WO2003001285A1

WO2003001285A1 - Element d'afficheur a cristaux liquides du type reflectif, unite d'affichage, systeme optique de projection et systeme d'afficheur de projection

Info

Publication number: WO2003001285A1
Application number: PCT/JP2002/006443
Authority: WO
Inventors: Shunichi Hashimoto; Tadaaki Isozaki; Minako Sugiura
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2003-01-03
Also published as: EP1400837A1; CN1862326A; KR100915311B1; EP1783541A3; CN1267777C; EP1400837A4; US20040105038A1; US7330230B2; EP1783541A2; CN1473280A; US7903212B2; KR20030027090A; US20080259258A1

Description

明細 ^: 反射型液晶表示素子、表示装置、プロジヱクシヨン光学システム、及びプロジェクションディスプレイシステム技術分野

本発明は、プロジェクションディスプレイシステム等に好適な反射型液晶（電気光学）表示素子、及びその表示素子と組み合わせて用いられる表示装置、プロジェクシヨン光学システム、プロジェクシヨンディスプレイシステムに関するものである。背景技術

近年、プロジェクシヨンディスプレイの高精細化、小型化、高輝度化が進むにつれて、そのディスプレイデバイスとして、小型化、高精細化が可能であって高い光利用効率が期待できる反射型デバイスが注目され，実用化されている。

それらの中で、透明電極が形成されたガラス基板に対向して、例えば CMO S (Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型 M O S) 半導体回路からなる S i基板に駆動素子を設けてその上に A 1光反射電極を形成した駆動回路基板を配置し、これらの一対の基板間に垂直配向液晶材料を注入したァクティブ型の反射型液晶表示デバイス（素子）が報告されており（論文①： H.Kurogane ら、 Digests of

SID1998, P33-36 (1998), 及び論文②： S. Uchiyama ら、

Proceedings of IDW2000, PI 183-1184 (2000) ) 、一部のメ一カーにより実際に商品化されている。ここで、垂直配向液晶材料とは、負の誘電率異方性を有する（即ち、液晶分子の長軸に平行な誘電率 ε ( II ) と垂直な誘電率 £ (丄）との差： △ ε (= ε ( II ) - a (丄））が負である）液晶材料であり、上記の透明電極一光反射電極間の印加電圧がゼロの時に基板面にほぼ垂直に液晶分子が配向し、ノ一マリ 'ブラック 'モード（Normally black mode) の表示を与えるものである。

上記で報告されている従来の反射型デバイスにおける垂直配向液晶層の厚さ (セルギヤップ) は 3〜4 zmであり、駆動電圧（液晶への印加電圧）に対する液晶透過率の曲線（以下、 V— T曲線と呼ぶが、反射型デバイスであるために実測としてはデバイスの反射率（但し、ここでは後述のようにデバイスにより入射光、例えば s偏光が偏光変調されて p 偏光の反射光が得られるものとする。）に相当する。）は、 2 V位のしきい値電圧で立ち上がり、 4〜 6 Vの印加電圧で最大値に達するような特性を有する。これらの間で電圧を変えることにより、液晶の透過率をアナログ的に変化させ、階調を表現することができる。第 14図には、一例として上記の論文①から抜粋したデータを示すが、液晶層の厚みは 3 m, 駆動電圧は土約 4 V、応答速度（立ち上がり時間 +立ち下がり時間）は 1 7ms e c程度と報告されている。

液晶は、通常、フレーム又はフィールド毎に正負の電圧を反転させて駆動されるので、上記のデバイスは、実際には最大 ± 4〜 6 Vの電圧で駆動されることを意味する（正と負の V— T曲線は原則的に対称であるから、 V— T曲線は通常は正のみで表わされる）。 ± 4〜6 Vの液晶駆動電圧は、駆動トランジスタの実効的な耐圧として、 8〜 1 2 V以上を必要とすることを意味する。

これは、.通常の MO Sプロセスにおける耐圧に比べるとかなり高いため、 S i駆動回路基板における画素内に形成される液晶駆動トランジス夕には LDD (Light ly doped drain-source) 構造等の高耐圧プロセスが適用される。作製コストや消費電力等を考慮して、その耐圧は一般に 8〜 1 2 Vである。これが、従来デバイスにおいて、最大 ±4〜6 Vの V— T曲線を有するようにデバイス設計される理由である。

また、従来デバイスで用いられる垂直配向液晶材料の屈折率異方性 Δ n (即ち、液晶分子の長軸方向の屈折率 n (II) とそれに垂直な方向の屈折率 n (丄）との差： △ n = n ( II ) 一 n (丄））は 0. 1より小さい値（典型的には 0. 0 8程度）であり、典型的な画素ピッチは 1 3 5 urn (画素サイズ 1 3 zm) である。

近年、液晶表示デバイスの欠点である、応答速度が遅いという問題がクローズアップされ、その高速化が重要な課題になっていることは周知の通りである。一般に、液晶の応答速度（立ち上り時間及び立ち下り時間）は下記の式 1及び式 2で表わされるように、液晶層の厚み dの 2乗に比例するため、液晶の層厚を減少させることが高速化に有効である。立ち上がり時間て。 η= ₍、 ^{Ί d}:_{2 τ 2}、 · · ·式 1

ε (0) Δ ί (V²—Vcつ

' 立ち下がり時間て o f f · · ·式 2

K · π"

(ここで、ァ：液晶の粘度、 d :液晶層の厚さ、 △ ε ：液晶の誘電率異方性、 ε (0) ：真空の誘電率、 Κ：液晶の弾性定数、 V ：液晶への印加電圧（液晶駆動電圧）、 V c ：しきい値電圧である。）

しかしながら、従来の垂直配向液晶表示デバイスにおいて、液晶層の厚さを減少させていくと、応答速度は式 1及び 2に基づけば高速化していくものの、透過率を飽和させるために必要な駆動電圧が高くなるという問題がある。第 1.5図には、従来デバイスで用いられている液晶材料

(Δ n= 0. 0 82 ) を用いた系において、液晶の層厚を減少させた時の V— T曲線を示し、第 1 6図には、液晶層厚 dによる飽和電圧の変化を示す。

第 1 5図、第 1 6図に示すように、デバイスの飽和電圧は、液晶層の厚み dが 2 . 5 mを切るあたりから急激に高くなつて 6 Vを超えるようになり、 dが 2 z m以下になると 1 0 Vにも達する。即ち、駆動トランジス夕の耐圧は 2 0 V以上も必要になる。その上、 dが 1 . 厚以下では透過率の絶対値が 1 0 0 %に到達しなくなり、 1 / m厚では 3 0 %程度の透過率しか得られなくなるばかりか、しきい値電圧も高くなる。

