投射型表示装置
【課題】 黒が浮いた表示を抑制し、高コントラスト化を実現できる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】 光変調手段を備えた投射型表示装置であって、前記光変調手段は、プレチルトを有する負の誘電異方性の液晶層８０と、光軸方向に屈折率異方性を有する光学補償板９２とを備え、前記光学補償板９２について、その平面内における互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとした場合に、ｎｚ＜ｎｘ若しくはｎｚ＜ｎｙが成立し、前記光学補償板９２は、ｎｘ＞ｎｙが成立することで面内位相差を有し、当該面内位相差の遅相軸９２ａが前記液晶層８０のプレチルトの方位角方向に対して略垂直であることを特徴とする。
【解決手段】 光変調手段を備えた投射型表示装置であって、前記光変調手段は、プレチルトを有する負の誘電異方性の液晶層８０と、光軸方向に屈折率異方性を有する光学補償板９２とを備え、前記光学補償板９２について、その平面内における互いに直交する方位角方向の屈折率をｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚとした場合に、ｎｚ＜ｎｘ若しくはｎｚ＜ｎｙが成立し、前記光学補償板９２は、ｎｘ＞ｎｙが成立することで面内位相差を有し、当該面内位相差の遅相軸９２ａが前記液晶層８０のプレチルトの方位角方向に対して略垂直であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶装置においては、誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」によって駆動する液晶装置が知られている。
このような液晶装置としては、２枚の偏光板の間に位相差板と液晶層とが配置された構成が知られており、位相差板は偏光板のクロスニコルの中でもその遅相軸が平行か垂直になるように配置するが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。このような構成を採用することにより、黒表示は位相差に影響されずに、理想的な黒色を表示することが可能となる。
【０００３】
一方、近年では大画面表示を可能とした表示装置として、投射型表示装置（液晶プロジェクタ）が実用化されている。このような投射型表示装置においては、上記の垂直配向液晶を備えた液晶装置をライトバルブとして備えた構成が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−９５２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者は、上記の特許文献に記載された液晶装置を投射型表示装置に適用しただけでは、黒が浮いた表示となってしまい、コントラストの低下を招いてしまうことを見出した。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、黒が浮いた表示を抑制し、高コントラスト化を実現できる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、垂直配向液晶においては液晶分子が傾倒する方向を規定するためにプレチルトを与えるのが一般的であるが、この場合ではプレチルトの方位角方向に位相差が生じ、黒が浮いた表示となってしまい、コントラストが低下してしまうことを見出した。
そこで、本発明者は、上記に基づいて以下の手段を有する本発明を想到した。
【０００６】
即ち、本発明の投射型表示装置は、平面内で互いに直交する二つの方位角方向の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚと定義した場合に、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙを満たした光軸を有し、ｎｘ＞ｎｙを満たした面内位相差を有する光学補償板と、前記面内位相差の遅相軸の方向に対して略垂直となる方位角方向にプレチルトを有した負の誘電異方性の液晶層を備える光変調手段と、を備えたことを特徴としている。
このような光学補償板を備えることにより、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。これによって、黒が浮いた表示を抑制することができ、高コントラスト化を実現できる。
【０００７】
また、上記の投射型表示装置においては、前記面内位相差は２０ｎｍ以下であることを特徴としている。
このように面内位相差を２０ｎｍ以下にすることで、プレチルトが８０°以上の液晶層の位相差を補償することができる。
【０００８】
また、上記の投射型表示装置においては、前記液晶層を配向させる配向膜は、無機材料からなることを特徴としている。
このように無機材料を配向膜として用いることにより、垂直配向の液晶分子が所定のプレチルトを備えるように液晶層を配向させることができる。無機材料としてＳｉＯｘ（ｘ＝１又は２）Ａｌ２Ｏ３などを想定している。
【０００９】
また、上記の投射型表示装置においては、前記光変調手段は、前記液晶層の光入射側に設けられた第１偏光板と、液晶層の光出射側に設けられた第２偏光板とを具備し、前記光学補償板は、前記液晶層と前記第１偏光板との間、又は前記液晶層と前記第２偏光板との間に配置されていることを特徴としている。
このようにすれば、液晶層と第１偏光板との間、又は液晶層と第２偏光板との間において、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。
【００１０】
また、上記の投射型表示装置においては、前記光学補償板の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴としている。
このようにすれば、光変調手段に光が入射することに起因する光リークを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（投射型表示装置）
以下、本発明の投射型表示装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。
図１に示すように、投射型表示装置ＰＪは、光源１０と、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化する均一照明系２０と、均一照明系２０から入射した光の波長領域のうちのＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部２５（光変調手段としての３つの透過型液晶ライトバルブ２２，２３，２４を含む）と、色変調部２５から入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ２７と、を含んで構成されている。
【００１２】
光源１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１からの射出光を反射・集光するリフレクタ１２とを含んで構成されている。
【００１３】
均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる２つのレンズアレイ２１，２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを含んで構成されている。そして、光源１０からの光の輝度分布を２つのレンズアレイ２１，２２により均一化し、均一化した光を偏光変換素子２３により色変調部の入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部２５に射出する。
なお、偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。
【００１４】
色変調部２５は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー１３，１４と、３つのミラー（反射ミラー１５，１６，１７）と、５つのフィールドレンズ（レンズ１８ａ、リレーレンズ１８ｂ、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ）と、３つの液晶ライトバルブ２２，２３，２４と、クロスダイクロイックプリズム２８と、を含んで構成されている。
【００１５】
ダイクロイックミラー１３，１４は、光源１０からの光（白色光）を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＲＧＢ３原色光に分離（分光）するものである。ダイクロイックミラー１３は、ガラス板等にＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、光源１０からの白色光に対して、当該白色光に含まれるＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー１４は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｂ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、ダイクロイックミラー１３を透過したＧ光及びＢ光のうち、Ｇ光を反射して平行化レンズ２６Ｇに伝達し、青色光を透過してレンズ１８ａに伝達する。
