(57)【要約】【課題】垂直配向型液晶を用いる透過型の液晶表示装置において、液晶の配向条件を所定範囲に設定することで、Ａ成分を補償する位相補償用の波長板を用いなくても高いコントラストでの画像表示を可能にする。【解決手段】液晶表示素子１の液晶層１５は、誘電率異方性が負のネマティック液晶からなり、基板１１、１２の表面に平行な方向であって入射偏光光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、入射側液晶配向方向が基準線に対して一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定され、出射側液晶配向方向が基準線に対して他方の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定される。【選択図】図１
2009104080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を表面に形成し、偏光光が入射されて透過させる第１の基板と、
前記第１の基板上の前記透明電極に対して離間対向配置され、画素毎の透明電極と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板を透過して入射された前記偏光光を変調して前記変調光として前記第２の基板に入射する、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる液晶層と
を備えた液晶表示素子を有する液晶表示装置において、
前記液晶層は、前記第１及び第２の基板の各表面にそれぞれ平行な方向であって前記第１及び第２の基板へ入射する前記偏光光又は前記変調光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、前記第１の基板側の入射側液晶配向方向を前記基準線に対していずれか一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定するとともに、前記第２の基板側の出射側液晶配向方向を前記基準線に対して前記回転方向とは逆の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定した構成を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶表示素子への前記偏光光の最大入射角を５６°以下としたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
透明電極を表面に形成し、偏光子を透過した偏光光が入射されて透過させる第１の基板と、
前記第１の基板上の前記透明電極に対して離間対向配置され、画素毎の透明電極と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板を透過して入射された前記偏光光を変調して前記変調光として前記第２の基板に入射する、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる液晶層と
を備えた液晶表示素子を有する液晶表示装置において、
前記液晶表示素子とその液晶表示素子により変調された光の所定偏光成分を透過させる検光子との間、及び前記液晶表示素子と前記偏光子との間のどちらか一方又は両方に位相補償板を設け、
前記液晶層は、前記第１及び第２の基板の各表面にそれぞれ平行な方向であって前記第１及び第２の基板へ入射する前記偏光光又は前記変調光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、前記第１の基板側の入射側液晶配向方向を前記基準線に対していずれか一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定するとともに、前記第２の基板側の出射側液晶配向方向を前記基準線に対して前記回転方向とは逆の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定した構成を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記位相補償板は、前記液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと前記液晶層の厚みｄの積であるリタデーションΔｎ・ｄが３００ｎｍ〜６００ｎｍであるときに、面内の互いに直交する主屈折率をｎｘ、ｎｙ、及び厚さ方向の主屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚの条件を満たすと共に、位相差を２００ｎｍ〜５５０ｎｍに設定した位相補償板であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示素子への前記偏光光の最大入射角を８°以下としたことを特徴とする請求項３又は４記載の液晶表示装置。
【請求項６】
透明電極を表面に形成し、偏光子を透過した偏光光が入射されて透過させる第１の基板と、
前記第１の基板上の前記透明電極に対して離間対向配置され、画素毎の透明電極と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板を透過して入射された前記偏光光を変調して前記変調光として前記第２の基板に入射する、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる第１の液晶層と
を備えた液晶表示素子を有する液晶表示装置において、
離間対向配置した第３の基板と第４の基板との間に、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる第２の液晶層が狭持配置された位相補償用液晶素子を、前記液晶表示素子の入射側及び出射側のどちらか一方又は両方に設けると共に、該位相補償用液晶素子又は該液晶表示素子と入射する偏光光の所定偏光成分を透過させる検光子との間、及び該位相補償用液晶素子又は前記液晶表示素子と前記偏光子との間のどちらか一方又は両方に位相補償板を設け、
前記第１の液晶層は、前記第１及び第２の基板の各表面にそれぞれ平行な方向であって前記第１及び第２の基板へ入射する前記偏光光又は前記変調光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、前記第１の基板側の入射側液晶配向方向を前記基準線に対していずれか一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定するとともに、前記第２の基板側の出射側液晶配向方向を前記基準線に対して前記回転方向とは逆の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定し、
