(57)【要約】【課題】ＶＡＮ‐ＬＣＤのコントラストを改善し、視野角を拡大する位相差補償素子を提供する。【解決手段】  液晶表示素子４６内の液晶分子８６は、電圧を印加されない状態で略垂直に配向するが、実際には所定の角度だけプレチルトして配向している。液晶表示素子４６を透過する光の位相差を補償する位相差補償素子６１は、表面に垂直な光学軸Ｌ３を持つ負のＣプレートとディスコティック液晶分子をハイブリッド配向させて重合したハイブリッド配向層７２とからなり、ディスコティック液晶分子の配向方向Ｌ４と液晶表示素子４６内の液晶分子８６のチルト方向Ｌ７とが平行になるように配置される。【選択図】図５
2009075460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されていないときに液晶分子が基板面に対して略垂直に配向する液晶素子と組み合わせて用いられ、前記液晶分子の配向方向に応じて生じる光の位相差を補償する位相差補償素子において、
一方の表面から他方の表面にかけて徐々に配向が変化するハイブリッド配向した状態で重合された液晶分子からなり、前記液晶素子内の液晶分子が、電圧が印加されたときに傾斜する方向に対して、遅相軸の方向が垂直になるように配置されるハイブリッド配向層
を備えることを特徴とする位相差補償素子。
【請求項２】
前記ハイブリッド配向層は単層で設けられていること
を特徴とする請求項１記載の位相差補償素子。
【請求項３】
前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は円盤状化合物であり、前記円盤状化合物が配向する方向と前記液晶素子内の液晶分子が傾斜する方向とが平行となるように配置されること
を特徴とする請求項２記載の位相差補償素子。
【請求項４】
前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は棒状化合物であり、前記棒状化合物が傾斜する方向と前記液晶素子内の液晶分子が傾斜する方向とが垂直となるように配置されること
を特徴とする請求項２記載の位相差補償素子。
【請求項５】
前記ハイブリッド配向層は複数層設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の位相差補償素子。
【請求項６】
前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は円盤状化合物であり、
前記円盤状化合物が傾斜する方向と透過する光の位相差の補償に寄与する前記円盤状化合物の量とから定まるベクトルを各々の前記ハイブリッド配向層について合成したベクトルが前記液晶素子内の液晶分子の傾斜する方向に対して平行になるように、各々の前記ハイブリッド配向層を重ね合わせて設けること
を特徴とする請求項５記載の位相差補償素子。
【請求項７】
前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は棒状化合物であり、
前記棒状化合物が傾斜する方向と透過する光の位相差の補償に寄与する前記棒状化合物の量とから定まるベクトルを各々の前記ハイブリッド配向層について合成したベクトルが前記液晶素子内の液晶分子の傾斜する方向に対して垂直になるように、各々の前記ハイブリッド配向層を重ね合わせて設けること
を特徴とする請求項５記載の位相差補償素子。
【請求項８】
表面に対して垂直な光学軸を有する複屈折層を備えることを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載の位相差補償素子。
【請求項９】
請求項１乃至８何れかに記載の位相差補償素子を備えることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】
請求項１乃至８何れかに記載の位相差補償素子を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を通過する光の位相差を補償する位相差補償素子に関し、さらに詳しくは、電圧が印加されていない状態で液晶分子が略垂直に配向するＶＡＮ液晶を通過する光の位相差を補償する位相差補償素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子（以下、ＬＣＤ）は、電卓や電子辞書、テレビ、デジタルカメラのディスプレイ、カーナビゲーションシステムのモニタ、携帯電話やコンピュータのモニタ、液晶プロジェクタの表示素子など、様々な電子機器のディスプレイとして用いられている。
【０００３】
ＬＣＤは、液晶層の動作モードの違いによりいくつかの種類に分類することができる。例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）‐ＬＣＤ，ＶＡＮ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｎｇｍｅｎｔ  Ｎｅｍａｔｉｃ）‐ＬＣＤ，ＩＰＳ（Ｉｎ‐Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）‐ＬＣＤ，ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ  Ｂｅｎｄ）‐ＬＣＤなどが知られている。このような様々なＬＣＤのうち、何れの動作モードのＬＣＤを用いられるかは、電子機器の使用環境や必要とする性能に応じて選択される。
