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JP2022142922A - 電気光学装置、および電子機器 - Google Patents

電気光学装置、および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】表示品位に優れる電気光学装置、および電子機器を提供する。【解決手段】電気光学装置は、第1基板21と、第2基板31と、第1基板と前記第2基板との間に配置された液晶層5と、を備え、第2基板から入射した光LLが第1基板から出射する電気光学装置であって、液晶層と第1基板との間に配置された画素電極23と、画素電極と第1基板との間に配置された遮光部240と、遮光部と画素電極との間の層に配置され、画素電極と平面視で重なるレンズと、液晶層に対して光の入射側に配置され、液晶層における光の位相差を補償する位相差補償板と、を有し、表示領域A10では、遮光性の遮光部材が、液晶層と位相差補償板との間に設けられておらず、レンズは、遮光部側に配置された第1層251と、画素電極側に配置され、第1層と屈折率が異なる第2層252と含む。【選択図】図5

Description

本発明は、電気光学装置、および電子機器に関する。
プロジェクター等の電子機器には、例えば、画素ごとに光学的特性を変更可能な液晶装置等の電気光学装置が用いられる。液晶装置は、例えば、対向基板と、素子基板と、これら基板の間に配置される液晶層と、を備える。
特許文献1に記載の液晶装置が有する対向基板は、レンズ層と、位相差補償層と、を有している。レンズ層が設けられることにより、光を集光させることができる。位相差補償層が設けられることにより、液晶層によって生じる光の位相差が補償される。
また、特許文献2に記載の液晶装置が有する素子基板は、TFT(thin film transistor)と、TFTと液晶層との間に配置される1層のマイクロレンズと、を有している。また、特許文献2に記載の液晶装置が有する対向基板および素子基板のそれぞれには、遮光層が設けられる。当該遮光層は、画像の表示に寄与する表示領域に配置されている。
特開2019-3159号公報 特開2015-34860号公報
前述のように、特許文献1の液晶装置では、対向基板にレンズ層が設けられている。この構成では、液晶装置に対向基板から光が入射する場合、レンズ層により液晶層で光が集光し、液晶層の一部が劣化するおそれがある。この結果、耐光性の寿命が短くなるおそれがある。
また、前述のように、特許文献2の液晶装置では、対向基板に遮光層が設けられている。この構成では、液晶装置に対向基板から光が入射する場合、対向基板が有する遮光層により光が散乱または回析されてしまう。この結果、コントラストが低下するおそれがある。
また、前述のように、特許文献2の液晶装置では、TFTと液晶層との間に1層のマイクロレンズが設けられる。しかし、1層のマイクロレンズでは、レンズパワーが充分でない。よって、液晶装置により表示される画像が暗くなってしまうというおそれがある。
本発明の電気光学装置の一態様は、第1基板と、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た液晶層と、を備え、前記第2基板から入射した光が前記第1基板から出射する電気光学装置であって、前記液晶層と前記第1基板との間に配置された画素電極と、前記画素電極と前記第1基板との間に配置された遮光部と、前記遮光部と前記画素電極との間の層に配置され、前記画素電極と平面視で重なるレンズと、前記液晶層に対して前記光の入射側に配置され、前記液晶層における前記光の位相差を補償する位相差補償板と、を有し、表示領域では、遮光性の遮光部材が、前記液晶層と前記位相差補償板との間に設けられておらず、前記レンズは、前記遮光部側に配置された第1層と、前記画素電極側に配置され、前記第1層と屈折率が異なる第2層と含む。
本発明の電子機器の一態様は、前述の電気光学装置と、前記電気光学装置の動作を制御する制御部と、を有する。
電子機器の一例である投射型表示装置を示す模式図である。 第1実施形態に係る電気光学装置の概略構成を示す断面図である。 図2の対向基板およびシール部材を示す平面図である。 図2の素子基板の電気的な構成を示す等価回路図である。 図2に示す表示パネルの概略構成を示す断面図である。 図5に示す素子基板の一部を概略的に示す平面図である。 図5に示す表示パネルの一部を示す図である。 図7に示すレンズの斜視図である。 参考例のレンズの斜視図である。 図7に示す透光層およびレンズ層を模式的に示す図である。 図10に示す透光層およびレンズ層の各屈折率と透過率との関係を示すグラフである。 図10に示す遮光部と頂面との間の距離と透過率との関係を示すグラフである。 図10に示す第1層の厚みと透過率との関係を示すグラフである。 図10に示す第1層および第2層の各深さと透過率との関係を示すグラフである。 第2実施形態の表示パネルの一部を示す図である。 電子機器の一例であるスマートフォンを示す平面図である。 電子機器の一例であるプロジェクターを示す模式図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示す部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
1.投射型表示装置
図1は、電子機器の一例である投射型表示装置4000を示す模式図である。図1に示す投射型表示装置4000は、例えば、3板式のプロジェクターである。投射型表示装置4000は、電気光学装置1r、1g、1bと、制御部4005と、照明光学系4001と、照明装置4002と、光合成素子4003と、投射光学系4004と、を備える。
電気光学装置1rは、赤色の表示色に対応する電気光学装置100であり、電気光学装置1gは、緑の表示色に対応する電気光学装置100であり、電気光学装置1bは、青色の表示色に対応する電気光学装置100である。すなわち、投射型表示装置4000は、赤、緑および青の表示色に各々対応する3個の電気光学装置1r、1g、1bを有する。また、制御部4005は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
