KR20060051065A

KR20060051065A - 액정 장치 및 투사형 표시 장치

Info

Publication number: KR20060051065A
Application number: KR1020050083052A
Authority: KR
Inventors: 아키히데 하루야마
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2006-05-19
Also published as: US20060050215A1; JP2006078637A; KR100748766B1; US20080278668A1; US7570328B2; CN1746744A

Abstract

프리틸트가 부여된 경우에도 양호한 광학 보상을 실행할 수 있는 액정 장치의 구성을 제공한다. 본 발명의 액정 장치(100)는, 한 쌍의 기판(10, 20) 사이에 액정층(50)이 유지되어 이루어지는 액정 장치로서, 상기 액정층(50)은 초기 배향 상태가 수직 배향을 나타내는 유전 이방성이 부인 액정으로 이루어지고, 상기 액정에는 소정의 일 방향으로 프리틸트가 부여되어 있고, 상기 한 쌍의 기판(10, 20) 중 적어도 한쪽 기판(10)의 외측에는 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 보상판(70)이 마련되어 있고, 상기 광학 보상판(70)의 광축 방향(D)과 상기 액정의 프리틸트 방향(P)이 거의 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 장치 및 투사형 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND PROJECTION DISPLAY DEVICE}

도 1은 액정 패널의 등가 회로도,

도 2는 액정 패널의 평면 구조의 설명도,

도 3은 도 2의 A-A'선에서의 단면도,

도 4는 실시예 1에 따른 액정 장치의 분해 사시도,

도 5는 동, 광학 보상판의 굴절율 타원체를 나타낸 도면,

도 6은 광학 보상판의 경사각과 액정의 프리틸트각을 변화시킨 경우의 흑의 투과율을 나타내는 그래프,

도 7은 실시예 2에 따른 액정 장치의 분해 사시도,

도 8은 동, 광학 보상판의 굴절율 타원체를 나타낸 도면,

도 9는 동, 광학 보상판의 일 구성예를 나타내는 단면도,

도 10은 동, 광학 보상판의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면,

도 11은 광학 보상판의 광축을 경사지게 한 경우와 경사지게 하지 않은 경우의 콘트라스트 곡선을 나타낸 도면.

도 12는 투사형 표시 장치의 일례를 나타낸 도면,

도 13은 동, 투사형 표시 장치에 적용되는 액정 장치의 일례를 나타내는 단 면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : TFT 어레이 기판 20 : 대향 기판

50 : 액정층 51 : 액정

70 : 광학 보상판 1000 : 투사형 표시 장치

D : 광학 보상판의 광축 방향 P : 액정의 프리틸트 방향

100, 745, 745R, 745G, 745B : 액정 장치

본 발명은 액정 장치 및 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 대화면 표시를 가능하게 한 표시 장치로서, 액정 프로젝터(투사형 표시 장치)가 실용화되어 있다. 이러한 프로젝터에 있어서는, 유전 이방성이 부인 액정을 기판에 수직하게 배향시키고, 전압 인가에 의해 이것을 경사지게 하는 "VA(Vertical Alignment) 모드"에 의해 구동하는 액정 장치를 광 밸브로서 구비한 구성이 제안되어 있다. 그러나, 종래의 액정 프로젝터는 투영 화상의 계조비가 1:500 정도 밖에 안되고, DMD(등록 상표) 등의 기계식 셔터를 이용한 프로젝터의 계조비 1:3000에 비해 보기 나쁘다. 그 원인은 액정 장치의 시각 특성에 있다. 애당초 액정 프로젝터에 있어서, 액정 장치에 입사되는 광은 완전한 평행광이 아니다. 그런데, 액정 장치에는 입사각 의존성이 있기 때문에, 이것이 투영 화상의 콘트라스트비를 저하시키는 원인으로 되고 있다. 이 대책으로서, 특허 문헌 1에서는, 액정 장치의 입사각 의존성을 보상하기 위해서 광학 보상판을 채용하고, 이러한 광학 보상판의 시각 보상 효과에 의해, 보다 높은 콘트라스트의 표시를 실현하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본국 특허 공고 평성 제7-69536호 공보

특허 문헌 1의 기술은, 수직 배향형의 액정 셀에 광학 보상판으로서 부의 굴절율 이방체를 배치하는 것에 의해, 경사 광에 대하여 액정 셀에서 발생하는 위상차를 보상하는 것이다. 그러나, 배향 제어로서 프리틸트를 부여한 경우, 프리틸트각이 90°로부터 낮아짐에 따라서 상기 광학 보상판의 효과가 떨어지는 경향이 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 프리틸트가 부여된 경우에도 양호한 광학 보상을 실행할 수 있는 구성을 제공하고, 또, 이러한 액정 장치를 구비하는 것에 의해 높은 콘트라스트의 화상 표시를 실행할 수 있는 투사형 표시 장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 액정 장치는 한 쌍의 기판 사이에 액정층이 유지되어 이루어지는 액정 장치로서, 상기 액정층은 초기 배향 상태가 수직 배향을 나타내는 유전 이방성이 부인 액정으로 이루어지고, 상기 액정에는 소정의 일 방향으로 프리틸트가 부여되어 있고, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판의 외측에는, 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 보상판이 마련되어 있고, 상기 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향이 거의 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 액정 장치에서는, 상기 광학 보상판은 상기 한쪽의 기판과 평행하게 배치되어 있고, 상기 광학 보상판의 광축 방향은 해당 광학 보상판의 법선으로부터 어긋난 각도로서, 상기 액정의 프리틸트 방향과 거의 평행한 방향으로 배치되어 있는 것으로 할 수 있다. 또는, 상기 광학 보상판의 광축 방향은 해당 광학 보상판의 법선 방향과 거의 평행한 방향으로 배치되어 이루어지고, 상기 광학 보상판은 해당 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향이 거의 평행이 되도록 상기 한 쪽의 기판과 평행한 위치로부터 경사지게 배치되어 있는 것으로 할 수 있다.