【０００４】
例えば、ＶＡＮ‐ＬＣＤは、垂直配向膜間にネマティック液晶を封入し、液晶層に電圧を印加しない状態（以下、無電圧状態）で液晶分子が基板に対して略垂直に配向するようにつくられる。液晶分子が基板に対して略垂直に配向していると、この液晶分子の影響を殆ど受けずに光が液晶層を通過するから、無電圧状態のＶＡＮ‐ＬＣＤが表示する黒色は、液晶層を挟み込むようにクロスニコル配置で設けられた偏光板の特性と略一致し、非常に高いコントラストを実現できることが知られている。
【０００５】
このことから、拡大して表示するために高いコントラストが要求される液晶プロジェクタは、ＶＡＮ‐ＬＣＤを多く採用している。しかし、このＶＡＮ‐ＬＣＤは、正面から観察する場合には前述のように非常に良いコントラストを実現できるが、他のＬＣＤと同様に、斜め方向から観察する場合にはコントラストは低下し、また、中間階調色の明るさが逆転する階調反転現象が起きるなど、表示特性は悪化してしまう。これは、例えば、十分な電圧を印加された状態の液晶層に斜めに入射する直線偏光は、液晶層の複屈折性により楕円偏光に変換され、検光子として機能する偏光板を透過する成分が生じることで光漏れが発生してしまうことが一つの原因である。
【０００６】
これを改善するために、素子表面に対して垂直な光学軸を有する位相差補償素子、いわゆるＣプレートを用いて、液晶層を斜めに透過する光の位相差を補償することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、高密度に画素が設けられたＬＣＤの基板上では、隣接する画素間に生じる横方向の電場によって液晶分子が所定の向きとは逆向きに傾いてしまうリバースチルトドメインが誘起され、配向欠陥が生じる。この配向欠陥を防ぎ、ＬＣＤを安定して動作させるためには、液晶分子を所定角度に予め傾けておかなければならない（以下、プレチルト）。例えば、ＶＡＮ‐ＬＣＤの場合には、理想的には基板面に対して略垂直に配向する液晶分子は、実際には基板面の法線方向から３〜１０度程度予め傾斜させておく必要がある。
【０００８】
このような液晶分子のプレチルトは、基板面に対して垂直に光が入射する場合であっても、複屈折によって位相差を生じさせるから、ＶＡＮ‐ＬＣＤのコントラストを低下させる原因となる。
【０００９】
そこで、液晶分子のプレチルトに起因するコントラストの低下を改善するために、素子表面に対して平行な光学軸を有するいわゆるＡプレートを、前述のＣプレートに組み合わせて用いることが提案されている。
【００１０】
また、素子表面に対して傾斜する光学軸を有するいわゆるＯプレートを２層以上積層して、ＴＮ‐ＬＣＤの中間階調色での視野角を拡大する技術が提案されている。具体的には、ＣプレートやＡプレートとともに、互いの進相軸が直交するように２個のＯプレートを組み合わせて用いることでＴＮ‐ＬＣＤのコントラストを改善する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４５２６８号公報
【特許文献２】米国特許第５６３８１９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、Ｃプレートを単独で用いることで表示特性の改善を図る場合には、液晶素子に斜めに入射する光の位相差を補償することができるものの、液晶分子のプレチルトを原因とする位相差を補償することができないという問題がある。
【００１２】
また、ＣプレートにＡプレートを組み合わせて用いると、液晶分子のプレチルトを原因とする位相差は補償される。しかし、Ａプレートを組み合わせることで位相差が補償される光の入射角の範囲は狭い。すなわち、極角にして２０度程度の広い範囲の入射光を扱う実際のＶＡＮ‐ＬＣＤでは、大きな入射角の光の位相差は理想的な値からのズレも大きくなり、十分な補償効果が得られないという問題がある。
【００１３】
さらに、互いの進相軸が直交するように２個のＯプレートを用いる位相差補償素子は、素子表面の法線方向に透過する光に対しては等方的であるから、ＶＡＮ‐ＬＣＤを垂直に透過する光の位相差を補償することができない。すなわち、液晶分子のプレチルトに起因する位相差を補償することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の位相差補償素子は、電圧が印加されていないときに液晶分子が基板面に対して略垂直に配向する液晶素子と組み合わせて用いられ、前記液晶分子の配向方向に応じて生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であり、一方の表面から他方の表面にかけて徐々に配向が変化するハイブリッド配向した状態で重合された液晶分子からなり、電圧が印加されたときに前記液晶素子内の液晶分子が傾斜する方向に対して、透過する光の位相が遅れる遅相軸の方向が垂直になるように配置されるハイブリッド配向層を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記ハイブリッド配向層は単層で設