JP6617778B2 - 透過型液晶表示装置、および電子機器 - Google Patents
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Description
第1基板と、前記第1基板に対して離間している第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層と、を備え、前記第1基板から入射した光が前記第2基板から出射する透過型液晶表示装置であって、
前記第1基板は、透光性の基材と、
画素電極と、
遮光体と、
前記第1基板の厚さ方向から見た平面視において、前記遮光体と重なり、前記基材と前記画素電極との間に配置された透光性を有する第1の絶縁体と、
前記平面視で前記画素電極と重なり、前記基材と前記画素電極との間で前記第1の絶縁体に接して配置された透光性を有する第2の絶縁体と、
前記平面視で前記画素電極と重なり、前記基材と前記第2の絶縁体との間に配置され、前記基材側の面が凸レンズ面を含む透光性のレンズ部材と、を備え、
前記第2の絶縁体の屈折率は、前記第1の絶縁体の屈折率よりも高く、
前記第2の絶縁体の前記画素電極側の面は、凹レンズ面を含み、
前記第2の絶縁体と前記画素電極との間には、前記凹レンズ面と前記画素電極とに接して配置され、前記第2の絶縁体よりも屈折率が低い透光性を有する第3の絶縁体を備えることを特徴とする。
まず、本発明の透過型液晶表示装置として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)をスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス方式の液晶表示装置を例に説明する。かかる液晶表示装置は、後述する投写型表示装置の光変調素子(ライトバルブ)として好適に用いることができる。
1(a)、基本構成
図1は、第1実施形態の液晶表示装置の概略平面図である。図2は、図1に示す液晶表示装置の断面図であって、図1中のA1−A1線断面図である。図3は、素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。
図1に示すように、素子基板2は、平面視で対向基板3を包含する大きさである。図2に示すように、素子基板2は、基材21と、導光層20と、複数の画素電極28と、配向膜29とを有する。基材21、導光層20、複数の画素電極28および配向膜29は、この順に積層されている。配向膜29が最も液晶層5側に位置している。
図2に示すように、対向基板3は、基材31と、絶縁層32と、共通電極33と、配向膜34と、を有する。基材31、絶縁層32、共通電極33および配向膜34は、この順に積層されている。配向膜34が最も液晶層5側に位置している。
シール部材4は、例えばエポキシ樹脂等の各種硬化性樹脂を含む接着剤等を用いて形成されている。シール部材4は、素子基板2および対向基板3のそれぞれに対して固着されている。シール部材4、素子基板2および対向基板3によって囲まれた領域内には、液晶層5が設けられている。シール部材4の図1中の下側の部分には、液晶分子を含む液晶材を注入するための注入口41が形成されている。注入口41は、各種樹脂材料を用いて形成された封止材40により封止されている。
液晶層5は、正または負の誘電異方性を有する液晶分子を含む。液晶層5は、液晶分子が配向膜29および配向膜34の双方に接するように素子基板2および対向基板3によって挟持されている。液晶層5は、印加される電圧レベルにより液晶分子の配向が変化することによって光LLを変調することで階調表示を可能とする。
次に、液晶表示装置100の電気的な構成について簡単に説明する。図3は、図1に示す液晶表示装置が有する素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。図3では、説明の便宜上、互いに直交するx軸およびy軸を図示している。
次に、素子基板2の詳細な構成について説明する。図4は、図1に示す電気光学装置が有する素子基板の拡大断面図であって、図2中の領域A2の拡大図である。図5は、図4に示す素子基板の平面図である。なお、図5では、配向膜29の図示を省略している。また、図4および図5では、それぞれ、説明の便宜上、互いに直交するx軸、y軸およびz軸を図示している。
図4に示すように、基材21は、透光性を有するほぼ板状の部材であり、半球状に凹没した複数の凹部210を有する。複数の凹部210は、入射面201とは反対側の面に形成されており、平面視で行列状に配置されている。基材21の構成材料としては、例えばガラス材料および樹脂材料等が挙げられる。
基材21上には、透光性を有するマイクロレンズアレイ22が積層されている。マイクロレンズアレイ22は、凹部210の形状に対応した半球状の凸部を有する複数のレンズ部材220(マイクロレンズ)を有する。レンズ部材220の凸レンズ面221は、凹部210を形成している面に接触している。レンズ部材220は、球面レンズである。また、マイクロレンズアレイ22の構成材料としては、例えば酸窒化シリコン、窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等の透光性を有する絶縁性材料が挙げられる。
