液晶装置および投射型表示装置
【課題】 プレチルトが付与された場合であっても良好な光学補償を行なうことのできる液晶装置の構成を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶装置１００は、一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持されてなる液晶装置であって、前記液晶層５０は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板１０，２０のうち少なくとも一方の基板１０の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板７０が設けられており、前記光学補償板７０の光軸方向Ｄと前記液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されていることを特徴とする。
【解決手段】 本発明の液晶装置１００は、一対の基板１０，２０間に液晶層５０が挟持されてなる液晶装置であって、前記液晶層５０は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板１０，２０のうち少なくとも一方の基板１０の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板７０が設けられており、前記光学補償板７０の光軸方向Ｄと前記液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されてい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、液晶装置および投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面表示を可能とした表示装置として、液晶プロジェクタ（投射型表示装置）が実用化されている。このようなプロジェクタにおいては、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をライトバルブとして備えた構成が提案されている。しかし、従来の液晶プロジェクタは投影画像のコントラスト比が１：５００程度しかなく、ＤＭＤ（登録商標）等の機械式シャッタを用いたプロジェクタのコントラスト比１：３０００と比べて見劣りがしていた。その原因は、液晶装置の視角特性にある。そもそも液晶プロジェクタにおいて、液晶装置に入射される光は完全な平行光ではない。ところが、液晶装置には入射角依存性があるため、これが投影画像のコントラスト比を低下させる原因になっている。この対策として、特許文献１では、液晶装置の入射角依存性を補償するために光学補償板を採用し、係る光学補償板の視角補償効果によって、より高コントラストな表示を実現している。
【特許文献１】特公平７−６９５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術は、垂直配向型の液晶セルに光学補償板として負の屈折率異方体を配置することで、斜め光に対しての液晶セルで生じる位相差を補償するものである。しかし、配向制御としてプレチルトをつけた場合、プレチルト角が９０°から低くなるに従って、前記光学補償板の効果が薄れる傾向にある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プレチルトがつけられた場合であっても良好な光学補償を行なうことのできる構成を提供し、更には、このような液晶装置を備えることによって高コントラストな画像表示を行なうことのできる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】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板が設けられており、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行に配置されていることを特徴とする。この液晶装置においては、前記光学補償板は前記一方の基板と平行に配置されており、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線からずれた角度であって、前記液晶のプレチルト方向と略平行な方向に配置されているものとすることができる。或いは、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線方向と略平行な方向に配置されてなり、前記光学補償板は、該光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行となるように前記一方の基板と平行な位置から傾けて配置されているものとすることができる。
この構成によれば、光学補償板の光軸方向が液晶のプレチルトに合わせて傾けて配置されているので、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができる。
【０００５】
本発明の投射型表示装置は、前述した本発明の液晶装置を光変調手段として備えたことを特徴とする。
この構成によれば、黒表示における光漏れを防止することができ、投影画像において高いコントラスト比を得ることができる。
【０００６】
本発明の投射型表示装置においては、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とを一致させるように前記光学補償板の設置角度を調節する調節手段を備えた構成を採用することができる。この構成において、前記調節手段は、前記光学補償板を２軸で回転させる回転機構からなるものとすることができる。
この構成によれば、光学補償板の光軸方向を調節機構によって自由に調節できるので、例えば液晶のプレチルト角が変更される等の設計変更に対して、光学補償板自体の設計変更を伴わずに容易に対応できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。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。なお本明細書では、液晶装置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。
【０００８】
［第１の実施の形態］
最初に、本発明の第１の実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図６を用いて説明する。本実施形態の液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの一方の基板の外側に配置された光学補償板と、この光学補償板の外側及び液晶パネルの他方の基板の外側にそれぞれ配置された偏光板とを有するものである。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透過型液晶パネルを例にして説明する。
【０００９】
（等価回路）
図１は、液晶パネルの等価回路図である。透過型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９が形成されている。また、その画素電極９の側方には、当該画素電極９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３０が形成されている。このＴＦＴ素子３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａ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６ａ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６ａに対してグループ毎に供給してもよい。
【００１０】
また、ＴＦＴ素子３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａ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。なお走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、走査線３ａ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３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａ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。
【００１１】
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９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９と容量線３ｂとの間に蓄積容量１７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。
【００１２】
（平面構造）
図２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９（破線９ａ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９の縦横の境界に沿って、データ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極９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。
【００１３】
ＴＦＴ素子３０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層１ａを中心として形成されている。半導体層１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール５を介して、データ線６ａが電気的に接続されている。また、半導体層１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール８を介して、画素電極９が電気的に接続されている。一方、半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分には、チャネル領域１ａ’が形成されている。なお走査線３ａは、チャネル領域１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。