こうした現象は、垂直配向液晶では、 d (セルギャップ) が小さくなるに従って、液晶分子と配向膜との界面での相互作用（インタラクション）が、印加電圧による液晶分子のダイレク夕の方向変化に対し相対的に大きくなるからであると考えられる。これに対し、液晶層厚が大きいときには、バルクとしての性質が出てくるために、ダイレク夕が動き易くなり、上記の界面での相互作用の影響が減少するものと考えられる。上記のように、液晶表示デバイスの駆動電圧が高くなると、通常の S i駆動素子基板では駆動することが困難となる。もちろん、画素駆動トランジス夕の耐圧を上げることにより、これを解決することができるが、一般にはプロセスが複雑になり、コスト高、髙消費電力になる上に、耐圧を上げると、トランジスタのサイズが大きくなることが避けられない _c このため、特に 1 0 m程度以下の小さな画素サイズ（又はピッチ）で、このような高耐圧トランジスタを作製することは極めて難しくなる。

上記の理由により、従来の垂直配向液晶を用いた反射型表示デバイスにおいて、液晶層の厚さを 2 . 5 以下にすることは、実用上難しいのが現状である。また、液晶層厚をそのように小さくすることは、印加電圧に対する立ち上り（応答性）も遅くなり、しかもデバイスの作製上の歩留りも低下する。

さらに、上記の従来デバイスを用いたプロジェクシヨン光学系では、以下に示すように、高いコントラストを保っために光学系の Fナンバー (F数）を 3. 5以上にしなければならず、このために輝度を高くすることができない、という問題を有している。

反射型液晶表示デバイスを用いたプロジェクションシステムでは、第 1 7図に示すように、ランプ光源 1からの光束を、偏光分離デバイスである赤（R) 、緑（G) 、青（B) の各色用の偏光ビームスプリツ夕 2 R、 2 G、 2 Bを介して、垂直配向液晶を用いた反射型液晶表示デパイス 3 R、 3 G、 3 Bに照射し、これらのデバイスで偏光変調された反射光を各色の光を合成するプリズム（X- C u b eプリズム） 4で集め、投射光 1 0 (p) として投射レンズ 5を介してスクリーン (図示せず) に投射する光学系が必要である。

ここでは、反射型液晶デバイス 3 R、 3 G、 3 Bを照明する照明光学系として、白色ランプ光源 1からの白色光（p偏光成分と s偏光成分の混じった光 1 0 (p， s ) ) が、フライアイレンズ 6、偏光変換デパイス 7、コンデンサレンズ 8等を通して s偏光 1 0 ( s ) となり、更にダィクロイツク色分離フィルタ 9に導かれ、ここで分離された光が全反射ミラー 1 1、 1 2、ダイクロイツクミラ一 1 3を経て各色の光 1 0 R ( s ) 、 1 0 G ( s ) 、 1 0 B ( s ) となる。そして偏光ビームスプリッ夕 2 R、 2 G、 2 Bを介して各反射型液晶表示デバイス 3 R、 3 G、 3 Bにそれぞれ入射し、各反射光が反射型液晶表示デバイス 3 R、 3 G. 3 Bの印加電圧に応じて偏光変調され、偏光ビームスプリツ夕 2 R、 2 G、 2 Bへの再入射後に p偏光成分の光 1 0 R (p) 、 1 0 G (p) 、 1 0 B ( p ) のみが透過してプリズム 4で集光される。従って、この反射型液晶表示デバィスを用いた表示は、印加電圧がゼ口のときには入射光がそのまま s偏光として反射するので、偏光ビ一ムスプリッタを通過せず、いわゆるノーマリ ·ブラック ·モードとなり、印加電圧の上昇と共に偏光変調されて、 P偏光の反射光が増加して透過率が上昇する（第

1 4図参照）。

上記の論文①及び②で報告されている'、従来の垂直配向液晶表示デバイスに用いられている光学系の Fナンバーは 3 . 5以上（論文①では 3 8から 4 . 8、論文②では 3 . 5 ) である。光学系の Fナンパ一は、デバイスへの光の入射角（=反射光の取り出し角） Θ の関数であり、 F = 1 / ( 2 X s 1 Θ ) · · ·式 3

で表わされる。 F = 3 . 5は、デバイス面の鉛直方向を中心にして 0 = ± 8 . 2。の角度内の光で照明し、その反射光を取り出すことを意味する。

上記の式 3から分るように、 Fナンバーが小さい方が、光の照射 ·取り出し角 0 が大きくなるためにトータルの光束は多くなり、輝度は髙くなる。しかしながら、一般に反射型液晶デバイスの黒レベルの数値 (黒状態での透過率）は、入射角が大きくなると高くなること、並びに偏光ビ一ムスプリッ夕の偏光分離特性も Θ に対して依存性を持ち、 Θ が大きくなると劣化することが避けられず、角度成分の大きいところで P偏光成分と S偏光成分の分離度が低下する。これらのために、黒レべルが上昇してコントラストが大きく低下する現象が起こる。

このように、実用上、輝度とコントラストにはトレードオフ（両立困難性）があり、これを理由として、従来デバイスを用いたプロジェクシヨンシステムでは、 Fナンバー（具体的には投射レンズ 5の Fナンバーや照明光学系の Fナンバー：以下、同様）が 3 . 5以上の光学系が用いられている。つまり、従来のデバイスを用いたプロジェクシヨン光学系では、実用上ある程度の高いコントラストを実現する要求から、ナンパーを 3 . 5よりも小さくできず、このため、輝度をより高くできないという問題を抱えている。

そこで、本発明の第 1の目的は、垂直配向液晶表示デバイスにおいて. 液晶層の厚みが小さくても、低電圧で液晶透過率が飽和に達し、小さい画素サイズにおいても、通常の耐圧プロセスで作製可能な駆動回路基板で容易に駆動できる高速応答性の反射型液晶表示素子、この表示素子を用いた表示装置、プロジェクション光学システム及ぴプロジェクションディスプレイシステムを提供することにある。

