JP2008241947A - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い用途に利用可能な電気光学装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】電気光学物質層の厚さｄをｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）となるように設定することにより、第１電極及び第２電極と他方の基板との間隔を確実に確保することができる。第１電極と第２電極との間に発生する電界は、他方の基板にはほとんど届かないため、他方の基板の表面近傍に設けられる電気光学物質層にはリタデーションが形成されず、この領域は表示にほとんど寄与しない。このため、例えば他方の基板の電気光学物質側表面を平坦化させることで光透過性を向上させる、といった構成が必要ではなくなる。このように、他方の基板の構成を幅広く選択することができるため、幅広い用途に利用可能な電気光学装置を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気光学装置及び電子機器に関する。

Ｋｅｒｒ効果による電子分極を利用した電気光学装置が知られている。Ｋｅｒｒ効果とは、電界を印加したときに当該電界の方向を軸として電界強度の２乗に比例する大きさの光学異方性を示す現象をいう。このようなＫｅｒｒ効果を示す電気光学物質として、例えばブルー相と呼ばれる液晶材料が知られている。液晶層としてブルー相を用いた液晶表示装置は、応答速度が速いことで知られている。ブルー相は、電界が印加されていない状態では光学等方性を呈している。ブルー相が所定範囲内の温度にあるとき、当該ブルー相に電界を印加すると電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す。

近年では、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯用電子機器の表示部として、液晶表示装置などの電気光学装置が用いられていることが多い。液晶表示装置のうち、横電界方式の液晶表示装置は視野角が広いことで知られている。このような横電界方式の液晶表示装置に液晶層としてブルー相を用いることで、視野角の向上及び高速応答が可能となる（例えば、特許文献１参照）。

横電界方式の液晶表示装置は、一般的には、対向配置された一方の基板に液晶層が挟持され、一方の基板上に画素電極と対向電極とが設けられた構成になっている。通常の液晶相は、界面領域の液晶分子の配向が変化することで、周辺の液晶分子も弾性的に配向が変化し伝播する。このため、横電界を印加すると、横電界の印加される領域で液晶分子の配向が変化し、この配向の変化が液晶層の厚さ方向に伝播する。これに対してブルー相は、１個の液晶分子の配向が変化しても、周辺の液晶分子に配向の変化が伝播しにくいという特性がある。このため、ブルー相に横電界を印加した場合、横電界の印加される領域では液晶分子の配向が変化するものの、横電界の印加されない領域には配向の変化が伝播しにくい。この結果、横電界の印加されている局所領域でしか液晶分子の配向が変化せず、この局所領域でしか光学異方性を示さない。
特開２００６−３３８８００号公報

近年、電子機器に搭載される電気光学装置には、電子機器の幅広いデザイン特性や表示機能特性に対応可能であることが求められている。このようなＫｅｒｒ効果を発現する電気光学物質を用いた電気光学装置においても同様である。しかし前述したように、一般的な液晶表示装置とは動作原理が異なるため、一般的な液晶表示装置とは異なる設計手法が求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、幅広い用途に利用可能な電気光学装置及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気光学装置は、対向配置された一対の基板と、前記一対の基板に挟持され、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質を有する電気光学物質層とを具備する電気光学装置であって、前記一対の基板に設けられたサブ画素領域と、前記一対の基板のうち一方の基板の前記サブ画素領域内であって前記電気光学物質層側の表面上に設けられた第１電極及び第２電極とを具備し、前記電気光学物質層の層厚をｄ、前記第１電極と前記第２電極との間の距離をＳ、所定の係数をＡとすると、ｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）を満たすことを特徴とする。

電気光学物質層に電界を発生させると当該電界発生領域内において光学異方性を示し、光学異方性を示し部分においてリタデーションが形成される。電気光学物質層のリタデーションの大きさは、電気光学物質層の厚さ（ｄ）と光学異方性の大きさ（Δｎ）との積（Δｎｄ）で規定される。光学異方性の大きさ（Δｎ）は、電界の２乗に比例して大きくなる（αＥ^２）。したがって、原理的には電気光学物質層の厚さを厚くすればするほど、リタデーションの大きさが大きくなると考えられる。ただし、このことは電界が印加された領域で言えることである。電界が印加されない領域ではリタデーションが形成されないため、電気光学物質層を厚くしても電界が届かない範囲ではリタデーションは増加しない。

本発明者は、いわゆる横電界方式の電気光学装置において、電気光学物質層の層厚をｄ、第１電極と第２電極との間の距離をＳとすると、ｄ＞３×Ｓの範囲でリタデーションがほぼ飽和する、つまり、電気光学物質層の層厚ｄが３×Ｓよりも大きい範囲ではリタデーションが形成されにくいという点を見出した。

そこで、本発明では、対向配置された一対の基板と、一対の基板に挟持され電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質を有する電気光学物質層とを具備する電気光学装置が、一対の基板に設けられたサブ画素領域と、一対の基板のうち一方の基板のサブ画素領域内であって電気光学物質層側の表面上に設けられた第１電極及び第２電極とを具備し、電気光学物質層の層厚をｄ、第１電極と第２電極との間の距離をＳ、所定の係数をＡとすると、ｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）となるように電気光学物質層の厚さを設定することとした。

