JP3724335B2 - 液晶プロジェクタ装置及びコントラストの改善方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ装置に関し、特に、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下の防止を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像をスクリーンに拡大投影することにより大画面を実現するプロジェクタ装置が、屋内外用の画像表示装置として普及している。このプロジェクタ装置は、ＣＲＴの蛍光面からの出射光をスクリーンに投射するもの（ＣＲＴプロジェクタ装置）と、光源からの出射光を空間光変調素子で変調してスクリーンに投射するものとに大別されるが、後者では、液晶パネルを空間光変調素子として用いるもの（液晶プロジェクタ装置）が主流になっている。
【０００３】
図１３は、従来の液晶プロジェクタ装置の光学系（ＲＧＢの各色に対応して３枚の透過型液晶パネルを用いた３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系）の構成例を示す。
【０００４】
光源１１は、ランプ（例えばキセノンランプ）１２と、ランプ１２から放射された光（白色の非偏光）を反射して一定の広がり角の光束とするリフレクタ１３とを含んでいる。光源１１からの出射光は、マイクロレンズアレイ１４，１５及び偏光変換素子１６を順に通過する。
を通過する。
【０００５】
マイクロレンズアレイ１４，１５は、それぞれマイクロレンズ（例えば直径１〜５ｍｍ程度のレンズ）１４ａ，１５ａを複数個アレイ状に配列したものである。レンズ１４ａの形状は、レンズ１４ａからの光が後述の透過型液晶パネル４２のパネル面上に集光されるようにするために、この透過型液晶パネル２８，２９，３０のパネル面と相似形の長方形になっている。
【０００６】
マイクロレンズアレイ１５は、レンズ１４ａの略焦点位置に配置されている。各レンズ１５ａは、レンズ１４ａと一対一に対応しており、対応するレンズ１４ａからの光をできるだけ多く入射できるような形状になっている。
【０００７】
このマイクロレンズアレイ１４，１５は、光源１１からの出射光を液晶パネルのパネル面に均一に入射させることにより、スクリーンに表示される画像のユニフォーミティ（画面全体で同じ明るさや色の画像を表示する際の明るさや色の均一性）を高める役割を果たす。
【０００８】
偏光変換素子１６は、入射した非偏光の大部分を直線偏光（例えばＰ偏光）に変換して出射するものである。この偏光変換素子１６は、光源１１からの出射光の利用効率を高める役割を果たすとともに、白表示時の液晶パネルからの出射光量を増加させることにより、スクリーンに表示される画像のコントラストを高める役割を果たす。
【０００９】
偏光変換素子１６から出射したＰ偏光は、レンズ１７で集光されてダイクロイックミラー１８に入射する。ダイクロイックミラー１８は、ＲＧＢの各色の光のうち、例えば赤色光を透過して緑色光及び青色光を反射するものである。ダイクロイックミラー１８を透過した赤色のＰ偏光は、ミラー１９で反射され、レンズ２０で集光されて液晶モジュール２８に入射する。
【００１０】
ダイクロイックミラー１８で反射された緑色及び青色のＰ偏光は、ダイクロイックミラー２１に入射する。ダイクロイックミラー２１は、例えば青色光を透過して緑色光を反射するものである。ダイクロイックミラー２１で反射された緑色のＰ偏光は、レンズ２２で集光されて液晶モジュール２９に入射する。
【００１１】
ダイクロイックミラー２１を透過した青色のＰ偏光は、レンズ２３，ミラー２４，レンズ２５，ミラー２６，レンズ２７で集光と反射とを繰り返して液晶モジュール３０に入射する。
【００１２】
液晶モジュール２８，２９，３０は、互いに同じ構成をしている。図１４は、これらの液晶モジュール２８，２９，３０の光学系の構成例を示す。透過型液晶パネル４２の入射側に偏光板（偏光子）４１が配置されるとともに、この液晶パネル４２の出射側に偏光板（検光子）４７が配置されている。偏光板４１は、Ｐ偏光を透過させるように偏光軸（光の透過軸）の向きを決定されている。したがって、液晶モジュール２８，２９，３０に入射した赤色，緑色，青色のＰ偏光は、それぞれそのまま偏光板４１を透過して液晶パネル４２に入射する。
【００１３】
液晶パネル４２は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルであり、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を、液晶分子への印加電圧のレベルに応じて変化させる。液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２の各画素の液晶分子には、それぞれ赤色，緑色，青色の映像信号のレベルに応じて、ノーマリーホワイトモードで電圧が印加される。液晶パネル４２の駆動方式としては、例えばアクティブマトリックス駆動方式が採用されている。
【００１４】
液晶パネル４２の入射側の基板４３には、画素に１対１に対応して、マイクロレンズ４４が設けられている。マイクロレンズ４４は、対応する画素への入射光を、画素の有効表示面積部分（電極やスイッチング素子等が存在しておらず、光を透過させることのできる部分）に集光するためのものである。このマイクロレンズ４４は、液晶パネル４２の開口率を実質的に高める役割を果たすとともに、白表示時の液晶パネル４２からの出射光量を増加させることにより、画像のコントラストを高める役割を果たす。
【００１５】
液晶パネル４２の液晶層４５を通過してその出射側の基板４６から出射した光は、偏光板４７に入射する。偏光板４７は、偏光軸の向きが偏光板４１と直交しており、したがってＳ偏光を透過させる。
【００１６】
液晶モジュール２８，２９，３０の偏光板４７をそれぞれ透過した赤色，緑色，青色のＳ偏光は、図１３に示すように、ダイクロイックプリズム３１に三方から入射する。ダイクロイックプリズム３１は、液晶モジュール２９からの緑色光を透過するとともに液晶モジュール２８からの赤色光をこの緑色光と同じ方向に反射するフィルター膜３１ａと、液晶モジュール２９からの緑色光を透過するとともに液晶モジュール３０からの青色光をこの緑色光と同じ方向に反射するフィルター膜３１ｂとを有している。赤色，緑色，青色のＳ偏光は、このダイクロイックプリズム３１で１本の光束に合成される。
【００１７】
ダイクロイックプリズム３１から出射したＳ偏光は、投射光学系３２を経てスクリーン（図示略）に投射される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図１３及び図１４に示したように、従来の液晶プロジェクタ装置では、光源１１からの出射光を液晶モジュール２８，２９，３０に導く照明光学系にマイクロレンズアレイ１４，１５を設けることによってユニフォーミティを高める工夫や、この照明光学系に偏光変換素子１６を設けることによってコントラストを高める工夫や、液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２の入射側の基板４３にマイクロレンズ４４を設けることによってコントラストを高める工夫がなされていた。
【００１９】
ところで、ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルには、パネル面に対して斜めから入射した光の合成電場ベクトルの軌跡を初期の通りに（印加電圧のレベルの通りに）変化させることができないという性質がある。このことを、視野角依存特性と呼ぶ。
【００２０】
この視野角依存特性は、図１５に示すような、液晶パネルの入射側の基板５１，出射側の基板５２（図２では基板４３，４６に該当）のそれぞれの配向膜のラビング方向５１ａ，５２ａに対する液晶分子５３の傾き角（プレチルト角）ｐ１，ｐ２を原因としている。パネル面に対して斜めから入射した光は、このプレチルト角の存在により、液晶分子を通過する際に、パネル面に平行な面内で異常光と常光との位相ずれが生じるとともに、パネル面に垂直な面内でも異常光と常光との位相ずれが生じる。その結果、その合成電場ベクトルの軌跡を初期の通りに変化させることができなくなる。
【００２１】
ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ液晶パネルを用いた液晶ディスプレイでは、この視野角依存特性により、ノーマリーホワイトモードの場合でも、液晶パネルのうち黒を表示すべき画素（液晶分子が基板に対して垂直に並ぶように電圧を印加した画素）に斜めから入射した直線偏光（例えばＰ偏光）が楕円偏光になって出射し、この楕円偏光のうちのＳ偏光成分が検光子を透過して画面に表示される（すなわち黒色の浮きが発生する）ので、コントラストが低下することがある。
【００２２】
図１６は、液晶パネルへの光の入射角とコントラストの低下の度合いとの関係を例示したものである。液晶パネルのパネル面に平行な面内での入射方向φにかかわらず、入射角θが大きくなるほどコントラストＣＲが低くなっている。
【００２３】
また、プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶パネルのセルギャップ長（液晶分子を挟む２枚の基板の間隔）に応じて変化する。したがって、液晶パネルの部位によってセルギャップ長にむらがある場合には、画面全体で同じ明るさの画像を表示すべき際（全ての画素に同じレベルの電圧を印加した際）にも、この視野角依存特性により、液晶パネルに斜めから入射して液晶パネルから出射した光の検光子での透過率が液晶パネルの部位によって相違してしまうので、画像の明るさにむらが生じる（すなわちユニフォーミティが低下する）ことがある。
【００２４】
このように、液晶パネルを用いた画像表示装置では、プレチルト角の存在を原因とする視野角依存特性によってコントラストやユニフォーミティが低下することがある。しかし、直視型液晶ディスプレイではこの視野角依存特性を考慮した設計が行われていたのに対し、投射型の液晶ディスプレイである液晶プロジェクタ装置では、視野角依存特性を考慮してコントラストやユニフォーミティを改善する工夫はなされていなかった。
【００２５】
直視型液晶ディスプレイで視野角依存特性が考慮された理由は、光源からの出射光の広がり角が大きいので液晶パネルに斜めから入射する光の量が多く、且つ画面を斜めから見ることが多いのでこのように斜めから入射して液晶パネルから出射された光が目に届いてしまうことにある。
【００２６】
これに対し、液晶プロジェクタ装置で視野角依存特性が考慮されなかった理由は、以前はは光源からほぼ平行な光束を出射するとともにこの出射光をほぼ平行なまま照明光学系を経て液晶パネルに入射していたので、パネル面に対して垂直な方向から入射する直線偏光だけを考慮すればよかったことにある。
【００２７】
しかし、最近は、液晶プロジェクタ装置でも、より明るい画像を表示することを目的として、光源からの出射光の広がり角を大きくしたり照明光学系のＦナンバを小さくしたりすることにより液晶パネルへの光の入射角の範囲を広げる傾向にある。
【００２８】
図１３及び図１４に示した液晶プロジェクタ装置でも、照明光学系のＦナンバを小さくすることにより、液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２への光の入射角の範囲が例えば±１０〜１５゜程度になっている。したがって、黒を表示すべき画素に斜めから入射したＰ偏光が楕円偏光になってこの画素から出射し、この楕円偏光のうちのＳ偏光成分が偏光板４７を透過してスクリーンに投射されるので、コントラストが低下してしまう。
【００２９】
また、個々の液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２で部位によってセルギャップ長にむらがある場合や、液晶モジュール２８，２９，３０相互で液晶パネル４２のセルギャップ長に差異がある場合には、画面全体で同じ明るさや色の画像を表示すべき際にも、スクリーンに表示される画像の明るさや色にむらが生じてしまう（ユニフォーミティが低下してしまう）。
【００３０】
したがって、最近では、液晶プロジェクタ装置でも、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を防止することが必要となってきている。
【００３１】
しかし、液晶プロジェクタ装置では、液晶パネルへの光の入射角の範囲が±１０〜１５゜程度にまでなっているとはいえ、直視型液晶ディスプレイと比較するとその入射角の範囲はかなり狭い。そのため、従来直視型液晶ディスプレイで視野角依存特性を考慮して行われていた設計手法をそのまま液晶プロジェクタ装置に採用しても、コントラストやユニフォーミティの低下を防止することはできない。
【００３２】
本発明は、上述の点に鑑み、ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置（特に、図１３及び図１４に例示したように、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置）にふさわしい手法で、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することを課題としてなされたものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させ、且つ、検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したものを提案する。
また、こうした液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、この位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したものを提案する。
【００３４】
この液晶プロジェクタ装置では、透過型液晶パネルと検光子との間（すなわち透過型液晶パネルの出射側）に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルム（一般に「一軸延伸位相差フィルム」と呼ばれるもの）が、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子（または偏光子）の偏光軸と直交させ、且つ、検光子（または偏光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置されている。このように傾けた一軸延伸位相差フィルムの複屈折性により、透過型液晶パネルに斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれ（パネル面に平行な面内及びパネル面に垂直な面内での異常光と常光との位相ずれ）が補償される。また、ノーマリーホワイトモードの場合には、液晶パネルの入射側のプレチルト角による位相ずれと、液晶パネルの出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して補償することができる。
【００３５】
透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素に斜めから入射して透過型液晶パネルから出射した光は、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、検光子を透過する直線偏光成分が減少するので、検光子での透過率が低下する。これにより、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少する（黒色の浮きが抑制される）ので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制される。
【００３６】
また、個々の液晶パネルで部位によってセルギャップ長にむらがある場合（部位によってプレチルト角による位相ずれの度合いが異なる場合）や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合（プレチルト角による位相ずれの度合いに差異がある場合）にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制される。