前記第２の液晶層は、前記第３の基板側の入射側液晶配向方向を、前記第１の液晶層の入射側液晶配向方向又は出射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定し、かつ、前記第４の基板側の出射側液晶配向方向を、前記第１の液晶層の出射側液晶配向方向又は入射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定すると共に、前記位相補償用液晶素子の屈折率異方性と前記第２の液晶層の厚みの積である前記位相補償用液晶素子の第２のリタデーションΔｎ'・ｄ'を、前記液晶表示素子の屈折率異方性と前記第１の液晶層の厚みの積である前記液晶表示素子の第１のリタデーションΔｎ・ｄの１／２倍以上２倍以下の範囲内の値に設定した構成を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記位相補償板は、前記液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと前記第１の液晶層の厚みｄとの積である第１のリタデーションΔｎ・ｄと、前記位相補償用液晶素子の屈折率異方性Δｎ’と前記第２の液晶層の厚みｄ’との積である第２のリタデーションΔｎ'・ｄ'との和が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであるときに、面内の互いに直交する主屈折率をｎｘ、ｎｙ、及び厚さ方向の主屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚの条件を満たすと共に、位相差を３００ｎｍ〜１２００ｎｍに設定した位相補償板であることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第２の基板と前記第３の基板とを共用し、前記液晶表示素子と前記位相補償用液晶素子とを一体化構成としたことを特徴とする請求項６又は７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶表示素子への前記偏光光の最大入射角を１３°以下としたことを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の基板の相互の対向方向における前記液晶層の厚さが３.５μｍ以下で、かつ、前記液晶層の液晶分子の前記第１及び第２の基板面からの角度として与えられるプレチルト角が７５°〜８５°であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２の基板の相互の対向方向における前記液晶層の厚さが２.６μｍ以下で、かつ、前記液晶層の液晶分子の前記第１及び第２の基板面からの角度として与えられるプレチルト角が７５°〜８７°であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２の基板の相互の対向方向における前記液晶層の厚さが２μｍ以下で、かつ、前記液晶層の液晶分子の前記第１及び第２の基板面からの角度として与えられるプレチルト角が７５°〜８８°であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
光を放射する光源と、
前記光源から放射された光から三原色の照明光を生成する照明光学系と、
三原色の前記照明光を、各原色光毎に偏光して偏光光を生成する偏光子と、
前記原色光毎の偏光光をそれぞれ画像信号に応じて変調して出射する原色光毎に設けられた液晶表示装置と、
前記原色光毎に設けられた液晶表示装置を透過した三原色の変調光の所定の偏光光成分を、原色光毎に透過させる検光子と、
前記検光子を透過した三原色光をそれぞれ合成する合成プリズムと、
前記合成プリズムで合成して得られた合成光を表示面に投影する投射レンズと、
を備えた投射型表示装置において、
前記原色光毎に設けられた前記液晶表示装置は、
透明電極を表面に形成し、偏光子を透過した偏光光が入射されて透過させる第１の基板と、前記第１の基板上の前記透明電極に対して離間対向配置されて画素毎の透明電極と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の基板を透過して入射された前記偏光光を変調して前記変調光として前記第２の基板に入射する、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる第１の液晶層とを備えた液晶表示素子と、
離間対向配置した第３の基板と第４の基板との間に、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる第２の液晶層が狭持配置されており、前記液晶表示素子の入射側及び出射側のどちらか一方又は両方に設けられた位相補償用液晶素子と、
前記位相補償用液晶素子又は前記液晶表示素子と入射する偏光光の所定偏光成分を透過させる検光子との間、及び前記位相補償用液晶素子又は前記液晶表示素子と前記偏光子との間のどちらか一方又は両方に設けられた位相補償板と、
を有し、前記第１の液晶層は、前記第１及び第２の基板の各表面にそれぞれ平行な方向であって前記第１及び第２の基板へ入射する前記偏光光又は前記変調光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、前記第１の基板側の入射側液晶配向方向を前記基準線に対していずれか一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定するとともに、前記第２の基板側の出射側液晶配向方向を前記基準線に対して前記回転方向とは逆の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定し、
前記第２の液晶層は、前記第３の基板側の入射側液晶配向方向を、前記第１の液晶層の入射側液晶配向方向又は出射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定し、かつ、前記第４の基板側の出射側液晶配向方向を、前記第１の液晶層の出射側液晶配向方向又は入射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定すると共に、前記位相補償用液晶素子の複屈折度と前記第２の液晶層の厚みの積である前記位相補償用液晶素子の第１のリタデーションの値を、前記液晶表示素子の複屈折度と前記第１の液晶層の厚みの積である前記液晶表示素子の第２のリタデーションの値の１／２倍以上２倍以下の範囲内の値に設定し、前記液晶表示素子への前記偏光光の最大入射角を１３°以下としたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
前記位相補償板は、前記液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと前記第１の液晶層の厚みｄとの積である第１のリタデーションΔｎ・ｄと、前記位相補償用液晶素子の屈折率異方性Δｎ’と前記第２の液晶層の厚みｄ’との積である第２のリタデーションΔｎ'・ｄ'との和が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであるときに、面内の互いに直交する主屈折率をｎｘ、ｎｙ、及び厚さ方向の主屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚの条件を満たすと共に、位相差を３００ｎｍ〜１２００ｎｍに設定した位相補償板であることを特徴とする請求項１３記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置及び投射型表示装置に係り、特に画像表示装置に用いられる液晶表示装置とこの液晶表示装置を利用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶を用いた投射型表示装置はプレゼンテーションやホームシアターにおける大画面表示機器として使用される機会が多くなっており、各種の方式が開発されている。ところで、液晶表示装置においては液晶分子の複屈折性を利用して光の透過制御を行っているため、液晶の配向方式が画像の表示品質に大きく影響する。このため、従来から様々な動作モードでの配向方式が研究・提案されている。例えば、垂直配向型（ホメオトロピック配列モード）液晶は、高いコントラストが得られ、応答速度も速いことから注目されている。
