JP2008122646A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液晶表示装置に関し、特には液晶セルをライトバルブに用いた投射型の構成として好適な液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device suitable as a projection type configuration using a liquid crystal cell as a light valve.
光源から出力された光を、例えば透過型の液晶セルによって光変調して画像光を形成し、この画像光をスクリーンなどに投射する投射型の液晶表示装置（いわゆる液晶プロジェクタ装置）が知られている。このような液晶表示装置においてコントラストの向上を図る場合、その液晶セルの視野角の改善を行う必要はないものとされていた。しかしながら、上記液晶プロジェクタ装置は、以下に述べる原因により、入射側偏光板を通過した直線偏光が、映像信号を変調する液晶セルによって楕円偏光になってしまい、出射側偏光板で漏れが生じ、黒レベルが下がらず、コントラストが低下してしまう。 A projection-type liquid crystal display device (so-called liquid crystal projector device) is known in which light output from a light source is modulated by, for example, a transmissive liquid crystal cell to form image light, and this image light is projected onto a screen or the like. Yes. In the case of improving the contrast in such a liquid crystal display device, it is not necessary to improve the viewing angle of the liquid crystal cell. However, in the above-described liquid crystal projector device, the linearly polarized light that has passed through the incident-side polarizing plate becomes elliptically polarized light by the liquid crystal cell that modulates the video signal due to the reasons described below, and leakage occurs in the outgoing-side polarizing plate. The level is not lowered and the contrast is lowered.
一般的に、液晶セルの液晶分子には、例えば２°から８°のプレチルト角がある。これは、駆動電圧を印加したときに、液晶分子が傾く方向を導くために、液晶セル用基板表面に施された配向処理方向に対して与えられる初期分子配列の角度とされる。このようなプレチルト角の影響により、液晶セル面に角度をもって入射した光の偏光が乱れる。これは、液晶分子の有する屈折率の異方性に関するものである。要するに、液晶の屈折率の異方性により、液晶分子の長軸方向成分の位相は遅れ、これにより直線偏光の入射光は、液晶分子で遅相軸方向成分と進相軸方向成分との間に位相差が生じ、結果として楕円偏光となってしまう。 In general, the liquid crystal molecules of a liquid crystal cell have a pretilt angle of 2 ° to 8 °, for example. This is the angle of the initial molecular alignment given to the alignment treatment direction applied to the surface of the liquid crystal cell substrate in order to guide the direction in which the liquid crystal molecules tilt when a driving voltage is applied. Due to the influence of such a pretilt angle, the polarization of light incident at an angle on the liquid crystal cell surface is disturbed. This relates to the anisotropy of the refractive index of liquid crystal molecules. In short, due to the anisotropy of the refractive index of the liquid crystal, the phase of the major axis component of the liquid crystal molecule is delayed, so that the linearly polarized incident light is between the slow axis component and the fast axis component of the liquid crystal molecule. A phase difference is generated in the light beam, resulting in elliptically polarized light.
また、液晶セルの表示面に対して、入射光がある方位角方向に傾斜した場合、印加電圧値の上昇に伴って透過率が低下し、特定の電圧値を境界として再び透過率が上昇し、その後徐々に低下する現象が発生する。また、入射光が他の方位角方向に傾斜した場合、印加電圧を上昇しても透過率が下がらず、黒が浮いたままになることもある。 In addition, when the incident light is tilted in a certain azimuth direction with respect to the display surface of the liquid crystal cell, the transmittance decreases as the applied voltage value increases, and the transmittance increases again at a specific voltage value as a boundary. Then, a phenomenon that gradually decreases occurs. Further, when the incident light is tilted in another azimuth direction, the transmittance does not decrease even when the applied voltage is increased, and black may remain floating.
上述したように、種々の方位角方向から入射した直線偏光は、液晶分子によって変化し、入射方向に応じて上記楕円偏光は変化する。要するに、液晶セルを通過した後の光の偏光状態は、多数の異なる向きの液晶分子による偏光変化を足し合わせるものとなる。 As described above, the linearly polarized light incident from various azimuth directions changes depending on the liquid crystal molecules, and the elliptically polarized light changes according to the incident direction. In short, the polarization state of the light after passing through the liquid crystal cell is the sum of the polarization changes caused by a number of liquid crystal molecules in different directions.
この結果、液晶セルに垂直に入射した光は直線偏光が保たれるが、液晶セルに対して傾斜した方向から入射した光に関しては、偏光が乱されて入射光に応じた楕円偏光となる。このため、液晶セルの出射側にある偏光板で楕円偏光による漏れが生じるため、黒表示の透過率が上がり液晶セルのコントラスト特性が悪くなる。 As a result, the light vertically incident on the liquid crystal cell is kept linearly polarized, but the light incident from the direction inclined with respect to the liquid crystal cell is disturbed to become elliptically polarized light corresponding to the incident light. For this reason, leakage due to elliptically polarized light occurs in the polarizing plate on the emission side of the liquid crystal cell, and the transmittance of black display is increased and the contrast characteristics of the liquid crystal cell are deteriorated.
また実際に、液晶プロジェクタ装置の液晶セルに対する照射光の入射角度成分は、５°〜１５°までの光が主になっている。つまり、照射光は、垂直入射する光がほとんど含まれておらず、大部分が傾斜角度を持って入射するため、この液晶分子のプレチルト角等の影響を受けて偏光状態が変化してしまう。 Actually, the incident angle component of the irradiation light with respect to the liquid crystal cell of the liquid crystal projector device is mainly light of 5 ° to 15 °. That is, the irradiation light contains almost no light that enters perpendicularly, and most of the incident light is incident with an inclination angle, so that the polarization state changes under the influence of the pretilt angle of the liquid crystal molecules.
