JP6575563B2

JP6575563B2 - 液晶表示装置および電子機器

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Publication number: JP6575563B2
Application number: JP2017128124A
Authority: JP
Inventors: 春山　明秀; 明秀春山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: US20190004344A1; US10527889B2; JP2019012151A

Description

本発明は、液晶表示装置および電子機器に関する。

プロジェクターのライトバルブ等として、垂直配向（ＶＡ）モードで動作する液晶表示装置が用いられている。ＶＡモードの液晶表示装置において、液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶を基板面に対してほぼ垂直に配向させることで形成される。電圧印加時に液晶が倒れる方向を規制するため、液晶には、基板面の法線方向から例えば数度傾くように、プレチルトが付与されている。

液晶層が有する光学異方性に起因して、液晶層を透過する光には位相差が生じる。例えば特許文献１に記載されているように、ＶＡモードの液晶表示装置において、位相差を補償してコントラストを向上させるため、Ｃプレートと２枚のＯプレートとを組み合わせた位相差補償手段が用いられる。このような位相差補償手段は、Ｃプレートと２枚のＯプレートとをひとまとまりにした部材として、液晶パネルの外側に配置される。

特許第５２６２３８８号公報

ＶＡモードの液晶表示装置において、さらなるコントラスト向上が求められている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、誘電率異方性が負でプレチルトが付与された液晶により形成された液晶層を備える液晶表示装置において、コントラストを向上させるための新規な技術を提供することを、解決課題の一つとする。

以上の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置の一態様は、一対の偏光板と、前記一対の偏光板間に、負のＣプレートを含む位相差補償層とレンズ層とが設けられた対向基板と、誘電率異方性が負でプレチルトが付与された液晶を含む液晶層と、素子基板とを含み、前記対向基板側から光が入射される液晶パネルと、前記液晶パネルの外側に配置され、ＯプレートまたはＡプレートを含む位相差補償材と、を備え、前記位相差補償層は、前記レンズ層と前記液晶層との間に設けられている。

前記態様によれば、誘電率異方性が負でプレチルトが付与された液晶で形成された液晶層によって生じる光の位相差を、Ｃプレートと、ＯプレートまたはＡプレートとを組み合わせた位相差補償手段によって補償できる。このような位相差補償手段において、Ｃプレートを、液晶パネルに形成された位相差補償層に設けることで、このような位相差補償手段の構成部分のすべてを液晶パネルの外側に配置する場合と比べて、コントラストを向上できる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記素子基板は、画素電極と、前記画素電極の縁に沿って設けられた遮光部材とを含む。この態様によれば、素子基板に遮光部材を設けるので、回折による補償効果の低下を防ぐことができる。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記位相差補償材は、２枚のＯプレートを含む。この態様によれば、２枚のＯプレートそれぞれの配置を調整することが容易である。

上述した液晶表示装置の一態様において、前記位相差補償層は、ＣプレートおよびＯプ
レートを含む。この態様によれば、位相差補償層により正面方向の位相差も補償できる。

以上の課題を解決するため、本発明に係る電子機器の一態様は、上述した液晶表示装置を備える。

前記態様によれば、電子機器が上述した液晶表示装置を備えることで、コントラストを向上できる。

第１実施形態による液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。液晶パネルの構成を示す概略平面図である。液晶パネルの電気的な構成を示す等価回路図である。第２実施形態による液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。応用例によるプロジェクターの光学系を示す模式図である。比較形態による液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による液晶表示装置１０について説明する。図１は、第１実施形態による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。液晶表示装置１０は、偏光板６１０および偏光板６２０と、液晶パネル１００と、位相差補償材５２０とを備える。

