(57)【要約】  本発明は、遮光時に液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる液晶装置を提供すること。  光学補償板７３において、屈折率楕円体ＲＩＥ２の光学軸ＯＡ２は、液晶層７１に対して垂直入射する光束の光路ＶＰに対して一定の傾き角θ２を有している。この傾き角θ２は、液晶層７１に付与されているプレチルト角θ１と等しくなっている。光学補償板７３の厚みｄ２等を適宜調節することで、様々な照明装置に対してリタデーションの積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。
2007105371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向モードで動作する液晶を含むとともに、液晶セルに電圧を印加しないオフ状態における液晶の光学軸が入射面の法線に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、
前記オフ状態の液晶の配向方向であって、入射面に対して傾斜する方向に、一様な光学軸を有する光学補償素子と、
を備える液晶装置。
【請求項２】
前記光学補償素子の光学軸は、前記液晶セルの入射面に法線方向から入射する光線の光路に対して、前記オフ状態の液晶の前記所定のプレチルト角に対応する所定の傾斜角だけ傾斜している請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記光学補償素子は、前記液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である請求項２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記光学補償素子は、前記液晶セルの入射面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子を含む請求項２記載の液晶装置。
【請求項５】
前記光学補償素子は、所定のクサビ角を有するとともに、前記平板素子を挟むことによって前記液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を形成する一対の透明な等方性の板状部材をさらに有する請求項４記載の液晶装置。
【請求項６】
前記光学補償素子は、前記オフ状態の液晶に起因するリタデーションを実質的にキャンセルするような厚さを有する請求項１から請求項５のいずれか一項記載の液晶装置。
【請求項７】
前記光学補償素子は、負の一軸性結晶である請求項１から請求項６のいずれか一項記載の液晶装置。
【請求項８】
前記光学補償素子は、前記オフ状態の液晶に起因するリタデーションを、前記液晶セルの入射面に対する照明光の傾斜角の範囲に対応させて略キャンセルするような厚さを有する請求項１から請求項７のいずれか一項記載の液晶装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項記載の液晶装置を含む光変調装置と、
前記光変調装置を照明する照明装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射レンズと、
を備えるプロジェクタ。
【請求項１０】
前記液晶装置は、透過型であり、
前記光変調装置は、前記液晶セル及び前記光学補償素子を挟むように配置される一対の偏光素子を含む請求項９記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記液晶装置は、反射型であり、
前記光変調装置は、偏光ビームスプリッタを含み、
前記光学補償素子は、前記液晶セルと前記偏光ビームスプリッタとの間に挟まれるように配置される請求項９記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成用の液晶装置に関し、さらに、当該液晶装置を組み込んだプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直配向型の液晶パネルに適した光学補償シートとして、光学異方性層を備えるものが知られている（特許文献１参照）。この光学異方性層は、配向膜近傍のプレチルトに起因する位相の乱れを補償するため、配向膜に対して徐々に傾斜角が変化する円盤状化合物を含んでいる。また、この液晶パネルでは、上記光学異方性層とは別に、電圧無印加時に垂直配向状態の液晶セルを斜めから観察した際の光漏れを防止するため、負の一軸性の透明支持体或いは光学補償シートを光学軸が液晶セルの厚み方向となるように配置している。
【特許文献１】特開平１０−３１２１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような光学補償シートでは、電圧無印加時に液晶セルの正面方向に関する光漏れを十分に防止することができない。すなわち、実際の液晶セルは、電圧無印加時に一定方向にプレチルトが生じており、このプレチルトの分だけ視野角特性が歪んでシフトする。この結果、液晶セルに電圧を印加していない遮光時に、液晶セルの正面方向を中心とした対象角度範囲内で比較的大きな光漏れが生じ、黒表示で透過光が増して画像のコントラストを低下させている。【０００４】
また、上記のような光学補償シートは、有機物質でできているため、照明光の光強度が強くなる液晶プロジェクタ等の用途では、長時間の使用によって変色が生じ、投射像の画質が劣化するという問題がある。【０００５】
そこで、本発明は、遮光時に液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる液晶装置及びこれを備えるプロジェクタを提供することを目的とする。【０００６】
また、本発明は、コントラストが低下する現象を抑えつつ、長時間の使用によって画質が劣化しにくい液晶装置及びこれを備えるプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶装置は、（ａ）垂直配向モードで動作する液晶を含むとともに、液晶セルに電圧を印加しないオフ状態における液晶の光学軸が入射面の法線に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、（ｂ）オフ状態の液晶の配向方向であって、入射面に対して傾斜する方向に、一様な光学軸を有する光学補償素子とを備える。ここで、オフ状態の液晶の配向方向とは、液晶セルに電圧を印加しない場合において、液晶の屈折率楕円を液晶セルの入射面に投影した際の長軸方向を意味し、液晶セルの入射面に沿った特定方位となっている。【０００８】
上記液晶装置では、垂直配向型の液晶セルのオフ状態（すなわち電圧無印可状態）における液晶の光学軸が入射面の法線に対して傾斜配向しており、液晶に所謂プレチルトが生じている。そして、光学補償素子は、オフ状態の液晶の配向方向であって入射面に対して傾斜する方向に一様な光学軸を有するので、垂直配向型の液晶のプレチルトによって生じた正面方向の像光のリタデーションを、これを相殺するような光学補償素子の屈折率特性によって低減することができる。これにより、液晶セルに電圧を印加しないオフ時に液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。なお、光学補償素子が一様な光学軸を有するのは、オフ状態の垂直配向型の液晶に残存するプレチルトを液晶層内で一様にできることに対応しており、このようなプレチルトに起因する位相の乱れの補償は一様な光学軸を有する光学補償素子で足るからである。【０００９】
また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記液晶装置において、光学補償素子の光学軸が、液晶セルの入射面に法線方向から入射する光線の光路に対して、オフ状態の液晶の所定のプレチルト角に対応する所定の傾斜角だけ傾斜している。この場合、液晶のプレチルトによって生じた正面方向を中心とする像光のリタデーションを光学補償素の屈折率特性によって相殺することができる。【００１０】
