(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置される複数の画素に対応する複数の画素電極を備えたアレイ基板と、
前記アレイ基板に対向し、前記複数の画素に対応するカラーフィルタを備えたカラーフィルタ基板と、
前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板との間に備えられた液晶層と、
前記アレイ基板の液晶層側と逆の裏面側に備えられるバックライトユニットと、
前記画素電極への液晶駆動電圧の印加タイミングと、前記バックライトユニットの発光タイミングとを制御する制御部と
を具備し、
前記複数の画素は、横方向に長い平行四辺形の平面形状を持ち、前記横方向に同じ色が並び、縦方向に異なる色が並び、
前記複数の画素における横方向に隣接する画素は、前記隣接する画素の中心線で線対称の形状を持ち、
前記隣接する画素の液晶分子は、負の誘電率異方性を持ち、前記隣接する画素に対応する前記画素電極に液晶駆動電圧が印加されると、前記中心線で線対称の方向であり基板平面に水平に回転する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数の画素は、２つの赤画素と、２つの緑画素と、２つの青画素とから構成される絵素を含み、
前記複数の画素は、前記横方向と角度γを持つ長辺と、前記縦方向と平行な短辺を持つ平行四辺形であり、
前記横方向に隣接する２つの画素は、同じ色でＶ字状であり、当該Ｖ字状のパターンが前記横方向に繰り返し、
前記カラーフィルタ基板は、前記画素を区分けするブラックマトリクスを含み、
前記バックライトユニットは、固体発光素子アレイを備えたエッジライト型ユニットであり、
前記制御部は、映像信号に基づいて、前記画素電極への液晶駆動電圧の印加タイミングと、前記バックライトユニットの発光タイミングとの間で同期制御を行い、
前記ブラックマトリクスは、前記縦方向に隣接する画素の間に形成され、前記横方向に隣接する画素の間には形成されないことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の画素電極のそれぞれと電気的に接続されており、透明チャネル材料として複合金属参加物を用いた酸化物半導体によって形成された複数のアクティブ素子をさらに具備することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記画素電極は、前記画素の長辺と平行な長手方向を持つ複数の櫛歯部を備え、前記隣接する画素の中心線で線対称な櫛歯形状を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタ基板は、透明基板の上に、透明電極膜と、前記カラーフィルタとを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記カラーフィルタ基板は、透明基板の上に、前記ブラックマトリクスと、透明電極膜と、前記カラーフィルタとを備えることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記アレイ基板と前記バックライトユニットとの間に配置され、複数の三角柱状プリズムのアレイと、複数の半円柱状レンズのアレイとを含む光制御素子をさらに具備し、
前記複数の三角柱状プリズムの長手方向と前記複数の半円柱状レンズの長手方向とは所定の角度を持つ請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記アレイ基板と前記バックライトユニットとの間に配置され、複数の三角柱状プリズムのアレイと、複数の半円柱状レンズのアレイとを含む光制御素子をさらに具備し、
複数の三角柱状プリズムの長手方向は、前記複数の半円柱状レンズの長手方向とほぼ平行であり、
前記三角柱プリズムの幅は、前記画素の横方向の長さの２倍である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記半円柱状レンズの幅は、前記横方向の２つの画素の幅の整数倍であることを特徴とする請求項８の液晶表示装置。
【請求項１０】
観察者側から入射する光を検出するための受光素子をさらに具備し、
前記制御部は、前記受光素子によって測定されたデータに基づいて、前記バックライトユニットによる光の出射角を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶表示装置の液晶セルは、例えばガラス基板などのような透明基板によって液晶層が挟持される構成を持つ。液晶表示装置は、液晶セルの表及び裏に、偏光板、又は、偏光板及び位相差板を設置した液晶パネルを備える。
【０００３】
第１の例において、液晶表示装置は、観察者と反対側である液晶パネル裏面に、光源としてバックライトユニットを備える。第２の例において、液晶表示装置は、バックライトユニットに加えて、室内光など外部光源を利用する。
【０００４】
３次元画像表示可能な液晶表示装置及び視角制御可能な液晶表示装置において、バックライトユニット又は外部光源を利用する液晶パネルは、観察者側である液晶パネル表面から外部へ出射される光の出射角を、その表示目的に応じて制御する。
【０００５】
３次元画像表示可能な液晶表示装置又はディスプレイ装置として、種々の表示方式が知られている。これらの表示方式は、眼鏡を利用する方式、眼鏡を使用しない方式を含む。眼鏡を使用する方式は、色の違いを利用するアナグリフ方式、又は、偏光を利用する偏光眼鏡方式などを含む。眼鏡を利用する方式では、３次元画像表示時に観察者が専用の眼鏡をかける必要があり、煩わしい。近年においては、眼鏡を必要としない方式の要望が強くなっている。
【０００６】
液晶パネルから単数又は複数の観察者（以下、それぞれ「２眼式」、「多眼式」と表現する場合がある）に対して出射される光を角度調整するために、液晶パネルの表面又は裏面に光制御素子を配設する技術が検討されている。
【０００７】
眼鏡を必要としない３次元画像表示可能な液晶表示装置に光制御素子が用いられる場合がある。
【０００８】
光制御素子の一例として、光学レンズを２次元配列し、規則的な屈折を実現するレンチキュラレンズがある。レンチキュラレンズは、透明樹脂などがシート状に加工され、液晶表示装置の表面又は裏面に貼付されることにより用いられる。特許文献１（特許第４０１０５６４号公報）、特許文献２（特許第４２１３２２６号公報）は、レンチキュラレンズ（レンチキュラスクリーン）を用いた３次元画像表示技術を開示する。凸状のレンズを具備したプリズムシートが、特許文献３〜８（特開２０１０−５０６２１４号公報、特開２０１０−５２４０４７号公報、特開２０１０−５４１０１９号公報、特開２０１０−５４１０２０号公報、特許第４６５５４６５号公報、特許第３９３００２１号公報）に開示されている。
【０００９】
カラーフィルタの画素（着色画素）の種々の配列と、該配列の方向に開口部を備えた光線制御素子（レンチキュラ・シート）との関係は、特許文献９（特開２００８−２４９８８７号公報）に開示されている。
【００１０】
また、同色のカラーフィルタを横方向に連続に配設する技術は、特許文献１０（特開２００９−３００２号公報）の例えば請求項１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４０１０５６４号公報
【特許文献２】特許第４２１３２２６号公報
【特許文献３】特開２０１０−５０６２１４号公報
【特許文献４】特開２０１０−５２４０４７号公報
【特許文献５】特開２０１０−５４１０１９号公報
【特許文献６】特開２０１０−５４１０２０号公報
【特許文献７】特許第４６５５４６５号公報
【特許文献８】特許第３９３００２１号公報
【特許文献９】特開２００８−２４９８８７号公報
【特許文献１０】特開２００９−３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述された特許文献１〜８では、レンチキュラレンズが用いられる。特許文献１は、表示素子（画素又はサブ画素）を平行四辺形又は三角形状に形成し、又は表示素子をオフセットで配置し、実質的に画素（サブ画素でもよい）配列とレンチキュラースクリーンとの間に角度を持たせる技術を開示する。特許文献１は、特許文献２と同様に、連続的な（滑らかな）水平視差を観察者に与える技術を開示する。特許文献１においては、実質的に斜めに配置した画素配列と、この画素配列と交差するレンチキュラースクリーンのエッジとにより、表示にギザツキが発生する場合がある。特許文献１には、例えば、液晶分子の線対称となる配向方向を３次元光制御素子を用いて最適化する技術、又は、三角柱状プリズムと横長画素と対応させ、３次元画像と２次元画像とを切り替える技術は、開示されていない。特許文献１には、３次元画像表示用の液晶表示装置に、誘電率異方性が負である液晶分子を用いる技術についても開示されていない。
