KR100707557B1

KR100707557B1 - 액정 프로젝터 장치

Info

Publication number: KR100707557B1
Application number: KR1020000042961A
Authority: KR
Inventors: 시로치요시키; 니토게이이치; 스즈키요시오
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2007-04-13
Also published as: EP1077387A3; EP1077387B1; KR20010030006A; JP2001042314A; EP1077387A2; JP4367585B2; US6556266B1; DE60039949D1

Abstract

본 발명은 고 휘도로 콘트라스트에 뛰어난 화상을 형성하기 위한 것으로서, 그 해결수단으로서는, 액정 패널(32)의 입사측에 배치되고, 제 1 편광을 투과하는 편광판(30)과, 액정 패널(32)의 출사측에 배치되어 광 변조된 제 2 편광을 투과하여 투사렌즈에 출력하는 편광판(33)과, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 편광판(30)의 편광축과 직교함과 함께, 상기 지상축 또는 진상축이 형성되어 있는 평면 내에서, 편광판(30)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서 소정 각도로 경사지게 배치되어 있는 위상차 필름을 구비한다.

액정 패널, 편광판, 램프, 발광부, 액정 프로젝터 장치

Description

액정 프로젝터 장치{Liquid crystal projector apparatus}

도 1은 본 발명의 실시예인 투과형 액정 패널을 구비한 액정 프로젝터 장치의 구성예를 설명하는 블록도.

도 2는 액정 패널에 입사하는 광선의 방향을 설명하는 도면.

도 3은 도 2에 도시되어 있는 액정 패널에 대하여 소정의 방향으로부터 입사한 광의 시야각 특성을 등고선에 의해 도시하는 도면.

도 4는 액정 패널의 배향막에 있어서의 액정분자의 프리 틸트각을 설명하는 도면.

도 5는 본 실시예 액정 패널부의 구성예를 설명하는 도면.

도 6은 본 실시예 액정 패널부의 다른 구성예를 설명하는 도면.

도 7은 액정 패널부에서의 위상차 필름의 배치 위치를 설명하는 도면.

도 8은 광선의 입사방향에 대응한 위상차 필름의 지상축의 편위를 평면으로 설명하는 도면.

도 9는 광선의 입사방향에 대응한 위상차 필름의 지상축의 편위를 입체적으로 설명하는 도면.

도 10은 광선의 입사각과 위상차 필름의 경사(α)와 편파 전계성분(Ecosγ)의 관계를 설명하는 도면.

도 11은 위상차 필름의 지상축 방향의 굴절율과 타원체의 관계를 설명하는 도면.

도 12는 위상차 필름의 지상축의 경사각에 따라서 시야각 확대 필름에 대응시키는 예를 설명하는 도면.

도 13은 위상차 필름의 변형예를 설명하는 도면.

도 14는 위상차 필름의 변형예를 설명하는 도면.

도 15는 위상차 필름의 변형예를 설명하는 도면.

도 16은 각도 조정기구의 구성예를 설명하는 도면.

도 17은 λ/4 위상차 필름을 사용한 경우의 흑 레벨의 투과율을 y축방향을 중심으로한 입사각 의존성을 도시하는 도면.

도 18은 λ/4 위상차 필름을 사용한 경우의 중간 레벨의 투과율을 y축방향을 중심으로한 입사각 의존성을 도시하는 도면.

도 19는 λ/4 위상차 필름을 사용한 경우의 흑 레벨의 투과율을 x축방향을 중심으로한 입사각 의존성을 도시하는 도면.

도 20은 λ/4 위상차 필름을 사용한 경우의 중간 레벨의 투과율을 x축방향을 중심으로한 입사각 의존성을 도시하는 도면.

도 21은 광선의 입사각도가 작은 경우의 램프 강도 분포와 흑 레벨의 개선도를 도시하는 도면.

도 22는 도 21에 도시하는 경사각(α)에 대응한 개선비와 콘트라스트를 수치로 나타낸 도면

도 23은 광선의 입사각도가 큰 경우의 램프 강도 분포와 흑 레벨의 개선도를 도시하는 도면.

도 24는 도 23에 도시하는 경사각(α)에 대응한 개선비와 콘트라스트 및 흑 레벨 강도를 수치로 나타내는 도면.

도 25는 λ/8 위상차 필름을 사용한 경우의 램프 강도 분포와 흑 레벨의 흑 레벨 개선도를 도시하는 도면.

도 26은 도 25에 도시하는 경사각(α)에 대응한 개선비와 콘트라스트를 수치로 나타내는 도면.

도 27은 본 발명의 다른 실시예의 반사형 액정 패널을 구비한 액정 프로젝터 장치의 구성예를 설명하는 블록도.

도 28은 액정 패널에 있어서 램프로부터의 광을 변조하는 개요를 설명하는 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 액정 프로젝터 장치 2, 70 : 램프

2a : 리플렉터 2b : 발광부

3, 4 : 멀티렌즈 어레이 5 : 편광 변환 블록

6 : 평 볼록 렌즈 7, 11, 75, 76 : 다이크로익 미러

8, 15, 17 : 미러 9, 12, 18 : 볼록 평 렌즈

10, 13, 19 : 액정 패널부 14, 16 : 릴레이 렌즈

20 : 크로스 프리즘 21a, 21b : 간섭 필터

22, 81 : 투사렌즈 30, 33, 40, 43, 72, 80 : 편광판

31, 41, 77(a, b, c), 79 : 위상차 필름

32, 42, 78(a, b, b) : 액정 패널

32a, 32b, 42a : 배향막 35, 45 : 시야각 확대 필름

Dp : 지상축(遲相軸) Fp : 진상축(進相軸)

60 : 각 조정기구 61 : 고정 링

62 : 회전 링 63 : 축

64 : 홈 85 : 스크린

71 : 콜드 미러 73 : 편광분리부

74 : 편광 빔 스플리터

본 발명은, 액정 패널의 시야각을 넓혀 화면 얼룩, 콘트라스트의 개선을 도모한 액정 프로젝터 장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

광원으로부터 출력된 광을, 예를 들면 투과형 액정 패널에 의해 광 변조시켜 화상광을 형성하고 이 화상광을 스크린 등에 투사하는 액정 프로젝터 장치가 알려져 있다.

예를 들면, RGB 각 색광에 대응한 액정 패널에 의해 광 변조를 행하고 이 광 변조에 의해 형성된 각 색의 화상광을 합성함으로써 컬러화상을 형성하는 3판(板)식 액정 프로젝터 장치로는 양질의 컬러화상을 출력할 수 있다.

그런데, 이러한 액정 프로젝터 장치에 있어서, 콘트라스트의 향상을 도모하는 경우, 프로젝터 장치 등과 같이 소정의 방향으로 설치되어 있는 스크린에 투사되는 화상을 모니터하는 기기로서는, 액정 패널의 시야각 개선을 행할 필요가 없는 것으로 되어 있었다. 따라서, 액정 패널에 있어서 입사 중심위치에서 차광시에 있어서의 광의 투과율을 작게 함으로써 콘트라스트의 향상을 도모하고 있었다.

또한, 예를 들면 노트북형의 퍼스널 컴퓨터장치 등은, 복수의 사용자가 어느정도의 각도를 갖는 위치로부터 동일 화면을 모니터링(직시)하는 것이 상정되기 때문에 시야각 의존성을 고려한 구성을 채용하고 있다.

또한, 액정 프로젝터 장치를 구성하는 경우, 화면 전체에 동일 레벨인 신호를 장치에 입력했을 때에, 스크린에서의 화면 휘도 분포가 일정한 것이 요청된다. 이와 같이 스크린상의 휘도가 균일한 것을 화면 유니포미티(uniformity)가 높다고 하며, 고품질인 화질을 달성하는데 있어서, 중요한 항목의 하나로 되어있다.

화면 얼룩의 원인으로서는, 예를 들면 광원의 발광부분의 휘도 얼룩 등으로 이루어진다. 이러한 휘도 얼룩은, 스크린상에 그대로 비추어지게 되어, 높은 화면 유니포미티를 얻을 수 없다.

