JP6743864B2 - 液晶装置、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置、及び電子機器に関する。

液晶装置として、プロジェクターのライトバルブに適用される透過型の液晶装置が知られている。このような液晶装置では、光源から発する光を有効に利用して明るい表示を可能とするために、例えば、画素に対して光の入射側、又は、画素の光の入射側及び出射側に、マイクロレンズを備える構成が提案されている。

例えば、特許文献１には、画素に対して、対向基板側に２つのマイクロレンズを備え、素子基板側に１つのマイクロレンズを備えた構成の液晶装置が開示されている。このような構成の液晶装置によれば、液晶装置を透過した光を略平行光にすることが可能となり、プロジェクターの投写レンズのケラレを抑えることができる。

特開２０１５−２１９２５５号公報

しかしながら、素子基板側のマイクロレンズによって過剰に光が曲がってしまうことがあり、投写レンズに飲み込めなかったり、必要のない光まで曲げてしまったりすることがあり、光の利用効率やコントラスト比が低下することがあるという課題がある。

本願の液晶装置は、第１基板と、前記第１基板と液晶層を介して対向して配置された第２基板と、画素が配置された表示領域を有し、前記第１基板から前記液晶層に光が入射する液晶装置であって、前記第１基板は、前記画素に対応して配置された第１マイクロレンズを有し、前記第２基板は、前記画素に対応して配置されたスイッチング素子と第２マイクロレンズと、を有し、前記第２マイクロレンズは、中央に平坦部を有することを特徴とする。

上記の液晶装置において、平面視における前記平坦部の最大長さは、１μｍ以上であることが望ましい。

上記の液晶装置において、平面視における前記平坦部の最大長さは、前記画素における対角線の長さの７０％以下であることが望ましい。

上記の液晶装置において、前記第１基板は、前記第１マイクロレンズに対応して第３マイクロレンズが配置されていることが望ましい。

本願の電子機器は、上記に記載の液晶装置を備えることを特徴とする。

液晶装置の構成を示す模式平面図。 液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 図１に示す液晶装置のＡ−Ａ’線に沿った模式断面図。 第２マイクロレンズの概略平面図。 図４に示す第２マイクロレンズの概略断面図。 プロジェクターの構成を示す模式図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

本実施形態では、薄膜トランジスター（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を画素の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型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、後述するプロジェクターの液晶ライトバルブとして好適に用いることができるものである。

次に、本実施形態の液晶装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、液晶装置の構成を示す模式平面図である。図２は、液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図３は、図１に示す液晶装置のＡ−Ａ’線に沿った模式断面図である。

まず、図１に示すように、本実施形態に係る液晶装置１は、第２基板としての素子基板１０と、素子基板１０に対向配置された第１基板としての対向基板３０と、シール材４２と、液晶層４０と、を備えている。素子基板１０は対向基板３０よりも大きく、両基板は、対向基板３０の縁部に沿って枠状に配置されたシール材４２を介して接合されている。

液晶層４０は、素子基板１０と対向基板３０とシール材４２とによって囲まれた空間に封入された、正または負の誘電異方性を有する液晶で構成されている。シール材４２は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤からなる。シール材４２には、素子基板１０と対向基板３０との間隔を一定に保持するための図示しないスペーサーが混入されている。

枠状に配置されたシール材４２の内側には、素子基板１０に設けられた遮光層２２，２６（図３参照）と、対向基板３０に設けられた遮光層３８，３９とが配置されている。遮光層２２，２６，３８，３９は、枠状の周縁部を有し、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などで形成されている。枠状の遮光層２２，２６，３８，３９の内側は、複数の画素Ｐが配列された表示領域Ｅとなっている。画素Ｐは、例えば、略矩形状を有し、マトリックス状に配列されている。

表示領域Ｅは、液晶装置１において、実質的に表示に寄与する領域である。素子基板１０に設けられた遮光層２２，２６は、表示領域Ｅにおいて、複数の画素Ｐの開口領域を平面的に区画するように、例えば格子状に設けられている。なお、液晶装置１は、表示領域Ｅの周囲を囲むように設けられた、実質的に表示に寄与しないダミー領域を備えていてもよい。

素子基板１０におけるシール材４２の表示領域Ｅと反対側の第１辺に沿って、データ線駆動回路５１および複数の外部接続端子５４が設けられている。また、その第１辺に対向する第２辺に沿ったシール材４２の表示領域Ｅ側には、検査回路５３が設けられている。さらに、これらの２辺と直交し互いに対向する他の２辺に沿ったシール材４２の内側には、走査線駆動回路５２が設けられている。

検査回路５３が設けられた第２辺のシール材４２の表示領域Ｅ側には、２つの走査線駆動回路５２を繋ぐ複数の配線５５が設けられている。これらデータ線駆動回路５１、走査線駆動回路５２に繋がる配線は、複数の外部接続端子５４に接続されている。また、対向基板３０の角部には、素子基板１０と対向基板３０との間で電気的導通をとるための上下導通部５６が設けられている。なお、検査回路５３の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路５１と表示領域Ｅとの間のシール材４２の内側に沿った位置に設けてもよい。

