JP4973343B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶ライトバルブ等の液晶装置、及び該液晶装置を備えた、例えば液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。

この種の液晶装置では、液晶分子の配向を規制するための液晶分子の配向モードとして、電圧無印加状態で液晶分子が基板面に略平行で基板に垂直な方向にねじれた配向を持つツイステッド・ネマティック（Twisted Nematic）モード（以下適宜、「ＴＮモード」と称する）と、液晶分子が垂直に配向した垂直配向（Virtical Alignment）モード（以下適宜、「ＶＡモード」と称する）とが知られている。信頼性等の面から従来はＴＮモードが主流であったが、ＶＡモードがいくつかの優れた特性を持っているため、ＶＡモードの液晶装置が注目されている。

他方、この種の液晶装置では、液晶層で生じる光の位相差（或いは位相ずれ）によってコントラストが低下してしまうのを防ぐために、例えば位相差フィルム等の光学位相差補償素子を備えたものがある。

このような光学位相差補償素子に関して、例えば特許文献１では、垂直配向モードの液晶素子に対して、無機誘電体多層膜からなる光学異方性素子を、液晶分子の配向方向に応じて傾けて配置する技術が開示されている。

特開２００６−１１２９８号公報

しかしながら、例えば特許文献１に開示された技術のように光学異方性素子を傾けて配置する場合、光学異方性素子を配置するための空間を確保する必要がある。このため、液晶装置自体或いは液晶装置を備えたプロジェクタの小型化が困難であり、且つレイアウトの自由度が阻害されてしまうという技術的問題点がある。

更に、液晶分子の配向方向に応じて、光学異方性素子を傾斜させているので、配向方向によっては、光学異方性素子を傾斜させる機構が複雑になったり、組立工程において追加的な調整が必要になったりする可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば、コントラストの比較的高い高品位な画像を表示可能であり、且つ小型化に適した液晶装置、及びそのような液晶装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。

本発明の液晶装置は上記課題を解決するために、互いに対向して配置されると共に、配向膜を夫々有する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持されており、負の誘電率異方性を有すると共に、前記一対の基板に沿った一の平面内における第１方位に該一の平面の法線に対して第１角度だけ傾斜するように、前記配向膜によってプレチルトが付与された液晶分子からなる液晶と、正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１方位と互いに異なる第２方位に前記法線に対して前記第１角度に応じた第２角度だけ傾斜した第１光軸を有する第１光学補償素子と、正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１及び第２方位と互いに異なる第３方位に前記法線に対して前記第１角度に応じた第３角度だけ傾斜した第２光軸を有する第２光学補償素子と、正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１、第２及び第３方位と互いに異なる第４方位に前記法線に対して前記第１角度に応じた第４角度だけ傾斜した第３光軸を有する第３光学補償素子と、負の一軸性を有すると共に光軸として、前記法線に沿った第４光軸を有する第４光学補償素子とを備える。

本発明の液晶装置によれば、一対の基板は、互いに対向して配置され、該一対の基板間には、負の誘電率異方性を有する液晶が挟持される。このため、本発明に係る液晶装置は、垂直配向モード（即ち、ＶＡモード）の液晶装置を構成する。一対の基板の各々には、配向膜が設けられている。配向膜は、液晶を構成する液晶分子に対して、一対の基板に沿った一の平面内における第１方位に該一の平面の法線に対して第１角度（即ち、プレチルト角）だけ傾斜するように、プレチルトを付与する。即ち、液晶分子にプレチルトが配向膜によって付与されることにより、電圧が印加されない状態では、液晶分子（或いは液晶分子の長軸）は、該一の平面内における第１方位に、該一の平面の法線に対して第１角度だけ傾斜する。このような配向膜は、典型的には、所定方位にラビングが施された有機配向膜である。或いは、配向膜は、無機配向膜であってもよい。当該液晶装置の動作時には、当該液晶装置に投射光等の光が入射され、当該液晶装置は、液晶ライトバルブとして機能する。

