(57)【要約】【課題】従来のＮＷモードの投影装置では、リターデーションを生じ、それが、黒のレベルを悪くするという問題がある。また、駆動トランジスタが大きくなり、高密度に画素を作成できず、更に、視野角が悪い。【解決手段】反射型液晶素子５１は、液晶層の液晶分子の配向方向が、光入射側では（Ａ）にＩＩで示す方向とされ、反射面側ではＩＩＩで示す方向とされている。位相差板５６の光軸は、（Ａ）にＩＶで示すように、入射するＰ偏光が振動する面Ｉ内に揃えられている。位相差板５６によって変調された光は、（Ａ）にＶで示す検光方向の第２の偏光板（検光子）５７に入射する。各画素電極に電界をかけたときは、第２の偏光板５７で吸収されるため、黒表示を実現する。（Ｃ）の視野角特性から、方位角９０度方向から観察した場合に、黒表示の際の光の強度が十分小さいため、極角１０度〜３０度方向から観察した特性が良好であることが分かる。【選択図】　　　　　　図２
2004053671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源より出射された光を色分解手段により色分解して得た３原色光を、偏光手段を透過させて、透明基板と反射基板の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子に入射し、前記反射型液晶素子で画像データに応じて変調された該反射型液晶素子からの反射光を、前記偏光手段とクロスニコルの関係に配置される検光手段により検光し、その検光手段により検光された光を投影レンズにより拡大投影する斜め投射光学系の、反射型液晶素子を用いた投影装置であって、
前記偏光手段と前記反射型液晶素子との間、又は前記反射型液晶素子と前記検光手段との間に、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜して挿入された位相差板を有し、該位相差板の光学軸は、該位相差板に隣接する前記偏光手段又は前記検光手段の透過軸に直交するように設定されていることを特徴とする反射型液晶素子を用いた投影装置。
【請求項２】
前記反射型液晶素子は、ネマティック液晶をプレチルトの角度２度〜５度とし、前記液晶層のツイスト角度が８０度〜９０度であり、かつ、前記透明基板側の液晶配向方位角度が１９０度から２００度ないし２８０度から２９０度の範囲内にあり、さらに前記液晶層の波長規格化リターデーションが０．３５以上０．５５以下であるＭＴＮモードであることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
【請求項３】
前記反射型液晶素子は、ネマティック液晶をプレチルトの角度２度〜５度とし、前記液晶層のツイスト角度が約６０度であり、かつ、前記透明基板側と前記反射基板側の液晶配向方位角度が約１５０度と約２１０度のいずれかをとる場合、若しくは、約３３０度と約３０度のいずれかをとる場合に設定され、さらに前記液晶層の波長規格化リターデーションが０．５５以上０．６５以下であるＳＣＴＮモードであることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶素子を用いた投影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶素子を用いた投影装置に係り、特に色分離／色合成手段及び反射型液晶パネル等を用いて大画像表示を行う反射型液晶素子を用いた投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各画素に反射電極を設け画素の開口率を向上させた反射型液晶パネルの研究が進み、この反射型液晶パネルを用いて投写型液晶プロジェクタに適用されるようになってきている。この反射型液晶パネルは、従来の透過型液晶パネルに比較して開口率が高くできるため、小型化／高効率の投影装置（プロジェクタ）を実現することができる。
【０００３】
図９は、従来の反射型液晶素子を用いた投影装置の一例の構成図を示す。同図に示すように、投影装置である反射型プロジェクタ装置１０は、大略すると光源１１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２、ダイクロイックプリズム１４、反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ（Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を示す）、及び投写レンズ１７等により構成されている。
【０００４】
上記構成において、光源１１から出射した光束は、偏光ビームスプリッタ（偏光分離プリズム）１２により直線偏光が抽出されると共に進行方向を９０°曲げられ、ダイクロイックプリズム１４に入射する。また、ダイクロイックプリズム１４に入射した光は、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）の各原色光にそれぞれ分離され出射し、各原色光に対応した各反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂで反射された後、同じ光路を通って偏光分離プリズム１２に再入射する。
【０００５】
この際、各反射型液晶パネル１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂで画像変調された光のうち、液晶がオン状態の領域では偏光方向を９０°回転されて反射するため、このオン状態領域に対応する反射光は偏光分離プリズム１２を透過し、投写レンズ１７からスクリーン（図示せず）に向け投写されて画像を形成する。
