JP2010169852A - 液晶表示装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイを組み込む場合にも、液晶デバイスの温度上昇を抑えるとともに、表示画像のコントラストの低下を抑えることができる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおいて、入射側防塵板７４ａに熱伝導率の高い複屈折材料を用いることにより、液晶デバイス８０の冷却効果を高めることができる。また、液晶デバイス８０の光入射側の部分にマイクロレンズアレイ７２ａが配置されるので、入射光の利用効率を高めることができる。さらに、射出側防塵板７４ｂに等方性の屈折材料を用いることにより、液晶デバイス８０を通過した光束に対してその偏光状態が変化するような位相作用を与えてしまうことを防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成用の液晶表示装置、及び、かかる液晶表示装置を組み込んだプロジェクターに関する。

プロジェクター等に組み込まれる液晶表示装置として、液晶デバイスの基板外面（光束入射側端面及び光束射出側端面）に防塵ガラスを貼り付けた構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。この防塵ガラスは、例えば、サファイア、石英、水晶、又は蛍石等で形成されている。高輝度製品の開発に伴い、上述の液晶表示装置において防塵ガラスを線膨張率の小さい石英等で形成すると、液晶デバイスの温度が上昇して精度に影響するといった事態が生じている。一方、水晶やサファイアは、熱伝導率が高いため、防塵ガラスが貼り付けられた液晶デバイスからの放熱性を向上させることができる。同様の液晶表示装置として、光入射側に配置される防塵ガラスと光射出側に配置される防塵ガラスとを水晶板で形成するものもある（特許文献２参照）。

また、入射光の利用効率を高めるために、液晶デバイスの光入射側の部分にマイクロレンズアレイを配置し、液晶デバイスの基板外面に防塵ガラスを貼り付けた構成のものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−３４１１８０号公報 特開２００８−７６５９２号公報 特開２００４−１１７５８０号公報

しかしながら、冷却効率の高い防塵板を形成するための水晶やサファイアは複屈折材料であるため、液晶デバイスにマイクロレンズアレイを組み込む場合、液晶デバイスの通過後に光束が相対的に発散し、出射側の防塵板に対する光束の入射角が大きくなる。この結果、防塵板による意図しない位相作用が増加して、表示画像のコントラストが低下すると考えられる。

そこで、本発明は、マイクロレンズアレイを組み込む場合にも、液晶デバイスの温度上昇を抑えるとともに、表示画像のコントラストの低下を抑えることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような液晶表示装置を組み込んだプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、光入射側の部分にマイクロレンズアレイを有する液晶デバイスと、複屈折材料で形成されるとともに液晶デバイスの光入射側に配置される入射側防塵板と、等方性の屈折材料で形成されるとともに液晶デバイスの射出射側に配置される射出側防塵板と、を備える。なお、入射側防塵板用の複屈折材料の熱伝導率は、５Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。

上記液晶表示装置では、入射側防塵板に熱伝導率の高い複屈折材料を用いることにより、液晶デバイスの冷却効果を高めることができる。また、液晶デバイスの光入射側の部分にマイクロレンズアレイが配置されるので、入射光の利用効率を高めることができる。さらに、射出側防塵板に等方性の屈折材料を用いることにより、液晶デバイスを通過した光束に対してその偏光状態が変化するような位相作用を与えてしまうことを防止できる。複屈折材料の防塵板の場合、複屈折材料の光学軸に対するそこを透過する光の角度及び複屈折材料の光学軸に対するそこを透過する光の偏光軸の角度によって、当該光が複屈折材料を透過することによる偏光状態の変化量が異なる。従って、マイクロレンズアレイによって角度範囲が広がった変調光が複屈折材料を通過した場合、入射角の角度範囲が広がった分だけそこを通過する光の偏光状態の変化量の差が大きくなりコントラストが劣化する可能性があるが、本願の液晶表示装置の場合、射出側防塵板が等方性の屈折材料で形成されており、このような位相作用の問題が元から生じない。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記液晶表示装置において、入射側防塵板は水晶及びサファイアのいずれか一方で形成される。この場合、入射側防塵板による光量損失を抑えつつ液晶デバイスを確実に冷却することができる。

また、本発明の別の態様では、液晶デバイスは、液晶層を挟持する一対の基板と、一対の基板のうち一方の基板上に形成される表示用電極とを有する。

また、本発明のさらに別の態様では、入射側防塵板の光入射側に配置される入射側偏光板と、射出側防塵板の光射出側に配置される射出側偏光板とをさらに備える。この場合、液晶デバイスは、透過型の光変調装置であり、光入射側の入射側偏光板によって、液晶デバイスに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、光射出側の射出側偏光板によって、液晶デバイスから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

