JP2009086164A - 投射型液晶表示装置および補償板 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとを含んで構成された投射型液晶表示装置において、コントラストを向上させることが可能な投射型液晶表示装置を提供する。
【解決手段】補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの面内リタデーションＲｅが、入射光の１／４波長となるようにする。ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれが抑えられる。補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値となっているようにする。反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂによる変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化を補償される。偏光軸の角度ずれの補正機能と微小な位相差の補償機能とを、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ単体によって実現する。入射光の界面反射が回避され、光の利用効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型液晶素子および偏光ビームスプリッタを含んで構成された投射型液晶表示装置、およびそのような投射型液晶表示装置に適用される補償板に関する。

液晶素子に印加する電気信号に従い、この液晶素子への入射光を空間変調して出射し、出射光を集めて投影することで映像表示を行う投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が普及している。そうした投射型液晶表示装置は、一般的に、光源としてランプと集光鏡とを有すると共に、それらから発せられた光を集光して液晶素子に入射させる照明光学系を備えており、液晶素子により空間変調された光を投射レンズによってスクリーンなどに投影するようになっている。

また、このような投射型液晶表示装置において、特に反射型液晶素子をライトバルブとして使用すると共に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarization Beam Splitter）を偏光選択素子として用いるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２６７５６号公報

ここで、上記特許文献１では、反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとの間の光路上に１／４波長板を配置することにより、偏光ビームスプリッタへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれを抑え、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光を低減するようにしている。これにより、黒表示時の輝度が抑えられ、コントラストを向上させることが可能となっている。

ところが、このような投射型液晶表示装置においても、反射型液晶素子に存在する微小な位相差に起因して、変調光では偏光軸の角度ずれが別の状態に変化してしまい、１／４波長板だけでは、そのような偏光軸の角度ずれの状態変化を十分に補償することができなかった。よって、漏れ光を十分には抑えることができず、コントラストの向上効果も不十分なものであった。

なお、このような１／４波長板に加え、反射型液晶素子における微小な位相差を補償するための補償板を設置することも考えられるが、単にそのような補償板を追加して配置しただけでは、偏光軸の角度ずれの補正と微小な位相差の補償との両者を考慮した十分な漏れ光抑制は困難であると考えられる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとを含んで構成された投射型液晶表示装置において、従来よりもコントラストを向上させることが可能な投射型液晶表示装置および補償板を提供することにある。

本発明の投射型液晶表示装置は、光源と、この光源からの光を映像信号に基づいて変調する反射型液晶素子と、光源と反射型液晶素子との間の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとの間の光路上に配置された補償板と、反射型液晶素子により変調された後に補償板および偏光ビームスプリッタを通る光路を経て入射する光をスクリーンへ投射する投射手段とを備えたものである。ここで、上記補償板の面内リタデーションＲｅは、この補償板への入射光の１／４波長となっている。また、上記補償板の厚み方向のリタデーションＲthLは、反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しく、かつ逆極性の値となっている。

本発明の補償板は、光源と、この光源からの光を映像信号に基づいて変調する反射型液晶素子と、光源と反射型液晶素子との間の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、反射型液晶素子により変調された後に偏光ビームスプリッタを通る光路を経て入射する光をスクリーンへ投射する投射手段とを含んで構成された投射型液晶表示装置において、反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとの間の光路上で用いられるものであって、面内リタデーションＲｅが、この補償板への入射光の１／４波長であると共に、厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しく、かつ逆極性の値であるものである。

本発明の投射型液晶表示装置では、光源から発せられた光が偏光ビームスプリッタによって偏光分離され、そのうちの一の偏光成分の光が補償板を介して反射型液晶素子へ入射する。また、この入射光が映像信号に基づいて反射型液晶素子により変調され、変調された光が補償板および偏光ビームスプリッタを介して投射手段へ入射する。そしてこの入射光が投射手段によってスクリーンへ投射されることにより、映像信号に基づく映像表示がなされる。ここで、上記補償板の面内リタデーションＲｅが入射光の１／４波長であるため、この補償板は正面方向において、１／４波長板として機能する。これにより、偏光ビームスプリッタへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれが抑えられ、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光が低減する。また、補償板の厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値であるため、この補償板によって、反射型液晶素子における微小な位相差が打ち消される。これにより、反射型液晶素子による変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化が補償され、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光がさらに低減する。さらに、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶素子における微小な位相差の補償機能とが補償板単体によって実現されているため、例えば１／４波長板と位相差補償板とを別個に配置した場合に生ずる、入射光の界面反射が回避される。

