JP6927275B2 - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置、および電子機器に関するものである。

投射型表示装置のライトバルブ等として用いられる透過型の液晶装置では、画素電極およびスイッチング素子が形成された素子基板と、対向電極が形成された対向基板との間に液晶層が配置されている。かかる液晶装置では、素子基板および対向基板のうちの一方側から入射した光を電気光学層で変調して画像を表示する（特許文献１、２参照）。特許文献１、２に記載の液晶装置において、素子基板では、基板本体と画素電極との間に配線等からなる格子状の遮光部材が設けられており、遮光部材で囲まれた透光領域（画素開口領域）に到達した光のみが表示に寄与する。ここで、素子基板には、素子基板の基板本体と遮光部材との間には第１レンズが設けられ、画素電極と遮光部材との間に第２レンズが設けられている。

特開２０１５−３４８６０号公報 特開２０１９−４０１５３号公報

特許文献１に記載の液晶装置において、対向基板の側から光を入射させると、第２レンズによって遮光部材に向かって進行しようとする光を透光領域に導くことができ、第１レンズによって、素子基板から出射される光線の傾きを適正化することができる。しかしながら、画素を微細化した場合、第２レンズだけでは、遮光部材に向かって進行しようとする光を透光領域に効率よく導くことができないという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明に係る液晶装置の一態様は、光の入射側に配置され、表示領域に遮光部材が設けられていない第１基板と、前記第１基板に対して光の出射側で対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、を備え、前記第２基板は、前記表示領域において、基板本体と前記液晶層との間の層に設けられた画素電極と、前記基板本体と前記画素電極との間の層に設けられた格子状の遮光部材と、前記基板本体と前記遮光部材との間の層に設けられた第１レンズ部材と、前記遮光部材と前記画素電極との間の層に設けられた第２レンズ部材と、前記第２レンズ部材と前記画素電極との間の層に設けられた第３レンズ部材と、を有し、前記第１レンズ部材、前記第２レンズ部材および前記第３レンズ部材は、それぞれ同一方向に凹む凹曲面が形成されたレンズ面を有することを特徴とする。

本発明に係る液晶装置は、各種電子機器に用いることができる。電子機器が投射型表示装置である場合、電子機器には、前記液晶装置に入射する照明光を出射する光源部と、前記液晶装置から出射された変調光を投射する投射光学系と、が設けられる。

本発明を適用した液晶装置に用いた液晶パネルの一態様を示す平面図。 本発明の実施の形態１に係る液晶装置の断面を模式的に示す説明図。 図２に示す断面の一部を拡大して示す説明図。 図１に示す液晶パネルにおいて隣り合う複数の画素の平面図。 図４に示す液晶パネルのＦ−Ｆ′断面図。 本発明の実施の形態２に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施の形態３に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施の形態４に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施の形態５に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施の形態６に係る液晶装置の説明図。 本発明の実施の形態７に係る液晶装置の説明図。 図１１に示す傾斜面の説明図。 本発明を適用した液晶装置を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下の説明において、第２基板１０に形成される層を説明する際、上層側あるいは表面側とは基板本体１９が位置する側とは反対側（第１基板２０が位置する側）を意味し、下層側とは基板本体１９が位置する側を意味する。

［実施の形態１］
（液晶装置の構成）
図１は、本発明を適用した液晶装置１に用いた液晶パネル１００の一態様を示す平面図であり、液晶装置１を第１基板２０側からみた様子を示してある。図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶装置１の断面を模式的に示す説明図である。図３は、図２に示す断面の一部を拡大して示す説明図である。

図１、図２および図３に示すように、液晶装置１では、第１基板２０と第２基板１０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされた液晶パネル１００を有しており、液晶パネル１００において、第１基板２０と第２基板１０とは対向している。シール材１０７は第１基板２０の外縁に沿うように枠状に設けられており、第１基板２０と第２基板１０との間でシール材１０７によって囲まれた領域に液晶層５０が配置されている。シール材１０７は、光硬化性を備えた接着剤、あるいは光硬化性および熱硬化性を備えた接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。第１基板２０および第２基板１０はいずれも四角形であり、液晶装置１の略中央には、表示領域１０ａが四角形の領域として設けられている。かかる形状に対応して、シール材１０７も略四角形に設けられている。

第１基板２０は、基板本体２９として、石英基板やガラス基板等の透光性基板を有している。基板本体２９において第２基板１０と対向する一方面２９ｓ側には、ＩＴＯ膜等からなる透光性の対向電極２１が形成されており、対向電極２１に対して第２基板１０側には第１配向膜２６が形成されている。対向電極２１は、基板本体２９の略全面に形成されており、第１配向膜２６によって覆われている。従って、基板本体２９から第１配向膜２６までが第１基板２０に相当する。

基板本体２９と対向電極２１との間には、樹脂、金属または金属化合物からなる遮光膜２７ａが形成され、遮光膜２７ａと対向電極２１との間には、シリコン酸化膜等からなる透光膜２２が形成されている。遮光膜２７ａは、例えば、表示領域１０ａの外周縁に沿って延在する額縁状の見切りとして形成されている。このため、第１基板２０において、表示領域１０ａには、遮光膜２７ａ（遮光部材）は形成されていない。

