CN1320395C - 使用反射型液晶元件的投影装置 - Google Patents

Abstract

以色分解合成系统这一侧来划分光路构成的光学系统，越想使用对比度高的垂直取向反射型液晶元件，对比度却越不能提高，而且在投射画面上因场所产生的对比度差别大。用反射型液晶元件(A6)按照图像数据调制的光入射到与偏振部件(A4)以正交偏光镜关系配置的检偏振部件(A7)并被检偏振。在根据显示的图像数据驱动反射型液晶元件(A6)的液晶层的导通时，检偏部件(A7)使入射光透过，在不驱动液晶层的截止时，检偏部件(A7)吸收入射光，使其不通过。相位差板(A5)为单轴各向异性，其光轴相对膜面向斜方向倾斜，此外，设定其光轴，以与相邻于相位差板(A5)的偏振部件(A4)的透过轴垂直。由此，不使用PBS，可以廉价地实现明亮的光学系统。

Description

使用反射型液晶元件的投影装置

技术领域

本发明涉及使用反射型液晶元件的投影装置，特别涉及使用色分离/色合成部件和反射型液晶板等进行大图像显示的使用了反射型液晶元件的投影装置。

背景技术

近年来，在各像素中设置反射电极来提高像素的数值孔径的反射型液晶板的研究一直在积极进行，使用该反射型液晶板的投射型液晶投影机已经问世。该反射型液晶板与以往的透过型液晶板比较，可以提高数值孔径，所以可以实现小型化/高效率的投影装置(投影机)。

图32表示使用以往的反射型液晶元件的投影装置的一例结构图。如图所示，作为投影装置的反射型投影机装置10大致由光源11、偏振分光镜(PBS)12、分色棱镜14、反射型液晶板16R、16G、16B(R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色)、以及投射透镜17等构成。

在上述结构中，从光源11射出的光束通过偏振分光镜(偏振分离棱镜)12提取线偏振光同时将行进方向弯折90°，入射到分色棱镜14。入射到分色棱镜14的光分别以红色、绿色、蓝色(RGB)的各基色光分离射出，在被对应于各基色光的各反射型液晶板16R、16G、16B反射后，通过相同的光路再次入射到偏振分离棱镜12。

此时，在各反射型液晶板16R、16G、16B中被图像调制的光中，对应于液晶为导通状态的区域的反射光在偏振方向上旋转90°并进行反射，所以透过偏振分离棱镜12，从投射透镜17向屏幕(未图示)投射而形成图像。

在上述以往的反射型投影机装置10中，使用昂贵的光学部件的偏振分离棱镜12，所以存在反射型投影机装置10的成本上升问题。此外，在偏振分离棱镜12分离偏振时，对于光源11的光的扩散(例如±12度的扩散)，存在难以良好地分离偏振的问题。

以解决这些问题为目的，提出了不使用偏振分离棱镜(PBS)，而使用可使光倾斜入射的反射型液晶元件的投影装置((日本)特开2000-199883号公报)。图33表示基于该方案的投影装置的结构图。在图中，在成为投影装置的以往的反射型投影机装置20中，从光源21射出的光通过反光镜22作为大致平行光被反射，同时直接入射到第1偏振板23，在那里形成线偏振(S偏振或P偏振)光后，入射到色分离/色合成部件(分色棱镜或分色镜)。色分离/色合成部件(这里为分色棱镜24)将白色光分离成RGB的三基色光，入射到反射型液晶板26R、26G、26B。

这里，作为反射型液晶板26R、26G、26B，在使用垂直取向型的液晶板时，在不向反射型液晶板施加电压，液晶分子垂直取向的状态中，入射光的偏振状态原样不变，被反射型液晶板26R、26G、26B反射。此时，被反射的光再次通过分色棱镜24后，由对于第1偏振板23以正交偏光镜关系设置在投射透镜27的光路前侧的第2偏振板25吸收，所以不投射到投射透镜27。即，实现黑色显示。

另一方面，在向反射型液晶板26R、26G、26B施加电压，液晶分子水平地颠倒的状态中，入射光的偏振状态变化，入射光被反射型液晶板26R、26G、26B反射。此时，被反射的光再次通过分色棱镜24后，通过第2偏振板25经投射透镜27被投射。即，实现白色显示。

作为色分离/色合成部件的分色棱镜24将来自光源21的入射光分离成RGB的三基色并具有将它们分别入射到反射型液晶板26R、26G、26B的功能，同时具有将从反射型液晶板26R、26G、26B反射的光进行色合成的功能。入射的光的主轴必须相对反射型液晶板26R、26G、26B的反射面以S波或P波的状态进行入射。

即，在以除此以外的状态进行光入射时，由于分色棱镜24的反射特性不同，所以由反射型液晶板26R、26G、26B进行反射并两次通过分色棱镜的光的偏振状态已经不是线偏振，不可能获得良好的黑色显示。

此外，液晶分子的取向必须能变为大致垂直取向。在该投影装置中，以S波(P波)入射的光入射到垂直取向的反射型液晶板26R、26G、26B时，其偏振状态不变化。即，入射的线偏振光的偏振方向垂直或平行于垂直取向的液晶分子的光轴，所以偏振状态不产生混乱，原样到达第2偏振板25，被其吸收并实现黑色显示。

此外，作为光学系统彩色化的例子，以往已知图34那样的投影装置。该图(A)是反射型投射机装置30的平面图，该图(B)是反射型投射机装置30的侧面图。作为以往的投影装置的反射型投射机装置30包括：生成照射光的光源21；将照射光作为平行光进行反射的反光镜22；对照射光赋予规定的偏振特性(例如S偏振)的偏振板31；基于偏振而具有不同反射特性的分色正交棱镜32；生成入射到分色棱镜32的光的具有色生成功能的偏振控制元件33；以及配置在分色正交棱镜32附近的反射型显示元件34R、34G、34B(光源21、反光镜22、偏振板31、偏振控制元件33构成照明系统35)。此外，反射型投射机装置30有投射透镜36。

在该反射型投射机装置30中，在从光源21射出的光通过偏振板31进行线偏振后，通过色分解-色合成系统，因在那里产生的双折射而在输出上产生不匀，而且获得的对比度也低。此外，用于反射型显示元件34R、34G、34B的液晶元件，要求其液晶分子的排列方向大致垂直，但在施加了电场时，液晶分子的倾斜方向失常并产生离散(ディスクリネ一シヨン)，如果输出微细的图像，则有噪声明显的缺点。此外，由于分色正交棱镜32和反射型显示元件34R、34G、34B的影响，有干扰条纹出现在投射的图像上的缺点。

在(日本)特开2001-51270号公报中，也提出了图35所示的投影装置40，其目的在于不使用昂贵的PBS，而以低成本来实现对比度良好的投影装置。在图35中，从光源41射出的大致平行光L1通过聚光透镜42成为会聚光L2，通过偏振板43和多层双折射元件44，从斜方向入射到显示元件45。

在显示元件45中，入射光被按照图像信息来调制偏振方向并被反射。被反射的光再次透过多层双折射元件44和偏振板43，透过透镜46到达屏幕(未图示)，映出图像。

在该投影装置40中，公开了以下技术：在多层双折射元件44内，使最靠近显示元件45的双折射元件的进相轴和液晶的排列方向一致，所以不需要用于对来自斜方向的光进行双折射补偿的双折射元件。在该投影装置40中，没有具体地表示彩色图像的形成方法，但可被看作通过色分解系统的光通过偏振-检偏振部件进入色合成系统的结构。在这方面，与上述以往的反射型投射机装置30不同，是没有色分解合成系统中的双折射影响的光学系统。但是，在该以往的投影装置40中，有以下那样的问题。

对光进行偏振或检偏振的部件为同一部件，所以不能避免来自显示元件45的反射面的影响，在投影画面上会产生干扰条纹。此外，多层双折射元件44在宽波段的光波长中被要求严格地产生λ/4波长的相位差，如果构成多层双折射元件44的双折射元件的某一个元件的特性产生偏差，则偏离该条件，所以可能照射投影机等的光，使光变强而特性急剧地恶化。特别是近年来，不断推进元件的小型化，如果光源41的利用效率提高，则照射面的照度升高。这样的问题在以往的投影装置40中十分明显。

在图35所示的(日本)特开2001-51270号公报记载的现有装置40中，双折射元件(相位差板)44是λ/4波长板，除此以外，以往还提出了使用在倾斜方向具有光轴的双折射光学材料的投影显示装置(特开平9-197397号公报、特开2000-321576号公报)。

此外，将相位差板装入光学系统中，来改善视场角特性的尝试十分多。例如，在上述特开平9-197397号公报记载的现有投影装置中，使用具有倾斜轴的相位差板。该装置不使用反射型液晶板，而使用透过型液晶板，在液晶单元的两侧，在具有偏振部件和检偏部件的所述透过型液晶板中，在液晶单元和偏振部件、或在液晶单元和检偏部件之间，或在液晶单元和偏振部件、检偏部件两者之间配有作为相位差板的光学补偿片。在该现有装置中，披露了可以改善从左右、上下等倾斜方向观看时的对比度，而不降低从正面观看时的对比度。

