画像表示装置およびその印加電圧調整方法
【課題】液晶パネルが垂直配向のＶＡＮモードである場合に、液晶パネルのプレチルト角度に対応して位相補償板を設けることで位相補償を行なうとき、液晶パネルのプレチルト角度にばらつきがあるため、残留位相差によりコントラストが低下する。
【解決手段】位相補償板の漏れ光角度分布を基準に、液晶パネルの印加電圧を調整することで、液晶パネルに同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させる。
【解決手段】位相補償板の漏れ光角度分布を基準に、液晶パネルの印加電圧を調整することで、液晶パネルに同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置、特に画像パターンを液晶変調素子によって偏光状態による変調画像として生成し、偏光状態を選択する偏光選択手段により強度変調画像に変換して可視画像表示する装置、およびその印加電圧調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶変調素子を用いた液晶投射装置（液晶プロジェクタ）がある。液晶プロジェクタに用いる液晶変調素子としては、例えば、透過型の液晶変調素子がある。透過型の液晶変調素子には、透明電極を有する第１の透明基板と、画素を形成する透明電極及び配線、スイッチング素子等を有する第２の透明基板との間に液晶を封入する。即ち、誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を２枚のガラス基板間で連続的に９０°ねじった、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶変調素子が用いられている。
【０００３】
また、このような透過型の液晶変調素子の他に、透明電極を有する透明基板と、２次元画素光学スイッチとして一方の基板に反射鏡と配線、スイッチング素子等を有する回路基板との間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入するものがある。即ち、液晶層に電圧無印加状態で液晶分子が基板面に対して概ね垂直に配向（モメオトロピック配向）させた、いわゆるＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶型の反射型液晶変調素子である。
【０００４】
ここで、これら液晶変調素子の画像形成方法としては、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）効果を利用する方法が主に用いられる。これは、液晶層を通過する光波動に対して位相遅れ（リタデーション）を与えて、光波動の偏光状態を変化させる作用を制御して画像を形成する方法である。定量的には、リタデーションは、液晶材料の最大の屈折率と最小の屈折率との差（Δｎ）に液晶層の厚さ（ｄ）を乗じた値となる。
【０００５】
一般的な液晶変調素子の設計としては、入射光として、ポラライザ−等の偏光制御手段を介して波動の偏波を所定方向の直線偏光状態にした光波動を用いる。そして、ノーマリーホワイト（液晶変調素子の液晶物質に電圧がかかっていないときに白い画像が表示される）を基準とする液晶素子（例えばＴＮ方式）の場合には、以下のように設計がなされる。即ち、液晶への電圧無印加状態で、入射光波長（ある光波長帯域の重心波長）において半波長だけのリタデーションを与えるよう設計がされる。
【０００６】
半波長のリタデーションを与えられた光は、入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射することとなる。その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ−等の偏光制御手段を配することで偏光状態を選択し、選択された光は透過する構成とされる。
【０００７】
一方、ノーマリーブラック（液晶変調素子の液晶物質に電圧がかかっていないときに暗い画像が表示される）を基準とする液晶素子（例えばＶＡＮ方式）の場合には、以下のように設計がなされる。即ち、液晶への電圧無印加状態で、入射光波長においては与えるリタデーションを極小とされる。そして、液晶へ所定電圧を印加した状態で、半波長だけのリタデーションを与えるよう設計がされている。半波長のリタデーションを与えられた光は、入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射することとなる。
【０００８】
その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ−等の偏光制御手段を配することで偏光状態を選択し、選択された光は透過する構成とされる。
【０００９】
上述した設計に対して、液晶層に印加する電圧を制御することで、ＥＣＢ効果により、液晶分子はその分子長軸方向を液晶層の層厚方向にチルト動作を起こし、液晶層厚方向の複屈折量が減少または増加する。そのことで、液晶層を通過した光波動は、液晶層印加電圧に応じて楕円偏光状態となり、光出射側に配された偏光制御手段によって、振動方向が直交変換されない光成分が遮断されて、入射光の強度を変調する。
【００１０】
ところで、ＶＡＮ液晶型の液晶変調素子は、液晶層に電圧を印加して液晶分子をチルトさせる際、チルト方向を規定するために、電圧無印加時において液晶配向膜に垂直な方向に対して液晶分子長軸方向を傾ける必要性がある。この電圧無印加時における液晶分子長軸方向の傾き角は、一般的にプレチルト角度と言われる。プレチルト角度の存在によって、暗表示の場合と明表示の場合の液晶分子の配置を含む液晶分子移動軌跡面が一義的に定まる。ＶＡＮ液晶型の液晶変調素子の視野角特性は、プレチルト角度が所定の量発生することにより、２軸性の屈折率楕円体と同等の非対称な入射角度特性になる。
【００１１】
従って、プレチルト角度を持つＶＡＮ型の液晶変調素子に関しては、液晶変調素子で発生する位相差と異なる符号の位相差を持つ２軸性の屈折率楕円体の位相補償板を用いることで、あらゆる入射角度方向からの光に対して、位相補償を行なうことが可能である。ここで、液晶変調素子のプレチルト角度が変化すると、２軸性の屈折率楕円体で発生する位相差入射角度分布が相似的に変化するために、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子としての位相補償板が必要となる。
【００１２】
この問題を解消するために、偏光板と液晶変調素子の間に位相差付与手段を設け、個々の液晶変調素子のプレチルト角度を基準として、これに合った位相差付与手段の機械的調整を図ることで位相補償を行うという提案がなされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−４２３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、液晶変調素子のプレチルト角度には製法上のばらつきがあるため、液晶変調素子に対して位相補償素子としての位相補償板で補償を行なう機械的調整に時間を要し、コストアップとなる。また、調整しきれないで残留する位相差により、コントラストが低下するという問題が考えられていた。
【００１５】