【００１４】
容量線３ｂは、走査線３ａ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３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａとの交点からデータ線６ａ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６ａ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２中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜１１ａが形成されている。そして、容量線３ｂの突出部と第１遮光膜１１ａ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。
【００１５】
（断面構造）
図３は、液晶パネルの断面構造の説明図であり、図２のＡ−Ａ’線における側面断面図である。図３に示すように、本実施形態の液晶パネル６０は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを主体として構成されている。一方の対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａ、およびその内側に形成された共通電極２１や配向膜２２などを主体として構成されている。
【００１６】
ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、後述する第１遮光膜１１ａおよび第１層間絶縁膜１２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜１２の表面に半導体層１ａが形成され、この半導体層１ａを中心としてＴＦＴ素子３０が形成されている。半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分にはチャネル領域１ａ’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３０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１ｂと高濃度ソース領域１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域１ｃと高濃度ドレイン領域１ｅとが形成されている。
【００１７】
半導体層１ａの表面には、ゲート絶縁膜２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２の表面に走査線３ａ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２および走査線３ａの表面には、第２層間絶縁膜４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜４の表面にデータ線６ａが形成され、第２層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を介して、データ線６ａが高濃度ソース領域１ｄと電気的に接続されている。さらに、第２層間絶縁膜４およびデータ線６ａの表面には、第３層間絶縁膜７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜７の表面に画素電極９が形成され、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール８を介して、画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅと電気的に接続されている。さらに、画素電極９を覆うように、斜方蒸着膜からなる無機垂直配向膜１６が形成されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、半導体層１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３ｂ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１７が構成されている。
【００１９】
また、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板１０の表面に、第１遮光膜１１ａが形成されている。第１遮光膜１１ａは、液晶パネルに入射した光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ'、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するものである。なお、第１遮光膜１１ａは、第１層間絶縁膜１２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３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜１１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜１２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。
【００２０】
一方、データ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する対向基板２０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１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入するのを防止するものである。また、対向基板２０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２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には、斜方蒸着膜からなる無機垂直配向膜２２が形成されている。そして、この配向膜２２と配向膜１６とによって、液晶分子は電圧を印加しない状態において基板の水平面から該水平面内の所定の一方向に傾いて配向される。本実施形態では、配向膜１６と配向膜２２の蒸着角度は例えば基板法線から５０°、膜厚はそれぞれ４０ｎｍに設定されている。このため、液晶分子は基板の水平面から所定方向に８６°（基板法線からは４°）傾いた状態で配向される。以下、この液晶分子の傾き方向（即ち、電圧無印加時における液晶分子のダイレクタの方向）を液晶のプレチルト方向という。
【００２１】
そして、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が挟持されている。この液晶層５０は、負の誘電率異方性を示すネマチック液晶等によって構成されている。すなわち、液晶層５０を構成する液晶分子は、電界無印加時（初期配向状態）に垂直配向し、電界印加時に水平配向するようになっている。
【００２２】
（偏光板）
図４は、本実施形態の液晶装置の分解斜視図である。
本実施形態の液晶装置１００は、上述した液晶パネル６０と、液晶パネル６０のＴＦＴアレイ基板１０の外側に配置された光学補償板７０と、この光学補償板７０の外側及び対向基板２０の外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。液晶パネル６０の光入射側には偏光板６２が配置され、光出射側には偏光板６４が配置されている。光入射側の偏光板６２は、その透過軸が図示Ｙ方向に平行に配置されている。光出射側の偏光板６４は、その透過軸が図示Ｘ方向に平行に配置されている。これらの偏光板６２，６４の透過軸の方向は、前述の液晶のプレチルト方向Ｐを基板面に投影した投影ベクトルの方向Ｐ′に対して斜めに配置されている。
【００２３】
そして、液晶装置１００に対して偏光板６２の下方から光が入射すると、偏光板６２の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板６２を透過する。電界無印加時の液晶パネル６０では、液晶分子が基板面に対して一方向にプレチルトを有した状態で概ね垂直に配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、プレチルトに応じた位相差により偏光状態を変更され楕円偏光として液晶パネル６０から出射する。そして、この楕円偏光は、偏光板６４の透過軸とほぼ直交するため、その偏光板６４をほとんど透過しない。したがって、電界印加時の液晶パネル６０では黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。一方、電界印加時の液晶パネル６０では、液晶分子が垂直配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、複屈折によって偏光方向を入射光に対して直交する方向に変換される。この直線偏光は、偏光板６４の透過軸と一致するため、偏光板６４を透過する。したがって、電界無印加時の液晶パネル６０では白表示が行われる。
【００２４】
（光学補償板）
そして本実施形態では、液晶パネル６０における光出射側の基板２０と偏光板６２との間に光学補償板７０が配置されている。
図５は、光学補償板７０の屈折率楕円体を示す模式図である。この図において、ｎｘ，ｎｙはそれぞれ光学補償板の面方向の主屈折率を示しており、ｎｚは厚み方向の主屈折率を示している。本実施形態の光学補償板７０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、その主屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たす構成とされている。すなわち、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率より小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板７０の水平面７０ａに対して平行に配向されており、光学補償板７０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板７０の法線方向と平行に配置されている。なお、本実施形態では、光学補償板７０の面内位相差（（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ；ｄは光学補償板の厚み）は０．２μｍ、液晶パネル６０のリタデーションは０．３２であり、光学補償板７０の面内位相差の方が液晶パネル６０のリタデーションよりも若干小さめに設定されている。
