JP4639785B2 - 位相差板、液晶パネル、投射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば投射型表示装置に使用される位相差板および液晶パネル、ならびに当該液晶パネルを供えた投射型表示装置に関する。

光源から出力された光を、例えば透過型の液晶パネ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液晶プロジェクタ装置が知られている。

一方、ノート型パーソナルコンピュータ等に用いられる直視型液晶パネルでは、複数のユーザーがある程度の角度を有した位置から同一の画面を見ることが想定されるため、例えば４０度以上の広い視野角特性でのコントラストを考慮した構成を採っている。

その一例として、ディスコティック液晶や棒状液晶、その他の３次元複屈折をもつ位相差フィルムを用いて上記直視型液晶パネルの光学特性を補正して視野角特性の改善を行っている。

ところで、ランプのリフレクタの光軸方向に出射した光を変調するライトバルブとして液晶パネルを使用し、投射型光学系でスクリーンに投射する構成の液晶プロジェクタ装置では、コントラストの向上を図る場合、その液晶パネ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、入射側偏光板から出射した直線偏光が、映像信号を変調する液晶パネルによって楕円偏光になり、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する。

一般的に、液晶パネルの液晶分子には、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、液晶パネ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である。

上記プレチルト角の影響で、液晶パネル面に角度をもって、入射した光は偏光が乱れる。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。すなわち、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（光学歪）が生じ、結果として楕円偏光となる。

また、液晶パネルの表示面に対して、ある方位角に対して傾斜した光については、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。また、ある方位角に対して傾斜した光については、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。

上述したように、種々の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。すなわち、液晶パネ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。

この結果、液晶パネルに垂直に入射した光は直線偏光が保たれるが、ある程度斜めから入射した光は偏光が乱されて、入射光に応じた楕円偏光となる。このため、液晶パネ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ことから、黒表示の透過率が上がり、液晶パネルのコントラスト特性が悪くなる。

実際に、液晶プロジェクタ装置の液晶パネルに対する照射光の角度成分は、５°から１５°までの光が主である。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。この問題点を解決するための手段として、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、すなわち液晶層の光学歪を補償する位相差板が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００１−４２３１４号公報

上記特許文献１に開示されている位相差板は延伸方法を用いて作製されているため、面内の光軸はすべて同じ方向を向いている。直視型液晶デイスプレイでは、ほぼ動作温度が室温に近い。しかし、投射型液晶プロジェクタの場合は、動作温度が、例えば、６０℃などの高温になってしまう。

そのため、位相差層の光軸がずれる。特に、位相差層の面内端部の光軸がずれることによって、コントラストのムラが発生する。すなわち、スクリーンに投影した画像の黒特性が、動作するにつれ変化してしまう。特に、スクリーンの四隅に、黒特性の変化が顕著に現れ、画像特性に問題が発生する。

本発明の第１の目的は、使用状態における温度において適切な光学補償を行うことができる位相差板を提供することにある。

本発明の第２の目的は、使用状態における温度において適切な光学補償を行うことができる位相差板を備えることにより、コントラストを向上させることができる液晶パネルおよび投射型表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の位相差板は、基板と、前記基板上に、液晶ポリマを使用して形成された位相差層とを有し、前記位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記基準光軸と前記４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記位相差層の温度が、投影中の温度である４０℃〜６０℃の場合に、前記４隅の光軸の方向が前記基準光軸に揃うように規定されたものである。

上記の本発明の位相差板では、位相差層は面内における中央部の光軸を基準光軸として、４隅を含む周辺部における光軸が常温において異なる方向に形成されている。ここで、位相差板に光が照射されると、使用状態において位相差板の温度が上昇し、位相差層の材料と基板の材料との線膨張係数の相違から、位相差層の光軸の向きが変化する。本発明では、使用状態における温度において位相差層の４隅の光軸の方向が基準光軸に揃うように規定されている。

上記の目的を達成するため、本発明の位相差板は、基板と、前記基板上に、各々液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層および第２の位相差層とを有し、前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、前記第１および第２の位相差層の温度が、投影中の温度である４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定されたものである。

