JP2006154577A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶を通過する光を比較的垂直方向のものにする。
【解決手段】液晶ＬＣの光入射側に集光用の凸レンズ１６を形成する。例えば、画素基板１０と、対極基板１２の間に液晶ＬＣを配置する。そして、バックライト１４からの光を受け入れる画素基板１０の裏側に凸レンズ１６を形成する。これによって、バックライト１４からの斜めの光が垂直方向に向く。
【選択図】図４

Description

本発明は、画素毎の液晶への印加電圧を制御して表示を行う液晶パネルを含む液晶表示装置に関する。

従来より、フラットディスプレイの代表的なものとして液晶表示装置（ＬＣＤ）があり、小さい画面のものから大きな画面のものまで、広く普及している。

このＬＣＤは、液晶の配向を画素（液晶セル）毎の電圧印加によって変更し、光の透過を液晶セル毎に制御することによって表示を行う。

ここで、通常の場合液晶セルは一対のガラス基板などの平行平板によって形成され、そのセルギャップは通常一定値である。そして、ＶＡ（垂直配向：Vertical Alignment）モードを含むＥＣＢ（電界制御複屈折：Electrically Controled Birefringence）モードで液晶を駆動する場合、入射光は液晶セルギャップｄ１と液晶の屈折率異方性Δｎの積で決まる値によって入射光の偏光の状態が変化し出射側の偏光板に吸収されることによってセルの透過率が決定される。

ここで、バックライトなどの光源には、斜め方向に進む成分がある。液晶セルに斜めに光が入射された場合、光路長がセルギャップｄ１よりも大きくなる。この場合、例えばＶＡモードの白表示では、セルギャップから計算されたより偏光状態の変化が大きくなる。すなわち、図１に示すように、垂直入射の場合には、偏光の状態は、Δｎｄ１で決定されるが、斜め入射（入射角θ）の場合には、Δｎｄ１／ｃｏｓθで決まる。このため、図２に示すように、垂直入射で透過率が最も高い、Ａ＝Δｎｄ１にセルギャップｄ１を設定すると、斜め入射では、Ｂ＝Δｎｄ１／ｃｏｓθ＞Δｎｄ１となり、Δｎｄが大きくなり斜め光に対して最大の透過率とはならず、透過率が低下する。なお、斜め入射光に対する液晶の屈折率は、通常垂直入射光に対する屈折率と若干異なるが、上記においては同一とした。

そこで、従来は、垂直光が入射した場合に最大の透過率となる電圧を白電圧とはせず、それよりも小さい値に設定している。すなわち、図３に示すように、垂直入射のみを考えるとＶｎでもっとも透過率が高くなる。Ｖｎを場合に斜めから見ると透過率が低下している。この透過率の低下は光の波長依存性を持ち、波長が最も短い青領域がもっとも低下が大きい。このため、斜めから見ると青の補色である黄色が強くなり白表示が黄色っぽくなる。そこで、一般的に斜めから見て透過率が最も高くなる電圧Ｖｏに白電圧を設定し、白表示が黄色っぽく見えるのを防止している。

なお、液晶表示装置における各種構成については、特許文献１などに記載がある。

ＷＯ０２／０９５８３４Ａ１

しかし、このように液晶のセルギャップを透過率最大の点からずらして設定すると、垂直から見たときの透過率が低下する。この結果、ＶＡモードの液晶は同じ開口面積を持つＴＮ（Twisted Nematic）モードに比べ暗くなってしまう、また明るくするためにバックライトの輝度を上げると、消費電力が高くなってしまうという問題があった。

本発明は、画素毎の液晶への印加電圧を制御して表示を行う液晶パネルを含む液晶表示装置であって、外部から液晶に入射する光を集光し液晶を通過する光を垂直光に近づける凸レンズを液晶パネルの入射側に設けることを特徴とする。

また、前記液晶パネルは、各画素毎に形成されたＴＦＴと、このＴＦＴに接続された画素電極と、各画素の画素電極に対応する対向電極と、画素電極と対向電極間に配置された液晶と、を含み、前記画素電極は、前記ＴＦＴ上に形成された平坦化膜上に形成されており、この平坦化膜を凸状または凹状とすることによって、平坦化膜の厚みと液晶の厚みを相対的に変更して前記凸レンズを形成することが好適である。

