液晶表示装置および電子機器
【課題】入射光強度を調整することで白輝度を高め、コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板に挟持された第１液晶層３０Ａを有し、複数の有効表示領域ＡＲ１を含む画像表示部１００と、一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層３０Ｂを有し、電極対と第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣとが有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる集光素子５０を形成する液晶集光部２００と、を備え、液晶集光部２００の画像表示部１００とは反対側から該液晶集光部２００に入射された入射光Ｌを用いて表示を行う液晶表示装置１であって、入射光Ｌを遮光する遮光構成物が遮光領域に設けられており、集光素子５０は、端部の少なくとも一部が遮光領域に平面的に重なり、電極対に電圧が印加されることによって対向基板１４Ｌにおける有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる領域に入射光Ｌを集光することを特徴とする。
【解決手段】一対の基板に挟持された第１液晶層３０Ａを有し、複数の有効表示領域ＡＲ１を含む画像表示部１００と、一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層３０Ｂを有し、電極対と第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣとが有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる集光素子５０を形成する液晶集光部２００と、を備え、液晶集光部２００の画像表示部１００とは反対側から該液晶集光部２００に入射された入射光Ｌを用いて表示を行う液晶表示装置１であって、入射光Ｌを遮光する遮光構成物が遮光領域に設けられており、集光素子５０は、端部の少なくとも一部が遮光領域に平面的に重なり、電極対に電圧が印加されることによって対向基板１４Ｌにおける有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる領域に入射光Ｌを集光することを特徴とする。
【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。使用用途が多岐に渡ることから、液晶表示装置を用いた表示画像の画質に対しては数々の改良要求があり、活発に研究が行われている。
【０００３】
このような改良要求の高い品質としては、画像の黒表示と白表示との輝度差（コントラスト）、または輝度の比（コントラスト比）がある。コントラスト比が高い液晶表示装置では、いわゆるメリハリの利いた鮮やかな画像表示が可能となる。
【０００４】
しかしながら、透過表示方式の液晶表示装置においては、組み立て公差や液晶表示装置の液晶層の位相差等に起因して、装置後方で点灯する光源からの光を液晶層で完全に遮蔽することが難しく、黒表示時に光漏れを生じる。その結果、コントラスト比を高めることが困難となっている。そのため、装置後方の光源と液晶層との間に、光源からの光量を調節可能な別部材を設け、液晶層に入射する前に光量の調整を行う構成が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−１４２８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上記方法では、光量を調節可能な部材が液晶表示装置の裏面全面に設けられているため、光量の調節は装置全体を対象に行うよりほか無い。そのため、上記方法を用いた場合には、例えば白表示と黒表示を一画面で同時に行う表示画像で光量の調整が出来ず、表示画像のコントラスト比改良ができない。
【０００６】
また、画像表示に用いる液晶表示装置とは別に、光量調節のための液晶装置を光源と液晶表示装置との間に配置すると、該液晶装置が有する偏光板により光源からの光を遮ってしまうため、全体として輝度が低下することとなる。そのため、コントラスト比の改良ができない。
【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、入射光強度を調整することで白輝度を高め、コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。また、このような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、一対の基板に挟持された第１液晶層を有し、複数の有効表示領域を含む画像表示部と、前記一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層を有し、前記電極対と前記第２液晶層に含まれる液晶分子とが、前記有効表示領域と平面的に重なる集光素子を形成する液晶集光部と、を備え、前記液晶集光部の前記画像表示部とは反対側から該液晶集光部に入射された入射光を用いて表示を行う液晶表示装置であって、前記集光素子は、前記電極対に印加される電界の方向に配列する前記液晶材料の配向分布に基づき、前記液晶集光部の法線方向に対して垂直な方向に屈折率分布を形成する液晶レンズであり、前記入射光を遮光する遮光構成物が、複数の前記有効表示領域の間の領域と平面的に重なる領域に設けられており、前記集光素子は、端部の少なくとも一部が、前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なるとともに、前記集光素子は、前記電極対に電圧が印加されることによって、前記一対の基板のうち前記液晶集光部とは反対側の対向基板における前記有効表示領域と平面的に重なる領域に前記入射光を集光することを特徴とする。
この構成によれば、有効表示領域と対応して液晶レンズが設けられており、液晶レンズの集光機能により、光を透過しない遮光構成物に当たるはずの直進光を、有効表示領域へ向けて集光させることができる。そのため、直進光のみを利用する場合よりも、多くの入射光が有効表示領域を透過し、白輝度を高めることができる。また、液晶集光部を画像表示部による表示と同期して駆動させることで、黒表示の時には集光させず、黒表示以外の時には集光させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置とすることができる。
【０００９】
本発明においては、前記集光素子は、端部が全て前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なっていることが望ましい。
この構成によれば、効率的に有効表示領域の周辺領域から集光することができ、よりコントラスト比を高めた液晶表示装置とすることができる。
【００１０】
本発明においては、前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる散乱層を有し、前記集光素子は、前記入射光を前記散乱層に集光することが望ましい。
この構成によれば、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角が広い液晶表示装置とすることができる。
【００１１】
本発明においては、前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる機能を有するカラーフィルタ層を備え、前記集光素子は、前記入射光を前記カラーフィルタ層に集光することが望ましい。
この構成によれば、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角を広くすることができる。また、カラーフィルタ層が散乱機能を備えているため、別体で散乱層を設けるよりも装置構成を簡略化することができ、薄型化した液晶表示装置とすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記液晶分子は、誘電率異方性が正の液晶分子であることが望ましい。
この構成によれば、第２液晶層の初期配向状態を水平配向とし、簡単な構成で液晶集光部を形成することができる。
