JP2004198650A

JP2004198650A - Optical compensator and method of manufacturing the same, liquid crystal display, and liquid crystal display

Info

Publication number: JP2004198650A
Application number: JP2002365694A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Tsukagoshi; 智規塚越; Fumiaki Abe; 文明阿部; Kikuo Kaise; 喜久夫貝瀬
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な、光学補償素子およびその製造方法と、液晶表示素子ならびに液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置としての液晶プロジェクタは、液晶表示素子としての液晶パネル２５を有する。液晶パネル２５は、液晶４０に対する光の入射側および出射側の少なくとも一方に配置され、光学軸LAが、光の入射面５０Iに対して、液晶４０を通過した光に生じる位相ずれを補償する向きに傾いている、サファイア等の一軸性光学異方性結晶で形成した光学補償素子５０a，５０bを有する。
【選択図】図２An optical compensator and a method of manufacturing the same, which can reduce a space required for compensating a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and have a long life, a liquid crystal display element and a liquid crystal display device. provide.
A liquid crystal projector as a liquid crystal display device has a liquid crystal panel 25 as a liquid crystal display element. The liquid crystal panel 25 is disposed on at least one of the light incident side and the light exit side with respect to the liquid crystal 40, and the optical axis LA is oriented with respect to the light incident surface 50I so as to compensate for a phase shift occurring in the light passing through the liquid crystal 40. There are optical compensating elements 50a and 50b formed of uniaxial optically anisotropic crystals such as sapphire, which are inclined to the center.
[Selection] Fig. 2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶を通過した光に生じる位相ずれを補償する光学補償素子およびその製造方法と、この光学補償素子を用いた液晶表示素子ならびに液晶表示装置に関する。
特定的には、本発明は、液晶の位相ずれを補償するための光学軸が、光入射面に対して傾いている光学補償素子およびその製造方法と、この光学補償素子を用いた液晶表示素子ならびに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表示素子、即ち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、位相差フィルムのような光学補償素子によって液晶のプレチ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チルト角が存在する場合には、複屈折し、光の位相がずれて楕円偏光となる。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、複屈折による位相ずれを補償し、コントラストを高めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４３６２３号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、位相差フィルムにおいて、液晶を通過した光の位相ずれを補償する光軸が、光の入射面に対して平行な方向に存在する場合には、特許文献１に示されているように、位相差フィルムを傾ける必用があるため、液晶プロジェクタの小型化のためには不都合である。
【０００６】
また、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。
以上のことから、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】
本発明の第１の目的は、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な光学補償素子を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な光学補償素子の製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な液晶表示素子を提供することにある。
本発明の第４の目的は、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学補償素子は、液晶に対する光の入射側および出射側の少なくとも一方に配置される光学補償素子であって、光学軸が、光の入射面に対して、前記液晶を通過した光に生じる位相ずれを補償する向きに傾いている光学補償素子である。
【０００９】
また、本発明に係る光学補償素子の製造方法は、一軸性の光学異方性単結晶の光学軸を特定する工程と、前記光学異方性単結晶から、特定した前記光学軸を光の入射面に対して所定角度傾けて基板を切り出す工程とを有する光学補償素子の製造方法である。
【００１０】
本発明に係る液晶表示素子は、光学軸が、光の入射面に対して、液晶を通過した光に生じる位相ずれを補償する向きに傾いている光学補償素子を、液晶に対する光の入射側および出射側の少なくとも一方に有する液晶表示素子である。
【００１１】
また、本発明に係る液晶表示装置は、入力される画像データに基づいて、液晶により光を変調して画像を表示する液晶表示装置であって、光学軸が、光の入射面に対して、液晶を通過した光に生じる位相ずれを補償する向きに傾いている光学補償素子を、液晶に対する光の入射側および出射側の少なくとも一方に有する液晶表示装置である。
【００１２】
本発明においては、光学補償素子を製造する場合に、まず、一軸性の光学異方性単結晶のうちの、屈折率が他の方向とは異なっている方向である光学軸を特定する。
その後、特定した光学軸が光の入射面に対して所定角度傾くように、光学異方性単結晶から光学補償素子を切り出す。
液晶に対する光の入射側および出射側の少なくとも一方に、入射する光に対して、光の入射面が直交するように光学補償素子を配置して、液晶表示素子および液晶表示装置が構成される。このとき、光学補償素子の光学軸は、液晶を通過した光に生じる位相ずれを打ち消して補償する向きに傾いている。
これにより、光は、コントラスト低下の原因となる位相ずれを生じることなく、液晶表示素子および液晶表示装置から出射する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ述べる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の一例に相当す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。
液晶パネルが、本発明の一実施の形態に係る液晶表示素子の一例に相当する。
【００１４】
図１に図解の液晶プロジェクタは、光を発する光源１１と、光源１１からの光の出射側に配置される第１のレンズアレイ１２と、第１のレンズアレイ１２からの出射光を反射し、出射光の光路（光軸１０）を９０°変更するミラー１４と、ミラー１４からの反射光が入射する第２のレンズアレイ１３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。
なお、光源１１と第１レンズアレイ１２との間に、図示しないUV（Ultra Violet）／IR（Infrared）カットフィルタを設置してもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
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、ＰＳ合成素子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。
【００１７】
ＰＳ合成素子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。
ＰＳ合成素子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、ＰＳ合成素子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。
【００１８】
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、入射側偏光板３０Iと、液晶パネル２５Rと、出射側偏光板３０S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、入射側偏光板３０Iおよび液晶パネル２５Rに向けて反射する。
入射側偏光板３０Iは、全反射ミラー１８から入射する赤色光LRのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
液晶パネル２５Rは、入射側偏光板３０Iを介して入射した赤色光LRを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Sは、液晶パネル２５Rからの変調された赤色光LRのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
【００１９】
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、入射側偏光板３０Iと、液晶パネル２５Gと、出射側偏光板３０Sとが設けられている。
入射側偏光板３０Iは、ダイクロイックミラー１９から入射する緑色光LGのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
液晶パネル２５Gは、入射側偏光板３０Iを介して入射した緑色光LGを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Sは、液晶パネル２５Gからの変調された緑色光LGのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
【００２０】
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、入射側偏光板３０Iと、液晶パネル２５Bと、出射側偏光板３０S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、入射側偏光板３０Iおよび液晶パネル２５Bに向けて反射する。
入射側偏光板３０Iは、全反射ミラー２３から入射する緑色光LGのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
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および入射側偏光板３０Iを介して入射した青色光LBを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Sは、液晶パネル２５Bからの変調された青色光LBのうち、偏光軸に一致する方向の光を通過させる。
【００２１】
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から出射されて出射側偏光板３０Sを通過した赤色光LRが入射する。入射面２６Gには、液晶パネル２５Gから出射されて出射側偏光板３０Sを通過した緑色光LGが入射する。入射面２６Bには、液晶パネル２５Bから出射されて出射側偏光板３０Sを通過した青色光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。
【００２２】
以下、図１における液晶パネル、即ち液晶表示素子について述べる。
図２が、本発明の一実施の形態に係る液晶表示パネルの要部の一構成例を側面から示した模式的な概略構成図である。
図１に示す各液晶パネル２５R，２５G，２５Bは、実質的に同じである。したがって、図２以下においては、液晶パネル２５R，２５G，２５Bを、液晶パネル２５として代表して表わす。
【００２３】
図２に図解のように、液晶パネル２５は、入射側防塵パネル４７と、第１の基板３７と、液晶４０と、第２の基板３２と、入射側の光学補償素子５０aと、出射側防塵パネル４３と、出射側の光学補償素子５０bとを有している。
これらの構成要素は、上記の順で、図２に示すように光の入射側SIから出射側SSに向かって配置される。
第１の基板３７および第２の基板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。第１の基板３７および第２の基板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。また、第１の基板３７の厚さをt₂、第２の基板３２の厚さをt₃とする。
【００２４】
第１の基板３７は、共通電極が形成されるいわゆる共通電極基板である。図示しないたとえばITO（Indium Tin Oxide）製の透明な共通電極が、第１の基板３７における第２の基板３２と対向する面に形成される。
また、カラー表示を行なう場合には、カラーフィルタも、第１の基板３７のたとえば第２の基板３２と対向する面に形成される。
【００２５】
第２の基板３２は、図示しないTFT（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子が形成されるいわゆるTFT基板である。TFTは、第２の基板３２において、たとえば第１の基板３７と対向する面に形成される。また、この面には、スイッチングを行なうTFTを選択するための、たとえばITO製の図示しない表示電極も形成される。
【００２６】
第１の基板３７と第２の基板３２には、互いの対向面に、図示はしないが、たとえばポリイミドを用いた配向膜がそれぞれ設けられる。
第１の基板３７と第２の基板３２との配向膜の間に液晶４０を注入し、周辺部においてシール剤Slにより第１の基板３７と第２の基板３２とをシールすることによって、液晶４０が封入される。
後ほど詳述するように、第１の基板３７および第２の基板３２の配向膜は、それぞれの界面において液晶４０の液晶分子を所定の方向にそれぞれ配向させるようにラビング処理されている。
【００２７】
第１の基板３７の配向膜と第２の基板３２の配向膜との間の液晶４０の厚さが、液晶パネル２５のセルギャップdとなる。
また、図示はしないが、たとえばマトリクス状に配置され、TFTを１つずつ有する画素同士の間が、画素ピッチpとなる。
第１の基板３７および第２の基板３２において、画素が形成されており画像表示のための光が通過する部分を表示部と呼ぶ。
【００２８】
入力される画像データに基づいて、作動させるTFTが選択される。TFTを介して表示電極と共通電極との間に所定の電圧を印加することによって、画素ごとに第１の基板３７からの入射光を、印加電圧に応じて変調して第２の基板３２から出射することができる。
【００２９】
入射側防塵パネル４７は、たとえば基板状であり、第１の基板３７に対して、第２の基板３２が配置される面とは反対側の面に、たとえば接着される。入射側防塵パネル４７は、表示部以外の部分を、図示しないケースにより覆って液晶パネル２５を組立てたときに、表示部の光の入射側をカバーして、液晶パネル２５内に入射側から塵芥が侵入することを防ぐ。
入射側防塵パネル４７は、たとえば石英ガラスによって形成する。また、その厚さをt₁とする。
【００３０】
第２の基板３２のうち、液晶４０が配置される面とは反対側の面に、入射側の光学補償素子５０aが配置される。
入射側の光学補償素子５０aから、光の出射方向に向かって、出射側防塵パネル４３および出射側の光学補償素子５０bが、互いに対向して配置される。
出射側防塵パネル４３は、入射側防塵パネル４７と同様の基板状の部材であり、液晶パネル２５を組立てたときに、表示部の光の出射側をカバーして、液晶パネル２５内への出射側からの塵芥の侵入を防止する。
出射側防塵パネル４３にも、入射側防塵パネル４７と同様にたとえば石英ガラスが用いられる。また、出射側防塵パネル４３の厚さをt₄とする。
【００３１】
光学補償素子５０aおよび５０bは、いずれも屈折率異方性を有している。以下では、光学補償素子５０a，５０bにおいて、屈折率異方性を示す方向を光学軸と呼ぶ。
光学補償素子５０a，５０bは、図２に示すように、光の入射面５０Iと出射面５０Sとが平行となるフィルム状、または基板状にそれぞれ形成される。
また、光学補償素子５０aおよび５０bの厚さを、それぞれw₁，w_２とする。
光学補償素子５０a，５０bの光学軸LAはそれぞれ１つであり、図２に示すように、光学軸LAは光の入射面５０Iに対して傾き角度α傾いている。
【００３２】
光学補償素子５０a，５０bは、好適には、無機材料から形成される。
さらに好適には、無機材料としては、一軸性の光学異方性結晶の単結晶を用いる。一軸性光学異方性結晶としては、たとえば水晶やサファイアがある。
【００３３】
本実施形態においては、入射側の光学補償素子５０aと出射側防塵パネル４３と出射側の光学補償素子５０bとは、一例として図２に示すように互いに接着され、第２の基板３２に固着されている。しかしながら、第２の基板３２と、光学補償素子５０a，５０bと、出射側防塵パネル４３とは、必ずしも互いに固着している必要はなく、適宜離して配置することも可能である。
【００３４】
光学補償素子５０aおよび５０bの配置状態と、液晶４０の配向状態との関係をさらに詳細に述べるための図が、図３（a），（b）である。
図３（a），（b）においては、第１の基板３７と第２の基板３２と光学補償素子５０a，５０bと出射側防塵パネル４３の位置関係が、斜視図によって示されている。ただし、第１および第２の基板３７，３２は、模式的に平面状に描いている。
第１の基板３７および第２の基板３２の対向面にそれぞれ形成されている配向膜は、それぞれの界面において液晶４０の液晶分子をラビング方向Aiまたはラビング方向Asにそれぞれ配向させるようにラビング処理されている。
ラビング方向Aiとラビング方向Asとのなす角度が、ツイスト角度と呼ばれる。
ツイスト角度は、一例として９０°に設定される。
ツイスト角度のことを、以下では単にツイスト角と呼ぶこともある。
【００３５】
図３（a），（b）において、液晶４０のうちの、第１の基板３７および第２の基板３２のそれぞれの図示しない配向膜との界面に存在する液晶分子４０aおよび４０cが示すように、液晶分子の長軸（ディレクタ）と配向膜とのなす角度を、チルト角度rと呼ぶ。
液晶分子４０aと液晶分子４０cとの間に存在する液晶分子４０bは、チルト角度rが９０°の場合を表わしている。
また、液晶４０に駆動電圧を印加しないときの配向膜との界面に存在する液晶分子４０a，４０cのチルト角度を、プレチルト角度r0と呼ぶ。
プレチルト角度r0の値は、一例として２〜１４°である。
なお、チルト角度およびプレチルト角度のことを、以下では単にチルト角およびプレチルト角と呼ぶこともある。
【００３６】
入射側偏光板３０Iによって直線偏光となった光は、液晶４０に駆動電圧が印加されている場合にもされていない場合にも、直線偏光のまま液晶４０の層を通過し、直線偏光として液晶４０および第２の基板３２から出射することが望ましい。
しかしながら、配向膜の界面近傍の液晶分子においては、プレチルト角r0を持たせるための配向膜の配向力により、電圧を印加した場合にもしていない場合にも、ある程度のチルト角rが存在する。
このチルト角rに起因して、液晶４０の層に入射した直線偏光は、液晶４０の層の入射側および出射側において、位相がずれて楕円偏光になる。
この傾向は、液晶４０の光入射面に対して斜めに入射する光において特に顕著である。
光が楕円偏光となって液晶４０から出射することにより、電圧を印加した場合にもしていない場合にも、出射側偏光板３０Sの偏光軸の方向と一致して、出射側偏光板３０Sを通過する光が発生する。このため、表示する画像のコントラストが低下する。
【００３７】
本実施の形態においては、上述のコントラストの低下を抑制するために、光学補償素子５０aおよび５０bを用いている。
光学補償素子５０aおよび５０bは、液晶４０のチルト角rに起因して発生する光の位相ずれを、光入射面に対して傾いた光学軸LAによる屈折率異方性によって打ち消して補償するために用いられる。
そのために、光学補償素子５０aおよび５０bは、その光学軸LAが、光入射面５０Iに対して垂直な方向において、それぞれラビング方向Aiまたはラビング方向Asのいずれかと同一平面内に存在するように配置される。
【００３８】
図３（a）においては、出射側防塵パネル４３に対する光の入射側に配置した光学補償素子５０bの光学軸LAと、液晶４０における光の出射側のラビング方向Asとを同一平面内に配置している。光学補償素子５０bによって、液晶４０の光の出射側における位相ずれが補償される。
また、出射側防塵パネル４３の光の出射側に配置した光学補償素子５０aの光学軸LAと、液晶４０における光の入射側のラビング方向Aiとを同一平面内に配置している。光学補償素子５０aによって、液晶４０の光の入射側の位相ずれが補償される。
【００３９】
液晶４０において生じる位相ずれを補償可能であるならば、光学補償素子５０aと５０bとを、入れ換えることも可能であり、図３（b）はその状態を示している。図３（b）においては、出射側防塵パネル４３に対する光の入射側の光学補償素子５０aの光学軸LAと、液晶４０における光の入射側のラビング方向Aiとが同一平面内にあり、出射側防塵パネル４３の出射側の光学補償素子５０bの光学軸LAと、液晶４０の出射側のラビング方向Asとが同一平面内にある。
この場合にも、光学補償素子５０bによって液晶４０の光の出射側の位相ずれが補償され、光学補償素子５０aによって液晶４０の光の入射側の位相ずれが補償されるという関係は変わらない。
なお、図２に図解の液晶パネル２５は、図３（b）の配置構造をしている。
【００４０】
図２に図解の各構成要素の各電極を、フレキシブル基板２５aに接続する。そして、第１および第２の基板３７，３２と、液晶４０と、光学補償素子５０a，５０bとを図３のような配置にして、表示部を光が通過可能なようにたとえば金属製の枠によってカバーすることによって、図４に示すように液晶パネル２５が組立てられる。
このとき、液晶パネル２５への光の入射側において、液晶パネル２５の光入射面２５S１および表示部の中心Ctを、ある視認方向VPから見る場合を考える。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、図４に示すようにある所定の位置に規定した０°の方位から平面PLまでの角度を、方位角φとする。方位角φは、規定した０°の方位から、たとえば右周りに３６０°まで規定される。
また、法線NLと視認方向VPとのなす角を、極角θとする。
【００４１】
以下では、液晶４０における光の位相ずれを補償する最適な光学軸LAの傾斜角度αの値を得るためのシミュレーションについて述べる。
シミュレーションにはシンテック社製の液晶シミュレータ（LCD Master）を用いて、黒を表示させたときの液晶パネル２５の透過率Taを計算した。なお、ある極角θの場合に、０°から３６０°までの方位角φを、５°刻みで７２等分した各方位角における透過率の値の平均値を、透過率Taとした。
【００４２】
シミュレーションにおいて用いた液晶パネル２５の各パラメータは、一例として以下のように規定した。
入射側防塵パネル４７および出射側防塵パネル４３の厚さt₁，t₄：１．０mm（石英ガラス製）。
第１の基板３７の厚さt₂：１．０mm（石英ガラス製）。
第２の基板３２の厚さt₃：１．１mm（石英ガラス製）。
光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂：２５μm（サファイア（Al₂O₃）製。表示部前面をカバーしているとした。）。
画角サイズ（表示部の対角線の長さ）VA：０．９インチ（約２．２５cm）。
画素ピッチp：１８μm。
セルギャップd：３．２μm。
サファイアの常光線屈折率no、異常光線屈折率ne：no＝１．７６８、ne＝１．７６０。
プレチルト角度r0：５°。
ツイスト角度：９０°。
【００４３】
光学補償素子５０a，５０bは、図３（b）に示す位置に配置されているとした。
また、液晶４０の誘電率、弾性定数、回転粘性、ヘリカルピッチ等のパラメータの値には、メルク社製の液晶、MJ９９２００の値を用いた。
以上の条件のもとで、偏光板３０I，３０Sとの組み合わせにより、駆動電圧を印加しないときに液晶４０がツイスト角度９０°で捩れているノーマリーホワイトモードの光学系を構成し、黒を表示させるときの電圧を印加させた場合の液晶のディレクタ分布を計算した。そして、この光学系に波長５５０nmの光線を伝播させる場合において、光学軸LAの傾斜角度αを変化させたときの光の透過率Taを、所定の極角θごとに、４×４のマトリクス法によって求めた。
