JP4506183B2 - 液晶装置および投射型表示装置 - Google Patents

Description

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。

従来、大画面表示を可能とした表示装置として、液晶装置をライトバルブに備えた投射型表示装置（液晶プロジェクタ）が実用化されている。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、下記特許文献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。
特開２００１−１７４７７６号公報

ところで、昨今では、プロジェクタ用の液晶装置が小型高精細化されて開口率が小さくなったことに伴い、各画素に光を集めるマイクロレンズアレイを備えた構造が広く採用されている。係る構造は、画素周辺の配向異常部分からの光漏れを防止できるため、コントラストを１：８００程度まで改善する効果もある。例えば特開２００２−１４３４５号公報は、マイクロレンズアレイを用いる構成を採った場合に適した光学補償方法（視角補償方法）について開示している。その基本的なアイデアは、光学補償板に入射する光の入射角度が液晶に入射する光の入射角度と等しくなるように、光学補償板と液晶との間にマイクロレンズを設けないこと、即ち、マイクロレンズのない基板の側に光学補償板を設けることである。
しかし、この構造では、得られるコントラスト比は最大でも１：１０００程度であり、更なる特性の改善が望まれている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高いコントラスト比を得ることが可能な液晶装置および投射型表示装置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、本発明の液晶装置は、独立に表示可能な複数のドットを有し、一対の基板の間で正の屈折率異方性を有する液晶をツイスト配向させてなるＴＮ型の液晶パネルを備え、前記液晶の配向変化によって入射光を変調する液晶装置であって、前記液晶パネルの光入射側に、負の屈折率異方性を有する誘電体がハイブリッド配向されてなる第１の光学補償板が配置され、該第１の光学補償板の前記液晶パネルと反対側に、負の屈折率異方性を有する誘電体がハイブリッド配向されてなる第２の光学補償板が配置されており、前記第１の光学補償板は、前記第１の光学補償板の前記誘電体の光軸と前記第１の光学補償板の法線とのなす角度が大きい方の面が、前記液晶パネルと対向するように配置され、前記第２の光学補償板は、前記第２の光学補償板の前記誘電体の光軸と前記第２の光学補償板の法線とのなす角度が小さい方の面が、前記液晶パネルの側に対向するように配置されており、前記第１の光学補償板と前記液晶との間に、入射光を前記液晶側に集光可能なマイクロレンズが各ドットに対応して一ずつ配置されており、前記マイクロレンズによって通過する光の傾きが変えられることで、前記液晶の配向規制方向と反対の方向側からの入射光に対する前記第１の光学補償板の前記誘電体の光軸の方向と、前記液晶の光軸の方向と、がより近く設定されることを特徴とする。

本発明の液晶装置では、マイクロレンズが光学補償板と液晶パネルとの間に配置されているため、液晶パネルには光学補償板よりも傾いた角度で光が入射されることになる。このため、所定の方向から見た場合には、従来のものに比べて液晶のプレチルト角が見かけ上大きくなり、光学補償板による視角補償効果をより強く発揮させることができる。

つまり、前記のような光学補償板としては、前記特許文献１に記載されるようなディスコティック化合物を使ったものがよく知られているが、このような光学補償板は、製造上の理由から、その誘電体の光軸を板面に対して大きく傾ける（チルトさせる）ことができず、従って、液晶パネルの配向膜近傍で生じる光学的な位相差を十分に補償することができなかった。例えば前記従来の光学補償板では、その光学補償板の法線に対する誘電体のチルト角は最大でも６０°程度であるが、液晶パネルの配向膜近傍に生じる光学的な位相を完全に補償しようとする場合には、チルト角は８０°〜８８°程度が必要である。よって、光学補償板と液晶パネルに入射する光の角度が等しい従来の構成では、十分な光学補償を行なうことができない。これに対して本発明の液晶装置では、マイクロレンズを光学補償板と液晶パネルとの間に配置して、液晶パネルに対して大きな角度で光を入射しているため、光学補償板の誘電体の光軸と液晶パネルの液晶の光軸とを見かけ上平行に近づけることができ、従来よりも視角補償の実効を上げることが可能である。