【０００６】
しかるに、上記した従来の反射型プロジェクタ装置１０では、高価な光学部品である偏光分離プリズム１２を用いていたため、反射型プロジェクタ装置１０のコストが上昇してしまうという問題がある。また、偏光分離プリズム１２が偏光を分けるのに際して、光源１１の光の広がり（例えば±１２度の広がり）に対して良好に偏光を分けるのが難しいという問題点もある。
【０００７】
これを解決する目的で、ＰＢＳを使わない光を斜めから入射させるようにした、反射型液晶素子を用いた投影装置が提案されている（特開２０００−１９９８８３）。図１０はこの提案になる投影装置の構成図を示す。同図において、投影装置である従来の反射型プロジェクタ装置２０では、光源２１から出射した光は、リフレクタ２２により略平行光として反射されると共に、直接に第１の偏光板２３に入射し、ここで直線偏光（Ｓ偏光あるいはＰ偏光）にされた後、色分離／色合成手段（ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラー）に入射する。色分離／色合成手段（ここではダイクロイックプリズム２４）は、白色光をＲＧＢの三原色光に分離し、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射する。
【０００８】
ここで、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒとして垂直配向型の液晶パネルを用いた場合、反射型液晶パネルに電圧が印加されておらず液晶分子が垂直に配向している状態においては、入射光の偏光状態は不変のまま反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射される。この場合、反射された光はダイクロイックプリズム２４を再度通過した後、第１の偏光板２３に対してクロスニコルの関係で投写レンズ２７の手前に設置された第２の偏光板２５で吸収されるため、投写レンズ２７には投写されない。すなわち、黒表示を実現することになる。
【０００９】
一方、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに電圧が印加されて液晶分子が水平に倒れた状態においては、入射光の偏光状態は変化し、入射光は反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射される。この場合、反射された光はダイクロイックプリズム２４を再度通過した後、第２の偏光板２５を通過して投写レンズ２７を介して投写される。すなわち白表示を実現することになる。
【００１０】
色分離／色合成手段であるダイクロイックプリズム２４は、光源２１からの入射光をＲＧＢの三原色に色分離して各々をそれぞれ反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射させる機能を有すると共に、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒから反射された光を色合成する機能を有する。入射する光の主軸は、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒの反射面に対してＳ波又はＰ波の状態で入射することが必須である。
【００１１】
すなわち、これ以外の状態で光が入射した場合には、ダイクロイックプリズム２４の反射特性の違いから、反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒで反射してダイクロイックプリズムを２回通過した光の偏光状態は直線偏光ではなくなってしまい、良好な黒表示を得ることはできなくなってしまう。
【００１２】
また、液晶分子の配向は、略垂直配向になり得ることが必須である。この投影装置においては、Ｓ波（Ｐ波）で入射した光は垂直配向した反射型液晶パネル２６Ｇ、２６Ｂ、２６Ｒに入射した場合にその偏光状態は変化しない。すなわち、入射する直線偏光の偏光方向が垂直配向した液晶分子の光学軸に垂直又は平行になっているため、偏光状態が乱されるようなことは生じず、そのまま第２の偏光板２５に達し、これに吸収されて黒表示が実現される。
【００１３】
また、光学系カラー化の例として図１１の様な投影装置が従来より知られている。同図（Ａ）は反射型プロジェクタ装置３０の平面図、同図（Ｂ）は反射型プロジェクタ装置３０の側面図である。この従来の投影装置である反射型プロジェクタ装置３０は、照射光を生成する光源２１と、照明光を略平行光として反射するリフレクタ２２と、照射光に所定の偏光特性（例えば、Ｓ偏光）を付与する偏光板３１と、偏光により反射特性が異なる特性をもつダイクロイッククロスプリズム３２と、ダイクロイッククロスプリズム３２に入射する光を生成する色生成機能を有する偏光制御素子３３と、ダイクロイッククロスプリズム３２の近傍に配置される反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂとから構成されている（光源２１、リフレクタ２２、偏光板３１、偏光制御素子３３は、照明系３５を構成する）。また、反射型プロジェクタ装置３０は投影レンズ３６を有する。
【００１４】
