JP5376423B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等の電気光学装置を備える、例えばヘッドアップディスプレイ等の投射型表示装置の技術分野に関する。

この種の電気光学装置を備える投射型表示装置として、例えば、互いに補色の関係である二種類の発光ダイオード光源を備えるヘッドアップディスプレイが提案されている（特許文献１参照）。或いは、透明な面及び不透明な面を有する防塵カバーを備えるヘッドアップディスプレイが提案されている。ここでは特に、防塵カバーの断面を透明な面と不透明な面とを斜面とした山型形状とすることにより、防塵カバーで反射した外光が運転者の目に入ることを防止する技術が提案されている（特許文献２参照）。

また、例えば車両のフロントガラスに画像を表示するヘッドアップディスプレイでは、外光（典型的には、太陽光）により画像が表示されることを防止するために、投射光の進行方向に対して、電気光学装置が傾けて配置されることが多い。

特開２００３−２９５１０５号公報 特開２００６−６９４７３号公報

しかしながら、電気光学装置が投射光の進行方向に対して傾けて配置されていると、電気光学装置のコントラスト及び透過率が低下する可能性があるという技術的問題点がある。上述の特許文献１及び２に開示された技術では、この問題を解決することは極めて困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、コントラスト及び透過率の低下を抑制することができる投射型表示装置を提供することを課題とする。

本発明の投射型表示装置は、上記課題を解決するために、電気光学物質を挟持する一対の基板と、前記一対の基板の一方の基板上における画素領域にマトリクス状に配列された複数の画素電極と、前記一対の基板の他方の基板上に配置されると共に、前記複数の画素電極に対応してマトリクス状に配列された複数の開口部を有する遮光層とを備えた液晶パネルと、一の面の少なくとも一部が発光することで光源光を前記液晶パネルに対して投射する光源手段と、を有する投射型表示装置において、前記液晶パネルは、前記遮光層の前記開口部の外縁である第１外縁が、前記基板上で平面的に見て、前記画素電極により規定される領域の、又は前記画素電極の外縁の少なくとも一部が所定幅だけ前記画素電極の内側にずれることによって規定される領域である一の領域の、外縁である第２外縁に対して一の方向に、少なくとも部分的にずれていて、さらに、前記液晶パネルの前記一方の基板面に沿う面と前記光源手段の前記一の面とが相互になす角がθとなるように配置されており、前記基板上で平面的に見て、前記第１外縁のうち前記第２外縁に対してずれている部分と、前記第２外縁のうち前記部分に対応する部分との間の距離は、前記一対の基板間の距離をｄとすると、
ｄ×ｔａｎθである。

本発明の投射型表示装置の液晶パネルは、一対の基板間には、例えば液晶等である電気光学物質が挟持されている。一対の基板の少なくとも一方の基板上における電気光学物質と対向する側には、所定方位にラビングが施された有機配向膜、又はＳｉＯやＳｉＯ₂等の無機材料からなる無機配向膜を有している。他方の基板上における電気光学物質と対向する側にも、同様に、有機配向膜又は無機配向膜が設けられていてよい。

例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電性酸化物により形成されている複数の画素電極は、一対の基板の一方の基板上における画素領域にマトリクス状に配列されている。ここに本発明に係る、「画素領域」とは、個々の画素の領域を意味するのではなく、複数の画素が平面配列された領域全体を意味し、典型的には、「画像表示領域」或いは「表示領域」に相当する。

遮光層は、一対の基板の他方の基板上における画素領域に配置されると共に、複数の画素電極に対応してマトリクス状に配列された複数の開口部を有する。

開口部の外縁である第１外縁は、一の領域の外縁である第２外縁に対して、少なくとも部分的にずれている。ここに、本発明に係る「一の領域」は、基板上で平面的に見て、画素電極により規定される領域である。或いは、「一の領域」は、基板上で平面的に見て、画素電極の外縁の少なくとも一部が所定幅だけ画素電極の内側にずれることによって規定される領域である。即ち、「一の領域」とは、一の基板上（即ち、画素電極が配列されている基板面上）において開口領域となるべき領域を意味する。