また、前記液晶パネルの出射側に、液晶を通過した光を広角度に広げる凹レンズを設けることが好適である。

また、前記液晶パネルは、光が出射される出射側に対向電極が形成される出射側基板を有し、この出射側基板の厚みを変更することで、前記凹レンズを形成することが好適である。

また、各画素は、複数のサブピクセルに分割されており、各サブピクセルについて凸レンズが形成されていることが好適である。

また、前記液晶パネルは、光が出射される出射側に対向電極が形成される出射側基板を有し、この出射側基板の厚みを前記サブピクセル毎に変更することで、前記凹レンズをサブピクセル毎に形成することが好適である。
また、前記液晶は、ＥＣＢモードの液晶であることが好適であり、特にＶＡモードの液晶が好適である。

以上のように、本発明によれば、液晶パネルの外部光の入射側に液晶を通過する光を垂直光に近づける凸レンズを設けており、これによってバックライトから出射される斜め方向の光も垂直方向の光に近づけることができる。そこで、液晶のセルギャップを透過率最大の点に近づけることができ、効率的な表示を行うことができる。

また、液晶からの出射側に凹レンズを形成することで、高視野角とすることができる。さらに、平坦化膜を利用して、凸レンズを形成することで、効率的な凸レンズの形成ができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

「実施形態１」
図４に、実施形態１の模式図を示す。画素基板１０は、垂直方向に各列毎にデータラインが設けられ、水平方向に各行毎に選択ラインが設けられている。そして、これらラインで区画された画素がマトリクス状に形成されており、各画素には、データラインからのデータ信号の取り入れを選択ラインの信号によって制御される選択ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、取り入れたデータ信号電圧を保持する保持容量と、画素電極が設けられている。

この画素基板１０に、液晶層ＬＣを介し、対向して対極基板１２が配置されている。この対極基板１２には、ブラックマトリクスＢＭが各画素を取り囲むように配置されており、また、全画素電極に対向して共通の対極電極が形成されている。

一方、画素基板１０の裏側には、バックライト１４が配置されている。このバックライト１４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、バックライトを画素基板１０に向けて照射する。図４には図示していないが画素基板１０の裏面側、対極基板１２の上面側には偏光板、位相差板などが接着されている。この場合でも、接着剤の屈折率をレンズ部分より低くすることで凸レンズ１６は凸レンズとして機能する。

そして、画素基板１０の裏面（バックライト１４側表面）には、画素毎に凸レンズ１６が形成されている。画素基板１０は、通常はガラス基板の表面側にＴＦＴなどを形成しており、裏面はガラス基板がそのまま露出している。そこで、このガラス基板の裏面にエッチング処理など施すことにより、画素毎に凸レンズ１６を形成することができる。また、ガラスについてサンドブラスト処理などを施すことによって凸レンズ１６を構成することもでき、さらに樹脂製の凸レンズ１６をガラス基板上に直接形成したり、接着剤により接着して形成してもよい。

このように、画素基板１０のバックライト１４側に凸レンズを設けることによって、図示のように、バックライト１４から広角度に出射される光を画素基板１０に垂直な方向に向けることができ、光が液晶を斜め方向に通過する確率を下げることができる。すなわち、図５に示すように、凸レンズ１６を設けることによって、液晶入射光線角度について、垂直方向の存在確率が高くなる。そこで、セルギャップを垂直方向の光の減衰を小さくできるよう設定でき、光の利用効率を上昇して明るい画面を得ることができる。

「実施形態２」
図６に、実施形態２の模式図を示す。この実施形態２では、図４の実施形態１の構成に加え、対極基板１２の光出射側（液晶層ＬＣと反対側）の表面に各画素に対応して凹レンズ１８が形成されている。対極基板１２は、通常はガラス基板上にブラックマトリクスＢＭなどを形成しており、表面はガラス基板がそのまま露出している。そこで、このガラス基板の表面にエッチング処理などを施すことによって画素毎に凹レンズ１８を形成することができる。また、ガラスについてサンドブラスト処理などを施すことによって凹レンズを形成することもでき、さらに樹脂製の凹レンズをガラス基板上に接着剤により接着して形成してもよい。

