液晶表示装置及び投射型表示装置
【課題】黒表示の際の面内での明るさのバラツキを抑制し、コントラストを向上した液晶表示装置と、これを備えた投射型表示装置を提供する。
【解決手段】第１基８１及び第２基板８２と、これらの内面側に設けられた第１配向膜８９と第２配向膜８８と、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層８３とを有し、第１配向膜８９と第２配向膜８９とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネル８０と、液晶パネル８０の有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、各分割領域毎にそれぞれ設定し、有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部６１と、を備えた液晶表示装置。
【解決手段】第１基８１及び第２基板８２と、これらの内面側に設けられた第１配向膜８９と第２配向膜８８と、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層８３とを有し、第１配向膜８９と第２配向膜８９とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネル８０と、液晶パネル８０の有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、各分割領域毎にそれぞれ設定し、有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部６１と、を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、正面から観察したときのコントラストに優れているとして、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶表示装置が注目されている。ＶＡモードの液晶表示装置は、一対の基板間に液晶分子を略垂直に配向させた液晶層を備えたものである。
しかし、このようなＶＡモードの液晶表示装置でも、液晶分子にプレチルト角をもたせることにより、正面方向の位相差が発生するため、光学補償板によって位相差を補償する必要がある。
【０００３】
これに対してツイストＶＡモードの液晶表示装置では、ツイストによって正面位相差が非常に小さくなるため、従来のＶＡモードの液晶表示装置に比べ、黒の明るさを低くすることができ、これによってコントラスト比を高めることができる。例えば、特許文献１では、ツイストＶＡモードの液晶パネルとして、一対の基板間でその配向膜の配向方向を非平行にし、液晶分子の配向方向をそれぞれの基板側で異ならせる技術が提案されている。
【０００４】
このような液晶パネルでは、非常に高いコントラスト（コントラスト比）が得られ、さらに、光学補償板（位相差補償板）としてネガティブＣプレート（負のＣプレート）を用いることで、より黒表示時の明るさを小さくし、高いコントラストを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１２９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の液晶パネル（液晶表示装置）では、製造上のバラツキなどによってパネル面内でツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどがわずかにばらついてしまう。また、光学補償板においても面内で位相差がわずかにばらつくことがある。すると、このような面内バラツキに起因して、液晶パネルでは黒表示時の明るさが面内でばらついてしまう。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、黒表示の際の面内での明るさのバラツキを抑制し、コントラストを向上した液晶表示装置と、これを備えた投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の液晶表示装置は、第１基板及び第２基板と、前記第１基板の内面側に設けられた第１配向膜と、前記第２基板の内面側に設けられた第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に挟持された、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層と、を有し、前記第１配向膜と前記第２配向膜とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、前記有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、前記各分割領域毎にそれぞれ設定し、前記有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
この液晶表示装置によれば、予め設定した分割領域毎に、黒表示を行う際の最小階調電圧をそれぞれ独立して設定し、有効画素領域を最小階調で表示して黒表示を行うときに、制御部により各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにしたので、製造上のバラツキなどによってツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどが液晶パネルの面内でばらついていても、各分割領域毎に黒表示のための最適な最小階調電圧を印加することが可能になるため、液晶パネルの面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制することができる。
【００１０】
また、前記液晶表示装置においては、前記液晶パネルの光出射側の基板の外面側に、負のＣプレートが設けられているのが好ましい。
このようにすれば、黒表示時の明るさをより小さく（弱く）し、高コントラスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明の投射型表示装置は、前記の液晶表示装置を光変調手段として備えたことを特徴としている。
この投射型表示装置によれば、前記したように面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制した液晶パネルを有する液晶表示装置を光変調手段として備えているので、この投射型表示装置自体も黒表示時の明るさのばらつき抑制されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る液晶プロジェクターの概略構成を示す斜視図である。
【図２】画像形成系の概略構成を示す図である。
【図３】反射型光変調装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図４】ＴＦＴ基板の概略構成を示す斜視図である。
【図５】ツイスト角度を説明するための、液晶パネルを平面視した図である。
【図６】有効画素領域及び分割画素領域を説明するための模式図である。
【図７】制御部を説明するためのブロック図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は印加電圧と明るさとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の液晶表示装置とこれを備えた投射型表示装置について説明する。図１は、本発明の液晶表示装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の一例としての、液晶プロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
【００１４】
液晶プロジェクター１は、光源装置２、インテグレーター光学系３、色分離光学系４、３系統の画像形成系５、色合成素子６、投射光学系７を有している。３系統の画像形成系５として、第１の画像形成系５ａ、第２の画像形成系５ｂ、および第３の画像形成系５ｃが設けられている。
【００１５】
光源装置２から射出された光束は、インテグレーター光学系３に入射する。インテグレーター光学系３に入射した光束は、照度が均一化されるとともに偏光状態が揃えられる。インテグレーター光学系３から射出された光束は、色分離光学系４により複数の色光束に分離され、色光束ごとに異なる系統の画像形成系５に入射する。３系統の画像形成系５の各々に入射した色光束は、表示すべき画像の画像データに基づいて変調されて変調光束となる。３系統の画像形成系５から出射された３色の変調光束は、色合成素子６により合成されて多色光束となり、第１のレンズ部７１及び第２のレンズ部７２を含む投射光学系７に入射する。そして、スクリーン等の被投射面（図示略）に投射される。これにより、被投射面にフルカラーの画像が表示される。
【００１６】
次に、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。
光源装置２は、光源ランプ２１および放物面リフレクター２２を有している。光源ランプ２１から放射された光は、放物面リフレクター２２により一方向に反射されて略平行な光束となり、インテグレーター光学系３に入射する。光源ランプ２１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等によって構成されている。また、放物面リフレクター２２の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によってリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから射出された光を平行化する平行化レンズが用いられることもある。
【００１７】
