JP2002131750A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投写画像のコントラスト比を大幅に向上した
投写型表示装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源３０と、照明光学手段３９と、色分
離光学手段４２と、液晶パネル６０，６１，６２などの
液晶ライトバルブと、色合成光学手段７２と、投写レン
ズ７３と、偏光フィルム５１，５２，５３と液晶パネル
６０，６１，６２との間に介在させた黒表示モードで液
晶層の複屈折により生じる残留位相差を補償する光学位
相補償板５７，５８，５９とを備えて、投写型表示装置
を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどの
ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投
写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面の画像を得るために、映像信号に
応じた画像を形成する小型のライトバルブに光源からの
光を照明し、投写レンズによりその光学像をスクリーン
上に投写、拡大する投写型表示装置が用いられている。

【０００３】ライトバルブにはアクティブマトリクス方
式であって、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶
パネルが広く実用的に用いられている。液晶パネルは、
対向する２枚のガラス基板に配向方向が９０度ねじれた
ネマチック液晶を封入した液晶セルと、その両側に透過
軸が互いに直交するように配置した２枚の偏光フィルム
とから構成される。

【０００４】液晶セルに電圧を印加しない場合には、入
射光側の偏光フィルムを透過した直線偏光は液晶分子の
ねじれに沿って進み、偏光方向が９０度回転し、出射光
側偏光フィルムを透過する（白表示モード）。

【０００５】一方、液晶セルにしきい値より十分高い電
圧を印加した場合には、液晶セル基板付近を除く大部分
の液晶分子が電界方向に並んだホメオトロピック配向と
なり、入射光側の偏光フィルムを透過した直線偏光は偏
光方向が回転せず、出射光側の偏光フィルムで吸収され
る（黒表示モード）。

【０００６】このようにして、印加電圧により液晶のね
じれ配向を変化させ、透過率を制御することにより画像
を形成している。

【０００７】図８は従来の投写型表示装置を示したもの
である。光源である放電ランプ１からの放射光は放物面
鏡２により集光され、ほぼ平行光の光束に変換される。
その平行光束は第１のレンズアレイ板３に入射する。第
１のレンズアレイ板３は複数の矩形のレンズ素子から構
成され、各矩形のレンズ素子により入射光束を多数に分
割し、第２のレンズアレイ板４の複数の各レンズに収束
させる。第２のレンズアレイ板４を出射した光は、偏光
変換光学素子５に入射する。偏光変換光学素子５は自然
光を２つの偏光方向に分離した後、一方向の偏光光に変
換する。第２のレンズアレイ板４と集光レンズ６は、第
１のレンズアレイ板３の各レンズ素子を液晶パネル２
１，２２，２３上に重畳結像させる。集光レンズ６を出
射した光は、ミラー７で反射され、ダイクロイックミラ
ー８，９により、緑、赤、青の３原色光に分離された
後、緑の色光はダイクロイックミラー９で反射され、赤
の色光はミラー１０で反射され、青の色光はミラー１
１，１２で反射され、それぞれの色光に対応する液晶パ
ネル２１，２２，２３に入射する。このようにして、分
割した多数の光束を液晶パネル上に重畳させて均一な照
明を行う。リレーレンズ１３，１４は、第２のレンズア
レイ板４と液晶パネル２３までの距離である照明光路長
の違いによる液晶パネルへの照明光の強度差を補正して
いる。フィールドレンズ１５，１６，１７はそれぞれ液
晶パネル２１，２２，２３への照明光を投写レンズ２８
の瞳面に集光する。

【０００８】液晶パネル２１，２２，２３の両側には、
それぞれ両側に透過軸が互いに直交するように配置した
入射側偏光フィルム１８，１９，２０と出射側偏光フィ
ルム２４，２５，２６とが配置されている。液晶パネル
２１，２２，２３を出射した緑、赤、青の３原色光をダ
イクロイックプリズム２７により合成した後、投写レン
ズ２８に入射する。投写レンズ２８は液晶パネル２１，
２２，２３の画像をスクリーン（図示せず）上に拡大投
写する。高効率な投写型表示装置を実現するため、一般
的に、投写レンズのＦナンバーは１．７〜２．７、照明
光のＦナンバーは２．０〜３．０で構成されている。

【０００９】このような液晶ライトバルブを用いた投写
型表示装置においては、高輝度で均一な大画面の画像が
得られるようになってきた。しかしながら、投写画像の
高画質化、特に、高コントラスト化が課題となってい
る。

【００１０】一方、直視型の液晶表示素子技術には、コ
ントラストの視野角特性を改善するため、光学異方素子
が開示されている（例えば、特開平６−２１４１１６号
公報参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】液晶ライトバルブを用
いた投写型表示装置のコントラスト比の低下要因として
は、液晶パネルへの光入射角依存性と液晶パネルの画素
周辺部の液晶配向乱れによる光漏れがある。画素周辺部
の液晶配向乱れは、液晶層の平坦化や画素遮光構造によ
り改善される。

【００１２】液晶セルのネマチック液晶は光学的に正の
一軸性であり、光軸に対して斜めに入射した光は、その
入射角度に応じた一方向の屈折率が増加することによる
複屈折が生じる。このため、液晶セルに入射した直線偏
光は複屈折により位相差を生じて楕円偏光となり、その
一部が出射光側の偏光フィルムを透過する。したがっ
て、黒表示モードでの光漏れとなり、コントラスト比が
低下する。

【００１３】また、黒表示モードでの液晶分子の配向は
液晶セル基板面から厚み方向に連続的に変化したハイブ
リッド配向となっており、液晶セルの法線方向から入射
する光についても複屈折を生じる。さらに、液晶パネル
への入射角が大きくなる程、複屈折が非常に大きくな
り、コントラスト比が大幅に低下する。

【００１４】一般的に、投写型表示装置の光学系用照明
光のＦナンバーは、２．０〜３．０で構成され、液晶パ
ネルへの入射角は±１４．５度〜±９．６度である。こ
の場合、液晶パネルの入射角依存によりコントラストが
低下するが、投写画像のコントラスト比は２５０：１〜
４００：１程度である。

【００１５】一方、照明光のＦナンバーを大きくする
と、投写型表示装置の光利用効率が低下する。

【００１６】したがって、照明光のＦナンバーが２．０
程度と、液晶パネルへの光の入射角が比較的大きい場合
であっても、コントラストが高い投写画像を得る投写型
表示装置が必要とされている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】投写型表示装置について
の本発明は、次のような手段を講じることにより、上記
の課題を解決するものである。

【００１８】すなわち、液晶ライトバルブの光入射側ま
たは光出射側に配置される偏光フィルムと前記液晶ライ
トバルブの液晶層との間に、液晶ライトバルブの黒表示
画像における液晶層の残留位相差を補償する光学位相補
償板を介在させる。

【００１９】液晶ライトバルブ液晶層を透過する色光
は、黒表示モードにおいて複屈折により残留位相差を生
じる。これに対して、液晶ライトバルブの入射側偏光フ
ィルムまたは出射側偏光フィルムと液晶ライトバルブ液
晶層との間の光学位相補償板は、この光学位相補償板を
各色光が透過する過程において、前記黒表示モードでの
複屈折による残留位相差を補償する。このとき、例え
ば、液晶ライトバルブ液晶層が正の一軸性をもつときに
は、光学位相補償板に負の一軸性をもたせておけばよ
い。このようにして、液晶ライトバルブへの入射角が大
きい光が入射した場合であっても、液晶配向乱れ等に起
因する光漏れを解消し、投写型表示装置におけるコント
ラスト比を向上させることが可能となる。

【００２０】あるいは、液晶ライトバルブとして反射型
の液晶パネルを用いるタイプの投写型表示装置におい
て、入射する光を直交する２つの偏光方向の光に分離す
る偏光分離プリズムと液晶ライトバルブの液晶層との間
に、同様の光学位相補償板を介在させる。

【００２１】反射型の液晶パネルは、映像信号に応じて
電圧が印加されると液晶の複屈折が変化する。反射型の
液晶パネルへの入射光は液晶を透過し、反射膜で反射さ
れ、再び液晶を透過する過程で、複屈折により光の偏光
状態が変化する（例えばＳ偏光からＰ偏光に、またはそ
の逆に）。また、その複屈折により残留位相差を生じ
る。これに対して、偏光分離プリズムと液晶ライトバル
ブの液晶層との間に介在させた光学位相補償板は、この
光学位相補償板を各色光が透過する過程において、前記
黒表示モードでの複屈折による残留位相差を補償する。
したがって、液晶ライトバルブへの入射角が大きい光が
入射した場合であっても、液晶配向乱れ等に起因する光
漏れを解消し、投写型表示装置におけるコントラスト比
を向上させることが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を総括
的に説明する。