그래서, 이러한 휘도 얼룩을 보정하기 위해, 광원과 액정 패널 사이에 소요의 광학소자를 배치하여, 액정 패널의 입사면을 균등하게 조명하는 것이 행하여지고 있다. 따라서, 액정 패널 자체의 시야각 의존성은 고려되어 있지 않았다.

또한, 예를 들면 광원으로부터 출력되는 광선을 더욱 많이 화상에 기여하게 하는 것을 목적으로 하여 광축에 대하여 비교적 큰 각도로 방사된 주변광을 이용한 경우엔, 액정 패널에 있어서의 차광 성능이 열화되어, 흑색 표시 부분이 약간 밝게 표시되는, 소위 흑부(黑浮) 현상이 일어난다. 이때문에 휘도가 높은 화상에 있어서는 동일한 콘트라스트에서도 흑 레벨이 부상되는 것이 눈에 띄어 흑색이 뚜렷하지 않은 화상이 형성되게 된다.

또한, 주변광을 이용하려고 한 경우엔, 특히 광 강도가 강한 청색용 액정 패널에 있어서의 콘트라스트의 열화가 커진다. 이러한 상태로, 화이트 밸런스(white balance)의 조정을 한 경우, 3개의 액정 패널 중에서 가장 콘트라스트가 나쁜 청색용 액정 패널을 기준으로 하여, RGB 3색의 콘트라스트가 결정되어 진다는 문제가 있다.

이 때문에, 넓은 시야각에 대응하여 광원으로부터의 광을 유효하게 이용하고 휘도가 향상된 상태로, 콘트라스트가 뛰어난 화상을 형성할 수 있는 액정 프로젝터 장치가 소망되고 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

이 때문에, 본 발명은 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광선을 소요 광로로 수속시키는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 광선을 광 변조하 는 액정 패널과, 상기 액정 패널에 의해 변조된 광선을 확대 투영하는 투사렌즈를 구비한 액정 프로젝터 장치에 있어서, 상기 액정 패널의 입사측에 배치되고, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 제 1 편광을 투과하는 제 1 편광판과, 상기 액정 패널의 출사측에 배치되고, 상기 액정 패널에 의해 변조된 제 2 편광을 투과하여 상기 투사렌즈에 출력하는 제 2 편광판과, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 상기 위상 보정수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있는 위상차 수단을 구비하여 액정 프로젝터 장치를 구성한다.

또한, 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광선을 소요 광로로 수속시키는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 광선을 광 변조하는 액정 패널과, 상기 액정 패널에 의해 변조된 광선을 확대 투영하는 투사렌즈를 구비한 액정 프로젝터 장치에 있어서, 상기 액정 패널의 입사측에 배치되고, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 제 1 편광을 투과하는 제 1 편광판과, 상기 액정 패널의 출사측에 배치되고, 상기 액정 패널에 의해 변조된 제 2 편광을 투과하여 상기 투사렌즈에 출력하는 제 2 편광판과, 소요의 축방향에 있어서의 지상축이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 광학 보상수단을 구비하여 액정 프로젝터 장치를 구성한다.

본 발명에서는, 액정 패널과 편광판 사이에, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 상기 지상축 또는 진상축 이 형성되어 있는 면 내에서, 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있는 위상차 수단을 배치하고 있으며, 또한, 액정 패널과 편광판 사이에, 소요의 축방위에 있어서의 지상축 또는 진상축이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 광학 보상수단을 구비하도록 하고 있다.

이에 의해, 액정 패널의 배향막 계면에서의 프리 틸트(pre-tilt)각에 대응한, 편광방향의 광선을 얻을 수 있으며, 액정 패널의 차광성을 향상하여 콘트라스트를 개선할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 아래의 순서로 설명한다.

1. 액정 프로젝터 장치의 구성

2. 액정 패널부의 구성

3. 경사각 설정

4. 경사각 조정기구

5. 투과율 시뮬레이션 결과

6. 다른 실시예

1. 액정 프로젝터 장치의 구성

도 1은 RGB 각 색마다 1장의 액정 패널을 이용하여 구성되는 3판식 액정 프 로젝터 장치(이하, 단지 액정 프로젝터 장치라 한다)의 광학계의 구성예를 설명하는 도면이다.

이 도면에 도시되어 있는 액정 프로젝터 장치(1)에 있어서, 램프(2)는 리플렉터(2a)의 초점위치에 발광부(2b)가 배치되어 있고, 램프(2)로부터 출사된 광은, 리플렉터(2a)의 광축에 거의 평행한 광으로 그 개구부로부터 전방으로 출사된다.

램프(2)의 후단에는, 후술하는 액정 패널부(10, 13, 19)를 구성하는 예를 들면 트위스트 네마틱 액정에 의해 형성되는 액정 패널의 피조사영역(화상 형성을 위한 광 변조를 하는 유효 개구에 상당한다)의 애스펙트비에 거의 같은 상사형을 한 외형을 갖고 있는 복수의 렌즈 셀이, 예를 들면 정방 배열되어 있는 멀티렌즈 어레이(3)와, 이 멀티렌즈 어레이(3)의 렌즈 셀에 대향하도록 복수의 렌즈 셀이 형성되어 있는 멀티렌즈 어레이(4)가 배치되어 있다. 이들 멀티렌즈 어레이(3, 4)로 집광된 광은, 편광 변환 블록(5)에 의해 소정의 편광방향의 광으로 편광된다. 즉, 램프(2)으로부터 출사된 무편광(P편광파 + S편광파)의 광은 편광 변환 블록(5)을 통과함으로써, 액정 패널부(10, 13, 19)에 대응한 소정의 편광방향(예를 들면 P편광파)의 광으로 변환된다. 또한, 편광 변환 블록(5)에 관한 설명은 생략한다.

편광 변환 블록(5)에 의해 예를 들면 P편광파로 변환된 광은, 편광 변환 블록(5)의 후단에 배치되어 있는 평 볼록 렌즈(6)에 입사한다. 이 평 볼록 렌즈(6)는, 편광 변환 블록(5)으로부터의 광을 집광하고, 효율 좋게 액정 패널을 조명할 수 있도록 되어 있다.

평 볼록 렌즈(6)로부터 출사된 광 즉 백색광은, 우선 적색광(R)을 투과하는 다이크로익 미러(7)에 입사하고, 여기서 적색광(R)이 투과하고 녹색광(G) 및 청색광(B)이 반사한다. 이 다이크로익 미러(7)를 투과한 적색광(R)은 미러(8)에 의해 진행방향을 예를 들면 90° 구부려 볼록 평 렌즈(9)를 통하여 액정 패널부(10)에 도입된다.

한편, 다이크로익 미러(7)에서 반사된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 청색광(B)을 투과하는 다이크로익 미러(11)에 의해 분리되게 된다. 즉, 녹색광(G)은 반사하여, 평 볼록 렌즈(12)를 통하여 액정 패널부(13)에 도입된다. 또한 청색광(B)은 다이크로익 미러(11)를 투과하여 직진하고, 릴레이 렌즈(14), 미러(15), 릴레이 렌즈(16), 미러(17), 볼록 평 렌즈(18)를 통하여 액정 패널부(19)에 도입된다.

액정 패널부(10, 13, 19)에서 광 변조된 각 색광은, 각각 크로스 프리즘(20)에 입사된다.

이 크로스 프리즘(20)은, 예를 들면 복수의 유리 프리즘을 접합하여 외형이 형성된다. 그리고 각 유리 프리즘의 접합면에는, 소정의 광학특성을 갖고 있는 간섭 필터(21a, 21b)가 형성되어 있다. 예를 들면 간섭 필터(21a)는 적색광(R)을 반사하고 녹색광(G)을 투과하도록 구성되고, 또한, 간섭 필터(21b)는 청색광(B)을 반사하고 녹색광(G)을 투과하도록 구성되어 있다.

따라서, 적색광(R)은 간섭 필터(21a)에서, 또한 청색광(B)은 간섭 필터(21b)에서 투사렌즈(22)의 방향으로 반사된다. 그리고 녹색광(G)은 간섭 필터(21a, 21b)를 투과함에 의해 투사렌즈(22)에 도달하고, 여기서 각 색광이 하나의 광축으로 합성되게 된다.

