JPH0821998A

JPH0821998A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0821998A
Application number: JP6179416A
Authority: JP
Inventors: Jun Iba; 潤伊庭
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1994-07-06
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】表示画像のコントラストおよび視野角特性を
向上させることのできる液晶表示装置を提供する。【構成】液晶パネル１の各色のカラーフィルタ１６
Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに対応させて、そのパネル面内で不
均一な位相分布を有する位相差板１１Ｒ、１１Ｇ、１１
Ｂを設けることにより、液晶層１３から出射した光を位
相補償して液晶の複屈折性による位相変調を補正すると
ともに、各色のカラーフィルタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ
の出射光に対応させて最適な位相補償を行う。この構成
によれば、表示画像のコントラストおよび視野角特性が
飛躍的に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
詳しくは、液晶表示装置の表示画像のコントラストと視
野角特性との改善、および光学系の小型化とに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の背景を明らかにするために、図
を参照して液晶表示装置の基本的な動作を簡潔に説明す
る。

【０００３】図１６は、液晶表示装置に備えられた、マ
トリクス状に配列された複数の画素を有する液晶パネル
の１画素分を切り取って模式的に示した模式図で、図１
６（ａ）は電圧無印加状態、図１６（ｂ）は電圧印加状
態を表している。

【０００４】この例は、ＴＮ(Twisted Nematic、ツイス
トネマティック）モードによる表示方式であり、上下一
対のガラス板１０１、１０２によって挟持された液晶１
０３は、電圧無印加状態で９０度の捻じれ配向となって
いる。この状態で入射側の偏光板１０４を通過した光の
偏光面１０５は液晶分子１０３の軸方向に入射し、液晶
１０３の捩じれ配列に沿って旋光する。その結果、入射
光は偏光面が９０度回転した状態で出射する。出射側の
偏光板１０６の偏光軸は、入射側の偏光板１０４の偏光
軸に対して直交した状態に設定されているため、光が透
過し、白表示が可能となる。この偏光板と液晶配列の構
成は、ノーマリーホワイトと呼ばれる表示形態である。

【０００５】一方、図１６（ｂ）に示すように、十分な
電圧を印加した場合には、液晶１０３の配列が変化して
電界と平行に配列するので、上述した旋光作用が失われ
る。従って、入射光の偏光面１０５は回転を受けずにそ
のまま通過するため、出射側の偏光板１０６によって遮
断され、黒表示が可能となる。

【０００６】理想的には、電圧無印加状態では、入射し
た直線偏光が９０度旋光し、電圧印加状態では入射した
偏光が直線偏光のまま透過することが望ましいが、ＴＮ
モードは、複屈折性を利用した液晶配列の捩じれによる
旋光効果であり、実際には複屈折による位相変調が生じ
て出射光は楕円偏光となる。特に、配向処理によって界
面で生じたプレチルト角の影響により、プレチルトが無
い場合に比べて出射光の楕円率はより増大する。

【０００７】また、画素平面に対して斜めに入射する光
についても同様に、液晶セル内の配列の異方性により入
射光が受ける旋光性、位相変調の影響により、出射光の
偏光は楕円偏光となる。

【０００８】即ち、これらの位相変調によって、表示性
能が低下し、コントラストが劣化するとともに、コント
ラストの視野角依存性が生じる。そこで従来より、この
問題を解決するための方法が提案されている。

【０００９】第１の従来例として、図１７の模式図に示
すような“位相補償”という方法が提案されている。こ
の図１７は白表示の例である。この方法は、液晶セル１
１１と検光子１１３との間に、１軸性あるいは２軸性の
複屈折性を持つ位相差板１１２を挿入して、上述の位相
変調を補償し、コントラスト、視野角特性を向上させる
という方法である。

【００１０】図１７において、左方からの入射光は偏光
子１１０により直線偏光となるが、液晶セル１１１を通
過することで、その旋光作用と複屈折性とにより、特定
の方向を向いた楕円偏光となる。そして、その楕円偏光
に対して適当なリタデーションδ＝Δｎｄ（Δｎは進相
軸と遅相軸の屈折率差、ｄは媒質の厚さ）を与える位相
差板１１２を挿入することにより、楕円偏光を、検光子
１１３と方向が一致した直線偏光に変換し、効率の良い
表示を可能とする。

