JP4552947B2 - 集光基板、電気光学装置、電気光学装置用基板、プロジェクタ、及び電子機器 - Google Patents
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Description
このように前記プリズム素子の側壁に傾斜角度の異なる複数の斜面部を配置し、かつ傾斜角度の小さい斜面部をプリズム素子の開口端側に形成した構成の集光基板を具備した構成とすることで、プリズム素子の先端側に向かう先窄まり状を成しつつ、プリズム素子の開口端側では前記法線方向に対して平行に近い斜面部を備えたものとなる。傾斜角の小さい斜面部を設けることで、当該斜面部で反射させた光の画素に対する入射角が過度に大きくなるのを防ぐことができ、表示コントラストを高めることができる。また、開口端側の斜面部の法線に対する角度が小さくなることで、斜面部での反射光が画素境界付近に進むようになるので、画素に入射する光の分布を均一化して光照射による電気光学装置の劣化を防止することができる。さらに、プリズム素子の先端側には傾斜角の大きい斜面部が形成されているので、画素の境界領域に入射する光を効率よく画素に導くことができ、明るい表示を得ることができる。
(式)H>B+W
このような構成とすることで、斜面部での反射光が広がってしまい光線利用効率の劣化を防ぐことができる。従って光利用効率の向上、特にプロジェクタへの利用に有効である。
(式)H×tan(2×atan((B−A)/2H)+θL)−(B−A)/2<W
(式)H>B+W
このような構成とすることで、前記斜面部での反射光が広がってしまい光線利用効率の劣化することを防ぐことができる。従って光利用効率の向上、特にプロジェクタへの利用に有効な電気光学素子基板を実現できる。
(式)H×tan(2×atan((B−A)/2H)+θL)−(B−A)/2<W
上記の集光基板において、前記第1の部分及び前記第2の部分のうち前記第1の部分は、前記第2の部分より前記平面部に近接していてもよい。
上記の集光基板において、前記第1の角は、前記第2の角より小であってもよい。
本発明に係る他の複数のプリズム素子が形成された第1の主面と前記第1の主面に対向する第2の主面とを備えた集光基板であって、前記複数のプリズム素子のうちの第1のプリズム素子の開口部の幅Bと、前記第1のプリズム素子の深さHと、光源から射出されて前記第2の主面側から前記第1のプリズム素子の側壁に入射して反射される光の入射角度θLと、前記第1のプリズム素子と前記複数のプリズム素子のうち前記第1のプリズム素子に隣接する第2のプリズム素子との間の幅Wとが、下記の数式を満たしていることを特徴とする。
(式) H×tan(2×atan(B/2H)+θL)−B/2<W
上記の集光基板において、前記第1のプリズム素子の側壁は、前記第1の主面のうち前記複数のプリズム素子が形成されていない部分である平面部と連結していてもよい。
本発明に係る他の電気光学装置は、上記の集光基板と、複数の画素電極とを備えた電気光学パネルと、を含み、前記複数のプリズム素子の各々は、前記複数の画素電極のうち互いに隣接する2つの画素電極の間の領域と重なって設けられていることを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るプロジェクタの概略構成図である。図1に示すように、光源部である超高圧水銀ランプ101は、第1色光である赤色光(以下、「R光」という。)、第2色光である緑色光(以下、「G光」という。)、及び第3色光である青色光(以下、「B光」という。)を含む光を供給する。インテグレータ104は、超高圧水銀ランプ101から供給される光の照度分布を均一化する。インテグレータ104により照度分布を均一化された光は、偏光変換素子105にて特定の振動方向を有する直線偏光、例えばs偏光に変換される。s偏光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー106Rに入射する。
なお、ダイクロイックミラーを透過しても偏光の振動方向は変化しないので、第1色光用空間光変調装置110Rに入射するR光はs偏光である。
なお、図1において、第2偏光板122Rは独立して設けられているが、液晶パネル120Rの光射出面、又はクロスダイクロイックプリズム112の入射面に接する状態で配置してもよい。
第3色光用空間光変調装置110Bは、第1偏光板121B、液晶パネル(電気光学装置)120B、及び第2偏光板122Bを有しており、第1偏光板121Bの光入射側にさらに図示略のλ/2位相差板を備えている。このように、第3色光用空間光変調装置110Bの構成は上述した第1色光用空間光変調装置110Rの構成と同様であるから、詳細な説明は省略する。
次に、図2及び図3を参照して液晶パネル(電気光学装置)の詳細について説明する。図1で説明したプロジェクタ100は、3枚の液晶パネル120R、120G、120Bを備えている。これら3枚の液晶パネル120R、120G、120Bは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本構成は同一である。このため、液晶パネル120Rを例に挙げて以下に説明する。図2は、液晶パネル120Rの全体構成図であり、図3は、液晶パネル120Rの部分断面構成図である。
