(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長がそれぞれ赤、緑、及び青の波長域であるＲ領域、Ｇ領域、及びＢ領域が画定されている前記２枚の基板と、
前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の少なくとも前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に独立して電場を印加することができる電極と、
前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、
前記２枚の基板によって挟持された液晶層と、
前記電極に電圧を印加するための電圧印加手段と
を有し、
前記配向膜は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において、前記液晶層の液晶分子に付与されるツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとしたとき、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°であり、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°になるように配向処理されており、
前記電圧印加手段は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域にそれぞれ電場を印加する電極に相互に異なる大きさの電圧を印加し、該電圧の大きさは、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域におけるコントラスト比が各電極に等電圧を印加したときのそれよりも均一化するように選択されている液晶表示装置。
【請求項２】
一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長が異なる少なくとも３つの領域が画定されている前記２枚の基板と、
前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の少なくとも前記３つの領域に独立して電場を印加することができる電極と、
前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、
前記２枚の基板によって挟持された液晶層と、
前記電極に電圧を印加するための電圧印加手段と
を有し、
前記配向膜は、前記３つの領域において、前記液晶層の液晶分子に相互に異なるツイスト角が付与されるように配向処理されており、
前記電圧印加手段は、前記３つの領域にそれぞれ電場を印加する電極に相互に異なる大きさの電圧を印加し、該電圧の大きさは、前記３つの領域におけるコントラスト比が各電極に等電圧を印加したときのそれよりも均一化するように選択されており、
さらに、前記配向膜のうち、一方の配向膜は、前記３つの領域のうち２つの領域に対応する領域において同一方向、他の領域において異なる方向の配向処理がされており、他方の配向膜は、前記３つの領域のうち前記一方の配向膜において同一方向の配向処理がされている組み合わせと異なる組み合わせの２つの領域に対応する領域において同一方向、他の領域において異なる方向の配向処理がされ、前記３つの領域に３つの異なるツイスト角を付与する液晶表示装置。
【請求項３】
一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長がそれぞれ赤、緑、及び青の波長域であるＲ領域、Ｇ領域、及びＢ領域が画定されている前記２枚の基板と、
前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に独立して電場を印加することができる電極と、
前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、
前記２枚の基板によって挟持された液晶層と
を有し、
前記配向膜は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において、前記液晶層の液晶分子に付与されるツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとしたとき、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°であり、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°になるように配向処理されており、
前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域における前記液相層中の液晶分子のツイスト角は、前記液晶層の前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に、液晶層の法線方向から、各領域における透過光のピーク波長に等しい波長の直線偏光光がそれぞれ入射したとき、前記液晶層の出射側の面において直線偏光光になり、入射側の面における偏光方向と出射側の面における偏光方向とのなす角が前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において等しくなるように選択されている液晶表示装置。
