JP2006184872A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶パネルと共に光学補償層を設けた液晶表示装置において、光学補償層の劣化を防止することが可能で、これにより表示特性の長期信頼性に優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層３０を狭持してなる液晶パネル１と、液晶パネル１の少なくとも一方に対向配置された保護基板３と、液晶パネル１と保護基板３との間に狭持された光学補償層５とを備えた。また、保護基板３が設けられた液晶パネル１の両側に配置された偏光板１１０，１１０と、そのうちの一方を介して液晶パネル１に光ｈを照射する照明光学系と、液晶パネル１を通過した光ｈを投射する投射レンズとをさらに備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特には液晶パネルをライトバルブに用いた投射型の構成として好適な液晶表示装置に関する。

２枚の基板間に液晶層を狭持してなる液晶パネルは、偏光板とを組み合わせることで、テレビやパソコン用のディスプレイとして用いられ、また投射型の表示装置（液晶プロジェクタ）のライトバルブとしても用いられる。

これらの表示装置に重視される性能は透過率（明るさ）とコントラスト（白/黒の照度比）であり、透過率が高ければ明るい画像が得られると同時に、プロジェクタであれば、ＬＥＤや蛍光灯、ＵＨＰランプ等の光源の消費電力を低減させることが出来る。また、コントラストが高ければ鮮明な画像を得ることができる。

ところが、上記液晶パネルを用いた液晶表示装置においては、液晶層での位相差がコントラストを低下させる要因の１つになる。つまり、液晶層では直線偏光で入射した光が直線偏光のまま出射するのが理想的であるが、実際には基板界面に近い液晶分子は電圧を印加しても配向が解けないので出射光は楕円偏光になる。また、極角のついた入射光は液晶分子の光学軸に沿って透過しないので同様に楕円偏光になる。そして、液晶パネルからの出射光が楕円偏光になると、黒表示時に出射側の偏光板を透過する、いわゆる光漏れが発生してコントラストが悪化するのである。

そこで、液晶表示装置においては、液晶層において生じる光学的な位相差を補償するための光学補償層を設けることで、光漏れのない黒レベルの表示を実現している。この様な光学補償層は、例えば所定状態に配向させた液晶材料膜からなる。そして、例えば液晶プロジェクタにおける液晶パネル部分においては、光の入射側から順に、入射側偏光板、液晶パネル、１層または２層の光学補償層（光学補償素子）、出射側偏光板を配置している。この状態において、光学補償層は、液晶パネルと密着した状態で配置されても良い（以上、下記特許文献１参照）。

特開２００２−１４３４５号公報（２９〜３０，４６段落）

しかしながら、上述した構成の液晶表示装置においては、光学補償層が大気中に露出した状態で設けられることになるため、酸素および水分の供給によって光学補償層が劣化し易いと言った問題がある。特に、投射型の液晶表示装置においては、液晶パネルに対して強い光が照射されるため、上述した液晶材料膜等の有機材料からなる光学補償層は、酸素および水分の存在下での劣化が激しく、耐光性が要求されている。

そこで本発明は、液晶パネルと共に光学補償層を設けた液晶表示装置において、光学補償層の劣化を防止することが可能で、これにより表示特性の長期信頼性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。

以上のような課題を解決するための本発明の液晶表示装置は、２枚の基板間に液晶層を狭持してなる液晶パネルを備えている。そして、液晶パネルの少なくとも一方側には保護基板が配置され、この保護基板と液晶パネルとの間に光学補償層が狭持されていることを特徴とする。

このような構成の液晶表示装置においては、光学補償層を、液晶パネルと保護基板との間に狭持させたことにより、光学補償層が酸素遮断および水分遮断された状態で配置されることになる。このため、光学補償層の劣化が防止され、例えば強い光が照射される環境下であっても光学補償層の光学特性が維持される。

以上説明したように本発明の液晶表示装置によれば、光学補償層の劣化を防止することが可能であるため、これにより表示特性の長期信頼性の向上を図ることが可能になる。また特に、強い光が照射される環境下であっても光学補償層の光学特性が維持されるため、液晶パネルに強い光が照射される投射型の液晶表示装置であっても、表示特性の長期信頼性の向上を図ることができる。

次に、本発明の液晶表示装置の実施形態として、液晶パネルをライトバルブとして用いた投射型の液晶表示装置の構成を説明する。以下においては、液晶表示装置の全体構成、この液晶表示装置に設けられる液晶パネル部分の構成、液晶パネル部分の作製方法の順に説明する。