照明光学系4001は、光源である照明装置4002からの出射光のうち赤色成分rを電気光学装置1rに供給し、緑色成分gを電気光学装置1gに供給し、青色成分bを電気光学装置1bに供給する。各電気光学装置1r、1g、1bは、照明光学系4001から供給される各単色光を表示画像に応じて変調するライトバルブ等の光変調器として機能する。
光合成素子4003は、各電気光学装置1r、1g、1bからの出射光を合成する。光合成素子4003は、ダイクロイックプリズムを含む。当該ダイクロイックプリズムは、互いに直交して配置される2つのダイクロイック膜を有する。また、投射光学系4004は、例えば投射レンズを含む。投射光学系4004は、光合成素子4003で合成された光を投射面4006に投射する。これにより、投射面4006上でフルカラー画像を得ることができる。
以上の投射型表示装置4000は、後述の電気光学装置100と、電気光学装置100を制御する制御部4005と、を備える。後述の電気光学装置100を用いることで表示品位の低下が抑制されている。したがって、電気光学装置100を備えることで、投射型表示装置4000の表示品位を高めることができる。
2.電気光学装置
2A.第1実施形態
2Aa.基本構成
図2は、第1実施形態に係る電気光学装置100の概略構成を示す断面図である。図3は、図2の対向基板3およびシール部材4を示す平面図である。なお、図2は、図3のX1-X1断面に相当する。以下では、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を適宜用いて説明する。また、X軸に沿う一方向をX1方向と表記し、X1方向とは反対の方向をX2方向と表記する。同様に、Y軸に沿う一方向をY1方向と表記し、Y1方向とは反対の方向をY2方向と表記する。Z軸に沿う一方向をZ1方向と表記し、Z1方向とは反対の方向をZ2方向と表記する。また、以下では、Z1方向またはZ2方向に見ることを「平面視」とする。
図2に示す電気光学装置100は、アクティブマトリクス駆動方式の透過型の液晶装置である。本実施形態の電気光学装置100は、例えばVA(Vertical Alignment)モードの液晶装置である。
電気光学装置100は、表示パネル1と、位相差補償板6と、を有する。表示パネル1は、透光性を有する素子基板2と、透光性を有する対向基板3と、シール部材4と、液晶層5と、を有する。素子基板2、液晶層5、対向基板3および位相差補償板6は、この順にZ1方向に並ぶ。なお、「透光性」とは、可視光に対する透過性を意味し、好ましくは可視光の透過率が50%以上であることをいう。また、電気光学装置100の平面視での形状は四角形であるが、例えば円形であってもよい。
本実施形態では、図1の照明装置4002から出射される光LLは、図2に示すように対向基板3から表示パネル1に入射する。その後、光LLは、液晶層5を透過し、素子基板2から出射される。表示パネル1では、対向基板3に入射した光が素子基板2から出射される間に変調することにより、画像が表示される。
素子基板2は、後述の複数のTFT(Thin Film Transistor)を有する基板である。図3に示すように、素子基板2には、複数の走査線駆動回路11と信号線駆動回路12と複数の外部端子13とが配置される。複数の外部端子13は、走査線駆動回路11または信号線駆動回路12から引き回される図示しない引き回し配線に接続される。
対向基板3は、素子基板2に対向して配置される基板である。シール部材4は、素子基板2と対向基板3との間に配置される。シール部材4は、枠状の部材である。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で形成される。シール部材4は、素子基板2と対向基板3との間の距離を制御するために、ガラス等の無機材料で構成されるギャップ材を含む。なお、シール部材4とは別部材のスペーサーを配置することにより、素子基板2と対向基板3との間の距離を制御してもよい。
液晶層5は、素子基板2、対向基板3およびシール部材4によって囲まれる領域内に配置される。液晶層5は、素子基板2と対向基板3との間に配置され、電界に応じて光学的特性が変化する電気光学層である。液晶層5は、例えば、負の誘電異方性を有する液晶分子を含む。液晶分子の配向は、液晶層5に印加される電圧に応じて変化する。
位相差補償板6は、液晶層5に対して素子基板2とは反対側、光LLの入射側に配置される。図2に示す例では、位相差補償板6は、表示パネル1に対してZ1方向に配置される。位相差補償板6は、液晶層5における位相差を補償する。位相差補償板6は、板状であり、光LLの光軸に対して傾斜している。位相差補償板6の板面が光LLの光軸に対して斜めに傾いていることで、光軸に対して直交する場合に比べ、前述の位相差をより効果的に補償することができる。なお、位相差補償板6の板面は、光軸に対して直交していてもよい。
図3に示すように、電気光学装置100は、表示領域A10と、平面視で表示領域A10の外側に位置する周辺領域A20とを有する。表示領域A10は、画像を表示する領域である。表示領域A10には、行列状に配列される複数の画素Pが設けられる。周辺領域A20は、平面視で表示領域A10を囲む枠状の領域である。周辺領域A20には、走査線駆動回路11および信号線駆動回路12が配置される。
かかる電気光学装置100は、例えば、前述の投射型のプロジェクターに適用される。この場合、電気光学装置100は、ライトバルブ等の光変調器として機能する。また、電気光学装置100は、例えば、後述するパーソナルコンピューターおよびスマートフォン等のカラー表示を行う表示装置に適用される。当該表示装置に適用される場合、電気光学装置100に対してカラーフィルターが適宜用いられる。
2Ab.素子基板2の電気的な構成
図4は、図2の素子基板2の電気的な構成を示す等価回路図である。図4に示すように、素子基板2は、複数のトランジスター24と複数の画素電極23とn本の走査線244とm本の信号線246とn本の定電位線245とを有する。複数の画素電極23は「複数の電極」の例示である。nおよびmはそれぞれ2以上の整数である。
トランジスター24および画素電極23は、画素Pごとに設けられる。各トランジスター24は、例えばスイッチング素子として機能するTFTである。各トランジスター24は、ゲート、ソースおよびドレインを含む。各画素電極23は、対応するトランジスター24のドレインに電気的に接続される。
