(57)【要約】【課題】製造の困難化を招来することなく、画像表示装置における空間光変調素子として用いた場合において、電圧無印加時（黒表示時）に入射光を変調することがなく、良好なコントラストの画像を表示することができるようにする。【解決手段】無機カラーフィルタ４を内蔵し、この無機カラーフィルタ４の境界部の傾斜を用いて、液晶分子１０の配向方向が規定されている。【選択図】  図１
2004272009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタを内蔵した液晶表示素子であって、
カラーフィルタ境界部の傾斜部を用いて液晶分子の配向方向が規定されていること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
カラーフィルタ境界部には遮光層が配置してあること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
カラーフィルタ各色の段差は、液晶層の各色のセル厚の差に略々等しいこと
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示素子において空間光変調素子として用いられる液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電ランプ等の光源と、この光源によって光学部品を介して照明される液晶等の空間光変調素子と、この空間光変調素子の像を結像する投射レンズとを有する画像表示装置が提案されている。この画像表示装置において、空間光変調素子を３枚用いる構成においては、構成が複雑であり、また、コストが高いという問題がある。
【０００３】
この対策としては、空間光変調素子に空間的カラーフィルタを配置し、色分離を行うことが有効である。
【０００４】
ところで、空間光変調素子となる液晶表示素子において、負の誘電率異方性持つネマティック液晶を用い、電圧無印加時（黒表示時）において液晶分子を基板に概ね垂直に配向させておき、電圧印加時（白表示時）に液晶分子を基板に平行にさせる液晶モードを一般的にＶＡモードと呼ぶ。
【０００５】
画像表示装置に用いる空間光変調素子においては、ＶＡモードの基板表面の配向処理技術として、ＳｉＯ（酸化シリコン）の斜方蒸着を用いる構成が知られている。配向処理技術とは、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向を規定する技術をいう。この構成においては、ＳｉＯの斜方蒸着角度を制御することにより、液晶分子の基板界面におけるチルト角及び方位角を規定することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６２６２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような液晶表示素子においては、画像表示装置の空間光変調素子として用いる場合のように画素サイズが小さくなると、隣接する画素間のいわゆる横電界によって、液晶分子が望ましい配向と違う配向となってしてしまうことがある。プレチルト角を大きくすることで配向方向を安定化することは可能であるが、その場合には、電圧無印加時にも入射光が変調されてしまい、黒レベルの上昇によるコントラストの低下が将来されてしまう。
【０００８】
また、基板にＳｉＯを蒸着する装置は、蒸着角度を一定にするためには、大規模な装置となってしまう。そのため、設備費用が大きくなるとともに、排気時間が長くなるため配向処理工程のタクトが長くなり、製造の困難化及び製造コストの増大が招来される。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、製造の困難化を招来することなく、画像表示装置における空間光変調素子として用いた場合において、電圧無印加時（黒表示時）に入射光を変調することがなく、良好なコントラストの画像を表示することができる液晶表示素子を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る液晶表示素子は、カラーフィルタを内蔵した液晶表示素子であって、カラーフィルタ境界部の傾斜部を用いて液晶分子の配向方向が規定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この液晶表示素子においては、無機材料からなるカラーフィルタ構造の凹凸を利用して配向制御がなされているので、垂直配向モードの場合にラビング等の配向処理を必要としない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１３】
〔液晶表示素子の構成〕
本発明に係る液晶表示素子は、図１に示すように、液晶層１を一対の基板２，３間に封入して構成されている。そして、一方の基板２の液晶層１を挟む表面上には、画素に対応した無機材料からなる無機カラーフィルタ４が設けられている。
【００１４】
この無機カラーフィルタ４は、以下の〔表１〕及び〔表２〕に示すように、誘電体多層膜から構成され、図２及び図３に示すように、特定の波長域の光を反射し、他を透過させる機能を有している。この無機カラーフィルタ４は、反射させたい波長帯域によって、誘電体の層数や総膜厚は異なるが、このカラーフィルタの膜厚は、略々０．５μｍ乃至５μｍ程度である。
【００１５】
【表１】
2004272009.tif 000003
【００１６】
【表２】
2004272009.tif 000004
【００１７】