なお、データ線駆動回路301および走査線駆動回路304をTFTアレイ基板208A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アレイ基板208A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および機械的に接続するようにしてもよい。
ブラックマトリックス部203aはカバーガラス202上に格子状に形成されており、当該ブラックマトリックス部203aに囲まれている矩形状の領域が開口部203bになっている。開口部203bに対応する領域が、超高圧水銀ランプ101からのR光が通過する液晶パネル120Rの画素となっている。
また、入射側防塵ガラス200の内部には、複数のプリズム素子211からなるプリズム群210が形成されている。すなわち、本実施形態に係る入射側防塵ガラス200は、本発明に係る電気光学装置用基板を用いたものである。
超高圧水銀ランプ101からのR光は、図2の上側から液晶パネル120Rに入射し、開口部203b、対向電極204、液晶層205、画素電極206a、TFT基板206と順に透過して、射出側防塵ガラス208側からクロスダイクロイックプリズム112の方向へ射出される。このとき、R光が液晶層205において変調されることで、第2偏光板122Rを透過する光量が画素ごとに制御されるようになっている。
なお、図5の説明においては、説明の簡単のため、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。
入射側防塵ガラス200は、入射面200aと入射面200aに平行な射出面とを有する平行平板である。入射面200aの法線と光線L2の光軸とが成す角度を入射角度θ2とし、入射面200aの法線に対する斜面部211aの傾斜角度をαとする。さらに、液晶パネル120R内を進行し、射出側防塵ガラス208から射出される光線L2の角度を射出角度θo2とする。
なお実際は、光線L2は、対向電極204と配向膜204cとの界面、配向膜204cと液晶層205との界面、液晶層205と配向膜206cとの界面、及び配向膜206cと画素電極206aとの界面における屈折率差のために光が屈折するが、プリズム素子211の作用説明の簡単のために、これらの界面で光線L2はほぼ直進するものとして扱う。そして、この扱いの下では、以下の式(1)が成立する。
このように、所定の傾斜角度で傾斜した斜面部211aのプリズム素子開口端側に、入射面200aにほぼ垂直な斜面部211bを備えたプリズム素子211としたことで、入射面200aから入射するあらゆる進行方向の光を開口部203b側に導くことができ、さらに開口部203bに導光された光が画素中央に偏って入射するのを防止することができる。
次に、上記のように構成された液晶パネル120Rのうち、入射側防塵ガラス200にプリズム素子211とブラックマトリクス部203aとを形成する手順について説明する。図6はプリズム素子211を形成する手順、図7はブラックマトリクス部203aを形成する手順をそれぞれ示している。
次に、図6(b)に示すように、プリズム素子211を形成する箇所の樹脂レジスト層1902を取り除くように、露光、現像処理を施す。その後、約60分間、約100℃の温度でベークを行う。
またエッチング工程においては、エッチング環境によるレジストの炭化を防止するために、チラーによって基板1901を冷却するほか、エッチングサイクル間に冷却時間を設けることとしてもよい。SU−8を用いるドライエッチングプロセスは、例えば、Takayuki Fukasawaらの「Deep Dry Etching of Quartz Plate Over 100μm in Depth Employing Ultra-Thick Photoresist(SU-8)」(Japanese Journal of Applied Physics.Vol.42(2003)pp3702-3706、The Japan Society of Applied Physics)に掲載されている。上記溝1903を形成した後、基板1901上に残った樹脂レジスト層1902は除去する。
図7(a)に示すように、プリズム素子211が形成された入射側防塵ガラス200に、例えばCr、Al等の金属材料や黒色樹脂等からなる遮光膜203を形成する。遮光膜203の成膜法としては、スパッタ法やCVD法等、公知の成膜方法を用いることができ、遮光膜203の膜厚は例えば1μm程度である。このとき、幅が数μm程度であるプリズム素子211の開口端部は遮光膜203により閉塞されるため、遮光膜203がプリズム素子211の奥まで成膜されることはない。
上記実施形態では、プリズム素子211の断面形状がロケット形(鉛筆形)である場合について説明したが、本発明の技術範囲はかかる実施の形態に限定されるものではない。図8に示す複数の構成例を参照してプリズム素子の断面形状について説明する。図8(a)〜図8(h)は、プリズム素子の他の構成例を示す断面構成図である。
