JP4856863B2

JP4856863B2 - 投射型画像表示装置及びそれに使用される調整方法

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Description

本発明は、一般には、反射型液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置に係り、特に、１／４位相板（又は１／４波長板）の調整方法に関する。

近年の液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置の普及により、投射型画像表示装置は高画質が益々要請されている。最近の偏光型の液晶プロジェクタは、ランプからの照明光を反射型液晶表示素子（又は反射型液晶パネル）で画像変調し、変調後の光を偏光ビームスプリッター（ＰｏｌａｒｉｚｉｎｇＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ。）で検光して投射光学系に導光している。また、カラー画像のコントラストを向上させるためにＰＢＳと反射型液晶表示素子との間に１／４位相板（又は１／４波長板）を配置している（例えば、特許文献１を参照のこと）。

特許文献１では、ランプからの白色光をダイクロイックミラーで２つの光路に分離し、第１の光路には第１の色光を第１のＰＢＳに導光し、第２の光路には第２及び第３の色光を第２のＰＢＳ導光する。２つのＰＢＳの出力を第３のＰＢＳで合成する。第１乃至第３の色光は、赤緑青（以下、「ＲＧＢ」呼ぶ。）の中から任意に選択することができる。

その他の従来技術としては、特許文献２乃至６がある。
特開２００４−１２８６４号公報特開２００１−２２８５３４号公報特開２００２−０６２５８３号公報特開２００２−２０７２１３号公報特開２００３−０３５８８６号公報特公平０７−０３８０５０号公報

従来の液晶プロジェクタでは漏れ光により画質が劣化するという問題があった。ここで、「漏れ光」とは、スクリーン上に投影する光の偏光方向を略９０度回転させ（黒を表示する際には光の偏光方向は回転させない）、スクリーン側に導かない光の偏光方向を回転させないような反射型液晶表示素子において、スクリーン側に導かない（ように制御された）画素領域に入射する光のうちスクリーンに投影されてしまう光をいう。言い換えると、「漏れ光」とは、反射型液晶表示素子を反射光がスクリーン側に導かれない偏光方向の光になるように制御している状態においても、スクリーンに投影されてしまう光をいう。

上述の従来技術は、コントラストが最高になるように（即ち、漏れ光量が最小になるように）１／４波長板を調節することを提案している。

しかし、漏れ光を完全に除去することは困難で、特に、色選択性位相板（可視光の波長領域において所定の波長領域の光の偏光方向を９０度変換し、その他の波長の光の偏光方向は変化させない作用を有する部材）を使用すると、その色選択性位相板が用いられた色（特定の波長領域の光）の光路上において漏れ光量は増大する。このような状態では、ＲＧＢの漏れ光の比率が異なってしまう可能性があり、白を表示している状態での色（色味）と違った色（色味）で黒が表示されることとなり、漏れ光量が大きな色で色づけされた黒が表示されてしまうこととなる。

色付きの黒色（例えば、マゼンタがかった黒）を防止するために黒色を電気的に調整してより黒色に近づけることは可能である。かかる方法を、図７にスクリーン画面を模式的に示す。画面１０は、液晶を電気的に制御して入射光を変調することにより画像を表示する領域である有効部１２と、その周辺を囲み、液晶を電気的に変調しない領域である周辺部１４とを有する。透過型液晶表示素子を使用した場合には、スクリーン上の投影される画像には周辺部１４は投射されず（液晶表示素子の有効領域外であるため、原則的には光がすべて遮光されるため）に有効部１２のみが投射されるが、反射型液晶表示素子を使用すると周辺部１４も画面１０に投射されてしまう（液晶表示素子の有効領域外であるが、その領域の光に入射する光の一部が反射されて投射光学系に導かれてしまうため）。ここで、電気的な黒色調整が可能な領域は有効部１２に対応する領域のみである。このため、電気的な黒色調整後においては、有効部１２に対応する領域は調整された黒が表示（投射）されるが、周辺部１４は、例えば、マゼンタがかった黒（赤の漏れ光が若干多いため赤っぽい黒となる、勿論緑がかった黒や青がかった黒であっても構わない）のままであるため、有効部と周辺部の両者の黒色の差により画面１０の画質の悪さが目立ってしまう。特に、周辺部１４がマゼンタがかった黒の場合に有効部１２が黒又は暗い画像を表示すると、周辺部１４のマゼンタがかった黒が強調されてしまうため好ましくない。

