JP4055465B2 - projector - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、反射型液晶ライトバルブを利用した電気光学装置の画像を拡大投写するプロジェクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
反射型の液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置(液晶プロジェクタ)は、高精細の表示が可能であることから注目されている。
【0003】
一般的に液晶ライトバルブに用いられる配向モードには、電圧無印加状態で液晶分子の長軸方向が基板面に略平行で基板面に垂直な方向に沿ってねじれた配向を持つツイステッド・ネマティック(Twisted Nematic,以下、TNと略記する)モードと、液晶分子が垂直に配向した垂直配向モードとがある。
【0004】
垂直配向モードでは、液晶分子が基板面に対して略垂直に配列した状態(基板の法線方向から見た光学的リターデーションが無い状態)を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高いコントラスト比が得られる。また、正面コントラスト比に優れる垂直配向型LCDでは、一定のコントラスト比が得られる視角範囲はTNモードに比較して広くなる。この観点から、垂直配向モードの液晶ライトバルブは、近年、例えばリア型プロジェクションTVなどの映像向けの用途に注目されている。垂直配向モードを採用した反射型液晶ライトバルブを有するプロジェクタの例としては特開平10−161127号公報などが知られている。
【0005】
ところで液晶ライトバルブでは、画像の解像度を上げるために画素電極のピッチを小さくすると、隣接した画素電極間に生じる横方向電界が液晶に与える影響が大きくなり、特に垂直配向モードを採用した場合においてはその影響を受けやすく、配向の乱れによってディスクリネーションが発生する。そしてディスクリネーションが発生するとその領域の液晶の変調動作に異常が生じ、投写画像の明るさの低下や表示ムラを引き起こし画質の劣化を招く。
【0006】
そのため、あらかじめ配向膜の処理によって液晶分子を基板の法線に対して傾け、配向規制力を強くしてディスクリネーションの発生を防止する対策がとられている。なお、本明細書においては電圧無印加状態における基板面の法線と液晶分子の平均的な長軸方向とのなす角度のことを「プレチルト角」と定義する。
【0007】
しかし、プレチルト角を大きくすると電圧無印加状態においても液晶分子で比較的大きなリターデーションが発生し、理想的には直線偏光であるべき出射光が楕円偏光に変換されてしまうことにより黒表示状態でも光が漏れ出してしまう。その結果コントラストが低下し、垂直配向モードの特徴を生かせなくなってしまう。この問題を回避するために、特許第3019813号には1/4波長板を用いて、プレチルト角に起因して出射する楕円偏光を再び略直線偏光に変換する方法が開示されている。
【0008】
また、これとは別にディスクリネーションによる画質低下を抑制するために、特開平10−142605号には液晶の配向方向を画素電極の辺の方向に対して略平行または略直交するように設定する方法が開示されている。
【0009】
反射型の液晶ライトバルブを用いたプロジェクタの光学系の構成としては、各色毎、具体的にはR(赤)、G(緑)、B(青)用の液晶ライトバルブの各々に対して光を垂直に入射させ、反射光を再び垂直に出射させるもの、すなわち、入射光と反射光の光路が同軸上にある「オンアクシス光学系」を採用したものが一般的である。オンアクシス光学系の例としては特開昭63−39294号、特開昭63−228887号などが知られている。
【0010】
しかしながら、「オンアクシス光学系」を採用した場合、入射光と反射光を分離するのに偏光ビームスプリッタ(Polarized Beam Splitter,以下、PBSと略記する)を用いる必要があるが、PBSはコストが高いため、装置全体のコストが高くなるという問題があった。そこで、液晶ライトバルブの垂直方向からずれた角度から光を入射させ、その入射方向とは異なる方向に反射光を出射させる方式の「オフアクシス光学系」を採用したプロジェクタが提案されている。オフアクシス光学系ではPBSが不要となるため、装置のコストを低減することができる。オフアクシス光学系の例としては特開平6−342141号などが知られている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
プロジェクタでは、有限な大きさを有する光源からあらゆる方向に出射した光を集光して液晶ライトバルブに入射させる。その結果、液晶ライトバルブに入射する光線の入射方位および入射角度はある一定の範囲を有するものとなる。この範囲が広ければ広いほど投写画像は明るくなる。
【0012】
前述した1/4波長板を用いるコントラスト改善方法では、コントラスト改善が達成され得る光線入射方位の範囲および光線入射角度の範囲は狭く、かつ光線入射角度が小さな領域に限定されるため、投写画像を明るくしようとするとコントラストの改善が充分に達成されない。そのため、高いコントラストを実現するためには明るさを犠牲にせざるを得ないという課題があった。
【0013】
さらには光学系としてオフアクシス光学系を用いた場合は、液晶ライトバルブへの入射光の光軸が基板法線方向に対して斜めになるため光線入射角度が大きくなり、さらなるコントラストの低下をもたらすという課題があった。
【0014】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、垂直配向モードを採用した反射型ライトバルブを有するプロジェクタにおいて、明るさを犠牲にすること無く高いコントラスト比を得ることが可能な構成を提供することを目的とする。さらには高いコントラスト比が得られるオフアクシス光学系からなるプロジェクタを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第1のプロジェクタは、照明手段と、該照明手段から出射された光の偏光方向を規制する直線偏光手段と、該直線偏光手段により偏光方向を規制された光を変調する光変調手段と、該光変調手段により変調された光を検光する検光手段と、該検光手段により検光された光を投射する投射手段とを有するプロジェクタであって、前記光変調手段は、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板の外面側に少なくとも一つの位相差板を備え、該第一の位相差板のいずれかの主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置したことを特徴とする。
【0016】
また、前記第一の位相差板は一軸性位相差板であり、その光学軸を前記一方の基板の法線に略平行に配置したことを特徴とする。
【0017】
また、前記第一の位相差板は二軸性位相差板であることを特徴とする。
【0018】
また、前記第一の位相差板の面内に含まれる主屈折をn1およびn2としたときに、n1≒n2であることを特徴とする。
【0019】
さらには前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換するように、前記第一の位相差板の厚み方向のリターデーションを設定してあることを特徴とする。
【0020】
また、前記第一の位相差板の面内リターデーションを略1/4波長とし、かつ前記第一の位相差板の厚み方向のリターデーションを、前記第一の位相差板から前記検光手段側に向けて出射する楕円偏光の長軸方位が前記検光手段の偏光透過軸に対して略直行する方向に変換されるように設定したことを特徴とする。
【0021】
本発明者は、プロジェクタに対して垂直配向モードの反射型液晶ライトバルブを適用した場合、液晶ライトバルブの光線入射側の基板の外面側に、いずれかの主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置した位相差板を配置することにより、垂直配向モードのプレチルト角に起因して生じるコントラスト低下を、効果的に改善できることを見出し、さらに前記位相差板として一軸性位相差板および二軸性位相差板を用いた場合のそれらの好適な光学性能条件見出した。
【0022】
前記位相差板の具体的な光学性能条件については[実施例]の項で詳述するが、特に、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換されるように、前記第一の位相差板の厚み方向のリターデーションを設定した場合、斜め方向から入射する光線のコントラストを大幅に改善することが可能となり、その結果オフアクシス光学系において高いコントラストを得ることが可能となる。
【0023】
また、本発明の第1のプロジェクタは、前記一方の基板の外面側に更に第2の位相差板を備え、該第2の位相差板は一軸性位相差板であり、その遅相軸が前記一方の基板と略平行な平面内に配置されていることを特徴とする。
【0024】
また、前記第2の位相差板が1/4波長板であることを特徴とする。
【0025】
さらに、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用に起因して出射される楕円偏光が最も直線偏光に近い偏光に変換されるように、前記1/4波長板の遅相軸方位を設定し、かつ、該楕円偏光の長軸方位が前記検光手段の偏光透過軸に対して略直行する方向に変換されるように、前記第一の位相差板の厚み方向のリターデーションを設定しことを特徴とする。
【0026】
本発明者は、プロジェクタに対して垂直配向モードの反射型液晶ライトバルブを適用した場合、前述のように液晶ライトバルブの光線入射側の基板の外面側に、いずれかの主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置した位相差板を配置した上で、さらに、遅相軸が前記一方の基板と略平行な平面内に配置されている一軸性位相差板からなる第2の位相差板を配置することにより垂直配向モードのプレチルト角に起因して生じるコントラスト低下を、効果的に改善できることを見出し、さらに前記第2の位相差板の好適例として1/4波長板を見出した。
【0027】
本構成では、従来例にあるように垂直配向モードのプレチルト角に起因して生じる楕円偏光を1/4波長板の機能によって略直線偏光に変換する。しかしこの直線偏光の方位は、液晶ライトバルブへの光線の入射方位および入射角度によってばらつきが出るために、検光手段で充分な消光を行うことが出来ずこのままでは高いコントラストを得ることは出来ない。そこで本発明においてはさらに主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置した位相差板を配置する。このような位相差板は光線の入射方位および入射角度毎に異なるリターデーションを光線に付与するので、該位相差板の厚み方向のレターデ−ションを適切に設定することにより、前記直線偏光の方位を略同一にかつ前記検光手段の偏光透過軸に対して略直行する方向にすることができる。その結果、高いコントラストを得ることが出来る。
【0028】
具体的な第一の位相差板の光学性能条件および1/4波長板の遅相軸方位設定については[実施例]の項で詳述する。なお、この1/4波長板と位相差板を用いたコントラスト改善機能とほぼ同等の機能は1枚の二軸性位相差板の光学性能条件を適切に設定することによっても実現することが可能であり、その詳細についても[実施例]の項で詳述する。
【0029】
上記課題を解決するため、本発明の第2のプロジェクタは、照明手段と、該照明手段から出射された光の偏光方向を規制する直線偏光手段と、該直線偏光手段により偏光方向を規制された光を変調する光変調手段と、該光変調手段により変調された光を検光する検光手段と、該検光手段により検光された光を投射する投射手段とを有するプロジェクタであって、前記光変調手段が、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板の外面側に1/4波長板を備え、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換するように、該1/4波長板の遅相軸の方位を設定したことを特徴とする。
【0030】
本構成によれば、斜め方向から入射する光線のコントラストを大幅に改善することが可能となり、その結果オフアクシス光学系において高いコントラストを得ることが可能となる。具体的な1/4波長板の方位設定については[実施例]の項で詳述する。
【0031】
また、本発明の第1及び第2のプロジェクタは、前記照明手段から前記液晶ライトバルブへの入射光の光軸と前記液晶ライトバルブから前記投射手段への反射光の光軸とが所定の角度をなすオフアクシス光学系の配置とされることを特徴とし、前記入射光の光軸と前記反射光の光軸を含む面が、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行に配置されていることを特徴とする。
【0032】
前記位相差板を備える前記液晶ライトバルブにおいては、垂直配向モードの液晶層の配向方向と略平行もしくは略直交する方位から入射する光線に対して最も高いコントラスト特性を示す。一方、オフアクシス光学系においては入射光の光軸と反射光の光軸を含む面内を進んで液晶ライトバルブに入射する光線の入射角が最も大きくなる。したがって、この光線入射方位と、液晶ライトバルブの最もコントラスト特性の高い方位を一致させることにより、オフアクシス光学系を採用したプロジェクタにおいて高いコントラスト特性を得ることが可能となる。
【0033】
また、本発明の第1及び第2のプロジェクタは、前記照明手段から前記液晶ライトバルブへの入射光の光路中に前記入射光の偏光方向を規制する直線偏光手段を配置し、前記液晶ライトバルブから前記投射手段への反射光の光路中に前記直線偏光手段に対して偏光透過軸が直交した検光手段を配置し、前記検光手段の前記投射手段側に第3の位相差板を配置し、該第3の位相差板により前記検光手段を透過した直線偏光の偏光方向を略45度回転することを特徴とする。さらには、前記直線偏光手段の前記液晶ライトバルブ側に第4の位相差板を配置し、該位相差板により前記直線偏光手段を透過した直線偏光の偏光方向を45度回転することを特徴とする。
【0034】
オフアクシス光学系においては、前記入射光の光軸と前記反射光の光軸を含む面を、前記液晶ライトバルブの短辺と平行に配置した場合光学系全体のサイズが最もコンパクトになる。また、高いコントラスト特性を得るためには、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と入射直線偏光の偏光方位は略45°の角度をなす必要がある。
【0035】
従って、前述した前記入射光の光軸と前記反射光の光軸を含む面が、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行に配置されている構成において光学系全体のサイズを最もコンパクトにするためには、前記液晶層の配向方向を液晶ライトバルブの長辺もしくは短辺と平行とする必要があり、必然的に入射直線偏光の偏光方位はそれらと略45°の角度をなす必要がある。
【0036】
一方、プロジェクタには光源から出射した白色光をR、G、Bの三原色成分に分解したり、逆に三原色成分を合成するためのダイクロイック光学素子が含まれるが、これらの色分離ないし合成特性は直線偏光の偏光方位が前記液晶ライトバルブの短辺と平行もしくは直交する場合に最も好ましい特性を示す。
【0037】
本発明では、前記検光子を透過後、液晶ライトバルブの短辺と45°の角度をなす直線偏光方位を第3の位相差板により45°回転して、色合成用のダイクロイック光学素子に入射する直線偏光の偏光方位を液晶ライトバルブの短辺と平行もしくは直交する方向に変換するので色再現性に優れたプロジェクタを実現することが出来る。また、同様の理由により、色分離用のダイクロイック光学素子を透過した光線のうち色再現性に優れた液晶ライトバルブの短辺と平行もしくは直交する直線偏光を第4の位相差板をもちいて45°回転して液晶ライトバルブへの望ましい入射直線方位に変換することが出来る。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるプロジェクタの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0039】
(実施の形態)
[プロジェクタの構成]
本実施の形態におけるプロジェクタ101の概略構成図を図1に示す。図1(a)はプロジェクタの上面図、(b)は側面図である。ここでは主に、(b)の側面図を参照しながらプロジェクタ101の概略構成を説明する。
【0040】
プロジェクタ101は照明手段102、照明手段102から出射された光束をR,G,Bの3原色成分に分離する色分離光学手段103、前記光束の偏光方向を変換する第4の位相差板104、前記光束の偏光方向を規制する偏光板105、位相差板106、入射光束の偏光状態を変調する液晶ライトバルブ107、液晶ライトバルブ107により変調された光束を検光する検光手段108、検光手段108を透過した直線偏光の偏光方向を変換する第3の位相差板109、R,G,Bの3原色成分を合成する色合成手段110、色合成手段で合成された光束を図示しないスクリーンに投写する投写レンズ111を有している。また、照明光学手段102は白色光源112、白色光源112を出射した光束の強度分布を均一化するインテグレーターレンズ113、該光束を所望の偏光状態に変換する偏光変換素子114とを有している。
【0041】
プロジェクタ101の光学系全体は、照明手段102から液晶ライトバルブ107に入射する入射光の光軸L1と液晶ライトバルブ107から投写レンズ111に出射される反射光の光軸L2とが所定の角度をなすオフアクシス光学系の配置とされている。
【0042】
色分離手段103、色合成手段110はクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーで構成される。なお、図には両手段を分離した構成例を示しているが、両手段が一つのクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーで構成されていても構わない。
【0043】
第4の位相差板104、偏光板105、位相差板106、液晶ライトバルブ107、検光手段108、第3の位相差板109は、色分離手段103で分離された各三原色光束の光路にそれぞれに配置されるものであり、各三原色光束の波長にあわせて最適化した性能のものを使用することが望ましく、(a)の上面図においては各符号にR,G,Bの符号を添えて記載している。なお、(b)の側面図においては、説明を一般化するためにR,G,Bの符号を添えずに記載している。
【0044】
検光手段108は偏光板105に対してクロスニコル配置された偏光板であることが望ましく、これらの作用により、液晶ライトバルブ107によって変調された光の透過、遮断が選択され、明表示、暗表示が切り替わるようになっている。
【0045】
位相差板106は説明のために図では1枚の構成で示してあるが、複数枚で構成されていても良く、その詳細については実施例3の項で説明する。
【0046】
第4の位相差板104および第3の位相差板109は必ずしも設置しなければならないものではなく、その詳細についても実施例5の項で説明する。
【0047】
なお、本実施形態において、座標系はx−y−z右手系直交座標系を用い、図1の図中に示すごとく、z軸を液晶ライトバルブ107の法線に対して平行にかつ投写レンズ111の方向を正方向に向けて配置し、y軸は入射光の光軸L1と反射光の光軸L2が形成する面に含まれるように配置する。
【0048】
次に本実施の形態における光線の進行方向の定義について図2(a)を用いて説明する。本実施の形態においては光線201の進行方向を液晶ライトバルブ107にて反射直後の光線進行方向ORと定め、その方向を図1で説明したx−y−z直交座標系を用いて定義する。図2(a)において反射後の光線進行方向ORとz軸のなす角を極角θと定義する。また、線分O−Aは光線進行方向ORを含む面O―A―B―Cとx−y平面の交線であり、これとx軸のなす角をx軸を基点に反時計周りを正として方位角φと定義する。
【0049】
なお、以降の説明において光線進行方向毎の各種特性を図2(b)に示す視角特性図を用いて説明する。この視角特性図上のK点の特性値もしくは特性は、K点と原点の距離をθ、水平軸とK点のなす角をφとする光線の特性値もしくは特性を示している。なお、水平軸とK点のなす角φは視角特性図の水平軸を基点として反時計周りの方向を正とする。
【0050】
[液晶ライトバルブの構成]
本実施の形態における液晶ライトバルブの概略構成を図3に示す。図3(a)は液晶ライトバルブ107の断面図、(b)は光入射側から見た画素構成の平面拡大図である。液晶ライトバルブ107は表面上に反射画素電極303をマトリクス状に形成したシリコン基板302と、透明電極304を形成した透明基板305をスペーサー306を介して対向配置し、その間に液晶307が封入されている。なお、シリコン基板302には反射画素電極303を駆動するための図示しない駆動回路も形成されている。これら二つの基板302、305のそれぞれ対向する表面には液晶307を所定の方向に配向するための配向膜308,309が形成されている。
【0051】
個々の画素電極303は図3(b)に示すごとく、辺をx軸ないしy軸に対して略平行にしてマトリクス状に配置されている。
【0052】
図4(a)は電圧無印加時における垂直配向モードの液晶分子401の配向状態を示すものであり、液晶分子401はその長軸402が基板302ないし305の法線に対して所定の小さな角度を有する状態で互いに略平行に配向している。