【００２５】
上述した光学補償板７０は、支持基板に装着されている。支持基板は、無アルカリガラスや熱伝導率の大きいサファイヤや水晶等の透光性材料で構成されている。そして支持基板に装着された光学補償板７０は、図４に示す液晶パネル６０の表面から所定距離をおいて、液晶装置１００に配設されている。これにより、液晶パネル６０からの熱影響による光学補償板７０の劣化を抑制しうるようになっている。また、光学補償板７０は、その光軸方向Ｄが液晶パネル６０のプレチルト方向Ｐと略平行になるよう、液晶パネル６０の基板面に対して角度θ２だけ傾いて配置されている。本実施形態では、液晶のプレチルト角θ１が基板１０の水平面に対して８６°（基板法線からは４°）に設定されているので、光学補償板７０の板面７０ａは、基板１０に水平な位置から４°回転した状態に配置されることになる。光学補償板７０は、該光学補償板７０若しくはこれを支持する支持基板を回転する所定の回転機構（調節手段）によって傾き角θ２を調節されるものとすることができる。このように光学補償板７０の設置角度を調節する調節手段を備えることによって、液晶パネル６０の設計変更に容易に対応できるようになる。この回転機構としては、光学補償板７０を２軸で回転できるようなものが望ましい。
【００２６】
図６は、液晶のプレチルト角θ１と光学補償板７０の傾き角θ２を変化させたときの黒表示時の透過率を示す図である。図６では、ランプ光源がおよそ１０°コーンの強度分布をもつ時の黒表示時の透過率を示している。図６中、符号Ａで示す領域が最も透過率が小さい領域であり、符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，…で示す領域は、この順で透過率が高くなっている。図６に示すように、黒の透過率は、光学補償板７０の光軸方向Ｄを液晶のプレチルト方向Ｐと略平行に配置したときに最も小さくなり、その条件から外れるに従って透過率は高くなる。このため、光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとを揃えることにより、黒浮きを抑えた高コントラストな表示が可能になることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、液晶のプレチルト方向Ｐと光学補償板７０の光軸方向とが一致するように、光学補償板７０を液晶パネル６０に対して傾けて（即ち非平行に）配置している。このため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができ、従来よりも高コントラストな表示が可能となる。
なお、本実施形態では光学補償板７０の枚数を１枚としたが、光学補償板の枚数は２枚以上でもよい。例えば、光学補償板７０を複数の光学補償板によって構成することもできるし、液晶パネル６０の対向基板２０と偏光板６２との間に新たに光学補償板を設けることもできる。また、光学補償板７０は二つの正の屈折率異方性体の遅相軸を互いに直交させて、擬似的に負の屈折率異方性体としても設けることができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る液晶装置につき、図７ないし図９を用いて説明する。本実施形態の液晶装置の基本構成は第１の実施形態と同様であり、異なる点は、光学補償板自体の配置は液晶パネルと平行とし、その光軸のみを水平面から傾けて配置した点のみである。したがって、図７ないし図９において図１ないし図６と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
図７は、本実施形態の液晶装置の分解斜視図である。
本実施形態の液晶装置２００は、液晶パネル６０と、液晶パネル６０のＴＦＴアレイ基板１０の外側に配置された光学補償板８０と、この光学補償板８０の外側及び対向基板２０の外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。本実施形態において、光学補償板８０は液晶パネル６０の基板１０に対して平行に配置されている。
【００３０】
図８は、光学補償板８０の屈折率楕円体を示す模式図である。この図において、ｎｘ，ｎｙはそれぞれ光学補償板の面方向の主屈折率を示しており、ｎｚは厚み方向の主屈折率を示している。本実施形態の光学補償板８０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、その主屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たす構成とされている。すなわち、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率ｎｘ，ｎｙよりも小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板８０の水平面８０ａに対して斜めに配向されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板８０の法線方向に対して角度θ１だけ斜めに傾いた状態となっている。この光軸の傾き角θ１は液晶パネル６０のプレチルト角と略一致しており、これにより、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとは略平行に配置されている。本実施形態では、液晶のプレチルト角θ１は基板１０の水平面に対して８８°（基板法線からは２°）に設定されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄは光学補償板８０の水平面８０ａの法線方向から２°傾いた方向に設定されている。
【００３１】
この光学補償板８０は、例えばディスコティック液晶をチルト配向させて重合させたものを使用することができる。図９はこの光学補償板の一例を示す断面模式図である。図９の光学補償板８０は、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）等の支持体上に配向膜を設け、その配向膜上にトリフェニレン誘導体等のディスコティック層を塗設したものである。ディスコティック化合物は、液晶相を呈したときに、光学的に負の一軸性を示す。そこで、１組の支持体８１，８２の表面にポリイミド等の配向膜８１ａ，８２ａを形成し、一方の支持体上にディスコティック化合物８４を塗設した後、もう一方の支持体によってディスコティック層８３を挟み込む。そして、加熱処理によってディスコティックネマチック（ＮＤ）相を形成させた後に、紫外線等によって重合して配向状態を固定化する。このＮＤ相の形成時に、ディスコティック層８３は配向膜８１ａ，８２ａによってプレチルトを付与され、光軸が斜めに傾いた状態に形成される。光軸８４ａの傾き角θは、配向膜８１ａ，８２ａの配向処理（ラビング等）によって制御され、これによって光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが平行に配置される。
【００３２】
前述の光学補償板８０は、ポリカーボネートやノルボルネン樹脂等をずり応力をかけて延伸することによっても形成することができる。図１０はその形成方法の一例を示す図である。この方法では、まず図１０（ａ）に示すように、材料樹脂８５をガラス転移点付近まで加熱し、２方向から延伸する。そして、加熱した一対の基板９１，９２の間に材料樹脂８５を挟み込み、一方の基板の外側から材料樹脂８５に対して圧力を加えながら、基板９１，９２を互いに反対方向にずらす。これにより、材料樹脂８５の上下の面には互いに反対方向にずり応力がかかり、この材料樹脂８５を構成する光学体の光軸方向が斜めに傾く。光軸の傾き角は、ずり応力の大きさによって制御され、これによって光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとが平行に配置される。
【００３３】
図１１は、視角特性の測定結果を示す図である。図１１（ａ）は光学補償板の光軸を傾けない場合（即ち、光学補償板の光軸方向と液晶のプレチルト方向とが一致しない場合）の等コントラスト曲線を示し、図１１（ｂ）は光学補償板の光軸を本実施形態のように液晶のプレチルト角に合わせて２°傾けた場合の等コントラスト曲線を示している。図１１中、符号Ａで示す領域が最もコントラストが大きい領域であり、符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，…で示す領域は、この順でコントラストが小さくなっている。図１１に示すように、光学補償板の光軸方向を傾けたもの（図１１（ａ））は、傾けないもの（図１１（ｂ））に比べて表示の対称性が高く、高コントラストな表示が行なわれる範囲も広い。このため、光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとを揃えることにより、広視野角且つ高コントラストな表示が得られることがわかる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態でも光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されているため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができ、従来よりも高コントラストな表示が可能となる。
【００３５】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の一例である投射型表示装置について説明する。図１２は、本例の投射型表示装置の一例である３板式の反射型カラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である。
