WO2006001188A1

WO2006001188A1 - 液晶プロジェクタ装置

Info

Publication number: WO2006001188A1
Application number: PCT/JP2005/010796
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Shirasaka; Hitoshi Inukai; Tomoya Yano
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-01-05
Also published as: EP1762883A4; KR20070035520A; CN100510904C; US20080043158A1; TWI281075B; JP2006011298A; KR101244062B1; US7659946B2; EP1762883A1; TW200619785A; CN1977213A

Abstract

　本発明は、垂直配向型の液晶素子を搭載した透過型の液晶プロジェクタ装置であり、液晶パネル（２５）の入射側並びに出射側にそれぞれ配置される入射側偏光板（２４）及び出射側偏光板（２６）を備える。照明光学系によって集光された光束における第１の偏光成分を入射側偏光板（２４）により透過させてこれを液晶パネル（２５）へ導く。入射側偏光板（２４）と液晶パネル（２５）との間、又は出射側偏光板（２６）と液晶パネル（２５）との間には、液晶パネル（２５）における液晶分子の配向方向（プレチルト角）に応じて所定角度傾斜させた光学異方性素子（４５）が配置される。これにより、高コントラスト比が維持され、液晶パネルの透過率が向上する。

Description

液晶プロジェクタ装置

技術分野

[0001] 本発明は、垂直配向型の液晶素子を用いた液晶プロジェクタ装置に関し、特にコントラストと応答速度をともに改善する液晶プロジェクタ装置に関する。

本出願は、日本国において 2004年 6月 29日に出願された日本特許出願番号 200 4- 191938を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。

背景技術

[0002] 従来、光源から出力された光を、例えば透過型の液晶パネルによって光変調して画像光を形成し、この画像光をスクリーン等に投射する液晶プロジェクタ装置が知られている。この液晶プロジェクタ装置では、赤 (R)、緑 (G)、青 (B)の原色光に対応した液晶パネルによって光変調を行ヽ、この光変調によって形成された各画像光を合成することによりカラー画像を出力することが可能となる。

従来において、液晶パネルの視野角を広げることにより、画面ムラやコントラストの改善を液晶プロジェクタ装置が特開 2001— 42314号公報において提案されている。この公報に開示される液晶プロジェクタ装置は、図 1に示すように、リフレクタ 102a の焦点位置に発光部 102bを配置したランプ 102を備える。このランプ 102から出射された光は、リフレクタ 102aの光軸にほぼ平行な光としてその開口部力も前方に出射する。

ランプ 102の後段には、後述する液晶パネル部 110, 113, 119を構成する例えばッイストネマティック液晶によって形成される液晶パネルの被照射領域のアスペクト比にほぼ等、相似形をした外形を有して!/、る複数のレンズセルが例えば正方配列されているマルチレンズアレイ 103と、このマルチレンズアレイ 103のレンズセルに対向するように複数のレンズセルが形成されて、るマルチレンズアレイ 104が配置されて!ヽる。これらのマルチレンズアレイ 103, 104で集光された光は、偏光変換ブロック 105 によって所定の偏光方向の光に偏光される。即ち、ランプ 102から出射した無偏光（ P偏光波 + S偏光波）の光は、偏光変換ブロック 105を通過することによって、液晶パネル部 110,113,119に対応した所定の偏光方向（例えば P偏光波）の光に変換される。なお、偏光変換ブロック 105についての説明は省略する。

偏光変換ブロック 105によって例えば P偏光波に変換された光は、偏光変換ブロック 105の後段に配置されている平凸レンズ 106に入射する。この平凸レンズ 106は、偏光変換ブロック 105からの光を集光して、効率よく液晶パネルを照明することができるようになされている。

平凸レンズ 106から出射した光、即ち白色光は、先ず赤色光 Rを透過するダイク口イツクミラー 107に入射して、ここで赤色光 Rが透過し緑色光 G及び青色光 Bが反射する。このダイクロイツクミラー 107を透過した赤色光 Rはミラー 108により進行方向を例えば 90° 曲げられて平凸レンズ 109を介して液晶パネル部 110に導かれる。一方、ダイクロイツクミラー 107で反射した緑色光 G及び青色光 Bは、青色光 Bを透過するダイクロイツクミラー 111により分離されることになる。即ち、緑色光 Gは反射して平凸レンズ 112を介して液晶パネル部 113に導かれる。また、青色光 Bはダイク口イツクミラー 111を透過して直進し、リレーレンズ 114、ミラー 115、リレーレンズ 116、ミラー 117、平凸レンズ 118を介して液晶パネル部 119に導かれる。

