JP2009020307A - 光学補償板及び投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、ＴＮ液晶を用いた液晶装置を用いたプロジェクタにおいて、コントラスト及び視野角依存性を高める。
【解決手段】ＷＶフィルムを配置した場合におけるコントラストＣ０を基準として、それ以上のコントラストで液晶装置１に画像を表示させることが可能な光学補償板が良品であると判定する。本願発明者による評価によれば、水準ＩＩ乃至ＶＩＩ、即ち正面位相差が２０乃至７０ｎｍの光学補償板が良品であると判定された。したがって、正面位相差が２０乃至７０ｎｍであり、且つ極角３０°における位相差を正面位相差で割った値が０．４乃至１．４に設定されている光学補償板（即ち、水準ＩＩ乃至ＶＩＩ）が、ＷＶフィルムを配置した場合よりコントラストが高く、且つ視野角特性に優れていることが分かった。
【選択図】図８

Description

本発明は、例えば、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置のコントラストを高めるためにライトバルブに用いられる光学補償板、及びそのような光学補償板を備えた液晶プロジェクタ等の投写型表示装置の技術分野に関する。

この種の光学補償板は、ライトバルブとして用いられる液晶装置の光入射側或いは光出射側に配置されて使用されることがある。より具体的には、例えば、光が液晶層に斜めから入射すると、位相がずれてコントラストの低下、及び視野角の狭小化を招くため、マイクロレンズアレイを備えた液晶装置には、位相にずれを生じた光の位相差を補償することで、コントラストの低下防止と、視野角の拡大とを可能にする光学補償板が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。このような光学補償板が用いられた液晶装置では、液晶装置に光学補償板が配置された状態で、或いは、表示装置の光学系の一部として光学補償板が配置された状態で画像のコントラストを評価することによって光学補償板による補償効果を評価していた。例えば、液晶装置の画像表示面に画像を表示する直視型表示装置については、ＷＶフィルム（富士フィルム社製視野角フィルム）が最適化された条件で使用されている。また、この種の光学補償板では、光照射による位相差膜の劣化を低減するために、無機材料を構成された位相差膜を備えた光学補償板も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１１９４４４号公報 特開２００４−１０２２００号公報

しかしながら、例えば、ＴＮ液晶を用いた液晶装置に用いられる光学補償板では、位相差、及び位相差の角度依存性等の光学特性が最適化されておらず、液晶装置に応じて、投写型表示装置等のコントラスト、及び視野角依存性が最適化されているとは言い難い。

よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、ＴＮ液晶を用いた液晶装置に用いられる光学補償板であって、コントラスト及び視野角依存性が高められた光学補償板、及びそのような光学補償板を備えた液晶プロジェクタ等の投写型表示装置を提供することを課題とする。

本発明に係る光学補償板は上記課題を解決するために、２０乃至７０ｎｍの範囲に含まれる正面位相差を有し、極角３０°における位相差を前記正面位相差で割った値が０．４乃至１．４の範囲にある位相差膜を備える。

本発明に係る光学補償板によれば、位相差膜は、２０乃至７０ｎｍの範囲に含まれる正面位相差を有している。ここで、正面位相差とは、直線偏光からのずれに相当する位相差をいう。より具体的には、光学補償板の表面における法線が延びる方向に透過する光の光透過率から特定された位相差をいう。極角とは、光学補償板に入射する入射光の光路に対して光学補償板が傾く傾きを規定する角度をいう。ここで、極角３０°とは、位相差膜を構成する屈折率楕円体の長軸が、光学補償板に入射する入射光の光路に概ね平行になる角度である。このような屈折率楕円体の長軸が光学補償板の表面に対して傾く角度は、位相差膜を形成する条件等によって予め設計可能であり、本発明では、３０°である。

極角３０°における位相差を正面位相差で割った値とは、本願発明者が、正面位相差と、当該光学補償板を備えた投写型表示装置によって表示される画像のコントラストとの相関を評価するために便宜的に用いる評価指標値である。本願発明者による実験によれば、当該光学補償板が備えた位相差膜が、２０乃至７０ｎｍの範囲に含まれる正面位相差を有し、極角３０°における位相差を正面位相差で割った値が０．４乃至１．４の範囲にある場合に、所定のコントラスト以上のコントラストで画像が表示可能であることが見出されている。尚、所定のコントラストとは、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置の使用条件等に基づいて最低限必要とされるコントラストをいい、例えば、ＷＶフィルム等の位相差フィルムを用いた場合のコントラストが例に挙げられる。

