JP2009210678A - 液晶装置、電子機器およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】特定の視角方向における表示画像のコントラストを向上し改善した液晶装置を提供する。
【解決手段】一対の基板間に初期配向状態が平行配向を呈する液晶分子ＬＣを含む液晶層２０を挟持する液晶パネルと、液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板３６，５６と、を備え、液晶分子ＬＣはプレチルト角θ_１を有して基板面内の所定方向に配向しており、液晶パネルは一対の偏光板３６，５６が配置されたいずれかの側から入射された光Ｌを他方の側に向けて出射する液晶装置１であって、液晶パネルは、基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、光の最大強度方向Ｄの基板面内に投影した方位方向が所定方向と概ね平行とされており、光の最大強度方向Ｄは、プレチルト角θ_１を有する液晶分子ＬＣの長軸方向とのなす角が直角に近づく側に向けて基板の法線方向から傾斜させた方向であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶装置、電子機器およびプロジェクタに関するものである。

従来のＴＮ（Twisted Nematic）方式などの液晶駆動方式を採用した液晶装置は、コントラストに大きな視角依存性があるため、液晶装置の正面から観察する画像と斜め方向から観察する画像でコントラストが異なり、斜め方向からは良好な画像が観察することが出来ないという問題があった。このような問題に対し、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式やＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式などと呼ばれる横電界動作型の駆動方式や、ＶＡ（Vertical Alignment）方式と呼ばれる垂直配向の駆動方式が開発されたことにより大きな改善が見られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、これら視角依存性を改良した駆動方式の液晶装置であっても、装置正面の表示面の法線方向から観察すると、例えば１０００以上あるコントラストが、斜め方向から観察すると数十にまで低下することが多い。図１９には、一例としてＩＰＳ方式の液晶装置の視角特性を表す等コントラスト曲線を示す。図に示すように、法線方向の表示画像に対応する、図１９の中心付近ＡＲ１を用いた表示画像では、ほぼ表示画像の全ての領域において高いコントラストとなる。しかし、例えば斜め１５°の方向からの表示画像に対応する、図１９の中心からずらした位置ＡＲ２の表示画像では、画像の隅部でコントラストが低下している。このような傾向は、上述したＦＦＳ方式、ＶＡ方式においても同様に生じる。

このような斜め表示のコントラストの低下は、一部の使用用途において不満が残っていた。一部の用途とは、表示面の法線方向から傾いた特定の方向から画像を観察する、または特定の方向へ画像を投射することを目的とした表示装置である。このような表示装置としては、例えば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、プロジェクタなどがある。

以下に一例を示す。図２０はＨＵＤを備えた乗用自動車の概略図である。乗用自動車のダッシュボード９５内に収納されたヘッドアップディスプレイ９００は、バックライト９２からの光を変調する液晶装置９１と、液晶装置９１を介して射出された光Ｌ（画像光）をフロントウィンドウ９４上に投射し表示画像を拡大する凹面鏡９３と、を備えており、フロントウィンドウ９４上には、投射された光Ｌを乗員Ｍに向けて反射するフロントウィンドウシールド９６が配置されている。乗員Ｍは、フロントウィンドウシールド９６で反射する光Ｌによる虚像Ｉを観察する。

このとき、太陽光のような外光ＳＬがフロントウィンドウ９４を介して液晶装置９１に入射すると、液晶装置９１の凹面鏡９３側の表面で外光ＳＬが正反射（または鏡面反射）し、バックライト９２からの光Ｌと同じ光路をたどって乗員Ｍに向かって反射し、ＨＵＤの表示を見難くする。

そこで、液晶装置９１を斜めに配置し、外光ＳＬの液晶装置９１の凹面鏡９３側の表面での反射光を、乗員Ｍの目に届かない方向に反射させる構造が提案されている。しかしながら、このような構造では、前述の視角依存性のために表示画像のコントラストが大きく損なわれ、良好な画像表意が出来ないという問題があった。

特許文献２のように、射出光の装置内での反射を液晶装置の構造によって改善する提案はなされていたが、外光と表示画像の関係における不具合を装置の構造によって改善する提案はこれまでなされていなかった。したがって、従来の液晶装置とは異なった設計思想に基づき、液晶装置の法線方向ではなく、特定の視角方向において良好な表示が可能となる液晶装置が望まれていた。
特開平０９−８０４３６号公報 特開平０５−５３０９０号公報

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、特定の視角方向における表示画像のコントラストを向上し改善した液晶装置を提供することを目的とする。また、本発明の液晶装置を備えた電子機器、およびプロジェクタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の第１の液晶装置は、一対の基板間に初期配向状態が平行配向を呈する液晶分子を含む液晶層を挟持する液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子はプレチルト角を有して前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板が配置されたいずれかの側から入射された光を他方の側に向けて出射する液晶装置であって、前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記光の最大強度方向の前記基板面内に投影した方位方向が前記所定方向と概ね平行とされており、前記光の最大強度方向は、前記プレチルト角を有する前記液晶分子の長軸方向とのなす角が直角に近づく側に向けて前記基板の法線方向から傾斜させた方向であることを特徴とする。
この構成によれば、液晶層において特定の方向へ透過する透過光は、液晶分子の長軸方向と直角に近くなっているため、多少視角が変化しても液晶ダイレクタと透過光の偏光方向がなす角度が変わりにくく、理想的な位相状態で透過する。したがって、特定の方向とその近傍の視野角方向への透過光は、位相差に起因するコントラスト低下が生じにくく、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる

上記の課題を解決するための本発明の第２の液晶装置は、一対の基板間に誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層を挟持した垂直配向モードの液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子はプレチルト角を有して前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板が配置されたいずれかの側から入射された光を他方の側に向けて出射する液晶装置であって、前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記光の最大強度方向の前記基板面内に投影した方位方向が前記所定方向と概ね平行とされており、前記光の最大強度方向は、前記プレチルト角を有する前記液晶分子の長軸方向とのなす角が平行に近づく側に向けて前記基板の法線方向から傾斜させた方向であることを特徴とする。
この構成によれば、液晶層において特定の方向へ透過する透過光は、液晶分子とほぼ平行に伝播するため、多少視角が変化しても液晶分子の複屈折による影響を受けにくく、理想的な位相状態で透過する。したがって、特定の方向近傍の視野角方向への透過光は、位相差に起因するコントラスト低下が生じにくく、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

本発明においては、前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板の吸収軸方向と前記所定方向は概ね平行に配置されており、前記一方の偏光板は、当該一方の偏光板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることが望ましい。
この構成によれば、傾斜した前記一方の偏光板ともう一方の偏光板の組み合わせが、前記特定の方向を中心とした視野角方向において高い遮光性能を有するため、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

上記の課題を解決するための本発明の第３の液晶装置は、一対の基板間に初期配向状態が平行配向を呈する液晶分子を含む液晶層を挟持する液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子は前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板のうち一方の偏光板側から入射された光を他方の偏光板側に向けて出射する液晶装置であって、前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記一対の偏光板のいずれかの偏光板の吸収軸方向と前記所定方向とが概ね直交に配置されており、前記所定方向と概ね直交した吸収軸方向を有した前記偏光板は、該偏光板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、前記特定の方向を中心とした視野角方向において多少視角が変化しても、液晶ダイレクタと前記一方の偏光板を透過した光の偏光方向のなす角度が変わりにくく、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

本発明においては、前記偏光板の前記液晶パネルと反対側には光源が配置されており、該光源の出射方向が、前記液晶パネルが出射する前記光の最大強度方向であることが望ましい。
この構成によれば、光源の出射方向が所望する光の最大強度方向と一致する。そのため、光源からの光を有効に最大強度方向に射出し、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

本発明においては、前記液晶装置は視角補償用の位相差板を備え、前記位相差板は、当該位相差板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることが望ましい。
この構成によれば、位相差板を透過する透過光は、位相差板の視角依存性の影響を受けにくいため、位相差に起因するコントラスト低下を生じず、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

本発明の電子機器は、前述の液晶装置を備え、前記液晶装置は、前記液晶装置が射出する光の最大強度方向に画像表示を行うことを特徴とする。
この構成によれば、液晶装置の法線方向とは異なる方向に、コントラストが高く良好な画像を表示することが可能な電子機器とすることができる。

本発明のプロジェクタは、前述の液晶装置を備え、前記液晶装置は、前記液晶装置が射出する光の最大強度方向に画像を投射することを特徴とする。
この構成によれば、液晶装置の法線方向とは異なる方向に、コントラストが高く良好な画像を投射することが可能なプロジェクタとすることができる。

［第１実施形態］
以下、図１〜図７を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る液晶装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

まず、液晶装置１の概略構成について説明する。液晶装置１は、図１に示すように、画素表示領域を構成する複数のサブ画素領域がマトリックス状に配置されている。また、液晶装置１の画素表示領域を構成する複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極（第１電極）１１と、画素電極１１をスイッチング制御するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子（駆動素子）１２とが形成されている。このＴＦＴ素子１２は、ソースが液晶装置１に設けられたデータ線駆動回路１３から延在するデータ線１４に接続され、ゲートが液晶装置１に設けられた走査線駆動回路１５から延在する走査線１６に接続され、ドレインが画素電極１１に接続されている。

データ線駆動回路１３は、データ線１４を介して画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各サブ画素領域に供給する構成となっている。また、走査線駆動回路１５は、走査線１６を介して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを各サブ画素領域に供給する構成となっている。ここで、データ線駆動回路１３は、画像信号Ｓ１〜Ｓｎをこの順で線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線１４同士に対してグループごとに供給してもよい。また、走査線駆動回路１５は、走査信号Ｇ１〜Ｇｍを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。

そして、液晶装置１は、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１２が走査信号Ｇ１〜Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線１４から供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎが所定のタイミングで画素電極１１に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極１１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、画素電極１１と液晶を介して配置された後述する共通電極４１との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号Ｓ１〜Ｓｎがリークすることを防止するため、画素電極１１と後述する共通電極４１との間に形成される液晶容量と並列接続されるように蓄積容量１８が付与されている。この蓄積容量１８は、ＴＦＴ素子１２のドレインと容量線１９との間に設けられている。

