JP2015200766A - Microlens array substrate, method for manufacturing microlens array substrate, liquid crystal device, and electronic equipment - Google Patents
Microlens array substrate, method for manufacturing microlens array substrate, liquid crystal device, and electronic equipment Download PDFInfo
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Description
本発明は、マイクロレンズアレイ基板、マイクロレンズアレイ基板の製造方法、マイクロレンズアレイ基板を備えた液晶装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to a microlens array substrate, a method for manufacturing the microlens array substrate, a liquid crystal device including the microlens array substrate, and an electronic apparatus.
液晶装置として、プロジェクター(投写型表示装置)のライトバルブ(光変調手段)に適用される透過型の液晶装置が知られている。このような透過型の液晶装置では、光源から発する光を有効に利用して明るい表示を可能とするために、画素の光の入射側に集光手段としてマイクロレンズ(ML)を備える構成が提案されている。 As a liquid crystal device, a transmissive liquid crystal device applied to a light valve (light modulation means) of a projector (projection display device) is known. In such a transmissive liquid crystal device, a configuration is proposed in which a microlens (ML) is provided as a condensing unit on the light incident side of the pixel in order to enable bright display by effectively using light emitted from the light source. Has been.
例えば、特許文献1には、1つの画素電極または複数の色光に対応づけられた一群の画素電極ごとに対向配置されると共に、それぞれが曲率の異なる複数のレンズ面または分割されたレンズ面を有する複数のマイクロレンズと、画素電極に印加される画像信号に応じて、入射した色光を変調する光変調手段とを備えた液晶表示素子が開示されている。
特許文献1の液晶表示素子によれば、1つの画素電極または複数の色光に対応づけられた一群の画素電極ごと、つまり実質的な表示用の画素ごとに1つのマイクロレンズを配置する場合に比べて、マイクロレンズアレイ(MLA)の薄型化を図ることができるとしている。これにより、MLAが受ける熱ストレスを軽減して、液晶表示素子における液晶層のギャップむらを低減し、高品位な画像表示を行うことができるとしている。
For example, in
According to the liquid crystal display element of
また、特許文献2には、初期配向状態において液晶分子が基板面に対して90度未満のプレチルト角を有して配向するVA(Vertical Alignment;垂直配向)方式であって、プレチルトの方位角が実質的に揃っており、基板法線方向から入射する光を液晶分子のプレチルトの方位角側に傾斜させる光軸偏向手段を備えた液晶装置が開示されている。また、光軸偏向手段として、基板法線に対して非対称な集光レンズ構造(マイクロレンズ)が挙げられている。
特許文献2の液晶装置によれば、初期配向状態における透過率の低下あるいは光漏れを抑制して、従来よりも高いコントラストを実現できるとしている。
According to the liquid crystal device of
上記特許文献1の液晶表示素子や上記特許文献2の液晶装置をライトバルブ(光変調手段)として用いる場合、光源からの光をマイクロレンズに対して一定の方向から入射させることが光の利用効率などから好ましい。しかしながら、実際には、画素ごとのマイクロレンズに入射する光の角度を一定とすることは難しく、複数の画素が配置された表示領域において入射光の入射角度の分布が存在する。特に、光源とライトバルブ(光変調手段)とを結ぶ光軸から離れた表示領域の角部では、表示領域の中央部に比べて入射光の入射角度が大きくなっていることがある。そうすると、上記特許文献1や上記特許文献2に示されたマイクロレンズを有していても、表示領域において明るさのむらが目立つおそれがあるという課題があった。なお、明るさのむらは、明表示における光の透過率のむらや、暗表示におけるコントラストのむらと言い換えられる。
When the liquid crystal display element of
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例]本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、基板において複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板であって、前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズは、入射光が入射する側の前記基板の表面に対して対向する平坦部と、前記平坦部の周囲に位置し、前記入射光を前記画素の中心に向かって集光させる第1のレンズ部と、前記入射光を前記画素に対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部と、を含むことを特徴とする。 [Application Example] The microlens array substrate according to this application example is a microlens array substrate having microlenses arranged for each of a plurality of pixels on the substrate, and among the microlenses arranged for each of the plurality of pixels At least some of the microlenses are positioned around the flat portion facing the surface of the substrate on the side where incident light is incident, and around the flat portion, and collect the incident light toward the center of the pixel. It includes a first lens unit that emits light and a second lens unit that refracts the incident light in a specific direction with respect to the pixel.
本適用例によれば、基板の表面に入射する入射光が入射角度の分布を有していても、第2のレンズ部を入射角度の分布に対応させて配置することで、入射角度の分布に起因する明るさのむらを低減することが可能なマイクロレンズアレイ基板を提供することができる。 According to this application example, even if the incident light incident on the surface of the substrate has a distribution of incident angles, the distribution of the incident angles can be achieved by arranging the second lens unit corresponding to the distribution of the incident angles. It is possible to provide a microlens array substrate that can reduce unevenness in brightness due to the above.
上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板において、前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのそれぞれは、前記平坦部と、前記第1のレンズ部と、前記第2のレンズ部とを含むことが好ましい。
この構成によれば、すべてのマイクロレンズを利用して、明るさのむらを低減することができる。
In the microlens array substrate according to the application example, each of the microlenses arranged for each of the plurality of pixels includes the flat portion, the first lens portion, and the second lens portion. Is preferred.
According to this configuration, it is possible to reduce uneven brightness by using all the microlenses.
上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板において、前記画素が配列する領域のうち、前記領域の角部を含む第1の領域に、前記平坦部と、前記第1のレンズ部と、前記第2のレンズ部とを含む第1のマイクロレンズが配置され、前記領域のうち前記第1の領域以外の第2の領域に、前記平坦部と、前記第1のレンズ部とを含む第2のマイクロレンズが配置されているとしてもよい。
この構成によれば、入射光の入射角度が第2の領域に比べて大きくなり易い角部を含む第1の領域に、平坦部と、第1のレンズ部と、第2のレンズ部とを含むマイクロレンズが配置されるので、角部における明るさのむらを効果的に低減できる。また、第2の領域には、集光性を重視した第2のマイクロレンズが配置されるので、すべての画素に第1のマイクロレンズを配置する場合に比べて、明るさを向上させることができる。
In the microlens array substrate according to the application example described above, in the region where the pixels are arranged, a first region including a corner portion of the region includes the flat portion, the first lens portion, and the second portion. A first microlens including the lens portion, and a second microlens including the flat portion and the first lens portion in a second region of the region other than the first region. A lens may be arranged.
According to this configuration, the flat portion, the first lens portion, and the second lens portion are provided in the first region including the corner portion where the incident angle of incident light is likely to be larger than that of the second region. Since the included microlens is arranged, uneven brightness in the corners can be effectively reduced. Further, since the second microlens that places importance on the light condensing property is arranged in the second region, the brightness can be improved as compared with the case where the first microlens is arranged in all the pixels. it can.
上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板において、前記平坦部は、前記第1のレンズ部との境界となる円弧部と、前記第2のレンズ部との境界となる直線部とを含むことを特徴とする。
この構成によれば、平坦部の直線部に接する第2のレンズ部は、平面視で直線部と交差する方向に入射光を屈折させる。したがって、明るさのむらが生じている第1の方向と、直線部の延在方向とが平行となるように第2のレンズ部を配置すれば、第1の方向における明るさのむらを低減することができる。
In the microlens array substrate according to the application example, the flat portion includes an arc portion serving as a boundary with the first lens portion and a linear portion serving as a boundary with the second lens portion. Features.
According to this configuration, the second lens unit in contact with the linear part of the flat part refracts incident light in a direction intersecting the linear part in plan view. Therefore, if the second lens unit is arranged so that the first direction in which the unevenness of brightness occurs and the extending direction of the straight line part are parallel, the unevenness in brightness in the first direction can be reduced. Can do.
[適用例]本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、基板において複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板の製造方法であって、前記基板の一方の表面を覆うマスク層を形成する工程と、前記マスク層をパターニングして開口部を有するマスクパターンを形成する工程と、前記開口部を通じて、前記基板を等方性エッチングしてレンズ面を形成する工程と、前記マスクパターンを除去する工程と、前記基板の一方の表面を覆うと共に前記レンズ面を埋めるレンズ層前駆体を形成する工程と、前記レンズ層前駆体の表面を平坦化してレンズ層を形成する工程と、前記レンズ層を覆う光路長調整層を形成する工程と、を含み、前記マスクパターンを形成する工程では、円弧部と直線部とからなる前記開口部を形成することを特徴とする。 [Application Example] A method of manufacturing a microlens array substrate according to this application example is a method of manufacturing a microlens array substrate having a microlens arranged for each of a plurality of pixels on the substrate, wherein one surface of the substrate is formed. A step of forming a mask layer to cover, a step of patterning the mask layer to form a mask pattern having an opening, a step of isotropically etching the substrate through the opening, and forming a lens surface; Removing the mask pattern, forming a lens layer precursor that covers one surface of the substrate and filling the lens surface, and forming a lens layer by flattening the surface of the lens layer precursor. And a step of forming an optical path length adjustment layer covering the lens layer, and in the step of forming the mask pattern, an arc portion and a straight portion are used. And forming a that the opening.
本適用例によれば、マスクパターンにおける開口部が、円弧部と直線部とにより構成されている。したがって、基板に等方性エッチングを施すと、基板の厚み方向において開口部に対応した領域に平坦なレンズ面がエッチング形成され、開口部の円弧部や直線部を境界として曲面からなるレンズ面がエッチング形成される。当該レンズ面をレンズ層で埋めることによって、基板の一方の表面に対して平坦なレンズ面を有する平坦部と、円弧部に沿って延在する曲面を有する第1のレンズ部と、直線部に沿って延在する曲面を有する第2のレンズ部とを備えたマイクロレンズを形成することができる。平坦部に入射した入射光はほぼ直進する。第1のレンズ部に入射した入射光は一点に集光される。第2のレンズ部に入射した入射光は直線部と交差する方向に屈折される。したがって、明るさのむらが生じている第1の方向と、直線部の延在方向とが平行となるように開口部を有するマスクパターンを形成して第2のレンズ部をエッチング形成すれば、第1の方向における明るさのむらを低減することが可能なマイクロレンズアレイ基板を製造することができる。 According to this application example, the opening in the mask pattern is configured by the arc portion and the straight portion. Therefore, when isotropic etching is performed on the substrate, a flat lens surface is formed by etching in a region corresponding to the opening in the thickness direction of the substrate, and a lens surface having a curved surface with the arc portion or straight portion of the opening as a boundary. Etching is formed. By filling the lens surface with a lens layer, a flat portion having a flat lens surface with respect to one surface of the substrate, a first lens portion having a curved surface extending along the arc portion, and a straight portion A microlens including a second lens portion having a curved surface extending along the surface can be formed. Incident light incident on the flat portion travels substantially straight. Incident light incident on the first lens unit is collected at one point. Incident light that has entered the second lens portion is refracted in a direction that intersects the straight portion. Therefore, if the second lens portion is etched by forming a mask pattern having an opening so that the first direction in which unevenness of brightness occurs and the extending direction of the straight line portion are parallel to each other, It is possible to manufacture a microlens array substrate capable of reducing unevenness in brightness in one direction.
