(57)【要約】【課題】液晶パネルの透過光とは位相がずれた光の光抜けを抑制し、画像コントラストを向上可能な液晶表示装置および投射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】光源１１からの光を変調して投射レンズ２７を介して投射表示する投射型液晶プロジェクタ１００の液晶表示パネル２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは、光の入射側および出射側にそれぞれ配置される直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓの間に配置され、直線偏光子３０Ｉから出射された光の位相をずらして出射する１／４波長板５０Ｉと、入力される画像データに基づいた電圧に応じて、１／４波長板５０Ｉから出射された光を変調して透過する液晶パネル６０と、液晶パネル６０から出射され直線偏光子３０Ｓへ入射される光の位相をずらす１／４波長板５０Ｓと、１／４波長板５０Ｉ，５０Ｉの少なくとも１つの界面における反射による液晶パネル６０への光の入射を抑制する反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓとを有する。【選択図】  図１
2004219601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の直線偏光子の間に配置される液晶表示装置であって、
前記第１の直線偏光子から出射された光の位相をずらして出射する第１の位相差板と、
入力される画像データに基づいた電圧に応じて、前記第１の位相差板から出射された光を変調して透過する液晶パネルと、
前記液晶パネルから出射され前記第２の直線偏光子へ入射される光の位相をずらす第２の位相差板と、
前記第１および第２の位相差板の少なくとも１つの界面における反射による前記液晶パネルへの光の入射を抑制する反射抑制手段と
を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１の位相差板は、前記第１の直線偏光子から出射された直線偏光を円偏光に変換して前記液晶パネルに対して出射し、前記第２の位相差板は、前記液晶パネルから出射される円偏光を直線偏光に変換する
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶パネル中の液晶分子は、当該液晶パネルの電圧無印加状態において、当該液晶パネルのパネル面に対して垂直に配向している
請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の位相差板は同じ材質で、かつ光弾性係数が所定の値よりも小さい
請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
光源からの照明光を液晶により変調して投射レンズにより投射して画像を表示する投射型液晶表示装置であって、
前記照明光が入射する第１の直線偏光子と、
前記第１の直線偏光子から出射された光の位相をずらして出射する第１の位相差板と、
入力される画像データに基づいた電圧に応じて、前記第１の位相差板から出射された光を変調して透過する液晶パネルと、
前記液晶パネルから出射された光の位相をずらして出射する第２の位相差板と、
前記第２の位相差板から出射された光が入射する第２の直線偏光子と、
前記第１および第２の位相差板の少なくとも１つの界面における反射による前記液晶パネル内への光の入射を抑制する反射抑制手段と
を有する投射型液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１の位相差板は、前記第１の直線偏光子から出射された直線偏光を円偏光に変換して前記液晶パネルに対して出射し、前記第２の位相差板は、前記液晶パネルから出射される円偏光を直線偏光に変換する
請求項５に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶パネル中の液晶分子は、当該液晶パネルの電圧無印加状態において、当該液晶パネルのパネル面に対して垂直に配向している
請求項６に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１および第２の位相差板は同じ材質で、かつ光弾性係数が所定の値よりも小さい
請求項５に記載の投射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶に入射する光の位相をずらす位相差板の界面における反射を抑制してコントラストを向上させた液晶表示装置および投射型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリネーションに起因した、液晶を透過する光の強度低下の抑制を目的とした液晶表示装置が、たとえば特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の液晶表示装置においては、１／４波長板を用いて光の位相をずらせて円偏光にして液晶パネルに入射させ、液晶パネルから出射される円偏光の光を、１／４波長板により直線偏光の光に戻している。円偏光の光は、液晶中のどの方向においてもほぼ等しく伝播する。このため、液晶の液晶分子の配列方向が場所により異なっている場合にも、液晶中における光の透過率低下を抑制することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１８３７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的な１／４波長板は加工性の面などからポリカーボネートなどの材料が用いられており、これを用いた場合、液晶パネルに対する入射側の１／４波長板と出射側の１／４波長板のリタデーションの均一性を完全に等しくすることは困難である。このため、円偏光の光の一部が楕円偏光になり、出射側の１／４波長板において直線偏光に戻りきらず、黒表示時にも出射側偏光板の偏光軸に一致する成分の光が出射して、画像のコントラストが低下する。
