JP2012088562A - 分布型補償器および投射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置する光学系において画面全領域のコントラストの最適化を図ることができる分布型補償器およびそれを搭載した投射型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】分布型補償器１１は、長辺と短辺からなる矩形形状の有効領域において、面内のリターデーションが１８ｎｍ±５ｎｍである。分布型補償器１１の遅相軸の方向は、有効領域内における面内で連続して変化しており、有効領域の任意の２つの場所での遅相軸方向の角度差の最大値は１０度から３０度の範囲である。投射型表示装置は、分布型補償器１１を搭載する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、分布型補償器およびそれを用いた投射型液晶表示装置に関する。

近年、液晶プロジェクタ等の投射表示装置は性能向上の要請とともに小型・軽量化の要請が高まっている。小型・軽量化の方法としては、液晶素子を３個使う３板方式から１個使う単板方式に移行する方法や、３板方式のままで、構成部品を小型化する方法などが提案されている。

液晶プロジェクタの光学系を小型化する方法として、特許文献１には、概ね以下の内容が開示されている。液晶プロジェクタの光学系において、フィールドレンズが、反射型液晶素子とワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタ（以下ＷＧ−ＰＢＳという。）の間に配置されている。色分解光学系で色分解された青色光、緑色光、赤色光は、ＷＧ−ＰＢＳというに４５度未満の入射角で入射する。ＷＧ−ＰＢＳを透過した光は、フィールドレンズを経て反射型液晶素子に入射する。反射型液晶素子を射出した光は、再度フィールドレンズに入射し、ＷＧ−ＰＢＳに入射する。フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置することにより、フィールドレンズに入射するまでの照明光学系の光路、および反射型液晶素子で反射してフィールドレンズを透過した後の結像系の光路を非テレセントリックに構成し、クロスダイクロイックプリズムやＷＧ−ＰＢＳを小型化している。

特開２００５−２２１７６１号公報 特開２００７−１０１７６４号公報 特開２００７−２１２９９７号公報

特許文献１では、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置することでフィールドレンズに入射するまでの照明光学系の光路、および反射型液晶素子で反射してフィールドレンズを透過した後の結像系の光路を非テレセントリックに構成し、クロスダイクロイックプリズムやＷＧ−ＰＢＳを小型化している。ここで、テレセントリック光学系 とは、レンズの片側において光軸と主光線が平行とみなせるような光学系である。

特許文献２、特許文献３に開示されているように、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置せずＷＧ−ＰＢＳの前（ランプ側）に配置する光学系において、反射型液晶素子に隣接して板状の補償器を配置してシステムのコントラストを向上させることが従来から行われている。従来の補償器の特性は板状の面内において一様な複屈折特性を有している。ところが、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置した光学系の場合、ＷＧ−ＰＢＳには非テレセントリックの光線が入射するため、複屈折特性が面内で一様な補償器では、画面全領域のコントラストの最適化を図ることは不可能であり、黒出力画面における面内輝度差の発生が問題となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置する光学系において画面全領域のコントラストの最適化を図ることができる分布型補償器およびそれを搭載した投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、長辺と短辺からなる矩形形状の有効領域において、面内のリターデーションが１８ｎｍ±５ｎｍであり、遅相軸の方向が前記有効領域内における面内で連続して変化しており、前記有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１０度から３０度の範囲である、ことを特徴とする分布型補償器（１１）を提供する。

また、光源（１ａ）と、前記光源から射出する光を反射型液晶素子（１２）に照明する照明光学系と、入射光から偏光を透過させるとともに、反射型液晶素子にて変調された変調光を検光する偏光ビームスプリッタ（９）と、偏光ビームスプリッタからの光をテレセントリック照明に変換するフィールドレンズ（１０）と、請求項１記載の分布型補償器（１１）と、前記分布型補償器を透過した光を変調する前記反射型液晶表示素子（１２）と、前記反射型液晶素子からの変調光を投影する投射レンズ（１５）を備えること、を特徴とする液晶表示装置を提供する。

