JP5568937B2 - 液晶装置、電子機器および投射型表示装置 - Google Patents
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このような2軸性複屈折体および1軸性複屈折体を設けることで反射型液晶表示素子における正面方向ならびに斜め方向におけるコントラストを改善できるとしている。
この構成によれば、斜方蒸着または斜方スパッタによって得られた無機配向膜が採用されているので、光学補償層に必要な位相差を成膜時の膜厚を調整することにより確保できる。したがって、決められた位相差を有する光学補償層を備えた部材を予め調達する場合に比べて、液晶装置の製造の過程で、液晶層の位相差の設定に合わせて無機配向膜を成膜することにより、柔軟に光学補償層を設けることができる。
また、斜方蒸着や斜方スパッタによって得られる無機配向膜は、2軸性複屈折体として機能するので、基板面に対して垂直な方向に液晶層を透過する光に対する光学的な補償が効果的になされ、特に液晶装置の正面方向におけるコントラストが改善される。
この構成によれば、1軸性複屈折体を設けることにより、液晶層を斜めに透過する光に対しての光学的な補償がさらになされ、広い視野角に亘って高いコントラストが得られる液晶装置を提供できる。
この構成によれば、液晶層を斜めに透過する光に対してより適正な光学的補償がなされる。すなわち、より広い視野角に亘って高いコントラストが得られる。
基板面における無機配向膜の膜厚は、成膜時の条件などにより一定の膜厚とすることが難しいことがある。例えば、基板面における面内ばらつきで膜厚が部分的に所定の値よりも厚くなると、1軸性複屈折体を設けたとしても適性な光学補償ができないおそれがある。
この構成によれば、無機配向膜の膜厚が成膜時にばらついたとしても、元々の膜厚の設定が最適値の1/2の値よりも小さく設定されているので、膜厚ばらつきの影響を小さくできる。また、一方の基板に対する1軸性複屈折体の傾斜角度を調整すれば、光学的な補償が適正な状態となるように調整が可能である。
この構成によれば、1軸性複屈折体として例えば樹脂材料からなる有機位相差板を採用する場合に比べて、高温高湿などの耐久性能が優れた液晶装置を提供することができる。
この構成によれば、光反射性を有する画素電極を備えた所謂反射型の液晶装置は、もともと視角特性が液晶分子のプレチルトに依存し難い自己補償性を有しており、透過型の液晶装置に比べて、光学補償層を兼ねる無機配向膜や1軸複屈折体を設ける効果がより効果的に反映される。すなわち、すぐれた視角特性を有する反射型の液晶装置を提供することができる。
この構成によれば、視角特性において高いコントラストが得られる液晶装置を備えているので、少なくとも正面方向から見たときに見栄えのよい電子機器を提供することができる。
この構成によれば、赤、緑、青の色光ごとの波長依存性を考慮して適正な光学補償が実現された投射型表示装置を提供することができる。
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、例えば後述する投射型表示装置(液晶プロジェクター)の光変調素子(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。
まず、本実施形態の液晶装置について図1〜図4を参照して説明する。図1は液晶装置の構成を示す概略図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は同図(a)のH−H'線で切った断面図である。
素子基板10は対向基板20よりも一回り大きく、両基板は、シール材52を介して接合され、その隙間に負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層50を構成している。
データ線6aはデータ線駆動回路101(図1参照)に接続されており、データ線駆動回路101から供給される画像信号D1,D2,…,Dnを画素に供給する。走査線3aは走査線駆動回路104(図1参照)に接続されており、走査線駆動回路104から供給される走査信号SC1,SC2,…,SCmを各画素に供給する。データ線駆動回路101からデータ線6aに供給される画像信号D1〜Dnは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線6a同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路104は、走査線3aに対して、走査信号SC1〜SCmを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。
保持された画像信号D1〜Dnがリークするのを防止するため、画素電極15と共通電極23との間に形成される液晶容量と並列に保持容量16が接続されている。保持容量16は、TFT30のドレインと容量線3bとの間に設けられている。
ゲート絶縁膜11を介して対向配置された容量線3bと延出部30eとによって保持容量16が構成されている。