上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、前記マスクパターンを形成する工程では、前記画素が配列する領域のうち、前記領域の角部を含む第1の領域に前記円弧部と前記直線部とからなる第1の開口部を形成し、前記領域のうち前記第1の領域以外の第2の領域に円形の第2の開口部を形成することを特徴とする。
この方法によれば、入射光の入射角度が他の部分よりも大きくなり易い角部を含めた第1の領域に、平坦部と、第1のレンズ部と、第2のレンズ部とを含むマイクロレンズを形成するので、角部における明るさのむらを効果的に低減できる。
In the method of manufacturing the microlens array substrate according to the application example, in the step of forming the mask pattern, the arc portion and the first region including the corner portion of the region in the region where the pixels are arranged A first opening formed of a straight line portion is formed, and a circular second opening is formed in a second region other than the first region in the region.
According to this method, the flat region, the first lens portion, and the second lens portion are included in the first region including the corner portion where the incident angle of incident light is likely to be larger than the other portions. Since the microlens is formed, uneven brightness at the corners can be effectively reduced.
[適用例]本適用例に係る液晶装置は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、を備え、前記一対の基板のうちの一方の基板は複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズを有する液晶装置であって、前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズは、入射光が入射する側の前記一方の基板の表面に対して対向する平坦部と、前記平坦部の周囲に位置し、前記入射光を前記画素の中心に向かって集光させる第1のレンズ部と、前記入射光を前記画素に対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部と、を含むことを特徴とする。 [Application Example] A liquid crystal device according to this application example includes a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, and one of the pair of substrates is provided for each of a plurality of pixels. A liquid crystal device having a microlens arranged, wherein at least some of the microlenses arranged for each of the plurality of pixels have a surface with respect to the surface of the one substrate on which incident light is incident. And a first lens part that is positioned around the flat part and collects the incident light toward the center of the pixel, and the incident light is directed in a specific direction with respect to the pixel. And a second lens portion to be refracted.
本適用例によれば、一方の基板の表面に入射する入射光が入射角度の分布を有していても、第2のレンズ部を入射角度の分布に対応させて配置することで、入射角度の分布に起因する明るさのむらを低減することが可能な液晶装置を提供することができる。 According to this application example, even if the incident light incident on the surface of one of the substrates has an incident angle distribution, the second lens unit is arranged in accordance with the incident angle distribution, so that the incident angle is increased. Accordingly, it is possible to provide a liquid crystal device capable of reducing unevenness in brightness due to the distribution of.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのそれぞれは、前記平坦部と、前記第1のレンズ部と、前記第2のレンズ部とを含むことが好ましい。
この構成によれば、すべてのマイクロレンズを利用し、表示領域の全体に亘って明るさのむらを低減することが可能な液晶装置を提供できる。
In the liquid crystal device according to the application example, each of the microlenses arranged for each of the plurality of pixels preferably includes the flat portion, the first lens portion, and the second lens portion. .
According to this configuration, it is possible to provide a liquid crystal device that can reduce unevenness of brightness over the entire display area by using all the microlenses.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記画素が配列する表示領域のうち、前記表示領域の角部を含む第1の領域に、前記平坦部と、前記第1のレンズ部と、前記第2のレンズ部とを含む第1のマイクロレンズが配置され、前記表示領域のうち前記第1の領域以外の第2の領域に、前記平坦部と、前記第1のレンズ部とを含む第2のマイクロレンズが配置されているとしてもよい。
この構成によれば、入射光の入射角度が第2の領域に比べて大きくなり易い角部を含む第1の領域に、平坦部と、第1のレンズ部と、第2のレンズ部とを含むマイクロレンズが配置されるので、角部における明るさのむらを効果的に低減可能な液晶装置を提供できる。
In the liquid crystal device according to the application example, in the display region where the pixels are arranged, a first region including a corner of the display region includes the flat portion, the first lens portion, and the second lens portion. A first microlens including the lens portion, and a second region including the flat portion and the first lens portion in the second region other than the first region in the display region. Microlenses may be arranged.
According to this configuration, the flat portion, the first lens portion, and the second lens portion are provided in the first region including the corner portion where the incident angle of incident light is likely to be larger than that of the second region. Since the microlens including the liquid crystal device is disposed, a liquid crystal device capable of effectively reducing uneven brightness at the corners can be provided.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記平坦部は、前記第1のレンズ部との境界となる円弧部と、前記第2のレンズ部との境界となる直線部とを含み、前記画素が明表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが平行となるように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする。
この構成によれば、明表示における明るさのむらを低減可能な液晶装置を提供できる。
In the liquid crystal device according to the application example, the flat portion includes an arc portion serving as a boundary with the first lens portion and a linear portion serving as a boundary with the second lens portion, and the pixel includes The microlens is arranged so that the long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer and the straight line portion in the bright display are parallel to each other, and the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled. It is characterized by that.
According to this configuration, it is possible to provide a liquid crystal device that can reduce uneven brightness in bright display.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記平坦部は、前記第1のレンズ部との境界となる円弧部と、前記第2のレンズ部との境界となる直線部とを含み、前記画素が暗表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが直交するように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする。
この構成によれば、暗表示における明るさのむら、すなわちコントラストのむらを低減可能な液晶装置を提供できる。
In the liquid crystal device according to the application example, the flat portion includes an arc portion serving as a boundary with the first lens portion and a linear portion serving as a boundary with the second lens portion, and the pixel includes The microlens is arranged so that the long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer at the time of dark display and the linear portion are orthogonal to each other, and the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled. It is characterized by.
According to this configuration, it is possible to provide a liquid crystal device capable of reducing uneven brightness in dark display, that is, uneven contrast.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記平坦部は、前記第1のレンズ部との境界となる円弧部と、前記第2のレンズ部との境界となる直線部とを含み、前記画素が明表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが平行となり、前記画素が暗表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが直交するように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする。
この構成によれば、明表示における明るさのむらと、暗表示におけるコントラストのむらとを低減可能な液晶装置を提供することができる。
In the liquid crystal device according to the application example, the flat portion includes an arc portion serving as a boundary with the first lens portion and a linear portion serving as a boundary with the second lens portion, and the pixel includes The major axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer at the time of bright display and the linear portion are parallel, and the major axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer at the time of dark display and the linear portion are The microlenses are arranged so as to be orthogonal to each other, and the orientation of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled.
According to this configuration, it is possible to provide a liquid crystal device that can reduce uneven brightness in bright display and uneven contrast in dark display.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記画素は遮光膜によって区画された画素開口部を有し、平面視で前記画素開口部の重心と、前記円弧部の半径で規定される中心とが合致していることが好ましい。
この構成によれば、マイクロレンズによって集光された入射光が効率的に画素開口部を透過する液晶装置を提供することができる。
In the liquid crystal device according to the application example described above, the pixel has a pixel opening section partitioned by a light shielding film, and the center of gravity of the pixel opening section and the center defined by the radius of the arc section match in plan view. It is preferable to do it.
According to this configuration, it is possible to provide a liquid crystal device in which incident light collected by the microlens efficiently passes through the pixel opening.
上記適用例に記載の液晶装置において、前記平坦部の前記直線部は、平面視で前記画素開口部の重心を通ることが好ましい。
この構成によれば、平坦部の円弧部に沿って延在する第1のレンズ部が形成される領域を最大化することができるので、マイクロレンズによる集光能力を最大化できる。つまり、明るさのむらを低減可能であると共に、より明るい表示が可能な液晶装置を提供することができる。
In the liquid crystal device according to the application example described above, it is preferable that the linear portion of the flat portion passes through the center of gravity of the pixel opening in a plan view.
According to this configuration, since the region where the first lens portion extending along the arc portion of the flat portion is formed can be maximized, the light condensing ability by the microlens can be maximized. That is, it is possible to provide a liquid crystal device that can reduce unevenness of brightness and can display brighter.
[適用例]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする。
明るさのむらが低減され、優れた表示品質を有する液晶装置を備えた電子機器を提供することができる。
[Application Example] An electronic apparatus according to this application example includes the liquid crystal device according to the application example described above.
An electronic device including a liquid crystal device with reduced brightness unevenness and excellent display quality can be provided.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.
なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。 In the following embodiments, for example, when “on the substrate” is described, the substrate is disposed so as to be in contact with the substrate, or is disposed on the substrate via another component, or the substrate. It is assumed that a part is arranged so as to be in contact with each other and a part is arranged via another component.
(第1実施形態)
<液晶装置>
本実施形態の液晶装置として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor;TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、後述する投写型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調素子(液晶ライトバルブ)として好適に用いることができるものである。
(First embodiment)
<Liquid crystal device>
As an example of the liquid crystal device according to the present embodiment, an active matrix type liquid crystal device including a thin film transistor (TFT) as a pixel switching element will be described. This liquid crystal device can be suitably used, for example, as a light modulation element (liquid crystal light valve) of a projection display device (liquid crystal projector) described later.
まず、本実施形態の液晶装置について、図1〜図4を参照して説明する。図1は第1実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図、図2は第1実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図、図3は図1のA−A’線に沿った液晶装置の構造を示す概略断面図、図4(a)は液晶層における液晶分子の配向状態を示す概略断面図、図4(b)は液晶分子の配向処理における方位角を示す概略平面図である。 First, the liquid crystal device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the liquid crystal device according to the first embodiment, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the electrical configuration of the liquid crystal device according to the first embodiment, and FIG. 3 is an AA of FIG. 4 'is a schematic cross-sectional view showing the structure of the liquid crystal device along the line, FIG. 4 (a) is a schematic cross-sectional view showing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer, and FIG. 4 (b) is an azimuth angle in the alignment treatment of the liquid crystal molecules. It is a schematic plan view shown.