【0053】
液晶分子401の配向状態の定義を図4(b)を用いて説明する。本定義においても図1で説明したx−y−z直交座標系を用いる。図において液晶分子の長軸402とz軸のなす角をプレチルト角と定義する。また、線分O−Aは液晶分子の長軸402を含む面O―A―B―Cとx−y平面の交線であり、これとx軸のなす角をx軸を基点に反時計周りを正として配向方位と定義し、φlcと記述する。
【0054】
[位相差板の構成]
本実施形態における位相差板106の構成について、以下の実施例で詳述するが、それに先立ち、本実施形態における位相差板106の機能を図23を用いて説明する。図23(a)(b)はいずれも液晶ライトバルブ107が暗表示状態における光線の偏光状態変化の様子を示すものであり(a)は位相差板106が無い場合の状態を(b)は位相差板106を配置した場合の状態を示している。入射側偏光板2301はその偏光透過軸2302が紙面内にあるため、それを透過した光線は紙面内に振動する直線偏光2303となる。なお、偏光透過軸2302の方位は、本説明の便宜上設定されたものであり、各実施例における偏光透過軸の方位については都度説明をする。液晶ライトバルブ107が暗表示の場合、液晶分子にはわずかな電圧がかかっているだけなので、液晶分子はほぼ図4に示したように基板305の法線に対してあらかじめ付与されたプレチルト角をもって配向されており、このプレチルト角に起因する複屈折作用によって、入射する偏光に位相差を付与する。図23(a)のように位相差板106が無い場合は、直線偏光2303が液晶分子によって位相差を付与され、液晶ライトバルブ107で反射された後は楕円偏光2304となって、引き続き偏光透過軸2306が入射側偏光板の偏光透過軸2302に対して略直交するようにクロスニコル配置された出射側偏光板(検光手段)2305に入射する。
【0055】
この楕円偏光2304は、偏光透過軸2306に平行な偏光成分とそれに直交する偏光成分の両偏光成分を有するため、前者が出射側偏光板2305を透過してしまう。その結果、液晶ライトバルブ107が黒表示状態にあるにもかかわらず投写画像が明るくなり、プロジェクタのコントラスト特性が著しく低下する。
【0056】
一方、図23(b)の位相差板106は、液晶分子のプレチルト角に起因する複屈折作用によって偏光に付与される位相差をおおむね打ち消す位相差を偏光に付与する機能を有している。本発明においてはこの機能を位相補償機能と称することにする。この位相補償機能は、位相差板106の複屈折特性により発現される。位相差板106に入射した直線偏光2303は位相差板106で位相差を付与され楕円偏光2307になる。楕円偏光2307は液晶分子のプレチルト角に起因する複屈折作用によってさらに位相差を付与され、反射後は楕円偏光2308となるが、再び位相差板106で位相差を付与される結果、直線偏光2303とおおむね等しい楕円偏光2309に戻って、出射側偏光板2305に入射する。楕円偏光2309は偏光透過軸2306に平行な偏光成分を極めてわずかしか有さないため、そのほとんどが出射側偏光板2305により吸収され、漏れ出す光はわずかなものとなる。結果として位相差板106が無い場合に比べてプロジェクタのコントラスト特性を大幅に向上させることができる。
【0057】
次に図24を用いて直線偏光2303とおおむね等しい楕円偏光2309の偏光状態の詳細を説明する。直線偏光2303は図24(a)に示すごとく、楕円率が0で、出射側偏光板2305の偏光透過軸2306に略直交している。なおここで楕円偏光の楕円率とは 楕円の短軸の長さをS、長軸の長さをLとしたときにS/Lであらわされる比率と定義する。
【0058】
一方、位相差板106が無い場合の楕円偏光2304は図24(b)に示すごとく、楕円率が大きく、かつその長軸方位2401が、偏光透過軸2306に直交する偏光吸収軸方位2402からずれている。出射側偏光板2305から漏れ出す偏光成分は、楕円偏光2304の偏光透過軸2306に平行な成分であり、これは楕円率が大きいほど大きくなり、かつ長軸方位2401と偏光吸収軸方位2402のなす角が大きくなればなるほど大きくなる。
【0059】
位相差板106で位相補償作用を受けた楕円偏光2309は、図24(c)に示すように、楕円偏光2304に比べて楕円率が小さくなった状態2403もしくは図24(d)に示すように、長軸方位2401と偏光吸収軸方位2402のなす角がより小さくなった状態2404、もしくはそれらのいずれをも備えた状態になる。その結果、出射側偏光板2305から漏れ出す偏光成分が小さくなりプロジェクタのコントラスト特性を大幅に向上させることができる。
【0060】
以下に述べる全ての実施例は、光学系のFナンバーをF3.5、入射光の光軸L1と液晶ライトバルブ107の法線がなす角を13°とした場合の例で説明してある。また、液晶材料としては、
液晶弾性定数k11: 1.3e-11 k22: 4.875e-12 k33: 1.95e-11
液晶比誘電率 ε(平行): 3.5 ε(垂直): 7.4
液晶屈折率 no: 1.475 ne:1.556
という特性を有するものを用い、液晶ライトバルブセル厚を3μmに設定した場合の例で説明してある。
【0061】
もちろんここに述べた以外の光学系Fナンバー、光軸L1と液晶ライトバルブの法線がなす角度、液晶材料およびセル構成をもちいても、位相差板106の特性をそれぞれの実施例の主旨に沿うよう適宜最適化することによって、それぞれの実施例に述べられている効果と同等の効果を得ることができる。
【0062】
(実施例1)
本実施例は位相差板106を、いずれかの主屈折率方位が液晶ライトバルブ107の法線に対して平行に配置された1枚の位相差板で構成した例である。
【0063】
一般に位相差板の光学的性質は互いに直交する方向の屈折率であるところの3つの主屈折率n1,n2,n3で表現される。これらの3つの主屈折率の大きさの関係に着目した場合、例えば、n1=n2≠n3のように2つの主屈折率が等しい場合は、位相差板は一軸性位相差板であり、n1≠n2≠n3のようにいずれも等しくない場合は二軸性位相差板である。
【0064】
ここでは説明を簡略化するために、まず一軸性位相差板を例にとって説明を行なう。この位相差板は主屈折率n3の方位を液晶ライトバルブ107の法線に対して、平行に配置する。また、3つの主屈折率の大小関係はn1=n2≠n3の関係にあるものとする。このような位相差板においては、光学軸が主屈折率n3の方向と一致する。
【0065】
一般に、位相差板に光線が入射した場合、位相差板の光学軸と入射光線が形成する面内に振動する偏光成分(異常光成分)とそれに直交して振動する偏光成分(常光成分)の間に位相差が発生し偏光状態が変化する。
【0066】
図5に、本実施例の位相差板に対する異常光成分の振動面方位と光線の方位角φの関係を示す。本実施例においては位相差板の光学軸が液晶ライトバルブ107の法線に対して平行に配置されているため、たとえば方位角60°の光線の異常光成分の振動面は501に示すように方位角60°の方向を向いている。また常光成分の振動面はそれに対して直交している。同様に方位角90°、120°の光線の異常光成分の振動面方位はそれぞれ502、503に示すように方位角90°、120°の方向を向いている。
【0067】
次に、図6(a)に示すように、液晶配向方位φlc601を180°に設定した場合を考える。この方位は、液晶ライトバルブの画素電極303の長辺に平行な方向であり、従来の技術の項で説明したように、ディスクリネーションによる画質劣化を抑制する上で有効な液晶配向方位である。この場合、入射側偏光板105の偏光透過軸方位は602に示すように方位角135°に設定されている。従って、位相差板106に入射する光線の直線偏光方位はいずれの方位角の光線においても603に示すようにほぼ方位角135°を向いている。なお、以降の説明において、入射する光線の直線偏光方位をφpolと記述する。また、図6(a)の直線偏光方位603については、説明の簡略化のため最大の極角θを有する光線についてのみ示したが、これより小さい極角θの光線についても同様である。
【0068】
従って、方位角φが135°の光線は、方位角φと直線偏光方位φpolが一致するため、位相差板106に対して異常光成分604しか有さない。従って、この方位角φを有する光線は位相差板106によって偏光状態が変化しない。同様に、方位角45°の光線は常光成分605しか有さないためこれも位相差板106によって偏光状態が変化しない。それ以外の方位角φの光線は異常光成分および常光成分の両方を有するため位相差板106によって偏光状態が変化する。この様子を図6(b)に模式的に示す。図中にハッチングで示す領域606ないし609は位相差板106によって偏光状態の変化を受け易い光線角度領域を示す。
【0069】
偏光状態の変化を受け易い領域606ないし609とは、液晶のプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を位相差板106の位相補償機能によって直線偏光化しやすい領域であり、さらにいえばコントラスト性能を高めることができる領域である。この領域606ないし609は図から明らかなように液晶の配向方位φlc601と略平行もしくは略直交する方位を中心としてそのまわりに存在する。なお、ある一つの特性を有する位相差板106に対しては、領域606ないし609の全てにおいてコントラスト性能が改善されるわけではなく、いずれか一つの領域のコントラスト性能が選択的に改善される。位相差板106の特性を変化させると、それに応じてコントラスト性能が改善される領域も変化する。その詳細については後に述べる。
【0070】
本実施例の光学系の構成(FナンバーがF3.5、入射光の光軸L1と液晶ライトバルブ107の法線がなす角が13°)では、照明光束の光線角度が分布する領域はおおむね図7のハッチングで示した領域701になる。この領域は、概略、光線方位角φが60°〜120°、極角θが5°〜20°にまたがっており、液晶配向方向である方位角180°に対して略直交する方向に存在することから、それと位相差板106によってコントラスト領域を改善できる領域はおおむね一致する。したがって、位相差板106で発生する位相差をこの領域の光線の位相補償に必要とする量に適宜調整することによってプロジェクタのコントラスト特性を向上させることが可能となる。
【0071】
また、液晶配向方位φlcを270°に設定した場合は、光線の分布する角度領域701は液晶配向方位φlcと略平行な方位に存在することから、この場合も同様にコントラスト特性を向上させることが可能となる。
【0072】
なお、領域701の光線全体にわたりくまなく位相補償を行なうためには、位相差板106で発生する位相差を領域701の略中心にある光軸光線の位相補償に必要とする量にあわせ込むことが望ましい。
【0073】
以上の説明は、一軸性位相差板を例にとって説明してきたが、位相差板106としてn1≠n2≠n3の関係となる二軸性位相差板を使う場合においても、上記機能を実現する上でn1≒n2とみなせる限りは同様な説明が成り立つ。
【0074】
次に、位相差板106の構成について説明する。ここではより一般化した説明を行なうために二軸性位相差板を例にとって説明するが一軸性位相差板はその特殊な条件を満たす例として理解すれば良い。二軸性位相差板の光学的性質は互いに直交する方向の屈折率であるところの3つの主屈折率n1,n2,n3で表現される。本実施例では、位相差板106の厚み方向と主屈折率n3の方向が略一致するように構成する。その結果、n1,n2は位相差板106の面内における主屈折率となるが、ここでn1≧n2の関係を満足するようにその方向を定める。また、位相差板106で発生する位相差を定義するために、面内リターデーションRfと厚み方向リターデーションRpを以下の式に従って定義する。
Rf=(n1−n2)×d
Rp=[(n1+n2)/2−n3]×d
ここでdは位相差板106の厚さである。
【0075】
液晶プレチルト角5°、液晶配向方位φlcを180°に設定した液晶ライトバルブに、光線波長550[nm]、直線偏光方位φpolが135°の光束を入射し、位相差板106としてRf≒0[nm]、Rp=180[nm]の特性を有するものを使用した場合のコントラスト視角特性を図8(a)に示す。図中に示す曲線は等コントラスト曲線であり、濃い曲線がコントラスト3000の等コントラスト曲線、薄い曲線がコントラスト1000の等コントラスト曲線である。同一種類の等コントラスト曲線に囲まれた領域はその曲線が示すコントラスト値以上のコントラスト特性を有する領域である。図8(b)は、図8(a)のコントラスト視角特性と本実施例の光学構成における照明光束の光線角度分布領域701の関係を示す図であり、高コントラスト領域と、照明光束の光線角度分布領域が良く一致していることが分かる。この場合、プロジェクタのコントラスト特性値として1950が得られた。
【0076】
なお、本実施例においては、コントラスト視角特性図として波長550[nm]のものを示したが、位相差板の光学特性を適宜調整することにより、これ以外の波長でもほぼ同等の視角特性を得られることは言うまでもない。この事情は以降の実施例においても同様である。
【0077】
液晶のプレチルト角を1°、5°、7.5°の3水準に設定して位相差板106のRp値を変化させた場合の投射型表示装置のコントラスト特性変化を図9に示す。図9は縦軸にコントラスト値を横軸に位相差板106のRp値を取ったグラフでありRp値の単位は、使用波長に対する比率であるλを単位として表示してある。なお、いずれのRp値においてもRf≒0[nm]に設定されている。
【0078】
また、プレチルト1°において、Rp<0.41におけるデータは液晶配向方位φlc=180°、直線偏光方位φpol=135°の条件で得られた値、Rp≧0.41におけるデータは液晶配向方位φlc=270°、直線偏光方位φpol=225°の条件で得られた値である。同様にプレチルト5°および7.5°においてRp≦0.41におけるデータは液晶配向方位φlc=180°、直線偏光方位φpol=135°の条件で得られた値、Rp>0.41におけるデータは液晶配向方位φlc=270°、直線偏光方位φpol=225°の条件で得られた値である。
【0079】
これはRp値を変化させた場合、あるRp値を境に、コントラスト性能が改善される領域が液晶配向方向φlcに対して、直交する方向から平行な方向に90°移動するので、高コントラスト領域を光線角度分布領域701にあわせ込むためには、それに応じてφlcとφpolを90°回転させる必要があるためである。
【0080】
図9から明らかなように、本実施例の位相差板106を用いれば、プレチルト角を変化させても、広い範囲のRp値で1000以上の高いコントラスト特性が得られている。
【0081】
このような位相差板の好適な例として、住友化学工業株式会社製のVACフィルムがあげられる。VACフィルムは面内レターデーションRfが小さく、かつ面内の平均屈折率が厚み方向の屈折率より大きい二軸性位相差板であり、厚み方向レターデーションRpを任意に設定することができる。以下にいくつかの製品の具体的なレターデーション値を示す。
VAC−C30 Rf=6[nm]、Rp= 87.5[nm]
VAC−C60 Rf=6[nm]、Rp=133.9[nm]
VAC−C90 Rf=6[nm]、Rp=178.7[nm]
VAC−C190 Rf=6[nm]、Rp=330.2[nm]
これらの製品はいずれも本実施例に適用可能な特性を有している。
【0082】
(実施例2)
本実施例は位相差板106を1/4波長板で構成し、その遅相軸方位を特定の方位に配置することによって、実施例1とほぼ同等のコントラスト視角特性を実現する例である。
【0083】
1/4波長板の遅相軸方位とコントラスト視角特性の関係を図10を用いて説明する。いま、液晶のプレチルト角を5°とし、図10(a)に示すごとく液晶配向方位φlc 1001を135°、入射直線偏光方位φpol 1002を90°に設定した場合、1/4波長板の遅相軸の方位φqw 1003を89.5°近傍に設定することにより図10(b)のハッチングで示した領域1004のコントラスト特性を大幅に改善することができる。この領域1001は方位角0°、90°、180°、270°の方向に線状に広がっており、これと図7に示した照明光束の光線角度分布領域701がオーバーラップする領域は狭い。
【0084】
図11は1/4波長板の遅相軸方位を変化させた場合のコントラスト視角特性の変化の様子を説明する図である。図11(a)は図10(b)と同じくφqwを89.5°近傍に設定した場合のコントラスト視角特性である。φqwを89.5°より大きく設定していくと、図11(b)に示すごとく、高コントラスト領域1102および1103は液晶配向方位φlcと略直交する方位である方位角45°および225°の方向に移動し、かつ極角θの範囲が徐々に大きくなっていく。一方、φqwを89.5°より小さく設定していくと、図11(c)に示すごとく、高コントラスト領域1104および1105は液晶配向方位φlcと略平行な方位である方位角315°および135°の方向に移動し、かつ極角θの範囲が徐々に大きくなっていく。これは、1/4波長板の遅相軸方位を変化させるにともない、1/4波長板が光線に付与する位相差が変化し、その結果最も良く位相補償される光線角度分布領域が変化するためである。
【0085】
高コントラスト領域1102ないし1105はいずれも1004に比較すると分布領域が特定の範囲にまとまっていることから、これらを照明光束の光線角度分布領域701にあわせ込むことによって、オーバーラップ領域をより広くし、その結果オフアクシス光学系を用いたプロジェクタのコントラスト特性を改善することが可能になる。
【0086】
例えば、高コントラスト領域1102を照明光束の光線角度分布領域701にあわせ込むには、液晶配向方位φlcおよびφpolを図11(b)の配置に対して+45°回転して配置すれば良い。同様に高コントラスト領域1105を照明光束の光線角度分布領域701にあわせ込むには、液晶配向方位φlcおよびφpolを図11(c)の配置に対して−45°回転して配置すれば良い。
【0087】
なお、領域701の光線全体にわたりくまなく位相補償を行なうためには、領域701の略中心にある光軸光線を最もよく位相補償するように、1/4波長板の遅相軸方位を設定することが望ましい。
【0088】
液晶プレチルト角5°、φlc180°に設定した液晶ライトバルブに、光線波長550[nm]、φpol135°の光束を入射し、1/4波長板の遅相軸方位φqwを135.5°に設定した場合のコントラスト視角特性を図12(a)に示す。この例は、図11(b)の高コントラスト領域1102を+45°回転して光線角度分布領域701にあわせこむものである。
【0089】
また、液晶プレチルト角5°、φlc270°に設定した液晶ライトバルブに、光線波長550[nm]、φpol225°の光束を入射し、1/4波長板の遅相軸方位φqwを223.5°に設定した場合のコントラスト視角特性を図12(b)に示す。この例は、図11(c)の高コントラスト領域1104を+135°回転して光線角度分布領域701にあわせこむものである。
【0090】
いずれの視角特性においても、高コントラスト領域と、図7の照明光束の光線角度分布領域701が良く一致していることが分かる。この場合、プロジェクタのコントラスト特性値として図12(a)の場合は1760が、図12(b)の場合は1860が得られた。
【0091】
図13に1/4波長板の遅相軸方位φqwを変化させた場合のプロジェクタのコントラスト特性値を示す。このグラフの縦軸はプロジェクタのコントラスト値を、横軸は1/4波長板遅相軸方位φqwとφpolの差(φqw−φpol)をとっている。なお、液晶のプレチルト角としては5°、10°の2水準を設定した。また、プレチルト5°において、(φqw−φpol)≧−0.5°におけるデータは液晶配向方位φlc=180°、直線偏光方位φpol=135°の条件で得られた値、(φqw−φpol)<−0.5°におけるデータは液晶配向方位φlc=270°、直線偏光方位φpol=225°の条件で得られた値である。同様にプレチルト10°において(φqw−φpol)≧−2°におけるデータは液晶配向方位φlc=180°、直線偏光方位φpol=135°の条件で得られた値、(φqw−φpol)<−2°におけるデータは液晶配向方位φlc=270°、直線偏光方位φpol=225°の条件で得られた値である。
【0092】
プレチルト角5°の場合は1/4波長板の遅相軸方位を−1.5°および+0.5°に設定した場合もっとも高いコントラスト特性が得られており、プレチルト角10°の場合は1/4波長板の遅相軸方位を−3°および−1.5°に設定した場合もっとも高いコントラスト特性が得られている。
【0093】
このように、使用する液晶ライトバルブのプレチルト角に応じて適宜1/4波長板の遅相軸方位を設定することにより、高いコントラスト特性を有するプロジェクタを実現することができる。
【0094】
(実施例3)
本実施例は位相差板106を、いずれかの主屈折率方位が液晶ライトバルブ107の法線に対して平行に配置された位相差板と1/4波長板の2枚で構成した例である。その概略構成を図14(a)に示す。液晶ライトバルブ107の光線入射面側には位相差板1401と1/4波長板1402が配置されている。位相差板1401のいずれかの主屈折率方位1403は液晶ライトバルブの法線1404と略平行に配置されており、1/4波長板1402の遅相軸1405は略面内に配置されている。また図14(b)に示すごとく1/4波長板1402をz軸の正方向から見た場合、その遅相軸1408はx軸に対して所定の角度φqwをもって配置されている。
【0095】
