JP6123235B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電気光学装置及び電子機器に関する。
表示機能が付いた電子機器では、透過型電気光学装置や反射型電気光学装置が使用されている。これらの電気光学装置に光が照射され、電気光学装置により変調された透過光や反射光が表示画像となったり、或いはスクリーンに投影されて投射画像となったりしている。この様な電子機器に使用される電気光学装置としては液晶装置が知られており、これは液晶の誘電異方性と液晶層における光の旋光性とを利用して画像を形成する物である。反射型の液晶装置では、特許文献1に記載されている様に、光反射性を有する画素電極が形成された半導体基板と、透明電極層(透明多層膜)が形成された透明基板との間に液晶層が挟持されている。液晶層を挟んで画素電極に対向する透明多層膜は、第1の屈折率を有する第1の透明膜(ITO膜)と、第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有する第2の透明膜(SiO2膜)と、第2の屈折率よりも大きい第3の屈折率を有する第3の透明膜(ITO膜)とが順に積層されている。これにより、反射型の液晶装置で画像むらが低減されると共に、透明電極層の光透過率を98%以上にできる、とされている。
特開2007−178774号公報
しかしながら、特許文献1に記載されている従来の液晶装置では、明表示時と暗表示時とのコントラスト比が低いという課題があった。反射型の液晶装置で明表示とは、液晶装置への入射光に対する反射率が大きい状態である。又、反射型の液晶装置で暗表示とは、液晶装置への入射光に対する反射率が小さい状態で、所謂、黒表示である。暗表示時の反射率に対する明表示時の反射率がコントラスト比であるが、従来の液晶装置では、明表示時の反射率が低いか、或いは暗表示時の反射率が高いか、或いはこれら両者の結果、コントラスト比が低いという課題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。
本適用例に係わる電気光学装置は、第一基板と、透光性の第二基板と、第一基板と第二基板とにより挟持された電気光学層と、第二基板と電気光学層との間に配置され、第二基板側から順に形成された第一透光性膜と第二透光性膜と第三透光性膜とを備え、第二透光性膜の屈折率は、第二基板の屈折率よりも大きく、第一透光性膜の屈折率よりも小さく、第三透光性膜の屈折率よりも小さい事を特徴とする。
この構成によれば、第二透光性膜の屈折率が第二基板の屈折率よりも大きいので、電気光学装置への入射光が第一透光性膜と第二透光性膜との界面(一二界面と称する)にて反射する光(第三反射光と称する)を小さくする事ができる。その結果、暗表示時には一二界面からの第三反射光が小さくなるので、暗表示時の反射率を低くする事ができる。更に、明表示時には一二界面での第三反射光が小さくなるので、入射光の一二界面での透過率が向上し、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、更に、第二基板と第一透光性膜との間に第四透光性膜を備え、第四透光性膜の屈折率は、第二基板の屈折率よりも大きく、第一透光性膜の屈折率よりも小さい事が好ましい。
第一透光性膜の屈折率をn1とし、第一透光性膜の膜厚をd1とし、第二透光性膜の屈折率をn2とし、第二透光性膜の膜厚をd2とし、これらが数式1の関係を満たす様にする。
Figure 0006123235
ここでmはゼロ以上の整数で(m=0、1、2、3、・・・)、λは入射光を代表する光の波長である。その上で、この構成によれば、電気光学装置への入射光が第四透光性膜と第一透光性膜との界面(四一界面と称する)にて反射する光(第二反射光と称する)と、入射光が第二透光性膜と第三透光性膜との界面(二三界面と称する)にて反射する光(第四反射光と称する)と、を干渉により小さくする事ができる。即ち、入射光の第一透光性膜と第二透光性膜とでの透過率を高くする事ができる。その結果、暗表示時には四一界面からの第二反射光や二三界面からの第四反射光が小さくなるので、暗表示時の反射率を低くする事ができる。更に、明表示時には第二反射光や第四反射光が小さくなるので、入射光の第一透光性膜と第二透光性膜とでの透過率が向上し、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、第一透光性膜の屈折率と第三透光性膜の屈折率とがほぼ等しく、第二透光性膜の屈折率と第四透光性膜の屈折率とがほぼ等しい事が好ましい。
第一透光性膜の屈折率と第三透光性膜の屈折率とを等しくするには、第一透光性膜と第三透光性膜とを同じ膜とすれば良い。従って、この構成によれば、第一透光性膜と第三透光性膜とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第一透光性膜と第三透光性膜とを製造する事ができる。又、第二透光性膜の屈折率と第四透光性膜の屈折率とを等しくするには、第二透光性膜と第四透光性膜とを同じ膜とすれば良い。従って、この構成によれば、第二透光性膜と第四透光性膜とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第二透光性膜と第四透光性膜とを製造する事ができる。更に、第一基板側から第二基板側へと進行する光(便宜上、第一反射光と称する)が二三界面で反射する光(第七反射光と称する)と、四一界面にて反射する光(第九反射光と称する)と、を干渉により小さくする事ができる。即ち、第一反射光の第一透光性膜と第二透光性膜とでの透過率を高くする事ができる。又、第二反射光と第四反射光とを干渉により小さくするには、第二反射光の位相と第四反射光の位相とが180°ずれている事が必要で、更に第二反射光の振幅と第四反射光の振幅とが同程度である事が望ましい。同様に、第七反射光と第九反射光とを干渉により小さくするには、第七反射光の位相と第九反射光の位相とが180°ずれている事が必要で、更に第七反射光の振幅と第九反射光の振幅とが同程度である事が望ましい。この構成によると、第四反射光の振幅が第二反射光の振幅に近くなると共に、第九反射光の振幅が第七反射光の振幅に近くなるので、第二反射光と第四反射光とが効率的に打ち消し合うと共に、第七反射光と第九反射光とが効率的に打ち消し合う。その結果、暗表示時の反射率を低くし、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、更に、第三透光性膜上に第五透光性膜を備え、第五透光性膜の屈折率は、第二基板の屈折率よりも大きく、第三透光性膜の屈折率よりも小さい事が好ましい。
第三透光性膜の屈折率をn3とし、第三透光性膜の膜厚をd3とし、第二透光性膜の屈折率をn2とし、第二透光性膜の膜厚をd2とし、これらが数式2の関係を満たす様にする。
Figure 0006123235
ここでmはゼロ以上の整数で(m=0、1、2、3、・・・)、λは入射光を代表する光の波長である。その上で、この構成によれば、電気光学装置への入射光が第一透光性膜と第二透光性膜との界面(一二界面と称する)にて反射する光(第三反射光と称する)と、入射光が第三透光性膜と第五透光性膜との界面(三五界面と称する)にて反射する光(第五反射光と称する)と、を干渉により小さくする事ができる。即ち、入射光の第二透光性膜と第三透光性膜とでの透過率を高くする事ができる。その結果、暗表示時には一二界面からの第三反射光や三五界面からの第五反射光が小さくなるので、暗表示時の反射率を低くする事ができる。更に、明表示時には第三反射光や第五反射光が小さくなるので、入射光の第二透光性膜と第三透光性膜とでの透過率が向上し、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、第一透光性膜の屈折率と第三透光性膜の屈折率とがほぼ等しく、第二透光性膜の屈折率と第五透光性膜の屈折率とがほぼ等しい事が好ましい。
第一透光性膜の屈折率と第三透光性膜の屈折率とを等しくするには、第一透光性膜と第三透光性膜とを同じ膜とすれば良い。従って、この構成によれば、第一透光性膜と第三透光性膜とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第一透光性膜と第三透光性膜とを製造する事ができる。又、第二透光性膜の屈折率と第五透光性膜の屈折率とを等しくするには、第二透光性膜と第五透光性膜とを同じ膜とすれば良い。従って、この構成によれば、第二透光性膜と第五透光性膜とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第二透光性膜と第五透光性膜とを製造する事ができる。更に、第一反射光が三五界面で反射する光(第六反射光と称する)と、一二界面にて反射する光(第八反射光と称する)と、を干渉により小さくする事ができる。即ち、第一反射光の第一透光性膜と第二透光性膜とでの透過率を高くする事ができる。又、第三反射光と第五反射光とを干渉により小さくするには、第三反射光の位相と第五反射光の位相とが180°ずれている事が必要で、更に第三反射光の振幅と第五反射光の振幅とが同程度である事が望ましい。同様に、第六反射光と第八反射光とを干渉により小さくするには、第六反射光の位相と第八反射光の位相とが180°ずれている事が必要で、更に第六反射光の振幅と第八反射光の振幅とが同程度である事が望ましい。この構成によると、第五反射光の振幅が第三反射光の振幅に近くなると共に、第八反射光の振幅が第六反射光の振幅に近くなるので、第三反射光と第五反射光とが効率的に打ち消し合うと共に、第六反射光と第八反射光とが効率的に打ち消し合う。その結果、暗表示時の反射率を低くし、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、第二透光性膜が硼素と燐とを含む酸化珪素膜である事が好ましい。