次に、液晶装置１の詳細構成について、図２および図３を用いて説明する。図２は液晶装置の部分断面図、図３は液晶装置のサブ画素領域を示す部分平面図である。図２は、図３のＡ−Ａにおける矢視断面図に相当する。本実施形態の液晶装置１は、横電界動作型の駆動方式であるＦＦＳ方式を備えるものとして説明を行うが、同じく横電界動作型のＩＰＳ方式を採用したものとしても同様に効果がある。

図２に示すように、液晶装置１は、素子基板（基板）３０と、素子基板３０と対向配置された対向基板（基板）５０と、素子基板３０と対向基板５０との間に挟持された液晶層２０と、を備えた液晶パネル１０と、素子基板３０の外面側（液晶層２０と反対側）に設けられた偏光板３６と、対向基板５０の外面側に設けられた偏光板５６とを備えて構成されている。また、液晶装置１には、素子基板３０と対向基板５０とが対向する領域の縁端に沿って不図示のシール材が設けられており液晶層２０が封止されている。この液晶装置１は、素子基板３０側から照明光が照射され、対向基板５０側を表示側とする構成となっている。

素子基板３０は、光透過性を備えた基板本体３１を備えている。基板本体３１を形成する材料には、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。

基板本体３１の液晶層２０側の面上には、アルミや銅等の導電性材料からなる走査線１６と容量線１９が互いに平行に形成されている。走査線１６と容量線１９とは同じ材料を用いることとしてもよく、また異なる材料を用いて形成しても良い。これらは、例えばアルミニウム等の導電膜を成膜した後に、パターニングされることにより得られる。

また基板本体３１上には、走査線１６および容量線１９を覆うようにゲート絶縁膜３２が形成されている。ゲート絶縁膜３２は、窒化シリコンや酸化シリコンなどのような絶縁性を有する透光性材料で構成されている。

ゲート絶縁膜３２上には、半導体層４２、ソース電極４３、ドレイン電極４４が形成されており、これら半導体層４２、ソース電極４３、ドレイン電極４４および基板本体３１上に形成されている走査線１６によって駆動用ＴＦＴ１２を構成している。また、ドレイン電極４４と導通して容量電極４５が形成されており、容量線１９と共に保持容量１８を構成している。

半導体層４２は、アモルファスシリコンなどの半導体で構成されている。また、ソース電極４３は、同じくゲート絶縁膜３２上に形成されている不図示のデータ線１４から分岐して形成されており、半導体層４２の一端に接続している。そして、ドレイン電極４４は容量電極４５と導通して形成されており、半導体層４２の他端に接続している。

またゲート絶縁膜３２上には、駆動用ＴＦＴ１２、容量電極４５および不図示のデータ線１４を覆うように層間絶縁膜３３が形成されている。層間絶縁膜３３は、ゲート絶縁膜３２と同様に、窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁性を有する透光性材料で構成されている。また、層間絶縁膜３３の容量電極４５と重なる部分には、画素電極１１と駆動用ＴＦＴ１２との導通を図るための貫通孔であるコンタクトホール３３ａが形成されている。

層間絶縁膜３３上には、共通電極４１が形成されている。共通電極４１は、帯状の形状をしており、画素電極１１と同様に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物）などの透光性導電材料で構成されている。そして、共通電極４１は、画素電極１１よりも液晶層２０から離間する側、すなわち、画素電極１１の基板本体３１側（画素電極１１と基板本体３１の間）に配置されている。そして、共通電極４１には、例えば、液晶層２０の駆動に用いられる所定の一定な電位あるいは０Ｖが印加されるもの、または所定の一定な電位とこれとは異なる他の所定の一定の電位とが周期的（フレーム期間ごとまたはフィルド期間）に切り替わる信号が印加されるものとされている。

共通電極４１上には、コンタクトホール３３ａを備え窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁性を有する透光性材料で構成された電極間絶縁膜３４が形成されている。更に電極間絶縁膜３４上には、サブ画素Ｐの形状に応じた画素電極１１が形成されており、コンタクトホール３３ａを介して駆動用ＴＦＴ１２のドレイン電極４４と電気的に接続している。画素電極１１は、ＩＴＯ等の光透過性を備えた導電性材料にて形成されている。本実施形態ではＩＴＯを用いている。

また、電極間絶縁膜３４上には、画素電極１１を覆って配向膜３５が形成されている。配向膜３５は、例えばポリイミドなどの有機材料やシリコン酸化物などの無機材料で構成されており、電圧無印加状態において液晶層２０に含まれる液晶分子を一定方向に配列させる役割を備える。本実施形態では、配向膜３５はポリイミドの形成材料を塗布してこれを乾燥・硬化させた後、その上面にラビング処理を施すことによって得られる。

一方、対向基板５０は光透過性を備えた基板本体５１を備えている。基板本体５１を形成する材料には基板本体３１と同様に、例えばガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子（樹脂）を用いることができる。また、光透過性を備えるならば、前記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。