本発明によれば、電気光学物質層の厚さｄをｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）となるように設定することにより、他方の基板の電気光学物質層側表面をリターデーションが形成されにくい領域に設けることができる。第１電極と第２電極との間に発生する電界は、他方の基板にはほとんど届かないため、他方の基板の表面近傍に設けられる電気光学物質層にはリタデーションが形成されず、この領域は表示にほとんど寄与しない。このため、光透過性を向上させるために、例えば他方の基板の電気光学物質側表面を平坦化する、といった構成が必要ではなくなる。それどころか、例えば他方の基板の電気光学物質側表面に凹凸を形成することで光の利用効率を高める、といった構成を付加することが可能となる。このように、電界の影響を避けるように他方の基板を配置することにより、他方の基板の構成を幅広く選択することができるため、幅広い用途に利用可能な電気光学装置を得ることができる。Ａ＞１００とした場合、電気光学物質層において液晶ゆらぎの影響が顕著になり、このゆらぎによって光漏れを起こす。また、セル厚が極端に大きいと電気光学物質層の散乱特性が大きくなり、その結果、コントラストが低下してしまうため、本発明ではＡ＜１００としている。

上記の電気光学装置は、前記係数Ａが、４＜Ａ＜１００であることを特徴とする。
本発明によれば、上記の係数Ａが４＜Ａ＜１００であることとしたので、第１電極及び第２電極と他方の基板との間隔をより大きく確保することができ、第１電極と第２電極との間に発生する電界をより他方の基板に届きにくくすることができる。これにより、他方の基板の電気光学物質側表面の構成をより幅広く選択することができる。

上記の電気光学装置は、前記係数Ａが、５＜Ａ＜１００であることを特徴とする。
本発明によれば、上記の係数Ａが５＜Ａ＜１００であることとしたので、第１電極及び第２電極と他方の基板との間隔を更に大きく確保することができ、第１電極と第２電極との間に発生する電界を更に他方の基板に届きにくくすることができる。これにより、他方の基板の電気光学物質側表面の構成を一層幅広く選択することができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち他方の基板の前記電気光学物質層側表面には、凹部又は凸部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち他方の基板の電気光学物質層側表面には、凹部又は凸部が設けられていることとしたので、当該凹部又は凸部によって光の利用効率を向上させることができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち他方の基板の前記電気光学物質層側表面には、マイクロレンズアレイが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち他方の基板の電気光学物質層側表面には、マイクロレンズアレイが設けられていることとしたので、マイクロレンズアレイによって光の利用効率を向上させることができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち他方の基板が、可撓性を有する基板であることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち他方の基板が、可撓性を有する基板であることとしたので、例えば上記のｄ＞Ａ×Ｓを満たす範囲内で他方の基板を変形させることができる。このように、多彩な用途に用いることができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち他方の基板が、プラスチックを主成分とすることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち他方の基板がプラスチックを主成分とするので、当該他方の基板を低コストで形成することができる。プラスチックを主成分とする他方の基板は、例えばガラスなどを主成分とする場合に比べて耐衝撃性が高くなる。したがって、当該電気光学装置の耐衝撃性を高めることが可能となる
上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち他方の基板の少なくとも前記電気光学物質層側の表面が曲面になっていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち他方の基板の少なくとも電気光学物質層側の表面が曲面になっているので、例えば他の装置の表示部が曲面になるような場合であっても搭載することができる。これにより、デザイン性の向上に資する電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記電気光学物質が、コレステリックブルー相、スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相のうちいずれかを含んでいることを特徴とする。
スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相は、いずれも電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質の一種である。本発明では、電気光学物質がキュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相のいずれかを含んでいるので、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板のうち少なくとも一方の前記電気光学物質層との界面に配向膜が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の基板のうち少なくとも一方の電気光学物質層との界面に配向膜が設けられているので、電界を印加したときに電気光学物質の配向を補助的に規制することができる。

上記の電気光学装置は、前記配向膜が、前記第１電極と前記第２電極との配列方向に対して直交する方向にラビングされていることを特徴とする。
本発明によれば、配向膜が第１電極と第２電極との配列方向に対して直交する方向にラビングされているので、電界を印加したときに電気光学物質の配向を確実に規制することができる。

上記の電気光学装置は、前記一対の基板における前記電気光学物質層と反対側の面のそれぞれには、円偏光板が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、通常偏光板だけでも良いが、金属電極を形成した際、偏光板のみでは表面反射によるコントラスト低下が生じる。そのため円偏光板を設けることで、金属表面の反射を打ち消すことができ、コントラストの高い表示を得ることができる。これにより、表示特性の高い電気光学装置を得ることができる。

本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、幅広い用途に利用可能な電気光学装置を搭載したので、デザイン性、表示品位が高く、信頼性の高い電子機器を得ることができる。

［第１実施形態］
以下、図面に基づき本発明の第１実施形態を説明する。
（液晶表示装置の構成）
図１は、液晶表示装置１の全体構成を示す図である。本実施形態では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶表示装置であり、電界（横電界）を基板面方向に印加する横電界方式のうち、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式と呼ばれる方式を採用した液晶表示装置を例に挙げて説明する。

同図に示すように、液晶表示装置１は、液晶パネル２と、バックライト３とを主体として構成されている。液晶パネル２とバックライト３とは平面視で重なるように配置されており、図１では液晶パネル２のみが示されている。この液晶パネル２には図示しないフレキシブル回路基板が接続されている。