【００３７】
しかも、仮にこうした光学素子を偏光子と透過型液晶パネルとの間（すなわち透過型液晶パネルの入射側）に配置した場合には、この光学素子を経て透過型液晶パネルに入射した光がマイクロレンズで集光されて液晶分子に入射するので、この光学素子への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが相違してしまう。プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶分子への実際の光の入射角によって決まる。その結果、入射側にこの光学素子を配置した場合には、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することが困難になる。
【００３８】
これに対し、この液晶プロジェクタ装置のように透過型液晶パネルの出射側にこの光学素子を配置した場合には、液晶分子への実際の光の入射角と透過型液晶パネルからの光の出射角とが等しいので、この光学素子への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することが容易になる。
【００３９】
次に、本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させ、且つ、検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前述の傾き角αの第１の位相差フィルムのパネル面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置したものを提案する。
また、こうした液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、こうした第１の位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前述の傾き角αの第１の位相差フィルムのパネル面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置したものを提案する。
【００４０】
この液晶プロジェクタ装置は、前述のように一軸延伸位相差フィルムを傾けて配置する代わりに、フィルム面に平行な面内及びフィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有する位相差フィルム（一般に「特殊二軸延伸位相差フィルム」や「視野角拡大フィルム」と呼ばれるもの）であって、液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率が極小または一定以下になるように傾けた一軸延伸位相差フィルムと等価なリターデーションを有するものを、透過型液晶パネルと検光子の間にパネル面に平行に配置したものである。これにより、透過型液晶パネルに斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれが補償されるとともに、透過型液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化にも寄与することができる。
【００４４】
次に本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置のコントラストの改善方法において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置する第１ステップと、この第１の位相差フィルムの傾き角を変化させながら、透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率を調べ、この透過率の大きさに応じてこの傾き角を決定する第２ステップと、第２ステップで決定した傾き角における、パネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのこの第１の位相差フィルムのリターデーションの大きさを求める第３ステップと、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれ第３ステップで求めたパネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、第１の位相差フィルムに代えて、透過型液晶パネルと検光子との間に、パネル面に対して平行に配置する第４ステップとを有するものを提案する。
【００４５】
このコントラストの改善方法では、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルム（一軸延伸位相差フィルム）を、透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置し、この一軸延伸位相差フィルムの傾き角を変化させながら、透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率を調べ、この透過率の大きさに応じて一軸延伸位相差フィルムの傾き角を決定する。
【００４６】
これにより、黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率が低下するように（すなわちプレチルト角による位相ずれが補償されるように）一軸延伸位相差フィルムの傾き角を決定することができる。
【００４７】
しかも、偏光子と透過型液晶パネルとの間（すなわち透過型液晶パネルの出射側）に一軸延伸位相差フィルムを配置することにより、一軸延伸位相差フィルムへの光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような傾き角を決定することが容易である。
【００４８】
続いて、このコントラストの改善方法では、決定した傾き角における、パネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内での一軸延伸位相差フィルムのリターデーションの大きさを求める。そして、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれこの求めたパネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルム（視野角拡大フィルム）を、一軸延伸位相差フィルムに代えて、透過型液晶パネルと検光子との間に、パネル面に対して平行に配置する。
【００４９】
このような視野角拡大フィルムを配置した液晶プロジェクタ装置で画像を表示すれば、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少するので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制されて、コントラストが改善される。
【００５０】
また、個々の液晶パネルで部位によってセルギャップ長にむらがある場合や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されて、ユニフォーミティが改善される。
【００５１】
しかも、視野角拡大フィルムをパネル面に対して平行に配置することにより、透過型液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化にも寄与することができるようになる。
【００５２】
さらに、この方法は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置にそのまま適用しても、やはり視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することができる。したがって、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とで、コントラストやユニフォーミティの改善方法を共通化することもできる。
【００５３】
なお、このコントラストの改善方法でも、偏光子と検光子とが互いに直交する振動方向の直線偏光を透過させる場合（ノーマリーホワイトモードの場合）には、一例として、第１ステップで、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子（または検光子）の偏光軸と直交させるとともに、偏光子（または検光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として一軸延伸位相差フィルムを傾けることが好適である。
【００５４】
それにより、やはり、入射側（または出射側）のプレチルト角による位相ずれを、出射側（または入射側）のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償することができるようになる。
【００５５】
さらに、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させた場合と、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させた場合とのそれぞれについて、第２〜第４ステップを実行するようにしてもよい。それにより、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティの改善効果を一層高めることができるようになる。
【００５６】
また、このコントラストの改善方法において、第４ステップで視野角拡大フィルムを配置した後、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整する第５ステップをさらに設けることが好適である。
【００５７】
このように視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整することにより、パネル面に垂直な面内での複屈折性の大きさを微調整することができる。したがって、視野角拡大フィルムを配置した後でも、この複屈折性の大きさを微調整することによってコントラストやユニフォーミティを改善できるようになる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は、本発明を適用した３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す。この光学系のうち液晶モジュール１，２，３以外の部分は、図１３に示した３板透過式液晶プロジェクタ装置におけると構成が共通しているので図１３と同一の符号を付している。
【００５９】
液晶モジュール１，２，３は、互いに同じ構成をしている。図２はこれらの液晶モジュール１，２，３の光学系の構成例を示しており、図１４と構成が共通する部分は図１４と同一の符号を付している。本発明の特徴として、液晶モジュール１，２，３では、液晶パネル４２と偏光板（検光子）４７との間（すなわち液晶パネル４２の出射側）に、視野角拡大フィルム４が、液晶パネル４２のパネル面に対して平行に配置されている。
【００６０】
視野角拡大フィルム４は、フィルム面に平行な面内及びフィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有している。視野角拡大フィルム４は、この複屈折性により、液晶パネル４２に斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれ（パネル面に平行な面内及びパネル面に垂直な面内での異常光と常光との位相ずれ）を補償する役割を持っている。
【００６１】
液晶パネル４２のうち黒を表示すべき画素に斜めから入射して液晶パネル４２から出射した光は、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、それぞれ偏光板４７を透過する直線偏光成分が減少するので、偏光板４７での透過率が低下する。これにより、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少する（黒色の浮きが抑制される）ので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制されて、コントラストが改善されるようになっている。
【００６２】
また、個々の液晶モジュール１，２，３の液晶パネル４２で部位によってセルギャップ長にむらがある場合（部位によってプレチルト角による位相ずれの度合いが異なる場合）や液晶モジュール１，２，３相互で液晶パネル４２のセルギャップ長に差異がある場合（プレチルト角による位相ずれの度合いに差異がある場合）にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されて、ユニフォーミティが改善されるようになっている。
【００６３】
視野角拡大フィルム４としてどのような大きさのリターデーションを有するものを用いるかは、次のような方法で決定されている。
【００６４】
最初に、図３に示すように、液晶パネル４２と偏光板４７との間に、一軸延伸位相差フィルム（フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムであり、以下単に位相差フィルムとも呼ぶ）５を、その遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させるとともに、偏光軸４７ａと平行な軸（ｙ軸）を回転中心として液晶パネル４２のパネル面に平行な面（ｘｙ平面）に対して角度αだけ傾けて配置する。
【００６５】
なお、図３では、液晶パネル４２として、入射側の基板４３と、基板４３上の配向膜のラビング方向４３ａと、出射側の基板４６と、基板４６上の配向膜のラビング方向４６ａと、液晶層４５中の液晶分子のうち基板４３及び４６に隣接した部分の液晶分子４８とを描いている。基板４３のマイクロレンズ４４（図２）は図示を省略している。
【００６６】
図４は、図３のように位相差フィルム５を傾けた状態において、液晶パネル４２からの出射光のうち、液晶パネル４２のパネル面に直交し且つ偏光板４７の偏光軸４７ａと平行な面内（ｚｙ平面内）を通過する光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、位相差フィルム５を透過する様子を示している。
【００６７】
光Ｌａは、液晶パネル４２のパネル面に直交する方向（ｚ軸の方向）に出射した光である。すなわち、光Ｌａは、パネル面に直交する方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。したがって、液晶分子を通過した際にプレチルト角による位相ずれを生じていない。
【００６８】
他方、光Ｌｂは、光Ｌａに対して、偏光軸４７ａと平行な面内で角度βだけ斜め右方向に出射した光である。すなわち、光Ｌｂは、ｚｙ平面内において斜め右方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。この偏光軸４７ａの方向は、図３に示すように、液晶パネル４２の出射側の基板４６の配向膜のラビング方向４６ａと一致している。したがって、光Ｌｂは、液晶分子を通過した際に、出射側のプレチルト角（基板４６の配向膜のラビング方向４６ａに対する液晶分子４８の傾き角）を原因として、ｘｙ平面内及びｚｙ平面内で異常光と常光との位相ずれを生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光になっている。
【００６９】
また、光Ｌｃは、偏光軸４７ａと平行な面内で角度βだけ斜め左方向に出射した光である。すなわち、光Ｌｃは、ｚｙ平面内において斜め左方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。したがって、光Ｌｃは、液晶分子を通過した際に、出射側のプレチルト角を原因としてｘｙ平面内及びｚｙ平面内で異常光と常光との位相ずれ（光Ｌｂとは逆向きの位相ずれ）を生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光（光Ｌｂとは逆回りの楕円偏光）になっている。
【００７０】
