JP2000347177A - 表示光学装置及びそれを用いたプロジェクター表示装置 - Google Patents

表示光学装置及びそれを用いたプロジェクター表示装置

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JP2000347177A JP11133782A JP13378299A JP2000347177A JP 2000347177 A JP2000347177 A JP 2000347177A JP 11133782 A JP11133782 A JP 11133782A JP 13378299 A JP13378299 A JP 13378299A JP 2000347177 A JP2000347177 A JP 2000347177A
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宏太郎 林
Kenji Konno
賢治 金野
Yasumasa Sawai
靖昌 澤井
Nobuyuki Kobayashi
信幸 小林
Kenji Nishiguchi
憲治 西口
Hideki Osada
英喜 長田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で効率が良く、しかも低コストであ
り、それでいて高コントラストが得られる表示光学装
置、及びそれを用いたプロジェクター表示装置を提供す
る。 【解決手段】表示パネル１２の液晶分子の水平配向時の
軸方向を０度とし、ｘ軸に一致させている。それに対し
て、偏光板９の偏光軸は９０度であり、位相板１５は４
５度の遅相軸となっている。そして、位相板１５を例え
ば光軸Ｚ周りに矢印Ｃで示すように回転調整する。これ
により、液晶分子の配向による或いは液晶への入射光の
入射角度による若干のいわゆる位相残りをキャンセルす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示パネルを用い
た表示光学装置及びそれを用いたプロジェクター表示装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、表示パネルとして用いる反射
型液晶表示素子として、ＴＮ型液晶，ホモジニアス型液
晶，ＤＡＰ型液晶等が使用されている。これらは共に、
液晶の複屈折性を利用して光変調を行うものである。こ
れらの内、ＴＮ型液晶は、液晶分子を表示パネル表面か
ら裏面にかけて、所定角度ねじった状態で表示パネルの
表面に対して水平配向したもので、反射型としては上述
した複屈折性を利用する。尚、透過型として用いる場合
は旋光性を利用するが、ここでは対象としていない。
【０００３】この複屈折性とは、入射光に対して偏光面
によって位相差を生じさせ、偏光状態を変調する働きを
持つものである。ここでは液晶の各画素において、電圧
をかけない状態では前記水平配向により、入射光に対し
て複屈折効果が生じて変調がかかるが、電圧をかけると
液晶分子が表示パネルの表面に対して垂直方向に並び、
入射光、特に表面への垂直入射光に対して複屈折効果が
生じず、変調がかからなくなる。
【０００４】また、ホモジニアス型液晶は、液晶分子を
所定の方向に表示パネルの表面に対して水平配向したも
ので、上記ＴＮ型液晶と同じく、電圧をかけない状態で
は前記水平配向により、入射光に対して複屈折効果が生
じて変調がかかるが、電圧をかけると液晶分子が表示パ
ネルの表面に対して垂直方向に並び、表面への垂直入射
光に対して複屈折効果が生じず、変調がかからなくな
る。
【０００５】また、ＤＡＰ型液晶は、ホモジニアス型液
晶とは逆に、液晶分子を表示パネルの表面に対して垂直
配向したもので、電圧をかけない状態では前記垂直配向
により、表面への垂直入射光に対して複屈折効果が生じ
ず、変調がかからないが、電圧をかけると液晶分子が表
示パネルの表面に対して水平方向に並び、入射光に対し
て複屈折効果が生じて変調がかかるようになる。
【０００６】これらのタイプの液晶では、全て入射光に
対して複屈折効果が発生する状態と発生しない状態と
で、各画素毎の表示をＯＮ或いはＯＦＦさせる。つま
り、特定の偏光状態の入射光に対して複屈折効果が生じ
ると、別の偏光状態へと変調がかかった状態でこれを反
射し、複屈折効果が生じなければ変調がかからない状態
でこれを反射する。このような反射型液晶表示素子を使
った表示パネルを用いた表示光学装置により、特にプロ
ジェクター表示装置を構成する場合、高コントラストの
画像を得るために、黒表示のレベル即ちどれだけ完全に
黒表示をするか、言い換えれば黒表示の画像部分でどれ
だけ光を遮断する事ができるかがポイントとなる。
【０００７】また、以上に述べたタイプの液晶以外に、
強誘電液晶（ＦＬＣ）がある。これは、上述の液晶とは
違って、入射光に対しては、常に複屈折効果を示し、複
屈折の軸方向を変化させる事で変調するものである。こ
の、強誘電液晶は、上述の液晶と比較して、広視野角，
メモリー性，高速応答といった特徴を持つ。図１５は、
このような強誘電液晶のパネル正面から見た状態を模式
的に示す図である。
【０００８】同図（ａ）に示すように、例えば無電界時
には、表示パネルｐの表面ｓに向かう方向即ち正面から
見た液晶分子ｍの配向方向は、図の基準方向を示す破線
ｌに対して、左にθ傾いているとする。この状態で電界
をかけると、同図（ｂ）に示すように、液晶分子ｍの配
向方向は、破線ｌに対して右にθ傾いた状態となる。強
誘電液晶では、これら２つの状態により、複屈折の軸方
向を変化させて、変調を行う。また、反強誘電液晶も光
学的にほぼ同様の特性を示す。
【０００９】ところで、従来の表示光学装置の一例とし
て、表示パネルの直前に偏光板を配置した構成のものが
ある。これは、この偏光板を通過した特定の偏光軸を持
つ入射光が、表示パネルにより変調されると、その偏光
軸が９０度回転して反射され、再び偏光板に戻ってここ
で遮断されて、黒表示を行うものである。入射光が表示
パネルにより変調されない場合は、その偏光軸のまま反
射され、偏光板を通過して白表示、或いはいわゆる多板
方式の場合は各表示パネルの色表示を行う。
【００１０】また、従来の他の例として、表示パネルの
直前にＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）プリズムを配
置した構成のものがある。これは、表示パネルを照明す
る照明光の内、例えばＳ偏光のみをＰＢＳで反射し、こ
れが表示パネルに入射して、ここで変調されない場合は
Ｓ偏光のまま反射され、再びＰＢＳに戻ってこれを透過
せずに（元の照明光側へ反射されて）、黒表示を行うも
のである。入射光が表示パネルにより変調されると、Ｐ
偏光に変換されて反射され、ＰＢＳを透過して白表示、
或いはいわゆる多板方式の場合は各表示パネルの色表示
を行う。このような変調を、一般にクロスニコル変調と
呼ぶ。
【００１１】また、従来の更に他の例として、表示パネ
ルとその直前に配置された偏光板との間に、その偏光板
の偏光軸と４５度を成す関係の遅相軸或いは進相軸を持
つ１／４波長板を配置した構成のものがある。これは、
この偏光板を通過した特定の偏光軸を持つ入射光が、表
示パネルにより変調されない場合は、１／４波長板を往
復通過する事により１／２波長板としての働きを受け、
偏光軸が９０度回転し、再び偏光板に戻ってここで遮断
されて、黒表示を行うものである。
【００１２】入射光が表示パネルにより変調されると、
これにより、偏光軸と４５度を成す関係の遅相軸或いは
進相軸を持つ１／４波長板を往復通過したときと同等の
１／２波長板としての働きを受け、さらに実際に上述の
１／４波長板そのものを往復通過する事によって１／２
波長板としての働きを受ける。これにより最終的に１波
長板を通過したときと同等となって、偏光軸は元の方向
となり（実際は１８０度回転）、偏光板を通過して白表
示、或いはいわゆる多板方式の場合は各表示パネルの色
表示を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た、表示パネルの直前に偏光板を配置した従来の構成で
は、入射光が表示パネルにより変調されるときに黒表示
を行うが、このような、液晶により複屈折効果が発生す
る状態では、入射光の波長即ち色合いによって大きく光
学的位相差が変わるので（波長依存性）、入射光の偏光
軸が変調を受けても必ずしも丁度９０度回転する訳では
ないので、表示パネルからの反射光を偏光板で完全には
遮断する事ができず、黒表示を行う事が難しい。また、
位相差フィルムによる補正等で黒表示を行っているもの
も知られているが、画像のコントラストは白：黒で高々
２０：１程度しか得られていない。
【００１４】また、上述した、表示パネルの直前にＰＢ
Ｓプリズムを配置していわゆるクロスニコル変調を行う
従来の構成では、入射光が表示パネルにより変調されな
いときに黒表示を行うのは良いが、一般にＰＢＳプリズ
ムは高価であり、いわゆる３板式のプロジェクターとも
なると、各表示パネル毎にＰＢＳプリズムが必要とな