本発明の別の態様では、光学補償素子が、液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である。この場合、光学補償素子を液晶セル側に貼り付け易くなり、光学補償素子を液晶セル等に対して精密に安定して固定することができる。【００１１】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、液晶セルの入射面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するするとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子を含む。この場合、光学補償素子の光学軸を入射平面等に垂直な方向に設定することができ、光学補償素子の加工が比較的容易となる。【００１２】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、所定のクサビ角をそれぞれ有するとともに、上記平板素子を挟むことによって液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面をそれぞれ形成する一対の透明な等方性の板状部材をさらに有する。この場合、光学補償素子の加工を容易にしつつ、光学補償素子を液晶セル等に対して精密に安定して固定することができる。【００１３】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、オフ状態の液晶に起因するリタデーションを実質的にキャンセルするような厚さを有する。この場合、光学補償素子により、液晶のプレチルトに起因して液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。【００１４】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、負の一軸性結晶である。この場合、通常正の一軸性結晶である液晶性化合物のプレチルトに起因する位相の乱れを補償することができ、このような液晶セルを組み込んだ液晶装置において、黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。なお、光学補償素子が、無機材料の結晶である場合、光学補償素子の光、熱等に対する耐久性を高めることができ、光学補償素子の寿命を長くすることができる。【００１５】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、オフ状態の液晶に起因するリタデーションを、液晶セルの入射面に対する照明光の傾斜角の範囲に対応させて略キャンセルするような厚さを有する。この場合、液晶セルの正面方向だけでなくその近傍を含めた範囲でリタデーションを低減することができ、液晶装置によって形成される像の画質を高めることができる。【００１６】
本発明に係るプロジェクタは、（ａ）上述の液晶装置を含む光変調装置と、（ｂ）光変調装置を照明する照明装置と、（ｃ）光変調装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備える。【００１７】
上記プロジェクタにおいては、上述の液晶装置を含む光変調装置を備えており、液晶セルに電圧を印加しないオフ時に液晶装置の正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。これにより、簡単な手法でコントラストの高い画像を投射できるプロジェクタを提供することができる。【００１８】
以上において、液晶装置は、透過型と反射型のいずれであってもよく、透過型の場合、一対の偏光素子が液晶セル及び光学補償素子を挟むように配置され、反射型の場合、偏光ビームスプリッタが前記液晶セルとの間に前記光学補償素子を挟むように配置される。以上において、偏光素子や偏光ビームスプリッタは、透過型偏光素子或いは反射型偏光素子で構成されるものとできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る液晶ライトバルブの構造を説明する側方断面図である。
【図２】液晶層の屈折率と光学補償板の屈折率とを説明する側方断面図である。
【図３】３ａ、３ｂは、液晶層の屈折率を説明する側面図及び平面図である。
【図４】４ａ、４ｂは、光学補償板の屈折率を説明する側面図及び平面図である。
【図５】５ａ、５ｂは、リタデーションの傾き角依存性と、入射光の重み関数とを示す。
【図６】シミュレーションの結果を説明するグラフである。
【図７】７ａ、７ｂは、シミュレーションによる視野角について実施例と比較例を示す。
【図８】第２実施形態の液晶ライトバルブ中の光学補償素子を説明する側方断面図である。
【図９】第３実施形態の液晶ライトバルブ中の光学補償素子を説明する側方断面図である。
【図１０】図１の液晶ライトバルブを組み込んだプロジェクタの光学系を説明する図である。
【図１１】第５実施形態の液晶ライトバルブを説明する側方断面図である。
【図１２】図１１の液晶ライトバルブを組み込んだプロジェクタの光学系を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）の構造を説明する拡大断面図である。【００２１】
図示の液晶ライトバルブ３１において、入射側の偏光素子である第１偏光フィルタ３１ｂと、射出側の偏光素子である第２偏光フィルタ３１ｃとは、クロスニコルを構成する。これら第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃの間に挟まれた液晶装置３１ａは、入射光の偏光方向を入力信号に応じて画素単位で変化させる透過型の液晶パネルである。なお、偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃは、樹脂等で形成される吸収型の偏光子とすることもできるが、ワイヤグリッド偏光子等の反射型の偏光子とすることもできる。【００２２】
液晶装置３１ａは、垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶）で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に透明な第１基板７２ａと、射出側に透明な第２基板７２ｂとを備える。さらに、液晶装置３１ａは、入射側透明基板である第１基板７２ａの外側に入射側カバー７４ａを備え、射出側透明基板である第２基板７２ｂの外側に射出側カバー７４ｂを備える。【００２３】
第１基板７２ａの液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、その上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７２ｂの液晶層７１側の面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に電気的に接続されている薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、例えば配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２ａ，７２ｂと、これらに挟まれた液晶層７１と、電極７５，７７とは、入射光の偏光状態を変化させるための液晶セルとなっている。また、液晶セルを構成する各画素は、１つの画素電極７７と、共通電極７５と、これらの間に挟まれた液晶層７１とを含む。なお、第１基板７２ａと共通電極７５との間には、各画素を区分するように格子状のブラックマトリックス７９が設けられている。【００２４】
