前記第２の直線偏光を、該第１の
円偏光とは異なる第２の円偏光に変換する。

【００２０】本発明の他の液晶表示装置は、さらに他の
実施形態においては、複数の画素からなる表示画面を有
する液晶表示装置であって、該複数の画素は右眼用画素
と左眼用画素とを含んでおり、該装置は、スイッチング
素子および配線と、これらの上に設けられた層間絶縁膜
と、該層間絶縁膜上に設けられた画素電極とを有する素
子側基板と、対向電極および光反射層が設けられてお
り、該対向電極が該素子側基板の該画素電極と対向する
ように配置された対向基板と、該素子側基板および該対
向基板の間に挟まれた液晶層と、を備えており、該層間
絶縁膜は、該右眼用画素に対応するように配置されてい
る第１の領域と、該左眼用画素に対応するように配置さ
れている第２の領域とを有しており、該第１の領域にお
いて第１の偏光が選択的に透過され、該第２の領域にお
いて、該第１の偏光とは異なる第２の偏光が選択的に透
過され、該液晶層は、該層間絶縁膜から該液晶層に入射
される該第１の偏光および該第２の偏光の少なくとも一
方の透過量を変調し、そのことにより上記目的を達成す
る。

【００２１】好ましくは、前記複数の画素は、同一の画
像を表示する少なくとも１つの画素からそれぞれが構成
されている複数の画素グループに分けられており、該複
数の画素グループは、右眼用画素のグループと左眼用画
素のグループとが隣り合うように配置されている。前記
複数の画素は、マトリクス状に配置されており、前記画
素グループのそれぞれは、横方向に並んだ１行分の画
素、または縦方向に並んだ１列分の画素から構成されて
いてもよい。

【００２２】以下、本発明の液晶表示装置の作用を説明
する。

【００２３】従来、液晶表示装置を構成する一対の基板
のうち、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成される側の
基板（アクティブマトリクス基板）の内側に偏光層を作
製することは、ＴＦＴ作製時のプロセス温度に耐え得る
偏光選択材料がないために不可能であった。これに対し
て本発明においては、アクティブマトリクス基板の内側
表面に設けられた層間絶縁膜に偏光選択機能を持たせる
ことで、ＴＦＴ作製後にアクティブマトリクス基板の内
側に偏光層を形成することを可能にしている。これによ
り、偏光層の偏光選択機能の消失がなくなり、また、従
来発生していた三次元画像表示時のクロストークをもな
くすことが可能となる。したがって、視野角の広い画像
を得るとともに、表示品位の向上を図ることができる。

【００２４】また、層間絶縁膜に偏光選択機能を付加す
るだけであるので、偏光層を別途アクティブマトリクス
基板の内側に形成する必要もなく、製造プロセスを短縮
することができる。

【００２５】さらに、反射形液晶表示素子を用いた表示
装置で三次元画像を表示することができるようになるた
め、透過型液晶表示素子を用いた場合と比べて照明光源
が不要となり、薄型・軽量化および低消費電力化が可能
となる。したがって、立体画像を表示することのできる
表示装置の利用分野を拡大することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を説明する。

【００２７】（実施の形態１）本実施の形態１では、液
晶表示装置を構成する一対の基板のうちの対向基板の外
側表面に光反射層を設け、アクティブマトリクス基板の
内側表面に偏光層および位相差層を設けて反射型の液晶
表示装置とし、右眼用画素および左眼用画素に対応した
異なる偏光状態の光をアクティブマトリクス基板側から
出射させる。ここで、液晶表示装置の画素は、少なくと
も１つの画素を含む複数のグループに分けられており、
同一グループに属する画素は、同一の画像を表示するも
のとする。

【００２８】図１は、本実施の形態の反射型液晶表示装
置１００の概略構成を示す断面図である。

【００２９】反射型液晶表示装置１００は、アクティブ
マトリクス基板１０１、対向基板１０２、およびこれら
の間に挟まれた液晶層１０３を有している。アクティブ
マトリクス基板１０１は、透明絶縁性基板１０１ａを有
しており、その内側表面、つまり液晶層１０３に隣接す
る表面上には、図１に示すように、ゲート信号配線１０
４およびゲート絶縁膜１０５とが設けられている。ゲー
ト絶縁膜１０５上には、スイッチング素子であるＴＦＴ
および信号配線（いずれも図示せず）等が形成されてお
り、この上に、層間絶縁膜としても機能する偏光層１０
６、１０７および位相差層１０８が設けられている。