이 구성에 의하면, 광학 보상판의 광축 방향이 액정의 프리틸트에 맞춰 경사지게 배치되어 있기 때문에, 액정의 프리틸트에 의한 위상차 및 경사 방향의 광에 의한 위상차를 완전히 보상할 수 있다.

본 발명의 투사형 표시 장치는 상술한 본 발명의 액정 장치를 광 변조 수단으로서 구비한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 흑 표시에서의 광 누설을 방지할 수 있어, 투영 화상에서 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있다.

본 발명의 투사형 표시 장치에 있어서는, 상기 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향을 일치시키도록 상기 광학 보상판의 설치 각도를 조절하는 조절 수단을 구비한 구성을 채용할 수 있다. 이 구성에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 광학 보상판을 2축으로 회전시키는 회전 기구로 이루어지는 것으로 할 수 있다.

이 구성에 의하면, 광학 보상판의 광축 방향을 조절 기구에 의해 자유롭게 조절할 수 있기 때문에, 예컨대 액정의 프리틸트각이 변경되는 등의 설계 변경에 대하여, 광학 보상판 자체의 설계 변경을 수반하지 않고서 용이하게 대응할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해서, 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다. 또 본 명세서에서는, 액정 장치의 각 구성 부재에서의 액정층쪽을 내측이라고 부르고, 그 반대쪽을 외측이라고 부르기로 한다.

(실시예 1)

먼저, 본 발명의 실시예 1에 따른 액정 장치에 관하여, 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 본 실시예의 액정 장치는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층이 유지된 액정 패널과, 그 액정 패널의 한쪽 기판의 외측에 배치된 광학 보상판과, 이 광 학 보상판의 외측 및 액정 패널의 다른쪽 기판의 외측에 각각 배치된 편광판을 갖는 것이다. 또 본 실시예에서는, 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT라 함) 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 투과형 액정 패널을 예로서 설명한다.

(등가 회로)

도 1은 액정 패널의 등가 회로도이다. 투과형 액정 패널의 화상 표시 영역을 구성해야 하는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 도트에는, 화소 전극(9)이 형성되어 있다. 또한, 그 화소 전극(9)의 옆쪽에는 해당 화소 전극(9)으로의 통전을 제어하기 위한 스위칭 소자인 TFT 소자(30)가 형성되어 있다. 이 TFT 소자(30)의 소스에는 데이터선(6a)이 전기적으로 접속되어 있다. 각 데이터선(6a)에는 화상 신호 S1, S2, …, Sn이 공급된다. 또 화상 신호 S1, S2, …, Sn은 각 데이터선(6a)에 대하여 이 순서로 선순차적으로 공급하더라도 좋고, 서로 인접하는 복수의 데이터선(6a)에 대하여 그룹마다 공급하더라도 좋다.

또한, TFT 소자(30)의 게이트에는 주사선(3a)이 전기적으로 접속되어 있다. 주사선(3a)에는 소정의 타이밍에서 펄스식으로 주사 신호 G1, G2, …, Gm이 공급된다. 또 주사 신호 G1, G2, …, Gm은 각 주사선(3a)에 대하여 이 순서로 선순차적으로 인가한다. 또한, TFT 소자(30)의 드레인에는 화소 전극(9)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 주사선(3a)에서 공급된 주사 신호 G1, G2, …, Gm에 의해, 스위칭 소자인 TFT 소자(30)를 일정 기간만 온 상태로 하면, 데이터선(6a)에서 공 급된 화상 신호 S1, S2, …, Sn이 각 화소의 액정에 소정의 타이밍에서 기입된다.

액정에 기입된 소정 레벨의 화상 신호 S1, S2, …, Sn은, 화소 전극(9)과 후술하는 공통 전극 사이에 형성되는 액정 용량으로 일정 기간 유지된다. 또, 유지된 화상 신호 S1, S2, …, Sn이 누설되는 것을 방지하기 위해서, 화소 전극(9)과 용량선(3b) 사이에 축적 용량(17)이 형성되어, 액정 용량과 병렬로 배치되어 있다. 이와 같이, 액정에 전압 신호가 인가되면, 인가된 전압 레벨에 의해 액정 분자의 배향 상태가 변화된다. 이에 따라, 액정에 입사된 광이 변조되어 계조 표시가 가능해진다.