ここで、配向膜７６，７８は、液晶層７１を構成する液晶性化合物を必要な方向に配列させるためのものであり、液晶層７１に電圧が印加されないオフ状態において、液晶性化合物の光学軸を第１基板７２ａの法線に対して大きくないが一様な傾きとなるように配向させる役割を有し、液晶層７１に電圧が印加されたオン状態において、液晶性化合物の光学軸を第１基板７２ａの法線に対して垂直な特定の方向（具体的にはＸ方向）に配向させる役割を有する。これにより、液晶層７１に対して電圧を印加しないオフ状態において、最大遮光状態（最低輝度状態）を確保することができ、液晶層７１に対して電圧を印可したオン状態において、最大透過状態（最高輝度状態）を確保することができる。【００２５】
この液晶装置３１ａにおいて、入射側カバー７４ａの入射面すなわち第１偏光フィルタ３１ｂに対向する一方の平坦面には、例えば１〜２００μｍ程度以下の厚さを有する薄い光学補償板７３が貼り付けられている。ここで、光学補償板７３は、光学接着剤によって入射側カバー７４ａの平坦面上に貼り付けられて光学補償素子ＯＣを構成しており、このような複合型の光学補償素子ＯＣは、第１基板７２ａの入射面上に光学接着剤によって貼り付けられる。なお、光学補償素子ＯＣについては、光学補償板７３のみで構成することができる。その場合、入射側カバー７４ａは不要になり、光学補償板７３を直接第１基板７２ａに貼り付けることができ、或いは光学補償板７３を適当なホルダによって第１基板７２ａから離間して保持させることもできる。【００２６】
光学補償板７３は、透明な負の一軸性結晶で形成された光入射端面と光射出端面とが平行な平板素子である。光学補償板７３は、その光学軸が液晶層７１の配向方向（具体的にはＸ方向）を含むＸＺ面内となるように配置されており、さらに、その光学軸がＺ軸に対して所定の傾斜角を成している。【００２７】
図２は、液晶層７１の屈折率と光学補償板７３の屈折率とを説明する側方断面の概念図である。ここで、液晶層７１の入射面７１ａ及び射出面７１ｂと、光学補償板７３の入射平面７３ａ及び射出平面７３ｂとは、互いに全て平行になっている。【００２８】
液晶層７１において、液晶性化合物の屈折率楕円体ＲＩＥ１の長軸すなわち光学軸ＯＡ１は、ＸＺ面内でＺ軸に対して小さいが一定の傾き角を有している。この際、屈折率楕円体ＲＩＥ１の傾き方向はＸ方向であり、このＸ方向を液晶層７１の配向方向と呼ぶものとする。また、屈折率楕円体ＲＩＥ１の配向方向における傾き角は、プレチルト角θ１と呼ばれる。一方、光学補償板７３において、これを構成する負の一軸性結晶の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸すなわち光学軸ＯＡ２は、ＸＺ面内にあってＺ軸に対して小さいが一定の傾き角を有している。より詳細に説明すると、屈折率楕円体ＲＩＥ２の傾き方向すなわち方位角は、液晶層７１の配向方向と同じＸ方向となっており、屈折率楕円体ＲＩＥ２が傾く方位角における傾き角θ２すなわち極角は、本実施形態の場合、液晶層７１に付与されているプレチルト角θ１と略等しくなっている。ここで、光学補償板７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸の傾き角θ２と液晶層７１のプレチルト角θ１とが略等しいとしたのは、光学補償板７３の屈折率と液晶層７１の屈折率とが等しい場合は、光学補償板７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸の傾き角θ２と液晶層７１のプレチルト角θ１とは等しくなるが、光学補償板７３の屈折率と液晶層７１の屈折率が異なる場合は、その屈折率の差を考慮して（ある入射角度で液晶装置３１ａに入射する光線において、光学補償板７３内を透過する際と液晶層７１内を透過する際とでその光線が平行となるように）、液晶層７１のプレチルト角θ１に対して増減させた角度を光学補償板７３の屈折率楕円体ＲＩＥの短軸の傾き角θ２として設定されるからである。【００２９】
図３ａは、液晶層７１の屈折率を説明するための側面図であり、図３ｂは、液晶層７１の屈折率を説明する平面図である。また、図４ａは、光学補償板７３の屈折率を説明する側面図であり、図４ｂは、光学補償板７３の屈折率を説明する平面図である。【００３０】
まず、液晶層７１について考えると、液晶性化合物の屈折率楕円体は、正の一軸性材料に相当するものとなっており、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとすると、一般にｎｘ＝ｎｙ＜ｎｚの関係が成り立ち、屈折率ｎｚの長軸に対応する光学軸ＯＡ１が液晶層７１の入射面７１ａに法線方向から入射する光線（垂直入射光）の光路ＶＰに対して、プレチルト角θ１だけ傾いた状態となっている。ここで、図３ａに示すように正常屈折率がｎｏで異常屈折率がｎｅ、つまりｎｘ＝ｎｙ＝ｎｏ、ｎｚ＝ｎｅであり、図３ｂに示すように垂直入射光の遅相軸方向に振動する光の屈折率がｎ２で進相軸方向に振動する光の屈折率がｎ１であるとすると、
【数１】
2007105371.tif 000003
となっている。よって、垂直入射光に対する液晶層７１のリタデーションＲｅ１は、液晶層７１の厚みをｄ１として、
【数２】
2007105371.tif 000004
となる。同様に、光学補償板７３について考えると、この光学補償板７３は、負の一軸性結晶からなり、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとすると、一般にｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立ち、屈折率ｎｚの短軸に対応する光学軸ＯＡ２が光学補償板７３の入射平面７３ａに法線方向から入射する光線（垂直入射光）の光路ＶＰに対して、傾き角θ２＝θ１だけ傾いた状態となっている。ここで、図４ａに示すように正常屈折率がＮｏで異常屈折率がＮｅであり、図４ｂに示すように垂直入射光の進相軸方向に振動する光の屈折率がｎ４で遅相軸方向に振動する光の屈折率がｎ３であるとすると、
【数３】
2007105371.tif 000005
となっている。よって、垂直入射光に対する光学補償板７３のリタデーションＲｅ２は、光学補償板７３の厚みをｄ２として、
【数４】
2007105371.tif 000006
となる。ここで、液晶層７１の屈折率ｎｚの長軸と光学補償板７３の屈折率ｎｚの短軸とは平行に配置されており、それぞれの遅相軸及び進相軸は互いに入れ替わっている。したがって、垂直入射光に対するトータルのリタデーションＲＥは、式（３）で与えられるＲｅ１と、式（６）で与えられるＲｅ２との差の絶対値で与えられる。つまり、Ｒｅ１＝Ｒｅ２のとき、偏光フィルタ３１ｂから射出された偏光と偏光フィルタ３１ｃに入射する偏光は同一状態となり、垂直入射光に対する偏光フィルタ３１ｃでの遮光が完全となり、液晶ライトバルブ３１の透過及び遮光によって決定される画像のコントラストは最大となる。【００３１】
以下では、液晶ライトバルブ３１への入射光が角度分布を有する場合について考察する。まず、空気中から液晶ライトバルブ３１に斜めに入射するある光束Ｌ１について考え、空気中での傾き角をη０とし、光学補償板７３中での傾き角をη１とし、液晶層７１中での傾き角をη２とする。この場合、光学補償板７３において、ＮｏとＮｅとの差が小さいことからＮｏ≒Ｎｅとなるので、空気中から光学補償板７３に傾き角η０で入射した光束については、以下の条件を満たすような光路をたどる。
ｓｉｎ（η０）：ｓｉｎ（η１）＝１：１／Ｎｏ
ｓｉｎ（η１）＝ｓｉｎ（η０）／Ｎｏ      …      （７）
さらに、液晶層７１において、ｎｏ≒ｎｅとなるので、光学補償板７３中から液晶層７１に傾き角η１で入射した光束については、以下のようになる。
ｓｉｎ（η１）：ｓｉｎ（η２）＝１／Ｎｏ：１／ｎｏ
ｓｉｎ（η２）＝ｓｉｎ（η１）（Ｎｏ／ｎｏ）      …      （８）
