(57)【要約】【課題】高輝度化した場合にも寿命が短くならず、高コントラスト化が可能な、打ち上げ投射方式の液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明に係る液晶プロジェクタは、互いに対向して配置され、表示画素を規定する電極を備えた１対の基板と、この１対の基板間に封入される液晶層とを備え、電極への印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配列状態を変化させて、表示画素ごとに入射光を変調して出射する液晶パネル２５を有しており、その液晶層を、９０°とは異なったツイスト角度θｔで配列させ、液晶パネル２５への入射光の光軸１０を、基板の法線から、ツイスト角度θｔの外角側へ傾ける。【選択図】　図４
2004126177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置され、表示画素を規定する電極を備えた１対の基板と、前記１対の基板間に封入される液晶層とを備え、前記電極への印加電圧に応じて前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させて、前記表示画素ごとに入射光を変調して出射する光変調手段
を有し、
前記液晶層は、９０°とは異なるツイスト角度で配列されており、
前記光変調手段への前記入射光の光軸は、前記基板の法線から、前記ツイスト角度の外角側へ傾いている
液晶表示装置。
【請求項２】
前記ツイスト角度θｔは８０°≦θｔ°＜９０°であり、かつ、前記光軸と前記法線により規定される入射角ψは０°＜ψ≦１２°である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記光軸は、前記ツイスト角度の２等分線と前記法線を含む平面内において、前記法線から前記外角側へ傾いている
請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記２等分線が、所定の基準面に対して垂直になるように前記光変調手段は配置されている
請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記ツイスト角度θｔは、９０°を除いた８０°≦θｔ°＜９５°の範囲であり、かつ、前記光軸と前記法線により規定される入射角ψは０°＜ψ≦５°である
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記光軸は、前記ツイスト角度の２等分線と前記法線を含む平面内において、前記法線から前記外角側へ傾いている
請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記２等分線が、所定の基準面に対して垂直になるように前記光変調手段は配置されている
請求項６に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶による光変調を利用して画像を表示する液晶表示装置に関する。特定的には、本発明は、液晶のツイスト角度と液晶への光の入射方向に特定の関係を有する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶を利用した液晶表示装置の一例として、液晶プロジェクタがある。液晶プロジェクタにおいては、入射した光を画素単位で変調することが可能な液晶パネルを構成する。この液晶パネルによって、光源からの光を変調し、スクリーンに拡大投影する。
【０００３】
液晶プロジェクタの画像のコントラストを高めるために、位相差フィルムによって液晶のプレティルト角に起因する複屈折を補償することが知られている（たとえば特許文献１参照。）。
液晶プロジェクタの高輝度化に伴い、液晶パネルの光入射面に対して傾いて入射する光が増加している。液晶パネルへ傾いて入射する光は、液晶パネルの液晶とパネルとの界面にプレティルト角が存在する場合には、複屈折し、楕円偏光となる。したがって、楕円偏光のうちの、液晶パネルの出射側の偏光膜を透過する直線偏光成分が表示されることにより、黒を表示する場合にコントラストが低下する、いわゆる黒浮きが発生する。
特許文献１においては、液晶パネルと出射側偏光膜との間に位相差フィルムを配置することによって、複屈折を補償し、コントラストを高めている。
【０００４】
また、上記のように、液晶には液晶面へ入射する光の角度によってコントラストが変化する視角依存特性が存在する。
この視角依存特性を考慮して、最も高いコントラストが得られる方向から光を液晶パネルの光入射面に入射することにより高コントラスト化した、打ち上げ投射方式の液晶プロジェクタも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４３６２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、位相差フィルムの寿命は十分に長いとはいえない。したがって、位相差フィルムの寿命が液晶プロジェクタの寿命を規定する可能性が生じる。位相差フィルムの寿命は、液晶プロジェクタの輝度が高くなると、さらに短くなる。このため、位相差フィルムによる高コントラスト化には不利益が伴う。