第２基板１０は、基板本体１９として、石英基板やガラス基板等の透光性基板を有している。基板本体１９の第１基板２０側の一方面１９ｓ側において、表示領域１０ａの外側には、第２基板１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成され、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。端子１０２には、フレキシブル配線基板１０５が接続されており、第２基板１０には、フレキシブル配線基板を介して各種電位や各種信号が入力される。また、基板本体１９の一方面１９ｓにおいて、表示領域１０ａには、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜等からなる透光性の複数の画素電極９ａ、および複数の画素電極９ａの各々に電気的に接続するスイッチング素子（図２には図示せず）がマトリクス状に形成されている。画素電極９ａに対して第１基板２０側には第２配向膜１６が形成されており、画素電極９ａは、第２配向膜１６によって覆われている。従って、基板本体１９から第２配向膜１６までが第２基板１０に相当する。第２基板１０には、見切り（遮光膜２７ａ）と平面視で重なる領域に、画素電極９ａと同時形成されたダミー画素電極９ｂが形成されている。

第２基板１０には、シール材１０７より外側において第１基板２０の角部分と重なる領域に、第２基板１０と第１基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通用電極１０９が形成されている。基板間導通用電極１０９には、導電粒子を含んだ基板間導通材１０９ａが配置されており、第１基板２０の対向電極２１は、基板間導通材１０９ａおよび基板間導通用電極１０９を介して、第２基板１０側に電気的に接続されている。このため、対向電極２１は、第２基板１０の側から共通電位が印加されている。

本形態の液晶装置１において、画素電極９ａおよび対向電極２１がＩＴＯ膜（透光性導電膜）により形成されており、液晶装置１は、透過型液晶装置として構成されている。本形態の液晶装置１では、矢印Ｌで示すように、第１基板２０の側から液晶層５０に入射した光が第２基板１０を透過して出射される間に変調されて画像を表示する。従って、第１基板２０は光の入射側に設けられ、第２基板１０は、第１基板２０に対して光の出射側で対向している。

（液晶層５０等の構成）
第１配向膜２６および第２配向膜１６は、ＳｉＯ_ｘ（ｘ≦２）、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の斜方蒸着膜からなる無機配向膜である。従って、第１配向膜２６および第２配向膜１６は、カラムと称せられる柱状体が第１基板２０および第２基板１０に対して斜めに形成された柱状構造体層からなる。それ故、第１配向膜２６および第２配向膜１６は、液晶層５０に用いた負の誘電率異方性を備えた液晶分子５０ａを第１基板２０および第２基板１０に対して斜め傾斜配向させ、液晶分子５０ａにプレチルトを付している。

ここで、画素電極９ａと対向電極２１との間に電圧を印加しない状態で、第２基板１０および第１基板２０に対して垂直な方向と液晶分子５０ａの長軸方向（配向方向）とがなす角度がプレチルト角である。本実施の形態において、プレチルト角は、例えば５°である。

このようにして、液晶装置１は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードの液晶装置として構成されている。かかる液晶装置１では、画素電極９ａと対向電極２１との間に電圧が印加されると、液晶分子５０ａは、プレチルトの方向において、第２基板１０および第１基板２０に対する傾き角が小さくなる方向に変位する。かかる変位の方向がいわゆる明視方向である。本形態においては、図１に示すように、フレキシブル配線基板が接続されている側を時計の６時の方向としたとき、液晶分子５０ａの配向方向Ｐ（明視方向）は、平面視において、時計の４時３０分の方向から１０時３０分に向かう方向である。

（防塵用の透光性基板）
図２および図３に示すように、液晶装置１を後述する投射型表示装置のライトバルブ等として使用する場合、第１基板２０の基板本体２９の第２基板１０とは反対側の他方面２９ｔには、防塵用の第１透光性基板６１が接着剤等によって接合される。また、第２基板１０の基板本体１９の第１基板２０とは反対側の他方面１９ｔには、防塵用の第２透光性基板６２が接着剤等によって接合されている。従って、液晶パネル１００に直接、塵等の異物が付着することがないので、異物が画像に映り込むことを抑制することができる。

（格子状の遮光部材）
図３に示すように、表示領域１０ａにおいて、第２基板１０には、基板本体１９と画素電極９ａとの間に格子状の遮光部材１８が設けられており、平面視において、遮光部材１８は、隣り合う画素電極９ａの間に沿って延在している。本形態において、遮光部材１８は、図４および図５を参照して以下に説明する遮光膜８ａ、走査線３ａ、容量線５ａおよびデータ線６ａからなる。