以下の説明では、データ線駆動回路５１が設けられた第１辺に沿った方向をＸ軸とし、この第１辺と直交し互いに対向する他の２辺に沿った方向をＹ軸とする。Ｘ軸は、図１のＡ−Ａ’線に沿った方向である。遮光層２２，２６は、Ｘ軸とＹ軸とに沿った格子状に設けられている。画素Ｐの開口領域は、遮光層２２，２６によって格子状に区画され、Ｘ軸とＹ軸とに沿ったマトリックス状に配列されている。

また、Ｘ軸およびＹ軸と直交し図１における手前に向かう方向をＺ軸とする。なお、本明細書では、液晶装置１の対向基板３０側表面の法線方向（Ｚ軸）から見ることを「平面視」という。

図２に示すように、素子基板１０の表示領域Ｅには、走査線２とデータ線３とが互いに交差するように形成され、走査線２とデータ線３との交差に対応して画素Ｐが設けられている。画素Ｐのそれぞれには、画素電極２８と、スイッチング素子としてのＴＦＴ２４とが設けられている。

ＴＦＴ２４のソース電極は、データ線駆動回路５１から延在するデータ線３に電気的に接続されている。データ線３には、データ線駆動回路５１から画像信号、言い換えればデータ信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のゲート電極は、走査線駆動回路５２から延在する走査線２の一部である。走査線２には、走査線駆動回路５２から走査信号Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｍが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のドレイン電極は、画素電極２８に電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ＴＦＴ２４を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線３を介して画素電極２８に所定のタイミングで書き込まれる。このようにして画素電極２８を介して液晶層４０に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板３０に設けられた図３に示す共通電極４４との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。

なお、保持された画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎがリークするのを防止するため、走査線２に沿って形成された容量線４と画素電極２８との間に蓄積容量５が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、各画素Ｐの液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶の配向状態が変化する。これにより、図３に示す液晶層４０に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

液晶層４０を構成する液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。例えば、ノーマリーホワイトモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少する。ノーマリーブラックモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加し、全体として液晶装置１からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が射出される。

図３に示すように、液晶装置１は、素子基板１０と、対向基板３０と、素子基板１０と対向基板３０との間に挟持された液晶層４０と、を有している。液晶装置１では、光は、対向基板３０側から入射し、液晶層４０を透過して、素子基板１０側から射出される。

対向基板３０は、第１基材３１と、レンズ層３３と、遮光層３８と、中間層３４と、遮光層３９と、レンズ層３５と、透光層３７と、保護層４３と、共通電極４４と、配向膜４５とを備えている。レンズ層３３は、第１マイクロレンズＭＬ１を有している。レンズ層３５は、第３マイクロレンズＭＬ３を有している。したがって、対向基板３０は、第１マイクロレンズＭＬ１と第３マイクロレンズＭＬ３との２段のマイクロレンズを備えている。

第１基材３１は、例えば、ガラスや石英などの光透過性を有する無機材料からなる。第１基材３１の液晶層４０側の一方面を、面３１ａとする。第１基材３１は、面３１ａに形成された複数の凹部３２を有している。各凹部３２は、画素Ｐ毎に設けられている。凹部３２の断面形状は、例えば、半円や半楕円などの曲面となっている。凹部３２は、第１マイクロレンズＭＬ１のレンズ面を構成する。

レンズ層３３は、凹部３２を埋めて第１基材３１の面３１ａを覆うように、凹部３２の深さよりも厚く形成されている。レンズ層３３は、光透過性を有し、第１基材３１とは異なる屈折率を有する材料からなる。本実施形態では、レンズ層３３は、第１基材３１よりも屈折率が大きい無機材料からなる。このような無機材料としては、例えばＳｉＯＮなどが挙げられる。

レンズ層３３を形成する材料で凹部３２を埋め込むことにより、第１マイクロレンズＭＬ１が構成される。すなわち、レンズ層３３のうち凹部３２を埋めて、光が入射する側である第１基材３１側に突出する凸状の部分が第１マイクロレンズＭＬ１である。各第１マイクロレンズＭＬ１は、画素Ｐ毎に配置されている。レンズ層３３の表面は、第１基材３１の面３１ａに略平行で平坦な面となっている。なお、第１マイクロレンズＭＬ１に入射する入射光は、第１マイクロレンズＭＬ１の中心、即ち、曲面の焦点へ向けて集光される。

遮光層３８は、レンズ層３３における液晶層４０側に設けられている。遮光層３８は、第１マイクロレンズＭＬ１および第３マイクロレンズＭＬ３が配置された、図１に示す表示領域Ｅの周囲を囲むように設けられている。遮光層３８は、例えば、金属や金属化合物などで形成される。遮光層３８は、表示領域Ｅ内に、素子基板１０の遮光層２２および遮光層２６に平面視で重なるように設けられていてもよい。この場合、遮光層３８は、格子状、島状、またはストライプ状などに形成されていてもよいが、平面視で遮光層２２および遮光層２６よりも狭い範囲に配置されていることが好ましい。