以上では、入射面７１ａに法線に対して傾き角η０で入射する光束について考えたが、入射光の傾斜の方向も問題となる。ここでは、Ｘ軸方向を基準として傾斜方向を考えるものとして、上述の傾き角η０を極角とし、入射光束の方位角をφであるとする。この場合、液晶ライトバルブ３１を通過する光束が光学補償板７３中において光学軸ＯＡ１となす角ｗ１と、液晶層７１中の光学軸ＯＡ２となす角ｗ２とは、上記変数η０，φとこれらに基づいて得られるη１，η２とから幾何学的に求めることができる。このような斜め入射光が光学補償板７３と液晶層７１とを通過する際のリタデーションＲｅ’は、次式
【数５】
2007105371.tif 000007
で与えられる。上式でｄ２／ｃｏｓη２は、傾斜した入射光の光学補償板７３における実効光路長であり、ｄ１／ｃｏｓη１は、傾斜した入射光の液晶層７１における実効光路長である。【００３２】
結果的に、液晶ライトバルブ３１と光学補償板７３を通過する際のリタデーションＲｅ’は、屈折率ｎｏ，ｎｅ，Ｎｏ，Ｎｅ，ｄ１，ｄ２が定数であり、値η１，η２，ｗ１，ｗ２が上記値η０，φによって決定されるパラメータであるので、以下のような関数ｆ
Ｒｅ’＝ｆ（η０，φ）      …      （１０）
と考えて処理することができる。よって、上記式（１０）に基づいて、全ての入射光線に関してリタデーションＲｅ’を求めてこれらの総和が最小値になるように、光学補償板７３の厚みｄ２を最適化することもでき、この場合、液晶ライトバルブ３１の透過及び遮光によって決定される画像のコントラストは最大となる。例えばある一定のＮＡで液晶ライトバルブ３１に垂直入射する光束の場合、開口角に対応するη０が０〜ηｍａｘとなり、方位角φが０〜３６０°となるので、以下の積分値
【数６】
2007105371.tif 000008
がゼロに近づくように光学補償板７３を設定する。ここで、Ｗ（η０，φ）は、入射光の角度分布によって与えられる重み関数である。図５ａは、通過光のリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）と傾き角η０との関係をφが傾斜方向から９０°ずれている場合に視覚的に説明したものであり、傾き角η０が０となる正面方向の光に対してリタデーションＲｅ’が最も小さくなっているが、傾き角η０が増加するに従ってリタデーションＲｅ’が徐々に増加する。また、図５ｂは、入射光の重み関数Ｗ（η０，φ）と傾き角η０との関係を視覚的に説明したものであり、傾き角η０が０となる正面方向の光の密度が最も高くなっており、これに伴って重み関数が最大値となっている。以上は例示であり、リタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の特性は、液晶層７１と光学補償板７３の光学特性によって定まり、Ｗ（η０，φ）は、光源の放射特性、均一化光学系の光学特性、液晶のマイクロレンズの特性等によって定まる。つまり、光学補償板７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２や厚みｄ２を調節することで、様々なＷ（η０，φ）の照明装置に対してリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の積分値を極小化することができ、液晶ライトバルブ３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。【００３３】
以上の式（１１）によって表される積分値（合計リタデーション）は、高速演算を行うシミュレーションによって迅速に求めることができ、液晶層７１の特性や光学補償板７３の屈折率特性を入力することで、光学補償板７３の厚みｄ２や傾き角θ２を迅速に決定することができる。【００３４】
具体的な実施例について説明すると、垂直配向型の各種液晶層７１に対して、光学補償板７３としてサファイア結晶を用いた場合、厚みｄ２は、１〜１００μｍ程度の範囲となった。特に一般的な垂直配向型の液晶層７１を備える液晶ライトバルブ３１に関してシミュレーションを行った結果では、光学補償板７３の厚みｄ２＝４８μｍが最適値で、上記式（１１）で与えられる積分値を最小値とできた。さらに、シミュレーションによれば、ｄ２＝４８±６μｍの範囲とすることで、この液晶ライトバルブ３１で最大達成されるコントラストの８０％程度を確保できることが分かった。結果を図６に示し、これに用いたデータを表１に示す。
【表１】
2007105371.tif 000009
図７は、具体的な液晶ライトバルブ３１に対応するデータでシミュレーションを行った結果を示す。図７ａは、実施例の液晶ライトバルブ３１の視野角特性を示し、図７ｂは、比較例の液晶ライトバルブの視野角特性を示す。比較例の液晶ライトバルブは、実施例の液晶ライトバルブ３１から光学補償板７３を除いたものである。両視野角特性において、等高線は、入射面の法線方向に対する傾斜角を意味する。図からも明らかなように、実施例の液晶ライトバルブ３１の場合、視野角特性が入射面の法線方向に関して対称的であり、液晶ライトバルブ３１の正面方向のコントラストを著しく向上させていることが分かる。【００３５】
以下、光学補償板７３を備える光学補償素子ＯＣの製造方法について説明する。まず、光学補償素子ＯＣの構成要素となる、光学補償板７３及び入射側カバー７４ａの材料を準備する。すなわち、光学補償板７３の材料となるサファイアをなるべく薄く切り出して、屈折率楕円体ＲＩＥ２の傾き方向（方位角）と傾き角（極角）θ２とが液晶層７１の屈折率楕円体ＲＩＥ１と同じになるようにする。次に、切り出したサファイア板の一対の対向する平面に対して研磨等の加工を施して表面を滑らかにする。次に、入射側カバー７４ａの材料となる、石英、白板ガラス等の透過率が高く複屈折性有しない平板状の支持基板を準備する。次に、洗浄後の支持基板上に紫外線硬化樹脂を介して洗浄後のサファイア板を貼り合わせた後、硬化によって固定する。その後、支持基板上のサファイア板を比較的粗い砥粒で研磨して、サファイア層が例えば６０μｍ程度の光学補償板７３になるようにする。この際、両面研磨等を用いるならば、リタデーションを計測することで、サファイア層である光学補償板７３の厚みを判定することができ、片面研磨を用いるならば、マイクロゲージによってサファイア層である光学補償板７３の厚みを判定することができる。研磨された面には細かい傷がつくので、光学補償板７３と同程度の屈折率を有する接着材等で傷を埋め、或いは比較的細かい砥粒で再度研磨を行って、光学補償板７３の表面を平滑化する。【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）について説明する。第２実施形態の液晶ライトバルブは、第１実施形態の液晶ライトバルブを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様であり重複説明を省略する。【００３７】
図８は、第２実施形態の液晶ライトバルブに組み込まれる光学補償板１７３を説明する側方断面図である。この場合、液晶層７１の入射面７１ａに対して光学補償板１７３を傾斜させて配置する。すなわち、液晶層７１の入射面７１ａに対して垂直入射する光束の光路ＶＰは、平板素子である光学補償板１７３の入射平面１７３ａに対して傾斜して入射し、射出平面１７３ｂから同様の傾斜角で射出する。ここで、光学補償板１７３は、第１実施形態の場合と同様に、透明な負の一軸性結晶で形成された平板素子であるが、単独で光学補償素子として機能し、その光学軸ＯＡ２の方向が入射平面１７３ａに垂直になるように加工されている。そして、光学補償板１７３は、不図示のホルダによって、液晶層７１等を含む液晶パネルの本体側に固定されている。【００３８】