（画素の具体的構成例）
図４は、図１に示す液晶パネル１００において隣り合う複数の画素の平面図である。図５は、図４に示す液晶パネル１００のＦ−Ｆ′断面図である。なお、図４では、各層を以下の線で表してある。また、図４では、互いの端部が平面視で重なり合う層については、層の形状等が分かりやすいように、端部の位置をずらしてある。また、図５では、コンタクトホール４３ａの位置をずらして示してある。
遮光膜８ａ＝細くて長い破線
半導体層３１ａ＝細くて短い点線
走査線３ａ＝太い実線
ドレイン電極４ａ＝細い実線
データ線６ａおよび中継電極６ｂ＝細い一点鎖線
容量線５ａ＝太い一点鎖線
中継電極７ｂ＝細い二点鎖線
画素電極９ａ＝太い破線

図４に示すように、第２基板１０において第１基板２０と対向する面には、複数の画素の各々に画素電極９ａが形成されており、隣り合う画素電極９ａにより挟まれた画素間領域に沿ってデータ線６ａおよび走査線３ａが形成されている。画素間領域は縦横に延在しており、走査線３ａは画素間領域のうち、Ｘ方向に延在する第１画素間領域に沿って直線的に延在し、データ線６ａは、Ｙ方向に延在する第２画素間領域に沿って直線的に延在している。データ線６ａと走査線３ａとの交差に対応してスイッチング素子３０が形成されており、本形態において、スイッチング素子３０は、データ線６ａと走査線３ａとの交差領域１７およびその付近を利用して形成されている。第２基板１０には容量線５ａが形成されており、かかる容量線５ａには共通電位が印加されている。容量線５ａは、走査線３ａおよびデータ線６ａに重なるように延在して格子状に形成されている。スイッチング素子３０の下層側には遮光膜８ａが形成されており、かかる遮光膜８ａは、走査線３ａおよびデータ線６ａと重なるように格子状に延在している。

図５に示すように、表示領域１０ａには、第２基板１０において、基板本体１９の一方面１９ｓ側には、後述する第１レンズ部材５１が形成されており、第１レンズ部材５１に対して上層側（基板本体１９とは反対側）に、シリコン酸化膜等からなる透光性の絶縁膜１１が形成されている。

絶縁膜１１の上層には、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる遮光膜８ａが形成されている。遮光膜８ａは、基板本体１９とスイッチング素子３０との間において、走査線３ａおよびデータ線６ａに沿うように延在しており、画素電極９ａと平面視で重なる領域が開口部になっている。遮光膜８ａは、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステン、窒化チタン等の遮光膜からなり、第２基板１０から出射された光が反射して第２基板１０に再び入射した際、後述する半導体層３１ａに入射してスイッチング素子３０で光電流に起因する誤動作が発生することを防止する。遮光膜８ａを走査線として構成する場合もあり、この場合、後述するゲート電極３ｂと遮光膜８ａを導通させた構成とする。

遮光膜８ａの上層側には、シリコン酸化膜からなる透光性の層間絶縁膜４２が形成され、層間絶縁膜４２の上層側に、半導体層３１ａを備えたスイッチング素子３０が形成されている。スイッチング素子３０は、データ線６ａの延在方向に長辺方向を向けた半導体層３１ａと、半導体層３１ａの長さ方向と直交する方向に延在して半導体層３１ａの長さ方向の中央部分に重なるゲート電極３ｂとを備えている。本形態において、ゲート電極３ｂは走査線３ａの一部からなる。スイッチング素子３０は、半導体層３１ａとゲート電極３ｂとの間に透光性のゲート絶縁膜３２を有している。半導体層３１ａは、ゲート電極３ｂに対してゲート絶縁膜３２を介して対向するチャネル領域３１ｇを備えているとともに、チャネル領域３１ｇの両側にソース領域３１ｂおよびドレイン領域３１ｃを備えている。本形態において、スイッチング素子３０は、ＬＤＤ構造を有している。従って、ソース領域３１ｂおよびドレイン領域３１ｃは各々、チャネル領域３１ｇの両側に低濃度領域を備え、低濃度領域に対してチャネル領域３１ｇとは反対側で隣接する領域に高濃度領域を備えている。

半導体層３１ａは、ポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）等によって構成されている。ゲート絶縁膜３２は、半導体層３１ａを熱酸化したシリコン酸化膜からなる第１ゲート絶縁膜３２ａと、減圧ＣＶＤ法等により形成されたシリコン酸化膜からなる第２ゲート絶縁膜３２ｂとの２層構造からなる。ゲート電極３ｂおよび走査線３ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。

ゲート電極３ｂの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４３が形成され、層間絶縁膜４３の上層には、ドレイン電極４ａが形成されている。ドレイン電極４ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。ドレイン電極４ａは、半導体層３１ａのドレイン領域３１ｃと一部が重なるように形成されており、層間絶縁膜４３およびゲート絶縁膜３２を貫通するコンタクトホール４１ａを介してドレイン領域３１ｃに導通している。

ドレイン電極４ａの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性のエッチングストッパー層１３、および透光性の誘電体膜１４が形成されており、かかる誘電体膜１４の上層側には容量線５ａが形成されている。誘電体膜１４としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等のシリコン化合物を用いることができる。容量線５ａは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。容量線５ａは、誘電体膜１４を介してドレイン電極４ａと重なっており、保持容量５ｃを構成している。