この開口領域となるべき領域が、画素電極が配置されている領域と同一である場合、本発明に係る「第２外縁」は、画素電極の外縁となる。他方、開口領域となるべき領域が、画素電極が配置されている領域より小さい場合、本発明に係る「第２外縁」は、画素電極の外縁の少なくとも一部が所定幅だけ画素電極の内側にずれることによって規定される領域の外縁となる。

本発明に係る「画素電極により規定される領域」とは、複数の画素電極のうち一の画素電極が配置されている領域を意味する。また、本発明に係る「所定幅」とは、一の基板上において開口領域となるべき領域が、画素電極が配置されている領域より小さい場合に、画素電極の外縁と開口領域となるべき領域の外縁との間の距離として設定される幅である。尚、「第１外縁が第２外縁に対して少なくとも部分的にずれている」とは、典型的には、製造プロセスにおける加工精度や組立精度の範囲を超えてずれていることを意味する。

本願発明者の研究によれば、例えばヘッドアップディスプレイ等の投射型表示装置において、電気光学装置が投射光の進行方向に対して傾けて配置されている場合、電気光学装置に正対した場合には遮光層によって遮光されていた部分が、電気光学装置が傾けて配置されたことに起因して遮光されなくなり、例えば光漏れが生じること等により電気光学装置のコントラストや透過率が低下する可能性があることが判明している。

しかるに本発明では、遮光層の開口部の外縁である第１外縁が、一の基板上における開口領域となるべき一の領域の外縁である第２外縁に対して、少なくとも部分的にずれている。典型的には、第１外縁は、液晶パネルを投射光の進行方向に対して傾けて配置した場合に、第２外縁の周囲に位置する遮光されるべき領域が適切に遮光されるようにずれている。このため、液晶パネルが投射光に対して傾けて配置されたことに起因するコントラストや透過率の低下を抑制することができる。

尚、遮光層が他方の基板上に配置される場合に限らず、一方の基板上における画素電極が配列された層と異なる層に遮光層が配置される場合にも、第１外縁が第２外縁に対してずれるように遮光層を配置することによって、本発明と同様の効果を享受することができる。

第１外縁が、前記基板上で平面的に見て、前記第２外縁に対して一の方向に、少なくとも部分的にずれていれば、当該液晶パネルが投射型表示装置において投射光に対して傾けて配置される場合であって、当該液晶パネルが傾けられる方向が予め決定されている場合に、例えば開口率を低下させることなく、傾けて配置されることに起因するコントラストや透過率の低下を抑制することができ、実用上非常に有利である。

本発明の投射型表示装置によれば、上述した液晶パネルを備えてなるので、液晶パネルが投射光に対して傾けて配置されたことに起因するコントラストや透過率の低下を抑制することができる。この結果、高品質な表示画像を表示可能な、例えばヘッドアップディスプレイ等の投射型表示装置を提供することができる。尚、光源手段は、例えば平板な発光パネル等である。

本発明の投射型表示装置では、液晶パネルは、前記一方の基板面に沿う面及び前記一の面が相互になす角がθとなるように配置されており、前記基板上で平面的に見て、前記第１外縁のうち前記第２外縁に対してずれている部分と、前記第２外縁のうち前記部分に対応する部分との間の距離は、前記一対の基板間の距離をｄとすると、ｄ×ｔａｎθである。

この投射型表示装置によれば、例えば開口率等の第１外縁と第２外縁との相対的な位置関係以外の設計や設定等に影響を与えることなく、適切に、液晶パネルが投射光に対して傾けて配置されたことに起因するコントラストや透過率の低下を抑制することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下、本発明に係る投射型表示装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の図では、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、該各層・各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の実施形態では、投射型表示装置の一例として、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイを挙げる。

先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成について、図１を参照して説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す概略図である。

図１において、ヘッドアップディスプレイ１６００は、液晶パネル１００、面１６０１ａの少なくとも一部が発光する発光パネル１６０１、ミラー１６０２及びフロントガラス１６０３を備えて構成されている。ここに、本実施形態に係る「液晶パネル１００」、「発光パネル１６０１」及び「面１６０１ａ」は、夫々、本発明に係る「液晶パネル」、「光源手段」及び「一の面」の一例である。尚、本実施形態では、自動車のフロントガラス１６０３の一部を、ヘッドアップディスプレイ１６００の一部として用いている。また、液晶パネル１００は、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶パネルである。

