JP6614209B2 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関する。

プロジェクターのライトバルブ等として、対向基板と素子基板との間に液晶層が挟持された液晶パネルが用いられている。液晶パネルに対向基板側から光を入射させる態様が、多く用いられている。

液晶層が有する光学異方性に起因して、液晶層を透過する光には位相差が生じる。このような位相差を補償するために、光学補償部材が用いられている。例えば特許文献１に記載された技術では、素子基板の外側に光学補償部材が配置されており、対向基板、液晶層および素子基板を順次透過した光が、光学補償部材に入射する。光学補償が良好に行われるためには、液晶層に入射する光の進行方向と、光学補償部材に入射する光の進行方向とのずれが小さいことが好ましい。

特開２０１１−１８０４８７号公報

ところで、素子基板には、画素電極の開口領域を画定する遮光部材が、スイッチング素子の配線等により形成されている。光が微細な開口領域を透過することに起因して、回折が生じる。回折が生じることで、光の進行方向が変化する。

特許文献１に記載された技術では、液晶層と光学補償部材との間に、素子基板が、つまり素子基板において遮光部材が画定する開口領域が、介在しており、液晶層を透過した光は、素子基板の開口領域で回折された後に、光学補償部材に入射する。このため、液晶層に入射する光の進行方向と、光学補償部材に入射する光の進行方向とがずれて、光学補償効果を高めることが難しい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置において、素子基板での回折に起因する光学補償効果の低減を抑制できる技術を提供することを、解決課題の一つとする。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置の一態様は、一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に、基材及び共通電極を有する対向基板と、画素電極、レンズ及び遮光部材、を有する素子基板と、前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、前記基材の前記液晶層側とは反対側又は前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、を備え、入射光が前記対向基板側から入射され、前記対向基板には、平面視で前記画素電極を取り囲むと共に前記画素電極の縁に沿う遮光部材が設けられていない。

前記態様によれば、光学補償部材と液晶層との間にレンズおよび遮光部材を介在させないことで、光学補償部材による補償を良好に行うことができる。

また、前記対向基板には、平面視で前記画素電極を取り囲むと共に前記画素電極の縁に沿う遮光部材が設けられていないことで、当該遮光部材に起因する回折が抑制されるので、光学補償部材による補償をより良好に行うことができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記光学補償部材は、前記基材から離間して配置される。この態様によれば、光学補償部材の配置を調整することが容易になる。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置の一態様は、一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に、基材及び共通電極を有する対向基板と、画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、前記基材の前記液晶層側とは反対側又は前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、を備え、前記光学補償部材は、前記基材に接して配置され、入射光が前記対向基板側から入射される。この態様によれば、液晶表示装置を小型化することが容易になる。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置の一態様は、一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に、基材及び共通電極を有する対向基板と、画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、前記基材の前記液晶層側とは反対側に配置された光学補償部材と、前記対向基板の前記液晶層側とは反対側に配置された防塵部材と、を備え、前記光学補償部材は、前記防塵部材の面上に設けられ、入射光が前記対向基板側から入射される。この態様によれば、防塵部材の面上を利用して、光学補償部材を配置することができる。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置の一態様は、一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に、基材及び共通電極を有する対向基板と、画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、を備え、前記光学補償部材は、前記対向基板内に設けられ、入射光が前記対向基板側から入射される。この態様によれば、対向基板と別の部材として光学補償部材を準備しなくてよい。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記レンズの表面は、画素の開口領域内の全域に亘って曲面を形成している。この態様によれば、効率的な集光を行うことができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記レンズは、前記液晶層側に凸であるか、または、前記液晶層と反対側に凸である。この態様によれば、多様な形態のレンズを用いて、集光を行うことができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記レンズは、球面レンズまたは非球面レンズである。この態様によれば、多様な形態のレンズを用いて、集光を行うことができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記レンズは、前記遮光部材に対して前記液晶層側に配置される。この態様によれば、レンズにより、入射光を開口領域に集光することができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記光学補償部材は、Ｃプレート、ＯプレートおよびＡプレートのうち少なくとも１つを含む。この態様によれば、Ｃプレート、ＯプレートおよびＡプレートのうち少なくとも１つを用いて、光学補償を行うことができる。

以上の課題を解決するため、本発明に係る電子機器の一態様は、上述した液晶表示装置を備える。

前記態様によれば、電子機器が上述した液晶表示装置を備えることで、光学補償を良好に行うことができる。

第１実施形態による液晶表示装置の構成の一例を示す概略断面図である。 第１実施形態による液晶表示装置の構成の他の例を示す概略断面図である。 液晶パネルの構成を示す概略平面図である。 液晶パネルの電気的な構成を示す等価回路図である。 第１実施形態の第１構成例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第２構成例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第３構成例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第４構成例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第１変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第２変形例を示す概略断面図である。 第２実施形態による液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。 応用例によるプロジェクターの光学系を示す模式図である。 比較形態による液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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るものではない。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による液晶表示装置１０について説明する。図１および図２は、第１実施形態による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。液晶表示装置１０は、液晶パネル１００と、光学補償部材５００と、偏光板６１０および偏光板６２０と、を備える。