本発明の目的は、暗表示に対して、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子の配置を簡便に設定し、位相差によるコントラストの低下を低減する画像表示装置およびその印加電圧調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、光路内で前記液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられる偏光分離素子と、光路内で前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間にあって前記プレチルト角度に対応して設けられる位相補償素子と、を有する画像表示装置であって、前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択する印加電圧選択手段を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明における画像表示装置の印加電圧調整方法は、一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、前記液晶変調素子の光入射側に設けられる偏光分離素子と、前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間に配置された位相補償素子を有する画像表示装置の印加電圧調整方法であって、前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、暗表示に対して、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子の配置を簡便に設定し、位相差によるコントラストの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の光学系を説明する図である。
【図２】液晶変調素子の断面図を表す図である。
【図３】液晶変調素子のプレチルト方向を表す図である。
【図４】液晶変調素子のプレチルト角度を表す図である。
【図５】液晶変調素子のプレチルト角度が５度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図６】位相補償板の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図７】液晶変調素子のプレチルト角度が６度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図８】液晶変調素子のプレチルト角度が６．９２度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図９】液晶変調素子のプレチルト角度が８度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図１０】液晶変調素子に電圧印加をしてプレチルト角度を変化させたときの、位相補償板によって補正されるトータルのコントラストを説明する図である。
【図１１】第２の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《第１の実施形態》
（液晶画像表示）
以下、本発明の第１の実施形態を図１に基づき説明する。図１は、画像表示装置としての投射型液晶表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。３０３は、不図示の外部ビデオ入力信号を液晶変調素子駆動信号に変換する液晶変調素子ドライバーである。液晶変調素子ドライバー３０３からのドライブ信号で反射型液晶素子からなるレッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂをそれぞれ独立制御する。
【００２１】
照明手段３０１（側面図を横に記している）からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、マゼンタ色を反射しグリーン色を透過するマゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によってまずマゼンタ色成分を偏向する。偏向されたマゼンタ色は、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子３１１を通過して、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分と、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分が作成される。
【００２２】
次に、偏光分離素子であるワイヤーグリッド偏光分離素子３１０に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｐ偏光波のため透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂ（液晶変調素子のプレチルト角度に対応）を透過し、ブルー用液晶変調素子３Ｂに導かれる。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、レッド用液晶変調素子３Ｒに導かれる。なお、プレチルト角度については、後に詳述するが、液晶分子が基板垂直面に対し概ね垂直に配向される場合の、基板垂直面に対する角度である。
【００２３】
光路内で液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられ、複数の金属線を周期的に配置されたワイヤーグリッド偏光分離素子３１０を用いると、以下の利点がある。即ち、一般的な偏光ビームスプリッタでは、もれ光があるために、コントラストが低下すると考えられるところ、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０を用いるともれ光が無く、装置全体のコントラスト低下を図ることができる。言い換えれば、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０は、液晶変調素子の光入射側に配置される。
【００２４】
さて、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって透過分離されたグリーン色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過する。そして、偏光分離素子であるワイヤーグリッド偏光分離素子３０７に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＳ偏光波のため反射する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、グリーン用液晶変調素子３Ｇに導かれるように構成されている。
【００２５】
ここで、各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂにより変調された光は、配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。先ずレッド用液晶変調素子３Ｒによる変調光について、照明光と同じ方向の偏光偏波成分に関しては、照明光路を概ね引き返す光路を辿って光源ランプ側に戻る。照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分に関しては、偏光偏波方向が紙面水平方向となる。
【００２６】
そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０をＰ偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２を通過する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分に変換され、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分はＳ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００２７】
グリーン用液晶変調素子３Ｇによる変調光については、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。そして、光路長を補正するためのダミーガラス３０９を通過し、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＰ偏光波のため透過して、投影光学系３０４の方向に導かれる。
【００２８】
