JP2003255330A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2003255330A
JP2003255330A JP2002054021A JP2002054021A JP2003255330A JP 2003255330 A JP2003255330 A JP 2003255330A JP 2002054021 A JP2002054021 A JP 2002054021A JP 2002054021 A JP2002054021 A JP 2002054021A JP 2003255330 A JP2003255330 A JP 2003255330A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光ビームスプリッターに起因するコントラ
ストの低下と反射型液晶表示素子に起因するコントラス
トの低下を同時に効率よく補償する。 【解決手段】 光源からの光を分解する偏光ビームスプ
リッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定
の偏光方向の光で照明される反射型液晶表示素子（液晶
パネル）とを有する液晶表示装置であって、前記偏光ビ
ームスプリッタと前記反射型液晶表示素子との間に、前
記反射型液晶表示素子に入射する光束と実質的に平行な
光学軸を有する複屈折板（複屈折フィルタ）を有するよ
う構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】従来、液晶表示素子において視野角特性
を改善する方法としては、特開平8-50206、特開平11-13
3413などに異方性のフィルムを付加して透過型液晶表示
素子のコントラストを改善する方法が開示されている。
特開平8-50206はツイストネマティック液晶における液
晶分子の捩れ部分における非対称なコントラスト低下を
改善する方法であり,透過型液晶表示素子を用いた画像
投射装置にも広く使われている。特開平11-133413は図
２４に示すような3つの軸方向(nx,ny,xz)に屈折が異な
る異方性フィルムを図２５のように設定することで、垂
直配向された液晶表示素子におけるコントラスト低下を
改善する方法で、直視型の液晶画像表示装置に適用した
例である。図中、105は液晶表示素子で、101,102は偏光
板で106,107はそれぞれの偏光板の偏光が透過する軸方
向で、クロスするように設定されており,103,104は位相
差補償素子で、液晶パネル105と偏光板101,102の間に設
けられ,108,109はそれぞれの位相差補償素子の最大屈折
率(nx)の方向である。
【０００２】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、画
像投射装置の液晶表示素子として、反射型液晶表示素子
を用いると、光が入射する側と射出する側が同じである
ので、反射型液晶表示素子における液晶層を光は往復で
通過するのでツイストネマティックのような捩れた構成
であっても非対称なコントラストの低下は顕著に表れ
ず、対称的な屈折率異方性に起因するコントラストの低
下が発生するので、高コントラストな画像を作り出すた
めには液晶における対称的な屈折率異方性を補正する必
要がある。
【０００３】ここで反射型液晶表示素子を用いた画像投
射装置は、偏光ビームスプリッターにより所定の偏光方
向の照明光のみを反射型液晶表示素子に導き,反射型液
晶表示素子で反射された光を前記偏光ビームスプリッタ
ーで検光する構成である。反射型液晶表示素子に入射す
る光の偏光方向の基準は照明光学系の基準軸Oと偏光ビ
ームスプリッターPBSの反射面で決まる。具体的には図
５に示すように反射面RSにおいて反射する前の基準軸Oi
と反射した後の基準軸Ooでできる平面SSおよび基準軸Oo
を含みこの平面SSに垂直な平面がそれぞれ偏光の基準面
となる。
【０００４】このとき斜め方向から入射した光線の偏光
方向は、入射する光線方向と偏光ビームスプリッターの
偏光分離面の幾何学的な関係により、前記偏光の基準面
から傾いてしまう。
【０００５】このため反射型液晶表示素子を用いた画像
投射装置では、偏光ビームスプリッターに起因するコン
トラストの低下と反射型液晶表示素子に起因するコント
ラストの低下を同時に効率よく補償しなければならな
い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、画相投
射装置は光源とリフレクターとレンズアレイと集光光学
系からなるインテグレーターと偏光ビームスプリッター
と投射レンズからなり、光源からの光をリフレクターで
集光し、集光された光をレンズアレイで複数の光束に分
離し、集光光学系により複数の照明光束を重ね合わせて
均一照明領域を形成し,集光光学系と反射型液晶表示素
子の間に設けた偏光ビームスプリッターにより所定の偏
光方向の照明光を反射型液晶表示装置に導き,反射型液
晶表示装置で反射した光を前記偏光ビームスプリッター
で検光し、かつ投射レンズに導き、投射レンズにより画
像を投射する構成である。
【０００７】このとき偏光ビームスプリッターと反射型
液晶表示素子の間に１／４位相差板と複屈折性位相補償
素子を設け、光源側から偏光ビームスプリッター、１／
４位相差板、複屈折性位相補償素子、反射型液晶表示素
子の順に構成し、１／４位相差板の進相（遅相）軸を偏
光ビームスプリッターと照明光学系で決まる偏光の基準
面に垂直（または平行）に配置し, 複屈折性位相補償素
子の最も屈折率の小さい軸方向が前述の照明系の基準軸
に対して平行に配置されることにより,偏光ビームスプ
リッターによるコントラスト低下と反射型液晶表示素子
によるコントラスト低下を抑えることが可能となる。