そこで、本発明は、反射型液晶表示素子を用いて高画質な投射型画像表示装置及びそれに使用される調整方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての投射型画像表示装置は、有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、第１の色に対応した第１の反射型液晶表示素子および青色に対応した青用の反射型液晶表示素子と、前記第１および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記第１の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、前記青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系へ導く第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、前記第２の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板を有し、黒表示時において、前記青色の漏れ光が前記第１の色の漏れ光よりも多くなるように、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、前記第１の色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれと異ならせることを特徴とする。

本発明の別の側面としての投射型画像表示装置は、有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、第１の色に対応した第１の反射型液晶表示素子および青色に対応した青用の反射型液晶表示素子と、前記第１および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記第１の反射型液晶表示素子および前記青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板を有し、黒表示時において、前記青色の漏れ光が前記第１の色の漏れ光よりも多くなるように、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、前記第１の色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれと異ならせることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての投射型画像表示装置は、有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、緑色、赤色および青色の光にそれぞれ対応した緑用の反射型液晶表示素子、赤用の反射型液晶表示素子および青用の反射型液晶表示素子と、前記緑、赤および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記緑用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、前記赤および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記緑用の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、前記第２の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板と、前記第２の偏光ビームスプリッタと前記赤用の反射型液晶表示素子との間に配置された第３の１／４波長板を有し、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、前記緑色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれ、および、前記赤色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第３の１／４波長板の回転軸の角度のずれよりも大きくすることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、反射型液晶表示素子を用いて高画質な投射型画像表示装置及びそれに使用される調整方法を提供することができる。

はじめに、本実施例について簡単に記載する。本実施例の投射型画像表示装置は、赤色、緑色、青色の各色の光をそれぞれ画像変調して反射する第１乃至第３の反射型液晶表示素子と、前記赤色、緑色、青色の各色の光路にそれぞれ設けられた第１乃至第３の１／４波長板とを有し、前記第１乃至３の反射型液晶表示素子からの光を投射する投射型画像表示装置であって、前記青色の光用の前記第３の１／４波長板は、前記青色の漏れ光が最小となる位置から青色の漏れ光が大きくなる方向にずれていることを特徴としている。

ここで、前記第３の１／４波長板の進相軸の方向は、前記青色の漏れ光が最小となる進相軸の方向に対して、１度以上、好ましくは２．５度以上ずれていることが望ましい。また、前記第３の１／４波長板の進相軸の方向の、前記青色の漏れ光が最小となる進相軸の方向に対する角度が、５度以下であることが望ましい。

ここで、前記青色の光用の前記第３の１／４波長板の進相軸及び／又は遅相軸は、前記赤色（緑色でも可）の光用の前記第１の１／４波長板の回転角とは異なる回転角（１度以上、好ましくは２度以上ずれている）を有することが望ましい。

前記第１、２の１／４波長板の進相軸及び／又は遅相軸の方向と、赤色、緑色の漏れ光が最小となる進相軸及び／又は遅相軸の方向とがなす角度は、１度以内（好ましくは０．５度以内）であると尚良い。

前記第１、２、３の１／４波長板の進相軸の方向と、赤色、緑色、青色の漏れ光が最小となる進相軸の方向とがなす角度を各々第１、２、３進相軸角度とするとき、前記第３進相軸角度は、前記第１、２進相軸角度よりも大きくなるように構成すると良い。

漏れ光は、ここでは、液晶表示素子の有効領域外からの反射光のうち投射光学系に導かれる光のこととし、漏れ光率とは、液晶表示素子の有効領域外に入射光の光量に対する、液晶表示素子の有効領域外からの反射光のうち投射光学系に導かれる光の光量の割合を表すものとすることが望ましい。勿論、液晶表示素子の有効領域内の漏れ光も考慮しても構わない。