【００３０】偏光層１０６、１０７は、互いに直交する
偏光軸１０６ａ、１０７ａをそれぞれ有しており、一方
が右眼用画素グループ、他方が左眼用画素グループに対
応するように配置されている。本実施の形態では、各画
素グループは、水平方向にのびている画素１行分（同一
のゲート信号配線に対応する画素）を含んでおり、画素
１行毎に右眼用と左眼用とに割り当てている。したがっ
て偏光層１０６、１０７もまた、画素１行毎に交互に配
置される。位相差層１０８は、入射してきた光に位相差
を付与しない領域１０９と位相差を付与する機能を有す
る領域１１０とからなり、図１に示すように、領域１０
９は偏光層１０６と、領域１１０は偏光層１０７と対応
するように配置されている。したがって、領域１０９、
１１０もまた、画素１行毎に交互に配置されていること
になる。また、位相差付与機能を有する領域１１０は、
対応する偏光層１０７の偏光軸１０７ａに対して４５°
シフトした光学軸を有しており、半波長分の位相差を与
える。

【００３１】位相差層１０８上には、マトリクス状に配
置された画素電極としての複数の透明電極１１２、およ
び液晶層１０３中の液晶分子の配向を規制する配向膜１
１３ａが設けられている。

【００３２】一方、対向基板１０２は、その内側表面
（液晶層１０３に隣接する表面）上にカラーフィルタ１
２０、対向電極１２２および配向膜１１３ｂがこの順に
設けられた透明絶縁性基板１０２ａを有している。カラ
ーフィルタ１２０としては、反射型での画像表示に対応
して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）画素からなるカラー
フィルタや、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー
（Ｙ）画素からなるカラーフィルタ等を用途に応じて使
用することができる。

【００３３】さらに、対向基板１０２は、基板１０２ａ
の外側表面に、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属から形成され
た光反射層１２４を有している。またアクティブマトリ
クス基板１０１は、基板１０１ａの外側表面に設けられ
た周囲光の写り込みを防止するための反射防止層１１１
とを有している。したがって、本実施の形態の反射型液
晶表示装置１００では、光は、アクティブマトリクス基
板１０１側から入射し、液晶層１０３を経て対向基板１
０２の外側表面の光反射層１２４によって反射された
後、液晶層１０３を再び通過してアクティブマトリクス
基板１０１から出射する。

【００３４】液晶層１０３は、ゲスト・ホストモードの
ものを用いており、二色性色素としての黒色のｐ型色素
と、誘電異方性が正のネマティック液晶材料とを混合し
て使用している。ここで、液晶分子および二色性色素分
子の配向方向は、液晶分子および二色性色素分子が配向
したときの二色性色素分子の光吸収軸が偏光層および位
相差層を通過した光の偏光方向に対して平行になるよう
に、設定されている。これにより、ＴＦＴ（図示せず）
がオフのとき、つまり液晶層１０３に電界が印加されて
いないときには、液晶層１０３に入射した偏光は二色性
色素分子によって吸収されるので、黒表示となる。これ
に対してＴＦＴがオンのとき、つまり液晶層１０３に電
界が印加されているときには、電界によって液晶分子お
よび二色性色素分子の配向方向が変わり、液晶層１０３
に入射した偏光は、二色性色素分子によって吸収されず
に液晶層１０３を透過する。

【００３５】次に、図１〜図３を参照しながら、本実施
の形態におけるアクティブマトリクス基板１０１の作製
方法の一例を説明する。図２は、アクティブマトリクス
基板１０１の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ’線
に沿った断面図である。なお、図２および図３では、簡
略化のために、アクティブマトリクス基板の１画素分に
相当する領域のみを示している。

【００３６】まず、透明絶縁性基板１０１ａ上に、ゲー
ト信号配線１０４として用いられるＴａあるいはＡｌ等
の金属膜を例えばスパッタリングによって堆積し、これ
をパターニングしてゲート信号配線１０４を形成する。
ゲート信号配線１０４は、図２に示すように、各画素の
ＴＦＴのゲート電極として用いられる分岐部を有してい
る。なお、ゲート信号配線１０４とともに、それに平行
に配設されている付加容量用の電極１１７も形成されう
る。次いで、ゲート信号配線１０４を覆って、基板１０
１ａ上の全面にゲート絶縁膜１０５を形成する。ゲート
絶縁膜１０５としては、ＳｉＮあるいはＳｉＯ₂膜を用
いることができる。

