JP2006184672A

JP2006184672A - 液晶装置及び投射型表示装置

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Publication number: JP2006184672A
Application number: JP2004379204A
Authority: JP
Inventors: Kinya Ozawa; 欣也小澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP4729923B2

Abstract

【課題】高コントラストで明るい液晶装置を提供し、特に、投射型表示装置にも適用可能な高精細な画素構造を備えながらコントラスト及び光透過率の低下が抑制された液晶装置を実現する。
【解決手段】本発明の液晶装置１０は、第１基板１１と第２基板２１に挟持された液晶層３０と、第１基板の内面上に画素Ｐ毎に相互に平行に形成された第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂとを備え、第１電極と第２電極により液晶層に対して実質的に平行な電界を印加できるように構成され、第１基板における液晶層に接する表面に液晶層の初期配向方位を規定する配向膜１８が設けられ、第１電極及び第２電極は画素内において初期配向方位に対して傾斜した方位に伸びるように構成され、液晶層の厚さをＤとし、前記第１電極と前記第２電極の間隔をＬとしたとき、Ｄ≧Ｌの関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶装置及び投射型表示装置に係り、特に、高精細な画素構造を有する液晶装置を形成する場合に好適な構成に関する。

一般に、液晶装置としては、基板面に対して垂直な縦電界を用いたＴＮモードやＳＴＮモードの表示装置が多く実用化されているが、特に、視角特性を向上させるために、横電界を用いて液晶分子を基板面と平行な姿勢で回転させるＩＰＳ（In-Plane Switching）モードの液晶装置が提案され、実用化されつつある。ＩＰＳモードの液晶装置は、広視野角特性を必要とする直視型ＬＣＤとして好適なものであるため、先行技術は基本的に直視型ＬＣＤとしての性能を追及したものとなっている（例えば、以下の特許文献１参照）。

このＩＰＳモードの液晶装置には、視野角によって黄色味や青色味を呈するなどといったカラーシフトが生ずるという問題があり、このカラーシフトを抑制するために、ジグザグ状の電極構造を設けたものが提案されている（例えば、以下の非特許文献１参照）。
国際公開第９７／３４１８８号パンフレットＭ，Ｋｉｍｕｒａ他２名 "30.5L : Late-News Paper : An Advanced 23-inch In-Plane-Switching Mode TFT-LCD with H1920xV1200 Pixels" SID(the Society for Information Display) 00 DIGEST P.468

ところで、投射型表示装置のライトバルブとして液晶装置を用いる場合、直視型ＬＣＤの場合とは異なり、広視野角はそれほど要求されないが、その一方で限定された視角範囲（光源分布内）において直視型ＬＣＤよりも高コントラストで十分な明るさを備えた光学特性が要求される。上記のＩＰＳモードの液晶装置では、縦電界により駆動される液晶装置において画素間に生ずる横電界によるディスクリネーションが生じにくいため、高いコントラストが得られる可能性があることから、ライトバルブとしての資質を有するものと考えられるが、いまだＩＰＳモードの液晶装置を用いたライトバルブを実現した例はない。

また、前述のＩＰＳモードの液晶装置におけるジグザグ状の電極構造は、液晶装置が高精細化して画素ピッチが小さくなると製造が困難になり、特に、投射型表示装置のライトバルブとして液晶装置を用いる場合、画素ピッチは２０μｍ以下となるため、１画素内でジグザグ状の電極構造を実現することはきわめて困難である。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、高コントラストで明るい液晶装置を提供することにある。また、別の課題は、投射型表示装置にも適用可能な高精細な画素構造を備えながらコントラスト及び光透過率の低下が抑制された液晶装置を実現することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の液晶装置は、第１基板と第２基板に挟持された液晶層と、前記第１基板の内面上に画素毎に相互に平行に形成された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極により前記液晶層に対して実質的に平行な電界を印加できるように構成された液晶装置において、前記第１基板における前記液晶層に接する表面に前記液晶層の初期配向方位を規定する配向膜が設けられ、前記第１電極及び前記第２電極は前記画素内において前記初期配向方位に対して傾斜した方位に伸びるように構成され、前記液晶層の厚さをＤとし、前記第１電極と前記第２電極の間隔をＬとしたとき、Ｄ≧Ｌの関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、画素内において第１電極及び第２電極を直線状に構成し、これらの電極を初期配向方位に対して傾斜した方位に向けて伸びるように構成することで、横電界による液晶の配向制御を可能となり、また、液晶層の厚さＤが電極の間隔Ｌ以上であることにより、第２基板側に遮光膜などの導電体が存在しても、当該導電体と電極との厚み方向の距離Ｆを間隔Ｌより大きくすることができるため、導電体と電極間に生ずる縦電界の影響を弱めることができることから、縦電界に起因する液晶の配向制御不良によるコントラストや光透過率の低下を抑制できる。