【０００３】
すなわち、水平配向型（ホモジニアス配列モード）液晶では、各基板間に電圧を印加しない状態で液晶分子が基板面にほぼ水平に配列し、電圧を印加した状態で液晶分子がその誘電異方性に基づいて基板面に垂直に配列することにより、白／黒の表示を実現するが、垂直に配列した際にも各基板に施されている配向膜近傍の液晶分子は、水平に近い角度を保つため、位相差を生じて黒レベルを悪くする（すなわち、コントラストが悪くなる）という問題点がある。これに対して、上記の垂直配向型液晶では、負の誘電異方性により、各基板間に電圧を印加しない状態では、液晶分子が基板面にほぼ垂直な方向に配列し、電圧を印加した状態で基板面に水平に配列するために、高いコントラストが得られると共に、小さい駆動電力で速い動作速度が実現できるという利点がある。
【０００４】
しかし、垂直配向といえども、電圧を印加しない状態で各液晶分子に一定方向へ僅かな傾斜（プレチルト角）を与えておかなければ、各液晶分子の倒れる方向がばらばらになってディスクリネーションが発生して画質の劣化を招くことになる。なお、プレチルト角は、図３５に示すように、例えば、電圧が印加されていない状態において液晶分子の長軸方向と基板面との間のなす角度θpとして与えられる。ただし、プレチルト角は、図３５における基板面に対する垂線と液晶分子の長軸方向との間のなす角度θp’として定義される場合もある。また、図３５に図示されている角度αは、前記長軸を基板面へ投影させた方位と基板上の所定軸とがなす方位角であり、上下の各基板（入射側と出射側）の方位角の差がツイスト角に相当する。
【０００５】
例えば、対向する基板表面に電極を有する一対の基板と、一対の基板間に挟持される垂直配向型液晶分子を含む液晶層と、基板表面上の配向層とからなり、上記の一対の基板は、その一方に反射電極を有し、上記の配向層は、垂直配向型液晶分子のプレチルト方向を、一対の基板間で面内角度にして８０度〜１６０度ツイストするように配向処理されている構成の液晶表示装置が従来知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−７２２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、液晶表示装置において、プレチルト角θpの付与は表示画像のコントラストを低下させる要因となる。すなわち、高いコントラストを得るために垂直配向型液晶を用いても、ディスクリネーションの発生を防止するために液晶分子にプレチルト角θpを付与しておくと、位相のずれが発生して逆にコントラストの低下を招くことになる。
【０００８】
その問題に対して、通常は波長板を用いて位相のずれを補償することにより、高いコントラストが得られるようにしている。この位相補償のためには波長板は、その面内に複屈折の異方性をもつＡ成分（プレチルト角や液晶層の厚みによって生じる位相差）が必要である。
【０００９】
一方、液晶表示装置の製造においては、どうしても個別素子毎に液晶層の厚みやプレチルト角に誤差が生じ、補償すべきＡ成分が個別素子毎に異なるために、理想的な波長板を用いることが不可能である。また、液晶の屈折率及び屈折率の異方性はそれぞれ波長分散性（例えば、波長が短い方が液晶の屈折率の異方性が大きくなる）を有しており、前記波長板は、位相ずれの補償だけでなく、それも考慮した補償特性が要求され、必然的に材料の選択余地が小さくなるという不利がある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、垂直配向型液晶を用いる透過型の液晶表示装置において、液晶の配向条件を所定範囲に設定することで、Ａ成分を補償する位相補償用の波長板を用いなくても高いコントラストでの画像表示を可能にする液晶表示装置及び投射型表示装置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】
【００１１】
上記目的を達成するため、第１の発明の液晶表示装置は、透明電極を表面に形成し、偏光光が入射されて透過させる第１の基板と、第１の基板上の透明電極に対して離間対向配置され、画素毎の透明電極と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置され、第１の基板を透過して入射された偏光光を変調して変調光として第２の基板に入射する、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる液晶層とを備えた液晶表示素子を有する液晶表示装置において、
上記液晶層は、第１及び第２の基板の各表面にそれぞれ平行な方向であって第１及び第２の基板へ入射する偏光光又は変調光の振動方向に対して±４５°をなす方向を中心に±５°以内の角度範囲にある直線を基準線とし、かつ、αとβをα＋β≦１０を満たす０又は正数としたときに、第１の基板側の入射側液晶配向方向を基準線に対していずれか一方の回転方向へ（６０±α）°の角度をなす方向に設定するとともに、第２の基板側の出射側液晶配向方向を基準線に対して回転方向とは逆の回転方向へ（６０±β）°の角度をなす方向に設定した構成を有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明の液晶表示装置は、第１の発明の液晶表示素子とその液晶表示素子により変調された光の所定偏光成分を透過させる検光子との間、及び液晶表示素子と偏光子との間のどちらか一方又は両方に位相補償板を設けたものである。ここで、上記の位相補償板は、液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと液晶層の厚みｄの積であるリタデーションΔｎ・ｄが３００ｎｍ〜６００ｎｍであるときに、面内の互いに直交する主屈折率をｎｘ、ｎｙ、及び厚さ方向の主屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚの条件を満たすと共に、位相差を２００ｎｍ〜５５０ｎｍに設定した位相補償板であることを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明の液晶表示装置は、第１の発明と同様の構成の液晶表示素子と、離間対向配置した第３の基板と第４の基板との間に、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる第２の液晶層が狭持配置されており、液晶表示素子の入射側及び出射側のどちらか一方又は両方に設けられた位相補償用液晶素子と、位相補償用液晶素子又は液晶表示素子と入射する偏光光の所定偏光成分を透過させる検光子との間、及び位相補償用液晶素子又は液晶表示素子と偏光子との間のどちらか一方又は両方に設けられた位相補償板とを有し、第２の液晶層は、第３の基板側の入射側液晶配向方向を、液晶表示素子の第１の液晶層の入射側液晶配向方向又は出射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定し、かつ、第４の基板側の出射側液晶配向方向を、第１の液晶層の出射側液晶配向方向又は入射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度をなす方向に設定すると共に、位相補償用液晶素子の屈折率異方性Δｎ'と第２の液晶層の厚みｄ'の積である位相補償用液晶素子の第１２のリタデーションΔｎ'・ｄ'を、液晶表示素子の屈折率異方性と第１の液晶層の厚みの積である液晶表示素子の第２１のリタデーションΔｎ・ｄの１／２倍以上２倍以下の範囲内の値に設定した構成を有することを特徴とする。