【００３７】続いて、ゲート絶縁膜１０５上に半導体層
１３０を形成し、所定の形状にパターニングした後、ゲ
ート電極の上方の半導体層１３０上に、例えばＳｉＮか
らチャネル保護層１３１を形成する。その後、ｎ⁺Ｓｉ
層を形成し、チャネル保護層１３１の両端部および半導
体層１３０の一部を覆い、かつチャネル保護層４５上で
分断された状態にパターニングして、ソース電極１３２
ａおよびドレイン電極１３２ｂを形成する。

【００３８】次に、ソース信号配線１１６を形成する。
図３に示すように、本実施の形態では、ソース信号配線
１１６は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる下部配線１１
６ａと、ＴａあるいはＡｌ等の金属材料からなる上部配
線１１６ｂとを含む二層構造であり、ソース信号配線１
１６の一部は、ソース電極１３２ａの端部に接触してい
る。また、ソース信号配線１１６の形成と同時に、ドレ
イン電極１３２ｂの端部に一部が接触するように、透明
導電膜１１８ａおよび金属膜１１８ｂを形成する。この
うち、透明導電膜１１８ａは、図２および図３に示すよ
うに、延長されてドレイン電極１３２ｂと画素電極１１
２とを接続するとともに、付加容量の一方の電極１１９
となっている。

【００３９】この状態の基板１０１ａ上に、偏光層１０
６、１０７および位相差層１０８を形成する。偏光層１
０６、１０７は、偏光軸の方向が異なっているのみであ
り、同様の工程によって作製することができる。光配向
性有機材料に二色性色素の染料または沃化物を混合した
材料を、所定の膜厚に基板１０１ａ上に塗布する。続い
て、その上に、画素形状にしたがった画素１行分に対応
する開口部と画素１行分に対応する遮光部とが交互に配
置されているマスクを重ねた状態で、直線偏光をもつ紫
外（ＵＶ）光を、開口部を通して露出している部分に照
射して、照射されたＵＶ光の偏光軸に沿った偏光軸をも
つ偏光層を形成する。次に、ＵＶ光が照射されなかった
部分が開口部を通して露出されるようにマスクを配置し
て、先ほど照射されたＵＶ光とは異なる偏光軸をもつ直
線偏光を含むＵＶ光を照射する。これによって、先に形
成された偏光層とは偏光軸が異なる偏光層が形成され
る。この偏光層の作製には、特開平７−２６１０２４号
公報に示されているような光異性化反応をする高分子材
料（例えば、アゾベンゼンを側鎖としてもつ高分子）と
二色性色素とを用いることができる。

【００４０】位相差層１０８、偏光層１０６、１０７と
ほぼ同様の手順で作製される。すなわち、まず位相差層
１０８の材料、例えば光重合性液晶材料を偏光層１０
６、１０７を形成した基板１０１ａ上に塗布し、その上
に、上述したようなマスクを重ねて、直線偏光をもつＵ
Ｖ光を部分的に照射する。これにより、ＵＶ光が照射さ
れた領域が、照射された直線偏光の偏光軸に沿った光学
軸をもつ、半波長分の位相差を与える領域１１０とな
る。この位相差層の作製には、特開平８−２９６１８号
公報に開示されている、室温でネマティック相を示す紫
外線硬化性液晶材料を用いることができる。

【００４１】このようにして形成された偏光層１０６、
１０７および位相差層１０８は層間絶縁膜としても機能
する。これらの偏光層１０６、１０７および位相差層１
０８には、図３に示すように、接続電極１１８まで達す
るコンタクトホール１３４が、例えばフォトリソグラフ
ィによって形成される。

【００４２】続いて、位相差層１０８上に、透明導電膜
からなる画素電極１１２を形成する。上述したように偏
光層１０６、１０７および位相差層１０８が層間絶縁膜
として機能するため、画素電極１１２は、ゲート信号配
線１０４、ソース信号配線１１６、ＴＦＴ１１４等の上
方にまで設けることができる。画素電極１１２は、図３
に示すように、ＴＦＴ１１４のドレイン電極１３２ｂに
接続されている接続電極１１８にコンタクトホール１３
４を通して接続される。