この構成によれば、二三界面を平坦にする事ができるので、二三界面での光散乱が低減され、その結果、第二反射光と第四反射光とが効率的に打ち消し合うと共に、第七反射光と第九反射光とが効率的に打ち消し合う。又、二三界面での散乱光が減るので、入射光の二三界面での透過率が高まると共に、第一反射光の二三界面での透過率が高まる。その結果、暗表示時の反射率を低くし、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。
上記適用例に係わる電気光学装置において、第三透光性膜が導電性である事が好ましい。
この構成によれば、第三透光性膜を共通電極とする事ができる。
本適用例に係わる電子機器は、上記適用例のいずれか一項に記載の液晶装置を備えた事を特徴とする。
この構成によれば、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を表示する電子機器を実現する事ができる。
液晶装置の構成を説明する図で、(a)は平面図、(b)は(a)のH−H’線で切った断面図。 液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 液晶装置の画素部に於ける構造を示す断面図。 第一透光性膜から第五透光性膜に対する好適例を説明する図。 第一透光性膜の厚みと第二透光性膜の厚みとの関係を説明する図。 第一透光性膜の厚みと第二透光性膜の厚みとの関係を説明する図。 電子機器としての投射型表示装置の構成を示す模式図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにする為、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
(実施形態1)
「電気光学装置の概要」
図1は液晶装置の構成を説明する図で、(a)は平面図、(b)は図1(a)のH−H’線で切った断面図である。まず、電気光学装置の概要を、図1を参照して、説明する。本実施形態では、電気光学装置は反射型の液晶装置100であり、液晶装置100は、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor、TFT)30を画素のスイッチング素子として備えている。尚、以下の説明で参照する図においては、素子基板に形成される層を説明する際、上層側或いは表面側とは素子基板の基板本体が位置する側とは反対側(対向基板が位置する側)を意味し、下層側とは素子基板の基板本体が位置する側を意味する。又、対向基板に形成される層を説明する際、上層側或いは表面側とは対向基板の基板本体が位置する側とは反対側(素子基板が位置する側)を意味し、下層側とは対向基板の基板本体が位置する側を意味する。
図1(a)及び(b)に示す様に、電気光学装置(液晶装置100)は、第一基板(素子基板10)と、透光性の第二基板(対向基板20)と、第一基板と第二基板とにより挟持された電気光学層(液晶層50)と、を有する。
素子基板10は、例えば透明な石英ガラスや無アルカリガラス或いは不透明なシリコン基板などを用いる事ができ、対向基板20よりも一回り大きい。又、素子基板10は、対向基板20の外周に沿って切れ目なく配置されたシール材40を介して対向基板20と接合されている。シール材40によって囲まれた領域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。素子基板10と対向基板20との間への液晶の封入(充填)は、滴下方式(One Drop Fill方式、ODF方式)が用いられる。滴下方式とは、一方の基板(本実施形態では素子基板10)の外周に沿ってシール材40を配置し、配置されたシール材40を土手として、その内側に所定量の液晶を滴下し、次いで、減圧下で一方の基板と他方の基板とを貼り合わせる方式である。シール材40としては、例えば、熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用される。シール材40には、素子基板10と対向基板20との間隔を一定に保持する為のスペーサー(図示省略)が混入されている。
シール材40の内側には、画素領域Eを取り囲む様に配置された見切り部21が設けられている。画素領域Eには、マトリックス状に画素Pが複数配置されている。画素領域Eは、表示に寄与する有効な複数の画素Pを囲む様に配置された複数のダミー画素を含んでいるとしても良い。尚、図1では図示省略したが、画素領域Eにおいても複数の画素Pを平面的に区分する遮光部(ブラックマトリックス、BM)が設けられている。
素子基板10の一辺部に沿ったシール材40とこの一辺部との間に信号線駆動回路101が設けられている。又、この一辺部に対向する他の一辺部に沿ったシール材40の内側に検査回路103が設けられている。更に、この一辺部と直交し互いに対向する他の二辺部に沿ったシール材40の内側に走査線駆動回路102が設けられている。この一辺部と対向する他の一辺部に沿ったシール材40の内側には、2つの走査線駆動回路102を繋ぐ複数の配線105が設けられている。これら信号線駆動回路101、走査線駆動回路102に繋がる配線105は、この一辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子104に接続されている。以降、この一辺部に沿った方向をX方向とし、この一辺部と直交し互いに対向する他の二辺部に沿った方向をY方向として説明する。
図1(b)に示す様に、素子基板10の液晶層50側の表面には、画素P毎に設けられた光反射性を有する画素電極15と、スイッチング素子としてのTFT30と、各種の配線105と、複数の画素電極15を覆う絶縁膜(図示省略)と、配向膜18とが形成されている。画素電極15は、光反射性の例えばアルミニウム(Al)や銀(Ag)、或いはこれらの金属の合金や酸化物などの化合物を用いて形成される。又、TFT30における半導体層に光が入射して光リーク電流が流れ、不適切なスイッチング動作となる事を防ぐ遮光構造が採用されている。
対向基板20は、例えば、透明な石英ガラスや無アルカリガラスなどが用いられ、本実施形態では石英ガラスが用いられている。対向基板20の液晶層50側の表面には、見切り部21と、見切り部21を覆う第四透光性膜22と、少なくとも画素領域Eに渡って第四透光性膜22を覆う様に設けられた透光性多層膜23と、透光性多層膜23を覆う第五透光性膜24(図3参照)と、配向膜25とが形成されている。透光性多層膜23は、第二基板(対向基板20)側から順に形成された第一透光性膜23a(図3参照)と第二透光性膜23b(図3参照)と第三透光性膜23c(図3参照)とを備えている。
見切り部21は、例えば遮光性の金属或いは金属酸化物などからなり、図1(a)に示す様に、平面的に走査線駆動回路102や検査回路103と重なる位置に設けられている。これにより対向基板20側から入射する光を遮蔽して、これらの駆動回路を含む周辺回路の光による誤動作を防止している。又、不必要な迷光が画素領域Eに入射しない様に遮蔽して、画素領域Eの表示における高いコントラストを確保している。
透光性多層膜23及び第四透光性膜22と第五透光性膜24とは、可視光波長にて高い光透過率を有する様に構成されている。透光性多層膜23を構成する第三透光性膜23cは導電性であり、第三透光性膜23cが共通電極として機能している。第三透光性膜23cは、対向基板20の四隅に設けられた上下導通部106により、素子基板10の配線に電気的に接続している。
素子基板10の配向膜18及び対向基板20の配向膜25は、液晶装置100の光学設計に基づいて設定されている。本実施形態では、酸化珪素(SiOx)などの無機材料が、物理気相堆積法(斜め蒸着法や斜めスパッター法)にて成膜され、配向膜18や配向膜25となっている。配向膜18や配向膜25により、液晶分子は、配向膜面に対して所定の方向にプレチルト角をなして配向する。