本発明の液晶装置では、前記第１の光学補償板及び前記第２の光学補償板の法線に対する前記誘電体の光軸のチルト角の最大値が３０°以上６０°以下である構成とすることができる。こうすることで、従来構成で得られる最大のコントラスト比よりも高いコントラスト比が得られるようになる。特に、前記第１の光学補償板及び前記第２の光学補償板の法線に対する前記誘電体の光軸のチルト角の最大値が４０°以上６０°以下である場合には、コントラスト特性は最もよくなる。なお、この点については、［発明を実施するための最良の形態］の項で説明する。

また本発明の液晶装置では、前記液晶パネルが、それぞれ独立に表示可能な複数のドットを有し、入射光を前記ドットに向けて集光可能な前記マイクロレンズが各ドットに対応して一ずつ設けられた構成とすることができる。こうすることで、入射光を個々のドット毎に集光することができ、光の利用効率が最も高くなる。

また本発明の液晶装置では、前記光学補償板として、前記液晶パネルの光入射側領域に生じる光学的な位相差を補償するための第１の光学補償板と、前記液晶パネルの光出射側領域に生じる光学的な位相差を補償するための第２の光学補償板とを備えた構成とすることができる。こうすることで、液晶装置の視野角依存性をより小さくすることができる。なお、液晶パネルの光入射側の領域とは、当該液晶パネルの液晶層において、その中央部よりも光入射側（即ち、マイクロレンズ側）に位置する領域をいう。同様に、液晶パネルの光出射側の領域とは、当該液晶パネルの液晶層において、その中央部よりも光出射側（即ち、マイクロレンズと反対側）に位置する領域をいう。

本発明の投射型表示装置は、前述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。これにより、投影画像において高いコントラストを得ることができる。

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。また、「非選択電圧印加時」および「選択電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧近傍である時」および「液晶層への印加電圧が液晶のしきい値電圧に比べて十分高い時」を意味しているものとする。また本明細書では、「配向規制方向」を以下のように定義する。すなわち、配向膜近傍の液晶分子は、ラビング等の配向規制処理により、その長軸における一方の端部（液晶分子の第２の端部）が他方の端部（液晶分子の第１の端部）よりも浮き上がった状態で斜めに保持される（プレチルト）が、本明細書では、その液晶長軸を基板面に投影したときに、その液晶分子の第１の端部から液晶分子の第２の端部に向かう方向を液晶の配向規制方向と呼ぶ。

［第１実施形態］
最初に、本発明の第１実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図８を用いて説明する。第１実施形態に係る液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶パネルと、この液晶パネルの外側にそれぞれ配置された一対の偏光板と、前記液晶パネルと光入射側の偏光板との間に配置された光学補償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。

（等価回路）
図１は、液晶パネルの等価回路図である。本実施形態の透過型液晶パネル６０には、画像表示領域内に、それぞれ独立に表示可能な複数のドットが設けられ、マトリクス状に配置されたこれらのドット領域には、それぞれ略矩形状の画素電極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への通電制御を行な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。

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。

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。

（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なうことが可能な構造になっている。

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。

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。

（断面構造）
図３は、液晶パネルの断面を拡大して示す図である。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の内側に、ＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを備えている。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の内側に、第２遮光膜２３、共通電極２１、配向膜２２を備えている。第２遮光膜２３は、液晶パネルに入射した光が、ＴＦＴ素子３０のチャネル領域等に侵入するのを防止するものであり、前述のデータ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する位置（非画素領域）に格子状に形成されている。また、配向膜１６，２２にはラビング等の配向規制処理が施され、非選択電圧印加時における液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。

また、対向基板２０の外側にはマイクロレンズアレイ２４が配置されている。このマイクロレンズアレイ２４は、各ドットに対応して一ずつ設けられた複数のマイクロレンズ２４ａによって構成されている。各マイクロレンズ２４ａは、光の入射面側が平面形状で、光の出射面側が凸形状となっている。すなわち、各マイクロレンズ２４ａは正の屈折力を有し、対向基板側から入射した光を対応する画素電極９（即ち、対応するドット）に向けて集光するようになっている。例えば、液晶パネル６０の入射面に対して垂直に入射した光は、各マイクロレンズ２４ａの光軸を通る光成分を除いて、各マイクロレンズ２４ａの作用により、その入射角度が光軸に対して傾いた状態で液晶層５０に入射される。また、液晶パネル６０の入射面に対して斜めから入射した光は、各マイクロレンズ２４ａの作用により、その入射角度よりも更に傾いた角度で液晶層５０に入射される。このように液晶パネル６０の光入射側にマイクロレンズ２４ａが設けられていることにより、入射光が第２遮光膜２３に吸収される割合が少なくなり、明るい表示が可能となる。なお、図３において符号２５は、マイクロレンズアレイ２４と基板本体２０Ａとを接着するための接着層を示している。

