JP2004029251A - 反射型液晶素子を用いた投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色分解合成系の手前で光路を分ける構成の光学系は、コントラストが高くなる垂直配向反射型液晶素子を使うと、思った程、コントラストが上がらず、また、投射画面上でコントラストの場所による差が大きい。
【解決手段】反射型液晶素子Ａ６で画像データに応じて変調された光は、偏光手段Ａ４とクロスニコルの関係に配置される検光手段Ａ７に入射して検光される。表示する画像データにより反射型液晶素子Ａ６の液晶層が駆動されてオンとされたときには、検光手段Ａ７は入射光を透過し、液晶層が駆動されずオフのときには、検光手段Ａ７は入射光を吸収し、通過させない。位相差板Ａ５は、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜しており、また、その光学軸は、位相差板Ａ５に隣接する偏光手段Ａ４の透過軸と直交するように設定されている。これにより、ＰＢＳを用いることなく、明るい光学系を、安価に実現できる。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶表示素子を用いた投影装置に係り、特に色分離／色合成手段及び反射型液晶パネル等を用いて大画像表示を行う投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各画素に反射電極を設け画素の開口率を向上させた反射型液晶パネルの研究が進み、この反射型液晶パネルを用いて投写型液晶プロジェクタに適用されるようになってきている。この反射型液晶パネルは、従来の透過型液晶パネルに比較して開口率が高くできるため、小型化／高効率の投影装置（プロジェクタ）を実現することができる。
【０００３】
図２４は、従来の反射型液晶素子を用いた投影装置の一例の構成図を示す。同図に示すように、投影装置である反射型プロジェクタ装置１０は、大略すると光源１１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２、ダイクロイックプリズム１４、反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ（Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を示す）、及び投写レンズ１７等により構成されている。
【０００４】
上記構成において、光源１１から出射した光束は、偏光ビームスプリッタ（偏光分離プリズム）１２により直線偏光が抽出されると共に進行方向を９０°曲げられ、ダイクロイックプリズム１４に入射する。また、ダイクロイックプリズム１４に入射した光は、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）の各原色光にそれぞれ分離され出射し、各原色光に対応した各反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂで反射された後、同じ光路を通って偏光分離プリズム１２に再入射する。
【０００５】
この際、各反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂで画像変調された光のうち、液晶がオン状態の領域では偏光方向を９０°回転されて反射するため、このオン状態領域に対応する反射光は偏光分離プリズム１２を透過し、投写レンズ１７からスクリーン（図示せず）に向け投写されて画像を形成する。
【０００６】
しかるに、上記した従来の反射型プロジェクタ装置１０では、高価な光学部品である偏光分離プリズム１２を用いていたため、反射型プロジェクタ装置１０のコストが上昇してしまうという問題がある。また、偏光分離プリズム１２が偏光を分けるのに際して、光源１１の光の広がり（例えば±１２度の広がり）に対して良好に偏光を分けるのが難しいという問題点もある。
【０００７】
これを解決する目的で、ＰＢＳを使わない光を斜めから入射させるようにした、反射型液晶素子を用いた投影装置が提案されている（特開２０００−１９９８８３）。図２５はこの提案になる投影装置の構成図を示す。同図において、投影装置である従来の反射型プロジェクタ装置２０では、光源２１から出射した光は、リフレクタ２２により略平行光として反射されると共に、直接に第１の偏光板２３に入射し、ここで直線偏光（Ｓ偏光あるいはＰ偏光）にされた後、色分離／色合成手段（ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラー）に入射する。色分離／色合成手段（ここではダイクロイックプリズム２４）は、白色光をＲＧＢの三原色光に分離し、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射する。
【０００８】
ここで、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒとして垂直配向型の液晶パネルを用いた場合、反射型液晶パネルに電圧が印加されておらず液晶分子が垂直に配向している状態においては、入射光の偏光状態は不変のまま反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射される。この場合、反射された光はダイクロイックプリズム２４を再度通過した後、第１の偏光板２３に対してクロスニコルの関係で投写レンズ２７の手前に設置された第２の偏光板２５で吸収されるため、投写レンズ２７には投写されない。すなわち、黒表示を実現することになる。
【０００９】
一方、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに電圧が印加されて液晶分子が水平に倒れた状態においては、入射光の偏光状態は変化し、入射光は反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射される。この場合、反射された光はダイクロイックプリズム２４を再度通過した後、第２の偏光板２５を通過して投写レンズ２７を介して投写される。すなわち白表示を実現することになる。
【００１０】
色分離／色合成手段であるダイクロイックプリズム２４は、光源２１からの入射光をＲＧＢの三原色に色分離して各々をそれぞれ反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射させる機能を有すると共に、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒから反射された光を色合成する機能を有する。入射する光の主軸は、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒの反射面に対してＳ波又はＰ波の状態で入射することが必須である。
【００１１】
すなわち、これ以外の状態で光が入射した場合には、ダイクロイックプリズム２４の反射特性の違いから、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射してダイクロイックプリズムを２回通過した光の偏光状態は直線偏光ではなくなってしまい、良好な黒表示を得ることはできなくなってしまう。
【００１２】
また、液晶分子の配向は、略垂直配向になり得ることが必須である。この投影装置においては、Ｓ波（Ｐ波）で入射した光は垂直配向した反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射した場合にその偏光状態は変化しない。すなわち、入射する直線偏光の偏光方向が垂直配向した液晶分子の光学軸に垂直又は平行になっているため、偏光状態が乱されるようなことは生じず、そのまま第２の偏光板２５に達し、これに吸収されて黒表示が実現される。
【００１３】
また、光学系カラー化の例として図２６の様な投影装置が従来より知られている。同図（Ａ）は反射型プロジェクタ装置３０の平面図、同図（Ｂ）は反射型プロジェクタ装置３０の側面図である。この従来の投影装置である反射型プロジェクタ装置３０は、照射光を生成する光源２１と、照明光を略平行光として反射するリフレクタ２２と、照射光に所定の偏光特性（例えば、Ｓ偏光）を付与する偏光板３１と、偏光により反射特性が異なる特性をもつダイクロイッククロスプリズム３２と、ダイクロイッククロスプリズム３２に入射する光を生成する色生成機能を有する偏光制御素子３３と、ダイクロイッククロスプリズム３２の近傍に配置される反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとから構成されている（光源２１、リフレクタ２２、偏光板３１、偏光制御素子３３は、照明系３５を構成する）。また、反射型プロジェクタ装置３０は投影レンズ３６を有する。
【００１４】