有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて選択的に位相差を与え（選択的に０度や９０度等の位相差を与える）、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号に無関係に所定の位相差（勿論与える位相差は０であっても構わないが、好ましくは１度以上１０度以下）を与える、赤、緑、青用の第１乃至第３の反射型液晶表示素子と、光源からの光を赤色光、緑色光、青色光とに色分離し、前記赤、緑、青用の反射型液晶表示素子を照明する照明光学系と、前記赤、緑、青用の反射型液晶表示素子からの光の光路を合成して投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置であって、前記第１乃至３反射型液晶表示素子の前記有効領域外の領域に入射する光に対する、前記第１乃至３反射型液晶表示素子の前記有効領域外の領域で反射され前記投射光学系により投射される光の割合を第１乃至３漏れ光率とするとき、前記第３漏れ光率が、前記第１、２漏れ光率よりも高くなるように構成している。

有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて選択的に位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号に無関係に所定の位相差（勿論与える位相差は０であっても構わないが、好ましくは１度以上１０度以下）を与える、赤、緑、青用の第１乃至第３の反射型液晶表示素子と、光源からの光を赤色光、緑色光、青色光とに色分離し、前記赤、緑、青用の反射型液晶表示素子を照明する照明光学系と、前記赤、緑、青用の反射型液晶表示素子からの光の光路を合成して投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置であって、前記投射光学系により画像が投射される面において、前記有効領域外の領域に対応する領域の色度が色度ｘｙ座標系上において、ｘ方向が０．３以下（好ましくは０．２５以下）となるように構成する。

以下、図１を参照して、本発明の一実施例の投射型画像表示装置としての液晶プロジェクタ１００について説明する。ここで、図１は、液晶プロジェクタ１００の概略ブロック図である。液晶プロジェクタ１００は、図１に示すように、偏光光源部１０２と、ダイクロイックミラー１０４と、光生成部１１０と、光生成部１３０と、光合成プリズム１５０と、投射光学系１６０とを有する。

偏光光源部１０２は、所定の偏光状態の照明光をダイクロイックミラー１０４に導光する機能を有している。この偏光光源部は、連続スペクトルで白色光を発光する光源から発しリフレクターで反射された光を、色分離面（後段のダイクロイックミラー１０４や、偏光ビームスプリッター１２０等により色ごとに光路が分離される際、分離された後の複数の光路を含む平面のことであり、図１における紙面を含む平面）においては、アフォーカル系を用いて光束を圧縮し、色分離面に対して垂直で光軸（リフレクターの光軸及び／又は後段の各反射型液晶表示素子の有効部の中心に垂直に入射する光線）を含む所定平面内においては、この所定平面に沿って配列され、この所定平面内に屈折力を有する複数のレンズ（好ましくはシリンドリカルレンズ）を有する第１インテグレータと、その複数のレンズに対応し、この所定平面内に屈折力を有する複数のレンズを有する第２インテグレータとを有する。ここで、光源からの無偏光光を偏光光に変換する偏光変換素子は、前述の第１、２インテグレータにおける複数のレンズの配列方向に沿って、複数の偏光変換素子をアレイ状に配列した偏光変換素子アレイとしている。勿論、特許文献４に記載されているように、光源側から投射光学系１６０に向かって光路に沿って、発光部とその発光部から発した光を反射するリフレクターを含むランプと、矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズと、第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２のフライアイレンズと、無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子（好ましくはアレイ状の偏光変換素子とするのが良い）と、コンデンサーレンズで、折り曲げミラーと、フィールドレンズとを有する。

ダイクロイックミラー１０４は、可視光の特定波長域のみを反射し、他は透過する色分解用ミラーであり、本実施例では、赤色（Ｒ）（波長約５９０〜６５０ｎｍ）及び青色（Ｂ）（波長約４３０〜４９５ｎｍ）の波長領域の光を反射し、緑色（Ｇ）の波長領域の光を透過する。このように、本実施例では、比視感度（人間の目が感知しやすい度合い）が大きな緑色とそれより低い赤色及び青色の光路を分離している。

光生成部１１０は、所定の偏光状態のＲＢ光を光合成プリズム１５０に導光し、色選択性位相差板１１２ａ及び１１２ｂと、反射型液晶表示素子１１４ａ及び１１４ｂと、１／４波長板１１６ａ及び１１６ｂと、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１２０とを有する。