そして、このように構成されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、ネマチック液晶からなる液晶層５０が挟持されている。このネマチック液晶は、正の誘電異方性を示すものであり、非選択電圧印加時に水平配向し、選択電圧印加時に垂直配向するようになっている。またネマチック液晶は、正の屈折率異方性を示すものであり、その複屈折と液晶層厚との積（リタデーション）Δｎｄは、例えば約０．４０μｍ（６０℃）となっている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０の配向膜１６による配向規制方向と、対向基板２０の配向膜２２による配向規制方向とは、図４の矢印６７，６８で示すように、約９０°ねじれた状態で配置（即ち、ツイスト配向）されている。これにより、本実施形態の液晶パネル６０は、ツイステッドネマチックモード（ＴＮモード）で動作するようになっている。

（偏光板）
図４は、第１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、この液晶パネル６０の外側にそれぞれ配置された一対の偏光板６２，６４と、前記液晶パネル６０と一方の偏光板６２との間に配置された２枚の光学補償板７０，８０とを備えている。各光学補償板７０，８０および各偏光板６２，６４は、サファイヤガラスや水晶等の熱伝導率が高い光透過性材料で構成された支持体（図示略）に装着されて、液晶パネル６０から離間配置されている。

図４に示すように、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。各偏光板６２，６４は、その吸収軸方向の直線偏光を吸収し、透過軸方向の直線偏光を透過する機能を有する。そして各偏光板６２，６４は、それぞれの吸収軸および透過軸が直交するように配置されている。なお、光出射側の偏光板６４は、その吸収軸６５または透過軸が、液晶パネル６０の光出射側の基板１０における配向膜１６の配向規制方向６８と略一致するように配置されている。また光入射側の偏光板６２は、その吸収軸６３または透過軸が、液晶パネル６０の光入射側の基板２０における配向膜２２の配向規制方向６７と略一致するように配置されている。

そして、液晶装置１００に対して偏光板６２の上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。非選択電圧印加時の液晶パネル６０では、液晶分子がらせん状に水平配向している。そのため、液晶パネル６０に入射した直線偏光は、約９０°旋光されて液晶パネル６０から出射する。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、非選択電圧印加時の液晶パネル６０では白表示が行われる（ノーマリーホワイトモード）。また、選択電圧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、旋光されることなく液晶パネル６０から出射する。そして、この直線偏光は、偏光板６４の透過軸と直交するため、その偏光板６４を透過しない。したがって、選択電圧印加時の液晶パネル６０では黒表示が行われる。

（光学補償板）
そして本実施形態では、液晶パネル６０における光入射側の基板２０の外側に第１の光学補償板７０が配置され、この第１の光学補償板７０の液晶パネル６０と反対側に第２の光学補償板８０が配置されている。

図５は、光学補償板の概略構造を模式的に示す斜視図である。第１光学補償板７０は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等からなる支持体７２上に配向膜（不図示）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化合物層７４を形成したものである。なお、配向膜はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等からなり、その表面にはラビング等が施されて、液晶分子の配向方向を規制しうるようになっている。一方、ディスコティック化合物層７４は、負の一軸性を示す誘電体であるディスコティック化合物７５の光軸７６の傾斜角度が厚み方向に連続的に変化した光学的構造を有するものである。このようなハイブリッド配向構造は、支持体７２上に前記一軸性の誘電体である液晶性ディスコティック化合物（ディスコティック液晶）７５を塗布し、一定温度に加熱してディスコティックネマチック相（Ｎ_Ｄ相）を形成した後、硬化させることによって得ることができる。なおディスコティック液晶７５は、支持体７２側で最小のチルト角θｍｉｎ（例えば０°〜１５°）を示し、その反対側である空気界面側で最大のチルト角θｍａｘ（例えば２０°〜６０°）を示す。なお、ディスコティック液晶７５の配向規制方向７１をＸ軸方向と定義する。このＸ軸方向は、光学補償板を法線方向から見た場合の進相軸方向である。このような第１光学補償板７０として、具体的には富士写真フィルム製のＷＶフィルムを採用することが可能である。なお第２光学補償板８０についても、上述した第１光学補償板７０と同様に構成されている。