n本の走査線244のそれぞれはX1方向に延在し、n本の走査線244はY2方向に等間隔で並ぶ。n本の走査線244のそれぞれは、対応する複数のトランジスター24のゲートに電気的に接続される。n本の走査線244は、図3に示す走査線駆動回路11に電気的に接続される。1~n本の走査線244には、走査線駆動回路11から走査信号G1、G2、…、およびGnが線順次で供給される。
図4に示すm本の信号線246のそれぞれはY2方向に延在し、m本の信号線246はX1方向に等間隔で並ぶ。m本の信号線246のそれぞれは、対応する複数のトランジスター24のソースに電気的に接続される。m本の信号線246は、図3に示す信号線駆動回路12に電気的に接続される。1~m本の信号線246には、信号線駆動回路12から画像信号S1、S2、…、およびSmが並行に供給される。
図4に示すn本の走査線244とm本の信号線246とは、互いに電気的に絶縁されており、平面視で格子状に配置される。隣り合う2つの走査線244と隣り合う2つの信号線246とで囲まれる領域が画素Pに対応する。
n本の定電位線245のそれぞれはX1方向に延在し、n本の定電位線245はY2方向に等間隔で並ぶ。また、n本の定電位線245は、m本の信号線246およびn本の走査線244に対して電気的に絶縁されており、これらに対して間隔をもって配置される。各定電位線245には、グランド電位等の固定電位が印加される。n本の定電位線245は、対応する蓄積容量241に電気的に接続される。蓄積容量241は、画素電極23の電位を保持するための容量素子である。
走査信号G1、G2、…、およびGnが順次アクティブとなり、n本の走査線244が順次選択されると、選択される走査線244に接続されるトランジスター24がオン状態となる。すると、m本の信号線246を介して表示すべき階調に応じた大きさの画像信号S1、S2、…、およびSmが、選択される走査線244に対応する画素Pに取り込まれ、画素電極23に印加される。これにより、画素電極23と後述する対向基板3が有する対向電極33との間に形成される液晶容量に、表示すべき階調に応じた電圧が印加され、印加される電圧に応じて液晶分子の配向が変化する。また、蓄積容量241によって、印加される電圧が保持される。このような液晶分子の配向の変化によって光LLが変調され階調表示が可能となる。
2Ac.表示パネル1の構成
図5は、図2に示す表示パネル1の概略構成を示す断面図である。図6は、図5に示す素子基板2の一部を概略的に示す平面図である。
図5に示すように、表示パネル1の表示領域A10は、複数の透光領域A11と、遮光領域A12と、を有する。各透光領域A11は、光LLが透過する領域である。図6に示すように、複数の透光領域A11は、互いに離間し、平面視で行列状に配置される。遮光領域A12は、平面視で複数の透光領域A11を囲む格子状の領域である。
2Ac-1.素子基板2
図5に示すように、素子基板2は、第1基板21と、積層体22と、透光層261と、レンズ層25と、絶縁層262と、複数の画素電極23と、第1配向膜29と、を有する。第1基板21、積層体22、透光層261、レンズ層25、絶縁層262、複数の画素電極23および第1配向膜29は、この順にZ1方向に積層される。なお、前述のように、複数の画素電極23は「複数の電極」の例示である。また、積層体22には、複数のトランジスター24、および遮光性の遮光部240が設けられる。「遮光性」とは、可視光に対する遮光性を意味し、好ましくは可視光の透過率が50%未満であることをいい、より好ましくは10%以下であることをいう。
第1基板21は、透光性および絶縁性を有する平板である。第1基板21は、例えばガラスまたは石英で形成される。図4に示す例では、積層体22は、絶縁膜211、222、223および224を有する。絶縁膜211、222、223および224は、画素電極23に向かってこの順に配置される。絶縁膜211、222、223および224のそれぞれは、例えば、熱酸化またはCVD(chemical vapor deposition)法等で成膜される酸化ケイ素膜である。
複数のトランジスター24および遮光部240は、第1基板21と複数の画素電極23との間に配置される。具体的には、複数のトランジスター24および遮光部240は、積層体22の膜間に配置される。なお、図5ではトランジスター24および遮光部240は模式的に図示される。トランジスター24は、例えば、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有する半導体層と、ゲート絶縁層と、ゲート電極とを有する。
遮光部240は、前述の図3に示す複数の蓄積容量241、複数の走査線244および複数の信号線246等を含む遮光性の膜の集合体である。図5では、複数の信号線246が代表して図示される。また、遮光部240は、複数の中継電極249と、複数の遮光膜247と、複数のコンタクト248と、を有する。各中継電極249は、トランジスター24のドレインに電気的に接続される。各遮光膜247は、トランジスター24へのZ1方向からの光の入射を防ぐために設けられる。また、複数のコンタクト248は、複数の画素電極23に1対1で接続される。コンタクト248は、画素電極23と中継電極249とを接続する。
また、遮光部240は、平面視で複数の透光領域A11を囲む格子状の遮光領域A12に配置される。図6に示すように、遮光部240の平面視での形状は、複数の透光領域A11を囲む枠状である。なお、遮光部240が有するコンタクト248は、遮光領域A12に配置されるが、コンタクト248の一部は、透光領域A11に位置してもよい。また、コンタクト248は、平面視で走査線244と重なる領域、又は、信号線246と重なる領域に設けても良い。
遮光部240が有する蓄積容量241、走査線244、信号線246およびコンタクト248等は、例えば、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)等の金属、金属シリサイド、または金属化合物を用いて形成される。
図5に示すように、透光層261は、積層体22上に配置される。透光層261は、絶縁性および透光性を有する。透光層261上にはレンズ層25が配置される。レンズ層25は、透光性および絶縁性を有しており、光LLを集光させる。レンズ層25上には、絶縁層262が配置される。絶縁層262は、透光性および絶縁性を有する。絶縁層262は、例えば、レンズ層25の特性を安定させるために設けられる。なお、絶縁層262は、省略してもよい。透光層261およびレンズ層25については後で詳述する。