色選択性位相差板１１２ａは、Ｂ光の偏光方向を９０度変換し、Ｒ光の偏光方向は変換せず、色選択性位相差板１１２ｂはＲ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない。反射型液晶表示素子１１４ａは、入射するＲ光を画像変調してＲ用画像を反射する。反射型液晶表示素子１１４ｂは、入射するＢ光を画像変調してＢ用画像を反射する。１／４波長板１１６ａ及び１１６ｂは、直線偏光を楕円偏光（円偏光も含む）に、楕円偏光（円偏光も含む）を直線偏光に変化させ、１／４波長板１１６ａはＲ光用に設けられ、１／４波長板１１６ｂはＢ光用に設けられる。

１／４波長板１１６ａは、Ｒの漏れ光が最小になるように光軸（光源から液晶表示素子に至るまでの光路における光軸）回りの角度が調整されており（最小となる位置から０度以上１度以内、好ましくは０．５度以内の範囲内に収まっている）、１／４波長板１１６ｂはＢの漏れ光が最小になる位置よりも漏れ光が大きくなるように、光軸回りの角度が調整されている(又はずれている)（漏れ光が最小となる位置から１度以上１０度以下、好ましくは２度以上ずれている）。図２に、１／４波長板の回転角（光軸回りの回転角、もしくは色分離平面の法線に対する角度という意味での回転角）と漏れ光量の関係を示す。ここで、横軸は１／４位相板の回転角度であり、縦軸は漏れ光率を示す。ここで、漏れ光率とは、漏れ光が発生しない状態、すなわち黒を表示するように液晶表示素子を制御した場合に、理想的な黒が表示される（光が投射されない、漏れ光が０の）場合は漏れ比率が０であり、黒を表示するように液晶表示素子を制御した場合に、すべての光が投射される場合（すべての光が漏れてしまう場合）が漏れ比率１である。同図に示すように、１／４波長板の回転角を調節することによって漏れ光量を調節することができる。黒色調整後の１／４波長板１１６ａの回転角は、例えば、約１度である。このため、１／４波長板１１６ｂは、これよりも大きな漏れ光量を有するように、その回転角は、例えば、図３（縦軸、横軸に関しては図２と同じ）に示す矢印方向に１度から数度増加される。この結果、１／４波長板１１６ｂの進相軸は、１／４波長板１１６ａの進相軸及び後述する１／４波長板１３４の進相軸のそれぞれ回転角とは異なる回転角を有する。若しくは、１／４波長板１１６ｂの遅相軸は、１／４波長板１１６ａの遅相軸及び１／４波長板１３４の遅相軸のそれぞれ回転角とは異なる回転角を有する。

以下、１／４波長板１１６ｂの調整方法を図４を参照して説明する。

まず、液晶を黒表示状態にする（ステップ１）。次に、後述する１／４波長板１３４のＧの漏れ光量を最小に合わせる（ステップ２）。次に、１／４波長板１１６ａのＲの漏れ光量を最小に合わせる（ステップ３）。次に、１／４波長板１１６ｂのＢの漏れ光量を最小に合わせる（ステップ４）。なお、ステップ２乃至４の先後は問わない。液晶プロジェクタ１００における、漏れ光量の図５に示す色度座標上でのばらつきは、例えば、５／１０００以下である。

次に、１／４波長板１１６ｂを所定量だけ回転してＢの漏れ光を所定量増加する（ステップ５）。この時の１／４波長板１１６ｂの回転角は、周辺部１４におけるＢの漏れ光量を検出することによって決定してもよい。代替的に、本実施例は、周辺部１４の任煮の点の色座標をモニターし、例えば、色度座標のＸ値を所定の数値にすることで調整するとより敏感に調整が可能となる。具体的には、本実施例は、青色の色度が図５に示すｘｙ色度座標系上で少なくとも１／１００以上、好ましくは、５／１００以上−ｘ軸方向に（即ち、青に近づく方向に）ずれるように、青色光の漏れ光量を増やす。例えば、Ｘ値が０．２８〜０．３０の色度を０．２７〜０．２９にするなどである。このようにｘｙ色度座標系上で１／１００以上−ｘ方向に移動させることにより、マゼンダがかった黒を青っぽい黒とすることができ、周辺部の黒と（調整された）有効部の黒との間の違和感を十分減少させる（人間が両者の黒色の差を認知しづらい方向に十分変化させる）ことができる。