【００１３】
本発明においては、前記画像表示部へ入力される画像信号を検知する検知部と、前記検知部で検知された前記画像信号に基づいて前記電極対への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることが望ましい。
人間の目は光に対する感度が光の波長によって異なるため、同じ強度の光であっても波長が異なるとより明るく感じたりより暗く感じたりすることが起こる。そのため、例えば２つの有効表示領域が表示する色がそれぞれ青色と緑色である場合には、人間の目がより感じにくい青色を表示する有効表示領域へ入射する光量を多くする必要がある。本発明の構成によれば、表示する画像信号を検知して液晶集光部を制御することができる。そのため、前述の例では青色を表示する有効表示領域に対応する集光素子を駆動させ、緑色を表示する有効表示領域に対応する集光素子を駆動させないことで、光量差を設けることができる。したがって、上述の効果に加えて、より鮮明で階調表示にすぐれた表示が可能な液晶表示装置とすることができる。
【００１４】
本発明の電子機器は、上述の液晶表示装置を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、コントラスト比が高く鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、図１〜図４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。
【００１６】
図１は本実施形態の液晶表示装置１を示す断面図である。図に示すように、液晶表示装置１は、画像表示を行う画像表示部１００と、装置後方に配置されたバックライト８０と、画像表示部１００とバックライト８０との間に配置され、バックライト８０からの光を集光する液晶集光部２００とを備えている。以下の説明では、バックライト８０を配置している方向を下、画像表示部１００が配置されている方向を上として、各構成部材の上下関係を示す。
【００１７】
画像表示部１００は、駆動素子や配線等が形成された素子基板１２Ｌと、素子基板１２Ｌと対になり対向配置された対向基板１４Ｌと、素子基板１２Ｌと対向基板１４Ｌとに挟持される第１液晶層３０Ａとを備えている。対向基板１４Ｌの第１液晶層３０Ａ側には、フルカラー表示を可能とする光変調用の着色層を有するカラーフィルタ層４０が配置されており、反対側には偏光板７０が配置されている。液晶表示装置１では、バックライト８０から射出される光を用いて、有効表示領域ＡＲ１にて画像表示が行われる。
【００１８】
素子基板１２Ｌが備える基板本体１２は、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた材料で形成されている。
【００１９】
基板本体１２の上には、駆動素子、配線、及びこれらを電気的に絶縁する無機物または有機物の絶縁膜などを備えた素子層１３が形成されている。各種配線や駆動素子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。
【００２０】
素子基板１２Ｌの上には、不透明の樹脂材料で形成されたブラックマトリクス（遮光構成物）２０が配置されている。ブラックマトリクス２０は、素子基板１２Ｌに形成された配線等を観察者から隠し、隣接する有効表示領域ＡＲ１の間の遮光領域ＡＲ２を形成している。即ち、ブラックマトリクス２０に覆われていない領域が有効表示領域ＡＲ１となっている。ブラックマトリクス２０の形成材料には、例えば黒色顔料を混ぜたアクリル樹脂を用いることができる。
【００２１】
対向基板１４Ｌが備える基板本体１４は、基板本体１２と同様に、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた材料で形成されている。
【００２２】
基板本体１４の第１液晶層３０Ａ側の表面にはカラーフィルタ層４０を備えている。カラーフィルタ層４０は、バックライト８０からの入射光を赤色、緑色、青色に変調する着色層を備えている。これらの着色層を透過した各色の光を混色することでフルカラー表示が可能となる。また、着色層には光を散乱するビーズ状の透明微粒子が含有されており、着色層に入射される光を散乱する機能を兼ね備えている。このため、装置前方へ広い視野角を備えた液晶表示装置１となっている。
【００２３】
本発明の技術思想によれば、第１液晶層３０Ａに含まれる液晶分子の駆動方式はいかなるものでも良く、通常知られたＴＮ、ＩＰＳ、ＶＡ、ＯＣＢ等様々な液晶駆動方式を採用することができる。画像表示部１００には、それぞれ採用する駆動方式に応じた形状の画素電極、共通電極、配向膜等の必要構成を備えている。
【００２４】
液晶集光部２００は、表面に共通配線６４を備えた基板２２Ｌと、素子基板１２Ｌの表面に形成された信号配線６２と、素子基板１２Ｌと基板２２Ｌとの間に挟持された第２液晶層３０Ｂとを備えている。信号配線６２と共通配線６４との重なった部分は電極対をなし、該電極対の間に電圧が印加されると、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣが液晶レンズ（集光素子）５０を形成する構成となっている。
【００２５】
基板２２Ｌが備える基板本体２２は、基板本体１２,１４と同様に、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた形成材料を用いて形成されている。
【００２６】
基板本体２２の第２液晶層３０Ｂと対向しない面には、対向基板１４Ｌに設けられた偏光板と対を成す偏光板７０が設けられている。液晶表示装置１では、偏光板７０は一対のみ設けられているため、偏光板７０による入射光の損失は、通常の構成の液晶表示装置と変わらない。
【００２７】
信号配線６２および共通配線６４は、透光性の導電性材料で形成されており、本実施形態では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の光透過性を備えた導電性の金属酸化物にて形成されている。信号配線６２は、ブラックマトリクス２０と平面的に重なって形成されている。
【００２８】
また、信号配線６２および共通配線６４の表面には、不図示の配向膜が形成されており、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣの初期配向状態が水平配向となるような配向規制力が働いている。液晶分子ＬＣには、誘電率異方性が正の液晶分子を用いる。
【００２９】
図中破線で矩形に囲む部分に形成される液晶レンズ５０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５０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、集光する機能を備えている。本実施形態の液晶レンズ５０は、液晶材料ＬＣが備える屈折率の異方性を利用し、屈折率分布を形成している。液晶レンズ５０は、端部がブラックマトリクス２０と平面的に重なって形成されており、バックライト８０からの光をカラーフィルタ層４０に集光する機能を備えている。液晶レンズ５０の詳細な構造については、後に詳述する。
【００３０】
図２は、液晶表示装置１の構成を示す概略図であり、（ａ）は液晶表示装置１を画像表示部１００から観察した表示画面の平面図であり、（ｂ）は液晶集光部２００の配線構造を示す平面図である。図２（ｂ）は（ａ）に対応する図であり、図１は図２（ｂ）の線分Ａ−Ａの矢視断面図となっている。また、図２（ｃ）は液晶集光部２００を駆動させた状態を示す概略斜視図である。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、液晶表示装置１の画像表示部１００における表示画面は、マトリクス状に配置された有効表示領域ＡＲ１と、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２により構成されている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、液晶集光部２００は、複数の信号配線６２と複数の共通配線６４とが直交して配置されており、配線間に印加することにより交差部に発生する電界で第２液晶層３０Ｂを駆動させるパッシブ方式の駆動方式が採用されている。信号配線６２には平面視で略円形の開口部６３が設けられており、開口部６３と平面的に重なって有効表示領域ＡＲ１が配置されている。
