JP3649243B2 - 液晶装置および投射型表示装置 - Google Patents
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このような表示装置に用いられる従来の液晶装置の構成について図27を用いて説明する。
光が入射される前記第1および第2の基板のうち一方の基板側に形成された第1の遮光膜で規定される第1の開口領域の中心位置は、光が出射する他方の基板側に形成された第2の遮光膜で規定される第2の開口領域の中心位置に対して明視方向側にずれて配置され、
前記一方の基板には、画素に対応したマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズは、光入射側の面及び出射側の面は平面であり、さらに、前記マイクロレンズは、前記一方の基板の光入射面側に形成された高屈折率層、および前記高屈折率層に接して形成された低屈折率層からなり、前記低屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて厚く、逆明視方向側に向けて薄くなると共に、前記高屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて薄く、逆明視方向側に向けて厚くなり、前記低屈折率層及び前記高屈折率層は、隣接する画素との間に配置されている前記第1の遮光膜の領域内において、逆明視方向側の厚さから明視方向側の厚さに急峻に変化するような構成であり、前記高屈折率層と前記低屈折率層との境界面は、前記低屈折率層に向かって凸形状のレンズ面であることを特徴とする。
図1および図2はそれぞれ、本形態に係る液晶装置1を対向基板の側からみた平面図、および図1のH−H′線で切断したときの液晶装置1の断面図である。
図3は、液晶装置1の構成を模式的に示すブロック図、図4は、この液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板の画素領域の一部を抜き出して示す平面図(遮光膜の図示を省略してある。)、図5は、図4におけるA−A′線におけるアクティブマトリクス基板の断面図(遮光膜の図示を省略してある。)である。
図6は、本発明の実施の形態1に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。図7および図8はそれぞれ、液晶装置1のアクティブマトリクス基板20に形成した第1の遮光膜6と、対向基板30に形成した第2の遮光膜7との位置関係を示す平面図および説明図である。なお、図6に示す断面は、図7および図8のB−B′線における断面に相当する。
また、対向基板30の側には、アクティブマトリクス基板20の第1の遮光膜6と対向するようにクロムなどの金属膜からなる第2の遮光膜7がマトリクス状に形成され、この第2の遮光膜7によって第2の開口領域31が形成されている。この第2の遮光膜7の形成領域は、図7に右下がりの斜線領域として示してある。さらに、対向基板30の側には、対向電極32および配向膜47が形成されている。
図9は、本発明の実施の形態2に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。図10および図11はそれぞれ、液晶装置1のアクティブマトリクス基板20に形成した第1の遮光膜6と、対向基板30に形成した第2の遮光膜7との位置関係を示す平面図および説明図である。なお、図9に示す断面は、図10および図11のB−B′線における断面に相当する。
このように構成した対向基板30およびアクティブマトリクス基板20間において、液晶39は捩じれ配向した状態にある。従って、液晶装置1には、液晶39の配向状態に対応して明視方向および逆明視方向が生じ、逆明視方向に傾いた方向から液晶装置1に入射した光が表示に関与すると、コントラストを低下させる。ここに示す例においても、各画素において、画素電極8に対して画素スイッチング用のTFT10が位置する方が明視方向になっており、それとは反対側が逆明視方向になっている。
また、本形態では、各画素において、画素スイッチング用のTFT10が形成されている側では、アクティブマトリクス基板20に形成されている第1の遮光膜6の縁が、第2の遮光膜7の縁よりも画素内側に向かって幅L2に相当する分だけ、張り出している。このため、アクティブマトリクス基板20の側に形成されている第1の遮光膜6は、対向基板30の側に形成されている第2の開口領域31に対して逆明視方向側と比較して明視方向側で幅広に重なっている。
このため、本形態の液晶装置1においては、図9および図11に示すように、対向基板30の側から入射した光のうち、明視方向に傾いた方向から入射した光はアクティブマトリクス基板20の第1の開口領域21から出射され、表示に関与するが、逆明視方向に傾いた方向から対向基板30に入射した光は、アクティブマトリクス基板20に対して第1の開口領域21からずれた位置に照射され、各画素において明視方向に位置する部分の第1の遮光膜6によって遮られるので、アクティブマトリクス基板20から出射されない。それ故、対向基板30側から入射する光に明視方向および逆明視方向に傾いた光が含まれていたとしても、コントラストを低下させる原因となる逆明視方向に傾いた光は、アクティブマトリクス基板20から出射されないので、表示に関与しない。よって、本発明を適用した液晶装置1によれば、コントラストの高い表示を行うことができる。