このように、対極基板１２の光出射側表面に凹レンズ１８を設けることによって、図示のように、凸レンズ１６によって集光された光が広げられ、液晶表示装置の広視野角化を図ることができる。

「実施形態３」
図７に、実施形態３の模式図を示す。この実施形態３では、平坦化膜の厚みを変更してレンズを形成している。

図に示すように、画素基板１０は、ガラス基板３０を有しており、その上の所要部分に半導体層３２が形成されている。この半導体層３２およびガラス基板３０を覆って、ゲート絶縁膜３４が形成されている。

半導体層３２の一部（半導体層３２−１）は、選択ＴＦＴＱ１を形成しており、中央部分がチャネル領域、左右領域がそれぞれドレイン領域、ソース領域となっている。そして、チャネル領域の上部にはゲート絶縁膜３４を介してゲート電極３６が形成されている。なお、後述するように、ゲート電極３６は、ゲートラインＧＬの一部として形成されている。

また、半導体層３２の他の一部３２−２は、保持容量Ｃを形成しており、その部分の半導体層３２−２にゲート絶縁膜３４を介して容量電極３８が形成されている。半導体層３２−２と、容量電極３８およびこれらに挟まれたゲート絶縁膜３４により保持容量Ｃが形成される。なお、後述するように、容量電極３８は、容量ラインＳＣＬの一部として形成されている。

また、ゲート電極３６、容量電極３８およびゲート絶縁膜３４を覆って、層間絶縁膜４０が形成され、この層間絶縁膜４０およびゲート絶縁膜３４のソース領域の部分が除去され、ここにソース電極４２が形成されている。

そして、ソース電極４２の上方のコンタクトホールを除いて前面に平坦化膜４４が形成され、その上面に透明導電材料（例えば、ＩＺＯ、ＩＴＯ）からなる画素電極４６が形成されている。

そして、このような画素基板１０に液晶層ＬＣを介し対極基板１２が対向配置されており、この対極基板１２は、ガラス基板４８とその液晶層ＬＣ側に形成された対向電極５０を有している。なお、ブラックマトリクスＢＭは、適宜形成される。

また、図示は省略したが、画素電極４６および対向電極５０の液晶ＬＣ側表面には、液晶の配向を制御する配向膜が設けられている。

なお、図示はしていないが、選択ＴＦＴＱ１のドレイン領域には、データ信号を供給するデータラインが接続されている。また、保持容量Ｃを形成する半導体層３２−２は、ソース領域と電気的に接続されており、容量電極３８は所定の低電位に維持されている。さらに、対向電極５０も所定の対向電極電位に維持される。

そこで、選択ＴＦＴＱ１をオンすることで、データラインのデータ信号を保持容量Ｃに保持し、保持した電圧を画素電極４６に印加することができ、これによって画素電極４６と、対向電極５０との間の液晶ＬＣにデータ信号の応じた電圧が印加され、表示が行われる。

そして、画素電極４６の下方の平坦化膜４４が凹状に凹んでいる。これによって、画素電極４６の中心部分が対向電極５０から遠く、周辺部が近くなっている。一方、本実施形態では、液晶ＬＣの屈折率Ｎ_LCと、平坦化膜４４の屈折率Ｎ_PLNとを比べた場合に、Ｎ_LC＞Ｎ_PLNの関係がある。従って、バックライト１４からの光について見ると、平坦化膜４４が凸レンズの機能を果たし、図に示すように、斜め方向に入射する光を集光して、垂直方向に向ける。

このように、液晶ＬＣの屈折率Ｎ_LCと、平坦化膜４４の屈折率Ｎ_PLNとに、Ｎ_LC＞Ｎ_PLNの関係がある場合には、平坦化膜４４に凹みを形成することで、斜め方向に向けて液晶に入射する光を垂直方向に補正することができる。また、このようにＴＦＴの工程で使用される平坦化膜を加工してレンズ形状を作製することにより、各画素に対応したレンズを位置ズレすることなく作製することができる。