【００１１】また、第２の従来例として、図１８に示す
ような、ビューファインダ等に用いられている、リレー
光学系および接眼光学系を有する液晶表示装置がある。
図１８において、１２１は液晶パネル、１２２はフィー
ルドレンズ、１２３はリレー光学系、１２５は上記リレ
ー光学系１２３の結像面である中間結像面、１２６は上
記中間結像面１２５上の画像を観察者の瞳に導光するた
めの接眼光学系、１２７はアイポイントである。

【００１２】この構成では、液晶パネル１２１に表示さ
れた画像は、フィードレンズ１２２とリレー光学系１２
３とを通して中間結像面１２５に結像する。フィールド
レンズ１２２は、表示面側にテレセントリックな系とな
るように配置されており、主光線（図１８中の軸Ａ、軸
Ｂ）がパネル面に対してほぼ垂直なその液晶パネル１２
１の面全体からの出射光束を、リレー光学系１２３に導
光する。そして中間結像面１２５上に結像した空中像
は、接眼光学系１２６を介して観察者の網膜に結像す
る。従って観察者は、中間結像面１２５上の空中像を、
前方に虚像として観察することになる。

【００１３】この第２の従来例のように、従来の液晶表
示装置では、光学系は液晶の視野角の問題から、液晶パ
ネル面の中央部と周辺部とで表示コントラストが異な
り、表示にムラのある画像となってしまうので、テレセ
ントリックな光学系とすることが不可欠である。

【００１４】さらに、第３の従来例として、従来の液晶
表示装置を用いた液晶プロジェクタでは、テレセントリ
ックな照明を行うことが不可欠であるため、通常、液晶
とバックライトとの間にフィールドレンズが置かれ、そ
のフィールドレンズとしては、光学系の軽量化と光路長
短縮化とのためにフレネルレンズが用いられている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来例では、位相差板１１２が、液晶セル１１１の
全面にわたって同一のリタデーションδ＝Δｎｄを持っ
ているため、カラー表示の液晶表示装置においては、位
相補償が不十分であるという問題があった。

【００１６】即ち、図１９の特性図に示すように、補償
すべき液晶と位相差板との屈折率の波長分散特性が異な
っているために、使用する全波長帯域におけるΔｎｄが
一致せず、よってカラー表示の液晶表示装置において
は、単一の位相差板による位相補償は、特定の波長（図
１９中の交点）でのみ最適で、使用するほとんどの波長
域では不適切な補償となってしまう。

【００１７】また、上記第２の従来例では、フィールド
レンズ１２２が不可欠なために光学系の光路長が長くな
り、装置の小型軽量化の障害となるという問題があっ
た。

【００１８】さらに、上記第３の従来例のように、光学
系の小型軽量化のためにフレネルレンズを使用すると、
良好な光学性能が得られないという問題があった。

【００１９】本発明は、上記各問題点を解決するために
なされたもので、表示画像のコントラストおよび視野角
特性を向上させるとともに、光学系を小型化することの
できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示装
置は、液晶パネル（１、２、３１、５１）が、その液晶
パネル面内で不均一な位相分布を有する位相部材（１
１、１９、２５、２６、２７、４０、５５）を備えたこ
とを特徴とするものである。以下に、本発明に係る液晶
表示装置の好ましい態様について列挙する。

【００２１】１．上記液晶パネル（１、２、３１、５
１）は、その両面にそれぞれ偏光板（１０、１５）を備
え、その両面の偏光板の少なくとも一方の偏光板の内側
に、上記位相部材（１１、１９、２５、２６、２７、４
０、５５）が配置された。

【００２２】２．上記液晶パネル（１、２）は、色の異
なる複数のカラーフィルタ（１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ）
を備え、上記位相部材（１１、１９、２５、２６、２
７）が上記各カラーフィルタに対応した位相分布を有す
る。