【００１３】
特許文献２は、レンチキュラースクリーンの主軸と画素配列との間にオフセット角を設ける技術を開示する。特許文献２では、オフセット角を付与したレンチキュールによって、３次元画像表示の分解能の損失が減少され、観察者の頭が移動する場合であっても滑らかな表示が提供される（画面がゆるやかに切り替わる）。しかしながら、特許文献２では、斜めに配置したレンチキュラースクリーンのエッジが画素配列と交差するため、表示にギザツキが発生する場合がある。特許文献２は、例えば、液晶分子の線対称となる配向方向と３次元光制御素子との関係を最適化する技術、又は、三角柱状プリズムと横長画素とを対応させ、３次元画像と２次元画像とを切り替える技術を開示していない。特許文献２は、３次元画像表示用の液晶表示装置に誘電率異方性が負である液晶を用いる技術を開示していない。
【００１４】
特許文献３〜６では、光学的補償ベンドモード（Optically Compensated Bend：ＯＣＢ）モードの液晶が３次元画像表示に適用される。特許文献３〜６では、ＯＣＢが単に３次元画像表示に必要な液晶の応答時間の観点から説明されている。しかしながら、特許文献３〜６は、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものによる配光を最適化し、明るい３次元画像表示及び２次元画像表示を可能にする液晶表示装置を開示していない。例えば、特許文献３〜６は、右目用画像の光源の配光角と左目用画像の光源の配光角に対して、ＯＣＢ液晶分子がどの方向に並ぶと、右目・左目用の３次元画像表示に最適となるか、開示していない。加えて、ＯＣＢ液晶は、ＩＰＳ（水平配向の液晶分子を用いた横電界の液晶パネル）又はＶＡ（垂直配向の液晶分子を用いた縦電界の液晶パネル）より視野角特性が低下する場合がある。ＯＣＢ液晶は、初期配向であるスプレイ配向から駆動時のベンド配向への転移操作を、パネル起動の度に必要とする。このため、ＯＣＢ液晶は、小型携帯機器用の液晶表示装置として好ましくない場合がある。
【００１５】
特許文献３〜７は、特許文献８に開示されている断面形状を持つ両面プリズムシートを開示している。特許文献３〜７の液晶表示装置は、バックライトユニットの両側に備えられた光源を用いて３次元画像表示を行う。しかしながら、特許文献３〜７は、特許文献８と同様に、３次元画像表示で発生しやすい、プリズムシートと液晶パネルとの干渉によるモアレの解消策を開示していない。さらに、液晶パネルに備えられる液晶分子そのものによる配光を最適化し、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献３〜７に開示されていない。
【００１６】
特許文献８は、三角柱状プリズム列と平行な円筒状レンズ列を備え、円筒状レンズの焦点位置がプリズムの頂点に一致する両面プリズムシートを開示している。特許文献８の第１図又は第２図は、この両面プリズムシートと、バックライトユニットに備えられた両側の光源とを用いて３次元画像表示を行う技術を表している。しかし、特許文献８の技術では、３次元画像表示で発生しやすい、円筒状レンズ列と液晶パネルとの干渉によるモアレの解消が困難である。さらに、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものによる配光を最適化し、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献８に開示されていない。特許文献８は、カラー液晶表示装置に一般的に用いられるカラーフィルタと両面プリズムシートとのマッチングを考慮しておらず、両面プリズムシートと横長画素との対応関係を開示していない。さらに、特許文献８は、液晶パネルに用いられる液晶分子の配向又は液晶動作の観点からの最適化を開示していない。
【００１７】
特許文献９は、レンチキュラシートである光線制御素子と、着色画素の種々配列との組み合わせを開示している。しかし、特許文献９は、観察者の２眼の並ぶ方向に長尺な着色画素を形成し、ひとつの着色画素に１個のアクティブ素子を備え、隣接する着色画素のそれぞれのアクティブ素子で液晶層を駆動した時に、横方向に隣接する画素の間で、液晶分子の倒れる方向が、この隣接する２つの画素の縦方向の中心軸に対して線対称となる液晶表示装置を開示していない。さらに、特許文献９は、２つの赤色画素と２つの緑色画素と２つの青色画素の６画素で３次元画像表示時の絵素とする技術を開示していない。さらに、特許文献９は、アレイ基板における液晶層の反対側の面に、固体発光素子アレイを備えるエッジライト型の導光部と、映像信号及び液晶分子の動作と同期して固体発光素子に電圧を印加し、固体発光素子を発光させるユニットを備える液晶表示装置を開示していない。
【００１８】
特許文献１０は、表示領域の長辺方向に、同色の色要素（着色画素）を配列し、色要素をストライプ状に配列する技術を開示している。しかし、特許文献１０は、レンチキュラレンズを用いて、例えば、長辺方向に線対称な液晶配向を用いて３次元画像を表示する技術を開示していない。特許文献１０は、固体発光素子と映像信号との同期を考慮しておらず、３次元画像表示技術に関するものでもない。
【００１９】
３次元画像の表示については、表示品質の向上が望まれる。しかしながら、特許文献１〜１０は、アクティブ素子により液晶層を線対称駆動する技術、観察者の２眼の並ぶ方向に一致させた横長画素とその液晶駆動、レンチキュラレンズと固体発光素子との最適な構成を開示していない。
【００２０】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされており、３次元画像表示に付随するモアレを解消し、３次元表示と２次元表示とをより明るく効果的に実現するための液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
液晶表示装置は、アレイ基板、カラーフィルタ基板、液晶層、バックライトユニット、制御部を備える。アレイ基板は、マトリクス状に配置される複数の画素に対応する複数の画素電極を備える。カラーフィルタ基板は、アレイ基板に対向し、複数の画素に対応するカラーフィルタを備える。液晶層は、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に備えられる。バックライトユニットは、アレイ基板の液晶層側と逆の裏面側に備えられる。制御部は、画素電極への液晶駆動電圧の印加タイミングと、バックライトユニットの発光タイミングとを制御する。複数の画素は、横方向に長い平行四辺形の平面形状を持ち、横方向に同じ色が並び、縦方向に異なる色が並ぶ。複数の画素における横方向に隣接する画素は、隣接する画素の中心線で線対称の形状を持つ。隣接する画素の液晶分子は、負の誘電率異方性を持ち、隣接する画素に対応する画素電極に液晶駆動電圧が印加されると、中心線で線対称の方向であり基板平面に水平に回転する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の態様においては、モアレなどの表示ムラを解消することができ、高い表示品質の３次元画像を表示することができ、３次元表示と２次元表示とを切り替え可能であり、３次元表示と２次元表示とをより明るく効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る光制御素子の円柱状レンズ及び三角柱プリズムの一例を示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタ基板の一例を示す部分平面図。
【図４】第１の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図。
【図５】隣接する２つの画素のうちの一方の画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光との一例を示す部分断面図。
【図６】隣接する２つの画素のうちの他方の画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光との一例を示す部分断面図。
【図７】隣接する２つの画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光との一例を示す部分断面図。
【図８】第１の実施形態に係る液晶表示装置の隣接する２つの画素の画素電極の形状と配向膜のラビング方向との一例を示す平面図。