【００４３】最後に、画素電極１１２を覆って配向膜１
１３ａを形成し、さらに基板１０１ａの画素電極１１２
等が設けられている表面とは反対側の表面に、図１に示
すように、例えばＭｇＦ₂等の誘電体を用いた単層膜あ
るいは多層膜から反射防止層１１１を形成して、アクテ
ィブマトリクス基板１０１が完成する。こうして得られ
たアクティブマトリクス基板１０１は、配向膜１１３ａ
と対向基板１０２上の配向膜１１３ｂとが向かい合うよ
うに対向基板１０２と貼り合わされる。これらの基板１
０１、１０２の間には、ゲスト・ホストモードの液晶材
料が注入され、液晶層１０３を形成する。

【００４４】本実施の形態１の反射型液晶表示装置１０
０では、周囲からの光がアクティブマトリクス基板１０
１に入射し、画素１行毎に交互に配置された偏光層１０
６、１０７によって、偏光軸が直交する２種類の直線偏
光に変換される。その後、位相差層１０８を通過するこ
とによって、偏光軸は全て同一方向となり、その状態で
液晶層１０３に到達する。したがって、液晶層１０３に
含まれる液晶分子および二色性色素分子の配向方向を制
御することによって、光の透過量を画面全体で調整する
ことができる。具体的には、ＴＦＴ１１４（図２および
図３参照）がオフ状態のときには、光は吸収され、黒表
示となる。これに対して、ＴＦＴ１１４がオン状態のと
きには、光は、液晶層１０３、対向基板１０２の対向電
極１２２およびカラーフィルタ１２０を順に透過して、
光反射層１２４に到達する。

【００４５】光反射層１２４で反射された光は、偏光方
向が保持されたまま、逆の光路をたどって、再度、位相
差層１０８に入射する。ここで、位相差層１０８の位相
差付与機能を持った領域１１０に入射した光は、半波長
分の位相差を与えられ、偏光方向が９０°回転された光
となる。したがって、位相差層１０８からは、直交した
偏光軸をもつ直線偏光が画素１行毎に交互に出射される
ことになり、偏光層１０６、１０７にはそれぞれの偏光
軸と一致した偏光軸をもつ光が入射する。このようにし
て、アクティブマトリクス基板１０１からは、右眼用画
像に対応する光および左眼用画像に対応する光が、互い
に直交する偏光軸をもつ光として出射される。

【００４６】以上述べたようにして、本実施の形態１の
反射型液晶表示装置１００においても、画素１行毎に交
互に右眼用画像光と左眼用画像光とを出射させることが
できる。このような液晶表示装置１００では、観察者
は、偏光層１０６、１０７の偏光軸に対応した偏光軸を
それぞれ有する偏光板からなる偏光眼鏡（図示せず）を
装着すれば、アクティブマトリクス基板１０１側から三
次元画像を観察することができる。また観察者は、偏光
眼鏡を装着していないときには、二次元画像を観察する
ことになる。

【００４７】また、本実施の形態１の表示装置１００
は、周囲光を利用する反射型であるので、照明光源（バ
ックライト）を用いる必要がなく、その結果、低消費電
力の立体画像表示装置を実現することができる。したが
って、立体画像表示装置の適用範囲を、例えばバッテリ
ーを用いる機器等にまで拡大することができる。さら
に、本実施の形態１の表示装置１００では、アクティブ
マトリクス基板１０１の内側表面に形成された信号配線
およびＴＦＴ等と画素電極とを絶縁するための層間絶縁
膜に、偏光選択機能、および位相差付与機能の少なくと
も一方を持たせている。したがって、液晶表示装置の製
造工程全体にわたって考慮した場合の工程数および部品
点数を減らすことができる。

【００４８】（実施の形態２）本実施の形態２では、対
向基板の内側表面上に光反射層が設けられており、アク
ティブマトリクス基板の内側表面上に偏光層が設けられ
ている。以下、図４および図５を参照しながら、本実施
の形態２の反射型液晶表示装置２００を説明する。な
お、図４および図５において、図１〜図３に示されてい
る構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付
し、説明を省略する。

【００４９】図４は、反射型液晶表示装置２００の概略
構成を示す断面図である。

【００５０】反射型液晶表示装置２００は、アクティブ
マトリクス基板２０１、対向基板２０２、およびこれら
の間に挟まれた液晶層２０３を有している。アクティブ
マトリクス基板２０１は、透明絶縁性基板１０１ａを有
しており、その内側表面、つまり液晶層２０３に隣接す
る表面上には、図４に示すように、ゲート信号配線１０
４およびゲート絶縁膜１０５とが設けられている。ゲー
ト絶縁膜１０５上には、スイッチング素子であるＴＦＴ
および信号配線（いずれも図示せず）等が形成されてお
り、この上に、層間絶縁膜としても機能する偏光層１０
６、１０７が設けられている。偏光層１０６、１０７
は、互いに直交する偏光軸１０６ａ、１０７ａをそれぞ
れ有しており、一方は右眼用画素グループに、他方は左
眼用画素グループに対応している。本実施の形態では、
各画素グループは、水平方向に配列された１行分の画素
（同一のゲート信号配線に対応する画素）で構成されて
いる。したがって、偏光層１０６、１０７は、画素１行
毎に交互に配置されている。偏光層１０６、１０７上に
は、画素電極としての複数の透明電極１１２が設けられ
ている。偏光層１０６、１０７は、上記実施の形態１と
同様にして形成される。