り、非常なコスト高となる。
【００１５】一方、表示パネルに強誘電液晶を用いる場
合は、ＰＢＳプリズムからの照明光の偏光面と、黒表示
時の強誘電液晶の光学軸とを一致させれば、上記波長依
存性や後述する強誘電液晶自身の厚さ誤差による位相差
誤差に関係なく、良好な黒表示ができる。ところが、特
に強誘電液晶の高速応答性を生かす事ができる、後述す
るいわゆる単板式のプロジェクターを構成するときに、
ＰＢＳプリズムを使用するのであれば、Ｒ（赤色）〜Ｂ
（青色）までの広い波長範囲の光に対応したものが必要
となるが、このような広帯域のＰＢＳプリズムは、入射
角に対するいわゆる角度依存性があり、また後述する消
光比等の性能が悪い。
【００１６】また、上述した、表示パネルとその直前に
配置された偏光板との間に、その偏光板の偏光軸と４５
度を成す関係の遅相軸或いは進相軸を持つ１／４波長板
を配置した従来の構成では、上記ＰＢＳプリズム配置の
ときと同じく、入射光が表示パネルにより変調されない
ときに黒表示を行うのは良いが、この１／４波長板も波
長依存性が大きく、所定の波長幅を持つ入射光に対し
て、完全な黒表示を行う事ができない。また、通常はこ
の偏光板と１／４波長板とを貼り合わせ、一体で用いら
れるが、偏光板の軸と１／４波長板の軸との成す角度
の、貼り合わせ時の精度は高々１度であり、これらによ
り画像のコントラストは白：黒で５０：１以上は達成で
きない事となる。
【００１７】尚、１／４波長板の波長依存性に対する対
策として、２枚の波長板を貼り合わせる事で、波長依存
性をなくし、特定の入射光に対して１／４波長板と同じ
効果を持つようにしたものがある。これは、実際には完
全に１／４波長板と等価ではなく、旋光性も持つが、偏
光板を通過した特定の偏光に対して１／４波長板と同じ
効果をもたらすものである。けれども、偏光板と波長板
との上記同様の貼り合わせ誤差や、液晶分子の配向によ
る或いは液晶への入射光の入射角度による若干のいわゆ
る位相残りによって、完全な黒表示を行う事は難しくな
る。
【００１８】図１４は、このような位相残りが生じる液
晶の状態を模式的に示す断面図である。同図（ａ）は、
表示パネルｐの表面ｓに対して液晶分子ｍを水平配向し
たもので、このような状態では、当然に入射光に対して
複屈折効果が生じて変調がかかる。同図（ｂ）は、表示
パネルｐの表面ｓに対して液晶分子ｍを垂直配向したも
ので、このような状態では、矢印Ａで示すように表面ｓ
に垂直に入射した入射光には複屈折効果が生じないが、
矢印Ｂで示すように表面ｓに斜めに入射した入射光には
若干の複屈折効果が生じる。
【００１９】ちなみに、上記従来の技術で述べたホモジ
ニアス型液晶は、電圧をかけない状態では同図（ａ）に
示すような水平配向であり、電圧をかけると同図（ｂ）
に示すような垂直配向となる。逆に、ＤＡＰ型液晶は、
電圧をかけない状態では同図（ｂ）に示すような垂直配
向であり、電圧をかけると同図（ａ）に示すような水平
配向となる。
【００２０】さらに、実際の液晶分子ｍは表示パネルｐ
の表面ｓに対して完全に垂直配向する訳ではなく、同図
（ｃ）に示すように、垂直配向時でも表示パネルｐの表
面ｓに対して垂直よりも若干傾いた状態で配向する。こ
のような状態は、上記従来の技術で述べた各タイプの液
晶について同様に発生する。このとき、矢印Ａで示すよ
うに表面ｓに入射光が垂直に入射したとしても、これに
対して若干の複屈折効果が生じる。このように、入射光
が斜めに入射する事や、液晶分子が垂直配向から若干傾
いた状態である事により、複屈折効果が生じる事を、位
相残りと呼ぶ。
【００２１】尚、強誘電液晶においては、このような位
相残りは原理的に生じない。その代わり、常に複屈折効
果を示し、複屈折の軸方向を変化させる事で変調する構
成により、強誘電液晶自身の厚さ誤差による位相差誤差
が生じる。従って、上記偏光板や１／４波長板における
波長依存性と相俟って、ここでも完全な黒表示を行う事
が難しくなる。
【００２２】その他、従来の技術として、いわゆる散乱
モードを利用するものや、ゲストホスト型等が挙げられ
るが、原理的に高コントラストが得られない。また、偏
光板を液晶の前後に２枚用いるものもあるが、効率が悪
い。本発明は、これらの問題点に鑑み、簡単な構成で効
率が良く、しかも低コストであり、それでいて高コント
ラストが得られる表示光学装置、及びそれを用いたプロ
ジェクター表示装置を提供する事を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、所定の偏光方向を有する照明光を透過
させる偏光板と、その偏光板を透過した前記照明光を画
素毎に画素情報に応じて異なる偏光状態の投影光として
反射する反射型液晶表示素子とを有し、その反射型液晶
表示素子と前記偏光板との間に位相板を備え、その位相
板は前記照明光及び投影光の偏光状態を変化させて前記
偏光板に導く表示光学装置において、前記位相板の主軸
方向を回転する事により、前記投影光の黒レベルを調整
する請求項１の構成とする。
【００２４】また、前記位相板を複数有し、その複数の
位相板の一部或いは全部について、その主軸方向を回転
する請求項１に記載の請求項２の構成とする。
【００２５】また、前記反射型液晶表示素子に隣接する
前記位相板は１／４波長板であり、その位相板の主軸方
向と、前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時
の主軸方向との成す角度は、４５度±１０度である請求
項１又は請求項２に記載の請求項３の構成とする。
【００２６】また、前記反射型液晶表示素子に隣接する
前記位相板は１／４波長板であり、その位相板の主軸方
向と、前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時
の主軸方向との成す角度は、０度±１０度であって、前
記位相板による位相差は、１／４波長よりも少ない請求
項１又は請求項２に記載の請求項４の構成とする。
【００２７】また、前記反射型液晶表示素子に隣接する
前記位相板は１／４波長板であり、その位相板の主軸方
向と、前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時
の主軸方向との成す角度は、９０度±１０度であって、
前記位相板による位相差は、１／４波長よりも多い請求
項１又は請求項２に記載の請求項５の構成とする。
【００２８】また、前記反射型液晶表示素子はホモジニ
アス型或いはＤＡＰ型である請求項３乃至請求項５のい
ずれかに記載の請求項６の構成とする。
【００２９】また、前記反射型液晶表示素子はＴＮ型で
あり、ツイスト角が６５〜７５度、Δｎ・ｄ／λ0が
０．４〜０．５である請求項１又は請求項２に記載の請
求項７の構成とする。但し、Δｎは液晶の屈折率差、ｄ
は厚さ、λ0は基準波長である。
【００３０】また、前記反射型液晶表示素子に隣接する
前記位相板は１／４波長板であり、その位相板の主軸方
向と、前記照明光及び投影光の成す主光線断面との成す
角度は、４５度±１０度である請求項１又は請求項２に
記載の請求項８の構成とする。
【００３１】また、前記位相板をＲＧＢ各表示色につい
て同一材で構成した、請求項１乃至請求項８のいずれか
に記載の表示光学装置を用いた請求項９のプロジェクタ
ー表示装置の構成とする。
【００３２】また、前記反射型液晶表示素子は強誘電型
或いは反強誘電型である請求項２に記載の請求項１０の
構成とする。
【００３３】また、前記位相板を３枚有し、前記偏光板
側から２枚目と３枚目の位相板のそれぞれの位相差の和
が０．３〜０．７の範囲内であって、それぞれの位相板
の主軸方向が互いに成す角度は、２０度〜５０度の範囲
内である請求項２に記載の請求項１１の構成とする。
【００３４】また、前記位相板を３枚有し、前記偏光板
側から１枚目の位相板は１波長板であり、該偏光板側か
ら２枚目と３枚目の位相板のそれぞれの位相差の和が
０．３〜０．７の範囲内であって、３枚目の位相板の位
相差が２枚目の位相板の位相差よりも小さく、それぞれ
の位相差の主軸方向が互いに成す角度は±２０度の範囲
内である請求項２に記載の請求項１２の構成とする。
【００３５】また、前記反射型液晶表示素子は強誘電型
である請求項１１又は請求項１２に記載の請求項１３の
構成とする。
【００３６】また、前記反射型表示素子をＲＧＢ各表示
色について同一材で構成した、前記請求項１１乃至請求
項１３のいずれかに記載の表示光学装置を用いた請求項
１４のプロジェクター表示装置の構成とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の表
示光学装置を用いたプロジェクター表示装置の一実施形
態の主な構成を示す正面図である。同図において、１は
光源であり、２は光源１を取り囲むように配置されるリ
フレクターである。また、３はリフレクター２の光の射
出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレクタ
ー２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカットする
ＵＶＩＲカットフィルターである。ＵＶＩＲカットフィ
ルター３の後方（図の右斜め下方）には、特定の偏光面
を有する偏光を照明光として射出する照明光学系４が配
置されている。
【００３８】さらに、照明光学系４の後方には、順に、
色分解及び色合成を行う第１ダイクロイックミラー５、
照明光の偏光変換を行う１／２波長板６、色分解及び色
合成を行う第２ダイクロイックミラー７が配置されてい
る。更にその後方には、照明光を後述する表示パネルに
入射光として集光し、表示パネルからの反射光を投影光
として後述する投影光学系に導く、軸が上方へ偏心した
コンデンサーレンズ８が配置されている。コンデンサー
レンズ８の後方には、本発明の表示光学装置を成す偏光
板９，１／２波長板である第１位相板１０，１／４波長
板である第２位相板１１，及び反射型液晶表示素子を用
いた表示パネル１２が配置されている。尚、同図では後
述する本発明の表示光学装置の第２或いは第４の実施形
態による構成を示している。
【００３９】同図に示すように、光源１及びリフレクタ
ー２からの光は、ＵＶＩＲカットフィルター３，照明光
学系４を経て、上記各光学要素５〜１１を通過し、若干
左斜め上方より光軸Ｌで表示パネル１２に入射する。表
示パネル１２は図の鉛直方向より若干右に傾いて配置さ
れている。表示パネル１２に入射した入射光は、図の水
平左方に反射光として反射され、上記各光学要素を１１
〜５と、逆方向に再び通過し、投影光学系１３に導か
れ、これにより投影光として画像投影される。この投影
光学系１３の光軸をＺとし、座標は紙面上の左方をｚ
軸，上方をｘ軸，紙面に垂直手前方向をｙ軸とおく。つ
まり、同図はｘｚ平面を示している。
【００４０】図２は、本発明の表示光学装置を用いたプ
ロジェクター表示装置の一実施形態の主な構成を示す平
面図である。同図は、図１で示した投影光学系１３の光
軸Ｚを含むｚｙ平面を示している。図２に示すように、
本実施形態のプロジェクター表示装置は、いわゆる３板
式となっている。表示パネル１２が例えばＧ（緑色）の
画像表示を行うとすると、表示パネル１２ａは例えばＲ
（赤色）の画像表示を行い、また表示パネル１２ｂはＢ
（青色）の画像表示を行う。
【００４１】表示パネル１２ａの直前には、上記図１で
説明した表示パネル１２の場合と同様にして、照明側よ
り順に、コンデンサーレンズ８ａ，偏光板９ａ，第１位
相板１０ａ，第２位相板１１ａが配置されている。表示
パネル１２ｂの直前には、同様にして照明側より順に、
コンデンサーレンズ８ｂ，偏光板９ｂ，第１位相板１０
ｂ，第２位相板１１ｂが配置されている。
【００４２】図１で示した光軸Ｌで入射した照明光は、
第１ダイクロイックミラー５で色分解され、ここで反射
した光が図２で示す１／２波長板６ａ，ダミーガラス１
４を経て各光学要素８ｂ〜１１ｂを通過して表示パネル
１２ｂに入射する。ここで、ダミーガラス１４は、ダイ
クロイックミラーの代わりとして、光路を光学的に等価
にする働きを持つ。表示パネル１２ｂに入射した入射光
は、上記各光学要素を１１ｂ〜８ｂ，及び１４，６ａ
と、光軸Ｚｂに沿って逆方向に再び通過し、第１ダイク
ロイックミラー５に戻る。
【００４３】また、第１ダイクロイックミラー５を透過
した照明光は、１／２波長板６を経て第２ダイクロイッ
クミラー７で色分解され、ここで反射した光が各光学要
素８ａ〜１１ａを通過して表示パネル１２ａに入射す
る。表示パネル１２ａに入射した入射光は、上記各光学
要素を１１ａ〜８ａと、光軸Ｚａに沿って逆方向に再び
通過し、第２ダイクロイックミラー７に戻る。そして、
表示パネル１２，１２ａからの光は第２ダイクロイック
ミラー７で合成され、更に表示パネル１２ｂの光が第１
ダイクロイックミラー５で合成されて、投影光学系１３
に導かれ、これにより投影光として画像投影される。
尚、各表示パネルの入射光及び反射光の光路は、それぞ
れ光学的に等価である。
【００４４】反射型の表示パネルを用いたプロジェクタ
ー表示装置としては、従来より上記ＰＢＳプリズムを用
いた方式があるが、本実施形態のように偏光板を用いた
方が、低コストで構成する事ができる。ところで、最近
のプロジェクター表示装置は、画像のコントラストが
白：黒で１００：１〜３００：１の性能が求められてい
るが、本実施形態に示すような、表示パネル直前に偏光
板を用いた構成では、照明光が表示パネルに到るまで
に、コンデンサーレンズ，トリミングフィルター，及び
偏光板表面で反射を生じ、コントラストを低下させる。
【００４５】従って、偏光板から表示パネルまでを含め
た構成でのコントラスト即ち消光比は、黒表示時に１５
０：１以上は必要である。尚、上記トリミングフィルタ
ーとは、各表示パネルの波長範囲の光のみを透過させ、
色純度を良好にするためのフィルターである。また、偏
光板や位相板の表面反射によるコントラスト低下を軽減
するため、トリミングフィルター，偏光板，位相板は、
表示パネルに対して３〜１０度傾いている方がよい。ま
た、トリミングフィルターに偏光板を接着するなどして
表面反射を低減させる必要がある。
【００４６】図３は、本発明の表示光学装置の第１の実
施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１／４波長板である位相板１５（単一位相板
と呼ぶ），反射型液晶表示素子である表示パネル１２が
順に配置されている。同図において、座標は光軸Ｚに沿
った投影方向をｚ軸、その垂直上方をｘ軸、垂直右側方
をｙ軸とおいている。これは、上記図１，図２に示した
座標に一致している。
【００４７】表示パネル１２に用いられる液晶は、ホモ
ジニアス型或いはＤＡＰ型である。ここでは表示パネル
１２の液晶分子の水平配向時の軸方向を０度とし、ｘ軸
に一致させている。それに対して、偏光板９の偏光軸は
９０度であり、位相板１５は４５度の遅相軸となってい
る。ここまでは従来の更に他の例として上述した構成で
あるが、本実施形態では、位相板１５を例えば光軸Ｚ周
りに矢印Ｃで示すように回転調整する。
【００４８】これにより、上記図１４で説明した、液晶
分子の配向による或いは液晶への入射光の入射角度によ
る若干のいわゆる位相残りをキャンセルする。尚、図３
において、偏光板９及び位相板１５の面は光軸Ｚに垂直
であるが、表示パネル１２の面はｘｚ平面に沿って向こ
う側に３〜１０度傾いている。これは、上記図１に示さ
れる表示パネル１２と同様の配置構成となっている。
【００４９】図４は、本発明の表示光学装置の第２の実
施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１／２波長板である第１位相板１０，１／４
波長板である第２位相板１１（合わせて複合位相板と呼
ぶ），反射型液晶表示素子である表示パネル１２が順に
配置されている。同図において、座標は図３で示したも
のと同様である。
【００５０】表示パネル１２に用いられる液晶は、ホモ
ジニアス型或いはＤＡＰ型である。ここでは表示パネル
１２の液晶分子の水平配向時の軸方向を０度とし、ｘ軸
に一致させている。それに対して、偏光板９の偏光軸は
１２０度であり、第１位相板１０は１０５度の遅相軸、
第２位相板１１は４５度の遅相軸となっている。本実施
形態では、第２位相板１１を例えば光軸Ｚ周りに矢印Ｃ
で示すように回転調整する。
【００５１】これにより、上記図１４で説明した、液晶
分子の配向による或いは液晶への入射光の入射角度によ
る若干のいわゆる位相残りをキャンセルする。尚、図４
において、偏光板９，第１位相板１０，及び第２位相板
１１の面は光軸Ｚに垂直であるが、表示パネル１２の面
はｘｚ平面に沿って向こう側に３〜１０度傾いている。
これは、上記図１に示される表示パネル１２と同様の配
置構成となっている。
【００５２】前記第１の実施形態で示した単一の１／４
波長板（位相板１５）の構成では、波長板の屈折率差Δ
ｎの波長依存性によって、Ｒ／λに波長依存性による変
動が発生し、所定の波長範囲において黒レベルが高くな
り、コントラストが低下する。尚、Ｒ＝Δｎ・ｄであ
り、λは透過する光の波長、ｄは波長板の厚さである。
１／４波長板は、基本的にはＲ／λ＝１／４となるよう
に設定されており、理想的にはこのＲ／λが一定となる
事が望ましい。
【００５３】本発明におけるプロジェクター光学装置
は、上述したように実施形態として３板式の構成をとっ
ており、各表示パネルには単色光による照明が行われる
が、単色といっても０．０８μｍ程度の波長幅があり、
例えばＧ（緑色）では０．５１〜０．５８μｍ程度の波
長範囲となっている。このような条件で、液晶でのコン
トラスト即ち消光比１５０：１を達成するためには、少
なくとも各表示パネルの使用波長範囲全域で、黒レベル
の割合が１％以下を達成しなければならない。
【００５４】この第２の実施形態では、位相板として単
一の１／４波長板の代わりに、１／２波長板と１／４波
長板とを組み合わせた構成により、図４に示す偏光板９
を通過した１２０度方向の偏光軸を持つ偏光に対して、