【００１６】
リレーレンズ１８ｂはレンズ１８ａ近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ２６Ｂ近傍に伝達するもので、レンズ１８ａはリレーレンズ１８ｂに光を効率よく入射させる機能を有する。レンズ１８ａに入射したＢ光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ２４に伝達される。
【００１７】
平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒは対応する液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射する各色光を略平行化して入射光の角度分布を狭め、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の表示特性を向上させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー１３，１４で分光されたＲＧＢ３原色の光は、上述したミラー（反射ミラー１７，１５，１６）及びフィールドレンズ（レンズ１８ａ、リレーレンズ１８ｂ、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ）を介して液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射する。
【００１８】
液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間に垂直配向液晶を挟み込むとともに、偏光板とＣプレートを配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である（後述）。
【００１９】
また、液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、非選択電圧印加時で黒／暗（非透過）状態、選択電圧印加時で白／明（透過）状態となるノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ２４は、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２３は、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２２は、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
【００２０】
クロスダイクロイックプリズム２８は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、Ｂ光を反射する誘電体多層膜（Ｂ光反射ダイクロイック膜２８Ｂ）及びＲ光を反射する誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜２８Ｒ）が断面Ｘ字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ２３からのＧ光を透過し、液晶ライトバルブ２２からのＲ光と液晶ライトバルブ２４からのＢ光とを折り曲げてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。
【００２１】
投射レンズ２７は、液晶ライトバルブ１００の表示面上に形成された光学像を図示しないスクリーン上に投射してカラー画像を表示する。
【００２２】
液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する機能を有している。また、液晶ライトバルブ２２，２３，２４は光分離手段であるダイクロイックミラー１３，１４で分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色光）を変調するようになっている。
【００２３】
次に、投射型表示装置ＰＪの全体的な光伝達の流れを説明する。
光源１０からの白色光はダイクロイックミラー１３，１４により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３原色光に分光されるとともに、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射される。液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ２２，２３，２４からの各変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム２８に入射し、そこで一つの光に合成され、投射レンズ２７へ射出される。そして、投射レンズ２７において、液晶ライトバルブ１００からの最終的な合成光を図示しないスクリーン上に投射し所望の画像を表示する。
【００２４】
（液晶ライトバルブの第１実施形態）
次に、図２〜図６を参照し、上記の投射型表示装置が備える液晶ライトバルブ（光変調手段）２２、２３、２４について説明する。ここでは、液晶ライトバルブ２２を代表して説明し、液晶ライトバルブ２３、２４の説明を省略する。
液晶ライトバルブ２２は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの外側にＣプレート（光学補償板）と偏光板とを備えて構成されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶ライトバルブについて説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、本明細書では、液晶ライトバルブの各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。
【００２５】
図２は、液晶パネルの等価回路図である。
液晶パネルの画像表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極３９が形成されている。また、その画素電極３９の側方には、当該画素電極３９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子６０が形成されている。このＴＦＴ素子６０のソースには、データ線３６ａが電気的に接続されている。各データ線３６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給される。なお、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線３６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線３６ａに対してグループ毎に供給してもよい。
【００２６】
また、ＴＦＴ素子６０のゲートには、走査線６３ａが電気的に接続されている。走査線６３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線６３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子６０のドレインには、画素電極３９が電気的に接続されている。そして、走査線６３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子６０を一定期間だけオン状態にすると、データ線３６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。
【００２７】
液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極３９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、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３９と容量線３３ｂとの間に蓄積容量４７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、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。
【００２８】
図３は、液晶パネルの平面構造の説明図である。
本実施形態の液晶パネルでは、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極３９（破線３９ａによりその輪郭を示す）が、マトリクス状に配列形成されている。また、画素電極３９の縦横の境界に沿って、データ線３６ａ、走査線６３ａおよび容量線３３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極３９の形成された領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドットごとに表示を行うことが可能な構造になっている。
