(57)【要約】【課題】画面内の領域によって照明光の入射角度が異なっていても、画面内の広範にわたって略適正な光学補償が可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】本実施形態のプロジェクタ１００において、光各液晶ライトバルブ４０ａ〜４０ｃに光学補償部材４９ａ〜４９ｃが組み込まれており、光学補償部材４９ａ〜４９ｃが面内に厚み分布を有するので、画面内の領域Ｂｃ，Ｂ１〜Ｂ７によって照明光の中心光束の入射角θが異なっていても、このような入射角θの分布を相殺するような光学補償が可能になり、液晶パネル４１ａ〜４１ｃのコントラスト特性を画面内の広い領域で改善することができる。【選択図】図１
2009229644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を含む液晶パネルと、前記液晶パネルを光学的に補償するための光学補償部材とを有する液晶表示装置と、
前記液晶表示装置を照明光によって照明する照明装置とを備え、
前記光学補償部材は、面内に位相差分布を有する、
画像表示装置。
【請求項２】
前記光学補償部材は、前記液晶パネルの配向方向及び照明光の入射角度分布に応じた位相差分布を有する、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光学補償部材は、システム光軸方向の厚み分布によって前記位相差分布を形成する、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記光学補償部材は、所定方向に一様に傾斜する厚みを有する、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光学補償部材は、複数の光学補償板を備え、前記複数の光学補償板のうち少なくとも１つの光学補償板は、位相差分布を有する、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記液晶表示装置を各色の光路に設けることによって光変調部を構成し、
各色の液晶表示装置から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、前記光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系と、をさらに備える、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光変調部は、前記各色の液晶表示装置として、前記光合成光学系において画像光が反射される第１の液晶表示装置と、前記光合成光学系において画像光が透過する第２の液晶表示装置とを含み、
前記第１の液晶表示装置に組み込まれる光学補償部材と、前記第２の液晶表示装置に組み込まれる光学補償部材とは、互いに鏡像対称な位相差分布を有する、請求項６に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成用の液晶表示装置を組み込んだ画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置を組み込んだ液晶プロジェクタとして、例えばツイストネマティック型の液晶パネルを用い、液晶パネルと射出偏光板との間に、光射出面に対して配向膜のラビング方向に所定角だけ傾いた光学軸を有するサファイア板等からなる２枚の補償用光学素子を配置しているものがある（特許文献１参照）。このような液晶プロジェクタでは、液晶パネルに近接して配置される補償用光学素子の光学軸や厚さの調整によって液晶のプレチルトを補償することができ、コントラストを改善することができる。
【特許文献１】特開２００４−１９８６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の技術では、液晶パネルに略垂直な光束が入射することを前提としている。よって、液晶パネルの画面内の領域毎に照明光の入射角度がかなり異なっている場合、特定の領域（例えば画面中央）で補償用光学素子による補償が適正であっても、別の領域（例えば画面周辺）で補償用光学素子による補償が適正でなくなり、このような別の領域では、コントラスト特性が相対的に劣化し、表示ムラの原因となる。
【０００４】
そこで、本発明は、画面内の領域によって照明光の入射角度が異なっていても、画面内の広範囲に亘って適正な光学補償が可能な画像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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、（ａ）液晶を含む液晶パネルと、液晶パネルを光学的に補償するための光学補償部材とを有する液晶表示装置と、（ｂ）液晶表示装置を照明光によって照明する照明装置とを備え、（ａ１）光学補償部材は、面内に位相差分布を有する。ここで、面内に位相差分布を有するとは、光学補償部材がこれを経る光束に対して与える位相差に関して異方性を有しており、その異方性がシステム光軸に垂直に延び液晶表示装置の表示領域に対応する面内において一様でなくある偏りを有することを意味する。なお、光学補償部材は、通常板状の部材であるから、この板状の部材の主面に平行な方向に関して位相差分布を有することになる。
【０００６】
上記画像表示装置では、光学補償部材が面内に位相差分布を有するので、画面内の領域によって照明光の入射角度が異なっていても、このような入射角度の分布を相殺するような光学補償が可能になり、液晶表示装置のコントラスト特性を画面内の広い領域で改善することができる。