また、本発明の第 2の目的は、上記第 1の目的に加えて、 Fナンバーが小さい高輝度の光学系においても、十分に低い黒レベルが維持され、実用上高いコントラストを実現できる（即ち、従来のシステムに比べて高輝度、高コントラストの双方を持ち合わせた）プロジェクシヨン光学システム、及びプロジェクシヨンディスプレイシステムを提供することにある。発明の開示

即ち、本発明は、光透過性電極を有する第 1の基体と、光反射電極を有する第 2の基体とが、前記光透過性電極及び前記光反射電極を互いに対向させかつ垂直配向液晶層を介在させた状態で、対向配置されている反射型液晶表示素子であって、前記垂直配向液晶層の厚さが 2 m以下であり、かつ垂直配向液晶材料の屈折率異方性 Δ ηが、 0 . 1以上である反射型液晶表示素子（以下、本発明の反射型液晶表示素子又はデバイスと称する。）に係るものである。ここで、上記の「光反射電極」とは、電極自体が光反射性である電極は勿論であるが、電極上に光反射層を設けた電極や、電極は光透過性であっても下地膜との界面で光反射性が生じるときにはそのような下地膜付きの電極も含む意味である（以下、同様）。

また、本発明は、本発明の反射型液晶表示素子（又はデバイス）を具備する表示装置、この反射型液晶表示素子が光路中に配置されているプロジェクション光学システム、及びこの光学システムを用いたプロジェクションディスプレイシステムにも係るものである。

本発明によれば、垂直配向液晶層の厚さを 2 以下と小さくしても. 従来の認識とは異なって、垂直配向液晶材料の Δ nの値を 0 . 1以上と大きく調整することにより、液晶の透過率が 5〜6 V以下の電圧で容易に飽和するようになり、実用的な低電圧での駆動が可能になり、また. 透過率自体も著しく向上することが分った。従って、十分な透過率と低電圧駆動（低耐圧）の駆動特性とを併せ持ち、高速応答性に優れた反射型垂直配向液晶表示デバイスと、これを用いた表示装置、プロジェクション光学及びディスプレイシステムを実現することができる。

このような顕著な作用効果は、特に垂直配向液晶材料として Δ ηが 0 . 1以上と大きいものを用いることによって得ることができる。これは、高速応答のために液晶層の厚みを 2 m以下と小さくした場合、配向膜一液晶分子間の相互作用によってダイレクタの方向変化に影響を与えようとしても、 Δ ηを 0 . 1以上と大きくしているために、入射光が印加電圧に追随して液晶中で偏光変調され易くなり、偏光の分離が生じ易くなり、低電圧でも目的とする透過率が得られるからであると考えられる。

更に、本発明は、本発明の反射型液晶表示素子と Fナンパ一が 3以下の光学系とが光路中に配置されているプロジェクション光学システム、及びこの光学システムを用いたプロジェクションディスプレイシステムも提供するものである。

これらのシステムによれば、垂直配向液晶層の厚さを 2 以下と小さくしているために、液晶層厚の 2乗に比例すると考えられる黒レベルを低く抑えることができ、光学系の Fナンバーが 3以下であっても、高コントラストの実現が可能となり、しかも小さい Fナンバーによって高輝度も併せて実現できることになる。従って、本発明の反射型液晶素子デパイスと Fナンパ一が 3以下の光学系とを.用いたプロジェクション光学及びディスプレイシステムは、従来デバイスと従来光学系とを用いたシステムに比べて、高いコントラストと高輝度の双方を満たすシステムを提供することができる。なお、光学系の Fナンバーは、用いるレンズの焦点距離等によって制御可能である。図面の簡単な説明

第 1図は、反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶材料の屈折率異方性 Δ ηを変えた場合の V— T曲線図（液晶層の厚さ dが 2 n m の場合）である。

第 2図は、反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶材料の屈折率異方性 Δ nを変えた場合の V _ T曲線図（液晶層の厚さ dが 1 . 5 mの場合）である。

第 3図は、反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶材料の屈折率異方性△ nを変えた場合の V— T曲線図（液晶層の厚さ dが 1 z m の場合）である。

第 4図は、反射型垂直配向液晶表示デバイスの応答速度を示すグラフ ( 3 z m及び 3 . 5 m厚の試料は従来デバイスの値）である。第 5図は、反射型液晶表示デバイスにおける垂直配向液晶材料の厚さ d、屈折率異方性 Δη及び誘電率異方性 Δ ε による飽和電圧、透過率及び応答速度を各試料についてまとめて示す表である。

第 6図は、同、液晶の屈折率異方性 Δ ηによる飽和電圧の変化を液晶層厚 d毎に比較して示すグラフである。

第 7図は、同、液晶層の厚さが 3. 5 mの場合に、液晶の屈折率異方性 Δηを 0. 1 3とした時の V— Τ曲線図である。 · 第 8図は、同、黒状態透過率の液晶層の厚さ依存性（従来デバイスの液晶層厚である 3. 5 m厚デバイスの黒状態の値を 1 00 %として示した）を比較して示すグラフである。

第 9図は、本発明による反射型垂直配向液晶デバイスと従来デバイスの測定光学系の Fナンバーによる黒レベルの変化を比較して示すグラフである。 ―

第 1 0図は、同、 Fナンバーによるデバイスの輝度変化を示すグラフである。

第 1 1図は、本発明による反射型垂直配向液晶表示デバイスの概略断面図である。

第 1 2図は、同、 S i駆動回路基板側の要部断面図である。

第 1 3図は、同、デバイスのレイアウト及び等価回路図である。

第 14図は、従来デバイスの V— T曲線図（液晶層の厚さは約 3 m) である。

第 1 5図は、従来デバイスで液晶層の厚さを減少させた時の V— T曲線図（Δ ηは 0. 0 8 2) である。

第 1 6図は、同、液晶層厚による飽和電圧の変化を示すグラフである第 1 7図は、同、反射型液晶表示デバイスを用いたプロジェクシヨン光学系を示す概略図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の反射型液晶表示素子においては、上記した作用効果を得る上で、垂直配向液晶の層厚は 2 以下とすべきであるが、 0: 8〜2 m、更には 1〜 2 とするのが好ましい。層厚は小さい方が高速応答の点では望ましいが、配向膜との相互作用の抑制や層厚の制御性の面から、その下限は 0. 8 mがよく、 1 mが更によい。また、液晶の層厚が小さくても偏光分離を向上させるために Δηは 0. 1以上とすべきであるが、あまり大きくしてもその効果が向上せず、また実用的でもないので、. 0. 2 5以下とするのがよい。

