JP4258528B2 - 電気光学装置、電気光学装置の製造方法及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
このような電気光学装置においては、画素領域から出射される光の光量をできるだけ多く、明るい光であることが望まれている。そのため、高い光利用効率を実現することが求められている。
また、本発明にかかる電気光学装置は、電気光学層と、集光基板と、複数の画素電極と、を備え、前記集光基板は、前記集光基板に入射した光を前記電気光学層に入射させ、前記集光基板は、ベース部と、前記ベース部と異なる屈折率を有するプリズム部と、を有し、前記プリズム部は、前記複数の画素電極の各々の画素電極と前記複数の画素電極のうち、当該各々の画素電極に隣接する画素電極との間の領域と重なるように設けられており、前記プリズム部に含まれる元素のうち、少なくとも1の元素は、前記ベース部にも含まれること、を特徴とする。
また、本発明にかかる電気光学装置は、第1の基体と、第2の基体と、前記第1の基体と前記第2の基体との間に配置された電気光学層と、前記第1の基体と前記電気光学層との間に配置された集光基板と、を含み、前記集光基板は、ベース部とプリズム部とを含み、前記第1の基体から前記ベース部の前記プリズム部で囲まれた領域に入射した光は、前記集光基板に対して前記電気光学層又は前記第2の基体の側で集光され、前記プリズム部に含まれる元素のうち、少なくとも1の元素は、前記ベース部にも含まれること、を特徴とする。
すなわち、例えば分子の配列状態などを変更させることで、同一の材料によって構成されていても、互いに屈折率の異なる領域が形成される。このため、ベース部に入射した光がプリズム部に向けて進行したとき、プリズム部の屈折率がベース部とは異なる屈折率を有していることから、ベース部とプリズム部との境界面において光が画素領域に向けて反射される。このように一体的とすることで、電気光学装置の製造工程の簡略化が図れる。
ここで、集光基板は無機材料で構成されていることが好ましい。このように集光基板を集光基板を無機材料で構成することで、照射された光を吸収して高温状態となっても、ベース部及びプリズム部の劣化が抑制される。これにより、集光基板の信頼性の向上及び長寿命化が図れる。
また、本発明にかかる電気光学装置は、前記プリズム部と前記ベース部の組成は同じであること、が好ましい。
この発明では、ベース部の一部の例えば分子の配列状態などを変更させる改質を行うことで、ベース部の他の部分と屈折率を異ならせる。
この発明では、プリズム部のうち電気光学層側の端面に遮光膜を形成することで、集光基板から画素領域の境界領域に向けて光が出射することを防止する。すなわち、プリズム部に向けて入射した光は、プリズム部内に侵入した後、プリズム部の電気光学層側の端面から画素領域の境界領域に向けて出射することがある。ここで、プリズム部の電気光学層側の端面に遮光膜を設けることで、遮光膜が、プリズム部から出射する光を遮光する。これにより、画素領域の境界領域に素子などを設けた場合にこの素子などの誤動作を回避できる。
また、プリズム部がベース部と一体的に形成されているため、集光基板と遮光膜との間にカバーガラスなどを設ける必要がなく、遮光膜を精度よく形成することができる。
この発明では、遮光膜が凹部に形成されることで、遮光膜と集光基板との平坦性が向上する。これにより、集光基板のうちプリズム部の非形成領域であってプリズム部の縁部近傍から出射する光が、遮光膜よって遮光されることを抑制する。
この発明では、集光基板の表面に電極を形成することで、電気光学装置の薄肉化が可能となる。また、電極と集光基板との間に別途基板を配置することと比較して、集光基板の出射側と電気光学層との距離が短縮し、集光基板からより確実に画素領域に向けて光を出射させることができる。
この発明では、集光基板のうちプリズム部の非形成領域であってプリズム部の縁部近傍から出射する光を、より確実に画素領域に向けて出射させることができる。
この発明では、上述と同様に、プリズム部とベース部とを一体的に形成することができるので、容易かつ安価に電気光学装置用基板を形成することができる。
すなわち、改質工程によりプリズム部を形成することで、例えばベース部に溝部を形成することによってプリズム部を形成することと比較して、集光基板の製造工程を短時間化できる。
したがって、電気光学装置を容易かつ安価に製造することができる。
この発明では、ベース部のうちプリズム部の形成領域を溶融させた後に冷却することで、例えばプリズム部の分子の配列状態などを変化させ、プリズム部の屈折率をベース部と異ならせることができる。
この発明では、ベース部にレーザ光を照射してベース部にエネルギーを加え、レーザ光の照射部位を溶融、冷却することで照射部位を改質させることで、プリズム部を形成する。ここで、レーザ光を用いることで、ベース部に対して精度よく照射することができる。
この発明では、上述した電気光学装置を備えているので、上述と同様に、容易かつ安価に集光基板を形成することができる。
以下、本発明による電気光学装置及びプロジェクタの第1の実施形態を、図面に基づいて説明する。
(プロジェクタ)
まず、本実施形態のプロジェクタについて説明する。ここで、図1は、プロジェクタの概略構成図である。