この反射型プロジェクタ装置３０では、光源２１から出た光が偏光板３１によって直線偏光にされた後、色分解・合成系を通るため、ここで発生する複屈折により、出力にムラが出て、なおかつ得られるコントラストも低い。また、反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂに用いられる液晶素子は、液晶分子の配向方向がほぼ垂直であることが要求され、この場合に電界を掛けた際に液晶分子の傾斜方向が狂いディスクリネーションの発生が激しく、微細な映像を出すとノイズが目立つ欠点があった。また、ダイクロイッククロスプリズム３２と反射型表示素子３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの影響により、干渉縞が、投射された像に現れるという欠点がある。
【００１５】
また、同じく、高価なＰＢＳを使わず、低コストでコントラスト比の良好な投影装置を実現することを目的として、特開２００１−５１２７０号公報記載の図１２に示す投射装置４０が提案されている。図１２において、光源４１から出射した略平行光Ｌ１は、集光レンズ４２により集光光Ｌ２となり、偏光板４３および多層複屈折素子４４を通過し、表示素子４５に斜め方向から入射する。
【００１６】
表示素子４５では、入射光が画像情報に応じて偏光方向を変調され、反射される。反射された光は、再度多層複屈折素子４４および偏光板４３を透過し、レンズ４６を透過してスクリーン（図示せず）に到達し、画像が映し出される。
【００１７】
この投影装置では、多層複屈折素子４４の内、表示素子４５に最も近い複屈折素子の進相軸と液晶の配向方向を合わせているので、斜めからの光に対する複屈折補償のための複屈折素子が不要となる技術が開示されている。この投影装置では、具体的にカラー画像の作成方法は示されていないが、色分解系を通った光が、偏光・検光手段を通り色合成系に入る構造と思われる。この点では、前述の従来の反射型プロジェクタ装置３０と異なり、色分解合成系での複屈折の影響が無い光学系である。しかるに、この従来の投影装置４０では、次の様な問題点がある。
【００１８】
光を偏光または検光する手段が同一であるため、表示素子４５の反射面からの影響が避けられず、投影画面上に、干渉縞が出てしまう。また、多層複屈折素子４４は、広帯域の光波長において、厳密にλ／４波長の位相差を発生することが要求され、多層複屈折素子４４を構成する複屈折素子のいずれかの特性が狂えば、その条件からずれてくるため、プロジェクタなどの光が照射され、光が強くなると急激に特性が悪くなる。特に、近年、素子の小型化が進み、光源４１の利用効率が上がると、照射面での照度が高くなっており、この方法は上記の問題が顕著である。
【００１９】
図１２に示した特開２００１−５１２７０号公報記載の従来装置では、複屈折素子（位相差板）が、λ／４波長板であるが、それ以外の斜めに光学軸を持った複屈折光学材料を用いる投影表示装置も従来より提案されている（特開平９−１９７３９７号公報、特開２０００−３２１５７６号公報）。
【００２０】
また、位相差板を光学系の中に入れて、視野角特性等を改善する試みは数多くなされている。例えば、上記の特開平９−１９７３９７号公報記載の従来の投影装置では、傾斜した軸を持った位相差板を使用している。これは、反射型液晶パネルを用いたものではなく、透過型液晶パネルを用いたものであるが、液晶セルの両側に偏光手段と、検光手段を持った液晶パネルにおいて、法線より傾いた光学補償シートを挿入する。この従来装置では、正面から見た場合のコントラストを低下させることなく、左右、上下等の傾斜方向から見た場合のコントラストを改善することができることが開示されている。
【００２１】
しかるに、この従来装置では、コントラストが１００程度と低く、プロジェクタで要求される少なくとも５００：１以上のコントラストのことを論議していない。また、液晶パネルが透過タイプであるので、液晶セルには、１回しか光が透過せず、液晶層を２回透過する際の特性のずれや、基板反射の影響などが、全く考慮されていない。
【００２２】
また、特開２０００−３２１５７６号公報には、ネマティック液晶を使った反射型アクティブマトリックス素子で、傾斜した位相差板を重ねた表示装置が開示されている。反射型液晶素子を使うため、高輝度で明るい表示ができ、また、高精細な画像を表示できる。このため、先に述べた特開平９−１９７３９７号公報記載の従来装置よりも進んでいる。しかるに、素子に入る光は、同じ位相差板を透過するため、得られるコントラストは、１０以下で、とても、プロジェクタ素子に使えるレベルでは無い。
【００２３】
また、従来、色分解合成系の手前で光路を分ける構成の光学系が文献１（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＤ　９／３，２００１　ｐ２１３；　Ｍａｔｔｈｅｗ　Ｂｏｎｅ，Ｆｒｏｎｔ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ＬＣｏＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に提案されている。この光学系によれば、ランプから出た光は、色分解光学系によりＲＧＢに分解された後、ポラライザーで偏光が整えられた後、反射型液晶素子に入射し反射された光は色合成の前で検光されるため、３００〜５００：１のコントラストを取ることができるといわれている。しかしながら、上記文献記載の光学系では、コントラストが高くなる垂直配向反射型液晶素子を使うと、思った程、コントラストが上がらず、また、投射画面上でコントラストの場所による差が大きいという問題がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、上記の各種の従来の液晶表示素子を用いた投影装置は、いずれも一長一短があり、特に、ＰＢＳを使用せず、しかも５００：１以上のコントラストを干渉縞無く得ることができる反射型液晶表示素子を用いた投影装置は提案されていない。