対向基板20は、シール材40と平面的に重なる部分が一定の深さで形成された凹部20aを有している。凹部20aは対向基板20の見切り部21の外側から基板外周に至って形成されている。第四透光性膜22や透光性多層膜23、第五透光性膜24、配向膜25は、それぞれ凹部20aにも形成されている。素子基板10と対向基板20とを液晶層50を挟んで対向配置した際の液晶層50の厚みをdとすると、シール材40には、凹部20aの深さを考慮して、液晶層50の厚みdよりも大きな径を有するスペーサー(図示省略)が含まれている。この様な対向基板20の断面構造によれば、液晶層50の厚みdよりも大きな径を有するスペーサーが含まれたシール材40を用いて素子基板10と対向基板20とを対向配置して接着する事ができるので、液晶層50の厚みばらつきを抑える事ができる。
「回路構成」
図2は液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。次に、図2を参照して、回路構成を説明する。
図2に示す様に、液晶装置100は、少なくとも画素領域Eにおいて互いに絶縁されて直交する複数の走査線3aと複数の信号線6aと、走査線3aに対して平行する容量線3bとを有する。尚、容量線3bの配置はこれに限定されず、信号線6aに対して平行する様に配置しても良い。
走査線3aと信号線6aとにより区分された領域に、画素電極15と、TFT30と、保持容量16とが設けられ、これらが画素Pの画素回路を構成している。
走査線3aはTFT30のゲート電極30g(図3参照)に電気的に接続され、信号線6aはTFT30のソース領域に電気的に接続されている。画素電極15はTFT30のドレイン領域に電気的に接続されている。
信号線6aは信号線駆動回路101に接続されており、信号線駆動回路101から供給される画像信号D1、D2、…、Dnを画素Pに供給する。走査線3aは走査線駆動回路102に接続されており、走査線駆動回路102から供給される走査信号SC1、SC2、…、SCmを各画素Pに供給する。信号線駆動回路101から信号線6aに供給される画像信号D1からDnは、信号線6a毎に順次供給されても良いし、或いは複数の信号線6aを幾つかのグループに分け、グループ毎に供給されても良い。走査線駆動回路102は、走査線3aに対して、走査信号SC1からSCmを供給し、複数の走査線3aから一本或いは複数本の走査線3aを順次選択する。
i行j列(iは1からmの整数、jは1からnの整数)に位置する画素Pでは、走査信号SCiが選択信号となっている期間(選択期間)にTFT30がオン状態となり、信号線6aからTFT30を介して、画像信号Djが画素電極15に供給される。こうして、画素電極15には選択期間の画像信号Djに応じた電位が供給され、画素電極15と共通電極との間の電位差に応じて、液晶層50の光学状態が定められる。走査信号SCiが非選択信号となる期間(非選択期間)には、TFT30はオフ状態となり、画素電極15の電位が保持される。非選択期間中の画素電極15の電位変動を小さくすべく、保持容量16が、画素電極15と共通電極(第三透光性膜23c)との間に形成される液晶容量と並列して、接続される。保持容量16は、TFT30のドレイン領域と容量線3bとの間に設けられている。
図1(a)に示した検査回路103には、信号線6aが接続されており、液晶装置100の製造工程中に、検査信号を検出する事で液晶装置100の動作欠陥などを確認できる構成となっているが、図2の等価回路では省略している。又、検査回路103は、検査信号をサンプリングして信号線6aに供給するサンプリング回路や、信号線6aに所定電圧レベルのプリチャージ信号を検査信号に先行して供給するプリチャージ回路、を含む構成としても良い。
この様な液晶装置100は反射型であって、画素Pが非駆動時に暗表示となるノーマリーブラックモードや、非駆動時に明表示となるノーマリーホワイトモードの光学設計が採用される。光学設計に応じて、光の入射側(出射側)に偏光素子が配置される。
「断面構造」
図3は液晶装置の画素部に於ける構造を示す断面図である。次に、図3を参照して、液晶装置の画素部に於ける断面構造を詳述する。
図3に示す様に、素子基板10上には、走査線3aと、走査線3aを覆う第一層間絶縁膜11と、TFT30と、TFT30を覆う第二層間絶縁膜12と、画素電極15と、画素電極15を覆う第三層間絶縁膜17と、配向膜18とが順に形成されている。
走査線3aは、TFT30の半導体層30aを遮光する遮光膜を兼ねており、例えばAl、Ti、Cr、W、Ta、Moなどの金属のうちの少なくとも1つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、ナイトライド、或いはこれらが積層されたものを用いる事ができる。
TFT30の半導体層30aは、チャンネル形成領域とソース領域とドレイン領域とを含んでいる。本実施形態では、半導体層30aは多結晶シリコン膜であり、チャンネル形成領域とドレイン領域との間に、燐等のドナー型元素を低濃度で含むライトリードープトドレイン(Light Doped Drain、LDD)構造をなしている。半導体層30aは第一層間絶縁膜11上に形成されている。半導体層30aはゲート絶縁膜(図示省略)にて覆われ、ゲート絶縁膜上にゲート電極30gが形成されている。ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極30gに対峙する半導体層30aがチャンネル形成領域となる。ゲート電極30gと走査線3aとは第一層間絶縁膜11を貫通するコンタクトホール(図示省略)を介して電気的に接続されている。
半導体層30aのソース領域とドレイン領域との一方が、信号線6aにコンタクトホールCNT1を介して電気的に接続され、半導体層30aのソース領域とドレイン領域との他方が、画素電極15にコンタクトホールCNT2を介して電気的に接続されている。トランジスターのソース領域とドレイン領域とは、電位に応じて入れ替わり得るので、本明細書では、便宜上、信号線6aに接続する方をソース領域と呼び、画素電極15に接続する方をドレイン領域と呼んでいる。即ち、信号線6aがTFT30のソース電極31として機能し、画素電極15がTFT30のドレイン電極32として機能している事になる。コンタクトホールCNT1とコンタクトホールCNT2とは第二層間絶縁膜12に形成されている。
画素電極15は、前述した様に、例えばアルミニウム(Al)や銀(Ag)又はこれらの金属の合金や酸化物などの化合物を用いて形成されており、光反射性を有している。画素電極15の膜厚は50nmから100nmの範囲にある。
画素電極15を覆う第三層間絶縁膜17は、例えば酸化珪素からなり、スパッター法やプラズマ化学気相堆積法などにより形成する事ができる。第三層間絶縁膜17の膜厚は凡そ100nmである。
配向膜18は、物理気相堆積法(斜め蒸着法や斜めスパッター法)を用いて、酸化珪素(SiOx)などの無機材料を成膜する事により形成される。配向膜18の膜厚は凡そ75nmである。
素子基板10に対向配置された対向基板20の液晶層50側には、ブラックマトリックス(BM)を覆う透光性の第四透光性膜22と、第四透光性膜22よりも屈折率が大きい第一透光性膜23aと、第一透光性膜23aよりも屈折率が小さい第二透光性膜23bと、第二透光性膜23bよりも屈折率が大きい導電性の第三透光性膜23cと、第三透光性膜23cよりも屈折率が小さい第五透光性膜24と、配向膜25とが順に形成されている。積層形成された第一透光性膜23aと第二透光性膜23bと第三透光性膜23cとによって、透光性多層膜23が構成されている。要するに、第四透光性膜22は、第二基板(対向基板20)と第一透光性膜23aとの間に形成され、第五透光性膜24が第三透光性膜23cの上に形成されている。各透光性膜の屈折率と厚みとの関係は後述する。
ブラックマトリックス(BM)は、画素Pを区画する様に対向基板20において平面視でX方向とY方向とに延在する格子状に形成されており、見切り部21と同時に形成される。ブラックマトリックスは、遮光性の例えばニッケル(Ni)やクロム(Cr)などの金属やその化合物を用いて形成される。本実施形態ではCrをスパッター法により成膜して格子状にパターニングされている。その膜厚は凡そ75nmである。この他にも素子基板10と対向基板20とを貼り合わせる際に用いる合わせマークが成膜されたCrをパターニングして対向基板20に形成されている。
対向基板20の表面には、ブラックマトリックスや上述の合わせマークに起因する凹凸が生ずる。透光性多層膜23を形成するにあたり、この凹凸に依って透光性多層膜23の一部が損なわれたり、或いは変形されたりしない様に、更には、透光性多層膜23の平滑性が得られる様に、対向基板20の表面を覆う第四透光性膜22が形成される。