この反射型プロジェクタ装置３０では、光源２１から出た光が偏光板３１によって直線偏光にされた後、色分解・合成系を通るため、ここで発生する複屈折により、出力にムラが出て、なおかつ得られるコントラストも低い。また、反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂに用いられる液晶素子は、液晶分子の配向方向がほぼ垂直であることが要求され、この場合に電界を掛けた際に液晶分子の傾斜方向が狂いディスクリネーションの発生が激しく、微細な映像を出すとノイズが目立つ欠点があった。また、ダイクロイッククロスプリズム３２と反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの影響により、干渉縞が、投射された像に現れるという欠点がある。
【００１５】
また、同じく、高価なＰＢＳを使わず、低コストでコントラスト比の良好な投影装置を実現することを目的として、特開２００１−５１２７０号公報記載の図２７に示す投射装置４０が提案されている。図２７において、光源４１から出射した略平行光Ｌ１は、集光レンズ４２により集光光Ｌ２となり、偏光板４３および多層複屈折素子４４を通過し、表示素子４５に斜め方向から入射する。
【００１６】
表示素子４５では、入射光が画像情報に応じて偏光方向を変調され、反射される。反射された光は、再度多層複屈折素子４４および偏光板４３を透過し、レンズ４６を透過してスクリーン（図示せず）に到達し、画像が映し出される。
【００１７】
この投影装置では、多層複屈折素子４４の内、表示素子４５に最も近い複屈折素子の進相軸と液晶の配向方向を合わせているので、斜めからの光に対する複屈折補償のための複屈折素子が不要となる技術が開示されている。この投影装置では、具体的にカラー画像の作成方法は示されていないが、色分解系を通った光が、偏光・検光手段を通り色合成系に入る構造と思われる。この点では、前述の従来の反射型プロジェクタ装置３０と異なり、色分解合成系での複屈折の影響が無い光学系である。しかるに、この従来の投影装置４０では、次の様な問題点がある。
【００１８】
光を偏光または検光する手段が同一であるため、表示素子４５の反射面からの影響が避けられず、投影画面上に、干渉縞が出てしまう。また、多層複屈折素子４４は、広帯域の光波長において、厳密にλ／４波長の位相差を発生することが要求され、多層複屈折素子４４を構成する複屈折素子のいずれかの特性が狂えば、その条件からずれてくるため、プロジェクタなどの光が照射され、光が強くなると急激に特性が悪くなる。特に、近年、素子の小型化が進み、光源４１の利用効率が上がると、照射面での照度が高くなっており、この方法は上記の問題が顕著である。
【００１９】
図２７に示した特開２００１−５１２７０号公報記載の従来装置では、複屈折素子（位相差板）が、λ／４波長板であるが、それ以外の斜めに光学軸を持った複屈折光学材料を用いる投影表示装置も従来より提案されている（特開平９−１９７３９７号公報、特開２０００−３２１５７６号公報）。
【００２０】
また、位相差板を光学系の中に入れて、視野角特性等を改善する試みは数多くなされている。例えば、上記の特開平９−１９７３９７号公報記載の従来の投影装置では、傾斜した軸を持った位相差板を使用している。これは、反射型液晶パネルを用いたものではなく、透過型液晶パネルを用いたものであるが、液晶セルの両側に偏光手段と、検光手段を持った液晶パネルにおいて、法線より傾いた光学補償シートを挿入する。この従来装置では、正面から見た場合のコントラストを低下させることなく、左右、上下等の傾斜方向から見た場合のコントラストを改善することができることが開示されている。
【００２１】
しかるに、この従来装置では、コントラストが１００程度と低く、プロジェクタで要求される少なくとも５００：１以上のコントラストのことを論議していない。また、液晶パネルが透過タイプであるので、液晶セルには、１回しか光が透過せず、液晶層を２回透過する際の特性のずれや、基板反射の影響などが、全く考慮されていない。
【００２２】
また、特開２０００−３２１５７６号公報には、ネマティック液晶を使った反射型アクティブマトリックス素子で、傾斜した位相差板を重ねた表示装置が開示されている。反射型液晶素子を使うため、高輝度で明るい表示ができ、また、高精細な画像を表示できる。このため、先に述べた特開平９−１９７３９７号公報記載の従来装置よりも進んでいる。しかるに、素子に入る光は、同じ位相差板を透過するため、得られるコントラストは、１０以下で、とても、プロジェクタ素子に使えるレベルでは無い。
【００２３】
また、従来、色分解合成系の手前で光路を分ける構成の光学系が文献（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ　９／３，２００１　ｐ２１３；　Ｍａｔｔｈｅｗ　Ｂｏｎｅ，Ｆｒｏｎｔ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎｆｏｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ＬＣｏＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に提案されている。この光学系によれば、ランプから出た光は、色分解光学系によりＲＧＢに分解された後、ポラライザーで偏光が整えられた後、反射型液晶素子に入射し反射された光は色合成の前で検光されるため、３００〜５００：１のコントラストを取ることができるといわれている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献記載の光学系では、コントラストが高くなる垂直配向反射型液晶素子を使うと、思った程、コントラストが上がらず、また、投射画面上でコントラストの場所による差が大きいという問題がある。
【００２５】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、投影装置として必要な高いコントラスト（５００：１以上）が得られる反射型液晶素子を用いた投影装置を提供することを目的とする。
【００２６】
また、本発明の他の目的は、ＰＢＳを使わない構成で、しかも干渉縞や左右ムラが殆ど生じない反射型液晶素子を用いた投影装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、光源より出射された光を色分解手段により色分解して得た３原色光を、偏光手段を透過させて、透明基板と反射基板の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子に入射し、反射型液晶素子で画像データに応じて変調された反射型液晶素子からの反射光を、偏光手段とクロスニコルの関係に配置される検光手段により検光し、その検光手段により検光された光を投影レンズにより拡大投影する斜め投射光学系の、反射型液晶素子を用いた投影装置であって、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板が挿入され、位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は検光手段の透過軸と直交するように設定されている構成としたものである。
【００２８】
この発明では、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板を、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に挿入し、かつ、その位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は前記検光手段の透過軸と直交するように設定することにより、反射型液晶素子により反射され、検光手段により吸収される反射光の黒レベルを低下させることができる。また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることなく、偏光手段と検光手段により所定のＰ偏光又はＳ偏光だけを検光することができる。
【００２９】
ここで、上記の反射型液晶素子は誘電異方性が負のネマティック液晶をほぼプレチルトの角度８０度〜８９度とし、かつ、入射偏光に対して方位角（４５＋９０×ｎ）度｛ただし、ｎは整数の角度｝に設定され、位相差板の光学軸は、入射するＰ偏光の振動面に平行に設定される。
【００３０】
また、上記の偏光手段はＳ偏光を通過させる特性に設定され、位相差板は偏光手段と反射型液晶素子との間に設けられ、反射型液晶素子は誘電異方性が負のネマティック液晶をほぼプレチルトの角度８０度〜８９度とし、かつ、入射偏光に対して方位角（４５＋９０×ｎ）度｛ただし、ｎは整数の角度｝に設定され、位相差板の光学軸は、入射するＳ偏光の振動面に垂直な面に平行に設定される。
【００３１】
また、上記の位相差板は、ディスコティック液晶を基本とする負の一軸異方性を有し、膜の上下でディスコティック液晶の傾きがほぼ同じで、そのプレチルト角が４０度〜８０度である構成としてもよいし、ディスコティック液晶を基本とする負の一軸異方性を有し、膜の上下でディスコティック液晶の傾きが変化しているときは、ディスコティック液晶の傾きが大きい方を、近接する偏光手段又は検光手段側に対向配置するようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明は、上記の位相差板を、近接する偏光手段又は検光手段と一体的に固定された構成とすることにより、余分な表面反射を無くし、透過率を上げることができる。
