(57)【要約】外部電子照明モジュール、例えば液晶セル（２５，２６，４０）は、偏光ビームスプリッタ（２４）を用いてプロジェクションランプからの光ビーム（Ｉ）を２つの偏光状態のビームに分離し、各偏光ビームの状態を選択的に変えて光の制御部分を除去し、状態が選択的に変えられたビームを再合成してプロジェクション装置の光学系に送る。特定分布の配向ベクトルを有するＬＣポリマーの中間層（２８）を、ＬＣ材料（３２）と光入射側のガラス基板（３０）との間に介在させる。セルをバイアスすると、この中間層（２８）がガラス基板（３０）とＬＣ境界層（３４）との間に存在する。或いは又、ハイブリッド配列のＬＣ層（４２）を（光入射側である）頂部ガラス基板（４４）と底部ガラス基板（４６）との間に設ける。このハイブリッド配列のＬＣ層（４２）は、頂部ガラス基板（４４）に隣接する側で例えば約４５〜９０°の大きなプレチルト角を有しており且つ底部ガラス基板（４６）に隣接する側で例えば１０°未満の小さいプレチルト角を有している。いずれの場合にも、セル（２６，４０）の光入射側において反射波の偏光が、コントラストを減少させるような影響を及ぼさないようになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速モードで動作でき高いコントラストを有する液晶ディスプレイ装置であって、
ａ）偏光の光源と、
ｂ）前記偏光が入射される表面を有する液晶セルと、
ｃ）コントラストを劣化させる前記表面における前記偏光の反射を低減させるか又は悪影響を及ぼさないものとするコントラスト向上手段と
を有する液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記液晶セルが、上部ガラス基板と下部ガラス基板との間でこれらに隣接して設けられた液晶バルク材料を有し、前記上部ガラス基板が前記表面を有する液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記コントラスト向上手段が、前記上部ガラス基板と前記液晶バルク材料との間に介在している光学異方性の中間層を有する液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記光学異方性の中間層が、予め定めた分布の配向ベクトルを有する液晶ポリマーである液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記光学異方性の中間層が、ホトポリマーを含んでいる液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記光学異方性の中間層が、前記上部ガラス基板及び前記下部ガラス基板間で斜めに蒸着されている液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記光学異方性の中間層が、斜めの粒子ビームによりエッチング形成されている液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記光学異方性の中間層が、ミリング処理により形成されている液晶ディスプレイ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置において、
前記コントラスト向上手段が、前記上部ガラス基板に隣接した側で約４５°〜９０°のプレチルト角を有するとともに、前記下部ガラス基板に隣接する側で１０°より小さいプレチルト角を有する液晶バルク材料を含んでいる液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置に関するものである。
高性能の単板式液晶（ＬＣ）プロジェクタには幾つかの理由から超高速応答ＬＣライトバルブを用いるのが好ましいとされている。例えば、このような高速応答はカラーシーケンスのアーティファクトを抑圧するのに必要な高速フレームで要求される。他の理由としては色の忠実性がある。すなわち、ライトバルブの応答速度が遅いと、色が混合し、色純度を劣化させてしまう。しかし、ライトバルブの応答速度をより速くすると、必要なコントラストが得られない。実際に、電気制御複屈折（ＥＣＢ）モードとして知られる応答速度の最も速いモードでは、入射光の偏光方向がＬＣ境界の配向ベクトル（即ちＬＣ境界層の光軸方向）に対して４５°の角度を成し、これによりコントラストの損失を最も大きくするという最悪の状態を生じる。従って、現在このような用途ではより遅い動作モードが用いられている。
【０００２】
本発明の目的は、改良した画質で画像を表示することができる液晶ディスプレイ装置を提供することにある。
【０００３】
この目的は、請求項１に特定した本発明による液晶ディスプレイ装置により達成される。