したがって、本発明に係る光学補償板を用いた投写型表示装置では、本願発明者による評価結果に基づいて、所定のコントラスト以上のコントラストで画像を表示可能であり、且つ視野角依存性もＷＶフィルム等の位相差フィルムより高めることが可能である。

本発明に係る光学補償板の一の態様では、前記位相差膜は、無機位相差膜であってもよい。

この態様によれば、赤色光及び緑色光より波長の短い短波長の青色光等の入射光を光学補償する場合でも、有機位相差膜を用いた場合より光学補償板の寿命を延ばすことができる。このような無機位相差膜は、例えば、光学補償板の一部を構成する平板上の基材の表面に対して斜め方向から無機物を蒸着させる、或いはスパッタリングすることによって形成可能である。

本発明に係る投写型表示装置は上記課題を解決するために、変調光を出射する液晶装置の光入射側又は光出射側の少なくとも一方に配置された、上述した本発明の光学補償板を備えている。

本発明に係る投写型表示装置によれば、上述した本発明に係る光学補償板が、変調光を出射する液晶装置の光入射側又は光出射側の少なくとも一方に配置されているため、高品位の表示が可能な液晶プロジェクタ等の投写型表示装置を実現できる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下図面を参照しながら、本発明に係る光学補償板及び投写型表示装置の各実施形態を説明する。

＜１：液晶装置＞
先ず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る光学補償板と共に後述する投写型表示装置を構成する液晶装置を説明する。

図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る液晶装置１の全体構成を説明する。図１は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た液晶装置１の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。本実施形態に係る液晶装置１は、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式で駆動される。

図１及び図２において、液晶装置１では、ＴＦＴアレイ基板１０と、対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間にＴＮ液晶から構成された液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素部が設けられる表示領域たる画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等
からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。

シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。尚、画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域が存在する。言い換えれば、本実施形態においては特に、ＴＦＴアレイ基板１０の中心から見て、この額縁遮光膜５３より以遠が周辺領域として規定されている。

周辺領域のうちシール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。

対向基板２０の４つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。他方、ＴＦＴアレイ基板１０にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。対向電極２１は、固定電位とされる。

図２において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。他方、対向基板２０上には、対向電極２１の他、格子状又はストライプ状の遮光膜２３、更には最上層部分に配向膜が形成されている。液晶層５０は、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。尚、液晶装置１の動作時には、ＴＦＴアレイ基板１０の画素電極９ａ及び対向基板の対向電極間に画像信号に応じた駆動電圧が印加されることによって液晶の配向状態が制御され、所望の画像が表示可能になる。

尚、図１及び図２に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の駆動回路に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

＜２：光学補償板＞
次に、図３乃至図８を参照しながら、本実施形態に係る光学補償板を説明する。図３は、本実施形態に係る光学補償板の構成を示した断面図である。図４は、本実施形態に係る光学補償板を評価する際に用いられた評価システムの構成を図示的に示した図示的構成図である。図５は、評価システムのうち検査光の光路に対する光学補償板の傾きを詳細に示した図である。図６は、本実施形態に係る光学補償板を評価するための評価方法の主要な手順を示した評価方法をフローチャートである。図７は、評価結果を示した一覧表であり、図８は、図７に示した各データを比較するためのグラフである。

図３に示すように、光学補償板２００は、平板上の基材２０１と、基材２０１の表面に形成された位相差膜２０２とを備えている。位相差膜２０２は、基材２０１に対して斜め方向から無機物を蒸着、或いはスパッタリングすることによって形成された無機位相膜である。このような位相差膜は、有機物で構成されている場合に比べて光学補償板２００の使用に伴う劣化を低減でき、光学補償板２００の寿命を延ばすことが可能である。

位相差膜２０２は、屈折率異方性を有する屈折率楕円体を含んで構成されている。屈折率楕円体の長軸が基材２０１の表面に対して傾く角度、より具体的には、基材２０１の表面内において当該長軸が延びる方向を規定する方位角、及び基材２０１の表面における法線に対して当該長軸が傾く角度は、無機物を基材２０１の表面に形成する際の蒸着方向、或いはスパッタリング方向によって設計可能である。したがって、位相差膜２０２を基材２０１に形成する際における蒸着方向等を制御することによって、光学補償板２００において屈折率楕円体の長軸が延びる方向は設定可能であり、屈折率楕円体の長軸が延びる方向は各光学補償板について予め判明している。本実施形態では、光学補償板２００は、その表面における法線に対して概ね３０°傾いた方向に沿って屈折率楕円体の長軸が延びている。