【０００７】
また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記画像表示装置において、光学補償部材が、液晶パネルの配向方向及び照明光の入射角度分布に応じた位相差分布を有する。この場合、入射角度の分布だけでなく液晶パネルの配向方向に対応させた光学的補償が可能になり、光学的補償をより対象の液晶パネルに適合したものとすることができる。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、光学補償部材が、システム光軸方向の厚み分布によって位相差分布を形成する。この場合、光学補償部材の厚み分布によって簡易に補償量の調整が可能になる。なお、光学補償部材が屈折率異方性を有する材料であれば、厚み分布に対応する位相差分布を簡易に形成することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、光学補償部材が、所定方向に一様に傾斜する厚みを有する。この場合、光学補償部材を簡易に作製することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、光学補償部材が、複数の光学補償板を備え、複数の光学補償板のうち少なくとも１つの光学補償板が、位相差分布を有する。この場合、複数の光学補償板を組み合わせて複合的な光学補償機能を持たせることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、液晶表示装置を各色の光路に設けることによって光変調部を構成し、各色の液晶表示装置から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系と、をさらに備える。この場合、各色ごとに設けた液晶表示装置から射出された変調光の合成によって画像光を形成することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、光変調部が、各色の液晶表示装置として、光合成光学系において画像光が反射される第１の液晶表示装置と、前記光合成光学系において画像光が透過する第２の液晶表示装置とを含み、第１の液晶表示装置に組み込まれる光学補償部材と、第２の液晶表示装置に組み込まれる光学補償部材とは、互いに鏡像対称な位相差分布を有する。この場合、光合成光学系で反転する画像と反転しない画像とを整合させて合成することができるだけでなく、第１の液晶表示装置と第２の液晶表示装置とにそれぞれ適合した２種の光学補償部材を反転によって簡単に得ることができ、投射像の色ムラの発生を簡易に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明に係る画像表示装置の一実施形態であるプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【００１４】
図示のプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器である。このプロジェクタ１００は、光源装置１０と、均一化光学系２０と、色分離導光光学系３０と、光変調部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。ここで、光源装置１０及び均一化光学系２０は、照明装置を構成する。また、光変調部４０は、３つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。これら液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、異なる色光をそれぞれ変調する液晶表示装置である。
【００１５】
上記プロジェクタ１００において、光源装置１０は、放電発光型の発光管１１と、楕円型のリフレクタ１２と、球面型の副鏡１３と、平行化レンズ１４とを備える。発光管１１から周囲に放射された光束は、リフレクタ１２で直接反射され、或いは副鏡１３で反射された後にリフレクタ１２でさらに反射されて収束光束となる。この収束光束は、平行化レンズ１４によって平行光束とされて、前方側すなわち均一化光学系２０の第１レンズアレイ２３に入射する。なお、上述した楕円面型のリフレクタ１２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ１２の後段に平行化レンズ１４等を設けなくとも、光源装置１０から平行光束を射出させることが可能となる。
【００１６】
均一化光学系２０は、均一化された照度の照明光を光変調部４０に供給する。この均一化光学系２０は、光源装置１０から射出された光束を適当な状態に分割する第１及び第２レンズアレイ２３，２４と、両レンズアレイ２３，２４を経た複数の光束を重畳させる重畳レンズ２５と、重畳レンズ２５に入射する光束の偏光方向を揃える偏光変換装置２７とを備える。第１及び第２レンズアレイ２３，２４は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズ２３ａ，２４ａからなる。このうち、第１レンズアレイ２３を構成する要素レンズ２３ａによって、平行化レンズ１４を経た光束は複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ２４を構成する要素レンズ２４ａによって、第１レンズアレイ２３からの各部分光束は適当な発散角で射出される。重畳レンズ２５は、第２レンズアレイ２４から射出され偏光変換装置２７を経た部分光束を全体として適宜収束させて、後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域すなわち表示領域で重畳させる。偏光変換装置２７は、第１レンズアレイ２３により分割され第２レンズアレイ２４を経た各部分光束を偏光方向が一方向の直線偏光に揃える役割を果たす。偏光変換装置２７は、システム光軸ＳＡに垂直な面に沿って２次元的に延在するプリズムアレイであり、プリズムアレイを構成する各プリズム要素２７ｄは、ＰＢＳ、位相差板等で構成されるロッド状の部材である。