なお、図14では説明の便宜上、位相差板1401と1/4波長板1402を分離して描いてあるが、両者を光学接着剤等を用いて一体化して、表面反射による光エネルギーロスを低減することができる。さらにはそのように一体化した位相差板106を液晶ライトバルブの透明基板305に一体化することにより、いっそうの光エネルギーロスを低減することが可能になる。
【0096】
また、図14では液晶ライトバルブ107から光源側に向かって、位相差板1401、1/4波長板1402の順で配置する構成を描いてあるが、それらの順は逆でも構わない。
【0097】
次に本実施例の位相差板の位相補償機能を説明する。本実施例の位相差板の位相補償機能は1/4波長板1402の単独の位相補償機能と位相差板1401のそれの協働作用として理解できる。
【0098】
まず、1/4波長板1402の単独の位相補償機能を説明する。実施例2において図10を用いて説明したごとく、液晶のプレチルト角を5°とし、φlcを135°、φpolを90°に設定した場合、1/4波長板1402の遅相軸の方位φqwを89.5°近傍に設定することによりハッチングで示した領域1004のコントラスト特性を大幅に改善することができる。一方で、それ以外の領域のコントラスト特性はあまり改善されない。この理由を図15を用いて説明する。
【0099】
図15は図10(a)に示した構成において、液晶ライトバルブ黒表示時に、1/4波長板を往復透過した後の光線の偏光状態を方位角毎に示す図である。これらの光線はいずれも等しい極角θを有している。図15における偏光状態の表示形態を、φ30°の光線の場合を例にとって説明する。φ30°の光線の偏光状態は楕円偏光1501で示されている。直線1502は、出射側偏光板の吸収軸方位を示している。また、楕円偏光1501の長軸方位を直線1503で示してある。他の方位角においてもこれと同じ形式で偏光状態を示してある。なお、図15に示した光線の偏光状態は、説明の便宜上、楕円偏光1501の楕円率および長軸1503の方位を誇張して描いてある。実際には楕円偏光1501の楕円率はより小さくほとんど直線偏光に近い。また、長軸1503と出射側偏光板の吸収軸方位1502のなす角は非常に小さい。
【0100】
φ0°、90°、180°、270°の光線の偏光状態を見ると、楕円偏光の長軸方位と出射側偏光板の吸収軸がほぼ一致している。一方、それ以外の方位の光線においては楕円偏光の長軸方位と出射側偏光板の吸収軸がある角度をなしていることが分かる。楕円偏光の楕円率がほぼ同等であれば、楕円偏光の長軸方位と出射側偏光板の吸収軸のなす角度が大きくなればなるほど出射側偏光板から漏れ出す光は多くなる。従って、φ0°、90°、180°、270°の光線に比べてそれ以外の方位の光線は出射側偏光板から漏れ出す光線が多く、コントラスト特性は相対的に悪化する。これが、1/4波長板を単独で使用した場合に、図10(b)に示すようなコントラスト特性分布が生じる理由である。
【0101】
図16は以上の内容をより定量的に説明するための図である。図16は極角θが13°の光線について、横軸に方位角φ、縦軸に図15の出射側偏光板の吸収軸方位1502と楕円偏光1501の長軸方位1503のなす角度(方位角度差)を示したものである。なお、この角度は出射側偏光板の吸収軸方位を基点として反時計廻り方向の角度を正にとってある。また、方位角φは説明を簡単にするために165°まで示しているがこれ以上の角度においても同様の傾向を示す。図16の点線の曲線は、1/4波長板を単体で使用した場合の角度差を示しており、図15で説明したごとく方位角0°、90°では0°となるが、それ以外の方位角においては角度差が大きくなる。
【0102】
次にいずれかの主屈折率方位が液晶ライトバルブ107の法線に対して平行に配置された位相差板単体の機能を説明する。これについては、すでに実施例1において図5ないし図6を用いて説明したように、液晶の配向方位φlcに対して略直交もしくは略平行な方位を中心とする範囲から入射する光線に対して位相補償機能を発現する。これを本実施例にあてはめると、本実施例では液晶の配向方位φlcを135°に設定してある例で説明しているので、方位角45°もしくは方位角135°を中心とする方位から入射する光線に対して位相補償機能を発現することになる。図16をみると、1/4波長板を単独で用いた場合には点線で示すように方位角45°、方位角135°の光線が最も大きい角度差を有している。従って位相差板の厚み方向のレターデーション値を適宜調節して、これらの方位角の光線の楕円長軸方位を出射側偏光板の吸収軸方位に近づけることによりプロジェクタのコントラスト特性を改善することができる。
【0103】
1/4波長板1002の遅相軸方位を89.5°、位相差板1401の厚み方向レターデーションRpを135nm、面内レターデーションRfを略0nmに設定した場合の出射側偏光板の吸収軸方位と楕円偏光の長軸方位のなす角度差を図16に実線でしめす。同図から明らかなように、位相差板1401を付加することによって角度差が極めて小さくなっていることが分かる。この場合のコントラスト視角特性を図17に示す。プロジェクタのコントラスト特性値として6500が得られた。
【0104】
図18に位相差板1401のRp値を変化させた場合のプロジェクタのコントラスト特性値を示す。同図は横軸にRp値、縦軸にコントラスト特性値を示したもので、広いRp値の範囲で高いコントラスト特性が得られている。なお、Rp値の単位は、使用波長に対する比率であるλを単位として表示してある。また、いずれのRp値においてもRf≒0[nm]に設定されている。
【0105】
図19に位相差板1401のRp値を約0.25λに設定し、液晶プレチルト角を変化させた場合のコントラスト特性値を示す。同図は横軸に液晶プレチルト角、縦軸にコントラスト特性値を示したもので、プレチルト角を大きくしても高いコントラスト特性が得られている。
【0106】
位相差板1401の好適な例としては実施例1で述べた、住友化学工業株式会社製のVACフィルムがあげられる。
【0107】
なお、本実施例では、プロジェクタの光学系としてオフアクシス光学系を用いた例を述べたが、本実施例の位相差板を使用する場合のコントラスト視角特性は図17に示すように高いコントラスト領域が広い方位に広がっているため、光学系としてオンアクシス光学系を用いたプロジェクタにおいても高いコントラスト特性を得られることは言うまでもない。また、液晶配向方位φlcとして135°の場合を説明したが、同様の理由によりこれを別の方位に設定しても高いコントラスト特性を得られることは言うまでもない。
【0108】
(実施例4)
本実施例は、実施例3で説明した位相差板1401と1/4波長板1402の協働作用による位相補償機能を1枚の二軸性位相差板で実現する例である。
【0109】
本実施例の二軸性位相差板における主屈折率n1、n2、n3の方位は実施例1で述べたものと同一であるのでここでは説明を省略する。本実施例の二軸性位相差板は面内リターデーションRfが略λ/4に設定されており、また、面内の主屈折率n1の方位が、所定の方位角に設置されている。これらの構成は、実施例3における1/4波長板1402の構成とほぼ同等である。厚み方向のレターデーションRpは実施例3の位相差板1401と略同等の機能を発現するよう適宜調整されている。本実施例の二軸性位相差板においては、面内位相差リターデーションRfが大きな値を有するため、位相差板1401と略同等の機能を発現するための厚み方向のレターデーションRpは、実施例3で述べた位相差板1401のRp値とは必然的に異なる値となる。
【0110】
具体的な数値の一例として、液晶方位角φlc 135°、液晶プレチルト角 5°、入射偏光軸方位φpol 90°の場合、二軸性位相差板の主屈折率をn1=1.50074、n2=1.499122、n3=1.495696、n1の方位角を89.5°、厚さをd=85μmに設定した。この構成において、波長550nmに対する二軸性位相差板の面内レターデーションRfは約λ/4、厚み方向レターデーションRpは約0.65λとなっている。本構成のコントラスト視角特性を図20に示す。この場合、プロジェクタのコントラスト特性値として6400が得られた。
【0111】
図21に二軸性位相差板Rp値を変化させた場合のプロジェクタのコントラスト特性値を示す。同図は横軸にRp値、縦軸にコントラスト特性値を示したもので、広いRp値の範囲で高いコントラスト特性が得られている。なお、Rp値の単位は、使用波長に対する比率であるλを単位として表示してある。また、いずれのRp値においてもRf≒λ/4に設定されている。
【0112】
図22に二軸性位相差板のRp値を約0.65λに設定した場合に、液晶プレチルト角を変化させた場合のコントラスト特性値を示す。同図は横軸に液晶プレチルト角、縦軸にコントラスト特性値を示したもので、プレチルト角を大きくしても高いコントラスト特性が得られている。
【0113】
なお、本実施例では、プロジェクタの光学系としてオフアクシス光学系を用いた例を述べたが、本実施例の二軸性位相差板を使用する場合のコントラスト視角特性は図17に示すように高いコントラスト領域が広い方位に広がっているため、光学系としてオンアクシス光学系を用いたプロジェクタにおいても高いコントラスト特性を得られることは言うまでもない。
【0114】
(実施例5)
実施例1ないし2で説明したような、液晶配向方位φlcを180°にする構成においては、入射偏光軸方位φpolを135°に設定する必要があり、従って出射側偏光板108の偏光透過軸方位はそれと直交する45°に設定される。
【0115】
ところで、プロジェクタの小型化をはかる上では、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等で構成される色合成手段110のダイクロイック面の法線をx−z面に平行に配置することが望ましい。この配置においては、色合成手段110は、直線偏光方位が0°もしくは90°の直線偏光に対して最も優れた色合成機能を発現する。従って、出射側偏光板108の偏光透過軸方位を45°に配置した場合には充分に優れた色合成特性を得ること難しく、プロジェクタの画質低下が生じる。
【0116】
本実施形態においては、この問題を回避するために、出射側偏光板108と色合成手段110の間に第三の位相差板109を備えている。この第三の位相差板109は出射側偏光板108を透過した直線偏光方位が45°の直線偏光の偏光軸を+45°ないしは−45°回転させることにより、色合成手段に入射する直線偏光の偏光軸方位を0°もしくは90°に変換する機能を有する。このような位相差板としては、遅相軸方位を22.5°もしくは67.5°に設定した1/2波長板が好適な例としてあげられる。
【0117】
以上の事情は色分離手段103に対しても成り立つ。色分離手段103においては、直線偏光方位が0°もしくは90°の直線偏光に対して最も優れた色分離機能を発現するので、そのような偏光方位を有する直線偏光が、偏光透過軸方位を135°に設定した入射側偏光板105を透過するように、色分離手段103と入射側偏光板105の間に第四の位相差板104を備えている。この第四の位相差板としても遅相軸方位を適宜設定した1/2波長板が好適な例としてあげられる。
【0118】
なお、液晶配向方位φlcを45°、135°、225°、315°に設定した場合は入射偏光軸方位φpolおよび出射側偏光板108を透過した直線偏光軸方位が0°もしくは90°となるので、第三の位相差板109、第四の位相差板104は必ずしも必要ではなく省略することも可能である。
【0119】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直配向モードの液晶層を有する反射型の液晶ライトバルブを備えたプロジェクタにおいて、いずれかの主屈折率方位を前記液晶ライトバルブの法線に略平行に配置した位相差板を備え、該位相差板の厚み方向のリターデーションを適宜調節することによって、とりわけ大きな入射角を有する光束のコントラスト特性を改善することができるので、オフアクシス光学系を採用したプロジェクタのコントラスト特性を改善することができる。同様の効果は位相差板として1/4波長板を使用しその遅相軸方位を適切に設定することによっても実現することができる。
【0120】
さらに、いずれかの主屈折率方位を前記液晶ライトバルブの法線に略平行に配置した位相差板と1/4波長板を併用し、前記位相差板の厚み方向のリターデーションと1/4波長板の遅相軸方位を適切に設定することによって、プロジェクタのコントラスト特性をさらに改善することができる。、同様の効果は面内リターデーションを略1/4波長とし厚み方向のリターデーションを適切に設定した二軸位相差板によっても実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るプロジェクタの光学系の概略構成図。
【図2】本発明の実施形態における光線進行方向の定義図および視角特性図の説明図。
【図3】反射型液晶ライトバルブの概略構成図。
【図4】電圧無印加時における垂直配向モードの液晶分子配向状態の説明図。
【図5】実施例1における異常光成分の振動面方位と光線方位角の関係図。
【図6】実施例1における直線偏光方位と光線方位角の関係図。
【図7】実施例における照明光束の光線角度分布領域の説明図。
【図8】実施例1におけるコントラスト特性視角特性図。
【図9】実施例1における位相差板のRpとプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図10】1/4波長板によるコントラスト特性視角特性図。
【図11】1/4波長板の遅相軸を変化させた場合のコントラスト特性視角特性図。
【図12】実施例2におけるコントラスト特性視角特性図。
【図13】実施例2における1/4波長板の遅相軸方位とプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図14】実施例3における位相差板の概略構成図。
【図15】1/4波長板を透過した後の偏光状態と光線方位角の関係図。
【図16】位相差板を透過した後の楕円偏光の長軸方位と光線方位角の関係図。
【図17】実施例3におけるコントラスト特性視角特性図。
【図18】実施例3における位相差板のRpとプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図19】実施例3における液晶プレチルト角とプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図20】実施例4におけるコントラスト視角特性図。
【図21】実施例4における位相差板のRpとプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図22】実施例4における液晶プレチルト角とプロジェクタのコントラスト特性の関係図。
【図23】位相差板の機能の説明図。
【図24】偏光状態の詳細の説明図。
【符号の説明】
101 プロジェクタ
102 照明手段
103 色分離光学手段
104 第四の位相差板
105 偏光板
106、106R,106G,106B 位相差板
107、107R,107G,107B 反射型液晶ライトバルブ
108、108R,108G,108B 検光手段
109、109R,109G,109B 第三の位相差板
110 色合成手段
111 投写レンズ
112 白色光源
113 インテグレーターレンズ
114 偏光変換素子
201 光線
302 シリコン基板
303 反射画素電極
304 透明電極
305 透明基板
306 スペーサー
307 液晶
308 配向膜
309 配向膜
401 液晶分子
402 液晶分子の長軸
501 異常光成分の振動面
502 異常光成分の振動面
503 異常光成分の振動面
601 液晶配向方位
602 偏光透過軸方位
603 直線偏光方位
604 異常光成分
605 常光成分
606 偏光状態の変化を受け易い領域
607 偏光状態の変化を受け易い領域
608 偏光状態の変化を受け易い領域
609 偏光状態の変化を受け易い領域
701 照明光束の光線角度分布領域
1001 液晶配向方位
1002 入射直線偏光方位
1003 1/4波長板の遅相軸方位
1004 コントラスト特性が改善される領域
1102 高コントラスト領域
1103 高コントラスト領域
1104 高コントラスト領域
1105 高コントラスト領域
1401 位相差板
1402 1/4波長板
1403 主屈折率方位
1404 液晶ライトバルブの法線
1405 遅相軸
1406 入射光線
1407 出射光線
1408 遅相軸
1501 楕円偏光
1502 出射側偏光板の吸収軸方位
1503 楕円偏光の長軸
2301 入射側偏光板
2302 偏光透過軸
2303 直線偏光
2304 楕円偏光
2305 出射側偏光板
2306 偏光透過軸
2307 楕円偏光
2308 楕円偏光
2309 楕円偏光
2401 楕円偏光の長軸
2402 偏光吸収軸方位
2403 楕円偏光
2404 楕円偏光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projector, and more particularly to a projector that enlarges and projects an image of an electro-optical device using a reflective liquid crystal light valve.
[0002]
[Prior art]
A projection display device (liquid crystal projector) using a reflective liquid crystal light valve has attracted attention because it can display with high definition.
[0003]
The alignment mode generally used for liquid crystal light valves is a twisted nematic (non-voltage applied state) in which the major axis direction of the liquid crystal molecules is twisted along the direction substantially parallel to the substrate surface and perpendicular to the substrate surface. Twisted Nematic (hereinafter abbreviated as TN) mode and a vertical alignment mode in which liquid crystal molecules are aligned vertically.
[0004]
In the vertical alignment mode, the state in which the liquid crystal molecules are arranged substantially perpendicular to the substrate surface (the state in which there is no optical retardation viewed from the normal direction of the substrate) is used as the black display, so the quality of the black display is good. A high contrast ratio can be obtained. Further, in the vertical alignment type LCD having an excellent front contrast ratio, the viewing angle range in which a constant contrast ratio can be obtained is wider than that in the TN mode. From this point of view, the liquid crystal light valve in the vertical alignment mode has recently attracted attention for applications for video such as a rear projection TV. Japanese Patent Laid-Open No. 10-161127 is known as an example of a projector having a reflective liquid crystal light valve adopting a vertical alignment mode.
[0005]
By the way, in the liquid crystal light valve, if the pitch of the pixel electrodes is reduced in order to increase the resolution of the image, the influence of the lateral electric field generated between the adjacent pixel electrodes on the liquid crystal increases, especially when the vertical alignment mode is adopted. It is easy to be affected, and disclination occurs due to disorder of orientation. When disclination occurs, an abnormality occurs in the modulation operation of the liquid crystal in that region, causing a decrease in brightness of the projected image and display unevenness, resulting in deterioration of image quality.