中間層３４は、レンズ層３３と遮光層３８とを覆うように形成されている。中間層３４は、光透過性を有し、例えば、レンズ層３５とほぼ同じ屈折率を有する無機材料からなる。このような無機材料としては、例えばＳｉＯＮなどが挙げられる。中間層３４は、第１マイクロレンズＭＬ１から第３マイクロレンズＭＬ３までの距離を所望の値に合わせる機能を有する。中間層３４の層厚は、光の波長に応じたマイクロレンズＭＬ１の焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。

遮光層３９は、中間層３４上に、遮光層３８と平面視で重なるように設けられている。遮光層３９は、遮光層３８と同じ材料で形成されている。

レンズ層３５は、中間層３４と遮光層３９との上に形成されている。レンズ層３５は、例えば、レンズ層３３と同様の材料で形成されている。また、レンズ層３５の屈折率は、レンズ層３３の屈折率よりも大きいことが好ましい。

レンズ層３５は、液晶層４０側、言い換えれば、第１マイクロレンズＭＬ１とは反対側に突出する複数の凸部３６を有している。凸部３６は、第３マイクロレンズＭＬ３のレンズ面を構成する。すなわち、レンズ層３５のうち凸部３６が第３マイクロレンズＭＬ３である。各凸部３６は、画素Ｐ毎に設けられ、各凹部３２と平面視で重なるように配置されている。したがって、第３マイクロレンズＭＬ３は第１マイクロレンズＭＬ１と平面視で重なるように配置されている。凸部３６の断面形状は、半円や半楕円などの曲面となっている。

透光層３７は、凸部３６同士の間や凸部３６の周囲を埋めてレンズ層３５を覆うように、凸部３６の高さよりも厚く形成されている。透光層３７は、光透過性を有し、例えば、レンズ層３５よりも小さい屈折率を有する無機材料からなる。このような無機材料としては、例えばＳｉＯ₂などが挙げられる。透光層３７で凸部３６を覆うことにより、液晶層４０側に突出する凸形状の第３マイクロレンズＭＬ３が構成される。各第３マイクロレンズＭＬ３は、画素Ｐ毎に配置されている。

透光層３７は、レンズ層３５の表面の凹凸を平坦化するとともに、第３マイクロレンズＭＬ３から遮光層２６までの距離を所望の値に合わせる機能を有する。透光層３７の層厚は、光の波長に応じた第３マイクロレンズＭＬ３の焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。

透光層３７を覆うように、保護層４３が設けられている。共通電極４４は、保護層４３を覆うように設けられている。共通電極４４は、複数の画素Ｐに跨って形成されている。共通電極４４は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。配向膜４５は、共通電極４４を覆うように設けられている。

素子基板１０は、第２基材１１と、レンズ層１４と、透光層２１と、遮光層２２と、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、遮光層２６と、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とを備えている。レンズ層１４は、第２マイクロレンズＭＬ２を有している。すなわち、素子基板１０は、第２マイクロレンズＭＬ２を備えている。したがって、本実施形態の液晶装置１は、第１マイクロレンズＭＬ１と第２マイクロレンズＭＬ２と第３マイクロレンズＭＬ３との３段のマイクロレンズを備えている。

素子基板１０は、Ｘ−Ｙ平面領域として、例えば、第１領域１０ａと第２領域１０ｂとを有している。第１領域１０ａは、画素Ｐが配置された、図１に示す表示領域Ｅを含む領域である。第２領域１０ｂは、第１領域１０ａの外側の領域である。

第２基材１１は、例えば、ガラスや石英などの光透過性を有する材料からなる。第２基材１１の液晶層４０側の一方面を、面１１ａとする。第２基材１１は、面１１ａにおける第１領域１０ａに形成された凹部１２を有している。凹部１２の底部１２ａには、複数の凹部１３が設けられている。各凹部１３は、画素Ｐ毎に設けられている。凹部１３の断面形状は、中央に平坦部５０を有する、例えば半円や半楕円などの曲面となっている。凹部１３は、第２マイクロレンズＭＬ２のレンズ面を構成する。

レンズ層１４は、第２基材１１上の第１領域１０ａに、凹部１２と凹部１３とを埋めるように形成されている。レンズ層１４は、光透過性を有し、第２基材１１とは異なる屈折率を有する無機材料からなる。本実施形態では、レンズ層１４の屈折率は、第２基材１１の屈折率よりも大きく、かつ、レンズ層３３およびレンズ層３５の屈折率よりも小さい。このような無機材料としては、例えばＳｉＯＮなどが挙げられる。