また、上記の液晶表示装置において、前記偏光ビームスプリッタ（９）は、ワイヤーグリッドタイプの偏光ビームスプリッタであることが好ましい。

本発明によれば、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置する光学系においてプロジェクタ出力画面全領域のコントラストの最適化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の構成図である。 第１の実施形態の投射型表示装置において、偏光子８からＷＧ−ＰＢＳ９、フィールドレンズ１０、補償器１１、反射型液晶素子１２、検光子１３に至る光路を示す説明図である。 反射型液晶素子１２の構造を示す図である。 第１の実施形態に係る投射型表示装置において、反射型液晶素子１２を反射した光がＷＧ−ＰＢＳ９で反射する際の入射角度について説明するための説明図である。 反射型液晶素子１２の９点の位置に対応する光がＷＧ−ＰＢＳ９に入射する際の主光線の角度（θx、θy）および最大ポーラ角（最大コーンアングル）を示す図である。 図６はＷＧ−ＰＢＳ９へ（θx，θy）の角度で入射する入射光について、ＷＧ−ＰＢＳ９への入射光の透過率が最大となる偏光方向を示した説明図である。 反射型液晶素子１２上の番号５、２の点を反射する光について、ＷＧ−ＰＢＳ９に入射する最大ポーラ角の光線の角度を説明するための図である。 補償器の屈折率を説明するための図である。 第１の実施形態における分布型補償器１１を説明するための模式図である。 第１の実施形態における分布型補償器１１の遅相軸の方向を示す図である。 第１の実施の形態における、従来の補償器を入れた場合と分布型補償器１１を入れた場合の画面９点上の黒出力の輝度を測定した結果を示す図である。 図３に示す反射型液晶素子１２とは異なるタイプの反射型液晶素子１２０を示す図である。 第１の実施形態において反射型液晶素子が、「ツイスト角度が約１２０度であって、アンチパラモードとは異なるモードの反射型液晶素子１２０」である場合の、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器を示す。 第１、第２、第３の実施の形態における、パラメータおよび分布型補償器の特性を示した図である。

以下、本発明に係る投射型表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る投射型表示装置の構成図である。光源１ａは超高圧水銀ランプであり、白色光を発する。リフレクタ１ｂは光源から射出した光を反射する。光源からの直接光およびリフレクタで反射された反射光は、第１のインテグレータ２ａ及び第２のインテグレータ２ｂにより光の輝度分布を均一化されたあと、偏光変換素子３により、光の偏光方向が一方向に揃えられる。揃えられた偏光をＰ偏光とする。

偏光変換素子３を射出したＰ偏光は、重ね合わせレンズ４を透過してＹダイクロイックミラー５ａ、Ｂダイクロイックミラー５ｂにより、赤色光と緑色光の混合光と青色光に分離される。赤色光と緑色光の混合光，青色光はミラー６ａ、６ｂによりその光路が曲げられる。赤色光と緑色光の混合光はＧダイクロイックミラー7により、赤色光と緑色光に分離され、緑色光は光路が曲げられる。それぞれ別々の光路を進む赤色光，緑色光，青色光は，それぞれ、偏光子８ａ、８ｂ、８ｃ、ＷＧ−ＰＢＳ９ａ、９ｂ、９ｃ、フィールドレンズ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、分布型補償器１１a、１１ｂ、１１ｃを透過した後、赤色光は赤色用反射型液晶素子１２ａに、緑色光は緑色用反射型液晶素子１２ｂに、青色光は青色用反射型液晶素子１２ｃに入射する。

各色用の反射型液晶素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは各色の入射光を反射・変調する。反射・変調された赤色光、緑色光は、再度分布型補償器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、フィールドレンズ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを透過した後、変調されたＳ偏光成分がＷＧ−ＰＢＳ９ａ、９ｂ、９ｃで反射される。反射した赤色光，緑色光，青色光のＳ偏光成分は検光子１３ａ、１３ｂ、１３ｃを透過した後、クロスダイクロイックプリズム１４にて合成され、投射レンズ１５にて投射される。

図２は偏光子８からＷＧ−ＰＢＳ９、フィールドレンズ１０、分布型補償器１１、反射型液晶素子１２、検光子１３に至る光路を示す説明図である。偏光子８、フィールドレンズ１０、分布型補償器１１、反射型液晶素子１２、検光子１３は光軸に対して直角に配置されている。偏光子８は偏光板であり、偏光変換素子３でほぼ直線偏光（Ｐ偏光）に揃えられた光の偏光度を高めるとともに、入射光の偏光方向をＷＧ−ＰＢＳ９の透過軸方向に合わせる役割も有する。