本発明の補償板では、面内リタデーションＲｅが入射光の１／４波長であるため、正面方向において１／４波長板として機能する。これにより、偏光ビームスプリッタへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれが抑えられ、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光が低減する。また、厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値であるため、この補償板によって、反射型液晶素子における微小な位相差が打ち消される。これにより、反射型液晶素子による変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化が補償され、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光がさらに低減する。さらに、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶素子における微小な位相差の補償機能とが補償板単体によって実現されているため、例えば１／４波長板と位相差補償板とを別個に配置した場合に生ずる、入射光の界面反射が回避される。

本発明の投射型液晶表示装置または補償板によれば、補償板の面内リタデーションＲｅが入射光の１／４波長となるようにしたので、偏光ビームスプリッタへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれを抑え、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光を低減することができる。また、補償板の厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値となるようにしたので、反射型液晶素子における微小な位相差を打ち消すことができ、これにより反射型液晶素子による変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化を補償し、黒表示時のスクリーン方向への漏れ光をさらに低減することができる。また、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶素子における微小な位相差の補償機能とを補償板単体によって実現するようにしたので、例えば１／４波長板と位相差補償板とを別個に配置した場合に生ずる入射光の界面反射を回避し、光の利用効率を向上させることができる。よって、黒表示時の輝度を抑えると共に光源からの光の利用効率を向上させることができ、反射型液晶素子と偏光ビームスプリッタとを含んで構成された投射型液晶表示装置において、従来よりもコントラストを向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ１）の全体構成を表したものである。この液晶プロジェクタ１は、外部から供給される入力映像信号（図示せず）に基づいて映像表示を行うものであり、光源部１０と、ダイクロイックミラー１１，１３と、反射ミラー１２Ｂ，１２Ｙと、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂと、クロスプリズム１７と、投射レンズ１８とから構成されている。

光源１０は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂの各原色光を含んだ白色光（照射光）Ｌ０を発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されている。

ダイクロイックミラー１１は、光源１０から発せられた照射光を、青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙに互いに色分離して進行させるものである。また、ダイクロイックミラー１３は、ダイクロイックミラー１１により色分離されて後述する反射ミラー１２Ｙにより反射された黄色光Ｌｙのうち、赤色光Ｌｒを透過させると共に緑色光Ｌｇを反射させることにより、赤色光Ｌｒと緑色光Ｌｇとを互いに色分離して進行させるものである。なお、このダイクロイックミラー１３により反射された緑色光Ｌｇは、後述するＰＢＳ１４Ｇの方向へと進行するようになっている。

反射ミラー１２Ｂは、ダイクロイックミラー１１により色分離された青色光Ｌｂを、ＰＢＳ１４Ｂの方向へと反射させるものである。反射ミラー１２Ｙは、ダイクロイックミラー１１により色分離された黄色光Ｌｙを、ダイクロイックミラー１３およびＰＢＳ１４Ｒの方向へと反射させるものである。