また、本発明のさらに別の態様では、液晶デバイスと射出側偏光板との間に配置される補償素子をさらに備える。この場合、補償素子によって液晶デバイスのプレチルト等に起因するリタデーションを補償することができ、表示画像のコントラストを向上させることができる。

また、本発明のさらに別の態様では、入射側防塵板の光学軸の方向は、入射側偏光板の吸収軸の方向と平行である。この場合、例えばシステム光軸に平行な状態で入射する光束は、入射側偏光板の通過後に入射防塵板で複屈折作用を受けない。よって、入射防塵板の屈折率異方性によって変調量がずれた変調光が液晶デバイスから射出される現象を抑えることができる。

また、本発明のさらに別の態様では、入射側防塵板の光学軸の方向は、入射側偏光板の吸収軸の方向と垂直である。この場合、例えばシステム光軸に平行な状態で入射する光束は、入射側偏光板の通過後に入射防塵板で複屈折作用を受けない。よって、入射防塵板の屈折率異方性によって変調量がずれた変調光が液晶デバイスから射出される現象を抑えることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、上述の液晶表示装置と、液晶表示装置を照明する照明装置と、液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズと、を備える。

上記プロジェクターでは、上述した本願の液晶表示装置を備えており、液晶表示装置の温度上昇を抑えつつコントラストを良好なものとできるので、高品位の画像を投射することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る第１実施形態の液晶表示装置を組み込んだプロジェクターの光学系の構成を説明する概念図である。

本プロジェクター１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を青緑赤の３色に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５から射出された各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ２９とを備える。

以上のプロジェクター１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等であるランプ本体２２ａと、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅは、マトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、詳細は省略するが、ＰＢＳ及びミラーを組み込んだプリズムアレイと、当該プリズムアレイに設けた射出面上にストライプ状に貼り付けられる波長板アレイとを備える。この偏光変換部材２１ｇは、レンズアレイ２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系２３を通って、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃを均一に重畳照明する。

色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、青緑赤の３色のうち例えば青（Ｂ）色を透過させ、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を反射する。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した緑赤の２色のうち例えば緑（Ｇ）色を反射し、赤（Ｒ）色を透過させる。これにより、光源光を構成するＢ光、Ｇ光、及びＲ光は、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３にそれぞれ導かれ、異なる照明対象にそれぞれ入射する。具体的に説明すると、光源装置２１からの光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。この第１ダイクロイックミラー２３ａを通過したＢ光は、反射ミラー２３ｍを経て、液晶ライトバルブ２５ａに対向するフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射されたＧ光は、液晶ライトバルブ２５ｂに対向するフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過したＲ光は、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、液晶ライトバルブ２５ｃに対向するフィールドレンズ２３ｈに入射する。なお、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈは、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射する照明光の入射角度を調節する機能を有する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を有する。

光変調部２５は、上記した各色用の３つの光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して、３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備える。各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。

ここで、第１光路ＯＰ１に配置されたＢ色用の液晶ライトバルブ２５ａは、液晶表示装置を具体化したものであり、Ｂ光によって照明される液晶パネル２６ａと、液晶パネル２６ａの入射側に配置される入射側偏光板としての第１偏光板２５ｅと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される射出側偏光板としての第２偏光板２５ｈとを備える。この液晶ライトバルブ２５ａは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｆの後段に配置されており、第１ダイクロイックミラー２３ａを透過したＢ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ａにおいて、第１偏光板２５ｅは、入射したＢ光について、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ａに導く。ここで、第１偏光方向は、上述のようにクロスダイクロイックプリズム２７の第１ダイクロミラー２７ａと第２ダイクロミラー２７ｂとの交線に垂直な方向（後述するＸ軸方向）を意味する。液晶パネル２６ａは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換する。また、第２偏光方向は、クロスダイクロイックプリズム２７の第１ダイクロミラー２７ａと第２ダイクロミラー２７ｂとの交線に平行な方向（後述するＹ軸方向）を意味する。第２偏光板２５ｈは、液晶パネル２６ａを経て変調された第２偏光方向の直線偏光のみを選択的に透過させる。