液晶パネル２は、一対の基板、具体的にはＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５とがシール材７によって貼り合わされると共に、このシール材７によって区画された領域内に液晶層６が封入された構成になっている。シール材７の一部には液晶を注入する注入口７ａが設けられている。注入口７ａは封止材７ｂにより封止されている。シール材７の内側の領域には、周辺見切り領域（周辺領域）８が設けられている。周辺見切り領域８の内側の領域は、画像や動画等を表示する表示領域９になっている。表示領域９には、複数のサブ画素領域１０がマトリクス状に設けられている。

本実施形態では、図中左右方向に隣接する３つのサブ画素領域１０が１組になって１つの画素を構成している。この１画素を構成する３つのサブ画素領域１０は、それぞれ赤色を表示する赤色サブ画素領域、緑色を表示する緑色サブ画素領域、青色を表示する青色サブ画素領域である。サブ画素領域１０の間の領域は画素間領域１１である。

ＴＦＴアレイ基板４の周縁部は、カラーフィルタ基板５から張り出した張出領域になっている。この張出領域のうち図中左辺側及び右辺側には、走査信号を生成する走査線駆動回路１２が形成されている。図中下辺側には、データ信号を生成するデータ線駆動回路１３と、フレキシブル回路基板に接続するための接続端子１５とが形成されている。走査線駆動回路１２と接続端子１５との間の領域には、両者を接続する配線１６が形成されている。

図２は、液晶表示装置１のうち１つのサブ画素領域１０及び画素間領域１１の構成を示す平面図である。図２においては、説明の便宜上、カラーフィルタ基板５の図示を省略している。
同図に示すように、サブ画素領域１０は平面視で矩形状になっており、図中の上下方向（マトリクスの列方向）が長手方向、図中の左右方向（マトリクスの行方向）が短手方向となっている。サブ画素領域１０には、画素電極４２と、共通電極４３とが配置されている。画素間領域１１には、走査線４４と、データ線４５と、共通電極線４６と、半導体薄膜４７と、柱状スペーサ４８とが配置されている。

画素間領域１１内の構成を説明する。
走査線４４は、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の短手方向（図中左右方向）に延在する配線である。この走査線４４は、一端が走査線駆動回路１２（図１参照）に接続されており、走査線駆動回路１２で生成された走査信号を供給する。走査線４４は、サブ画素領域１０の図中下側の画素間領域１１に配置されている。

データ線４５は、走査線４４と同様、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の長手方向（図中上下方向）に延在する配線である。このデータ線４５は、一端がデータ線駆動回路１３（図１参照）に接続されており、データ線駆動回路１３で生成されたデータ信号を供給する。このデータ線４５には、半導体薄膜４７に向けて分岐するソース電極４５ａが設けられている。ソース電極４５ａは、平面視でＬ形の電極であり、一部が半導体薄膜４７に平面視で重なるように設けられている。

共通電極線４６は、走査線４４やデータ線４５と同様、例えばアルミニウムやクロム、タンタル等の金属からなり、サブ画素領域１０の短手方向（図中方向）に延在する配線である。この共通電極線４６は、各サブ画素領域１０に設けられるそれぞれの共通電極４３に接続されており、サブ画素領域１０の図中上側の画素間領域１１に配置されている。

走査線４４とデータ線４５とは画素間領域１１内で交差するように設けられており、平面視で格子状に配列されている。サブ画素領域１０は、これら走査線４４とデータ線４５とで囲まれる領域に位置する構成になっている。

半導体薄膜４７は、例えばアモルファスシリコンなどからなり、走査線４４に平面視で重なる領域内に島状に設けられた薄膜である。半導体薄膜４７は、チャネル領域４７ａと、ソース領域４７ｂと、ドレイン領域４７ｃとを有している。チャネル領域４７ａは半導体薄膜４７の中央に設けられた領域であり、走査線４４と対向している。ソース領域４７ｂは半導体薄膜４７の一端側（図中左側）に設けられた領域であり、ソース電極４５ａを介してデータ線４５に電気的に接続されている。ドレイン領域４７ｃは半導体薄膜４７の他端側（図中右側）に設けられた領域である。ドレイン領域４７ｃに平面視で重なる領域にはドレイン電極４７ｄが設けられている。ドレイン電極４７ｄは、一部が画素電極４２のコンタクト部４２ｂに平面視で重なるように設けられている。コンタクト部４２ｂとドレイン電極４７ｄとが平面視で重なる部分には、コンタクトホール４７ｅが設けられている。

柱状スペーサ４８は、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５との間を一定の間隔に保つためのスペーサ部材である。この柱状スペーサ４８は、画素間領域１１のうちサブ画素領域１０の図示右下の角部側に設けられている。

サブ画素領域１０内の構成を説明する。
画素電極４２は、基端部４２ａと、コンタクト部４２ｂと、枝状部４２ｃとからなる電極部材である。基端部４２ａ、コンタクト部４２ｂ及び枝状部４２ｃは、それぞれ例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電材料からなる。

基端部４２ａは、サブ画素領域１０内の走査線４４に近接した位置に配置されており、サブ画素領域１０の短手方向に延在するように設けられている。基端部４２ａの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっている。

コンタクト部４２ｂは、基端部４２ａから走査線４４側に突出している部分であり、基端部４２ａと一体的に設けられている。コンタクト部４２ｂは、その一部が平面視で走査線４４に重なるように設けられている。このコンタクト部４２ｂは、コンタクトホール４７ｅを介してドレイン電極４７ｄに電気的に接続されている。