プロジェクタ10は、図1に示すように、観察者側に設けられたスクリーン11に光を照射し、このスクリーン11で反射した光を観察する、いわゆる投影型のプロジェクタである。そして、プロジェクタ10は、光源12と、ダイクロイックミラー13、14と、空間変調装置(液晶装置)15〜17と、導光手段18と、クロスダイクロイックプリズム19と、投射光学系20とを備えている。
ダイクロイックミラー13は、光源12からの赤色光を透過させると共に緑色光及び青色光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14は、ダイクロイックミラー13で反射された緑色光及び青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光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13、14は、光源12から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
ここで、ダイクロイックミラー13と光源12との間には、インテグレータ21及び偏光変換素子22が光源12から順に配置されている。インテグレータ21は、光源12から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子22は、光源12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する構成となっている。
λ/2位相差板15aは、空間変調装置15に入射したS偏光をP偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板15bは、S偏光を遮断してP偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル15cは、P偏光を画像信号に応じた変調によってS偏光に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板15dは、P偏光を遮断してS偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間変調装置15は、画像信号に応じて赤色光を変調し、S偏光の赤色光をクロスダイクロイックプリズム19に向けて出射する構成となっている。
なお、λ/2位相差板15a及び第1偏光板15bは、偏光を変換させない透光性のガラス板15eに接した状態で配置されている。これにより、λ/2位相差板15a及び第1偏光板15bが発熱によって歪むことを回避できる。
第1偏光板16bは、P偏光を遮断してS偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル16cは、S偏光を画像信号に応じた変調によってP偏光に変換する構成となっている。そして、第2偏光板16dは、S偏光を遮断してP偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間変調装置16は、画像信号に応じて緑色光を変調し、P偏光の緑色光をクロスダイクロイックプリズム19に向けて出射する構成となっている。
λ/2位相差板17aは、空間変調装置17に入射したS偏光をP偏光に変換する光学素子である。また、第1偏光板17bは、S偏光を遮断してP偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル17cは、P偏光を画像信号に応じた変調によってS偏光に変換する構成となっている。さらに、第2偏光板17dは、P偏光を遮断してS偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間変調装置17は、画像信号に応じて青色光を変調し、S偏光の青色光をクロスダイクロイックプリズム19に向けて出射する構成となっている。
なお、λ/2位相差板17a及び第1偏光板17bは、ガラス板17eに接した状態で配置されている。
リレーレンズ24a、24bは、青色光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。ここで、リレーレンズ24aは、ダイクロイックミラー14と反射ミラー25aとの間に配置されている。また、リレーレンズ24bは、反射ミラー25a、25bの間に配置されている。
反射ミラー25aは、ダイクロイックミラー14を透過してリレーレンズ24aから出射した青色光をリレーレンズ24bに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー25bは、リレーレンズ24bから出射した青色光を空間変調装置17に向けて反射するように配置されている。
なお、空間変調装置15、17からクロスダイクロイックプリズム19に入射する光は、S偏光となっている。また、空間変調装置16からクロスダイクロイックプリズム19に入射する光は、P偏光となっている。このようにクロスダイクロイックプリズム19に入射する光の偏光を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム19において各空間変調装置15〜17から出射した光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜19a、19bはS偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜19a、19bで反射される赤色光及び青色光をS偏光とし、ダイクロイック膜19a、19bを透過する緑色光をP偏光としている。