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は円盤状化合物であり、前記円盤状化合物が配向する方向と前記液晶素子内の液晶分子が傾斜する方向とが平行となるように配置されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は棒状化合物であり、前記棒状化合物が傾斜する方向と前記液晶素子内の液晶分子が傾斜する方向とが垂直となるように配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ハイブリッド配向層は複数層設けられていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は円盤状化合物であり、前記円盤状化合物が傾斜する方向と透過する光の位相差の補償に寄与する前記円盤状化合物の量とから定まるベクトルを各々の前記ハイブリッド配向層について合成したベクトルが前記液晶素子内の液晶分子の傾斜する方向に対して平行になるように、各々の前記ハイブリッド配向層を重ね合わせて設けることを特徴とする。
【００２０】
また、前記ハイブリッド配向層内の液晶分子は棒状化合物であり、前記棒状化合物が傾斜する方向と透過する光の位相差の補償に寄与する前記棒状化合物の量とから定まるベクトルを各々の前記ハイブリッド配向層について合成したベクトルが前記液晶素子内の液晶分子の傾斜する方向に対して垂直になるように、各々の前記ハイブリッド配向層を重ね合わせて設けることを特徴とする。
【００２１】
また、表面に対して垂直な光学軸を有する複屈折層を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の液晶表示素子は、上述の位相差補償素子を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明のプロジェクタは、上述の位相差補償素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の位相差補償素子によれば、ＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶分子のプレチルトに起因する位相差及びＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶層に斜めに入射する光の位相差を、広い入射角の範囲に対して補償され、ＶＡＮ‐ＬＣＤの視野角は拡大される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１に示すように、液晶プロジェクタ１０（プロジェクタ）は、投映レンズ１６、プロジェクタ駆動部１７、表示光学系１８などから構成される。
【００２６】
また、液晶プロジェクタ１０は、筐体１９の上面にズームダイヤル２１、フォーカスダイヤル２２、光量調節ダイヤル２３などが設けられている。さらに、液晶プロジェクタ１０は、筐体１９の背面にコンピュータなどの外部機器と接続するための接続端子（図示しない）などが設けられている。
【００２７】
投映レンズ１６は、表示光学系１８から入射される投映光を拡大し、スクリーン３９（図２参照）に投映像を表示させる。この投映レンズ１６は、例えば、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどから構成される。ズームレンズやフォーカスレンズは投映光軸Ｌ１に沿って移動自在に設けられている。ズームレンズは、ズームダイヤル２１の操作に応じて移動され、投映像の表示倍率を調節する。また、フォーカスレンズは、ズームレンズの移動やフォーカスレンズの操作に応じて移動され、投映像のピントを調節する。さらに絞りは、光量調節ダイヤル２３の操作に応じて、絞り開口の面積を変化させ、投映像の明るさを調節する。
【００２８】
プロジェクタ駆動部１７は、液晶プロジェクタ１０の各部の電気的な動作を制御する。例えば、プロジェクタ駆動部１７は、液晶プロジェクタ１０に接続されるコンピュータなどから画像データなどを受信し、後述する液晶表示素子に表示させる。また、プロジェクタ駆動部１７は、投映レンズ１６の各部を駆動するモータをそれぞれ備えており、ズームダイヤル２１、フォーカスダイヤル２２、光量調節ダイヤル２３などの操作に応じてこれを駆動する。
【００２９】
図２に示すように、表示光学系１８は投映光，情報光（後述）のもととなる光を発する光源部２６と、この光源部２６から入射される光から情報光を生成する情報光生成部２７などから構成される。
【００３０】
光源部２６は、ランプ３１、反射鏡３２、ＵＶカットフィルタ３３、インテグレータ３４、リレーレンズ３７、コリメートレンズ３８、偏光子３９などから構成される。
【００３１】
ランプ３１は、例えばキセノンランプなどの高輝度光源であり、特定の偏光方向を持たない自然な白色光を発する。このランプ３１から発せられた白色光は、ＵＶカットフィルタ３３によって紫外光が除去され、インテグレータ３４に導かれる。
【００３２】
ＵＶカットフィルタ３３は、ランプ３１から発せられる白色光から紫外光を除去することで、プロジェクタ１０に設けられた各種フィルタが有機高分子の重合体などからなる場合に、褪色するなどの品質の劣化を防止する。
【００３３】