液晶パネル部 110,113,119で光変調された各色光は、それぞれクロスプリズム 12 0に入射する。このクロスプリズム 120は、例えば複数のガラスプリズムを接合して外形が形成される。そして各ガラスプリズムの接合面には、所定の光学特性を有している干渉フィルタ 121a,121bが形成されている。例えば、干渉フィルタ 121aは、赤色光 Rを反射して緑色光 Gを透過するように構成され、また、干渉フィルタ 121bは、青色光 Bを反射して緑色光 Gを透過するように構成されている。したがって、赤色光 Rは、干渉フィルタ 121aで、また青色光 Bは干渉フィルタ 121bで透過することにより投射レンズ 122に到達し、ここで各色光が 1つの光軸に合成されるようになる。

上述のように構成した液晶プロジェクタ装置 100では、視野角に応じてコントラストが低下してしまうという問題点がある。力かる視野角特性が生じる要因としては、図 2 に示すように液晶パネルを構成するッイストネマティック液晶分子がねじれてヽることが挙げられる。図 2には偏光板 130, 133間に配置されてなるノーマリーホワイトとされている液晶パネル 132の液晶分子の配列を示しており、配向膜 132a, 132bにおいて実線で示されてヽる矢印が配向処理方向とされてヽる。このように構成されてヽる液晶パネル 132に対して、駆動電圧を印加すると、図示した状態から液晶分子が立ち上がるようになり、入射した光束を遮断するようになる。配向膜 132a, 132bの界面にお、ては、液晶分子の配向方向はプレチルト角と呼ばれる配向処理方向に対して所定の角度を有している。これは、駆動電圧の印加時に液晶分子の駆動方向を導くために、配向処理方向に対して与えられる初期分子配列の角度とされる。このような液晶パネル 132に対して駆動電圧を印加して、液晶分子を立ち上げることによって黒レベルの表示を行うことができるようになる。しかし、上記プレチルト角の影響により、視野角遮光性能は劣化して黒浮き減少が生じ、ひいてはコントラストが低下してしまつ。

このため、力かる従来の液晶プロジェクタ装置 100では、図 3に示すように、偏光板 130と、液晶パネル 132との間に位相差フィルム 131を配置することにより、コントラストの改善を図っている。この図 3に示す液晶パネル 132において、入射側に配置される第 1の偏光板 130は例えば z軸方向に偏光軸を有しており、偏光板 130を介した光束は位相差フィルム 131へ到達する。この位相差フィルム 131は、当該位相差フィルム 131の遅相軸又は進相軸の一方が偏光板 130の偏光軸と直交するとともに、位相差フィルム 131が形成されて!ヽる面内にお、て、偏光板 130の偏光軸に平行な軸を回転軸として、所定の角度傾斜して配置されている。液晶パネル 132は、図 2に示す場合と同様に、配向膜 132aの配向処理方向は X軸方向、また配向膜 132bの配向処理方向は y軸方向とされて、る。そして各配向膜 132a, 132bに示されるように所要のプレチルト角を有して液晶分子が配向されている。したがって、偏光板 130の偏光軸と液晶分子の配向方向は、プレチルト角に応じた角度差を有している。位相差フィルム 131は、この角度差を補正して、偏光板 130を透過した光束の位相を、プレチルト角を有した配向膜 130aの液晶分子の配列に対応させるようにしている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

ところで、上述した従来の液晶プロジェクタ装置は、液晶素子としてツイストネマティック液晶を用いている力最近提供されている液晶プロジェクタ装置では、更なる高輝度化、高コントラスト化、高精細化を図るベぐ垂直配向型の液晶素子が使用され始めている。この垂直配向型の液晶素子は、非常に高いコントラスト比を得ることができるものの、これを液晶プロジェクタ装置に配設する場合には、特に強く発生する基板面と平行な方向のいわゆる横電界により液晶分子の配向方向が乱れ、透過率が低下してしまうことがある。

この横電界を極力抑制するために電極電位を 1画面単位で極性反転させる、いわゆる 1フィールド反転駆動方式が提案されている。この駆動を行うためには、液晶素子の画素に対して、画素電位を 1フィールド期間保持できるだけの大きな画素電位容量が必要となる。このため、力かる垂直配向型の液晶素子を配設する場合には、画素電位容量を大きくすることができる反射型液晶素子として構成する必要があり、液晶プロジェクタ装置の構成に当たって制約が生ずる。

