(57)【要約】【課題】位相差層の厚み差に起因する画質低下を抑制した液晶表示装置、および該液晶表示装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】１画素内に反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとを備えた液晶表示装置１であって、液晶層７０を挟持する一対の基板と、一対の基板のうち観察者側に配置された一方の基板と液晶層７０との間の、反射表示領域Ｒと平面的に重なる領域に設けられ、端面にテーパ領域ＴＰが形成された位相差層３０と、一方の基板と位相差層３０との間に設けられ、一方の基板側から装置内に差し込む入射光をテーパ領域ＴＰを除く領域に導く屈折レンズ（集光素子）２０と、を備え、屈折レンズ２０の端部が、テーパ領域ＴＰと平面的に重なって形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2009145445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１画素内に反射表示領域と透過表示領域とを備えた液晶表示装置であって、
液晶層を挟持する一対の基板と、
前記一対の基板のうち一方の基板の前記液晶層側の、前記反射表示領域と平面的に重なる領域に設けられ、端面にテーパ領域が形成された位相差層と、
前記一方の基板と前記位相差層との間に設けられ、前記一方の基板側から前記液晶層側に向けて差し込む入射光を前記テーパ領域を除く領域に導く集光素子と、を備え、
前記集光素子の端部が、前記テーパ領域と平面的に重なって形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記位相差層の一端は、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界に平面的に重なって配置され、
前記集光素子の一端は、前記位相差層の一端と平面的に重なって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記集光素子と前記液晶層との間であって前記画素の周囲には非表示領域が配置され、
前記集光素子の他端は、前記非表示領域と平面的に重なって配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記集光素子は、前記位相差層の平面視形状と一致した形状を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記集光素子は断面での形状が略半円形または略半楕円形である屈折レンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。  
【請求項６】
前記集光素子は、入射光の光軸に対して垂直な方向に屈折率分布を有する屈折率分布レンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記屈折率分布レンズは、所定の電界方向に配列した液晶材料の配向分布に基づき前記屈折率分布を形成する液晶レンズであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７に記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は様々な電気光学装置の光変調装置として用いられている。液晶表示装置では、透過する光を変調し所望の表示を可能にする液晶層をはじめとして、様々な部品により構成されており、例えば、所定の偏光された光を液晶層に入射するための偏光素子や、電圧無印加時に液晶分子の配列を制御する配向膜が挙げられる。更には、集光素子を用いて液晶表示装置に入射する光の進路を制御し、表示特性を向上させることも検討されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
【特許文献１】特開２００５-２２１６３９号公報
【特許文献２】特開２００２-１４３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば位相差層は、外光を利用した反射型の表示方法と、バックライトなどの内部の光源を利用した透過型の表示方法と、を兼ね備えた半透過半反射型の液晶表示装置に利用されている。半透過半反射型の液晶表示装置は、周囲の明るさに応じて反射モードまたは透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示が行えるようにしたものである。このような液晶表示装置では、表示方式の違いに起因して、反射表示を行う領域（反射表示領域）と透過表示を行う領域（透過表示領域）との間に位相差が生じるため、反射表示領域に重なって位相差層を設け、光学補償を行うことが一般的である。
【０００４】
また、このように液晶表示装置を構成する各種部品を個々に作成して組み上げるのではなく、複数の部品を一体として構成し、液晶表示装置内に組み込んだ内蔵構造とすることが検討されている。内蔵構造にすると、部品点数を削減することができるので装置全体が薄型化でき、積層する部位が減り構造が簡略化されるのでコスト削減を図ることができるというメリットがある。
【０００５】
装置内に内蔵された位相差層（内蔵位相差層）は、配向処理を施した面に紫外線硬化性の液晶材料を塗布した上で、紫外線で重合を行い、配向状態を維持した状態で硬化して形成するのが一般的な製法である。しかしながら、この方法では現像時に位相差層の端部がテーパ状になるという問題がある。即ち、位相差層を形成する際には、所定の露光マスクを介して紫外線照射を行うが、露光マスクの裏面側に回り込む回折光が位相差層の端面をテーパ状に斜面を形成してしまう。