なお、表１及び図２に示すカラーフィルタは、青色（Ｂ）光を透過させるためのカラーフィルタの構成及び分光透過特性を示している。また、表２及び図３に示すカラーフィルタは、緑色（Ｇ）光を透過させるためのカラーフィルタの構成及び分光透過特性を示している。
【００１８】
この無機カラーフィルタ４は、それぞれの波長帯域の光を反射する多層膜構造を、いわゆるリフトオフ等のフォトリソプロセスを用いて、画素構造に対応してパターニングすることによって構成することができる。
【００１９】
ここでは、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を無機材料からなるカラーフィルタで色分離し、これら緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）と残る赤色（Ｒ）とを別の反射型空間光変調素子を用いて変調するいわゆる２板式（反射型空間光変調素子）の画像表示装置において使用する液晶表示素子の無機カラーフィルタ４の構成を示す。
【００２０】
ここで、緑色（Ｇ）用のフィルタ及び青色（Ｂ）用のフィルタの膜厚は必ずしも一致しない。この膜厚の差を利用することで、液晶表示素子の電気光学特性を改善することが可能となる。すなわち、液晶表示素子における最適セル厚は、色によって異なる。青色（Ｂ）用の最適セル厚は、緑色（Ｇ）用の最適セル厚よりも広い。例えば、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の代表的波長を、それぞれ５３０ｎｍ及び４７０ｎｍとすれば、屈折率差（Δｎ）が０．１５の材料を用いた反射型の液晶表示素子においては、最適セル厚は、５３０ｎｍで１．４μｍ、４７０ｎｍでは１．２μｍとなる。
【００２１】
すなわち、この液晶表示素子においては、無機材料からなるカラーフィルタの色ごとの膜厚の差を、液晶の色ごとの最適セル厚の差に一致させておくことで、分光透過率（反射率）を改善することが可能となる。
【００２２】
一般的には、青色（Ｂ）を透過させる誘電体多層膜の総厚は、緑色（Ｇ）を透過させる誘電体多層膜の総厚よりも厚くなる。これは、青色（Ｂ）用の透過層は緑色（Ｇ）の波長帯域を反射する誘電体多層膜となるが、この誘電体膜の厚さは、波長の関数であるからである（基本的には、４ｎｄ＝λの条件を満たす積層である）。そして、液晶セルの厚さは、青色（Ｂ）用が緑色（Ｇ）よりも薄くなる。なお、色設計上、液晶のセル厚の最適化が困難である場合には、ダミー層を積層することによる調整も可能である。
【００２３】
この液晶表示素子においては、図１に示すように、透明基板２、無機材料からなる無機カラーフィルタ４、ＩＴＯ５、配向膜６、液晶層１、垂直配向膜７、反射電極８及び透明基板８が、このような順序で積層されて構成されているが、ＩＴＯ５から反射電極８までを、誘電体多層膜として設計する必要がある。また、画像表示装置に用いる液晶変調素子においては、例えば、０．７５インチの「ＷＸＧＡ規格（１３６６×７６８画素）」の場合、画素サイズは、１２μｍとなる。ここで、ストライプ状のカラーフィルタを用いて緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を表示し、もう一つの変調素子で赤色（Ｒ）を表示するように構成されている場合には、この空間光変調素子における緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を表示するサブピクセルサイズは、６μｍ×１２μｍとなる。
【００２４】
そして  この液晶表示素子においては、画素境界部分、すなわち、画素及び画素の間には、１．５μｍ程度の幅で、遮光層９が設けられている。この遮光層９は、クロム、アルミ等の金属材料で形成されている。上述したように、誘電体多層膜の厚さは、０．５μｍ乃至５μｍ程度であり、サブピクセルのサイズと同じオーダとなる。無機カラーフィルタ４の断面は、図１に示すように、台形形状となるが、この液晶表示素子においては、このようなカラーフィルタの凹凸を用いて、液晶分子の垂直配向の配向方位を規定する。
【００２５】
配向膜６は、例えば、日産化学社製無機垂直配向材料「ＥＸＰ−ＯＡ００３」（商品名）をスピンコート後、熱焼成によって形成する。対向する透明基板３上にも、同様に垂直配向膜７を形成する。対向する透明基板３上には、液晶分子１０に印加する実効電圧をコントロールするスイッチが形成されており、例えば、反射型変調素子としてＳｉを使ったスイッチ上に反射画素電極を形成する構造を採ることができる。
【００２６】
無機カラーフィルタ４の凹凸上の液晶分子１０の配向は、図１に示すように、無機カラーフィルタ４の境界部分においては、台形の断面形状に概ね垂直に配向される。また、この境界部分は、遮光層９で遮られているため、表示画像のコントラストを低下させることがない。
【００２７】
この液晶表示素子においては、反射電極（画素電極）８とＩＴＯ５との間に電圧を印加すると、電界分布によって、反射電極８の端の液晶分子１０は、図４に示すように、無機カラーフィルタ４による配向方向に逆らわず、透明基板２に対して倒れることとなる。したがって、電圧を印加した「白表示」においては、無機カラーフィルタ４のストライプ方向と直交する方向に液晶分子１０は配向する。すなわち、配向方位を規定しない場合でも、ランダムな配向とはならずに、均一な配向が得られる。このようにカラーフィルタの凹凸を利用して液晶分子の配向方向を規定できる画素サイズは、およそ２０μｍ以下の領域である。
【００２８】
なお、カラーフィルタを有しない３板式の画像表示装置に用いる空間光変調素子においては、液晶分子の配向のために、画素と画素との間の中央にストライプ状の突起を設けることとしてもよい。
【００２９】
〔画像表示装置の構成〕