また、別の本発明は、第１基板と第２基板に挟持された液晶層と、前記第１基板の内面上に画素毎に相互に平行に形成された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極により前記液晶層に対して実質的に平行な電界を印加できるように構成された液晶装置において、前記第１基板における前記液晶層に接する表面に前記液晶層の初期配向方位を規定する配向膜が設けられ、前記第１電極及び前記第２電極は前記画素内において前記初期配向方位に対して傾斜した方位に伸びるように構成され、前記第２基板には遮光膜が形成され、前記第１電極及び前記第２電極と前記遮光膜との厚み方向の距離をＦとし、前記第１電極と前記第２電極の間隔をＬとしたとき、Ｆ>Ｌの関係を満たすことを特徴とする。

本発明において、前記遮光膜が前記第２基板の外面上に配置されていることが好ましい。これによれば、遮光膜が第２基板の外面上に配置されていることにより、距離Ｆを第２基板の厚さ分だけかせぐことができるため、Ｆ>Ｌの関係を容易に実現できるようになる。

本発明において、前記第１電極及び前記第２電極は画素内において直線状に構成されていることが好ましい。これによれば、画素内の電極構造を簡易に構成することができるため、高精細化が容易になる。特に、投射型表示装置に用いられるライトバルブのような画素寸法の小さい液晶装置においても電極のパターニングが容易になる。

本発明において、前記液晶層は負の誘電率異方性を備えた液晶で構成されていることが好ましい。上記の液晶層としては、正の誘電率異方性を備えた液晶を用いることもできるが、正の誘電率異方性を備えた液晶では、第１電極及び第２電極上において上記の縦電界によって液晶の配向制御ができなくなる場合がある。これに対して、負の誘電率異方性を備えた液晶であれば、電界方向と直交する方向に液晶が配向するので、第１電極及び第２電極上においても液晶が平行に配向しやすくなり、縦電界に影響を受ける領域をさらに低減することができるため、コントラスト及び光透過率を向上させることができる。

本発明において、前記配向膜は無機物で構成されていることが好ましい。配向膜としては、ポリイミド樹脂などの有機膜を用いることが一般的であるが、無機膜を用いることで、耐光性や耐熱性を高めることができるため、投射型表示装置などのような光強度や熱負荷が大きい使用態様で用いる場合に効果的である。

この場合、液晶層が正の誘電率異方性を備えた液晶により構成される場合には、無機配向膜としてＳｉＯ_２を用いることができ、液晶層が負の誘電率異方性を備えた液晶により構成される場合には、無機配向膜としてＡｌ_２Ｏ_３を用いることができる。

また、配向膜としてはＤＬＣ(Diamond like Carbon)を用いることもできる。ＤＬＣは、スパッタリング法などで成膜した後、斜め方向からイオンビームの照射を行うことによって初期配向能を付与することができる。

本発明の投射型表示装置は、上記のいずれか一項に記載の液晶装置を光変調素子として備えたものである。上記の液晶装置は、高精細化を図ってもコントラスト及び光透過率を高くすることができるので、投射型表示装置の光変調素子として特に適している。この場合、負の誘電率異方性を備えた液晶を用いることにより、コントラスト及び光透過率をさらに向上させることができ、また、無機配向膜を用いることにより、耐光性及び耐熱性を高めることができるため、素子寿命を延ばし、性能を長期間維持することが可能になる。