この様な反射型の液晶装置100の明表示時には、対向基板20側から入射した光(入射光IL)は、液晶層50を透過し、画素電極15によって反射されて第一反射光R1となる。第一反射光R1は、入射経路を遡り、再び液晶層50を透過して対向基板20側から出射されて出射光OLとなる。光は屈折率が異なる膜の界面にてその一部が反射する。電気光学装置への対向基板20側からの入射光ILは、まず、第四透光性膜22と第一透光性膜23aとの界面(四一界面と称する)にて一部が反射し得る(この反射光を第二反射光R2と称する)。次に、入射光ILは、第一透光性膜23aと第二透光性膜23bとの界面(一二界面と称する)にて一部が反射し得る(この反射光を第三反射光R3と称する)。次に、入射光ILは、第二透光性膜23bと第三透光性膜23cとの界面(二三界面と称する)にて一部が反射し得る(この反射光を第四反射光R4と称する)。次に、入射光ILは、第三透光性膜23cと第五透光性膜24との界面(三五界面と称する)にて一部が反射し得る(この反射光を第五反射光R5と称する)。尚、本実施形態では、対向基板20の基材に石英ガラスを用い、第四透光性膜22には後述する様に石英ガラスに屈折率が近い酸化珪素膜を用いるので、対向基板20と第四透光性膜22との界面での光の反射は殆ど発生しない。同様に、第五透光性膜24も後述する様に酸化珪素膜を用いて形成されるので、第五透光性膜24と配向膜25との界面でも光の反射は殆ど発生しない。
画素電極15によって反射された第一反射光R1は、まず、三五界面にて一部が反射し得る(この反射光を第六反射光R6と称する)。次に、第一反射光R1は、二三界面にて一部が反射し得る(この反射光を第七反射光R7と称する)。次に、第一反射光R1は、一二界面にて一部が反射し得る(この反射光を第八反射光R8と称する)。次に、第一反射光R1は、四一界面にて一部が反射し得る(この反射光を第九反射光R9と称する)。先と同様に、第五透光性膜24と配向膜25との界面や対向基板20と第四透光性膜22との界面では、反射は殆ど生じない。こうして第一反射光R1は出射光OLとなって、電気光学装置から出射される。
液晶装置100の暗表示時には、入射光ILが液晶層50で総て吸収されるのが理想的である。
対向基板20から出射される出射光OLは変調されて表示光となる事から、表示される画像品位を高くするには、ノイズとなる不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5)によってシグナルノイズ比(Signale−to−Noise、S/N比)の低下を招かない様にする必要がある。例えば、中間階調を表示する際には、第二反射光R2から第五反射光R5は白色ノイズとなる。更に、不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5)が大きいと、入射光ILのうち画素電極15に到達する光が小さくなるため、第一反射光R1が小さくなり、変調された出射光OLも小さくなるので、S/N比が一層低下して仕舞う。更に、暗表示時には不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5)は反射率を高めて仕舞う。又、明表示時に於いても、不要な反射光(第六反射光R6から第九反射光R9)は第一反射光R1を小さくする様に作用するので、出射光OLを小さくし、明表示時の反射率を下げて仕舞う。こうした弊害を避け、表示される画像品位を高くすべく、本実施形態では、不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5及び第六反射光R6から第九反射光R9)を、(1)屈折率整合、(2)干渉減光、(3)散乱防止、の三手法を適応して、できる限り小さくする。以下にこれら三手法を説明する。
まず、屈折率整合に付いて説明する。第一透光性膜23aの屈折率をn1とし、第一透光性膜23aの膜厚をd1とし、第二透光性膜23bの屈折率をn2とし、第二透光性膜23bの膜厚をd2とし、第三透光性膜23cの屈折率をn3とし、第三透光性膜23cの膜厚をd3とし、第四透光性膜22の屈折率をn4とし、第五透光性膜24の屈折率をn5とし、第二基板(対向基板20)の屈折率をnSとする。そして、第二透光性膜23bの屈折率n2を、第二基板の屈折率nSよりも大きくし、且つ、第一透光性膜23aの屈折率n1よりも小さく、第三透光性膜23cの屈折率n3よりも小さくする。即ち、nS<n2<n1、nS<n2<n3とする。この様な屈折率整合の技術を用いると、第二透光性膜23bの屈折率n2が第二基板の屈折率nSよりも大きくて、第二透光性膜23bを第二基板と同一の屈折率の材料で形成した場合と比較して第一透光性膜23aの屈折率n1や第三透光性膜23cの屈折率n3に近い値となるので、入射光ILが一二界面で反射する第三反射光R3や、二三界面で反射する第四反射光R4を小さくする事ができる。同様に、第一反射光R1が一二界面で反射する第八反射光R8や、二三界面で反射する第七反射光R7を小さくする事ができる。これは、一般に、複素屈折率na+ikaを有する媒質aから複素屈折率nb+ikbを有する媒質bに光が垂直入射した時の反射率Rと入射率Tとは数式3と数式4とで表される為である。
Figure 0006123235
Figure 0006123235
第二透光性膜23bの屈折率n2が第二基板の屈折率nSよりも大きくて、第一透光性膜23aの屈折率n1や第三透光性膜23cの屈折率n3と第二透光性膜23bの屈折率n2との差は、第二基板の屈折率nSと第一透光性膜23aの屈折率n1や第三透光性膜23cの屈折率n3との差より小さい値となると、数式3と数式4とから、第三反射光R3と第四反射光R4と第七反射光R7と第八反射光R8とが小さくなり、入射光ILや第一反射光R1の透光性多層膜23での透過率が向上する事が判る。
更に、屈折率整合に関して、第四透光性膜22の屈折率n4は、第二基板の屈折率nSよりも大きく、第一透光性膜23aの屈折率n1よりも小さくする。即ち、nS<n4<n1とする。こうすると、第四透光性膜22の屈折率n4が第二基板の屈折率nSよりも大きくて、第一透光性膜23aの屈折率n1に近い値になるので、数式3と数式4とから、第二反射光R2や第九反射光R9が小さくなり、入射光ILや第一反射光R1の透過率はより向上する。
又、屈折率整合に関して、第五透光性膜24の屈折率n5は、第二基板の屈折率nSよりも大きく、第三透光性膜23cの屈折率n3よりも小さくする。即ち、nS<n5<n3とする。こうすると、第五透光性膜24の屈折率n5が第二基板の屈折率nSよりも大きくて、第三透光性膜23cの屈折率n3に近い値になるので、数式3と数式4とから、第五反射光R5や第六反射光R6が小さくなり、入射光ILや第一反射光R1の透過率はより向上する。
次に干渉減光に関して説明する。まず、第一透光性膜23aの屈折率n1と第一透光性膜23aの膜厚d1と第二透光性膜23bの屈折率n2と第二透光性膜23bの膜厚d2とが数式5の関係を満たす様にする。
Figure 0006123235
ここでmはゼロ以上の整数で(m=0、1、2、3、・・・)、λは入射光ILを代表する光の波長である。入射光ILを代表する光とは、赤色専用の電気光学装置ならば、赤色となり、例えばλ=630nmである。又、入射光ILを代表する光は、緑色専用の電気光学装置ならば、緑色となり、例えばλ=550nmである。又、入射光ILを代表する光は、青色専用の電気光学装置ならば、青色となり、例えばλ=460nmである。更に、赤色専用の電気光学装置と緑色専用の電気光学装置とで、入射光ILを代表する光を兼用させて緑色とし、例えばλ=550nmとしても良い。更に、白黒の電気光学装置や赤色と緑色と青色とが備わったカラー電気光学装置では、入射光ILを代表する光として、人間の視感度が一番高い緑色とし、例えばλ=550nmとしても良い。
数式5の関係を満たすと、入射光ILで四一界面にて反射する第二反射光R2と二三界面にて反射する第四反射光R4とが干渉により小さくなる。四一界面も二三界面も入射光ILに取っては、屈折率が小さい媒質から屈折率の大きい媒質への界面となるので、両界面にて反射は固定端反射となり、第二反射光R2でも第四反射光R4でも位相はπ(180°)ずれる。要するに、第二反射光R2と第四反射光R4とで、反射による位相差は生じない。一方、第一透光性膜23aの光学的膜厚(実際の物理的膜厚に屈折率を掛けた物)と第二透光性膜23bの光学的膜厚との和が、四分の一波長(λ/4)と二分の一波長の整数倍(mλ/2)との和だけであるので、第二反射光R2と第四反射光R4との光路差(光学的膜厚の差)は、二分の一波長(λ/2)と一波長の整数倍(mλ)との和となる。即ち、数式5の関係を満たすと、第二反射光R2と第四反射光R4との位相差はπ(180°)となり、互いに干渉して打ち消し合う事になる。こうして実質的に入射光ILが四一界面や二三界面で反射する事が、物理的境界条件から禁じられ、入射光ILの第一透光性膜23aと第二透光性膜23bとでの透過率が高くなる。同様にして、第一反射光R1で四一界面にて反射する第九反射光R9と二三界面にて反射する第七反射光R7とが干渉により小さくなる。四一界面も二三界面も第一反射光R1に取っては、屈折率が大きい媒質から屈折率の小さい媒質への界面となるので、両界面にて反射は自由端反射となり、第九反射光R9でも第七反射光R7でも位相は変わらない。要するに、第九反射光R9と第七反射光R7とで、反射による位相差は生じない。一方、先と同様に、数式5の関係を満たすと、第九反射光R9と第七反射光R7との位相差はπ(180°)となり、互いに干渉して打ち消し合う事になる。こうして実質的に第一反射光R1が四一界面や二三界面で反射する事が、物理的境界条件から禁じられ、第一反射光R1の第一透光性膜23aと第二透光性膜23bとでの透過率が高くなる。