【０００５】
さらに液晶プロジェクタに、上記のような１／４波長板を用いた液晶表示装置を用いるためには、偏光板の寿命・その他の要因から１／４波長板と偏光板とを離して設置することが考えられる。
この場合、入射側において偏光板からの直線偏光が１／４波長板に入射する際や、出射側において１／４波長板からの出射光が偏光板によって直線偏光に戻される際に、１／４波長板の界面において一部の光が反射する。
各画素の開口率が５０％程度の液晶パネルにおいては、１／４波長板の界面で反射した光が液晶パネル内の電極や遮光層でもう一度反射し出射側偏光板の偏光軸に一致する成分の光として出射する光の影響は無視できないほど大きく、黒表示時には光抜けとなって画像のコントラストが低下する不利益が生じる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、入射側と出射側の位相差板のリタデーションがより均一に近付くような材料を選定し、かつ、位相差板を用いた場合の反射光を制御することで電圧無電加状態での光抜けを抑制し、画像のコントラストを向上可能な液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明の別な目的は、電圧無印加状態での光抜けを抑制した液晶表示装置を用いて、画像のコントラストを向上可能な投射型液晶表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置は、第１および第２の直線偏光子の間に配置される液晶表示装置であって、前記第１の直線偏光子から出射された光の位相をずらして出射する第１の位相差板と、入力される画像データに基づいた電圧に応じて、前記第１の位相差板から出射された光を変調して透過する液晶パネルと、前記液晶パネルから出射され前記第２の直線偏光子へ入射される光の位相をずらす第２の位相差板と、前記第１および第２の位相差板の少なくとも１つの界面における反射による前記液晶パネルへの光の入射を抑制する反射抑制手段とを有する液晶表示装置である。
【０００８】
また、本発明に係る投射型液晶表示装置は、光源からの照明光を液晶により変調して投射レンズにより投射して画像を表示する投射型液晶表示装置であって、前記照明光が入射する第１の直線偏光子と、前記第１の直線偏光子から出射された光の位相をずらして出射する第１の位相差板と、入力される画像データに基づいた電圧に応じて、前記第１の位相差板から出射された光を変調して透過する液晶パネルと、前記液晶パネルから出射された光の位相をずらして出射する第２の位相差板と、前記第２の位相差板から出射された光が入射する第２の直線偏光子と、前記第１および第２の位相差板の少なくとも１つの界面における反射による前記液晶パネルへの光の入射を抑制する反射抑制手段とを有する投射型液晶表示装置である。
【０００９】
本発明に係る液晶表示装置においては、第１の直線偏光子によって直線偏光に変換された光が、第１の位相差板に入射する。第１の位相差板は、直線偏光の位相をずらす。第１の位相差板により位相がずれた光は、液晶パネルに入射する。このとき、反射抑制手段により第１の位相差板の界面における反射を抑制したとすれば、第１の位相差板の界面において光はほとんど反射せず、位相がずれた光の大部分が液晶パネルに入射する。
液晶パネルは、入力される画像データに基づいた電圧に応じて液晶の配列状態を変化させて、第１の位相差板から出射された位相のずれた光を変調して透過する。
変調されて液晶パネルから出射された位相のずれた光は、第２の位相差板へ入射する。第２の位相差板は、入射された位相がずれた光を、直線偏光に戻して出射する。このとき、反射抑制手段により第２の位相差板の界面における反射を抑制したとすれば、位相がずれた光は反射して液晶パネルに戻ることはほとんどなく、大部分の光が直線偏光となって第２の直線偏光子に入射する。
したがって、直線偏光に戻りきらずに第２の直線偏光子に入射する光が減少する。
本発明に係る投射型液晶表示装置においては、光源からの照明光が、第１の直線偏光子を通過して上記のような液晶表示装置に入射する。本発明に係る液晶表示装置を通過した、大部分が直線偏光の光は、第２の直線偏光子に入射する。
液晶パネルに印加される電圧に応じて、第２の直線偏光子の偏光軸に一致する直線偏光が第２の直線偏光子から出射される。第２の直線偏光子から出射された光が投射レンズによって投射されて画像が表示される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して述べる。
図１が、本発明に係る液晶表示装置としての液晶表示パネルの概略構成を示す図である。
図１に示す液晶表示パネル２５は、入射側１／４波長板５０Ｉと、液晶パネル６０と、出射側１／４波長板５０Ｓと、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓとを有している。
入射側１／４波長板５０Ｉが本発明における第１の位相差板の一実施態様に相当し、出射側１／４波長板５０Ｓが本発明における第２の位相差板の一実施態様に相当する。
また、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓが、本発明における反射抑制手段の一実施態様に相当する。
本実施形態においては、図１に図解のように、液晶表示パネル２５は、光ＬＴの入射側ＩＳおよび出射側ＯＳにそれぞれ対向して配置される第１の直線偏光子３０Ｉと第２の直線偏光子３０Ｓの対向面間に設置される。