(평면 구조)

도 2는 액정 패널의 평면 구조의 설명도이다. 본 실시예의 액정 패널로서는, TFT 어레이 기판 상에 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO라 함) 등의 투명 도전성 재료로 이루어지는 직사각형 형상의 화소 전극(9)(파선(9a)으로 그 윤곽을 나타냄)이, 매트릭스 형상으로 배열 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(9)의 종횡의 경계를 따라, 데이터선(6a), 주사선(3a) 및 용량선(3b)이 마련되어 있다. 본 실시예에서는, 각 화소 전극(9)이 형성된 영역이 도트이며, 매트릭스 형상으로 배치된 도트마다 표시를 행하는 것이 가능한 구조로 되어 있다.

TFT 소자(30)는 폴리 실리콘막 등으로 이루어지는 반도체층(1a)을 중심으로 하여 형성되어 있다. 반도체층(1a)의 소스 영역(후술)에는 콘택트 홀(5)을 거쳐서 데이터선(6a)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 반도체층(1a)의 드레인 영역(후 술)에는 콘택트 홀(8)을 거쳐서 화소 전극(9)이 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 반도체층(1a)에서의 주사선(3a)과의 대향 부분에는 채널 영역(1a')이 형성되어 있다. 또 주사선(3a)은 채널 영역(1a')과의 대향 부분에서 게이트 전극으로서 기능한다.

용량선(3b)은 주사선(3a)에 따라 대략 직선 형상으로 연장되는 본선부(즉 평면적으로 보아, 주사선(3a)에 따라 형성된 제 1 영역)와, 데이터선(6a)과의 교점으로부터 데이터선(6a)에 따라 전단측(도면 중 상향)으로 돌출된 돌출부(즉 평면적으로 보아, 데이터선(6a)에 따라 연장되어 마련된 제2 영역)를 따라서 구성되어 있다. 또한, 도 2 중에 우상향의 사선으로 나타낸 영역에는 제 1 차광막(11a)이 형성되어 있다. 그리고, 용량선(3b)의 돌출부와 제 1 차광막(11a)이 콘택트 홀(13)을 거쳐서 전기적으로 접속되어, 후술하는 축적 용량이 형성되어 있다.

(단면 구조)

도 3은 액정 패널의 단면 구조의 설명도이며, 도 2의 A-A'선에서의 측면 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이 본 실시예의 액정 패널(60)은, TFT 어레이 기판(10)과, 이에 대향 배치된 대향 기판(20)과, 이들 사이에 유지된 액정층(50)을 주체로 하여 구성되어 있다. TFT 어레이 기판(10)은, 유리나 석영 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(10A), 및 그 내측에 형성된 TFT 소자(30)나 화소 전극(9), 배향막(16) 등을 주체로 하여 구성되어 있다. 한 쪽의 대향 기판(20)은, 유리나 석영 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(20A), 및 그 내측에 형성된 공통 전극(21)이나 배향막(22) 등을 주체로 하여 구성되어 있다.

TFT 어레이 기판(10)의 표면에는, 후술하는 제 1 차광막(11a) 및 제 1 층간 절연막(12)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1 층간 절연막(12)의 표면에 반도체층(1a)이 형성되고, 이 반도체층(1a)을 중심으로 하여 TFT 소자(30)가 형성되어 있다. 반도체층(1a)에서의 주사선(3a)과의 대향 부분에는 채널 영역(1a')이 형성되고, 그 양측에 소스 영역 및 드레인 영역이 형성되어 있다. 또, 이 TFT 소자(30)는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 채용하고 있기 때문에, 소스 영역 및 드레인 영역에, 각각 불순물 농도가 상대적으로 높은 고농도 영역과, 상대적으로 낮은 저농도 영역(LDD 영역)이 형성되어 있다. 즉, 소스 영역에는 저농도 소스 영역(1b)과 고농도 소스 영역(1d)이 형성되고, 드레인 영역에는 저농도 드레인 영역(1c)과 고농도 드레인 영역(1e)이 형성되어 있다.

반도체층(1a)의 표면에는 게이트 절연막(2)이 형성되어 있다. 그리고, 게이트 절연막(2)의 표면에 주사선(3a)이 형성되고, 그 일부가 게이트 전극을 구성하고 있다. 또한, 게이트 절연막(2) 및 주사선(3a)의 표면에는 제 2 층간 절연막(4)이 형성되어 있다. 그리고, 제 2 층간 절연막(4)의 표면에 데이터선(6a)이 형성되고, 제 2 층간 절연막(4)에 형성된 콘택트 홀(5)을 거쳐서, 데이터선(6a)이 고농도 소스 영역(1d)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제 2 층간 절연막(4) 및 데이터선(6a)의 표면에는 제 3 층간 절연막(7)이 형성되어 있다. 그리고, 제 3 층간 절연막(7)의 표면에 화소 전극(9)이 형성되고, 제 2 층간 절연막(4) 및 제 3 층간 절연막(7)에 형성된 콘택트 홀(8)을 거쳐서, 화소 전극(9)이 고농도 드레인 영역(1e) 과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 화소 전극(9)을 덮도록 사방 증착막으로 이루어지는 무기 수직 배향막(16)이 형성되어 있다.