位相差膜２０２は、２０乃至７０ｎｍの範囲に含まれる正面位相差を有し、極角３０°における位相差を前記正面位相差で割った値が０．４乃至１．４の範囲にある。このような正面位相差及び極角３０°における位相差を前記正面位相差で割った値を有する位相差膜２０２を備えた光学補償板２００によれば、後述するように液晶プロジェクタにおける画像のコントラスト及び視野角特性を高めることが可能である。

次に、図４乃至図８を参照しながら、本願発明者が行った光学補償板２００の評価方法を説明する。後に詳細に説明するように、本評価では、互いに正面位相差が異なる光学補償板と、ＷＶフィルムと、これら光学補償板及びＷＶフィルムを配置しない状態との夫々について位相差を測定し、上述した液晶装置１に最適的な、即ちコントラストが高い光学補償板を本実施形態に係る光学補償２００として特定した。

図４に示すように、本実施形態では、評価システム３００は、検査光としての入射光Ｌ１の入射側から順に、偏光板２０３ａ、評価対象物２０４ａ、液晶装置１、評価対象物２０４ｂ、及び偏光板２０３ｂを配置して構成されている。評価対象物２０４ａ及び２０４ｂは、液晶装置１のみのコントラストを評価する際には配置されていない。また、ＷＶフィルム及び光学補償板の夫々を配置した状態でのコントラストを評価する際には、検査対象物２０４ａ及び２０４ｂの代わりに、ＷＶフィルム及び光学補償板の夫々が配置される。各評価条件では、入射光Ｌ１及び出射光Ｌ２の夫々に基づいて評価システム３００を透過した光の透過率が算出され、コントラストが特定される。

尚、図５に示すように、光学補償板及びＷＶフィルムが検査対象物として評価システムに配置された際には、当該検査対象物の法線Ｑの光路Ｐに対する極角φは３０°をなす。言い換えれば、光学補償板に入射する入射光Ｌ１の光路Ｐは、位相差膜２０２を構成する屈折率楕円体の長軸が延びる方向と概ね平行に設定されている。このように、光学補償板及びＷＶフィルムが配置された状態で光学補償板及びＷＶフィルムを配置した状態におけるコントラストが測定される。

次に、図６に示すように、先ず、評価システム３００を用いて液晶装置１単体のコントラストを測定する（ステップＳ１０）。より具体的には、液晶装置１に駆動電圧を印加することによって、画素電極９ａ及び対向電極の液晶層５０に５Ｖを印加する。これにより、液晶装置１の表示面に黒画像を表示する。この状態で、液晶装置１の表示面における黒表示の照度が最も低くなるように、図４に示したように光路Ｐを中心として偏光板２０３ａを回転させる。続いて、液晶装置１に対する駆動電圧の印加を止め、この状態における白表示の照度と、黒表示の照度のうち最も低い照度との比を算出することによって、液晶装置１単体におけるコントラストを特定する。

次に、評価対象物２０４ａ及び２０４ｂとしてＷＶフィルムを配置し、ステップＳ１０と同様の手順によって、ＷＶフィルムを配置した場合におけるコントラストを特定する（ステップＳ２０）。

次に、評価対象物２０４ａ及び２０４ｂの代わりに光学補償板を配置し、ステップＳ１０と同様の手順により光学補償板を配置した場合におけるコントラストを特定する（ステップＳ３０）。尚、ステップＳ３０では、正面位相差が相互に異なる複数の光学補償板の夫々について、コントラストを特定する。

次に、評価システム３００を用いて特定した、液晶装置１単体のコントラスト、ＷＶフィルムを配置した場合のコントラスト、及び光学補償板を配置した場合のコントラストの夫々を比較することによって、最適な光学補償板の設計、即ち光学特性を特定する（ステップＳ４０）。