第２光路ＯＰ２に配置されたＧ色用の液晶ライトバルブ２５ｂは、液晶表示装置を具体化したものであり、Ｇ光によって照明される液晶パネル２６ｂと、液晶パネル２６ｂの入射側に配置される入射側偏光板としての第１偏光板２５ｆと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される射出側偏光板としての第２偏光板２５ｉと、最も射出側に配置される１／２波長板２５ｐとを備える。この液晶ライトバルブ２５ｂは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｇの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されたＧ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ｂにおいて、第１偏光板２５ｆは、入射したＧ光について、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ｂに導く。液晶パネル２６ｂは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換する。第２偏光板２５ｉは、液晶パネル２６ｂを経て変調された第２偏光方向の直線偏光のみを選択的に透過させる。１／２波長板２５ｐは、第２偏光板２５ｉを透過した第２偏光方向の直線偏光の偏光方向を９０°回転させて紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光に切り換える。

第３光路ＯＰ３に配置されたＲ色用の液晶ライトバルブ２５ｃは、液晶表示装置を具体化したものであり、Ｒ光によって照明される液晶パネル２６ｃと、液晶パネル２６ｃの入射側に配置される入射側偏光板としての第１偏光板２５ｇと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される射出側偏光板としての第２偏光板２５ｊとを備える。この液晶ライトバルブ２５ｃは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｈの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過したＲ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ｃにおいて、第１偏光板２５ｇは、入射したＲ光について、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ｃに導く。液晶パネル２６ｃは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換する。第２偏光板２５ｊは、液晶パネル２６ｃを経て変調された第２偏光方向の直線偏光のみを選択的に透過させる。

図２は、図１に示すプロジェクター１０の光変調部２５を構成するＢ光用の液晶ライトバルブ２５ａの詳細な構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ２５ａは、液晶表示装置として機能し、液晶パネル２６ａと、これを挟む一対の偏光板２５ｅ，２５ｈとによって構成される。なお、図２において、Ｚ軸方向は、システム光軸ＳＡが延びる方向に対応する。また、Ｘ軸方向は、クロスダイクロイックプリズム２７中の第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂの交線及びＺ軸に垂直な方向に相当し、Ｙ軸方向は、第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂの交線に平行な方向に相当するものとする。

液晶ライトバルブ２５ａにおいて、入射側に設けた第１偏光板２５ｅは、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になっている。第１偏光板２５ｅは、これに組み込んだ樹脂製その他の偏光素子によって、Ｘ方向に沿った第１偏光方向のＰ偏光のみを通過させる。つまり、偏光板２５ｅの吸収軸はＹ方向に延びている。

一方、射出側に設けた第２偏光板２５ｈは、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になっている。第２偏光板２５ｈは、これに組み込んだ樹脂製その他の偏光素子によってＹ方向に沿った第２偏光方向のＳ偏光のみを通過させ、Ｐ偏光（非変調光）を吸収等により排除する。つまり、偏光板２５ｈの吸収軸はＸ方向に延びている。

以上の説明から明らかなように、第１偏光板２５ｅと第２偏光板２５ｈとは、クロスニコルを構成するように配置されている。これら第１及び第２偏光板２５ｅ，２５ｈの間に挟まれた液晶パネル２６ａは、第１偏光板２５ｅ側から入射した入射光ＬＩを入力信号に応じて画素単位で部分的にＰ偏光からＳ偏光に変化させ、変化後の変調光を射出光ＬＯとして第２偏光板２５ｈ側に射出する。このように、液晶ライトバルブ２５ａから射出される変調光は、後述するクロスダイクロイックプリズム２７での光合成に適するＳ偏光状態の射出光ＬＯとなっている。

液晶パネル２６ａは、例えば垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶）で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に第１基板７２と、射出側に第２基板７３とを備える。これらの基板７２，７３は、ともに平板状であり、第１偏光板２５ｅ等と同様に、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になるように配置されている。光入射側の第１基板７２は、ＸＹ面に平行な面に沿って延びるマイクロレンズアレイ７２ａと、マイクロレンズアレイ７２ａの内側に配置される本体部分７２ｂとを備える。このマイクロレンズアレイ７２ａは、後述する画素部分ＰＰに対応する所定パターンで２次元的に配列された多数の要素レンズＥＬを有する。光入射側の第１基板７２の外側には、光透過性の入射側防塵板７４ａが貼り付けられており、光射出側の第２基板７３の外側には、光透過性の射出側防塵板７４ｂが貼り付けられている。これらの防塵板７４ａ，７４ｂは、ともに平板状であり、偏光板２５ｅ等と同様に、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になるように配置されている。