レンズ層１４を形成する材料で凹部１３を埋め込むことにより、第２マイクロレンズＭＬ２が構成される。すなわち、レンズ層１４のうち凹部１３を埋めて、光が出射される側である第２基材１１側に突出する凸状の部分が第２マイクロレンズＭＬ２である。各第２マイクロレンズＭＬ２は、画素Ｐ毎に配置されている。第２マイクロレンズＭＬ２は、第１マイクロレンズＭＬ１および第３マイクロレンズＭＬ３と平面視で重なるように配置されている。

レンズ層１４の表面１４ａは、第２領域１０ｂにおける第２基材１１の面１１ａと連続した平面を構成している。すなわち、レンズ層１４は、第１領域１０ａに配置されており、第２領域１０ｂには配置されていない。

透光層２１は、第２基材１１の面１１ａとレンズ層１４の表面１４ａとを覆うように形成されている。透光層２１は、光透過性を有し、例えば、第２基材１１とほぼ同じ屈折率を有する、例えばＳｉＯ₂などの無機材料からなる。透光層２１は、レンズ層１４を保護するとともに、第２マイクロレンズＭＬ２から第３マイクロレンズＭＬ３までの距離を所望の値に合わせる機能を有する。透光層２１の層厚は、光の波長に応じた第２マイクロレンズＭＬ２の焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。

遮光層２２は、透光層２１上に設けられている。遮光層２２は、上層の遮光層２６に平面視で重なるように格子状に形成されている。遮光層２２および遮光層２６は、例えば、金属や金属化合物などで形成される。遮光層２２および遮光層２６は、素子基板１０の厚さ方向（Ｚ軸）において、ＴＦＴ２４を間に挟むように配置されている。遮光層２２は、ＴＦＴ２４の少なくともチャネル領域と平面視で重なっている。

遮光層２２により第２基材１１側からのＴＦＴ２４への光の入射が抑制され、遮光層２６により液晶層４０側からのＴＦＴ２４への光の入射が抑制されるので、ＴＦＴ２４における光リーク電流の増大や光による誤動作を抑えることができる。遮光層２２と遮光層２６とで遮光領域Ｓが構成される。遮光層２２に囲まれた開口部２２ａ内の領域、および、遮光層２６に囲まれた開口部２６ａ内の領域は、平面視で互いに重なっており、画素Ｐの領域のうち光が透過する開口領域Ｔとなる。

絶縁層２３は、透光層２１と遮光層２２とを覆うように設けられている。絶縁層２３は、例えば、ＳｉＯ₂などの無機材料からなる。

ＴＦＴ２４は、絶縁層２３上に設けられており、遮光層２２および遮光層２６と平面視で重なる領域に配置されている。ＴＦＴ２４は、画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。ＴＦＴ２４は、図示しない半導体層、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極で構成されている。半導体層には、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域が形成されている。チャネル領域とソース領域、又は、チャネル領域とドレイン領域との界面にはＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。

ゲート電極は、素子基板１０において平面視で半導体層のチャネル領域と重なる領域に絶縁層２５の一部、即ち、ゲート絶縁膜を介して形成されている。図示を省略するが、ゲート電極は、下層側に配置された走査線にコンタクトホールを介して電気的に接続されており、走査信号が印加されることによってＴＦＴ２４をオン／オフ制御している。

絶縁層２５は、絶縁層２３とＴＦＴ２４とを覆うように設けられている。絶縁層２５は、例えば、ＳｉＯ₂などの無機材料からなる。絶縁層２５は、ＴＦＴ２４の半導体層とゲート電極との間を絶縁するゲート絶縁膜を含む。絶縁層２５により、ＴＦＴ２４によって生じる表面の凹凸が緩和される。絶縁層２５上には、遮光層２２と同様な遮光層２６が設けられている。そして、絶縁層２５と遮光層２６とを覆うように、無機材料からなる絶縁層２７が設けられている。

画素電極２８は、絶縁層２７上に、画素Ｐ毎に設けられている。画素電極２８は、遮光層２２の開口部２２ａおよび遮光層２６の開口部２６ａに平面視で重なる領域に配置されている。画素電極２８は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。配向膜２９は、画素電極２８を覆うように設けられている。液晶層４０は、素子基板１０側の配向膜２９と対向基板３０側の配向膜４５との間に封入されている。

なお、図示を省略するが、平面視で遮光層２２および遮光層２６に重なる領域には、ＴＦＴ２４に電気信号を供給するための電極、配線、中継電極や、図２に示す蓄積容量５を構成する容量電極などが設けられている。

本実施形態に係る液晶装置１では、光源などから発せられた光は、第１マイクロレンズＭＬ１及び第３マイクロレンズＭＬ３を備える対向基板３０側から入射し、第２マイクロレンズＭＬ２を備える素子基板１０側から射出される。

なお、以下では、対向基板３０を構成する第１基材３１の表面の法線方向を単に「法線方向」という。「法線方向」は、図３のＺ軸に沿った方向であり、素子基板１０を構成する第２基材１１の法線方向と略同一の方向である。