なお、液晶材料には各種のものがあり、その屈折率は材料によって異なる。このため、液晶材料の選択によって屈折率を適切なものに設定できる。一方、平坦化膜４４には、通常アクリル材が用いられるが、この屈折率も調整が可能である。

「実施形態４」
図８に、実施形態４の模式図を示す。この実施形態４では、図７の実施形態３の構成に加え、対極基板１２の液晶層ＬＣの表面（対向電極５０とガラス基板４８の間）に各画素に対応して凸型レンズ層５２を形成している。この凸型レンズ層５２は、基本的に平坦化膜４４に対応した形状であって、また材料も平坦化膜４４と同じもので形成することが好適である。これによって、図に示したように、バックライト１４からの斜め方向の光は、液晶層ＬＣ中においてガラス基板３０，４８に垂直な方向に補正され、その後もう一度斜め方向に補正され、広視野角の表示が確保される。

「平面構成」
図９には、実施形態３，４についての平面構成の概略が示されている。データラインＤＬは、画素の列毎に垂直方向に伸びている。一方、ゲートラインＧＬは、画素の行毎に水平方向に伸びている。半導体層３２は、一端がデータラインＤＬに接続され、その後コ字状に折れ曲がり、ゲートラインＧＬの下（厚み方向）を２度通過する。この重複部分のゲートラインＧＬがゲート電極３６を構成し、ゲート電極３６の下方の半導体層３２がチャネル領域を構成する。半導体層３２の他端には、ソース電極４２が形成され、これが画素電極４６と接続される。また、図示はしていないが、ソース電極４２と、保持容量Ｃの半導体層３２−２がコンタクト及び金属を介し、または直接半導体膜で接続されている。また、容量電極３８は、ゲートラインＧＬと同様に行方向に伸びる容量ラインＳＣＬの一部として形成されている。

そして、図において、波線で等高線状に示したように、画素電極４６（および対向電極５０）は、下方に向けて膨らむように形成されている。

「実施形態５」
図１０に、実施形態５の模式図を示す。この実施形態５においても、平坦化膜の厚みを変更してレンズを形成している。

ここで、この実施形態５においては、液晶ＬＣの屈折率Ｎ_LCと、平坦化膜４４の屈折率Ｎ_PLNとを比べた場合に、Ｎ_LC＜Ｎ_PLNの関係がある。従って、バックライト１４からの光について見ると、平坦化膜４４が凸レンズの機能を果たし、図に示すように、斜め方向に入射する光を集光して、垂直方向に向ける。

このように、実施形態５は、実施形態３と比較し、平坦化膜４４と液晶ＬＣの屈折率の関係が反対なだけで、理論的には等価のものである。

「実施形態６」
図１１に、実施形態６の模式図を示す。この実施形態６では、図１０の実施形態５の構成に加え、対極基板１２の液晶層ＬＣの表面（対向電極５０とガラス基板４８の間）に各画素に対応して凹型レンズ層５４を形成している。この凹型レンズ層５４は、基本的に平坦化膜４４に対応した形状であって、また材料も平坦化膜４４と同じもので形成することが好適である。これによって、図に示したように、バックライト１４からの斜め方向の光は、液晶層ＬＣ中においてガラス基板３０，４８に垂直な方向に補正され、その後もう一度斜め方向に補正され、広視野角の表示が確保される。

「実施形態７」
図１２に、実施形態７の模式図を示す。この実施形態７では、実施形態５に比べ、凹部の大きさが異なっている。すなわち、１画素を２つのサブピクセルに分け、サブピクセル毎に平坦化膜４４に凹部を形成している。

図１３に、この実施形態７の平面図を示す。このように、長方形画素を、ほぼ正方形状のサブピクセルに分割し、サブピクセル毎に凹部を形成している。従って、レンズ機能としてより適切な画素毎の集光が行える。