なお、傾斜角度αを変化させる場合に、光学補償素子５０a，５０bの光学軸LAは、両方とも同じ角度となるように変化させた。
【００４４】
このときの、極角θ＝５°，１０°，１５°の３通りの場合におけるシミュレーション結果を、図５に示す。図５に示すグラフにおいて、一点鎖線が極角θ＝５°の場合を表わし、実線が極角θ＝１０°の場合を表わし、破線が極角θ＝１５°の場合を表わしている。
図５に示すグラフにおいて、横軸は、光学補償素子５０aおよび５０bの光入射面５０Iに対する光学軸LAの傾斜角度α（°）である。
また、縦軸は透過率比Trである。透過率比Trは、光学補償素子５０a，５０bを配置したときの透過率Taと、光学補償素子５０a，５０bを配置せず、その他は同じ条件としたときの透過率Tbとの比である。すなわち、Tr＝Ta／Tbとなる。
したがって、Tr＜１のときは、光学補償素子５０a，５０bを配置したことによって、液晶パネル２５において黒を表示したときの透過率が減少したことを表わし、Tr＞１のときは、黒を表示したときの透過率が増加したことを表わしている。
図５から、傾斜角度αがおよそ６５°から９０°の範囲であれば、極角θの値がいずれの場合にも透過率比Trが常に１を下回り、液晶４０における光の位相ずれを補償する効果があらわれていることがわかる。
【００４５】
また、図６は、光学補償素子５０aと光学補償素子５０bとを入れ換えて、図３（a）に示したように配置した場合の傾斜角度αと透過率Taとの関係を示すシミュレーション結果である。図６において、一点鎖線が極角θ＝５°の場合を表わし、実線が極角θ＝１０°の場合を表わし、破線が極角θ＝１５°の場合を表わしている。また、横軸が傾斜角度α（°）であり、縦軸が透過率比Trである。
図３（a）に示す配置と図３（b）に示す配置において、得られた透過率比Trはほぼ同じ値となった。したがって、図６においては傾斜角度αが７０°から８０°の範囲を、拡大して表示した。
【００４６】
図６のグラフから、図３（a）に示す配置の場合にも、図５の結果と同様に、極角θ＝５°，１０°，１５°の場合に、傾斜角αが約６０°から９０°の範囲において透過率比Trが１未満となる結果が得られることが分かる。そして、傾斜角αが７５°から８５°の範囲において、位相ずれの補償効果が顕著であることがわかる。
また、図６によれば、いずれの極角θの場合にも、傾斜角αが約７５°から８０°の範囲において、その他の範囲における透過率比Trの値よりも小さい値で透過率比Trがほぼ安定している。図示はしないが、傾斜角αが８０°から約８５°の範囲においても、約７５°から８０°の範囲とほぼ同じレベルで透過率比Trが安定している。したがって、傾斜角αが７５°から８５°の範囲において、光学補償素子５０a，５０bによる位相ずれの補償効果が顕著であると言える。
【００４７】
また、光学補償素子５０aを、図２における入射側防塵パネル４７の光入射面L１に対向するように配置し、光学補償素子５０bを、入射側防塵パネル４７と第１の基板３７との間L２に、パネル４７と基板３７とに平行に配置した場合にも、同様の結果を得ることができた。
さらに、光学補償素子５０bを、光入射面L１に対向するように配置し、光学補償素子５０aを、入射側防塵パネル４７と第１の基板３７との間L２に、パネル４７と基板３７とに平行に配置した場合にも、同様の結果を得ることができた。
これら２通りの場合には、液晶４０における位相ずれによって光が直線偏光となるように、光学補償素子５０a，５０bによって入射側偏光板３０Iからの直線偏光を予め楕円偏光にしておくことになる。
【００４８】
以上のように、光学補償素子５０a，５０bの配置位置を変えた場合の結果から、液晶４０における光の入射側での位相ずれと、出射側での位相ずれは、独立して制御可能であると考えられる。
したがって、光学補償素子５０a，５０bのうちのいずれか一方を液晶４０に対する光の出射側に配置し、他方を入射側に配置することも可能である。この場合にも、これまでと同様の結果を得ることができる。
【００４９】
ここで、液晶４０における光の位相ずれの光学補償素子５０aまたは５０bによる補償の原理について述べる。
図７が、補償の原理を説明するために用いる図である。図７（a），（b）における楕円６０ならびに楕円６１a，６１bは、屈折率楕円体と呼ばれるものである。屈折率楕円体によって、複屈折性を有する物質の光学特性をあらわすことができる。
図７（a），（b）においては、一例として、第２の基板３２を介して液晶４０と光学補償素子５０aとを配置した場合を想定している。
屈折率楕円体６０が、液晶４０における光の入射側の液晶分子４０aの屈折率特性を表わし、屈折率楕円体６１aまたは６１bが、光学補償素子５０aの屈折率特性を表わしている。即ち、図７は、一例として、液晶４０に対する光の入射側における位相ずれを、光学補償素子５０aによって補償する場合の補償原理を説明するための図である。
【００５０】
ただし、図７（a）における屈折率楕円体６１aは、異常光線屈折率neが常光線屈折率noよりも大きい材料により形成された光学補償素子５０aの屈折率楕円体を表わしており、図７（b）における屈折率楕円体６１bは、屈折率neが屈折率noよりも小さい場合のものである。
一軸性の複屈折物質においては、異常光線の進行方向が光学軸（いわゆるc軸）LAとなる。異常光線屈折率neが常光線屈折率noよりも大きい場合には、屈折率neを示す方向が屈折率楕円体における長軸方向となり、屈折率noを示す方向が長軸方向と直交する短軸方向になる。
屈折率neが屈折率noよりも小さい場合には、逆に、屈折率neを示す方向が屈折率楕円体における短軸方向となり、屈折率noを示す方向が長軸方向となる。
なお、サファイアは、図７（b）の場合に相当する。
【００５１】
前述したように、液晶４０への光の入射側におけるラビング方向Aiと、光学補償素子５０aの光学軸LAとは、同一平面内に存在する。
したがって、液晶分子４０aのディレクタの傾き方向DDおよび光学補償素子５０aの光学軸LAも、同一平面内に存在する。
なお、液晶分子においては、屈折率楕円体６０に示すように、ディレクタ（長軸）方向が、異常光線が伝播する光学軸に一致する。
上記の、液晶分子４０aのディレクタと光学軸LAとが存在する面と、それに平行な面を、便宜上、XY平面とする。
光は、矢印DLLの向きに伝播する。
【００５２】
簡単化のため、XY平面内における光の伝播状態のみを考える。サファイアのように、屈折率neが屈折率noよりも小さい材料の場合には、光学軸LAの傾き方向DLAが、光の伝播方向に対して、図７（b）に示すように液晶分子４０aのディレクタのチルト角rによって規定される傾き方向DDと同方向になるように光学補償素子５０aを配置する。
このとき、液晶４０の異常光線屈折率neと常光線屈折率noとの差Δn＝ne−noは、光学補償素子５０aの異常光線屈折率neと常光線屈折率noとの差Δnと異符号になっている。
この場合に、矢印DLLに沿って伝播する光は、傾き方向DDの液晶分子を通過する際に、液晶分子の長軸方向と短軸方向とにおいて、進行速度が変化する。液晶分子の屈折率neは屈折率noよりも大きいために、液晶分子の長軸を通過する光成分は、短軸を通過する光成分よりも進行速度が遅れ、結果的に位相が遅れる。
液晶４０を通過した、位相がずれた光が入射する光学補償素子５０aにおいては、屈折率neが屈折率noよりも小さいために、傾き方向DDと同方向の傾き方向DLAの光学軸LAを通過する光成分は、光学軸LAに直交する方向を通過する光成分よりも進行速度が速くなり、結果的に位相が進む。
したがって、光学軸LAの傾斜角度αを適切に規定することによって、液晶４０において生じる位相ずれを、光学補償素子５０aにおいて打ち消して補償することが可能であることが分かる。
【００５３】
光学補償素子５０aの異常光線屈折率neが常光線屈折率noよりも大きい場合にも、液晶４０の光の入射側における位相ずれを補償することは可能である。このとき、液晶４０の異常光線屈折率neと常光線屈折率noとの差Δn＝ne−noは、光学補償素子５０aの異常光線屈折率neと常光線屈折率noとの差Δnと同符号になっている。
この場合には、図７（a）に示すように、光学軸LAの傾き方向DLAが、光の伝播方向DLLに対して、液晶分子４０aのチルト角rにより規定されるディレクタの傾き方向DDと逆方向になるように光学補償素子５０aを配置する。
傾き方向DLAが傾き方向DDと逆方向の場合には、図７（a）に示す、傾き方向DLAと直交する異常光線の伝播方向Dnoが、図７（b）における傾き方向DLAに相当すると考えることができる。
【００５４】
傾き方向DDの液晶分子を通過する光については、図７（b）の場合と同様に、液晶分子の長軸を通過する成分が、短軸を通過する成分よりも進行速度が遅れて位相が遅れる。
光学補償素子５０aにおいては、屈折率楕円体６１aの長軸の屈折率neが短軸の屈折率noよりも大きいために、傾き方向DLAの光学軸LAを通過する光成分よりも、光学軸LAに直交する伝播方向Dnoを通過する光成分の方が、進行速度が速くなり、結果的に位相が進む。
したがって、図７（b）の場合と同様に、光学軸LAの傾き方向DLAを、光の伝播方向DLLに対して傾き方向DDとは逆方向にした状態において、傾斜角αを適切に規定することによって、液晶４０の長軸を通過した光成分の位相遅れを、光が傾き方向Dnoを通過する際に位相を進めることによって打ち消して補償することができる。
液晶４０の短軸を通過して位相が進んだ光成分も、同様に光学補償素子５０aの傾き方向DLAの光学軸LAを通過することによって位相が遅らされてずれが補償される。
【００５５】
以上の原理から、光学軸の傾斜角度αと傾き方向DLAを適切に規定して光学補償素子を配置することにより、液晶４０において生じる光の位相ずれを補償できることが分かった。
以下では、光学補償素子の厚さについての条件を算出するために行なったシミュレーションについて述べる。
【００５６】
図８（a）〜（c）に、極角θをθ＝５°，１０°，１５°とした場合に、光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂と、黒を表示させた場合の透過率比Trとの関係を算出したシミュレーション結果をそれぞれ示す。
図８（a）〜（c）に示すグラフの横軸が光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂（μm）を表わしており、縦軸が図５および図６のグラフで用いた透過率比と同じ定義の透過率比Trを表わしている。
このとき、光学補償素子５０a，５０bの材質はいずれもサファイアであるとし、その光学軸の傾斜角度αは８５°に固定した。
それ以外の条件は、傾斜角度αと透過率比Trとの関係を計算したシミュレーションの場合と同じであるとし、光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂は、両方とも同じ値となるように変化させた。
また、光学補償素子５０a，５０bの配置位置は、図２に示す位置である。
【００５７】
図８（a）〜（c）の結果から、サファイア製の光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂が８０μmの場合においても、極角θが５°以内の領域であれば、黒表示時の光の透過率を抑制可能であることが分かる。
ある光学物質の異常光線屈折率neと常光線屈折率noとの差Δn＝ne−noの絶対値と、厚さd0との積Δn・d0をリタデーションと呼ぶ。
前述のように、サファイアの屈折率noは１．７６８であり、屈折率neは１．７６０であるため｜Δn｜＝０．００８となる。したがって、光学補償素子５０a，５０bの厚さw₁，w₂を８０μmとすると、リタデーションが６４０nm以下であれば、極角θによって規定されるある所定の視野角の領域において、黒表示時の透過率を抑制可能であることが分かる。
【００５８】
以上のことから、１つの光学補償素子５０aまたは５０bのリタデーションが、６４０nm以下であることが望まれる。
なお、図８（c）から、好適には、光学補償素子５０aまたは５０bのリタデーションが、約２７２〜３３６の範囲であれば、極角θが１５°の場合にも透過率比Trが１未満となり、液晶パネル２５の視野角をより広げることができる。
【００５９】
次に、これまで述べてきた本実施の形態に係る液晶パネル２５を実際に製作し、製作した液晶パネル２５を用いて図１に示す３板式の液晶プロジェクタを構成し、投射画像のコントラストを調べた結果について述べる。
まず、図２に示す液晶パネル２５の製造方法の一例について、図９および図１０を参照して述べる。
図９は、図２に示す液晶パネル２５の製造の流れを示すプロセス図である。
まず、図１０（a）に示すような、一軸性の光学異方性を有する結晶の単結晶ブロック７０を用意する。ここでは、単結晶ブロックとして、サファイアの単結晶ブロックを用いた。そして、たとえばX線回折によって単結晶ブロック７０の結晶方位を同定し、光学軸（c軸）LAを特定する（プロセスP１）。
【００６０】
次に、図１０（b）に示すように、対向する平行な光入射面５０Iおよび光出射面５０Sに対して光学軸LAが所定の傾斜角度αかたむくように、単結晶ブロック７０から基板７５を切り出す（プロセスP２）。
比較のため、光学軸LAの傾斜角度αをα＝６０°，７０°，８０°，９０°とした４種類の基板７５を個別に切り出した。
また、サファイア基板７５は、厚さが約２５μmとなるように切り出した。
単結晶ブロック７０からの基板７５の切り出しには、たとえばダイヤモンドカッターを用いる。
【００６１】
基板７５をさらに切り出して、矩形の基板状にして組立てたときに、光学軸LAの方向が、液晶４０に対するラビング方向AiまたはAoと同一平面内に入るように成形し、光学補償素子５０a，５０bを得た（プロセスP３）。
このとき、成形した光学補償素子５０a，５０bの大きさは、第１および第２の基板３７，３２によって形成される表示部を十分に覆うことが可能な大きさにしている。
【００６２】
光学補償素子５０a，５０bが準備されたら、厚さt₄を１．０mmとした石英ガラス製の出射側防塵パネル４３の光が入射および出射する対向面の表面に、減圧されているチャンバー内で、たとえばスピンコート法により接着剤を塗布する（プロセルP４）。
接着剤としては、たとえばシリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、あるいはフッ素系樹脂を用いる。
接着剤が塗布された出射側防塵パネル４３に対して、プロセスP３までで得た光学補償素子５０aおよび５０bを貼り合わせる（プロセスP５）。
このとき、出射側防塵パネル４３に対して、光学補償素子５０aおよび５０bが、図３（a），（b）に示す位置関係になる２通りのものを製作した。
光学補償素子５０aおよび５０bが貼り合わされた出射側防塵パネル４３に対して、加熱、あるいは紫外線光を照射することにより、塗布した接着剤を硬化させる（プロセスP６）。
【００６３】
そして、出射側防塵パネル４３の両面に固着した光学補償素子５０aおよび５０bを研削および研磨して、所定厚さの光学補償素子５０a，５０bを得る（プロセスP７）。
ここでは、光学補償素子５０a，５０bの厚さはいずれも２０μmにした。
【００６４】
厚さが２０μmの光学補償素子５０a，５０bが貼り付いた出射側防塵パネル４３は、厚さがそれぞれ１．１mmおよび１．０mmの石英ガラス製であり、対向面間に液晶４０を封入した予め用意してある一対の第２の基板３２および第１の基板３７の第２基板３２側に接着する。
このとき、光学補償素子５０a，５０bの光学軸LAと、液晶４０に対するラビング方向Ai，Asとが、図３（a），（b）に示す配置関係となる２通りのものを製作した。
また、第１の基板３７の光入射面には、厚さが１．０mmで石英ガラス製の入射側防塵パネル４７を接着する。
なお、液晶４０としては、メルク社製の液晶、MJ９９２００を用いた。
【００６５】
その後、第１の基板３７および第２の基板３２にフレキシブル基板２５aを取り付け、たとえば金属製の枠をはめ込んで、図４に示すような液晶パネル２５が完成する。
また、比較のために、光学補償素子５０aおよび５０bを取り付けない液晶パネルも製作した。
これらの液晶パネルを用いて、図１に示すような液晶プロジェクタを製作し、スクリーン２８への投射画像のコントラスト比Crを測定した。このときの投射レンズ２７の明るさを表わすF値はF２．０である。
コントラスト比Crは、スクリーン２８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り、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。
【００６６】
このときの実際の測定結果を図１１に示す。
図１１（a），（b）に示すグラフにおいて、横軸がいずれも光学補償素子５０a，bの光学軸LAの傾斜角度αを変化させた場合と、光学補償素子５０a，bが存在しない場合とを表わしており、縦軸がいずれもコントラスト比Crを表わしている。
また、図１１（a）は液晶パネル２５を図３（a）に示すように構成した場合の結果であり、図１１（b）は液晶パネル２５を図３（b）に示すように構成した場合の結果である。
【００６７】
図１１（a），（b）の結果から、実際に画像を表示した場合にも、光学補償素子５０a，５０bを用いることによって、黒表示時の光の透過率を抑制し、光学補償素子が無い従来よりもコントラスト比Crを向上できることが分かった。
その際に、光学補償素子５０a，５０bの光入射面５０Iおよび出射面５０Sを、液晶４０の光の入出射面に対して傾ける必要が無いため、液晶パネル２５ひいては液晶プロジェクタを小型化することができる。
また、視野角も広くなる。
【００６８】
また、光学補償素子５０a，５０bとして無機材料を用いることにより、光学補償素子５０a，５０bの耐光性が向上し、結果的に液晶パネル２５ひいては液晶プロジェクタを長寿命化することが可能になる。
無機材料のうち、水晶やサファイア等の熱伝導率の高い物質を用いることにより、液晶４０が光を受けて発生する熱を効率的に発散させることができる。その結果、液晶パネル２５ひいては液晶プロジェクタの長寿をさらに延ばすことが可能になる。これにより、液晶プロジェクタの高輝度化を図ることもできる。
光学補償素子５０a，５０bは、図２に示すようにたとえば第２の基板３２または出射側防塵パネル４３に貼り付いており、液晶４０からの距離が近い方が熱の発散効果は高い。しかし、光学補償素子５０a，５０bが第２の基板３２または出射側防塵パネル４３に貼り付いておらず、液晶４０からある程度離れていても、ある程度の発散効果はある。前述のように光学補償素子５０a，５０bが液晶パネル２５における光の入射側に存在している場合にも、同様の熱の発散効果があることは言うまでもない。
【００６９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、材質、形状、構造等の要件は、特許請求の範囲内において適宜変更可能である。
たとえば、上述の実施の形態においては、液晶４０の光の入射側における位相ずれと出射側における位相ずれの両方を補償するために２枚の光学補償素子を用いた。しかしながら、１枚の光学補償素子によって、いずれか一方の位相ずれを補償するだけでも、２枚用いた場合よりは効果は劣るが、従来よりも黒表示時の透過率比Trおよびコントラスト比Crを向上させることができる。
また、本発明は、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や、プロジェクションテレビにも適用可能である。さらに、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置にも本発明は適用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な光学補償素子を提供することができる。
また、本発明によれば、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な光学補償素子の製造方法を提供することもできる。
さらに、本発明によれば、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な液晶表示素子を提供することもできる。
さらにまた、本発明によれば、液晶を通過する光に生じる位相差を補償する場合に必要とするスペースを減少可能であり、かつ、長寿命な液晶表示装置を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の一例に相当する液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示パネルの要部の一構成例を側面から示した模式的な概略構成図である。
【図３】図３（a），（b）は、本発明の一実施の形態に係る光学補償素子の配置状態と、液晶の配向状態との関係を述べるための図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示素子の一例の外観を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る光学補償素子の光学軸の傾斜角度と、液晶表示素子の透過率比との関係を示すシミュレーション結果のグラフである。
【図６】図６は、図５に示すグラフの一部を拡大表示したグラフである。
【図７】図７（a），（b）は、本発明の一実施の形態に係る光学補償素子による液晶を通過する光の位相ずれの補償原理を説明するために用いる図である。
【図８】図８（a）〜（c）は、極角を変化させた場合の、光学補償素子の厚さと液晶表示素子の透過率比との関係を示すシミュレーション結果のグラフである。
【図９】図９は、図２に図解した液晶表示素子の製造の流れを示すプロセス図である。
【図１０】図１０（a），（b）は、一軸性光学異方性単結晶から、光学軸が所定角度傾いた基板を切り出す状態を示す斜視図である。
【図１１】図１１（a），（b）は、光学補償素子の配置位置と、光学軸の傾斜角度を変えた場合の、図１に図解の液晶プロジェクタによる投射画像のコントラスト比を示したグラフである。
【符号の説明】
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…PS合成素子、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、２５（２５R，２５G，２５B）…液晶パネル（液晶表示素子）、２５a…フレキシブル基板、２５S１…光入射面、２６…クロスプリズム、２７…投影レンズ、２８…スクリーン、３２…第２の基板、３７…第１の基板、４０…液晶、４３…出射側防塵パネル、４７…入射側防塵パネル、５０a，５０b…光学補償素子、５０I…入射面、５０S…出射面、７０…光学異方性結晶単結晶ブロック、LA…光学軸、α…傾斜角度、Ai，As…配向方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical compensator for compensating for a phase shift occurring in light passing through a liquid crystal, a method for manufacturing the same, a liquid crystal display using the optical compensator, and a liquid crystal display.
Specifically, the present invention relates to an optical compensating element in which an optical axis for compensating a phase shift of a liquid crystal is inclined with respect to a light incident surface, a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display device using the optical compensating element And a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
As an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal, there is a liquid crystal projector. In a liquid crystal projector, a liquid crystal display element that can modulate incident light on a pixel basis, that is, a liquid crystal panel is configured. The light from the light source is modulated by the liquid crystal panel and enlarged and projected on a screen.
[0003]
It is known that birefringence caused by a pretilt angle of a liquid crystal is compensated by an optical compensation element such as a retardation film in order to increase the contrast of an image of a liquid crystal projector (for example, see Patent Document 1).