ここで、液晶パネル１００について、図２及び図３を参照して説明を加える。ここに、図２は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図３は、図２のＨ−Ｈ´線断面図である。

図２及び図３において、液晶パネル１００では、本発明に係る「一対の基板」の一例としてのＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０が対向配置されている。本発明に係る「一方の基板」の一例としてのＴＦＴアレイ基板１０は、例えば、石英基板、ガラス基板、シリコン基板等の基板からなり、本発明に係る「他方の基板」の一例としての対向基板２０は、例えば、石英基板、ガラス基板等の基板からなる。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、本発明に係る「電気光学物質」の一例としての液晶を含んでなる液晶層５０が封入されている。

ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、本発明に係る「画素領域」の一例としての画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域５２ａに配置されたシール材５２により相互に接着されている。シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造工程においてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。

画像表示領域１０ａ及び画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が配置されている。尚、ギャップ材を、画像表示領域１０ａ等に配置されるものに加えて若しくは代えて、シール材５２に混入するようにしてもよい。

図２において、シール材５２が配置されたシール領域５２ａの内側に並行して、画像表示領域１０ａを規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域５２ａの外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。この一辺に沿ったシール領域よりも内側にサンプリング回路７が額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿ったシール領域５２ａの内側の額縁領域５３ａに、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。

ＴＦＴアレイ基板１０上には、対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材１０７で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。更に、外部回路接続端子１０２と、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、上下導通端子１０６等とを電気的に接続するための引回配線９０が形成されている。

図３において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、駆動素子である画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成される。複数の走査線及び複数のデータ線は、相互に交差して配線され、これら交差に対応して画素に対応する画素部がマトリクス状に設けられている。この積層構造の詳細な構成については図３では図示を省略してあるが、この積層構造の上に、ＩＴＯ等の透明材料からなる画素電極９ａが、画素毎に所定のパターンで島状に形成されている。尚、本実施形態に係る「走査線」及び「データ線」は、夫々、本発明に係る「第１配線」及び「第２配線」の一例である。

画素電極９ａは、後述する対向電極２１に対向するように、ＴＦＴアレイ基板１０上の画像表示領域１０ａに形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０における液晶層５０の面する側の表面、即ち画素電極９ａ上には、配向膜１６が画素電極９ａを覆うように形成されている。

対向基板２０におけるＴＦＴアレイ基板１０との対向面上に、遮光層２３が形成されている。遮光層２３は、例えば対向基板２０における対向面上に平面的に見て、格子状に形成されている。対向基板２０において、遮光層２３によって非開口領域が規定され、遮光層２３によって区切られた領域が、発光パネル１６０１から出射された光Ｌを透過させる開口領域となる。

尚、遮光層２３をストライプ状に形成し、該遮光層２３と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられたデータ線等の各種構成要素とによって、非開口領域を規定するようにしてもよい。また、画像表示領域１０ａにおいてカラー表示を行うために、開口領域及び非開口領域の一部を含む領域に、カラーフィルタが形成されていてもよい。

遮光層２３上に、ＩＴＯ等の透明材料からなる対向電極２１が複数の画素電極９ａと対向して形成されている。対向基板２０の対向面上における、対向電極２１上には、配向膜２２が形成されている。

尚、図２及び図３に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、サンプリング回路７等に加えて、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

再び図１に戻り、ヘッドアップディスプレイ１６００において、液晶パネル１００は、面１６０１ａに対し角度θだけ傾いて配置されている。このため、太陽Ｓから出射される太陽光ＳＬが液晶パネル１００に当たったとしても、その反射光はミラー１６０２に入射しないので、太陽光ＳＬにより画像が表示されることを防止することができる。

次に、図１に示すように、液晶パネル１００が面１６０１ａに対し（又は投射光Ｌに対し）傾いて配置されている場合に、液晶パネル１００における遮光層２３と画素電極９ａとの相対的な位置関係に起因して生じる問題点について、図６及び図７を参照して説明する。ここに、図６は、本実施形態に係る液晶パネルの比較例における遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図であり、図７は、図６のＨ−Ｈ´線断面図である。