【図９】隣接する２つの画素のうちの一方の画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図。
【図１０】液晶駆動電圧印加時の電気力線の状態の一例を示す断面図。
【図１１】隣接する２つの画素のうちの他方の画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図。
【図１２】隣接する２つの画素の画素電極に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図。
【図１３】第２の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す部分断面図。
【図１５】隣接する２つの画素のうちの一方の画素の画素電極及び固体発光素子の同期の一例を示す部分断面図。
【図１６】隣接する２つの画素のうちの他方の画素の画素電極及び固体発光素子の同期の一例を示す部分断面図。
【図１７】指などの帯電体が液晶パネルに近づいた場合の液晶分子の立ち上がり状態の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。
【００２５】
以下の実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。
【００２６】
以下の実施形態において、画素はサブ画素でもよい。液晶表示装置の表示単位は、一例として、２つの赤色画素と２つの緑色画素と２つの青色画素とを含む計６画素で形成される絵素とする。しかしながら、絵素に含まれる画素の数は自由に変更可能である。
【００２７】
以下の実施形態において、観察者の右目と左目との並び方向と並行な画素の並び方向を横方向とし、この横方向に垂直な画素の並び方向を縦方向とする。
【００２８】
着色画素は、横方向に長い形状を持つ。以下において、横方向を画素長手方向と記載する場合がある。着色画素は、縦方向に短い形状を持つ。以下において、縦方向を画素短手方向と記載する場合がある。
【００２９】
以下においては、同一色の２画素を一組として説明する場合がある。また、６画素を含む絵素は、横方向に２つの同色画素が並び、縦方向にそれぞれ異なる３色の画素が並ぶとする。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。この図１は、横方向の断面を表す。
【００３１】
液晶表示装置１は、基本的な構成要素として、液晶パネル２、偏光板３、バックライトユニット４、制御部１２などを備える。偏光板３は、位相差板を貼り合わせて形成されてもよい。
【００３２】
以下の各実施形態において、１対の偏光板３は、クロスニコル構成としてもよい。また、１対の偏光板３の吸収軸は平行とし、液晶表示装置１は、いずれか一方の偏光板３と液晶パネル２との間に、このいずれか一方の偏光板３の第１の直線偏光を、この第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光に変換する旋状素子を備えるとしてもよい。
【００３３】
液晶パネル２は、カラーフィルタ基板５、アレイ基板６、液晶層７を含む。カラーフィルタ基板５とアレイ基板６とは対向している。液晶層７は、カラーフィルタ基板５、アレイ基板６との間に挟まれる。
【００３４】
本実施形態において、複数の画素は、マトリクス状に配置される。
【００３５】
液晶パネル２は、赤色画素、緑色画素、青色画素を含む。本実施形態において、各画素は、平面視で縦方向よりも横方向に長い平行四辺形状とする。
【００３６】
上記したように、横方向とは、観察者の右眼８１と左眼８２の並ぶ方向である。本実施形態においては、隣接する同一色の画素が横方向（図１の横方向断面の水平方向）に並ぶとする。偏光板３、図示しない位相差板などは、液晶パネル２の表面（観察者側の平面）側及び裏面（観察者と反対側の平面）側に備えられる。
【００３７】
バックライトユニット４は、液晶パネル２の裏面（アレイ基板６の液晶層７側と逆の裏面側）に、偏光板３を介して備えられる。バックライトユニット４は、基本的な構成要素として、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などのような固体発光素子９１，９２と、三角柱状プリズムのアレイである光制御素子１０１と、円柱状レンズのアレイである光制御素子１０２と、反射板１１などを備える。
【００３８】
図１に示す円柱状レンズのアレイは、図１の横方向断面に対して垂直方向にその長手（長尺）方向を持つ。三角柱状プリズムのアレイである光制御素子１０１と、円柱状レンズのアレイである光制御素子１０２とは、アクリル樹脂などで背中合わせの一体成型品としてもよい。
【００３９】
三角柱状プリズムのアレイのピッチは、円柱状レンズのアレイのピッチと１：１の関係としてもよく、図１に示すように、円柱状レンズのアレイのピッチよりも三角柱状プリズムのアレイのピッチを細かくしてもよい。
【００４０】
図２に示すように、円柱状レンズの長手方向の軸と、三角柱状プリズムの長手方向の軸とは、角度θを持つ。
【００４１】
複数の三角柱状プリズムは、縦方向に対して角度θを持つ。複数の三角柱状プリズムは、細かいピッチで配列される。角度θは、例えば、３°から４２°の範囲としてもよい。角度θは、この範囲より大きい角度でもよい。角度θは、偏光板又は液晶配向の光学軸と干渉しない角度とする。
【００４２】
バックライトユニット４は、例えば、拡散板、導光板、偏光分離フィルム、再帰反射偏光素子などを備えてもよいが、この図１では省略している。
【００４３】
固体発光素子９１，９２は、例えば、発光波長域に赤、緑、青の３波長を含む白色光を発する白色ＬＥＤとしてもよい。固体発光素子９１，９２は、例えば、ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光物質とを組み合わせた擬似白色ＬＥＤでもよい。演色性を高めるために、赤色ＬＥＤなど１色以上の主要ピークを有するＬＥＤが擬似白色ＬＥＤとともに用いられてもよい。例えば、青色ＬＥＤに赤色及び緑色の蛍光体を積層した光源を用いてもよい。
【００４４】
バックライトユニット４は、複数の固体発光素子９１と複数の固体発光素子９２を含むとしてもよい。この場合、複数の固体発光素子９１と複数の固体発光素子９２とは、赤色、緑色、青色のいずれかを個別に発光するＬＥＤを含むとしてもよい。複数の固体発光素子９１と複数の固体発光素子９２とは、紫外域の光を発光するＬＥＤを含むとしてもよく、赤外域の光を発光するＬＥＤを含むとしてもよい。
【００４５】
制御部１２は、液晶表示装置１における各種の制御処理を実行する。例えば、制御部１２は、画素電極２２１，２２２への液晶駆動電圧の印加タイミングと、バックライトユニット４の発光タイミングとを制御する。例えば、制御部１２は、右目用映像信号・左目用映像信号に基づいて、固体発光素子９１，９２の発光タイミングと、液晶層７の駆動電圧の印加タイミングとを同期制御することにより、３次元画像表示を実現する。
【００４６】
なお、液晶表示装置１は、受光素子１３を備えてもよい。この場合、受光素子１３は、光センサによるデータ入力に用いられる。例えば、受光素子１３は、紫外域又は赤外域発光ＬＥＤなどのような発光素子から出射された特定波長光を検出する。制御部１２は、特定波長光を検出した受光素子１３の位置を検出する。また、例えば、制御部１２は、受光素子１３によって検出された光に基づいて、観察者の位置又は指などのポインタの位置を検出する。受光素子１３は、複合金属酸化物によって透明チャネル層が形成された酸化物半導体アクティブ素子としてもよく、紫外域の光を検出可能でもよい。
【００４７】
制御部１２は、例えば、受光素子１３の出力値に基づいて観測者の位置を検出し、観測者の位置に基づいて固体発光素子９１，９２からの出射光の出射角βを調整する。これにより、観察者の２眼（右眼８１と左眼８２）への出射角αを調整することができ、３次元画像の視認性を向上させることができる。
【００４８】
図３は、本実施形態に係る液晶表示装置１のカラーフィルタ基板５の一例を示す部分平面図である。この図３は、カラーフィルタ基板５の正面図であり、観察者からカラーフィルタ基板５を観察した状態を例示する。
【００４９】
各画素は、横方向に長い形状を持つ。この図３において、各画素は、横方向に長く、縦方向に短い平行四辺形である。この平行四辺形は、横方向に対して角度γを有する長辺と、縦方向と平行な短辺を持つ。
【００５０】
同色の２つの画素が並んで配置される。複数の画素は、横方向に同じ色が並び、縦方向に異なる色が並ぶ。複数の画素における横方向に隣接する画素は、隣接する画素の中心線で線対称の形状を持つ。横方向の画素の配列は、Ｖ字状の同色の２つの画素の繰り返しパターンとなる。