そこで、液晶分子のプレチルトに伴う遅相方向と進相方向との間の位相差を打ち消すために、液晶セルと偏光板との間に、液晶セルにおいて発生する位相差を補償するための光学補償層として位相差フィルムを設ける構成が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。また、光源からの強い光に長時間晒されることによる光学補償層（位相差フィルム）の劣化を防止するために、無機材料を用いて光学補償層の構造性複屈折体（すなわち位相差フィルム）を形成する構成も提案されている（例えば下記特許文献２参照）。 Therefore, in order to cancel the phase difference between the slow phase and the fast phase due to the pretilt of the liquid crystal molecules, optical compensation for compensating for the phase difference generated in the liquid crystal cell between the liquid crystal cell and the polarizing plate. The structure which provides retardation film as a layer is proposed (for example, refer the following patent document 1). In addition, in order to prevent deterioration of the optical compensation layer (retardation film) due to exposure to strong light from a light source for a long time, a structural birefringent body (that is, retardation film) of the optical compensation layer using an inorganic material is used. The structure which forms is proposed (for example, refer to the following patent document 2).
しかしながら、以上のような光学補償層を設けた液晶表示装置においては、光学補償層を設けたことによってコントラストの向上が図られるものの、投射された黒表示は、図７（ａ）と図７（ｂ）に示すように、対角線上に明るい部分と暗い部分とが発生してしまう場合がある。特に、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色に対応させて３枚の液晶セルを組み込んだ３枚板構成の液晶表示装置においては、各色光の視野角特性の最適化が不十分であり、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色光を組み合わせて投射したときに、上記のような表示ムラが発生してしまう。 However, in the liquid crystal display device provided with the optical compensation layer as described above, although the contrast is improved by providing the optical compensation layer, the projected black display is shown in FIGS. As shown in b), a bright part and a dark part may occur on the diagonal line. In particular, in a three-plate liquid crystal display device incorporating three liquid crystal cells corresponding to three colors of red light (R), green light (G), and blue light (B), the viewing angle of each color light The optimization of the characteristics is insufficient, and when the R, G, and B color lights are combined and projected, the above-described display unevenness occurs.
このような表示ムラは、コントラストの向上によって表面化した問題であり、光源の特性や偏光板にも課題が残されているが、光学補償層にも問題が考えられる。 Such display unevenness is a problem that has been surfaced due to an improvement in contrast, and problems remain in the characteristics of the light source and the polarizing plate, but there are also problems in the optical compensation layer.
そこで本発明は、液晶セルと光学補償層とを備えた複数の光変調部において変調した光を合成して得られる画像において、コントラストのムラを防止して表示性能の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention can improve display performance by preventing unevenness of contrast in an image obtained by synthesizing light modulated by a plurality of light modulation units including a liquid crystal cell and an optical compensation layer. An object is to provide a liquid crystal display device.
このような目的を達成するための本発明は、液晶セルと、当該液晶セルを狭持する状態で配置された偏光板と、液晶セルと偏光板との間に狭持された光学補償層とからなる複数の光変調部を備え、これらの複数の光変調部で変調された光を合成して表示する液晶表示装置である。このような構成において、特に各光学補償層は、当該各光学補償層が設けられた前記光変調部に入射される光の波長範囲毎に、当該光変調部で変調される各波長の光が所定の視野角特性となるように個別に設計されていることを特徴としている。 The present invention for achieving such an object includes a liquid crystal cell, a polarizing plate disposed in a state of sandwiching the liquid crystal cell, and an optical compensation layer sandwiched between the liquid crystal cell and the polarizing plate. The liquid crystal display device includes a plurality of light modulation units, and combines and displays the light modulated by the plurality of light modulation units. In such a configuration, in particular, each optical compensation layer has light of each wavelength modulated by the light modulation unit for each wavelength range of light incident on the light modulation unit provided with the optical compensation layer. It is characterized by being individually designed to have a predetermined viewing angle characteristic.
このような構成の液晶表示装置では、各液晶セルに設ける光学補償層を、各液晶セルに入射される光の波長範囲毎に個別に設計する構成としたことで、各液晶セルに入射される全ての波長範囲の光に対して、適切な視野角特性での光変調が行われるようになる。 In the liquid crystal display device having such a configuration, the optical compensation layer provided in each liquid crystal cell is individually designed for each wavelength range of light incident on each liquid crystal cell, so that it is incident on each liquid crystal cell. Light modulation with appropriate viewing angle characteristics is performed for light in the entire wavelength range.
以上説明したように本発明によれば、各液晶セルに入射される全ての波長範囲の光に対して適切な視野角特性を有するように光変調を行うことが可能になるため、複数の光変調部で適切な視野角特性に変調した各波長範囲の光を合成して得られる画像において、高コントラストでありながらも、コントラストのムラを防止して表示性能の向上を図ることが可能になる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform light modulation so as to have appropriate viewing angle characteristics for light in all wavelength ranges incident on each liquid crystal cell. In an image obtained by synthesizing light in each wavelength range modulated to an appropriate viewing angle characteristic by the modulation unit, it is possible to improve display performance by preventing unevenness of contrast while maintaining high contrast. .
次に、本発明の液晶表示装置の実施形態として、液晶セルをライトバルブとして用いた投射型の液晶表示装置の構成を説明する。以下においては、液晶表示装置の全体構成、この液晶表示装置に設けられる光変調部の構成、この光変調部に設けられる光学補償板の構成の順に説明する。 Next, as an embodiment of the liquid crystal display device of the present invention, a configuration of a projection type liquid crystal display device using a liquid crystal cell as a light valve will be described. Hereinafter, the overall configuration of the liquid crystal display device, the configuration of the light modulation unit provided in the liquid crystal display device, and the configuration of the optical compensator provided in the light modulation unit will be described in this order.