但是，在该现有装置中，对比度低于100左右，没有讨论投影机中所要求的至少500∶1以上的对比度情况。此外，液晶板为透过型，在液晶单元中仅透过1次光，完全没有考虑两次透过液晶层时的特性偏差、基板反射的影响等。

而在特开2000-321576号公报中，披露了在使用向列液晶的反射型有源矩阵元件中，重叠倾斜的相位差板的显示装置。由于使用反射型液晶元件，所以可以按高亮度进行明亮显示，并且可以显示高精细的图像。因此，优于上述特开9-197397号公报记载的现有装置。但是，进入元件的光透过相同的相位差板，所以获得的对比度在10以下，无论如何也不是可用于投影机元件的水平。

此外，在文献1(Journal of the SID 9/3，2001 p213；Matthew Bone，Front-proiection optical design for reflective LcoS technology)中提出了在色分解合成系统光路前侧分离光路的结构的光学系统。根据该光学系统，从灯射出的光通过色分解光学系统分解成RGB后，由偏振镜调整偏振并入射到反射型液晶元件，被反射的光在色合成系统之前被检偏振，所以据说可以取得300～500∶1的对比度。但是，在上述文献1记载的光学系统中，如果使用垂直取向反射型液晶元件，则对比度提高不到预想程度，而且存在投射画面上对比度因部位产生的差别大的问题。

可是，在不施加电压时液晶与基板大致为平行的类型，提出了各种使用介电各向异性为正的向列液晶的反射型的液晶模式。例如，在特开平10-90731号公报中，披露了自补偿型扭转向列(SCTN：Self-Compensated Twisted Nematic)模式，在特开2000-284331号及特开2000-298277号公报和文献2(Japan Display’89，p.192(1989))中披露了TN-ECB(Twisted Nematic-Electrically ControlledBirefringence)模式、通称MTN(Mixed Twisted Nematic，混合扭转向列)模式，在文献3(Appl.Phys.Lefe.68，p.1455(1996))中也披露了MTN模式。

在这些模式中，使用不施加电场时，在施加阈值左右电压时显示白色，如果充分施加电压，则显示黑色的标准白色型的反射性扭转向列液晶模式(NW模式)。

可是，在这些模式中，如果充分施加电压，则液晶变得垂直，可显示黑色，但即使施加多大的电压，取向膜附近的液晶分子也成为接近水平的取向，所以产生延迟，存在使黑电平变差的问题。此外，为了充分地施加电压，需要提高有源矩阵的驱动电压，因而晶体管增大，损失可以按高密度形成像素的反射型液晶元件的优点。此外，还存在视场角差的问题。

【专利文献1】

特开2000-199883号公报

【专利文献2】

特开2001-51270号公报

【专利文献3】

特开平9-197397号公报

【专利文献4】

特开2000-321576号公报

【专利文献5】

特开平10-90731号公报

【专利文献6】

特开2000-284331号公报

【专利文献7】

特开2000-298277号公报

【文献1】

Journal of the SID 9/3，2001 p213；Matthew Bone，Front-projectionoptical design for reflective LcoS technology

【文献2】

Japan Display’89，p.192(1989)

【文献3】

Appl.Phys.Left.68，p.1455(1996)

如以上说明的那样，使用上述各种液晶显示元件的现有投影装置即有所长也有所短。而没有提出不使用PBS，可获得500∶1以上的对比度，几乎不产生干扰条纹和左右不匀，使用反射型液晶元件的投影装置。

发明内容

本发明是鉴于以上问题作成的发明，其目的在于提供一种投影装置，该投影装置使用可获得作为投影装置所需的高对比度(500∶1以上)的反射型液晶元件。

本发明的另一目的在于提供一种投影装置，该投影装置使用不采用PBS的结构、并且几乎不产生干扰条纹和左右不匀的反射型液晶元件。

而且，本发明的另一目的在于提供一种投影装置，该投影装置使用在MTN模式和SCTN模式中，可在低驱动电压下获得充分的对比度，视场角特性也良好的反射型液晶元件。

本发明为了实现上述目的，提供一种使用反射型液晶元件的投影装置，使用倾斜投射光学系统的反射型液晶元件，使通过色分解部件对从光源射出的光进行色分解后得到的三基色光穿过偏振部件，并使之入射到在透明基板和反射基板间夹置液晶层而成的反射型液晶元件上，通过与所述偏振部件以正交偏光镜关系配置的检偏部件来对由所述反射型液晶元件按照图像数据调制的来自所述反射型液晶元件的反射光进行检偏振，由投影透镜放大投影该检偏部件检偏振后的光，其特征在于：所述反射型液晶元件，为以下三种反射型液晶元件的任意一种：第一反射型液晶元件，使介电各向异性为负的向列液晶具有83度～89度的预倾斜角度，并且对于入射偏振光设定(45+90×n)度的方位角，其中，n为整数，入射的光为S偏振光或P偏振光；第二反射型液晶元件，是混合扭转向列模式，其向列液晶具有2度～5度的预倾斜角度，所述液晶层的扭转角度为80度～90度，并且所述透明基板侧的液晶取向方位角在190～200度或280～290度的范围内，而且所述液晶层的波长规格化延迟为0.35以上0.55以下，入射的光为S偏振光；或第三反射型液晶元件，是自补偿型扭转向列模式，其向列液晶具有2度～5度的预倾斜角度，所述液晶层的扭转角度60度，并且将所述透明基板侧和所述反射基板侧的液晶取向方位角设定为达到150度和210度的情况、或达到330度和30度的情况，而且所述液晶层的波长规格化延迟为0.55以上0.65以下，入射的光为S偏振光，在所述偏振部件和所述反射型液晶元件之间，或所述反射型液晶元件和所述检偏部件之间，存在具备负的单轴各向异性的相位差板，所述相位差板的光轴，相对所述相位差板的膜面向斜方向倾斜插入，并被设定为与相邻于所述相位差板的所述偏振部件或所述检偏部件的透过轴垂直。

在本发明中，通过将具备负的单轴各向异性的相位差板插入在偏振部件和反射型液晶元件之间，或插入在反射型液晶元件和检偏部件之间，并且使所述相位差板的光轴相对所述相位差板的膜面向斜方向倾斜插入，且被设定为与相邻于相位差板的偏振部件或检偏部件的透过轴垂直，可以降低由反射型液晶元件反射的、由检偏部件吸收的反射光的黑电平。此外，可以由偏振部件和检偏部件仅对规定的P偏振光或S偏振光进行检偏振，而不使用偏振分光镜(PBS)。

这里，将所述相位差板的光轴设定为平行于入射的P偏振的振动面。

此外，将所述偏振部件设定为使S偏振光通过的特性，将所述相位差板的光轴设定为平行于垂直入射的S偏振光的振动面的面上。

此外，所述相位差板具有以盘状(discotic)液晶为基本的负的单轴各向异性，在所述相位差板的膜的上下所述盘状液晶的倾斜相同，其预倾斜角为40度～80度就可以；并且所述相位差板具有以盘状液晶为基本的负的单轴各向异性，在所述相位差板的膜的上下所述盘状液晶的倾斜不同时，将所述盘状液晶倾斜大的一方粘结在相邻的所述偏振部件或所述检偏部件侧。

此外，本发明通过将所述相位差板的一个面与相邻的所述偏振部件或所述检偏部件一体地固定，并将另一个面粘结在表面上形成了抗反射层的玻璃板的背面，没有多余的表面反射，可以提高透过率，且可以降低多余的界面反射。

作为本发明的另一方式，在使用NW模式的反射型液晶元件时，在入射光中使用S偏振，通过将光学上具有负的单轴各向异性、光轴相对膜面向斜方向倾斜的相位差板插入在偏振部件和所述反射型液晶元件之间，或插入在所述反射型液晶元件和检偏部件之间，并且设定该相位差板的光轴，以与相邻于相位差板的偏振部件或检偏部件的透过轴垂直，可以降低由检偏部件吸收的反射光的黑电平。此外，可以由所述偏振部件和检偏部件获得充分的对比度，而不使用偏振分光镜(PBS)。

附图说明

图1是本发明第1和第2实施方式的方框图。

图2是表示本发明第1和第2实施方式的投影装置的结构图。

图3是表示图2所示的具有倾斜轴的仅包含相位差板的轴方向的面的角度与透过率变化的图。

图4是在图2所示的投影装置的模拟获得的第1实施例的视场角特性图。

图5是本发明第2实施例的视场角特性图。

图6是不插入轴方向倾斜的相位差板的第1比较例的视场角特性图。

图7是视场角特性的重要点说明图。

图8是表示本发明第3实施例的投影装置的结构图。

图9是表示第3实施例的具有倾斜轴的仅包含相位差板的轴方向的面的角度与透过率变化的图。

图10是在第3实施例的投影装置的模拟获得的视场角特性图。

图11是Re1/Re2＝0.13～0.8时的视场角特性图。

图12是第2比较例的视场角特性图。

图13是本发明投影装置的第4实施例的结构图。

图14是本发明第4实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、相位差板的详细结构、视场角特性和本发明第4实施例的结构图。

