JP2001296513A - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＮ液晶を用いた投射型液晶表示装置におい
てコントラスト比をより向上し得る手段を提供する。 【解決手段】 本発明の投射型液晶表示装置３４は、光
源５３と、液晶ライトバルブ４８，４９，５０と、液晶
セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂに光を入射させる際にその
光軸を液晶セルの入射面に対する法線方向から当該液晶
セルに固有の明視方向側に傾けるための光偏向手段と、
投射レンズ系５２とが具備されている。光偏向手段とし
て、液晶セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂの入射側に固定さ
れたマイクロプリズムアレイまたは偏心マイクロレンズ
アレイと、光源５３と液晶ライトバルブ４８，４９，５
０との間に回転可能に設けられたダイクロイックミラー
３７，反射ミラー４０，４４とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型液晶表示装
置に関し、特にコントラストの向上に好適な投射型液晶
表示装置の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、直視型のみなら
ず、プロジェクタ等の投射型表示装置としても需要が高
まってきている。図１１は、３つの液晶ライトバルブを
用いた、いわゆる３板式の投射型液晶表示装置の一例を
示す概略構成図である。図中、符号５１０は光源、５１
３，５１４はダイクロイックミラー、５１７は反射ミラ
ー、５１８，５１９，５２０はリレーレンズ、５２２，
５２３，５２４は液晶ライトバルブ、５２５はクロスダ
イクロイックプリズム、５２６は投射レンズを示す。

【０００３】光源５１０は、メタルハライド等のランプ
５１１とランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２
とから構成されている。青色光・緑色光反射のダイクロ
イックミラー５１３は、光源５１０からの白色光のうち
の赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反
射する。透過した赤色光は反射ミラー５１７で反射さ
れ、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射される。

【０００４】一方、ダイクロイックミラー５１３で反射
された色光のうち、緑色光は、緑色光反射のダイクロイ
ックミラー５１４によって反射され、緑色用液晶ライト
バルブ５２３に入射される。一方、青色光は、第２のダ
イクロイックミラー５１４も透過する。青色光に対して
は、長い光路による光損失を防ぐため、入射レンズ５１
８、リレーレンズ５１９、出射レンズ５２０を含むリレ
ーレンズ系からなる導光手段５２１が設けられ、これを
介して青色光が青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射
される。

【０００５】各ライトバルブにより変調された３つの色
光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射す
る。このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わさ
れ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光
を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたもので
ある。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成
されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された
光は、投射光学系である投射レンズ５２６によってスク
リーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投射型液晶表示
装置においては、各色光用の液晶ライトバルブそれぞれ
に対して光を垂直に入射させていた。ところが、投射型
液晶表示装置の重要な性能の一つであるコントラスト比
は、例えばねじれネマティック型液晶（TwistedNemati
c,以下、ＴＮ液晶と略記する）を用いた場合、液晶ライ
トバルブへの入射光の入射角依存性を持っており、液晶
ライトバルブの入射面に対する法線方向から傾いたとこ
ろにコントラスト比が最大になる領域があることが知ら
れている。したがって、各液晶ライトバルブに対して光
を垂直に入射させたのでは、この特性を生かしていない
ことになる。近年、投射型液晶表示装置の画質改善に向
けて高いコントラスト比への要求が高まっており、コン
トラスト比をより向上し得る手段の提供が望まれてい
る。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、特にＴＮ液晶を用いた投射型液晶
表示装置において、コントラスト比をより向上し得る手
段を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の投射型液晶表示装置は、光源と、光源か
ら入射される光を変調する液晶セルを有する液晶ライト
バルブと、光源からの光を液晶セルに入射させる際に光
の光軸を液晶セルの入射面に対する法線方向から当該液
晶セルに固有の明視方向側に傾けるための光偏向手段
と、液晶ライトバルブにより変調された光を投射する投
射レンズとが具備されたことを特徴とするものである。
特に前記液晶セルとしては、ＴＮ液晶を用いたものを採
用することができる。

【０００９】本発明の投射型液晶表示装置においては、
光源からの光を液晶セルに入射させる際にその光軸を液
晶セルの入射面に対する法線方向から当該液晶セルに固
有の明視方向側に傾けるための光偏向手段を有している
ので、垂直方向から光を入射させていた従来の投射型液
晶表示装置に比べて、コントラスト比を向上させること
ができる。

【００１０】前記光偏向手段の具体的な構成としては、
例えば複数のマイクロプリズムが配列されてなり、液晶
セルの入射側に固定されたマイクロプリズムアレイを用
いることができる。もしくは、複数の偏心マイクロレン
ズが配列されてなり、液晶セルの入射側に固定された偏
心マイクロレンズアレイを用いることができる。

【００１１】この光偏向手段の構成においては、当該液
晶セルに固有の明視方向に合わせて最適化した屈折角を
有するマイクロプリズムアレイや偏心マイクロレンズア
レイを予め液晶セルに固定しておけば、この液晶セル内
で入射光の光軸が明視方向に傾くので、入射側の光学系
を変更することなく、コントラスト比を向上させること
ができる。