同じ様に、第三透光性膜23cの屈折率n3と第三透光性膜23cの膜厚d3と第二透光性膜23bの屈折率n2と第二透光性膜23bの膜厚d2とが数式6の関係を満たす様にする。
Figure 0006123235
ここでmはゼロ以上の整数であり(m=0、1、2、3、・・・)、λは入射光ILを代表する光の波長である。
数式6の関係を満たすと、入射光ILで一二界面にて反射する第三反射光R3と三五界面にて反射する第五反射光R5とが干渉により小さくなる。一二界面も三五界面も入射光ILに取っては、屈折率が大きい媒質から屈折率の小さい媒質への界面となるので、両界面にて反射は自由端反射となり、第三反射光R3でも第五反射光R5でも位相は変わらない。要するに、第三反射光R3と第五反射光R5とで、反射による位相差は生じない。一方、第三透光性膜23cの光学的膜厚(実際の物理的膜厚に屈折率を掛けた物)と第二透光性膜23bの光学的膜厚との和が、四分の一波長(λ/4)と二分の一波長の整数倍(mλ/2)との和だけであるので、第三反射光R3と第五反射光R5との光路差(光学的膜厚の差)は、二分の一波長(λ/2)と一波長の整数倍(mλ)との和となる。即ち、数式6の関係を満たすと、第三反射光R3と第五反射光R5との位相差はπ(180°)となり、互いに干渉して打ち消し合う事になる。こうして実質的に入射光ILが一二界面や三五界面で反射する事が、物理的境界条件から禁じられ、入射光ILの第二透光性膜23bと第三透光性膜23cとでの透過率が高くなる。同様にして、第一反射光R1で一二界面にて反射する第八反射光R8と三五界面にて反射する第六反射光R6とが干渉により小さくなる。一二界面も三五界面も第一反射光R1に取っては、屈折率が小さい媒質から屈折率の大きい媒質への界面となるので、両界面にて反射は固定端反射となり、第八反射光R8でも第六反射光R6でも位相はπ(180°)ずれる。要するに、第八反射光R8と第六反射光R6とで、反射による位相差は生じない。一方、先と同様に、数式6の関係を満たすと、第八反射光R8と第六反射光R6との位相差はπ(180°)となり、互いに干渉して打ち消し合う事になる。こうして実質的に第一反射光R1が一二界面や三五界面で反射する事が、物理的境界条件から禁じられ、第一反射光R1の第三透光性膜23cと第二透光性膜23bとでの透過率が高くなる。
不要な反射光(第二反射光R2、第四反射光R4、第七反射光R7、第九反射光R9)を更に小さくする為には、第一透光性膜23aの屈折率n1と第三透光性膜23cの屈折率n3とを等しくし、加えて、第二透光性膜23bの屈折率n2と第四透光性膜22の屈折率n4とを等しくする事が好ましい。即ち、n1=n3、且つn2=n4との関係にするのが好ましい。上述の如く、第二反射光R2と第四反射光R4とを干渉により小さくするには、第二反射光R2の位相と第四反射光R4の位相とがπ(180°)ずれている事が必要だが、更に第二反射光R2の振幅と第四反射光R4の振幅とが同程度である事が望ましい。同様に、第七反射光R7と第九反射光R9とを干渉により小さくするには、第七反射光R7の位相と第九反射光R9の位相とがπ(180°)ずれている事が必要で、更に第七反射光R7の振幅と第九反射光R9の振幅とが同程度である事が望ましい。次にこの事を説明する。
位相がπずれていて振幅が等しい二つの波は、互いに完全に打ち消し合う。その一方、位相がπずれていて振幅が異なる二つの波では完全に打ち消し合わず、小さな振幅の波が残る。例えば、第二反射光R2と第四反射光R4との場合、第二反射光R2の方が第四反射光R4よりも強いので、第四反射光R4は、第四一界面より先では(第四一界面よりも対向基板20側では)第二反射光R2との干渉により事実上消滅しており、第二反射光R2から第四反射光R4の絶対値を引いた成分の光波が残っている。この残った光波が四一界面と二三界面からの実際の反射光(第二四反射光と称す)で、第二反射光R2と第四反射光R4とは第二四反射光を説明する為の概念である。同様に、第三反射光R3と第五反射光R5との場合、第一二界面より先では(第一二界面よりも対向基板20側では)、第三反射光R3から第五反射光R5の絶対値を引いた成分の光波が一二界面と三五界面からの実際の反射光(第三五反射光と称す)である。又、第六反射光R6と第八反射光R8との場合、第三五界面より先では(第三五界面よりも素子基板10側では)、第六反射光R6から第八反射光R8の絶対値を引いた成分の光波が一二界面と三五界面からの実際の反射光(第六八反射光と称す)である。又、第七反射光R7と第九反射光R9との場合、第二三界面より先では(第二三界面よりも素子基板10側では)、第七反射光R7から第九反射光R9の絶対値を引いた成分の光波が四一界面と二三界面からの実際の反射光(第七九反射光と称す)である。
第二四反射光の強度は、第四反射光R4の強度を第二反射光R2の強度に近づける程、小さくなる。尚、光の強度は振幅の二乗である。第一透光性膜23aの複素屈折率の虚数成分k1とし、第二透光性膜23bの複素屈折率の虚数成分k2とし、第三透光性膜23cの複素屈折率の虚数成分k3とし、第四透光性膜22の複素屈折率の虚数成分k4とし、第五透光性膜24の複素屈折率の虚数成分k5とする。第一透光性膜23aから第四透光性膜22の屈折率を、n1=n3、且つn2=n4との関係にし、更に第一透光性膜23aから第四透光性膜22の複素屈折率の虚数成分を、k1=k3、且つk2=k4との関係にする。要するに第一透光性膜23aの複素屈折率と第三透光性膜23cの複素屈折率とを等しくし、第二透光性膜23bの複素屈折率と第四透光性膜22の複素屈折率とを等しくする。こうすると、数式3と数式4とにより、四一界面と二三界面とでの反射率は等しくなる。加えて、第二反射光R2が小さくされ、従って入射光ILの四一界面での透過率は100%に近くなる。更に、後述する様に、第一透光性膜23aでの光の吸収率は2%程度以下と小さくされ、第二透光性膜23bでの光の吸収率はほぼ0%とされるので、第四反射光R4の強度は第二反射光R2の強度の98%程度となる。こうして第四反射光R4の振幅が第二反射光R2の振幅に近くなるので、第二反射光R2と第四反射光R4とは極めて効率的に打ち消し合い、第二四反射光は実質的に非常に小さくなる。同じ原理で、第九反射光R9の振幅が第七反射光R7の振幅に近くなるので、第七反射光R7と第九反射光R9とは極めて効率的に打ち消し合い、第七九反射光は実質的に非常に小さくなる。
第一透光性膜23aの複素屈折率と第三透光性膜23cの複素屈折率とを等しくするには、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを同じ材料を用いて同じ製造方法で形成した膜とすれば良い。こうすると、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを製造する事ができる。又、第二透光性膜23bの複素屈折率と第四透光性膜22の複素屈折率とを等しくするには、第二透光性膜23bと第四透光性膜22とを同じ材料を用いて同じ製造方法で形成した膜とすれば良い。この場合も、第二透光性膜23bと第四透光性膜22とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第二透光性膜23bと第四透光性膜22とを製造する事ができる。
不要な反射光(第三反射光R3、第五反射光R5、第六反射光R6、第八反射光R8)を更に小さくする為には、第一透光性膜23aの屈折率n1と第三透光性膜23cの屈折率n3とを等しくし、加えて、第二透光性膜23bの屈折率n2と第五透光性膜24の屈折率n5とを等しくする事が好ましい。即ち、n1=n3、且つn2=n5との関係にするのが好ましい。更に第一透光性膜23aと第二透光性膜23bと第三透光性膜23cと第五透光性膜24の複素屈折率の虚数成分を、k1=k3、且つk2=k5との関係にする。要するに第一透光性膜23aの複素屈折率と第三透光性膜23cの複素屈折率とを等しくし、第二透光性膜23bの複素屈折率と第五透光性膜24の複素屈折率とを等しくする。こうすると、数式3と数式4とにより、一二界面と三五界面とでの反射率は等しくなる。加えて、第三反射光R3が小さくされ、従って入射光ILの一二界面での透過率は100%に近くなる。更に、後述する様に、第三透光性膜23cでの光の吸収率は2%程度以下と小さくされ、第二透光性膜23bでの光の吸収率はほぼ0%とされるので、第五反射光R5の強度は第三反射光R3の強度の98%程度となる。こうして第五反射光R5の振幅が第三反射光R3の振幅に近くなるので、第三反射光R3と第五反射光R5とは極めて効率的に打ち消し合い、第三五反射光は実質的に非常に小さくなる。同じ原理で、第八反射光R8の振幅が第六反射光R6の振幅に近くなるので、第六反射光R6と第八反射光R8とは極めて効率的に打ち消し合い、第六八反射光は実質的に非常に小さくなる。