【００２３】３．上記液晶パネル（３１、５１）の位相
部材（４０、５５）が、その中央部付近から周辺部に向
かって変化する位相分布を有する。

【００２４】４．上記液晶パネル（５１）上の画像を投
写パネル（５３）上に結像させる投写光学系（５２）を
備えるとともに、上記液晶パネル（５１）の位相部材
（５５）が、その液晶パネル（５１）から上記投写光学
系（５２）に導光される出射光束の主光線と、上記液晶
パネルの法線とのなす角度（θ）に応じて、不均一な位
相分布を有する。

【００２５】５．上記液晶パネル（３１）上の画像を空
中像として結像させるリレー光学系（３３）と、そのリ
レー光学系（３３）による空中像の虚像を作る接眼光学
系（３６）とを備えるとともに、上記液晶パネル（３
１）の位相部材（４０）が、その液晶パネル（３１）か
ら上記リレー光学系（３３）に導光される出射光束の主
光線と、上記液晶パネル（３１）の法線とのなす角度
（θ）に応じて、不均一な位相分布を有する。

【００２６】６．上記液晶パネル（３１、５１）の位相
部材（４０、５５）が、均一な位相分布を有する光学部
材（４４〜４８）を異なる面積で複数積層することによ
って、不均一な位相分布を有するように構成された。

【００２７】

【作用】上記本発明に係る液晶表示装置によれば、不均
一な位相分布を有する位相部材（１１、１９、２５、２
６、２７、４０、５５）が、液晶パネル（１、２、３
１、５１）の面内各部で最適な位相補償を与える。

【００２８】また、上記態様１によれば、偏光板（１
０、１５）がコントラストを向上させるとともに、位相
部材（１１、１９、２５、２６、２７、４０、５５）が
液晶パネル（１、２、３１、５１）の面内各部で最適な
位相補償を与える。

【００２９】上記態様２によれば、位相部材（１１、１
９、２５、２６、２７）が、各カラーフィルタ（１６
Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ）に対応して最適な位相補償を与え
る。

【００３０】上記態様３によれば、中央部付近から周辺
部に向かって変化する位相分布を有する位相部材（４
０、５５）が、液晶パネル（３１、５１）の面内各部で
最適な位相補償を与える。

【００３１】上記態様４によれば、投写光学系（５２）
が、液晶パネル（５１）上の画像を投写パネル（５３）
上に結像させるとともに、液晶パネル（５１）の位相部
材（５５）が、その液晶パネル（５１）の面内各部で最
適な位相補償を与える。

【００３２】上記態様５によれば、リレー光学系（３
３）と接眼光学系（３６）とが、液晶パネル（３１）上
の画像を、虚像として観察者に視認させるとともに、液
晶パネル（３１）の位相部材（４０）が、その液晶パネ
ル（３１）の面内各部で最適な位相補償を与える。

【００３３】上記態様６によれば、均一な位相分布を有
する光学部材（４４〜４８）を異なる面積で複数積層す
ることによって、不均一な位相分布を有するように構成
した液晶パネル（３１、５１）の位相部材（４０、５
５）が、その液晶パネル（３１、５１）の面内各部で最
適な位相補償を与える。

【００３４】なお、上記括弧内の符号は、図面と対照す
るためのものであり、何等本発明の構成を限定するもの
ではない。

【００３５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。〈実施例１〉図１は、本発明の第１実施例における液晶
表示装置の模式的な断面図である。

【００３６】図のように、この液晶表示装置は、マトリ
クス状に配列された複数の画素を有する液晶パネル１か
ら成るもので、その液晶パネル１は、入射側の偏光板１
０と、後述の各色のカラーフィルタに対応した赤色用位
相差板１１Ｒ、緑色用位相差板１１Ｇ、青色用位相差板
１１Ｂと、液晶層１３と、その液晶層１３を保持する２
枚のガラス基板１２、１４と、それぞれ赤色、緑色、青
色光を透過するカラーフィルタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ
と、出射側の偏光板１５と、透明電極から成る画素電極
１７と、画素を駆動するための駆動電極１８と、から構
成されている。なお、配向膜、対向電極等は本発明の説
明には、不要であるので省略する。