液晶パネル２６ａにおいて、第１基板７２の液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、その上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７３の液晶層７１側の面上には、マトリクス状に配置された表示用電極としての複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に電気的に接続可能な配線（不図示）と、透明画素電極７７及び配線の間に介在する薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、例えば配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２，７３と、これらに挟まれた液晶層７１と、電極７５，７７とは、光能動素子、すなわち入射光ＬＩの偏光状態を入力信号に応じて変調するための液晶デバイス８０として機能する部分である。この液晶デバイス８０を構成する各画素部分ＰＰは、１つの透明画素電極７７と、共通電極７５の一部と、両配向膜７６，７８の一部と、液晶層７１の一部とを含む。なお、第１基板７２と共通電極７５との間には、各画素部分ＰＰを区分するように格子状のブラックマトリクス７９が設けられている。なお、第１基板７２の光入射側の部分にマイクロレンズアレイ７２ａを設けることにより、入射光ＬＩを各画素部分ＰＰに対応する要素レンズＥＬによって分割するとともに各画素部分ＰＰに集めることができる。つまり、入射光ＬＩをブラックマトリクス７９を避けて画素部分ＰＰに入射させることができ、液晶デバイス８０での入射光ＬＩの利用効率を高めることができる。

以上の液晶デバイス８０において、配向膜７６，７８は、電界の存在しない状態で、液晶層７１を構成する液晶性化合物をシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行な状態に配列させる役割を有する。ただし、Ｚ軸に沿った方向に適度な電界を形成した場合、液晶層７１を構成する液晶性化合物は、システム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行な状態から例えばＸＹ面内の所定方位に向けて傾けられる。これにより、一対の偏光板２５ｅ，２５ｈの間に挟まれた液晶層７１をノーマリブラックモードで動作させることになり、電圧非印加のオフ状態で最大遮光状態（光オフ状態）を確保することができる。つまり、液晶パネル２６ａは、光オフ状態の黒表示時に、Ｐ偏光をそのまま変化させないで通過させる。また、液晶パネル２６ａは、光オン状態の白表示時に、Ｐ偏光をＳ偏光に切替えて通過させる。

液晶デバイス８０の光入射側に配置される入射側防塵板７４ａは、複屈折材料製の基板、具体的には正の一軸結晶材料である水晶製の平板であり、光射出側に配置される射出側防塵板７４ｂは、等方的な屈折率の無機材料製の基板、具体的には石英ガラスやネオセラム製の平板である。

入射側防塵板７４ａは、これを形成する水晶の光学軸がＹ軸方向に延びるように切り出されたものである。つまり、入射側防塵板７４ａの光学軸は、偏光板２５ｅの吸収軸に対して平行な状態になっている。また、水晶製の入射側防塵板７４ａの熱伝導率は、５Ｗ／ｍＫ以上となっており、石英ガラス等に比較して高い値となっている。このように、入射側防塵板７４ａを水晶板とすることで、液晶パネル２６ａの冷却効果を高めることができる。そのため、液晶パネル２６ａに高輝度の照明光を入射させる場合であっても、液晶パネル２６ａの温度上昇を抑えることができ、液晶パネル２６ａの変調特性を高精度に維持することができる。さらに、第１偏光板２５ｅの吸収軸の方向と、水晶製の入射側防塵板７４ａの光学軸の方向とが平行であるので、システム光軸ＳＡに平行な状態で入射する光束だけでなく、システム光軸ＳＡに対して傾斜した状態で入射する光束も、第１偏光板２５ｅや入射側防塵板７４ａの通過に際して入射側防塵板７４ａ等で複屈折作用を受けにくくなると考えられ、入射側防塵板７４ａに起因するコントラスト低下や視野角特性の劣化を防止できる。

