JP6098196B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の画素を利用して画像を表示する技術に関する。
光源装置から放射された照射光をマイクロレンズにより画素毎に集光する技術が従来から提案されている。例えば特許文献1には、画素毎のマイクロレンズ(集光体)で集光された照射光を各表示色のカラーフィルターおよび液晶素子に透過させて画像を表示する液晶パネルが開示されている。
特開2002−189216号公報
ところで、マイクロレンズの焦点距離は入射光の波長に応じて相違する。したがって、各画素の表示色に関わらずマイクロレンズの集光特性が共通する特許文献1の構成では、各画素のカラーフィルターを透過した各色光に対する焦点距離(結像位置や光束角度)が表示色毎に相違し、結果的にカラー画像の表示品位が低下する(色収差)という問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下を抑制することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明の第1態様に係る電気光学装置は、平面状に配列された複数の画素を具備し、複数の画素は、第1波長の照射光を選択的に透過する第1カラーフィルターと、照射光を変調する第1電気光学素子と、第1電気光学素子に向かう照射光を集光する第1集光体とを有する第1画素と、第1波長とは異なる第2波長の照射光を選択的に透過する第2カラーフィルターと、照射光を変調する第2電気光学素子と、第2電気光学素子に向かう照射光を集光する第2集光体とを有する第2画素とを含み、第1波長の照射光に対する第1集光体の結像点と第2波長の照射光に対する第2集光体の結像点とは、複数の画素の配列面に平行な平面内に位置する。以上の構成では、第1波長の照射光に対する第1集光体の結像点と第2波長の照射光に対する第2集光体の結像点とが複数の画素の配列面に平行な平面内に位置するため、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。
本発明の好適な態様において、第1波長に対する第1集光体の焦点距離と第2波長に対する第2集光体の焦点距離とは同一である。以上の構成では、第1波長での第1集光体の焦点距離と第2波長での第2集光体の焦点距離とは同一であるため、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。なお、本発明において、第1集光体の焦点距離と第2集光体の焦点距離とが「同一である」とは、両者の焦点距離が実質的に同一であることを意味する。すなわち、各集光体における焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される範囲であれば、例えば製造上の誤差により第1集光体の焦点距離と第2集光体の焦点距離とが完全には合致しない場合でも、本発明の「同一」の範囲には包含される。
本発明の好適な態様において、複数の画素は、白色光を変調する第3電気光学素子と、第3電気光学素子に向かう照射光を集光する第3集光体とを有し,第3電気光学素子による変調後の白色光を出射する第3画素を含み、第1カラーフィルターは緑色光を選択的に透過し、第1集光体の焦点距離と第3集光体の焦点距離とは同一である。以上の構成においては、白色光を出射する第3画素を備えるため、白色光を出射する画素を備えない構成と比較して、照射光の利用効率が向上する。また、緑色光に対する第3集光体の焦点距離が緑色光に対する第1集光体の焦点距離と同一であるため、例えば緑色光に対する第3集光体の焦点距離を第2波長の照射光に対する第2集光体の焦点距離と同一とした構成に比べ、各画素毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下を抑制することができる。
本発明の好適な態様において、第2カラーフィルターは、第1波長よりも長い第2波長の照射光を選択的に透過し、第2集光体の曲率は第1集光体の曲率より大きい。以上の構成では、第2集光体の曲率は第1集光体の曲率より大きいため、第1画素の各集光体の焦点距離と第2画素の各集光体の焦点距離との相違が低減される。したがって、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。