本発明は、入射光の偏光方向が光入射側のＬＣ配向ベクトルに対して平行又は垂直でないＥＣＢモードや他のモードのコントラストが、ライトバルブの光入射面における光の反射により制限されることに基づくものである。セルをバイアスすると、複屈折ＬＣ材料の薄肉層がＬＣ材料とガラス基板との界面に形成される。この複屈折ＬＣ材料の境界層が入射光を僅かに反射させる。反射された光は、入射光と同じ偏光方向を有するものではない。さらに、この反射による直接的な結果として透過光の偏光方向も変化する。これらの双方の影響がコントラストの損失につながる。
【０００４】
弊害のある反射を低減、排除又は無害化したディスプレイ装置の２つの例を以下に説明する。第一の例では、特定分布の配向ベクトルを有するＬＣポリマーの中間層を、ＬＣ材料と光の入射側のガラス基板との間に介在させる。この場合、セルをバイアスすると、この中間層がガラス基板とＬＣ境界層との間に存在するようになる。第二の例では、ハイブリッド配列のＬＣ層を、（光が入射する側である）頂部のガラス基板層と底部のガラス基板層との間に設ける。このハイブリッド配列のＬＣ層では、頂部基板に隣接する側を例えば約４５〜９０°の大きいプレチルト角とし、底部基板に隣接する側を例えば１０°未満の小さいプレチルト角とする。いずれの例においても、セルの光の入射側において反射される偏光が、コントラストを減少させるような影響を及ぼさないようになる。
本発明の他の好適例は従属項である請求項により特定されている。
【０００５】
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下の実施例を参照した説明から明らかとなるであろう。
上部ガラス基板１２及び下部ガラス基板１４と、ＬＣバルク材料１６とを有する代表的なＥＣＢセル１０の断面を、本来の無バイアス状態、即ち「明」状態で図１ａに示し、高バイアス状態で図１ｂに示す。ＬＣ材料を表すラインはＬＣ分子の配向を示すものである。バイアス状態のＬＣ材料は、ＬＣ分子が垂直に配向している中央層１８と、ＬＣ材料とガラス基板との接合部における上部境界層２０及び下部境界層２２とに分かれることに注意すべきである。
【０００６】
図２ａに示すようにＬＣセル２５をＥＣＢのライトバルブに用いる場合には、入射光Ｉは、軸線Ｓに沿ってＬＣセル２５の光軸に対して４５°の角度で偏光させる。無バイアスの「明」状態においては、ＬＣセルは、四分の一波長板として作用し、反射される光の偏光方向を（ｓ偏光からｐ偏光に）９０°回転させ、この光は偏光キューブ２４によりスクリーンに送られる。逆に、高電界状態においては、ＬＣバルクの層１８は垂直方向に配向し、入射光に対して等方性となる、即ち偏光方向に影響を及ぼさない。その一方で、薄肉の境界層２０及び２２は複屈折性となり、複屈折フィルム（図示せず）による補償が必要となる。良好に補償されたセルの全体的な複屈折率は０に近づくので、極めて良好な暗状態、従って高いコントラストを期待することができるように思われる。しかし、最善の努力をもってこの補償を行っても、従来のＥＣＢのＬＣセルが呈するコントラストはＴＮセルが呈するコントラストよりかなり低くなることが確かめられた。厳密な解析により、上部境界層において多量の光が漏洩することが分かった。この異方性の中間層は、異常方向に偏光された光（図２ｂ）及び常方向に偏光された光（図２ｃ）に対してそれぞれ異なる反射率を呈する。図２ｂで破線により表される２つの反射波ｒｅ及びｒｅ′が上部境界層において生じ、透過波Ｔｅの振幅を各境界通過時に減少させることになる。Ｔｅの振幅が小さくなる結果、出社する透過波Ｔの向きが変化し、この出射する透過波は入射波の偏光方向に対して直交する成分Ｔｐを有するようになる。反射波ｒｅ及びｒｅ′（図２ｂ）も入射波の偏光方向に対して直角な強い成分を有するため、これらも、図２ａに示す装置の暗状態における光の漏洩に加わることになる。
【０００７】
コントラストの減少を伴うことなく所望の高速応答性をもって動作するＬＣセルの２つの実施例を図３及び６に示す。図３のセル２６は、高電界状態における変態したＥＣＢセルを示すものである。特定分布の配向ベクトルを有する光学的異方性の中間層２８（ＬＣポリマー）を、境界層３４及び３６間のバルク層３２中にバイアスされた状態で示すＬＣ材料と、上部ガラス基板３０との間に介在させることにより、屈折率がガラス基板３０からバルク層３２に対する境界層３４まで徐々に変わることになるために反射率を減少させる。この異方性の中間層２８は、ホトポリマーとしてもよいし、斜めに蒸着させた層や、アルゴンイオンビームのような粒子ビームで斜めにエッチング又はミリング処理した層としてもよい。さらに、境界層と中間層とを組み合わせた層の実効厚を波長、例えば緑色の波長の２分の１の厚さとすることにより、その波長における反射を消滅させることができる。具体例では、ＬＣの屈折率をｎｏ＝１．５、ｎｅ＝１．７とし、境界層の厚さを７０〜１００ｎｍとすると、反射率が１〜１．