【００２９】
ＴＦＴ素子６０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層３１ａを中心として形成されている。半導体層３１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール３５を介して、データ線３６ａが電気的に接続されている。また、半導体層３１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール３８を介して、画素電極３９が電気的に接続されている。一方、半導体層３１ａにおける走査線６３ａとの対向部分には、チャネル領域３１ａ’が形成されている。なお、走査線６３ａは、チャネル領域３１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。
【００３０】
容量線３３ｂは、走査線６３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち平面的に見て、走査線６３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線３６ａとの交点からデータ線３６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち平面的に見て、データ線３６ａに沿って延設された第２領域）とによって構成されている。また、図３中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜４１ａが形成されている。そして、容量線３３ｂの突出部と第１遮光膜４１ａとがコンタクトホール１３を介して電気的に接続され、後述する蓄積容量が形成されている。
【００３１】
図４は、液晶パネルの断面構造の説明図であり、図３のＡ−Ａ’線における側面断面図である。
図４に示すように、液晶パネル９０は、ＴＦＴアレイ基板４０と、これに対向配置された対向基板５０と、これらの間に挟持された液晶層８０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板４０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体４０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子６０や画素電極３９、配向膜４６などを主体として構成されている。一方の対向基板５０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体５０Ａ、およびその内側に形成された共通電極５１や配向膜５２などを主体として構成されている。
【００３２】
ＴＦＴアレイ基板４０の表面には、後述する第１遮光膜４１ａおよび第１層間絶縁膜４２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜４２の表面に半導体層３１ａが形成され、この半導体層３１ａを中心としてＴＦＴ素子６０が形成されている。半導体層３１ａにおける走査線６３ａとの対向部分にはチャネル領域３１ａ’が形成され、その両側にソース領域およびドレイン領域が形成されている。なお、このＴＦＴ素子６０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用しているため、ソース領域およびドレイン領域に、それぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と、相対的に低い低濃度領域（ＬＤＤ領域）とが形成されている。すなわち、ソース領域には低濃度ソース領域３１ｂと高濃度ソース領域３１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域３１ｃと高濃度ドレイン領域３１ｅとが形成されている。
【００３３】
半導体層３１ａの表面には、ゲート絶縁膜３２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜３２の表面に走査線６３ａが形成されて、その一部がゲート電極を構成している。また、ゲート絶縁膜３２および走査線６３ａの表面には、第２層間絶縁膜３４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜３４の表面にデータ線３６ａが形成され、第２層間絶縁膜３４に形成されたコンタクトホール３５を介して、データ線３６ａが高濃度ソース領域３１ｄと電気的に接続されている。更に、第２層間絶縁膜３４およびデータ線３６ａの表面には、第３層間絶縁膜３７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜３７の表面に画素電極３９が形成され、第２層間絶縁膜３４および第３層間絶縁膜３７に形成されたコンタクトホール３８を介して、画素電極３９が高濃度ドレイン領域３１ｅと電気的に接続されている。更に、画素電極３９を覆うように、ポリイミド等からなる配向膜４６が形成されている。配向膜４６の表面にはラビング等が施され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、半導体層３１ａを延設して第１蓄積容量電極３１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜３２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３３ｂが配置されて第２蓄積容量電極が形成されている。これらにより、上述した蓄積容量４７が構成されている。
【００３５】
また、ＴＦＴ素子６０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板４０の表面に、第１遮光膜４１ａが形成されている。第１遮光膜４１ａは、液晶パネルに入射した光が、半導体層３１ａのチャネル領域３１ａ'、低濃度ソース領域３１ｂおよび低濃度ドレイン領域３１ｃに侵入することを防止するものである。なお、第１遮光膜４１ａは、第１層間絶縁膜４２に形成されたコンタクトホール１３を介して、前段あるいは後段の容量線３３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜４１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜４２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極３１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。
【００３６】
一方、データ線３６ａ、走査線６３ａおよびＴＦＴ素子６０の形成領域に対応する対向基板５０の表面には、第２遮光膜２３が形成されている。第２遮光膜２３は、液晶パネルに入射した光が、半導体層３１ａのチャネル領域３１ａ’や低濃度ソース領域３１ｂ、低濃度ドレイン領域３１ｃに侵入するのを防止するものである。また、対向基板５０および第２遮光膜２３の表面には、ほぼ全面にわたってＩＴＯ等の導電体からなる共通電極５１が形成されている。
更に、共通電極５１の表面には、配向膜５２が形成されている。配向膜５２は、シリコン酸化膜等の無機材料を蒸着することによって形成されたものである。このような配向膜５２は、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制し、液晶分子にプレチルトを付与することが可能となっている。なお、本明細書におけるプレチルトとは、基板面と液晶分子の配向方向とがなす角度を意味している。
【００３７】
そして、ＴＦＴアレイ基板４０と対向基板５０との間には、液晶層８０が挟持されている。当該液晶層８０は、初期配向状態が略垂直配向を呈する誘電率異方性が負の液晶材料からなるものであって、プレチルトを有している。換言すれば、選択電圧印加時において、液晶分子が傾倒する方向が決まっているものである。
また、このような液晶層８０は、非選択電圧印加時においてプレチルトを有しており、即ち、自らが位相差を有するものとなる。当該プレチルトは配向膜５２によって８５°に設定されている。
【００３８】
図５は、液晶ライトバルブ２２の構成を説明するための図であって、図５（ａ）は分解斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に対応する平面図である。
本実施形態の液晶ライトバルブ２２は、上述した液晶パネル９０と、液晶パネル９０の外側に配置されたＣプレート（光学補償板）９２と、Ｃプレート９２の外側及び液晶パネル９０の外側に配置された偏光板（第１偏光板）９３、偏光板（第２偏光板）９４とによって構成されている。ここで、偏光板９３は、液晶層８０の光入射側に設けられたものであり、偏光板９４は、液晶層８０の光出射側に設けられたものである。
【００３９】