マイクロレンズアレイ22上には、透光性を有する絶縁層23が設けられている。絶縁層23の屈折率は、マイクロレンズアレイ22の屈折率よりも低い。絶縁層23の構成材料としては、例えば酸化シリコン等の透光性を有する絶縁性材料が挙げられる。なお、絶縁層23のマイクロレンズアレイ22と反対側の面は、ほぼ平坦である。
マイクロレンズアレイ22上には、透光性を有する第1の絶縁体24が設けられている。図4および図5に示すように、第1の絶縁体24は、平面視で格子状をなしており、複数の開口249を有している。また、図4に示すように、第1の絶縁体24は、複数の絶縁層241、242、243および244が積層した積層体で構成されている。第1の絶縁体24の屈折率は、マイクロレンズアレイ22の屈折率よりも小さく、本実施形態では絶縁層23の屈折率と同等である。第1の絶縁体24の構成材料としては、例えば酸化シリコン等の透光性を有する絶縁性材料が挙げられる。なお、各絶縁層241、242、243および244は、同一の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
図4に示すように、第1の絶縁体24に埋没するように、TFT260および遮光体26が形成されている。すなわち、図4および図5に示すように、TFT260および遮光体26は、それぞれ、平面視で、第1の絶縁体24に重なり、第1の絶縁体24に包含されている。また、遮光体26は、前述したように、走査線261、データ線262、容量線263および遮光層265を有する。また、図4および図5では、容量線263の図示を省略している。
開口領域A12には、それぞれ、透光性を有する第2の絶縁体25が第1の絶縁体24に接している状態で配置されている。すなわち、第1の絶縁体24が有する複数の開口249には、それぞれ、透光性を有する第2の絶縁体25が充填されている。第2の絶縁体25の屈折率は、第1の絶縁体24の屈折率よりも高い。そのため、第2の絶縁体25と第1の絶縁体24との界面259で、光LLを反射させることができ、第2の絶縁体25内で光LLを伝搬させることができる。すなわち、第2の絶縁体25を、光LLを伝搬させる導波路として機能させることができる。なお、図4に示すように、界面259は、素子基板2の厚さ方向に対して概垂直であり、光LLの光軸方向と一致またはそれに近似している。また、第2の絶縁体25の構成材料としては、例えば、酸窒化シリコン、窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等の透光性を有する絶縁性材料が挙げられる。また、本実施形態では、第2の絶縁体25の屈折率は、マイクロレンズアレイ22の屈折率と同様であり、絶縁層23の屈折率よりも大きい。
図4に示すように、第1の絶縁体24および第2の絶縁体25上には、透光性を有する絶縁層27が設けられている。絶縁層27は、複数のほぼ半球状の凸部を備える。絶縁層27の凸面は、凹レンズ面251に対応しており、凹レンズ面251に接触している。絶縁層27の屈折率は、第2の絶縁体25の屈折率よりも低く、本実施形態では、第1の絶縁体24の屈折率と同等である。絶縁層27の構成材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等の透光性を有する絶縁性材料が挙げられる。
図4に示すように、絶縁層27上には、複数の画素電極28が配置されている。これら画素電極28は、平面視で行列状をなす。また、図4および図5に示すように、画素電極28は、平面視で、第2の絶縁体25に重なり、第2の絶縁体25を内包するように配置されている。なお、複数の画素電極28上には、配向膜29が配置されている。
次に、素子基板2における光路について説明する。図6は、図4に示す素子基板に透過する光を説明するための模式図である。
また、前述したように、第2の絶縁体25と画素電極28との間には、凹レンズ面251と画素電極28とに接して配置され、第2の絶縁体25よりも屈折率が低い透光性を有する絶縁層27(第3の絶縁体)を備える。
次に、素子基板2の製造方法を説明する。図7は、図4に示す素子基板の製造方法のフロー図である。
図8および図9は、それぞれ、ステップS11の基材形成工程を説明するための断面図である。まず、図8に示すように、例えばガラス板または石英板等で構成された、基材21の母材21aを用意し、複数の開口が形成されたマスクM1を母材21a上に形成する。次いで、図9に示すように、マスクM1を用いて等方性エッチングを行う。例えばフッ酸を含むエッチング液を用いたウエットエッチングにより母材21aの一部を除去する。これにより、複数の凹部210を有する基材21が形成される。等方性エッチングを行うことで半球状の凹部210を簡単に形成することができる。