図６は、光学補償の説明図である。液晶パネル６０に封入されたネマチック液晶６５は、光学的に正の一軸性を示すものである。すなわち、光軸６６方向の屈折率が他の方向の屈折率より大きく、屈折率楕円体ではラグビーボール型となる。そして、液晶パネル６０の液晶層５０に選択電圧を印加すると、液晶層５０の厚さ方向中央部から端部にかけて液晶分子が垂直配向する。ここで、ラグビーボール型の屈折率楕円体は、斜め方向から観察すると楕円になり、その長軸と短軸との差が複屈折となる。この斜め方向から観察した場合の位相差が、黒表示における光漏れの原因となり、液晶パネルのコントラスト比を低下させて、視角特性を悪化させることになる。

これに対して、第１光学補償板７０を構成するディスコティック液晶７５は、光学的に負の一軸性を示すものである。すなわち、光軸７６方向の屈折率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。ここで、第１光学補償板７０における円盤型の屈折率楕円体７５の光軸７６を、液晶パネル６０におけるラグビーボール型の屈折率楕円体６５の光軸６６と平行に配置すれば、光学的な正負が逆になって、屈折率楕円体６５の複屈折効果を打ち消すことができる。そこで図４に示すように、第１光学補償板７０における配向膜の配向規制方向７１が、液晶パネル６０における配向膜２２の配向規制方向６７と略一致するように、第１光学補償板７０を配置する。また図６に示すように、第１光学補償板７０における液晶（ディスコティック化合物）７５の光軸７６と第１光学補償板７０の法線とのなす角度が大きい方の面７０ａが、液晶パネル６０と対向するように、第１光学補償板７０を配置する。これにより、図６に矢印で対応関係を示すように、液晶パネル６０の光入射領域に位置する液晶６５（即ち、正の屈折率楕円体）の光軸６６に対して、第１光学補償板７０を構成する負の屈折率楕円体７５の光軸７６が平行に配置される。そのため、液晶パネル６０の光入射側領域に生じる光学的な位相差を３次元的に補償することが可能になる。

一方、第２光学補償板８０は、その配向規制方向８１が液晶パネル６０における配向膜１６の配向規制方向６８と略一致するように配置されている。また、第２光学補償板８０は、図６に示すように、第２光学補償板８０における液晶（ディスコティック化合物）８５の光軸８６と第２光学補償板８０の法線とのなす角度が小さいほうの面が、液晶パネル６０と対向するように配置されている。これにより、図６に矢印で対応関係を示すように、液晶パネル６０の光出射側領域に位置する液晶６５（即ち、正の屈折率楕円体）の光軸６６に対して、第２光学補償板８０を構成する負の屈折率楕円体８５の光軸８６が平行に配置される。そのため、液晶パネル６０の光出射側領域に生じる光学的な位相差を３次元的に補償することが可能になる。

このように本実施形態では、第１，第２の光学補償板７０，８０の光学補償作用によって、あらゆる方向から観察した場合の位相差を略完全に補償することで、黒表示における光漏れを防止することが可能となり、液晶パネルのコントラスト比が向上して、視角特性を改善することができる。特に本実施形態では、光学補償板と液晶パネル６０との間にマイクロレンズ２４ａを配置しているため、両者を通過する光の傾きが変わり、光学補償板による視角補償効果がより強められる状態となる。