容量線５ａの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４４が形成されており、かかる層間絶縁膜４４の上層側には、データ線６ａと中継電極６ｂとが同一の導電膜により形成されている。データ線６ａおよび中継電極６ｂは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。データ線６ａは、層間絶縁膜４４、エッチングストッパー層１３、層間絶縁膜４２およびゲート絶縁膜３２を貫通するコンタクトホール４２ａを介してソース領域３１ｂに導通している。中継電極６ｂは、層間絶縁膜４４およびエッチングストッパー層１３を貫通するコンタクトホール４２ｂを介してドレイン電極４ａに導通している。

データ線６ａおよび中継電極６ｂの上層側にはシリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４５、層間絶縁膜４６、透光膜４７が形成されており、かかる透光膜４７の上層側に中継電極７ｂが形成されている。中継電極７ｂは、導電性のポリシリコン膜、金属シリサイド膜、金属膜あるいは金属化合物膜等の導電膜からなる。中継電極７ｂは、透光膜４７、層間絶縁膜４６、および層間絶縁膜４５を貫通するコンタクトホール４３ａを介して中継電極６ｂに導通している。

中継電極７ｂの上層側には、シリコン酸化膜等からなる透光性の層間絶縁膜４８が形成されており、かかる層間絶縁膜４８の上層側にはＩＴＯ膜等からなる画素電極９ａが形成されている。層間絶縁膜４８には、中継電極７ｂまで到達したコンタクトホール４４ａが形成されており、画素電極９ａは、コンタクトホール４４ａを介して中継電極７ｂに電気的に接続している。その結果、画素電極９ａは、中継電極７ｂ、中継電極６ｂおよびドレイン電極４ａを介してスイッチング素子３０のドレイン領域３１ｃに電気的に接続している。層間絶縁膜４８の表面は平坦化されている。画素電極９ａの表面側には、ポリイミドや無機配向膜からなる透光性の第２配向膜１６が形成されている。

本形態では、層間絶縁膜４８と画素電極９ａとの間に、ボロンドープドシリケートガラス（ＢＳＧ膜）からなる保護層１２が形成されている。従って、コンタクトホール４４ａは、保護層１２および層間絶縁膜４８を貫通して中継電極７ｂまで到達している。なお、コンタクトホール４４ａの内部では、画素電極９ａがコンタクトホール４４ａの底部で中継電極７ｂと電気的に接続しているが、コンタクトホール４４ａの内部をタングステン等の金属膜をプラグとして充填し、画素電極９ａがコンタクトホール４４ａの内部のプラグを介して中継電極７ｂと電気的に接続している構成を採用してもよい。

（第１基板２０のレンズ部材の構成）
図３に示すように、表示領域１０ａにおいて、第２基板１０には、基板本体１９と遮光部材１８との間の層に第１レンズ部材５１が設けられ、遮光部材１８と画素電極９ａとの間の層には第２レンズ部材５２が設けられている。また、表示領域１０ａにおいて、第２基板１０には、第２レンズ部材５２と画素電極９ａとの間の層に第３レンズ部材５３が設けられている。第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３は各々、画素電極９ａに平面視で重なる。第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３は各々、基板本体１９と画素電極９ａとの間に設けられた複数の透光膜４０を利用して構成される。

より具体的には、図３および図５に示すように、基板本体１９の一方面１９ｓには、複数の画素電極９ａの各々と平面視で重なる凹曲面からなるレンズ面５１０が複数形成されている。また、基板本体１９の一方面１９ｓには透光膜４１（レンズ層）が積層され、透光膜４１は、基板本体１９と反対側の面が平坦面になっている。基板本体１９と透光膜４１とは屈折率が相違しており、レンズ面５１０によって、第１レンズ部材５１のレンズ面が構成されている。本形態において、透光膜４１の屈折率は、基板本体１９の屈折率より大である。例えば、基板本体１９は石英基板（シリコン酸化物、ＳｉＯ_２）からなり、屈折率が１．４８であるのに対して、透光膜４１は、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）からなり、屈折率が１．５８〜１．６８である。それ故、第１レンズ部材５１は、光を収束させる正のパワーを有している。本形態において、透光膜４１の上層側には絶縁膜１１が形成されている。

遮光部材１８と画素電極９ａとの間において、層間絶縁膜４６の基板本体１９と反対側の面には、複数の画素電極９ａの各々と平面視で重なる凹曲面からなるレンズ面５２０が複数形成されている。また、層間絶縁膜４６の基板本体１９とは反対側の面には透光膜４７（レンズ層）が積層され、透光膜４７は、基板本体１９と反対側の面が平坦面になっている。層間絶縁膜４６と透光膜４７とは屈折率が相違しており、レンズ面５２０によって、第２レンズ部材５２のレンズ面が構成されている。本形態において、透光膜４７の屈折率は、層間絶縁膜４６の屈折率より大である。例えば、層間絶縁膜４６は、シリコン酸化物（屈折率＝１．４８）であるのに対して、透光膜４７は、シリコン酸窒化膜（屈折率＝１．５８〜１．６８）である。それ故、第２レンズ部材５２は、光を収束させる正のパワーを有している。