インテグレーター光学系３は、第１のレンズアレイ３１、第２のレンズアレイ３２、偏光変換素子３４、および重畳レンズ３５を有している。インテグレーター光学系３の光軸３０は、光源２の光軸２０と略一致しており、前記のインテグレーター光学系３の構成要素の各々は、中心位置がインテグレーター光学系３の光軸３０上に並ぶように配置されている。
【００１８】
第１のレンズアレイ３１は、光源２の光軸２０に略直交する面に配列された複数のレンズ要素３１１を有している。第２のレンズアレイ３２は、レンズ要素３１１と同様に複数のレンズ要素３２１を有している。レンズ要素３１１、３２１は、例えばマトリックス状に配列されている。
【００１９】
偏光変換素子３４は、複数の偏光変換ユニット３４１を有している。偏光変換ユニット３４１は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板および反射ミラーを有して構成されている。
第１のレンズアレイ３１のレンズ要素３１１は、第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１と１対１で対応しており、第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１は、偏光変換素子３４の偏光変換ユニット３４１と１対１で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素３１１、３２１および偏光変換ユニット３４１は、光軸３０と略平行な軸に沿って並んで配置されている。
【００２０】
インテグレーター光学系３に入射した光束は、第１のレンズアレイ３１の複数のレンズ要素３１１に空間的に分かれて入射し、レンズ要素３１１に入射した光束ごとに集光される。レンズ要素３１１により集光された光束は、レンズ要素３１１と対応するレンズ要素３２１に結像する。すなわち、第２のレンズアレイ３２の複数のレンズ要素３２１の各々に二次光源像が形成される。レンズ要素３２１に形成された二次光源像からの光束は、このレンズ要素３２１に対応する偏光変換ユニット３４１に入射する。
【００２１】
偏光変換ユニット３４１に入射した光束は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離される。分離された一方の偏光光束は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光光束と偏光状態が揃えられる。ここでは、偏光変換ユニット３４１を通った光束の偏光状態が、Ｐ偏光光束に揃えられるようになっている。複数の偏光変換ユニット３４１の各々から出射された光束は、重畳レンズ３５に入射して屈折し、反射型光変調装置（光変調手段）８の被照明領域に重畳される。
【００２２】
このように第１のレンズアレイ３１により空間的に分割された複数の光束の各々が、被照明領域の略全域を照明することにより、複数の光束で照度分布が平均化され、被照明領域での照度が均一化されるようになっている。
ここで、前記の反射型光変調装置８は本発明の液晶表示装置の一実施形態を構成するもので、液晶パネル８０とこの液晶パネル８０の前方に配置された位相差補償板（光学補償板）６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）とを備えて構成されている。なお、この反射型光変調装置８（液晶表示装置）については後に詳述する。
【００２３】
色分離光学系４は、波長選択面を有する第１〜第３のダイクロイックミラー４１〜４３、および第１、第２の反射ミラー４４、４５を有して構成されている。第１のダイクロイックミラー４１は、赤色光束を反射させるとともに、緑色光束および青色光束を透過させる特性を有している。第２のダイクロイックミラー４２は、赤色光束を透過させるとともに、緑色光束および青色光束を反射させる特性を有している。第３のダイクロイックミラー４３は、緑色光束を反射させるとともに、青色光束を透過させる特性を有している。第１、第２のダイクロイックミラー４１、４２は、各々の波長選択面を互いに略直交するように、かつ各々の波長選択面がインテグレーター光学系３の光軸３０と略４５°の角度をなすように配置されている。
【００２４】
色分離光学系４に入射した光束に含まれる赤色光束Ｌ１０、緑色光束Ｌ２０および青色光束Ｌ３０は、以下のようにして分離され、分離された色光束ごとに対応する画像形成系５に入射する。光束Ｌ１０は、第２のダイクロイックミラー４２を透過するとともに第１のダイクロイックミラー４１で反射した後に、第１の反射ミラー４４で反射して、第１の画像形成系５ａに入射する。光束Ｌ２０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３で反射して、第２の画像形成系５ｂに入射する。光束Ｌ３０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３を透過して、第３の画像形成系５ｃに入射する。
【００２５】
第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃは、同様の構成になっている。ここでは、第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃを代表して、第２の画像形成系５ｂの構成について説明する。
図２は、第２の画像形成系５ｂの概略構成を示す図である。図２に示すように第２の画像形成系５ｂは、入射側偏光板９１ｂ、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（以下、ＷＧ−ＰＢＳと記す）９３ｂ、位相差補償板６０ｂ（６０）、液晶パネル８０ｂ（８０）、および出射側偏光板（偏光検光子）９２ｂを有して構成されている。なお、位相差補償板６０ｂ（６０）と液晶パネル８０ｂ（８０）とによって反射型光変調装置８ｂ（８）が形成されており、これによって本発明の液晶装置の一実施形態が構成されている。
【００２６】
図１に示すように色分離光学系４から射出される光束の一部である緑色光束Ｌ２０は、入射側偏光板９１ｂに入射する。入射側偏光板９１ｂは、直線偏光を通すものであり、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＰ偏光光束を通すように、透過軸が設定されている。以下、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＰ偏光光束を単にＰ偏光光束と称し、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＳ偏光光束を単にＳ偏光光束と称する。前述のように、インテグレーター光学系３を通った光束は、偏光状態がＰ偏光光束に揃えられており、光束Ｌ２０のほとんどが入射側偏光板９１ｂを通り、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面（図示せず）に入射する。
【００２７】
ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に入射した光Ｌ２０のうちで、偏光方向が反射軸方向であるＳ偏光は偏光分離面で反射し、偏光方向が透過軸方向であるＰ偏光は偏光分離面を透過する。インテグレーター光学系３から出射された緑色の光束Ｌ２０は、概ねＰ偏光になっており、偏光分離面を通って反射型変調装置８ｂに入射する。ここで、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂは、その透過軸が後述する液晶パネル８０ａの液晶層の遅相軸に対して交差するように、液晶パネル８０ｂに対して配置されている。
反射型光変調装置８ｂに入射した光束Ｌ２０は、位相差補償板６０ｂを透過し、液晶パネル８０ｂで変調された後、反射されて再度位相差補償板６０ｂに入射する。
【００２８】
位相差補償板６０ｂに入射した光束Ｌ２０（変調光）は、位相差補償板６０ｂによって光学補償がなされた後、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂに再度入射する。そして、偏光状態が変更された光束Ｌ２０はＷＧ−ＰＢＳ９３ｂで反射され、出射側偏光板９２ｂを選択的に透過して色合成素子６に入射する。同様にして、赤色光束Ｌ１０、青色光束Ｌ３０もそれぞれ光学補償等がなされた後、色合成素子６に入射する。
そして、色合成素子６に入射した光はここで合成されて多色光束となり、前述したように投射光学系７に入射し、さらにスクリーン等の被投射面（図示略）に投射される。
【００２９】
次に、反射型光変調装置８（８ａ、８ｂ、８ｃ）を構成する液晶パネル８０（８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）、および位相差補償板６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）について詳述する。
液晶パネル８０は、図３の模式図に示すように互いに平行に配置された対向基板（第１基板）８１とＴＦＴ基板（第２基板）８２とが、シール材（図示せず）で貼り合わされ、これら基板８１、８２間に液晶層８３が挟持・封入された反射型ツイストＶＡモードのパネルである。
【００３０】
ＴＦＴ基板８２は、シリコン基板やガラス基板を基体として構成されている。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）になる。このＴＦＴ基板８２は、図４に示すようにその内面側に複数のゲート線８４、複数のソース線８５、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという）８６、および画素電極８７を有している。
【００３１】
