JP2011164373A - 反射型液晶装置及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】液晶パネルの固体差や光学補償板の設置ズレによらず高コントラスト化を実現できる反射型液晶装置及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】一対の基板８１，８２間に挟持され、プレチルトを有する液晶セル８３と、一対の基板８１，８２の外側に設けられ、負の屈折率異方性を有するとともに厚さ方向に沿う第１の光軸Ｃ１を有する光学補償板８４と、を備えた反射型液晶装置８である。光学補償板８４は、この光学補償板８４が液晶セル８３の板面に対して平行に位置する際の第１の光軸Ｃ１と液晶セル８３の液晶分子８３１の第２の光軸Ｃ２とがなす鋭角θ１を基準角としたとき、基準角θ１の角度を大きくする第１の方向ｄ１に傾斜可能とされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、反射型液晶装置及びプロジェクターに関するものである。

近年、液晶プロジェクターの高コントラスト化が進み、ＴＮ液晶からＶＡ液晶に置き換わりつつある。ＶＡ液晶はパネルに垂直な方向のコントラストが高く、しかも簡単な視角補償で広い視角が得られるという特徴がある。プロジェクターにおいて視角が広くなると、投射レンズに呑み込まれる角度範囲のコントラストが向上して投射映像のコントラストを高くすることができる。

一方、液晶テレビ等に使用されるＶＡ液晶は、通常、光学補償板（いわゆるＣプレート）を組み合わせることで広い視角範囲で高いコントラストが得られるようになっている。これに対し、液晶プロジェクターのライトバルブに使用されるＶＡ液晶では、このような視角補償は出来ない。ライトバルブは非常に高精細であるために、液晶テレビで採用されているような配向制御手段（突起や電極開口）を微小な画素内に作りこむことが出来ず、やむなくＶＡ液晶を垂直から数度傾けて（以下、プレチルト）配向制御しているからである。このようなプレチルトを持ったＶＡ液晶をＣプレートで補償しようとしても、液晶パネルに垂直な方向に位相差が残り、高いコントラストを得ることができない。

そこで、上記Ｃプレートと、素子表面に対して傾斜する光軸を有する光学補償板（いわゆるＯプレート）とを組み合わせ、液晶パネルの外面に配置することで視角特性を補償し、高コントラストかつ広視角な特性が得られるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、透過型のＶＡ液晶パネルの外側に、液晶パネルの光軸とＣプレートの光軸とが平行になるようにＣプレートを傾けた状態で配置し、ＶＡ液晶の正面位相差をＣプレートのみで補償する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−１６４７５４号公報 特開２００９−３７０２５号公報

ところで、上述したような光学補償板を反射型のＶＡ液晶に適応することも考えられる。しかしながら、上記特許文献１の技術を用いると、高価な光学補償板を２枚必要とするため、コストが高くなるという問題がある。上記特許文献２の技術では、貼り付け治具による貼り付け誤差等によってＣプレートの傾斜方向がずれて液晶パネルに貼着されてしまう可能性がある。また、Ｃプレートの製造時の誤差により、板面と光軸とがずれて形成される可能性もある。さらに、ＶＡ液晶パネルは液晶配向の方位角ズレが生じている可能性もある。
このような傾斜方向のズレや液晶配向の方位ズレ等の光学条件のバラツキが生じていると、反射型ＶＡ液晶パネルの外面に、液晶分子の光軸とＣプレートの光軸とが平行となるようにＣプレートを傾けて設置しても高コントラストが得られない場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、液晶パネルの固体差や光学補償板の設置ズレ等の光学条件のバラツキによらず高コントラスト化を実現できる反射型液晶装置及びプロジェクターを提供することを目的としている。

本発明の反射型液晶装置は、一対の基板間に挟持され、プレチルトを有する液晶セルと、
前記一対の基板の外側に設けられ、負の屈折率異方性を有するとともに厚さ方向に沿う第１の光軸を有する光学補償板と、を備え、前記光学補償板は、当該光学補償板が前記液晶セルの板面に対して平行に位置する際の前記第１の光軸と前記液晶セルの液晶分子の第２の光軸とがなす鋭角を基準角としたとき、該基準角の角度を大きくする第１の方向に傾斜可能とされていることを特徴とする。