【００２５】
ところで、電圧をかけない時に液晶が基板とほぼ、平行になっているタイプで、誘電異方性が正のネマティック液晶を使った反射型の液晶モードが各種提案されている。例えば、特開平１０−９０７３１号公報には、自己補償型ツイストネマティック（ＳＣＴＮ：Ｓｅｌｆ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが開示されており、また、特開平２０００−２８４３３１号及び特開平２０００−２９８２７７号各公報や文献２（Ｊａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　’８９，ｐ．１９２（１９８９））にはＴＮ−ＥＣＢ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、通称ＭＴＮ（Ｍｉｘｅｄ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが開示されており、文献３（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｆｔ．６８，ｐ．１４５５（１９９６））にもＭＴＮモードが開示されている。
【００２６】
これらのモードでは、電圧をかけない場合か、しきい値程度の電圧をかけた場合に白を表示し、電圧を十分にかけると黒を表示するノーマリホワイト型の反射型ツイストネマティック液晶表示モード（ＮＷモード）が用いられる。
【００２７】
しかるに、これらのモードでは、電圧を十分にかけると液晶が垂直になるため黒が表示できるが、いくら電圧をかけても配向膜近傍の液晶分子が水平に近い配向をしているため、リターデーションを生じ、それが、黒のレベルを悪くするという問題がある。また、電圧を十分に加えるためには、アクティブマトリックスの駆動電圧を高くする必要があり、そのため、トランジスタが大きくなり、高密度に画素を作成できるという反射型液晶素子のメリットを損なっている。また、視野角が悪いという問題点もある。
【００２８】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、投影装置として必要な高いコントラスト（５００：１以上）が得られる反射型液晶素子を用いた投影装置を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明の他の目的は、ＰＢＳを使わない構成で、しかも干渉縞や左右ムラが殆ど生じない反射型液晶素子を用いた投影装置を提供することにある。
【００３０】
更に、本発明の他の目的は、ＭＴＮモードやＳＣＴＮモードにおいて、低駆動電圧で十分なコントラストが得られ、視野角特性も良好な反射型液晶素子を用いた投影装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、光源より出射された光を色分解手段により色分解して得た３原色光を、偏光手段を透過させて、透明基板と反射基板の間に液晶層を挟持してなる反射型液晶素子に入射し、反射型液晶素子で画像データに応じて変調された反射型液晶素子からの反射光を、偏光手段とクロスニコルの関係に配置される検光手段により検光し、その検光手段により検光された光を投影レンズにより拡大投影する斜め投射光学系の、反射型液晶素子を用いた投影装置であって、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に、一軸異方性があり、その光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜して挿入された位相差板を有し、その位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は検光手段の透過軸に直交するように設定されていることを特徴とする。
【００３２】
この発明では、ＮＷモードの反射型液晶素子を用いた場合、入射光にＳ偏光を使い、光学的に負の一軸異方性を持ち、光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板を、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に挿入し、かつ、その位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は検光手段の透過軸と平行するように設定することにより、検光手段により吸収される反射光の黒のレベルを低下させることができ、また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることなく、偏光手段と検光手段により、十分なコントラストを得ることができる。
【００３３】