【０００６】
該テーパ領域では、設計通り平坦に形成された平坦領域の光学特性と厚みが異なるため、位相差層を透過する光に光路差が生じ、光への光学補償の程度が異なる。このテーパ領域と平坦領域との光学補償の差に起因して、テーパ領域では表示画像に不具合が生じる。前述の半透過半反射型の液晶表示装置においては、付された位相差層の端部が透過表示領域と反射表示領域の境界に位置するため、位相差層のテーパ領域が該境界に配置されることとなる。すると、テーパ領域での光学補償の差により黒表示の際に光漏れを生じ、コントラストが低下した不明瞭な画像となってしまう。また、このようにテーパ領域に重なるブラックマトリクスを用いて遮光することも考えられるが、その分だけ画素開口率が下がるため、精細度の高い画素の場合は輝度が低くなり、表示特性上不利となる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、集光素子を用いて入射光の進路を制御し、所定の厚みを備えた位相差層を透過させることにより、位相差層の厚み差に起因する画質低下を抑制した液晶表示装置を提供することを目的とする。更には、該液晶表示装置を備えた電子機器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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の液晶表示装置は、１画素内に反射表示領域と透過表示領域とを備えた液晶表示装置であって、液晶層を挟持する一対の基板と、前記一対の基板のうち観察者側に配置された一方の基板と前記液晶層との間の、前記反射表示領域と平面的に重なる領域に設けられ、端面にテーパ領域が形成された位相差層と、前記一方の基板と前記位相差層との間に設けられ、前記一方の基板側から装置内に差し込む入射光を前記テーパ領域を除く領域に導く集光素子と、を備え、前記集光素子の端部が、前記テーパ領域と平面的に重なって形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、位相差層が備えるテーパ領域に光が差し込む前に集光素子が配置されているため、入射光は位相差層のテーパ領域以外の領域に導かれる。そのため、テーパ領域へ入射する光量が低減し、位相差層の厚みの差に起因してテーパ領域で発生する画質低下を抑制した液晶表示装置を提供できる。
【０００９】
本発明においては、前記位相差層の一端は、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界に平面的に重なって配置され、前記集光素子の一端は、前記位相差層の一端と平面的に重なって配置されていることが望ましい。
この構成によれば、反射表示領域と透過表示領域との境界における光漏れを抑制し、高いコントラスト比が得られる液晶表示装置とすることができる。
【００１０】
本発明においては、前記集光素子と前記液晶層との間であって前記画素の周囲には非表示領域が設けられ、前記集光素子の他端は、前記非表示領域と平面的に重なって配置されていることが望ましい。
この構成によれば、上述の効果に加え、例えばブラックマトリクスのような非表示領域への入射光を反射表示領域へ導くことができるため、光の利用効率が高まり視認性に優れる反射表示領域を備えた液晶表示装置とすることができる。
【００１１】
本発明においては、前記集光素子は、前記位相差層の平面視形状に一致した形状を備えていることが望ましい。
この構成によれば、集光効率が高く効果的な外光利用が可能となり、良好な表示が可能な液晶表示装置とすることができる。ここで、本発明において、「一致した形状」とは、集光素子と位相差層とが平面視形状で同一、相似、または好適な形状設計や製造誤差等を考慮した範囲で同じ形状をしているとみなすことが出来る形状を指す。
【００１２】
本発明においては、前記集光素子は断面での形状が略半円形または略半楕円形である屈折レンズであることが望ましい。
この構成によれば、集光素子としての機能を十分に確保できる上に、形成が容易であり、良好にテーパ領域以外の領域に光を集める集光素子とすることができる。ここで、本発明において「略半円形」または「略半楕円形」とは、製造誤差等を考慮した範囲で半円形または半楕円形とみなせる形状を指し、断面輪郭が半円、半楕円、放物線形状等の曲線を有している形状のことを指す。
【００１３】
本発明においては、前記集光素子は、入射光の光軸に対して垂直な方向に屈折率分布を有する屈折率分布レンズであることが望ましい。
屈折率分布レンズは、内部の屈折率差に起因して光を歪曲させる。そのため、凹凸形状で屈折させる屈折レンズと異なり、平坦な表面を備える集光素子とすることができる。したがって、上述の効果に加えて、セル厚ムラに起因する表示品質の低下を回避することができる。
【００１４】
本発明においては、前記屈折率分布レンズは、所定の電界方向に配列した液晶材料の配向分布に基づき前記屈折率分布を形成する液晶レンズであることが望ましい。
この構成では、液晶材料が備える屈折率の異方性と、液晶材料の配向分布とを利用して、屈折率分布レンズに必要な屈折率の分布を形成する。液晶材料に加える電界を制御することで、電界の広がりに応じた液晶材料の配向分布を容易に実現することができることから、良好な屈折率分布レンズを形成し、良好な表示が可能な液晶表示装置とすることができる。
【００１５】
また本発明の電子機器は、上述の液晶表示装置を備えることを特徴とする。
