(57)【要約】      （修正有）【課題】液晶表示パネルの光透過量を増大させ、開口率を向上させる。【解決手段】ガラス基板２の外面に形成する位相シフト素子１Ａは有機ＰＡＳ膜によって形成し屈折率が約１．５で、位相シフト素子の相互間は大気とする。位相シフト素子１Ａの厚さＤ１は、Ｄ１ Δｎ ＝ 中心波長／ ２において、中心波長として５５０ｎｍ、Δｎとして０．５を代入することによって得られる値５５０ｎｍに設定する。ガラス基板２の内面に形成する位相シフト素子１ＢはＳｉＮ層であり、位相シフト素子間の物質としては耐熱温度が６００℃以上で、屈折率が低く、平坦化効果のある平坦化膜３とする。この平坦化膜３の厚さは５５０ｎｍとする。レンズ効果を有する位相シフト素子１Ａ、１Ｂの設置により、集光効率を向上し、液晶表示パネルの光透過量を増大させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向配置した第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の間に封入した液晶とを有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板の背面に設置したバックライトを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板に位相シフト構造を備え、
前記バックライトから出射する照明光の前記液晶表示パネルを透過する透過光量を前記位相シフト構造により増大することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
内面に薄膜トランジスタ回路を有する複数の画素をマトリクス状に配置した第１の透明基板と、前記第１の透明基板と内面を対向配置した第２の透明基板と、前記第１の透明基板の内面と前記第２の透明基板の内面間に封入した液晶とを有する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板の背面に設置したバックライトを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板に位相シフト構造を備え、
前記バックライトから出射する照明光の前記液晶表示パネルを透過する透過光量を前記位相シフト構造により増大することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記位相シフト構造を前記第１の透明基板の前記内面に備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記位相シフト構造を前記第１の透明基板の前記内面と該内面とは反対の外面とに備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記液晶表示パネル全体の光透過率が、該液晶表示パネル全体の開口率と開口部の透過率との積より大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の透明基板の内面に、前記薄膜トランジスタ回路に接続された画素電極と、該画素電極との間で前記液晶の分子の配向を制御する電界を生成する対向電極とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１の透明基板の内面に、前記薄膜トランジスタ回路に接続された画素電極を有し、前記第２の透明基板の内面に、前記画素電極との間で前記液晶の分子の配向を制御する電界を生成する共通電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項６又は７において、
前記第１の透明基板の内面に複数色のカラーフィルタとこのカラーフィルタを区画するブラックマトリクスを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項６又は７において、
前記第２の透明基板の内面に複数色のカラーフィルタとこのカラーフィルタを区画するブラックマトリクスを有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮光部と透光部を有する部材における光の透過率を向上させることによってエネルギー効率を向上させる透過光制御構造に関し、特に平面状の照明光の利用効率を上げることによって全体の低消費電力化と高輝度化を可能とした透過光制御構造を用いて高効率化と高輝度化を実現した液晶表示装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