또, 본 실시예에서는 반도체층(1a)을 연장해서 마련하여 제 1 축적 용량 전극(1f)이 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막(2)을 연장하여 마련하여 유전체막이 형성되고, 그 표면에 용량선(3b)이 배치되어 제 2 축적 용량 전극이 형성되어 있다. 이들에 의해, 상술한 축적 용량(17)이 구성되어 있다.

또한, TFT 소자(30)의 형성 영역에 대응하는 TFT 어레이 기판(10)의 표면에 제 1 차광막(11a)이 형성되어 있다. 제 1 차광막(11a)은 액정 패널에 입사된 광이, 반도체층(1a)의 채널 영역(1a'), 저농도 소스 영역(1b) 및 저농도 드레인 영역(1c)에 침입하는 것을 방지하는 것이다. 또, 제 1 차광막(11a)은 제 1 층간 절연막(12)에 형성된 콘택트 홀(13)을 거쳐서 전단 또는 후단의 용량선(3b)이 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 제 1 차광막(11a)은 제 3 축적 용량 전극으로서 기능하고, 제 1 층간 절연막(12)을 유전체막으로 하여, 제 1 축적 용량 전극(1f)과의 사이에 새로운 축적 용량이 형성되어 있다.

한편, 데이터선(6a), 주사선(3a) 및 TFT 소자(30)의 형성 영역에 대응하는 대향 기판(20)의 표면에는 제 2 차광막(23)이 형성되어 있다. 제 2 차광막(23)은, 액정 패널에 입사된 광이 반도체층(1a)의 채널 영역(1a')이나 저농도 소스 영역(1b), 저농도 드레인 영역(1c)에 침입하는 것을 방지하는 것이다. 또한, 대향 기판(20) 및 제 2 차광막(23)의 표면에는 거의 전면에 걸쳐 ITO 등의 도전체로 이루어지는 공통 전극(21)이 형성되어 있다. 또한, 공통 전극(21)의 표면에는 사방 증 착막으로 이루어지는 무기 수직 배향막(22)이 형성되어 있다. 그리고, 이 배향막(22)과 배향막(16)에 의해, 액정 분자는 전압을 인가하지 않은 상태에서 기판의 수평면으로부터 해당 수평면 내의 소정의 일 방향으로 경사져 배향된다. 본 실시예에서는, 배향막(16)과 배향막(22)의 증착 각도는 예컨대 기판 법선으로부터 50°, 막 두께는 각각 40㎚로 설정되어 있다. 이 때문에, 액정 분자는 기판의 수평면으로부터 소정 방향으로 86°(기판 법선으로부터는 4°) 경사진 상태로 배향된다. 이하, 이 액정 분자의 경사 방향(즉, 전압 무인가시에서의 액정 분자의 디렉터의 방향)을 액정의 프리틸트 방향이라고 한다.

그리고, TFT 어레이 기판(10)과 대향 기판(20) 사이에는 액정층(50)이 유지되어 있다. 이 액정층(50)은 부의 유전율 이방성을 나타내는 네마틱 액정 등에 의해 구성되어 있다. 즉, 액정층(50)을 구성하는 액정 분자는 전계 무인가시(초기 배향 상태)에 수직 배향하고, 전계 인가시에 수평 배향하게 되어 있다.

(편광판)

도 4는 본 실시예의 액정 장치의 분해 사시도이다.

본 실시예의 액정 장치(100)는, 상술한 액정 패널(60)과, 액정 패널(60)의 TFT 어레이 기판(10)의 외측에 배치된 광학 보상판(70)과, 이 광학 보상판(70)의 외측 및 대향 기판(20)의 외측에 배치된 편광판(62, 64)에 의해 구성되어 있다. 액정 패널(60)의 광 입사측에는 편광판(62)이 배치되고, 광 출사측에는 편광판(64)이 배치되어 있다. 광 입사측의 편광판(62)은 그 투과축이 도시 Y 방향으로 평행 하게 배치되어 있다. 광 출사측의 편광판(64)은 그 투과축이 도시 X 방향으로 평행하게 배치되어 있다. 이들 편광판(62, 64)의 투과축의 방향은, 상술한 액정의 프리틸트 방향(P)을 기판면에 투영한 투영 벡터의 방향(P′)에 대하여 경사지게 배치하고 있다.

그리고, 액정 장치(100)에 대하여 편광판(62)의 아래쪽으로부터 광이 입사되면, 편광판(62)의 투과축과 일치하는 직선 편광만이 편광판(62)을 투과한다. 전계 무인가시의 액정 패널(60)에서는 액정 분자가 기판면에 대하여 일 방향으로 프리틸트를 가진 상태에서 대략 수직하게 배향되어 있다. 그 때문에, 액정 패널(60)에 입사된 직선 편광은 프리틸트에 따른 위상차에 의해 편광 상태가 변경되어 타원 편광으로서 액정 패널(60)로부터 출사된다. 그리고, 이 타원 편광은 편광판(64)의 투과축과 거의 직교하기 때문에, 그 편광판(64)을 거의 투과하지 않는다. 따라서, 전계 인가시의 액정 패널(60)에서는 흑 표시가 행해진다(정규 흑색 모드). 한편, 전계 인가시의 액정 패널(60)에서는 액정 분자가 수직 배향하고 있다. 그 때문에, 액정 패널(60)에 입사된 직선 편광은 복굴절에 의해 편광 방향이 입사광에 대하여 직교하는 방향으로 변환된다. 이 직선 편광은 편광판(64)의 투과축과 일치하기 때문에 편광판(64)을 투과한다. 따라서, 전계 무인가시의 액정 패널(60)에서는 백 표시가 행해진다.