≪第１実施形態≫
＜液晶表示装置の全体構成＞
図１は、本発明が適用される投射型の液晶表示装置１００の構成図である。この図に示す投射型の液晶表示装置１００は、いわゆる液晶プロジェクタであり、光源１０１からの光（照明光）ｈを赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の３原色に分離し、それぞれの色に対して液晶パネルをライトバルブとして１枚ずつ用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式のプロジェクタである。

この液晶表示装置１００においては、光源１０１からの光ｈの光路上に、フライアイレンズ１０２，１０３、ＰＳ合成素子１０４、コンデンサレンズ１０５がこの順に配置されている。そして、さらにこれらを通過した光ｈの光路上には、この光ｈを分割するダイクロックミラー１０６、および分割された光ｈの方向を変更するためのミラー１０７、さらには必要に応じてリレーレンズ１０８が備えられ、これらのミラー１０６，１０７によって光ｈが３色にそれぞれ分離される構成となっている。また、以上のように分離された各色の光ｈの光路には、それぞれフィールドレンズ１０９が配置されている。

そして、以上の照明光学系を通過した３つの光ｈの光路上に、クロスニコルに配置された２枚の偏光板１１０と、これらの偏光板１１０間に狭持された液晶パネル部分１ａが配置されている。この液晶パネル部分１ａは、液晶表示装置１００におけるライトバルブとして用いられるもので、以降に説明するように本発明に特徴的な構成となっている。

また、これらの偏光板１１０と液晶パネル部分１ａとのセットを通過した各光ｈの光路が交わる位置には、これら３つの色光を合成する機能を有したダイクロックプリズム１１１が設置されている。このダイクロックプリズム１１１の射出側には、ダイクロックプリズム１１１での合成光を、スクリーンに向けて投射するための投射レンズ１１２が配置されている。この投射レンズ１１２には、例えば焦点距離Ｆ＃１．５〜２．５のものが用いられる。

以上のような構成により、上記液晶表示装置１００においては、外部より入力された映像信号を、ＲＧＢそれぞれの液晶パネル部分１ａに入力し、この液晶パネル部分１ａにおいて対応する画素の透過光強度を調整することで、任意の映像が投射表示される。

＜液晶パネル部の構成＞
図２には、液晶表示装置に設けた液晶パネル部分１ａの要部断面模式図を示す。この図に示すように、液晶パネル部分１ａは、上述した投射型の液晶表示装置のライトバルブとして用いられるものであり、クロスニコルに配置された２枚の偏光板１１０の間に配置される。この液晶パネル部分１ａは、液晶パネル１の外側に、保護基板３，４が対向して貼り合わせて設けられている。そして、液晶パネル１の少なくとも一方に対向配置された保護基板３と液晶パネル１との間に光学補償層５を狭持させた構成が、本実施形態に特徴的な構成となっている。以下に、各部材の詳しい構成を説明する。

先ず、液晶パネル１は、第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層３０を狭持させた通常構成のものであり、例えば以下のように構成されている。

先ず、第１基板１０は、例えば石英などの光透過性の絶縁基板を用いて構成されている。この第１基板１０の液晶層３０に向かう面上には、中央の表示領域１０ａに、ＴＦＴ１１や容量素子（図示省略）がマトリクス状に配列形成されてＴＦＴ基板を構成している。また、ＴＦＴ１１が設けられた第１基板１０上は層間絶縁膜１２で覆われており、この層間絶縁膜１２上には、接続孔（図示省略）を介してＴＦＴ１１に接続された画素電極１３が配列形成されている。そして、画素電極１３を覆う状態で、配向膜１４が設けられた構成となっている。

尚、ＴＦＴ１１が設けられる第１基板１０として耐熱性の高い石英を用いると、ＴＦＴ１１に高温ポリシリコンを使用できるので微細化が実現できる。しかし、石英は高価なので、多成分系無アルカリガラスやプラスチック基板を第１基板１０として用いても良い。この場合、ＴＦＴ１１には低温ポリシリコンやアモルファスシリコンが使用されることになる。

一方、第２基板２０は、石英、多成分系無アルカリガラスやプラスチック基板などの光透過性の絶縁基板を用いて構成されている。この第２基板２０の液晶層３０に向かう面上には、対向電極２１が一面に配置され、この対向電極２１を覆う状態で、配向膜２２が設けられている。