そして、前記光透過性電極としての I TO (Indium Tin Oxide) 等の透明電極及び A 1等の前記光反射電極の対向面上にそれぞれ液晶配向膜が形成され、前記光反射電極が前記第 2の基体に設けられたシリコン等の単結晶半導体駆動回路に接続され、ァクティブ駆動型に構成されているのがよい。第 2の基体としてシリコン駆動回路基板を用いると、それ自体が不透明であって反射型に好適であると共に、駆動素子である M O S トランジス夕（Me t a l Ox i d e S em i c o n d u c t o r ) や電圧供給用の補助容量等を半導体加工技術によって微細パ夕一ンに高集積化することができるため、高開口率や、画素密度向上による高解像度化、セルサイズの縮小、更にはキャリア転送速度の向上が可能となる。

実際には、駆動回路が、シリコン基板に画素毎に設けられた M〇 S F E T (Me t a l Ox i d e S em i c o n d u c t o r F i e I d E f f e c t T r a n s i s t o r ) 等の駆動トランジスタを具備し、この駆動トランジスタの出力側に前記光反射電極が接続されるまた、画素サイズは、低電圧駆動による低耐圧トランジスタの使用が可能となるために、 1 0 m以下を実現できる。液晶表示デバイスのサイズも対角 2インチ以下にできる。

なお、前記垂直配向液晶材料の配向制御は、酸化珪素膜からなる液晶配向膜によって行うのがよい。こうした配向膜は、方向性を以つた（即ち、液晶分子のプレティルト角の制御容易な）真空蒸着法等により形成することができる。

また、本発明の反射型液晶表示素子を具備する表示装置、及びその液晶表示素子（或いは、更に Fナンパ一が 3以下の光学系）が光路中に配置されているプロジェクション光学及びディスプレイシステムにおいては、光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系とが光路中に配置されていてよい。

この場合、前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ピームスプリッ夕を再び通して導かれ、或いは更に投射レンズ、スクリーンに導かれるのがよい。

また、各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビ一ムスプリッタとが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光され、或いは更に前記投射レンズに導かれてよい。具体的には、白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイツク色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される。

ここで、本発明の反射型液晶表示素子と組み合わせて用いられる光学系の Fナンバーは、高コントラストと高輝度を両立させる上で 3以下と小さい値にすべきであるが、その効果を更に向上させるには、 3 . 0以下、 1 . 5以上（更には 2 . 0以上）とするのが望ましい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に説明する。

まず、本実施の形態による表示装置を構成する液晶電気光学素子の基本的な構造を第 1 1図に示す。

このデバイスは、反射型液晶表示素子 2 3として、画素構造を有する光反射電極 3 0を設けた S i等の単結晶からなる S i駆動回路基板 3 1 と、これと対向する透明電極 3 2付きのガラス基板等の透明基板 3 3とからなり、これらの間に（実際には液晶配向膜 3 4 — 3 5間に）垂直配向液晶 3 6を封入してなる。第 1 2図に示すように、反射電極基板は、駆動回路基板として、単結晶シリコン基板 3 7に、 C M O Sや nチャンネル M O Sからなるトランジスタ T rとキャパシ夕 Cからなる駆動回路が形成され、その上に A 1や A gに代表される金属膜で画素状の光反射電極 3 0を形成したものである。 A 1等の金属光反射電極の場合は、光の反射膜と、液晶に電圧を印加する電極との両方を兼ねているが、さらに光反射率を上げるために誘電体ミラ一のような多層膜による光反射層を A 1電極の上に形成してもよい。

第 1 2図中、トランジスタ T rは、例えば、 n型ソ一ス領域 3 8及びドレイン領域 3 9とゲート絶縁膜 4 0及びゲート電極 4 1によって構成され、各能動領域からはそれぞれ電極 4 2、 4 3が取り出されている。このうち電極 4 3は、キャパシタ Cを構成する n型領域 4 4上の絶縁膜 (誘電体膜） 4 5に接したキャパシタ電極 4 6に層間絶縁膜 4 7を介して接続され、また層間絶縁膜 4 8、 4 9を介して配線 5 0、更には光反射電極 3 0に接続されている。そして、このデバイスには、第 1 7図で示した如き s偏光の入射光 1 0 ( s ) が垂直配向液晶 3 6の層中で印加電圧に応じて偏光 ¾換され、 p偏光を含む反射光 1 0 ( p ) が得られ、これが上述した偏光ビ一ムスプリッタ 2に導かれる。

ここで、この反射型液晶表示素子は、本発明に基づいて、垂直配向液晶 3 6の層厚 d (セルギャップ）が 2 m以下となされ、かつ垂直配向液晶 3 6として屈折率異方性 Δ ηが 0 . 1以上のものが用いられている。

第 1 3図は、デバイスの基本的なレイアウト及び画素部の等価回路を示す。 S i駆動回路基板 3 1は、各画素内に形成される画素駆動回路と，表示領域の周辺に内蔵されるロジック部ドライバ回路（データドライバ，走査ドライバ等）とからなる。各光反射（画素）電極 3 0の下に形成される画素駆動回路は、スイッチングトランジスタ T rと、垂直配向液晶 3 6に電圧を供給する補助容量 Cとから構成される。垂直配向液晶液晶 3 6の駆動電圧に対応した耐圧がトランジスタ T rに要求され、一般にはロジックよりも高い耐圧プロセスで作製される。高耐圧になるにつれてトランジスタのサイズが大きくなるため、またコスト、消費電力の観点から、通常は 8〜 1 2 V程度の耐圧のトランジスタが用いられ、従つて液晶駆動電圧としては土 6 V以下になるように設計されることが望ましいが、本発明によればそれが実現可能である。

本デバイスで用いられる垂直配向液晶 3 6は、その分子長軸が、印加電圧がゼロの時にほぼ基板に垂直方向に配向し、電圧を印加すると面内方向に対し傾くことにより、透過率が変化するものである。駆動時に液晶分子の傾斜する方向が一様でないと、明暗のむらが生じてしまうため, これを避けるために、第 1 1図に示すように、予めわずかなプレティルト角を一定方向（一般にはデバイスの対角方向）に与えて垂直配向させる必要がある。プレティルト角があまり大きいと、垂直配向性が劣化し、黒レベルが上昇してコントラストを低下させたり、 V— T曲線に影響する。従って. 一般には 1 ° から 7 ° くらいの間にプレティルト角を制御する。このプレティルト角を与える液晶配向膜 3 4、 3 5としては、 S i 0₂に代表される酸化珪素膜の斜め蒸着膜やポリイミド膜が用いられ、前者では、斜め蒸着時の蒸着角度を例えば 4 5 ° 〜 5 5 ° とし、また後者では、ラビングの条件を変えることにより、上記プレティルト角を例えば 1 ° 〜 7 ° にコントロールする。

