JP2019138931A - 液晶装置、電子機器、投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
0.225λ≦ΔD≦0.275λ・・・(1)
(λは第1電極に入射する光の波長)
ΔD=0.25λ・・・(2)
<液晶装置>
まず、本実施形態の液晶装置について、図1〜図3を参照して説明する。図1は第1実施形態の液晶装置の構成を示す概略平面図、図2は図1に示すH−H’線に沿う概略断面図、図3は第1実施形態の液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。
シール部40は、例えば熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール部40には、一対の基板の上記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。
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。また、対向基板20側から素子基板10側に向かう方向に沿って見ることを「平面視」または「平面的に」と言う。
本実施形態では、以降、配向膜18,24として前述した無機配向膜と、負の誘電異方性を有する液晶とを用い、ノーマリーブラックモードの光学設計が適用された例について説明する。
次に、液晶装置100における耐光寿命のばらつきを改善するための構成について、図4〜図11を参照して説明する。本実施形態の液晶装置100は、後述する投射型表示装置におけるライトバルブとして用いられるものであって、画素Pには光源から強い光が入射する。画素Pにおいて配向膜18,24と液晶層50との界面で入射した光による光反応が生ずると液晶材料の劣化が発生するおそれがある。液晶材料の光反応における劣化は液晶装置100の耐光寿命として扱われる。
mλ/2=ntδ+n1d1+(n2d2/2)・・・(1)
mは1以上の正の整数であって、上記数式(1)の左辺は、定在波Sの節S1から節S1までの長さλ/2の整数倍の値である。上記数式(1)の右辺は、画素電極15における入射光の実質的な反射面から配向膜18の厚さ方向の中心までの光学的な距離(光路長)Dを示すものである。光学的な距離Dは、光が通過する各層の屈折率と膜厚との積の合計値で与えられる。なお、定在波Sは入射光と反射光とにより生ずることから定在波Sの波長は、光が透過する同一の媒質において入射光の波長λと同じである。また、第1絶縁膜16の膜厚d1、配向膜18の膜厚d2は、例えば、素子基板10の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することで精度よく確認することが可能である。
D=mλ/2=n1(δ+d1+d2/2)・・・(3)
δ+d1+d2/2は、Z方向における画素電極15における実質的な反射面から配向膜18の厚さ方向の中心までの距離dである。
(mλ/2)−(λ/8)<D<(mλ/2)+(λ/8)・・・(4)
λ/8は、定在波Sのパワー密度が極小となる節S1とパワー密度が極小と極大との間の中間となる変曲点S3との光学的な距離である。上記数式(4)で規定される光学的な距離Dの許容範囲をZ方向における画素電極15の表面から配向膜18の厚さ方向の中心までの距離dの許容範囲として置き換えると、以下の数式(5)が導かれる。
T=λ/2n1・・・(6)
PD=(A/2)sin(2πz/T−φ)+A/2・・・(7)
zは画素電極15の表面からの距離である。
PD=(A/2)sin(2πz/T−2πδ/T)+A/2
=(A/2)sin[2π/T(z−δ)]+A/2・・・(8)
PD=(A/2)sin[4n1π(z−δ)/λ]+A/2・・・(9)
例えばA=2、n1=1.43、λ=450nm、δ=3.17として上記数式(9)にあてはめると、図5に示した定在波Sのパワー密度(PD)を、図8に示すように、パワー密度(PD)の平均値を「1」として規格化した正弦波に近似できる。
PD(A)=(A/2)sin[4n1π(z−δ)/λ]+A/2・・・(10)
PD(B)=(A/2)sin[4n1π(z+Δd−δ)/λ]+A/2・・・(11)
2PD(AB)=(A/2)sin[4n1π(z−δ)/λ]+(A/2)sin[4n1π(z+Δd−δ)/λ]+A・・・(12)
Δd=d(B)−d(A)であって、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)とにおける画素電極15の膜厚の差に相当する。