【００１７】
色分離導光光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂと、反射ミラー３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを備える。色分離導光光学系３０は、均一化光学系２０から出射した照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ光を反射しＧ光及びＢ光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。この色分離導光光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、入射角調節用のフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ，３２ｃを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ｃに入射する。
【００１８】
光変調部４０を構成する各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ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る。液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、色分離導光光学系３０から射出された各色光によってそれぞれ照明される３つの液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つの第２偏光フィルタ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。以上において、液晶ライトバルブ４０ｂは、変調した画像光がクロスダイクロイックプリズム５０において画像光が反射される第１の液晶表示装置であり、その液晶パネル４１ｂは、例えば右旋性の液晶で形成されている。一方、液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃは、変調した画像光がクロスダイクロイックプリズム５０において透過する第２の液晶表示装置であり、それらの液晶パネル４１ａ，４１ｃは、例えば左旋性の液晶で形成されている。このように液晶パネルのタイプを変えている理由は、クロスダイクロイックプリズム５０での合成を考慮したものであり、合成後の画像が同様の視野角特性を持つようにしている。なお、右旋型の液晶パネル４１ｂと、左旋型の液晶パネル４１ａ，４１ｃとは、配向膜の配向方向が鏡像対称に設定されており、互いに左右反転した関係を有し、液晶性化合物も、螺旋方向が互いに逆転したものとなっている。結果的に、一方の液晶ライトバルブ４０ｂと、他方の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃとは、視野角特性の傾向も左右反転したものとなっている。
【００１９】
この光変調部４０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、第１光路ＯＰ１上のフィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶ライトバルブ４０ａを構成する液晶パネル４１ａ上の表示領域を照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、第２光路ＯＰ２上のフィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶ライトバルブ４０ｂを構成する液晶パネル４１ｂ上の表示領域を照明する。第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂの双方を透過したＢ光は、第３光路ＯＰ３上のフィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバルブ４０ｃを構成する液晶パネル４１ｃ上の表示領域を照明する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。なお、詳細は後述するが、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃと第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃとの間には、コントラスト向上のための光学補償部材４９ａ〜４９ｃが配置されている。
【００２０】
クロスダイクロイックプリズム５０は、光合成光学系として、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０は、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５１ａ，５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向左側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ，５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向右側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。