【００２３】本願第１の発明の投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの光を被照明領域に照明する照明光学
手段と、前記光源からの白色光を青、緑、赤の３原色光
に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段から
の光が照明され、映像信号に応じて画像を形成する３つ
の液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブからの
青、緑、赤の出射光を受け青、緑、赤の色光を合成する
色合成光学手段と、前記液晶ライトバルブ上の画像をス
クリーン上に投写する投写レンズと、前記液晶ライトバ
ルブの光入射側または光出射側に配置される偏光フィル
ムと前記液晶ライトバルブの液晶層との間に介在させる
ことで前記液晶ライトバルブの黒表示画像における前記
液晶層の残留位相差を補償する光学位相補償板とを備え
ていることを特徴とする。

【００２４】この第１の発明による作用は次のとおりで
ある。光源からの光は照明光学手段を介して色分離光学
手段に入射され、青、緑、赤の色成分の色光に分離さ
れ、各色光がそれぞれに対応した被照明領域すなわち３
つの液晶ライトバルブに入射され、画像を形成する。画
像を形成してそれぞれの液晶ライトバルブから出射した
青、緑、赤の出射光は色合成光学手段において合成さ
れ、投写レンズを介して液晶ライトバルブ上の画像がス
クリーンに投写される。このとき、液晶ライトバルブ液
晶層を透過する色光は、黒表示モードにおいて複屈折に
より残留位相差を生じる。これに対して、液晶ライトバ
ルブの入射側偏光フィルムまたは出射側偏光フィルムと
液晶ライトバルブ液晶層との間の光学位相補償板は、こ
の光学位相補償板を各色光が透過する過程において、前
記黒表示モードでの複屈折による残留位相差を補償す
る。このようにして、液晶ライトバルブへの入射角が大
きい光が入射した場合であっても、液晶配向乱れ等に起
因する光漏れを解消し、投写型表示装置におけるコント
ラスト比を向上させることが可能となる。また、３つの
液晶ライトバルブを用いて投写型表示装置を構成するた
め、明るく、均一で、高解像度、高コントラストな投写
型表示装置を提供することができる。

【００２５】本願第２の発明の投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの光を被照明領域に照明する照明光学
手段と、前記照明光学手段からの光が照明され、映像信
号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、
前記液晶ライトバルブ上の画像をスクリーン上に投写す
る投写レンズと、前記液晶ライトバルブの光入射側また
は光出射側に配置される偏光フィルムと前記液晶ライト
バルブの液晶層との間に介在させることで前記液晶ライ
トバルブの黒表示画像における前記液晶層の残留位相差
を補償する光学位相補償板とを備えていることを特徴と
する。

【００２６】この第２の発明は、上記の第１の発明との
対比において、液晶ライトバルブを単一とし、色分離光
学手段と色合成光学手段とが省略されたことで相違して
いる。

【００２７】この第２の発明による作用は次のとおりで
ある。光源からの光は照明光学手段を介して被照明領域
すなわち単一の液晶ライトバルブに入射され、画像を形
成する。画像を形成して液晶ライトバルブから出射した
出射光は投写レンズを介して液晶ライトバルブ上の画像
がスクリーンに投写される。このとき、液晶ライトバル
ブ液晶層を透過する光は、黒表示モードにおいて複屈折
により残留位相差を生じる。これに対して、液晶ライト
バルブの入射側偏光フィルムまたは出射側偏光フィルム
と液晶ライトバルブ液晶層との間の光学位相補償板は、
この光学位相補償板を光が透過する過程において、前記
黒表示モードでの複屈折による残留位相差を補償する。
したがって、液晶ライトバルブへの入射角が大きい光が
入射した場合であっても、液晶配向乱れ等に起因する光
漏れを解消し、投写型表示装置におけるコントラスト比
を向上させることが可能となる。また、用いる液晶ライ
トバルブが１つであるため、小型で、低コストな投写型
表示装置を構成できる。

【００２８】なお、カラーフィルタを設けることにより
カラー表示の投写型表示装置となり、設けなければモノ
クロ表示の投写型表示装置となり、さらに、低コストな
投写型表示装置が構成できる。

【００２９】本願第３の発明の投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの光を被照明領域に照明する照明光学
手段と、前記光源からの白色光を青、緑、赤の色成分の
光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段か
らの光が入射し、映像信号に応じて画像を形成する１つ
の液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブ上の画像
をスクリーン上に投写する投写レンズと、前記液晶ライ
トバルブの光入射側または光出射側に配置される偏光フ
ィルムと前記液晶ライトバルブの液晶層との間に介在さ
せることで前記液晶ライトバルブの黒表示画像における
前記液晶層の残留位相差を補償する光学位相補償板とを
備えていることを特徴とする。

【００３０】この第３の発明は、上記の第１の発明との
対比において、液晶ライトバルブを単一とし、色分離光
学手段からの光を、その単一の液晶ライトバルブに入射
することで画像が形成されるようにしてあることと、し
たがって、色合成光学手段が省略されたことで相違して
いる。色分離光学手段からの光は、単一の液晶ライトバ
ルブに対して集光するように入射させることになる。

【００３１】この第３の発明は、また、上記の第２の発
明との対比において、液晶ライトバルブが単一である点
で共通であるが、その液晶ライトバルブはカラー対応の
ものであることと、色分離光学手段を備えている点で相
違している。

【００３２】この第３の発明による作用は次のとおりで
ある。光源からの光は照明光学手段を介して色分離光学
手段に入射され、青、緑、赤の色成分の色光に分離さ
れ、各色光が対応した共通の被照明領域すなわち単一の
液晶ライトバルブに入射され、画像を形成する。画像を
形成して液晶ライトバルブから出射した青、緑、赤の出
射光は投写レンズを介して液晶ライトバルブ上の画像が
スクリーンに投写される。このとき、液晶ライトバルブ
液晶層を透過する色光は、黒表示モードにおいて複屈折
により残留位相差を生じる。これに対して、液晶ライト
バルブの入射側偏光フィルムまたは出射側偏光フィルム
と液晶ライトバルブ液晶層との間の光学位相補償板は、
この光学位相補償板を各色光が透過する過程において、
前記黒表示モードでの複屈折による残留位相差を補償す
る。したがって、液晶ライトバルブへの入射角が大きい
光が入射した場合であっても、液晶配向乱れ等に起因す
る光漏れを解消し、投写型表示装置におけるコントラス
ト比を向上させることが可能となる。

【００３３】本願第４の発明の投写型表示装置は、光源
と、前記光源からの光を被照明領域に照明する照明光学
手段と、前記光源からの白色光を青、緑、赤の色成分の
光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段か
らの各色光が入射し、入射する光を直交する２つの偏光
方向の光に分離する３つの偏光分離プリズムと、前記各
偏光分離プリズムからの光が入射し、映像信号に応じて
画像が形成される３つの液晶ライトバルブと、前記液晶
ライトバルブからの青、緑、赤の出射光が前記偏光分離
プリズムを透過して入射する青、緑、赤の色光を合成す
る色合成光学手段と、前記液晶ライトバルブ上の画像を
スクリーン上に投写する投写レンズと、前記偏光分離プ
リズムと前記液晶ライトバルブの液晶層との間に介在さ
せることで前記液晶ライトバルブの黒表示画像における
前記液晶層の残留位相差を補償する光学位相補償板を備
えていることを特徴とする。

【００３４】この第４の発明による作用は次のとおりで
ある。光源からの光は照明光学手段を介して色分離光学
手段に入射され、青、緑、赤の色成分の色光に分離さ
れ、各色光がそれぞれに対応した偏光分離プリズムに入
射され、直交する２つの偏光方向の光に分離される。そ
のうちそれぞれ一方の偏光の青、緑、赤の光が被照明領
域すなわち３つの液晶ライトバルブに入射され、画像を
形成する。画像を形成してそれぞれの液晶ライトバルブ
から出射した青、緑、赤の一方の偏光の光はそれぞれに
対応した色分離光学手段を再び透過し、さらに色合成光
学手段において合成され、投写レンズを介して液晶ライ
トバルブ上の画像がスクリーンに投写される。

【００３５】通常、このタイプの投写型表示装置では、
その液晶ライトバルブとして反射型の液晶パネルを用い
る。反射型の液晶パネルは、映像信号に応じて電圧が印
加されると液晶の複屈折が変化する。反射型の液晶パネ
ルへの入射光は液晶を透過し、反射膜で反射され、再び
液晶を透過する過程で、複屈折により光の偏光状態がＳ
偏光からＰ偏光に変化する。また、その複屈折により残
留位相差を生じる。これに対して、偏光分離プリズムと
液晶ライトバルブの液晶層との間に介在させた光学位相
補償板は、この光学位相補償板を各色光が透過する過程
において、前記黒表示モードでの複屈折による残留位相
差を補償する。したがって、液晶ライトバルブへの入射
角が大きい光が入射した場合であっても、液晶配向乱れ
等に起因する光漏れを解消し、投写型表示装置における
コントラスト比を向上させることが可能となる。また、
３つの液晶ライトバルブを用いて投写型表示装置を構成
するため、明るく、均一で、高解像度、高コントラスト
な投写型表示装置を提供することができる。

【００３６】なお、反射型液晶パネルを用いる場合、光
学位相補償板には光が２回透過するため、２回透過での
位相差で、液晶層の複屈折による残留位相差を補償する
ように構成する。