【０００７】
一方、打ち上げ投射方式の液晶プロジェクタにおいて、液晶の捩れ角の大きさ等の特性と、入射光の光軸の傾きとの関係は考慮されていなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高輝度化した場合にも寿命が短くならず、高コントラスト化が可能な、打ち上げ投射方式の液晶表示装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向して配置され、表示画素を規定する電極を備えた１対の基板と、前記１対の基板間に封入される液晶層とを備え、前記電極への印加電圧に応じて前記液晶層の液晶分子の配列状態を変化させて、前記表示画素ごとに入射光を変調して出射する光変調手段を有し、前記液晶層は、９０°とは異なるツイスト角度で配列されており、前記光変調手段への前記入射光の光軸は、前記基板の法線から、前記ツイスト角度の外角側へ傾いている液晶表示装置である。
【００１０】
本発明においては、１対の基板を互いに対向して配置し、その間に液晶層を封入することにより光変調手段が形成される。
１対の基板の対向面に備えられた電極によって、表示画素が規定される。光変調手段は、電極へ印加される電圧に応じて、表示画素ごとに液晶層の液晶分子の配列状態を変化させて入射光を変調して出射することにより画像を表示する。
【００１１】
光変調手段中の液晶層は、１対の基板間におけるツイスト角度が、９０°とは異なる所定の角度になるように配列されている。
入射光は、光変調手段の基板の平坦な光入射面に対して、その法線から液晶層のツイスト角度の外角側へ傾いた方向から入射する。
液晶層は、入射した直線偏光の偏光軸を、ツイスト角度に応じて所定の角度回転させて出射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して述べる。なお、以下では、本発明の実施の形態として、液晶パネルからの透過光を投射する透過型の液晶プロジェクタを例に挙げて述べる。
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶プロジェクタの概略構成図である。
図１に示す液晶プロジェクタは、透過型の液晶パネルを３枚用いてカラー画像表示を行なう、いわゆる３板方式のプロジェクタである。
【００１３】
図１に図解の液晶プロジェクタは、光を発する光源１１と、１対の第１、第２レンズアレイ１２，１３と、それらの間に設けられ、光路（光軸１０）を第２レンズアレイ１３側に９０度曲げるように配置されたミラー１４とを備えている。ミラー１４は、好適には全反射ミラーである。
第１レンズアレイ１２と第２レンズアレイ１３には、それぞれ複数のマイクロレンズ１２Ｍ，１３Ｍが２次元的に配列されている。第１レンズアレイ１２、第２レンズアレイ１３は、光の照度分布を均一化させるためのものであり、入射した光を複数の小光束に分割する機能を有している。
【００１４】
光源１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光、青色光および緑色光を含んだ白色光を発する。光源１１は、白色光を発する発光体（図示せず）と、発光体から発せられた光を反射、集光する凹面鏡とを含んで構成されている。
発光体としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等のランプが使用される。
凹面鏡は、集光効率が良い形状であることが望ましく、例えば回転楕円面鏡や回転放物面鏡等の回転対称な面形状となっている。
【００１５】
また、図１に図解の液晶プロジェクタは、第２レンズアレイ１３からの光の出射側に、偏光変換素子１５と、コンデンサレンズ１６と、ダイクロイックミラー１７とを有する。ダイクロイックミラー１７は、入射した光を、例えば赤色光ＬＲと、その他の色の光とに分離する。
【００１６】
偏光変換素子１５には、第２レンズアレイ１３における隣り合うマイクロレンズ間に対応する位置に、複数の位相板１５Ａが設けられている。１／２波長板が、位相板１５Ａの一例である。
偏光変換素子１５は、入射した光をＰ偏光成分およびＳ偏光成分の偏光光に分離する。また、偏光変換素子１５は、分離した２つの偏光光のうち、一方の偏光光を、その偏光方向（例えばＰ偏光）を保ったまま偏光変換素子１５から出射し、他方の偏光光（例えばＳ偏光成分）を、１／２波長板１５Ａの作用により、他の偏光成分（例えばＰ偏光成分）に変換して出射する。
【００１７】
さらに、液晶プロジェクタは、ダイクロイックミラー１７によって分離された赤色光ＬＲの光路に沿って、ミラー１８と、フィールドレンズ２４Ｒと、液晶パネル２５Ｒとを有する。
ミラー１８としては、好適には全反射ミラーが用いられる。全反射ミラー１８は、ダイクロイックミラー１７によって分離された赤色光ＬＲを、液晶パネル２５Ｒに向けて反射する。
液晶パネル２５Ｒは、フィールドレンズ２４Ｒを介して入射した赤色光ＬＲを、画像信号に応じて空間的に変調する。
【００１８】
液晶プロジェクタは、ダイクロイックミラー１７によって分離された他の色の光の光路に沿って、ダイクロイックミラー１９を有している。ダイクロイックミラー１９は、入射した光を、例えば緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離する。