図1及び図3に示すように、本実施形態の液晶装置100は、対向配置された素子基板20及び対向基板30と、素子基板20と対向基板30との間に配置された液晶層40とを有している。図1に示すように、素子基板20は対向基板30よりも一回り大きく、両基板は、対向基板30の外縁に沿って額縁状に配置されたシール材42を介して貼り合わされている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
液晶層40は、素子基板20と対向基板30とシール材42とによって囲まれた空間に封入された、正または負の誘電異方性を有する液晶で構成されている。シール材42は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤からなる。シール材42には、素子基板20と対向基板30との間隔を一定に保持するためのスペーサー(図示省略)が混入されている。
The
額縁状に配置されたシール材42の内側には、マトリックス状に配列した複数の画素Pを含む表示領域Eが設けられている。また、シール材42と表示領域Eとの間に表示領域Eを取り囲んで見切り部14が設けられている。見切り部14は、後述する遮光性の金属あるいは金属化合物などからなる第1遮光層22、第2遮光層26、遮光膜32によって規定されている。なお、表示領域Eは、表示に寄与する複数の画素Pに加えて、複数の画素Pを囲むように配置されたダミー画素を含むとしてもよい。また、詳しくは後述するが、表示領域Eにおいて複数の画素Pのそれぞれに対応して配置された集光手段としてのマイクロレンズML1と遮光膜32とが対向基板30に設けられている(図3参照)。
A display region E including a plurality of pixels P arranged in a matrix is provided inside the sealing
素子基板20には、複数の外部接続端子54が配列した端子部が設けられている。素子基板20の該端子部に沿った第1の辺部とシール材42との間にデータ線駆動回路51が設けられている。また、第1の辺部に対向する第2の辺部に沿ったシール材42と表示領域Eとの間に検査回路53が設けられている。さらに、第1の辺部と直交し互いに対向する第3及び第4の辺部に沿ったシール材42と表示領域Eとの間に走査線駆動回路52が設けられている。第2の辺部のシール材42と検査回路53との間に、2つの走査線駆動回路52を繋ぐ複数の配線55が設けられている。なお、検査回路53の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路51と表示領域Eとの間のシール材42の内側に沿った位置に設けてもよい。
The
これらデータ線駆動回路51、走査線駆動回路52に繋がる配線は、第1の辺部に沿って配列した複数の外部接続端子54に接続されている。以降、第1の辺部に沿った方向をX方向とし、第3の辺部に沿った方向をY方向として説明する。図1のA−A’線に沿った方向はX方向である。また、X方向及びY方向と直交し、素子基板20から対向基板30に向かう方向をZ方向とする。本明細書では、Z方向に沿って対向基板30の表面11b(図3参照)から見ることを「平面視」という。
Wirings connected to the data line driving
次に図2を参照して、液晶装置100の電気的な構成について説明する。液晶装置100は、少なくとも表示領域Eにおいて互いに絶縁されて直交する信号配線としての複数の走査線2及び複数のデータ線3と、走査線2に沿って平行に配置された容量線4とを有する。走査線2が延在する方向がX方向であり、データ線3が延在する方向がY方向である。
Next, the electrical configuration of the
走査線2、データ線3及び容量線4と、これらの信号線類により区分された領域に、画素電極28と、TFT24と、蓄積容量5とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
A
走査線2はTFT24のゲートに電気的に接続され、データ線3はTFT24のソースに電気的に接続されている。画素電極28はTFT24のドレインに電気的に接続されている。
The
データ線3はデータ線駆動回路51(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路51から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素Pに供給する。走査線2は走査線駆動回路52(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路52から供給される走査信号G1,G2,…,Gmを画素Pに供給する。
The data line 3 is connected to a data line driving circuit 51 (see FIG. 1), and supplies image signals D1, D2,..., Dn supplied from the data line driving
データ線駆動回路51からデータ線3に供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線3同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路52は、走査線2に対して、走査信号G1〜Gmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
The image signals D1 to Dn supplied from the data line driving
液晶装置100は、スイッチング素子であるTFT24が走査信号G1〜Gmの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線3から供給される画像信号D1〜Dnが所定のタイミングで画素電極28に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極28を介して液晶層40に書き込まれた所定レベルの画像信号D1〜Dnは、画素電極28と液晶層40を介して対向配置された共通電極34(図3参照)との間で一定期間保持される。画像信号D1〜Dnの周波数は例えば60Hzである。
In the
保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極28と共通電極34との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量5が接続されている。蓄積容量5は、TFT24のドレインと容量線4との間に設けられている。
In order to prevent the held image signals D1 to Dn from leaking, the
なお、図1に示した検査回路53には、データ線3が接続されており、液晶装置100の製造過程において、上記画像信号を検出することで液晶装置100の動作欠陥などを確認できる構成となっているが、図2の等価回路では図示を省略している。
The data line 3 is connected to the
本実施形態における画素回路を駆動制御する周辺回路は、データ線駆動回路51、走査線駆動回路52、検査回路53を含んでいる。また、周辺回路は、上記画像信号をサンプリングしてデータ線3に供給するサンプリング回路、データ線3に所定電圧レベルのプリチャージ信号を上記画像信号に先行して供給するプリチャージ回路を含むものとしてもよい。
The peripheral circuit for driving and controlling the pixel circuit in the present embodiment includes a data
次に、図3を参照して、液晶装置100の構造について説明する。図3に示すように、素子基板20は、透光性の基板本体21と、基板本体21上に設けられた、第1遮光層22と、絶縁膜23と、TFT24と、第1層間絶縁膜25と、第2遮光層26と、第2層間絶縁膜27と、画素電極28と、配向膜29とを備えている。基板本体21は、例えばガラスや石英などの光透過性を有する材料が用いられている。
Next, the structure of the
第1遮光層22及び第2遮光層26は、例えば、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)などの金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、あるいはこれらが積層されたものを用いることができ、遮光性と導電性とを兼ね備えている。
第1遮光層22は、上層の第2遮光層26に平面視で重なるように格子状に形成されており、素子基板20の厚さ方向(Z方向)において、TFT24を間に挟むように配置されている。第1遮光層22及び第2遮光層26により、TFT24への光の入射が抑制される。第1遮光層22及び第2遮光層26に囲まれた領域(開口部22a,26a内)は、光が素子基板20を透過する開口領域(画素開口部)となる。
The first
The first
絶縁膜23は、基板本体21と第1遮光層22とを覆うように設けられている。絶縁膜23は、例えば、SiO2などの無機材料からなる。TFT24は、絶縁膜23上に設けられている。図示を省略するが、TFT24は、半導体層、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を有している。
The insulating
ゲート電極は、素子基板20において平面視で半導体層のチャネル領域と重なる領域に第1層間絶縁膜25の一部(ゲート絶縁膜)を介して対向配置されている。
第1遮光層22は、その一部が走査線2(図2参照)として機能するようにパターニングされている。ゲート電極は、ゲート絶縁膜と絶縁膜23を貫通するコンタクトホールを介して下層側に配置された走査線2に電気的に接続されている。
The gate electrode is disposed opposite to a region overlapping the channel region of the semiconductor layer in plan view on the
The first
第1層間絶縁膜25は、絶縁膜23とTFT24とを覆うように設けられている。第1層間絶縁膜25は、例えば、SiO2などの無機材料からなる。第1層間絶縁膜25は、TFT24の半導体層とゲート電極との間を絶縁するゲート絶縁膜を含む。第1層間絶縁膜25により、TFT24に起因する表面の凹凸が緩和される。
第1層間絶縁膜25上には、第2遮光層26が設けられている。第2遮光層26は、TFT24に電気的に接続される、例えば、データ線3や容量線4、あるいは蓄積容量5の電極のいずれかとして機能するようにパターニングされている。そして、第1層間絶縁膜25と第2遮光層26とを覆うように、無機材料からなる第2層間絶縁膜27が設けられている。
The first
A second
画素電極28は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明導電膜からなり、第2層間絶縁膜27上に、画素Pに対応して設けられている。画素電極28は、第1遮光層22の開口部22a及び第2遮光層26の開口部26aに平面視で重なる領域に配置されている。また、画素電極28の外縁は、平面視で第2遮光層26と重なるように配置されている。
The
画素電極28を覆う配向膜29は、正の誘電異方性を有する液晶(液晶分子)を略水平配向させることが可能な例えばポリイミドなどの有機樹脂材料や、負の誘電異方性を有する液晶(液晶分子)を略垂直配向させることが可能な例えば酸化シリコンなどの無機材料を用いることができる。
The
液晶層40を構成する液晶は、画素電極28と共通電極34との間に印加される電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化することにより、液晶層40に入射する光を変調し、階調表示を可能とする。例えば、ノーマリーホワイトモードの場合、各画素Pの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少する。ノーマリーブラックモードの場合、各画素Pの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加し、全体として液晶装置100からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が射出される。本実施形態では、対向基板30側から光が入射して液晶層40を透過し、素子基板20側から射出されることを前提に、液晶装置100が構成されている。
The liquid crystal constituting the
対向基板30は、マイクロレンズアレイ基板10と、遮光膜32と、遮光膜32を覆う平坦化層33と、共通電極34と、配向膜35とを備えている。マイクロレンズアレイ基板10は、透光性の基板本体11と、複数の画素Pのそれぞれに対応して配置されたマイクロレンズML1を含むレンズ層13と、光路長調整層31とを含んでいる。なお、マイクロレンズアレイ基板10は、光路長調整層31を含まなくてもよい。あるいは、遮光膜32、平坦化層33、共通電極34を含む構成としてもよい。また、遮光膜32をレンズ層13と光路長調整層31との間に配置してもよい。これによれば、平坦化層33を無くすことが可能となる。
The
基板本体11は、表面11bとは反対側の液晶層40側の表面11aに形成された複数の凹部12を有している。各凹部12は、各画素Pに対応して設けられている。凹部12の底部は平坦な状態に形成され、マイクロレンズML1におけるレンズ面のうち平坦部12aを構成するものである。以降、凹部12をレンズ面12と呼ぶこともある。基板本体11は、例えばガラスや石英などの光透過性を有する材料が用いられている。また、基板本体11の表面11aは、本発明における基板の一方の表面に相当するものである。
The