ＷＧ−ＰＢＳ９はガラス基板上に金属をグリッド形状に形成されたワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタであり、光軸に対して４５度傾斜させて設けられている。すなわち、ＷＧ−ＰＢＳ９の法線ベクトルと光軸のなす角度は４５度である。ワイヤーグリッドの方向と直交する方向が偏光を透過させる透過軸方向である。ＷＧ−ＰＢＳ９は入射光から偏光を透過させる偏光子としての役割と反射型液晶素子にて変調された変調光を検光する役割を果たす。偏光子８、ＷＧ−ＰＢＳ９を透過した光はフィールドレンズ１０を透過した後に分布型補償器１１、反射型液晶素子１２に入射する。図２において、反射型液晶素子１２に１から９の番号が付与されている。この番号は反射型液晶素子１２の表示領域の場所を示している。番号１〜４、番号６〜９は反射型液晶素子１２の表示領域最外周の地点を示している。

分布型補償器１１は反射型液晶素子１２に入射または反射する光の偏光状態を補償する。分布型補償器１１は矩形形状の有効表示領域を有する反射型液晶素子１２の近くに配置されているため、分布型補償器１１の有効領域は４隅を除いて長辺と短辺からなる矩形形状になる。以降の説明では、分布型補償器１１を有効領域である長辺と短辺からなる矩形形状として説明する。分布型補償器１１において、また、以降の説明の便宜上、中央線１１０を次の様に定義する。すなわち、中央線１１０とは、分布型補償器の平面上の線分のうち、光軸との交点を通り、ＷＧ−ＰＢＳ９の法線ベクトルと光軸とで作る平面に含まれるか平行である線分をいう。また、中央線１１０とは、分布型補償器の平面上の線分のうち、光軸との交点を通り、入射偏光軸方向の線分ともいえる。

図３は反射型液晶素子１２の構造を示す図である。反射型液晶素子１２は、表面に透明電極を形成した透明基板２０と、画素毎の反射電極をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板２４とを、透明電極と反射電極とが向き合うように互いに対向して配置させて構成されている。透明基板側が光入射側である。透明電極と反射電極の間に誘電異方性が負であるネマティック液晶が所定のプレチルト角を付与した状態で封入されている。

反射型液晶素子１２のセルギャップは、１．３μｍ、アスペクトは１６：９である。透明基板２０とアクティブマトリクス基板２４における液晶層２２側の各表面には蒸着表面処理方法によりＳｉＯｘ化合物の配向膜２１、２３が施されている。ＳｉＯｘ化合物の配向膜２１、２３によるアクティブマトリクス基板側（画素側）液晶の配向方向とＳｉＯｘ化合物の配向膜による透明基板側液晶の配向方向は約１８０度異なっている。また、入射側偏光方向に対して配向膜の配向方向はそれぞれ、４５度方向に設定されている。このタイプの反射型液晶表示素子１２は、「アンチパラモードである垂直配向の反射型液晶素子」と呼ばれる。

図２に戻り、反射型液晶素子１２にて反射した光は再度補償器１１を透過し、フィールドレンズ１０を透過した後、ＷＧ−ＰＢＳ９にて反射し検光子１３に向かう。フィールドレンズ１０と反射型液晶素子１２との間はテレセントリックな領域に設計されている。すなわち、フィールドレンズ１０と反射型液晶素子１２との間は、光軸と主光線が平行となっている領域である。

フィールドレンズ１０より光源側の領域は非テレセントリックな領域に設計されている。偏光子８、ＷＧ−ＰＢＳ９は非テレセントリックな領域に設けられている。この領域では、光軸と主光線は平行でない。ＷＧ−ＰＢＳ９から検光子１３、クロスダイクロイックプリズム１４に至る領域も非テレセントリックな領域に設計されている。フィールドレンズ１０から偏光子８に向かうにつれて照明光の主光線は集束する方向となる。また、フィールドレンズ１０からＷＧ−ＰＢＳ９を反射して検光子１３、クロスダイクロイックプリズム１４に至る領域では、フィールドレンズ１０からダイクロイックプリズム１４に向かうにつれて結像光の主光線は集束する方向となる。そのため、ＷＧ−ＰＢＳやクロスダイクロイックプリズムを小型化することができる。

図４は、第１の実施形態に係る投射型表示装置において、反射型液晶素子１２を反射した光がＷＧ−ＰＢＳ９で反射する際の入射角度について説明するための説明図である。図３に示すようにＷＧ−ＰＢＳ上にｘｙ座標軸を定義する。そして、ＷＧ−ＰＢＳ９への入射光の主光線の角度を光軸とのなす角θx、θyと定義する。また、図２と同様、反射型液晶素子１２に１から９の番号が付与されている。この番号は反射型液晶素子１２の表示領域の場所を示している。番号１〜４、番号６〜９は反射型液晶素子１２の表示領域最外周の地点を示している。