まず、液晶パネル１００について説明する。液晶パネル１００は、素子基板２００と、素子基板２００に対向配置された対向基板３００と、素子基板２００と対向基板３００との間に配置された液晶層４００とを備える。

液晶パネル１００の断面構成についての説明に先立ち、図３および図４を参照して、液晶パネル１００の概略的な、平面構成および電気的な構成について説明する。図３は、液晶パネル１００の構成を例示する概略平面図である。

素子基板２００と対向基板３００とは、額縁状に配置されたシール材１６０を介して接合されている。液晶層４００は、素子基板２００と対向基板３００とシール材１６０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形成されている。

シール材１６０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１６０には、素子基板２００と対向基板３００との間隔を一定に保持するためのスペーサーが混入されている。シール材１６０の形成領域の内側には、遮光性材料からなる周辺見切り１７０が形成されている。周辺見切り１７０の内側は、複数の画素が配列された表示領域１０１となっている。

シール材１６０の外側には、データ線駆動回路１１０および外部回路実装端子１２０が素子基板２００の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する二辺に沿って走査線駆動回路１３０が設けられている。素子基板２００の残る一辺には、両側の走査線駆動回路１３０の間を接続するための配線１４０が設けられている。対向基板３００の角部には、素子基板２００と対向基板３００との間で電気的導通をとるための基板間導通材１５０が設けられている。

液晶パネル１００は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードで動作する。液晶パネル１００は、例えば、対向基板３００側から入射した光を変調して素子基板２００側に射出する透過型の表示装置として用いられる。

図４は、液晶パネル１００の電気的な構成を例示する等価回路図である。表示領域１０１に、複数の画素１０２が行列状に配置されている。各画素１０２に、画素電極２６０と、スイッチング素子である薄膜トランジスター（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）２３２とが設けられている。ＴＦＴ２３２のソース電極は、データ線駆動回路１１０から延在するデータ線２３３と電気的に接続されている。データ線２３３には、データ線駆動回路１１０から画像信号（データ信号）Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２３２のゲート電極は、走査線駆動回路１３０から延在する走査線２３４と電気的に接続されている。走査線２３４には、走査線駆動回路１３０から走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２３２のドレイン電極は、画素電極２６０と電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、ＴＦＴ２３２を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線２３３を介して画素電極２６０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２６０を介して液晶層４００に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板３００に設けられた共通電極３６０（図１参照）との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。

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、画素電極２６０と容量線２３５との間に蓄積容量２８０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このようにして、各画素１０２の液晶に電圧信号が印加され、印加された電圧レベルに応じて液晶の配向状態が変化することで、液晶層４００に入射した光が変調されて、階調表示が可能となる。

図１および図２に戻って、液晶パネル１００の断面構成について説明する。対向基板３００に対して（対向基板３００の基材３１０に対して）垂直な方向を、厚さ方向と称する。厚さ方向から液晶パネル１００を見ることを、平面視と称する。液晶パネル１００の厚さ方向に関する説明において、説明を容易にするため、対向基板３００、素子基板２００のそれぞれについて、液晶層４００側を上側と称する。

対向基板３００は、基材３１０、共通電極３６０、および、配向膜３７０を備える。基材３１０は、透光性の材料、例えば、ガラスや石英等で形成される。基材３１０上に、共通電極３６０が形成されている。共通電極３６０は、導電性であり透光性の材料、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等で形成される。共通電極３６０上に、配向膜３７０が形成されている。配向膜３７０は、例えば、ポリイミド、酸化シリコン等で形成される。

素子基板２００は、基材２１０、絶縁層２２０、非開口領域構造体２３０、レンズ層２４０、絶縁層２５０、画素電極２６０、および、配向膜２７０を備える。基材２１０は、可視光を透過する透光性の材料、例えばガラスや石英等で形成される。基材２１０上に、絶縁層２２０が形成されている。絶縁層２２０は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。

絶縁層２２０内に、非開口領域構造体２３０が設けられている。絶縁層２２０内に形成された遮光部材２３１およびＴＦＴ２３２をまとめて、非開口領域構造体２３０と称している。非開口領域構造体２３０を、概略的、記号的に矩形で示す。

遮光部材２３１は、絶縁層２２０を介し厚さ方向に離間して配置された複数の遮光層を含んで形成され、各遮光層は、可視光を遮光する遮光性の材料、例えば、ポリシリコン、金属、金属シリサイド、金属化合物等で形成される。ＴＦＴ２３２は、半導体層を有し、当該半導体層にトランジスターのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を備える。