ブルー用液晶変調素子３Ｂによる変調光については、偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０をＳ偏光波のため反射する。そして、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２で作用を受けずに通過して、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分はＳ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００２９】
なお、各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｇにおける複数配された画素は、各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。
【００３０】
次に、合波されたカラー色として変調された光は、そのまま投影光学系３０４の入射瞳によって捕らえられる。垂直配向モードの反射型液晶変調素子である各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂの光変調面と、光拡散スクリーン３１３の光拡散面とが、投影光学系３０４によって光学的共役関係に配されている。そのため、光拡散スクリーン３１３に転送されて、ビデオ信号に従った画像が光拡散スクリーン３１３に表示される。
【００３１】
（液晶構造）
図２は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂの断面構造を示す。１０１はＡＲコート膜、１０２はガラス基板、１０３は透明電極膜、１０４は配向膜、１０５は一対の基板間に挟持される液晶層、１０６は配向膜、１０７は反射電極層、１０８はＳｉ基板、１０９は液晶層１０５のセルギャップである。また、図３は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂのガラス基板１０２側から見た図である。
【００３２】
１１０は配向膜１０４によって配向された液晶分子のダイレクタ方向、１１１は配向膜１０６によって配向された液晶分子のダイレクタ方向、１１２は液晶有効表示領域である。ダイレクタ方向１１０および１１１は、共に配向膜面に対して垂直な方向に数度傾いており、かつ、互いに相反しており、有効表示領域１１２の短辺１１２ａおよび長辺方向１１２ｂに対して４５度の方向１１３に配向処理がなされている。
【００３３】
また、図４は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂの、液晶分子のプレチルト角度の図を示している。１２０は液晶分子を模式的に示しており、１２１は液晶分子１２０のダイレクタ方向をあらわす。配向膜１０４および配向膜１０６界面では、所定の角度１２２を持って配向しており、この角度１２２が電圧無印加状態での基板垂直面に対するプレチルト角度である。
【００３４】
ここで、液晶分子１２０の視野角特性は、主に、液晶分子１２０の屈折率異方性をｎｏ，ｎｅ、および、セルギャップ１０５をｄ、ダイレクタ方向１１３、プレチルト角度１２２により決まる。本実施形態では、液晶分子１２０の屈折率異方性ｎｏ＝１．４９８、ｎｅ＝１．５５８、セルギャップ１０５ｄ＝０．１７０、ダイレクタ方向１１３＝４５°、プレチルト角度１２２＝５°の液晶変調素子である。なお、液晶のプレチルト角度１２２は、セルギャップ１０５の厚み方向の各液晶分子のプレチルト角度を平均化したものを用いている。
【００３５】
（液晶特性）
図５に、電圧印加しないときのプレチルト角度が５度の液晶変調素子の漏れ光角度分布を示す。ここで、漏れ光とは、液晶変調素子の暗表示に際し、液晶を介した光路に設けられる偏光部材により遮断されない光のことである。入射光の方位角度は０〜３６０度、液晶変調素子の反射電極層１０７面内に垂直な方向からの煽り角度は、３〜１５度まで５度刻みで記載しており、各入射光を１としたときの漏れ光量を計算している。
【００３６】
（位相補償板特性）
これに対し、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０の特性は、屈折率異方性ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、および、素子厚みｄ’により決まる。このとき、ｘｙ平面は液晶変調素子の反射電極層１０７面内と同一であり、ｚ方向は、反射電極層１０７に垂直な方向である。本実施形態では、位相補償板３２０の特性は、ｎｘ＝１．５０１、ｎｙ＝１．５００、ｎｚ＝１．４２２８、素子厚みｄ’＝２．５である。図６に位相補償板３２０の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。このとき、方位角度、煽り角度および漏れ光量については、図５と同様に定義している。
【００３７】
（暗表示における、位相補償板を基準とする液晶変調素子のリタデーション調整）
本来であれば、液晶変調素子に対する位相補償板の設定により、リタデーション調整が完了するはずである。しかしながら、図５と図６の漏れ光角度分布の相違より明らかなように、液晶変調素子と位相補償板との更なる相対調整となるリタデーション調整が必要となる。そこで、本実施形態では、いわば粗調整後の微調整として、図１の印加電圧選択手段５００が、位相補償素子に対して液晶変調素子への印加電圧を選択する。本実施形態の他の側面は、液晶変調素子の暗表示の印加電圧を設定する際の調整方法として、位相補償板の特性を考慮して、印加電圧を調整後、設定する印加電圧調整方法である。
【００３８】
図７には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として０．５Ｖを印加することで、プレチルト角度６°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。更に、図８には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として０．８Ｖを印加することで、プレチルト角度６．９２°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。更に、図９には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として１．２Ｖを印加することで、プレチルト角度８°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。
【００３９】
ここで、暗表示における、位相補償板を基準とする液晶変調素子のリタデーション調整として、液晶変調素子の漏れ光角度分布が位相補償板の漏れ光角度分布と同様の分布を備えることが必要となる。なお、図５に示す電圧印加しないときの液晶のリタデーション（位相遅れ）は、図６に示す位相差補償素子のリタデーションより小さい。
【００４０】
これより、図６に示した位相補償板３２０の漏れ光量分布に最も近い漏れ光量分布となるのが、プレチルト角度が６．９２°（図８）のときであることが分かる。よって、プレチルト角度が６．９２°となるよう、液晶変調素子に電圧を印加することで、位相差を打ち消し合い、コントラストを向上できる。図１０に液晶変調素子に電圧印加をしてプレチルト角度を変化させたときに、位相補償板３２０によって補正されるトータルのコントラストを算出した。液晶変調素子のプレチルト角度が６．９２度のときにコントラストが、８．５×１０５と最大となる。
【００４１】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る投写型液晶表示装置を、図１１に基づき説明する。第１の実施形態では、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７、３０８、３１０を用いて、液晶３Ｒ、３Ｇ、３Ｂとワイヤーグリッド偏光分離素子３１０、３０７、３１０の間にそれぞれ位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂを設けた。これに対し、本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７、３１０の替わりに、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ３４１、３４０を用いる。
