JP5625416B2 - 液晶装置及び投射型表示装置 - Google Patents
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Description
しかし、このようなVAモードの液晶装置でも、斜め方向から観察する場合には、コントラストの低下が起こり、表示特性が悪化してしまう。
そこで、WG−PBSと偏光検光子との間に第2の位相差補償板を配置することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、WG−PBSと偏光検光子との間に、第2の位相差補償板としてAプレートとCプレートとをそれぞれ配置している。
また、Aプレートを独立して1枚用いた場合には、正面方向の位相差しか光学補償できず、斜め方向の位相差を光学補償することができないといった課題がある。逆に、Cプレートを傾けることなく独立して1枚用いた場合には、斜め方向の位相差しか光学補償できず、正面方向の位相差を光学補償することができないといった課題がある。
また、前記第1の位相差補償板のOプレートは、前記液晶パネルとは反対側の面に設けられており、無機材料が斜方蒸着されて形成されてなるとともに、前記第1の位相差補償板の他方の面から見て、無機材料からなるカラムの傾き方向と、前記液晶分子の傾き方向とのなす角度が121.5度以上148.5度以下となるように設けられていることを特徴としている。
また、前記第1の位相差補償板のOプレートは、前記液晶パネル側の面に設けられており、無機材料が斜方蒸着されて形成されてなるとともに、前記第1の位相差補償板の他方の面から見て、無機材料からなるカラムの傾き方向と、前記液晶分子の傾き方向とのなす角度が40.5度以上49.5度以下となるように設けられていることを特徴としている。
この投射型表示装置によれば、前記したように小型化を損なうことなく、高コントラストを達成できる液晶装置を光変調手段として備えているので、この投射型表示装置自体も、小型化を損なうことなく、高コントラストを達成することが可能になる。
液晶プロジェクター1は、光源装置2、インテグレーター光学系3、色分離光学系4、3系統の画像形成系5、色合成素子6、投射光学系7を有している。3系統の画像形成系5として、第1の画像形成系5a、第2の画像形成系5b、および第3の画像形成系5cが設けられている。
光源装置2は、光源ランプ21および放物面リフレクター22を有している。光源ランプ21から放射された光は、放物面リフレクター22により一方向に反射されて略平行な光束となり、インテグレーター光学系3に入射する。光源ランプ21は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等によって構成されている。また、放物面リフレクター22の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によってリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから射出された光を平行化する平行化レンズが用いられることもある。
第1のレンズアレイ31のレンズ要素311は、第2のレンズアレイ32のレンズ要素321と1対1で対応しており、第2のレンズアレイ32のレンズ要素321は、偏光変換素子34の偏光変換ユニット341と1対1で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素311、321および偏光変換ユニット341は、光軸30と略平行な軸に沿って並んで配置されている。
このように第1のレンズアレイ31により空間的に分割された複数の光束の各々が、被照明領域の略全域を照明することにより、複数の光束で照度分布が平均化され、被照明領域での照度が均一化されるようになっている。
出射側偏光板92aは、WG−PBS93aに対して液晶パネル80aと同じ面側で、かつ、液晶パネル80aで反射し、その後WG−PBS93aで反射した光の第2の光路P2上に配置されている。そして、第2の位相差補償板P2は、WG−PBS93aと出射側偏光板92aとの間において、前記第2の光路P2上に設けられている。
また、概ね45度又は135度とは、45度±10%、すなわち40.5度以上49.5度以下の範囲、又は135度±10%、すなわち121.5度以上148.5度以下の範囲を意味している。このように所定の角度配置に対して10%の範囲内でずれていても、WG−PBS93aは、液晶パネル80を反射してきた光に対して、面内回転による良好な位相差補償をなすようになる。
そして、色合成素子6に入射した光はここで合成されて多色光束となり、前述したように投射光学系7に入射し、さらにスクリーン等の被投射面(図示略)に投射される。
液晶パネル80は、図3(a)、(b)に示すように対向基板(第1基板)81とTFT基板(第2基板)82とがシール材83で貼り合わされ、これら基板81、82間に液晶層84が挟持・封入された反射型VAモードのものである。
配向膜86、88は、本実施形態では真空蒸着法によってSiO2が斜方蒸着されて形成されている。具体的には、蒸着開始時の真空度が5×10−3Pa、基板温度が100℃の条件で形成されている。斜方蒸着については、基板面から45度傾いた方向から蒸着を行うことにより、蒸着と同じ方位に70度傾いた方向にSiO2のカラムを成長させ、これによって配向膜86、88に異方性を付与している。なお、対向基板81側の配向膜88とTFT基板82側の配向膜86とでは、それぞれのカラムの傾き方向が非平行となるようにしている。