後述のように、液晶表示装置１０において位相差を補償する要素として、Ｃプレート、ＯプレートまたはＡプレートが用いられる。これらはそれぞれ、屈折率楕円体（屈折率の３次元分布）に関して、以下のように定義される。
基板面内の座標軸をＸＹ軸とし、基板法線をＺ軸とする。Ｘ軸方向の主屈折率をＮｘとし、Ｙ軸方向の主屈折率をＮｙとし、Ｚ軸方向の主屈折率をＮｚとする。
Ａプレート（正のＡプレート）は、
Ｎｘ＞Ｎｙ＝Ｎｚ
を満たす。
Ｃプレート（負のＣプレート）は、
Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚ
を満たす。
Ｏプレートは、屈折率楕円体自体が基板に対して傾いているものであり、例えば、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚに対してＹ軸を回転軸として、基板法線からある角度で傾いており、基板法線から見た時には、ＸＹ平面による楕円体断面における遅相軸がＹ軸方向になる。ただし、上記の条件に限定されるわけではなく、楕円体形状およびその傾きによって、Ｙ軸方向が進相軸になってもよい。

まず、液晶パネル１００について説明する。液晶パネル１００は、素子基板２００と、素子基板２００に対向配置された対向基板３００と、素子基板２００と対向基板３００との間に配置された液晶層４００とを備える。

液晶パネル１００の断面構成についての説明に先立ち、図２および図３を参照して、液晶パネル１００の概略的な、平面構成および電気的な構成について説明する。図２は、液晶パネル１００の構成を例示する概略平面図である。

素子基板２００と対向基板３００とは、額縁状に配置されたシール材１６０を介して接合されている。液晶層４００は、素子基板２００と対向基板３００とシール材１６０とによって囲まれた空間に封入された液晶で形成されている。

シール材１６０は、例えば、熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤からなる。シール材１６０には、素子基板２００と対向基板３００との間隔を一定に保持するためのスペーサーが混入されている。シール材１６０の形成領域の内側には、遮光性材料からなる周辺見切り１７０が形成されている。周辺見切り１７０の内側は、複数の画素が配列された表示領域１０１となっている。図１は、表示領域１０１の断面を示す。

シール材１６０の外側には、データ線駆動回路１１０および外部回路実装端子１２０が素子基板２００の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する二辺に沿って走査線駆動回路１３０が設けられている。素子基板２００の残る一辺には、両側の走査線駆動回路１３０の間を接続するための配線１４０が設けられている。対向基板３００の角部には、素子基板２００と対向基板３００との間で電気的導通をとるための基板間導通材１５０が設けられている。

図３は、液晶パネル１００の電気的な構成を例示する等価回路図である。表示領域１０１に、複数の画素１０２が行列状に配置されている。各画素１０２に、画素電極２５０と、スイッチング素子である薄膜トランジスター（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）２４２とが設けられている。ＴＦＴ２４２のソース電極は、データ線駆動回路１１０から延在するデータ線２４３と電気的に接続されている。データ線２４３には、データ線駆動回路１１０から画像信号（データ信号）Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２５０のゲート電極は、走査線駆動回路１３０から延在する走査線２４４と電気的に接続されている。走査線２４４には、走査線駆動回路１３０から走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２４２のドレイン電極は、画素電極２５０と電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、ＴＦＴ２４２を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線２４３を介して画素電極２５０に所定のタイミングで書き込まれる。このようにして画素電極２５０を介して液晶層４００に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板３００に設けられた共通電極３５０（図１参照）との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。

保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極２５０と容量線２４５との間に蓄積容量２７０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このようにして、各画素１０２の液晶に電圧信号が印加され、印加された電圧レベルに応じて液晶の配向状態が変化することで、液晶層４００に入射した光が変調されて、階調表示が可能となる。

図１に戻って、液晶パネル１００の断面構成について説明する。対向基板３００に設けられた共通電極３５０に対して垂直な方向（共通電極３５０の液晶層４００側に向いた表面３５１に対して垂直な方向）を、厚さ方向と称する。厚さ方向から液晶パネル１００を見ることを、平面視と称する。厚さ方向と垂直な面、つまり共通電極３５０の表面３５１と平行な面を、基板面と称し、当該基板面の法線を、基板法線と称する。なお、対向基板３００の基材３１０の表面に対して垂直な方向、または、素子基板２００の基材２１０の表面に対して垂直な方向を、厚さ方向と称することもできる。液晶パネル１００の厚さ方向に関する説明において、説明を容易にするため、対向基板３００、素子基板２００のそれぞれについて、液晶層４００側を上側と称する。