【００１１】
入射側１／４波長板５０Ｉおよび出射側１／４波長板５０Ｓは、対向面間に液晶パネル６０を挟むように、光ＬＴの入射側および出射側にそれぞれ対向配置される。
反射抑制膜は、１／４波長板５０Ｉおよび１／４波長板５０Ｓの少なくとも１つの界面における光の反射を抑制可能なように設ける。
本実施形態においては、一例として、入射側１／４波長板５０Ｉの直線偏光子３０Ｉ側の界面５０１に反射抑制膜４０Ｉを設けており、出射側１／４波長板５０Ｓの直線偏光子３０Ｓ側の界面５０４に反射抑制膜４０Ｓを設けている。
【００１２】
入射側の直線偏光子３０Ｉの偏光軸３０ａの方向を、基準の０°方向とする。本実施形態においては、一例として、光ＬＴの入射側から出射方向に向いて見たときに、直線偏光子３０Ｉの偏光軸３０ａの方向と入射側の１／４波長板５０Ｉの光学軸５０ａの方向とのなす角Ｒ１を、４５°にしている。また、１／４波長板５０Ｉの光学軸５０ａの方向と出射側の１／４波長板５０Ｓの光学軸５０ｂの方向とを直交させている。すなわち、光学軸５０ｂの方向と基準の０°方向とがなす角Ｒ２は、１３５°となる。
さらに、出射側の直線偏光子３０Ｓを、その偏光軸３０ｂの方向と入射側の偏光子３０Ｉの偏光軸３０ａの方向とがなす角Ｒ３が９０°となるように配置している。このとき、光ＬＴの入射側から見て、出射側の１／４波長板５０Ｓの光学軸５０ｂの方向と、出射側の偏光子３０Ｓの偏光軸３０ｂの方向とは、４５°ずれている。
【００１３】
入射側の直線偏光子３０Ｉは、単に偏光板と呼ばれることもある。直線偏光子３０Ｉは、様々な偏光方向が混在している入射光を、振動方向が偏光軸３０ａの方向に一致している直線偏光ＳＬに変換して出射する。
【００１４】
直線偏光子３０Ｉから出射した光は、反射抑制膜４０Ｉに入射する。
反射抑制膜４０Ｉは、その外部の媒体との屈折率差に基づく光の干渉現象を利用して反射光の輝度を低減する薄膜を、１層、あるいは２層以上の多層構造にしたものである。
反射抑制膜４０Ｉのスペックとしては、４２０ｎｍ〜６４０ｎｍの波長帯において反射率を１．５％以下に抑えることが、反射抑制の目的上好ましい。
【００１５】
反射抑制膜４０Ｉは、たとえば蒸着法によって１／４波長板５０Ｉの界面５０１に蒸着形成する。
上記のスペックを満足できるならば、コーティング法や塗布法などの他の方法によって反射抑制膜４０Ｉを形成してもよい。
詳しくは後述するが、反射抑制膜４０Ｉが設けられていることにより、光は界面５０１においてほとんど反射を生じることなく１／４波長板５０Ｉを通過する。
【００１６】
入射側の１／４波長板５０Ｉは、屈折率異方性を有する基板状、あるいはフィルム状の位相差板である。
１／４波長板５０Ｉは、光学軸５０ａの働きにより、入射した光の位相をずらせて出射する。光学軸５０ａは、１／４波長板５０Ｉにおいて屈折率が他の部分と異なる屈折率異方性を示す方向であり、この屈折率異方性により、１／４波長板５０Ｉを通過する光の位相のずれが発生する。
１／４波長板５０Ｉにおいては、入射光の波長が１／４ずれて直線偏光が円偏光になるように、光学軸５０ａの方向が規定されている。したがって、１／４波長板５０Ｉは、直線偏光子３０Ｉが出射した直線偏光ＳＬを、図１に示すように円偏光ＣＬに変換して出射する。
【００１７】
入射側の１／４波長板５０Ｉから出射された円偏光ＣＬは、液晶パネル６０に入射する。
液晶パネル６０は、第１の基板６１と、液晶ＬＣと、第２の基板６２とを有している。
第１の基板６１と第２の基板６２とは、液晶ＬＣを封入するための所定のギャップを隔てて、互いに対向して組立てられる。第１および第２の基板６１，６２には、一例として石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、ネオセラムを用いる。
【００１８】
第１の基板６１と第２の基板６２と対向面には、図示はしないが、所定ピッチの画素ごとに液晶ＬＣに電圧を印加し、電圧の値に応じて液晶ＬＣの液晶分子の配列状態を変化させるためのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の電極や、電圧を印加する電極を選択するためのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子が形成されている。また、電圧を印加しない状態において液晶分子の配向方向を規定するための配向膜等の構成部材も形成されている。
【００１９】
以上の構成により、液晶パネル６０は、入力される画像データに基づいた電圧を液晶ＬＣに印加し、画素毎に入射光を変調して変調光を透過する。
液晶パネル６０ならびに液晶表示パネル２５における電圧に応じた画像表示の詳細については後述する。
なお、本実施形態においては、液晶パネル６０に電圧を印加していない電圧無印加状態において、液晶分子の長軸（ディレクタ）が、液晶パネル６０のパネル面に対し垂直に配向している。
【００２０】
液晶パネル６０を透過した光は、出射側の１／４波長板５０Ｓに入射する。
１／４波長板５０Ｓは、入射側の１／４波長板５０Ｓと同構造の位相差板である。そのため詳細な記述は省略するが、入射側の１／４波長板５０Ｉと同様に、出射側の１／４波長板５０Ｓは、光学軸５０ｂの働きにより液晶パネル６０からの出射光の位相をずらせて出射する。
たとえば液晶パネル６０が電圧無印加状態のときには、１／４波長板５０Ｓには円偏光ＣＬが入射する。１／４波長板５０Ｓの光学軸５０ｂは、光ＬＴの進行方向において１／４波長板５０Ｉの光学軸５０ａに対して直交している。このため、図１に示すように、１／４波長板５０Ｓは、入射した円偏光ＣＬを、１／４波長板５０Ｉに入射する直線偏光ＳＬと同じ偏光方向の直線偏光ＳＬに戻して出射する。
【００２１】
