JP2005208386A - 液晶装置、及び投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高コントラストの表示が可能な液晶装置を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶装置は、一対の基板１０，２０間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、前記基板１０の外面側に、一軸性の負の屈折率異方性を有する第１光学補償板７０及び第２光学補償板８０が配設されており、前記基板間に挟持された液晶層が、６８°を超えて９０°未満のツイスト角を有するツイステッドネマチック液晶からなることを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶装置、及び投射型表示装置に関するものである。

液晶装置は、一対の基板により液晶層を挟持して構成されている。その一対の基板の内側には、液晶層に対して電界を印加する電極が形成されている。その電極の内側には、電界無印加時における液晶分子の配向状態を規制する配向膜が形成されている。そして、電圧無印加時と電圧印加時との液晶分子の配列変化に基づいて、液晶装置に画像表示が行われるようになっている。液晶装置は、視角が狭いという問題がある。これは、視角が大きくなるにつれて液晶層の位相差（リタデーション）が大きくなり、黒表示における光透過率が大きくなってコントラスト比が低下することが原因である。そこで、液晶層の位相差を補償する光学補償板が開発されている。

図１１は、従来技術に係る液晶装置の分解斜視図および光学補償の説明図である。図１１に示す第１光学補償板７０および第２光学補償板８０は、負の屈折率異方性を示すディスコティック液晶をハイブリッド配向させたものである（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。ここで、ハイブリッド配向とは、液晶分子の光軸の傾斜角度が光学補償板の厚さ方向に連続的に変化する配向状態である。第１光学補償板７０は、液晶セル６０を構成する一対の基板のうち光入射側の基板の外側に配置されている。また第２光学補償板８０は、一対の基板のうち光出射側の基板の外側に配置されている。上記各光学補償板７０，８０は、その配向方向７１，８１が、対応する基板の配向方向６７，６８と概略一致するように配置されている。また、第１光学補償板７０における液晶分子７５ａの光軸７５ｂと第１光学補償板７０の法線とのなす角度が大きい方の面（すなわち、液晶分子７５ａが垂直配向している方の面）７０ｂを、液晶セル６０に対向させた配置となっている。液晶セル６０前面側の第２光学補償板８０についても、第１光学補償板７０と同様に配置されている。
特開平９−２３０３３５号公報 森裕行、「液晶ディスプレイ入門講座第１１回：ディスコティック光学補償膜によるＴＦＴ−ＬＣＤの視野角拡大技術」、液晶、日本液晶学会、２００２年１月２５日、第６巻、第１号、ｐ８４−９２

上記文献に記載の液晶装置によれば、図１１（ａ）に示すように、第１光学補償板７０及び第２光学補償板８０によって液晶セル６０に封入された液晶のリタデーションを補償し、特に斜視時の色付きや光漏れを防止して視野角を拡大することが可能である。しかし、種々の画像表示手段、光変調手段に用いられる液晶装置では、さらなる表示品質の向上が望まれている。特に、投射型表示装置の光変調手段に採用される液晶装置では、入射角が１２°程度であり、その範囲内でのコントラスト比の向上が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、コントラスト比の向上を実現した液晶装置の提供を目的としている。また、表示品質に優れた投射型表示装置の提供を目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、いずれかの前記基板の外面側に、負の一軸性の屈折率異方性を有する光学補償板が配設されており、前記液晶層が、６８°を超えて９０°未満のツイスト角を有するツイステッドネマチック液晶からなることを特徴とする液晶装置を提供する。
この構成によれば、液晶層で生じる位相差を前記複数の光学補償板によって効果的に補償することができるようになり、図１１に示した従来構成の液晶装置に比して高いコントラスト比を得られるようになる。上記負の一軸性の屈折率異方性を有する光学補償板は、微視的に単一の光軸を有する屈折率特性を備えるとともに、係る光軸方向の屈折率が他の方向の屈折率より小さい光学特性を有するものであり、典型的には、ダイレクタ方向に正の一軸性を有するネマチック液晶の光学特性を表すラグビーボール型の屈折率楕円体に対し、円盤型の屈折率楕円体で表される光学特性を備えたものである。
特に本発明では、９０°未満のツイスト角を有する液晶セルにおける位相差を複数の光学補償板によって補償する構成としたことでコントラスト比の向上を実現している。また本発明に係る液晶装置では、正面方向でのコントラスト比が高まるため、投射型表示装置の光変調手段として用いて好適な液晶表示装置を提供することができる。
尚、本発明者は上記液晶層のツイスト角の範囲が適切であることを実際の液晶装置にて検証しており、その詳細は後段の（発明を実施するための最良の形態）に記載している。前記ツイスト角が６８°以下の場合には、前記従来構成の液晶装置と同等以下のコントラスト比となり好ましくない。

