JP4407544B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶の配向を制御することによって画像を表示する技術に関する。

電界が印加されていないとき（以下「無電界時」という）の液晶の分子を基板に垂直な方向に配向させた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードの液晶パネルが従来から提案されている（例えば特許文献１）。この種の液晶パネルによれば画像のコントラスト比を向上させることができるから、高いコントラスト比が要求される投射型の表示装置（プロジェクタ）に特に好適である。
特開平１１−５２３６１号公報（段落００１２）

ところで、垂直配向モードの液晶パネルにおいて、コントラスト比を向上させるという観点のみからすると、無電界時の液晶の分子を基板に対して完全に垂直な方向に配向させることが望ましい。しかしながら、このように液晶の分子が基板に垂直な方向に配向していると、これに電界を印加したときの各分子の挙動（特に配向が変化する方向）を定量的に制御することが困難となり、この結果として分子の配向の乱れに起因したディスクリネーションが発生するという問題がある。これを解決するための構成として、基板に垂直な方向から僅かに傾いた方向に無電界時の液晶の分子を配向させた構成も考えられるが、この構成においては無電界時における液晶の複屈折性の影響が顕著となるから、高コントラスト比という垂直配向モードの利点を減殺する結果を招きかねない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、垂直配向モードの液晶を利用した構成において、ディスクリネーションを抑制しながら画像のコントラスト比を向上させるという課題の解決を目的としている。

この課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射した光を変調する液晶装置と、前記液晶装置によって変調された光を投射する投射レンズと、を備えた投射型表示装置であって、前記液晶装置は、相互に対向する一対の基板の間隙に垂直配向モードの液晶を封止して該液晶の分子の長軸が前記基板の法線に対して傾けて配向された液晶パネルと、前記光源から前記液晶パネルに至る光路上に配置された第１偏光板と、前記液晶パネルから前記投射レンズに至る光路上に配置された第２偏光板と、前記第２偏光板と前記液晶パネルとの間に配置され、前記第２偏光板と対向する基体と該基体の表面に配置されて前記液晶パネルと対向する位相差板とを有した光学補償板と、を有し、前記位相差板は、２軸の複屈折性を有し、前記位相差板の面内における遅軸または速軸の方向は、前記第１偏光板または前記第２偏光板の透過軸の方向、及び前記液晶の分子の傾けられた長軸を前記基板の表面に正射影した方向と異なるように設定されており、前記基体は、前記基体の板面に平行な面内に光学的な遅軸を有し、前記基体の前記遅軸と前記第２偏光板の透過軸は、平行となるように配置されていることを特徴とする。なお、主屈折率とは、１軸または２軸の複屈折性を持った要素の屈折率楕円体における長軸および短軸の方向の屈折率を意味する。

この構成における光学補償板は、２軸の複屈折性を持った基体の表面に少なくとも１軸の複屈折性を持った位相差板を積層してなり、この光学補償板を全体としてみると、液晶パネルに垂直な方向の屈折率が液晶パネルに平行な方向の屈折率よりも小さくなるように構成されている。この構成によれば、ディスクリネーションの防止のために無電界時の液晶の分子を基板に垂直な方向から傾けた構成であっても、この傾きに起因した液晶の複屈折性を光学補償板によって有効に補償（キャンセル）することができる。したがって、本発明によれば、高コントラスト比という垂直配向モードの利点を減殺することなくディスクリネーションを抑制することができる。また、位相差板が基体に形成されているから、この位相差板の機械的な強度を補強してその変形を抑制することが可能となる。

本発明の望ましい態様において、光学補償板は、位相差板を挟んで液晶パネルの反対側に基体が位置するように第１偏光板と液晶パネルとの間に配置され、液晶パネルに平行な面内における基体の遅軸（例えば図５に示される第１軸Ｐ1）は第１偏光板の透過軸と平行または垂直とされる（図２参照）。本発明のように液晶パネルに平行な面内での各主屈折率が相違する基体を採用した構成において、基体の遅軸（あるいは速軸）と第１偏光板の透過軸（あるいは吸収軸）とが傾いている場合には、基体の面内における複屈折性と位相差板の面内における複屈折性との双方の作用によって液晶パネルの面内における複屈折性が相殺されるように基体および位相差板の双方の光学的な特性を調整する必要がある。これに対し、本態様においては、液晶パネルに平行な面内での基体の遅軸が第１偏光板の透過軸と垂直または平行とされるから、第１偏光板からの出射光（直線偏光）は、液晶パネルに平行な方向については基体の複屈折性の影響を受けることなく当該基体を透過して位相差板に到達する。したがって、この態様によれば、位相差板の面内の方向における屈折率を適宜に調整することのみによって（すなわち基体の光学的な特性について考慮することなく）液晶パネルの面内における複屈折性を相殺することが可能となる。