入射側の１／４波長板５０Ｉおよび出射側の１／４波長板５０Ｓのリタデーションは、可能な限り等しく、かつ、１／４波長版５０Ｉ、５０Ｓの面内において均一であることが、１／４波長板５０Ｉにおいて生じさせた位相ずれを１／４波長板５０Ｓにおいて戻す観点から好ましい。
なお、リタデーションとは、１／４波長板の常光線屈折率と異常光線屈折率との差の絶対値Δｎと、１／４波長板の厚さｄとの積Δｎ・ｄのことである。
【００２２】
出射側の１／４波長板５０Ｓから出射した光は、１／４波長板５０Ｓの光の出射側の界面５０４に設けられた反射抑制膜４０Ｓに入射する。
反射抑制膜４０Ｓは、入射側の反射抑制膜４０Ｉと構成、機能が同じであるため詳細な記述は省略する。ただし、液晶表示パネル２５の光線状態に応じて、材料や積層数等の条件を、反射抑制膜４０Ｉと４０Ｓとにおいて独立に変更してもよい。
反射抑制膜４０Ｓによって、光は界面５０４においてほとんど反射を生じることなく１／４波長板５０Ｓを通過する。
【００２３】
反射抑制膜４０Ｓおよび反射抑制膜４０Ｓを通過した光は、出射側ＯＳの直線偏光子３０Ｓに入射する。直線偏光子３０Ｓは、単に偏光板と呼ばれることもある。
直線偏光子３０Ｓは、反射抑制膜４０Ｓからの光のうち、偏光軸３０ｂの方向に一致する振動方向の光を出射する。
本実施形態においては、光ＬＴの入射側ＩＳから出射側ＯＳに向いて見た場合に、入射側の直線偏光子３０Ｉの偏光軸３０ａと、出射側の直線偏光子３０Ｓの偏光軸３０ｂとが直交している。したがって、本実施形態では、液晶パネル６０の電圧無印加時において、出射側ＯＳから直線偏光子３０Ｓを介して液晶表示パネル２５を見ると、黒が表示される。
【００２４】
上述のような液晶表示パネル２５は、一例として、図２に示すような投射型の液晶プロジェクタに用いられる。
図２に図解の投射型液晶プロジェクタ１００が、本発明における投射型液晶表示装置の一実施態様に相当する。
図２に図解の液晶プロジェクタ１００は、光源からの光を赤色、青色、緑色の３原色に分離し、それぞれの色に対して液晶表示パネルを１枚ずつ用いてカラー画像表示を行なう、いわゆる３板方式のプロジェクタである。
３原色にそれぞれ対応する液晶表示パネルが上述の液晶表示パネル２５に相当し、３枚ともほぼ同じ構造を有している。以下では、便宜上、赤色光が入射する液晶表示パネルを液晶表示パネル２５Ｒ、緑色光が入射する液晶表示パネルを液晶表示パネル２５Ｇ、青色光が入射する液晶表示パネルを液晶表示パネル２５Ｂと呼称する。
【００２５】
図２に図解の液晶プロジェクタ１００は、光を発する光源１１と、光源１１からの光の出射側に配置される第１のレンズアレイ１２と、第１のレンズアレイ１２からの出射光を反射し、出射光の光路（光軸１０）を９０°変更するミラー１４と、ミラー１４からの反射光が入射する第２のレンズアレイ１３とを備えている。ミラー１４は、好適には全反射ミラーである。
第１レンズアレイ１２と第２レンズアレイ１３には、それぞれ複数のマイクロレンズ１２Ｍ，１３Ｍが２次元的に配列されている。第１レンズアレイ１２、第２レンズアレイ１３は、光の照度分布を均一化させるためのものであり、入射した光を複数の小光束に分割する機能を有している。
なお、光源１１と第１レンズアレイ１２との間に、図示しないＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）／ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ）カットフィルタを設置してもよい。
【００２６】
光源１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光、青色光および緑色光を含んだ白色光を発する。光源１１は、白色光を発する発光体（図示せず）と、発光体から発せられた光を反射、集光するリフレクターとを含んで構成されている。
発光体としては、例えば、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等のランプが使用される。
リフレクターは、集光効率が良い形状であることが望ましく、例えば回転楕円鏡や回転放物面等の回転対称な凹面形状となっている。また、発光体の発光点は、凹面形状のリフレクターの焦点位置に配置される。
【００２７】
光源１１の発光体から出射された白色光は、リフレクターによって略平行光となり、第１レンズアレイ１２を通過して全反射ミラー１４に入射する。
全反射ミラー１４によって光軸１０が９０°曲がった白色光は、第２レンズアレイ１３に入射する。
図２に図解の液晶プロジェクタ１００は、第２レンズアレイ１３からの光の出射側に、ＰＳ合成素子１５と、コンデンサレンズ１６と、ダイクロイックミラー１７とを有する。
【００２８】
ＰＳ合成素子１５には、第２レンズアレイ１３における隣り合うマイクロレンズ間に対応する位置に、複数の位相差板１５Ａが設けられている。１／２波長板が、位相差板１５Ａの一例である。
ＰＳ合成素子１５は、入射した光をＰ偏光成分およびＳ偏光成分の偏光に分離する。また、ＰＳ合成素子１５は、分離した２つの偏光のうち、一方の偏光を、その偏光方向（例えばＰ偏光）を保ったまま偏光変換素子１５から出射し、他方の偏光（例えばＳ偏光成分）を、１／２波長板１５Ａの作用により、他の偏光成分（例えばＰ偏光成分）に変換して出射する。
【００２９】
ＰＳ合成素子１５から出射した光は、コンデンサレンズ１６によって集光されてダイクロイックミラー１７に入射する。
ダイクロイックミラー１７は、入射した光のうち、例えば赤色光ＬＲを反射し、その他の色の光を透過することにより、入射光を赤色光ＬＲとその他の色とに色分解する。
【００３０】
