JP2018072579A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】斜方蒸着された位相差補償素子を用いた場合でも、位相差補償素子での水分の吸着等の影響を受けにくい液晶装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】液晶装置100は、素子基板10(第1基板)と対向基板20(第2基板)との間に液晶層80を備えた液晶パネル100pと、素子基板10の対向基板20とは反対側の面に重ねて配置された透光性基板18とを有している。透光性基板18の液晶パネル100pとは反対側の基板面180には、斜方蒸着膜からなる第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40を含む光学補償層60が一体に積層されている。平面視において、液晶分子の配向方向Pは、第1位相差補償素子30の斜方蒸着方向(第1方向D30)と第2位相差補償素子40の斜方蒸着方向(第2方向D40)との間の方向である。【選択図】図3
Description
本発明は、位相差補償層が設けられた液晶装置、および電子機器に関するものである。
投射型表示装置のライトバルブ等として用いられる液晶装置のうち、例えば、VAモードの液晶装置では、液晶層に電圧を印加しない状態で液晶分子が略垂直配向するように構成される。このため、液晶層に電圧を印加していない状態(無電圧状態)では、VAモードの液晶装置に対して正面方向から入射した光を適正に変調することができるので、高いコントラストを実現できることができる。一方、VAモードの液晶装置は、正面方向から入射した光については適正に変調することができるが、斜め方向から入射した光については、液晶分子の傾きの影響を受けて、コントラストの低下や中間階調色を表示した際の明るさが逆転する階調反転現象が起きる等、表示特性が悪化してしまう。そこで、位相差補償素子を液晶パネルに設けた構造が提案されている。
例えば、液晶パネルに対して、平面視で第1方向から斜方蒸着された第1位相差補償素子、および平面視で第2方向から斜方蒸着された第2位相差補償素子を設け、平面視において、液晶分子の配向方向が、第1方向と第2方向との間に位置させる構成が提案されている(特許文献1参照)。その際、第1位相差補償素子および第2位相差補償素子は各々、別の透光性基板に形成されており、2枚の透光性基板は各々、第1位相差補償素子および第2位相差補償素子が形成されている面を液晶パネルに向けて重ねて配置される。
斜方蒸着された第1位相差補償素子および第2位相差補償素子は水分等を吸着しやすい。このため、第1位相差補償素子および第2位相差補償素子が透光性基板で覆われていると、第1位相差補償素子および第2位相差補償素子における水分の分布に起因して正面位相差が変動しやすいという問題点がある。また、透光性基板において第1位相差補償素子および第2位相差補償素子が形成された面を接着剤で貼付すると、接着剤に含まれる溶剤の吸着に起因して正面位相差が変動しやすいという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、斜方蒸着された位相差補償素子を用いた場合でも、位相差補償素子での水分の吸着等の影響を受けにくい液晶装置、および電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置は、第1基板と第2基板との間に液晶層を備えた液晶パネルと、前記第1基板の前記第2基板とは反対側の面に重ねて配置された第1透光性基板と、前記第1透光性基板の前記液晶パネルとは反対側の面に一体に積層された光学補償層と、を有し、前記光学補償層は、前記第1透光性基板の基板面に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層からなる位相差補償素子を含むことを特徴とする。
本発明では、第1透光性基板の液晶パネルとは反対側の面に光学補償層が設けられ、かかる光学補償層は、第1透光性基板の基板面に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層(斜方蒸着膜)からなる位相差補償素子を含んでいる。このため、位相差補償素子が透光性基板で覆われていないため、位相差補償素子が水分を吸着した場合で、水分の脱離がスムーズに進行する。このため、斜方蒸着された位相差補償素子を用いた場合でも、位相差補償素子での水分の吸着の影響を受けにくい。
本発明において、前記液晶層に用いた液晶分子は、プレチルトを有するように配向され、前記光学補償層は、前記位相差補償素子として、前記液晶パネルの面に垂直な方向から見た平面視において前記柱状体が第1方向に長軸方向を向けた第1位相差補償素子と、前記平面視において前記柱状体が前記第1方向に対して交差する第2方向に長軸方向を向けた第2位相差補償素子と、を含み、前記平面視において、前記液晶分子の配向方向は、前記第1方向と前記第2方向との間の方向である態様を採用することができる。かかる態様によれば、液晶分子のプレチルトに起因する位相差を補償することができるので、コントラストの低下や中間階調色を表示した際の明るさが逆転する階調反転現象が発生しにくい。
本発明において、前記光学補償層は、前記第1透光性基板の基板面に対して垂直な柱状体の集合体層からなる第3位相差補償素子を含む態様を採用することができる。かかる態様によれば、液晶分子のプレチルトに起因する位相差をより適正に補償することができるので、コントラストの低下や中間階調色を表示した際の明るさが逆転する階調反転現象が発生しにくい。
本発明において、前記光学補償層に対して前記液晶パネルとは反対側に反射防止膜が積層されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、光学補償層と空気との界面での反射を抑制することができる。