遮光部材２３１は、平面視において、各画素電極２６０を取り囲むように、各画素電極２６０の縁に沿って設けられている。遮光部材２３１に取り囲まれた領域が、各画素１０２の画素電極２６０において光が透過する開口領域（透光領域）１０３となる。このように、遮光部材２３１は、画素電極２６０の開口領域１０３を画定する。

平面視において、遮光部材２３１が設けられた領域は、光が透過しない非開口領域（遮光領域）１０４となる。遮光部材２３１に含まれる遮光層としては、例えば、データ線２３３や走査線２３４を用いることができる。遮光部材２３１に含まれる遮光層同士は、平面視で互いに重なりを有する。ＴＦＴ２３２は、厚さ方向において遮光層同士に挟まれるように、非開口領域１０４に設けられている。

絶縁層２２０上に、レンズ層（マイクロレンズ）２４０が形成されており、レンズ層２４０上に、絶縁層２５０が形成されている。レンズ層２４０は、可視光に対する屈折率が、絶縁層２５０を形成する材料の屈折率よりも高い透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン等で形成される。絶縁層２５０は、絶縁性であり透光性の材料、例えば、酸化シリコン等で形成される。

レンズ層２４０は、複数のレンズ２４１を有する。レンズ２４１は、画素電極２６０ごとに設けられている。各レンズ２４１は、絶縁層２５０側に、つまり液晶層４００側に凸であり、各レンズ２４１の表面は、平面視で開口領域１０３内の全域に亘って曲面を形成している。

絶縁層２５０上に、画素電極２６０が設けられている。画素電極２６０は、導電性であり透光性の材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等で形成される。画素電極２６０を覆って絶縁層２５０上に、配向膜２７０が設けられている。配向膜２７０は、例えば、ポリイミド、酸化シリコン等で形成される。

次に、液晶表示装置１０の全体的な構成について説明する。偏光板６１０と偏光板６２０とは、液晶パネル１００を挟むように配置されている。偏光板６１０は、対向基板３００に対し液晶層４００と反対側に配置されており、偏光板６２０は、素子基板２００に対し液晶層４００と反対側に配置されている。光学補償部材５００は、偏光板６１０と液晶パネル１００との間に配置されている。

入射光７００は、液晶表示装置１０に、偏光板６１０側から入射される。偏光板６１０から出射した入射光７００は、光学補償部材５００を透過して、液晶パネル１００に入射する。入射光７００は、対向基板３００側から液晶パネル１００に入射され、液晶層４００で変調されて、素子基板２００側から出射される。そして、液晶パネル１００を透過した入射光７００は、偏光板６２０側から出射される。

液晶パネル１００における光透過について、より詳しく説明する。光学補償部材５００を透過した入射光７００は、対向基板３００の基材３１０、共通電極３６０および配向膜３７０を透過して、液晶層４００に入射する。液晶層４００を透過した入射光７００は、素子基板２００の配向膜２７０、画素電極２６０および絶縁層２５０を透過し、レンズ層２４０に入射して、レンズ２４１により集光される。レンズ２４１により集光された入射光７００は、絶縁層２２０に入射して開口領域１０３を透過し、基材２１０から出射する。

液晶層４００が有する光学異方性に起因して、液晶層４００を透過する入射光７００には位相差が生じる。光学補償部材５００は、液晶層４００の透過に起因して入射光７００に生じる位相差を補償する。光学補償部材５００としては、様々なタイプのもの、例えばＣプレート、Ｏプレート、Ａプレート等を、必要に応じて適宜選択して用いてよい。

これらはそれぞれ、屈折率楕円体（屈折率の３次元分布）に関して、以下のように定義される。
基板面内の座標軸をＸＹ軸とし、基板法線をＺ軸とする。Ｘ軸方向の主屈折率をＮｘとし、Ｙ軸方向の主屈折率をＮｙとし、Ｚ軸方向の主屈折率をＮｚとする。
Ａプレート（正のＡプレート）は、
Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚ
を満たす。
Ｃプレート（負のＣプレート）は、
Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚ
を満たす。
Ｏプレートは、屈折率楕円体自体が基板に対して傾いているものであり、例えば、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚに対してＹ軸を回転軸として、基板法線からある角度で傾いており、基板法線から見た時には、ＸＹ平面による楕円体断面における遅相軸がＹ軸方向になる。ただし、上記の条件に限定されるわけではなく、楕円体形状およびその傾きによって、Ｙ軸方向が進相軸になってもよい。

液晶表示装置１０において、液晶層４００以外の要因による位相差、例えば、偏光板６１０、６２０の構成部材に起因する位相差等も生じ得る。光学補償部材５００は、液晶層４００の透過に起因する位相差に限らず、他の種々の要因による位相差も加わった全体的な位相差を補償するものであってよい。光学補償部材５００により位相差が補償されることで、液晶表示装置１０のコントラストを向上させることができる。