【００５１】
複数の画素は、横方向に並ぶ緑の画素Ｇ１，Ｇ２、赤の画素Ｒ１，Ｒ２、青の画素Ｂ１，Ｂ２から構成される第１の絵素と、横方向に並ぶ緑の画素Ｇ３，Ｇ４、赤の画素Ｒ３，Ｒ４、青の画素Ｂ３，Ｂ４から構成される第２の絵素とを含む。
【００５２】
平行四辺形の長辺と横方向との間の角度γとしては、例えば、およそ５°〜３０°の範囲で設定され、例えば、１５°程度が設定される。画素が横方向に対して角度γを持つことにより、モアレを緩和することができ、さらにＦＦＳ（ＩＰＳ）液晶表示装置において液晶分子を回転しやすくすることができる。本実施形態においては、横方向に同色の画素を並べることにより、色ムラの少ない３次元画像表示を実現することができる。
【００５３】
ブラックマトリックスＢＭは、画素を区分けする。この図３において、ブラックマトリクスＢＭは、縦方向に隣接する画素の間に形成され、前記横方向に隣接する画素の間には形成されず、各画素の上辺及び下辺に形成される。横方向に隣接する画素の間にブラックマトリクスＢＭを形成しないことで、よりモアレの少ない、明るい３次元画像表示を実現することができる。
【００５４】
カラーフィルタ基板５の下には、液晶層７を介してアレイ基板６が備えられる。換言すれば、カラーフィルタ基板５とアレイ基板６とは向かい合う。カラーフィルタ基板５とアレイ基板６との間には、液晶層７が備えられる。アレイ基板６は、アクティブ素子１４ａ，１４ｂを備える。アクティブ素子１４ａ，１４ｂとしては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。なお、アレイ基板６は、他のアクティブ素子を、受光素子として備えるとしてもよい。
【００５５】
以下においては、画素Ｇ１，Ｇ２を典型例として説明するが、他の画素も同様の特徴を持つ。
【００５６】
２つの画素Ｇ１，Ｇ２の横方向の幅Ｌｐは、半円柱状レンズの幅に合わせる。画素Ｇ１，Ｇ２は、液晶層７を駆動するアクティブ素子１４ａ，１４ｂに加えて、光センサとして用いられる受光素子１３を備えるとしてもよい。
【００５７】
図４は、本実施形態に係る液晶表示装置１の一例を示す部分断面図である。この図４は、図３のＡ−Ａ’断面に相当する。複数の緑色画素Ｇ１，Ｇ２は、横方向（水平方向）に並んで形成されている。
【００５８】
カラーフィルタ基板５は、透明基板１５の上に、ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタ（着色層）１６、透明樹脂層１７、配向膜１８１を形成した構成を持つ。図４の断面では、ブラックマトリクスＢＭは図示されていないが、ブラックマトリクスＢＭは、例えば、透明基板１５とカラーフィルタ１６との間に形成される。カラーフィルタ基板５は、複数の画素に対応するカラーフィルタ１６を備える。カラーフィルタ１６のうちの緑フィルタは、緑画素に対応付けされ、赤フィルタは、赤画素に対応付けされ、青フィルタは、青画素に対応付けされる。
【００５９】
液晶表示装置１において、カラーフィルタ基板５の透明基板１５側は、観察者と向き合い、カラーフィルタ基板５の配向膜１８１側は、液晶層７と向き合う。この図４において、偏光板は省略されている。
【００６０】
この図４の断面は、ブラックマトリクスＢＭが形成されていない部分の断面であるため、ブラックマトリクスＢＭは図４に図示されていない。しかしながら、例えば、２次元画像表示でのコントラストが３次元画像表示よりも優先される場合には、例えば、２つの画素Ｇ１，Ｇ２から構成される画素セットＧＳの端部の位置Ｐ１、及び２つの画素Ｇ１，Ｇ２の中央部の位置Ｐ２に、縦方向のブラックマトリクスＢＭが形成されてもよい。この位置Ｐ１，Ｐ２は、図４の断面の垂直方向（液晶パネル２の積層方向）において、透明基板１５とカラーフィルタ１６との間である。
【００６１】
アレイ基板６は、透明基板１９の上に、絶縁層２０ａ，２０ｂ、共通電極２１、絶縁層２０ｃ、画素電極２２１，２２２、配向膜１８２を形成した構成を持つ。例えば、絶縁層２０ａ〜２０ｃには、ＳｉＮが用いられる。アレイ基板６は、複数の画素Ｇ１，Ｇ２のそれぞれに対応する複数の画素電極２２１，２２２を備える。
【００６２】
液晶表示装置１において、アレイ基板６の透明基板１９側は、液晶パネル２の裏面側となり、アレイ基板６の配向膜１８２側は、液晶層７と向き合う。
【００６３】
画素Ｇ１の画素電極２２１と、画素Ｇ２の画素電極２２２とは、画素セットＧＳの中心軸に対して線対称に形成される。画素Ｇ１の画素電極２２１と、画素Ｇ２の画素電極２２２とは、隣り合う画素Ｇ１，Ｇ２の中心線を挟んで分離している。
【００６４】
画素Ｇ１，Ｇ２の共通電極２１は、画素セットＧＳの中心軸に対して対称に形成される。
【００６５】
横方向に隣接する画素Ｇ１，Ｇ２に備えられた共通電極２１は、横方向に隣接する画素Ｇ１，Ｇ２の中心線で線対称の形状とする。
【００６６】
画素電極２２１，２２２は、例えば、櫛歯状パターンを持つとしてもよく、ストライブ状パターンを持つとしてもよい。
【００６７】
共通電極２１及び画素電極２２１，２２２は、例えば、透明導電膜によって形成される。
【００６８】
本実施形態においては、画素セットＧＳの電極構成を線対称としている。すなわち、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２の電極の位置は、線対称である。
【００６９】
したがって、画素電極２２１と共通電極２１との間に電圧が印加された場合の画素Ｇ１の液晶層７の液晶分子の長手方向の向きと、画素電極２２２と共通電極２１との間に電圧が印加された場合の画素Ｇ２の液晶層７の液晶の長手方向の向きとは、線対称となる。
【００７０】
画素電極２２１，２２２と共通電極２１とは、観察者側から見た平面視で、重なっており、この重なり部分は、補助容量として液晶表示に用いることができる。
【００７１】
液晶層７は、初期垂直配向を持つ液晶分子Ｌ１〜Ｌ８を含む。液晶分子Ｌ１〜Ｌ８は、長手方向を持つ形状であり、負の誘電率異方性を持つ。
【００７２】
図５乃至図７を用いて、液晶動作と出射光との関係を説明する。
【００７３】
図５は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの一方の画素Ｇ１の画素電極２２１に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光２３１とを示す液晶表示装置１の一例を示す部分断面図である。
【００７４】
この図５では、アクティブ素子１４ａが画素Ｇ１の画素電極２２１に電圧を印加する。すると、画素電極２２１から共通電極２１への電界が発生する。画素電極２２１に電圧を印加することにより発生した電気力線と垂直になるように、初期水平配向の液晶分子Ｌ１〜Ｌ４は基板平面と水平に回転する。この図５では、液晶分子Ｌ１〜Ｌ４の長手方向は、画素電極２２１への電圧無印加状態において図５の断面の垂直方向を向いており、画素電極２２１への電圧印加後に水平方向（横方向）を向くように回転する。
【００７５】
このような液晶動作によって、左方向の出射光２３１が出射される。出射光２３１の角度αは、前述のように、光制御素子１０１，１０２によって調整される。
【００７６】
図６は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの他方の画素Ｇ２の画素電極２２２に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光２３２とを示す液晶表示装置１の一例を示す部分断面図である。
【００７７】
この図６では、アクティブ素子１４ｂが画素電極２２２に電圧を印加する。すると、画素電極２２２から共通電極２１への電界が発生する。画素電極２２２に電圧を印加することにより発生した電気力線と垂直になるように、初期水平配向の液晶分子Ｌ５〜Ｌ８は基板平面と水平に回転する。この図６では、液晶分子Ｌ５〜Ｌ８の長手方向は、画素電極２２２への電圧無印加状態において図６の断面の垂直方向を向いており、画素電極２２１への電圧印加後に水平方向（横方向）を向くように回転する。
【００７８】
画素Ｇ１での液晶分子Ｌ１〜Ｌ４の回転の方向と、画素Ｇ２での液晶分子Ｌ５〜Ｌ８の回転の方向とは、逆方向である。
【００７９】
このような液晶動作によって、右方向の出射光２３２が出射される。出射光２３２の角度αは、前述のように、光制御素子１０１，１０２によって調整される。
【００８０】
図５及び図６で示した液晶動作と上記の固体発光素子９１，９２の発光とを同期して実行させることにより、３次元画像表示、又は、右眼８１方向と左眼８２方向に異なる画像を表示することができる。
【００８１】