【００３３】
また、本発明は、上記の位相差板を、表面に反射防止層が形成されたガラス板の裏面に接着されている構成とする。これにより、余分な界面反射を低減することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１（Ａ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第１の実施の形態のブロック図、図１（Ｂ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第２の実施の形態のブロック図を示す。図１（Ａ）において、光源Ａ１より出射された光は、レンズ群Ａ２を透過し、ＲＧＢの３原色光に色分解する色分解光学系Ａ３を通して色分解された後、偏光手段Ａ４及び位相差板Ａ５をそれぞれ透過して、透明基板とアクティブマトリックス反射基板の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子Ａ６に入射する。
【００３５】
この反射型液晶素子Ａ６で画像データに応じて変調された光は、偏光手段Ａ４とクロスニコルの関係に配置される検光手段Ａ７に入射して検光される。ここで、表示する画像データにより反射型液晶素子Ａ６の液晶層が駆動されてオンとされたときには、検光手段Ａ７は入射光を透過し、液晶層が駆動されずオフのときには、検光手段Ａ７は入射光を吸収し、通過させない。検光手段Ａ７を通過した光は、色合成光学系Ａ８で色合成された後、投影レンズＡ９により図示しないスクリーンに拡大投影される。
【００３６】
なお、色分解光学系の後に偏光手段Ａ４を持ち、色合成光学系Ａ８の前に検光手段Ａ７をもつことが必須である。光学系の設計の関係から、主なる偏光調整機能を色分解光学系Ａ３の前に設置してもよいが、色分解光学系Ａ３の後に必ず、色分解光学系Ａ３で劣化した直線偏光の状態を良好とする偏光手段Ａ４が必要である。
【００３７】
上記の斜め投射光学系（オフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ））において、偏光手段Ａ４と反射型液晶素子Ａ６との間に設けられた位相差板Ａ５は、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜しており、また、その光学軸は、位相差板Ａ５に隣接する偏光手段Ａ４の透過軸と直交するように設定されている。これにより、ＰＢＳを用いることなく、明るい光学系を、安価に実現できる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１（Ｂ）のブロック図と共に説明する。図１（Ｂ）中、図１（Ａ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この第２の実施の形態では、上記の斜め投射光学系（オフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ））において、反射型液晶素子Ａ６と検光手段Ａ７との間に、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜しており、また、その光学軸は、検光手段Ａ７の透過軸と直交するようにされた位相差板Ｂ１を挿入した点に特徴がある。これにより、ＰＢＳを用いることなく、明るい光学系を、安価に実現できる。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の各実施例について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第１の実施の形態に係る第１及び第２実施例の黒表示時及び白表示時の構成図を示す。図２（Ａ）、（Ｂ）において、本発明の第１実施例の反射型液晶素子を用いた投影装置５０は、反射型液晶素子５１への入射光光路上に入射光から直線偏光を取り出す第１の偏光板５２ａと、軸方向が傾斜した構造を持つ位相差板５３が設けられ、また、反射型液晶素子５１からの反射光光路上には、第２の偏光板（検光子）５２ｂが設けられている。
【００４０】
反射型液晶素子５１は、対向配置された透明基板５４と反射基板５５とを有し、その間に液晶層５６が挟持された構成を持つ。なお、図示しないが、透明基板５４の対向表面には、共通電極である透明電極が形成されており、反射基板５５の対向表面には、画素毎に形成されたＭＯＳトランジスタ、又はＴＦＴ等の駆動回路と、反射電極とが複数マトリクス状に形成されている。画素サイズとしては、例えば１０μｍ×１０μｍ角程度微細な画素が形成されている。
【００４１】
液晶層５６を構成する液晶分子としては、垂直配向型の負の誘電異方性を有するネマティック液晶がある。液晶層５６に接する透明基板５４および反射基板５５の表面には液晶分子に配向を付与するため、例えばラビング処理されたポリイミド膜からなる配向膜（図示せず）が形成されており、初期状態の液晶分子に例えば約８０〜８９度のチルト角および偏光板の偏光軸に対し約４５度の面方位角を付与している。
【００４２】
また、図２（Ａ）は各画素電極に電界をかけない状態（初期状態）で黒を表示するノーマリブラック（ＮＢ）モードを示しており、液晶層５６がオフであり、同図（Ｂ）は白を表示するモードで、液晶層５６がオンに駆動されたときの状態を示す。
【００４３】
次に、本実施例の動作について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）において、図示しない光源から出射された光はまず、第１の偏光板５２ａにより、Ｐ偏光のみが取り出され、この後、軸方向が傾斜した位相差板５３によって変調された後、反射型液晶素子５１に入射される。軸方向が傾斜した位相差板５３の光軸は、入射するＰ偏光が振動する面内に揃えられる。傾斜した軸を持った位相差板５３は、例えば、特開平９−１９７３９７号公報や特開２０００−３２１５７６号公報で開示された、ディスコティック液晶を基板上に、配列したもの等が用いられる。
【００４４】
反射型液晶素子５１に入射した光は、液晶層５６を通過し反射基板５５上の反射電極により反射され、さらに液晶層５６及び透明基板５４を通過して出射されて第２の偏光板（検光子）５２ｂに入射する。
【００４５】
ここで、各画素電極に電界をかけず液晶層５６がオフのときには、入射光の偏光状態は不変のまま反射基板５６で反射される。この場合、反射された光は投影レンズ５７の手前に設置された第２の偏光板（検光子）５２ｂで吸収されるため、図２（Ａ）に示すように投影レンズ５７には入射されない。すなわち、黒表示を実現する。他方、各画素電極に電界をかけて液晶層５６をオンに駆動したときには、反射型液晶素子５１の入射光の偏光状態は回転されて反射基板５６で反射される。この場合、反射された光は図２（Ｂ）に示すように、第２の偏光板（検光子）５２ｂを通過して投影レンズ５７を経て図示せぬスクリーン上に拡大投影される。
【００４６】
ここで、液晶層５６のプレチルト角が８５度の場合の例について説明する。傾斜した軸を持った位相差板５３の特性としては、例えば、基板側の角度４度、表面側の角度８０度のものが用いられる。この傾斜した軸を持った位相差板５３のみを、クロスニコル状態に置かれた光学系に挿入して測定した透過率の変化を図３に示す。同図中、縦軸は透過率、横軸は極角を示す。同図に示すように、極角が−６０度付近で透過率が最大、極角が３５度付近で透過率が最小の特性である。
【００４７】
この位相差板５３を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図４に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近の黒レベルが小さくなっていることが分かる。
【００４８】
液晶層５６への光の入射角を、約１２度、投影レンズのＦ値は２．４（この場合のレンズ取り込み角は約１２度であるため、視野角で極角０〜２４度、方位角２５８〜２７２度の範囲の光が取り込まれることとなる。）で、スクリーンに投影した時のコントラストは、約６５０：１で、左右のコントラスト傾斜（左右ムラ）も無く均一な表示ができた。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００４９】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例の構成は図２に示した第１実施例と同様であるが、傾斜した軸を持った位相差板５３として、例えば、基板側の角度１０度、表面側の角度７０度のものを用いた点に特徴がある。本実施例の視野角特性は、図５に示すように、方位角９０度方向で極角１０度付近（図５中、点線の円は極角２０度単位の円で、最小径の円が極角２０度を示す：以下同様）の黒レベルの方位角方向の視野角が広がっていることが分かる。同様に、スクリーン上に投影した時のコントラストは、約６００：１で左右のコントラスト傾斜も無く均一であった。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００５０】