本発明の反射型液晶装置は、透過型液晶装置とは逆の第１の方向にも光学補償板を傾斜させることができるので、例えば光学補償板の傾斜治具の回転軸ズレ、液晶分子の配向方向のズレ、光学補償板における板面と光軸とのズレ等の実用上発生する可能性が高いものの、一方向への傾斜のみでは十分に補償することが難しかった光学条件のバラツキを想定した広い光学補償を行うことができる。したがって、上記光学条件のバラツキが発生した場合においても高コントラストな表示を得ることができる。

また、上記反射型液晶装置においては、前記光学補償板を傾斜させる回転軸が該光学補償板の板面上に配置されており、前記液晶セルのプレチルト方向と、傾斜した前記光学補償板から発現される遅相軸方向とが略直交するのが好ましい。
この構成によれば、第１の方向に光学補償板を傾斜させることにより、液晶セルのプレチルト方向と光学補償板から発現される遅相軸方向とが略直交し、液晶セルによって生じた位相差を光学補償板で良好に補償することで高コントラストな表示を得ることができる。

また、上記反射型液晶装置においては、前記光学補償板を傾斜させる回転軸が該光学補償板の板面上になくずれた位置に配置されており、傾斜させる前記光学補償板の光軸の方位角方向が前記液晶セルのプレチルトの方位角方向と交差しているのが好ましい。
回転軸が光学補償板の板面上に存在しない（光学補償板が回転保持機構にずれた状態で設置される）と、光学補償板を回転させる方向によっては液晶分子の光軸（第２の光軸）方向と光学補償板から発現される遅相軸方向とを略直交させることができない。すなわち、光学補償板には最適回転方向が存在する。
本発明を採用すれば、従来とは逆の第１の方向に光学補償板を傾斜可能であるため、このような場合においても、液晶セルによって生じた位相差を良好に補償することができる。

また、上記反射型液晶装置においては、前記光学補償板は、前記基準角の角度を小さくする第２の方向にも傾斜可能とされており、前記第１の方向及び前記第２の方向に対して連続的に傾斜調整が可能とされているのが好ましい。
この構成によれば、第１の方向及び第２の方向に対して光学補償板の傾斜角度を連続的に調整可能とされるので、光学補償板による補償性能を向上させることができる。

本発明のプロジェクターは、上記反射型液晶装置を備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクターによれば、光学条件のバラツキが発生した場合においても高コントラスト化が実現できる反射型液晶装置を備えるので、表示品質が高く信頼性の高いプロジェクターを提供できる。

本発明に係るプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 １系統の画像形成系における光路を示す模式図である。 反射型液晶パネルの構成を模式的に示す分解斜視図である。 反射型液晶パネルの断面構成を示す図である。 ズレのない補償板及び液晶層の光軸の初期の位置関係を示す斜視図である。 図５の平面図に対応するものである。 光学補償板が発現する遅相軸と液晶分子の光軸との関係を示す図である。 補償板を傾斜させた際のコントラストを示す図である。 ズレのある補償板及び液晶層の光軸の初期の位置関係を示す斜視図である。 図９の平面図に対応するものである。 光学補償板の光軸を極座標で示した図である。 傾いた光学補償板を回転し際に発現される遅相軸の変化を示す図である。 光学補償板の遅相軸と液晶分子の遅相軸との位置関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本発明に係る一実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。図１に示すようにプロジェクター１は、光源２、インテグレーター光学系３、色分離光学系４、３系統の画像形成系５、色合成素子６、および投射光学系７を有している。３系統の画像形成系５として、第１の画像形成系５ａ、第２の画像形成系５ｂ、および第３の画像形成系５ｃが設けられている。プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。

光源２から出射された光源光は、インテグレーター光学系３に入射する。インテグレーター光学系３に入射した光源光は、照度が均一化されるとともに偏光状態が揃えられて出射される。インテグレーター光学系３から出射された光源光は、色分離光学系４により複数の色光に分離され、色光ごとに異なる系統の画像形成系５に入射する。３系統の画像形成系５の各々に入射した色光は、表示すべき画像の画像データに基づいて変調されて変調光となる。３系統の画像形成系５から出射された３色の変調光は、色合成素子６により合成されて多色光となり、投射光学系７に入射する。投射光学系７に入射した多色光は、スクリーン等の被投射面（図示略）に投射される。これにより、被投射面にフルカラーの画像が表示される。