上記の本発明の位相差板では、上記構成のため、第１および第２の位相差層は面内における中央部の互いの光軸の交差角度を基準交差角度として、４隅を含む周辺部における交差角度が常温において異なって形成されている。ここで、位相差板に光が照射されると、使用状態において位相差板の温度が上昇し、位相差層の材料と基板の材料との線膨張係数の相違から、第１および第２の位相差層の光軸の向きが変化する。本発明では、使用状態における温度において、第１および第２の位相差層の４隅における互いの光軸の交差角度が基準交差角度に略一致するように規定されている。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶パネルは、液晶層と、前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板と、前記第１の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に、液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層と、前記第２の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に、液晶ポリマを使用して形成された第２の位相差層とを有し、前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、前記第１および第２の位相差層の温度が、投影中の温度である４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定されたものである。あるいは、前記第１の位相差層および前記第２の位相差層は、いずれもが、前記第１の基板または前記第２の基板のいずれかの側に配置されているものである。

上記の本発明の液晶パネルでは、上記構成のため、第１および第２の位相差層は、面内における中央部の互いの光軸の交差角度を基準交差角度として、４隅を含む周辺部における交差角度が常温において異なって形成され、所定の温度にまで上昇した際に４隅における互いの光軸の交差角度が基準交差角度に略一致するように規定されている。
このため、使用状態においては第１および第２の位相差層の面内における位相差むらが抑制され、液晶層の面内において均一な光学補償がなされる。

上記の目的を達成するため、本発明の投射型液晶表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する液晶パネルと、前記液晶パネルにより変調された光を投射する投射手段とを有し、前記液晶パネルは、液晶層、前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板、前記第１の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層、ならびに前記第２の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に液晶ポリマを使用して形成された第２の位相差層、を備え、前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、前記第１および第２の位相差層の温度が、投影中の温度である４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定されたものである。あるいは、前記第１の位相差層および前記第２の位相差層は、いずれもが、前記第１の基板または前記第２の基板のいずれかの側に配置されているものである。

上記の本発明の投射型表示装置では、上記構成のため、第１および第２の位相差層は、面内における中央部の互いの光軸の交差角度を基準交差角度として、４隅を含む周辺部における交差角度が常温において異なって形成され、所定の温度、すなわち投射時の温度にまで上昇した際に４隅における互いの光軸の交差角度が基準交差角度に略一致するように規定されている。
このため、投射時においては第１および第２の位相差層の面内における位相差むらが抑制され、液晶層の面内において均一な光学補償がなされる。

本発明の位相差板によれば、使用状態における温度において適切な光学補償を行うことができる。
本発明の液晶パネルおよび投射型表示装置によれば、使用状態における温度において適切な光学補償を行うことができる位相差板を備えることにより、コントラストを向上させることができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。下記内容は、主に、ＴＮ（Twisted Nematic）−ＬＣＤモードを用いた液晶プロジェクタを例に挙げて、説明する。しかし、本発明は、ＴＮ−ＬＣＤモードに限定されず、ＶＡ（Vertical Alignment）−ＬＣＤモードやＳＴＮ(Super Twisted Nematic）−ＬＣＤモードにも使用することができる。

<位相差板の光軸について>
まず、従来の高コントラスト投射型液晶プロジェクタの問題点について、説明する。

従来の位相差板を設置した高コントラスト液晶プロジェクタで投射された黒表示は、図１（ａ）と図１（ｂ）に示すように、対角線上に明るい部分と暗い部分ができてしまうことがある。この品質不良の一因は、位相差板にあると考えられる。

位相差板は、２層以上の位相差層から形成されていることが多い。通常、長波長側へ向かってリタデーション（位相差値；複屈折と厚みの積で表される位相差板の特性）が高くなる波長分散（逆分散）が位相差板に要求されるが、単一の層のみでは位相差層を構成する高分子材料の波長分散は長波長側へ向かってリタデーションが低下する傾向があるため、２つの位相差層（あるいは位相差板）を用いることにより逆分散を得るためである。例えば、ＴＮ−ＬＣＤモードにおいて、２層の位相差層の光軸は、積層されたとき、室温（常温）で約９０°の交差角度を有することが多い。