[0006]
For this reason, measures are taken to prevent the occurrence of disclination by inclining liquid crystal molecules with respect to the normal of the substrate by processing the alignment film in advance to strengthen the alignment regulating force. In this specification, an angle formed between the normal line of the substrate surface in the state where no voltage is applied and the average major axis direction of liquid crystal molecules is defined as a “pretilt angle”.
[0007]
However, when the pretilt angle is increased, a relatively large retardation is generated in the liquid crystal molecules even when no voltage is applied. Ideally, the emitted light, which should be linearly polarized light, is converted into elliptically polarized light, so that even in the black display state. Light leaks out. As a result, the contrast is lowered and the characteristics of the vertical alignment mode cannot be used. In order to avoid this problem, Japanese Patent No. 3019813 discloses a method of converting elliptically polarized light emitted due to the pretilt angle again into substantially linearly polarized light using a quarter wave plate.
[0008]
In addition to this, in order to suppress degradation of image quality due to disclination, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-142605 sets the liquid crystal alignment direction to be substantially parallel or substantially orthogonal to the direction of the side of the pixel electrode. A method is disclosed.
[0009]
The configuration of the optical system of the projector using the reflective liquid crystal light valve is as follows. For each color, specifically, for each of the R (red), G (green), and B (blue) liquid crystal light valves. Is generally used, and the reflected light is emitted again vertically, that is, an “on-axis optical system” in which the optical paths of the incident light and the reflected light are coaxial. As examples of the on-axis optical system, Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-39294 and 63-228887 are known.
[0010]
However, when an “on-axis optical system” is adopted, it is necessary to use a polarized beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) to separate incident light and reflected light, but PBS is expensive. Therefore, there has been a problem that the cost of the entire apparatus becomes high. Therefore, there has been proposed a projector that employs an “off-axis optical system” in which light is incident from an angle deviated from the vertical direction of the liquid crystal light valve and reflected light is emitted in a direction different from the incident direction. Since the off-axis optical system does not require PBS, the cost of the apparatus can be reduced. As an example of the off-axis optical system, JP-A-6-342141 is known.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In a projector, light emitted in all directions from a light source having a finite size is collected and incident on a liquid crystal light valve. As a result, the incident azimuth and the incident angle of light incident on the liquid crystal light valve have a certain range. The wider this range, the brighter the projected image.
[0012]
In the contrast improving method using the quarter wavelength plate described above, the range of the light incident azimuth and the range of the light incident angle where the contrast improvement can be achieved are narrow and the light incident angle is limited to a small region. If you try to make it brighter, the contrast will not be improved sufficiently. Therefore, in order to realize high contrast, there is a problem that brightness must be sacrificed.
[0013]
Furthermore, when an off-axis optical system is used as the optical system, the optical axis of the light incident on the liquid crystal light valve is inclined with respect to the normal direction of the substrate, so that the light incident angle is increased and the contrast is further reduced. There was a problem.
[0014]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a projector having a reflective light valve that employs a vertical alignment mode, a high contrast ratio can be obtained without sacrificing brightness. The purpose is to provide a simple configuration. Furthermore, it aims at providing the projector which consists of an off-axis optical system which can obtain a high contrast ratio.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a first projector according to the present invention has an illumination unit, a linear polarization unit that regulates a polarization direction of light emitted from the illumination unit, and a polarization direction regulated by the linear polarization unit. A projector having light modulating means for modulating light, light detecting means for detecting light modulated by the light modulating means, and projection means for projecting light detected by the light detecting means, The light modulation means includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, makes light from the illumination means enter from one of the pair of substrates and reflect it on the other substrate side. A reflective liquid crystal light valve that emits light from the one substrate; and at least one retardation plate on an outer surface side of the one substrate constituting the liquid crystal light valve, the first retardation plate Any of the main bending Characterized in that the rate orientation and arranged substantially parallel to the normal of the one substrate.
[0016]
The first retardation plate is a uniaxial retardation plate, and its optical axis is arranged substantially parallel to the normal line of the one substrate.
[0017]
The first retardation plate is a biaxial retardation plate.
[0018]
Further, when the main refraction included in the plane of the first retardation plate is n1 and n2, n1≈n2.
[0019]
Further, a light beam incident on the liquid crystal light valve from an orientation substantially orthogonal to or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode has a birefringence action based on a pretilt angle given to the liquid crystal in the vertical alignment mode. The retardation in the thickness direction of the first retardation plate is set so that the elliptically polarized light generated as a result of the conversion is converted into polarized light closest to linearly polarized light.
[0020]
The in-plane retardation of the first retardation plate is approximately ¼ wavelength, and the retardation in the thickness direction of the first retardation plate is changed from the first retardation plate to the light detecting means. The major axis direction of the elliptically polarized light emitted toward the side is set so as to be converted in a direction substantially perpendicular to the polarization transmission axis of the light detecting means.
[0021]
When applying the reflective liquid crystal light valve in the vertical alignment mode to the projector, the present inventor sets one of the main refractive index directions on the outer surface side of the substrate on the light incident side of the liquid crystal light valve. It has been found that by arranging a phase difference plate arranged substantially parallel to the normal line, it is possible to effectively improve the contrast reduction caused by the pretilt angle in the vertical alignment mode, and as the phase difference plate, a uniaxial phase difference is obtained. The suitable optical performance conditions when using a plate and a biaxial retardation plate were found.
[0022]
Specific optical performance conditions of the retardation plate will be described in detail in the section of [Example], and in particular, the liquid crystal light valve from an orientation substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. The first polarized light is converted so that the elliptically polarized light resulting from the birefringence effect based on the pretilt angle imparted to the liquid crystal in the vertical alignment mode is converted into polarized light closest to linearly polarized light. When the retardation in the thickness direction of the retardation plate is set, it is possible to greatly improve the contrast of light incident from an oblique direction, and as a result, it is possible to obtain a high contrast in the off-axis optical system.
[0023]
Further, the first projector of the present invention further includes a second retardation plate on the outer surface side of the one substrate, the second retardation plate is a uniaxial retardation plate, and its slow axis is It is arranged in a plane substantially parallel to the one substrate.
[0024]
Further, the second retardation plate is a quarter wavelength plate.
[0025]
Further, the elliptical polarized light emitted due to the birefringence action based on the pretilt angle given to the liquid crystal in the vertical alignment mode is converted into polarized light closest to linearly polarized light, so that The thickness direction of the first retardation plate is set so that the slow axis direction is set and the major axis direction of the elliptically polarized light is converted into a direction substantially perpendicular to the polarization transmission axis of the light detecting means. It is characterized by setting a retardation.