この構成によれば、位相差層が備える厚み差による表示画像の乱れを低減し、良好な表示を実現する電子機器とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００１７】
図１は、液晶表示装置１の１画素の平面図である。液晶表示装置１は複数の画素Ｘを備えており、各々の画素Ｘは縦横にマトリクス状に多数配置している。図に示すように、液晶表示装置１の１画素領域には、それぞれ赤、緑、青に対応した平面視略矩形の３つのサブ画素Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂが設けられている。なお、「ｒ」「ｇ」「ｂ」は、それぞれ赤色、緑色、青色を示す。各々の画素に設けられた３つのサブ画素Ｄは、各々の長軸方向に垂直な配列軸に並んで配列して１つの画素Ｘを形成しており、各画素Ｘに配置されたサブ画素Ｄは配列軸方向を互いに同じ方向として配置している。１つのサブ画素Ｄには、それぞれ対応して着色層（カラーフィルタ）が形成されており、赤色、緑色、青色の３原色のうち１色を表示可能となっている。各々の画素間は非表示領域４５となっている。非表示領域４５には、例えば遮光部材でありブラックマトリクスが設けられている。
【００１８】
サブ画素Ｄは長軸方向において２つの領域に分割されている。図示上側の領域は、反射表示領域Ｒであり、図示下側の領域は、透過表示領域Ｔである。反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとは、平面視でほぼ同一の形状及び大きさを有し、サブ画素領域の中央部で互いに接続されている。本実施形態では、反射表示領域Ｒに重なって図示略の位相差層が配置されている。また、位相差層は、前述のサブ画素の配列軸方向に形成され、延在方向で複数のサブ画素に、更には、複数の画素にもまたがって帯状に設けられている。
【００１９】
位相差層に重なって、本発明の特徴部分である屈折レンズ２０（集光素子）が配置されている。本実施形態の屈折レンズ２０は、位相差層の形成パターンに対応した形状を備えており、したがって、位相差層と同様、サブ画素の配列軸方向に形成され、延在方向で複数のサブ画素に、更には、複数の画素にもまたがって帯状に設けられている。屈折レンズ２０は、長辺のうち一辺がサブ画素領域の中央部、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界に平面的に重なって配置されており、他辺が画素間の非表示領域４５に重なって配置されている。
【００２０】
図２は、本実施形態の液晶表示装置１の概略断面図である。本実施形態の液晶表示装置１は、液晶層に対して基板面方向の電界（横電界）を作用させ、液晶材料の方位角を制御することにより画像表示を行う横電界方式のうち、ＦＦＳ方式を採用したものである。
【００２１】
図２（ａ）は液晶表示装置１の断面図であり、図１の線Ａ−Ａに対応する矢視断面図である。液晶表示装置１は、互いに対向して配置された対向基板１００及び素子基板２００と、これらの基板間に挟持された液晶層７０と、を備えて構成されている。対向基板１００の端部と素子基板２００の端部とは、シール材（図示略）によって貼り合わせられており、液晶層７０は、これらの基板間に封止されている。素子基板２００の装置外面側（液晶層７０と反対側）には、バックライト（照明装置）８０が設けられている。液晶表示装置１は半透過半反射型の表示方式であり、バックライト８０からの光を液晶層７０で変調し表示を行う透過表示領域Ｔと、対向基板１００側から装置内に差し込む外光を液晶層７０で変調し表示を行う反射表示領域Ｒと、を備えている。
【００２２】
素子基板２００が備える基板５０は、基板本体５０Ａを基体としてなる。基板本体５０Ａには、透明性を備える基板を用いることができ、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）が使用可能である。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、基板本体５０Ａの材料としてガラスを用いる。
【００２３】
基板本体５０Ａの装置内面側（液晶層７０側）には、素子層５２が形成されている。素子層５２は、液晶表示装置１を駆動させるための駆動素子や、各種配線、更には層状に積層される無機物または有機物の絶縁膜などを備えている。駆動素子や各種配線はフォトリソグラフィによりパターニングした後エッチングすることにより、また、絶縁膜は蒸着法やスパッタ法など通常知られた方法により適宜形成することができる。
【００２４】
基板５０の装置内面側の面には、反射表示領域Ｒと平面的に重なって反射層５４が形成されている。反射層５４は、アクリル樹脂等の樹脂層の上に、銀やアルミニウム等の金属反射膜が形成されてなる。該樹脂層の表面は凹凸形状を有しており、金属反射膜はこの凹凸形状を反映して形成されるため、反射層５４は全体として凹凸面を有した光散乱性の反射手段を構成している。
【００２５】
更に基板５０の装置内面側の面には、反射層５４と基板５０とを覆って、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとに重なる共通電極５６が形成されている。共通電極５６は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料で形成されている。
【００２６】