レンズ２４１での集光により、各画素１０２の開口領域１０３に、入射光７００を効率的に入射させることができる。レンズ２４１の表面が、平面視で開口領域１０３内の全域に亘って曲面を形成していることにより、つまり、レンズ２４１が、開口領域１０３内の全域に亘って集光作用を有することにより、（開口領域１０３内に集光作用を有しない平面部分が形成されている態様と比べて、）効率的な集光を行うことができる。

ここで、比較形態による液晶表示装置１０について説明する。図１３は、比較形態による液晶表示装置１０の構成を示す概略断面図である。比較形態の液晶表示装置１０は、光学補償部材５００が液晶パネル１００と偏光板６２０との間に配置され、また、素子基板２００がレンズ層２４０を備えずに対向基板３００がレンズ層（マイクロレンズ）３４０を備える点で、第１実施形態の液晶表示装置１０と異なる。

比較形態では、偏光板６１０を透過した入射光７００が、対向基板３００の基材３１０に入射し、レンズ層３４０のレンズ３４１により集光される。レンズ３４１により集光された入射光７００は、共通電極３６０および配向膜３７０を透過して、液晶層４００に入射する。液晶層４００を透過した入射光７００は、素子基板２００の配向膜２７０および画素電極２６０を透過し、絶縁層２２０に入射して開口領域１０３を透過し、基材２１０から出射する。基材２１０から出射した入射光７００は、光学補償部材５００を透過して、偏光板６２０に入射する。

比較形態においても、レンズ３４１での集光により各画素１０２の開口領域１０３に入射光７００を入射させることができ、また、光学補償部材５００により位相差を補償できる。

一般に、光学補償部材５００に入射する光の進行方向と、液晶層４００に入射する光の進行方向とのずれが小さいほど、光学補償部材５００による位相差の補償が良好に行われる。レンズ２４１またはレンズ３４１での集光に伴う屈折により、あるいは、微細な開口領域１０３の透過に伴う回折により、入射光７００の進行方向は変化する。このため、液晶表示装置１０の厚さ方向において、光学補償部材５００と液晶層４００との間には、レンズ２４１またはレンズ３４１、あるいは、開口領域１０３を画定する遮光部材２３１が介在しないことが好ましい。

比較形態では、対向基板３００がレンズ３４１を有する。したがって、偏光板６１０と液晶パネル１００との間、つまり液晶パネル１００の光入射側に光学補償部材５００が配置されていれば、光学補償部材５００と液晶層４００との間に、レンズ３４１が介在する。比較形態では、光学補償部材５００を、液晶パネル１００と偏光板６２０との間、つまり液晶パネル１００の光出射側に配置することで、液晶層４００と光学補償部材５００との間にレンズ３４１が介在することを避けることができる。

しかし、比較形態では、液晶層４００と光学補償部材５００との間に、開口領域１０３を画定する遮光部材２３１が介在する。このため、開口領域１０３の透過による回折に起因して、液晶層４００に入射する光の進行方向と、光学補償部材５００に入射する光の進行方向とがずれて、光学補償効果を高めることが難しい。

一方、本実施形態では、素子基板２００がレンズ２４１を有する。したがって、液晶パネル１００と偏光板６２０との間、つまり液晶パネル１００の光出射側に光学補償部材５００が配置されていれば、液晶層４００と光学補償部材５００との間に、レンズ２４１が介在する。本実施形態では、光学補償部材５００を、偏光板６１０と液晶パネル１００との間、つまり液晶パネル１００の光入射側に配置することで、光学補償部材５００と液晶層４００との間にレンズ２４１が介在することを避けることができる。

本実施形態では、さらに、光学補償部材５００が液晶パネル１００の光入射側に配置されていることで、つまり、光学補償部材５００が液晶層４００に対して対向基板３００側に配置されていることで、光学補償部材５００と液晶層４００との間に、開口領域１０３を画定する遮光部材２３１が介在することも避けることができる。

このように、本実施形態では、光学補償部材５００と液晶層４００との間に、レンズ２４１が介在しないとともに、開口領域１０３を画定する遮光部材２３１も介在しない。光学補償部材５００に入射する光の進行方向と、液晶層４００に入射する光の進行方向とが、レンズ２４１での屈折に起因してずれること、および、開口領域１０３での回折に起因してずれること、の両方を抑制できるので、光学補償部材５００による補償を良好に行うことができる。

