CN101661189A - 电光学装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示亮度均匀的图像且由应显示的颜色显示图像的电光学装置及具备该电光学装置的电子设备。滤色器(26Ra)和滤色器(26Rb)各自的厚度(da)和(db)被设定为降低在视点(P1)观测的第一显示光(La)和第二显示光(Lb)相互产生的视差。更具体而言，设定滤色器(26Rb)的厚度(db)比滤色器(26Ra)的厚度(da)更薄。因此，根据液晶装置(1)，与将滤色器(26Ra)和(26Rb)各自的厚度(da)和(db)设定得相同的情况相比，能够使第二显示光(Lb)透过滤色器(26Rb)时在滤色器(26Rb)内的光程(PLb)与滤色器(26Ra)内的第一显示光(La)的光程(PLa)一致。

Description

电光学装置及电子设备
技术领域
本发明涉及一种例如能够显示彩色图像的液晶装置等电光学装置及具备这种电光学装置的头部支架显示器(头部安装型显示装置(以下称为“HMD”))或电子取景器(以下称为“EVF”)等电子设备的技术领域。
背景技术
在作为这种电光学装置的一例的液晶装置中，通常，由透过多种滤色器的红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)这3种颜色光显示彩色图像。根据专利文献1，公开了能够降低由于设置有滤色器的玻璃基板的厚度而导致的混色的液晶显示装置。根据专利文献2和3，公开了能够抑制根据观察显示区域的视点的位置而可能产生的数值孔径的降低及显示的影像的变形的显示装置。
【专利文献1】实开平6-55137号公报
【专利文献2】特开平11-38426号公报
【专利文献3】特开2005-257758号公报
在这种电光学装置中，视点相对于显示区域的相对位置大致固定。遍及显示区域整体并以相同的厚度形成有滤色器时，透过在显示区域内的与视点俯视下重叠的位置(例如，显示区域的中央)处设置的滤色器的第一光、和透过比俯视下与视点重叠的位置更靠近显示区域外侧设置的滤色器的第二光分别到达视点时，由于滤色器内部的这些光各自的光程互相不同，因此即使在应进行第一光的亮度或颜色的浓度与第二光的亮度或颜色的浓度相同的显示，第一光的亮度或颜色的浓度也会不同于第二光的亮度或颜色的浓度。
具体而言，透过在俯视下与视点重叠的位置(例如显示区域中央)处设置的滤色器后到达视点的第一光是沿着该滤色器的厚度方向入射并透过的光，透过在比俯视下与视点重叠的位置更靠显示区域的外侧处设置的滤色器后到达视点的第二光是相对于该滤色器的厚度方向倾斜入射并透过的光。
因此，即使假设在整个显示区域内形成具有相同厚度的滤色器，由于第一光与第二光在滤色器内的光程互相不同，因此产生显示在显示区域中的图像的亮度发生不均、显示在显示区域中的图像的色调与原来应显示的色调不相同的问题。
特别是，在相对于显示图像的显示区域俯视观察下视点的位置固定、且视点靠近显示面的状态下使用的HMD或EVF等电子设备中搭载的液晶装置等电光学装置中，由于连接显示区域内的某像素区域与视点的视线与显示面所成的角度会根据像素区域的位置而大不相同，因此这样的问题变得显著。
发明内容
本发明鉴于上述课题等而形成，例如，目的在于提供一种显示亮度均匀的图像且能够由应显示的颜色显示图像的液晶装置等电光学装置及具备这样的电光学装置的电子设备。
本发明的电光学装置为了解决上述课题，是一种将对基板上的显示区域进行观察的用户的视点的位置固定在俯视观察时所述显示区域的规定位置上的电光学装置，具备：第一滤色器，其与构成所述显示区域的多个像素区域中设置在所述规定位置上的第一像素区域重叠；和第二滤色器，其与所述多个像素区域中设置在比所述规定位置更靠所述显示区域的外侧的第二像素区域重叠；所述第一滤色器的色调与所述第二滤色器的色调相同，所述第一滤色器和所述第二滤色器各自的厚度被设定为：在所述视点处观测透过所述第一滤色器后的第一显示光和透过所述第二滤色器后的第二显示光时，降低所述第一显示光的颜色的浓度与所述第二显示光的颜色的浓度之差。
根据本发明的电光学装置，该电光学装置在进行动作时，在将观察基板上的显示区域的用户的视点的位置固定在俯视观察时所述显示区域的例如显示区域中央部的规定位置上的状态下使用，并在显示区域中显示图像。