第２レンズ部材５２と画素電極９ａとの間において、層間絶縁膜４８の基板本体１９と反対側の面には、複数の画素電極９ａの各々と平面視で重なる凹曲面からなるレンズ面５３０が複数形成されている。また、層間絶縁膜４８の基板本体１９とは反対側の面には透光膜４９（レンズ層）が積層されている。本形態において、透光膜４９は、例えば、層間絶縁膜４８と連続した面を構成している。層間絶縁膜４８と透光膜４９とは屈折率が相違しており、レンズ面５３０によって、第３レンズ部材５３のレンズ面が構成されている。本形態において、透光膜４９の屈折率は、層間絶縁膜４８の屈折率より大である。例えば、層間絶縁膜４８は、シリコン酸化物（屈折率＝１．４８）であるのに対して、透光膜４９は、シリコン酸窒化膜（屈折率＝１．５８〜１．６８）である。それ故、第３レンズ部材５３は、光を収束させる正のパワーを有している。

（本形態の作用および主な効果）
以上説明したように、本形態の液晶装置１の第２基板１０において、格子状の遮光部材１８に対して液晶層５０の側には、遮光部材１８と画素電極９ａとの間に第２レンズ部材５２が形成され、第２レンズ部材５２と画素電極９ａとの間に第３レンズ部材５３が設けられている。このため、液晶層５０を通過した光のうち、遮光部材１８に向かおうとする光を遮光部材１８で囲まれた透光領域１８０に効率よく導く。このため、液晶装置１からの出射光量を増やすことができるので、明るい画像を表示することができる。

また、第２基板１０において、格子状の遮光部材１８と基板本体１９との間には、第１レンズ部材５１が設けられている。このため、液晶装置１から出射される光線の傾きを第１レンズ部材５１によって適正化することができる、従って、液晶装置１を後述する投射型表示装置のライトバルブとして用いた際、投射光学系によるケラレを抑制することができる。このため、明るくて品位の高い画像を表示することができる。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に係る液晶装置１の説明図である。図６には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図６に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、本形態の液晶装置１には光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。本形態において、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。さらに、光学補償部材７０は、第１基板２０より光の入射側に設けられている。より具体的には、光学補償部材７０は、第１基板２０に接合された第１透光性基板６１の第１基板２０とは反対側の面に設けられている。

このように、本形態の液晶装置１では、光学補償部材７０が第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。このため、液晶層５０と光学補償部材７０との間には、回折作用を有する格子状の遮光部材１８やレンズが存在しない。従って、光学補償部材７０に入射する光線と液晶層５０を通る光線との間に、遮光部材１８やレンズでの回折に起因する角度のずれが発生しにくいので、光学補償の効果が高い。

ここで、光学補償部材７０は、少なくとも、負の一軸性屈折率異方性を有する光学補償部材、正の一軸性屈折率異方性を有する光学補償部材、および第１基板２０の基板本体２９の一方の面に対して一軸性または二軸性の屈折率楕円体が傾斜した光学補償部材のいずれかを含む。例えば、光学補償部材７０は、Ａプレート、Ｃプレート、およびＯプレートのいずれかを含む。光学補償部材７０は、例えば、第１透光性基板６１に成膜された無機膜７１からなる。光学補償部材７０は、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。

第２基板１０または第１基板２０の基板面内の座標軸をｘｙ軸とし、法線方向を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、以下の条件式
Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚ
を満たす。

Ｃプレート（負のＣプレート）は、以下の条件式
Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚ
を満たす。かかるＣプレートは、光軸が第２基板１０および第１基板２０に対する法線を向いており、基板面内において光学的に等方性であるが、基板面に対し垂直な面内においては光学異方性を有する。従って、液晶層５０に斜め方向から入射する光の位相差を光学補償部材７０により補償することができるので、コントラストや視野角特性を向上することができる。

Ｃプレートは、例えば、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した無機膜からなる。高屈折率層は、タンタル酸化膜、ニオブ酸化膜、チタン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等からなる。例えば、高屈折率層は、屈折率が２．３のニオブ酸化膜で形成され、低屈折率層は、屈折率が１．５のシリコン酸化膜で形成される。

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いる。従って、Ｏプレートは、光軸が第２基板１０および第１基板２０に対する法線方向からずれて斜め方向を向いており、基板面内、および基板面に対し垂直な面内において光学異方性を有する。Ｏプレートは、２つ配置される場合があり、その場合、２つのＯプレートは、基板法線方向からみたとき、異なる方位に光学軸を向けており、２つのＯプレートの光学軸に挟まれた角度範囲内に液晶分子５０ａの配向方向Ｐが位置する。Ｏプレートは、例えば、タンタル酸化膜等の無機膜を斜方蒸着することにより形成される。

光学補償部材７０の屈折率特性や厚さ等は、全体的な位相差が好適に補償されるように設定される。

なお、本形態では、光学補償部材７０として、サファイアやアルミナ等の基板のように、負の一軸性の屈折率楕円体が傾いた部材を用いてもよい。この場合、光学補償部材７０を第１透光性基板６１に接着した態様、および光学補償部材７０を第１透光性基板６１に接着せずに対向させた態様であってもよい。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係る液晶装置１の説明図である。図７には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図７に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、本形態の液晶装置１には、実施の形態２と同様、光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。