基板本体５１の液晶層２０側の面上には、カラーフィルタ層５２が形成されている。カラーフィルタ層５２は、サブ画素の形状に対応して配置されており、各サブ画素の表示色に対応する色材を含有している。

カラーフィルタ層５２上には、配向膜５５が形成されている。配向膜５５は、例えばポリイミドなどの有機材料やシリコン酸化物などの無機材料で構成されており、電圧無印加状態において液晶層２０に含まれる液晶分子を一定方向に配列させる役割を備える。本実施形態では、配向膜５５はポリイミドの形成材料を塗布してこれを乾燥・硬化させた後、その上面に一定方向にラビング処理を施すことによって得られる。このラビングによる配向膜５５の配向方向が、配向膜３５の配向方向と反平行方向となるように配置されている。

素子基板３０と対向基板５０とに挟持される液晶層２０に含まれる液晶分子は正の誘電率異方性を備えており、配向膜３５，５５のラビング方向に配向し、層内でホモジニアス配向をしている。

また、基板本体３１の液晶層２０とは反対側の面には偏光板３６が設けられており、基板本体５１の液晶層２０とは反対側の面には偏光板５６が設けられている。これら偏光板３６、５６は、それぞれの偏光軸（吸収軸）が互いに直交するクロスニコル状態で設けられており、いずれか一方の吸収軸が、配向膜３５、５５の配向方向と同方向となるように配置している

続いて、図３に示す平面図を参照して本実施形態の液晶装置１におけるサブ画素Ｐ近傍の平面配線構造を説明する。図３においては、素子基板３０上の各配線及び半導体層のみを示し、各絶縁膜を省略している。また、図を見やすくするために、配線の幅や大きさを変更して示している。

図に示すように、走査線１６および容量線１９は略平行に形成されており、図中では水平方向に延在している。データ線１４はこれら走査線１６および容量線１９に対して直交するように形成されている。したがって、走査線１６、データ線１４および容量線１９は平面視で略格子状に配線されている。

データ線１４からは、平面視で逆Ｌ字状のソース電極４３が分岐されており、走査線１６と平面的に重なるように形成されている半導体層４２の一端と接続している。半導体層４２の他端にはドレイン電極４４が接続しており、駆動用ＴＦＴ１２を形成している。また、ドレイン電極４４は容量線１９と平面的に重なるように形成されている容量電極４５と接続しており、保有容量１８を形成している。

画素電極１１は、平面視でほぼ梯子形状に構成され、共通電極４１と平面的に重なっている。そして、画素電極１１は、平面視で矩形の枠状の枠部１１ａと、ほぼ図面水平方向に延在すると共に図面垂直方向で間隔をあけて互いに平行となるように複数（１５本）配置された帯状電極（帯状部）１１ｂとを備えている。ここで、帯状電極１１ｂは、その両端がそれぞれ枠部１１ａのうちの図面垂直方向に延在する部分と接続されている。

ここで、不図示の配向膜の配向方向は、図面水平方向となっている。また、帯状電極１１ｂは、図面水平方向に対して約２０°傾斜して配置されている。そのため電圧無印加の初期状態において、液晶分子ＬＣと帯状電極１１ｂとの成す角θは約２０°となっている。このようにして、画素電極１１と共通電極４１とは、電極間絶縁膜３４を介して配置されておりＦＦＳ方式の電極構造を構成している。

次に、本実施形態の液晶装置１について、図４から図７を用いて特徴部分と作用の説明をする。

図４は、液晶装置１の分解斜視図であり、説明を容易にするために液晶層２０の液晶分子ＬＣをダイレクタ方向が長手方向となる円柱状に図示している。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ液晶装置１を透過する透過光と、透過光の最大強度方向である優先視角方向の関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。本実施形態では、図面奥から図面手前方向をＸ軸方向、図面水平方向をＹ軸方向、図面垂直方向をＺ軸方向としている。

図に示す偏光板３６，５６に記した両矢印は、各偏光板の吸収軸の方向を示しており、偏光板３６の吸収軸はｙ軸と平行、偏光板５６の吸収軸はｘ軸と平行となっている。偏光板３６，５６の吸収軸の方向は入れ替わっても構わない。また、液晶分子ＬＣの配向方向はｙ軸と平行となっている。

本実施形態の液晶装置１は、液晶分子ＬＣの初期配向状態に特徴がある。図において、液晶装置１の基板の法線方向Ｎから角度θ_１だけｙ軸方向に傾けた方向を、観察者に良好な画像を見せたい特定の方向（優先視角方向）Ｄとする。このような関係の場合、液晶分子ＬＣの初期配向状態において、液晶分子ＬＣの長軸方向と、液晶層２０を介して優先視角方向Ｄへ透過する透過光の液晶層２０における光路と、が成す角が大きくなるように、つまり直角に近くなるようにプレチルト角θ_２を制御する。