【００１２】さらに、液晶セルに入射された光を出射さ
せる際に前記明視方向に傾いた光の光軸を液晶セルの入
射面に対する法線方向に戻すための複数のマイクロプリ
ズムが配列されたマイクロプリズムアレイ、もしくは複
数の偏心マイクロレンズが配列された偏心マイクロレン
ズアレイを、液晶セルの出射側に固定することが好まし
い。

【００１３】この構成によれば、入射側のマイクロプリ
ズムアレイや偏心マイクロレンズアレイによって一旦傾
いた光軸が、出射側のマイクロプリズムアレイや偏心マ
イクロレンズアレイによって再度入射面に対する法線方
向に戻るため、入射側の光学系のみならず、出射側の光
学系も変更することなくコントラスト比の向上が図れ、
従来の光学系をそのまま使用することができるという効
果がある。

【００１４】また、前記光偏向手段には、光源と液晶ラ
イトバルブとの間に任意の方向に回転可能に設けられ、
光源からの光を液晶ライトバルブに向けて反射するミラ
ーを用いてもよい。

【００１５】この光偏向手段の構成においては、当該液
晶セルに固有の明視方向に合わせてミラーを適宜回転さ
せることにより、この液晶セルに光が入射する際に光軸
を明視方向に傾けることができるので、液晶ライトバル
ブ自体の構成を変更することなく、コントラスト比を向
上させることができる。

【００１６】また、入射光の光軸を入射面に対する法線
方向から傾ける角度が大きくなると、光偏向手段とし
て、上記の液晶セルに固定したマイクロプリズムアレイ
や偏心マイクロレンズアレイ、もしくは光源と液晶ライ
トバルブとの間に設けたミラーを単独で用いただけで
は、対応が困難な場合がある。そのような場合、光偏向
手段を、マイクロプリズムアレイや偏心マイクロレンズ
アレイとミラーとを兼ね備えた構成としてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、本発
明の第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明す
る。本実施の形態の投射型液晶表示装置は、３つの液晶
ライトバルブを用いた３板式の液晶プロジェクタの例で
ある。そして、各液晶ライトバルブには、画素スイッチ
ング用素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transi
stor, 以下、ＴＦＴと略記する）を用いたアクティブマ
トリクス型液晶セルを採用している。図１は、この液晶
セルの画像表示領域を構成するマトリクス状に形成され
た複数の画素における各種素子、配線等の等価回路であ
る。図２は、アクティブマトリクス型液晶セルを構成す
るＴＦＴアレイ基板と対向基板とを含めて示す断面図で
ある。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図
面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部
材毎に縮尺を異ならしめてある。

【００１８】図１に示すように、本実施の形態の液晶セ
ルにおいて、画像表示領域を構成するマトリクス状に形
成された複数の画素は、画素電極１と当該画素電極１を
制御するための画素スイッチング用ＴＦＴ２がマトリク
ス状に複数形成されており、画像信号を供給するデータ
線３が当該ＴＦＴ２のソース領域に電気的に接続されて
いる。データ線３に書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、
Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣
接する複数のデータ線３同士に対して、グループ毎に供
給するようにしても良い。また、画素スイッチング用Ｔ
ＦＴ２のゲートに走査線４が電気的に接続されており、
所定のタイミングで、走査線４にパルス的に走査信号Ｇ
１、Ｇ２、…、Ｇｍを、この順に線順次で印加するよう
に構成されている。画素電極１は、画素スイッチング用
ＴＦＴ２のドレイン領域に電気的に接続されており、ス
イッチング素子である画素スイッチング用ＴＦＴ２を一
定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線
３から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定
のタイミングで書き込む。

【００１９】画素電極１を介して液晶に書き込まれた所
定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する
対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持さ
れる。ここで、保持された画像信号がリークするのを防
ぐために、画素電極１と対向電極との間に形成される液
晶容量と並列に蓄積容量５を付加する。例えば画素電極
１の電圧は、蓄積容量５によりソース電圧が印加された
時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これによ
り、保持特性はさらに改善され、コントラスト比の高い
液晶装置が実現できる。本実施の形態では、蓄積容量５
を形成する方法として、半導体層との間で容量を形成す
るための配線である容量線６を設けている。また、容量
線６を設ける代わりに、画素電極１と前段の走査線４と
の間で容量を形成しても良い。