【００２１】
投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。
【００２２】
図２は、図１に示す赤色用の液晶ライトバルブ４０ａの構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ４０ａは、既に説明したように、液晶パネル４１ａと、第１偏光フィルタ４２ａと、第２偏光フィルタ４３ａと、光学補償部材４９ａとによって構成される。
【００２３】
図示の液晶ライトバルブ４０ａにおいて、入射側の偏光素子である第１偏光フィルタ４２ａと、射出側の偏光素子である第２偏光フィルタ４３ａとは、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になっており、クロスニコルを構成するように配置されている。これら第１及び第２偏光フィルタ４２ａ，４３ａの間に挟まれた液晶パネル４１ａは、第１偏光フィルタ４１ａ側から入射した入射光ＬＩの偏光方向を入力信号に応じて画素単位で２次元的に変化させ、変化後の変調光を射出光ＬＯとして第２偏光フィルタ４３ａ側に射出する。液晶パネル４１ａと第２偏光フィルタ４３ａとの間には、光学補償部材４９ａが配置されている。この光学補償部材４９ａは、第１光学補償板ＯＣ１と第２光学補償板ＯＣ２とを組み合わせたものである。各光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２は、平板状の外形を有する板状部材であり、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になるように配置されている。
【００２４】
液晶パネル４１ａは、ツイストネマティックモードで動作する液晶（すなわちツイストネマティック型の液晶）で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に第１基板７２と、射出側に第２基板７３とを備える。これらの基板７２，７３は、ともに平板状であり、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になるように配置されている。
【００２５】
液晶パネル４１ａにおいて、第１基板７２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７３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。この液晶パネル４１ａを構成する各画素部分ＰＰは、１つの画素電極７７と、共通電極７５の一部と、両配向膜７６，７８の一部と、液晶層７１の一部とを含む。なお、第１基板７２と共通電極７５との間には、各画素部分ＰＰを区分するように格子状のブラックマトリクス７９が設けられている。
【００２６】
以上の液晶パネル４１ａにおいて、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る。入射側の配向膜７６は、これに接する液晶性化合物を第１配向方向（例えばＸ軸方向）に配向させ、射出側の配向膜７８は、これに接する液晶性化合物を第２配向方向（例えばＹ軸方向）に配向させる。液晶層７１に電圧が印加されないオフ状態において、配向膜７６は、液晶性化合物の光学軸を第１偏光フィルタ３１ｂの偏光面であるＸＺ面を含んだ方向に配向させる役割を有し、配向膜７８は、液晶性化合物の光学軸を第２偏光フィルタ３１ｃの偏光面であるＹＺ面を含んだ方向に配向させる役割を有する。結果的に、液晶層７１中の液晶性化合物の光学軸は、第１基板７２から第２基板７３にかけて徐々にねじれるように配置される。つまり、第１及び第２基板７２，７３の内側すなわち配向膜７６，７８に隣接して液晶層７１の両端側に配置される一組の液晶性化合物の光学軸は、ＸＹ平面上に投影した場合、互いに例えば９０°のツイスト角をなす。これにより、一対の偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃの間に挟まれた液晶層７１をノーマリホワイトモードで動作させることになり、電圧非印加のオフ状態で最大透過状態（光オン状態）を確保することができる。なお、液晶層７１の両端側すなわち配向膜７６，７８の近傍位置において、液晶性化合物の光学軸は、ＸＹ平面すなわち配向膜７６，７８に対向する入射面や出射面に対して精密に平行になっておらず、かかる入射面や出射面に対してプレチルト角だけ傾いた状態で配置されている。
【００２７】
一方、液晶層７１に電圧が印加されたオン状態すなわち遮光状態（光オフ状態）において、両配向膜７６，７８から離れた位置にある液晶性化合物の光学軸は、第１基板７２の法線に平行な方向（具体的にはＺ方向）に配向する。しかしながら、液晶層７１の両端側すなわち配向膜７６，７８の近傍において、液晶性化合物の光学軸は、略元のままに維持されている。つまり、入射側や射出側における液晶性化合物の光学軸は、第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃの偏光面に沿ったＸ方向やＹ方向に配向されているが、ＸＹ面すなわち配向膜７６，７８に対向する入射面や出射面に平行になっていない。つまり、入射側や射出側における液晶性化合物の光学軸は、システム光軸ＳＡに対して傾斜した状態に維持されており、入射面や出射面に対して上記プレチルト角に近いチルト角だけ傾いた状態に維持されている。よって、オン状態すなわち遮光状態の液晶層７１に対する光学的補償を目的とする場合、入射側や射出側における上記のような液晶性化合物のチルト角に起因して発生する位相差を補償することになる。