対向基板３００は、基材３１０、レンズ層（マイクロレンズ）３２０、位相差補償層５１０、共通電極３５０、および、配向膜３６０を備える。基材３１０は、透光性の材料、例えば、ガラスや石英等で形成される。基材３１０の上面は、曲面状の凹部３１１を有し、凹部３１１は、画素電極２５０ごとに、つまり画素１０２ごとに設けられている。凹部３１１を覆って基材３１０上に、レンズ層３２０が形成されている。レンズ層３２０は、可視光に対する屈折率が、基材３１０を形成する材料の屈折率よりも高い透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン等で形成される。

レンズ層３２０上に、位相差補償層５１０が形成されている。位相差補償層５１０として、本実施形態では、Ｃプレート５１１が単独で設けられている。Ｃプレート５１１は、例えば、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層することで形成される。高屈折率層は、例えば、屈折率が２．３の酸化ニオブで形成され１層の厚さは２０ｎｍである。低屈折率層は、例えば、屈折率が１．５の酸化シリコンで形成され１層の厚さは２０ｎｍである。Ｃプレート５１１は、例えば、スパッタリングにより高屈折率層と低屈折率層とを交互に２０層程度ずつ積層することで形成される。

位相差補償層５１０上に、共通電極３５０が形成されている。共通電極３５０は、導電性であり透光性の材料、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等で形成される。共通電極３５０上に、配向膜３６０が形成されている。配向膜３６０は、例えば、酸化シリコン等を斜方蒸着することで形成される。

素子基板２００は、基材２１０、絶縁層２３０、非開口領域構造体２４０、画素電極２５０、および、配向膜２６０を備える。基材２１０は、可視光を透過する透光性の材料、例えばガラスや石英等で形成される。基材２１０上に、絶縁層２３０が形成されている。絶縁層２３０は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。

絶縁層２３０内に、非開口領域構造体２４０が設けられている。絶縁層２３０内に形成された遮光部材２４１およびＴＦＴ２４２をまとめて、非開口領域構造体２４０と称している。非開口領域構造体２４０を、概略的、記号的に矩形で示す。

遮光部材２４１は、複数の遮光層を含んで形成され、各遮光層は、可視光を遮光する遮光性の材料、例えば、ポリシリコン、金属、金属シリサイド、金属化合物等で形成される。ＴＦＴ２４２は、半導体層を有し、当該半導体層にトランジスターのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を備える。

遮光部材２４１は、平面視において、各画素電極２５０を取り囲むように、各画素電極２５０の縁に沿って設けられている。遮光部材２４１に取り囲まれた領域が、各画素１０２において光が透過する開口領域（透光領域）１０３となる。対向基板３００に形成されたレンズ層３２０で光を集光することで、各画素１０２の開口領域１０３に、効率的に光を入射させることができる。

平面視において、遮光部材２４１が設けられた領域は、光が透過しない非開口領域（遮光領域）１０４となる。遮光部材２４１に含まれる遮光層としては、例えば、データ線２４３や走査線２４４を用いることができる。遮光部材２４１に含まれる遮光層同士は、平面視で互いに重なる。ＴＦＴ２４２は、厚さ方向において遮光層同士に挟まれるように、非開口領域１０４に設けられている。

絶縁層２３０上に、画素電極２５０が設けられている。画素電極２５０は、導電性であり透光性の材料、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等で形成される。画素電極２５０を覆って絶縁層２３０上に、配向膜２６０が設けられている。配向膜２６０は、例えば、酸化シリコン等を斜方蒸着することで形成される。