本発明では特に、第１、第２、第３及び第４光学補償素子を備える。第１、第２、第３及び第４光学補償素子の各々は、一対の基板に対して光が入射される側或いは光が出射される側に設けられる。第１、第２及び第３光学補償素子の各々は、正の一軸性を有しており、例えば、正の一軸性結晶を含んでなる。第１光学補償素子の光軸（即ち光学軸）である第１光軸は、一対の基板に沿った一の平面内における第１方位と互いに異なる第２方位（例えば、第１方位と互いに直交する一の方位）に、該一の平面の法線に対して第１角度に応じた第２角度（例えば、第１角度に等しい角度）だけ傾斜している。第２光学補償素子の光軸である第２光軸は、一対の基板に沿った一の平面内における第１及び第２方位と互いに異なる第３方位（例えば、第１方位と互いに反対の方位、即ち第１方位と１８０度をなす方位）に、該一の平面の法線に対して第１角度に応じた第３角度（例えば、第１角度に等しい角度）だけ傾斜している。第３光学補償素子の光軸である第３光軸は、一対の基板に沿った一の平面内における第１、第２及び第３方位と互いに異なる第４方位（例えば、第２方位と互いに反対の方位、即ち第２方位と１８０度をなす方位、言い換えれば、第１方位と互いに直交する他の方位）に、該一の平面の法線に対して第１角度に応じた第４角度（例えば、第１角度に等しい角度）だけ傾斜している。言い換えれば、第１、第２及び第３光学補償素子は、第１、第２及び第３光軸が、互いに異なる方位であって液晶分子の傾斜する第１方位と夫々互いに交わる方位に、液晶分子が傾斜する第１角度に対応する第２、第３及び第４角度だけ夫々傾斜するように構成される。第４光学補償素子は、例えば、負の一軸性の位相差板（即ち、Ｃプレート）からなり、その光軸である第４光軸が一対の基板に沿った一の平面の法線に沿うように、該一対の基板に対向配置される。

よって、例えば液晶ライトバルブとして機能する当該液晶装置の動作時に、入射された光が、一対の基板に対して傾斜した液晶分子からなる液晶を通過することで発生する光の位相差を、第１、第２、第３及び第４光学補償素子によって補償することができる。言い換えれば、第１、第２、第３及び第４光学補償素子によって、一対の基板間に挟持された液晶、当該第１、第２、第３及び第４光学補償素子の全体の屈折率の異方性を小さくすることができる。即ち、液晶、第１、第２、第３及び第４光学補償素子の全体の屈折率の異方性を示す屈折率楕円体を球状に近づけることができる。このような補償を行うことで、液晶を通過した光が出射側の偏光板に対し、位相がずれた状態で入射するのを防止することができる。よって、例えば出射側の偏光板において、本来通過させないはずの光が漏れる可能性は小さくなり、コントラストの低下や視野角の縮小を防止することができる。

更に、第１、第２、第３及び第４光学補償素子は、一対の基板に対して傾斜して配置されることなく、液晶で生じる光の位相差を補償することができる。よって、当該液晶装置等の小型化に適することができる。

以上説明したように、本発明の液晶装置によれば、第１、第２、第３及び第４光学補償素子によって、液晶で生じる位相差を補償できる。よって、コントラストの比較的高い高品位な画像を表示可能であり、且つ小型化に適することができる。

本発明の液晶装置の一態様では、前記第２、第３及び第４角度の各々は、前記第１角度に等しい。

この態様によれば、第１、第２及び第３光軸の各々が、一対の基板に沿った一の平面の法線に対して傾斜する角度（即ち、第１、第２及び第３光軸と該法線とが夫々なす角の大きさ）である第２、第３及び第４角度の各々は、第１角度（即ち、プレチルト角）に等しいので、液晶分子が該一の平面の法線に対して第１角度だけ傾斜していることに起因して生じる光の位相差を効果的に補償することができる。ここに「第１角度に等しい」とは、液晶分子が該一の平面の法線に対して傾斜していることに起因して生じる光の位相差を、製品仕様上で許容される程度に補償するのに十分な範囲で第１角度に近ければよい趣旨であり、即ち、第１角度に文字通り等しい場合の他、第１角度に実質的に等しい場合を含む意味である。

本発明の液晶装置の他の態様では、前記第１及び第３方位は、互いに反対であり、前記第２及び第４方位は、互いに反対である。

この態様によれば、一対の基板間に挟持された液晶の液晶分子と第２光学補償素子の第２光軸とは、互いに反対の方位に、一対の基板の法線に対して傾斜し、第１光学補償素子の第１光軸と第３光学補償素子の第３光軸とは、互いに反対の方位に、一対の基板の法線に対して傾斜する。よって、一対の基板間に挟持された液晶、第１、第２、第３及び第４光学補償素子の全体の屈折率の異方性を、確実に小さくすることができる。

本発明の液晶装置の他の態様では、前記第１、第２及び第３光学補償素子は、正の一軸性結晶を含んでなると共に光軸が一表面に対して傾斜するように研磨されることにより形成された結晶板からなる。