そして液晶層３０は、第１基板１０と第２基板２０の周縁部間に設けられた封止剤３１によって、第１基板１０と第２基板２０との間に充填封止されている。また、この液晶層３０は、膜厚（すなわちセルギャップ）が所定の設計値に調整された状態で封止されていることとする。

尚、第１基板１０上には、ＴＦＴ１１と同一層、およびＴＦＴ１１に接続する配線層と同一層で構成された駆動回路が設けられており、封止剤３１で囲まれた表示領域１０ａの外側に、この駆動回路に接続する配線１１ａが引き出された状態となっている。そして、この配線１１ａに対して、映像信号を入力するためのフレキシブルプリント基板２が接続される構成となっている。

以上のように構成された液晶パネル１に貼り合わせられる保護基板３，４は、光透過性の絶縁基板を用いて構成され、このような保護基板３，４としては、石英や結晶化ガラスといった高透過率を有する材質が用いられる。またこの他にも、サファイアや水晶といった高熱伝導率を有する材質を用いることにより保護基板３，４による放熱効果が増すので、光学補償層５や液晶層３０の耐光および耐熱寿命を向上させることができる。

そして、液晶パネル１の第１基板１０と保護基板３との間に狭持された光学補償層５は、液晶パネル１を用いて黒表示を行う際に、液晶層３０に生じる光学的な位相差を補償するためのものであり、この位相差を補償して良好な黒レベルを表示できるだけの位相差を有している。また、この光学補償層５は、液晶パネル１における第１基板１０と保護基板３との間に、はみ出すことなく狭持された状態で設けられていることとする。

このような光学補償層５は、所定の複屈折率Δｎを備えている。そして、用いられる材料の複屈折率Δｎと、光学補償層５に要求される位相差とによって決められた所定の膜厚ｔを有している。

ここで、光学補償層５の膜厚ｔについて、光学補償層５の膜厚を変化させて黒表示の性能指標となるコントラストの改善率のシミュレーションを行った結果を説明する。シミュレーション条件は、液晶パネル１において、液晶層３０の複屈折率Δｎ(lc)＝０．１６，セルギャップｇ＝２．４〜２．８μｍとした。また、光学補償層５の複屈折率Δｎ＝０．１６とした。

以上のようなシミュレーション結果を、図３のグラフに示す。このグラフに示すように、上述した構成の液晶パネル１を用いた黒表示において液晶層３０に生じる光学的な位相差を補償してコントラストの向上を図るには（コントラスト改善率１以上とするには）、複屈折率Δｎ＝０．１６の光学補償層５であれば、その膜厚ｔは０．２５μｍ〜０．９５μｍの範囲内が好ましい。また、最もコントラスト改善率の高い、膜厚ｔ＝０．６μｎｍ付近では、光学補償層を搭載しない場合と比較して約１．７倍のコントラストが得られることがわかる。尚、上記条件は、それぞれの液晶パネル設計によって異なる。

尚、光学補償層５としては、通常その複屈折率がΔｎ＝０．１〜０．２５の範囲内のものが用いられる。この場合、光学補償層５に求められる位相差は、２０ｎｍ以上でかつ８０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましいことがシミュレーションより求められた。また、光学補償層５の膜厚ｔが０．５〜０．７μｍであれば、位相差３０〜４０ｎｍであれば好ましい。

そしてこのような構成の光学補償層５は、例えば所定方向に配向させた感光性の液晶材料（ＵＶ硬化性液晶ポリマー）を用いて構成される。例えば、液晶材料は、主にネマティック液晶やディスコティック液晶を用いられることができる。これら液晶材料は正の複屈折の材料でも良いし、負の複屈折を有しているものを用いても良い。図４に示すように、上記液晶分子ｍの配向の種類としては、プラナー配向、スプレイ配向、ハイブリッド配向等が例示される。

そして、先の図１および図２を参照し、以上のような構成の液晶パネル部分１ａは、液晶表示装置１００の照明光学系からの光ｈが、第２基板２０側から照射されるように、液晶表示装置１００内に配置される。またこの液晶パネル部分１ａは、例えば、液晶パネル１におけるＴＦＴ１１が形成された層が、液晶表示装置の投射レンズ１１２の焦点（焦点面）に配置されるように、フィールドレンズ１０９と投射レンズ１１２（ダイクロックミラー１１１）との間に配置される構成となっている。