複数のゲート線８４は、互いに平行に延在しており、また、複数のソース線８５も、互いに平行に延在している。ゲート線８４の延在方向（Ｘ方向）は、ソース線８５の延在方向と交差（ここでは直交）している。ゲート線８４が、ソース線８５と交差する部分ごとに、ＴＦＴ８６が設けられている。ゲート線８４は、ＴＦＴ８６のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線８５は、ＴＦＴ８６のソース領域と電気的に接続されている。
【００３２】
ゲート線８４とソース線８５とに囲まれる部分は、１つの変調要素になっている。本実施形態では、１つの変調要素が１つの画素Ｐになっている。これら画素Ｐは、１方向に等ピッチで配列されているとともに、これと直交する他の１方向にも等ピッチで配列されている。複数の画素Ｐには、画素Ｐごとに独立した島状の画素電極８７が設けられている。本実施形態の画素電極８７は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図４では、画素電極８７を切欠いて、画素電極８７の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極８７は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線８４、ソース線８５、ＴＦＴ８６を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極８７は、ＴＦＴ基板８２の内面側に形成されたもので、ＴＦＴ８７のドレイン領域と電気的に接続されている。画素電極８７上には、図３に示すようにこれを覆って第２配向膜８８が形成されている。
【００３３】
図４に示したゲート線８４は、ＴＦＴ基板８２に設けられたゲート線駆動回路（図示せず）に接続されており、ゲート線駆動回路から供給される走査信号を各画素Ｐに供給するようになっている。また、ソース線８５は、ＴＦＴ基板８２に設けられたソース線駆動回路（図示せず）に接続されており、ソース線駆動回路から供給されるデータ信号を各画素Ｐに供給するようになっている。ここで、ソース駆動回路は、特に最小階調で表示するいわゆる黒表示のときには、データ信号を、液晶パネル８０の有効画素領域を複数の領域に分割してなる分割領域毎に、予め設定された最小階調電圧を印加するようになっている。なお、このような制御を行う制御部ついては後述する。
【００３４】
図３に示すように対向基板８１には、ガラス基板の内面側にＩＴＯからなる共通電極（透明電極）（図示せず）が設けられており、さらに共通電極上に第１配向膜８９が形成されている。
配向膜８８、８９は、本実施形態では真空蒸着法によってＳｉＯ２が斜方蒸着されて形成されている。斜方蒸着については、例えば基板面から所定角度傾いた方向から蒸着を行うことにより、蒸着と同じ方位に所望の角度傾いた方向に、ＳｉＯ２のカラムを成長させ、これによって配向膜８８、８９に異方性を付与している。すなわち、配向膜８８、８９は、カラムを基板上に投影したときの傾き方向（カラムの傾き方向）に沿うように、配向規制力を有している。本実施形態では、対向基板８１側の第１配向膜８９とＴＦＴ基板８２側の第２配向膜８８とは、それぞれのカラムの傾き方向Ｋ１、Ｋ２が所定の角度で交差するよう、非平行に形成されている。したがって、これら第１配向膜８８と第２配向膜８９とは、互いに交差する方向に配向規制方向を有している。
【００３５】
そして、これら対向基板８１、ＴＦＴ基板８２が、本実施形態では２．２μｍのセルギャップに保持されて貼り合わされ、その間に誘電率異方性が負の液晶（Δｎ＝０．１２）が注入されたことにより、液晶セルが形成されている。また、液晶層８３を構成する液晶分子８３ａは、プレチルト角θｐ（極角からの角度）が６°となるように配向させられている。なお、ここでは、極角は対向基板８１、ＴＦＴ基板８２の内面の法線方向とする。
【００３６】
このような構成によって液晶分子８３ａは、図３に示したように配向膜８８、８９間において、これら配向膜８８、８９のカラムの傾き方向（チルト方向）Ｋ１、Ｋ２に対応してツイストして（捩れて）いる。この液晶分子のツイスト角度は、図５に示すように、対向基板（第１基板）８１の第１配向膜８９の蒸着方向Ｖ１と、ＴＦＴ基板（第２基板）８２の第２配向膜８８の蒸着方向Ｖ２とによって決まる。ここで、カラムの傾き方向Ｋ２、と蒸着方向Ｖ１、カラムの傾き方向Ｋ１と蒸着方向Ｖ２とは、それぞれの直線の長さ方向について一致している。本実施形態では、液晶分子の特性上その回り易い（捩れやすい）方向が、図５においてＴＦＴ基板８２側から対向基板８１側に向かって、反時計回り方向となっている。したがって、液晶分子のツイスト角度は１２０°となっている。
【００３７】
このように液晶分子８３ａがツイストしていることで、この液晶分子８３ａからなる液晶層８３を有した液晶パネル８０は、正面位相差が非常に小さくなっている。
そして、本実施形態では、図３に示すようにこの液晶パネル８０の対向基板８１の外側、すなわち光出射側に、ネガティブＣプレート（負のＣプレート、以下、単にＣプレートと記す。）からなる位相差補償板６０が、傾けられることなく平行に設けられている。この位相差補償板６０は、例えばスパッタ法等によって基板上に高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されて形成された多層膜からなる１軸性複屈折率体であり、位相差補償板６０の表面に対して垂直な光学軸を有し、液晶パネル８０から出射（反射）してきた斜めの光の位相差を補償するようになっている。
【００３８】
すなわち、位相差補償板（Ｃプレート）６０はその主屈折率が、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚであり、したがってこの位相差補償板６０に対してその光学軸に平行に入射する光に対しては等方的であることから、位相差を補償することができない。一方、液晶パネル８０から出射した光のうち、斜め成分の光については、その位相差を光学補償するようになっている。
【００３９】
また、前記液晶パネル８０には、これと一体に、あるいはこれに接続して、制御部６１が設けられている。この制御部６１は、前記のソース駆動回路を制御することにより、特に最小階調で表示する黒表示の際、前記画素Ｐに予め設定した最小階調電圧を印加させるようにしたものである。具体的には、この制御部６１には、前記画素Ｐの複数の集合による、分離領域が記憶されており、この分離領域毎に、予め設定した最小階調電圧を印加させるようにしている。
【００４０】
液晶パネル８０は、図６の模式図に示すように、矩形状の有効画素領域６２が予め複数の領域に分割され、それぞれ分割領域６３とされている。分割する数については、特に限定されることなく、複数（２以上）であればよい。この分割数は、黒表示を行う際に、有効画素領域６２全体で明るさのばらつきがなく、均一な黒表示が行える数に設定される。ただし、分割数を多くし過ぎると制御が複雑になるとため、十程度〜千程度とするのが好ましい。また、分割の仕方については、例えば矩形状の有効画素領域６２を縦横でそれぞれに分割することにより、矩形状の分割領域６３に設定する。なお、各分割領域６３については、必ずしも構成する画素Ｐの数を全て同じにする必要はなく、各分割領域６３毎に画素Ｐの数を変えてもよい。
【００４１】
本実施形態では、図６に示したように縦横をそれぞれ３分割（それぞれ等分に分割）し、それぞれ同じ数の画素Ｐからなる分割領域６３を、合計９個設定している。これら分割６３は、それぞれを構成する画素Ｐとともに予め設定され、図７のブロック図に示すように、制御部６１の分割領域記憶部６４に記憶されている。
【００４２】
また、制御部６１には、各分割領域６３にそれぞれ印加する最小階調電圧を記憶する、印加電圧記憶部６５が備えられている。この印加電圧記憶部６５に記憶される最小階調電圧は、以下のようにして設定される。
従来では、有効画素領域６２全体について、同一の電圧（通常は０Ｖ）を印加することで最小階調である黒表示を行っていた。
【００４３】
ところが、ツイストＶＡモードでは、製造上のバラツキなどによってパネル面内、すなわち有効画素領域６２内でツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどがわずかにばらついてしまうことにより、黒表示時の明るさも面内でばらついてしまうことがある。このように黒表示時の明るさが面内でばらついてしまうと、黒表示時の有効画素領域６２の表示は、十分な黒、すなわち十分な暗さにならず、部分的に僅かながら明るい領域が形成され、黒表示の均一性が得られなくなってしまう。また、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も、十分な高さにならなくなってしまう。
【００４４】
図８（ａ）は、図６に示した９個の分割領域６３のうちの領域（１）、領域（５）、領域（９）について、印加電圧と明るさとの関係を求めた結果を示すグラフである。なお、この明るさは、図１における液晶パネル８０ｂを反射し、位相差補償板６０を透過し、さらにＷＧ−ＰＢＳ９３ａを反射して色合成素子６、投射光学系７に順次入射し、さらにスクリーン等の被投射面（図示略）に投射された際の明るさを、照度計や輝度計などによって測定した値である。
【００４５】