反射鏡３２は、例えば楕円曲面状の鏡であり、この楕円曲面の一方の焦点の近傍にランプ３１が設けられる。さらに、他方の焦点近傍には、インテグレータ３４の一端が設けられる。したがって、反射鏡３２は、ランプ３１から発せられる白色光を効率よくインテグレータ３４に導く。
【００３４】
インテグレータ３４は、例えば、ガラスロッドと、このガラスロッドの端面に設けられるマイクロレンズアレイなどから構成され、ランプ３１から発せられる白色光を集光し、リレーレンズ３７を介してコリメートレンズ３８へと導く。また、ランプ３１からインテグレータ３４に入射する光の光量は、光源光軸Ｌ２から離れるほどに減少し、光源光軸Ｌ２を中心として不均一に分布するが、インテグレータ３４は、このような不均一な光量分布の光を、光源光軸Ｌ２を中心として必要な範囲で略均一な光量分布となるように調節する。これにより、投映像はスクリーン３９の全面で略均一な明るさの像となる。
【００３５】
コリメートレンズ３８は、インテグレータ３４から入射する光を光源光軸Ｌ２に平行な光に整えて偏光子３９へと入射させる。偏光子３９は、コリメートレンズ３８から入射する光を直線偏光に整え、反射鏡４１などを介して情報光生成部２７のダイクロイックミラー４２へと導く。
【００３６】
情報光生成部２７は、ダイクロイックミラー４２，４３、液晶表示素子４６，４７，４８、位相差補償素子５１，５２，５３、ダイクロイックプリズム５４などから構成される。
【００３７】
ダイクロイックミラー４２は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５度と成るように設けられる。また、ダイクロイックミラー４２は、光源部２６から入射するＳ偏光の白色光から赤色光成分を透過し、反射鏡５７へと導く。この反射鏡５７は、ダイクロイックミラー４２から入射する赤色光を液晶表示素子４６へと入射させる。
【００３８】
一方、ダイクロイックミラー４２は、光源部２６から入射する白色光のうち、緑色光成分と青色光成分とを反射し、ダイクロイックミラー４３へと導く。ダイクロイックミラー４３は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５度となるように配置される。また、ダイクロイックミラー４３は、ダイクロイックミラー４２から入射する光のうち、緑色光成分を反射して液晶表示素子４７へと入射させる。
【００３９】
さらに、ダイクロイックミラー４３は、ダイクロイックミラー４２から入射する光のうち、青色光成分を透過して反射鏡４４へと導く。この青色光は、反射鏡４４及び反射鏡４５に反射されて液晶表示素子４８へと入射する。
【００４０】
液晶表示素子４６は、透過型のＶＡＮ‐ＬＣＤであり、偏光子５１と検光子５２との間に配置される。偏光子５１は、液晶表示素子４６に入射する光を透過軸に沿った直線偏光に整える。また、検光子５２は、透過軸が偏光子５１の透過軸と垂直になるように、いわゆるクロスニコルに配置され、液晶表示素子４６から入射する光のうち透過軸に沿った方向の偏光成分だけをクロスダイクロイックプリズム５４へ透過させる。
【００４１】
液晶表示素子４６の液晶層に封入された液晶分子は、無電圧状態で液晶表示素子４６の表面に対して略垂直に配向する。したがって、偏光子５１から液晶表示素子４６に入射し、無電圧状態に調節された液晶層を透過する光は、検光子５２を透過しない。また、こうした液晶分子の配向は、液晶分子を上下に挟み込むように設けられた配向膜によって実現される。この配向膜は、例えば、ガラス基板上に酸化シリコンなどを斜方蒸着することによって作製される。さらに、液晶表示素子４６は、液晶層を挟み込むようにして設けられた透明電極間に印加する電圧を画素ごとに調節し、各画素の液晶分子の配向を変化させて透過する光の偏光状態を制御する。
【００４２】
また、液晶表示素子４６はプロジェクタ駆動部１７によって駆動され、コンピュータなどから受信した画像などの投映像データのうち、赤色で表示する成分をグレースケールで表示する。したがって、反射鏡５７から入射する赤色光は、偏光子５１，液晶表示素子４６，検光子５２の順に透過すると、投映像の赤色成分の情報を持つ赤色の情報光となる。
【００４３】
なお、液晶表示素子４６内の液晶分子は、無電圧状態で液晶表示素子４６の表面に対して略垂直に配向するが、実際にはリバースチルトドメインを防ぐために、電圧が印加されたときに傾斜する方向に予め３〜１０度程度プレチルトしている。
【００４４】
同様に、液晶表示素子４７は、透過型のＶＡＮ‐ＬＣＤであり、偏光子５３と検光子５４との間に配置され、投映像データのうち緑色で表示する成分をグレースケールで表示する。したがって、ダイクロイックミラー４３から入射する光は、偏光子５３，液晶表示素子４７，検光子５４の順に透過すると投映像の緑色成分の情報を持つ緑色の情報光となり、クロスダイクロイックプリズム５４へと入射する。
【００４５】
さらに同様にして、液晶表示素子４８は、透過型のＶＡＮ‐ＬＣＤであり、偏光子５６と検光子５７との間に配置され、投映像データのうち青色で表示する成分をグレースケールで表示する。したがって、反射鏡５９から入射する光は、偏光子５６，液晶表示素子４８，検光子５７の順に透過すると、投映像の青色成分の情報を持つ青色の情報光となり、クロスダイクロイックプリズム５４へと入射する。