上記数式(6)に示したように、T=λ/2n1であることから、図9に示すように、Δd=0.25λ/n1とすると、Δd=0.5Tとなる。よって、第1の領域P(A)の定在波Sのパワー密度PD(A)を示す正弦波と、第2の領域P(B)の定在波Sのパワー密度PD(B)を示す正弦波とでは、位相が1/2周期ずれることになり、一方が極大のときに他方が極小となることから、画素Pにおける定在波Sのパワー密度PD、すなわちパワー密度の平均値であるPD(AB)は、規格化された値「1」となる。つまり、画素Pにおける定在波Sのパワー密度PDが平均化される。このとき、第1の領域P(A)の画素電極15の実質的な反射面から配向膜18の厚さ方向の中心までの光学的な距離D(A)と、第2の領域P(B)の画素電極15の実質的な反射面から配向膜18の厚さ方向の中心までの光学的な距離D(B)との差ΔDは、ΔD=n1Δd=0.25λである。
図10及び図11に示すように、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との上記光学的な距離Dの差ΔDの許容範囲を、0.225λ≦ΔD≦0.275λとすることにより、画素Pにおける定在波Sのパワー密度PD(AB)は、規格化された「1」を平均としておよそ±15%程度の範囲内となる。言い換えれば、第1絶縁膜16や配向膜18の膜厚のばらつきの影響を排除して、定在波Sにより配向膜18と液晶層50との界面で光反応が生じて液晶材料が劣化するばらつきを抑制することができる。
(1)画素Pの第1の領域P(A)と第2の領域P(B)における画素電極15の実質的な反射面と配向膜18の厚み方向の中心との間の光学的な距離Dが異なるため、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)とにおいて、画素電極15に入射した光と、画素電極15によって反射した光との干渉によって生ずる定在波Sの位相が異なることになる。したがって、画素Pにおいて、定在波Sの腹S2が、液晶層50と配向膜18との界面付近に位置し難くなる。ゆえに、画素電極15の実質的な反射面と配向膜18の厚み方向の中心との間の光学的な距離Dに係る第1絶縁膜16や配向膜18の膜厚が変動したとしても、定在波Sによる液晶材料の劣化が進み難くなり、光反応における液晶材料の劣化のばらつきを抑制することができる。
次に、第2実施形態の液晶装置について、図12を参照して説明する。図12は第2実施形態の液晶装置における画素の構造を示す概略断面図である。第2実施形態の液晶装置は、上記第1実施形態の液晶装置100に対して、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)とにおける光学的な距離Dを異ならせる構成を変えたものである。したがって、上記第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。図12は、上記第1実施形態で用いた図7と同様に図6のA−A’線に沿った概略断面図である。
(8)第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との光学的な距離Dの差ΔDが、0.225λ≦ΔD≦0.275λを満たすように、第1絶縁膜16の膜厚が制御されているため、上記第1実施形態と同様に、画素Pの画素電極15の表面付近に生ずる定在波Sのパワー密度PDのばらつきがおよそ±15%の範囲内となる。つまり、液晶装置200(液晶パネル210)の耐光寿命を所定のばらつきの範囲に納めることができる。加えて、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との境界部において、画素電極15には上記第1実施形態のような段差部としての斜面15cがないので、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との境界部において反射光Lrの進行方向がばらつかない。つまり、該境界部において反射光Lrの進行方向のばらつきに起因するコントラストの低下が生じない。
<電子機器>
次に、本実施形態の電子機器について、投射型表示装置を例に挙げ、図13を参照して説明する。図13は、電子機器としての投射型表示装置の一例である3板式の反射型液晶プロジェクターの構成を示す概略図である。