液晶層４００は、負の誘電率異方性を有する液晶４１０で形成され、配向膜２６０および配向膜３６０により、液晶４１０にプレチルトが付与されている。プレチルトは、例えば、基板面からの（共通電極３５０の表面３５１から）の傾きが８７°となるように付与されている。液晶パネル１００は、このような液晶層４００を備え、ＶＡ（Vertical Alignment）モードで動作する。

次に、液晶表示装置１０の全体的な構成について説明する。偏光板６１０と偏光板６２０とは、液晶パネル１００を挟むように配置されている。偏光板６１０は、対向基板３００に対し液晶層４００と反対側に配置されており、偏光板６２０は、素子基板２００に対し液晶層４００と反対側に配置されている。

液晶表示装置１０は、入射光７００が偏光板６１０側から入射され、偏光板６２０側から出射される透過型の表示装置として用いられる。つまり、液晶パネル１００は、対向基板３００側から入射された入射光７００を、液晶層４００で変調して、素子基板２００側から出射させる。

偏光板６１０と偏光板６２０とは、クロスニコル配置されており、偏光板６１０の透過軸と偏光板６２０の透過軸とは、平面視において直交するように（９０°をなすように）配置される。ただし、製造上の公差等を考慮すると、偏光板６１０の透過軸と偏光板６２０の透過軸とがなす角度は、９０°からある程度ずれていてもよく、例えば９０°±５°の範囲内の角度であればよい。

電圧印加時の透過率を高める観点から、プレチルトの方位角、つまり、液晶４１０に付与された傾きの平面視における方向は、偏光板６１０の透過軸または偏光板６２０の透過軸に対して、４５°をなすように設定される。ただし、製造上の公差等を考慮すると、プレチルトの方位角と偏光板６１０の透過軸または偏光板６２０の透過軸とがなす角度は、４５°からある程度ずれていてもよく、例えば４５°±５°の範囲内の角度であればよい。

位相差補償材５２０は、液晶パネル１００の外側に配置されている。より具体的には、位相差補償材５２０は、素子基板２００に対し液晶層４００と反対側に配置されて、液晶パネル１００と偏光板６２０との間に配置されている。位相差補償材５２０は、素子基板２００の基材２１０に貼り合せて配置されてもよい。

位相差補償材５２０として、本実施形態では、２枚のＯプレート５２１、５２２を重ねた部材が設けられている。Ｏプレート５２１は、例えば、ガラス板等の透光性基材上に酸化タンタル等を斜方蒸着することで形成される。Ｏプレート５２２についてもＯプレート５２１と同様に形成される。２枚のＯプレート５２１、５２２は、同一の透光性基材上に一体的に形成してもよいし、別々の透光性基材上に別体として形成してもよい。

液晶パネル１００に形成された位相差補償層５１０と、液晶パネル１００の外側に配置された位相差補償材５２０とを組み合わせた部材として、位相差補償手段５００が構成される。

電圧無印加時における液晶層４００は、ほぼ基板法線方向に（ほぼ厚さ方向に）、液晶４１０が配向している。このため、液晶層４００は、基板面に対して垂直な面内で（厚さ方向と平行な面内で）光学異方性を有し、基板法線方向とずれた斜め方向から液晶層４００に入射する光には、液晶層４００の透過によって位相差が生じる。なお、レンズ層３２０は液晶層４００よりも光入射側に配置されており、レンズ層３２０で屈折が生じることにより、液晶層４００に斜め方向から入射する光は多くなる。

電圧無印加時における液晶層４００は、また、プレチルトが付与されているため、基板面内においても（厚さ方向と直交する面内においても）光学異方性を有し、基板法線方向から、つまり正面方向から液晶層４００に入射する光にも、液晶層４００の透過によって位相差が生じる。

Ｃプレート５１１は、光軸が基板法線方向を向いており、基板面内において光学的に等方性であるが、基板面に対し垂直な面内においては光学異方性を有する。したがって、液晶層４００に斜め方向から入射する光の位相差を、位相差補償層５１０により補償することができる。