ダイクロイックミラー１９によって分離された緑色光ＬＧの光路には、フィールドレンズ２４Ｇと、液晶パネル２５Ｇとが設けられている。
液晶パネル２５Ｇは、フィールドレンズ２４Ｇを介して入射した緑色光ＬＧを、画像信号に応じて空間的に変調する。
【００１９】
さらに、ダイクロイックミラー１９によって分離された青色光ＬＢの光路に沿って、リレーレンズ２０と、ミラー２１と、リレーレンズ２２と、ミラー２３と、フィールドレンズ２４Ｂと、液晶パネル２５Ｂとが設けられている。
ミラー２１，２３は、好適には全反射ミラーである。全反射ミラー２１は、リレーレンズ２０を介して入射した青色光ＬＢを、全反射ミラー２３に向けて反射する。全反射ミラー２３は、全反射ミラー２１によって反射され、リレーレンズ２２を介して入射した青色光ＬＢを、液晶パネル２５Ｂに向けて反射する。
液晶パネル２５Ｂは、全反射ミラー２３によって反射され、フィールドレンズ２４Ｂを介して入射した青色光ＬＢを、画像信号に応じて空間的に変調する。
【００２０】
赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置には、これら３つの色光を合成する機能を有したクロスプリズム２６が設置されている。
また、液晶プロジェクタは、クロスプリズム２６から出射された合成光を、スクリーン２８に向けて投射するための投射レンズ２７を有している。
クロスプリズム２６は、３つの入射面２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂと、一つの出射面２６Ｔとを有している。入射面２６Ｒには、液晶パネル２５Ｒから出射された赤色光ＬＲが入射する。入射面２６Ｇには、液晶パネル２５Ｇから出射された緑色光ＬＧが入射する。入射面２６Ｂには、液晶パネル２５Ｂから出射された青色光ＬＢが入射する。クロスプリズム２６は、入射面２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに入射した３つの色光を合成して出射面２６Ｔから出射する。
【００２１】
図１に図解した本発明に係る液晶プロジェクタは、液晶パネル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの光入射面に対して、入射光を傾けて投射する、いわゆる打ち上げ投射方式の液晶プロジェクタである。
図２は、打ち上げ投射方式の概念を述べるための、図１に図解した液晶プロジェクタの要部の概略構成を示す斜視図である。図２には、フィールドレンズと液晶パネルと投射レンズ２７とスクリーン２８の位置関係を示している。この関係は、各液晶パネル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂとそれらに対応するフィールドレンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂとの間において、実質的に同じである。したがって、図２においては、液晶パネル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを液晶パネル２５によって代表し、フィールドレンズ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂをフィールドレンズ２４によって代表して表わしている。
【００２２】
図２に示すように、液晶パネル２５への入射光Ｌｔは、フィールドレンズ２４によって、液晶パネル２５の光入射面２５Ｓ１に集光される。なお、液晶パネル２５は、フレキシブル基板２５ａによって、図示しない駆動回路に接続される。
液晶パネル２５から出射した光は、図２においては図示していないクロスプリズム２６を透過した後、投射レンズ２７によってスクリーン２８に集光される。
液晶パネル２５の光入射面２５Ｓ１の中心に対する法線を基準軸１０Ｓとすると、本実施形態においては、図２に示すように、入射光Ｌｔの光軸１０が、基準軸１０Ｓに対して傾いている。図２においては、基準軸１０Ｓと光軸１０のなす入射角ψ分傾いた下方から、入射光Ｌｔが液晶パネル２５に入射している。入射角ψだけ傾いた光軸１０に沿って液晶パネル２５に入射した光は、入射角ψと等しい出射角δ分、基準軸１０Ｓから上方に傾いてスクリーン２８に投射される。
したがって、図１および図２に示す液晶プロジェクタは、打ち上げ投射型と呼ばれる。
【００２３】
入射光Ｌｔは、ある程度の広がりを有する光束である。この光束の広がりを、図２に示す４本の光線Ｌｔ１〜４によって表わす。入射光Ｌｔは、フィールドレンズ２４によって、光入射面２５Ｓ１において合焦するように集光されて、液晶パネル２５から出射する。したがって、光線Ｌｔ１〜４の位置関係は、液晶パネル２５を挟んで点対称になる。
【００２４】
図３は、液晶パネル２５の一構成例を示す概略分解斜視図である。図３に一例として図解した液晶パネル２５は、電圧を印加しないときに光が透過し白く表示される、ノーマリーホワイトモードによって駆動される液晶パネルである。