【請求項４】
コリメートされた赤色光、緑色光、及び青色光を発生する光学系と、
前記光学系から発生した赤色光、緑色光、及び青色光の光軸上にそれぞれ配置され、外部からの信号によって光の透過率を変化させるツイストネマチック型の赤色用、緑色用、及び青色用液晶表示パネルと、
前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶表示パネルを透過した光を共通の光軸上に合成する色合成手段と
を有し、
前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルは、液晶層の厚さがほぼ等しく、該赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルの液晶分子のツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとした時、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°が成立し、
前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルのツイスト角は、前記赤色光、緑色光、及び青色光のピーク波長を有する直線偏光光がそれぞれ前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルの液晶層に法線方向から入射したとき、液晶層の出射側の面において直線偏光光になり、入射側の面における偏光方向と出射側の面における偏光方向とのなす角が、前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルにおいて等しくなるように選択されている投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置及び投写型表示装置に関する。
近年、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の表示装置として大型で消費電力が大きいＣＲＴに代わり、軽量、薄型で電池駆動も可能な液晶表示装置の採用が顕著になってきている。この液晶表示装置も白黒表示からカラー表示への要求が高まり、さらには高品質なカラー表示が要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
カラー液晶パネルでは、赤、青、緑の各色の直線偏光光が液晶層の複屈折性により旋光する。偏光方向の旋光度はΔｎｄ／λで効く。ここで、Δｎは液晶層を法線方向に伝搬する光に対する屈折率異方性、ｄは液晶層の厚さ（Δｎｄはリターデーション）、λは液晶層を伝搬する光の波長である。このため、波長の短い青い光がより大きく偏光方向を変えられる。
【０００３】
特にノーマリブラックモードの液晶パネルにおいて、Δｎｄを１つの波長の光に対して最適になるように選択すると、他の波長の光に対しては、電圧無印加時に完全な黒にならなくなり、コントラストが低下する。コントラストの低下を防止するためには、波長によらず偏光方向の旋光度を等しくする必要がある。これを実現するマルチギャップ方式の液晶パネルが提案されている。
【０００４】
図８は、従来のマルチギャップ方式の液晶パネルの構造を示す。液晶層１３１を、配向膜１３２と透明電極１３３が積層された一対のガラス基板１３４で挟んでいる。一方のガラス基板１３４と透明電極１３３との間にはカラーフィルタ１３５が挿入されている。図中の記号Ｂ、Ｇ、Ｒは、それぞれ青、緑、赤の光を透過させる領域を示している。カラーフィルタ１３５の厚さは、Ｂ、Ｇ、Ｒの順に薄くなるように形成されている。すなわち、液晶層１３１の厚さは、青色部分、緑色部分、赤色部分の順に厚くなる。
【０００５】
液晶層１３１の厚さｄを各色の領域ごとに変化させることにより、波長λが異なってもΔｎｄ／λが一定になるようにしている。Δｎｄ／λを一定にすることにより、各色の領域ごとの旋光度を等しくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マルチギャップ方式の液晶パネルでは、通常カラーフィルタの厚さを各色の領域ごとにそれぞれ異ならせる必要があるが、各色の領域ごとに厚さの異なるカラーフィルタを製造することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、各色の領域ごとに液晶層の厚さを変えることなく、各色の透過光量をほぼ等しくすることができる液晶パネルを提供することである。
