(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２枚の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも、第１の基板側には、当該第１の基板と一体となって形成された、入射光を平行光線に変換する平行光生成手段と、偏光板と四分の一波長板とからなる第１の偏光制御手段とを有し、第２の基板側には、四分の一波長板と偏光板とからなる第２の偏光制御手段と、出射光の視野角を制御する視角制御板とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記視角制御板が着脱容易に形成され、該視角制御板の選択によって視野角が調整されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記視角制御板が高分子分散型液晶を含み、電圧印加による該高分子分散型液晶の透過率の変化に応じて、視野角が調整されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の偏光制御手段を構成する前記偏光板と前記第１の基板との間に、更に、二分の一波長板を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記平行光生成手段が、各々の画素に対応して形成されたマイクロレンズがマトリクス状に配列したマイクロレンズアレイからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記マイクロレンズアレイが、レーザ光照射により加工可能な部材からなり、前記第１の基板裏面に一体となって形成されていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶層が、誘電率異方性が負の液晶からなり、電圧無印加時に基板面に対して略垂直に配向していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
液晶の屈折率異方性（Δｎ）とセル厚（ｄ）との積Δｎ・ｄが、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶層が、誘電率異方性が正の液晶からなり、電圧無印加時にホモジニアス構造を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１の基板に、複数の走査信号電極及び複数の映像信号電極と、前記走査信号電極と前記映像信号電極とで囲まれる各々の画素に薄膜トランジスタを有し、前記各々の画素にカラー表示を行うためのカラーフィルターが配設され、該カラーフィルター上にはオーバーコート層を介して画素電極が形成され、前記第２の基板には前記画素電極に対向する電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第１の基板上の電極が略対称な形状に形成され、前記第２の基板上の電極が、前記第１の基板上の電極全体を覆い、かつ、該第１の基板上の電極より広く形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第１の基板上の電極が、略対称な形状を連結した形状に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第１の基板上の電極の対称軸となる位置の少なくとも一部において、前記第１の基板上の電極に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１の基板上の電極の対称中心となる位置に、柱状のスペ−サ−が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記基板の法線方向から見て、前記第１の基板上の電極の対称軸と相重なる位置の少なくとも一部において、前記第２の基板上の電極に凸部が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記基板の法線方向から見て、前記第１の基板上の電極の対称軸と相重なる位置の少なくとも一部において、前記第２の基板上の電極に開口部が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
対向する２枚の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも、第１の基板側には、入射光を平行光線に変換する平行光生成手段と、偏光板と四分の一波長板とからなる第１の偏光制御手段とを有し、第２の基板側には、四分の一波長板と偏光板とからなる第２の偏光制御手段と、出射光の視野角を制御する視角制御板とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
レーザ光照射により加工可能な前記第１の基板の裏面に、画素毎に所定の強度プロファイルを有するレーザ光を照射し、各々の画素に対応する領域になだらかな凸部又は凹部を形成してマイクロレンズを製作することにより、前記平行光生成手段を作成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１８】
レーザ光照射により加工可能な材料が、ポリカーボネート板、アクリル板又はポリエーテルスルホン板からなることを特徴とする請求項１７記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に、広視角と高速応答を達成できる液晶表示装置、および液晶表示装置を簡便かつ確実に製造することができる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は小型、薄型、低消費電力という特質から、ＯＡ機器、携帯端末等に広く用いられている。液晶表示装置では、液晶に電圧を印加することによって液晶分子の配列状態が変化し、この配列の変化に伴う液晶セルの複屈折性、旋光性等の各種光学的性質を利用して光の制御を行っている。この光学的性質の利用形態によって液晶表示装置は種々の表示方式に分類されるが、いずれの方式においても視角特性の向上及び動画にも対応可能な応答性の向上が重要な課題となっている。
【０００３】
例えば、従来広く使用されているねじれネマティック（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ；以下“ＴＮ”と略記する）型の液晶表示装置においては、電圧非印加時の液晶分子が基板表面に平行になっている「白」表示状態から、印加電圧に応じて液晶分子が電界方向に配向ベクトルの向きを変化させていくことにより、「白」表示状態から次第に「黒」表示となる。しかし、この電圧印加の液晶分子の特有の挙動により、ＴＮ型液晶表示装置の視野角が狭いという問題がある。この視野角が狭いという問題は、中間調表示における液晶分子の立ち上がり方向において特に著しい。
【０００４】
この狭視野角の問題を改善する方法として、種々の方法が提案されている。その一つの方法として、特開平4-261522号公報、特開平6-43461号公報、特開平10-333180号公報等には、デュアルドメイン法やマルチドメイン法と呼ばれる方法が記載されている。これらの技術では、ホメオトロピック配向させた液晶セルを作成し、この液晶セルを偏光軸が直交するように設置した２枚の偏光板の間に挟み、開口部を有する共通電極を使用することにより、各画素内に斜め電界を発生させ、これにより各画素を２個以上の液晶ドメインとし、視角特性の改善を図っている。特に、特開平4-261522号公報では、電圧を印加したときに液晶が傾く方向を制御することによって、高コントラストを実現している。
【０００５】