レンズ層13は、基板本体11の表面11a側に、複数の画素Pのそれぞれに対応して形成された複数の凹部12を埋めてなる複数のマイクロレンズML1を含んでいる。レンズ層13は、光透過性を有し、基板本体11よりも屈折率nが高い無機のレンズ材料からなる。例えば、基板本体11の屈折率nがおよそ1.46の石英基板であるとすると、レンズ層13を構成するレンズ材料としては、SiON(屈折率n=1.50〜1.70)、Al2O3(屈折率n=1.76)などが挙げられる。なお、屈折率nは、基板本体11やレンズ層13を透過する光の波長に依存する。
The
レンズ層13の詳しい形成方法については後述するが、基板本体11の一方の表面11aを選択的にエッチングして凹部12を形成し、上述したレンズ材料で凹部12を埋めることにより、平坦部12aを有するマイクロレンズML1が形成される。また、複数のマイクロレンズML1によりマイクロレンズアレイMLAが構成される。
Although a detailed method of forming the
レンズ層13の表面13aを覆って光路長調整層31が設けられている。光路長調整層31は、光透過性を有し、例えば、基板本体11とほぼ同じ屈折率nを有する無機材料からなる。光路長調整層31は、マイクロレンズアレイ基板10の液晶層40に面する側の表面を平坦化すると共に、マイクロレンズML1によって集光された光が所望の位置で焦点を結ぶように設けられている。したがって、光路長調整層31の層厚は、光の波長に応じたマイクロレンズML1の焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。
An optical path
レンズ層13のマイクロレンズML1と反対側を覆う光路長調整層31の平坦な表面に遮光膜32が設けられている。遮光膜32は、複数のマイクロレンズML1が設けられた表示領域Eを囲む周辺領域に設けられて見切り部14を構成している。
A
遮光膜32は、例えば、Al(アルミニウム)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ti(チタン)、TiN(窒化チタン)、Cr(クロム)などの遮光性を有する材料、あるいはこれらの材料の中から選ばれた少なくとも2つの材料の積層体で構成することができる。図3では、詳細な図示を省略しているが、本実施形態では、遮光膜32は、光路長調整層31の表面側から順に積層されたAl(アルミニウム)とTiN(窒化チタン)の二層構造となっている。
The light-shielding
平坦化層33を覆って共通電極34が設けられている。共通電極34は、複数の画素Pに跨って形成され、液晶層40を挟んで画素電極28と対向する対向電極である。共通電極34は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの透明導電膜が用いられる。共通電極34は、液晶層40を挟んで複数の画素電極28と対向して配置されるので、画素Pごとに所望の光学特性を実現するためには、共通電極34の表面が平坦であることが好ましい。なお、共通電極34は、対向基板30の角部に設けられた上下導通部56を介して、素子基板20の外部接続端子54に繋がる配線と電気的に接続されている(図1参照)。
A
共通電極34を覆って配向膜35が設けられている。配向膜35は、素子基板20側の配向膜29と同様に、例えばポリイミドなどの有機樹脂材料や、酸化シリコンなどの無機材料を用いて形成される。前述したように、配向膜29,35の材料選択や配向処理の方法は、液晶装置100の光学設計に基づく液晶の選定や表示モードによる。
An
液晶装置100では、光は、マイクロレンズML1を備える対向基板30(基板本体11の表面11b)側から入射し、マイクロレンズML1によって画素Pごとに集光される。例えば、基板本体11の表面11b側からマイクロレンズML1に入射する光のうち、画素Pの平面的な中心を通過する光軸に沿って入射した入射光L1は、マイクロレンズML1の平坦部12aをそのまま直進し、液晶層40を通過して素子基板20側に射出される。
In the
入射光L1よりも外側でマイクロレンズML1の平坦部12aの周囲に入射した入射光L2は、基板本体11とレンズ層13との屈折率nの差により、画素Pの平面的な中心側へ屈折する。入射光L2が仮にそのまま直進すると、液晶層40や素子基板20を通過することで、わずかに屈折し、第2遮光層26(あるいは第1遮光層22)に入射して遮光されてしまうおそれがある。
Incident light L2 that has entered the periphery of the
液晶装置100では、このように第2遮光層26(あるいは第1遮光層22)で遮光されてしまうおそれがある入射光L2も、マイクロレンズML1の集光作用により液晶層40を通過させて第2遮光層26の開口部26a(あるいは第1遮光層22の開口部22a)内に入射させることができる。この結果、素子基板20側から射出される光の量を多くできるので、光の利用効率を高めることができる。なお、本実施形態では、対向基板30側から光が入射するので、マイクロレンズML1を対向基板30側に設けたが、素子基板20側から光を入射させ、マイクロレンズML1を素子基板20側に設ける構成としてもよい。
In the
次に、液晶装置100における液晶分子の配向状態について、図4を参照して説明する。なお、図4では、液晶分子の配向状態を説明するにあたり、素子基板20におけるTFT24などの電気的な構成や、対向基板30におけるマイクロレンズML1などの構成については図示を省略している。
Next, the alignment state of the liquid crystal molecules in the
本実施形態の液晶装置100における液晶層40は、例えばVA(Vertical Alignment;垂直配向)方式と呼ばれる液晶分子の配向方式が採用されている。具体的には、図4(a)に示すように、液晶装置100における画素電極28の表面には、酸化シリコンを気相成長法の一例である真空蒸着法により斜め蒸着して得られた配向膜29が形成されている。斜め蒸着により基板面には酸化シリコンの結晶体が蒸着方向に向かって柱状に成長する。この柱状結晶体をカラム29aと呼ぶ。配向膜29はこのようなカラム29aの集合体である。同様に、液晶装置100における共通電極34の表面を覆う配向膜35もカラム35aの集合体である。
The
このような配向膜29,35の表面において、負の誘電異方性を有する液晶分子LCは、基板面の法線に対しておよそ3度〜5度のプレチルト角(傾斜角)θpを有して略垂直配向している。また、液晶分子LCを傾斜させるプレチルトの方向すなわち傾斜方向は、配向膜29,35における斜め蒸着の平面的な蒸着方向と同じである。
具体的には、図4(b)に示すように、表示領域Eにおいて液晶分子LCのプレチルトの傾斜方向は、Y方向となす方位角θaが45度となるように設定されている。破線で示した矢印方向が素子基板20に対する斜め蒸着の方向であり、右上から左下に向かう方向である。一方、実線で示した矢印方向が対向基板30に対する斜め蒸着の方向であり、左下から右上に向かう方向である。このような表示領域Eにおける液晶分子LCのプレチルトの傾斜方向は、液晶装置100の光学設計条件に基づいて適宜設定される。
On the surfaces of the
Specifically, as shown in FIG. 4B, the tilt direction of the pretilt of the liquid crystal molecules LC in the display region E is set so that the azimuth angle θa made with the Y direction is 45 degrees. An arrow direction indicated by a broken line is a direction of oblique deposition with respect to the
次に、図4(a)を参照して液晶装置100の電気的な駆動について説明する。
対向配置された素子基板20及び対向基板30ならびにこれら一対の基板間に挟持された液晶層40を含めたものを液晶パネル110と呼ぶ。液晶装置100は、液晶パネル110の光の入射側と射出側とにそれぞれ配置された偏光素子81,82を有して用いられる。また、偏光素子81,82は、偏光素子81,82のうちの一方の透過軸または吸収軸がX方向またはY方向に対して平行となるように、且つ互いの透過軸または吸収軸が直交するように液晶パネル110に対してそれぞれ配置されている。
Next, electrical driving of the
A device including the
本実施形態では、表示領域Eにおいて偏光素子81,82の透過軸または吸収軸に対して液晶分子LCのプレチルトの方位角θaが45度で交差するように略垂直配向処理が施されている。したがって、図4(a)に示すように画素電極28と共通電極34との間に駆動電圧を印加して液晶層40を駆動すると、液晶分子LCがプレチルトの傾斜方向に倒れることにより、高い透過率が得られる光学的な配置となっている。
液晶層40の駆動(ON/OFF)を繰り返すと、液晶分子LCはプレチルトの傾斜方向に倒れたり、初期の配向状態に戻ったりする挙動を繰り返す。このような液晶分子LCの挙動が起る略垂直配向処理を1軸の略垂直配向処理という。
In the present embodiment, a substantially vertical alignment process is performed in the display region E so that the azimuth angle θa of the pretilt of the liquid crystal molecules LC intersects the transmission axes or absorption axes of the
When driving (ON / OFF) of the
なお、液晶装置100は、液晶パネル110の光の入射側または射出側に位相差板などの光学補償素子を備える構成としてもよい。
The
次に、図5を参照して液晶パネル110に入射する入射光の角度分布について説明する。図5(a)は液晶パネルに対する光の集光状態を示す模式図、図5(b)は表示領域の角部における光の入射方向を示す概略平面図、図5(c)は入射光と液晶分子の配向との関係を示す概略断面図である。
Next, the angular distribution of incident light incident on the
本実施形態の液晶装置100は、後述する投写型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調素子(液晶ライトバルブ)として用いられる。投写型表示装置には、光源から発せられる光を有効に利用するため、光源から発する光を所定の範囲に集光させる例えばインテグレーターレンズ1102などの集光手段が設けられる(図16参照)。図5(a)に四角形で示した領域A1は、例えばインテグレーターレンズ1102などの集光手段に光源から入射する光の範囲を示すものである。領域A1の面積に対して液晶パネル110における見切り部14で囲まれた表示領域Eの面積は小さい。領域A1で受けた光を表示領域Eに向けて集光させることで単位面積当たりの光束の密度を上げて明るい表示を可能としている。その一方で、図5(b)に示すように、表示領域Eの面積が領域A1の面積よりも小さいことから、表示領域Eの角部に入射する入射光Lの入射角度は、表示領域Eの中央部に入射する入射光Lの入射角度よりも大きくなる。つまり、表示領域Eに入射する入射光Lは、入射角度の分布を有している。
そして、前述したように、液晶パネル110は、1軸の略垂直配向処理が施されている。したがって、例えば、図5(c)に示すように液晶層40に駆動電圧が印加されていない状態では、液晶分子LCは、素子基板20と対向基板30との間でプレチルトが与えられて略垂直配向している。それゆえに、液晶分子LCに対して入射光Lは、必ずしも一定の方向から入射しない。液晶分子LCの長軸方向における屈折率n//(平行)と長軸方向に直交する短軸方向の屈折率n⊥(垂直)との違いから、液晶分子LCの長軸方向から入射した入射光Lは液晶層40を伝搬し難くなる。液晶分子LCの長軸方向と交差する短軸方向から入射した入射光Lは液晶層40を伝搬し易い。つまり、表示領域Eにおいて、入射光Lの入射角度の分布に起因する明るさのむらが生ずるおそれがある。そこで、発明者は、このような明るさのむらを低減するマイクロレンズML1を開発した。
The
As described above, the
<マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ基板>
以降、本実施形態におけるマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ基板について、図6〜図9を参照して説明する。図6(a)はマイクロレンズを示す概略平面図、図6(b)は明表示の明るさを重視したマイクロレンズアレイ基板を示す概略平面図、図6(c)はマイクロレンズアレイ基板を含む液晶パネルを示す概略断面図である。
なお、図6(b)はマイクロレンズアレイ基板において画素ごとに配置されたマイクロレンズのうち角部に位置するマイクロレンズを取り上げて表記している。また、マイクロレンズアレイ基板を示す符号10の後にアルファベットA〜Fを付記して、この後に説明する異なる実施形態のマイクロレンズアレイ基板を区別することとする。総称する場合は、マイクロレンズアレイ基板10とする。
<Microlens and microlens array substrate>
Hereinafter, the microlens and the microlens array substrate in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6A is a schematic plan view showing a microlens, FIG. 6B is a schematic plan view showing a microlens array substrate in which the brightness of bright display is emphasized, and FIG. 6C includes the microlens array substrate. It is a schematic sectional drawing which shows a liquid crystal panel.