絶縁層262上には、複数の画素電極23が配置される。複数の画素電極23は、複数の透光領域A11に対応して配置される。画素電極23は、透光領域A11に1対1で配置される。各画素電極23は、液晶層5に電界を印加するために用いられる。各画素電極23は、例えばITO(Indium Tin Oxide)またはIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電材料で構成される。複数の画素電極23は、平面視で行列状に配置される。
複数の画素電極23を覆うように、第1配向膜29が配置される。第1配向膜29は、液晶分子を配向させるための膜である。第1配向膜29の材料としては、例えばポリイミドおよび酸化ケイ素等が挙げられる。
2Ac-2.対向基板3
図5に示すように、対向基板3は、第2基板31と、無機絶縁膜32と、対向電極33と、第2配向膜34と、見切り部35と、を有する。第2基板31、無機絶縁膜32、対向電極33、および第2配向膜34は、この順にZ2方向に積層される。
第2基板31は、透光性および絶縁性を有する平板である。第2基板31は、例えばガラスまたは石英で形成される。第2基板31と前述の第1基板21との間に、液晶層5が配置される。また、無機絶縁膜32は、透光性および絶縁性を有する。無機絶縁膜32は、例えば、酸化ケイ素等のケイ素を含む無機材料で形成される。
無機絶縁膜32には、遮光性を有する見切り部35が配置される。見切り部35は、平面視で複数の画素電極23を囲むように図3に示す周辺領域A20に配置される。見切り部35の平面視での形状は、枠状である。見切り部35は、表示領域A10に入射し得る光LLの一部を遮蔽するために設けられる。見切り部35は、例えば、タングステン、クロムおよびアルミニウム等の金属、金属シリサイド、または金属化合物で形成される。
対向電極33は、複数の画素電極23に対して液晶層5を介して配置される共通電極である。対向電極33は、液晶層5に電界を印加するために用いられる。対向電極33は、複数の画素Pで共通に設けられる。対向電極33は、例えばITOまたはIZO等の透明導電材料で形成される。また、第2配向膜34は、液晶層5の液晶分子を配向させるための膜である。第2配向膜34の材料としては、例えばポリイミドおよび酸化ケイ素等が挙げられる。
かかる対向基板3は、表示領域A10内に、遮光性を有する遮光部材および光LLを屈折させるレンズ部材が配置されていない。
2Ad.透光層261およびレンズ層25
図7は、図4に示す表示パネル1の一部を示す図である。以下、透光層261およびレンズ層25について詳述する。
図7に示すように、透光層261は、複数の湾曲状の凹面2611を有する。透光領域A11ごとに一つの凹面2611が設けられる。透光層261はレンズ層25からZ2方向へ出射した光線の焦点位置を調整する作用がある。透光層261の材料は、例えば、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素または窒化ケイ素等のケイ素を含む無機材料である。
透光層261上には、複数の凹面2611の内側を埋めるようにレンズ層25が配置される。レンズ層25は、例えば、酸窒化ケイ素等のケイ素を含む無機材料で形成される。レンズ層25の屈折率は、透光層261の屈折率とは異なる。本実施形態では、レンズ層25の屈折率は、透光層261の屈折率よりも大きい。
レンズ層25は、複数の透光領域A11に対応して配置される複数のレンズ250を有する。複数のレンズ250は、レンズ面を含む。当該レンズ面は、透光層261の凹面2611に接触する湾曲状の凸面である。各レンズ250は、絶縁層262からZ2方向に突出する。レンズ250は、透光領域A11ごとに設けられる。レンズ250によって光LLを屈折させて集光することにより、トランジスター24への光LLの入射を抑制することができる。
また、レンズ層25は、第1層251と第2層252とを有する。第1層251Aと第2層252Aとは互いに接触する。第1層251は、透光層261と第2層252との間に配置され、透光層261と第2層252とに接触する。第1層251は、透光層261の凹面2611の形状に沿って形成される。第2層252は、第1層251に対して透光層261と反対側に配置される。本実施形態では、第2層252は、第1層251と複数の画素電極23との間に配置される。第2層252は、凹面2611の内側の領域のうち第1層251以外の部分を埋める。また、第1層251の屈折率と第2層252との屈折率とは、互いに異なる。本実施形態では、第2層252の屈折率は、第1層251の屈折率よりも高い。なお、第2層252の屈折率は、第1層251の屈折率よりも低くてもよい。
レンズ層25と複数の画素電極23との間には、絶縁層262が配置される。絶縁層262の材料は、例えば、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素等のケイ素を含む無機材料である。なお、絶縁層262は、例えば、BSG(Borosilicate Glass)等の透光性および吸湿性を有する無機材料で形成された膜を有してもよい。
ここで、前述のように、電気光学装置100は、第2基板31から入射した光LLが第1基板21から出射する。また、電気光学装置100は、液晶層5に対して第1基板21とは反対側に配置され、液晶層5における光LLの位相差を補償する位相差補償板6を有する。位相差補償板6を有することで、液晶層5に光LLが入射する前に、光LLは位相差補償板6に入射し、液晶層5のプレチルトによる位相ずれを補償することができる。よって、視野角依存性を低減することができ、正面方向を含む広範囲の方向におけるコントラストの低下を抑制することができる。
さらに、表示領域A10では、遮光性を有する遮光部材が、液晶層5と位相差補償板6との間に設けられていない。すなわち、対向基板3には、表示領域A10内に遮光部材が配置されていない。このため、位相差補償板6を透過した光LLが液晶層5に入射する前に、当該遮光部材により散乱または回折するおそれがない。それゆえ、位相差補償板6を用いることによる効果が好適に発揮され、コントラストの低下が抑制される。