これらのTFT30および保持容量16を覆うように例えばシリコンの酸化物や窒化物からなる層間絶縁膜12を形成し、層間絶縁膜12のドレイン電極30dと平面的に重なる位置にコンタクトホール15aを形成しておく。層間絶縁膜12を覆うように透明導電膜を成膜してパターニングすることにより、コンタクトホール15aを介してドレイン電極30dと電気的に接続された画素電極15を形成する。
図3(a)および(b)では、素子基板10側の構成について説明したが、対向基板20における配向膜29についても同様に斜方蒸着を用いて共通電極23を覆うように形成され、その平面的な蒸着方向は、素子基板10における角度θaの蒸着方向に対して180°逆向きとなっている。
すなわち、偏光素子41,43の透過軸または吸収軸に対して液晶分子LCのプレチルトの方位角方向が45°で交差しており、画素電極15と共通電極23との間に駆動電圧を印加して液晶層50を駆動すると、液晶分子LCがプレチルトの方位角方向に倒れることにより、高い透過率が得られる光学的な配置となっている。
本実施形態では、素子基板10と対向基板20とをおよそ2.5μmの間隔をおいて貼り合わせ、その間に負の誘電異方性を有すると共に複屈折率Δnがおよそ0.14の液晶を挟む構成を一例として、以降の説明を行う。
配向膜18,29の成膜条件としては、真空チャンバー内に配置された基板の温度をおよそ100℃とし、SiO2の蒸着開始時の真空度をおよそ5.0×10-3Paとして斜方蒸着を行っている。
画素電極15と共通電極23との間に所定の駆動電圧を印加して液晶層50を駆動すると、液晶分子LCは画素電極15と共通電極23との間に生ずる電界方向に対して直交する方向(すなわち基板面に対して平行な方向)に倒れこむ。プレチルト角θpが90°に近づくと、液晶分子LCの倒れこむ方向が一様でなくなり、リバースチルトドメインなどが発生して光学特性が不安定になる。特に隣接する画素電極15との間隔が狭いときには、画素電極15間に発生する電界によってリバースチルトドメインが発生しやすくなる。そこで、安定した光学特性を得るために、プレチルト角θpをおよそ85°としている。プレチルト角θpが85°のときの正面位相差はおよそ2.4nmである。なお、プレチルト角度θpは85°に限定されるものではなく、液晶層50における配向の安定性と光学特性とを考慮して設定される。
図7に示すように、無機配向膜の膜厚が上昇するにつれて、ほぼ直線的に正面位相差の値が増加することが分かる。別な見方をすれば、膜厚が20nm程度ではほとんど正面位相差を生じない。一方で、膜厚が少なくとも20nm以上あれば液晶分子LCにほぼ安定したプレチルトを付与できることが分かっている。
図8(b)に示すように基板面の法線方向から見ると、液晶分子LCのプレチルトの方向(長軸)が基板面に投影された方位角方向は、配向膜18,29のカラムの成長方向が基板面に投影された方位角方向に対して平行であり、配向膜18,29の遅相軸の方向と直交しているため、両者の位相差は相殺される。つまり、液晶層50の正面位相差が光学的に補償される。言い換えれば、配向膜18,29は、液晶層50の正面位相差を光学的に補償する光学補償層を兼ねている。
なお、透過型の液晶装置100において、無機位相差板42は光の射出側である対向基板20と偏光素子43との間において配置されることに限定されず、光の入射側すなわち素子基板10と偏光素子41との間に配置しても同様な効果が得られる(図4参照)。
比較例1では、液晶層50において液晶分子LCが85°のプレチルト角θpを有するように、斜方蒸着によって得られた配向膜18,29の膜厚を複屈折を生じない程度の例えば20nm程度とした。これによれば、図9(a)に示すように、液晶分子LCのプレチルトによる位相差(2.4nm)を視角補償できないので、最大コントラストが得られる方位角が基板面の法線方向すなわち正面(0°,0°)からX軸方向およびY軸方向にそれぞれおよそ5°ずれた方向となっている。ちなみにこの液晶装置をプロジェクターで投影したときのコントラスト比(Contrast Ratio;C,R)はおよそ1100であった。
比較例2では、液晶層50において液晶分子LCが85°のプレチルト角θpを有するように、斜方蒸着によって得られた配向膜18,29の膜厚を複屈折を生じない程度の例えば20nm程度とし、且つ350nmの位相差を有する無機位相差板42を備えた構成とした。これによれば、図9(b)に示すように、無機位相差板42を備えたことにより、液晶層50を斜めに透過する光の位相差が補償されることにより、等コントラスト曲線の形状が変化しているが、最大コントラストが得られる方位角は依然として正面の位置からずれている。すなわち、液晶分子LCのプレチルトに起因する位相差を十分には補償できていない。投影コントラスト比はおよそ1400であった。
第2実施形態の液晶装置について、図10〜図12を参照して説明する。図10は第2実施形態の液晶装置の構成を示す概略断面図、図11は第2実施形態の液晶装置の光学的な視角補償原理を説明する図、図12は1軸性複屈折体の傾斜角度と正面位相差との関係を示すグラフである。