【００５１】さらにその上には、配向膜２１３が設けら
れている。配向膜２１３は、領域２１３ａおよび領域２
１３ｂを有しており、図４に示すように、これらが画素
１行毎に交互に配置されている。領域２１３ａ、２１３
ｂは、配向膜２１３に接触している液晶分子の配向方向
を領域２１３ａと領域２１３ｂとで９０°異ならせるよ
うに、配向処理が施されている。なお、アクティブマト
リクス基板２０１の外側表面には、上記実施の形態１と
同様に、反射防止膜１１１が形成され得る。

【００５２】一方、対向基板２０２は、内側表面（液晶
層２０３に隣接する表面）上に光反射層２２４、カラー
フィルタ１２０および対向電極１２２がこの順に設けら
れた透明絶縁性基板１０２ａを有している。光反射層２
２４は、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属から形成される。カ
ラーフィルタ１２０としては、反射型での画像表示に対
応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）画素からなるカラ
ーフィルタや、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロ
ー（Ｙ）画素からなるカラーフィルタ等を用途に応じて
使用することができる。

【００５３】さらに対向電極１２２上には、互いに異な
る配向処理が施された領域２１４ａ、２１４ｂを有する
配向膜２１４が設けられている。領域２１４ａ、２１４
ｂは、配向膜２１４に接触している液晶分子の配向方向
を、領域２１４ａと領域２１４ｂとで９０°異ならせる
ような配向処理が施されており、図４に示すように画素
１行毎に交互に、領域２１４ａは領域２１３ａに対向
し、領域２１４ｂは領域２１３ｂに対向するように配置
されている。

【００５４】液晶層２０３としては、上記実施の形態１
と同様に、ゲスト・ホストモードの液晶材料を用い、こ
こでは、二色性色素としての黒色のｐ型色素と正の誘電
異方性をもつネマティック液晶材料とを混合したものを
使用している。ここで、配向膜２１３の領域２１３ａと
配向膜２１４の領域２１４ａとで挟まれている液晶層２
０３中の液晶分子２０３ａの配向方向は、領域２１３ａ
と領域２１４ａとで規制され、領域２１３ｂと領域２１
４ｂとで挟まれている液晶層２０３中の液晶分子２０３
ｂの配向方向は、領域２１３ｂと領域２１４ｂとで規制
される。したがって、液晶分子２０３ａと液晶分子２０
３ｂとでは配向方向が直交することになり、表示画面全
体では、直交する配向方向を有する液晶層の領域が画素
１行毎に交互に形成される。これにより、液晶層２０３
に電界が印加されていない状態で、アクティブマトリク
ス基板２０１に入射して偏光層１０６、１０７を透過し
たときの光の偏光軸は、表示画面全体にわたって二色性
色素分子の吸収軸と平行になる。したがって、ＴＦＴ
（図示せず）がオフのときには黒表示となり、ＴＦＴが
オンのときには、偏光層１０６、１０７から液晶層２０
３に入射した光は、二色性色素分子によって吸収されず
に液晶層２０３を透過することができる。

【００５５】配向膜２１３、２１４の配向処理法として
は、光配向法を用いた。配向材料として、例えば感光性
樹脂ポリビニルシンナメートをアクティブマトリクス基
板の２０１の基板１０１ａおよび対向基板２０２の基板
１０２ａ上に所定の膜厚になるように塗布し、画素形状
にしたがって画素１行毎に開口部と遮光部とが交互に配
置されているマスクを、塗布された配向材料の上に重ね
て、直線偏光を持つ紫外（ＵＶ）光を垂直や斜めから照
射して、照射光の偏光軸に沿った配向方向をもつ領域２
１３ａ、２１３ｂ、２１４ａおよび２１４ｂを形成し
た。