透明基板を透過する透過光の該透明基板の面内輝度分布を空間的に、かつ時間的に制御する構造は、バックライトを備えた液晶表示装置における画素開口、あるいは有機ＥＬなどの発光素子を利用する表示装置における当該表示装置を構成する基板に有する画素開口から出射する光の利用効率を向上させて高輝度化を達成するために有用である。
【０００３】
バックライトを用いる液晶表示装置では、特許文献１に示されているように、液晶表示パネルの背面に設置した導光板に光源からの光を板播させ、当該導光板の上面から面状に出光させる形式がある。出光した光を散乱板、プリズムシート等の光学補償部材を用いて液晶表示パネルを裏面から面内均一に照明する。なお、導光板の背面には反射板を置いて光の利用率を向上している。また、液晶表示パネルの背面の直下に光源を設置し、散乱板等の光学補償部材を用いて液晶表示パネルを裏面から面内均一に照明する形式も知られている。
【０００４】
表示装置では高精細化が進んでおり、透過型液晶表示パネルでも開口部面積が薄膜トランジスタや配線などの非開口部面積に比較して小さくなる傾向があるため、消費電力を犠牲にしてバックライト光源強度を高くしなければならない。つまり、液晶表示パネルの高精細化には消費電力の増加という問題がつきまとっている。そのため、高精細液晶表示パネルを用いた液晶表示装置では、透過率の向上技術が特に重要になってきている。
【０００５】
さらに、携帯電話や小型情報端末（ＰＤＡ）用などの可般型装置に用いる液晶表示装置では屋外でも画像を見易くしなければならないという必要性から、表示パネルの画素内に透過型表示領域と反射型表示領域の両方を有する半透過液晶表示パネルを搭載する要求がある。このような半透過液晶表示パネルでは、反射領域による遮光のために透過型表示にとってはバックライト光の利用効率がさらに低くなる。その対策の一つに、マイクロレンズアレイを用いて、バックライトからの照明光を透過領域に集光させるものが知られている。
【０００６】
このマイクロレンズアレイを用いるものでは、通常のバックライト光源を使用する場合には拡散板の位置が面光源となり、マイクロレンズによる集光領域も面となるので結果的に効果がない。そのため、特許文献２に示すように、バックライト光源に開孔を設置して点光源列とし、マイクロレンズによる集光を可能とする等の工夫がなされている。しかし、この場合でも、バックライトからの光量のうち液晶表示パネルに入射する光量がこの開口により低減される。
【０００７】
また、特許文献３には、照明光の入射側の別の対向基板に位相シフトパターンを形成することで画素開口部に光を集中させ、実質的に透過率を向上させる方法が記載されている。この場合は、位相シフトパターンを形成している場所が画素の薄膜トランジスタを形成した基板とは別の基板であるため、画素の開口領域と遮光領域までの距離が遠く、入射光は平行光でなければ画素開口に集光することができない。そのため、この技術の適用は、液晶表示パネルの視野角がゼロでも良い平行光源が利用可能な投影型液晶表示パネルを用いた表示装置に限定される。
【０００８】
なお、有機ＥＬを用いて、その発光を基板側から外部に出光させるボトムエミッション形式の自発光型表示装置でも、画素の発光の一部が薄膜トランジスタや配線などで遮光されるため、発光を十分に出光させることができず、発光の利用効率の向上が求められている。本発明は、このような自発光型表示装置にも適用可能である。
【特許文献１】特許第３６５３３０８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９２１６号公報
【特許文献３】特許公開平１１−２４０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
液晶表示装置は、一対の透明基板の間に液晶を挟持して構成される液晶表示パネルが表示素子に用いられる。例えば、ＴＮ型とも称する縦電界型液晶表示パネルは、第１の透明基板（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成される基板、以下ＴＦＴ基板とも称する）に設けられた透明な画素電極領域（画素領域）で、他方の透明基板（カラーフィルタ（ＣＦ）が形成される基板、以下ＣＦ基板とも称する）に有する共通電極（対向電極）との間に電界を発生させ、この電界で液晶の配向を制御することにより、透過光の強度を変化させている。
【００１０】