【０００８】レンズアレイを矩形の外形形状とすると、
反射型液晶表示素子を照明する光束は矩形の断面を有す
る収束光束となる。このとき偏光ビームスプリッターか
ら反射型液晶表示素子に導かれる光束内の偏光方向は図
６に示すように偏光の基準面（図６ではｘ方向）に対し
て対称な分布となる。これに対して前記の１／４位相板
を作用させるとそれぞれの偏光はy軸方向に長軸を有す
る楕円偏光に変換される(図７)。このように偏光の方向
をそろえた後、複屈折性位相補償素子に入射させ前記楕
円偏光の長軸と後述の複屈折性位相差補償素子の屈折率
楕円体における異方性を示す光学軸との傾き角と楕円偏
光の楕円率に応じて所定の位相差を付加し、液晶で発生
する位相差を補償することになる。
【０００９】複屈折性位相差素子の異方性は、異方性を
表す屈折率楕円体の主軸方向の屈折率をncx,ncy,nczと
すると ncz<ncx ncz<ncy となっており、厚みをdcとしたとき、異方性の度合いを
示す量としてδcを δc=(ncz-(ncx+ncy)/2)*dc とすると -0.8>δc/δp>-3.0 を満足することにより液晶層で発生する位相差を打ち消
すことができコントラストを向上することができる。こ
こでδpは反射型液晶表示素子における異方性の度合い
を示す量で、液晶層を厚みdで屈折率楕円体としてnx,n
y,nz（nzが面法線方向、nx=ny)と定義したとき δp=(nz-nx)*d' と表す。
【００１０】条件式が上限値よりも大きいと複屈折性位
相差補償素子で発生する位相差が小さく位相補償の効果
が少なく、下限値よりも小さいと複屈折性位相差補償素
子で発生する位相差が大きくなり過ぎ、白を表示すると
きの光量が減少し明るさが暗くなるのでよろしくない。
【００１１】δc/δp=-1のときが完全に対象な構成とな
るが、-0.8>δc/δp>-1.2の範囲で本発明による効果は
十分得られる。-1.2>δc/δpは複屈折性位相差補償素子
で発生する位相差は過剰補正となるが、画像投射装置に
おいては矩形の光束で照明され斜め方向から入射する光
が多く、後述するように複屈折性位相差補償素子は斜め
方向から入射する光の位相補償を主に行うのでこの範囲
においても位相補償が有効に行われる。
【００１２】液晶層の屈折率を表す屈折率楕円体(nx,n
y,nz)は反射型液晶表示素子を直接測定して得られた位
相差データーを元に定義することができる。
【００１３】まず液晶のコントラスト特性を測定する方
法を説明する。測定には図８に示すような測定系を用い
る。LSは光源、Lはレンズ、LCDは反射型液晶表示素子、
PDは光量を測定する受光素子、POはパネルに入射する光
の偏光軸を調整する偏光子、ANは検光子である。
【００１４】光源からの光はレンズにより平行光にコリ
メートされ、偏光子で所定の偏光光となり反射型液晶表
示素子で反射したのち検光子で検光され受光素子に入射
する。
【００１５】反射型液晶表示素子において矩形の画像を
表示する領域の中心を原点とし、矩形の辺の方向をx,y
座標反射型液晶表示素子に垂直な方向にz軸とする座標
形を定義する。入射角度θは入射光線とz軸とのなす角
度である。
【００１６】図９は、反射型液晶表示素子LCDに入射す
る光線をxy平面に射影した図である。このとき、入射方
位角度φは入射光線をxy平面に射影した方向とx軸とが
なす角度をあらわす。R1は入射方位角度φ=0°方向から
の入射光、R1'は入射光R1が反射型液晶表示素子を反射
した光、R2'は任意の入射方位角度φ方向からの入射
光、R2'は入射光R2が反射型液晶表示素子を反射した
光、それぞれ入射光R1、R2の入射偏光軸方向a,bはそれ
ぞれy軸方向である。
【００１７】このような測定装置で入射方位角度φと入
射角度θをパラメーターとして入射光線を設定し、検光
子を偏光子と平行な状態として測定した光の強度I0と検
光子を偏光子と垂直な状態として測定した光の強度I1を
測定する。
【００１８】C=I0/I1 で求められるＣがコントラスト値である。
【００１９】実際はφ=0,45,90,135,180,225,270,315°
方向から測定したコントラスト値 C0(θ),C90(θ),C135(θ),C180(θ),C225(θ),C270
(θ),C315(θ) を測定する。
【００２０】コントラスト値は反射型液晶表示素子が黒
表示状態のときの漏れ光量の逆数の関係になる為、この
ときの位相差値はコントラスト値の逆数を漏れ光量とし
て反射型液晶表示素子の特性を光学軸がxy平面上でx軸
に対して45°傾いた位相差板に置き換えたときに位相差
板で発生する漏れ光に相当する位相差Γ（φ、θ）を計
算することができる。位相差の符号は図８の測定計で直
線偏光の代わりに円偏光を入射し、反射型液晶表示素子
の位相差により変換された楕円偏光の長軸の向きで決定
することができる。
【００２１】反射型液晶表示素子の異方性の決定方法を
以下に示す。
【００２２】ここでは反射型液晶表示素子の屈折率楕円
体を面法線方向に屈折率が異なる一軸性として定義す
る。図１０に楕円体の斜視図、および図１１ａ，１１ｂ
にそれぞれ楕円体のｘｙ平面における断面、ｘｚ平面に
おける断面を表す。
【００２３】一軸性の屈折率楕円体の異方性は、入射方
位角に応じて屈折率楕円体を進行する光の方向に垂直な
平面で楕円体を切り取ったときの切り口でできる楕円の
短軸、長軸が常光線方向noと異常光線方向neの光学軸と
して定義される（ボルン・ウォルフ著 光学の原理III
第XIV章参照）。図１２に入射する方位角φが0°、45
°、90°のときの切り口となる楕円と常光線方向noと異
常光線方向ne、さらに入射する光の偏光方向ｐを示す。
これにより、入射方位角φが0(180),90(270)から入射し
たときには、屈折率楕円体における異方性の光学軸と光