図５は、位相差フィルム５を光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの出射側（偏光板４７の側）から見た図である。このうち、図５Ａでは、図４の光Ｌａが届く方向から位相差フィルム５を見ている。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交している。したがって、光Ｌａは、位相差フィルム５を透過する際に合成電場ベクトルの軌跡が変化することはなく、Ｐ偏光のまま偏光板４７に入射する。
【００７１】
他方、図５Ｂでは、図４の光Ｌｂが届く方向から位相差フィルム５を見ている。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交する方向に対して角度γだけ右方向に傾いている。したがって、光Ｌｂは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションに応じて、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内でそれぞれ異常光と常光との位相ずれを生じる。
【００７２】
また、図５Ｃは、図４の光Ｌｃが届く方向から位相差フィルム５を見た図である。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交する方向に対して角度γだけ左方向に傾いている。したがって、光Ｌｃは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションに応じて、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内でそれぞれ異常光と常光との位相ずれ（光Ｌｂとは逆向きの位相ずれ）を生じる。
【００７３】
このように、光ＬｂとＬｃとは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内及びｚｙ平面内で互いに逆向きの位相ずれを生じる。したがって、液晶パネル４２の液晶分子を通過した際の出射側のプレチルト角による光Ｌｂ，Ｌｃのｘｙ平面内及びｚｙ平面内での位相ずれを、それぞれ位相差フィルム５を透過する際の位相ずれによって補償する（位相ずれを小さくする）ことが可能である。
【００７４】
そして、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションの大きさは、位相差フィルム５の傾き角αに応じて変化する。すなわち、出射側のプレチルト角による位相ずれが補償される度合いは、この傾き角αに応じて変化する。
【００７５】
そこで次に、位相差フィルム５の傾き角αを変化させながら、液晶パネル４２のうち黒を表示すべき画素からの出射光の偏光板４７での透過率を調べる。そして、この透過率が極小または一定以下になるように（すなわちプレチルト角による位相ずれが補償されるように）、位相差フィルム５の傾き角αを決定する。
【００７６】
ここで、仮に位相差フィルム５を図２の偏光板４１（偏光子）と液晶パネル４２との間（すなわち液晶パネル４２の入射側）に配置した場合には、位相差フィルム５を経て液晶パネル４２に入射した光がマイクロレンズ４４で集光されて液晶分子（液晶層４５）に入射するので、図も表れているように位相差フィルム５への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが相違してしまう。プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶分子への実際の光の入射角によって決まる。その結果、入射側に位相差フィルム５を配置した場合には、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような位相差フィルム５の傾き角αを決定することが困難になる。
【００７７】
これに対し、液晶パネル４２の出射側に位相差フィルム５を配置した場合には、液晶分子への実際の光の入射角と液晶パネル４２からの光の出射角とが等しいので、位相差フィルム５への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような位相差フィルム５の傾き角αを決定することが容易である。
【００７８】
このようにして決定した傾き角αで位相差フィルム５を液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置したままでも、出射側のプレチルト角による位相ずれが補償されるので、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下が抑制される。
【００７９】
しかし、このように位相差フィルム５を傾けて配置したまま液晶プロジェクタ装置を製造すると、液晶パネル４２と偏光板４７の間の距離が長くなってしまうので、光学系の小型化という観点からは好ましくない。
【００８０】
これに対し、傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを、液晶パネル４２と偏光板４７の間にパネル面に平行に配置すれば、液晶パネル４２と偏光板４７の間の距離の増大を最小限に抑えることができる。
【００８１】
そこで次に、どのような大きさのリターデーションを有する視野角拡大フィルムが、傾き角αの位相差フィルム５と等価であるかを求める。
【００８２】
図６に示すように、位相差フィルム５の遅相軸５ａの屈折率をｎｅ，位相差フィルム５の進相軸の屈折率をｎｏ１，フィルム面に直交する方向での位相差フィルム５の屈折率をｎｏ２，位相差フィルム５の厚さをｄとする。これらのｎｅ，ｎｏ１，ｎｏ２及びｄの値は既知である。
【００８３】
また、ｘ，ｙ，ｚ軸方向での位相差フィルム５の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとし、遅相軸５ａに平行な方向の主軸をｘ０，進相軸に平行な方向の主軸をｙ０（この場合ｙ軸と同じ方向になる），フィルム面に直交する方向の主軸をｚ０とする。
【００８４】
液晶パネル４２のｘｙ面内，ｚｙ面内での位相差フィルム５のリターデーションＲｘｙ，Ｒｚｙは、このｄ，ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ及び傾き角αを用いて、それぞれ次の（１），（２）式のように表される。
【数１】
【００８５】
傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムとは、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれこのＲｘｙ，Ｒｚｙと等しい視野角拡大フィルムである。すなわち、図７に示すように、フィルム面に平行な面内の直交する２方向での屈折率がｎｘ，ｎｙであり、フィルム面に垂直な面内での屈折率がｎｚであり、厚さがｄ／ｃｏｓαの視野角拡大フィルムである。
【００８６】
ここで、ｙ０軸とｙ軸とは同じ方向なので、屈折率ｎｙの値はｎｏ１と等しい。したがって、残りの屈折率ｎｘ，ｎｚの値を求めれば、どのような視野角拡大フィルムが等価であるかを求めることができる。このｎｘ，ｎｚの値は、次のようにして求められる。
【００８７】
ｘ０，ｙ０及びｚ０の値とｎｅ，ｎｏ１及びｎｏ２の値との間には、次の（３）式のような屈折率楕円体の関係式が成り立つ。
【数２】
【００８８】
また、図６から明かなように、ｘ０，ｙ０及びｚ０の値とｎｘ，ｎｙ，ｎｚとの間には、次の（４）式及び（５）式が成り立つ。
【数３】
【００８９】
この（４）式を（３）式に代入すると、次の（６）式のように、ｎｘの値が求められる。また、（５）式を（３）式に代入すると、次の（７）式のように、ｎｚの値が求められる。このようにして、どのような視野角拡大フィルムが等価であるかを求めることができる。
【数４】
【００９０】
次に、このようにして求めたリターデーションを有する視野角拡大フィルムを用意する。そして、その視野角拡大フィルムを図２の視野角拡大フィルム４として用いる。
【００９１】
図２の視野角拡大フィルム４は、以上のような方法により、どのような大きさのリターデーションを有するものを用いるかを決定して、各液晶モジール１，２，３の液晶パネル４２と偏光板４７との間にパネル面に平行に配置し、液晶パネル４及び偏光板４７に対して固定したものである。
【００９２】
なお、以上の方法のうち、位相差フィルム５の傾き角αを変化させながら偏光板４７での透過率を調べる作業は、実際に液晶パネル４２と偏光板４７との間に位相差フィルム５を配置して行ってもよいが、シミュレーションによって行ってもよい。
【００９３】
本出願人は、この作業を、シンテック株式会社製の液晶シミュレータ「ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ」を用いたシミュレーションによって行った。すなわち、セルギャップ長やＴＮ液晶分子の誘電率，弾性定数，回転粘性，ヘリカルピッチ，プレチルト角といったパラメータを液晶パネル４２に合わせて設定することにより、ＴＮ液晶パネルへの印加電圧のレベルとディレクタ（液晶分子の長軸方向の向き）の分布との関係を計算した。そして、このディレクタ分布に基づいて、印加電圧の黒表示時のレベルとしたときや中間レベルとしたときのＴＮ液晶パネル全体の常光屈折率及び異常光屈折率を求めた。
【００９４】
そして、このＴＮ液晶パネルと位相差フィルム（１／４波長板または１／８波長板）と検光子とを図３の液晶パネル４２と位相差フィルム５と偏光板４７とのような配置で組み合わせた光学モデルにおいて、位相差フィルムの傾き角（図３のα）を変化させながら、ＴＮ液晶パネルへの光（波長５５０ｎｍ）の入射角とＴＮ液晶パネルからの出射光の検光子での透過率との関係を４×４マトリクス法で求めた。この光学モデルでは、１／４波長板，１／８波長板の傾き角αの大きさにかかわらず（すなわち、光が１／４波長板，１／８波長板を通過する距離が１／４波長板，１／８波長板の厚さよりも長くても）、そのリターデーションをそれぞれλ／４，λ／８のままに設定した。
【００９５】
図８は、ＴＮ液晶パネルから図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのようにパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を黒表示時のレベルとしてシミュレーションを行った結果を示している。
【００９６】
なお、図８には、光源の広がり角，輝度中心，分散，減衰指数の値をパラメータとして設定することによって計算した入射光の強度と入射角との関係も併せて示している。この関係から、ＴＮ液晶パネルへの光の入射角の範囲が±１４゜程度であることが表れている。
【００９７】
図９は、図８のシミュレーション結果から計算した入射角±１４゜の範囲でのコントラストの値と、コントラストの改善比（１／４波長板が存在しない光学モデルにおいて計算によって求めたコントラストの値２４１４に対する比率）とを、１／４波長板の傾き角毎に示している。位相差フィルムを１／４波長板とした場合には、傾き角２０゜付近でコントラストが最も改善されることが表れている。
【００９８】
また、図１０は、やはりＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／８波長板とし且つ印加電圧を黒表示時のレベルとしてシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果から計算した入射角±１４゜の範囲でのコントラストの値と、１／８波長板の傾き角との関係を示している（コントラストの値は、相対値なので図９の値とは直接対応していない）。位相差フィルムを１／８波長板とした場合には、傾き角４２゜付近でコントラストが最も改善されることが表れている。
【００９９】
また、図１１は、やはりＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を５０％のレベルとしてシミュレーションを行った結果を示している。印加電圧を５０％のレベルとしたときの透過率に対する入射角の影響は、１／４波長板の傾き角をコントラストが最も改善される２０゜（図９）にしたときのほうが、傾き角を０゜にした場合よりも少なくなっている。
【０１００】
図示は省略するが、印加電圧を５０％以外の中間レベルにしたときにも、図１１に示したのと同様な結果が得られた。このように中間レベルでの透過率に対する入射角の影響が少なくなることは、個々の液晶パネルでセルギャップ長にむらがある場合や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合にも、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されることを表している。
【０１０１】
また、図１２は、ＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と直交する面内（図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが通過する面とは直交する面内）に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を黒表示時の大きさとしてシミュレーションを行った結果を示している。この光の検光子での透過率は、１／４波長板の傾き角が変化しても変化しない。
【０１０２】
この光は、図３では、液晶パネル４２のパネル面に直交し且つ偏光板（偏光子）４１の偏光軸４１ａと平行な面内（ｚｘ平面内）を通過して液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものに相当する。この偏光軸４１ａの方向は、液晶パネル４２の入射側の基板４３上の配向膜のラビング方向４３ａと一致している。したがって、斜めから液晶パネル４２に入射した場合には、液晶分子を通過した際に、入射側のプレチルト角（ラビング方向４３ａに対する液晶分子４８の傾き角）を原因としてｘｙ平面内及びｚｘ平面内で異常光と常光との位相ずれを生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光になっている。
【０１０３】
このように検光子の偏光軸と直交する面内に出射した光の検光子での透過率が変化しないことは、出射側のプレチルト角による位相ずれを、入射側のプレチルト角による位相ずれには全く影響を与えずに独立して補償できることを表している。また、逆に位相差フィルムの遅相軸を検光子ではなく偏光子のほうの偏光軸と直交させた場合（図３では偏光板４１の偏光軸４１ａと直交させた場合）には、入射側のプレチルト角による位相ずれのほうを、出射側のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償できることを表している。
【０１０４】
ところで、以上の例におけるように傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを用意しようとしても、実際には、完全に等価ではなく僅かながらリターデーションの相違する視野角拡大フィルムしか入手または製造できないこともある。
【０１０５】
また、完全に等価な視野角拡大フィルムを用意できた場合でも、前述のようにシミュレーションによって作業を行った場合には、シミュレーション上の光学モデルと実際の液晶プロジェクタ装置の光学系との微妙な差異により、コントラストやユニフォーミティの改善効果がシミュレーション結果よりも僅かながら劣ってしまうこともある。
【０１０６】
そこで、各液晶モジュール１，２，３において液晶パネル４２と偏光板４７との間に視野角拡大フィルム４を配置した後、液晶パネル４２及び偏光板４７に対して視野角拡大フィルム４を固定する前に、この液晶プロジェクタ装置でスクリーンに画像を投射しながら、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルム４の回転角度位置をそれぞれ微調整する（例えば１〜２゜程度の範囲で変化させる）ことが好適である。
【０１０７】
このように視野角拡大フィルム４の回転角度位置を微調整することにより、図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが通過する面内での複屈折性の大きさを微調整することができるので、画像のコントラストやユニフォーミティを微調整することができる。
【０１０８】