しかし、金属を用いた配線や電極のように光が透過しない領域あるいは透過率の低い領域や液晶の配向制御できない透明画素電極間の領域（これらを遮光領域とも称する）では、光を遮蔽されてしまう。つまり、遮光領域によってバックライト光が無駄になっている。これまでの技術では、視野角が広いことが要求される液晶表示パネルにおいて、バックライト光源の利用効率を落とさずに、液晶表示パネルの透過率を向上することは困難である。
【００１１】
また、ポリシリコンＴＦＴを利用する液晶表示パネルの場合は、トップゲート型ＴＦＴが一般的であり、この場合はＴＦＴのチャネル領域にバックライト光が直接入射する構造となっている。このため、バックライト点灯時は常にＴＦＴにおいて光リーク電流が発生しており、ＴＦＴがＯＦＦの場合にもリーク電流が大きいという欠点がある。この大きなリーク電流をカバーするために、液晶への電圧印加は、補助容量部という大きなキャパシタにＴＦＴを通して蓄えられた電荷による電圧の補助のもとに行われる。この補助容量部はかなり大きな面積が必要であるため、開口部面積がこの補助容量部の面積のために圧迫されて小さくなり、結果として透過率が低下するという課題も存在する。
【００１２】
本発明の目的は、バックライトの光を効率よく液晶表示パネルに通過させて、高輝度かつ高精細の液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、液晶表示パネルを構成する透明基板に位相シフト構造を備えることで、上記の目的を達成する。本発明では、周囲と屈折率がΔnだけ異なる透明物質で均一な膜厚の有無パターンからなる上記の位相シフト構造を形成し、その透明物質層を通過した光の位相を、周囲の光の位相差が波長５５０ｎｍに対して概略半波長分だけシフトするようにする。この透明物質層の端部において、光が打ち消す領域が光の進行方向に伸び、その両側に光が強め合う領域が短部からある角度を持って伸びる。この性質を利用すると位相シフト構造によって微小なレンズを形成することができる。
【００１４】
例えば、幅４ミクロンメートル（μｍ）の場合における光の集光状態を数値解析した結果、波長５５０ｎｍに対して最適設計した位相シフト構造が、波長４００ｎｍから７００ｎｍに亘る全波長においてレンズ効果が存在する。この構造を「位相シフト素子」と呼ぶことにする。薄膜トランジスタを形成する同一の透明基板（以下、ガラス基板とも称するに）、この位相シフト素子を画素内の開口部パターンに応じて形成することによって、開口部に効率的に集光することができる。また、ＴＦＴ形成プロセスにおけるホトリソ工程が利用できるので位置あわせが容易になる。さらに、光が透過する開口部に深さ方向で近距離に設置できるので、入射光を開口部へ集光するための入射光角度分布幅の許容限界が拡大し、入射角度分布が広いバックライト光源を用いても、面内光強度分布を開口部に集光することが可能となる。
【００１５】
位相シフト素子をＴＦＴ基板に形成する例としては、ＴＦＴを形成するガラス基板の表面（内面）と、その反対面であるＴＦＴを形成しない裏面（外面）の一方又は双方、金属の配線が形成されている層とガラス基板の外面に形成する場合等が考えられる。液晶表示パネルにおける位相シフト素子の面内配置は、非開口部が主に複数の蛍光体を区画するブラックマトリックスで規定されるので、このブラックマトリクスのパターンに合わせて位相シフト素子の端部をブラックマトリックスの下に配置する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、トップゲート型ＴＦＴにおける光リーク量が低減し、補助容量部の面積を縮小化することが可能となり、これが開口部面積を向上となる。
【００１７】
本発明によれば、液晶表示パネル全体の光透過率が、該液晶表示パネル全体の開口率と開口部の透過率との積より大きくなり、高輝度、高精細で、低消費電力の液晶表示装置を得ることができる。
【００１８】
以下、本発明の代表的構成を記述する。本発明の液晶表示装置は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板と対向配置した第２の透明基板と、前記第１の透明基板と前記第２の透明基板の間に封入した液晶とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板の背面に設置したバックライトを備える。
【００１９】
そして、前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板に位相シフト構造を備え、前記バックライトから出射する照明光の前記液晶表示パネルを透過する透過光量を前記位相シフト構造により増大することを特徴とする。
【００２０】