尚、このような配置状態において、光学補償層５は液晶層３０とほぼ平行な平面に設置されることになる。光学補償層５とＴＦＴ１１が形成された層とが近すぎると、光学補償層５形成時に生じるムラ、シミ、剥がれ等のユニフォミティー不良や、成膜工程で付着した異物が画面に映りこんでしまうので品質及び歩留まりの低下に繋がる。これを防止するためには、投射レンズ１１２のデフォーカス位置に、上述した液晶パネルの光学補償層５が配置されていることが重要である。

ここで、投射レンズ１１２のデフォーカス位置とは、図５に示すように、投射レンズ１１２の焦点（焦点面）Ｆを含むその前後の焦点深度ｄの範囲外の位置であり、鮮明な像画が形成される範囲を超えた位置であることとする。そして、このデフォーカス位置に、光学補償層５が配置されるように、第１基板１０の板厚が調整されているのである。

また、ある面に焦点Ｆを合わせた時にその前後の面がデフォーカスされる度合いは、投射レンズ１１２の焦点深度ｄに依存する。焦点深度ｄは、光ｈの波長λ、投射レンズ１１２の開口数ＮＡとした場合、次の式（１）で表される。

またさらに、液晶表示装置の投射レンズ１１２の焦点距離Ｆ＃（１．５〜２．５）は、投射レンズ１１２の屈折率Ｎとした場合、次の式（２）で表される。

以上の式（１）および式（２）から、投射レンズ１１２の焦点距離Ｆ＃が小さいほど光を多く取り込めるが、焦点深度ｄは短くなることがわかる。このため、一般的に焦点深度ｄが小さいほどデフォーカスされやすい。

投射レンズの焦点距離Ｆ＃とデフォーカス位置となる最短距離（以下デフォーカス距離と称する）との関係を求めるために、顕微鏡で開口数ＮＡ（焦点距離Ｆ＃）の異なる対物レンズをつけてクロスニコル配置の偏光板に挟んだ光学補償層の異物を観察する実験を行った。この実験によって、投射型の液晶表示装置内において投射レンズが液晶表示素子にフォーカスする状態を再現できる。その結果を、図６に示す。理論どおりに開口数ＮＡが大きいレンズほどデフォーカス距離が短くなっており、ＮＡとデフォーカス距離は比例していることがわかる。

ここで、上記構成の液晶表示装置１００で用いられる投射レンズ１１２の焦点距離Ｆ＃は１．５〜２．４である。このため、図６のグラフより、投射レンズ１１２の焦点距離Ｆ＃＝１．５ではデフォーカス距離０．５ｍｍ以上の位置に光学補償層５を配置し、またさらに投射レンズ１１２の焦点Ｆ＃＝２．４ではデフォーカス距離０．８ｍｍ以上の位置に光学補償層５を配置することが好ましい。

以上を考慮し、投射レンズ１１２の焦点（焦点面）Ｆに位置するＴＦＴ１１の形成層と、光学補償層５との間の光学距離Ｌは、０．５ｍｍ以上（ただし空気長換算値＝実厚／屈折率）であることとする。また、また液晶パネル部分１ａが厚板化することによる光損失と装置の大型化の防止、さらには装置コストを抑えることを考慮して、光学距離Ｌの上限は、５．０ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下に設定されることとする。尚、数値で示した光学距離Ｌは、空気長換算値＝実厚／屈折率の値であることとする。

また、以上のような設計では、光学補償層５を介して配置される保護基板３の表面は、投射レンズ１１２におけるデフォーカス位置に配置されることになる。このため、保護基板３の表面に付着する異物は、投射面に結像されることはない。一方、第２基板２０側においては、保護基板４の露出表面が投射レンズ１１２におけるデフォーカス位置となるように、保護基板４の板厚を設定する。これにより、保護基板４の表面に付着する異物が、投射面に結像されることのないような設計とする。尚、第１基板１０と保護基板３との間に異物が挟み込まれる懸念がない場合には、第１基板１０側においても、保護基板３の表面が、投射レンズ１１２におけるデフォーカス位置となるように、保護基板３の板厚を設定すれば良い。

＜液晶パネル部分の作製方法＞
次に、以上のように構成された液晶パネル部分１ａの作製方法を、図７に基づいて説明する。

先ず、図７（１）に示すように、通常と同様にして、所定に設計された液晶パネル１を作製しておく。例えば、液晶層３０の複屈折率Δｎ(lc)＝約０．１６、セルギャップｇ＝約２．８μｍとする。