第二透光性膜23bの複素屈折率と第五透光性膜24の複素屈折率とを等しくするには、第二透光性膜23bと第五透光性膜24とを同じ材料を用いて同じ製造方法で形成した膜とすれば良い。こうすると、第二透光性膜23bと第五透光性膜24とを単一の成膜方法で形成する事ができ、容易に第二透光性膜23bと第五透光性膜24とを製造する事ができる。尚、数式5に現れるmと数式6に現れるmとは必ずしも同一で有る必要はないが、後述する様にm=0が最適である。この様に数式5に現れるmと数式6に現れるmとが同一で有る場合、数式5と数式6とにより、n11=n33となる。先に述べた様に、n1=n3が好ましいので、d1=d3となる。即ち、本実施形態では、第一透光性膜23aの複素屈折率と第三透光性膜23cの複素屈折率とが等しく、第一透光性膜23aの膜厚d1と第三透光性膜23cの膜厚d3とが等しい事が好ましい。
次に、散乱防止に付いて説明する。入射光ILや第一反射光R1が透光性多層膜23にて高い透過率を有するには、各界面での散乱をできる限り小さくする必要がある。界面での散乱が大きいと、入射光ILや第一反射光R1の界面での透過率が低下してしまう。更に、界面での散乱が大きいと、上述の干渉減光の効果も低減されてしまう為である。一方、第三透光性膜23cは共通電極として機能しており、導電性の多結晶膜である。本実施形態では、第三透光性膜23cとして多結晶性のインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、ITO)が利用されている。又、上述の如く、第一透光性膜23aは第三透光性膜23cと同じ材質で同じ膜厚とするのが好ましいので、本実施形態では、第一透光性膜23aも多結晶性のインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、ITO)となる。こうした多結晶膜では結晶粒界等の存在の為に界面(一二界面と三五界面と)に微小な凹凸が発生する。これらの微小凹凸は不可避であるが、二三界面が一二界面の影響を受けて面荒れする事や、二三界面が一二界面の影響を受けて面荒れし三五界面の面荒れを更に大きくする事は回避できる。その為に、第二透光性膜23bを、燐を含む酸化珪素膜(Phospho silicate glass、PSGと称する)、或いは硼素を含む酸化珪素膜(Boro silicate glass、BSGと称する)、或いは硼素と燐とを含む酸化珪素膜(Boro−phospho silicate glass、BPSGと称する)等の酸化珪素膜とする。これらの添加物を含んだ酸化珪素膜は、シランガス(SiH4)、2塩化シラン(SiCl22)、TEOS(テトラエトキシシラン/テトラ・エチル・オルソ・シリケート/Si(OC254)、TEB(テトラ・エチル・ボートレート)、TMOP(テトラ・メチル・オキシ・フォスレート)等を用いた常圧CVD法や減圧CVD法、或いはプラズマCVD法等により形成される。本実施形態では、第二透光性膜23bとしてBPSG膜を使用している。これらの添加物を含んだ酸化珪素膜は平坦性に優れている為に、一二界面に微小な凹凸が発生していても、これを二三界面に伝える事はなく、二三界面を平坦にする事ができる。こうして、二三界面での光散乱が低減され、その結果、第二反射光R2と第四反射光R4とが効率的に打ち消し合うと共に、第七反射光R7と第九反射光R9とが効率的に打ち消し合う。又、二三界面での散乱光が減るので、入射光ILの二三界面での透過率が高まると共に、第一反射光R1の二三界面での透過率が高まる。尚、上述の如く、第二透光性膜23bと第四透光性膜22と第五透光性膜24とを同じ膜とするのが好ましいので、本実施形態では、第四透光性膜22も第五透光性膜24もBPSG膜となる。
「好適例」
図4は第一透光性膜23aから第五透光性膜24に対する好適例を説明する図である。次に、図4を参照して、第一透光性膜23aから第五透光性膜24の好適例を説明する。
図4には各透光性膜と第二基板との物理量が、入射光ILを代表する三種類の光(青、緑、赤)毎に記載されている。第二基板は石英ガラスで、その屈折率は第二透光性膜23b(BPSG)や第四透光性膜22(BPSG)、第五透光性膜24(BPSG)よりも小さい。第二透光性膜23bや第四透光性膜22、第五透光性膜24の複素屈折率の虚数成分はほぼゼロで透明である。第一透光性膜23a(ITO)と第三透光性膜23c(ITO)との屈折率は、第二透光性膜23bや第四透光性膜22、第五透光性膜24の屈折率よりも大きい。第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの複素屈折率の虚数成分はゼロではなく、これらの膜で光は僅かに吸収される。第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの吸収係数は、10-5(nm-1)から10-4(nm-1)のオーダーであるが、第一透光性膜23aや第三透光性膜23cを薄膜とする事で第一透光性膜23aや第三透光性膜23cでの透過率は概ね98%程度以上とされている。第二透光性膜23bの厚みはmに応じて変えられ、第一透光性膜23aや第三透光性膜23cの厚みに応じて、数式5や数式6により、定められる。
「膜厚」
図5は、入射光を代表する光に応じて、第一透光性膜(第三透光性膜)の厚みと第二透光性膜の厚みとの関係を説明する図である。又、図6は、mに応じて、第一透光性膜(第三透光性膜)の厚みと第二透光性膜の厚みとの関係を説明する図である。次に、図5と図6とを参照して、第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)と第二透光性膜23bとの好ましい膜厚を説明する。尚、図5と図6とで横軸を第一透光性膜23aとしてあるが、第三透光性膜23cとしても同じ図となるので、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを代表して、図5と図6との横軸を第一透光性膜23aとしてある。
図5は、m=0の際に入射光ILを代表する光に応じて、第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)と第二透光性膜23bとの厚みの関係を説明する図である。第一透光性膜23aや第三透光性膜23cは、数式5と数式6との関係を満たすので、第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)の厚みと第二透光性膜23bの厚みとは、入射光ILを代表する光の波長に応じた直線関係になる。
まず、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとで、光の吸収を最小にして、干渉減光の効果を高めるには、吸収係数がゼロでない第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとをできる限り薄くするのが好ましい。第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとは、ITOをスパッター法等の物理気相堆積法で形成するが、安定的に膜として製造するには、厚みが15nm以上で有る事が求められる。即ち、第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)の厚みが15nm未満は膜品質や厚みを制御し難い領域(第一制御不能領域ANC1)となる。言い換えると、第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)の厚みが15nm以上であれば、膜品質や厚みを制御する事ができる。同様に、第二透光性膜23bは、BPSGを大気圧CVD法等の化学気相堆積法で形成するが、安定的に膜として製造するには、厚みが20nm以上で有る事が求められる。即ち、第二透光性膜23bの厚みが20nm未満は膜品質や厚みを制御し難い領域(第二制御不能領域ANC2)となる。言い換えると、第二透光性膜23bの厚みが20nm以上であれば、膜品質や厚みを制御する事ができる。第一透光性膜23a(第三透光性膜23c)と第二透光性膜23bとは、第一制御不能領域ANC1でも第二制御不能領域ANC2でもない領域で数式5(数式6)の直線関係を満たさねばならない。