図７は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２の画素電極２２１，２２２に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作と出射光２３１，２３２とを示す液晶表示装置１の一例を示す部分断面図である。
【００８２】
本実施形態において、隣接する画素Ｇ１，Ｇ２の液晶分子は、隣接する画素Ｇ１，Ｇ２に対応する画素電極２２１，２２２に液晶駆動電圧が印加されると、中心軸で線対称の方向に倒れる。
【００８３】
隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２の画素電極２２１，２２２に電圧を印加することで、明るく視野角の広い２次元画像表示を実現することができる。
【００８４】
このように、本実施形態に係る液晶表示装置１は、３次元画像と２次元画像との切り替えを極めて簡易に行うことができる。
【００８５】
本実施形態においては、負の誘電率異方性を持つ液晶分子Ｌ１〜Ｌ８を用いて説明している。しかしながら、正の誘電率異方性を持つ液晶分子についても、本実施形態を同様に適用可能である。
【００８６】
以下においては、画素電極２２１，２２２の形状と液晶分子Ｌ１〜Ｌ８の平面視での回転とについて説明する。この平面視での回転は、水平回転である。
【００８７】
図８は、本実施形態に係る液晶表示装置１の隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２の画素電極２２１，２２２の形状と配向膜１８１，１８２のラビング方向との一例を示す平面図。
【００８８】
本実施形態において、画素Ｇ１，Ｇ２の画素電極２２１，２２２は、櫛歯状である。画素電極２２１，２２２は、隣り合う画素Ｇ１，Ｇ２の中央線に対して線対称である。画素電極２２１，２２２の複数の櫛歯部は、画素セットＧＳの端部側から中央側へ伸びる。画素電極２２１，２２２の複数の櫛歯部の連結部は、画素セットＧＳの端部側に配置される。画素電極２２１，２２２の複数の櫛歯部の長手方向は、画素Ｇ１，Ｇ２の長辺と平行である。櫛歯部の幅はＦｌとし、櫛歯部のピッチは、Ｆｓとする。
【００８９】
配向膜１８１，１８２のラビング方向２４は、縦方向(画素の短辺)と平行な方向とする。液晶分子Ｌ１〜Ｌ８の初期配向方向は、このラビンク方向と同じになる。したがって、初期配向状態において、液晶分子Ｌ１〜Ｌ８の長手方向は、平面視で縦方向に平行となる。ラビングは、機械的なラビングでもよく、光配向による配向処理によって実現されてもよい。
【００９０】
配向膜１８１，１８２の材料としては、例えば、ポリイミド又はポリオルガノシロキサンなどが用いられる。配向膜１８２は、画素電極２２１，２２２の上に形成される。
【００９１】
配向膜１８１，１８２は、感光性を持つとしてもよい。また、感光性の配向膜１８１，１８２に代えて、感光性のモノマーを液晶層７に分散させてもよい。このように、感光性の配向膜１８１，１８２を用いる場合、又は、感光性のモノマーを液晶層７に分散させた場合、画素電極２２１，２２２と共通電極２１との間に電圧を印加しつつ、光を照射することで、配向処理が実現される。
【００９２】
図９は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの一方の画素Ｇ１の画素電極２２１に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図である。
【００９３】
さらに、図１０は、液晶駆動電圧印加時の電気力線の状態の一例を示す断面図である。この図１０は、図９のＣ−Ｃ’断面に相当する。
【００９４】
この図９及び図１０においては、画素電極２２１に電圧が印加されることにより、画素電極２２１の櫛歯部の長手方向に垂直であり、画素電極２２１から共通電極２１に向かう方向に、電気力線が発生している。画素Ｇ１の画素電極２２１上の液晶分子Ｌ１〜Ｌ４は、電気力線に対して垂直になるように水平回転する。その結果、液晶分子Ｌ１〜Ｌ４の長手方向は、画素電極２２１の櫛歯部の長手方向とほぼ平行になる。
【００９５】
図１１は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの他方の画素Ｇ２の画素電極２２２に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図である。
【００９６】
この図１１においては、画素電極２２２に電圧が印加されることにより、画素電極２２２の櫛歯部の長手方向に垂直であり、画素電極２２２から共通電極２１に向かう方向に、電気力線が発生している。画素Ｇ２の画素電極２２２上の液晶分子Ｌ５〜Ｌ８は、電気力線に対して垂直になるように水平回転する。その結果、液晶分子Ｌ５〜Ｌ８の長手方向は、画素電極２２２の櫛歯部の長手方向とほぼ平行になる。
【００９７】
図１２は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２の画素電極２２１，２２２に対する液晶駆動電圧印加時の液晶動作の一例を示す部分平面図である。
【００９８】
画素電極２２１，２２２に電圧が印加されると、画素Ｇ１において画素電極２２１上の液晶分子Ｌ１〜Ｌ４が水平回転し、画素Ｇ２において画素電極２２２上の液晶分子Ｌ５〜Ｌ８が水平回転する。この画素Ｇ１での回転の方向と、画素Ｇ２での回転の方向は、画素Ｇ１，Ｇ２の中央線で線対称であり、これにより画素Ｇ１，Ｇ２での液晶動作の対称性が良くなり、視野角が拡大される。
【００９９】
液晶材料としては、例えば、分子構造内にフッ素原子を備える液晶材料（以下、フッ素系液晶と呼称する）が好ましい。フッ素系液晶は、粘度と誘電率とが低く、イオン性不純物の取り込みが少ない。液晶材料としてフッ素系液晶を用いた場合、不純物による電圧保持率低下などの性能の劣化が小さくなり、表示ムラ及び表示の焼き付きを抑制することができる。負の誘電率異方性を持つ液晶として、例えば、室温付近で複屈折率が０．１程度のネマチック液晶を用いることができる。正の誘電率異方性を持つ液晶としては、様々な液晶材料を適用することができる。消費電力抑制より、高い応答性が要求される液晶表示装置には、大きな誘電率異方性を持つ液晶が用いられるとしてもよい。液晶層７の厚みは、特に限定されない。本実施形態で実効的に適用可能な液晶層７のΔｎｄは、例えば、およそ３００ｎｍから５００ｎｍの範囲である。
【０１００】
以上説明した本実施形態の液晶表示装置１においては、モアレなどの表示ムラを解消し、３次元画像の表示品質を高くすることができ、明るい表示を行うことができ、３次元画像表示と２次元画像表示を容易に切り替えることができる。この効果を以下で具体的に説明する。
【０１０１】
本実施形態においては、横長の画素が形成される。この構成では、横方向に、緑画素の行、赤画素の行、青画素の行が並ぶ。
【０１０２】
通常の縦長の画素においては、横方向に、赤画素、緑画素、青画素の３種の画素が並び、画素の下部に位置するアクティブ素子を駆動するために、縦方向に映像信号を送るドライバが３色分必要となる。
【０１０３】
これに対して、本実施形態では、横方向に同色で横長の画素が並び、縦方向に異なる３色が縞状に配列されるため、の画素のドライバは通常の画素の１／３の個数で済み、低コストで液晶パネル２を製造することができる。映像信号を担うドライバは消費電力も高いため、本実施形態においては、低消費電力の液晶表示装置１を提供できる。
【０１０４】
加えて、本発明に係る液晶表示装置１の各色の画素は、横方向の画素幅が横長であり一定の幅であることから、縦長で傾斜させた画素の場合より、絵素単位で色ムラのない高品質の表示を実現できる。さらに、可視光域、低感度である酸化物半導体の薄膜トランジスタを、液晶駆動するアクティブ素子１４ａ，１４ｂとして用いることができるため、ブラックマトリクスＢＭが細く、開口率の高い液晶表示装置１を提供できる。
【０１０５】
本実施形態においては、従来の３次元画像表示で問題となるモアレなど表示ムラを解消することができ、かつ、明るい表示にて３次元画像表示と２次元画像表示との切り替えを、シンプルな構成で実現することができる。
【０１０６】
本実施形態に係る液晶表示装置１は、携帯電話、ゲーム機器、タブレット端末、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）、テレビジョン、車のダッシュボード等に設置される表示装置に適用できる。
【０１０７】
なお、本実施形態の変形例として、液晶表示装置１は、モアレ解消のため、複数の三角柱状プリズムの長手方向とほぼ直角な長手方向を持つ複数の三角柱状プリズムをさらに備えてもよい。
【０１０８】