また、保護基板３を用意し、この保護基板３上に、上述した設計の光学補償層５を形成する。

この場合、例えば先ず、保護基板３上にポリイミドなどの配向膜材料を塗布する。次に、塗布したポリイミド膜に対してラビング法による配向処理を行い、加熱硬化させて配向膜を形成する。尚、配向膜の形成は、光を照射することで配向性能が得られる材料を用いて行っても良く、この場合、非接触プロセスになり歩留まりが向上する。また、保護基板３自体に配向処理を行ったものであっても良い。

次に、上述したように配向処理された面上に、スピンコート法、印刷法、スリットダイコート法等均一塗布が可能な方式で、感光性の液晶材料（ＵＶ硬化性液晶ポリマー）を、所定膜厚で塗布する。そして、塗布された液晶材料膜中の液晶分子を配向させる。その後、この液晶材料膜に対してＵＶ光を全面照射して液晶材料膜を硬化させ、これにより所定膜厚の光学補償層５を形成する。尚、上述したように、光学補償層５は、この光学補償層５を構成する液晶材料の複屈折率Δｎと、光学補償層５に要求される位相差とによって決められた所定の膜厚で形成されることとする。

以上の後、図７（２）に示すように、液晶パネル１における第１基板１０（ＴＦＴ基板）側に、光学補償層５を介して保護基板３を貼り合わせ、また第２基板２０側に、保護基板４を貼り合わせ、これにより液晶パネル部分１ａを完成させる。

以上、実施形態で説明した液晶パネル部分１ａを備えた液晶表示装置においては、光学補償層５を、液晶パネル１と保護基板３との間に狭持させたことにより、光学補償層５が酸素遮断および水分遮断された状態で配置されることになる。このため、光学補償層５の劣化が防止され、例えば強い光が照射される環境下であっても光学補償層５の光学特性が維持される。

これにより、この液晶パネル部分１ａを備えた表示特性の長期信頼性の向上を図ることが可能になる。また特に、強い光が照射される環境下であっても光学補償層の５光学特性が維持されるため、液晶パネル１に強い光が照射される投射型の液晶表示装置であっても、表示特性の長期信頼性の向上を図ることができる。

さらに、光学補償層５が液晶パネル１と一体化された構成であるため、この液晶パネル部分１ａを備えた液晶表示装置の光学系を小型化することが可能である。

また、上述した投射型の液晶表示装置においては、光学補償層５の配置位置を投射レンズのデフォーカス位置としたことにより、光学補償層５を設けたことに起因して画質が劣化することもない。

尚、液晶パネル１に対する光学補償層５が形成された保護基板３および保護基板４の貼合せには、接着剤を用いても良い。この場合、図８に示すように、液晶パネル１における第１基板１０（ＴＦＴ基板）側に、接着剤７を介して、光学補償層５が形成された保護基板３を貼り合わせ、また第２基板２０側に、接着剤７を介して保護基板４を貼り合わせ、これにより液晶パネル部分１ａ’を完成させる。

≪第２実施形態≫
上述した第１実施形態において説明した液晶表示装置においては、光学補償層５を液晶パネル１の第１基板１０側に設けた例を説明した。しかしながら、液晶パネル１に対する光学補償層５の配置状態は、このような例に限定されることはない。

例えば、図９に示すように、光学補償層５は、光ｈの入射側となる第２基板（対向基板）２０と保護基板４との間に狭持されていても良い。ただしこのような場合であっても、液晶パネル１に対して配置された光学補償層５が、投射レンズのデフォーカス位置となるように、液晶表示装置内に設けられることが好ましいことは、上述した第１実施形態と同様である。また、液晶パネル１に対する保護膜３および光学補償層５を形成した保護基板４の貼合せに、接着剤を用いて良いことも同様である。

≪第３実施形態≫
上述した第１実施形態および第２実施形態において説明した液晶表示装置においては、液晶パネルに対して光学補償層５を１枚のみ設けた例を説明した。しかしながら、本発明の液晶表示装置においては、液晶パネルに対して複数の光学補償層５を設けてもよい。