図２に示すように、室温（常温：２５℃）において、各位相差板の光軸の交差角度は、中央部（Ａ１）と四隅（Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１）で、ほぼ同じに構成されている。しかし、プロジェクタに位相差板を設置し投影していると、位相差板の温度は、投射光の影響により、４０℃〜６０℃くらいに上昇する。この温度の上昇によって、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように、位相差板の光軸がずれる。すなわち、四隅の角度は、室温のときの角度より、小さくなったり、大きくなったりする。

例えば、図３（ａ）に示すように、中央部での光軸の交差角度Ａ２が、９０°のとき、光軸の交差角度Ｂ２及びＤ２が９０°より小さくなった場合は、光軸角度Ｃ２及びＥ２の角度は、大きくなる。また、図３（ｂ）に示すように、中央部での光軸の角度Ａ２’が、９０°のとき、光軸の角度Ｂ２’及びＤ２’が９０°より大きくなった場合は、光軸角度Ｃ２’及びＥ２’の角度は、小さくなる。

上述した現象は、位相差層を形成している物質と位相差層を支持する基板の線膨張率が異なるために発生すると考えられる。すなわち、位相差層を構成する材料と基板の線膨張率の違いにより、位相差層の光軸がずれるのである。

したがって、位相差層を構成する材料と基板の線膨張率の違いにより、従来の技術では、対角線上に明るい部分と暗い部分を有する黒表示となる現象が発生していた。

上記線膨張率の違いにより、位相差層の面内端部の光軸がずれ、コントラストのムラが発生する。すなわち、温度が上昇するにつれ位相差板の光軸が変化するので、スクリーンの四隅における黒特性の変化が顕著に現れ、画像特性に問題が発生してしまう。

<位相差板の構成>
上記問題点を解決するために、本実施形態では、例として、以下に示すような位相差板の構成について説明する。位相差板の構成としては、大別して図４〜図６に示す３つの種類がある。

１つは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、位相差板１ａと位相差板１ｂとを組み合わせて用いる方法である。

位相差板１ａは、透明なガラス基板などからなる基板２ａと、基板２ａ上に形成された配向膜３ａと、配向膜３ａ上に形成された第１の位相差層４ａとを有する。配向膜３ａに施された配向処理に応じて、第１の位相差層４ａの光軸の向きが調整される。配向膜３ａは、例えば光照射により配向が可能な光配向膜により形成される。第１の位相差層４ａは、例えば液晶ポリマにより形成される。

位相差板１ｂは、透明なガラス基板などからなる基板２ｂと、基板２ｂ上に形成された配向膜３ｂと、配向膜３ｂ上に形成された第２の位相差層４ｂとを有する。配向膜３ｂおよび第２の位相差層４ｂの材料については、配向膜３ａおよび第１の位相差層４ａと同様である。

図５に示す位相差板１は、１つの基板２の一方面に、配向膜３ａを介して第１の位相差層４ａが形成され、さらに、配向膜３ｂと第２の位相差層４ｂとが積層されて構成された例である。

図６に示す位相差板１は、１つの基板２の一方面に配向膜３ａを介して第１の位相差層４ａが形成され、基板２の他方面に配向膜３ｂを介して第２の位相差層４ｂが形成されて構成された例である。

上記の位相差板１ａ，１ｂは、例えば液晶パネルの外側に配置されるか、液晶パネルに貼り付けられて使用される。また、位相差板１の場合には、基板２が液晶パネルの基板であってもよい。あるいは、位相差板１を液晶パネルに貼り付けるか、液晶パネルの外側に配置して使用してもよい。