FIG. 6B shows the microlens positioned at the corner of the microlens arranged for each pixel on the microlens array substrate. Further, alphabets A to F are added after the
図6(a)に示すように、本実施形態のマイクロレンズML1は、平面視で正方形の画素Pごとに配置され、平面視で半円形の平坦部12aと、平坦部12aを囲む位置に設けられた第1のレンズ部12b及び第2のレンズ部12cと、第1のレンズ部12b及び第2のレンズ部12cに接する第3のレンズ部12dとを有している。
As shown in FIG. 6A, the microlens ML1 of the present embodiment is arranged for each of the square pixels P in plan view, and is provided at a position surrounding the
マイクロレンズML1の半円形の平坦部12aは、第1のレンズ部12bとの境界である円弧部12abと、画素Pの対角線DLと重なり、第2のレンズ部12cとの境界である直線部12acとにより構成されている。なお、対角線DLは画素Pにおいて左下の角部から右上の角部に至る仮想の直線である。第1のレンズ部12bは、平坦部12aの円弧部12abに沿って延在する曲面状のレンズ面を有するものであり、以降、当該レンズ面をレンズ面12bと呼ぶこともある。第2のレンズ部12cは、平坦部12aの直線部12acに沿って延在する曲面状のレンズ面を有するものであり、以降、当該レンズ面をレンズ面12cと呼ぶこともある。第2のレンズ部12cは平面視で四角形である。第3のレンズ部12dは、平坦部12aの円弧部12abと直線部12acとの接点を中心として扇状に展開した曲面状のレンズ面を有するものであり、以降、当該レンズ面をレンズ面12dと呼ぶこともある。
The semicircular
画素Pの4つの角部のうち、第1のレンズ部12bと接する1つの角部と、対角方向に位置し、第1のレンズ部12b及び第3のレンズ部12dと接する2つの角部とには、隣り合う画素Pとの連結部12fが存在する。第2のレンズ部12cと接する残りの角部には連結部12eが存在する。連結部12eの平面積は、連結部12fの平面積よりも大きい。
Of the four corners of the pixel P, one corner that is in contact with the
また、平坦部12aの円弧部12abは、平面視で画素Pの中心を基準として半径R1で描かれた半円である。つまり、平坦部12aの直線部12acは平面視で画素Pの中心を通る直線である。対角線DL上において円弧部12abと連結部12fの端部との間の長さR2と、平面視で四角形の第2のレンズ部12cの短辺の長さR3とは同じである。平面視で四角形の第2のレンズ部12cの長辺の長さR4は、円弧部12abにおける半径R1の2倍の長さである。
The arc portion 12ab of the
このようなマイクロレンズML1は、図6(b)に示すように、表示領域Eにおいて画素Pごとに配置される。また、液晶分子LCの長軸方向と、平坦部12aの直線部12acの延在方向とが平行となるように配置される。言い換えれば、マイクロレンズアレイ基板10Aは、液晶分子LCの長軸方向と、平坦部12aの直線部12acの延在方向とが平行となるように配置された複数のマイクロレンズML1を有している。
このときの液晶分子LCは、図6(c)に示すように、素子基板20と対向基板30との間において液晶層40に駆動電圧が印加され、前述した方位角θaで規定される傾斜方向に傾斜した状態となっている。図6(b)において、前述した偏光素子81,82は、偏光素子81,82のうちの一方の透過軸または吸収軸がX方向またはY方向に対して平行となるように、且つ互いの透過軸または吸収軸が直交するように液晶パネル110Aに対してそれぞれ配置されている。したがって、図6(c)に示す液晶パネル110Aは、駆動電圧が印加されないときに画素Pが暗表示(黒表示)となるノーマリーブラックモードとなり、液晶層40に駆動電圧を印加して液晶分子LCを略垂直配向状態から傾斜させることで、明表示(白表示)となる。
Such a microlens ML1 is arranged for each pixel P in the display area E as shown in FIG. Moreover, it arrange | positions so that the major axis direction of the liquid crystal molecule LC and the extending direction of the linear part 12ac of the
As shown in FIG. 6C, the liquid crystal molecules LC at this time are applied with a drive voltage to the
つまり、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板10Aを備えた液晶パネル110は、明表示(白表示)のときに、傾斜した液晶分子LCの長軸方向と、マイクロレンズML1の平坦部12aの直線部12acの延在方向とが平行となる。
That is, the
図7(a)は図6(a)のB−B’線で切ったマイクロレンズアレイ基板の構造を示す概略断面図、図7(b)はマイクロレンズを示す斜視図である。なお、図7(b)はレンズ層のうちマイクロレンズが形成された部分だけを取り出して表した斜視図である。
図7(a)に示すように、マイクロレンズアレイ基板10Aは、基板本体11と、基板本体11の表面11aに設けられた凹状のレンズ面12をレンズ層13で埋めて形成されたマイクロレンズML1とを有する。レンズ面12は、半径R1で規定される平坦部12aと、平坦部12aとの境界である円弧部12abに接する半径R2で規定される曲面状のレンズ面12bと、平坦部12aとの境界である直線部12acに接する半径R3で規定される曲面状のレンズ面12cとにより構成されている。基板本体11の表面11aから平坦部12aまでの基板本体11の厚み方向(つまりZ方向)における長さはD1である。長さD1は、基板本体11におけるレンズ面12の高さ、あるいは深さに相当する。本実施形態のマイクロレンズML1は、平坦部12aを有することで、例えばR1にR2とR3とを加えた長さを直径とする半円球状のレンズ面を有するマイクロレンズと比べて、集光機能を維持しつつレンズ面12の高さを小さくすることができる。なお、隣り合うマイクロレンズML1の間の連結部12e,12fは、基板本体11の表面11aの一部をなすものである。
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the structure of the microlens array substrate taken along the line BB ′ in FIG. 6A, and FIG. 7B is a perspective view showing the microlens. FIG. 7B is a perspective view showing only the portion of the lens layer where the microlens is formed.
As shown in FIG. 7A, the
図7(b)に示すように、第1のレンズ部12bは、平坦部12aの円弧部12abに沿って半周するように配置されている。第2のレンズ部12cは、平坦部12aの直線部12acに沿ってまっすぐに配置されている。したがって、第2のレンズ部12cは、シリンドリカルな形状となっている。第3のレンズ部12dは、第1のレンズ部12bと第2のレンズ部12cとの間を埋めるように配置されている。
As shown in FIG.7 (b), the
次に、図8を参照してマイクロレンズML1の集光機能について説明する。図8(a)はマイクロレンズの集光機能を説明する概略平面図、図8(b)は画素におけるマイクロレンズと画素開口部との位置関係を示す概略平面図である。
図8(a)に示すように、例えば画素Pに対して対向基板30側からZ方向に沿って入射した入射光は、マイクロレンズML1の平坦部12aではZ方向に沿って直進する。第1のレンズ部12bに入射した入射光は、矢印で示すように、画素Pの中心に向かって集光される。一方で、第2のレンズ部12cに入射した入射光は、矢印で示すように、平坦部12aの直線部12acに対して直交する方向に屈折され、一点には集光されない。第3のレンズ部12dに入射した入射光は、平坦部12aの側に集光される。
Next, the condensing function of the microlens ML1 will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a schematic plan view for explaining the condensing function of the microlens, and FIG. 8B is a schematic plan view showing the positional relationship between the microlens and the pixel opening in the pixel.
As shown in FIG. 8A, for example, incident light that has entered the pixel P from the
図8(b)に示すように、マイクロレンズML1が配置された画素Pは、素子基板20側に設けられたX方向及びY方向のうち少なくとも一方の方向に延在する第1遮光層22と第2遮光層26とによって区画されている。つまり、第1遮光層22の開口部22aと第2遮光層26の開口部26aとによって画素開口部OPが規定されている。画素Pの角部においては、連結部12e,12fと第1遮光層22及び第2遮光層26とが重なり合うように配置されているので、画素Pの中央側に張り出した部分が存在するが、平面視における画素開口部OPの形状は、ほぼ正方形である。本実施形態のマイクロレンズML1の配置によれば、画素Pのそれぞれにおいて、マイクロレンズML1に入射した入射光は、当該画素開口部OP内に集光される。
As shown in FIG. 8B, the pixel P on which the microlens ML1 is arranged includes a first
本実施形態では、このような集光機能を有するマイクロレンズML1は、図6(b)に示すように、明表示(白表示)のときの液晶分子LCの長軸方向と、平坦部12aの直線部12acの延在方向とが平行となるように、画素Pごとに配置される。前述したように、表示領域Eの角部では、入射光Lの入射角度が大きくなり、液晶分子LCの長軸方向と短軸方向とでは光の伝搬の仕方が異なることから、液晶分子LCの傾斜方向に沿った表示領域Eの左下の角部と、右上の角部とで透過率の差が生じ易い。本実施形態のマイクロレンズML1とその配置によれば、表示領域Eの左下の角部と、右上の角部との間の透過率の差を低減できる。具体的には、右上の角部では、他の部分よりも入射角度が大きな入射光Lの割合が増えるが、第2のレンズ部12cに入射した入射光Lが液晶分子LCの長軸方向と交差する方向に屈折されるので、透過率が低下し難い。左下の角部でも同様に、透過率が低下し難い状態となる。
なお、明表示(白表示)における液晶分子LCの傾斜方向に対して直交する方向に沿った表示領域Eの左上の角部と、右下の角部とでは、入射光Lの入射角度が大きくなっても、第2のレンズ部12cに入射した入射光Lは、傾斜した液晶分子LCの長軸方向に交差する方向に屈折されるので、透過率の差が生じ難い。すなわち、明表示(白表示)において液晶分子LCが傾斜した傾斜方向における透過率の差、つまり明るさのむらが低減される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the microlens ML1 having such a condensing function includes the major axis direction of the liquid crystal molecules LC during bright display (white display) and the
Note that the incident angle of the incident light L is large at the upper left corner and the lower right corner of the display region E along the direction orthogonal to the tilt direction of the liquid crystal molecules LC in bright display (white display). Even so, the incident light L incident on the
次に、マイクロレンズML1の他の配置の仕方について、図9を参照して説明する。図9(a)は暗表示のコントラストを重視したマイクロレンズアレイ基板を示す概略平面図、図9(b)は暗表示のコントラストを重視したマイクロレンズアレイ基板を備えた液晶パネルの概略断面図である。 Next, another arrangement method of the microlens ML1 will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a schematic plan view showing a microlens array substrate that emphasizes the contrast of dark display, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal panel including the microlens array substrate that emphasizes the contrast of dark display. is there.
上述した図6(b)では、明表示(白表示)における明るさのむらを改善することを重視して、マイクロレンズML1を配置した。これに対して、図9(a)に示すマイクロレンズアレイ基板10BにおけるマイクロレンズML1の配置は、暗表示(黒表示)における明るさのむら、すなわち、コントラストのむらを改善することを重視した配置となっている。具体的には、液晶パネル110Bは、前述した液晶パネル110Aと同様に、1軸の略垂直配向処理が施され、偏光素子81,82を配置して用いられることから、光学設計がノーマリーブラックモードとなっている。液晶層40に対して駆動電圧が印加されないとき、あるいは液晶層40の閾値電圧(Vth)よりも低い電圧が印加されているとき、液晶分子LCは、図9(b)に示すように、素子基板20あるいは対向基板30に対して所定のプレチルトを有して略垂直配向した暗表示(黒表示)状態となっている。
In FIG. 6B described above, the microlens ML <b> 1 is disposed with emphasis on improving the brightness unevenness in the bright display (white display). On the other hand, the arrangement of the microlenses ML1 in the
図9(a)に示すように、液晶分子LCが暗表示(黒表示)状態にあるとき、マイクロレンズML1は、平坦部12aの直線部12acの延在方向と、液晶分子LCのプレチルトの方向とが直交するように、画素Pごとに配置されている。
前述したように、表示領域Eの角部では、中央部に比べて入射角度が大きい入射光Lの割合が増える。とりわけ、左下の角部では、液晶分子LCのプレチルトに起因して右上の角部に比べて光漏れが生じ易い。図9(a)に示したマイクロレンズML1の配置によれば、第2のレンズ部12cに入射した入射光Lは、液晶分子LCのプレチルトの傾斜方向に屈折される。したがって、入射光Lが液晶層40をより透過し難くなり、暗表示(黒表示)における透過率がより低下するので、液晶分子LCのプレチルトに起因するコントラストのむら、とりわけ、左下の角部と右上の角部とにおけるコントラストの差が低減される。
As shown in FIG. 9A, when the liquid crystal molecules LC are in the dark display (black display) state, the microlens ML1 has the extending direction of the straight portion 12ac of the
As described above, in the corner portion of the display area E, the ratio of the incident light L having a larger incident angle than that in the central portion is increased. In particular, light leakage is more likely to occur in the lower left corner than in the upper right corner due to the pretilt of the liquid crystal molecules LC. According to the arrangement of the microlens ML1 shown in FIG. 9A, the incident light L incident on the
<マイクロレンズアレイ基板の製造方法>
次に、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板の製造方法について、図10〜図13を参照して説明する。図10はマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示すフローチャート、図11(a)〜(d)及び図12(e)〜(h)はマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す概略断面図、図13はマスクパターンを示す概略平面図である。なお、図11及び図12の概略断面図は、図13のマスクパターンにおける左上から右下に至る対角線に沿って切ったときの断面図に相当するものである。
<Manufacturing method of microlens array substrate>
Next, a method for manufacturing the microlens array substrate of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a microlens array substrate, FIGS. 11A to 11D and 12E to 12H are schematic cross-sectional views showing a method for manufacturing a microlens array substrate, and FIG. It is a schematic plan view which shows a mask pattern. 11 and 12 corresponds to a cross-sectional view taken along a diagonal line from the upper left to the lower right in the mask pattern of FIG.