【００２８】
液晶パネル４１ａの射出側に配置される一方の第１光学補償板ＯＣ１は、例えば正の一軸性の屈折率を有する光学材料である平板状の水晶板で形成されており、例えばかかる水晶板を一枚の平板状のガラス板等で支持した構造とすることもできるが、平板状の水晶板単体とすることもできる。この第１光学補償板ＯＣ１を構成する第１の水晶板の光学軸は、例えばＸＺ面に対して平行であり、Ｘ軸方向に配向するとともにＺ軸に対して所定の光学軸極角をなす。他方の第２光学補償板ＯＣ２も、例えば正の一軸性の屈折率を有する光学材料である平板状の水晶板で形成されており、例えばかかる水晶板を一枚の平板状のガラス板等で支持した構造とすることもできるが、平板状の水晶板単体とすることもできる。この第２光学補償板ＯＣ２を構成する第２の水晶板の光学軸は、例えばＹＺ面に対して平行であり、Ｙ軸方向に配向するとともにＺ軸に対して所定の光学軸極角をなす。以上で説明した第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２は、協働して液晶パネル４１ａを光学的に補償する。つまり、第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２は、電圧を印可したオン状態の液晶層７１に残存する液晶性化合物のチルトに起因する視野角依存性やコントラスト低下を補償する役割を有する。具体的には、第１光学補償板ＯＣ１に設けた第１の水晶板と、第２光学補償板ＯＣ２に設けた第２の水晶板とが、液晶層７１の入射端側及び射出端側に残存する液晶性化合物のチルト角に起因する意図しない位相ズレである液晶リタデーションを実効的にキャンセルする。ここで、第１の水晶板と第２の水晶板とは、それらの屈折率異方性を利用して、システム光軸ＳＡに平行に入射する光束のうちＹ軸方向の偏光成分に与える位相差とＹ方向の偏光成分に与える位相差とに適度の差を設けることで、上記のような液晶リタデーションを全体として補償している。このため、第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２の製造時において、これらを構成する第１及び第２の水晶板の厚みとともにこれらの光学軸の方位角や極角が上記液晶性化合物のチルト角に合わせてそれぞれ調整される。なお、オン状態の液晶層７１に残存する液晶性化合物のチルト角は、電圧を印可していないオフ状態の液晶層７１の配向膜７６，７８の近傍位置における液晶性化合物のプレチルト角に近いものとなっている。
【００２９】
以上の第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２による液晶リタデーションの補償は、液晶ライトバルブ４０ａへの入射光ＬＩが垂直入射光であることを前提としている。しかしながら、実際の入射光ＬＩは、垂直入射光に限らず一定の広がりを有する入射角の範囲内に存在し、かつ、液晶ライトバルブ４０ａの画面内で一様ではなく、特に画面周辺で入射光ＬＩの入射角が大きくなる傾向がある。よって、第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２すなわち光学補償部材４９ａによる光学補償が、仮にＸＹ面に沿った画面内で一様とすると、画面内に局所的に残存する位相差の分布によって、局所的にコントラストが低下し、その２次元的分布として表示ムラが発生する可能性がある。
【００３０】
図３（Ａ）は、液晶パネル４１ａの正面図であり、図３（Ｂ）は、液晶パネル４１ａの側面図である。液晶パネル４１ａは、表示領域に対応する開口８１ａを有する封止・固定用のフレーム８１と、開口８１ａに露出するパネル本体８２とを有する。なお、パネル本体８２は、図２に示す液晶層７１、第１基板７２、第２基板７３等で構成される。
【００３１】
この場合、液晶パネル４１ａには、照明光ＩＬとして、垂直な光束ではなく全体として収束する傾向の光束が入射する。つまり、液晶パネル４１ａの中央領域Ａｃに入射する照明光Ｂｃの中心光束は、入射角θが０°であるが、液晶パネル４１ａの角度α＝０°方向に存在する右周辺領域Ａ０に入射する照明光Ｂ０の中心光束は、入射角θが数°〜数１０°で表示領域の法線に対して外側方向に傾いており、液晶パネル４１ａの角度α＝１８０°方向に存在する左周辺領域Ａ４に入射する照明光Ｂ４の中心光束は、入射角θが数°〜数１０°で表示領域の法線に対して外側方向に傾いている。同様に、液晶パネル４１ａの角度α＝９０°方向に存在する上周辺領域Ａ２に入射する照明光Ｂ２の中心光束は、入射角θが数°〜数１０°で表示領域の法線に対して外側方向に傾いており、液晶パネル４１ａの角度α＝２７０°方向に存在する下周辺領域Ａ６に入射する照明光Ｂ６の中心光束は、入射角θが数°〜数１０°で表示領域の法線に対して外側方向に傾いている。さらに、液晶パネル４１ａの角度α＝４０°，１４０°，２２０°，３２０°方向に存在する斜め周辺領域Ａ１，Ａ３，Ａ５，Ａ７にそれぞれ入射する照明光Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ７の中心光束は、入射角θが数°〜数１０°で表示領域の法線に対して外側方向にそれぞれ傾いている。このように、照明光Ｂｃ，Ｂ０〜Ｂ７の入射角は、液晶パネル４１ａ上の位置によって異なっており、光学補償部材４９ａによる液晶パネル４１ａの光学補償の効果も、各領域Ａｃ，Ａ１〜Ａ７で異なってしまう。