図６に示すように、比較例に係る液晶パネル４００を対向基板２０の側から平面的に見た場合、遮光層２３に設けられた開口部２３１の外縁と、画素電極９ａの外縁とは重なっている。ここで、本実施形態において、ＴＦＴアレイ基板１０上で開口領域となるべき領域は、画素電極９ａにより規定される領域（即ち、画素電極９ａ内の領域）である。尚、本実施形態に係る「開口部２３１の外縁」、「画素電極９ａの外縁」及び「画素電極９ａ内の領域」は、夫々、本発明に係る「第１外縁」、「第２外縁」及び「一の領域」の一例である。

液晶パネル４００に投射光Ｌが入射すると、図７に示すように、遮光層２３と画素電極９ａとが間隔をあけて配置されているが故に、本来遮光されるべき部分からの光が遮光されなくなってしまう（即ち、光漏れを生じる）。更に、本来透過されるべき部分からの光が遮光されてしまう。この結果、液晶パネル４００のコントラストや透過率が低下してしまう。

しかるに本実施形態に係る液晶パネル１００では、図４に示すように、開口部２３１の外縁が、画素電極９ａの外縁に対して部分的にずれるように遮光層２３が配置されている。ここで、開口部２３１の外縁が、画素電極９ａの外縁に対してずれている距離ｙは、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０間の距離ｄを用いて、ｙ＝ｄ×ｔａｎθと表される。

このため、図５に示すように、液晶パネル１００に投射光Ｌが入射しても、透過されるべき部分（本実施形態では、画素電極９ａ内の領域）からの光のみを透過することができる。この結果、液晶パネル１００のコントラストや透過率が低下することを抑制することができる。尚、図４は、本実施形態に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図であり、図５は、図４のＨ−Ｈ´線断面図である。

（第１変形例）
次に、本実施形態に係る液晶パネルの第１変形例について、図８及び図９を参照して説明する。ここに、図８は、本変形例において、ＴＦＴアレイ基板上で開口領域となるべき領域を示す概念図であり、図９は、図４と同趣旨の、本変形例に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図である。

図８に示すように、本変形例では、ＴＦＴアレイ基板１０で開口領域となるべき領域は、画素電極９ａの外縁が所定幅（ここでは、ｗ１及びｗ２）だけ画素電極９ａの内側にずれた破線３００により規定される領域（即ち、破線３００内の領域）である。ここに、本変形例に係る「破線３００」及び「破線３００内の領域」は、夫々、本発明に係る「第２外縁」及び「一の領域」の他の例である。

図９に示すように、開口部２３１の外縁が、破線３００に対して距離ｙだけずれるように遮光層２３が配置されている。この結果、液晶パネル１００のコントラストや透過率が低下することを抑制することができる。

（第２変形例）
次に、本実施形態に係る液晶パネルの第２変形例について、図１０及び図１１を参照して説明する。ここに、図１０は、図４と同趣旨の、本変形例に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図であり、図１１は、図５と同趣旨の、図１０のＨ−Ｈ´線断面図である。尚、本変形例では、ＴＦＴアレイ基板１０上で開口領域となるべき領域は、画素電極９ａにより規定される領域（即ち、画素電極９ａ内の領域）である。

図１０に示すように、開口部２３１の外縁の下辺２３１ｄが、画素電極９ａの外縁の下辺９ａｄに対して距離ｙだけずれると共に、開口部２３１の外縁の上辺２３１ｕが、画素電極９ａの外縁の上辺９ａｕに対して距離ｙ２だけずれるように、遮光層２３が配置されている。

このように構成すれば、仮に液晶パネル１００が、発光パネル１６０１（図１参照）の面１６０１ａに対し、角度θ２だけ傾いて配置された場合（即ち、図１における投射光Ｌが、図１１における投射光Ｌ２と並行になる場合）であっても、液晶パネル１００のコントラストや透過率が低下することを抑制することができる。即ち、本変形例に係る液晶パネル１００は、該液晶パネル１００が、面１６０１に対し角度θだけ傾いて配置された場合だけでなく、角度θ２だけ傾いて配置された場合でも、コントラストや透過率が低下することを抑制することができる。