【００４２】
そして、液晶３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと偏光ビームスプリッタ３４０、３４１、３４０の間に、位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂと、λ／４位相差板３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂとを設ける。位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂと、λ／４位相差板３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂの夫々の光路内の配置は図示した順序と逆であっても良い。以下、図１１を基に詳細に説明する。なお、第１の実施形態を示す図１と同一符号は、同一部材を示す。
【００４３】
図１１で、偏光ビームスプリッタ３４０に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射し、λ／４位相差板３３０Ｒを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、レッド用液晶変調素子３Ｒに導かれる。
【００４４】
また、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって透過分離されたグリーン色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過する。そして、偏光ビームスプリッタ３４１に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＳ偏光波のため反射して、λ／４位相差板３３０Ｇを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、グリーン用液晶変調素子３Ｇに導かれる。
【００４５】
偏光ビームスプリッタ３４０に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｐ偏光波のため透過して、λ／４位相差板３３０Ｂを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、ブルー用液晶変調素子３Ｂに導かれる。
【００４６】
液晶変調素子で変調された光については、以下のようになる。先ずレッド用液晶変調素子３Ｒによる変調光は、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、λ／４位相差板３３０Ｒを透過する。そして、偏光ビームスプリッタ３４０をＰ偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２を通過して、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分に変換される。
【００４７】
そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００４８】
また、グリーン用液晶変調素子３Ｇによる変調光は、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、更に、λ／４位相差板３３０Ｇを透過する。偏光ビームスプリッタ３４１の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過して、次に、光路長を補正するためのダミーガラス３０９を通過する。そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＰ偏光波のため透過して、投影光学系３０４の方向に導かれる。
【００４９】
またブルー用液晶変調素子３Ｂによる変調光は、偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、更に、λ／４位相差板３３０Ｂを透過し、偏光ビームスプリッタ３４０をＳ偏光波のため反射する。そして、レッドクロスカラー偏光子３１２で作用を受けずに通過する。そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００５０】
なお、λ／４位相差板３３０Ｇ、λ／４位相差板３３０Ｒ、およびλ／４位相差板３３０Ｂの進相軸および遅相軸は、偏光ビームスプリッタ３４０および３４１の偏光軸と平行もしくは垂直な方向と一致している。ここで、λ／４位相差板は、偏光ビームスプリッタへ入射する光の角度に応じて幾何学的に回転する偏光軸を補正する位置に配置されると好ましい。
【００５１】
（位相補償板に対する液晶変調素子のリタデーション調整）
本実施形態においても、図５乃至図１０で説明した第１の実施形態と同様に位相補償板に対する液晶変調素子のリタデーション調整が行われる。
【００５２】
（変形例）
上記実施形態では、暗表示に際し、位相補償素子の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を基準に、同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させるように、液晶変調素子への印加電圧を選択した。本発明は、これに限られず、例えば位相補償素子の漏れ光量の入射方向特性などを基準にしても良い。
【符号の説明】
【００５３】
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ・・液晶変調素子、１０２・・ガラス基板、１０３・・透明電極膜、１０４・・配向膜、１０５・・液晶層、１０６・・配向膜、１０７・・反射電極層、１２２・・プレチルト角度、３０７、３１０・・ワイヤーグリッド偏光分離素子、３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂ・・位相補償板
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置、特に画像パターンを液晶変調素子によって偏光状態による変調画像として生成し、偏光状態を選択する偏光選択手段により強度変調画像に変換して可視画像表示する装置、およびその印加電圧調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶変調素子を用いた液晶投射装置（液晶プロジェクタ）がある。液晶プロジェクタに用いる液晶変調素子としては、例えば、透過型の液晶変調素子がある。透過型の液晶変調素子には、透明電極を有する第１の透明基板と、画素を形成する透明電極及び配線、スイッチング素子等を有する第２の透明基板との間に液晶を封入する。即ち、誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、液晶分子長軸を２枚のガラス基板間で連続的に９０°ねじった、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶変調素子が用いられている。
【０００３】
また、このような透過型の液晶変調素子の他に、透明電極を有する透明基板と、２次元画素光学スイッチとして一方の基板に反射鏡と配線、スイッチング素子等を有する回路基板との間に誘電異方性が正のネマチック液晶を封入するものがある。即ち、液晶層に電圧無印加状態で液晶分子が基板面に対して概ね垂直に配向（モメオトロピック配向）させた、いわゆるＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶型の反射型液晶変調素子である。
【０００４】
ここで、これら液晶変調素子の画像形成方法としては、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）効果を利用する方法が主に用いられる。これは、液晶層を通過する光波動に対して位相遅れ（リタデーション）を与えて、光波動の偏光状態を変化させる作用を制御して画像を形成する方法である。定量的には、リタデーションは、液晶材料の最大の屈折率と最小の屈折率との差（Δｎ）に液晶層の厚さ（ｄ）を乗じた値となる。