液晶ライトバルブ1250は、偏光素子1253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、偏光素子1253の偏光度を補う補助偏光素子1254が液晶ライトバルブ1250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光素子1255が赤色光(R)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光素子1254,1255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ1250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ1260,1270においても同じである。
例えば、図14に示すように、画素Pを平面視でY方向に4分割し、第1の領域P(A)、第2の領域P(B)を交互に配置してもよい。
また、例えば、図15に示すように、画素Pを平面視でX方向とY方向とにそれぞれ4分割し、合計16分割とする。そして、X方向とY方向とにおいて第1の領域P(A)、第2の領域P(B)を交互に配置してもよい。つまり、第1の領域P(A)、第2の領域P(B)が画素Pにおいて市松模様に配置された状態としてもよい。
さらに、例えば、図16に示すように、画素Pを平面視でX方向とY方向とにそれぞれ4分割し、合計16分割とする。そして、X方向とY方向とにおいて第1の領域P(A)、第2の領域P(B)をランダムに配置してもよい。ただし、第1の領域P(A)の数と、第2の領域P(B)の数は同じとする。
図14〜図16に示す変形例において、画素Pの開口面積に対する第1の領域P(A)の面積比と、第2の領域P(B)の面積比とは同じとすることが好ましい。また、画素Pの平面視における分割の形態は、入射光の電場の振動方向PLに対して、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との境界部が平行または垂直であることが、該境界部におけるコントラストの低下を抑制する観点から好ましい。
図17に示すように、変形例の液晶装置300は、素子基板10Cと対向基板20との間に挟持された液晶層50を有する液晶パネル310を備えている。素子基板10Cは、画素Pにおいて、画素電極15の実質的な反射面から配向膜18の厚さ方向の中心までの光学的な距離Dが異なる第1の領域P(A)と第2の領域P(B)とを有している。第1の領域P(A)では、画素電極15と配向膜18との間に絶縁膜16aが設けられている。第2の領域P(B)では、画素電極15と配向膜18との間に絶縁膜16bが設けられている。絶縁膜16a,16bの膜厚は同じだが、構成材料が異なっている。例えば、絶縁膜16aは酸化シリコン(SiO2)からなり屈折率は例えば1.43である。一方、絶縁膜16bは酸化窒化シリコン(SiOxNy)からなり屈折率は例えば1.60である。上記第1実施形態で説明したように、光学的な距離Dは、光が透過する各層の屈折率と膜厚との積の合計として求められる。したがって、膜厚が同じであっても絶縁膜16aと絶縁膜16bとの屈折率を異ならせることによって、第1の領域P(A)の光学的な距離D(A)と第2の領域P(B)の光学的な距離D(B)とを異ならせることができる。本変形例では、第1の領域P(A)と第2の領域P(B)との境界部において、画素電極15や配向膜18に段差部が生じない。つまり、当該段差部に起因するコントラストの低下が生じない。
この構成によれば、定在波の腹が、液晶層と第1配向膜との界面付近に位置し難くなる状態を画素ごとに均質化することができることから、光反応における液晶材料の劣化のばらつきをさらに抑制することができる。
0.225λ≦ΔD≦0.275λ・・・(1)
(λは第1電極に入射する光の波長)
この構成によれば、画素における複数の領域の光学的な距離Dの差ΔDを、入射する光の波長に応じて、定在波の腹が液晶層と第1配向膜との界面付近に位置し難くなる所定の範囲に設定することができる。
ΔD=0.25λ・・・(2)
この構成によれば、画素の複数の領域のうち、一方の領域では定在波の腹が液晶層と第1配向膜との界面付近に位置し易くなり、他方の領域では定在波の節が液晶層と第1配向膜との界面付近に位置し易くなる。したがって、一方の領域における定在波の光エネルギーが極大化しても、他方の領域では定在波の光エネルギーが極小化する。つまり、画素における定在波の光エネルギーを平均化して小さくすることが可能となることから、光反応における液晶材料の劣化のばらつきをさらに抑制することができる。