【００３３】
信号配線６２と共通配線６４との間に印加し液晶集光部２００を駆動させると、図２（ｃ）に示すように、信号配線６２の開口部６３を除いて電界が発生し、開口部６３と平面的に重なる領域には液晶分子ＬＣの新たな配向分布が形成される。その結果、前述のように液晶分子ＬＣの屈折率異方性に起因して液晶レンズ５０が形成される。
【００３４】
次いで、図３を用いて課題を解決するための液晶レンズ５０の形態について説明する。図３は、液晶レンズ５０の構造を説明する概略図である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、符号ｒは液晶レンズ５０の中心から外周までの幅（信号配線６２の開口部の半径）、ｆは液晶レンズ５０の焦点距離、ｗは液晶レンズ５０の端部からブラックマトリクス２０の端部までの平面視での距離を表している。また、ｄ１は第２液晶層３０Ｂの厚み、ｄ２は素子基板１２Ｌの厚み、ｄ３は第１液晶層３０Ａの厚み、ｄ４は対向基板１４Ｌの厚みを示している。ここでは、長さの単位は全てμｍであるとする。
【００３６】
液晶レンズ５０焦点距離ｆは、液晶分子ＬＣの常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅを用いると次の式（１）で与えられる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
液晶レンズ５０は、バックライトからの入射光を、対向基板１４Ｌにおける有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる領域に集光することから、液晶レンズ５０は、焦点距離ｆが次の式（２）で示される関係を満たすように設計される。ここでは対向基板１４Ｌが備えるカラーフィルタ層４０の液晶層側の表面に集光することとして示している。
【００３９】
【数２】
【００４０】
ここでは対向基板１４Ｌが備えるカラーフィルタ層４０の液晶層側の表面に集光することとして示している。したがって、ｆ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３となっている。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、装置外部から液晶レンズ５０の端部への入射光Ｌが直線光で焦点Ｐに収束すると近似した場合、入射光Ｌの屈折角をθとする。液晶レンズ５０の端部への入射光Ｌをブラックマトリクス２０が遮らないためには、液晶レンズ５０の端部における基板２２Ｌの法線Ｓ１と、液晶レンズ５０の端部とブラックマトリクス２０の端部とを結ぶ線Ｓ２と、が成す角をφとすると、図の幾何学的な関係よりθ＞φという関係を満たすこととすればよい。
【００４２】
上記の関係から、図に示す液晶レンズ５０で歪曲された入射光Ｌがブラックマトリクス２０に遮られないためには、ｔａｎθ＞ｔａｎφを満たせばよく、したがってそれぞれの数値が以下の式（３）より式（４）を満たすこととすればよい。
【００４３】
【数３】
【００４４】
【数４】
【００４５】
式（２）の条件内で集光位置を変更する場合には、焦点距離ｆに応じて距離ｗを変更させることとすればよい。
【００４６】
液晶表示装置１では、上記のような液晶レンズ５０を形成する液晶集光部２００が画像表示部１００の表示と対応して駆動する。図４は液晶表示装置１の動作の様子を説明する断面図であり、図１に対応する図である。図４（ａ）は、画像表示部１００が黒表示を行う様子を示し、（ｂ）は画像表示部１００が入射光Ｌを透過させ画像表示を行う様子を示している。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、画像表示部１００が黒表示を行う場合には、液晶集光部２００には液晶レンズ５０を形成せず、バックライト８０から入射する入射光Ｌは、ブラックマトリクス２０、および対向基板１４Ｌに設けられた不図示の偏光板に遮られる。
【００４８】
対して図４（ｂ）に示すように、画像表示部１００が画像表示を行う場合には、液晶集光部２００を駆動させ液晶レンズ５０を形成する。そして、ブラックマトリクス２０に当たるはずの入射光Ｌを、有効表示領域ＡＲ１へ向けて集光させ画像表示に用いる。そのため、液晶レンズ５０を用いると、多くの入射光Ｌが有効表示領域ＡＲ１を透過するため、液晶表示装置１の白輝度を高めることができる。以上のようにして、液晶表示装置１は画像表示部１００で表示を行う場合に、液晶レンズ５０を用いて多くの入射光Ｌを用いて表示を行うため、コントラスト比を高めることができる。
【００４９】
以上のような構成の液晶表示装置１によれば、有効表示領域ＡＲ１と対応して液晶レンズ５０が設けられており、液晶レンズ５０の集光機能により、光を透過しないブラックマトリクス２０に当たるはずの直進光の入射光Ｌを、有効表示領域ＡＲ１へ向けて集光させることができる。そのため、直進光のみを利用する場合よりも、多くの入射光Ｌが有効表示領域ＡＲ１を透過し、白輝度を高めることができる。また、液晶集光部２００を画像表示部１００による表示と同期して駆動させることで、黒表示の時には集光させず、黒表示以外の時には集光させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置１とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、対向基板１４Ｌは、有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なって入射光Ｌを散乱させる機能を備えたカラーフィルタ層４０を備え、液晶レンズ５０は、入射光Ｌをカラーフィルタ層４０に集光することとしている。そのため、散乱機能を有するカラーフィルタ層４０が、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角を広くすることができる。また、別体で散乱層を設けるよりも装置構成を簡略化することができ、薄型化した液晶表示装置１とすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、液晶分子ＬＣは、誘電率異方性が正の液晶分子であることとしている。そのため、第２第２液晶層３０Ｂの初期配向状態を水平配向とし、簡単な構成で液晶集光部２００を形成することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、遮光領域ＡＲ２には不透明樹脂で形成されたブラックマトリクス２０を備えることとしたが、本発明の技術思想によれば、遮光領域ＡＲ２にはブラックマトリクス２０は必須ではない。例えば、光透過性を備えない金属配線や駆動素子など、バックライト８０からの入射光Ｌを遮る遮光性の構成物であれば、本発明の遮光領域ＡＲ２とすることができる。液晶レンズ５０の機能により、これらの遮光性構成物に入射するはずの入射光をカラーフィルタ４０上に集光することで、輝度を高めることが可能となり、コントラスト比を高めることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態においては、カラーフィルタ層４０は光散乱機能を兼ね備えることとしたが、対向基板１４Ｌに散乱機能のみ備える散乱層を設けることとしても構わない。その場合は、液晶レンズ５０の集光位置を該散乱層上とすると、良好に視野角の確保ができた液晶表示装置１とすることができ好ましい。
【００５４】
また、本実施形態においては、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣに誘電率異方性が正の液晶分子を用いることとしたが、誘電率異方性が負の液晶分子を用いることもできる。その場合には、信号配線６２および共通配線６４の表面には、初期配向状態を垂直配向とする配向膜を付し、電極にスリットを入れるまたは電極表面に凹凸形状を設けるなど通常知られた方法により液晶分子の傾斜方向を規定し、電圧印加時に液晶レンズを形成するように制御することが望ましい。