そして、コントラストやユニフォーミティが最も向上するように回転角度位置を決定し、その回転角度位置で視野角拡大フィルム４を固定するようにすればよい。これにより、個々の液晶プロジェクタ装置毎に、画像のコントラストやユニフォーミティの改善効果を最も高めることができるようになる。
【０１０９】
また、以上の例では位相差フィルム５の遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させているが、遅相軸５ａではなく位相差フィルム５の進相軸のほうを偏光軸４７ａと直交させるようにしてもよい。その場合にも、図４の光Ｌｂ，Ｌｃはやはり位相差フィルム５を透過する際に互いに逆向きの位相ずれを生じる（遅相軸５ａのほうを偏光軸４７ａと直交させた場合とはそれぞれ逆向きの位相ずれを生じる）ので、出射側のプレチルト角による位相ずれを補償することができる。
【０１１０】
また、以上の例では位相差フィルム５の遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させているが、位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を、偏光板４７ではなく偏光板４１の偏光軸４１ａのほうと直交させるようにしてもよい。それにより、前述のように、入射側のプレチルト角による位相ずれのほうを補償できるようになる。
【０１１１】
もちろん、位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を偏光軸４７ａと直交させた場合と位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を偏光軸４１ａと直交させたとのそれぞれについて以上の方法を実行するようにしてもよい。それにより、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティの改善効果を一層高めることができるようになる。
【０１１２】
また、以上の例では視野角拡大フィルム４を液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置しているが、光学系の小型化をあまり考慮する必要がない場合には、位相差フィルム５のように傾き角αを決定した一軸延伸位相差フィルムを実際に液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置したまま液晶プロジェクタ装置を製造するようにしてもよい。
【０１１３】
また、本発明は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けたあらゆる透過式液晶プロジェクタ装置（図１３及び図１４に示した以外の構成を有する３板透過式液晶プロジェクタ装置や、単板透過式液晶プロジェクタ装置）に適用してよい。
【０１１４】
さらに、以上の方法は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置にそのまま適用しても、やはり視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することができる。そこで、コントラストやユニフォーミティの改善方法として、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とでこの方法を共通化して実行するようにしてもよい。
【０１１５】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る液晶プロジェクタ装置によれば、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置において、プレチルト角による位相ずれを、液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することができるので、プレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制して、コントラストやユニフォーミティを改善することができるという効果が得られる。また、ノーマリーホワイトモードの場合に、液晶パネルの入射側のプレチルト角による位相ずれと、液晶パネルの出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して補償することができるという効果が得られる。
【０１１７】
また、このようにプレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制してコントラストやユニフォーミティを改善することができるとともに、液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化に寄与できるという効果も得られる。
【０１２０】
次に、本発明に係るコントラストの改善方法によれば、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置において、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することができるので、プレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制してコントラストやユニフォーミティを改善することができるという効果が得られる。
【０１２１】
また、液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化に寄与できるという効果が得られる。
【０１２２】
さらに、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とで、コントラストやユニフォーミティの改善方法を共通化できるという効果が得られる。
【０１２３】
また、ノーマリーホワイトモードの場合において、一軸延伸位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子（または検光子）の偏光軸と直交させるとともに、偏光子（または検光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として傾けるようにして配置した場合には、入射側（または出射側）のプレチルト角による位相ずれを、出射側（または入射側）のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償することができるという効果も得られる。
【０１２４】
さらに、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させた場合と、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させた場合とのそれぞれについて、第２〜第４ステップを実行するようにした場合には、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティを一層改善できるという効果も得られる。
【０１２５】
また、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整するようにした場合には、視野角拡大フィルムを配置した後でもコントラストやユニフォーミティを改善できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す図である。
【図２】図１の液晶モジュールの光学系の構成例を示す図である。
【図３】一軸延伸位相差フィルムの配置の様子を示す図である。
【図４】液晶パネルからの出射光が一軸延伸位相差フィルムを透過する様子を示す図である。
【図５】一軸延伸位相差フィルムを光の出射側から見た図である。
【図６】一軸延伸位相差フィルムの屈折率及び厚さを示した図である。
【図７】傾き角αの一軸延伸位相差フィルムと等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを示した図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【図９】図８のシミュレーション結果からのコントラストの改善比を示す図である。
【図１０】シミュレーション結果からの傾き角とコントラストとの関係を示す図である。
【図１１】シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】従来の３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す図である。
【図１４】図１３の液晶モジュールの光学系の構成例を示す図である。
【図１５】液晶分子のプレチルト角を示す図である。
【図１６】液晶パネルへの光の入射角とコントラストの低下の度合いとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３，２８，２９，３０ 液晶モジュール、 ４ 視野角拡大フィルム（特殊二軸延伸位相差フィルム）、 ５ 一軸延伸位相差フィルム、 ５ａ 遅相軸、 １１ 光源、 １２ ランプ、 １３ リフレクタ、 １４，１５ マイクロレンズアレイ、 １６ 偏光変換素子、 １７，２０，２２，２３，２５，２７ レンズ、 １８，２１ ダイクロイックミラー、 １９，２４，２６ ミラー、 ３１ ダイクロイックプリズム、 ３２ 投射光学系、 ４１ 偏光板（偏光子）、 ４１ａ，４７ａ 偏光軸、 ４２ 透過型液晶パネル、 ４３入射側の基板、 ４３ａ，４６ａ 配向膜のラビング方向、 ４４ マイクロレンズ、 ４５ 液晶層、 ４６ 出射側の基板、 ４７ 偏光板（検光子）、４８ 液晶分子
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ装置に関し、特に、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下の防止を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像をスクリーンに拡大投影することにより大画面を実現するプロジェクタ装置が、屋内外用の画像表示装置として普及している。このプロジェクタ装置は、ＣＲＴの蛍光面からの出射光をスクリーンに投射するもの（ＣＲＴプロジェクタ装置）と、光源からの出射光を空間光変調素子で変調してスクリーンに投射するものとに大別されるが、後者では、液晶パネルを空間光変調素子として用いるもの（液晶プロジェクタ装置）が主流になっている。
【０００３】
図１３は、従来の液晶プロジェクタ装置の光学系（ＲＧＢの各色に対応して３枚の透過型液晶パネルを用いた３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系）の構成例を示す。
【０００４】
光源１１は、ランプ（例えばキセノンランプ）１２と、ランプ１２から放射された光（白色の非偏光）を反射して一定の広がり角の光束とするリフレクタ１３とを含んでいる。光源１１からの出射光は、マイクロレンズアレイ１４，１５及び偏光変換素子１６を順に通過する。
を通過する。
【０００５】
マイクロレンズアレイ１４，１５は、それぞれマイクロレンズ（例えば直径１〜５ｍｍ程度のレンズ）１４ａ，１５ａを複数個アレイ状に配列したものである。レンズ１４ａの形状は、レンズ１４ａからの光が後述の透過型液晶パネル４２のパネル面上に集光されるようにするために、この透過型液晶パネル２８，２９，３０のパネル面と相似形の長方形になっている。
【０００６】
マイクロレンズアレイ１５は、レンズ１４ａの略焦点位置に配置されている。各レンズ１５ａは、レンズ１４ａと一対一に対応しており、対応するレンズ１４ａからの光をできるだけ多く入射できるような形状になっている。
【０００７】
このマイクロレンズアレイ１４，１５は、光源１１からの出射光を液晶パネルのパネル面に均一に入射させることにより、スクリーンに表示される画像のユニフォーミティ（画面全体で同じ明るさや色の画像を表示する際の明るさや色の均一性）を高める役割を果たす。
【０００８】
偏光変換素子１６は、入射した非偏光の大部分を直線偏光（例えばＰ偏光）に変換して出射するものである。この偏光変換素子１６は、光源１１からの出射光の利用効率を高める役割を果たすとともに、白表示時の液晶パネルからの出射光量を増加させることにより、スクリーンに表示される画像のコントラストを高める役割を果たす。
【０００９】
偏光変換素子１６から出射したＰ偏光は、レンズ１７で集光されてダイクロイックミラー１８に入射する。ダイクロイックミラー１８は、ＲＧＢの各色の光のうち、例えば赤色光を透過して緑色光及び青色光を反射するものである。ダイクロイックミラー１８を透過した赤色のＰ偏光は、ミラー１９で反射され、レンズ２０で集光されて液晶モジュール２８に入射する。
【００１０】
ダイクロイックミラー１８で反射された緑色及び青色のＰ偏光は、ダイクロイックミラー２１に入射する。ダイクロイックミラー２１は、例えば青色光を透過して緑色光を反射するものである。ダイクロイックミラー２１で反射された緑色のＰ偏光は、レンズ２２で集光されて液晶モジュール２９に入射する。
【００１１】
ダイクロイックミラー２１を透過した青色のＰ偏光は、レンズ２３，ミラー２４，レンズ２５，ミラー２６，レンズ２７で集光と反射とを繰り返して液晶モジュール３０に入射する。
【００１２】
液晶モジュール２８，２９，３０は、互いに同じ構成をしている。図１４は、これらの液晶モジュール２８，２９，３０の光学系の構成例を示す。透過型液晶パネル４２の入射側に偏光板（偏光子）４１が配置されるとともに、この液晶パネル４２の出射側に偏光板（検光子）４７が配置されている。偏光板４１は、Ｐ偏光を透過させるように偏光軸（光の透過軸）の向きを決定されている。したがって、液晶モジュール２８，２９，３０に入射した赤色，緑色，青色のＰ偏光は、それぞれそのまま偏光板４１を透過して液晶パネル４２に入射する。
【００１３】
液晶パネル４２は、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルであり、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を、液晶分子への印加電圧のレベルに応じて変化させる。液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２の各画素の液晶分子には、それぞれ赤色，緑色，青色の映像信号のレベルに応じて、ノーマリーホワイトモードで電圧が印加される。液晶パネル４２の駆動方式としては、例えばアクティブマトリックス駆動方式が採用されている。
【００１４】
液晶パネル４２の入射側の基板４３には、画素に１対１に対応して、マイクロレンズ４４が設けられている。マイクロレンズ４４は、対応する画素への入射光を、画素の有効表示面積部分（電極やスイッチング素子等が存在しておらず、光を透過させることのできる部分）に集光するためのものである。このマイクロレンズ４４は、液晶パネル４２の開口率を実質的に高める役割を果たすとともに、白表示時の液晶パネル４２からの出射光量を増加させることにより、画像のコントラストを高める役割を果たす。
【００１５】
液晶パネル４２の液晶層４５を通過してその出射側の基板４６から出射した光は、偏光板４７に入射する。偏光板４７は、偏光軸の向きが偏光板４１と直交しており、したがってＳ偏光を透過させる。
【００１６】
液晶モジュール２８，２９，３０の偏光板４７をそれぞれ透過した赤色，緑色，青色のＳ偏光は、図１３に示すように、ダイクロイックプリズム３１に三方から入射する。ダイクロイックプリズム３１は、液晶モジュール２９からの緑色光を透過するとともに液晶モジュール２８からの赤色光をこの緑色光と同じ方向に反射するフィルター膜３１ａと、液晶モジュール２９からの緑色光を透過するとともに液晶モジュール３０からの青色光をこの緑色光と同じ方向に反射するフィルター膜３１ｂとを有している。赤色，緑色，青色のＳ偏光は、このダイクロイックプリズム３１で１本の光束に合成される。
【００１７】