本発明の投射型表示装置においては、光源から液晶パネルの液晶に至る光路上に設けられて液晶への入射光を集光するレンズを設けてもよい（第２実施形態）。この構成によれば、液晶パネルへの入射光を液晶に集中させることができるから、この種のレンズが設けられていない構成と比較して、光の利用効率を向上させることができる。ところで、レンズの透過光は当該レンズの光学的な特性の影響を受ける。したがって、仮に光学補償板をレンズよりも光源側に配置したとすれば、液晶パネルの複屈折性の影響を相殺するための特性を光学補償板によって付与したとしても、レンズを透過することによってその特性が変動する結果として液晶の複屈折性の影響を充分に減殺することができない可能性がある。そこで、このようなレンズを配置した構成において、光学補償板は、第２偏光板と液晶パネルとの間に配置され、かつ、液晶パネルに平行な面内における基体の遅軸は第２偏光板の透過軸と平行または垂直とされることが望ましい。この構成によれば、液晶パネルの複屈折性の影響をさらに確実に減殺することが可能となる。また、光学補償板を、位相差板を挟んで液晶パネルの反対側に基体が位置するように配置した構成によれば、位相差板の面内の方向における屈折率を適宜に調整することのみによって（つまり基体の光学的な特性について考慮することなく）液晶パネルの面内における複屈折性を相殺することができる。

投射型表示装置においては、これと離間して配置されたスクリーンに投射レンズからの出射光を投射する関係から、液晶パネルの表示面が観察者によって直視されるタイプの表示装置と比較して、液晶パネルに対する照射光の光量や強度が大きい。このため、液晶パネルの近傍の各要素には熱が発生し易い。したがって、位相差板が熱変形してその光学的な特性が所期の特性から変動する可能性がある。この問題を解決するために、本発明の望ましい態様において、光学補償板の基体は、位相差板よりも熱伝導率が高い材料によって形成される。この構成によれば、熱伝導率の高い基体が位相差板の熱を放射する放熱板として機能するから、液晶装置への光照射によってその各部に熱が発生したとしても、位相差板の光学的な特性を所期の特性に維持することが可能となる。このように熱伝導率が高い材料の典型例はサファイアである。

また、本発明の望ましい態様において、液晶パネルは、各基板の法線に対して長軸を傾けた方向に液晶の分子を配向させる配向膜を各基板の表面に備え、位相差板の面内における遅軸または速軸の方向と、液晶の分子を各基板の表面に正射影したときの長軸の方向とがなす角度θは、４０°≦θ≦５０°を満たす。この態様によれば、液晶パネルの複屈折性を光学補償板によって高精度に相殺することが可能となる。なお、ポリイミドなどの有機材料によって形成される配向膜は、無機材料によって形成される配向膜と比較して加熱によって特性が変化しやすいという傾向がある。この特性の変化を防止するために、特に投射型表示装置のように各部に熱が発生しやすい構成においては、ＳｉＯ_ｘなどの無機材料によって配向膜が形成される。この種の配向膜は、例えば液晶パネルの各基板の垂線に対して所定の角度をなす方向から当該基板の表面に無機材料を蒸着することによって形成される。

さらに望ましい態様において、液晶パネルに平行な方向における光学補償板（基体および位相差板の双方を含む全体）の屈折率の最大値ｎxと、これに直交する方向での屈折率ｎyと、当該光学補償板の厚さ（すなわち基体の厚さと位相差板の厚さとの総和）ｄ0とは、２０［ｎｍ］＜（ｎx−ｎy）×ｄ0＜１８０［ｎｍ］を満たす。この態様によれば、液晶の複屈折性の影響を有効に補償するとともに広い視野角にわたって高いコントラスト比にて画像を表示することができる。また、他の態様において、液晶パネルのリタデーションΔｎｄと、液晶パネルに平行な面内における光学補償板の屈折率の最大値ｎxと、この屈折率ｎxとなる方向に直交する方向での屈折率ｎyと、液晶パネルに垂直な方向における光学補償板の屈折率ｎzと、光学補償板の厚さｄ0とは、Δｎｄ×０．３＜｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ0＜Δｎｄ×０．８を満たす。この態様によれば、さらに広い視野角にわたって高いコントラスト比を実現することが可能となる。