照明系の光源１ａが有限な大きさの発光部を有していることに起因して、照明系中のある場所に入射する光線は、有限の角度分布を持つ。有限の角度分布を持つ光線は、主光線を中心とした多数の円錐状光束からなると表現されるのが通常である。そこで、ＷＧ−ＰＢＳ９へ入射する光について、主光線のまわりの円錐状光束のポーラ角、アジマス角を図３のように定義する。ポーラ角は光の広がり具合を示すもので、主光線からポーラ角に張られた円錐状の光が存在することを示している。ポーラ角はコーンアングル(円錐角)とも称される。

図５は、反射型液晶素子１２の９点の位置に対応する光がＷＧ−ＰＢＳ９に入射する際の主光線の角度（θx、θy）および最大ポーラ角を示す図である。第１の実施形態に係る投射型表示装置の照明光学系のＦナンバーはＦ２．０に設計されている。最大ポーラ角は９点の位置すべてで１３度である。一方、主光線の角度（θx、θy）は、反射型液晶素子１２上の位置の違いに応じて、ＷＧ−ＰＢＳ９に入射する主光線の角度が異なる。反射型液晶素子１２の中心に集光する光線の主光線は光軸に一致し、主光線の入射角度はθx＝０、θy＝０である。反射型液晶素子１２の中心から離れた点に集光する光線の主光線は光軸と平行にはならない。言い換えると、θx、θyの少なくともいずれか一方が零にならない。

図６はＷＧ−ＰＢＳ９へ（θx，θy）の角度で入射する入射光について、ＷＧ−ＰＢＳ９への入射光の透過率が最大となる偏光方向を示した説明図である。図６は図４においてＷＧ−ＰＢＳ９の奥側（偏光子８側）から見た図であり、矢印（破線）は入射光の透過率が最大となる偏光方向を示している。

図６における原点は、ＷＧ−ＰＢＳ９に対し４５度で入射する入射光を示している。原点からθxのプラス方向の点は、図４においてθx方向に傾いて入射する入射光を示し、ＷＧ−ＰＢＳ９への入射角は４５度から増加する。原点からθxのマイナス方向の点は、図４において−θx方向に傾いて入射する入射光を示し、ＷＧ−ＰＢＳ９への入射角は４５度から減少する。

図４における±θx方向に傾いて入射する入射光、すなわち、図６におけるθx軸上の光の、入射光の透過率が最大となる偏光方向は、図６の原点（θx＝θy＝０）入射の入射光の透過率が最大となる偏光方向と同じである。そして、これらの入射光の偏光方向とＷＧ−ＰＢＳ９の透過軸方向とは平行になる。

一方、θy方向に傾いて入射する入射光（θy≠０）の場合、入射光の透過率が最大となる偏光方向は原点（θx＝θy＝０）入射の入射光の偏光方向と異なり、ある角度だけ傾いてしまう。その理由は、θy方向に傾いて入射する入射光（θy≠０）ではＷＧ−ＰＢＳ９の法線ベクトルと入射光で決定される入射面がＷＧ−ＰＢＳ９の透過軸の方向と平行でなくなることによる。θyが変化した場合の傾く角度は、θxが小さくなれば小さく，θxが大きくなれば大きくなる。

図７は、反射型液晶素子１２上の番号５、２の点を反射する光について、ＷＧ−ＰＢＳ９に入射する最大ポーラ角の光線の角度を説明するための図である。画面位置５に対応する最大ポーラ角の光線はＷＧ−ＰＢＳ９に対し、θｔ５の角度で入射し、θｒ５の角度で反射する。そして、θｔ５＝θｒ５である。一方、画面位置２に対応する最大ポーラ角の光線はＷＧ−ＰＢＳ９に対し、θｔ２の角度で入射し、θｒ２の角度で反射する。そして、図７で明らかなようにθｔ２とθｒ２は等しくない。そのため反射時の偏光は最適方向からずれる。

図６に戻り、画面位置１〜９全体を適切に補償するためにそれぞれの入射角度に対応した複屈折特性を有する補償器が必要である理由を説明する。

図６には、画面位置５および２の最大ポーラ角の光線についての透過する際の偏光と反射する際の偏光の方向が、矢印（実線）で示されている。画面位置５の最大ポーラ角の光線について、透過する際の偏光方向は３０で、反射時の偏光方向は３１で示されている。画面位置２の最大ポーラ角の光線について、透過する際の偏光方向は３２で、反射する際の偏光方向は３３で示されている。