本発明の他の目的は、各色のコントラスト比がほぼ等しい液晶パネルを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長がそれぞれ赤、緑、及び青の波長域であるＲ領域、Ｇ領域、及びＢ領域が画定されている前記２枚の基板と、前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の少なくとも前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に独立して電場を印加することができる電極と、前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、前記２枚の基板によって挟持された液晶層と、前記電極に電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、前記配向膜は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において、前記液晶層の液晶分子に付与されるツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとしたとき、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°であり、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°になるように配向処理されており、前記電圧印加手段は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域にそれぞれ電場を印加する電極に相互に異なる大きさの電圧を印加し、該電圧の大きさは、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域におけるコントラスト比が各電極に等電圧を印加したときのそれよりも均一化するように選択されている液晶表示装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長が異なる少なくとも３つの領域が画定されている前記２枚の基板と、前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の少なくとも前記３つの領域に独立して電場を印加することができる電極と、前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、前記２枚の基板によって挟持された液晶層と、前記電極に電圧を印加するための電圧印加手段とを有し、前記配向膜は、前記３つの領域において、前記液晶層の液晶分子に相互に異なるツイスト角が付与されるように配向処理されており、前記電圧印加手段は、前記３つの領域にそれぞれ電場を印加する電極に相互に異なる大きさの電圧を印加し、該電圧の大きさは、前記３つの領域におけるコントラスト比が各電極に等電圧を印加したときのそれよりも均一化するように選択されており、さらに、前記配向膜のうち、一方の配向膜は、前記３つの領域のうち２つの領域に対応する領域において同一方向、他の領域において異なる方向の配向処理がされており、他方の配向膜は、前記３つの領域のうち前記一方の配向膜において同一方向の配向処理がされている組み合わせと異なる組み合わせの２つの領域に対応する領域において同一方向、他の領域において異なる方向の配向処理がされ、前記３つの領域に３つの異なるツイスト角を付与する液晶表示装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、一定間隔で平行配置された２枚の基板であって、該２枚の基板のうち少なくとも一方の基板には透過光のピーク波長がそれぞれ赤、緑、及び青の波長域であるＲ領域、Ｇ領域、及びＢ領域が画定されている前記２枚の基板と、前記２枚の基板の表面上にそれぞれ形成され、該２枚の基板に挟まれた空間の前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に独立して電場を印加することができる電極と、前記２枚の基板の対向面側の表面上に形成された配向膜と、前記２枚の基板によって挟持された液晶層とを有し、前記配向膜は、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において、前記液晶層の液晶分子に付与されるツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとしたとき、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°であり、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°になるように配向処理されており、前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域における前記液相層中の液晶分子のツイスト角は、前記液晶層の前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域に、液晶層の法線方向から、各領域における透過光のピーク波長に等しい波長の直線偏光光がそれぞれ入射したとき、前記液晶層の出射側の面において直線偏光光になり、入射側の面における偏光方向と出射側の面における偏光方向とのなす角が前記Ｒ領域、Ｇ領域、及びＢ領域において等しくなるように選択されている液晶表示装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、相互