次に、添付図面を参照して本発明に係る液晶装置及び投射型表示装置の実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
最初に、図１及び図２を参照して本発明に係る第１実施形態の液晶装置１０について説明する。この液晶装置１０は、図２に示すように、ガラスやプラスチックなどで構成される第１基板１１と、同様の第２基板２１とを図示しないシール材などで所定の間隔を設けた状態で貼り合わせ、その間に、所定配合のネマチック液晶などで構成された液晶層３０を配置してなるセル構造を有する。

第１基板１１の内面上には、Ｃｒなどで構成される遮光膜１２が画素間領域に形成され、この遮光膜１２の上方に、層間絶縁膜１３ａを介してポリシリコンなどで構成される半導体層１４が形成されている。半導体層１４はゲート絶縁膜１３ｇで覆われ、このゲート絶縁膜１３ｇを介して上記半導体層１４のチャネル領域と対向するようにゲート電極１５ｇが配置されている。このゲート電極１５ｇは、これと同じ層に形成された後述する走査信号線１５に導電接続されている。

ゲート電極１５ｇ上には層間絶縁膜１３ｂを介して画像信号線１６が形成され、この画像信号線１６のコンタクト部１６ｓは層間絶縁膜１３ｂを通して半導体層１４のソース領域に導電接続されている。画像信号線１６上には層間絶縁膜１３ｃが形成され、この層間絶縁膜１３ｃ上に第１電極（共通電極、すなわち共通電位が供給される電極）１７Ａが形成されている。また、第１電極１７Ａ上には層間絶縁膜１３ｄが形成され、この層間絶縁膜１３ｄ上に第２電極（画素電極、すなわち、画素毎に制御された画素電位が供給される電極）１７Ｂが形成されている。第２電極１７Ｂのコンタクト部１７ｄは、上記の層間絶縁膜１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄを通して半導体層１４のドレイン領域に導電接続されている。

層間絶縁膜１３ｄ及び第２電極１７Ｂ上には配向膜１８が形成されている。この配向膜１８は、無機物で構成されたものであり、例えば、斜方蒸着法によりＳｉＯ_２を真空蒸着してなる。具体的には、基板面に対して４０〜６０度の範囲、好ましくは約５０度の角度で、初期配向方位に向けて成膜が行われるように蒸着を行う。この方法では、プレチルト角を１度程度に設定することができる。斜方蒸着法によって初期配向能を与えることができる材料としては、上記ＳｉＯ_２の他に、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２などが挙げられる。

また、配向膜に用いることのできる無機物としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩｎＴｉＯ_２、ＩｎＺｎＯ_２、ＺｎＴｉＯ_２、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、グラファイト、ダイヤモンドなどが挙げられる。これらの無機配向膜は、上記の斜方蒸着法の他に、蒸着法・スパッタリング法・ＣＶＤ法などの成膜処理と、イオン照射処理やプラズマ照射処理などの粒子線照射法等の配向処理の組み合わせによって液晶に対する所望の初期配向能を有するように形成できる。例えば、無機配向膜としてＤＬＣを用いる場合、カーボンターゲットを用いてスパッタリング法によってＤＬＣ膜を成膜し、その後、イオンビーム照射を所定角度で所定方位（初期配向方位）に向けて施すことによって、ＤＬＣ膜に初期配向能を付与することができる。

一方、第２基板２１の内面上にはＣｒなどで遮光膜２２が形成され、この遮光膜２２上に絶縁膜２３が形成されている。この絶縁膜２３は、１０００〜５０００Å、好ましくは２５００〜３５００Å程度のＳｉＯ_２などで形成することが望ましい。これによって、上記遮光膜２２によって生ずる後述する縦電界を低減することができる。

上記の絶縁膜２３上には配向膜２４が形成されている。この配向膜２４は、上記配向膜１８と同様に構成することができる。本実施形態の場合、配向膜１８の初期配向方位と、配向膜２４の初期配向方位とがアンチパラレル配向の関係となるように構成する。