単一の１／４波長板による場合と同様の特性をもたら
し、しかも波長依存性を少なくする事ができる。また、
本実施形態では、液晶によって例えばＲ／λ＝０．０３
の位相残りが発生した場合、第２位相板１１を理論的に
は４５度から４７．７度に回転調整する事で、黒レベル
を下げてコントラストを高くする事ができる。実際の調
整は、画像を観察しながら位相板を回転させ、コントラ
ストが最大となる調整位置をさがす事で行われる。
【００５５】照明光が表示パネルへ斜めに入射するとき
の入射角が大きい場合は、このような斜め入射による位
相残りが大きくなるので、上記回転調整によりこの影響
を軽減するためには、図１における照明光の光軸Ｌを含
む主光線断面即ちｘｚ平面と偏光板９，第１位相板１
０，及び第２位相板１１の各軸とは、図４で示すような
角度関係にあるのが良い。
【００５６】また、液晶分子の垂直配向時の図１４
（ｃ）で示したような傾き量が多い場合も、これによる
位相残りが大きくなるので、上記回転調整によりこの影
響を軽減するためには、垂直配向時の若干の傾き方向が
水平配向時の配向方向と同方向である事を考慮して、水
平配向時の配向方向を上述のように図４の０度方向と
し、これと偏光板９，第１位相板１０，及び第２位相板
１１の各軸とは、同図で示すような角度関係にあるのが
良い。
【００５７】そして、上記斜め入射による主光線断面と
水平配向時の配向方向を、本実施形態のように一致させ
るか、或いは互いに９０度を成す関係とする事により、
このような液晶分子の配向によるもの及び液晶への入射
光の入射角度によるものの、両方の位相残りに対して調
整する事ができる。さらに、このような調整機構によ
り、上記２種類の位相残り以外に、偏光板及び位相板の
組立時の角度誤差も調整する事が可能である。
【００５８】図５は、上記第１，第２各実施形態の構成
における波長依存性を表すグラフである。同図（ａ）で
は横軸に使用される光の波長を示し、縦軸に黒レベルの
割合を％で示している。同図（ｂ）では横軸に使用され
る光の波長を示し、縦軸に基準波長０．５５μｍの場合
に対する第１，第２位相板の屈折率差の割合を示してい
る。同図（ａ）において、上記第１の実施形態のような
単一位相板による場合は、◆及び細い実線ａで示すよう
に、調整を行っても基準波長０．５５μｍ付近以外は、
波長依存性により黒レベルの割合が大きくなる。
【００５９】また、上記第２の実施形態のような複合位
相板による場合は、△及び細い破線ｂで示すように、液
晶の位相残りＲ／λ0＝０．０３のまま調整を行わない
ときは、基準波長０．５５μｍ付近でも黒レベルの割合
が大きいが、第２位相板により調整を行えば、▲及び太
い破線ｃで示すように、広い波長範囲に渡って黒レベル
の割合を抑える事ができる。ちなみに、λ0は基準波長
である。さらに、複合位相板による場合で、液晶の位相
残りがないときは、●及び太い実線ｄで示すように、非
常に広い波長範囲に渡って黒レベルの割合を抑える事が
できる。
【００６０】図６は、液晶の位相残りによるコントラス
トを示すグラフである。ここでは横軸に液晶による位相
残り量を、縦軸に黒レベルの割合を％で示している。上
記第２の実施形態では、斜め入射による照明光の主光線
断面、或いは液晶の水平配向時の配向方向が、第２位相
板の遅相軸と４５度の関係にあるのは上述した通りであ
るが、同図ではこの関係からずれた場合、即ち水平配向
による液晶の遅相軸或いは主光線断面が図４に示す０度
から数段階でずれた場合について示している。
【００６１】同図において、まず、第２位相板による調
整を行わない場合は、■及び一点鎖線ａで示すように、
液晶の位相残りが大きくなると黒レベルの割合が急速に
大きくなる。次に、第２位相板による調整後、液晶の遅
相軸０度の場合は、実線ｂで示すように、液晶の位相残
りが大きくなっても黒レベルの割合は充分に抑えられ
る。また、液晶の遅相軸１０度の場合は、●及び点線ｃ
で示すように、位相残り０．０５でも黒レベルの割合を
ほぼ０．５％程度に抑える事ができるが、液晶の遅相軸
１５度ともなると、▲及び点線ｄで示すように、黒レベ
ルの割合が０．９％に跳ね上がってしまう。
【００６２】尚、液晶の遅相軸−１０度の場合は、○及
び破線ｅで示すように、位相残り０．０５でも黒レベル
の割合はほぼ０．１％程度に抑える事ができ、液晶の遅
相軸−１５度でも、△及び破線ｆで示すように、黒レベ
ルの割合は０．３％に抑えられる。このように、液晶の
遅相軸の＋側と−側とで調整後の黒レベルが異なるの
は、調整機構の構成によるものである。本実施形態で
は、第２位相板のみにより調整を行う機構となってお
り、−側の方が性能が良くなっているが、第１位相板と
第２位相板とを一体にして調整を行った場合は、＋側の
方が性能が良くなる。尚、第２位相板の遅相軸と液晶の
遅相軸の４５度の関係は、互いにどちら側にその角度を
成す関係としても良い。
【００６３】同図では、特定波長でのコントラストを示
しているので、上述した波長依存性によるコントラスト
低下も考慮して、このような特定波長においては、黒レ
ベルの割合が０．５％以下である必要がある。液晶の位
相残りが最大でＲ／λ＝０．０５とすると、グラフから
見て上記遅相軸の角度関係は、４５度から±１０度の範
囲内である必要がある。尚、縦軸に示すように、黒レベ
ルの割合が０．２％程度のとき、消光比５００：１が得
られ、黒レベルの割合が０．３〜０．４％の間のとき、
消光比３００：１が得られ、黒レベルの割合が０．５％
程度のとき、消光比２００：１が得られる。
【００６４】図７は、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各表示パネル毎に
最適調整したときの波長依存性を示すグラフである。こ
こでは横軸に使用される光の波長を示し、縦軸に黒レベ
ルの割合を％で示している。本実施形態では、コストダ
ウンのために、第１位相板及び第２位相板のそれぞれに
ついて、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各表示パネルで同一のものを用
いている。各色の波長範囲は、Ｂ（青色）が０．４５〜
０．５１μｍ、Ｇ（緑色）が０．５１〜０．５８μｍ、
Ｒ（赤色）が０．５８〜０．６７μｍとして想定してい
る。このとき、液晶によってＲ／λ＝０．０３の位相残
りが発生した場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの表示パネル
用に第２位相板の遅相軸の角度を異ならせる事により、
それぞれにおける黒レベルの割合を抑える事ができる。
【００６５】具体的には、Ｂ用として第２位相板の遅相
軸の角度を５１．３度に調整すると、□及び破線ａで示
すように、上記Ｂの波長範囲において、黒レベルの割合
をほぼ１％以下に抑える事ができる。また、Ｇ用として
第２位相板の遅相軸の角度を４７．７度に調整すると、
実線ｂで示すように、上記Ｇの波長範囲において、黒レ
ベルの割合を充分低く抑える事ができる。また、Ｒ用と
して第２位相板の遅相軸の角度を４８．９度に調整する
と、○及び点線ｃで示すように、上記Ｒの波長範囲にお
いて、黒レベルの割合をこれも低く抑える事ができる。
【００６６】ちなみに、第１位相板及び第２位相板のそ
れぞれについて、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の各表示パネルで専用の
ものを用いた場合は、更に黒レベルの割合を低く抑える
事ができ、高いコントラストとなる。図８は、このよう
な専用の位相板を用いた場合の、位相残り調整後の波長
依存性を示すグラフである。ここでは横軸に使用される
光の波長を示し、縦軸に黒レベルの割合を％で示してい
る。具体的には、Ｂ用の表示パネル専用の第１，第２の
位相板の基準波長を、λ0＝０．４６μｍとすると、□
及び破線ｂで示すように、上記Ｂの波長範囲において、
黒レベルの割合を充分低く抑える事ができる。
【００６７】また、Ｇ用の表示パネル専用の第１，第２
の位相板の基準波長を、λ0＝０．５５μｍとすると、
実線ｇで示すように、上記Ｇの波長範囲において、黒レ
ベルの割合をこれも充分低く抑える事ができる。Ｒ用の
表示パネル専用の第１，第２の位相板の基準波長を、λ
0＝０．６３μｍとすると、○及び点線ｒで示すよう
に、上記Ｒの波長範囲において、黒レベルの割合をこれ
も充分低く抑える事ができる。このような構成による
と、各波長範囲で黒レベルの割合が０．１％以下とな
り、液晶のコントラスト即ち消光比で１０００：１以
上、プロジェクター表示装置として画像のコントラスト
は３００：１以上を達成する事ができ、非常にコントラ
ストの高い、良好な画像が得られる。
【００６８】図９は、本発明の表示光学装置の第３の実
施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１／２波長板である第１位相板１０，１／４
波長板である第２位相板１１（合わせて複合位相板と呼
ぶ），反射型液晶表示素子である表示パネル１２が順に
配置されている。同図において、座標は図３で示したも