の偏光方向が一致するので複屈折による位相差は発生し
ない。
【００２４】しかし、実際の測定ではこの方位からの入
射においてもコントラスト値の低下があるので、反射型
液晶表示素子で発生する位相差Γ（φ、θ）をΔ（θ）
とδ（θ）に分解する。
【００２５】Δ（θ）は方位角φによらない位相差と
し、Γ(0,θ)、Γ(90,θ)、Γ(180,θ)、Γ(270,θ)の
平均として求める。δ(θ）は、斜め方向の位相差と
し、Γ(45,θ)、Γ(135,θ)、Γ(225,θ)、Γ(315,θ)
の平均測定値Δ45（θ）から前述のΔ（θ）を引いた位
相差 δ（θ）=Δ45（θ）-Δ（θ） として求める。
【００２６】黒表示状態にある反射型液晶表示素子を一
軸性の屈折率楕円体(nx=ny,nz)と仮定し、所定のnx（た
とえば1.5）に対するnzをパラメーターとして、方位角
４５°から入射する光の位相差を計算し、上記測定によ
る位相差δ（θ）に一致するnzの値を決定することによ
り、反射型液晶表示素子の異方性を決定することができ
る。
【００２７】光源と、リフレクターと、レンズアレイと
集光光学系からなるインテグレーターと、偏光ビームス
プリッターと、投射レンズからなり、光源からの光をリ
フレクターで集光し、集光された光をレンズアレイで複
数の光束に分離し、集光光学系により複数の照明光束を
重ね合わせて均一照明領域を形成し,集光光学系と反射
型液晶表示素子の間に設けた偏光ビームスプリッターに
より所定の偏光方向の照明光を反射型液晶表示装置に導
き,反射型液晶表示装置で反射した光を前記偏光ビーム
スプリッターで検光し、かつ投射レンズに導き、投射レ
ンズにより画像を投射する構成で、偏光ビームスプリッ
ターと反射型液晶表示素子の間に１／４位相差板と複屈
折性位相補償素子を設け、光源側から偏光ビームスプリ
ッター、１／４位相差板、複屈折性位相補償素子、反射
型液晶表示素子の順に構成したことを特徴としている。
【００２８】また、前記１／４位相差板の進相（遅相）
軸を偏光の基準面に垂直（または平行）に配置し、複屈
折性位相補償素子の最も屈折率の小さい軸方向が前述の
照明系の基準軸に対して平行に配置されることを特徴と
している。ここで照明系の基準軸とは照明系を構成する
レンズの光軸であり、偏光の基準面は前記照明系の基準
軸と、前記照明系の基準軸が偏光ビームスプリッターの
偏光分離面で反射したときにできる反射した基準軸を含
む平面に平行な方向である。
【００２９】また、前記複屈折性位相差素子の異方性
は、異方性を表す屈折率楕円体の主軸方向の屈折率をnc
x,ncy,nczとすると ncz<ncx ncz<ncy となっており、厚みをdcとしたとき、異方性の度合いを
示す量としてδcを δc=(ncz-(ncx+ncy)/2)*dc とし、同様に反射型液晶表示素子における異方性の度合
いを示す量としてδpを液晶層を厚みdで屈折率楕円体と
してnx,ny,nz（nzが面法線方向、nx=ny)と定義したとき δp=(nz-nx)*d' とするとき -0.8>δc/δp>-3.0 であることを特徴としている。
【００３０】ここで反射型液晶表示素子におけるは屈折
率楕円体nx,ny,nzは反射型液晶表示素子のコントラスト
測定から得られる位相差で定義される。
【００３１】また、本発明は、光源からの光を分解する
偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッタ
ーを介した所定の偏光方向の光で照明される反射型液晶
表示素子（液晶パネル）とを有する液晶表示装置であっ
て、前記偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素
子との間に、前記反射型液晶表示素子に入射する光束と
平行な光学軸を有する複屈折板（複屈折フィルタ）を有
することを特徴としている。
【００３２】また、光源からの光を分解する偏光ビーム
スプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した
所定の偏光方向の光で照明される複数の反射型液晶表示
素子（液晶パネル）とを有し、前記複数の反射型液晶表
示素子からの反射光を前記偏光ビームスプリッターで合
成する液晶表示装置であって、前記偏光ビームスプリッ
タと前記反射型液晶表示素子との間に、前記反射型液晶
表示素子に入射する光束と平行な光学軸を有する複屈折
板（複屈折フィルタ）を有することを特徴としている。
【００３３】また、前記複屈折板は、所望の方位角にお
けるコントラストを改善することを特徴としている。
【００３４】光源からの光を分解する偏光ビームスプリ
ッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定の
偏光方向の光で照明される反射型液晶表示素子（液晶パ
ネル）とを有する液晶表示装置であって、前記偏光ビー
ムスプリッタと前記反射型液晶表示素子との間に、所望
の方位核におけるコントラストを改善する複屈折板（複
屈折フィルタ）を有することを特徴としている。
【００３５】光源からの光を分解する偏光ビームスプリ
ッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定の
偏光方向の光で照明される複数の反射型液晶表示素子
（液晶パネル）とを有し、前記複数の反射型液晶表示素
子からの反射光を前記偏光ビームスプリッターで合成す
る液晶表示装置であって、前記偏光ビームスプリッタと
前記反射型液晶表示素子との間に、所望の方位核におけ
るコントラストを改善する複屈折板（複屈折フィルタ）
を有することを特徴としている。
【００３６】また、上記の表示装置において、１／４位
相差板や複屈折板は開口部を有する保持枠によって支持
されるように構成するのが好ましい。