さらに、液晶プロジェクタ１００は、ダイクロイックミラー１７によって色分解された赤色光ＬＲの光路に沿って、ミラー１８と、フィールドレンズ２４Ｒと、入射側偏光板３０Ｉと、液晶表示パネル２５Ｒと、出射側偏光板３０Ｓとを有する。
ミラー１８としては、好適には全反射ミラーが用いられる。全反射ミラー１８は、ダイクロイックミラー１７によって色分解された赤色光ＬＲを、入射側偏光板３０Ｉおよび液晶表示パネル２５Ｒに向けて反射する。
【００３１】
入射側偏光板３０Ｉは、前述のように、全反射ミラー１８から入射する赤色光ＬＲのうち、偏光軸３０ａに一致する方向の光を通過させる。
液晶パネル２５Ｒは、上述のように図１に図解の液晶表示パネル２５と同じ構造をしており、入射側偏光板３０Ｉを介して入射した赤色光ＬＲを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Ｓは、液晶表示パネル２５Ｒからの変調された赤色光ＬＲのうち、偏光軸３０ｂに一致する方向の光を通過させる。
【００３２】
液晶プロジェクタ１００は、ダイクロイックミラー１７によって色分解された他の色の光の光路に沿って、ダイクロイックミラー１９を有している。ダイクロイックミラー１９は、入射した光のうち、例えば緑色光ＬＧを反射して青色光ＬＢを透過することにより、入射した光を緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに色分解する。
ダイクロイックミラー１９によって色分解された緑色光ＬＧの光路には、フィールドレンズ２４Ｇと、入射側偏光板３０Ｉと、液晶表示パネル２５Ｇと、出射側偏光板３０Ｓとが設けられている。
【００３３】
入射側偏光板３０Ｉは、ダイクロイックミラー１９から入射する緑色光ＬＧのうち、偏光軸３０ａに一致する方向の光を通過させる。
液晶表示パネル２５Ｇは、入射側偏光板３０Ｉを介して入射した緑色光ＬＧを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Ｓは、液晶表示パネル２５Ｇからの変調された緑色光ＬＧのうち、偏光軸３０ｂに一致する方向の光を通過させる。
【００３４】
さらに、ダイクロイックミラー１９によって色分解された青色光ＬＢの光路に沿って、リレーレンズ２０と、ミラー２１と、リレーレンズ２２と、ミラー２３と、フィールドレンズ２４Ｂと、入射側偏光板３０Ｉと、液晶表示パネル２５Ｂと、出射側偏光板３０Ｓとが設けられている。
ミラー２１，２３は、好適には全反射ミラーである。全反射ミラー２１は、リレーレンズ２０を介して入射した青色光ＬＢを、全反射ミラー２３に向けて反射する。全反射ミラー２３は、全反射ミラー２１によって反射され、リレーレンズ２２を介して入射した青色光ＬＢを、入射側偏光板３０Ｉおよび液晶表示パネル２５Ｂに向けて反射する。
【００３５】
入射側偏光板３０Ｉは、全反射ミラー２３から入射する緑色光ＬＧのうち、偏光軸３０ａに一致する方向の光を通過させる。
液晶表示パネル２５Ｂは、全反射ミラー２３によって反射され、フィールドレンズ２４Ｂおよび入射側偏光板３０Ｉを介して入射した青色光ＬＢを、入力される画像データに応じて空間的に変調する。
出射側偏光板３０Ｓは、液晶表示パネル２５Ｂからの変調された青色光ＬＢのうち、偏光軸３０ｂに一致する方向の光を通過させる。
【００３６】
赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置には、これら３つの色光を合成する機能を有したクロスプリズム２６が設置されている。
クロスプリズム２６は、一例として、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢがそれぞれ入射する入射面２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ、および、赤色光ＬＲ，緑色光ＬＧ，青色光ＬＢが合成された光が出射する出射面２６Ｔを各々有する４つの直角プリズムを接合して構成されている。
液晶プロジェクタ１００においては、クロスプリズム２６内に入射した緑色光ＬＧを出射面２６Ｔ側に向けて透過し、クロスプリズム２６内に入射した赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢを出射面２６Ｔ側に向けて反射するように、ダイクロイック膜が各直角プリズムの接合面にコートされている。
以上により、クロスプリズム２６は、入射面２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに入射した３つの色光を合成して出射面２６Ｔから出射する。
【００３７】
また、液晶プロジェクタ１００は、クロスプリズム２６から出射された合成光を、スクリーン２８に向けて投射するための投射レンズ２７を有している。
投射レンズ２７は、好適には複数のレンズからなり、スクリーン２８に投射する画像の大きさを調整するズーム機能や、ピント合わせ機能を有する。
【００３８】
以下、液晶表示パネル２５による画像表示の詳細を、図３を参照しながら述べる。
図３は、図１に示す液晶表示パネル２５および直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓを、液晶表示パネル２５の光入射面に垂直に入射する光の光軸に沿った断面から見た断面図である。
図３においては、図１では図示しなかったＩＴＯ電極層および配向膜層も図示している。
【００３９】
入射側の第１の基板６１においては、第２の基板６２との対向面側にＩＴＯ電極層６３Ｉが形成されており、ＩＴＯ電極層６３Ｉから第２の基板６２側に向かって、配向膜層６４Ｉがさらに形成されている。
配向膜層６４Ｉは、ポリイミド等の有機高分子材料を用いて形成する。
【００４０】
第２の基板６２の、第１の基板６１に対する対向面には、まず、ＴＦＴ等のスイッチング素子を形成するための層が形成される。一例としてＴＦＴを形成する場合には、ＳｉＯ２層６５が形成される。