図10に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、マスクパターン形成工程(ステップS1)と、エッチング工程(ステップS2)と、マスクパターン除去工程(ステップS3)と、レンズ層堆積工程(ステップS4)と、レンズ層研磨工程(ステップS5)と、光路長調整層形成工程(ステップS6)と、を備えている。なお、レンズ層研磨工程は、本発明のマイクロレンズアレイ基板の製造方法におけるレンズ層前駆体を平坦化する工程に相当するものである。 As shown in FIG. 10, the microlens array substrate manufacturing method of this embodiment includes a mask pattern forming step (step S1), an etching step (step S2), a mask pattern removing step (step S3), and a lens layer. A deposition process (step S4), a lens layer polishing process (step S5), and an optical path length adjustment layer forming process (step S6) are provided. The lens layer polishing step corresponds to a step of flattening the lens layer precursor in the method for manufacturing a microlens array substrate of the present invention.
図10のマスクパターン形成工程(ステップS1)では、まず、図11(a)に示すように、例えば、石英からなる光透過性を有する基板本体11の表面11aに、例えば、多結晶シリコンなどからなるマスク層71を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク層71をパターニングし、図11(b)に示すようにマスク層71を貫通する開口部72を形成する。図13は開口部72が形成されたマスクパターンを示すものである。図13に示すように、開口部72は、マイクロレンズML1における平坦部12aに相当する半円形であり、円弧部72aと直線部72bとからなる。直線部72bは、画素Pの対角線上に位置している。そして、ステップS2へ進む。
In the mask pattern forming step (step S1) of FIG. 10, first, as shown in FIG. 11A, the
図10のエッチング工程(ステップS2)では、図11(c)及び図11(d)に示すように、マスク層71の開口部72を通じて基板本体11に等方性エッチング処理を施すことにより、基板本体11にレンズ面(凹部)12を形成する。等方性エッチング処理として、例えば、フッ酸溶液などのエッチング液を用いたウェットエッチングが用いられる。この等方性エッチング処理により、開口部72を通じて基板本体11の厚み方向にエッチングが進むとともに、図13に示す開口部72の円弧部72aと直線部72bとを境にして外側に向かって基板本体11が等方性エッチングされる。具体的には、図11(d)に示すように、基板本体11の厚み方向にエッチングが進んで、平坦部12aが形成される。また、図13に示す開口部72の円弧部72aを境にして放射状にエッチングが進行して、図11(d)に示すレンズ面12bが形成される。また、図13に示す開口部72の直線部72bを境にして直線部72bの延在方向と直交する方向にエッチングが進行して、図11(d)に示すレンズ面12cが形成される。また、図13の開口部72における円弧部72aと直線部72bとの交点を中心にして放射状にエッチングが進行して、レンズ面12d(図6(a)または図7(b)参照)が形成される。なお、等方性エッチングを続けてゆくと、連結部12e,12fが必要以上にエッチングされ、マスク層71を支持できなくなる。したがって、等方性エッチングは、連結部12e,12fを残した状態でストップさせる必要がある。そして、ステップS3へ進む。
In the etching step (step S2) of FIG. 10, the
図10のマスクパターン除去工程(ステップS3)では、図12(e)に示すように、マスク層71を選択的にエッチングして除去する。これにより、基板本体11には、複数のレンズ面12と、隣り合うレンズ面12の間に連結部12e,12fが形成される。そして、ステップS4へ進む。
In the mask pattern removing step (step S3) in FIG. 10, the
図10のレンズ層堆積工程(ステップS4)では、基板本体11の一方の表面11a側にレンズ層前駆体13pを形成する。レンズ層前駆体13pは、光透過性を有し、基板本体11よりも屈折率nが大きい無機のレンズ材料を用いて、レンズ面(凹部)12を埋め込むように形成する。本実施形態では、石英からなる基板本体11に対して、レンズ材料としてSiON(酸化窒化シリコン)を用い、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて層厚が例えばおよそ10μmのレンズ層前駆体13pを形成した。レンズ層前駆体13pの上面には、複数のレンズ面(凹部)12に対応した凹凸が生ずる。そして、ステップS5へ進む。
In the lens layer deposition step (step S4) of FIG. 10, the
図10のレンズ層研磨工程(ステップS5)では、レンズ層前駆体13pに対して平坦化処理を施す。この工程では、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理などを用いて、レンズ層前駆体13pの上面を研磨することにより平坦化する。なお、平坦化処理の方法としては、CMP処理に限定されるものではなく、エッチバック法を用いてもよい。
ここでは、レンズ面(凹部)12以外の表面11aを覆うレンズ層前駆体13pの層厚がおよそ3μmとなるように、図12(f)に2点鎖線で示す範囲までレンズ層前駆体13pを研磨する。図12(g)は平坦化処理後のレンズ層13の状態を示すものである。これにより、レンズ面(凹部)12にレンズ材料が充填されてなるマイクロレンズML1が形成されると共に、マイクロレンズML1に対して反対側のレンズ層13の表面13aが平坦化される。なお、レンズ層13の上記層厚は、この後に形成される光路長調整層31の層厚と合わせて、光の波長に応じたマイクロレンズML1における第1のレンズ部12bの焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。そして、ステップS6へ進む。
In the lens layer polishing step (step S5) of FIG. 10, the
Here, the
図10の光路長調整層形成工程(ステップS6)では、図12(h)に示すように、レンズ層13の表面13aを覆う光路長調整層31を形成する。光路長調整層31は、例えば、CVD法によりSiO2(酸化シリコン)を厚膜形成する。この時点での光路長調整層31の層厚は、例えばおよそ2μm〜20μmである。これにより、マイクロレンズアレイ基板10ができあがる。
In the optical path length adjustment layer forming step (step S6) of FIG. 10, as shown in FIG. 12 (h), the optical path
上記の製造方法により製造されたマイクロレンズアレイ基板10に対して、さらに、遮光膜32、平坦化層33、共通電極34、配向膜35を形成することで、対向基板30ができあがる(図3参照)。
The
上記第1実施形態における効果は、以下の通りである。
(1)マイクロレンズアレイ基板10は、複数の画素Pごとに配置されたマイクロレンズML1を有し、それぞれのマイクロレンズML1は、入射光Lをそのまま透過させる平面視で半円形の平坦部12aと、平坦部12aの円弧部12abに沿って配置され入射光Lを画素Pの中心に向かって集光させる第1のレンズ部12bと、平坦部12aの直線部12acに沿って配置され入射光Lを画素Pに対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部12cとを含んで構成されている。したがって、平面視で円形の平坦部と当該平坦部に沿って配置され画素Pの中心に向かって入射光Lを集光させるレンズ部を含むマイクロレンズに比べて、表示領域Eに入射する入射光Lの入射角度の分布に起因する明るさのむらの発生状態に対応してシリンドリカルな第2のレンズ部12cの延在方向を規定することで、当該明るさのむらを低減できる。
(2)マイクロレンズアレイ基板10の製造方法は、基板本体11にレンズ面(凹部)12をエッチング形成するためのマスクパターンを形成する工程(ステップS1)において、マイクロレンズML1の平坦部12aの平面形状に対応した半円形の開口部72をマスク層71に形成する。エッチング工程(ステップS2)で開口部72を通じて基板本体11に等方性エッチング処理を施せば、平坦部12aと、平坦部12aの円弧部12abに沿った曲面状のレンズ面12bと、平坦部12aの直線部12acに沿った曲面状のレンズ面12cとを含むレンズ面(凹部)12を形成することができる。当該レンズ面(凹部)12をレンズ材料で埋めて平坦化することにより、入射光Lをそのまま透過させる平面視で半円形の平坦部12aと、平坦部12aの円弧部12abに沿って配置され入射光Lを画素Pの中心に向かって集光させる第1のレンズ部12bと、平坦部12aの直線部12acに沿って配置され入射光Lを画素Pに対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部12cとを含んで構成されるマイクロレンズML1を形成することができる。
(3)マスクパターンの半円形の開口部72の直線部72bは、画素Pの中心且つ重心を通る対角線上に位置している。開口部72を通じて基板本体11を等方性エッチングすることから、直線部72bが対角線上にない場合に比べて、画素Pに対して平面視で第1のレンズ部12bが形成される領域を最大化することが可能である。つまり、平坦部12a以外に入射した入射光Lの集光効率を高めたマイクロレンズアレイ基板10を製造することができる。
(4)マイクロレンズアレイ基板10を光の入射側である対向基板30に備えた液晶装置100(液晶パネル110)は、液晶層40における液晶分子LCの配向処理方法として、1軸の略垂直配向処理方式が採用されている。液晶分子LCの傾斜方向と、マイクロレンズML1のシリンドリカルな第2のレンズ部12cの延在方向とが平行となるように、マイクロレンズML1を画素Pごとに配置すれば、明表示(白表示)のときの液晶分子LCの傾斜方向における明るさのむらが低減された、ノーマリーブラックモードの液晶装置100(液晶パネル110A)を提供できる。また、液晶分子LCの傾斜方向と、マイクロレンズML1のシリンドリカルな第2のレンズ部12cの延在方向とが直交するように、マイクロレンズML1を画素Pごとに配置すれば、暗表示(黒表示)のときの液晶分子LCの傾斜方向におけるコントラストのむらが低減された、ノーマリーブラックモードの液晶装置100(液晶パネル110B)を提供できる。
The effects in the first embodiment are as follows.
(1) The
(2) In the method of manufacturing the
(3) The
(4) The liquid crystal device 100 (liquid crystal panel 110) provided with the
(第2実施形態)
<液晶装置>
次に、第2実施形態の液晶装置について、図14及び図15を参照して説明する。図14(a)〜(c)は第2実施形態の液晶装置における電極の配置、液晶分子の配向処理方法及び駆動方法について説明するための概略図である。図15(a)は第2実施形態の液晶装置における暗表示のときの液晶分子の配向とマイクロレンズの配置との関係を示す概略平面図、図15(b)は第2実施形態の液晶装置における明表示のときの液晶分子の配向とマイクロレンズの配置との関係を示す概略平面図である。
第2実施形態の液晶装置は、第1実施形態の液晶装置100に対して、液晶層の駆動方式としてIPS(In Plane Switching)方式が採用されている点が異なっている。マイクロレンズアレイ基板10におけるマイクロレンズML1の構成は基本的に同じである。したがって、第1実施形態の液晶装置100と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
<Liquid crystal device>
Next, a liquid crystal device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 14A to 14C are schematic views for explaining an electrode arrangement, a liquid crystal molecule alignment treatment method, and a driving method in the liquid crystal device of the second embodiment. FIG. 15A is a schematic plan view showing the relationship between the orientation of liquid crystal molecules and the arrangement of microlenses during dark display in the liquid crystal device of the second embodiment, and FIG. 15B is the liquid crystal device of the second embodiment. It is a schematic plan view which shows the relationship between the orientation of the liquid crystal molecule | numerator at the time of bright display in, and arrangement | positioning of a micro lens.