【００４６】
ダイクロイックプリズム５４は、ガラスなどの透明素材を用いて略立方体形状につくられ、内部に互いに交差するダイクロイック面５６ａとダイクロイック面５６ｂとを備える。ダイクロイック面５６ａは赤色光を反射し、緑色光を透過する。一方、ダイクロイック面５６ｂは、青色光を反射し、緑色光を透過する。したがって、ダイクロイックプリズム５４は、液晶表示素子４６，４７，４８からそれぞれ入射する赤色，緑色，青色の情報光を合わせて投映光とし、この投映光を投映レンズ１６へと導くことで、スクリーン３９に投映像をフルカラーで表示させる。
【００４７】
位相差補償素子６１は、偏光子５１と検光子５２との間に配置され、偏光子５１，液晶表示素子４６，検光子５２を透過する光の位相差を補償する。すなわち、位相差補償素子６１は液晶表示素子４６を斜めに透過する光の位相差を、検光子５２を透過しない位相差に補償するとともに、液晶表示素子４６を垂直に透過した光であっても、液晶分子のプレチルトが原因で生じる位相差を補償する。
【００４８】
同様に、位相差補償素子６２は、偏光子５３と検光子５４との間に配置され、液晶表示素子４７を斜めに透過する光の位相差と液晶分子のプレチルトが原因で生じる位相差とを補償する。さらに、同様に、位相差補償素子６３は、偏光子５６と検光子５７との間に配置され、液晶表示素子４８を斜めに透過する光の位相差と液晶分子のプレチルトが原因で生じる位相差とを補償する。なお、以下では位相差補償素子６１を例に挙げて詳細を説明するが、位相差補償素子６２，６３についても同様である。
【００４９】
具体的に、位相差補償素子６１は、表面に垂直な光学軸Ｌ３を持つ負のＣプレート７１（以下、単にＣプレートと称す）とハイブリッド配向層７２とからなる。Ｃプレート７１は、図３に示すように、例えば、基材となるガラス基板７６の上に、高屈折率層７７と低屈折率層７８とを交互に積層してつくられる。高屈折率層７７は低屈折率層７８と比較して屈折率の大きな誘電体、例えばＴｉＯ２からなる。一方、低屈折率層７８は高屈折率層７７と比較して屈折率の小さな誘電体、例えばＳｉＯ２からなる。こうしてつくられるＣプレート７１は表面に対して垂直な光学軸Ｌ３を持ち、Ｃプレート７１を垂直に透過する光に対しては等方的である。すなわち、Ｃプレート７１を垂直に透過する光は偏光の方向に影響を受けない。一方、Ｃプレート７１を斜めに透過する光に対しては異方的であり、Ｃプレート７１は複屈折体として機能する。
【００５０】
なお、Ｃプレート７１の材料は上述の例に限らず、高屈折率層７７の材料としてはＺｒＯ２などを用いても良く、低屈折率層７８としてはＭｇＦ２などを用いても良い。また、高屈折率層７７及び低屈折率層７８の各々の光学的膜厚、すなわち物理的膜厚と屈折率との積は可視光の波長λよりも十分に小さく作製することが好ましい。
【００５１】
ハイブリッド配向層７２は、図４に示すように、ディスコティック液晶分子８１、配向膜８２、ガラス基板８３などからなる。ディスコティック液晶分子８１は、重合性の液晶分子であり、例えば、円盤状の剛直なコア部とこのコア部から放射状に伸びる柔軟な重合性の側鎖部とからなる。具体的に、ディスコティック液晶分子８１は、例えばトリフェニレン誘導体であるが、これに限らない。
【００５２】
配向膜８２は、基材となるガラス基板８３上に、酸化シリコンなどの無機材料を斜方蒸着して作製され、蒸着角度に応じて傾斜した柱状構造が林立する構造となっている。この配向膜８２上に塗布されるディスコティック液晶分子８１は、前述の柱状構造が傾斜する方向（以下、配向方向）Ｌ４に応じて配向する。
【００５３】
ディスコティック液晶分子８１が配向膜８２上に塗布され、所定温度に加熱されると、配向方向Ｌ４に応じて、いわゆるディスコティックネマティック相を呈する。ことのき、例えば、配向膜８２の近傍に位置するディスコティック液晶分子８１は、ハイブリッド配向層７２の表面に対して略平行になるように、配向方向Ｌ４に沿って配向する。一方、空気との界面近傍に位置するディスコティック液晶分子８１は、配向膜８２の近傍に位置するディスコティック液晶分子８１よりも傾斜して配向する。このようにディスコティック液晶分子８１の配向が配向膜８２からの距離に応じて異なり、ハイブリッド配向となっている状態で、紫外線などを照射し、重合反応や架橋反応をすすめると、室温においてもこのハイブリッド配向は維持される。
【００５４】
上述のように構成される位相差補償素子６２が配置される向きは、図５に示すように、液晶表示素子４６内の液晶分子が傾斜する方向に応じて決められる。液晶表示素子４６及び位相差補償素子６２は、前述のように、偏光子５１と検光子５２との間に配置される。このとき、偏光子５１の透過軸Ｌ５と検光子５２の透過軸Ｌ６とは互いに垂直になるように配置される。
【００５５】
液晶表示素子４６内の液晶分子８６が傾斜する方向（以下、チルト方向）Ｌ７は、液晶分子８６がプレチルトしている方向であり、液晶表示素子４６はこのチルト方向Ｌ７が偏光子５１の透過軸Ｌ５、検光子５２の透過軸Ｌ６の何れとも４５度の角度をなすように配置される。しかし、このように液晶表示素子４６を配置し、無電圧状態に調節された場合であっても液晶分子８６がプレチルトしているために、液晶表示素子４６は偏光子５１から入射する光に対して等方的でなく、液晶表示素子４６はチルト方向Ｌ７に遅相軸を持つ複屈折体のように機能してしまう。すなわち、液晶表示素子４６が無電圧状態に調節されている場合であっても、検光子５２を透過する偏光成分が生じる。