【００３７】上記入射側の偏光板１０の内側に配置され
た各色の位相差板１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、後述のよ
うに、この液晶パネル１の面内で不均一な位相分布を有
する位相部材として設けられたものである。また、上記
液晶層１３に用いられる配向モードは、代表的にはツイ
スト配向によるものであるが、この配向モードに限られ
るものではなく、スーパーツイスト配向やその他のモー
ドでも差し支えない。また、本発明の実施例では、アク
ティブマトリクス型の液晶表示パネルを示しているが、
単純マトリクス型あるいはその他の表示方式の液晶パネ
ルでも本発明の適用が可能であることはいうまでもな
い。

【００３８】次に、上記構成の液晶表示装置の動作につ
いて説明する。

【００３９】バックライト等の光源（図示せず）から液
晶パネル１に入射した入射光は、偏光板１０により直線
偏光に変換され、ガラス基板１２を透過して、赤色透過
フィルタ１６Ｒ、緑色透過フィルタ１６Ｇ、青色透過フ
ィルタ１６Ｂによりそれぞれの画素で赤色、緑色、青色
に対応した光が液晶層１３に入射する。各色に分けられ
た偏光は、液晶層１３内の液晶分子配列による複屈折性
により、所定の偏光状態に変換される。

【００４０】液晶層１３を透過した各色の光は、その偏
光状態に応じて、赤色透過光は赤色用位相差板１１Ｒに
より、緑色透過光は緑色用位相差板１１Ｇにより、青色
透過光は青色用位相差板１１Ｂにより、それぞれ所定の
位相補償を受ける。そして、出射側の偏光板１５によっ
て出射光の偏光が直線偏光に変化され、画素に対応した
光が出射して画像が形成される。

【００４１】通常、液晶表示装置に用いられる赤色透過
フィルタ１６Ｒ、緑色透過フィルタ１６Ｇ、青色透過フ
ィルタ１６Ｂは、中心波長がそれぞれ約６５０ｎｍ、５
５０ｎｍ、４５０ｎｍ付近に存在しているので、それぞ
れの赤色用位相差板１１Ｒ、緑色用位相差板１１Ｇ、青
色用位相差板１１Ｂは、各色のカラーフィルタ１６Ｒ、
１６Ｇ、１６Ｂの中心波長に最適な位相補償を行う。

【００４２】このように本実施例では、液晶層１３から
出射した光を位相補償することによって、液晶の複屈折
性による位相変調を補正し、しかも各色のカラーフィル
タ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂの出射光に対応させて位相補
償を行っているので、各色のフィルタ透過光の中心波長
に最適な位相補償が可能となり、表示画像のコントラス
ト、視野角特性が飛躍的に向上する。

【００４３】また、図２の断面図に示すように、入射側
の偏光を補償するという方法でもよい。この場合、液晶
パネル１の各色のカラーフィルタ１６Ｒ、１６Ｇ、１６
Ｂに対応した赤色用位相差板１９Ｒ、緑色用位相差板１
９Ｇ、青色用位相差板１９Ｂは、入射側の偏光板１０と
ガラス基板１２との間に配置されている。この構成にお
ける動作については、上記図１の構成の場合と同様であ
り、よって説明を省略する。

【００４４】なお、位相補償における補正手段として
は、上記実施例で述べたような、カラーフィルタの分光
感度特性に合わせた補正手段の他に、バックライト等の
光源のスペクトル分布に合わせて中心波長を決定した補
正手段であってもよい。〈実施例２〉本発明の第２の実施例として、位相補償に
用いる位相差板を複数枚配置した例を示す。

【００４５】図３は、この第２実施例における液晶表示
装置の模式的な断面図である。また図４は、この第２実
施例における液晶表示装置の他の構成例を示す断面図で
ある。