この作用を図７を用いて説明する。図７は、マイクロレンズ２４ａの近傍を模式的に示す斜視図である。前述したように、図７に示した光学補償板７０において、ディスコティック化合物７５は、ＴＡＣ支持体側で０°〜１５の比較的小さなチルト角θｍｉｎを有するが、それとは反対の空気界面側のチルト角θｍａｘは２０°〜６０°と、あまり大きな値をとることができない。これは、ＴＡＣ支持体側ではラビング等によって精密な配向制御が可能であるが、空気界面側では材料を選ぶといった限られた方法でしか配向制御ができないためである。一方、液晶パネル６０の液晶分子６５のチルト角から考えられる、ディスコティック化合物７５の理想的なチルト角は、θｍｉｎ＝３°〜１０°、θｍａｘ＝８０°〜８８°であり、実際に製造可能な構造と比較して、特にθｍａｘの値が大きく異なる。すなわち、このような光学補償板では、本来、理想的な視角補償はできない。これに対して本実施形態では、光学補償板７０と液晶パネル６０との間にマイクロレンズ２４ａを配置しているため、両者を通過する光の傾きが変わる。特に、図７中右側（即ち、配向規制方向６７と反対の方向側）から入射する光Ｌ１に関しては、液晶６５のチルト角は見かけ上大きくなり、液晶６５の光軸６６とディスコティック化合物７５の光軸７６とが、より平行に近くなる。この方向は液晶パネル６０の視角が最も狭い方向であるから、このマイクロレンズ２４ａは視角補償効果を強める上で効果的である。なお、図７中左側（即ち、配向規制方向側）から入射する光Ｌ２に関しては、液晶パネル６０の視角は逆に狭まることになるが、この方向はもともと視角が最も広い方向であるため、これによる表示への影響はさほど大きくないと考えられる。

図８に、本実施形態の構成についてのシミュレーション結果を示す。
ここで用いた光学補償板は、θｍｉｎ＝２°、θｍａｘ＝５０°のものである。この場合、光学補償板を用いない場合に約１：８００のコントラストしか得られなかった液晶装置が、従来のように光出射側に光学補償板を２枚配置すると１：１０５０のコントラストが得られるようになり、更に上記のようにマイクロレンズのある光入射側に光学補償板を２枚配置する構成にすることによって、１：１４００のコントラストが得られるようになった。この効果は光学補償板のθｍａｘの値によって異なる。例えばθｍａｘが大きい場合（例えば７０°以上）には、むしろ光出射側に配置した方が高いコントラストが得られる。逆にθｍａｘが小さい場合（例えば１０°以下）には、光学補償板を用いる効果が小さかった。しかし前述のように、θｍａｘが大きな光学補償板は製造しづらいので、高コントラストを得るためには、光学補償板の最大チルト角θｍａｘを３０°以上６０°以下にして、マイクロレンズの光入射側に配置する構成が好ましいといえる。実際、最大チルト角θｍａｘを３０°とした光学補償板をマイクロレンズの光入射側に配置した構成では、最大チルト角θｍａｘを６０°とした光学補償板（実際に得られるチルト角は最大でこれくらいの値である）をマイクロレンズの光出射側に配置したものと同程度か、それよりも高いコントラストが得られることがわかる（図８）。特に最大チルト角が４０°以上６０°以下とした場合には、コントラスト特性が最もよくなる。

以上説明したように本実施形態では、マイクロレンズを光学補償板と液晶パネルとの間に配置して、液晶パネルに対して大きな角度で光を入射しているため、光学補償板の誘電体の光軸と液晶パネルの液晶の光軸とを見かけ上平行に近づけることができ、従来よりも視角補償の実効を上げることが可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る液晶装置につき、図９ないし図１１を用いて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態の構成において、第２の光学補償板８０を省略し、マイクロレンズアレイ２４と光入射側の偏光板６２との間に第１の光学補償板７０のみを配置したものである。すなわち本実施形態の液晶装置２００では、コストを重視する観点から、光学補償板を１枚だけ用いる構成としている。係る構成では、図１０に示すように、液晶パネル６０の光入射側の領域で生じる光学的な位相差のみ補償することができる。

図１１に、本実施形態の構成についてのシミュレーション結果を示す。
ここで用いた光学補償板も、θｍｉｎ＝２°、θｍａｘ＝５０°のものである。この場合、光学補償板を用いない場合に約１：８００のコントラストしか得られなかった液晶装置が、光出射側に光学補償板を１枚配置すると１：８７０のコントラストが得られるようになり、更に上記のようにマイクロレンズのある光入射側に光学補償板を１枚配置する構成にすることによって、１：１０５０のコントラストが得られるようになった。この効果も、光学補償板の最大チルト角θｍａｘの値によって異なるが、その最適値は３０°以上６０°以下、好ましくは４０°以上６０°以下の範囲にある。