＜Ａ：投射型表示装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す説明図である。同図に示されるように、この投射型表示装置Ｄは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色に対応する３個の液晶装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）と、光を出射する照明光学系３０と、この照明光学系３０からの出射光を赤色と緑色と青色の各色光に分離して各々を液晶装置１０に導く光分離光学系４０と、各液晶装置１０からの出射光を合成するダイクロイックプリズム５１と、このダイクロイックプリズム５１からの出射光を投射する投射レンズ５２とを有する。

照明光学系３０は、白色光を出射する光源３１（例えばハロゲンランプ）を有する。この光源３１からの出射光は、各々が複数のレンズを面状に配列してなる第１のレンズアレイ３２と第２のレンズアレイ３３とを透過することによって複数の光束に変換されたうえで偏光発生体３４に到達する。この偏光発生体３４は、入射光をｓ偏光およびｐ偏光の何れかに変換して出射する板状の部材である。偏光発生体３４からの出射光（偏光）はレンズ３５を透過して光分離光学系４０に入射する。

この光分離光学系４０は、照明光学系３０からの出射光を、赤色光と緑色光と青色光とに分離する手段である。図１に示されるダイクロイックミラー４１は、赤色光を反射させるとともに緑色光および青色光を透過させる。このダイクロイックミラー４１にて反射した赤色光は、反射板４２によって反射したうえでフィールドレンズ４３を透過して液晶装置１０Ｒに入射する。一方、ダイクロイックミラー４４は、ダイクロイックミラー４１を透過した光のうち緑色光を反射させるとともに青色光を透過させる。このダイクロイックミラー４４にて反射した緑色光は、フィールドレンズ４５を透過して液晶装置１０Ｇに入射する。また、ダイクロイックミラー４４を透過した青色光はリレーレンズ系４６を経由して液晶装置１０Ｂに入射する。すなわち、この青色光は、入射側レンズ４６１を透過するとともに反射板４６２にて反射したうえでリレーレンズ４６３を透過し、さらに反射板４６４にて反射してから出射側レンズ４６５を透過して液晶装置１０Ｂに入射する。

各液晶装置１０は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、外部から入力される画像データに応じて画素ごとに入射光を変調したうえで出射する。３個の液晶装置１０からの出射光はダイクロイックプリズム５１によって合成されたうえで投射レンズ５２に入射する。投射レンズ５２は、ダイクロイックプリズム５１からの出射光を平板状のスクリーンＳに投射する。

次に、図２は、ひとつの液晶装置１０（１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの各々）の構成を示す断面図である。照明光学系３０から投射レンズ５２に至る光路の上流側（照明光学系３０側）が同図において下方とされ、この光路の下流側（投射レンズ５２側）が同図において上方とされている。なお、図２においては便宜的に各部材を相互に離間させて図示しているが、実際には、各部材は接着剤などによって隙間なく貼着される。

同図に示されるように、液晶装置１０は、相互に対向する第１偏光板１１と第２偏光板１２とを有する。第１偏光板１１は第２偏光板１２よりも照明光学系３０側に位置する。第１偏光板１１および第２偏光板１２の各々は、透過軸Ｔ（Ｔ1、Ｔ2）に平行な方向に振動する光のみを選択的に透過させる板状の部材である。第１偏光板１１の透過軸Ｔ1と第２偏光板１２の透過軸Ｔ2とは直交する。以下では、図２に示されるように、第１偏光板１１の透過軸Ｔ1の方向（すなわち第２偏光板１２の吸収軸Ｒ2の方向）を「Ｘ方向」と表記し、第２偏光板１２の透過軸Ｔ2の方向（すなわち第１偏光板１１の吸収軸Ｒ1の方向）を「Ｙ方向」と表記する。また、ＸＹ平面に垂直な方向（すなわち液晶パネル１４の光軸の方向）を「Ｚ方向」と表記する。