本発明の好適な態様において、第2カラーフィルターは、第1波長よりも長い第2波長の照射光を選択的に透過し、第2集光体の屈折率は第1集光体の屈折率より大きい。以上の構成では、第2集光体の屈折率は第1集光体の屈折率より大きいため、第1画素の各集光体の焦点距離と第2画素の各集光体の焦点距離との相違が低減される。したがって、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。
以上の各態様に係る電気光学装置は、各種の電子機器に採用される。例えば、光源装置からの照射光を画素毎に変調することで画像を投射面に投射する投射型表示装置が、本発明に係る電子機器の好適例として想定される。
本発明の第2態様に係る電気光学装置は、平面状に配列された複数の画素を具備し、複数の画素は、第1波長の照射光を選択的に透過する第1カラーフィルターと、照射光を変調する第1電気光学素子と、第1電気光学素子に向かう照射光を集光する第1集光体とを有する第1画素と、第1波長よりも長い第2波長の照射光を選択的に透過する第2カラーフィルターと、照射光を変調する第2電気光学素子と、第2電気光学素子に向かう照射光を集光する第2集光体とを有する第2画素とを含み、第2集光体の曲率は前記第1集光体の曲率より大きい。以上の構成では、第2集光体の曲率は第1集光体の曲率より大きいため、第1画素の各集光体の焦点距離と第2画素の各集光体の焦点距離との相違が低減される。したがって、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。
本発明の第3態様に係る電気光学装置は、平面状に配列された複数の画素を具備し、複数の画素は、第1波長の照射光を選択的に透過する第1カラーフィルターと、照射光を変調する第1電気光学素子と、第1電気光学素子に向かう照射光を集光する第1集光体とを有する第1画素と、第1波長よりも長い第2波長の照射光を選択的に透過する第2カラーフィルターと、照射光を変調する第2電気光学素子と、第2電気光学素子に向かう照射光を集光する第2集光体とを有する第2画素とを含み、第2集光体の屈折率は前記第1集光体の屈折率より大きい。以上の構成では、第2集光体の屈折率は第1集光体の屈折率より大きいため、第1画素の各集光体の焦点距離と第2画素の各集光体の焦点距離との相違が低減される。したがって、表示色毎の集光体の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。
電気光学装置における複数の画素の配列を示す平面図である。 電気光学装置の断面図である。 対比例におけるマイクロレンズの構成を説明する図である。 第1実施形態におけるマイクロレンズの構成を説明する図である。 本発明の第2実施形態における複数の画素の配列を示す平面図である。 第2実施形態における電気光学装置の断面図である。 第3実施形態における電気光学装置の断面図である。 本発明の変形例におけるマイクロレンズの構成を説明する図である。 本発明に係る電子機器の一例である投射型表示装置の構成図である。
<第1実施形態>
図1に示すように、本発明の第1実施形態の電気光学装置100は、相互に交差するX方向およびY方向に沿って平面状(行列状)に配列する複数の画素50(50R,50G,50B)を具備する。複数の画素50には、赤色(R)を表示する画素50Rと、緑色(G)を表示する画素50Gと、青色(B)を表示する画素50Bとが含まれる。各表示色の画素50はベイヤー配列される。
図2は、本実施形態における電気光学装置100の断面図である。電気光学装置100は、所定の間隔をあけて相互に対向する第1基板10および第2基板20と、第1基板10および第2基板20の間の空間に封止された液晶90とを含んで構成される。光源装置(図示略)から放射された照射光(白色光)が第2基板20側から電気光学装置100に入射する。
第1基板10は、ガラスや石英等で形成された光透過性の板状部材である。第1基板10のうち液晶90側の面上には配線層14が形成され、配線層14の面上には複数の画素電極16が形成される。配線層14は、フィルター層12、複数のTFT(Thin Film Transistor)18および各種の配線(データ線および走査線)を含んで構成される。各TFT18は、各画素電極16と電気的に接続されるスイッチング素子である。