As the brightness of a liquid crystal projector increases, the amount of light incident obliquely on a light incident surface of a liquid crystal panel increases. When a pretilt angle exists at the interface between the liquid crystal of the liquid crystal panel and the panel, the light obliquely incident on the liquid crystal panel is birefringent and the light is shifted in phase to become elliptically polarized light. Therefore, when the linearly polarized light component of the elliptically polarized light that passes through the polarizing film on the emission side of the liquid crystal panel is displayed, the contrast is reduced when displaying black, so-called black floating occurs.
In Patent Literature 1, a phase difference film is disposed between a liquid crystal panel and an output-side polarizing film to compensate for a phase shift due to birefringence and enhance contrast.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-343623 A (FIG. 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a retardation film, when an optical axis for compensating for a phase shift of light passing through a liquid crystal exists in a direction parallel to a light incident surface, as shown in Patent Document 1, Since it is necessary to tilt the retardation film, it is inconvenient for downsizing the liquid crystal projector.
[0006]
Further, the life of the retardation film is not sufficiently long. Therefore, there is a possibility that the life of the retardation film determines the life of the liquid crystal projector. The life of the retardation film becomes shorter as the brightness of the liquid crystal projector increases.
As described above, there is a disadvantage in increasing the contrast by the retardation film.
[0007]
A first object of the present invention is to provide a long-life optical compensator capable of reducing a space required for compensating for a phase difference generated in light passing through a liquid crystal.
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical compensator capable of reducing a space required for compensating a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and having a long life. It is in.
A third object of the present invention is to provide a liquid crystal display device which can reduce a space required for compensating for a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and has a long life.
A fourth object of the present invention is to provide a liquid crystal display device which can reduce a space required for compensating for a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and has a long life.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The optical compensating element according to the present invention is an optical compensating element disposed on at least one of a light incident side and a light emitting side with respect to a liquid crystal, wherein an optical axis has a light passing through the liquid crystal with respect to a light incident surface. Is an optical compensating element inclined in a direction to compensate for a phase shift occurring in the optical compensator.
[0009]
Further, in the method for manufacturing an optical compensatory element according to the present invention, the step of specifying an optical axis of a uniaxial optically anisotropic single crystal, and the step of specifying the specified optical axis from the optically anisotropic single crystal to make light incident Cutting out a substrate at a predetermined angle with respect to the surface.
[0010]
The liquid crystal display element according to the present invention, the optical axis, the optical compensating element inclined to the direction of compensating the phase shift generated in the light passing through the liquid crystal with respect to the light incident surface, the light incident side to the liquid crystal and This is a liquid crystal display element provided on at least one of the emission sides.
[0011]
Further, the liquid crystal display device according to the present invention is a liquid crystal display device that displays an image by modulating light with liquid crystal based on input image data, wherein the optical axis is A liquid crystal display device having an optical compensating element inclined in a direction for compensating a phase shift generated in light passing through a liquid crystal on at least one of a light incident side and a light emitting side with respect to the liquid crystal.
[0012]
In the present invention, when manufacturing an optical compensating element, first, an optical axis of a uniaxial optically anisotropic single crystal whose refractive index is different from other directions is specified.
Thereafter, the optical compensator is cut out of the optically anisotropic single crystal so that the specified optical axis is inclined at a predetermined angle with respect to the light incident surface.
A liquid crystal display element and a liquid crystal display device are configured by arranging an optical compensating element on at least one of the light incident side and the light exit side with respect to the liquid crystal so that the light incident surface is orthogonal to the incident light. At this time, the optical axis of the optical compensating element is inclined in such a direction as to cancel and compensate for the phase shift occurring in the light passing through the liquid crystal.
Thus, the light is emitted from the liquid crystal display element and the liquid crystal display device without causing a phase shift that causes a decrease in contrast.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal projector corresponding to an example of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
The liquid crystal projector shown in FIG. 1 is a so-called three-panel type projector that performs color image display using three transmissive liquid crystal panels.
A liquid crystal panel corresponds to an example of a liquid crystal display element according to one embodiment of the present invention.
[0014]
The liquid crystal projector illustrated in FIG. 1 includes a light source 11 that emits light, a first lens array 12 that is disposed on a light emission side of the light source 11, and reflects light emitted from the first lens array 12. The mirror 14 includes a mirror 14 that changes the optical path (optical axis 10) of the emitted light by 90 °, and a second lens array 13 on which light reflected from the mirror 14 is incident. Mirror 14 is preferably a total reflection mirror.
In the first lens array 12 and the second lens array 13, a plurality of microlenses 12M and 13M are two-dimensionally arranged. The first lens array 12 and the second lens array 13 are for making the illuminance distribution of light uniform, and have a function of dividing incident light into a plurality of small light beams.
Note that a UV (Ultra Violet) / IR (Infrared) cut filter (not shown) may be provided between the light source 11 and the first lens array 12.
[0015]
The light source 11 emits white light including red light, blue light, and green light required for displaying a color image. The light source 11 is configured to include a light emitting body (not shown) that emits white light, and a concave mirror that reflects and condenses light emitted from the light emitting body.
As the luminous body, for example, a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp or a xenon lamp is used.
The concave mirror desirably has a shape with good light-collecting efficiency, and has a rotationally symmetric surface shape such as a spheroid mirror or a paraboloid of revolution.
[0016]
In addition, the liquid crystal projector illustrated in FIG. 1 includes a PS combining element 15, a condenser lens 16, and a dichroic mirror 17 on the light emission side of the second lens array 13. The dichroic mirror 17 separates the incident light into, for example, red light LR and light of another color.
[0017]
The PS synthesizing element 15 is provided with a plurality of phase plates 15A at positions corresponding to adjacent microlenses in the second lens array 13. A half-wave plate is an example of the phase plate 15A.
The PS combining element 15 separates the incident light into polarized light of P-polarized component and S-polarized component. In addition, the PS combining element 15 emits one of the two separated polarized lights from the polarization conversion element 15 while maintaining its polarization direction (for example, P-polarized light), and outputs the other polarized light (for example, S-polarized light). The polarized light component) is converted into another polarized light component (for example, a P-polarized light component) by the action of the half-wave plate 15A and emitted.
[0018]
Further, the liquid crystal projector includes a mirror 18, a field lens 24R, an incident side polarizing plate 30I, a liquid crystal panel 25R, and an output side polarizing plate 30S along the optical path of the red light LR separated by the dichroic mirror 17. Have.
As the mirror 18, a total reflection mirror is preferably used. The total reflection mirror 18 reflects the red light LR separated by the dichroic mirror 17 toward the incident side polarizing plate 30I and the liquid crystal panel 25R.
The incident side polarizing plate 30I allows the light of the direction coincident with the polarization axis of the red light LR incident from the total reflection mirror 18 to pass therethrough.
The liquid crystal panel 25R spatially modulates the red light LR incident via the incident side polarizing plate 30I according to input image data.
The emission-side polarizing plate 30S allows light of the modulated red light LR from the liquid crystal panel 25R to pass in the direction that matches the polarization axis.
[0019]
The liquid crystal projector has a dichroic mirror 19 along an optical path of light of another color separated by the dichroic mirror 17. The dichroic mirror 19 separates the incident light into, for example, green light LG and blue light LB.
In the optical path of the green light LG separated by the dichroic mirror 19, a field lens 24G, an incident side polarizing plate 30I, a liquid crystal panel 25G, and an outgoing side polarizing plate 30S are provided.
The incident-side polarizing plate 30I allows the light of the direction coincident with the polarization axis of the green light LG incident from the dichroic mirror 19 to pass through.
The liquid crystal panel 25G spatially modulates the green light LG incident through the incident-side polarizing plate 30I according to input image data.
The exit-side polarizing plate 30S allows light of a direction corresponding to the polarization axis of the modulated green light LG from the liquid crystal panel 25G to pass.
[0020]
Further, along the optical path of the blue light LB separated by the dichroic mirror 19, a relay lens 20, a mirror 21, a relay lens 22, a mirror 23, a field lens 24B, an incident side polarizing plate 30I, a liquid crystal panel 25B and an output side polarizing plate 30S are provided.
The mirrors 21, 23 are preferably total reflection mirrors. The total reflection mirror 21 reflects the blue light LB incident via the relay lens 20 toward the total reflection mirror 23. The total reflection mirror 23 reflects the blue light LB reflected by the total reflection mirror 21 and incident via the relay lens 22 toward the incident side polarizing plate 30I and the liquid crystal panel 25B.