「実施形態８」
図１４に、実施形態８の模式図を示す。この実施形態８は、実施形態４と同様に、対極基板１２側に凹部を設けたものである。

「実施形態９，１０」
図１５，図１６に、実施形態９，１０の模式図を示す。実施形態７，８では、液晶ＬＣの屈折率Ｎ_LCと、平坦化膜４４の屈折率Ｎ_PLNとを比べた場合に、Ｎ_LC＞Ｎ_PLNの関係があったが、本実施形態では、Ｎ_LC＜Ｎ_PLNの関係がある。従って、バックライト１４からの光について見ると、平坦化膜４４が凸レンズの機能を果たし、図に示すように、斜め方向に入射する光を集光して、垂直方向に向ける。

「配向突起と配向方向」
図１７、１８は、それぞれ図７，８の実施形態３，４に対応するものであり、配向制御用突起６０を有している。また、共通する平面図を図１９に示す。すなわち、ＶＡタイプの液晶では、配向制御用突起を設け、液晶の配向を制御する。

配向制御用突起６０は、対極基板１２の画素の中央部分に設けてあり、図１９に示すように、平面形状が楕円状で、全体としては円錐状の形状である。

画素基板１０側が、中心部がもっとも深くなる楕円状に凹形になっているので、電圧が印加された場合、画素基板１０側の液晶はすべて凹の中心に向かって配向する（液晶分子が倒れる）。図１９において、外側から内側に向く矢印で示したように、面に対し垂直に立っていた液晶は、内側に向けて倒れる。

一方、対極基板１２側の配向制御用突起６０は、画素基板１０側の凹部に対応した形状となっているため、図１９において内側の矢印で示したように、外側に向けて倒れる。従って、画素基板１０側の液晶も対極基板１２側の液晶も同じ方向に配向する（液晶分子が倒れる）。さらに、画素基板１０の画素電極４６のエッジ部の斜め電界によって液晶が倒れる方向と、凹構造部分のＴＦＴ基板側の液晶の倒れる方向が多くの部分で同じような方向となる。

従って、本実施形態によれば、電圧印加によって液晶分子が倒れる方向がそろい、これによって光学レスポンスが向上するというメリットが得られる。

なお、選択ＴＦＴＱ１付近の開口部まで透過領域として用いる場合には、その部分まで凹構造を伸ばすことも考えられる。しかし、図に示したような場合には、ＴＦＴＱ１付近の開口部には、ディスクリネーションが発生しやすいと考えられるため、この例ではブラックマトリクスＢＭにより隠している。

図２０、２１は、それぞれ図１０，１１の実施形態５，６に対応するものであり、配向制御用突起６０を有している。

画素基板１０側が、中心に向けて高くなる楕円状の凸形になっている場合、図２２に示すように、電圧が印加された場合、ＴＦＴ基板側の液晶はすべて凸の外側に向かって倒れる。従って、対極基板１２側は容量ライン、ゲートライン、ドレインライン上に突起構造を配置している。すなわち、画素の周辺部分に、周辺に至るほど下方に向けて膨らむ配向制御用突起６０を設けている。

このような構成により、画素基板１０付近と対極基板１２付近の液晶が同じ方向に配向する（液晶分子が倒れる）ことになり、ディスクリネーションが発生しにくくなる。

なお、この例においても、ディスクリネーションが発生しやすいと考えられる部分はブラックマトリクスＢＭで遮光している。

「レンズの作製方法」
ここで、上記実施形態におけるアクリル材によるレンズの作製方法について、以下に説明する。
（ｉ）まず、単純に感光性のアクリル材に対しハーフ露光を行い、適切な量の熱処理と、キュア（固める）によって作製することができる。なお、この方法は、画素サイズが比較的小さい場合に有効であり、画素サイズが５０〜１００um程度と大きい場合には制御が非常に難しくなると考えられる。
（ｉｉ）アクリル材の工程を２回に分けることで、レンズを作製することもできる。凹型構造を例として図２３に基づいて説明する。