第１偏光板１１と第２偏光板１２との間には液晶パネル１４が配置される。したがって、第１偏光板１１は、照明光学系３０から液晶パネル１４に至る光路上に位置し、第２偏光板１２は、液晶パネル１４から投射レンズ５２に至る光路上に位置する。この液晶パネル１４は、相互に対向するようにシール材１７を介して貼り合わされた第１基板１５と第２基板１６との間隙に垂直配向モードの液晶１８を封止した構成となっている。本実施形態における液晶パネル１４は、照明光学系３０から光分離光学系４０を経由して第１基板１５に入射した光を、液晶１８および第２基板１６を透過させたうえでダイクロイックプリズム５１に向けて出射する透過型の表示パネルである。

第１基板１５のうち液晶１８と対向する表面には、その全域にわたって分布する対向電極１５１と、この対向電極１５１を覆う配向膜１５２とが形成される。一方、第２基板１６のうち液晶１８と対向する表面には、Ｘ方向およびＹ方向にわたってマトリクス状に配列されて各々が対向電極１５１に対向する複数の画素電極１６１と、これらの画素電極１６１を覆う配向膜１６２とが形成される。この構成のもと、各画素電極１６１とこれに対向する対向電極１５１と両者に挟まれた液晶１８とによって画素が構成される。各画素電極１６１および対向電極１５１は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性を有する導電材料によって形成される。また、配向膜１５２および１６２は、例えばＳｉＯ_ｘなどの無機材料によって形成された膜体である。

図３は、電界が印加されていないとき（すなわち画素電極１６１と対向電極１５１とが略同電位であるとき）に、配向膜１５２の表面に位置する液晶１８の分子Ｍが配向する方向を説明するための図である。また、図４は、図３に示される要素をＺ方向からみた平面図である。図３および図４に示されるように、配向膜１５２は、その表面に位置する液晶分子Ｍの長軸がＸＹ平面の垂線Ｎ（Ｚ方向）に対して角度Ａだけ傾いた方向Ｄを向くように、無電界時の液晶分子Ｍを配向させる。この角度Ａは、例えば０°≦Ａ≦１０°程度（本実施形態では５°）である。このように液晶分子Ｍを傾斜させることにより、画素電極１６１と対向電極１５１とによって電界が印加されたときに液晶分子Ｍが倒れる方向を確実に規定することが可能となるから、分子Ｍの配向の乱れに起因したディスクリネーションは有効に防止される。

一方、無電界時の液晶分子Ｍを第１基板１５の表面に正射影したときの長軸の方向Ｄpは、第２偏光板１２の透過軸Ｔ2（あるいは第１偏光板１１の吸収軸Ｒ1）が延在するＹ方向に対して時計回りに角度Ａpをなす。この角度Ａpは、液晶パネル１４のリタデーションΔｎｄ（Δｎは屈折率異方性であり、ｄは液晶１８のＺ方向における厚さである）に応じて決定される。以上の条件を満たすように液晶分子Ｍを配向させる配向膜１５２は、例えば、第１基板１５の垂線Ｎに対して所定の角度（例えば５０°）をなす方向から当該第１基板１５の表面に無機材料を蒸着することによって形成される。なお、ここでは配向膜１５２の表面に近接する液晶分子Ｍの姿勢について説明したが、配向膜１６２に近接する液晶分子Ｍも同様の方向に配向する。

このように液晶分子ＭをＺ方向に対して角度Ａだけ傾かせた構成においては、液晶１８が、角度Ａに応じた複屈折性を呈することになる。したがって、第１偏光板１１からの出射光をそのまま液晶パネル１４に入射させるとともに液晶パネル１４からの出射光をそのまま第２偏光板１２に入射させる構成（つまり液晶パネル１４と第１偏光板１１および第２偏光板１２との間に何らの部材も介在させない構成）においては、液晶１８を透過する光がその複屈折性の影響を受け、この結果として視野角（充分なコントラスト比が得られる範囲）が狭まるという問題がある。この問題を解決するために、本実施形態においては、図２に示されるように、液晶１８の複屈折性の影響を補償するための光学補償板２０が第１偏光板１１と液晶パネル１４との間に配置される。