従来デバイスでは、第 1 1図のデバイス構造における垂直配向液晶層の厚さ dは 3から 4 くらいであり、屈折率異方性 Δ nは 0. 1より小さい値（典型的には 0. 0 8くらい）の垂直配向液晶材料を用いている。ところが、従来デバイスで液晶層の厚さ dを 2. 5 ^m以下にすると、応答速度は早くなるものの、上述したように駆動電圧が高くなり実用デバイスとしては不適当となる。液晶層厚の減少によって駆動電圧が上昇する現象のメカニズムは必ずしも明確ではないが、層厚が大きい場合には液晶のバルク的性質が主に現れるのに対して、液晶層が薄くなると、配向膜と液晶の界面における両者の相互作用の影響（液晶分子を傾斜させないように働くと考えられる。）が無視できなくなることが要因であると考えられる。

本発明者は、このような問題を克服するために、多くの実験を繰り返した結果、垂直配向液晶材料の屈折率異方性 Δ ηの値を 0. 1以上に大きく調整することにより、上記の問題を解決できることを見出した。第 1図及び第 2図には、液晶層の厚み dが 2 zm及び 1. 5 zmの場合について、液晶の Δ n値を変えた場合の V— T曲線の変化を示している。これらの図から、液晶層の厚み dを特に 2 m以下に減少させても △ nを 0. 1以上にすることにより、透過率は 4~ 6 V以下の電圧で容易に飽和するようになり、実用的な駆動ができるようになることが分かる。

しかも、 d = 1 mと非常に薄い液晶層厚のデバイスにおいてでさえ. 本発明によれば、第 3図に示すように、 11を 0. 1以上にすることにより、 6 V程度の駆動電圧でほぼ飽和するようになり、さらに透過率も従来デバイスの材料構成では 30 %程度でしかなかったものが著しく向上することも分る。特に Δη= 0. 1 3の高い Δ η値の液晶材料を用いることにより、 1 m厚でも十分な透過率と駆動特性を持つ S i反射型垂直配向液晶表示デバイスを実現できる。

第 4図は、本発明による反射型液晶表示デバイスの応答速度（立ち上がり時間 +立ち下がり時間）を示している。従来のデバイスに比べて非常に高速になり、 d = 2 i^m厚で 7〜9ms e c、 1. 5 m厚以下になると数 m s e c以下になった（但し、 d= 2. 5 111厚では1 3〜 1 4m s e cと応答速度が不十分となる）。さらに、 d= l . 厚以下のデバイスでは、中間調においても 8m s e c以下の高速応答を保つた。本デバイスにより、中間調表示や動画像の多い映画やテレビ画像においても、遜色のない画質を実現できる。

第 5図には、本発明によるデバイス（試料 No.7〜 1 5) の諸特性を比較試料（試料 No. 1〜6、 1 6〜 1 9) と共にまとめて示し、第 6図には、 Δηによる飽和電圧の変化を液晶層厚 d毎に示す。駆動特性、透過率及び応答速度の観点から、液晶層の厚み dは 2 m以下、特に 1〜 2 mが好ましく、液晶の Δηは、厚では Δη≥0. 1 (より好ましくは Δ η≥0. 1 03、更には Δ η≥ 0. 1 14) 、 1. 5 m厚では Δ η≥ 0. 1 06 (より好ましくは Δ η≥ 0. 1 1、更には Δ η≥ 0. 1 14) 及び 1 m厚では Δη≥ 0. 1 04 (より好ましくは Δ η≥ 0. 1 1 4、更には Δ η≥ 0. 1 2) が、実用上、特に適している。

ところで、従来デバイスの液晶層厚 3. 5 zmの場合に、 Δ η = 0. 1以上の高い屈折率異方性 Δ ηを有する垂直配向液晶材料を用いた場合について、 Δ η= 0. 1 3の場合を例として、その V_ Τ曲線を第 7 図に示す。この図から分るように、しきい値電圧がかなり小さくなり、約 2 Vの駆動電圧で飽和するようになる。しかしながら、上述した式 1 に示すように、応答速度は液晶の層厚 d以外に駆動電圧の 2乗に反比例するため、このような低い駆動電圧は応答速度を非常に低下させる要因となる。実際の測定によれば、このデバイスの白黒応答速度は 46m s e c (約 5 0m s e c) になり、さらに中間調になると、駆動電圧がより下がることを反映して 1 0 0ms e c近くにもなり、実用性に乏しいことは明らかである。このように、従来デバイスでは、応答速度の観点から、 Δ ηの値はむしろ 0. 1より小さくする必要がある。

以上のように、本発明は、液晶層の厚み dが 2 以下の反射型垂直配向液晶表示デバイスを実現するための、液晶材料の Δ η値の必要条件を新たに見出したものであり、液晶層厚 dが 2 m以下であっても Δ η≥ 0. 1とすることにより、飽和電圧を低下させ、応答速度も向上させることができたのである。

なお、下記の表には、上記した各種 Δ η値（更には△ ε 値）の垂直配向液晶材料（これらはいずれもメルク社製）をまとめて示す。

次に、本発明による垂直配向液晶表示デバイスが、従来デバイスよりも小さい Fナンバーの光学系に対しても有効であることを述べる。まず、本発明による液晶層厚の薄いデバイスの黒レベルが、従来の 3 〜4 ^ m厚のデバイスよりも低くなることを見出した結果を示す。第 8 図は、本発明による垂直配向液晶表示デバイスの黒レベルの数値（電圧ゼロでの黒状態での透過率）を液晶層厚の関数として示した。それぞれの材料系で、 3 . 5 /i m厚での数値を 1 0 0 %として表している（横軸は液晶層の厚さである。）。

これによれば、印加電圧がゼロの時は液晶分子はほぼ基板面に垂直に配向しているため、原理的には入射光は偏光状態を変えずに反射され、偏光ビームスプリツ夕によつて入射側に戻されることになるが、実際のデバイスではプレティルト角分だけ液晶分子が傾斜しておりこれによりわずかに楕円化すること、また上述のように偏光ビームスプリッ夕の偏光分離特性に入射角依存性があるため、これらにより黒状態での透過率が上昇し、コントラストを劣化させる。