【００２０】次に、上記等価回路で示した液晶セルの全
体構成を図３および図４を参照して説明する。図３にお
いて、ＴＦＴアレイ基板８の上には、シール材９がその
縁に沿って設けられており、その内側に並行して額縁と
しての第３遮光膜１０が設けられている。シール材９の
外側の領域には、データ線駆動回路１１および外部回路
接続端子１２がＴＦＴアレイ基板８の一辺に沿って設け
られており、走査線駆動回路１３がこの一辺に隣接する
２辺に沿って設けられている。走査線４に供給される走
査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路
１３は片側だけに設けても良い。また、データ線駆動回
路１１を画像表示領域の辺に沿って両側に配置してもよ
い。例えば、奇数列のデータ線３は画像表示領域の一方
の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号
を供給し、偶数列のデータ線３は前記画像表示領域の反
対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像
信号を供給するようにしてもよい。このようにデータ線
３を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路
の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を
構成することが可能となる。

【００２１】さらに、ＴＦＴアレイ基板８の残る一辺に
は、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１
３間を接続するための複数の配線１４が設けられてい
る。また、対向基板１５のコーナー部の少なくとも１箇
所においては、ＴＦＴアレイ基板８と対向基板１５との
間で電気的導通をとるための導通材１６が設けられてい
る。

【００２２】そして、図４に示すように、図３に示した
シール材９とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板１５がシール
材９によりＴＦＴアレイ基板８に固着されており、ＴＦ
Ｔアレイ基板８と対向基板１５との間に液晶１７が封入
されている。シール材９に設けられた開口部は液晶注入
口であり、封止材２０によって封止されている。

【００２３】液晶セルの詳細な構成は、図２に示すよう
に、ＴＦＴアレイ基板８には各画素電極１に隣接する位
置に、各画素電極１をスイッチング制御する画素スイッ
チング用ＴＦＴ２が設けられている。ＴＦＴアレイ基板
８と各画素スイッチング用ＴＦＴ２との間の画素スイッ
チング用ＴＦＴ２に対応する位置には、第１遮光膜２１
が設けられている。第１遮光膜２１は、例えば不透明な
高融点金属であるＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、ＭｏおよびＰ
ｄのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金
属シリサイド等から構成されている。この第１遮光膜２
１により、ＴＦＴアレイ基板８の側からの戻り光等が画
素スイッチング用ＴＦＴ２のチャネル領域に入射する事
態を未然に防ぐことができ、光電流の発生により画素ス
イッチング用ＴＦＴ２の特性が劣化するのを防止でき
る。

【００２４】また、第１遮光膜２１と複数の画素スイッ
チング用ＴＦＴ２との間には、第１層間絶縁膜２２が設
けられている。第１層間絶縁膜２２は、画素スイッチン
グ用ＴＦＴ２を構成する半導体層２３を第１遮光膜２１
から電気的に絶縁するために設けられるものである。さ
らに、第１層間絶縁膜２２は、ＴＦＴアレイ基板８の全
面に形成されることにより、画素スイッチング用ＴＦＴ
２のための下地膜としての機能をも有する。第１層間絶
縁膜２２は、例えばＮＳＧ（ノンドープトシリケートガ
ラス）、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）、ＢＳＧ（ボ
ロンシリケートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロンリンシリケ
ートガラス）などの高絶縁性ガラス、または酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜等から構成されている。

【００２５】本実施の形態では、ゲート絶縁膜を走査線
４に対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半
導体層２３を延設して第１蓄積容量電極とし、さらにこ
れらに対向する容量線６の一部を第２蓄積容量電極とす
ることにより、蓄積容量５が構成されている。

【００２６】図２において、画素スイッチング用ＴＦＴ
２は、走査線４、当該走査線４からの電界によりチャネ
ルが形成される半導体層２３のチャネル領域、走査線４
と半導体層２３とを絶縁するゲート絶縁膜、データ線
３、半導体層２３のソース領域およびドレイン領域を備
えている。ドレイン領域には、複数の画素電極１のうち
の対応する一つが接続されている。

【００２７】本実施の形態では、特にデータ線３は、Ａ
ｌ等の低抵抗な金属膜や金属シリサイド等の合金膜など
の遮光性の薄膜から構成されている。また、走査線４、
ゲート絶縁膜および第１層間絶縁膜２２の上には、ソー
ス領域へ通じるコンタクトホールおよびドレイン領域へ
通じるコンタクトホールが各々形成された第２層間絶縁
膜２４が形成されている。このソース領域へのコンタク
トホールを介して、データ線３はソース領域に電気的に
接続されている。さらに、データ線３および第２層間絶
縁膜２４の上には、ドレイン領域へのコンタクトホール
が形成された第３層間絶縁膜２５が形成されている。

【００２８】このドレイン領域へのコンタクトホールを
介して、画素電極１はドレイン領域に電気的に接続され
ている。そして、画素電極１はインジウム錫酸化物（In
diumTin Oxide, 以下、ＩＴＯと記す）等からなり、第
３層間絶縁膜２５の上面に設けられている。なお、画素
電極１とドレイン領域とは、データ線３と同一のＡｌ膜
や走査線４と同一のポリシリコン膜を中継して電気的に
接続するようにしてもよい。