最後に、反射型液晶表示素子１１４ａ及び１１４ｂ及び１３２の黒レベルを電気的に調整する（ステップ６）。黒色調整（ステップ６）後の有効部１２と周辺部１４の青色の漏れ光の様子を図６に示す。ここで、横軸は１／４位相板の回転角度であり、縦軸は漏れ光率を示す。同図に示すように、周辺部１４は有効部１２よりも青が強くなる。言い換えると、本実施例においては、周辺部に対応する領域（スクリーン等の画像が投射される面上において）における青色波長領域の光の漏れ光量が、有効部に対応する領域における青色波長領域の光の漏れ光量よりも多くなるように、青色波長領域の光用の反射型液晶表示素子と偏光ビームスプリッタ−との間に配置された１／４波長板の進相軸（遅相軸）の向きを調整するようにした。さらに言い換えると、黒表示時の赤色光の漏れ光率（赤色液晶表示素子に入射した入射光の光量のうち、投射される光の光量の割合）や、黒表示時の緑色光の漏れ光率よりも、黒表示時の青色光の漏れ光率の方が高い。

ＰＢＳ１２０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。ＰＢＳ１２０は、ＲＢの照明光が透過する端面１２１、反射型液晶表示素子１１４ｂに対してＢ光が透過する端面１２２、反射型液晶表示素子１１４ａに対してＲ光が透過する端面１２３、ＲＢの投射光が透過する端面１２４を有する。各端面（光通過面）１２１乃至１２４には、赤色波長領域及び青色波長領域のそれぞれの領域に反射率の極小値があるような分光反射特性を有する反射防止膜１２５が形成されている。

光生成部１３０は、所定の偏光状態のＧ光を光合成プリズム１５０に導光し、反射型液晶表示素子１３２と、１／４波長板１３４と、ＰＢＳ１４０とを有する。

反射型液晶表示素子１３２は、入射光を画像変調してＧ用画像を反射する。１／４波長板１３４は、直線偏光を楕円偏光（円偏光も含む）に、楕円偏光（円偏光も含む）を直線偏光に変化させ、Ｇ光用に設けられる。１／４波長板１３４は、緑色波長領域内の漏れ光が最小（またはその近傍）になるように調整されている。

ＰＢＳ１４０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。ＰＢＳ１４０は、Ｇの照明光が透過する端面１４１、反射型液晶表示素子１３２に対してＧ光が透過する端面１４２、Ｇの投射光が透過する端面１４３を有する。各端面（光通過面）１４１乃至１４３には、Ｇの色（波長領域）に極小値がある分光反射特性を有する反射防止膜１４５が形成されている。

ＰＢＳは偏光分離膜に入射する角度が小さいほど偏光分離性能が高くなるので、波長５８７．６ｎｍの光に対して屈折率が高い１．６以上の硝材でＰＢＳ１２０及び１４０を製作するのが望ましい。特に、低光弾性（0.03×e-6 N/mm2以下であることが望ましい）も備え、波長５８７．６ｎｍの光に対して１．８以上（好ましくは４２０〜７００ｎｍのすべての光に対して屈折率が１．８３以上）の屈折率の硝材ではこのような構成が特に有効である。さらに、４２０〜７００ｎｍの２５ｍｍ厚の硝材に対する内部透過率が、９０％以上、好ましくは９２.５％以上であることが望ましい。

色合成プリズム（光合成プリズム）１５０は、２つ色光を一つの光路に合成するＰＢＳである。色合成プリズム１５０のＲＢの光の入射面には反射防止膜１２５が形成され、色合成プリズム１５０のＧ光の入射面には反射防止膜１２５が形成されている。光源部１０２から投射光学系１６０に至る光束は反射型液晶表示素子１１４ａ、１１４ｂ及び１３２において一番細くなるので、反射型液晶表示素子の近傍に配置したＰＢＳ１２０、１４０を色合成プリズム１５０よりも小さく構成している。

投射光学系（投射レンズ）１６０は、図示しないスクリーンにカラー画像を投射する。投射光学系１６０のＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズの光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。