本形態においても、実施の形態２と同様、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。光学補償部材７０は、第１基板２０より光入射側に設けられている。より具体的には、光学補償部材７０は、Ｃプレートであり、第１透光性基板６１に対して第１基板２０とは反対側に、第１基板２０に対して斜めに配置されている。従って、液晶層５０と光学補償部材７０との間には、回折作用を有する格子状の遮光部材１８やレンズが存在しない。それ故、光学補償の効果が高い。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の形態４に係る液晶装置１の説明図である。図７には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。なお、本形態、および後述する実施の形態５、６、７の基本的な構成は、実施の形態１、２と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図８に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、本形態の液晶装置１には、実施の形態２と同様、光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。

本形態においても、実施の形態２と同様、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。また、光学補償部材７０は、第２基板１０より光の入射側に設けられている。本形態において、光学補償部材７０は、第１基板２０と第１透光性基板６１との間に設けられている。光学補償部材７０は、例えば、第１透光性基板６１の第１基板２０側の面に形成された無機膜７１であり、第１透光性基板６１は、無機膜７１と第１基板２０とが接着されている。また、光学補償部材７０は、第１基板２０の第１透光性基板６１側の面に形成された無機膜７１であってもよく、この場合、第１透光性基板６１と無機膜７１とが接着される。いずれの場合でも、液晶層５０と光学補償部材７０との間には、回折作用を有する格子状の遮光部材１８やレンズが存在しない。それ故、光学補償の効果が高い。

［実施の形態５］
図９は、本発明の実施の形態５に係る液晶装置１の説明図である。図９には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。図９に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、本形態の液晶装置１には、実施の形態２と同様、光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。

本形態においても、実施の形態２と同様、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。本形態において、光学補償部材７０は、対向電極２１と、第１基板２０の基板本体２９との間に設けられた無機膜７１である。より具体的には、光学補償部材７０は、第１基板２０の基板本体２９と透光膜２２との間に設けられている。従って、液晶層５０と光学補償部材７０との間には、回折作用を有する格子状の遮光部材１８やレンズが存在しない。それ故、光学補償の効果が高い。なお、光学補償部材７０は、透光膜２２と対向電極２１との間に設けてもよい。また、透光膜２２によって、光学補償部材７０を構成してもよい。

［実施の形態６］
図１０は、本発明の実施の形態６に係る液晶装置１の説明図である。図１０には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。図１０に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、本形態の液晶装置１には、実施の形態２と同様、光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。

本形態においても、実施の形態２と同様、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。本形態において、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３と画素電極９ａとの間に設けられた無機膜７１である。従って、液晶層５０と光学補償部材７０との間には、回折作用を有する格子状の遮光部材１８やレンズが存在しない。それ故、光学補償の効果が高い。

［実施の形態７］
図１１は、本発明の実施の形態７に係る液晶装置１の説明図である。図１１には、液晶装置１の断面を拡大して模式的に示してある。図１２は、図１１に示す傾斜面７６の説明図である。

図１１に示すように、本形態の液晶装置１には、実施の形態１と同様、第２基板１０には、第１レンズ部材５１、第２レンズ部材５２、および第３レンズ部材５３が設けられている。このため、明るい画像を表示することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。また、本形態の液晶装置１には、実施の形態２と同様、光学補償部材７０が設けられている。従って、コントラストや視野角特性等を向上することができる。

本形態においても、実施の形態２と同様、光学補償部材７０は、第３レンズ部材５３より光の入射側に設けられている。かかる光学補償部材７０を構成するにあたって、例えば、基板本体２９の一方面２９ｓには、複数の画素電極９ａの各々に対応するように傾斜面７６が形成されており、傾斜面７６には、光学補償部材７０を構成する無機膜７１が略一定の厚さで形成されている。従って、光学補償部材７０は、傾斜面７６に沿って設けられている。傾斜面７６の傾斜方向は、図１に示す配向方向Ｐに対応する。また、光学補償部材７０を覆うように透光膜２２が形成されており、透光膜２２の光学補償部材７０とは反対側の面は平面になっている。

光学補償部材７０を構成する無機膜７１は、シリコン酸化膜等の低屈折率層と、タンタル酸化膜、ニオブ酸化膜、チタン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等の高屈折率層とを交互に積層した多層膜からなる。

かかる構造は、下地（基板本体２９）にグレイスケールマスク等によりエッチングマスクを形成した後、エッチングを行い、傾斜面７６を形成する。その際、さらに、エッチング等を利用して、傾斜面７６の形状を整えることもある。次に、光学補償部材７０をＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成した後、透光膜２２を形成する。次に、透光膜２２の表面を平坦化する。