ＰＢＳ１４Ｒは、光源１０と反射型液晶パネル１５Ｒとの間の光路上（具体的には、ダイクロイックミラー１３と反射型液晶パネル１５Ｒとの間の光路上）に配置されており、入射した赤色光Ｌｒのうち、Ｓ偏光成分Ｌｒｓを偏光選択面（後述する偏光選択面１４０）において反射させて反射型液晶パネル１５Ｒの方向へと導く一方、Ｐ偏光成分（図示せず）を透過させることにより、赤色光Ｌｒを偏光分離させるものである。また、ＰＢＳ１４Ｇは、光源１０と反射型液晶パネル１５Ｇとの間の光路上（具体的には、ダイクロイックミラー１３と反射型液晶パネル１５Ｇとの間の光路上）に配置されており、入射した緑色光Ｌｇのうち、Ｓ偏光成分Ｌｇｓを偏光選択面（後述する偏光選択面１４０）において反射させて反射型液晶パネル１５Ｇの方向へと導く一方、Ｐ偏光成分（図示せず）を透過させることにより、緑色光Ｌｇを偏光分離させるものである。また、ＰＢＳ１４Ｂは、光源１０と反射型液晶パネル１５Ｂとの間の光路上（具体的には、反射ミラー１２Ｂと反射型液晶パネル１５Ｂとの間の光路上）に配置されており、入射した青色光Ｌｂのうち、Ｓ偏光成分Ｌｂｓを偏光選択面（後述する偏光選択面１４０）において反射させて反射型液晶パネル１５Ｂの方向へと導く一方、Ｐ偏光成分（図示せず）を透過させることにより、青色光Ｌｂを偏光分離させるものである。なお、これらＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、詳細は後述するが、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにより変調された後に入射した赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐをそれぞれ透過させ、クロスプリズム１７の方向へと導くようになっている。

反射型液晶パネル１５Ｒは、入射した赤色光Ｌｒ（具体的には、Ｓ偏光成分Ｌｒｓが後述する補償板１６Ｒによって偏光軸変換されたもの）を、外部から供給される赤色用の映像信号（図示せず）に基づいて変調すると共に、この変調光をＰＢＳ１４Ｒの方向へと反射するものである。また、反射型液晶パネル１５Ｇは、入射した緑色光Ｌｇ（具体的には、Ｓ偏光成分Ｌｇｓが後述する補償板１６Ｇによって偏光軸変換されたもの）を、外部から供給される緑色用の映像信号（図示せず）に基づいて変調すると共に、この変調光をＰＢＳ１４Ｇの方向へと反射するものである。また、反射型液晶パネル１５Ｂは、入射した青色光Ｌｂ（具体的には、Ｓ偏光成分Ｌｂｓが後述する補償板１６Ｂによって偏光軸変換されたもの）を、外部から供給される青色用の映像信号（図示せず）に基づいて変調すると共に、この変調光をＰＢＳ１４Ｂの方向へと反射するものである。これら反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂはそれぞれ、各色用の映像信号に基づいてマトリクス状に配置された複数の画素（図示せず）ごとに駆動電圧が印加される一対の基板間（図示せず）に、垂直配向型（例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード）の液晶層（図示せず）が挟まれた構造となっている。

補償板１６Ｒは、反射型液晶パネル１５ＲとＰＢＳ１４Ｒとの間の光路上に配置されている。補償板１６Ｇは、反射型液晶パネル１５ＧとＰＢＳ１４Ｇとの間の光路上に配置されている。補償板１６Ｂは、反射型液晶パネル１５ＢとＰＢＳ１４Ｂとの間の光路上に配置されている。これら補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは、詳細は後述するが、入射光の偏光軸の角度ずれの補正機能と、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差の補償機能とを兼有する補償板である。なお、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの詳細構成については、後述する。

クロスプリズム１７は、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂによりそれぞれ変調されてＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを透過した赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐを混合させて混合光（表示光）Ｌoutとすると共に、この表示光Ｌoutを投射レンズ１８へと向かう光路上へ進行させるものである。

投射レンズ１８は、クロスプリズム１７とスクリーン１９との間の光路上に配置されており、クロスプリズム１７から入射した表示光Ｌoutをスクリーン１９上へ投射させるためのレンズである。なお、スクリーン１９は、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂによりそれぞれ変調されて投射レンズ１８により投射された光（表示光Ｌout）が投射される部分である。

次に、図２〜図７を参照して、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ（これらをまとめて補償板１６とする）の構成について詳細に説明する。ここで、図２および図３は、補償板１６の一例（後述する補償板１６１）の詳細構成および作製方法例を斜視図で表したものである。また、図４および図５は、補償板１６の他の例（後述する補償板１６２）の詳細構成を斜視図で表したものである。また、図６および図７は、補償板１６のさらに他の例（後述する補償板１６３）の詳細構成を斜視図で表したものである。