本発明において、前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面には、第2透光性基板が重ねて配置され、前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板は、前記他方の基板側の面に透光性の画素電極が設けられた素子基板であり、前記他方の基板は、前記一方の基板側の面に透光性の共通電極が設けられた対向基板である態様を採用することができる。
本発明において、前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面には、第2透光性基板が重ねて配置され、前記第1基板は、前記第2基板側の面に透光性の画素電極が設けられた素子基板であり、前記第2基板は、前記第1基板側の面に透光性の共通電極と、前記共通電極に対して前記第1基板とは反対側で前記画素電極と前記平面視で重なるレンズが形成された対向基板である態様を採用することができる。
本発明において、前記第1基板は、前記第2基板側の面に透光性の共通電極が設けられた対向基板であり、前記第2基板は、前記第1基板側の面に反射性の画素電極が設けられた素子基板である態様を採用してもよい。
本発明に係る液晶装置は、携帯電話機やモバイルコンピューター、投射型表示装置等の電子機器に用いることができる。これらの電子機器のうち、投射型表示装置は、液晶装置に光を供給するための光源と、液晶装置によって光変調された光を投射する投射光学系とを備えている。
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明において、「平面視」とは液晶パネル100pの表示面に対して垂直な方向からみた様子を意味する。また、以下の説明では、光軸等の方向や向きを説明するにあたって、液晶パネル100pを対向基板20側からみたときに液晶パネル100pにフレキシブル配線基板105が接続している側を時計の6時方向とし、液晶パネル100pにフレキシブル配線基板105が接続している側とは反対側を時計の0時方向とし、右方向を時計の3時方向とし、左方向を時計の9時方向として説明する。
[実施の形態1]
(液晶装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100の一態様を示す平面図であり、液晶相違100を対向基板20側からみた様子を示してある。図2は、図1に示す液晶装置100のH−H′断面図である。なお、図1には、図2に示す透光性基板28(第2透光性基板)の図示を省略してある。
(液晶装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置100の一態様を示す平面図であり、液晶相違100を対向基板20側からみた様子を示してある。図2は、図1に示す液晶装置100のH−H′断面図である。なお、図1には、図2に示す透光性基板28(第2透光性基板)の図示を省略してある。
本形態の液晶装置100では、素子基板10が本発明の「第1基板」に相当し、対向基板20が本発明の「第2基板」に相当する。従って、素子基板10側の透光性基板18は本発明の「第1透光性基板」に相当し、対向基板20側の透光性基板28は本発明の「第2透光性基板」に相当する。
図1および図2に示すように、液晶装置100は、素子基板10(第1基板)と対向基板20(第2基板)とが所定の隙間を介してシール材107によって貼り合わされた液晶パネル100pを備えており、かかる液晶パネル100pにおいて、素子基板10と対向基板20とが対向している。シール材107は対向基板20の外縁に沿うように枠状に設けられており、素子基板10と対向基板20との間でシール材107によって囲まれた領域に液晶層80としての液晶層が配置されている。
素子基板10および対向基板20はいずれも四角形であり、液晶装置100の略中央において、表示領域10aは、時計の3時−9時方向の寸法が0時−6時方向の寸法より長い長方形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材107も略長方形に設けられ、シール材107の内周縁と表示領域10aの外周縁との間には、矩形枠状の周辺領域10bが設けられている。
素子基板10の基体は、石英やガラス等からなる透光性の基板19である。基板19の対向基板20側の面(一方面10s)側において、表示領域10aの外側には、素子基板10の一辺に沿ってデータ線駆動回路101および複数の端子102が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。端子102には、フレキシブル配線基板105が接続されており、素子基板10には、フレキシブル配線基板105を介して各種電位や各種信号が入力される。
素子基板10の一方面10s側において、表示領域10aには、ITO(Indium Tin Oxide)膜等からなる透光性の複数の画素電極9a、および複数の画素電極9aの各々に電気的に接続する画素スイッチング素子(図示せず)がマトリクス状に形成されている。画素電極9aに対して対向基板20側には配向膜16が形成されており、画素電極9aは、配向膜16によって覆われている。従って、素子基板10では、画素電極9aおよび配向膜16が順に積層されている。
対向基板20の基体は、石英やガラス等からなる透光性の基板29である。基板29の素子基板10側の面(一方面20s)の側には、ITO膜等からなる透光性の共通電極21が形成されており、共通電極21に対して素子基板10側には配向膜26が形成されている。従って、対向基板20では、共通電極21および配向膜26が順に積層されている。共通電極21は、対向基板20の略全面に形成されている。共通電極21に対して素子基板10とは反対側には、金属または金属化合物からなる遮光性の遮光層23、および透光性の保護層27が形成されている。遮光層23は、例えば、表示領域10aの外周縁に沿って延在する額縁状の見切り23aとして形成されている。また、遮光層23は、隣り合う画素電極9aにより挟まれた領域と平面視で重なる領域にブラックマトリクス23bとして形成されることもある。本形態において、素子基板10の周辺領域10bのうち、見切り23aと平面視で重なる領域には、画素電極9aと同時形成されたダミー画素電極9bが形成されている。