なお、本形態では、傾斜面７６が形成される下地が基板本体２９であったが、下地は、シリコン酸化膜等の透光膜であってもよい。また、本形態では、傾斜面７６を備えた光学補償部材７０を第１基板２０に形成したが、実施の形態６に示すように、第２基板１０に対して、傾斜面７６を備えた光学補償部材７０を設けてもよい。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第３レンズ部材５３に対して光の入射側の１箇所に光学補償部材７０を設けたが、例えば、１つの液晶装置１に、図６に示す光学補償部材７０と、図１０に示す光学補償部材７０とを設ける等、１つの液晶装置１の複数個所に光学補償部材７０を設けてもよい。上記実施の形態では、防塵用の第１透光性基板６１および第２透光性基板６２が設けられている場合を例示したが、第１透光性基板６１および第２透光性基板６２の一方あるいは双方が設けられていない液晶装置１に本発明を適用してもよい。上記実施の形態では、ＶＡモードの液晶装置に本発明を適用したが、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、ＯＣＢモードの液晶装置に本発明を適用してもよい。また、上記の実施の形態において、レンズ部材を構成するにあたっては、下地に凹曲面を形成し、下地より屈折率の大きなレンズ層によって凹曲面を覆ったが、下地に凸曲面を形成し、下地より屈折率の小さなレンズ層によって凸曲面を覆うことによって、レンズ部材を構成してもよい。

［電子機器への搭載例］
図１３は、本発明を適用した液晶装置１を用いた投射型表示装置（電子機器）の概略構成図である。なお、以下の説明では、互いに異なる波長域の光が供給される複数のライトバルブ（赤色用ライトバルブ１（Ｒ）、緑色用ライトバルブ１（Ｇ）、および青色用ライトバルブ１（Ｂ））が用いられているが、いずれのライトバルブにも、本発明を適用した液晶装置１が用いられる。その際、液晶装置１に対し、第１偏光板１４１および第２偏光板１４２がクロスニコルに配置される。

図１３に示す投射型表示装置２１０は、前方に設けられたスクリーン２１１に映像を投射する前方投影型のプロジェクターである。投射型表示装置２１０は、光源部２１２と、ダイクロイックミラー２１３、２１４と、３つのライトバルブ（赤色用ライトバルブ１（Ｒ）、緑色用ライトバルブ１（Ｇ）、および青色用ライトバルブ１（Ｂ））と、投射光学系２１８と、クロスダイクロイックプリズム２１９（色合成光学系）と、リレー系２３０とを備えている。

光源部２１２は、例えば、赤色光、緑色光および青色光を含む光源光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。ダイクロイックミラー２１３は、光源部２１２からの赤色光ＬＲを透過させるとともに緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー２１４は、ダイクロイックミラー２１３で反射された緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのうち青色光ＬＢを透過させるとともに緑色光ＬＧを反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー２１３、２１４は、光源部２１２から出射された光を赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する色分離光学系を構成する。ダイクロイックミラー２１３と光源部２１２との間には、インテグレーター２２１および偏光変換素子２２２が光源部２１２から順に配置されている。インテグレーター２２１は、光源部２１２から照射された光の照度分布を均一化する。偏光変換素子２２２は、光源部２１２からの光を例えばｓ偏光のような特定の振動方向を有する直線偏光に変換する。

赤色用ライトバルブ１（Ｒ）は、ダイクロイックミラー２１３を透過して反射ミラー２２３で反射した赤色光ＬＲ（照明光）を画像信号に応じて変調し、変調した赤色光ＬＲ（変調光）をクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて出射する。

緑色用ライトバルブ１（Ｇ）は、ダイクロイックミラー２１３で反射した後にダイクロイックミラー２１４で反射した緑色光ＬＧ（照明光）を、画像信号に応じて緑色光ＬＧを変調し、変調した緑色光ＬＧ（変調光）をクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて出射する。

青色用ライトバルブ１（Ｂ）は、ダイクロイックミラー２１３で反射し、ダイクロイックミラー２１４を透過した後でリレー系２３０を経た青色光ＬＢ（照明光）を画像信号に応じて変調し、変調した青色光ＬＢ（変調光）をクロスダイクロイックプリズム２１９に向けて出射する。

リレー系２３０は、リレーマイクロレンズ２２４ａ、２２４ｂと反射ミラー２２５ａ、２２５ｂとを備えている。リレーマイクロレンズ２２４ａ、２２４ｂは、青色光ＬＢの光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。リレーマイクロレンズ２２４ａは、ダイクロイックミラー２１４と反射ミラー２２５ａとの間に配置されている。

リレーマイクロレンズ２２４ｂは、反射ミラー２２５ａ、２２５ｂの間に配置されている。反射ミラー２２５ａは、ダイクロイックミラー２１４を透過してリレーマイクロレンズ２２４ａから出射した青色光ＬＢをリレーマイクロレンズ２２４ｂに向けて反射するように配置されている。反射ミラー２２５ｂは、リレーマイクロレンズ２２４ｂから出射した青色光ＬＢを青色用ライトバルブ１（Ｂ）に向けて反射するように配置されている。