枝状部４２ｃは、基端部４２ａからサブ画素領域１０の長手方向に延びている部分であり、基端部４２ａと一体的に設けられている。枝状部４２ｃの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっている。この枝状部４２ｃは、サブ画素領域１０の長手方向に延在しており、サブ画素領域１０の短手方向に等間隔で複数配置されている。

共通電極４３は、基端部４３ａと、コンタクト部４３ｂと、枝状部４３ｃとからなる電極部材である。画素電極４２と同様、基端部４３ａ、コンタクト部４３ｂ及び枝状部４３ｃは、それぞれＩＴＯなどの透明な導電材料からなる。

基端部４３ａは、サブ画素領域１０内の共通電極線４６に近接した位置に配置されており、サブ画素領域１０の短手方向に延在するように設けられている。基端部４３ａの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっており、画素電極４２の基端部４２ａの幅とほぼ同一の幅になっている。この基端部４３ａは、共通電極線４６に近接した位置に配置されている。

コンタクト部４３ｂは、基端部４３ａと共通電極線４６とを接続する部分であり、基端部４３ａの短手方向のほぼ中央部に設けられている。コンタクト部４３ｂを介して基端部４３ａと共通電極線４６とが一体的に設けられている。マトリクスの行方向に設けられた各サブ画素領域１０内の共通電極４３は、それぞれコンタクト部４３ｂを介して１本の共通電極線４６に接続されている。

枝状部４３ｃは、基端部４３ａからサブ画素領域１０の長手方向に延びている部分であり、基端部４３ａと一体的に設けられている。枝状部４３ｃの幅（延在方向に直交する方向の寸法）は例えば１０μｍ程度で一定になっており、画素電極４２の枝状部４２ｃの幅とほぼ同一の幅になっている。この枝状部４３ｃは、隣接する枝状部４２ｃの間の領域に延在している。共通電極４３の枝状部４３ｃは、サブ画素領域１０の短手方向に等間隔で複数配置されており、画素電極４２の隣接する枝状部４２ｃのちょうど中間に配置されている。このように、画素電極４２の枝状部４２ｃと共通電極４３の枝状部４３ｃとが、櫛歯が咬み合うように、サブ画素領域１０の短手方向に等間隔で交互に配置されている。画素電極４２の枝状部４２ｃと共通電極４３の枝状部４３ｃとの間隔（電極間距離）Ｓは、１０μｍ程度になっている。

図３は、図２におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。図中左側が図２における上側の構成（共通電極線の一部の断面構成）に対応しており、図中右側が図２における下側の構成（走査線の断面構成）に対応している。図２には示されていないが、図３にはカラーフィルタ基板５を含めた断面構成を示している。

同図に示すように、ＴＦＴアレイ基板４は、例えばガラスや石英などの光透過可能な材料からなる矩形の基材４ａを主体として構成されている。基材４ａ上には図示しない下地層が形成されている。下地層上の一部の領域には上記の走査線４４が形成されている。この下地層上には、ゲート絶縁層４９が設けられている。ゲート絶縁層４９は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁材料からなる層間絶縁膜であり、走査線４４上を含めた下地層のほぼ全面を覆っている。

ゲート絶縁層４９上には、上記の半導体薄膜４７と、ソース電極４５ａと、ドレイン電極４７ｄとが形成されている。半導体薄膜４７は、ゲート絶縁層４９を挟んで走査線４４に対向するように配置されている。半導体薄膜４７、ゲート絶縁層４９及び走査線４４によって、バックゲート型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）が構成されている。このＴＦＴにおいて、走査線４４のうち半導体薄膜４７に平面視で重なる領域は、ゲート電極として機能している。

ソース電極４５ａは、一部が半導体薄膜４７のソース領域４７ｂ上を覆うように形成されている。ソース電極４５ａと同じ層内には上記のデータ線４５（図３には示していない）も形成されている。ゲート絶縁層４９上には樹脂層５０が設けられている。樹脂層５０は、半導体薄膜４７、ソース電極４５ａ、ドレイン電極４７ｄ及びデータ線４５を含めたゲート絶縁層４９上のほぼ全面を覆っている。樹脂層５０のうちドレイン電極４７ｄに平面視で重なる領域には、当該樹脂層５０を貫通するようにコンタクトホール４７ｅが設けられている。

樹脂層５０の上面５０ａには、画素電極４２と共通電極４３とがそれぞれ設けられている。画素電極４２及び共通電極４３の基板面からの高さ（厚さ）は０．３０μｍ程度になっている。樹脂層５０のうちコンタクトホール４７ｅに平面視で重なる領域には、画素電極４２のコンタクト部４２ｂが配置されている。コンタクトホール４７ｅはコンタクト部４２ｂを構成する導電材料によって埋められており、コンタクト部４２ｂとコンタクトホール４７ｅ内に埋められた部分とが一体的になっている。コンタクトホール４７ｅに埋められた部分の先端（図中下側）は、ドレイン電極４７ｄに当接している。当該当接部においてコンタクト部４２ｂとドレイン電極４７ｄとが電気的に接続されている。