(광학 보상판)

그리고 본 실시예에서는, 액정 패널(60)에서의 광 출사측의 기판(20)과 편광 판(62) 사이에 광학 보상판(70)이 배치되어 있다.

도 5는 광학 보상판(70)의 굴절율 타원체를 나타내는 모식도이다. 이 도면에 있어, nx, ny는 각각 광학 보상판의 면 방향의 주굴절율을 나타내고 있고, nz는 두께 방향의 주굴절율을 나타내고 있다. 본 실시예의 광학 보상판(70)은, 디스코틱 화합물 등의 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 이방체로 이루어지고, 그 주굴절율 nx, ny, nz는, nx= ny> nz를 만족시키는 구성으로 되어 있다. 즉, 광축(D) 방향의 굴절율 nz가 다른 방향의 굴절율보다 작고, 굴절율 타원체에서는 원반형이 된다. 이 굴절율 타원체는 광학 보상판(70)의 수평면(70a)에 대하여 평행하게 배향되어 있고, 광학 보상판(70)의 광축 방향(D)(굴절율 타원체의 단축 방향)은 광학 보상판(70)의 법선 방향과 평행하게 배치되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 광학 보상판(70)의 면내 위상차((nx-nz)·d ; d는 광학 보상판의 두께)는 0.2㎛, 액정 패널(60)의 리타데이션은 0.32이며, 광학 보상판(70)의 면내 위상차쪽이 액정 패널(60)의 리타데이션보다 약간 작게 설정되어 있다.

상술한 광학 보상판(70)은 지지 기판에 장착되어 있다. 지지 기판은, 무알칼리 유리나 열 전도율이 큰 사파이어나 수정 등의 투광성 재료로 구성되어 있다. 그리고 지지 기판에 장착된 광학 보상판(70)은 도 4에 나타내는 액정 패널(60)의 표면으로부터 소정 거리를 두고 액정 장치(100)에 배치되어 있다. 이에 따라, 액정 패널(60)로부터의 열 영향에 의한 광학 보상판(70)의 열화를 억제할 수 있게 되어 있다. 또한, 광학 보상판(70)은, 그 광축 방향(D)이 액정 패널(60)의 프리틸트 방향(P)과 거의 평행하게 되도록, 액정 패널(60)의 기판면에 대하여 각도 θ2만큼 경사지게 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 액정의 프리틸트각 θ1이 기판(10)의 수평면에 대하여 86°(기판 법선으로부터는 4°)로 설정되어 있기 때문에, 광학 보상판(70)의 판면(70a)은 기판(10)에 수평인 위치로부터 4° 회전한 상태로 배치되게 된다. 광학 보상판(70)은 해당 광학 보상판(70) 또는 이것을 지지하는 지지 기판을 회전하는 소정의 회전 기구(조절 수단)에 의해 경사각 θ2가 조절되게 할 수 있다. 이와 같이 광학 보상판(70)의 설치 각도를 조절하는 조절 수단을 구비하는 것에 의해, 액정 패널(60)의 설계 변경에 용이하게 대응할 수 있게 된다. 이 회전 기구로서는, 광학 보상판(70)을 2축으로 회전할 수 있는 것이 바람직하다.

도 6은 액정의 프리틸트각 θ1과 광학 보상판(70)의 경사각 θ2를 변화시켰을 때의 흑 표시시의 투과율을 나타내는 도면이다. 도 6에서는 램프 광원이 약 10°의 원추형의 강도 분포를 가질 때의 흑 표시시의 투과율을 나타내고 있다. 도 6 중 부호 A로 나타내는 영역이 가장 투과율이 작은 영역이며, 부호 B, C, D, …로 나타내는 영역은 이 순으로 투과율이 높아지게 되어 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이 흑의 투과율은, 광학 보상판(70)의 광축 방향(D)을 액정의 프리틸트 방향(P)이 거의 평행하게 배치되었을 때에 가장 작아지고, 그 조건으로부터 벗어남에 따라서 투과율은 높아진다. 이 때문에, 광축 방향(D)와 프리틸트 방향(P)을 정렬하는 것에 의해, 흑 부유를 억제한 높은 콘트라스트의 표시가 가능하게 되는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 액정의 프리틸트 방향(P)과 광학 보상판(70)의 광축 방향이 일치하도록, 광학 보상판(70)을 액정 패널(60)에 대하여 경사지게(즉, 비평행하게) 배치하고 있다. 이 때문에, 액정의 프리틸트에 의한 위상차 및 경사 방향의 광에 의한 위상차를 완전히 보상할 수 있어, 종래보다 높은 콘트라스트의 표시가 가능해진다.

또, 본 실시예에서는 광학 보상판(70)의 매수를 1장으로 했지만, 광학 보상판의 매수는 2장 이상이라도 좋다. 예컨대, 광학 보상판(70)을 복수의 광학 보상판에 의해 구성할 수도 있고, 액정 패널(60)의 대향 기판(20)과 편광판(62) 사이에 새롭게 광학 보상판을 마련할 할 수도 있다. 또한, 광학 보상판(70)은 두개의 정의 굴절율 이방성체의 위상 지연축을 서로 직교시켜, 유사적으로 부의 굴절율 이방성체로서도 마련할 수 있다.