軸方向が傾斜した位相差板５３が挿入されていない場合を第１の比較例とし、その第１の比較例と本実施例との違いについて説明する。なお、この第１の比較例の構成は、位相差板５３が無いことを除き、その他の構成は図２の構成と同一である。この第１の比較例では、実際に投影された画面では、左右方向黒レベルの傾斜現象が見られた。コントラストの高い所で、７００：１であるが、コントラストの低い所は３００：１であった。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００５１】
この第１の比較例の視野角特性は図６で示される。図６の視野角特性は、液晶に電圧がかかっていない黒表示の場合に、液晶のプレチルト角があると、コントラストの取れる位置が中心部にあることを示しており、偏光方向と、それに直交する方向でコントラストが高いが、偏光方向と特に４５度となす、斜め方向からの光の入射角度では、急激に光が漏れて来て、黒レベルが上昇し、かつ、コントラストが低下してしまう。
【００５２】
また、光入射の方位角９０度（斜め下から入射し反射した光を斜め上から観察した場合に相当）からの部分で見ると、極角が小さくなると（光を斜めに入射させていくと）方位角のずれに応じて得られる黒レベルが変わっていることが分かる。これは、投射した画面上で、左右方向に黒レベルの傾斜があることを意味し、左右でコントラストの傾斜を持つことになる。この現象は、色合成をした時に、３枚のパネルの特性が一致しないため、色むらとして観察され、非常に目立つこととなる。
【００５３】
なお、図７は視野角特性の重要ポイントを示す。同図に示すように、通常（オンアクシス）は、光を垂直に入れて垂直に出すので、円の中央部分の特性が重要であるが、オフアクシスでは、斜めに光を入射するので、その部分の特性が重要となる。通常、入射する光は平行光が望ましいが、どうしても光を集めて照射するため、光は（逆）円錐状となって照射される。円錐の広がり角をコーンアングルといい、この角度の光の範囲の特性が重要となる。
【００５４】
例えば、コーンアングル１５度の光が、上記オンアクシスの場合は光の中心が極角０度（丁度中央）で、コーンアングルを含めると、極角１５度（半径１５）の円内が重要な部分になる。オフアクシスの場合に、例えば方位角２７０度の方向から、極角１６度で（垂直から１６度傾けて）光を入射させた場合を考えると、反射した光、つまり方位角９０度、極角１６度を中心とする図７に示す楕円内がその範囲になる。この観点で見ると、実施の形態では、その部分の黒が良好になっていることが分かる。
【００５５】
このように、上記実施例によれば、ＰＢＳを使わないため明るく、安価な光学系が実現でき、また、素子に斜めに光を入れる必要があるが、その入射角度周囲のみの所で最適になる様に調整できるので、極めて高いコントラストが得られる。更に、上記実施例によれば、偏光板の条件が緩やかであり、偏光手段（第１の偏光板５２ａ）と反射型液晶素子の表面や界面等からの反射に起因する検光手段（第２の偏光板５２ｂ）は、独立したクロスニコル関係にあるので、干渉縞が画面に投影されることは無い。また、色分解後に偏光手段と検光手段を持ち、検光した後色合成を行うため、色分解・合成系での複屈折による、偏光の純度低下の問題がなく、熱等に対して安定であるという特長がある。
【００５６】
ところで、上記の第１及び第２実施例では、斜めに傾斜した一軸異方性を有する位相差板５３を、入射Ｐ偏光の振動面と平行にしたため、位相差板５３のリターデーション（屈折率差と膜厚の積）の範囲が狭く、また、得られる視野角の特性が狭い。そこで、以下説明する本発明の第３実施例では、入射する偏光をＳ偏光とし、斜めに傾斜した一軸異方性を有する位相差板を、入射Ｓ偏光の振動面と直交する面と平行とする。
【００５７】
以下、図を参照して、本発明の第３実施例について説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第３実施例の黒表示時及び白表示時の構成図を示す。図８（Ａ），（Ｂ）において、本発明の第３実施例に係る反射型液晶素子を用いた投影装置６０は、反射型液晶素子６１への入射光光路上に入射光から直線偏光を取り出す第１の偏光板６２ａと軸方向が傾斜した構造を持つ位相差板６３とが設けられ、また、反射型液晶素子６１からの反射光光路上には、第２の偏光板（検光子）６２ｂが設けられている。
【００５８】
反射型液晶素子６１は、対向配置された透明基板６４と反射基板６５とを有し、その間に液晶層６６が挟持された構成を持つ。なお、図示しないが、透明基板６４の対向表面には、共通電極である透明電極が形成されており、反射基板６５の対向表面には、画素毎に形成されたＭＯＳトランジスタ、又はＴＦＴ等の駆動回路と、反射電極とが複数マトリクス状に形成されている。画素サイズとしては、例えば１０μｍ×１０μｍ角程度微細な画素が形成されている。
【００５９】
液晶層６６を構成する液晶分子としては、垂直配向型の負の誘電異方性を有するネマティック液晶が使用される。液晶層６６に接する透明基板６４および反射基板６５の表面には液晶分子に配向を付与するため、例えば蒸着配向されたシリコン酸化物からなる配向膜（図示せず）が形成されており、初期状態の液晶分子に例えば約８０〜８９度のチルト角および偏光板の偏光軸に対し約４５度の両方位角を付与している。図８（Ａ）は、各画素電極に電界をかけない状態（初期状態）で黒を表示するノーマリブラック（ＮＢ）モードを示している。図８（Ｂ）は白を表示するモードを示している。
【００６０】
次に、本実施例の動作について説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）において、図示しない光源から出射された光は、まず、図示しない色分解光学系により、ＲＧＢの三原色光に分解された後、第１の偏光板６２ａにより、Ｓ偏光のみが取り出され、この後、軸方向が傾斜した位相差板６３によって変調された後、反射型液晶素子６１に入射される。軸方向が傾斜した位相差板６３の光軸は、入射するＳ偏光が振動する面内に揃えられる。傾斜した軸を持った位相差板６３は、例えば、特開平９−１９７３９７号公報や特開２０００−３２１５７６号公報で開示された、ディスコティック液晶を基板上に、配列したもの等が用いられる。この位相差板６３の好ましい形態は次の通りである。
【００６１】
（１）光学位相板が、透明支持体及びその上に設けられたディスコティック構造単位を有する化合物からなる光学異方層からなる。
【００６２】
（２）光学異方層のディスコティック構造単位の円盤面が、透明支持体面に対して傾いており、かつ、このディスコティック構造単位の円盤面と透明支持体面とのなす角度が、光学異方層の深さ方向において変化している。
【００６３】
（３）光学補償シート全ての下記で表されるリターデーションの合計の絶対値Ｒｅ１と、液晶層の下記で表されるリターデーションの絶対値Ｒｅ２とが、下記の関係：
０．４×Ｒｅ２≦Ｒｅ１≦１．０×Ｒｅ２　　　　　　▲１▼
［但し、上記光学補償シートのリターデーションは
｛ｎ１−（ｎ２＋ｎ３）／２｝×ｄ　　　　　　　　　▲２▼
（上式中、ｎ１、ｎ２及びｎ３は、上記光学補償シートの３軸方向屈折率を表わし、それぞれこの順に小さい屈折率を有し、ｄは上記光学補償シートのｎｍ換算の厚さを表わす）により定義され、そして上記液晶層のリターデーションは、
｛ｍ３−（ｍ１＋ｍ２）／２｝×ｄ’　　　　　　　　▲３▼
（上式中、ｍ１、ｍ２及びｍ３は、上記液晶層の３軸方向屈折率を表わし、それぞれこの順に小さい屈折率を有し、ｄ’は上記液晶層のｎｍ換算の厚さを表わす）により定義される］を満足する。
【００６４】
再び図８に戻って説明するに、反射型液晶素子６１に入射した光は、液晶層６６を通過し反射基板６５上の反射電極により反射され、さらに液晶層６６及び透明基板６４を通過して出射されて第２の偏光板（検光子）６２ｂに入射する。
【００６５】
ここで、各画素電極に電界をかけず液晶層６６がオフのときには、入射光の偏光状態は不変のまま反射基板６６で反射される。この場合、反射された光は投影レンズ６７の手前に設置された第２の偏光板（検光子）６２ｂで吸収されるため、図８（Ａ）に示すように投影レンズ６７には入射されない。すなわち、黒表示を実現する。他方、各画素電極に電界をかけて液晶層６６をオンに駆動したときには、反射型液晶素子６１の入射光の偏光状態は回転されて反射基板６６で反射される。この場合、反射された光は図８（Ｂ）に示すように、第２の偏光板（検光子）６２ｂを通過して投影レンズ６７を経て図示せぬスクリーン上に拡大投影される。
【００６６】
ここで、液晶層６６のプレチルト角８５度の場合の例について説明する。傾斜した軸を持った位相差板６３の特性としては、例えば、基板側の角度４度、表面側の角度８０度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられる。この傾斜した軸を待った位相差板のみの軸方向を含む面の角度に対する透過率の変化を図９に示す。同図中、縦軸は透過率、横軸は極角を示す。同図に示すように、極角が−５５度付近で透過率が最大の特性である。Ｓ偏光は基板側より入射される。
【００６７】