より具体的には、本発明の液晶表示装置は、内面に薄膜トランジスタ回路を有する複数の画素をマトリクス状に配置した第１の透明基板と、前記第１の透明基板と内面を対向配置した第２の透明基板と、前記第１の透明基板の内面と前記第２の透明基板の内面間に封入した液晶とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板の背面に設置したバックライトを備える。
【００２１】
そして、前記液晶表示パネルの前記第１の透明基板に位相シフト素子を配置した位相シフト構造を備え、前記バックライトから出射する照明光の前記液晶表示パネルを透過する透過光量を前記位相シフト構造により増大することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記位相シフト構造を前記第１の透明基板の前記内面に、あるいは前記第１の透明基板の前記内面と該内面とは反対の外面とに備えることができる。
【００２３】
本発明によれば、通常のバックライト光源を用いる液晶表示パネルにおいて、非開口部に分布する光を開口部へ再配置することで光エネルギー効率が向上する。これによって、液晶表示パネルの実効的な透過率が向上する。また、トップゲート型ＴＦＴを利用する液晶表示パネルの場合は、補助容量部の面積の縮小化が可能となるので、開口部面積の拡大によって透過率が向上する。
【００２４】
本発明は、前記第１の透明基板の内面に、前記薄膜トランジスタ回路に接続された画素電極と、該画素電極との間で前記液晶の分子の配向を制御する電界を生成する対向電極とを有する液晶表示装置、および前記第１の透明基板の内面に、前記薄膜トランジスタ回路に接続された画素電極を有し、前記第２の透明基板の内面に、前記画素電極との間で前記液晶の分子の配向を制御する電界を生成する共通電極を有する液晶表示装置、その他の同様の光透過構造を有する表示装置に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の原理の概要について説明する。
【００２６】
本発明における位相シフト素子は、周囲と屈折率がΔｎだけ異なる透明物質で均一な膜厚の有無パターンで形成される。この透明物質の層を通過した光の位相は、周囲の光の位相差を波長５５０ｎｍに対して概略半波長分だけシフトさせる。
【００２７】
図７は、位相シフト素子の端部における光干渉の様子を写真で説明する図である。上記の透明物質の層１の端部において光が打ち消す領域が光の進行方向に伸び、その両側に光が強め合う領域が該端部からある角度を持って伸びている様子が示されている。この性質を利用すると位相シフト素子によって微小なレンズを形成することができる。
【００２８】
図８は、位相シフト素子による光の集光効果を写真で説明する図である。ここには、幅４ミクロンメートル（μｍ）の場合における光の集光状態を数値解析した結果を示す。波長５５０ｎｍに対して最適設計した位相シフト構造が、波長４００ｎｍから７００ｎｍに渡る全波長においてレンズ効果が存在することが図８から分る。薄膜トランジスタを形成する同一のガラス基板に、この位相シフト素子を画素内の開口部のパターンに応じて形成することにより、該開口部に効率的に集光することができる。図８には、波長が４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍのそれぞれについて、位相シフト素子による光の集光効果を示した。表示したサイズは図示のとおりである。
【００２９】
また、この位相シフト素子の形成にＴＦＴ形成プロセスにおけるホトリソ工程が利用できるので開口部との位置あわせは容易である。さらに、光が透過する開口部に深さ方向（基板の厚み方向）で近距離に設置できるので、入射光を開口部へ集光するための入射光角度分布幅の許容限界が拡大し、入射角度分布が広いバックライト光源を用いても、面内光強度分布を開口部に集光することが可能となる。
【００３０】
このような位相シフト素子をＴＦＴ基板に形成する場合の構造例としては、ＴＦＴを形成するガラス基板の面（内面）のみに形成する場合、ＴＦＴを形成するガラス基板の面（内面）とＴＦＴを形成しない面（外面）に形成する場合、ＴＦＴを形成するガラス基板の内面の金属の配線や電極が形成されている層とガラス基板の外面に形成する場合、あるいはこれらの組み合わせとする場合がある。
【００３１】
図９は、位相シフト素子のパネル内配置例を説明する模式平面図である。この図は、ＴＦＴ基板に設けた位相シフト素子とカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）に設けたブラックマトリクスとの位置関係を示す。なお、ＴＦＴ基板側にカラーフィルタとブラックマトリクスを設けたものについても位置関係は同様である。液晶表示パネルにおける位相シフト素子の基板面内での配置は、非開口部が主に複数蛍光体の間に形成されるブラックマトリックスのパターンで規定されるので、このパターンに合わせて図９に示したように位相シフト素子の端部をブラックマトリックスの下に配置する。