【００４６】図３のように、液晶パネル２の入射側の画
素ごとに赤色、緑色、青色の各色用の位相差板２５Ｒ、
２５Ｇ、２５Ｂを配置するとともに、出射側にも画素ご
とに各色用の位相差板２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂを配置し
たものでもよいし、あるいは図４のように、液晶パネル
２の入射側の画素ごとに各色用の位相差板２７Ｒ、２７
Ｇ、２７Ｂを配置し、出射側には共通の位相差板２８を
配置してもよい。

【００４７】また、上記図４の構成とは逆に、入射側に
共通の位相差板を配置し、出射側の画素ごとに各色用の
位相差板を配置してもよい。さらに、入射側あるいは出
射側の画素ごとに各色用の位相差板を１枚挿入するとと
もに、画素ごとの、あるいは共通の位相差板をもう１枚
挿入するという形態でもよい。

【００４８】このように、複数枚の位相差板を用いるこ
とにより、設計の自由度が広がり、より最適な位相補償
が可能となる。〈実施例３〉図５は、本実施例の第３実施例における液
晶表示装置の光学系を示す図である。

【００４９】図５において、３１は液晶パネル、３３は
リレー光学系、３５は、そのリレー光学系３３の結像面
である中間結像面、３６は、その中間結像面３５上の画
像を観察者の瞳に導光するための接眼光学系、３７はア
イポイントである。

【００５０】この光学系において、液晶パネル３１に表
示された画像は、リレー光学系３３により中間結像面３
５に結像する。その場合、液晶パネル３１からの出射光
束の中心線である主光線（図５中の軸Ａ、軸Ｂ）は、パ
ネル面の法線に対し、光軸側へほぼθの角度をなしてリ
レー光学系３３に導光される。そして中間結像面３５上
の空中像は、接眼光学系３６を介して観察者の網膜に結
像する。従って観察者は、中間結像面３５上の空中像
を、前方の虚像として観察することになる。また、リレ
ー光学系３３および接眼光学系３６の特性を適宜に設定
することにより、観察者は、液晶パネル３１上の画像
を、任意の大きさに視認することが可能である。

【００５１】この第３実施例における液晶パネル３１
は、図６の断面図に示すように、入射側の偏光板１０
と、液晶層１３と、その液晶層１３を保持する２枚のガ
ラス基板１２、１４と、出射側の偏光板１５と、透明電
極から成る画素電極１７と、画素を駆動するための駆動
電極１８と、面内で異なる位相差分布を持つ面分布位相
差板（位相部材）４０と、から構成されている。なお、
配向膜、対向電極等は本発明の説明には不要であるので
省略している。この液晶パネル３１における位相差分布
は、液晶パネル３１からの主光線とそのパネル３１の法
線とのなす角度θに応じて光学系を補償するような２次
元的位相差分布になっている。上記面分布位相差板４０
の具体的な構成については、後に詳しく説明する。

【００５２】次に、上記構成の液晶表示装置の動作につ
いて説明する。

【００５３】バックライト等の光源（図示せず）から液
晶パネル３１に入射した入射光は、偏光板１０により直
線偏光に変換され、ガラス基板１２を透過して液晶層１
３に入射する。その液晶層１３を透過した光は、面分布
位相差板４０による位相補償を受ける。それにより、液
晶パネル３１からリレー光学系３３に導光される出射光
束の主光線と、液晶パネル３１の法線とのなす角度θに
応じて、その方向の出射光のコントラストが最大となる
ような視野角特性が得られる。そして出射側の偏光板１
５によって出射光の偏光が直線偏光に変化されて、画素
に対応した光が出射し画像が形成される。

【００５４】上記構成によれば、観察者が観察する液晶
パネル３１のコントラストを、中心部から周辺部までほ
ぼ均一に、その液晶パネル３１の最大コントラストとす
ることができる。その結果、光学系にフィールドレンズ
を設ける必要がなくなって、光学系の光路長が短縮され
るとともに、ムラのない良質の画像を得ることができ
る。〈実施例４〉上記第３実施例は、リレー光学系と接眼光
学系とを設けたものであったが、本第４実施例のよう
に、プロジェクタ等に用いられる投写光学系を設けても
よい。