この位相差板６３を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１０に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近の黒レベルが小さくなっていることが分かる。液晶層６６への光の入射角は、約１２度、投影レンズのＦ値は２．４（この場合のレンズ取り込み角は、約１２度であるため、視野角で極角０〜２４度、方位角７８〜１０２度の範囲の光が取り込まれることとなる。）で、スクリーンに投影した時のコントラストは、約１０００：１で、左右のコントラスト傾斜も無く均一な表示ができた。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００６８】
なお、負の誘電異方位をもつ液晶を垂直配向させた際の液晶のチルトの方向は、入射偏光に対して方位角（４５＋９０×ｎ）；｛ｎは整数の角度｝に設定された場合が、液晶に電圧をかけた時の明るさが最も明るくなる。但し、４５度と１３５度にとるよりも、２２５度、３１５度にとる方が、黒のレベルが下がるのでより好ましい。
【００６９】
上記光学補償シートのリターデーションは、前記▲２▼式により定義され、そのリターデーションＲｅ１は１０７ｎｍである。そして、上記液晶層６６のリターデーションは、前記▲３▼式により定義されるが、この場合は、Ｒｅ２が２６７ｎｍであった。Ｒｅ１は、Ｒｅ２の０．４０倍であった。
【００７０】
図１１（Ａ）〜（Ｇ）に、Ｒｅ１／Ｒｅ２＝０．１３〜０．８の場合の視野角特性図を示すが、この比の値は小さいと効果が無く、大きすぎると逆に悪くなるため、好ましくは、０．２〜０．５の範囲が望ましい。また、液晶のプレチルトを８５度、液晶の方位角を４５度としたとき、液晶層のリターデーションＲｅ２は２６７ｎｍである。負の光学一軸異方性を持つ位相板の構成及び、リターデーションＲｅ１はこの条件での最適値は８６ｎｍである。光の入射は、Ｐ偏光である。
【００７１】
次に、この第３実施例において、軸方向が傾斜した位相差板６３が、挿入されていない場合を第２の比較例として示す。他の光学的配置は、前記第３実施例及び前記第１の比較例と同一である。実際に投影された画面では、左右方向黒レベルの傾斜現象が見られた。コントラストの高い所で、７００：１であるが、コントラストの低い所は３００：１であった。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象は観察されなかった。
【００７２】
この第２の比較例の視野角特性は図１２に示される。図１２に示す視野角特性から分かるように、液晶に電圧がかかっていない黒表示の場合に、液晶のプレチルト角があると、コントラストのとれる位置が中心部にあり、偏光方向と、それに直交する方向で、コントラストが高いが、偏光方向と特に４５度となす、斜め方向からの光の入射角度では、急激に光が漏れて来て黒レベルが上昇し、かつ、コントラストが低下してしまう。
【００７３】
また、方位角９０度（斜め下方位角２７０度から入射した場合に相当）の部分で見ると、極角が小さくなると（光を斜めに入射させていくと）、方位角のずれに応じて得られる黒レベルが変わっていることが分かる。これは、投射した画面上で、左右方向に黒レベルの傾斜があることを意味し、左右でコントラストの傾斜を持つことになる。この現象は、色合成をした時に、３枚のパネルの特性が一致しないため、色むらとして観察され、非常に目立つこととなる。
【００７４】
これに対し、本実施例では、入射光にＳ偏光を用い、光学的に負の一軸異方性を持ち、それが斜めに傾斜した位相差板６３を入射Ｓ偏光の振動方向と直交する面と平行とすることによって、図１０の視野角特性に示したように、黒のレベルが下がり、かつ、コントラストが高くなり、コントラストがとれる角度範囲が広がる。
【００７５】
次に、本発明の第４実施例について説明する。図１３（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第２の実施の形態に係る第４実施例の黒表示時及び白表示時の構成図を示す。図１３（Ａ），（Ｂ）において、本発明の第４実施例の反射型液晶素子を用いた投影装置７０は、反射型液晶素子７１への入射光光路上に入射光から直線偏光を取り出す第１の偏光板７２ａが設けられ、また、反射型液晶素子６１からの反射光光路上には、軸方向が傾斜した構造を持つ位相差板７６と第２の偏光板（検光子）７２ｂとが設けられている。
【００７６】
反射型液晶素子７１は、対向配置された透明基板７４と反射基板７５とを有し、その間に液晶層７６が挟持された構成を持つ。なお、図示しないが、透明基板７４の対向表面には、共通電極である透明電極が形成されており、反射基板７５の対向表面には、画素毎に形成されたＭＯＳトランジスタ、又はＴＦＴ等の駆動回路と、反射電極とが複数マトリクス状に形成されている。画素サイズとしては、例えば１０μｍ×１０μｍ角程度微細な画素が形成されている。
【００７７】
液晶層７６を構成する液晶分子としては、垂直配向型の負の誘電異方性を有するネマティック液晶が使用される。液晶層７６に接する透明基板７４および反射基板７５の表面には液晶分子に配向を付与するため、例えば蒸着配向されたシリコン酸化物からなる配向膜（図示せず）が形成されており、初期状態の液晶分子に例えば約８０〜８９度のチルト角および偏光板の偏光軸に対し約４５度の両方位角を付与している。図１３（Ａ）は、各画素電極に電界をかけない状態（初期状態）で黒を表示するノーマリブラック（ＮＢ）モードを示している。図１３（Ｂ）は白を表示するモードを示している。
【００７８】
次に、本実施例の動作について説明する。図１３（Ａ）、（Ｂ）において、図示しない光源から出射された光は、まず、図示しない色分解光学系により、ＲＧＢの三原色光に分解された後、第１の偏光板７２ａにより、Ｐ偏光のみが取り出され、反射型液晶素子７１に入射される。反射型液晶素子７１に入射した光は、液晶層７６を通過し反射基板７５上の反射電極により反射され、さらに液晶層７６及び透明基板７４を通過して出射された後、軸方向が傾斜した位相差板７６によって変調される。軸方向が傾斜した位相差板７６の光軸は、入射するＰ偏光が振動する面内に揃えられる。傾斜した軸を持った位相差板７６は、例えば、特開平９−１９７３９７号公報や特開２０００−３２１５７６号公報で開示された、ディスコティック液晶を基板上に、配列したもの等が用いられる。
【００７９】
この位相差板７６を通過したＰ偏光は第２の偏光板（検光子）７２ｂに入射する。ここで、各画素電極に電界をかけず液晶層７６がオフのときには、入射光の偏光状態は不変のまま反射基板７６で反射される。この場合、反射された光は投影レンズ７７の手前に設置された第２の偏光板（検光子）７２ｂで吸収されるため、図１３（Ａ）に示すように投影レンズ７７には入射されない。すなわち、黒表示を実現する。他方、各画素電極に電界をかけて液晶層７６をオンに駆動したときには、反射型液晶素子７１の入射光の偏光状態は回転されて反射基板７６で反射される。この場合、反射された光は図１３（Ｂ）に示すように、第２の偏光板（検光子）７２ｂを通過して投影レンズ７７を経て図示せぬスクリーン上に拡大投影される。
【００８０】
ここで、液晶層７６のプレチルト角８５度の場合の例について説明する。傾斜した軸を持った位相差板７６の特性としては、例えば、基板側の角度４度、表面側の角度８０度、膜面方向のリターデーションが約１４２ｎｍ、方位角２７０度のものが用いられる。位相差板７６への光は、チルト角が大きい側から入射される。
【００８１】
図１４（Ａ）は本発明の第４実施例における位相差板７６の光学軸Ｉと、反射型液晶素子７１の液晶配向方向ＩＩとの平面方向から見た関係を示し、同図（Ｄ）は第４実施例の構成と入射光の振動方向と液晶配向方向等を、反射型液晶素子７１及び位相差板７６等の断面方向から見た関係を示し、同図（Ｂ）は同図（Ｄ）中の位相差板の詳細構成を示す。図１４（Ｄ）において、第１の偏光板７２ａに入射する光は、紙面と平行な振動面ＩＩＩで振動するＰ偏光が取り出され、液晶配向方向（液晶方位角４５度）ＩＩの反射型液晶素子７１に入射する。
【００８２】
この反射型液晶素子７１で反射された光は、位相差板７６に入射する。この位相差板７６は、図１４（Ｂ）に拡大図示するように、ディスコティック液晶のような円盤状の液晶分子で構成されている場合に、その液晶分子は７８で示すように配置されており、また光学軸が矢印７７で示す方向に配置されている。位相差板７６を透過した偏光は、第２の偏光板７２ｂにより紙面と垂直方向に振動するＳ偏光を透過する。
【００８３】
この位相差板７６を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１４（Ｃ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近の黒レベルが小さくなっていることが分かる。液晶層７６への光の入射角は、約１２度、投影レンズのＦ値は２．４（この場合のレンズ取り込み角は、約１２度であるため、視野角で極角０〜２４度、方位角７８〜１０２度の範囲の光が取り込まれることとなる。）で、スクリーンに投影した時のコントラストは、約１０００：１で、左右のコントラスト傾斜も無く均一な表示ができた。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００８４】