図５に示すように、液晶パネル９０の光入射側には偏光板９３が配置され、光出射側には偏光板９４が配置されている。各偏光板９３，９４は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。そして各偏光板９３，９４は、それぞれの吸収軸および透過軸が直交するように配置されている。
【００４０】
また、Ｃプレート９２は、厚み方向に位相差を有する位相差フィルムであり、その厚み方向の屈折率（ｎｚ）が平面内の方位角方向の屈折率（ｎｘ，ｎｙ）よりも小さくなるような光学特性を有している。即ち、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙが成立している。更に、平面内の屈折率においては、ｎｘ＞ｎｙが成立しており、Ｃプレート９２は面内位相差を有し、即ち、遅相軸９２ａを有するものとなっている。更に、当該遅相軸９２ａは、液晶層８０のプレチルト方位角方向８０ａに対して垂直に配置されている。
【００４１】
このようなＣプレート９２は、トリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣ基材と称する。）等からなる基材上に反射防止フィルム（反射防止膜）が設けられた構成となっている。また、ＴＡＣ基材は面内に３〜５ｎｍの面内位相差を有している。具体的に、３〜５ｎｍの面内位相差とは、Ｃプレート９２の厚みをｄとしたときのリタデーション値（ｎｘ−ｎｙ）・ｄが、３〜５ｎｍになることを意味している。
また、Ｃプレート９２は、ＴＡＣ基材の表面に反射防止フィルム（反射防止膜）が形成された構成を有しており、図５における入射光Ｌに起因するＴＦＴの光リークを抑制している。
【００４２】
図６は、上記のＣプレート９２の面内位相差を０〜８ｎｍまで異ならせた場合において、液晶ライトバルブ２２を透過する光の波長と透過率の関係を示す透過率特性図である。
図６において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。なお、図中Ｐ０は、ポーラライザを意味し、偏光板９３、９４のみの透過率特性であって、理想的な透過率特性を示すものである。
【００４３】
図６に示すように、面内位相差が０ｎｍの場合、換言すればＣプレート９２を用いていない、液晶層８０のみの場合では、ポーラライザＰ０から離れてしまうのに対して、面内位相差が３〜５ｎｍの場合ではポーラライザＰ０に近い透過率特性が得られる。
また、Ｃプレート９２と液晶層８０のチルトが直交することで黒の表示が沈み、コントラストが従来１０００であったのに対して１５００まで向上することが、本発明者によって確認された。
【００４４】
上述したように、本実施形態においては、液晶ライトバルブ２２がＣプレート９２を備えることにより、Ｃプレート９２の面内位相差が、初期的にプレチルトを有している垂直配向の液晶層８０の位相差をキャンセルし、光学的に補償することができる。これによって、黒が浮いた表示を抑制することができ、高コントラスト化を実現できる。
また、無機材料からなる配向膜５２が形成されているので、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制し、液晶分子にプレチルトを付与することができる。
また、Ｃプレート９２は、偏光板９３と液晶パネル９０の間に配置されているので、液晶パネル９０と偏光板９３との間において、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。なお、当該Ｃプレート９２は、偏光板９３と液晶パネル９０の間に配置することを限定するものではない。偏光板９４と液晶パネル９０の間にＣプレート９２を配置した構成を採用してもよい。
また、Ｃプレート９２は、ＴＡＣ基材の表面に形成された反射防止フィルムを備えるので、液晶パネル９０に光が入射することに起因する光リークを抑制することができる。
【００４５】
（液晶ライトバルブの第２実施形態）
次に、液晶ライトバルブの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、先に記載の第１実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化し、異なる部分についてのみ説明する。
第１実施形態の液晶ライトバルブにおいては、液晶層８０が８５°のプレチルトを有すると共に面内位相差が３〜５ｎｍのＣプレート９２を採用したが、本実施形態では液晶層８０が８３°のプレチルトを有すると共に面内位相差が７ｎｍのＣプレート９２を採用している。
【００４６】
図７は、上記のＣプレート９２の面内位相差を０〜８ｎｍまで異ならせた場合において、液晶ライトバルブ２２を透過する光の波長と透過率の関係を示す透過率特性図である。
図７において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。なお、図中Ｐ０は、ポーラライザを意味し、偏光板９３、９４のみの透過率特性であって、理想的な透過率特性を示すものである。
【００４７】
図７に示すように、面内位相差が０ｎｍの場合、換言すれば液晶層８０のみの場合では、ポーラライザＰ０から離れてしまうのに対して、面内位相差が７ｎｍの場合ではポーラライザＰ０に近い透過率特性が得られる。
【００４８】
上述したように、本実施形態においては、先に記載した第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、非選択電圧印加時における液晶層８０の位相差、所謂残留位相差が大きくなるものの、選択電圧印加時において液晶分子が傾倒しやすくなり、また、横電界に対する耐性が得られるので、配向制御性が向上し、応答が速くなる。
【００４９】
なお、上記の第１及び第２実施形態においては、Ｃプレート９２の面内位相差が３〜５ｎｍの場合と、７ｎｍの場合とについて説明したが、当該面内位相差は、２０ｎｍ以下であれば、その値を限定するものではない。
その理由としては、プレチルトが８０°を下回る垂直配向液晶においては、コントラストの低下を招き、良好な表示が得られにくくなる。そこで、高コントラストな表示を得るためには、プレチルトが８０°よりも高いことが好ましい。このような８０°以上のプレチルトを有する垂直配向液晶の位相差を補償するために必要なＣプレート９２の面内位相差は２０ｎｍである。従って、Ｃプレート９２の面内位相差は２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、上記の上記の第１及び第２実施形態においては、Ｃプレート９２を１枚設けた構成を採用しているが、当該Ｃプレート９２を複数設けた構成を採用してもよい。この場合には、複数のＣプレート９２の各々の面内位相差の和の値が、図６や図７に示すポーラライザの値に近くなるように調整することが好ましい。
【００５１】
また、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。たとえば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶ライトバルブを例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の投射型表示装置の要部を示す構成図。
【図２】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの等価回路図。
【図３】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの平面構造の説明図。
【図４】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの断面構造の説明図。
【図５】本発明の投射型表示装置における液晶ライトバルブの分解斜視図。
【図６】本発明の投射型表示装置における第１実施形態の透過率特性を示す図。
【図７】本発明の投射型表示装置における第２実施形態の透過率特性を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
２２、２３、２４ 液晶ライトバルブ（光変調手段）、５２ 配向膜、８０ 液晶層、９２ Ｃプレート（光学補償板）、９３ 偏光板（第１偏光板）、９４ 偏光板（第２偏光板）、ＰＪ 投射型表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶装置においては、誘電異方性が負の液晶を基板に垂直に配向させ、電圧印加によってこれを倒す「ＶＡ（Vertical Alignment）モード」によって駆動する液晶装置が知られている。
このような液晶装置としては、２枚の偏光板の間に位相差板と液晶層とが配置された構成が知られており、位相差板は偏光板のクロスニコルの中でもその遅相軸が平行か垂直になるように配置するが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。このような構成を採用することにより、黒表示は位相差に影響されずに、理想的な黒色を表示することが可能となる。
【０００３】