液晶装置１に入射する光のうち、法線方向に沿って１段目の第１マイクロレンズＭＬ１の中心に入射した光Ｌ１は、直進して２段目の第３マイクロレンズＭＬ３の中心に入射し、そのまま直進して液晶層４０を透過する。そして、光Ｌ１は、画素Ｐの開口領域Ｔ内を透過して３段目の第２マイクロレンズＭＬ２の中心に入射し、平坦部５０を直進して素子基板１０側から射出される。

第１マイクロレンズＭＬ１の端部付近に法線方向に沿って入射した光Ｌ２は、仮にそのまま直進した場合、破線で示すように遮光層２６で遮光されてしまうが、第１マイクロレンズＭＬ１の屈折力、即ち、第１基材３１とレンズ層３３との間の屈折率の差により、第１マイクロレンズＭＬ１の中心側へ屈折して第３マイクロレンズＭＬ３に入射する。そして、第３マイクロレンズＭＬ３に入射した光Ｌ２は、第３マイクロレンズＭＬ３の屈折力、即ち、レンズ層３５と透光層３７との間の屈折率の差により、第３マイクロレンズＭＬ３の中心側へさらに屈折し、法線方向に対して斜めに進んで開口領域Ｔ内を透過する。

第３マイクロレンズＭＬ３で屈折し法線方向に対して斜めに第２マイクロレンズＭＬ２に入射する光Ｌ２は、仮にそのまま直進した場合、破線で示すように第２マイクロレンズＭＬ２の中心に対して外側に向かい、画素Ｐの領域の外側へ広がる光となってしまう。しかしながら、第２マイクロレンズＭＬ２の屈折力（第２基材１１とレンズ層１４との間の屈折率の差）により、第２マイクロレンズＭＬ２に入射した光Ｌ２は、第２マイクロレンズＭＬ２の中心側へ曲げ戻されて、素子基板１０側から射出される。

液晶装置１に入射する光の中には、光Ｌ３のように、法線方向に対して斜めに入射する光も存在する。第１マイクロレンズＭＬ１の端部付近に法線方向に対して斜めに、かつ、第１マイクロレンズＭＬ１の中心に対して外側に向かって入射した光Ｌ３は、仮にそのまま直進した場合、破線で示すように隣の画素Ｐ側に向かってしまうが、第１マイクロレンズＭＬ１の屈折力により第１マイクロレンズＭＬ１の中心側へ屈折して第３マイクロレンズＭＬ３に入射する。

第３マイクロレンズＭＬ３に入射した光Ｌ３は、仮にそのまま直進した場合、破線で示すように遮光層２６で遮光される。しかしながら、第３マイクロレンズＭＬ３の屈折力により、第３マイクロレンズＭＬ３の中心側へ屈折して開口領域Ｔ内を透過して第２マイクロレンズＭＬ２に入射する。第２マイクロレンズＭＬ２に入射した光Ｌ３は、レンズの中央の平坦部５０に入射する場合、開口領域Ｔ内の中心方向に曲げ戻され、素子基板１０側から射出される。

仮に、第２マイクロレンズＭＬ２に平坦部５０がなく半球状である場合、第２マイクロレンズＭＬ２によって光を曲げ過ぎてしまうことが考えられ、これにより、かえって斜め光が増えてしまう恐れがある。よって、液晶装置１から射出される光の広がりが大きいと、プロジェクターの投写レンズの有効投写領域以外の領域に照射される光が多くなるので、プロジェクターにおける光の利用効率やコントラスト比の低下を招いてしまう。

しかしながら、本実施形態では、第２マイクロレンズＭＬ２の中央に平坦部５０を有することにより、画素Ｐの領域の外側に向かう光を曲げ戻す役割を有する。その結果、第２マイクロレンズＭＬ２で光の広がりを抑えて素子基板１０側から射出するので、プロジェクターにおける光の利用効率とコントラスト比とを向上できる。

＜第２マイクロレンズの構成＞
次に、第２マイクロレンズＭＬ２の構成について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、第２マイクロレンズの概略平面図である。図５は、図４に示す第２マイクロレンズの概略断面図である。なお、図５には、第２マイクロレンズＭＬ２のＸ−Ｚ断面を示すが、第２マイクロレンズＭＬ２のＹ−Ｚ断面も同様の断面となる。

図４は、４つの画素Ｐを示している。図４に示すように、画素Ｐは、略矩形の平面形状を有している。このような形状を有する複数の画素Ｐは、Ｘ軸およびＹ軸において隣り合う画素Ｐ同士が互いに接するように配列されている。画素Ｐの周縁部には、遮光層２２が配置されている。遮光層２２は、Ｘ軸およびＹ軸において隣り合う画素Ｐ同士の境界に沿うように配置されている。画素Ｐにおいて、遮光領域Ｓの内側が、光が透過する開口領域Ｔとなっている。