그런데, 액정 패널에 있어서 램프(2)로부터의 광을 변조하는 개요는, 예를 들면 도 28에 도시되어 있는 바와 같이 된다. 또한, 도 28에 있어서는 편의상 도 1과 동일 부분에도 다른 부호를 붙이고 있어, 액정 패널부(10O)는 액정 패널부(10, 13, 19)에 대응하고 있다. 그리고, 액정 패널부(10O)에서는, 입사측의 편광판(101), 액정 패널(102), 출사측의 편광판(103)이 구성된다.

액정 패널(102)의 화소에 입사한 모든 광선은 각 화소에 있어서 광 변조되고, 투사렌즈(104)에 의해 스크린(100)에 확대 투영된다. 즉, 예를 들면 액정 패널(102)에 흑 레벨을 표시시키는 구동신호(영상신호)가 공급되어 있는 상태에서, 스크린(100)상에 집광되는 광선(화상광)의 확대각도 분포범위 내의 입사각에 응한 액정 패널(102)의 차광성능이 나쁘면, 원래 투과되서는 안되는 광이 스크린(100)에 도달하게 된다. 따라서, 스크린(100)상에는 콘트라스트가 저하되어 소위 흑부가 생긴 화상이 형성되어 버린다.

2.액정 패널부의 구성

도 2는 액정 패널부(10, 13, 19)에 형성되는 액정 패널(32)을 도시하는 사시도이고, 도 3은, 도 2에 도시되어 있는 액정 패널에 대하여 소정의 방향에서 입사한 광의 시야각 특성을 등고선에 의해 도시하는 도면이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 시야각에 대응하여 콘트라스트가 최대로 되는 부분은 파선의 원으로 도시되어 있는 바와 같이, 대단히 좁은 범위로 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 도 3은, 도 2에 도시되어 있는 광선의 입사방향으로서, 파 선으로 도시되어 있는 바와 같이 z축을 회전축으로 하고 y축을 기점으로 하여 ψa 회전하고, z축으로부터 θa 기운 각도로 입사한 광선의 시야각 특성을 도시하고 있고, 일점쇄선으로 도시되어 있는 화살표의 방향에서 콘트라스트가 저하되어 있는 것을 알 수 있다.

도 3에 도시하는 바와 같은 시야각 특성이 발생하는 요인으로서는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 액정 패널을 구성하는 트위스트 네마틱 액정(이하, TN액정) 분자가 뒤틀리어 있는 것을 들수있다.

도 4에는 예를 들면 노멀리 화이트(normally white)로 되어 있는 액정 패널(32)의 액정분자의 배열을 도시하고 있고, 배향막(32a, 32b)에서 실선으로 도시되어 있는 화살표가 배향 처리방향으로 되어 있다. 이와 같이 구성되어 있는 액정 패널(32)에 대하여 소요의 구동전압을 인가하면, 도시한 상태로부터 액정분자가 일어서도록 되어 입사한 광선을 차단하도록 된다.

배향막(32a, 32b)의 계면에서는, 액정분자의 배열방향은 프리 틸트각 이라고 부르는 배향 처리방향에 대하여 소정의 각도를 갖고 있다. 이것은, 구동전압의 인가시에 액정분자의 구동방향을 이끌기 위해서, 배향 처리방향에 대하여 주어지는 초기 분자배열의 각도가 된다.

이러한 액정 패널에 대하여 구동전압을 인가하고, 액정분자를 일으킴에 의해 흑 레벨의 표시를 할 수 있게 된다. 그러나, 상기 프리 틸트각의 영향에 의해 시야각 차광 성능은 열화되어 흑부 현상이 발생하게 된다

이 때문에, 본 실시예에서는, 편광판과 액정 패널 사이에 위상차 수단으로서 의 예로서 위상차 필름, 또는 광학 보상수단이 되는 시야각 확대 필름을 배치하고, 프리 틸트각에 대응한 위상 보정을 행하여, 액정 패널의 차광성능을 향상하도록 하고 있다.

도 5의 a 와 b는 본 실시예의 액정 패널부(10)의 구성예를 설명하는 모식도로서, 배향막(32a)의 러빙 방향은 액정 패널(32)의 에지에 대하여 면 내에서 0°, 마찬가지로 배향막(32b)의 러빙 방향은 90°로 되어 있는 경우의 예를 도시하고 있다. 또한, 이 도면에는 액정 패널부(10)의 구성예로서 도시하고 있지만, 도 1에 도시한 액정 패널부(13, 19)에 관해서도 같은 구성을 채용한다. 또한, 액정 패널부(10)에는 지면 아래쪽에서부터 광선이 입사하도록 되어 있다.

도 5의 a는, 위상차 수단으로서 예를 들면 위상차 필름(31)을 배치한 예를 도시하는 도면이다.

입사측에 배치되는 제 1 편광판(30)은 예를 들면 x축방향으로 편광축을 갖고 있다. 편광판(30)을 통한 광선은 위상차 필름(31)에 도달한다. 이 위상차 필름(31)은 해당 위상차 필름(30)의 지상축 또는 진상축의 한쪽이 편광판(30)의 편광축과 직교함과 함께, 위상차 필름(30)이 형성되는 면 내에서, 편광판(30)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다. 액정 패널(32)은 도 4에 도시한 경우와 같이, 배향막(32a)의 배향 처리방향은 x축방향, 또한 배향막(32b)의 배향 처리방향은 y축방향으로 되어 있다. 그리고, 각 배향막(32a, 32b)에 도시되어 있는 바와 같이 소요의 프리 틸트각을 갖고 액정분자가 배열되어 있다. 따라서, 편광판(30)의 편광축과 액정분자의 배열은 프리 틸트각에 따른 각도차를 갖고 있다. 위상차 필름(31)은 이 각도차를 보정하여, 편광판(30)을 투과한 광선의 위상을, 프리 틸트각을 갖은 배향막(32a)의 액정분자의 배열에 대응시키도록 하고 있다. 또한, 위상차 필름(31)의 배치 각도에 관해서는 뒤에서 상세히 설명한다.

액정 패널(32)을 통함으로써 광 변조된 광선은, 출사측에 배치되는 제 2 편광판(33)을 통하여, 이 도면에는 도시하지 않은 크로스 프리즘(20)에 도달한다.

또한, 도 5의 b에 도시되어 있는 바와 같이, 위상차 필름(31)대신에 시야각 확대 필름(35)을 배치하여도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 시야각 확대 필름(35)은 위상차 필름(31)과 등가인 3축방향(x축, y축, z축)의 리타데이션 (위상 지연)을 갖도록, 소요의 축방향에 있어서의 지상축이 편광판(30)의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치할 수 있도록 구성하면 좋다.

도 5의 a 및 b에 있어서는, 예를 들면 배향막(32a)의 프리 틸트각에 대응하여 위상을 보정할 수 있게 된다.

또한, 위상차 필름(31)의 배치 각도는, 각 액정 패널부(10, 13,19)마다 설정할 수가 있고, 마찬가지로 시야각 확대 필름(35)도 각 액정 패널부(10, 13, 19)에 적응한 구성으로 할 수 있다.