素子基板10には、シール材107より外側において対向基板20の角部分と重なる領域に、素子基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極109が形成されている。基板間導通用電極109には、導電粒子を含んだ基板間導通材109aが配置されており、対向基板20の共通電極21は、基板間導通材109aおよび基板間導通用電極109を介して、素子基板10側に電気的に接続されている。このため、共通電極21は、素子基板10の側から共通電位が印加されている。
本形態の液晶装置100において、画素電極9aおよび共通電極21がITO膜等の透光性導電層により形成されており、液晶装置100は、透過型液晶装置として構成されている。かかる液晶装置100では、素子基板10および対向基板20のうち、一方側の基板から入射した光が他方側の基板を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。本形態では、矢印Lで示すように、対向基板20から入射した光が素子基板10を透過して出射される間に液晶層80によって画素毎に変調され、画像を表示する。
ここで、液晶装置100を後述する投射型表示装置のライトバルブ等として使用される場合、図2に示すように、素子基板10の対向基板20とは反対側の他方面10tには、防塵用に透光性基板18が接着剤15等によって固定されている。また、対向基板20の素子基板10とは反対側の他方面20tにも、防塵用の透光性基板28が接着剤25等によって固定されている。従って、液晶パネル100pに直接、塵等が付着することがないので、塵が画像に映り込むことを抑制することができる。さらに、後述するように、透光性基板18(第1透光性基板)には、液晶パネル100pとは反対側の基板面に光学補償層60が一体に積層されている。従って、光学補償層60は、透光性基板18等で覆われていないため、水分等の脱離がスムーズに進行する構成となっている。
(対向基板20側のレンズ24の構成)
素子基板10の一方面10s側には、データ線等からなる遮光層や画素スイッチング素子が形成されており、遮光層や画素スイッチング素子は光を透過しない。このため、素子基板10では、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層や画素スイッチング素子と平面視で重なる領域や、隣り合う画素電極9aに挟まれた領域と平面視で重なる領域は、光を透過しない遮光領域になっている。これに対して、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層や画素スイッチング素子と平面視で重ならない領域は光を透過する開口領域(透光領域)になっている。従って、開口領域を透過した光のみが画像の表示に寄与し、遮光領域に向かう光は、画像の表示に寄与しない。
素子基板10の一方面10s側には、データ線等からなる遮光層や画素スイッチング素子が形成されており、遮光層や画素スイッチング素子は光を透過しない。このため、素子基板10では、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層や画素スイッチング素子と平面視で重なる領域や、隣り合う画素電極9aに挟まれた領域と平面視で重なる領域は、光を透過しない遮光領域になっている。これに対して、画素電極9aと平面視で重なる領域のうち、遮光層や画素スイッチング素子と平面視で重ならない領域は光を透過する開口領域(透光領域)になっている。従って、開口領域を透過した光のみが画像の表示に寄与し、遮光領域に向かう光は、画像の表示に寄与しない。
そこで、対向基板20には、複数の画素電極9aの各々に対して平面視で1対1の関係をもって重なる複数のレンズ24が形成されており、レンズ24は、液晶層80に入射する光を平行光化している。それ故、液晶層80に入射する光の光軸の傾きが小さいので、液晶層80での位相ずれを低減でき、透過率やコントラストの低下を抑制することができる。特に本形態では、液晶装置100をVAモードの液晶装置として構成したため、液晶層80に入射する光の光軸の傾斜によって、コントラストの低下等が発生しやすいが、本形態によれば、コントラストの低下等が発生しにくい。
かかるレンズ24を形成するにあたって、基板29の一方面20sには、複数の画素電極9aの各々と平面視で一対一の関係をもって平面視で重なる凹曲面からなるレンズ面291が複数形成されている。また、基板29の一方面20sには、透光性のレンズ層240が積層され、レンズ層240は、基板29と反対側の面241が平坦面になっている。基板29とレンズ層240とは屈折率が相違しており、レンズ面291およびレンズ層240は、レンズ24を構成している。本形態において、レンズ層240の屈折率は、基板29の屈折率より大である。例えば、基板29は石英基板(シリコン酸化物、SiO2)からなり、屈折率が1.48であるのに対して、レンズ層240は、シリコン酸窒化膜(SiON)からなり、屈折率が1.58〜1.68である。それ故、レンズ24は、光源からの光を収束させるパワーを有している。
(液晶層80の構成)
図3は、図1に示す液晶装置100に用いた液晶分子85等の説明図である。なお、図3には、後述する第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40、および第3位相差補償素子50を柱状体31、41、51の集合体層として模式的に表してあるが、柱状体31、41、51の長軸方向の向きは、図4、図5および図6を参照して説明する。