【００５６】このような構成を有する反射型液晶表示装
置２００では、アクティブマトリクス基板２０１から入
射した周囲からの光は、偏光層１０６、１０７を通過す
ることによって画素１行毎に交互に偏光軸が直交する直
線偏光に変換されて、配向膜２１３を通過して液晶層２
０３に入射する。液晶層２０３の液晶分子の配向方向
は、偏光層１０６、１０７の偏光軸に対応するように画
素１行毎に交互に直交しているので、液晶分子および二
色性色素分子の配向方向を調整することによって、液晶
層２０３を透過する光量を画面全体で調整することがで
きる。具体的には、ＴＦＴがオフ状態のときには、光が
吸収されて黒表示となる。これに対して、ＴＦＴがオン
状態のときには、光は、液晶層２０３、配向膜２１４、
対向電極１２２およびカラーフィルタ１２０を順に透過
して、光反射層２２４に到達する。

【００５７】光反射層２２４で反射された光は、偏光方
向が保持されたまま、逆の光路をたどって、再度、偏光
層１０６、１０７に入射する。したがって、偏光層１０
６、１０７の偏光軸と、それぞれに入射した光の偏光方
向とは一致しており、偏光層１０６、１０７は入射した
光を透過させ、アクティブマトリクス基板２０１から出
射させる。このようにして、右眼用画像に対応する光お
よび左眼用画像に対応する光が、互いに直交する偏光軸
をもつ光として出射される。

【００５８】このような液晶表示装置２００では、観察
者は、偏光層１０６、１０７の偏光軸に対応した偏光軸
をそれぞれ有する偏光板からなる偏光眼鏡（図示せず）
を装着すれば、アクティブマトリクス基板２０１側から
三次元画像を観察することができる。また観察者は、偏
光眼鏡を装着していないときには、二次元画像を観察す
ることになる。

【００５９】また、本実施の形態２の表示装置２００
は、周囲光を利用する反射型であるので、照明光源（バ
ックライト）を用いる必要がなく、その結果、低消費電
力の立体画像表示装置を実現することができる。したが
って、立体画像表示装置の適用範囲を、例えばバッテリ
ーを用いる機器等にまで拡大することができる。さら
に、本実施の形態２の表示装置２００では、対向基板２
０２の内側表面に光反射層２２４を形成している。この
ため、透明絶縁性基板１０２ａの厚みに起因する画素の
影による画素輪郭のぼけが生じなくなり、良好な表示品
位を得ることができる。

【００６０】上記実施の形態１および２では、カラー画
像の表示を行う反射型液晶表示装置を説明した。しか
し、黒白表示を行う反射型液晶表示装置にも本発明を適
用することができる。この場合には、図５に示すよう
に、内側表面上に光反射層と対向電極とを兼用するＡｌ
等の金属材料からなる光反射層３２４が形成された透明
絶縁性基板１０２ａが、対向電極３０２として用いられ
得る。なお、この図では、配向膜を省略している。

【００６１】また、液晶層の表示モードは、ゲスト・ホ
ストモードには限られない。例えば、Ｒ−ＯＣＢ（Refl
ective-Optically Compensated Bend）モードやＳＴＮ
モード、ＴＮモード等の偏光板を用いる反射型表示モー
ドの液晶表示装置であれば、本発明は適用可能である。

【００６２】なお、本発明は、偏光層、または偏光層お
よび位相差層を素子側基板に配置する構成に限定される
ものではなく、例えば前記のＳＴＮモードを用いた場合
には、２枚の偏光板を用いて反射モードを実現するた
め、素子側基板とともに対向基板にも偏光層を形成し、
２つの偏光層を透過した光が光反射層で反射される素子
構成とすることができる。

【００６３】さらに、上記実施の形態１および２では、
各画素グループを水平方向に配列された１行分の画素か
ら構成しているが、本発明はこれには限らない。垂直方
向に配列された１列分の画素（つまり１本のソース信号
配線に接続された画素）で１つの画素グループを構成し
た場合にも、上で述べた効果を得ることができる。この
場合には、偏光層１０６、１０７、ならびに位相差層１
０８の位相差付与機能がない領域１０９および位相差付
与機能を持つ領域１１０、あるいは配向膜２１３、２１
４の領域２１３ａ、２１３ｂ、２１４ａ、２１４ｂもま
た、画素１列毎に交互に配置される。あるいは、各画素
グループを１画素のみで構成し、右眼用画素と左眼用画
素とを、縦横１画素毎に振り分ける市松模様（チェッカ
ーフラッグ状）に配置してもよい。あるいは、各画素グ
ループを、複数行の画素または複数列の画素で構成して
もよい。この場合には、各画素グループを１行の画素ま
たは１列の画素で構成する場合と比べると、解像度が減
少する。