一方、液晶プロジェクタ装置に使用するための液晶素子は、製造容易性の観点から透過型の液晶素子が主として用いられ、これらを垂直配向化させることで高性能化を図る試みが行われている。力かる高性能化を図るためには、横電界による液晶分子の配向の乱れを抑制すベぐ直視型液晶素子において実現されている斜め電界を印加する方法や、画素内に傾斜部を設ける等の配向制御方法を適用することも考えられるが、何れも表示領域に対する開口領域の割合 (開口率)を犠牲にすることとなり、極めて高精細なプロジェクタ用液晶素子においては適用することができない。更には、垂直配向型の液晶分子のプレチルト角を制御することにより、横電界による液晶分子の配向の乱れを抑制し、液晶パネル 132の透過率を向上させるとともに、液晶素子の応答速度を改善する方法も提案されている。し力しながら、垂直配向型の液晶素子のメリットである高コントラスト比を実現することができないという問題点が生じ、垂直配向型の液晶素子を搭載した透過型の液晶プロジェクタ装置の実現が困難になる。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために提案されたものであり、その目的とするところは、垂直配向型の液晶素子を搭載した透過型の液晶プロジェクタ装置において、高コントラスト比を維持しつつ、液晶パネルの透過率を向上させるとともに、応答速度を改善を図ることが可能な液晶プロジェクタ装置を提供することにある。本発明に係る液晶プロジェクタ装置は、液晶素子の入射側並びに出射側にそれぞれ配置される第 1の偏光板及び第 2の偏光板を有し、照明光学系によって集光された光束における第 1の偏光成分を第 1の偏光板により透過させてこれを液晶素子へ導くとともに、液晶素子力出射された光束における第 2の偏光成分を第 2の偏光板により透過させてこれを投射レンズへ導く偏光制御手段と、第 1の偏光板と液晶素子との間に、又は第 2の偏光板と液晶素子との間に配置した光学異方性素子からなる位相差手段とを備え、位相差手段が、液晶素子における液晶分子の配向方向に応じて光学異方性素子を角度傾斜させるようにしたものである。

本発明に係る液晶プロジェクタ装置の一実施の形態は、光源と、光源力も出射された光束を所要の光路に収束させる照明光学系と、照明光学系によって集光された光束を垂直配向された液晶分子により光変調する液晶素子と、液晶素子によって光変調された光束を拡大投影する投射レンズを備えた液晶プロジェクタ装置において、液晶素子の入射側並びに出射側にそれぞれ配置される第 1の偏光板及び第 2の偏光板を有し、照明光学系によって集光された光束における第 1の偏光成分を第 1の偏光板により透過させてこれを液晶素子へ導くとともに、液晶素子から出射された光束における第 2の偏光成分を第 2の偏光板により透過させてこれを投射レンズへ導く偏光制御手段と、第 1の偏光板と液晶素子との間に、又は第 2の偏光板と液晶素子との間に配置した光学異方性素子からなる位相差手段とを備え、位相差手段により、液晶素子における液晶分子の配向方向に応じて光学異方性素子を角度傾斜させるようにしたものである。

本発明に係る液晶プロジェクタ装置は、光学異方性素子を、液晶パネル 5における液晶分子のプレチルト角 OCに応じて回転させて構成するため、高コントラスト比を維持しつつ、液晶パネルの透過率を向上させるとともに、応答速度を改善を図ることが可能となる。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施に形態力一層明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明 [0004] [図 1]図 1は、従来の液晶プロジェクタ装置を示す側面図である。