次に、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。
光源２は、光源ランプ２１および放物面リフレクター２２を有している。光源ランプ２１から放射された光は、放物面リフレクター２２によって一方向に反射されて略平行な光線束となり、光源光としてインテグレーター光学系３に入射する。光源ランプ２１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。また、放物面リフレクター２２の代わりに楕円リフレクター、球面リフレクター等によりリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから出射された光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。

インテグレーター光学系３は、第１のレンズアレイ３１、第２のレンズアレイ３２、入射側開口絞り３３、偏光変換素子３４、および重畳レンズ３５を有している。インテグレーター光学系３の光軸３０は、光源２の光軸２０と略一致しており、上記のインテグレーター光学系３の構成要素の各々は、中心位置がインテグレーター光学系３の光軸３０上に並ぶように配置されている。

第１のレンズアレイ３１は、光源２の光軸２０に略直交する面に配列された複数のレンズ要素３１１を有している。第２のレンズアレイ３２は、レンズ要素３１１と同様に複数のレンズ要素３２１を有している。レンズ要素３１１、３２１は、例えばマトリックス状に配列されており、光軸３０に直交する平面での平面形状が、図２に示す反射型液晶パネル（反射型液晶装置）８の被照明領域８０と相似形状（ここでは、略矩形）になっている。被照明領域８０は、反射型液晶パネル８において複数の画素が配列された領域の全体を含む領域である。

偏光変換素子３４は、複数の偏光変換ユニット３４１を有している。偏光変換ユニット３４１は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板および反射ミラーを有している。

第１のレンズアレイ３１のレンズ要素３１１は、第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１と１対１で対応している。第２のレンズアレイ３２のレンズ要素３２１は、偏光変換素子３４の偏光変換ユニット３４１と１対１で対応している。互いに対応関係にあるレンズ要素３１１、３２１および偏光変換ユニット３４１は、光軸３０と略平行な軸に沿って並んでいる。

インテグレーター光学系３に入射した光源光は、第１のレンズアレイ３１の複数のレンズ要素３１１に空間的に分かれて入射し、レンズ要素３１１に入射した光源光ごとに集光される。レンズ要素３１１により集光された光源光は、入射側開口絞り３３を通り、このレンズ要素３１１と対応するレンズ要素３２１に結像する。すなわち、第２のレンズアレイ３２の複数のレンズ要素３２１の各々に二次光源像が形成される。レンズ要素３２１に形成された二次光源像からの光は、このレンズ要素３２１に対応する偏光変換ユニット３４１に入射する。

偏光変換ユニット３４１に入射した光は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。ここでは、偏光変換ユニット３４１を通った光の偏光状態が、後述するＷＧ素子５４の偏光分離面に対するＰ偏光に揃えられるようになっている。複数の偏光変換ユニット３４１の各々から出射された光は、重畳レンズ３５に入射して屈折し、反射型液晶パネル８の被照明領域８０に重畳される。第１のレンズアレイ３１により空間的に分割された複数の光線束の各々が、被照明領域８０の略全域を照明することにより、複数の光線束で照度分布が平均化され、被照明領域８０での照度が均一化される。

色分離光学系４は、波長選択面を有する第１〜第３のダイクロイックミラー４１〜４３、および第１、第２の反射ミラー４４、４５を有している。第１のダイクロイックミラー４１は、赤色光を反射させるとともに、緑色光および青色光を透過させる特性を有している。第２のダイクロイックミラー４２は、赤色光を透過させるとともに、緑色光および青色光を反射させる特性を有している。第３のダイクロイックミラー４３は、緑色光を反射させるとともに、青色光を透過させる特性を有している。第１、第２のダイクロイックミラー４１、４２は、各々の波長選択面を互いに略直交するように、かつ各々の波長選択面がインテグレーター光学系３の光軸３０と略４５°の角度をなすように配置されている。