【００５６】
一方、ハイブリッド配向層７２は層全体でディスコティック液晶分子８１の配向方向Ｌ４に垂直な方向に遅相軸がある複屈折体のように機能する。そこで、ハイブリッド配向層７２の配向方向Ｌ４が液晶表示素子４６のチルト方向Ｌ７と平行となるように、位相差補償素子４６を配置する。このように位相差補償素子４６を配置すると、Ｃプレート７１が液晶表示素子４６を斜めに透過する光の位相差を補償するとともに、液晶表示素子４６が無電圧状態に調節されているときに液晶分子８６のプレチルトが原因で生じてしまう位相差は、ハイブリッド配向層７２によって補償される。
【００５７】
例えば、位相差補償素子６２を配置せずに、無電圧状態に調節した液晶表示素子４６のコノスコープ像を得ると、図６に示すように、最良のコントラストは１００００：１にのぼる。一方、極角２０度の範囲内でコントラストが１０００：１程度にまで低下する部分もある。液晶分子８６のチルト方向（方位角φ＝４５度方向）とこれに垂直な方向（方位角φ＝−４５度方向）でコントラストの低下が著しい。また、最暗点８７も視野の中心（極角θ＝０度）にはなく、液晶分子８６のチルト方向にずれている。これらは、液晶分子８６のプレチルトによる位相差と、液晶表示素子４６を斜めに透過する光が検光子５２を透過するからである。
【００５８】
そこで、例えば、位相差補償素子６２の全体でなく、極角θ＝２０度方向のレタデーションが−２８ｎｍ，厚さ方向のレタデーションが−２５０ｎｍのＣプレート７１を用いて液晶表示素子４６のコノスコープ像を得ると、図７に示すように、良いコントラストが得られる範囲は広がり、位相差補償素子６１を全く設けない場合と比較すれば視野角特性は大きく改善される。これはＣプレート７１が液晶表示素子４６を斜めに透過する光の位相差を補償するからである。しかし、極角θ＝２０度の範囲で、コントラストが１６００：１程度に低下してしまう部分も未だある。また、最暗点８７は未だ液晶分子８６のチルト方向にずれている。
【００５９】
さらに、厚さ４０ｎｍ，ディスコティック液晶分子８１の配向角度の分布が３０度〜６０度のハイブリッド配向層７２を設け、位相差補償素子６１の全体を用いて液晶表示素子４６のコノスコープ像を得ると、図８に示すように、良いコントラストが得られる範囲はさらに広がった。また、極角θ＝２０度の範囲で、コントラストが最も低い部分であってもそのコントラストは２０００：１程度にとどまった。さらに、最暗点８７は視野の中心（極角θ＝０度）と略一致した。これらのことは、ハイブリッド配向層７２を設けることで液晶分子８６のプレチルトが原因の位相差は、広い視野角の範囲で補償されることを示している。また、このハイブリッド配向層７２はＣプレート７１と併せて用いることで、液晶表示素子４６の視野角特性が改善されることを示す。
【００６０】
また、上述の位相差補償素子６１，液晶表示素子４６と同様に、位相差補償素子６２，６３はそれぞれ液晶表示素子４７，４８の液晶分子のプレチルトを原因とする位相差と液晶表示素子を斜めに透過する光の位相差とを補償する。したがって、プロジェクタ１０のコントラストは改善される。
【００６１】
以上のように、ハイブリッド配向層７２の配向方向Ｌ４が液晶表示素子４６内の液晶分子８６のチルト方向Ｌ７と平行になるように、液晶表示素子４６に位相差補償素子６２を配置して用いることで、液晶表示素子４６のコントラスト及び視野角は改善される。また、Ｃプレート７１をハイブリッド配向層７２と併せて用いることで、各々を単独で用いる場合と比較して、コントラスト及び視野角はさらに改善される。さらに、液晶表示素子内の液晶分子がプレチルトしていることを原因とする位相差をＡプレートによって補償する場合と比較して、ハイブリッド配向層７２は広い入射角の範囲のコントラストを改善することができる。したがって、位相差補償素子６１，６２，６３を用いるプロジェクタは、コントラストが改善される。
【００６２】
なお、上述の位相差補償素子６１はハイブリッド配向層７２を１層備えているが、これに限らず、複数のハイブリッド配向層を設けても良い。例えば、ディスコティック液晶分子からなる第１ハイブリッド配向層９１と第２ハイブリッド配向層９２とを設けた位相差補償素子９３を用いるとする。
【００６３】
このとき、図９に示すように、第１ハイブリッド配向層９１の配向方向と、位相差の補償に寄与するディスコティック液晶分子の量とに応じて、表面に平行な第１配向ベクトル９６を定める。すなわち、第１配向ベクトル９６の方向は第１ハイブリッド配向層９１の配向方向とし、第１配向ベクトル９６の大きさは第１ハイブリッド配向層９１内のディスコティック液晶分子のうち位相差の補償に寄与するディスコティック液晶分子の量に比例する大きさとする。位相差の補償に寄与するディスコティック液晶分子の量は、各ハイブリッド配向層のオーダパラメータなどから決定される。また、同様にして、第２ハイブリッド配向層９２についても第２配向ベクトル９７を定める。さらに、第１配向ベクトル９６と第２配向ベクトル９７を合成して合成配向ベクトル９８とする。そして、この合成配向ベクトル９８が液晶表示素子４６のチルト方向Ｌ７と平行になるように、第１ハイブリッド配向層９１及び第２ハイブリッド配向層９２は配置される。