共通電極５６上には、表面を覆って全面に酸化シリコン等の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜５８が形成されており、層間絶縁膜５８上には、透過表示領域Ｔと反射表示領域Ｒとに重なる画素電極６０が形成されている。画素電極６０はＩＴＯ等の透明導電材料からなるものであり、平面視した状態では梯子形状を備えている。更に、層間絶縁膜５２上には、画素電極６０の表面を覆って液晶層配向膜６２が形成されている。液晶層配向膜６２は、液晶材料を配向することができれば特に限定は無く、ポリイミド膜をラビングして配向処理した有機配向膜や、酸化シリコンの斜方蒸着膜のような無機配向膜などを、いずれも好適に用いることができる。
【００２７】
一方、本発明の特徴部分である対向基板１００は、図示略のカラーフィルタを備えた第１基板１０Ａと、透過光に作用し光学補償を行う位相差層３０と、位相差層３０に透過光を集光する屈折レンズ２０と、屈折レンズ２０と位相差層３０との離間距離を制御する離間層４０と、を備える。
【００２８】
第１基板１０Ａには、透明性を備える基板を用いることができ、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）が使用可能である。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。本実施形態では、第１基板１０Ａの材料としてガラスを用いる。
【００２９】
第１基板１０Ａの装置内面側の面には、反射表示領域Ｒに重なって、屈折レンズ２０が形成されている。屈折レンズ２０は、断面形状が略半楕円形状の平凸レンズとなっており、凸側が装置内面側を向いて形成されている。屈折レンズ２０は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の感光性樹脂を用い、公知のフォトリソグラフィ技術により形成することができる。または、第１基板１０Ａの表面にマスクをパターニングして形成し、マスクを介して第１基板１０Ａをエッチングすることで第１基板１０Ａと一体に形成することができる。更には、第１基板１０Ａ上に窒化シリコンなどの高屈折率材料の層を形成した上で、エッチングにより屈折レンズ２０を形成することとしても良い。
【００３０】
第１基板１０Ａの装置内面側の面には、更に屈折レンズ２０を覆って全面に離間層４０が形成されている。離間層４０は、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の有機材料や、酸化シリコン等の無機材料のうち、屈折レンズ２０の形成材料よりも相対的に屈折率の低い材料を用いて形成することができる。ここで屈折レンズ２０の形成材料よりも相対的に屈折率の高い材料を用いると、両者の屈折率の関係から、屈折レンズ２０が凹レンズとして機能してしまうため、想定する集光機能を果たさない。
【００３１】
離間層４０上には、位相差の形成材料を所定の方向に配列させる図示略の位相差層配向膜が形成されており、その上に反射表示領域Ｒに重なって位相差層３０が形成されている。位相差層３０は、液晶材料（液晶モノマーや液晶オリゴマー）が重合してなる液晶ポリマーにより形成されており、液晶材料を塗布して、所定の配向状態に配向させた後に重合硬化することにより形成される。
【００３２】
位相差層３０は断面形状が台形状となっており、端面には離間層４０から液晶層７０に向けて順テーパ状のテーパ領域ＴＰが形成されている。位相差層３０のテーパ領域ＴＰ以外の領域は、表面が平坦な面となっており、離間層４０と接する第１平坦面Ｓ１と液晶層７０に対向する第２平坦面Ｓ２を備える。端面がテーパ状であることから、第１平坦面Ｓ１のほうが第２平坦面Ｓ２よりも広く、第１平坦面の両端部は、平面視で第２平坦面の両端部よりも張り出して形成されている。
【００３３】
離間層４０上には、更に位相差層３０の表面を覆って全面に配向膜３２が形成されている。配向膜３２は液晶材料を配向することができれば特に限定は無く、ポリイミド膜をラビングして配向処理した有機配向膜や、酸化シリコンの斜方蒸着膜のような無機配向膜などを、いずれも用いることができる。
【００３４】
その他、対向基板１００および素子基板２００は、不図示の偏光板を備えている。液晶表示装置１は以上のような構造となっており、液晶表示装置１の外部から入射した光は、屈折レンズ２０で屈折され、位相差層３０を透過する構成となっている。
【００３５】
図２（ｂ）は液晶表示装置１が備える対向基板１００の要部斜視図である。図に示すように、対向基板１００に備わる屈折レンズ２０は、断面形状が略半円形または略楕円形であり半円筒の形状を備えたシリンドリカルレンズである。屈折レンズ２０は、帯状に形成される位相差層３０に平面的に重なって延在している。
【００３６】
本発明の液晶表示装置１では、課題を解決するために、上述した屈折レンズ２０と位相差層３０の端部の位置関係が特徴的なものとなっている。そこで次に、本発明の特徴部分について図を参照しながら詳しく説明する。
【００３７】