次に、図７及び図８を参照しながら、上述の評価方法によって得られた評価結果に基づいて最適な光学補償板を特定する手順を詳細に説明する。

図７に示すように、上述の評価方法によって、正面位相差が１０乃至１００までの１０水準（水準Ｉ乃至Ｘ）の夫々におけるコントラストと、液晶装置１単体及びＷＶフィルムの夫々を配置した場合におけるコントラストを比較する。尚、水準Ｉ乃至Ｘは、すべて位相差の比率、即ち、極角３０°における位相差を正面位相差で割った値が０．４乃至１．４に設定されている。

図８に示すように、本実施形態では、ＷＶフィルムを配置した場合におけるコントラストＣ０を基準として、それ以上のコントラストで液晶装置１に画像を表示させることが可能な光学補償板が良品であると判定する。そこで、図８を見るに、水準ＩＩ乃至ＶＩＩ、即ち正面位相差が２０乃至７０ｎｍの光学補償板が良品であると判定された。したがって、本願発明者が行った評価によれば、正面位相差が２０乃至７０ｎｍであり、且つ極角３０°における位相差を正面位相差で割った値が０．４乃至１．４に設定されている光学補償板２００が、ＷＶフィルムを配置した場合よりコントラストが高く、且つ視野角特性に優れていることが分かった。尚、水準ＩＩ乃至ＶＩＩは、液晶装置１単体のコントラスト（図８中の水準Ｐ１）より高いコントラストを有している。

よって、以上説明したように、本実施形態に係る光学補償板によれば、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置において、ＷＶフィルムを位相差板として用いる場合に比べて、高いコントラストで、且つ視野角特性に優れた画像を表示可能である。

＜３：投写型表示装置＞
次に、図９を参照しながら、本実施形態に係る投写型表示装置は、上述した液晶装置をライトバルブに用い、当該ライトバルブの光入射側及び光出射側の少なくとも一方に上述の光学補償板を配置した光学系を有するプロジェクタである。

図９に示すように、プロジェクタ１１００内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット１１０２が設けられている。このランプユニット１１０２から射出された投射光は、ライトガイド１１０４内に配置された４枚のミラー１１０６および２枚のダイクロイックミラー１１０８によってＲＧＢの３原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇに入射される。

液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるＲ、Ｇ、Ｂの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルに入射する光或いは出射される光は上述の光学補償板２００によって光学補償されている。液晶パネル及び光学補償板２００を含む光学系から出射された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射される。このダイクロイックプリズム１１１２においては、ＲおよびＢの光が９０度に屈折する一方、Ｇの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ１１１４を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。

ここで、各液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇによる表示像について着目すると、液晶パネル１１１０Ｇによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像に対して左右反転することが必要となる。

尚、液晶パネル１１１０Ｒ、１１１０Ｂおよび１１１０Ｇには、ダイクロイックミラー１１０８によって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。

このようなプロジェクタは、上述した光学補償板２００を具備してなるので、スクリーン等の投写面に投写される投写画像のコントラストが高められており、視野角特性が高められた高品位の画像を表示可能である。

本実施形態に係る光学補償板と共に投写型表示装置に搭載される液晶装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ´断面図である。 本実施形態に係る光学補償板の構成を示した断面図である。 本実施形態に係る光学補償板を評価する際に用いられた評価システムの構成を図示的に示した図示的構成図である。 評価システムのうち検査光の光路に対する光学補償板の傾きを詳細に示した図である。 本実施形態に係る光学補償板を評価するための評価方法の主要な手順を示した評価方法をフローチャートである。 評価結果を示した一覧表である。 図７に示した各データを比較するためのグラフである。 本実施形態に係る光学補償板が搭載された液晶プロジェクタの平面図である。

符号の説明

１・・・液晶装置、２００・・・光学補償板、２０２・・・位相差膜、２０３ａ，２０３ｂ・・・偏光板、１１００・・・プロジェクタ

Claims (3)

1. ２０乃至７０ｎｍの範囲に含まれる正面位相差を有し、極角３０°における位相差を前記正面位相差で割った値が０．４乃至１．４の範囲にある位相差膜を備えたこと
   を特徴とする光学補償板。
2. 前記位相差膜は、無機位相差膜であること
   を特徴とする請求項１に記載の光学補償板。
3. 変調光を出射する液晶装置の光入射側又は光出射側の少なくとも一方に配置された、請求項１又は２に記載の光学補償板を具備してなること
   を特徴とする投写型表示装置。

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