【００１４】
ここで、第３の発明における位相補償板は、液晶表示素子の屈折率異方性Δｎと第１の液晶層の厚みｄとの積である第１のリタデーションΔｎ・ｄと、位相補償用液晶素子の屈折率異方性Δｎ’と第２の液晶層の厚みｄ’との積である第２のリタデーションΔｎ'・ｄ'との和が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであるときに、面内の互いに直交する主屈折率をｎｘ、ｎｙ、及び厚さ方向の主屈折率をｎｚとしたとき、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚの条件を満たすと共に、位相差を３００ｎｍ〜１２００ｎｍに設定した位相補償板であってよい。上記の第１乃至第３の発明の液晶表示装置では、高コントラストが得られる。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の投射型表示装置は、光を放射する光源と、光源から放射された光から三原色の照明光を生成する照明光学系と、三原色の照明光を、各原色光毎に偏光して偏光光を生成する偏光子と、原色光毎の偏光光をそれぞれ画像信号に応じて変調して出射する原色光毎に設けられた液晶表示装置と、原色光毎に設けられた液晶表示装置を透過した三原色の変調光の所定の偏光光成分を、原色光毎に透過させる検光子と、検光子を透過した三原色光をそれぞれ合成する合成プリズムと、合成プリズムで合成して得られた合成光を表示面に投影する投射レンズとを備えた投射型表示装置において、原色光毎に設けられた液晶表示装置を、第３の発明の液晶表示装置としたことを特徴とする。この発明では、高コントラストが得られる液晶表示装置を用いているため、高画質のカラー画像を投射することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置毎に異なるＡ成分を補償する必要がなく、Ａ成分補償用の波長板を用いずに極めて高いコントラストを実現できる。また、本発明の投射型表示装置によれば、本発明の液晶表示装置を単色処理部の光学系に用いることで、３色（Ｒ,Ｇ,Ｂ）に係る変調光を合成して高画質のカラー画像を得ることができると共に、色相互間の表示特性の差を無くして、装置毎の画像表示品質を高く安定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明になる液晶表示装置及び投射型表示装置の各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、図１〜図１１を参照して、本発明になる液晶表示装置の実施例１を説明する。図１は本発明になる液晶表示装置の実施例１を適用した投射型表示装置のうちの単色処理部の光学系の概略構成を示す。
【００１９】
図１に示すように、単色処理部は、実施例１の構造の液晶表示素子１と、液晶表示素子１の光入射側に設けられた第１の偏光板（偏光子）２と、液晶表示素子１の光出射側に設けられた第２の偏光板（検光子）３とから構成される。また、実施例１の液晶表示装置は液晶表示素子１のみからなる。
【００２０】
液晶表示素子１は、第１の偏光板（偏光子）２を透過した偏光光を垂直に入射させる透明電極１３を表面に形成した第１の基板１１と、画素毎の透明電極１４と駆動回路をマトリクス状に配置した構造を有し、かつ、透明電極１４が透明電極１３に離間対向するように配置した第２の基板１２と、第１の基板１１と第２の基板１２との間に配置され、第１の基板１１を介して入射された偏光光を変調する液晶層１５とを備えた構成である。また、液晶層１５の透明電極１３側と透明電極１４側における各表面には、図示していないが蒸着表面処理方法によりＳiＯx化合物の配向膜が形成されており、液晶に所定の配向条件が付与されている。
【００２１】
そして、液晶層１５には、誘電異方性が負のネマティック液晶であって、５５０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎが０.１３２のものが適用されており、液晶表示素子１はノーマリーブラックモードとして使用される。照明光は第１の偏光板（偏光子）１１を透過して偏光光として液晶表示素子１に入射し、ここで変調されて透過して第２の偏光板（検光子）３に入射し、これにより所定の偏光面の透過変調光（Ｓ偏光）が外部に透過される。検光子３は液晶表示素子１により変調された光を輝度分布に変換する。
【００２２】
以上の基本的構成を有する液晶表示素子１の液晶配向方向を検討するために、照明光の波長λ、液晶分子のプレチルト角θp、ツイスト角φ、液晶層１５の各基板に直交する方向の厚み（以下、「セル厚」という）ｄを各種条件で変化させて、第２の偏光板（検光子）３を透過した透過変調光（Ｓ偏光）の出力を測定するという各実験を行って、下記のような結論を得た。なお、この実施例１における「ツイスト角：φ」は、図２に示すように、入射偏光光（Ｐ偏光）の振動方向と４５°をなす方向（この方向を基準方向と呼び、この基準方向に沿った線を基準線と呼ぶ）を中心として時計回り方向へφ／２の角度をなす方向に点線矢印で示す出射側液晶配向方向を設定すると共に、基準線を中心として反時計回り方向へφ／２の角度をなす方向に実線矢印で示す入射側液晶配向方向を設定した場合に、それらの各液晶配向方向のなす角度として定義するものとする。
【００２３】
図３は、照明光波長を５５０ｎｍ、プレチルト角８２°として設定し、セル厚ｄを２μｍから４.５μｍまで０.５μｍ単位で変化させ、それぞれのセル厚ｄで、ツイスト角φを９０°から１５０°まで１０°単位で変化させて黒状態における光漏れ量（相対比）、すなわち黒レベルを測定した実験結果を示す。また、図４は、照明光波長５５０ｎｍ、プレチルト角８２°、セル厚ｄを２.５μmとして設定し、液晶層にはΔｎ＝０．１３２の液晶に加え、０．１５５の液晶を適用して、ツイスト角φを９０°から１５０°まで１０°単位で変化させて黒状態における光漏れ量（相対比）、すなわち黒レベルを測定した実験結果を示す。
【００２４】
図３と図４とから分かるように、セル厚ｄ、屈折率異方性Δｎが変化しても黒レベルはツイスト角：φ＝１２０°で最小になり、φ＝１１０°から１３０°の範囲で良好な黒レベルが得られる。
【００２５】
また、図５は、プレチルト角８２°、セル厚ｄを２.５μｍとして設定し、照明光の波長を、４５０ｎｍ（青色光）、５５０ｎｍ（緑色光）、６３０ｎｍ（赤色光）に変化させ、それぞれの波長でツイスト角φを９０°から１５０°まで１０°単位で変化させて黒状態における光漏れ量（相対比）、すなわち黒レベルを測定した実験結果を示す。図５から分かるように、どの波長も黒レベルはツイスト角：φ＝１２０°で最小になり、φ＝１１０°から１３０°の範囲で良好な黒レベルが得られる。