投射光学系20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19で合成された光をスクリーン11に投射するように構成されている。
次に、本実施形態の液晶パネル15c〜17cについて説明する。なお、液晶パネル15c〜17cは、変調する光の波長領域が異なるだけであって、その基本的構成が同一である。したがって、以下、液晶パネル15cを代表例として説明する。ここで、図2は液晶パネルの全体構成図、図3は液晶パネルの部分斜視図、図4は液晶パネルの断面図、図5は対向基板の裏面図である。なお、図2では、対向基板を省略して図示している。
集光基板41は、例えばガラスなどの透光性材料によって構成されている。また、集光基板41は、ベース部44と、ベース部44のうち液晶層34側の内部にベース部44と一体的に形成された複数のプリズム部45からなるプリズム群46とを備えている。
なお、集光基板41としては、上述したガラスに限らず、石英やホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス(青板ガラス)、クラウンガラス(白板ガラス)など、他の透光性材料を用いてもよい。
また、遮光膜47の液晶層34側の端面とベース部44の端面とは、同一平面となっている。そして、集光基板41は、ベース部44の内部からプリズム部45に入射してプリズム部45の端面から上記画素領域の境界領域に向けて出射する光を遮光することで、遮光手段として機能する。
また、対向基板31のうち液晶層34から離間する側の表面には、防塵ガラス(第1の基体)55が透光性を有する接着層56によって接着固定されている。ここで、接着層56としては、例えば、集光基板41及び防塵ガラス55に対して屈折率がほぼ等しく、硬化後において透明なシリコン系接着剤やアクリル系接着剤を用いることができる。
そして、対向基板31のうち平面視でシール材33の角部と重なる箇所には、図2に示すように、対向基板31とTFT基板32との間で電気的な導通をとるための基板間導通材57が配設されている。
基板本体61は、集光基板41と同様に、例えばガラスなどの透光性材料によって構成されている。
TFT素子63は、基板本体61上に画素電極62のそれぞれと対応するように複数配置されており、平面視でプリズム部45と重なる領域に配置されている。また、TFT素子63は、基板本体61上に部分的に形成された非晶質ポリシリコン膜または非晶質ポリシリコン膜を結晶化させたポリシリコン膜から形成されている。
配向膜64は、配向膜43と同様に、透光性の有機膜にラビング処理などの所定の配向処理を施すことで形成されている。ここで、配向膜43、64は、互いの配向方向がほぼ直交するように形成されている。
また、TFT基板32のうち液晶層34から離間する側の表面には、防塵ガラス65が透光性を有する接着層66によって接着固定されている。ここで、接着層66としては、接着層56と同様に、例えば、基板本体61及び防塵ガラス65に対して屈折率がほぼ等しく、硬化後において透明なシリコン系接着剤やアクリル系接着剤を用いることができる。
なお、データ線駆動回路71及び走査線駆動回路73をTFT基板32の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFT基板32の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続してもよい。
次に、以上のような構成の液晶パネル15cの製造方法について説明する。
最初に、ベース部44の一部を改質させてプリズム部45を形成する改質工程を行う。ここでは、図5に示すような集光光学系を用いてベース部44にレーザ光を照射する(図6(a))。この集光光学系は、ベース部44上に配置されて所定の形状の開口81aが形成されたマスク81と、光源(図示略)とマスク81との間に配置された集光レンズ82とを有している。ここで、上記光源としては、ランニングコストが安価で高出力の可能なYAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザが用いられている。また、マスク81の開口81aは、プリズム部45の形成領域に沿ってライン状にレーザ光を透過させる形状となっている。そして、集光レンズ82としては、マスク81の開口81aを透過したレーザ光をライン状に集光させるシリンドリカルレンズが用いられている。
ここで、レーザ光を照射することにより、照射領域のうちベース部44の表面側においてアブレーションが発生し、プリズム部45の端部に凹部45cが形成される。
以上のような構成の空間変調装置15において、光源12からの光が入射すると、液晶パネル15cの対向基板31は、以下のようにして光を画素領域に向けて出射させる。なお、図7において、光線は屈折率差のある界面で反射または屈折するが、説明を簡略化するために屈折率差が微小な界面では光線を直進させて光路を示している。
まず、図7に示すように、プリズム部45を経由することなくプリズム群46の開口部46aへ直接入射する光線について説明する。空気中を進行してきた光線L1は、対向基板31を構成する集光基板41へ入射面から入射する。そして、光線L1は、集光基板41を透過し、開口部46aから対向電極42、液晶層34及びTFT基板32を透過する。ここで、液晶パネル15cに供給された画像信号に応じて液晶層34で変調された光線L1は、接着層66及び防塵ガラス65を透過して出射する。ここで、光線L1の出射角度は、投射光学系20を構成する上記投影レンズの開口率NAで定まる最大角度よりも小さいため、光線L1がスクリーン11へ投射される。