図12は、本発明の実施の形態3に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。図13および図14はそれぞれ、この液晶装置1の対向基板30に形成したマイクロレンズと、アクティブマトリクス基板20に形成した画素電極8との位置関係を示す平面図および説明図である。なお、図12に示す断面は、図13および図14のB−B′線における断面に相当する。
図15は、本発明の実施の形態4に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図であり、図4のB−B′線における断面図に相当する。
n1 > n2
を満たすような材質でレンズアレイ基板40および接着剤48を構成し、かつ、マイクロレンズ41に相当する部分では、接着剤48の厚さが明視方向側から逆明視方向側に向けて連続的に薄くなるように、レンズアレイ基板40に凹凸を形成してある。すなわち、マイクロレンズ41が形成された対向基板30の光入射側に高屈折率層(レンズアレイ基板40)を配置し、かつ、対向基板30の光出射側に低屈折率層(接着剤48の層)を形成するとともに、マイクロレンズ41は、低屈折率層(接着剤48の層)の厚さを画素中心311側から明視方向側に向けては連続的に厚く、逆明視方向側に向けては連続的に薄くし、隣接する画素との境界領域(遮光膜7が形成されている領域)で再び、明視方向側の厚さにまで急峻に厚くなるような構成にしてある。
図16は、本発明の実施の形態4の変形例に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板20、対向基板30およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。なお、本実施形態および後述するいずれの形態も、基本的な構成が実施の形態4と共通するので、対応する部分には同符号を付して図示することとし、それらの詳細な説明を省略する。
n1 > n2
を満たすようなレンズアレイ基板40(高屈折率層)および接着剤48(低屈折率層)を用い、かつ、マイクロレンズ41に相当する部分では、接着剤48の厚さを画素中心311から明視方向側に向けては連続的に厚くし、逆明視方向側に向けて連続的に薄くなるように、レンズアレイ基板40に凹凸を形成してあるが、実施の形態4と違って、マイクロレンズ41の部分では、接着剤48(低屈折率層)の厚さを明視方向側から逆明視方向側に向けて連続的に薄くしていき、隣接する画素との境界領域(遮光膜7が形成されている領域)付近から徐々に、明視方向側の厚さに戻るように構成されている。
図17は、本発明の実施の形態5に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。実施の形態5の基本的な構成は実施の形態と共通であり、同様な構成については同符号を付して、その説明は省略する。
n1 < n2
を満たすようなレンズアレイ基板40および接着剤48を用い、かつ、マイクロレンズ41に相当する部分では、接着剤48の厚さを明視方向側から逆明視方向側に向けて連続的に厚くなるように、レンズアレイ基板40に凹凸を形成してある。
図18は、本発明の実施の形態5の変形例に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。
n1 < n2
を満たすようなレンズアレイ基板40(低屈折率層)および接着剤48(高屈折率層)を用い、かつ、マイクロレンズ41では、接着剤48の厚さを明視方向側から逆明視方向側に向けて連続的に厚くなるように、レンズアレイ基板40に凹凸を形成してある。従って、実施の形態5と異なり、マイクロレンズ41は、接着剤48(高屈折率層)の厚さを明視方向側から逆明視方向側に向けて連続的に厚くしていき、隣接する画素との境界領域(遮光膜7が形成されている領域)付近から徐々に、明視方向側の厚さに戻るように構成されている。
図19は、本発明の実施の形態6に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。実施の形態6は実施の形態4と基本構造は共通するので、同様な構成は同符号を付してその説明は省略する。
n12 < n11< n13
を満たすようにレンズアレイ基板40を構成し、かつ、マイクロレンズ41に相当する部分では、画素中心側311から明視方向側に向かって低屈折率層40Bをなだらかに厚くしていき、画素中心側311から逆明視方向側に向かって高屈折率層40Cをなだらかに厚くしてある。
図20は、本発明の実施の形態7に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。実施の形態7は実施の形態4と基本構造は共通するので、同様な構成は同符号を付してその説明は省略する。
n12 < n11< n13
を満たすようにレンズアレイ基板40を構成し、かつ、マイクロレンズ41に相当する部分では、画素中心側311から明視方向側に向かって高屈折率層40Cをなだらかに薄くし、画素中心側311から逆明視方向側に向かって低屈折率層40Bをなだらかに薄くしてある。