画素Ｐの対角線の長さをＤとし、画素ＰのＸ軸の１辺の長さをＧとする。Ｘ軸における画素Ｐの配置ピッチはＧとなる。画素Ｐの平面形状が正方形であるとすると、画素ＰのＹ軸の１辺の配置ピッチもＧであり、画素Ｐの対角線の長さＤは、配置ピッチＧの√２倍である。

素子基板１０が備える第２マイクロレンズＭＬ２のレンズ形状を構成する凹部１３は、仮想的には２点鎖線で示す略円形の平面形状を有している。この第２マイクロレンズＭＬ２の凹部１３の仮想的な外形は、画素Ｐの内接円よりも大きい。すなわち、第２マイクロレンズＭＬ２のレンズ径、言い換えれば、凹部１３の直径Φは、画素Ｐの配置ピッチＧよりも大きい。換言すれば、第２マイクロレンズＭＬ２のレンズ径Φは、例えば、画素Ｐの配置ピッチＧ×√２×９５％である。また、第２マイクロレンズＭＬ２のＸ軸方向の長さ１３ａは、画素の配置ピッチＧと同じである。

第２マイクロレンズＭＬ２、即ち凹部１３の外周端部１３ｂは、画素Ｐの対角線の方向においては画素Ｐ内に配置されているが、Ｘ軸およびＹ軸においては画素Ｐ内に配置されていない。すなわち、画素Ｐの対角線の方向において隣り合う第２マイクロレンズＭＬ２、即ち凹部１３同士は互いに離間されているが、Ｘ軸およびＹ軸において隣り合う第２マイクロレンズＭＬ２、即ち凹部１３同士は互いに接続されている。換言すれば、第２マイクロレンズＭＬ２の少なくとも一部は、隣り合う第２マイクロレンズＭＬ２と接している。

画素Ｐの対角線の方向において隣り合う第２マイクロレンズＭＬ２同士が互いに離間されているので、画素Ｐの４隅に、第２マイクロレンズＭＬ２と平面視で重ならない領域Ｐａが存在する。この領域Ｐａには、レンズ層１４は配置されているが、レンズ面となる凹部１３は配置されていない。

第２マイクロレンズＭＬ２は、レンズの中央に平坦部５０を有する。平坦部５０の大きさは、例えば、画素Ｐの対角線の長さの７０％以下であり、かつ平坦部の最大長さが１μｍ以上である。この平坦部５０の形状は、図４に示すように、例えば、Φ１μｍ以上の丸形状である。なお、平坦部５０の形状は、丸形状に限定されるものではなく、多角形であってもよく、平坦な面積Ｌを一定以上有する形状である。

上記のような平坦部５０を有することにより、光が曲がりすぎることが抑えられるので、第２マイクロレンズを透過する平行光を多くすることができる。具体的には、第２マイクロレンズの全体が曲面状である場合、第２マイクロレンズの中央に平行光が入射しても、光が屈折して射出し、投写レンズに入射する斜め光が多くなる。

しかしながら、本実施形態では、第２マイクロレンズの中央に平坦部５０を有することにより、第２マイクロレンズの中央に入射した平行光はそのまま通過するため、投写レンズに入射する斜め光を抑えることができる。その結果、素子基板を通過した光のうち、投写レンズのケラレの量を抑えることができる。

更に、第２マイクロレンズＭＬ２が曲面状である場合と比べて、回折により生じる、例えば、１次回折光や２次回折光を少なくすることが可能となり、回折しない光である０次光を多くすることができる。その結果、素子基板１０を通過した光のうち、平坦部５０を通る屈折しない０次光の強度を高めることができ、投写レンズに入射する光の角度のばらつきを小さくできるので、コントラスト比を向上させることができる。

このように、本実施形態の液晶装置によれば、光の利用効率の向上とコントラスト比の向上とを両立させることができる。また、液晶装置１をプロジェクターの液晶ライトバルブとして用いる場合には、斜め光が抑えられることにより投写レンズに入射する光のケラレを抑制でき、プロジェクターにおける光の利用効率やコントラスト比の向上を図ることができる。

平坦部５０では入射する平行光が屈折せずにそのまま透過するため、平坦部５０の領域をできるだけ大きくすることが好ましい。しかしながら、上述したように第２マイクロレンズＭＬ２の径Φを対角線の長さＤの９５％以下とする場合、平坦部５０の領域が大き過ぎると、第２マイクロレンズＭＬ２の曲面部の領域が相対的に小さくなる。そうすると、第２マイクロレンズＭＬ２の周縁部に入射して開口領域Ｔの中心側へ屈折される光が少なくなる。

そこで、平坦部５０の距離を、画素Ｐの対角線の長さＤの７０％以下、かつ平坦部の最大長さを１μｍ以上とすることで、平行光がそのまま透過する領域を大きくしつつ、周縁部における光が屈折される領域を確保することができる。

また、図５に示すように、第２マイクロレンズＭＬ２の断面形状は、一部が半円や半楕円などの曲面を有すると共に、角部が丸く形成された略台形状である。なお、第２マイクロレンズＭＬ２の中心に平坦部５０を有しない曲面状のレンズを通る光は、曲面で屈折されて斜め光となって射出する。