また、第１基板１１の外面上には偏光板３１が配置され、第２基板１２の外面上には偏光板３２が配置されている。本実施形態の場合、第１基板１１側が光入射側であり、偏光板３１の偏光透過軸は、後述する液晶層３０の初期配向方位と一致し、偏光板３２の偏光透過軸は、偏光板３１の偏光透過軸と直交する。これにより、電界無印加時において光遮断状態となり、電界印加時において光透過状態となる。なお、本実施形態において、画素とは、上記第１電極１７Ａと第２電極１７Ｂとによって形成される電界によって独立に配向制御され得る液晶層３０の領域を含む平面範囲を言う。したがって、常に共通の電位が供給される複数の第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂが隣接配置される場合には、これらの複数の第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂによって配向制御される液晶層３０の全範囲が当該画素に含まれる。

本実施形態においては、第１電極１７Ａと第２電極１７Ｂの間隔をＬとし、液晶層３０の厚さ（セルギャップ）をＤとしたとき、Ｄ≧Ｌの関係が成立するように構成する。ただし、間隔Ｌは基板面に沿った両電極の縁部から縁部までの距離である。この間隔Ｌは技術的な制約（特に電極のパターニング工程）を考慮すると、Ｌ≧１μｍであることが好ましい。また、厚さＤは、液晶層３０のリタデーションΔｎ・Ｄ＝λ／２（Δｎは本実施形態の動作モードで作用する屈折率異方性、λは透過光の波長）となるように決定される。ここで、Ｄ＝３μｍとすれば、間隔Ｌを１〜２．５μｍ程度とする。具体的な寸法としては、画素Ｐが一辺約５〜１５μｍの矩形であり、第１電極及び第２電極の電極幅が約１μｍ、電極間隔Ｌ＝２．０〜３．０μｍ、セルギャップＤ＝２．５〜３．５μｍである。

図１は、上記第１基板１１の内面上に設けられた内面構造を示す概略平面図である。第１基板１１上には、それぞれ複数の走査信号線１５と画像信号線１６が相互に直交するように配設され、走査信号線１５と画像信号線１６とが交差する点に対応して画素Ｐが設けられている。この画素Ｐは、遮光膜１２，２２によって遮光された画素間領域Ｑによって囲まれた矩形領域であり、図示一点鎖線で示してある。画素間領域Ｑは、走査信号線１５、画像信号線１６及びこれらの間に構成されたスイッチング素子Ｓの形成領域を包含する。スイッチング素子Ｓは、上記半導体層１４、ゲート絶縁膜１３ｇ（図２参照）、ゲート電極１５ｇ、画像信号線１６のコンタクト部１６ｓ、及び、第２電極１７Ｂのコンタクト部１７ｄによって構成される。

本実施形態では、上記各画素Ｐにおいて第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂがそれぞれ直線状に形成されている。１７Ａは１７Ｂとは別の層に絶縁膜を通じて設けられている。第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂは共に帯状（線状）に構成され、それらの延長方向が相互に平行になるように構成されている。第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの延長方向は、配向膜１８及び２５によって規定される初期配向方位Ｒに対して共に傾斜（交差）している。本実施形態の場合、図４に示すように、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの延長方向は、初期配向方位Ｒと直交する面に対して交差角θが６０〜８０度、或いは、２０〜３０度の範囲内になるように構成される。交差角θは典型的には約７０度若しくは約２０度であることが好ましい。図示例では約７０度である。

本実施形態の場合、初期配向方位Ｒは全ての画素Ｐについて同一であり、また、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの延長方向は全ての画素Ｐについて同一の方位を向いている。さらに、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの画素Ｐ内の配置や形状も全ての画素Ｐについて同一である。したがって、複数の画素Ｐ間で基本的に同一の電気光学効果が得られる。