図21は、本発明の実施の形態8に係る液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。実施の形態8は実施の形態4と基本構造は共通するので、同様な構成は同符号を付してその説明は省略する。
n1> n2
を満たすような材質でマイクロレンズアレイ基板40および接着剤48を構成すれば、画素周辺の遮光膜あるいは配線等に向かう光を画素中心に向けることができるため、光の利用効率を高めることができるとともに、逆明視方向から入射する光を少なくできるので、コントラストの高い表示を行うことができる。
図22は実施の形態8の第1変形例に係わる液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼り合わせ構造を拡大して示す断面図である。第1変形例は実施の形態8と基本構造は共通するので、同様な構成は同符号を付してその説明は省略する。
また、図23は実施の形態8の第2変形例に係わる液晶装置1に用いたアクティブマトリクス基板、対向基板およびこれらの基板の貼りあわせ構造を拡大して示す断面図である。第2変形例は実施の形態8と基本構造は共通するので、同様な構成は同符号を付してその説明は省略する。本変形例と実施の形態8との違いは、本変形例においては、マイクロレンズ41は画素の中心領域は薄く平坦な形状を有するか、あるいは画素の中心領域はマイクロレンズを全く有さず、画素周辺部はは中心領域側から外周に向けて接着剤が厚く形成されるような形状となっている。
n1> n2
を満たすような材質でマイクロレンズアレイ基板40および接着剤48を構成すれば、画素周辺の遮光膜あるいは配線等に向かう光を画素中心に向けることができるため、光の利用効率を高めることができるとともに、逆明視方向から入射する光を少なくできるので、コントラストの高い表示を行うことができる。
本実施形態およびその変形例はいずれも画素の中心領域はマイクロレンズを形成せずに周辺領域のみに形成されているため、光の利用効率を高めることができるとともに、逆明視方向から入射する光を少なくできるので、コントラストの高い表示を行うことができる。
なお、上述の実施形態を組み合わせて構成すればよりコントラストのよい表示が可能となる。また、上述の実施形態は、6時明視の場合を例として説明したが、これに限るものではない。また、たとえば1時半明視、あるいは10時半明視というように基板の斜め方向に明視方向がある場合には、たとえば、実施の形態1ないし実施の形態3で説明したように、画素の開口率の中心位置あるいはマイクロレンズの光学的中心位置を明視方向にずらすことによりコントラストを向上させることができるが、上下左右の明視方向に近い側にずらすことによってもコントラストを向上させることができる。
次に、本実施形態の液晶装置1を備えた電子機器の一例を、図24、図25を参照して説明する。図24は、電子機器のブロック図である。図25は、本発明を適用した電子機器の一例としての投射型表示装置の要部(光学系)を示す説明図である。
このような構成の電子機器の一例として、投射型表示装置を図25を用いて説明する。図25に示す投射型表示装置1100は、図25に示す投射型表示装置2001では、そのハウジング内には光学ユニットが搭載され、この光学ユニット内には、光源ランプ2011(光源)と、微小なレンズの集合体からなるインテグレータレンズ2012、2014、および偏光分離膜とλ/4波長板との集合体からなる偏光変換素子2016を備える照明用光学系2015と、この照明用光学系2015から出射される白色光束を、赤、緑、青の各色光束R、G、Bに分離する色分離光学系2020と、各色光束を変調するライトバルブとして本実施形態の液晶装置1によって構成した3枚の液晶ライトバルブ2030R、2030G、2030Bと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのダイクロイックプリズムからなるプリズムユニット2042と、合成された光束をスクリーン上に拡大投射する投射レンズユニット2050(拡大投射光学系)とが構成されている。光源ランプ2011としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。この光学ユニットでは、偏光変換素子2016において各プリズム体で分離されたP偏光およびS偏光のうち、P偏光の出射位置にλ/2板を配置した構成に相当するため、光束をS偏光に揃えることができる。
(投射型表示装置におけるコントラスト向上対策)
図25に示すように構成した投射型表示装置2001を例にして、液晶装置(液晶ライトバルブ)の視角特性に合わせて、液晶ライトバルブ、およびこの液晶ライトバルブに対して光を導く光学部品の姿勢を適正化することにより、コントラストを向上する構成を説明する。
4 画像表示領域
6 アクティブマトリクス基板側の第1の遮光膜
7 対向基板側の第2の遮光膜
8 画素電極
10 画素スイッチング用のTFT
20 アクティブマトリクス基板(第1の基板/他方の基板)
21 アクティブマトリクス基板側の第1の開口領域
30 対向基板(第2の基板/一方の基板)
31 対向基板側の第2の開口領域
32 対向電極