ＳｉＯ２層６５中には、ＴＦＴ形成のためのＷｓｉ等の他の材料も含まれている。
【００４１】
ＳｉＯ２層６５から第１の基板６１側に向かって、第２の基板６２のＩＴＯ電極層６３Ｓが形成され、ＩＴＯ電極層６３Ｓの第１の基板６１側に配向膜層６４Ｓがさらに形成される。
第２の基板６２の配向膜層６４Ｓも、第１の基板６１の配向膜層６４Ｓと同じく、ポリイミド等の有機高分子材料を用いて形成する。
【００４２】
第１の基板６１の配向膜層６４Ｉと第２の基板６２の配向膜層６４Ｓとの間に、液晶ＬＣが保持される。
前述のように、ＩＴＯ電極層６３Ｉ，６３Ｓ間に電圧を印加しない電圧無印加状態において、液晶ＬＣの液晶分子ＬＣＭは、図３に示すように長軸ＤＬＣの方向が、液晶表示パネル２５の光入射面２５Ｓｕに垂直に入射する光ＬＴの光軸１０に沿うように、液晶表示パネル２５のパネル面に対して垂直配向されている。
【００４３】
図１および図３に図解のような液晶表示パネル２５を、液晶プロジェクタ等の強い光源を有する表示装置に利用する場合には、光源からの光により生じる熱を発散させるために、図１〜３に図解のように直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓと液晶パネル２５とを離して配置する。直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓと液晶パネル２５との間にたとえば冷却風が送り込まれ、直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓおよび液晶パネル２５が冷却される。
【００４４】
光ＬＴは、直線偏光ＳＬとして、入射側の直線偏光子３０Ｉから出射される。
上述のように直線偏光子３０Ｉと液晶表示パネル２５との間に空隙が存在する場合には、直線偏光ＳＬが１／４波長板５０Ｉに入射する際に、界面５０１において直線偏光ＳＬが反射する可能性がある。しかし、本実施形態においては界面５０１に反射抑制膜４０Ｉを形成しており、反射光ＬＴ１はほとんど発生しない。このため、反射光ＬＴ１の、直線偏光子３０Ｉの出射面３０ＩＳでの反射による液晶表示パネル２５への再入射において、１／４波長板５０Ｉと直線偏光子３０Ｉと、これらの間の空気との屈折率の相違により反射光ＬＴ１が楕円偏光または円偏光化して１／４波長板５０Ｉに入射することを防止することができる。
【００４５】
反射抑制膜４０Ｉを通過して１／４波長板５０Ｉに入射した直線偏光ＳＬである光ＬＴは、１／４波長板５０Ｉによって円偏光ＣＬに変換される。
１／４波長板５０Ｉを通過して円偏光ＣＬとなった光ＬＴは、第１の基板６１、ＩＴＯ電極層６３Ｉ、および配向膜層６４Ｉを伝播して液晶ＬＣに到達する。
電圧無印加状態においては、光ＬＴは、液晶分子ＬＣＭが垂直配向された液晶ＬＣ中を、円偏光ＣＬのまま通過する。
液晶ＬＣを出射した円偏光ＣＬは、出射側の配向膜層６４Ｓ、ＩＴＯ電極層６３Ｓ、ＳｉＯ２層６５、および第２の基板６２を順に伝播して出射側の１／４波長板５０Ｓに到達する。
【００４６】
入射側の１／４波長板５０Ｉの光学軸５０ａと出射側の１／４波長板５０Ｓの光学軸５０ｂとは、光ＬＴの光軸１０方向に見たときに直交している。このため、電圧無印加状態においては、出射側の１／４波長板５０Ｓによって、円偏光ＣＬは、１／４波長板５０Ｉに入射する直線偏光ＳＬと同じ偏光方向の直線偏光ＳＬに戻されて、１／４波長板５０Ｓの界面５０４から出射される。
このとき、本実施形態においては界面５０４に反射抑制膜４０Ｓを設けているため、液晶表示パネル２５内部への反射光ＬＴ３の入射が防止される。
【００４７】
屈折率が小さい物質を伝播した光が、それよりも屈折率が大きい物質との界面において反射する場合には円偏光の方向が逆になる。しかし、反射抑制膜４０Ｓの設置により、第２の基板６２、ＳｉＯ２層６５およびその中のＷＳｉ、ＩＴＯ電極層６３Ｓ、配向膜層６４Ｓにおける各界面で、これらの部材の屈折率差に起因して反射時に位相がずれて、反射光ＬＴ３が界面５０４から再出射することが防止される。
本実施形態においては、たとえば電圧無印加状態においては、図３に例示のように、円偏光ＤＬ３である反射光ＬＴ３が、円偏光ＤＬ３とは偏光方向が逆の円偏光ＤＬ４およびＤＬ５である光ＬＴ４およびＬＴ５となって反射して界面５０４から再出射することが防止される。
【００４８】
また、図３に示すように、反射光ＬＴ３が液晶表示パネル２５の内部を伝播し、入射側の１／４波長板５０Ｉの界面５０１に到達したときの反射光ＬＴ２の発生が防止される。このため、円偏光ＤＬ３とは偏光方向が変化した反射光ＬＴ２が、液晶表示パネル２５内部を再び伝播して出射側の１／４波長板５０Ｓから出射することが防止される。
以上のように、本実施形態においては、偏光状態が円偏光ＣＬとは異なった光が１／４波長板５０Ｓから出射することを防止することができる。
【００４９】
また、反射抑制膜４０Ｓが設けられているため、直線偏光ＬＴとなって１／４波長板５０Ｓから出射する光ＬＴの、出射側の直線偏光子３０Ｓの光入射面３０ＳＳに
おける反射、および１／４波長板５０Ｓの界面５０４における再反射によって、反射光ＬＴ６が発生することがない。したがって、直線偏光子３０Ｓと１／４波長板５０Ｓと、これらの間の空気との屈折率の相違により反射光ＬＴ６が楕円偏光または円偏光化して直線偏光子３０Ｓに入射することを防止可能である。
【００５０】
以上のように、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓの存在により、液晶表示パネル２５の内部を通過する、光ＬＴとは位相がずれた光の量を減少させることができる。その結果、たとえば電圧無印加状態においては、出射側直線偏光子５０Ｓに入射する、直線偏光ＳＬ以外の偏光が減少し、黒表示時における直線偏光子５０Ｓからの光の出射が抑制されるため、画像のコントラストが向上する。