以下、液晶プロジェクタ１００の動作について説明する。

所定の方向に偏光状態が揃えられた白色光を放射する偏光光源１０２からの光はダイクロイックミラー１０４でＢとＲの光は反射し、Ｇの光は透過する。

ダイクロイックミラー１０４を反射したＲとＢの光は、色選択性位相差板１１２ａに入射し、これにより、Ｂ光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光としてＰＢＳ１２０に入射する。ＰＢＳ１２０においてＲ光は偏光分離面を反射して反射型液晶表示素子１１４ａに至り、Ｂ光は偏光分離面を透過して反射型液晶表示素子１１４ｂに至る。この結果、２つの色光（ＲＢ）に分離される。

反射型液晶表示素子１１４ａは、Ｒ光を画像変調して反射する。反射された後のＲ光のＳ偏光成分は再び偏光分離面で反射され、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｒ光の反射光のＰ偏光成分はＰＢＳ１２０の偏光分離面を透過、検光され、投射光となる。

反射型液晶表示素子１１４ｂは、Ｂ光を画像変調して反射する。反射されたＢ光のＰ偏光成分は再び偏光分離面で透過され、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｂの反射光のＳ偏光成分はＰＢＳ１２０の偏光分離面を反射、検光され、投射光となる。

合成されたＲとＢの投射光は色選択性位相差板１１２ｂに入射する。色選択性位相差板１１２ｂはＲの偏光方向のみを９０度回転し、Ｒ、ＢともにＳ偏光としたのち、色合成プリズム１５０に入射し、偏光分離面で反射することでＧの投射光と合成される。

Ｇの光路において、ダイクロイックミラー１０４を透過したＧ光はＰＢＳ１４０にＳ偏光として入射し、ＰＢＳ１４０の偏光分離面で反射され、反射型液晶表示素子１３２に至る。反射型液晶表示素子１３２は、Ｇ光を画像変調して反射する。反射されたＧ光のＳ偏光成分は再び偏光分離面で反射され、光源側に戻され投射光から除去される。一方、Ｇの反射光のＰ偏光成分はＰＢＳ１４０の偏光分離面を透過、検光され、投射光となる。

このとき黒を表示した状態において１／４波長板１３４の遅相軸（又は進相軸）を所定の方向に調整し、ＰＢＳ１４０と反射型液晶表示素子１３２で発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えている。

ＰＢＳ１４０を透過した光は、色合成プリズム１５０に対してはＰ偏光として入射し、不要な成分は除去され、投射光学系１６０へと至る。ＰＢＳ１２０を射出するＲＢの光とＰＢＳ１４０を射出するＧ光は色合成プリズム１５０で合成されて投射光学系１６０へと至り、スクリーンなどに投影される。反射防止膜１２５及び１４５により、スクリーンには高画質（高コントラスト）の画像が投射される。

この結果、ＢとＧとＲの投射光は一つの光束に合成されて投射光学系１６０により投射される。このような投射型画像表示装置において投射された画像の黒色を調整する際、各液晶表示素子の有効部（実際に画像を形成する領域のことであり、この領域は電気的に液晶を制御して、入射光を選択的に変調可能な領域である）内に関しては、電気的に黒色の調整を行えるが、有効部の外側の領域（画像を形成しない領域）に関しては電気的に黒色の調整を行うことはできない。

そこで、各色の光路上に配置された１／４波長板１１６ａ、１１６ｂ及び１３４の遅相軸（又は進相軸）の、光軸回りの角度を調整することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの光により形成される（すべての色がほとんど投射されないことにより黒が表示される）黒色の調整を行う。具体的には、黒表示状態（各液晶表示素子が黒表示という指令を受けている状態、すなわち各液晶表示素子が光を投射しないように制御されている状態）において、若干漏れてしまう光により、有効部の外側に対応する領域が、赤がかった黒色になったり、緑がかった黒色になったりするのを防ぐために、青色光を故意に漏らすような調整を行っている。すなわち、黒表示時の赤色光の漏れ光率よりも青色光の漏れ光率の方が高くなるように、及び／又は黒表示時の緑色光の漏れ光率よりも青色光の漏れ光率の方が高くなるように調整している。具体的には、赤、緑色光路上の１/４波長板１１６ａ、１３４の進相軸（又は遅相軸）の向きは、それぞれ赤と緑の光の黒表示時の漏れ光が最小になる向きになるように（ずれているとしても１度以内、好ましくは０.５度以内）調整し、青色光路上の１／４波長板１１６ｂの進相軸（又は遅相軸）の向きは、青色光の黒表示時の漏れ光が最小になる向きに対して、所定角度（１度以上１０度以下、好ましくは２．５度以上）光軸を中心に回転させることによりずらしている。