また、他の方法として、液晶の複屈折効果を補償するために光学補償板や四分の一波長板等の光学部材を配置し、黒の視角特性を改善したり、視野角を拡大する方法がある（特開平6-43461号公報、特開平5-113561号公報等）。例えば、特開平5-113561号公報では、負の一軸の光学補償層以外に、四分の一波長板を用い、四分の一波長板自身の複屈折率を打ち消すために、１枚目を光学異方性が正、２枚目を光学異方性が負となるように組み合わせて視野角を拡大する方法が述べられている。
【０００６】
さらに、他の方法として、公表特許平4-502524号公報には、対向する２つの電極を共に片方の基板上に設け、この２つの電極間に電圧をかけて、基板と水平方向の電界を生じさせ、液晶分子を基板と水平方向に保ったまま回転させるようにしたIn-Plane-Switching（ＩＰＳ）方式の液晶表示装置が提案されている。この方式では、電圧を印加したときに液晶分子の長軸が基板に対して立ち上がることはないため、視角方向を変えたときの液晶の複屈折の変化が小さく、視野角を広くすることができるという特徴がある。
【０００７】
上記の従来技術は、液晶表示装置の視角特性の向上を図るものであるが、特開平10-142577号公報、特開平10-197844号公報等には、広視野角と狭視野角を切換えることができる液晶表示装置が提案されている。特開平10-142577号公報においては、ＴＮモ−ドにおいて１画素にＴＦＴ（Thin Film Transistor）を２つ設け、１画素を立ち上がる角度の異なる２つの領域に分割し、いわゆる容量分割方式と同様の広視野角化を行い、挟視野角の場合は一方のＴＦＴのみｏｎ状態にして、通常のＴＮとして動作させる技術が提案されている。また、特開平10-197844号公報においては、通常のＴＮ素子に加えて二色性色素を混合したゲストホスト（ＧＨ）液晶素子を積み重ね、このＧＨ液晶素子に電圧を印加することによって視角特性を制御する技術が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、液晶表示装置の視角特性は上記技術により改善が図られているが、液晶表示装置のもう一つの課題である高速応答性に関しては多くの問題がある。一般に、液晶表示装置の応答速度を速くする方法としては、液晶分子に印加する電圧を大きくする方法があるが、例えば、上下の基板に電極がある方式において、印加電圧を大きくするためにセルギャップを薄くすると、液晶の電気容量が増加してしまい、特に大型パネルにおいては配線遅延やＴＦＴの書き込み不足などの問題が生じる。
【０００９】
そこで、屈折率異方性Δｎの大きな液晶を使用し、液晶分子の傾きに対して透過率を大きく変化させることによって応答速度を速くする方法がある。しかし、この方法では、液晶の複屈折性により視野角が狭くなるという問題があった。例えば、ネマチックス液晶では、光の入射角によって偏光状態が変化してしまい、黒表示状態でも光が透過してしまったり、コントラストが低下するという問題が生じる。さらに、低電圧化のために屈折率異方性とセル厚との積Δｎ・ｄを大きくすると、やはり視野角が狭くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、Δｎを大きくしても視角特性が劣化しないように、マイクロレンズを用いて入射光を平行化する方法が、特開平4-369618号公報、特開2000-171617号公報等に記載されている。特開2000-171617号公報記載の技術について、図面を参照して説明する。図２０に示すように、上記公報記載の液晶表示装置は、液晶部１の入射側にマイクロレンズと開口部を備えたマイクロレンズアレイ４２ａを設け、光源６、導光板５を通って上記開口部から入射した光をマイクロレンズによって平行光にし、偏光板４ａによって直線偏光に変換した後に液晶部１に入射する。そして、液晶部１内で偏光方向が変化した光を対向側の偏光板４ｂによって選択的に透過し、再びマイクロレンズアレイ４２ｂで集光して裏面から出射している。このように、液晶パネルをマイクロレンズ４２ａ、４２ｂで挟み込むことによって、拡散光を発する光源を用いた場合でも、液晶パネルには平行光を入射することができるため、観察角度によってコントラストが低下するという問題を抑制することができる。
【００１１】
しかしながら、上記方法で液晶パネルに平行光を入射したとしても、液晶部１には偏光板４ａによって直線偏光となった光が入射し、対向側に設けた偏光板４ｂによって光のon/offが制御されるため、マイクロレンズの位置合わせ精度及び偏光板４ａ、４ｂと液晶の配向方向の位置合わせに高い精度が要求され、パネルプロセスの歩留まりが低くなってしまうという問題がある。また、液晶の駆動方向と直線偏光との関係で、画素内で輝度が落ちる領域が発生するという問題もある。
【００１２】
特に、平行光を液晶セルに入射する技術を、高コントラストが容易に得られる垂直配向モ−ドに適用した場合、液晶の倒れる方向を正確に制御しないと、透過光強度が十分に得られないという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、視野角特性に優れ、かつ、高速応答を実現することができる液晶表示装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、上記特徴を有する液晶表示装置を容易に作成することができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、対向する２枚の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも、第１の基板側には、当該第１の基板と一体となって形成された、入射光を平行光線に変換する平行光生成手段と、偏光板と四分の一波長板とからなる第１の偏光制御手段とを有し、第２の基板側には、四分の一波長板と偏光板とからなる第２の偏光制御手段と、出射光の視野角を制御する視角制御板とを有するものである。
【００１７】
本発明においては、前記視角制御板が着脱容易に形成され、該視角制御板の選択によって視野角が調整される構成、又は、前記視角制御板が高分子分散型液晶を含み、電圧印加による該高分子分散型液晶の透過率の変化に応じて、視野角が調整される構成とすることもできる。
【００１８】
また、本発明においては、前記第１の偏光制御手段を構成する前記偏光板と前記第１の基板との間に、更に、二分の一波長板を有する構成とすることもできる。
【００１９】
また、本発明においては、前記平行光生成手段が、各々の画素に対応して形成されたマイクロレンズがマトリクス状に配列したマイクロレンズアレイからなることが好ましく、前記マイクロレンズアレイが、レーザ光照射により加工可能な部材からなり、前記第１の基板裏面に一体となって形成されている構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記液晶層が、誘電率異方性が負の液晶からなり、電圧無印加時に基板面に対して略垂直に配向している構成、又は、前記液晶層が、誘電率異方性が正の液晶からなり、電圧無印加時にホモジニアス構造を有する構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記第１の基板に、複数の走査信号電極及び複数の映像信号電極と、前記走査信号電極と前記映像信号電極とで囲まれる各々の画素に薄膜トランジスタを有し、前記各々の画素にカラー表示を行うためのカラーフィルターが配設され、該カラーフィルター上にはオーバーコート層を介して画素電極が形成され、前記第２の基板には前記画素電極に対向する電極が形成されている構成とすることができる。
【００２２】
また、本発明においては、前記第１の基板上の電極が略対称な形状に形成され、前記第２の基板上の電極が、前記第１の基板上の電極全体を覆い、かつ、該第１の基板上の電極より広く形成されている構成とすることができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記第１の基板上の電極の対称軸となる位置の少なくとも一部において、前記第１の基板上の電極に凹部が形成されている構成、前記第１の基板上の電極の対称中心となる位置に、柱状のスペ−サ−が形成されている構成、前記基板の法線方向から見て、前記第１の基板上の電極の対称軸と相重なる位置の少なくとも一部において、前記第２の基板上の電極に凸部が形成されている構成、又は、前記基板の法線方向から見て、前記第１の基板上の電極の対称軸と相重なる位置の少なくとも一部において、前記第２の基板上の電極に開口部が形成されている構成とすることができる。