ここで、上記の反射型液晶素子は、ネマティック液晶をプレチルトの角度２度〜５度とし、液晶層のツイスト角度が８０度〜９０度であり、かつ、透明基板側の液晶配向方位角度が１９０度から２００度ないし２８０度から２９０度の範囲内にあり、さらに液晶層の波長規格化リターデーションが０．３５以上０．５５以下であるＭＴＮモードである。又は、上記の反射型液晶素子は、ネマティック液晶をプレチルトの角度２度〜５度とし、液晶層のツイスト角度が約６０度であり、かつ、透明基板側と反射基板側の液晶配向方位角度が約１５０度と約２１０度のいずれかをとる場合、若しくは、約３３０度と約３０度のいずれかをとる場合に設定され、さらに液晶層の波長規格化リターデーションが０．５５以上０．６５以下であるＳＣＴＮモードである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面と共に説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる反射型液晶素子を用いた投影装置の第１の実施の形態の黒表示時及び白表示時の構成図を示す。図１（Ａ）、（Ｂ）において、本発明の第１の実施の形態の反射型液晶素子を用いた投影装置５０は、反射型液晶素子５１への入射光光路上に入射光から直線偏光を取り出す第１の偏光板５２が設けられ、また、反射型液晶素子５１からの反射光光路上には、軸方向が傾斜した構造を持つ位相差板５６と第２の偏光板（検光子）５７が設けられている。第２の偏光板５７は、第１の偏光板５２に対してクロスニコルの関係にあるように設けられている。
【００３５】
反射型液晶素子５１は、対向配置された透明基板５４と反射基板５５とを有し、その間に液晶層５３が挟持された構成を持つ。なお、図示しないが、透明基板５４の対向表面には、共通電極である透明電極が形成されており、反射基板５５の対向表面には、画素毎に形成されたＭＯＳトランジスタ、又はＴＦＴ等からなる駆動回路と、反射電極とが複数マトリクス状に形成されている。画素サイズとしては、例えば１０μｍ×１０μｍ角程度の微細な画素が形成されている。
【００３６】
液晶層５３を構成する反射型液晶セルとしては、ネマティック液晶をプレチルトの角度が２度〜５度、液晶層のツイスト角度が８０度〜９０度とし、また、透明基板５４側の液晶配向方位角度が１９０度から２００度又は２８０度から２９０度の範囲内にあるものとする。更に、本実施の形態では、液晶層５３の波長規格化リターデーションが０．３５以上０．５５以下のものが用いられる。
【００３７】
また、液晶層５３に接する透明基板５４および反射基板５５の表面には液晶分子に配向を付与するため、例えば塗布されたポリイミド樹脂表面をラビングした配向膜（図示せず）が形成されており、初期状態の液晶分子に例えば約２度〜５度のチルト角および偏光板の偏光軸に対し約１９０度〜２００度、ないしは２８０度〜２９０度の面方位角を付与している。液晶のツイスト角は、８０度〜９０度にコントロールされている。
【００３８】
また、図１（Ａ）は各画素電極に電界をかけて液晶層５３がオンに駆動されたときの黒を表示する状態を示しており、同図（Ｂ）は各画素電極に電界を実質的にかけない状態（初期状態）で白を表示するノーマリホワイト（ＮＷ）モードを示しており、液晶層５３がオフである。
【００３９】
次に、本実施の形態の動作について、図２を併せ参照して説明する。図２（Ｂ）は図１（Ａ）、（Ｂ）の構成を位相差板５６の光学軸と共に示しており、図１（Ａ）、（Ｂ）と同一構成部分には同一符号を付してある。図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ｂ）において、図示しない光源から出射された光は、まず、第１の偏光板５２によりＰ偏光のみが取り出されて反射型液晶素子５１に入射される。図２（Ａ）のＩは、第１の偏光板５２により取り出されて反射型液晶素子５１に入射されるＳ偏光の振動方向を示す。
【００４０】
反射型液晶素子５１は、液晶層５３の液晶分子の配向方向が、光入射側では図２（Ａ）にＩＩで示す方向とされ、反射面側では図２（Ａ）にＩＩＩで示す方向とされている。反射型液晶素子５１に入射した光は、液晶層５３を通過し反射基板５５上の反射電極により反射され、さらに液晶層５３及び透明基板５４を通過して出射されて、軸方向が傾斜した位相差板５６に入射される。
【００４１】
軸方向が傾斜した位相差板５６の光軸は、図２（Ａ）にＩＶで示すように、入射するＰ偏光が振動する面Ｉ内に揃えられている。すなわち、位相差板５６の光学軸は、第１の偏光板５２の透過軸と直交するように設定される。図２（Ｂ）に５９で示す光学軸を有する軸方向が傾斜した位相差板５６によって変調された光は、第２の偏光板（検光子）５７に入射する。この第２の偏光板（検光子）５７の検光方向は、図２（Ａ）にＶで示される。
【００４２】
各画素電極に電界をかけないか、しきい値の電圧をかけた液晶層５３がオフの時には、入射した直線偏光は、反射型液晶素子５１にて変調を受け、偏光状態は回転されて出射され、図１（Ｂ）に示すように、第２の偏光板（検光子）５７を通過して投影レンズ５８を経て図示せぬスクリーン上に拡大投影される。他方、各画素電極に十分に電界をかけて液晶層５３をオンに駆動した時には、入射光の偏光状態は不変のまま反射基板５５で反射される。この場合、反射された光は投影レンズ５８の手前に設置された第２の偏光板（検光子）５７で吸収されるため、図１（Ａ）に示すように投影レンズ５８には入射されない。すなわち、黒表示を実現する。
【００４３】
次に、傾斜した軸を持った位相差板５６について更に詳細に説明する。傾斜した軸を持った位相差板５６は、例えば、米国特許第５４１０４２２号明細書に開示された、負の複屈折補償板、あるいは二軸延伸ポリマーフィルムや、特開平９−１９７３９７号公報や特開２０００−３２１５７６号公報で開示された、ディスコティック液晶を基板上に配列したもの等が用いられる。この位相差板５６の好ましい形態は次の通りである。