画面位置５の最大ポーラ角での透過、反射光線はＷＧ−ＰＢＳ９に対し、同じ角度で入射する。そしてＷＧ−ＰＢＳ９の透過直後の偏光が、反射型液晶素子にて上下反転する。その結果、ＷＧ−ＰＢＳ９の再入射時の偏光は透過率最大方向と一致する。一方、画面位置２の最大ポーラ角の光線では、ＷＧ−ＰＢＳ９透過時の偏光方向２２が、反射型液晶素子にて上下反転してＷＧ−ＰＢＳ９に再入射すると２３となり、透過率最大方向（破線の矢印）と一致しない。

いま、画面位置５の最大ポーラ角の光線がＷＧ−ＰＢＳ９を透過してＰ偏光となり、反射型液晶素子に入射して無変調（黒画面に相当する）で反射されたと仮定する。上述の通りＷＧ−ＰＢＳ９に再入射した時のＰ偏光は透過率最大方向と一致しているため、Ｐ偏光はそのままＷＧ−ＰＢＳ９を透過するので投射レンズ側に反射せず、良好な黒画面が得られる。すなわち、コントラストが高い。

一方、画面位置２の最大ポーラ角の光線がＷＧ−ＰＢＳ９を透過してＰ偏光となり、反射型液晶素子に入射して無変調（黒画面に相当する）で反射されたと仮定する。上述の通りＷＧ−ＰＢＳ９に再入射した時のＰ偏光は透過率最大方向と一致していないため、Ｐ偏光の大部分はＷＧ−ＰＢＳ９を透過するが一部は投射レンズ側に反射し、良好な黒画面が得られない。すなわち、コントラストが低い。このように、反射型液晶素子１２に入射して無変調で反射したＰ偏光がＷＧ−ＰＢＳ９を透過する程度は反射型液晶素子を反射した場所によって異なる。

このように、画面位置１〜９を反射する光線はそれぞれＷＧ−ＰＢＳ９に入射、反射する角度が違うため、反射時のＷＧ−ＰＢＳ９反射特性を最大にする偏光状態はそれぞれ異なることになる。そこで、画面位置１〜９全体を適切に補償するためには、補償器の場所によって異なる特性を有する補償器が必要である。

次に補償器について一般的な説明を行う。図８は補償器の屈折率を説明するための図である。光学材料は、三つまでの主屈折率を有し得る。ガラスのような等方性の媒体は、単一の屈折率を有する。補償器はいくつかの屈折率を有する複屈折材料で構成される。全ての三つの異なる屈折率をもつ材料は、二軸性と呼ばれ、図８に示す主屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚが全て異なる。二つの等しい主屈折率をもつ材料は、一軸性材料と呼ばれる。図８の平面１１に平行な方向の光軸をもつ一軸性フィルムは、一般的にＡ−プレートと呼ばれる。一軸性材料の二つの等しい屈折率は、正常な屈折率（ｎ０）と呼ばれる。ｎｘ＝ｎｚ＝ｎ０となる。一軸性材料のうち異なる屈折率は、異常な屈折率（ｎｅ）と呼ばれる。ｎｙ＝ｎｅである。

光学材料において、主屈折率ｎｘ、ｎｙの値が異なるとき、屈折率が高い軸は遅相軸と、屈折率が低い軸は進相軸と呼ばれる。屈折率が高いと光の進む速度が遅くなり、屈折率が低いと光の進む速度が速くなるために、屈折率が高い方向の軸が遅相軸と呼ばれる。ｎｘ＞ｎｙと仮定すると、ｎｘの屈折率の値を示す方向が遅相軸である。一方、図８の平面１１に垂直な光軸をもつ一軸性のフィルムは、一般的にはＣ−プレートと呼ばれる。Ｃ−プレートの屈折率は、ｎｘ＝ｎｙ＝ｎ０、ｎｚ＝ｎｅである。

フィールドレンズ１０と反射型液晶素子１２の間だけでなく、偏光子８からフィールドレンズ１０まで、およびフィールドレンズ１０からＷＧ−ＰＢＳ９から検光子１３までの領域もテレセントリックな領域であった従来の光学系においては、補償器は、補償器の場所によらず同一の特性を有していた。