図10は、ステップS12のレンズ部材形成工程を説明するための断面図である。次に、図10に示すように、マイクロレンズアレイ22を形成する。具体的には、例えば、プラズマ化学気相堆積(CVD)法等の蒸着法により基材21の凹部210に酸窒化シリコンを堆積した後、化学機械研磨(CMP)法により上面を平坦化する。
次に、図示はしないが、マイクロレンズアレイ22上に絶縁層23を形成する。絶縁層23の形成は、例えば酸化シリコンを含む材料をCVD法等の蒸着法によりマイクロレンズアレイ22上に成膜することにより行う。
図11および図12は、それぞれ、ステップS14の第1の絶縁体および遮光体形成工程を説明するための断面図である。次に、第1の絶縁体24および遮光体26を形成する。なお、本工程の説明では、容量線263も形成するが、その説明および図示は省略する。
図13および図14は、それぞれ、ステップS15の第2の絶縁体形成工程を説明するための断面図である。次に、複数の第2の絶縁体25を形成する。
図15は、ステップS16の絶縁層形成工程を説明するための断面図である。次に、図15に示すように、絶縁層27を形成する。絶縁層27の形成は、例えば酸化シリコンを含む材料をCVD法等の蒸着法により第1の絶縁体24および第2の絶縁体25上に堆積した後、化学機械研磨(CMP)法により上面を平坦化することにより行う。
次に、図示はしないが、絶縁層27上に複数の画素電極28を形成する。画素電極28の形成は、例えば透明電極材料からなる層をCVD法等の蒸着法により形成した後、マスクを用いてパターニングすることにより行う。
次に、図示はしないが、配向膜29を形成する。配向膜29の形成は、例えばポリイミドからなる層をCVD法等の蒸着法により形成した後、ラビング処理を施すことにより行う。
図16は、第1実施形態における素子基板の変形例を示す拡大断面図である。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図17は、第2実施形態の液晶表示装置が有する素子基板の拡大断面図である。
次に、本発明の電子機器の一例である投射型表示装置について説明する。図18は、液晶表示装置を備えた投射型表示装置の一例を示す模式図である。
Claims (8)
- 第1基板と、前記第1基板に対して離間している第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、液晶分子を含む液晶層と、を備え、前記第1基板から入射した光が前記第2基板から出射する透過型液晶表示装置であって、
前記第1基板は、透光性の基材と、
画素電極と、
遮光体と、
前記第1基板の厚さ方向から見た平面視において、前記遮光体と重なり、前記基材と前記画素電極との間に配置された透光性を有する第1の絶縁体と、
前記平面視で前記画素電極と重なり、前記基材と前記画素電極との間で前記第1の絶縁体に接して配置された透光性を有する第2の絶縁体と、
前記平面視で前記画素電極と重なり、前記基材と前記第2の絶縁体との間に配置され、前記基材側の面が凸レンズ面を含む透光性のレンズ部材と、を備え、
前記第2の絶縁体の屈折率は、前記第1の絶縁体の屈折率よりも高く、
前記第2の絶縁体の前記画素電極側の面は、凹レンズ面を含み、
前記第2の絶縁体と前記画素電極との間には、前記凹レンズ面と前記画素電極とに接して配置され、前記第2の絶縁体よりも屈折率が低い透光性を有する第3の絶縁体を備えることを特徴とする透過型液晶表示装置。 - 前記レンズ部材は、前記平面視で、前記第2の絶縁体の大きさよりも大きく、かつ、前記第2の絶縁体と重なっている請求項1に記載の透過型液晶表示装置。
- 前記第2の絶縁体の前記凹レンズ面の曲率は、前記レンズ部材の前記凸レンズ面の曲率よりも大きい請求項2に記載の透過型液晶表示装置。
- 前記第2の絶縁体の屈折率は、前記レンズ部材の屈折率よりも大きい請求項2に記載の透過型液晶表示装置。
- 前記第2の絶縁体と前記レンズ部材との間には、前記平面視で前記画素電極と重なり、前記第2の絶縁体および前記レンズ部材の双方よりも屈折率が低い透光性を有する第4の絶縁体が配置されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
- 前記第2の絶縁体と前記レンズ部材とは一体的に形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
- 前記遮光体は、前記平面視で、前記第1の絶縁体に包含されている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の透過型液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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