【００２６】
上記の図３乃至図５に示した実験結果に基づいた理想的な配向条件は、図６（Ａ）に示すような、ツイスト角φが１２０°の配向条件となり、このとき高コントラストで良質な画質を得ることができる。しかし、光学的には図６（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）のように基準線を９０°，１８０°，２７０°回転させた関係での各液晶配向条件も等価である。更には、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、図６（Ａ）〜（Ｄ）における入射側液晶配向方向と出射側液晶配向方向とを逆にした場合も等価な条件である。
【００２７】
そして、ツイスト角φについては、入射偏光光（Ｐ偏光）の振動方向と４５°をなす基準線に対して時計回りと反時計回りにφ／２の角度をなす方向にそれぞれ出射側液晶配向方向と入射側液晶配向方向をとり、それら各方向のなす角度として定義しているが、この基準線の入射偏光光（Ｐ偏光）の振動方向に対する前記角度４５°は±５°の範囲をもたせてもよい。ツイスト角φを１１０°〜１３０°に保った状態で入射側液晶配向方向と出射側液晶配向方向とがその範囲で回転しても、明るさに影響してもコントラスト自体には殆ど影響しない。
【００２８】
また更には、ツイスト角φは１１０°〜１３０°の範囲で採用し得るが、その場合、単に入射側液晶配向方向と出射側液晶配向方向とが基準線に対してそれぞれ５５°〜６５°の角度範囲で設定されるだけでなく、αとβを｜±α±β｜≦１０（符号順不同）を満たす０又は正数として、入射側液晶配向方向が基準線となす角度を（６０±α）°、出射側液晶配向方向が基準線となす角度を（６０±β）°として設定することができる。なお、この基準線とのなす角度を設定するパラメータα、βについては、好ましくは、α＋β≦１０に設定される。
【００２９】
ここで、図８にはツイスト角を９０度とした場合の入射偏光光の振動方向に対する出射側液晶配向方向と入射側液晶配向方向の関係を示す。図９には照明光波長５５０ｎｍ、プレチルト角８２°、セル厚ｄを２.５μm、液晶層にはΔｎ＝０．１３２の液晶を適用し、ツイスト角は９０°に設定した場合の黒表示における視野角特性を図９に示し、ツイスト角を本実施例の１２０°に設定した場合の黒表示における視野角特性を図１０に示す。図９、図１０の視野角特性において、最も小さな径の閉曲線は0.000010、その外側の閉曲線は外側に行くほど0.000050、0.000100、0.000500の視野角特性を示し、更にその外側の閉曲線又は曲線はそれぞれ0.001000、0.005000、0.010000の視野角特性を示す（後述する他の視野角特性も同様）。図９、図１０及び後述する視野角特性は、半径方向が入射角を示しており、最外周が入射角２０°を示しており、また、０°、９０°、１８０°、２７０°は方位角を示している。
【００３０】
ツイスト角９０°では、図９に示すように、最も光漏れの少ない領域が中央から偏っており、これに対してツイスト角１２０°では、図１０に示すように、最も光漏れの少ない領域が中央に一致している。従って、ツイスト角１２０°の本実施例の場合は、ツイスト角９０°の場合よりも入射角の大きいところまで光漏れが少ない領域が均一に広がっているので、高コントラストが得られる。また、図１０に示す視野角特性において、内側から４番目と３番目の0.000500、0.000100の閉曲線は、コントラストでそれぞれ２０００：１、１００００：１であり、入射角をこの閉曲線以下にすることにより、同等以上のコントラストが得られる。従って、実施例１では、図１０に示す視野角特性から最大入射角を６°以下に設定することにより、２０００：１以上の高コントラストが得られる。
【００３１】
なお、垂直配向型液晶ではディスクリネーションの発生を防止するために液晶分子にプレチルト角θpを付与しておく必要がある。本実施例の場合も同様である。ディスクリネーションの発生を防止し、高コントラストで良質な画質を得るためには、セル厚ｄが３.５μｍ以下の場合には、液晶分子の第１の基板１１と第２の基板１２の面からの角度として与えられるときのプレチルト角θpは７５°〜８５°が望ましく、セル厚ｄを２.６μｍ以下に設定した場合には、ディスクリネーションによる影響が大幅に軽減され、更に良質な画質が得られる。
【００３２】
この場合、本出願人による実験によれば、良質な画質が得られるプレチルト角θpは、セル厚が２.６μｍ以下であれば、７５°〜８７°の範囲が望ましく、セル厚ｄが２μｍ以下であれば７５°〜８８°の範囲が望ましいことが確認されている（特開２００７−２１２９９７号公報参照）。なお、この特開２００７−２１２９９７号公報に開示した本出願人による実験結果は、反射型液晶表示素子の例であるが、本実施例のような透過型液晶表示素子にも当てはまる。
【実施例２】
【００３３】
次に、図１１〜図１６を参照して、本発明の実施例２に係る液晶表示装置を説明する。この実施例２は位相補償に関する。図１１は、本発明になる液晶表示装置の実施例２を適用した投射型表示装置のうちの単色処理部の光学系の概略構成を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図１１に示すように、単色処理部は、実施例１と同一構造の液晶表示素子１と、液晶表示素子１の光入射側に設けられた第１の偏光板（偏光子）２と、液晶表示素子１の光出射側に設けられた第２の偏光板（検光子）３と、液晶表示素子１の光出射側と第２の偏光板（検光子）３との間に設けられた位相補償板４とから構成される。また、実施例２の液晶表示装置は、液晶表示素子１と位相補償板４とから構成される。
【００３５】
実施例１で説明した液晶表示素子１と偏光板２及び３とからなる光学系において、液晶層１５に対する入射偏光光の入射角は、図９及び図１０の視野角特性の中心に相当する０°になっていることが理想的である。しかし、一般に液晶表示素子１へ照明光を入射させる照明系は、高い光利用効率を得るためにインテグレータ光学系が採用されており、入射偏光光はコーン状であり液晶層１５への入射角は０°だけではない。そして、入射偏光光のポラーアングル（polar angle:極角）が大きくなると、液晶層１５での複屈折による位相差が大きくなって表示画像のコントラストを悪化させる。
【００３６】
この問題に関しては、従来から位相補償板を用いて解消する方法が採用されている。本実施例では、図１１に示すように液晶表示素子１と偏光板（検光子）３との間に所定の位相補償板４を挿入することにより、更に高いコントラストが得られる。なお、位相補償板は、偏光板２と液晶表示素子１との間、または液晶表示素子１と偏光板（検光子）３との間と、偏光板２と液晶表示素子１との間の両方に設けてもよい。
【００３７】
これらの位相補償板はそれぞれ、面内の屈折率よりも、これに垂直な膜厚方向の屈折率の方を小さく設定した、いわゆるＣプレートと呼ばれる位相補償板として形成されている。つまり、このＣプレートは「面内の互いに直行する主屈折率ｎｘ、ｎｙ、かつ、厚さ方向の主屈折率をｎｚとした時、ｎｘ＝ｎｙ≧ｎｚという条件を満たす位相補償板である」と定義される。
