JP2002014345A

JP2002014345A - 投射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002014345A
Application number: JP2000194224A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanimoto; 豪谷本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】黒レベルの表示を改善し、従来に比べてコン
トラストの高い画像表示を行うことができる投射型液晶
表示装置を提供する。【解決手段】液晶パネル３２に対して光の出射側に光
学補償素子３４を設け、液晶層における光の入射側領域
に存在する液晶分子に対する光学補償を行う。光学補償
素子３４を液晶パネル３２に対して光の出射側に設けて
いるので、液晶パネル３２に設けられているマイクロレ
ンズ４２の影響を受けることなく、光の入射側領域に存
在する液晶分子によって生じる複屈折を解消することが
できる。これにより、マイクロレンズ４２の影響を受け
ることなく、黒レベルの表示を改善し、従来に比べてコ
ントラストの高い画像表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子を用
いて画像を表示するようにした投射型液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶表示素子（以下、液晶パ
ネルという。）によって光変調された光をスクリーンに
投射して、画像を表示するようにした投射型液晶表示装
置（液晶プロジェクタ）がある。投射型液晶表示装置に
おける画像の投射方式としては、スクリーンの前面側よ
り画像を投射する前面投射式（フロント式）と、スクリ
ーンの背面側より画像を投射する背面投射式（リア式）
とがある。また、投射型液晶表示装置において、カラー
表示を行うものには、液晶パネルを１枚用いる単板方式
と、赤（Red＝Ｒ），緑（Green＝Ｇ），青（Blue＝Ｂ）
の３つの色光に対応した３枚の液晶パネルを用いる３板
方式とがある。

【０００３】投射型液晶表示装置においては、ＴＮ（Tw
isted Nematic；ねじれネマチック）型の液晶パネルが
多く使用されている。ＴＮ型の液晶パネルは、ネマチッ
ク液晶を、２つの基板間にねじれた状態で封入したもの
である。ネマチック液晶は、複数の棒状の分子からなる
ものであり、その分子長軸が一定の方向に揃った状態で
配列されている。また、ネマチック液晶は、一般に、正
の１軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有し
ている。この場合、液晶分子の光学軸の方向は、分子長
軸の方向と同一となる。ＴＮ型の液晶パネルでは、分子
長軸が、２つの基板のそれぞれに対して平行となるよう
に配列すると共に、一方の基板から他方の基板に向かう
に従い、分子長軸が９０°ねじれた状態となるようにし
て、ネマチック液晶を封入している。このようなＴＮ型
の液晶パネルに、電圧を印加しない通常状態で光が入射
すると、液晶のねじれによって旋光性が生じ、光の振動
方向が液晶のねじれに沿って９０°回転させられる。一
方、ＴＮ型の液晶パネルに電圧を印加すると、分子長軸
が基板に対して垂直となるように液晶分子の配列状態が
変化し、旋光性が失われる。従って、この状態で入射し
た光は、振動方向が一定の状態で液晶パネルを透過す
る。

【０００４】図１３は、投射型液晶表示装置における液
晶パネル周辺部の構成例を表している。この構成例で
は、液晶パネル１０１に対して、光の入射側に入射側偏
光板１０２が配置され、光の出射側に出射側偏光板１０
３が配置されている。液晶パネル１０１は、ＴＮ液晶を
用いた透過型のものであり、内部の図示しない２つの基
板間に、ネマチック液晶をねじれた状態で封入してい
る。入射側偏光板１０２と出射側偏光板１０３は、光の
透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係と
なるように配置されている。入射側偏光板１０２の透過
軸は、液晶パネル１０１の入射側の基板表面における液
晶分子の配列方向と同一方向となるように設定されてい
る。一方、出射側偏光板１０３の透過軸は、液晶パネル
１０１の出射側の基板表面における液晶分子の配列方向
と同一方向となるように設定されている。

【０００５】このような構成において、入射側偏光板１
０２に図示しない光源からの照射光Ｌ０が入射すると、
入射側偏光板１０２の透過軸と同一の振動方向の直線偏
光成分１１１のみが、入射側偏光板１０２を透過する。
一方、入射側偏光板１０２の透過軸に直交する振動方向
の光成分１１２は、入射側偏光板１０２に吸収され透過
しない。入射側偏光板１０２を透過した光成分１１１
は、次に、液晶パネル１０１に入射する。

【０００６】ここで、液晶パネル１０１において液晶層
に電圧を印加していない通常状態であるときには、液晶
のねじれによって旋光性が生じ、光の振動方向が液晶の
ねじれに沿って９０°回転させられる。これにより、液
晶パネル１０１を出射した光は、その振動方向が出射側
偏光板１０３の透過軸と同一方向になり、出射側偏光板
１０３を透過する。出射側偏光板１０３を透過した光
は、図示しない投射光学系を介してスクリーンに投射さ
れる。このとき、画像の表示状態は、いわゆる白レベル
の表示となる。一方、液晶パネル１０１において液晶層
に電圧を印加している通電状態のときには、その分子長
軸が光軸１００と同一方向となるように液晶分子の配列
状態が変化して、旋光性が失われる。従って、入射側偏
光板１０２を透過した直線偏光成分１１１が、図１３に
示したように、その振動方向を保った状態で、液晶パネ
ル１０１を出射する。この振動方向を保った状態で出射
した光は、出射側偏光板１０３に吸収され、透過しな
い。このとき、画像の表示状態は、いわゆる黒レベルの
表示となる。このように、液晶パネルにおいて、液晶層
に電圧を印加しない通常状態で光を透過させて白レベル
の表示を行う表示方式は、一般に「ノーマリ・ホワイ
ト」と呼ばれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１３に示
した構成例において、理想的な黒レベルの表示を行うた
めには、通電状態のときに、液晶パネル１０１から、振
動方向が出射側偏光板１０３の透過軸と直交する直線偏
光成分１１１のみを出射する必要がある。しかしなが
ら、実際には、液晶パネル１０１の特性により、通電状
態のときに、直線偏光成分１１１に直交する振動方向の
光成分１１３が発生する（図２参照）。ここで発生した
光成分１１３は、その振動方向が出射側偏光板１０３の
透過軸と同方向であるため、出射側偏光板１０３をその
まま透過する。この光成分１１３の光強度は、入射側偏
光板１０２によって吸収された同一振動方向の光成分１
１２に比べると小さいものではあるが、黒レベルの表示
を十分劣化させる虞がある。このような黒レベル表示の
劣化は、画像表示におけるコントラストの低下を招くの
で問題となる。なお、図１４では、直線偏光成分１１１
に直交する光成分１１２、１１３の光強度の大小関係
を、円形状の図形の大きさによって模式的に表してい
る。

【０００８】ここで、通電状態のときにも、液晶パネル
１０１から不要な光成分が出射される理由について簡単
に説明する。なお以下では、液晶分子が正の１軸性結晶
と同様の複屈折性を有しているものとして説明する。通
電状態のときに、液晶分子の分子長軸が、液晶層の全て
の領域において光軸１００と同一方向となるように配列
されていれば、光軸１００に平行に入射する光について
は、その振動方向を保った状態で、液晶パネル１０１を
出射させることができる。しかしながら、一般には、通
電状態において、全ての領域における液晶分子が、光軸
１００と同一方向となるように配列されることは少な
い。特に、液晶層の界面付近に存在する液晶分子は、通
電状態においても、配列状態が十分変化せず、その分子
長軸が光軸１００に対して傾斜した状態となっている。
従って、液晶層に入射した光は、界面付近に存在する液
晶分子、すなわち、液晶層における光の入射側領域と出
射側領域とにある液晶分子によって、光の振動方向が変
化させられる。このようにして、液晶パネル１０１にお
いて不要な光成分が発生すると、液晶パネル１０１に入
射した直線偏光の光が楕円偏光となって出射されること
になる。