図3は、図1に示す液晶装置100に用いた液晶分子85等の説明図である。なお、図3には、後述する第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40、および第3位相差補償素子50を柱状体31、41、51の集合体層として模式的に表してあるが、柱状体31、41、51の長軸方向の向きは、図4、図5および図6を参照して説明する。
図3に示すように、液晶パネル100pにおいて、配向膜16および配向膜26は、SiOx(x≦2)、TiO2、MgO、Al2O3等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜(垂直配向膜)である。従って、配向膜16および配向膜26は、カラムと称せられる柱状体16a、26aが素子基板10および対向基板20に対して斜めに形成された柱状構造体層からなる。それ故、配向膜16および配向膜26は、液晶層80に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子85を素子基板10および対向基板20に対して斜め傾斜配向させ、液晶分子85にプレチルトを付している。ここで、画素電極9aと共通電極21との間に電圧を印加しない状態で、素子基板10および対向基板20に対して垂直な方向と液晶分子85の長軸方向(配向方向)とがなす角度がプレチルト角θpである。このようにして、液晶装置100は、VA(Vertical Alignment)モードの液晶装置として構成されている。かかる液晶装置100では、画素電極9aと共通電極21との間に電圧が印加されると、液晶分子85は、素子基板10および対向基板20に対する傾き角が小さくなる方向に変位する。かかる変位の方向がいわゆる明視方向である。本形態においては、図1に示すように、液晶分子85の配向方向P(明視方向)は、平面視において、時計の4時30分の方向から10時30分に向かう方向である。
(光学補償層60の構成)
図2および図3に示すように、本形態の液晶装置100において、素子基板10(第1基板)の対向基板20(第2基板)とは反対側の面に透光性基板18(第1透光性基板)が重ねて配置されており、かかる透光性基板18には、液晶パネル100pとは反対側の基板面180に光学補償層60が一体に積層されている。ここで、光学補償層60は、透光性基板18の基板面180に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層からなる位相差補償素子を含んでいる。
図2および図3に示すように、本形態の液晶装置100において、素子基板10(第1基板)の対向基板20(第2基板)とは反対側の面に透光性基板18(第1透光性基板)が重ねて配置されており、かかる透光性基板18には、液晶パネル100pとは反対側の基板面180に光学補償層60が一体に積層されている。ここで、光学補償層60は、透光性基板18の基板面180に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層からなる位相差補償素子を含んでいる。
本形態において、光学補償層60は、位相差補償素子として、平面視において柱状体31が第1方向D30に長軸方向を向けた第1位相差補償素子30と、平面視において柱状体41が第1方向D30に対して交差する第2方向D40に長軸方向を向けた第2位相差補償素子40とを含んでいる。より具体的には、第1位相差補償素子30は、第1方向D30からの斜方蒸着によって形成された膜であり、第2位相差補償素子40は、第2方向D40からの斜方蒸着によって形成された膜である。本形態においては、図4、図5および図6を参照して後述するように、液晶分子85の配向方向Pは、平面視において、第1方向D30と第2方向D40との間の方向である。例えば、液晶分子85の配向方向P(明視方向)は、平面視において、4時30分から10時30分に向かう方向であるのに対して、第1方向D30は、3時から9時に向かう方向であり、第2方向D40は、6時から0時に向かう方向である。
光学補償層60は、さらに、透光性基板18の基板面180に対して垂直な柱状体51の集合体層からなる第3位相差補償素子50を含んでいる。また、本形態では、図2および図3に一点鎖線で示すように、光学補償層60に対して液晶パネル100pとは反対側に誘電体多層膜からなる反射防止膜70が積層されている。
(位相差補償素子の詳細構成)
図4は、図1に示す液晶装置100に用いた位相差補償素子の説明図であり、第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50を各々、屈折率異方性媒質35、45、55として示してある。図5は、図4に示す第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の平面的な構成を示す説明図であり、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の屈折率異方性媒質35、45と液晶分子85との平面的な位置関係を模式的に示してある。図6は、図4に示す第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の立体的な構成を示す説明図であり、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の屈折率異方性媒質35、45と液晶分子85との立体的な位置関係を模式的に示してある。図7は、図4に示す第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50の屈折率異方性を合成した結果を示す説明図であり、各屈折率異方性媒質35、45、55の光学的異方性を合成した様子を概念的に示す説明図である。