このため、光線L2は、斜面部45aに対する入射角が全反射する角度であれば、斜面部45aからプリズム部45内に入射することなく、斜面部45aで反射され、プリズム群46の開口部46aに向けて偏向される。そして、開口部46aへ入射された光線L2は、上述と同様に、TFT基板32、接着層66及び防塵ガラス65を透過する。
ここで、レーザ光を用いることで、ベース部44にプリズム部45を精度よく形成できる。
そして、遮光膜47を形成することで、プリズム部45に入射した光が上記画素領域の境界領域に向けて出射することが防止できる。これにより、TFT素子63や上記信号線及び走査線の誤動作などの発生が抑制される。さらに、プリズム部45がベース部44と一体的に形成されていることから、集光基板41と遮光膜47との間にカバーガラスなどを設ける必要がなくなるので、遮光膜47を集光基板41上に精度よく形成することができる。このとき、遮光膜47がプリズム部の凹部45cを充填するように形成されているため、遮光膜47を含む集光基板41の平坦性が向上する。これにより、集光基板41のうちプリズム部45の非形成領域であってプリズム部45の縁部近傍から出射する光が遮光膜47によって遮光されることを抑制する。
さらに、集光基板41の表面に対向電極42を形成することで、液晶パネル15c〜17cの薄肉化が可能となる。また、対向電極42と集光基板41との間に基板を介在させることと比較して集光基板41の出射側と液晶層34との距離が短縮する、これにより、集光基板41から画素領域に向けた光の出射をより確実に行える。
このプリズム部45の形成方法では、図8(a)に示すように、上記光源から照射された光をベース部44のうちレーザ光の入射側とは反対側の面側で集光させている。ここで、上記光源としては、波長400nm〜1000nm、100mHz程度で発振させたフェムト秒レーザが用いられている。そして、強度0.5μJ〜5μJ、照射時間100fsでベース部44にレーザ光を照射する。
このようにしてプリズム部45を形成することで、ベース部44のうちレーザ光の入射面側にプリズム部45を形成することと比較して、所望の断面三角形状のプリズム部45を精度よく形成することができる。
次に、本発明による電気光学装置及びプロジェクタの第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態と集光基板の構成が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
対向電極104及び配向膜105は、遮光膜103が集光基板102から突出するように形成されていることから、上記画素領域の境界領域に沿って突出するように設けられている。
このような構成の集光基板102、これを有する液晶パネル及びプロジェクタにおいても、上述した第1の実施形態と同様の作用、効果を奏する。
例えば、集光基板に形成されたプリズム部の断面形状は、プリズム部によって液晶パネルの画素領域に光を集光できればよく、二等辺三角形状に限らず、例えば以下に示すような他の形状であってもよい。
図10(a)に示す溝部201は、断面において曲率半径が一定の曲線である曲面201a、201bを有している。ここで、図10(b)に示すように、曲面202a、202bの断面における曲率半径が一定でないプリズム部202としてもよく、図10(c)に示すように、先端部の断面が水平の直線であるプリズム部203としてもよい。また、図10(d)に示すように、断面が液晶層側の端面を基準として集光基板の厚さ方向に延びる垂線よりも一部が外側に位置する曲面204a、204bを有するプリズム部204としてもよい。
また、図11(a)に示すプリズム部206は、断面が1箇所で屈曲する屈曲線である屈曲面206a、206bを有している。ここで、図11(b)に示すように、断面が複数箇所で屈曲する屈曲線である屈曲面207a、207bを有するプリズム部207としてもよく、図11(c)に示すように、先端部の断面が水平の直線であるプリズム部208としてもよい。また、図11(d)に示すように、断面が液晶層側の端面を基準として集光基板の厚さ方向に延びる垂線よりも一部が外側に位置する屈曲面209a、209bを有するプリズム部209としてもよい。
そして、図12(a)に示すプリズム部211は、断面が液晶層側で直線であって先端部側で曲線である曲面211a、211bを有している。ここで、図12(b)に示すように、断面が液晶層側で曲線であって先端部側で直線である曲面212a、212bを有するプリズム部212としてもよく、図12(c)、(d)に示すように、断面が連続する複数の曲線である曲面213a、213bを有するプリズム部213や曲面214a、214bを有するプリズム部214としてもよい。
さらに、図13(a)〜(c)に示すようなプリズム部216〜218としてもよい。
また、遮光膜をプリズム部に形成された凹部を充填するように形成しているが、少なくとも一部に形成されていればよく、遮光膜が凹部に充填されていなくてもよい。
また、集光基板は、表面に遮光膜が形成されているが、集光基板から画素領域の境界領域に向けた光の出射を抑制できれば、遮光膜を形成しない構成としてもよい。