【０００９】一方、いわゆる直視型の液晶表示装置の分
野では、従来より、液晶分子の複屈折性のために、液晶
パネルを斜めから見た状態のときに、光の透過状態が変
化し、画像の表示品位が低下する問題があることが知ら
れている。この問題は、一般に、視野角依存性と呼ばれ
ている。直視型の液晶表示装置の分野においては、近
年、この視野角依存性を改善するための光学補償素子が
開発されている。そこで、このような直視型の液晶表示
装置向けに開発されている光学補償素子を、投射型液晶
表示装置に使用することで、コントラストの改善を行う
ことが考えられる。

【００１０】図１５は、上述の光学補償素子を、投射型
液晶表示装置に適用した場合の構成例を示している。図
１５に示した構成例は、光学補償素子１０４，１０５を
備えていること以外は、実質的に図１３に示した構成と
同様である。図１５に示したように、光学補償素子１０
４は、入射側偏光板１０２と液晶パネル１０１との間に
配置されている。光学補償素子１０５は、液晶パネル１
０１と出射側偏光板１０３との間に配置されている。光
学補償素子１０４は、液晶層における光の入射側領域の
液晶分子によって生ずる光学的な位相差を補償する機能
を有している。一方、光学補償素子１０５は、液晶層に
おける光の出射側領域の液晶分子によって生ずる光学的
な位相差を補償する機能を有している。

【００１１】このような構成において、入射側偏光板１
０２から出射した直線偏光成分１１１が、光学補償素子
１０４に入射すると、光学補償素子１０４の作用によ
り、図示したように、直線偏光成分１１１に直交する振
動方向の光成分１１４が発生する。光学補償素子１０４
から出射した光成分１１４と直線偏光成分１１１は、次
に、液晶パネル１０１に入射する。液晶パネル１０１が
通電状態であるときには、入射した光が、まず、液晶層
の光の入射側領域に存在する液晶分子の複屈折性によっ
て、直線偏光成分１１１のみに変換される。このように
して、光学補償素子１０４は、結果的に、液晶層におけ
る光の入射側領域の液晶分子によって生ずる光学的な位
相差を補償する。

【００１２】直線偏光成分１１１の光が、さらに、液晶
層の光の出射側領域を透過すると、出射側領域に存在す
る液晶分子の複屈折性によって、直線偏光成分１１１に
直交する振動方向の光成分１１５が、再び発生する。液
晶パネル１０１から出射された光成分１１５と直線偏光
成分１１１の光は、光学補償素子１０５の作用により、
図示したように、直線偏光成分１１１のみとなって出射
される。このようにして、光学補償素子１０５は、液晶
層における光の出射側領域の液晶分子によって生ずる光
学的な位相差を補償する。これにより、光学補償素子１
０５から出射されるのは、出射側偏光板１０３の透過軸
に直交する直線偏光成分１１１のみとなり、出射側偏光
板１０３によって吸収される。以上のようにして、光学
補償素子１０４，１０５によって、黒レベル表示の劣化
が防止され、コントラスト改善を行うことができる。

【００１３】一般に、光学補償素子を利用する場合に
は、光学補償素子に入射する光の入射角度が、補償しよ
うとする液晶領域に入射する光の入射角度と同一となる
ように設定されていると、理想的な光学補償を行うこと
ができる。しかしながら、投射型液晶表示装置に使用さ
れる液晶パネルには、光の入射側領域に、開口効率の向
上や色純度の向上のために、マイクロレンズが配置され
ることが多い。このように、光学補償素子と液晶パネル
との間に他の光学要素が配置されると、光学補償素子に
対する光の入射角度と、液晶領域に入射する光の入射角
度とに差が生じる。このような状態になると、光学補償
素子によって、十分な光学補償を行うことができなくな
り、コントラストの低下を招くという問題が生ずる。

【００１４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、黒レベルの表示を改善し、従来に比
べてコントラストの高い画像表示を行うことができる投
射型液晶表示装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による投射型液晶
表示装置は、画像表示に必要とされる光を発する光源
と、複数の液晶分子がねじれた状態で配列された液晶層
を有し、液晶層に画像信号に応じて選択的に電圧を印加
することにより、液晶分子の配列状態を変化させ、液晶
層を透過する光を変調させる透過型の液晶表示素子と、
液晶表示素子に対して光の出射側に設けられ、液晶層の
光の入射側領域における液晶分子によって生じる光学的
な位相差を補償する第１の光学補償素子と、液晶表示素
子によって変調された光を投射する投射レンズとを備え
ている。

【００１６】なお、本発明による投射型液晶表示装置に
おいて、第１の光学補償素子は、負結晶が持つ複屈折性
に相当する複屈折性を有する物質を含んで構成されてい
ることが望ましい。また、本発明による投射型液晶表示
装置は、液晶表示素子に対して光の出射側に設けられ、
液晶層の光の出射側領域における液晶分子によって生じ
る光学的な位相差を補償する第２の光学補償素子を、さ
らに備えることが望ましい。

【００１７】また、本発明による投射型液晶表示装置
は、液晶表示素子に対して光の出射側に設けられ、液晶
層のうち、光の入射側領域と出射側領域とを除いた領域
に存在する液晶分子によって生じる光学的な位相差を補
償する第３の光学補償素子を、さらに備えることが望ま
しい。第３の光学補償素子は、例えば、負の１軸性結晶
が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有する物質によっ
て構成されていることが望ましい。第３の光学補償素子
は、例えば、液晶層内の各液晶分子が、正の１軸性結晶
が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有し、電圧を印加
した状態で、光の入射側領域から中心部に向かうに従
い、その分子長軸が、光の入射面に対して平行もしくは
それに近い状態から、光の入射面に対して垂直もしくは
それに近い状態となるように配列状態が変化するように
配列されている場合に、その分子長軸が光の入射面に対
して垂直に配列された液晶分子によって生じる光学的な
位相差を補償するものである。このとき、第３の光学補
償素子を構成する複屈折性を有する物質は、その光学軸
が、液晶層に電圧を印加した状態で、補償対象となる液
晶分子の分子長軸と平行になるように配列されているこ
とが望ましい。

【００１８】本発明による投射型液晶表示装置では、液
晶表示素子に対して光の出射側に設けられた第１の光学
補償素子によって、液晶層の光の入射側領域における液
晶分子によって生じる光学的な位相差が補償される。

【００１９】また、本発明による投射型液晶表示装置で
は、例えば負の１軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複
屈折性を有する物質によって構成された第３の光学補償
素子によって、例えば、液晶層内の各液晶分子が、正の
１軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有し、
電圧を印加した状態で、光の入射側領域から中心部に向
かうに従い、分子長軸が光の入射面に対して垂直となる
ように配列されている場合に、その分子長軸が垂直に配
列された液晶分子によって生じる光学的な位相差が補償
される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る投射型液晶表示装置の全体構成を
示している。この図に示した投射型液晶表示装置は、透
過型の液晶パネルを３枚用いてカラー画像表示を行う３
板方式のものである。この投射型液晶表示装置は、光軸
１０に沿って、光源１１と、ＵＶ（紫外線）／ＩＲ（赤
外線）カットフィルタ１２と、フライアイレンズ１３，
１４と、集光レンズ１５と、ダイクロイックミラー１６
とを順番に備えている。