本実施形態において、第１基板１１の内面上に設けられた第１電極１７Ａと第２電極１７Ｂの間に電圧を印加することで、液晶層３０内に実質的に基板面と平行な電界が形成されるようになっている。また、液晶層３０は正の誘電率異方性を備えた液晶分子３０ｍによって構成されている。この液晶分子３０ｍの長軸は、基本的に常に基板面と実質的に平行に配向される。第１電極１７Ａと第２電極１７Ｂの間に電界Ｅが形成されていない場合（或いは、当該電界が閾値未満である場合）には、液晶分子３０ｍの長軸の方位は、配向膜１８及び２４によって図４に示す初期配向方位Ｒに平行（以下、単に「初期配向状態」という。）になる。一方、電界Ｅが印加されると、液晶分子３０ｍの長軸は電界Ｅの方向に向くため、図示点線で示すように、初期配向方位Ｒに対して交差する方向に向くようになる。このとき、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの延長方向と、初期配向方位Ｒとが相互に傾斜しているため、電圧を印加すると、液晶分子３０ｍは同じ方向（図示反時計回り）に回転する。これにより、液晶分子３０ｍの電圧印加時の配向方位が均一化され、着色や光透過率のばらつきを低減できる。

本実施形態では、液晶層３０の厚さＤを電極間隔Ｌ以上としていることにより、第１基板１１上の第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂと、第２基板１２との距離が相対的に長くなり、その結果、遮光膜２２と第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの厚み方向の距離Ｆを電極間隔Ｌ以上とすることができる。このため、第２基板１２に金属からなる遮光膜２２が形成されていても、液晶層３０内に発生する縦電界を弱めることができることから、液晶分子３０ｍが上記縦電界に影響されて表示に寄与できない領域を低減することができる。すなわち、通常、両電極上の領域では縦電界により液晶分子３０ｍが基板面に対して起き上がるので、当該液晶分子３０ｍは光変調に寄与できなくなるが、本実施形態では縦電界を弱めることにより当該領域を狭めることができる。

また、本実施形態では、遮光膜２２の上に絶縁膜２３を形成することによっても縦電界が弱められている。さらに、図２に点線で示すように、遮光膜２２を第２基板２１の外面上に形成すれば、上記効果をさらに高めることができる。これらの方法では、液晶層３０の厚さＤ如何に拘わらず、遮光膜２２と両電極１７Ａ，１７Ｂの厚み方向の距離Ｆを電極間隔Ｌよりも大きくすることができる。

なお、遮光膜２２は導電体ではなく、黒色樹脂などの絶縁体で構成することも可能である。この場合には、第２基板に他の導電体が存在しない限り、縦電界の発生を抑制できる。ただし、投射型表示装置などのように使用する光強度が高い場合には、Ｃｒなどの金属で遮光膜２２を形成することが、遮光膜の耐光性や遮光性を確保する上で望ましい。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る液晶装置の第２実施形態について説明する。この実施形態では、基本的に上記第１実施形態とほぼ同様の構造を有するので、対応する部分については同一符号を用い、同一部分については説明を省略して相違部分についてのみ説明する。

この第２実施形態では、図１及び図２に示す液晶層３０或いは液晶分子３０ｍに負の誘電率異方性を備えた液晶を用いる。そして、図２に示す配向膜１８及び２５としては、負の誘電率異方性を備えた液晶分子を低いプレチルト角で配向制御できるＡｌ_２Ｏ_３からなるものを用いる。Ａｌ_２Ｏ_３は上記と同様の斜方蒸着法によって形成される。基板面に対する蒸着角は４０〜６０度、好ましくは約５０度である。このときのプレチルト角は約１〜３度程度である。また、図５に示すように、液晶分子３０ｍの初期配向方位Ｒが図示左右方向となるように配向膜１８及び２４を形成する。

本実施形態の場合、図５に点線で示すように、電界Ｅを印加すると液晶分子３０ｍの長軸方向は電界Ｅの方向と直交する方向、すなわち、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂの延長方向と平行な方向に向く。このとき、液晶分子３０ｍの回転方向は図示反時計回りである。なお、偏光板３１及び３２の偏光透過軸と、初期配向方位Ｒとの関係は上記第１実施形態と同様に構成する。