＜液晶表示装置の全体構成＞
図１は、本発明が適用される投射型の液晶表示装置１の全体構成図である。この図に示す投射型の液晶表示装置１は、いわゆる液晶プロジェクタであり、光源２からの光（照明光）ｈを赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇの３原色に分離し、各色光対して液晶セルをライトバルブとして１枚ずつ用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式のプロジェクタである。
<Overall configuration of liquid crystal display device>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a projection type liquid crystal display device 1 to which the present invention is applied. A projection-type liquid crystal display device 1 shown in this figure is a so-called liquid crystal projector, which separates light (illumination light) h from a light source 2 into three primary colors of red light R, blue light B, and green light G, and outputs each color light. On the other hand, the projector is a so-called three-plate type projector that performs color image display by using one liquid crystal cell as a light valve.
この液晶表示装置１には、リフレクタ２ａの焦点位置に発光部２ｂを配置してなる光源２が備えられ、光源２からの光ｈの光路上にはマルチレンズアレイ３，４が順次配置されている。これらのマルチレンズアレイ３，４は、後で説明する液晶セルの被照射領域（すなわち、画素形成のための光変調を行う有効開口に相当する）のアスペクト比にほぼ等しい相似型の外形形状を有している。このマルチレンズアレイ３、４で集光された光の光路上には、偏光変換ブロック５が配置され、集光された光を所定の偏光方向の光に偏光する。すなわち、光源２から出射した無偏光（Ｐ偏光波＋Ｓ偏光波）の光は、偏光変換ブロック５を通過することによって、液晶セルに対応した所定の偏光方向（例えば、Ｐ偏光波）の光に変換される。なお、偏光変換ブロック５の説明については省略する。 The liquid crystal display device 1 includes a light source 2 in which a light emitting unit 2b is disposed at a focal position of a reflector 2a. Multi-lens arrays 3 and 4 are sequentially disposed on an optical path of light h from the light source 2. Yes. These multi-lens arrays 3 and 4 have a similar external shape that is substantially equal to the aspect ratio of an irradiated area of a liquid crystal cell described later (that is, equivalent to an effective aperture for performing light modulation for pixel formation). Have. A polarization conversion block 5 is disposed on the optical path of the light collected by the multi-lens arrays 3 and 4, and polarizes the collected light into light having a predetermined polarization direction. That is, the non-polarized light (P-polarized wave + S-polarized wave) emitted from the light source 2 passes through the polarization conversion block 5 and becomes light having a predetermined polarization direction (for example, P-polarized wave) corresponding to the liquid crystal cell. Converted. The description of the polarization conversion block 5 is omitted.
偏光変換ブロック５によって例えばＰ偏光波に変換された光の光路には、平凸レンズ６が配置され、偏光変化ブロック５からの光を集光して、効率良く液晶セルを備えた光変調部に照射する構成となっている。平凸レンズ６から出射した白色光の光路上には、赤色光Ｒのみを透過するダイクロイックミラー７が配置されており、これを透過する赤色光Ｒに対して緑色光Ｇおよび青色光Ｂが反射して分光される。 A plano-convex lens 6 is arranged in the optical path of the light converted into, for example, a P-polarized wave by the polarization conversion block 5, and the light from the polarization change block 5 is condensed and efficiently put into the light modulation unit including the liquid crystal cell. It is the composition which irradiates. A dichroic mirror 7 that transmits only the red light R is disposed on the optical path of the white light emitted from the plano-convex lens 6, and the green light G and the blue light B are reflected by the red light R that passes through the mirror. To be split.
ダイクロイックミラー７を透過した赤色光Ｒの光路上にはミラー８が配置され、ミラー８で反射させた赤色光Ｒの光路上には、凸平レンズ９および光変調部１０がこの順に配置される。一方、ダイクロイックミラー７で反射した緑色光Ｇおよび青色光Ｂの光路上には、青色光Ｂを透過させ緑色光Ｇを反射するダイクロイックミラー１１が配置される。ダイクロックミラー１１で反射した緑色光Ｇの光路上には、凸平レンズ１２および光変調部１３がこの順に配置される。そして、ダクロックミラー１１を透過した青色光Ｂの光路上には、リフーレンズ１４、ミラー１５、リフーレンズ１６、ミラー１７、凸平レンズ１８、および光変調部１９がこの順に配置される。 A mirror 8 is disposed on the optical path of the red light R that has passed through the dichroic mirror 7, and the convex flat lens 9 and the light modulator 10 are disposed in this order on the optical path of the red light R reflected by the mirror 8. . On the other hand, a dichroic mirror 11 that transmits the blue light B and reflects the green light G is disposed on the optical path of the green light G and the blue light B reflected by the dichroic mirror 7. On the optical path of the green light G reflected by the dichroic mirror 11, a convex flat lens 12 and a light modulator 13 are arranged in this order. On the optical path of the blue light B that has passed through the daclock mirror 11, the re-fu lens 14, the mirror 15, the re-fu lens 16, the mirror 17, the convex lens 18, and the light modulator 19 are arranged in this order.
各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの最終段に設けられた光変調部１０，１３，１９は、液晶セルを備えて構成され液晶表示装置１におけるライトバルブとして用いられるものであり、後で説明するように本発明に特徴的な構成となっている。 The light modulators 10, 13, and 19 provided at the final stage of each color light R, G, and B are configured to include liquid crystal cells and are used as light valves in the liquid crystal display device 1, and will be described later. The structure is characteristic to the present invention.