【００４４】
（１）光学位相板が、透明支持体及びその上に設けられたディスコティック構造単位を有する化合物からなる光学異方層からなる。
【００４５】
（２）光学異方層のディスコティック構造単位の円盤面が、透明支持体面に対して傾いており、かつ、このディスコティック構造単位の円盤面と透明支持体面とのなす角度が、光学異方層の深さ方向において変化している。
【００４６】
（３）光学補償シート全ての下記で表されるリターデーションの合計の絶対値Ｒｅ１と、液晶層の下記で表されるリターデーションの絶対値Ｒｅ２とが、下記の関係：
０．１５×Ｒｅ２≦Ｒｅ１≦０．６×Ｒｅ２　　　　　▲１▼
［但し、上記光学補償シートのリターデーションは
｛ｎ１−（ｎ２＋ｎ３）／２｝×ｄ　　　　　　　　　▲２▼
（上式中、ｎ１、ｎ２及びｎ３は、上記光学補償シートの３軸方向屈折率を表わし、それぞれこの順に小さい屈折率を有し、ｄは上記光学補償シートのｎｍ換算の厚さを表わす）により定義され、そして上記液晶層のリターデーションは、
｛ｍ３−（ｍ１＋ｍ２）／２｝×ｄ’　　　　　　　　▲３▼
（上式中、ｍ１、ｍ２及びｍ３は、上記液晶層の３軸方向屈折率を表わし、それぞれこの順に小さい屈折率を有し、ｄ’は上記液晶層のｎｍ換算の厚さを表わす）により定義される］を満足する。
【００４７】
また、傾斜した軸を持った位相差板５６の特性としては、例えば、基板側の角度４度、表面側の角度８０度、膜面方向のリターデーションが約１０７ｎｍのものが用いられる。位相差板５６への光は、チルト角が大きい側から入射される。
【００４８】
この位相差板５６を使った実際のシステム系において、シミュレーションで得られた視野角特性は、図２（Ｃ）に示すように、方位角９０度方向から観察した場合に、黒が沈んでいる（黒表示の際の光の強度が十分小さい）ため、極角１０度〜３０度方向から観察した（斜め方向から光を入射し反射した光を見る）特性が良好であることが分かる。ここでは黒表示のために各画素電極には５Ｖを印加している。なお、図２（Ｃ）中、点線の円は極角２０度単位の円で、最小径の円が極角２０度を示す（他の視野角特性図も同様）。
【００４９】
また、本実施の形態では、方位角７０度〜１１０度、極角０度〜２０度での光強度が、各画素電極に５Ｖの電圧を印加した場合、図３にＶＩで示すようになり、この角度範囲で黒レベルが非常に良好であり、斜めに光を入射しているので、、斜め光学系でも非常に高いコントラストが得られることが確認された。また、液晶層５３への光の入射角を約１２度、投影レンズ５８のＦ値は２．４（この場合のレンズ取り込み角は、約１２度であるため、視野角で、極角０度〜２４度、方位角７８度〜１０２度の範囲の光が取り込まれることとなる。）で、スクリーンに投影した時のコントラストは、約９００：１で、左右のコントラスト傾斜はわずかにあるが実用範囲内であり、表面や界面内部反射に伴う干渉現象は観察されなかった。
【００５０】
次に、本実施の形態における位相差板５６を除去し、他の光学配置は図１の実施の形態と同一とした構成を比較例として説明する。この比較例において、実際に投影された画面では、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかったものの、左右方向黒レベルの傾斜現象が見られた。コントラストの高い所で、５００：１であるが、コントラストの低い所は１００：１であった。
【００５１】
また、視野角特性は、図４に示すようになり、画素電極に十分に電圧をかけている黒表示の場合でも、基板近傍の液晶分子が配向膜の影響によって水平方向に保持されているため、特定の方向のコントラストが悪くなっている。この例では、液晶分子は、反射側基板は１５度、透明電極側基板は１１０度に設定されており、方位角０〜９０度と１８０度から２７０度の範囲で黒レベルが悪くなっていることが分かる。
【００５２】
また、この比較例における方位角７０度〜１１０度、極角０度〜２５度での黒表示の光強度は、図５に示すようになり、極角が小さい場合（あまり斜めになっていない場合）、黒レベルは良いが、極角が大きくなると、特に方位角が９０度よりずれてくると（この場合、２７０度方向より光を入射させている場合を想定している）、急激に光強度が大きくなり、黒を表示させているにも拘らず、良好な黒レベルが得られないことを表している。これは、投射した画面上で、左右方向に黒レベルの傾斜があることを意味し、左右でコントラストの傾斜を持つことになる。この現象は、色合成をした時に、３枚のパネルの特性が一致しないため、色むらとして観察され、非常に目立つこととなる。
【００５３】
本実施の形態では、前述したようにＭＴＮモードの反射型液晶素子５１と第２の偏光板５７の間に位相差板５６を挿入することにより、この比較例に比べて、斜め光学系でも左右のコントラスト傾斜はわずかにあるが実用範囲内であり、表面や界面内部反射に伴う干渉現象は観察されないという特長がある。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、図１（Ａ）、（Ｂ）と同様の光学配置であるが、反射型液晶素子５１として第１の実施の形態と異なり、ＳＣＴＮモードの反射型液晶表示素子を用いる。すなわち、液晶層５３の液晶分子としてネマティック液晶で構成し、そのプレチルトの角度を２度〜５度とし、液晶層５３のツイスト角度がほぼ６０度であり、かつ、透明基板５４側と反射基板５５側の液晶配向方位角度が約１５０度、約２１０度のいずれかをとる場合、若しくは、約３３０度と約３０度となる場合に設定され、さらに液晶層５３の波長規格化リターデーションが０．５５以上０．６５以下である。液晶層５３に接する透明基板５４および反射基板５５の表面には液晶分子に配向を付与するため、例えば塗布されたポリイミド樹脂表面をラビングした配向膜（図示せず）が形成されている。