さらに、液晶層４００が非開口領域構造体２３０とレンズ層２４０の間に介在しないことで、基板貼り合せ時の組立ばらつき（組立ずれ）による明るさばらつきやコントラストばらつきを無くすことができる。つまり、組立ずれによりレンズ層２４０が開口領域１０３の中心からずれることで、入射光が非開口領域構造体２３０により当たり易くなり所定の光が透過できず、明るさが低下する。また、非開口領域構造体２３０により生じた偏光解消成分が増加することで黒表示時の光漏れ量が大きくなり、コントラストが低下する。そのため、本実施例の構成においては組立プロセスに起因した特性ばらつきを実質無くすことが可能になる。

なお、液晶表示装置に係る技術において、画素電極の開口領域を画定する遮光部材（平面視において画素電極の縁に沿って形成された遮光部材）を、対向基板に設ける構造も知られている。ただし、本実施形態において、このような遮光部材が対向基板３００に設けられていれば、光学補償部材５００と液晶層４００との間に、回折を生じさせる構造が介在することとなる。したがって、本実施形態における対向基板３００は、画素電極２６０の開口領域１０３を画定する遮光部材を有さないことが好ましい。これにより、当該遮光部材に起因する回折が抑制されるので、光学補償部材５００による補償をより良好に行うことができる。

また、上述の説明から理解されるように、本実施形態における対向基板３００は、画素電極２６０の開口領域１０３に入射光７００を集光するレンズを有さないことが好ましい。これにより、当該レンズに起因する屈折が抑制されるので、光学補償部材５００による補償をより良好に行うことができる。

本実施形態では、液晶パネル１００の光入射側に光学補償部材５００が配置されている。このため、後述のようなプロジェクターへの応用において、液晶パネル１００の光出射側に光学補償部材５００が配置された比較形態と比べて、液晶パネル１００から投写光学系の投写レンズ（投射レンズ）までの距離（バックフォーカス）を短くできる。バックフォーカスが短いことで、液晶パネル１００から出射した光の広がりを抑制できるので、投写レンズの小型化を図ることができる。

また、液晶パネル１００の光入射側に光学補償部材５００を配置することで、バックフォーカスが長くなることを抑制しつつ、光学補償部材５００が配置される空間を広くしやすい。つまり、液晶パネル１００と偏光板６１０との間隔を、必要に応じ広く設定して、光学補償部材５００を配置することができる。光学補償部材５００が配置される空間を広く確保できることで、用いる光学補償部材５００の選択や配置の自由度を高めることができる。

図１は、第１実施形態による液晶表示装置１０の構成の一例として、光学補償部材５００を、対向基板３００の基材３１０から離間させて配置した態様を示す。光学補償部材５００を、基材３１０から離間して配置することで、光学補償部材５００の配置（姿勢等）を調整することが容易になる。

図２は、第１実施形態による液晶表示装置１０の構成の他の例として、光学補償部材５００を、対向基板３００の基材３１０に接して配置した態様を示す。本態様において、光学補償部材５００は、基材３１０に貼り合わされていてもよい。光学補償部材５００を基材３１０に接して配置することで、光学補償部材５００と対向基板３００とがひとまとまりの部材となり（基材３１０と偏光板６１０との間隙を狭くでき）、液晶表示装置１０を小型化することが容易になる。

第１実施形態では、光学補償部材５００が基材３１０に対して液晶層４００と反対側に配置された態様、つまり、光学補償部材５００が対向基板３００の外部に配置された態様を例示した。このような態様では、光学補償部材５００として、対向基板３００とは別に準備された部材を適宜選択して用いることができる。

次に、第１実施形態における光学補償部材５００の、より具体的な構成例について説明する。図５〜図８は、それぞれ、第１構成例〜第４構成例の液晶表示装置１０を示す概略断面図である。

図５を参照する。第１構成例の光学補償部材５００としては、Ｃプレート５１０が用いられ、Ｃプレート５１０は、基材３１０に対して平行に（平置きで）配置される。比較形態（図１３参照）の光学補償部材５００を、基材２１０に対して平行に（平置きで）配置されるＣプレートとした態様を第１比較例とする。第１比較例による液晶表示装置１０のコントラストが例えば１０００であるのに対し、第１構成例による液晶表示装置１０のコントラストは例えば１４００となり、第１構成例では、第１比較例に対し１．４倍のコントラスト向上効果が得られる。

図６を参照する。第２構成例の光学補償部材５００としては、Ｃプレート５１０が用いられ、Ｃプレート５１０は、基材３１０に対して傾斜した姿勢で配置される。比較形態（図１３参照）の光学補償部材５００を、基材２１０に対して傾斜して配置されるＣプレートとした態様を第２比較例とする。第２比較例による液晶表示装置１０のコントラストが例えば２３００であるのに対し、第２構成例による液晶表示装置１０のコントラストは例えば８０００となり、第２構成例では、第２比較例に対し３．５倍のコントラスト向上効果が得られる。

傾斜したＣプレート５１０は、特に、プレチルトが付与された液晶で液晶層４００が形成されて、ＶＡモードで動作する液晶表示装置１０における光学補償部材５００として、好ましい。