【００６４】また、上記実施の形態１および２では、ア
クティブマトリクス基板から右眼用画素と左眼用画素と
で偏光方向の異なる直線偏光を出射させる構成としてい
る。しかし、直線偏光の代わりに円偏光を出射させても
よい。この場合には、アクティブマトリクス基板の内側
表面上に設けられた位相差層を、同じく内側表面上に設
けられた偏光層の光入射側に配置する。より具体的に述
べると、右眼用画素に対応する領域（以下、右眼用領域
とする）と左眼用画素に対応する領域（以下、左眼用領
域とする）とを含む位相差層を、右眼用領域が右眼用の
偏光層に対応し、左眼用領域が左眼用の偏光層に対応す
るように、偏光層の光入射側に配置する。このとき、位
相差層の右眼用領域における遅相軸は、右眼用偏光層の
偏光軸に対して所定の方向に４５°傾けて配置され、左
眼用領域における遅相軸は、左眼用偏光層の偏光軸に対
して上記所定の方向とは逆方向に４５°傾けて配置され
る。したがって、位相差層は、右眼用領域および左眼用
領域において、同一方向の遅相軸を持っていることにな
る。右眼用領域と左眼用領域との間の位相差は、１／４
波長分となるように調整される。

【００６５】このような構成の反射型液晶表示装置で
は、対向基板上に設けられた光反射層によって反射さ
れ、液晶層を通過し、右眼用偏光層および左眼用偏光層
から出射される光は、偏光方向が直交している直線偏光
である。この光が、位相差層に入射し、右眼用領域およ
び左眼用領域において、それぞれ相反する回転方向を持
つ円偏光に変換される。このようにして、例えば、右眼
用領域からは右円偏光が、左眼用領域からは左円偏光が
出射されるようになり、これらの各領域の偏光状態に対
応した円偏光板を備えた偏光眼鏡を左右の眼に装着する
ことにより、観察者の左眼には左眼用画像のみが、右眼
には右眼用画像のみが入るようになる。この場合、観察
者が頭を上下に移動したり、斜めにした場合であって
も、両方の眼のそれぞれに対応する画像が入射する。こ
のため、画像が二重に見えるクロストークは発生せず、
いっそう表示品位が良好な立体画像を観察者に知覚させ
ることができる。

【００６６】本発明の反射型液晶表示装置は、携帯情報
端末等の直視用途に限定されるものではなく、プロジェ
クターやＯＨＰ等の投影用途に用いることもできる。し
かし、本発明の反射型液晶表示装置は、例えば携帯情報
端末の表示部として用いた場合、表示された情報の秘守
性を高めることができるという点で非常に有利である。
なぜなら、秘守性が要求される情報は、立体画像として
表示すれば、偏光眼鏡を装着した観察者以外には観察す
ることができないからである。偏光眼鏡を装着していな
い観察者の眼には、立体画像は、単なる二重になったぼ
けた画像としてしか映らない。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
層間絶縁膜に偏光選択機能を持たせることにより、三次
元画像表示時にクロストークをなくし、視野角の広い画
像を得ることができ、その結果、表示品位の向上を図る
ことができる。また、層間絶縁膜に偏光選択機能を付加
するので、偏光層を別途形成する場合に比べて、製造プ
ロセスを短縮することができ、コスト低減を図ることが
できる。

【００６８】また、液晶表示装置の対向基板に光反射層
を設けることで、反射型液晶表示装置を用いた三次元画
像表示を実現している。このため、照明光源を設ける必
要がなくなり、薄型・軽量で低消費電力化が可能とな
る。したがって、三次元画像表示が可能な表示装置の利
用分野を、拡大することができる。

【００６９】また、本発明の液晶表示装置においては、
層間絶縁膜は、少なくとも１つの画素からなる偏光選択
機能を有する領域が複数個集まって構成されており、こ
れらの領域は、隣り合う領域間で偏光軸方向が互いに異
なるように配置されている。

【００７０】また、本発明の液晶表示装置は、反射型の
立体プロジェクタに用いることができる。つまり、本発
明の液晶表示装置は、直視用途にも投影用途にも用いる
ことができ、直視用途ではアクティブマトリクス基板側
が観察者側に位置するように配置され、投影用途では、
光源側に位置するように配置される。このように、本発
明によれば、立体画像表示機能を有する液晶表示装置の
利用分野をさらに拡大することができる。