[0026]
When applying the vertical alignment mode reflective liquid crystal light valve to the projector, the present inventor sets one of the main refractive index directions on the outer surface side of the substrate on the light incident side of the liquid crystal light valve as described above. A phase difference plate arranged substantially parallel to the normal line of one substrate and a uniaxial phase difference plate having a slow axis arranged in a plane substantially parallel to the one substrate are arranged. It has been found that the contrast reduction caused by the pretilt angle in the vertical alignment mode can be effectively improved by arranging two retardation plates, and a quarter wavelength plate as a preferred example of the second retardation plate I found.
[0027]
In this configuration, as in the conventional example, elliptically polarized light generated due to the pretilt angle in the vertical alignment mode is converted into substantially linearly polarized light by the function of the quarter wavelength plate. However, the direction of this linearly polarized light varies depending on the incident direction and incident angle of the light beam to the liquid crystal light valve, so that the light cannot be sufficiently extinguished by the analyzer and high contrast cannot be obtained as it is. . Therefore, in the present invention, a retardation plate having a main refractive index azimuth arranged substantially parallel to the normal line of the one substrate is arranged. Such a retardation plate imparts a different retardation to the light beam depending on the incident direction and angle of incidence of the light beam. Therefore, by appropriately setting the retardation in the thickness direction of the retardation plate, the direction of the linearly polarized light is set. Can be made substantially the same and substantially perpendicular to the polarization transmission axis of the light detecting means. As a result, high contrast can be obtained.
[0028]
Specific optical performance conditions of the first retardation plate and slow axis orientation setting of the quarter wavelength plate will be described in detail in the section of [Example]. In addition, a function substantially equivalent to the contrast improving function using the quarter-wave plate and the retardation plate can be realized by appropriately setting the optical performance condition of one biaxial retardation plate. The details are also described in the section of [Example].
[0029]
In order to solve the above-described problem, a second projector according to the present invention includes an illumination unit, a linear polarization unit that regulates a polarization direction of light emitted from the illumination unit, and a polarization direction regulated by the linear polarization unit. A projector having light modulating means for modulating light, light detecting means for detecting light modulated by the light modulating means, and projection means for projecting light detected by the light detecting means, The light modulation unit includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, allows light from the illumination unit to enter from one substrate side of the pair of substrates, and reflect the light from the other substrate side. A reflection type liquid crystal light valve that emits light from the one substrate, a quarter wavelength plate on the outer surface side of the one substrate constituting the liquid crystal light valve, and a liquid crystal layer of the vertical alignment mode Nearly perpendicular to the orientation direction Alternatively, the elliptically polarized light generated as a result of the birefringence effect based on the pretilt angle imparted to the liquid crystal in the vertical alignment mode from the light incident on the liquid crystal light valve from a substantially parallel orientation is polarized light closest to linearly polarized light. It is characterized in that the direction of the slow axis of the quarter-wave plate is set so as to convert into
[0030]
According to this configuration, it is possible to significantly improve the contrast of light rays incident from an oblique direction, and as a result, high contrast can be obtained in the off-axis optical system. Specific azimuth setting of the quarter wavelength plate will be described in detail in the section of [Example].
[0031]
In the first and second projectors of the present invention, an optical axis of incident light from the illumination unit to the liquid crystal light valve and an optical axis of reflected light from the liquid crystal light valve to the projection unit are at a predetermined angle. The plane including the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light is substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. It is characterized by being arranged in.
[0032]
The liquid crystal light valve including the retardation plate exhibits the highest contrast characteristics with respect to light incident from an orientation substantially parallel or substantially orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. On the other hand, in the off-axis optical system, the incident angle of the light beam that travels in the plane including the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light and enters the liquid crystal light valve becomes the largest. Therefore, it is possible to obtain a high contrast characteristic in a projector that employs an off-axis optical system by matching the light incident direction with the direction having the highest contrast characteristic of the liquid crystal light valve.
[0033]
In the first and second projectors of the present invention, linear polarization means for regulating a polarization direction of the incident light is disposed in an optical path of incident light from the illumination means to the liquid crystal light valve, and the liquid crystal light valve is provided. A light detecting means having a polarization transmission axis orthogonal to the linearly polarizing means is disposed in the optical path of the reflected light from the light to the projecting means, and a third retardation plate is disposed on the light projecting means side of the light detecting means. The polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the light detecting means is rotated by about 45 degrees by the third retardation plate. Furthermore, a fourth retardation plate is disposed on the liquid crystal light valve side of the linearly polarizing means, and the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the linearly polarizing means is rotated by 45 degrees by the retardation plate. To do.
[0034]
In the off-axis optical system, when the plane including the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light is arranged in parallel with the short side of the liquid crystal light valve, the overall size of the optical system is the most compact. In order to obtain high contrast characteristics, it is necessary that the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode and the polarization direction of the incident linearly polarized light form an angle of approximately 45 °.
[0035]
Therefore, the size of the entire optical system in the configuration in which the plane including the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light is arranged substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. In order to make the most compact, the alignment direction of the liquid crystal layer must be parallel to the long side or the short side of the liquid crystal light valve, and the polarization direction of incident linearly polarized light is inevitably an angle of about 45 ° with them. It is necessary to make.
[0036]
On the other hand, a projector includes a dichroic optical element for decomposing white light emitted from a light source into three primary color components of R, G, and B, and conversely combining the three primary color components. The most preferable characteristic is exhibited when the polarization direction of linearly polarized light is parallel or orthogonal to the short side of the liquid crystal light valve.
[0037]
In the present invention, after passing through the analyzer, the linearly polarized light azimuth that forms an angle of 45 ° with the short side of the liquid crystal light valve is rotated by 45 ° by the third retardation plate and is incident on the dichroic optical element for color synthesis. Since the polarization direction of the linearly polarized light is converted into a direction parallel or orthogonal to the short side of the liquid crystal light valve, a projector having excellent color reproducibility can be realized. For the same reason, linearly polarized light that is parallel or orthogonal to the short side of the liquid crystal light valve having excellent color reproducibility among the light rays that have passed through the dichroic optical element for color separation is used by using the fourth retardation plate. It can be rotated to convert to the desired linear incident direction to the liquid crystal light valve.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a projector according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0039]
(Embodiment)
[Projector configuration]
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of projector 101 in the present embodiment. 1A is a top view of the projector, and FIG. 1B is a side view. Here, a schematic configuration of the projector 101 will be mainly described with reference to a side view of (b).
[0040]
The projector 101 includes an illumination unit 102, a color separation optical unit 103 that separates the light beam emitted from the illumination unit 102 into R, G, and B primary color components, a fourth retardation plate 104 that converts the polarization direction of the light beam, The polarizing plate 105 that regulates the polarization direction of the light beam, the retardation plate 106, the liquid crystal light valve 107 that modulates the polarization state of the incident light beam, the light detecting means 108 that detects the light beam modulated by the liquid crystal light valve 107, and the light detection A third phase difference plate 109 for converting the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the means 108, a color composition means 110 for synthesizing the three primary color components R, G, and B; and a screen (not shown) of the light beam synthesized by the color composition means A projection lens 111 for projecting to the projector. The illumination optical means 102 includes a white light source 112, an integrator lens 113 that uniformizes the intensity distribution of the light beam emitted from the white light source 112, and a polarization conversion element 114 that converts the light beam into a desired polarization state.
[0041]
In the entire optical system of the projector 101, the optical axis L1 of incident light incident on the liquid crystal light valve 107 from the illumination unit 102 and the optical axis L2 of reflected light emitted from the liquid crystal light valve 107 to the projection lens 111 form a predetermined angle. The off-axis optical system is arranged.
[0042]
The color separation means 103 and the color composition means 110 are constituted by a cross dichroic prism or a cross dichroic mirror. In addition, although the figure has shown the structural example which isolate | separated both means, both means may be comprised by one cross dichroic prism or the cross dichroic mirror.
[0043]
The fourth retardation plate 104, the polarizing plate 105, the retardation plate 106, the liquid crystal light valve 107, the light detection means 108, and the third retardation film 109 are provided on the optical paths of the three primary color light beams separated by the color separation means 103. It is desirable to use the ones that are arranged respectively and have the performance optimized according to the wavelengths of the three primary color light beams. In the top view of (a), the symbols R, G, and B are added to the symbols. It is described. In the side view of (b), the symbols R, G, and B are not added for general description.
[0044]
The light analyzing means 108 is preferably a polarizing plate arranged in crossed Nicols with respect to the polarizing plate 105. By these actions, transmission and blocking of light modulated by the liquid crystal light valve 107 is selected, and bright display, darkness is selected. The display is switched.
[0045]
For the sake of explanation, the phase difference plate 106 is shown as a single piece in the figure, but it may be composed of a plurality of pieces, and the details thereof will be described in the section of the third embodiment.
[0046]
The fourth retardation plate 104 and the third retardation plate 109 are not necessarily installed, and details thereof will be described in the section of the fifth embodiment.
[0047]
In the present embodiment, the coordinate system is an xyz right-handed rectangular coordinate system, and the z-axis is parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107 and the projection lens as shown in FIG. The y-axis is arranged so as to be included in the plane formed by the optical axis L1 of incident light and the optical axis L2 of reflected light.
[0048]
Next, the definition of the traveling direction of the light beam in this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the traveling direction of the light beam 201 is defined as the light beam traveling direction OR immediately after reflection by the liquid crystal light valve 107, and the direction is defined using the xyz orthogonal coordinate system described with reference to FIG. In FIG. 2A, the angle formed by the reflected light traveling direction OR and the z axis is defined as a polar angle θ. The line segment OA is an intersection of the plane OABC including the ray traveling direction OR and the xy plane, and the angle formed by this and the x axis is counterclockwise from the x axis as a base point. The azimuth angle φ is defined as positive.
[0049]
In the following description, various characteristics for each light traveling direction will be described with reference to a viewing angle characteristic diagram shown in FIG. The characteristic value or characteristic at the point K on this viewing angle characteristic diagram indicates the characteristic value or characteristic of the light beam, where the distance between the point K and the origin is θ, and the angle between the horizontal axis and the point K is φ. The angle φ formed by the horizontal axis and the K point is positive in the counterclockwise direction with the horizontal axis of the viewing angle characteristic diagram as a base point.
[0050]
[Configuration of liquid crystal light valve]
FIG. 3 shows a schematic configuration of the liquid crystal light valve in the present embodiment. 3A is a cross-sectional view of the liquid crystal light valve 107, and FIG. 3B is an enlarged plan view of the pixel configuration viewed from the light incident side. In the liquid crystal light valve 107, a silicon substrate 302 having a reflective pixel electrode 303 formed in a matrix on a surface thereof and a transparent substrate 305 having a transparent electrode 304 disposed opposite each other via a spacer 306, between which a liquid crystal 307 is enclosed. Yes. Note that a drive circuit (not shown) for driving the reflective pixel electrode 303 is also formed on the silicon substrate 302. Alignment films 308 and 309 for aligning the liquid crystal 307 in a predetermined direction are formed on the opposing surfaces of the two substrates 302 and 305, respectively.
[0051]
As shown in FIG. 3B, the individual pixel electrodes 303 are arranged in a matrix with sides substantially parallel to the x-axis or y-axis.
[0052]
FIG. 4A shows the alignment state of the liquid crystal molecules 401 in the vertical alignment mode when no voltage is applied. The liquid crystal molecules 401 have a long axis 402 with a predetermined small angle with respect to the normal line of the substrates 302 to 305. Are oriented substantially parallel to each other.
[0053]
The definition of the alignment state of the liquid crystal molecules 401 will be described with reference to FIG. Also in this definition, the xyz orthogonal coordinate system described in FIG. 1 is used. In the figure, the angle between the major axis 402 of the liquid crystal molecules and the z-axis is defined as the pretilt angle. A line segment OA is an intersection line of the plane OABC including the major axis 402 of the liquid crystal molecule and the xy plane, and the angle formed by the x axis is counterclockwise with the x axis as a base point. The orientation is defined as the orientation direction with the periphery being positive, and is described as φlc.
[0054]
[Configuration of retardation plate]
The configuration of the retardation plate 106 in this embodiment will be described in detail in the following examples. Prior to that, the function of the retardation plate 106 in this embodiment will be described with reference to FIG. 23 (a) and 23 (b) show how the liquid crystal light valve 107 changes the polarization state of the light beam when the liquid crystal light valve 107 is in the dark display state. FIG. 23 (a) shows the state when the retardation plate 106 is not provided. The state when the phase difference plate 106 is arranged is shown. The incident-side polarizing plate 2301 has its polarization transmission axis 2302 in the plane of the paper, so that the light beam that has passed through it becomes linearly polarized light 2303 that vibrates in the plane of the paper. Note that the orientation of the polarization transmission axis 2302 is set for convenience of this description, and the orientation of the polarization transmission axis in each embodiment will be described each time. When the liquid crystal light valve 107 is in dark display, only a small voltage is applied to the liquid crystal molecules, so that the liquid crystal molecules have a pretilt angle given in advance with respect to the normal line of the substrate 305 as shown in FIG. It is oriented and gives a phase difference to the incident polarized light by the birefringence action resulting from this pretilt angle. When the retardation plate 106 is not provided as shown in FIG. 23A, the linearly polarized light 2303 is given a phase difference by the liquid crystal molecules, and after being reflected by the liquid crystal light valve 107, becomes the elliptically polarized light 2304, and continues to transmit the polarized light. The light enters the exit-side polarizing plate (analyzing means) 2305 arranged in crossed Nicols so that the axis 2306 is substantially orthogonal to the polarization transmission axis 2302 of the incident-side polarizing plate.
[0055]
Since the elliptically polarized light 2304 has both a polarized light component parallel to the polarization transmission axis 2306 and a polarized light component orthogonal thereto, the former is transmitted through the output side polarizing plate 2305. As a result, the projected image becomes bright despite the liquid crystal light valve 107 being in the black display state, and the contrast characteristics of the projector are significantly reduced.
[0056]
On the other hand, the phase difference plate 106 in FIG. 23B has a function of imparting to the polarized light a phase difference that substantially cancels the phase difference imparted to the polarized light due to the birefringence action caused by the pretilt angle of the liquid crystal molecules. In the present invention, this function is referred to as a phase compensation function. This phase compensation function is manifested by the birefringence characteristics of the phase difference plate 106. The linearly polarized light 2303 incident on the phase difference plate 106 is given a phase difference by the phase difference plate 106 to become elliptically polarized light 2307. The elliptically polarized light 2307 is further given a phase difference by the birefringence action resulting from the pretilt angle of the liquid crystal molecules and becomes the elliptically polarized light 2308 after reflection, but as a result of being given the phase difference again by the phase difference plate 106, the linearly polarized light 2303 is obtained. Then, the light returns to the elliptically polarized light 2309 which is substantially equal to the light and enters the output-side polarizing plate 2305. Since the elliptically polarized light 2309 has very little polarization component parallel to the polarization transmission axis 2306, most of the light is absorbed by the output-side polarizing plate 2305, and the amount of light that leaks out is small. As a result, the contrast characteristics of the projector can be greatly improved as compared with the case where the phase difference plate 106 is not provided.
[0057]
Next, details of the polarization state of the elliptically polarized light 2309 which is substantially equal to the linearly polarized light 2303 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 24A, the linearly polarized light 2303 has an ellipticity of 0 and is substantially orthogonal to the polarization transmission axis 2306 of the output side polarizing plate 2305. Here, the ellipticity of elliptically polarized light is defined as the ratio expressed by S / L where S is the length of the minor axis of the ellipse and L is the length of the major axis.