【００５５】図７は、本発明の第４実施例における液晶
表示装置の投写光学系を示す図である。図のようにこの
液晶表示装置では、液晶パネル５１上の画像を、投写光
学系５２によって、投写パネル５３上に拡大して結像さ
せるように構成されている。この構成においても、液晶
パネル５１からの出射光束の中心線である主光線（図７
中の軸Ａ、軸Ｂ）は、液晶パネル５１の法線に対し、光
軸側へほぼθの角度をなして投写光学系５２に導光され
る。そして観察者は、投写パネル５３上に結像された画
像を観察することになる。

【００５６】この投写光学系を用いた本実施例における
液晶パネル５１の構成は、図８の断面図に示すように、
上記図６に示した第３実施例における液晶パネル３１の
構成と同様で、入射側の偏光板１０と、液晶層１３と、
その液晶層１３を保持する２枚のガラス基板１２、１４
と、出射側の偏光板１５と、透明電極から成る画素電極
１７と、画素を駆動するための駆動電極１８と、面内で
異なる位相差を持つ面分布位相差板（位相部材）５５
と、から構成されている。なお、配向膜、対向電極等は
本発明の説明には不要であるので省略している。その面
分布位相差板５５の具体的な構成については、後に詳し
く説明する。

【００５７】上記構成において、バックライト等の光源
（図示せず）から液晶パネル５１に入射した入射光は、
偏光板１０により直線偏光に変換され、ガラス基板１２
を透過して液晶層１３に入射する。その液晶層１３を透
過した光は、面分布位相差板５５による位相補償を受け
る。これにより、液晶パネル５１からの出射光束の主光
線と、液晶パネル５１の法線とのなす角度θに応じて、
その方向の出射光のコントラストが最大となるような視
野角特性が得られる。そして出射側の偏光板１５によっ
て、出射光の偏光が直線偏光に変換されて、画素に対応
した光が出射し画像が形成される。

【００５８】上記構成によれば、液晶パネル５１の中心
部から周辺部までの画像を、そのパネル５１の最大コン
トラストで投写パネル５３上に投写することができる。
即ち、投写パネル５３上に、高コントラストでムラのな
い良質の画像を形成することができる。また、光学系に
フィールドレンズが不要となるため、光学系の光路長、
つまり液晶パネル３１と投写パネル５３との間隔を短く
することができる。

【００５９】次に、上記第３実施例および第４実施例に
おける面分布位相差板４０、５５の具体的な構成例を、
図９〜図１１を用いて説明する。図９〜図１１の（ａ）
は面分布位相差板４０、５５の平面図、（ｂ）は断面図
である。

【００６０】図９は、面分布位相差板４０、５５の中央
部付近から周辺部に向かって位相分布が同心円状に変化
するように、面内で位相差を持たせた構成例であり、図
中の曲線７０〜７６は等位相差曲線である。また図１０
は、面分布位相差板４０、５５の中央部付近から周辺部
に向かって位相分布が同一中心の矩形状に変化するよう
に、面内で位相差を持たせた構成例であり、図中の曲線
７７〜８１は等位相差曲線である。

【００６１】上記図９および図１０の構成例において、
面内の位相分布は、屈折率の差Δｎによって与えるか、
１軸性または２軸性の位相部材の光軸の方向を変化させ
ることによって与えることができる。また、面分布位相
差板４０、５５の位相分布は、連続的に変化するもので
もよいし、段階的に変化するものでもよい。

【００６２】このような面分布位相差板４０、５５を製
造するには、例えば、ポリカーボネートなどの透明プラ
スチック部材で位相差板を製造する際に、圧縮、延伸を
制御することによって、部材中の配向複屈折を生じさ
せ、所望の位相差分布を与えるようにすればよい。