しかしながら、本実施形態のように、第２マイクロレンズＭＬ２の中心に平坦部５０を有するので、屈折により生じる斜め光と、回折により生じる斜め光と、が少なくなり、光の利用効率を向上させることができる。言い換えれば、必要な光だけを曲げて射出させることができる。更に、平坦部５０に入射する平行光をそのまま透過させる、即ち０次光の比率を多くすることができると共に、光の角度のばらつきが抑えられるので、液晶装置１のコントラスト比を向上させることができる。

このように、第２マイクロレンズＭＬ２の中央に平坦部５０を有することにより、過剰に光を曲げることを抑えることができる。よって、回折光を少なくして回折成分の０次光の比率が多くなるようにしている。その結果、コントラスト比を向上させることができる。加えて、対向基板３０側に配置された第１マイクロレンズＭＬ１や第３マイクロレンズＭＬ３よりも、素子基板１０に配置された第２マイクロレンズＭＬ２のパワーを低くすることにより、コントラスト比を向上させることができる。

＜電子機器＞
次に、本実施形態に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を説明する。図６は、プロジェクターの構成を示す模式図である。以下、プロジェクターの構成を、図６を参照しながら説明する。

図６に示すように、プロジェクター１００は、偏光照明装置１１０と、２つのダイクロイックミラー１０４，１０５と、３つの反射ミラー１０６，１０７，１０８と、５つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、３つの液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３と、クロスダイクロイックプリズム１１６と、投写レンズ１１７とを備えている。

偏光照明装置１１０は、例えば超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とを備えている。ランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とは、システム光軸Ｌｘに沿って配置されている。

ダイクロイックミラー１０４は、偏光照明装置１１０から射出された偏光光束のうち、赤色光を反射させ、緑色光と青色光とを透過させる。もう１つのダイクロイックミラー１０５は、ダイクロイックミラー１０４を透過した緑色光を反射させ、青色光を透過させる。

ダイクロイックミラー１０４で反射した赤色光は、反射ミラー１０６で反射した後にリレーレンズ１１５を経由して液晶ライトバルブ１２１に入射する。ダイクロイックミラー１０５で反射した緑色光は、リレーレンズ１１４を経由して液晶ライトバルブ１２２に入射する。ダイクロイックミラー１０５を透過した青色光は、３つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３と２つの反射ミラー１０７，１０８とで構成される導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３に入射する。

光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、クロスダイクロイックプリズム１１６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３に入射した色光は、映像情報（映像信号）に基づいて変調され、クロスダイクロイックプリズム１１６に向けて射出される。

クロスダイクロイックプリズム１１６は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成されており、その内面には赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ１１７によってスクリーン１３０上に投写され、画像が拡大されて表示される。

液晶ライトバルブ１２１は、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ１２２，１２３も同様である。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、本実施形態に係る液晶装置１が適用されたものである。

本実施形態に係るプロジェクター１００の構成によれば、複数の画素Ｐが高精細に配置されていても、光源からの入射光の利用効率が高く射出される光の広がりが抑えられる液晶装置１を液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３に備えているので、明るい表示と高いコントラストとを有するプロジェクター１００を提供することができる。

以上説明したように、本実施形態の液晶装置１、及びプロジェクター１００によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態によれば、液晶装置１は、第２マイクロレンズＭＬ２の中央に平坦部５０を有するので、第１マイクロレンズＭＬ１及び第３マイクロレンズＭＬ３を通った光を過剰に曲げることを抑えることが可能となり、投写レンズによる光のケラレを少なくすることができる。よって、光の利用効率を向上させることができる。また、回折する光を少なくすることが可能となるので、コントラストを向上させることができる。

（２）本実施形態によれば、コントラストなど表示品質を向上させることが可能なプロジェクター１００を提供することができる。

（変形例）
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

上記した実施形態では、対向基板３０側に第１マイクロレンズＭＬ１と第３マイクロレンズＭＬ３とを備え、素子基板１０側に第２マイクロレンズＭＬ２を備えているが、この形態に限定されず、対向基板３０側に１枚のマイクロレンズを備え、素子基板１０側にも１枚のマイクロレンズを備えるようにしてもよい。

上記した実施形態では、第２マイクロレンズＭＬ２の平面形状を仮想的に円形状にしたが、これに限定されず、例えば、画素Ｐに対応して４隅が丸い略矩形形状であってもよい。

上記した実施形態では、マイクロレンズの中心と画素の中心と、を同じにしているが、これに限定されず、マイクロレンズの中心と画素の中心とを異ならすように配置してもよいし、表示領域Ｅの中央から表示領域Ｅの外側に向かって徐々に第２マイクロレンズＭＬ２の中心位置がずれるように配置してもよい。また、ＲＧＢごとに異なるずれ量を変えるようにしてもよい。