【００２２】光源１１は、カラー画像表示に必要とされ
る、赤色光、青色光および緑色光を含んだ白色光を発す
るようになっている。この光源１１は、白色光を発する
発光体１１ａと、発光体１１ａから発せられた光を反
射、集光する凹面鏡１１ｂとを含んで構成されている。
発光体１１ａとしては、例えば、ハロゲンランプ、メタ
ルハライドランプまたはキセノンランプ等が使用され
る。凹面鏡１１ｂは、集光効率が良い形状であることが
望ましく、例えば回転楕円面鏡や回転放物面鏡等の回転
対称な面形状となっている。

【００２３】ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２は、光源１
１から発せられた白色光に含まれる紫外および赤外領域
の光を除去する機能を有している。フライアイレンズ１
３，１４は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２を透過した
光を拡散させて光の照度分布を均一化する機能を有して
いる。ダイクロイックミラー１６は、ＵＶ／ＩＲカット
フィルタ１２、フライアイレンズ１３，１４および集光
レンズ１５を介して入射した光を、赤色光ＬＲと、その
他の色光とに分離する機能を有している。

【００２４】この投射型液晶表示装置は、また、ダイク
ロイックミラー１６によって分離された赤色光ＬＲの光
路に沿って、全反射ミラー１７と、集光レンズ２３Ｒ
と、液晶パネル部２４Ｒとを順番に備えている。全反射
ミラー１７は、ダイクロイックミラー１６によって分離
された赤色光ＬＲを、液晶パネル部２４Ｒに向けて反射
するようになっている。集光レンズ２３Ｒは、ダイクロ
イックミラー１６によって反射された赤色光ＬＲを、液
晶パネル部２４Ｒに集光するようになっている。液晶パ
ネル部２４Ｒは、全反射ミラー１７および集光レンズ２
３Ｒを介して入射した赤色光ＬＲを、画像信号に応じて
空間的に変調する機能を有している。

【００２５】この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイ
クロイックミラー１６によって分離された他の色光の光
路に沿って、ダイクロイックミラー１８を備えている。
ダイクロイックミラー１８は、入射した光を、緑色光と
青色光とに分離する機能を有している。

【００２６】この投射型液晶表示装置は、また、ダイク
ロイックミラー１８によって分離された緑色光ＬＧの光
路に沿って、集光レンズ２３Ｇと、液晶パネル部２４Ｇ
とを順番に備えている。集光レンズ２３Ｇは、ダイクロ
イックミラー１８によって分離された緑色光ＬＧを、液
晶パネル部２４Ｇに集光するようになっている。液晶パ
ネル部２４Ｇは、集光レンズ２３Ｇを介して入射した緑
色光ＬＧを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を
有している。

【００２７】この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイ
クロイックミラー１８によって分離された青色光ＬＢの
光路に沿って、リレーレンズ１９と、全反射ミラー２０
と、リレーレンズ２１と、全反射ミラー２２と、集光レ
ンズ２３Ｂと、液晶パネル部２４Ｂとを順番に備えてい
る。全反射ミラー２０は、ダイクロイックミラー１８に
よって分離され、リレーレンズ１９を介して入射した青
色光ＬＢを、全反射ミラー２２に向けて反射するように
なっている。全反射ミラー２２は、全反射ミラー２０に
よって反射され、リレーレンズ２１を介して入射した青
色光ＬＢを、液晶パネル部２４Ｂに向けて反射するよう
になっている。液晶パネル部２４Ｂは、全反射ミラー２
２によって反射され、集光レンズ２３Ｂを介して入射し
た青色光ＬＢを、画像信号に応じて空間的に変調する機
能を有している。

【００２８】この投射型液晶表示装置は、また、赤色光
ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置
に、３つの色光ＬＲ、ＬＧ，ＬＢを合成する機能を有し
たダイクロイックプリズム２５を備えている。この投射
型液晶表示装置は、また、ダイクロイックプリズム２５
から出射された合成光を、スクリーン２７に向けて投射
するための投射レンズ２６を備えている。ダイクロイッ
クプリズム２５は、３つの入射面２５Ｒ，２５Ｇ，２５
Ｇと、１つの出射面２５Ｔとを有している。入射面２５
Ｒには、液晶パネル部２４Ｒから出射された赤色光ＬＲ
が入射するようになっている。入射面２５Ｇには、液晶
パネル部２４Ｇから出射された緑色光ＬＧが入射するよ
うになっている。入射面２５Ｂには、液晶パネル部２４
Ｂから出射された青色光ＬＢが入射するようになってい
る。ダイクロイックプリズム２５は、入射面２５Ｒ，２
５Ｇ，２５Ｇに入射した３つの色光を合成して出射面２
５Ｔから出射する。

【００２９】図２は、液晶パネル部の要部構成を表すも
のである。液晶パネル部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、変
調対象となる光の成分が異なるのみで、その機能、構成
は実質的に同じである。以下では、各色用のパネル部の
構成をまとめて説明する。図２に示したように、液晶パ
ネル部２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ）は、光の入射側
から順に、入射側偏光板３１と、液晶パネル３２と、光
学補償素子３３，３４と、出射側偏光板３５とを有して
いる。液晶パネル部２４の各光学要素における光の入射
面および出射面は、光軸１０と直交している。液晶パネ
ル３２は、ＴＮ液晶を用いた透過型のものであり、その
内部には、ネマチック液晶がねじれた状態で封入されて
いる。入射側偏光板３１と出射側偏光板３５は、入射し
た光のうち、所定の振動方向の直線偏光光のみを透過す
るようになっている。光学補償素子３３は、液晶パネル
３２内の液晶層における光の出射側領域の液晶分子によ
って生ずる光学的な位相差を補償する機能を有してい
る。一方、光学補償素子３４は、液晶パネル３２内の液
晶層における光の入射側領域の液晶分子によって生ずる
光学的な位相差を補償する機能を有している。

【００３０】ここで、液晶パネル３２が、本発明におけ
る「液晶表示素子」の一具体例に対応する。また、光学
補償素子３４が、本発明における「第１の光学補償素
子」の一具体例に対応し、光学補償素子３３が、本発明
における「第２の光学補償素子」の一具体例に対応す
る。なお、光学補償素子３４は、図２に示した位置に限
定されず、液晶パネル３２と出射側偏光板３５との間で
あれば、任意の位置に配置可能である。すなわち、光学
補償素子３４が、液晶パネル３２と光学補償素子３３と
の間に配置されていても良い。また、図２では、光学補
償素子３３，３４が互いに離間した状態となっている
が、光学補償素子３３，３４が互いに密着した状態とな
っていても良い。さらに、光学補償素子３３，３４が、
それぞれ他の光学要素と密着した状態となっていても良
い。例えば光学補償素子３３と液晶パネル３２とが密着
した状態であっても良い。

【００３１】図３は、液晶パネル３２の詳細な構成を表
すものである。液晶パネル３２は、画素電極基板４０ｂ
と、この画素電極基板４０ｂの光の入射面側に、液晶層
４４を介して対向配設された対向基板４０ａとを備えて
いる。

【００３２】画素電極基板４０ｂは、ガラス基板４７
と、このガラス基板４７の光の入射面側に積層された複
数の画素電極部４５および複数のブラックマトリクス部
４６とを有している。画素電極基板４０ｂは、また、画
素電極部４５およびブラックマトリクス部４６と液晶層
４４との間に積層された配向膜４９を有している。各画
素電極部４５は、導電性を有した透明な部材によって構
成されている。ブラックマトリクス部４６は、隣り合う
画素電極部４５の間に形成されている。各ブラックマト
リクス部４６は、例えば金属膜等により遮光されてい
る。ブラックマトリクス部４６の内部には、隣接する画
素電極部４５に対して、画像信号に応じて選択的に電圧
を印加するための図示しないスイッチング素子が形成さ
れている。画素電極部４５に電圧を印加するためのスイ
ッチング素子としては、例えば、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ；Thin Film Transistor）が使用される。