【００３６】
本例の液晶プロジェクタ１０００は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部７１０、インテグレータレンズ７２０、偏光変換素子７３０から概略構成される偏光照明装置７００、この偏光照明装置７００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面７４１により反射させる偏光ビームスプリッタ７４０、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１から反射された光のうち、青色光（Ｂ）の成分を分離するダイクロックミラー７４２、分離された青色光（Ｂ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂ、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光（Ｒ）の成分を反射させて分離するダイクロックミラー７４３、分離された赤色光（Ｒ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、ダイクロックミラー７４３を通過する残りの光の緑色光（Ｇ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇ、３つの反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂにて変調された光をダイクロックミラー７４３、７４２、偏光ビームスプリッタ７４０にて合成し、この合成光をスクリーン７６０に投写する投写レンズからなる投写光学系７５０から構成されている。
【００３７】
光源部７１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ７２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子７２０により偏光光束がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ７４０に至るようになっている。偏光変換素子７３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１によって反射され、反射された光束のうち、青色光（Ｂ）の光束がダイクロックミラー７４２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂによって変調される。また、ダイクロックミラー７４２の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光（Ｒ）の光束はダイクロックミラー７４３の赤色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒによって変調される。一方、ダイクロックミラー７４３の赤色光反射層を透過した緑色光（Ｇ）の光束は反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇにより変調される。以上のようにして反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂによって色光の変調がなされる。
これらの液晶パネルの画素から反射された色光のうち、Ｓ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ７４０を通過せず、Ｐ偏光成分は通過する。この偏光ビームスプリッタ７４０を透過した光により画像が形成される。
【００３８】
ここで、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ，７４５Ｇ，７４５Ｂの構成を図１３を用いて説明する。これら３つの反射型液晶ライトバルブは全く同じ構成を有するため、その１つを反射型液晶ライトバルブ７４５として説明する。本実施形態の反射型液晶ライトバルブ（光変調手段）７４５は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネル６０と、その液晶パネル６０の一方の基板１０Ａの外側に配置された光学補償板８０とを有するものであり、特に、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反射型液晶装置である。液晶パネル６０の基本構成は図１ないし図３に示したものと同様であり、異なるのは、画素電極９がアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等の高反射率の導電材料によって形成されている点と、液晶層５０のリタデーションが第１の実施形態のものに比べて半分程度になっている点（即ち、反射型に適した構成となっている点）のみである。よって、液晶パネル６０の構成に関しては説明を省略する。
【００３９】
光学補償板８０の構成は、前述した第２の実施形態のものと略同様である。すなわち、光学補償板８０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率ｎｘ，ｎｙよりも小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板８０の水平面８０ａに対して斜めに配向されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板８０の法線方向に対して角度θ１だけ斜めに傾いた状態となっている。この光軸の傾き角θ１は液晶５１のプレチルト角と略一致しており、これにより、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶５１のプレチルト方向Ｐとは略平行に配置されている。本実施形態では、液晶５１のプレチルト角θ１は基板１０の水平面に対して８６°（基板法線からは４°）に設定されているので、光学補償板８０の光軸方向Ｄは光学補償板８０の水平面８０ａの法線方向から４°傾いた方向に設定されている。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態のライトバルブ７４５は、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されているため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができる。よって、本実施形態の液晶プロジェクタ１０００によれば、従来のものよりも広視野角且つ高コントラストな画像表示が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、投射型表示装置として反射型の液晶プロジェクタを示したが、本発明はこれに限らず、透過型の液晶プロジェクタに本発明を適用することもできる。この場合には、光変調手段として第１の実施形態や第２の実施形態に示したような透過型の液晶装置を用いる必要がある。また、本実施形態では、電子機器の一例として本発明の液晶装置を備えた投射型表示装置について説明したが、本発明の液晶装置は投射型表示装置に限らず、種々の電子機器に搭載することができる。この電子機器としては例えば、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等があり、前記液晶装置はこれらの光変調手段として好適に用いることができる。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】液晶パネルの等価回路図。
【図２】液晶パネルの平面構造の説明図。
【図３】図２のＡ−Ａ’線における断面図。
【図４】第１実施形態に係る液晶装置の分解斜視図。
【図５】同、光学補償板の屈折率楕円体を示す図。
【図６】光学補償板の傾き角と液晶のプレチルト角とを変化させた場合の黒の透過率を示すグラフ。
【図７】第２実施形態に係る液晶装置の分解斜視図。
【図８】同、光学補償板の屈折率楕円体を示す図。
【図９】同、光学補償板の一構成例を示す断面図。
【図１０】同、光学補償板の作製方法の一例を示す図。
【図１１】光学補償板の光軸を傾けた場合と傾けない場合の等コントラスト曲線を示す図。
【図１２】投射型表示装置の一例を示す図。
【図１３】同、投射型表示装置に適用される液晶装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…対向基板、５０…液晶層、５１…液晶、７０…光学補償板、１００，７４５，７４５Ｒ，７４５Ｇ，７４５Ｂ…液晶装置、１０００…投射型表示装置、Ｄ…光学補償板の光軸方向、Ｐ…液晶のプレチルト方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置および投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面表示を可能とした表示装置として、液晶プロジェクタ（投射型表示装置）が実用化されている。このようなプロジェクタにおいては、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をライトバルブとして備えた構成が提案されている。しかし、従来の液晶プロジェクタは投影画像のコントラスト比が１：５００程度しかなく、ＤＭＤ（登録商標）等の機械式シャッタを用いたプロジェクタのコントラスト比１：３０００と比べて見劣りがしていた。その原因は、液晶装置の視角特性にある。そもそも液晶プロジェクタにおいて、液晶装置に入射される光は完全な平行光ではない。ところが、液晶装置には入射角依存性があるため、これが投影画像のコントラスト比を低下させる原因になっている。この対策として、特許文献１では、液晶装置の入射角依存性を補償するために光学補償板を採用し、係る光学補償板の視角補償効果によって、より高コントラストな表示を実現している。