The incident-side polarizing plate 30I allows light of a direction corresponding to the polarization axis of the green light LG incident from the total reflection mirror 23 to pass.
The liquid crystal panel 25B spatially modulates the blue light LB reflected by the total reflection mirror 23 and incident via the field lens 24B and the incident-side polarizing plate 30I according to input image data.
The emission-side polarizing plate 30S allows light of a direction corresponding to the polarization axis of the modulated blue light LB from the liquid crystal panel 25B to pass.
[0021]
At a position where the optical paths of the red light LR, the green light LG, and the blue light LB intersect, a cross prism 26 having a function of combining these three color lights is provided.
Further, the liquid crystal projector has a projection lens 27 for projecting the combined light emitted from the cross prism 26 toward a screen 28.
The cross prism 26 has three entrance surfaces 26R, 26G, 26B and one exit surface 26T. The red light LR emitted from the liquid crystal panel 25R and passing through the exit-side polarizing plate 30S enters the incidence surface 26R. Green light LG emitted from the liquid crystal panel 25G and passing through the exit-side polarizing plate 30S enters the incidence surface 26G. The blue light LB emitted from the liquid crystal panel 25B and passing through the emission-side polarizing plate 30S enters the incidence surface 26B. The cross prism 26 combines the three color lights that have entered the incident surfaces 26R, 26G, and 26B and emits the combined light from the exit surface 26T.
[0022]
Hereinafter, the liquid crystal panel, that is, the liquid crystal display element in FIG. 1 will be described.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a main part of a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention from a side.
Each of the liquid crystal panels 25R, 25G, and 25B shown in FIG. 1 is substantially the same. Therefore, the liquid crystal panels 25R, 25G, and 25B are represented as the liquid crystal panel 25 in FIG.
[0023]
As illustrated in FIG. 2, the liquid crystal panel 25 includes an incident-side dustproof panel 47, a first substrate 37, a liquid crystal 40, a second substrate 32, an incident-side optical compensation element 50a, and an output-side dustproof. It has a panel 43 and an optical compensation element 50b on the emission side.
These components are arranged in the above order from the light incident side SI to the light exit side SS as shown in FIG.
The first substrate 37 and the second substrate 32 are arranged parallel to each other at a predetermined interval. As the first substrate 37 and the second substrate 32, a glass substrate such as borosilicate glass or quartz glass is used. Further, the thickness of the first substrate 37 is set to t. _Two , The thickness of the second substrate 32 is t _Three And
[0024]
The first substrate 37 is a so-called common electrode substrate on which a common electrode is formed. A transparent common electrode (not shown) made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) is formed on a surface of the first substrate 37 facing the second substrate 32.
When performing color display, a color filter is also formed on the surface of the first substrate 37 facing the second substrate 32, for example.
[0025]
The second substrate 32 is a so-called TFT substrate on which a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) (not shown) is formed. The TFT is formed on the second substrate 32, for example, on the surface facing the first substrate 37. In addition, a display electrode (not shown) made of, for example, ITO for selecting a TFT for switching is also formed on this surface.
[0026]
Although not shown, an alignment film using, for example, polyimide is provided on the first substrate 37 and the second substrate 32 on their facing surfaces.
By injecting liquid crystal 40 between the alignment films of the first substrate 37 and the second substrate 32 and sealing the first substrate 37 and the second substrate 32 with a sealant Sl in the peripheral portion, 40 are enclosed.
As will be described later in detail, the alignment films of the first substrate 37 and the second substrate 32 are rubbed so that the liquid crystal molecules of the liquid crystal 40 are aligned in predetermined directions at respective interfaces.
[0027]
The thickness of the liquid crystal 40 between the alignment film of the first substrate 37 and the alignment film of the second substrate 32 becomes the cell gap d of the liquid crystal panel 25.
Further, although not shown, for example, a pixel pitch p is between pixels arranged in a matrix and having one TFT each.
In the first substrate 37 and the second substrate 32, a portion where pixels are formed and light for image display passes is called a display portion.
[0028]
The TFT to be operated is selected based on the input image data. By applying a predetermined voltage between the display electrode and the common electrode via the TFT, the incident light from the first substrate 37 is modulated for each pixel in accordance with the applied voltage, and the second substrate 32 Can be emitted.
[0029]
The entrance-side dustproof panel 47 is, for example, in a substrate shape, and is bonded, for example, to a surface of the first substrate 37 opposite to a surface on which the second substrate 32 is arranged. When the liquid crystal panel 25 is assembled by covering a part other than the display unit with a case (not shown), the incident side dustproof panel 47 covers the light incident side of the display unit, and the dustproof panel 47 is disposed inside the liquid crystal panel 25 from the incident side. Prevent intrusion.
The entrance-side dustproof panel 47 is formed of, for example, quartz glass. Also, its thickness is t ₁ And
[0030]
The optical compensation element 50a on the incident side is arranged on the surface of the second substrate 32 opposite to the surface on which the liquid crystal 40 is arranged.
The emission-side dustproof panel 43 and the emission-side optical compensation element 50b are arranged to face each other from the incident-side optical compensation element 50a toward the light emission direction.
The emission-side dustproof panel 43 is a substrate-like member similar to the incident-side dustproof panel 47. When the liquid crystal panel 25 is assembled, it covers the light emission side of the display unit and emits light into the liquid crystal panel 25. Prevents ingress of dust from the side.
For example, quartz glass is used for the emission-side dustproof panel 43 as well as the incident-side dustproof panel 47. Further, the thickness of the emission side dustproof panel 43 is t _Four And
[0031]
Each of the optical compensation elements 50a and 50b has a refractive index anisotropy. Hereinafter, in the optical compensating elements 50a and 50b, the direction showing the refractive index anisotropy is referred to as an optical axis.
As shown in FIG. 2, the optical compensating elements 50a and 50b are formed in a film shape or a substrate shape in which the light incident surface 50I and the light emitting surface 50S are parallel.
Further, the thicknesses of the optical compensating elements 50a and 50b are respectively set to w ₁ , W ₂ And
Each of the optical compensating elements 50a and 50b has one optical axis LA, and as shown in FIG. 2, the optical axis LA is inclined at an inclination angle α with respect to the light incident surface 50I.
[0032]
The optical compensation elements 50a and 50b are preferably formed from an inorganic material.
More preferably, a single crystal of a uniaxial optically anisotropic crystal is used as the inorganic material. Examples of the uniaxial optically anisotropic crystal include quartz and sapphire.
[0033]
In the present embodiment, the optical compensation element 50a on the incident side, the dust-proof panel 43 on the emission side, and the optical compensation element 50b on the emission side are adhered to each other as an example, as shown in FIG. ing. However, the second substrate 32, the optical compensating elements 50a and 50b, and the emission-side dustproof panel 43 do not necessarily need to be fixed to each other, and may be disposed as appropriate.
[0034]
FIGS. 3A and 3B are diagrams for describing the relationship between the arrangement state of the optical compensation elements 50a and 50b and the alignment state of the liquid crystal 40 in further detail.
3A and 3B, the positional relationship among the first substrate 37, the second substrate 32, the optical compensation elements 50a and 50b, and the emission-side dustproof panel 43 is shown by a perspective view. However, the first and second substrates 37 and 32 are schematically drawn in a planar shape.
The alignment films respectively formed on the opposing surfaces of the first substrate 37 and the second substrate 32 are subjected to a rubbing treatment so as to align the liquid crystal molecules of the liquid crystal 40 at the respective interfaces in the rubbing direction Ai or the rubbing direction As. ing.
The angle between the rubbing direction Ai and the rubbing direction As is called a twist angle.
The twist angle is set to 90 ° as an example.
Hereinafter, the twist angle may be simply referred to as a twist angle.
[0035]
In FIGS. 3A and 3B, as shown by the liquid crystal molecules 40a and 40c existing at the interfaces between the liquid crystal 40 and the alignment films (not shown) of the first substrate 37 and the second substrate 32, respectively. The angle between the long axis (director) of the liquid crystal molecules and the alignment film is called a tilt angle r.
The liquid crystal molecules 40b existing between the liquid crystal molecules 40a and the liquid crystal molecules 40c represent a case where the tilt angle r is 90 °.
The tilt angle of the liquid crystal molecules 40a and 40c existing at the interface with the alignment film when no driving voltage is applied to the liquid crystal 40 is called a pretilt angle r0.
The value of the pretilt angle r0 is, for example, 2 to 14 °.
Note that the tilt angle and the pretilt angle may be simply referred to as a tilt angle and a pretilt angle below.
[0036]
The light that has been linearly polarized by the incident-side polarizing plate 30I passes through the layer of the liquid crystal 40 as linearly polarized light, regardless of whether a driving voltage is applied to the liquid crystal 40 or not. It is desirable that the light is emitted from 40 and the second substrate 32.
However, in the liquid crystal molecules near the interface of the alignment film, a certain tilt angle r exists whether or not a voltage is applied due to the alignment force of the alignment film for providing the pretilt angle r0.
Due to the tilt angle r, the linearly polarized light incident on the layer of the liquid crystal 40 is out of phase on the incident side and the emission side of the layer of the liquid crystal 40, and becomes elliptically polarized light.
This tendency is particularly remarkable for light obliquely incident on the light incident surface of the liquid crystal 40.
When the light is emitted from the liquid crystal 40 as elliptically polarized light, the light passes through the emission-side polarizing plate 30S in the same direction as the polarization axis of the emission-side polarizing plate 30S regardless of whether a voltage is applied or not. Light is generated. For this reason, the contrast of the displayed image is reduced.