【００５５】
また、本実施形態においては、黒表示では液晶集光部２００を駆動させず、画像表示を行う場合には液晶集光部２００を駆動させることとしたが、更に詳細に表示画像と対応させて液晶集光部２００を駆動させることとしても構わない。その場合は、画像表示部１００へ入力される画像信号を検知する検知部と、該検知部で検知された画像信号に基づいて信号配線６２および共通配線６４への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることであることが望ましい。
【００５６】
人間の目は光に対する感度が光の波長によって異なるため、同じ強度の光であっても波長が異なるとより明るく感じたりより暗く感じたりすることが起こる。そのため、例えば２つの有効表示領域が表示する色がそれぞれ青色と緑色である場合には、人間の目がより感じにくい青色を表示する有効表示領域ＡＲ１へ入射する光量を多くする必要がある。
【００５７】
その場合、表示する画像信号を検知部で検知し、画像信号に基づいて制御部で制御することで、表示する画像の画像信号に基づいて、液晶集光部２００をより細かく制御することができる。そのため、前述の例では青色を表示する有効表示領域ＡＲ１に対応する液晶レンズ５０を駆動させ、緑色を表示する有効表示領域ＡＲ１に対応する液晶レンズ５０を駆動させないことで、光量差を設けることができる。したがって、上述の効果に加えて、より鮮明で階調表示にすぐれた表示が可能な液晶表示装置１とすることができる。
【００５８】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置２の説明図であり、第１実施形態の図２に対応する概略図である。本実施形態の液晶表示装置２は、第１実施形態の液晶表示装置１と一部共通している。異なるのは、液晶集光部２００が備える信号配線６２が２本１組の細線で形成されており、ブラックマトリクス２０に平面的に重なる領域に配置されていることである。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。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、液晶表示装置２の画像表示部１００における表示画面は、マトリクス状に配置された有効表示領域ＡＲ１と、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２により構成されている。
【００６０】
図５（ｂ）に示すように、液晶集光部２００が有する信号配線６２は、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２に平面的に重なり、共通配線６４と直交し延在して形成されている。隣接する有効表示領域ＡＲ１の間にはそれぞれ２本の信号配線６２が形成されており、２本１組で有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで配置されている。また、共通配線６４は有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なって形成されている。そのため、共通配線６４が平面的に重なる領域であって、有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで形成される一対の信号配線６２を両端とする領域は、有効表示領域ＡＲ１と完全に重なって配置されている。
【００６１】
信号配線６２と共通配線６４との間に印加し液晶集光部２００を駆動させると、図５（ｃ）に示すように、有効表示領域ＡＲ１を挟み込む一対の信号配線６２と共通配線６４との間に電界が発生し、液晶分子ＬＣの新たな配向分布が形成される。その結果、共通配線６４が平面的に重なる領域であって、有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで形成される一対の信号配線６２を両端とする領域には図に示すようなかまぼこ状の配向分布が形成され、液晶分子ＬＣの屈折率異方性に起因して液晶レンズ５０が形成される。
【００６２】
以上のような構成の液晶表示装置２によれば、液晶レンズ５０が形成される領域は有効表示領域ＡＲ１と完全に重なっているため、遮光領域ＡＲ２に差し込む入射光Ｌを漏れなく効率的に有効表示領域ＡＲ１に集光することができ、よりコントラスト比を高めた液晶表示装置２とすることができる。
【００６３】
［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６は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。図６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コントラスト比が高く、表示品質に優れる表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【００６４】
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、コントラスト比が高く、鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００６５】
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】
【００６６】
【図１】第１実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図３】第１実施形態の液晶レンズの構造を説明する概略図である。
【図４】第１実施形態の液晶表示装置の動作の様子を説明する断面図である。
【図５】第２実施形態の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】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】
【００６７】
１，２…液晶表示装置、１２…素子基板（基板）、１４…対向基板、２０…ブラックマトリクス（遮光構成物）、３０Ａ…第１液晶層、３０Ｂ…第２液晶層、４０…カラーフィルタ層、５０…液晶レンズ（集光素子）、１００…画像表示部、２００…液晶集光部、１３００…携帯電話（電子機器）、ＡＲ１…有効表示領域、ＡＲ２…遮光領域（有効表示領域の間の領域）、Ｌ…入射光、ＬＣ…液晶分子、
【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。使用用途が多岐に渡ることから、液晶表示装置を用いた表示画像の画質に対しては数々の改良要求があり、活発に研究が行われている。
【０００３】
このような改良要求の高い品質としては、画像の黒表示と白表示との輝度差（コントラスト）、または輝度の比（コントラスト比）がある。コントラスト比が高い液晶表示装置では、いわゆるメリハリの利いた鮮やかな画像表示が可能となる。
【０００４】
しかしながら、透過表示方式の液晶表示装置においては、組み立て公差や液晶表示装置の液晶層の位相差等に起因して、装置後方で点灯する光源からの光を液晶層で完全に遮蔽することが難しく、黒表示時に光漏れを生じる。その結果、コントラスト比を高めることが困難となっている。そのため、装置後方の光源と液晶層との間に、光源からの光量を調節可能な別部材を設け、液晶層に入射する前に光量の調整を行う構成が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−１４２８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上記方法では、光量を調節可能な部材が液晶表示装置の裏面全面に設けられているため、光量の調節は装置全体を対象に行うよりほか無い。そのため、上記方法を用いた場合には、例えば白表示と黒表示を一画面で同時に行う表示画像で光量の調整が出来ず、表示画像のコントラスト比改良ができない。
【０００６】