液晶パネル２５（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）は、背面基板３２と、前面基板３７と、配向膜３５，３６と、偏光膜３１，３８と、液晶層４０とを有する。
なお、液晶パネル２５が、本発明における光変調手段の一実施態様に相当する。
【００２５】
前面基板３７および背面基板３２は、所定間隔をあけて、互いに平行に対向して配置されている。前面基板３７および背面基板３２としては、たとえばホウ珪酸ガラスや石英ガラス等のガラス基板を用いる。
背面基板３２には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）電極等の透明電極からなる表示電極３３と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子３４とが形成される。これらは、背面基板３２において、前面基板３７と対向するように形成される。
【００２６】
スイッチング素子３４としてＴＦＴを用いた場合には、ＴＦＴのゲート電極ＤＧとソース電極ＤＳが、各々連結延長されてストライプ状に形成される。それぞれストライプ状のゲート電極ＤＧおよびソース電極ＤＳは、図３に示すように直交している。
ゲート電極ＤＧおよびソース電極ＤＳとしては、たとえばＡｌ，Ａｇ，Ｃｕ等の導電性材料を用いる。
前面基板３７には、背面基板３２に対向するように、共通電極ＤＣが形成される。共通電極ＤＣとしては、たとえば透明なＩＴＯ電極を用いる。
表示電極３３、ＴＦＴ３４のゲート電極ＤＧ、ソース電極ＤＳ、および共通電極ＤＣによって、表示画素が規定される。
【００２７】
背面基板３２および前面基板３７の各々の対向面とは反対側の表面には、偏光膜３１，３８がそれぞれ設けられる。２枚の偏光膜３１，３８は、一例として、それぞれの偏光軸（透過軸）の角度が互いに９０°になるように、直角（クロスニコル）に配置される。
【００２８】
前面基板３５と背面基板３７には、互いの対向面に、たとえばポリイミドからなる配向膜３５，３６がそれぞれ設けられる。
配向膜３５，３６の間に、液晶層４０が封入される。
配向膜３５，３６は、液晶層４０の液晶分子が、配向膜３５，３６との界面において、配列方向Ａｉならびに配列方向Ａｏの方向にそれぞれ配列されるようにラビング処理されている。
【００２９】
上記各構成要素を重ね合わせ、各電極をフレキシブル基板２５ａに接続し、図示しないケースによって、表示画素が形成されている表示部以外の部分をカバーすることにより、液晶パネル２５が形成される。
なお、配向膜３５，３６の間に封入される液晶層４０の厚さがセルギャップｄとなり、マトリクス状に形成されるゲート電極ＤＧおよびソース電極ＤＳの間が画素ピッチｐとなる。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、上記構成の液晶パネル２５の平面図である。図４（ａ）が、図２において光の入射側の矢印ＶＤ１方向から見た場合を表わしており、図４（ｂ）が、光の出射側の矢印ＶＤ２方向から見た場合を表わしている。
図４（ａ）に示すように、光の進行方向に見た場合に、配向膜３５との界面における液晶分子の配列方向Ａｉと、配向膜３６との界面における配列方向Ａｏとのなす角度が、液晶の捩れ角度（ツイスト角度）θｔと呼ばれる。
ツイスト角度θｔを、以下ではツイスト角θｔと記載する場合もある。
【００３１】
液晶パネル２５の光入射面２５Ｓ１は、一例として図４（ａ）に示すような矩形に形成される。本実施形態においては、矩形の光入射面２５Ｓ１が、ある基準面ＨＬに直交し、かつその長辺が基準面ＨＬと平行になるように液晶パネル２５を配置した場合を考える。その際に、液晶パネル２５の表示部の中心Ｃｔを通り、短辺に直交するラインが、基準面ＨＬ内に位置するようにする。
基準面ＨＬは、たとえば、液晶プロジェクタにおける、液晶パネル２５を取付けるための取付け部材の取付け面である。
図４（ａ），（ｂ）は、一例として、基準面ＨＬが水平面である場合を示している。
このとき、光入射面２５Ｓ１の方位を、図４（ａ）のように０°から右回りに３６０°まで規定する。この場合、方位０°−１８０°のラインが、基準面ＨＬに一致する。
【００３２】
本実施形態においては、ツイスト角度θｔの２等分線５０が、基準面ＨＬと直交するように、基準面ＨＬと配列方向Ａｉからなる初期配置角度θ０を規定している。
したがって、２等分線５０は、方位９０°−２７０℃のラインと一致する。
また、本実施形態においては、先述のように、表示部の中心Ｃｔからの法線と２等分線５０を含む平面、即ち、中心Ｃｔにおいて基準面ＨＬと直交する平面内において、方位９０°側へ傾いた光軸１０に沿って、光は液晶パネル２５へ入射する。
なお、図４（ａ）からも明らかなように、光入射面２５Ｓ１における９０°の方位は、２等分線５０の外角側に相当する。
【００３３】
図２を参照して述べたように、光線Ｌｔ１〜４の位置関係は、液晶パネル２５に関して点対称になる。したがって、光入射面２５Ｓ１の各方位から入射した光が、光出射面２５Ｓ２において出射する方位を、光出射面２５Ｓ２における方位角として規定すると、図４（ｂ）のようになる。たとえば、図４（ａ）において右側の０°方位から入射した光は、図４（ｂ）においては、光出射面２５Ｓ２の右側に出射する。図４（ａ）において下側の９０°方位から入射した光は、図４（ｂ）においては、光出射面２５Ｓ２の上側に出射する。