図5に示す様に、例えば、入射光ILを代表する光が青Bであれば、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの好ましい膜厚範囲は15nm以上44nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は29nmとなる。その際の第二透光性膜23bの好ましい膜厚範囲は20nm以上57nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は39nmとなる。同様に、入射光ILを代表する光が緑Gであれば、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの好ましい膜厚範囲は15nm以上58nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は37nmとなる。その際の第二透光性膜23bの好ましい膜厚範囲は20nm以上73nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は47nmとなる。更に、入射光ILを代表する光が赤Rであれば、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの好ましい膜厚範囲は15nm以上71nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は43nmとなる。その際の第二透光性膜23bの好ましい膜厚範囲は20nm以上88nm以下となり、好ましい膜厚範囲の中央値は54nmとなる。
上述の様に、入射光ILを代表する光に応じて電気光学装置毎に各透光性膜の厚みを最適に設定しても良いが、一部の透光性膜の厚みを各種の電気光学装置で共通に設定しても良い。例えば、第一透光性膜23a及び第三透光性膜23cの物理的膜厚を、入射光ILを代表する光の波長に依らず各種の電気光学装置で同一とし、第二透光性膜23bの厚みを電気光学装置間で変えても良い。その場合も数式5又は数式6を満たす様にする。後述する投射型表示装置1000(図7参照)の様に、電子機器が複数種類の電気光学装置を用いる場合、短波長域の光を変調する短波長域用の電気光学装置(例えば青色光B用の液晶ライトバルブ1270、図7参照)では、他の種類の電気光学装置(例えば赤色光R用の液晶ライトバルブ1250や緑色光G用の液晶ライトバルブ1260、図7参照)に対して第二透光性膜23bの物理的膜厚で調整してもよい。この場合、青色光B用の液晶ライトバルブ1270と赤色光R用の液晶ライトバルブ1250と緑色光G用の液晶ライトバルブ1260とで、第一透光性膜23a及び第三透光性膜23cの物理的膜厚は同一となり、第二透光性膜23bの物理的膜厚が青色光B用の液晶ライトバルブ1270で異なる事になる。この様に、電子機器が複数種類の電気光学装置を用いる際には(電子機器が第一電気光学装置と第二電気光学装置とを少なくとも含む際には)、複数種類の電気光学装置で(第一電気光学装置と第二電気光学装置とで)、第一透光性膜23a及び第三透光性膜23cの物理的膜厚を同一とし、一種類の電気光学装置(第一電気光学装置)の第二透光性膜23bの物理的膜厚が他の種類の電気光学装置(第二電気光学装置)の第二透光性膜23bの物理的膜厚と異なる様にしても良い。こうすると、複数種類の電気光学装置を効率的に製造する事ができ、同時に不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5及び第六反射光R6から第九反射光R9)を、できる限り小さくする事ができる。
数式5や数式6に現れるmは0以上の整数で有れば、幾つでも良いが、ゼロが最適である。次にこの事を説明する。図6では、入射光ILを代表する光を青Bとしているが、図6に示す様に、一般に、mが0から1、2と大きくなるに従い、第一透光性膜23aや第三透光性膜23cの厚みと第二透光性膜23bの厚みとが取り得る値の範囲が大きくなる。その一方、上述の如く、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとは、光吸収を最小とする視点からできる限り薄い方が好ましい。図4に示す様に、例えば入射光ILを代表する光を青Bとし、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとの厚みを29nmとすると、第二透光性膜23bの厚みはm=0で39nm、m=1で192nm、m=2で346nm、となる。この様に、mの値が大きくなる程、第二透光性膜23bは厚くなる。第二透光性膜23bは気相堆積法で形成されるが、この堆積時の膜厚変動は第二基板の面内で通常、数%程度(具体的には2%程度から5%程度)認められる。m=0の場合、第二透光性膜23bの厚みは39nmなので、第二基板の面内での第二透光性膜23bの膜厚変動は0.8nm程度から最大でも2.0nm程度である。この程度の膜厚変動ならば、干渉減光の効果に膜厚変動が悪影響を及ぼす事は殆どない。これに対して、m=2の場合には、第二透光性膜23bの厚みは346nmとなるので、第二基板の面内での第二透光性膜23bの膜厚変動は7nm程度から17nm程度となる。入射光ILを代表する光が青Bであると、図4に示す様に、第二透光性膜23bの屈折率は1.498で有るので、第二透光性膜23bの光学的膜厚の変動は11nm程度から26nm程度となる。光学的膜厚26nmの変動は、6%程度の位相差変動をもたらし、干渉減光の効果が一部損なわれ兼ねない。こうした理由から第二透光性膜23bも薄い方が好ましく、m=0が最適となる。
「製造方法」
図3を参照して、第一透光性膜23aから第五透光性膜24の製造方法を説明する。
対向基板20である石英ガラス上に、オゾンとTEOSとを反応させる大気圧CVD装置を用いて、基板温度400℃程度で、BPSG膜を形成する。このBPSG膜が第四透光性膜22である。第四透光性膜22をなすBPSG膜内に含まれる硼素と燐との含有量は各々1重量%から5重量%の範囲になる様に成膜する。硼素含有量と燐含有量とをこの範囲とする事で、成膜時にBPSG膜が流動性を持ち、アズデポ状態(成膜直後の状態)でも平坦性に優れた膜を形成する事ができる。第四透光性膜22は、対向基板20上に見切り部21が形成される事で生ずる表面の凹凸を緩和可能な程度の膜厚を有している。具体的に、その膜厚は凡そ300nmである。尚、500nmから1000nmで成膜してから膜厚が300nm程度になるまで化学機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing)などの平坦化処理を施しても良い。これによれば、より平坦な形成面が得られる。又、BPSG膜は吸湿性に優れており、不要な水分やそのガスが液晶層50中に拡散する事を防ぎ、液晶装置100の耐湿性を向上させる事ができる。
次に第一透光性膜23aとなるITOをスパッター法で形成する。
次に、第一透光性膜23aとなるITO上に、第二のBPSG膜を成膜する。この第二のBPSG膜が第二透光性膜23bである。製造条件は堆積時間を除いて、第四透光性膜22をなすBPSGと同じにする。
次に第三透光性膜23cとなるITOをスパッター法で形成する。堆積時間を含めて、製造条件は、第一透光性膜23aとなるITOと全く同じにする。数式5と数式6との関係を満たせば、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを同じにする必要はない。但し、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを同じにすると製造工程が著しく容易となり、厚みや屈折率の管理も容易となる。第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを互いに変えると、これらの管理は困難となる。例えば、第一透光性膜23aの屈折率を1.9とし、第三透光性膜23cの屈折率を2.1とした場合を考える。この場合、第二透光性膜23bの厚みを29nmとし、入射光ILを代表する光を青Bとすると、第一透光性膜23aの厚みは30nmとなり、第三透光性膜23cの厚みは28nmとなる。この様に、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを異なる膜とすると、2nm程度の僅かな膜厚の差で第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを作り分けねばならず、安定した製造が困難となる。これに対して、第一透光性膜23aと第三透光性膜23cとを同じ膜で同じ厚みにすると、単純に同じ製造工程を取れば良いので、製造工程が著しく容易となる。
次に、第三透光性膜23cとなるITO上に、第三のBPSG膜を成膜する。この第三のBPSG膜が第五透光性膜24である。製造条件は堆積時間を除いて、第四透光性膜22をなすBPSGと同じにする。第五透光性膜24の膜厚は凡そ100nmである。尚、第五透光性膜24は、図1に示す上下導通部106を覆わない様にパターニングされている。その後、配向膜25が、素子基板10側の配向膜18と同様に気相堆積法(斜め蒸着法や斜めスパッター法)を用いてSiOx(酸化珪素)などの無機材料を成膜する事により形成される。配向膜25の膜厚は凡そ75nmである。