【００２９】一方、対向基板１５上には、ＴＦＴアレイ
基板８上の画素スイッチング用ＴＦＴ２、走査線４、デ
ータ線３等に対応する位置に第２遮光膜２６が設けら
れ、全面にＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極２７
が設けられている。そして、ＴＦＴアレイ基板８の画素
電極１上を含む第３層間絶縁膜２５の上面、対向基板１
５の対向電極２７の上面には、ポリイミド等の有機薄膜
からなり、ラビング処理等の所定の配向処理が施された
配向膜２８，２９がそれぞれ設けられている。

【００３０】本実施の形態の場合、ＴＦＴアレイ基板８
と対向基板１５とからなる一対の基板の両外面には、マ
イクロプリズムアレイ３１，３２がそれぞれ固定されて
いる。このマイクロプリズムアレイ３１，３２は、後述
する光源からの光を液晶セル３０に入射させる際に入射
光の光軸Ｌを液晶セル３０の入射面に対する法線方向か
ら当該液晶セル３０に固有の明視方向側に角度θだけ傾
けるための光偏向手段を構成し、複数個のマイクロプリ
ズム３１ａ，３２ａが配列されてなるものである。ＴＦ
Ｔアレイ基板８および対向基板１５に対するマイクロプ
リズムアレイ３１，３２の各マイクロプリズム３１ａ，
３２ａの屈折面の向きは、当該液晶セル３０に固有の明
視方向に光軸が傾くように配置しさえすればよく、光は
ＴＦＴアレイ基板８側から入射させても、対向基板１５
側から入射させてもいずれでもよい。また、個々のマイ
クロプリズム３１ａ，３２ａの配置は液晶セルの各画素
と１対１に対応していてもよいし、対応していなくても
よい。また、光軸Ｌを入射面に対する法線方向から傾け
る角度θについては、個々の液晶セル３０のコントラス
ト特性に応じて決定すればよい。

【００３１】次に、本実施形態の投射型液晶表示装置の
構成例を図５に基づいて説明する。なお、以下の説明で
は、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ軸の正方
向、光の進行方向（ｚ軸の正方向側）からみて３時の方
向をｘ軸の正方向、１２時の方向をｙ軸の正方向とす
る。

【００３２】図５は、この発明の投射型表示装置の要部
を示す概略平面図である。この投射型液晶表示装置３４
は、照明光学系３５と、ダイクロイックミラー３６，３
７を含む色光分離光学系３８と、反射ミラー３９，４０
と、入射側レンズ４１と、リレーレンズ４２とを含む導
光光学系４３と、反射ミラー４４と、３枚のフィールド
レンズ４５，４６，４７と、３枚の液晶ライトバルブ４
８，４９，５０と、クロスダイクロイックプリズム５１
と、投射レンズ系５２とを備えている。液晶ライトバル
ブ４８，４９，５０は、それぞれ、液晶セル４８ｂ，４
９ｂ，５０ｂと、入射側偏光板４８ａ，４９ａ，５０ａ
と、出射側偏光板４８ｃ，４９ｃ，５０ｃとを備えてい
る。

【００３３】また、各液晶ライトバルブ４８，４９，５
０の前段に位置するダイクロイックミラー３７、および
反射ミラー４０，４４は、任意の方向に回転可能に設置
され、各液晶セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂに光を入射さ
せる際にその光軸を液晶セルの入射面に対する法線方向
から当該液晶セルに固有の明視方向側に傾けるための光
偏向手段となる。

【００３４】照明光学系３５は、略平行な光束を出射す
る光源５３と、第１のレンズアレイ５４と、第２のレン
ズアレイ５５と、重畳レンズ５６と、反射ミラー５７と
を備えている。照明光学系３５は、３枚の液晶ライトバ
ルブ４８，４９，５０の照明領域である液晶セル４８
ｂ，４９ｂ，５０ｂの有効領域をほぼ均一に照明するた
めのインテグレータ光学系である。

【００３５】光源５３は、放射状の光線を出射する放射
光源としての光源ランプ５８と、光源ランプ５８から出
射された放射光をほぼ平行な光線束として出射する凹面
鏡５９とを有している。光源ランプ５８としては、ハロ
ゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが
用いられることが多い。凹面鏡５９としては、放物面鏡
を用いることが好ましい。

【００３６】第１のレンズアレイ５４は略矩形状の輪郭
を有する小レンズ６１がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列
された構成を有している。各小レンズ６１は、光源５３
から入射された平行な光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個
の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレ
イ５５の近傍で結像させる。各小レンズ６１をｚ方向か
ら見た外形形状は、液晶セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂの
形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例え
ば、液晶ライトバルブ４８，４９，５０の照明領域（画
像が表示される領域）のアスペクト比（横と縦の寸法の
比率）が４：３であるならば、各小レンズ６１のアスペ
クト比も４：３に設定する。