図３は、屈折レンズ２０の断面端部付近の拡大図である。図３（ａ）は反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近を、図３（ｂ）は反射表示領域Ｒとブラックマトリクスとの境界付近をそれぞれ図示している。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、屈折レンズの一端２０ａは、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界付近において、位相差層３０が備える該境界側のテーパ領域（第１テーパ領域ＴＰ１）と平面的に重なるように配置している。本実施形態では、屈折レンズの一端２０ａが第１平坦面の一端Ｓ１ａと平面的に重なるように、つまり、屈折レンズ２０と位相差層３０との端部同士が重なるように配置されている。このように配置された屈折レンズ２０は、第１テーパ領域ＴＰ１に差し込むはずの入射光を位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に向かって屈折し、第１テーパ領域ＴＰ１への光の入射を防ぐ。屈折レンズの一端２０ａが透過表示領域Ｔに平面的に重なって配置されると、透過表示領域Ｔを透過する光に作用し、透過表示領域Ｔの周縁部の画像が乱れるため好ましくない。また、屈折レンズの一端２０ａが第１テーパ領域ＴＰ１と重ならない場合には、第１テーパ領域ＴＰ１へ入射する光に変化がなく、光漏れの課題が解決されない。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示すように、屈折レンズ２０の他方の端部２０ｂは、反射表示領域Ｒと非表示領域４５との境界付近において、第２テーパ領域ＴＰ２と平面的に重なる領域を越え、画素間に配置された非表示領域４５と重なるように配置している。このように配置された屈折レンズ２０は、非表示領域４５に差し込むはずの入射光を位相差層３０へ導くため、反射表示領域Ｒに入射する光量が増え、反射表示領域Ｒでの表示画像が鮮明なものとなる。
【００４０】
次いで、課題を解決するための屈折レンズ２０の形態について図４を用いて説明する。図中において、符号ｒは屈折レンズ２０の曲率半径、Ｐは屈折レンズ２０の曲率半径を想定する際の円中心、Ｌは屈折レンズ２０の幅（直径）、Ｄは屈折レンズ２０の平坦面から位相差層３０の第２平坦面Ｓ２までの距離、ｄは屈折レンズ２０の端部と位相差層３０の第２平坦面の一端Ｓ２ａまでの平面視での距離を表している。ここでは、長さの単位は全てμｍであるとする。また、装置外部から屈折レンズ２０に平行光が入射する場合、屈折レンズ２０の端部における接線Ｈ１に対する法線Ｈ２と入射光ＩＬとがなす角度をθ、屈折レンズ２０によって屈折した入射光が法線Ｈ２となす角度をφとする。
【００４１】
屈折レンズ２０の形成材料の屈折率をｎ１、離間層４０の形成材料の屈折率をｎ２とすると、角度θと角度φとは以下の式（１）を満たす。
【００４２】
【数１】
2009145445.tif 000003
【００４３】
また、この例においては、屈折レンズ２０で屈折された入射光ＩＬを全て位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に入射させるためには、以下の式（２）を満たすこととすればよい。
【００４４】
【数２】
2009145445.tif 000004
【００４５】
上記の関係から、屈折レンズ２０で屈折された入射光ＩＬを全て位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に入射させるためには、それぞれの数値が以下の式（３）を満たすこととすればよい。
【００４６】
【数３】
2009145445.tif 000005
【００４７】
続いて、図を参照しながら液晶表示装置１の製造方法について説明する。本発明の液晶表示装置１は、特徴部分である対向基板１００以外は従来知られた液晶表示装置と同じであるため、対向基板１００の製造方法について以下に詳しく説明する。図５は、対向基板１００の製造工程を示す工程図であり、前述の式（３）を満たすように各々の部分を形成するものとする。
【００４８】
まず、図５（ａ）に示すように、第１基板１０Ａ上に従来公知のフォトリソグラフィ技術を用いて屈折レンズ２０を形成する。本実施形態では、屈折率１．６の紫外線硬化性エポキシ樹脂を用いて屈折レンズ２０を形成する。
【００４９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、第１基板１０Ａ上であって屈折レンズ２０を覆って全面に、離間層４０を形成する。本実施形態では、離間層４０の形成材料に屈折率１．５の紫外線硬化性アクリル樹脂を用いる。屈折レンズ２０と離間層４０との各々の形成材料が備える屈折率の差により、屈折レンズ２０は平凸レンズとして機能する。
【００５０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、離間層４０上に形成した図示略の位相差層配向膜の上に、位相差層３０の形成材料を含む溶液を塗布し、乾燥させて表面が平坦な材料層３０ａを形成する。液晶材料を含む溶液の塗布は、液滴吐出法やディスペンサ法、またはフレキソ印刷やスクリーン印刷といった印刷法、あるいはスピンコート法などの湿式塗布法を用いて行うことができる。中でも、液滴吐出法やディスペンサ法や印刷法を用いると、所望の位置に必要量の液晶材料を塗布することができるため、材料の無駄を無くすことができ好適である。本実施形態ではフレキソ印刷法を用いて液晶材料の塗布を行う。
【００５１】
次いで、図５（ｄ）に示すように、形成した材料層３０ａに対して、形成する位相差層３０に対応する開口部を備えたマスクＭを介して紫外線ＵＶを照射し、開口部に対応する領域の液晶材料を重合させる。マスクＭは、材料層３０ａの上部に配置され、マスクＭの上部から紫外線ＵＶが照射される。紫外線ＵＶが照射されると、マスクＭの開口部で回折しマスクＭの裏面側に回り込んだ紫外線ＵＶが材料層３０Ａに対して斜めに入射し、断面台形状に材料層３０ａを重合させる。そのため、テーパ領域を備えた断面形状が台形状の位相差層３０が形成される。
【００５２】