[図 2]図 2は、液晶パネルを構成するッイストネマティック液晶分子の構成を示す斜視図である。

[図 3]図 3は、偏光板と、液晶パネルとの間に位相差フィルムを配置した構成を示す斜視図である。

[図 4]図 4は、本発明に係る液晶プロジェクタ装置を示す側面図である。

[図 5]図 5は、本発明に係る液晶プロジェクタ装置に用いられる液晶パネルを示す斜視図である。

[図 6]図 6は、本発明に係る液晶プロジェクタ装置において、入射側偏光板から出射側偏光板に至るまでの構成を示す斜視図である。

[図 7]図 7A及び図 7Bは、本発明に係る液晶プロジェクタ装置におけるコントラスト特性を示す特性図である。

[図 8]図 8は、液晶素子基板間において 1ライン反転駆動様の電界を印加する状態を示す図である。

[図 9]図 9は、角度傾斜された光学異方性素子を配置することにより得られる表示状態を示す図である。

[図 10]図 10A及び図 10Bは、液晶分子のプレチルト角 αが小さい場合におけるコントラスト特性を示す特性図である。

[図 11]図 11A及び図 11Bは、プレチルト角 _αに対するコントラスト特性、透過率、並びに液晶素子の応答速度の関係を示す図である。

[図 12]図 12A及び図 12Bは、光学異方性素子を斜めに切り出した媒質間で挟み込む構成を示す図である。

[図 13]図 13Aは光学異方性素子の回転角 βを変更するための補償板傾斜機構を示す正面図であり、図 13Bはその側面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0005] 以下、本発明を、透過型の液晶パネルを赤、緑、青の各色に対応するように 3枚用いてフルカラー映像を投射する 3板方式の液晶プロジェクタ装置に適用した実施の形態を図面を参照して説明する。この液晶プロジェクタ装置 1は、外部のスクリーンに対して画像を投射するものであつて、図 4に示すように、光を出射する光源 11と、光源 11から出射された光の光路順に、可視領域外の光をカットするカットフィルタ 12と、光を反射する第 1の折り返しミラ一 13と、液晶パネル 25の有効開口領域のアスペクト比にほぼ等しい相似形をした外形を有して、る複数のレンズセルが例えば正方配列されて、る第 1のマルチレンズァレイ 14及び第 2のマルチレンズアレイ 15と、第 2のマルチレンズアレイ 15からの光を所定の偏光方向に偏光させるための PS合成樹脂 16と、 PS合成樹脂 16を通過した光を集光するコンデンサレンズ 17と、光を波長帯域に応じて分離する第 1のダイク口イツクミラー ₂₀とを備えて、る。光源 11は、フルカラー画像を投射するために必要とされる、光の 3原色である赤色、緑色及び青色の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このような光源 11は、白色光を発する発光体 11aと、発光体 11aから発せられた光を反射するリフレクタ l ibとを有している。光源 11の発光体 11aとしては、水銀成分を含むガスが封入された放電ランプ、例えば、超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源 11のリフレクタ l ibは、凹面鏡となっており、その鏡面が周効率のよい形状とされている。また、リフレクタ l ibは、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。

カットフィルタ 12は、光源 11から出射された白色光に含まれる紫外領域の光を反射することで除去する平面ミラーである。カットフィルタ 12は、例えば、ガラス基材上に紫外領域の光を反射するコートを施したものであり、紫外領域以外の光を透過する第 1のマルチレンズアレイ 14は、第 2のマルチレンズアレイ 15とともに後述する液晶パネル 25の有効面積内を均一に照明するために、光を液晶パネル 25の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようされている。第 1のマルチレンズアレイ 14は、複数の小さなレンズ素子をアレイ状に設けた構造とされており、第 1の折り返しミラー 13により反射された光を各レンズ素子により光を集光し小さな点光源を作り出し、他方の第 2のマルチレンズアレイ 15によりそれぞれの点光源からの照明光を合成する。コンデンサレンズ 17は、凸レンズであり、 PS合成樹脂 16により所定の偏光方向に制御された光を液晶パネル 25の有効開口領域に効率よく照射されるようにスポット径を調整する。

第 1のダイクロイツクミラー 20は、ガラス基板等の主面上に、誘電体膜を多層形成した、いわゆるダイクロイツクコートが施された波長選択性のミラーである。第 1のダイク口イツクミラー 20は、反射させる赤色光と、透過させるその他の色光、即ち緑色光及び青色光とに分離する。

即ち、この第 1のダイクロイツクミラー 20は、コンデンサレンズ 17から入射する光のうち青色光及び緑色光を透過させ、赤色光を略垂直方向に反射して 90° 向きを変化させるように、コンデンサレンズ 17から入射する光の光路に対して垂直方向に 45° 傾けて配設されている。

また、この液晶プロジェクタ装置 1は、第 1のダイクロイツクミラー 20によって分離された赤色光の光路順に、光を全反射する第 2の折り返しミラー 22と、光を集光する第 1 のフィールドレンズ 23Rと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 1の入射側偏光板 24Rと、光を空間的に変調する第 1の液晶パネル 25Rと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 1の出射側偏光板 26Rとを備えている。

第 2の折り返しミラー 22は、第 1のダイクロイツクミラー 20を反射した光を垂直方向に反射して 90° 向きを変えさせる全反射ミラーであり、かかる反射された赤色光の光路に対して垂直方向に 45° 傾けて配設されている。これにより、第 2の折り返しミラー 2 2は、この赤色光を、第 1のフィールドレンズ 23Rに向けて反射する。

第 1のフィールドレンズ 23Rは、コンデンサレンズ 17とともに照明光学系を形成する集光レンズであり、第 2の折り返しミラー 22により反射された赤色光を第 1の入射側偏光板 24R側に出力するとともに第 1の液晶パネル 25Rに集光する。

第 1の入射側偏光板 24Rは、第 1のフィールドレンズ 23Rから出力された赤色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第 1の入射側偏光板 24Rは、第 1の液晶パネル 25Rの入射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設されている。

第 1の液晶パネル 25Rは、垂直配向型の液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない 2つの透明基板の間に垂直配向型の液晶分子が封入されている。このような第 1の液晶パネル 25Rは、赤色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第 1の入射側偏光板 24Rを介して入射した赤色光を空間的に変調して透過する。第 1の液晶パネル 25Rは、投射する映像が垂直方向よりも水平方向が長尺とされた略長方形状とされているため、これに対応して入射面が略長方形状とされて！/ヽる。

第 1の出射側偏光板 26Rは、第 1の液晶パネル 25Rにより変調された赤色光を、第 1の入射側偏光板 24Rと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第 1の出射側偏光板 26Rは、第 1の液晶パネル 25Rの出射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設されている。つまり、第 1の出射側偏光板 26R は、第 1の入射側偏光板 24Rに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係となるように配設されて、る。

更に、この液晶プロジェクタ装置 1は、第 1のダイクロイツクミラー 20によって分離された他の色光、即ち青色光及び緑色光の光路に沿って、入射光を波長帯域に応じて分離する第 2のダイクロイツクミラー 31を備えている。