のと同様である。
【００６９】表示パネル１２に用いられる液晶は、ＴＮ
型である。ここでは表示パネル１２の液晶分子ｍの水平
配向時の軸方向を、表面１２ｆでは３５度、裏面１２ｒ
では−３５度のツイスト配向としている。一般に、ＴＮ
型液晶を反射型液晶表示素子として用い、複屈折効果を
持たせるには、ツイスト角即ち表面の配向方向と裏面の
配向方向との差をΦ＝６３．６度とする事が知られてい
るが、本実施形態では、これよりも少し多い７０度とし
ている。この理由については後述する。
【００７０】このようなＴＮ型液晶に電圧をかけ、垂直
配向としたときは、上記図１４（ｃ）で示したような、
液晶分子が完全に垂直とならないで若干傾きを持つ事に
より生じる遅相軸は、ほぼ表面配向と裏面配向との中間
に相当するので、この角度が第２位相板から４５度の角
度関係、即ち上記図３，図４で言うところの０度から±
１０度の範囲内にあるのが良い。
【００７１】それに対して、偏光板９の偏光軸は１２０
度であり、第１位相板１０は１０５度の遅相軸、第２位
相板１１は４５度の遅相軸となっている。本実施形態で
は、第１位相板１０及び第２位相板１１を例えば連結部
材Ｄで連結するような構成とし、例えば光軸Ｚ周りに矢
印Ｃで示すように一体で回転調整する。但し、このよう
に一体で回転調整する機構は、ＴＮ型液晶の場合に限ら
れるものではなく、ホモジニアス型及びＤＡＰ型におい
ても、同様にして採用する事ができる。
【００７２】これにより、上記図１４で説明した、液晶
分子の配向による或いは液晶への入射光の入射角度によ
る若干のいわゆる位相残りをキャンセルする。尚、図９
において、偏光板９，第１位相板１０，及び第２位相板
１１の面は光軸Ｚに垂直であるが、表示パネル１２の面
はｘｚ平面に沿って向こう側に３〜１０度傾いている。
これは、上記図１に示される表示パネル１２と同様の配
置構成となっている。
【００７３】図１０は、ＴＮ型液晶の波長依存性を示す
グラフである。同図（ａ）では横軸に使用される光の波
長を示し、縦軸に白レベルの割合を示している。同図
（ｂ）では横軸に使用される光の波長を、縦軸に基準波
長０．５５μｍの場合に対する液晶の屈折率差の割合を
示している。一般に、ＴＮ型液晶に電圧をかけない場合
は、ツイスト配向のままであり、反射型液晶表示素子と
して表面配向からツイスト角Φの約０．７倍の角度に遅
相軸を持つ位相板と同じ作用をする。この場合、ツイス
ト角Φ＝６３．６度であれば、厳密に４５度の遅相軸の
１／４波長板と同じ作用をするが、このときは波長依存
性により、光学的位相差が大きく変化するので、同図の
破線ａで示すように、波長により白レベルの割合が変動
する。
【００７４】こうなると、ＴＮ型液晶に電圧をかけない
ときに白表示を行った場合に、画像の効率が悪くなると
ともに、色づき即ち白表示なのに赤みがかったり、或い
は青みがかったりするような問題が生じる。本発明にお
けるプロジェクター光学装置は、上述したように実施形
態として３板式の構成をとっており、Ｒ，Ｇ，Ｂ用にそ
れぞれ表示パネルを持つが、前記問題が生じるのを避け
るべくそれぞれ専用の液晶より成る表示パネルとする
と、量産コストがかかるため、なるべく同一の種類の表
示パネルで賄う事が望ましい。
【００７５】そこで、ツイスト角Φを６５〜７５度（実
施形態では７０度）とする事で、特に０．４５〜０．６
５μｍの波長範囲で光学的位相差がほぼ一定の作用を示
すので、同図の実線ｂで示すように、所定の波長範囲で
白表示の割合が１に近いほぼフラットな性能となる。こ
のような構成により、上記画像効率及び色づきの問題に
対して良好となる。ここではΔｎ・ｄ／λ0が０．４〜
０．５である事が望ましい。ちなみに、本実施形態では
基準波長λ0＝０．５５μｍ、Δｎ・ｄ＝０．２３３と
なっている。
【００７６】図１１は、本発明の表示光学装置の第４の
実施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１／２波長板である第１位相板１０，１／４
波長板である第２位相板１１（合わせて複合位相板と呼
ぶ），反射型液晶表示素子である表示パネル１２が順に
配置されている。同図において、座標は図３で示したも
のと同様である。
【００７７】表示パネル１２に用いられる液晶は、ホモ
ジニアス型或いはＤＡＰ型である。ここでは表示パネル
１２の液晶分子の水平配向時の軸方向を０度とし、ｘ軸
に一致させている。それに対して、偏光板９の偏光軸は
７５度であり、第１位相板１０は６０度の遅相軸、第２
位相板１１は０度の遅相軸となっている。本実施形態で
は、第２位相板１１を例えば光軸Ｚ周りに矢印Ｃで示す
ように回転調整する。尚、図１１において、偏光板９，
第１位相板１０，及び第２位相板１１の面は光軸Ｚに垂
直であるが、表示パネル１２の面はｘｚ平面に沿って向
こう側に３〜１０度傾いている。これは、上記図１に示
される表示パネル１２と同様の配置構成となっている。
【００７８】この第４の実施形態の構成では、第２位相
板の遅相軸と液晶の遅相軸とが０度の関係にあり、この
ままでは上記図１４で説明した、液晶分子の配向による
或いは液晶への入射光の入射角度による若干のいわゆる
位相残りをキャンセルする事はできない。本実施形態で
は、第２位相板１１による位相差を、実際は１／４波長
より若干少なめとし、これにより若干不足した位相差
を、液晶の位相残りで補う事により、最終的に１／４波
長とする。具体的には、図１２に模式的に示すように、
表示パネル１２の液晶分子ｍを、垂直配向から若干傾い
た状態にしておき、それぞれ矢印で示すように、傾きを
液晶にかける電圧でコントロールして変化させ、位相残
りを調整する。
【００７９】また、第２位相板１１そのものも回転調整
できるようになっているので、これと液晶の位相残り調
整とを併用する事により、これまで述べてきた液晶によ
る位相残りや偏光板及び位相板の角度誤差に加えて、位
相板自身の位相差誤差等の影響を全てキャンセルする事
ができる。尚、第２位相板の遅相軸と液晶の遅相軸との
関係は９０度でも良く、この場合は第２位相板１１によ
る位相差を、１／４波長より若干多めとすれば良い。
【００８０】上記全ての実施形態においては、照明光の
主光線断面と液晶の遅相軸とを合わせるために、液晶の
遅相軸を基本的に０度としている。ところが、上記従来
の、表示パネルの直前にＰＢＳプリズムを配置した構成
にも使用する事ができる反射型液晶表示素子の遅相軸
は、その表示パネルの長辺及び短辺に対して４５度に設
定されている事が多い。従って、このような反射型液晶
表示素子を用いる場合、照明光の斜め入射による影響が
大きいか、液晶分子の斜め配向による影響が大きいかに
よって、光学系の構成を反射型液晶表示素子の遅相軸に
合わせるか、主光線断面に合わせるかを決定すれば良
い。
【００８１】いずれにせよ、図１及び図２で示した本実
施形態のプロジェクター表示装置において、各ダイクロ
イックミラーのＳ偏光或いはＰ偏光と、各偏光板の軸を
一致させるために、ダイクロイックミラーと偏光板との
間には、６及び６ａで示す１／２波長板を配置してい
る。
【００８２】図１３は、本発明の表示光学装置で使用さ
れる回転調整機構の一例を示す斜視図である。同図は、
一例として上記第２或いは第４の実施形態における構成
を示している。同図において、１６はこの機構の土台と
なるベース、１７は円板状をした位相板のホルダーであ
る。ベース１６の前部にあるコの字形の嵌合部１６ａに
は、予め互いに貼り合わせられた偏光板９及び第１位相
板１０が共に、下部の辺及び、両側の辺の各下半分にて
はめ込まれている。また、ベース１６の後部にある半円
状の嵌合部１６ｂには、ホルダー１７が円板の中心周り
に回転自在に、下半分の周囲にてはめ込まれている。ホ
ルダー１７には、予め第２位相板１１が表面及び裏面を
露出した状態でその周囲にてはめ込まれている。
【００８３】ホルダー１７の周囲一箇所には、ツマミ１
７ａが設けられており、ここをつまんでホルダー１７を
矢印Ｃで示すように回転させ、第２位相板１１を回転調
整する。回転調整後は、ホルダー１７と嵌合部１６ｂと
を接着剤等で固定しても良い。尚、この機構により上記
第１の実施形態を構成する場合は、例えば同図において
嵌合部１６ａには偏光板９のみがはめ込まれ、ホルダー
１７には位相板１５がはめ込まれる事となる。また、上
記第３の実施形態を構成する場合は、例えば同図におい
て嵌合部１６ａには偏光板９のみがはめ込まれ、ホルダ
ー１７には第１位相板１０及び第２位相板１１が共には
め込まれる事となる。
【００８４】図１６は、本発明の表示光学装置を用いた
プロジェクター表示装置の他の実施形態の主な構成を示
す正面図である。同図において、１は光源であり、２は
光源１を取り囲むように配置されるリフレクターであ
る。また、３はリフレクター２の光の射出口２ａを覆う
ように配置され、光源１及びリフレクター２からの光に
含まれる紫外線及び赤外線をカットするＵＶＩＲカット
フィルターである。ＵＶＩＲカットフィルター３の後方
（図の右斜め下方）には、特定の偏光面を有する偏光を