に異なるピーク波長を有するコリメートされた第１及び第２の光を発生する光学系と、前記第１及び第２の光の光軸上にそれぞれ配置され、入射側及び出射側の面に偏光板を有し、外部からの信号によって光の透過率を変化させるツイストネマチック型の第１及び第２の液晶パネルと、前記第１及び第２の液晶パネルを透過した光を共通の光軸上に合成する色合成手段とを有し、前記第１及び第２の液晶パネルは、液晶層の厚さがほぼ等しく、液晶分子のツイスト角が異なり、前記第１及び第２の液晶パネルには、それぞれ複屈折性を有する第１及び第２の位相差フィルムが付与されており、該第１及び第２の位相差フィルムは、屈折率異方性Δｎと膜厚ｄとの積Δｎｄ、及び位相差フィルムの遅相軸と出射側の面に配置された偏光板の偏光軸とのなす角度θのうち少なくとも一方が異なり、前記積Δｎｄ及び前記角度θは、前記液晶パネルを透過する光のコントラスト比が、前記第１及び第２の液晶パネルにおいて位相差フィルムが付与されていない場合よりも均一化するように選択されている投写型表示装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、コリメートされた赤色光、緑色光、及び青色光を発生する光学系と、前記光学系から発生した赤色光、緑色光、及び青色光の光軸上にそれぞれ配置され、外部からの信号によって光の透過率を変化させるツイストネマチック型の赤色用、緑色用、及び青色用液晶表示パネルと、前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶表示パネルを透過した光を共通の光軸上に合成する色合成手段とを有し、前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルは、液晶層の厚さがほぼ等しく、該赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルの液晶分子のツイスト角をそれぞれＴＲ、ＴＧ、ＴＢとした時、ＴＲ＜ＴＧ＜ＴＢ≦９０°、かつ０°≦ＴＲ≦４０°、４０°≦ＴＧ≦６０°、８０°≦ＴＢ≦９０°が成立し、前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルのツイスト角は、前記赤色光、緑色光、及び青色光のピーク波長を有する直線偏光光がそれぞれ前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルの液晶層に法線方向から入射したとき、液晶層の出射側の面において直線偏光光になり、入射側の面における偏光方向と出射側の面における偏光方向とのなす角が、前記赤色用、緑色用、及び青色用液晶パネルにおいて等しくなるように選択されている投写型表示装置が提供される。
【００１３】
【作用】
液晶層を法線方向に伝搬する光の旋光度は、Δｎｄ／λの関数になる。ここで、Δｎは、液晶層を法線方向に伝搬する光に対する液晶層の屈折率異方性、ｄは液晶層の厚さ、λは光の波長である。液晶層のツイスト角が異なればΔｎが異なる。基板に透過光のピーク波長が異なる領域を設け、その領域を透過する波長の光に対して各領域のΔｎｄ／λが一定になるように、領域ごとにツイスト角を設定すると、領域ごとの旋光度を等しくすることができる。
【００１４】
ツイスト角が異なる領域に、同一の駆動電圧を印加すると、領域ごとのコントラスト比が一様ではなくなる。ツイスト角が小さくなると液晶分子がチルトしにくくなるためである。ツイスト角の異なる領域ごとに駆動電圧を変え、適当な電圧とすることにより、コントラスト比を均一化することができる。
【００１５】
基板に透過光のピーク波長が異なる領域を３つ設けることにより、フルカラー表示が可能になる。各配向膜の３つの領域のうち２つの領域において同一方向の配向処理をし、２枚の配向膜について同一方向の配向処理をする領域の組み合わせを変えることにより、３種類のツイスト角を付与することができる。
【００１６】
少なくとも２色表示可能な投写型表示装置においては、表示色ごとに液晶パネルが独立している。この場合にも、各液晶パネルのΔｎｄ／λが一定になるようにツイスト角を設定することにより、各液晶パネルにおける旋光度を等しくすることができる。
【００１７】
また、各液晶パネルに位相差フィルムを付与し、位相差フィルムのリターデーションもしくは位相差フィルムの遅相軸と偏光軸とのなす角を調整することにより、各液晶パネルのコントラスト比を相互に一様にすることができる。
【００１８】
【実施例】
図１、図２を参照して、本発明の実施例による液晶表示装置の構造を説明する。
【００１９】
図１は、液晶表示装置の断面図を示す。液晶層３１が、２枚の基板３０Ａと３０Ｂとの間に封入されている。基板３０Ａ、３０Ｂの外側に、それぞれ偏光板３９、４０が配置されている。基板３０Ｂは、ガラス基板３６、透明電極３３、及び配向膜３８から構成されている。透明電極３３及び配向膜３８は、ガラス基板３６の液晶層３１側の表面上にこの順番に積層されている。
【００２０】
基板３０Ａは、ガラス基板３５、カラーフィルタ３４、透明電極３２、及び配向膜３７から構成されている。カラーフィルタ３４には、赤色の光、緑色の光、及び青色の光をそれぞれ透過する領域Ｒ、Ｇ、Ｂが形成されている。カラーフィルタ３４は、ガラス基板３５の液晶層３１側の表面上に配置されている。