本発明の液晶装置では、前記液晶のツイスト角が、７０°以上８６°以下であることが好ましい。前記ツイスト角を係る範囲とするならば、従来に比してコントラスト比が顕著に改善された液晶装置を提供することができる。さらに好ましくは、前記液晶のツイスト角は、７２．５°以上８０．５°以下である。このような範囲とするならば、極めて高いコントラスト比を得ることができる。

本発明の液晶装置では、前記光学補償板が、厚さ方向で光軸の傾斜角度に分布を有する液晶性高分子からなる光学異方性層を備えていることが好ましい。このような構成の光学補償板を用いるならば、電圧印加時の液晶層における液晶分子の配向状態と光学的にほぼ等価な光学異方性を有する光学補償板とすることができ、液晶層にて生じる位相差を効果的に補償することができる。

本発明の液晶装置では、前記光学異方性層が、ハイブリッド配向されたディスコティック液晶からなることが好ましい。このような構成とすることで、低コストに高性能の光学補償板を得ることができ、もって液晶装置の低コスト化に寄与する。

次に、本発明の投射型表示装置は、先に記載の本発明の液晶装置を備えたことを特徴としている。この構成によれば、特に１５°程度以下の視角範囲で高いコントラスト比が得られる本発明の液晶装置を光変調手段として備えたことで、投射画像のコントラスト比が高く高画質の表示が可能な投射型表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。なお本明細書では、液晶装置の各構成部材における液晶層側を内側と呼び、その反対側を外側と呼ぶことにする。

（第１実施形態）
最初に、本発明の第１の実施形態に係る液晶装置につき、図１ないし図５を用いて説明する。第１実施形態に係る液晶装置は、一対の基板により液晶層が挟持された液晶セルと、その液晶セルの外側にそれぞれ配置された光学補償板と、その光学補償板の外側にそれぞれ配置された偏光板とを有するものである。なお本実施形態では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の透過型液晶セルを例にして説明する。

＜回路構成＞
図１は、液晶セルの回路構成図である。透過型液晶セルの画像表示領域を構成すべくマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極９が形成されている。また、その画素電極９の側方には、当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子３０が形成されている。このＴＦＴ素子３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが供給される。尚、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給してもよい。

ＴＦＴ素子３０のゲートに走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加する。また、ＴＦＴ素子３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、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９と容量線３ｂとの間に蓄積容量２９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、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

＜平面構造＞
図２は、液晶セルに設けられた複数のドットの平面構成図である。本実施形態の液晶セルでは、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、以下ＩＴＯという）等の透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９（破線９ａによりその輪郭を示す）が、マトリクス状に配列形成されている。また、画素電極９の縦横の境界に沿って、データ線６ａ、走査線３ａおよび容量線３ｂが設けられている。本実施形態では、各画素電極９の形成された領域がドットであり、マトリクス状に配置されたドットごとに表示を行うことが可能な構造になっている。

ＴＦＴ素子３０は、ポリシリコン膜等からなる半導体層１ａを中心として形成されている。半導体層１ａのソース領域（後述）には、コンタクトホール５を介して、データ線６ａが電気的に接続されている。また、半導体層１ａのドレイン領域（後述）には、コンタクトホール８を介して、画素電極９が電気的に接続されている。一方、半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分には、チャネル領域１ａ’が形成されている。なお走査線３ａは、チャネル領域１ａ’との対向部分においてゲート電極として機能する。

容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線状に伸びる本線部（すなわち平面的に見て、走査線３ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａとの交点からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向き）に突出した突出部（すなわち平面的に見て、データ線６ａに沿って延設された第２領域）とによって構成されている。また、図２中に右上がりの斜線で示した領域には、第１遮光膜１１ａが形成されている。そして、容量線３ｂの突出部と第１遮光膜１１ａとがコンタクトホール１３を介して電気的に接続され、後述する蓄積容量が形成されている。