５％と高くなる（図４）。ＬＣの屈折率と同じ屈折率を有し厚さを１６０ｎｍとした中間層を付加することにより、反射率は図５に示すように減少する。この場合、中間層２８は上部基板３０及びＬＣ境界層３４に隣接しており、ＬＣ境界層３６は下部基板３８に隣接している。中間層２８の厚さ及び異方性、即ち常光屈折率（ｎｏ）及び異常光屈折率（ｎｅ）には、中間層２８とＬＣ境界層３２とを組み合わせて最終的な等方性の積層体を形成する上で十分な自由度がある。中間層２８に対する適切な材料の一例としてはＬＣ（ホト）ポリマーがある。この中間層の内側のＬＣ配向ベクトルの配向分布は、種々の周知の方法で設定することができる。例えば、光の入射側においては基板に対して垂直な配向として、これを徐々に変化させて光の出射側においては基板に対して平行な配向となるようにすることができる。
【０００８】
表面の反射を低減又は排除するための他の手段は、図６に示すようにセル４０内のＬＣ分子の配列を変態させることである。光の入射側においては、頂部基板４４に対するＬＣ層４２のチルト角は極めて急峻な角度（例えば約４５°〜９０°）に設定し、ＬＣ層４２と下部基板４６との接合部においてはチルト角は殆ど平行（例えば０°〜１０°）とする。頂部基板４４に隣接するＬＣ境界層はチルト角を９０°とすると光学的に等方性となり、これに対し角度を減少させると異方性が増大する。後者の場合には、応答速度とコントラストとの間の所望の妥協点を得ることができる。
【０００９】
厳密な解析により、上部境界層２０において多量の光が漏洩することが分かった。この異方性層は、図２ｂ及び図２ｃにそれぞれ示すように異常方向及び常方向に偏光された光に対して異なる反射率を呈する。図２ｂにおいて破線で示す２つの反射波ｒｅ及びｒｅ′が境界層において生じ、透過波Ｔｅの振幅が各境界通過時に小さくなることになる。Ｔｅの振幅が小さくなる結果、出射する透過波Ｔの向きが変化し、この出射する透過光は入射波の偏光方向に対して直交する成分Ｔｐを有するようになる。反射波ｒｅ及びｒｅ′も入射波の偏光方向に対して直角な強い成分を有するため、これらも、装置の暗状態における光の漏洩に加わることになる。
【００１０】
中間層２８、すなわち特定分布の配向ベクトルを有するＬＣポリマーを、図３に示すようにＬＣ材料と頂部基板３０との間に介在させることにより、屈折率がガラス基板からバルク層に対する境界層まで徐々に変わることになるため、反射率を減少させる。このような構造は、異方性勾配屈折率層が、その下にある（同様に異方性の）ＬＣ境界層に対する反射防止層として作用し得る層になるの等価の構造である。さらに、境界層３４と中間層２８とを組み合わせた層の実効厚を、選択した波長、例えば緑色の波長の２分の１とすることにより、その波長における反射を完全に排除するようにすることができる。
【００１１】
バイアスした従来技術のセル１０（図１ｂ）及び本発明のセル２６のある波長範囲に亘る反射率を、比較としてそれぞれ図４及び５に示す。図示の例においては、ＬＣ屈折率をｎｏ＝１．５、ｎｅ＝１．７とし、境界層の厚さを７０〜１００ｎｍとした。補償がされてないセル１０における反射率は、関連するスペクトル全体に亘って１％〜１．５％の範囲にある（図４）。平行配列のＬＣポリマーを用いたセル２６の場合には反射率が大幅に改善された、すなわち著しく減少された（図５）。頂部基板４４の光入射側におけるプレチルト角を大きくし且つ低部基板４６に隣接する側におけるプレチルト角を小さくしたハイブリッド配列のＬＣ層４２を採用した図６のセル４０によっても同様の結果を得ることができる。
本発明の他の観点及び特徴は、図面、明細書及び特許請求の範囲の開示から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１ａは、従来技術のＥＣＢセルを無バイアス状態で示す線図であり、図１ｂは、従来技術のＥＣＢセルをバイアス状態で示す線図である。
【図２】図２ａ〜２ｄは、図１ａ及び１ｂのセルの動作特性を示す線図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例を用いたＬＣセルを示す線図である。
【図４】図４は、従来技術のＥＣＢセルの実際例における反射率対波長の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図３のＥＣＢの実施例における反射率対波長の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第２の実施例を用いたＬＣセルを示す線図である。
【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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