一方、近年では大画面表示を可能とした表示装置として、投射型表示装置（液晶プロジェクタ）が実用化されている。このような投射型表示装置においては、上記の垂直配向液晶を備えた液晶装置をライトバルブとして備えた構成が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−９５２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者は、上記の特許文献に記載された液晶装置を投射型表示装置に適用しただけでは、黒が浮いた表示となってしまい、コントラストの低下を招いてしまうことを見出した。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、黒が浮いた表示を抑制し、高コントラスト化を実現できる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、垂直配向液晶においては液晶分子が傾倒する方向を規定するためにプレチルトを与えるのが一般的であるが、この場合ではプレチルトの方位角方向に位相差が生じ、黒が浮いた表示となってしまい、コントラストが低下してしまうことを見出した。
そこで、本発明者は、上記に基づいて以下の手段を有する本発明を想到した。
【０００６】
即ち、本発明の投射型表示装置は、平面内で互いに直交する二つの方位角方向の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚと定義した場合に、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙを満たした光軸を有し、ｎｘ＞ｎｙを満たした面内位相差を有する光学補償板と、前記面内位相差の遅相軸の方向に対して略垂直となる方位角方向にプレチルトを有した負の誘電異方性の液晶層を備える光変調手段と、を備えたことを特徴としている。
このような光学補償板を備えることにより、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。これによって、黒が浮いた表示を抑制することができ、高コントラスト化を実現できる。
【０００７】
また、上記の投射型表示装置においては、前記面内位相差は２０ｎｍ以下であることを特徴としている。
このように面内位相差を２０ｎｍ以下にすることで、プレチルトが８０°以上の液晶層の位相差を補償することができる。
【０００８】
また、上記の投射型表示装置においては、前記液晶層を配向させる配向膜は、無機材料からなることを特徴としている。
このように無機材料を配向膜として用いることにより、垂直配向の液晶分子が所定のプレチルトを備えるように液晶層を配向させることができる。無機材料としてＳｉＯｘ（ｘ＝１又は２）Ａｌ２Ｏ３などを想定している。
【０００９】
また、上記の投射型表示装置においては、前記光変調手段は、前記液晶層の光入射側に設けられた第１偏光板と、液晶層の光出射側に設けられた第２偏光板とを具備し、前記光学補償板は、前記液晶層と前記第１偏光板との間、又は前記液晶層と前記第２偏光板との間に配置されていることを特徴としている。
このようにすれば、液晶層と第１偏光板との間、又は液晶層と第２偏光板との間において、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。
【００１０】
また、上記の投射型表示装置においては、前記光学補償板の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴としている。
このようにすれば、光変調手段に光が入射することに起因する光リークを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（投射型表示装置）
以下、本発明の投射型表示装置の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。
図１に示すように、投射型表示装置ＰＪは、光源１０と、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化する均一照明系２０と、均一照明系２０から入射した光の波長領域のうちのＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部２５（光変調手段としての３つの透過型液晶ライトバルブ２２，２３，２４を含む）と、色変調部２５から入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ２７と、を含んで構成されている。
【００１２】
光源１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１からの射出光を反射・集光するリフレクタ１２とを含んで構成されている。
【００１３】
均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる２つのレンズアレイ２１，２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを含んで構成されている。そして、光源１０からの光の輝度分布を２つのレンズアレイ２１，２２により均一化し、均一化した光を偏光変換素子２３により色変調部の入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部２５に射出する。
なお、偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。
【００１４】
色変調部２５は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー１３，１４と、３つのミラー（反射ミラー１５，１６，１７）と、５つのフィールドレンズ（レンズ１８ａ、リレーレンズ１８ｂ、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ）と、３つの液晶ライトバルブ２２，２３，２４と、クロスダイクロイックプリズム２８と、を含んで構成されている。
【００１５】
ダイクロイックミラー１３，１４は、光源１０からの光（白色光）を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＲＧＢ３原色光に分離（分光）するものである。ダイクロイックミラー１３は、ガラス板等にＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、光源１０からの白色光に対して、当該白色光に含まれるＢ光及びＧ光を反射し、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー１４は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｂ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したもので、ダイクロイックミラー１３を透過したＧ光及びＢ光のうち、Ｇ光を反射して平行化レンズ２６Ｇに伝達し、青色光を透過してレンズ１８ａに伝達する。
【００１６】
リレーレンズ１８ｂはレンズ１８ａ近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ２６Ｂ近傍に伝達するもので、レンズ１８ａはリレーレンズ１８ｂに光を効率よく入射させる機能を有する。レンズ１８ａに入射したＢ光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ２４に伝達される。
【００１７】
平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒは対応する液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射する各色光を略平行化して入射光の角度分布を狭め、液晶ライトバルブ２２，２３，２４の表示特性を向上させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー１３，１４で分光されたＲＧＢ３原色の光は、上述したミラー（反射ミラー１７，１５，１６）及びフィールドレンズ（レンズ１８ａ、リレーレンズ１８ｂ、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒ）を介して液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射する。
【００１８】
液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間に垂直配向液晶を挟み込むとともに、偏光板とＣプレートを配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である（後述）。
【００１９】