39 液晶
40 レンズアレイ基板
40A 中間屈折率層
40B 低屈折率層
40C 高屈折率層
41 マイクロレンズ
48 接着剤
49 薄板ガラス
52 シール材
81 画素電極の中心位置
90 データ線
91 走査線
211 第1の開口領域の中心位置
311 第2の開口領域の中心位置
411 マイクロレンズの光学的中心位置
Claims (8)
- 第1の基板と、前記第1の基板に対向する第2の基板と、前記第1および第2の基板の間に挟持された液晶とを有する液晶装置において、
光が入射される前記第1および第2の基板のうち一方の基板側に形成された第1の遮光膜で規定される第1の開口領域の中心位置は、光が出射する他方の基板側に形成された第2の遮光膜で規定される第2の開口領域の中心位置に対して明視方向側にずれて配置され、
前記一方の基板には、画素に対応したマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズは、光入射側の面及び出射側の面は平面であり、
さらに、前記マイクロレンズは、前記一方の基板の光入射面側に形成された高屈折率層、および前記高屈折率層に接して形成された低屈折率層からなり、前記低屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて厚く、逆明視方向側に向けて薄くなると共に、前記高屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて薄く、逆明視方向側に向けて厚くなり、
前記低屈折率層及び前記高屈折率層は、隣接する画素との間に配置されている前記第1の遮光膜の領域内において、逆明視方向側の厚さから明視方向側の厚さに急峻に変化するような構成であり、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との境界面は、前記低屈折率層に向かって凸形状のレンズ面であることを特徴とする液晶装置。 - 第1の基板と、前記第1の基板に対向する第2の基板と、前記第1および第2の基板の間に挟持された液晶とを有する液晶装置において、
光が入射される前記第1および第2の基板のうち一方の基板側に形成された第1の遮光膜で規定される第1の開口領域の中心位置は、光が出射する他方の基板側に形成された第2の遮光膜で規定される第2の開口領域の中心位置に対して明視方向側にずれて配置され、
前記一方の基板には、画素に対応したマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズは、光入射側の面及び出射側の面は平面であり、
さらに、前記マイクロレンズは、前記一方の基板の光入射側に形成された低屈折率層、および前記低屈折率層に接して基板の光出射側に形成された高屈折率層からなり、前記高屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて薄く、逆明視方向側に向けて厚くなると共に、前記低屈折率層は画素中心側から明視方向側に向けて厚く、逆明視方向側に向けて薄くなり、
前記低屈折率層及び前記高屈折率層は、隣接する画素との間に配置されている前記第1の遮光膜の領域内において、逆明視方向側の厚さから明視方向側の厚さに急峻に変化するような構成であり、
前記高屈折率層と前記低屈折率層との境界面は、前記低屈折率層に向かって凸形状のレンズ面であることを特徴とする液晶装置。 - 請求項1または2に規定する液晶装置を用いた投射型表示装置であって、光源と、該光源から出射された光を前記液晶装置に導く集光光学系と、当該液晶装置で光変調した光を拡大投射する拡大投射光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置。
- 請求項3において、前記液晶装置に入射する光の光軸が当該液晶装置の法線方向に対して明視方向側に傾くように構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
- 請求項4において、前記液晶装置は、当該液晶装置に入射する光の光軸を当該液晶装置の法線方向に対して明視方向側に傾かせる斜め姿勢で配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
- 請求項4または5において、前記集光光学系に用いた集光レンズは、前記液晶装置に入射する光の光軸を当該液晶装置の法線方向に対して明視方向側に傾かせる斜め姿勢で配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
- 請求項4ないし6のいずれか一項において、前記集光光学系に用いた反射ミラーは、前記液晶装置に入射する光の光軸を当該液晶装置の法線方向に対して明視方向側に傾かせる斜め姿勢で配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
- 請求項4ないし6のいずれか一項において、前記液晶装置が複数枚用いられているとともに、該複数枚の液晶装置毎に、入射する光の光軸が液晶装置の法線方向に対して明視方向側に傾いていることを特徴とする投射型表示装置。
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