この光学補償板２０は、光透過性を有する板状の基体２１と、この基体２１の表面に形成されたフィルム状の位相差板２３とを有する。本実施形態における光学補償板２０は、位相差板２３が液晶パネル１４に対向するとともに基体２１が第１偏光板１１と対向するように（すなわち位相差板２３を挟んで液晶パネル１４の反対側に基体２１が位置するように）配置される。この基体２１は、例えばサファイアなどの結晶を板状に成形してなる部材である。この種の結晶は熱伝導率が高い（例えば４０Ｊ／ｓ・ｍ・℃以上）。一方、本実施形態のような投射型表示装置Ｄに搭載される液晶装置１０には、観察者が直視することによって画像を知覚するタイプの液晶装置（例えば液晶テレビなどに搭載される液晶装置）と比較して強い光が照射されるため、各部に熱が発生し易い。本実施形態においては、熱伝導率の高い基体２１の表面に位相差板２３が形成されているから、この位相差板２３に発生した熱は基体２１に伝導してそこから周囲に放射される。したがって、本実施形態によれば、位相差板２３の熱変形やこの変形に伴なう液晶装置１０の光学的な特性の変化を抑制することができるという利点がある。

さて、サファイアなどの材料からなる基体２１は、その結晶の構造的な異方性に起因して２軸の複屈折性を呈する。すなわち、図５に示されるように、基体２１の板面（主面）ＰＬに平行な第１軸Ｐ1の方向における主屈折率ｎx0と、この板面ＰＬに平行な面内にて第１軸Ｐ1に直交する第２軸Ｐ2の方向の主屈折率ｎy0と、板面ＰＬに垂直な第３軸Ｐ3の方向における屈折率ｎz0とは、ｎx0＞ｎy0＞ｎz0という関係を満たす。

このように基体２１はその面内の方向に複屈折性を有する（ｎx0＞ｎy0）から、第１偏光板１１を透過した光はこの基体２１の複屈折性の影響を受けて楕円偏光となる可能性がある。本実施形態においては、この基体２１の面内の方向における複屈折性の影響を低減するために、図３ないし図５に示されるように、基体２１の第１軸Ｐ1の方向が第１偏光板１１の透過軸Ｔ1（第２偏光板１２の吸収軸Ｒ2）の方向Ｘと一致し、かつ、基体２１の第２軸Ｐ2の方向が第１偏光板１１の吸収軸Ｒ1（第２偏光板１２の透過軸Ｔ1）の方向Ｙと一致する構成となっている。基体２１の面内の方向における各主軸（電気的主軸）が第１偏光板１１との関係で以上の条件を満たすように光学補償板２０を設置することにより、第１偏光板１１から出射した直線偏光はその振動の方向を遅軸または速軸とする基体２１に入射する。したがって、第１偏光板１１からの出射光を、その特性を大幅に変化させることなく（すなわち直線偏光のまま）位相差板２３に入射させることができる。

一方、位相差板２３は、１軸の複屈折性を示す膜体である。すなわち、図３および図４に示されるように位相差板２３の板面に平行な第１軸Ｑ1の方向ｘqにおける主屈折率ｎx1は、この板面に平行な面内にて第１軸Ｑ1に直交する第２軸Ｑ2の方向ｙqにおける主屈折率ｎy1よりも大きい（ｎx1＞ｎy1）。そして、図３および図４に示されるように、位相差板２３は、第１軸Ｑ1が方向Ｄp（すなわち液晶分子ＭをＸＹ平面に正射影したときの長軸の方向）に対して時計回りに角度θをなすように、基体２１の表面に形成される。この角度θは、４０°≦θ≦５０°を満たす。

基体２１の屈折率（ｎx0、ｎy0、ｎz0）および位相差板２３の屈折率（ｎx1、ｎy1）は、光学補償板２０を全体としてみたときに、液晶パネル１４に平行な面内の屈折率の最大値（主屈折率）ｎxと、同平面内にてこの屈折率ｎxの方向に直交する方向の屈折率ｎyと、液晶パネル１４に垂直な方向の屈折率ｎzとが、ｎx＞ｎy＞ｎzを満たすように選定される。このように、液晶パネル１４に垂直な方向の屈折率ｎｚが他の方向の屈折率ｎxおよびｎyよりも小さい２軸の複屈折性を示す光学補償板２０を採用することにより、方向Ｚに対する液晶分子Ｍの傾きＡに起因した視野角の狭小化は抑制される。すなわち、本実施形態によれば、液晶分子Ｍを角度Ａだけ傾かせることによって配向の乱れに起因したディスクリネーションを防止しながら、この角度Ａに起因したコントラスト比の低下を抑制することができる。より具体的には、液晶１８の複屈折性の補償に加えてコントラスト比の向上や視野角の拡大を実現するために、光学補償板２０の全体としての屈折率（ｎx、ｎy、ｎz）は以下の条件を満たすように選定される。