Rth={(nx+ny)/2−nz}×d
ただし、nx、nyは、図6(a)に示したCプレートにおける、面方向の主屈折率を示し、nzは、同じく厚さ方向の主屈折率を示している。また、dはCプレートの厚さを示している。
ここで、正面位相差Reは、以下の式によって定義される。
Re=(nx−ny)×d
ただし、nx、nyは、図6(b)に示したOプレートにおける、面方向の主屈折率を示している。また、dはOプレートの厚さを示している。
矢印T6で示す方向は、前記液晶分子89の傾き方向LCに対して、反時計回りで概ね45度となる位置となっている。すなわち、本実施形態では、液晶パネル80に対して位相差補償板60を、そのOプレート63のカラム63aの傾き方向(チルト方向)が、液晶パネル80における液晶分子89の傾き方向に対して、反時計回りで概ね45度となるように配置している。
図3(a)に示した構成の反射型光変調装置8について、そのコントラストを実測した。ただし、位相差補償板60におけるCプレート62としては、100nm≦Rth≦300nm以下のものを用い、Oプレート63としては、Re≦20nm、1<位相差比≦3以下のものを用いた。また、液晶パネル80は、セルギャプが1.8μm、液晶分子89のプレチルト角が85度のものとした。
また、比較のため、液晶パネル80に対してCプレートを傾けて配置した位相差補償板を用い、光学補償を行った。なお、このCプレートとしては、前記液晶パネル80に対する最適なものとして、Rth=240nmのものを用いた。
コントラストの実測結果を図8に示す。
図8に示す結果より、「C+O」として示した本実施形態に係る反射型光変調装置8は、「C傾け」として示した従来のものに比べて、コントラストが向上していることが確認された。
次に、図3(a)に示した構成の反射型光変調装置8として、条件が最適な位相差補償板60を用いて、実験例1と同様にしてコントラストを実測した。ただし、位相差補償板60におけるCプレート62として、Rth=240nmのものを用い、Oプレート63として、Re=10nm、位相差比=2のものを用いた。
なお、比較例としては、実験例1と同様のものを用いた。
また、この実験例2では、同一構成の液晶パネル80を5枚用意し、それぞれについてコントラストを調べた。
コントラストの実測結果を図9に示す。
図9に示す結果より、「C+O」として示した本実施形態に係る反射型光変調装置8は、「C傾け」として示した従来のものに比べて、5枚の液晶パネル全てに対して、コントラストが向上していることが確認された。
次に、液晶パネル80に対するCプレート62、Oプレート63の配置、及びそのときのOプレート63におけるカラム63aについての傾き方向(チルト方向)の関係について調べた。
まず、液晶パネル80と位相差補償板60との配置関係について、図10に示すように8種類の関係を用意した。
また、液晶パネル80については、液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が、図10中の実線矢印LCで示す方向となるように配置した。
また、液晶パネル80については、配置1〜配置4の場合と同様に、液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が、図10中の実線矢印LCで示す方向となるように配置した。
コントラストの実測結果を図11に示す。
図11に示す結果より、配置4と配置6が、他の配置に比べてコントラストが高いことが確認された。したがって、本実施形態では、このような配置4と配置6とを採用し、液晶装置を構成している。
また、前記反射型光変調装置にWG−PBS93(93a、93b、93c)を加えてなる液晶装置にあっては、液晶パネル80を反射し位相差補償板60を透過してきた光に対して、WG−PBS93(93a)でも面内回転による位相差補償がなされるようになる。
第2の位相差補償板65としては、以下の3通りの形態が採用可能である。
(第1実施形態)
液晶パネル80で反射し、さらにWG−PBS93で反射した光の正面位相差を消滅させる方向に、Cプレートを傾けて配置する形態。
(第2実施形態)
液晶パネル80で反射し、さらにWG−PBS93で反射した光の正面位相差を消滅させる方向に、2軸位相差補償板を配置する形態。
(第3実施形態)
液晶パネル80で反射し、さらにWG−PBS93で反射した光の正面位相差を消滅させる方向に、CプレートとOプレートとが一体化されてなる複合位相差補償板を配置する形態。
入射側偏光板91の側から見た液晶パネル80を示す図13(a)において、液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が、図13(a)中1で示す方向の場合には、WG−PBS93側から見たCプレート651を示す図13(b)において、3−7を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