次に、本発明の第５実施例について説明する。図１５（Ｄ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第５実施例の要部構成図を示す。同図（Ｄ）中、図１３及び図１４（Ｄ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１５（Ｄ）に示す第５実施例は、前述した第４実施例と比較すると、軸が傾斜した位相差板８１を液晶方位角４５度の反射型液晶素子７１からの反射光が第２の偏光板７２ｂに至る光路上に設けられている点は同じであるが、位相差板８１の光学軸が図１５（Ａ）にＩで示され、かつ、その構造が同図（Ｂ）に８２で示すように、光学軸が表面側から基板側方向に向いており、ディスクティック液晶のような円盤状の液晶分子８３の並び方が異なる。
【００８５】
ここで、液晶層７６のプレチルト角８５度の場合の例について説明する。傾斜した軸を持った位相差板８１の特性としては、例えば、光出射側の角度８０度、光入射側の角度４度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられる。本実施例では、位相差板８１への光はチルトが小さい側から入射される。
【００８６】
この位相差板８１を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１５（Ｃ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近のコントラストの向上が若干見られ、スクリーンに投影した時のコントラストは、約６５０：１であり、左右むらや干渉縞は見られなかった。
【００８７】
次に、本発明の第６実施例について説明する。図１６（Ｃ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第６実施例の要部構成図を示す。同図（Ｃ）中、図８（Ａ）、（Ｂ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１６（Ｃ）に示す第６実施例は、第２の実施の形態の実施例で、前述した第３実施例の第１の偏光板６２ａから反射型液晶素子６１に至る反射型液晶素子６１への入射光路上に設けられた位相差板６３に代えて、反射型液晶素子６１から第２の偏光板６２ｂに至る反射型液晶素子６１の反射光路上に位相差板８６を設けた点に特徴がある。位相差板８６以外の構成は第３実施例と同じである。すなわち、第１の偏光板６２ａは図１６（Ｃ）に示すように振動方向が紙面に垂直な方向のＳ偏光のみを取り出し、第２の偏光板６２ｂは図１６（Ｃ）に示すように振動方向が紙面に平行な方向のＰ偏光のみを通過させる。
【００８８】
反射型液晶素子６１の液晶配向方向は、図１６（Ａ）にＶで示される方位角２２５度であり、位相差板８６の光軸は同図（Ａ）にＶＩで示される。軸が傾斜した位相差板８６は、光学軸が図１６（Ｃ）に８７で示すように表面側から基板側方向へ向いており、その特性としては、例えば、光出射側の角度４度、光入射側の角度８０度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられる。
【００８９】
この位相差板８６を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１６（Ｂ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近のコントラストの向上が全く見られず、スクリーンに投影した時のコントラストは、約２０：１であった。ただし、左右むらや干渉縞は見られなかった。
【００９０】
次に、本発明の第７実施例について説明する。図１７（Ｃ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第７実施例の要部構成図を示す。同図（Ｃ）中、図１６（Ｃ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１７（Ｃ）に示す第７実施例は、前述した第６実施例と比較すると、軸が傾斜した位相差板９１を液晶方位角２２５度の反射型液晶素子６１からの反射光が第２の偏光板６２ｂに至る光路上に設けられている点は同じであるが、位相差板９１の光学軸が図１７（Ａ）にＶＩで示され、かつ、そのディスクティック液晶のような円盤状の液晶分子の並び方が異なる。
【００９１】
ここで、軸が傾斜した位相差板９１は、光学軸が図１７（Ｃ）に９２で示すように表面側から基板側方向へ向いており、また、その特性としては、例えば、光出射側の角度４度、光入射側の角度８０度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられる点は第６実施例の位相差板８６と同じであるが、位相差板８６の方位角が２７０度であるのに対し、この位相差板９１の方位角は９０度である点で相違する。
【００９２】
この位相差板９１を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１７（Ｂ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近のコントラストの向上が殆ど見られず、スクリーンに投影した時のコントラストは、約５：１であるが、左右むらや干渉縞は見られなかった。
【００９３】
次に、本発明の第８実施例について説明する。図１８（Ｃ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第８実施例の要部構成図を示す。同図（Ｃ）中、図１４（Ｃ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１８（Ｃ）に示す第８実施例は、第２の実施の形態に係る実施例で、図１４に示した第４実施例における位相差板７６の代わりに位相差板９５を設けた点に特徴がある。この位相差板９５は、光学軸が図１８（Ｃ）に９６で示すように、表面側（光入射側）から基板側（光出射側）に向いており、また、その特性としては、例えば、基板側（光出射側）の角度８０度、表面側（光入射側）の角度４度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられ、位相差板９５への光は、位相差板７６とは異なり、チルト角が小さい側から入射される。
【００９４】
図１８（Ａ）は位相差板９５の光学軸Ｉと、反射型液晶素子７１の液晶配向方向ＩＩとの関係を示す。この位相差板９５を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１８（Ｂ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近のコントラストの向上が見られ、スクリーンに投影した時のコントラストは、約６００：１であり、左右むらや干渉縞は見られなかった。
【００９５】
次に、本発明の第９実施例について説明する。図１９（Ｃ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第９実施例の要部構成図を示す。同図（Ｃ）中、図１８（Ｃ）と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１９（Ｃ）に示す第９実施例は、第２の実施の形態に係る実施例で、図１８に示した第８実施例と比較すると、第８実施例で使用した反射型液晶素子７１の代わりに反射型液晶素子６１を用いる点に特徴があり、それ以外の構成は第８実施例と同一である。
【００９６】
図１９（Ａ）はこの第９実施例の位相差板９５の光学軸Ｉと、反射型液晶素子６１の液晶配向方向ＶＩとの関係を示す。この位相差板９５を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図１９（Ｂ）に示すように、方位角９０度で極角１５〜２０度付近のコントラストの向上が見られ、スクリーンに投影した時のコントラストは、第８実施例と同一の約６００：１であり、左右むらや干渉縞は見られなかった。
【００９７】
以上の第１乃至第９実施例と第２の比較例とを各特性及び得られた性能を、図２０にまとめて示す。同図において、ＣＲはコントラスト比（Ｃｏｎｔｒａｓｔ　Ｒａｔｉｏ）、すなわち、白表示と黒表示の明るさの比率を示す。また、偏光板角度は、反射型液晶素子の入射平面をｘ軸とｙ軸の平面としたとき、水平方向のｘ軸を基準に反時計回りを正にとったときの角度で、入射光を直線偏光とした場合、その振動方向を含む面と、素子面のなす角を素子面上でｘ方向から数えた角度である。従って、方位角２７０度方向から（斜め下から）入射するＰ偏光の場合は、入射面と平行に光は振動するので、ｘ軸とのなす角度、すなわち偏光面角度は９０度となる。
【００９８】
図２１は軸が傾斜した位相差板と偏光板と入射光との各例を示す。図２１（Ａ）〜（Ｅ）において、位相差板１０１は、前述した第１〜第９実施例の位相差板５３、６３、７６、８１、８７、９１、９５のいずれかを示し、膜面の厚さ方向でディスコティック液晶の分子が漸次傾斜した分子配列をとっていることを模式的に示す。
【００９９】