图15是本发明第5实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、相位差板的详细结构、视场角特性和本发明

第5实施例的结构图。

图16是本发明第6实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、视场角特性和本发明第6实施例的结构图。

图17是本发明第7实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、视场角特性和本发明第7实施例的结构图。

图18是本发明第8实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、视场角特性和本发明第8实施例的结构图。

图19是本发明第9实施例中的相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、视场角特性和本发明第9实施例的结构图。

图20是表示汇总本发明第1～第9实施例和第1比较例的结果的图。

图21是表示在相位差板和偏振板的各例中，期望例和非期望例的图。

图22是表示汇总本发明第10～第29实施例和第2比较例的结果的图。

图23是本发明第3实施方式的结构图。

图24是表示本发明第4实施方式的投影装置的结构图。

图25是本发明第4实施方式的反射型液晶元件的入射光的振动方向、相位差板的光轴和反射型液晶元件的液晶排列方向的关系、本发明实施方式的结构图和视场角特性。

图26是表示本发明第4实施例的方位角、极角和光强度的关系图。

图27是第3比较例的视场角特性图。

图28是表示第3比较例的方位角、极角和光强度的关系图。

图29是本发明第5实施方式的视场角特性图。

图30是表示本发明第5实施方式的方位角、极角和光强度的关系图。

图31是表示在相位差板和偏振板的各例中，期望例和非期望例的图。

图32是表示现有的投影装置的一例结构图。

图33是现有的投影装置的另一例结构图。

图34是光学系统彩色化的现有的投影装置的结构图。

图35是现有的投影装置的又一例结构图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置。图1(A)是使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第1实施方式的方框图，图1(B)是表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第2实施方式的方框图。在图1(A)中，从光源A1射出的光透过透镜组A2，通过对RGB三基色光进行色分解的色分解光学系统A3被色分解后，分别透过偏振部件A4和相位差板A5，入射到在透明基板和有源矩阵反射基板之间夹置液晶层的反射型液晶元件A6。

用该反射型液晶元件A6按照图像数据调制的光入射到与偏振部件A4以正交偏振关系配置的检偏部件A7并被检偏振。这里，在通过显示的图像数据使反射型液晶元件A6的液晶层被驱动并导通时，检偏部件A7使入射光透过，而在液晶层不被驱动截止时，检偏部件A7吸收入射光，不使其通过。通过了检偏部件A7的光被色合成光学系统A8合成后，由投影透镜A9放大投影在未图示的屏幕上。

再有，必须在色分解光学系统A3之后具有偏振部件A4，在色合成光学系统A8之前具有检偏部件A7。根据光学系统的设计的关系，也可以将主要的偏振调整功能设置在色分解光学系统A3之前，但如果必须在色分解光学系统A3之后，则需要使色分解光学系统A3恶化的线偏振状态良好的偏振部件A4。

在斜投射光学系统(离轴(off-axis))中，偏振部件A4和反射型液晶元件A6之间设置的相位差板A5有单轴各向异性，其光轴相对膜面向斜方向倾斜，而且，设定其光轴，使与相位差板A5相邻的偏振部件A4的透过轴垂直。由此，可以不使用PBS，廉价地实现明亮的光学系统。

下面，使用图1(B)的方框图来说明本发明第2实施方式。在图1(B)中，对与图1(A)相同结构部分附以相同标号，并省略其说明。在该第2实施方式中，在上述斜投射光学系统(离轴)中，有以下特征：在反射型液晶元件A6和检偏部件A7之间插入相位差板B1，其具有单轴各向异性，其光轴相对膜面向斜方向倾斜，而且使其光轴与检偏部件A7的透过轴垂直。由此，可以不使用PBS，廉价地实现明亮的光学系统。

【实施例】

下面，说明本发明的各实施例。图2(A)、图2(B)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第1实施方式的第1和第2实施例的黑色显示及白色显示时的结构图。在图2(A)、图2(B)中，使用本发明第1实施例的反射型液晶元件的投影装置50在对反射型液晶元件51的入射光光路上设有从入射光中取出线偏振的第1偏振板52a和具有轴方向倾斜结构的相位差板53。而在来自反射型液晶元件51的反射光光路上，设置第2偏振板(检偏镜)52b。

反射型液晶元件51有对置配置的透明基板54和反射基板55，具有在其之间夹置液晶层56的结构。再有，虽未图示，但在透明基板54的对置表面上，形成作为共用电极的透明电极，在反射基板55的对置表面上，矩阵状地形成多个为每个像素形成的由MOS晶体管、或TFT等构成的驱动电路、以及反射电极。作为像素尺寸，例如形成10μm×10μm大致方形的微细像素。

作为构成液晶层56的液晶分子，是具有垂直取向型的负的介电各向异性的向列液晶。在连接到液晶层56的透明基板54和反射基板55的表面上，为了对液晶分子赋予取向，例如形成研磨处理过的聚酰亚胺膜构成的取向膜(未图示)，对初始状态的液晶分子例如赋予约80～89度的倾斜角和相对于偏振板的偏振轴约45度的面方位角。

图2(A)是表示各像素电极上不施加电场状态(初始状态)下显示黑色的标准黑色(NB)模式，液晶层56截止。图2(B)是显示白色的模式，表示液晶层56被驱动为导通时的状态。

下面，说明本实施例的动作。在图2(A)、图2(B)中，从未图示的光源射出的光首先由第1偏振板52a仅取出P偏振光，然后，被轴方向倾斜的相位差板53调制，入射到反射型液晶元件51。轴方向倾斜的相位差板53的光轴与入射的S偏振振动的内面一致。具有倾斜的轴的相位差板53例如使用披露于(日本)特开平9-197397号公报或特开2000-321576号公报披露的将盘状液晶排列在基板上的相位差板等。

入射到反射型液晶元件51的光通过液晶层56被反射基板55上的反射电极反射，再通过液晶层56和透明基板54射出，入射到第2偏振板(检偏镜)52b。

这里，在各像素电极上不施加电场，液晶层56为截止时，入射光的偏振状态由反射基板55原封不动反射。这种情况下，被反射的光设置在投影透镜57的光路前侧的第2偏振板(检偏镜)52b吸收，所以如图2(A)所示，不入射到投影透镜57。即，实现黑色显示。另一方面，在各像素电极上施加电场，将液晶层驱动为导通时，使反射型液晶元件51的入射光的偏振状态旋转并由反射基板55反射。这种情况下，被反射的光如图2(B)所示，通过第2偏振板(检偏镜)52b，经投影透镜57被放大投影在未图示的屏幕上。

这里，以液晶层56的预倾斜角为85度的情况为例来说明。作为具有倾斜轴的相位差板53的特性，例如使用基板侧的角度为4度、表面侧的角度为80度的相位差板。图3表示将第1偏振板52a和第2偏振板(检偏镜)52b插入到以正交偏光镜状态放置的光学系统中仅测定具有该倾斜轴的相位差板53的透过率变化。在该图中，纵轴表示透过率，横轴表示极角。如图所示，具有极角为-60度附近透过率最大，极角为35度附近透过率最小的特性。

在使用该相位差板53的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图4所示，可知在方位角90度时极角15～25度附近的黑电平变小(图4中，虚线的圆是极角20度的单位圆，最小直径的圆表示极角为20度：(以下的视场角特性图也同样))。

光对液晶层56的入射角约为12度，投影透镜的F值为2.4(这种情况下的透镜取入角约为12度，所以按视场角取入极角为0～24度、方位角为258～272度范围的光)时，投影到屏幕上时的对比度约为650∶1，可以进行没有左右对比度倾斜(左右不匀)的均匀显示。此外，也未观察到伴随表面或界面内部反射的干扰现象。

下面，说明本发明的第2实施例。本实施例的结构与图2所示的第1实施例相同，但不同点在于，作为具有倾斜轴的相位差板53，例如使用基板侧的角度为10度、表面侧的角度为70度的相位差板。如图5所示，可知本实施例的视场角特性在方位角90度方向上，将极角10附近的黑电平的方位角方向的视场角扩大。投影到屏幕上时的对比度为600∶1时，可进行没有左右对比度倾斜的均匀显示。此外，也未观察到伴随表面或界面内部反射的干扰现象。

下面将不插入轴方向倾斜的相位差板53的情况作为第1比较例，来说明该第1比较例和第2实施例的不同。再有，该第1比较例的结构除了没有相位差板53以外，其余结构与图2的结构相同。在该第1比较例中，在实际被投影的画面上，可看到左右方向黑电平的倾斜现象。在对比度高的部位，对比度为700∶1，而在对比度低的部位为300∶1。还可观察到伴随表面和界面内部反射的干扰现象。

该第1比较例的视场角特性示于图6。图6的视场角特性表示在液晶上不施加电压的黑色显示情况下，如果液晶有预倾斜角，则对比度的取得位置在中心部，在偏振方向和与其垂直的方向上对比度高，但在相对于偏振方向、特别是在有来自45度斜方向的光的入射角时，急剧地漏光，黑电平上升，并且对比度下降。