【００３３】配向膜４９の液晶層４４に接する側の面
は、液晶層４４における光の出射側領域（配向膜４９と
の界面付近）に存在する液晶分子の配列方向を揃えるた
めに、ラビング処理が施されている。ラビング処理は、
一般的に、布を巻いたローラで配向膜４９の表面を擦る
ことにより行われる。配向膜４９にラビング処理を施す
ことにより、配向膜４９の表面に複数の溝が同一方向に
形成される。配向膜４９に接する領域の液晶分子は、配
向膜４９の表面に刻まれた溝に沿って、一定方向に配向
される。以下では、このラビング処理を施すことにより
刻まれる溝の方向を、「ラビング方向」という。

【００３４】対向基板４０ａは、光の入射側から順に、
ガラス基板４１と、マイクロレンズ４２と、対向電極４
３と、配向膜４８とを有している。配向膜４８は、光の
出射側の面が液晶層４４に接するように配設されてい
る。配向膜４８の液晶層４４に接する側の面は、液晶層
４４における光の入射側領域（配向膜４８との界面付
近）に存在する液晶分子の配列方向を揃えるために、画
素電極基板４０ｂの配向膜４９と同様の手法でラビング
処理が施されている。

【００３５】対向電極４３は、配向膜４８における光の
入射側の面に積層されている。対向電極４３は、画素電
極部４５との間で電位を発生させるためのものであり、
例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜で形成
されている。なお、対向電極４３は、通常、一定の電位
（例えば接地電位）に固定されている。マイクロレンズ
４２は、対向電極４３の光の入射側の面に積層されてい
る。マイクロレンズ４２は、画素電極部４５に対応して
複数設けられている。

【００３６】各マイクロレンズ４２は、光の入射側が凸
形状で、光の出射側が平面形状となっている。各マイク
ロレンズ４２は、正の屈折力を有し、ガラス基板４１を
介して入射した光を、対応する画素電極部４５に向けて
集光するようになっている。例えば、液晶パネル３２の
入射面に対して垂直（光軸１０に対して平行）に入射し
た光Ｌ１は、各マイクロレンズ４２の光軸を通る光成分
を除いて、各マイクロレンズ４２の作用により、その入
射角度が、光軸１０に対して角度θ１ｂだけ傾いた状態
で液晶層４４に入射させられる。また、液晶パネル３２
の入射面に対して斜めから（光軸１０に対して角度θ２
ａで）入射した光Ｌ２は、各マイクロレンズ４２の作用
により、角度θ２ａとは異なる角度θ２ｂで液晶層４４
に入射させられる。マイクロレンズ４２が設けられてい
ることにより、画素電極部４５への光の入射効率を高め
ることができる。

【００３７】図４は、液晶層に電圧が印加されていない
通常状態のときの液晶分子の配列状態を表している。な
お、図４では、光軸１０に平行な直線をｚ軸とし、ｚ軸
に直交する平面内の２つの直線をｘ，ｙ軸としている。
液晶層４４における光の入射面および出射面は、ｘｙ平
面に平行となる。液晶層４４には、複数の棒状の液晶分
子５０からなるネマチック液晶が封入されている。各液
晶分子５０は、その分子長軸が、光軸１０に直交するよ
うに配列されている。すなわち、各液晶分子５０の分子
長軸は、光の入射面および出射面に対して平行に配列さ
れている。配向膜４８のラビング方向Ｒ１と、配向膜４
９のラビング方向Ｒ２は、互いに直交するように設定さ
れている。図４の例では、配向膜４８のラビング方向Ｒ
１をｘ軸方向とし、配向膜４９のラビング方向Ｒ２をｙ
軸方向としている。

【００３８】液晶層４４において、配向膜４８との界面
付近に存在する液晶分子は、配向膜４８の表面に施され
たラビング処理の作用により、配向膜４８のラビング方
向Ｒ１と同一方向に配列されている。同様に、配向膜４
９との界面付近に存在する液晶分子は、配向膜４９のラ
ビング方向Ｒ２とほぼ同一方向に配列されている。ラビ
ング方向Ｒ１，Ｒ２は互いに直交しているので、各液晶
分子５０は、配向膜４８から配向膜４９に向かうに従
い、すなわち、光の入射側から出射側に向かうに従い、
分子長軸が９０°ねじれた状態となるように配列され
る。このように各液晶分子がねじれた状態で配列された
ネマチック液晶は、ＴＮ液晶と呼ばれる。ＴＮ液晶に、
電圧を印加しない通常状態で光が入射すると、液晶のね
じれによって旋光性が生じ、光の振動方向が液晶のねじ
れ方向に沿って９０°回転させられる。

【００３９】図５は、液晶層に電圧を印加したときの液
晶分子の配列状態を表している。液晶層４４に電圧を印
加すると、液晶分子５０が立ち上がった状態、すなわ
ち、分子長軸が、光軸１０に対して平行（光の入射面に
対して垂直）となるように液晶分子５０の配列状態が変
化する。

【００４０】ここで、理想的には、電圧を印加した状態
で、液晶層４４内の全ての液晶分子５０が、光軸１０に
対して平行となるように配列状態が変化することが望ま
しい。このような配列状態であれば、光軸１０に平行に
入射した光を、振動方向が一定のまま透過させることが
できる。しかしながら、実際には、液晶分子５０は、通
電状態において、配向膜４８，４９から液晶層４４の中
心領域に向かうに従い、徐々に分子長軸が立ち上がった
状態となるように配列状態が変化する。従って、液晶層
４４と配向膜４８，４９との界面付近にある液晶分子５
０は、通電状態においても、その分子長軸が、光軸１０
に対して平行ではなく、傾斜した配列状態となってい
る。このように光軸１０に対して傾斜した状態の液晶分
子５０が存在するため、通電状態において光軸１０に平
行に直線偏光光が入射すると、液晶分子５０の複屈折性
のため界面付近で位相差が生じ、楕円偏光となって出射
される。本実施の形態においては、このように液晶層４
４と配向膜４８，４９との界面付近で生ずる位相差を、
光学補償素子３３，３４（図２）によって光学的に補償
するようになっている。

【００４１】次に、光学補償素子３３，３４の構造およ
び機能について詳細に説明する。ネマチック液晶分子
は、一般に、正結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性
を有している。従って、ネマチック液晶分子の複屈折性
によって生ずる位相差は、正結晶とは光学的に逆の特性
を持った物質、すなわち、負結晶が持つ複屈折性に相当
する複屈折性を有した物質を用いることにより補償する
ことができる。以下では、液晶層４４が、正の１軸性結
晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有する液晶分子
によって構成され、光学補償素子３３，３４が、負の１
軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有する物
質によって構成されているものとして説明する。