一方、射出側防塵板７４ｂは、等方的な屈折率を有するので、液晶デバイス８０を通過した光束に対してその偏光状態が変化するような位相作用を与えてしまうことを防止できる。複屈折材料の防塵板の場合、複屈折材料の光学軸に対する複屈折材料を透過する光の角度及び複屈折材料の光学軸に対する複屈折材料を透過する直線偏光の偏光軸の角度によって、当該光が複屈折材料を透過することによる偏光状態の変化量が異なる。例えば、光学軸がシステム光軸ＳＡに垂直で第２偏光板２５ｈの透過軸に垂直な複屈折材料の射出側防塵板７４ｂの場合、光学軸に垂直な方向から入射する光はその入射角が異なっても複屈折材料で生じる位相差は等しい。また、同様の構成の場合、複屈折材料の進相軸方向又は遅相軸方向に一致する方向の偏光軸を有する直線偏光はその入射角が異なっても複屈折材料で偏光状態に変化は生じない。一方、同様の構成であって上述した光以外の光は、その入射角に応じて複屈折材料で生じる位相差の変化量が異なる。従って、例えば黒表示の場合に液晶デバイス８０にて第２偏光板２５ｈで遮断すべき偏光に変調された光が複屈折材料の防塵板を通過する際にその角度によって偏光状態がばらついてしまうため、第２偏光板２５ｈにて完全に遮断できなくなってしまう。特に、液晶層７１を通過した変調光は、マイクロレンズアレイ７２ａによってその角度範囲が広がっており、このような変調光が複屈折材料を通過した場合、入射角の角度範囲が広がった分だけ複屈折材料を通過する光の偏光状態の変化量の差が大きくなりコントラストが劣化する可能性があるが、本実施形態の場合、射出側防塵板７４ｂが等方的な屈折率を有しており、このような位相作用の問題が元から生じない。つまり、射出側防塵板７４ｂの厚み等を精密に制御する必要がなく、射出側防塵板７４ｂを安価なものとすることができる。

以上では、図２等に基づいてＢ光用の液晶ライトバルブ２５ａの構造及び機能を説明したが、Ｒ光用の液晶ライトバルブ２５ｃも、Ｂ光用の液晶ライトバルブ２５ａと同様の構造及び機能を有する。つまり、図２等に示すように、第１偏光板２５ｇによって、Ｐ偏光のみを選択的に透過させ、液晶パネル２６ｃの変調によってＰ偏光からＳ偏光に変化させ、偏光板２５ｊによって、液晶ライトバルブ２５ｃから射出される変調光をＳ偏光状態の射出光ＬＯとすることができる。

Ｇ光用の液晶ライトバルブ２５ｂは、図３に示すように、Ｂ光用の液晶ライトバルブ２５ａ等と基本的に同様の構造及び機能を有するが、光射出側に、１／２波長板２５ｐを追加した点が異なっている。これにより、偏光板２５ｆによって、Ｐ偏光のみを選択的に透過させ、液晶パネル２６ｂの変調によってＰ偏光からＳ偏光に変化させる。さらに、偏光板２５ｉによって、Ｓ偏光状態の変調光のみを透過させ、１／２波長板２５ｐによって、液晶ライトバルブ２５ｂから射出される変調光をＰ偏光状態の射出光ＬＯとすることができる。

図１に戻って、クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成光学系に相当するものであり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対のダイクロミラー２７ａ，２７ｂが形成されている。両ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロミラー２７ａはＢ光を反射し、他方の第２ダイクロミラー２７ｂはＲ光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム２７は、液晶ライトバルブ２５ａからの変調後のＢ光を第１ダイクロミラー２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ２５ｂからの変調後のＧ光を第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ２５ｃからの変調後のＲ光を第２ダイクロミラー２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。なお、既に説明したように、第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、紙面に垂直なＳ偏光状態のＢ及びＲ光を反射し、両ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、紙面に平行なＰ偏光状態のＧ光を透過させる。これにより、クロスダイクロイックプリズム２７におけるＢＧＲ光の合成効率を高めることができ、色ムラの発生を抑えることができる。

投射レンズ２９は、投射部又は投射光学系として、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２６ａ〜２６ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。

上記プロジェクター１０によれば、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおいて、入射側防塵板７４ａに熱伝導率の高い複屈折材料を用いることにより、液晶デバイス８０の冷却効果を高めることができる。また、液晶デバイス８０の光入射側の部分にマイクロレンズアレイ７２ａが配置されるので、入射光の利用効率を高めることができる。さらに、射出側防塵板７４ｂに等方性の屈折材料を用いることにより、液晶デバイス８０を通過した光束に対してその偏光状態が変化するような位相作用を与えてしまうことを防止できる。特に、マイクロレンズアレイ７２ａによって角度範囲が広がった変調光が複屈折材料を通過した場合、入射角の角度範囲が広がった分だけ複屈折材料を通過する光の偏光状態の変化量の差が大きくなりコントラストが劣化する可能性があるが、本願の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの場合、射出側防塵板７４ｂが等方性の屈折材料で形成されており、このような位相作用の問題が元から生じない。

