JP2009020383A - 位相差板及び投写型表示装置 - Google Patents

位相差板及び投写型表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば、簡便な製造プロセスで製造可能であり、且つヘイズを低減しつつ、光学補償が可能である位相差板を提供する。
【解決手段】無機膜205は、凸部202bから無機物の蒸着方向Dに沿って延び、且つ凹部202aに重なる柱状部分205aを有している。位相差板210によれば、互いに隣り合う凸部202bから成長した柱状部分205aの隙間、即ち凹部202a上の空間が確保されたままで無機膜205が形成されている。このような柱状部分205a間に確保された隙間によれば、凹部202a上の空間、即ち互いに隣り合う凸部202b間の隙間に無機物が充填されている場合に比べて、光の補償効果を大きくすることが可能である。
【選択図】図6

Description

本発明は、例えば、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置が備えるライトバルブと共に用いられ、ライトバルブを構成する液晶装置に入射する入射光或いは液晶装置から出射される出射光の位相を補償する位相差板の技術分野に関する。
この種の位相差板としては、斜方蒸着法によって基板上に無機膜を形成し、有機膜に比べて光に対する劣化が低減された高耐光性を有する位相差板が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このような位相差板では、液晶の旋光性及び複屈折率に起因して生じる光の位相差を補償するために無機膜の膜厚を厚くする必要があり、無機膜の白濁化、即ちヘイズが発生し、光を拡散させてしまう問題点があり、表示画像のコントラストを低下させる一因になっている。
このような問題点を解消するために、例えば、特許文献2によれば、基板の両面の夫々に無機膜を蒸着することによって全体の厚みを薄くできる位相差板が提案されている。また、特許文献3によれば、斜方蒸着及び垂直蒸着を交互に行うことによって形成された無機膜を有する位相差板が提案されている。
特開2006−119444号公報 特開平8−122523号公報 特開平10−81955号公報
しかしながら、特許文献2及び3に開示された位相差板によれば、斜方蒸着法による無機膜の形成を複数の工程に分けて行うことになる。したがって、ヘイズは低減できるが、位相差板の製造プロセスが煩雑化する製造プロセス上の問題点である。加えて、斜方蒸着法を複数の工程に分けて行うことによって、位相差板から発生する位相差の制御が難しくなる技術的問題点もある。
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、簡便な製造プロセスで製造可能であり、且つ光学補償が可能な位相差板を提供することを課題とする。
本発明の第1の発明に係る位相差板は上記課題を解決するために、基板と、前記基板上に形成されており、可視光の波長より小さいピッチで交互に並ぶ凹部及び凸部を有する凹凸部と、前記基板の基板面に対して斜め方向から前記凹凸部に無機物が供給されることによって前記凹凸部上に形成された無機膜とを備える。
本発明に係る位相差板によれば、凹凸部は、ガラス基板等の透明な基板上において交互に並ぶ凹部及び凸部を有している。これら凹部及び凸部を一組とする複数の凹凸部は可視光の波長より小さいピッチで形成されている。
無機膜は、基板の基板面に対して斜め方向から凹凸部にTa等の無機物が供給されることによって凹凸部上に形成されている。より具体的には、無機膜の形成方法としては、例えば、斜方蒸着法、或いは、斜め方向に沿って無機物を原子レベルで供給するスパッタ法を用いることが可能である。無機膜は、微視的にみれば、無機物が斜め方向に沿って成長した膜構造を有している。このような無機膜によれば、無機膜の膜構造及び凹凸部のピッチに応じた凹凸部全体の構造に応じて屈折率に異方性が生じ、凹凸部のみを形成した場合、或いは平坦な面に無機膜を斜め方向から蒸着させた場合に比べて、当該位相差板に入射する光の位相を補償することが可能である。
したがって、平坦な基板面に斜方蒸着法をもちいて無機膜を蒸着する場合、或いは凹凸部のみを形成する場合に比べて、位相差板の厚みを薄くしたままで光の位相差を補償する機能を確保することが可能である。加えて、本発明に係る位相差板によれば、基板の一方の基板面から無機物を蒸着すればよいため、基板の両面の夫々の側から無機膜を形成する場合に比べて、位相差板の製造プロセスを簡便にすることが可能である。また、本発明に係る位相差板によれば、無機膜を薄く形成できるため、ヘイズの発生を低減できる。
本発明の第1の発明に係る位相差板の一の態様では、前記凹凸部は、前記表面に樹脂を塗布することによって形成された樹脂層をパターニングすることによって形成されていてもよい。
この態様によれば、ガラス基板等の基板上に樹脂層を形成した後、ナノプリント法を用いて可視光より小さいピッチで凹凸部を形成することが可能である。