本実施の形態の補償板１６は、面内リタデーションＲｅが、入射光（具体的には、赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＳ偏光成分Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，ＬｂｓまたはＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐ）の１／４波長となっている。また、この補償板１６の厚み方向のリタデーションＲthLは、反射型液晶パネル１５（反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの総称）の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しく、かつ逆極性の値となっている。

具体的には、補償板１６の面内方向（後述するＸ−Ｙ平面内方向）の屈折率をｎｘ，ｎｙ、補償板１６の厚み方向（後述するＺ軸方向）の屈折率をｎｚ、補償板１６の厚みをｄ、補償板１６への入射光（具体的には、赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＳ偏光成分Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，ＬｂｓまたはＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐ）の波長をλとすると、以下の（１１）式および（１２）式を満たすようになっている。
（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝λ／４ …（１１）
ＲthL＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ＝−ＲthC …（１２）

このような屈折率特性を有する補償板１６は、例えば図２に示した補償板１６１のように、面内方向（Ｘ−Ｙ平面内方向）に二軸延伸（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の延伸）された高分子フィルム（例えば、ポリカーボネートや環状オレフィン系樹脂の高分子フィルム）により構成される。具体的には、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘ，Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ，Ｚ軸方向の屈折率ｎｚとの間で、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚという関係式を満たすようになっている。このような補償板１６１は、例えば図３（Ａ）に示したように、上記した材料よりなる高分子フィルム１６０に対し、図中の矢印Ｐ１で示したように一軸延伸（ここでは、Ｘ軸方向への一軸延伸）させたのち、例えば図３（Ｂ）に示したように、この高分子フィルム１６０（Ｘ軸方向への一軸延伸により、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘがＹ軸方向の屈折率ｎｙよりも大きくなったもの）に対し、図中の矢印Ｐ２で示したように一軸延伸（ここでは、Ｙ軸方向への一軸延伸）させることにより、作製することができる。

また、この補償板１６は、例えば図４に示した補償板１６２のように、厚み方向（Ｚ軸方向）に沿って（例えば接着剤等によって）互いに張り合わせられた複数枚（ここでは、２枚）の正の屈折率を有する一軸位相差板（位相差板１６２Ｐ１，１６２Ｐ２）により構成されていてもよい。具体的には、正の屈折率を有する位相差板１６２Ｐ１は、例えば図５（Ａ）に示したように、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘ，Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ，Ｚ軸方向の屈折率ｎｚとの間で、ｎｙ＝ｎｚ＜ｎｘという関係式を満たすようになっている。また、正の屈折率を有する位相差板１６２Ｐ２は、例えば図５（Ｂ）に示したように、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘ，Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ，Ｚ軸方向の屈折率ｎｚとの間で、ｎｘ＝ｎｚ＜ｎｙという関係式を満たすようになっている。なお、これら位相差板１６２Ｐ１，１６２Ｐ２はそれぞれ、例えば１軸の延伸フィルムや、正の屈折率異方性を持つ液晶ポリマーを一定の方向に配向させたものにより構成される。

また、この補償板１６は、例えば図６に示した補償板１６３のように、厚み方向（Ｚ軸方向）に沿って（例えば接着剤等によって）互いに張り合わせられた、正の屈折率を有する一軸位相差板（位相差板１６３Ｐ）と、負の屈折率を有する一軸位相差板（位相差板１６３Ｎ）とにより構成されていてもよい。具体的には、正の屈折率を有する位相差板１６３Ｐは、例えば図７（Ａ）に示したように、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘ，Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ，Ｚ軸方向の屈折率ｎｚとの間で、ｎｙ＝ｎｚ＜ｎｘという関係式を満たすようになっている。また、負の屈折率を有する位相差板１６３Ｎは、例えば図７（Ｂ）に示したように、Ｘ軸方向の屈折率ｎｘ，Ｙ軸方向の屈折率ｎｙ，Ｚ軸方向の屈折率ｎｚとの間で、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚという関係式を満たすようになっている。なお、位相差板１６３Ｐは、位相差板１６２Ｐ１，１６２Ｐ２と同様に、例えば１軸の延伸フィルムや、正の屈折率異方性を持つ液晶ポリマーを一定の方向に配向させたものにより構成される。また、位相差板１６３Ｎは、例えば屈折率の異なる２つ以上の誘電体膜を交互に積層して得られたものや、コレスティック液晶を螺旋状に積層して得られたものなどにより構成される。