そして、これらの３つの光変調部１０、１３、１９で光変調された各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの光路上には、１つのクロスプリズム２０および投射レンズ２２がこの順に配置されている。このクロスプリズム２０は、例えば複数のガラスプリズムを接合して外形が形成され、各ガラスプリズムの接合面には、所定の光学特性を有している干渉フィルタ２１ａ、２１ｂが形成されている。例えば、干渉フィルタ２１ａは赤色光Ｒを反射して緑色光Ｇを透過するように構成されている。また、干渉フィルタ２１ｂは、青色光Ｂを反射して緑色光Ｇを透過するように構成されている。したがって、赤色光Ｒは干渉フィルタ２１ａで、また青色光Ｂは干渉フィルタ２１ｂで投射レンズ２２の方向に反射される。そして、緑色光Ｇは、干渉フィルタ２１ａ、２１ｂを透過することにより、投射レンズ２２に到達し、ここで各色光が１つの光軸に合成され、スクリーンに向けて投射される。 A single cross prism 20 and a projection lens 22 are arranged in this order on the optical paths of the respective color lights R, G, and B light-modulated by these three light modulators 10, 13, and 19. The cross prism 20 has, for example, a plurality of glass prisms joined together to form an outer shape, and interference filters 21a and 21b having predetermined optical characteristics are formed on the joint surfaces of the glass prisms. For example, the interference filter 21a is configured to reflect red light R and transmit green light G. The interference filter 21b is configured to reflect the blue light B and transmit the green light G. Therefore, the red light R is reflected by the interference filter 21a and the blue light B is reflected by the interference filter 21b in the direction of the projection lens 22. Then, the green light G reaches the projection lens 22 by passing through the interference filters 21a and 21b, where each color light is combined on one optical axis and projected toward the screen.
＜光変調部の構成＞
図２（ａ）は、上記液晶表示装置に設けられた各光変調部１０，１３，１９の構成を説明する図である。これらの光変調部１０，１３，１９は、入射側の偏光板１０１、液晶セル１０２、出射側の偏光板１０３を光路上に順次設置してなり、例えばクロスニコルに配置された２枚の偏光板１０１-１０３間に液晶セル１０２が狭持された構成となっている。そして特に、液晶セル１０２と２枚の偏光板１０２，１０３との間の少なくとも一方に、本発明に特徴的な設計である光学補償層を用いた光学補償板１０４が配置されている。尚、液晶セル１０２の両面は防塵ガラス１０２ａ、１０２ｂで構成されていることが好ましい。
<Configuration of light modulator>
FIG. 2A is a diagram illustrating the configuration of each of the light modulation units 10, 13, and 19 provided in the liquid crystal display device. These light modulators 10, 13, and 19 are configured by sequentially installing an incident-side polarizing plate 101, a liquid crystal cell 102, and an emitting-side polarizing plate 103 on the optical path. For example, two polarizing plates arranged in crossed Nicols The liquid crystal cell 102 is sandwiched between the plates 101-103. In particular, an optical compensation plate 104 using an optical compensation layer, which is a design characteristic of the present invention, is disposed at least between the liquid crystal cell 102 and the two polarizing plates 102 and 103. In addition, it is preferable that both surfaces of the liquid crystal cell 102 are configured by dust-proof glasses 102a and 102b.
以上のような構成の光変調部１０，１３，１９において、各液晶セル１０２は同一に設計されたものである。ここでは、例えばツイスト角９０°のツイストネマチック（ＴＮ）モードで動作されるものであることとする。また各液晶セル１０２は、マイクロレンズが搭載された構成であっても良い。 In the light modulators 10, 13, and 19 configured as described above, the liquid crystal cells 102 are designed identically. Here, for example, it is assumed that the device is operated in a twisted nematic (TN) mode with a twist angle of 90 °. Further, each liquid crystal cell 102 may have a configuration in which a microlens is mounted.
これに対して、光学補償板１０４は、以降で詳細に説明するように、各液晶セル１０２に入射する光の波長範囲毎に所定の視野角特性が得られるように個別に設計されているところが特徴的である。具体的には、各光学補償板１０４は、当該各光学補償板１０４と、各液晶セル１０２とを備えた光変調部１０，１３，１９で変調される各波長の光が、略同一の視野角特性となるように設計されていることとする。 On the other hand, the optical compensator 104 is individually designed so as to obtain a predetermined viewing angle characteristic for each wavelength range of light incident on each liquid crystal cell 102, as will be described in detail later. It is characteristic. Specifically, each optical compensator 104 has substantially the same field of view for the light of each wavelength modulated by the optical modulators 10, 13, and 19 including the optical compensator 104 and the liquid crystal cell 102. It is assumed that it is designed to have angular characteristics.
これらの各光変調部１０，１３，１９は、入射側の偏光板１０１側から入射して、出射側の偏光板１０３から出射した光が、ここでの図示を省略したクロスプリズム（２０）および投影レンズ２２に入射されるように、液晶表示装置内に配置される。そして、各光変調部１０，１２，１９で変調された光が、クロスプリズム（２０）で合成されて投影レンズ２２を介してスクリーン３０上に拡大投影される構成となっている。この際、各変調部１０、１３、１９で変調された光の視野角特性が線対称の形状を有している状態であり、各変調部１０，１３，１９で変調された光の視野角特性が同一方向に重なるように合成される配置状態であることとする。 Each of these light modulators 10, 13, and 19 is configured so that light incident from the incident-side polarizing plate 101 side and emitted from the outgoing-side polarizing plate 103 is not shown here. It arrange | positions in a liquid crystal display device so that it may inject into the projection lens 22. FIG. The light modulated by each of the light modulation units 10, 12, and 19 is combined by the cross prism (20) and enlarged and projected onto the screen 30 via the projection lens 22. At this time, the viewing angle characteristics of the light modulated by each of the modulation units 10, 13, and 19 have a line-symmetric shape, and the viewing angle of the light modulated by each of the modulation units 10, 13, and 19 It is assumed that the arrangement state is such that the characteristics are combined so as to overlap in the same direction.