以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。

液晶装置は、第１基板と、前記第１基板と液晶層を介して対向して配置された第２基板と、画素が配置された表示領域を有し、前記第１基板から前記液晶層に光が入射する液晶装置であって、前記第１基板は、前記画素に対応して配置された第１マイクロレンズを有し、前記第２基板は、前記画素に対応して配置されたスイッチング素子と第２マイクロレンズと、を有し、前記第２マイクロレンズは、中央に平坦部を有することを特徴とする。

この構成によれば、第２マイクロレンズの中央に平坦部を有するので、第１マイクロレンズを通った光を過剰に曲げることを抑えることが可能となり、投写レンズに蹴られる光を少なくすることができる。よって、光の利用効率を向上させることができる。また、回折する光を少なくすることが可能となるので、コントラストを向上させることができる。

上記の液晶装置において、平面視における前記平坦部の最大長さは、１μｍ以上であることが望ましい。

この構成によれば、平坦部が上記のような長さを有するので、第１マイクロレンズを通った光を過剰に曲げることを抑えることが可能となり、投写レンズに蹴られる光を少なくすることができる。

上記の液晶装置において、平面視における前記平坦部の最大長さは、前記画素における対角線の長さの７０％以下であることが望ましい。

この構成によれば、平坦部が上記のような長さを有するので、第１マイクロレンズを通った光を過剰に曲げることを抑えることが可能となり、投写レンズに蹴られる光を少なくすることができる。

上記の液晶装置において、前記第１基板は、前記第１マイクロレンズに対応して第３マイクロレンズが配置されていることが望ましい。

この構成によれば、第１基板に第１マイクロレンズ及び第３マイクロレンズを有する、即ち、対向するダブルレンズを有するので、入射した光を略平行光にすることができる。

電子機器は、上記に記載の液晶装置を備えることを特徴とする。

この構成によれば、コントラストなど表示品質を向上させることが可能な電子機器を提供することができる。

１…液晶装置、２…走査線、３…データ線、５…蓄積容量、１０…第２基板としての素子基板、１０ａ…第１領域、１０ｂ…第２領域、１１…第２基材、１１ａ…面、１４…レンズ層、２１…透光層、２２，２６，３８，３９…遮光層、２３，２５，２７…絶縁層、２４…ＴＦＴ、２８…画素電極、２９…配向膜、３０…第１基板としての対向基板、３１…第１基材、３１ａ…面、３３，３５…レンズ層、３４…中間層、３７…透光層、４０…液晶層、４２…シール材、４３…保護層、４４…共通電極、４５…配向膜、５０…平坦部、５１…データ線駆動回路、５２…走査線駆動回路、５３…検査回路、５４…外部接続端子、５５…配線、５６…上下導通部、１００…電子機器としてのプロジェクター、１０１…ランプユニット、１０２…インテグレーターレンズ、１０３…偏光変換素子、１０４，１０５…ダイクロイックミラー、１０６，１０７，１０８…反射ミラー、１１０…偏光照明装置、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５…リレーレンズ、１１６…クロスダイクロイックプリズム、１１７…投写レンズ、１２１，１２２，１２３…液晶ライトバルブ、１３０…スクリーン。

Claims (5)

1. 第１基板と、前記第１基板と液晶層を介して対向して配置された第２基板と、画素が配置された表示領域を有し、前記第１基板から前記液晶層に光が入射する液晶装置であって、
   隣り合う前記画素同士は、互いに接するように配列され、
   前記第１基板は、第１基材と、前記第1基材と前記液晶層との間の前記画素に対応する位置に配置された第１マイクロレンズを有し、
   前記第２基板は、第２基材と、前記第２基材と前記液晶層との間の前記画素に対応する位置に配置されたスイッチング素子と第２マイクロレンズと、を有し、
   前記第２基材は、前記表示領域を含む第１領域に設けられた第１凹部と、前記第１凹部に設けられた複数の第２凹部と、を有し、
   前記第２マイクロレンズは、前記第１凹部及び前記第２凹部を埋めて、前記第１領域の外側の第２領域に達しないレンズ層を有し、
   前記第２凹部は、前記第２マイクロレンズのレンズ面を構成し、前記第２マイクロレンズのレンズ面の断面形状は、中央に平坦部を有する曲面であることを特徴とする液晶装置。
2. 請求項１に記載の液晶装置であって、
   前記第２基板は、隣り合う前記画素同士の境界に沿うように配置され平面視で前記スイッチング素子に重なる遮光層を有し、
   前記第２凹部は、データ線駆動回路が設けられた第１辺に沿った方向において、前記平坦部の端部から前記遮光層に囲まれた開口領域の外側まで一方向に湾曲していることを特徴とする液晶装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶装置であって、
   平面視における前記平坦部の最大長さは、１μｍ以上であり、
   平面視における前記平坦部の最大長さは、前記画素における対角線の長さの７０％以下であることを特徴とする液晶装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶装置であって、
   前記第１基板は、前記第１マイクロレンズに対応して第３マイクロレンズが配置されていることを特徴とする液晶装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。
   

Images