또한, 도 6의 a 및 b는 다른 액정 패널부(10a)의 예로서, 예를 들면 배향막(42a, 42b) 모두 러빙 방향은 액정 패널(42)의 에지에 대하여 면 내에서 45°로 되어 있는 경우의 예를 도시하고 있다. 즉, 이에 대응하여 제 1 편광판(40), 제 2 편광판(43)의 편광축도 x축에 대하여 45°의 경사를 갖고 있다

도 6의 a에 도시되어 있는 위상차 필름(41)은, 도 5의 a에 도시한 위상차 필름(31)에 대하여 예를 들면 45° 회전한 상태로 도시되고, 예를 들면 지상축이 편광판(40)의 편광축과 직교하고, 진상축을 중심으로 하여 xy면에 대하여 경사된 상태로 배치되어 있다. 또한, 도 6의 b에 도시되어 있는 바와 같이, 시야각 확대 필름도 위상차 필름(41)의 배치 방향에 대응하여, 지상축 , 진상축이 형성된 구성으로 된다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 액정 패널부에서 편광판과 액정 패널 사이에, 예를 들면 위상차 필름 또는 시야각 확대 필름을 배치함으로써, 액정 패널의 배향막에 있어서의 액정분자의 프리 틸트각에 대응할 수가 있도록 되어 있다. 이에 의해, 액정 패널에 있어서의 차광성을 향상할 수가 있게 되고, 콘트라스트의 개선을 도모할 수 있다. 또한, 위상차 필름은 각 액정 패널마다 구비되기 때문에, RGB 각 색마다 콘트라스트의 개선을 도모할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 광 강도가 강한 청색용 액정 패널에 대하여도 양호한 콘트라스트를 설정하여, 그에따른 콘트라스트의 열화가 커져 그에 알맞은 콘트라스트를 얻을 수 있게 된다. 이것에 의해, RGB 3색의 각각의 콘트라스트를 설정한 뒤 화이트 밸런스의 조정을 행할 수 있게 된다.

또한, 도 5 및 도 6에서는 예를 들면 입사측의 배향막(32a) 계면의 프리 틸트각에 대응한 위상차 필름(31)만을 배치한 예를 들고 있지만, 출사측의 배향막(32b) 계면의 프리 틸트각에도 대응할 수 있다.

도 7은 액정 패널부(10)에 있어서의 예로서 위상차 필름의 배치예를 도시하 는 평면도이다. 도 7의 a은, 도 5에 도시한 예에 대응하고 있고, 제 1 편광판(30)과 액정 패널(32) 사이에 위상차 필름(31)을 배치한 예를 도시하고 있다.

또한 도 7의 b는 액정 패널(32)과 제 2 편광판(33) 사이에 위상차 필름(31)을 배치한 예를 도시하고 있다. 이 경우도, 위상차 필름(31)은, 그 지상축 또는 진상축의 한쪽이 편광판(33)의 편광축과 직교됨과 함께, 이 위상차 필름(31)이 형성되는 면 내에서, 편광판(33)의 편광축에 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다.

도 7의 c에 도시하는 예는, 액정 패널(32)의 입사측 및 출사측에 위상차 필름(31a, 31b)을 배치하는 예를 도시하고 있다. 이 예의 경우, 위상차 필름(31a)은 지상축이 편광판(30)의 편광축과 직교하도록 배치되고, 이 위상차 필름(31)이 형성되는 면 내에서, 편광판(30)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다. 또한, 위상차 필름(31b)은 진상축이 편광판(33)의 편광축과 직교하도록 배치되고, 이 위상차 필름(31b)이 형성되는 면 내에서, 편광판(33)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다.

또한, 이 예에서는, 위상차 필름(31a)의 진상축이 편광판(30)의 편광축과 직교하도록 배치되고, 위상차 필름(31b)의 지상축이 편광판(33)의 편광축과 직교하도록 배치하여도 좋다.

도 7의 d에 도시하는 예는, 액정 패널(32)의 입사측에 위상차 필름(31a, 31b)을 배치하는 예를 도시하고 있고, 또한, 도 7의 e에 도시하는 예는, 액정 패널(32)의 출사측에 위상차 필름(31a, 31b)을 배치하는 예를 도시하고 있다.

이들 예의 경우, 위상차 필름(31a)은 지상축이 편광판(30)의 편광축과 직교하도록 배치되고, 위상차 필름(31)이 형성되는 면 내에서, 편광판(30)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다.

또한, 위상차 필름(31b)은 지상축이 편광판(33)의 편광축과 직교하도록 배치되고, 위상차 필름(31b)이 형성되는 면 내에서, 편광판(33)의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있다.

또한, 이 예에서는, 위상차 필름(31a)은 진상축이 편광판(30)의 편광축과 직교하도록 배치하고, 위상차 필름(31b)은 진상축이 편광판(33)의 편광축과 직교하도록 배치하여도 좋다.

또한, 도 7의 a 내지 e에는 위상차 필름(31)을 배치하는 위치를 도시하고 있지만, 이 배치예는 도 5에 도시한 시야각 확대 필름(35), 도 6에 도시한 위상차 필름(41), 시야각 확대 필름(45)을 같은 위치에 배치하도록 하여도 좋다.

3. 경사각 설정

도 8, 도 9는 위상차 필름(31)의 배치 각도를 설정하는 경우에 관해서 설명하는 모식도이며, 도 8은 평면적인 설명도로서, 또한 도 9는 입체적인 설명도로서 도시하고 있다.

도 8의 a 및 b는 편광판(30) 및 위상차 필름(31)을 각각 측면, 배면측에서 도시하고 있다. 즉, 도 8의 a는 도 9에 있어서의 x축방향에서 본 상태를 도시하는 도면이고, 도 8의 b는 도 9에 있어서의 y축방향에서 본 상태를 도시하는 도면이다. 또한, 이들 도면에서 편광판(30)의 편광축(파선 화살표)에는 부호(30a)를 병기하고, 또한 위상차 필름(31)의 지상축 (또는 진상축···실선 화살표)에는 부호(31a)를 병기하여 도시 한다.

도 8의 a 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 위상차 필름(31)은 편광판(30)의 편광축(30a)에 대하여 직교함과 함께, 위상차 필름(31)이 면 내에서, 편광축(30a)으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정의 각도(θa) 경사지게 배치되어 있다.

이러한 배치 상태를 기초로, 도 8의 b 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 3방향에서 광선(a), 광선(b), 광선(c)이 입사하는 경우를 상정한다. 이 3개의 광선은, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, xz평면 내에서, 편광축(30a)으로 평행이 되는 평면에 광로를 채용하는 것으로 된다. 그리고, 광선(a)은 편광판(30)에 대하여 수직으로 입사되는 구성으로 되고, 광선 (b, c)은 각각 광선(a)에 대하여 xz평면의 안에서 소요의 각도(θb)를 갖은 광선으로 된다.

도 8의 c는, 위상차 필름(31)의 출사측, 즉 액정 패널(32)측에서 광선(a)을 본 상태를 도시하고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 편광축(30a)과 지상축 (Dp)은 직교하고 있다.

또한 도 8의 d는, 도 8의 c와 같이 액정 패널(32)측에서 광선(b)을 본 상태를 도시하고 있다. 도 8의 d에 도시하는 예에서는, 광선(b)이 경사져 있기 때문에, 편광축(31a)이 지면 오른쪽 방향으로 편위(偏位)되어 있는 것과 같이 보인다. 광선(b)의 편광 방향은 항상 편광축(30a)에 대응하고 있기 때문에, 지상축 과 직교된 상태로 되어 있다. 따라서, 지상축 (30a)은 편광방향에 대하여 각도(γd)만큼 오른쪽방향으로 회전되어 보인다.

이 경우, 위상차 필름(31)의 리타데이션(위상 지연)이, 예를 들면 λ/2의 정수배였다고 하면 직선편광 그대로 회전하게 된다. 그러나, 리타데이션이 λ/2의 정수배가 아닌 경우, 지상축 성분의 전계가 발생되어 우원편파(右圓偏波)가 발생한다.

마찬가지로, 또한 도 8의 e는, 액정 패널(32)측에서 광선(c)을 본 상태를 도시하고 있다. 도 8의 e에 도시하는 예에서는, 도 8의 d에 도시한 경우와 반대로, 편광축(31a)이 지면의 왼쪽 방향으로 편위되어 있는 것과 같이 보이고, 지상축 (30a)은 편광방향에 대하여 각도(γd)만큼 왼쪽 방향으로 회전되어 보인다. 즉, 지연축 성분의 전계가 발생되는 것에 의해 좌원편파가 생긴다.