本実施形態では、各位相差層４ａ，４ｂは、面内における光軸が常温において異なる方向に形成される。ここで、位相差層４ａ，４ｂにおいて、一般に屈折率が大きくなる方向を遅相軸といい、遅相軸の直角方向を進相軸という。ここでは、遅相軸を光軸という。なお、進相軸を光軸としてもよい。

図７（ａ）は第１の位相差層４ａの常温における光軸の向きを示す模式図であり、図７（ｂ）は第２の位相差層４ｂの常温における光軸の向きを示す模式図である。

第１の位相差層４ａは、中央部における垂直方向の光軸Ａｘ１を基準光軸として、周辺部における光軸Ａｘ２，Ａｘ３，Ａｘ４，Ａｘ５が常温において基準光軸Ａｘ１とは異なる方向に形成されている。例えば、一方の対角線方向に存在する光軸Ａｘ２，Ａｘ３は、基準光軸Ａｘ１に対して回転方向（右回り）Ｒにずれて形成されている。また、他方の対角線方向に存在する光軸Ａｘ４，Ａｘ５は、基準光軸Ａｘ１に対して回転方向（左回り）Ｌにずれて形成されている。

第２の位相差層４ｂは、中央部における水平方向の光軸Ｂｘ１を基準光軸として、周辺部における光軸Ｂｘ２，Ｂｘ３，Ｂｘ４，Ｂｘ５が常温において基準光軸Ｂｘ１とは異なる方向に形成されている。例えば、一方の対角線方向に存在する光軸Ｂｘ２，Ｂｘ３は、基準光軸Ｂｘ１に対して回転方向（左回り）Ｌにずれて形成されている。また、他方の対角線方向に存在する光軸Ｂｘ４，Ｂｘ５は、基準光軸Ｂｘ１に対して回転方向（右回り）Ｒにずれて形成されている。

この結果、第１の位相差層４ａと第２の位相差層４ｂの互いの光軸の交差角度は、図８（ａ）に示されるようになる。

すなわち、常温において、中央部での光軸の交差角度Ａ３を９０°に設定した場合に、一方の対角線上にある光軸の交差角度Ｂ３及びＤ３が９０°より小さくなるように設定され、他方の対角線上にある光軸の交差角度Ｃ３及びＥ３は、９０°より大きくなるように設定される。

あるいは、図８（ｂ）に示すように、中央部での光軸の交差角度Ａ３’を９０°に設定した場合に、一方の対角線上にある光軸の交差角度Ｂ３’及びＤ３’を９０°より大きく設定するときが好ましいときは、他方の対角線上における光軸の交差角度Ｃ３’及びＥ３’を９０°より小さくする。

室温において、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、中央部での光軸の交差角度と、対角線上にある四隅の光軸の交差角度を変えることにより、投射型プロジェクタの動作時、すなわち、位相差板の温度が上昇したとき、図９（ａ）および図９（ｂ）のように、光軸の交差角度を、面内で略一致させる。

上記したように、温度上昇に伴う位相差層の光軸のずれは、対角線方向に特に顕著となっている。このため、少なくとも対角線上に位置する４隅の光軸を中央部の光軸に対して異ならせることが好ましい。対角線上に位置する部分以外の光軸の向きは、中央部と４隅の中間に規定しても、中央部と同じに設定してもよい。例えば配向膜３ａ，３ｂとして光配向膜を用いる場合には、位相差層の面内における光軸の向きを多種類に調整可能である。しかし、通常のラビング処理により配向させる場合には、スループットの観点から面内における光軸の向きを多種類に調整することは困難なため、４隅の光軸のみを異ならせることが好ましい。

いずれにしても、常温において周辺部、特に４隅の交差角度を予め基準交差角度からずらしておき、使用状態の温度において周辺部における光軸の交差角度を基準交差角度に略一致させる。

上記の本実施形態に係る位相差板を投射型液晶表示装置に使用した場合に、実際に、図１０に示すように、使用状態の温度において、むらのない高品位かつ高コントラストの画像を表示させることができた。