また、表示領域A10では、レンズ部材が、液晶層5と位相差補償板6との間に設けられていない。すなわち、対向基板3には、表示領域A10内にレンズ部材が配置されていない。このため、位相差補償板6を透過した光LLが、当該レンズ部材によって液晶層5内で集光するおそれがない。それゆえ、集光による液晶層5の劣化が抑制されるので、集光によって耐光性寿命が短くなるおそれがない。特に、高光束のプロジェクターでは、液晶層5に対して光LLの入射側に配置されたレンズ部材により液晶層5に入射する光LLが集光されると、耐光性寿命に悪影響が生じるおそれがある。したがって、レンズ部材を有さない対向基板3を備える電気光学装置100をプロジェクターに用いることは特に有用である。
また、対向基板3は表示領域A10においてレンズ部材および遮光部材を備えていないため、対向基板3がこれら部材を備えている場合に比べ、素子基板2と対向基板3との組ずれの影響が少ない。また、素子基板2にレンズ層25および遮光部240の双方が設けられているため、レンズ層25と遮光部240との位置ずれが生じ難い。
また、電気光学装置100は、液晶層5と第1基板21との間に配置されるレンズ層25を有する。このため、レンズ層25によって、液晶層5を透過した光LLを集光させることができる。また、レンズ層25は、第1層251と、第1層の屈折率と異なる屈折率の第2層252と、を有する。このため、レンズ層25が一層で構成される場合に比べ、レンズパワーをきめ細かく調整できる。よって、遮光部240に光LLが入射するおそれが抑制され、第1基板21を透過する光の量を増加させることができ、同時に投射光学系4004が有する投射レンズに、光を多く入射させる事ができる。この結果、より明るい画像を得ることができる。
このようなことから、電気光学装置100によれば、コントラストの低下および耐光性寿命の低下を抑制しつつ、従来よりも明るい画像を表示することができる。よって、表示品位に優れる電気光学装置100を提供することができる。
図8は、図7に示すレンズ250の斜視図である。図8は、複数のレンズ250の1つのレンズ250を示す図である。図9は、参考例のレンズ250xの斜視図である。
図8に示すように、レンズ250は、平坦な頂面258を有する。したがって、複数のレンズ250のそれぞれは、平坦な頂面258を有する。図7に示すように、頂面258は、X-Y平面に平行である。頂面258は、画素電極23の表面に平行である。図6に示すように、頂面258は、平面視でレンズ250の中央部に位置する。
一方、図9に示すように、レンズ250xは、平坦な頂面258を有さない。レンズ250xの曲率が大きくなり過ぎると、電気光学装置100を透過した光LLを利用し難くなる場合がある。例えば、レンズ250xの曲率が大きくなり過ぎると、電気光学装置100を透過する光LLの一部が、図1に示す投射光学系4004が有する投射レンズに入射されないおそれがある。よって、複数のレンズ250の中央部に位置する頂面258は、平坦であることが好ましい。なお、レンズ250は、平坦な頂面258を有さなくてもよい。
また、図6に示すように、頂面258は、平面視で透光領域A11内に存在する。そして、頂面258の縁と、遮光部240の縁との平面視での最短距離Lは、下記式(1)を満足することが好ましい。
L>L0×tanθ+x ・・・(1)
式(1)中のxは、複数のレンズ250と遮光部240との平面視での位置ずれ誤差である。すなわち、xは、レンズ層25と遮光部240との製造上の誤差である。L0は、図7に示すように、レンズ250の頂面258と、遮光部240のうちで最もレンズ250よりに配置された中継電極249との間の距離である。また、式(1)中のθは、表示パネル1に入射する入射角度の光LLの光軸に対する最大値である。
式(1)を満足することで、満足していない場合に比べ、コントラストの低下を抑制することができる。また、電気光学装置100をプロジェクターに用いた場合、図1に示す投射光学系4004が有する投射レンズのケラレを抑制することができる。なお、最短距離Lは、上記式(1)を満足しなくてもよい。
また、図8に示すように、レンズ250の稜線259は、直線状である。したがって、複数のレンズ250のそれぞれの稜線259は、直線状である。稜線259は、複数のレンズ250同士の境界であり、各レンズ250の谷部である。一方、図9に示すように、レンズ250xの稜線259xは、曲線状である。
図8に示すように、各レンズ250の稜線259が直線状になるよう複数のレンズ250同士を離間させることで、図8に示すレンズ250のレンズ面の面積を図9に示すレンズ250xのレンズ面の面積よりも大きくすることができる。このため、遮光部240に入射する光LLを低減しつつ、電気光学装置100を透過する光LLの量を増加させることができる。
図10は、図7に示す透光層261およびレンズ層25を模式的に示す図である。前述のように、図10に示す第2層252の屈折率n2は、第1層251の屈折率n1よりも高い。このため、屈折率n2が屈折率n1以下である場合に比べ、電気光学装置100を透過する光LLの量を増加させることができる。すなわち、電気光学装置100の透過率を高めることができる。よって、より明るい画像を表示することができる。
さらに、透光層261の屈折率n0、第1層251の屈折率n1、および第2層252の屈折率n2は、この順に大きい。すなわち、透光層261の屈折率n0、第1層251の屈折率n1、および第2層252の屈折率n2は、n0<n1<n2の関係を満たす。n0<n1<n2の関係を満たすことで、満たさない場合に比べ、電気光学装置100の透過率を高めることができる。
図11は、図10に示す透光層261およびレンズ層25の各屈折率と透過率との関係を示すグラフである。グラフの縦軸では、透光層261およびレンズ層25における透過率が上に向かって大きくなる。
図11に示すように、屈折率n0、n1およびn2がn0<n1<n2の関係を満たす場合、透過率が最も高い。したがって、n0<n1<n2の関係を満たすことで、当該関係を満足しない場合に比べ、より明るい画像を表示することができる。
なお、屈折率n0、n1およびn2は、n0<n1<n2の関係の満たさなくてもよい。例えば、屈折率n0、n1およびn2は、n0<n2<n1の関係を満たしてもよい。
また、レンズ層25の材料は、好ましくは酸窒化ケイ素(SiON)である。よって、第1層251および第2層252の各材料は、好ましくは酸窒化ケイ素である。酸窒化ケイ素をもちいることで、低温でレンズ層25を成膜することができるので、高屈折率のレンズ層25を簡単に実現することができる。また、酸窒化ケイ素を用いることで、酸素と窒素との含有比率を調整することにより、第1層251の屈折率n1および第2層252の屈折率n2を簡単に異ならせることができる。