この態様によれば、第１、第２及び第３光学補償素子を、比較的容易にして、一対の基板に沿った一の平面の法線に対して傾斜した光軸を有する結晶板として構成することができる。よって、第１、第２及び第３光学補償素子を該一の平面に対して傾斜させて配置する必要がなく、当該液晶装置の小型化を図ることが可能となる。ここに本発明に係る「一表面」とは、二つの主面を有する平板状の結晶板における、一方の主面を意味する。

光軸が一表面に対して傾斜する結晶板は、例えば、結晶を、該結晶の光軸に対して所定の角度だけ傾けて切断し、所定の厚さになるように研磨して形成すればよい。尚、一表面と反対側の面は、一表面と平行になるように研磨されていることが好ましい。

上述した第１、第２及び第３光学補償素子が正の一軸性結晶を含んでなる態様では、前記第１、第２及び第３光学補償素子は、前記正の一軸性結晶として水晶を含んでなるようにしてもよい。

この場合には、例えば、サファイア等を用いる場合に比べて安価であり、且つ結晶板の加工が容易である。よって、コストの削減を図ることが可能である。

本発明の液晶装置の他の態様では、前記第４光学補償素子は、無機材料で構成される。

この態様によれば、第４光学補償素子は、例えば蒸着法等を用いて無機材料から形成される。よって、第４光学補償素子は、紫外線等による劣化が殆ど或いは全く起こらない。従って、第４光学補償素子の耐光性或いは耐久性を向上させることができ、表示画像における経時的な品質の劣化を低減或いは防止することができる。

本発明の液晶装置の他の態様では、前記一対の基板に対して光が入射する側に配置されたマイクロレンズアレイを更に備え、前記第１、第２、第３及び第４光学補償素子は、前記一対の基板に対して光が出射する側に設けられる。

この態様によれば、第１、第２、第３及び第４光学補償素子をマイクロレンズアレイに対して光が出射する側に配置できるので、マイクロレンズアレイによって曲げられた光が、液晶を通過することで発生する位相差を第１、第２、第３及び第４光学補償素子によって確実に補償することができる。言い換えれば、マイクロレンズアレイによる光の位相ずれに対する悪影響を殆ど或いは完全に無くすことができる。

本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置（但し、その各種態様を含む）を具備してなる。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明の液晶装置を具備してなるので、液晶層を通過する光に生じる位相差を補償することができ、高コントラストを実現することが可能であり、且つ、小型化を図ることが可能である。この結果、高品質な画像表示を行うと共に小型化に適した、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。以下の実施形態では、本発明の液晶装置の一例である駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとる。
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る液晶装置を構成する液晶パネルについて、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態に係る液晶装置は、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置のライトバルブに用いられる液晶装置である。ここに図１は、本実施形態に係る液晶パネルの構成を示す平面図であり、図２は、図１のＨ−Ｈ´断面図である。尚、図１及び図２には、後に詳述する光学補償素子は配置されておらず、液晶パネルのみが示されている。

図１及び図２において、本実施形態に係る液晶装置を構成する液晶パネル１００では、本発明に係る「一対の基板」の一例としての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、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。

図１において、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。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。この一辺に沿ったシール領域よりも内側に、サンプリング回路７が額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿ったシール領域の内側に、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。ＴＦＴアレイ基板１０上には、対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材１０７で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。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。

ＴＦＴアレイ基板１０上には、外部回路接続端子１０２と、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４、上下導通端子１０６等とを電気的に接続するための引回配線９０が形成されている。

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（Thin Film Transistor）や走査線、データ線等の配線が作り込まれた積層構造が形成されている。画像表示領域１０ａには、画素スイッチング用ＴＦＴや走査線、データ線等の配線の上層に画素電極９ａがマトリクス状に設けられている。画素電極９ａ上には、配向膜１６が形成されている。他方、対向基板２０におけるＴＦＴアレイ基板１０との対向面上に、遮光膜２３が形成されている。遮光膜２３は、例えば遮光性金属膜等から形成されており、対向基板２０上の画像表示領域１０ａ内で、例えば格子状等にパターニングされている。そして、遮光膜２３上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明材料からなる対向電極２１が複数の画素電極９ａと対向してベタ状に形成されている。対向電極２１上には配向膜２２が形成されている。液晶層５０は、誘電率異方性が負である液晶分子を含んで構成されている。従って、本実施形態に係る液晶装置は、垂直配向モード（即ち、ＶＡモード）で液晶分子の配向が制御される液晶装置である。

ここでは図示しないが、対向基板２０における液晶層５０に対向する側とは反対側の面（即ち、入射光が入射される側の面）には、図３を参照して後述するマイクロレンズアレイ４００が設けられている。