図８（ａ）に示すように、いずれの領域でも、０Ｖから１．５Ｖ程度の範囲で、明るさがほぼ０であり、したがって黒表示時には、全ての分割領域について、同じ最小階調電圧（例えば０Ｖ）を印加すればよいように思われる。しかし、図８（ａ）において、印加電圧が低い領域を拡大した図８（ｂ）のグラフを見ると、最も暗くなる電圧（最小階調電圧）は、各領域毎に僅かながら異なっている。したがって、黒表示時に全ての分割領域６３へ同じ電圧（例えば０Ｖ）を印加すると、各分割領域６３毎で、その明るさが異なってしまうことが分かる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、前記したように各分割領域６３にそれぞれ印加する最小階調電圧を設定するべく、予め各分割領域６３毎に最も明るさが低くなる（暗くなる）印加電圧を求める。例えば図８（ｂ）から、領域（１）では０．４Ｖ付近が最も暗くなり、領域（５）では０．０Ｖ〜０．３Ｖの範囲で最も暗くなり、領域（９）では０．５Ｖ〜０．６Ｖの間で最も暗くなる。したがって、この結果から、例えば領域（１）では０．４Ｖを最小階調電圧とし、領域（５）では０．０Ｖを最小階調電圧とし、領域（９）では０．５５Ｖを最小階調電圧として設定する。同様にして、残りの分割領域（２）〜（４）、（６）〜（８）についても、それぞれの最小階調電圧を設定しておく。そして、このように設定した最小階調電圧を、図７に示すように対応する分割領域６３とともに、制御部６１の印加電圧記憶部６５に記憶させておく。
【００４７】
また、制御部６１には、前記したようにソース駆動回路に対し、黒表示を行う際に各分割領域６３毎に、予め設定された最小階調電圧を印加するように信号を与える、回路制御部６６が設けられている。この回路制御部６６は、分割領域記憶部６４に記憶した分割領域６３と、印加電圧記憶部６５に記憶した最小階調電圧とに基づき、有効画素領域６２を最小階調で表示するとき、各分割領域６３に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加するように信号を与えるものである。
【００４８】
ここで、従来の液晶パネルでは、黒表示のときの最小階調電圧については同一にしているものの、この最小階調より高い中間階調域や白表示のときの最大階調については、同じ階調を表示するときでも、予め設定した分割領域毎に異なる電圧を印加するようにしている。したがって、本実施形態では、回路制御部６６として、従来の中間階調域や最大階調ついて分割領域毎に印加する電圧を変えるように制御する回路制御部と、同様のものを採用することができる。すなわち、従来の回路制御部において、特に黒表示を行う際に、有効画素領域６１全体に同一の電圧を印加するのでなく、分割領域６３毎に最適な最小階調電圧を印加するように構成することで、本実施形態の回路制御部６６を形成することができる。
【００４９】
このように本実施形態では、分割領域記憶部６４と印加電圧記憶部６５と回路制御部６６とを備えた制御部６１を有しているので、予め設定した分割領域６３毎に、黒表示を行う際の最小階調電圧をそれぞれ独立して設定し、黒表示を行うときに、制御部６１により各分割領域６３に対してそれぞれ設定した黒表示のための最適な最小階調電圧を印加させることができる。したがって、液晶パネル８０の面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制し、黒表示時において有効画素領域６２全体で均一な黒表示を可能にし、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も十分な高さにすることができる。
【００５０】
（実験例１）
前記実施形態の液晶パネル８０及び制御部６１を備えてなる液晶表示装置（液晶プロジェクター１）について、黒表示を行わせた際の、各分割領域（１）〜（９）における黒照度（明るさ）と、コントラスト比とを求めた。得られた結果を表１に示す。なお、表１中において黒照度は、分割領域（５）における照度を１とし、他の分割領域（１）〜（４）、（６）〜（９）についても規格化した値を示している。また、表１中の周辺照度比は、分割領域（５）を除いた各分割領域（１）〜（４）、（６）〜（９）の照度の平均値を、分割領域（５）の照度で割ったものである。さらに、コントラスト比は、最大階調（白表示）での照度と最小階調（黒表示）での照度との比である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
また、比較のため、制御部６１による制御を行うことなく、従来のように黒表示を行わせた際に、全ての分割領域（１）〜（９）に同一の電圧（０Ｖ）を印加した場合の、各分割領域における黒照度（明るさ）とコントラスト比とを求めた。得られた結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表１、表２に示した結果より、制御部６１による制御を行った本実施形態の液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に比べ、各分割領域（１）〜（９）をほぼ均一な暗さにすることができることができ、また、コントラスト比についての、各分割領域間での最大（Ｍａｘ）と最小（Ｍｉｎ）との差も、格段に小さくできることが確認された。
【００５５】
なお、前記実施形態では、本発明に係る液晶パネルとして、反射型ツイストＶＡモードのパネルを用いた場合について説明したが、本発明の液晶表示装置は、透過型のツイストＶＡモードのパネルを用いることができる。その場合に、例えば図１に示した液晶プロジェクター１において、ＷＧ−ＰＢＳ９３を介することなくインテグレーター光学系３からの光を直接、透過型の液晶パネルに入射させるようにする。その際、液晶パネルの出射側に位相差補償板６０を配置しておく。
【００５６】
（実験例２）
このように構成した透過型の液晶パネル及び前記制御部６１を備えてなる液晶表示装置（液晶プロジェクター）について、実験１と同様にして、黒表示を行わせた際の各分割領域（１）〜（９）における黒照度（明るさ）と、コントラスト比とを求めた。得られた結果を表３に示す。
また、比較のため、制御部６１による制御を行うことなく、従来のように黒表示を行わせた際に、全ての分割領域（１）〜（９）に同一の電圧（０Ｖ）を印加した場合の、各分割領域における黒照度（明るさ）とコントラスト比とを求めた。得られた結果を表４に示す。
なお、透過型の液晶パネルとしては、セルギャップを３．８μｍとし、誘電率異方性が負の液晶（Δｎ＝０．１２）を用い、液晶分子のツイスト角度を１２０°にするとともに、液晶分子のプレチルト角θｐ（極角からの角度）を６°となるように配向させたものを用いた。
【００５７】
【表３】
【００５８】
【表４】
【００５９】
表３、表４に示した結果より、制御部６１による制御を行った本実施形態の液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に比べ、各分割領域（１）〜（９）をほぼ均一な暗さにすることができることができ、また、コントラスト比についての、各分割領域間での最大（Ｍａｘ）と最小（Ｍｉｎ）との差も、格段に小さくできることが確認された。
【００６０】
なお、以上では、第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃを代表して第２の画像形成系５ｂについて説明しているが、第１の画像形成系５ａ、第３の画像形成系５ｃについても、制御部６１によって同様の制御を行う。
【００６１】
以上に説明したように、液晶パネル８０と制御部６１とを備えてなる本実施形態の液晶表示装置にあっては、液晶パネル８０の面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制し、黒表示時において有効画素領域６１全体で均一な黒表示を可能にし、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も十分な高さにすることができる。
また、この液晶表示装置を光変調手段として備えた液晶プロジェクター１（投射型表示装置）にあっては、黒表示時の明るさのばらつき抑制され、したがって高コントラストでの表示が可能なものとなる。
【００６２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば前記実施形態では、液晶パネル８０における各分割領域６３の最小階調電圧を、図８（ｂ）に示したようにスクリーン上またはその手前で実際に測定した照度に基づき、決定したが、液晶パネル８０を経て、位相差補償板６０、出射側偏光９２を出射した直後の光の照度を測定し、これに基づいて各分割領域６３の最小階調電圧を決定するようにしてもよい。
このような最小階調電圧の決定方法を採用することにより、液晶パネル８０としては、携帯情報端末の表示画面や、テレビ、モニターなどの直視型のディスプレイにも適用可能となる。さらに、他の液晶表示装置として、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やビューファインダ（ＥＶＦ）に、本発明の液晶表示装置を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…液晶プロジェクター（投射型表示装置）、８（８ａ、８ｂ、８ｃ）…反射型光変調装置、６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）…位相差補償板、６１…制御部、６２…有効画素領域、６３…分割領域、６４…分割領域記憶部、６５…印加電圧記憶部、６６…回路制御部、８０…液晶パネル、８１…対向基板（第１基板）、８２…ＴＦＴ基板（第２基板）、８３…液晶層、８８…第２配向膜、８９…第１配向膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、正面から観察したときのコントラストに優れているとして、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶表示装置が注目されている。ＶＡモードの液晶表示装置は、一対の基板間に液晶分子を略垂直に配向させた液晶層を備えたものである。
しかし、このようなＶＡモードの液晶表示装置でも、液晶分子にプレチルト角をもたせることにより、正面方向の位相差が発生するため、光学補償板によって位相差を補償する必要がある。