此外，在从光入射的方位角90度(相当于从斜上方观察从斜下方入射并反射的光的情况)的部分观察可知，如果极角变小(如果使光倾斜地入射)，则随着方位角的偏移获得的黑电平在变化。这意味着在被投射的画面上，在左右方向上有黑电平的倾斜，在左右含有对比度的倾斜。这种现象在进行色合成时被观察为三片反射型液晶板的特性不一致的色不匀，非常明显。

图7表示视场角特性的重要点。如图所示，通常(同轴)光垂直地进入垂直地射出，所以圆的中央部分的特性是重要的，而在离轴时，光倾斜地入射，所以该部分的特性是重要的。通常，期望入射的光是平行光，无论如何都将光聚光来照射，所以使光(反)圆锥状照射。将圆锥的展宽角称为锥角，该角度的光范围的特性是重要的。

例如，在锥角为15度的光时上述同轴的情况下，光的中心为极角0度(正中央)，所以如果含有锥角，则极角为15度(半径15)的圆内成为重要的部分。在离轴的情况下，例如考虑从方位角270度的方向以16度极角(从垂直倾斜16度)进行光入射时，反射的光的范围在以方位角为90度、极角为16度作为中心的图7所示的椭圆内。从该观点来看，在本实施方式中，可知该部分的黑色变得良好。

于是，根据上述第2实施例，由于不使用PBS，所以可以实现明亮、便宜的光学系统，并且需要将光倾斜地进入元件，但可以仅在该入射角度周围的部位进行最适合方式的调整，所以可获得非常高的对比度。而且，根据上述第2实施例，偏振板的条件不严格，偏振部件(第1偏振板52a)和利用来自反射型液晶元件的表面或界面等反射为起因的检偏部件(第2偏振板52b)为独立的正交偏光镜关系，所以没有干扰条纹被投影在画面上的情况。此外，在色分解后具有偏振部件和检偏部件，在检偏振后进行色合成，所以没有色分解-色合成系统中的双折射造成的偏振纯度下降的问题，具有抗热稳定的特长。

但是，在上述第1和第2实施例中，使具有向斜向倾斜的单轴各向异性的相位差板53与入射P偏振的振动面平行，所以相位差板53的延迟(折射率差和膜厚之积)范围窄，而且获得的视场角特性窄。因此，在以下说明的本发明的第3实施例中，使入射的偏振光为S偏振，使具有向斜向倾斜的单轴各向异性的相位差板与垂直于入射S偏振光的振动面的面平行。

以下，参照图8来说明本发明的第3实施例。图8(A)、图8(B)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第3实施例的黑色显示和白色显示时的结构图。在图8(A)、图8(B)中，使用本发明第3实施例的反射型液晶元件的投影装置60在对反射型液晶元件61的入射光光路上设置从入射光中取出线偏振的第1偏振板62a和具有轴方向倾斜结构的相位差板63，而在来自反射型液晶元件61的反射光光路上，设置第2偏振板(检偏镜)62b。

反射型液晶元件61有对置配置的透明基板64和反射基板65，具有在其之间夹置液晶层66的结构。再有，虽未图示，但在透明基板64的对置表面上，形成作为共用电极的透明电极，在反射基板65的对置表面上，矩阵状地形成多个为每个像素形成的由MOS晶体管、或TFT等构成的驱动电路、以及反射电极。作为像素尺寸，例如形成10μm×10μm大致方形的微细像素。

作为构成液晶层66的液晶分子，使用具有垂直取向型的负的介电各向异性的向列液晶。在连接到液晶层66的透明基板64和反射基板65的表面上，为了对液晶分子赋予取向，例如形成蒸镀取向的硅的氧化物构成的取向膜(未图示)，对初始状态的液晶分子例如赋予约80～89度的倾斜角和相对于偏振板的偏振轴约45度的面方位角。图8(A)是表示各像素电极上不施加电场状态(初始状态)下显示黑色的标准黑色(NB)模式。图8(B)是显示白色的模式。

下面，说明第3实施例的动作。在图8(A)、图8(B)中，从未图示的光源射出的光首先由未图示的色分解光学系统分解成RGB的三基色光后，通过第1偏振板62a仅取出S偏振光，然后，被轴方向倾斜的相位差板63调制，入射到反射型液晶元件61。轴方向倾斜的相位差板63的光轴与入射的S偏振振动的内面一致。具有倾斜的轴的相位差板63例如使用披露于(日本)特开平9-197397号公报或特开2000-321576号公报的将盘状液晶排列在基板上的相位差板等。该相位差板63的最佳方式如下。

(1)相位差板63为透明基板(透明支撑体)和在其上设置的具有盘状结构单元的化合物组成的光学各向异性层。

(2)光学各向异性层的单位盘状结构单元的圆盘面相对于透明支撑体表面倾斜，并且该单位盘状结构单元的圆盘表面和透明支撑体表面形成的角度在光学各向异性层的深度方向上变化。

(3)以②式表示的所有光学补偿片的延迟合计的绝对值Re1和③式表示的液晶层的延迟绝对值Re2满足下述式的关系：

0.4×Re2≤Re1≤1.0×Re2                       ①

[其中，上述光学补偿片的延迟由

{n1-(n2+n3)/2}×d                   ②

定义(上式中，n1、n2和n3表示上述光学补偿片的三轴方向折射率，具有按该顺序减小的折射率，d表示上述光学补偿片的nm换算的厚度)，而且上述液晶层的延迟由

{m3-(m1+m2)/2}×d′                 ③

定义(上式中，m1、m2和m3表示上述液晶层的三轴方向折射率，具有按该顺序减小的折射率，d′表示上述液晶层的nm换算的厚度)]。

再次返回到图8来说明，入射到反射型液晶元件61的光通过液晶层66被反射基板65上的反射电极反射，再通过液晶层66和透明基板64射出，入射到第2偏振板(检偏镜)62b。

这里，在各像素电极上不施加电场，液晶层66为截止时，入射光的偏振状态由反射基板65原封不动反射。这种情况下，被反射的光由设置在投影透镜67的光路前侧的第2偏振板(检偏镜)62b吸收，所以如图8(A)所示，不入射到投影透镜67。即，实现黑色显示。另一方面，在各像素电极上施加电场，将液晶层66导通驱动时，使反射型液晶元件61的入射光的偏振状态旋转并由反射基板65反射。这种情况下，被反射的光如图8(B)所示，通过第2偏振板(检偏镜)62b，经投影透镜67被放大投影在未图示的屏幕上。

这里，以液晶层66的预倾斜角为85度的情况为例来说明。作为具有倾斜轴的相位差板63的特性，例如使用基板侧的角度为4度、表面侧的角度为80度、膜表面方向的延迟约为107nm的相位差板。图9表示透过率与仅包含具有该倾斜轴的相位差板的轴方向表面角度的变化。在该图中，纵轴表示透过率，横轴表示极角。如图所示，具有极角为-55度附近透过率最大的特性。S偏振从基板侧入射。

在使用该相位差板63的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图10所示，可知在方位角90度时极角15～20度附近的黑电平变小。光对液晶层66的入射角为约12度、投影透镜的F值为2.4(这种情况下的透镜取入角约为12度，所以在视场角下，可取入极角为0～24度、方位角为78～102度范围的光)，投影在屏幕上时的对比度为约1000∶1，没有左右的对比度倾斜，可以进行均匀的显示。此外，也没有观察到伴随着表面或界面内部反射的干涉现象。

再有，将具有负的介电各向异性并使液晶垂直取向时的液晶的倾斜方向相对于入射偏振光设定为(45+90×n){n为整数的角度}的方位角的情况在向液晶施加电压时的亮度最亮。但是，与设定为45度和135度相比，最好设定为45度和225度、或45度和315度来降低黑电平。

上述光学补偿片的延迟由上述式②定义，该延迟Re1为107nm。而且，上述液晶层66的延迟由上述③式定义，这种情况下，Re2为267nm。Re1是Re2的0.40倍。

图11(A)～图11(G)表示Re1/Re2＝0.13～0.8情况下的视场角特性图，如果该比值小则没有效果，而如果大，则相反地变差，所以最好在0.2～0.5的范围。此外，在液晶的预倾斜为85度、液晶的方位角为45度时，液晶层的延迟Re2为267nm。在该条件下，具有负的光学单轴各向异性的相位差板的延迟Re1的最佳值为86nm。光的入射是P偏振。

下面，在第3实施例中，将不插入轴方向倾斜的相位差板63的情况作为第2比较例来示出。其余光学配置与上述第3实施例和上述第1比较例相同。在实际投影的画面中，可看到左右方向黑电平的倾斜现象。在对比度高的部位，其对比度为700∶1，而在对比度低的部位，其对比度为300∶1。可观察到伴随表面或界面内部反射的干扰现象。

第2比较例的视场角特性示于图12。从图12所示的视场角特性可知，在液晶上不施加电压的黑色显示情况下，如果液晶有预倾斜角，则获得对比度的位置在中心部，在偏振方向和与其垂直的方向上对比度高，但在相对于偏振方向、特别是在来自45度斜方向的光的入射角时，急剧地漏光，黑电平上升，并且对比度会下降。