同様に、液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が2で示す方向の場合には、4−8を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が3で示す方向の場合には、1−5を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が4で示す方向の場合には、2−6を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が5で示す方向の場合には、3−7を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が6で示す方向の場合には、4−8を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が7で示す方向の場合には、1−5を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
液晶分子89の傾き方向(チルト方向)が8で示す方向の場合には、2−6を結ぶ直線を回転軸として、Cプレート651を傾ける。
図14は、第1の位相差補償板60のみを用いた場合と、第1の位相差補償板60、第2の位相差補償板65(ただし、Cプレート651を傾けた形態)を共に用いた場合との、それぞれのコントラストを調べた結果を示すグラフである。図14に示すように、第2の位相差補償板65を用いることにより、コントラストがより高くなることが分かる。
図16は、第1の位相差補償板60のみを用いた場合と、第1の位相差補償板60、第2の位相差補償板65(ただし、2軸位相差補償板652を用いた形態)を共に用いた場合との、それぞれのコントラストを調べた結果を示すグラフである。図16に示すように、第2の位相差補償板65を用いることにより、コントラストがより高くなることが分かる。
図17は、第1の位相差補償板60のみを用いた場合と、第1の位相差補償板60、第2の位相差補償板65(ただし、複合位相差補償板653を用いた形態)を共に用いた場合との、それぞれのコントラストを調べた結果を示すグラフである。図17に示すように、第2の位相差補償板65を用いることにより、コントラストがより高くなることが分かる。
また、この液晶装置を備えた液晶プロジャクター1(投射型表示装置)、液晶装置が高コントラストを達成できることから、この液晶プロジャクター1自体も高コントラストが図られたものとなる。
例えば、CプレートとAプレートを組み合わせた位相差補償板や2軸位相差補償板を用いてもよく、さらに、傾けた状態のCプレートを用いてもよい。ただし、Cプレートは、100nm≦Rth≦300nm。なお、Aプレートとしては、3次元屈折率がnx=nz<nyのもので、正面位相差がRe=(nx−ny)・d≦20nmのものが好適に用いられる。
Claims (4)
- 偏光ビームスプリッターと、
第1基板と第2基板との間に、誘電率異方性が負の液晶を有した液晶層が挟持され、該液晶層の液晶分子が前記第1基板の内面及び第2基板の内面に対して所定の向きに傾いており、前記第2基板には前記第1基板から入射した光を第1基板側に反射させる反射層が備えられた液晶パネルと、
偏光検光子と、を有し、
前記液晶パネルは、前記偏光ビームスプリッターを透過した光の第1の光路上に配置され、
前記偏光検光子は、前記偏光ビームスプリッターに対して前記液晶パネルと同じ面側で、かつ、前記液晶パネルで反射し、その後前記偏光ビームスプリッターで反射した光の第2の光路上に配置され、
前記偏光ビームスプリッターと前記液晶パネルとの間には、前記第1の光路上に第1の位相差補償板が設けられ、
前記偏光ビームスプリッターと前記偏光検光子との間には、前記第2の光路上に第2の位相差補償板が設けられ、
前記第1の位相差補償板は、一方の面に設けられたCプレートと、他方の面に設けられたOプレートとを備え、
前記第2の位相差補償板は、前記液晶パネルの一方の面から見た前記液晶分子のチルト方向を第1の方向とした場合に、前記偏光ビームスプリッター側から見て、当該第1の方向と交差する第2の方向を回転軸とするCプレートからなり、前記第2方向を前記回転軸として前記Cプレートを前記偏光ビームスプリッターで反射した光の位相差を消滅させる方向に傾けることを特徴とする液晶装置。 - 前記第1の位相差補償板のOプレートは、前記液晶パネルとは反対側の面に設けられており、無機材料が斜方蒸着されて形成されてなるとともに、前記第1の位相差補償板の他方の面から見て、無機材料からなるカラムの傾き方向と、前記液晶分子の傾き方向とのなす角度が121.5度以上148.5度以下となるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記第1の位相差補償板のOプレートは、前記液晶パネル側の面に設けられており、無機材料が斜方蒸着されて形成されてなるとともに、前記第1の位相差補償板の他方の面から見て、無機材料からなるカラムの傾き方向と、前記液晶分子の傾き方向とのなす角度が40.5度以上49.5度以下となるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 請求項1〜3のいずれか一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。
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