本実施形態では、負の誘電率異方性を備えた液晶を用いることで、第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂ上の領域でも、液晶分子３０ｍが縦電界により起き上がることがないため、周囲の領域の液晶分子３０ｍに従った状態で配向し、その結果、表示に寄与できない領域がほとんど発生しないように構成できる。したがって、コントラストや光透過率を高めることができる。もちろん、この場合でも、縦電界は弱いほどよいので、第１実施形態の条件Ｄ≧ＬやＦ>Ｌを成立させることで、性能を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、図３を参照して本発明に係る第３実施形態の液晶装置１０′について説明する。この実施形態では、基本的に第１及び第２実施形態と同様の基本的構造を有するので、同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。この第３実施形態が上記各実施形態と異なる点は、図３に示す電極パターンのみである。

図３に示すように、本実施形態では、上記各実施形態と同様に交差角θを有する第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂが設けられた画素Ｐと、第１電極１７Ａ′及び第２電極１７Ｂ′が画素Ｐとは異なる交差角θ′を備えた画素Ｐ′とが所定方向（図示上下方向）に交互に配列されている。画素Ｐ′では、第１電極１７Ａ′及び第２電極１７Ｂ′が初期配向方位Ｒに対して画素Ｐにおける第１電極１７Ａ及び第２電極１７Ｂとは反対側に傾斜している。図示例の場合、交差角θ′＝１８０−θの関係を満たすように構成されている。

なお、画素Ｐ′における半導体層１４′、ゲート電極１５ｇ′、コンタクト部１６ｓ′及び１７ｄ′で構成されるスイッチング素子Ｓ′は基本的に画素Ｐにおけるスイッチング素子Ｓと同様に構成され、また、画素Ｐの第１電極１７Ａと画素Ｐ′の第１電極１７Ａ′とは相互に導電接続されている。

したがって、図示のように、画素Ｐ′の液晶分子３０ｍ′は画素Ｐの液晶分子３０ｍと同じ初期配向方位Ｒを備えるが、電圧印加時においては、画素Ｐ′は画素Ｐとは異なる電界印加方向を有するので、液晶分子３０ｍ′は液晶分子３０ｍと異なる方位を向くことになる。具体的には、画素Ｐ′の電界Ｅ′の方向Ｅ′は、初期配向方位Ｒと直交する平面に対して画素Ｐの電界Ｅの方向と対称な方向になり、その結果、液晶分子３０ｍ′の電界印加時の配向方向も、上記平面に対して液晶分子３０ｍ′の電界印加時の配向方向と対称になる。

本実施形態では、画素ＰとＰ′で電界印加時の液晶分子３０ｍ，３０ｍ′の配向方位が異なるため、出射光の視角分布強度を均一化することができる。ただしこの場合でも、各画素Ｐ，Ｐ′の内部では、上記各実施形態と同様に第１電極１７Ａ，１７Ａ′及び第２電極１７Ｂ，１７Ｂ′がそれぞれ直線状に構成されているため、電極パターンの形成が容易であることから、高精細化を容易に図ることができる。

なお、この第３実施形態においては、第１実施形態と同様に正の誘電率異方性を有する液晶を用いた例で図示しているが、第２実施形態と同様に負の誘電率異方性を有する液晶を用いることもできる。この場合、配向膜の材質や初期配向方位についても負の誘電率異方性を備えた液晶に適した構成を用いることが望ましい。

［第４実施形態］
次に、図６及び図７を参照して、本発明に係る第４実施形態として、上記の液晶装置を備えた投射型表示装置１００について説明する。図６は、上記の液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の構成例を示すものである。この投射型表示装置１００は、光源１２０と、色分離合成系１４０と、投射光学系１６０とから構成されている。ここで、後述するように、Ｒ（Ｒｅｄ：赤）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）、Ｂ（ｂｌｕｅ：青）の異なる色光毎に本発明に係る液晶装置を構成する透過型液晶ライトバルブを光変調手段として備えている。

光源１２０は、高圧水銀ランプ或いはメタルハライドランプ等のランプ１２１と、ランプ１２１の光を反射するリフレクタ１２２と、ランプ１２１の光の照度分布を均一化させるための２枚のフライアイレンズ１２３、１２４と、光の偏光方向を一方向に揃える偏光変換板１２６を有する。