図９は第１の実施形態における分布型補償器１１を説明するための模式図である。第１の実施形態では、図９に示すように補償器１１の面内の場所によって面内方向の複屈折特性を変えている。図９ではｎｘ、ｎｙの方向が補償器１１の場所によって異ならせている。説明の便宜上、図９では分布型補償器を面内９分割して説明している。

図１０は、第１の実施形態における分布型補償器１１の遅相軸の方向を示す図である。図１０は、図２において分布型補償器１１をフィールドレンズ側から見た図である。図１０の上（Ｘ‘軸の正の方向）はＷＧ−ＰＢＳ９が反射型液晶素子１２側に近づいている側であり、図１０の下（Ｘ‘軸の正の方向）は検光子１３のある側である。図１０の分布型補償器１１に記された番号は反射型液晶素子１２の番号に対応している。補償器に付された番号のうち１番〜４番、６番〜９番は補償器の有効領域の最外周を示している。また、４番、５番、６番の場所は図２、図４に示す補償器１１の中央線上に位置する。

第１の実施形態の分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは１１度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは３度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは５度に設定されている。そして、場所４、５、６における、３度のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正をするためだけの目的である。そして、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分は、補償器の各領域内において均一値であるため、場所１、２、３での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が加算されている。７、８、９での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が減じられている。以上より、非テレセントリック照明化したことによる斜め光補正成分は８度である。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線での遅相軸の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角の平均は８度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１６度である。

図１１は第１の実施の形態における、従来の補償器を入れた場合と分布型補償器１１を入れた場合の画面９点上の黒出力の輝度を測定した結果を示す図である。従来の補償器に比べ、分布型補償器は面内の輝度ばらつきが大きく改善されていることがわかる。

図１２は図３に示す反射型液晶素子１２とは異なるタイプの反射型液晶素子１２０を示す図である。反射型液晶素子１２０は、表面に透明電極を形成した透明基板と、画素毎の反射電極と駆動回路をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板とを、透明電極と反射電極とが向き合うように互いに対向して配置させて、その隙間に誘電異方性が負であるネマティック液晶を挟持させたものである。透明基板とアクティブマトリクス基板における液晶層側の各表面には蒸着表面処理方法によりＳｉＯｘ化合物の配向膜が施されている。ＳｉＯｘ化合物の配向膜による画素側（アクティブマトリクス基板側）液晶の配向方向とＳｉＯｘ化合物の配向膜による入射側液晶配向方向（透明基板側液晶の配向方向）は１２０度異なっている。約１２０度の角度はツイスト角度と呼ばれる。画素側液晶の配向方向と入射側液晶配向方向の間の方向の方向であって、画素側液晶の配向方向と入射側液晶配向方向から等しい角度にある角度の方向を基準軸と称する。基準軸は入射光の偏光方向と４５度に設定される。

図１３は、第１の実施形態において反射型液晶素子が、「ツイスト角度が約１２０度であって、アンチパラモードとは異なるモードの反射型液晶素子１２０」である場合の、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器を示す。図１３は、図２において補償器をフィールドレンズ側から見た図である。図１３の上（Ｘ‘軸の正の方向）はＷＧ−ＰＢＳ９が反射型液晶素子１２０側に近づいている側であり、図１３の下（Ｘ‘軸の正の方向）は検光子１３のある側である。図１３の補償器１１に記された番号は反射型液晶素子１２０の番号に対応している。補償器に付された番号のうち１番〜４番、６番〜９番は補償器の有効領域の最外周を示している。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは８度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは０度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは８度に設定されている。真ん中の列（すなわち、場所２、５、８に相当する）では遅相軸方向はＸ‘軸からからずれていない。遅相軸方向がＸ‘軸からからずれていないのは、反射型液晶素子１２０のリタ−ダンス補正をする（言い換えると、反射型液晶素子１２０のA成分を補償する）必要がないからである。そして、遅相軸の配向はＸ’軸を中心として軸対象となっている。補償器の最大の遅相軸方向の角度はＸ‘方向から８度である。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角８度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１６度である。

第１の実施の形態において反射型液晶素子が反射型液晶素子１２０の場合においても、図１１に示したのと同様、分布型補償器により面内の輝度ばらつきが大きく改善されている。

図１０、図１３では、説明の容易さを考慮して補償器を９分割にして特性を表現しているが、実際の補償器において、遅相軸方向の変化はなめらかに（徐々に）変化させて製作される。また、Ｚ軸方向の補償器の位相差（Ｃ成分）の設定は本発明とは関係のない事項であるが、必要があれば、面内で一定値になるように、液晶等の特性に合わせて適宜変更し得る。