さらに、透光層261の材料は、好ましくは酸窒化ケイ素または酸化ケイ素であり、より好ましくは酸化ケイ素である。酸窒化ケイ素を用いることで、酸素と窒素との含有比率を調整することにより、第1層251の屈折率n1、第2層252の屈折率n2および透光層261の屈折率n0を簡単に異ならせることができる。また、透光層261の材料が酸化ケイ素であることで、透光層261の屈折率n0を第1層251の屈折率n1および第2層252の屈折率n2よりも特に簡単に小さくすることができる。
なお、レンズ層25および透光層261の各材料は、例えば酸化アルミニウムまたは樹脂材料等で合ってもよい。
また、前述した画素電極23と中継電極249とを接続するコンタクト248は、好ましくは、積層体22に形成される貫通孔であるコンタクトホールを埋める柱状である。柱状であることで、当該コンタクトホールの壁面に沿って形成される所謂トレンチ状である場合に比べ、コンタクト部の各配置スペースを小さくすることができる。したがって、開口率の低下、すなわち透光領域A11の面積が小さくなることを抑制することができる。なお、コンタクト248は、例えば、トレンチ状でもよい。また、コンタクト248は、好ましくはタングステンを含む。タングステンを含むことで、高精細な柱状のコンタクト部を容易に形成することができる。
また、図10に示す遮光部240と頂面258との間の距離L0は、図6に示す複数の透光領域A11のピッチP11の60%以下であることが好ましい。ピッチP11は、X1方向またはY1方向に隣接する2つのレンズ250の中心O1同士の距離である。
図12は、図10に示す遮光部240と頂面258との間の距離L0と透過率との関係を示すグラフである。グラフの横軸では、距離L0が右に向かって大きくなり飽和する傾向である。また、図12に示す横軸は、距離L0がピッチP11の56%以上70%以下に相当する範囲を示している。グラフの縦軸では、透光層261およびレンズ層25における透過率が上に向かって大きくなる。
図12に示すように、距離L0がピッチP11の56%以上70%以下に相当する範囲では、透過率の低下はほぼ見られない。よって、距離L0が大きくなっても、透光性の低下はほぼ見られない。しかし、距離L0が厚くなるほど、コンタクト248の形成が難しい。したがって、コンタクト248を形成し易くするためには、距離L0は、過度に大きくならないことが好ましい。具体的には、前述のように、距離L0は、ピッチP11の60%以下であることが好ましい。ピッチP11の60%以下であることで、距離L0がピッチP11の60%を超える場合に比べ、コンタクト248を形成し易く、かつ透光層261およびレンズ層25における透過率を充分に確保することができる。なお、距離L0がピッチP11の60%を超える場合、コンタクト248を形成するためのコンタクトホールの形成、および当該コンタクトホール内にコンタクト248を充填することが難しくなるおそれがある。
また、透過率の向上の観点から、第1層251の厚みD1は、ピッチP11の30%以上であることが好ましい。
また、図10に示す第1層251の厚みD1は、図6に示す複数の透光領域A11のピッチP11の2倍以下であることが好ましい。なお、厚みD1は、第1層251の平均膜厚である。
図13は、図10に示す第1層251の厚みD1と透過率との関係を示すグラフである。グラフの横軸では、厚みD1が右に向かって大きくなる。グラフの縦軸では、透光層261およびレンズ層25における透過率が上に向かって大きくなる。
図13に示すように、第1層251の厚みD1が厚くなるほど、透過率が大きくなる。しかし、厚みD1が厚くなるほど、コンタクト248の形成は難しくなる。これらを考慮して、透過率を向上させ、コンタクト248の形成を容易にするために、第1層251の厚みD1は、ピッチP11の2倍以下であることが好ましい。また、透過率の向上の観点から、第1層251の厚みD1は、ピッチP11の1.0倍以上であることが好ましい。
また、図10に示す第1層251の深さd1と第2層252の深さd2とは、等しいことが好ましい。なお、当該等しいとは、実質的に等しいことを意味し、深さd1と深さd2との差が±5%以内の差も含む。そして、第1層の深さd1および第2層252の深さd2のそれぞれは、図6に示す複数の透光領域A11のピッチP11の30%以上60%以下であることが好ましい。深さd1は、頂面258と稜線259とのZ1方向の距離である。深さd2は、凹面2611の内側における第2層252のZ1方向の長さである。
図14は、図10に示す第1層251および第2層252の各深さと透過率との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、深さd1またはd2を示す。グラフの横軸では、深さd1または深さd2が右に向かって大きくなる。グラフの縦軸では、透光層261およびレンズ層25における透過率が上に向かって大きくなる。
図14に示すように、第1層251の深さd1および第2層252の深さd2が小さすぎると透過率が低下してしまう。また、第1層251の深さd1および第2層252の深さd2が大きすぎても透過率が低下してしまう。深さd1およびD2と透過率との関係を検討した結果、深さd1およびさD2は、図6に示す複数の透光領域A11のピッチP11の30%以上60%以下であることが好ましい。当該範囲内であることで、当該範囲外である場合に比べ、透過率の大幅な低下が抑制される。よって、かかる範囲内であることで、範囲外である場合に比べ、透過率の向上を図ることができる。
なお、深さd1と深さd2とは互いに異なっていてもよい。
また、コンタクト248のZ1方向の長さは、特に限定されないが、図6に示すピッチP11の長さの3倍以下であることが好ましい。3倍以下であることで、3倍を超える場合に比べ、コンタクト248の形成が容易である。
2B.第2実施形態
第2実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用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15は、第2実施形態の表示パネル1Aの一部を示す図である。本実施形態の表示パネル1は、第1実施形態の透光層261、レンズ層25および絶縁層262の代わりに、透光層261A、レンズ層25Aおよび絶縁層262Aを有する。なお、以下では、透光層261A、レンズ層25Aおよび絶縁層262Aについて、第1実施形態の透光層261、レンズ層25および絶縁層262と異なる事項を説明し、同様の事項の説明は適宜省略する。