すなわち、位相差板１０１（５３、６３、７６、８１、８７、９１、９５）は、その光学軸が図２１では紙面に平行であり、その膜面に対して光学軸が傾斜しているが、膜面からの厚さに応じて光学軸の傾斜角度が漸次変化している。なお、偏光板１０２、１０４、１０５、１０６は、前述した第１の偏光板６２ａ又は第２の偏光板６２ｂ、７２ｂに相当する。
【０１００】
図２１（Ａ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光を透過する特性の偏光板１０２が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第１の例は最も望ましいコントラスト比が得られる例で、前述した第３実施例及び第４実施例に相当する。また、このときの位相差板１０１の光学軸は紙面に平行であり、Ｓ偏光のみを透過させる特性の偏光板１０２の透過軸は紙面に垂直方向であり、両者は互いに直交する。
【０１０１】
図２１（Ｂ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光を透過する特性の偏光板１０４が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。ただし、この例は偏光板１０４が位相差板１０１のディスコティック液晶分子が表面に対してほぼ平行に配列されている側に配置されている点で、図２１（Ａ）に示した第１の例と異なる。この第２の例は、望ましいコントラスト比が得られる例で、前述した第５、第８、第９実施例に相当する。
【０１０２】
また、図２１（Ｃ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｐ偏光を透過する特性の偏光板１０５が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第３の例は十分なコントラスト比が得られない望ましくない例で、前述した第６実施例に相当する。
【０１０３】
更に、図２１（Ｄ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光又はＰ偏光を透過する特性の偏光板１０６が設けられ、かつ、光が１０７で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切らないような角度で入射した例を示す。この第４の例は最もコントラスト比が得られない最も望ましくない例で、前述した第７実施例に相当する。
【０１０４】
図２１（Ｅ）は位相差板１０１の光入射側にＰ偏光を透過する特性の偏光板１０２が設けられ、かつ、光が１０３で示すように位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第５の例は、好ましいコントラストが得られる例で、前述した第１、第２実施例に相当する。
【０１０５】
このように、上記の第３、第４、第５、第８及び第９実施例では、位相差板の入射光にＳ偏光を用い、光学的に負の一軸異方性を持ち、それが斜めに傾斜した位相差板１０１（６３、７６、８１、９５）を、入射Ｓ偏光の振動方向と直交する面と平行とすることによって、黒のレベルが下がり、かつ、コントラストが高くなり、コントラスト比が十分にとれる角度範囲を広げることができる。
【０１０６】
ところで、以上の実施例では、傾斜軸を持った位相差板の構成が光の入射側と出射側で傾き角が異なる場合についてのみ記述している。以下の第１０〜第２９実施例では位相差板の構成が光の入射側と出射側で同じ傾き角でも良好なことを示す。また、液晶のプレチルト角の制限も含めて、第１０〜第２９実施例をまとめると、図２２に示すようになる。なお、図２２には前述した第２の比較例と第３及び第４実施例についても、比較のため示してある。
【０１０７】
図２２において、第１０〜第１２実施例では、光源より出射された光を、ＲＧＢの３原色光に色分解する色分解手段を通して色分解された光を、第１の偏光板を透過させて、透明基板とアクティブマトリックス基板（反射基板）の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子に照射し、表示する画像データに応じてこの反射型液晶素子で変調された光を、第１の偏光板とクロスニコルの関係に配置される第２の偏光板により検光した光を、投影レンズにより拡大投影する斜め投射光学系（オフアクシス）を有する投影装置において、１軸異方性があり、その光学軸が斜め方向に傾斜した位相差板が、反射型液晶素子と第２の偏光板との間に挿入されており、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角８５度、液晶方位角４５度であり、反射型液晶素子にはＰ偏光が入射され、第２の偏光板はＳ偏光を透過させる構成である点で共通であるが、上記の傾斜した軸を持った位相差板の特性が、基板側（光出射側）の角度と、表面側（光入射側）の角度が同一であるが、実施の形態毎に異なる（５０度、４０度又は３０度）。ただし、位相差板の方位角は２７０度である。
【０１０８】
また、第１３、第１４実施例は、位相差板の基板側（光出射側）の角度が１０度又は７０度で、表面側（光入射側）の角度が７０度又は１０度異なる点が第１０〜第１２実施例と異なる。これら第１０〜第１４実施例では、いずれも左右のコントラスト傾斜も無く、均一な表示ができ、干渉縞も観察されなかった。
【０１０９】
また、図２２に示すように、第１５〜第２６実施例は、上記の斜め投射光学系（オフアクシス）を有する投影装置において、１軸異方性があり、その光学軸が斜め方向に傾斜した位相差板が、第１の偏光板と反射型液晶素子との間に挿入されており、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角８５度、液晶方位角２２５度であり、反射型液晶素子にはＳ偏光が入射され、第２の偏光板はＰ偏光を透過させる構成である点で共通であるが、位相差板の入射側のプレチルト角、出射側のプレチルト角、リターデーションが異なる。
【０１１０】
すなわち、第１５〜第１８実施例では、位相差板の入射側プレチルト角と出射側プレチルト角が共に５０度であるが、リターデーションが互いに異なる。また、第１９〜第２６実施例は、位相差板の入射側プレチルト角と出射側プレチルト角がそれぞれ同一であるが、１０度ずつ８０度まで実施の形態毎に異なる。更に、第２７〜第２９実施例では、位相差板の入射側プレチルト角と出射側プレチルト角がそれぞれ７０度で同一であるが、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角が第２７実施例では８０度、第２８実施例では８３度、第２９実施例では８９度と異なる。
【０１１１】
これらの結果、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角が８９度よりも大きいと、画素電極に電圧がかかった時に液晶分子の傾く方向がばらばらになり、画像欠陥がでやすく、また、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角が８３度以下では、軸が傾斜した位相差板で補償しても、コントラストが取れなくなると共に、コントラストの左右むらが生じることが分かった。従って、反射型液晶素子の液晶層のプレチルト角は８３度から８９度であることが望ましい。
【０１１２】
次に、本発明の更に他の実施の形態について説明する。図２３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、本発明の他の実施の形態の要部の正面図、縦断面図、側断面図を示す。同図（Ａ）〜（Ｃ）において、位相差板１１１の一方の面は接着層１１２を介して偏光板１１５に接着され、位相差板１１１の他方の面は接着層１１４を介してガラス板１１５の裏面に接着されている。ガラス板１１５の表面には反射防止層１１６が形成されている。また、位相差板１１１は、ディスコティック液晶を基本とする負の一軸異方性を持ち、その光学軸は、図２３（Ｂ）に模式的に示すように膜面に対して傾斜しており、かつ、紙面に平行方向にあるのに対し、偏光板１１３の透過軸は、図２３（Ａ）に示すように図中上下方向、すなわち、位相差板１１１の光学軸に対しては直交するようにされている。
【０１１３】
本実施例によれば、位相差板１１１が偏光板１１３と一体に構成されることとなるため、余分な表面反射が無くなり、透過率を上げられるという特長がある。なお、この場合、偏光板１１３と位相差板１１１の接合方向は、一義的に決められる。また、位相差板１１１の上下で、ディスコティック液晶のプレチルト角が異なっている場合は、プレチルト角の大きい方を偏光板１１３の方に向けて接着する。更に、偏光板１１３の吸収と位相差板１１１の光学軸は、同一面にあることが望ましい。
【０１１４】
また、図２３に示すように、位相差板１１１が、表面が反射防止処理されたガラス板１１５と接着層１１４を介して接着されているため、余分な界面反射を低減することができ、この結果、明るい投影が可能となる。また、表面の凹凸による屈折による像のボケ、ひずみを抑えることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の種々の特長を有するものである。
【０１１６】