【００７１】さらに、この層間絶縁膜を、位相差を付与
する機能を有する位相差層と、偏光選択機能を有する偏
光層とから構成することにより、液晶表示装置からの出
射光を円偏光とすることができる。このため、偏光眼鏡
を装着した観察者が頭を斜めにした場合であっても、ク
ロストークは発生しない。したがって、三次元画像表示
時の表示品位をいっそう向上させることができる。

【００７２】さらに、本発明の反射型液晶表示装置は、
偏光眼鏡の装着により観察者を限定することができるた
め、秘守性が要求される情報に対応する画像を表示する
のに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の反射型液晶表示装置
の構成を示す断面図である。

【図２】 図１の反射型液晶表示装置におけるアクティ
ブマトリクス基板の１画素分の構成を示す平面図であ
る。

【図３】 図２のアクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’
線に沿った断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２の反射型液晶表示装置
の構成を示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態２の反射型液晶表示装置
の対向基板の別の構成を示す断面図である。

【図６】 従来の偏光眼鏡を用いた立体表示機能を有す
る液晶表示装置の概念図である。

【図７】 図６の液晶表示装置において、クロストーク
の発生の様子を説明する図である。

【符号の説明】

１００、２００ 反射型液晶表示装置 １０１、２０１ アクティブマトリクス基板 １０２、２０２、３０２ 対向基板 １０１ａ、１０２ａ 透明絶縁性基板 １０３、２０３ 液晶層 １０４ ゲート信号配線 １０５ ゲート絶縁膜 １０６、１０７ 偏光層 １０８ 位相差層 １１１ 反射防止層 １１２ 画素電極 １１３ａ、１１３ｂ、２１３、２１４ 配向膜 １２０ カラーフィルタ １２２ 対向電極 １２４、２２４、３２４ 光反射層

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−270779（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−122768（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−289374（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−105318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−135810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−194233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−56984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−96905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−142642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−201626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−184929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 右眼用画素と左眼用画素とを含む複数の
   画素を有する表示画面が設けられた反射型の液晶表示装
   置であって、 透明絶縁基板上に設けられたスイッチング素子および配
   線と、これらの上に設けられた層間絶縁膜と、該層間絶
   縁膜上に設けられた画素電極とを有する素子側基板と、 絶縁基板上に設けられた対向電極および光反射層を有
   し、該対向電極が該素子側基板の該画素電極と対向する
   ように配置された対向基板と、 前記素子側基板および前記対向基板の間に挟まれている
   液晶層と、 前記素子側基板から入射されて該液晶層を通過した光を
   反射させて該素子側基板から出射させる反射手段とを備
   えており、 該層間絶縁膜は、該右眼用画素に対応するように配置さ
   れている第１の領域と、該左眼用画素に対応するように
   配置されている第２の領域とを有し、該第１の領域に、
   第１の偏光を選択的に透過させる第１の偏光層と、該第
   １の偏光層の透過光に位相差を与える第１位相差層とが
   設けられ、該第２の領域に、該第１の偏光とは異なる第
   ２の偏光を選択的に透過する第２の偏光層と、該第２の
   偏光層の透過光に位相差を与える第２の位相差層とが設
   けられている、液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の偏光層は、それぞ
   れ、第１および第２の各位相差層よりも前記液晶層に近
   い側に配置されている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記液晶層は、前記右眼用画素に対応す
   る第１の液晶層領域および前記左眼用画素に対応する第
   ２の液晶層領域を有しており、 該第１の液晶層領域の液晶分子は、前記第１の偏光を選
   択的に光変調するように配向されており、該第２の液晶
   層領域の液晶分子は、前記第２の偏光を選択的に光変調
   するように配向されている、請求項１に記載の液晶表示
   装置。
4. 【請求項４】 前記右眼用画素および左眼用画素は、そ
   れぞれ、１または複数の画素のグループになっており、
   右眼用画素のグループと左眼用画素のグループとが隣り
   合うように配置されている、請求項１から３のいずれか
   １つに記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記複数の画素は、マトリクス状に配置
   されており、前記右眼用画素および左眼用画素のグルー
   プは、それぞれ、横方向に並んだ１行分の画素または縦
   方向に並んだ１列分の画素によって構成されている、請
   求項４に記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の位相差層は、前記
   第１および第２の偏光層による直線偏光を、それぞれ異
   なる円偏光とする請求項２に記載の液晶表示装置。