【００３７】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１には、本発明の
第１実施例である反射型画像変調装置を示している。図
中、１は高圧水銀ランプなどからなる光源、２は光源1
から光を所定の方向に放射するためのリフレクター、３
は均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのイ
ンテグレーターであり、フライアイレンズ3a、3bから構
成されており、４は無偏光な光を所定の偏光方向に揃え
る偏光変換素子であり、偏光分離膜4aと1/2位相差板4b
と反射板4cとから構成されており、５は照明光を集光す
るコンデンサーレンズ、６はミラー、７は照明光をテレ
セントリックな光にするフィールドレンズ、８は緑の波
長領域光を透過するダイクロイックミラー、９a1、9b
1、9c1はそれぞれS偏光を反射してP偏光を透過させる特
性をもつ偏光分離膜、9a、9b、9cはそれぞれ偏光分離膜
９a1、9b1、9c1を有する偏光ビームスプリッター、10
a、10bはそれぞれ所定波長領域の光の偏光方向を90°変
換（回転）する色選択性位相差板、11r、11g、11bはそ
れぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応
じて変調して画像光を形成する反射型液晶表示素子、12
r、12g、12bはそれぞれ１／４位相差板、13r、13g、13b
はそれぞれ反射型液晶表示素子11r、11g、11bが黒表示
のときに発生する位相差を補正する複屈折性位相差補償
素子としての一軸性の複屈折フィルター、14は投射レン
ズ系である。
【００３８】次に、上記構成の光学的な作用を説明す
る。光源1から出射した光はリフレクター２によりフラ
イアイレンズ3aの方向に集光される。この光束は、フラ
イアイレンズ3aにより複数の光束に分割された後、複数
の光束はフライアイレンズ3b、コンデンサーレンズ５お
よびフィールドレンズ７の作用によって各反射型液晶表
示素子11r、11g、11b上に重ね合わされ、均一な照明強
度の照明領域を各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上
に形成する。また、このときフライアイレンズ3bから出
射した多数の光束はそれぞれの光束に対応した偏光分離
膜4aでP偏光とS偏光とに分離される。P偏光は1/2位相差
板4bによりS偏光と同方向の偏光成分に変換され、S偏光
は反射膜4cにより反射される。これにより、フライアイ
レンズ3bから出射した多数の光束は、所定の偏光方向を
有する光として同一方向に出射される。偏光変換素子４
によりほぼS偏光にそろえられた光は、緑の波長領域光
を透過するダイクロイックミラー８（図２に透過曲線を
示す）に入射し、緑の波長領域光は透過し、赤と青の波
長領域光は反射する。ダイクロイックミラー８を透過し
た緑領域光は偏光ビームスプリッター9aに入射し、偏光
分離膜9a1において反射して、１／４位相差板12gを透過
し、更に複屈折フィルター13gを透過し、反射型液晶表
示素子11gに入射する。一方、ダイクロイックミラー８
を反射した赤と青の波長領域光は、第1の色選択性位相
差板10aによって青の波長領域光のみ偏光方向を90°変
換されてP偏光となり、赤の波長領域光はS偏光のまま
で、偏光ビームスプリッター9bに入射する。ここで、第
1の色選択性位相差板10aの特性を図３に示す。点線の曲
線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向（Ｐ偏光）
の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏
光方向（Ｓ偏光）の透過率を示す。偏光ビームスプリッ
ター9bの偏光分離膜9b1において、P偏光である青の波長
領域光は透過し、S偏光である赤の波長領域光は反射す
る。これにより、互いに偏光方向が直交する赤と青の波
長領域光に分離される。偏光ビームスプリッター9bを反
射した赤の波長領域光は、１／４位相差板12rを透過
し、更に複屈折フィルター13rを透過し、反射型液晶表
示素子11rに入射し、偏光ビームスプリッター9bを透過
した青の波長領域光は、１／４位相差板12bを透過し、
更に複屈折フィルター13bを透過し、反射型液晶表示素
子11bに入射する。
【００３９】さらに、反射型液晶表示素子11gによって
変調され反射した緑の波長領域光は、複屈折フィルター
13gを透過し、１／４位相差板12gを透過し、P偏光とな
って偏光ビームスプリッター9a、9cを透過する。また、
反射型液晶表示素子11rによって変調され反射した赤の
波長領域光は、複屈折フィルター13rを透過し、１／４
位相差板12rを透過し、P偏光となって偏光ビームスプリ
ッター9bを透過し、第2の色選択性位相差板10bに入射す
る。ここで、第２の色選択性位相差板10bの特性を図４
に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏
光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平
行な偏光方向の透過率を示す。また反射型液晶表示素子
11bによって変調され反射した青の波長領域光は、複屈
折フィルター13bを透過し、１／４位相差板12bを透過
し、S偏光となって偏光ビームスプリッター9bを反射
し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。赤の波長領
域光のみ偏光方向を90°変換する第2の色選択性位相差
板10bに入射した赤と青の波長領域光は第2の色選択性位