したがって、光出射面２５Ｓ２における方位角は、０°から左周りに３６０°まで規定される。
【００３４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、上記の液晶パネル２５に関する、電圧印加に応じた液晶分子の配列状態を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）においては、配向膜３５，３６および液晶層４０を、断面によって示している。
図５（ａ）は、電圧を印加しない場合の液晶分子の配列状態を示している。液晶分子の長軸（ディレクタ）が、配向膜３５，３６となす角度が、ティルト角αと呼ばれる。また、電圧を印加しない場合に、配向膜と接する液晶分子がなすティルト角が、プレティルト角α０と呼ばれる。図５（ａ）においては、配向膜３５と液晶分子４０ｂの長軸とのなす角、および配向膜３６と液晶分子４０ａの長軸とのなす角が、プレティルト角α０である。
なお、プレティルト角α０の値は、一例として２〜１４°とする。
【００３５】
また、配向膜３５，３６に垂直な軸まわりの液晶分子の角度が、ツイスト角βである。前述のように、液晶分子４０ａと液晶分子４０ｂとによるツイスト角βが、ツイスト角θｔである。
電圧を印加しない場合には、液晶分子は、配向膜３５，３６の間において、ティルト角αとツイスト角βを変化させながら、連続的に捩れて配列している。
なお、図５（ａ）中の液晶分子４０ｃが、液晶層４０の途中においてティルト角αが０°となった状態を示している。
【００３６】
図５（ａ）〜（ｃ）において、偏光膜３１側から光が液晶層４０に入射するとする。偏光膜３１により、偏光膜３１の偏光軸と同じ偏光成分を有する直線偏光光のみが液晶層４０に入射する。
偏光膜３１の偏光軸の方向と、液晶分子４０ｂのディレクタの方向とが一致している場合には、直線偏光光は、液晶分子４０ｂのディレクタと平行に入射する。液晶分子４０ｂの層を通過した光は、分子に沿って回転し、次の分子の層へ入射する。つまり、液晶層４０に入射した直線偏光光は、液晶分子の捩れ分だけ回転しながら進む。
したがって、出射側の配向膜３６に接する液晶分子４０ａの層に到達した時点においては、直線偏光光の偏光軸が、ツイスト角θｔ分回転することになる。液晶分子４０ａのディレクタの方向と偏光膜３８の偏光軸の方向が一致している場合には、偏光軸が回転しながら進行してきた直線偏光光は、そのまま偏光膜３８を出射し、画素は白く表示される。
【００３７】
表示電極３３と共通電極ＤＣ間に電圧を印加してゆくと、電圧の値に応じて、図５（ｂ）に示すように、各液晶分子のディレクタが印加電界の方向に沿うように液晶分子の配列が変化する。
このとき、印加電圧の大きさに応じて液晶分子のティルト角αが変化し、光の透過率が変化する。
【００３８】
さらに印加電圧の大きさを上げてゆくと、図５（ｃ）に示すように、大部分の液晶分子のティルト角αは９０°となり、ディレクタが電界方向に沿って配列される。
このとき、液晶層４０に入射した直線偏光光は、その偏光軸がほとんど回転することなく偏光膜３８に到達する。
偏光膜３１，３８は互いに直角に配置されているため、配向膜３６を出射する直線偏光光の偏光軸と、偏光膜３８の偏光軸はほぼ９０°ずれていることになり、光は偏光膜３８をほとんど透過できない。したがって、画素は黒く表示される。
【００３９】
しかしながら、配向膜３５，３６の配向力により、図５（ｃ）にも示すように、全ての液晶分子が、ディレクタが電界方向に沿うように配列するわけではない。したがって、入射光の一部の位相がずれ、偏光膜３８の偏光軸方向に一致する成分の光が出射する可能性がある。そして、これが黒浮きとなってコントラスト低下の要因となる。
【００４０】
上述のコントラスト低下は、配向膜３５，３６の界面における液晶分子の配列の方向と偏光膜３１，３８の偏光軸とのずれに一因がある。したがって、液晶パネル２５のコントラストは、プレティルト角α０の方向や大きさ、ツイスト角θｔの向きや大きさ、入射光の方向等の条件に依存する。
以下では、上記の諸条件による液晶パネル２５の光学特性の変化について述べる。
【００４１】
図６は、液晶パネル２５の特性の評価に用いるパラメータを規定するための斜視図である。
光入射面２５Ｓ１における方位角に関しては、前述のように０°から右回りに３６０°まで規定する。
液晶パネル２５の光入射面２５Ｓ１の中心Ｃｔを、ある視認方向ＶＰから見る場合を考える。光入射面２５Ｓ１の中心Ｃｔを通る法線ＮＬと、視認方向ＶＰを含む平面を平面ＰＬとした場合に、光入射面２５Ｓ１において、０°の方位から平面ＰＬまでの角度を、方位角φとする。
また、法線ＮＬと視認方向ＶＰとのなす角を、極角θとする。
入射光Ｌｔの光軸１０と、視認方向ＶＰが一致している場合には、入射角度ψと極角θは等しい。
【００４２】
評価に用いた液晶パネル２５は、一例として、以下のように規定した。
画角サイズ（表示部の対角線の長さ）ＶＡ：１．３インチ（約３．２５ｃｍ）。
画素ピッチｐ：２２μｍ。
セルギャップｄ：３．１μｍ。
また、液晶パネル２５の特性を評価する場合には、入射光の光軸１０は、法線ＮＬと平行であるとした。