第２比較例のように、傾斜したＣプレートを液晶パネル１００の光出射側に配置すると、バックフォーカスが長くなる。第２構成例では、液晶パネル１００の光入射側に光学補償部材５００が配置されるため、バックフォーカスを長くせずに、傾斜したＣプレート５１０を配置することができる。

図７を参照する。第３構成例の光学補償部材５００としては、Ｃプレート５１０とＯプレート５２０とが重ねて用いられる。比較形態（図１３参照）の光学補償部材５００として、ＣプレートとＯプレートとを重ねたものを用いる態様を第３比較例とする。第３比較例による液晶表示装置１０のコントラストが例えば１３５０であるのに対し、第３構成例による液晶表示装置１０のコントラストは例えば２７００となり、第３構成例では、第３比較例に対し２倍のコントラスト向上効果が得られる。

このような態様では、コントラストが最も高くなるように、Ｏプレート５２０を基材３１０の法線方向の周りに回転させて、Ｏプレート５２０の配置を調整するとよい。なお、Ｃプレート５１０とＯプレート５２０の厚さ方向の配置順序は、必要に応じ相互に入れ替えてよい。

図８を参照する。第４構成例の光学補償部材５００としては、Ｃプレート５１０と２枚のＯプレート５２０，５２１とが重ねて用いられる。比較形態（図１３参照）の光学補償部材５００として、Ｃプレートと２枚のＯプレートとを重ねたものを用いる態様を第４比較例とする。第４比較例による液晶表示装置１０のコントラストが例えば１８００であるのに対し、第４構成例による液晶表示装置１０のコントラストは例えば４５００となり、第４構成例では、第４比較例に対し２．５倍のコントラスト向上効果が得られる。

このような態様では、コントラストが最も高くなるように、Ｏプレート５２０およびＯプレート５２１のうち少なくとも１枚を基材３１０の法線方向の周りに回転させて、Ｏプレート５２０およびＯプレート５２１の配置を調整するとよい。なお、Ｃプレート５１０、Ｏプレート５２０およびＯプレート５２１の厚さ方向の配置順序は、必要に応じ相互に入れ替えてよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に述べるような他の実施形態への適用や、各種の変形が可能である。また、以下に述べる他の実施形態や変形の態様は、任意に選択された一または複数を、適宜に組み合わせることもできる。

＜第１実施形態の第１変形例＞
図９は、第１実施形態の第１変形例による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。本変形例の液晶表示装置１０は、対向基板３００の（基材３１０の）液晶層４００と反対側の面上、および、素子基板２００の（基材２１０の）液晶層４００と反対側の面上に、それぞれ、防塵ガラス（防塵部材）８１０，８２０を備える。そして、防塵ガラス８１０の液晶層４００と反対側の面上に、光学補償部材５００を備える。防塵ガラス８１０，８２０は、液晶パネル１００の基材３１０，２１０に塵が付着すること（当該塵が表示画像上に結像すること）を抑制する。

本変形例では、防塵ガラス８１０の面上を利用して、光学補償部材５００を配置することができる。なお、防塵ガラス８１０の液晶層４００側の面上に、光学補償部材５００を備える態様としてもよい。つまり、液晶パネル１００の光入射側の面上に、光学補償部材５００を介して防塵ガラス８１０を備える態様としてもよい。

＜第１実施形態の第２変形例＞
図１０は、第１実施形態の第２変形例による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。本変形例の液晶表示装置１０は、素子基板２００に、レンズ層２４０に加え、レンズ層２４０Ａを有する。レンズ層２４０Ａは、複数のレンズ２４１Ａを有する。レンズ２４１Ａは、画素電極２６０ごとに設けられている。各レンズ２４１Ａは、基材２１０側に、つまり液晶層４００と反対側に凸であり、各レンズ２４１Ａの表面は、平面視で開口領域１０３内の全域に亘って曲面を形成している。

本変形例のように、素子基板２００に複数段のレンズを設けることで、集光性能を高めることができ、例えば、液晶パネル１００から出射した光の広がりを抑制できる。素子基板２００に設けられるレンズは、必要に応じて、液晶層４００側に凸であっても、液晶層４００と反対側に凸であってもよく、また、球面レンズであっても、非球面レンズであってもよい。このように、多様な形態のレンズを用いて、集光を行うことができる。

素子基板２００内での厚さ方向におけるレンズの位置は、必要に応じて、遮光部材２３１に対して液晶層４００側であってもよいし、液晶層４００と反対側であってもよい。対向基板３００側から入射した入射光７００を開口領域１０３に集光させる観点からは、レンズを、遮光部材２３１に対して液晶層４００側、つまり光入射側に配置するとよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態による液晶表示装置１０について説明する。図１１は、第２実施形態による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。第２実施形態の液晶表示装置１０は、光学補償部材５００が基材３１０に対して液晶層４００側に配置されている点で、第１実施形態と異なる。