【００４２】図９は、正の１軸性結晶の屈折率分布を示
し、図１０は、負の１軸性結晶の屈折率分布を示してい
る。図９および図１０では、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ
軸方向の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとしてい
る。また、図９および図１０では、ｚ軸方向を結晶の光
学軸方向としている。１軸性結晶の屈折率分布は、光学
軸を回転中心とした回転楕円体の形状で表される。この
屈折率分布を表す回転楕円体は、一般に、屈折率楕円体
と呼ばれる。屈折率楕円体の形状から分かるように、１
軸性結晶では、ｘ，ｙ軸方向の屈折率ｎｘ，ｎｙの値
（以下、ｎｏと記す。）は等しくなる。また、１軸性結
晶において、光学軸方向に入射する光は、複屈折性を示
さず、光学軸以外の方向に入射する光は、複屈折性を示
す。ここで、ｚ軸方向の屈折率ｎｚの値をｎｅとする
と、正の１軸性結晶５１（図９）では、「ｎｅ＞ｎｏ」
の関係を満たし、負の１軸性結晶５２（図１０）では、
「ｎｅ＜ｎｏ」の関係を満たす。従って、負の１軸性結
晶５２の屈折率楕円体は、円盤状となる。以上のような
光学特性から、適当な屈折率分布を有する正の１軸性結
晶と負の１軸性結晶とを組み合わせることにより、入射
した光に生ずる複屈折をなくすことができる。このと
き、例えば、正の１軸性結晶と負の１軸性結晶とを、そ
の光学軸の方向が同一方向となるように適正に配置する
ことで、任意の方向から入射した光に対して複屈折を相
殺し、解消することができる。

【００４３】図７は、液晶層４４を構成する液晶分子の
配列状態と光学補償素子３３，３４を構成する内部物質
の配列状態との関係を、屈折率楕円体によって模式的に
表したものである。図７に示した液晶分子の配列状態
は、電圧を印加した状態のものを示している。なお、液
晶分子が正の一軸性の光学特性を有するものとすれば、
その分子長軸と光学軸の方向は一致している。既に図５
を参照して説明したように、通電状態における液晶分子
は、液晶層４４の中心領域に向かうに従い、その分子長
軸（光学軸）が、徐々に立ち上がっていく（光軸１０に
対して平行もしくはそれに近い状態となっていく）よう
な配列状態となっている。図７では、光の入射側領域
に、配向膜４８側から順に、光学軸が徐々に立ち上がる
３つの液晶分子４４ａ，４４ｂ，４４ｃが存在してい
る。また、光の出射側領域には、配向膜４９側から順
に、光学軸が徐々に立ち上がる３つの液晶分子４４ｆ，
４４ｅ，４４ｄが存在している。

【００４４】光学補償素子３４を構成する物質は、屈折
率楕円体が、補償対象となる液晶分子（液晶層４４にお
ける光の入射側領域に存在する液晶分子）と同様の方向
に立ち上がっていくような構成となっている。このと
き、光学補償素子３４を構成する物質が負の１軸性結晶
だとすれば、光の入射側から出射側に向かうに従い、そ
の光学軸が、徐々に光軸１０と垂直もしくはそれに近い
状態（光の入射面に対して平行もしくはそれに近い状
態）となるような配列状態となる。図７の例では、光学
補償素子３４が、液晶層４４の３つの液晶分子４４ｃ，
４４ｂ，４４ａに対応して、光の入射側から順に、３つ
の分子３４ａ，３４ｂ，３４ｃで構成されている。光学
補償素子３４において、分子３４ａの光学軸は、液晶分
子４４ｃの光学軸と平行となっており、分子３４ｂの光
学軸は、液晶分子４４ｂの光学軸と平行となっている。
また、光学補償素子３４において、分子３４ｃの光学軸
は、液晶分子４４ａの光学軸と平行となっている。この
ような分子配列がなされていることにより、液晶分子４
４ｃに対する光学補償が、光学補償素子３４内の分子３
４ａによって行われ、液晶分子４４ｂに対する光学補償
が、光学補償素子３４内の分子３４ｂによって行われ
る。また、液晶分子４４ａに対する光学補償が、光学補
償素子３４内の分子３４ｃによって行われる。

【００４５】一方、光学補償素子３３を構成する物質に
ついても、光学補償素子３４と同様に、屈折率楕円体
が、補償対象となる液晶分子（液晶層４４における光の
出射側領域に存在する液晶分子）と同様の方向に立ち上
がっていくような構成となっている。図７の例では、光
学補償素子３３が、液晶層４４の３つの液晶分子４４
ｆ，４４ｅ，４４ｄに対応して、光の入射側から順に、
３つの分子３３ａ，３３ｂ，３３ｃで構成されている。
光学補償素子３３において、分子３３ａの光学軸は、液
晶分子４４ｆの光学軸と平行となっており、分子３３ｂ
の光学軸は、液晶分子４４ｅの光学軸と平行となってい
る。また、光学補償素子３３において、分子３３ｃの光
学軸は、液晶分子４４ｄの光学軸と平行となっている。
このような分子配列がなされていることにより、液晶分
子４４ｆに対する光学補償が、光学補償素子３３内の分
子３３ａによって行われ、液晶分子４４ｅに対する光学
補償が、光学補償素子３３内の分子３３ｂによって行わ
れる。また、液晶分子４４ｄに対する光学補償が、光学
補償素子３３内の分子３３ｃによって行われる。

【００４６】ところで、直視型の液晶表示装置の分野に
おいては、従来より、視野角依存性を改善するための光
学補償素子が開発されている。視野角改善用の光学補償
素子としては、例えば、富士写真フィルム（株）製の
「Fuji WV Film ワイドビューＡ」（以下、「ＷＶフィ
ルム」という。）がある。ＷＶフィルムは、ＴＡＣ（Tr
i-Acetyl Cellulose）フィルムの上に、ポリマー配向膜
を塗設して、ラビング処理を施した後、さらに、ディス
コチック液晶を塗布、配向、構造固定化して製造された
ものである。ＷＶフィルムでは、ディスコチック液晶分
子がハイブリッド配向（液晶分子の傾斜角が厚み方向で
連続的に変化していく配向）されている。ディスコチッ
ク液晶は、分子構造が円盤状となっており、一般に、負
結晶の光学的な性質を有している。ＷＶフィルムで用い
られているディスコチック液晶分子は、負の１軸性結晶
が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有していると考え
られる。従って、例えばＴＮ結晶を用いた液晶パネルに
適用することで、液晶パネルの光学補償を行うことがで
きる。ＷＶフィルムに相当する光学補償シートの構造や
製造方法については、例えば、特開平７−３３３４３４
号公報および特開平８−５８３７号公報等に記載されて
いる。これらの公報では、光学補償シートに使用可能な
円盤状化合物の具体的な物質名が複数挙げられている。

【００４７】本実施の形態における光学補償素子３３，
３４としては、上述のＷＶフィルムを使用することが可
能である。すなわち、光学補償素子３３，３４を構成す
る負結晶の性質を持つ物質としては、特開平７−３３３
４３４号公報および特開平８−５８３７号公報等に記載
されている円盤状化合物を使用することが可能である。
なお、光学補償素子３３，３４を構成する物質は、上述
の公報記載のものに限らず、液晶層４４内の液晶を光学
的に補償可能な負結晶の性質を持ったものであれば、他
の物質を使用することも可能である。

【００４８】図６は、液晶パネル部２４における各光学
要素間の各種の軸方向について示している。図６に示し
たように、入射側偏光板３１と出射側偏光板３５は、互
いの光の透過軸Ｐ１，Ｐ２が直交した、いわゆる直交ニ
コルの関係となるように配置されている。また、入射側
偏光板３１の透過軸Ｐ１は、液晶パネル３２における配
向膜４８（図３）のラビング方向Ｒ１と同一方向となる
ように設定されている。一方、出射側偏光板３５の透過
軸Ｐ２は、液晶パネル３２における配向膜４９（図３）
のラビング方向Ｒ２と同一方向となるように設定されて
いる。すなわち、液晶パネル部２４における画像の表示
方式は、いわゆるノーマリ・ホワイトの構成となってい
る。光学補償素子３３は、光の入射面側に存在する分子
（図７における分子３３ａ）の光学軸Ｐ３の方向が、配
向膜４９のラビング方向Ｒ２とほぼ同一方向となるよう
に配置されている。また、光学補償素子３４は、光の出
射面側に存在する分子（図７における分子３４ｃ）の光
学軸Ｐ４の方向が、配向膜４８のラビング方向Ｒ１とほ
ぼ同一方向となるように配置されている。