【００５５】
この第２の実施の形態の実際のシステム系に於いて、シミュレーションで得られた、視野角特性は図６に示すように、方位角９０度方向から観察した場合に、黒が沈んでいる（黒表示の際の光の強度が十分小さい）ため、極角１５度〜２０度方向から観察した（斜め方向から光を入射し反射した光を見る）特性が良好であることが分かる。ここでは黒表示のために各画素電極には５Ｖを印加している。
【００５６】
また、本実施の形態では、方位角７０度〜１１０度、極角０度〜２５度での光強度が、各画素電極に５Ｖの電圧を印加した場合、図７にＶＩＩで示すようになり、この角度範囲で黒レベルが非常に良好であり、斜めに光を入射しているので、斜め光学系でも非常に高いコントラストが得られることが確認された。また、反射型液晶素子への光の入射角は、約１２度、投射レンズ５８のＦ値は２．４（この場合のレンズ取り込み角は、約１２度であるため、視野角で、極角０〜２４度、方位角７８〜１０２度の範囲の光が取り込まれることとなる。）で、スクリーンに投影した時の、コントラストは、約１０００：１で、左右のコントラスト傾斜は無く良好であった。また、表面や界面内部反射に伴う干渉現象も観察されなかった。
【００５７】
なお、ＳＣＴＮモードの液晶の配向方向は、入射側偏光板（図１の５２）もしくは出射側偏光板（図１の５７）に対して、液晶セルの上下の配向方向が、対象になる様に配置されるため、同じツイスト角の場合でも８通りの配置が考えられるが、ツイスト角が約６０度の場合、透明基板側と反射基板側の液晶配向方位角度が約１５０度、約２１０度のいずれかを取る場合、若しくは、約３３０度と約３０度となる場合に設定される方が望ましい。これは、こちらの方が、視野角が広がるからである。
【００５８】
なお、位相差板を除去し、他の光学配置は第２の実施の形態と同一とした比較例では、実際に投影された画面はコントラストの高い所で５０：１であるが、コントラストの低い所は３０：１であった。
【００５９】
次に、軸が傾斜した位相差板と偏光板との望ましい関係について説明する。図８は軸が傾斜した位相差板と偏光板と入射光との各例を示す。図８（Ａ）〜（Ｅ）において、位相差板１０１は、前述した位相差板５６を示し、膜面の厚さ方向でディスコティック液晶の分子が漸次傾斜した分子配列をとっていることを模式的に示す。
【００６０】
すなわち、位相差板１０１（５６）は、その光学軸が図８では紙面に平行であり、位相差板の膜面に対して光学軸が傾斜しているが、膜面からの厚さに応じて光学軸の傾斜角度が漸次変化している。なお、偏光板１０２、１０４、１０５、１０６は、前述した第２の偏光板５７に相当する。
【００６１】
図８（Ａ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光を透過する特性の偏光板１０２が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第１の例は最も望ましいコントラスト比が得られる例である。また、このときの位相差板１０１の光学軸は紙面に平行であり、Ｓ偏光のみを透過させる特性の偏光板１０２の透過軸は紙面に垂直方向であり、両者は互いに直交する。
【００６２】
図８（Ｂ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光を透過する特性の偏光板１０４が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。ただし、この例は偏光板１０４が位相差板１０１のディスコティック液晶分子が表面に対してほぼ平行に配列されている側に配置されている点で、図８（Ａ）に示した第１の例と異なる。
【００６３】
また、図８（Ｃ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｐ偏光を透過する特性の偏光板１０５が設けられ、かつ、光が１０３で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第３の例は十分なコントラスト比が得られない望ましくない例である。
【００６４】
更に、図８（Ｄ）は、位相差板１０１の光入射側又は光出射側に、Ｓ偏光又はＰ偏光を透過する特性の偏光板１０６が設けられ、かつ、光が１０７で示すように、位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切らないような角度で入射した例を示す。この第４の例は最もコントラスト比が得られない最も望ましくない例である。
【００６５】
図８（Ｅ）は位相差板１０１の光入射側にＰ偏光を透過する特性の偏光板１０２が設けられ、かつ、光が１０３で示すように位相差板１０１のディスコティック液晶分子を十分に横切るような角度で入射した例を示す。この第５の例は、好ましいコントラストが得られる例である。
【００６６】
このように、位相差板の入射光にＳ偏光を用い、光学的に負の一軸異方性を持ち、それが斜めに傾斜した位相差板１０１（５６）を、隣接する偏光板１０２、１０４、１０５の透過軸と平行とすることによって、黒のレベルが下がり、かつ、コントラストが高くなり、コントラスト比が十分にとれる角度範囲を広げることができる。