詳細には、前述の色分離面の法線と、赤、緑色光路内に配置された１/４波長板１１６ａ、１３４の遅相軸（又は進相軸）とがなす角度（０度より大きく４度より小さい、より好ましくは２度より小さい）が、同じく色分離面の法線と、青色光路内に配置された１/４波長板１１６ｂの遅相軸（又は進相軸）とがなす角度（０度より大きく１０度より小さい、より好ましくは２度より大きい及び／又は５度より小さい）よりも小さくなるように、各々の１／４波長板を配置するようにしている。

本発明者の研究によれば、周辺部１４がマゼンタがかった黒色よりもより青みが強い黒色の方が、人間の目にとって黒色調整された有効部１２との違和感が少なくなり、画面１０全体の画質の向上に資することになる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、青色用の液晶表示素子の有効部（画像を形成する部分）の周辺の領域において、赤、緑色用の液晶表示素子の周辺領域が入射光に与える位相差とは異なる位相差を与えるような構成とすれば、青色用の１／４波長板の遅相軸（又は進相軸）の色分離面の法線に対する角度が、赤、緑色用の１／４波長板の遅相軸（又は進相軸）の色分離面の法線に対する角度と同じであったとしても、青色光に関しては、赤、緑色光とは異なる（赤、緑色光よりも大きな）漏れ光率とすることができる。できれば、青色用の液晶表示素子の有効部（画像を形成する部分）の周辺の領域において、赤、緑色用の液晶表示素子の周辺領域が入射光に与える位相差よりも大きな位相差を与えてやる（具体的には３度以上、好ましくは５度以上）ことにより、青色光を多く漏らすことができるようになるため、本発明と同等の効果をもたらすことが可能となる。ここでの意図は、青色用の液晶表示素子において、黒表示時に有効部が入射光に与える位相差と周辺領域部が入射光に与える位相差との差が、赤、緑色用の液晶表示素子において、黒表示時に有効部が入射光に与える位相差と周辺領域部が入射光に与える位相差との差よりも大きくなることである。その差は１度以上１０度以下であることが望ましく、好ましくは３度以上であることが望ましい。

また、例えば、本実施例では、色合成プリズム１５０は、ＲＢ光の反射光とＧ光の透過光を投射光学系１６０に導光しているが、ＲＢ光の透過光とＧ光の反射光を投射光学系１６０に導光してもよい。また、Ｂを単独光路にしてＲＧを共通光路にする構成でもいいし、クロスプリズムを用いた方式であってもよい。

また、本実施例においては、赤色波長領域、緑色波長領域、青色波長領域それぞれに対応する反射型液晶表示素子を有する投射型画像表示装置を例示したが、赤、緑、青ではなく、異なる色分離を行っても良い。例えば光源からの略白色光を４つの色光（４つの互いに波長領域が異なる光）に分解し、その中の最も波長が短い色光の光路に配置された１／４波長板の進相軸又は遅相軸が、本実施例における青色光の光路上に配置された１／４波長板と同様に、漏れ光率が最小となる方向からずれた方向（１度以上、好ましくは２．５度以上角度がずれていると好ましい）に向くように配置しても良い。ここで、好ましくは、（黒表示時の）漏れ光率（漏れ光発生率、黒表示時に液晶表示素子に入射する光のうち投射されてしまう光の発生率）が他の色光の漏れ光率よりも高くなるようにすると尚好ましい。