尚、光変調部１０，１３，１９の構成は、液晶セル１０２と２枚の偏光板１０２，１０３との間の少なくとも一方に、光学補償板(光学補償層）１０４が狭持されていれば良い。このため、図２（ｂ）に示すように、光学補償層を用いた光学補償板１０４を、液晶セル１０２に密着させて一方側のみに設けた構成としても良い。この場合、光学補償板１０４を防塵用として配置しても良く、光学補償板１０４の基材となる基板が液晶セルの基板を兼ねても良い。また。光学補償板１０４が、液晶セル１０２の両側に配置される場合には、一方のみを液晶セル１０２に密着させて設けても良く、両方を液晶セル１０２に密着させても良い。 The configuration of the light modulators 10, 13, and 19 is as long as an optical compensation plate (optical compensation layer) 104 is sandwiched between at least one of the liquid crystal cell 102 and the two polarizing plates 102 and 103. good. Therefore, as shown in FIG. 2B, an optical compensation plate 104 using an optical compensation layer may be provided on only one side in close contact with the liquid crystal cell 102. In this case, the optical compensation plate 104 may be disposed for dust prevention, and the substrate serving as the base material of the optical compensation plate 104 may also serve as the substrate of the liquid crystal cell. Also. When the optical compensators 104 are disposed on both sides of the liquid crystal cell 102, only one of them may be provided in close contact with the liquid crystal cell 102, or both may be in close contact with the liquid crystal cell 102.
＜光学補償板の構成＞
図３は、光学補償板１０４の一例を示す断面構成図である。この図に示すように、例えば光学補償板１０４は、２枚の透明基板２０１のそれぞれの一主面上に配向膜２０２を介して光学補償層２０３を設け、二層の光学補償層２０３を接着剤２０４によって貼り合わせた構成となっている。２層の光学補償層２０３，２０３は、その遅相軸が例えば８７°〜９３°の角度で略直交するように配置されることとする。
<Configuration of optical compensator>
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of the optical compensation plate 104. As shown in this figure, for example, in the optical compensation plate 104, an optical compensation layer 203 is provided on one main surface of each of two transparent substrates 201 via an alignment film 202, and two optical compensation layers 203 are bonded. The structure is bonded by the agent 204. The two optical compensation layers 203 and 203 are arranged so that their slow axes are substantially orthogonal at an angle of, for example, 87 ° to 93 °.
このような構成の各光学補償板１０４においては、光学補償層２０３の構成によって、それぞれの視野角特性が設定される。このため、各光学補償板１０４においては、各光学補償層２０３が、これらが設けられた光変調部（１０，１３，１９）に入射される光の波長範囲毎に所定の視野角特性が得られるように個別に設計されているところが特徴的である。具体的には、上述したように、各光学補償層２０３は、これらを備えた光変調部（１０，１３，１９）で変調される各波長の光が、略同一の視野角特性となるように設計されているのである。ここで視野角特性が略同一であるとは、同様の方位角方向に同様の大きさのコントラストを示す状態であることとする。 In each optical compensation plate 104 having such a configuration, the viewing angle characteristics are set according to the configuration of the optical compensation layer 203. For this reason, in each optical compensation plate 104, each optical compensation layer 203 obtains a predetermined viewing angle characteristic for each wavelength range of light incident on the light modulation section (10, 13, 19) provided with the optical compensation layer 203. It is distinctive that it is designed individually. Specifically, as described above, each optical compensation layer 203 is configured so that light of each wavelength modulated by the light modulation unit (10, 13, 19) provided with these has substantially the same viewing angle characteristics. Is designed. Here, “substantially the same viewing angle characteristic” means that the same azimuth angle direction shows a contrast of the same magnitude.
本実施形態においては、各光学補償層２０３が設けられた光変調部（１０，１３，１９）に入射される各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対する液晶セル（１０２）の視野角特性と略同一の視野角特性となるように、各光学補償層２０３が設計されていることとする。具体的には、λｒ＝６５０ｎｍの赤色光Ｒが入射される光変調部１０の光学補償層２０３ｒは、液晶セル１０２で変調される赤色光（λｒ＝６５０ｎｍ）Ｒの視野角特性と略同一の視野角特性となるように設計されている。そして、λｇ＝５５０ｎｍの緑色光Ｇが入射される光変調部１３の光学補償層２０３ｇは、液晶セル１０２で変調される緑色光（λｇ＝５５０ｎｍ）Ｇの視野角特性と略同一の視野角特性となるように設計されている。同様に、λｂ＝４５０ｎｍの青色光Ｂが入射される光変調部１９の光学補償層２０３ｂは、液晶セル１０２で変調される青色光（λｒ＝４５０ｎｍ）Ｂの視野角特性と略同一の視野角特性となるように設計されている。 In the present embodiment, the viewing angle characteristics of the liquid crystal cell (102) with respect to each color light R, G, B incident on the light modulator (10, 13, 19) provided with each optical compensation layer 203 are substantially the same. It is assumed that each optical compensation layer 203 is designed so as to have a viewing angle characteristic. Specifically, the optical compensation layer 203r of the light modulation unit 10 to which the red light R having λr = 650 nm is incident is substantially the same as the viewing angle characteristic of the red light (λr = 650 nm) R modulated by the liquid crystal cell 102. Designed to provide viewing angle characteristics. The optical compensation layer 203g of the light modulation unit 13 on which the green light G of λg = 550 nm is incident is substantially the same as the viewing angle characteristic of the green light (λg = 550 nm) G modulated by the liquid crystal cell 102. It is designed to be. Similarly, the optical compensation layer 203b of the light modulator 19 to which the blue light B of λb = 450 nm is incident has a viewing angle characteristic substantially the same as the viewing angle characteristic of the blue light (λr = 450 nm) B modulated by the liquid crystal cell 102. Designed to be characteristic.
ここで、液晶セル１０２の視野角特性と光学補償層２０３の視野角特性が略同一であるとは、次のことを示す。先ず、例えば液晶セル１０２と光学補償層２０３とをそれぞれ個別に２枚の偏光板間に狭持させた構造体を想定する。そして、各構造体に対して所定波長の光を透過させた場合の各視野角特性が、同様の方位角方向に同様の大きさのコントラストを示す状態であることとする。 Here, the fact that the viewing angle characteristics of the liquid crystal cell 102 and the viewing angle characteristics of the optical compensation layer 203 are substantially the same indicates the following. First, for example, a structure in which the liquid crystal cell 102 and the optical compensation layer 203 are individually sandwiched between two polarizing plates is assumed. And each viewing angle characteristic at the time of transmitting the light of a predetermined wavelength with respect to each structure shall be in the state which shows the contrast of the same magnitude | size in the same azimuth angle direction.