第 2のダイクロイツクミラー 31は、入射した光を青色光と、その他の色光、即ち緑色光とに分離する。

第 2のダイクロイツクミラー 31は、第 1のダイクロイツクミラー 20から入射する光のうち青色光を透過させ、緑色光を映像投射部 2の略水平方向に反射して 90° 向きを変化させるように、第 1のダイクロイツクミラー 20から入射する光の光路に対して垂直方向に 45° 傾けて配設されている。

液晶プロジェクタ装置 1は、第 2のダイクロイツクミラー 31によって分離された緑色光の光路順に、光を集光する第 2のフィールドレンズ 23Gと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 2の入射側偏光板 24Gと、光を空間的に変調する第 2の液晶パネル 25Gと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 2の出射側偏光板 26Gとを備えている。

第 2のフィールドレンズ 23Gは、コンデンサレンズ 17とともに照明光学系を形成する集光レンズであり、第 2のダイクロイツクミラー 31により反射された緑色光を第 2の入射側偏光板 24G側に出力するとともに第 2の液晶パネル 25Gに集光する。

第 2の入射側偏光板 24Gは、第 2のフィールドレンズ 23Gから出力された緑色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第 2の入射側偏光板 24Gは、第 2の液晶パネル 25Gの入射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設されている。

第 2の液晶パネル 25Gは、垂直配向型の液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない 2つの透明基板の間にかかる垂直配向型の液晶分子が封入されている。このような第 2の液晶パネル 25Gは、緑色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第 2の入射側偏光板 24Gを介して入射した緑色光を空間的に変調して透過する。第 2の液晶パネル 25Gは、投射する映像が略長方形状とされてヽるため、これに対応して入射面が略長方形状とされてヽる。第 2の出射側偏光板 26Gは、第 2の液晶パネル 25Gにより変調された緑色光を、第 2の入射側偏光板 24Gと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第 2の出射側偏光板 26Gは、第 2の液晶パネル 25Gの出射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設され、更に第 2の出射側偏光板 26Gは、第 2 の入射側偏光板 24Gに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交-コルの関係となるように配設されて、る。

更に、この液晶プロジェクタ装置 1は、第 2のダイクロイツクミラー 31によって分離された青色光の光路順に、光路長を調整する第 1のリレーレンズ 33と、入射光を全反射する第 3の折り返しミラー 34と、光路長を補正する第 2のリレーレンズ 35と、入射光を全反射する第 4の折り返しミラー 36と、光を集光する第 3のフィールドレンズ 23Bと、入射光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 3の入射側偏光板 24Bと、入射光を空間的に変調する第 3の液晶パネル 25Bと、入射光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第 3の出射側偏光板 26Bとを備えている。

第 1のリレーレンズ 33は、第 2のリレーレンズ 35とともに光路長を調整するためのレンズであり、第 2のダイクロイツクミラー 31によって分離された青色光を、第 3の折り返しミラー 34へ導く。

第 3の折り返しミラー 34は、第 1のリレーレンズ 33からの光を水平方向に反射して 9 0° 向きを変えさせる全反射ミラーであり、第 1のリレーレンズ 33からの青色光の光路に対して垂直方向に 45° 傾けて配設されている。これにより、第 3の折り返しミラー 3 4は、第 1のリレーレンズ 33からの青色光を、第 2のリレーレンズ 35に向けて反射する第 2のリレーレンズ 35は、第 1のリレーレンズ 33とともに光路長を調整するためのレンズであり、第 3の折り返しミラー 34によって反射された青色光を、第 4の折り返しミラ一 36へ導く。

なお、第 1のリレーレンズ 33及び第 2のリレーレンズ 35は、青色光の第 3の液晶パネル 25Bまでの光路力赤色光の第 1の液晶パネル 25Rまでの光路や緑色光の第 2 の液晶パネル 25Gまで光路と比して長いため、これを補正して、第 3の液晶パネル 2 5Bに焦点が合うように適切に青色光を導くようになって!/、る。

第 4の折り返しミラー 36は、第 2のリレーレンズ 35からの光を垂直方向に反射して 9 0° 向きを変えさせる全反射ミラーであり、第 2のリレーレンズ 35からの青色光の光路に対して垂直方向に 45° 傾けて配設されている。これにより、第 4の折り返しミラー 3 6は、第 2のリレーレンズ 35からの青色光を、第 3のフィールドレンズ 23Bに向けて反射する。

第 3のフィールドレンズ 23Bは、コンデンサレンズ 17とともに照明光学系を形成する集光レンズであり、第 4の折り返しミラー 36により反射された青色光を第 3の入射側偏光板 24B側に出力するとともに第 3の液晶パネル 25Bに集光する。