【０００５】
一般的な液晶変調素子の設計としては、入射光として、ポラライザ−等の偏光制御手段を介して波動の偏波を所定方向の直線偏光状態にした光波動を用いる。そして、ノーマリーホワイト（液晶変調素子の液晶物質に電圧がかかっていないときに白い画像が表示される）を基準とする液晶素子（例えばＴＮ方式）の場合には、以下のように設計がなされる。即ち、液晶への電圧無印加状態で、入射光波長（ある光波長帯域の重心波長）において半波長だけのリタデーションを与えるよう設計がされる。
【０００６】
半波長のリタデーションを与えられた光は、入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射することとなる。その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ−等の偏光制御手段を配することで偏光状態を選択し、選択された光は透過する構成とされる。
【０００７】
一方、ノーマリーブラック（液晶変調素子の液晶物質に電圧がかかっていないときに暗い画像が表示される）を基準とする液晶素子（例えばＶＡＮ方式）の場合には、以下のように設計がなされる。即ち、液晶への電圧無印加状態で、入射光波長においては与えるリタデーションを極小とされる。そして、液晶へ所定電圧を印加した状態で、半波長だけのリタデーションを与えるよう設計がされている。半波長のリタデーションを与えられた光は、入射する前の直線偏光の振動方向と直角の方向に振動方向が変換されて出射することとなる。
【０００８】
その後、入射側に配された偏光制御手段とクロスニコル配置をとるポラライザ−等の偏光制御手段を配することで偏光状態を選択し、選択された光は透過する構成とされる。
【０００９】
上述した設計に対して、液晶層に印加する電圧を制御することで、ＥＣＢ効果により、液晶分子はその分子長軸方向を液晶層の層厚方向にチルト動作を起こし、液晶層厚方向の複屈折量が減少または増加する。そのことで、液晶層を通過した光波動は、液晶層印加電圧に応じて楕円偏光状態となり、光出射側に配された偏光制御手段によって、振動方向が直交変換されない光成分が遮断されて、入射光の強度を変調する。
【００１０】
ところで、ＶＡＮ液晶型の液晶変調素子は、液晶層に電圧を印加して液晶分子をチルトさせる際、チルト方向を規定するために、電圧無印加時において液晶配向膜に垂直な方向に対して液晶分子長軸方向を傾ける必要性がある。この電圧無印加時における液晶分子長軸方向の傾き角は、一般的にプレチルト角度と言われる。プレチルト角度の存在によって、暗表示の場合と明表示の場合の液晶分子の配置を含む液晶分子移動軌跡面が一義的に定まる。ＶＡＮ液晶型の液晶変調素子の視野角特性は、プレチルト角度が所定の量発生することにより、２軸性の屈折率楕円体と同等の非対称な入射角度特性になる。
【００１１】
従って、プレチルト角度を持つＶＡＮ型の液晶変調素子に関しては、液晶変調素子で発生する位相差と異なる符号の位相差を持つ２軸性の屈折率楕円体の位相補償板を用いることで、あらゆる入射角度方向からの光に対して、位相補償を行なうことが可能である。ここで、液晶変調素子のプレチルト角度が変化すると、２軸性の屈折率楕円体で発生する位相差入射角度分布が相似的に変化するために、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子としての位相補償板が必要となる。
【００１２】
この問題を解消するために、偏光板と液晶変調素子の間に位相差付与手段を設け、個々の液晶変調素子のプレチルト角度を基準として、これに合った位相差付与手段の機械的調整を図ることで位相補償を行うという提案がなされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−４２３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、液晶変調素子のプレチルト角度には製法上のばらつきがあるため、液晶変調素子に対して位相補償素子としての位相補償板で補償を行なう機械的調整に時間を要し、コストアップとなる。また、調整しきれないで残留する位相差により、コントラストが低下するという問題が考えられていた。
【００１５】
本発明の目的は、暗表示に対して、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子の配置を簡便に設定し、位相差によるコントラストの低下を低減する画像表示装置およびその印加電圧調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、光路内で前記液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられる偏光分離素子と、光路内で前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間にあって前記プレチルト角度に対応して設けられる位相補償素子と、を有する画像表示装置であって、前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択する印加電圧選択手段を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明における画像表示装置の印加電圧調整方法は、一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、前記液晶変調素子の光入射側に設けられる偏光分離素子と、前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間に配置された位相補償素子を有する画像表示装置の印加電圧調整方法であって、前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、暗表示に対して、各々のプレチルト角度の液晶変調素子に適した位相補償素子の配置を簡便に設定し、位相差によるコントラストの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の光学系を説明する図である。
【図２】液晶変調素子の断面図を表す図である。
【図３】液晶変調素子のプレチルト方向を表す図である。
【図４】液晶変調素子のプレチルト角度を表す図である。
【図５】液晶変調素子のプレチルト角度が５度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図６】位相補償板の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図７】液晶変調素子のプレチルト角度が６度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図８】液晶変調素子のプレチルト角度が６．９２度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図９】液晶変調素子のプレチルト角度が８度の場合の、漏れ光の入射角度特性を説明する図である。
【図１０】液晶変調素子に電圧印加をしてプレチルト角度を変化させたときの、位相補償板によって補正されるトータルのコントラストを説明する図である。
【図１１】第２の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《第１の実施形態》
（液晶画像表示）
以下、本発明の第１の実施形態を図１に基づき説明する。図１は、画像表示装置としての投射型液晶表示装置を構成する主要な光学系の断面図である。３０３は、不図示の外部ビデオ入力信号を液晶変調素子駆動信号に変換する液晶変調素子ドライバーである。液晶変調素子ドライバー３０３からのドライブ信号で反射型液晶素子からなるレッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂをそれぞれ独立制御する。