【００４３】
液晶層４０には、前述のようにツイスト角度θｔを有するツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶を用いた。
以上の条件のもとで、ツイスト角度θｔを変化させて、液晶パネル２５の視角特性を測定した。ツイスト角度θｔの値に応じて、ツイスト角度θｔの２等分線５０が、図４に示した通り９０°−２７０°のラインに一致するように、初期配置角度θ０を規定した。
初期配置角度θ０とツイスト角度θｔの組み合わせは、（θ０°，θｔ°）＝（４３°，９４°），（４５°，９０°），（４７°，８６°）の３通りに変化させた。
なお、測定には、ａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社製の視野角測定装置を用いた。
このときの視角特性測定結果を図７に示す。
【００４４】
図７（ａ）〜（ｃ）において、円周方向は光出射面２５Ｓ２の方位角φに対応する。したがって、前述のように、方位角φは、図７（ａ）に図解の通り、０°から左回りに３６０°まで規定される。また、この各方位が交差する点からの円の半径方向は、光出射面２５Ｓ２側から見た極角θ、即ち出射角δを表わしている。これらの規定は、図７（ｂ），（ｃ）についても共通して当てはまる。
【００４５】
以下では、光出射面２５Ｓ２のコントラストという意味で、液晶パネル２５のコントラストという言葉を用いる。液晶パネル２５のコントラスト比のピーク値を１００％とした場合に、領域Ｃｒ１が、ピーク値の９５％の領域を表わし、領域Ｃｒ２が９０％領域を表わし、領域Ｃｒ３が８０％の領域を表わし、領域Ｃｒ４が７０％の領域を表わしている。
なお、コントラスト比とは、光出射面２５Ｓ２の表示部において、白を表示したときの照度と黒を表示したときの照度の比である。コントラスト比は、社団法人ビジネス機械・情報システム産業協会で定めたガイドラインに準じて測定した。
【００４６】
図７（ｂ）は、従来から用いられている、ツイスト角θｔが９０°である液晶パネルの場合の結果である。
図７（ｃ）に示すツイスト角θｔが９４°の場合には、図７（ｂ）に示すツイスト角θｔが９０°の場合の結果と比較して、コントラスト比の高い方位角の領域が、方位２７０°方面において増加している。
また、図７（ａ）に示すツイスト角θｔが８６°の場合には、最もコントラスト比が高くなるのは、極角θが３〜４°程度の範囲においてであり、かつ、ツイスト角θｔが９０°の場合と比較して、最もコントラスト比が高い方位角の領域は、方位９０°側にずれている。そして、方位角が０°〜１８０°の範囲においては、コントラスト比の高い領域が増加している。
【００４７】
以上の結果から、ツイスト角θｔの大きさと、高コントラスト比の領域の範囲との間には、相関関係があると考えられる。
この相関関係をさらに詳細に調べるために、ツイスト角θｔを変化させた場合に、黒表示時における光の透過率と方位角φとの関係を求めた。各方位における透過率は、図７に示すビュー・コーンの作成時と同様に、ａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社製の視野角測定装置を用いて測定した。
その際に、極角θ（光出射面２５Ｓ２側から見た場合には出射角δ）は１０°に固定し、測定に用いた光の波長は２．７μｍとした。
このときの結果を図８に示す。
【００４８】
図８において、横軸は方位角［°］であり、縦軸は黒表示時における光の透過率［％］である。
図８に示すように、ツイスト角θｔを小さくしてゆくと、方位角２７０°近傍において、黒表示時の光の透過率は増加する。その反面、０°から１８０°にかけての方位角においては、透過率は著しく減少する。
このように、本実施形態において、黒を表示した場合の光の透過率は、方位角φに大きく依存している。これは、ツイスト角θｔの２等分線５０の方向と、方位角φとの相関に起因すると考えることができる。
【００４９】
一方、白を表示させる場合には、光の透過率は高いほど良いが、このときの光の透過率は、方位角φにはあまり依存しない。この傾向は、一例として極角θが２０°以下の場合には概ね当てはまる。したがって、コントラスト比は、黒を表示させる場合の角度依存性に大きく関連することが分かる。
このため、ツイスト角θｔを９０°よりも小さくすると、光出射面２５Ｓ２について考えた場合に、方位２７０°方面においては高コントラスト比の領域が減少するが、方位０°〜９０°の範囲内には、高コントラスト比の領域が増加する。したがって、平均的には、高コントラスト比となる方位角φの領域が従来よりも増加する。
【００５０】
以上のことから、液晶パネル２５のうち、高コントラスト比の方位角φを利用して投射すれば、投射画像のコントラストは、平均的には従来よりも向上することになる。
そのために、本実施形態に係る液晶プロジェクタにおいては、前述のように、入射光Ｌｔの光軸１０を、液晶パネル２５の中心Ｃｔを通る法線ＮＬから、ツイスト角θｔの外角側に傾ける。好適には、ツイスト角θｔの２等分線５０と、法線ＮＬを含む平面内において、ツイスト角θｔの外角側に、入射角ψ分だけ傾ける。
詳細には、図４（ａ）に図解のように、光入射面２５Ｓ１側から見た場合に、２等分線５０の方向が２７０°方向に一致しているときには、光軸１０は、９０°方向に傾く。