第 3の入射側偏光板 24Bは、第 3のフィールドレンズ 23Bから出力された青色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第 3の入射側偏光板 24Bは、第 3の液晶パネル 25Bの入射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設されている。

第 3の液晶パネル 25Bは、垂直配向型の液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない 2つの透明基板の間に垂直配向型の液晶分子が封入されている。このような第 3の液晶パネル 25Bは、青色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第 3の入射側偏光板 24Bを介して入射した青色光を空間的に変調して透過する。第 3の液晶パネル 25Bは、投射する映像が略長方形状とされているため、これに対応して入射面が略長方形状とされている。第 3の出射側偏光板 26Bは、第 3の液晶パネル 25Bにより変調された青色光を、第 3の入射側偏光板 24Bと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第 3の出射側偏光板 26Bは、第 3の液晶パネル 25Bの出射側の基板表面における液晶分子の配向方向と透過軸が 45° をなすように配設されている。つまり、第 3の出射側偏光板 26B は、第 3の入射側偏光板 24Bに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係となるように配設されて、る。

また、液晶プロジェクタ装置 1は、第 1の液晶パネル 25R、第 2の液晶パネル 25G及び第 3の液晶パネル 25Bによりそれぞれ空間的に変調されて出射側偏光板 26R、 2 6G、 26Bを透過した赤色光、緑色光及び青色光の光路が交わる位置に、これら赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成プリズム 38と、合成プリズム 38により合成された合成光を、スクリーンに向けて投射するための投射レンズ 41とを備えている。合成プリズム 38は、第 1の液晶パネル 25Rから出射され第 1の出射側偏光板 26R を透過した赤色光が入射され、第 2の液晶パネル 25Gから出射され第 2の出射側偏光板 26Gを透過した緑色光が入射され、更に第 3の液晶パネル 25Bから出射され第 3の出射側偏光板 26Bを透過した青色光が入射するようになって、る。合成プリズム 38は、入射された赤色光、緑色光、青色光を合成して出射面 38Tから出射する。投射レンズ 41は、合成プリズム 38の出射面 38Tから出射された合成光をスクリーンに拡大して投射する。

次に、各液晶パネル 25R,25G,25Bの詳細につき説明をする。

図 5は、液晶パネル 25の斜視図である。液晶パネル 25は、図 5に示すように、入射側偏光板 24から入射光が入射される入射側液晶素子基板 41aと出射側液晶素子基板 41bを重ね合わせることにより構成され、これら基板 41の間隙には、垂直配向型の液晶分子が封入されている。出射側液晶素子基板 41bには液晶素子に対して電圧を印加するための電圧印加部 42が接続されている。

図 6は、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1において、入射側偏光板 24から出射側偏光板 26に至るまでの詳細な構成を示して、る。入射側液晶素子基板 41a と出射側液晶素子基板 41bとの間で挟持された垂直配向型の液晶分子 25aは、基板法線から角度 αだけ傾いてホメオト口ピック配向している。以下、この角度 αをプレチルト角という。ちなみに、本実施の形態においては、液晶分子のプレチルト角 αを 12° として、強力な配向規制力を与えることにより、いかなる横電界においても配向が乱れな、液晶分子を想定して、る。

ちなみに、このプレチルト角 ocは、 1ライン反転駆動時の横電界に対向する配向規制力を得るためであれば、 20° あれば十分であるため、 1° 〜20° の範囲内とするまた、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1では、コントラスト等の改善を図るベぐ図 6に示すように、入射側偏光板 24と、液晶パネル 25との間に光学異方性素子 4 5を所定の角度 |8傾斜させて配置する。この光学異方性素子 45は、負の 1軸性位相板であり、例えばポリスチレン重合体、アクリル酸エステル系重合体、メタアクリル酸ェステル系重合体、アクリロニトリル系重合体、メタアクリロニトリル系重合体等の材質からなる。この光学異方性素子 45は、プロジェクタとしての用途に好適な、例えば Ti O

2 や SiO等の無機誘電体多層膜等の材質により構成されて!、てもよ!/、。

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この光学異方性素子 45は、入射光線に対して傾けて配置するため、反射による光欠損を最小限に抑えるベぐ反射防止膜をその表面に被覆するようにしてもよい。か力る場合において、反射防止膜による被覆後の光学異方性素子 45の反射率は、 1 %以下、更に好適には 0. 5%以下が望ましい。

このような構成力なる光学異方性素子 45を配置する場合には、例えば図 6に示すように、液晶分子の配向方向に直交する方向となるように、換言すれば、光学異方性素子 45の光学軸 Pを中心として液晶素子基板 41と平行な面力も角度 βだけ回転させて配置する。このときの回転方向は、液晶分子のプレチルト方向と略同一方向とする。