しかしながら、本発明によるデバイスの黒レベルの数値は、第 8図に示すように、液晶の層厚が薄くなるほど低下し、 2 m厚のデバイスでは従来デバイスの厚みのものに比ぺ 2 0〜 3 0 %、 1 . 5 m厚では 1 0〜 2 0 %、 1 . 0 m厚では 5〜 1 5 %になることが見出された（伹し、 2. 5 m厚では 40〜 5 0 %と大きい）。コントラストは白レべルと黒レベルの比で表わされるが、白レベルはほぼ同じであるため、第 8図に示す結果は、本発明によるデバイスのコントラストが、例えば 1 5 m厚のデバイスでは 5〜 1 0倍以上高くなることを示している。このように液晶層厚の減少により黒レベルの数値が低下する主な理由は、以下に基づくものと考えられる。本デバイス系の液晶の透過率 Tは次の式 4で表わされる。

Toe s i n² ( 2 d · Δ n (e f f ) - π/λ) · · ·式 4 ここで、 λ は光の波長であり、 Δ η (e f f ) は液晶分子の鉛直方向からの倒れ角 Θ に応じた実効的な屈折率異方性であり、次の式 5で表わされる。

a ヽ 11 ( || ) 11 (丄） „ ヽ

n ( e t f ) = , — n (丄） . . .ェ D

Tn (II)² - c o s² (θ) +η (丄) ²· s i η²(θ) ] 液晶の駆動電圧を上げていくと、液晶分子の倒れ角 Θ が大きくなりそれに応じて Δ η (e f f ) が増し、透過率が増大する。原理的に Θ = 9 0 ° で A n (e f f ) は液晶材料の Δ nの値に等しくなることが分かる。式 4より、透過率は 2 d · Δ n (e f f ) · π/ λ = π/ 2 ( 条件を満たす場合に T= 1 0 0 %になる。

黒レベル、すなわち黒状態の透過率は、液晶分子が完全に垂直に配向すれば（0 = 0) 、 Δ n (e f f ) = 0となり、黒状態の透過率はゼロになるが、実際には上述のように 1〜 7 ° くらいのプレティルト角を付けて配向させるために、 Δ η (e f f ) は有限の値となり、これが黒状態の透過率を与える。プレティルト角が大きくなるほど、黒状態での透過率が上昇するため、より好ましくは 5 ° 以下に制御する。黒レベルにおいては、 2 ά · Δ η (e f f ) - π/λ は小さい値なので、式 4は近似的に T ex s i n ² ( 2 d · Δ n ( e f f ) · π / λ ) = ( 2 d · Δ n ( e f f ) · % / λ ) ²となり、液晶層厚 dの 2乗に比例するものと理論的には考えられる。第 8図に示した実測データは、おおよそ、この関係で説明できることが分かる。

このように、本デバイスは、液晶層の厚み dが 2 以下と薄く設計されていることにより、従来のような 3〜4 m厚のデバイスに比べて, 黒レベルが本質的に低く抑えられ、高いコントラストを実現することが可能である。

従来デバイスでは光学系の Fナンバーを小さくしていくと、黒レベルが上昇してコントラストが確保されなくなるために、 Fナンバーを 3 . 5以上に設定せざるを得ないことを既述したが、本発明によるデバイスでは、上記したようにデバイス単体の黒レベルが非常に低くなるため、小さい Fナンバーの光学系においても十分なコントラストを確保することができる。

第 9図は、本発明によるデバイスにおいて、第 1 7図の投射レンズ 5 や照明光学系に対応する測定光学系の Fナンバーを変えた時の黒状態の透過率の変化を示す。 Fナンバーを小さくしていくと、黒レベルは上昇するものの、本発明によるデバイスでは、いずれの Fナンバーにおいても、従来デバイスより低い黒レベルを維持しているので、 Fナンバーが 3以下と小さい光学系においても十分なコントラストを実現できる。しかも、第 1 0図に示すように、 Fナンバーが 3以下で、輝度も十分なものとなり（但し、 2未満では輝度が飽和する。）、 Fナンバーが 3を超えると輝度がかなり低下する。

輝度に関しては、実用のプロジェクシヨンシステムにおいて、例えば対角 0 . 7インチのデバイスで 1 2 0 Wのランプを用いた光学系では、 F= 3. 8 5から F = 2にすると、その輝度は約 6 0 %向上することが実験から分かっている。

以上のように、本発明によるデバイスと、 Fナンバーが 3以下の光学系とを用いたプロジェクション光学システム及びプロジェクションディスプレイシステムは、従来デバイスと従来光学系とを用いたシステムに比べて、高いコントラストと高輝度の双方を満たすプロジェクションシステムを提供することができる。

以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的に説明する。

〔比較例 1〕

従来デバイスを次のようにして作製した。まず、透明電極が成膜されたガラス基板と、 A 1電極が形成された S i駆動回路基板とを洗浄後、蒸着装置に導入し、液晶配向膜として S i 〇₂膜を、蒸着角度 4 5〜5 5 ° の範囲で斜め蒸着して形成した。液晶配向膜の膜厚は 5 0 nmとし. 液晶のプレティルト角は約 2. 5 ° になるように制御した。

その後、液晶配向膜が形成された上記両基板の間に 1〜 3. 5 ^m径のガラスビーズを適当な数だけ散布して、両者を貼り合わせ、メルク社製の、誘電率異方性 Δ ε が負で、 Δ η= 0. 0 8 2を有する垂直配向液晶材料を注入して、 3. 5 m, 2. 9 nm, 2. 5 im、 2 , 1. 5 m及び 1 mの液晶層厚 (セルギヤップ) を有する 6種類の反射型液晶表示デバイス（第 5図の試料 No. 1〜6) を作製した。

これらのデバイスにおいて、透明電極と A 1電極との間に電圧を加え. 印加電圧を変えたときの液晶の透過率の変化（反射型であるから、実際にはデバイスの反射率を測定しているが、液晶の透過率を測定していることと等価であるため、以下、このように記す。）を測定した。測定は室温で行なった。その液晶駆動特性を第 1 5図に示す。第 1 5図、更には第 1 6図に示すように、液晶層の厚さが 2. 5 imより薄くなると、飽和駆動電圧が急上昇して 6 Vを越すようになった。