本実施形態では、光学補償板１７３において、屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸すなわち光学軸ＯＡ２が液晶層７１に対して垂直入射する光束の光路ＶＰに対して一定の傾き角θ２を有している。この傾き角θ２は、液晶層７１に付与されているプレチルト角θ１と略等しくなっている。ここで、光学補償板１７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸の傾き角θ２と液晶層７１のプレチルト角θ１とが略等しいとしたのは、第１実施形態と同様に、光学補償板１７３と液晶層７１との屈折率の差を考慮した場合、θ１とθ２とに若干の差が生じる場合があるからである。【００３９】
本実施形態でも、光学補償板１７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２、厚みｄ２、傾き等を適宜調節することで、様々な照明装置に対して第１実施形態で説明したリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。【００４０】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）について説明する。第３実施形態の液晶ライトバルブは、第２実施形態の液晶ライトバルブを変形したものであり、特に説明しない部分は、第２実施形態と同様であり重複説明を省略する。【００４１】
図９は、第３実施形態の液晶ライトバルブに組み込まれる光学補償素子２７３を説明する側方断面図である。この場合、光学補償素子２７３は、光学軸ＯＡ２の方向が入射平面１７３ａ及び射出平面１７３ｂに垂直になるように加工されている光学補償板１７３と、この光学補償板１７３を挟むように接合された一対の楔状プリズム２７３ｇ，２７３ｈとを備える。ここで、楔状プリズム２７３ｇ，２７３ｈは、等方性の板状部材であり、その屈折率は、光学補償板１７３の屈折率と略等しいものとなっている。また、両楔状プリズム２７３ｇ，２７３ｈのクサビ角γは、光学補償素子２７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸の傾き角θ２と等しい。結果的に、液晶層７１の入射面７１ａに対して垂直入射する光束の光路ＶＰは、光学補償素子２７３の入射面２７３ａに対して垂直入射するが、光学補償板１７３の入射平面１７３ａに対しては、適当な傾斜角で傾斜して入射する。【００４２】
本実施形態では、光学補償素子２７３中の光学補償板１７３において、屈折率楕円体ＲＩＥ２の光学軸ＯＡ２が、液晶層７１に対して垂直入射する光束の光路ＶＰに対して一定の傾き角θ２を有している。この傾き角θ２は、液晶層７１に付与されているプレチルト角θ１と略等しくなっている。ここで、光学補償板１７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２の短軸の傾き角θ２と液晶層７１のプレチルト角θ１とが略等しいとしたのは、第１実施形態と同様に、光学補償板１７３と液晶層７１との屈折率の差を考慮した場合、θ１とθ２とに若干の差が生じる場合があるからである。【００４３】
本実施形態でも、光学補償素子２７３中における光学補償板１７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２、厚みｄ２、傾き等を適宜調節することで、様々な照明装置に対して第１実施形態で説明したリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。【００４４】
〔第４実施形態〕
図１０は、図１に示す液晶ライトバルブ３１等を組み込んだプロジェクタの光学系の構成を説明する図である。【００４５】
本プロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を赤緑青の３色に分割する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。このうち、光源装置２１、色分離光学系２３、光変調部２５、及びクロスダイクロイックプリズム２７は、スクリーンに投射すべき像光を形成する画像形成装置となっている。【００４６】
以上のプロジェクタ１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、省略することもできる。一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、フライアイ光学系２１ｅから射出した光源光を例えば図１０の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系２３を経て、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃを均一に重畳照明する。【００４７】
色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、補正光学系である３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、赤緑青の３色のうち例えば赤光及び緑光を反射し青光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した赤及び緑の２色のうち例えば緑光を反射し赤光を透過させる。この色分離光学系２３において、光源装置２１からの略白色の光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａを通過した青光は、例えばＳ偏光のまま、反射ミラー２３ｍを経てフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射された緑光は、例えばＳ偏光のままフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤光は、例えばＳ偏光のまま、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｈに入射する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を備えている。【００４８】
光変調部２５は、３つの液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを備える。ここで、青光用の液晶パネル２５ａと、これを挟む一対の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅとは、輝度変調後の像光のうち青光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブは、図１に示す液晶ライトバルブ３１と同様の構造を有しており、コントラスト向上のための光学補償素子ＯＣを組み込んでいる。同様に、緑光用の液晶パネル２５ｂと、対応する偏光フィルタ２５ｆ，２５ｆも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、赤光用の液晶パネル２５ｃと、偏光フィルタ２５ｇ，２５ｇも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そして、これら緑光及び赤色用の液晶ライトバルブも、図１に示す液晶ライトバルブ３１と同様の構造を有している。具体的には、各偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇは、図１の偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃに対応しており、各液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、図１の液晶装置３１ａに対応しており、コントラスト向上のための光学補償素子ＯＣすなわち光学補償板７３をそれぞれ組み込んでいる。【００４９】