【００２１】
透明電極３２は、カラーフィルタ３４の上に、領域Ｒ、Ｇ、Ｂごとに独立して形成されている。配向膜３７は、透明電極３２及びカラーフィルタ３４の表面を覆うように形成されている。
【００２２】
図１の下方の基板法線方向から白色光が入射し、偏光板３９で直線偏光される。直線偏光された光は、カラーフィルタ３４でフィルタリングされ、領域Ｒ、Ｇ、Ｂを透過した光は、それぞれ赤、緑、青の波長領域にピーク波長を有する有色光になる。カラーフィルタ３４でフィルタリングされた光は、液晶層３１中を伝搬し偏光板４０に達する。偏光板４０に達した光のうち、偏光板４０の偏光軸方向の成分のみが偏光板４０を透過する。
【００２３】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれ図１に示す液晶パネルの領域Ｂ、Ｇ、Ｒにおける偏光板の偏光軸及び配向膜の配向方向を示す。図中の直線Ｐ、Ａはそれぞれ図１の入射側の偏光板３９及び出射側の偏光板４０の偏光軸を示す。図２Ａ〜２Ｃに示すように、２枚の偏光板は、偏光軸Ｐ、Ａが相互に直交するように、クロスニコル配置されている。
【００２４】
図２Ａに示すように、領域Ｂにおいては、入射側の配向膜の配向方向ＲB1及び出射側の配向膜の配向方向ＲB2が、それぞれ入射側の偏光軸Ｐ及び出射側の偏光軸Ａに平行になるように配向処理されている。ツイスト角ＴB は９０°である。
【００２５】
図２Ｂに示すように、領域Ｇにおいては、入射側の配向膜の配向方向ＲG1が入射側の偏光軸よりも図において時計回りの向きにずれ、出射側の配向膜の配向方向ＲG2が出射側の偏光軸Ａよりも図において反時計回りの向きにずれ、そのずれ角が等しくなるように配向処理されている。このため、ツイスト角ＴG は９０°よりも小さい角になる。また、ツイスト角ＴG の二等分線が、偏光軸Ｐ及びＡと４５°で交わる。
【００２６】
図２Ｃに示すように、領域Ｒにおいては、入射側及び出射側の配向膜の配向方向ＲR1、ＲR2の偏光軸Ｐ、Ａからのずれ角が領域Ｇのそれよりも大きくなるように配向処理されている。このため、ツイスト角ＴR はツイスト角ＴG よりもさらに小さくなる。また、配向方向と偏光軸とのずれ角は、入射側と出射側において等しく、ツイスト角ＴR の二等分線が、偏光軸Ｐ及びＡと４５°で交わる。
【００２７】
このように、領域Ｒ、Ｇ、Ｂごとにツイスト角が異なり、各領域ともツイスト角の二等分線が偏光軸と４５°の角度で交わるように配向処理されている。
次に、配向膜を３種類の異なる方向に配向処理する方法について説明する。ガラス基板表面に配向膜を形成した後、領域Ｒ、Ｇ、Ｂのうち１つの領域のみを露出させ他の領域をレジストパターンで覆う。レジストには、例えばシプレー社製のマイクロポジットＳ１８０８を用いる。レジストパターンで覆った後、所望の方向にラビングを行う。これにより、配向膜表面の露出した領域が配向処理される。
【００２８】
この処理を他の領域についても行い、各領域ごとに所望の方向の配向処理を行う。合計３回のラビングを行うことにより、領域Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ異なる方向の配向処理を行うことができる。
【００２９】
次に、図１、図２に示す液晶パネルの光の透過特性について説明する。
表１は、液晶層へ法線方向から入射した直線偏光光が、９０°旋光した直線偏光光とされて出射するための、ツイスト角と液晶層の厚さとの関係を、波長ごとに示す。
【００３０】
【表１】
0003910223.tif 000002
例えば、液晶層の厚さが３．５μｍの場合、波長４２０ｎｍの青色光、波長５５０ｎｍの緑色光、及び波長６１０ｎｍの赤色光の偏光方向は、それぞれツイスト角が９０°、６０°、及び４０°のときに９０°旋光する。また、液晶層の厚さが３．１μｍの場合、波長４２０ｎｍの青色光、波長５５０ｎｍの緑色光、及び波長６１０ｎｍの赤色光の偏光方向は、それぞれツイスト角が８０°、４０°、及び０°のときに９０°旋光する。
【００３１】
すなわち、図１において、液晶層３１の厚さを３．５μｍとし、図２において、ツイスト角ＴB 、ＴG 、ＴR をそれぞれ９０°、６０°、及び４０°とすれば、領域Ｒ、Ｇ、Ｂのすべてにおいて、偏光方向を９０°旋光させることができる。このように、液晶層の厚さを均一にし、透過光のピーク波長が異なる領域ごとにツイスト角を変えることにより、偏光方向の旋光度を一定にすることができる。
【００３２】
各色の領域ごとの旋光度が等しくなるため、液晶パネルを透過する各色の光の透過光量がほぼ等しくなり、良好な白バランスを得ることが可能になる。
次に、図３を参照して、液晶パネルの駆動電圧について説明する。
【００３３】
図３は、ツイスト角に対するコントラスト比及び駆動電圧を示す。横軸はツイスト角を単位「度」で表し、左縦軸はコントラスト比を表し、右縦軸は駆動電圧を単位Ｖで表す。図中の記号●は、駆動電圧を５Ｖ一定にしたときのコントラスト比を示し、記号○は、コントラスト比が１００となるときの駆動電圧を示す。
【００３４】