フィルター層12は複数のカラーフィルター11(11R,11G,11B)と遮光層13とを含んで構成される。複数のカラーフィルター11は、画素50毎に形成され、相異なる複数の表示色(赤色,緑色,青色)の何れかに対応する。赤色の画素50Rに対応するカラーフィルター11Rは、照射光のうち赤色(R)に対応する波長(代表波長620nm)の赤色光を選択的に透過させる。同様に、緑色の画素50Gに対応するカラーフィルター11Gは緑色光(代表波長530nm)を選択的に透過させ、青色の画素50Bに対応するカラーフィルター11Bは青色光(代表波長450nm)を選択的に透過させる。例えば、顔料等の色材が分散された光透過性の樹脂材料でカラーフィルター11は形成される。遮光層13は各カラーフィルター11の外縁を規定する遮光性(光を吸収または反射させる性質)の膜体である。
図2に示す各画素電極16は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の光透過性の導電材料で配線層14の面上に画素50毎に個別に形成され、各カラーフィルター11と平面視で重なるように行列状に配列する。なお、実際には各画素電極16を被覆する配向膜等の要素も形成されるが図2では便宜的に図示を省略した。
図2の第2基板20は、ガラスや石英等で形成された光透過性の板状部材である。第2基板20のうち液晶90側の面上にはマイクロレンズアレイ21が形成される。マイクロレンズアレイ21は、各画素50に対応する複数のマイクロレンズ26(26R,26G,26B)と、各マイクロレンズ26の間を遮光する遮光層22とを含んで構成される。各マイクロレンズ26は、照射光を集光する集光体である。赤色の画素50Rに対応するマイクロレンズ26Rは平面視でカラーフィルター11Rに重なる位置に形成される。同様に、マイクロレンズ26Gはカラーフィルター11Gに重なり、マイクロレンズ26Bはカラーフィルター11Bに重なる。本実施形態においては、マイクロレンズ26R、マイクロレンズ26Gおよびマイクロレンズ26Bの各々の屈折率は共通する。遮光層22は、遮光性の膜体である。
マイクロレンズアレイ21の面上には、対向電極24が形成される。対向電極24は、例えばITO等の光透過性の導電材料で第2基板20の略全面にわたり連続に形成される。本実施形態においては、図2に示すように、相互に対向する画素電極16および対向電極24と両電極間の液晶90とを含む液晶素子30が画素50毎に構成される。液晶素子30における照射光の透過率(表示階調)は、画素電極16と対向電極24との間の印加電圧に応じて液晶90の配向を制御することで変化する。すなわち、液晶素子30は照射光を変調する要素(電気的な作用に応じて光学的な特性が変化する電気光学素子)として機能する。
以上の通り、複数の画素50の各々は、カラーフィルター11とマイクロレンズ26と液晶素子30とを含んで構成される。図2に示されるように、1個の画素50においては、カラーフィルター11および液晶素子30はマイクロレンズ26の光軸A上に配置される。
図3には、各表示色に対応するマイクロレンズ26(26R,26G,26B)の形状を共通させた構成が対比例として開示されている。各マイクロレンズ26の焦点距離は、入射光の波長に応じて相違する。したがって、各マイクロレンズ26の形状が共通する対比例では、各画素50による表示に利用される色光に対する各マイクロレンズ26の焦点距離f(fR,fG,fB)が各画素50の表示色毎に相違する(fR≠fG≠fB)。具体的には、赤色光LRに対するマイクロレンズ26の焦点距離fRは緑色光LGに対するマイクロレンズ26の焦点距離fGより長く、緑色光LGに対するマイクロレンズ26の焦点距離fGは青色光LBのマイクロレンズ26に対する焦点距離fBより長い。対比例では、以上に説明した焦点距離の相違に起因した表示品位の低下(色収差)が問題となる。