次に、図１および図８〜図１２を参照して、本実施の形態の液晶プロジェクタ１の動作を、後述する比較例と比較しつつ詳細に説明する。

この液晶プロジェクタ１では、図１に示したように、光源１０から発せられた照射光Ｌ０が、ダイクロイックミラー１１によって青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙとに色分離され、さらにダイクロイックミラー１３によって、黄色光Ｌｙが、赤色光Ｌｒと緑色光Ｌｇとに色分離される。色分離された赤色光ＬｒはＰＢＳ１４Ｒによって偏光分離され、これによりそのＳ偏光成分Ｌｒｓが、補償板１６Ｒを介して反射型液晶パネル１５Ｒへ入射する。また、同様に色分離された緑色光ＬｇはＰＢＳ１４Ｇによって偏光分離され、これによりそのＳ偏光成分Ｌｇｓが、補償板１６Ｇを介して反射型液晶パネル１５Ｇへ入射する。また、同様に色分離された青色光ＬｂはＰＢＳ１４Ｂによって偏光分離され、これによりそのＳ偏光成分Ｌｂｓが、補償板１６Ｂを介して反射型液晶パネル１５Ｂへ入射する。反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂへ入射した各色光はそれぞれ、これら反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおいて、外部から供給される各色用の映像信号（図示せず）に基づいて変調される。また、変調された各色光は、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂを介してＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂへ入射し（具体的には、後述するように赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐが入射し）、これらＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを透過することにより、クロスプリズム１７へ入射する。そして赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐは、このクロスプリズム１７により混合されて表示光Ｌoutとなり、この表示光Ｌoutが投射レンズ１８によってスクリーン１９上に投射されることにより、映像信号に基づく映像表示がなされる。

ここで、例えば図８（Ａ）に示したようなＸ−Ｙ−Ｚ軸を用いて考えると、ＰＢＳ１４（ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの総称）では、Ｘ−Ｚ平面と平行な面内において入射した光線（入射光線Ｌinａ，Ｌinｂ，Ｌinｃ；赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光Ｌｂのうちのいずれかの色光の光線に対応する）は、偏光選択面１４０において反射されてそれぞれ反射光線Ｌsa，Ｌsb，Ｌscとなり、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内を進行する。なお、入射光線ＬinｂはＺ軸と平行な光線である一方、入射光線Ｌinａ，ＬinはＺ軸とは平行でない光線であるものとする。このように、偏光選択面１４０へ入射する光線は様々な偏光軸（偏光角）をもつ光線の集まりであるが、偏光選択面１４０において反射された後の反射光線は、Ｓ偏光成分のみとなる。すなわち、例えば図８（Ｂ）に示したように、Ｓ偏光成分からなる反射光線Ｌsa，Ｌsb，Ｌscの偏光軸Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃはそれぞれ、対応する入射光線Ｌinａ，Ｌinｂ，Ｌinｃの偏光選択面１４０への入射角度によって、互いに異なるものとなる。具体的には、反射光線Ｌsbの偏光軸ＶｂはＸ軸と平行な光線となっている一方、反射光線Ｌsａ，Ｌsｃの偏光軸Ｖａ，Ｖｃはそれぞれ、Ｘ軸に対して互いに逆方向に偏光軸θをなすようになっている。