基板４ａの外面上には、偏光板２２が設けられている。電圧印加時の液晶の配向方向に対して偏光板の透過軸が約４５°の角度を成されて配置されている。

一方、カラーフィルタ基板５は、例えばプラスチックなどの光透過可能な材料からなる矩形の基材５ａを主体として構成されている。基材５ａの内面（ＴＦＴアレイ基板４との対向面）には、カラーフィルタ層５１と、ブラックマトリクス５２とが設けられている。

カラーフィルタ層５１は、平面視でサブ画素領域１０に重なる位置に設けられた色層である。カラーフィルタ層５１は、例えば有機材料や無機材料など公知の材料からなる赤色層、緑色層、青色層の３色の色層からなる。上記赤色層は、平面視で赤色サブ画素に重なる領域に設けられている。上記緑色層は、平面視で緑色サブ画素に重なる領域に設けられている。上記青色層は、平面視で青色サブ画素に重なる領域に設けられている。ブラックマトリクス５２は、画素間領域１１に設けられており、光を吸収する例えばクロムなどの材料からなる。

基材５ａの外面上には、偏光板３２が設けられている。前記偏光板３２と偏光板２２は互いに透過軸が直交しており、電圧印加時の液晶配向と約４５°の角度を成している。

液晶層６は、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５との双方に接するように挟持されている。この液晶層６は、電界の非印加時に光学的に等方性を示すと共に、電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す（Ｋｅｒｒ効果）液晶材料からなる。このような液晶材料として、例えばブルー相の液晶材料が挙げられる。液晶層６の液晶分子の誘電率は正（ε＞０）になっている。液晶層６の層厚ｄは４２μｍ程度になっている。

ブルー相は、キラルネマチック相と等方相の間の狭い温度範囲に現れる、光学的に等方性の液晶相である。ブルー相の液晶材料には、例えばＫｅｒｒ効果の発現温度範囲の狭い（１Ｋ程度）液晶分子と少量の高分子とが含まれている（高分子安定化ブルー相）。液晶分子と共に高分子を含ませることにより、当該発現温度範囲が１００Ｋ程度になっている。

高分子安定化ブルー相は、［数１］に示されるように、リタデーションの大きさ（Δｎ）が電界の２乗に比例する。［数１］において、ＫはＫｅｒｒ係数、λは光の波長、Ｅは電極間に生じる電界を示している。高分子安定化ブルー相のＫｅｒｒ係数は３．７×１０−１０（ｍＶ^−２）であり、ニトロベンゼンの約１７０倍の大きさとなっている。

高分子安定化ブルー相の立ち上り（Ｋｅｒｒ効果の発現）の応答時間及び立ち下り（Ｋｅｒｒ効果の消滅）の応答時間は、いずれも１０〜１００μｓ程度である。一般的なネマチック液晶の応答時間は１０ｍｓ程度である。高分子安定化ブルー相の応答は、一般的なネマチック液晶の応答に比べて格段に速くなっている。

バックライト３は、公知の構成となっている。具体的には、ＬＥＤなどの光源部と、アクリル樹脂などの透明な材料からなる導光板と、当該導光板に対して液晶パネル２側に設けられた拡散板と、拡散板の液晶パネル側２に設けられた集光板とを主体として構成されている。

図４は、画素電極４２と共通電極４３との間に１５Ｖの電圧を印加した場合において、液晶層６の厚さ（セルギャップ）ｄと、液晶層６のリタデーションとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸がリタデーションを示しており、グラフの横軸はセルギャップｄを示している。グラフ（１）は電極間距離Ｓが２μｍの場合、グラフ（２）は電極間距離Ｓが５μｍの場合、グラフ（３）は電極間距離Ｓが７．５μｍの場合、グラフ（４）は電極間距離Ｓが１０μｍの場合をそれぞれ示している。

電極間距離Ｓが２μｍの場合、グラフ（１）に示すように、セルギャップｄが２μｍ〜５μｍの範囲では、セルギャップｄが大きくなるにつれてリタデーションが急激に増加している。セルギャップｄが６μｍを超える辺りからリタデーションの増加は減少し、セルギャップが８μｍを超える辺りからリタデーションの増加が飽和し始めている。セルギャップが１０μｍを超えると、リタデーションの増加はほぼ飽和している。

電極間距離Ｓが５μｍの場合、グラフ（２）に示すように、セルギャップｄが５μｍ〜１０μｍの範囲では、セルギャップｄが大きくなるにつれてリタデーションが急激に増加している。セルギャップｄが１５μｍを超える辺りからリタデーションの増加傾向が縮小し始め、セルギャップが２０μｍを超える辺りからリタデーションの増加が飽和し始めている。セルギャップが２５μｍを超えると、リタデーションの増加はほぼ飽和している。

電極間距離Ｓが７．５μｍの場合、グラフ（３）に示すように、セルギャップｄが７μｍ〜１５μｍの範囲では、セルギャップｄが大きくなるにつれてリタデーションが急激に増加している。セルギャップｄが２０μｍを超える辺りからリタデーションの増加傾向が縮小し始め、、セルギャップが３０μｍを超える辺りからリタデーションの増加が飽和し始めている。セルギャップが３５μｍを超えると、リタデーションの増加がほぼ飽和している。

電極間距離Ｓが１０μｍの場合、グラフ（４）に示すように、セルギャップｄが７μｍ〜２０μｍの範囲では、セルギャップｄが大きくなるにつれてリタデーションが急激に増加している。セルギャップｄが３０μｍを超える辺りからリタデーションの増加傾向が縮小し始め、、セルギャップが４０μｍを超える辺りからリタデーションの増加が飽和し始めている。セルギャップが５０μｍを超えると、リタデーションの増加がほぼ飽和している。