ここで、２枚のフライアイレンズ１２３、１２４は、それぞれ例えば６×８個のような複数のレンズ１２３ａ、１２４ａを縦横に配列したものであり、ランプ１２１の光Ｌが２枚のフライアイレンズ１２３、１２４を順次透過することによって、光Ｌの照度分布を均一化させるようになっている。

偏光変換板１２６は、２枚のフライアイレンズ側に設けられた図示しない偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）と、ＰＢＳアレイによって反射された偏光の偏光方向を変換する図示しない１／２波長板アレイとから構成され、ランプ１２１の光Ｌはその輝度を損なうことなく光の偏光方向を一方向に揃えるようになっている。

また、色分離合成系１４０は、ダイクロイックミラー１４１、１４２と、反射ミラー１４３、１４４、１４５と、リレーレンズ１４６、１４７、１４８と、液晶ライトバルブ１５１、１５２、１５３と、クロスダイクロイックプリズム１５５とを有する。

ダイクロイックミラー１４１、１４２は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したもので、所定の有色光を選択的に反射し、それ以外の波長の光を透過するようになっている。具体的には、ダイクロイックミラー１４１は、光源１２０の光Ｌのうち、赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧを反射するようになっている。また、ダイクロイックミラー１４２はダイクロイックミラー１４１で反射された青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧのうち、青色光ＬＢを透過させるとともに、緑色光ＬＧを反射するようになっている。

これにより、光源１２０から入射した光のうち、赤色光ＬＲはダイクロイックミラー１４１を透過した後、反射ミラー１４５で反射され、赤色光用の液晶ライトバルブ１５１に入射される。緑色光ＬＧはダイクロイックミラー１４１に反射されて緑色光用の液晶ライトバルブ１５２に入射される。青色光ＬＢはダイクロイックミラー１４２を透過した後、リレーレンズ１４６、反射ミラー１４３、リレーレンズ１４７、反射ミラー１４４、及び、リレーレンズ１４８からなるリレー系１４０ａを経て、青色光用の液晶ライトバルブ１５３に入射されるようになっている。

液晶ライトバルブ１５１、１５２、１５３は、例えばアクティブマトリクス型の透過型液晶ライトバルブとして構成されており、信号処理された画像信号に基づいて駆動回路により駆動されるようになっている。そして、各液晶ライトバルブ１５１、１５２、１５３によって変調された有色光は、クロスダイクロイックプリズム１５５に入射されるようになっている。

クロスダイクロイックプリズム１５５は、直角プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光ＬＲを反射するミラー面と青色光ＬＢを反射するミラー面とが十字状に形成されている。したがって、クロスダイクロイックプリズム１５５は３つの色光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢをこれらのミラー面によって合成して、カラー画像を表示する合成光を形成するようになっている。

また、投射光学系１６０は投射レンズ１６１、１６２、１６３とスクリーン１６５とを有する。投射レンズ１６１、１６２、１６３はクロスダイクロイックプリズム１５５によって形成された合成光をスクリーン１６５の上に拡大投射するようになっている。これによって、スクリーン１６５にカラー画像が表示される。

本実施形態において、液晶ライトバルブ１５１，１５２，１５３は、それぞれ第１乃至第３実施形態に記載の液晶装置１０，１０′のいずれかによって構成することができる。これによって、上記コントラスト及び光透過率の高い画像を投影することが可能になる。

図７は、本実施形態の電子機器における液晶装置１０に対する制御系（表示制御系）の全体構成を示す概略構成図である。ここに示す電子機器は、表示情報出力源２９１と、表示情報処理回路２９２と、電源回路２９３と、タイミングジェネレータ２９４とを含む表示制御回路２９０を有する。また、液晶装置１０には、上述の構成を有するパネル構造１０Ｐと、このパネル構造１０Ｐを駆動する駆動回路１０Ｄとが設けられている。この駆動回路１０Ｄは、パネル構造１０Ｐに直接実装されている電子部品（半導体ＩＣなど）で構成される。ただし、駆動回路１０Ｄは、上記のような態様の他に、パネル構造１０Ｐの基板表面上に形成された回路パターン、或いは、パネル構造１０Ｐに導電接続された回路基板に実装された半導体ＩＣチップ若しくは回路パターンなどによっても構成することができる。