なお、上記プロジェクター１０において、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに組み込まれる入射側防塵板７４ａの光学軸の方向をこれに対向する第１偏光板２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの吸収軸の方向に対して平行に設定しているが、入射側防塵板７４ａの光学軸の方向を第１偏光板２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの吸収軸の方向に対して垂直（具体的には、Ｘ軸方向）に設定することもできる。この場合、入射側防塵板７４ａのシステム光軸ＳＡに垂直な２方向に関する屈折率差をΔｎ（＝｜ＮＸ−ＮＹ｜）とし、システム光軸ＳＡ方向の厚みをｄとし、使用されるＢ色の波長をλとしたときに、以下の関係式
Ｎ≦Δｎｄ／λ≦Ｎ＋１／２ … （１）
（ここで、Ｎは整数）
を満たすようにする。つまり、入射側防塵板７４ａの光学軸方向に関する位相ずれが半波長分以下となるようにすることで、入射側防塵板７４ａの屈折率異方性によって変調量がずれた変調光が液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃから射出される現象を抑えることができる。

液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射する入射光ＬＩを考えた場合、この入射光ＬＩがシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行であれば、第１偏光板２５ｅ，２５ｆ，２５ｇと入射側防塵板７４ａとを合成しても、それぞれの屈折率楕円体のＸ軸方向やＹ軸方向に沿った光学軸が見かけ上維持される。つまり、入射側防塵板７４ａ等が入射光ＬＩの位相状態に作用を及ぼして偏光方向を変化させるといったことは起こらない。しかしながら、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射する入射光ＬＩは、システム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に対して傾いて入射する成分を有し、このような斜入射成分にとって、第１偏光板２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの屈折率楕円体と入射側防塵板７４ａの屈折率楕円体との光学軸が見かけ上９０°に維持されなくなる。よって、斜入射成分に関しては、入射側防塵板７４ａ等が入射光ＬＩの位相状態に作用を及ぼして偏光方向を変化させる。ここで、入射光ＬＩのうち斜入射成分は、コントラスト比の視野角特性に影響するので、入射側防塵板７４ａ等による位相作用が液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの視野角特性を補償することが望ましい。このため、本実施形態では、入射側防塵板７４ａの厚みｄ等を上記関係式（１）の条件範囲で調節して、コントラスト比の視野角特性を向上させている。

さらに、入射側防塵板７４ａは、負の一軸結晶材料であるサファイア板とすることができる。サファイア板は、その光学軸が例えばＸ軸方向又はＹ軸方向に延びるように切り出される。ここで、サファイア板の光学軸がＹ軸方向に延びる場合、水晶板の場合と同様の理由でその厚みを精密に調整する必要はない。しかしながら、サファイア板の光学軸がＸ軸方向に延びる場合、以下の関係式
Ｎ≦Δｎｄ／λ≦Ｎ−１／２ … （２）
を満たすように、入射側防塵板７４ａの厚みｄ等を調整する。このように、入射側防塵板７４ａの厚みｄ等を調整することで、入射側防塵板７４ａで生じる位相差が液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃで生じる位相差を打ち消す特性を持たせることができる。これにより、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの視野角特性が補償され、コントラストが向上する。

上記プロジェクター１０において、液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、垂直配向型に限らず、ツイストネマチック型とすることができる。この場合、液晶層７１は、ツイストネマチックモードで動作する液晶で構成される。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る第２実施形態の変調光学系を組み込んだプロジェクターについて説明する。第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図４は、第２実施形態のプロジェクターに組み込まれるＢ光用の液晶ライトバルブ１２５ａの構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ１２５ａの場合、液晶パネル２６ａの射出側に光学補償板ＯＣが配置されている。

光学補償板ＯＣは、例えば負の一軸性の屈折率を有する光学材料である平板状のサファイア板で形成されている。この光学補償板ＯＣの光学軸は、例えばＺ軸を含んでＸ方向からＹ方向にかけての特定方向に延びる縦断面に対して平行でＺ軸に対して所定の光学軸極角をなす。つまり、光学補償板ＯＣの光学軸は、システム光軸ＳＡに対して傾斜して、例えばＸ方向からＹ方向にかけての特定方向に配向する。この光学補償板ＯＣは、液晶層７１のプレチルトに起因する視野角依存性やコントラスト低下を抑制する役割を有する。つまり、光学補償板ＯＣを構成するサファイア板が、液晶層７１のプレチルトに起因する液晶リタデーションを、入射光ＬＩ及び射出光ＬＯの角度的な状態を見込んで実効的にキャンセルする。このため、光学補償板ＯＣの製造時において、これを構成するサファイア板の光学軸の方位角や光学軸極角が調整され、この厚みが調整される。