また、画像表示に用いる液晶表示装置とは別に、光量調節のための液晶装置を光源と液晶表示装置との間に配置すると、該液晶装置が有する偏光板により光源からの光を遮ってしまうため、全体として輝度が低下することとなる。そのため、コントラスト比の改良ができない。
【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、入射光強度を調整することで白輝度を高め、コントラスト比を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。また、このような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、一対の基板に挟持された第１液晶層を有し、複数の有効表示領域を含む画像表示部と、前記一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層を有し、前記電極対と前記第２液晶層に含まれる液晶分子とが、前記有効表示領域と平面的に重なる集光素子を形成する液晶集光部と、を備え、前記液晶集光部の前記画像表示部とは反対側から該液晶集光部に入射された入射光を用いて表示を行う液晶表示装置であって、前記集光素子は、前記電極対に印加される電界の方向に配列する前記液晶材料の配向分布に基づき、前記液晶集光部の法線方向に対して垂直な方向に屈折率分布を形成する液晶レンズであり、前記入射光を遮光する遮光構成物が、複数の前記有効表示領域の間の領域と平面的に重なる領域に設けられており、前記集光素子は、端部の少なくとも一部が、前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なるとともに、前記集光素子は、前記電極対に電圧が印加されることによって、前記一対の基板のうち前記液晶集光部とは反対側の対向基板における前記有効表示領域と平面的に重なる領域に前記入射光を集光することを特徴とする。
この構成によれば、有効表示領域と対応して液晶レンズが設けられており、液晶レンズの集光機能により、光を透過しない遮光構成物に当たるはずの直進光を、有効表示領域へ向けて集光させることができる。そのため、直進光のみを利用する場合よりも、多くの入射光が有効表示領域を透過し、白輝度を高めることができる。また、液晶集光部を画像表示部による表示と同期して駆動させることで、黒表示の時には集光させず、黒表示以外の時には集光させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置とすることができる。
【０００９】
本発明においては、前記集光素子は、端部が全て前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なっていることが望ましい。
この構成によれば、効率的に有効表示領域の周辺領域から集光することができ、よりコントラスト比を高めた液晶表示装置とすることができる。
【００１０】
本発明においては、前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる散乱層を有し、前記集光素子は、前記入射光を前記散乱層に集光することが望ましい。
この構成によれば、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角が広い液晶表示装置とすることができる。
【００１１】
本発明においては、前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる機能を有するカラーフィルタ層を備え、前記集光素子は、前記入射光を前記カラーフィルタ層に集光することが望ましい。
この構成によれば、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角を広くすることができる。また、カラーフィルタ層が散乱機能を備えているため、別体で散乱層を設けるよりも装置構成を簡略化することができ、薄型化した液晶表示装置とすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記液晶分子は、誘電率異方性が正の液晶分子であることが望ましい。
この構成によれば、第２液晶層の初期配向状態を水平配向とし、簡単な構成で液晶集光部を形成することができる。
【００１３】
本発明においては、前記画像表示部へ入力される画像信号を検知する検知部と、前記検知部で検知された前記画像信号に基づいて前記電極対への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることが望ましい。
人間の目は光に対する感度が光の波長によって異なるため、同じ強度の光であっても波長が異なるとより明るく感じたりより暗く感じたりすることが起こる。そのため、例えば２つの有効表示領域が表示する色がそれぞれ青色と緑色である場合には、人間の目がより感じにくい青色を表示する有効表示領域へ入射する光量を多くする必要がある。本発明の構成によれば、表示する画像信号を検知して液晶集光部を制御することができる。そのため、前述の例では青色を表示する有効表示領域に対応する集光素子を駆動させ、緑色を表示する有効表示領域に対応する集光素子を駆動させないことで、光量差を設けることができる。したがって、上述の効果に加えて、より鮮明で階調表示にすぐれた表示が可能な液晶表示装置とすることができる。
【００１４】
本発明の電子機器は、上述の液晶表示装置を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、コントラスト比が高く鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、図１〜図４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。
【００１６】
図１は本実施形態の液晶表示装置１を示す断面図である。図に示すように、液晶表示装置１は、画像表示を行う画像表示部１００と、装置後方に配置されたバックライト８０と、画像表示部１００とバックライト８０との間に配置され、バックライト８０からの光を集光する液晶集光部２００とを備えている。以下の説明では、バックライト８０を配置している方向を下、画像表示部１００が配置されている方向を上として、各構成部材の上下関係を示す。
【００１７】
画像表示部１００は、駆動素子や配線等が形成された素子基板１２Ｌと、素子基板１２Ｌと対になり対向配置された対向基板１４Ｌと、素子基板１２Ｌと対向基板１４Ｌとに挟持される第１液晶層３０Ａとを備えている。対向基板１４Ｌの第１液晶層３０Ａ側には、フルカラー表示を可能とする光変調用の着色層を有するカラーフィルタ層４０が配置されており、反対側には偏光板７０が配置されている。液晶表示装置１では、バックライト８０から射出される光を用いて、有効表示領域ＡＲ１にて画像表示が行われる。
【００１８】
素子基板１２Ｌが備える基板本体１２は、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた材料で形成されている。
【００１９】
基板本体１２の上には、駆動素子、配線、及びこれらを電気的に絶縁する無機物または有機物の絶縁膜などを備えた素子層１３が形成されている。各種配線や駆動素子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。
【００２０】
素子基板１２Ｌの上には、不透明の樹脂材料で形成されたブラックマトリクス（遮光構成物）２０が配置されている。ブラックマトリクス２０は、素子基板１２Ｌに形成された配線等を観察者から隠し、隣接する有効表示領域ＡＲ１の間の遮光領域ＡＲ２を形成している。即ち、ブラックマトリクス２０に覆われていない領域が有効表示領域ＡＲ１となっている。ブラックマトリクス２０の形成材料には、例えば黒色顔料を混ぜたアクリル樹脂を用いることができる。
【００２１】
対向基板１４Ｌが備える基板本体１４は、基板本体１２と同様に、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた材料で形成されている。
【００２２】