ダイクロイックプリズム３１から出射したＳ偏光は、投射光学系３２を経てスクリーン（図示略）に投射される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図１３及び図１４に示したように、従来の液晶プロジェクタ装置では、光源１１からの出射光を液晶モジュール２８，２９，３０に導く照明光学系にマイクロレンズアレイ１４，１５を設けることによってユニフォーミティを高める工夫や、この照明光学系に偏光変換素子１６を設けることによってコントラストを高める工夫や、液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２の入射側の基板４３にマイクロレンズ４４を設けることによってコントラストを高める工夫がなされていた。
【００１９】
ところで、ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルには、パネル面に対して斜めから入射した光の合成電場ベクトルの軌跡を初期の通りに（印加電圧のレベルの通りに）変化させることができないという性質がある。このことを、視野角依存特性と呼ぶ。
【００２０】
この視野角依存特性は、図１５に示すような、液晶パネルの入射側の基板５１，出射側の基板５２（図２では基板４３，４６に該当）のそれぞれの配向膜のラビング方向５１ａ，５２ａに対する液晶分子５３の傾き角（プレチルト角）ｐ１，ｐ２を原因としている。パネル面に対して斜めから入射した光は、このプレチルト角の存在により、液晶分子を通過する際に、パネル面に平行な面内で異常光と常光との位相ずれが生じるとともに、パネル面に垂直な面内でも異常光と常光との位相ずれが生じる。その結果、その合成電場ベクトルの軌跡を初期の通りに変化させることができなくなる。
【００２１】
ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ液晶パネルを用いた液晶ディスプレイでは、この視野角依存特性により、ノーマリーホワイトモードの場合でも、液晶パネルのうち黒を表示すべき画素（液晶分子が基板に対して垂直に並ぶように電圧を印加した画素）に斜めから入射した直線偏光（例えばＰ偏光）が楕円偏光になって出射し、この楕円偏光のうちのＳ偏光成分が検光子を透過して画面に表示される（すなわち黒色の浮きが発生する）ので、コントラストが低下することがある。
【００２２】
図１６は、液晶パネルへの光の入射角とコントラストの低下の度合いとの関係を例示したものである。液晶パネルのパネル面に平行な面内での入射方向φにかかわらず、入射角θが大きくなるほどコントラストＣＲが低くなっている。
【００２３】
また、プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶パネルのセルギャップ長（液晶分子を挟む２枚の基板の間隔）に応じて変化する。したがって、液晶パネルの部位によってセルギャップ長にむらがある場合には、画面全体で同じ明るさの画像を表示すべき際（全ての画素に同じレベルの電圧を印加した際）にも、この視野角依存特性により、液晶パネルに斜めから入射して液晶パネルから出射した光の検光子での透過率が液晶パネルの部位によって相違してしまうので、画像の明るさにむらが生じる（すなわちユニフォーミティが低下する）ことがある。
【００２４】
このように、液晶パネルを用いた画像表示装置では、プレチルト角の存在を原因とする視野角依存特性によってコントラストやユニフォーミティが低下することがある。しかし、直視型液晶ディスプレイではこの視野角依存特性を考慮した設計が行われていたのに対し、投射型の液晶ディスプレイである液晶プロジェクタ装置では、視野角依存特性を考慮してコントラストやユニフォーミティを改善する工夫はなされていなかった。
【００２５】
直視型液晶ディスプレイで視野角依存特性が考慮された理由は、光源からの出射光の広がり角が大きいので液晶パネルに斜めから入射する光の量が多く、且つ画面を斜めから見ることが多いのでこのように斜めから入射して液晶パネルから出射された光が目に届いてしまうことにある。
【００２６】
これに対し、液晶プロジェクタ装置で視野角依存特性が考慮されなかった理由は、以前はは光源からほぼ平行な光束を出射するとともにこの出射光をほぼ平行なまま照明光学系を経て液晶パネルに入射していたので、パネル面に対して垂直な方向から入射する直線偏光だけを考慮すればよかったことにある。
【００２７】
しかし、最近は、液晶プロジェクタ装置でも、より明るい画像を表示することを目的として、光源からの出射光の広がり角を大きくしたり照明光学系のＦナンバを小さくしたりすることにより液晶パネルへの光の入射角の範囲を広げる傾向にある。
【００２８】
図１３及び図１４に示した液晶プロジェクタ装置でも、照明光学系のＦナンバを小さくすることにより、液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２への光の入射角の範囲が例えば±１０〜１５゜程度になっている。したがって、黒を表示すべき画素に斜めから入射したＰ偏光が楕円偏光になってこの画素から出射し、この楕円偏光のうちのＳ偏光成分が偏光板４７を透過してスクリーンに投射されるので、コントラストが低下してしまう。
【００２９】
また、個々の液晶モジュール２８，２９，３０の液晶パネル４２で部位によってセルギャップ長にむらがある場合や、液晶モジュール２８，２９，３０相互で液晶パネル４２のセルギャップ長に差異がある場合には、画面全体で同じ明るさや色の画像を表示すべき際にも、スクリーンに表示される画像の明るさや色にむらが生じてしまう（ユニフォーミティが低下してしまう）。
【００３０】
したがって、最近では、液晶プロジェクタ装置でも、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を防止することが必要となってきている。
【００３１】
しかし、液晶プロジェクタ装置では、液晶パネルへの光の入射角の範囲が±１０〜１５゜程度にまでなっているとはいえ、直視型液晶ディスプレイと比較するとその入射角の範囲はかなり狭い。そのため、従来直視型液晶ディスプレイで視野角依存特性を考慮して行われていた設計手法をそのまま液晶プロジェクタ装置に採用しても、コントラストやユニフォーミティの低下を防止することはできない。
【００３２】
本発明は、上述の点に鑑み、ＴＮ液晶パネルやＳＴＮ液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置（特に、図１３及び図１４に例示したように、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置）にふさわしい手法で、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することを課題としてなされたものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させ、且つ、検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したものを提案する。
また、こうした液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、この位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したものを提案する。
【００３４】
この液晶プロジェクタ装置では、透過型液晶パネルと検光子との間（すなわち透過型液晶パネルの出射側）に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルム（一般に「一軸延伸位相差フィルム」と呼ばれるもの）が、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子（または偏光子）の偏光軸と直交させ、且つ、検光子（または偏光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置されている。このように傾けた一軸延伸位相差フィルムの複屈折性により、透過型液晶パネルに斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれ（パネル面に平行な面内及びパネル面に垂直な面内での異常光と常光との位相ずれ）が補償される。また、ノーマリーホワイトモードの場合には、液晶パネルの入射側のプレチルト角による位相ずれと、液晶パネルの出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して補償することができる。
【００３５】
透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素に斜めから入射して透過型液晶パネルから出射した光は、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、検光子を透過する直線偏光成分が減少するので、検光子での透過率が低下する。これにより、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少する（黒色の浮きが抑制される）ので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制される。
【００３６】
また、個々の液晶パネルで部位によってセルギャップ長にむらがある場合（部位によってプレチルト角による位相ずれの度合いが異なる場合）や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合（プレチルト角による位相ずれの度合いに差異がある場合）にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制される。
【００３７】
しかも、仮にこうした光学素子を偏光子と透過型液晶パネルとの間（すなわち透過型液晶パネルの入射側）に配置した場合には、この光学素子を経て透過型液晶パネルに入射した光がマイクロレンズで集光されて液晶分子に入射するので、この光学素子への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが相違してしまう。プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶分子への実際の光の入射角によって決まる。その結果、入射側にこの光学素子を配置した場合には、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することが困難になる。
【００３８】
これに対し、この液晶プロジェクタ装置のように透過型液晶パネルの出射側にこの光学素子を配置した場合には、液晶分子への実際の光の入射角と透過型液晶パネルからの光の出射角とが等しいので、この光学素子への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することが容易になる。
【００３９】
次に、本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させ、且つ、検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前述の傾き角αの第１の位相差フィルムのパネル面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置したものを提案する。
また、こうした液晶プロジェクタ装置において、透過型液晶パネルと検光子との間に、こうした第１の位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前述の傾き角αの第１の位相差フィルムのパネル面に平行な面内，垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置したものを提案する。
【００４０】
この液晶プロジェクタ装置は、前述のように一軸延伸位相差フィルムを傾けて配置する代わりに、フィルム面に平行な面内及びフィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有する位相差フィルム（一般に「特殊二軸延伸位相差フィルム」や「視野角拡大フィルム」と呼ばれるもの）であって、液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率が極小または一定以下になるように傾けた一軸延伸位相差フィルムと等価なリターデーションを有するものを、透過型液晶パネルと検光子の間にパネル面に平行に配置したものである。これにより、透過型液晶パネルに斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれが補償されるとともに、透過型液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化にも寄与することができる。
【００４４】
次に本出願人は、入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置のコントラストの改善方法において、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置する第１ステップと、この第１の位相差フィルムの傾き角を変化させながら、透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率を調べ、この透過率の大きさに応じてこの傾き角を決定する第２ステップと、第２ステップで決定した傾き角における、パネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのこの第１の位相差フィルムのリターデーションの大きさを求める第３ステップと、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれ第３ステップで求めたパネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、第１の位相差フィルムに代えて、透過型液晶パネルと検光子との間に、パネル面に対して平行に配置する第４ステップとを有するものを提案する。
【００４５】
このコントラストの改善方法では、透過型液晶パネルと検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルム（一軸延伸位相差フィルム）を、透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置し、この一軸延伸位相差フィルムの傾き角を変化させながら、透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率を調べ、この透過率の大きさに応じて一軸延伸位相差フィルムの傾き角を決定する。
【００４６】
これにより、黒を表示すべき画素からの出射光の検光子での透過率が低下するように（すなわちプレチルト角による位相ずれが補償されるように）一軸延伸位相差フィルムの傾き角を決定することができる。
【００４７】
しかも、偏光子と透過型液晶パネルとの間（すなわち透過型液晶パネルの出射側）に一軸延伸位相差フィルムを配置することにより、一軸延伸位相差フィルムへの光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような傾き角を決定することが容易である。
【００４８】
続いて、このコントラストの改善方法では、決定した傾き角における、パネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内での一軸延伸位相差フィルムのリターデーションの大きさを求める。そして、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれこの求めたパネル面に平行な面内，パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルム（視野角拡大フィルム）を、一軸延伸位相差フィルムに代えて、透過型液晶パネルと検光子との間に、パネル面に対して平行に配置する。
【００４９】
このような視野角拡大フィルムを配置した液晶プロジェクタ装置で画像を表示すれば、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少するので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制されて、コントラストが改善される。