以上のように本実施形態でも、光学補償板をマイクロレンズの光入射側に配置しているため、従来よりも高コントラストな表示が得られる。

［投射型表示装置］
次に、本発明の電子機器の具体例である投射型表示装置につき、図１２を用いて説明する。図１２は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投射型表示装置は、上述した各実施形態に係る液晶装置を、光変調手段として備えたものである。

図１２において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は本発明の液晶装置からなる光変調手段、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズである。光源８１０は、メタルハライド等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。

ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用光変調手段８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用光変調手段８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が青色光用光変調手段８２４に入射される。

各光変調手段により変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投影され、画像が拡大されて表示される。

なお、光源８１０におけるランプ８１１からの光は、リフレクタ８１２により略平行光に変換されるので、光変調手段８２２，８２３，８２４に対する光源光の入射角度は、最大でも１２°程度である。そして、その入射光により投影画像が構成されることになる。ここで、光変調手段８２２，８２３，８２４として、上述した各実施形態に係る液晶装置を使用すれば、スクリーン８２７上に投影された画像のコントラスト比を向上させることができる。

また、本発明の電子機器の他の具体例として、携帯電話を挙げることができる。この携帯電話は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を表示部に備えたものである。また、その他の電子機器としては、たとえばＩＣカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が挙げられる。

なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。たとえば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を反射型や半透過型の液晶装置に適用することも可能である。さらに、電子機器として３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に適用することも可能である。

液晶パネルの等価回路図である。 液晶パネルの平面構造の説明図である。 液晶パネルの断面構造の説明図である。 第１実施形態の液晶装置の分解斜視図である。 光学補償板の概略構造を模式的に示す斜視図である。 光学補償の説明図である。 光学補償の説明図である。 光学補償板の最大チルト角とコントラストとの関係を示す図である。 第２実施形態の液晶装置の分解斜視図である。 光学補償の説明図である。 光学補償板の最大チルト角とコントラストとの関係を示す図である。 投射型表示装置の要部を示す構成図である。

符号の説明

１０・・・ＴＦＴアレイ基板、２０・・・対向基板、２４・・・マイクロレンズアレイ、２４ａ・・・マイクロレンズ、５０・・・液晶層、６０・・・液晶パネル、６５・・・液晶、７０・・・第１の光学補償板、７５，８５・・・ディスコティック化合物（誘電体）、７６，８６・・・光軸、８０・・・第２の光学補償板、１００・・・液晶装置

Claims (4)

1. 独立に表示可能な複数のドットを有し、一対の基板の間で正の屈折率異方性を有する液晶をツイスト配向させてなるＴＮ型の液晶パネルを備え、前記液晶の配向変化によって入射光を変調する液晶装置であって、
   前記液晶パネルの光入射側に、負の屈折率異方性を有する誘電体がハイブリッド配向されてなる第１の光学補償板が配置され、該第１の光学補償板の前記液晶パネルと反対側に、負の屈折率異方性を有する誘電体がハイブリッド配向されてなる第２の光学補償板が配置されており、
   前記第１の光学補償板は、前記第１の光学補償板の前記誘電体の光軸と前記第１の光学補償板の法線とのなす角度が大きい方の面が、前記液晶パネルと対向するように配置され、前記第２の光学補償板は、前記第２の光学補償板の前記誘電体の光軸と前記第２の光学補償板の法線とのなす角度が小さい方の面が、前記液晶パネルの側に対向するように配置されており、
   前記第１の光学補償板と前記液晶との間に、入射光を前記液晶側に集光可能なマイクロレンズが各ドットに対応して一ずつ配置されており、
   前記マイクロレンズによって通過する光の傾きが変えられることで、前記液晶の配向規制方向と反対の方向側からの入射光に対する前記第１の光学補償板の前記誘電体の光軸の方向と、前記液晶の光軸の方向と、がより近く設定されることを特徴とする液晶装置。
2. 前記第１の光学補償板及び前記第２の光学補償板の法線に対する前記誘電体の光軸のチルト角の最大値が３０°以上６０°以下であることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置。
3. 前記第１の光学補償板及び前記第２の光学補償板の法線に対する前記誘電体の光軸のチルト角の最大値が４０°以上６０°以下であることを特徴とする、請求項２記載の液晶装置。
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。

Images