【００３７】また、反射型の液晶パネルの場合、偏光フ
ィルムを用いないため、光学位相補償板の温度上昇は比
較的小さく、複屈折を生じる光学部品の介在もないた
め、黒表示モードでのむらを生じない。

【００３８】以下、好ましい実施の形態について、総括
的に説明する。

【００３９】上記の第１〜第３の発明において、前記光
学位相補償板については、一方の面に入射側偏光フィル
ムを貼り合わせている支持基板のもう一方の面に、この
光学位相補償板が貼り合わされている形態がある。

【００４０】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、一方の面に出射側偏光
フィルムを貼り合わせている支持基板のもう一方の面
に、この光学位相補償板が貼り合わされている形態があ
る。

【００４１】光学位相補償板は、温度上昇が大きくなる
と、位相補償液晶の配向乱れを生じ、補償すべき位相差
が得られなくなり、黒表示モードでのコントラスト低下
やむらの原因となる。一方で、偏光フィルムは、光吸収
によって温度上昇を伴う。支持基板としてサファイアガ
ラスなどの熱伝導流率が高く放熱効果が大きな材質のも
のを用いると、空冷によって偏光フィルムの熱を効率良
く放熱することができ、光学位相補償板への熱伝導を抑
制することが可能となり、光学位相補償板の温度上昇を
抑制することができる。すなわち、偏光フィルムの信頼
性を確保しつつ、光学位相補償板の温度上昇抑制に伴う
残留位相差補償の機能を充分に発揮させることができ
る。

【００４２】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、入射側偏光フィルムの
一方の面に、この光学位相補償板が貼り合わされている
形態がある。

【００４３】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、出射側偏光フィルムの
一方の面に、この光学位相補償板が貼り合わされている
形態がある。

【００４４】偏光フィルムの温度上昇した熱が光学位相
補償板に伝導しやすく、偏光フィルム自体の放熱効率も
やや低下する。しかし、上記の場合と比較して、偏光フ
ィルムと液晶ライトバルブとの間に、偏光フィルムの偏
光膜ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）や光学位相補償
層の支持体であるＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、
貼り合わせの材料である粘着樹脂、サファイアガラスな
ど光学的に複屈折を生じ、かつ、温度上昇に伴う位相が
変化する部品の介在が少ないため、黒表示モードでのむ
らがなく、投写画像のコントラスト比向上効果が大き
い。したがって、偏光フィルムの温度上昇が比較的小さ
い場合に、黒表示モードでのむらがなく、コントラスト
比を大幅に向上できる。

【００４５】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、入射側または出射側の
偏光フィルムを貼り合わせている支持基板とは分離した
支持基板を用意し、その分離した支持基板に、この光学
位相補償板が貼り合わされている形態がある。

【００４６】光学位相補償板は偏光フィルムの温度上昇
の影響を受けず、また、偏光フィルムの支持基板にサフ
ァイアガラスを用いれば、その放熱効率も非常に高い。
このため、光源から非常に強力な光が入射した場合であ
っても、偏光フィルムのＴＡＣ（トリアセチルセルロー
ス）層の温度上昇による位相変化を非常に小さくでき
る。また、光学位相補償板の温度上昇を伴わず、偏光フ
ィルムの信頼性を確保できる。したがって、黒表示モー
ドでのむらがなく、投写画像のコントラスト比を大幅に
向上できる。

【００４７】また、上記の第１〜第４の発明において、
前記支持基板については、これをガラス基板にする形態
や、熱伝導率の高いサファイアガラスにする形態があ
る。

【００４８】サファイアガラスにした場合には、熱伝導
流率が高く放熱効果が大きいので、偏光フィルムの信頼
性向上や、光学位相補償板の残留位相差補償の機能の向
上を図ることができる。

【００４９】また、上記の第１〜第４の発明において、
前記光学位相補償板については、黒表示画像における液
晶層の入射側配向膜近傍液晶と出射側配向膜近傍液晶の
残留位相差を補償するフィルムとして構成する形態があ
る。このように、液晶層の入射側配向膜近傍液晶と出射
側配向膜近傍液晶との双方に対して残留位相差の補償を
行うときは、残留位相差補償の機能が充分に高いものと
なる。

【００５０】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、黒表示画像における液
晶層の入射側配向膜近傍液晶の残留位相差を補償するフ
ィルムとして構成する形態がある。

【００５１】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、黒表示画像における液
晶層の出射側配向膜近傍液晶の残留位相差を補償するフ
ィルムとして構成する形態がある。

【００５２】このように、入射側配向膜近傍液晶だけで
残留位相差を補償するのでも、あるいは逆に出射側配向
膜近傍液晶だけで残留位相差を補償するのでも、双方で
補償する場合よりは劣るけれども、それでも残留位相差
補償の機能は発揮することができる。

【００５３】また、上記の第４の発明において、前記光
学位相補償板については、黒表示画像における液晶層の
一方の面の配向膜近傍液晶の残留位相差を補償するフィ
ルムとして構成する形態がある。

【００５４】反射型の液晶パネルを用いるのが一般的で
あり、その場合には、光学位相補償板には光が往復で２
回透過するため、２回透過での位相差で、液晶層の複屈
折による残留位相差を補償する。反射型の液晶パネルの
場合、偏光フィルムを用いないため、光学位相補償板の
温度上昇は比較的小さく、複屈折を生じる光学部品の介
在もないため、黒表示モードでのむらを生じない。

【００５５】また、上記の第１〜第４の発明において、
前記光学位相補償板については、負の一軸性の化合物を
液晶ライトバルブの液晶層の液晶分子に合わせて厚み方
向で配向角度を連続的に変化させたハイブリッド配向を
有するディスコティック液晶から構成されている形態が
ある。

【００５６】ネマティック液晶の場合、光学的に正の一
軸性であり、また、液晶層に充分に高い電圧を印加した
場合、入射側ガラス基板の液晶の配向方向と出射側ガラ
ス基板の液晶の配向方向は９０度異なり、また、それぞ
れの配向膜側での液晶分子の配向角度はガラス基板面か
ら厚み方向に連続的に変化したハイブリッド配向となっ
ている。ディスコティック液晶の場合には、負の一軸性
であり、正負の打ち消し合いにより、黒表示モードでの
複屈折による残留位相差を精度良く補償することができ
る。

【００５７】また、上記のディスコティック液晶から光
学位相補償板を構成する発明において、前記光学位相補
償板については、前記液晶ライトバルブの液晶層の入射
側配向膜近傍液晶における複屈折による残留位相差を補
償するための第１の光学位相補償フィルムと、前記液晶
層の出射側配向膜近傍液晶における複屈折による残留位
相差を補償するための第２の光学位相補償フィルムとを
積層させて構成されている形態がある。

【００５８】ネマティック液晶に充分高い電圧を印加し
た場合、入射側ガラス基板の液晶の配向方向と出射側ガ
ラス基板の液晶の配向方向は９０度異なり、また、それ
ぞれの配向膜側での液晶分子の配向角度はガラス基板面
から厚み方向に連続的に変化したハイブリッド配向とな
っている。配向のねじれ関係が、入射側と出射側とでは
逆の関係となっている。それを、打ち消すことができ、
黒表示モードでの複屈折による残留位相差を精度良く補
償することができる。

【００５９】また、上記の第１〜第４の発明において、
前記照明光学手段は、光源からの放射光を集光する反射
鏡と、前記反射鏡からの光が入射し、複数のレンズ素子
から構成され前記反射鏡からの光を多数の光束に分割す
る第１のレンズアレイ板と、複数のレンズ素子から構成
され前記第１のレンズアレイ板からの光が入射する第２
のレンズアレイ板と、偏光分離プリズムアレイと偏光回
転手段から構成され、前記第２のレンズアレイ板からの
自然光を一方向の偏光方向の光に変換する偏光変換光学
手段とを備えているという形態がある。液晶ライトバル
ブを効率良く照射することができ、明るい画像を得るこ
とができる。

【００６０】また、上記の第２の発明において、前記液
晶ライトバルブについては、光源側にカラーフィルタを
形成した液晶パネルにする形態がある。

【００６１】また、上記の第３の発明において、前記液
晶ライトバルブについては、青、緑、赤の色光毎に画像
形成の単位である画素開口部に光を収束させるマイクロ
レンズアレイを形成した液晶パネルにする形態がある。
マイクロレンズアレイとすると、色合成光学手段として
のダイクロイックプリズムが不要となる。

【００６２】また、上記の第４の発明において、前記液
晶ライトバルブについて、これを反射型の液晶パネルに
する形態がある。

【００６３】反射型の液晶パネルの場合、偏光フィルム
を用いないため、光学位相補償板の温度上昇は比較的小
さく、複屈折を生じる光学部品の介在もないため、黒表
示モードでのむらを生じない。