(실시예 2)

다음에, 본 발명의 실시예 2에 따른 액정 장치에 관하여, 도 7 내지 도 9를 이용하여 설명한다. 본 실시예의 액정 장치의 기본 구성은 실시예 1과 마찬가지이고, 다른 점은, 광학 보상판 자체의 배치는 액정 패널과 평행으로 하고, 그 광축만을 수평면으로부터 경사지게 배치한 점이다. 따라서, 도 7 내지 도 9에 있어서 도 1 내지 도 6과 공통된 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

도 7은 본 실시예의 액정 장치의 분해 사시도이다.

본 실시예의 액정 장치(200)는, 액정 패널(60)과, 액정 패널(60)의 TFT 어레이 기판(10)의 외측에 배치된 광학 보상판(80)과, 이 광학 보상판(80)의 외측 및 대향 기판(20)의 외측에 배치된 편광판(62, 64)에 의해 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 광학 보상판(80)은 액정 패널(60)의 기판(10)에 대하여 평행하게 배치되어 있다.

도 8은 광학 보상판(80)의 굴절율 타원체를 나타내는 모식도이다. 이 도면에 있어, nx, ny는 각각 광학 보상판의 면 방향의 주굴절율을 나타내고 있고, nz는 두께 방향의 주굴절율을 나타내고 있다. 본 실시예의 광학 보상판(80)은 디스코틱 화합물 등의 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 이방체로 이루어지고, 그 주굴절율 nx, ny, nz는 nx= ny> nz를 만족시키는 구성으로 되어 있다. 즉, 광축(D) 방향의 굴절율 nz가 다른 방향의 굴절율 nx, ny보다 작고, 굴절율 타원체에서는 원반형이 된다. 이 굴절율 타원체는, 광학 보상판(80)의 수평면(80a)에 대하여 경사지게 배향되어 있고, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)(굴절율 타원체의 단축 방향)은 광학 보상판(80)의 법선 방향에 대하여 각도 θ1만큼 비스듬히 경사진 상태로 되어있다. 이 광축의 경사각 θ1은 액정 패널(60)의 프리틸트각과 대략 일치하고 있고, 이에 따라, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)과 액정의 프리틸트 방향(P)은 거의 평행하게 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 액정의 프리틸트각 θ1은 기판(10)의 수평면에 대하여 88°(기판 법선으로부터는 2°)로 설정되어 있고, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)은 광학 보상판(80)의 수평면(80a)의 법선 방향으로부터 2° 경사진 방향으로 설정되어 있다.

이 광학 보상판(80)은, 예컨대 디스코틱 액정을 틸트 배향시켜 중합시킨 것을 사용할 수 있다. 도 9는 이 광학 보상판의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 도 9의 광학 보상판(80)은 3초산 셀룰로즈(TAC) 등의 지지체 상에 배향막을 마련하고, 그 배향막 상에 트리페닐렌 유도체 등의 디스코틱층을 도포하여 마련한 것이다. 디스코틱 화합물은 액정상을 나타낼 때에 광학적으로 부의 일축성을 나타낸다. 그래서, 1조의 지지체(81, 82)의 표면에 폴리이미드 등의 배향막(81a, 82a)을 형성하고, 한 쪽의 지지체 상에 디스코틱 화합물(84)을 도포하여 마련 한 후, 또 한쪽의 지지체에 의해 디스코틱층(83)을 끼운다. 그리고, 가열 처리에 의해 디스코틱 네마틱(N_D) 상을 형성시킨 후에, 자외선 등에 의해 중합하여 배향 상태를 고정화한다. 이 N_D 상의 형성시에, 디스코틱층(83)은 배향막(81a, 82a)에 의해 프리틸트가 부여되어, 광축이 비스듬하게 경사진 상태로 형성된다. 광축(84a)의 경사각 θ는, 배향막(81a, 82a)의 배향 처리(연마 등)에 의해 제어되고, 이것에 의해 광축 방향(D)과 액정의 프리틸트 방향(P)이 평행하게 배치된다.

상술한 광학 보상판(80)은, 폴리 카보네이트나 노르보르넨(norbornene) 수지 등에 전단 응력을 걸어 연장시키는 것에 의해서도 형성할 수 있다. 도 10은 그 형성 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 이 방법에서는, 우선 도 10(a)에 도시하는 바와 같이 재료 수지(85)를 유리 전이점 부근까지 가열하여 두 방향으로 연장시킨다. 그리고, 가열한 한 쌍의 기판(91, 92) 사이에 재료 수지(85)를 끼우고, 한쪽 기판의 외측으로부터 재료 수지(85)에 대하여 압력을 가하면서, 기판(91, 92)을 서로 반대 방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 재료 수지(85)의 상하면에는 서로 반대 방향으로 전단 응력이 걸리고, 이 재료 수지(85)를 구성하는 광학체의 광축 방향이 비스듬하게 경사진다. 광축의 경사각은 전단 응력의 크기에 의해 제어되고, 이것에 의해 광축 방향(D)과 프리틸트 방향(P)이 평행하게 배치된다.