また、液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、非選択電圧印加時で黒／暗（非透過）状態、選択電圧印加時で白／明（透過）状態となるノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ２４は、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２３は、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２２は、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
【００２０】
クロスダイクロイックプリズム２８は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、Ｂ光を反射する誘電体多層膜（Ｂ光反射ダイクロイック膜２８Ｂ）及びＲ光を反射する誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜２８Ｒ）が断面Ｘ字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ２３からのＧ光を透過し、液晶ライトバルブ２２からのＲ光と液晶ライトバルブ２４からのＢ光とを折り曲げてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。
【００２１】
投射レンズ２７は、液晶ライトバルブ１００の表示面上に形成された光学像を図示しないスクリーン上に投射してカラー画像を表示する。
【００２２】
液晶ライトバルブ２２，２３，２４は、透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する機能を有している。また、液晶ライトバルブ２２，２３，２４は光分離手段であるダイクロイックミラー１３，１４で分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色光）を変調するようになっている。
【００２３】
次に、投射型表示装置ＰＪの全体的な光伝達の流れを説明する。
光源１０からの白色光はダイクロイックミラー１３，１４により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３原色光に分光されるとともに、平行化レンズ２６Ｂ，２６Ｇ，２６Ｒを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射される。液晶ライトバルブ２２，２３，２４に入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ２２，２３，２４からの各変調光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム２８に入射し、そこで一つの光に合成され、投射レンズ２７へ射出される。そして、投射レンズ２７において、液晶ライトバルブ１００からの最終的な合成光を図示しないスクリーン上に投射し所望の画像を表示する。
【００２４】
（液晶ライトバルブの第１実施形態）
次に、図２〜図６を参照し、上記の投射型表示装置が備える液晶ライトバルブ（光変調手段）２２、２３、２４について説明する。ここでは、液晶ライトバルブ２２を代表して説明し、液晶ライトバルブ２３、２４の説明を省略する。
液晶ライトバルブ２２は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの外側にＣプレート（光学補償板）と偏光板とを備えて構成されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶ライトバルブについて説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、本明細書では、液晶ライトバルブの各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。
【００２５】
図２は、液晶パネルの等価回路図である。
液晶パネルの画像表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極３９が形成されている。また、その画素電極３９の側方には、当該画素電極３９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子６０が形成されている。このＴＦＴ素子６０のソースには、データ線３６ａが電気的に接続されている。各データ線３６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給される。なお、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線３６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線３６ａに対してグループ毎に供給してもよい。
【００２６】
また、ＴＦＴ素子６０のゲートには、走査線６３ａが電気的に接続されている。走査線６３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線６３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子６０のドレインには、画素電極３９が電気的に接続されている。そして、走査線６３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子６０を一定期間だけオン状態にすると、データ線３６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。
【００２７】
液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極３９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、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３９と容量線３３ｂとの間に蓄積容量４７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、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。
【００２８】
図３は、液晶パネルの平面構造の説明図である。
本実施形態の液晶パネルでは、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極３９（破線３９ａによりその輪郭を示す）が、マトリクス状に配列形成されている。また、画素電極３９の縦横の境界に沿って、データ線３６ａ、走査線６３ａおよび容量線３３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極３９の形成された領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドットごとに表示を行うことが可能な構造になっている。
【００２９】
ＴＦＴ素子６０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層３１ａを中心として形成されている。半導体層３１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール３５を介して、データ線３６ａが電気的に接続されている。また、半導体層３１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール３８を介して、画素電極３９が電気的に接続されている。一方、半導体層３１ａにおける走査線６３ａとの対向部分には、チャネル領域３１ａ’が形成されている。なお、走査線６３ａは、チャネル領域３１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。
【００３０】
容量線３３ｂは、走査線６３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち平面的に見て、走査線６３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線３６ａとの交点からデータ線３６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち平面的に見て、データ線３６ａに沿って延設された第２領域）とによって構成されている。また、図３中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜４１ａが形成されている。そして、容量線３３ｂの突出部と第１遮光膜４１ａとがコンタクトホール１３を介して電気的に接続され、後述する蓄積容量が形成されている。
【００３１】
図４は、液晶パネルの断面構造の説明図であり、図３のＡ−Ａ’線における側面断面図である。