【００３８】
図１２は、図１１に示すように実施例１の液晶表示素子１と偏光板３との間に位相差Ｒｔｈが２８０ｎｍの位相補償板４を挿入したときの視野角特性である。図１０よりも更に特性の分布に偏りがなく、良好なコントラストが得られる状態である。図１２に示す本実施例の視野角特性において、内側から４番目と３番目の0.000500、0.000100の閉曲線は、コントラストでそれぞれ２０００：１、１００００：１であり、入射角をこの閉曲線以下にすることにより、同等以上のコントラストが得られる。従って、本実施例では、図１２に示す視野角特性から最大入射角を８°以下に設定することにより、２０００：１以上の高コントラストが得られる。
【００３９】
ここで、位相補償板４の位相差Ｒｔｈの値について考察する。図１３、図１４は、位相補償板４の位相差Ｒｔｈをそれぞれ、２０ｎｍと５４０ｎｍにした場合の視野角特性である。図１３、図１４に示すように、図１２に示した適正な位相差Ｒｔｈが２８０ｎｍの位相補償板を挿入したときの視野角特性に比べて有効な効果が得られず、視野角特性に偏りが残る。
【００４０】
図１５は、位相補償板４の位相差Ｒｔｈを２０ｎｍから５４０ｎｍまで所定間隔で変化させたときの視野角特性図を方位４５°−２２５°で切った断面図であり、横軸は極角、縦軸は光漏れ量（相対比）を示す。図１５から分かるように、位相補償板４の位相差Ｒｔｈが２８０ｎｍのときに最もバランス良く光漏れ量が小さくなる。
【００４１】
上記は、液晶層のセル厚ｄが２.５μｍの場合の結果であり、屈折率異方性Δｎでセル厚ｄの液晶層を通過する光に生じる常光と異常光の位相差はΔｎとｄの積であるリタデーションΔｎ・ｄで与えられる。
【００４２】
図１６は液晶のリタデーションΔｎ・ｄと位相補償板４の位相差Ｒｔｈとの関係を示す。実際のシステムでは、液晶層１５と位相補償板４の特性にはバラツキがあるので、液晶のΔｎ・ｄが３００ｎｍ〜６００ｎｍであるとき、Ｒｔｈは２００ｎｍ〜５５０ｎｍが適当な特性である。
【００４３】
以上のように、本実施例によれば、液晶の屈折率異方性Δｎとセル厚ｄとによって液晶のリタデーションΔｎ・ｄが変化するので、これに最適な位相補償板４を用いることによって、画像のコントラストをさらに向上することができる。
【実施例３】
【００４４】
次に、図１７〜図３２を参照して、本発明の実施例３に係る液晶表示装置を説明する。この実施例３は液晶層による位相補償に関する。図１７は、本発明になる液晶表示装置の実施例３を適用した投射型表示装置のうちの単色処理部の光学系の概略構成を示す。同図中、図１１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図１７に示すように、単色処理部は、実施例１と同一構造の液晶表示素子１と、液晶表示素子１の光入射側に設けられた第１の偏光板（偏光子）２と、液晶表示素子１の光出射側に設けられた位相補償板４及び第２の偏光板（検光子）３と、液晶表示素子１の光出射側と位相補償板４との間に設けられた位相補償用液晶素子５とから構成される。また、実施例３の液晶表示装置は、液晶表示素子１と、位相補償板４と、位相補償用液晶素子５とから構成される。
【００４６】
すなわち、本実施例は、実施例２で説明した液晶表示素子１と偏光板２及び３と位相補償板４とからなる光学系において、図１７に示すように、液晶表示素子１の他に第３の基板１６及び第４の基板１７とを互いに離間対向配置させると共に、それらの間に液晶層１８を挟持させた位相補償用液晶素子５を設けたものである。なお、位相補償用液晶素子５は偏光板（偏光子）２と第１の基板１１との間に配置してもよいし、その位置と図１７の位置の両方に配置してもよい。また、位相補償板４は図１７に示す位置と共に、あるいはこれに替えて、偏光板（偏光子）２と液晶表示素子１又は位相補償用液晶素子５の間に設けることも可能である。
【００４７】
本実施例の液晶層１５と１８の各基板面における液晶配向方向をパラメータにして視野角特性の検討を行った。本発明が目的とする「Ａ成分を補償する位相補償用の波長板を用いなくても高いコントラストでの画像表示を可能にする」ためには「偏りのない」視野角特性が求められる。
【００４８】
図１８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれ入射偏光光（Ｐ偏光）の振動方向と４５°をなす基準線に対する出射側液晶配向方向と入射側液晶配向方向を示した図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に対応する単層の液晶素子の視野角特性を示し、図２で定義した基準線の方向に分布が偏っていることが分かる。
【００４９】
図１９は、本実施例の液晶層１５と１８による２層化した液晶素子の視野角特性を示し、位相補償用液晶素子５の配向を図６（Ａ）としたとき、これと組み合わせる液晶表示素子１の配向を、それぞれ図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）としたときの視野角特性が、それぞれ図１９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）である。ここで、液晶表示素子１と位相補償用液晶素子５の各液晶配向特性の基準線が成す角が１８０°となる図１９（Ｃ）だけ分布の偏りが無く、本発明の目的に合った視野角特性を得ることができる。
【００５０】
以上の結果を考慮して、位相補償用液晶素子５の入射側液晶配向方向を液晶表示素子１の入射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度を成す方向に設定し、かつ、位相補償用液晶素子５の出射側液晶配向方向を液晶表示素子１の出射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度を成す方向に設定する。なお、液晶層１５と１８の厚さは同じに設定されている。
【００５１】
また、図６と図７の関係で説明したように、図６（Ａ）は図７（Ａ）と等価で、図６（Ｃ）は図７（Ｃ）と等価なので、位相補償用液晶素子５の配向を図７（Ａ）としたとき、その視野角特性は図２０で示される。従って、配向特性が図７（Ａ）である位相補償用液晶素子５と組み合わせる液晶表示素子１の配向を、液晶表示素子１と位相補償用液晶素子５の各液晶配向特性の基準線が成す角が１８０°となる図７（Ｃ）としたとき、それらを組み合わせた本実施例の視野角特性は図２１に示すように分布の偏りが無く、本発明の目的に合った視野角特性を得ることができる。
【００５２】
従って、位相補償用液晶素子５を裏返しにして、位相補償用液晶素子５の入射側液晶配向方向を液晶表示素子１の出射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度を成す方向に設定し、位相補償用液晶素子５の出射側液晶配向方向を、液晶表示素子１の入射側液晶配向方向に対して略１８０°の角度を成す方向に設定しても同じ効果が得られることは言うまでも無い。この場合も、液晶層１５と１８の厚さは同じに設定される。
【００５３】