まず、画素基板１０について、ガラス基板上にＴＦＴを形成する。図２３（Ａ）には、ソース電極４２が形成されたところが示されている。

次に、図２３（Ｂ）に示すように、１回めのアクリル材である、１stアクリル材を塗布し、レンズの凹部分の外側でアクリル材合計膜厚が厚くなる部分のみを残すように露光、現像、ブリーチング（色抜き）をする。その後、熱処理、形の固定のためにキュア（例えばＵＶ照射）を行う。なお、膜厚は好ましくは０．５μｍから５μｍ、より好ましくは１．５μｍ程度とする。また、画素電極４６とソース電極４２を接続するためのコンタクトも同時に形成しておく。これによって、１stアクリル層４４−１が形成される。

その後、図２３（Ｃ）に示すように、２ndアクリル材を塗布し、コンタクト部用の露光、現像、ブリーチングを行った後、熱処理、キュアをして形を決定する。これによって、画素の中央部が凹む２ndアクリル層４４−２を表面側に有する平坦化膜４４が形成される。２ndアクリル材の塗布条件、熱処理条件を変更することで、レンズの形は制御できる。例えば、２ＮＤアクリル材を３μｍ程度と厚く塗ると凹型構造の周辺部と中央部の膜厚差を小さく０．２μｍ程度にできる。また、２ndアクリル材を塗布した後の熱処理時間を長くすることにより、同様に凹型構造の周辺部の膜厚差を小さく、０．２μｍ程度にできる。これらの条件変更により凹型構造の中央部と周辺部の膜厚差を制御することが可能である。凹型構造の中央部と周辺部の膜厚差は、０．２μｍから３μｍであることが好ましい。より好ましくは０．５μｍ程度である。

その上に、図２３（Ｄ）に示すように、画素電極４６となる透明導電体のパターニングをすることで、凹状のレンズを形成することができる。
（ｉｉｉ）凹型構造の作製方法として、図２４に示すような方法をとることもできる。図２４（Ａ）は、図２３（Ａ）と同じであり、ソース電極４２等が形成される。図２４（Ｂ）に示すように、１stアクリル材を塗布し、コンタクト部の露光と、画素内のハーフ露光を行う。コンタクト部付近は上述の（ｉｉ）と同様で、それ以外に画素内に同心（楕）円状で、中心に近づくほど膜厚が薄くなるようにハーフ露光を行った１stアクリル層４４−１をパターンとして形成する。

図２４（Ｃ）、図２４（Ｄ）に示すように、２ndアクリル層４４−２の形成工程以降は（ｉｉ）と同じである。この方法の方が、（ｉｉ）の方法に比べ、２ndアクリル材の塗布条件に対するプロセスマージンが大きいと考えられ、製作が容易であると考えられる。

以上の（ｉｉ）、（ｉｉｉ）は、共にＮ_LC＞Ｎ_PLNの場合の作製方法である。一方、Ｎ_LC＜Ｎ_PLNの場合には、凹型ではなく凸型の形状を作る必要がある。しかし、この凸型形状の場合も、凹型の場合と同様に、ハーフ露光のみで行ったり、２回のアクリル材工程を行うことで形成が可能である。

なお、（ｉｉｉ）の形成工程の場合、１stアクリル層４４−１を、画素部の中央部に楕円状で形成するとよい。また、中心の楕円部分の膜厚を最も厚くし、外側に行くほど膜厚が薄くなるようなリング状のパターンをハーフ露光で形成することによっても凸型の層を形成することができる。また、（ｉｉｉ）の作製方法でも、膜厚は上述の場合と同様である。

さらに、対極基板１２側についても同様な方法を採用することが可能である。

ここで、アクリルの材料と屈折率について、最終的なアクリル材の形状がレンズとしての機能を持つ。このため、必要なのはＩＺＯ（対向電極）、配向膜（対向電極上に形成され、液晶の配向を制御する膜）をはさんで液晶と接する２ndアクリル材と液晶の屈折率差である。

ただし、凹構造で図２４に示すように、光が透過する部分に１stアクリル材が存在するような場合には、Ｎ_LC＞Ｎ_PLN2≧Ｎ_PLN1であるほうが好ましい。

同様に凸構造の場合には、透過部に必ず２種のアクリル材があり、Ｎ_LC＜Ｎ_PLN2≦Ｎ_PLN1であるほうが好ましい。これは、Ｎ_PLN2＜Ｎ_PLN1であるほうがよりレンズとしての機能（集光性）が高くなる（屈折率分布型のレンズを形成することになる）からである。液晶の屈折率は、一般的に常光線に対し１．５（異常光Δｎ＝０．１）程度である。アクリル材の屈折率としては１．４程度から１．７程度の材料が選択可能であるので、材料の選択によって凸構造、凹構造を使い分けることが可能である。