Ｏプレート５２１は、光軸が基板法線方向からずれて斜め方向を向いており、基板面内、および、基板面に対し垂直な面内において光学異方性を有する。Ｏプレート５２２もＯプレート５２１と同様な特性を有する。したがって、液晶層４００に正面方向から入射する光の位相差を、位相差補償材５２０により補償することができる。また、液晶層４００に斜め方向から入射する光の位相差を、位相差補償材５２０により補償することもできる。

このように、少なくとも液晶層４００に起因する位相差を、位相差補償手段５００により補償することができる。液晶表示装置１０においては、液晶層４００以外の要因による位相差、例えば、偏光板６１０、６２０の構成部材に起因する位相差や、また例えば、微細な開口領域１０３での回折に起因する位相差も生じる。位相差補償手段５００により、液晶層４００に起因する位相差に限らず、他の種々の要因による位相差も加わった全体的な位相差を補償することができる。位相差が補償されることで、液晶表示装置１０のコントラストが向上する。

Ｃプレート５１１、Ｏプレート５２１、および、Ｏプレート５２２のそれぞれの屈折率特性や厚さ等は、全体的な位相差が好適に補償されるように、適宜選択することができる。また、Ｏプレート５２１とＯプレート５２２との配置関係は、全体的な位相差が好適に補償されるように、適宜調整することができる。

Ｏプレート５２１およびＯプレート５２２の少なくとも一方は、電圧無印加時に観察される黒レベルが最小となるように、つまり、最も高いコントラストが得られるように、基板法線の周りに回転させて、配置を調整するとよい。

２枚のＯプレート５２１、５２２は、位相差補償材５２０に設けられて、液晶パネル１００の外側に配置される。このため、２枚のＯプレート５２１、５２２は、それぞれの配置を調整することが容易である。このような調整を容易とするために、Ｏプレート５２１とＯプレート５２２とは別体として形成されているとよい。

比較形態による液晶表示装置１０について説明する。図６は、比較形態による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。比較形態の液晶表示装置１０は、液晶パネル１００が位相差補償層５１０を備えず、位相差補償手段５００が液晶パネル１００の外側に配置された位相差補償材５２０のみで構成されている点で、第１実施形態と異なる。また、位相差補償材５２０が、２枚のＯプレート５２１、５２２に加えて、Ｃプレート５２３を備える点で、第１実施形態と異なる。

本願発明者は、第１実施形態に係る構成を有するサンプルのコントラストと、比較形態に係る構成を有するサンプルのコントラストとを比較する実験を行った。この実験によれば、第１実施形態は、比較形態に対し、コントラストを１．３倍向上させられることがわかった。

特許文献１に記載されているように、Ｃプレートと２枚のＯプレートとを組み合わせた位相差補償手段は、位相差補償手段の構成部材のすべてが液晶パネルの外側に配置され、Ｃプレートが、Ｏプレートと重ねられて液晶パネルの外側に配置された比較形態の態様で用いられるのが通常である。第１実施形態によれば、このような位相差補償手段においてＣプレートを液晶パネル内に形成することで、コントラストを向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に述べるような他の実施形態への適用や、各種の変形が可能である。また、以下に述べる他の実施形態や変形の態様は、任意に選択された一または複数を、適宜に組み合わせることもできる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態による液晶表示装置１０について説明する。図４は、第２実施形態による液晶表示装置１０の構成を例示する概略断面図である。第２実施形態の液晶表示装置１０は、液晶パネル１００に形成された位相差補償層５１０が、Ｃプレート５１１およびＯプレート５１２を備え、液晶パネル１００の外側に配置された位相差補償材５２０が、１枚のＯプレート５２１を備える点で、第１実施形態と異なる。