<位相差板の作製方法>
上記の位相差板の作製方法の例について説明する。なお、本例では、一例として、図４（ａ）に示す位相差板１ａの作製方法について説明する。

まず、位相差板に用いる基板２ａを作製する。基板２ａとして、例えば、透明絶縁性基板を用意する。なお、液晶パネルと一体に作製する場合には、ＴＦＴ素子などのスイッチング素子や透明電極が付いた透明絶縁基板であってもよい。

次に、基板２ａの上に配向膜３ａを塗布する。上記配向膜３ａは、光硬化型配向膜を用いることが好ましい。光配向膜を形成する露光工程において、複数回の露光処理を行っても良いし、一枚のフォトマスクにおいて、一枚の位相差板の四隅に対応する領域の配向方向を変更しても良い。

次に、配向膜の上に位相差層材料を塗布する。例えば、位相差層材料として液晶ポリマを使用する。液晶ポリマは、配向膜の配向方向に従って液晶分子が配向する。これにより、面内に複数の光軸を有する位相差板１ａを作製することができる。位相差板１ｂの作製方法については、位相差板１ａと同様である。なお、位相差板１ａと位相差板１ｂを貼り合せても良い。

このときの各位相差層４ａ、４ｂの法線方向に対するリタデーションは、８０ｎｍ以下であることが好ましい。また、各位相差層４ａ，４ｂの光軸（配向軸）の方向が、少なくとも液晶層の面内における中央部分の光軸に対して、周辺部分が０．５°〜５°異なることが好ましい。これは、温度の上昇に伴い、上記の角度範囲で光軸の変化が確認されたためである。

図５および図６に示す位相差板１の作製では、さらに同一の基板に、配向膜３ｂおよび第２の位相差層４ｂを形成すればよい。

上記の本実施形態に係る位相差板により、室温における面内の光軸の交差角度の値を変更し、投射温度時においては、面内の光軸を揃えることが可能となる。この結果、本実施形態に係る位相差板により、液晶層の光学歪を面内において均一に補償することができる。

＜液晶パネルおよび光変調手段の構成＞
次に、上記の位相差板と液晶パネルを組み合わせて構成される光変調手段について、図１１および図１２を参照して説明する。

図１１（ａ）では、入射側の偏光板１１と、液晶パネル１２と、出射側の偏光板１３とを有する光変調手段１０ａにおいて、本実施形態に係る位相差板１ａおよび位相差板１ｂが、液晶パネル１２の前後に設置される例である。投射型表示装置に用いられる液晶パネル１２の外側には、防塵ガラス１２ａ，１２ｂが存在する。防塵ガラス１２ａ，１２ｂの内側には、図示はしないが、液晶層とこれを挟む一対の基板が存在する。液晶パネル１２の画素に入射した全ての光線は、各画素において光変調されて、投射レンズ１４によって、スクリーン１５に拡大投影される。

また、例えば、図１１（ｂ）に示す構成も可能である。光変調手段１０ｂでは、防塵ガラス１２ａ、１２ｂを備えた液晶パネル１２と、出射側の偏光板１３の間に、２つの位相差板１ａ、１ｂが設置されている。あるいは、液晶パネル１２と入射側の偏光板１１の間に、位相差板１ａ、１ｂを設置してもよい。

さらに、図１２（ａ）に示すように、独立した部品としての位相差板を設置するのではなく、液晶パネル１２内に位相差層を作り込んでもよい。例えば、光変調手段１０ｃでは、液晶パネル１２の防塵ガラス１２ａの内側に第１の位相差層４ａが形成され、防塵ガラスの内側に第２の位相差層４ｂが形成されている。この場合には、各位相差層４ａ，４ｂの光軸を規制するための配向膜は防塵ガラス１２ａ，１２ｂとの間、あるいは図示しない内側の基板との間に形成される。

また、図１２（ｂ）に示す光変調手段１０ｄのように、液晶パネル１２において出射側の防塵ガラス１２ｂの内側に、２つの位相差層４ａ，４ｂを作製してもよい。あるいは、液晶パネル１２において入射側の防塵ガラス１２ａの内側に、２つの位相差層４ａ，４ｂを形成してもよい。