＜第２の実施の形態＞
図１４は第１、第２、第３の実施の形態における、パラメータおよび分布型補償器の特性を示した図である。図１、図２、図３で示される幾何学的配置は第１の実施形態と同じである。第２の実施形態では、ＦナンバーはＦ１．５に設定されている。主光線の角度が最大である画面位置での主光線の角度は±２０度、最大ポーラ角度は２０度である。

第２の実施形態において、アンチパラモードの反射型液晶素子１２を使用した場合における、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器は図１０と同様の結果であった。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは１８度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは３度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは１２度に設定されている。そして、場所４、５、６における、３度のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正をするためだけの目的であると考えられる。そして、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分は、補償器の各領域内において均一値であるため、場所１、２、３での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が加算されている。７、８、９での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が減じられている。非テレセントリック照明化したことによる斜め光補正成分は１５度である。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線での遅相軸の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角の平均は１５度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は３０度である。

第２の実施形態において、ツイスト角度が約１２０度であって、アンチパラモードとは異なるモードの反射型液晶素子１２０を使用した場合における、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器は図１３と同様の結果であった。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは１５度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは０度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは１５度に設定されている。真ん中の列（すなわち、場所２、５、８に相当する）では遅相軸方向はＸ‘軸からからずれていない。遅相軸方向がＸ‘軸からからずれていないのは、反射型液晶素子１２０のリタ−ダンス補正をする（言い換えると、反射型液晶素子１２０のA成分を補償する）必要がないからである。そして、遅相軸の配向はＸ’軸を中心として軸対象となっている。補償器の最大の遅相軸方向の角度はＸ‘方向から１５度である。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角は１５度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は３０度である。

第２の実施の形態において反射型液晶素子が反射型液晶素子１２、反射型液晶素子１２０の場合においても、図１１に示したのと同様、分布型補償器により面内の輝度ばらつきが大きく改善されている。

＜第３の実施の形態＞
図１４は第３の実施の形態における、諸パラメータも示している。図１、図２、図３で示される幾何学的配置は第１の実施形態と同じである。ＦナンバーはＦ３．５に設定されている。主光線の角度が最大である画面位置での主光線の角度は±３度、最大ポーラ角度は８．２度である。

第３の実施形態において、アンチパラモードの反射型液晶素子１２を使用した場合における、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器は図１０と同様の結果であった。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは８度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは３度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは３度に設定されている。そして、場所４、５、６における、３度のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正をするためだけの目的であると考えられる。そして、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分は、補償器の各領域内において均一値であるため、場所１、２、３での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が加算されている。７、８、９での遅相軸方向のずれは、反射型液晶素子１２のリターダンス補正部分が減じられている。非テレセントリック照明化したことによる斜め光補正成分は５度である。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線での遅相軸の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角の平均は５度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１０度である。

第３の実施形態において、ツイスト角度が約１２０度であって、アンチパラモードとは異なるモードの反射型液晶素子１２０を使用した場合における、面内の領域ごとに遅相軸方向が異なる分布型補償器は図１３と同様の結果であった。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は１８ｎｍに設定されている。場所１、２、３での遅相軸方向のずれは５度、場所４、５、６での遅相軸方向のずれは０度、場所７、８、９での遅相軸方向のずれは５度であった。真ん中の列（すなわち、場所２、５、８に相当する）では遅相軸方向はＸ‘軸からからずれていない。遅相軸方向がＸ‘軸からからずれていないのは、反射型液晶素子１２０のリタ−ダンス補正をする（言い換えると、反射型液晶素子１２０のA成分を補償する）必要がないからである。そして、遅相軸の配向はＸ’軸を中心として軸対象となっている。補償器の最大の遅相軸方向の角度はＸ‘方向から５度であった。

表現を変えると、分布型補償器１１の矩形形状の有効領域における中央線の方向を基準としたときの、矩形形状の４辺の中で中央線に平行な２つの辺における前記遅相軸方向のなす角の平均は５度である。さらに表現を変えると、有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１０度である。

第３の実施の形態において反射型液晶素子が反射型液晶素子１２、反射型液晶素子１２０の場合においても、図１１に示したのと同様、分布型補償器により面内の輝度ばらつきが大きく改善されている。