[0058]
On the other hand, the elliptically polarized light 2304 without the retardation plate 106 has a large ellipticity as shown in FIG. 24B, and its major axis azimuth 2401 is deviated from the polarization absorption axis azimuth 2402 orthogonal to the polarization transmission axis 2306. ing. The polarization component leaking from the exit-side polarizing plate 2305 is a component parallel to the polarization transmission axis 2306 of the elliptically polarized light 2304. This increases as the ellipticity increases, and is formed by the major axis azimuth 2401 and the polarization absorption axis azimuth 2402. The bigger the corner, the bigger it becomes.
[0059]
As shown in FIG. 24C, the elliptically polarized light 2309 subjected to the phase compensation action by the phase difference plate 106 has a reduced ellipticity as compared to the elliptically polarized light 2304, as shown in FIG. 24D or FIG. In this state, the angle formed by the major axis azimuth 2401 and the polarization absorption axis azimuth 2402 becomes smaller, or both of them are provided. As a result, the polarization component leaking from the exit-side polarizing plate 2305 is reduced, and the contrast characteristics of the projector can be greatly improved.
[0060]
In all the embodiments described below, the F number of the optical system is F3.5, and the angle between the optical axis L1 of incident light and the normal line of the liquid crystal light valve 107 is 13 °. As a liquid crystal material,
Liquid crystal elastic constant k11: 1.3e-11 k22: 4.875e-12 k33: 1.95e-11
Liquid crystal relative permittivity ε (parallel): 3.5 ε (vertical): 7.4
Liquid crystal refractive index no: 1.475 ne: 1.556
An example in which a liquid crystal light valve cell thickness is set to 3 μm is used.
[0061]
Of course, the characteristics of the retardation plate 106 are the main points of the respective embodiments even when the optical system F number other than those described here, the angle between the optical axis L1 and the normal line of the liquid crystal light valve, the liquid crystal material and the cell configuration are used. By optimizing appropriately so as to follow, effects equivalent to the effects described in the respective embodiments can be obtained.
[0062]
Example 1
The present embodiment is an example in which the phase difference plate 106 is constituted by one phase difference plate in which any of the main refractive index directions is arranged in parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107.
[0063]
In general, the optical properties of the retardation plate are expressed by three main refractive indexes n1, n2, and n3 which are refractive indexes in directions orthogonal to each other. When attention is paid to the relationship between the magnitudes of these three main refractive indexes, for example, when the two main refractive indexes are equal such that n1 = n2 ≠ n3, the retardation plate is a uniaxial retardation plate, and n1 If they are not equal, such as ≠ n2 ≠ n3, it is a biaxial retardation plate.
[0064]
Here, in order to simplify the description, first, the description will be made taking a uniaxial retardation plate as an example. This retardation plate is arranged so that the orientation of the main refractive index n3 is parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107. Further, it is assumed that the three main refractive indexes have a relationship of n1 = n2 ≠ n3. In such a phase difference plate, the optical axis coincides with the direction of the main refractive index n3.
[0065]
In general, when a light beam is incident on the retardation plate, a polarization component (abnormal light component) that vibrates in the plane formed by the optical axis of the retardation plate and the incident light beam and a polarization component (ordinary light component) that oscillates perpendicularly to the polarization component. A phase difference occurs between them, and the polarization state changes.
[0066]
FIG. 5 shows the relationship between the vibration plane orientation of the extraordinary light component and the azimuth angle φ of the light beam with respect to the retardation plate of the present embodiment. In this embodiment, since the optical axis of the phase difference plate is arranged parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107, for example, the vibration surface of the extraordinary light component of the light beam with the azimuth angle of 60 ° is as indicated by 501. It faces the direction of azimuth 60 °. The vibration surface of the ordinary light component is orthogonal to the vibration surface. Similarly, the vibration plane orientations of the extraordinary light components of the light beams having the azimuth angles of 90 ° and 120 ° are directed to the azimuth angles of 90 ° and 120 ° as indicated by 502 and 503, respectively.
[0067]
Next, consider the case where the liquid crystal alignment direction φlc601 is set to 180 ° as shown in FIG. This orientation is a direction parallel to the long side of the pixel electrode 303 of the liquid crystal light valve, and as described in the section of the prior art, is a liquid crystal orientation orientation that is effective in suppressing image quality degradation due to disclination. . In this case, the polarization transmission axis direction of the incident side polarizing plate 105 is set to an azimuth angle of 135 ° as indicated by 602. Accordingly, the linearly polarized light azimuth of the light incident on the phase difference plate 106 is almost directed to an azimuth angle of 135 ° as indicated by 603 in any azimuth light. In the following description, the linear polarization direction of incident light is described as φpol. Further, the linearly polarized light azimuth 603 in FIG. 6A is shown only for the light beam having the maximum polar angle θ for the sake of simplification, but the same applies to the light beam having a smaller polar angle θ.
[0068]
Therefore, a light beam with an azimuth angle φ of 135 ° has only an extraordinary light component 604 with respect to the phase difference plate 106 because the azimuth angle φ and the linearly polarized light azimuth φpol coincide. Therefore, the polarization state of the light beam having this azimuth angle φ is not changed by the phase difference plate 106. Similarly, since the light beam with the azimuth angle of 45 ° has only the ordinary light component 605, the polarization state is not changed by the phase difference plate 106. The other light beams having the azimuth angle φ have both an extraordinary light component and an ordinary light component, and the polarization state is changed by the phase difference plate 106. This is schematically shown in FIG. In the drawing, hatched areas 606 to 609 indicate light beam angle areas that are susceptible to a change in polarization state by the phase difference plate 106.
[0069]
The regions 606 to 609 that are susceptible to changes in the polarization state are regions in which elliptically polarized light generated as a result of the birefringence action based on the pretilt angle of the liquid crystal is likely to be linearly polarized by the phase compensation function of the phase difference plate 106. This is an area where the contrast performance can be enhanced. As is apparent from the figure, these regions 606 to 609 are present around the liquid crystal orientation azimuth φlc 601 that is substantially parallel or substantially orthogonal. For the retardation plate 106 having one characteristic, the contrast performance is not improved in all of the regions 606 to 609, but the contrast performance of any one region is selectively improved. When the characteristics of the phase difference plate 106 are changed, the region where the contrast performance is improved changes accordingly. Details will be described later.
[0070]
In the configuration of the optical system of the present embodiment (F number is F3.5, the angle formed by the optical axis L1 of incident light and the normal line of the liquid crystal light valve 107 is 13 °), the region where the light beam angle of the illumination light beam is distributed is roughly. A region 701 indicated by hatching in FIG. In general, this region has a light beam azimuth angle φ ranging from 60 ° to 120 ° and a polar angle θ ranging from 5 ° to 20 °, and exists in a direction substantially perpendicular to the azimuth angle 180 °, which is the liquid crystal alignment direction. Therefore, the region where the contrast region can be improved by the retardation plate 106 is almost the same. Therefore, it is possible to improve the contrast characteristics of the projector by appropriately adjusting the phase difference generated in the phase difference plate 106 to an amount necessary for the phase compensation of light in this region.
[0071]
In addition, when the liquid crystal orientation azimuth φlc is set to 270 °, the angle region 701 in which light rays are distributed exists in an azimuth substantially parallel to the liquid crystal orientation azimuth φlc, so that the contrast characteristics can be improved in this case as well. It becomes possible.
[0072]
In order to perform phase compensation throughout the light beam in the region 701, the phase difference generated in the phase difference plate 106 is adjusted to an amount necessary for phase compensation of the optical axis light beam in the approximate center of the region 701. Is desirable.
[0073]
In the above description, the uniaxial retardation plate has been described as an example. However, even when a biaxial retardation plate having a relationship of n1 ≠ n2 ≠ n3 is used as the retardation plate 106, the above function is realized. As long as it can be considered that n1≈n2, the same explanation holds.
[0074]
Next, the configuration of the phase difference plate 106 will be described. Here, in order to give a more general description, a biaxial retardation plate will be described as an example, but the uniaxial retardation plate may be understood as an example that satisfies the special conditions. The optical property of the biaxial retardation plate is expressed by three main refractive indexes n1, n2, and n3 which are refractive indexes in directions orthogonal to each other. In the present embodiment, the thickness direction of the retardation film 106 and the direction of the main refractive index n3 are configured to substantially coincide. As a result, n1 and n2 become the main refractive index in the plane of the phase difference plate 106, and the directions are determined so as to satisfy the relationship of n1 ≧ n2. Moreover, in order to define the phase difference which generate | occur | produces in the phase difference plate 106, in-plane retardation Rf and thickness direction retardation Rp are defined according to the following formula | equation.
Rf = (n1-n2) * d
Rp = [(n1 + n2) / 2−n3] × d
Here, d is the thickness of the retardation film 106.
[0075]
A light beam having a light wavelength of 550 [nm] and a linear polarization direction φpol of 135 ° is incident on a liquid crystal light valve having a liquid crystal pretilt angle of 5 ° and a liquid crystal alignment direction φlc of 180 °, and Rf≈0 [ FIG. 8 (a) shows the contrast viewing angle characteristics when the ones having the characteristics of [nm] and Rp = 180 [nm] are used. The curve shown in the figure is an iso-contrast curve, a dark curve is an iso-contrast curve with a contrast of 3000, and a thin curve is an iso-contrast curve with a contrast of 1000. A region surrounded by the same type of isocontrast curve is a region having a contrast characteristic equal to or higher than the contrast value indicated by the curve. FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the contrast viewing angle characteristics of FIG. 8A and the ray angle distribution region 701 of the illumination light beam in the optical configuration of the present embodiment. The high contrast region and the ray angle of the illumination light beam are shown in FIG. It can be seen that the distribution regions are in good agreement. In this case, 1950 was obtained as the contrast characteristic value of the projector.
[0076]
In the present embodiment, a contrast viewing angle characteristic diagram having a wavelength of 550 [nm] is shown. However, by appropriately adjusting the optical characteristics of the phase difference plate, substantially the same viewing angle characteristics can be obtained at other wavelengths. Needless to say. This situation is the same in the following embodiments.
[0077]
FIG. 9 shows changes in contrast characteristics of the projection display device when the pretilt angle of the liquid crystal is set to three levels of 1 °, 5 °, and 7.5 ° and the Rp value of the phase difference plate 106 is changed. FIG. 9 is a graph in which the vertical axis represents the contrast value and the horizontal axis represents the Rp value of the phase difference plate 106. The unit of the Rp value is displayed in units of λ, which is the ratio to the used wavelength. In any Rp value, Rf≈0 [nm] is set.
[0078]
Further, at a pretilt of 1 °, the data at Rp <0.41 is a value obtained under the conditions of the liquid crystal orientation azimuth φlc = 180 ° and the linear polarization orientation φpol = 135 °, and the data at Rp ≧ 0.41 is the liquid crystal orientation azimuth φlc. = 270 ° and linear polarization direction φpol = 225 °. Similarly, data at Rp ≦ 0.41 at pretilts of 5 ° and 7.5 ° are values obtained under the conditions of liquid crystal alignment direction φlc = 180 ° and linear polarization direction φpol = 135 °, and data at Rp> 0.41. It is a value obtained under the conditions of the liquid crystal alignment azimuth φlc = 270 ° and the linear polarization azimuth φpol = 225 °.
[0079]
This is because when the Rp value is changed, the region where the contrast performance is improved moves 90 ° in a direction parallel to the liquid crystal alignment direction φlc from a certain Rp value. This is because it is necessary to rotate φlc and φpol by 90 ° in accordance with the light angle distribution region 701.
[0080]
As can be seen from FIG. 9, by using the retardation film 106 of the present embodiment, high contrast characteristics of 1000 or more can be obtained over a wide range of Rp values even if the pretilt angle is changed.
[0081]
A preferred example of such a retardation plate is a VAC film manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. The VAC film is a biaxial retardation plate having a small in-plane retardation Rf and an in-plane average refractive index larger than the refractive index in the thickness direction, and the thickness direction retardation Rp can be arbitrarily set. Specific retardation values of some products are shown below.
VAC-C30 Rf = 6 [nm], Rp = 87.5 [nm]
VAC-C60 Rf = 6 [nm], Rp = 133.9 [nm]
VAC-C90 Rf = 6 [nm], Rp = 178.7 [nm]
VAC-C190 Rf = 6 [nm], Rp = 330.2 [nm]
All of these products have characteristics applicable to this embodiment.
[0082]
(Example 2)
In this embodiment, the retardation plate 106 is formed of a ¼ wavelength plate, and the slow axis direction thereof is arranged in a specific direction, thereby realizing a contrast viewing angle characteristic substantially equivalent to that of the first embodiment.
[0083]
The relationship between the slow axis direction of the quarter-wave plate and the contrast viewing angle characteristic will be described with reference to FIG. Now, assuming that the pretilt angle of the liquid crystal is 5 °, the liquid crystal alignment direction φlc 1001 is set to 135 °, and the incident linear polarization direction φpol 1002 is set to 90 ° as shown in FIG. By setting the axis azimuth φqw 1003 in the vicinity of 89.5 °, the contrast characteristics of the region 1004 shown by hatching in FIG. 10B can be greatly improved. This region 1001 extends linearly in the directions of azimuth angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, and the region where the ray angle distribution region 701 of the illumination light beam shown in FIG. 7 overlaps is narrow.
[0084]
FIG. 11 is a diagram for explaining a change in contrast viewing angle characteristics when the slow axis direction of the quarter-wave plate is changed. FIG. 11A shows the contrast viewing angle characteristic when φqw is set in the vicinity of 89.5 ° as in FIG. 10B. When φqw is set larger than 89.5 °, as shown in FIG. 11B, the high-contrast regions 1102 and 1103 are directions of azimuth angles 45 ° and 225 °, which are directions substantially orthogonal to the liquid crystal alignment direction φlc. The range of the polar angle θ gradually increases. On the other hand, when φqw is set to be smaller than 89.5 °, as shown in FIG. 11C, the high contrast regions 1104 and 1105 have azimuth angles 315 ° and 135 ° which are directions substantially parallel to the liquid crystal alignment direction φlc. And the range of the polar angle θ gradually increases. This is because, as the slow axis direction of the quarter wave plate is changed, the phase difference imparted to the light beam by the quarter wave plate changes, and as a result, the ray angle distribution region that is best phase compensated changes. Because.
[0085]
Since all of the high contrast regions 1102 to 1105 are grouped in a specific range as compared with 1004, the overlap region is made wider by matching these with the ray angle distribution region 701 of the illumination light beam. As a result, it is possible to improve the contrast characteristics of the projector using the off-axis optical system.
[0086]
For example, in order to align the high contrast region 1102 with the light beam angle distribution region 701 of the illumination light beam, the liquid crystal alignment directions φlc and φpol may be arranged by being rotated by + 45 ° with respect to the arrangement of FIG. Similarly, in order to align the high contrast region 1105 with the ray angle distribution region 701 of the illumination light beam, the liquid crystal alignment directions φlc and φpol may be arranged by being rotated by −45 ° with respect to the arrangement shown in FIG.
[0087]
In order to perform phase compensation over the entire light beam in the region 701, the slow axis direction of the quarter-wave plate is set so as to best compensate the optical axis light beam at the approximate center of the region 701. It is desirable.
[0088]
A light flux with a light wavelength of 550 [nm] and φpol 135 ° is incident on a liquid crystal light valve set with a liquid crystal pretilt angle of 5 ° and φlc180 °, and the slow axis direction φqw of the quarter-wave plate is set to 135.5 °. The contrast viewing angle characteristics in this case are shown in FIG. In this example, the high-contrast region 1102 in FIG. 11B is rotated by + 45 ° to fit the light angle distribution region 701.
[0089]
In addition, a light beam having a light wavelength of 550 [nm] and φpol 225 ° is incident on a liquid crystal light valve set to a liquid crystal pretilt angle of 5 ° and φlc270 °, and the slow axis direction φqw of the quarter-wave plate is set to 223.5 °. FIG. 12B shows the contrast viewing angle characteristics when set. In this example, the high-contrast region 1104 in FIG. 11C is rotated by + 135 ° to fit the light angle distribution region 701.