【００６４】
同様にして、さらに多数のハイブリッド配向層を位相差補償素子に設ける場合には、各ハイブリッド配向層の配向ベクトルを定め、各々の配向ベクトルを合成した合成配向ベクトルが液晶表示素子のチルト方向と平行になるように各ハイブリッド配向層を配置すれば良い。
【００６５】
また、厚さが異なるハイブリッド配向層を組み合わせて用いる場合は、各層の配向ベクトルの大きさが異なるが、上述と同様に、合成配向ベクトルを液晶表示素子のチルト方向と平行になるように各ハイブリッド配向層を配置すればよい。
【００６６】
このように位相差補償素子にディスコティック液晶分子８１からなる複数のハイブリッド配向層を設けると、複数のハイブリッド配向層の全体としては合成配向ベクトルに垂直な方向に遅相軸のある複屈折体のように機能し、液晶表示素子４６の液晶分子がプレチルトによる位相差を補償する。
【００６７】
さらに、各ハイブリッド配向層内のディスコティック液晶分子には、液晶表示素子４６の液晶分子による位相差の補償に殆ど寄与しない分子も含まれているが、これらの位相差の補償に寄与しない分子によって生じる余分な位相差は、複数のハイブリッド配向層間で打消し合う。したがって、位相差補償素子に複数のハイブリッド配向層を設けると、単層のハイブリッド配向層を設ける場合と比較して、より精度良く効果的に位相差を補償され、コントラスト及び視野角はより改善される。
【００６８】
なお、前述の位相差補償素子６１のように単層のハイブリッド配向層７２を設ける場合は、配向ベクトルと合成配向ベクトルとが同一である場合であって、複数のハイブリッド配向層を配置する場合と同様の配置となっている。
【００６９】
また、上述の位相差補償素子６１はハイブリッド配向層７２にディスコティック液晶分子８１を用いるが、これに限らず、棒状液晶分子を用いても良い。図１０に示すように、例えば、棒状液晶分子１００からなるハイブリッド配向層１０１を単層で設けた位相差補償素子１０２を用いるとする。この棒状液晶分子１００からなるハイブリッド配向層１０１は、ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層と異なり、層全体として、棒状の液晶分子が傾斜する配向方向Ｌ８に遅相軸をもつ複屈折体のように機能する。したがって、ハイブリッド配向層１０１の配向方向Ｌ８が液晶表示素子４６のチルト方向Ｌ７と垂直になるように、位相差補償素子１０２は液晶表示素子４６に対して配置される。
【００７０】
このように位相差補償素子１０２を配置することで、ハイブリッド配向層が棒状液晶分子１００からなる場合であっても、ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層を備える場合と同様に、液晶表示素子４６のコントラスト及び視野角を改善することができる。
【００７１】
さらに、位相差補償素子は、棒状液晶分子１００からなるハイブリッド配向層を複数備えていても良い。例えば、図１１に示すように、棒状液晶分子１００からなる第３ハイブリッド配向層１０６と第４ハイブリッド配向層１０７とを複数層備える位相差補償素子１０８を用いるとする。
【００７２】
このとき、前述のディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層を複数設ける場合と同様にして、第３ハイブリッド配向層１０６の棒状液晶分子１００の配向方向と位相差の補償に寄与する棒状液晶分子１００の量とに基づき、位相差補償素子の表面に平行な面内に第３配向ベクトル１１１を定める。また、第４ハイブリッド配向層１０７についても同様にして、第４配向ベクトル１１２を定める。さらに、第３配向ベクトル１１１と第４配向ベクトル１１２とを合成して合成配向ベクトル１１３とする。そして、この合成配向ベクトル１１３が液晶表示素子４６のチルト方向Ｌ７に対して垂直になるように、第３ハイブリッド配向層１０６及び第４ハイブリッド配向層１０７は配置される。
【００７３】
また、棒状液晶分子１００からなるハイブリッド配向層をさらに多数層を位相差補償素子に設ける場合には、各ハイブリッド配向層の配向ベクトルを上述と同様に定める。そして、これらの配向ベクトルを合成した合成配向ベクトルが液晶表示素子のチルト方向に対して垂直になるように各ハイブリッド配向層を配置すれば良い。
【００７４】
上述のように配置することで、棒状液晶分子１００からなるハイブリッド配向層を用いる場合であっても、液晶表示素子内の液晶分子のプレチルトを原因とする位相差は、ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層を用いる場合と同様に補償され、液晶表示素子のコントラストや視野角は改善される。
【００７５】
なお、上述の位相差補償素子は、複数のハイブリッド配向層を備える場合であっても、ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層か棒状液晶分子からなるハイブリッド配向層の何れか一方を備えるが、これに限らず、ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層と棒状液晶分子からなるハイブリッド配向層とを組み合わせて用いても良い。