まず、本発明者による試験およびシミュレーションによれば、光学補償板２０の面内における位相差値が２０ｎｍから１８０ｎｍまでの範囲内の数値である場合に、液晶１８の複屈折性の影響が特に良好に補償されて広い視野角にわたって高いコントラスト比が実現されるという知見を得るに至った。したがって、光学補償板２０の厚さ（すなわち基体２１の厚さと位相差板２３の厚さとの総和）をｄ0とすると、屈折率ｎxと屈折率ｎyとが、
２０［ｎｍ］＜（ｎx−ｎy）×ｄ0＜１８０［ｎｍ］
という関係を満たすように基体２１および位相差板２３の特性や形態が選定されたうえで光学補償板２０が作成される。

また、本発明者は、液晶パネル１４に垂直な方向Ｚに対して±５°の円錐状の範囲（以下「１０°コーン領域」という）のうちコントラスト比が５００を越える領域が占める面積の割合を、光学補償板２０の屈折率（ｎx、ｎy、ｎz）に関するパラメータＺを適宜に変更しながら測定した。パラメータＺは、
Ｚ＝｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ0
と定義される。この測定は、液晶パネル１４の第１基板１５側に光源３１を配置したときに第２基板１６側から出射する光量を計測することによって実施された。図６は、この測定の結果を示すグラフである。同図の横軸は、パラメータＺと液晶パネル１４のリタデーションΔｎｄとの比α（α＝Ｚ／Δｎｄ）を示している。

図６によれば、パラメータＺが液晶パネル１４のリタデーションΔｎｄの３０％（α＝０．３）から８０％（α＝０．８）程度の範囲にあれば、１０°コーン領域の６０％以上にわたってコントラスト比が５００を越えることが判る。一方、コントラスト比が５００を越える領域が１０°コーン領域の６０％以上となれば、実際にスクリーンＳに投射された画像のコントラスト比は、実用上において極めて良好と知覚される１０００を越える。したがって、本実施形態における光学補償板２０は、その特性を示すパラメータＺが、
Δｎｄ×０．３＜Ｚ＜Δｎｄ×０．８
を満たすように作成されることが望ましく、より好ましくは、
Δｎｄ×０．５＜Ｚ＜Δｎｄ×０．７
とされる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、ディスクリネーションを抑制しながら広い視野角にわたって高いコントラスト比を維持することができる。また、本実施形態においては、基体２１が第１偏光板１１に対向するとともに位相差板２３が液晶パネル１４に対向するように光学補償板２０が配置される。この構成によれば、基体２１と位相差板２３との位置関係を逆転させた構成と比較して、液晶１８の複屈折性の影響を精度よく補償することができるという利点がある。すなわち、基体２１が液晶パネル１４に対向するとともに位相差板２３が第１偏光板１１に対向するように光学補償板２０が配置された構成においては、位相差板２３から出射した光が液晶パネル１４に到達するまでに基体２１を透過することによって当該基体２１の複屈折性の影響を受ける可能性がある。このように基体２１の複屈折性の影響を受けた光を液晶パネル１４に入射させた場合には、たとえ液晶１８の複屈折性の影響を補償し得るように位相差板２３自体が作成されているとしても、これを完全に補償することができない。これに対し、本実施形態においては、基体２１の第１軸Ｐ1および第２軸Ｐ2が第１偏光板１１の透過軸Ｔ1ないし吸収軸Ｒ1と同方向とされた構成に加えて、基体２１が位相差板２３よりも第１偏光板１１側に位置するように配置されるから、基体２１を透過した第１偏光板１１からの偏光に対し、液晶１８の複屈折性の影響を補償し得る特性を精度よく付与することができるのである。

＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態のうち第１実施形態と同様の要素については共通の符号を付してその説明を適宜に省略する。