例えば、図１０に示すように、光学補償層５は、第１基板（ＴＦＴ基板）１０と保護基板３との間、および第２基板（対向基板）２０と保護基板４との間の両方に狭持されても良い。ただしこのような場合であっても、液晶パネル１に対して配置された全て（ここでは２層）の光学補償層５，５が、投射レンズのデフォーカス位置となるように、液晶表示装置内に設けられることが好ましいことは、上述した第１実施形態および第２実施形態と同様である。また、液晶パネル１に対する光学補償層５を形成した保護基板３，４の貼合せには、接着剤を用いて良いことも同様である。

この場合、各光学補償層５，５は、それぞれが上述した実施形態で説明した特性（膜厚および位相差など）を有していることとする。そして、各光学補償層５，５は、その遅相軸が例えば８７°〜９３°の角度で略直交するように配置されることとする。

ここで、図１を用いて説明した液晶表示装置１００においては、液晶パネル部分１ａのパネル面に対して入射角度２０°以下で光源１０１からの光ｈが入射される。ただし、入射角度２０°とは、液晶パネルのパネル面の法線に対する角度（すなわち極角）である。このため、図１０に示した液晶パネル部分に設けられる２枚の光学補償層５，５は、液晶パネル１を挟んで積層配置された状態において、これらの光学補償層５，５に対して入射角度２０°以下で全方位から入射する光ｈに対する位相差の合計が３０ｎｍ以下となるように設定されていることとする。尚、このような光学補償層５の膜厚は、光学補償層５を構成する材料選択によってなされる。

図１１（１）〜（３）には、選択された材料からなる２枚の光学補償層を積層させた積層体に対して各方位から各入射角度（極角）で光を入射させた場合の、当該積層体の位相差を示す。これらのグラフは、図１２に示すように、それぞれが膜厚約０．５μｍ、位相差約０．４８ｎｍの２枚の光学補償層５，５を、互いの遅相軸を直交させた状態で積層させた積層体に対して、左右上下の各方向からそれぞれの極角で光を照射させた場合の位相差である。

これら図１１（１）〜（３）のグラフに示すように、各光学補償層の積層体は、入射角度（極角）２０°以下で全方位（左右上下の方向）から入射する光ｈに対する位相差が３０ｎｍ以下に設定されていることとする。また特に、入射角度（極角）０°方向からの入射する光ｈに対する位相差は、約１０ｎｍ以下に設定されていることとする。ほぼ同様の膜厚でも、このように値がばらつくのは、他因子の影響も発生するためである。

複数の光学補償層５，５を積層させた積層体がこのような特性となるように、各光学補償層５，５を設計して表示パネル１に設けたことにより、これらの光学補償層５，５によって、液晶パネル１を構成する液晶層３０の位相差を打ち消す効果が高くなる。

そして特に、入射角度２０°以下で全方位から入射する光ｈに対する位相差が３０ｎｍ以下となるように、積層させた光学補償層５，５の特性が設定されていることにより、これらの光学補償層５,５を設けた表示パネル部分を用いた液晶表示装置によって投影される黒輝度が、光学補償層を設けていない構成と比較して十分に低くなる。したがって、このような光学補償層５，５を設けた液晶表装置のコントラストの向上を図ることが可能になる。具体的には、光学補償板のない液晶表示装置のコントラストを１とした場合、製造バラツキを考慮しても１．３倍以上に向上させることができる。

一方、入射角度０°方向からの入射する光ｈに対する位相差が約１０ｎｍ以下となるように、積層させた光学補償層５，５の特性が設定されていることにより、これらの光学補償層５,５を設けた表示パネル部分を用いた液晶表示装置によって投影される白輝度が、光学補償層を設けていない構成とほとんど同じ値を示し、明るい表示を行うことが可能である。

以上のような第３実施形態の変形例−１として、図１３に示すように、第１基板（ＴＦＴ基板）１０側に２層の光学補償層５を設けた構成が例示される。この場合、１層目の光学補償層５を第１基板（ＴＦＴ基板）１０と保護基板３との間に狭持させ、２層目の光学補償層５をさらに保護基板３−３間に配置しても良い。