따라서, 도 8의 d 및 e에 도시하는 좌원/우원편파를 액정 패널(32)의 배향막(32a, 32b)에서의 프리 틸트각에 대응시키는 각도로 위상차 필름(31)의 경사각(지상축의 경사각)(θa)을 설정하면 좋다. 즉, 위상차 필름(31)의 리타데이션과 경사각을 조정함으로써, 프리 틸트각에 의해 발생하는 시야각 특성을 역보정할 수가 있게 된다. 또한, 위상차 필름(31)의 지상축 (Dp)을 이 지상축 (Dp)에 직교하는 진상축(도시하지 않음)으로 바꾸어 놓으면, 역회전의 원편파를 얻을 수 있다.

여기서, 도 10에 따르면, 광선의 입사각(θ)과 위상차 필름(31)의 지상축의 경사와 편파 전계성분(Ecosγ)의 관계를 설명한다.

도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 전계를「E」, 경사각(θa)을 「α」, 편광 방향을 「γ」로 한 경우,

로서 나타낼 수가 있다. 따라서, 이에 의해 전계성분(Ecosγ)은,

로서 나타낼 수 있다.

이어서, 위상차 필름(31)의 경사각에 기초하여, 시야각 확대 필름(35)을 형성하는 경우에 관해서 설명한다.

위상차 필름(31)에 있어서 지상축 (Dp) 방향의 굴절율을「ne」,지상축 (Dp)과 직교 하는 방향의 굴절율을「no1」, 그리고 위상차 필름(31)의 필름면의 법선방향의 굴절율을「no2」, 두께를「d」, 리타데이션을「R0 = d(ne-no1)」라 하고, 지상축 (Dp)을 x축방향에 일치시키면, 도 11에 도시하는 굴절율과 타원체의 관계를,

로서 나타낼 수 있다.

또한, 지상축 (Dp)으로 하는 경우의 조건은,

ne > no 1 ≒ no 2

로 되고, 또한, 진상축(Dp)과 직교하는 진상축에 관해 생각한 경우는,

no 1 ≒ no 2 > ne'

로 된다. 단, 「ne'」는 진상축의 굴절율이다.

이 때, 위상차 필름(31)이 타원체가 y축을 중심으로 경사각 α 기울어져 있다고 하고, x축, y축, z축상의 굴절율을「nx」,「ny」,「nz」라고 하면

로 된다.

마찬가지로,

로서 나타낼 수가 있다.

이 경우, 굴절율 ny는 변화가 없기 때문에

ny = no1 로 된다.

따라서, 리타데이션은,

로서 나타낼 수 있다.

도 12는, 위상차 필름(31)에 의해 얻어진 알맞은 경사각에 기초하여 시야각 확대 필름을 형성하는 예를 도시하는 도면으로서, 도 12(a)에 위상차 필름(31), 도 12(b)에 시야각 확대 필름을 도시하고 있다.

도 12(a)에 도시되어 있는 위상차 필름(31)에 기초하여, 시야각 확대 필름(35)을 구성하는 경우, 시야각 확대 필름(35)에 있어서의 굴절율 nx, ny, nz, 및 두께 t는 각각,

로서 나타낼 수 있다. 또한, 시야각 확대 필름(35)의 리타데이션으로서는,

로서 나타낼 수 있다. 또한, 리타데이션은 수학식 3 내지 수학식 6에 의해 구해진다. 즉, 소요의 각도를 갖도록 경사지게 배치된 위상차 수단과 등가인 3축방향의 리타데이션을 갖는 광학 보상수단으로서 이용할 수 있다.

또한, 위상차 필름(31)의 배치방법으로서는, 예를 들면 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 할 수도 있다.

본 예에서는, 꼬리표 모양으로 재단한 위상차 필름(31)을 소요 각도로 경사한 상태로, 복수 병렬 설치하여, 위상차 필름부를 구성하고 있다. 즉 위상차 필름부로서는, 광선의 진행방향에서 적어도 리타데이션(△nd)에 대응한 두께를 갖고 있으면 좋고, 이에 의해 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 편광판(30), 또는 편광판(40)의 면적에 대응한 크기의 1장의 위상차 필름(31)을 경사시켜 배치하는 것 보다도, 깊이를 단축할 수 있고, 액정 패널부의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 위상차 필름(31)을 복수 적층하여 붙이고, 소정 경사각도로 리타데이션(△nd)이 얻어지는 재단선에 의해 재단함에 의해도, 도 13에 도시한 위상차 필름부와 같은 위상차 필름부를 형성할 수 있다.

또한, 도 15에 도시되어 있는 것과 같이 지상축 (Dp)과 진상축(Fp)이 교대로 동일 방향이 되도록, 위상차 필름(31)을 병풍모양으로 접어 연접하도록 구성할 수도 있다. 이에 의해, 지상축 (Dp)을 진상축(Fp)으로 바꿔 놓은 위상차 필름을 이용하는 것에 의해, 역회전방향의 원편광을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 도시되어 있는 바와 같이 z축방향에 대하여 대칭이 되도록, 위상차 필름(31)의 경사각을 역방향으로 함으로써 같은 원방향의 편광 보정을 할 수 있다.

4. 경사각 조정기구

그런데, 이상 설명한 바와 같이, 액정 패널의 배향막에 대응하여 위상차 필름에 경사각을 주기 위한 기구로서는, 예를 들면 도 16에 도시되어 있는 구성을 들 수 있다.

이 도면에 도시되어 있는 경사각 조정기구(60)는, 액정 패널부의 소요 위치에 고정되는 고정 링(61), 이 고정 링(61)의 내주측으로 회전 가능하게 끼워져 있는 회전 링(62)에 의해 거의 외관이 형성된다. 축(63)은 고정 링(61)에 형성되어 있는 홈(64)을 통하여 회전 링(62)에 고정되고, 회전 링(62)의 내주측에서 위상차 필름(31)을 지지하고 있다. 또한, 위상차 필름에 도시되어 있는 화살표는 편광방향이다. 즉, 축(63)을 화살표(R1)방향으로 편이시키면, 위상차 필름(31)을 z축방향을 중심으로하여 회전시킬 수 있고, 지상축 (Dp)과 편광판의 편광축을 직교시키는 동작을 할 수 있다. 또한, 마찬가지로 축(63)을 화살표(R2)방향으로 회전시키면, 위상차 필름(31)을 x축방향을 중심으로하여 회전시킬 수 있게 되어 위상차 필름(31)에 대하여 소요의 경사각(α)을 줄 수 있게 된다.

이 경사각 조정기구(60)에 의해, 알맞은 경사각(α)을 부여하는 것에 의해, 이후, 그 상태로 액정 프로젝터 장치를 사용하도록 하여도 좋다. 이 경사각 조정기구(60)를 경사각(α)을 조정하는 공정에만 사용하고, 이 조정결과에 기초를 둔 경사각(α)에 의해, 예를 들면 도 12 내지 도 15에서 설명한 위상차 필름부나 시야각 확대 필름(35)을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우, 경사각(α)의 조정후에 경사각 조정기구(60)를 떼어 각도 측정을 하도록 하여도 좋고, 예를 들면 홈(64)에 각도를 도시하는 눈금 등을 표시하여도 좋다.

이러한 경사각 조정기구(60)에 의해, 예를 들면 스크린(85)에 대하여 소요의 화상을 투사하고 있는 상태에서, 그 화상을 보면서 위상차 필름의 배치 각도를 조정하고, 프리 틸트각에 대응한 예로 지상축 (Dp)(또는 진상축(Fp))의 배치 방향을 검색할 수 있다. 따라서, 액정 패널에 대하여 알맞은 지상축 (Dp)(또는 진상축(Fp))의 배치 방향을 파악할 수 있고, 이 지상축 (Dp)의 배치 방향에 따라서, 도 12 내지 도 15에 도시한 위상차 수단을 형성할 수 있다. 또한, 지상축의 배치 각도에 대응하여, 프리 틸트각에 대응한 광학 보상수단(시야각 확대 필름)을 구 성할 수 있게 된다.