尚、ここでは図示しないが、ＴＦＴアレイ基板１０上には、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等の他に、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路、検査用パターン等が形成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る液晶装置が備える第１、第２、第３及び第４光学補償素子について、図３から図６を参照して説明する。

先ず、第１、第２、第３及び第４光学補償素子の配置位置について、図３を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係る液晶装置の構成と入射光の入射方向とを示す、本実施形態に係る液晶装置の断面図である。尚、以降の図においては、図１及び図２で示した、液晶パネル１００の詳細な部材については適宜省略し、直接関連のある部材のみを示す。また、図３は、説明の便宜上、図２に示したＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０を上下逆転させて図示している。

図３において、本実施形態に係る液晶装置は、液晶パネル１００、マイクロレンズアレイ４００、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０を備えており、偏光板３００ａ及び３００ｂ間に挟み込まれるように配置されている。

マイクロレンズアレイ４００は、液晶パネル１００の各画素に対応するマイクロレンズが作り込まれたマイクロレンズアレイ板であり、入射側の偏光板３００ａと液晶パネル１００との間に設けられている。マイクロレンズアレイ４００によって、入射光を画素単位で集光することができ、液晶パネル１００における実質的な開口率を向上させることができる。即ち、マイクロレンズアレイ４００によって、液晶パネル１００における光の利用効率及び明るさや色純度を向上させることができる。

第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、出射側の偏光板３００ｂと液晶パネル１００との間に設けられている。第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、この順で、ＴＦＴアレイ基板１０に貼り付けられている。尚、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、他の順（例えば、第４光学補償素子２４０、第３光学補償素子２３０、第２光学補償素子２２０、第１光学補償素子２１０の順）で、ＴＦＴアレイ基板１０に貼り付けられてもよい。また、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０の各々は、ＴＦＴアレイ基板１０とは別に支持体を設けて、その支持体と一体に構成されていてもよい。

次に、第１、第２、第３及び第４光学補償素子の構成について、図４を参照して説明する。ここに図４は、本実施形態に係る第１、第２、第３及び第４光学補償素子の斜視図である。尚、図４では、第１、第２、第３及び第４光学補償素子に加えて、電圧を印可されない状態での液晶パネルにおける液晶分子の状態を概念的に示してある。また、図４では、説明の便宜上、角度α、θ１、θ２及びθ３を実際よりも大きくなるように図示している。

図４において、液晶パネル１００の液晶層５０における液晶分子５０１は、電圧を印可されない状態において、配向膜２２及び１６（図２参照）によって、対向基板２０（或いはＴＦＴアレイ基板１０）の基板面に対して所定角度だけ立ち上がるプレチルトを付与されており、対向基板２０（或いはＴＦＴアレイ基板１０）に沿った一の平面（図中、ＸＹ平面）内における所定方位５００に、該一の平面の法線Ｎに対してプレチルト角αだけ傾斜して配向する。即ち、液晶分子５０１は、所定方位５００に、法線Ｎに対してプレチルト角αだけ傾斜するように、配向膜２２及び１６によってプレチルトが付与されている。所定方位５００は、本発明に係る「第１方位」の一例であり、配向膜２２のラビング方向２０ｒ（或いは配向膜１６のラビング方向１０ｒ）に沿った一の方位である。

第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々は、例えば水晶等である正の一軸性結晶から形成された結晶板からなる。尚、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０は、水晶板からなるのが望ましい。この場合には、例えば、サファイア等を用いる場合に比べて安価であり、且つ結晶板の加工が容易である。よって、コストの削減を図ることが可能である。

第１光学補償素子２１０の光軸２１１は、所定方位５００と互いに異なる所定方位５１０に、法線Ｎに対して角度θ１だけ傾斜している。尚、所定方位５１０は、本発明に係る「第２方位」の一例であり、所定方位５００に加えて後述する所定方位５２０及び５３０とも互いに異なる。従って、想定屈折率楕円体２１２も所定方位５１０に、法線Ｎに対して角度θ１だけ傾斜している。第１光学補償素子２１０の遅相軸２１３は、所定方位５１０に沿っている。

第２光学補償素子２２０の光軸２２１は、所定方位５００及び５１０と互いに異なる所定方位５２０に、法線Ｎに対して角度θ２だけ傾斜している。尚、所定方位５２０は、本発明に係る「第３方位」の一例であり、所定方位５００及び５１０に加えて後述する所定方位５３０とも互いに異なる。従って、想定屈折率楕円体２２２も所定方位５２０に、法線Ｎに対して角度θ２だけ傾斜している。第２光学補償素子２２０の遅相軸２２３は、所定方位５２０に沿っている。