このような構成であっても、各光学補償層５は、それぞれが上述した実施形態で説明した特性を有し、その遅相軸が例えば８７°〜９３°の角度で略直交するように配置されることとする。また、保護基板３を挟んで積層配置された状態において、これらの光学補償層５，５に対して入射角度２０°以下で全方位から入射する光ｈに対する位相差の合計が３０ｎｍ以下に設定されていることとする。さらに、入射角度０°方向からの入射する光ｈに対する位相差が約１０ｎｍ以下となるように、積層させた光学補償層５，５の特性が設定されていることとする。これにより、上述した第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１４に示すように、２層の光学補償層５を、第１基板（ＴＦＴ基板）１０側に設ける変形例−２として、第１基板（ＴＦＴ基板）１０と保護基板３との間に、２層の光学補償層５，５を狭持させても良い。各光学補償層５が、それぞれが上述した実施形態で説明した特性を有し、その遅相軸が直交するように配置されること、さらに２層の光学補償層５，５を積層させた状態において位相差の設定は、上述した第３実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。この場合、保護基板３上に、２層の光学補償層５，５を下層側から順次形成した後、これらの光学補償層５，５を介して第１基板１０と液晶パネル１とを貼り合わせる。

また、第３実施形態の変形例−３および変形例−４として、図１５，図１６に示すように、２層の光学補償層５を、第２基板（対向基板）２０側に設けた構成が例示される。このような場合であっても、２層の光学補償層層５，５の構成は、上述した第３実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。

尚、第３実施形態の変形例−５として、図１７に示すように、３層以上（図面では４層）の光学補償層を液晶パネルに設けた構成が例示される。この場合、４層の光学補償層５のうちの２層の遅相軸に対して、他の２層の遅相軸が例えば８７°〜９３°の角度で略直交するように配置されることとする。また、例えば液晶パネル１（さらには保護基板）を介して４層の光学補償層５を積層させた状態においての位相差の設定は、上述した第３実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。

また、上述した第３実施形態の変形例−１〜−５においても、液晶パネル１に対する保護基板３，４や光学補償層５を形成した保護基板３，４の貼合せに、接着剤を用いて良い。例えば、図１８に示すように、液晶パネル１における第１基板１０（ＴＦＴ基板）側に、保護基板３と第１基板１０との間に接着剤７を狭持させた状態で、光学補償層５が形成された１枚目の保護基板３を貼合せる。そして、光学補償層５が形成された１枚目の保護基板３’を、光学補償層５−５間に接着剤を狭持させた状態で、第１基板１０側に貼り合わせる。一方、第２基板２０側には、接着剤７を介して保護基板４を貼り合わせた構成とする。

≪第４実施形態≫
図１９には、液晶パネル１の第２基板２０側にマイクロレンズアレイ基板４ａが貼り合わせられる場合の構成を示す。このマイクロレンズアレイ基板４ａを保護基板として用い、マイクロレンズ基板４ａと第２基板２０との間に光学補償層５を設けても良い。マイクロレンズアレイ基板４ａは、画素電極１３のそれぞれに対応させてマイクロレンズを２次元に配列させた基板である。このようなマイクロレンズアレイ基板４ａを搭載すると透過率を向上させることが出来るが、液晶層３０への入射光発散角が大きくなるのでコントラストは低下してしまう。しかし、光学補償層５とマイクロレンズアレイ基板４ａを組み合わせると視野角が改善されてコントラストは向上するので、高透過率と高コントラストを両立することができる。

この様な構成の場合、先ず、光学補償層５を狭持させる状態で、第２基板２０とマイクロレンズアレイ基板４ａとを貼り合わせる。その後、光学補償層５とマイクロレンズアレイ基板４ａとが貼り合わされた第２基板２０と、第１基板１０との間に、液晶層３０を封止して液晶パネル１を作製する。

尚、ここでの図示は省略したが、第１基板１０側にもマイクロレンズ基板を貼り合わせてダブルマイクロレンズ構成とする場合には、この第１基板１０とマイクロレンズ基板との間に光学補償層を設けても良い。

また、第１基板１０や第２基板２０そのものが、マイクロレンズアレイを備えた基板である場合、これらのマイクロレンズアレイを備えた第１基板１０や第２基板２０の外側に、光学補償層を介して保護基板を設けても良い。

尚、本第４実施形態は、第３実施形態と組み合わせた構成としても良く、複数層の光学補償層５を設けた構成としても良い。この場合、複数層の光学補償層の構成は第３実施形態と同様であり、このような構成とすることにより、第３実施形態の効果も得ることができる。