また、より効果的な３次元画像表示のために、複数の三角柱状プリズムの長手方向と、複数の半円柱状レンズの長手方向とをほぼ平行とし、三角柱プリズムの幅は画素の横方向の長さの２倍としてもよい。
【０１０９】
半円柱状レンズの幅は、横方向の２つの画素の幅の整数倍とすることができる。
【０１１０】
アレイ基板６とバックライトユニット４との間、又は、カラーフィルタ基板５の液晶層７側と逆の表面側（観察者側）に、複数の半円柱状レンズのアレイを含む別の光制御素子をさらに設置してもよい。さらに、この別の光制御素子に含まれる半円柱状レンズの長手方向は、横方向と直角としてもよい。
【０１１１】
［第２の実施形態］
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例であり、カラーフィルタ基板の透明基板１５とカラーフィルタ１６との間に透明電極膜をさらに備えた液晶表示装置について説明する。
【０１１２】
図１３は、本実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。この図１３は、横方向の断面図である。
【０１１３】
図１４は、第２の実施形態に係る液晶表示装置３０の一例を示す部分断面図である。
【０１１４】
液晶表示装置３０は、基本的な構成要素として、液晶パネル２６、偏光板３、バックライトユニット２７などを備える。なお、液晶表示装置３０は、上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１と同様に、制御部１２、受光素子１３を備えるとしてもよい。
【０１１５】
バックライトユニット２７の両端には、固体発光素子９１，９２が配置されている。偏光板３は、位相差板を貼り合わせて形成されてもよい。
【０１１６】
液晶パネル２６は、カラーフィルタ基板２８とアレイ基板６とを対向させ、カラーフィルタ基板２８とアレイ基板６との間に液晶層７を備えた構成を持つ。液晶パネル２６は、赤色画素、緑色画素、青色画素を含む、複数の横長の平行四辺形の画素が、横方向に配列される。本実施形態においては、同一色が隣接する形で横方向に並べられる。偏光板３、図示しない位相差板などは、液晶パネル２の表面及び／又は裏面に備えられる。本実施形態に係る液晶表示装置３０の主たる構成は、上記第１の実施態様とほぼ同じである。
【０１１７】
本実施形態に係る液晶表示装置３０は、透明基板１５とカラーフィルタ１６との間に透明電極膜３１をさらに備えたカラーフィルタ基板２８を備える。
【０１１８】
本実施形態においては、例えば、ブラックマトリクスＢＭは、平行四辺形の画素の各辺にそって形成される。すなわち、本実施形態においては、横方向に隣接する画素の間及び縦方向に隣接する画素の間に、ブラックマトリクスＢＭが配置される。平行四辺形の長辺は、３次元画像表示時のモアレ対策のために、横方向に対して角度γを持つ。
【０１１９】
本実施形態において、光制御素子１０１における三角柱状プリズムの長手方向と光制御素子１０２における円柱状レンズの長手方向との双方は、横方向及び液晶パネル２６の法線方向と垂直（図１３の断面と垂直）とする。そして、三角柱状プリズムと円柱状レンズとの双方は、２つの画素幅Ｌｐと同じ幅とする。画素の横方向の端部と、三角柱状プリズムの横方向の端部と、円柱状レンズの横方向の端部とは、位置合わせされている。
【０１２０】
図１５は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの一方の画素Ｇ１の画素電極２２１及び固体発光素子９１の同期の一例を示す部分断面図である。
【０１２１】
図１６は、隣接する２つの画素Ｇ１，Ｇ２のうちの他方の画素Ｇ２の画素電極２２２及び固体発光素子９２の同期の一例を示す部分断面図である。
【０１２２】
この図１５及び図１６は、２つの画素Ｇ１，Ｇ２の断面を例示し、光制御素子１０１、１０２の３次元画像表示にための作用を表す。
【０１２３】
図１５は、画素電極２２１に液晶駆動電圧を印加し、この印加と同期して固体発光素子９１を発光させた場合の光路を例示する。図１５の画素電極２２１に液晶駆動電圧を印加することによって、図１５の左側の画素Ｇ１の液晶分子Ｌ１〜Ｌ４が水平回転する。この画素電極２２１への電圧印加と同期して固体発光素子９１を発光させる。この固体発光素子９１から出射された光は、図１５に示すように、光制御素子１０１の三角柱プリズム、光制御素子１０２の円柱状レンズを通過し、出射光３２１として観察者の右目８１の方向に出射される。出射角度αは、主に三角柱プリズムの先端角度εと円柱状プリズムの曲率ｒとに基づいて設定できる。例えば、三角柱プリズムの先端角度の大小を調整することによって、左側の固体発光素子９１の出射光を反対の左目８１の方向に出射することができる。
【０１２４】
図１６は、画素電極２２２に液晶駆動電圧を印加し、この印加と同期して固体発光素子９１を発光させた場合の光路を例示する。図１６の画素電極２２２に液晶駆動電圧を印加することによって、図１６の右側の画素Ｇ２の液晶分子Ｌ５〜Ｌ８が水平回転する。この画素電極２２２への電圧印加と同期して固体発光素子９２を発光させる。この固体発光素子９２から出射された光は、図１６に示すように、光制御素子１０１の三角柱プリズム、光制御素子１０２の円柱状レンズを通過し、出射光３２２として観察者の左目８２の方向に出射される。
【０１２５】
３次元画像の映像信号に基づいて、固体発光素子９１，９２の発光タイミングと画素電極２２１，２２２への電圧印加タイミングとを同期制御することにより、３次元画像表示を実現することができる。
【０１２６】
上述したように、画素Ｇ１，Ｇ２の平面形状について、横方向に角度γを付与することで、３次元画像表示のモアレを大きく緩和することができる。さらに、縦方向にブラックマトリクスＢＭを配設しないことで、画素と光制御素子１０１，１０２との間のアライメント誤差に起因するモアレを減少させることができる。液晶表示時のコントラストを優先させたい場合には、縦方向に画素を区分するブラックマトリクスＢＭを備える。
【０１２７】
本実施形態において、透明電極膜３１は、外部電場の影響を低減させる。また、透明電極膜３１と共通電極２１とを同じ電位とすることにより、透明電極膜３１と画素電極２２１，２２２との間に発生する電界により、液晶分子Ｌ１〜Ｌ８がカラーフィルタ基板２８側へ立ち上がることを抑制することができる。
【０１２８】
図１７は、指などの帯電体が液晶パネルに近づいた場合の液晶分子の立ち上がり状態の一例を示す断面図である。
【０１２９】
本実施形態においては、透明電極膜３１をカラーフィルタ基板２８に備えることにより、この図１６のような液晶分子Ｌ１〜Ｌ５の立ち上がりを抑制することができる。
【０１３０】
カラーフィルタ基板２８方向への立ち上がりを抑制された液晶分子Ｌ１〜Ｌ８は、画素電極２２１，２２２への液晶駆動電極印加時に、画素電極２２１，２２２上で水平回転を行う。
【０１３１】
カラーフィルタ基板２８では、透明電極膜３１の上に、カラーフィルタ１６及び透明樹脂層９が形成される。このカラーフィルタ１６及び透明樹脂層１７は、誘電体（絶縁体）として機能する。
【０１３２】
アレイ基板６の画素電極２２１，２２２及び共通電極２１から派生する等電位線は、誘電体であるカラーフィルタ１６及び透明樹脂層１７の方向に広がる。この効果として、液晶表示装置３０の透過率を向上させることができる。すなわち、透明基板１５とカラーフィルタ１６との間に透明電極膜３１を備えた場合、液晶層７のカラーフィルタ基板２８の近傍の液晶分子であっても、画素電極２２１，２２２への液晶駆動電圧印加により駆動しやすくなり、透過率を向上させることができる。なお、透明電極膜３１が透明樹脂層１７と配向膜１８１との間に形成されると、透明導電膜３１は配向膜１８１を介して液晶層７と接し、等電位線の広がりはほぼ液晶層７の厚み範囲に制限され、画素電極２２１，２２２の近傍の液晶分子が主に駆動され、液晶層７のカラーフィルタ基板２８の近傍の液晶分子が駆動されにくくなる。このような透明電極膜３１が透明樹脂層１７と配向膜１８１との間に形成される構成においては、等電位線の広がりが小さくなり、本実施形態の液晶表示装置３０の構成よりも透過率が低下する。
【０１３３】
カラーフィルタ１６と透明樹脂層１７との比誘電率は、３．０〜４．５の範囲で小さく均一な値となることが望ましい。ブラックマトリクスＢＭの遮光性色材として、カーボンなどの比誘電率の高い色材が用いられる場合、カーボンを含むブラックマトリクスＢＭは、透明電極膜３１とカラーフィルタ１６との間に形成してもよい。この場合、比誘電率の高いブラックマトリクスＢＭが等電位線へ影響を与えることを緩和できる。ブラックマトリクスＢＭの形成と、ブラックマトリクスＢＭによるアライメントマークの形成とを予め透明基板１５の上に行うことで、形成されたアライメントマークを透明電極１７の膜付け時に活用することができる。