【００５０】
また、個々の液晶パネルで部位によってセルギャップ長にむらがある場合や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されて、ユニフォーミティが改善される。
【００５１】
しかも、視野角拡大フィルムをパネル面に対して平行に配置することにより、透過型液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化にも寄与することができるようになる。
【００５２】
さらに、この方法は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置にそのまま適用しても、やはり視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することができる。したがって、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とで、コントラストやユニフォーミティの改善方法を共通化することもできる。
【００５３】
なお、このコントラストの改善方法でも、偏光子と検光子とが互いに直交する振動方向の直線偏光を透過させる場合（ノーマリーホワイトモードの場合）には、一例として、第１ステップで、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子（または検光子）の偏光軸と直交させるとともに、偏光子（または検光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として一軸延伸位相差フィルムを傾けることが好適である。
【００５４】
それにより、やはり、入射側（または出射側）のプレチルト角による位相ずれを、出射側（または入射側）のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償することができるようになる。
【００５５】
さらに、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させた場合と、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させた場合とのそれぞれについて、第２〜第４ステップを実行するようにしてもよい。それにより、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティの改善効果を一層高めることができるようになる。
【００５６】
また、このコントラストの改善方法において、第４ステップで視野角拡大フィルムを配置した後、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整する第５ステップをさらに設けることが好適である。
【００５７】
このように視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整することにより、パネル面に垂直な面内での複屈折性の大きさを微調整することができる。したがって、視野角拡大フィルムを配置した後でも、この複屈折性の大きさを微調整することによってコントラストやユニフォーミティを改善できるようになる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は、本発明を適用した３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す。この光学系のうち液晶モジュール１，２，３以外の部分は、図１３に示した３板透過式液晶プロジェクタ装置におけると構成が共通しているので図１３と同一の符号を付している。
【００５９】
液晶モジュール１，２，３は、互いに同じ構成をしている。図２はこれらの液晶モジュール１，２，３の光学系の構成例を示しており、図１４と構成が共通する部分は図１４と同一の符号を付している。本発明の特徴として、液晶モジュール１，２，３では、液晶パネル４２と偏光板（検光子）４７との間（すなわち液晶パネル４２の出射側）に、視野角拡大フィルム４が、液晶パネル４２のパネル面に対して平行に配置されている。
【００６０】
視野角拡大フィルム４は、フィルム面に平行な面内及びフィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有している。視野角拡大フィルム４は、この複屈折性により、液晶パネル４２に斜めから入射した光が液晶分子を通過した際のプレチルト角による位相ずれ（パネル面に平行な面内及びパネル面に垂直な面内での異常光と常光との位相ずれ）を補償する役割を持っている。
【００６１】
液晶パネル４２のうち黒を表示すべき画素に斜めから入射して液晶パネル４２から出射した光は、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、それぞれ偏光板４７を透過する直線偏光成分が減少するので、偏光板４７での透過率が低下する。これにより、黒を表示すべき画素からスクリーンに投射される光量が減少する（黒色の浮きが抑制される）ので、視野角依存特性によるコントラストの低下が抑制されて、コントラストが改善されるようになっている。
【００６２】
また、個々の液晶モジュール１，２，３の液晶パネル４２で部位によってセルギャップ長にむらがある場合（部位によってプレチルト角による位相ずれの度合いが異なる場合）や液晶モジュール１，２，３相互で液晶パネル４２のセルギャップ長に差異がある場合（プレチルト角による位相ずれの度合いに差異がある場合）にも、このようにプレチルト角による位相ずれが補償されることにより、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されて、ユニフォーミティが改善されるようになっている。
【００６３】
視野角拡大フィルム４としてどのような大きさのリターデーションを有するものを用いるかは、次のような方法で決定されている。
【００６４】
最初に、図３に示すように、液晶パネル４２と偏光板４７との間に、一軸延伸位相差フィルム（フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムであり、以下単に位相差フィルムとも呼ぶ）５を、その遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させるとともに、偏光軸４７ａと平行な軸（ｙ軸）を回転中心として液晶パネル４２のパネル面に平行な面（ｘｙ平面）に対して角度αだけ傾けて配置する。
【００６５】
なお、図３では、液晶パネル４２として、入射側の基板４３と、基板４３上の配向膜のラビング方向４３ａと、出射側の基板４６と、基板４６上の配向膜のラビング方向４６ａと、液晶層４５中の液晶分子のうち基板４３及び４６に隣接した部分の液晶分子４８とを描いている。基板４３のマイクロレンズ４４（図２）は図示を省略している。
【００６６】
図４は、図３のように位相差フィルム５を傾けた状態において、液晶パネル４２からの出射光のうち、液晶パネル４２のパネル面に直交し且つ偏光板４７の偏光軸４７ａと平行な面内（ｚｙ平面内）を通過する光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、位相差フィルム５を透過する様子を示している。
【００６７】
光Ｌａは、液晶パネル４２のパネル面に直交する方向（ｚ軸の方向）に出射した光である。すなわち、光Ｌａは、パネル面に直交する方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。したがって、液晶分子を通過した際にプレチルト角による位相ずれを生じていない。
【００６８】
他方、光Ｌｂは、光Ｌａに対して、偏光軸４７ａと平行な面内で角度βだけ斜め右方向に出射した光である。すなわち、光Ｌｂは、ｚｙ平面内において斜め右方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。この偏光軸４７ａの方向は、図３に示すように、液晶パネル４２の出射側の基板４６の配向膜のラビング方向４６ａと一致している。したがって、光Ｌｂは、液晶分子を通過した際に、出射側のプレチルト角（基板４６の配向膜のラビング方向４６ａに対する液晶分子４８の傾き角）を原因として、ｘｙ平面内及びｚｙ平面内で異常光と常光との位相ずれを生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光になっている。
【００６９】
また、光Ｌｃは、偏光軸４７ａと平行な面内で角度βだけ斜め左方向に出射した光である。すなわち、光Ｌｃは、ｚｙ平面内において斜め左方向から液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものである。したがって、光Ｌｃは、液晶分子を通過した際に、出射側のプレチルト角を原因としてｘｙ平面内及びｚｙ平面内で異常光と常光との位相ずれ（光Ｌｂとは逆向きの位相ずれ）を生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光（光Ｌｂとは逆回りの楕円偏光）になっている。
【００７０】
図５は、位相差フィルム５を光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの出射側（偏光板４７の側）から見た図である。このうち、図５Ａでは、図４の光Ｌａが届く方向から位相差フィルム５を見ている。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交している。したがって、光Ｌａは、位相差フィルム５を透過する際に合成電場ベクトルの軌跡が変化することはなく、Ｐ偏光のまま偏光板４７に入射する。
【００７１】
他方、図５Ｂでは、図４の光Ｌｂが届く方向から位相差フィルム５を見ている。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交する方向に対して角度γだけ右方向に傾いている。したがって、光Ｌｂは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションに応じて、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内でそれぞれ異常光と常光との位相ずれを生じる。
【００７２】
また、図５Ｃは、図４の光Ｌｃが届く方向から位相差フィルム５を見た図である。この方向から見た場合には、位相差フィルム５の遅相軸５ａは、偏光軸４７ａの方向と直交する方向に対して角度γだけ左方向に傾いている。したがって、光Ｌｃは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションに応じて、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内でそれぞれ異常光と常光との位相ずれ（光Ｌｂとは逆向きの位相ずれ）を生じる。
【００７３】
このように、光ＬｂとＬｃとは、位相差フィルム５を透過する際に、ｘｙ平面内及びｚｙ平面内で互いに逆向きの位相ずれを生じる。したがって、液晶パネル４２の液晶分子を通過した際の出射側のプレチルト角による光Ｌｂ，Ｌｃのｘｙ平面内及びｚｙ平面内での位相ずれを、それぞれ位相差フィルム５を透過する際の位相ずれによって補償する（位相ずれを小さくする）ことが可能である。
【００７４】
そして、ｘｙ平面内，ｚｙ平面内での位相差フィルム５のリターデーションの大きさは、位相差フィルム５の傾き角αに応じて変化する。すなわち、出射側のプレチルト角による位相ずれが補償される度合いは、この傾き角αに応じて変化する。
【００７５】
そこで次に、位相差フィルム５の傾き角αを変化させながら、液晶パネル４２のうち黒を表示すべき画素からの出射光の偏光板４７での透過率を調べる。そして、この透過率が極小または一定以下になるように（すなわちプレチルト角による位相ずれが補償されるように）、位相差フィルム５の傾き角αを決定する。
【００７６】
ここで、仮に位相差フィルム５を図２の偏光板４１（偏光子）と液晶パネル４２との間（すなわち液晶パネル４２の入射側）に配置した場合には、位相差フィルム５を経て液晶パネル４２に入射した光がマイクロレンズ４４で集光されて液晶分子（液晶層４５）に入射するので、図も表れているように位相差フィルム５への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが相違してしまう。プレチルト角による位相ずれの度合いは、液晶分子への実際の光の入射角によって決まる。その結果、入射側に位相差フィルム５を配置した場合には、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような位相差フィルム５の傾き角αを決定することが困難になる。
【００７７】
これに対し、液晶パネル４２の出射側に位相差フィルム５を配置した場合には、液晶分子への実際の光の入射角と液晶パネル４２からの光の出射角とが等しいので、位相差フィルム５への光の入射角と液晶分子への実際の光の入射角とが等しくなる。したがって、プレチルト角による位相ずれが液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償されるような位相差フィルム５の傾き角αを決定することが容易である。
【００７８】
このようにして決定した傾き角αで位相差フィルム５を液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置したままでも、出射側のプレチルト角による位相ずれが補償されるので、視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下が抑制される。
【００７９】
しかし、このように位相差フィルム５を傾けて配置したまま液晶プロジェクタ装置を製造すると、液晶パネル４２と偏光板４７の間の距離が長くなってしまうので、光学系の小型化という観点からは好ましくない。
【００８０】
これに対し、傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを、液晶パネル４２と偏光板４７の間にパネル面に平行に配置すれば、液晶パネル４２と偏光板４７の間の距離の増大を最小限に抑えることができる。
【００８１】
そこで次に、どのような大きさのリターデーションを有する視野角拡大フィルムが、傾き角αの位相差フィルム５と等価であるかを求める。
【００８２】
図６に示すように、位相差フィルム５の遅相軸５ａの屈折率をｎｅ，位相差フィルム５の進相軸の屈折率をｎｏ１，フィルム面に直交する方向での位相差フィルム５の屈折率をｎｏ２，位相差フィルム５の厚さをｄとする。これらのｎｅ，ｎｏ１，ｎｏ２及びｄの値は既知である。
【００８３】
また、ｘ，ｙ，ｚ軸方向での位相差フィルム５の屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとし、遅相軸５ａに平行な方向の主軸をｘ０，進相軸に平行な方向の主軸をｙ０（この場合ｙ軸と同じ方向になる），フィルム面に直交する方向の主軸をｚ０とする。
【００８４】
液晶パネル４２のｘｙ面内，ｚｙ面内での位相差フィルム５のリターデーションＲｘｙ，Ｒｚｙは、このｄ，ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ及び傾き角αを用いて、それぞれ次の（１），（２）式のように表される。
【数１】
傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムとは、フィルム面に平行な面内，フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれこのＲｘｙ，Ｒｚｙと等しい視野角拡大フィルムである。すなわち、図７に示すように、フィルム面に平行な面内の直交する２方向での屈折率がｎｘ，ｎｙであり、フィルム面に垂直な面内での屈折率がｎｚであり、厚さがｄ／ｃｏｓαの視野角拡大フィルムである。
【００８６】
ここで、ｙ０軸とｙ軸とは同じ方向なので、屈折率ｎｙの値はｎｏ１と等しい。したがって、残りの屈折率ｎｘ，ｎｚの値を求めれば、どのような視野角拡大フィルムが等価であるかを求めることができる。このｎｘ，ｎｚの値は、次のようにして求められる。