照明光として射出する照明光学系４が配置されている。
【００８５】さらに、照明光学系４の後方には、照明光
の偏光変換を行う１／２波長板６が配置されている。更
にその後方には、照明光を後述する表示パネルに入射光
として集光し、表示パネルからの反射光を投影光として
後述する投影光学系に導く、軸が上方へ偏心したコンデ
ンサーレンズ８が配置されている。コンデンサーレンズ
８の後方には、本発明の表示光学装置を成す偏光板９，
第１位相板１０，第２位相板１１，第３位相板１８，及
び反射型液晶表示素子を用いた表示パネル１２が配置さ
れている。
【００８６】尚、照明光学系４と１／２波長板６との間
には、円板状のカラーホイル２０が配置されており、こ
れが回転軸２０ａ周りに高速で回転する事により、照明
光をＲＧＢ各色に切り換える。つまり、ここでの表示パ
ネル１２はいわゆる単板式となっており、照明光がＲＧ
Ｂ各色に切り替わるのに同期して、それぞれに対応した
表示を高速で切り換える。このとき、高速応答性を持つ
強誘電液晶を表示パネル１２に使用する事が有効とな
る。詳しくは後述する。
【００８７】同図に示すように、光源１及びリフレクタ
ー２からの光は、ＵＶＩＲカットフィルター３，照明光
学系４，カラーホイル２０を経て、上記各光学要素６，
８〜１１，１８を通過し、若干左斜め上方より光軸Ｌで
表示パネル１２に入射する。表示パネル１２は図の鉛直
方向より若干右に傾いて配置されている。表示パネル１
２に入射した入射光は、図の水平左方に反射光として反
射され、上記各光学要素を１８，１１〜８，６と、逆方
向に再び通過し、投影光学系１３に導かれ、これにより
投影光として画像投影される。この投影光学系１３の光
軸をＺとし、座標は紙面上の左方をｚ軸，上方をｘ軸，
紙面に垂直手前方向をｙ軸とおく。つまり、同図はｘｚ
平面を示している。尚、同図では１／２波長板６とコン
デンサーレンズ８との間の光路の図示を省略している。
【００８８】図１７は、前記カラーホイルを模式的に示
す正面図である。同図に示すように、カラーホイル２０
は円板状を成しており、中心の回転軸２０ａの周りに
は、３つの等角度間隔にそれぞれＲ（赤色），Ｇ（緑
色），Ｂ（青色）を透過させるフィルターが配置されて
いる。そして、これらが回転軸２０ａの周りに、例えば
矢印方向に高速で回転する事により、このカラーホイル
２０を透過する例えばスポット２１で示される照明光
が、各フィルターにより高速で各色に切り替わる。
【００８９】ここで、このプロジェクターの画像の１フ
レームが、例えば１／６０秒であったとすると、カラー
表示を行うためには、ＲＧＢ各色を１／１８０秒毎に切
り換える必要がある。カラーホイル２０を１／６０秒で
１回転させる事により、照明光は当然に１／１８０秒毎
に各色に切り替わるが、表示パネル１２はこれに同期し
て、それぞれに対応した表示を、通常の３倍もの高速で
切り換えなくてはならない。このとき、高速応答性を持
つ強誘電液晶を使用するのが有効であり、本実施形態の
プロジェクター表示装置では、表示パネル１２にこれを
採用している。
【００９０】図１８は、本実施形態のプロジェクター表
示装置を構成する表示光学装置で使用される、位相板及
び強誘電液晶の波長依存性の一例を示すグラフである。
同図においては、横軸に使用される光の波長を示し、縦
軸に基準波長０．５５μｍの場合に対する屈折率差の割
合を示している。ここでは、実線ａが位相板の特性であ
り、波線ｂが強誘電液晶の特性である。このように、位
相板以上に強誘電液晶の方が高い波長依存性を示してい
る。いわゆる単板式の場合、使用される光の波長範囲は
０．４５μｍ〜０．６５μｍであり、この範囲内におけ
る特性が問題となる。これらの特性は、使用する材料に
よって異なるので、各特性に応じて光学系を最適に設計
する必要がある。
【００９１】図１９は、本実施形態のプロジェクター表
示装置を構成する表示光学装置の、設計上の波長依存性
を表すグラフである。同図においては、横軸に使用され
る光の波長を示し、縦軸に白又は黒レベルの割合を％で
示している。ここでは偏光板と表示パネルとの間に、位
相板を入れる場合と入れない場合とで計算している。ま
ず、白表示については、位相板無しのときは、□及び二
点鎖線ａで示すように、広い波長範囲に渡って高い白レ
ベルが保たれる。
【００９２】そして、位相板を一枚使用するときは、△
及び破線ｂで示すように、特に短波長側においてかなり
の白レベルの低下が見られる。また、位相板を三枚使用
するときは、○及び実線ｃで示すように、白レベルの低
下が若干改善される。しかし、いずれにせよ、使用する
０．４５μｍ以上の波長範囲においては、９０％以上の
白レベルが保たれている。
【００９３】次に、黒表示については、位相板無しのと
きは、■及び二点鎖線ｄで示すように、基準波長０．５
５μｍから短波長域或いは長波長域となるにつれて、黒
レベルの割合が大きくなり、波長０．４５μｍでは２０
％前後にもなる。けれども、位相板を一枚使用すると、
▲及び破線ｅで示すように、かなりの改善がみられ、さ
らに、位相板を三枚使用すると、●及び実線ｆで示すよ
うに、広い波長範囲に渡って黒レベルを抑える事ができ
る。但し、これらは設計上の理想的な状態における特性
である。
【００９４】図２０は、本発明の表示光学装置の第５の
実施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１／２波長板である第１位相板１０，１／４
波長板である第２位相板１１，１／４波長板である第３
位相板１８，反射型液晶表示素子で且つ１／４波長板で
ある表示パネル１２が順に配置されている。同図におい
て、座標は光軸Ｚに沿った投影方向をｚ軸、その垂直上
方をｘ軸、垂直右側方をｙ軸とおいている。これは、上
記図１６に示した座標に一致している。
【００９５】表示パネル１２に用いられる液晶は強誘電
型である。ここでは偏光板９の偏光軸を０度とし、ｘ軸
に一致させている。それに対して、第１位相板１０は１
６．５度の遅相軸、第２位相板１１は７７度の遅相軸，
第３位相板１８は１２２度の遅相軸となっている。そし
て、表示パネル１２の液晶分子ｍの軸方向は、例えば黒
表示時を無電界時（ＯＦＦ）として３１．９度の遅相軸
とし、白表示時は電界をかけて（ＯＮ）、更に４５度加
えた遅相軸としている。このとき、４５度差し引いても
よい。本実施形態では、第１位相板１０及び第２位相板
１１を例えば連結部材Ｄで連結するような構成とし、例
えば光軸Ｚ周りに矢印Ｃで示すように一体で回転調整す
る。
【００９６】これにより、上述した強誘電液晶自身の厚
さ誤差による位相差誤差、及び屈折率差Δｎのズレによ
る位相差誤差をキャンセルする。ちなみに、強誘電液晶
の厚さは１μｍ前後と薄く、設計値から非常にずれやす
いものとなっている。尚、図２０において、偏光板９，
第１位相板１０，第２位相板１１，及び第３位相板１８
の面は光軸Ｚに垂直であるが、表示パネル１２の面はｘ
ｚ平面に沿って向こう側に３〜１０度傾いている。これ
は、上記図１６に示される表示パネル１２と同様の配置
構成となっている。
【００９７】図２１は、上記第５の実施形態の構成にお
ける波長依存性を表すグラフである。同図では横軸に使
用される光の波長を示し、縦軸に黒レベルの割合を％で
示している。比較のために、位相板を一枚使用する場合
を示すと、強誘電液晶の厚さ誤差がないときは、▲及び
太い破線ａで示すように、使用する光の波長範囲におい
て、黒レベルの割合を或程度抑える事ができる。ところ
が、強誘電液晶の厚さが＋５％の誤差を持つと、△及び
細い破線ｂで示すように、黒レベルの割合が高くなりコ
ントラストが下がる。このとき、位相板を回転等させて
も抑える事ができず、コントラストを上げる事はできな
い。これは、位相板を二枚用いても同様である。
【００９８】位相板を三枚使用する場合、強誘電液晶の
厚さ誤差がないときは、●及び実線ｃで示すように、使
用する光の波長範囲において、黒レベルの割合を０．５
％以下に抑える事ができる。また、強誘電液晶の厚さが
＋５％の誤差を持つときは、そのままでは□及び細い点
線ｄで示すように、黒レベルの割合が高くなるが、第１
位相板及び第２位相板を回転調整すると、■及び太い点
線ｅで示すように、使用する光の波長範囲において、黒
レベルの割合を０．５％以下とする事ができる。
【００９９】また、強誘電液晶の厚さが−５％の誤差を
持つときは、そのままでは◇及び細い一点鎖線ｆで示す
ように、黒レベルの割合が高くなるが、第１位相板及び
第２位相板を回転調整すると、◆及び太い一点鎖線ｇで
示すように、使用する光の波長範囲において、黒レベル
の割合をほぼ０．５％以下とする事ができる。尚、同図
では±５％の厚さ誤差を想定して計算しているが、±１
０％の厚さ誤差が発生しても、第１位相板及び第２位相
板を回転調整する事により、使用する光の波長範囲にお
いて、黒レベルの割合を１％以下に抑える事ができる。
【０１００】本実施形態では特に、図２０に示すよう
に、第２位相板１１の軸と第３位相板１８の軸とを互い
に４５度の関係とし、それぞれを１／４波長板として、