[0037]
In the present embodiment, the optical compensating elements 50a and 50b are used to suppress the above-described decrease in contrast.
The optical compensating elements 50a and 50b are used to cancel and compensate for the phase shift of light generated due to the tilt angle r of the liquid crystal 40 by the refractive index anisotropy of the optical axis LA inclined with respect to the light incident surface. Used.
For this purpose, the optical compensating elements 50a and 50b are arranged such that their optical axes LA are in the same plane as either the rubbing direction Ai or the rubbing direction As in a direction perpendicular to the light incident surface 50I. You.
[0038]
In FIG. 3A, the optical axis LA of the optical compensation element 50b arranged on the light incident side with respect to the emission side dustproof panel 43 and the rubbing direction As on the light emission side of the liquid crystal 40 are arranged in the same plane. ing. The phase shift on the light emission side of the liquid crystal 40 is compensated by the optical compensation element 50b.
The optical axis LA of the optical compensating element 50a disposed on the light emission side of the emission-side dustproof panel 43 and the rubbing direction Ai on the light incident side of the liquid crystal 40 are arranged on the same plane. The optical compensation element 50a compensates for the phase shift on the light incident side of the liquid crystal 40.
[0039]
If the phase shift occurring in the liquid crystal 40 can be compensated, the optical compensating elements 50a and 50b can be exchanged, and FIG. 3B shows this state. In FIG. 3B, the optical axis LA of the optical compensation element 50a on the light incident side with respect to the emission side dustproof panel 43 and the rubbing direction Ai on the light incident side of the liquid crystal 40 are in the same plane. The optical axis LA of the optical compensation element 50b on the emission side of the dustproof panel 43 and the rubbing direction As on the emission side of the liquid crystal 40 are in the same plane.
Also in this case, the relationship that the optical compensation element 50b compensates for the phase shift on the light emission side of the liquid crystal 40 on the light emission side and the optical compensation element 50a compensates for the phase shift on the light incidence side of the liquid crystal 40 does not change.
The liquid crystal panel 25 illustrated in FIG. 2 has the arrangement structure of FIG.
[0040]
Each electrode of each component illustrated in FIG. 2 is connected to the flexible substrate 25a. Then, the first and second substrates 37, 32, the liquid crystal 40, and the optical compensating elements 50a, 50b are arranged as shown in FIG. 3, and a metal frame is formed so that light can pass through the display unit. As a result, the liquid crystal panel 25 is assembled as shown in FIG.
At this time, a case is considered in which the light incident surface 25S1 of the liquid crystal panel 25 and the center Ct of the display unit are viewed from a certain viewing direction VP on the light incident side of the liquid crystal panel 25. Assuming that a plane including the normal NL passing through the center Ct and the viewing direction VP is a plane PL, on the light incident surface 25S1, from the 0 ° azimuth defined at a predetermined position as shown in FIG. Is an azimuth angle φ. The azimuth angle φ is defined from the defined azimuth of 0 ° to, for example, 360 ° clockwise.
The angle between the normal NL and the viewing direction VP is a polar angle θ.
[0041]
In the following, a simulation for obtaining an optimum value of the inclination angle α of the optical axis LA for compensating the phase shift of light in the liquid crystal 40 will be described.
For the simulation, the transmittance Ta of the liquid crystal panel 25 when displaying black was calculated using a liquid crystal simulator (LCD Master) manufactured by Shintech. In addition, in the case of a certain polar angle θ, the azimuth φ from 0 ° to 360 ° was equally divided into 72 at intervals of 5 °, and the average value of the transmittance at each azimuth was defined as the transmittance Ta.
[0042]
Each parameter of the liquid crystal panel 25 used in the simulation is defined as follows as an example.
Thickness t of entrance-side dustproof panel 47 and exit-side dustproof panel 43 ₁ , T _Four : 1.0 mm (made of quartz glass).
The thickness t of the first substrate 37 _Two : 1.0 mm (made of quartz glass).
The thickness t of the second substrate 32 _Three : 1.1 mm (made of quartz glass).
Thickness w of optical compensating elements 50a and 50b ₁ , W _Two : 25 μm (Sapphire (Al _Two O _Three ) Made. It is assumed that the front of the display unit is covered. ).
Angle of view size (diagonal length of display unit) VA: 0.9 inch (about 2.25 cm).
Pixel pitch p: 18 μm.
Cell gap d: 3.2 μm.
Sapphire's ordinary ray refractive index no, extraordinary ray refractive index ne: no = 1.768, ne = 1.760.
Pretilt angle r0: 5 °.
Twist angle: 90 °.
[0043]
It is assumed that the optical compensating elements 50a and 50b are arranged at the positions shown in FIG.
As values of parameters such as the dielectric constant, elastic constant, rotational viscosity, and helical pitch of the liquid crystal 40, values of a liquid crystal manufactured by Merck, MJ99200 were used.
Under the above conditions, in combination with the polarizing plates 30I and 30S, the liquid crystal 40 constitutes a normally white mode optical system in which the liquid crystal 40 is twisted at a twist angle of 90 ° when no driving voltage is applied, and displays black. The director distribution of the liquid crystal when a voltage was applied was calculated. When a light beam having a wavelength of 550 nm is propagated through the optical system, the light transmittance Ta when the inclination angle α of the optical axis LA is changed is calculated by a 4 × 4 matrix method for each predetermined polar angle θ. Asked by.
When changing the inclination angle α, the optical axes LA of the optical compensating elements 50a and 50b are changed so that both have the same angle.
[0044]
FIG. 5 shows simulation results in three cases of polar angles θ = 5 °, 10 °, and 15 ° at this time. In the graph shown in FIG. 5, the dashed line indicates the case where the polar angle θ = 5 °, the solid line indicates the case where the polar angle θ = 10 °, and the broken line indicates the case where the polar angle θ = 15 °.
In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis represents the inclination angle α (°) of the optical axis LA with respect to the light incident surface 50I of the optical compensation elements 50a and 50b.
The vertical axis is the transmittance ratio Tr. The transmittance ratio Tr is a ratio between the transmittance Ta when the optical compensating elements 50a and 50b are arranged and the transmittance Tb when the optical compensating elements 50a and 50b are not arranged and the other conditions are the same. That is, Tr = Ta / Tb.
Therefore, when Tr <1, it indicates that the transmittance when displaying black on the liquid crystal panel 25 is reduced by arranging the optical compensating elements 50a and 50b, and when Tr> 1, black is displayed. This indicates that the transmittance at the time of the increase has increased.
As shown in FIG. 5, when the inclination angle α is in the range of about 65 ° to 90 °, the transmittance ratio Tr is always less than 1 regardless of the value of the polar angle θ, and the light phase shift in the liquid crystal 40 is compensated. It can be seen that the effect of performing
[0045]
FIG. 6 is a simulation result showing the relationship between the inclination angle α and the transmittance Ta when the optical compensating element 50a and the optical compensating element 50b are exchanged and arranged as shown in FIG. . In FIG. 6, the dashed line represents the case where the polar angle θ = 5 °, the solid line represents the case where the polar angle θ = 10 °, and the broken line represents the case where the polar angle θ = 15 °. The horizontal axis is the inclination angle α (°), and the vertical axis is the transmittance ratio Tr.
In the arrangement shown in FIG. 3A and the arrangement shown in FIG. 3B, the obtained transmittance ratio Tr was almost the same value. Therefore, in FIG. 6, the range of the inclination angle α of 70 ° to 80 ° is enlarged and displayed.
[0046]
From the graph of FIG. 6, in the case of the arrangement shown in FIG. 3A, similarly to the result of FIG. 5, when the polar angles θ = 5 °, 10 °, and 15 °, the inclination angle α is about 60 °. It can be seen that a result in which the transmittance ratio Tr is less than 1 is obtained in the range of 90 to 90 °. It can be seen that the compensation effect of the phase shift is remarkable when the inclination angle α is in the range of 75 ° to 85 °.
Further, according to FIG. 6, for any polar angle θ, the transmittance ratio is smaller than the transmittance ratio Tr in the other range when the inclination angle α is in the range of about 75 ° to 80 °. Tr is almost stable. Although not shown, even when the inclination angle α is in the range from 80 ° to about 85 °, the transmittance ratio Tr is stable at substantially the same level as in the range from about 75 ° to 80 °. Therefore, it can be said that the compensation effect of the phase shift by the optical compensating elements 50a and 50b is remarkable when the inclination angle α is in the range of 75 ° to 85 °.
[0047]
Further, the optical compensating element 50a is disposed so as to face the light incident surface L1 of the incident side dustproof panel 47 in FIG. 2, and the optical compensating element 50b is disposed between the incident side dustproof panel 47 and the first substrate 37. In addition, similar results were obtained when the panel 47 and the substrate 37 were arranged in parallel.
Further, the optical compensating element 50b is disposed so as to face the light incident surface L1, and the optical compensating element 50a is disposed between the incident side dustproof panel 47 and the first substrate 37 in the L2, and between the panel 47 and the substrate 37. Similar results could be obtained when they were arranged in parallel.
In these two cases, the optically compensating elements 50a and 50b convert the linearly polarized light from the incident side polarizing plate 30I into elliptically polarized light in advance so that the light becomes linearly polarized due to the phase shift in the liquid crystal 40.
[0048]
As described above, the phase shift on the light incident side and the phase shift on the emission side of the liquid crystal 40 can be independently controlled from the result of the case where the arrangement positions of the optical compensation elements 50a and 50b are changed. it is conceivable that.
Therefore, one of the optical compensating elements 50a and 50b can be arranged on the light emission side of the liquid crystal 40, and the other can be arranged on the incident side. In this case, the same result as before can be obtained.
[0049]
Here, the principle of the compensation of the phase shift of the light in the liquid crystal 40 by the optical compensation element 50a or 50b will be described.