この構成によれば、第1電極を覆う第1絶縁膜を平坦化したとしても複数の領域における光学的な距離Dを異ならせることが可能となることから、膜厚が異なることに起因する第1電極の段差部を第1絶縁膜を介して第1配向膜に反映させない構成とすることができる。したがって、第1電極の段差部が第1配向膜に影響して液晶分子の配向の乱れが発生することを防ぐことができる。
この構成によれば、膜厚が異なることに起因する段差部が第1絶縁膜に生じたとしても、当該段差部は第1電極における光の反射に影響を及ぼさないため、光学的な距離Dを異ならせることによるコントラストや光利用効率などの光学特性が変動し難い。
この構成によれば、光学的な距離Dが異なる複数の領域の境界部が、入射光の電場の振動方向と斜めに交差する場合に比べて、当該境界部におけるコントラストの低下を抑制することができる。
これらの構成によれば、当該境界部におけるコントラストの急激な低下を抑制することができる。
この構成によれば、トランジスターと第1電極とを電気的に接続させるコンタクト部を設けることによって第1電極の表面に凹凸が生じたとしても、当該凹凸が複数の領域の境界部と平面視で重なっていることから、当該凹凸に起因するコントラストの低下が目立ち難くなる。
Claims (12)
- 反射性の第1電極、第1絶縁膜、斜方蒸着膜である第1配向膜を有する第1基板と、
透光性の第2電極、斜方蒸着膜である第2配向膜を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、を備え、
前記第1電極と前記第1配向膜の厚み方向の中心との間の光学的な距離Dが異なる複数の領域が画素ごとに設けられている、液晶装置。 - 前記複数の領域は、前記光学的な距離Dが異なる第1の領域と第2の領域とを含み、
前記画素の開口面積に対する、前記第1の領域の面積比と前記第2の領域の面積比とが同じである、請求項1に記載の液晶装置。 - 前記複数の領域における前記光学的な距離Dの差ΔDは、以下の数式(1)を満たす、請求項1または2に記載の液晶装置。
0.225λ≦ΔD≦0.275λ・・・(1)
(λは第1電極に入射する光の波長) - 前記複数の領域における前記光学的な距離Dの差ΔDは、以下の数式(2)を満たす、請求項3に記載の液晶装置。
ΔD=0.25λ・・・(2) - 前記複数の領域における前記第1電極の膜厚を異ならせることにより、前記光学的な距離Dを異ならせる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記複数の領域における前記第1絶縁膜の膜厚を異ならせることにより、前記光学的な距離Dを異ならせる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記複数の領域の境界部は、入射光の電場の振動方向に対して平行または垂直である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記複数の領域の境界部は、入射光の電場の振動方向に対して平行または垂直であり、
前記複数の領域の境界部において、前記第1電極は斜面をなしている、請求項5に記載の液晶装置。 - 前記複数の領域の境界部は、入射光の電場の振動方向に対して平行または垂直であり、
前記複数の領域の境界部において、前記第1絶縁膜は斜面をなしている、請求項6に記載の液晶装置。 - 前記画素ごとに、スイッチング素子としてのトランジスターが設けられ、
前記トランジスターと前記第1電極とを電気的に接続させるコンタクト部は、平面視で前記複数の領域の境界部と重なっている、請求項7乃至9のいずれか一項に記載の液晶装置。 - 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の液晶装置を備えた、電子機器。
- 3つの色光をそれぞれ射出可能な照明装置と、
前記3つの色光のうち赤色光を変調する第1光変調手段と、
前記3つの色光のうち緑色光を変調する第2光変調手段と、
前記3つの色光のうち青色光を変調する第3光変調手段と、
前記第1光変調手段及び前記第2光変調手段並びに前記第3光変調手段のそれぞれによって変調された光を合成して表示光となす光合成手段と、
前記表示光を投射する投射レンズと、を備え、
前記第1光変調手段及び前記第2光変調手段並びに前記第3光変調手段のうち、少なくとも前記第3光変調手段に請求項1乃至10のいずれか一項に記載の液晶装置が用いられている、投射型表示装置。
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