上述のような液晶表示素子を空間光変調素子として用いる画像表示装置は、図５に示すように、光源１１を有し、この光源１１から発せられる光を反射して略平行な光束とする凹面反射鏡１２を有している。光源１１としては、超高圧水銀ランプの如き放電ランプが使用される。凹面反射鏡１２は、放物面鏡、または、楕円面鏡である。凹面反射鏡１２に反射された光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００３０】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及び色分離偏光素子２０を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。色分離偏光素子２０は、特定の色成分の光のみの偏光方向を９０°回転させる。この実施の形態においては、色分離偏光素子２０を経た光束は、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＳ偏光となっており、赤色（Ｒ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＰ偏光となっている。このような色分離偏光素子２０としては、例えば、「カラーセレクト」（商品名）などを用いることができる。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。この緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、カラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２に入射し、赤色（Ｒ）成分は、第２の液晶表示素子２３に入射する。この画像表示装置は、いわゆる２板式の画像表示装置である。
【００３２】
第１の液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａにより反射されて、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００３３】
なお、この画像表示装置は、第１の液晶表示素子２２の無機材料からなるカラーフィルタからの反射光を再利用できる光学系となっている。
【００３４】
ところで、無機材料からなるカラーフィルタを内蔵した空間光変調素子は、図６に示すように、偏光板の偏光軸をカラーフィルタを内蔵した空間光変調素子のカラーフィルタパターンに対して４５°の方位に設定する必要がある。
【００３５】
ここで、偏光ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光によって無機材料からなるカラーフィルタを照明すると、液晶の配向方向と偏光軸が一致してしまうので、変調できないことになるからである。したがって、ストライプ状の無機材料からなるカラーフィルタを内蔵した液晶表示素子２２では、図７に示すように、偏光ビームスプリッタ２１の偏光軸に対して４５°の方位に設定する必要がある。この場合、偏光ビームスプリッタ２１のサイズを充分に大きくするとともに、光学系の光軸をスクリーン上の画像に対して４５°傾ける必要がある。
【００３６】
このような構成を採ることができない場合には、位相差板を用いて光学補償を行うことにより、偏光ビームスプリッタ２１からの出射光の偏光軸を液晶分子の配向方向に対して４５°回転させる。
【００３７】
光束の偏光軸を回転させる位相差板としては、λ／２板（二分の一波長板）が考えられる。例えば、ポリカーボネートを延伸してできたλ／２板を偏光ビームスプリッタの偏光軸に対する２２．５°の方位に遅相軸を設定する。
【００３８】
この場合、λ／２板は、設計波長以外ではλ／２からのずれがあり、図８に示すように、黒レベルについての分光特性は十分ではない。これを改善する構造として以下の構造がある。
【００３９】
すなわち、偏光軸を４５°回転させるために、図９に示すように、複数のλ／２板２４，２５を積層することが考えられる。例えば、λ／２板２４，２５において、それぞれ、７８．７５°及び５６．２５°に遅相軸（または、−１１．２５°及び−３３．７５°に進相軸）を設定する。偏光ビームスプリッタ２１から空間光変調素子に達する間に、２枚のλ／２板２４，２５を通過することにより、まず、２２．５°、続いて、４５°に偏光軸が回転する。これにより、許容範囲の黒レベル分光特性及び白レベル分光特性の改善が可能となる。λ／２板の枚数を増やし、１枚のλ／２板での偏光軸回転量を少なくするほど、分光特性は改善する。
【００４０】
図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ２１からの出射光は、略正確にＳ偏光になっているのであるが、λ／２板２４，２５を透過した後は、図１１に示すように、偏光方向が４５°回転される。
【００４１】
また、図１２に示すように、λ／２板２４及びλ／４板２６を積層することが考えられる。まず、λ／２板方位角をθとしたとき、２θ±９０°にλ／４板２６の方位を設定する。偏光軸を４５°回転させるためには、６７．５°、−４５°に遅相軸（または、−２２．５°、４５°に進相軸）を設定する。これにより、許容範囲の黒レベルとスキューレイ対策が可能となる。例えば、λ／２板の遅相軸を６７．７５°、λ／４板の遅相軸を−４５°、もしくは、λ／２板の遅相軸を６７．５°、λ／４板の遅相軸を−４５．５°という組み合わせのように、角度設定を微調整することにより、図１３に示すように、黒レベル分光透過率を広い範囲で一定値以下とすることが可能である。すなわち、λ／２板２４及びλ／４板２６を透過した後は、図１４に示すように、偏光方向が４５°回転される。黒表示時の液晶表示素子により反射されてλ／２板２４を再透過した後は、図１５に示すように、偏光ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光になる。なお、λ／２板とλ／４板のΔｎｄを微調整することも同様である。