このような構成により、各光学補償層２０３を備えた各光変調部（１０，１３，１９）で変調される各波長の光が、略同一の視野角特性となるように設計されているのである。 With such a configuration, the light of each wavelength modulated by each light modulator (10, 13, 19) provided with each optical compensation layer 203 is designed to have substantially the same viewing angle characteristics. is there.
光学補償層２０３の視野角特性は、各光学補償板１０４を構成する光学補償層２０３の位相差によって調整される。このため、各光学補償層２０３ｒ，２０３ｇ，２０３ｂは、それぞれ異なる位相差を有した構成となる。 The viewing angle characteristic of the optical compensation layer 203 is adjusted by the phase difference of the optical compensation layer 203 constituting each optical compensation plate 104. For this reason, each optical compensation layer 203r, 203g, 203b has a configuration having a different phase difference.
ここで、光学補償層２０３は、液晶材料のような所定の複屈折率を備えた材料を硬化させてなり、材料の複屈折率Δｎと光学補償層２０３に要求される位相差とによって決められた所定の膜厚ｔを有している。本実施形態においては、光学補償層２０３ｒ，２０３ｇ，２０３ｂは同一材料を用いて構成され、その膜厚ｔが個別に設定された値となっていることとする。 Here, the optical compensation layer 203 is formed by curing a material having a predetermined birefringence, such as a liquid crystal material, and is determined by the birefringence Δn of the material and the phase difference required for the optical compensation layer 203. It has a predetermined film thickness t. In the present embodiment, the optical compensation layers 203r, 203g, and 203b are configured using the same material, and the film thickness t is a value set individually.
一例として、ＴＮモードの液晶セル１０２におけるツイスト角が９０°〜９２°で構成されており、光学補償層２０３として複屈折率約Δｎ＝０．１７からなる材料を用いている場合であれば、赤色光Ｒ用の光学補償層２０３ｒの膜厚ｔｒ＝０．４５μｍ、緑色光Ｇ用の光学補償層２０３ｇの膜厚ｇ＝０．５０μｍ、青色光Ｂ用の光学補償層２０３ｂの膜厚ｔｂ＝０．４０μｍとなれば良い。尚、このような光学補償層２０３の膜厚ｔは、０．４０μｍ〜０．６０μｍ程度が良い。 As an example, when the twist angle in the TN mode liquid crystal cell 102 is 90 ° to 92 ° and a material having a birefringence of about Δn = 0.17 is used as the optical compensation layer 203, The film thickness tr of the optical compensation layer 203r for red light R = 0.45 μm, the film thickness g of the optical compensation layer 203g for green light G = 0.50 μm, and the film thickness tb of the optical compensation layer 203b for blue light B = It may be 0.40 μm. Note that the film thickness t of the optical compensation layer 203 is preferably about 0.40 μm to 0.60 μm.
尚、本実施形態においては、１つの光学補償板１０４に２層の光学補償層２０３が設けられている構成を例示している。この場合、１つの光学補償板１０４を構成する２層の光学補償層２０３，２０３の両方ともが、それぞれ上記設計で構成されていることとする。 In the present embodiment, a configuration in which two optical compensation layers 203 are provided on one optical compensation plate 104 is illustrated. In this case, it is assumed that both of the two optical compensation layers 203 and 203 constituting one optical compensation plate 104 are configured by the above design.
図４には以上のような構成の光学補償板１０４の製造手順を示す。この図４と共に、先の図３を参照しながら作製手順を説明すると、先ず、工程Ｂ１，Ｂ４においては、それぞれ２枚の透明基板２０１を用意する。これらの透明基板２０１は、透明絶縁性基板でも良いし、液晶セルの基板を兼ねる場合には、ＴＦＴ素子などのスイッチング素子や透明電極が形成されていても良い。 FIG. 4 shows a manufacturing procedure of the optical compensator 104 having the above configuration. The manufacturing procedure will be described with reference to FIG. 3 together with FIG. 4. First, in steps B1 and B4, two transparent substrates 201 are prepared. These transparent substrates 201 may be transparent insulating substrates, and in the case of serving also as a substrate for a liquid crystal cell, switching elements such as TFT elements and transparent electrodes may be formed.
次に、工程Ｂ２，Ｂ５においては、透明基板２０１上に配向膜２０２を塗布する。これらの配向膜２０２は、光硬化型配向膜を用いて光配向処理されたものでも良いし、ラビング処理によって形成されたものでも良い。 Next, in steps B2 and B5, an alignment film 202 is applied on the transparent substrate 201. These alignment films 202 may be photo-aligned using a photo-curable alignment film, or may be formed by rubbing.
次に、工程Ｂ３，Ｂ６においては、それぞれの透明基板２０１上に配向膜２０２を介して光学補償層２０３を形成する。この際、配向膜２０２上に光学補償層２０３の前駆体材料を塗布し、これを硬化させることにより光学補償層２０３を得る。また、塗布時の膜厚を制御することにより、形成される各光学補償相２０３（２０３ｒ，２０３ｇ，２０３ｂ）の膜厚ｔ（ｔｒ，ｔｇ，ｔｂ）を調整する。尚、塗布はインクジェット方式によって行っても良い。 Next, in steps B3 and B6, the optical compensation layer 203 is formed on each transparent substrate 201 via the alignment film 202. At this time, the precursor material of the optical compensation layer 203 is applied on the alignment film 202 and is cured to obtain the optical compensation layer 203. Further, the film thickness t (tr, tg, tb) of each optical compensation phase 203 (203r, 203g, 203b) to be formed is adjusted by controlling the film thickness at the time of application. In addition, you may perform application | coating by an inkjet system.