したがって、例えば図９に示したように、ＰＢＳ１４からの反射光線Ｌs０（入射光線Ｌin０の反射光線）の進行方向に反射型液晶パネル１５が配置されている本実施の形態の液晶プロジェクタ１では、例えば図８に示した反射光線Ｌsａを考えると、この反射光線Ｌsaの偏光軸はＶaであるため、反射型液晶パネル１５により変調されて反射された反射光線Ｌs０は、偏光選択面１４０において完全には反射されない。すなわち、反射光線Ｌs０のうち、大部分は戻り光Ｌs１として光源１０の方向へと戻る一方、一部は漏れ光Ｌs２としてスクリーン１９の方向へと進行してしまう。このような漏れ光Ｌs２がＰＢＳ１４から発生してしまうと、黒表示時においてスクリーン１９への漏れ光成分が増えることとなり、コントラストが低下してしまう。

そこで、例えば図１０に示したように、比較例１に係る従来の投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ１００）では、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂとの間の光路上に、それぞれ１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂを配置している。これにより、赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＳ偏光成分Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，Ｌｂｓは、クロスプリズム１７へ到達するまでに、１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂを２回通過するため、結果として１／２波長板を通過した場合と同様の効果が得られる。すなわち、例えば図１１に示したように、１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂの遅相軸Ｖ１００をＸ軸と平行とすると（なお、遅相軸Ｖ１００をＹ軸と平行としても同様となる）、反射光線Ｌsａの偏光軸Ｖａが図中のＰ１００のように回転し、偏光軸Ｖｃのようになる。

これにより、例えば図９において、反射光線Ｌs０の偏光軸がＶｃとなり、偏光選択面１４０において完全反射されることにより、漏れ光Ｌs２の発生が回避される（戻り光Ｌs１のみとなる）。このように比較例１では、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂとの間の光路上に１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂを配置することにより、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれが抑えられ、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光が低減される。これにより、黒表示時の輝度が抑えられ、コントラストがある程度向上する。

ところが、この比較例１に係る液晶プロジェクタ１００においても、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに存在する微小な位相差に起因して、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂからの変調光では、偏光軸の角度ずれが別の状態に変化してしまう。したがって、１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂだけでは、そのような偏光軸の角度ずれの状態変化が十分には補償されず、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光を十分には抑えることができないため、コントラストの向上効果も不十分となる。

そこで、例えば図１２に示したように、比較例２に係る投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ２００）では、このような１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに加え、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂとの間の光路上に、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差を補償するための補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを設置している。

ところが、単にそのような補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを追加して配置しただけでは、偏光軸の角度ずれの補正と、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差の補償との両者を考慮した十分な漏れ光抑制は困難である。具体的には、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶素子における微小な位相差の補償機能とが、互いに別個に配置された１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂと補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂとによって実現されているため、これら１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂと補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂとの界面（間にある空気層との間の界面）において反射が生じてしまい、光源１０からの照射光Ｌ０の利用効率が低下してしまう。したがって、この比較例２に係る液晶プロジェクタ２００においても、コントラストを十分には高めることはできない。

これに対し、本実施の形態の液晶プロジェクタ１では、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの面内リタデーションＲｅが入射光（具体的には、赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＳ偏光成分Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，ＬｂｓまたはＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐ）の１／４波長であるため、これら補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂは正面方向において、１／４波長板として機能する。これにより、上記比較例１における１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂと同様にして、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれが抑えられ、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光が低減される。

また、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値となっているため、これら補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂによって、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差が打ち消される。これにより、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂによる変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化が補償され、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光がさらに低減する。

さらに、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差の補償機能とが、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ単体によって実現されているため、上記比較例２のように１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂと位相差補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂとを別個に配置した場合に生ずる、入射光の界面反射が回避される。

ここで表１は、上記比較例１，２および実施例１（本実施の形態の液晶プロジェクタ１において、図６，図７に示した補償板１６３を用いた場合の実施例）におけるコントラストの測定結果を表したものである。なお、これらのコントラストの測定は、液晶プロジェクタ１，１００,２００においてそれぞれ白黒表示を行った場合において、スクリーン１９上を輝度計で測定することにより行った。この表１により、補償板１６３を用いた実施例１では、１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂを用いた比較例１や、これら１／４波長板１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに加えて位相差補償板２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂを用いた比較例２と比べ、コントラストが約３０〜４０％向上していることが分かる。なお、表１には示していないが、本実施の形態の液晶プロジェクタ１において、図２，図３に示した補償板１６１を用いた場合や、図４，図５に示した補償板１６２を用いた場合も、上記実施例１と同等のコントラストの測定値を得ることが確認できた。