第３光学補償素子２３０の光軸２３１は、所定方位５００、５１０及び５２０と互いに異なる所定方位５３０に、法線Ｎに対して角度θ３だけ傾斜している。尚、所定方位５３０は、本発明に係る「第４方位」の一例である。従って、想定屈折率楕円体２３２も所定方位５３０に、法線Ｎに対して角度θ３だけ傾斜している。第３光学補償素子２３０の遅相軸２３３は、所定方位５３０に沿っている。

ここで、所定方位５００、５１０、５２０及び５３０の各々は、対向基板２０に沿った平面（図中、ＸＹ平面）内における互いに異なる方位として設定されている。より具体的には、所定方位５１０は、所定方位５００と例えば９０度の角度をなす一の方位として設定されている。所定方位５２０は、所定方位５００と反対の方位、即ち、所定方位５００と例えば１８０度の角度をなす方位として設定されている。所定方位５３０は、所定方位５１０と反対の方位、即ち、所定方位５１０と例えば１８０度の角度をなす方位或いは所定方位５００と例えば９０度の角度をなす他の方位として設定されている。

角度θ１、θ２及びθ３は、プレチルト角αに殆ど或いは実践上完全に等しくなるように設定されている。

ここで、第１、第２及び第３光学補償素子の形成方法について、図５を参照して説明する。ここに図５は、本実施形態に係る第１光学補償素子の形成方法を示す概念図である。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、正の一軸性結晶２ｂを、光軸Ｌに対して角度θｑ（ここで角度θｑは、９０度と角度θ１との差である）だけ傾いている切断線ｑ１及びｑ２で切断し、所定の厚さｄ１になるように研磨することによって、図５（ｂ）に示すような、第１光学補償素子２１０を形成する。このような形成方法によれば、例えば、角度θｑを８５度に設定した場合、角度θ１が５度（即ち、プレチルト角αに殆ど等しい角度）である第１光学補償素子２１０を容易に形成できる。尚、研磨としては、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）等の各種研磨技術を適用可能である。

第２光学補償素子２１０及び第３光学補償素子２３０は、第１光学補償素子２１０と概ね同様に、図５を参照して上述した形成方法によって、容易に形成することができる。

再び図４において、第４光学補償素子２４０は、負の一軸性の位相差板（即ち、Ｃプレート）からなる。第４光学補償素子２４０の光軸２４１は、法線Ｎに沿っている。従って、想定屈折率楕円体２３２も法線Ｎに沿っている。

本実施形態では特に、第４光学補償素子２４０は、例えば蒸着法等を用いて無機材料から形成されている。よって、第４光学補償素子２４０は、紫外線等による劣化が殆ど或いは全く起こらない。従って、第４光学補償素子２４０の耐光性或いは耐久性を向上させることができ、表示画像における経時的な品質の劣化を低減或いは防止することができる。但し、第４光学補償素子２４０は、例えばフィルム状の有機化合物から形成されていてもよい。

次に、上述のように構成された本実施形態に係る液晶装置の動作について、図３及び図４を参照して説明する。

図３において、本実施形態に係る液晶装置の動作時には、入射光は先ず入射側の偏光板３００ａに入射する。偏光板３００ａでは、所定方向（本実施形態では、対向基板２０が有する配向膜２２のラビング方向２０ｒ、即ちＸ方向）と理想的には４５°の角度をなして振動する光のみが通過できる。即ち、入射光は偏光板３００ａを通過することにより直線偏光となる。偏光板３００ａを通過した入射光は、マイクロレンズアレイ４００及び対向基板２０を通過して、液晶層５０に入射する。

図４において、液晶パネル１００の液晶層５０における液晶分子５０１は、電圧が印加されない状態では、所定方位５００に、法線Ｎに対してプレチルト角αだけ傾いて配向している。よって、液晶層５０全体の屈折率の異方性を示す想定屈折率楕円体も、所定方位５００に、法線Ｎに対してプレチルト角αだけ傾斜している。よって、仮に、何らの対策も施さねば、液晶層５０に入射された光は、液晶層５０の想定屈折率楕円体がプレチルト角αだけ傾斜していることに起因して位相差を生じ、液晶層５０を通過した光は、出射側の偏光板３００ｂに対し、位相がずれた状態で入射してしまう。尚、偏光板３００ｂでは、偏光板３００ａと９０°をなす方向に振動する光のみが通過できる。