使用する液晶材料、マスクＭの形状、紫外線ＵＶの照射時間等の各種条件を一定とすることにより、再現性良く同形状のテーパ領域を備えた位相差層３０を形成することが可能である。したがって、テーパ形状を考慮して、形成する位相差層３０の平面視形状よりも小さい開口部を備えたマスクＭを使用し、テーパ領域を形成した後に、位相差層３０の離間層４０と接する面（第１平坦面Ｓ１）が反射表示領域Ｒの大きさと等しくなるように制御することが好ましい。
【００５３】
次いで、図５（ｅ）に示すように、位相差層３０を覆って材料層４０の表面全面に通常知られた方法により配向膜３２を形成する。以上のようにして屈折レンズ２０と位相差層３０とを内蔵した対向基板１００を製造することができる。このように製造される対向基板１００を用い、従来知られた方法にて液晶表示装置１を製造することができる。
【００５４】
以上のような構成の液晶表示装置によれば、位相差層３０のテーパ領域ＴＰに入射光ＩＬが差し込む前に、屈折レンズ２０が配置されているため、入射光ＩＬは位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に導かれる。そのため、テーパ領域ＴＰへ入射する光量が低減し、画質の低下を抑制した液晶表示装置１を提供できる。
【００５５】
また、本実施形態では、位相差層の一端Ｓ１ａは、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界に平面的に重なって配置され、屈折レンズの一端２０ａは、位相差層３０の一端Ｓ１ａと平面的に重なって配置されている。そのため、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとの境界における光漏れを抑制し、高いコントラスト比が得られる液晶表示装置１とすることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、屈折レンズの他端２０ｂが、画素間に配置される非表示領域４５と平面的に重なって配置されている。そのため、非表示領域４５へ差し込む光を反射表示領域Ｒへ導き、光の利用効率が高く視認性に優れる反射表示領域Ｒを備えた液晶表示装置１とすることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、屈折レンズ２０は、位相差層３０が延在する平面視形状に対応し、帯状に形成されている。そのため、全てのテーパ領域ＴＰにおいて差し込む光を第２平坦面Ｓ２に導くことができる屈折レンズ２０とすることができ、集光効率が高く効果的な外光利用が可能となる結果、良好な表示が可能な液晶表示装置とすることができる。
【００５８】
また、本実施形態で使用する集光素子は、断面形状が略半楕円形である屈折レンズ２０となっている。そのため、集光素子としての機能を十分に確保できる上に、形成が容易であり、良好に第２平坦面Ｓ２に光を集めることができる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、屈折レンズ２０は平凸レンズとしたが、フレネルレンズを用いることとしてもよい。また、回折レンズを形成して集光素子として利用することも可能である。
【００６０】
また、本実施形態においては、屈折レンズ２０および位相差層３０は、サブ画素Ｄ間や画素Ｘ間にまたがって帯状に延在していることとしたが、これらの一方または両方がサブ画素Ｄ毎に、または画素Ｘ毎に形成することとしても構わない。
【００６１】
また、本実施形態においては、屈折レンズの他端２０ｂが、画素間に配置される非表示領域４５と平面的に重なって配置されていることとしたが、反射表示領域Ｒを覆っているならば、非表示領域４５にまで延在していなくても構わない。
【００６２】
［第２実施形態］
図６から図８は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の説明図である。本実施形態の液晶表示装置は、第１実施形態と一部共通している。異なるのは、集光素子を液晶ポリマーを用いた液晶レンズとすることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図６に示すように、本実施形態の液晶表示装置２は、対向基板１１０に第１基板１０Ａと、第２基板１０Ｂと、第１および第２の両基板に挟持された液晶レンズ（集光素子）２２Ａを含む液晶レンズ層２２と、透過光に作用し光学補償を行う位相差層３０と、を備える。以下、特徴部分である対向基板１１０について詳細に説明する。
【００６４】
第２基板１０Ｂは、第１基板１０Ａ同様の材料を好適に用いることが可能である。本実施形態では、第２基板１０Ｂの材料としてガラスを用いる。
【００６５】
第１基板１０Ａの第２基板１０Ｂと対向する面には第１配向電極１２Ａが配置されており、同様に、第２基板１０Ｂの第１基板１０Ａと対向する面には第２配向電極１２Ｂが配置されている。第１配向電極１２Ａは、位相差層３０に平面的に重なる領域以外の領域に形成されており、第２配向電極１２Ｂは、平面視ベタ状の形状となっている。これらの両配向電極は、ＩＴＯ等の透明導電材料で形成されており、スパッタ法やマスク蒸着法などの公知の方法を用いて形成することができる。
【００６６】
第１および第２の両基板が対向する面には、各配向電極の表面を覆ってポリイミド等からなる図示略のレンズ層配向膜がそれぞれ形成されており、この配向膜に液晶ポリマーで形成される液晶レンズ層２２が挟持されている。レンズ層配向膜は、液晶レンズ層２２の形成材料である液晶材料を両基板に水平に配向させる水平配向膜である。
【００６７】