【００６４】また、上記の第４の発明において、前記３
つの偏光分離プリズムのうち、前記色合成光学手段のダ
イクロイックミラーの反射に対応する２つの偏光分離プ
リズムについて、その出射面と前記色合成光学手段の入
射面との間に２分の１波長板が介在されている形態があ
る。例えば、ダイクロイックミラーで反射される各色光
をＳ偏光とし、ダイクロイックミラーを透過する色光を
Ｐ偏光とするが、それは、透過についての帯域特性とし
て、Ｓ偏光よりもＰ偏光の方が帯域が広いから、色むら
を防止することができる。

【００６５】また、上記の第１〜第３の発明において、
前記光学位相補償板については、前記液晶ライトバルブ
の光入射側および光出射側の双方に配置されるようにす
るという形態もある。より、効果的な残留位相差補償の
機能を発揮する。

【００６６】また、上記の第１〜第４の発明において、
前記光学位相補償板を、前記３つの液晶ライトバルブの
うちの１つまたは２つの液晶ライトバルブに対応して配
置するという形態もある。

【００６７】（具体的な実施の形態）以下、本発明にか
かわる投写型表示装置の具体的な実施の形態を図面に基
づいて詳細に説明する。

【００６８】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１の投写型表示装置の構成を示したものである。液晶
ライトバルブとして、透過型の液晶パネルを３枚用い
る。

【００６９】図１において、符号の３０は光源である放
電ランプ、３１は放物面鏡、３２は第１のレンズアレイ
板、３３は第２のレンズアレイ板、３４は偏光分離プリ
ズムアレイ、３５は偏光回転手段である２分の１波長
板、３６は偏光分離プリズムアレイ３４と２分の１波長
板３５から構成された偏光変換光学素子、３７は集光レ
ンズ、３８は光路を折り曲げるための反射ミラー、３９
は照明光学手段である。４０は赤透過のダイクロイック
ミラー、４１は緑反射のダイクロイックミラー、４２は
前記両ダイクロイックミラー４０，４１から構成された
色分離光学手段である。４３，４４，４５は反射ミラ
ー、４６，４７はリレーレンズ、４８，４９，５０はフ
ィールドレンズ、５１，５２，５３は入射側偏光フィル
ム、５４，５５，５６は支持基板、５７，５８，５９は
光学位相補償板、６０，６１，６２は液晶パネル、６
３，６４，６５は出射側偏光フィルム、６６，６７，６
８は支持基板、７２は赤反射のダイクロイックミラー７
０と青反射のダイクロイックミラー７１から構成される
色合成光学手段であるダイクロイックプリズム、７３は
投写レンズである。

【００７０】メタルハライドランプ、超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプ等の放電ランプ３０から放射される
光は放物面鏡３１により集光され、ほぼ平行光に変換さ
れる。ほぼ平行光に変換された光は、複数のレンズ素子
から構成される第１のレンズアレイ板３２に入射する。
第１のレンズアレイ板３２に入射した光束は多数の光束
に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズ
から構成される第２のレンズアレイ板３３に収束する。
第１のレンズアレイ板３２のレンズ素子の焦点距離は、
第１のレンズアレイ板３２と第２のレンズアレイ板３３
との間の距離としている。第１のレンズアレイ板３２の
レンズ素子は液晶パネルと相似形の開口形状である。第
２のレンズアレイ板３３のレンズ素子は第１のレンズア
レイ板３２と液晶パネルとがほぼ共役関係となるように
焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板３３から
出射した光は偏光変換光学素子３６に入射する。

【００７１】偏光変換光学素子３６は、偏光分離プリズ
ムアレイ３４と偏光回転手段である２分の１波長板３５
により構成されている。偏光分離プリズムアレイ３４
は、偏光分離プリズムを第２のレンズアレイ板３３のレ
ンズ素子の約２分の１ピッチで配列したものであり、一
つの偏光分離プリズムに入射した光は偏光分離され、Ｐ
偏光は透過し、Ｓ偏光は反射する。反射したＳ偏光の光
は、隣の反射面に入射し再び反射される。透過したＰ偏
光は、偏光方向を９０°回転する２分の１波長板３５に
入射し、Ｐ偏光の光をＳ偏光に変換する。偏光変換光学
素子３６により自然光を一つの偏光方向の光に変換され
た光は集光レンズ３７に入射する。集光レンズ３７は第
２のレンズアレイ板３３の各レンズ素子からの出射した
光を液晶パネル６０，６１，６２上に重畳照明するため
のレンズである。

【００７２】照明光学手段３９から出射した光は、色分
離光学手段４２に入射する。色分離光学手段４２に入射
した光は、赤透過のダイクロイックミラー４０、緑反射
のダイクロイックミラー４１により、赤、緑、青の色光
に分離される。緑の色光はフィールドレンズ４８、入射
側偏光フィルム５１、支持基板５４、光学位相補償板５
７を透過して、液晶パネル６０に入射する。赤の色光は
反射ミラー４３で反射した後、フィールドレンズ４９、
入射側偏光フィルム５２、支持基板５５、光学位相補償
板５８を透過して液晶パネル６１に入射する。青の色光
はリレーレンズ４６，４７や反射ミラー４４，４５を透
過屈折および反射して、フィールドレンズ５０、入射側
偏光フィルム５３、支持基板５６、光学位相補償板５９
を透過して、液晶パネル６２に入射する。

【００７３】３枚の液晶パネル６０，６１，６２はアク
ティブマトリックス方式であって、映像信号に応じた画
素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変
化させ、それぞれの液晶パネル６１，６２，６３の両側
に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏
光フィルム５１，５２，５３と出射側偏光フィルム６
３，６４，６５とを組み合わせて光を変調し、それぞれ
緑、赤、青の画像を形成する。出射側偏光フィルム６
３，６４，６５を透過した各色光は、色合成光学手段で
あるダイクロイックプリズム７２により、赤、青の各色
光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー７０、青反
射のダイクロイックミラー７１によって反射され、緑の
色光と合成され、投写レンズ７３によりスクリーン（図
示せず）上に拡大投写される。

【００７４】このような投写型表示装置は、光源からの
自然光を効率良く直線偏光の光に変換して均一に液晶パ
ネルに照明する照明光学手段３９と、３枚の液晶パネル
６１，６２，６３を用いているため、明るくて解像度の
高い投写画像を得ることができる。

【００７５】次に、図２を用いて光学位相補償板の構成
と作用について説明する。図２には、入射側偏光フィル
ム５１、支持基板５４，６６、光学位相補償板５７、液
晶パネル６０、出射側偏光フィルム６３を示している。
さらに、液晶パネル６０の対向する２枚のガラス基板８
０，８１、ガラス基板８０，８１間に封入された液晶層
８２および黒表示モードでの液晶分子８３，８４の様相
と、光学位相補償板５７について示している。

【００７６】ネマチック液晶は光学的に正の一軸性であ
り、光軸に対して斜めに入射した光は、その入射角度に
応じた一方向の屈折率が増加することによる複屈折が生
じる。このため、黒表示モードの液晶層に入射した直線
偏光は複屈折により位相差を生じて楕円偏光となり、一
部の光が出射側偏光フィルムを透過し、コントラスト比
が低下する。液晶分子の光軸に対しての入射角が大きく
なるほど、コントラスト比は低下する。

【００７７】このため、コントラスト比を向上させるに
は、黒表示モードでの液晶層の複屈折によって生じた残
留する位相差を精度良く補償する必要がある。入射側ガ
ラス基板８０側の液晶の配向方向と出射側ガラス基板８
１側の液晶の配向方向は９０度異なり、また、それぞれ
の配向膜側での液晶分子８３，８４の配向角度はガラス
基板面から厚み方向に連続的に変化したハイブリッド配
向となっている。

【００７８】光学位相補償板５７は、光学的に負の一軸
性をもつディスコティック液晶８８を配向角度が厚み方
向に連続的に変化するように配向させて構成したフィル
ムであり、黒表示モードでの液晶層８２の液晶分子８
３，８４の配向状態での、複屈折による残留位相差を精
度良く補償する。光学位相補償フィルム８５，８６の配
向角はほぼ４度からほぼ６８度まで厚み方向に連続的に
変化し、その平均的な配向角はほぼ４０度で、平均的な
位相差は６０〜８０ｎｍ程度である。

【００７９】光学位相補償板５７は、入射側ガラス基板
８０側の入射側配向膜近傍の液晶分子８３と出射側ガラ
ス基板８１側の出射側配向膜近傍の液晶分子８４でのそ
れぞれでの複屈折による位相差を補償するため、それぞ
れに対応した光学位相補償フィルム８５，８６を積層さ
せている。図中には、模式的に液晶層８２の厚み方向の
液晶分子８７に対応して、複屈折による位相差を補償す
る光学位相補償板５７の液晶分子８８を矢印により対比
させて示している。

【００８０】すなわち、対応線で示すように、光学位
相補償板５７における液晶パネル６０に近い側の第１の
光学位相補償フィルム８５の下手側のディスコティック
液晶分子は入射側ガラス基板８０側の上手側の液晶分子
に対する位相差補償を行う。同様に、対応線で示すよ
うに、第１の光学位相補償フィルム８５の中間のディス
コティック液晶分子は入射側ガラス基板８０側の中間の
液晶分子に対する位相差補償を行い、対応線で示すよ
うに、第１の光学位相補償フィルム８５の上手側のディ
スコティック液晶分子は下手側の液晶分子に対する位相
差補償を行っている。