例えば、基材３１０上の光学補償層として光学補償部材５００が形成され、光学補償部材５００上に共通電極３６０が形成される。光学補償部材５００としては、様々なタイプのもの、例えばＣプレート、Ｏプレート、Ａプレート等を、必要に応じて適宜選択して用いてよい。光学補償部材（光学補償層）５００は、各種の成膜技術を適宜用いることで、形成することができる。

なお、液晶層４００に印加される電圧が、光学補償部材５００に起因する容量分割により低下することを抑制するために、光学補償部材５００は、共通電極３６０に対して液晶層４００と反対側に配置されることが好ましい。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、光学補償部材５００と液晶層４００との間にレンズ２４１および遮光部材２３１を介在させないことで、光学補償部材５００による補償を良好に行うことができる。

第２実施形態では、光学補償部材５００が、基材３１０に対して液晶層４００側に配置されている。つまり、光学補償部材５００が、対向基板３００の内部に配置されている。このような態様では、対向基板３００と別の部材として光学補償部材５００を準備しなくてよい。なお、第１実施形態のような対向基板３００の外部に配置される光学補償部材５００を、組み合わせて用いてもよい。

＜応用例＞
次に、上述の実施形態および変形例による液晶表示装置１０の応用例として、投射型表示装置（プロジェクター）について説明する。図１２は、応用例によるプロジェクター９００の光学系を例示する模式図である。プロジェクター９００は、光源装置９０１と、インテグレーター９０４と、偏光変換素子９０５と、色分離導光光学系９０２と、光変調装置としての液晶光変調装置９１０Ｒ、液晶光変調装置９１０Ｇ、 液晶光変調装置９１０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム９１２および投写光学系９１４と、を具備して構成されている。液晶光変調装置９１０Ｒ、９１０Ｇおよび９１０Ｂには、後述するように、液晶パネル９２０Ｒ、９２０Ｇおよび９２０Ｂが設けられている。

これらの液晶パネル９２０Ｒ、９２０Ｇおよび９２０Ｂとして、上述の液晶パネル１００を光学補償部材５００と組み合わせた構造体を応用することができる。光学補償部材５００は、第１実施形態のように液晶パネル１００の外部に配置されていてもよいし、第２実施形態のように液晶パネル１００の内部に配置されていてもよい。ここでは、説明の煩雑さを避けるため、液晶パネル１００を光学補償部材５００と組み合わせた構造体を、「液晶パネル」（９２０Ｒ、９２０Ｇまたは９２０Ｂ）と呼ぶこととする。

光源装置９０１は、第１色光である赤色光（以下「Ｒ光」という）、第２色光である緑色光（以下「Ｇ光」という）、および第３色光である青色光（以下「Ｂ光」という）を含む光を供給する。光源装置９０１としては、例えば超高圧水銀ランプを用いることができる。

インテグレーター９０４は、光源装置９０１から出射された光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子９０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えば色分離導光光学系９０２の反射面に対してｓ偏光したｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離導光光学系９０２を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｒに入射する。

色分離導光光学系９０２は、Ｒ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｒと、Ｂ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇと、３枚の反射ミラー９０７と、２枚のリレーレンズ９０８と、を具備して構成されている。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー９０７に入射する。

反射ミラー９０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光用液晶光変調装置９１０Ｒに入射する。Ｒ光用液晶光変調装置９１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。

Ｒ光用液晶光変調装置９１０Ｒは、λ／２位相差板９２３Ｒ、ガラス板９２４Ｒ、第１偏光板９２１Ｒ、液晶パネル９２０Ｒ、および第２偏光板９２２Ｒを有する。λ／２位相差板９２３Ｒおよび第１偏光板９２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板９２４Ｒに接する状態で配置される。なお、図１２において、第２偏光板９２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル９２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム９１２の入射表面に接する状態で配置しても良い。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇに入射する。Ｇ光用液晶光変調装置９１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇは、液晶パネル９２０Ｇ、第１偏光板９２１Ｇおよび第２偏光板９２２Ｇを有する。

Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板９２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル９２０Ｇに入射する。液晶パネル９２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル９２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板９２２Ｇから射出される。このようにして、Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム９１２に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ９０８と、２枚の反射ミラー９０７とを経由して、Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂに入射する。

Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂは、λ／２位相差板９２３Ｂ、ガラス板９２４Ｂ、第１偏光板９２１Ｂ、液晶パネル９２０Ｂ、および第２偏光板９２２Ｂを有する。

Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板９２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板９２４Ｂおよび第１偏光板９２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル９２０Ｂに入射する。液晶パネル９２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル９２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板９２２Ｂから射出される。Ｂ光用液晶光変調装置９１０Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム９１２に入射する。