【００２１】
照明手段３０１（側面図を横に記している）からの紙面垂直方向に直線偏光偏波した照明光を、マゼンタ色を反射しグリーン色を透過するマゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によってまずマゼンタ色成分を偏向する。偏向されたマゼンタ色は、ブルー色の偏光に半波長のリタデーションを与えるブルークロスカラー偏光子３１１を通過して、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分と、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分が作成される。
【００２２】
次に、偏光分離素子であるワイヤーグリッド偏光分離素子３１０に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｐ偏光波のため透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂ（液晶変調素子のプレチルト角度に対応）を透過し、ブルー用液晶変調素子３Ｂに導かれる。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、レッド用液晶変調素子３Ｒに導かれる。なお、プレチルト角度については、後に詳述するが、液晶分子が基板垂直面に対し概ね垂直に配向される場合の、基板垂直面に対する角度である。
【００２３】
光路内で液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられ、複数の金属線を周期的に配置されたワイヤーグリッド偏光分離素子３１０を用いると、以下の利点がある。即ち、一般的な偏光ビームスプリッタでは、もれ光があるために、コントラストが低下すると考えられるところ、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０を用いるともれ光が無く、装置全体のコントラスト低下を図ることができる。言い換えれば、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０は、液晶変調素子の光入射側に配置される。
【００２４】
さて、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって透過分離されたグリーン色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過する。そして、偏光分離素子であるワイヤーグリッド偏光分離素子３０７に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＳ偏光波のため反射する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、グリーン用液晶変調素子３Ｇに導かれるように構成されている。
【００２５】
ここで、各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂにより変調された光は、配列された画素の変調状態に応じて偏光のリタデーションが付与される。先ずレッド用液晶変調素子３Ｒによる変調光について、照明光と同じ方向の偏光偏波成分に関しては、照明光路を概ね引き返す光路を辿って光源ランプ側に戻る。照明光の偏波方向に対して直角方向の偏光偏波成分に関しては、偏光偏波方向が紙面水平方向となる。
【００２６】
そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０をＰ偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２を通過する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分に変換され、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分はＳ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００２７】
グリーン用液晶変調素子３Ｇによる変調光については、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過する。そして、光路長を補正するためのダミーガラス３０９を通過し、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＰ偏光波のため透過して、投影光学系３０４の方向に導かれる。
【００２８】
ブルー用液晶変調素子３Ｂによる変調光については、偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、ワイヤーグリッド偏光分離素子３１０をＳ偏光波のため反射する。そして、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２で作用を受けずに通過して、次に、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射する。そして、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分はＳ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００２９】
なお、各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｇにおける複数配された画素は、各所定画素が相対的に所定精度を有して重なるように調整またはメカ的または電気的に補償されている。
【００３０】
次に、合波されたカラー色として変調された光は、そのまま投影光学系３０４の入射瞳によって捕らえられる。垂直配向モードの反射型液晶変調素子である各レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子３Ｂの光変調面と、光拡散スクリーン３１３の光拡散面とが、投影光学系３０４によって光学的共役関係に配されている。そのため、光拡散スクリーン３１３に転送されて、ビデオ信号に従った画像が光拡散スクリーン３１３に表示される。
【００３１】
（液晶構造）
図２は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂの断面構造を示す。１０１はＡＲコート膜、１０２はガラス基板、１０３は透明電極膜、１０４は配向膜、１０５は一対の基板間に挟持される液晶層、１０６は配向膜、１０７は反射電極層、１０８はＳｉ基板、１０９は液晶層１０５のセルギャップである。また、図３は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂのガラス基板１０２側から見た図である。
【００３２】
１１０は配向膜１０４によって配向された液晶分子のダイレクタ方向、１１１は配向膜１０６によって配向された液晶分子のダイレクタ方向、１１２は液晶有効表示領域である。ダイレクタ方向１１０および１１１は、共に配向膜面に対して垂直な方向に数度傾いており、かつ、互いに相反しており、有効表示領域１１２の短辺１１２ａおよび長辺方向１１２ｂに対して４５度の方向１１３に配向処理がなされている。
【００３３】
また、図４は、各々レッド用液晶変調素子３Ｒ、グリーン用液晶変調素子３Ｇ、ブルー用液晶変調素子２Ｂの、液晶分子のプレチルト角度の図を示している。１２０は液晶分子を模式的に示しており、１２１は液晶分子１２０のダイレクタ方向をあらわす。配向膜１０４および配向膜１０６界面では、所定の角度１２２を持って配向しており、この角度１２２が電圧無印加状態での基板垂直面に対するプレチルト角度である。
【００３４】
ここで、液晶分子１２０の視野角特性は、主に、液晶分子１２０の屈折率異方性をｎｏ，ｎｅ、および、セルギャップ１０５をｄ、ダイレクタ方向１１３、プレチルト角度１２２により決まる。本実施形態では、液晶分子１２０の屈折率異方性ｎｏ＝１．４９８、ｎｅ＝１．５５８、セルギャップ１０５ｄ＝０．１７０、ダイレクタ方向１１３＝４５°、プレチルト角度１２２＝５°の液晶変調素子である。なお、液晶のプレチルト角度１２２は、セルギャップ１０５の厚み方向の各液晶分子のプレチルト角度を平均化したものを用いている。