相差板10bにより赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変
換されてS偏光となり、青の波長領域光はS偏光のまま
で、偏光ビームスプリッター9cに入射し、反射する。そ
して、RGBの全波長領域の光は偏光ビームスプリッター9
cによって合成され、投射レンズ14に導かれ、不図示の
スクリーン等に投射される。
【００４０】図８の光学測定系を用いて入射角度θと入
射方位角度φを変化させてコントラスト測定をおこなっ
た結果（コントラストコンタ）を図１３に示す。
【００４１】測定結果より、入射方位角度φとφ+90の
コントラスト値はほぼ等しく対称性のあるコントラスト
値となる。また、入射方位角度φ=45°、135°、225°、
315°方向のコントラスト値が特に劣化している。図１
３に示したコントラスト測定結果より、反射型液晶表示
素子が黒表示状態のときに発生する位相差Δ（θ）（実
線）、Δ45（θ）（点線）を図１４に、δ（θ）を図１
５に示す。それぞれ横軸は入射角度θ、縦軸は位相差
（度で表す）でる。
【００４２】ここで、図１５に近似した位相差を発生さ
せる一軸性屈折率楕円体を求めると、波長λ=550nmのと
き、厚みd=5.0μm、屈折率楕円体の屈折率nx=1.5、nz=
1.542と決定することができ、この一軸性屈折率楕円体
における入射方位角度φ＝45°（135°、225°、315
°）方向の入射光の位相差を図１６に示す。図１６で示
す実線は上記の一軸性屈折率楕円体から計算で求められ
た位相差で、点線は測定による位相差（符号を逆に取っ
ている）を表す。
【００４３】ここで、位相補償に用いる複屈折フィルタ
ーを波長λ=550nmのとき、厚みd=2.5μm、屈折率楕円体
の屈折率nx=1.5、nz=1.461とすると位相補償が行われ
る。
【００４４】ここで、 δp= 0.210 δc= -0.195 δc/δp= -0.929 である。
【００４５】このとき、複屈折フィルターを反射型液晶
表示素子の直前に挿入することで、入射方位角度φ=45
°（135°、225°、315°）の位相差を基準位相差まで
減少させることができ、コントラストを向上させること
が可能となる。
【００４６】反射型液晶表示素子の直前に複屈折フィル
ターを挿入したときのコントラスト値を図１７にあらわ
す。図１７より入射角度θ=14°以下では全方位角度φ
においてコントラスト値約600以上となり、図１４のよ
うな特性の反射型液晶表示素子におけるコントラスト値
を向上させることが可能となる。
【００４７】（実施例２）本発明の第２実施例を説明す
る。
【００４８】反射型液晶表示素子で発生する位相差は図
１４と同じとし、本実施例では、位相補償に用いる複屈
折フィルターを波長λ=550nmのとき、厚みd=2.5μm、屈
折率楕円体の屈折率nx=1.5、nz= 1.416として位相補償
を行っている。
【００４９】このとき δc= -0.420 δc/δp= -2.000 である。
【００５０】複屈折フィルターで発生する位相差を多く
発生させ、反射型液晶表示素子の直前に挿入すること
で、入射方位角度φ=45°（135°、225°、315°）の位
相差を基準位相差よりも良好に減少させることができ、
矩形光束照明においてコントラストを向上させることが
可能となる。
【００５１】反射型液晶表示素子の直前に複屈折フィル
ターを挿入したときのコントラスト値を図１８にあらわ
す。図１８より、入射角度θ=14°以下では４５°方向
の方位角度φにおいてコントラスト値約1000以上とな
り、反射型液晶表示素子におけるコントラスト値をさら
に向上させることが可能となる。また、不図示の入射角
度θ=12°、14°はφ=45°においてコントラスト値2000
以上である。
【００５２】（実施例３）本発明における第３の実施例
を説明する。第３の実施例では複屈折性位相差補償素子
として、z軸方向の屈折率が異なる第１の一軸性複屈折
フィルターとxy平面においてx軸とy軸の間に屈折率が異
なる第２の一軸性複屈折フィルターを用いたものであ
る。図１９に示すように偏光ビームスプリッターから反
射型液晶表示素子（不図示）に至る光路上に１／４位相
差板３１、第2の一軸性複屈折フィルター３３、第１の
一軸性複屈折フィルター３２の順で配置し、１／４位相
差板の進相軸方向は偏光の基準方向（図１９ではy軸方
向）に設定し,第１の一軸性複屈折フィルターは基準軸O
に平行な方向に異方性の光軸を設定し, 第２の複屈折フ
ィルターはいわゆる位相差板であり、その進相軸方向３
４は図２０に示すように偏光の基準方向に対して斜めに
なるように配置する。
【００５３】本実施例では、第１の複屈折フィルターに
より入射方位角度４５°方向の位相差δ（θ）を補償
し、第２の複屈折フィルターで残存する位相差Δ（θ）
を補償することでさらに補正しコントラストを向上させ
るものである。
【００５４】本実施例における31は第２の複屈折フィル
ター、32は第２の複屈折フィルターの進相軸方向、33は
入射偏光軸方向を表す。位相差板31の進相軸32はxy平面
上にありx軸に対して45度傾けて設定すると、反射型液
晶表示素子に入射する光線の偏光軸は入射角度θおよび
入射方位角度φよらずY軸方向である為に、いずれの光
線に対しても常に入射偏光軸方向と進相（遅相）軸方向
は45度傾いており等しい位相差を生じる。
【００５５】第２の複屈折フィルターの位相差Γ'を−
2.0（度）とし、実施例１で述べた複屈折フィルター組
み合わせることで図２１に示すように入射角度θ=14°
以下で1度以下の位相差となり更に位相差を減少させる
ことができる。図２１において実線は入射方位角度φ＝
45°（135°、225°、315°）方向の位相差、点線は入
射方位角度φ＝0°（90°、180°、270°）方向の位相
差を表す。