〔実施例 1〕

比較例 1と同様の方法で、透明電極付き基板と A 1電極が形成された S i駆動回路基板とにそれぞれ S i 0₂膜からなる液晶配向膜を形成-しそれらの基板間に、メルク社製の、誘電率異方性 Δ ε が負で、屈折率異方性 Δ ηが 0. 1 0 3、 0. 1 1 4及び0. 1 3の 3種類の垂直配向液晶材料を注入し、それぞれの材料で、 2 ^m、 1. 及び 1 mの液晶層の厚さを有する、計 9種類の反射型液晶表示デバイス（第 5 図の試料 No. 7 - 1 5) を作製した。液晶のプレティルト角は約 2. 5 ° になるように制御した。

これらのデバイスの液晶駆動特性を、比較例 1と同様にして、室温で測定した。第 1図、第 2図及び第 3図はそれぞれ、液晶層の厚みが 2 m、 1. 5 xm及び 1 imの場合についての駆動特性を示す。第 5図には、各デバイスの、透過率がほぼ飽和する駆動電圧とその透過率の値をまとめた。

この結果から、液晶層の厚さ dを 2 m以下に減少させても、 Δ ηを 0. 1以上にすることにより、透過率は 4〜 6 V以下の電圧で容易に飽和するようになり、実用的な駆動ができるようになることが分かった。しかも、透過率も従来デバイスに比べて大きく向上することから、十分な透過率と駆動特性を持つ S i反射型垂直配向液晶表示デバイスを実現できた。

液晶配向膜として、酸化珪素膜の代わりに、ポリイミド膜を用いてラビングで配向制御したデバイスも作製したが、結果は上記と同様であつた。〔実施例 2〕

実施例 1で作製した反射型液晶表示デバイスの立ち上がり（黒から白）及び立ち下がり（白から黒）への応答速度を測定した。その総和をデバイスの応答速度とし、第 5図にその結果を示す。測定は室温で行なつた。第 4図には、代表例として Δ η= 0. 1 3のデバイスの場合 (第 5図の試料 No. 9、 1 2、 1 5、及び d = 2. δ ιηιの試料）について、液晶層の厚さを関数として示した。また比較として、従来例の試料 No. 1と 3 m厚で作製した試料（いずれも Δ n = 0. 0 8 2 ) の応答速度も示した。

応答速度は、上述した式 1、 2から推測されるように、液晶層の厚みのほぼ 2乗に比例して変化したが、本発明によるデバイスでは、液晶層厚 dを以下、 Δ ηを 0. 1以上としているために、 9ms e c以下の高速の応答を実現できることが実証された。

〔比較例 2〕

実施例 1と同様な方法で、 Δ η= 0. 1 3の液晶材料を用いて層厚 3 5 mの反射型液晶表示デバイス（試料 No. 1 6) を作製し、液晶駆動特性を調べた。

第 7図にはその結果を、 Δ η = 0. 0 8 2の場合（試料 No. 1 ) と比較して示すが、このデバイスの駆動電圧は非常に低くなつた。また、室温での応答速度を、実施例 2と同様に測定した結果、応答速度は 46 ms e cであった。これは、中間調では駆動電圧が 1 V台になるためにさらに遅くなり、 2 5 %の階調での応答速度は 1 0 0m s e c近くになつた。

〔実施例 3〕

実施例 1で作製した反射型液晶表示デバイスの、印加電圧がゼロ（黒状態）の時の透過率（黒レベル）を測定した。液晶層の厚さに対する黒レベルの変化を系統的に調べるために、各 Δ ηの試料で、従来デバィスの層厚である 3. 5 mのデバイス（第 5図の試料 No. 1 7〜 1 9) 及び層厚 2. 5 mのデバイスを作製し、実施例 1の試料（試料 No. 7〜 1 5) と共に測定した。それぞれの Δ nの試料で、 3. 5 m厚のデバイスの数値を 1 0 0 %として、黒レベルの数値を示したのが第 8図である。

第 8図に示すように、いずれの Δ ηの試料でも、液晶層の厚さを薄くし、 2 m以下になると、黒レベルは著しく低下し、例えば 1. 5 _m厚のデバイスでは、 3. 5 m厚のデバイスの数値に対して 1 0〜 2 0 %の低い黒レベルを示すことが見出された。即ち、デバイスのコントラストは 5〜 1 0倍になることを示している。第 7図の測定光学系の F ナンバーは.3. 8 5であるが、 Fナンパ一を変えても、この傾向は概して同じであった。

〔実施例 4〕

実施例 1の Δη= 0. 1 3、液晶層厚1. 5 zm、 2. Ο ΠΙのデバイス (試料 No. 1 2、 9) を、 Fナンバーが 3. 8 5、 3及び 2の測定光学系に組み込み、デバイスの黒レベル（黒状態の透過率）を従来デバイス（試料 No. 1) と比較した。

第 9図は、その結果を示す。 Fナンバーの低下により、黒レベルは上昇するが、本発明によるデバイスでは、いずれの Fナンバーにおいても従来デバイスより低い黒レベルを維持している。各デバイスの白レベルの透過率は約 0. 6でほぼ同じであった。従って、黒レベルの比がそのままデバイスのコントラストの比を与え、本発明によるデバイスでは、 Fナンバーが 3以下と小さい光学系においても、従来デバイスと同等以上のコントラストを実現できることが分かる。この Fナンバーの下限は 1. 5、更には 2. 0とするのがよい。また、上記と同様の仕様で、対角 0. 7インチの S i反射型垂直配向液晶表示デバイスを作製し、 1 2 0Wのランプ光源を用いて、 Fナンパ一 = 3. 8 5、 3. 5、 3、 2. 5及び 2の実用プロジェクシヨン光学系で輝度を比較したところ、第 1 0図に示すように Fナンバー = 3. 8 5の光学系の輝度値に対して、 Fナンパ一 = 3では約 3 2 %、 Fナンパ — = 2. 5では約 44 %、 Fナンバー = 2では約 6 0 %向上し、 Fナンバー≤ 3で急激に向上した。伹し、 Fナンパ一 = 3. 5では約 1 5 %しか向上せず、また Fナンパ一 = 1. 5では Fナンパ一 = 2とあまり変らなかった。コントラストは、上述のように、 Fナンバー≤ 3の光学系においても、従来デバイスのコントラストよりも高いコントラストが維持された。即ち、従来デバイスよりも、輝度とコントラストの双方が向上したプロジェクションシステムを実現できた。