[0090]
In any viewing angle characteristic, it can be seen that the high contrast region and the ray angle distribution region 701 of the illumination light beam in FIG. In this case, the contrast characteristic value of the projector was 1760 in the case of FIG. 12A and 1860 in the case of FIG. 12B.
[0091]
FIG. 13 shows the contrast characteristic values of the projector when the slow axis azimuth φqw of the quarter wavelength plate is changed. The vertical axis of this graph represents the contrast value of the projector, and the horizontal axis represents the difference between the quarter-wave plate slow axis directions φqw and φpol (φqw−φpol). The liquid crystal pretilt angle was set at two levels of 5 ° and 10 °. In addition, when the pretilt is 5 °, the data when (φqw−φpol) ≧ −0.5 ° is a value obtained under the condition of the liquid crystal alignment direction φlc = 180 ° and the linear polarization direction φpol = 135 °, (φqw−φpol) < The data at −0.5 ° is a value obtained under the conditions of the liquid crystal orientation azimuth φlc = 270 ° and the linear polarization azimuth φpol = 225 °. Similarly, the data at (φqw−φpol) ≧ −2 ° at a pretilt of 10 ° is a value obtained under the conditions of the liquid crystal alignment direction φlc = 180 ° and the linear polarization direction φpol = 135 °, (φqw−φpol) <− 2 ° The data in are the values obtained under the conditions of the liquid crystal orientation azimuth φlc = 270 ° and the linear polarization azimuth φpol = 225 °.
[0092]
When the pretilt angle is 5 °, the highest contrast characteristics are obtained when the slow axis direction of the quarter-wave plate is set to −1.5 ° and + 0.5 °, and when the pretilt angle is 10 °, 1 is obtained. When the slow axis direction of the / 4 wavelength plate is set to -3 ° and -1.5 °, the highest contrast characteristics are obtained.
[0093]
Thus, a projector having high contrast characteristics can be realized by appropriately setting the slow axis direction of the quarter-wave plate according to the pretilt angle of the liquid crystal light valve to be used.
[0094]
(Example 3)
This embodiment is an example in which the retardation plate 106 is composed of two pieces of a retardation plate and a quarter-wave plate whose main refractive index azimuth is arranged parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107. is there. The schematic configuration is shown in FIG. A phase difference plate 1401 and a quarter wavelength plate 1402 are disposed on the light incident surface side of the liquid crystal light valve 107. The main refractive index azimuth 1403 of any one of the retardation plates 1401 is disposed substantially parallel to the normal line 1404 of the liquid crystal light valve, and the slow axis 1405 of the quarter-wave plate 1402 is disposed substantially in the plane. . Further, as shown in FIG. 14B, when the quarter-wave plate 1402 is viewed from the positive direction of the z-axis, the slow axis 1408 is disposed with a predetermined angle φqw with respect to the x-axis.
[0095]
In FIG. 14, for convenience of explanation, the retardation plate 1401 and the quarter-wave plate 1402 are drawn separately, but both are integrated using an optical adhesive or the like to reduce light energy loss due to surface reflection. can do. Furthermore, by integrating the retardation plate 106 so integrated with the transparent substrate 305 of the liquid crystal light valve, it becomes possible to further reduce the light energy loss.
[0096]
Further, in FIG. 14, a configuration in which the retardation plate 1401 and the quarter wavelength plate 1402 are arranged in this order from the liquid crystal light valve 107 toward the light source is illustrated, but the order may be reversed.
[0097]
Next, the phase compensation function of the retardation plate of this embodiment will be described. The phase compensation function of the retardation plate of the present embodiment can be understood as a single phase compensation function of the quarter-wave plate 1402 and a cooperative action of that of the retardation plate 1401.
[0098]
First, the single phase compensation function of the quarter wavelength plate 1402 will be described. As described with reference to FIG. 10 in the second embodiment, when the pretilt angle of the liquid crystal is set to 5 °, φlc is set to 135 °, and φpol is set to 90 °, the azimuth φqw of the slow axis of the quarter-wave plate 1402 is set. By setting the angle in the vicinity of 89.5 °, the contrast characteristics of the region 1004 shown by hatching can be greatly improved. On the other hand, the contrast characteristics in other regions are not improved so much. The reason for this will be described with reference to FIG.
[0099]
FIG. 15 is a diagram showing, for each azimuth angle, the polarization state of the light beam after reciprocating through the quarter-wave plate in the configuration shown in FIG. These rays all have the same polar angle θ. The display state of the polarization state in FIG. 15 will be described taking the case of a light beam of φ30 ° as an example. The polarization state of the 30 ° light beam is indicated by elliptically polarized light 1501. A straight line 1502 indicates the absorption axis direction of the output-side polarizing plate. The major axis direction of the elliptically polarized light 1501 is indicated by a straight line 1503. The polarization state is shown in the same form at other azimuth angles. Note that the polarization state of the light beam shown in FIG. 15 is drawn exaggerating the ellipticity of the elliptically polarized light 1501 and the orientation of the major axis 1503 for convenience of explanation. Actually, the ellipticity of elliptically polarized light 1501 is smaller and almost close to linearly polarized light. Further, the angle formed by the major axis 1503 and the absorption axis direction 1502 of the output side polarizing plate is very small.
[0100]
Looking at the polarization states of the light beams of φ0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the major axis direction of the elliptically polarized light and the absorption axis of the exit-side polarizing plate are almost the same. On the other hand, it can be seen that light beams with other orientations form an angle with the major axis orientation of elliptically polarized light and the absorption axis of the exit-side polarizing plate. If the ellipticity of the elliptically polarized light is substantially the same, the greater the angle between the major axis direction of the elliptically polarized light and the absorption axis of the exit side polarizing plate, the more light leaks from the exit side polarizing plate. Therefore, compared to the light beams of φ0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the light beams with other azimuths have more light beams leaking from the output side polarizing plate, and the contrast characteristics are relatively deteriorated. This is the reason why the contrast characteristic distribution as shown in FIG. 10B is produced when the quarter wavelength plate is used alone.
[0101]
FIG. 16 is a diagram for more quantitatively explaining the above contents. FIG. 16 shows an angle (azimuth angle) formed by the azimuth angle φ on the horizontal axis and the long axis azimuth 1503 of the elliptical polarized light 1501 on the vertical axis of FIG. Difference). Note that this angle is positive in the counterclockwise direction with the absorption axis orientation of the output side polarizing plate as a base point. Further, the azimuth angle φ is shown up to 165 ° for the sake of simplicity of explanation, but the same tendency is shown at angles beyond this. The dotted curve in FIG. 16 shows the angle difference when the ¼ wavelength plate is used alone. As described with reference to FIG. 15, the azimuth angle is 0 °, and 90 ° is 0 °. In the azimuth angle, the angle difference becomes large.
[0102]
Next, the function of a single retardation plate in which any of the main refractive index directions is arranged in parallel to the normal line of the liquid crystal light valve 107 will be described. With respect to this, as already described with reference to FIGS. 5 to 6 in the first embodiment, the phase with respect to a light ray incident from a range centered on a direction substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction φlc of the liquid crystal. Express compensation function. When this is applied to the present embodiment, the liquid crystal orientation azimuth φlc is set to 135 ° in this embodiment, so that the incident light is incident from an azimuth centered at an azimuth angle of 45 ° or an azimuth angle of 135 °. Therefore, the phase compensation function is expressed with respect to the light beam. Referring to FIG. 16, when the ¼ wavelength plate is used alone, the light beams having the azimuth angle of 45 ° and the azimuth angle of 135 ° have the largest angle difference as shown by the dotted lines. Accordingly, the contrast characteristic of the projector can be improved by adjusting the retardation value in the thickness direction of the retardation plate as appropriate so that the elliptical major axis direction of the light beams of these azimuth angles is close to the absorption axis direction of the exit side polarizing plate. it can.
[0103]
The absorption axis of the output side polarizing plate when the slow axis direction of the quarter-wave plate 1002 is set to 89.5 °, the thickness direction retardation Rp of the retardation plate 1401 is set to 135 nm, and the in-plane retardation Rf is set to about 0 nm. The angle difference between the azimuth and the major axis of elliptically polarized light is shown by a solid line in FIG. As can be seen from the figure, the angle difference is extremely reduced by adding the phase difference plate 1401. FIG. 17 shows the contrast viewing angle characteristics in this case. As a contrast characteristic value of the projector, 6500 was obtained.
[0104]
FIG. 18 shows the contrast characteristic value of the projector when the Rp value of the retardation film 1401 is changed. In the figure, the horizontal axis indicates the Rp value and the vertical axis indicates the contrast characteristic value. A high contrast characteristic is obtained in a wide range of Rp values. The unit of the Rp value is displayed with λ, which is the ratio to the used wavelength, as a unit. Further, Rf≈0 [nm] is set for any Rp value.
[0105]
FIG. 19 shows contrast characteristic values when the Rp value of the retardation film 1401 is set to about 0.25λ and the liquid crystal pretilt angle is changed. In the figure, the horizontal axis indicates the liquid crystal pretilt angle and the vertical axis indicates the contrast characteristic value. Even when the pretilt angle is increased, high contrast characteristics are obtained.
[0106]
A preferred example of the retardation film 1401 is the VAC film manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. described in Example 1.
[0107]
In this embodiment, an example using an off-axis optical system as the optical system of the projector has been described. However, when the retardation plate of this embodiment is used, the contrast viewing angle characteristic is a high contrast region as shown in FIG. It is needless to say that high contrast characteristics can be obtained even in a projector using an on-axis optical system as an optical system. Further, the case where the liquid crystal orientation azimuth φlc is 135 ° has been described, but it goes without saying that high contrast characteristics can be obtained even if this is set to another orientation for the same reason.
[0108]
Example 4
The present embodiment is an example in which the phase compensation function by the cooperative action of the retardation plate 1401 and the quarter-wave plate 1402 described in the third embodiment is realized by a single biaxial retardation plate.
[0109]
Since the orientations of the main refractive indexes n1, n2, and n3 in the biaxial retardation plate of the present embodiment are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here. In the biaxial retardation plate of this example, the in-plane retardation Rf is set to approximately λ / 4, and the orientation of the in-plane main refractive index n1 is set at a predetermined azimuth angle. These configurations are almost the same as the configuration of the quarter-wave plate 1402 in the third embodiment. The retardation Rp in the thickness direction is appropriately adjusted so as to exhibit substantially the same function as the retardation plate 1401 of the third embodiment. In the biaxial retardation plate of the present embodiment, since the in-plane retardation retardation Rf has a large value, the retardation Rp in the thickness direction for expressing a function substantially equivalent to that of the retardation plate 1401 is implemented. This value is inevitably different from the Rp value of the phase difference plate 1401 described in Example 3.
[0110]
As an example of specific numerical values, when the liquid crystal azimuth angle φlc is 135 °, the liquid crystal pretilt angle is 5 °, and the incident polarization axis direction is φpol 90 °, the main refractive index of the biaxial retardation plate is n1 = 1.50074, n2 = 1.499122, n3 = 1.495696, the azimuth angle of n1 was set to 89.5 °, and the thickness was set to d = 85 μm. In this configuration, the in-plane retardation Rf of the biaxial retardation plate with respect to the wavelength of 550 nm is about λ / 4, and the thickness direction retardation Rp is about 0.65λ. The contrast viewing angle characteristics of this configuration are shown in FIG. In this case, 6400 was obtained as the contrast characteristic value of the projector.
[0111]
FIG. 21 shows the contrast characteristic values of the projector when the biaxial retardation plate Rp value is changed. In the figure, the horizontal axis indicates the Rp value and the vertical axis indicates the contrast characteristic value. A high contrast characteristic is obtained in a wide range of Rp values. The unit of the Rp value is displayed with λ, which is the ratio to the used wavelength, as a unit. Further, Rf≈λ / 4 is set for any Rp value.
[0112]
FIG. 22 shows contrast characteristic values when the liquid crystal pretilt angle is changed when the Rp value of the biaxial retardation plate is set to about 0.65λ. In the figure, the horizontal axis indicates the liquid crystal pretilt angle and the vertical axis indicates the contrast characteristic value. Even when the pretilt angle is increased, high contrast characteristics are obtained.
[0113]
In this embodiment, the example using the off-axis optical system as the optical system of the projector has been described. However, the contrast viewing angle characteristics when the biaxial retardation plate of this embodiment is used are as shown in FIG. It goes without saying that high contrast characteristics can be obtained even in a projector using an on-axis optical system as an optical system because the high contrast region extends in a wide direction.
[0114]
(Example 5)
In the configuration in which the liquid crystal alignment direction φlc is set to 180 ° as described in the first and second embodiments, the incident polarization axis direction φpol needs to be set to 135 °. Therefore, the polarization transmission axis direction of the output side polarizing plate 108 is required. Is set to 45 ° orthogonal to it.
[0115]
By the way, in order to reduce the size of the projector, it is desirable to arrange the normal line of the dichroic surface of the color synthesizing unit 110 configured by a cross dichroic prism, a cross dichroic mirror, or the like in parallel to the xz plane. In this arrangement, the color synthesizing means 110 exhibits the most excellent color synthesizing function for linearly polarized light having a linear polarization direction of 0 ° or 90 °. Accordingly, when the polarization transmission axis direction of the exit side polarizing plate 108 is arranged at 45 °, it is difficult to obtain sufficiently excellent color synthesis characteristics, and the image quality of the projector is deteriorated.
[0116]
In the present embodiment, in order to avoid this problem, a third retardation plate 109 is provided between the emission-side polarizing plate 108 and the color composition unit 110. The third retardation plate 109 rotates the polarization axis of linearly polarized light having a 45 ° linearly polarized light transmitted through the output-side polarizing plate 108 by + 45 ° or −45 °, so that the linearly polarized light entering the color synthesizing means is incident. It has a function of converting the polarization axis direction to 0 ° or 90 °. As such a phase difference plate, a ½ wavelength plate whose slow axis direction is set to 22.5 ° or 67.5 ° is a preferable example.
[0117]
The above situation also holds for the color separation means 103. The color separation means 103 exhibits the most excellent color separation function for linearly polarized light having a linear polarization direction of 0 ° or 90 °. Therefore, the linearly polarized light having such a polarization direction has a polarization transmission axis direction of 135. A fourth retardation plate 104 is provided between the color separation means 103 and the incident-side polarizing plate 105 so as to pass through the incident-side polarizing plate 105 set at an angle. A preferred example of the fourth retardation plate is a half-wave plate with a slow axis orientation appropriately set.
[0118]
When the liquid crystal alignment azimuth φlc is set to 45 °, 135 °, 225 °, or 315 °, the incident polarization axis azimuth φpol and the linear polarization axis azimuth transmitted through the output side polarizing plate 108 are 0 ° or 90 °. The third retardation plate 109 and the fourth retardation plate 104 are not necessarily required and may be omitted.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a projector including a reflective liquid crystal light valve having a liquid crystal layer in a vertical alignment mode, any one of the main refractive index directions is substantially parallel to the normal line of the liquid crystal light valve. The contrast characteristics of a light beam with a large incident angle can be improved by adjusting the retardation in the thickness direction of the retardation plate as appropriate. The contrast characteristics of the projector can be improved. A similar effect can be realized by using a quarter wave plate as a retardation plate and appropriately setting the slow axis direction thereof.