【００２４】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、対向する２枚の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも、第１の基板側には、入射光を平行光線に変換する平行光生成手段と、偏光板と四分の一波長板とからなる第１の偏光制御手段とを有し、第２の基板側には、四分の一波長板と偏光板とからなる第２の偏光制御手段と、出射光の視野角を制御する視角制御板とを有する液晶表示装置の製造方法であって、レーザ光照射により加工可能な前記第１の基板の裏面に、画素毎に所定の強度プロファイルを有するレーザ光を照射し、各々の画素に対応する領域になだらかな凸部又は凹部を形成してマイクロレンズを製作することにより、前記平行光生成手段を作成するものである。
【００２５】
ここで、視野角制御板とは、光を適当な角度に広げて散乱する散乱性のフィルム、または、ある角度分布を持って入射した光を別の適当な角度分布を持って透過させる機能をもつフィルムのことである。このようなフィルムとしては、前方散乱性の拡散フィルム、または、屈折率がフィルムの内部で場所的に変化しているフィルム（住友化学社製：商品名ルミスティ−）などがある。
【００２６】
広視野角と狭視野角を簡便に切換えるためには、この視角制御板は容易に着脱可能であることが望ましい。また、広視野角と狭視野角を簡便に切換えるために視角制御板を着脱する代りに、図８に示すように、高分子分散型液晶１０で視角制御板を構成し、電圧無印加（図８（ａ）参照）で散乱状態（広視野角）、電圧印加（図８（ｂ）参照）で透過状態（狭視野角）のように、電圧のon/offにより広視野角と狭視野角とを切換えられるようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明では、広視野角化の機能は視角制御板が達成するため、液晶のモ−ドは特に広視野角であることが要求されず、液晶モ−ドの選択の幅を広げることができる。さらに、広視野角化の機能を視角制御板が達成するため、従来は視野角が狭くなるため使用が困難であったΔｎ・ｄの大きな液晶セルを用いて、応答速度の高速化、液晶の駆動電圧の低電圧化を図ることが可能である。
【００２８】
液晶セルのΔｎ・ｄはモ−ドによって多少異なるが、通常使われている３００ｎｍ〜４００ｎｍのかわりに４００ｎｍ〜８００ｎｍの大きなものを用いることもできる。このとき、応答速度の観点から、液晶セルの厚みはできるだけ薄い方が好ましいが、配線遅延、ＴＦＴの書き込み能力によって、薄くしすぎると駆動に不都合が起こるため、設計に応じて最適なセル厚をとる必要があるが、液晶セル自体の視野角は狭くてもよいので、２μｍから１５μｍの中で、液晶材料のΔｎ、駆動電圧に応じて最適なものを選べばよく、選択の幅を広げることができる。
【００２９】
そして、入射光は偏光板と四分の一波長板の組み合わせによって円偏光に変換された後、液晶に入射するため、液晶パネル両側の偏光板の透過軸を精密に合わせる必要がなくなり、パネルプロセスの冗長性を図ることができる。特に、垂直配向モ−ドをノ−マリブラックモ−ドで用いた場合は、以下に述べるように多くの利点がある。垂直配向モ−ドは、電圧無印加時の液晶の配向が基板に垂直であるので、基板に垂直に入射する光に対して、リタデ−ションが０である。したがって、液晶セルの厚みが変動したとしても、黒が白くなることはない。本発明においては、基板に垂直に入射する光のみを利用するので、垂直配向モ−ドが特に有利である。
【００３０】
このように、原理的に高コントラストであることに加え、円偏光が液晶セルに入射するため、電圧印加により液晶が倒れさえすれば、倒れる方向に無関係に明るくなるため、ラビングその他の配向制御が不要となり、画素設計の自由度が広がる、液晶材料の選択の幅が広くなるなどの利点がある。また、広視野角化のための負の補償フィルムも不要となるので、フィルムと液晶層とのリタデ−ションの調整が不要で、製造が容易となるという大きな利点がある。
【００３１】
また、ノ−マリホワイトモ−ドで用いても、電圧印加により液晶が倒れさえすれば、倒れる方向に無関係に暗くなるため、ラビングその他の配向制御が不要となり、画素設計の自由度が広がる、液晶材料の選択の幅が広くなるなどの利点があること、また、広視野角化のための負の補償フィルムも不要となることなど、ノ−マリブラックの場合と同様に利点がある。
【００３２】
また、上下基板に水平配向膜を用い、ホモジニアス配向をさせた液晶に上下方向に電圧を印加し、液晶を立ち上げるモ−ドを用いた場合は、ノ−マリブラックモ−ドでもノ−マリホワイトモ−ドでも大きな差はないが、いずれの場合でも、黒状態を補償するために、残留リタデ−ションを補償する必要があり、正または負の一軸の補償フィルムを用いて、残留リタデ−ションが０となるように設置する。このとき、正の補償フィルムでは、補償フィルムの光軸と液晶の光軸が直交するように、負の補償フィルムでは、補償フィルムの光軸と液晶の光軸が平行になるように設置するので、ラビングなどの方法で、液晶の初期配向方向を一方向に揃えておく方が望ましい。
【００３３】
これらのことは、水平配向の他のモ−ドとして、高速応答が可能なベンド配向モ−ド、一方の基板に水平配向、他方の基板に垂直配向をほどこす、いわゆるＨＡＮモ−ドでも、ホモジニアス配向モ−ドと全く同様である。
【００３４】
特に、液晶を薄膜トランジスタなどのスイッチング素子で駆動する、いわゆる、アクティブマトリクス駆動の場合、本発明における液晶表示装置においては、カラ−フィルタ−層と画素電極との間に高度な目合わせ精度が要求されるが、カラ−フィルタ−層と液晶を駆動するためのスイッチング素子を同じ基板上に作成した構成の場合には、上下２枚の基板の目合わせも不要となり、製造上、非常に有利である。
【００３５】
また、本発明における液晶表示装置では、上下いずれかの四分の一波長板のみ液晶セルの液晶が存在する側に配置することが可能である。四分の一波長板のみ液晶セルの液晶が存在する側に配置した場合は、視差に関する利点はないが、耐候性に優れる、四分の一波長板そのものを配向膜として使用することができる、などの利点がある。
【００３６】
すなわち、耐候性に関しては、四分の一波長板が液晶セルの内側にあるため、一度作成してしまえば紫外線、湿度等の影響は受けなくなる。紫外線は偏光板のみでなく、厚いガラスまたはプラスチック基板に吸収され、四分の一波長板に到達する紫外線はほとんどなくなる。このため、紫外線による劣化を、液晶セルの外側にある場合と比べ、著しく軽減することができる。また、湿度の影響は受けなくなる。
【００３７】
特に、偏光板と四分の一波長板の間の接着剤が不要になり、性能が確認されている偏光板とガラス（またはプラスチック基板）との接着剤のみを使用すればよい。すなわち、偏光板と四分の一波長板の間の接着剤は、湿度によりはがれるなどの問題を生じることがあったが、液晶セルの内部に四分の一波長板を配置することにより、この問題を解決することができる。したがって、四分の一波長板の材料選択の幅を広げることができ、透過率などの他の性能を向上させることが容易となる。
【００３８】
配向に関しては、液晶セルの内側に四分の一波長板を作成する場合は、四分の一波長板そのものが、液晶性を示す材料が配向して形成されているため、液晶材を配向させる効果があり、水平配向の場合は、上下基板のうち少なくとも一方の基板で、液晶を配向させるための、配向膜塗布、ラビング工程が不要となる。
【００３９】