本発明の第2の発明に係る位相差板は上記課題を解決するために、基板と、前記基板の基板面の側から前記基板を部分的に除去することによって形成されており、可視光の波長より小さいピッチで交互に並ぶ凹部及び凸部を有する凹凸部と、前記基板面に対して斜め方向から前記凹凸部に無機物が供給されることによって前記凹凸部上に形成された無機膜とを備える。
本発明に係る位相差板によれば、例えば、異方性エッチング法を用いることによって、ピッチが可視光の波長より小さくなるように凹凸部を形成しておくことが可能である。このような凹凸部を下地として、上述の第1の発明に係る位相差板と同様に無機膜が形成されている。
したがって、本発明に係る位相差板によれば、上述の位相差板と同様に、平坦な基板面に斜方蒸着法をもちいて無機膜を蒸着する場合、或いは凹凸部を形成する場合に比べて、位相差板の厚みを薄くしたままで光の位相差を補償する機能を確保することが可能である。加えて、本発明に係る位相差板によれば、基板の一方の基板面から無機物を蒸着すればよいため、基板の両面の夫々の側から無機膜を形成する場合に比べて、位相差板の製造プロセスを簡便にすることが可能である。加えて、ヘイズの発生を低減できる。
本発明の第1の発明及び第2の発明に係る位相差板の一の態様では、前記無機膜は、前記凸部から前記斜め方向に沿って延び、且つ前記凹部に重なる柱状部分を有していてもよい。
この態様によれば、互いに隣り合う凸部から成長した柱状部分の隙間、即ち凹部上の空間が確保されたままで無機膜が形成されている。このような柱状部分間に確保された隙間によれば、凹部上の空間、即ち互いに隣り合う凸部間の隙間に無機物が充填されている場合に比べて、光の補償効果を大きくすることが可能である。
本発明の第1の発明及び第2の発明に係る位相差板の他の態様では、前記ピッチは、前記可視光の波長の1/3より小さくてもよい。
この態様によれば、より一層光の位相を補償する効果が大きくなる。より具体的には、例えば、光の3原色である赤色、緑色、及び青色のうち最も波長が小さい青色の波長よりピッチを小さいほうがこれらすべての色光に対する補償効果が得られるだけでなく、青色光の波長の1/3よりピッチが小さいほうがすべての色光に対する高い補償効果が得られる。
本発明の第3の発明に係る投写型表示装置は上記課題を解決するために、光を変調する液晶装置と、前記液晶装置の光入射側又は光出射側に配置された上述の位相差板とを備える。
本発明に係る投写型表示装置によれば、高品位の表示が可能な液晶プロジェクタ等の投写型表示装置を実現できる。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
以下、図面を参照しながら、本発明の第1及び第2の発明に係る位相差板、及び第3の発明に係る投写型表示装置の各実施形態を説明する。
<1:液晶装置の構成>
先ず、図1及び図2を参照しながら、後述する本実施形態に係る位相差板と共に本発明の第3の発明に係る投写型表示装置の一実施形態に搭載される液晶装置を説明する。本実施形態に係る液晶装置は、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置のライトバルブに用いられる液晶装置である。図1は、本実施形態に係る液晶装置を対向基板側から見た平面図であり、図2は、図1のII−II´断面図である。ここでは、液晶装置の一例である駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例に挙げている。
図1及び図2において、液晶装置1では、TFTアレイ基板10と、対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
液晶層50は、TN液晶を含んで構成されている。液晶層50は、その駆動時に応じて画像のコントラスト及び液晶装置1の透過率が可変となるように構成されている。
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてTFTアレイ基板10上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間隔(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材56が散布されている。
シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜53の一部又は全部は、対向基板20上において、電極より上層側に配置されて形成されてもよいし、TFTアレイ基板10側に内蔵遮光膜として形成されてもよい。