5. 투과율 시뮬레이션 결과

도 17은, 예를 들면 리타데이션(△nt)이 λ/4가 되는 위상차 필름을 y축을 중심으로하여 소정의 경사로 배치한 경우의 배치 각도(5° 내지 -30°)에 대응한 흑 레벨 구동시에 있어서의 투과율을 시뮬레이션한 경우의 일례를 도시하고, 종축방향으로 광선의 투과율, 횡축방향으로 광선의 입사각도(deg), 그리고 위상차 필름(31)의 배치 각도는 선의 종류로 식별하여 도시하고 있다. 또한, 위상차 필름(31)으로서는, △nt = λ/4로서 광선의 통과거리는 경사시에는 약간 벗어나 있다. 따라서, 위상차 필름(31)을 경사시킨 상태를 λ/4로 하고 있다.

또한, 이 시뮬레이션은 일례로서, 신 테크 주식회사의 액정 시뮬레이터(LCD MASTER)를 이용하여 행한 것이다. 그리고, TN액정의 유전율(ε11, ε22, ε33), 탄성정수(K11, K22, K33), 회전점성, 헬리컬 피치, 배향막 표면에서의 프리틸트 TN셀 갭 길이의 값을 이용하여, 소요 구동전압을 인가한 경우의 액정 다이렉터의 분포를 계산하고, 그 분포에 기초하여 액정의 상광(常光) 굴절율(no),이상광(異常光) 굴절율(ne)을 이용하여, 위상차 필름과 편광판을 조합한 광학 모델에서 전반하는 광선(550n)의 투과율 입사각 의존성을 4 × 4의 매트릭스법에 의해 구한 것이 된다.

도시되어 있는 바와 같이, 위상차 필름(31)을 예를 들면 -30° 경사시킨 경우, 투과율이 내려간 광선의 입사각도(deg)의 범위가 비교적 넓게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 입사각도(deg)의 범위로서는 램프(2)의 출사각에 대응하고 있으면 좋고, 예를 들면 노트북 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 직시형과 같이 광범위에 걸친 보정은 필요 없다. 즉, 이 예에서는, 예를 들면 약 -10° 내지 10°의 범위로 입사한 광선의 투과율을 억제할 수 있어서 콘트라스트의 향상을 도모할 수 있다고 할 수 있다.

도 18은, 예를 들면 50%의 중간 레벨 구동시의 투과율을 도 17과 같은 조건으로 시뮬레이션한 경우의 예를 도시하고 있다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 알맞은 흑 레벨을 설정한 원래의 조건에 있어서도, 입사각 의존성은 적어지고 있다. 또한, 50%의 중간 레벨 이외의 구동 레벨에 있어서도 같은 경향이 되고, 각 액정 패널에 있어서의 갭 얼룩 등에 의해 발생하는 시야각 의존성의 화면내 얼룩을 저하시킬 수 있어, 색 얼룩을 억제할 수 있게 된다.

또한, 도 19, 도 20은, 도 17, 도 18에 도시한 결과를, x축방향을 중심으로하여 본 경우의 예를 도시하고 있다. 이들 도면은, 위상차 필름(31)의 배치 각도에 대응한 곡선이 모두 겹쳐 도시되어 있다. 즉, x축을 중심으로하여 경사 입사하는 광선에 관해서는, 위상차 필름(31)의 경사가 변화되어도 투과율은 변화하지 않는다는 것이 된다. 즉, 액정 패널(32)에 있어서 입사측의 배향막(32a)의 프리 틸트각을 보정한 경우에도, 출사측 배향막(32b)의 프리 틸트각에 대해서는 영향을 미치지 않는 것으로 된다. 따라서, 배향막(32a)의 프리 틸트각과 출사측의 배향막(32b)의 프리 틸트각에 대하여 독립된 조정을 행할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명으로서는, 스크린(85)에 화상을 투영하면서, 경사각 조정기구(60)를 이용하여 위상차 필름(31)의 경사각을 가변시켜 알맞은 경사각을 검출하는 것도 가능하게 된다.

도 21 내지 도 26은, 램프(2)의 강도 분포를 정규분포에 가깝다고 상정한 경우의 시뮬레이션 결과의 일례를 도시하고 있다. 또한, 액정 패널의 시야각 의존성은, 도 17 내지 도 20에서 설명한 시뮬레이션 조건을 적용하고 있다. 또한, 도 21 내지 도 26에 도시하는 예는, 위상차 필름을 배치하지 않고 있는 경우에 흑 레벨을 최적으로 한 것을 상정하고, 램프(2)로부터 광선의 입사각 중심을 예를 들어 3°(오른쪽 방향) 시프트시키고 있다.

도 21은, 램프의 확대각이 작은 경우의 램프 강도 분포와, λ/4 위상차 필름을 쓴 경우의 흑 레벨(투과율)의 개선을 곡선으로 도시하는 도면이고, 도 22는 경사각, 개선비, 콘트라스트를 수치로 나타내는 도면이다. 또한, 램프(2)의 파라미터는, 예를 들면 확대각도(deg) = 14, 휘도중심(θ0) = 5, 분산(σ) = 8, 감쇠지수(n) = 3으로 되어 있다.

도 21에 도시하는 램프 강도 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광선의 입사각 중심을 기울이고 있기 때문에, 경사각(α) = 0은 위상차 필름이 없는 경우에 상당한다. 따라서, 입사각(θ0) = 3의 경우에 최대 콘트라스트가 된다. 또한, 시야각을 확대시키는 경우에, 입사각(θ0)을 시야각을 개선했을 때의 중심에 일치(입사각 중심을 더욱 2° 오른쪽으로 시프트시킨다)시키면 개선할 수 있다.

도 22에 수치로 나타내어 있는 바와 같이, 위상차 필름(31)의 경사각에 의해 가장 투과율이 저하되어 최대 콘트라스트가 얻어지는 것은, 경사각(α)이 -20부근(콘트라스트 = 5016)이 된다.

즉, 시야각을 개선한 후에 흑 레벨의 투과율 특성의 입사각 중심이 어긋난 경우, 광선의 입사각을 경사시킴으로써 시야각 개선 후의 흑 레벨 특성의 입사각의 중심과 램프(2)의 광축을 마출 수 있다.

도 23은, 램프의 확대각이 작은 경우의 램프 강도 분포와 흑 레벨(투과율)의 개선을 곡선으로 도시하는 도면이고, 도 24는 경사각, 개선비, 콘트라스트를 수치로 나타내는 도면이다. 또한, 램프(2)의 파라미터는, 예를 들면 확대각도(deg) = 34, 휘도 중심(θ0) = 3, 분산(σ) = 20, 감쇠지수(n) = 2로 되어 있다.

도 23에 도시하는 램프 강도 곡선, 및 도 24에 도시하는 콘트라스트치로부터 알 수 있는 바와 같이, 램프의 확대각(deg)이 커지면, 위상차 필름을 크게 경사시킴에 따라서 최대 콘트라스트에 가까이 간다. 또한, 이것은 직시형의 시야각 특성에 가까이 가는 것으로 된다.

도 25는, 램프 강도 분포와 λ/8 위상차 필름을 사용한 경우의 흑 레벨(투과율)의 개선도를 곡선으로 도시하는 도면이고, 도 26은 경사각, 개선비, 콘트라스트를 수치로 나타내는 도면이다. 또한, 램프(2)의 파라미터는, 도 21과 같이, 예를 들면 확대각도(deg) = 14, 휘도중심(θ0) = 5, 분산(σ) = 8, 감쇠지수(n0 = 3으로 되어 있다.

이 경우, 위상차 필름의 경사각은 도 19 내지 도 22에 도시한 λ/4 위상차 필름을 쓴 경우보다도 커지지만, 더욱 콘트라스트의 향상이 도모되어 있다. 예를 들면 경사각(α) = -40° 정도로 한 곳에서 최대 콘트라스트가 얻어지게 된다.

또한, 위상차 필름의 리타데이션(△nd)과 지상축 (또는 진상축)의 경사(α)를 조정함으로써, 더욱 투과율을 저하시킬 수 있게 된다. 단, 이 경우, 편광판과 지상축 (또는 진상축)은 정확히 직교하고 있는 것이 조건으로 된다.