＜断面構造＞
図３は、液晶セルの断面構造の説明図であり、図２のＡ−Ａ’線における側面断面図である。図３に示すように、本実施形態の液晶セル６０は、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置された対向基板２０と、これらの間に挟持された液晶層５０とを主体として構成されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体１０Ａ、およびその内側に形成されたＴＦＴ素子３０や画素電極９、配向膜１６などを主体として構成されている。一方の対向基板２０は、ガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２０Ａ、およびその内側に形成された共通電極２１や配向膜２２などを主体として構成されている。

ＴＦＴアレイ基板１０の表面には、後述する第１遮光膜１１ａおよび第１層間絶縁膜１２が形成されている。そして、第１層間絶縁膜１２の表面に半導体層１ａが形成され、この半導体層１ａを中心としてＴＦＴ素子３０が形成されている。半導体層１ａにおける走査線３ａとの対向部分にはチャネル領域１ａ’が形成され、その両側にソース領域およびドレイン領域が形成されている。なお、このＴＦＴ素子３０はＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を採用しているため、ソース領域およびドレイン領域に、それぞれ不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と、相対的に低い低濃度領域（ＬＤＤ領域）とが形成されている。すなわち、ソース領域には低濃度ソース領域１ｂと高濃度ソース領域１ｄとが形成され、ドレイン領域には低濃度ドレイン領域１ｃと高濃度ドレイン領域１ｅとが形成されている。

半導体層１ａの表面には、ゲート絶縁膜２が形成されている。そして、ゲート絶縁膜２の表面に走査線３ａが形成されて、その一部がゲート電極を構成している。また、ゲート絶縁膜２および走査線３ａの表面には、第２層間絶縁膜４が形成されている。そして、第２層間絶縁膜４の表面にデータ線６ａが形成され、第２層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール５を介して、データ線６ａが高濃度ソース領域１ｄと電気的に接続されている。さらに、第２層間絶縁膜４およびデータ線６ａの表面には、第３層間絶縁膜７が形成されている。そして、第３層間絶縁膜７の表面に画素電極９が形成され、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール８を介して、画素電極９が高濃度ドレイン領域１ｅと電気的に接続されている。さらに、画素電極９を覆うように、ポリイミド等からなる配向膜１６が形成されている。配向膜１６の表面にはラビング等が施され、電界無印加時における液晶分子の配向方向を規制する。

尚、本実施形態では、半導体層１ａを延設して平面略Ｌ形の第１蓄積容量電極１ｆが形成されている。また、ゲート絶縁膜２を延設して誘電体膜が形成され、その表面に容量線３ｂが配置されて第２蓄積容量電極が形成されている。これらにより、上述した蓄積容量２９が構成されている。

ＴＦＴ素子３０の形成領域に対応するＴＦＴアレイ基板１０の表面に、第１遮光膜１１ａが形成されている。第１遮光膜１１ａは、液晶セルに入射した光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ'、低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃに侵入するのを防止するものである。第１遮光膜１１ａは、第１層間絶縁膜１２に形成されたコンタクトホール１３を介して、前段あるいは後段の容量線３ｂと電気的に接続されている。これにより、第１遮光膜１１ａは第３蓄積容量電極として機能し、第１層間絶縁膜１２を誘電体膜として、第１蓄積容量電極１ｆとの間に新たな蓄積容量が形成されている。

一方、データ線６ａ、走査線３ａおよびＴＦＴ素子３０の形成領域に対応する対向基板２０の表面には、第２遮光膜２３が形成されている。第２遮光膜２３は、液晶セルに入射した光が、半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入するのを防止するものである。また、対向基板２０および第２遮光膜２３の表面には、ほぼ全面にわたってＩＴＯ等の導電体からなる共通電極２１が形成されている。さらに、共通電極２１の表面には、ポリイミド等からなる配向膜２２が形成されている。配向膜２２の表面にはラビング等が施され、電界無印加時における液晶分子の配向方向を規制するようになっている。

そして、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が挟持されている。この液晶層５０は、正の誘電率異方性を示すネマチック液晶によって構成されている。すなわち、液晶層５０を構成する液晶分子は、電界無印加時に水平配向し、電界印加時に垂直配向するようになっている。尚、ＴＦＴアレイ基板１０における配向膜１６の配向方向と、対向基板２０における配向膜２２の配向方向とは、図４（ｂ）中の矢印で示すように、約７５°捩れた状態で配置されている。これにより、本実施形態の液晶セル６０は、ツイステッドネマチックモードで動作するようになっている。