[0120]
Further, a retardation plate in which any of the main refractive index directions is arranged substantially parallel to the normal line of the liquid crystal light valve and a quarter wave plate are used in combination, and the retardation in the thickness direction of the retardation plate is reduced to ¼. By appropriately setting the slow axis orientation of the wave plate, the contrast characteristics of the projector can be further improved. The same effect can also be realized by a biaxial retardation plate in which in-plane retardation is approximately ¼ wavelength and retardation in the thickness direction is appropriately set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of a projector according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a definition of a light beam traveling direction and a view angle characteristic diagram according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a reflective liquid crystal light valve.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a liquid crystal molecule alignment state in a vertical alignment mode when no voltage is applied.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the vibration plane orientation of the extraordinary light component and the light beam azimuth angle in the first embodiment.
6 is a relationship diagram between linearly polarized light azimuth and light beam azimuth in Example 1. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a ray angle distribution region of an illumination light beam in an example.
FIG. 8 is a contrast characteristic viewing angle characteristic diagram according to the first exemplary embodiment.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between Rp of the phase difference plate and contrast characteristics of the projector in the first embodiment.
FIG. 10 is a contrast characteristic viewing angle characteristic diagram using a quarter-wave plate.
FIG. 11 is a contrast characteristic viewing angle characteristic diagram when the slow axis of the quarter-wave plate is changed.
12 is a contrast characteristic viewing angle characteristic diagram in Embodiment 2. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the slow axis direction of a quarter-wave plate and the contrast characteristics of a projector in Example 2.
14 is a schematic configuration diagram of a phase difference plate in Embodiment 3. FIG.
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the polarization state after passing through the quarter-wave plate and the light beam azimuth angle.
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the major axis direction of the elliptically polarized light after passing through the phase difference plate and the light beam azimuth angle.
FIG. 17 is a contrast characteristic viewing angle characteristic diagram according to the third embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between Rp of the retardation plate and contrast characteristics of the projector in Example 3.
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the liquid crystal pretilt angle and the contrast characteristics of the projector in Example 3.
20 is a contrast viewing angle characteristic diagram according to Embodiment 4. FIG.
FIG. 21 is a graph showing the relationship between Rp of a retardation plate and contrast characteristics of a projector in Example 4.
22 is a graph showing the relationship between the liquid crystal pretilt angle and the contrast characteristics of the projector in Embodiment 4. FIG.
FIG. 23 is an explanatory diagram of functions of a retardation plate.
FIG. 24 is an explanatory diagram of details of a polarization state.
[Explanation of symbols]
101 projector
102 Illumination means
103 Color separation optical means
104 Fourth retardation plate
105 Polarizing plate
106, 106R, 106G, 106B retardation plate
107, 107R, 107G, 107B Reflective liquid crystal light valve
108, 108R, 108G, 108B Photometric means
109, 109R, 109G, 109B Third retardation plate
110 color composition means
111 Projection lens
112 White light source
113 Integrator lens
114 Polarization conversion element
201 rays
302 Silicon substrate
303 Reflective pixel electrode
304 Transparent electrode
305 Transparent substrate
306 Spacer
307 liquid crystal
308 Alignment film
309 Alignment film
401 Liquid crystal molecules
402 Long axis of liquid crystal molecules
501 Vibration surface of extraordinary light component
502 Vibration surface of abnormal light component
503 Vibration surface of extraordinary light component
601 Liquid crystal orientation
602 Polarization transmission axis direction
603 Linear polarization direction
604 Abnormal light component
605 Ordinary light component
606 Area subject to change in polarization state
607 Area subject to change in polarization state
608 Area subject to change in polarization state
609 Area subject to change in polarization state
701 Ray angle distribution area of illumination luminous flux
1001 Liquid crystal orientation
1002 Incident linear polarization direction
1003 Slow axis orientation of quarter wave plate
1004 Area where contrast characteristics are improved
1102 High contrast area
1103 High contrast area
1104 High contrast area
1105 High contrast area
1401 phase difference plate
1402 1/4 wave plate
1403 Main refractive index direction
1404 Liquid crystal light valve normal
1405 Slow axis
1406 Incident ray
1407 Emission rays
1408 Slow axis
1501 Elliptical polarization
1502 Absorption axis orientation of output side polarizing plate
1503 Long axis of elliptically polarized light
2301 Incident-side polarizing plate
2302 Polarization transmission axis
2303 Linearly polarized light
2304 Elliptical polarization
2305 Output side polarizing plate
2306 Polarization transmission axis
2307 Elliptical polarization
2308 Elliptical polarization
2309 Elliptical polarization
2401 Long axis of elliptically polarized light
2402 Polarization absorption axis direction
2403 Elliptical polarization
2404 Elliptical polarization

Claims (12)

照明手段と、
該照明手段から出射された光を変調する複数の光変調手段と、
前記光変調手段に入射する光の偏光方向を規制し、前記光変調手段により変調された光を検光する偏光手段と、
ダイクロイック面を有し、前記偏光手段により検光された光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段で合成された光を投射する投射手段と
を有するプロジェクタであって、
前記光変調手段は、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、
前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板と前記偏光手段の間に第一の位相差板を備え、該第一の位相差板のいずれかの主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置し
前記偏光手段と前記色合成手段の間に更に第3の位相差板を配置し、該第3の位相差板により、前記偏光手段を出射した直線偏光の偏光方向を、前記ダイクロイック面の法線と前記一方の基板の法線で定義される面に対し、平行または垂直になるようにすることを特徴とするプロジェクタ。
Lighting means;
A plurality of light modulation means for modulating the light emitted from the illumination means ;
A polarization unit that regulates a polarization direction of light incident on the light modulation unit, and detects light modulated by the light modulation unit;
A color synthesizing unit having a dichroic surface and synthesizing the light analyzed by the polarizing unit;
Projection means for projecting the light synthesized by the color synthesis means ;
A projector having
The light modulation means includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, makes light from the illumination means enter from one of the pair of substrates and reflect it on the other substrate side. A reflective liquid crystal light valve that emits light from the one substrate,
A first retardation plate is provided between the one substrate constituting the liquid crystal light valve and the polarizing means, and a main refractive index direction of any one of the first retardation plates is defined as a normal line of the one substrate. substantially parallel disposed,
A third retardation plate is further disposed between the polarizing means and the color synthesizing means, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the polarizing means is changed by the third retardation plate to the normal line of the dichroic surface. And a projector that is parallel or perpendicular to a plane defined by the normal line of the one substrate .
照明手段と、  Lighting means;
該照明手段から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、  Color separation means for separating light emitted from the illumination means into a plurality of color lights;
前記色分離手段から出射された複数の色光を変調する複数の光変調手段と、  A plurality of light modulation means for modulating a plurality of color lights emitted from the color separation means;
前記色分離手段により分離され前記光変調手段に入射する光の偏光方向を規制し、前記光変調手段により変調された光を検光する偏光手段と、  A polarization unit that regulates a polarization direction of light that is separated by the color separation unit and is incident on the light modulation unit, and that detects light modulated by the light modulation unit;
ダイクロイック面を有し、前記偏光手段により検光された光を合成する色合成手段と、  A color synthesizing unit having a dichroic surface and synthesizing the light analyzed by the polarizing unit;
前記色合成手段で合成された光を投射する投射手段と、  Projection means for projecting the light synthesized by the color synthesis means;
を有するプロジェクタであって、  A projector having
前記光変調手段は、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、  The light modulation means includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, makes light from the illumination means enter from one of the pair of substrates and reflect it on the other substrate side. A reflective liquid crystal light valve that emits light from the one substrate,
前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板と前記偏光手段の間に第一の位相差板を備え、該第一の位相差板のいずれかの主屈折率方位を前記一方の基板の法線に略平行に配置し、  A first retardation plate is provided between the one substrate constituting the liquid crystal light valve and the polarizing means, and a main refractive index direction of any one of the first retardation plates is defined as a normal line of the one substrate. Placed almost parallel to
前記照明手段は、光を所望の直線偏光に変換する偏光変換手段を有し、  The illuminating means has polarization conversion means for converting light into desired linearly polarized light,
前記色分離手段と前記偏光手段の間に更に第4の位相差板を配置し、該第4の位相差板により、前記色分離手段を出射した直線偏光の偏光方向を、前記偏光手段を出射し前記液晶ライトバルブに入射するような偏光方向とすることを特徴とするプロジェクタ。  A fourth retardation plate is further arranged between the color separation means and the polarization means, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the color separation means is emitted from the polarization means by the fourth retardation plate. A projector having a polarization direction that is incident on the liquid crystal light valve.
前記第一の位相差板は一軸性位相差板であり、その光学軸を前記一方の基板の法線に略平行に配置したことを特徴とする請求項1または2に記載のプロジェクタ。 3. The projector according to claim 1, wherein the first retardation plate is a uniaxial retardation plate, and an optical axis thereof is arranged substantially parallel to a normal line of the one substrate. 前記第一の位相差板は二軸性位相差板であることを特徴とする請求項1または2に記載のプロジェクタ。The projector according to claim 1 or 2, wherein the first retardation plate is a biaxial retardation film. 前記第一の位相差板の面内に含まれる主屈折をn1およびn2としたときに、n1≒n2であることを特徴とする請求項に記載のプロジェクタ。5. The projector according to claim 4 , wherein n <b> 1 ≈ n <b> 2 when main refraction included in the plane of the first retardation plate is n <b> 1 and n <b> 2. 前記垂直配向モードの液晶層の配向方位と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換するように、前記第一の位相差板の厚み方向リターデーションを設定してあることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のプロジェクタ。A light beam incident on the liquid crystal light valve from an orientation substantially perpendicular or substantially parallel to the orientation orientation of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode is subjected to a birefringence action based on a pretilt angle given to the liquid crystal in the vertical orientation mode. the resulting elliptically polarized light, to convert the polarization closest to linearly polarized light, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that is set in the thickness direction retardation of the first retardation plate Projector. 前記一方の基板の外面側に更に第2の位相差板を備え、該第2の位相差板は一軸性位相差板であり、その遅相軸が前記一方の基板と略平行な平面内に配置されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載のプロジェクタ。A second retardation plate is further provided on the outer surface side of the one substrate, the second retardation plate is a uniaxial retardation plate, and its slow axis is in a plane substantially parallel to the one substrate. the projector according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is arranged. 前記第2の位相差板が1/4波長板であることを特徴とする請求項7に記載のプロジェクタ。  The projector according to claim 7, wherein the second retardation plate is a ¼ wavelength plate. 照明手段と、
該照明手段から出射された光を変調する複数の光変調手段と、
前記光変調手段に入射する光の偏光方向を規制し、前記光変調手段により変調された光を検光する偏光手段と、
ダイクロイック面を有し、前記偏光手段により検光された光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段で合成された光を投射する投射手段と
を有するプロジェクタであって、
前記光変調手段、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、
前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板と前記偏光手段との間に1/4波長板を備え、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換するように、該1/4波長板の遅相軸の方位を設定し
前記偏光手段と前記色合成手段の間に更に第3の位相差板を配置し、該第3の位相差板により、前記偏光手段を出射した直線偏光の偏光方向を、前記ダイクロイック面の法線と前記一方の基板の法線で定義される面に対し、平行または垂直になるようにすることを特徴とするプロジェクタ。
Lighting means;
A plurality of light modulation means for modulating the light emitted from the illumination means ;
A polarization unit that regulates a polarization direction of light incident on the light modulation unit, and detects light modulated by the light modulation unit;
A color synthesizing unit having a dichroic surface and synthesizing the light analyzed by the polarizing unit;
Projection means for projecting the light synthesized by the color synthesis means ;
A projector having
The light modulation means includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, makes light from the illumination means enter from one of the pair of substrates and reflect it on the other substrate side. A reflective liquid crystal light valve that emits light from the one substrate,
A ¼ wavelength plate is provided between the one substrate constituting the liquid crystal light valve and the polarizing means, and the liquid crystal light valve is viewed from an orientation substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. In order to convert the elliptically polarized light resulting from the birefringence effect based on the pretilt angle imparted to the liquid crystal in the vertical alignment mode into the polarized light closest to the linearly polarized light, Set the direction of the slow axis of the plate ,
A third retardation plate is further disposed between the polarizing means and the color synthesizing means, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the polarizing means is changed by the third retardation plate to the normal line of the dichroic surface. And a projector that is parallel or perpendicular to a plane defined by the normal line of the one substrate .
照明手段と、  Lighting means;
該照明手段から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、  Color separation means for separating light emitted from the illumination means into a plurality of color lights;
前記色分離手段から出射された複数の色光を変調する複数の光変調手段と、  A plurality of light modulation means for modulating a plurality of color lights emitted from the color separation means;
前記色分離手段により分離され前記光変調手段に入射する光の偏光方向を規制し、前記光変調手段により変調された光を検光する偏光手段を更に有し、  A polarization unit that regulates a polarization direction of light that is separated by the color separation unit and is incident on the light modulation unit, and that detects light modulated by the light modulation unit;
ダイクロイック面を有し、前記偏光手段により検光された光を合成する色合成手段と、  A color synthesizing unit having a dichroic surface and synthesizing the light analyzed by the polarizing unit;
前記色合成手段で合成された光を投射する投射手段と、  Projection means for projecting the light synthesized by the color synthesis means;
を有するプロジェクタであって、  A projector having
前記光変調手段は、一対の基板間に垂直配向モードの液晶層が挟持され、前記照明手段からの光を前記一対の基板のうちの一方の基板側から入射させ、他方の基板側で反射させた後、前記一方の基板から出射させる反射型の液晶ライトバルブを備え、  The light modulation means includes a liquid crystal layer in a vertical alignment mode sandwiched between a pair of substrates, makes light from the illumination means enter from one of the pair of substrates and reflect it on the other substrate side. A reflective liquid crystal light valve that emits light from the one substrate,
前記液晶ライトバルブを構成する前記一方の基板と前記偏光手段との間に1/4波長板を備え、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行な方位から前記液晶ライトバルブに入射する光線が、前記垂直配向モードの液晶に付与されているプレチルト角に基づく複屈折作用を受けた結果生じる楕円偏光を、最も直線偏光に近い偏光に変換するように、該1/4波長板の遅相軸の方位を設定し、  A ¼ wavelength plate is provided between the one substrate constituting the liquid crystal light valve and the polarizing means, and the liquid crystal light valve is viewed from an orientation substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. In order to convert the elliptically polarized light resulting from the birefringence effect based on the pretilt angle imparted to the liquid crystal in the vertical alignment mode into the polarized light closest to the linearly polarized light, Set the direction of the slow axis of the plate,
前記照明手段は、光を所望の直線偏光に変換する偏光変換手段を有し、  The illuminating means has polarization conversion means for converting light into desired linearly polarized light,
前記色分離手段と前記偏光手段の間に更に第4の位相差板を配置し、該第4の位相差板により、前記色分離手段を出射した直線偏光の偏光方向を、前記偏光手段を出射し前記液晶ライトバルブに入射するような偏光方向とすることを特徴とするプロジェクタ。  A fourth retardation plate is further arranged between the color separation means and the polarization means, and the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the color separation means is emitted from the polarization means by the fourth retardation plate. A projector having a polarization direction that is incident on the liquid crystal light valve.
前記照明手段から前記液晶ライトバルブへの入射光の光軸と前記液晶ライトバルブから前記投射手段への反射光の光軸とが所定の角度をなすオフアクシス光学系の配置とされることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のプロジェクタ。  An off-axis optical system in which an optical axis of incident light from the illumination unit to the liquid crystal light valve and an optical axis of reflected light from the liquid crystal light valve to the projection unit form a predetermined angle is provided. The projector according to claim 1. 前記入射光の光軸と前記反射光の光軸を含む面が、前記垂直配向モードの液晶層の配向方向と略直交もしくは略平行に配置されていることを特徴とする請求項11に記載のプロジェクタ。  12. The surface including the optical axis of the incident light and the optical axis of the reflected light is disposed substantially orthogonal or substantially parallel to the alignment direction of the liquid crystal layer in the vertical alignment mode. projector.
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