以上の事情を考慮して、本発明の第1実施形態では、図4に示すように、各画素50のマイクロレンズ26の形状を表示色毎に相違させる。具体的には、表示色毎の焦点距離の相違が低減されるように、マイクロレンズ26の曲率κを各画素50の表示色毎に相違させる。マイクロレンズ26の曲率κが大きいほどマイクロレンズ26の焦点距離は短くなるという傾向を考慮して、第1実施形態においては、マイクロレンズ26Rの曲率κRはマイクロレンズ26Gの曲率κGより大きく、マイクロレンズ26Gの曲率κGはマイクロレンズ26Bの曲率κBより大きくなっている(κR>κG>κB)。具体的には、赤色光LRに対するマイクロレンズ26Rの焦点距離FRと、緑色光LGに対するマイクロレンズ26Gの焦点距離FGと、青色光LBに対するマイクロレンズ26Bの焦点距離FBとが実質的に同一となるように、各マイクロレンズ26の曲率κが表示色毎に選定される。したがって、各表示色に対応するマイクロレンズ26(各画素50)の結像点は、図4に示す平面P0内に位置する。平面P0は、複数の画素50が配列する平面(X-Y平面)に平行な平面であり、第1基板10または第2基板20に平行な平面とも換言され得る。
以上に説明した通り、第1実施形態では、各画素50の表示色の色光に対するマイクロレンズ26の焦点距離の相違が低減されるように各マイクロレンズ26の形状(曲率κ)が画素50の表示色毎に個別に選定される。したがって、表示色毎のマイクロレンズ26の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下が抑制される。第1実施形態では特に、各画素50の色光に対するマイクロレンズ26の焦点距離が同一となるように各マイクロレンズの曲率κが選定される。したがって、表示色毎のマイクロレンズ26の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下を抑制できるという効果は格別に顕著である。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を以下に説明する。なお、以下に例示する各構成において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図5に示すように、第2実施形態の電気光学装置100では、相互に交差するX方向およびY方向に沿って平面状(行列状)に配列する複数の画素50が、画素50R、画素50Gおよび画素50Bに加えて白色の画素(以下「白色画素」という)50Wを含む。具体的には、図5に示すように、ベイヤー配列の単位となる4個の画素50(図1)のうち1個の緑色の画素50Gが白色画素50Wに置換される。以上の構成によれば、白色画素50Wを配置しない構成と比較して表示画像の明度を向上させることが可能である。
図6は、第2実施形態における電気光学装置100の断面図である。本実施形態においては、フィルター層12のうち各白色画素50Wに対応する領域に開口部15が形成される。すなわち、白色画素50Wにおいてはカラーフィルター11が省略される。開口部15は照射光(白色光)の全成分を透過させる。
図6に示すように、マイクロレンズアレイ21のうち白色画素50Wに対応する領域には、平坦部25が形成される。すなわち、白色画素50Wにはマイクロレンズ26が形成されない。平坦部25は、平面視で開口部15と重なるように、各白色画素50W毎に設けられる。平坦部25は曲率を持たないため、照射光を集光する集光体として機能しない。
第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、白色光は、赤色光、緑色光および青色光を含む。白色光を白色画素50Wでマイクロレンズ26により集光すると、白色光に含まれる各色光が相異なる位置で結像するため、白色画素50Wで色収差の問題が生じる。本実施形態においては、白色画素50Wの平坦部25では白色光が集光されないため、色収差の問題が生じない。したがって、白色画素50Wにおける色収差に起因した表示品位の低下を防止することができる。
<第3実施形態>
図7は、第3実施形態における電気光学装置100の断面図である。第3実施形態においては、第2実施形態と同様に、複数の画素50が、画素50R、画素50Gおよび画素50Bに加えて白色画素50Wを含み、フィルター層12のうち各白色画素50Wに対応する領域には開口部15が形成される。
図7に示すように、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ21のうち白色画素50Wに対応する領域にマイクロレンズ26Wが形成される。マイクロレンズ26Wは、平面視で開口部15と重なるように各白色画素50W毎に設けられて照射光(白色光)を集光する。マイクロレンズ26Wの形状は、マイクロレンズ26Wの曲率κWがマイクロレンズ26Gの曲率κGと同一になる形状である。したがって、緑色光に対するマイクロレンズ26Wの焦点距離は、緑色光に対するマイクロレンズ26Gの焦点距離FGと同一となる。