【特許文献１】特公平７−６９５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術は、垂直配向型の液晶セルに光学補償板として負の屈折率異方体を配置することで、斜め光に対しての液晶セルで生じる位相差を補償するものである。しかし、配向制御としてプレチルトをつけた場合、プレチルト角が９０°から低くなるに従って、前記光学補償板の効果が薄れる傾向にある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プレチルトがつけられた場合であっても良好な光学補償を行なうことのできる構成を提供し、更には、このような液晶装置を備えることによって高コントラストな画像表示を行なうことのできる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】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板が設けられており、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行に配置されていることを特徴とする。この液晶装置においては、前記光学補償板は前記一方の基板と平行に配置されており、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線からずれた角度であって、前記液晶のプレチルト方向と略平行な方向に配置されているものとすることができる。或いは、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線方向と略平行な方向に配置されてなり、前記光学補償板は、該光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行となるように前記一方の基板と平行な位置から傾けて配置されているものとすることができる。
この構成によれば、光学補償板の光軸方向が液晶のプレチルトに合わせて傾けて配置されているので、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができる。
【０００５】
本発明の投射型表示装置は、前述した本発明の液晶装置を光変調手段として備えたことを特徴とする。
この構成によれば、黒表示における光漏れを防止することができ、投影画像において高いコントラスト比を得ることができる。
【０００６】
本発明の投射型表示装置においては、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とを一致させるように前記光学補償板の設置角度を調節する調節手段を備えた構成を採用することができる。この構成において、前記調節手段は、前記光学補償板を２軸で回転させる回転機構からなるものとすることができる。
この構成によれば、光学補償板の光軸方向を調節機構によって自由に調節できるので、例えば液晶のプレチルト角が変更される等の設計変更に対して、光学補償板自体の設計変更を伴わずに容易に対応できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。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。なお本明細書では、液晶装置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。
【０００８】
［第１の実施の形態］
最初に、本発明の第１の実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図６を用いて説明する。本実施形態の液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、その液晶パネルの一方の基板の外側に配置された光学補償板と、この光学補償板の外側及び液晶パネルの他方の基板の外側にそれぞれ配置された偏光板とを有するものである。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透過型液晶パネルを例にして説明する。
【０００９】
（等価回路）
図１は、液晶パネルの等価回路図である。透過型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９が形成されている。また、その画素電極９の側方には、当該画素電極９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３０が形成されている。このＴＦＴ素子３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａ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６ａ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６ａに対してグループ毎に供給してもよい。
【００１０】
また、ＴＦＴ素子３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａ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。なお走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、走査線３ａ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３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａ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。
【００１１】
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９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９と容量線３ｂとの間に蓄積容量１７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。
【００１２】
（平面構造）
図２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９（破線９ａ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９の縦横の境界に沿って、データ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極９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。
【００１３】
ＴＦＴ素子３０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層１ａを中心として形成されている。半導体層１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール５を介して、データ線６ａが電気的に接続されている。また、半導体層１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール８を介して、画素電極９が電気的に接続されている。一方、半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分には、チャネル領域１ａ’が形成されている。なお走査線３ａは、チャネル領域１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。
【００１４】
容量線３ｂは、走査線３ａ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３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａとの交点からデータ線６ａ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６ａ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２中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜１１ａが形成されている。そして、容量線３ｂの突出部と第１遮光膜１１ａ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。
【００１５】
（断面構造）
図３は、液晶パネルの断面構造の説明図であり、図２のＡ−Ａ’線における側面断面図である。図３に示すように、本実施形態の液晶パネル６０は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを主体として構成されている。一方の対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａ、およびその内側に形成された共通電極２１や配向膜２２などを主体として構成されている。
【００１６】
ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、後述する第１遮光膜１１ａおよび第１層間絶縁膜１２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜１２の表面に半導体層１ａが形成され、この半導体層１ａを中心としてＴＦＴ素子３０が形成されている。半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分にはチャネル領域１ａ’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３０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１ｂと高濃度ソース領域１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域１ｃと高濃度ドレイン領域１ｅとが形成されている。
【００１７】