表示情報出力源２９１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメモリと、磁気記録ディスクや光記録ディスク等からなるストレージユニットと、デジタル画像信号を同調出力する同調回路とを備え、タイミングジェネレータ２９４によって生成された各種のクロック信号に基づいて、所定フォーマットの画像信号等の形で表示情報を表示情報処理回路２９２に供給するように構成されている。

表示情報処理回路２９２は、シリアル−パラレル変換回路、増幅・反転回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路、クランプ回路等の周知の各種回路を備え、入力した表示情報の処理を実行して、その画像情報をクロック信号ＣＬＫと共に駆動回路１０Ｄへ供給する。駆動回路１０Ｄは、走査線駆動回路、信号線駆動回路及び検査回路を含む。また、電源回路２９３は、上述の各構成要素にそれぞれ所定の電圧を供給する。

尚、本発明の液晶装置及び投射型表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記第１実施形態で述べた各種の変形構成は、他の第２実施形態乃至第４実施形態のいずれにも適用することができる。

第１実施形態の第１基板の内面構造を示す概略拡大平面図。第１実施形態の画素構造を示す概略拡大縦断面図。第３実施形態の第１基板の内面構造を示す概略拡大平面図。第１実施形態の電極構造と液晶配向との関係を示す説明図。第２実施形態の電極構造と液晶配向との関係を示す説明図。第４実施形態の全体構成を示す概略構成図。第４実施形態の表示制御系の構成を示す概略構成図。

符号の説明

１０，１０′…液晶装置、１１…第１基板、１２…遮光膜、１３ａ〜１３ｄ…層間絶縁膜、１３ｇ…ゲート絶縁膜、１４…半導体層、１５…走査信号線、１５ｇ…ゲート電極、１６…画像信号線、１６ｓ…コンタクト部、１７Ａ…第１電極、１７Ｂ…第２電極、１７ｄ…コンタクト部、１８，２４…配向膜、２１…第２基板、２２…遮光膜、２３…絶縁膜、Ｓ，Ｓ′…スイッチング素子

Claims

第１基板と第２基板に挟持された液晶層と、前記第１基板の内面上に画素毎に相互に平行に形成された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極により前記液晶層に対して実質的に平行な電界を印加できるように構成された液晶装置において、
前記第１基板における前記液晶層に接する表面に前記液晶層の初期配向方位を規定する配向膜が設けられ、
前記第１電極及び前記第２電極は前記画素内において前記初期配向方位に対して傾斜した方位に伸びるように構成され、
前記液晶層の厚さをＤとし、前記第１電極と前記第２電極の間隔をＬとしたとき、Ｄ≧Ｌの関係を満たすことを特徴とする液晶装置。
第１基板と第２基板に挟持された液晶層と、前記第１基板の内面上に画素毎に相互に平行に形成された第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極により前記液晶層に対して実質的に平行な電界を印加できるように構成された液晶装置において、
前記第１基板における前記液晶層に接する表面に前記液晶層の初期配向方位を規定する配向膜が設けられ、
前記第１電極及び前記第２電極は前記画素内において前記初期配向方位に対して傾斜した方位に伸びるように構成され、
前記第２基板には遮光膜が形成され、
前記第１電極及び前記第２電極と前記遮光膜との厚み方向の距離をＦとし、前記第１電極と前記第２電極の間隔をＬとしたとき、Ｆ>Ｌの関係を満たすことを特徴とする液晶装置。
前記遮光膜が前記第２基板の外面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
前記第１電極及び前記第２電極は前記画素内において直線状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶装置。
前記液晶層は負の誘電率異方性を備えた液晶で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶装置。
前記配向膜は無機物で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶装置。
前記無機物はＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項６に記載の液晶装置。
前記配向膜がＤＬＣで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶装置。
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の液晶装置を光変調素子として備えた投射型表示装置。