なお、四分の一波長板は、それのみで用いても効果があるが、広帯域化するために、半波長板と組み合わせて用いても良い。液晶セルの内側に作成する場合は、半波長板も四分の一波長板と同様に液晶性を示す材料で作成することができ、その場合の利点は、四分の一波長板を液晶セル内部に作り込む場合と全く同様である。また、四分の一波長板を２枚用いる場合は、特開平５−１１３５６１号公報に記載されているように、四分の一波長板自身の複屈折率を打ち消すために、１枚目を光学異方性が正、２枚目を光学異方性が負となるように組み合わせて用いても良い。
【００４０】
本発明における液晶表示装置では、液晶セルに配向分割を施す必要は特にないが、パネル面内での明るさの均一性などの観点、ならびに応答速度の観点から、配向分割した液晶セルを用いた方がよい場合は、配向分割を行ってもよい。この配向分割は、突起構造を作成する、または上下の電極にスリットを設けて、垂直配向を分割する、光照射により、プレチルト角を画素の一部のみ変化させてＴＮ、またはホモジニアス配向を分割するような従来提案されているどのような方法を用いても問題はないが、特に上下基板における電極の大きさ、形状に着目した以下に述べるような構造が、製造工程も増えないため有利である。
【００４１】
すなわち、第１の基板上の電極が対称性のよい形状であり、第２の基板上の電極が第１の基板上の電極の上部全体を覆い、かつ第２の基板上の電極が第１の基板上の電極より広いことを特徴とする。ここで、対称性のよい形状とは、図１０に示すような円、三角形以上の正多角形の形状をさす。このような対称性のよい電極を用い、対向側の電極をこの対称性のよい形状の電極よりも広く、かつ対称性のよい電極の上部全体を覆うように作成することで、両電極間に電圧を印加した場合、図９に示すように上下に斜め電界が対称性よく生じ、誘電率異方性が負で垂直配向している液晶では倒れる方向が２種類以上となり、画素内の液晶の配向分割を行うことができる。すなわち、自然に生じる斜め電界によって、画素の中央に分割境界が生成し、画素電極の端から中央に向って液晶が倒れる。画素電極の形状を対称的にすれば、液晶は自然に画素電極の各辺から中央に向って倒れるので、自然に分割される。多角形は、正確に正多角形である必要はなく、ある程度の変形はあってもかまわない。
【００４２】
通常の液晶表示装置の場合、画素電極は長方形であるが、図１１に示すように、画素に切り込みをいれ、いくつかの対称性のよい形状が連なった形状とすることによって、各対称性のよい形状の部分で、上記のように配向分割を行うことができるので、全体として対称性のよい形状の電極と同様の効果が得られる。また、図１２及び図１３に示すように、第１の基板上の電極に切り込みや突起を設けて配向分割を促進する構造としてもよい。
【００４３】
また、分割位置をさらに確実にするために、図１４及び図１５に示すように、電極の一部に凹部３９を設ける構造にしてもよい。また、これらの形状を組み合わせて用いてもよい。凹部３９を設ける構造の場合、オ−バ−コ−ト層２４を掘り込む構造にすることによって、工程を煩雑にすることなく凹部３９を深く作成することができ、境界部の固定をより確実にすることができる。
【００４４】
また、垂直配向の場合は、電圧を印加すると渦巻き状の配向に安定化していくが、カイラル剤を入れて、この配向をさらに安定化して、応答速度を速くしてもよい。また、上記の画素の一部の切り込みや、凹部の形を画素内で渦巻き状に設定してもよい。
【００４５】
また、図１６乃至図１８に示すように、対称性のよい画素電極のほぼ対称中心の位置に、スペ−サ−として機能する柱４０を立て、配向分割の核とし、分割をスム−スに行うようにしてもよい。また、図１９に示すように、同じ目的で、第２の基板の共通電極上の分割の境界にあたる位置に、凸部４１を設けてもよい。この凸部４１の位置は、対称性を有する電極上に投影すれば、図１７及び図１８と一致する。また、同じ目的で、第１の基板上の対称性のよい画素電極のほぼ対称中心の位置に対応する、第２の基板の共通電極上の電極の一部に開口部を設けてもよい。
【００４６】
また、本発明における液晶表示装置は、共通電極と画素電極の間に電圧を印加することによって初期配向を制御した後、液晶中に少量混合した重合性のモノマ−またはオリゴマ−を高分子化することによって、初期の液晶配向をさらに確実なものにすることができる。初期配向を制御する際には、加熱により液晶層を等方相にした後、共通電極と画素電極の間に電圧を加えながら、温度を降下させてもよいし、室温で共通電極と画素電極の間に電圧を印加するだけでもよい。また、モノマ−の反応も等方相に加熱する前に起こさせても、加熱中に起こさせてもよいし、冷却後に起こさせてもよい。室温で共通電極と画素電極の間に電圧を印加し、初期配向を制御する場合も、電圧印加の前に反応を起こさせておいてもよいし、電圧印加後に、反応を起こさせてもよい。このとき、通常の駆動の形式で配向分割ができるので、特開平10-20323号公報に記載されているように第二の電極（制御電極）に電圧を印加する工程は必要ない。
【００４７】
また、本発明における液晶表示装置の製造方法は、基板にあらかじめ光配向などの方法を使用して、分割形状に従ったプレチルト角の制御を行い、初期配向の制御を極めて確実にしてもよい。これにより、斜め電界とプレチルト角の効果が相乗的に効いて、どちらか一方の処理よりも、はるかに効果的に分割配向が実現できる。例えば、ケイ皮酸基のような偏光により液晶の配向を制御できる官能基を有する物質、または、エ−エムエルシ−ディ−‘９６／アイディ−ダブリュ’９６のダイジェストオブテクニカルペイパ−ズ（AM-LCD‘９６／IDW’９６ Digest  of Technical Papers） P.337に記載されているような偏光照射により感光基が重合するような高分子を配向膜に用いて、分割形状にそった方向にプレチルト角がつくように、各部にマスクを介して斜め方向から偏光を照射する。この場合は、多角形の辺の数が余り多いと光配向の操作が増えるので、８角形から４角形程度が望ましい。
【００４８】
このような分割配向の方法はよく知られているが、このような場合でも、液晶中に少量混合した重合性のモノマ−またはオリゴマ−を高分子化することにより、駆動時においてもより確実に分割を維持することができる。本発明に使用するモノマー、オリゴマとしては、光硬化性モノマー、熱硬化性モノマー、あるいはこれらのオリゴマ等のいずれを使用することもでき、また、これらを含むものであれば他の成分を含んでいてもよい。本発明に使用する「光硬化性モノマー又はオリゴマ」とは、可視光線により反応するものだけでなく、紫外線により反応する紫外線硬化モノマー等を含み、操作の容易性からは特に後者が望ましい。
【００４９】
また、本発明で使用する高分子化合物は、液晶性を示すモノマー、オリゴマーを含む液晶分子と類似の構造を有するものでもよいが、必ずしも液晶を配向させる目的で使用されるものではないため、アルキレン鎖を有するような柔軟性のあるものであってもよい。また、単官能性のものであってもよいし、２官能性のもの、３官能以上の多官能性を有するモノマー等でもよい。
【００５０】
本発明で使用する光または紫外線硬化モノマーとしては、例えば、２−エチルへキシルアクリレート、ブチルエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、２−シアノエチルアクリレート、ベンジルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−エトキシエチルアクリレート、Ｎ、Ｎ−エチルアミノエチルアクリレート、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、グリシジルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、モルホリンアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、２、２、２−トリフルオロエチルアクリレート、２、２、３、３、３−ペンタフルオロプロピルアクレート、２、２、３、３−テトラフルオロプロピルアクリレート、２、２、３、４、４、４−ヘキサフルオロブチルアクリレート等の単官能アクリレート化合物を使用することができる。