【００８１】また、対応線で示すように、光学位相補
償板５７における液晶パネル６０から遠い側の第２の光
学位相補償フィルム８６の下手側のディスコティック液
晶分子は出射側ガラス基板８１側の下手側の液晶分子に
対する位相差補償を行う。同様に、対応線で示すよう
に、第２の光学位相補償フィルム８６の中間のディスコ
ティック液晶分子は出射側ガラス基板８１側の中間の液
晶分子に対する位相差補償を行い、対応線で示すよう
に、第２の光学位相補償フィルム８６の上手側のディス
コティック液晶分子は上手側の液晶分子Ｆに対する位相
差補償を行っている。

【００８２】光学位相補償板５７を構成している２つの
光学位相補償フィルム８５，８６のうち、液晶パネル６
０に近い側の第１の光学位相補償フィルム８５は、入射
側ガラス基板８０側の入射側配向膜近傍の液晶分子８３
における残留位相差に対する位相差補償を行う。

【００８３】これに対して、液晶パネル６０から遠い側
の第２の光学位相補償フィルム８６は、出射側ガラス基
板８１側の出射側配向膜近傍の液晶分子８４における残
留位相差に対する位相差補償を行う。

【００８４】光学位相補償板５７は２つの光学位相補償
フィルム８５，８６を積層させた構成であるが、光学位
相補償フィルム８５，８６のそれぞれを分離独立させて
も、あるいは一方だけを用いても、複屈折による残留位
相差に対する補償効果はある。

【００８５】このようにして、液晶層８２での複屈折に
よる残留位相差を精度良く補償する光学位相補償板５７
により、液晶パネル６０への入射角が大きい光が入射し
た場合であっても、投写画像のコントラスト比を大幅に
向上させることができる。

【００８６】図３に入射側偏光フィルムと液晶パネルと
の間に光学位相補償板を配置した構成を示す。図３の
（ａ）は支持基板９１の両側に、光学位相補償板９２と
入射側偏光フィルム９０とを貼り合わせた構成、図３の
（ｂ）は支持基板９１の一方の面に入射側偏光フィルム
９０を貼り合わせ、さらに入射側偏光フィルム９０に光
学位相補償板９２を貼り合わせた構成、図３の（ｃ）は
入射側偏光フィルム９０、光学位相補償板９２をそれぞ
れ独立した支持基板９１，９６に貼り合わせた構成であ
る。９４は出射側偏光フィルム、９５は支持基板であ
る。

【００８７】光学位相補償板９２は、それ自体は透明で
あって光をほとんど吸収せず、光損失はほとんどない。
したがって、白表示モードでの明るさ低下はほとんどな
い。一方、外的要因により光学位相補償板９２の温度上
昇が大きくなると、位相補償液晶の配向乱れを生じ、補
償すべき位相差が得られず、黒表示モードでのコントラ
スト低下やむらを生じる。

【００８８】また、偏光フィルムと液晶層との間に、光
学位相補償板９２以外で、複屈折を生じる部品が介在
し、かつ、面内での温度や湿度による位相変化がある
と、補償すべき位相差が得られず、むらやコントラスト
比の向上効果の低下を生じる。

【００８９】光学位相補償板９２以外で複屈折を生じる
部材としては、偏光板フィルムの偏光膜であるポリビニ
ールアルコール（ＰＶＡ）や光学位相補償板の支持体と
して用いるトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、支持基
板であるサファイアガラスがある。

【００９０】図３の（ａ）は支持基板９１の両側に入射
側偏光フィルム９０と光学位相補償板９２を貼り合わせ
ている。支持基板９１には複屈折のないガラス基板を用
いてもよいが、熱伝導率が高く放熱効果が大きいサファ
イアガラスを用いてもよい。ただし、サファイアガラス
の場合は複屈折を生じるため、サファイアガラスのＣ軸
投影方向と偏光フィルムの透過軸方向を平行にして、複
屈折を生じないように配置する必要がある。

【００９１】入射側偏光フィルム９０は光源からの光が
入射した場合、入射光の偏光方向が透過軸に平行であっ
ても、光吸収による温度上昇を伴う。したがって、熱伝
導率が高く放熱効果が大きいサファイアガラスをもって
支持基板９１を構成することにはメリットがある。

【００９２】入射側偏光フィルム９０の片面が空気であ
って、もう一方の面がサファイアガラス製の支持基板９
１である場合、空冷すれば、入射側偏光フィルム９０の
熱を効率良く放熱できる。このため、光学位相補償板９
２への熱伝導は小さく、その温度上昇は比較的小さい。
したがって、光源から強力な光が入射した場合であって
も、入射側偏光フィルム９０のＴＡＣ（トリアセチルセ
ルロース）層の温度上昇による位相変化を非常に小さく
できるとともに、入射側偏光フィルム９０の信頼性を確
保しつつ、黒表示モードでのむらがなく、投写画像のコ
ントラスト比を向上できる。

【００９３】図３の（ｂ）の場合は、光学位相補償板９
２は、入射側偏光フィルム９０に貼り合わせた構成であ
る。入射側偏光フィルム９０の温度上昇が光学位相補償
板９２に伝導しやすく、入射側偏光フィルム９０自体の
放熱効率もやや低下する。しかし、図３の（ａ）と比較
して、入射側偏光フィルム９０と液晶パネル９３との間
に、偏光フィルムの偏光膜ＰＶＡ（ポリビニールアルコ
ール）や光学位相補償層の支持体であるＴＡＣ（トリア
セチルセルロース）、貼り合わせの材料である粘着樹
脂、サファイアガラスなど光学的に複屈折を生じ、か
つ、温度上昇に伴う位相が変化する部品の介在が少ない
ため、黒表示モードでのむらがなく、投写画像のコント
ラスト比向上効果が大きい。したがって、入射側偏光フ
ィルム９０の温度上昇が比較的小さい場合に、黒表示モ
ードでのむらがなく、コントラスト比を大幅に向上でき
る。

【００９４】図３の（ｃ）の場合は、光学位相補償板９
２は、入射側偏光フィルム９０およびその支持基板９１
とは分離した構成である。光学位相補償板９２は入射側
偏光フィルム９０の温度上昇の影響を受けず、また、入
射側偏光フィルム９０の支持基板９１にサファイアガラ
スを用いれば、その放熱効率も非常に高い。このため、
光源から非常に強力な光が入射した場合であっても、入
射側偏光フィルム９０のＴＡＣ（トリアセチルセルロー
ス）層の温度上昇による位相変化を非常に小さくでき
る。また、光学位相補償板９２の温度上昇を伴わず、入
射側偏光フィルム９０の信頼性を確保できる。したがっ
て、黒表示モードでのむらがなく、投写画像のコントラ
スト比を大幅に向上できる。

【００９５】このように、投写型表示装置を構成する上
で、光源からの光強度や、入射側偏光フィルム９０や液
晶パネル９３の温度などの環境に応じて、図３の（ａ）
乃至図３の（ｃ）のような光学位相補償板９２の配置を
選択的に構成することにより、黒表示モードのむらがな
く、コントラスト比が高い投写画像を得ることができ
る。

【００９６】図４に液晶パネルの出射側に光学位相補償
板を配置した構成を示す。図４の（ａ）は支持基板９５
の両側に、光学位相補償板９２と出射側偏光フィルム９
４とを貼り合わせた構成、図４の（ｂ）は支持基板９５
の一方の面に出射側偏光フィルム９４を貼り合わせ、さ
らに出射側偏光フィルム９４に光学位相補償板９２を貼
り合わせた構成、図４の（ｃ）は出射側偏光フィルム９
４、光学位相補償板９２をそれぞれ独立した支持基板９
５，９７に貼り合わせた構成である。図３の（ａ）〜
（ｃ）の構成と異なるのは、それぞれ光学位相補償板９
２を液晶パネル９３と出射側偏光フィルム９４の間に配
置している点である。

【００９７】出射側偏光フィルム９４への入射光は、入
射側偏光フィルム９０に入射する直線偏光の光を１．０
として、入射側偏光フィルム透過率０．９、液晶パネル
９３の開口率を含む透過率を０．４５とする。この場
合、液晶パネル９３の出射側に配置した場合の光学位相
補償板９２に入射する光強度は、液晶パネル９３の入射
側に配置した構成の場合よりも、約０．５以下となる。
このため、入射光強度が非常に高く、光による光学位相
補償板９２の特性劣化が懸念される場合には、光学位相
補償板９２は液晶パネル９３と出射側偏光フィルム９４
の間に配置した構成の方がよい。

【００９８】図３と同様に、出射側偏光フィルム９４や
液晶パネル９３の温度上昇レベルや光学位相補償板９２
の周囲の温度環境に応じて、図４（ａ）乃至（ｃ）のよ
うな光学位相補償板９２の配置を選択的に構成すること
により、黒表示モードのむらがなく、コントラスト比が
高い投写画像を得ることができる。