図8(a)、(c)、(g)に示された複数の斜面部は、互いの断面の外周部が折れ線を成すように形成されている。一方図8(b)、(e)、(f)、(h)に示された複数の斜面部は、互いの断面の外周部が折れ線を成さず滑らかに連続しており、一方の斜面部はその外周部が曲線となるように形成されている。断面の外周部が曲線をなす斜面部の、前記集光基板のプリズム素子が形成される面の法線に対する傾斜角は、前記曲線の任意の接線が前記法線と成す角度として定義される。斜面部211a、斜面部211bの傾斜角は、図9に示す図8(a)、(c)、(h)に対応するプリズム素子211に図示するように、集光基板の法線(点線で示す)に対する角度θa、θbとして定義される。
また開口端側の斜面部の断面の外周部が曲線をなす場合の傾斜角度は、開口端から1μm程度入射光側の外周部上の点の接線と法線となす角度と定義できる。係る場合も開口端側の斜面部の傾斜角が、他の斜面部の傾斜角よりも小さいことにより、画素内を一様な光線強度領域とすることが出来る。
また図8(a)、(b)、(e)、(f)、(h)は開口端側に配置された斜面部211bの傾斜角は、いずれも斜面部211aの傾斜角よりも小さくなっている。
図10(a)に示すように、集光基板の法線に対し同じ角度θAで入射する光線LA、LBは、反射面角度(斜面部211a、211bの傾斜角度θa、θb)に応じた反射光線LA’、LB’として画素部(開口部203b)に導かれることとなる。ここで入射光線LAは、集光基板の法線に対してθAの角度で入射し、斜面部211aで反射した反射光線LA’は、角度θAaとなって画素中央部付近に進む、一方、入射光線LBは傾斜角度θb(<θa)の斜面部211bで反射され、反射光線LB’は入射光線角度θA+θb×2の角度であるθAbとして、開口部203bのうちプリズム素子211の開口端に近い領域に進行することとなる。このように、本実施形態に係るプリズム素子211では、入射光線の角度が一様であっても、反射する部位によって光線が斜面反射によって導かれる方向が異なることとなるため、画素内を一様な光線強度領域とすることができる。
超高圧水銀ランプ101からのR光は、図3の上側から液晶パネル120Rに入射し、開口部203b、対向電極204、液晶層205、画素電極206a、TFT基板206と順に透過して、射出側防塵ガラス208側からクロスダイクロイックプリズム112の方向へ射出される。このとき、R光が液晶層205において変調されることで、第2偏光板122Rを透過する光量が画素ごとに制御されるようになっている。
なお、ブラックマトリクス部203aとしてAl膜等の光反射性を有する金属膜を用いる場合には、かかるAl膜がプリズム素子211の内面に成膜されていてもよい。この場合には斜面部211aに入射した光はAl膜表面で反射されるため、プリズム素子211の光反射機能を損なうことはないからである。
入射側防塵ガラス200は、入射面200aと入射面200aに平行な射出面とを有する平行平板である。入射面200aの法線方向と光線L2の進行方向とが成す角度を入射角度θ2とし、入射面200aの法線方向に対する斜面部211aの傾斜角度をαとする。さらに、液晶パネル120R内を進行し、射出側防塵ガラス208から射出される光線L2の角度を射出角度θo2とする。
なお実際は、光線L2は、対向電極204と配向膜204cとの界面、配向膜204cと液晶層205との界面、液晶層205と配向膜206cとの界面、及び配向膜206cと画素電極206aとの界面における屈折率差のために屈折するが、プリズム素子211の作用説明の簡単のために、これらの界面で光線L2はほぼ直進するものとして扱う。そして、この扱いの下では、以下の(式1)が成立する。
(式)H>B+W
このような構成とすることで、斜面部での反射光が広がってしまい光線利用効率が低下するのを防ぐことができる。従って光利用効率の向上、特にプロジェクタへの利用に有効である。
次に、上記のように構成された液晶パネル120Rのうち、入射側防塵ガラス200にプリズム素子211とブラックマトリクス部203aとを形成する手順について説明する。図15はプリズム素子211を形成する手順、図16はブラックマトリクス部203aを形成する手順をそれぞれ示している。
またエッチング工程においては、エッチング環境によるレジストの炭化を防止するために、チラーによって基板1901を冷却するほか、エッチングサイクル間に冷却時間を設けることとしてもよい。SU−8を用いるドライエッチングプロセスは、例えば、Takayuki Fukasawaらの「Deep Dry Etching of Quartz Plate Over 100μm in Depth Employing Ultra-Thick Photoresist(SU-8)」(Japanese Journal of Applied Physics.Vol.42(2003)pp3702-3706、The Japan Society of Applied Physics)に掲載されている。上記溝1903を形成した後、基板1901上に残った樹脂レジスト層1902は除去する。
図16(a)に示すように、プリズム素子211が形成された入射側防塵ガラス200に、例えばCr、Al等の金属材料や黒色樹脂等からなる遮光膜203を形成する。遮光膜203の成膜法としては、スパッタ法やCVD法等、公知の成膜方法を用いることができ、遮光膜203の膜厚は例えば1μm程度である。このとき、幅が数μm程度であるプリズム素子211の開口端部は遮光膜203により閉塞されるため、遮光膜203がプリズム素子211の奥まで成膜されることはない。