また、集光基板の液晶層側の表面を同一平面としているが、集光基板から光が画素領域に向けて確実に出射できれば、同一平面でなくてもよい。
また、改質工程において、基板本体にレーザ光を照射し、照射領域がレーザ光を吸収して加熱することでプリズム部を形成しているが、照射領域で吸収されて基板本体のうち照射領域が加熱溶融すればよく、紫外線など他のエネルギー波を基板本体に照射してもよい。
また、電気光学装置を液晶装置としているが、液晶装置に限らず、電界により物質の屈折率が変化して光の透過率を変化させる電気光学効果を有するものの他、電気エネルギーを光学エネルギーに変換するものなどとしてもよい。例えば、有機EL(Electroluminescence)を用いる有機EL装置や無機ELを用いる無機EL装置、電気光学物質としてプラズマ用ガスを用いるプラズマディスプレイ装置などとしてもよい。さらに、電気泳動ディスプレイ装置(EPD:Electrophoretic Display)やフィールドエミッションディスプレイ(FED:Field Emission Display)などとしてもよい。
Claims (12)
- 複数の画素電極が形成された基板と、
前記基板に対向して配置された集光基板と、
前記基板と前記集光基板とによって挟持された電気光学層と、を備え、
前記集光基板は、透光性を有するベース部と、
前記ベース部の前記電気光学層側に、隣り合う前記画素電極の間の領域と平面的に重なって設けられた、前記ベース部よりも相対的に低い屈折率を有するプリズム部と、を有し、
前記プリズム部は、前記ベース部の一部であって、前記ベース部よりも相対的に低い屈折率に改質された部分を形成材料として設けられており、
前記プリズム部の斜面部は、少なくとも一部が前記電気光学層から遠ざかる方向に順テーパ状の傾斜を備えて形成され、
前記集光基板は、前記集光基板を介して前記電気光学層に入射する光のうち、前記画素電極の間の領域と平面的に重なる領域に照射される光を前記プリズム部の斜面部で反射させ、該斜面部と平面的に隣接する前記画素電極に集光させることを特徴とする電気光学装置。 - 前記プリズム部の前記電気光学層側の端部に形成された遮光膜を有することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記プリズム部のうち前記電気光学層側の表面に凹部が形成され、該凹部に前記遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記集光基板上に、前記電気光学層を駆動する一対の電極の一方が形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 前記プリズム部と前記ベース部との前記電気光学層側の端面が、同一面であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 複数の画素電極が形成された基板と、前記基板に対向して配置された集光基板と、前記基板と前記集光基板とによって挟持された電気光学層と、を備えた電気光学装置の製造方法であって、
透光性を有するベース部の一部にエネルギー波を照射して、前記ベース部の一部を前記ベース部よりも相対的に低い屈折率に改質し、改質させた前記ベース部の一部を形成材料として用いて前記ベース部よりも相対的に低い屈折率を有するプリズム部を形成し、前記集光基板を形成する改質工程と、
前記プリズム部が、隣り合う前記画素電極の間の領域と平面的に重なるように、かつ前記プリズム部が前記基板に対向するように、前記基板と前記集光基板とを貼り合せる工程と、
前記基板と前記集光基板との間に前記電気光学層を配置する工程と、
を有することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記改質工程では、前記ベース部の一部に前記エネルギー波を照射し、前記ベース部を溶融させた後に冷却させることで、前記ベース部の一部を改質させることを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記改質工程では、前記エネルギー波としてレーザ光を前記ベース部に照射することを特徴とする請求項6または7に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記改質工程の後に、遮光材料を用いて、前記プリズム部の前記電気光学層側の端部を覆う遮光膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記改質工程において、アブレーションにより前記プリズム部の表面に凹部を形成し、
前記遮光膜を形成する工程は、前記遮光材料を用いて前記凹部を充填し、前記遮光膜を形成することを特徴とする請求項9に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記遮光膜を形成する工程は、前記遮光材料を用いて前記凹部を充填した後に、前記ベース部の前記遮光膜が形成された面を研磨し、前記遮光膜の前記基板側の面と前記ベース部の前記遮光膜が形成された面とを同一面とすることを特徴とする請求項10に記載の電気光学装置の製造方法。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
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