【００５１】
また、２−エチルヘキシルメタクリレート、ブチルエチルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、２−シアノエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−エトキシエチルアクリレート、Ｎ、Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンテニルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、モルホリンメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、フェノキシジエチレングリコールメタクリレート、２、２、２−トリフルオロエチルメタクリレート、２、２、３、３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２、２、３、４、４、４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート等の単官能メタクリレート化合物を使用することができる。
【００５２】
さらに、４、４’−ビフェニルジアクリレート、ジエチルスチルベストロールジアクリレート、１、４−ビスアクリロイルオキシベンゼン、４、４’−ビスアクリロイルオキシジフェニルエーテル、４、４’−ビスアクリロイルオキシジフェニルメタン、３、９−ビス［１、１−ジメチル−２−アクリロイルオキシエチル］−２、４、８、１０−テトラスピロ［５、５］ウンデカン、α、α′−ビス［４−アクリロイルオキシフェニル］−１、４−ジイソプロピルベンゼン、１、４−ビスアクリロイルオキシテトラフルオロベンゼン、４、４’−ビスアクリロイルオキシオクタフルオロビフェニル、ジエチレングリコールジアクリレート、１、４−ブタンジオールジアクリレート、１、３−ブチレングリコールジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、グリセロールジアクリレート、１、６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、４、４’−ジアクリロイルオキシスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジメチルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジエチルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジプロピルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジブチルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジペンチルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジヘキシルスチルベン、４、４’−ジアクリロイルオキシジフルオロスチルベン、２、２、３、３、４、４−ヘキサフルオロペンタンジオール−１、５−ジアクリレート、１、１、２、２、３、３−ヘキサフルオロプロピル−１、３−ジアクリレート、ウレタンアクリレートオリゴマ等の多官能アクリレート化合物を用いることができる。
さらにまた、ジエチレングリコールジメタクリレート、１、４−ブタンジオールジメタクリレート、１、３−ブチレングリコールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、１、６−へキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタメタクリレート、２、２、３、３、４、４−ヘキサフルオロペンタンジオール−１、５−ジメタクリレート、ウレタンメタクリレートオリゴマ等の多官能メタクリレート化合物、その他スチレン、アミノスチレン、酢酸ビニル等があるが、これに限定されるものではない。
【００５３】
また、本発明の素子の駆動電圧は、高分子材料と液晶材料の界面相互作用にも影響されるため、フッ素元素を含む高分子化合物であってもよい。このような高分子化合物として、２、２、３、３、４、４−へキサフルオロペンタンジオール−１、５−ジアクリレート、１、１、２、２、３、３−へキサフルオロプロピル−１、３−ジアクリレート、２、２、２−トリフルオロエチルアクリレート、２、２、３、３、３−ペンタフルオロプロピルアクリレート、２、２、３、３−テトラフルオロプロピルアクリレート、２、２、３、４、４、４−へキサフルオロブチルアクリレート、２、２、２−トリフルオロエチルメタクリレート、２、２、３、３−テトラフルオロプロピルメタクリレート、２、２、３、４、４、４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート、ウレタンアクリレートオリゴマ等を含む化合物から合成された高分子化合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
本発明に使用する高分子化合物として光または紫外線硬化モノマーを使用する場合には、光または紫外線用の開始剤を使用することもできる。この開始剤としては、種々のものが使用可能であり、たとえば、２、２−ジエトキシアセトフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−（４−ドデシルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン等のアセトフェノン系、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール等のベンゾイン系、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、４−フェニルベンゾフェノン、３、３−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系、チオキサンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン等のチオキサンソン系、ジアゾニウム塩系、スルホニウム塩系、ヨードニウム塩系、セレニウム塩系等が使用できる。
【００５５】
なお、分割に関しては、画素間の間隔を充分に離せば通常は問題はないが、特に設計の都合上、画素が接近する場合などは、駆動に際し、隣り合う画素ごとに印加される電圧の正負が逆になるいわゆるドット反転駆動を行えば、斜め電界の発生状況がより望ましい方向となり、より良い分割を与える。さらに、動画表示における切れをよくする目的で１フレ−ムの中で黒状態に戻すリセットをいれて駆動することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液晶表示装置は、その好ましい一実施の形態において、対向する２枚の基板に液晶層が狭持され、該液晶層は両基板間の電界によって基板の面方向に対して立ち上がって駆動する液晶表示装置において、液晶セルの両外側には、偏光板と四分の一波長板との組からなる偏光制御手段を備え、入射光側の基板には入射光を平行光に変換するマイクロレンズアレイが一体的に形成され、バックライト光をマイクロレンズアレイ及び偏光制御手段によって基板に垂直な円偏光の平行光として入射することにより、液晶分子の傾き方向に影響されることなく、位相差に応じて透過光量を制御することができ、配向膜やラビング処理を不要とすると共に、透過率異方性の大きい液晶が使用可能となることにより、動画にも対応可能な高速応答を実現することができる。