The liquid crystal device according to the second embodiment is different from the
本実施形態の液晶装置は、前述した液晶装置100と同様にアクティブ駆動型の液晶装置であって、図14(c)に示すように、素子基板20と対向基板30との間に正の誘電異方性の液晶分子LCからなる液晶層45が挟持された液晶パネル115を有している。液晶層45に面する素子基板20の側には、画素Pごとに所定の間隔をおいて配置された第1電極28aと第2電極28bとを有している。液晶層45に面する対向基板30の側に電極は設けられていない。第1電極28aと第2電極28bとを指して、一対の電極28a,28bと呼ぶ。
The liquid crystal device according to the present embodiment is an active drive type liquid crystal device similar to the
素子基板20及び対向基板30の液晶層45に面する側にはそれぞれ、例えばポリイミド樹脂を用いた配向膜(図示省略)が形成されている。それぞれの配向膜にはラビングなどの配向処理が施されている。配向処理は、図14(a)に示すように、Y方向となす方位角θaが例えば45度となるように、素子基板20側においては、破線で示したように右上から左下に向かう方向にラビングされている。対向基板30側においては、実線で示したように左下から右上に向かう方向にラビングされている。液晶分子LCは、液晶層45に対して駆動電圧が印加されない状態あるいは閾値電圧以下の電圧が印加された状態では、ラビングされた方向に液晶分子LCの長軸が沿うように、配向膜面に対して若干のプレチルトを有しているもののほぼ平行に配向する。
An alignment film (not shown) using, for example, a polyimide resin is formed on each of the
IPS方式では、画素Pに設けられる一対の電極28a,28bのそれぞれは櫛歯状であって、上記のような液晶分子LCの初期配向状態に対して、例えば図14(a)に示すように、液晶分子LCの長軸方向に一対の電極28a,28bを延在させる。
In the IPS mode, each of the pair of
このように配置された一対の電極28a,28bに駆動電圧を印加すると、一対の電極28a,28bの延在方向と交差する方向に電界が発生する。正の誘電異方性を有する液晶分子LCは、図14(b)に示すように、電界の発生方向に長軸が合致するように配向する。そうすると、図14(c)に示すように、液晶分子LCは、対向基板30側では初期の配向状態が維持され、素子基板20側では一対の電極28a,28b間に生ずる電界の方向に配向するので、液晶層45において液晶分子LCは対向基板30側から素子基板20側に向かってツイストした状態となる。
When a driving voltage is applied to the pair of
このようなIPS方式の液晶パネル115において、光学設計がノーマリーブラックモードとなるように、液晶パネル115を挟んで一対の偏光素子81,82(図示省略)を配置する。そして、図15(a)に示すように、対向基板30側のマイクロレンズアレイ基板10Cにおいて、初期配向状態における液晶分子LCの長軸方向に対して、平坦部12aの直線部12acの延在方向が直交するようにマイクロレンズML1を配置する。これによれば、マイクロレンズML1は、入射光Lを特定の方向に屈折させるシリンドリカルな第2のレンズ部12cを備えているので、液晶分子LCの長軸方向における入射光Lの入射角度の分布に起因するコントラストのむらが低減された暗表示(黒表示)が実現される。
In such an IPS
また、図15(b)に示すように、一対の電極28a,28bに駆動電圧を印加して上述したように液晶分子LCをツイストさせれば、液晶分子LCの長軸方向における入射光Lの入射角度の分布に起因する明るさのむらが低減された明表示(白表示)が実現される。つまり、液晶分子LCの配向制御方法としてIPS方式を採用すれば、暗表示(黒表示)のときのコントラストのむらと、明表示(白表示)のときの明るさのむらと、を同時に改善することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 15B, when the driving voltage is applied to the pair of
IPS方式の液晶パネル115において、光学設計がノーマリーホワイトモードの場合には、初期配向状態における液晶分子LCの長軸方向に対して、平坦部12aの直線部12acの延在方向が平行となるようにマイクロレンズML1を配置する。これによって、明表示(白表示)のときの明るさのむらが改善される。また、一対の電極28a,28bに駆動電圧を印加して上述したように液晶分子LCをツイストさせれば、液晶分子LCの長軸方向における入射光Lの入射角度の分布に起因するコントラストのむらが低減された暗表示(黒表示)が実現される。
In the IPS
上記第2実施形態によれば、IPS方式の液晶パネル115に、マイクロレンズアレイ基板10Cを適用すれば、暗表示(黒表示)のときのコントラストのむらと、明表示(白表示)のときの明るさのむらと、が同時に改善された液晶装置を提供することができる。
According to the second embodiment, if the
なお、第2実施形態のマイクロレンズアレイ基板10Cを適用して、暗表示(黒表示)のときのコントラストのむらと、明表示(白表示)のときの明るさのむらと、を同時に改善可能な液晶装置の方式は、IPS方式に限らない。例えばFFS(Fringe Field Switching)方式を採用しても同様な効果が得られる。
In addition, by applying the
IPS方式の液晶パネル115における一対の電極28a,28bの配置は、上述したように初期配向状態の液晶分子LCの長軸方向に沿った方向に限られるわけではない。例えば、Y方向に沿って一対の電極28a,28bを配置し、初期配向状態における液晶分子LCの長軸方向と一対の電極28a,28bとがなす角度をθa(45度)とする。このように配置された一対の電極28a,28bに対して駆動電圧を印加すると、液晶分子LCは一対の電極28a,28b間に生ずる電界の方向に旋回するので、液晶分子LCの長軸方向がX方向に沿うことになる。したがって、ノーマリーブラックモードにおいて、暗表示(黒表示)のときのコントラストむらを改善する場合には、前述したように、初期配向状態における液晶分子LCの長軸方向に対して、平坦部12aの直線部12acの延在方向が直交するようにマイクロレンズML1を配置する。これに対して、明表示(白表示)のときの明るさを改善する場合には、駆動電圧が印加されてツイストした液晶分子LCの長軸方向に対して平坦部12aの直線部12acの延在方向が平行となるようにマイクロレンズML1を配置する。つまり、明表示(白表示)に対応させると、マイクロレンズML1の平坦部12aの直線部12acはX方向に延在することになる。言い換えれば、IPS方式においてもVA方式と同様に、暗表示(黒表示)を重視する場合と、明表示(白表示)を重視する場合とで、マイクロレンズML1の配置が異なるケースもある。
The arrangement of the pair of
(第3実施形態)
<電子機器>
次に、第3実施形態である電子機器として投写型表示装置を例に挙げて、図16を参照して説明する。図16は電子機器としての投写型表示装置の構成を示す概略図である。
(Third embodiment)
<Electronic equipment>
Next, a projection display apparatus will be described as an example of the electronic apparatus according to the third embodiment with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projection display device as an electronic apparatus.
図16に示すように、本実施形態の電子機器としての投写型表示装置1000は、システム光軸L0に沿って配置された偏光照明装置1100と、光分離素子としての2つのダイクロイックミラー1104,1105と、3つの反射ミラー1106,1107,1108と、5つのリレーレンズ1201,1202,1203,1204,1205と、3つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ1210,1220,1230と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム1206と、投写レンズ1207とを備えている。
As shown in FIG. 16, a
偏光照明装置1100は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
The polarized
ダイクロイックミラー1104は、偏光照明装置1100から射出された偏光光束のうち、赤色光(R)を反射させ、緑色光(G)と青色光(B)とを透過させる。もう1つのダイクロイックミラー1105は、ダイクロイックミラー1104を透過した緑色光(G)を反射させ、青色光(B)を透過させる。
The
ダイクロイックミラー1104で反射した赤色光(R)は、反射ミラー1106で反射した後にリレーレンズ1205を経由して液晶ライトバルブ1210に入射する。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
The red light (R) reflected by the
Green light (G) reflected by the
The blue light (B) transmitted through the
液晶ライトバルブ1210,1220,1230は、クロスダイクロイックプリズム1206の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ1210,1220,1230に入射した色光は、映像情報(映像信号)に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム1206に向けて射出される。このプリズムは、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ1207によってスクリーン1300上に投写され、画像が拡大されて表示される。
The liquid
液晶ライトバルブ1210は、上述した第1実施形態の液晶装置100が適用されたものである。液晶装置100の色光の入射側と射出側とにクロスニコルに配置された一対の偏光素子が隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ1220,1230も同様である。
The liquid
このような投写型表示装置1000によれば、液晶ライトバルブ1210,1220,1230として、上記液晶装置100が用いられているので、液晶分子LCの配向制御と入射光Lの入射角度の分布とに起因する明るさのむらが改善され、優れた表示品質を有する投写型表示装置1000を提供することができる。
According to such a
なお、上記第1実施形態のVA方式の液晶装置100や上記第2実施形態のIPS方式の液晶装置が適用可能な電子機器は、上記投写型表示装置1000に限定されない。例えば、投写型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)や直視型のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、POSなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。
The electronic apparatus to which the VA
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うマイクロレンズアレイ基板及び液晶装置ならびに該液晶装置を適用する電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a microlens array substrate with such a change In addition, liquid crystal devices and electronic devices to which the liquid crystal devices are applied are also included in the technical scope of the present invention. Various modifications other than the above embodiment are conceivable. Hereinafter, a modification will be described.