半導体層１ａの表面には、ゲート絶縁膜２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２の表面に走査線３ａ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２および走査線３ａの表面には、第２層間絶縁膜４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜４の表面にデータ線６ａが形成され、第２層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を介して、データ線６ａが高濃度ソース領域１ｄと電気的に接続されている。さらに、第２層間絶縁膜４およびデータ線６ａの表面には、第３層間絶縁膜７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜７の表面に画素電極９が形成され、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール８を介して、画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅと電気的に接続されている。さらに、画素電極９を覆うように、斜方蒸着膜からなる無機垂直配向膜１６が形成されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、半導体層１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３ｂ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１７が構成されている。
【００１９】
また、ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板１０の表面に、第１遮光膜１１ａが形成されている。第１遮光膜１１ａは、液晶パネルに入射した光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ'、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するものである。なお、第１遮光膜１１ａは、第１層間絶縁膜１２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３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜１１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜１２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。
【００２０】
一方、データ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する対向基板２０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１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入するのを防止するものである。また、対向基板２０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２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には、斜方蒸着膜からなる無機垂直配向膜２２が形成されている。そして、この配向膜２２と配向膜１６とによって、液晶分子は電圧を印加しない状態において基板の水平面から該水平面内の所定の一方向に傾いて配向される。本実施形態では、配向膜１６と配向膜２２の蒸着角度は例えば基板法線から５０°、膜厚はそれぞれ４０ｎｍに設定されている。このため、液晶分子は基板の水平面から所定方向に８６°（基板法線からは４°）傾いた状態で配向される。以下、この液晶分子の傾き方向（即ち、電圧無印加時における液晶分子のダイレクタの方向）を液晶のプレチルト方向という。
【００２１】
そして、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が挟持されている。この液晶層５０は、負の誘電率異方性を示すネマチック液晶等によって構成されている。すなわち、液晶層５０を構成する液晶分子は、電界無印加時（初期配向状態）に垂直配向し、電界印加時に水平配向するようになっている。
【００２２】
（偏光板）
図４は、本実施形態の液晶装置の分解斜視図である。
本実施形態の液晶装置１００は、上述した液晶パネル６０と、液晶パネル６０のＴＦＴアレイ基板１０の外側に配置された光学補償板７０と、この光学補償板７０の外側及び対向基板２０の外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。液晶パネル６０の光入射側には偏光板６２が配置され、光出射側には偏光板６４が配置されている。光入射側の偏光板６２は、その透過軸が図示Ｙ方向に平行に配置されている。光出射側の偏光板６４は、その透過軸が図示Ｘ方向に平行に配置されている。これらの偏光板６２，６４の透過軸の方向は、前述の液晶のプレチルト方向Ｐを基板面に投影した投影ベクトルの方向Ｐ′に対して斜めに配置されている。
【００２３】
そして、液晶装置１００に対して偏光板６２の下方から光が入射すると、偏光板６２の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板６２を透過する。電界無印加時の液晶パネル６０では、液晶分子が基板面に対して一方向にプレチルトを有した状態で概ね垂直に配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、プレチルトに応じた位相差により偏光状態を変更され楕円偏光として液晶パネル６０から出射する。そして、この楕円偏光は、偏光板６４の透過軸とほぼ直交するため、その偏光板６４をほとんど透過しない。したがって、電界印加時の液晶パネル６０では黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。一方、電界印加時の液晶パネル６０では、液晶分子が垂直配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、複屈折によって偏光方向を入射光に対して直交する方向に変換される。この直線偏光は、偏光板６４の透過軸と一致するため、偏光板６４を透過する。したがって、電界無印加時の液晶パネル６０では白表示が行われる。
【００２４】
（光学補償板）
そして本実施形態では、液晶パネル６０における光出射側の基板２０と偏光板６２との間に光学補償板７０が配置されている。
図５は、光学補償板７０の屈折率楕円体を示す模式図である。この図において、ｎｘ，ｎｙはそれぞれ光学補償板の面方向の主屈折率を示しており、ｎｚは厚み方向の主屈折率を示している。本実施形態の光学補償板７０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、その主屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たす構成とされている。すなわち、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率より小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板７０の水平面７０ａに対して平行に配向されており、光学補償板７０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板７０の法線方向と平行に配置されている。なお、本実施形態では、光学補償板７０の面内位相差（（ｎｘ−ｎｚ）・ｄ；ｄは光学補償板の厚み）は０．２μｍ、液晶パネル６０のリタデーションは０．３２であり、光学補償板７０の面内位相差の方が液晶パネル６０のリタデーションよりも若干小さめに設定されている。
【００２５】
上述した光学補償板７０は、支持基板に装着されている。支持基板は、無アルカリガラスや熱伝導率の大きいサファイヤや水晶等の透光性材料で構成されている。そして支持基板に装着された光学補償板７０は、図４に示す液晶パネル６０の表面から所定距離をおいて、液晶装置１００に配設されている。これにより、液晶パネル６０からの熱影響による光学補償板７０の劣化を抑制しうるようになっている。また、光学補償板７０は、その光軸方向Ｄが液晶パネル６０のプレチルト方向Ｐと略平行になるよう、液晶パネル６０の基板面に対して角度θ２だけ傾いて配置されている。本実施形態では、液晶のプレチルト角θ１が基板１０の水平面に対して８６°（基板法線からは４°）に設定されているので、光学補償板７０の板面７０ａは、基板１０に水平な位置から４°回転した状態に配置されることになる。光学補償板７０は、該光学補償板７０若しくはこれを支持する支持基板を回転する所定の回転機構（調節手段）によって傾き角θ２を調節されるものとすることができる。このように光学補償板７０の設置角度を調節する調節手段を備えることによって、液晶パネル６０の設計変更に容易に対応できるようになる。この回転機構としては、光学補償板７０を２軸で回転できるようなものが望ましい。
【００２６】
図６は、液晶のプレチルト角θ１と光学補償板７０の傾き角θ２を変化させたときの黒表示時の透過率を示す図である。図６では、ランプ光源がおよそ１０°コーンの強度分布をもつ時の黒表示時の透過率を示している。図６中、符号Ａで示す領域が最も透過率が小さい領域であり、符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，…で示す領域は、この順で透過率が高くなっている。図６に示すように、黒の透過率は、光学補償板７０の光軸方向Ｄを液晶のプレチルト方向Ｐと略平行に配置したときに最も小さくなり、その条件から外れるに従って透過率は高くなる。このため、光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとを揃えることにより、黒浮きを抑えた高コントラストな表示が可能になることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、液晶のプレチルト方向Ｐと光学補償板７０の光軸方向とが一致するように、光学補償板７０を液晶パネル６０に対して傾けて（即ち非平行に）配置している。このため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができ、従来よりも高コントラストな表示が可能となる。