【００５７】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００５８】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、第１の実施例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図であり、図２及び図３は、本発明の効果を説明するための図である。なお、本実施例は、マイクロレンズアレイを基板側に一体的に形成した構造について記載するものである。
【００５９】
図１に示すように、本実施例の液晶表示装置は、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成される第１の基板と対向する第２の基板との間に液晶が狭持されてなる液晶部１と、液晶部１の入射側に第１の基板と一体となって形成されるマイクロレンズアレイ２ａと、バックライト光の光源６及び導光板５と、バックライト光を円偏光に変換し、マイクロレンズアレイ２ａに入射させる偏光板４ａ及び四分の一波長板３ａと、液晶部１を透過した光を選択的に透過させる四分の一波長板３ｂ及び偏光板４ｂと、偏光板４ｂを透過した光を拡散して視角特性を向上させる視角制御板８とを主な構成要素としている。
【００６０】
なお、液晶部１の詳細構造は図示していないが、第１の基板と第２の基板とに設けた電極によって基板に略垂直な方向の電界を発生させ、液晶分子を基板面に対して立ち上げて駆動する任意の構造を用いることができ、第２の基板側にカラー表示を行うためのカラーフィルターを設けた構造でも、カラーフィルターを第１の基板側に設けたＣＦオンＴＦＴ構造であってもよい。
【００６１】
ＣＦオンＴＦＴ構造としては、例えば、図９に示すように、ＴＦＴ基板２８上にゲート配線３７及びゲート電極３０が形成され、ゲート絶縁膜３１を介して、ゲート電極３０と重畳するように半導体層３４が設けられ、その上にゲート配線３７と直交するようにドレイン配線３６が形成され、ソース電極３３、ドレイン電極３２がオーミックコンタクト層（図示せず）を介して半導体層３４に接続されてＴＦＴが形成されている。そして、このＴＦＴを覆うようにパッシベーション膜２７が形成され、各画素の表示領域にはＲＧＢ各色のカラー表示を行うためのカラーフィルター２６が配設されている。
【００６２】
そして、カラーフィルター２６上には、基板を平坦化するための厚膜のオーバーコート層２４が設けられ、オーバーコート層２４とパッシベーション膜２７を貫通して設けられたコンタクトホールを通して、オーバーコート層２４上に形成される画素電極２３とソース電極３３とが接続されている。一方、対向基板３６上には画素電極２３と対向するように対向電極３７が形成されている。更に、必要に応じて、両基板の内側には所定の方向に配向処理が施された配向膜７ａ、７ｂが形成され、その間に液晶層２２が狭持されて、液晶部１が形成されている。
【００６３】
また、上記第１の基板２８と一体的に形成されるマイクロレンズアレイ２は、各画素に対応する位置に各々のマイクロレンズが形成され、各々のマイクロレンズは、点光源として、導光板５の開口部から出射した光が平行光となって液晶部１に入射するように形状、焦点距離等が調節されて形成される。また、点光源として、発光ダイオードをアレイ状にならべてもよい。なお、マイクロレンズアレイ２の具体的製造方法については、第３の実施例において詳述するが、マイクロレンズアレイ２を第１の基板２８と一体的に形成することによって液晶表示装置の各要素の位置合わせが容易となるという効果がある。
【００６４】
すなわち、平行光を利用する液晶表示装置においては、入射光の入射位置及び入射角度と各画素の位置とを正確に合わせる必要があるが、液晶部１とマイクロレンズアレイ２ａとを別々に配置すると、位置のずれによって画素内で光が入射しない部分が生じたり、基板の法線方向に対して斜めから光が入射してしまう場合がある。しかしながら、第１の基板２８とマイクロレンズアレイ２ａとを一体的に形成することによって、両者の位置関係、特に角度を正確に制御することができる。
【００６５】
また、四分の一波長板３ａ、３ｂは、ポリカ−ボネ−ト、ノルボルナジエン樹脂（JSR社製、商品名ア−トン）などのフィルムを延伸して作成することができ、また、以下に述べる方法で、感光性のある液晶性モノマ−を用いて作成することもできる。すなわち、配向膜を塗布し、四分の一波長板の光軸とする方向にラビングを行い、この上に、Liquid Crystals第18巻319ペ−ジ（1995）に記載されているような感光基を持つ液晶材を液晶材の屈折率異方性Δｎと厚みｄの積が、四分の一波長となるような厚みに液晶材を塗布し、液晶材が配列した後UV光を照射し、感光基を反応させて架橋構造を生成し、この配列を固定する。
【００６６】
また、通常の配向膜を塗布、ラビングするかわりに、Japanese Journal of Applied Physics第31巻2155ペ−ジ(1992)に開示されているように、感光性を有する材料を用い、ラビングのかわりに偏光を照射することによって、感光性を有する液晶材を配列させることもできる。その後、同様にUV光を照射することによって、架橋構造を作成し、配列を固定することができる。このとき、配向度を向上させる目的で、UV光に偏光UV光を使用してもよい。
【００６７】
また、視角制御板８は、前記したように、光を適当な角度に広げて散乱する散乱性のフィルム、または、ある角度分布を持って入射した光を別の適当な角度分布を持って透過させる機能をもつフィルムを用いることができ、広視野角と狭視野角とを任意の選択可能とするために、着脱可能な構造とすることが望ましく、また、図８に示すように、高分子分散型液晶２０で視角制御板を構成し、電圧無印加（図８（ａ）参照）で散乱状態（広視野角）、電圧印加（図８（ｂ）参照）で透過状態（狭視野角）のように、電圧のon/offにより広視野角と狭視野角とを切換えられるようにすることもできる。
【００６８】
上記構成の液晶表示装置を用いてバックライト光を照射した場合の動作について、図２及び図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、垂直配向モードを例にとって説明するが、上下基板に水平配向膜を用い、ホモジニアス配向させた液晶に基板法線方向の電界を印加し、液晶を立ち上げる他のモード、例えば、ねじれネマティック（ＴＮ）モードや超ねじれネマティック（ＳＴＮ）モードやπセルと呼ばれるベンド配向モード、アモルファスＴＮモードに対しても同様の原理で適用することができる。
【００６９】
また、図２では、入射側（図の下側）は偏光板４ａ及び四分の一波長板３ａによって右旋回の円偏光のみを透過し、出射側（図の上側）は四分の一波長板３ｂ及び偏光板４ｂによって左旋回の円偏光のみを透過するように、偏光板４ａ、４ｂの偏光方向、四分の一波長板３ａ、３ｂの光軸及び厚さを調整している。具体的には、偏光板４ａ、４ｂで直交偏光器を形成し、面内方向の屈折率の大小関係が反転した四分の一波長板の各々を、その光軸が偏光板の偏光軸に対して４５°の角度で交差するように設定しているが、本発明は偏光板と四分の一波長板とを組み合わせた円偏光化手段を液晶層の両側に対向配置させた構造であればよく、透過光の旋回方向は任意に設定することができる。
【００７０】
まず、図２（ａ）は、垂直配向モードの液晶に電圧を印加していない状態を示しており、バックライト光はマイクロレンズアレイ（図示せず）によって平行光となって図の下方から入射し、偏光板４ａによって直線偏光となった後、四分の一波長板３ａによって常光線と異常光線と位相が９０°ずれて、右旋回の円偏光となって液晶層に入射する。ここで、液晶分子９は長軸が基板に垂直な方向に配列しているため、入射光は位相差が生じることなく対向側の四分の一波長板３ｂに入射する。四分の一波長板３ｂでは右旋回の円偏光を直線偏光に変換するが、偏光板４ｂの偏光方向は偏光板４ａと直交するように設定されているため、光を透過せずに表示は「暗」となる。