【０１３４】
本実施形態において、透明電極膜３１は、透明電極であり、ストライプ状のパターンとしてもよい。例えば、指などのタッチングを検知するために、ストライプ状のパターンを持つ透明電極膜３１とアレイ基板６の共通電極２１１，２１２との間に形成される静電容量を検知してもよい。これにより、液晶表示装置３０に、タッチセンシング機能を備えることができる。
【０１３５】
本実施形態に係る液晶表示装置３０のアレイ基板６の画素電極２２１，２２２及び共通電極２１１，２１２の材料として、例えばＩＴＯ又はＩＺＯなどの導電性の金属酸化物薄膜を用いることができる。
【０１３６】
画素電極２２１，２２２と共通電極２１１，２１２とは、その厚み方向に絶縁層２０ｃによって電気的に絶縁される。カラーフィルタ１６、透明樹脂層１７、及び絶縁層２０ａ〜２０ｃの厚みは、液晶層７の厚み、誘電率、印加電圧、駆動条件によって調整することができる。
【０１３７】
絶縁層２０ａ〜２０ｃがＳｉＮｘ（窒化ケイ素）である場合、絶縁層２０ａ〜２０ｃの実用的な膜厚の範囲は、例えば０．１μｍ〜１．０μｍである。本実施形態に係る液晶表示装置３０においては、斜め電界をより有効に活用することができるため、駆動電圧印加時の電気力線のおよぶ範囲を、液晶層７及び透明樹脂層１７、カラーフィルタ１６を含む膜厚方向に拡げてもよい。これにより、光の透過率をアップすることができる。導電性金属酸化物であるＩＴＯとの低コンタクト性を有するアルミニウム合金の単層によってゲート配線及びソース配線などの信号線を形成する技術は、例えば、特開２００９−１０５４２４号公報に開示されている。画素電極２２１，２２２上にさらに絶縁層を積層することは、液晶駆動時の液晶の焼き付き（電荷の偏り又は蓄積が影響）の緩和効果があり、好ましい。
【０１３８】
アクティブ素子９１，９２は、チャネル層が可視域透明な酸化物半導体の薄膜トランジスタの場合、ブラックマトリクスＢＭなどの遮光層のパターンの線幅を細くすることができ、液晶表示装置３０の明るさを向上させることができる。液晶表示装置３０に酸化物半導体の薄膜トランジスタを用いる場合、光配向を効率的に行い、液晶表示装置３０の信頼性を向上させることができる。光重合性のモノマーを添加した液晶を用いる従来のＰＳＡ技術では、シリコン半導体に関わる大きな面積を占める薄膜トランジスタの遮光部又は着色された画素を区分するブラックマトリクスＢＭ、紫外光透過率の悪いカラーフィルタなどの紫外光遮光による未重合のモノマー残存、硬化不十分の光配向膜などによって、液晶表示装置の信頼性が低下する場合がある。しかしながら、本実施形態のように、酸化物半導体の薄膜トランジスタを用いることにより、遮光部面積を少なくし、広い面積で露光を行い、大幅に信頼性を向上させることができる。このような酸化物半導体の薄膜トランジスタと比較して、シリコン半導体の薄膜トランジスタは、可視域の光に感度を持つため、ブラックマトリクスＢＭなどの遮光層で薄膜トランジスタを大きめに遮光する必要がある。
【０１３９】
酸化物半導体には、可視域透明な複合金属酸化物を適用することができる。これら金属酸化物を成分とする半導体材料は、亜鉛、インジウム、スズ、タングステン、マグネシウム、ガリウムのうち２種類以上の元素を含む酸化物であり、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン（ＷＯ）、酸化亜鉛ガリウムインジウム(Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ)、酸化インジウムガリウムなど(Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ)、酸化亜鉛スズ(Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ)、酸化亜鉛シリコン・スズ(Ｚｎ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｏ)などを材料として用いるとしてもよく、他の材料を用いてもよい。これらの材料は、実質的に透明であり、バンドギャップが２．８ｅＶ以上であることが好ましく、３．２ｅＶ以上であることがより好ましい。これらの材料の構造は、単結晶、多結晶、微結晶、結晶／アモルファスの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれでもよい。酸化物半導体層の膜厚は、１０ｎｍ以上が望ましい。酸化物半導体層は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、インクジェット法、印刷法などの方法を用いて形成される。酸化物半導体層は、好ましくは、スパッタ法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法、インクジェット法、印刷法によって形成される。スパッタ法では、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣスパッタ法を用いることができるが、より好ましくはＤＣスパッタ法を用いる。スパッタ用の出発材料（ターゲット材料）は、酸化物セラミックス材料又は金属ターゲット材料を用いることができる。真空蒸着としては、加熱蒸着、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング法を用いることができる。印刷法としては、転写印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷等を用いることができるが他の方法を用いてもよい。ＣＶＤ法としては、ホットワイヤーＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。さらに、上記金属の無機塩（例えば塩化物）の水和物をアルコールなどに溶解させて焼成・焼結させて酸化物半導体を形成するなど、他の方法が用いられてもよい。
【０１４０】
ここで、酸化物半導体の薄膜トランジスタ及びアレイ基板６の構成について説明する。アレイ基板６は、透明基板（例えばガラス基板）１９上に、図１６に示すように、絶縁層２０ａ，２０ｂ、共通電極２１１，２１２、絶縁層２０ｃ、画素電極２２１，２２２、配向維持層２５２をこの順で形成する。アレイ基板６は、画素電極２２１，２２２に液晶駆動電圧を印加するためのアクティブ素子１４ａ，１４ｂ、アクティブ素子１４ａ，１４ｂに電気的に接続されるゲート線及びソース線を備える。
【０１４１】
アクティブ素子１４ａ，１４ｂは、例えば、ボトムゲート型トップコンタクトエッチストッパー構造を持つ。
【０１４２】
アクティブ素子１４ａ，１４ｂの製造においては、まずＩＴＯ薄膜をＤＣマグネトロンスパッタ法で１４０ｎｍ形成する。次に、ＩＴＯ薄膜を所望の形状にパターニングし、ゲート電極及び補助コンデンサ電極を形成する。さらにその上に、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｈ2を原料ガスとしてＳｉＨX薄膜を３５０ｎｍ形成し、透明な絶縁層であるゲート絶縁膜とする。さらに、チャネル層として、ＩｎＧａＺｎＯ4ターゲットを用いてアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ薄膜をＤＣスパッタ法により４０ｎｍ形成し、所望の形状にパターニングし、透明なチャネル層を形成する。さらに、Ｓｉ3Ｈ4ターゲットを用い、ＲＦスパッタ法でＡｒ及びＯ2を導入しながらＳｉＯＮ薄膜を形成し、所望の形状にパターニングし、チャネル保護層を形成する。さらに、ＩＴＯ薄膜をＤＣマグネトロンスパッタ法によって１４０ｎｍ形成し、所望の形状にパターニングし、ソース・ドレイン電極を形成する。
【０１４３】
以上説明した本実施形態に係る液晶表示装置３０においては、液晶分子Ｌ１〜Ｌ８の立ち上がりを抑制することができ、さらに上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
［第３の実施形態］
本実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態に係るカラーフィルタ基板５，２８に用いられる透明樹脂及び有機顔料などについて例示する。
【０１４５】
（透明樹脂）
ブラックマトリクスＢＭ、カラーフィルタ１６の形成に用いられる感光性着色組成物は、顔料分散体に加え、多官能モノマー、感光性樹脂又は非感光性樹脂、重合開始剤、溶剤などを含有する。例えば、感光性樹脂及び非感光性樹脂などのような、本実施形態で用いることが可能な透明性の高い有機樹脂を総称して透明樹脂と呼ぶ。