尚、距離ｙ２は、距離ｙと同様に、距離ｄを用いて、ｙ２＝ｄ×ｔａｎθ２と表される。また、距離ｙと距離ｙ２は同一であってもよい（即ち、角度θと角度θ２とは同一であってもよい）。

自動車用のヘッドアップディスプレイでは、右ハンドルか左ハンドルかによって、発光パネル１６０１の面１６０１ａに対して液晶パネル１００を傾ける方向が異なる（例えば、右ハンドルの場合に角度θだけ傾け、左ハンドルの場合に角度θ２だけ傾ける）ことが、本願発明者の研究により判明している。このため、本変形例の如く液晶パネル１００を構成することによって、右ハンドル用の液晶パネル及び左ハンドル用の液晶パネルを別々に製造する必要がなく、実用上非常に有利である。

尚、図４、図９及び図１０は、Ｈ−Ｈ´線の延びる方向にデータ線が延びているとしているが、Ｈ−Ｈ´線の延びる方向に走査線が延びている場合には、本実施形態に係る「走査線」及び「データ線」は、夫々、本発明に係る「第２配線」及び「第１配線」に相当する。

また、図４及び図９において、本発明に係る「第１画素電極辺」の一例としての画素電極９ａの外縁の下辺と本発明に係る「第１開口部辺」の一例としての開口部２３１の外縁の下辺との間の距離と、本発明に係る「第２画素電極辺」の一例としての画素電極９ａの外縁の上辺と本発明に係る「第２開口部辺」の一例としての開口部２３１の外縁の上辺との間の距離とは同一であるが、相互に異なっていてもよい。

具体的には例えば、画素電極９ａの外縁の下辺と面１６０１ａとの間の距離が、画素電極９ａの外縁の上辺と面１６０１ａとの間の距離よりも小さい場合、画素電極９ａの外縁の下辺と開口部２３１の外縁の下辺との間の距離は、画素電極９ａの外縁の上辺と開口部２３１の外縁の上辺との間の距離よりも大きくてよい。

本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図である。 図２のＨ−Ｈ´線断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図である。 図４のＨ−Ｈ´線断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶パネルの比較例における遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図である。 図６のＨ−Ｈ´線断面図である。 本発明の実施形態に係る第１変形例において、ＴＦＴアレイ基板上で開口領域となるべき領域を示す概念図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る液晶パネルにおける遮光層と画素電極との位置関係を平面的に示す平面図である。 図１０のＨ−Ｈ´線断面図である。

符号の説明

９ａ…画素電極、１０…ＴＦＴアレイ基板、１０ａ…画像表示領域、２０…対向基板、２３…遮光層、１００、４００…液晶パネル、２３１…開口部

Claims (1)

1. 電気光学物質を挟持する一対の基板と、
   前記一対の基板の一方の基板上における画素領域にマトリクス状に配列された複数の画素電極と、
   前記一対の基板の他方の基板上に配置されると共に、前記複数の画素電極に対応してマトリクス状に配列された複数の開口部を有する遮光層と
   を備えた液晶パネルと、
   一の面の少なくとも一部が発光することで光源光を前記液晶パネルに対して投射する光源手段と、
   を有する投射型表示装置において、
   前記液晶パネルは、前記遮光層の前記開口部の外縁である第１外縁が、前記基板上で平面的に見て、前記画素電極により規定される領域の、又は前記画素電極の外縁の少なくとも一部が所定幅だけ前記画素電極の内側にずれることによって規定される領域である一の領域の、外縁である第２外縁に対して一の方向に、少なくとも部分的にずれていて、
   さらに、前記液晶パネルの前記一方の基板面に沿う面と前記光源手段の前記一の面とが相互になす角がθとなるように配置されており、
   前記基板上で平面的に見て、前記第１外縁のうち前記第２外縁に対してずれている部分と、前記第２外縁のうち前記部分に対応する部分との間の距離は、前記一対の基板間の距離をｄとすると、ｄ×ｔａｎθである
   投射型表示装置。

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