以下、光学補償板ＯＣの機能について詳細に説明する。液晶パネル２６ａが光オフ状態の場合、電界が印加されていない液晶層７１において、液晶性化合物の光学軸は、Ｚ軸、すなわちシステム光軸ＳＡに対して精密に平行になっておらず、システム光軸ＳＡに対して一定のプレチルト角だけ傾いた状態に維持されている。このようなプレチルト角に起因して、電圧非印加状態の液晶パネル２６ａにシステム光軸ＳＡに対して平行に入射した偏光が位相作用（液晶リタデーション）を受け、液晶パネル２６ａを通過する偏光面が精密には保持されずわずかに回転する現象が生じる。このような現象は、液晶パネル２６ａにシステム光軸ＳＡに対して傾いて入射する偏光についても同様に生じる。このままであれば、液晶ライトバルブ１２５ａが光オフ状態となっても偏光板２５ｈを光がわずかに通過することになるので、光学補償板ＯＣを一対の偏光板２５ｅ，２５ｈ間であって液晶パネル２６ａに隣接して配置し、光学補償板ＯＣにプレチルトに起因する液晶リタデーションの光学的な補償を行わせる。このため、光学補償板ＯＣを構成するサファイア板の光学軸は、システム光軸ＳＡに対してプレチルトの配向方向に傾斜するだけでなく、例えば液晶層７１のプレチルトの軸方向と屈折率で規格化した同一方向に設定され、光学補償板ＯＣを構成するサファイア板の厚みは、液晶層７１のプレチルトによる液晶リタデーションを相殺するような値とする。つまり、液晶層７１のプレチルトに対応する正の一軸結晶の屈折率楕円体について光学厚みを考慮した作用と、光学補償板ＯＣのサファイア板に対応する負の一軸結晶の屈折率楕円体について光学厚みを考慮した作用とを加算することで、液晶パネル２６ａ及び光学補償板ＯＣを通過する偏光があたかも等方的な屈折材料を通過するような状態を近似的に実現することができ、液晶リタデーションの光学的な補償が達成される。

以上では、Ｂ光用の液晶ライトバルブ１２５ａの構造及び機能を説明したが、Ｒ光用の液晶ライトバルブ１２５ｃも、Ｂ光用の液晶ライトバルブ１２５ａと同様の構造及び機能を有する。つまり、図４等に示すように、第１偏光板２５ｇによって、Ｐ偏光のみを選択的に透過させ、液晶パネル２６ｃの変調によってＰ偏光からＳ偏光に変化させ、偏光板２５ｊによって、液晶ライトバルブ１２５ｃから射出される変調光をＳ偏光状態の射出光ＬＯとすることができる。この際、液晶パネル２６ｃの光射出側に配置される光学補償板ＯＣによって、液晶層７１のプレチルトに起因する視野角依存性やコントラスト低下が抑制される。

Ｇ光用の液晶ライトバルブ１２５ｂは、図５に示すように、Ｂ光用の液晶ライトバルブ１２５ａ等と基本的に同様の構造及び機能を有するが、光射出側に、１／２波長板２５ｐを追加した点が異なっている。これにより、偏光板２５ｆによって、Ｐ偏光のみを選択的に透過させ、液晶パネル２６ｂの変調によってＰ偏光からＳ偏光に変化させる。さらに、偏光板２５ｉによって、Ｓ偏光状態の変調光のみを透過させ、１／２波長板２５ｐによって、液晶ライトバルブ１２５ｂから射出される変調光をＰ偏光状態の射出光ＬＯとすることができる。この際、液晶パネル２６ｂの光射出側に配置される光学補償板ＯＣによって、液晶層７１のプレチルトに起因する視野角依存性やコントラスト低下が抑制される。

なお、上記液晶ライトバルブ１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃに組み込まれる入射側防塵板７４ａの光学軸の方向をこれに対向する第１偏光板２５ｅの吸収軸の方向に対して平行に設定しているが、入射側防塵板７４ａの光学軸の方向を第１偏光板２５ｅの吸収軸の方向に対して垂直（具体的には、Ｙ軸方向）に設定することもできる。