なお、図示された構造だけでなく、液晶パネル１２の防塵ガラス１２ａ，１２ｂの外側に配向膜を介して２つの位相差層４ａ，４ｂを形成してもよい。この場合には、各防塵ガラス１２ａ，１２ｂ上に１つずつの位相差層を形成しても、一方の防塵ガラス上にのみ２つの位相差層を形成してもよい。また、マイクロレンズを搭載した液晶パネルにも使用することができる。

図１１および図１２に示すように本発明の位相差板あるいは位相差層を用いることにより、高コントラストかつ高品質の投射画像を得ることが出来る。

＜液晶プロジェクタ装置の構成＞
次に、上記の光変調手段１０ａ〜１０ｄのいずれかを用いて構成される投射型液晶表示装置について説明する。

図１３は、本実施形態の投射型液晶表示装置の全体構成の一例を示す図である。本実施形態の投射型液晶表示装置２０は、３枚の透過型液晶パネルを用いて画像表示を行ういわゆる３板式の投射型液晶表示装置である。しかし、本発明は、３板式の投射型液晶表示装置だけに限らず、１枚の透過型液晶パネルを用いて画像表示を行ういわゆる単板式の投射型液晶表示装置に用いることもできる。以下に詳細について説明する。

３板式の投射型液晶表示装置では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に、光変調手段１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが設置される。光変調手段１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成は、図１１および図１２を参照して説明した光変調手段１０ａ〜１０ｄのいずれかに相当する。

図１３に示されている投射型液晶表示装置２０において、ランプ２２はリフレクタ２２ａの焦点位置に発光部２２ｂを有し、ランプ２２から照射する光は、リフレクタ２２ａの光軸に、ほぼ平行な光として、その開口部から前方に出射される。

ランプ２２の後段には、光変調手段１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ中の液晶パネルの被照射領域（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をした外形を有している複数のレンズセルが、例えば、正方配列されているマルチレンズアレイ２３と、上記マルチレンズアレイ２３のレンズセルに対向するように複数のレンズセルが形成されているマルチレンズアレイ２４が配置されている。このマルチレンズアレイ２３、２４で集光された光は、偏光変換ブロック２５によって、所定の偏光方向の光に偏光される。すなわち、ランプ２２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２５を通過することによって、光変調手段１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ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。

偏光変換ブロック２５によって、例えばＰ偏光波に変換された光は、偏光変換ブロック２５の後段に配置されている平凸レンズ２６に入射する。この平凸レンズ２６は、偏光変換ブロック２５からの光を集光して、効率良く、光変調手段１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを照射する。

平凸レンズ２６から出射した光、すなわち白色光は、まず赤色光Ｒを通過するダイクロイックミラー２７に入射して、ここで赤色光Ｒは通過し、緑色Ｇ及び青色光Ｂが反射する。このダイクロイックミラー２７を透過した赤色光Ｒはミラー２８により、進行方向を例えば９０°曲げられて平凸レンズ２９を介して光変調手段１０Ｒに導かれる。

一方、ダイクロイックミラー２７で反射した緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、青色光Ｂを透過するダイクロイックミラー３０に入射して、緑色光Ｇと青色光Ｂに分離される。すなわち、緑色光Ｇは反射して、平凸レンズ３１を介して光変調手段１０Ｇに導かれる。また、青色光Ｂはダイクロイックミラー３０を透過して直進し、リレーレンズ３２、ミラー３３、リレーレンズ３４、ミラー３５、平凸レンズ３６を介して光変調手段１０Ｂに導かれる。

光変調手段１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂで光変調された各色光は、それぞれクロスプリズム３７に入射する。このクロスプリズム３７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る。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３７ａ、３７ｂが形成されている。例えば、干渉フィルタ３７ａ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３７ｂ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３７ａで、また青色光Ｂは干渉フィルタ３７ｂで投射レンズ３８の方向に反射される。そして、緑色光Ｇは、干渉フィルタ３７ａ、３７ｂを透過することにより、投射レンズ３８に到達し、ここで各色光が１つの光軸に合成されるようになる。