【０１４６】
透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は感光性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、 ブチラール樹脂、スチレンーマレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム系樹脂、セルロース類、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド樹脂などを用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フマル酸樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。熱硬化性樹脂は、メラミン樹脂とイソシアネート基を含有する化合物とを反応させて生成されるとしてもよい。
【０１４７】
（アルカリ可溶性樹脂）
本実施形態に用いるブラックマトリクスＢＭなどの遮光パターン、透明パターン、カラーフィルタ１６の形成には、フォトリソグラフィによるパターン形成が可能な感光性樹脂組成物を用いることが好ましい。これらの透明樹脂は、アルカリ可溶性を付与された樹脂であることが望ましい。アルカリ可溶性樹脂として、カルボキシル基又は水酸基を含む樹脂を用いるとしてもよく、他の樹脂を用いるとしてもよい。アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール系樹脂、アクリル系樹脂、カルボキシル基含有エポキシ樹脂、カルボキシル基含有ウレタン樹脂などを用いることができる。これらのうち、アルカリ可溶性樹脂としては、エポキシアクリレート系樹脂、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂を用いることが好ましく、特に、エポキシアクリレート系樹脂又はノボラック系樹脂が好ましい。
【０１４８】
（アクリル樹脂）
本実施形態で適用可能な透明樹脂の代表として、以下のアクリル系樹脂が例示される。
【０１４９】
アクリル系樹脂としては、単量体として、例えば（メタ）アクリル酸；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレートペンジル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどの水酸基含有（メタ）アクリレート；エトキシエチル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレートなどのエーテル基含有（メタ）アクリレート；及びシクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレートなどの脂環式（メタ）アクリレートなどを用いて得る重合体を用いることができる。
【０１５０】
なお、ここで例示された単量体は、単独で使用、または、２種以上を併用することができる。さらに、アクリル樹脂は、これら単量体と共重合可能なスチレン、シクロヘキシルマレイミド、又はフェニルマレイミドなどの化合物による共重合体を用いて生成されてもよい。
【０１５１】
また、例えば（メタ）アクリル酸などのエチレン性不飽和基を有するカルボン酸を共重合して得られた共重合体と、グリシジルメタクリレートなどのエポキシ基及び不飽和二重結合を含有する化合物とを反応させることにより、感光性を有する樹脂を生成してもよい。例えば、グリシジルメタクリレートなどのエポキシ基含有（メタ）アクリレートの重合体、又は、この重合体とその他の（メタ）アクリレートとの共重合体に、（メタ）アクリル酸などのカルボン酸含有化合物を付加させることによって、感光性を有する樹脂を生成してもよい。
【０１５２】
（有機顔料）
赤色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４２、２４６、２５４、２５５、２６４、２７２、２７９などを用いることができる。
【０１５３】
黄色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２０、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、８６、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４４、１４６、１４７、１４８、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９９、２１３、２１４などを用いることができる。
【０１５４】
青色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８０などを用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５：６が好ましい。
【０１５５】
紫色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０などを用いることができ、これらの中では、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３が好ましい。
【０１５６】
緑色顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ １、２、４、７、８、１０、１３、１４、１５、１７、１８、１９、２６、３６、４５、４８、５０、５１、５４、５５、５８などを用いることができ、これらの中では、ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料であるＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ５８が好ましい。
【０１５７】
（ブラックマトリクスＢＭの色材）
ブラックマトリクスＢＭの層に含まれる遮光性の色材は、可視光波長領域に吸収を有することにより遮光機能を示す色材である。本実施形態において遮光性の色材には、例えば、有機顔料、無機顔料、染料などを用いることができる。無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタンなどを用いることができる。染料としては、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料などを用いることができる。有機顔料については、前記の有機顔料が採用可能である。なお、遮光性成分は、１種を用いてもよく、適当な比率で２種以上を組み合わせてもよい。また、これら色材の表面の樹脂被覆により高体積抵抗化が行われてもよく、逆に、樹脂の母材に対して色材の含有比率を上げて若干の導電性を付与することにより低体積抵抗化が行われてもよい。しかし、このような遮光性材料の体積抵抗値は、およそ１×１０8〜１×１０15Ω・ｃｍの範囲であるので、透明導電膜の抵抗値に影響するレベルではない。同様に、遮光層の比誘電率も、色材の選択又は含有比率によっておよそ３〜２０の範囲で調整できる。ブラックマトリクスＢＭの塗膜、着色画素の塗膜、透明樹脂層の比誘電率は、液晶表示装置１，３０の設計条件及び液晶駆動条件に応じて、前記されている比誘電率の範囲内で調整できる。
【０１５８】
本実施形態においては、アモルファスシリコンなどシリコン系の薄膜トランジスタを用いる場合の大きな遮光部の形成は不必要となる。シリコン系の薄膜トランジスタを用いたときの画素内でのブラックマトリクスパターンの偏り、および光制御素子１０１，１０２に対するアライメント不良などに起因するモアレを解消することができる。
【０１５９】
上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１，３０…液晶表示装置、２…液晶パネル、３…偏光板、４，２７…バックライトユニット、５，２８…カラーフィルタ基板、６…アレイ基板、７…液晶層、９１，９２…固体発光素子、１０１，１０２…光制御素子、１１…反射板、１２…制御部、１３…受光素子、１４ａ，１４ｂ…アクティブ素子、１５，１９…透明基板、１６…カラーフィルタ、１７…透明樹脂層、１８１，１８２…配向膜、２０ａ〜２０ｃ…絶縁層、２１…共通電極、２１１，２２２…画素電極、ＢＭ…ブラックマトリクス、Ｇ１〜Ｇ４，Ｒ１〜Ｒ４，Ｂ１〜Ｂ４…画素、３１…透明電極膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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