図４に示すように、液晶パネル９０は、ＴＦＴアレイ基板４０と、これに対向配置された対向基板５０と、これらの間に挟持された液晶層８０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板４０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体４０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子６０や画素電極３９、配向膜４６などを主体として構成されている。一方の対向基板５０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体５０Ａ、およびその内側に形成された共通電極５１や配向膜５２などを主体として構成されている。
【００３２】
ＴＦＴアレイ基板４０の表面には、後述する第１遮光膜４１ａおよび第１層間絶縁膜４２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜４２の表面に半導体層３１ａが形成され、この半導体層３１ａを中心としてＴＦＴ素子６０が形成されている。半導体層３１ａにおける走査線６３ａとの対向部分にはチャネル領域３１ａ’が形成され、その両側にソース領域およびドレイン領域が形成されている。なお、このＴＦＴ素子６０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用しているため、ソース領域およびドレイン領域に、それぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と、相対的に低い低濃度領域（ＬＤＤ領域）とが形成されている。すなわち、ソース領域には低濃度ソース領域３１ｂと高濃度ソース領域３１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域３１ｃと高濃度ドレイン領域３１ｅとが形成されている。
【００３３】
半導体層３１ａの表面には、ゲート絶縁膜３２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜３２の表面に走査線６３ａが形成されて、その一部がゲート電極を構成している。また、ゲート絶縁膜３２および走査線６３ａの表面には、第２層間絶縁膜３４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜３４の表面にデータ線３６ａが形成され、第２層間絶縁膜３４に形成されたコンタクトホール３５を介して、データ線３６ａが高濃度ソース領域３１ｄと電気的に接続されている。更に、第２層間絶縁膜３４およびデータ線３６ａの表面には、第３層間絶縁膜３７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜３７の表面に画素電極３９が形成され、第２層間絶縁膜３４および第３層間絶縁膜３７に形成されたコンタクトホール３８を介して、画素電極３９が高濃度ドレイン領域３１ｅと電気的に接続されている。更に、画素電極３９を覆うように、ポリイミド等からなる配向膜４６が形成されている。配向膜４６の表面にはラビング等が施され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、半導体層３１ａを延設して第１蓄積容量電極３１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜３２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３３ｂが配置されて第２蓄積容量電極が形成されている。これらにより、上述した蓄積容量４７が構成されている。
【００３５】
また、ＴＦＴ素子６０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板４０の表面に、第１遮光膜４１ａが形成されている。第１遮光膜４１ａは、液晶パネルに入射した光が、半導体層３１ａのチャネル領域３１ａ'、低濃度ソース領域３１ｂおよび低濃度ドレイン領域３１ｃに侵入することを防止するものである。なお、第１遮光膜４１ａは、第１層間絶縁膜４２に形成されたコンタクトホール１３を介して、前段あるいは後段の容量線３３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜４１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜４２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極３１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。
【００３６】
一方、データ線３６ａ、走査線６３ａおよびＴＦＴ素子６０の形成領域に対応する対向基板５０の表面には、第２遮光膜２３が形成されている。第２遮光膜２３は、液晶パネルに入射した光が、半導体層３１ａのチャネル領域３１ａ’や低濃度ソース領域３１ｂ、低濃度ドレイン領域３１ｃに侵入するのを防止するものである。また、対向基板５０および第２遮光膜２３の表面には、ほぼ全面にわたってＩＴＯ等の導電体からなる共通電極５１が形成されている。
更に、共通電極５１の表面には、配向膜５２が形成されている。配向膜５２は、シリコン酸化膜等の無機材料を蒸着することによって形成されたものである。このような配向膜５２は、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制し、液晶分子にプレチルトを付与することが可能となっている。なお、本明細書におけるプレチルトとは、基板面と液晶分子の配向方向とがなす角度を意味している。
【００３７】
そして、ＴＦＴアレイ基板４０と対向基板５０との間には、液晶層８０が挟持されている。当該液晶層８０は、初期配向状態が略垂直配向を呈する誘電率異方性が負の液晶材料からなるものであって、プレチルトを有している。換言すれば、選択電圧印加時において、液晶分子が傾倒する方向が決まっているものである。
また、このような液晶層８０は、非選択電圧印加時においてプレチルトを有しており、即ち、自らが位相差を有するものとなる。当該プレチルトは配向膜５２によって８５°に設定されている。
【００３８】
図５は、液晶ライトバルブ２２の構成を説明するための図であって、図５（ａ）は分解斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に対応する平面図である。
本実施形態の液晶ライトバルブ２２は、上述した液晶パネル９０と、液晶パネル９０の外側に配置されたＣプレート（光学補償板）９２と、Ｃプレート９２の外側及び液晶パネル９０の外側に配置された偏光板（第１偏光板）９３、偏光板（第２偏光板）９４とによって構成されている。ここで、偏光板９３は、液晶層８０の光入射側に設けられたものであり、偏光板９４は、液晶層８０の光出射側に設けられたものである。
【００３９】
図５に示すように、液晶パネル９０の光入射側には偏光板９３が配置され、光出射側には偏光板９４が配置されている。各偏光板９３，９４は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。そして各偏光板９３，９４は、それぞれの吸収軸および透過軸が直交するように配置されている。
【００４０】
また、Ｃプレート９２は、厚み方向に位相差を有する位相差フィルムであり、その厚み方向の屈折率（ｎｚ）が平面内の方位角方向の屈折率（ｎｘ，ｎｙ）よりも小さくなるような光学特性を有している。即ち、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙが成立している。更に、平面内の屈折率においては、ｎｘ＞ｎｙが成立しており、Ｃプレート９２は面内位相差を有し、即ち、遅相軸９２ａを有するものとなっている。更に、当該遅相軸９２ａは、液晶層８０のプレチルト方位角方向８０ａに対して垂直に配置されている。
【００４１】
このようなＣプレート９２は、トリアセチルセルロース（以下、ＴＡＣ基材と称する。）等からなる基材上に反射防止フィルム（反射防止膜）が設けられた構成となっている。また、ＴＡＣ基材は面内に３〜５ｎｍの面内位相差を有している。具体的に、３〜５ｎｍの面内位相差とは、Ｃプレート９２の厚みをｄとしたときのリタデーション値（ｎｘ−ｎｙ）・ｄが、３〜５ｎｍになることを意味している。
また、Ｃプレート９２は、ＴＡＣ基材の表面に反射防止フィルム（反射防止膜）が形成された構成を有しており、図５における入射光Ｌに起因するＴＦＴの光リークを抑制している。
【００４２】
図６は、上記のＣプレート９２の面内位相差を０〜８ｎｍまで異ならせた場合において、液晶ライトバルブ２２を透過する光の波長と透過率の関係を示す透過率特性図である。
図６において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。なお、図中Ｐ０は、ポーラライザを意味し、偏光板９３、９４のみの透過率特性であって、理想的な透過率特性を示すものである。
【００４３】
図６に示すように、面内位相差が０ｎｍの場合、換言すればＣプレート９２を用いていない、液晶層８０のみの場合では、ポーラライザＰ０から離れてしまうのに対して、面内位相差が３〜５ｎｍの場合ではポーラライザＰ０に近い透過率特性が得られる。