図２２は、この実施例３において位相補償板４の位相差を最適化した場合の黒表示時の視野角特性を示す図である。図９、図１０、図１２に示した視野角特性に比べて、暗い領域がバランスよく広がっており、また、図１９（Ｃ）に示した視野角特性よりも光漏れ量が０.００００１の領域が広く、高コントラストが得られる特性を示している。図２２に示す本実施例の視野角特性の各象限において、内側から４番目と３番目の0.000500、0.000100の曲線は、コントラストでそれぞれ２０００：１、１００００：１であり、入射角をこの閉曲線以下にすることにより、同等以上のコントラストが得られる。従って、本実施例では、最大入射角を１３°以下に設定することにより、２０００：１以上の高コントラストが得られる
しかし、図８に示したようにツイスト角を９０°とした場合、すなわち基準線に対する回転角を４５°とした場合の図６（Ａ）に相当する液晶配向の単層透過型液晶素子の視野角特性は図２３、図６（Ｃ）に相当する液晶配向の単層透過型液晶素子の視野角特性は、図２４となり、本実施例の特性と似ているが、これらを２層化した場合の視野角特性は図２５に示すように、0.00001の領域が存在せず、また、基準軸方向とその垂直方向の分布状態が異なるため、どちらかに合わせた補償を施すと他方の漏れ光がコントラストを悪化させてしまう。
【００５４】
更に、図２５の視野角特性を持つ液晶表示素子の構成に最適化した位相補償板４を組み合わせた視野角特性が図２６である。図２６に示すように、分布のバランスは良くなるが、0.00001、0.00005、0.00010の領域が存在せず、入射角が小さい領域でも光漏れが多く全体的に明るくなってしまうので、高いコントラストは得られない。
【００５５】
ここで、液晶表示素子１のリタデーションΔｎ・ｄに対する、位相補償用液晶素子５のリタデーションΔｎ'・ｄ'の最適値を検討する。図２７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）は、液晶表示素子１と位相補償用液晶素子５の液晶層にΔｎが０．１３２の液晶を適用して、液晶表示素子１のセル厚ｄを２.５μｍとした場合に、位相補償用液晶素子５のセル厚ｄ'をそれぞれ１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、２．５μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍとした時の視野角特性を示す。セル厚ｄ'が１.５μｍ以上５μｍ以下であれば、方位のバランスが良いことが分かる。
【００５６】
従って、本実施例では、位相補償用液晶素子５のセル厚ｄ'が２.５μｍから１.５μｍと１.０μｍの中間程度の値までの範囲内と過補償でも満足する領域とを考慮して、位相補償用液晶素子５のリタデーションを液晶表示素子１のリタデーションの半分以上２倍以下の値までとすることで、良好な方位のバランスを得ることができる。
【００５７】
ただし、図２７（Ａ）〜（Ｈ）に示すように、４５°、１３５°、２２５°、３１５°の各方向で光漏れが多く、入射角の浅い条件でないとコントラストの確保が難しい。
【００５８】
一方、図２８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図２７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に対して、それぞれ最適な位相補償板４を付加した場合の視野角特性を示す。図２８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）から分かるように、４５°、１３５°、２２５°、３１５°の各方向で光漏れが、最適な位相補償板４を付加しない場合に比べて改善され、かつ、位相補償用液晶素子５のセル厚ｄ'を１.５μｍ以下にしても方位のバランスが良く、良好な視野角特性が得られる。
【００５９】
図２９と図３０は、図１７の液晶表示素子１と位相補償用液晶素子５のリタデーションΔｎ・ｄを等しくし、各液晶素子のセル厚ｄをそれぞれ２μｍから４．５μｍまで０．５μｍ単位で変化させた時の位相補償板の位相差Ｒｔｈ（横軸）と光漏れ量（縦軸）の関係を示す図である。ここで適用した液晶は図２９はΔｎが０．１３２で、図３０はΔｎが０．１５５である。また、光漏れ量（相対比）は視野角特性図を方位４５°−２２５°で切った断面で、入射角が１３°の場合の値である。
【００６０】
図２９及び図３０から、液晶のΔｎ・ｄと位相補償板４の位相差Ｒｔｈとの関係は図３１に示すようになる。前述のように実際のシステムでは、液晶層と位相補償板４の特性にはバラツキがあるので、図３１から分かるように、液晶表示素子１のΔｎ・ｄと位相補償用液晶素子５のΔｎ'・ｄ'との和が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであるとき、位相差Ｒｔｈは３００ｎｍ〜１２００ｎｍが適当な特性である。
【００６１】
図３２は図１７に示した実施例３の変形例の概略構成図を示す。同図中、図１７と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図３２に示す変形例は、第２の基板１２の光出射側に第２の液晶層１８と第３の基板１９とからなる位相補償用液晶素子を一体化した液晶表示素子１０を有する点に特徴がある。この変形例の液晶表示装置は、液晶表示素子１０と位相補償板４とにより構成され、図１７の実施例３と全く同じ効果が得られる。
【００６２】
（投射型表示装置の実施の形態）
次に、本発明になる投射型表示装置の一実施の形態について図３３と図３４を参照して説明する。図３３は本発明になる投射型表示装置の一実施の形態の全体構成図、図３４は図３３中の３色の単色処理部及び色合成プリズムからなる色合成光学系の概略構成図を示す。図３３において、ダイクロイックＸキューブ１１３が、図３４に示す色合成光学系を構成しており、上述した実施例１〜３又は変形例のいずれかの構成の液晶表示素子が用いられている。
【００６３】
図３３において、ランプ１０１から出射された白色光の照明光は、レンズアレイ１０２、１０３を透過してＰＢＳアレイ１０４に入射し、ここで所定の直線偏光成分が透過され、更にミラー１０５で全反射されて光路が変えられた後、ダイクロイックミラー１０６に入射する。ダイクロイックミラー１０６は、入射光の赤色光波長成分を透過し、それ以外の波長光成分は反射してダイクロイックミラー１０７に入射する。ダイクロイックミラー１０７は、入射光の緑色光波長成分を反射し、それ以外の青色光波長成分は透過する。青色光波長成分は、レンズ１０８、ミラー１０９、レンズ１１０を経てミラー１１１で全反射される。ミラー１１１、１１２でそれぞれ反射された青色光波長成分、赤色光波長成分と、ダイクロイックミラー１０７で反射された緑色光波長成分とは、それぞれ図３４に示す構成のダイクロイックＸキューブ１１３に入射する。
【００６４】
ダイクロイックＸキューブ１１３は、図３４に示すように、赤色光Ｒを透過させるダイクロフィルタ７Ｒ、偏光板（偏光子）２Ｒ、液晶表示素子１Ｒ、位相補償板４Ｒ及び偏光板（検光子）３Ｒからなる赤色光処理部と、緑色光Ｇを透過させるダイクロフィルタ７Ｇ、偏光板（偏光子）２Ｇ、液晶表示素子１Ｇ、位相補償板４Ｇ及び偏光板（検光子）３Ｇからなる緑色光処理部と、青色光Ｂを透過させるダイクロフィルタ７Ｂ、偏光板（偏光子）２Ｂ、液晶表示素子１Ｂ、位相補償板４Ｂ及び偏光板（検光子）３Ｂからなる青色光処理部と、これら偏光板（検光子）３Ｒ、３Ｇ、３Ｂから出力された赤色光波長、緑色光波長、青色光波長の各透過変調光が入射され、これらを色合成して出力する色合成プリズム８とからなる。