【００３２】
以上の様に、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大して高輝度、高精細化が実現される。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。この液晶表示装置は、所謂ＩＰＳ方式（横電界方式）である。なお、図中の配線、電極、薄膜トランジスタ、画素電極、対向電極、絶縁層等の配置はあくまで概念図として示した。したがって、これら配線、電極、薄膜トランジスタ、画素電極、対向電極、絶縁層等の配置と構造は実際の構造とは異なるものとなる。以下の実施例の図面も同様である。
【００３４】
図１において、第１の透明基板であるガラス基板２の外面に位相シフト素子１Ａを、その内面に位相シフト素子１Ｂを形成する。位相シフト素子１Ａと１Ｂは、ガラス基板２の表面にパターンの有り、無し配列で構成される。外面の位相シフト素子１Ａは有機ＰＡＳ膜で形成する。その屈折率は約１．５であり、位相シフト素子１Ａ間は大気（屈折率１．０）とする。この素子の厚さＤ１は、次の式から決定される。すなわち、Ｄ１ Δn ＝ 中心波長 ／ ２において、中心波長として５５０ｎｍ、Δｎとして０．５を代入することによって得られる値５５０ｎｍに設定する。
【００３５】
一方、ガラス基板の内面に形成する位相シフト素子１ＢはＳｉＮ層（屈折率約２．０）であり、位相シフト素子１Ｂ間の物質としては、耐熱温度が６００℃以上で、屈折率が低く、平坦化効果のある塗布膜（ＳＯＧ平坦化膜３）を用いる。このＳＯＧ平坦化膜３の材料例としては、ＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業製、比誘電率:２．８、耐熱温度:６５０℃）、ＨＳＧ−ＲＺ２５（日立化成工業製、比誘電率:２．５、耐熱温度:６５０℃）等を挙げることができる。位相シフト素子１Ｂの場合も、中心波長は５５０ｎｍ、Δnは約０．５であるので厚さＤ２は５５０ｎｍと設定する。ＳＯＧ平坦化膜３の厚さは位相シフト素子の厚さ以上あれば良いので５５０ｎｍとする。
【００３６】
この様に、ガラス外面の位相シフト素子１Ａとガラス内面でＴＦＴ直下に設ける位相シフト素子１Ｂを多段として設けることのメリットは、開口部における集光効率をさらに向上することにある。これは、よるレンズを多段にすることで焦点距離が短くなる効果と同じである。ここで、ＴＦＴ基板の多層構造を説明する。先ず、平坦化膜３上にガラス基板２からのナトリウム汚染を防止するための下地膜４を成膜し、その上にＴＦＴ１０を形成する。このＴＦＴは、その半導体層はアモルファスシリコン、あるいはポリシリコンの何れかである。図示のＴＦＴにはゲート絶縁膜も含んでいる。
【００３７】
ＴＦＴの形成後に絶縁膜１３を成膜し、その上に透明電極を成膜し、パターニングして対向電極１４を形成する。対向電極１４を覆って層間絶縁膜５を約５００ｎｍ厚に成膜する。なお、図示しないＴＦＴのソースおよびドレインへのコンタクト電極を半導体層に対して垂直方向に形成し、有機ＰＡＳ層６と透明電極からなる画素電極７をパターニングし、その上に配向膜８を形成する。さらに面内に展開する金属配線１６を形成する。図１は、あくまでも一例であり、以上説明した配線、電極、各絶縁層等には多様なプロセスがあり、そのプロセスに応じて形成される層の順序、配置等は図１と異なる。
【００３８】
第２の透明基板であるカラーフィルタ用ガラス基板１２には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類のカラーフィルタ１７と、これら複数のカラーフィルタを区画するブラックマトリックス１８を形成する。その上に配向膜１０を成膜する。ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを対向させた隙間に液晶９を封入し、一対の偏光板２０Ａと２０ＢとでＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１２をサンドイッチして絵表示パネルを構成する。バックライトシステム４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と導光板、拡散板、プリズムシート等の光学補償部材から構成される。この実施例のバックライト光束３０は、液晶表示パネルにとって必要な視野角を得るために平行光ではなく、約±３０度の角度分布を有する。