【００３７】第２のレンズアレイ５５も、第１のレンズ
アレイ５４の小レンズ６１に対応するように、小レンズ
６２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有し
ている。第２のレンズアレイ５５は、第１のレンズアレ
イ５４から出射された各部分光束の中心軸（主光線）が
重畳レンズ５６の入射面に垂直に入射するように揃える
機能を有している。さらに、重畳レンズ５６は、複数の
部分光束を３枚の液晶セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂ上で
重畳させる機能を有している。また、フィールドレンズ
４５，４６，４７は、照明領域に照射される各部分光束
をそれぞれの中心軸（主光線）に平行な光束に変換する
機能を有する。なお、本実施例では、第２のレンズアレ
イ５５と重畳レンズ５６を別々の構成としているが、第
２のレンズアレイ５５に重畳レンズ５６の機能を併せ持
たせるようにしてもよい。例えば、各小レンズを偏心レ
ンズで構成するようにしてもよい。また、第２のレンズ
アレイ５５は、光源５３から出射される光束が平行性に
優れている場合には、省略することも可能である。

【００３８】第２のレンズアレイ５５は、図５に示すよ
うに、反射ミラー５７を挟んで第１のレンズアレイ５４
に対して９０°傾いて配置されている。反射ミラー５７
は、第１のレンズアレイ５４から出射された光束を第２
のレンズアレイ５５に導くために設けられている。照明
光学系の構成によっては、必ずしも必要としない。例え
ば、第１のレンズアレイ５４および光源５３が第２のレ
ンズアレイ５５に平行に設けられていれば必要ではな
い。

【００３９】図５に示す投射型液晶表示装置３４におい
て、光源５３から出射された略平行な光束は、インテグ
レータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ５
４，５５によって、複数の部分光束に分割される。第１
のレンズアレイ５４の各小レンズ６１から出射された部
分光束は、第２のレンズアレイ５５の各小レンズ６２の
近傍で光源５３の光源像（２次光源像）が形成されるよ
うに集光される。第２のレンズアレイ５５の近傍に形成
された２次光源像から出射された部分光束は、拡散しな
がら重畳レンズ５６によって液晶セル４８ｂ，４９ｂ，
５０ｂの有効領域（表示領域）上で重畳される。上記の
結果、各液晶セル４８ｂ，４９ｂ，５０ｂは、ほぼ均一
に照明される。

【００４０】色光分離光学系３８は、２枚のダイクロイ
ックミラー３６，３７を備え、重畳レンズ５６から出射
される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を
有している。第１のダイクロイックミラー３６は、照明
光学系３５から出射された白色光束の赤色光成分を透過
させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射す
る。第１のダイクロイックミラー３６を透過した赤色光
は、反射ミラー４４で反射され、フィールドレンズ４５
を通って赤光用の液晶ライトバルブ４８に達する。この
時、反射ミラー４４を入射光の光軸に対して４５°の角
度から任意の方向に傾けると、赤光用の液晶ライトバル
ブ４８の液晶セル４８ｂへの入射光の光軸を液晶セル４
８ｂの入射面に対する法線方向からそのセルの明視方向
側に傾けることができる。また、フィールドレンズ４５
は、第２のレンズアレイ５５から出射された各部分光束
をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換す
る。他の液晶ライトバルブ４９，５０の前に設けられた
フィールドレンズ４６，４７も同様である。

【００４１】第１のダイクロイックミラー３６で反射さ
れた青色光と緑色光のうち、緑色光は第２のダイクロイ
ックミラー３７によって反射され、フィールドレンズ４
６を通って緑光用の液晶ライトバルブ４９に達する。こ
の時、第２のダイクロイックミラー３７を入射光の光軸
に対して４５°の角度から任意の方向に傾けると、緑光
用の液晶ライトバルブ４９の液晶セル４９ｂへの入射光
の光軸を液晶セルの入射面に対する法線方向から明視方
向側に傾けることができる。

【００４２】一方、青色光は、第２のダイクロイックミ
ラー３７を透過し、入射側レンズ４１、リレーレンズ４
２および反射ミラー３９，４０を備えたリレーレンズ系
（導光光学系）４３を通り、さらに出射側レンズ（フィ
ールドレンズ）４７を通って青色光用の液晶ライトバル
ブ５０に達する。この場合も赤色光の場合と同様、反射
ミラー４０を入射光の光軸に対して４５°の角度から任
意の方向に傾けると、青光用の液晶ライトバルブ５０の
液晶セル５０ｂへの入射光の光軸を液晶セルの入射面に
対する法線方向から明視方向側に傾けることができる。
なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、
青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長い
ため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止する
ためである。すなわち、入射側レンズ４１に入射した部
分光束をそのまま出射側レンズ４７に伝えるためであ
る。