FIG. 7 is a diagram used to explain the principle of compensation. The ellipse 60 and the ellipses 61a and 61b in FIGS. 7A and 7B are called refractive index ellipsoids. The optical characteristics of the birefringent substance can be represented by the refractive index ellipsoid.
7A and 7B, as an example, it is assumed that the liquid crystal 40 and the optical compensating element 50a are arranged via the second substrate 32.
The refractive index ellipsoid 60 indicates the refractive index characteristics of the liquid crystal molecules 40a on the light incident side of the liquid crystal 40, and the refractive index ellipsoid 61a or 61b indicates the refractive index characteristics of the optical compensation element 50a. That is, FIG. 7 is a diagram for explaining, as an example, the principle of compensation in the case where the phase shift on the light incident side of the liquid crystal 40 is compensated by the optical compensation element 50a.
[0050]
However, the refractive index ellipsoid 61a in FIG. 7A represents the refractive index ellipsoid of the optical compensating element 50a formed of a material in which the extraordinary ray refractive index ne is larger than the ordinary ray refractive index no. The refractive index ellipsoid 61b in (b) is a case where the refractive index ne is smaller than the refractive index no.
In a uniaxial birefringent substance, the traveling direction of the extraordinary ray becomes the optical axis (so-called c-axis) LA. When the extraordinary ray refractive index ne is larger than the ordinary ray refractive index no, the direction indicating the refractive index ne is the major axis direction in the refractive index ellipsoid, and the direction indicating the refractive index no is the short axis orthogonal to the major axis direction. Direction.
When the refractive index ne is smaller than the refractive index no, the direction indicating the refractive index ne is the short axis direction in the refractive index ellipsoid, and the direction indicating the refractive index no is the long axis direction.
Note that sapphire corresponds to the case of FIG.
[0051]
As described above, the rubbing direction Ai on the light incident side of the liquid crystal 40 and the optical axis LA of the optical compensation element 50a are in the same plane.
Therefore, the direction of inclination DD of the director of the liquid crystal molecules 40a and the optical axis LA of the optical compensation element 50a are also on the same plane.
In the liquid crystal molecules, the direction of the director (long axis) coincides with the optical axis through which the extraordinary ray propagates, as shown by the refractive index ellipsoid 60.
The plane on which the director of the liquid crystal molecules 40a and the optical axis LA exist and the plane parallel thereto are referred to as an XY plane for convenience.
Light propagates in the direction of the arrow DLL.
[0052]
For simplicity, consider only the light propagation state in the XY plane. In the case of a material such as sapphire in which the refractive index ne is smaller than the refractive index no, the tilt direction DLA of the optical axis LA is set so that the liquid crystal molecules 40a as shown in FIG. The optical compensating element 50a is arranged in the same direction as the tilt direction DD defined by the tilt angle r of the director.
At this time, the difference Δn = ne−no between the extraordinary ray refractive index ne of the liquid crystal 40 and the ordinary ray refractive index no is the opposite sign to the difference Δn between the extraordinary ray refractive index ne and the ordinary ray refractive index no of the optical compensating element 50a. It has become.
In this case, when the light propagating along the arrow DLL passes through the liquid crystal molecules in the tilt direction DD, the traveling speed changes in the major axis direction and the minor axis direction of the liquid crystal molecules. Since the refractive index ne of the liquid crystal molecules is larger than the refractive index no, the light component passing through the long axis of the liquid crystal molecules has a slower traveling speed than the light component passing through the short axis, and as a result, the phase is delayed.
In the optical compensating element 50a, into which the light having the phase shifted is passed through the liquid crystal 40, the refractive index ne is smaller than the refractive index no. The light component that travels has a faster traveling speed than the light component that passes in the direction orthogonal to the optical axis LA, and consequently the phase advances.
Therefore, it is understood that by appropriately defining the inclination angle α of the optical axis LA, the phase shift occurring in the liquid crystal 40 can be canceled and compensated by the optical compensation element 50a.
[0053]
Even when the extraordinary ray refractive index ne of the optical compensating element 50a is larger than the ordinary ray refractive index no, it is possible to compensate for the phase shift on the light incident side of the liquid crystal 40. At this time, the difference Δn = ne−no between the extraordinary ray refractive index ne and the ordinary ray refractive index no of the liquid crystal 40 is the same sign as the difference Δn between the extraordinary ray refractive index ne and the ordinary ray refractive index no of the optical compensation element 50a. It has become.
In this case, as shown in FIG. 7A, the inclination direction DLA of the optical axis LA is equal to the inclination direction DD of the director defined by the tilt angle r of the liquid crystal molecules 40a with respect to the light propagation direction DLL. The optical compensating element 50a is arranged in the opposite direction.
When the inclination direction DLA is opposite to the inclination direction DD, the propagation direction Dno of the extraordinary ray orthogonal to the inclination direction DLA shown in FIG. 7A is considered to correspond to the inclination direction DLA in FIG. 7B. be able to.
[0054]
As for the light passing through the liquid crystal molecules in the tilt direction DD, as in the case of FIG. 7B, the component passing through the long axis of the liquid crystal molecules has a slower traveling speed than the component passing through the short axis, and the phase is shifted. Be late.
In the optical compensating element 50a, since the major axis refractive index ne of the refractive index ellipsoid 61a is larger than the minor axis refractive index no, the optical axis LA is smaller than the light component passing through the optical axis LA in the tilt direction DLA. The light component passing through the propagation direction Dno perpendicular to the direction has a higher traveling speed, and as a result, the phase is advanced.
Therefore, as in the case of FIG. 7B, the inclination angle α is appropriately defined in a state where the inclination direction DLA of the optical axis LA is opposite to the inclination direction DD with respect to the light propagation direction DLL. Thus, the phase delay of the light component passing through the long axis of the liquid crystal 40 can be canceled out by advancing the phase when the light passes through the tilt direction Dno.
Similarly, the light component whose phase has advanced after passing through the short axis of the liquid crystal 40 also delays the phase by passing through the optical axis LA of the tilt direction DLA of the optical compensating element 50a, thereby compensating for the shift.
[0055]
From the above principle, it has been found that the phase shift of light generated in the liquid crystal 40 can be compensated by appropriately arranging the optical compensating element while appropriately defining the inclination angle α and the inclination direction DLA of the optical axis.
In the following, a simulation performed to calculate the condition for the thickness of the optical compensation element will be described.
[0056]
FIGS. 8A to 8C show the thickness w of the optical compensation elements 50a and 50b when the polar angle θ is set to θ = 5 °, 10 °, and 15 °. ₁ , W _Two And simulation results obtained by calculating the relationship between the transmittance ratio and the transmittance ratio Tr when displaying black.
The horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 8A to 8C is the thickness w of the optical compensating elements 50a and 50b. ₁ , W _Two (Μm), and the vertical axis represents the transmittance ratio Tr having the same definition as the transmittance ratio used in the graphs of FIGS. 5 and 6.
At this time, the material of the optical compensating elements 50a and 50b was sapphire, and the inclination angle α of the optical axis was fixed at 85 °.
Other conditions are the same as those in the case of the simulation in which the relationship between the inclination angle α and the transmittance ratio Tr is calculated, and the thickness w of the optical compensating elements 50a and 50b is set. ₁ , W _Two Was changed so that both became the same value.
The arrangement positions of the optical compensation elements 50a and 50b are the positions shown in FIG.
[0057]
From the results of FIGS. 8A to 8C, the thickness w of the optical compensation elements 50a and 50b made of sapphire is determined. ₁ , W _Two Is 80 μm, it can be seen that the transmittance of light during black display can be suppressed if the polar angle θ is in the range of 5 ° or less.
The product Δn · d0 of the absolute value of the difference Δn = ne−no between the extraordinary ray refractive index ne and the ordinary ray refractive index no of a certain optical material and the thickness d0 is called retardation.
As described above, since the refractive index no of sapphire is 1.768 and the refractive index ne is 1.760, | Δn | = 0.008. Therefore, the thickness w of the optical compensating elements 50a and 50b ₁ , W _Two When the retardation is set to 80 μm, it can be understood that the transmittance at the time of black display can be suppressed in a certain viewing angle region defined by the polar angle θ when the retardation is 640 nm or less.
[0058]
From the above, it is desired that the retardation of one optical compensation element 50a or 50b is 640 nm or less.
From FIG. 8C, if the retardation of the optical compensating element 50a or 50b is preferably in the range of about 272 to 336, the transmittance ratio Tr is less than 1 even when the polar angle θ is 15 °. Thus, the viewing angle of the liquid crystal panel 25 can be further widened.
[0059]
Next, the liquid crystal panel 25 according to the present embodiment described above is actually manufactured, and the three-panel liquid crystal projector shown in FIG. 1 is configured using the manufactured liquid crystal panel 25, and the contrast of the projected image is examined. The results are described below.
First, an example of a method for manufacturing the liquid crystal panel 25 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a process diagram showing a flow of manufacturing the liquid crystal panel 25 shown in FIG.
First, a single crystal block 70 of a crystal having uniaxial optical anisotropy as shown in FIG. 10A is prepared. Here, a sapphire single crystal block was used as the single crystal block. Then, the crystal orientation of the single crystal block 70 is identified by, for example, X-ray diffraction, and the optical axis (c-axis) LA is specified (process P1).
[0060]