画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101、及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って複数設けられている。液晶装置1を駆動させるための電源及び各種信号は、外部回路に電気的に接続された外部回路端子102を介して液晶装置1に供給される。これにより液晶装置1が動作状態となる。尚、本実施形態に係る液晶装置1は、透過型表示方式を採用しており、その動作時には、液晶層50から見て図2中上側である対向基板20の上面の側が、液晶装置1に光を入射させる光入射面側となり、図2中下側、即ち液晶層50から見てTFTアレイ基板10の下面の側が、液晶装置1を透過した透過光が出射される光出射面側になる。したがって、後述する本実施形態に係る位相差板は、液晶装置1と共に液晶プロジェクタに搭載された際に、図2中の光入射側、又は光出射側に配置される。
走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺のいずれかに沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。尚、走査線駆動回路104を、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102が設けられたTFTアレイ基板10の一辺に隣接する2辺に沿って設けるようにしてもよい。この場合、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿って設けられた複数の配線によって、二つの走査線駆動回路104は互いに接続されるようにする。
対向基板20の4つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材106が配置されている。他方、TFTアレイ基板10にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
図2において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFT(Thin Film Transistor;以下適宜、“TFT”と称する。)や走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、配向膜16が形成されている。他方、詳細な構成については省略するが、液晶装置1において、対向基板20に形成された電極が、画素電極9aと対向するように配置されており、この電極上には、配向膜22が形成されている。尚、TFTアレイ基板10には、例えば、石英やプラスチック等の透明基板が用いられる。
TFTアレイ基板10又は対向基板20上において、配向膜16又は22は、例えばポリイミド等の有機材料により形成される。本実施形態では、TFTアレイ基板10及び対向基板20のいずれか一方上にのみ配向膜を形成するか、或いはこれらのいずれか一方上に形成される配向膜を無機材料により形成するようにしてもよい。
図1及び図2に示したTFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
<2:位相差板>
次に、図3乃至図6を参照しながら、本発明の第1の発明に係る位相差板の一例である位相差板を説明する。図3は、本例に係る位相差板の平面図である。図4は、図3のIV−IV´断面図である。図5は、図4中点線で示した領域Cの拡大図である。
図3及び図4に示すように、本例に係る位相差板200は、透明なガラス基板等から構成された基板201と、基板201上に形成された凹部202a及び凸部202bからなる複数の凹凸部202と、凹凸部202上に形成された無機膜204とを備えている。
凹凸部202は、凹部202a及び凸部202bを一組として基板201上に複数形成されている。したがって、基板201上には、複数の凹凸部202からなる凹凸構造が形成されていることになる。尚、本例では、凹凸部202のピッチL、即ち凹凸構造における凹凸部202の周期は、可視光の波長λより小さい100nmである。また、深さtは、50乃至200nmである。
凹凸部202は、基板201上に樹脂を塗布することによって形成された平坦な樹脂層203をパターニングすることによって形成されている。より具体的には、凹凸部202は、例えば、ナノプリント法を用いて樹脂層203をパターニングすることによって形成されている。このようなパターニング法によれば、可視光より小さいピッチで凹凸部202を形成することが可能である。
無機膜204は、基板201の基板面201sに対して斜め方向である蒸着方向Dから凹凸部202にTa等の無機物が蒸着されることによって凹凸部202上に形成されている。
ここで、図5に示すように、無機膜204は、微視的にみれば、無機物が蒸着方向Dに沿って成長したカラム構造が形成された部分204aを含む膜構造を有している。このような構造を有する無機膜はその微細構造に起因して大なり小なり位相差が発生している。尚、図4の段階では膜厚が薄すぎるために液晶パネルの光学補償を充分におこなう程の位相差は発生しない場合もある。そこで、図4の段階からさらに蒸着をおこなった場合、図6に簡易的に示すことが可能な構造の無機膜が形成される。次に、本例に係る位相差板の構成を説明する。尚、以下では、上述した位相差板と共通する部分に共通の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。図6は、本例に係る位相差板210における図4に対応する断面図である。