第一滤色器与构成所述显示区域的多个像素区域中设置在所述规定位置上的第一像素区域重叠，将由第一像素区域调制后的光中能够透过第一滤色器的色光作为第一显示光并使其透过。
第二滤色器与所述多个像素区域中从所述规定位置观察在更靠所述显示区域的外侧处形成的第二像素区域重叠，将由第二像素区域调制后的光中能够透过第二滤色器的色光作为第二显示光并使其透过。
所述第一滤色器的色调与所述第二滤色器的色调相同，所述第一滤色器和所述第二滤色器各自的厚度设定为：在所述视点处观测透过所述第一滤色器后的第一显示光和透过所述第二滤色器后的第二显示光时，降低所述第一显示光的颜色的浓度与所述第二显示光的颜色的浓度之差。更具体而言，例如，按照使第一显示光和第二显示光分别透过第一滤色器和第二滤色器时的光程相互大致相等的方式，设定第一滤色器和第二滤色器各自的厚度。
因此，根据本发明的电光学装置，由于能够降低因第一显示光和第二显示光各自的光程不同而产生的亮度或颜色的浓度的差异，因此，能够降低显示在显示区域中的图像的亮度上的不均或显示在显示区域中的图像的色调与原来应显示的色调不相同的问题，能够提高该电光学装置的显示性能。
在本发明的电光学装置的一个形态中，也可以使所述第二滤色器的厚度比所述第一滤色器的厚度薄。
根据该形态，与将第一滤色器和第二滤色器各自的厚度设定为互相相同时相比，能够使第一显示光和第二显示光分别透过第一滤色器和第二滤色器时各自的光程相互一致。为了调整这样的第一和第二滤色器各自的厚度，例如，在该电光学装置的制造工序中，只要在适当的条件下使用化学机械研磨法(CMP法)或旋涂法(spin coat method)即可。
本发明的电子设备为了解决上述课题，具备上述的本发明的电光学装置。
根据本发明的电子设备，例如，通过使视点的位置在俯视观察时相对于显示图像的显示区域固定，并且在视点靠近显示面的状态下使用，在将显示区域的各部分和视点相互连接的各视线与显示面相交的角度互相之间的差变大的HMD或EVF中，能够显示亮度均匀的图像且能够由应显示的颜色显示图像。
根据以下说明的实施方式能进一步明了本实施方式的上述作用和其他优点。
附图说明
图1是从正面观察在头部安装了本实施方式的HMD的状态的主视图。
图2是从侧面观察在头部安装了本实施方式的HMD的状态的侧视图。
图3是本实施方式的液晶装置的俯视图。
图4是图3的IV-IV′剖视图。
图5是构成本实施方式的液晶装置的图像显示区域且形成矩阵状的多个像素区域中的各种元件、布线等的等效电路。
图6是本实施方式的液晶装置的图像显示区域的部分剖视图。
图7是示意表示本实施方式的液晶装置与观测显示在该液晶装置的图像显示区域10a上的图像的用户的视点之间的相对位置关系的示意图。
图8是示意表示透过本实施方式的液晶装置的各部的显示光与滤色器的厚度之间的关系的示意图。
图中：1-液晶装置；10-TFT阵列基板；20-对置基板；26R、26G、26B、26Ra、26Rb-滤色器。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的电光学装置和电子设备的各实施方式。
(1：电子设备)
首先，参照图1和图2说明作为本发明的电子设备的一实施方式的HMD。图1是从正面观察在头部安装了本实施方式的HMD的状态的主视图。图2是从侧面观察在头部安装了本实施方式的HMD的状态的侧视图。
如图1和图2所示，HMD301以安装在观察HMD301所显示的图像的用户302的头部302a的状态被使用。HMD301具有位于用户302的右眼302b的前方的显示部303。HMD301在进行动作时在显示部303的图像显示区域中显示图像。用户302在HMD301进行动作时，观察显示在显示部303的图像显示区域中的图像。根据显示在显示部303的图像显示区域中的图像，用户302能够视觉辨认宛如在100英寸的大画面上显示的图像。
HMD301具备用于在用户302的头部302a安装显示部303的安装部304。安装部304具备沿着头部302a延伸设置的大致U字形状的保持部305、按照架在两边的耳朵上的方式延伸的框架306。由于通过保持部305和框架306，在用户302的头部302a上固定HMD301，因此在使用HMD301时，显示部303与作为辨认显示在显示部303的图像显示区域中的图像的视点的右眼302b的相对位置被固定。因此，由于从显示部303的图像显示区域内的与视点俯视下重叠的位置(俯视观察时对应于右眼302b的位置)朝向右眼302b发射的光、和从比显示部303的图像显示区域内与视点俯视下重叠的位置更靠外侧的区域朝向右眼302b发射的光，分别透过显示部303内的滤色器时产生的光程差，可能会导致在由右眼302b辨认的图像上产生差异。