ここで、液晶分子ＬＣの長軸と直角に合わせる方向は、「優先視角方向Ｄ」でもよいが「優先視角方向Ｄへ透過する透過光の液晶層２０における光路」であるとなお良い。これは、液晶層２０から優先視角方向Ｄへ光が透過する場合においては、装置外部との界面で透過光が屈折するために、優先視角方向Ｄと液晶層２０における光路の方向とが一致しないからである。

図５は、液晶層２０を介して優先視角方向Ｄへ射出される透過光Ｌと液晶分子ＬＣとの関係を示す模式図であり、（ａ）が従来構造の例、（ｂ）が本実施形態を示す。ここでは、液晶分子ＬＣを楕円形で表しており、長軸方向が液晶分子ＬＣの長軸方向を表している。また、説明を簡単にするため、ここでは液晶層２０と装置外部との関係のみ示す。

図５（ａ）に示すように、従来構造の液晶層２０を透過する透過光Ｌは、ホモジニアス配向をしている液晶分子ＬＣに対して斜めに透過するため、多少の視角変化でも液晶ダイレクタと透過光Ｌの偏光方向とのなす角度が変化して、コントラスト低下が起こる。

対して、図５（ｂ）に示すように、本実施形態では予め液晶分子ＬＣにプレチルト角θ_２を設けているため透過光Ｌの光路と液晶分子ＬＣの長軸方向とが直角となっている。そのため、液晶層２０を透過する透過光Ｌは、多少視角が変化しても液晶ダイレクタと透過光Ｌの偏光方向のなす角度が変わりにくく、コントラスト低下の少ない良好な表示が可能となる。

ここで、プレチルト角θ_２は、法線方向Ｎから優先視角方向Ｄへの傾き角度θ_１、液晶分子ＬＣの異常光屈折率ｎ_ｅ、を用いて、スネルの法則より導くことができる。装置外部（空気）の屈折率ｎ＝１．０、常光屈折率ｎ_ｏ＝１．４８とし、角度θ_１＝１５°とすると、液晶層２０からの透過光Ｌの入射角θ_３は、スネルの法則よりｎ×ｓｉｎθ_１＝ｎ_ｏ×ｓｉｎθ_３が成り立つため、θ_３は約１０°となる。図に示すように、入射角θ_３はプレチルト角θ_２と等しいため、プレチルト角θ_２は約１０°となる。

同様に、任意の優先視角方向Ｄへの角度θ_１とプレチルト角θ_２との関係は、上述の装置外部の屈折率ｎと液晶分子ＬＣの常光屈折率ｎ_ｏとを用いると以下の式（１）で表すことができる。図６には、例として上述の屈折率ｎと常光屈折率ｎ_ｏとの値を用いた角度θ_１とプレチルト角θ_２との関係を表すグラフを示す。

図７には、上述のようにプレチルト角θ_２を制御した液晶層を備える液晶装置１の等コントラスト曲線を示す。図７は図１９に対応する図である。装置の法線方向Ｎからｙ軸方向に約１５°傾いた方向を優先視角方向Ｄとした場合、図に示す領域ＡＲを透過する光を用いて画像表示を行うが、図１９と比較すると明らかなように、領域ＡＲの隅部のコントラストが増大し改善されている。以上のようにして、プレチルト角θ_２を制御することで、優先視角方向Ｄにコントラストの高い良好な画像を表示可能な液晶装置１とすることができる。

以上のような構成の液晶装置１によれば、優先視角方向Ｄの光路と液晶分子ＬＣの短長軸方向とが直角になっているため、液晶層２０を透過する透過光Ｌは、多少視角が変化しても液晶ダイレクタと透過光Ｌの偏光方向のなす角度が変わりにくい。従って、優先視角方向Ｄ近傍の視野角方向でコントラスト低下の少ない良好な表示が可能な液晶装置１とすることができる。

なお、本実施形態では、液晶分子ＬＣは正の誘電率異方性を備えるものとしたが、負の誘電率異方性を備えるものとしても良い。その場合には、画素電極１１が備える帯状電極１１ｂの延在方向を平面方向に９０°傾けて配置し、液晶分子ＬＣの駆動状態が同じになるようにする。このような構成を用いることで、画素を構成する各部材のレイアウトの制約に応じた設計が可能となり、液晶装置の設計自由度を高めることができる。また、図４の帯状電極１１は、画素レイアウトの都合によっては、ｙ方向あるいはｘ方向と平行に配置されることがある。その場合、液晶の配向方向はｙ方向あるいはｘ方向から５゜乃至２０゜回転することになるが、その場合でも図７の等コントラスト曲線を５゜乃至２０゜回転させた特性となり、領域ＡＲのコントラストは従来の図１９より増大し改善されている。

また、本実施形態では、透過光Ｌの光源については特に言及しなかったが、透過光Ｌの光源が偏光板３６の液晶パネル１０と反対側に配置されていても良い。その場合、該光源からの光の出射方向が、液晶パネル１０が出射する光の最大強度方向Ｄであることが望ましい。この構成によれば、光源の出射方向が所望する光の最大強度方向Ｄと一致するため、光源からの光を有効に最大強度方向Ｄに射出し、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置１とすることができる。