도 11은 시각 특성의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 11(a)는 광학 보상판의 광축을 경사지게 하지 않는 경우(즉, 광학 보상판의 광축 방향과 액정의 프리틸트 방향이 일치하지 않는 경우)의 등콘트라스트 곡선을 나타내고, 도 11(b)는 광학 보상판의 광축을 본 실시예와 같이 액정의 프리틸트각에 맞춰 2° 경사지게 한 경우의 등콘트라스트 곡선을 나타내고 있다. 도 11 중, 부호 A로 나타내는 영역이 가장 계조가 큰 영역이며, 부호 B, C, D, …로 나타내는 영역은 이 순으로 계조가 작아지고 있다. 도 11에 도시하는 바와 같이 광학 보상판의 광축 방향을 경사지게 한 것(도 11(a))은, 경사지게 하지 않은 것(도 11(b))에 비해 표시의 대칭성이 높고, 높은 콘트라스트의 표시가 행해지는 범위도 넓다. 이 때문에, 광축 방향(D)과 프리틸트 방향(P)을 정렬하는 것에 의해, 광 시야각이면서 높은 콘트라스트의 표시를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서도 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)과 액정의 프리틸트 방향(P)이 거의 평행하게 배치되어 있기 때문에, 액정의 프리틸트에 의한 위상차 및 경사 방향의 광에 의한 위상차를 완전히 보상할 수 있어, 종래보다도 높은 콘트라스트의 표시가 가능해진다.

(전자 기기)

다음에, 본 발명의 전자 기기의 일례인 투사형 표시 장치에 대하여 설명한 다. 도 12는 본 예의 투사형 표시 장치의 일례인 3판식의 반사형 컬러 액정 프로젝터의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

본 예의 액정 프로젝터(1000)는, 시스템 광축(L)에 따라 배치한 광원부(710), 집적 렌즈(720), 편광 변환 소자(730)로부터 개략 구성되는 편광 조명 장치(700), 이 편광 조명 장치(700)로부터 출사된 S 편광 광속을 S 편광 광속 반사면(741)에 의해 반사시키는 편광 빔 분할기(740), 편광 빔 분할기(740)의 S 편광 광속 반사면(741)으로부터 반사된 광중 청색광(B)의 성분을 분리하는 다이클로익 미러(742), 분리된 청색광(B)을 변조하는 반사형 액정 광 밸브(745B), 청색광이 분리된 후의 광속 중 적색광(R)의 성분을 반사시켜 분리하는 다이클로익 미러(743), 분리된 적색광(R)을 변조하는 반사형 액정 광 밸브(745R), 다이클로익 미러(743)를 통과하는 나머지의 광의 녹색광(G)을 변조하는 반사형 액정 광 밸브(745G), 3개의 반사형 액정 광 밸브(745R, 745G, 745B)에서 변조된 광을 다이클로익 미러(743, 742), 편광 빔 분할기(740)에서 합성하여 이 합성광을 스크린(760)에 투사하는 투사 렌즈로 이루어지는 투사 광학계(750)로 구성되어 있다.

광원부(710)로부터 출사된 임의적인 편광 광속은, 집적 렌즈(720)에 의해 복수의 중간 광속으로 분할된 후, 제 2 집적 렌즈를 광 입사측에 갖는 편광 변환 소자(720)에 의해 편광 광속이 거의 정렬된 일 종류의 편광 광속(S 편광 광속)으로 변환되고 나서 편광 빔 분할기(740)에 도달하게 되어 있다. 편광 변환 소자(730)로부터 출사된 S 편광 광속은, 편광 빔 분할기(740)의 S 편광 광속 반사면(741)에 의해 반사되고, 반사된 광속 중 청색광(B)의 광속이 다이클로익 미러(742)의 청색 광 반사층에서 반사되어, 반사형 액정 광 밸브(745B)에 의해 변조된다. 또한, 다이클로익 미러(742)의 청색광 반사층을 투과한 광속 중, 적색광(R)의 광속은 다이클로익 미러(743)의 적색광 반사층에서 반사되어, 반사형 액정 광 밸브(745R)에 의해 변조된다. 한편, 다이클로익 미러(743)의 적색광 반사층을 투과한 녹색광(G)의 광속은 반사형 액정 광 밸브(745G)에 의해 변조된다. 이상과 같이 하여 반사형 액정 광 밸브(745R, 745G, 745B)에 의해 색광의 변조가 이루어진다.

이들의 액정 패널의 화소로부터 반사된 색광 중, S 편광 성분은 S 편광을 반사하는 편광 빔 분할기(740)를 통과하지 않고, P 편광 성분은 통과한다. 이 편광 빔 분할기(740)를 투과한 광에 의해 화상이 형성된다.