図4は、図1に示す液晶装置100に用いた位相差補償素子の説明図であり、第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50を各々、屈折率異方性媒質35、45、55として示してある。図5は、図4に示す第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の平面的な構成を示す説明図であり、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の屈折率異方性媒質35、45と液晶分子85との平面的な位置関係を模式的に示してある。図6は、図4に示す第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の立体的な構成を示す説明図であり、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40の屈折率異方性媒質35、45と液晶分子85との立体的な位置関係を模式的に示してある。図7は、図4に示す第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50の屈折率異方性を合成した結果を示す説明図であり、各屈折率異方性媒質35、45、55の光学的異方性を合成した様子を概念的に示す説明図である。
図4、図5および図6に示すように、第1位相差補償素子30は、屈折率異方性を有する屈折率異方性媒質35が3時から9時に向かう第1方向D30から斜方蒸着された膜であり、屈折率異方性媒質35の屈折率楕円体における主屈折率nx’、ny’、nz’は、nx’>ny’>nz’の関係を有している。すなわち、屈折率異方性媒質35は、透光性基板18の基板面180に対する法線方向から傾いた方向の屈折率nx’が他の方向の屈折率ny’、nz’より大きい。従って、屈折率異方性媒質35の屈折率楕円体は、透光性基板18の基板面180に対して斜めに傾いたラグビーボール形状となる。
第2位相差補償素子40は、屈折率異方性を保持する屈折率異方性媒質45が6時と0時に向かう第2方向D40から斜方蒸着された膜であり、屈折率異方性媒質45の屈折率楕円体における主屈折率nx’’、ny’’、nz’’は、nx’’>ny’’>nz’’なる関係を有している。すなわち、屈折率異方性媒質45は、透光性基板18の基板面180に対する法線方向から傾いた方向の屈折率nx’’が他の方向の屈折率ny’’、nz’’より大きい。従って、屈折率異方性媒質45の屈折率楕円体は、透光性基板18に対して斜めに傾いたラグビーボール形状となる。
第3位相差補償素子50は、屈折率異方性媒質55が垂直に蒸着された膜であり、主屈折率nxc’、nyc’、nzc’は、nxc’=nyc’>nzc’なる関係を有している。すなわち、屈折率異方性媒質55は、厚さ方向の屈折率nzc’が他の方向の屈折率より小さく、屈折率異方性媒質55の屈折率楕円体は、透光性基板18に対して平行な円盤形状となる。
このように構成した光学補償層60においては、図7に示すように、第1位相差補償素子30を構成する屈折率異方性媒質35の屈折率異方性と第2位相差補償素子40を構成する屈折率異方性媒質45の屈折率異方性とを合成した屈折率異方性媒質61は、主屈折率nx’’’、ny’’’、nz’’’を有している。これらの主屈折率nx’’’、ny’’’、nz’’’のうち、主屈折率nx’’’は、3時と9時とを結ぶ方向に沿って延びている屈折率異方性媒質35の主屈折率nx’と、0時と6時とを結ぶ方向に沿って延びている屈折率異方性媒質45の主屈折率nx’’とが合成される結果、4時30分と10時30分とを結ぶ方向に沿って延びている。
一方、液晶分子85は、基板面180に対する法線方向から傾いた方向の屈折率nxが他の方向の屈折率ny、nzより大きく、4時30分と10時30分とを結ぶ方向に沿って延びている。従って、液晶分子85、第1位相差補償素子30、および第2位相差補償素子40の屈折率異方性を合成した屈折率楕円体62を、三次元的に屈折率球体へ近づけることができる。
さらに、液晶分子85、第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40、および第3位相差補償素子50の屈折率異方性を合成した屈折率楕円体63を、三次元的にさらに屈折率球体へ近づけることができる。従って、プレチルトを有する液晶分子85によって生じる位相差を補償することができる。それ故、光が漏れる可能性は小さくなり、コントラストの低下や視野角の縮小を防止することができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態に液晶装置100では、液晶パネル100pに防塵用の透光性基板18、28が固定されているので、塵等の異物が液晶パネル100pに直接、付着することを防止することができる。従って、画像への異物の映り込みを防止することができる。また、本形態では、透光性基板18(第1透光性基板)の液晶パネル100pとは反対側の面に光学補償層60が設けられているため、光学補償層60を別体の基板に設ける必要がない。
以上説明したように、本形態に液晶装置100では、液晶パネル100pに防塵用の透光性基板18、28が固定されているので、塵等の異物が液晶パネル100pに直接、付着することを防止することができる。従って、画像への異物の映り込みを防止することができる。また、本形態では、透光性基板18(第1透光性基板)の液晶パネル100pとは反対側の面に光学補償層60が設けられているため、光学補償層60を別体の基板に設ける必要がない。