以上のように本実施の形態では、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの面内リタデーションＲｅが入射光（具体的には、赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光ＬｂのＳ偏光成分Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，ＬｂｓまたはＰ偏光成分Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐ）の１／４波長となるようにしたので、ＰＢＳ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂへの入射光の入射方向に起因した偏光軸の角度ずれを抑え、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光を低減することができる。また、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂの厚み方向のリタデーションＲthLが、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しくかつ逆極性の値となっているようにしたので、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差を打ち消すことができ、これにより反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂによる変調光における偏光軸の角度ずれの状態変化を補償し、黒表示時のスクリーン１９方向への漏れ光をさらに低減することができる。また、このような偏光軸の角度ずれの補正機能と反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにおける微小な位相差の補償機能とを、補償板１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ単体によって実現するようにしたので、１／４波長板と位相差補償板とを別個に配置した場合に生ずる入射光の界面反射を回避し、光の利用効率を向上させることができる。よって、黒表示時の輝度を抑えると共に光源１０からの照射光Ｌ０の利用効率を向上させることができ、反射型液晶パネルとＰＢＳとを含んで構成された液晶プロジェクタにおいて、従来よりもコントラストを向上させることが可能となる。

具体的には、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが垂直配向型の液晶層を含んで構成されているようにすると共に、前述の（１１）式および（１２）式を満たすようにしたので、上記のような効果を得ることが可能となる。

また、補償板１６が、面内方向に二軸延伸された高分子フィルムにより構成されるようにした場合（補償板１６１）には、製造コストを特に低減することができると共に、光利用効率を特に高めてコントラストを特に向上させることが可能となる。

また、補償板１６が、厚み方向に沿って互いに張り合わせられた複数枚の正の屈折率を有する一軸位相差板により構成されるようにした場合（補償板１６２）や、厚み方向に沿って互いに張り合わせられた、正の屈折率を有する一軸位相差板と負の屈折率を有する一軸位相差板とにより構成するようにした場合（補償板１６３）には、特に屈折率によるリタデーションの調整を容易に行うことが可能となる。なお、これらの場合には複数の一軸位相差板を張り合わせることにより構成しているため、一軸位相差板間の屈折率差ができるだけ小さくなるようにし、それらの界面での反射を抑えるようにするのが好ましい。光利用効率を高め、コントラストをより向上させることが可能となるからである。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが垂直配向型（例えば、ＶＡモード）の液晶層を含んで構成されている場合について説明したが、反射型液晶パネル１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが、例えばツイスト垂直配向型の液晶層（垂直配向型であると共に、液晶分子が層間方向にツイスト配向している液晶層）を含んで構成されているようにしてもよい。この場合には、以下の（１３）式および（１４）式を満たすようにすれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝λ／４ …（１３）
ＲthL＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ＝−ＲthC …（１４）

また、上記実施の形態では、光源１０がハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されている場合について説明したが、例えば光源１０が発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を含んで構成されているようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、いわゆる三板式の投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）について説明したが、本発明は、他の方式の投射型液晶表示装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る投射型液晶表示装置の構成を表す図である。 図１に示した補償板の構成例を表す斜視図である。 図２に示した補償板の作製方法を説明するための斜視図である。 図１に示した補償板の他の構成例を表す斜視図である。 図４に示した補償板における位相差板の詳細構成を表す斜視図である。 図１に示した補償板の他の構成例を表す斜視図である。 図６に示した補償板における位相差板の詳細構成を表す斜視図である。 図１に示した偏光ビームスプリッタにおける入射光および反射光の光路および偏光軸を表す斜視図である。 図１に示した偏光ビームスプリッタにおける漏れ光の発生態様について説明するための斜視図である。 比較例１に係る投射型液晶表示装置の構成を表す図である。 図１０に示した１／４波長板の作用を説明するための平面模式図である。 比較例２に係る投射型液晶表示装置の構成を表す図である。