なお、用いた液晶はチッソ製の低電圧駆動可能なトリフッソ系液晶、配向膜は日立化成製のＬＣ−１０２であり、コントラスト比はノーマリホワイトモードによるものである。
【００３５】
ここで、ノーマリホワイトモードとは、電圧無印加時に透過光量が最大になるモードのことをいう。電圧無印加時には、液晶分子の長軸方向が基板面にほぼ沿い、液晶層を法線方向に伝搬する光に対する屈折率異方性が最も大きくなる。従って、偏光方向の旋光度が最も大きくなる。すなわち、入射側及び出射側の偏光板を、偏光軸が相互にほぼ直交するように配置すれば、ノーマリホワイトモードになる。
【００３６】
また、コントラスト比とは、電圧無印加時の透過光量に対する電圧印加時の透過光量の比をいう。
駆動電圧が一定のとき、コントラスト比はツイスト角が小さくなるに従って低くなる。液晶パネルに電圧を印加すると液晶分子の長軸が基板面に対して垂直になるようにチルトするが、完全には垂直にならず基板法線方向に伝搬する光に対する屈折率異方性が残る。残留する屈折率異方性のために、液晶層に入射した直線偏光光が楕円偏光光になり、一部の光が出射側の偏光板で遮られてしまう。このため、電圧印加時に透過率が１００％にならずコントラスト比が低くなる。
【００３７】
ツイスト角が小さくなると液晶分子がチルトしにくくなり、残留屈折率異方性が大きくなるため、コントラスト比が低くなるものと考えられる。従って、領域Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する電極に同じ電圧を印加したのでは、各色のコントラスト比が等しくならない。
【００３８】
各色のコントラスト比を同等にするためには、図３に記号○で示すように、ツイスト角が小さくなるに従って駆動電圧を大きくする必要がある。例えば、領域Ｒ、Ｇ、Ｂのツイスト角がそれぞれ４０°、６０°、９０°のとき、領域Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する電極に印加する電圧を、それぞれ２．２：１．８：１にすることにより、等しいコントラスト比を得ることができる。
【００３９】
なお、領域Ｂに印加する電圧を１としたとき、領域Ｇ及びＲに印加する電圧が、それぞれ１．６〜２．０、及び２．０〜２．４になるようにすれば、実用上問題にならない程度のほぼ等しいコントラスト比を得ることができるであろう。また、領域Ｒ、Ｇ、Ｂのツイスト角を変えると、厳密には好ましい駆動電圧の比も異なるが、上記電圧比の条件を満足すれば、実用上問題ない程度のほぼ等しいコントラスト比を得ることができるであろう。なお、各領域のコントラスト比が相互に均一になる方向に印加電圧を増減させるだけでも、表示特性は改善されるであろう。
【００４０】
次に、図４、図５を参照して、上記実施例の変形例について説明する。
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、それぞれ領域Ｂ、Ｇ、Ｒにおける偏光軸と配向方向との関係を示す。
【００４１】
図４Ａに示すように、領域Ｂにおいては、入射側の偏光軸Ｐと入射側の配向方向ＲB1とは平行であり、出射側の偏光軸Ａと出射側の配向方向ＲB2とは平行である。従ってツイスト角ＴB は９０°になる。
【００４２】
図４Ｂに示すように、領域Ｇにおいては、入射側の偏光軸Ｐと入射側の配向方向ＲG1とは平行である。出射側の配向方向ＲG2は入射側の配向方向ＲG1を図において時計回りの向きに６０°傾けた方向である。従ってツイスト角ＴG は６０°になる。
【００４３】
図４Ｃに示すように、領域Ｒにおいては、出射側の配向方向ＲR2が領域Ｇの出射側の配向方向ＲG2と平行である。入射側の配向方向ＲR1は、出射側の配向方向ＲR2を図において反時計回りの向きに４０°傾けた方向である。従ってツイスト角ＴR は４０°になる。
【００４４】
このように、入射側の配向方向ＲB1とＲG1、及び出射側の配向方向ＲG2とＲR2とがそれぞれ平行であるため、各配向膜には２種類の異なる向きの配向処理を施せばよいことになる。ラビングにより配向処理を行う場合には、ラビングの回数を２回に削減することができる。
【００４５】
図４に示す配向方向を持たせると、領域Ｂにおいてはツイスト角ＴB の二等分線と偏光軸とのなす角が４５°になるが、領域Ｇ及びＲにおいては、ツイスト角ＴG 及びＴR の二等分線と偏光軸とのなす角が４５°にならない。入射側の偏光軸Ｐとツイスト角の二等分線とのなす角が４５°のとき、直線偏光光が最も効率的に旋光される。入射側の偏光軸Ｐとツイスト角の二等分線とのなす角が４５°以外のときは、旋光度が小さくなる。
【００４６】
従って、領域Ｇ及び領域Ｒにおいては、液晶層の出射側の面において９０°旋光した直線偏光光ではなく、楕円偏光光になる。ただし、ツイスト角の二等分線の理想方向からのずれは僅かであるため、この楕円偏光光は非常に細長く直線偏光光に近いものと考えられる。このため、図４に示すような配向方向を持たせた場合にも、電圧無印加時に十分高い透過率を得ることができると考えられる。
【００４７】
図５は、配向膜に図４に示す配向方向を持たせる方法を説明するための工程図である。なお、図５では入射側の基板についてのみ示すが、出射側の基板についても同様の方法で配向処理を行うことができる。
【００４８】