特别是，在安装于用户302的头部302a的状态下使用的HMD301中，与配置在远离投影仪或用户的位置的状态由该用户辨认图像的大型显示器装置等显示装置相比，显示部303与作为辨认图像的视点的右眼302b之间的距离近。更具体而言，例如，显示部303与作为辨认图像的视点的右眼302b之间的距离为几cm。因此，从显示部303的图像显示区域的各部分发射的显示光被右眼302b辨认为看上去像从具有互相不同的厚度的滤色器发射出的光。更具体而言，由于各显示光透过滤色器时的各光路互相不平行，因此，即使各显示光分别透过具有相同厚度的相同色调的滤色器，各滤色器内的光程也互相不同。这样，由于各滤色器内的光程长度互相不同，即使在应进行各显示光的亮度或颜色的浓度互相相同的显示的情况下，由作为视点的右眼302b辨认的各显示光的亮度或颜色的浓度上也会产生差异。
但是，根据本实施方式的HMD301，由于作为显示部303采用了后述的液晶装置1，因此能够降低从显示部303的图像显示区域的各部分区域发射的显示光之间产生的亮度或颜色的浓度的差异。因此，用户302能够辨认亮度均匀且由原来应该显示的颜色显示在HMD301中的图像。
另外，在本实施方式中，作为本发明的电子设备的一实施方式举了HMD的例子，但是只要是以俯视观察下用户的视点在显示图像的图像显示区域内的位置被固定的状态使用的电子设备，就包含在本发明的电子设备的概念中。更具体而言，例如，EVF等电子设备也包含在本发明的电子设备的概念中。
(2：电光学装置)
下面，参照图3至图8，说明作为本发明的电光学装置的一实施方式的液晶装置1。
(2-1：电光学装置的整体结构)
图3是本实施方式的液晶装置的俯视图，图4是图3的IV-IV′剖视图。在本实施方式中，作为电光学装置的一例，举例说明驱动电路内置型的TFT有源矩阵驱动方式的液晶装置1。
在图3和图4的液晶装置1中，配置为TFT阵列基板10和对置基板20相互对置的方式。在TFT阵列基板10和对置基板20之间封入液晶层50，TFT阵列基板10和对置基板20，通过在位于本发明的“显示区域”的典型例的图像显示区域10a的周围的密封区域中设置的密封材料52互相粘接。图像显示区域10a由分别设置在各像素部的多个像素区域构成。
密封材料52由用于使TFT阵列基板10和对置基板20相互贴合的例如紫外线硬化树脂、热硬化树脂等构成，在制造工序中，在TFT阵列基板10上涂敷密封材料52之后，通过紫外线照射、加热等来使其硬化而得到。密封材料52中散布有用于使TFT阵列基板10和对置基板20之间的间隔(基板间间隙)置于规定值的玻璃纤维或玻璃珠等间隙部件。
与配置有密封材料52的密封区域的内侧并排且规定图像显示区域10a的框架区域的遮光性的框架遮光膜53被设置在对置基板20侧。但是，也可以在TFT阵列基板10侧作为内置遮光膜而设置这样的框架遮光膜53的一部分或全部。另外，存在位于图像显示区域10a的周边的周边区域。换言之，在本实施方式中，特别是，从TFT阵列基板10的中心观察时，将该框架区域遮光膜53以远规定为周边区域。
周边区域内，在位于配置有密封材料52的密封区域的外侧的区域中，沿着TFT阵列基板10的一边设置有数据线驱动电路101和外部电路连接端子102。扫描线驱动电路104被设置为沿着与该边相邻的2边且覆盖框架遮光膜53。而且，为了连接这样设置在图像显示区域10a的两侧的两个扫描线驱动电路104之间，按照沿着TFT阵列基板10的剩下的一边且覆盖框架遮光膜53的方式设置有多条布线105。
在对置基板20的4个角部，配置有作为两基板间的上下导通端子而起作用的上下导通部件106。另一方面，在TFT阵列基板10上，在与这些角部对置的区域中设置有上下导通端子。据此，能够在TFT阵列基板10与对置基板20之间获得电导通。
图4中，在TFT阵列基板10上，在形成了作为像素开关元件的TFT和扫描线、数据线等布线之后形成的多个像素电极9a上形成有取向膜16。像素电极9a由例如ITO(Indium Tin Oxide)膜等透明导电性膜构成，取向膜16是聚酰亚胺膜等有机膜或利用斜向蒸镀法而形成的无机取向膜。TFT阵列基板10是例如石英基板、玻璃基板等透明基板或硅基板等半导体基板。