図6において、位相差板210が備える無機膜205は、断面上において、凸部202bから無機物の蒸着方向Dに沿って延び、且つ凹部202aに重なる柱状部分205aを有している。
位相差板210によれば、互いに隣り合う凸部202bから成長した柱状部分205aの隙間、即ち凹部202a上の空間が確保されたままで無機膜205が形成されている。このような柱状部分205a間に確保された隙間によれば、凹部202a上の空間、即ち互いに隣り合う凸部202b間の隙間に無機物が充填されている場合に比べて、光の補償効果を高めることが可能である。
次に、図7乃至図10を参照しながら、本発明の第2の発明に係る位相差板の一例を説明する。
先ず、図7を参照しながら、本例に係る位相差板220の構造を説明する。図7は、本例に係る位相差板220の断面図である。
図7において、位相差板220は、透明なガラス基板等から構成された基板221と、基板221の基板面221sの側から基板221を部分的に除去することによって形成されており、可視光の波長λより小さいピッチLで交互に並ぶ凹部222a及び凸部222bを有する複数の凹凸部222と、基板面221sに対して斜め方向である蒸着方向Dから凹凸部222に無機物が蒸着されることによって凹凸部222上に形成された無機膜225とを備えている。
凹凸部222は、基板面221sの側から異方性エッチング法を用いて基板221を部分的に除去することによって形成されている。このような凹凸部222を下地として、上述の無機膜205と同様の膜形成法を用いて無機膜225が形成されている。尚、無機膜225は、下地となる凹凸部222の形状に応じたカラム構造を有している。
無機膜225は、凸部222bから蒸着方向Dに沿って延び、且つ凹部222aに重なる柱状部分225aを有している。したがって、位相差板220によれば、位相差板210と同様に、互いに隣り合う凸部222bから成長した柱状部分225aの隙間、即ち凹部222a上の空間が確保されたままで無機膜225が形成されている。このような柱状部分225a間に確保された隙間によれば、凹部222a上の空間、即ち互いに隣り合う凸部222b間の隙間に無機物が充填されている場合に比べて、光の補償効果を高めることが可能である。
したがって、本例に係る位相差板220によれば、上述の位相差板210と同様に、平坦な基板面に無機物を斜方蒸着させる場合、或いは凹凸部222のみを形成する場合に比べて、位相差板の厚みを薄くしたままで光の位相差を補償する機能を確保することが可能である。加えて、位相差板220によれば、基板221の一方の基板面から無機物を蒸着すればよいため、基板221の両面の夫々の側から無機膜を形成する場合に比べて、位相差板の製造プロセスを簡便にすることが可能である。また、ヘイズの発生も低減できる。
尚、本例に係る位相差板では、位相差板200と同様に、凹凸部上に形成され、且つ蒸着方向に沿ってカラム構造が成長した無機膜を有していれば光の補償効果は相応に得られる。
また、上述した位相差板200、210及び220では、ピッチLは、可視光の波長λの1/3より小さいほうが光の補償効果を高めるためには好ましい。より具体的には、例えば、光の3原色である赤色、緑色、及び青色のうち最も波長が小さい青色の波長よりピッチを小さいほうがこれらすべての色光に対する補償効果が得られるだけでなく、青色光に波長の1/3よりピッチLが小さいほうがすべての色光に対する補償効果は格段に大きくなる。
次に、図7乃至図10を参照しながら、本願発明者が行った実験結果を説明する。以下の説明では、図7に示した位相差板を試料2と称し、図8を参照しながら説明する位相差板を試料1と称する。
先ず、図8を参照しながら、以下で説明する実験において試料2の比較例となる試料1に係る位相差板230を説明する。図8は、位相差板230の断面図である。
図8において、位相差板230は、平坦な基板面231sを有する基板231上に斜方蒸着法によって蒸着方向Dに沿って無機物が蒸着された無機膜235を備えている。したがって、無機膜235は、蒸着方向Dに沿って成長したカラム構造からなる構成されているが、下地となる凹凸部に応じたカラム構造を有していない。
次に、図9を参照しながら、本願発明者が行った実験方法を説明する。図9は、光の位相差を測定する測定方向を模式的に示した位相差板220(230)の斜視図である。
図9に示すように、光の位相差を測定する測定方向Qを規定する角度θは、基板面221sの法線Pに対して傾いた角度である。本例では、法線Pから蒸着方向Dに向かって傾く角度θをプラスとし、これと逆に傾く角度θをマイナスとして定義する。尚、測定方向Qの方位角方向、即ち基板面221s内の面内方向は、蒸着方向Dを基板面221sに射影した方向に揃えている。
次に、図10を参照しながら、本願発明者が行った実験の実験結果を説明する。図10(a)は、試料1における角度θに対する位相差の変化を示しており、図10(b)は、試料2における角度θに対する位相差の変化を示している。