【００３５】
（液晶特性）
図５に、電圧印加しないときのプレチルト角度が５度の液晶変調素子の漏れ光角度分布を示す。ここで、漏れ光とは、液晶変調素子の暗表示に際し、液晶を介した光路に設けられる偏光部材により遮断されない光のことである。入射光の方位角度は０〜３６０度、液晶変調素子の反射電極層１０７面内に垂直な方向からの煽り角度は、３〜１５度まで５度刻みで記載しており、各入射光を１としたときの漏れ光量を計算している。
【００３６】
（位相補償板特性）
これに対し、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０の特性は、屈折率異方性ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、および、素子厚みｄ’により決まる。このとき、ｘｙ平面は液晶変調素子の反射電極層１０７面内と同一であり、ｚ方向は、反射電極層１０７に垂直な方向である。本実施形態では、位相補償板３２０の特性は、ｎｘ＝１．５０１、ｎｙ＝１．５００、ｎｚ＝１．４２２８、素子厚みｄ’＝２．５である。図６に位相補償板３２０の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。このとき、方位角度、煽り角度および漏れ光量については、図５と同様に定義している。
【００３７】
（暗表示における、位相補償板を基準とする液晶変調素子のリタデーション調整）
本来であれば、液晶変調素子に対する位相補償板の設定により、リタデーション調整が完了するはずである。しかしながら、図５と図６の漏れ光角度分布の相違より明らかなように、液晶変調素子と位相補償板との更なる相対調整となるリタデーション調整が必要となる。そこで、本実施形態では、いわば粗調整後の微調整として、図１の印加電圧選択手段５００が、位相補償素子に対して液晶変調素子への印加電圧を選択する。本実施形態の他の側面は、液晶変調素子の暗表示の印加電圧を設定する際の調整方法として、位相補償板の特性を考慮して、印加電圧を調整後、設定する印加電圧調整方法である。
【００３８】
図７には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として０．５Ｖを印加することで、プレチルト角度６°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。更に、図８には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として０．８Ｖを印加することで、プレチルト角度６．９２°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。更に、図９には、本実施形態の液晶変調素子に暗表示の際の印加電圧として１．２Ｖを印加することで、プレチルト角度８°としたときの、漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を示す。
【００３９】
ここで、暗表示における、位相補償板を基準とする液晶変調素子のリタデーション調整として、液晶変調素子の漏れ光角度分布が位相補償板の漏れ光角度分布と同様の分布を備えることが必要となる。なお、図５に示す電圧印加しないときの液晶のリタデーション（位相遅れ）は、図６に示す位相差補償素子のリタデーションより小さい。
【００４０】
これより、図６に示した位相補償板３２０の漏れ光量分布に最も近い漏れ光量分布となるのが、プレチルト角度が６．９２°（図８）のときであることが分かる。よって、プレチルト角度が６．９２°となるよう、液晶変調素子に電圧を印加することで、位相差を打ち消し合い、コントラストを向上できる。図１０に液晶変調素子に電圧印加をしてプレチルト角度を変化させたときに、位相補償板３２０によって補正されるトータルのコントラストを算出した。液晶変調素子のプレチルト角度が６．９２度のときにコントラストが、８．５×１０５と最大となる。
【００４１】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る投写型液晶表示装置を、図１１に基づき説明する。第１の実施形態では、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７、３０８、３１０を用いて、液晶３Ｒ、３Ｇ、３Ｂとワイヤーグリッド偏光分離素子３１０、３０７、３１０の間にそれぞれ位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂを設けた。これに対し、本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０７、３１０の替わりに、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ３４１、３４０を用いる。
【００４２】
そして、液晶３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと偏光ビームスプリッタ３４０、３４１、３４０の間に、位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂと、λ／４位相差板３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂとを設ける。位相補償板３２０Ｒ、３２０Ｇ、３２０Ｂと、λ／４位相差板３３０Ｒ、３３０Ｇ、３３０Ｂの夫々の光路内の配置は図示した順序と逆であっても良い。以下、図１１を基に詳細に説明する。なお、第１の実施形態を示す図１と同一符号は、同一部材を示す。
【００４３】
図１１で、偏光ビームスプリッタ３４０に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射し、λ／４位相差板３３０Ｒを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、レッド用液晶変調素子３Ｒに導かれる。
【００４４】
また、マゼンタグリーン波長帯域分離ダイクロイックミラー３０５によって透過分離されたグリーン色成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３０６を通過する。そして、偏光ビームスプリッタ３４１に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＳ偏光波のため反射して、λ／４位相差板３３０Ｇを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、グリーン用液晶変調素子３Ｇに導かれる。
【００４５】
偏光ビームスプリッタ３４０に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｐ偏光波のため透過して、λ／４位相差板３３０Ｂを透過する。そして、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、ブルー用液晶変調素子３Ｂに導かれる。
【００４６】
液晶変調素子で変調された光については、以下のようになる。先ずレッド用液晶変調素子３Ｒによる変調光は、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｒを透過し、λ／４位相差板３３０Ｒを透過する。そして、偏光ビームスプリッタ３４０をＰ偏光波のため透過して、次に、レッド色の偏光に半波長のリタデーションを与えるレッドクロスカラー偏光子３１２を通過して、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分に変換される。
【００４７】
そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したレッド色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００４８】