【００８７】
ｘ０，ｙ０及びｚ０の値とｎｅ，ｎｏ１及びｎｏ２の値との間には、次の（３）式のような屈折率楕円体の関係式が成り立つ。
【数２】
また、図６から明かなように、ｘ０，ｙ０及びｚ０の値とｎｘ，ｎｙ，ｎｚとの間には、次の（４）式及び（５）式が成り立つ。
【数３】
この（４）式を（３）式に代入すると、次の（６）式のように、ｎｘの値が求められる。また、（５）式を（３）式に代入すると、次の（７）式のように、ｎｚの値が求められる。このようにして、どのような視野角拡大フィルムが等価であるかを求めることができる。
【数４】
次に、このようにして求めたリターデーションを有する視野角拡大フィルムを用意する。そして、その視野角拡大フィルムを図２の視野角拡大フィルム４として用いる。
【００９１】
図２の視野角拡大フィルム４は、以上のような方法により、どのような大きさのリターデーションを有するものを用いるかを決定して、各液晶モジール１，２，３の液晶パネル４２と偏光板４７との間にパネル面に平行に配置し、液晶パネル４及び偏光板４７に対して固定したものである。
【００９２】
なお、以上の方法のうち、位相差フィルム５の傾き角αを変化させながら偏光板４７での透過率を調べる作業は、実際に液晶パネル４２と偏光板４７との間に位相差フィルム５を配置して行ってもよいが、シミュレーションによって行ってもよい。
【００９３】
本出願人は、この作業を、シンテック株式会社製の液晶シミュレータ「ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ」を用いたシミュレーションによって行った。すなわち、セルギャップ長やＴＮ液晶分子の誘電率，弾性定数，回転粘性，ヘリカルピッチ，プレチルト角といったパラメータを液晶パネル４２に合わせて設定することにより、ＴＮ液晶パネルへの印加電圧のレベルとディレクタ（液晶分子の長軸方向の向き）の分布との関係を計算した。そして、このディレクタ分布に基づいて、印加電圧の黒表示時のレベルとしたときや中間レベルとしたときのＴＮ液晶パネル全体の常光屈折率及び異常光屈折率を求めた。
【００９４】
そして、このＴＮ液晶パネルと位相差フィルム（１／４波長板または１／８波長板）と検光子とを図３の液晶パネル４２と位相差フィルム５と偏光板４７とのような配置で組み合わせた光学モデルにおいて、位相差フィルムの傾き角（図３のα）を変化させながら、ＴＮ液晶パネルへの光（波長５５０ｎｍ）の入射角とＴＮ液晶パネルからの出射光の検光子での透過率との関係を４×４マトリクス法で求めた。この光学モデルでは、１／４波長板，１／８波長板の傾き角αの大きさにかかわらず（すなわち、光が１／４波長板，１／８波長板を通過する距離が１／４波長板，１／８波長板の厚さよりも長くても）、そのリターデーションをそれぞれλ／４，λ／８のままに設定した。
【００９５】
図８は、ＴＮ液晶パネルから図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのようにパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を黒表示時のレベルとしてシミュレーションを行った結果を示している。
【００９６】
なお、図８には、光源の広がり角，輝度中心，分散，減衰指数の値をパラメータとして設定することによって計算した入射光の強度と入射角との関係も併せて示している。この関係から、ＴＮ液晶パネルへの光の入射角の範囲が±１４゜程度であることが表れている。
【００９７】
図９は、図８のシミュレーション結果から計算した入射角±１４゜の範囲でのコントラストの値と、コントラストの改善比（１／４波長板が存在しない光学モデルにおいて計算によって求めたコントラストの値２４１４に対する比率）とを、１／４波長板の傾き角毎に示している。位相差フィルムを１／４波長板とした場合には、傾き角２０゜付近でコントラストが最も改善されることが表れている。
【００９８】
また、図１０は、やはりＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／８波長板とし且つ印加電圧を黒表示時のレベルとしてシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果から計算した入射角±１４゜の範囲でのコントラストの値と、１／８波長板の傾き角との関係を示している（コントラストの値は、相対値なので図９の値とは直接対応していない）。位相差フィルムを１／８波長板とした場合には、傾き角４２゜付近でコントラストが最も改善されることが表れている。
【００９９】
また、図１１は、やはりＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と平行な面内に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を５０％のレベルとしてシミュレーションを行った結果を示している。印加電圧を５０％のレベルとしたときの透過率に対する入射角の影響は、１／４波長板の傾き角をコントラストが最も改善される２０゜（図９）にしたときのほうが、傾き角を０゜にした場合よりも少なくなっている。
【０１００】
図示は省略するが、印加電圧を５０％以外の中間レベルにしたときにも、図１１に示したのと同様な結果が得られた。このように中間レベルでの透過率に対する入射角の影響が少なくなることは、個々の液晶パネルでセルギャップ長にむらがある場合や複数の液晶パネル相互でセルギャップ長に差異がある場合にも、視野角依存特性によるユニフォーミティの低下が抑制されることを表している。
【０１０１】
また、図１２は、ＴＮ液晶パネルからパネル面に直交し且つ検光子の偏光軸と直交する面内（図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが通過する面とは直交する面内）に出射した光について、位相差フィルムを１／４波長板とし且つ印加電圧を黒表示時の大きさとしてシミュレーションを行った結果を示している。この光の検光子での透過率は、１／４波長板の傾き角が変化しても変化しない。
【０１０２】
この光は、図３では、液晶パネル４２のパネル面に直交し且つ偏光板（偏光子）４１の偏光軸４１ａと平行な面内（ｚｘ平面内）を通過して液晶パネル４２に入射したＰ偏光が、液晶パネル４２から出射したものに相当する。この偏光軸４１ａの方向は、液晶パネル４２の入射側の基板４３上の配向膜のラビング方向４３ａと一致している。したがって、斜めから液晶パネル４２に入射した場合には、液晶分子を通過した際に、入射側のプレチルト角（ラビング方向４３ａに対する液晶分子４８の傾き角）を原因としてｘｙ平面内及びｚｘ平面内で異常光と常光との位相ずれを生じたことにより、合成電場ベクトルの軌跡が変化して楕円偏光になっている。
【０１０３】
このように検光子の偏光軸と直交する面内に出射した光の検光子での透過率が変化しないことは、出射側のプレチルト角による位相ずれを、入射側のプレチルト角による位相ずれには全く影響を与えずに独立して補償できることを表している。また、逆に位相差フィルムの遅相軸を検光子ではなく偏光子のほうの偏光軸と直交させた場合（図３では偏光板４１の偏光軸４１ａと直交させた場合）には、入射側のプレチルト角による位相ずれのほうを、出射側のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償できることを表している。
【０１０４】
ところで、以上の例におけるように傾き角αの位相差フィルム５と等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを用意しようとしても、実際には、完全に等価ではなく僅かながらリターデーションの相違する視野角拡大フィルムしか入手または製造できないこともある。
【０１０５】
また、完全に等価な視野角拡大フィルムを用意できた場合でも、前述のようにシミュレーションによって作業を行った場合には、シミュレーション上の光学モデルと実際の液晶プロジェクタ装置の光学系との微妙な差異により、コントラストやユニフォーミティの改善効果がシミュレーション結果よりも僅かながら劣ってしまうこともある。
【０１０６】
そこで、各液晶モジュール１，２，３において液晶パネル４２と偏光板４７との間に視野角拡大フィルム４を配置した後、液晶パネル４２及び偏光板４７に対して視野角拡大フィルム４を固定する前に、この液晶プロジェクタ装置でスクリーンに画像を投射しながら、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルム４の回転角度位置をそれぞれ微調整する（例えば１〜２゜程度の範囲で変化させる）ことが好適である。
【０１０７】
このように視野角拡大フィルム４の回転角度位置を微調整することにより、図４の光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが通過する面内での複屈折性の大きさを微調整することができるので、画像のコントラストやユニフォーミティを微調整することができる。
【０１０８】
そして、コントラストやユニフォーミティが最も向上するように回転角度位置を決定し、その回転角度位置で視野角拡大フィルム４を固定するようにすればよい。これにより、個々の液晶プロジェクタ装置毎に、画像のコントラストやユニフォーミティの改善効果を最も高めることができるようになる。
【０１０９】
また、以上の例では位相差フィルム５の遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させているが、遅相軸５ａではなく位相差フィルム５の進相軸のほうを偏光軸４７ａと直交させるようにしてもよい。その場合にも、図４の光Ｌｂ，Ｌｃはやはり位相差フィルム５を透過する際に互いに逆向きの位相ずれを生じる（遅相軸５ａのほうを偏光軸４７ａと直交させた場合とはそれぞれ逆向きの位相ずれを生じる）ので、出射側のプレチルト角による位相ずれを補償することができる。
【０１１０】
また、以上の例では位相差フィルム５の遅相軸５ａを偏光板４７の偏光軸４７ａと直交させているが、位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を、偏光板４７ではなく偏光板４１の偏光軸４１ａのほうと直交させるようにしてもよい。それにより、前述のように、入射側のプレチルト角による位相ずれのほうを補償できるようになる。
【０１１１】
もちろん、位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を偏光軸４７ａと直交させた場合と位相差フィルム５の遅相軸５ａまたは進相軸を偏光軸４１ａと直交させたとのそれぞれについて以上の方法を実行するようにしてもよい。それにより、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティの改善効果を一層高めることができるようになる。
【０１１２】
また、以上の例では視野角拡大フィルム４を液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置しているが、光学系の小型化をあまり考慮する必要がない場合には、位相差フィルム５のように傾き角αを決定した一軸延伸位相差フィルムを実際に液晶パネル４２と偏光板４７との間に配置したまま液晶プロジェクタ装置を製造するようにしてもよい。
【０１１３】
また、本発明は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けたあらゆる透過式液晶プロジェクタ装置（図１３及び図１４に示した以外の構成を有する３板透過式液晶プロジェクタ装置や、単板透過式液晶プロジェクタ装置）に適用してよい。
【０１１４】
さらに、以上の方法は、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置にそのまま適用しても、やはり視野角依存特性によるコントラストやユニフォーミティの低下を抑制することができる。そこで、コントラストやユニフォーミティの改善方法として、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とでこの方法を共通化して実行するようにしてもよい。
【０１１５】
また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることはもちろんである。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る液晶プロジェクタ装置によれば、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置において、プレチルト角による位相ずれを、液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することができるので、プレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制して、コントラストやユニフォーミティを改善することができるという効果が得られる。また、ノーマリーホワイトモードの場合に、液晶パネルの入射側のプレチルト角による位相ずれと、液晶パネルの出射側のプレチルト角による位相ずれとを、互いに独立して補償することができるという効果が得られる。
【０１１７】
また、このようにプレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制してコントラストやユニフォーミティを改善することができるとともに、液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化に寄与できるという効果も得られる。
【０１２０】
次に、本発明に係るコントラストの改善方法によれば、開口率を高めるためのマイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置において、プレチルト角による位相ずれを液晶分子への実際の光の入射角に応じて最適に補償することができるので、プレチルト角を原因とするコントラストやユニフォーミティの低下を抑制してコントラストやユニフォーミティを改善することができるという効果が得られる。
【０１２１】
また、液晶パネルと検光子との間の距離の増大を最小限に抑えることができるので、液晶プロジェクタ装置の光学系の小型化に寄与できるという効果が得られる。
【０１２２】
さらに、マイクロレンズを液晶パネルに設けた透過式液晶プロジェクタ装置とマイクロレンズを液晶パネルに設けていない透過式液晶プロジェクタ装置とで、コントラストやユニフォーミティの改善方法を共通化できるという効果が得られる。
【０１２３】
また、ノーマリーホワイトモードの場合において、一軸延伸位相差フィルムを、その遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子（または検光子）の偏光軸と直交させるとともに、偏光子（または検光子）の偏光軸に平行な軸を回転中心として傾けるようにして配置した場合には、入射側（または出射側）のプレチルト角による位相ずれを、出射側（または入射側）のプレチルト角による位相ずれとは独立して補償することができるという効果も得られる。
【０１２４】
さらに、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を偏光子の偏光軸と直交させた場合と、一軸延伸位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を検光子の偏光軸と直交させた場合とのそれぞれについて、第２〜第４ステップを実行するようにした場合には、入射側のプレチルト角による位相ずれと出射側のプレチルト角による位相ずれとを互いに独立して両方とも補償することができるので、コントラストやユニフォーミティを一層改善できるという効果も得られる。
【０１２５】
また、フィルム面に平行な面内での視野角拡大フィルムの回転角度位置を微調整するようにした場合には、視野角拡大フィルムを配置した後でもコントラストやユニフォーミティを改善できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す図である。
【図２】図１の液晶モジュールの光学系の構成例を示す図である。