【００３２】
図４（Ａ）は、ライトバルブ４０ａの中央領域Ａｃにおけるコントラストの視野角特性を観念的に説明するグラフである。この場合、液晶パネル４１ａに入射する照明光ＩＬが垂直入射光であるとして、光学補償部材４９ａによって液晶リタデーションを補償できるように、光学補償部材４９ａを構成する第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２の光学軸や厚みを適宜設定してシミュレーションを行った。グラフにおいて、中心からの距離は、照明光のシステム光軸ＳＡに対する傾き角すなわち入射角θを示している。グラフからも明らかなように、垂直入射光に対するコントラストは高いが、傾斜角が大きな入射光に対するコントラストは角度の増大に伴って徐々に減少している。また、上下のｘ軸方向や左右のｙ軸方向に関してコントラストが相対的に高くなる傾向がある。
【００３３】
図４（Ｂ）は、比較のためのグラフであり、光学補償部材４９ａを構成する各光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２のシステム光軸ＳＡ方向の厚みをともに適宜増加させた場合の効果を示しており、左上方向すなわち角度α＝１３５°の方向の視野角特性が比較的良好になっている。一方、図４（Ｃ）も、比較のためのグラフであるが、光学補償部材４９ａを構成する各光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２のシステム光軸ＳＡ方向の厚みをともに適宜減少させた場合の効果を示しており、右下方向すなわち角度α＝３１５°の方向の視野角特性が比較的良好になっている。
【００３４】
以上のことから、図４（Ｂ）に示すように光学補償部材４９ａのシステム光軸ＳＡ方向の厚みを増加させた場合、液晶パネル４１ａ本来の視野角特性が過剰に抑えられて、左上方向から右下方向に向かう光束の視野角特性が向上することが分かる。一方、図４（Ｃ）に示すように光学補償部材４９ａのシステム光軸ＳＡ方向の厚みを減少させた場合、液晶パネル４１ａ本来の視野角特性が残って、右下方向から左上方向に向かう光束の視野角特性が向上することが分かる。ここで、左上方向から右下方向に向かう光束は、図３の左上周辺領域Ａ３に入射する照明光Ｂ３に対応しており、このような光束にとっては、光学補償部材４９ａの厚みを相対的に増加させた方がコントラストを向上させ得ることが分かる。一方、右下方向から左上方向に向かう光束は、図３の左上周辺領域Ａ７に入射する照明光Ｂ７に対応しており、このような光束にとっては、光学補償部材４９ａの厚みを相対的に減少させた方がコントラストを向上させ得ることが分かる。以上をまとめると、光学補償部材４９ａの厚みが左上から右下に向かって減少するような一様に傾斜した厚みを有する光学補償部材４９ａによって、面内の左上から右下に向かって一様に変化する位相差分布を形成することができ、ライトバルブ４０ａのコントラストを向上させ得る。なお、この場合、光学補償部材４９ａの厚みは、中央領域Ａｃを基準として、右上周辺領域Ａ１及び左下周辺領域Ａ５で等しく、上周辺領域Ａ２や左周辺領域Ａ４で少し大きく、左上周辺領域Ａ３で最も大きく、右周辺領域Ａ０や下周辺領域Ａ６で少し小さく、右下周辺領域Ａ７で最も小さくなる。
【００３５】
以上は、ライトバルブ４０ａにおける右下方向や左上方向の領域でのコントラスト改善の説明であったが、光学補償部材４９ａの厚み調整、例えば第１及び第２光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２の厚み比の変更等によって、右上方向や左下方向の領域でのコントラスト改善も可能である。
【００３６】
青色用のライトバルブ４０ｃも、図２等に示す赤色用の液晶ライトバルブ４０ａと同様の構造を有する。また、緑色用のライトバルブ４０ｂも、図２等に示す赤色用の液晶ライトバルブ４０ａと同様の構造を有するが、システム光軸ＳＡに沿って見た場合に液晶ライトバルブ４０ａとは左右反転した特性を有する。つまり、既に説明したように、青色用の液晶パネル４１ａ等が、左旋型であるのに対し、緑色用の液晶パネル４１ｂは、右旋型である。また、青色用の光学補償部材４９ａ等が図３を用いて説明したように左上から右下に向かって減少するような傾斜した厚みを有するのに対し、緑色用の光学補償部材４９ｂは、右上から左下に向かって減少するような一様に傾斜した厚みを有する。
【００３７】
以上をまとめると、本実施形態のプロジェクタ１００においては、光学補償部材４９ａ〜４９ｃが面内に厚み分布を有するので、画面内の領域Ｂｃ，Ｂ１〜Ｂ７によって照明光の中心光束の入射角θが異なっていても、このような入射角θの分布を相殺するような光学補償が可能になり、液晶パネル４１ａ〜４１ｃのコントラスト特性を画面内の広い領域で改善することができる。
【００３８】
この発明は、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。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、液晶パネル４１ａ〜４１ｃがツイストネマティック型であるとしたが、垂直配向型の液晶パネルおいても、上記と同様に液晶リタデーションの補償量が画面内で異なる場合があり、この場合も、光学補償部材の厚みの面内分布を調整することによって、液晶パネルの光学的に補償が効率よく達成され、画面内の各点でコントラストを向上させることができる。なお、垂直配向型の液晶パネルをノーマリオフで動作させる場合、上記光学補償部材４９ａと同様に面内に位相差分布を有する光学補償部材によって、液晶パネル中の液晶性化合物のプレチルトに起因する意図しない位相ズレである液晶リタデーションを、照明光の入射角に応じた2次元的な分布で補償することになる。