여기서, 반사형 액정 광 밸브(745R, 745G, 745B)의 구성을 도 13을 이용하여 설명한다. 이들 3개의 반사형 액정 광 밸브는 완전히 같은 구성을 갖기 때문에, 그 하나를 반사형 액정 광 밸브(745)로서 설명한다. 본 실시예의 반사형 액정 광 밸브(광 변조 수단)(745)는, 한 쌍의 기판 사이에 액정층이 유지된 액정 패널(60)과, 그 액정 패널(60)의 한 쪽의 기판(10A)의 외측에 배치된 광학 보상판(80)을 갖는 것으로서, 특히, 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT라 함) 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 반사형 액정 장치이다. 액정 패널(60)의 기본 구성은 도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 마찬가지이며, 다른 것은, 화소 전극(9)이 알루미늄(Al)이나 은(Ag) 등의 고 반사율의 도전 재료에 의해 형성되어 있는 점과, 액정층(50)의 리타데이션이 실시예 1에 비해 절반정도로 되어 있는 점(즉, 반사형에 적합한 구성으로 되어있는 점)이다. 따라서, 액정 패널(60)의 구 성에 관해서는 설명을 생략한다.

광학 보상판(80)의 구성은 상술한 실시예 2와 거의 마찬가지이다. 즉, 광학 보상판(80)은 디스코틱 화합물 등의 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 이방체로 이루어지고, 광축(D) 방향의 굴절율 nz가 다른 방향의 굴절율 nx, ny보다 작고, 굴절율 타원체에서는 원반형이 된다. 이 굴절율 타원체는, 광학 보상판(80)의 수평면(80a)에 대하여 경사지게 배향되어 있고, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)(굴절율 타원체의 단축 방향)은 광학 보상판(80)의 법선 방향에 대하여 각도 θ1만큼 비스듬하게 경사진 상태로 되어있다. 이 광축의 경사각 θ1은 액정(51)의 프리틸트각과 대략 일치하고 있고, 이에 따라 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)과 액정(51)의 프리틸트 방향(P)이 거의 평행하게 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 액정(51)의 프리틸트각 θ1은 기판(10)의 수평면에 대하여 86°(기판 법선으로부터는 4°로 설정되어 있기 때문에, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)은 광학 보상판(80)의 수평면(80a)의 법선 방향으로부터 4° 기운 방향으로 설정되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 광 밸브(745)는, 광학 보상판(80)의 광축 방향(D)과 액정의 프리틸트 방향(P)이 거의 평행하게 배치되어 있기 때문에, 액정의 프리틸트에 의한 위상차 및 경사 방향의 광에 의한 위상차를 완전히 보상할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 액정 프로젝터(1000)에 의하면, 종래의 것보다 광 시야각이면서 높은 콘트라스트의 화상 표시가 가능해진다.

또, 본 실시예에서는, 투사형 표시 장치로서 반사형의 액정 프로젝터를 나타내했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 투과형의 액정 프로젝터에 본 발명 을 적용할 수도 있다. 이 경우에는, 광 변조 수단으로서 실시예 1이나 실시예 2에 나타낸 바와 같은 투과형의 액정 장치를 이용할 필요가 있다. 또한, 본 실시예에서는, 전자 기기의 일례로서 본 발명의 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치에 대하여 설명했지만, 본 발명의 액정 장치는 투사형 표시 장치로 한정되지 않고, 여러가지의 전자 기기에 탑재할 수 있다. 이 전자 기기로서는 예컨대, 전자북, 퍼스널 컴퓨터, 디지털스틸카메라, 액정 텔레비젼, 뷰 파인더형 또는 모니터 직시형 비디오 테이프 레코더, 카 네비게이션 장치, 페이저, 전자 수첩, 전자 계산기, 워드 프로세서, 워크 스테이션, 화상 전화기, POS 단말, 터치 패널을 구비한 기기 등이 있고, 상기 액정 장치는 이들 광 변조 수단으로서 적합하게 이용할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예예에 대하여 설명했지만, 본 발명에 따른 예로 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재의 여러 가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 여러가지 변경 가능하다.

상술한 본 발명에 의하면, 프리틸트가 부여된 경우에도 양호한 광학 보상을 실행할 수 있는 액정 장치의 구성을 제공할 수 있다.

Claims

한 쌍의 기판 사이에 액정층이 유지되어 이루어지는 액정 장치로서,

상기 액정층은 초기 배향 상태가 수직 배향을 나타내는 유전 이방성이 부(負)인 액정으로 이루어지고, 상기 액정에는 소정의 일 방향으로 프리틸트가 부여되어 있고, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한 쪽 기판의 외측에는, 부의 굴절율 이방성을 갖는 광학 보상판이 마련되어 있고, 상기 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향이 거의 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 보상판은 상기 한 쪽의 기판과 평행하게 배치되어 있고, 상기 광학 보상판의 광축 방향은 해당 광학 보상판의 법선으로부터 어긋난 각도로서, 상기 액정의 프리틸트 방향과 거의 평행한 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 보상판의 광축 방향은 해당 광학 보상판의 법선 방향과 거의 평행 한 방향으로 배치되어 이루어지고, 상기 광학 보상판은 해당 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향이 거의 평행이 되도록 상기 한 쪽의 기판과 평행한 위치로부터 경사지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 액정 장치를 광변조 수단으로서 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 광학 보상판의 광축 방향과 상기 액정의 프리틸트 방향을 일치시키도록 상기 광학 보상판의 설치 각도를 조절하는 조절 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 조절 수단은 상기 광학 보상판을 2축으로 회전시키는 회전 기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.