また、上記液晶ライトバルブ１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃに組み込まれる光学補償板ＯＣは、サファイアに限らず、他の負の一軸結晶材料で形成することができ、その構成枚数も１枚に限らず、２枚以上とすることができる。さらに、光学補償板ＯＣは、水晶その他の正の一軸結晶材料で形成することができる。この場合も、光学補償板ＯＣを複数の正の一軸結晶材料から得た板材で構成することができる。

上記液晶ライトバルブ１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃにおいて、液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、垂直配向型に限らず、ツイストネマチック型とすることができる。この場合、液晶層７１は、ツイストネマチックモードで動作する液晶で構成される。なお、ツイストネマチック型の液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、垂直配向型の液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃとは動作原理が異なり、プレチルトを補償するための光学補償板ＯＣの構成も、ツイストネマチック型の液晶層７１に固有のプレチルトを補償するものとなる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記実施形態では、偏光変換部材２１ｇで、レンズアレイ２１ｅから射出した光を例えば図１の紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光に変換し、クロスダイクロイックプリズム２７のダイクロミラー２７ａ及び２７ｂを透過するＧ光用の液晶ライトバルブ２５ｂの光射出側に１／２波長板２５ｐを配置したが、偏光変換部材２１ｇで、レンズアレイ２１ｅから射出した光を例えば図１の紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換し、クロスダイクロイックプリズム２７のダイクロミラー２７ａまたは２７ｂで反射するＢ光及びＲ光用の液晶ライトバルブ２５ａ及び２５ｃの光射出側または光入射側に１／２波長板をそれぞれ配置してもよい。偏光変換部材２１ｇで第２偏光方向の直線偏光に変換する構成では、色分離光学系２３内での光の反射効率が向上し、光の利用効率が向上する。

上記実施形態のプロジェクター１０では、光源装置２１を、光源ランプ２１ａ、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２１ｉで構成したが、レンズアレイ２１ｄ，２１ｅ等については省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃを用いたプロジェクター１０の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、或いは、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。

第１実施形態の液晶表示装置を組み込んだプロジェクターの光学系を説明する図である。 図１のプロジェクターを構成するＢ光用の液晶ライトバルブの拡大断面図である。 図１のプロジェクターを構成するＧ光用の液晶ライトバルブの拡大断面図である。 第２実施形態におけるＢ光用の液晶ライトバルブの拡大断面図である。 第２実施形態におけるＧ光用の液晶ライトバルブの拡大断面図である。

ＬＩ…入射光、 ＬＯ…射出光、 ＯＡ…光学軸、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ…システム光軸、ＯＣ…光学補償板、 １０…プロジェクター、 ２１…光源装置、 ２１ｇ…偏光変換部材、 ２１ｉ…重畳レンズ、 ２３…色分離光学系、 ２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、 ２５…光変調部、 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ…液晶ライトバルブ、 ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ…第１偏光板、 ２５ｈ，２５ｉ，２５ｊ…第２偏光板、 ２５ｐ…波長板、 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…液晶パネル、 ２７…クロスダイクロイックプリズム、 ２７ａ，２７ｂ…ダイクロミラー、 ２９…投射レンズ、 ７１…液晶層、 ７２，７３…基板、 ７２ａ…マイクロレンズアレイ、 ７４ａ…入射側防塵板、 ７４ｂ…射出側防塵板、 ７５…共通電極、 ７６，７８…配向膜、 ７７…透明画素電極、 ８０…液晶デバイス

Claims (8)

1. 光入射側の部分にマイクロレンズアレイを有する液晶デバイスと、
   複屈折材料で形成されるとともに前記液晶デバイスの光入射側に配置される入射側防塵板と、
   等方性の屈折材料で形成されるとともに前記液晶デバイスの射出射側に配置される射出側防塵板と、
   を備える液晶表示装置。
2. 前記入射側防塵板は水晶及びサファイアのいずれか一方で形成される、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶デバイスは、液晶層を挟持する一対の基板と、前記一対の基板のうち一方の基板上に形成される表示用電極とを有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
4. 前記入射側防塵板の光入射側に配置される入射側偏光板と、前記射出側防塵板の光射出側に配置される射出側偏光板とをさらに備える、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶デバイスと前記射出側偏光板との間に配置される補償素子をさらに備える、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記入射側防塵板の光学軸の方向は、前記入射側偏光板の吸収軸の方向と平行である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記入射側防塵板の光学軸の方向は、前記入射側偏光板の吸収軸の方向と垂直である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の液晶表示装置と、
   前記液晶表示装置を照明する照明装置と、
   前記液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズと、
   を備えるプロジェクター。

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