しかるに、本実施形態に係る液晶装置によれば、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０を備えるので、入射光が、プレチルト角αだけ傾斜した想定屈折率楕円体を有する液晶層５０を通過することで発生する光の位相差を補償することができる。言い換えれば、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０によって、液晶層５０、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０の全体の屈折率の異方性を小さくすることができる。即ち、液晶層５０、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０の全体の屈折率の異方性を示す屈折率楕円体を球状に近づけることができる。

つまり、所定方位５００にプレチルト角αだけ傾斜した想定屈折率楕円体を有する液晶層５０に対して、所定方位５００と例えば９０度の角度をなす所定方位５１０に角度θ１だけ傾斜した想定屈折率楕円体２１２を有する第１光学補償素子２１０と、所定方位５００とは反対の方位である所定方位５２０に角度θ２だけ傾斜した想定屈折率楕円体２２２を有する第２光学補償素子２２０と、所定方位５１０とは反対の方位である所定方位５３０に角度θ３だけ傾斜した想定屈折率楕円体２３２を有する第３光学補償素子２３０と、円盤状の想定屈折率楕円体２４２を有する第４光学補償素子２４０とが配置されることで、液晶層５０、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０の全体の想定屈折率楕円体は、球状の屈折率楕円体に近似される。よって、液晶層５０において生じた位相差を、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０によって補償することができる。

このような補償を行うことで、液晶層５０を通過した光が出射側の偏光板３００ｂに対し、位相がずれた状態で入射するのを防止することができる。よって、例えば出射側の偏光板３００ｂにおいて、本来通過させないはずの光が漏れる可能性は小さくなり、コントラストの低下や視野角の縮小を防止することができる。

更に、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０に対して傾斜して配置されることなく、液晶層５０で生じる光の位相差を補償することができる。よって、当該液晶装置等の小型化に適することができる。

尚、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々のＺ方向に対するリタデーション（Δｎｄ）は、液晶層５０のＺ方向に対するリタデーションと殆ど或いは完全に等しいことが望ましい。この場合には、液晶層５０で生じる位相差を補償する効果をより一層高めることができる。但し、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々のＺ方向に対するリタデーションが、液晶層５０のＺ方向に対するリタデーションと殆ど或いは完全に等しくなくても、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々のＺ方向に対するリタデーションと液晶層５０のＺ方向に対するリタデーションとの差に応じて、液晶層５０で生じる位相差を補償する効果を相応に高めることができる。即ち、例えば、液晶層５０のＺ方向に対するリタデーションが４５０ｎｍである場合には、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０のリタデーションは、４５０ｎｍであることが望ましいが、例えば３００ｎｍから５００ｎｍの範囲内であれば、液晶層５０で生じる位相差を補償する効果を確実に高めることができる。例えば、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々が水晶板からなる場合には、水晶板の屈折率差Δｎが０．０１であるため、厚さｄが３０ｕｍから５０ｕｍの範囲となるように形成すれば、液晶層５０で生じる位相差を補償する効果を確実に高めることができる。また、第４光学補償素子２４０のＺ方向に対するリタデーションは、−３００ｎｍから−６００ｎｍの範囲内であることが望ましい。この場合には、液晶層５０で生じる位相差を補償する効果を確実に高めることができる。

図４において、本実施形態では特に、上述したように、角度θ１、θ２及びθ３は、プレチルト角αに殆ど或いは実践上完全に等しくなるように設定されている。即ち、プレチルト角αが５度である場合には、角度θ１、θ２及びθ３の各々は、例えば５度から１０度となるように設定されている。このため、液晶分子５０１が法線Ｎに対してプレチルト角αだけ傾斜していることに起因して生じる光の位相差を効果的に補償することができる。

更に、図４において、本実施形態では特に、所定方位５００及び５２０は、互いに反対であり、所定方位５１０及び５３０は、互いに反対である。即ち、液晶パネル１００の液晶層５０における液晶分子５０１と第２光学補償素子２２０の光軸２２１とは、互いに反対の方位に、法線Ｎに対して傾斜し、第１光学補償素子２１０の光軸２１１と第３光学補償素子２３０の光軸２３１とは、互いに反対の方位に、法線Ｎに対して傾斜している。このため、液晶分子５０１が所定方位５００に法線Ｎに対して傾斜していることに起因して生じる光の位相差を効果的に補償することができる。よって、液晶層５０、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０の全体の屈折率の異方性を、確実に小さくすることができる。