「その他のレンズ構成例」
（１）平坦化膜下（中）に屈折率分布型のレンズを作製する。
凸レンズを作製する場合には１stアクリル材の屈折率Ｎ_PLN1をその後の２ndアクリル材のＮ_PLN2より大きくしておくと、屈折率分布型の凸レンズを形成できる。この際、２ndアクリル材の膜厚を厚くして全体を平坦化しておいても良い。このとき、上述のように、屈折率は、Ｎ_PLN1＞Ｎ_PLN2＞Ｎ_LC（電圧印加）である材料を選択することが好ましい。

また、Ｎ_PLN1＞Ｎ_PLN2の材料を選択した時点で、入射光の角度分布が小さくなっている。このため、Ｎ_PLN2＞Ｎ_LC（電圧印加）は必ずしも必要条件ではない。

また、凹レンズを作製する場合にはＮ_PLN1＜Ｎ_PLN2＜Ｎ_LC（電圧印加）とすることが好適である。

（２）図２５に示すように、１stアクリル材により、フレネルレンズを作製することもできる。

図２５（Ａ）に示すように、選択ＴＦＴＱ１を形成するところまでは、図２３，２４と同じである。そして、図２５（Ｂ）に示すように、１stアクリル層４４−１によりフレネルレンズを形成する。すなわち、平坦化膜４４内に、１stアクリル層４４−１により、屈折率分布型のレンズでフレネルレンズのような形状を作製する。この場合、屈折率の大小と凸凹の関係は上述の実施形態と同じでよい。

ここで、フレネルレンズの断面形状は、レンズを光の進行方向に等ピッチに輪切って、平面上に並べたような形状で、厳密に作るのは難しいと考えられる。また、厳密に作れば作るほど波長選択性（波長によって焦点距離が変わる）が増すので、厳密に作る必要はないと考えられる。

このように、１stアクリル層４４−１の（表面）断面形状を、フレネルレンズ形状とした場合には、図２５（Ｃ）に示すように、２ndアクリル層４４−２を比較的厚めに形成して表面を平坦化する。また、このときにソース電極４２上に画素電極４６との接続用のコンタクトを形成する。次に、図２５（Ｄ）に示すように、２ndアクリル層４４−２からなる平坦化膜４４の表面上に、例えばＩＺＯの画素電極４６を形成する。

このように、この例では、１stアクリル層４４−１によってレンズを形成するが、２ndアクリル層４４−２によって表面を平坦化している。

電圧印加時の液晶の配向方向を決定することに積極的に利用する場合には、平坦化膜４４、画素電極４６および配向膜を凸型または凹型にするほうが好ましい。しかし、特に片側（画素基板１０側）のみにレンズ形状を作る場合には、１画素内でセルギャップが異なってしまうというデメリットが発生すると考えられる。本実施形態の場合、屈折率分布型のレンズを各画素に形成する場合に、２ndアクリル材を厚くして平坦化材として用いて、画素内のセルギャップの変化をなくしている。また、この場合、配向を制御する突起、スリットは通常のものと同様の形状としている。

「画素回路の構成」
図２６は、画素回路の構成を示す図である。データラインＤＬは、液晶パネルのカラム（列：垂直）方向に伸び、１列に１本設けられている。ゲートラインＧＬは、液晶パネルのロー（行：水平）方向に伸び、１行に１本設けられている。さらに、ロー方向には、容量ラインＳＣＬが１行に１本設けられている。

データラインＤＬには、ｎチャネルＴＦＴである選択ＴＦＴＱ１のドレインが接続されている。選択ＴＦＴＱ１のソースは、画素電極４６および保持容量Ｃの一方の電極に接続されている。また、保持容量Ｃの他方の電極は容量ラインＳＣＬに接続されている。そして、画素電極４６に対向して、全画素にまたがる対向電極５０が設けられ、画素電極４６と対向電極５０の間に液晶ＬＣが配置される。