此外，在方位角90度(相当于从斜下方270度方位角入射的情况)的部分观察可知，如果极角变小(如果使光倾斜地入射)，则随着方位角的偏移获得的黑电平在变化。这意味着在被投射的画面上，在左右方向上有黑电平的倾斜，在左右具有对比度的倾斜。这种现象在进行色合成时由于三片反射型液晶板的特性不一致，观察到彩色不匀，非常明显。

对此，在第3实施例中，在入射光上使用S偏振，光学上具有负的单轴各向异性，将入射光向斜方向倾斜的相位差板63与入射S偏振光的振动方向垂直的面平行，从而如图10的视场角特性所示，黑电平下降，并且对比度提高，获得对比度的角度范围扩大。

下面，参照图13来说明本发明的第4实施例。图13(A)、图13(B)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第2实施方式的第4实施例的黑色显示和白色显示时的结构图。在图13(A)、图13(B)中，使用本发明第4实施例的反射型液晶元件的投影装置70在对反射型液晶元件71的入射光光路上设置从入射光中取出线偏振的第1偏振板72a，而在来自反射型液晶元件71的反射光光路上，设置具有轴方向倾斜结构的相位差板73和第2偏振板(检偏镜)72b。

反射型液晶元件71具有对置配置的透明基板74和反射基板75，具有在其之间夹置液晶层76的结构。再有，虽未图示，但在透明基板74的对置表面上，形成作为共用电极的透明电极，在反射基板75的对置表面上，矩阵状地形成多个为每个像素形成的由MOS晶体管、或TFT等构成的驱动电路、以及反射电极。作为像素尺寸，例如形成10μm×10μm大致方形的微细像素。

作为构成液晶层76的液晶分子，使用具有垂直取向型的负的介电各向异性的向列液晶。在连接到液晶层76的透明基板74和反射基板75的表面上，为了对液晶分子赋予取向，例如形成研磨处理过的聚酰亚胺膜构成的取向膜(未图示)，对初始状态的液晶分子例如赋予约80～89度的倾斜角和相对于偏振板的偏振轴约45度的面方位角。图13(A)是表示各像素电极上不施加电场状态(初始状态)下显示黑色的标准黑色(NB)模式。图13(B)是显示白色的模式。

下面，说明第4实施例的动作。在图13(A)、图13(B)中，从未图示的光源射出的光首先由未图示的色分解光学系统分解成RGB的三基色光后，通过第1偏振板72a仅取出P偏振，入射到反射型液晶元件71。入射到反射型液晶元件71的光通过液晶层76并被反射基板75上的反射电极反射，再通过液晶层76和透明基板74射出后，被轴方向倾斜的相位差板73调制。轴方向倾斜的相位差板73的光轴与入射的P偏振振动的内面一致。具有倾斜的轴的相位差板73使用例如披露于(日本)特开平9-197397号公报或特开2000-321576号公报的将盘状液晶排列在基板上的相位差板等。

通过该相位差板73的P偏振光入射到第2偏振板(检偏镜)72b。这里，在各像素电极上不施加电场，使液晶层76截止时，入射光的偏振状态由反射基板75原封不动反射。这种情况下，被反射的光由在投影透镜77的光路前侧设置的第2偏振板(检偏镜)72b吸收，所以如图13(A)所示，不入射到投影透镜77。即，实现黑色显示。另一方面，在各像素电极上施加电场，将液晶层76驱动为导通时，使反射型液晶元件71的入射光的偏振状态旋转并由反射基板75反射。这种情况下，被反射的光如图13(B)所示，通过第2偏振板(检偏镜)72b，经投影透镜77被放大投影在未图示的屏幕上。

这里，以液晶层76的预倾斜角为85度的情况为例来说明。作为具有倾斜轴的相位差板73的特性，例如使用基板侧的角度为4度、表面侧的角度为80度、膜表面方向的延迟约142nm、方位角270度的相位差板。对相位差板73的光，从倾斜角大的一侧入射。

图14(A)表示本发明第4实施例的从平面方向观察相位差板73的光轴I和反射型液晶元件71的液晶排列方向II的关系，该图(D表示从反射型液晶元件71和相位差板73等截面方向观察第4实施例的结构和入射光的振动方向及液晶排列方向等的关系，该图(B)表示该图(D)中的相位差板的详细结构。在图14(D)中，入射到第1偏振板72a的光在平行于纸面的振动面III中振动的P偏振光被取出，入射到液晶排列方向(液晶方位角45度)II的反射型液晶元件71。

由该反射型液晶元件71反射的光入射到相位差板73。如图14(B)放大图示那样，在该相位差板73由盘状液晶那样的圆盘状的液晶分子构成时，其液晶分子如78所示那样配置，而光轴被配置在箭头77所示的方向上。透过相位差板73的偏振光通过第2偏振板72b透过在垂直于纸面方向上振动的S偏振光。

在使用该相位差板73的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图14(C)所示，可知在方位角90度时极角15～20度附近的黑电平变小。光对液晶层76的入射角为约12度、投影透镜的F值为2.4(这种情况下的透镜取入角约为12度，所以在视场角下，可取入极角为0～24度、方位角为78～102度范围的光)，投影在屏幕上时的对比度为约1000∶1，没有左右的对比度倾斜，可以进行均匀的显示。此外，也没有观察到伴随着表面或界面内部反射的干涉现象。

下面，参照图15来说明本发明的第5实施例。图15(D)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第5实施例的主要部分结构图。在该图(D)中，对与图13和图14(D)相同的结构部分标以相同标号，并省略其说明。图15(D)所示的第5实施例与上述第4实施例比较，相同点在于，将轴倾斜的相位差板81设置在使来自液晶方位角为45度的反射型液晶元件71的反射光到达第2偏振板72b的光路上。但是，相位差板81的光轴在图15(A)中用I表示，并且其结构在图15(B)中用82表示，与第4实施例的不同在于，光轴是从表面侧朝向基板侧方向，以及盘状液晶那样圆盘状的液晶分子83的排列所有不同。

这里，以液晶层76的预倾斜角为85度的情况为例来说明。作为具有倾斜轴的相位差板73的特性，例如使用光射出侧的角度为80度、光入射侧的角度为4度、膜表面方向的延迟约107nm的相位差板。在第5实施例中，对相位差板81的光，从倾斜小的一侧入射。

在使用该相位差板81的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图15(C)所示，可看出在方位角90度时极角15～20度附近的对比度稍有提高，投影在屏幕上时的对比度为约650∶1，没看到左右不匀和干扰条纹。

下面，参照图16来说明本发明的第6实施例。图16(C)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第6实施例的主要部分结构图。在该图(C)中，对与图8(A)、图8(B)相同的结构部分标以相同标号，并省略其说明。图16(C)所示的第6实施例的特征在于，在从反射型液晶元件61至第2偏振板62b的反射型液晶元件61的反射光路上设置相位差板86，取代在第2实施方式的实施例中，在从上述第3实施例的第1偏振板62a至反射型液晶元件61的反射型液晶元件61的入射光路上设置的相位差板63。相位差板86以外的结构与第3实施例相同。即，第1偏振板62a如图16(C)所示仅取出振动方向垂直于纸面方向的S偏振光，第2偏振板62b如图16(C)所示仅通过振动方向平行于纸面方向的P偏振光。

反射型液晶元件61的液晶排列方向是图16(A)用VI表示的225度方位角，相位差板86的光轴在该图(A)中用I表示。轴倾斜的相位差板86的光轴在图16(C)中用87表示那样从表面侧朝向基板侧方向，作为其特性，例如使用光射出侧的角度为4度、光入射侧的角度为80度、膜表面方向的延迟约为107nm的相位差板。

在使用该相位差板81的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图16(B)所示，完全看不出在方位角90度时极角15～20度附近的对比度的提高，投影在屏幕上时的对比度为约20∶1。但是，没看到左右不匀和干扰条纹。

下面，参照图17来说明本发明的第7实施例。图17(C)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第7实施例的主要部分结构图。在该图(C)中，对与图16(C)相同的结构部分标以相同标号，并省略其说明。图17(C)所示的第7实施例与上述第6实施例比较，相同点在于，将轴倾斜的相位差板91设置在使来自液晶方位角为225度的反射型液晶元件61的反射光到达第2偏振板62b的光路上，而图17(A)中用V表示的相位差板91的光轴、以及该盘状液晶的圆盘状的液晶分子排列方式与第6实施例有所不同。

这里，轴倾斜的相位差板91的光轴在图17(C)中用92表示那样从表面侧朝向基板侧方向，作为其特性，在例如使用光射出侧的角度为4度、光入射侧的角度为80度、膜表面方向的延迟约为107nm的相位差板方面与第6实施例的相位差板86相同，但不同点在于，相位差板86的方位角为270度，而该相位差板91的方位角为90度。

在使用该相位差板91的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图17(B)所示，几乎看不出由在方位角90度时极角15～20度附近的对比度的提高，投影在屏幕上时的对比度为约5∶1。但没看到左右不匀和干扰条纹。