6. 다른 실시예

또한, 상기 실시예에서는, 예를 들면 투과형의 액정 패널을 구비한 액정 프로젝터 장치를 예로 들었지만, 도 27에 도시되어 있는 것과 같은 반사형 액정 패널을 쓴 액정 프로젝터 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

도 27에 있어서, 램프(70)로부터 출사된 광(조명광)은, 콜드 미러(71)에 의해 가시광만이 선택적으로 반사되고, 또한, 예를 들면 S편광파만을 투과할 수 있는 편광판(72)에 입사한다. 이 편광판(72)은 예를 들면 S편광파만을 투과시킬 수 있도록 구성되어, 편광분리부(73)에는 예를 들면 S편광파만이 입사된다.

편광 분리부(73)는 편광 빔 스플리터(splitter)(74)로서 구성되고, 편광 빔 스플리터(74)에 의해 S편광파를 반사할 수 있도록 되어 있다. 여기서 반사된 광은, 색 분리/합성수단으로 되어 있는 다이크로익 미러(75) 및 다이크로익 미러(76)에 의해 RGB 각 색광으로 분리된다.

다이크로익 미러(75)는 예를 들면 R광만을 반사하고, G광, B광을 투과하도록 되어 있다. 따라서, 다이크로익 미러(75)에서 반사된 R광은 위상차 필름(77a)을 통하여 반사형의 액정 패널(78a)에 입사한다. 또한, 다이크로익 미러(76)는 예를 들 면 G광을 반사하고 B광을 투과하도록 되어있어, G광은 위상차 필름(77b)을 통하여 액정 패널(78b)에, 또한 B광은 위상차 필름(77c)을 통하여 액정 패널(78c)에 입사한다. 이에 의해, 각 액정 패널(78(a, b, c))에는 각각, 위상차 필름(77a, 77b, 77c)을 통하여 편광방향이 보정된 상태로 R광, G광, B광이 입사하게 된다

다이크로익 미러(75)를 투과한 G광, B광은 다이크로익 미러(76)에 있어서 G광이 반사되고 B광이 투과된다.

다이크로익 미러(76)를 투과한 B광은 액정 패널(78c)에서 광 변조됨으로써, P편광파의 화상광으로서의 B광(B화상광)으로 변환되어 다시 다이크로익 미러(76)에 입사하여 투과한다. 또한, 다이크로익 미러(76)을 반사한 G광은 액정 패널(78b)에서 광 변조됨으로써, P편광파의 화상광으로서의 G광(G화상광)으로 변환되어, 다이크로익 미러(76)에 입사한다. 즉, 여기서 다이크로익 미러(76)에 의해 B화상광과 G화상광이 합성되어 BG화상광으로서 다이크로익 미러(75)에 입사한다. 그리고, 다이크로익 미러(75)에서는 BG화상광이 투과함과 동시에, 액정 패널(78a)에서의 R화상광이 반사함으로써, RGB화상광(P편광파)이 형성된다.

다이크로익 미러(75)에 의해 형성되는 RGB화상광은 편광분리부(73)에 입사하지만, P편광파로 변환되어 있기 때문에 편광 빔 스플리터(74)를 투과하고, 위상차 필름(78), 편광판(80)을 통하여 투사렌즈(81)에 의해 도시하지 않고 있는 스크린에 투영되게 된다. 이 때, 위상차 필름(77)에 의해 액정 패널(78(a, b, c))로부터 출사된 화상광의 편광방향을 보정하고, 편광판(80)의 편광방향에 대응시키도록 하고 있다.

또한, 액정 패널(78(a, b, c))에 있어서, 변조되지 않고서 S편광파로서 되돌려진 광은, 편광 빔 스플리터(74)에서 반사되기 때문에 투사렌즈(81)에 도달하지 않는다. 따라서, 액정 패널(78(a, b, c))에서 변조된 광만이 화상광으로서 투영되고, 상기 스크린상에 컬러화상이 형성되게 된다.

이 도면에 도시하는 예로서는, 램프(70)로부터 투사렌즈(81) 사이에서의 광로에서, 예를 들면 편광판(72)과 액정 패널(78(a, b, c)) 사이에 제 1 위상차 수단으로서 위상차 필름(77(a, b, c))을 배치하고, 액정 패널(78(a, b, c))과 편광판(80)의 사이에 제 2 위상차 수단으로서 위상차 필름(79)을 배치하고 있다. 즉, 액정 패널(78)에 대한 입사광에 대하여 위상차 필름(77)에 의해 위상 보정을 행하고, 액정 패널(78)에서 광 변조되어 출사된 광선에 대하여는, 위상차 필름(79)에 의해 위상 보정을 행하고 있다.

또한, 이 도면에 도시하는 예에서는, 적어도 위상차 필름(77, 79)의 어느 한쪽이 구비되어 있으면 콘트라스트의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 도시생략된 편광판(72)과 액정 패널(78) 사이에 위상차 필름과 함께 제 2 위상차 필름을 배치하여도 좋고, 액정 패널(78)과 편광판(80) 사이에 위상차 필름(79)과 함께 제 2 위상차 필름을 배치하도록 하여도 좋다.

또한 상기한 예에서는 위상차 필름 또는 시야각 확대 필름의 어느 한쪽을 사용하는 예를 들었지만, 동일한 액정 프로젝터 장치에 있어서 혼재시킨 구성으로 하여도 좋다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 액정 프로젝터 장치는, 액정 패널과 편광판 사이에, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 상기 지상축 또는 진상축이 형성되어 있는 면 내에서, 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하고, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있는 위상차 수단(위상차 필름)을 배치하고 있다.

이에 의해, 액정 패널의 배향막 계면에 있어서의 프리 틸트각에 대응한, 편광방향의 광선을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 고 휘도를 얻기 위해서 주변광을 이용하려고 한 경우에도, 액정 패널의 차광성을 향상하여 콘트라스트를 개선할 수 있게 되고, 흑부가 없는 고 휘도로 콘트라스트에 뛰어난 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 위상차 필름의 지상축 (또는 진상축)을, 제 1(입사측) 또는 제 2(출사측)의 편광판의 편광축에 대응시켜 배치함으로써, 액정 패널의 입사측의 배향막 및 출사측의 배향막의 프리 틸트각 각각에 대응하여 시야각의 조정을 행할 수 있다.

즉, 입사측과 출사측의 프리 틸트각에 대하여 독립된 조정을 행할 수 있게 된다. 또한, 액정 패널마다 시야각의 조정을 행할 수 있기 때문에, 각 액정 패널마다 발생하는 시야각 의존성에 의한 화면 얼룩을 억제하고, 색 얼룩이 없는 양호한 컬러화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 위상차 필름은, 지상축 또는 진상축이 편광판에 대하여 소정의 각도 로 배치되어 있으면 좋기 때문에, 복수를 포갠 상태로 소요의 각도에 의해 재단함으로써, 평면형상의 구성으로서 이루어지는 위상차 수단을 형성할 수 있다. 이에 의해, 위상차 필름 배치부분의 광선 진행방향에 대한 공간 절약화를 실현할 수 있다.

또한, 상기 소정 각도의 경사방향에 따라 재단된 제 1 위상차 수단과 제 2 위상차 수단을, 각각 경사한 상태로 교대로 연접함과 동시에, 상기 제 1 위상차 수단의 지상축 과 제 2 위상차 수단의 진상축이 평행하여 지도록 배치함으로써, 광선의 진행방향에 대한 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 제 1 위상 필름과 제 2 위상차 필름은 그 배치 각도가 연접방향에 대하여 대칭이 되도록 되어 있기 때문에, 동일 방향의 프리 틸트각에 대응할 수 있게 된다.