【００３９】
実施例１により、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大してＩＰＳ方式の液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【実施例２】
【００４０】
図２は、本発明の液晶表示装置の実施例２を説明する模式断面図である。この液晶表示装置は、所謂ＴＮ方式（縦電界方式）である。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する第１の透明基板であるガラス基板２の外面と内面にそれぞれ位相シフト素子１Ａ、１Ｂを形成する。外面の位相シフト素子１Ａは有機ＰＡＳ膜によって形成し、その屈折率は約１．５である。位相シフト素子１Ａの間は大気（屈折率１．０）とする。この位相シフト素子１Ａの厚さＤ１は、Ｄ１ Δｎ ＝ 中心波長 ／ ２において、中心波長として５５０ｎｍ、Δｎとして０．５を代入することによって得られる値５５０ｎｍに設定する。
【００４１】
一方、ガラス基板２の内面に形成する位相シフト素子１ＢはＳｉＮ層（屈折率約２．０）であり、位相シフト素子１Ｂ間の物質としては耐熱温度が６００℃以上あり屈折率が低く、平坦化効果のある塗布膜（ＳＯＧ平坦化膜）を用いる。この塗布膜の材料例としては、ＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業製、比誘電率:２．８、耐熱温度:６５０℃）、ＨＳＧ−ＲＺ２５（日立化成工業製、比誘電率:２．５、耐熱温度:６５０℃）等がある。この場合も、その中心波長は５５０ｎｍ、Δnは約０．５であるので厚さは５５０ｎｍに設定する。この平坦化膜３の厚さは位相シフト素子１Ｂの厚さ以上あれば良いので５５０ｎｍとする。この様に、ガラス外面の位相シフト素子１Ａとガラス内面のＴＦＴ直下に設ける位相シフト素子１Ｂとで位相シフト素子を多段にするメリットは、実施例１と同じである。
【００４２】
以下、位相シフト素子１Ｂを形成したガラス基板２に対し、その平坦化膜３の上に当該ガラス基板２からのナトリウム汚染を防止するためのＴＦＴ用下地膜４を成膜し、その上にＴＦＴ１５を形成する。このＴＦＴ１５の半導体層としてはアモルファスシリコンの場合とポリシリコンの場合とがある。図中のＴＦＴ表示はゲート絶縁膜も含んでいる。ＴＦＴ形成後に層間絶縁膜５を約５００ｎｍ厚に成膜した後、ＴＦＴの図示しないソースおよびドレインへのコンタクト電極を基板と垂直方向に形成した後、面内に展開する金属からなる配線１１を形成する。その上に有機ＰＡＳ層６と透明電極である画素電極７と配向膜８を形成する。
【００４３】
一方、第２の透明基板としてのカラーフィルタ用ガラス基板１２には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３種類のカラーフィルタ１７とブラックマトリックス１８を形成し、その上に透明電極である共通電極１１と配向膜１０を成膜する。ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１２との隙間に液晶９を封入し、一対の偏光板２０Ａと２０ＢとでＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１２をサンドイッチして液晶表示パネルを構成する。バックライトシステム４０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源と導光板、拡散板、プリズムシート等の光学補償部材から構成される。バックライト光束３０は、液晶表示パネルにとって必要な視野角を得るために平行光ではなく、約±３０度の角度分布を有する。
【００４４】
実施例２により、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大してＴＮ方式の液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【実施例３】
【００４５】