下面，参照图18来说明本发明的第8实施例。图18(C)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第8实施例的主要部分结构图。在该图(C)中，对与图14(D)相同的结构部分标以相同标号，并省略其说明。图18(C)所示的第8实施例的特征在于，设置相位差板95，取代第2实施方式的实施例中图14所示的第4实施例的相位差板73。该相位差板95的光轴在图18(C)中用96表示那样从表面侧(光入射侧)朝向基板侧(光输出侧)，作为其特性，在例如使用基板侧的角度为80度、表面侧的角度为4度、膜表面方向的延迟约为107nm的相位差板，与相位差板73不同，对相位差板95的光从倾斜角小的一侧入射。

图18(A)表示相位差板95的光轴I和反射型液晶元件71的液晶排列方向II的关系。在使用该相位差板95的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图18(B)所示，可看出在方位角90度时极角15～20度附近的对比度的提高，投影在屏幕上时的对比度为约600∶1，没有看到左右不匀和干扰条纹。

下面，参照图19来说明本发明的第9实施例。图19(C)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第9实施例的主要部分结构图。在该图(C)中，对与图18(C)相同的结构部分标以相同标号，并省略其说明。图19(C)所示的第9实施例与第2实施方式的实施例中图18所示的第8实施例比较，其特征点在于使用反射型液晶元件61来取代第8实施例中使用的反射型液晶元件71，除此以外的结构与第8实施例相同。

图19(A)表示该第9实施例的相位差板95的光轴I和反射型液晶元件61的液晶排列方向VI的关系。在使用该相位差板95的实际系统中，模拟获得的视场角特性如图19(B)所示，可看出在方位角90度时极角15～20度附近的对比度的提高，投影在屏幕上时的对比度与第8实施例相同约为600∶1，没有看到左右不匀和干扰条纹。

图20归纳表示以上第1至第9实施例及第1比较例的各特性和获得的性能。在该图中，CR表示对比率(Contrast Ratio)，即白色显示和黑色显示的亮度比率。此外，偏振板角度在将反射型液晶元件的入射平面作为x轴和y轴的平面时，以水平方向的x轴作为基准反时针旋转为正的角度，在入射光为线偏振的情况下，包含该振动方向的面和元件面形成的角是元件表面上从x方向起计算的角度。因此，在从方位角270度方向(从斜下方)入射的P偏振光的情况下，与入射面平行的光振动，所以与x轴形成的角度、即偏振面角度变为90度。

图21表示轴倾斜的相位差板和偏振板及入射光的各例。在图21(A)～图21(E)中，相位差板101表示上述第1～第9实施例的相位差板53、63、73、81、86、91、95的任何一个，示意地表示获得在膜表面的厚度方向上盘状液晶的分子逐渐倾斜的分子排列的情况。

即，相位差板101(53、63、73、81、86、91、95)的光轴在图21中平行于纸面，光轴相对其膜表面倾斜，但根据距膜表面的厚度，光轴的倾斜角度逐渐变化。再有，偏振板102、104、105、106相当于上述第1偏振板62a、72a或第2偏振板62b、72b。

图21(A)表示在相位差板101的光入射侧或光射出侧设置透过S偏振的特性偏振板102，并且使光如103所示，以充分横切相位差板101的盘状液晶分子的角度来入射的例子。该第1例是可获得最好的对比度的例子，相当于上述第3实施例和第4实施例。此时的相位差板101的光轴平行于纸面，仅使S偏振透过的特性相位差板102的透过轴垂直于纸面方向，两者相互垂直。

图21(B)表示在相位差板101的光入射侧或光射出侧设置透过S偏振的特性偏振板104，并且使光如103所示，以充分横切相位差板101的盘状液晶分子的角度来入射的例子。其中，该例与第1例的不同在于，将偏振板104配置在使相位差板101的盘状液晶分子相对表面几乎平行排列的一侧。该第2例是可获得期望的对比度的例子，相当于上述第5、第8、第9实施例。

图21(C)表示在相位差板101的光入射侧或光射出侧设置透过P偏振的特性偏振板105，并且使光如103所示，以充分横切相位差板101的盘状液晶分子的角度来入射的例子。该第3例不能获得充分的对比度，是不期望的例子，相当于上述第6实施例。

图21(D)表示在相位差板101的光入射侧或光射出侧设置透过S偏振或P偏振的特性偏振板106，并且使光如107所示，以充分横切相位差板101的盘状液晶分子的角度来入射的例子。该第4例最不能获得对比度，是最不期望的例子，相当于上述第7实施例。

图21(E)表示在相位差板101的光入射侧设置透过P偏振的特性偏振板102，并且使光如103所示，以充分横切相位差板101的盘状液晶分子的角度来入射的例子。该第5例是可获得期望的对比度的例子，相当于上述第1、第2实施例。

这样，在上述第3、第4、第5、第8和第9实施例中，通过在相位差板的入射光上使用S偏振，具有光学上负的单轴各向异性，使入射光斜方向倾斜的相位差板101(63、73、81、95)与垂直于入射S偏振的振动方向的面平行，可以降低黑电平，并且提高对比度，扩大可充分获得对比度的角度范围。

但是，在以上实施例中，仅记述了具有倾斜轴的相位差板的结构在光的入射侧和输出侧倾斜角不同的情况。在以下的第10～第29实施例中，表示相位差板的结构在光的入射侧和射出侧即使为相同的倾斜角也良好的情况。此外，还包含液晶的预倾斜角的限制，如果归纳第10～第29实施例，则如图22所示。再有，在图22中，还表示上述的第2比较例和第3及第4实施例来用于比较。

图22中的第10～第12实施例是投影装置的结构例，将从光源射出的光通过对RGB三基色光进行色分解的色分解部件进行色分解后，透过第1偏振板，照射到透明基板和有源矩阵基板(反射基板)之间夹置了液晶层的反射型液晶元件。接着，在将该反射型液晶元件根据显示的图像数据调制的光通过与第1偏振板以正交偏光镜关系配置的第2偏振板检偏振后，通过投影透镜放大投影，具有斜投射的光学系统(离轴)。在反射型液晶元件和第2偏振板之间插入具有单轴各向异性、其光轴向斜方向倾斜的相位差板，反射型液晶元件的液晶层的预倾斜角为85度，液晶方位角为45度。在对反射型液晶元件入射P偏振，使第2偏振板透过S偏振的结构方面是相同的。各个实施例具有上述倾斜轴的相位差板特性相同，基板侧(光射出侧)的角度、表面侧(光入射侧)的角度相同，但每个实施例中形成不同的角度结构(50度、40度或30度)。其中，相位差板的方位角都为270度。

此外，第13、第14实施例与第10～第12实施例的不同在于，相位差板的基板侧(光射出侧)和表面侧(光入射侧)的角度分别为10度和70度，或70度和10度。在这些第10～第14实施例中，都没有左右的对比度倾斜，可以进行均匀的显示，有没有观察到干扰条纹。

如图22所示，第15～第26实施例在具有上述斜投射光学系统(离轴)的投影装置中，在第1偏振板和反射型液晶元件之间插入具有单轴各向异性、其光轴向斜方向倾斜的相位差板，反射型液晶元件的液晶层的预倾斜角为85度，液晶方位角为225度，并且向反射型液晶元件入射S偏振，使第2偏振板透过P偏振的结构是相同的，但相位差板的入射侧的预倾斜角、延迟、射出侧的预倾斜角有所不同。

即，在第15～第18实施例中，相位差板的入射侧预倾斜角和射出侧预倾斜角都为50度，但延迟相互不同。此外，第19～第26实施例的相位差板的入射侧预倾斜角和射出侧预倾斜角在各例中相同，但该角度每次增加10度，直至80度，在每个实施例中有所不同。

在第27～第29实施例中，相位差板的入射侧预倾斜角和射出侧预倾斜角分别为70度，是相同的，但反射型液晶元件的液晶层的预倾斜角在第27实施例中为80度，在第28实施例中为83度，在第29实施例中为89度，是不同的。

从这些结果可知，如果反射型液晶元件的液晶层的预倾斜角大于89度，则在像素电极上施加电压时，液晶分子的倾斜方向分散，容易产生图像缺陷，而反射型液晶元件的液晶层的预倾斜角为83度以下时，即使用轴倾斜的相位差板进行补偿，也不能获得对比度，同时产生对比度的左右不匀。因此，期望反射型液晶元件液晶层的预倾斜角为83度至89度。

下面，参照图23来说明本发明的第3实施方式。图23(A)、图23(B)及图23(C)分别表示本发明第3实施方式的主要部分的正面图、纵剖面图、侧剖面图。在该图(A)～(C)中，相位差板111的一个面通过粘结层112被粘结在偏振板113上，相位差板111的另一面通过粘结层114被粘结在玻璃层115的背面上。在玻璃层115的表面上形成抗反射层116。此外，相位差板111具有以盘状液晶为基础的负的单轴各向异性，其光轴如图23(B)中模式所示那样相对膜表面倾斜，并且对于平行于纸面方向，偏振板113的透过轴如图23(A)所示为上下方向，即垂直于相位差板111的光轴。

根据第3实施方式，将相位差板111和偏振板113构成一体，所以没有多余的表面反射，具有提高透过率的特长。再有，这种情况下，偏振板113和相位差板11的接合方向被唯一地确定。在相位差板111的上下，盘状液晶的预倾斜角不同时，将预倾斜角大的一方粘结在偏振板113一方。而且，偏振板113的透过轴和相位差板11的光轴最好在同一面。