【００５１】
液晶パネル６０への印加電圧を増大させるにしたがい、液晶分子ＬＣＭの長軸ＤＬＣは、垂直配向状態から配向方向が完全に揃わない状態で水平に倒れる。液晶分子ＬＣＭの配向状態の変化に応じて、出射側の１／４波長板５０Ｓからの出射光は、入射側の直線偏光子３０Ｉからの直線偏光ＳＬと同じ方向の直線偏光から、楕円偏光へと変化する。さらに印加電圧を増大させると、この楕円偏光は、直線偏光子３０Ｉの偏光軸３０ａと直交する、出射側の直線偏光子３０Ｓの偏光軸３０ｂ方向に沿った直線偏光へと変化する。偏光軸３０ｂの方向に沿った直線偏光が直線偏光子３０Ｓに入射した状態が、白表示状態である。
【００５２】
本実施形態においては、円偏光ＣＬに変換した光ＬＴを液晶パネル６０に入射させている。円偏光の光は入射側および出射側の直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓの偏光軸３０ａ，３０ｂに対する液晶分子ＬＣＭの配向方向のずれに影響されずに液晶ＬＣの層を透過する。このため、本実施形態によれば、光ＬＴの最大透過率の低下を抑制することができる。その結果、白表示時の輝度が向上し、画像のコントラストが向上する。
【００５３】
以下では、本発明の有用性を示すための実験について述べる。
実験に際し、図１に示した液晶表示パネル２５を用いて、図２に示した構成の液晶プロジェクタを用意した。
図４は、緑色光（Ｇ光）の照度を簡易的に測定できる投射装置を用いた、１／４波長板の界面における反射率の変化に対する黒表示時の照度のグラフを示した図である。
【００５４】
図４において、横軸は界面の変化率を変化させた、試料としての１／４波長板の種類を示し、縦軸は黒表示時の照度ＢＢＬ［ｌｘ］を示している。以下では、黒表示時の照度ＢＢＬを、黒照度ＢＢＬと記す。
黒照度ＢＢＬは、スクリーン２８に黒を投影したときの、スクリーン２８の中央１点を測定した値である。
図４のグラフにおいて、試料ＮＡＲは、反射抑制膜を設けない１／４波長板を示しており、試料ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３は、反射抑制膜の反射率をそれぞれ０．９０％，０．６８％，０．５３％とした１／４波長板を示している。
なお、１／４波長板５０Ｉ，５０ＳとしてはＪＳＲ社製の商品名アートンを用い、反射抑制膜は、図１に示す通り、１／４波長板５０Ｉ，５０Ｓの界面５０１および界面５０４の２箇所に形成した。
【００５５】
図４のグラフから、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓを設けた場合に、黒照度ＢＢＬが大幅に低下することが分かる。
【００５６】
また、図５は、図４のグラフを元に、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓの反射率と黒照度ＢＢＬとの関係を示したグラフである。図５において、横軸が反射率ＲＦ［％］を示しており、縦軸が黒照度ＢＢＬ［ｌｘ］を示している。
黒照度ＢＢＬには、光学軸５０ａと光学軸５０ｂとの位置関係を規定する、入射側の１／４波長板５０Ｉおよび出射側の１／４波長板５０Ｓの貼り合わせ精度が影響を及ぼす。同じ方法で貼り合わせを行ったときの繰り返し精度の影響を確認した結果、照度の測定値の８．８％程度ばらつくことがわかったため、図５のグラフには、測定値への影響を８．８％として、貼り合わせ精度の影響が、測定値のプロットの幅として示されている。
【００５７】
図５のグラフから、貼り合わせ精度を考慮しても、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓの効果は顕著であるといえる。
また、図５のグラフから、反射率を、１．５％以下、好適には１％以下にすることが、黒照度ＢＢＬの低下のためには好ましいことが分かる。
【００５８】
図６は、参考のために、黒照度ＢＢＬを測定した緑色光（Ｇ光）の照度を簡易的に測定できる投射装置を用いて白表示時の照度を測定したときの結果を示すグラフである。
図６のグラフにおいて、横軸が図４のグラフの横軸に示す試料と同じ試料をそれぞれ示しており、縦軸が白表示時の照度ＷＢＬ［ｌｘ］を示している。
【００５９】
図６から、反射抑制膜４０Ｉ，４０Ｓを設けることにより、黒表示時ほどの差はあらわれないが、白表示時における照度ＷＢＬが向上することが分かる。これは、一例として１／４波長板５０Ｉの界面５０１における不用な反射が抑制されるためであると考えられる。
白表示時の照度ＷＢＬが向上する結果、画像のコントラスト比がさらに向上する。
【００６０】
黒照度ＢＢＬは、１／４波長板５０Ｉ，５０Ｓのリタデーションおよびその面内の均一性に影響される。
以下では、１／４波長板５０Ｉ，５０Ｓの面内の均一性と、黒照度ＢＢＬとの相関について述べる。
図７（ａ）は、１／４波長板５０Ｉ，５０Ｓとして用いる複数の材料のリタデーション測定結果を示した表である。試料は、試料Ｔ１〜Ｔ６の６種類とした。
各試料のリタデーションは、図７（ｂ）に示すように、光学軸の方向が各試料の面方向になるように矩形状に形成した１／４波長板の端部の、所定間隔に並んだ位置ＰＴ１〜ＰＴ４の４箇所において測定した。
ただし、試料Ｔ１については、製造条件に起因して面内のリタデーションのばらつきが大き過ぎたため、位置ＰＴ１，ＰＴ２の２箇所においてのみ測定している。
【００６１】
また、測定結果に基づいて、測定値の最大最小幅、測定値の平均、および面内ばらつきσを算出した。面内ばらつきσは、各試料の規範リタデーションを１３８ｎｍとして、測定値の標準偏差を計算したときのばらつきである。