その後の工程Ｂ７においては、光学補償層２０３を内側に向け、それぞれの配向膜２０２の配向方向が所定状態（例えば遅相軸が８７°〜９３°の角度で略直交）となるように２枚の透明基板２０１を対向配置させ、これらの間を接着剤２０４で接着する。これによって、光学補償基板１０４を完成させる。尚、光学補償層２０１の材料が、アクリル系であるならば接着剤２０４の材料もアクリル系を選定することが好ましい。 In the subsequent step B7, two sheets are arranged so that the optical compensation layer 203 faces inward, and the alignment direction of each alignment film 202 is in a predetermined state (for example, the slow axis is substantially orthogonal at an angle of 87 ° to 93 °). The transparent substrates 201 are arranged to face each other, and an adhesive 204 is used to bond between them. Thereby, the optical compensation substrate 104 is completed. If the material of the optical compensation layer 201 is acrylic, it is preferable that the material of the adhesive 204 is also acrylic.
尚、このようにして形成された光学補償板１０４は、図２を参照し、液晶セル１０２に対して、光学補償板１０４を構成する光学補償層（２０３）が偏光板との間に位置し、平行となるような所定状態に配置して固定させる。尚、液晶セル１０２と光学補償層１０４とは、接着剤を介して固定されていても良い。 In the optical compensation plate 104 formed in this way, referring to FIG. 2, the optical compensation layer (203) constituting the optical compensation plate 104 is positioned between the liquid crystal cell 102 and the polarizing plate. And fixed in a predetermined state so as to be parallel. Note that the liquid crystal cell 102 and the optical compensation layer 104 may be fixed via an adhesive.
また、光学補償板１０４の構成は、上述したように入射される光の波長範囲毎に個別に設計された光学補償層２０３ｒ，２０３，２０３ｂを備えていれば良く、光学補償層２０３ｒ，２０３，２０３ｂは単層で用いられても良い。 In addition, the configuration of the optical compensation plate 104 may include the optical compensation layers 203r, 203, and 203b individually designed for each wavelength range of incident light as described above. 203b may be used in a single layer.
以上図１〜図３を用いて説明した構成の液晶表示装置１では、各液晶セル１０２に設ける光学補償層２０３を、各液晶セル１０２に入射される光の波長範囲毎に個別に設計する構成としたことで、各液晶セル１０２に入射される各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての波長範囲の光に対して、適切な視野角特性での光変調を行うことが可能になる。 In the liquid crystal display device 1 having the configuration described above with reference to FIGS. 1 to 3, the optical compensation layer 203 provided in each liquid crystal cell 102 is individually designed for each wavelength range of light incident on each liquid crystal cell 102. As a result, it is possible to perform light modulation with appropriate viewing angle characteristics on the light of all the wavelength ranges of the respective color lights R, G, and B incident on each liquid crystal cell 102.
ここで図５には、同一設計の液晶セルを用いた各構成の光変調部においての、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対する視野角特性を示す。図５の上段は、光学補償層を設けずに構成された光変調部の視野角特性である。図５の中段は、同一設計の光学補償層を用いて構成された光変調部(従来例）の視野角特性である。図５の下段は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に個別に設計した光学補償層を用いて構成された光変調部(実施形態例）の視野角特性であり、赤色光Ｒ用の光学補償層の膜厚ｔｒ＝０．４５μｍ、緑色光Ｇ用の光学補償層の膜厚ｇ＝０．５０μｍ、青色光Ｂ用の光学補償層の膜厚ｔｂ＝０．４０μｍとしている。 Here, FIG. 5 shows viewing angle characteristics with respect to the respective color lights R, G, and B in the light modulators of the respective configurations using liquid crystal cells of the same design. The upper part of FIG. 5 shows the viewing angle characteristics of the light modulation unit configured without the optical compensation layer. The middle part of FIG. 5 shows the viewing angle characteristics of a light modulation unit (conventional example) configured using optical compensation layers of the same design. The lower part of FIG. 5 shows the viewing angle characteristics of a light modulation unit (embodiment example) configured using an optical compensation layer individually designed for each color light R, G, and B. Optical compensation for red light R The layer thickness tr = 0.45 μm, the green light G optical compensation layer thickness g = 0.50 μm, and the blue light B optical compensation layer thickness tb = 0.40 μm.
図５に示した各視野角特性から明らかなように、実施形態例のように設計された光学補償層を用いた光変調部では、従来例と比較して、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの全てにおいて、互いに垂直な４つの方位角方向で高いコントラストが得られ、視野角特性が向上していることがわかる。また各色光Ｒ，Ｇ，Ｂ間の視野角特性が類似してそのバラツキが小さく抑えられていることがわかる。このため、これらの視野角特性が類似する各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成することにより、コントラストのムラを防止することが可能になる。 As is clear from the viewing angle characteristics shown in FIG. 5, in the light modulation section using the optical compensation layer designed as in the embodiment, each color light R, G, B is compared with the conventional example. In all, it can be seen that high contrast is obtained in four azimuth directions perpendicular to each other, and the viewing angle characteristics are improved. In addition, it can be seen that the viewing angle characteristics between the color lights R, G, and B are similar, and the variation is suppressed to be small. For this reason, it is possible to prevent unevenness in contrast by combining the respective color lights R, G, and B having similar viewing angle characteristics.
図６には、これらの視野角特性を類似させた各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを、視野角特性が同一方向に重なるように合成して投射した黒表示を示す。この図６と、図７に示した従来例での黒表示とを比較し、本実施形態例のように視野角特性が類似する各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを合成することで、コントラストのムラを低減できることが確認された。 FIG. 6 shows a black display in which the respective color lights R, G, and B having similar viewing angle characteristics are combined and projected so that the viewing angle characteristics overlap in the same direction. FIG. 6 is compared with the black display in the conventional example shown in FIG. 7, and the respective color lights R, G, and B having similar viewing angle characteristics as in the present embodiment are combined, so that the unevenness of contrast is obtained. It was confirmed that can be reduced.