此外，如图23所示，相位差板111通过粘结层114与表面进行了抗反射处理的玻璃层115粘结，所以可以降低多余的界面反射，其结果，可进行明亮的投影。此外，可以抑制因表面凹凸产生的折射造成的图像模糊、变形。

图24(A)、图24(B)表示使用本发明一实施方式的反射型液晶元件的投影装置的第4实施方式的黑色显示和白色显示时的结构图。在图24(A)、图24(B)中，使用本发明第4实施方式的反射型液晶元件的投影装置350在对反射型液晶元件351的入射光光路上设置从入射光中取出线偏振的第1偏振板352a，而在来自反射型液晶元件351的反射光光路上设置具有轴方向倾斜结构的相位差板353和第2偏振板(检偏镜)352b。第2偏振板352b相对第1偏振板352a以正交偏光镜关系来设置。

反射型液晶元件351具有对置配置的透明基板354和反射基板355，具有在它们之间夹置液晶层356的结构。再有，虽未图示，但在透明基板354的对置表面上，形成作为共用电极的透明电极，在反射基板355的对置表面上，矩阵状地形成多个为每个像素形成的由MOS晶体管、或TFT等构成的驱动电路、以及反射电极。作为像素尺寸，例如形成10μm×10μm大致方形的微细像素。

作为构成液晶层356的反射型液晶单元，使向列液晶的预倾斜角的角度为2度～5度、液晶层的扭转角度为80度～90度，此外，透明基板354侧的液晶取向方位角在190～200度或280～290度范围内。而且，在第4实施方式中，液晶层356的波长规格化延迟使用0.35以上0.55以下的延迟。

此外，在连接到液晶层356的透明基板354和反射基板355的表面上，为了对液晶分子赋予取向，例如形成对涂敷的聚酰亚胺树脂表面进行了研磨的取向膜(未图示)，对初始状态的液晶分子例如赋予约2度～5度的倾斜角和相对于偏振板的偏振轴约190度～200度、乃至280度～290度的表面方位角。液晶的扭转角被控制在80度～90度。

图24(A)表示对各像素电极施加电场把液晶层356驱动为导通时的显示黑色的状态，图24(B)表示对各像素电极实质上不施加电场的状态下(初始状态)显示白色的标准白色(NW)模式，液晶层356截止。

下面，参照图25来说明第4实施方式的动作。图25(B)将图24(A)、图24(B)的结构与相位差板353的光轴一起表示，对与图24(A)、图24(B)相同的结构部分标以相同标号。在图24(A)、图24(B)和图25(B)中，从未图示的光源射出的光首先通过第1偏振板352a仅取出P偏振并入射到反射型液晶元件351。图25(A)的I表示从第1偏振板352a取出后，入射到反射型液晶元件351的S偏振的振动方向。

反射型液晶元件351的液晶层356的液晶分子排列方向在光入射侧为图25(A)中II表示的方向，在反射面侧为图25(A)中III表示的方向。入射到反射型液晶元件351的光通过液晶层356被反射基板355上的反射电极反射，再通过液晶层356和透明基板354射出，入射到轴方向倾斜的相位差板353。

轴方向倾斜的相位差板353的光轴如图25(A)中IV所示，与入射的P偏振振动的方向I平行的内面一致。即，设定相位差板353的光轴，以与第1偏振板352a的透过轴垂直。由图25(B)中359所示的具有光轴的轴方向倾斜的相位差板353调制的光入射到第2偏振板(检偏镜)352b。该第2偏振板(检偏镜)352b的检偏方向在图25(A)中用V表示。

在对各像素电极不施加电场，或施加了阈值电压的液晶层截止时，入射的线偏振由反射型液晶元件351接受调制，使其偏振状态旋转并射出，如图24(B)所示，通过第2偏振板(检偏镜)352b经投影透镜357，放大投影在未图示的屏幕上。另一方面，在对各像素电极充分施加电场，把液晶层356驱动为导通时，入射光的偏振状态由反射基板355原封不动反射。这种情况下，被反射的光由在投影透镜357的光路前侧设置的第2偏振板(检偏镜)352b吸收，所以如图24(A)所示，不入射到投影透镜57。即，实现黑色显示。

下面，更详细地说明具有倾斜轴的相位差板353。具有倾斜轴的相位差板353例如使用披露于美国专利第5,410,422号说明书中的负双折射补偿板、或双轴延伸聚合物膜，或使用披露于特开平9-197397号公报或特开2000-321576号公报中的将盘状液晶排列在基板上的相位差板等。该相位差板353的最佳方式如下。

(1)相位差板353为透明基板(透明支撑体)和在其上设置的具有盘状结构单位的化合物组成的光学各向异性层。

(2)光学各向异性层的盘状结构单位的圆盘面相对于透明支撑体表面倾斜，并且该盘状结构单位的圆盘表面和透明支撑体表面形成的角度在光学各向异性层的深度方向上变化。

(3)以⑤式表示的所有光学补偿片的延迟合计的绝对值Re1和⑥式表示的液晶层的延迟绝对值Re2满足下述式的关系：

0.15×Re2≤Re1≤0.6×Re2                        ④

[其中，上述光学补偿片的延迟由

{n1-(n2+n3)/2}×d                               ⑤

来定义(上式中，n1、n2和n3表示上述光学补偿片的三轴方向折射率，具有按该顺序减小的折射率，d表示上述光学补偿片的nm换算的厚度)，而且上述液晶层的延迟由

{m3-(m1+m2)/2}×d′                 ⑥

来定义(上式中，m1、m2和m3表示上述液晶层的三轴方向折射率，具有按该顺序减小的折射率，d′表示上述液晶层的nm换算的厚度)]。

作为具有倾斜轴的相位差板353的特性，例如使用基板侧的角度为4度、表面侧的角度为80度、膜表面方向的延迟约107nm的相位差板。对相位差板353的光从倾斜角大的一侧入射。

在使用该相位差板353的实际系统中，由模拟获得的视场角特性如图25(C)所示，可知在从90度方位角观察的情况下，黑色浓重(黑色显示时的光强度很小)，所以从极角10度～30度方向观察的(从斜方向将光入射并观察反射的光)特性良好。这里，在各像素电极上施加5V电压，以便进行黑色显示。再有，在图25(C)中，虚线的圆是极角20度的单位圆，最小直径的圆表示极角为20度(其他视场角特性图也同样)。

在第4实施方式中，方位角70度～110度、极角0度～20度时的光强度在对各像素电极施加5V电压的情况下如图26中VI所示，在该角度范围内黑电平非常良好，由于使光倾斜入射，所以可确认即使是倾斜的光学系统也可获得高对比度。此外，光对液晶层356的入射角为约12度，投影透镜357的F值为2.4(这种情况的透镜取入角为约12度，所以在视场角下，可取入极角0度～24度、方位角78度～102度范围的光)，投影到屏幕上时的对比度为约900∶1，左右对比度稍有倾斜但在实用范围内，没有观察到伴随表面和界面内部反射的干扰现象。

下面，说明第3比较例，该比较例的结构除去第4实施方式的相位差板353，其余光学配置与图24的实施方式相同。在第3比较例中，在实际被投影的画面中，尽管没有观察到伴随表面和界面内部反射的干扰现象，但可看到左右方向黑电平的倾斜现象。在对比度高的部位，对比度为500∶1，而对比度低的部位，对比度为100∶1。

此外，视场角特性如图27所示，即使在像素电极上充分施加电场的黑色显示情况下，基板附近的液晶分子因取向膜的影响而保持水平方向，所以特定方向的对比度变差。在该第3比较例中，液晶分子在反射侧基板被设定为15度，在透明电极侧基板被设定为110度，可知在方位角0度～90度和180度～270度的范围内黑电平变差。

该第3比较例中的方位角70度～110度、极角0度～25度时的黑色显示的光强度如图28所示，在极角小的情况下(不大倾斜的情况)，黑电平良好，但如果极角增大，特别是方位角偏离90度(这种情况下，假设从270度方向进行光入射的情况)，光强度急剧地增大，尽管显示黑色，但表示不能获得良好的黑电平情况。这意味着在投射的画面上，在左右方向上有黑电平的倾斜，在左右会有对比度的倾斜。这种现象在进行色合成时，三片反射型液晶板的特性不一致，所以被观察为色不匀，并且非常明显。

在第4实施方式中，如上所述，通过在MTN模式的反射型液晶元件351和第2偏振板352b之间插入相位差板353，与第3比较例相比，即使是倾斜的光学系统，稍有对比度的左右倾斜，但也在实用范围内，具有观察不到伴随表面和界面内部反射的干扰现象的特长。

下面，说明本发明的第5实施方式。第5实施方式有与图24(A)、图24(B)同样的光学配置，但与第4实施方式的不同在于，使用SCTN模式的反射型液晶元件作为反射型液晶元件351。即，作为液晶层356的液晶分子，由向列液晶构成，其预倾斜角的角度为2度～5度，液晶层356的扭转角大致为60度。并且，透明基板354侧和反射基板355侧的液晶取向方位角为约150度、约210度的其中之一，或者以约330度和约30度来设定。而且，液晶层356的波长规格化延迟在0.55以上0.65以下。在连接到液晶层356的透明基板354和反射基板355的表面上，例如形成对涂敷的聚酰亚胺树脂表面进行了研磨的取向膜(未图示)，以便对液晶分子赋予取向。