第3実施形態においても第1実施形態と同様の効果が得られる。また、第3実施形態では、白色画素50Wにもマイクロレンズ26Wが配置されるから、マイクロレンズ26Wを配置しない第2実施形態と比較して、照射光の利用効率を向上させることが可能である。
ところで、緑色光に対する人間の視感度は青色光や赤色光に対する視感度を上回る。本実施形態においては、緑色光に対するマイクロレンズ26Wの焦点距離が、焦点距離FG、焦点距離FRおよび焦点距離FBと同一であるため、赤色光に対するマイクロレンズ26Wの焦点距離を赤色のマイクロレンズ26Rと一致させた構成や、青色光に対するマイクロレンズ26Wの焦点距離を青色のマイクロレンズ26Bと一致させた構成に比べ、各画素50毎のマイクロレンズ26の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下を抑制することができる。
<変形例>
以上に例示した形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は適宜に併合され得る。
(1)上述の形態においては、各マイクロレンズ26の曲率κを表示色毎に異ならせたが、これに替えて、各マイクロレンズ26の屈折率を表示色毎に異ならせてもよい。具体的には、マイクロレンズ26Rの屈折率をマイクロレンズ26Gの屈折率より大きくし、マイクロレンズ26Gの屈折率をマイクロレンズ26Bの屈折率より大きくする。マイクロレンズ26の屈折率が大きいほどマイクロレンズ26の焦点距離は短くなる傾向があるため、各表示色の色光に対するマイクロレンズ26毎の焦点距離の相違を低減することができる。以上の構成においては、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、各表示色のマイクロレンズ26毎の焦点距離の相違が低減されるように、各画素50の表示色毎にマイクロレンズ26について曲率κおよび屈折率の両方を互いに異ならせてもよい。
(2)図8に示すように、各画素50のマイクロレンズの形状を共通にして、各画素50における各マイクロレンズ26から平面P0までの距離を表示色毎に異ならせてもよい。図8に示す構成においては、各表示色のマイクロレンズ26の形状が共通するため、焦点距離fR、焦点距離fGおよび焦点距離fBは互いに相違する。他方、各画素50における各マイクロレンズ26と平面P0との距離は、各表示色の色光に対する各マイクロレンズ26の焦点距離に設定される。具体的には、マイクロレンズ26Rから平面P0までの距離は焦点距離fRであり、マイクロレンズ26Gから平面P0までの距離は焦点距離fGであり、マイクロレンズ26Bから平面P0までの距離は焦点距離fBである。したがって、各表示色に対応するマイクロレンズ26(各画素50)の結像点は、図8の平面P0内に位置する。以上の構成によれば、第1実施形態と同様に、例えば図3に示した対比例のように各画素50における各マイクロレンズ26から平面P0までの距離が各画素50で同一の構成と比較して、表示色毎のマイクロレンズ26の焦点距離の相違に起因した表示品位の低下を抑制することができる。
(3)上述の各形態においては、フィルター層12を配線層14に形成したが、フィルター層12の位置は適宜に変更される。例えば、マイクロレンズアレイ21からみて液晶90とは反対側にフィルター層12を形成した構成や、マイクロレンズアレイ21と液晶素子30との間にフィルター層12を形成した構成が採用され得る。
(4)マイクロレンズ26を複数のレンズで構成することも可能である。すなわち、前述の各形態のマイクロレンズ26は、照射光を集光する要素(集光体)として包括的に表現され、集光を実現する構造の如何は不問である。
(5)カラーフィルター11の構成は、適宜に変更され得る。例えば、屈折率が相違する複数の光透過層(誘電体層)を積層することで特定の波長の色光を選択的に強調する誘電体多層膜を、前述の各形態におけるカラーフィルター11として利用することも可能である。
<応用例>