図３は、本発明の液晶表示装置の実施例３を説明する模式断面図である。実施例３は、ＴＮ方式の半透過液晶表示装置の液晶表示パネルに適用した実施例を示す。図３では、簡単のために偏光板２０Ａ,２０Ｂとバックライトシステム４０は図示を省略した。図３において、この液晶表示装置は、バックライトシステムからの照明光に加えて、カラーフィルタ基板１２側から入射する外光Ｌｉがカラーフィルタ１７を通過し、液晶９の層を通って反射板１９で反射し、再度液晶の層９を通過してからフィルタ１７を抜けて外部に出射光Ｌｏとして出射する構造となっている。この場合、液晶層９を２度通過するために反射板の領域での液晶９の層の厚さを透過部の半分にする必要性がある。そのため、反射いたの領域における配向膜８および画素電極７は高くなっており、この部分が段差形状となっている。この反射いたの領域はバックライトからの照明光が遮蔽される非開口領域であるので、位相シフト素子１Ａ、１Ｂをこの反射板の領域に対して光を避ける様に設置する。図３では、ＴＦＴガラス基板２の外面に形成した位相シフト素子１Ａをブラックマトリックス１８に対応させ、ＴＦＴ１５の下部に形成した位相シフト素子１Ｂを反射板の領域に対応させているが、この逆でも良い。
【００４６】
実施例３により、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大して半透過方式の液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【実施例４】
【００４７】
図４は、本発明の液晶表示装置の実施例４を説明する模式断面図である。実施例４は、ＴＮ方式の液晶表示装置に本発明を適用したものである。図４では、簡単のために偏光板２０Ａ,２０Ｂとバックライトシステム４０は図示を省略した。図中、図２と同一参照符号は同一機能部分に対応する。図４では、本実施例に特有の部分のみを説明する。実施例４は、ＴＦＴ用のガラス基板２の内面に形成された屈折率が約１．５である有機ＰＡＳ６の層内に屈折率が約２．０であるＳｉＮ膜で形成した位相シフト素子１Ｂと、当該ガラス基板２の外面に形成した位相シフト素子１Ａとで多段に構成したものである。この場合は、ＴＦＴ１５の下層には位相シフト素子を形成しないので、ＴＦＴ１５とガラス基板２の間には前記した実施例のようなＳＯＧの層間膜を形成する必要がない。
【００４８】
実施例４によっても、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大して液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【実施例５】
【００４９】
図５は、本発明の液晶表示装置の実施例５を説明する模式断面図である。実施例５も、ＴＮ方式の液晶表示装置に本発明を適用したものである。図中、図２と同一参照符号は同一機能部分に対応する。図５では、本実施例に特有の部分のみを説明する。図５では、簡単のために偏光板２０Ａ,２０Ｂとバックライトシステム４０は図示を省略した。実施例５は、ガラス基板２の内面に位相シフト素子１Ｂと１ＣをＳＯＧの平坦化層３内で多段に形成したものである。
【００５０】
この実施例における位相シフト素子１Ｂと１Ｃの多段構造としたことのメリットは、ＴＦＴガラス基板２の同一内面上のみでのパターニングプロセスで多段の１Ｂと１Ｃを形成するものであるため、実施例２よりは位置合わせが容易である点にある。実施例２と同様の多段構造のメリットとしては、位相シフト素子の焦点距離が短くなるので、至近距離に存在する開口部への集光効率が向上することになる。この構造では、光源からみて上流の位相シフト素子（図５では位相シフト素子１Ｂ）の幅は下流の素子（図５では位相シフト素子１Ｃ）の幅を小さくすることが必要である。この位相シフト素子の素子幅を連続的に変化させた場合がレンズとなる。レンズの場合は曲面をホトリソプロセスで形成するのは困難である。実施例５は、曲面をデジタル化することによりホトリソプロセスで形成可能とし、液晶表示パネル内の面内光強度分布を制御するものである。
【００５１】
実施例５によっても、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大して液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【実施例６】
【００５２】
図６は、本発明の液晶表示装置の実施例６を説明する模式断面図である。実施例６も、ＴＮ方式の液晶表示装置に本発明を適用したものである。図中、図２と同一参照符号は同一機能部分に対応する。図６では、本実施例に特有の部分のみを説明する。実施例６において、ガラス基板２の内面に形成された屈折率が約１．５である有機ＰＡＳ層６内に屈折率が約２．０であるＳｉＮ膜で形成した位相シフト素子１Ｄを形成し、さらにＴＦＴの直下に形成した位相シフト素子１Ｂとで多段の位相シフト素子を形成する。
【００５３】