図10(a)及び(b)に示すように、角度θが−50から+50°の範囲内で試料2における光の位相差の方が試料1における光の位相差より大きくなっていることが確認された。
したがって、本発明に係る位相差板によれば、基板上に形成された凹凸部に対して正面から無機膜を蒸着する場合、或いは凹凸部のみを形成する場合に比べて、位相差板の厚みを薄くしたままで光の位相差を補償する機能を確保することが可能である。
以上、説明したように、本実施形態に係る位相差板によれば、位相差板の厚みを薄くしたままで光の位相差を補償する機能を確保しつつ、ヘイズの発生も低減でき、且つ位相差板の製造プロセスを簡便にすることが可能である。
<3:投写型表示装置>
次に、上述した液晶装置及び位相差板を用いた投写型表示装置の一例を説明する。本実施形態に係る投写型表示装置は、上述した液晶装置をライトバルブに用い、当該ライトバルブの光入射側及び光出射側の夫々の側に上述の位相差板を配置した光学系を有するプロジェクタである。図10は、本実施形態に係るプロジェクタの構成例を示す平面図である。
図10に示すように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルに入射する光或いは出射される光は上述の位相差板によって光学補償されている。液晶パネル及び位相差板を含む光学系から出射された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。
ここで、各液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
尚、液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gには、ダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。
このようなプロジェクタは、上述した位相差板を具備してなるので、スクリーン等の投写面に投写される投写画像のコントラストが高められており、高品位の画像を表示可能である。
本実施形態に係る液晶装置の全体構成を示す平面図である。 図1のII−II´の断面図である。 本発明の第1の発明に係る位相差板の一例である位相差板の構成を示す平面図である。 図3のIV−IV´の断面図である。 図4中点線で示した領域Cの拡大図である。 本発明の第1の発明に係る位相差板の変形例の構成を示した断面図である。 本発明の第2の発明に係る位相差板の一例の構成を示した断面図である。 本願発明者が行った実験の比較例である位相差板の構成を示した断面図である。 光の位相差を測定する測定方向を模式的に示した位相差板の斜視図である。 本願発明者が行った実験結果を示すグラフである。 本実施形態に係る投写型表示装置の一例であるプロジェクタの構成を示す平面図である。
符号の説明
1・・・液晶装置、200,210,220,230・・・位相差板、201,221,231・・・基板、202,222・・・凹凸部、204,205,225,235・・・無機膜、1100・・・プロジェクタ

Claims (6)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されており、可視光の波長より小さいピッチで交互に並ぶ凹部及び凸部を有する凹凸部と、
    前記基板の基板面に対して斜め方向から前記凹凸部に無機物が供給されることによって前記凹凸部上に形成された無機膜と
    を備えたことを特徴とする位相差板。
  2. 前記凹凸部は、前記表面に樹脂を塗布することによって形成された樹脂層をパターニングすることによって形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載の位相差板。
  3. 基板と、
    前記基板の基板面の側から前記基板を部分的に除去することによって形成されており、可視光の波長より小さいピッチで交互に並ぶ凹部及び凸部を有する凹凸部と、
    前記基板面に対して斜め方向から前記凹凸部に無機物が供給されることによって前記凹凸部上に形成された無機膜と
    を備えたことを特徴とする位相差板。
  4. 前記無機膜は、前記凸部から前記斜め方向に沿って延び、且つ前記凹部に重なる柱状部分を有すること
    を特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の位相差板。
  5. 前記ピッチは、前記可視光の波長の1/3より小さいこと
    を特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の位相差板。
  6. 光を変調する液晶装置と、
    前記液晶装置の光入射側又は光出射側に配置された、請求項1から5の何れか一項に記載の位相差板と
    を備えたことを特徴とする投写型液晶装置。
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