本発明が適用される液晶表示装置の全体構成を示す構成図である。 第１実施形態の液晶表示装置に設けた液晶パネル部分の要部断面模式図である。 光学補償層の膜厚と液晶表示装置のコントラストの改善率との関係を示すグラフである。 光学補償層を構成する液晶材料の配向を示す図である。 投射レンズの焦点および焦点深度を示す図である。 投射レンズの焦点とデフォーカス距離との関係を示す図である。 液晶パネル部分の作製手順を示す図である。 第１実施形態の液晶パネル部分の作製に接着剤を用いた場合の断面模式図である。 第２実施形態の液晶パネル部分の断面模式図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の断面模式図である。 液晶パネル部分に配置される複数層の光学補償層に対する光の入射角度と位相差との関係を示すグラフである。 図１１のグラフにおける光の入射方位を説明する平面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の変形例−１を示す断面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の変形例−２を示す断面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の変形例−３を示す断面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の変形例−４を示す断面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の変形例−５を示す断面図である。 第３実施形態の液晶パネル部分の作製に接着剤を用いた一例を示す断面模式図である。 第４実施形態の液晶パネル部分の断面模式図である。

符号の説明

１…液晶パネル、３，４…保護基板、４ａ…マイクロレンズアレイ基板、５…光学補償層、１０…第１基板、１１…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、１３…画素電極、２０…第２基板、３０…液晶層、４１…マイクロレンズ、１００…液晶表示装置、１１０…偏光板、１１２…投射レンズ、Ｌ…光学距離

Claims (17)

1. ２枚の基板間に液晶層を狭持してなる液晶パネルと、
   前記液晶パネルの少なくとも一方に対向配置された保護基板と、
   前記液晶パネルと前記保護基板との間に狭持された光学補償層とを備えた
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記保護基板が設けられた前記液晶パネルの両側に配置された偏光板と、
   前記偏光板のうちの一方を介して前記液晶パネルに照明光を照射する照明光学系と、
   前記液晶パネルを通過した光を投射する投射レンズとをさらに備えている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２記載の液晶表示装置において、
   前記光学補償層が、前記投射レンズのデフォーカス位置に配置されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３記載の液晶表示装置において、
   前記２枚の基板の一方には、画素電極とこれに接続された薄膜トランジスタとが設けられ、
   前記光学補償層は、前記薄膜トランジスタが形成された層との間の光学距離が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの位置に配置されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記光学補償層は、膜厚が０．２５μｍ〜０．９５μｍの範囲である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記光学補償層は、遅相軸を異なる方向に向けて複数層設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記光学補償層は、１層の位相差が２０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記液晶パネルを構成する少なくとも一方の基板が、前記画素電極に対向してマイクロレンズを備えている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. ２枚の基板間に液晶層を狭持してなる液晶パネルと、
   前記液晶パネルの少なくとも一方に対向配置された保護基板と、
   前記液晶パネルと前記保護基板との間に狭持された複数の光学補償層とを備え、
   前記複数の光学補償層は、遅相軸を異なる方向に向けて設けられていると共に、当該複数の光学補償層に入射角度２０°以下で全方位から入射する光に対する位相差が３０ｎｍ以下となるように設定されている、または、法線方向で位相差が１０ｎｍ以下となる
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記複数の光学補償層は、互いの遅相軸が略直行するように設けられている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記保護基板が設けられた前記液晶パネルの両側に配置された偏光板と、
    前記偏光板のうちの一方を介して前記液晶パネルに照明光を照射する照明光学系と、
    前記液晶パネルを通過した光を投射する投射レンズとをさらに備えている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項１１記載の液晶表示装置において、
    前記光学補償層が、前記投射レンズのデフォーカス位置に配置されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１２記載の液晶表示装置において、
    前記２枚の基板の一方には、画素電極とこれに接続された薄膜トランジスタとが設けられ、
    前記光学補償層は、前記薄膜トランジスタが形成された層との間の光学距離が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの位置に配置されている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記光学補償層は、１層の膜厚が０．２５μｍ〜０．９５μｍの範囲である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記光学補償層は、１層の位相差が２０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
16. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記液晶パネルを構成する少なくとも一方の基板が、前記画素電極に対向してマイクロレンズを備えている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
17. 請求項９記載の液晶表示装置において、
    前記液晶パネルを構成する少なくとも一方の基板の外側に、前記画素電極に対向してマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイ基板が設けられ、
    前記マイクロレンズアレイ基板を前記保護基板として、前記液晶パネルと当該マイクロレンズアレイ基板との間に前記光学補償層が設けられている
    ことを特徴とする液晶表示装置。
    

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