基板本体１４の第１液晶層３０Ａ側の表面にはカラーフィルタ層４０を備えている。カラーフィルタ層４０は、バックライト８０からの入射光を赤色、緑色、青色に変調する着色層を備えている。これらの着色層を透過した各色の光を混色することでフルカラー表示が可能となる。また、着色層には光を散乱するビーズ状の透明微粒子が含有されており、着色層に入射される光を散乱する機能を兼ね備えている。このため、装置前方へ広い視野角を備えた液晶表示装置１となっている。
【００２３】
本発明の技術思想によれば、第１液晶層３０Ａに含まれる液晶分子の駆動方式はいかなるものでも良く、通常知られたＴＮ、ＩＰＳ、ＶＡ、ＯＣＢ等様々な液晶駆動方式を採用することができる。画像表示部１００には、それぞれ採用する駆動方式に応じた形状の画素電極、共通電極、配向膜等の必要構成を備えている。
【００２４】
液晶集光部２００は、表面に共通配線６４を備えた基板２２Ｌと、素子基板１２Ｌの表面に形成された信号配線６２と、素子基板１２Ｌと基板２２Ｌとの間に挟持された第２液晶層３０Ｂとを備えている。信号配線６２と共通配線６４との重なった部分は電極対をなし、該電極対の間に電圧が印加されると、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣが液晶レンズ（集光素子）５０を形成する構成となっている。
【００２５】
基板２２Ｌが備える基板本体２２は、基板本体１２,１４と同様に、例えばガラス、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）、またはこれらの複合材料など光透過性を備えた形成材料を用いて形成されている。
【００２６】
基板本体２２の第２液晶層３０Ｂと対向しない面には、対向基板１４Ｌに設けられた偏光板と対を成す偏光板７０が設けられている。液晶表示装置１では、偏光板７０は一対のみ設けられているため、偏光板７０による入射光の損失は、通常の構成の液晶表示装置と変わらない。
【００２７】
信号配線６２および共通配線６４は、透光性の導電性材料で形成されており、本実施形態では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）等の光透過性を備えた導電性の金属酸化物にて形成されている。信号配線６２は、ブラックマトリクス２０と平面的に重なって形成されている。
【００２８】
また、信号配線６２および共通配線６４の表面には、不図示の配向膜が形成されており、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣの初期配向状態が水平配向となるような配向規制力が働いている。液晶分子ＬＣには、誘電率異方性が正の液晶分子を用いる。
【００２９】
図中破線で矩形に囲む部分に形成される液晶レンズ５０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５０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、集光する機能を備えている。本実施形態の液晶レンズ５０は、液晶材料ＬＣが備える屈折率の異方性を利用し、屈折率分布を形成している。液晶レンズ５０は、端部がブラックマトリクス２０と平面的に重なって形成されており、バックライト８０からの光をカラーフィルタ層４０に集光する機能を備えている。液晶レンズ５０の詳細な構造については、後に詳述する。
【００３０】
図２は、液晶表示装置１の構成を示す概略図であり、（ａ）は液晶表示装置１を画像表示部１００から観察した表示画面の平面図であり、（ｂ）は液晶集光部２００の配線構造を示す平面図である。図２（ｂ）は（ａ）に対応する図であり、図１は図２（ｂ）の線分Ａ−Ａの矢視断面図となっている。また、図２（ｃ）は液晶集光部２００を駆動させた状態を示す概略斜視図である。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、液晶表示装置１の画像表示部１００における表示画面は、マトリクス状に配置された有効表示領域ＡＲ１と、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２により構成されている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、液晶集光部２００は、複数の信号配線６２と複数の共通配線６４とが直交して配置されており、配線間に印加することにより交差部に発生する電界で第２液晶層３０Ｂを駆動させるパッシブ方式の駆動方式が採用されている。信号配線６２には平面視で略円形の開口部６３が設けられており、開口部６３と平面的に重なって有効表示領域ＡＲ１が配置されている。
【００３３】
信号配線６２と共通配線６４との間に印加し液晶集光部２００を駆動させると、図２（ｃ）に示すように、信号配線６２の開口部６３を除いて電界が発生し、開口部６３と平面的に重なる領域には液晶分子ＬＣの新たな配向分布が形成される。その結果、前述のように液晶分子ＬＣの屈折率異方性に起因して液晶レンズ５０が形成される。
【００３４】
次いで、図３を用いて課題を解決するための液晶レンズ５０の形態について説明する。図３は、液晶レンズ５０の構造を説明する概略図である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、符号ｒは液晶レンズ５０の中心から外周までの幅（信号配線６２の開口部の半径）、ｆは液晶レンズ５０の焦点距離、ｗは液晶レンズ５０の端部からブラックマトリクス２０の端部までの平面視での距離を表している。また、ｄ１は第２液晶層３０Ｂの厚み、ｄ２は素子基板１２Ｌの厚み、ｄ３は第１液晶層３０Ａの厚み、ｄ４は対向基板１４Ｌの厚みを示している。ここでは、長さの単位は全てμｍであるとする。
【００３６】
液晶レンズ５０焦点距離ｆは、液晶分子ＬＣの常光屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅを用いると次の式（１）で与えられる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
液晶レンズ５０は、バックライトからの入射光を、対向基板１４Ｌにおける有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なる領域に集光することから、液晶レンズ５０は、焦点距離ｆが次の式（２）で示される関係を満たすように設計される。ここでは対向基板１４Ｌが備えるカラーフィルタ層４０の液晶層側の表面に集光することとして示している。
【００３９】
【数２】
【００４０】
ここでは対向基板１４Ｌが備えるカラーフィルタ層４０の液晶層側の表面に集光することとして示している。したがって、ｆ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ３となっている。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、装置外部から液晶レンズ５０の端部への入射光Ｌが直線光で焦点Ｐに収束すると近似した場合、入射光Ｌの屈折角をθとする。液晶レンズ５０の端部への入射光Ｌをブラックマトリクス２０が遮らないためには、液晶レンズ５０の端部における基板２２Ｌの法線Ｓ１と、液晶レンズ５０の端部とブラックマトリクス２０の端部とを結ぶ線Ｓ２と、が成す角をφとすると、図の幾何学的な関係よりθ＞φという関係を満たすこととすればよい。
【００４２】
上記の関係から、図に示す液晶レンズ５０で歪曲された入射光Ｌがブラックマトリクス２０に遮られないためには、ｔａｎθ＞ｔａｎφを満たせばよく、したがってそれぞれの数値が以下の式（３）より式（４）を満たすこととすればよい。
【００４３】
【数３】
【００４４】
【数４】
【００４５】
式（２）の条件内で集光位置を変更する場合には、焦点距離ｆに応じて距離ｗを変更させることとすればよい。
【００４６】
液晶表示装置１では、上記のような液晶レンズ５０を形成する液晶集光部２００が画像表示部１００の表示と対応して駆動する。図４は液晶表示装置１の動作の様子を説明する断面図であり、図１に対応する図である。図４（ａ）は、画像表示部１００が黒表示を行う様子を示し、（ｂ）は画像表示部１００が入射光Ｌを透過させ画像表示を行う様子を示している。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、画像表示部１００が黒表示を行う場合には、液晶集光部２００には液晶レンズ５０を形成せず、バックライト８０から入射する入射光Ｌは、ブラックマトリクス２０、および対向基板１４Ｌに設けられた不図示の偏光板に遮られる。