【００６７】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、光学軸が斜め方向に傾斜した位相差板は第１の偏光板５２と反射型液晶素子５１との間の光路中に挿入してもよい。この場合も位相差板の光軸は、隣接する第１の偏光板５２の透過軸と直交に設定される。また、光の入射方向も、実施の形態において下から上に反射する場合、つまり、方位角２７０度より入射し、方位角９０度方向に出射する場合を示したが、９０度方向から照射しても、その他の方向でも、液晶の配向方向と位相差板の光学配置をアレンジすれば、全く同様の効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の種々の特長を有するものである。
【００６９】
（１）ＮＷモードの反射型液晶素子を用いた場合、入射光にＳ偏光を使い、光学的に負の一軸異方性を持ち、光学軸が膜面に対して斜め方向に傾斜した位相差板を、偏光手段と反射型液晶素子との間、又は反射型液晶素子と検光手段との間に挿入し、かつ、その位相差板の光学軸は、位相差板に隣接する偏光手段又は検光手段の透過軸と直交するように設定することにより、黒レベルを低下させることができるようにしたため、コントラスト比の高い投影画像を得ることができ、また、コントラストが十分にとれる角度範囲を拡大できる。
【００７０】
（２）低電圧でコントラストが取れる駆動ができるため、駆動トランジスタを小さくでき、高解像度にできる。
【００７１】
（３）偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることなく、偏光手段と検光手段によりＳ偏光だけを検光することができるため、ＰＢＳを有する光学系に比し、明るい光学系を安価に実現できる。
【００７２】
（４）ＰＢＳを使わないため、反射型液晶素子に斜めに光を入れる必要があるが、その入射角度周囲のみの所で最適になる様に調整できるので、極めて高いコントラスト比が得られる。
【００７３】
（５）偏光手段を構成する偏光板の条件が緩やかであるため、各種の偏光板を適用できる。
【００７４】
（６）偏光手段と検光手段は、独立しており、かつ、クロスニコル関係にあるので、干渉縞が画面に投影されることは無い。また、色分解後に、偏光手段と検光手段を持ち、検光した後、色合成を行う装置のような、色分解・合成系での複屈折や偏光の純度低下の問題がなく、熱等に対して安定である。
【００７５】
（７）色度の電圧依存性が小さく、比較的低電圧駆動が可能で、かつ、高速応答性に優れているので、本発明の液晶表示素子を用いることにより、投写型液晶表示装置の動画像の表示を滑らかに行うことができる。
【００７６】
（８）本発明の液晶表示素子は、安定な液晶配向プロセスを用いて生産できるため、液晶表示素子及び投影装置を安価に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の反射型液晶素子の入射光の振動方向、位相差板の光学軸と反射型液晶素子の液晶配向方向との関係、本発明の実施の形態の構成図及び視野角特性である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における方位角、極角及び光強度の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の比較例における方位角、極角及び光強度の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の比較例における方位角、極角及び光強度の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の視野角特性図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における方位角、極角及び光強度の関係を示す図である。
【図８】位相差板と偏光板との各例のうち、望ましい例と望ましくない例を示す図である。
【図９】従来の投影装置の一例を示す構成図である。
【図１０】従来の投影装置の他の例の構成図である。
【図１１】光学系カラー化の従来の投影装置の構成図である。
【図１２】従来の投影装置の更に他の例の構成図である。
【符号の説明】
５０　本発明の実施の形態に係る投影装置
５１　反射型液晶素子
５２　第１の偏光板
５３　液晶層
５４　透明基板
５５　反射基板（電極）
５６、１０１　位相差板
５７　第２の偏光板（検光子）
５８　投影レンズ
１０２、１０４、１０５、１０６　偏光板
【図１】
2004053671.tif 000003
【図２】
2004053671.tif 000004
【図３】
2004053671.tif 000005
【図４】
2004053671.tif 000006
【図５】
2004053671.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2004053671.tif 000010
【図９】
2004053671.tif 000011
【図１０】
2004053671.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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