（１）一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板を、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に挿入し、かつ、その位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は前記検光手段の透過軸と直交するように設定することにより、黒レベルを低下させることができるようにしたため、コントラスト比の高い投影画像を得ることができ、また、コントラストが十分にとれる角度範囲を拡大できる。
【０１１７】
（２）偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることなく、偏光手段と検光手段により所定のＰ偏光又はＳ偏光だけを検光することができるため、ＰＢＳを有する光学系に比し、明るい光学系を安価に実現できる。
【０１１８】
（３）ＰＢＳを使わないため、反射型液晶素子に斜めに光を入れる必要があるが、その入射角度周囲のみの所で最適になる様に調整できるので、極めて高いコントラスト比が得られる。
【０１１９】
（４）偏光手段を構成する偏光板の条件が緩やかであるため、各種の偏光板を適用できる。
【０１２０】
（５）偏光手段と検光手段は、独立しており、かつ、クロスニコル関係にあるので、干渉縞が画面に投影されることは無い。また、色分解後に、偏光手段と検光手段を持ち、検光した後、色合成を行う装置のような、色分解・合成系での複屈折や偏光の純度低下の問題がなく、熱等に対して安定である。
【０１２１】
（６）位相差板を、近接する偏光手段又は検光手段と一体的に固定された構成とすることにより、余分な表面反射を無くし、透過率を上げることができる。
【０１２２】
（７）位相差板を、表面に反射防止層が形成されたガラス板の裏面に接着された構成とすることにより、余分な界面反射を低減することができるため、明るい投影ができ、また、表面の凹凸による屈折による像のボケ、歪みを抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明の第１及び第２実施例の投影装置を示す構成図である。
【図３】図２に示した傾斜した軸を持った位相差板のみの軸方向を含む面の角度に対する透過率の変化を示した図である。
【図４】図２に示した投影装置のシミュレーションで得られた、視野角特性図である。
【図５】本発明の第２実施例の視野角特性図である。
【図６】軸方向が傾斜した位相差板が挿入されていない比較例の視野角特性図である。
【図７】視野角特性の重要ポイント説明図である。
【図８】本発明の第３の実施例の投影装置の構成図である。
【図９】図８における傾斜した軸を待った位相差板のみの軸方向を含む面の角度に対する透過率の変化を示した図である。
【図１０】図８に示した投影装置のシミュレーションで得られた視野角特性図である。
【図１１】Ｒｅ１／Ｒｅ２＝０．１３〜０．８の場合の視野角特性図である。
【図１２】比較例の視野角特性図である。
【図１３】本発明の投影装置の第４実施例の構成図である。
【図１４】本発明の第４実施例における位相差板の光学軸と反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、位相差板の詳細構成、視野角特性及び本発明の第４実施例の構成図である。
【図１５】本発明の第５実施例における位相差板の光学軸と反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、位相差板の詳細構成、視野角特性及び本発明の第５実施例の構成図である。
【図１６】本発明の第６実施例における位相差板の光学軸と反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、視野角特性及び本発明の第６実施例の構成図である。
【図１７】本発明の第７実施例における位相差板の光学軸と反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、視野角特性及び本発明の第７実施例の構成図である。
【図１８】本発明の第８実施例における位相差板の光学軸と、反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、視野角特性及び本発明の第８実施例の構成図である。
【図１９】本発明の第９実施例における位相差板の光学軸と、反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、視野角特性及び本発明の第９実施例の構成図である。
【図２０】本発明の第１〜第９実施例をまとめた結果を示す図である。
【図２１】位相差板と偏光板との各例のうち、望ましい例を示す図である。
【図２２】本発明の第１０〜第２９実施例をまとめた結果を示す図である。
【図２３】本発明の他の実施の形態の構成図である。
【図２４】従来の投影装置の一例を示す構成図である。
【図２５】従来の投影装置の他の例の構成図である。
【図２６】光学系カラー化の従来の投影装置の構成図である。
【図２７】従来の投影装置の更に他の例の構成図である。
【符号の説明】
Ａ１　光源
Ａ２　レンズ群
Ａ３　色分解光学系
Ａ４　偏光手段
Ａ５、Ｂ１、５３、６３、７６、８１、８６、９１、９５、１０１、１１１　位相差板
Ａ６、５１、６１、７１　反射型液晶素子
Ａ７　検光手段
Ａ８　色合成光学系
Ａ９、５７　投影レンズ
５０、６０、７０　本発明の実施例に係る投影装置
５２ａ、６２ａ、７２ａ　第１の偏光板
５２ｂ、６２ｂ、７２ｂ　第２の偏光板（検光子）
５４、６４、７３　透明基板
５５、６５、７４　反射基板（電極）
５６、６６、７５　液晶層
１１２、１１４　接着層
１１３　偏光板
１１５　ガラス板
１１６　表面反射防止層

Claims (7)

1. 光源より出射された光を色分解手段により色分解して得た３原色光を、偏光手段を透過させて、透明基板と反射基板の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子に入射し、前記反射型液晶素子で画像データに応じて変調された該反射型液晶素子からの反射光を、前記偏光手段とクロスニコルの関係に配置される検光手段により検光し、その検光手段により検光された光を投影レンズにより拡大投影する斜め投射光学系の、反射型液晶素子を用いた投影装置であって、
   前記偏光手段と前記反射型液晶素子との間、又は前記反射型液晶素子と前記検光手段との間に、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板が挿入され、該位相差板の光学軸は、該位相差板に隣接する前記偏光手段又は前記検光手段の透過軸と直交するように設定されていることを特徴とする反射型液晶素子を用いた投影装置。
2. 前記反射型液晶素子は誘電異方性が負のネマティック液晶をほぼプレチルトの角度８０度〜８９度とし、かつ、入射偏光に対して方位角（４５＋９０×ｎ）度｛ただし、ｎは整数の角度｝に設定され、前記位相差板の光学軸は、入射するＰ偏光の振動面に平行に設定されたことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
3. 前記偏光手段はＳ偏光を通過させる特性に設定され、前記位相差板は前記偏光手段と前記反射型液晶素子との間に設けられ、前記反射型液晶素子は誘電異方性が負のネマティック液晶をほぼプレチルトの角度８０度〜８９度とし、かつ、入射偏光に対して方位角（４５＋９０×ｎ）度｛ただし、ｎは整数の角度｝に設定され、前記位相差板の光学軸は、入射するＳ偏光の振動面に垂直な面に平行に設定されたことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
4. 前記位相差板は、ディスコティック液晶を基本とする負の一軸異方性を有し、膜の上下で該ディスコティック液晶の傾きがほぼ同じで、そのプレチルト角が４０度〜８０度であることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
5. 前記位相差板は、ディスコティック液晶を基本とする負の一軸異方性を有し、膜の上下で該ディスコティック液晶の傾きが変化しているときは、該ディスコティック液晶の傾きが大きい方を、近接する前記偏光手段又は前記検光手段側に対向配置することを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
6. 前記位相差板は、近接する前記偏光手段又は前記検光手段と一体的に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のうち、いずれか一項記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
7. 前記位相差板は、表面に反射防止層が形成されたガラス板の裏面に接着されていることを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか一項記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。

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