【００９９】図１のような投写型表示装置の構成におい
て、照明光学手段３９のＦナンバーが２．０（液晶パネ
ルへの入射光角度は±１４．５度）の場合、入射側偏光
フィルムと液晶パネルの間に光学位相補償板を配置する
ことにより、約１．６倍のコントラスト比の向上効果が
得られた。

【０１００】光学位相補償板５７，５８，５９は、緑、
赤、青の３枚の液晶パネルに対応して配置しているが、
１枚もしくは２枚の液晶パネルに対応するように配置し
てもよい。この場合、光学位相補償板を配置した色光の
投写画像のコントラスト比が向上する。

【０１０１】以上のように、入射側または出射側偏光フ
ィルムと液晶パネルの間に、黒表示モードでの液晶層の
複屈折による残留位相差を補償する光学位相補償板を配
置することにより、黒表示でのむらのない、高コントラ
ストな投写画像を実現できる。さらに、３枚の液晶パネ
ルを用いて投写型表示装置を構成するため、明るく、均
一で、高解像度、高コントラストな投写型表示装置を実
現できるという非常に大きな効果がある。

【０１０２】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２の投写型表示装置の構成を示したものである。液晶
ライトバルブとして、カラーフィルタを形成した透過型
の液晶パネルを１枚用いる。

【０１０３】符号の１００は光源である放電ランプ、１
０１は放物面鏡、１０２は第１のレンズアレイ板、１０
３は第２のレンズアレイ板、１０４は偏光分離プリズム
アレイ、１０５は偏光回転手段である２分の１波長板、
１０６は偏光分離プリズムアレイ１０４と２分の１波長
板１０５から構成された偏光変換光学素子、１０７は集
光レンズ、１０８は光路を折り曲げるための反射ミラ
ー、１０９は本実施の形態２における照明光学手段であ
る。

【０１０４】また、符号の１１０はフィールドレンズ、
１１１は入射側偏光フィルム、１１２は支持基板、１１
３は光学位相補償板、１１５は液晶パネル、１１４は液
晶パネル１１５上に形成されたカラーフィルタ、１１６
は出射側偏光フィルム、１１７は支持基板、１１８は投
写レンズである。実施の形態１の投写型表示装置と異な
るのは、液晶パネルを１枚用いて投写型表示装置を構成
している点である。

【０１０５】照明光学手段１０９から出射した光は、フ
ィールドレンズ１１０、入射側偏光フィルム１１１、支
持基板１１２、光学位相補償板１１３およびカラーフィ
ルタ１１４を透過して、液晶パネル１１５に入射する。
液晶パネル１１５の各画素には青、緑、赤のカラーフィ
ルタ１１５が形成されている。

【０１０６】液晶パネル１１５はアクティブマトリック
ス方式であって、映像信号に応じた画素への印加電圧の
制御により入射する光の偏光状態を変化させ、液晶パネ
ル１１５の両側に透過軸を直交するように配置した入射
側偏光フィルム１１１および出射側偏光フィルム１１６
とを組み合わせて光を変調し、画像を形成する。出射側
偏光フィルム１１６を透過した光は投写レンズ１１８に
よりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。液晶
パネルを１枚用いて構成しているため、低コストで小型
の投写型表示装置が構成できる。

【０１０７】液晶パネル１１５の液晶層での複屈折によ
る残留位相差を精度良く補償する光学位相補償板１１３
により、液晶パネル１１５への入射角が大きい光が入射
した場合であっても、黒表示モードでの液晶層での複屈
折が大幅に小さくなり、投写画像のコントラスト比を大
幅に向上できる。

【０１０８】支持基板１１２には放熱効果が大きいサフ
ァイアガラスを用い、支持基板１１２の両側に入射側偏
光フィルム１１１と光学位相補償板１１３を貼り合わせ
ている構成により、入射側偏光フィルム１１１および光
学位相補償板１１３への温度上昇を抑制できる。したが
って、光源から強力な光が入射した場合であっても、入
射側偏光フィルム１１１の信頼性を確保しつつ、黒表示
モードでのむらが小さく、コントラスト比が高い投写画
像を得ることができる。

【０１０９】以上のように、光学位相補償板により、高
コントラストな投写画像を実現する投写型表示装置が構
成できる。また、１枚の液晶パネルを用いて構成するた
め、非常に小型で、低コストな投写型表示装置を構成で
きる。液晶パネルにはカラーフィルタを形成しないモノ
クロの液晶パネルを用いてもよい。この場合には、さら
に、低コストな投写型表示装置が構成できる。

【０１１０】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３の投写型表示装置の構成を示したものである。液晶
ライトバルブとしては色分離型のマイクロレンズアレイ
を形成した液晶パネルを用いている。

【０１１１】符号の１２０は光源である放電ランプ、１
２１は放物面鏡、１２２は第１のレンズアレイ板、１２
３は第２のレンズアレイ板、１２４は偏光分離プリズム
アレイ、１２５は偏光回転手段である２分の１波長板、
１２６は偏光分離プリズムアレイ１２４と２分の１波長
板１２５から構成される偏光変換光学素子、１２７は集
光レンズ、１２８は照明光学手段である。１２９は緑反
射のダイクロイックミラー、１３０は青反射のダイクロ
イックミラー、１３１は赤反射のダイクロイックミラ
ー、１３２はダイクロイックミラー１２９，１３０，１
３１から構成された色分離光学手段、１３３はフィール
ドレンズ、１３４は入射側偏光フィルム、１３５は支持
基板、１３６は光学位相補償板、１３７は液晶パネル、
１３８は出射側偏光フィルム、１３９は支持基板、１４
０は投写レンズである。

【０１１２】液晶パネル１３７の構成要素としての１４
１はマイクロレンズアレイ、１４２は個々のマイクロレ
ンズ、１４３は液晶層、１４４は基板、１４５Ｒ，１４
５Ｇ，１４５Ｂはそれぞれ赤、緑、青についての画素開
口である。

【０１１３】上記の実施の形態１，２の投写型表示装置
と異なるのは、マイクロレンズアレイを形成した液晶パ
ネルを１枚用いて投写型表示装置を構成している点であ
る。

【０１１４】照明光学手段１２８から出射した光は、色
分離光学手段１３２に入射する。色分離光学手段１３２
に入射した光は、青反射のダイクロイックミラー１３
０、緑反射のダイクロイックミラー１２９、赤反射のダ
イクロイックミラー１３１により、青、緑、赤の色光に
分離される。青、緑、赤の色光は、フィールドレンズ１
３３、入射側偏光フィルム１３４、支持基板１３５、光
学位相補償板１３６を透過して、液晶パネル１３７に入
射する。液晶パネル１３７に入射した各色光はそれぞれ
光軸がφだけ異なった角度で入射する。青、緑、赤のそ
れぞれの色光はマイクロレンズアレイ１４１により、
青、緑、赤の映像信号が独立に印加される液晶パネル１
３７のそれぞれの画素開口１４５Ｂ，１４５Ｇ，１４５
Ｒに収束して入射する。液晶パネル１３７は、アクティ
ブマトリックス方式であって、映像信号に応じた画素へ
の印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化さ
せ、液晶パネル１３７の両側に透過軸を直交するように
配置した入射側偏光フィルム１３４および出射側偏光フ
ィルム１３８を組み合わせて光を変調し、画像を形成す
る。液晶パネル１３７を透過した各色光は、出射側偏光
フィルム１３８を透過し、投写レンズ１４０によりスク
リーン（図示せず）上に拡大投写される。

【０１１５】色分離型のマイクロレンズアレイ１４１に
入射する赤、緑、青の色光のなす角φは、液晶パネル１
３７の画素ピッチとマイクロレンズ１４２の焦点距離に
よって決まる。マイクロレンズ１４２は画素開口１４５
Ｒ，１４５Ｇ，１４５Ｂの幅に相当する幅であって、マ
イクロレンズアレイ１４１はレンチキュラーレンズの形
状である。マイクロレンズはイオン交換法などにより透
明基板を形成している。

【０１１６】液晶パネル１３７の液晶層１４３での複屈
折による残留位相差を精度良く補償する光学位相補償板
１３６により、液晶パネル１３７への入射角が大きい光
が入射した場合であっても、黒表示モードでの液晶層１
４３の複屈折が大幅に小さくなり、投写画像のコントラ
スト比を大幅に向上できる。

【０１１７】支持基板１３５には放熱効果が大きいサフ
ァイアガラスを用い、支持基板１３５の両側に入射側偏
光フィルム１３４と光学位相補償板１３６を貼り合わせ
ている構成により、入射側偏光フィルム１３４および光
学位相補償板１３６への温度上昇を抑制できる。したが
って、光源から強力な光が入射した場合であっても、入
射側偏光フィルム１３４の信頼性を確保しつつ、黒表示
モードでのむらが小さく、高コントラストな投写画像が
得られる。

【０１１８】以上のように、光学位相補償板により、高
コントラストな投写画像を実現する投写型表示装置が構
成できる。また、１枚の色分離型マイクロレンズアレイ
を形成した液晶パネルを用いて投写型表示装置を構成す
るため、比較的明るく、非常に小型で、低コストな投写
型表示装置を構成できる。