【図３】一軸延伸位相差フィルムの配置の様子を示す図である。
【図４】液晶パネルからの出射光が一軸延伸位相差フィルムを透過する様子を示す図である。
【図５】一軸延伸位相差フィルムを光の出射側から見た図である。
【図６】一軸延伸位相差フィルムの屈折率及び厚さを示した図である。
【図７】傾き角αの一軸延伸位相差フィルムと等価なリターデーションを有する視野角拡大フィルムを示した図である。
【図８】シミュレーション結果を示す図である。
【図９】図８のシミュレーション結果からのコントラストの改善比を示す図である。
【図１０】シミュレーション結果からの傾き角とコントラストとの関係を示す図である。
【図１１】シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】従来の３板透過式液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を示す図である。
【図１４】図１３の液晶モジュールの光学系の構成例を示す図である。
【図１５】液晶分子のプレチルト角を示す図である。
【図１６】液晶パネルへの光の入射角とコントラストの低下の度合いとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３，２８，２９，３０ 液晶モジュール、 ４ 視野角拡大フィルム（特殊二軸延伸位相差フィルム）、 ５ 一軸延伸位相差フィルム、 ５ａ 遅相軸、 １１ 光源、 １２ ランプ、 １３ リフレクタ、 １４，１５ マイクロレンズアレイ、 １６ 偏光変換素子、 １７，２０，２２，２３，２５，２７ レンズ、 １８，２１ ダイクロイックミラー、 １９，２４，２６ ミラー、 ３１ ダイクロイックプリズム、 ３２ 投射光学系、 ４１ 偏光板（偏光子）、 ４１ａ，４７ａ 偏光軸、 ４２ 透過型液晶パネル、 ４３入射側の基板、 ４３ａ，４６ａ 配向膜のラビング方向、 ４４ マイクロレンズ、 ４５ 液晶層、 ４６ 出射側の基板、 ４７ 偏光板（検光子）、４８ 液晶分子
Claims (20)
- 入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を該液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、
光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を前記透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、
前記透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルと前記検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムを、該位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記検光子の偏光軸と直交させ、且つ、前記検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置した
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記位相差フィルムの傾き角が、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる角度であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルまたはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルであることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記偏光子の偏光軸と前記検光子の偏光軸とが互いに直交していることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を該液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、
光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を前記透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、
前記透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルと前記検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する位相差フィルムを、該位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、前記偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置した
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項５に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記位相差フィルムの傾き角が、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる角度であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項５に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルまたはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルであることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項５に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記偏光子の偏光軸と前記検光子の偏光軸とが互いに直交していることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を該液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、
光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を前記透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、
前記透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、
フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、該位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記検光子の偏光軸と直交させ、且つ、前記検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、
フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、該フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前記傾き角αの前記第１の位相差フィルムの前記パネル面に平行な面内，該パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、前記透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置した
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項９に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記第１の位相差フィルムの厚さをｄとし、前記検光子の偏光軸の方向をｙ軸方向とし、前記透過型液晶パネルのパネル面に平行な面内において前記ｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とし、前記透過型液晶パネルのパネル面に直交する方向をｚ軸方向とし、前記ｘ軸方向，前記ｙ軸方向，前記ｚ軸方向での前記第１の位相差フィルムの屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとして、
前記第２の位相差フィルムは、フィルム面に平行な面内でのリターデーションの大きさＲｘｙが、
Ｒｘｙ＝（ｎｘ−ｎｙ）ｄ／ｃｏｓα
であり、フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさＲｚｙが、
Ｒｚｙ＝（ｎｚ−ｎｙ）ｄ／ｃｏｓα
であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項９に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルまたはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルであることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項９に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記偏光子の偏光軸と前記検光子の偏光軸とが互いに直交していることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を該液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、
光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を前記透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、
前記透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置において、
フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、該位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記偏光子の偏光軸と直交させ、且つ、前記偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置したときの傾き角のうち、前記液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率が極小または一定以下になる傾き角をαとして、
フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、該フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさが、それぞれ前記傾き角αの前記第１の位相差フィルムの前記パネル面に平行な面内，該パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、前記 透過型液晶パネルのパネル面に対して平行に配置した
ことを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１３に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記第１の位相差フィルムの厚さをｄとし、前記検光子の偏光軸の方向をｙ軸方向とし、前記透過型液晶パネルのパネル面に平行な面内において前記ｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とし、前記透過型液晶パネルのパネル面に直交する方向をｚ軸方向とし、前記ｘ軸方向，前記ｙ軸方向，前記ｚ軸方向での前記第１の位相差フィルムの屈折率をそれぞれｎｘ，ｎｙ，ｎｚとして、
前記第２の位相差フィルムは、フィルム面に平行な面内でのリターデーションの大きさＲｘｙが、
Ｒｘｙ＝（ｎｘ−ｎｙ）ｄ／ｃｏｓα
であり、フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさＲｚｙが、
Ｒｚｙ＝（ｎｚ−ｎｙ）ｄ／ｃｏｓα
であることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１３に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記透過型液晶パネルは、ＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶パネルまたはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶パネルであることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 請求項１３に記載の液晶プロジェクタ装置において、
前記偏光子の偏光軸と前記検光子の偏光軸とが互いに直交していることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。 - 入射光を画素の有効表示面積部分に集光させるマイクロレンズが設けられており、液晶分子を通過する光の合成電場ベクトルの軌跡を該液晶分子への印加電圧に応じて変化させる透過型液晶パネルと、
光源からの光のうち一つの振動方向の直線偏光を前記透過型液晶パネルに入射させる偏光子と、
前記透過型液晶パネルからの出射光のうち一つの振動方向の直線偏光を投射光学系に入射させる検光子とを有する液晶プロジェクタ装置のコントラストの改善方法において、
前記透過型液晶パネルと前記検光子との間に、フィルム面に平行な面内でのみ複屈折性を有する第１の位相差フィルムを、前記透過型液晶パネルのパネル面に対して傾けて配置する第１ステップと、
前記第１の位相差フィルムの傾き角を変化させながら、前記透過型液晶パネルのうち黒を表示すべき画素からの出射光の前記検光子での透過率を調べ、前記透過率の大きさに応じて前記傾き角を決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定した前記傾き角における、前記パネル面に平行な面内，該パネル面に垂直な面内での前記第１の位相差フィルムのリターデーションの大きさを求める第３ステップと、
フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でそれぞれ複屈折性を有し、該フィルム面に平行な面内，該フィルム面に垂直な面内でのリターデーションの大きさがそれぞれ前記第３ステップで求めた前記パネル面に平行な面内，該パネル面に垂直な面内でのリターデーションの大きさに略等しい第２の位相差フィルムを、前記第１の位相差フィルムに代えて、前記透過型液晶パネルと前記検光子との間に、前記パネル面に対して平行に配置する第４ステップと
を有することを特徴とするコントラストの改善方法。 - 請求項１７に記載のコントラストの改善方法において、
前記第１ステップで、前記第１の位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記偏光子の偏光軸と直交させるとともに、前記偏光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記第１の位相差フィルムを傾けることを特徴とするコントラストの改善方法。 - 請求項１７に記載のコントラストの改善方法において、
前記第１ステップで、前記第１の位相差フィルムの遅相軸と進相軸とのいずれか一方を前記検光子の偏光軸と直交させるとともに、前記検光子の偏光軸に平行な軸を回転中心として前記第１の位相差フィルムを傾けることを特徴とするコントラストの改善方法。 - 請求項１７乃至１９のいずれかに記載のコントラストの改善方法において、
フィルム面に平行な面内での前記第２の位相差フィルムの回転角度位置を微調整する第５ステップ
をさらに有することを特徴とするコントラストの改善方法。
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