液晶層６のリタデーションの大きさは、当該液晶層６の厚さ（ｄ）と光学異方性の大きさ（Δｎ）との積（Δｎｄ）で規定される。光学異方性の大きさ（Δｎ）は、電界の２乗に比例して大きくなる（ＫλＥ^２）。したがって、原理的には液晶層６の厚さを厚くすればするほど、リタデーションの大きさが大きくなると考えられる。ただし、このことは電界が印加された領域で言えることである。電界が印加されない領域では、液晶層６の層厚を厚くしてもリタデーションが大きくならず、ある一定の値に飽和する。

上記のグラフ（１）〜グラフ（４）の結果から、本発明者は、本実施形態のようにＫｅｒｒ効果を示す液晶材料を用いた液晶層を有する横電界方式の液晶表示装置において、電極間距離をＳとすると、ｄ＞３×Ｓとなるときにリタデーションの増加傾向が縮小し始める、つまり、液晶層の層厚ｄが３×Ｓよりも大きい範囲ではリタデーションが形成されにくいということを見出した。

これを踏まえて、上記液晶表示装置１においては、液晶層６の厚さｄが４２μｍ、電極間距離Ｓが１０μｍとなるように設計されている。この場合、ｄの値及びＳの値は、ｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）を満たしている。Ａ＞１００とした場合、液晶層６内の液晶ゆらぎの影響が顕著になり、このゆらぎによって光漏れを起こす。また、セル厚が極端に大きいと液晶相の散乱特性が増加し、その結果コントラストが低下してしまうため、本発明ではＡ＜１００としている。

また、本発明者は、上記のグラフ（１）〜グラフ（４）から、ｄ＞４×Ｓとなるときにリタデーションの増加が飽和し始めることを見出した。これを踏まえて、例えば上記係数が４＜Ａ＜１００となるように液晶表示装置１を設計することにより、セルギャップｄをより大きく確保する構成にしても構わない。

更に、本発明者は、上記のグラフ（１）〜グラフ（４）から、ｄ＞５×Ｓとなるときにリタデーションの増加がほぼ飽和していることを見出した。これを踏まえて、例えば上記係数が５＜Ａ＜１００となるように液晶表示装置１を設計することにより、セルギャップｄを更に大きく確保する構成にしても構わない。

（液晶表示装置の動作）
本実施形態の液晶表示装置１の動作について説明する。
バックライト３から射出された光は、偏光板２２を透過する過程で直線偏光になる。この直線偏光は、ＴＦＴアレイ基板４を透過して液晶層６に入射する。ブルー相が電圧無印加時に光学的に等方性を示すことから、液晶層６に入射した光は、光学異方性の影響を受けることなく直線偏光のまま液晶層６を透過する。液晶層６を透過した光は、カラーフィルタ基板５を透過する。この光は偏光板３２の透過軸と直交する直線偏光であり、この直線偏光は偏光板３２を透過しないので、電圧無印加時には黒表示となる（ノーマリーブラック表示）。

画素電極４２と共通電極４３との間に電圧を印加すると、液晶層６は光学異方性を呈する。バックライト３から射出された光は、偏光板２２を透過する過程で直線偏光になる。この光は、液晶層６に入射し、液晶層６を透過する過程で偏光方向が約９０°変換した直線偏光に変換される。この光は、偏光板３２の透過軸と略平行の直線偏光であるため偏光板３２を透過する。このように、電圧印加時には白表示となる。

このように、本実施形態によれば、液晶層６の厚さｄをｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）となるように設定することにより、カラーフィルタ基板５の電気光学物質層側表面をリターデーションが形成されにくい領域に設けることができる。このセルギャップにおいて、画素電極４２と共通電極４３との間に発生する電界はカラーフィルタ基板５にはほとんど届かないため、カラーフィルタ基板５の表面近傍に設けられる液晶層６にはリタデーションが形成されず、この領域は表示にほとんど寄与しない。このため、光透過性を向上させるために、例えばカラーフィルタ基板５の液晶層６側表面を平坦化する、といった構成が必要ではなくなる。このため、カラーフィルタ基板５として表面の凹凸が比較的大きいプラスチック基板を用いることも可能となる。このように、カラーフィルタ基板５の構成を幅広く選択することができるため、幅広い用途に利用可能な液晶表示装置１を得ることができる。なお、プラスチック基板が撓みやすいことを考慮して、セルギャップにマージンを持たせるように設計しても構わない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図５は、本実施形態に係る液晶表示装置１０１の構成を簡略的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置１０１は、カラーフィルタ基板、液晶層の構成及びバックライトの配置が第１実施形態とは異なっている。

図５に示すように、液晶表示装置１０１は、対向配置されたＴＦＴアレイ基板１０４及びカラーフィルタ基板１０５が液晶層１０６を挟持してなる液晶パネル１０２と、当該液晶パネル１０２のカラーフィルタ基板１０５側に配置されたバックライト１０３とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０４については、第１実施形態と同一の構成になっている。したがって、画素電極及び共通電極の構造、配置、画素電極と共通電極との間隔についても、第１実施形態と同一になっている。