以上をまとめると、Ｆナンバーを、３．５〜１．５としたとき、フィールドレンズを反射型液晶素子とＷＧ−ＰＢＳの間に配置する光学系において、分布型補償器を用いることが有効である。そして、分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）を１８ｎｍに設定した場合、非テレセントリック領域による斜め光補正成分は「遅相軸のずれ角度５度〜１５度」に設定される。分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）を１８ｎｍより非常に小さくすると（例えば５ｎｍ）、遅相軸の角度を大きく設定する必要があり、また、分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）を１８ｎｍより非常に大きくすると遅相軸のずれが小さくなりすぎ製作誤差の影響を受けやすくなることが予想される。

分布型補償器１１のＸＹ面内方向のリターデーション（Δｎｄ）は実施の形態１から３において１８ｎｍに設定したが、１８±５ｎｍの範囲にあってもよい。また、実施の形態１から３において、ＷＧ−ＰＢＳを用いて説明したが、光学ガラスの間に薄膜をはさんだタイプの偏光ビームスプリッタを用いてもよい。また、実施の形態１から３では、照明光学系としてインテグレータ照明光学系を用いたがこれと異なる照明光学系、たとえばロッドインテグレータを用いた照明光学系であってもよい。さらに、反射型液晶素子を３枚使用する３板式光学系で説明したが、反射型液晶素子を１枚使用する単板光学系においても同様に適用できる。

従来の補償器のうち、Ａ−プレートはポリビニルアルコール又はポリカルボナートのような延伸した重合体フィルムで作ることができる。Ｃ−プレートは例えば、一軸性に圧縮された重合体又は鋳造する酢酸セルロースの使用によって作製することができる。本実施形態では、補償器の構成は基板、配向膜、液晶ポリマからなる。まず、基板に配向膜を塗布し、ＵＶ光を照射する。配向膜はＵＶ光の偏光状態で配向方向が変わるため、所望の配向方向にするべく、場所ごとに偏光状態を変えたＵＶ光を照射する。次に、硬化した配向膜の上に液晶ポリマを塗布し、更にＵＶ光を照射し硬化させる。液晶ポリマは配向膜にならって配向するため、場所ごとに異なる特性を持ったものができる。以上の製法により液晶ポリマによる補償器を作成することができる。

１ａ 光源ランプ、１ｂ リフレクタ
２ａ 第１インテグレータ、２ｂ 第２インテグレータ、
３ 偏光変換素子
４ 重ね合わせレンズ
５ａ Ｙダイクロイックミラー、５ｂ Ｂダイクロイックミラー
６ａ、６ｂ ミラー
７ Ｇダイクロイックミラー
８ａ 赤色用偏光子、８ｂ 緑色用偏光子、８ｃ 青色用偏光子、
９ａ 赤色用ＷＧ−ＰＢＳ、９ｂ 緑色用ＷＧ−ＰＢＳ、
９ｃ 青色用ＷＧ−ＰＢＳ、
１０ａ 赤色用フィールドレンズ、１０ｂ 緑色用フィールドレンズ、
１０ｃ 青色用フィールドレンズ、
１１ａ 赤色用分布型補償器、１１ｂ 緑色用分布型補償器、
１１ｃ 青色用分布型補償器、
１２ａ 赤色用反射型液晶素子、１２ｂ 緑色用反射型液晶素子、
１２ｃ 青色用反射型液晶素子、
１２０ 反射型液晶素子、
１３ａ 赤色用検光子、１３ｂ 緑色用検光子、１３ｃ 青色用検光子、
１４ クロスダイクロイックプリズム、
１５ 投射レンズ

Claims (3)

1. 長辺と短辺からなる矩形形状の有効領域において、面内のリターデーションが１８ｎｍ±５ｎｍであり、
   遅相軸の方向が前記有効領域内における面内で連続して変化しており、
   前記有効領域の任意の２つの場所での前記遅相軸方向の角度差の最大値は１０度から３０度の範囲である、
   ことを特徴とする分布型補償器。
2. 光源と、
   前記光源から射出する光を反射型液晶素子に照明する照明光学系と、
   入射光から偏光を透過させるとともに、反射型液晶素子にて変調された変調光を検光する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタからの光をテレセントリック照明に変換するフィールドレンズと、
   請求項１記載の分布型補償器と、
   前記分布型補償器を透過した光を変調する前記反射型液晶表示素子と、
   前記反射型液晶素子からの変調光を投影する投射レンズを備えること、
   を特徴とする液晶表示装置。
3. 前記偏光ビームスプリッタは、ワイヤーグリッドタイプの偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。

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