また、Ｃプレート９２と液晶層８０のチルトが直交することで黒の表示が沈み、コントラストが従来１０００であったのに対して１５００まで向上することが、本発明者によって確認された。
【００４４】
上述したように、本実施形態においては、液晶ライトバルブ２２がＣプレート９２を備えることにより、Ｃプレート９２の面内位相差が、初期的にプレチルトを有している垂直配向の液晶層８０の位相差をキャンセルし、光学的に補償することができる。これによって、黒が浮いた表示を抑制することができ、高コントラスト化を実現できる。
また、無機材料からなる配向膜５２が形成されているので、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制し、液晶分子にプレチルトを付与することができる。
また、Ｃプレート９２は、偏光板９３と液晶パネル９０の間に配置されているので、液晶パネル９０と偏光板９３との間において、初期的にプレチルトを有している垂直配向液晶の位相差をキャンセルし、当該位相差を光学的に補償することができる。なお、当該Ｃプレート９２は、偏光板９３と液晶パネル９０の間に配置することを限定するものではない。偏光板９４と液晶パネル９０の間にＣプレート９２を配置した構成を採用してもよい。
また、Ｃプレート９２は、ＴＡＣ基材の表面に形成された反射防止フィルムを備えるので、液晶パネル９０に光が入射することに起因する光リークを抑制することができる。
【００４５】
（液晶ライトバルブの第２実施形態）
次に、液晶ライトバルブの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、先に記載の第１実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化し、異なる部分についてのみ説明する。
第１実施形態の液晶ライトバルブにおいては、液晶層８０が８５°のプレチルトを有すると共に面内位相差が３〜５ｎｍのＣプレート９２を採用したが、本実施形態では液晶層８０が８３°のプレチルトを有すると共に面内位相差が７ｎｍのＣプレート９２を採用している。
【００４６】
図７は、上記のＣプレート９２の面内位相差を０〜８ｎｍまで異ならせた場合において、液晶ライトバルブ２２を透過する光の波長と透過率の関係を示す透過率特性図である。
図７において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。なお、図中Ｐ０は、ポーラライザを意味し、偏光板９３、９４のみの透過率特性であって、理想的な透過率特性を示すものである。
【００４７】
図７に示すように、面内位相差が０ｎｍの場合、換言すれば液晶層８０のみの場合では、ポーラライザＰ０から離れてしまうのに対して、面内位相差が７ｎｍの場合ではポーラライザＰ０に近い透過率特性が得られる。
【００４８】
上述したように、本実施形態においては、先に記載した第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、非選択電圧印加時における液晶層８０の位相差、所謂残留位相差が大きくなるものの、選択電圧印加時において液晶分子が傾倒しやすくなり、また、横電界に対する耐性が得られるので、配向制御性が向上し、応答が速くなる。
【００４９】
なお、上記の第１及び第２実施形態においては、Ｃプレート９２の面内位相差が３〜５ｎｍの場合と、７ｎｍの場合とについて説明したが、当該面内位相差は、２０ｎｍ以下であれば、その値を限定するものではない。
その理由としては、プレチルトが８０°を下回る垂直配向液晶においては、コントラストの低下を招き、良好な表示が得られにくくなる。そこで、高コントラストな表示を得るためには、プレチルトが８０°よりも高いことが好ましい。このような８０°以上のプレチルトを有する垂直配向液晶の位相差を補償するために必要なＣプレート９２の面内位相差は２０ｎｍである。従って、Ｃプレート９２の面内位相差は２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、上記の上記の第１及び第２実施形態においては、Ｃプレート９２を１枚設けた構成を採用しているが、当該Ｃプレート９２を複数設けた構成を採用してもよい。この場合には、複数のＣプレート９２の各々の面内位相差の和の値が、図６や図７に示すポーラライザの値に近くなるように調整することが好ましい。
【００５１】
また、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。たとえば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶ライトバルブを例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の投射型表示装置の要部を示す構成図。
【図２】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの等価回路図。
【図３】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの平面構造の説明図。
【図４】本発明の投射型表示装置における液晶パネルの断面構造の説明図。
【図５】本発明の投射型表示装置における液晶ライトバルブの分解斜視図。
【図６】本発明の投射型表示装置における第１実施形態の透過率特性を示す図。
【図７】本発明の投射型表示装置における第２実施形態の透過率特性を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
２２、２３、２４ 液晶ライトバルブ（光変調手段）、５２ 配向膜、８０ 液晶層、９２ Ｃプレート（光学補償板）、９３ 偏光板（第１偏光板）、９４ 偏光板（第２偏光板）、ＰＪ 投射型表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面内で互いに直交する二つの方位角方向の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚと定義した場合に、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙを満たした光軸を有し、ｎｘ＞ｎｙを満たした面内位相差を有する光学補償板と、
前記面内位相差の遅相軸の方向に対して略垂直となる方位角方向にプレチルトを有した負の誘電異方性の液晶層を備える光変調手段と、
を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記面内位相差は２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記液晶層を配向させる配向膜は、無機材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記光変調手段は、前記液晶層の光入射側に設けられた第１偏光板と、液晶層の光出射側に設けられた第２偏光板とを具備し、
前記光学補償板は、前記液晶層と前記第１偏光板との間、又は前記液晶層と前記第２偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記光学補償板の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項１】
平面内で互いに直交する二つの方位角方向の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙとし、厚さ方向の屈折率をｎｚと定義した場合に、ｎｚ＜ｎｘ且つｎｚ＜ｎｙを満たした光軸を有し、ｎｘ＞ｎｙを満たした面内位相差を有する光学補償板と、
前記面内位相差の遅相軸の方向に対して略垂直となる方位角方向にプレチルトを有した負の誘電異方性の液晶層を備える光変調手段と、
を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記面内位相差は２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記液晶層を配向させる配向膜は、無機材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記光変調手段は、前記液晶層の光入射側に設けられた第１偏光板と、液晶層の光出射側に設けられた第２偏光板とを具備し、
前記光学補償板は、前記液晶層と前記第１偏光板との間、又は前記液晶層と前記第２偏光板との間に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記光学補償板の表面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３０７４８（Ｐ２００６−３０７４８Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１１２９５（Ｐ２００４−２１１２９５）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]