【００４３】液晶ライトバルブ４８は、入射側偏光板４
８ａと、液晶セル４８ｂと、出射側偏光板４８ｃとを備
えている。入射側偏光板４８ａは、その透過軸がｓ偏光
の方向に設定されており、入射した光のうちｓ偏光光の
みを透過する。液晶セル４８ｂは、与えられた画像情報
（画像信号）に従って、入射側偏光板４８ａから出射さ
れた赤色光の偏光光の偏光方向を変調する。出射側偏光
板４８ｃは、その透過軸がｐ偏光の方向に設定されてお
り、液晶セル４８ｂから出射した変調光のうち、ｐ偏光
光のみを透過する。これにより、液晶ライトバルブ４８
ａは、与えられた画像情報に従って入射光を変調して画
像を形成する機能を有している。

【００４４】液晶ライトバルブ４９，５０も、それぞれ
入射側偏光板４９ａ，５０ａと、液晶セル４９ｂ，５０
ｂと、出射側偏光板４９ｃ，５０ｃとを備え、液晶ライ
トバルブ４８と同様の機能を有している。また、クロス
ダイクロイックプリズム５１は、３色の色光を合成して
カラー画像を形成する色光合成部としての機能を有して
いる。

【００４５】赤色光の液晶ライトバルブ４８の入射側偏
光板４８ａは、フィールドレンズ４５の平坦な出射面に
貼り付けられている。出射側偏光板４８ｃは液晶セル４
８ｂの出射面に貼り付けられている。液晶セル４８ｂ
は、入射側偏光板４８ａからある程度間隔を隔てて配置
されている。この間隔は、他の構成要素との光学的な関
係、光学距離、レンズの焦点距離等に応じて決定され
る。ただし、液晶セル４８ｂや入射側偏光板４８ａの冷
却を行うために好ましい空間を確保することが望まし
い。

【００４６】赤色光の液晶ライトバルブ４８と同様、緑
色光の液晶ライトバルブ４９の入射側偏光板４９ａも、
フィールドレンズ４６の平坦な出射面に貼り付けられて
いる。また、出射側偏光板４９ｃも液晶セル４９ｂの出
射面に貼り付けられている。液晶セル４９ｂも、入射側
偏光板４９ａからある程度間隔を隔てて配置されてい
る。

【００４７】青光用の液晶ライトバルブ５０は、他の液
晶ライトバルブ４８，４９と異なる構成を有している。
青光用の液晶ライトバルブ５０の入射側偏光板５０ａ
は、液晶セル５０ｂとフィールドレンズ４７との第１の
間隔の間に、液晶セル５０ｂと可能な限り間隔を隔てて
配置されている透明板６３、例えばガラス板の出射面に
貼り付けられている。青光用の液晶ライトバルブ５０の
出射側偏光板５０ｃは、他の液晶ライトバルブ４８，４
９と同様に、液晶セル５０ｂの出射面に貼り付けられて
いる。

【００４８】クロスダイクロイックプリズム５１には、
赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体
多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形
成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色
光が合成されて、カラー画像を投射するための合成光が
形成される。

【００４９】クロスダイクロイックプリズム５１で生成
された合成光は、投射レンズ系５２の方向に出射され
る。投射レンズ系５２は、この合成光を投射スクリーン
６４上に投射して、カラー画像を表示する投射手段とし
ての機能を有する。

【００５０】ところで、本発明者は、ＴＮ液晶を用いた
液晶セルにおいて、例えばセルギャップ、プレティルト
角等のパラメータを任意の値に設定し、コントラスト比
の入射角依存性のシミュレーションを行った。その結果
を図１０に示す。図１０の極座標上に描いた各曲線は等
コントラスト曲線を示しており、中心側ほどコントラス
ト比が高い。例えば最も内側の曲線でコントラスト比が
２５００程度、最も外側の曲線でコントラスト比が３０
０程度である。図１０の通り、一般に等コントラスト曲
線は極座標の原点に対して対称形を示すのではなく、非
対称な形状を示し、この場合で言えばコントラスト比の
高い領域は原点よりもφ＝９０°〜１８０°側の領域に
偏って分布している。なお、この極座標では、原線に対
する角度（方位角）をφ、極軸に対する角度（極角）を
θとする。また、極軸は、液晶セルの入射面に対する法
線方向に一致している。

【００５１】投射型液晶表示装置では、液晶ライトバル
ブの前段に配置したレンズでの屈折等により液晶セルへ
の入射光は集光され、ある程度の入射角分布を持って液
晶セルに入射する。そこで、入射光の角度分布を上記の
極座標における角度θに対応させた時、角度分布範囲の
円内を積分した値が実際のコントラスト比となる。入射
光の角度分布は一般的な投射型液晶表示装置では１０°
程度であり、ここでは例えば、極角方向には半値幅が６
°で正規分布し、方位角に独立であるような光源を仮定
している。そして、極座標の原点をＡ、φ＝１３５°か
つθ＝２°の点をＢ、φ＝３１５°かつθ＝２°の点を
Ｃとして、Ａ，Ｂ，Ｃ各点を中心とした光源の範囲内を
積分し、各点でのコントラスト比を計算した。