図７は、本実施形態に係る液晶装置１０の構成を示す断面図である。同図に示されるように、液晶パネル１４と第１偏光板１１との間にはマイクロレンズアレイ２５が配置される。このマイクロレンズアレイ２５は、各々が画素に対応する凸レンズ２５１がマトリクス状に配列された光透過性の板状部材である。第１偏光板１１からの出射光は、マイクロレンズアレイ２５の各凸レンズ２５１によって集光されたうえで対向電極１５１を透過して液晶１８に入射する。したがって、このマイクロレンズアレイ２５を配置しない構成と比較して、光の利用効率を向上させて明度に富んだ画像を表示することが可能となる。なお、図７においては液晶パネル１４とマイクロレンズアレイ２５とが離間して図示されているが、実際のマイクロレンズアレイ２５は、これと屈折率が相違する樹脂材料の接着剤によって液晶パネル１４の第１基板１５に貼り付けられる。また、ここでは凸レンズ２５１を例示するが、凹レンズが面状に配列されたマイクロレンズアレイを使用してもよい。

一方、液晶パネル１４の複屈折性を補償するための光学補償板２０は、位相差板２３が液晶パネル１４に対向するとともに基体２１が第２偏光板１２に対向するように（すなわち位相差板２３を挟んで液晶パネル１４の反対側に基体２１が位置するように）、液晶パネル１４と第２偏光板１２との間に配置される。この光学補償板２０が満たすべき条件やその光学的な特性は第１実施形態と同様である。例えば、基体２１の第１軸Ｐ1は第２偏光板１２の透過軸Ｔ2の方向Ｙを向き、基体２１の第２軸Ｐ2は第２偏光板１２の吸収軸Ｒ2の方向Ｘを向く。本実施形態においても第１実施形態と同様の作用および効果が相される。

ところで、マイクロレンズアレイ２５を透過した光は、各凸レンズ２５１の光学的な特性の影響を受ける。したがって、仮に光学補償板２０をマイクロレンズアレイ２５と第１偏光板１１との間に配置した構成とすれば、液晶１８の複屈折性を相殺するための特性が光学補償板２０の透過光に付与されるように基体２１や位相差板２３の特性を決定したとしても、その直後にマイクロレンズアレイ２５を透過することによって液晶パネル１４への入射光の特性が変動し、この結果として液晶１８の複屈折性の影響を充分に補償することができない可能性がある。これに対し、本実施形態においては、第２偏光板１２と液晶パネル１４との間に光学補償板２０が配置されるから、液晶１８の複屈折性の影響をさらに確実に抑制することができる。

＜Ｃ：変形例＞
以上に説明した各実施形態には様々な変形を加えることができる。具体的な変形の態様を例示すれば以下の通りである。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。

（１）変形例１
各実施形態においては、位相差板２３が液晶パネル１４に対向する構成を例示したが、これとは逆に、基体２１が液晶パネル１４に対向するとともに位相差板２３が第１偏光板１１（第２実施形態においては第２偏光板１２）に対向する構成としてもよい。また、各実施形態においては、液晶パネル１４の一方の側のみに光学補償板２０が配置された構成を例示したが、液晶パネル１４と第１偏光板１１との間および液晶パネル１４と第２偏光板１２との間の双方に光学補償板２０（その向きは不問である）を配置してもよい。

（２）変形例２
各実施形態においては、第１基板１５が光源３１側に位置するとともに第２基板１６が投射レンズ５２側に位置する構成を例示したが、これとは逆に、対向電極１５１を有する第１基板１５が液晶１８に対して投射レンズ５２側に配置されて第２偏光板１２に対向するとともに、画素電極１６１を有する第２基板１６が液晶１８に対して光源３１側に配置されて第１偏光板１１に対向する構成としてもよい。

（３）変形例３
各実施形態においては、位相差板２３が１軸の複屈折性を呈する構成を例示したが、この位相差板２３が２軸の複屈折性を持った構成としてもよい。すなわち、液晶パネル１４に平行な面内にて相互に直交する方向における位相差板２３の各主屈折率ｎx1およびｎy1と、液晶パネル１４に垂直な方向における位相差板２３の主屈折率ｎz1とが、ｎx1＞ｎy1＞ｎｚ1を満たす構成としてもよい。つまり、本発明における光学補償板２０は、２軸の複屈折性を示す基体２１の表面上に１軸または２軸の複屈折性を示す位相差板２３を貼り付けた板状の部材であり、かつ、基体２１と位相差板２３とを含む光学補償板２０の全体としてみたときに、液晶パネル１４に垂直な方向の屈折率ｎzが液晶パネル１４に平行な方向の屈折率（面内の屈折率の最大値）ｎxやこれに直交する方向の屈折率ｎyよりも小さい構成であれば足りる。