図５Ａに示すように、ガラス基板３５の表面上にカラーフィルタ３４、透明電極３２が積層され、この上に配向膜３７が形成されている。配向膜３７は、下層配向膜３７Ａと上層配向膜３７Ｂの２層構造とされている。下層配向膜３７Ａには、例えば宇部興産製の配向膜ＰＩ−４００を用い、上層配向膜３７Ｂには、例えばＪＳＲ製の配向膜ＪＡＬＳ−２１４を用いる。上層配向膜３７Ｂの表面を、図４Ｃに示す配向方向ＲR1の方向にブラシ５０でラビング処理する。
【００４９】
図５Ｂに示すように、上層配向膜３７Ｂの表面上にレジスト膜を塗布して領域Ｇ、Ｂ上のレジスト膜を除去し、レジストパターン４１を形成する。レジストパターン４１をエッチングマスクとして、上層配向膜３７Ｂを部分的にエッチングし、下層配向膜３７Ａの領域Ｇ、Ｂの表面を露出させる。例えば、エッチャントとしてレジストのアルカリ現像液（例えばＭＦ−３１９等）を用いる。
【００５０】
露出した下層配向膜３７Ａの表面を、図４Ａの配向方向ＲB1の方向にブラシ５０でラビング処理する。
図５Ｃに示すように、レジストパターン４１を除去する。配向膜３７は、領域Ｒにおいて上層配向膜３７Ｂに形成された配向方向を持ち、領域Ｇ及びＢにおいて下層配向膜３７Ａに形成された配向方向を持つ。このようにして、配向膜に２種類の異なる配向方向を持たせることができる。
【００５１】
次に、図６、図７を参照して、他の実施例について説明する。
図６は、他の実施例における投写型表示装置の概略図である。投写型表示装置は、白色光発生部６０、色分離部７０、液晶パネル部８０、色合成部９０、及び投写レンズ１００から構成される。
【００５２】
白色光発生部６０は、メタルハライドランプ６１、ダイクロイックリフレクタ６２、反射ミラー６３、及び熱線紫外線カットフィルタ６４から構成されている。ダイクロイックリフレクタ６２は赤外線を透過させ、メタルハライドランプ６１から放射された残りの白色光をコリメートする。反射ミラー６３は、コリメートされた光を反射し熱線紫外線カットフィルタ６４へ導く。熱線紫外線カットフィルタ６４は、白色光中の熱線及び紫外線成分をカットする。
【００５３】
色分離部７０は、ダイクロイックミラー７１、７２、及び反射ミラー７３から構成されている。ダイクロイックミラー７１は、白色光発生部６０から放射された白色光のうち青色に相当する短波長成分のみを反射し、他の長波長成分を透過させる。ダイクロイックミラー７２は、ダイクロイックミラー７１を透過した光のうち緑色に相当する短波長成分のみを反射し、赤色に相当する長波長成分を透過させる。
【００５４】
反射ミラー７３は、ダイクロイックミラー７１によって反射された青色成分の光を反射して液晶パネル部８０に導く。
液晶パネル部８０は、コンデンサレンズ８１Ｂ、８１Ｇ、８１Ｒ、及び液晶パネル８２Ｂ、８２Ｇ、８２Ｒから構成されている。コンデンサレンズ８１Ｂ、８１Ｇ、及び８１Ｒには、それぞれ色分離部７０で分離された青色成分、緑色成分、及び赤色成分の光が入射する。液晶パネル８２Ｂ、８２Ｇ、及び８２Ｒには、それぞれコンデンサレンズ８１Ｂ、８１Ｇ、及び８１Ｒを透過した光が入射する。
【００５５】
色合成部９０は、反射ミラー９１、ダイクロイックミラー９２、９３から構成されている。ダイクロイックミラー９２は、液晶パネル８２Ｂを透過した青色成分の光を透過させ、液晶パネル８２Ｇを透過した緑色成分の光を反射し、両光束を同一光軸上に合成する。反射ミラー９１は、液晶パネル８２Ｒを透過した赤色成分の光を反射してダイクロイックミラー９３に導く。
【００５６】
ダイクロイックミラー９３は、ダイクロイックミラー９２によって合成された青色成分及び緑色成分の光を透過させ、反射ミラー９１で反射した赤色成分の光を反射して、全光束を同一光軸上に合成する。投写レンズ１００は、光合成部９０で合成された光を投写面に投写する。
【００５７】
液晶パネル８２Ｂ、８２Ｇ、８２Ｒの液晶層の厚さはすべて等しく、例えば３．５μｍである。このとき、各液晶パネルの液晶層を伝搬する光の旋光度を等しくするために、液晶パネル８２Ｂ、８２Ｇ、８２Ｒのツイスト角をそれぞれ９０°、６０°、４０°とする。このように、各色用の液晶パネルの液晶層の厚さを等しくしてツイスト角を適当に調整することにより、液晶層を伝搬する光の旋光度を等しくすることができる。旋光度が等しければ、各色の光の透過光量がほぼ等しくなる。
【００５８】
各色用の液晶パネルのツイスト角を変えているため、図３で説明したように、各液晶パネルを同一の電圧で駆動すると、各色のコントラスト比が異なることになる。各色のコントラスト比を等しくするためには、上述のように液晶パネルごとの駆動電圧を変えればよい。また、コントラスト比を等しくするために、位相差フィルムを用いてもよい。以下、位相差フィルムを用いてコントラスト比を調整する方法を説明する。
【００５９】
図７（Ａ）は位相差フィルムを付与した液晶パネルの断面を示す。基板３０Ａと３０Ｂによって液晶層３１が挟持されている。図には示さないが、基板３０Ａ、３０Ｂには透明電極及び配向膜が形成されている。基板３０Ａ及び３０Ｂの外側のに偏光板３９及び４０が配置されている。基板３０Ｂと偏光板４０との間には位相差フィルム４２が挿入されている。
【００６０】