＜偏光板＞
図４（ｂ）は、第１実施形態の液晶装置を分解して示す説明図である。本実施形態の液晶装置１００は、上述した液晶セル６０と、液晶セル６０の背面側（図示下面側）に配置された光学補償板７０，８０と、液晶セル６０及び光学補償板７０，８０を挟んで外側に配置された偏光板６２，６４とによって構成されている。

液晶セル６０の光入射側には偏光板６２が配置され、光出射側には偏光板６４が配置されている。偏光板は、その透過軸方向の直線偏光のみを透過する機能を有する。そして、光出射側の偏光板６４は、その透過軸が、液晶セル６０の光出射側の基板における配向膜の配向方向６８とほぼ直交するように配置されている。また、光入射側の偏光板６２は、その透過軸が、光出射側の偏光板６４の透過軸と直交するように配置されている。尚、偏光板６２の透過軸は、液晶セル６０の光入射側の基板における配向膜の配向方向６７と、約７５°ずれた状態で配置されている。

そして、液晶装置１００に対して偏光板６２の下方から光が入射すると、偏光板６２の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板６２を透過する。電界無印加時の液晶セル６０では、液晶分子がらせん状に水平配向している。そのため、液晶セル６０に入射した直線偏光は、所定の旋光作用を受けつつ液晶層５０を透過し、液晶セル６０から出射される。この出射された直線偏光のうち偏光板６４の透過軸と平行な偏光成分が偏光板６４を透過する。従って、電界無印加時の液晶セル６０では白表示が行われる（ノーマリーホワイトモード）。一方、電界印加時の液晶セル６０では、図４（ａ）に示すように液晶分子が略垂直配向している。そのため、液晶セル６０に入射した直線偏光は、入射時の偏光状態をほぼ維持したまま液晶セル６０から出力される。そして、偏光板６４の透過軸と直交する方向の直線偏光であるこの光は、偏光板６４により吸収される。従って、電界印加時の液晶セル６０では黒表示が行われる。

＜光学補償板＞
本実施形態では、液晶セル６０における光入射側の基板の外側に、第１光学補償板７０と第２光学補償板８０とが液晶セル側から順に配置されている。
図５は、第１光学補償板７０の概略側断面図である。第１光学補償板７０は、三酢酸セルロース（ＴＡＣ）等の支持体７２上に配向膜（不図示）を設け、その配向膜上にトリフェニレン誘導体等のディスコティック液晶層（光学異方性層）７４を塗設したものである。ディスコティック化合物は、液晶相を呈したときに、光学的に負の一軸性を示す。そこで、支持体７２上に塗設されたディスコティック液晶層７４を加熱し、ディスコティックネマチック（ＮＤ）相を形成させた後に、配向状態を固定化する。このＮＤ相の形成時に、ディスコティック液晶層７４は、支持体７２付近で液晶分子７６ａの光軸７６ｂが垂直になるホメオトロピック配向をとり、支持体７２と反対側の空気界面付近で液晶分子７５ａの光軸７５ｂが配向膜による配向規制方向に沿って水平になるホモジニアス配向をとる。したがって、ディスコティック液晶層７４は、厚み方向で液晶分子の配向角度が連続的に変化するハイブリッド配向となっている。尚、図示略の配向膜の表面にはラビング等が施され、液晶分子の配向方向を規制するようになっている。このような第１光学補償板７０として、具体的には富士フィルム社製のＷＶフィルムを採用することが可能である。

本実施形態の場合、第１光学補償板７０は支持基板７８に装着されている。支持基板７８は、サファイヤや無アルカリガラス等の熱伝導率の大きい透光性材料で構成されている。そして支持基板７８に装着された第１光学補償板７０は、図４に示した液晶セル６０の表面から所定距離をおいて、液晶装置１００に配設されている。これにより、液晶セル６０からの熱影響による第１光学補償板７０の劣化を抑制できるようになっている。
また、第２光学補償板８０については図示は省略するが、上述した第１光学補償板７０と同様に構成することができ、第１光学補償板７０と同様の支持基板上に支持体を介して装着されたものを用いることもできる。光学補償板７０，８０がそれぞれ支持基板上に支持されている場合には、互いの支持基板同士を向かい合わせた状態で液晶セル６０の背面側に配置される。さらに、場合によっては、支持基板７８に装着した第２光学補償板８０の上に第１補償板７０を重ねて装着して用いることもできる。