その角度関係を調整する事により、強誘電液晶の位相差
誤差を調整する事ができるようにしている。経験上、第
２位相板の位相差と第３位相板の位相差との和が０．３
〜０．７の範囲とし、第２位相板と第３位相板との角度
関係を２０度〜５０度とするように構成すると、良好な
調整を行う事ができる。
【０１０１】また、本実施形態においては、第３位相板
１８を表示パネル１２表面に貼り付ける構成とすればよ
い。これにより、表示パネル１２における照明光の表面
反射によるフレア等を低減する事ができる。一般に、波
長板や表示パネルにおいては、空気との境界面での面反
射が大きいが、波長板同士や表示パネルと波長板との間
で貼り合わせを行うと、貼り合わせた面においては面反
射が低減される。表示パネル１２に位相板を貼り付けな
い場合、表示パネル１２の表面で反射が多く発生する
が、この反射光は、第３位相板１８，第２位相板１１，
第１位相板１０を通過して、その偏光面が偏光板９の偏
光面とほぼ一致するようになるため、ここを透過し、図
１６に示した投影光学系１３に導かれて、最終的にフレ
アとなる。
【０１０２】表示パネル１２に第３位相板１８を貼り付
ける場合、第３位相板１８の表面では反射が多く発生す
るが、この反射光は、第２位相板１１，第１位相板１０
を通過して、その偏光面が偏光板９の偏光面に対して略
９０度となるため、ここで遮断され、フレアとならな
い。その他、偏光板９や第１位相板１０での表面反射も
あるが、表示パネル１２に対して偏光板９や第１位相板
１０が数度傾いた状態で配置されているので、これらの
反射光は投影光学系１３に入射しない。尚、第１位相板
１０と第２位相板１１は、一体で回転調整する構成であ
る事より、通常は互いに貼り合わされている。
【０１０３】ところで、本実施形態の表示パネル１２を
構成する強誘電液晶においては、動作を安定させるため
に、適当なタイミングで逆駆動させる場合がある。これ
は、各画素について例えば白表示状態なら黒表示状態と
なり、黒表示状態なら白表示状態となるように、それぞ
れ光学軸を４５度回転させるものである。つまり、逆駆
動時には白黒を反転させる事になるため、見かけ上コン
トラストが低下するのは否めない。そこで、第３位相板
１８を同じ強誘電液晶で構成し、逆駆動のタイミングに
合わせて面全体を一括駆動し、光学軸を４５度回転させ
れば、表示パネル１２を逆駆動した状態においても、正
しい表示を行う事ができる。
【０１０４】図２２は、本発明の表示光学装置の第６の
実施形態を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、本実施形態では、例えば投影光学系の光軸Ｚ上に、
偏光板９，１波長板である第１位相板１０，３／８波長
板である第２位相板１１，１／８波長板である第３位相
板１８，反射型液晶表示素子で且つ１／４波長板である
表示パネル１２が順に配置されている。同図において、
座標は図２０で示したものと同様である。
【０１０５】表示パネル１２に用いられる液晶は強誘電
型である。ここでは偏光板９の偏光軸を０度とし、ｘ軸
に一致させている。それに対して、第１位相板１０は
９．８度の遅相軸、第２位相板１１は９０．９度の遅相
軸，第３位相板１８は９１．５度の遅相軸となってい
る。そして、表示パネル１２の液晶分子ｍの軸方向は、
例えば黒表示時を無電界時（ＯＦＦ）として４７度の遅
相軸とし、白表示時は電界をかけて（ＯＮ）、更に４５
度加えた遅相軸としている。このとき、４５度差し引い
てもよい。本実施形態では、第３位相板１８を例えば光
軸Ｚ周りに矢印Ｃで示すように一体で回転調整する。
【０１０６】これにより、上述した強誘電液晶自身の厚
さ誤差による位相差誤差、及び屈折率差Δｎのズレによ
る位相差誤差をキャンセルする。ちなみに、強誘電液晶
の厚さは１μｍ前後と薄く、設計値から非常にずれやす
いものとなっている。尚、図２２において、偏光板９，
第１位相板１０，第２位相板１１，及び第３位相板１８
の面は光軸Ｚに垂直であるが、表示パネル１２の面はｘ
ｚ平面に沿って向こう側に３〜１０度傾いている。これ
は、上記図１６に示される表示パネル１２と同様の配置
構成となっている。
【０１０７】図２３は、上記第６の実施形態の構成にお
ける波長依存性を表すグラフである。同図では横軸に使
用される光の波長を示し、縦軸に黒レベルの割合を％で
示している。位相板を三枚使用する場合、強誘電液晶の
厚さ誤差がないときは、●及び実線ａで示すように、使
用する光の波長範囲において、黒レベルの割合を充分抑
える事ができる。また、強誘電液晶の厚さが−５％の誤
差を持つときは、第３位相板を回転調整すると、◆及び
破線ｂで示すように、使用する光の波長範囲において、
黒レベルの割合を０．５％以下とする事ができる。ま
た、強誘電液晶の厚さが＋５％の誤差を持つときは、第
３位相板を回転調整すると、■及び点線ｃで示すよう
に、使用する光の波長範囲において、黒レベルの割合を
０．５％以下とする事ができる。
【０１０８】本実施形態では特に、第１位相板１０を１
波長板とし、第２位相板１１と第３位相板１８とをほぼ
同じ軸方向とする事で、第５の実施形態による場合より
も更に黒レベルを改善する事ができる。また、経験上、
第１位相板が１位相差前後の場合、第２位相板の位相差
と第３位相板の位相差との和が０．３〜０．７の範囲と
し、第３位相板の位相差の方が小さい構成とすると、良
好な調整を行う事ができる。また、第２位相板と第３位
相板との角度関係を±２０度以内とするように構成する
と、良好な調整を行う事ができる。
【０１０９】本実施形態においては、第３位相板１８を
回転調整する構成となっているので、これを表示パネル
１２に貼り付けて、フレア等を低減するという事はでき
ない。そこで、第３位相板１８と表示パネル１２との間
を、エチレングリコール等の屈折率の高い液体で満たす
と良い。これにより、貼り合わせた場合と同様にして、
表示パネル１２における照明光の表面反射によるフレア
等を低減する事ができる。
【０１１０】上記第５，第６の実施形態において、第１
〜第３位相板は屈折率差の波長依存性がそれぞれ同じも
のを使用しているが、強誘電液晶の屈折率差の波長依存
性によっては、第１〜第３位相板は屈折率差の波長依存
性がそれぞれ異なるものを用いた方が良い場合がある。
その他、第５の実施形態においては、第１位相板と第２
位相板との角度関係や、第３位相板と強誘電液晶との角
度関係は、それぞれ屈折率差の波長依存性に合わせて、
最適に設定すれば良い。
【０１１１】また、第５，第６の実施形態は、いわゆる
単板方式であり、１枚の表示パネルで広い波長範囲の光
をカバーしているが、これらの実施形態の構成は、当然
の事ながら、いわゆる３板方式に用いても良い。このと
き、取り扱う波長範囲毎に位相差の異なる強誘電液晶を
準備する必要はなく、ＲＧＢ各色で一種類の強誘電液晶
を共通に使用する事ができる。
【０１１２】ところで、上記第１〜第３位相板の３枚の
位相板の内、２枚の位相板の軸の角度をそれぞれ独立し
て回転調整する構成とすれば、強誘電液晶の位相差誤差
のみならず、各位相板の位相差誤差等も調整，吸収する
事ができる。さらに、位相板を４枚構成とすると、当然
に黒レベルをより抑える事ができるし、強誘電液晶の位
相差誤差が上述したものより更に大きくなっても、黒レ
ベルを所要レベル内に抑える事ができる。
【０１１３】また、第５，第６の実施形態では、これま
で述べてきたように、表示パネルに強誘電液晶を使用し
ており、ＯＮ，ＯＦＦ時共複屈折効果が生じ、位相子と
して働くが、その光学軸の方向は、ＯＮ，ＯＦＦで異な
るものとなっている。ただ、これらの実施形態の構成
は、強誘電液晶を使用する事に限定されるものではな
く、上記第４の実施形態までにおいて使用されているＴ
Ｎ型，ホモジニアス型，ＤＡＰ型等の、ＯＮ，ＯＦＦ時
のいずれかのみで複屈折効果が生じる液晶を使用する事
もできる。但しこの場合は、水平配向時即ち複屈折効果
が生じて位相子として働く時に、黒表示を行う構成とす
る必要がある。
【０１１４】尚、特許請求の範囲で言う主軸とは、実施
形態における位相板や液晶の光学軸に対応するものであ
る。
【０１１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で効率が良く、しかも低コストであり、それ
でいて高コントラストが得られる表示光学装置、及びそ
れを用いたプロジェクター表示装置を提供する事ができ
る。
【０１１６】特に、請求項１乃至請求項３によるなら
ば、位相板を回転調整する事により、液晶による位相残
りや偏光板及び位相板の角度誤差等による影響をキャン
セルし、コントラストの高い画像を簡単に得る事ができ
る。
【０１１７】また、請求項４或いは請求項５によるなら
ば、液晶位相残りや偏光板及び位相板の角度誤差に加え
て、位相板自身の位相差誤差等の影響を全てキャンセル
する事ができる。
【０１１８】また、請求項７によるならば、白表示時の
波長依存性が少ない条件を得る事ができる。
【０１１９】また、請求項８によるならば、特に照明光