なお、本実施形態では光学補償板７０の枚数を１枚としたが、光学補償板の枚数は２枚以上でもよい。例えば、光学補償板７０を複数の光学補償板によって構成することもできるし、液晶パネル６０の対向基板２０と偏光板６２との間に新たに光学補償板を設けることもできる。また、光学補償板７０は二つの正の屈折率異方性体の遅相軸を互いに直交させて、擬似的に負の屈折率異方性体としても設けることができる。
【００２８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る液晶装置につき、図７ないし図９を用いて説明する。本実施形態の液晶装置の基本構成は第１の実施形態と同様であり、異なる点は、光学補償板自体の配置は液晶パネルと平行とし、その光軸のみを水平面から傾けて配置した点のみである。したがって、図７ないし図９において図１ないし図６と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
図７は、本実施形態の液晶装置の分解斜視図である。
本実施形態の液晶装置２００は、液晶パネル６０と、液晶パネル６０のＴＦＴアレイ基板１０の外側に配置された光学補償板８０と、この光学補償板８０の外側及び対向基板２０の外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。本実施形態において、光学補償板８０は液晶パネル６０の基板１０に対して平行に配置されている。
【００３０】
図８は、光学補償板８０の屈折率楕円体を示す模式図である。この図において、ｎｘ，ｎｙはそれぞれ光学補償板の面方向の主屈折率を示しており、ｎｚは厚み方向の主屈折率を示している。本実施形態の光学補償板８０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、その主屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚを満たす構成とされている。すなわち、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率ｎｘ，ｎｙよりも小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板８０の水平面８０ａに対して斜めに配向されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板８０の法線方向に対して角度θ１だけ斜めに傾いた状態となっている。この光軸の傾き角θ１は液晶パネル６０のプレチルト角と略一致しており、これにより、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとは略平行に配置されている。本実施形態では、液晶のプレチルト角θ１は基板１０の水平面に対して８８°（基板法線からは２°）に設定されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄは光学補償板８０の水平面８０ａの法線方向から２°傾いた方向に設定されている。
【００３１】
この光学補償板８０は、例えばディスコティック液晶をチルト配向させて重合させたものを使用することができる。図９はこの光学補償板の一例を示す断面模式図である。図９の光学補償板８０は、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）等の支持体上に配向膜を設け、その配向膜上にトリフェニレン誘導体等のディスコティック層を塗設したものである。ディスコティック化合物は、液晶相を呈したときに、光学的に負の一軸性を示す。そこで、１組の支持体８１，８２の表面にポリイミド等の配向膜８１ａ，８２ａを形成し、一方の支持体上にディスコティック化合物８４を塗設した後、もう一方の支持体によってディスコティック層８３を挟み込む。そして、加熱処理によってディスコティックネマチック（ＮＤ）相を形成させた後に、紫外線等によって重合して配向状態を固定化する。このＮＤ相の形成時に、ディスコティック層８３は配向膜８１ａ，８２ａによってプレチルトを付与され、光軸が斜めに傾いた状態に形成される。光軸８４ａの傾き角θは、配向膜８１ａ，８２ａの配向処理（ラビング等）によって制御され、これによって光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが平行に配置される。
【００３２】
前述の光学補償板８０は、ポリカーボネートやノルボルネン樹脂等をずり応力をかけて延伸することによっても形成することができる。図１０はその形成方法の一例を示す図である。この方法では、まず図１０（ａ）に示すように、材料樹脂８５をガラス転移点付近まで加熱し、２方向から延伸する。そして、加熱した一対の基板９１，９２の間に材料樹脂８５を挟み込み、一方の基板の外側から材料樹脂８５に対して圧力を加えながら、基板９１，９２を互いに反対方向にずらす。これにより、材料樹脂８５の上下の面には互いに反対方向にずり応力がかかり、この材料樹脂８５を構成する光学体の光軸方向が斜めに傾く。光軸の傾き角は、ずり応力の大きさによって制御され、これによって光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとが平行に配置される。
【００３３】
図１１は、視角特性の測定結果を示す図である。図１１（ａ）は光学補償板の光軸を傾けない場合（即ち、光学補償板の光軸方向と液晶のプレチルト方向とが一致しない場合）の等コントラスト曲線を示し、図１１（ｂ）は光学補償板の光軸を本実施形態のように液晶のプレチルト角に合わせて２°傾けた場合の等コントラスト曲線を示している。図１１中、符号Ａで示す領域が最もコントラストが大きい領域であり、符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，…で示す領域は、この順でコントラストが小さくなっている。図１１に示すように、光学補償板の光軸方向を傾けたもの（図１１（ａ））は、傾けないもの（図１１（ｂ））に比べて表示の対称性が高く、高コントラストな表示が行なわれる範囲も広い。このため、光軸方向Ｄとプレチルト方向Ｐとを揃えることにより、広視野角且つ高コントラストな表示が得られることがわかる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態でも光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されているため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができ、従来よりも高コントラストな表示が可能となる。
【００３５】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の一例である投射型表示装置について説明する。図１２は、本例の投射型表示装置の一例である３板式の反射型カラー液晶プロジェクタの概略構成を示す図である。
【００３６】
本例の液晶プロジェクタ１０００は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部７１０、インテグレータレンズ７２０、偏光変換素子７３０から概略構成される偏光照明装置７００、この偏光照明装置７００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面７４１により反射させる偏光ビームスプリッタ７４０、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１から反射された光のうち、青色光（Ｂ）の成分を分離するダイクロックミラー７４２、分離された青色光（Ｂ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂ、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光（Ｒ）の成分を反射させて分離するダイクロックミラー７４３、分離された赤色光（Ｒ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、ダイクロックミラー７４３を通過する残りの光の緑色光（Ｇ）を変調する反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇ、３つの反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂにて変調された光をダイクロックミラー７４３、７４２、偏光ビームスプリッタ７４０にて合成し、この合成光をスクリーン７６０に投写する投写レンズからなる投写光学系７５０から構成されている。
【００３７】
光源部７１０から出射されたランダムな偏光光束は、インテグレータレンズ７２０により複数の中間光束に分割された後、第２のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子７２０により偏光光束がほぼ揃った一種類の偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換されてから偏光ビームスプリッタ７４０に至るようになっている。偏光変換素子７３０から出射されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ７４０のＳ偏光光束反射面７４１によって反射され、反射された光束のうち、青色光（Ｂ）の光束がダイクロックミラー７４２の青色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｂによって変調される。また、ダイクロックミラー７４２の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光（Ｒ）の光束はダイクロックミラー７４３の赤色光反射層にて反射され、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒによって変調される。一方、ダイクロックミラー７４３の赤色光反射層を透過した緑色光（Ｇ）の光束は反射型液晶ライトバルブ７４５Ｇにより変調される。以上のようにして反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ、７４５Ｇ、７４５Ｂによって色光の変調がなされる。