以上に述べた本発明の実施の形態及び実施例は、本発明の技術的思想に基づいて様々に変形可能である。

例えば、上述した反射型液晶表示素子やこれを用いた光学又はプロジェクシヨンシステムの構成部分の構造、材質等は上述したものに限られることはなく、種々に変更してよい。

以上のように、本発明によれば、垂直配向液晶層の厚さを 2 /m以下と小さくしても、垂直配向液晶材料の Δ ηの値を 0. 1以上と大きく調整することにより、液晶の透過率が 5〜6 V以下の電圧で容易に飽和するようになり、実用的な低電圧での駆動が可能になり、また透過率自体も著しく向上する。従って、十分な透過率と低電圧駆動（低耐圧）の駆動特性とを持ち、高速応答に優れた反射型垂直配向液晶表示デバイスと、これを用いた表示装置、プロジェクシヨン光学及びディスプレイシステムを実現することができる。また、これらのシステムにおいて、垂直配向液晶層の厚みを 2 m以下と小さくしているために、液晶層厚の 2乗に比例すると考えられる黒レベルを低く抑えることができ、光学系の Fナンバーが 3以下と小さくても、高コントラストの実現が可能となり、しかも小さい Fナンバーによって高輝度も併せて実現できることになる。従って、高いコントラストと高輝度の双方を満たすシステムを提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 光透過性電極を有する第 1の基体と、光反射電極を有する第 2の基体とが、前記光透過性電極及び前記光反射電極を互いに対向させかつ垂直配向液晶を介在させた状態で、対向配置されている反射型液晶表示素子であって、前記垂直配向液晶層の厚さが 2 /x m以下であり、かつ垂直配向液晶材料の屈折率異方性厶 11が0 . 1以上である反射型液晶表示素子。

2 . 前記光透過性電極としての透明電極及び前記光反射電極の対向面上にそれぞれ液晶配向膜が形成され、前記光反射電極が前記第 2の基体に設けられたシリコン等の単結晶半導体駆動回路に接続され、ァクティブ駆動型に構成されている、請求の範囲第 1項に記載した反射型液晶表示素子。

3 . 前記単結晶半導体駆動回路が、前記第 2の基体としてのシリコン基板に画素毎に設けられた駆動トランジスタを具備し、この駆動トランジス夕の出力側に前記光反射電極が接続されている、請求の範囲第 2項に記載した反射型液晶表示素子。

4 . 画素サイズが 1 0 m以下である、請求の範囲第 1項に記載した反射型液晶表示素子。

5 . 酸化珪素膜が前記液晶配向膜として形成されている、請求の範囲第 2項に記載した反射型液晶表示素子。

6 . 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載した反射型液晶表示素子を具備する表示装置。

7 . 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系とが光路中に配置されている、請求の範囲第 6項に記載した表示装置。

8 . 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ピ一ムスプリッ夕を通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ビ一ムスプリッタを再び通して導かれる、請求の範囲第 7項に記載した表示装置。

9 . 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光される請求の範囲第 8項に記載した表示装置。

1 0 . 白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィル夕に導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビームスプリッ夕を介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される、請求の範囲第

9項に記載した表示装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載した反射型液晶表示素子が光路中に配置されているプロジェクション光学システム。

1 2 . 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示装置と、この反射型液晶表示装置からの反射光を導く光学系とが前記光路中に配置されている、請求の範囲第 1 1項に記載したプロジェクシヨン光学システム。

1 3 . 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ビームスプリッ夕を通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ビームスプリッタを再び通して投射レンズに導かれる、請求の範囲第 1 2項に記載したプロジェクション光学システム。

1 4 . 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリッ夕とが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レンズに導かれる、請求の範囲第 1 3項に記載したプロジェクション光学システム。

1 5 . 白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビ一ムスプリッタを介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される、請求の範囲第 1 4項に記載したプロジェクション光学システム。

1 6 . 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載した反射型液晶表示素子が光路中に配置されているプロジェクションディスプレイシステム。

1 7 . 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系とが前記光路中に配置されている、請求の範囲第 1 6項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

1 8 . 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ビームスプリッ夕を再び通して投射レンズ、更にはスクリーンに導かれる、請求の範囲第 1 7項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

1 9 . 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レンズに導かれる、請求の範囲第 1 8項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

2 0 . 白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ピ一ムスプリッ夕を介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される、請求の範囲第 1 9項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

2 1 . 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載した反射型液晶表示素子と、 Fナンバーが 3以下の光学系とが光路中に配置されているプロジェクション光学システム。

2 2 . 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系とが前記光路中に配置されている、請求の範囲第 2 1項に記載したプロジェクシヨン光学システム。

2 3 . 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ビームスプリッ夕を通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ビームスプリッ夕を再び通して投射レンズに導かれる、請求の範囲第 2 2項に記載したプロジェクション光学システム。

2 4 . 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリッタとが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レンズに導かれる、請求の範囲第 2 3項に記載したプロジェクション光学システム。

2 5 . 白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビ一ムスプリッタを介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される、請求の範囲第 2 4項に記載したプロジェクション光学システム。

2 6 . 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか 1項に記載した反射型液晶表示素子と Fナンバーが 3以下の光学系とが光路中に配置されているプロジェクションディスプレイシステム。

2 7 . 光源と、この光源からの光を前記反射型液晶表示素子に入射させる光学系と、前記反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子からの反射光を導く光学系とが前記光路中に配置されている、請求の範囲第 2 6項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

2 8 . 前記光源からの光が偏光変換素子及び偏光ビームスプリッタを通して前記反射型液晶表示素子に入射し、この反射型液晶表示素子からの反射光が前記偏光ビ一ムスプリッ夕を再び通して投射レンズ、更にはスクリーンに導かれる、請求の範囲第 2 7項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

2 9 . 各色毎に前記反射型液晶表示素子と前記偏光ビームスプリツ夕とが配置され、それぞれの反射型液晶表示素子からの反射光が集光されて前記投射レンズに導かれる、請求の範囲第 2 8項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。

3 0 . 白色光源からの白色光が前記偏光変換素子を通してダイクロイック色分離フィルタに導かれ、ここで分離された光が更に各色の分離光とされた後に前記偏光ビームスプリッタを介して前記反射型液晶表示素子にそれぞれ入射し、各反射光がプリズムで集光される、請求の範囲第 2 9項に記載したプロジェクションディスプレイシステム。