【００４０】
また、上記実施形態では、光学補償部材４９ａ〜４９ｃによって遮光するオン状態の液晶パネル４１ａ〜４１ｃの液晶リタデーションを補償しているが、光を透過させるオフ状態の液晶パネル４１ａ〜４１ｃの液晶リタデーションを補償することもでき、この場合も、面内に位相差分布を有する光学補償部材によって照明光の入射角応じた2次元的な分布でより的確な補償が可能になる。
【００４１】
また、上記実施形態では、光学補償部材４９ａ〜４９ｃが、２枚の光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２で構成されるとしたが、光学補償部材４９ａ〜４９ｃを１枚又３枚以上の光学補償板で構成することもできる。
【００４２】
また、上記実施形態では、光学補償部材４９ａ〜４９ｃが、一様に傾斜した厚みを有するものとしたが、２次元的な傾斜分布を設けることもできる。すなわち、光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２の表面を自由曲面で形成することができる。この場合、各光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２で表面での屈折が結像に影響する可能性もあるが、各光学補償板ＯＣ１，ＯＣ２の自由曲面間に近似する屈折率の接着剤を挟んで固定することにより、屈折による投射像の劣化を防止できる。
【００４３】
また、上記実施形態では、光学補償部材４９ａ〜４９ｃに厚みの面内分布を持たせることとしているが、屈折率の大きさや異方性に面内分布を持たせることによって目的とする位相差分布を達成することもできる。
【００４４】
また、上記実施形態では、光学補償部材４９ａ〜４９ｃが、システム光軸ＳＡに垂直に配置されるものとしているが、これらをシステム光軸ＳＡに対して適宜傾斜させて配置することもできる。
【００４５】
また、上記実施形態の光源装置１０に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。また、光源装置１０は、副鏡１３を有しないタイプの光源とすることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。
【００４７】
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１等に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【００４８】
また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクタ１００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、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。
【００４９】
また、上記実施形態では、本発明に係る画像表示装置をプロジェクタに適用する場合について説明したが、本発明は、プロジェクタ以外のディスプレイその他の画像表示装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクタについて説明する断面図である。
【図２】液晶ライトバルブの構造を説明する図である。
【図３】（Ａ）は液晶パネルの正面図であり、（Ｂ）は液晶パネルの側面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ライトバルブの視野角特性を観念的に説明するグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１０…光源装置、  １１…発光管、  １４…平行化レンズ、  ２０…均一化光学系、  ２３，２４…レンズアレイ、  ２５…重畳レンズ、  ２７…偏光変換装置、  ３０…色分離導光光学系、  ３１ａ，３１ｂ…ダイクロイックミラー、  ４０…光変調部、  ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ、  ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、  ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…第１偏光フィルタ、  ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…第２偏光フィルタ、  ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ…光学補償部材、  ５０…クロスダイクロイックプリズム、  ６０…投射レンズ、  ７０…液晶パネル本体、  ７１…液晶層、  ７２…第１基板、  ７３…第２基板、  １００…プロジェクタ、  ＳＡ…システム光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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