【００６３】図１１（ａ）、（ｂ）は、面分布位相差板
４０、５５を、等方媒質４３と、均一な位相差を有する
位相差フィルム（光学部材）４４〜４８とによって構成
した例を示す平面図と断面図である。この構成例のよう
に、均一な位相分布を有する位相差フィルム４４〜４８
を異なる面積で複数積層することによって、不均一な位
相分布を有するように構成することができる。また、こ
の構成の場合には、当方媒質４３の屈折率と位相差フィ
ルム４４〜４８の屈折率とを、なるべく等しくすること
により、両者間のエッジ等からの散乱光の発生を防ぐこ
とができる。

【００６４】ここで、図１２（ａ）、（ｂ）を用いて、
位相補償を行っていない、代表的な液晶表示装置の視野
角依存性について説明する。図１２（ａ）において、液
晶パネル６０からの光の出射方向６２に対する角度ψ
は、パネル面上に投影された角度を表し、また角度θ
は、出射方向６２の、パネル面の法線とのなす角度を表
している。そして図１２（ｂ）では、円周方向に角度
ψ、半径方向に角度θをそれぞれとり、同じコントラス
トの光線を等高線状に示している。この図１２（ｂ）中
の曲線６５〜６８は、等コントラスト曲線であり、曲線
の番号の順にコントラストが低くなるように分布してい
る。

【００６５】図１３は、上記図１２（ｂ）に示した視野
角依存性に対応して不均一な位相分布を与えた場合の面
分布位相差板４０、５５の構成例で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。図１３（ａ）中の曲線８５〜８
８は等位相差曲線である。そしてこの図１３（ａ）に示
した面分布位相差板４０、５５の中心線８９上の点Ａ、
点Ｂ、点Ｃそれぞれの位置における、位相補償された視
野角依存性を、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞ
れ示す。

【００６６】このように、視野角依存性に基づき、液晶
パネル３１、５１からの出射光束の主光線と液晶パネル
３１、５１の法線とのなす角度θに応じて位相補償を行
えば、ムラのない良質の画像を得ることができる。

【００６７】また、液晶パネルの特性によっては、図１
５（ａ）の平面図と図１５（ｂ）の断面図とに示した面
分布位相差板４０、５５の具体的な構成例のように、位
相差分布を上下左右非対称にしてもよい。図１５（ａ）
中の曲線９０〜９３は等位相差曲線である。

【００６８】なお、上述の各実施例における液晶表示装
置は、液晶パネルの面内で不均一な位相分布を有する位
相差板により最適な位相補償を行うものであり、液晶パ
ネルとしては透過型パネルに限定されるものではなく、
反射型パネルに対しても適用することができる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示装置によれば、液晶パネルの面内で不均一な位相分
布を有する位相差板を設けたことにより、液晶パネルの
面内で最適な位相補償が可能となり、その結果、表示画
像のコントラストおよび視野角特性が飛躍的に向上す
る。

【００７０】また、上述した各態様により、次のような
効果が得られる。

【００７１】１．偏光板を設けることで、コントラスト
がさらに向上する。

【００７２】２．画素部に取り付けたカラーフィルタに
合わせて位相補償を行うことができるため、理想的な位
相補償が可能となり、コントラスト、視野角特性が飛躍
的に向上する。

【００７３】３．位相補償によって液晶パネルが光学系
の特性に合わせた視野角特性を有するようになるため、
テレセントリックな光学系を用いる必要がなくなり、よ
って光学系を小型化でき、かつ良質の画像を得ることが
できる。

【００７４】４．投写光学系により画像を拡大投写する
ことができると同時に、位相補償によって液晶パネルが
光学系の特性に合わせた視野角特性を有するようになる
ため、テレセントリックな光学系を用いる必要がなくな
り、よって光学系を小型化でき、かつ良質の画像を得る
ことができる。

【００７５】５．リレー光学系および接眼光学系により
液晶パネル上の画像を任意の大きさに視認することがで
き、また位相補償によって液晶パネルが光学系の特性に
合わせた視野角特性を有するようになるため、テレセン
トリックな光学系を用いる必要がなくなり、よって光学
系を小型化でき、かつ良質の画像を得ることができる。