(変形例1)上記マイクロレンズアレイ基板10において、マイクロレンズML1は、表示領域Eのすべての画素Pに対応して配置されることに限定されない。図17(a)は変形例1のマイクロレンズアレイ基板10Dを示す概略平面図、図17(b)はマイクロレンズML2の構成を示す概略平面図である。上記第1実施形態の液晶装置100あるいは上記第2実施形態の液晶装置において、例えば、図17(a)に示すように、表示領域EをX方向とY方向とにそれぞれ3分割して9つの領域に分ける。表示領域Eの角部を含む第1の領域の画素Pには、マイクロレンズML1を配置する。そして、表示領域Eのうち上記第1の領域以外の第2の領域の画素Pには、図17(b)に示すように、円形の平坦部15aと、平坦部15aを囲んで配置された曲面状のレンズ面を有する第1のレンズ部15bと、連結部15cとを有するマイクロレンズML2を配置してもよい。平坦部15aの中心は、画素Pの対角線DL上における中心CCと合致している。第1のレンズ部15bは、中心CCに向かって入射光を集光させる。このように、マイクロレンズML1は、表示領域Eに入射する入射光Lの入射角度の分布と、液晶分子LCの配向制御の状態とに対応して、表示領域Eにおいて部分的に配置することでも、その効果を奏する。
変形例1では、マイクロレンズML1が本発明の第1のマイクロレンズに相当し、マイクロレンズML2が本発明の第2のマイクロレンズに相当するものである。したがって、マイクロレンズML1とマイクロレンズML2とを備える変形例1のマイクロレンズアレイ基板10Dの製造方法としては、マスクパターン形成工程で、マイクロレンズML1に対応した第1の開口部である半円形の開口部72と、マイクロレンズML2に対応した円形の第2の開口部とをマスク層71に形成する。
(Modification 1) In the
In the first modification, the microlens ML1 corresponds to the first microlens of the present invention, and the microlens ML2 corresponds to the second microlens of the present invention. Therefore, as a manufacturing method of the
(変形例2)上記マイクロレンズアレイ基板10において、平坦部12aの形状は半円形であることに限定されない。図18(a)は変形例2のマイクロレンズML3の構成を示す概略平面図、図18(b)は図18(a)のC−C’線で切った変形例2のマイクロレンズアレイ基板10Eの概略断面図である。変形例2のマイクロレンズML3は、図18(a)に示すように、円弧部16ab及び直線部16acを含む平坦部16aと、円弧部16abに沿って延在する第1のレンズ部16bと、直線部16acに沿って延在する第2のレンズ部16cと、第1のレンズ部16bと第2のレンズ部16cとに接する第3のレンズ部16dとを含んで構成されている。隣り合うマイクロレンズML3との間には、連結部16e、連結部16fが存在している。平坦部16aの直線部16acは、画素Pの対角線DL上には位置しておらず、平面視で四角形の第2のレンズ部16cの短辺の長さR13は、上記第1実施形態の第2のレンズ部12cの短辺の長さR3よりも短くなっている。平面視で四角形の第2のレンズ部16cの長辺の長さR14は、平坦部16aの円弧部16abの半径R10よりも小さくなっている。なお、平面視で平坦部16aの円弧部16abの半径R10で規定される中心は、画素Pの中心(画素開口部OPの中心且つ重心)と合致している。
図18(b)に示すように、変形例2のマイクロレンズアレイ基板10Eは、上記第1実施形態のマイクロレンズML1を備えたマイクロレンズアレイ基板10に対して、マイクロレンズML3の平坦部16aの長さR11が長くなっている。つまり、第1のレンズ部16b及び第2のレンズ部16cの曲率半径であるR12(R13)の長さが第1実施形態に比べて小さくなっている。したがって、マイクロレンズML3の高さD2は、マイクロレンズML1の高さD1に比べて低くなる。それゆえに、画素Pにおける入射光Lの集光効率をそれほど低下させずに、マイクロレンズアレイ基板10Eの製造において、レンズ面16を形成するための等方性エッチングの時間を短縮可能であるとともに、レンズ層13を形成するためのレンズ層前駆体13pの層厚を小さくすることができる。つまり、工数的、材料的に効率よくマイクロレンズアレイ基板10Eを製造することができる。また、第1実施形態のマイクロレンズアレイ基板10の連結部12eに対して連結部16eの大きさが小さくなり、第1のレンズ部16bによる集光性能が向上している。
言い換えれば、本発明では、平坦部の円弧部の半径で規定される中心が、画素開口部OPの重心と合致していれば、平坦部の直線部は、画素Pの中心を通る対角線DL上に位置していなくてもよく、平坦部の平面視における形状が半円形よりも大きい、あるいは小さい形状であってもよい。なお、平坦部は、対向基板30の基板本体11を等方性エッチングすることで形成され、画素開口部OPは、素子基板20の基板本体21に形成される第1遮光層22の開口部22aや第2遮光層26の開口部26aによって規定されている。したがって、実際にマイクロレンズアレイ基板10を含む液晶装置100を製造する際には、平坦部、第1遮光層22、第2遮光層26の形成における位置精度の影響を受けるので、平坦部の円弧部の半径で規定される中心と、画素開口部の重心とを完全に合致させることは難しい。それゆえに、液晶装置100の製造上における公差を考慮した位置精度の範囲内であれば、平坦部の円弧部の半径で規定される中心と、画素開口部の重心とが合致しているものとする。
(Modification 2) In the
As shown in FIG. 18B, the
In other words, in the present invention, if the center defined by the radius of the arc portion of the flat portion matches the center of gravity of the pixel opening OP, the straight portion of the flat portion is on the diagonal line DL passing through the center of the pixel P. The shape of the flat portion in plan view may be larger or smaller than the semicircular shape. The flat portion is formed by isotropic etching of the
(変形例3)上記マイクロレンズアレイ基板10において、マイクロレンズML1の第1のレンズ部12b及び第2のレンズ部12cは、曲面状のレンズ面のみで構成されることに限定されない。図19は変形例3のマイクロレンズアレイ基板10Fの構造を示す概略断面図である。なお、図19は、第1実施形態における図7(a)に対応する概略断面図である。変形例3のマイクロレンズアレイ基板10Fは、マイクロレンズML4の高さD1を規定する平坦部12aと、平坦部12aの円弧部12abに沿って延在する第1のレンズ部12bと、平坦部12aの直線部12acに沿って延在する第2のレンズ部12cとを含んで構成されている。第1のレンズ部12bは曲面状のレンズ面12bと斜面12gとを含むものである。同様に、第2のレンズ部12cは、曲面状のレンズ面12cと斜面12hとを含むものである。
画素Pの対角線上における平坦部12aの長さはR1であり、第1のレンズ部12bの長さはR2であり、第2のレンズ部12cの長さはR3であって、第1実施形態と同じである。つまり、入射光を集光あるいは屈折させるレンズ部の基板本体11の表面11aとの間に斜面12g,12hが存在していてもよい。当該レンズ部が曲面のみで構成される場合に比べて、入射光の集光効率を向上させることができる。
(Modification 3) In the
The length of the
(変形例4)上記マイクロレンズアレイ基板10では、図8に示すように、画素開口部OPの平面形状が略正方形であることから、画素開口部OPの中心に、半径R1で規定される円弧部12abの中心が位置していた。ところが、画素開口部OPの平面形状は、第1遮光層22や第2遮光層26の形状や配置によって必ずしも略正方形(点対称な形状)とならないことがある。その場合、マイクロレンズML1の第1のレンズ部12bによって集光された入射光が、第1遮光層22や第2遮光層26に入射して集光効率が低下することを抑制するため、平坦部12aの円弧部12abの中心が非対称な画素開口部OPの重心に位置するようにマイクロレンズML1を配置することが好ましい。
図20は変形例4の画素開口部の例を示す概略平面図である。例えば、図20に示すように、第1遮光層22の開口部22aと第2遮光層26の開口部26aとにより規定される画素開口部OPが点対称な略正方形ではなく、図面上において画素Pの中心CCより下側の開口部分が上側に比べて狭くなっている場合がある。このときの画素開口部OPの重心は、画素開口部OPを面積が互いに等しくなるように上下に分割する第1の直線91と、第1の直線91と直交し、且つ画素Pの中心CCを通る第2の直線92との交点GCである。
(Modification 4) In the
FIG. 20 is a schematic plan view illustrating an example of a pixel opening according to the fourth modification. For example, as shown in FIG. 20, the pixel opening OP defined by the
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F…マイクロレンズアレイ基板、11…基板本体、12…レンズ面、12a…平坦部、12ab…平坦部の円弧部、12ac…平坦部の直線部、12b…第1のレンズ部、12c…第2のレンズ部、13…レンズ層、13a…レンズ層の表面、13p…レンズ層前駆体、14…見切り部、20…素子基板、28…画素電極、30…対向基板、31…光路長調整層、32…遮光膜、33…平坦化層、34…共通電極、40…液晶層、72…マスクパターンの開口部、72a…開口部の円弧部、72b…開口部の直線部、100…液晶装置、1000…電子機器としての投写型表示装置、E…表示領域、L…入射光、ML1,ML2,ML3,ML4…マイクロレンズ、OP…画素開口部、P…画素。
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F ... microlens array substrate, 11 ... substrate body, 12 ... lens surface, 12a ... flat portion, 12ab ... flat portion arc portion, 12ac ... flat portion straight portion, 12b ... 1st lens part, 12c ... 2nd lens part, 13 ... Lens layer, 13a ... Surface of lens layer, 13p ... Lens layer precursor, 14 ... Parting part, 20 ... Element substrate, 28 ... Pixel electrode, DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズは、入射光が入射する側の前記基板の表面に対して対向する平坦部と、前記平坦部の周囲に位置し、前記入射光を前記画素の中心に向かって集光させる第1のレンズ部と、前記入射光を前記画素に対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部と、を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。 A microlens array substrate having microlenses arranged for each of a plurality of pixels on the substrate,
At least some of the microlenses arranged for each of the plurality of pixels are positioned around a flat portion facing the surface of the substrate on the side where incident light is incident and the flat portion. And a first lens part for condensing the incident light toward the center of the pixel, and a second lens part for refracting the incident light in a specific direction with respect to the pixel. Microlens array substrate.
前記基板の一方の表面を覆うマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングして開口部を有するマスクパターンを形成する工程と、
前記開口部を通じて、前記基板を等方性エッチングしてレンズ面を形成する工程と、
前記マスクパターンを除去する工程と、
前記基板の一方の表面を覆うと共に前記レンズ面を埋めるレンズ層前駆体を形成する工程と、
前記レンズ層前駆体の表面を平坦化してレンズ層を形成する工程と、
前記レンズ層を覆う光路長調整層を形成する工程と、を含み、
前記マスクパターンを形成する工程では、円弧部と直線部とからなる前記開口部を形成することを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。 A method of manufacturing a microlens array substrate having microlenses arranged for each of a plurality of pixels on a substrate,
Forming a mask layer covering one surface of the substrate;
Patterning the mask layer to form a mask pattern having an opening;
Forming the lens surface by isotropically etching the substrate through the opening;
Removing the mask pattern;
Forming a lens layer precursor that covers one surface of the substrate and fills the lens surface;
Flattening the surface of the lens layer precursor to form a lens layer;
Forming an optical path length adjustment layer covering the lens layer,
In the step of forming the mask pattern, the opening formed of an arc portion and a straight portion is formed.
前記複数の画素ごとに配置されたマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズは、入射光が入射する側の前記一方の基板の表面に対して対向する平坦部と、前記平坦部の周囲に位置し、前記入射光を前記画素の中心に向かって集光させる第1のレンズ部と、前記入射光を前記画素に対して特定の方向に屈折させる第2のレンズ部と、を含むことを特徴とする液晶装置。 A liquid crystal device comprising a pair of substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, wherein one of the pair of substrates has a microlens arranged for each of a plurality of pixels,
At least some of the microlenses arranged for each of the plurality of pixels include a flat portion facing the surface of the one substrate on the side where incident light is incident, and a periphery of the flat portion. A first lens unit that is positioned and collects the incident light toward the center of the pixel; and a second lens unit that refracts the incident light in a specific direction with respect to the pixel. A characteristic liquid crystal device.
前記画素が明表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが平行となるように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置。 The flat portion includes an arc portion that becomes a boundary with the first lens portion, and a linear portion that becomes a boundary with the second lens portion,
The microlens is arranged so that the long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when the pixel is brightly displayed is parallel to the linear portion, and the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled. The liquid crystal device according to claim 7, wherein the liquid crystal device is a liquid crystal device.
前記画素が暗表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが直交するように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置。 The flat portion includes an arc portion that becomes a boundary with the first lens portion, and a linear portion that becomes a boundary with the second lens portion,
The microlens is arranged so that the long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when the pixel is in dark display and the straight line portion are orthogonal to each other, and the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled. The liquid crystal device according to claim 7, wherein the liquid crystal device is a liquid crystal device.
前記画素が明表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが平行となり、前記画素が暗表示のときの前記液晶層における液晶分子の長軸方向と、前記直線部とが直交するように前記マイクロレンズが配置されていると共に、前記液晶層における液晶分子の配向が制御されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置。 The flat portion includes an arc portion that becomes a boundary with the first lens portion, and a linear portion that becomes a boundary with the second lens portion,
The long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when the pixel is in bright display and the straight line portion are parallel to each other, and the long axis direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when the pixel is in dark display and the straight line 10. The liquid crystal device according to claim 7, wherein the microlens is disposed so as to be orthogonal to a portion, and alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is controlled. .
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