第2実施形態の液晶装置は、第1実施形態に対して無機配向膜の膜厚と、1軸性複屈折体の液晶パネル110に対する配置の仕方を見直したものである。したがって、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
なお、図10は第1実施形態の図4に相当するものであり、液晶分子LCのプレチルトの方向、すなわち、平面的な斜方蒸着の蒸着方向に沿って液晶装置150を切断した概略断面図である。
なお、透過型の液晶装置150において、無機位相差板42は光の射出側である対向基板20と偏光素子43との間において配置されることに限定されず、光の入射側すなわち素子基板10と偏光素子41との間で傾斜させて配置しても同様な効果が得られる(図10参照)。
<電子機器>
次に本実施形態の電子機器として、投射型表示装置を例に説明する。図14は第3実施形態の電子機器としての投射型表示装置の一例である3板式の透過型液晶プロジェクターの構成を示す図である。
ダイクロイックミラー1105で反射した緑色光(G)は、リレーレンズ1204を経由して液晶ライトバルブ1220に入射する。
ダイクロイックミラー1105を透過した青色光(B)は、3つのリレーレンズ1201,1202,1203と2つの反射ミラー1107,1108とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ1230に入射する。
したがって、緑色光(G)に対応する液晶ライトバルブ1220の無機位相差板1222の液晶パネル1221に対する傾斜角度θdを2°とすると、見かけ上、赤色光(R)が透過する無機位相差板1212の傾斜角度θdは−2.1°、青色光(B)が透過する無機位相差板1232の傾斜角度θdは−1.7°となっている。
また、液晶プロジェクター1000の液晶ライトバルブ1210,1220,1230に適用される液晶装置は、上記第2実施形態の液晶装置150に限定されず、上記第1実施形態の液晶装置100を適用してもよい。これによれば、無機位相差板1212,1222,1232を傾斜させないので、より小型な液晶プロジェクター1000を実現できる。
本発明が適用される液晶装置は、第1実施形態や第2実施形態のような透過型に限定されない。本実施形態では、本発明を適用した反射型の液晶装置の例について図15〜図17を参照して説明する。
図15は第4実施形態の液晶装置の構造を示す概略断面図、図16は液晶分子のプレチルト角と液晶層の正面位相差との関係を示すグラフ、図17(a)は第4実施形態の液晶装置の視角特性を示す等コントラスト曲線、同図(b)は比較例の反射型液晶装置の視角特性を示す等コントラスト曲線である。なお、第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳細の説明を省略する。
図15に示すように、本実施形態の液晶装置200は、素子基板10と対向基板20との間に挟持された液晶層50とを備えた液晶パネル210を有する。液晶パネル210は反射型であって、素子基板10には光反射性を有する画素電極15Rが設けられている。
他の電気的な構成については、基本的に透過型の液晶パネル110と同じである。素子基板10に設けられた画素電極15Rを覆う配向膜18および対向基板20に設けられた共通電極23を覆う配向膜29は、無機材料としてのSiO2を斜方蒸着して得られた無機配向膜である。
画素電極15Rは、例えばアルミニウム(Al)や銀(Ag)などの高反射率の導電材料によって形成されている。該導電材料が液晶層50に与えるイオン成分の影響を考慮して、液晶層50に面する画素電極15Rの表面を絶縁膜で覆った後に配向膜18を形成してもよい。
これに対して、配向膜18,29の膜厚をおよそ20nmとして光学補償層を兼ねない構造とした比較例では、図17(b)に示すように、最大コントラスト比が得られる領域が正面に位置しておらず、その投影コントラスト比(C.R)はおよそ2300であった。
次に、本実施形態の反射型の液晶装置の他の適用例について、図18〜図20を参照して説明する。図18は第5実施形態の液晶装置の構造を示す概略断面図、図19は1軸性複屈折体の傾斜角度と正面位相差との関係を示すグラフ、図20は第5実施形態の液晶装置の視角特性を示す等コントラスト曲線である。
第5実施形態の液晶装置は、第4実施形態に対して無機配向膜の膜厚と1軸性複屈折体の配置を見直したものである。したがって、第4実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
本実施形態では、1軸性複屈折体である無機位相差板202を液晶パネル210に対して傾斜させて配置することにより、光学的な視角補償において不足する正面位相差を補った。
<電子機器>
次に、本実施形態の電子機器としての他の投射型表示装置の例について説明する。図21は第6実施形態の電子機器としての投射型表示装置の一例である3板式の反射型液晶プロジェクターの構成を示す図である。なお、第3実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。