の斜め入射に対する液晶の位相残りを補正する事ができ
る。
【０１２０】また、請求項９によるならば、位相板の量
産コストを下げつつ画像コントラストの高いプロジェク
ター表示装置を構成する事ができる。
【０１２１】また、請求項１１或いは請求項１２による
ならば、液晶の位相差誤差や偏光板及び位相板の角度誤
差に加えて、位相板自身の位相差誤差等の影響を全てキ
ャンセルする事ができる。
【０１２２】また、請求項１４によるならば、反射型液
晶表示素子の量産コストを下げつつ画像コントラストの
高いプロジェクター表示装置を構成する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プロジェクター表示装置の一実施形態の主な構
成を示す正面図。
【図２】プロジェクター表示装置の一実施形態の主な構
成を示す平面図。
【図３】本発明の表示光学装置の第１の実施形態を模式
的に示す斜視図。
【図４】本発明の表示光学装置の第２の実施形態を模式
的に示す斜視図。
【図５】第１，第２各実施形態の構成における波長依存
性を表すグラフ。
【図６】液晶の位相残りによるコントラストを示すグラ
フ。
【図７】各表示パネル毎に最適調整したときの波長依存
性を示すグラフ。
【図８】専用の位相板を用いた場合の波長依存性を示す
グラフ。
【図９】本発明の表示光学装置の第３の実施形態を模式
的に示す斜視図。
【図１０】ＴＮ型液晶の波長依存性を示すグラフ。
【図１１】本発明の表示光学装置の第４の実施形態を模
式的に示す斜視図。
【図１２】電圧による位相残り調整の原理を模式的に示
す図。
【図１３】回転調整機構の一例を示す斜視図。
【図１４】位相残りが生じる液晶の状態を模式的に示す
断面図。
【図１５】強誘電液晶のパネル正面から見た状態を模式
的に示す図。
【図１６】プロジェクター表示装置の他の実施形態の主
な構成を示す正面図。
【図１７】カラーホイルを模式的に示す正面図。
【図１８】位相板及び強誘電液晶の波長依存性の一例を
示すグラフ。
【図１９】表示光学装置の設計上の波長依存性を表すグ
ラフ。
【図２０】本発明の表示光学装置の第５の実施形態を模
式的に示す斜視図。
【図２１】第５の実施形態の構成における波長依存性を
表すグラフ。
【図２２】本発明の表示光学装置の第６の実施形態を模
式的に示す斜視図。
【図２３】第６の実施形態の構成における波長依存性を
表すグラフ。
【符号の説明】
１ 光源 ２ リフレクター ３ ＵＶＩＲカットフィルター ４ 照明光学系 ５ 第１ダイクロイックミラー ６ １／２波長板 ７ 第２ダイクロイックミラー ８ コンデンサーレンズ ９ 偏光板 １０ 第１位相板 １１ 第２位相板 １２ 表示パネル １３ 投影光学系 １４ ダミーガラス １５ 位相板 １６ ベース １７ ホルダー １８ 第３位相板 ２０ カラーホイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤井 靖昌 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 小林 信幸 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 西口 憲治 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 長田 英喜 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA16 HA13 HA16 HA18 HA21 HA24 HA28 JA05 JA19 KA30 MA02 MA05 2H091 FA05X FA08X FA11X FA14X FA16Z FA21X FA26X FA41X FD08 FD10 FD24 HA07 HA12 KA03 KA10 LA15 LA17 MA07

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の偏光方向を有する照明光を透過さ
    せる偏光板と、該偏光板を透過した前記照明光を画素毎
    に画素情報に応じて異なる偏光状態の投影光として反射
    する反射型液晶表示素子とを有し、該反射型液晶表示素
    子と前記偏光板との間に位相板を備え、該位相板は前記
    照明光及び投影光の偏光状態を変化させて前記偏光板に
    導く表示光学装置において、 前記位相板の主軸方向を回転する事により、前記投影光
    の黒レベルを調整する事を特徴とする表示光学装置。
  2. 【請求項２】 前記位相板を複数有し、該複数の位相板
    の一部或いは全部について、その主軸方向を回転する事
    を特徴とする請求項１に記載の表示光学装置。
  3. 【請求項３】 前記反射型液晶表示素子に隣接する前記
    位相板は１／４波長板であり、該位相板の主軸方向と、
    前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時の主軸
    方向との成す角度は、４５度±１０度である事を特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の表示光学装置。
  4. 【請求項４】 前記反射型液晶表示素子に隣接する前記
    位相板は１／４波長板であり、該位相板の主軸方向と、
    前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時の主軸
    方向との成す角度は、０度±１０度であって、前記位相
    板による位相差は、１／４波長よりも少ない事を特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の表示光学装置。
  5. 【請求項５】 前記反射型液晶表示素子に隣接する前記
    位相板は１／４波長板であり、該位相板の主軸方向と、
    前記反射型液晶表示素子の液晶分子の水平配向時の主軸
    方向との成す角度は、９０度±１０度であって、前記位
    相板による位相差は、１／４波長よりも多い事を特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の表示光学装置。
  6. 【請求項６】 前記反射型液晶表示素子はホモジニアス
    型或いはＤＡＰ型である事を特徴とする請求項３乃至請
    求項５のいずれかに記載の表示光学装置。
  7. 【請求項７】 前記反射型液晶表示素子はＴＮ型であ
    り、ツイスト角が６５〜７５度、Δｎ・ｄ／λ0が０．
    ４〜０．５である事を特徴とする請求項１又は請求項２
    に記載の表示光学装置。但し、Δｎは液晶の屈折率差、
    ｄは厚さ、λ0は基準波長である。
  8. 【請求項８】 前記反射型液晶表示素子に隣接する前記
    位相板は１／４波長板であり、該位相板の主軸方向と、
    前記照明光及び投影光の成す主光線断面との成す角度
    は、４５度±１０度である事を特徴とする請求項１又は
    請求項２に記載の表示光学装置。
  9. 【請求項９】 前記位相板をＲＧＢ各表示色について同
    一材で構成した事を特徴とする、前記請求項１乃至請求
    項８のいずれかに記載の表示光学装置を用いたプロジェ
    クター表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記反射型液晶表示素子は強誘電型或
    いは反強誘電型である事を特徴とする請求項２に記載の
    表示光学装置。
  11. 【請求項１１】 前記位相板を３枚有し、前記偏光板側
    から２枚目と３枚目の位相板のそれぞれの位相差の和が
    ０．３〜０．７の範囲内であって、それぞれの位相板の
    主軸方向が互いに成す角度は、２０度〜５０度の範囲内
    である事を特徴とする請求項２に記載の表示光学装置。
  12. 【請求項１２】 前記位相板を３枚有し、前記偏光板側
    から１枚目の位相板は１波長板であり、該偏光板側から
    ２枚目と３枚目の位相板のそれぞれの位相差の和が０．
    ３〜０．７の範囲内であって、３枚目の位相板の位相差
    が２枚目の位相板の位相差よりも小さく、それぞれの位
    相差の主軸方向が互いに成す角度は±２０度の範囲内で
    ある事を特徴とする請求項２に記載の表示光学装置。
  13. 【請求項１３】 前記反射型液晶表示素子は強誘電型で
    ある事を特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の
    表示光学装置。
  14. 【請求項１４】 前記反射型液晶表示素子をＲＧＢ各表
    示色について同一材で構成した事を特徴とする、前記請
    求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の表示光学装
    置を用いたプロジェクター表示装置。
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