另一方面，对置基板20上除了对置电极21之外还形成有格子状或条纹状的遮光膜23，而且在最上层部分形成有取向膜22。对置基板20与TFT阵列基板10同样是透明基板。液晶层50例如由一种或混合了多种向列相(nematic)液晶的液晶构成，在一对取向膜间呈规定的取向状态。
在对置基板20上，遍及其整个面设置有对置电极21，在对置电极21下侧设置有取向膜22。对置电极21例如由ITO膜等透明导电性膜构成。由与取向膜16同样的材料和膜形成方法形成取向膜22。
另外，在图1和图2所示的TFT阵列基板10上，除这些数据线驱动电路101、扫描线驱动电路104等驱动电路之外，也可以形成对图像信号线上的图像信号进行采样并提供给数据线的采样电路、将规定电压电平的预充电信号在图像信号之前分别提供给多条数据线的预充电电路、用于用于检查制造过程中或出厂时该电光学装置的品质和缺陷等的检查电路等。
(2-2：像素部的电连接结构)
下面，参照图5详细说明液晶装置1的像素区域中的电连接结构。图5是构成本实施方式的液晶装置1的图像显示区域10a且形成矩阵状的多个像素区域的各种元件、布线等的等效电路。
在图5中，构成液晶装置1的图像显示区域10a的形成为矩阵状的多个像素区域的每一个中，形成有像素电极9a和TFT30。TFT30与像素电极9a电连接，在液晶装置1进行动作时对像素电极9a进行开关控制。被供给图像信号的数据线6a电连接在TFT30的源极上。写入数据线6a的图像信号S1、S2、...、Sn可以以该顺序按线依次供给，也可以对相邻接的多个数据线6a彼此按组供给。
TFT30的栅极上电连接着扫描线11a，液晶装置1构成为以规定的定时按脉冲方式将扫描信号G1、G2、...、Gm以该顺序按线依次提供给扫描线11a。像素电极9a电连接在TFT30的漏极上，只在一定期间对作为开关元件的TFT30闭合其开关，由此，从数据线6a供给的图像信号S1、S2、...、Sn以规定的定时被写入。通过像素电极9a写入到液晶的规定电平的图像信号S1、S2、...、Sn在和对置基板上形成的对置电极21之间被保持一定期间。
液晶层50中包含的液晶其分子集合的取向和秩序根据施加的电压电平而变化，由此对光进行调制，可以进行灰度级显示。如果是正常白模式，则根据在各像素部的单位被施加的电压而针对入射光的透过率降低，如果是正常黑模式，则根据在各像素部的单位被施加的电压而针对入射光的透过率增加，作为整体从液晶装置射出具有与图像信号对应的对比度的光。这里，为了防止所保持的图像信号泄漏，与形成在像素电极9a与对置电极21之间的液晶电容并联地附加了保持电容70。保持电容70的一方的电容电极与设定为固定电位的固定电位线400电连接，另一方的电容电极与TFT30的漏极电连接。这样，能够提高像素电极9a的电位保持特性并能够提高所谓对比度或闪烁的显示特性。
(2-3：电光学装置的具体结构)
下面，参照图6至图8说明本实施方式的液晶装置1的详细结构。图6是本实施方式的液晶装置1的图像显示区域10a的部分剖视图。图7是示意表示本实施方式的液晶装置与观察显示在该液晶装置的图像显示区域10a中的图像的用户的视点之间的相对位置关系的示意图。图8是示意表示透过本实施方式的液晶装置的各部的显示光与滤色器的厚度之间的关系的示意图。
图6中，液晶装置1将形成在TFT阵列基板10上的基底膜40作为基底，在各像素区域中形成有像素电极9a。液晶装置1具备对应于各像素区域而设置在对置基板20侧的3种滤色器26R、26G及26B。滤色器26R、26G及26B在液晶装置1进行动作时，分别使由液晶层50调制的光内的红色光、绿色光及蓝色光的各个颜色光作为显示光而透过对置基板20侧。从显示面20S发射各显示光，在图像显示区域10a上显示彩色图像。
在图7中，液晶装置1在其使用时，将观察图像显示区域10a的用户302的视点P1的位置固定在俯视观察时图像显示区域10a上的规定的位置P2a，例如在图像显示区域10a的中央部。