（４）変形例４
各実施形態においては、液晶装置１０を投射型表示装置に適用した構成を説明したが、本発明に係る表示装置の用途はこれに限定されない。例えば、携帯電話機やパーソナルコンピュータなど各種の電子機器の表示デバイスとしても採用される。本発明に係る液晶装置が適用される電子機器としては、携帯型情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子ペーパー、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、プリンタ、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。もっとも、熱伝導性が高いサファイアによって基体２１が形成された表示装置や、耐熱性が高い無機材料によって配向膜１５２および１６２が形成された表示装置は、照射光の強度が高いために直視型の液晶装置よりも各部に熱が発生し易い投射型表示装置に特に好適である。

本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す説明図である。 この投射型表示装置を構成する液晶装置の構成を示す断面図である。 無電界時の液晶分子が配向する方向について説明するための斜視図である。 図３に示される要素を第１基板の表面に垂直な方向からみたときの平面図である。 光学補償板の基体の光学的な特性を示す図である。 パラメータＺの変化の様子を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る液晶装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

Ｄ……投射型表示装置、１０……液晶装置、３０……照明光学系、３１……光源、４０……光分離光学系、５１……ダイクロイックプリズム、５２……投射レンズ、１１……第１偏光板、１２……第２偏光板、１４……液晶パネル、１５……第１基板、１５１……対向電極、１５２……配向膜、１６……第２基板、１６１……画素電極、１６２……配向膜、１７……シール材、１８……液晶、Ｍ……液晶分子、２０……光学補償板、２１……基体、２３……位相差板。

Claims (5)

1. 光を出射する光源と、前記光源から出射した光を変調する液晶装置と、前記液晶装置によって変調された光を投射する投射レンズと、を備えた投射型表示装置であって、
   前記液晶装置は、相互に対向する一対の基板の間隙に垂直配向モードの液晶を封止して該液晶の分子の長軸が前記基板の法線に対して傾けて配向された液晶パネルと、
   前記光源から前記液晶パネルに至る光路上に配置された第１偏光板と、
   前記液晶パネルから前記投射レンズに至る光路上に配置された第２偏光板と、
   前記第２偏光板と前記液晶パネルとの間に配置され、前記第２偏光板と対向する基体と該基体の表面に配置されて前記液晶パネルと対向する位相差板とを有した光学補償板と、
   を有し、
   前記位相差板は、２軸の複屈折性を有し、前記位相差板の面内における遅軸または速軸の方向は、前記第１偏光板または前記第２偏光板の透過軸の方向、及び前記液晶の分子の傾けられた長軸を前記基板の表面に正射影した方向と異なるように設定されており、
   前記基体は、前記基体の板面に平行な面内に光学的な遅軸を有し、前記基体の前記遅軸と前記第２偏光板の透過軸は、平行となるように配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光学補償板の前記基体は、前記位相差板よりも熱伝導率が高い材料からなることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記位相差板の面内における遅軸または速軸の方向と、前記液晶の分子の傾けられた長軸を前記基板の表面に正射影した方向とのなす角度θは、４０°≦θ≦５０°を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記光学補償板の板面に平行な面内における屈折率の最大値ｎxと、この屈折率ｎxとなる方向に直交する方向での屈折率ｎyと、当該光学補償板の厚さｄ0［ｎｍ］とは、
   ２０［ｎｍ］＜（ｎx−ｎy）×ｄ0＜１８０［ｎｍ］
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
5. 前記液晶パネルのリタデーションΔｎｄと、前記光学補償板の板面に平行な面内における屈折率の最大値ｎxと、この屈折率ｎxとなる方向に直交する方向での屈折率ｎyと、前記液晶パネルに垂直な方向における前記光学補償板の屈折率ｎzと、前記光学補償板の厚さｄ0とは、
   Δｎｄ×０．３＜｛（ｎx＋ｎy）／２−ｎz｝×ｄ0＜Δｎｄ×０．８
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。

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