【００７６】６．均一な位相分布を有する光学部材を異
なる面積で複数積層することにより、不均一な位相分布
を有する位相部材を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における液晶表示装置の模
式的な断面図である。

【図２】第１実施例における液晶表示装置の他の構成例
を示す模式的な断面図である。

【図３】本発明の第２実施例における液晶表示装置の模
式的な断面図である。

【図４】第２実施例における液晶表示装置の他の構成例
を示す模式的な断面図である。

【図５】本実施例の第３実施例における液晶表示装置の
光学系を示す図である。

【図６】第３実施例における液晶パネルの模式的な断面
図である。

【図７】本発明の第４実施例における液晶表示装置の投
写光学系を示す図である。

【図８】第４実施例における液晶パネルの模式的な断面
図である。

【図９】第３実施例および第４実施例における面分布位
相差板の具体的な構成例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図１０】第３実施例および第４実施例における面分布
位相差板の他の具体的な構成例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図である。

【図１１】第３実施例および第４実施例における面分布
位相差板の他の具体的な構成例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）は、位相補償を行っていない
代表的な液晶表示装置の視野角依存性について説明する
図である。

【図１３】図１２（ｂ）に示した視野角依存性に対応し
て不均一な位相分布を与えた場合の面分布位相差板の構
成例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１３（ａ）に
示した面分布位相差板の中心線上の点Ａ、点Ｂ、点Ｃそ
れぞれの位置における、位相補償された視野角依存性を
示す図である。

【図１５】第３実施例および第４実施例における面分布
位相差板の他の具体的な構成例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図である。

【図１６】ＴＮモード表示方式の液晶パネルの模式図
で、（ａ）は電圧無印加状態、（ｂ）は電圧印加状態を
表している。

【図１７】第１従来例における位相補償方法を説明する
模式図である。

【図１８】第２従来例における光学系を示す図である。

【図１９】従来の位相差板と液晶との屈折率の波長分散
特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１、２、３１、５１、６０液晶パネル１０、１５偏光板１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ位相差板（位相部材）１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂカラーフィルタ１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ位相差板（位相部材）２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ位相差板（位相部材）２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ位相差板（位相部材）２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂ位相差板（位相部材）３３リレー光学系３６接眼光学系４０、５５面分布位相差板（位相部材）４４〜４８位相差フィルム（光学部材）５２投写光学系５３投写パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配列された複数の画素を
有する液晶パネルを備えた液晶表示装置において、前記液晶パネルは、該液晶パネルの面内で不均一な位相
分布を有する位相部材を備えたことを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】前記液晶パネルは、その両面にそれぞれ
偏光板を備え、該両面の偏光板の少なくとも一方の偏光
板の内側に、前記位相部材が配置されたことを特徴とす
る請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記液晶パネルは、色の異なる複数のカ
ラーフィルタを備え、前記位相部材が前記各カラーフィ
ルタに対応した位相分布を有することを特徴とする請求
項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶パネルの位相部材が、その中央
部付近から周辺部に向かって変化する位相分布を有する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
液晶表示装置。
【請求項５】前記液晶パネル上の画像を投写パネル上
に結像させる投写光学系を備えるとともに、前記液晶パ
ネルの位相部材が、該液晶パネルから前記投写光学系に
導光される出射光束の主光線と、前記液晶パネルの法線
とのなす角度に応じて、不均一な位相分布を有すること
を特徴とする請求項１または４記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記液晶パネル上の画像を空中像として
結像させるリレー光学系と、該リレー光学系による空中
像の虚像を作る接眼光学系とを備えるとともに、前記液
晶パネルの位相部材が、該液晶パネルから前記リレー光
学系に導光される出射光束の主光線と、前記液晶パネル
の法線とのなす角度に応じて、不均一な位相分布を有す
ることを特徴とする請求項１または４記載の液晶表示装
置。
【請求項７】前記液晶パネルの位相部材が、均一な位
相分布を有する光学部材を異なる面積で複数積層するこ
とによって、不均一な位相分布を有するように構成され
たことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載
の液晶表示装置。