【００５２】その結果、各点でのコントラスト比は、Ａ
点が５８０，Ｂ点が７０５，Ｃ点が４００であった。つ
まり、これら３点の中では、Ｂ点におけるコントラスト
比が最も高く、Ｃ点で最も低くなっている。このことか
ら、液晶セルに対して入射光を垂直方向（入射面に対す
る法線方向、Ａ点に対応する方向）から入射させるより
も、コントラスト比の高い領域が偏って分布している方
向（この場合で言えば、φ＝１３５°かつθ＝２°の方
向、Ｂ点に対応する方向）、いわゆる液晶セルの明視方
向から入射させた方がコントラスト比を向上できること
がわかった。

【００５３】そこで、本実施の形態の投射型液晶表示装
置３４においては、液晶セル３０（４８ｂ，４９ｂ，５
０ｂ）の入射面にマイクロプリズムアレイ３１が固定さ
れ、さらにダイクロイックミラー３７、および反射ミラ
ー４０，４４が回転可能に設置されているので、各液晶
ライトバルブ４８，４９，５０の液晶セル４８ｂ，４９
ｂ，５０ｂへの入射光の光軸を当該液晶セルに固有の明
視方向に合わせて傾けることができ、垂直方向から光を
入射させていた従来の投射型液晶表示装置に比べて、コ
ントラスト比を向上させることができる。

【００５４】例えば、液晶セルのコントラスト比の入射
角依存性を決める主なパラメータとして、セル厚を３．
１μｍ、入射側、出射側の両基板上の配向処理によるプ
レティルト角を５°として、実際に作製した液晶セルを
用いて入射光の光軸を垂直にした場合と傾けた場合とで
等コントラスト曲線を求めた。その結果を図６および図
７に示す。入射光の光軸を垂直にした場合が図６であ
る。この場合、コントラスト比の高い領域はφ＝９０°
〜１８０°側の領域に偏って分布している。そこで、上
記実施の形態の光偏向手段を用いて、入射光の光軸をφ
＝１３５°かつθ＝２°の方向に傾けてコントラスト比
を測定した。その結果が図７である。

【００５５】それぞれの場合においてｏｎ／ｏｆｆ時の
透過光量を積分し、コントラスト比を計算すると、図６
の場合が１９６、図７の場合が２０２となる。このよう
に、本実施の形態の投射型液晶表示装置によれば、液晶
セルに対して明視方向から光を入射させることによって
コントラスト比を向上できることが実証された。

【００５６】さらに、液晶セル３０（４８ｂ，４９ｂ，
５０ｂ）の出射側にもマイクロプリズムアレイ３２が固
定されており、入射側のマイクロプリズムアレイ３１に
よって一旦傾いた光軸Ｌが、出射側のマイクロプリズム
アレイ３２によって再度入射面に対する法線方向に戻る
ため、入射側の光学系のみならず、出射側の光学系も変
更することなくコントラスト比の向上が図れ、従来の光
学系をそのまま使用することができるという効果があ
る。

【００５７】また本実施の形態の投射型液晶表示装置３
４においては、光偏向手段として、液晶セル３０（４８
ｂ，４９ｂ，５０ｂ）に固定したマイクロプリズムアレ
イ３１，３２と、液晶ライトバルブ４８，４９，５０の
前段に配置したダイクロイックミラー３７、反射ミラー
４０，４４を兼ね備えた構成としているので、液晶ライ
トバルブ４８，４９，５０自体に入射する時点で光の光
軸を明視方向に傾け、さらに液晶セル４８ｂ，４９ｂ，
５０ｂに入射する時点で傾けることができ、入射光の光
軸を傾けるべき角度が比較的大きい場合でも対応が可能
であり、コントラスト比を充分に最適化することができ
る。

【００５８】［第２の実施の形態］以下、本発明の第２
の実施の形態を図９を参照して説明する。本実施の形態
の投射型液晶表示装置は、１つの液晶ライトバルブを用
いた単板式の液晶プロジェクタの例である。

【００５９】本実施の形態の投射型液晶表示装置７０
は、図９に示すように、ランプ７１とその出射光を前方
に向けて反射するリフレクター７２とからなる光源７３
と、集光レンズ７４と、光分離手段である３枚のダイク
ロイックミラー７５，７６，７７と、液晶ライトバルブ
７８と、投射レンズ７９とから構成されている。なお、
符号８０は画像を投射するスクリーンである。

【００６０】また、液晶ライトバルブ７８は、アクティ
ブマトリクス型液晶セルと、それらの前後に配置される
偏光板（図示せず）とから構成されており、第１の実施
の形態と同様、液晶セルの両外面にはマイクロプリズム
アレイが固定されている。さらに、本実施の形態の場
合、液晶ライトバルブの前段に設置されたダイクロイッ
クミラー７５，７６，７７が回転可能とされている。