【００４８】
対して図４（ｂ）に示すように、画像表示部１００が画像表示を行う場合には、液晶集光部２００を駆動させ液晶レンズ５０を形成する。そして、ブラックマトリクス２０に当たるはずの入射光Ｌを、有効表示領域ＡＲ１へ向けて集光させ画像表示に用いる。そのため、液晶レンズ５０を用いると、多くの入射光Ｌが有効表示領域ＡＲ１を透過するため、液晶表示装置１の白輝度を高めることができる。以上のようにして、液晶表示装置１は画像表示部１００で表示を行う場合に、液晶レンズ５０を用いて多くの入射光Ｌを用いて表示を行うため、コントラスト比を高めることができる。
【００４９】
以上のような構成の液晶表示装置１によれば、有効表示領域ＡＲ１と対応して液晶レンズ５０が設けられており、液晶レンズ５０の集光機能により、光を透過しないブラックマトリクス２０に当たるはずの直進光の入射光Ｌを、有効表示領域ＡＲ１へ向けて集光させることができる。そのため、直進光のみを利用する場合よりも、多くの入射光Ｌが有効表示領域ＡＲ１を透過し、白輝度を高めることができる。また、液晶集光部２００を画像表示部１００による表示と同期して駆動させることで、黒表示の時には集光させず、黒表示以外の時には集光させることができる。したがって、コントラスト比を向上させた液晶表示装置１とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、対向基板１４Ｌは、有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なって入射光Ｌを散乱させる機能を備えたカラーフィルタ層４０を備え、液晶レンズ５０は、入射光Ｌをカラーフィルタ層４０に集光することとしている。そのため、散乱機能を有するカラーフィルタ層４０が、集光した光を拡散させることで、コントラスト比を高めると共に視野角を広くすることができる。また、別体で散乱層を設けるよりも装置構成を簡略化することができ、薄型化した液晶表示装置１とすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、液晶分子ＬＣは、誘電率異方性が正の液晶分子であることとしている。そのため、第２第２液晶層３０Ｂの初期配向状態を水平配向とし、簡単な構成で液晶集光部２００を形成することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、遮光領域ＡＲ２には不透明樹脂で形成されたブラックマトリクス２０を備えることとしたが、本発明の技術思想によれば、遮光領域ＡＲ２にはブラックマトリクス２０は必須ではない。例えば、光透過性を備えない金属配線や駆動素子など、バックライト８０からの入射光Ｌを遮る遮光性の構成物であれば、本発明の遮光領域ＡＲ２とすることができる。液晶レンズ５０の機能により、これらの遮光性構成物に入射するはずの入射光をカラーフィルタ４０上に集光することで、輝度を高めることが可能となり、コントラスト比を高めることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態においては、カラーフィルタ層４０は光散乱機能を兼ね備えることとしたが、対向基板１４Ｌに散乱機能のみ備える散乱層を設けることとしても構わない。その場合は、液晶レンズ５０の集光位置を該散乱層上とすると、良好に視野角の確保ができた液晶表示装置１とすることができ好ましい。
【００５４】
また、本実施形態においては、第２液晶層３０Ｂに含まれる液晶分子ＬＣに誘電率異方性が正の液晶分子を用いることとしたが、誘電率異方性が負の液晶分子を用いることもできる。その場合には、信号配線６２および共通配線６４の表面には、初期配向状態を垂直配向とする配向膜を付し、電極にスリットを入れるまたは電極表面に凹凸形状を設けるなど通常知られた方法により液晶分子の傾斜方向を規定し、電圧印加時に液晶レンズを形成するように制御することが望ましい。
【００５５】
また、本実施形態においては、黒表示では液晶集光部２００を駆動させず、画像表示を行う場合には液晶集光部２００を駆動させることとしたが、更に詳細に表示画像と対応させて液晶集光部２００を駆動させることとしても構わない。その場合は、画像表示部１００へ入力される画像信号を検知する検知部と、該検知部で検知された画像信号に基づいて信号配線６２および共通配線６４への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることであることが望ましい。
【００５６】
人間の目は光に対する感度が光の波長によって異なるため、同じ強度の光であっても波長が異なるとより明るく感じたりより暗く感じたりすることが起こる。そのため、例えば２つの有効表示領域が表示する色がそれぞれ青色と緑色である場合には、人間の目がより感じにくい青色を表示する有効表示領域ＡＲ１へ入射する光量を多くする必要がある。
【００５７】
その場合、表示する画像信号を検知部で検知し、画像信号に基づいて制御部で制御することで、表示する画像の画像信号に基づいて、液晶集光部２００をより細かく制御することができる。そのため、前述の例では青色を表示する有効表示領域ＡＲ１に対応する液晶レンズ５０を駆動させ、緑色を表示する有効表示領域ＡＲ１に対応する液晶レンズ５０を駆動させないことで、光量差を設けることができる。したがって、上述の効果に加えて、より鮮明で階調表示にすぐれた表示が可能な液晶表示装置１とすることができる。
【００５８】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置２の説明図であり、第１実施形態の図２に対応する概略図である。本実施形態の液晶表示装置２は、第１実施形態の液晶表示装置１と一部共通している。異なるのは、液晶集光部２００が備える信号配線６２が２本１組の細線で形成されており、ブラックマトリクス２０に平面的に重なる領域に配置されていることである。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。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、液晶表示装置２の画像表示部１００における表示画面は、マトリクス状に配置された有効表示領域ＡＲ１と、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２により構成されている。
【００６０】
図５（ｂ）に示すように、液晶集光部２００が有する信号配線６２は、有効表示領域ＡＲ１の間に配置された遮光領域ＡＲ２に平面的に重なり、共通配線６４と直交し延在して形成されている。隣接する有効表示領域ＡＲ１の間にはそれぞれ２本の信号配線６２が形成されており、２本１組で有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで配置されている。また、共通配線６４は有効表示領域ＡＲ１と平面的に重なって形成されている。そのため、共通配線６４が平面的に重なる領域であって、有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで形成される一対の信号配線６２を両端とする領域は、有効表示領域ＡＲ１と完全に重なって配置されている。
【００６１】
信号配線６２と共通配線６４との間に印加し液晶集光部２００を駆動させると、図５（ｃ）に示すように、有効表示領域ＡＲ１を挟み込む一対の信号配線６２と共通配線６４との間に電界が発生し、液晶分子ＬＣの新たな配向分布が形成される。その結果、共通配線６４が平面的に重なる領域であって、有効表示領域ＡＲ１を挟み込んで形成される一対の信号配線６２を両端とする領域には図に示すようなかまぼこ状の配向分布が形成され、液晶分子ＬＣの屈折率異方性に起因して液晶レンズ５０が形成される。
【００６２】
以上のような構成の液晶表示装置２によれば、液晶レンズ５０が形成される領域は有効表示領域ＡＲ１と完全に重なっているため、遮光領域ＡＲ２に差し込む入射光Ｌを漏れなく効率的に有効表示領域ＡＲ１に集光することができ、よりコントラスト比を高めた液晶表示装置２とすることができる。