「電子機器」
図7は電子機器としての投射型表示装置の構成を示す模式図である。次に、図7を参照して、本実施形態の電子機器を説明する。
図7に示す様に、本実施形態の電子機器としての投射型表示装置1000は、システム光軸Lに沿って配置された偏光照明装置1100と、3つのダイクロイックミラー1111,1112,1115と、2つの反射ミラー1113,1114と、3つの光変調素子としての反射型の液晶ライトバルブ1250,1260,1270と、クロスダイクロイックプリズム1206と、投射レンズ1207とを備えている。
偏光照明装置1100は、ハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット1101と、インテグレーターレンズ1102と、偏光変換素子1103とから概略構成されている。
偏光照明装置1100から出射された偏光光束は、互いに直交して配置されたダイクロイックミラー1111とダイクロイックミラー1112とに入射する。光分離素子としてのダイクロイックミラー1111は、入射した偏光光束のうち赤色光Rを反射する。もう一方の光分離素子としてのダイクロイックミラー1112は、入射した偏光光束のうち緑色光Gと青色光Bとを反射する。
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、反射型の液晶パネル1251と、反射型偏光素子としてのワイヤーグリッド偏光板1253とを備えている。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様に配置されている。又、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の出射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。尚、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を省略する事も可能である。この様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。
液晶ライトバルブ1250,1260,1270に入射した各色光は、画像情報に基づいて変調され、再びワイヤーグリッド偏光板1253,1263,1273を経由してクロスダイクロイックプリズム1206に入射する。クロスダイクロイックプリズム1206では、各色光が合成され、合成された光は投射レンズ1207によってスクリーン1300上に投射され、画像が拡大されて表示される。
本実施形態では、液晶ライトバルブ1250,1260,1270における反射型の液晶パネル1251,1261,1271として上述の反射型の液晶装置100が適用されている。
この様な投射型表示装置1000によれば、反射型の液晶装置100を液晶ライトバルブ1250,1260,1270に用いているので、明るい画像を投射可能であると共に高速駆動が可能な反射型の投射型表示装置1000を提供できる。
以上述べて来た様に、本実施形態の電気光学装置では、屈折率整合と干渉減光と散乱防止との三手法を適応して、不要な反射光(第二反射光R2から第五反射光R5及び第六反射光R6から第九反射光R9)を、小さくし、入射光ILや第一反射光R1の透過率を高くする事ができる。その結果、暗表示時には第二反射光R2から第五反射光R5が小さくなるので、暗表示時の反射率を低くする事ができる。更に、明表示時には入射光ILの透過率が向上すると共に、第六反射光R6から第九反射光R9が小さくなるので、明表示時の反射率を高くする事ができる。即ち、明表示時の反射率を向上させ、同時に暗表示時の反射率を低減させる事ができ、コントラスト比の高い画像を形成する電気光学装置を実現する事ができる。加えて、第二反射光R2から第五反射光R5が小さくなるので、これらの反射光と第一反射光R1とが干渉する事も削減される。第二反射光R2から第五反射光R5と第一反射光R1との干渉はリップルと呼ばれる表示不良を引き起こすが、本実施形態の電気光学装置では、第二反射光R2から第五反射光R5が非常に弱い為にリップルも非常に小さくなる。
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電気光学装置及びこの電気光学装置を適用する電子機器も又本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
(変形例1)
本発明が適用される電気光学装置は反射型に限定されず、透過型にも適用可能である。透過型電気光学装置の場合、画素電極15が透明導電膜となり、バックライトなどの光源が、素子基板10の裏面又は対向基板20の裏面に配置される。光源が素子基板10の裏面に配置された場合には、図3の第一反射光R1が光源からの入射光に相当し、第六反射光R6から第九反射光R9が削減されるので、明表示が明るくなる。又、光源が対向基板20の裏面に配置された場合には、第二反射光R2から第五反射光R5が削減されるので、明表示が明るくなる。
(変形例2)
本発明が適用される電気光学装置の液晶層50における液晶分子の配向制御は垂直配向(VA;Vertical Alignment)に限定されない。TN(Twisted Nematic)やOCB(Optically Compensated Bend)などにも適用可能である。
(変形例3)
本発明が適用される電気光学装置は液晶装置100に限定されず、対向基板20に透明導電膜(第三透光性膜23c)を備える電気光学装置一般に適用可能である。例えば、電気光学層として液晶層50の代わりに電気泳動材料を備えた電気泳動表示装置などにも適用できる。
(変形例4)
上記実施形態の電気光学装置を適用可能な電子機器は、上記実施形態の投射型表示装置1000に限定されない。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)、又は電子ブック、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或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好適に用いる事ができる。
IL…入射光、OL…出射光、R1…第一反射光、R2…第二反射光、R3…第三反射光、R4…第四反射光、R5…第五反射光、R6…第六反射光、R7…第七反射光、R8…第八反射光、R9…第九反射光、3a…走査線、3b…容量線、6a…信号線、10…素子基板、11…第一層間絶縁膜、12…第二層間絶縁膜、15…画素電極、16…保持容量、17…第三層間絶縁膜、18…配向膜、20…対向基板、20a…凹部、21…見切り部、22…第四透光性膜、23…透光性多層膜、23a…第一透光性膜、23b…第二透光性膜、23c…第三透光性膜、24…第五透光性膜、25…配向膜、30…TFT、30a…半導体層、30g…ゲート電極、31…ソース電極、32…ドレイン電極、40…シール材、50…液晶層、100…液晶装置。

Claims (6)

  1. 第一基板と、
    透光性の第二基板と、
    前記第一基板と前記第二基板とにより挟持された電気光学層と、
    前記第二基板と前記電気光学層との間に配置され、前記第二基板側から順に形成された第四透光性膜と第一透光性膜と第二透光性膜と第三透光性膜とを備え、
    前記第一透光性膜の屈折率と前記第三透光性膜の屈折率とがほぼ等しく、前記第二透光性膜の屈折率と前記第四透光性膜の屈折率とがほぼ等しく、
    前記第二透光性膜及び前記第四透光性膜の屈折率は、前記第二基板の屈折率よりも大きく、前記第一透光性膜及び前記第三透光性膜の屈折率よりも小さい事を特徴とする電気光学装置。
  2. 更に、前記第三透光性膜上に第五透光性膜を備え、
    前記第五透光性膜の屈折率は、前記第二基板の屈折率よりも大きく、前記第三透光性膜の屈折率よりも小さい事を特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
  3. 前記第一透光性膜の屈折率と前記第三透光性膜の屈折率とがほぼ等しく、前記第二透光性膜の屈折率と前記第五透光性膜の屈折率とがほぼ等しい事を特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
  4. 前記第二透光性膜が硼素と燐とを含む酸化珪素膜である事を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  5. 前記第三透光性膜が導電性である事を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電気光学装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えた事を特徴とする電子機器。
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