［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る液晶装置２の説明図である。本実施形態の液晶装置２は、第１実施形態の液晶装置１と一部共通している。異なるのは、素子基板３０側に配置する偏光板３６に傾斜角φを設けることである。また、偏光板の吸収軸方向を規定している。以下において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

液晶装置２の素子基板３０側に配置される偏光板３６は、液層分子ＬＣの配向方向と同方向に吸収軸を備えて配置されている。また、偏光板３６は、優先視角方向Ｄに向かって傾斜角φとなるように傾斜している。換言すると、偏光板３６の法線方向が優先視角方向Ｄと平行となる方向に傾斜角φを備えて設けられている。傾斜角φは、基板の法線方向Ｎから優先視角方向Ｄへの傾き角度θ_１と等しくなるよう設定することが好ましい。

図９は、上述のように偏光板３６の傾斜角φを制御した液晶装置２の等コントラスト曲線であり、第１実施形態の図７と同様、図１９に対応する図である。図に示すように、領域ＡＲの隅部のコントラストが図７よりも増大しており、より改善されている。

以上のような構成の液晶装置２によれば、傾斜した偏光板３６と偏光板５６の組合わせが優先視角方向Ｄを中心とした視野角方向において最も高い遮光性能を有するため、優先視角方向Ｄへ良好な表示が可能な液晶装置２とすることができる。

なお、液晶装置２には、液晶層２０で生じる位相差を補償する位相差板を備える事としてもよい。その場合、位相差板にも位相差板の法線方向と、優先視角方向Ｄへ透過する透過光Ｌの光路方向と、が平行となる傾斜角を付与することが望ましい。

また、装置を透過する光の利用方法に応じて、図１０に示す液晶装置３のように、偏光板５６を透過する光の位相をλ／２ずらす位相差板６０を偏光板５６側の外部に備えることとしても良い。例えば、前述のＨＵＤのように、光をガラス等で反射させて該反射光を利用して画像表示を行う場合、入射面に水平な偏光成分であるｓ光（またはｓ偏光）のほうが、入射面に垂直な偏光成分であるｐ光（またはｐ偏光）よりも反射しやすい。そのため、液晶装置２を透過する透過光の偏光面と反射面との関係により、透過光がｓ光となるように位相差板で位相をずらすことが好ましい。

［第３実施形態］
図１１は、本発明の第３実施形態に係る液晶装置４の説明図である。本実施形態の液晶装置４は、第２実施形態の液晶装置２と一部共通しており、液晶分子ＬＣがｘ軸方向に配向している点が異なっている。このような場合には、液晶分子ＬＣにプレチルト角を与えず素子基板３０と平行な配向とし、偏光板３６には傾斜角φを設定する。このような配向状態とすると、初期配向状態において液晶分子ＬＣのダイレクタ方向と、優先視角方向Ｄとが互いに直交する。

図１２は、液晶装置４の等コントラスト曲線であり図１９に対応する図である。図に示すように、画像表示に用いる領域ＡＲの隅部のコントラストが図１９よりも増大しており、従来例よりも改善された表示が可能となっている。

以上のような構成の液晶装置４によれば、優先視角方向Ｄを中心とした視野角方向において多少視角が変化しても、液晶ダイレクタと透過光Ｌの偏光方向のなす角度が変わりにくい。即ち、特定の方向へ良好な表示が可能な液晶装置とすることができる。

［第４実施形態］
図１３および図１４は、本発明の第４実施形態に係る垂直配向方式の液晶装置５の説明図である。本実施形態の液晶装置５は、これまで説明した横電界方式の液晶装置とは異なり、初期配向状態で液晶分子ＬＣが素子基板３０および対向基板５０に対して垂直方向に配向する。そこで、まず図１３を用いて、横電解方式の液晶装置との装置構成上の違いを説明した上で、図１４を用いて作用の説明を行う。

図１３に示すように液晶装置５では、画素電極１１は素子基板３０側に、共通電極４１は対向基板５０側に設けられている。画素電極１１には不図示のスリットが設けられており、印加時に後述のプレチルト角を設けた方向とは異なる方向に電界を生じさせ、プレチルトの方向とは異なる方向に液晶分子ＬＣを倒すこととしている。

画素電極１１は、画素表示領域と平面的に重なって層間絶縁膜３３上に設けられており、該画素電極１１の上を覆って垂直配向膜３５が形成されている。一方、共通電極４１は、カラーフィルタ５２上に形成されており、該共通電極４１の上を覆って垂直配向膜５５が形成されている。垂直配向膜３５，５５は、電圧無印加時における液晶層２０内の液晶分子ＬＣを、素子基板３０、対向基板５０に対して垂直方向に配向させるものであればよく、例えばＯＤＳ（Octadecyltrimethoxysilane）などを形成材料に用い通常知られた方法により形成することができる。

また、垂直配向方式の液晶装置５の液晶層２０に用いられる液晶分子ＬＣは、誘電率異方性が負である。そのため図１４に示すように、液晶装置５では、電圧無印加時において液晶分子ＬＣダイレクタ方向と、液晶層２０を介して優先視角方向Ｄへ透過する透過光の液晶層２０における光路と、が平行となるように、プレチルト角θ_２を制御する。