【００６１】本実施の形態においても、光偏向手段とし
て液晶セルに固定したマイクロプリズムアレイと、液晶
ライトバルブ７８の前段に回転可能に設置したダイクロ
イックミラー７５，７６，７７を兼ね備えているので、
液晶セルに対して明視方向から光を入射させることによ
ってコントラスト比を充分に向上できるという第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６２】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態では、液晶セルに設置する光偏向手
段としてマイクロプリズムアレイの例を示したが、図８
に示すように、各基板８，１５の外面に、複数の偏心マ
イクロレンズ９１ａ，９２ａが配列されてなる偏心マイ
クロレンズアレイ９１，９２を固定した液晶セル３０を
用いても良い。この構成においても、マイクロプリズム
アレイの場合と同様の作用、効果が得られる。また、本
発明を適用した液晶セルの形態として、ＴＦＴアクティ
ブマトリクス型の例を挙げたが、その他、ＴＦＤ（Thin
Film Diode,薄膜ダイオード）アクティブマトリクス
型、パッシブマトリクス型の液晶セルにも本発明が適用
可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、光偏向手段を設けたことにより液晶セルに対し
てその液晶セル固有の明視方向から光を入射させること
ができるため、従来の垂直入射の投射型液晶表示装置に
比べてコントラスト比を大きく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る投射型液晶表
示装置の液晶セルの等価回路図である。

【図２】 同、液晶セルの断面図である。

【図３】 同、液晶セルの全体構成を示す平面図であ
る。

【図４】 図３のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。

【図５】 本実施形態の投射型液晶表示装置の全体構成
を示す概略構成図である。

【図６】 垂直入射（従来例）の場合の等コントラスト
曲線の一例を示す図である。

【図７】 斜め入射（本発明）の場合の等コントラスト
曲線の一例を示す図である。

【図８】 光偏向手段の他の例を示す液晶セルの断面図
である。

【図９】 本発明の第２の実施形態の投射型液晶表示装
置の全体構成を示す概略構成図である。

【図１０】 一般のＴＮ液晶セルの等コントラスト曲線
の一例を示す図である。

【図１１】 従来の投射型液晶表示装置の一例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

３０，４８ｂ，４９ｂ，５０ｂ 液晶セル ３１，３２ マイクロプリズムアレイ ３１ａ，３２ａ マイクロプリズム ３４，７０ 投射型液晶表示装置 ４８，４９，５０，７８ 液晶ライトバルブ ５２ 投射レンズ系 ５３，７３ 光源 ７９ 投射レンズ ９１，９２ 偏心マイクロレンズアレイ ９１ａ，９２ａ 偏心マイクロレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｆターム(参考） 2H088 EA14 EA15 GA02 HA03 HA04 HA06 HA08 HA13 HA18 HA21 HA23 HA24 HA25 HA28 JA05 MA02 MA06 2H091 FA05Z FA08X FA08Z FA14Z FA21X FA21Z FA26X FA26Z FA29X FA29Z FA41Z GA13 HA07 LA17 MA07 5C060 BB13 BC05 BD02 EA01 GA02 GB06 HC01 HC10 HC24 JA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源から入射される光を変調
   する液晶セルを有する液晶ライトバルブと、前記光源か
   らの光を前記液晶セルに入射させる際に前記光の光軸を
   前記液晶セルの入射面に対する法線方向から当該液晶セ
   ルに固有の明視方向側に傾けるための光偏向手段と、前
   記液晶ライトバルブにより変調された光を投射する投射
   レンズとが具備されたことを特徴とする投射型液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】 前記液晶セルが、一対の基板と、これら
   一対の基板間に挟持されたねじれネマティック型液晶と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 前記光偏向手段が、複数のマイクロプリ
   ズムが配列されてなり、前記液晶セルの入射側に固定さ
   れたマイクロプリズムアレイであることを特徴とする請
   求項１または２に記載の投射型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記光偏向手段が、複数の偏心マイクロ
   レンズが配列されてなり、前記液晶セルの入射側に固定
   された偏心マイクロレンズアレイであることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の投射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記液晶セルに入射された光を前記液晶
   セルから出射させる際に、前記明視方向に傾いた光の光
   軸を前記液晶セルの入射面に対する法線方向に戻すため
   の複数のマイクロプリズムが配列されてなるマイクロプ
   リズムアレイが、前記液晶セルの出射側に固定されたこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の投
   射型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記液晶セルに入射された光を前記液晶
   セルから出射させる際に、前記明視方向に傾いた光の光
   軸を前記液晶セルの入射面に対する法線方向に戻すため
   の複数の偏心マイクロレンズが配列されてなる偏心マイ
   クロレンズアレイが、前記液晶セルの出射側に固定され
   たことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
   の投射型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記光偏向手段が、前記光源と前記液晶
   ライトバルブとの間に任意の方向に回転可能に設けら
   れ、前記光源からの光を前記液晶ライトバルブに向けて
   反射するミラーであることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の投射型液晶表示装置。