図４（ｂ）に戻り、第１光学補償板７０は、その配向膜の配向方向７１が、液晶セル６０の光出射側の基板における配向膜の配向方向６８に対して約８０°ずれた状態で配置されている。また第２光学補償板８０は、その配向膜の配向方向８１が、先の配向方向６８に対して約３６°ずれた状態となるように配置されている。従って、第２光学補償板８０における配向膜の配向方向８１と、液晶セル６０の光入射側の基板における配向膜の配向方向６７とは、約６９°ずれた状態になっている。

図４（ａ）は、光学補償板の作用説明図である。液晶セル６０に封入されたネマチック液晶は、光学的に正の一軸性を示すものである。すなわち、略棒状の液晶分子の光軸（ダイレクタ）６６方向の屈折率が他の方向の屈折率より大きく、屈折率楕円体ではラグビーボール型となる。ラグビーボール型の屈折率楕円体は、斜め方向から観察すると楕円になり、その長軸と短軸との差が位相差となる。この斜め方向から観察した場合の位相差が、黒表示における光漏れの原因となり、液晶セルの視角を低下させることになる。

これに対して、第１光学補償板７０及び第２光学補償板８０を構成するディスコティック液晶は、光学的に負の一軸性を示すものである。すなわち、図４（ａ）に示す第１光学補償板７０では、光軸７６ｂ方向の屈折率が他の方向の屈折率より小さく、屈折率楕円体では円盤型となる。そして、本実施形態の液晶装置１００では、これらの第１光学補償板７０、第２光学補償板８０における配向膜の配向方向７１，８１と、液晶セル６０の光入射側の基板における配向膜の配向方向とが、図４（ｂ）に示すような関係となるように配置されたことにより、光学補償板７０，８０における円盤型の屈折率楕円体によって、７５°ツイストの液晶層５０を備えた液晶セル６０におけるラグビーボール型の屈折率楕円体の位相差を打ち消すように作用する。このように本実施形態では、光学補償作用を奏する光学補償板７０，８０を、液晶セル６０における配向膜の配向方向６７，６８と平行とせず、所定角度ずらして配置することにより、９０°ツイストの液晶セルを備えた従来の液晶装置よりも効果的に液晶セル６０での位相差を補償できるようになっている。

図６、図７は、１０°コーンの光源を用いた場合の液晶装置の等コントラスト比曲線であり、図６（ａ）は図４に示した本実施形態の液晶装置の場合であり、図７は図１１に示した従来の液晶装置の場合である。等コントラスト比曲線は、液晶装置を正面から所定角度の範囲内で見た場合に、コントラスト比が等しくなる点を結んだものである。図６（ａ）及び図７において、相対的に濃く表示された領域他の領域より高いコントラスト比を示しており、高コントラスト側から順に、格子模様が付された領域（図示中央部）、実線の斜線模様が付された領域、破線の斜線模様が付された領域（図示周辺部）、無地の領域、である。図６に示す本実施形態の液晶装置の場合には、図７に示す従来の液晶装置の場合に比べて、液晶装置の正面付近での高コントラスト領域（格子模様が付された領域）がやや広くなっている。投射型表示装置では、光変調手段である液晶セルへの光源光の入射角度は約１５°以内であり、その範囲内で平均された光が投影光として利用される。そして、図６、図７における投影光のコントラスト比、すなわち入射角１５°以下の領域の平均コントラスト比を求めると、従来の液晶装置の場合（図７）が約９００であるのに対して、本実施形態の液晶装置の場合（図６）には約１６００になることが確認された。従って本実施形態の構成を採用するならば、液晶装置のコントラスト比を向上させることができ、特に投射型表示装置の光変調手段に用いて好適な液晶装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図８（ａ）は、本実施形態の液晶装置２００の作用説明図、図８（ｂ）は液晶装置を分解して示す斜視構成図である。尚、図８に示す構成要素のうち、図１ないし図７と同一の構成要素には同一の符号を付すとともに詳細な説明は省略する。図８（ｂ）に示すように、本実施形態の液晶装置２００では、第１光学補償板７０と第２光学補償板８０とが、液晶セル６０の光出射側（図示上面側）に配設されている。そして本実施形態に係る液晶セル６０は、８０°ツイストのツイステッドネマチック液晶からなる液晶層を備えたものとなっている。