前述の各形態の電気光学装置100は各種の電子機器に利用される。図9は、前述の各形態の電気光学装置100を利用した投射型表示装置(プロジェクタ)200の各要素を示す図である。投射型表示装置200は、光源装置300と電気光学装置100と投射光学系400とを含む。光源装置300から放射された照射光が電気光学装置100で変調され、変調後の照射光が投射光学系400を介して投射面500に投射される。投射型表示装置200において、電気光学装置100は画像信号で指定される画像に応じて照射光を変調する要素(ライトバルブ)として機能する。
なお、本発明に係る電気光学装置が適用される電子機器としては、図7に例示した投射型表示装置200のほか、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants),デジタルスチルカメラ,テレビ,ビデオカメラ,カーナビゲーション装置,車載用の表示器(インパネ),電子手帳,電子ペーパー,電卓,ワードプロセッサ,ワークステーション,テレビ電話,POS端末,プリンター,スキャナー,複写機,ビデオプレーヤー,タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
10……第1基板、11……カラーフィルター、12……フィルター層、13……遮光層、14……配線層、15……開口部、16……画素電極、18……TFT、20……第2基板、21……マイクロレンズアレイ、22……遮光層、24……対向電極、25……平坦部、30……液晶素子、50……画素、90……液晶、100……電気光学装置、200……投射型表示装置、300……光源装置、400……投射光学系、500……投射面

Claims (6)

  1. 平面状に配列された複数の画素を具備し、
    前記複数の画素は、
    1の照射光を変調する第1電気光学素子と、前記第1電気光学素子に向かう前記第1の照射光を集光する第1集光体とを有する第1画素と、
    2の照射光を変調する第2電気光学素子と、前記第2電気光学素子に向かう前記第1の照射光を集光する第2集光体とを有する第2画素と、
    第3の照射光を変調する第3電気光学素子と、前記第3電気光学素子に向かう前記第3の照射光を集光する第3集光体とを有する第3画素とを含み、
    前記第1の照射光に対する前記第1集光体の結像点、前記第2の照射光に対する前記第2集光体の結像点と前記第3の照射光に対する前記第3集光体の結像点とは、前記複数の画素の配列面に平行な平面内に位置し、
    前記第3の照射光は、白色光であり、
    前記第3集光体は、前記白色光のうちの緑色光を前記結像点に集光させる
    電気光学装置。
  2. 平面状に配列された複数の画素を具備し、
    前記複数の画素は、
    第1の照射光を変調する第1電気光学素子と、前記第1電気光学素子に向かう前記第1の照射光を集光する第1集光体とを有する第1画素と、
    第2の照射光を変調する第2電気光学素子と、前記第2電気光学素子に向かう前記第1の照射光を集光する第2集光体とを有する第2画素と、
    第3の照射光を変調する第3電気光学素子を有する第3画素を含み、
    前記第1の照射光に対する前記第1集光体の結像点、前記第2の照射光に対する前記第2集光体の結像点とは、前記複数の画素の配列面に平行な平面内に位置し、
    前記第3の照射光は、白色光であり、
    前記第3画素は、集光体を有さないことを特徴とする、
    電気光学装置。
  3. 記第1集光体の焦点距離と前記第2集光体の焦点距離とは同一である
    請求項1又は2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第1集光体は、緑色光を前記結像点に集光させ、前記第2集光体は、赤色光を前記結像点に集光させ、
    前記第2集光体の曲率は前記第1集光体の曲率より大きい
    請求項1又は2に記載の電気光学装置。
  5. 前記第1集光体は、緑色光を前記結像点に集光させ、前記第2集光体は、赤色光を前記結像点に集光させ、
    前記第2集光体の屈折率は前記第1集光体の屈折率より大きい
    請求項1又は2に記載の電気光学装置。
  6. 請求項1から請求項5の何れかの電気光学装置を具備する電子機器。
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