【００６５】
図３３のミラー１１１、１１２でそれぞれ反射された青色光波長成分、赤色光波長成分は図３４のダイクロフィルタ７Ｂ、７Ｒで青色光Ｂ、赤色光Ｒのみが透過され、図３３のダイクロイックミラー１０７で反射された緑色光波長成分は図３４のダイクロフィルタ７Ｇで緑色光Ｇのみが透過される。図３４において、ダイクロフィルタ７Ｂ、７Ｒ、７Ｇを透過した青色光Ｂ、赤色光Ｒ、緑色光Ｇは、それぞれ偏光子２Ｂ、２Ｒ、２ＧによってＰ偏光にされ、このＰ偏光が液晶表示素子１Ｂ、１Ｒ、１Ｇによってそれぞれ互いに独立して位相変調されて変調光となり、この変調光が位相補償板４Ｂ、４Ｒ、４Ｇによってそれぞれ位相補償された後、そのＳ偏光成分が検光子３Ｂ、３Ｒ、３Ｇを透過して、それぞれの強度分布が青色画像、赤色画像、緑色画像となって色合成プリズム８に入射して色合成される。
【００６６】
ここで、上記の青色光処理部、赤色光処理部、緑色光処理部のそれぞれは、図１１に示した実施例２の単色処理部の光学系の構成とされているため、高いコントラストの高画質の各原色光のＳ偏光成分を出力することができる。色合成プリズム８により合成されたＳ偏光成分は、図３３の投射レンズ１１４によりスクリーン（図示せず）上にカラー画像として投影表示される。
【００６７】
なお、図３４では、各原色光の処理部が図１１に示した実施例２の単色処理部の光学系の構成とされているが、この構成に替えて、図１に示した実施例１の単色処理部、図１７に示した実施例３の単色処理部、図３２に示した変形例の単色処理部のいずれかの構成であってもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１に係る液晶表示素子を用いた投射型表示装置の単色処理部の光学系の概略構成図である。
【図２】入射偏光光の振動方向に対する出射側液晶配向方向と入射側液晶配向方向の関係を示す説明図である。
【図３】実施例１の液晶表示素子について、液晶層の液晶分子のプレチルト角を固定し、液晶層のセル厚をパラメータとしたときの、ツイスト角と黒状態における光漏れ量との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１の液晶表示素子について、液晶層の液晶分子のプレチルト角を固定し、液晶の屈折率異方性をパラメータとしたときの、ツイスト角と黒状態における光漏れ量との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１の液晶表示素子について、液晶層の液晶分子のプレチルト角を固定し、入射光の波長をパラメータとしたときの、ツイスト角と黒状態における光漏れ量との関係を示すグラフである。
【図６】実験結果に基づいた理想的な液晶配向条件（Ａ）及びそれと等価な液晶配向条件（Ｂ）〜（Ｄ）を示す説明図である。
【図７】図６の液晶配向条件と等価な液晶配向条件を示す説明図である。
【図８】ツイスト角を９０°とした場合の入射偏光光の振動方向に対する出射側液晶配向方向と入射側液晶配向方向の関係を示す説明図である。
【図９】ツイスト角を９０°とした場合の視野角特性を示した図である。
【図１０】本発明の実施例１の視野角特性を示した図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る液晶表示素子を用いた投射型表示装置の単色処理部の光学系の概略構成図である。
【図１２】本発明の実施例２の視野角特性を示した図である。
【図１３】位相補償板の位相差が最適値よりも小さい場合の本発明の実施例２の視野角特性を示した図である。
【図１４】位相補償板の位相差が最適値よりも大きい場合の本発明の実施例２の視野角特性を示した図である。
【図１５】方位４５°−２２５°の光漏れ特性を示す図である。
【図１６】液晶のΔｎ・ｄと位相補償板の位相差Ｒｔｈの関係を示す図である。
【図１７】本発明の実施例３に係る液晶表示素子を用いた投射型表示装置の単色処理部の光学系の概略構成図である。
【図１８】図６（Ａ）〜（Ｄ）に対応する液晶素子の視野角特性を示した図である。
【図１９】液晶表示素子の液晶配向方向と位相補償用液晶素子の液晶配向方向の組み合わせにおける視野角特性を示した図である。
【図２０】図７（Ａ）に対応する液晶素子の視野角特性を示した図である。
【図２１】図７（Ｃ）に対応する液晶素子の視野角特性を示した図である。
【図２２】本発明の実施例３の視野角特性を示した図である。
【図２３】ツイスト角を９０°とした場合の図６（Ａ）に相当する液晶表示素子の視野角特性を示した図である。
【図２４】ツイスト角を９０°とした場合の図６（Ｃ）に相当する液晶表示素子の視野角特性を示した図である。
【図２５】ツイスト角を９０°とした場合の図６（Ａ）と図６（Ｃ）を組み合わせた場合の視野角特性を示した図である。
【図２６】図２１に最適化した位相補償板を組み合わせた場合の視野角特性を示した図である。
【図２７】本発明の実施例３において位相補償板を適用しないで、位相補償用液晶素子のセル厚を変化させた場合の視野角特性を示した図である。
【図２８】図２７に対して位相補償板を適用した場合の視野角特性を示した図である。
【図２９】液晶層に屈折率異方性Δｎ＝０．１３２の液晶を適用し、セル厚をパラメータとしたときの、位相補償板の位相差と光漏れの関係を示す図である。
【図３０】液晶層に屈折率異方性Δｎ＝０．１５５の液晶を適用し、セル厚をパラメータとしたときの、位相補償板の位相差と光漏れの関係を示す図である。
【図３１】図２９、図３０の各曲線に基づいて求めた、同曲線の光漏れ最小値を採るＲｔｈと液晶層のリタデーションΔｎ・ｄとの関係を示す図である。
【図３２】本発明の実施例３に係る液晶表示素子を用いた投射型表示装置の単色処理部において、液晶表示素子と位相補償用液晶素子を一体化した変形例の概略構成図である。
【図３３】本発明の投射型表示装置の光学系の一一実施の形態を示す構成図である。
【図３４】図３３中の単色処理部及び色合成プリズムからなる色合成光学系の概略構成の一例を示す図である。
【図３５】液晶分子のプレチルト角θpと方位角αとを示す模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ、１０  液晶表示素子
２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ  第１の偏光板（偏光子）
３、３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ  第２の偏光板（検光子）
４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ  位相補償板
５  位相補償用液晶素子
７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ  ダイクロフィルタ
８  色合成プリズム
１１  第１の基板
１２  第２の基板
１３  透明電極
１４  透明電極
１５、１８  液晶層
１６  第３の基板
１７  第４の基板
１１３  ダイクロイックＸキューブ
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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