ここで、リタ一デーシヨン（ A nd)がー 427nmである光学異方性素子 45をプレチルト角 α = 12° に対して、 |8 = 14° となるように配置した場合には、図 7Αに示すように、 2000 : 1以上のコントラストを極角方向 10° 以上で実現することができ、更に視野角特性も理想的な状態となる。これに対して、光学異方性素子 45を配置しない場合には、図 7Βに示すように、極角 20° までにおいて、コントラスト 2000 : 1の部分が中心より大きく外れてしまう。即ち、液晶分子がプレチルト角 αだけ傾いているため、これを光学異方性素子 45を傾けることにより除去しない場合には、正面のコントラストは著しく悪ィ匕し、視野角特性も同時に悪化することが分かる。なお、この図 7Βの傾向を計算により求める際の液晶分子の A ndは、 427nmとした。光学異方性素子 45の A ndと、液晶分子の A ndとは、絶対値が等しく符号が相異なるものであることが望ましいが、 ± 50nm程度の誤差があっても補正は可能である。この A ndは、透過型でかつ垂直配向型の液晶素子を用いる場合には、 300ηπ！〜 500nmの範囲で設計されるが、赤色光、緑色光、青色光により A ndを最適化することも可能となる。

ちなみに、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1を透過型 3板式液晶プロジェクタ装置として適用する場合に、この液晶分子のプレチルト角 αを 12° とする場合が一般的であり、液晶素子基板 41間において、図 8示すような 1ライン反転駆動様の電界を印カロした場合に、上述の如く角度傾斜された光学異方性素子 45を配置することにより、図 9に示すような良好な表示状態が得られる。

一方、液晶分子のプレチルト角 αが小さい場合においてもこのようなコントラスト特性を得ることは可能であり、 α = 2° とした場合、コントラスト特性は図 10Aに示すようになるが、これに対応させて角度傾斜させた光学異方性素子 45を配置することにより、図 10Bに示すような視野角の広がった理想的なコントラストを得ることができる。このように、入射側偏光板 24と液晶パネル 25との間に光学異方性素子 45を配置し、光学異方性素子 45を、液晶パネル 25における液晶分子のプレチルト角 aに対して略同一となる回転角 j8だけ回転させる。これにより、コントラストをより向上させることができる。

図 11A、図 11Bは、プレチルト角 _αに対するコントラスト特性、透過率、並びに液晶素子の応答速度の関係を示している。この垂直配向型の液晶分子においては、光学異方性素子 45による光学補償前において、図 11Aに示すように、プレチルト角 αを小さく設定することにより、コントラストをより高くすることができる。し力しながら、 1ライン反転駆動持において、プレチルト角 αを小さく設定すると、ドメインが発生して透過率が極端に低下し、また図 11Bに示すように応答速度も遅くなつてしまう。

一方、透過率が 90%程度になるようにプレチルト角を高くすると、これに応じて応答速度も改善されるが、図 11Aに示すコントラスト (光学補償前）は、極端に低下してしまつ。

本発明の如く傾斜角度が制御された光学異方性素子 45を配置することにより、コントラスト (光学補償後）は図 11 Aに示すように、 2000 : 1以上とすることができ、その改善を図ることが可能となる。特に、本発明では、液晶素子の応答速度と透過率をより良好な状態とした上で、更にコントラストの向上を図ることができる点において有用となる。つまりは、動画特性を向上させた高品位な液晶プロジェクタ装置を実現することが可能となる。

特に、この液晶プロジェクタ装置 1では、上記液晶の配向膜に無機物力もなる蒸着膜を使用することができ、また、光学異方性素子 45にっき特殊な軸傾斜処理が不要となることからこれを無機酸ィ匕物の多層膜で構成することができるため、何れの素子においても液晶を除く部分において無機物で構成することができ、耐光性をより向上させることが可會となる。

更に、上述した耐光性の向上、高コントラスト化、視野角特性の向上を同時に実現可能な液晶プロジェクタ装置 1においては、入射光の発散角を広げることができ、より明る!/、プロジェクタを実現することが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、プレチルト角 aと、回転角 j8を略同一にする場合を例に挙げて説明をしたが、力かる場合に限定されるものではなぐ光学異方性素子 45の回転角 13は、あくまでプレチルト角 aに対応していればいかなるものであってもよい。また、この光学異方性素子 45は、液晶パネル 25における液晶分子の配向方向と直交する方向がその回転軸となる角度で傾斜されていてもよい。

ちなみに、この回転角 βは、液晶パネル 25の屈折率 η並びに液晶パネル 25から光学異方性素子 45に至るまでの媒質の屈折率 ηに対応していてもよい。プレチルト

2

角ひと回転角 βは、スネルの法則に基づいて、以下の式（1)で表すことができる。

n sin =n sin

2 … ( 1)

1

前述した図 6に示す構成においては、液晶パネル 25から光学異方性素子 45に至るまでの媒質は空気層であるため、 ηにっき 1を代入し、また ηにっき力かる液晶分