本発明の一実施例の投射型画像表示装置の概略ブロック図である。図１に示す投射型画像表示装置の反射型液晶表示素子の回転角と漏れ光量との関係を示すグラフである。図１に示す投射型画像表示装置の青用の光の反射型液晶表示素子の回転角と漏れ光量との関係を示すグラフである。図１に示す投射型画像表示装置の青色用の光に使用される１／４波長板の調整方法を説明するためのフローチャートである。図１に示す投射型画像表示装置の調整に使用する色度座標である。図４に示す調整後の画面の有効部と周辺部における青色の漏れ光を示すグラフである。反射型液晶表示素子を利用する投射型画像表示装置のスクリーン画面を示す平面図である。

符号の説明

１００液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）
１１４ａ、１１４ｂ、１３２反射型液晶表示素子
１１６ａ、１１６ｂ、１３４１／４波長板（１／４位相板）

Claims

有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、第１の色に対応した第１の反射型液晶表示素子および青色に対応した青用の反射型液晶表示素子と、
前記第１および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記第１の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、
前記青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系へ導く第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記第２の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板を有し、
黒表示時において、前記青色の漏れ光が前記第１の色の漏れ光よりも多くなるように、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、前記第１の色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれと異ならせることを特徴とする投射型画像表示装置。
有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、第１の色に対応した第１の反射型液晶表示素子および青色に対応した青用の反射型液晶表示素子と、
前記第１および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記第１の反射型液晶表示素子および前記青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板を有し、
黒表示時において、前記青色の漏れ光が前記第１の色の漏れ光よりも多くなるように、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、前記第１の色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれと異ならせることを特徴とする投射型画像表示装置。
有効領域内の画素に入射する光に対して入力された画像信号に基づいて位相差を与え、前記有効領域外の領域に入射する光に対して前記画像信号とは無関係に所定の位相差を与える、緑色、赤色および青色の光にそれぞれ対応した緑用の反射型液晶表示素子、赤用の反射型液晶表示素子および青用の反射型液晶表示素子と、
前記緑、赤および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記緑用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第１の偏光ビームスプリッタと、
前記赤および青用の反射型液晶表示素子により反射された光を検光するとともに、前記投射光学系に導く第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記緑用の反射型液晶表示素子との間に配置された第１の１／４波長板と、
前記第２の偏光ビームスプリッタと前記青用の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の１／４波長板と、
前記第２の偏光ビームスプリッタと前記赤用の反射型液晶表示素子との間に配置された第３の１／４波長板を有し、
前記青色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第２の１／４波長板の回転軸の角度のずれを、
前記緑色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第１の１／４波長板の回転軸の角度のずれ、および、前記赤色の漏れ光が最小となる回転軸に対する前記第３の１／４波長板の回転軸の角度のずれよりも大きくすることを特徴とする投射型画像表示装置。
前記第２の１／４波長板の回転軸の方向は、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸の方向に対して、１度以上ずれていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の投射型画像表示装置。
前記第２の１／４波長板の回転軸の方向は、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸の方向に対して、２．５度以上ずれていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
前記第２の１／４波長板の回転軸の方向の、前記青色の漏れ光が最小となる回転軸の方向に対する角度が、５度以下であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の投射型画像表示装置。
前記第１の１／４波長板の回転軸の方向の、前記第１の色の漏れ光が最小となる回転軸に対する角度が、１度以内であることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
前記被投射面において、前記有効領域外の領域に対応する領域の色度が色度ｘｙ座標系上において、ｘ方向が０．３以下であることを特徴とする請求項３乃至７に記載の投射型画像表示装置。
前記被投射面において、前記有効領域外の領域に対応する領域の色度が色度ｘｙ座標系上において、ｘ方向が０．２５以下であることを特徴とする請求項３乃至８に記載の投射型画像表示装置。
前記赤色の光を含む光路に配置され、可視光の波長領域において所定の波長領域の光の偏光方向を９０度変換すると共にその他の波長の光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板を有することを特徴とする請求項３に記載の投射型画像表示装置。
請求項１または２に記載の投射型画像表示装置における前記第１および第２の１／４波長板の調整方法であって、
前記第１および第２の１／４波長板を前記第１の色と前記青色の漏れ光が最小となるように調整する第１の調整ステップと、
前記第２の１／４波長板を、前記青色の漏れ光が最小となる位置から漏れ光が多くなる方向に調整する第２の調整ステップとを有することを特徴とする調整方法。
前記回転軸とは、進相軸あるいは遅相軸であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の投射型画像表示装置。