また、光学補償層60は、透光性基板18の基板面180に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層(斜方蒸着膜)からなる第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40を含んでいる。このため、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40が透光性基板18で覆われていないため、第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40が水分を吸着した場合でも、水分の脱離がスムーズに進行する。このため、斜方蒸着された第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40を用いた場合でも、正面位相差等が第1位相差補償素子30および第2位相差補償素子40での水分の吸着の影響を受けにくい。
また、液晶分子85は、プレチルトを有するように配向されているが、平面視において、液晶分子85の配向方向Pは、第1位相差補償素子30において柱状体31(屈折率異方性媒質35)が長軸を向ける第1方向D30と、第2位相差補償素子40において柱状体41(屈折率異方性媒質45)が長軸を向ける第2方向D40との間の方向である。従って、液晶分子85のプレチルトに起因する位相差を補償することができるので、コントラストの低下や中間階調色を表示した際の明るさが逆転する階調反転現象が発生しにくい。また、光学補償層60は、透光性基板18の基板面180に対して垂直な柱状体51の集合体層からなる第3位相差補償素子50を含んでいる。このため、液晶分子85のプレチルトに起因する位相差をより適正に補償することができるので、コントラストの低下や中間階調色を表示した際の明るさが逆転する階調反転現象が発生しにくい。
また、光学補償層60に対して液晶パネル100pとは反対側に反射防止膜70が積層されているため、光学補償層60と空気との界面での反射を抑制することができる。
さらに、光学補償層60が表示光の出射側に配置されているため、レンズ24(マイクロレンズ)で集光されて液晶層80を透過した後の光の光学的な異方性を補償するので、出射光(画像)のコントラストを良好に維持できる。
[実施の形態2]
図8は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置100Aの一態様を示す断面図である。本形態および後述する実施の形態3は基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
図8は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置100Aの一態様を示す断面図である。本形態および後述する実施の形態3は基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
本形態の液晶装置100Aでは、対向基板20が本発明の「第1基板」に相当し、素子基板10が本発明の「第2基板」に相当する。従って、対向基板20側の透光性基板28は本発明の「第1透光性基板」に相当し、素子基板10側の透光性基板18は本発明の「第2透光性基板」に相当する。
実施の形態1では、対向基板20がレンズ24を備えていたが、本形態では、図8に示すように、対向基板20がレンズ24を備えていない。かかる構成に対応して、本形態では、対向基板20に固定された透光性基板28の液晶パネル100pとは反対側の基板面280に光学補償層60が一体に形成されている。
かかる構成によれば、光の光学的な異方性を補償した後、液晶層80に入射させるので、透光性基板18に光学補償層60を設けた場合と比べて、コントラストが高いという利点がある。
[実施の形態3]
図9は、本発明の実施の形態3に係る液晶装置100Bの一態様を示す断面図である。本形態の液晶装置100では、対向基板20が本発明の「第1基板」に相当し、素子基板10が本発明の「第2基板」に相当する。従って、対向基板20側の透光性基板28は本発明の「第1透光性基板」に相当する。
図9は、本発明の実施の形態3に係る液晶装置100Bの一態様を示す断面図である。本形態の液晶装置100では、対向基板20が本発明の「第1基板」に相当し、素子基板10が本発明の「第2基板」に相当する。従って、対向基板20側の透光性基板28は本発明の「第1透光性基板」に相当する。
実施の形態1、2に係る液晶装置100、100Aは透過型液晶装置であったが、本形態の液晶装置100Bは反射型液晶装置である。このため、対向基板20には透光性の共通電極21が形成されているのに対して、素子基板10には反射性の画素電極9aが形成されている。従って、矢印Lで示すように、対向基板20の側から入射した光を素子基板10の側で反射して対向基板20の側から出射する間に光を変調する。このように構成した液晶装置100Bでも、実施の形態2と同様、対向基板20に固定された透光性基板28の液晶パネル100pとは反対側の基板面280に光学補償層60が一体に形成されている。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、第3位相差補償素子50、第2位相差補償素子40および第1位相差補償素子30が順に積層されていたが、第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50が順に積層されている等、積層順序については入れ替えてもよい。
上記実施の形態では、第3位相差補償素子50、第2位相差補償素子40および第1位相差補償素子30が順に積層されていたが、第1位相差補償素子30、第2位相差補償素子40および第3位相差補償素子50が順に積層されている等、積層順序については入れ替えてもよい。
[電子機器への搭載例]