【００４２】
このような偏光方向の回転について、設計波長からずれた場合についてポアンカレ球で示すと、λ／２板及びλ／４板を組み合わせたものでは、図１６に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていることがわかる。また、λ／２だけの場合には、図１７に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていないことがわかる。さらに、複数のλ／２板を組み合わせたものでは、図１８に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていることがわかる。
【００４３】
すなわち、黒レベルの分光透過率をさらに改善するためには、λ／２板を複数枚使う構造で達成できる。なお、位相差板としては、ポリカーボネート等のフィルムを用いる以外に、水晶等の無機材料を用いることも可能である。
【００４４】
この画像表示装置は、上述の位相差板を用いる場合には、図１９に示すように、偏光ビームスプリッタと第１の液晶表示素子２２との間に、位相差板２５を設ける。
【００４５】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００４６】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及び色分離偏光素子２０を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。色分離偏光素子２０は、特定の色成分の光のみの偏光方向を９０°回転させる。この実施の形態においては、色分離偏光素子２０を経た光束は、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＳ偏光となっており、赤色（Ｒ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＰ偏光となっている。このような色分離偏光素子２０としては、例えば、「カラーセレクト」（商品名）などを用いることができる。
【００４７】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。この緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、位相差板２５を経て、偏光方向を４５°回転されて、カラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２に入射し、赤色（Ｒ）成分は、第２の液晶表示素子２３に入射する。この画像表示装置は、いわゆる２板式の画像表示装置である。
【００４８】
第１の液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａにより反射されて、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００４９】
また、この画像表示装置は、図２０に示すように、空間光変調素子を１枚のみ用いて構成することもできる。
【００５０】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００５１】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射される。これら赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、位相差板２５を経て、偏光方向を４５°回転されて、カラーフィルタを有する液晶表示素子２２に入射する。この画像表示装置は、いわゆる単板式の画像表示装置である。
【００５３】
液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００５４】
そして、この画像表示装置は、図２１に示すように、透過型の空間光変調素子を用いて構成することができる。
【００５５】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００５６】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、ダイクロイックミラー２５において色分離される。ダイクロイックミラー２５は、特定の色成分の光のみを透過させ、他の色成分の光を反射する。この実施の形態においては、ダイクロイックミラー２５においては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が透過し、赤色（Ｒ）成分が反射される。
【００５７】
ダイクロイックミラー２５を透過した緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分光は、フィールドレンズ１９及びカラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２ａを透過し偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５８】