【００５１】
このように光軸１０を傾けて光を液晶パネル２５に入射させると、９０°側においては入射光の密度が高くなり、２７０°側においては入射光の密度は低くなる。図９（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に、投射方位角領域ＰＡを重ねて描いたものである。投射方位角領域ＰＡによって、どの方位角φの領域に光が多く当たっているかが表わされている。
図９（ａ）〜（ｃ）においては、ツイスト角θｔを減少させるに従って、光軸１０の入射角ψを増加させてゆき、それに伴い投射方位角領域ＰＡが９０°方向にずれてゆく状態が描かれている。
【００５２】
以上のように、ツイスト角θｔの変化に伴って入射角ψを変化させてゆくと、コントラスト比の高い方位角φの領域を有効に利用することができる。このため、投射画像のコントラスト比を平均的に高めることができる。
【００５３】
以下では、高コントラスト比の投射画像を実現するツイスト角度θｔと入射角度ψの値について述べる。
ツイスト角度θｔの値ごとに、入射角度ψを変化させた場合の投射画像のコントラスト比を計算したシミュレーション結果を、図１０に示す。なお、シミュレータには、シンテック社製のＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒを用いた。
その際に、投射レンズ２７の明るさを示すＦ値は、Ｆ２．０と設定した。液晶パネル２５の画角サイズＶＡや画素ピッチｐ等のその他の条件は、液晶パネル２５の特性評価の場合と同じ値を使用した。
【００５４】
図１０に結果を示すシミュレーションにおいては、主として入射角度ψとコントラスト比との相関について調べるために、ツイスト角度θｔと初期配置角度θ０の組み合わせを、液晶パネル２５の特性評価の場合と同じく、図４（ａ）のように方位角φを規定した場合に、（θ０°，θｔ°）＝（４３°，９４°），（４５°，９０°），（４７°，８６°）の３通りに変化させた。
そして、ツイスト角度θｔの２等分線５０の反対側である方位９０°の方向から、光を液晶パネル２５に入射させるとした。
なお、本実施形態においては、液晶パネル２５に入射する光の光軸１０に沿って画像をスクリーン２８に投射するとしており、入射角度ψを投射角度と称することもある。
【００５５】
図１０において、横軸は入射角度ψ［°］であり、縦軸はコントラスト比である。
図１０においては、◆印がツイスト角度θｔ＝８６°の場合を示しており、■印がツイスト角度θｔ＝９０°の場合を示しており、▲印がツイスト角度θｔ＝９４°の場合を示している。
図１０に示す結果から、入射角度ψが１２°よりも大きくなると、コントラスト比は３５０以下になることが分かる。コントラスト比３５０は、従来の場合とほぼ同等の値である。したがって、１２°よりも大きい入射角度ψは、実用上好ましくない。
ツイスト角度θｔが８６°の場合に、入射角度ψが０°＜ψ°≦１２°であれば、コントラスト比は３５０以上となり、液晶プロジェクタ用としては実用に耐え得る。
【００５６】
また、入射角度ψが１２°の場合に、ツイスト角度θｔが８６°の場合と９４°の場合のコントラスト比に注目する。どちらの場合もツイスト角度９０°からは４°異なっているだけであるが、コントラスト比の変化量は大きく異なっている。このことから、入射角度ψが１２°のときには、ツイスト角度θｔが９０°から微少量小さくなるだけで、コントラスト比は大きく向上すると考えられる。したがって、ツイスト角度θｔが９０°未満の場合には、入射角度ψが０°＜ψ°≦１２°であれば、３５０程度の高コントラスト比が得られると考えることができる。
好適には、ツイスト角度θｔが９０°未満かつ、入射角度ψが０°＜ψ°≦８．５°の場合には、３５０以上の高いコントラスト比を得られることが分かる。これは、プレティルト角α０分の光の位相ずれが、９０°より小さいツイスト角度θｔによる位相ずれによって補償されるためであると考えることができる。
【００５７】
ただし、ツイスト角度θｔが９４°程度まで大きくなった場合にも、入射角度ψが０°＜ψ°≦５°、好適には０°＜ψ°≦４°の場合には、３５０以上の高いコントラスト比を得られることが分かる。
【００５８】
次に、主としてツイスト角度θｔの下限を調べるために、（θ０°，θｔ°）＝（５３°，７４°），（５０°，８０°），（４７°，８６°）とした場合のシミュレーション結果を図１１に示す。ツイスト角度θｔと初期配置角度θ０の規定、ならびにその他の条件は、図１０に結果を示すシミュレーションの場合と同じとした。
なお、図１１においては、◆印がツイスト角度θｔ＝８６°の場合を示しており、■印がツイスト角度θｔ＝８０°の場合を示しており、▲印がツイスト角度θｔ＝７４°の場合を示している。
また、図１１の横軸は入射角度ψ［°］であり、縦軸はコントラスト比である。
【００５９】
図１１から、ツイスト角度θｔを小さくし過ぎると、その外角側から光を傾けて液晶パネル２５に入射させても、高いコントラスト比の投射画像を実現することはできないことが分かる。これは、液晶層４０の配列方向Ａｉ，Ａｏと、偏光膜３１，３８の偏光軸の方向とのずれが大きくなり、黒を表示する場合の光の透過率が大きくなることから明らかである。