図10は、本発明を適用した液晶装置100、100Aを用いた投射型表示装置(電子機器)の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶装置(ライトバルブ)が用いられているが、いずれの液晶装置にも、本発明を適用した液晶装置100、100Aが用いられている。
図10は、本発明を適用した液晶装置100、100Aを用いた投射型表示装置(電子機器)の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数の液晶装置(ライトバルブ)が用いられているが、いずれの液晶装置にも、本発明を適用した液晶装置100、100Aが用いられている。
図10に示す投射型表示装置210は、前方に設けられたスクリーン211に映像を投射する前方投影型のプロジェクターである。投射型表示装置210は、光源212と、ダイクロイックミラー213、214と、本発明を適用した液晶装置を成す液晶ライトバルブ215〜217と、投射光学系218と、クロスダイクロイックプリズム219と、リレー系220とを備えている。
光源212は、例えば、赤色光、緑色光および青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー213は、光源212からの赤色光LRを透過させるとともに緑色光LGおよび青色光LBを反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー214は、ダイクロイックミラー213で反射された緑色光LGおよび青色光LBのうち青色光LBを透過させるとともに緑色光LGを反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー213、214は、光源212から射出された光を赤色光LRと緑色光LGと青色光LBとに分離する色分離光学系を構成する。ダイクロイックミラー213と光源212との間には、インテグレーター221および偏光変換素子222が光源212から順に配置されている。インテグレーター221は、光源212から照射された光の照度分布を均一化する。偏光変換素子222は、光源212からの光を例えばs偏光のような特定の振動方向を有する偏光に変換する。
液晶ライトバルブ215は、ダイクロイックミラー213を透過して反射ミラー223で反射した赤色光LRを画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ215は、第1偏光板215b、防塵用の透光性基板28、液晶パネル100p、防塵用の透光性基板18、および第2偏光板215dを備えている。ここで、液晶ライトバルブ215に入射した赤色光LRは、第1偏光板215bを透過して例えばs偏光に変換される。液晶パネル100pは、入射したs偏光を画像信号に応じた変調によってp偏光(中間調であれば円偏光又は楕円偏光)に変換する。さらに、第2偏光板215dは、s偏光を遮断してp偏光を透過させる偏光板である。従って、液晶ライトバルブ215は、画像信号に応じて赤色光LRを変調し、変調した赤色光LRをクロスダイクロイックプリズム219に向けて射出する。本形態において、液晶パネル100pがレンズ24を備え、出射側の透光性基板18の液晶パネル100pとは反対側の基板面180に光学補償層60が積層されている。
液晶ライトバルブ216は、ダイクロイックミラー213で反射した後にダイクロイックミラー214で反射した緑色光LGを、画像信号に応じて緑色光LGを変調し、変調した緑色光LGをクロスダイクロイックプリズム219に向けて射出する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ216は、液晶ライトバルブ215と同様に、第1偏光板216b、防塵用の透光性基板28、液晶パネル100p、防塵用の透光性基板18、および第2偏光板216dを備えており、出射側の透光性基板18の液晶パネル100pとは反対側の基板面180に光学補償層60が積層されている。
液晶ライトバルブ217は、ダイクロイックミラー213で反射し、ダイクロイックミラー214を透過した後でリレー系220を経た青色光LBを画像信号に応じて変調し、変調した青色光LBをクロスダイクロイックプリズム219に向けて射出する透過型の液晶装置である。液晶ライトバルブ217は、液晶ライトバルブ215、216と同様に、第1偏光板217b、防塵用の透光性基板28、液晶パネル100p、防塵用の透光性基板18、および第2偏光板217dを備えており、出射側の透光性基板18の液晶パネル100pとは反対側の基板面180に光学補償層60が積層されている。
リレー系220は、リレーレンズ224a、224bと反射ミラー225a、225bとを備えている。リレーレンズ224a、224bは、青色光LBの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。リレーレンズ224aは、ダイクロイックミラー214と反射ミラー225aとの間に配置されている。
リレーレンズ224bは、反射ミラー225a、225bの間に配置されている。反射ミラー225aは、ダイクロイックミラー214を透過してリレーレンズ224aから出射した青色光LBをリレーレンズ224bに向けて反射するように配置されている。反射ミラー225bは、リレーレンズ224bから出射した青色光LBを液晶ライトバルブ217に向けて反射するように配置されている。
クロスダイクロイックプリズム219は、2つのダイクロイック膜219a、219bをX字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜219aは青色光LBを反射して緑色光LGを透過する。ダイクロイック膜219bは赤色光LRを反射して緑色光LGを透過する。