液晶レンズ層２２は、反射表示領域Ｒに重なって形成される液晶レンズ２２Ａと、透過表示領域Ｔに重なって形成される透光部２２Ｂとを備えている。液晶レンズ層２２は、誘電異方性が正の液晶材料ＬＣを重合させた液晶ポリマーで形成されており、第１実施形態の液晶表示装置１が備える屈折レンズ２０と同様に、帯状に形成される位相差層３０に平面的に重なって帯状に形成されている。図中では液晶材料ＬＣを長い棒状の形と考え、小さい矩形で配向状態を表している。用いる液晶材料ＬＣは光硬化性であることが好ましい。重合させることが容易であり、かつ硬化収縮が小さいため、液晶レンズ層２２の形成材料に適している。本実施形態では、紫外線硬化性の液晶材料ＬＣを用いる。
【００６８】
図中破線で矩形に囲む部分に形成される液晶レンズ２２Ａは、装置に入射する平行光の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有する屈折率分布レンズである。ここでは、液晶レンズ２２Ａの平面視中央部付近の屈折率が高く、端部方向に屈折率が低くなるように屈折率が変化するいわゆるラジアル型の屈折率分布レンズとなっている。屈折率分布レンズは、レンズ内部の屈折率勾配を利用して入射光を歪曲し、焦点に集光する機能を備えている。
【００６９】
本実施形態の液晶レンズ２２Ａは、液晶材料ＬＣが備える屈折率の異方性を利用し、液晶レンズ２２Ａに屈折率分布を持たせている。また透光部２２Ｂでは、装置に入射する平行光の光軸に略平行な方向に液晶材料ＬＣが配向し、このような配向を保持したまま液晶ポリマーを構成している。詳細な構造については、後に製造方法と共に説明する。
【００７０】
第２基板１２Ｂの液晶層７０側の面には、反射表示領域Ｒに重なって位相差層３０が形成されており、更に位相差層３０の表面を覆って全面に配向膜３２が形成されている。本実施形態の液晶表示装置２が備える対向基板１１０は、以上のような構成となっている。
【００７１】
次いで、課題を解決するための液晶レンズ２２Ａの形態について図７を用いて説明する。図中において、符号ｒは液晶レンズ２２Ａの中心から外周までの幅、ｗは液晶レンズ２２Ａの厚み、Ｐは液晶レンズ２２Ａの焦点、ｆは液晶レンズ２２Ａの焦点距離、Ｄは液晶レンズ２０の装置外側の面から第２平坦面Ｓ２までの距離、ｄは液晶レンズ２２Ａの端部から第２平坦面の一端Ｓ２ａまでの平面視での距離を表している。ここでは、長さの単位は全てμｍであるとする。
【００７２】
液晶レンズ２２Ａの中央部での屈折率をｎ３、端部での屈折率をｎ４とすると（ただし、ｎ３＞ｎ４）、中心部と端部との屈折率差Δｎを用いて（ただし、Δｎ＝ｎ３−ｎ４）、焦点距離ｆは以下の式（４）で与えられる。
【００７３】
【数４】
2009145445.tif 000006
【００７４】
装置外部から液晶レンズ２２Ａの端部への入射光ＩＬが直線光で焦点Ｐに収束すると近似した場合、入射光ＩＬの屈折角をθとする。液晶レンズ２２Ａの端部での法線Ｈ３と、液晶レンズ２２Ａの第１基板１０Ａ側の面における端部と第２平坦面の一端Ｓ２ａとを結ぶ線Ｈ４とがなす角をφとすると、液晶レンズ２２Ａで歪曲された全ての入射光ＩＬを位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に導くためには、これらの角度がθ＞φという関係を満たすこととすればよい。
【００７５】
上記の関係から、液晶レンズ２２Ａで歪曲された入射光ＩＬを全て位相差層３０の第２平坦面Ｓ２に入射させるためには、それぞれの数値が以下の式（５）を満たすこととすればよい。
【００７６】
【数５】
2009145445.tif 000007
【００７７】
続いて図を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置２の製造方法を説明する。図８は液晶表示装置２が備える対向基板１１０の製造工程図である。該矩形の長軸方向は、液晶材料ＬＣの向き（配向方向）を示している。以下の説明においては、前述の式（５）を満たすように各々の部分を形成するものとする。
【００７８】
図８（ａ）に示すように、第１基板１０Ａ上の反射表示領域Ｒと重ならない領域に第１配向電極１２Ａを形成し、第１基板１０Ａの第１配向電極１２Ａが形成された面に、ポリイミド配向膜であるレンズ層配向膜を形成する。次いで、該配向膜上に液晶材料ＬＣを含む溶液を塗布し溶媒を蒸発させて材料層２２ａを形成する。材料層２２ａを構成する液晶材料ＬＣは、配向膜の配向方向に配列する。
【００７９】
次いで、図８（ｂ）に示すように、第２配向電極１２Ｂおよびレンズ層配向膜を形成した第２基板１０Ｂを、レンズ層配向膜の側から材料層２２ａ上に配置し、圧着する。この際、材料層２２ａの周囲に図示略のシール材を配置して第１および第２の両基板を接着することとしても良い。
【００８０】
次いで、図８（ｃ）に示すように、電源３００を用いて各配向電極の間に印加し、配向電極間に電界を発生させる。すると、第１配向電極１２Ａが形成された領域では、基板の法線方向に略平行な電界が発生するため、材料層２２ａを構成する液晶材料ＬＣが基板の法線方向に配列する。
【００８１】
一方、第１配向電極１２Ａが形成されていない領域では、第１配向電極１２Ａの端部から第２配向電極１２Ｂに向かって放射状に広がる電界に沿って液晶材料ＬＣが配列する。すると、第１配向電極１２Ａが形成されていない領域の第１配向電極１２Ａの端部付近では、液晶材料ＬＣが基板の法線方向に略平行に配向する。また、第１配向電極１２Ａの端部から遠ざかるにつれて基板の法線方向に水平な配向に近づき、反射表示領域Ｒの中央部付近では略水平配向となる。このように、反射表示領域Ｒに重なる材料層２２ａでは、反射表示領域Ｒの基板の法線に垂直な方向（幅方向）に配向状態がことなるため、液晶材料ＬＣが備える屈折率の異方性により、幅方向に屈折率が変化する。