上記の本実施形態に係る投射型液晶表示装置では、上記した本実施形態に係る位相差層あるいは位相差板を備えることにより、高コントラスト、かつ、コントラストむらのない高品質の表示を得ることができる。特に、単独の部品としての位相差板ではなく、位相差層４ａ，４ｂを備えた液晶パネルを用いることにより、投射型液晶表示装置の小型化を図ることができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明の位相差板あるいは位相差層は、ＴＮ−ＬＣＤ型の液晶パネルやＶＡ−ＬＣＤ型の液晶パネルを用いた投射型液晶表示装置だけでなく、直視型の液晶パネルにも同様に適用することができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

温度上昇に伴って発生するコントラストむらを説明するための図である。 従来の位相差層の光軸設計の一例を示す図である。 投射時の温度における位相差層の光軸の変化を説明するための図である。 本実施形態に係る位相差板の構成を説明するための図である。 位相差板の他の構成例を示す図である。 位相差板の他の構成例を示す図である。 各位相差層の常温における光軸の向きを示す図である。 常温における２つの位相差層の光軸の交差角度を示す図である。 投射温度における２つの位相差層の光軸の交差角度を示す図である。 本実施形態に係る位相差板の効果を説明するための図である。 本実施形態に係る液晶パネルの構成を示す図である。 本実施形態に係る液晶パネルの構成を示す図である。 本実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…位相差板、２…基板、２ａ…第１の基板，２ｂ…第２の基板、３ａ，３ｂ…配向膜、４ａ…第１の位相差層、４ｂ…第２の位相差層、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…光変調手段、１１…偏光板、１２…液晶パネル、１２ａ…防塵ガラス、１２ｂ…防塵ガラス、１３…偏光板、１４…投射レンズ、１５…スクリーン、２０…投射型表示装置、２２…ランプ、２２ａ…リフレクタ、２２ｂ…発光部、２３，２４…マルチレンズアレイ、２５…偏光変換ブロック、２６…平凸レンズ、２７…ダイクロイックミラー、２８…ミラー、２９…平凸レンズ、３０…ダイクロイックミラー、３１…平凸レンズ、３２…リレーレンズ、３３…ミラー、３４…リレーレンズ、３５…ミラー、３６…平凸レンズ、３７…クロスプリズム、３７ａ…干渉フィルタ、３７ｂ…干渉フィルタ、３８…投射レンズ