【００４９】次に、上記のような構成の投射型液晶表示
装置の作用について説明する。

【００５０】まず、図１を参照して、投射型液晶表示装
置の全体的な作用について説明する。光源１１から発せ
られた白色光は、まず、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２
を透過することにより、紫外および赤外領域の光が除去
される。ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１２を透過した光
は、次に、フライアイレンズ１３，１４を透過すること
により、その照度分布が均一化される。フライアイレン
ズ１３，１４を透過した光は、次に、集光レンズ１５を
透過した後、ダイクロイックミラー１６に入射する。ダ
イクロイックミラー１６に入射した光は、ダイクロイッ
クミラー１６の作用により、赤色光ＬＲと、その他の色
光とに分離される。

【００５１】ダイクロイックミラー１６によって分離さ
れた赤色光ＬＲは、全反射ミラー１７によって、液晶パ
ネル部２４Ｒに向けて反射される。全反射ミラー１７に
よって反射された赤色光ＬＲは、集光レンズ２３Ｒを介
して液晶パネル部２４Ｒに入射する。液晶パネル部２４
Ｒに入射した赤色光ＬＲは、液晶パネル部２４Ｒにおい
て、画像信号に応じて空間的に変調された後、ダイクロ
イックプリズム２５の入射面２５Ｒに入射する。

【００５２】一方、ダイクロイックミラー１６によって
分離されたその他の色光は、次に、ダイクロイックミラ
ー１８に入射し、ここで、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに
分離される。ダイクロイックミラー１８によって分離さ
れた緑色光ＬＧは、集光レンズ２３Ｇを介して液晶パネ
ル部２４Ｇに入射する。液晶パネル部２４Ｇに入射した
緑色光ＬＧは、液晶パネル部２４Ｇにおいて、画像信号
に応じて空間的に変調された後、ダイクロイックプリズ
ム２５の入射面２５Ｇに入射する。

【００５３】ダイクロイックミラー１８によって分離さ
れた青色光ＬＢは、リレーレンズ１９を介して全反射ミ
ラー２０に入射し、ここで、全反射ミラー２２に向けて
反射される。全反射ミラー２０によって反射された青色
光ＬＢは、リレーレンズ２１を介して全反射ミラー２２
に入射し、ここで、液晶パネル部２４Ｂに向けて反射さ
れる。全反射ミラー２２によって反射された青色光ＬＢ
は、集光レンズ２３Ｂを介して液晶パネル部２４Ｂに入
射する。液晶パネル部２４Ｂに入射した青色光ＬＢは、
液晶パネル部２４Ｂにおいて、画像信号に応じて空間的
に変調された後、ダイクロイックプリズム２５の入射面
２５Ｂに入射する。

【００５４】ダイクロイックプリズム２５に入射した３
つの色光ＬＲ、ＬＧ，ＬＢは、ダイクロイックプリズム
２５の作用により合成され、出射面２５Ｔから投射レン
ズ２６に向けて出射される。ダイクロイックプリズム２
５から出射された合成光は、投射レンズ２６によって、
スクリーン２７の前面側または背面側に投射され、スク
リーン２７上に画像を形成する。

【００５５】次に、液晶パネル部２４の作用について説
明する。入射側偏光板３１（図２）に色光ＬＲ，ＬＧ，
ＬＢが入射すると、その透過軸Ｐ１（図６）と同一の振
動方向の直線偏光成分のみが、入射側偏光板３１を透過
する。入射側偏光板３１を透過した光成分は、次に、液
晶パネル３２に入射する。液晶パネル３２に入射した光
のほとんどは、マイクロレンズ４２（図３）の作用によ
り、入射側偏光板３１に対する出射角度とは異なる角度
で液晶層４４に入射する。

【００５６】ここで、液晶パネル３２において液晶層４
４に電圧を印加している通電状態のとき（図５）には、
液晶分子が、配向膜４８，４９から液晶層４４の中心領
域に向かうに従い、その分子長軸が徐々に立ち上がった
配列状態となる。この状態において、液晶層４４に入射
した光は、主として、光の入射側領域に存在する液晶分
子と光の出射側領域に存在する液晶分子とによって複屈
折を受ける。このうち、光の出射側領域に存在する液晶
分子によって受ける複屈折は、光学補償素子３３によっ
て相殺され、解消される。一方、光の入射側領域に存在
する液晶分子によって受ける複屈折は、光学補償素子３
４によって相殺され、解消される。このように、光学補
償素子３３，３４による光学補償が行われることによ
り、出射側偏光板３５に入射する光のほとんどが、出射
側偏光板３５の透過軸Ｐ２に対して垂直な振動方向を有
する光のみとなる。この振動方向の光は、出射側偏光板
３５によって吸収され、透過しないので、画像の表示状
態は、いわゆる黒レベルの表示となる。

【００５７】一方、液晶層４４に電圧を印加していない
状態のとき（図４）には、液晶のねじれによって旋光性
が生じ、光の振動方向が液晶のねじれに沿って９０°回
転させられる。これにより、液晶パネル３２を出射した
光は、その振動方向が出射側偏光板３５の透過軸Ｐ２
（図６）と同一方向になり、光学補償素子３３，３４を
介して出射側偏光板３５を透過する。出射側偏光板３５
を透過した光は、投射レンズ２６によってスクリーン２
７に投射される。このとき、画像の表示状態は、いわゆ
る白レベルの表示となる。なお、液晶層４４に電圧を印
加していない状態のときにも、液晶パネル３２を出射し
た光は、光学補償素子３３，３４による光学的な作用を
受ける。しかしながら、この状態における光学的な作用
が、白レベルの表示に与える影響は少なく、画像表示の
点では実質的に問題とならない。

【００５８】図８は、本実施の形態における液晶パネル
部に対する比較例を示している。図８に示した比較例で
は、光学補償素子３４を、入射側偏光板３１と液晶パネ
ル３２との間に配置している。この場合には、液晶パネ
ル３２に入射する前の段階で、液晶層４４における光の
入射側領域に存在する液晶分子に対する光学補償が行わ
れる。しかしながら、この場合には、液晶パネル３２に
設けられているマイクロレンズ４２のレンズ作用によ
り、ほとんどの入射光について、光学補償素子３４への
入射角度と液晶層４４への入射角度とに差が生じてしま
う。このように入射角度に差が生じると、光学補償素子
３４を構成する物質と補償対象となる液晶分子との光学
的な位置関係にずれが生じ、十分な光学補償を行うこと
ができなくなる。一方、図７に示した本実施の形態にお
ける液晶パネル部２４の構成の場合には、光学補償素子
３４が、液晶パネル３２に対して光の出射側に設けられ
ているので、光学補償素子３４への入射角度と液晶層４
４への入射角度とに差が生じることはなく、十分な光学
補償を行うことができる。

【００５９】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、液晶パネル３２に対して光の出射側に光学補償素子
３４を設け、液晶層４４における光の入射側領域に存在
する液晶分子に対する光学補償を行うようにしたので、
液晶パネル３２に設けられているマイクロレンズ４２の
影響を受けることなく、光の入射側領域に存在する液晶
分子によって生じる複屈折を解消することができる。こ
れにより、マイクロレンズ４２の影響を受けることな
く、黒レベルの表示を改善することができ、従来に比べ
てコントラストの高い画像表示を行うことができる。