この実施例における多段構造のメリットは、ＴＦＴガラス基板２の同一内面の上のみでのホトリソプロセスであるため、実施例２よりは位置あわせが容易である点にある。実施例２と同様の多段構造のメリットとしては、位相シフト素子の焦点距離が短くなるので、至近距離に存在する開口部への集光効率が向上することになる。この実施例の構造では、光源からみて上流の素子（図６では位相シフト素子１Ｂ）の幅よりも下流の素子（図５では位相シフト素子１Ｄ）の幅を小さくすることが必要である。実施例５と同様に、この位相シフト素子の素子幅を連続的に変化させた場合がレンズとなる。レンズの場合は曲面をホトリソプロセスで形成するのは困難であるが、本実施例のように、この曲面をデジタル化することによりホトリソプロセスで形成可能となり、液晶表示パネル内の面内光強度分布を制御する構造を得ることができる。
【００５４】
実施例６によっても、位相シフト素子によってＴＦＴ部に入射する光を低減することで、ＴＦＴや配線、あるいは電極による光の遮蔽量が減少し、その分画素の開口率の向上、前記補助容量部の面積の縮小化が可能となり、液晶表示パネル全体の光透過量が増大して液晶表示装置における高輝度、高精細化が実現される。
【００５５】
図１０は、本発明の液晶表示装置の全体構成例を示す展開斜視図である。図１０において、液晶表示パネル５０は、前記実施例の何れかで説明した構成の位相シフト構造を有し、一方又は双方の主面（内面）の何れかに画素選択のための電極やカラーフィルタ等の画像形成要素を形成した一対のガラス基板で液晶層を挟持して構成されている。この一対のガラス基板の一方の基板上に駆動回路チップ（ＩＣチップ）５１が配置されており、液晶表示パネル５０に表示を行うための駆動を制御している。
【００５６】
液晶表示パネル５０は、通常は金属枠からなる上フレーム７０と、通常は樹脂成形のモールド６０により図１０の上下から挟み込まれている。モールド６０の下側（背面）には、プリズムシート４２、導光板４１、導光板４１の側面に配置されて光源を構成する少なくとも１個（ここでは、４個）の発光ダイオード素子４５、導光板４１の下側に設置された反射シート４４によって構成されるバックライトシステム４０が設置されている。
【００５７】
なお、駆動回路チップ５１には、図示しない外部回路（情報処理装置）からフレキシブルプリント回路５２を通して表示データやタイミング信号、電源、等が供給される。また、発光ダイオード素子４５は光源用フレキシブルプリント回路４６に搭載されて導光板４１の入光面に近接または密接して設置される。
【００５８】
この液晶表示装置では、プリズムシート４２は下面にプリズム溝を有する下向きプリズムシートである。導光板４１の上面には多数の上面円弧断面溝が形成され、下面にはこの円弧断面溝に直交する方向に延びる多数の三角断面溝が形成されている。そして、さらに、導光板４１の入光面には発光ダイオード素子４５が対向して設置されている。本発明を適用する液晶表示装置は、図１０に示した構成を持つものに限らず、たの既知の構成をもつ液晶表示装置にも同様に適用できる。
【００５９】
本発明は、上記の各実施例の構成に限定されるものではなく、これらの実施例の組合せ、およびＩＰＳ方式、ＴＮ方式、あるいはその他の方式の液晶表示装置との組合せ、あるいは有機ＥＬ表示装置等の他の同様な表示素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の実施例１を説明する模式断面図である。
【図７】位相シフト素子の端部における光干渉の様子を写真で説明する図である。
【図８】位相シフト素子による光の集光効果を写真で説明する図である。
【図９】位相シフト素子のパネル内配置例を説明する模式平面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置の全体構成例を示す展開斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１Ａ,１Ｂ：位相シフト素子
２：TFT基板用ガラス基板
３：SOG平坦化膜
４：下地膜
５：層間膜
６：有機PAS膜
７：画素電極
８：配向膜
９：液晶
１０：配向膜
１１：共通電極
１２：カラーフィルタ基板用ガラス基板
１３：絶縁膜
１４：対向電極
１５：薄膜トランジスタ（TFT）
１６：金属の配線
１７：カラーフィルタ
１８：ブラックマトリックス
２０Ａ,Ｂ：偏光フィルタ
３０：バックライト光線
４０：バックライトシステム
【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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