液晶セル６０の光入射側には偏光板６２が配置され、光出射側には偏光板６４が配置されている。偏光板は、その透過軸方向の直線偏光のみを透過する機能を有する。光出射側の偏光板６４は、その透過軸が、液晶セル６０の光出射側の基板における配向膜の配向方向６８とほぼ直交するように配置されている。また、光入射側の偏光板６２は、その透過軸が、光出射側の偏光板６４の透過軸と直交するように配置されている。尚、偏光板６２の透過軸は、液晶セル６０の光入射側の基板における配向膜の配向方向６７と、約８０°ずれた状態で配置されている。
また、第１光学補償板７０の配向方向７１は、液晶セル６０の光出射側の基板における配向膜の配向方向６８と約１７６°ずれて配置されており、第２光学補償板８０の配向方向８１は、前記配向方向６８に対して約４３°ずれて配置されている。

そして、この液晶装置２００に対して偏光板６２の下方から光が入射すると、偏光板６２の透過軸と一致する直線偏光のみが偏光板６２を透過する。電界無印加時の液晶セル６０では、液晶分子がらせん状に水平配向している。そのため、液晶セル６０に入射した直線偏光は、所定の旋光作用を受けつつ液晶層を透過し、液晶セル６０から出射される。そして、この直線偏光のうち偏光板６４の透過軸と平行な偏光成分が偏光板６４を透過する。従って、電界無印加時の液晶セル６０では白表示が行われる（ノーマリーホワイトモード）。一方、電界印加時の液晶セル６０では、図８（ａ）に示すように液晶分子が略垂直配向している。そのため、液晶セル６０に入射した直線偏光は、入射時の偏光状態をほぼ維持したまま液晶セル６０から出力される。そして、偏光板６４の透過軸と直交する方向の直線偏光であるこの光は、偏光板６４により吸収される。従って、電界印加時の液晶セル６０では黒表示が行われる。

上記構成及び動作態様を備えた本実施形態の液晶装置２００について、先の第１実施形態の液晶装置１００と同様にコントラスト比の測定を行ったところ、入射角１５°以下の範囲における平均コントラストは約１５００であり、第１実施形態と同様、従来の液晶装置に比してコントラスト比に優れた表示が得られることが確認された。

本実施形態の液晶装置２００では、光学補償板７０，８０が液晶セル６０の光出射側に配置されているので、液晶セル６０より耐熱性に劣る光学補償板７０，８０が光源の光により加熱されて劣化するのを効果的に防止することができ、液晶装置の信頼性向上に寄与する。特に本実施形態の液晶装置２００は、光強度が大きい投射型表示装置の光変調手段として好適なものである。

（液晶層のツイスト角）
以上の第１、第２実施形態で述べたように、本発明に係る液晶装置では、９０°未満のツイスト角を有するツイステッドネマチック液晶からなる液晶層を備えた液晶セル６０と、第１光学補償板７０、第２光学補償板８０とを備えた構成によって、従来の液晶装置に比して高いコントラスト比を得られるようにしている。そこで本発明者は、液晶セル６０のツイスト角と、液晶装置のコントラスト比との関係を検証した。具体的には、先の第１実施形態の液晶装置１００と同様の構成の液晶装置について、ツイスト角の異なる複数の液晶セル６０を用いて、図７に示したのと同様に６０°以下の視角範囲におけるコントラスト比の分布を測定し、得られたコントラスト比の分布に基づき１５°以下の視角範囲における平均コントラスト比を求めた。測定結果を図９に示す。図９において、横軸は液晶セルの液晶層のツイスト角、縦軸は前記平均コントラスト比である。尚、それぞれの条件において、第１光学補償板７０、第２光学補償板８０の配向方向を調整することにより正面方向のコントラスト比が最大になるようにした。

図９に示すように、液晶セル６０のツイスト角の変化に伴って液晶装置の平均コントラスト比が変化しており、ツイスト角が概ね６８°を超えて９０°未満の範囲において、従来のツイスト角が９０°である液晶セルを備えた液晶装置よりも高いコントラスト比が得られている。また、ツイスト角が７０°以上８６°以下の範囲において１２００以上の良好なコントラスト比が得られており、さらにツイスト角が７２．５°以上８０．５°以下の範囲において１５００以上の極めて高いコントラスト比が得られている。このように、本発明の如く９０°未満のツイスト角を有するツイステッドネマチックモードの液晶セルを備えた構成とすることで、ディスコティック液晶をハイブリッド配向させてなる光学補償板７０，８０を備えた液晶装置におけるコントラスト比を、９０°ツイストの液晶セルを用いるより高めることができる。