さらに、各試料の光弾性係数［×１０１８  ｃｍ２／Ｎ］を調べた。このとき、各試料に入射させる光の波長λは、λ＝５５０ｎｍとした。
【００６２】
図７（ａ）に示す表から、１／４波長板のリタデーションの面内ばらつきσと光弾性係数との間には相関関係があることがわかる。
【００６３】
図８は、図７（ａ）の表に示す各試料を用いた１／４波長板を、図１に示す液晶表示パネル２５、Ｇ光の照度を簡易的に測定できる投射装置に適用し、黒を投射表示させたときの、リタデーションの面内ばらつきσと黒照度ＢＢＬとの関係を示したグラフである。
図８に示すグラフにおいて、横軸が面内ばらつきσを示し、縦軸が黒照度ＢＢＬ［ｌｘ］を示している。
【００６４】
図８のグラフから、面内ばらつきσが小さいほど、黒照度ＢＢＬも小さくなる傾向にあることが分かる。
図８のグラフおよび図７（ａ）の表から、黒照度ＢＢＬを抑制してコントラスト比を向上させるためには面内ばらつきσの小さい１／４波長板を用いればよく、そのためには光弾性係数の小さい材料を用いて１／４波長板を形成すればよいことがいえる。
図８のグラフおよび図７（ａ）の表から、光弾性係数が小さいほど黒照度ＢＢＬが低下するといえるため、光弾性係数は、４．１×１０１８［ｃｍ２／Ｎ］以下であることが、コントラスト比向上のために好ましい。
光弾性係数がほぼ４．１×１０１８［ｃｍ２／Ｎ］の１／４波長板としては、たとえば、前述のＪＳＲ社製のアートンがある。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、黒表示時の不用な光の出射によるいわゆる黒浮きを防止し、白表示時の光透過率を向上させることによって、画像のコントラスト比を向上させることができる。
その際に、１／４波長板の界面に反射抑制膜を形成するという簡単な構成によりコントラスト比を向上可能であるため、液晶表示パネルおよび液晶プロジェクタのコスト上昇を防止することもできる。
【００６６】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されない。
たとえば、反射抑制膜は、１／４波長板４０Ｉ，４０Ｓにおいて、液晶パネル２５側の界面５０２，５０３に設けてもよい（図１参照）。液晶表示パネル２５に対して、入射する光ＬＴの位相とはことなる光が入射することを防止可能であれば、１／４波長板４０Ｉ，４０Ｓではなく、直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓの光出射面３０ＩＳまたは光入射面３０ＳＳ等の、他の場所に反射抑制膜を設けてもよい。
また、上記の実施の形態においては、電圧無印加状態において黒を表示するノーマリーブラックモードについて述べたが、直線偏光子３０Ｉ，３０Ｓの配置方向を変更することにより、ノーマリーホワイトモードにすることも可能である。
液晶表示パネル２５は、開口部に光を集中させるマイクロレンズを備える公知の構造にしてもよい。１／４波長板を用いてマイクロレンズ付きの液晶表示パネル２５に円偏光を入射させることにより、透過率向上に加えて直線偏光を入射させた時に生じる偏光軸の回転によるコントラスト低下を回避することもできる。
さらに、視野角特性を改善するために、液晶表示パネル２５に対して２軸性の位相差板を設置してもよい。この２軸性の位相差板のように、１／４波長板だけでなく、他の位相差板に対して本発明に係る反射抑制膜を形成することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、液晶パネルを通過する光の位相をずらす位相差板の使用に際して、液晶パネルを透過する光とは位相がずれた光の光抜けを抑制し、画像のコントラストを向上可能な液晶表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、液晶パネルを透過する光とは位相がずれた光の光抜けを抑制した液晶表示装置を用いた、画像のコントラストを向上可能な投射型液晶表示装置を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る投射型液晶表示装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図３】図１に図解の液晶表示装置および直線偏光子を、液晶表示装置の光入射面に垂直に入射する光の光軸に沿った断面から見た断面図である。
【図４】本発明に係る位相差板の種類と黒照度との関係を示したグラフである。
【図５】反射抑制膜の反射率と黒照度との関係を示したグラフである。
【図６】本発明に係る位相差板の種類と白照度との関係を示したグラフである。
【図７】（ａ）は本発明に係る位相差板のリタデーションの測定結果を示した表であり、（ｂ）はリタデーションの測定位置を示す図である。
【図８】本発明に係る位相差板のリタデーションの面内ばらつきと黒照度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１…光源、１５…ＰＳ合成素子、１５Ａ…位相差板、１７，１９…ダイクロイックミラー、２５（２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ）…液晶表示パネル（液晶表示装置）、２６…クロスプリズム、２７…投射レンズ、２８…スクリーン、３０Ｉ，３０Ｓ…直線偏光子、４０Ｉ，４０Ｓ…反射抑制膜、５０Ｉ，５０Ｓ…１／４波長板（位相差板）、６０…液晶パネル、１００…投射型液晶プロジェクタ（投射型液晶表示装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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