青光用の第１液晶パネル２５ａには、色分離光学系２３の第１ダイクロイックミラー２３ａを透過することによって分岐された青光が、フィールドレンズ２３ｆを介して入射する。緑光用の第２液晶パネル２５ｂには、色分離光学系２３の第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されることによって分岐された緑光が、フィールドレンズ２３ｇを介して入射する。赤光用の第３液晶パネル２５ｃは、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過することによって分岐された赤光が、フィールドレンズ２３ｈを介して入射する。各液晶パネル２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置であり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。その際、偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇによって、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の成分光が像光として取り出される。【００５０】
クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜２７ａは青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜２７ｂは赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム２７は、液晶パネル２５ａからの青光を第１誘電体多層膜２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル２５ｂからの緑光を第１及び第２誘電体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶パネル２５ｃからの赤光を第２誘電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。【００５１】
投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。【００５２】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）について説明する。第５実施形態の液晶ライトバルブは、第１実施形態の液晶ライトバルブを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。【００５３】
図１１は、第５実施形態の液晶ライトバルブの構造を説明する拡大断面図である。図示の液晶ライトバルブ３３１は、液晶装置３３１ａと、偏光ビームスプリッタ３３１ｂとを備える。液晶装置３３１ａは、入射光の偏光方向を入力信号に応じて画素単位で変化させる反射型の液晶パネルである。【００５４】
液晶装置３３１ａは、垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶）で構成される液晶層７１を挟んで、表側に第１基板７２ａと、裏側に第２基板３７２ｂとを備える。なお、表側の第１基板７２ａやその周辺部分については、ブラックマトリクスが存在しない点を除いて第１実施形態と同様である。【００５５】
第２基板３７２ｂの液晶層７１側には、回路層３７９を介して、マトリクス状に配置された複数の反射画素電極３７７が形成されている。各反射画素電極３７７には、回路層３７９に設けた薄膜トランジスタ（不図示）が電気的に接続されている。回路層３７９及び反射画素電極３７７の上には、配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２ａ，３７２ｂと、これらに挟まれた液晶層７１と、電極７５，３７７とは、入射光の偏光状態を変化させるための液晶セルとなっている。また、液晶セルを構成する各画素は、１つの画素電極３７７と、共通電極７５と、これらの間に挟まれた液晶層７１とを含む。【００５６】
液晶ライトバルブ３３１において、偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、図１の偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃに代えて設けられたものであり、液晶装置３３１ａに入射させる光の偏光方向と、液晶装置３３１ａから射出された光の偏光方向とについての調整を行っている。この偏光ビームスプリッタ３３１ｂ中には、偏光を分離するための偏光分離膜３２が内蔵されている。【００５７】
偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、入射光のうちＳ偏光を偏光分離膜３２によって反射して液晶装置３３１ａへと入射させ、液晶装置３３１ａから射出された変調光のうち偏光分離膜３２を透過するＰ偏光を射出する。つまり、液晶層７１に対して電圧を印加しないオフ状態において、液晶装置３３１ａからはＳ偏光が射出され偏光ビームスプリッタ３３１ｂの偏光分離膜３２でＳ偏光が反射されるので、画像光としては最大遮光状態（最低輝度状態）を確保することができ、液晶層７１に対して電圧を印可したオン状態において、液晶装置３３１ａからはＰ偏光が射出され偏光ビームスプリッタ３３１ｂの偏光分離膜３２でＰ偏光が透過されるので、最大透過状態（最高輝度状態）を確保することができる。なお、偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、システム光軸に対して傾斜配置されるワイヤグリッド偏光子等の他の反射型の偏光分離素子に置き換えることができる。【００５８】
液晶装置３３１ａにおいて、第１基板７２ａの入射面すなわち偏光ビームスプリッタ３３１ｂに対向する一方の平坦面には、例えば１〜２００μｍ程度以下の厚さを有する薄い光学補償板７３が貼り付けられている。ここで、光学補償板７３は、それ自体で光学補償素子を構成するものであり、光学接着剤によって第１基板７２ａの平坦面上に貼り付けられている。なお、光学補償板７３は、第１実施形態で説明したものと同様のものである。つまり、光学補償板７３は、透明な負の一軸性結晶で形成された平板素子であり、その光学軸が液晶層７１の配向方向（具体的にはＸ方向）を含むＸＺ面内となるように配置されており、さらに、その光学軸がＺ軸に対して所定の傾斜角を成している。【００５９】
光学補償板７３の機能は、入射光束が光学補償板７３と液晶層７１を往復する点を除いて、第１実施形態の場合と同様である。すなわち、液晶装置３３１ａにおいて、垂直入射光に対するトータルのリタデーションＲＥは、上述の式（３）で与えられるＲｅ１の２倍と、式（６）で与えられるＲｅ２の２倍との差の絶対値で与えられ、Ｒｅ１＝Ｒｅ２のとき、偏光ビームスプリッタ３３１ｂで反射されて液晶装置３３１ａに入射する偏光と、液晶装置３３１ａで反射されて偏光ビームスプリッタ３３１ｂに入射する偏光とが同一状態となり、垂直入射光に対する遮光が完全となり、液晶ライトバルブ３３１の透過及び遮光によって決定される画像のコントラストは最大となる。【００６０】
同様に、光学補償板７３の屈折率楕円体ＲＩＥ２や厚みｄ２を調節することで、様々なＷ（η０，φ）の照明装置に対してリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の積分値を極小化することができ、液晶ライトバルブ３３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。【００６１】
なお、以上の第５実施形態において、光学補償板７３が平板で第１基板７２ａに平行に貼り付けられるものとしたが、第２実施形態と同様に第１基板７２ａに対して傾けて配置したり、第３実施形態と同様に第１基板７２ａに対して傾けるとともに楔状プリズムで挟むこともできる。【００６２】