对于第5实施方式的实际系统，模拟获得的视场角特性如图29所示，可知在从90度方位角观察时，黑色浓重(黑色显示时的光强度很小)，所以从极角15度～20度方向观察的(从斜方向将光入射并观察反射的光)特性良好。这里，在各像素电极上施加5V电压，以便进行黑色显示。

此外，在第5实施方式中，70度～110度的方位角、0度～25度的极角下的光强度在对各像素电极施加了5V电压时如图30中VII所示，可确认在该角度范围内黑电平非常良好，由于将光倾斜地入射，所以即使是倾斜的光学系统，也可获得非常高的对比度。此外，对反射型液晶元件的光的入射角约12度，投射透镜357的F值为2.4(这种情况下的透镜取入角约为12度，所以在视场角下，可取入极角为0～24度、方位角为78～102度范围的光)，投影在屏幕上时的对比度为约1000∶1，没有左右的对比度倾斜，十分良好。此外，也没有观察到伴随着表面或界面内部反射的干涉现象。

再有，SCTN模式的液晶排列方向相对于入射侧偏振板(图24的352a)或射出侧偏振板(图24的352b)，使液晶单元的上下取向方对称地进行配置，所以即使在相同扭转角的情况下也被认为8那样的配置，但在扭转角约60度的情况下，期望将透明基板侧和反射基板侧的液晶取向方位角度以约150度、约210度的其中之一、或达到约330度和约30度那样来设定。这是因为这些方位角度使视场角扩宽。

再有，在除去相位差板353，其余光学装置与第5实施方式相同的第4比较例中，实际投影的画面在对比度高的部位为50∶1，但对比度低的部位为30∶1。

在上述第4、第5实施方式中，也可以说与图21(A)～(E)所示的情况相同。在图31(A)～(E)中，相位差板101表示上述的相位差板353，模式地示出在膜面的厚度方向上盘状液晶的分子取得逐渐倾斜的分子排列情况。

即，相位差板101(353)的光轴在图31中平行于纸面，光轴相对相位差板的膜面倾斜，但按照距膜面的厚度，光轴的倾斜角度逐渐变化。再有，偏振板102、104、105、106相当于上述第2偏振板352b。

这样，在相位差板的入射光上使用S偏振，在光学上具有负的单轴各向异性，通过将光向斜方向倾斜的相位差板101(353)与相邻的偏振板102、104、105的透过轴平行，使黑电平下降，并且使对比度提高，可以扩大充分获得对比度的角度范围。

再有，本发明不限定于以上的第4、第5实施方式，例如也可以将光轴向斜方向倾斜的相位差板插入在第1偏振板352a和反射型液晶元件351之间的光路中。这种情况下，相位差板的光轴也被与相邻的第1偏振板352a的透过轴垂直地设定。此外，光的入射方向还表示实施方式中从下向上反射的情况，即表示从270度方位角入射，以90度方位角射出的情况，但无论从90度方向照射，还是从其他方向照射，只要调整液晶的排列方向和相位差板的光学配置，可获得完全相同的效果。

如以上说明，根据本发明，具有以下各种特长。

(1)通过将具有单轴各向异性、其光轴相对膜面向斜方向倾斜的相位差板插入在偏振部件和反射型液晶元件之间，或插入在反射型液晶元件和检偏部件之间，并且设定该相位差板的光轴，使其与相邻于相位差板的偏振部件或检偏部件的透过轴垂直，可以降低黑电平，所以可获得对比度高的投影图像，而且可以扩大充分获得对比度的角度范围。

(2)可以不使用偏振分光镜(PBS)，通过偏振部件和检偏部件仅对规定的P偏振和S偏振进行检偏振，所以与具有PBS的光学系统相比，可以便宜地实现明亮的光学系统。

(3)由于不使用PBS，所以需要使光倾斜地进入反射型液晶元件中，但可以仅在该入射角周围的部位以最佳的状况进行调整，所以可获得非常高的对比度。

(4)由于构成偏振部件的偏振板的条件不严格，所以可采用各种偏振板。

(5)由于偏振部件和检偏部件独立，并且具有正交偏光镜关系，所以不将干扰条纹投影在画面上。此外，在色分解后，在持有偏振部件和检偏部件，检偏振后，没有进行色合成装置那样的色分解-合成系统中的双折射和偏振纯度下降的问题，对于热等是稳定的。

(6)通过形成将相位差板与相邻的偏振部件、或检偏部件一体固定的结构，没有多余的表面反射，可以提高透过率。

(7)通过形成将相位差板粘结在表面上形成了抗反射层的玻璃层背面的结构，可以降低多余的界面反射，所以可以进行明亮的投影，可以抑制表面凹凸产生的折射造成的图像模糊、失真的情况。

(8)在使用NW模式的反射型液晶元件时，通过在入射光上使用S偏振，将光学上具有负的单轴各向异性、光轴相对膜面向斜方向倾斜的相位差板插入在偏振部件和反射型液晶元件之间，或插入在反射型液晶元件和检偏部件之间，并且设定该相位差板的光轴，使其与相邻于相位差板的偏振部件或检偏部件的透过轴垂直，可以降低黑电平，所以可获得对比度高的投影图像，而且可以扩大充分获得对比度的角度范围。

(9)由于可用低电压进行获得对比度的驱动，所以可以减少驱动晶体管，可以达到高清晰度。

(10)色度的电压依赖性小，可进行电压比较低的驱动，并且在高速响应性方面优良，所以通过使用本发明的液晶显示元件，可平滑地进行投射型液晶显示装置的活动图像显示。

(11)本发明的液晶显示元件使用稳定的液晶取向处理来生产，所以可以便宜地供给业液晶显示元件和投影装置。

Claims (6)

1.一种使用反射型液晶元件的投影装置，使用倾斜投射光学系统的反射型液晶元件，使通过色分解部件对从光源射出的光进行色分解后得到的三基色光穿过偏振部件，并使之入射到在透明基板和反射基板间夹置液晶层而形成的反射型液晶元件上，通过与所述偏振部件以正交偏光镜关系配置的检偏部件来对按照图像数据由所述反射型液晶元件调制的来自所述反射型液晶元件的反射光进行检偏振，由投影透镜放大投影该检偏部件检偏振后的光，其特征在于：

所述反射型液晶元件，为以下三种反射型液晶元件的任意一种：

第一反射型液晶元件，使介电各向异性为负的向列液晶具有83度～89度的预倾斜角度，并且对于入射偏振光设定(45+90×n)度的方位角，其中n为整数，入射的光为S偏振光或P偏振光；

第二反射型液晶元件，是混合扭转向列模式，其向列液晶具有2度～5度的预倾斜角度，所述液晶层的扭转角度为80度～90度，并且所述透明基板侧的液晶取向方位角在190～200度或280～290度的范围内，而且所述液晶层的波长规格化延迟为0.35以上0.55以下，入射的光为S偏振光；或

第三反射型液晶元件，是自补偿型扭转向列模式，其向列液晶具有2度～5度的预倾斜角度，所述液晶层的扭转角度60度，并且将所述透明基板侧和所述反射基板侧的液晶取向方位角设定为达到150度和210度的情况、或达到330度和30度的情况，而且所述液晶层的波长规格化延迟为0.55以上0.65以下，入射的光为S偏振光，

在所述偏振部件和所述反射型液晶元件之间，或所述反射型液晶元件和所述检偏部件之间，存在具备负的单轴各向异性的相位差板，所述相位差板的光轴，相对所述相位差板的膜面向斜方向倾斜插入，并被设定为与相邻于所述相位差板的所述偏振部件或所述检偏部件的透过轴垂直。

2.如权利要求1所述的使用反射型液晶元件的投影装置，其特征在于，将所述相位差板的光轴设定为平行于入射的P偏振光的振动面。

3.如权利要求1所述的使用反射型液晶元件的投影装置，其特征在于，将所述偏振部件设定为使S偏振光通过的特性，将所述相位差板的光轴设定为平行于与入射的S偏振光的振动面垂直的面。

4.如权利要求1所述的使用反射型液晶元件的投影装置，其特征在于，所述相位差板具有以盘状液晶为基本的负的单轴各向异性，在所述相位差板的膜的上下所述盘状液晶的倾斜相同，其预倾斜角为40度～80度。

5.如权利要求1所述的使用反射型液晶元件的投影装置，其特征在于，所述相位差板具有以盘状液晶为基本的负的单轴各向异性，在所述相位差板的膜的上下所述盘状液晶的倾斜不同时，将所述盘状液晶倾斜大的一方粘结在相邻的所述偏振部件或所述检偏部件侧。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的使用反射型液晶元件的投影装置，其特征在于，将所述相位差板的一个面与相邻的所述偏振部件或所述检偏部件一体地固定，将另一个面粘结在表面上形成了抗反射层的玻璃板的背面。

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