（投射型表示装置）
次に、本発明の電子機器の具体例である投射型表示装置につき、図１０を用いて説明する。図１０は、投射型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投射型表示装置は、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置を、光変調手段として備えたものである。

図１０において、８１０は光源、８１３、８１４はダイクロイックミラー、８１５、８１６、８１７は反射ミラー、８１８は入射レンズ、８１９はリレーレンズ、８２０は出射レンズ、８２２、８２３、８２４は本発明の液晶装置からなる光変調手段、８２５はクロスダイクロイックプリズム、８２６は投射レンズである。光源８１０は、メタルハライドランプ等のランプ８１１とランプの光を反射するリフレクタ８１２とからなる。

ダイクロイックミラー８１３は、光源８１０からの白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー８１７で反射されて、赤色光用光変調手段８２２に入射される。また、ダイクロイックミラー８１３で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー８１４によって反射され、緑色光用光変調手段８２３に入射される。さらに、ダイクロイックミラー８１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー８１４を透過する。青色光に対しては、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ８１８、リレーレンズ８１９および出射レンズ８２０を含むリレーレンズ系からなる導光手段８２１が設けられている。この導光手段８２１を介して、青色光が青色光用光変調手段８２４に入射される。

各光変調手段により変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８２５に入射する。このクロスダイクロイックプリズム８２５は４つの直角プリズムを貼り合わせたものであり、その界面には赤光を反射する誘電体多層膜と青光を反射する誘電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ８２６によってスクリーン８２７上に投写され、画像が拡大されて表示される。

このように、投射型表示装置の光変調手段８２２，８２３，８２４として、上述した各実施形態に係る液晶装置を使用すれば、光源光が斜め方向から入射した場合の位相差を補償することができる。なお、光源８１０におけるランプ８１１からの光は、リフレクタ８１２により略平行光に変換されるので、光変調手段８２２，８２３，８２４に対する入射光の入射角度は、最大でも１２°程度となる。そして、上述した各実施形態またはその変形例に係る液晶装置では、１５°コーンにおける平均コントラスト比を向上させることができるので、スクリーン８２７上に投写された画像のコントラスト比を向上させることができる。

また、本発明の電子機器の他の具体例としては、その表示部に上述した各実施形態に係る液晶装置を備えた携帯電話機を例示することができる。またさらに、ＩＣカード、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等を例示することができる。

尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、実施形態ではスイッチング素子としてＴＦＴを備えた液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜ダイオード（Thin Film Diode）等の二端子型素子を採用してもよい。また、実施形態では透過型液晶装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を反射型や半透過型の液晶装置に適用することも可能である。さらに、電子機器として３板式の投射型表示装置を例にして説明したが、本発明の液晶装置を単板式の投射型表示装置や直視型表示装置に適用することも可能である。

図１は、第１実施形態に係る液晶装置の回路構成図。 図２は、同、平面構成図。 図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構成図。 図４は、第１実施形態に係る液晶装置を分解して示す説明図。 図５は、光学補償板の側断面構成図。 図６は、７５°ツイストでの等コントラスト曲線。 図７は、９０°ツイストでの等コントラスト曲線。 図８は、第２実施形態に係る液晶装置を分解して示す説明図。 図９は、コントラストとツイスト角との関係を示すグラフ。 図１０は、投射型表示装置の要部を示す構成図。 図１１は、従来の液晶装置を分解して示す説明図。

符号の説明

６０ 液晶セル、７０ 第１光学補償板、７５ａ，７６ａ 液晶分子、７５ｂ，７６ｂ 光軸、８０ 第２光学補償板、１００，２００ 液晶装置

Claims (5)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、
   いずれかの前記基板の外面側に、負の一軸性の屈折率異方性材料で構成される光学補償板を複数配設してなり、
   前記液晶層が、６８°を超えて９０°未満のツイスト角を有するツイステッドネマチック液晶からなることを特徴とする液晶装置。
2. 前記液晶のツイスト角が、７０°以上８６°以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記光学補償板が、厚さ方向で光軸の傾斜角度に分布を有する液晶性高分子からなる光学異方性層を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶装置。
4. 前記光学異方性層が、ハイブリッド配向されたディスコティック液晶からなることを特徴とする請求項３に記載の液晶装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。

Images