【０１１９】（実施の形態４）図７は本発明の実施の形
態４の投写型表示装置の構成を示したものである。液晶
ライトバルブとしては反射型の液晶パネルを３枚用いて
いる。

【０１２０】符号の１５０は光源である放電ランプ、１
５１は放物面鏡、１５２は第１のレンズアレイ板、１５
３は第２のレンズアレイ板、１５４は偏光分離プリズム
アレイ、１５５は偏光回転手段である２分の１波長板、
１５６は偏光分離プリズムアレイ１５４と２分の１波長
板１５５から構成される偏光変換光学素子、１５７は集
光レンズ、１５８は光路を折り曲げるための反射ミラ
ー、１５９は照明光学手段である。１６０は青反射のダ
イクロイックミラー、１６１は緑反射のダイクロイック
ミラー、１６２はダイクロイックミラー１６０，１６１
から構成された色分離光学手段である。１６３は反射ミ
ラー、１６５，１６７，１６９はそれぞれ偏光分離膜１
６４，１６６，１６８を備えた偏光分離プリズム、１７
０，１７１，１７２は光学位相補償板、１７３，１７
４，１７５は支持基板、１７６，１７７，１７８は反射
型の液晶パネル、１８１は赤反射のダイクロイックミラ
ー１７９と青反射のダイクロイックミラー１８０から構
成される色合成光学手段であるダイクロイックプリズ
ム、１８２は投写レンズ、１８３，１８４は色むらを防
止するための２分の１波長板である。

【０１２１】照明光学手段１５９から出射した光は、色
分離光学手段１６２に入射する。色分離光学手段１６２
に入射した光は、青反射のダイクロイックミラー１６
０、緑反射のダイクロイックミラー１６１により、青、
緑、赤の色光に分離される。分離された緑、赤、青の色
光はそれぞれ偏光分離プリズム１６５，１６７，１６９
に入射する。偏光分離プリズム１６５，１６７，１６９
はそれぞれ誘電体多層膜から構成される偏光分離膜１６
４，１６６，１６８を有するプリズムである。偏光分離
膜の入射角は４５°であり、偏光分離膜面に対してのＰ
偏光を透過させＳ偏光を反射させる。反射した緑、赤、
青の色光のＳ偏光はそれぞれ光学位相補償板１７０，１
７１，１７２を透過し、反射型の液晶パネル１７６，１
７７，１７８に入射する。

【０１２２】反射型の液晶パネル１７６，１７７，１７
８は、アクティブマトリクス方式であって、液晶層と反
射膜とを備えている。液晶には４５度ツイストネマチッ
ク液晶が用いられる。反射型の液晶パネルは、映像信号
に応じて電圧が印加されると液晶の複屈折が変化する。
反射型の液晶パネルへの入射光は液晶を透過し、反射膜
で反射され、再び液晶を透過する過程で、複屈折により
光の偏光状態がＳ偏光からＰ偏光に変化し、出射する。

【０１２３】反射型の液晶パネル１７６から出射した緑
のＰ偏光の色光は、光学位相補償板１７０、偏光分離プ
リズム１６５を透過した後、色合成光学手段であるダイ
クロイックプリズム１８１に入射する。反射型の液晶パ
ネル１７７，１７８からそれぞれ出射した赤、青のＰ偏
光の各色光は、偏光分離プリズム１６７，１６９を透過
し、２分の１波長板１８３，１８４により偏光方向をＳ
偏光に回転された後、色合成光学手段であるダイクロイ
ックプリズム１８１に入射する。ダイクロイックプリズ
ム１８１により緑、赤、青の各色光は合成され、投写レ
ンズ１８２によりスクリーン上に拡大投写される。

【０１２４】上記において、ダイクロイックミラー１７
９，１８０で反射される赤と青の各色光をＳ偏光とし、
ダイクロイックミラー１７９，１８０を透過する緑の色
光をＰ偏光とするのは、色むらを防止するためである。
それは、透過についてはＰ偏光の方が帯域特性として、
Ｓ偏光よりもＰ偏光の方が帯域が広いからである。

【０１２５】一方、反射型の液晶パネル１７６，１７
７，１７８により偏光状態が変化されないＳ偏光は、偏
光分離プリズム１６５，１６７，１６９で反射し、照明
光学手段１５９側に戻る。このようにして、反射型の液
晶パネルで光の偏光状態の変化として形成される光学像
がスクリーン（図示せず）上に拡大投写され、フルカラ
ーの投写画像が形成される光学位相補償板１７０，１７
１，１７２は、液晶パネルの液晶層での複屈折による残
留位相差を精度良く補償するため、液晶パネル１７６，
１７７，１７８への入射角が大きい光が入射した場合で
あっても、黒表示モードでの液晶パネルの複屈折が大幅
に小さくなり、投写画像のコントラスト比を大幅に向上
できる。

【０１２６】反射型液晶パネルを用いる場合、光学位相
補償板には光が２回透過するため、２回透過での位相差
で、液晶層の複屈折による残留位相差を補償するように
構成している。

【０１２７】反射型の液晶パネルの場合、偏光フィルム
を用いないため、光学位相補償板１７０，１７１，１７
２の温度上昇は比較的小さく、複屈折を生じる光学部品
の介在もないため、黒表示モードでのむらを生じない。

【０１２８】以上のように、光学位相補償板により、黒
表示モードでのむらがなく、高コントラストの投写画像
が実現できる投写型表示装置が構成できる。３枚の反射
型の液晶パネルを用いて構成するため、明るく高精細で
小型の投写型表示装置が構成できる。

【０１２９】なお、上記の各実施の形態においては、前
面投写の投写型表示装置について示したが、透過型のス
クリーンを用いて、背面投写の投写型表示装置を構成し
てもよい。

【０１３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、画像形成
に必要な偏光フィルムと液晶ライトバルブの間に、ある
いは反射型の液晶パネルである液晶ライトバルブの前面
に、光学位相補償板を備えたことにより、黒表示モード
での液晶パネルの複屈折によって生じる残留位相差を補
償することができるため、投写型表示装置のコントラス
ト比を大幅に高くすることができるという非常にすぐれ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における投写型表示装
置の構成図

【図２】 本発明の実施の形態１における投写型表示装
置の主要部の構成図

【図３】 本発明の光学位相補償板の第１の配置構成図

【図４】 本発明の光学位相補償板の第２の配置構成図

【図５】 本発明の実施の形態２における投写型表示装
置の構成図

【図６】 本発明の実施の形態３における投写型表示装
置の構成図

【図７】 本発明の実施の形態４における投写型表示装
置の構成図

【図８】 従来の投写型表示装置の構成図

【符号の説明】

３０，１００，１２０，１５０……ランプ ３１，１０１，１２１，１５１……放物面鏡 ３２，１０２，１２２，１５２……第１のレンズアレイ
板 ３３，１０３，１２３，１５３……第２のレンズアレイ
板 ３４，１０４，１２４，１５４……偏光分離プリズムア
レイ ３５，１０５，１２５，１５５，１８３，１８４……２
分の１波長板 ３６，１０６，１２６，１５６……偏光変換光学素子 ３７，１０７，１２７，１５７……集光レンズ ３８，４３，４４，４５，１０８，１５８，１６３……
反射ミラー ３９，１０９，１２８，１５９……照明光学手段 ４０……赤透過のダイクロイックミラー ４１，１２９，１６１……緑反射のダイクロイックミラ
ー ４２，１３２，１６２……色分離光学手段 ４６，４７……リレーレンズ ４８，４９，５０，１１０，１３３……フィールドレン
ズ ５１，５２，５３，９０，１１１，１３４……入射側偏
光フィルム ５４，５５，５６，６６，６７，６８，９１，９５，９
６，１１２，１１７，１３５，１３９……支持基板 ５７，５８，５９，９２，１１３，１３６……光学位相
補償板 ６０，６１，６２，９３，１１５，１３７……液晶パネ
ル ６３，６４，６５，９４，１１６，１３８……出射側偏
光フィルム ７０，１３１，１７９……赤反射のダイクロイックミラ
ー ７１，１３０，１６０，１８０……青反射のダイクロイ
ックミラー ７２，１８１……ダイクロイックプリズム ７３，１１８，１４０，１８２……投写レンズ ８０，８１，１４４……液晶パネルの基板 ８２，１４３……液晶層 ８３……入射側配向膜近傍の液晶分子配向 ８４……出射側配向膜近傍の液晶分子配向 ８５……第１の光学位相補償フィルム ８６……第２の光学位相補償フィルム ８７……液晶分子 ８８……ディコスティック液晶分子 １１４……カラーフィルタ １４１……マイクロレンズアレイ １４２……マイクロレンズ １４５Ｂ，１４５Ｇ，１４５Ｒ……画素開口 １６４，１６６，１６８……偏光分離膜 １６５，１６７，１６９……偏光分離プリズム