図１５は、液晶装置５の液晶層２０を介して優先視角方向Ｄへ射出される透過光Ｌと液晶分子ＬＣとの関係を示す模式図であり、図５に対応する図である。図に示すように、プレチルト角θ_２は、法線方向Ｎから優先視角方向Ｄへの傾き角度θ_１、液晶分子ＬＣの常光屈折率ｎ_ｏ、を用いて、スネルの法則より導くことができる。装置外部（空気）の屈折率ｎ＝１．０、常光屈折率ｎ_ｏ＝１．４８とし、角度θ_１＝１５°とすると、液晶層２０からの透過光Ｌの入射角θ_３は、スネルの法則よりｎ×ｓｉｎθ_１＝ｎ_ｏ×ｓｉｎθ_３が成り立つため、θ_３は約１０°となる。図に示すように、プレチルト角θ_２は入射角θ_３は求めることができ、プレチルト角θ_２は約８０°となる。

以上のような構成の液晶装置５によれば、液晶層２０において優先視角方向Ｄへ透過する透過光Ｌは、液晶分子ＬＣとほぼ平行に伝播するため、多少視角が変化しても液晶分子ＬＣの複屈折による影響を受けにくく、理想的な位相状態で透過する。したがって、優先視角方向Ｄ近傍の視野角方向への透過光Ｌは、位相差に起因するコントラスト低下が生じにくく、良好な表示が可能な液晶装置５とすることができる。

なお、本実施形態の液晶装置５は、画素電極１１にスリットを設けて斜め電界を印加し液晶を駆動することとしたが、画素電極１１にはスリットを設けず、そのままプレチルトの方向に液晶が倒れるよう駆動しても良い。

［電子機器］
図１６は、本発明の液晶装置を備えた電子機器の一例であるヘッドアップディスプレイ７００の概略構成図である。図１７は、ヘッドアップディスプレイ７００の画像を車両運転席から見た図である。

図１６において車両７０はセダンタイプの乗用自動車である。ヘッドアップディスプレイ７００は、液晶装置７１と光源７２とを備えた電気光学装置１００と、電気光学装置１００から射出された光Ｌ（画像光）をフロントウィンドウ７４上に投射する凹面鏡（反射光学系）７３と、フロントウィンドウ７４上に投射された光を運転席に向けて反射するフロントウィンドウシールド７６と、を備えている。

電気光学装置１００はダッシュボード７５の内部に収納されている。ダッシュボード７５には、フロントウィンドウ７４の下部に、光Ｌを透過するための開口部７５Ｈが設けられており、該開口部７５Ｈを介して、凹面鏡７３で反射された光Ｌがフロントウィンドウシールド７６上に投影されるようになっている。投影された画像は虚像Ｉとして車両の乗員Ｍに視認される。

フロントウィンドウシールド７６は、例えばハーフミラー等のシート状の膜として構成されるが、フロントウィンドウ７４の表面を処理することにより光Ｌの一部を反射させるようにしても良い。図１７に示すように、フロントウィンドウシールド７６は運転席の正面に配置されている。フロントウィンドウシールド７６上には、速度メータやガソリン残量、警告等の情報が表示される。乗員Ｍは運転中に視線を大きく動かさずにこれらの情報を視認することができる。

ここで、液晶装置７１は前述した本発明の構成を備えており、液晶装置７１の表面の法線方向に対して特定の角度だけ傾いた方向が優先視角方向となっている。また、液晶装置７１は傾斜して設けられており、画像表示に用いる光Ｌには優先視角方向を透過した光を用いる構成となっている。そのため、ヘッドアップディスプレイ７００は、外光ＳＬが液晶装置７１の表面に入射したとしても、乗員Ｍの目に届かない方向に反射させることが出来ると同時に、優先視角方向を透過した光を用いて、乗員Ｍに良好な表示画像を見せることができる。

［プロジェクタ］
図１８は、本発明の液晶装置を備えたプロジェクタの概略構成図である。プロジェクタ８００は、図１８に示されるように、光源８１０と、光源８１０の光を時間順次で変調することでＲ，Ｇ，Ｂ各色の光学像を生成する液晶装置８１１と、この液晶装置８１１における光学像をスクリーンＳ上に拡大投射する投射レンズ８１２と、を備える。さらにプロジェクタ８００は、スクリーンＳ上に表示する画像を構成するための画像情報を色情報と輝度情報とに分離する情報分離手段８１３を備えており、色情報及び輝度情報のそれぞれに基づき光源８１０の光を制御可能となっている。

プロジェクタ８００は、光源８１０の光を分離する光分離手段８１４と、色情報に基づいて所定の色光を生成する色時分割手段８１５と、輝度情報に基づいて輝度変調光を生成する輝度変調光生成手段８１６と、これら色時分割手段８１５及び輝度変調光生成手段８１６を透過した光を合成する合成手段８１７を備えている。

光源８１０は、光を射出する高圧水銀ランプ８１０ａと、高圧水銀ランプ８１０ａから射出された光を反射させるリフレクタ８１０ｂとを備えている。高圧水銀ランプ８１０ａは、白色光を射出するランプである。