构成图像显示区域10a的多个图像区域内的形成在规定的位置P2a上的第一像素区域72a中，由设置在第一像素区域72a中的液晶层的一部分调制的调制光Lpa(参照图8(a))透过与第一像素区域72a重叠的例如红色的滤色器时，作为第一显示光La而从显示面20S朝向视点P1射出。滤色器内部的第一显示光La的光路与显示面20S即设置在第一像素区域72a中的滤色器的表面所成的角θ1的角度为90°。
另一方面，在多个图像区域内比规定位置P2更靠图像显示区域10a的外侧的位置P2b上的第二像素区域72b中，由设置在第二像素区域72b的液晶层的一部分调制的调制光Lpb(参照图8(b))透过与第二像素区域72b重叠的红色的滤色器，作为第二显示光Lb而从显示面20S朝向视点P1射出。滤色器内部的第二显示光Lb的光路与显示面20S即设置在第二像素区域72b中的滤色器的表面所成的角θ2的角度比0大且比90°小。
这里，假设设置在第一像素区域72a中的滤色器与设置在第二像素区域72b中的滤色器各自的厚度互相相等，由于设置在图像区域72b中的滤色器内的第二显示光Lb的光程会比第一显示光La透过设置在第一像素区域72a中的滤色器内时的光程大，因此，在视点P1分别辨认第一显示光La与第二显示光Lb时，在第一显示光La与第二显示光Lb之间会在亮度或颜色的浓度上产生差异。特别是，显示面20S与视点P1之间的距离D越小，该差异就越大，会产生显示在图像显示区域10a中的图像的亮度出现不均、显示在图像显示区域10a中的图像的色调与原来应显示的色调不相同的不良情况。
下面，参照图8说明图7所示的区域Ca和Cb各自的滤色器的厚度的相互关系。
如图8(a)所示，液晶装置1具备设置在第一像素区域72a(参照图7)中的红色的滤色器26Ra。滤色器26Ra是本发明的“第一滤色器”的一例。如图8(b)所示，液晶装置1具备设置在第二像素区域72b(参照图7)中的红色的滤色器26Rb，滤色器26Rb是本发明的“第二滤色器”的一例。
如图8(a)和(b)所示，在液晶装置1中，滤色器26Ra和26Rb各自的厚度da和db分别设定为降低在视点P1处观测的第一显示光La和第二显示光Lb互相产生的亮度或颜色的浓度之差。更具体而言，滤色器26Rb的厚度db设定得比滤色器26Ra的厚度da更薄。
因此，根据液晶装置1，与将滤色器26Ra和26Rb各自的厚度da和db设定为相互相等时相比，能够使第二显示光Lb透过滤色器26Rb时在滤色器26Rb内的光程PLb与滤色器26Ra内的第一显示光La的光程PLa互相大致相等。因此，根据本实施方式的液晶装置1，由于能够降低因第一显示光La和第二显示光Lb各自的光程不同而产生的亮度或颜色的浓度的差异，因此能够降低显示在图像显示区域10a中的图像的亮度上产生的不均、显示在图像显示区域10a中的图像的色调与原来应显示的色调不相同的问题，能够提高该液晶装置1的显示性能。
另外，在本实施例中，说明了将观察图像显示区域10a的用户302的视点P1的位置固定在俯视观察时图像显示区域10a的中央部时的例子，但是，视点P1的位置并不仅限于图像显示区域10a的中央部，另外，说明了θ1为90°时的例子，但是，并不仅限于90°。
另外，为了调整滤色器26Ra和Rb各自的厚度，例如在液晶装置1的制造工序中，使用化学机械研磨法(CMP法)对滤色器的基底膜进行凹面化处理、或使用旋涂法调整滤色器的厚度即可。

Claims (3)

1、一种电光学装置，将对基板上的显示区域进行观察的用户的视点的位置固定在俯视观察时所述显示区域的规定位置上，其特征在于，
该电光学装置具备：
第一滤色器，其与构成所述显示区域的多个像素区域中设置在所述规定位置上的第一像素区域重叠；和
第二滤色器，其与所述多个像素区域中设置在比所述规定位置更靠所述显示区域的外侧的第二像素区域重叠；
所述第一滤色器的色调与所述第二滤色器的色调相同，
所述第一滤色器和所述第二滤色器各自的厚度被设定为：在所述视点处观测透过所述第一滤色器后的第一显示光和透过所述第二滤色器后的第二显示光时，降低所述第一显示光的颜色的浓度与所述第二显示光的颜色的浓度之差。
2、根据权利要求1所述的电光学装置，其特征在于，
所述第二滤色器的厚度比所述第一滤色器的厚度薄。
3、一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1或2所述的电光学装置。
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