図の下方から液晶層３１に直線偏光光が入射すると、入射した光は液晶層３１を伝搬するときに旋光する。液晶層３１から出射した光は位相差フィルム４２に入射し、さらに旋光される。このように、位相差フィルム４２は液晶層３１による旋光度の不足分を補う作用をする。
【００６１】
図７（Ｂ）は、液晶パネルに位相差フィルムを付与したときのコントラスト比を示す。入射側の偏光板の偏光軸Ｐと出射側の偏光板の偏光軸Ａが直交し、入射側の配向膜の配向方向Ｒ1 と出射側の配向膜の配向方向Ｒ2 とのなす角すなわちツイスト角が４５°、使用した液晶はトリフッソ系液晶である。なお、光源としてハロゲンランプ、測定装置としてキャノン製液晶輝度計を用い、視感度補正した出力により視角特性を得た。
【００６２】
位相差フィルムの面内方向において、最も屈折率が大きい方向（遅相軸）Ｄと偏光軸Ａとのなす角θ、もしくは位相差フィルムのリターデーションΔｎｄを変化させて正面におけるコントラスト比を求めた。以下、遅相軸Ｄと偏光軸Ａとのなす角θを位相差フィルムの設置角と呼ぶ。
【００６３】
図７（Ｂ）の横軸は、位相差フィルムの設置角θを単位「度」で表し、縦軸は正面のコントラスト比を表す。図中の曲線ａ、ｂ、ｃは、それぞれ位相差フィルムのリターデーションΔｎｄが１０９ｎｍ、６１ｎｍ、２２ｎｍの場合のコントラスト比を示す。
【００６４】
リターデーションΔｎｄが１０９ｎｍのとき、位相差フィルムの設置角θを０から増加させるとコントラスト比は徐々に増加し、設置角θが約７°で最大値をとる。さらに設置角θを増加させると、コントラスト比は徐々に減少する。
【００６５】
リターデーションΔｎｄが６１ｎｍのときも同様の傾向をとり、設置角θが約１５°でコントラスト比が最大になる。リターデーションΔｎｄが２２ｎｍのとき、設置角θが０〜２０°の範囲では、コントラスト比は設置角θに関して単調に増加する。この場合、２０°以上の設置角で最大値をとるものと考えられる。
【００６６】
図７（Ｂ）から、液晶パネルに付与する位相差フィルムのリターデーションもしくは設置角を変えることにより、コントラスト比を変化させられることがわかる。従って、図６に示す投写型表示装置の各色用の液晶パネル８２Ｂ、８２Ｇ、８２Ｒにそれぞれ位相差フィルムを付与し、位相差フィルムのリターデーションもしくは設置角を調整することにより、各色のコントラスト比が均一になるように調整することができる。
【００６７】
上記実施例では、青、緑、赤の３原色の透過光量を制御してフルカラー表示する場合を説明したが、上記実施例は、少なくとも２色の光の透過光量を制御してカラー表示する場合にも効果がある。
【００６８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶層の厚さが一様の場合でもツイスト角を調整することにより、液晶層を法線方向に伝搬する波長の異なる光の旋光度がほぼ等しくなるようにすることができる。旋光度を等しくできるため、各波長の光の透過光量をほぼ等しくすることが可能になる。ツイスト角ごとに液晶層に印加する電圧を変えることにより、各波長の光によるコントラスト比がほぼ等しくなるようにすることができる。
【００７０】
液晶層の厚さを一様にできるため、液晶パネルの製造工程を簡単化し、歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液晶パネルの断面図である。
【図２】図１の液晶パネルの偏光軸方向及び配向方向を説明するための図である。
【図３】図１の液晶パネルのコントラスト比及び駆動電圧を、ツイスト角に対して示すグラフである。
【図４】図１に示す実施例の変形例による液相パネルの偏光軸方向及び配向方向を説明するための図である。
【図５】図４に示す液相パネルの配向処理工程を説明するための基板の断面図である。
【図６】本発明の他の実施例による投写型表示装置の概略図である。
【図７】位相差フィルムを付与した液晶パネルの断面図、及び液晶パネルに位相差フィルムを付与した場合のコントラスト比を、位相差フィルムの設置角に対して示すグラフである。
【図８】従来例によるマルチギャップ方式の液晶パネルの断面図である。
【符号の説明】
３０Ａ、３０Ｂ  基板
３１  液晶層
３２、３３  透明電極
３４  カラーフィルタ
３５、３６  ガラス基板
３７、３８  配向膜
３９、４０  偏光板
４１  レジストパターン
４２  位相差フィルム
５０  ブラシ
６０  白色光発生部
６１  メタルハライドランプ
６２  ダイクロイックリフレクタ
６３、７３、９１  反射ミラー
６４  熱線紫外線カットフィルタ
７０  色分離部
７１、７２、９２、９３  ダイクロイックミラー
８０  液晶パネル部
８１Ｂ、８１Ｇ、８１Ｒ  コンデンサレンズ
８２Ｂ、８２Ｇ、８２Ｒ  液晶パネル
９０  色合成部
１００  投写レンズ
１３１  液晶層
１３２  配向膜
１３３  透明電極
１３４  ガラス基板
１３５  カラーフィルタ
【図１】
0003910223.tif 000003
【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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