従って、クロスダイクロイックプリズム219は、液晶ライトバルブ215〜217のそれぞれで変調された赤色光LRと緑色光LGと青色光LBとを合成し、投射光学系218に向けて射出するように構成されている。投射光学系218は、投影レンズ(図示略)を有しており、クロスダイクロイックプリズム219で合成された光をスクリーン211に投射するように構成されている。
なお、赤色用および青色用の液晶ライトバルブ(液晶装置)215、217にλ/2位相差補償素子を設け、これらの液晶ライトバルブ215、217からクロスダイクロイックプリズム219に入射する光をs偏光とし、液晶ライトバルブ216にはλ/2位相差補償素子を設けない構成として液晶ライトバルブ216からクロスダイクロイックプリズム219に入射する光をp偏光とする構成も採用できる。
クロスダイクロイックプリズム219に入射する光を異なる種類の偏光とすることで、ダイクロイック膜219a、219bの反射特性を考慮して最適化された色合成光学系を構成できる。一般に、ダイクロイック膜219a、219bはs偏光の反射特性に優れているので、上述したようにダイクロイック膜219a、219bで反射される赤色光LRおよび青色光LBをs偏光とし、ダイクロイック膜219a、219bを透過する緑色光LGをp偏光とするとよい。
[他の投射型表示装置]
本発明を適用した液晶装置100Bは、反射型投射型表示装置(電子機器)に用いられる。また、投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するLED光源、レーザー光源等を用い、かかる光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
本発明を適用した液晶装置100Bは、反射型投射型表示装置(電子機器)に用いられる。また、投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するLED光源、レーザー光源等を用い、かかる光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。
本発明を適用した液晶装置については、上記の電子機器の他にも、投射型の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)等に用いてもよい。
9a…画素電極、10…素子基板、10a…表示領域、15、25…接着剤、16、26…配向膜、18、28…透光性基板、20…対向基板、21…共通電極、24…レンズ、30…第1位相差補償素子、31、41、51…柱状体、35、45、55、61…屈折率異方性媒質、40…第2位相差補償素子、50…第3位相差補償素子、60…光学補償層、62、63…屈折率楕円体、70…反射防止膜、80…液晶層、85…液晶分子、100、100A、100B…液晶装置、100p…液晶パネル、210…投射型表示装置、212…光源、218…投射光学系、D30…第1方向、D40…第2方向、P…配向方向。
Claims (8)
- 第1基板と第2基板との間に液晶層を備えた液晶パネルと、
前記第1基板の前記第2基板とは反対側の面に重ねて配置された第1透光性基板と、
前記第1透光性基板の前記液晶パネルとは反対側の面に一体に積層された光学補償層と、
を有し、
前記光学補償層は、前記第1透光性基板の基板面に対して斜め方向に傾いた柱状体の集合体層からなる位相差補償素子を含むことを特徴とする液晶装置。 - 請求項1に記載の液晶装置において、
前記液晶層に用いた液晶分子は、プレチルトを有するように配向され、
前記光学補償層は、前記位相差補償素子として、前記液晶パネルの面に垂直な方向から見た平面視において前記柱状体が第1方向に長軸方向を向けた第1位相差補償素子と、前記平面視において前記柱状体が前記第1方向に対して交差する第2方向に長軸方向を向けた第2位相差補償素子と、を含み、
前記平面視において、前記液晶分子の配向方向は、前記第1方向と前記第2方向との間の方向であることを特徴とすることを特徴とする液晶装置。 - 請求項2に記載の液晶装置において、
前記光学補償層は、前記第1透光性基板の基板面に対して垂直な柱状体の集合体層からなる第3位相差補償素子を含むことを特徴とする液晶装置。 - 請求項2または3に記載の液晶装置において、
前記光学補償層に対して前記液晶パネルとは反対側に反射防止膜が積層されていることを特徴とする液晶装置。 - 請求項2から4までの何れか一項に記載の液晶装置において、
前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面には、第2透光性基板が重ねて配置され、
前記第1基板および前記第2基板のうちの一方の基板は、前記他方の基板側の面に透光性の画素電極が設けられた素子基板であり、前記他方の基板は、前記一方の基板側の面に透光性の共通電極が設けられた対向基板であることを特徴とする液晶装置。 - 請求項2から4までの何れか一項に記載の液晶装置において、
前記第2基板の前記第1基板とは反対側の面には、第2透光性基板が重ねて配置され、
前記第1基板は、前記第2基板側の面に透光性の画素電極が設けられた素子基板であり、
前記第2基板は、前記第1基板側の面に透光性の共通電極と、前記共通電極に対して前記第1基板とは反対側で前記画素電極と前記平面視で重なるレンズが形成された対向基板であることを特徴とする液晶装置。 - 請求項2から4までの何れか一項に記載の液晶装置において、
前記第1基板は、前記第2基板側の面に透光性の共通電極が設けられた対向基板であり、
前記第2基板は、前記第1基板側の面に反射性の画素電極が設けられた素子基板であることを特徴とする液晶装置。 - 請求項1から7までの何れか一項に記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。
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