〔第６実施形態〕
図１２は、図１１に示す液晶ライトバルブ３３１を組み込んだプロジェクタの光学系の構成を説明する図である。なお、第６実施形態のプロジェクタ３１０は、第４実施形態のプロジェクタ１０を変形したものであり、特に説明しない部分は、第４実施形態と同様である。【００６３】
本プロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を赤緑青の３色に分割する色分離光学系３２３と、色分離光学系３２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部３２５と、光変調部３２５からの各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。【００６４】
色分離光学系３２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー３２３ａ，２３ｂと、反射ミラー３２３ｎとを備える。この色分離光学系２３において、光源装置２１からの略白色の光源光は、ダイクロイックミラー３２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー３２３ａで反射された青光は、例えばＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ５５ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３２３ａを透過して第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射された緑光は、例えばＳ偏光のまま偏光ビームスプリッタ５５ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤光は、例えばＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ５５ｃに入射する。【００６５】
光変調部３２５は、３つの偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、３つの液晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃとを備える。ここで、青光用の偏光ビームスプリッタ５５ａ及び液晶パネル５６ｂは、輝度変調後の像光のうち青光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブは、図１１に示す液晶ライトバルブ３３１と同様の構造を有している。同様に、緑光用の偏光ビームスプリッタ５５ｂ及び液晶パネル５６ｂも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、赤光用の偏光ビームスプリッタ５５ｃ及び液晶パネル５６ｃも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そして、これら緑光及び赤色用の液晶ライトバルブも、図１１に示す液晶ライトバルブ３３１と同様の構造を有している。具体的には、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、図１１の偏光ビームスプリッタ３３１ｂに対応しており、偏光分離膜３２ｂ，３２ｇ，３２ｒを内蔵する。また、各液晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、図１１の液晶装置３３１ａに対応しており、コントラスト向上のための光学補償素子すなわち光学補償板７３をそれぞれ組み込んでいる。【００６６】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。【００６７】
すなわち、上記実施形態では、光学補償板７３としてサファイアを用いた例について説明したが、サファイア以外の負の一軸性結晶を用いることができる。さらに、光学補償板７３を延伸フィルム（延伸膜）に置き換えることができる。延伸フィルムは、通常、光学軸の方向が入射面に垂直になるが、図７や図８に示すような光学補償板１７３として組み込むことにより、液晶ライトバルブ３１の液晶セルに電圧を印加しないオフ時における各光束に対するリタデーションの積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。なお、延伸フィルムは、大量生産に向いている。なお、延伸フィルムの場合、その屈折率楕円体は、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとし延伸フィルムの厚みをｄ２とすると、一般にｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立ち、一般的に延伸フィルムの特性とされるパラメータＲｅ，Ｒｔｈは以下のようになる。
Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）・ｄ２      …      （１２）
Ｒｔｈ＝{（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ}・ｄ２      …      （１３）
ここで、Ｒｅは楕円体の長径側の屈折率差に対応するもので、０ｎｍであることが望ましい。また、Ｒｔｈは、最短径との差に対応するもので、例えば３８４ｎｍ程度となる。ただし、Ｒｅが０ｎｍでなくても近似的には同様の機能が達成されるので、Ｒｅが０ｎｍでない延伸フィルムを液晶ライトバルブ３１に組み込むことができる。Ｒｅが０ｎｍでない場合、光学補償板１７３を入射平面１７３ａに対して垂直な軸のまわりに回転させることで、液晶層７１の入射面７１ａに垂直な軸方向から見た屈折率の特性を変化させることができるので、コントラストの調整や向上が可能になる。【００６８】
また、上記実施形態では、光学補償板７３を液晶層７１の入射側に配置しているが、光学補償板７３を液晶層７１の射出側すなわち射出側カバー７４ｂの前後に配置することができる。なお、第１基板７２ａ等に集光用のマイクロレンズを形成している場合、光学補償板７３と液晶層７１と間で光束の角度を大きく変化させない観点から、光学補償板７３を第１基板７２ａの反対側である射出側に配置することが望ましい。
また、上記第５実施形態及び第６実施形態では、偏光ビームスプリッタの偏光分離素子で反射したＳ偏光が液晶装置に入射させ、偏光ビームスプリッタの偏光分離素子を透過したＰ偏光を画像光として射出する例のみを挙げたが、偏光ビームスプリッタの偏光分離素子を透過したＰ偏光を液晶装置に入射させ、偏光ビームスプリッタの偏光分離素子で反射したＳ偏光を画像光として射出する構成とすることも可能である。【００６９】
また、上記実施形態のプロジェクタ１０では、光源装置２１を、光源ランプ２１ａ、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２１ｉで構成したが、フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ等については省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。【００７０】
また、上記実施形態では、色分離光学系２３を用いて照明光の色分離を行って、光変調部２５において各色の変調を行った後に、クロスダイクロイックプリズム２７において各色の像の合成を行っているが、単一の液晶パネルすなわち液晶ライトバルブ３１によって画像を形成することもできる。【００７１】
上記実施形態では、３つの液晶パネル２５ａ〜２５ｃを用いたプロジェクタ１０の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。【００７２】