加えて、図３において、本実施形態では特に、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、液晶パネル１００に対して光が出射する側に設けられている。即ち、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、マイクロレンズアレイ４００に対して光が出射する側に配置されている。よって、マイクロレンズアレイ４００によって曲げられた光が、液晶層５０を通過することで発生する位相差を第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０によって確実に補償することができる。言い換えれば、マイクロレンズアレイ４００による光の位相差に対する悪影響を殆ど或いは完全に無くすことができる。尚、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０は、液晶パネル１００に対して光が入射する側（言い換えれば、液晶層５０に対して光が入射する側）に設けられてもよい。この場合にも、光の位相差を補償する効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液晶装置によれば、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０によって、液晶層５０で生じる位相差を補償できる。よって、コントラストの比較的高い高品位な画像を表示可能であり、且つ小型化に適することができる。

次に、本実施形態に係る液晶装置によって表示される表示画像のコントラストのシミュレーション結果の一例について、図６を参照して説明する。ここに図６は、本実施形態に係る液晶装置による表示画像のコントラストのシミュレーション結果の一例である。尚、図６では、本実施形態に係る液晶装置による表示画像のコントラストのシミュレーション結果の一例を、比較例に係る液晶装置による表示画像のコントラストのシミュレーション結果の一例と共に示している。

本シミュレーションでは、液晶パネル１００は、液晶層５０として、プレチルト角αが５度であってＺ方向に対するリタデーション（Δｎｄ）が４２０ｎｍである液晶層を含んでいる。更に、本シミュレーションでは、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０は、正の一軸性結晶としての水晶から形成されており、各々の厚さｄ１、ｄ２及びｄ３は３０ｕｍであり、各々の光軸が傾斜する角度θ１、θ２及びθ３は、５度（即ち、プレチルト角αに等しい角度）である。加えて、本シミュレーションでは、第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の各々のＺ方向に対するリタデーションは、３００ｎｍであり、第４光学補償素子２４０のＺ方向のリタデーションは、−６００ｎｍである。

図６において、データＤａは、液晶パネル１００単体で構成された液晶装置（即ち、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０のいずれも設けられていない液晶装置、以下適宜、「第１比較例に係る液晶装置」と称する）による表示画像のコントラストを示している。データＤｂは、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０が設けられており、第４光学補償素子２４０が設けられていない液晶装置（以下適宜「第２比較例に係る液晶装置」と称する）による表示画像のコントラストを示している。データＤ１は、上述した第１実施形態に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０が設けられた液晶装置）による表示画像のコントラストを示している。

即ち、図６において、データＤａは、第１比較例に係る液晶装置のコントラストは、「８１０」であることを示しており、データＤｂは、第２比較例に係る液晶装置のコントラストは、「７２０」であることを示しており、データＤ１は、第１実施形態に係る液晶装置のコントラストは、「２２３０」であることを示している。

図６において、データＤｂに示す第２比較例に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０が設けられており、第４光学補償素子２４０が設けられていない液晶装置）の場合には、データＤａに示す第１比較例に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００単体で構成された液晶装置）の場合と比較して、コントラストが低い。しかしながら、データＤ１に示す第１実施形態に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０が設けられた液晶装置）の場合には、データＤａに示す第１比較例に係る液晶装置の場合と比較して、コントラストが高い。よって、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０及び第３光学補償素子２３０の３つの光学補償素子だけではなく第４光学補償素子２４０を更に設けることによって、効果的にコントラストを高めることが可能である。即ち、データＤ１に示されるように、第１実施形態に係る液晶装置によれば、コントラストの高い高品位な画像を表示可能である。

次に、本実施形態に係る液晶装置の視野角について、図７を参照して説明する。ここに図７は、シミュレーションにより得られた視野角特性図の一例である。図７（ａ）は、第１実施形態に係る液晶装置の視野角特性図であり、図７（ｂ）は、第１比較例に係る液晶装置の視野角特性図である。尚、図７では、シミュレーションを行う際のプレチルト角α、角度θ１、θ２及びθ３、リタデーション等の条件は、図６を参照して上述したコントラストを求める場合と同条件である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）では、コントラストが、各方位角において極角（即ち、液晶パネルの表示画面の法線と測定或いは観察方向となす角）毎に算出され、コントラストは各方位角において極角の角度毎にマッピングされる。また、同種の領域は、同一範囲のコントラストを示しており、色の濃い領域ほどコントラストが高いことを表している。また、円形状である視野角特性図の径方向に沿った位置は、同一方位角における極角の大きさを示しており、視野角特性図の最外周は、極角が８０度に相当する。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、コントラストは、方位角及び極角の各々に依存する。尚、明視方向は図中上向きである。ここに明視方向とは、ＶＡモードの場合、液晶がチルトとしている方向をさす。