カラーフィルタ基板１０５は、例えばプラスチックやガラス、石英などの光透過性の高い材料からなる矩形基板である。カラーフィルタ基板１０５の内面（ＴＦＴアレイ基板１０４との対向面）１０５ａには凹部１０５ｂが設けられている。凹部１０５ｂは、例えば液晶パネル１０２のサブ画素領域（図示せず）ごとに設けられた曲面である。

液晶層１０６は、第１実施形態と同様にＫｅｒｒ効果を有する液晶材料からなる層である。第１実施形態と同様、液晶層１０６の液晶分子の誘電率は正（ε＞０）になっている。液晶層１０６を構成する液晶材料の一部が、凹部１０５ｂ内に入り込んだ構成になっており、当該凹部１０５ｂ内が液晶層１０６の一部になっている。カラーフィルタ基板１０５の光屈折率をｎ１、液晶層１０６の光屈折率をｎ２とすると、本実施形態では、ｎ１＜ｎ２となるように液晶材料が選択されている。

液晶層１０６の層厚については、ＴＦＴアレイ基板１０４とカラーフィルタ基板１０５の内面１０５ａとの間隔ｄ１が５０μｍ程度になっており、ＴＦＴアレイ基板１０４とカラーフィルタ基板１０５の凹部１０５ｂとの間隔ｄ２が１００μｍ程度になっている。サブ画素のピッチに対してｄ２−ｄ１は１／２から２倍の範囲が好ましい。本実施形態においては、ＴＦＴアレイ基板１０４に設けられる画素電極と共通電極との間隔をＳとすると、セルギャップの最小値であるｄ１について、ｄ１＞３×Ｓとなるように設計する。

バックライト１０３から射出された光は、カラーフィルタ基板１０５を透過し、カラーフィルタ基板１０５と液晶層１０６との界面に到達する。上記のようにカラーフィルタ基板１０５の屈折率ｎ１よりも液晶層１０６の屈折率ｎ２の方が大きいため、凹部１０５ｂ内に到達する光Ｌは、入射面（凹部１０５ｂの接線方向の面）に対して（入射角）＞（屈折角）となるように屈折して液晶層１０６内に入射する。このため、光Ｌは収束しながら進行し、液晶層１０６及びＴＦＴアレイ基板１０４を透過する。

このように、本実施形態によれば、凹部１０５ｂと液晶層１０６との間で光を集光するマイクロレンズアレイが構成されている。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図６は、本実施形態に係る液晶表示装置２０１の構成を簡略的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置２０１は、カラーフィルタ基板、液晶層の構成及びバックライトの配置が第１実施形態とは異なっている。

図６に示すように、液晶表示装置２０１は、対向配置されたＴＦＴアレイ基板２０４及びカラーフィルタ基板２０５が液晶層２０６を挟持してなる液晶パネル２０２と、当該液晶パネル２０２のカラーフィルタ基板２０５側に配置されたバックライト２０３とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板２０４については、第１実施形態と同一の構成になっている。したがって、画素電極及び共通電極の構造、配置、画素電極と共通電極との間隔についても、第１実施形態と同一になっている。

カラーフィルタ基板２０５は、例えばプラスチックやガラス、石英などの光透過性の高い材料からなる矩形基板である。カラーフィルタ基板２０５の内面（ＴＦＴアレイ基板２０４との対向面）２０５ａには凸部２０５ｂが設けられている。凹部２０５ｂは、例えば液晶パネル２０２のサブ画素領域（図示せず）ごとに設けられた曲面である。

液晶層２０６は、第１実施形態と同様にＫｅｒｒ効果を有する液晶材料からなる層である。第１実施形態と同様、液晶層２０６の液晶分子の誘電率は正（ε＞０）になっている。カラーフィルタ基板２０５の光屈折率をｎ３、液晶層２０６の光屈折率をｎ４とすると、本実施形態では、ｎ３＞ｎ４となるように液晶材料が選択されている。

液晶層２０６の層厚については、ＴＦＴアレイ基板２０４とカラーフィルタ基板２０５の内面２０５ａとの間隔ｄ３が１２０μｍ程度になっている。サブ画素のピッチに対してｄ３−ｄ４は１／２から２倍の範囲が好ましい。本実施形態においては、ＴＦＴアレイ基板２０４に設けられる画素電極と共通電極との間隔をＳとすると、セルギャップの最小値であるｄ４について、ｄ４＞３×Ｓとなるように設計する。

バックライト２０３から射出された光は、カラーフィルタ基板２０５を透過し、カラーフィルタ基板２０５と液晶層２０６との界面に到達する。上記のようにカラーフィルタ基板２０５の屈折率ｎ３よりも液晶層２０６の屈折率ｎ４の方が小さいため、凸部２０５ｂに到達する光Ｌは、入射面（凸部２０５ｂの接線方向の面）に対して（入射角）＜（屈折角）となるように屈折して液晶層２０６内に入射する。このため、光Ｌは収束しながら進行し、液晶層２０６及びＴＦＴアレイ基板２０４を透過する。

このように、本実施形態によれば、凸部２０５ｂと液晶層２０６との間で光を集光するマイクロレンズアレイが構成されている。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図７は、本実施形態に係る電子機器（携帯電話）の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話３００は、筺体３０１、複数の操作ボタンが設けられた操作部３０２、画像や動画、文字等を表示する表示部３０３を有する。上記の表示部３０３には、本実施形態に係る液晶表示装置１〜２０１が搭載されている。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態においては、液晶層の構成をコレステリックブルー相を含んだ構成として説明したが、これに限られることは無い。例えば、スメクティックブルー相やキュービック相、スメクティックＤ相、ミセル相などの材料を含んだ構成としても構わない。