【００６０】なお、本実施の形態では、光学補償素子３
３を設けて、液晶層４４における光の入射側領域のみな
らず、光の出射側領域の液晶分子によって生ずる光学的
な位相差をも補償するようにしたが、光学補償素子３３
を設けずに、光学補償素子３４のみを設けるようにして
も良い。この場合にも、光学補償素子３４によって、少
なくとも、液晶層４４における光の入射側領域に存在す
る液晶分子によって生じる複屈折を解消することができ
る。また、本実施の形態では、液晶パネル３２にマイク
ロレンズ４２が設けられている場合を例に説明したが、
本発明は、マイクロレンズ４２が設けられていない場合
にも適用することが可能である。

【００６１】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。なお、以下の説明で
は、上記第１の実施の形態における構成要素と同一の部
分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【００６２】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係
る投射型液晶表示装置における液晶パネル部の要部構成
を表すものである。本実施の形態に係る投射型液晶表示
装置の構成は、図１１に示した液晶パネル部の構成を除
いて、上記第１の実施の形態と同様である。また、本実
施の形態においても、液晶パネル部の機能、構成は各色
で実質的に同じなので、以下では、各色用の液晶パネル
部の構成をまとめて説明する。本実施の形態における液
晶パネル部２４Ａ（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ）が、図２
に示した液晶パネル部２４と異なるのは、光学補償素子
３４と出射側偏光板３５との間に、光学補償素子３６が
設けられている点である。光学補償素子３６は、液晶層
４４の中間部分に存在する液晶分子によって生ずる複屈
折を光学的に補償するための機能を有している。ここ
で、光学補償素子３６が、本発明における「第３の光学
補償素子」の一具体例に対応する。

【００６３】なお、光学補償素子３６は、図１１に示し
た位置に限定されず、液晶パネル３２と出射側偏光板３
５との間であれば、任意の位置に配置可能である。例え
ば、光学補償素子３６を、光学補償素子３３と光学補償
素子３４との間に配置したり、液晶パネル３２と光学補
償素子３３との間に配置することも可能である。また、
図１１では、光学補償素子３６が、他の光学要素に対し
て離間した状態となっているが、他の光学要素、例えば
光学補償素子３４と密着した状態であっても良い。

【００６４】図１２は、液晶層４４を構成する液晶分子
の配列状態と光学補償素子３３，３４，３６を構成する
内部物質の配列状態との関係を、屈折率楕円体によって
模式的に表したものである。なお、図１２に示した液晶
分子の配列状態は、液晶層４４に電圧を印加した状態の
ものを示している。上記第１の実施の形態では、液晶層
４４における光の入射側領域と出射側領域とに存在する
液晶分子によって生じる複屈折のみを解消するようにし
た。本実施の形態では、さらに、光学補償素子３６によ
って、液晶層４４の中間部分に存在する液晶分子によっ
て生ずる複屈折を解消するようになっている。

【００６５】図１２に示したように、液晶層４４の中間
部分に存在する液晶分子４４ｇは、通電状態において、
その分子長軸が、光の入射面に対して垂直もしくはそれ
に近い状態（光軸１０に対して平行もしくはそれに近い
状態）に配列された状態となっている。ここで、液晶分
子４４ｇが、正の１軸性結晶が持つ複屈折性に相当する
複屈折性を有していものとすれば、液晶分子４４ｇの光
学軸が光軸１０に対して平行となるので、光軸１０に対
して平行に入射した光に対しては、複屈折は生じない。
しかしながら、実際には、液晶層４４には、光軸１０に
対して斜めの角度からも多くの光が入射する。このよう
に光軸１０に対して斜めの角度から光が入射すると、液
晶分子４４ｇの光学軸に対して斜めから光が入射するこ
とになり、液晶分子４４ｇにおいても複屈折が生じる。
光学補償素子３６は、この液晶分子４４ｇの光学軸に対
して斜め光が入射することによって生ずる複屈折を相殺
し、解消する。光学補償素子３６を構成する内部分子３
６ａは、負の１軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈
折性を有し、その光学軸が、通電状態において、補償対
象となる液晶分子４４ｇの光学軸と平行となるように配
列されている。

【００６６】なお、光学補償素子３６を構成する負の１
軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有する物
質としては、光学補償素子３３，３４と同様に、特開平
７−３３３４３４号公報および特開平８−５８３７号公
報等に記載の円盤状化合物を使用することが可能であ
る。なお、光学補償素子３６を構成する物質は、上述の
公報記載のものに限らず、液晶層４４内の中央領域の液
晶を光学的に補償可能な負の１軸性結晶の性質を持った
ものであれば、他の物質を使用することも可能である。

【００６７】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、液晶パネルに対して光の出射側に、光学補償素子３
３，３４に加えて、さらに、負の１軸性結晶が持つ複屈
折性に相当する複屈折性を有する物質によって構成され
た第３の光学補償素子３６を設け、液晶層４４の中間部
分に存在する液晶分子によって生ずる複屈折を解消する
ようにしたので、液晶層４４の厚さ方向の全域に渡っ
て、液晶分子によって生じる複屈折を解消することがで
きる。これにより、黒レベルの表示をさらに改善するこ
とができ、よりコントラストの高い画像表示を行うこと
ができる。

【００６８】一般に、直視型の液晶表示装置において
は、液晶パネルに対してほぼ光軸に平行に光が照射され
るので、液晶層の中間部分に存在する液晶分子において
複屈折が生じることは少ない。また、直視型の液晶表示
装置では、通常、画面を正面から見ている状態において
は、視野角が生じないので、コントラストの低下を招く
ことは少ない。これに対し、投射型液晶表示装置におい
ては、通常、液晶パネルに対して種々の角度から光が入
射する。また、最終的にスクリーンに投射される画像
も、種々の角度から入射した光が積分されたものであ
る。このことからも、本実施の形態における光学補償素
子３６が、投射型液晶表示装置において、コントラスト
改善に及ぼす効果が大きいことが分かる。

【００６９】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず種々の変形実施が可能である。例えば、本発明
は、３板式の投射型液晶表示装置に限らず、単板式の投
射型液晶表示装置にも適用することが可能である。ま
た、本発明は、ネマチック液晶以外の液晶を用いた投射
型液晶表示装置にも適用可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし１
２のいずれか１項に記載の投射型液晶表示装置によれ
ば、液晶表示素子に対して光の出射側に、第１の光学補
償素子を設け、液晶層の光の入射側領域における液晶分
子によって生じる光学的な位相差を補償するようにした
ので、例えば、液晶表示素子が、光の入射側に複数のマ
イクロレンズを備えた構成である場合においても、マイ
クロレンズの影響を受けることなく、光の入射側領域に
おける液晶分子によって生じる光学的な位相差を補償す
ることができ、黒レベルの表示が改善され、従来に比べ
てコントラストの高い画像表示を行うことができるとい
う効果を奏する。

【００７１】特に、請求項８記載の投射型液晶表示装置
によれば、請求項１記載の投射型液晶表示装置におい
て、液晶表示素子に対して光の出射側に、さらに、液晶
層のうち、光の入射側領域と出射側領域とを除いた領域
に存在する液晶分子によって生じる光学的な位相差を補
償する第３の光学補償素子を設けるようにしたので、例
えば、液晶層内の各液晶分子が、正の１軸性結晶が持つ
複屈折性に相当する複屈折性を有し、電圧を印加した状
態で、光の入射側領域から中心部に向かうに従い、その
分子長軸が、光の入射面に対して平行もしくはそれに近
い状態から、光の入射面に対して垂直もしくはそれに近
い状態となるように配列状態が変化するように配列され
ている場合に、第３の光学補償素子の光学軸を、補償対
象となる液晶分子の分子長軸に平行となるように配列す
ることで、光の入射側領域における液晶分子によって生
じる光学的な位相差のみならず、光の入射側領域と出射
側領域とを除いた領域に存在する液晶分子によって生じ
る光学的な位相差をも補償することができるという効果
を奏する。これにより、よりコントラストの高い画像表
示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投射型液晶表
示装置の全体構成を示す構成図である。