【００５６】このときのコントラスト値を図２２に示
す。図２２より、入射角度θ=14°以下では全方位角度
φにおいてコントラスト値20000以上となり、反射型液
晶表示素子のコントラスト値をより効果的に向上させる
ことが可能となる。このとき、入射角度θ=12°、14°
は全方位角度φにおいてコントラスト値100000以上であ
るために不図示とする。また、入射角度θ=5°において
全入射方位角度φのコントラスト値は80000（φ=0°）
以上、また入射角度θ=10°において全入射方位角度φ
のコントラスト値は53000（φ=45°）以上となり、ぞれ
ぞれコントラスト値100000以上は不図示とする。また、
入射角度θ=12°の入射方位角度φ=45°の位相差はφ=0
°の位相差より大きいためにφ=0°のコントラスト値が
高いが、逆に入射角度θ=14°の入射方位角度φ=45°の
位相差はφ=0°の位相差より小さいためにφ=45°のコ
ントラスト値が高くなる。
【００５７】（実施例４）本発明の第４実施例は複屈性
位相差補償素子として二軸性の複屈折フィルターを用い
た例である。
【００５８】本実施例での複屈折フィルターの屈折率楕
円体（二軸性）はz軸方向に屈折率nz、xy平面上ではx軸
に対して45度傾いた方向に屈折率nx、さらに屈折率nxの
方向に対して直交する方向に屈折率nyのそれぞれ屈折率
をもった屈折率楕円体とする。
【００５９】ここで、複屈折フィルターに入射する光線
が入射角度θ=0°のときの入射偏光軸方向と入射光に対
する複屈折フィルターの屈折率方向の関係を図２３に示
す。ｐは入射偏光軸方向を示す。
【００６０】このとき、入射偏光軸方向ｐは屈折率nx,n
y方向に対して45°傾いた方向にあるために位相差が発
生し、入射角度θ=0°の場合でも反射型液晶表示素子で
発生する位相差を補正することが可能となる。
【００６１】ここで、図１４で述べた黒表示状態の反射
型液晶表示素子に入射角度θ=0°で入射した光の位相差
(度)はδ'=3.430である。
【００６２】このとき波長λ=550nmのとき、厚みd=2.5
μm、屈折率楕円体の屈折率nx=1.50105,ny=1.5,nz=1.46
1とすると、入射角度θ=0°のときに複屈折フィルター
で発生する位相差(度)δ''は δ''=−3.430 となり、黒表示状態の反射型液晶表示素子で発生する位
相差δ'を打ち消すことができ、さらにコントラストを
向上させることができる。
【００６３】ここまで画像投射装置の実施形態を図１の
形態で説明してきたが照明光を偏光ビームスプリッター
で反射型液晶表示素子に導き、反射型液晶表示素子を反
射した光が再び偏光ビームスプリッターを介して投射レ
ンズに至る構成であれば、本発明は図１の光学系の構成
に限定されるものではない。
【００６４】（第５実施例）次に、本発明による画像投
射装置を構成する際の、複屈折フィルターの取り付け方
法に関して図２６乃至２９にしたがって説明する。
【００６５】図２６、２７，２８，２９は図１に光学的
な構成を示した本発明による画像表示装置の偏光ビーム
スプリッタ−、１／４位相差板、複屈折フィルターおよ
び反射型液晶表示素子の固定方法を示す図であり、特に
例として、図１に９ａ、１１ｇ、１２ｇ、１３ｇで示し
た緑の光の光路の構成に関する物である。他の赤および
青の光路においても、以下に説明する構成により、より
具体的に画像表示装置を実現する事ができる。
【００６６】図２６は緑光路の偏光ビームスプリッタ−
部分を上方から見た図であり、図２７はその側面を断面
としてみた図である。
【００６７】図２６乃至２９において、図１と共通な構
成に関しては同一の符号を付している。図２６乃至２９
において、９ａは偏光ビームスプリッタ−、１１ｇは反
射型液晶表示素子、１２ｇは１／４位相差板、１３ｇは
複屈折フィルター、６１、６２は第１、第２の取り付け
板、７１は１／４位相差板１２ｇを保持する第１の保持
枠、７２は複屈折フィルター１３ｇを保持する第２の保
持枠、７３は反射型液晶表示素子を保持する液晶ホルダ
ー、７４はカバー、７５は第１の押さえ板、７６、７７
は第２，第３の押さえ板である。
【００６８】１／４位相差板１２ｇおよび複屈折フィル
ター１３ｇはそれぞれ、１／４位相差フィルムと複屈折
フィルムをガラス基板に貼り付けることで、面精度を確
保できるようになっている。また、１／４位相差板１２
ｇと複屈折フィルター１３ｇのそれぞれ第１，第２の表
面には反射防止処理が、反射防止コーティングや、反射
防止効果を有するフィルムを貼り付けることによって施
されている。
【００６９】第１，第２の取り付け板６１，６２は、例
えば鉄とニッケルの合金等の金属材料で作られ、それぞ
れ第１、第２の伸長部を有している。第１，第２の取り
付け板６１，６２は偏光ビームスプリッタ−に紫外線硬
化型の接着剤によって接着固定されている。
【００７０】第1の保持枠７１は例えばりん青銅などの
金属材料で作られ、その表面は黒色になるように塗装な
どの処理がされている。
【００７１】第１の保持枠７１は、略円形形状を有し、
図２９に示すように開口部７１ａと伸長部７１ｂが設け
られている。
【００７２】第１の保持枠７１には図２９に示すよう
に、１／４位相差板が接着などの手段により固定されて
いる。
【００７３】第2の保持枠７２は例えばりん青銅などの
金属材料で作られ、その表面は黒色になるように塗装な
どの処理がされている。
【００７４】第２の保持枠７２は、略円形形状を有し、
図２８に示すように開口部７２ａと伸長部７２ｂが設け
られている。
【００７５】第2の保持枠７２には図２９に示すよう
に、１／４位相差板が接着などの手段により固定されて
いる。
【００７６】反射型液晶表示素子１１ｇは、周知の液晶
表示素子であり、液晶ホルダー７３に接着などの手段に
より固定されている。
【００７７】液晶ホルダー７３は、例えばアルミニウム