【０００３】
これに対してツイストＶＡモードの液晶表示装置では、ツイストによって正面位相差が非常に小さくなるため、従来のＶＡモードの液晶表示装置に比べ、黒の明るさを低くすることができ、これによってコントラスト比を高めることができる。例えば、特許文献１では、ツイストＶＡモードの液晶パネルとして、一対の基板間でその配向膜の配向方向を非平行にし、液晶分子の配向方向をそれぞれの基板側で異ならせる技術が提案されている。
【０００４】
このような液晶パネルでは、非常に高いコントラスト（コントラスト比）が得られ、さらに、光学補償板（位相差補償板）としてネガティブＣプレート（負のＣプレート）を用いることで、より黒表示時の明るさを小さくし、高いコントラストを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１２９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の液晶パネル（液晶表示装置）では、製造上のバラツキなどによってパネル面内でツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどがわずかにばらついてしまう。また、光学補償板においても面内で位相差がわずかにばらつくことがある。すると、このような面内バラツキに起因して、液晶パネルでは黒表示時の明るさが面内でばらついてしまう。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、黒表示の際の面内での明るさのバラツキを抑制し、コントラストを向上した液晶表示装置と、これを備えた投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の液晶表示装置は、第１基板及び第２基板と、前記第１基板の内面側に設けられた第１配向膜と、前記第２基板の内面側に設けられた第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に挟持された、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層と、を有し、前記第１配向膜と前記第２配向膜とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、前記有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、前記各分割領域毎にそれぞれ設定し、前記有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
この液晶表示装置によれば、予め設定した分割領域毎に、黒表示を行う際の最小階調電圧をそれぞれ独立して設定し、有効画素領域を最小階調で表示して黒表示を行うときに、制御部により各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにしたので、製造上のバラツキなどによってツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどが液晶パネルの面内でばらついていても、各分割領域毎に黒表示のための最適な最小階調電圧を印加することが可能になるため、液晶パネルの面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制することができる。
【００１０】
また、前記液晶表示装置においては、前記液晶パネルの光出射側の基板の外面側に、負のＣプレートが設けられているのが好ましい。
このようにすれば、黒表示時の明るさをより小さく（弱く）し、高コントラスト化を図ることができる。
【００１１】
本発明の投射型表示装置は、前記の液晶表示装置を光変調手段として備えたことを特徴としている。
この投射型表示装置によれば、前記したように面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制した液晶パネルを有する液晶表示装置を光変調手段として備えているので、この投射型表示装置自体も黒表示時の明るさのばらつき抑制されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る液晶プロジェクターの概略構成を示す斜視図である。
【図２】画像形成系の概略構成を示す図である。
【図３】反射型光変調装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図４】ＴＦＴ基板の概略構成を示す斜視図である。
【図５】ツイスト角度を説明するための、液晶パネルを平面視した図である。
【図６】有効画素領域及び分割画素領域を説明するための模式図である。
【図７】制御部を説明するためのブロック図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は印加電圧と明るさとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の液晶表示装置とこれを備えた投射型表示装置について説明する。図１は、本発明の液晶表示装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の一例としての、液晶プロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
【００１４】
液晶プロジェクター１は、光源装置２、インテグレーター光学系３、色分離光学系４、３系統の画像形成系５、色合成素子６、投射光学系７を有している。３系統の画像形成系５として、第１の画像形成系５ａ、第２の画像形成系５ｂ、および第３の画像形成系５ｃが設けられている。
【００１５】
光源装置２から射出された光束は、インテグレーター光学系３に入射する。インテグレーター光学系３に入射した光束は、照度が均一化されるとともに偏光状態が揃えられる。インテグレーター光学系３から射出された光束は、色分離光学系４により複数の色光束に分離され、色光束ごとに異なる系統の画像形成系５に入射する。３系統の画像形成系５の各々に入射した色光束は、表示すべき画像の画像データに基づいて変調されて変調光束となる。３系統の画像形成系５から出射された３色の変調光束は、色合成素子６により合成されて多色光束となり、第１のレンズ部７１及び第２のレンズ部７２を含む投射光学系７に入射する。そして、スクリーン等の被投射面（図示略）に投射される。これにより、被投射面にフルカラーの画像が表示される。
【００１６】
次に、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。
光源装置２は、光源ランプ２１および放物面リフレクター２２を有している。光源ランプ２１から放射された光は、放物面リフレクター２２により一方向に反射されて略平行な光束となり、インテグレーター光学系３に入射する。光源ランプ２１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等によって構成されている。また、放物面リフレクター２２の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によってリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから射出された光を平行化する平行化レンズが用いられることもある。
【００１７】
インテグレーター光学系３は、第１のレンズアレイ３１、第２のレンズアレイ３２、偏光変換素子３４、および重畳レンズ３５を有している。インテグレーター光学系３の光軸３０は、光源２の光軸２０と略一致しており、前記のインテグレーター光学系３の構成要素の各々は、中心位置がインテグレーター光学系３の光軸３０上に並ぶように配置されている。
【００１８】
第１のレンズアレイ３１は、光源２の光軸２０に略直交する面に配列された複数のレンズ要素３１１を有している。第２のレンズアレイ３２は、レンズ要素３１１と同様に複数のレンズ要素３２１を有している。レンズ要素３１１、３２１は、例えばマトリックス状に配列されている。
【００１９】
偏光変換素子３４は、複数の偏光変換ユニット３４１を有している。偏光変換ユニット３４１は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板および反射ミラーを有して構成されている。
第１のレンズアレイ３１のレンズ要素３１１は、第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１と１対１で対応しており、第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１は、偏光変換素子３４の偏光変換ユニット３４１と１対１で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素３１１、３２１および偏光変換ユニット３４１は、光軸３０と略平行な軸に沿って並んで配置されている。
【００２０】
インテグレーター光学系３に入射した光束は、第１のレンズアレイ３１の複数のレンズ要素３１１に空間的に分かれて入射し、レンズ要素３１１に入射した光束ごとに集光される。レンズ要素３１１により集光された光束は、レンズ要素３１１と対応するレンズ要素３２１に結像する。すなわち、第２のレンズアレイ３２の複数のレンズ要素３２１の各々に二次光源像が形成される。レンズ要素３２１に形成された二次光源像からの光束は、このレンズ要素３２１に対応する偏光変換ユニット３４１に入射する。
【００２１】