これらの液晶パネルの画素から反射された色光のうち、Ｓ偏光成分はＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ７４０を通過せず、Ｐ偏光成分は通過する。この偏光ビームスプリッタ７４０を透過した光により画像が形成される。
【００３８】
ここで、反射型液晶ライトバルブ７４５Ｒ，７４５Ｇ，７４５Ｂの構成を図１３を用いて説明する。これら３つの反射型液晶ライトバルブは全く同じ構成を有するため、その１つを反射型液晶ライトバルブ７４５として説明する。本実施形態の反射型液晶ライトバルブ（光変調手段）７４５は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネル６０と、その液晶パネル６０の一方の基板１０Ａの外側に配置された光学補償板８０とを有するものであり、特に、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反射型液晶装置である。液晶パネル６０の基本構成は図１ないし図３に示したものと同様であり、異なるのは、画素電極９がアルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等の高反射率の導電材料によって形成されている点と、液晶層５０のリタデーションが第１の実施形態のものに比べて半分程度になっている点（即ち、反射型に適した構成となっている点）のみである。よって、液晶パネル６０の構成に関しては説明を省略する。
【００３９】
光学補償板８０の構成は、前述した第２の実施形態のものと略同様である。すなわち、光学補償板８０は、ディスコティック化合物等の負の屈折率異方性を有する光学異方体からなり、光軸Ｄ方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率ｎｘ，ｎｙよりも小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。この屈折率楕円体は、光学補償板８０の水平面８０ａに対して斜めに配向されており、光学補償板８０の光軸方向Ｄ（屈折率楕円体の短軸方向）は光学補償板８０の法線方向に対して角度θ１だけ斜めに傾いた状態となっている。この光軸の傾き角θ１は液晶５１のプレチルト角と略一致しており、これにより、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶５１のプレチルト方向Ｐとは略平行に配置されている。本実施形態では、液晶５１のプレチルト角θ１は基板１０の水平面に対して８６°（基板法線からは４°）に設定されているので、光学補償板８０の光軸方向Ｄは光学補償板８０の水平面８０ａの法線方向から４°傾いた方向に設定されている。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態のライトバルブ７４５は、光学補償板８０の光軸方向Ｄと液晶のプレチルト方向Ｐとが略平行に配置されているため、液晶のプレチルトによる位相差及び斜め方向の光による位相差を完全に補償することができる。よって、本実施形態の液晶プロジェクタ１０００によれば、従来のものよりも広視野角且つ高コントラストな画像表示が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、投射型表示装置として反射型の液晶プロジェクタを示したが、本発明はこれに限らず、透過型の液晶プロジェクタに本発明を適用することもできる。この場合には、光変調手段として第１の実施形態や第２の実施形態に示したような透過型の液晶装置を用いる必要がある。また、本実施形態では、電子機器の一例として本発明の液晶装置を備えた投射型表示装置について説明したが、本発明の液晶装置は投射型表示装置に限らず、種々の電子機器に搭載することができる。この電子機器としては例えば、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等があり、前記液晶装置はこれらの光変調手段として好適に用いることができる。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】液晶パネルの等価回路図。
【図２】液晶パネルの平面構造の説明図。
【図３】図２のＡ−Ａ’線における断面図。
【図４】第１実施形態に係る液晶装置の分解斜視図。
【図５】同、光学補償板の屈折率楕円体を示す図。
【図６】光学補償板の傾き角と液晶のプレチルト角とを変化させた場合の黒の透過率を示すグラフ。
【図７】第２実施形態に係る液晶装置の分解斜視図。
【図８】同、光学補償板の屈折率楕円体を示す図。
【図９】同、光学補償板の一構成例を示す断面図。
【図１０】同、光学補償板の作製方法の一例を示す図。
【図１１】光学補償板の光軸を傾けた場合と傾けない場合の等コントラスト曲線を示す図。
【図１２】投射型表示装置の一例を示す図。
【図１３】同、投射型表示装置に適用される液晶装置の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…対向基板、５０…液晶層、５１…液晶、７０…光学補償板、１００，７４５，７４５Ｒ，７４５Ｇ，７４５Ｂ…液晶装置、１０００…投射型表示装置、Ｄ…光学補償板の光軸方向、Ｐ…液晶のプレチルト方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、
前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板が設けられており、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行に配置されていることを特徴とする、液晶装置。
【請求項２】
前記光学補償板は前記一方の基板と平行に配置されており、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線からずれた角度であって、前記液晶のプレチルト方向と略平行な方向に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線方向と略平行な方向に配置されてなり、前記光学補償板は、該光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行となるように前記一方の基板と平行な位置から傾けて配置されていることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶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５】
前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とを一致させるように前記光学補償板の設置角度を調節する調節手段を備えたことを特徴とする、請求項４記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記調節手段は、前記光学補償板を２軸で回転させる回転機構からなることを特徴とする、請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項１】
一対の基板間に液晶層が挟持されてなる液晶装置であって、
前記液晶層は、初期配向状態が垂直配向を呈する誘電異方性が負の液晶からなり、前記液晶には所定の一方向にプレチルトが付与されており、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板の外側には、負の屈折率異方性を有する光学補償板が設けられており、前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行に配置されていることを特徴とする、液晶装置。
【請求項２】
前記光学補償板は前記一方の基板と平行に配置されており、前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線からずれた角度であって、前記液晶のプレチルト方向と略平行な方向に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記光学補償板の光軸方向は、該光学補償板の法線方向と略平行な方向に配置されてなり、前記光学補償板は、該光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とが略平行となるように前記一方の基板と平行な位置から傾けて配置されていることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶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５】
前記光学補償板の光軸方向と前記液晶のプレチルト方向とを一致させるように前記光学補償板の設置角度を調節する調節手段を備えたことを特徴とする、請求項４記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記調節手段は、前記光学補償板を２軸で回転させる回転機構からなることを特徴とする、請求項５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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−７８６３７（Ｐ２００６−７８６３７Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６０７５３（Ｐ２００４−２６０７５３）
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【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３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【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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