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/30 Ｈ０４Ｎ 9/30 9/31 9/31 Ｃ Ｆターム(参考） 2H088 EA15 GA02 HA08 HA13 HA16 HA18 HA20 HA23 HA24 HA28 JA12 MA02 MA20 2H091 FA05X FA08X FA08Z FA11Z FA12Z FA21Z FA26X FA26Z FA41Z FA50X FA50Z FB02 FD06 FD15 GA13 HA06 LA04 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA00 CA02 CA08 DA05 5C060 BA04 BA09 BC05 GA02 GB02 GB06 HC00 HC01 HC20 HC21 HC22 HD01 JA17

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光を被照明領域
   に照明する照明光学手段と、前記光源からの白色光を
   青、緑、赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、
   前記色分離光学手段からの光が照明され、映像信号に応
   じて画像を形成する３つの液晶ライトバルブと、前記液
   晶ライトバルブからの青、緑、赤の出射光を受け青、
   緑、赤の色光を合成する色合成光学手段と、前記液晶ラ
   イトバルブ上の画像をスクリーン上に投写する投写レン
   ズと、前記液晶ライトバルブの光入射側または光出射側
   に配置される偏光フィルムと前記液晶ライトバルブの液
   晶層との間に介在させることで前記液晶ライトバルブの
   黒表示画像における前記液晶層の残留位相差を補償する
   光学位相補償板とを備えていることを特徴とする投写型
   表示装置。
2. 【請求項２】 光源と、前記光源からの光を被照明領域
   に照明する照明光学手段と、前記照明光学手段からの光
   が照明され、映像信号に応じて画像を形成する１つの液
   晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブ上の画像をス
   クリーン上に投写する投写レンズと、前記液晶ライトバ
   ルブの光入射側または光出射側に配置される偏光フィル
   ムと前記液晶ライトバルブの液晶層との間に介在させる
   ことで前記液晶ライトバルブの黒表示画像における前記
   液晶層の残留位相差を補償する光学位相補償板とを備え
   ていることを特徴とする投写型表示装置。
3. 【請求項３】 光源と、前記光源からの光を被照明領域
   に照明する照明光学手段と、前記光源からの白色光を
   青、緑、赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、
   前記色分離光学手段からの光が入射し、映像信号に応じ
   て画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、前記液晶
   ライトバルブ上の画像をスクリーン上に投写する投写レ
   ンズと、前記液晶ライトバルブの光入射側または光出射
   側に配置される偏光フィルムと前記液晶ライトバルブの
   液晶層との間に介在させることで前記液晶ライトバルブ
   の黒表示画像における前記液晶層の残留位相差を補償す
   る光学位相補償板とを備えていることを特徴とする投写
   型表示装置。
4. 【請求項４】 光源と、前記光源からの光を被照明領域
   に照明する照明光学手段と、前記光源からの白色光を
   青、緑、赤の色成分の光に分離する色分離光学手段と、
   前記色分離光学手段からの各色光が入射し、入射する光
   を直交する２つの偏光方向の光に分離する３つの偏光分
   離プリズムと、前記各偏光分離プリズムからの光が入射
   し、映像信号に応じて画像が形成される３つの液晶ライ
   トバルブと、前記液晶ライトバルブからの青、緑、赤の
   出射光が前記偏光分離プリズムを透過して入射する青、
   緑、赤の色光を合成する色合成光学手段と、前記液晶ラ
   イトバルブ上の画像をスクリーン上に投写する投写レン
   ズと、前記偏光分離プリズムと前記液晶ライトバルブの
   液晶層との間に介在させることで前記液晶ライトバルブ
   の黒表示画像における前記液晶層の残留位相差を補償す
   る光学位相補償板を備えていることを特徴とする投写型
   表示装置。
5. 【請求項５】 前記光学位相補償板は、一方の面に入射
   側偏光フィルムを貼り合わせている支持基板のもう一方
   の面に貼り合わされていることを特徴とする請求項１か
   ら請求項３までのいずれかに記載の投写型表示装置。
6. 【請求項６】 前記光学位相補償板は、一方の面に出射
   側偏光フィルムを貼り合わせている支持基板のもう一方
   の面に貼り合わされていることを特徴とする請求項１か
   ら請求項３までのいずれかに記載の投写型表示装置。
7. 【請求項７】 前記光学位相補償板は、入射側偏光フィ
   ルムの一方の面に貼り合わされていることを特徴とする
   請求項１から請求項３までのいずれかに記載の投写型表
   示装置。
8. 【請求項８】 前記光学位相補償板は、出射側偏光フィ
   ルムの一方の面に貼り合わされていることを特徴とする
   請求項１から請求項３までのいずれかに記載の投写型表
   示装置。
9. 【請求項９】 前記光学位相補償板は、入射側または出
   射側の偏光フィルムを貼り合わせている支持基板とは分
   離した支持基板に貼り合わされていることを特徴とする
   請求項１から請求項３までのいずれかに記載の投写型表
   示装置。
10. 【請求項１０】 前記支持基板はガラス基板であること
    を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記
    載の投写型表示装置。
11. 【請求項１１】 前記支持基板は熱伝導率の高いサファ
    イアガラスであることを特徴とする請求項１から請求項
    ４までのいずれかに記載の投写型表示装置。
12. 【請求項１２】 前記光学位相補償板は、黒表示画像に
    おける液晶層の入射側配向膜近傍液晶と出射側配向膜近
    傍液晶の残留位相差を補償するフィルムであることを特
    徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の
    投写型表示装置。
13. 【請求項１３】 前記光学位相補償板は、黒表示画像に
    おける液晶層の入射側配向膜近傍液晶の残留位相を補償
    するフィルムであることを特徴とする請求項１から請求
    項３までのいずれかに記載の投写型表示装置。
14. 【請求項１４】 前記光学位相補償板は、黒表示画像に
    おける液晶層の出射側配向膜近傍液晶の残留位相差を補
    償するフィルムであることを特徴とする請求項１から請
    求項３までのいずれかに記載の投写型表示装置。
15. 【請求項１５】 前記光学位相補償板は、黒表示画像に
    おける液晶層の一方の面の配向膜近傍液晶の残留位相差
    を補償するフィルムであることを特徴とする請求項４に
    記載の投写型表示装置。
16. 【請求項１６】 前記光学位相補償板は、負の一軸性の
    化合物を液晶ライトバルブの液晶層の液晶分子に合わせ
    て厚み方向で配向角度を連続的に変化させたハイブリッ
    ド配向を有するディスコティック液晶から構成されてい
    ることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれ
    かに記載の投写型表示装置。
17. 【請求項１７】 前記光学位相補償板は、前記液晶ライ
    トバルブの液晶層の入射側配向膜近傍液晶における複屈
    折による残留位相差を補償するための第１の光学位相補
    償フィルムと、前記液晶層の出射側配向膜近傍液晶にお
    ける複屈折による残留位相差を補償するための第２の光
    学位相補償フィルムとを積層させて構成されていること
    を特徴とする請求項１６に記載の投写型表示装置。
18. 【請求項１８】 前記照明光学手段は、光源からの放射
    光を集光する反射鏡と、前記反射鏡からの光が入射し、
    複数のレンズ素子から構成され前記反射鏡からの光を多
    数の光束に分割する第１のレンズアレイ板と、複数のレ
    ンズ素子から構成され前記第１のレンズアレイ板からの
    光が入射する第２のレンズアレイ板と、偏光分離プリズ
    ムアレイと偏光回転手段から構成され、前記第２のレン
    ズアレイ板からの自然光を一方向の偏光方向の光に変換
    する偏光変換光学手段とを備えていることを特徴とする
    請求項１から請求項４までのいずれかに記載の投写型表
    示装置。
19. 【請求項１９】 前記液晶ライトバルブは、光源側にカ
    ラーフィルタを形成した液晶パネルであることを特徴と
    する請求項２に記載の投写型表示装置。
20. 【請求項２０】 前記液晶ライトバルブは、青、緑、赤
    の色光毎に画像形成の単位である画素開口部に光を収束
    させるマイクロレンズアレイを形成した液晶パネルであ
    ることを特徴とする請求項３に記載の投写型表示装置。
21. 【請求項２１】 前記液晶ライトバルブは反射型の液晶
    パネルであることを特徴とする請求項４に記載の投写型
    表示装置。
22. 【請求項２２】 前記３つの偏光分離プリズムのうち、
    前記色合成光学手段のダイクロイックミラーの反射に対
    応する２つの偏光分離プリズムについて、その出射面と
    前記色合成光学手段の入射面との間に２分の１波長板が
    介在されていることを特徴とする請求項４に記載の投写
    型表示装置。
23. 【請求項２３】 前記光学位相補償板が、前記液晶ライ
    トバルブの光入射側および光出射側の双方に配置されて
    いることを特徴とする請求項１から請求項３までのいず
    れかに記載の投写型表示装置。
24. 【請求項２４】 前記光学位相補償板を、前記３つの液
    晶ライトバルブのうちの１つまたは２つの液晶ライトバ
    ルブに対応して配置してあることを特徴とする請求項１
    または請求項４に記載の投写型表示装置。