【００８２】
液晶材料ＬＣがこのような配向を保持した状態で、材料層に紫外線を照射し液晶材料ＬＣを重合硬化させる。反射表示領域Ｒに重なる材料層では、幅方向に屈折率が変化した配向状態で重合硬化するため、入射光に対して屈折率分布レンズとして作用する液晶レンズ２２Ａを形成する。また、第１配向電極１２Ａが形成された領域では、対向基板１１０の法線方向に液晶材料ＬＣが配向するため、該法線方向には屈折率が一定である。そのため、入射光に対して作用しない透光部２２Ｂとなる。このように、光に作用する液晶レンズ２２Ａと光に作用しない透光部２２Ｂとを備える液晶レンズ層２２を形成することができる。また、第１配向電極１２Ａの端部の位置は液晶レンズ２２Ａの端部の位置と一致するため、第１配向電極１２Ａの配置位置によって液晶レンズ２２Ａの端部位置を制御することができる。
【００８３】
次いで、図８（ｄ）に示すように、第２基板１０Ｂの液晶レンズ層２２と対向しない面に、第１実施形態と同様の方法にて反射表示領域Ｒに重なる位相差層３０、および位相差層３０を覆って全面に配向膜３２を形成する。以上のようにして、集光素子を内蔵した対向基板１１０を製造し、このように製造される対向基板１１０を用い、従来知られた方法にて液晶表示装置２を製造することができる。
【００８４】
以上のような構成の液晶表示装置２によれば、集光素子は入射光の光軸に対して垂直な方向に屈折率分布を有する屈折率分布レンズであり、また、配向電極により発生させる電界方向に液晶材料を配列させて形成する液晶レンズ２２Ａである。そのため、平坦な表面を備える集光素子とすることができ、セル厚ムラに起因する表示品質の低下を回避することができる上に、電界を制御することで液晶材料ＬＣの配向を制御して良好な屈折率分布レンズを形成し、優れた画像表示が可能な液晶表示装置２とすることができる。
【００８５】
また、本実施形態においては、透光部２２Ｂの液晶材料ＬＣの配向方向は、対向基板１１０の法線方向に平行であることとしたが、これに限らない。本発明における透光部２２Ｂの液晶材料ＬＣは、第１基板１０Ａが備える不図示の偏光板を透過して入射する偏光に対し、基板の法線方向に対して屈折率分布がなく、且つ光学的な作用を及ぼさない配向であれば良い。そのため、液晶材料ＬＣの配向状態は、第１基板１０Ａの面方向に水平であって、且つ入射光の偏光方向に対して垂直もしくは平行な配向状態であっても構わない。
【００８６】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の実施形態について説明する。図９は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。図９に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。これにより、本発明の液晶表示装置により構成された、位相差層が備える厚み差による表示画像の乱れを低減し、良好な表示を実現する表示部を備えた携帯電話１３００とすることができる。
【００８７】
上記各実施の形態の液晶表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、プロジェクタ、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、テレビジョン受像機、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、かかる構成とすることで、表示品質が高く、信頼性に優れた液晶表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００８８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１の平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１の概略断面図である。
【図３】対向基板１００の位相差層３０付近の端部構造を説明する拡大断面図である。
【図４】液晶表示装置１に係る対向基板１００の構造を説明する概略図である。
【図５】第１実施形態の液晶表示装置１に係る対向基板１００の製造工程図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置２の断面図である。
【図７】液晶表示装置２に係る対向基板１１０の構造を説明する概略図である。
【図８】第２実施形態の液晶表示装置２に係る対向基板１１０の製造工程図である。
【図９】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９０】
１，２…液晶表示装置、２０…屈折レンズ（集光素子）、２２Ａ…液晶レンズ（集光素子）、３０…位相差層、４５…非表示領域、７０…液晶層、１３００…電子機器、ＩＬ…入射光、Ｒ…反射表示領域、Ｔ…透過表示領域、ＴＰ…テーパ領域、Ｘ…画素
【図１】
2009145445.tif 000008
【図２】
2009145445.tif 000009
【図３】
2009145445.tif 000010
【図４】
2009145445.tif 000011
【図５】
2009145445.tif 000012
【図６】
2009145445.tif 000013
【図７】
2009145445.tif 000014
【図８】
2009145445.tif 000015
【図９】
2009145445.tif 000016