次に、本発明の電子機器について説明する。
電子機器は、本発明に係る電気光学装置を表示部として有したものであり、具体的には図19に示すものが挙げられる。
図19(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図19(a)において、携帯電話1000は、本発明に係る電気光学装置を用いた表示部1001を備える。
図19(b)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図19(b)において、時計1100は、本発明に係る電気光学装置を用いた表示部1101を備える。
図19(c)は、ワープロ、パソコンなどの情報処理装置の一例を示した斜視図である。図19(c)において、情報処理装置1200は、キーボードなどの入力部1201、本発明に係る電気光学装置を用いた表示部1202、情報処理装置本体(筐体)1203を備える。
図19(a)〜(c)に示すそれぞれの電子機器は、いずれも本発明に係る電気光学装置を有した表示部1001,1101,1202を備えているので、高コントラストの表示が得られ、また優れた信頼性を実現したものとなる。
Claims (10)
- 複数の画素をマトリクス状に配列してなる電気光学装置であって、
溝状のプリズム素子を透明基板にアレイ状に形成してなる集光基板を具備し、
前記プリズム素子は、前記画素の境界領域に沿って配置されており、
前記プリズム素子の側壁に、前記集光基板の厚さ方向に並設された複数の斜面部が形成され、
前記プリズム素子の開口端側に形成される前記斜面部の、前記集光基板の前記プリズム素子が形成される面の法線に対する傾斜角が、他の前記斜面部の前記法線に対する傾斜角より小さいことを特徴とする電気光学装置。 - 前記プリズム素子の開口端側に配置された前記斜面部が、前記集光基板の前記法線に平行となるよう形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記集光基板表面の前記プリズム素子の開口端を覆う位置に遮光手段が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気光学装置。
- 前記プリズム素子の開口端側に樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電気光学装置。
- 複数の画素をマトリクス状に配列してなる電気光学装置であって、
溝状のプリズム素子を透明基板にアレイ状に形成してなる集光基板を具備し、
前記プリズム素子は、前記画素の境界領域に沿って配置されており、
前記プリズム素子の側壁に、前記集光基板の厚さ方向に並設された複数の斜面部が形成され、
前記斜面部に前記複数の画素と反対側から入射する光のうち、同じ入射角で入射する光が、前記プリズム素子の開口端側に形成される前記斜面部で反射される光を第1の反射光とし、前記光が他の前記斜面部で反射される光を第2の反射光とし、前記第1の反射光が前記集光基板の前記プリズム素子が形成される面の法線となす角を第1の角とし、前記第2の反射光が前記法線となす角を第2の角とした場合、前記第1の角の角度が前記第2の角の角度より小さいことを特徴とする電気光学装置。 - 電気光学装置の画素に対する集光手段として適用できる電気光学装置用基板であって、
溝状のプリズム素子を透明基板にアレイ状に形成してなる集光基板を具備し、
前記プリズム素子は、前記画素の境界領域に沿って配置されており、
前記プリズム素子の側壁に、前記集光基板の厚さ方向に並設された複数の斜面部が形成され、
前記プリズム素子の開口端側に形成される前記斜面部の、前記集光基板の前記プリズム素子が形成される面の法線に対する傾斜角が、他の前記斜面部の前記法線に対する傾斜角より小さいことを特徴とする電気光学装置用基板。 - 複数のプリズム素子が形成された第1の主面と前記第1の主面に対向する第2の主面とを備えた集光基板であって、
前記複数のプリズム素子の各々は溝状の形状を有しており、
前記複数のプリズム素子の各々の側壁は、第1部分と第2部分とを含み、
前記第1の部分は、前記第2の部分より平面部に近接しており、
前記第1の主面のうち前記複数のプリズム素子が形成されてない部分である平面部の法線と前記第1の部分のなす第1の角は、前記第2の部分と前記法線とがなす第2の角より小であること、
を特徴とする集光基板。 - 請求項7に記載の集光基板と、複数の画素電極とを備えた電気光学パネルと、を含み、
前記複数のプリズム素子の各々は、前記複数の画素電極のうち互いに隣接する2つの画素電極の間の領域と重なって設けられていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項1乃至請求項5、及び請求項8のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
- 請求項1乃至請求項5、及び請求項8のいずれか1項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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