偏光変換ユニット３４１に入射した光束は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離される。分離された一方の偏光光束は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光光束と偏光状態が揃えられる。ここでは、偏光変換ユニット３４１を通った光束の偏光状態が、Ｐ偏光光束に揃えられるようになっている。複数の偏光変換ユニット３４１の各々から出射された光束は、重畳レンズ３５に入射して屈折し、反射型光変調装置（光変調手段）８の被照明領域に重畳される。
【００２２】
このように第１のレンズアレイ３１により空間的に分割された複数の光束の各々が、被照明領域の略全域を照明することにより、複数の光束で照度分布が平均化され、被照明領域での照度が均一化されるようになっている。
ここで、前記の反射型光変調装置８は本発明の液晶表示装置の一実施形態を構成するもので、液晶パネル８０とこの液晶パネル８０の前方に配置された位相差補償板（光学補償板）６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）とを備えて構成されている。なお、この反射型光変調装置８（液晶表示装置）については後に詳述する。
【００２３】
色分離光学系４は、波長選択面を有する第１〜第３のダイクロイックミラー４１〜４３、および第１、第２の反射ミラー４４、４５を有して構成されている。第１のダイクロイックミラー４１は、赤色光束を反射させるとともに、緑色光束および青色光束を透過させる特性を有している。第２のダイクロイックミラー４２は、赤色光束を透過させるとともに、緑色光束および青色光束を反射させる特性を有している。第３のダイクロイックミラー４３は、緑色光束を反射させるとともに、青色光束を透過させる特性を有している。第１、第２のダイクロイックミラー４１、４２は、各々の波長選択面を互いに略直交するように、かつ各々の波長選択面がインテグレーター光学系３の光軸３０と略４５°の角度をなすように配置されている。
【００２４】
色分離光学系４に入射した光束に含まれる赤色光束Ｌ１０、緑色光束Ｌ２０および青色光束Ｌ３０は、以下のようにして分離され、分離された色光束ごとに対応する画像形成系５に入射する。光束Ｌ１０は、第２のダイクロイックミラー４２を透過するとともに第１のダイクロイックミラー４１で反射した後に、第１の反射ミラー４４で反射して、第１の画像形成系５ａに入射する。光束Ｌ２０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３で反射して、第２の画像形成系５ｂに入射する。光束Ｌ３０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３を透過して、第３の画像形成系５ｃに入射する。
【００２５】
第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃは、同様の構成になっている。ここでは、第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃを代表して、第２の画像形成系５ｂの構成について説明する。
図２は、第２の画像形成系５ｂの概略構成を示す図である。図２に示すように第２の画像形成系５ｂは、入射側偏光板９１ｂ、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（以下、ＷＧ−ＰＢＳと記す）９３ｂ、位相差補償板６０ｂ（６０）、液晶パネル８０ｂ（８０）、および出射側偏光板（偏光検光子）９２ｂを有して構成されている。なお、位相差補償板６０ｂ（６０）と液晶パネル８０ｂ（８０）とによって反射型光変調装置８ｂ（８）が形成されており、これによって本発明の液晶装置の一実施形態が構成されている。
【００２６】
図１に示すように色分離光学系４から射出される光束の一部である緑色光束Ｌ２０は、入射側偏光板９１ｂに入射する。入射側偏光板９１ｂは、直線偏光を通すものであり、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＰ偏光光束を通すように、透過軸が設定されている。以下、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＰ偏光光束を単にＰ偏光光束と称し、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に対するＳ偏光光束を単にＳ偏光光束と称する。前述のように、インテグレーター光学系３を通った光束は、偏光状態がＰ偏光光束に揃えられており、光束Ｌ２０のほとんどが入射側偏光板９１ｂを通り、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面（図示せず）に入射する。
【００２７】
ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂの偏光分離面に入射した光Ｌ２０のうちで、偏光方向が反射軸方向であるＳ偏光は偏光分離面で反射し、偏光方向が透過軸方向であるＰ偏光は偏光分離面を透過する。インテグレーター光学系３から出射された緑色の光束Ｌ２０は、概ねＰ偏光になっており、偏光分離面を通って反射型変調装置８ｂに入射する。ここで、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂは、その透過軸が後述する液晶パネル８０ａの液晶層の遅相軸に対して交差するように、液晶パネル８０ｂに対して配置されている。
反射型光変調装置８ｂに入射した光束Ｌ２０は、位相差補償板６０ｂを透過し、液晶パネル８０ｂで変調された後、反射されて再度位相差補償板６０ｂに入射する。
【００２８】
位相差補償板６０ｂに入射した光束Ｌ２０（変調光）は、位相差補償板６０ｂによって光学補償がなされた後、ＷＧ−ＰＢＳ９３ｂに再度入射する。そして、偏光状態が変更された光束Ｌ２０はＷＧ−ＰＢＳ９３ｂで反射され、出射側偏光板９２ｂを選択的に透過して色合成素子６に入射する。同様にして、赤色光束Ｌ１０、青色光束Ｌ３０もそれぞれ光学補償等がなされた後、色合成素子６に入射する。
そして、色合成素子６に入射した光はここで合成されて多色光束となり、前述したように投射光学系７に入射し、さらにスクリーン等の被投射面（図示略）に投射される。
【００２９】
次に、反射型光変調装置８（８ａ、８ｂ、８ｃ）を構成する液晶パネル８０（８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）、および位相差補償板６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）について詳述する。
液晶パネル８０は、図３の模式図に示すように互いに平行に配置された対向基板（第１基板）８１とＴＦＴ基板（第２基板）８２とが、シール材（図示せず）で貼り合わされ、これら基板８１、８２間に液晶層８３が挟持・封入された反射型ツイストＶＡモードのパネルである。
【００３０】
ＴＦＴ基板８２は、シリコン基板やガラス基板を基体として構成されている。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）になる。このＴＦＴ基板８２は、図４に示すようにその内面側に複数のゲート線８４、複数のソース線８５、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという）８６、および画素電極８７を有している。
【００３１】
複数のゲート線８４は、互いに平行に延在しており、また、複数のソース線８５も、互いに平行に延在している。ゲート線８４の延在方向（Ｘ方向）は、ソース線８５の延在方向と交差（ここでは直交）している。ゲート線８４が、ソース線８５と交差する部分ごとに、ＴＦＴ８６が設けられている。ゲート線８４は、ＴＦＴ８６のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線８５は、ＴＦＴ８６のソース領域と電気的に接続されている。
【００３２】
ゲート線８４とソース線８５とに囲まれる部分は、１つの変調要素になっている。本実施形態では、１つの変調要素が１つの画素Ｐになっている。これら画素Ｐは、１方向に等ピッチで配列されているとともに、これと直交する他の１方向にも等ピッチで配列されている。複数の画素Ｐには、画素Ｐごとに独立した島状の画素電極８７が設けられている。本実施形態の画素電極８７は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図４では、画素電極８７を切欠いて、画素電極８７の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極８７は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線８４、ソース線８５、ＴＦＴ８６を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極８７は、ＴＦＴ基板８２の内面側に形成されたもので、ＴＦＴ８７のドレイン領域と電気的に接続されている。画素電極８７上には、図３に示すようにこれを覆って第２配向膜８８が形成されている。
【００３３】
図４に示したゲート線８４は、ＴＦＴ基板８２に設けられたゲート線駆動回路（図示せず）に接続されており、ゲート線駆動回路から供給される走査信号を各画素Ｐに供給するようになっている。また、ソース線８５は、ＴＦＴ基板８２に設けられたソース線駆動回路（図示せず）に接続されており、ソース線駆動回路から供給されるデータ信号を各画素Ｐに供給するようになっている。ここで、ソース駆動回路は、特に最小階調で表示するいわゆる黒表示のときには、データ信号を、液晶パネル８０の有効画素領域を複数の領域に分割してなる分割領域毎に、予め設定された最小階調電圧を印加するようになっている。なお、このような制御を行う制御部ついては後述する。