上記実施形態においては、配向膜を設けない構成として説明したが、例えばＴＦＴアレイ基板の液晶層との界面に配向膜を形成しても構わない。この場合、電界によって液晶分子の配向が変化する方向にラビング処理を施すのが好ましい。これにより、液晶分子の配向の変化を促進させることができる。

上記実施形態においては、液晶層の液晶分子の誘電率が正（ε＞０）になっているものを用いたが、この誘電率が負（ε＜０）になっているものを用いても構わない。

また、上記実施形態においては、画素電極及び共通電極としてＩＴＯなどの光透過性を有する材料からなる構成であったが、例えばＡｌ／Ｃｒなどの金属材料からなる構成にしても良い。この場合、上記の偏光板のみの構成では、画素電極及び共通電極の反射によるコントラスト低下が生じるため、偏光板を使用することで金属反射を打ち消すこともできる。円偏光板は１／４波長板と偏光板で構成したものでも良いし、さらに１／２波長板を加えた広帯域偏光板でもよい。

上記実施形態においては、カラーフィルタ基板の内面にマイクロレンズアレイを設けた構成としたが、これに限られることはなく、例えばプリズムなど、他の凹凸を有する集光構造を設けても構わない。また、光の利用効率を向上させる構造に限られず、他の有用な構造を形成することも可能である。この場合、セルギャップの最薄部ｄが、ｄ＞３×Ｓ（Ｓは画素電極と共通電極との間隔）となるように構成する。

上記実施形態においては、カラーフィルタ基板が平板である構成であったが、これに限られることはなく、曲面を有する基板を用いても構わない。例えば電子機器のデザインとして表示部を曲面にすることが求められる場合などに有効に適用することができる。これにより、電子機器のデザイン性の向上に資することとなる。なお、この場合についても、セルギャップの最薄部ｄが、ｄ＞３×Ｓ（Ｓは画素電極と共通電極との間隔）となるように構成する。

上記の液晶表示装置を搭載する電子機器としては、携帯電話に限られることは無い。例えば、カーナビ、ＨＵＤなどの車載用ディスプレイや、モバイルディスプレイなど、種々の電子機器に搭載することができる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す平面図。 本実施形態に係る液晶表示装置のサブ画素領域の構成を平面図。 本実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 セルギャップとリタデーションとの関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図。 本発明の第４実施形態に係る携帯電話の構成を示す斜視図。

符号の説明

１〜２０１…液晶表示装置 ４…ＴＦＴアレイ基板 ５…カラーフィルタ基板 ６…液晶層 １０…サブ画素領域 １１…画素間領域 ２２、３２…偏光板 ４２…画素電極 ４２ａ…基端部 ４２ｂ…コンタクト部 ４２ｃ…枝状部 ４３…共通電極 ４３ａ…基端部 ４３ｂ…コンタクト部 ４３ｃ…枝状部 １０５ｂ…凹部 ２０５ｂ…凸部 ６００…携帯電話 ６０３…表示部

Claims (13)

1. 対向配置された一対の基板と、
   前記一対の基板に挟持され、電界の非印加時に光学的に等方性を示し且つ電界の印加時には電界強度の２乗に比例する光学異方性を示す電気光学物質を有する電気光学物質層と
   を具備する電気光学装置であって、
   前記一対の基板に設けられたサブ画素領域と、
   前記一対の基板のうち一方の基板の前記サブ画素領域内であって前記電気光学物質層側の表面上に設けられた第１電極及び第２電極と
   を具備し、
   前記電気光学物質層の層厚をｄ、前記第１電極と前記第２電極との間の距離をＳ、所定の係数をＡとすると、
   ｄ＞Ａ×Ｓ（３＜Ａ＜１００）
   を満たすことを特徴とする電気光学装置。
2. 前記係数Ａが、
   ４＜Ａ＜１００
   であることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
3. 前記係数Ａが、
   ５＜Ａ＜１００
   であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気光学装置。
4. 前記一対の基板のうち他方の基板の前記電気光学物質層側表面には、凹部又は凸部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
5. 前記一対の基板のうち他方の基板の前記電気光学物質層側表面には、マイクロレンズアレイが設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
6. 前記一対の基板のうち他方の基板が、可撓性を有する基板である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
7. 前記一対の基板のうち他方の基板が、プラスチックを主成分とする
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
8. 前記一対の基板のうち他方の基板の少なくとも前記電気光学物質層側の表面が曲面になっている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
9. 前記電気光学物質が、コレステリックブルー相、スメクティックブルー相、キュービック相、スメクティックＤ相及びミセル相のうちいずれかを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
10. 前記一対の基板のうち少なくとも一方の前記電気光学物質層との界面に配向膜が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
11. 前記配向膜が、前記第１電極と前記第２電極との配列方向に対して直交する方向にラビングされている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電気光学装置。
12. 前記一対の基板における前記電気光学物質層と反対側の面のそれぞれには、円偏光板が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のうちいずれか一項に記載の電気光学装置。
13. 請求項１乃至請求項１２のうちいずれか一項に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。

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