また、グリーン用液晶変調素子３Ｇによる変調光は、偏光偏波方向が紙面水平方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｇを透過し、更に、λ／４位相差板３３０Ｇを透過する。偏光ビームスプリッタ３４１の偏光分離膜をＰ偏光波のため透過して、次に、光路長を補正するためのダミーガラス３０９を通過する。そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面水平方向に直線偏光偏波したグリーン色成分はＰ偏光波のため透過して、投影光学系３０４の方向に導かれる。
【００４９】
またブルー用液晶変調素子３Ｂによる変調光は、偏光偏波方向が紙面垂直方向となり、２軸性の屈折率楕円体の位相補償板３２０Ｂを透過し、更に、λ／４位相差板３３０Ｂを透過し、偏光ビームスプリッタ３４０をＳ偏光波のため反射する。そして、レッドクロスカラー偏光子３１２で作用を受けずに通過する。そして、ワイヤーグリッド偏光分離素子３０８に入射し、紙面垂直方向に直線偏光偏波したブルー色成分は、Ｓ偏光波のため反射して、投影光学系３０４の方向に偏向を受ける。
【００５０】
なお、λ／４位相差板３３０Ｇ、λ／４位相差板３３０Ｒ、およびλ／４位相差板３３０Ｂの進相軸および遅相軸は、偏光ビームスプリッタ３４０および３４１の偏光軸と平行もしくは垂直な方向と一致している。ここで、λ／４位相差板は、偏光ビームスプリッタへ入射する光の角度に応じて幾何学的に回転する偏光軸を補正する位置に配置されると好ましい。
【００５１】
（位相補償板に対する液晶変調素子のリタデーション調整）
本実施形態においても、図５乃至図１０で説明した第１の実施形態と同様に位相補償板に対する液晶変調素子のリタデーション調整が行われる。
【００５２】
（変形例）
上記実施形態では、暗表示に際し、位相補償素子の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を基準に、同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させるように、液晶変調素子への印加電圧を選択した。本発明は、これに限られず、例えば位相補償素子の漏れ光量の入射方向特性などを基準にしても良い。
【符号の説明】
【００５３】
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ・・液晶変調素子、１０２・・ガラス基板、１０３・・透明電極膜、１０４・・配向膜、１０５・・液晶層、１０６・・配向膜、１０７・・反射電極層、１２２・・プレチルト角度、３０７、３１０・・ワイヤーグリッド偏光分離素子、３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂ・・位相補償板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、
光路内で前記液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられる偏光分離素子と、
光路内で前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間にあって前記プレチルト角度
に対応して設けられる位相補償素子を有する画像表示装置であって、
前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択する印加電圧選択手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記印加電圧選択手段は、暗表示に際し、前記位相補償素子の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を基準に、同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させるように、前記液晶変調素子への印加電圧を選択することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記偏光分離素子は、複数の金属線を周期的に配置したワイヤーグリッド偏光分離素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記偏光分離素子は偏光ビームスプリッタであり、光路内で前記偏光ビームスプリッタと前記液晶変調素子の間にλ／４位相差板が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画像表示装置は、投射型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、
前記液晶変調素子の光入射側に設けられる偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間に配置された位相補償素子を有する画像表示装置の印加電圧調整方法であって、
前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択することを特徴とする画像表示装置の印加電圧調整方法。
【請求項１】
一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、
光路内で前記液晶変調素子に対して光が入射する側に設けられる偏光分離素子と、
光路内で前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間にあって前記プレチルト角度
に対応して設けられる位相補償素子を有する画像表示装置であって、
前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択する印加電圧選択手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記印加電圧選択手段は、暗表示に際し、前記位相補償素子の漏れ光量の入射角度特性として漏れ光角度分布を基準に、同様の漏れ光角度分布となるプレチルト角度を形成させるように、前記液晶変調素子への印加電圧を選択することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記偏光分離素子は、複数の金属線を周期的に配置したワイヤーグリッド偏光分離素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記偏光分離素子は偏光ビームスプリッタであり、光路内で前記偏光ビームスプリッタと前記液晶変調素子の間にλ／４位相差板が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記画像表示装置は、投射型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
一対の基板間に液晶層が挟持され、電圧無印加状態で液晶層の液晶分子が基板垂直面に対しプレチルト角度を備え概ね垂直に配向される液晶変調素子と、
前記液晶変調素子の光入射側に設けられる偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記液晶変調素子との間に配置された位相補償素子を有する画像表示装置の印加電圧調整方法であって、
前記位相補償素子の特性に応じて、前記液晶変調素子の暗表示の印加電圧を選択することを特徴とする画像表示装置の印加電圧調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７９５３（Ｐ２０１３−７９５３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１７６１（Ｐ２０１１−１４１７６１）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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