【００７１】
一方、図２（ｂ）の状態では、液晶分子９は基板間に印加される電圧と、液晶分子の弾性力によって中央部に行くほど基板の面方向に傾斜しており、この状態で偏光板４ａと四分の一波長板３ａの組み合わせによって右旋回の円偏光となった光が液晶層に入射すると、液晶分子の複屈折性により位相差が生じて偏光状態が変化し、位相差がπとなるように液晶層の厚さを設定すると左旋回の円偏光となって、四分の一波長板３ｂ及び偏光板４ｂを透過して表示は「明」となる。
【００７２】
ここで、偏光板４ａ、４ｂのみで液晶層を挟んだ従来構造の液晶表示装置との差異について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、偏光板４ａ、４ｂのみで液晶層を挟んだ従来構造の垂直配向モードの電圧無印加状態を示しており、入射光は偏光板４ａによって直線偏光となり液晶層に入射する。ここで液晶分子は基板法線方向に配列しているため、入射光は偏光方向が変化することなく液晶層を通過し、偏光方向が直交する偏光板４ｂによって遮断されて、表示は「暗」となる。
【００７３】
次に、液晶に図の上下方向に電圧を印加すると、液晶分子９は基板の面方向に傾斜するが、その時、図３（ｂ）に示すように、液晶分子９の傾斜方向が直交偏光板４ａ、４ｂの偏光方向に対して４５°の方向であれば入射光は偏光板４ｂを透過して明表示となるが、図３（ｃ）に示すように、液晶分子９の傾斜方向が４５°からずれると入射光の偏光方向と偏光板４ｂの偏光方向が一致せずに表示は暗くなってしまう。
【００７４】
すなわち、従来の構造では、配向膜、ラビング処理によって液晶分子９を所定の方向に傾け、電圧印加によって液晶分子９が傾斜する方向を予め規定しておかないと、電圧印加時の透過光量が増減し、コントラストが低下してしまうが、本実施例の方法では、図３（ｄ）に示すように、液晶層には偏光板４ａと四分の一波長板３ａによって円偏光が入射するため、液晶分子９がどの方向に倒れても同じ位相差が生じ、透過光量を一定に保つことができるという顕著な効果があり、液晶分子９の傾斜方向が問題とならないために、配向膜を設ける必要がなく、また、ラビング処理を省略することができる。
【００７５】
この効果は、入射光をマイクロレンズアレイ２ａ等の平行光形成手段によって平行光とし、かつ、四分の一波長板を液晶層の両側に設ける本発明の構造のみによって実現することができるものであり、四分の一波長板のみを液晶層の両側に設けても、斜め方向から光が入射すれば液晶分子の倒れる方向によって位相差が変化し、また、マイクロレンズアレイで平行光を入射しても四分の一波長板を設けなければ、やはり液晶分子の倒れる方向によって位相差が変化するため、本発明の効果を得ることができず、配向膜の形成やラビング処理が必須となる。
【００７６】
このように、第１の基板とマイクロレンズとを一体的に形成することによって両者の位置関係、特に角度を正確に制御することができ、また、入射光は偏光板と四分の一波長板の組み合わせによって円偏光に変換された後液晶に入射するため、液晶パネル両側の偏光板の透過軸を精密に合わせる必要がなくなり、パネルプロセスの冗長性を図ることができ、また、屈折率異方性Δｎの大きい液晶を用いることにより高速応答を実現することができる。
【００７７】
特に、垂直配向モ−ドをノ−マリブラックモ−ドで用いた場合は、電圧印加により液晶が倒れさえすれば、倒れる方向に無関係に明るくなるため、ラビングその他の配向制御が不要となり、画素設計の自由度が広がる、液晶材料の選択の幅が広くなるなどの利点がある。また、広視野角化のための負の補償フィルムも不要となるので、フィルムと液晶層とのリタデ−ションの調整が不要で、製造が容易となるという大きな利点がある。
【００７８】
なお、上下いずれかの四分の一波長板のみ液晶セルの液晶が存在する側に配置したり、広帯域化するために、半波長板と組み合わせて用いる構成とすることもでき、配向分割を行うために、基板に凹部、凸部、突起等を設けたり、光照射によりプレチルト角を画素の一部のみ変化させてもよく、電極の形状を図１０乃至図１３に示すような形状とすることもできるのは、前述した通りである。
【００７９】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図である。なお、本実施例は、垂直配向モードの液晶表示装置において、マイクロレンズを光源側に形成した構造について記載するものであり、他の部分の構造に関しては前記した第１の実施例と同様である。
【００８０】
図４に示すように、本実施例の液晶表示装置は、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成される第１の基板と対向する第２の基板との間に液晶が狭持されてなる液晶部１と、バックライト光となる光源６及び導光板５と、導光板５側に開口部を有し、対向側に各画素に対応してマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ２ｂと、マイクロレンズアレイ２ｂによって平行化された光を円偏光に変換し、液晶部１に入射させる偏光板４ａ及び四分の一波長板３ａと、液晶部１を透過した光を選択的に透過させる四分の一波長板３ｂ及び偏光板４ｂと、偏光板４ｂを透過した光を拡散して視角特性を向上させる視角制御板８とを主な構成要素としている。
【００８１】
なお、液晶部１の詳細構造は図示していないが、第１の基板と第２の基板とに設けた電極によって基板に略垂直な方向の電界を発生させ、液晶分子を基板面に対して立ち上げて駆動する任意の構造を採用することができるのは第１の実施例と同様である。
【００８２】
また、マイクロレンズアレイ２ｂは、開口部からの光が平行光となって液晶部１に入射するように、開口部とマイクロレンズとの距離、マイクロレンズの形状、焦点距離等が調節されて形成される。なお、マイクロレンズアレイ２を液晶部１と別々に形成することによって、マイクロレンズアレイ２と液晶部１との位置関係を正確に制御する必要が生じるが、第１の基板と一体形成しないことにより、第１の基板の材料や製造方法に制限がなくなるというメリットがある。すなわち、前記した第１の実施例のようにマイクロレンズアレイ２ａを一体形成する場合には、基板はマイクロレンズアレイ２ａの形成に適した材料を用いる必要があり、第１の基板の裏面側にマイクロレンズを形成するために、表面側が汚染される恐れがあるが、本実施例の構造では、液晶部１は通常の方法により形成することができる。
【００８３】
上記構成によっても、図２（ａ）の状態では、バックライト光はマイクロレンズアレイによって平行光となって図の下方から入射し、偏光板４ａによって直線偏光となった後、四分の一波長板３ａによって右旋回の円偏光となって液晶層に入射する。ここで、液晶分子９は長軸が基板に垂直な方向に配列しているため、入射光は位相差が生じることなく対向側の四分の一波長板３ｂに入射する。四分の一波長板３ｂでは右旋回の円偏光を直線偏光に変換するが、偏光板４ｂの偏光方向は偏光板４ａと直交するように設定されているため、光を透過せずに表示は「暗」となる。
【００８４】
一方、図２（ｂ）の状態では、液晶分子９は基板間に印加される電圧と、液晶分子の弾性力によって中央部に行くほど基板の面方向に傾斜しており、この状態で偏光板４ａと四分の一波長板３ａの組み合わせによって右旋回の円偏光となった光が液晶層に入射すると、液晶分子の複屈折性により位相差が生じて偏光状態が変化し、位相差がπとなるように液晶層の厚さを設定すると左旋回の円偏光となって、四分の一波長板３ｂ及び偏光板４ｂを透過して表示は「明」となる。
【００８５】
したがって、液晶層には偏光板４ａと四分の一波長板３ａによって円偏光が入射するため、液晶分子９がどの方向に倒れても同じ位相差が生じ、透過光量を一定に保つことができ、液晶分子９の傾斜方向が問題とならないために、配向膜を設ける必要がなく、また、ラビング処理を省略することができる。