以上説明したように本発明によれば、各液晶セルに入射される全ての波長範囲の光に対して適切な視野角特性を有するように光変調を行うことが可能になるため、複数の光変調部で適切な視野角特性に変調した各波長範囲の光を合成して得られる画像において、高コントラストでありながらも、コントラストのムラを防止して表示性能の向上を図ることが可能になる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform light modulation so as to have appropriate viewing angle characteristics for light in all wavelength ranges incident on each liquid crystal cell. In an image obtained by synthesizing light in each wavelength range modulated to an appropriate viewing angle characteristic by the modulation unit, it is possible to improve display performance by preventing unevenness of contrast while maintaining high contrast. .
尚、上述した実施形態においては、液晶セルがＴＮモードである場合を説明した。しかしながら、液晶セルの動作モードは、ＴＮモードに限定されることはなく、ＶＡモードやＥＣＢモードであっても良く、また反射型の液晶セルを用いた構成にも適用可能であり、同様の効果を得ることができる。また、本発明は、異なる波長範囲の光を、液晶セルを備えた複数の光変調部によって変調して合成する構成であれば、投射型液晶プロジェクタだけでなく、直視型の液晶表示パネルにも同様に適用することが可能であり、同様の効果を得ることが可能である。 In the above-described embodiment, the case where the liquid crystal cell is in the TN mode has been described. However, the operation mode of the liquid crystal cell is not limited to the TN mode, and may be a VA mode or an ECB mode, and can be applied to a configuration using a reflective liquid crystal cell. Can be obtained. In addition, the present invention can be applied not only to a projection type liquid crystal projector but also to a direct view type liquid crystal display panel as long as it is configured to modulate and synthesize light in different wavelength ranges by a plurality of light modulation units having liquid crystal cells. It is possible to apply similarly, and it is possible to obtain the same effect.
１…液晶表示装置、１０，１３，１９…光変調部、２０…クロスプリズム、１０１，１０３…偏光板、１０２…液晶セル、１０４…光学補償板、２０３…光学補償層、Ｂ…青色光、Ｇ…緑色光、Ｒ…赤色光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display device 10, 13, 19 ... Light modulation part, 20 ... Cross prism, 101, 103 ... Polarizing plate, 102 ... Liquid crystal cell, 104 ... Optical compensation plate, 203 ... Optical compensation layer, B ... Blue light, G ... green light, R ... red light
Claims (7)
前記各光学補償層は、当該各光学補償層が設けられた前記光変調部に入射される光の波長範囲毎に、当該光変調部で変調される各波長の光が所定の視野角特性となるように個別に設計されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 A plurality of light modulation units each including a liquid crystal cell, a polarizing plate disposed in a state of sandwiching the liquid crystal cell, and an optical compensation layer sandwiched between the liquid crystal cell and the polarizing plate, In a liquid crystal display device that combines and displays the light modulated by the light modulation unit of
Each optical compensation layer has a predetermined viewing angle characteristic for each wavelength modulated by the light modulation unit for each wavelength range of light incident on the light modulation unit provided with the optical compensation layer. A liquid crystal display device that is individually designed to be
前記各光学補償層は、当該各光学補償層と前記各液晶セルとを備えた前記光変調部で変調される各波長の光が、略同一の視野角特性となるように設計されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1.
Each of the optical compensation layers is designed so that light of each wavelength modulated by the light modulation unit including the optical compensation layer and the liquid crystal cell has substantially the same viewing angle characteristics. A liquid crystal display device.
前記各液晶セルは同一に設計されたものであり、
前記各光学補償層は、当該各光学補償層が設けられた前記光変調部に入射される波長範囲の光に対する前記液晶セルの視野角特性と略同一の視野角特性となるように設計されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1.
Each liquid crystal cell is designed identically,
Each of the optical compensation layers is designed to have substantially the same viewing angle characteristics as the viewing angle characteristics of the liquid crystal cell with respect to light in a wavelength range incident on the light modulation unit provided with the optical compensation layers. A liquid crystal display device characterized by comprising:
前記各液晶セルは同一に設計されたものであり、
前記光学補償層は、当該各光学補償層が設けられた前記光変調部毎に異なる位相差を有している
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1.
Each liquid crystal cell is designed identically,
The liquid crystal display device, wherein the optical compensation layer has a different phase difference for each of the light modulation portions provided with the optical compensation layers.
前記光学補償層は、膜厚によって位相差が調整されている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1.
A phase difference of the optical compensation layer is adjusted by a film thickness.
前記光変調部は、赤色光用、緑色光用、青色光用の各波長範囲に対応して設けられると共に、
前記各光変調部を構成する前記液晶セルは同一に設計されたものであり、
前記各光変調部を構成する前記各光学補償層の膜厚が、厚い方から順に緑色光用、赤色光用、青色光用となっている
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 5.
The light modulator is provided corresponding to each wavelength range for red light, green light, and blue light,
The liquid crystal cells constituting each of the light modulators are designed identically,
The liquid crystal display device, wherein the thickness of each of the optical compensation layers constituting each of the light modulation units is for green light, red light, and blue light in order from the thickest.
前記各光学補償層は、当該各光学補償層と前記各液晶セルとを備えた前記光変調部で変調される各波長の光が、略同一の視野角特性となるように設計されており、
前記各光変調部で変調された光の視野角特性が同一方向に重なるように合成される
ことを特徴とする液晶表示装置。 The liquid crystal display device according to claim 1.
Each of the optical compensation layers is designed such that light of each wavelength modulated by the light modulation unit including the optical compensation layers and the liquid crystal cells has substantially the same viewing angle characteristics.
The liquid crystal display device, wherein the viewing angle characteristics of the light modulated by each of the light modulation units are combined so as to overlap in the same direction.
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