【００７６】
また、上述の実施形態では、透過型の液晶表示素子を用いるプロジェクタを例に説明するが、これに限らず、反射型の液晶表示素子を用いるプロジェクタに本発明の位相差補償素子を用いても良い。
【００７７】
さらに、上述の実施形態では、位相差補償素子はハイブリッド配向層とＣプレートとからなるが、これに限らず、上述のハイブリッド配向層だけを位相差補償素子としても良い。
【００７８】
また、上述の実施形態では、ハイブリッド配向層とＣプレートとを略同じ位置に設けるが、これに限らず、ハイブリッド配向層とＣプレートを独立に別の場所に設けても良い。すなわち、ハイブリッド配向層やＣプレートは、偏光子と検光子との間に配置されていれば良く、必ずしも隣接して設ける必要は無い。例えば、ハイブリッド配向層を液晶表示素子と検光子との間に配置し、一方、Ｃプレートを偏光子と液晶表示素子との間に配置しても良い。
【００７９】
また、上述の実施形態では、ハイブリッド配向層やＣプレートは各々ガラス基板上に設けられるが、これに限らず、液晶表示素子の表面や内部、偏光子や検光子の表面などに直接設けても良い。
【００８０】
さらに、上述の実施形態では、Ｃプレートは無機材料からなる高屈折率層７７，低屈折率層７８の積層体であるが、これに限らない。すなわち、Ｃプレートは表面に垂直な光学軸を持つ複屈折体であれば良く、例えば、ポリマーなどの有機材料からなるフィルムなどであっても良い。
【００８１】
また、上述の実施形態では、位相差補償素子を適用する液晶表示素子はＶＡＮ‐ＬＣＤであれば良く、シングルドメインのＶＡＮ‐ＬＣＤであっても良く、マルチドメインのＶＡＮ‐ＬＣＤであっても良い。
【００８２】
また、上述の実施形態では、液晶プロジェクタは、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する３個の液晶表示素を備えるが、これに限らず、１個の液晶表示素子のみを備える液晶プロジェクタであっても良い。
【００８３】
さらに、上述の実施形態では、液晶表示素子に垂直に光を入射させる、いわゆるオンアクシスの配置で液晶表示素子を用いるが、これに限らず、入射光の光路と情報光の光路が一致しない、いわゆるオフアクシスの配置で液晶表示素子を用いても良い。
【００８４】
また、上述の実施形態では、反射防止層などの一般に液晶表示素子に用いられる様々な付加機能層の説明を省略するが、本発明の位相差補償素子とともにこれらの付加機能層を従来どおりに用いることが好ましい。
【００８５】
なお、上述の実施形態では、ハイブリッド配向層の材料はディスコティック液晶分子や棒状液晶分であるが、これに限らず、バナナ型の液晶分子やコーン型の液晶分子などであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】液晶プロジェクタの外観を示す斜視図である。
【図２】液晶プロジェクタの光学的な構成を示すブロック図である。
【図３】Ｃプレートの構成を示す断面図である。
【図４】ハイブリッド配向層の構成を示す斜視図である。
【図５】位相差補償素子の配置を示す説明図である。
【図６】位相差補償素子を用いない場合の液晶表示素子のコノスコープ像である。
【図７】Ｃプレートだけを用いる場合の液晶表示素子のコノスコープ像である。
【図８】位相差補償素子を用いる場合の液晶表示素子のコノスコープ像である。
【図９】ディスコティック液晶分子からなるハイブリッド配向層を複数層設ける場合の位相差補償素子の配置を示す説明図である。
【図１０】棒状液晶分子からなるハイブリッド配向層を１層設ける場合の位相差補償素子の配置を示す説明図である。
【図１１】棒状液晶分子からなるハイブリッド配向層を複数層設ける場合の位相差補償素子の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  液晶プロジェクタ
２７  情報光生成部
４６，４７，４８  液晶表示素子
６１，６２，６３，９３，１０２，１０８  位相差補償素子
５１，５３，５６  偏光子
５２，５４，５７  検光子
７１  Ｃプレート
７２，９１，９２，１０１，１０６，１０７  ハイブリッド配向層
８１  ディスコティック液晶分子（円盤状化合物）
８６  液晶分子
８７  最暗点
９６，９７，１１１，１１２  配向ベクトル
９８，１１３  合成配向ベクトル
１００  棒状液晶分子（棒状化合物）
Ｌ３  光学軸
Ｌ４，Ｌ８  配向方向
Ｌ５，Ｌ６  透過軸
Ｌ７  チルト方向
【図１】
2009075460.tif 000003
【図２】
2009075460.tif 000004
【図３】
2009075460.tif 000005
【図４】
2009075460.tif 000006
【図５】
2009075460.tif 000007
【図６】
2009075460.tif 000008
【図７】
2009075460.tif 000009
【図８】
2009075460.tif 000010
【図９】
2009075460.tif 000011
【図１０】
2009075460.tif 000012
【図１１】
2009075460.tif 000013