第１実施形態では、位相差補償層５１０を単独のＣプレート５１１で形成したが、第２実施形態のように、位相差補償層５１０は、Ｃプレート５１１に加えてＯプレート５１２を含んでもよい。位相差補償層５１０がＯプレート５１２も含むことで、位相差補償層５１０により、斜め方向の位相差に加え、正面方向の位相差も補償できる。第２実施形態によれば、コントラストのさらなる向上が期待され、例えば、比較形態に対し２倍程度のコントラストが得られると推測される。

Ｏプレート５１２は、Ｃプレート５１１上に、例えば酸化タンタル等を斜方蒸着することで形成される。Ｃプレート５１１とＯプレート５１２とは、どちらが液晶層４００側に配置されていてもよく、レンズ層３２０上に形成したＯプレート５１２上にＣプレート５１１を形成する態様でもよい。なお、Ｏプレート５１２は、位相差補償層５１０の一部として液晶パネル１００に設けられるので、液晶パネル１００の外側に設けられるＯプレート５２２のようには、別体の透光性基材を必要としない。

位相差補償材５２０として設けられたＯプレート５２１は、電圧無印加時に観察される黒レベルが最小となるように、つまり、最も高いコントラストが得られるように、基板法線の周りに回転させて、配置を調整するとよい。

なお、Ｏプレート５１２は、位相差補償層５１０の一部として液晶パネル１００と一体的に設けられるため、基板法線の周りに回転させる配置の調整は難しくなる。基板法線の周りに回転させる配置の調整を容易とするために、少なくとも１枚のＯプレート５２１は、位相差補償材５２０に設けられて、液晶パネル１００の外側に配置されることが好ましい。

本発明において、さらに、例えば以下に説明するような変形を行ってもよい。第１実施形態において、液晶パネル１００の外側に配置される位相差補償材５２０は、２枚のＯプレート５２１、５２２を備えることが好ましいが、必要に応じて、位相差補償材５２０が１枚のＯプレート５２１を備えるようにしてもよい。位相差補償材５２０が少なくとも１枚のＯプレート５２１を備えることで、正面方向の位相差を、ある程度補償することができる。

また、第１実施形態および第２実施形態において、正面方向の位相差を補償するため、必要に応じて、Ｏプレートの代わりに、Ａプレートを用いてもよい（この態様では、図１または図４において、例えば位相差補償板５２１がＡプレートを示す）。ただし、プレチルトが付与された液晶層４００に対する補償のマッチングを高める観点からは、ＡプレートよりもＯプレートを用いることが好ましい。

以上説明したように、液晶表示装置１０において、液晶パネル１００に形成された位相差補償層５１０は、Ｃプレート５１１を含み、液晶パネル１００の外側に配置された位相差補償材５２０は、Ｏプレート５２１またはＡプレート５２１を含むことが好ましい。

誘電率異方性が負でプレチルトが付与された液晶４１０で形成された液晶層４００によって生じる光の位相差を、Ｃプレート５１１と、Ｏプレート５２１またはＡプレート５２１とを組み合わせた位相差補償手段５００によって補償できる。このような位相差補償手段５００において、Ｃプレート５１１を、液晶パネル１００に形成された位相差補償層５１０に設けることで、このような位相差補償手段５００の構成部分のすべてを液晶パネル１００の外側に配置する場合と比べて、コントラストを向上できる。

なお、位相差補償層５１０は、液晶パネル１００の厚さ方向において、レンズ層３２０と遮光部材２４１との間に配置されることが好ましい。これにより、位相差補償層５１０と液晶層４００との間に、レンズ層３２０および遮光部材２４１を介在させないようにできる。レンズ層３２０での屈折により、また、遮光部材２４１が画定する開口領域１０３の透過に伴う回折により、光の進行方向は変化する。位相差補償層５１０と液晶層４００との間に、レンズ層３２０および遮光部材２４１が介在しないことで、位相差補償層５１０を透過する光の進行方向と、液晶層４００を透過する光の進行方向とのずれを抑制できる。