符号の説明

１…液晶プロジェクタ、１０…光源、１１，１３…ダイクロイックミラー、１２Ｂ，１２Ｙ…反射ミラー、１４，１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１４０…偏光選択面、１５，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ…反射型液晶パネル、１６，１６１〜１６３，１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂ…補償板、１６０…高分子フィルム、１６２Ｐ１，１６２Ｐ２，１６３Ｐ…正の屈折率を有する（一軸）位相差板、１６３Ｎ…負の屈折率を有する（一軸）位相差板、１７…クロスプリズム、１８…投射レンズ、１９…スクリーン、Ｌ０…光源からの照射光、Ｌｙ…黄色光、Ｌｒ…赤色光、Ｌｇ…緑色光、Ｌｂ…青色光、Ｌｒｓ，Ｌｇｓ，Ｌｂｓ…Ｓ偏光成分、Ｌｒｐ，Ｌｇｐ，Ｌｂｐ…Ｐ偏光成分、Ｌout…混合光（表示光）、ｎｘ…補償板のＸ軸方向（面内方向）の屈折率、ｎｙ…補償板のＹ軸方向（面内方向）の屈折率、ｎｚ…補償板のＺ軸方向（厚み方向）の屈折率、ｄ…補償板の厚み、Ｌina，Ｌinb，Ｌinc，Ｌin０…入射光線、Ｌsa，Ｌsb，Ｌsc，Ｌs０…反射光線（Ｓ偏光成分）、Ｌs１…戻り光、Ｌs２…漏れ光、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ…反射光線の偏光軸、θ…偏光角。

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光を映像信号に基づいて変調する反射型液晶素子と、
   前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、
   前記反射型液晶素子と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路上に配置された補償板と、
   前記反射型液晶素子により変調された後に前記補償板および前記偏光ビームスプリッタを通る光路を経て入射する光をスクリーンへ投射する投射手段と
   を備え、
   前記補償板の面内リタデーションＲｅが、この補償板への入射光の１／４波長であり、
   前記補償板の厚み方向のリタデーションＲthLが、前記反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しく、かつ逆極性の値である
   ことを特徴とする投射型液晶表示装置。
2. 前記反射型液晶素子が、垂直配向型の液晶層を含んで構成され、
   前記補償板の面内方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ、前記補償板の厚み方向の屈折率をｎｚ、前記補償板の厚みをｄ、前記補償板への入射光の波長をλとしたとき、以下の（１）式および（２）式を満たす
   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。
   （ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝λ／４ …（１）
   ＲthL＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ＝−ＲthC …（２）
3. 前記反射型液晶素子が、垂直配向型であると共に液晶分子が層間方向にツイスト配向している液晶層を含んで構成され、
   前記補償板の面内方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ、前記補償板の厚み方向の屈折率をｎｚ、前記補償板の厚みをｄ、前記補償板への入射光の波長をλとしたとき、以下の（３）式および（４）式を満たす
   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。
   （ｎｘ−ｎｙ）×ｄ＝λ／４ …（３）
   ＲthL＝［｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝−ｎｚ］×ｄ＝−ＲthC …（４）
4. 前記補償板が、面内方向に二軸延伸された高分子フィルムを含んで構成されている
   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。
5. 前記補償板が、厚み方向に沿って互いに張り合わせられた複数枚の正の屈折率を有する一軸位相差板を含んで構成されている
   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。
6. 前記補償板が、厚み方向に沿って互いに張り合わせられた、正の屈折率を有する一軸位相差板と、負の屈折率を有する一軸位相差板とを含んで構成されている
   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。
7. 光源と、この光源からの光を映像信号に基づいて変調する反射型液晶素子と、前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、前記反射型液晶素子により変調された後に前記偏光ビームスプリッタを通る光路を経て入射する光をスクリーンへ投射する投射手段とを含んで構成された投射型液晶表示装置において、前記反射型液晶素子と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路上で用いられる補償板であって、
   面内リタデーションＲｅが、この補償板への入射光の１／４波長であり、
   厚み方向のリタデーションＲthLが、前記反射型液晶素子の厚み方向のリタデーションＲthCと絶対値が等しく、かつ逆極性の値である
   ことを特徴とする補償板。

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