【００３４】
図３に示すように対向基板８１には、ガラス基板の内面側にＩＴＯからなる共通電極（透明電極）（図示せず）が設けられており、さらに共通電極上に第１配向膜８９が形成されている。
配向膜８８、８９は、本実施形態では真空蒸着法によってＳｉＯ２が斜方蒸着されて形成されている。斜方蒸着については、例えば基板面から所定角度傾いた方向から蒸着を行うことにより、蒸着と同じ方位に所望の角度傾いた方向に、ＳｉＯ２のカラムを成長させ、これによって配向膜８８、８９に異方性を付与している。すなわち、配向膜８８、８９は、カラムを基板上に投影したときの傾き方向（カラムの傾き方向）に沿うように、配向規制力を有している。本実施形態では、対向基板８１側の第１配向膜８９とＴＦＴ基板８２側の第２配向膜８８とは、それぞれのカラムの傾き方向Ｋ１、Ｋ２が所定の角度で交差するよう、非平行に形成されている。したがって、これら第１配向膜８８と第２配向膜８９とは、互いに交差する方向に配向規制方向を有している。
【００３５】
そして、これら対向基板８１、ＴＦＴ基板８２が、本実施形態では２．２μｍのセルギャップに保持されて貼り合わされ、その間に誘電率異方性が負の液晶（Δｎ＝０．１２）が注入されたことにより、液晶セルが形成されている。また、液晶層８３を構成する液晶分子８３ａは、プレチルト角θｐ（極角からの角度）が６°となるように配向させられている。なお、ここでは、極角は対向基板８１、ＴＦＴ基板８２の内面の法線方向とする。
【００３６】
このような構成によって液晶分子８３ａは、図３に示したように配向膜８８、８９間において、これら配向膜８８、８９のカラムの傾き方向（チルト方向）Ｋ１、Ｋ２に対応してツイストして（捩れて）いる。この液晶分子のツイスト角度は、図５に示すように、対向基板（第１基板）８１の第１配向膜８９の蒸着方向Ｖ１と、ＴＦＴ基板（第２基板）８２の第２配向膜８８の蒸着方向Ｖ２とによって決まる。ここで、カラムの傾き方向Ｋ２、と蒸着方向Ｖ１、カラムの傾き方向Ｋ１と蒸着方向Ｖ２とは、それぞれの直線の長さ方向について一致している。本実施形態では、液晶分子の特性上その回り易い（捩れやすい）方向が、図５においてＴＦＴ基板８２側から対向基板８１側に向かって、反時計回り方向となっている。したがって、液晶分子のツイスト角度は１２０°となっている。
【００３７】
このように液晶分子８３ａがツイストしていることで、この液晶分子８３ａからなる液晶層８３を有した液晶パネル８０は、正面位相差が非常に小さくなっている。
そして、本実施形態では、図３に示すようにこの液晶パネル８０の対向基板８１の外側、すなわち光出射側に、ネガティブＣプレート（負のＣプレート、以下、単にＣプレートと記す。）からなる位相差補償板６０が、傾けられることなく平行に設けられている。この位相差補償板６０は、例えばスパッタ法等によって基板上に高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されて形成された多層膜からなる１軸性複屈折率体であり、位相差補償板６０の表面に対して垂直な光学軸を有し、液晶パネル８０から出射（反射）してきた斜めの光の位相差を補償するようになっている。
【００３８】
すなわち、位相差補償板（Ｃプレート）６０はその主屈折率が、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚであり、したがってこの位相差補償板６０に対してその光学軸に平行に入射する光に対しては等方的であることから、位相差を補償することができない。一方、液晶パネル８０から出射した光のうち、斜め成分の光については、その位相差を光学補償するようになっている。
【００３９】
また、前記液晶パネル８０には、これと一体に、あるいはこれに接続して、制御部６１が設けられている。この制御部６１は、前記のソース駆動回路を制御することにより、特に最小階調で表示する黒表示の際、前記画素Ｐに予め設定した最小階調電圧を印加させるようにしたものである。具体的には、この制御部６１には、前記画素Ｐの複数の集合による、分離領域が記憶されており、この分離領域毎に、予め設定した最小階調電圧を印加させるようにしている。
【００４０】
液晶パネル８０は、図６の模式図に示すように、矩形状の有効画素領域６２が予め複数の領域に分割され、それぞれ分割領域６３とされている。分割する数については、特に限定されることなく、複数（２以上）であればよい。この分割数は、黒表示を行う際に、有効画素領域６２全体で明るさのばらつきがなく、均一な黒表示が行える数に設定される。ただし、分割数を多くし過ぎると制御が複雑になるとため、十程度〜千程度とするのが好ましい。また、分割の仕方については、例えば矩形状の有効画素領域６２を縦横でそれぞれに分割することにより、矩形状の分割領域６３に設定する。なお、各分割領域６３については、必ずしも構成する画素Ｐの数を全て同じにする必要はなく、各分割領域６３毎に画素Ｐの数を変えてもよい。
【００４１】
本実施形態では、図６に示したように縦横をそれぞれ３分割（それぞれ等分に分割）し、それぞれ同じ数の画素Ｐからなる分割領域６３を、合計９個設定している。これら分割６３は、それぞれを構成する画素Ｐとともに予め設定され、図７のブロック図に示すように、制御部６１の分割領域記憶部６４に記憶されている。
【００４２】
また、制御部６１には、各分割領域６３にそれぞれ印加する最小階調電圧を記憶する、印加電圧記憶部６５が備えられている。この印加電圧記憶部６５に記憶される最小階調電圧は、以下のようにして設定される。
従来では、有効画素領域６２全体について、同一の電圧（通常は０Ｖ）を印加することで最小階調である黒表示を行っていた。
【００４３】
ところが、ツイストＶＡモードでは、製造上のバラツキなどによってパネル面内、すなわち有効画素領域６２内でツイスト角度やプレチルト角、セルギャプなどがわずかにばらついてしまうことにより、黒表示時の明るさも面内でばらついてしまうことがある。このように黒表示時の明るさが面内でばらついてしまうと、黒表示時の有効画素領域６２の表示は、十分な黒、すなわち十分な暗さにならず、部分的に僅かながら明るい領域が形成され、黒表示の均一性が得られなくなってしまう。また、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も、十分な高さにならなくなってしまう。
【００４４】
図８（ａ）は、図６に示した９個の分割領域６３のうちの領域（１）、領域（５）、領域（９）について、印加電圧と明るさとの関係を求めた結果を示すグラフである。なお、この明るさは、図１における液晶パネル８０ｂを反射し、位相差補償板６０を透過し、さらにＷＧ−ＰＢＳ９３ａを反射して色合成素子６、投射光学系７に順次入射し、さらにスクリーン等の被投射面（図示略）に投射された際の明るさを、照度計や輝度計などによって測定した値である。
【００４５】
図８（ａ）に示すように、いずれの領域でも、０Ｖから１．５Ｖ程度の範囲で、明るさがほぼ０であり、したがって黒表示時には、全ての分割領域について、同じ最小階調電圧（例えば０Ｖ）を印加すればよいように思われる。しかし、図８（ａ）において、印加電圧が低い領域を拡大した図８（ｂ）のグラフを見ると、最も暗くなる電圧（最小階調電圧）は、各領域毎に僅かながら異なっている。したがって、黒表示時に全ての分割領域６３へ同じ電圧（例えば０Ｖ）を印加すると、各分割領域６３毎で、その明るさが異なってしまうことが分かる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、前記したように各分割領域６３にそれぞれ印加する最小階調電圧を設定するべく、予め各分割領域６３毎に最も明るさが低くなる（暗くなる）印加電圧を求める。例えば図８（ｂ）から、領域（１）では０．４Ｖ付近が最も暗くなり、領域（５）では０．０Ｖ〜０．３Ｖの範囲で最も暗くなり、領域（９）では０．５Ｖ〜０．６Ｖの間で最も暗くなる。したがって、この結果から、例えば領域（１）では０．４Ｖを最小階調電圧とし、領域（５）では０．０Ｖを最小階調電圧とし、領域（９）では０．５５Ｖを最小階調電圧として設定する。同様にして、残りの分割領域（２）〜（４）、（６）〜（８）についても、それぞれの最小階調電圧を設定しておく。そして、このように設定した最小階調電圧を、図７に示すように対応する分割領域６３とともに、制御部６１の印加電圧記憶部６５に記憶させておく。
【００４７】
また、制御部６１には、前記したようにソース駆動回路に対し、黒表示を行う際に各分割領域６３毎に、予め設定された最小階調電圧を印加するように信号を与える、回路制御部６６が設けられている。この回路制御部６６は、分割領域記憶部６４に記憶した分割領域６３と、印加電圧記憶部６５に記憶した最小階調電圧とに基づき、有効画素領域６２を最小階調で表示するとき、各分割領域６３に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加するように信号を与えるものである。
【００４８】
ここで、従来の液晶パネルでは、黒表示のときの最小階調電圧については同一にしているものの、この最小階調より高い中間階調域や白表示のときの最大階調については、同じ階調を表示するときでも、予め設定した分割領域毎に異なる電圧を印加するようにしている。したがって、本実施形態では、回路制御部６６として、従来の中間階調域や最大階調ついて分割領域毎に印加する電圧を変えるように制御する回路制御部と、同様のものを採用することができる。すなわち、従来の回路制御部において、特に黒表示を行う際に、有効画素領域６１全体に同一の電圧を印加するのでなく、分割領域６３毎に最適な最小階調電圧を印加するように構成することで、本実施形態の回路制御部６６を形成することができる。
【００４９】