で作られ、前記第１と第２の取り付け板６１，６２のそ
れぞれ第１，第２の伸長部と所定のクリアランスを有し
てはめあい関係となる第１，第２，第３，第４の穴が設
けられている。
【００７８】カバー７４は例えばポリカーボネートなど
のプラスチックや、アルミニウムのような金属材料で作
られ、前記、第１の保持枠７１、第２の保持枠７２が所
定の範囲で回転できるように第１，第２の保持枠７１，
７２の外周部と勘合するし保持できる受け部を内部に有
し、また、第１、第２の保持枠７１，７２は光軸方向に
は、第２，第３の例えばりん青銅で作られた押さえ板７
６，７７によって位置を規制される。
【００７９】カバー７４にはさらに、前記第１，第２の
取り付け板６１，６２のそれぞれ第１，第２の伸長部が
貫通する不図示の第１、第２，第３，第４の穴が設けら
れている。
【００８０】さらにカバー７４の上部には切り欠き７４
ａが設けられており、図２７に示すように第１，第２の
保持枠７１，７２のそれぞれ伸長部７１ｂ、７２ｂがカ
バー７４の外部に突出するようになっている。図２７に
おいて、第２の保持枠の伸長部は、説明を分かりやすく
するために書いてあるが、図２６より明らかなように、
第１の保持枠の伸長部７１ｂと第２の保持枠の伸長部７
２ｂは重ならないようになっている。
【００８１】カバー７４は不図示のネジによって、液晶
ホルダー７３に固定されている。
【００８２】また、カバー７４には、例えばりん青銅で
作られた第１の押さえ板７５がビス止めなどの手段で固
定されている。
【００８３】前述の液晶ホルダー７３は、反射型液晶表
示素子１１ｇが照明領域のほぼ中心に位置し、他の色の
パネルの画素と、投射スクリーン上で一致し、また投射
スクリーン上でピントが合うように調整され、前述の不
図示の液晶ホルダーに設けられた第１，第２，第３，第
４の穴と前述の第１、第２の取り付け板６１，６２のそ
れぞれ第１，第２の伸長部とを接着剤で充填し、接着す
る事で固定される。
【００８４】また、１／４位相差板12ｇは第１の保持枠
の突出部を回して例えば黒表示が最も暗くなる位置で第
１の保持枠７１の突出部７１ｂとカバー７４を接着する
事で固定される。
【００８５】さらに、複屈折フィルター1３ｇは第２の
保持枠の突出部を回して例えば反射型液晶表示素子に白
表示と黒表示をさせた際のコントラストが最大になる位
置で第２１の保持枠７２の突出部７２ｂと第１の押さえ
板７５を接着する事で固定される。
【００８６】このような構成を青光路の反射型表示素子
部と赤光路の反射型表示素子部にも設けることによって
本発明による画像表示素子は、高いコントラストを得る
事ができる。
【００８７】また、前述の１／４位相差フィルムと、複
屈折フィルムをそれらのフィルムをそれぞれ透過する光
の波長にあわせて最適化することで、さらに高いコント
ラストを得る事ができる。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば反射型液晶表示素子で発
生する位相差に起因するコントラストの低下を効果的に
補償し、コントラストの高い画像投射装置を提供するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における液晶プロジェクター全体
の構成図
【図２】実施例１におけるダイクロミラーの特性図
【図３】実施例１における色選択性フィルターの特性図
【図４】実施例１における色選択性フィルターの特性図
【図５】偏光の基準方向を説明する図
【図６】照明系の偏光状態を説明する図
【図７】照明系の偏光状態を説明する図
【図８】反射型液晶表示素子の特性を測定する測定系を
説明する図
【図９】方位角を説明する図
【図１０】屈折率楕円体を説明する図
【図１１】屈折率楕円体を説明する図
【図１２】入射光に対する屈折率楕円体の異方性を説明
する図
【図１３】反射型液晶表示素子の特性を表す図
【図１４】反射型液晶表示素子における位相差を表す図
【図１５】位相差δ（θ）を表す図
【図１６】複屈折フィルターの位相差を表す図
【図１７】第１の実施例における補正された特性を表す
図
【図１８】第２の実施例における補正された特性を表す
図
【図１９】第３の実施例の構成を説明する図
【図２０】第３の実施例の構成を説明する図
【図２１】第３の実施例における補正された位相差を表
す図
【図２２】第３の実施例における補正された特性を表す
図
【図２３】第４の実施例における複屈折フィルターを説
明する図
【図２４】従来例の説明図
【図２５】従来例の説明図
【図２６】緑光路の偏光ビームスプリッタ−を上方から
見た図。
【図２７】緑光路の偏光ビームスプリッタ−を側面から
見た図。
【図２８】複屈折フィルタの保持枠への固定方法の説明
図
【図２９】１／４位相差版の保持枠への固定方法の説明
図
【符号の説明】
９a1、9b1、9c１ 偏光分離膜 9a、9b、9c 偏光ビームスプリッター 11r、11g、11b 反射型液晶表示素子 12r、12g、12b １／４位相差板 13r、13g、13b 複屈折性位相差補償素子
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ (72)発明者 阿部 雅之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA14 EA15 EA16 HA16 HA20 HA21 HA22 HA24 HA25 HA28 KA06 MA02 2H091 FA10X FA11X FA14X FA14Z FA15X FA17X FA29X FA41X KA01 LA17 MA07 2H099 AA12 BA17 CA05 CA07 5C058 AA06 BA08 EA02 EA14 EA26