【図２】図１に示した投射型液晶表示装置における液晶
パネル部の概略構成を示す断面図である。

【図３】図２に示した液晶パネルの詳細な構成を示す断
面図である。

【図４】図３に示した液晶層に電圧を印加しないときの
液晶分子の配列状態を表す説明図である。

【図５】図３に示した液晶層に対して電圧を印加したと
きの液晶分子の配列状態を表す説明図である。

【図６】図２に示した液晶パネル部における各光学要素
間の各種の軸方向について示す説明図である。

【図７】図２に示した液晶パネルにおける液晶分子の配
列と光学補償素子内の分子配列との関係を示す説明図で
ある。

【図８】図５に示した液晶分子と光学補償素子内の分子
との配列関係に対する比較例を示す説明図である。

【図９】正の１軸性結晶の光学特性を示す説明図であ
る。

【図１０】負の１軸性結晶の光学特性を示す説明図であ
る。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る投射型液晶
表示装置における液晶パネル部の概略構成を示す断面図
である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態における液晶パネ
ル内の液晶分子の配列と光学補償素子内の分子配列との
関係を示す説明図である。

【図１３】一般的な投射型液晶表示装置における液晶パ
ネル周辺部の構成例を表す断面図である。

【図１４】従来の投射型液晶表示装置において生ずる光
学的な問題点について説明するための断面図である。

【図１５】従来の直視型の液晶表示装置において用いら
れている光学補償素子を、投射型液晶表示装置に適用し
た場合について説明するための断面図である。

【符号の説明】

１０…光軸、１１…光源、２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４
Ｂ）…液晶パネル部、２５…ダイクロイックプリズム、
２６…投射レンズ、２７…スクリーン、３１…入射側偏
光板、３２…液晶パネル、３３，３４，３６…光学補償
素子、３５…出射側偏光板、４２…マイクロレンズ、４
４…液晶層、４５…画素電極部、４８，４９…配向膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示に必要とされる光を発する光源
と、複数の液晶分子がねじれた状態で配列された液晶層を有
し、前記液晶層に画像信号に応じて選択的に電圧を印加
することにより、前記液晶分子の配列状態を変化させ、
前記液晶層を透過する光を変調させる透過型の液晶表示
素子と、前記液晶表示素子に対して光の出射側に設けられ、前記
液晶層の光の入射側領域における液晶分子によって生じ
る光学的な位相差を補償する第１の光学補償素子と、前記液晶表示素子によって変調された光を投射する投射
レンズとを備えたことを特徴とする投射型液晶表示装
置。
【請求項２】前記第１の光学補償素子は、負結晶が持
つ複屈折性に相当する複屈折性を有する物質を含んで構
成されていることを特徴とする請求項１記載の投射型液
晶表示装置。
【請求項３】前記液晶層において、各液晶分子は、電
圧を印加した状態で、光の入射側領域および出射側領域
から中心部に向かうに従い、その分子長軸が、光の入射
面に対して平行もしくはそれに近い状態から、光の入射
面に対して垂直もしくはそれに近い状態となるように配
列状態が変化するものであり、前記第１の光学補償素子は、電圧を印加した状態におけ
る液晶分子の配列状態に対応して、前記複屈折性を有す
る物質を構成する複数の分子が、光の入射側から出射側
に向かうに従い、その光学軸が、光の入射面に対して垂
直もしくはそれに近い状態から、光の入射面に対して平
行もしくはそれに近い状態へと変化するように配列され
ていることを特徴とする請求項２記載の投射型液晶表示
装置。
【請求項４】さらに、前記液晶表示素子に対して光の
出射側に設けられ、負結晶が持つ複屈折性に相当する複
屈折性を有する物質を含み、前記液晶層の光の出射側領
域における液晶分子によって生じる光学的な位相差を補
償する第２の光学補償素子を備えたことを特徴とする請
求項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶層において、各液晶分子は、電
圧を印加した状態で、光の入射側領域および出射側領域
から中心部に向かうに従い、その分子長軸が、光の入射
面に対して平行もしくはそれに近い状態から、光の入射
面に対して垂直もしくはそれに近い状態となるように配
列状態が変化するものであり、前記第２の光学補償素子は、電圧を印加した状態におけ
る液晶分子の配列状態に対応して、前記複屈折性を有す
る物質を構成する複数の分子が、光の出射側から入射側
に向かうに従い、その光学軸が、光の入射面に対して垂
直もしくはそれに近い状態から、光の入射面に対して平
行もしくはそれに近い状態へと変化するように配列され
ていることを特徴とする請求項４記載の投射型液晶表示
装置。
【請求項６】前記液晶層の光の入射側には、入射した
光を前記液晶層側に集光させる複数のマイクロレンズが
設けられていることを特徴とする請求項１記載の投射型
液晶表示装置。
【請求項７】さらに、前記液晶表示素子に対して光の
入射側と出射側とに配置された、互いに直交ニコルの関
係にある一対の偏光子を備え、前記第１の光学補償素子は、光の出射側に配置された偏
光子と前記液晶表示素子との間に設けられていることを
特徴とする請求項１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項８】さらに、前記液晶表示素子に対して光の
出射側に設けられ、前記液晶層のうち、光の入射側領域
と出射側領域とを除いた領域に存在する液晶分子によっ
て生じる光学的な位相差を補償する第３の光学補償素子
を備えたことを特徴とする請求項１記載の投射型液晶表
示装置。
【請求項９】前記第３の光学補償素子は、負の１軸性
結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有する物質を
含んで構成されていることを特徴とする請求項８記載の
投射型液晶表示装置。
【請求項１０】前記液晶層内の各液晶分子は、正の１
軸性結晶が持つ複屈折性に相当する複屈折性を有し、前
記液晶層において、電圧を印加した状態で、光の入射側
領域および出射側領域から中心部に向かうに従い、その
分子長軸が、光の入射面に対して平行もしくはそれに近
い状態から、光の入射面に対して垂直もしくはそれに近
い状態となるように配列状態が変化するものであり、前記第３の光学補償素子は、光の入射面に対して分子長
軸が垂直に配列された液晶分子に対して、その分子長軸
に斜めから光が入射することによって生じる光学的な位
相差を補償する機能を有し、前記第３の光学補償素子を構成する複屈折性を有する物
質は、その光学軸が、前記液晶層に電圧を印加した状態
で、補償対象となる液晶分子の分子長軸と平行になるよ
うに配列されていることを特徴とする請求項９記載の投
射型液晶表示装置。
【請求項１１】前記液晶層の光の入射側には、入射し
た光を前記液晶層側に集光させる複数のマイクロレンズ
が設けられていることを特徴とする請求項８記載の投射
型液晶表示装置。
【請求項１２】さらに、前記液晶表示素子に対して光
の入射側と出射側とに配置された、互いに直交ニコルの
関係にある一対の偏光子を備え、前記第１の光学補償素子および第２の光学補償素子は、
光の出射側に配置された偏光子と前記液晶表示素子との
間に設けられていることを特徴とする請求項８記載の投
射型液晶表示装置。