このように本実施形態では、分割領域記憶部６４と印加電圧記憶部６５と回路制御部６６とを備えた制御部６１を有しているので、予め設定した分割領域６３毎に、黒表示を行う際の最小階調電圧をそれぞれ独立して設定し、黒表示を行うときに、制御部６１により各分割領域６３に対してそれぞれ設定した黒表示のための最適な最小階調電圧を印加させることができる。したがって、液晶パネル８０の面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制し、黒表示時において有効画素領域６２全体で均一な黒表示を可能にし、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も十分な高さにすることができる。
【００５０】
（実験例１）
前記実施形態の液晶パネル８０及び制御部６１を備えてなる液晶表示装置（液晶プロジェクター１）について、黒表示を行わせた際の、各分割領域（１）〜（９）における黒照度（明るさ）と、コントラスト比とを求めた。得られた結果を表１に示す。なお、表１中において黒照度は、分割領域（５）における照度を１とし、他の分割領域（１）〜（４）、（６）〜（９）についても規格化した値を示している。また、表１中の周辺照度比は、分割領域（５）を除いた各分割領域（１）〜（４）、（６）〜（９）の照度の平均値を、分割領域（５）の照度で割ったものである。さらに、コントラスト比は、最大階調（白表示）での照度と最小階調（黒表示）での照度との比である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
また、比較のため、制御部６１による制御を行うことなく、従来のように黒表示を行わせた際に、全ての分割領域（１）〜（９）に同一の電圧（０Ｖ）を印加した場合の、各分割領域における黒照度（明るさ）とコントラスト比とを求めた。得られた結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表１、表２に示した結果より、制御部６１による制御を行った本実施形態の液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に比べ、各分割領域（１）〜（９）をほぼ均一な暗さにすることができることができ、また、コントラスト比についての、各分割領域間での最大（Ｍａｘ）と最小（Ｍｉｎ）との差も、格段に小さくできることが確認された。
【００５５】
なお、前記実施形態では、本発明に係る液晶パネルとして、反射型ツイストＶＡモードのパネルを用いた場合について説明したが、本発明の液晶表示装置は、透過型のツイストＶＡモードのパネルを用いることができる。その場合に、例えば図１に示した液晶プロジェクター１において、ＷＧ−ＰＢＳ９３を介することなくインテグレーター光学系３からの光を直接、透過型の液晶パネルに入射させるようにする。その際、液晶パネルの出射側に位相差補償板６０を配置しておく。
【００５６】
（実験例２）
このように構成した透過型の液晶パネル及び前記制御部６１を備えてなる液晶表示装置（液晶プロジェクター）について、実験１と同様にして、黒表示を行わせた際の各分割領域（１）〜（９）における黒照度（明るさ）と、コントラスト比とを求めた。得られた結果を表３に示す。
また、比較のため、制御部６１による制御を行うことなく、従来のように黒表示を行わせた際に、全ての分割領域（１）〜（９）に同一の電圧（０Ｖ）を印加した場合の、各分割領域における黒照度（明るさ）とコントラスト比とを求めた。得られた結果を表４に示す。
なお、透過型の液晶パネルとしては、セルギャップを３．８μｍとし、誘電率異方性が負の液晶（Δｎ＝０．１２）を用い、液晶分子のツイスト角度を１２０°にするとともに、液晶分子のプレチルト角θｐ（極角からの角度）を６°となるように配向させたものを用いた。
【００５７】
【表３】
【００５８】
【表４】
【００５９】
表３、表４に示した結果より、制御部６１による制御を行った本実施形態の液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に比べ、各分割領域（１）〜（９）をほぼ均一な暗さにすることができることができ、また、コントラスト比についての、各分割領域間での最大（Ｍａｘ）と最小（Ｍｉｎ）との差も、格段に小さくできることが確認された。
【００６０】
なお、以上では、第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃを代表して第２の画像形成系５ｂについて説明しているが、第１の画像形成系５ａ、第３の画像形成系５ｃについても、制御部６１によって同様の制御を行う。
【００６１】
以上に説明したように、液晶パネル８０と制御部６１とを備えてなる本実施形態の液晶表示装置にあっては、液晶パネル８０の面内で黒表示時の明るさがばらついてしまうのを抑制し、黒表示時において有効画素領域６１全体で均一な黒表示を可能にし、最大階調となる白表示との間のコントラスト比も十分な高さにすることができる。
また、この液晶表示装置を光変調手段として備えた液晶プロジェクター１（投射型表示装置）にあっては、黒表示時の明るさのばらつき抑制され、したがって高コントラストでの表示が可能なものとなる。
【００６２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば前記実施形態では、液晶パネル８０における各分割領域６３の最小階調電圧を、図８（ｂ）に示したようにスクリーン上またはその手前で実際に測定した照度に基づき、決定したが、液晶パネル８０を経て、位相差補償板６０、出射側偏光９２を出射した直後の光の照度を測定し、これに基づいて各分割領域６３の最小階調電圧を決定するようにしてもよい。
このような最小階調電圧の決定方法を採用することにより、液晶パネル８０としては、携帯情報端末の表示画面や、テレビ、モニターなどの直視型のディスプレイにも適用可能となる。さらに、他の液晶表示装置として、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やビューファインダ（ＥＶＦ）に、本発明の液晶表示装置を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…液晶プロジェクター（投射型表示装置）、８（８ａ、８ｂ、８ｃ）…反射型光変調装置、６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）…位相差補償板、６１…制御部、６２…有効画素領域、６３…分割領域、６４…分割領域記憶部、６５…印加電圧記憶部、６６…回路制御部、８０…液晶パネル、８１…対向基板（第１基板）、８２…ＴＦＴ基板（第２基板）、８３…液晶層、８８…第２配向膜、８９…第１配向膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板及び第２基板と、前記第１基板の内面側に設けられた第１配向膜と、前記第２基板の内面側に設けられた第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に挟持された、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層と、を有し、前記第１配向膜と前記第２配向膜とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、前記有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、前記各分割領域毎にそれぞれ設定し、前記有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶パネルの光出射側の基板の外面側に、負のＣプレートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置を光変調手段として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１】
第１基板及び第２基板と、前記第１基板の内面側に設けられた第１配向膜と、前記第２基板の内面側に設けられた第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に挟持された、誘電率異方性が負の液晶を有してなる液晶層と、を有し、前記第１配向膜と前記第２配向膜とに、互いに交差した配向規制方向が付与されてなる液晶パネルと、
前記液晶パネルの有効画素領域を複数の領域に分割して複数の分割領域を設定するとともに、前記有効画素領域を最小階調で表示するときの最小階調電圧を、前記各分割領域毎にそれぞれ設定し、前記有効画素領域を最小階調で表示するときに、各分割領域に対してそれぞれ設定した最小階調電圧を印加させるようにした制御部と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶パネルの光出射側の基板の外面側に、負のＣプレートが設けられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置を光変調手段として備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１５４５０（Ｐ２０１１−２１５４５０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８４９０３（Ｐ２０１０−８４９０３）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【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２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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