反射した赤色光(R)は反射ミラー1113により再び反射され、液晶ライトバルブ1250に入射する。一方、反射した緑色光(G)と青色光(B)とは反射ミラー1114により再び反射して光分離素子としてのダイクロイックミラー1115に入射する。ダイクロイックミラー1115は緑色光(G)を反射し、青色光(B)を透過する。反射した緑色光(G)は液晶ライトバルブ1260に入射する。透過した青色光(B)は液晶ライトバルブ1270に入射する。
液晶ライトバルブ1250は、ワイヤーグリッド偏光板1253によって反射した赤色光(R)がクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に垂直に入射するように配置されている。また、ワイヤーグリッド偏光板1253の偏光度を補う補助偏光板1254が液晶ライトバルブ1250における赤色光(R)の入射側に配置され、もう1つの補助偏光板1255が赤色光(R)の射出側においてクロスダイクロイックプリズム1206の入射面に沿って配置されている。なお、反射型偏光素子として偏光ビームスプリッターを用いた場合には、一対の補助偏光板1254,1255を省略することも可能である。
このような反射型の液晶ライトバルブ1250の構成と各構成の配置は、他の反射型の液晶ライトバルブ1260,1270においても同じである。
したがって、緑色光(G)に対応する液晶ライトバルブ1260の無機位相差板1262の液晶パネル1261に対する傾斜角度θdを2°とすると、見かけ上、赤色光(R)が透過する無機位相差板1252の傾斜角度θdは−2.1°、青色光(B)が透過する無機位相差板1272の傾斜角度θdは−1.7°となっている。
Claims (10)
- 一対の基板間に液晶層が挟持され、前記液晶層の液晶分子が基板面に対して略垂直に初期配向しており、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記液晶層側に第1無機配向膜が形成され、前記一対の基板のうちの他方の基板の前記液晶層側に第2無機配向膜が形成され、前記液晶分子に対して所定の方向にプレチルトが付与されている液晶装置であって、
前記第1無機配向膜及び前記第2無機配向膜は、前記基板面の法線方向から見て、それぞれ前記所定の方向を前記基板面に投影した方向と略直交する遅相軸を有し、かつ、それぞれ光学補償層として前記液晶層の位相差を光学的に補償していることを特徴とする液晶装置。 - 前記第1無機配向膜及び前記第2無機配向膜は、それぞれ無機材料を前記基板面に対して斜方蒸着または斜方スパッタして得られたものであることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記一方の基板の前記液晶層とは反対側に1軸性複屈折体がさらに設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
- 前記1軸性複屈折体は、前記1軸性複屈折体の表面に対して略垂直な方向の光学軸を有し、
前記光学軸が前記液晶分子の前記プレチルトの所定の方向に対して略平行な状態に近づくように、前記一方の基板に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶装置。 - 前記第1無機配向膜は、光学的な位相差が前記液晶層の位相差を補償する最適値の1/2の値よりも小さい値となるように膜厚が設定され、
前記第2無機配向膜は、前記最適値の1/2の値よりも小さい値となるように膜厚が設定され、
前記1軸性複屈折体は、前記最適値に対して不足する分の位相差を有することを特徴とする請求項4に記載の液晶装置。 - 前記1軸性複屈折体は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された無機位相差板であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の液晶装置。
- 前記一方の基板の前記液晶層側に光透過性を有する共通電極が設けられ、
前記他方の基板の前記液晶層側に光反射性を有する画素電極が設けられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液晶装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
- 光源と、
前記光源から射出された光を赤色光、緑色光、青色光に分離する光分離素子と、
分離された色光ごとに設けられ、前記色光を画像情報に基づいて変調する光変調素子と、
変調された前記色光を合成する光合成素子とを備え、
前記光変調素子が請求項3乃至7のいずれか一項に記載の液晶装置からなり、
前記光変調素子の前記色光の入射側または射出側において、前記1軸性複屈折体は、前記一方の基板に対して傾斜して配置されていることを特徴とする投射型表示装置。 - 前記1軸性複屈折体は、前記一方の基板に対して前記色光ごとに異なる角度で傾斜して配置されていることを特徴とする請求項9に記載の投射型表示装置。
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