2 1

子の常光屈折率 ηを代入すると、上述の如くプレチルト角 α = 12° に対して、 β = 14° である場合にコントラスト特性等を改善することができる。

同様に液晶パネル 25から光学異方性素子 45に至るまでの媒質を空気層とは異なる屈折率力なるもので構成した場合には、かかる屈折率を式（1)に代入することにより、コントラスト特性等を改善するために最適な回転角 βを決定することができる。図 12Αは、光学異方性素子 45を斜めに切り出した媒質 51間で挟み込む構成を示している。この図 12Aに示す構成においては、光学異方性素子 45の回転角 /3は予め固定されるが、かかる回転角 βは、光学異方性素子 45に至るまでの媒質 51の屈折率 ηに応じて式（1)から求められる。また、媒質 51の切り出し角は、かかる式（1)

2

から求めた回転角 βとなるように調整される。

また、図 12Bは、予め軸が斜めに傾いている光学異方性素子 45を液晶パネル 25 上に直接的に配置する例を示している。この図 12Bに示す光学異方性素子 45の軸は、その屈折率に応じて回転角 j8に制御されている。このため、力かる構成においても同様にコントラスト特性等を改善することが可能となる。

なお、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、光学異方性素子 45の回転角 j8を自在に変更できるようにしてもよい。

図 13A、図 13Bは、力かる光学異方性素子 45の回転角 |8を変更するための補償板傾斜機構 7を示している。この補償板傾斜機構 7は、光学異方性素子 45を固定するための光学補償板固定部 71と、この光学補償板固定部 71を図 13B中矢印 P方向に回転させるための傾斜軸 72と、光学補償板固定部 71を図 13A中矢印 Q方向に回転させるための回転リング 73と、回転リング 73周囲に配設された台座 74とを備えている。

即ち、光学異方性素子 45を図 13B中矢印 P方向、又は図 13A中矢印 Q方向に自在に回転させることにより、回転角 j8をより細力べ調整することが可能となる。特に、この液晶プロジェクタ装置 1における実際の使用環境に応じて、予め設定されている回転角 βにっき修正を望む場合に、力かる光学異方性素子 45をこの補償板傾斜機構 7に配設しておくことにより、これを自在に実現することが可能となる。

また、液晶パネル 25における液晶分子のプレチルト角 aは、液晶プロジェクタ装置 1の製造段階において互いに僅かながら異なり、また、これに応じて光学異方性素子 45の最適な回転角 |8も僅かながら異なるのが一般的である。このため、上述した構成からなる補償板傾斜機構 7に光学異方性素子 45を配設することにより、製造段階において位置決めされた回転角 βを事後的に僅かずつ微調整することでこれを最適化することが可能となる。

また、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1は、垂直配向型の液晶素子を用いる場合に限定されるものではなぐホモジ-ァス配向の電界制御複屈折方式 (ECB : Electrically Controlled Birefringence)に適用してもよいことは勿餘である。

また、本発明を適用した液晶プロジェクタ装置 1は、光学異方性素子 45を入射側偏光板 24と液晶パネル 25との間に配置する場合に限定されるものではなぐ出射側偏光板 26と液晶パネル 25との間に配置してもよいことは勿論である。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく

、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなぐ様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] 1.光源と、上記光源から出射された光束を所要の光路に収束させる照明光学系と、上記照明光学系によって集光された光束を垂直配向された液晶分子により光変調する液晶素子と、上記液晶素子によって光変調された光束を拡大投影する投射レンズを備えた液晶プロジェクタ装置にぉ、て、

上記液晶素子の入射側並びに出射側にそれぞれ配置される第 1の偏光板及び第 2の偏光板を有し、上記照明光学系によって集光された光束における第 1の偏光成分を上記第 1の偏光板により透過させてこれを上記液晶素子へ導くとともに、上記液晶素子から出射された光束における第 2の偏光成分を上記第 2の偏光板により透過させてこれを上記投射レンズへ導く偏光制御手段と、

上記第 1の偏光板と上記液晶素子との間に、又は上記第 2の偏光板と上記液晶素子との間に配置した光学異方性素子からなる位相差手段とを備え、

上記位相差手段は、上記液晶素子における液晶分子の配向方向に応じて上記光学異方性素子を角度傾斜させることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。

[2] 2.上記位相差手段における上記光学異方性素子は、上記液晶素子から上記光学異方性素子に至るまでの媒質の屈折率並びに上記液晶素子の屈折率に応じた角度で傾斜されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の液晶プロジェクタ装置。

[3] 3.上記液晶素子における液晶分子は、ホメオト口ピック配向されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の液晶プロジェクタ装置。

[4] 4.上記位相差手段における上記光学異方性素子は、上記液晶素子における液晶分子の配向方向と直交する方向がその回転軸となる角度で傾斜されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の液晶プロジェクタ装置。

[5] 5.上記位相差手段における上記光学異方性素子の傾斜角度を調整するための調整手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の液晶プロジェクタ装置