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に、液晶ポリマを使用して形成された位相差層とを有し、
   前記位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記基準光軸と前記４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記４隅の光軸の方向が前記基準光軸に揃うように規定された、
   投射型液晶表示装置用の位相差板。
2. 前記位相差層の前記４隅の光軸において、前記位相差層の第１の対角線方向の二つの隅の光軸は前記基準光軸に対して、右回りまたは左回りの第１の回転方向に前記交差角度を有し、前記第１の対角線と交差する第２の対角線方向の二つの隅の光軸は前記基準光軸に対して、前記第１の回転方向とは逆向きの第２の回転方向に前記交差角度を有する、
   請求項１記載の投射型液晶表示装置用の位相差板。
3. 基板と、
   前記基板上に、各々液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層および第２の位相差層とを有し、
   前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、
   前記第１および第２の位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定された、
   投射型液晶表示装置用の位相差板。
4. 前記第１の位相差層の４隅の光軸において、前記第１の位相差層の第１の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第１の位相差層の基準光軸に対して、右回りまたは左回りの第１の回転方向に前記交差角度を有し、前記第１の位相差層の第１の対角線と交差する第２の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第１の位相差層の基準光軸に対して、前記第１の回転方向とは逆向きの第２の回転方向に前記交差角度を有し、
   前記第２の位相差層の４隅の光軸において、前記第２の位相差層の第１の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第２の位相差層の基準光軸に対して、前記第２の回転方向に前記交差角度を有し、前記第２の位相差層の第１の対角線と交差する第２の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第２の位相差層の基準光軸に対して、前記第１の回転方向に前記交差角度を有し、
   前記第１の位相差層の第１の対角線方向と、前記第２の位相差層の第１の対角線方向とは同一方向である、
   請求項３記載の投射型液晶表示装置用の位相差板。
5. 前記第１および第２の位相差層は、法線方向におけるリタデーションが面内において１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下となるように形成された、
   請求項３記載の投射型液晶表示装置用の位相差板。
6. 液晶層と、
   前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板と、
   前記第１の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に、液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層と、
   前記第２の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に、液晶ポリマを使用して形成された第２の位相差層とを有し、
   前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、
   前記第１および第２の位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定された、
   投射型液晶表示装置用の液晶パネル。
7. 液晶層と、
   前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板と、
   前記第１の基板または前記第２の基板のいずれかの、前記液晶層と接する側とは反対側の上に、各々液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層および第２の位相差層とを有し、
   前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
   前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、
   前記第１および第２の位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定された、
   投射型液晶表示装置用の液晶パネル。
8. 前記第１の位相差層の４隅の光軸において、前記第１の位相差層の第１の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第１の位相差層の基準光軸に対して、右回りまたは左回りの第１の回転方向に前記交差角度を有し、前記第１の位相差層の第１の対角線と交差する第２の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第１の位相差層の基準光軸に対して、前記第１の回転方向とは逆向きの第２の回転方向に前記交差角度を有し、
   前記第２の位相差層の４隅の光軸において、前記第２の位相差層の第１の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第２の位相差層の基準光軸に対して、前記第２の回転方向に前記交差角度を有し、前記第２の位相差層の第１の対角線と交差する第２の対角線方向の二つの隅の光軸は前記第２の位相差層の基準光軸に対して、前記第１の回転方向に前記交差角度を有し、
   前記第１の位相差層の第１の対角線方向と、前記第２の位相差層の第１の対角線方向とは同一方向である、
   請求項６または７記載の投射型液晶表示装置用の液晶パネル。
9. 前記第１および第２の位相差層は、法線方向におけるリタデーションが面内において１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下となるように形成された、
   請求項６または７記載の投射型液晶表示装置用の液晶パネル。
10. 光源と、
    前記光源からの光を変調する液晶パネルと、
    前記液晶パネルにより変調された光を投射する投射手段とを有し、
    前記液晶パネルは、液晶層、前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板、前記第１の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層、ならびに前記第２の基板の前記液晶層と接する側とは反対側の上に液晶ポリマを使用して形成された第２の位相差層、を備え、
    前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
    前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
    前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、
    前記第１および第２の位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定された、
    投射型液晶表示装置。
11. 光源と、
    前記光源からの光を変調する液晶パネルと、
    前記液晶パネルにより変調された光を投射する投射手段とを有し、
    前記液晶パネルは、液晶層、前記液晶層の外側に対向して配置された第１の基板および第２の基板、ならびに前記第１の基板または前記第２の基板のいずれかの前記液晶層と接する側とは反対側の上に各々液晶ポリマを使用して形成された第１の位相差層および第２の位相差層、を備え、
    前記第１の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第１の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第１の位相差層の基準光軸と前記第１の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
    前記第２の位相差層の４隅の光軸は、常温において、前記第２の位相差層の基準光軸である中央部の光軸に対して異なる方向に形成され、前記第２の位相差層の基準光軸と前記第２の位相差層の４隅の光軸の交差角度が、右回りまたは左回りに０．５〜５°の範囲であり、
    前記第１の位相差層の基準光軸と、前記第２の位相差層の基準光軸とは直交する交差角度を有し、
    前記第１および第２の位相差層の温度が４０℃〜６０℃の場合に、前記第１の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第１の位相差層の基準光軸に、前記第２の位相差層の４隅の光軸の方向が前記第２の位相差層の基準光軸に揃うように規定された、
    投射型液晶表示装置。

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