複数のゲートラインＧＬは、１水平期間ずつ順次選択され、Ｈレベルに設定される。このため、そのゲートラインＧＬにゲートが接続されている該当行の選択ＴＦＴＱ１がオンする。一方、データラインＤＬには、選択ＴＦＴＱ１がオンしている行の画素についてのデータ電圧が供給される。従って、選択された行の各画素の保持容量Ｃには、その画素のデータ電圧がそれぞれ充電される。これによって、保持容量Ｃに充電されたデータ電圧がその画素の液晶ＬＣに印加され、表示が行われる。ゲートラインＧＬは、順次選択を変更していくが、１つの画素については次のフレームにおいて、データ書き込みが行われるまで、書き込まれたデータ電圧による表示が継続される。

垂直入射と、斜め入射を説明する図である。 液晶への電圧印加と透過率の関係を示す図である。 垂直入射と、斜め入射における液晶への電圧印加と透過率の関係を示す図である。 実施形態１の構成を示す図である。 実施形態１の入射角度分布を説明する図である。 実施形態２の構成を示す図である。 実施形態３の構成を示す図である。 実施形態４の構成を示す図である。 実施形態３，４の平面構成を示す図である。 実施形態５の構成を示す図である。 実施形態６の構成を示す図である。 実施形態７の構成を示す図である。 実施形態７の平面構成を示す図である。 実施形態８の構成を示す図である。 実施形態９の構成を示す図である。 実施形態１０の構成を示す図である。 実施形態３の液晶の配向を説明する図である。 実施形態４の液晶の配向を説明する図である。 実施形態３、４の液晶の配向を説明する平面図である。 実施形態５の液晶の配向を説明する図である。 実施形態６の液晶の配向を説明する図である。 実施形態５，３の液晶の配向を説明する平面図である。 平坦化膜によるレンズ形成方法の一例を説明する図である。 平坦化膜によるレンズ形成方法の他の例を説明する図である。 平坦化膜によるレンズ形成方法のさらに他の例を説明する図である。 画素回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 画素基板、１２ 対極基板、１４ バックライト、１６ 凸レンズ、１８ 凹レンズ、３０，４８ ガラス基板、３２ 半導体層、３４ ゲート絶縁膜、３６ ゲート電極、３８ 容量電極、４０ 層間絶縁膜、４２ ソース電極、４４ 平坦化膜、４６ 画素電極、５０ 対向電極、５２ 凸型レンズ層、５４ 凹型レンズ層、６０ 配向制御用突起、ＢＭ ブラックマトリクス、Ｃ 保持容量、Ｑ１ 選択ＴＦＴ。

Claims (7)

1. 画素毎の液晶への印加電圧を制御して表示を行う液晶パネルを含む液晶表示装置であって、
   外部から液晶に入射する光を集光し液晶を通過する光を垂直光に近づける凸レンズを液晶パネルの入射側に設けることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルは、各画素毎に形成されたＴＦＴと、このＴＦＴに接続された画素電極と、各画素の画素電極に対応する対向電極と、画素電極と対向電極間に配置された液晶と、を含み、
   前記画素電極は、前記ＴＦＴ上に形成された平坦化膜上に形成されており、この平坦化膜を凸状または凹状とすることによって、平坦化膜の厚みと液晶の厚みを相対的に変更して前記凸レンズを形成することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルの出射側に、液晶を通過した光を広角度に広げる凹レンズを設けることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルは、光が出射される出射側に対向電極が形成される出射側基板を有し、
   この出射側基板の厚みを変更することで、前記凹レンズを形成することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   各画素は、複数のサブピクセルに分割されており、各サブピクセルについて凸レンズが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５に記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルは、光が出射される出射側に対向電極が形成される出射側基板を有し、
   この出射側基板の厚みを前記サブピクセル毎に変更することで、前記凹レンズをサブピクセル毎に形成することを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の液晶表示装置において、
   前記液晶は、ＥＣＢモードの液晶であることを特徴とする液晶表示装置。
   

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