図７（ａ）に示す第１実施形態に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００に対して第１光学補償素子２１０、第２光学補償素子２２０、第３光学補償素子２３０及び第４光学補償素子２４０が設けられた液晶装置）では、図７（ｂ）に示す第１比較例に係る液晶装置（即ち、液晶パネル１００単体で構成された液晶装置）よりも、色の濃い領域が広く、特に、液晶装置がプロジェクタの液晶ライトバルブとして用いられる場合において比較的高いコントラストが要求される極角が０度から２０度の範囲内（図中、２０度に相当する円周の内側領域）で、色の濃い領域が広い、即ち、視野角が広い。

よって、図７（ａ）に示すように、第１実施形態に係る液晶装置によれば、例えば図７（ｂ）に示す第１比較例に係る液晶装置よりも、視野角を拡大することができる。
＜電子機器＞
次に、上述した液晶装置を用いた電子機器の一例について、図８を参照して説明する。本実施形態に係る電子機器は、上述した液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタである。

図８は、プロジェクタの構成例を示す平面図である。図８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の構成を有しており、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よって変調された光は、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１１１０Ｒ、１１１０Ｂによる表示像は、液晶パネル１１１０Ｇ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、上述した液晶装置を具備してなるので、液晶層を通過する光に生じる位相差が補償され、高コントラストな画像を表示可能であり、更に、小型化が可能である。

尚、図８を参照して説明した電子機器の他にも、モバイル型のパーソナルコンピュータや、携帯電話、液晶テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に適用可能なのは言うまでもない。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う液晶装置及び該液晶装置を備えてなる電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態に係る液晶パネルの平面図である。 図１のＨ−Ｈ´断面図である。 第１実施形態に係る液晶装置の断面図である。 第１実施形態に係る第１、第２、第３及び第４光学補償素子の斜視図である。 第１実施形態に係る第１光学補償素子の形成方法を示す概念図である。 第１実施形態に係る液晶装置による表示画像のコントラストのシミュレーション結果である。 （ａ）は、第１実施形態に係る液晶装置の視野角特性図であり、（ｂ）は、第１比較例に係る液晶装置の視野角特性図である。 本発明の電子機器の一例であるプロジェクタの構成を示す平面図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴアレイ基板、１０ｒ…ラビング方向、１６…配向膜、２０…対向基板、２０ｒ…ラビング方向、２２…配向膜、５０…液晶層、１００…液晶パネル、２１０…第１光学補償素子、２２０…第２光学補償素子、２３０…第３光学補償素子、２４０…第４光学補償素子、２１１、２２１、２３１、２４１…光軸、２１２、２２２、２３２、２４２…想定屈折率楕円体、２１３、２２３、２３３…遅相軸、３００ａ、３００ｂ…偏光板、４００…マイクロレンズアレイ

Claims (7)

1. 互いに対向して配置されると共に、配向膜を夫々有する一対の基板と、
   前記一対の基板間に挟持されており、負の誘電率異方性を有すると共に、前記一対の基板に沿った一の平面内における第１方位に該一の平面の法線に対して第１角度だけ傾斜するように、前記配向膜によってプレチルトが付与された液晶分子からなる液晶と、
   正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１方位と互いに異なる第２方位に前記法線に対して前記第１角度に等しい第２角度だけ傾斜した第１光軸を有する第１光学補償素子と、
   正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１及び第２方位と互いに異なる第３方位に前記法線に対して前記第１角度に等しい第３角度だけ傾斜した第２光軸を有する第２光学補償素子と、
   正の一軸性を有すると共に光軸として、前記一の平面内における前記第１、第２及び第３方位と互いに異なる第４方位に前記法線に対して前記第１角度に等しい第４角度だけ傾斜した第３光軸を有する第３光学補償素子と、
   負の一軸性を有すると共に光軸として、前記法線に沿った第４光軸を有する第４光学補償素子と
   を備えたことを特徴とする液晶装置。
2. 前記第１及び第３方位は、互いに反対であり、
   前記第２及び第４方位は、互いに反対である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記第１、第２及び第３光学補償素子は、正の一軸性結晶を含んでなると共に光軸が一表面に対して傾斜するように研磨されることにより形成された結晶板からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記第１、第２及び第３光学補償素子は、前記正の一軸性結晶として水晶を含んでなることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
5. 前記第４光学補償素子は、無機材料で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶装置。
6. 前記一対の基板に対して光が入射する側に配置されたマイクロレンズアレイを更に備え、
   前記第１、第２、第３及び第４光学補償素子は、前記一対の基板に対して光が出射する側に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶装置を具備してなることを特徴とする電子機器。