또한, 상기 위상차 필름은, 광선의 투과방향의 중심부분을 제 1 회전축으로 하고, 지상축 또는 진상축의 어느 한쪽을 제 2 회전축으로 한 각도 조정수단에 지지되어 있다. 따라서, 예를 들면 스크린에 대하여 소요의 화상을 투사하고 있는 상태에서, 각도 조정수단에 의해 위상차 필름의 배치 각도를 조정하고, 프리 틸트각에 대응한 예로서 지상축 (또는 진상축)의 배치 방향을 검색할 수 있다. 이에 따라, 알맞은 지상축 (또는 진상축)의 배치 방향을 파악할 수 있어, 이 지상축의 배치 방향에 따라 상기 한 예로 평면형상의 위상차 수단을 형성할 수 있다. 또한, 지상축의 배치 각도에 대응하여, 프리 틸트각에 대응한 광학 보상수단(시야각 확대 필름)을 구성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 액정 프로젝터 장치는, 상기 액정 패널의 입사측에 배치되 고, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 제 1 편광을 투과하는 제 1 편광판과, 상기 액정 패널의 출사측에 배치되고, 상기 액정 패널에 의해 변조된 제 2 편광을 투과하여 상기 투사렌즈에 출력하는 제 2 편광판과, 소요 축방향에 있어서의 지상축 또는 진상축이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 광학 보상수단(시야각 확대 필름)을 구비하고 있다. 즉, 위상차 필름을 사용한 경우와 같이, 액정 패널의 배향막 계면에 있어서의 프리 틸트각에 대응한 편광방향의 광선을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 액정 패널의 차광성을 향상하여 콘트라스트를 개선할 수 있게 되고, 흑부가 없는 고 휘도로 콘트라스트에 뛰어난 화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 위상차 필름을 사용한 것과 같은 효과로서, 시야각 확대 필름의 지상축 (또는 진상축)을, 제 1(입사측) 또는 제2(출사측)의 편광판의 편광축에 대응시켜 배치함으로써, 액정 패널의 입사측의 배향막 및 출사측의 배향막 프리 틸트각 의 각각에 대응하여 시야각의 조정을 행할 수 있게 되고 입사측과 출사측의 프리 틸트각에 대하여 독립된 조정을 할 수 있다. 또한, 액정 패널마다 시야각의 조정을 행할 수 있기 때문에, 각 액정 패널마다 발생하는 시야각 의존성에 의한 화면 얼룩을 억제하여, 색 얼룩이 없는 양호한 컬러화상을 형성할 수 있게 된다.

또한, 상기 시야각 확대 필름을 각도 조정수단에 유지함으로써, 프리 틸트각에 대응한 예를 들면 지상축 (또는 진상축)의 배치 방향을 검색할 수 있어, 해당 시야 확대 필름에 있어서, 알맞은 지상축 (또는 진상축)의 배치 방향을 파악할 수 있다. 따라서, 예를 들면 위상차 필름의 경우와 마찬가지의 지상축의 배치 각도를 실현할 수 있다.

또한, 위상차 필름, 시야각 확대 필름의 어떠한 것을 이용한 경우에 있어서도, 상기 지상축 또는 진상축의 경사각에 따라서, 램프의 주광선이 액정 패널의 법선에 대하여 경사됨으로써, 예를 들면, 지상축의 경사각에 의해 시야각을 개선한 후에, 흑 레벨의 투과율 특성의 입사각 중심이 어긋난 경우, 광선의 입사각을 경사 시킴으로써 시야각 개선 후의 흑 레벨 특성의 입사각의 중심과 램프의 광축을 맞출 수 있게 된다.

또한, 상기 지상축 또는 진상축의 경사각은, 상기 액정 패널을 조명하는 상기 조명 광학계의 광선의 각도 분포에 대응시킴으로써, 더욱 조명 효율을 향상할 수 있게 된다.

Claims

광원과,

상기 광원으로부터 출사된 광선을 소요 광로로 수속시키는 조명 광학계와,

상기 조명 광학계에 의해 집광된 광선을 광 변조하는 액정 패널과,

상기 액정 패널에 의해 변조된 광선을 확대 투영하는 투사렌즈를 구비한 액정 프로젝터 장치에 있어서,

상기 액정 패널의 입사측에 배치되고, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 제 1 편광을 투과하는 제 1 편광판과,

상기 액정 패널의 출사측에 배치되고, 제 2 편광을 투과하여 상기 투사렌즈에 출력하는 제 2 편광판과,

지상축 (遲相軸) 또는 진상축(進相軸)의 한쪽이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 상기 지상축 또는 진상축이 형성되어 있는 평면 내에서, 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로 하여, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 위상차 수단을 구비하며,

상기 위상차 수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 1 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 1 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도로 경사지게 배치되어 있는 제 1 위상차 수단과,

지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 제 2 위상차 수단에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 상기 액정 패널과 상기 제 2 편광판 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 상기 액정 패널과 상기 제 2 편광판 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 1 편광판의 편광축에 평행한 축을 회전축으서, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 제 1 위상차 수단과,

지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 2 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 제 2 위상차 수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 1 편광판의 편광축으로 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 제 1 위상차 수단과,

상기 액정 패널과 상기 제 2 편광판 사이에서, 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축과 직교함과 함께, 해당 위상차 수단이 형성되는 면 내에서, 상기 제 2 편광판의 편광축에 평행한 축을 회전축으로서, 소정 각도 경사지게 배치되어 있는 제 2 위상차 수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 복수의 직사각형 필름을 겹쳐진 상태로 상기 소정 각도의 경사방향에 따라 재단되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 상기 소정 각도의 경사방향에 따라 재단된 제 1 위상차 수단과 제 2 위상차 수단이, 각각 경사되어진 상태에서 교대로 연접(連接)됨과 함께, 상기 제 1 위상차 수단의 지상축 와 제 2 위상차 수단의 진상축이 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 위상차 수단은, 해당 위상차 수단에 있어서의 광선의 투과방향의 중심부분을 제 1 회전축으로 하고, 지상축 또는 진상축의 어느 한쪽을 제 2 회전축으로 한 각도 조정수단에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 1항에 있어서,

상기 지상축 또는 진상축의 경사각에 따라서, 상기 조명 광학계에 의해 상기 액정 패널에 조명되는 조명광의 주광선이, 상기 액정 패널의 법선에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치
제 1항에 있어서,

상기 지상축의 경사각은, 상기 액정 패널을 조명하는 상기 조명 광학계의 광선의 각도 분포에 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
광원과,

상기 광원으로부터 출사된 광선을 소요 광로로 수속시키는 조명 광학계와,

상기 조명 광학계에 의해 집광된 광선을 광 변조하는 액정 패널과,

상기 액정 패널에 의해 변조된 광선을 확대 투영하는 투사렌즈를 구비한 액정 프로젝터 장치에 있어서,

상기 액정 패널의 입사측에 배치되고, 상기 조명 광학계에 의해 집광된 제 1 편광을 투과하는 제 1 편광판과,

상기 액정 패널의 출사측에 배치되고, 상기 액정 패널에 의해 변조된 제 2 편광을 투과하여 상기 투사렌즈에 출력하는 제 2 편광판과,

소요의 축방위에 있어서의 지상축이 상기 제 1 또는 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 광학 보상수단을 구비하며,

상기 광학 보상수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
삭제
제 12항에 있어서,

상기 광학 보상수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 1 광학 보상수단과, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 2 광학 보상수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 광학 보상수단은, 상기 액정 패널과 상기 제 2 편광판 사이에서, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 광학 보상수단은, 상기 액정 패널과 상기 제 2 편광판 사이에서, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 1 광학 보상수단과, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 2 광학 보상수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 광학 보상수단은, 상기 제 1 편광판과 상기 액정 패널 사이에서, 상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 1 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 1 광학 보상수단과,

상기 지상축 또는 진상축의 한쪽이 상기 제 2 편광판의 편광축에 대하여 소요의 각도로 배치되어 있는 제 2 광학 보상수단에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 광학 보상수단은, 해당 광학 보상수단에 있어서의 광선의 투과방향의 중심부분을 제 1 회전축으로 한 각도 조정수단으로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 지상축 또는 진상축의 경사각을 따라서, 상기 조명 광학계에 의해 상기 액정 패널에 조명되는 조명광의 주광선이, 상기 액정 패널의 법선에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.
제 12항에 있어서,

상기 지상축의 경사각은, 상기 액정 패널을 조명하는 상기 조명 광학계 광선의 각도 분포에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터 장치.