【００８６】
このように、マイクロレンズアレイ２ｂによって平行光を入射し、偏光板４ａと四分の一波長板３ａの組み合わせによって円偏光に変換された後液晶に入射するため、前記した第１の実施例と同様に、液晶パネル両側の偏光板の透過軸を精密に合わせる必要がなくなり、パネルプロセスの冗長性を図ることができ、また、屈折率異方性Δｎの大きい液晶を用いることにより高速応答を実現することができる。
【００８７】
なお、本実施例では、導光板５側にマイクロレンズアレイ２ｂを配置し、液晶部１側に偏光板４ａ及び四分の一波長板３ａからなる円偏光手段を配置する構成としたが、マイクロレンズアレイ２ｂと円偏光化手段の位置を逆にして、導光板５側に円偏光手段を配置し、液晶部１側にマイクロレンズアレイ２ｂを配置する構成としても良い。
【００８８】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の製造方法について、図５乃至図７を参照して説明する。図５及び図６は、マイクロレンズアレイをＴＦＴ基板に一体的に形成する方法を模式的に示す断面図であり、図７は、レーザ光照射装置の構成を示す図である。
【００８９】
なお、以下の説明では、ＴＦＴ等のスイッチング素子を有するＴＦＴ基板１０は公知の一般的な方法で形成されるものとし、マイクロレンズアレイを形成する工程についてのみ説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１０の裏面側に、例えば、板厚５０μｍ程度のポリカーボネート板１１を貼る。次に、図５（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１０の金属配線、半導体層、目合わせマーク等を利用してＴＦＴ基板１０と目合わせを行いながら、ポリカーボネート板１１に、例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光１３を５００パルス程度照射する。
【００９０】
ここで、エキシマレーザ光１３のエネルギー密度プロファイルは、画素間の凸レンズの底部に相当するところで１２００ｍＪ／ｃｍ２程度、画素中心部の凸レンズ頂部に相当するところで２５０ｍＪ／ｃｍ２程度のエネルギー密度となるように、球面状に整形されている。このエキシマレーザ光１３の照射により、ポリカーボネート板１１は分解、蒸発し、強度プロファイルが逆転した形状に加工され、図５（ｃ）に示すように、凸型のマイクロレンズ１５ａが位置精度良く形成される。
【００９１】
上記ビームプロファイルは、図７に示すレーザ照射装置により実現される。レーザ光源１６より発振されたパルスレーザ光は、フライアイレンズや折り返しミラー等を有する光学系１７により一旦、定エネルギー領域を有するフラットトップ型のプロファイルとなるように整形される。次に、フラットトップ型に整形されたレーザ光は、誘電体マスク１８を透過することにより、任意のビーム形状に整形され、基板１９に照射される。誘電体マスク１８は、石英基板に種々の誘電体膜を堆積して形成することができ、誘電体膜の材質及び膜厚を変えることにより、透過率を任意に調整することができる。また、誘電体膜を島状化することにより、任意の形状で任意の透過率を得ることができる。
【００９２】
また、マイクロレンズアレイを形成する別の方法を図６に示す。図６（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１０の裏面側に、例えば、アクリル板１４を貼る。次に、図６（ｂ）に示すように、スポット状のＸｅＣｌエキシマレーザ光（波長３０８ｎｍ）をアクリル板１４に４００パルス程度照射する。このスポットレーザ光のビームプロファイルはガウス分布を示し、口径は画素開口部の大きさに相当し、スポットレーザ光の頂部におけるエネルギー密度は８００ｍＪ／ｃｍ２程度である。その結果、図６（ｃ）に示すように、凹型のマイクロレンズ１５ｂが位置精度良く形成される。
【００９３】
このような手法を用いて、マイクロレンズアレイをＴＦＴ基板に一体的に形成することにより、マイクロレンズアレイとＴＦＴ基板の位置精度を担保することができ、液晶表示装置の組み立てを簡単かつ確実に行うことができる。また、マイクロレンズアレイによって基板に垂直な光を入射することにより、本発明の効果を確実に得ることができる。
【００９４】
なお、本実施例では、マイクロレンズアレイを形成する材料として、ポリカーボネート板１１やアクリル板１４を用いた例を記載したが、レーザ光の照射によって加工が可能な他のプラスチック材料を用いることもできる。また、ＴＦＴ基板そのものをプラスチック材料、例えばポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）で作成し、直接裏面にレーザ光を照射してマイクロレンズアレイを形成してもよい。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、液晶パネルの入射側にマイクロレンズを設けて平行光を入射し、入射光を偏光板と四分の一波長板の組み合わせによって円偏光に変換した後、液晶に入射することにより、液晶パネル両側の偏光板の透過軸を精密に合わせる必要がなくなり、パネルプロセスの冗長性を図ることができ、また、屈折率異方性Δｎの大きい液晶を用いることにより高速応答を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の効果を説明するための図である。
【図３】本発明の効果を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置のマイクロレンズアレイの製造に用いるレーザ照射装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の液晶表示装置における視角制御板の他の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の液晶表示装置における配向分割方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置における配向分割方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置における配向分割方法を説明するための図である。
【図１７】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１８】本発明の液晶表示装置における画素電極の形状を示す図である。
【図１９】本発明の液晶表示装置における配向分割方法を説明するための図である。
【図２０】従来の液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  液晶部
２ａ、２ｂ  マイクロレンズアレイ
３ａ、３ｂ  四分の一波長板
４ａ、４ｂ  偏光板
５  導光板
６  光源
７  配向膜
８  視角制御板
９  液晶分子
１０  ＴＦＴ基板
１１  ポリカーボネート板
１２  ＴＦＴ
１３  エキシマレーザ光
１４  アクリル板
１５ａ  凸型マイクロレンズ
１５ｂ  凹型マイクロレンズ
１６  レーザ光源
１７  光学系
１８  誘電体マスク
１９  基板
２０  高分子分散型液晶
２１  電源
２２  液晶層
２３  画素電極
２４  オーバーコート層
２５  カラーフィルター
２７  パッシベーション膜
２８  ＴＦＴ基板
２９  反射防止膜
３０  ゲート電極
３１  ゲート絶縁膜
３２  ドレイン電極
３３  ソース電極
３４  半導体層
３５  遮光膜
３６  対向基板
３７  対向電極
３９  凹部
４０  柱
４１  凸部
４２ａ、４２ｂ  マイクロレンズアレイ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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