Next, as shown in FIG. 10B, the substrate 75 is removed from the single crystal block 70 so that the optical axis LA is inclined at a predetermined inclination angle α with respect to the parallel light incidence surface 50I and light emission surface 50S facing each other. Cut out (process P2).
For comparison, four types of substrates 75 in which the inclination angle α of the optical axis LA was α = 60 °, 70 °, 80 °, and 90 ° were individually cut out.
The sapphire substrate 75 was cut out to have a thickness of about 25 μm.
For cutting out the substrate 75 from the single crystal block 70, for example, a diamond cutter is used.
[0061]
When the substrate 75 is further cut out and assembled into a rectangular substrate, the optical axis LA is shaped so that the direction of the optical axis LA is in the same plane as the rubbing direction Ai or Ao with respect to the liquid crystal 40, and the optical compensating elements 50a and 50b are formed. Was obtained (process P3).
At this time, the size of the formed optical compensating elements 50a and 50b is set to a size that can sufficiently cover the display section formed by the first and second substrates 37 and 32.
[0062]
When the optical compensating elements 50a and 50b are prepared, the thickness t _Four An adhesive is applied by, for example, a spin coating method to the surface of the opposite surface of the emission-side dust-proof panel 43 made of quartz glass having a diameter of 1.0 mm, on which light enters and exits, in a depressurized chamber (Procell P4) .
As the adhesive, for example, a silicon resin, an epoxy resin, an acrylic resin, or a fluorine-based resin is used.
The optical compensating elements 50a and 50b obtained up to process P3 are attached to the emission-side dustproof panel 43 to which the adhesive has been applied (process P5).
At this time, two types of optical compensating elements 50a and 50b were produced with respect to the emission-side dustproof panel 43 so as to have the positional relationship shown in FIGS.
The applied adhesive is cured by heating or irradiating ultraviolet light to the emission-side dustproof panel 43 to which the optical compensation elements 50a and 50b are attached (process P6).
[0063]
Then, the optical compensating elements 50a and 50b fixed to both surfaces of the emission-side dustproof panel 43 are ground and polished to obtain optical compensating elements 50a and 50b having a predetermined thickness (process P7).
Here, the thickness of each of the optical compensating elements 50a and 50b was set to 20 μm.
[0064]
The emission-side dustproof panel 43 to which the optical compensating elements 50a and 50b each having a thickness of 20 μm are attached is made of quartz glass having a thickness of 1.1 mm and 1.0 mm, respectively. The pair of prepared second substrates 32 and the first substrate 37 are bonded to the second substrate 32 side.
At this time, two types were manufactured in which the optical axes LA of the optical compensating elements 50a and 50b and the rubbing directions Ai and As with respect to the liquid crystal 40 were arranged as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
Further, an incident-side dustproof panel 47 made of quartz glass and having a thickness of 1.0 mm is adhered to the light incident surface of the first substrate 37.
As the liquid crystal 40, a liquid crystal manufactured by Merck, MJ99200 was used.
[0065]
Thereafter, the flexible substrate 25a is attached to the first substrate 37 and the second substrate 32, and a metal frame is fitted, for example, to complete the liquid crystal panel 25 as shown in FIG.
For comparison, a liquid crystal panel without the optical compensation elements 50a and 50b was also manufactured.
Using these liquid crystal panels, a liquid crystal projector as shown in FIG. 1 was manufactured, and the contrast ratio Cr of the image projected on the screen 28 was measured. The F value indicating the brightness of the projection lens 27 at this time is F2.0.
The contrast ratio Cr is a ratio between the illuminance when displaying white on the screen 28 and the illuminance when displaying black, and was measured according to the guidelines set by the Business Machine and Information System Industries Association.
[0066]
FIG. 11 shows actual measurement results at this time.
In the graphs shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the horizontal axis represents the case where the inclination angle α of the optical axis LA of the optical compensating elements 50a and 50b is changed, and the case where the optical compensating elements 50a and 50b do not exist. And the vertical axis represents the contrast ratio Cr.
FIG. 11A shows the result when the liquid crystal panel 25 is configured as shown in FIG. 3A, and FIG. 11B shows the result when the liquid crystal panel 25 is configured as shown in FIG. The result of the case.
[0067]
From the results of FIGS. 11 (a) and 11 (b), even when an image is actually displayed, by using the optical compensating elements 50a and 50b, the transmittance of light during black display is suppressed, and It has been found that the contrast ratio Cr can be improved as compared with the conventional case.
At this time, it is not necessary to incline the light entrance surface 50I and the light exit surface 50S of the optical compensating elements 50a and 50b with respect to the light entrance / exit surface of the liquid crystal 40, so that the size of the liquid crystal panel 25 and thus the size of the liquid crystal projector can be reduced. it can.
Also, the viewing angle becomes wider.
[0068]
Further, by using an inorganic material for the optical compensating elements 50a and 50b, the light resistance of the optical compensating elements 50a and 50b is improved, and as a result, the life of the liquid crystal panel 25 and thus the liquid crystal projector can be extended.
By using a substance having high thermal conductivity such as quartz or sapphire among the inorganic materials, heat generated by the liquid crystal 40 receiving light can be efficiently dissipated. As a result, the longevity of the liquid crystal panel 25 and thus the liquid crystal projector can be further extended. As a result, the brightness of the liquid crystal projector can be increased.
As shown in FIG. 2, the optical compensating elements 50a and 50b are attached to, for example, the second substrate 32 or the emission-side dustproof panel 43. The shorter the distance from the liquid crystal 40, the higher the heat dissipation effect. However, even if the optical compensating elements 50a and 50b are not adhered to the second substrate 32 or the emission-side dustproof panel 43, and have a certain distance from the liquid crystal 40, there is a certain diverging effect. As described above, it is needless to say that even when the optical compensating elements 50a and 50b are present on the light incident side of the liquid crystal panel 25, the same heat dissipation effect can be obtained.
[0069]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and requirements such as a material, a shape, and a structure can be appropriately changed within the scope of the claims.
For example, in the above-described embodiment, two optical compensating elements are used to compensate for both the phase shift on the light incident side and the phase shift on the emission side of the liquid crystal 40. However, even if only one of the phase shifts is compensated by one optical compensating element, the effect is inferior to the case of using two optical compensating elements, but the transmittance ratio Tr and the contrast ratio Cr at the time of black display are lower than in the past. Can be improved.
Further, the present invention is not limited to a three-panel type liquid crystal projector, but is also applicable to a single-panel type liquid crystal projector and a projection television. Further, the present invention is applicable to a liquid crystal display device such as a liquid crystal display.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a long-life optical compensator capable of reducing the space required for compensating for the phase difference generated in the light passing through the liquid crystal.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an optical compensating element which can reduce a space required for compensating a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and has a long life.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display element which can reduce a space required for compensating a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and has a long life.
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device which can reduce a space required for compensating for a phase difference generated in light passing through a liquid crystal and has a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal projector corresponding to an example of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a main part of a liquid crystal display panel according to an embodiment of the present invention from a side.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for describing a relationship between an arrangement state of an optical compensation element and an alignment state of a liquid crystal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of an example of a liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph of a simulation result showing a relationship between an inclination angle of an optical axis of an optical compensation element and a transmittance ratio of a liquid crystal display element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph in which a part of the graph shown in FIG. 5 is enlarged and displayed.
FIGS. 7A and 7B are diagrams used to explain the principle of compensating for a phase shift of light passing through a liquid crystal by an optical compensating element according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8C are graphs of simulation results showing the relationship between the thickness of the optical compensation element and the transmittance ratio of the liquid crystal display element when the polar angle is changed.
FIG. 9 is a process diagram showing a flow of manufacturing the liquid crystal display device illustrated in FIG. 2;
FIGS. 10A and 10B are perspective views showing a state in which a substrate whose optical axis is inclined at a predetermined angle is cut out from a uniaxial optically anisotropic single crystal.
11 (a) and 11 (b) show the contrast ratio of the image projected by the liquid crystal projector illustrated in FIG. 1 when the arrangement position of the optical compensation element and the inclination angle of the optical axis are changed. It is a graph.
[Explanation of symbols]
11 light source, 12 first lens array, 12M, 13M micro lens, 13 second lens array, 14, 18, 21, 23 mirror, 15 PS composite element, 15A phase plate, 16 condenser lens , 17, 19 ... dichroic mirror, 20, 22 ... relay lens, 25 (25R, 25G, 25B) ... liquid crystal panel (liquid crystal display element), 25a ... flexible substrate, 25S1 ... light incident surface, 26 ... cross prism, 27 ... Projection lens, 28, screen, 32, second substrate, 37, first substrate, 40, liquid crystal, 43, emission-side dustproof panel, 47, incidence-side dustproof panel, 50a, 50b, optical compensation element, 50I, incidence Plane, 50S: outgoing plane, 70: optically anisotropic crystal single crystal block, LA: optical axis, α: tilt angle, Ai, As: orientation direction