【００６３】
［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６は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。図６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コントラスト比が高く、表示品質に優れる表示部を具備した携帯電話１３００を提供することができる。
【００６４】
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、コントラスト比が高く、鮮明な表示が可能な表示部を備えた電子機器を提供できる。
【００６５】
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】
【００６６】
【図１】第１実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図３】第１実施形態の液晶レンズの構造を説明する概略図である。
【図４】第１実施形態の液晶表示装置の動作の様子を説明する断面図である。
【図５】第２実施形態の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】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】
【００６７】
１，２…液晶表示装置、１２…素子基板（基板）、１４…対向基板、２０…ブラックマトリクス（遮光構成物）、３０Ａ…第１液晶層、３０Ｂ…第２液晶層、４０…カラーフィルタ層、５０…液晶レンズ（集光素子）、１００…画像表示部、２００…液晶集光部、１３００…携帯電話（電子機器）、ＡＲ１…有効表示領域、ＡＲ２…遮光領域（有効表示領域の間の領域）、Ｌ…入射光、ＬＣ…液晶分子、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板に挟持された第１液晶層を有し、複数の有効表示領域を含む画像表示部と、
前記一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層を有し、前記電極対と前記第２液晶層に含まれる液晶分子とが、前記有効表示領域と平面的に重なる集光素子を形成する液晶集光部と、を備え、
前記液晶集光部の前記画像表示部とは反対側から該液晶集光部に入射された入射光を用いて表示を行う液晶表示装置であって、
前記集光素子は、前記電極対に印加される電界の方向に配列する前記液晶材料の配向分布に基づき、前記液晶集光部の法線方向に対して垂直な方向に屈折率分布を形成する液晶レンズであり、
前記入射光を遮光する遮光構成物が、複数の前記有効表示領域の間の領域と平面的に重なる領域に設けられており、
前記集光素子は、端部の少なくとも一部が、前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なるとともに、前記集光素子は、前記電極対に電圧が印加されることによって、前記一対の基板のうち前記液晶集光部とは反対側の対向基板における前記有効表示領域と平面的に重なる領域に前記入射光を集光することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光素子は、端部が全て前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なっ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】
前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる散乱層を有し、
前記集光素子は、前記入射光を前記散乱層に集光す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】
前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる機能を有するカラーフィルタ層を備え、
前記集光素子は、前記入射光を前記カラーフィルタ層に集光す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５】
前記液晶分子は、誘電率異方性が正の液晶分子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】
前記画像表示部へ入力される画像信号を検知する検知部と、前記検知部で検知された前記画像信号に基づいて前記電極対への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることを特徴とする請求項１から５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項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。
【請求項１】
一対の基板に挟持された第１液晶層を有し、複数の有効表示領域を含む画像表示部と、
前記一対の基板の外側に配置され、複数の電極対に挟持された第２液晶層を有し、前記電極対と前記第２液晶層に含まれる液晶分子とが、前記有効表示領域と平面的に重なる集光素子を形成する液晶集光部と、を備え、
前記液晶集光部の前記画像表示部とは反対側から該液晶集光部に入射された入射光を用いて表示を行う液晶表示装置であって、
前記集光素子は、前記電極対に印加される電界の方向に配列する前記液晶材料の配向分布に基づき、前記液晶集光部の法線方向に対して垂直な方向に屈折率分布を形成する液晶レンズであり、
前記入射光を遮光する遮光構成物が、複数の前記有効表示領域の間の領域と平面的に重なる領域に設けられており、
前記集光素子は、端部の少なくとも一部が、前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なるとともに、前記集光素子は、前記電極対に電圧が印加されることによって、前記一対の基板のうち前記液晶集光部とは反対側の対向基板における前記有効表示領域と平面的に重なる領域に前記入射光を集光することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光素子は、端部が全て前記有効表示領域の間の領域に平面的に重なっ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】
前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる散乱層を有し、
前記集光素子は、前記入射光を前記散乱層に集光す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】
前記対向基板は、前記有効表示領域と平面的に重なって前記入射光を散乱させる機能を有するカラーフィルタ層を備え、
前記集光素子は、前記入射光を前記カラーフィルタ層に集光す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５】
前記液晶分子は、誘電率異方性が正の液晶分子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】
前記画像表示部へ入力される画像信号を検知する検知部と、前記検知部で検知された前記画像信号に基づいて前記電極対への印加を制御する制御部と、を有する制御装置を備えることを特徴とする請求項１から５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２０４９３８（Ｐ２００９−２０４９３８Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４７７５４（Ｐ２００８−４７７５４）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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