ここで、液層装置８１１は前述した本発明の構成を備えており、プロジェクタ８００からスクリーンＳへ至近距離からの投射を行う場合の、プロジェクタ８００からスクリーンＳへの投射角度に対応した斜め方向が、液晶装置８１１の優先視角方向となっている。そのため、プロジェクタ８００は、近接した距離からコントラストの高い良好な画像を投射することができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る液晶装置の回路構成図である。 第１実施形態に係る液晶装置の部分断面図である。 第１実施形態に係る液晶装置のサブ画素領域を示す部分平面図である。 第１実施形態に係る液晶装置を説明する分解斜視図である。 第１実施形態に係る液晶装置の作用を説明するための概略図である。 第１実施形態のプレチルト角を求めるグラフである。 第１実施形態に係る液晶装置の効果を示す等コントラスト曲線である。 第２実施形態に係る液晶装置を説明する分解斜視図である。 第２実施形態に係る液晶装置の効果を示す等コントラスト曲線である。 第２実施形態に係る液晶装置の変形例を説明する分解斜視図である。 第３実施形態に係る液晶装置を説明する分解斜視図である。 第３実施形態に係る液晶装置の効果を示す等コントラスト曲線である。 第４実施形態に係る液晶装置の部分断面図である。 第４実施形態に係る液晶装置を説明する分解斜視図である。 第４実施形態に係る液晶装置の作用を説明するための概略図である。 本発明の電子機器を示す概略構成図である。 本発明の電子機器を示す概略構成図である。 本発明のプロジェクタを示す概略構成図である。 従来例の液晶装置の等コントラスト曲線である。 従来例の電子機器を示す概略構成図である。

符号の説明

１〜５…液晶装置、１０…液晶パネル、２０…液晶層、３０…素子基板（基板）、３６…偏光板（一方の偏光板）、５０…対向基板（基板）、５６…偏光板、７００…ヘッドアップディスプレイ（電子機器）、８００…プロジェクタ、Ｄ…優先視角方向（最大強度方向）、Ｌ…透過光（光）、ＬＣ…液晶分子、θ_２…プレチルト角、φ…傾斜角、

Claims (8)

1. 一対の基板間に初期配向状態が平行配向を呈する液晶分子を含む液晶層を挟持する液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子はプレチルト角を有して前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板が配置されたいずれかの側から入射された光を他方の側に向けて出射する液晶装置であって、
   前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記光の最大強度方向の前記基板面内に投影した方位方向が前記所定方向と概ね平行とされており、
   前記光の最大強度方向は、前記プレチルト角を有する前記液晶分子の長軸方向とのなす角が直角に近づく側に向けて前記基板の法線方向から傾斜させた方向であることを特徴とする液晶装置。
2. 一対の基板間に誘電率異方性が負の液晶分子を含む液晶層を挟持した垂直配向モードの液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子はプレチルト角を有して前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板が配置されたいずれかの側から入射された光を他方の側に向けて出射する液晶装置であって、
   前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記光の最大強度方向の前記基板面内に投影した方位方向が前記所定方向と概ね平行とされており、
   前記光の最大強度方向は、前記プレチルト角を有する前記液晶分子の長軸方向とのなす角が平行に近づく側に向けて前記基板の法線方向から傾斜させた方向であることを特徴とする液晶装置。
3. 一対の基板間に初期配向状態が平行配向を呈する液晶分子を含む液晶層を挟持する液晶パネルと、前記液晶パネルの両側に配置された一対の偏光板と、を備え、前記液晶分子は前記基板面内の所定方向に配向しており、前記液晶パネルは前記一対の偏光板のうち一方の偏光板側から入射された光を他方の偏光板側に向けて出射する液晶装置であって、
   前記液晶パネルは、前記基板の法線方向と異なる方向に最大強度となる光を出射するとともに、前記一対の偏光板のいずれかの偏光板の吸収軸方向と前記所定方向とが概ね直交に配置されており、
   前記所定方向と概ね直交した吸収軸方向を有した前記偏光板は、該偏光板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることを特徴とする液晶装置。
4. 前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板の吸収軸方向と前記所定方向は概ね平行に配置されており、前記一方の偏光板は、当該一方の偏光板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
5. 前記偏光板の前記液晶パネルと反対側には光源が配置されており、該光源の出射方向が、前記液晶パネルが出射する前記光の最大強度方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶装置。
6. 前記液晶装置は視角補償用の位相差板を備え、
   前記位相差板は、当該位相差板の法線方向と、前記光の最大強度方向と、が平行に近づく側に前記液晶パネルの前記基板に対して傾斜した状態で配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の液晶装置を備え、前記液晶装置は、前記液晶装置が射出する光の最大強度方向に画像表示を行うことを特徴とする電子機器。
8. 請求項１から６のうちいずれか１項に記載の液晶装置を備え、前記液晶装置は、前記液晶装置が射出する光の最大強度方向に画像を投射することを特徴とするプロジェクタ。

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