上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年8月6日(2007.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直配向モードで動作する液晶を含むとともに、液晶セルに電圧を印加しないオフ状態における液晶の光学軸が入射面の法線に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、
サファイア板を有する光学補償素子と、
を備え、
前記サファイア板の光学軸は、前記オフ状態の液晶の配向方向を含む面内に配置され、入射面に対して傾斜している、
液晶装置。
【請求項２】
前記サファイア板の光学軸は、前記液晶セルの入射面に法線方向から入射する光線の光路に対して、前記オフ状態の液晶の前記所定のプレチルト角に対応する所定の傾斜角だけ傾斜している請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
前記サファイア板は、前記液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である請求項２記載の液晶装置。
【請求項４】
前記サファイア板は、前記液晶セルの入射面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子である請求項２記載の液晶装置。
【請求項５】
前記光学補償素子は、所定のクサビ角を有するとともに、前記サファイア板を挟むことによって前記液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を形成する一対の透明な等方性の板状部材をさらに有する請求項４記載の液晶装置。
【請求項６】
前記サファイア板は、前記オフ状態の液晶に起因するリタデーションを実質的にキャンセルするような厚さを有する請求項１から請求項５のいずれか一項記載の液晶装置。
【請求項７】
前記サファイア板は、前記オフ状態の液晶に起因するリタデーションを、前記液晶セルの入射面に対する照明光の傾斜角の範囲に対応させて略キャンセルするような厚さを有する請求項１から請求項６のいずれか一項記載の液晶装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項記載の液晶装置を含む光変調装置と、
前記光変調装置を照明する照明装置と、
前記光変調装置によって形成された画像を投射する投射レンズと、
を備えるプロジェクタ。
【請求項９】
前記液晶装置は、透過型であり、
前記光変調装置は、前記液晶セル及び前記光学補償素子を挟むように配置される一対の偏光素子を含む請求項８記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記液晶装置は、反射型であり、
前記光変調装置は、偏光ビームスプリッタを含み、
前記光学補償素子は、前記液晶セルと前記偏光ビームスプリッタとの間に挟まれるように配置される請求項８記載のプロジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る液晶装置は、垂直配向モードで動作する液晶を含むとともに、液晶セルに電圧を印加しないオフ状態における液晶の光学軸が入射面の法線に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、サファイア板を有する光学補償素子と、を備え、前記サファイア板の光学軸は、オフ状態の液晶の配向方向を含む面内に配置され、入射面に対して傾斜している。ここで、オフ状態の液晶の配向方向とは、液晶セルに電圧を印加しない場合において、液晶の屈折率楕円を液晶セルの入射面に投影した際の長軸方向を意味し、液晶セルの入射面に沿った特定方位となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記液晶装置では、垂直配向型の液晶セルのオフ状態（すなわち電圧無印可状態）における液晶の光学軸が入射面の法線に対して傾斜配向しており、液晶に所謂プレチルトが生じている。そして、光学補償素子のサファイア板の光学軸は、オフ状態の液晶の配向方向を含む面内に配置され入射面に対して傾斜しているので、垂直配向型の液晶のプレチルトによって生じた正面方向の像光のリタデーションを、これを相殺するようなサファイア板の屈折率特性によって低減することができる。通常正の一軸性結晶である液晶性化合物のプレチルトに起因する位相の乱れを、負の一軸性結晶であるサファイ板で補償することができる。なお、オフ状態の垂直配向型の液晶に残存するプレチルトを液晶層内で一様にでき、このようなプレチルトに起因する位相の乱れの補償は一様な光学軸を有するサファイア板で足る。これにより、液晶セルに電圧を印加しないオフ時に液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。さらに、無機材料の結晶であるサファイア板は、光、熱等に対する耐久性が高く、光学補償素子の寿命を長くすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記液晶装置において、サファイア板の光学軸が、液晶セルの入射面に法線方向から入射する光線の光路に対して、オフ状態の液晶の所定のプレチルト角に対応する所定の傾斜角だけ傾斜している。この場合、液晶のプレチルトによって生じた正面方向を中心とする像光のリタデーションをサファイア板の屈折率特性によって相殺することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の別の態様では、サファイア板が、液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である。この場合、サファイア板を液晶セル側に貼り付け易くなり、サファイア板を液晶セル等に対して精密に安定して固定することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、サファイア板が、液晶セルの入射面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するするとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子である。この場合、サファイアの光学軸を入射平面等に垂直な方向に設定することができ、サファイア板の加工が比較的容易となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、所定のクサビ角をそれぞれ有するとともに、上記サファイア板を挟むことによって液晶セルの入射面に平行な入射平面及び射出平面をそれぞれ形成する一対の透明な等方性の板状部材をさらに有する。この場合、サファイア板の加工を容易にしつつ、光学補償素子を液晶セル等に対して精密に安定して固定することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、サファイア板が、オフ状態の液晶に起因するリタデーションを実質的にキャンセルするような厚さを有する。この場合、光学補償素子により、液晶のプレチルトに起因して液晶セルの正面方向において黒表示で透過光が増して画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明のさらに別の態様では、サファイア板が、オフ状態の液晶に起因するリタデーションを、液晶セルの入射面に対する照明光の傾斜角の範囲に対応させて略キャンセルするような厚さを有する。この場合、液晶セルの正面方向だけでなくその近傍を含めた範囲でリタデーションを低減することができ、液晶装置によって形成される像の画質を高めることができる。
【国際調査報告】
2007105371.tif 000022
2007105371.tif 000023
2007105371.tif 000024