図15に示すように、絶縁層262Aは、積層体22上に配置される。レンズ層25Aは、絶縁層262A上に配置される。透光層261Aは、レンズ層25A上に配置され、レンズ層25Aに接触している。透光層261A上には、複数の画素電極23が配置される。したがって、遮光部240、絶縁層262A、レンズ層25A、透光層261Aおよび複数の画素電極23は、Z1方向にこの順に配置される。
レンズ層25Aは、複数のレンズ250Aを有する。各レンズ250Aは、絶縁層262AからZ1方向に突出する。また、レンズ層25Aは、第1層251Aと第2層252Aとを有する。第1層251Aは、透光層261Aと第2層252Aとの間に配置され、透光層261Aと第2層252Aとに接触する。第2層252Aは、第1層251Aに対して透光層261Aと反対側に配置される。本実施形態では、第2層252Aは、第1層251Aと遮光部240との間に配置される。
また、本実施形態においても第1実施形態と同様に、第1層251Aの屈折率n1と第2層252との屈折率n2とは、互いに異なる。具体的には、第2層252Aの屈折率n2は、第1層251Aの屈折率n1よりも高い。さらに、透光層261の屈折率n0、第1層251の屈折率n1、および第2層252の屈折率n2は、n0<n1<n2の関係を満たす。n0<n1<n2の関係を満たすことで、満たさない場合に比べ、電気光学装置100の透過率を高めることができる。
また、本実施形態においても第1実施形態と同様に、レンズ層25Aの材料は、好ましくは酸窒化ケイ素である。また、透光層261Aの材料は、好ましくは酸窒化ケイ素または酸化ケイ素であり、より好ましくは酸化ケイ素である。
また、本実施形態においても第1実施形態と同様に、図15に示す遮光部240と頂面258との間の距離L0は、図6に示すピッチP11の60%以下であることが好ましい。また、第1層251Aの厚みD1と図6に示すピッチP11との関係、および第1層251Aの深さd1および第2層252Aの深さd2と図6に示すピッチP11との関係も、第1実施形態と同様である。
以上の第2実施形態によっても、第1実施形態と同様に、コントラストの低下および耐光性寿命の低下を抑制しつつ、従来よりも明るい画像を表示することができる。よって、表示品位に優れる電気光学装置100を提供することができる。
2.変形例
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。前述の実施形態に適用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、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
前述の各実施形態では、位相差補償板6は、表示パネル1とは別体に設けられている。しかし、位相差補償板6は、例えば対向基板3内に設けられていてもよい。この場合、位相差補償板6は、光LLの光軸に対して傾斜していなくてもよく、光軸に対して直交していてもよい。
前述の各実施形態では、レンズ層25または25Aは、2層構成であるが、3層以上で構成されてもよい。
前述の実施形態では、遮光部240と複数の画素電極23との間にレンズ層25または25Aが配置されている。ただし、レンズ層25または25Aに加えて、第1基板21と遮光膜247との間に他のレンズ層が配置されてもよい。当該他のレンズ層は、例えば、レンズ層25または25Aによって集光した光LLを平行光に近づけ、投射光学系4004が有する投射レンズに、光を多く入射させるために設けられる。
前述の各実施形態では、トランジスター24は、TFTであったが、例えば、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)であってもよい。
前述の各実施形態では、アクティブマトリクス方式の電気光学装置100が例示されるが、これに限定されず、電気光学装置100の駆動方式は、例えば、パッシブマトリクス方式等でもよい。
「電気光学装置」の駆動方式は、縦電界方式に限定されず、横電界方式でもよい。第1実施形態では、素子基板2に画素電極23が設けられ、対向基板3に対向電極33が設けられるが、素子基板2または対向基板3のいずれか一方のみに、液晶層5に電界を印加するための電極が設けられてもよい。なお、横電界方式としては、例えばIPS(In Plane Switching)モードが挙げられる。また、縦電界方式としては、VAモード以外に、TN(Twisted Nematic)モード、PVAモードおよびOCB(Optically Compensated Bend)モードが挙げられる。
3.その他の電子機器
電気光学装置100は、前述の投射型表示装置4000の他に、例えば以下の各種電子機器に用いることができる。
図16は、電子機器の一例であるパーソナルコンピューター2000を示す斜視図である。パーソナルコンピューター2000は、各種の画像を表示する電気光学装置100と、電源スイッチ2001およびキーボード2002が設置される本体部2010と、制御部2003と、を有する。制御部2003は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
図17は、電子機器の一例であるスマートフォン3000を示す平面図である。スマートフォン3000は、操作ボタン3001と、各種の画像を表示する電気光学装置100と、制御部3002と、を有する。操作ボタン3001の操作に応じて電気光学装置100に表示される画面内容が変更される。制御部3002は、例えばプロセッサーおよびメモリーを含み、電気光学装置100の動作を制御する。
以上の電子機器は、前述の電気光学装置100と、電気光学装置100を制御する制御部2003または3002と、を備える。電気光学装置100は表示品位の低下が抑制されている。したがって、電気光学装置100を備えることで、パーソナルコンピューター2000またはスマートフォン3000の表示品位を高めることができる。