ダイクロイックミラー２５により反射された赤色（Ｒ）成分光は、リレーレンズ２６、ミラー２７、リレーレンズ２８、ミラー２９を経て、フィールドレンズ３０及び第２の液晶表示素子２３ａを透過し、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５９】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。すなわち、第１の液晶表示素子２２ａで表示画像に応じて偏光変調されて透過した光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａによって反射され、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３ａで表示画像に応じて偏光変調されて透過した光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、結像レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００６０】
さらに、この画像表示装置は、図２２に示すように、透過型の空間光変調素子を１枚のみ用いて構成することができる。
【００６１】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００６２】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及びカラーフィルタを有する液晶表示素子２２ｂを透過し結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、結像レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００６３】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る液晶表示素子においては、無機材料からなるカラーフィルタ構造の凹凸を利用して配向制御がなされているので、垂直配向モードの場合にラビング等の配向処理を必要としない。
【００６４】
無機材料からなるカラーフィルタの色ごとの段差を利用することで各色の最適セル厚に液晶層を設定することができる。
【００６５】
すなわち、本発明は、製造の困難化を招来することなく、画像表示装置における空間光変調素子として用いた場合において、電圧無印加時（黒表示時）に入射光を変調することがなく、良好なコントラストの画像を表示することができる液晶表示素子を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図２】青色（Ｂ）光を透過させるためのカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図３】緑色（Ｇ）光を透過させるためのカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図４】上記液晶表示素子の電圧印加状態における構成を示す断面図である。
【図５】上記液晶表示素子を用いた画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図６】上記画像表示装置の要部の構成を示す正面図である。
【図７】上記画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図８】上記画像表示装置における各液晶表示素子の分光反射率を示すグラフである。
【図９】上記画像表示装置における位相補償板の構成を示す側面図である。
【図１０】上記画像表示装置における位相補償前の光束の偏光方向を示すグラフである。
【図１１】上記画像表示装置における位相補償後の光束の偏光方向を示すグラフである。
【図１２】上記画像表示装置における位相補償板の構成の他の例を示す側面図である。
【図１３】上記画像表示装置における位相補償後の各液晶表示素子の分光反射率を示すグラフである。
【図１４】上記画像表示装置における位相補償後の光束（液晶表示素子への入射光）の偏光方向を示すグラフである。
【図１５】上記画像表示装置における位相補償後の光束（偏光ビームスプリッタに戻った光）の偏光方向を示すグラフである。
【図１６】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（λ／２板及びλ／４板）。
【図１７】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（λ／２板のみ）。
【図１８】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（２枚のλ／２板）。
【図１９】上記位相補償板を有する画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図２０】上記位相補償板を有する画像表示装置（単板式）の構成を示す平面図である。
【図２１】透過型の液晶表示素子を用いた画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図２２】上記透過型の液晶表示素子を用いた画像表示装置（単板式）の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１  液晶層、２，３  透明基板、４  無機カラーフィルタ、１０  液晶分子、１１  光源、２２  第１の液晶表示素子、２３  第２の液晶表示素子、２４  投射レンズ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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