このように、色分離導光光学系９０２を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー９０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー９０６Ｇとは、光源装置９０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム９１２は、２つのダイクロイック膜９１２ａ、９１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜９１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜９１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム９１２は、Ｒ光用液晶光変調装置９１０Ｒ、Ｇ光用液晶光変調装置９１０Ｇ、およびＢ光用液晶光変調装置９１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光を合成する。

投写光学系９１４は、クロスダイクロイックプリズム９１２で合成された光をスクリーン９１６に投射する。これにより、スクリーン９１６上でフルカラー画像を得ることができる。このように、上述の液晶表示装置１０は、一例としてプロジェクター９００に用いることができる。

なお、上述の液晶表示装置１０は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに用いることも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに用いることもできる。

なお、液晶表示装置１０を適用可能な電子機器は、プロジェクター９００に限定されない。液晶表示装置１０は、例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、ＰＯＳなどの情報端末機器の表示部として用いてもよい。

１０…液晶表示装置、１００…液晶パネル、１０１…表示領域、１０２…画素、１０３…開口領域、１０４…非開口領域、１１０…データ線駆動回路、１２０…外部回路実装端子、１３０…走査線駆動回路、１４０…配線、１５０…基板間導通材、１６０…シール材、１７０…周辺見切り、２００…素子基板、２１０…基材、２２０…絶縁層、２３０…非開口領域構造体、２３１…遮光部材、２３２…ＴＦＴ、２３３…データ線、２３４…走査線、２３５…容量線、２４０…レンズ層（マイクロレンズ）、２４１…レンズ、２５０…絶縁層、２６０…画素電極、２７０…配向膜、２８０…蓄積容量、３００…対向基板、３１０…基材、３６０…共通電極、３７０…配向膜、４００…液晶層、５００…光学補償部材、５１０…Ｃプレート、５２０…Ｏプレート、５２１…Ｏプレート、６１０…偏光板、６２０…偏光板、７００…入射光、８１０…防塵ガラス、８２０…防塵ガラス、９００…プロジェクター、９０１…光源装置、９０２…色分離導光光学系、９０４…インテグレーター、９０５…偏光変換素子、９１０Ｒ…液晶光変調装置、９１０Ｇ…液晶光変調装置、９１０Ｂ…液晶光変調装置、９２０Ｒ…液晶パネル、９２０Ｇ…液晶パネル、９２０Ｂ…液晶パネル、９１２…クロスダイクロイックプリズム、９１４…投写光学系、９１６…スクリーン。

Claims (11)

1. 一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板間に、
   基材及び共通電極を有する対向基板と、
   画素電極、レンズ及び遮光部材、を有する素子基板と、
   前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、
   前記基材の前記液晶層側とは反対側又は前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、
   を備え、
   入射光が前記対向基板側から入射され、
   前記対向基板には、平面視で前記画素電極を取り囲むと共に前記画素電極の縁に沿う遮光部材が設けられていない、
   液晶表示装置。
2. 前記光学補償部材が、前記基材の前記液晶層とは反対側に配置された場合に、前記光学補償部材は、前記基材から離間して配置される、
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板間に、
   基材及び共通電極を有する対向基板と、
   画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、
   前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、
   前記基材の前記液晶層側とは反対側又は前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、
   を備え、
   前記光学補償部材は、前記基材に接して配置され、
   入射光が前記対向基板側から入射される、
   液晶表示装置。
4. 一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板間に、
   基材及び共通電極を有する対向基板と、
   画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、
   前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、
   前記基材の前記液晶層側とは反対側に配置された光学補償部材と、
   前記対向基板の前記液晶層側とは反対側に配置された防塵部材と、
   を備え、
   前記光学補償部材は、前記防塵部材の面上に設けられ、
   入射光が前記対向基板側から入射される、
   液晶表示装置。
5. 一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板間に、
   基材及び共通電極を有する対向基板と、
   画素電極、レンズ及び遮光部材を有する素子基板と、
   前記対向基板と前記素子基板とに挟持された液晶層と、
   前記液晶層と前記基材との間に配置された光学補償部材と、
   を備え、
   前記光学補償部材は、前記対向基板内に設けられ、
   入射光が前記対向基板側から入射される、
   液晶表示装置。
6. 前記レンズの表面は、前記開口領域内の全域に亘って曲面を形成している、
   請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記レンズは、前記液晶層側に凸であるか、または、前記液晶層と反対側に凸である、
   請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記レンズは、球面レンズまたは非球面レンズである、
   請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記レンズは、前記遮光部材に対して前記液晶層側に配置される、
   請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記光学補償部材は、Ｃプレート、ＯプレートおよびＡプレートのうち少なくとも１つを含む、
    請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置、
    を備える電子機器。

Images