クロスダイクロイックプリズム２１９は、２つのダイクロイック膜２１９ａ、２１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。ダイクロイック膜２１９ａは青色光ＬＢを反射して緑色光ＬＧを透過する。ダイクロイック膜２１９ｂは赤色光ＬＲを反射して緑色光ＬＧを透過する。

従って、クロスダイクロイックプリズム２１９は、赤色用ライトバルブ１（Ｒ）、緑色用ライトバルブ１（Ｇ）、および青色用ライトバルブ１（Ｂ）の各々で変調された赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを合成し、投射光学系２１８に向けて出射するように構成されている。投射光学系２１８は、投影マイクロレンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム２１９で合成された光をスクリーン２１１に投射するように構成されている。

［他の電子機器］
本発明を適用した液晶装置１は、投射型表示装置において、光源部として、各色の光を出射するＬＥＤ光源、レーザー光源等を用い、かかる光源から出射された色光を各々、別の液晶装置に供給するように構成してもよい。

また、液晶装置１は、投射画像を観察する側から投射する前方投射型プロジェクターに限らず、投射画像を観察する側とは反対の側から投射する後方投射型プロジェクターに用いてもよい。

また、液晶装置１を適用可能な電子機器は、投射型表示装置２１０に限定されない。液晶装置１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。

１…液晶装置、１（Ｒ）…赤色用ライトバルブ、１（Ｇ）…緑色用ライトバルブ、１（Ｂ）…青色用ライトバルブ、３ａ…走査線、５ａ…容量線、６ａ…データ線、８ａ、２７ａ…遮光膜、９ａ…画素電極、１０…第２基板、１０ａ…表示領域、１８…遮光部材、１９、２９…基板本体、２０…第１基板、２１…対向電極、３０…スイッチング素子、３１ａ…半導体層、５０…液晶層、５０ａ…液晶分子、５１…第１レンズ部材、５２…第２レンズ部材、５３…第３レンズ部材、６１…第１透光性基板、６２…第２透光性基板、７０…光学補償部材、７１…無機膜、７６…傾斜面、１００…液晶パネル、１４１…第１偏光板、１４２…第２偏光板、１８０…透光領域、２１０…投射型表示装置、２１２…光源部、２１８…投射光学系、５１０、５２０、５３０…レンズ面、Ｐ…配向方向。

Claims (9)

1. 光の入射側に配置され、表示領域に遮光部材が設けられていない第１基板と、
   前記第１基板に対して光の出射側で対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
   を備え、
   前記第２基板は、前記表示領域において、基板本体と前記液晶層との間の層に設けられた画素電極と、前記基板本体と前記画素電極との間の層に設けられた格子状の遮光部材と、前記基板本体と前記遮光部材との間の層に設けられた第１レンズ部材と、前記遮光部材と前記画素電極との間の層に設けられた第２レンズ部材と、前記第２レンズ部材と前記画素電極との間の層に設けられた第３レンズ部材と、を有し、
   前記第１レンズ部材、前記第２レンズ部材および前記第３レンズ部材は、それぞれ同一方向に凹む凹曲面が形成されたレンズ面を有することを特徴とする液晶装置。
2. 請求項１に記載の液晶装置において、
   前記第３レンズ部材より光の入射側に光学補償部材を有することを特徴とする液晶装置。
3. 請求項２に記載の液晶装置において、
   前記光学補償部材は、前記第１基板より光の入射側に設けられていることを特徴とする液晶装置。
4. 請求項２に記載の液晶装置において、
   前記光学補償部材は、前記第１基板に設けられた対向電極と、前記第１基板の基板本体との間の層に設けられていることを特徴とする液晶装置。
5. 光の入射側に配置され、表示領域に遮光部材が設けられていない第１基板と、
   前記第１基板に対して光の出射側で対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
   を備え、
   前記第２基板は、前記表示領域において、基板本体と前記液晶層との間の層に設けられた画素電極と、前記基板本体と前記画素電極との間の層に設けられた格子状の遮光部材と、前記基板本体と前記遮光部材との間の層に設けられた第１レンズ部材と、前記遮光部材と前記画素電極との間の層に設けられた第２レンズ部材と、前記第２レンズ部材と前記画素電極との間の層に設けられた第３レンズ部材と、前記第３レンズ部材と前記画素電極との間の層に設けられた光学補償部材と、を有することを特徴とする液晶装置。
6. 請求項２から５までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記光学補償部材は、少なくとも、負の一軸性屈折率異方性を有する光学補償部材、正の一軸性屈折率異方性を有する光学補償部材、および前記第１基板の基板本体の一方面に対して一軸性または二軸性の屈折率楕円体が傾斜した光学補償部材のいずれかを含むことを特徴とする液晶装置。
7. 請求項２から６までの何れか一項に記載の液晶装置において、
   前記光学補償部材は、前記画素電極に対して傾斜する斜面に沿って設けられていることを特徴とする液晶装置。
8. 請求項１から７までの何れか一項に記載の液晶装置を備えていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項８に記載の電子機器において、
   前記液晶装置に入射する照明光を出射する光源部と、前記液晶装置から出射された変調光を投射する投射光学系と、を有することを特徴とする電子機器。

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