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、リフレクターと、レンズアレイ
    と集光光学系からなるインテグレーターと、偏光ビーム
    スプリッターと、投射レンズからなり、 光源からの光をリフレクターで集光し、集光された光を
    レンズアレイで複数の光束に分離し、集光光学系により
    複数の照明光束を重ね合わせて均一照明領域を形成し,
    集光光学系と反射型液晶表示素子の間に設けた偏光ビー
    ムスプリッターにより所定の偏光方向の照明光を反射型
    液晶表示装置に導き,反射型液晶表示装置で反射した光
    を前記偏光ビームスプリッターで検光し、かつ投射レン
    ズに導き、投射レンズにより画像を投射する構成で、 偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子の間に１
    ／４位相差板と複屈折性位相補償素子を設け、光源側か
    ら偏光ビームスプリッター、１／４位相差板、複屈折性
    位相補償素子、反射型液晶表示素子の順に構成したこと
    を特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記１／４位相差板の進相（遅相）軸を
    偏光の基準面に垂直（または平行）に配置し、複屈折性
    位相補償素子の最も屈折率の小さい軸方向が前述の照明
    系の基準軸に対して平行に配置されることを特徴とする
    請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記複屈折性位相差素子の異方性は、異
    方性を表す屈折率楕円体の主軸方向の屈折率をncx,ncy,
    nczとすると ncz<ncx ncz<ncy となっており、厚みをdcとしたとき、異方性の度合いを
    示す量としてδcを δc=(ncz-(ncx+ncy)/2)*dc とし、同様に反射型液晶表示素子における異方性の度合
    いを示す量としてδpを液晶層を厚みdで屈折率楕円体と
    してnx,ny,nz（nzが面法線方向、nx=ny)と定義したとき δp=(nz-nx)*d' とするとき -0.8>δc/δp>-3.0 であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】 光源からの光を分解する偏光ビームスプ
    リッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定
    の偏光方向の光で照明される反射型液晶表示素子（液晶
    パネル）とを有する液晶表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子と
    の間に、前記反射型液晶表示素子に入射する光束と実質
    的に平行な光学軸を有する複屈折板（複屈折フィルタ）
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 光源からの光を分解する偏光ビームスプ
    リッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定
    の偏光方向の光で照明される複数の反射型液晶表示素子
    （液晶パネル）とを有し、前記複数の反射型液晶表示素
    子からの反射光を前記偏光ビームスプリッターで合成す
    る液晶表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子と
    の間に、前記反射型液晶表示素子に入射する光束と実質
    的に平行な光学軸を有する複屈折板（複屈折フィルタ）
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記複屈折板は、所望の方位角における
    コントラストを改善することを特徴とする請求項４又は
    ５記載の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】 光源からの光を分解する偏光ビームスプ
    リッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定
    の偏光方向の光で照明される反射型液晶表示素子（液晶
    パネル）とを有する液晶表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子と
    の間に、所望の方位核におけるコントラストを改善する
    複屈折板（複屈折フィルタ）を有することを特徴とする
    液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 光源からの光を分解する偏光ビームスプ
    リッターと、前記偏光ビームスプリッターを介した所定
    の偏光方向の光で照明される複数の反射型液晶表示素子
    （液晶パネル）とを有し、前記複数の反射型液晶表示素
    子からの反射光を前記偏光ビームスプリッターで合成す
    る液晶表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子と
    の間に、所望の方位核におけるコントラストを改善する
    複屈折板（複屈折フィルタ）を有することを特徴とする
    液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記複屈折板は開口部を有する保持枠に
    よって支持されていることを特徴とする請求項４乃至８
    いずれか1項記載の液晶表示装置。
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