図１１に示す結果から、ツイスト角度θｔの下限は、８０°程度であると思われる。
【００６０】
図１１からも、入射角度ψが１２°よりも大きくなると、コントラスト比は従来の場合とほぼ同じ３５０よりも大幅に小さくなることが分かる。
ツイスト角度θｔの下限を８０°とした場合には、逆に入射角度ψが０°＜ψ°≦１２°であれば、３５０程度のコントラスト比が得られることが分かる。
また、８０°≦ツイスト角度θｔ°≦８６°かつ、５°≦入射角度ψ°≦９°であれば、４００以上の高コントラスト比を実現可能であると思われる。
【００６１】
以上のように、本実施形態においては、投射画像のコントラストを従来と同等か、それよりも向上させることができる。
また、画像の高コントラスト化のために位相差フィルム等の位相補償手段を用いていないため、高輝度化した場合にも液晶プロジェクタの寿命への影響がない。
さらに、液晶パネル２５に対し光軸を傾けて光を入射させているため、同じ光路長であれば、液晶プロジェクタをコンパクトに設計することができる。
【００６２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記のような３板式の液晶プロジェクタに限らず、単板式の液晶プロジェクタにも本発明は適用可能である。また、ツイスト角度θｔと入射角度ψが特許請求の範囲内であれば、透過型に限らず、反射型の液晶プロジェクタにも本発明は適用できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、高輝度化した場合にも寿命が短くならず、高コントラスト化が可能な、打ち上げ投射方式の液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す液晶プロジェクタの要部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す液晶パネルの概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す液晶パネルの平面図であり、図４（ａ）は光の入射側から見た図を、図４（ｂ）は光の出射側から見た図をそれぞれ示している。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、電圧印加に応じた液晶分子の配列状態を示す図である。
【図６】図６は、図２に示す液晶パネルの特性の評価に用いるパラメータを規定するための斜視図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、ツイスト角度がそれぞれ８６°，９０°，９４°の場合の、図２に示す液晶パネルの視角特性を示す図である。
【図８】図８は、図２に示す液晶パネルにおいて光を透過させない状態にした場合に、ツイスト角度を変化させたときの液晶パネルの方位角と光透過率との関係のシミュレーション結果を表わすグラフである。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に示す視角特性図に、投射方位角領域をあわせて示した図である。
【図１０】図１０は、図２に示す液晶パネルにおいてツイスト角度を異ならせた場合の、投射角度とコントラスト比との関係のシミュレーション結果を表わすグラフである。
【図１１】図１１は、図２に示す液晶パネルにおいてツイスト角度を異ならせた場合の、投射角度とコントラスト比との関係の別なシミュレーション結果を表わすグラフである。
【符号の説明】
１０…光軸、１０Ｓ…基準軸、１１…光源、１２…第１レンズアレイ、１２Ｍ，１３Ｍ…マイクロレンズ、１３…第２レンズアレイ、１４，１８，２１，２３…ミラー、１５…偏光変換素子、１５Ａ…位相板、１６…コンデンサレンズ、１７，１９…ダイクロイックミラー、２０，２２…リレーレンズ、２４（２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ）…フィールドレンズ、２５（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）…液晶パネル、２５ａ…フレキシブル基板、２５Ｓ１…光入射面、２５Ｓ２…光出射面、２６…クロスプリズム、２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ…入射面、２６Ｔ…出射面、２７…投影レンズ、２８…スクリーン、３１，３８…偏光膜、３２…背面基板、３３…画素電極、３４…スイッチング素子、３５，３６…配向膜、３７…前面基板、４０…液晶層、４０ａ，ｂ，ｃ…液晶分子、５０…２等分線、Ｌｔ…入射光、Ｌｔ１〜４…光線、ＬＲ…赤色光、ＬＧ…緑色光、ＬＢ…青色光、Ａｉ，Ａｏ…配向方向、ＤＧ…ゲート電極、ＤＳ…ソース電極、ＤＣ…共通電極、ＮＬ…法線、ＶＰ…視認方向、ＶＡ…画角、ＨＬ…基準面、ＰＡ…投射方位角領域、φ…方位角、θ・・・極角、θ０…初期配置角度、θｔ…ツイスト角度、ψ…入射角、δ…出射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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