位相差補償層５１０は、対向基板３００に形成してもよいし、素子基板２００に形成してもよい。ただし、対向基板３００に形成することで、素子基板２００に形成する場合と比べて、位相差補償層５１０を液晶パネル１００に形成することが容易になる。液晶パネル１００において一般的に、対向基板３００の方が素子基板２００よりも単純な構造を有し、位相差補償層５１０を形成する空間が得やすいからである。

位相差補償層５１０は、対向基板３００に形成する場合、レンズ層３２０と共通電極３５０との間に配置されることが好ましい。つまり、位相差補償層５１０は、共通電極３５０と液晶層４００との間に介在しないことが好ましい。液晶層４００へ印加される実効的な電圧を、位相差補償層５１０による容量分割で低下させないためである。

＜応用例＞
次に、上述の実施形態の応用例として、投射型表示装置（プロジェクター）について説明する。図５は、応用例によるプロジェクター８００の光学系を例示する模式図である。プロジェクター８００は、光源装置８０１と、インテグレーター８０４と、偏光変換素子８０５と、色分離導光光学系８０２と、光変調装置としての液晶光変調装置８１０Ｒ、液晶光変調装置８１０Ｇ、液晶光変調装置８１０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム８１２および投写光学系８１４と、を具備して構成されている。

液晶光変調装置８１０Ｒ、８１０Ｇおよび８１０Ｂには、それぞれ、液晶パネル８２０Ｒ、８２０Ｇおよび８２０Ｂと、位相差補償材８２５Ｒ、８２５Ｇおよび８２５Ｂとが設けられている。これらの液晶光変調装置８１０Ｒ、８１０Ｇおよび８１０Ｂとして、例えば上述の液晶表示装置１０を用いることができ、これらの液晶パネル８２０Ｒ、８２０Ｇおよび８２０Ｂとして、例えば上述の液晶パネル１００を用いることができ、これらの位相差補償材８２５Ｒ、８２５Ｇ、８２５Ｂとして、例えば上述の位相差補償材５２０を用いることができる。

光源装置８０１は、第１色光である赤色光（以下「Ｒ光」という）、第２色光である緑色光（以下「Ｇ光」という）、および第３色光である青色光（以下「Ｂ光」という）を含む光を供給する。光源装置８０１としては、例えば超高圧水銀ランプを用いることができる。

インテグレーター８０４は、光源装置８０１から出射された光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子８０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えば色分離導光光学系８０２の反射面に対してｓ偏光したｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離導光光学系８０２を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｒに入射する。

色分離導光光学系８０２は、Ｒ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｒと、Ｂ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇと、３枚の反射ミラー８０７と、２枚のリレーレンズ８０８と、を具備して構成されている。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー８０７に入射する。

反射ミラー８０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光用液晶光変調装置８１０Ｒに入射する。Ｒ光用液晶光変調装置８１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。

Ｒ光用液晶光変調装置８１０Ｒは、λ／２位相差板８２３Ｒ、ガラス板８２４Ｒ、第１偏光板８２１Ｒ、液晶パネル８２０Ｒ、位相差補償材８２５Ｒ、および、第２偏光板８２２Ｒを有する。λ／２位相差板８２３Ｒおよび第１偏光板８２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板８２４Ｒに接する状態で配置される。なお、図５において、第２偏光板８２２Ｒは独立して設けられているが、位相差補償材８２５Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム８１２の入射表面に接する状態で配置しても良い。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇに入射する。Ｇ光用液晶光変調装置８１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇは、第１偏光板８２１Ｇ、液晶パネル８２０Ｇ、位相差補償材８２５Ｇ、および、第２偏光板８２２Ｇを有する。

Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板８２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル８２０Ｇに入射する。液晶パネル８２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル８２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板８２２Ｇから射出される。このようにして、Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム８１２に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ８０８と、２枚の反射ミラー５０７とを経由して、Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂに入射する。

Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂは、λ／２位相差板８２３Ｂ、ガラス板８２４Ｂ、第１偏光板８２１Ｂ、液晶パネル８２０Ｂ、位相差補償材８２５Ｂ、および、第２偏光板８２２Ｂを有する。

Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板８２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板８２４Ｂおよび第１偏光板８２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル８２０Ｂに入射する。液晶パネル８２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル８２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板８２２Ｂから射出される。Ｂ光用液晶光変調装置８１０Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム８１２に入射する。

このように、色分離導光光学系８０２を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー８０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー８０６Ｇとは、光源装置８０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム８１２は、２つのダイクロイック膜８１２ａ、８１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜８１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜８１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム８１２は、Ｒ光用液晶光変調装置８１０Ｒ、Ｇ光用液晶光変調装置８１０Ｇ、およびＢ光用液晶光変調装置８１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光を合成する。

投写光学系８１４は、クロスダイクロイックプリズム８１２で合成された光をスクリーン８１６に投射する。これにより、スクリーン８１６上でフルカラー画像を得ることができる。このように、上述の液晶表示装置１０は、一例としてプロジェクター８００に用いることができる。

なお、上述の液晶表示装置１０は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに用いることも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに用いることもできる。

なお、液晶表示装置１０を適用可能な電子機器は、プロジェクター８００に限定されない。液晶表示装置１０は、例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、ＰＯＳなどの情報端末機器の表示部として用いてもよい。

１０…液晶表示装置、１００…液晶パネル、１０１…表示領域、１０２…画素、１０３…開口領域、１０４…非開口領域、１１０…データ線駆動回路、１２０…外部回路実装端子、１３０…走査線駆動回路、１４０…配線、１５０…基板間導通材、１６０…シール材、１７０…周辺見切り、２００…素子基板、２１０…基材、２３０…絶縁層、２４０…非開口領域構造体、２４１…遮光部材、２４２…ＴＦＴ、２４３…データ線、２４４…走査線、２４５…容量線、２５０…画素電極、２６０…配向膜、２７０…蓄積容量、３００…対向基板、３１０…基材、３１１…凹部、３２０…レンズ層（マイクロレンズ）、３５０…共通電極、３５１…（共通電極の）表面、３６０…配向膜、４００…液晶層、４１０…液晶、５００…位相差補償手段、５１０…位相差補償層、５１１…Ｃプレート、５１２…Ｏプレート、５２０…位相差補償材、５２１…Ｏプレート、５２２…Ｏプレート、６１０…偏光板、６２０…偏光板、７００…入射光、８００…プロジェクター、８０１…光源装置、８０２…色分離導光光学系、８０４…インテグレーター、８０５…偏光変換素子、８１０Ｒ…液晶光変調装置、８１０Ｇ…液晶光変調装置、８１０Ｂ…液晶光変調装置、８２０Ｒ…液晶パネル、８２０Ｇ…液晶パネル、８２０Ｂ…液晶パネル、８２５Ｒ…位相差補償材、８２５Ｇ…位相差補償材、８２５Ｂ…位相差補償材、８１２…クロスダイクロイックプリズム、８１４…投写光学系、８１６…スクリーン。

Claims

一対の偏光板と、
前記一対の偏光板間に、
負のＣプレートを含む位相差補償層とレンズ層とが設けられた対向基板と、誘電率異方性が負でプレチルトが付与された液晶を含む液晶層と、素子基板とを含み、前記対向基板側から光が入射される液晶パネルと、
前記液晶パネルの外側に配置され、ＯプレートまたはＡプレートを含む位相差補償材と、
を備え、
前記位相差補償層は、前記レンズ層と前記液晶層との間に設けられている、
液晶表示装置。
前記素子基板は、画素電極と、前記画素電極の縁に沿って設けられた遮光部材とを含む、
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記位相差補償材は、２枚のＯプレートを含む、
請求項１に記載の液晶表示装置。
前記位相差補償材は、Ｏプレートを含み、
前記位相差補償層は、ＣプレートおよびＯプレートを含む、
請求項１に記載の液晶表示装置。
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置、
を備える電子機器。