なお、本発明の電気光学装置が適用される電子機器としては、例示した機器に限定されず、例えば、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、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、およびPOS(Point of sale)端末等が挙げられる。さらに、本発明が適用される電子機器としては、プリンター、スキャナー、複写機、ビデオプレーヤー、またはタッチパネルを備えた機器等が挙げられる。
以上、好適な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されない。また、本発明の各部の構成は、前述の実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成に置換でき、また、任意の構成を付加できる。
また、前述した説明では、本発明の電気光学装置の一例として液晶装置について説明したが、本発明の電気光学装置はこれに限定されない。例えば、本発明の電気光学装置は、イメージセンサー等にも適用することができる。
1…表示パネル、1A…表示パネル、1b…電気光学装置、1g…電気光学装置、1r…電気光学装置、2…素子基板、3…対向基板、4…シール部材、5…液晶層、6…位相差補償板、11…走査線駆動回路、12…信号線駆動回路、13…外部端子、21…第1基板、22…積層体、23…画素電極、24…トランジスター、25…レンズ層、25A…レンズ層、29…第1配向膜、31…第2基板、32…無機絶縁膜、33…対向電極、34…第2配向膜、35…見切り部、100…電気光学装置、211…絶縁膜、222…絶縁膜、223…絶縁膜、224…絶縁膜、240…遮光部、241…蓄積容量、244…走査線、245…定電位線、246…信号線、247…遮光膜、248…コンタクト、249…中継電極、250…レンズ、250A…レンズ、250x…レンズ、251…第1層、251A…第1層、252…第2層、252A…第2層、258…頂面、259…稜線、259x…稜線、261…透光層、261A…透光層、2611…凹面、262…絶縁層、262A…絶縁層、4000…投射型表示装置、4001…照明光学系、4002…照明装置、4003…光合成素子、4004…投射光学系、4005…制御部、4006…投射面、A10…表示領域、A11…透光領域、A12…遮光領域、A20…周辺領域、D1…厚み、L…最短距離、L0…距離、LL…光、O1…中心、P…画素、P11…ピッチ、d1…深さ、d2…深さ、n0…屈折率、n1…屈折率、n2…屈折率。

Claims (12)

  1. 第1基板と、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た液晶層と、を備え、前記第2基板から入射した光が前記第1基板から出射する電気光学装置であって、
    前記液晶層と前記第1基板との間に配置された画素電極と、
    前記画素電極と前記第1基板との間に配置された遮光部と、
    前記遮光部と前記画素電極との間の層に配置され、前記画素電極と平面視で重なるレンズと、
    前記液晶層に対して前記光の入射側に配置され、前記液晶層における前記光の位相差を補償する位相差補償板と、を有し、
    表示領域では、遮光性の遮光部材が、前記液晶層と前記位相差補償板との間に設けられておらず、
    前記レンズは、前記遮光部側に配置された第1層と、前記画素電極側に配置され、前記第1層と屈折率が異なる第2層と含む、
    ことを特徴とする電気光学装置。
  2. 前記第2層の屈折率は、前記第1層の屈折率よりも高い、請求項1に記載の電気光学装置。
  3. 前記レンズの材料は、酸窒化ケイ素である、請求項1または2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第1層に接触する透光性の透光層を、さらに有し、
    前記透光層の屈折率、前記第1層の屈折率、および前記第2層の屈折率は、この順に大きい、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  5. 前記レンズは、平坦な頂面を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  6. 前記頂面の縁と、前記遮光部の縁との平面視での最短距離Lは、下記式(1)を満足する、請求項5に記載の電気光学装置。
    L>L0×tanθ+x ・・・(1)
    式(1)中のxは、前記レンズと前記遮光部との平面視での位置ずれ誤差であり、θは、前記光の光軸に対する入射角度の最大値であり、L0は、前記頂面と前記遮光部との間の距離である。
  7. 前記表示領域は、前記光が透過する複数の透光領域と、平面視で前記複数の透光領域を囲む格子状の遮光領域とを有し、
    前記遮光部と前記頂面との間の距離は、前記複数の透光領域のピッチの60%以下である、請求項5または6に記載の電気光学装置。
  8. 前記表示領域は、前記光が透過する複数の透光領域と、平面視で前記複数の透光領域を囲む格子状の遮光領域とを有し、
    前記第1層の厚みは、前記複数の透光領域のピッチの2倍以下である、請求項1から7のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  9. 前記表示領域は、前記光が透過する複数の透光領域と、平面視で前記複数の透光領域を囲む格子状の遮光領域とを有し、
    前記第1層の深さと前記第2層の深さとが互いに等しく、
    前記第1層および前記第2層の各深さは、前記複数の透光領域のピッチの30%以上60%以下である、請求項1から8のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  10. 前記レンズの稜線は、直線状である、請求項1から9のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  11. 前記遮光部は、前記画素電極に接続されるコンタクトを有し、
    前記コンタクトは、タングステンを含む柱状である、請求項1から10のいずれか1項に記載の電気光学装置。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載の電気光学装置と、
    前記電気光学装置の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする電子機器。
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