Claims

An optical compensation element disposed on at least one of an incident side and an exit side of light with respect to the liquid crystal,
An optical compensator having an optical axis inclined with respect to a light incident surface in a direction for compensating a phase shift generated in light passing through the liquid crystal.

The optical compensation element according to claim 1, wherein an inclination of the optical axis with respect to a light incident surface is 65 ° to 90 °.

3. The optical compensation element according to claim 2, wherein the thickness is defined so that the retardation is 640 nm or less.

The optical compensation element according to claim 1, wherein the optical compensation element is formed from an inorganic material.

The optical compensator according to claim 4, wherein the inorganic material includes a uniaxial optically anisotropic crystal.

A step of specifying the optical axis of the uniaxial optically anisotropic single crystal,
Cutting the substrate from the optically anisotropic single crystal by inclining the specified optical axis at a predetermined angle with respect to the light incident surface.

A liquid crystal display having an optical compensating element whose optical axis is inclined with respect to a light incident surface in a direction for compensating a phase shift generated in light passing through a liquid crystal, on at least one of a light incident side and a light emitting side with respect to the liquid crystal. element.

8. The liquid crystal display device according to claim 7, comprising two optical compensating elements for compensating for a phase shift on a light incident side and a phase shift on a light emission side with respect to the liquid crystal, respectively.

The liquid crystal display device according to claim 7, wherein an inclination of the optical axis with respect to a light incident surface is 65 ° to 90 °.

10. The liquid crystal display device according to claim 9, wherein the thickness of the optical compensation element is specified so that the retardation is 640 nm or less.

The liquid crystal display element according to claim 7, wherein the optical compensation element is formed from an inorganic material.

The liquid crystal display device according to claim 11, wherein the inorganic material includes a uniaxial optically anisotropic crystal.

13. The liquid crystal display device according to claim 12, wherein the optical compensation element is arranged at a position where the liquid crystal can diffuse heat generated by receiving light.

The optical axis of the optical compensation element and a rubbing direction for aligning the liquid crystal in one predetermined direction are arranged in the same plane perpendicular to the light incident surface of the optical compensation element. Liquid crystal display element.

When the refractive index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the optical compensation element and the refractive index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the liquid crystal are the same, the tilt direction of the liquid crystal molecules defined by the tilt angle, 15. The liquid crystal display device according to claim 14, wherein a tilt direction of the optical axis of the optical compensation element with respect to the incident surface is opposite to a light propagation direction.

When the refractive index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the optical compensation element and the index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the liquid crystal are opposite signs, the tilt direction of the liquid crystal molecules defined by the tilt angle, 15. The liquid crystal display device according to claim 14, wherein a tilt direction of the optical axis of the optical compensation element with respect to a light incident surface is the same as a light propagation direction.

A liquid crystal display device that displays an image by modulating light with liquid crystal based on input image data,
A liquid crystal display having an optical compensating element whose optical axis is inclined with respect to a light incident surface in a direction for compensating a phase shift generated in light passing through a liquid crystal, on at least one of a light incident side and a light emitting side with respect to the liquid crystal. apparatus.

The liquid crystal display device according to claim 17, further comprising two optical compensating elements for compensating a phase shift on a light incident side and a phase shift on a light output side with respect to the liquid crystal, respectively.

The liquid crystal display device according to claim 17, wherein the inclination of the optical axis with respect to the light incident surface is 65 to 90 degrees.

20. The liquid crystal display device according to claim 19, wherein the thickness of the optical compensation element is defined so that retardation is 640 nm or less.

The liquid crystal display device according to claim 17, wherein the optical compensation element is formed from an inorganic material.

22. The liquid crystal display device according to claim 21, wherein the inorganic material includes a uniaxial optically anisotropic crystal.

23. The liquid crystal display device according to claim 22, wherein the optical compensation element is arranged at a position where the liquid crystal can diffuse heat generated by receiving light.

The optical axis of the optical compensation element and a rubbing direction for aligning the liquid crystal in one predetermined direction are arranged in the same plane perpendicular to the light incident surface of the optical compensation element. Liquid crystal display device.

When the refractive index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the optical compensation element and the index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the liquid crystal are the same, the tilt direction of the liquid crystal molecules by rubbing, and the light incident surface 25. The liquid crystal display device according to claim 24, wherein the direction of inclination of the optical axis of the optical compensation element with respect to the direction is opposite.

When the refractive index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the optical compensation element and the index difference between the extraordinary ray and the ordinary ray in the liquid crystal are opposite signs, the tilt direction of the liquid crystal molecules due to rubbing, and the light incident surface 25. The liquid crystal display device according to claim 24, wherein the inclination direction of the optical axis of the optical compensation element with respect to the direction is the same.