色分離光学系４に入射した光源光に含まれる赤色の光Ｌ１０、緑色の光Ｌ２０および青色の光Ｌ３０は、以下のようにして分離され、分離された色光ごとに対応する画像形成系５に入射する。
光Ｌ１０は、第２のダイクロイックミラー４２を透過するとともに第１のダイクロイックミラー４１で反射した後に、第１の反射ミラー４４で反射して、第１の画像形成系５ａに入射する。
光Ｌ２０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３で反射して、第２の画像形成系５ｂに入射する。
光Ｌ３０は、第１のダイクロイックミラー４１を透過するとともに第２のダイクロイックミラー４２で反射した後に、第２の反射ミラー４５で反射し、次いで第３のダイクロイックミラー４３を透過して、第３の画像形成系５ｃに入射する。

第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃは、いずれも同様の構成になっている。ここでは、第１〜第３の画像形成系５ａ〜５ｃを代表して、第２の画像形成系５ｂの構成について説明する。

また、上記投射光学系７は、図１に示したように第１のレンズ部７１および第２のレンズ部７２を有している。

図２に示すように第２の画像形成系５ｂは、入射側偏光板５１、ワイヤーグリッド型ＰＢＳ５２、反射型液晶パネル８、および出射側偏光板５５を有している。

色分離光学系４から出射される光源光の一部である緑色の光Ｌ２０は、入射側偏光板５１に入射する。入射側偏光板５１は、直線偏光を通すものであり、次に説明するＷＧ素子５４の偏光分離面に対するＰ偏光を通すように、透過軸が設定されている。以下、ＷＧ素子５４の偏光分離面に対するＰ偏光を単にＰ偏光と称し、ＷＧ素子５４の偏光分離面に対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する。上述のように、インテグレーター光学系３を通った光源光は、偏光状態がＰ偏光に揃えられており、光Ｌ２０のほとんどが入射側偏光板５１を通り、ワイヤーグリッド型ＰＢＳ５２に入射する。

ワイヤーグリッド型ＰＢＳ５２は、ＷＧ素子５４を含んでいる。破線の直方体５３は位置関係を明確にするために描いた補助線であって実体は無い。ワイヤーグリッド型ＰＢＳは従来の誘電体多層膜タイプのＰＢＳとは異なり、三角プリズムで挟む必要がないからである。入射側偏光板５１、反射型液晶パネル８、出射側偏光板５５は、図では分かりやすいように離間して描いているが、実際にはこの直方体５３にほぼ接するように配置している。

ＷＧ素子５４は、誘電体層５４１、および複数の金属線５４２を含んでいる。誘電体層５４１は、ガラス基板などにより構成される。複数の金属線５４２は、誘電体層５４１の表面に設けられている。複数の金属線５４２は、いずれも一方向（Ｚ方向）に延在しており、互いに略平行に並んでいる。複数の金属線５４２の延在方向が反射軸方向Ｄ_１であり、複数の金属線５４２が並ぶ方向が透過軸方向Ｄ_２である。偏光分離面は、反射軸方向Ｄ_１に平行かつ透過軸方向Ｄ_２に平行なＷＧ素子５４の主面である。偏光分離面の法線方向は、偏光分離面に入射する光Ｌ２０の中心軸に対して略４５°の角度をなしている。

偏光分離面に入射した光Ｌ２０のうちで、偏光方向が反射軸方向Ｄ_１であるＳ偏光（第１の偏光）は偏光分離面で反射し、偏光方向が透過軸方向Ｄ_２であるＰ偏光（第２の偏光）は偏光分離面を透過する。インテグレーター光学系３から出射された緑色の光Ｌ２０は、概ねＰ偏光になっており、偏光分離面を通って反射型液晶パネル８に入射する。

図３に示すように反射型液晶パネル８は、素子基板（一対の基板の一方）８１、対向基板（一対の基板の他方）８２、液晶層（液晶セル）８３、および光学補償板８４を有している。素子基板８１は、対向基板８２と対向して設けられている。液晶層８３は、素子基板８１と対向基板８２との間に設けられている。光学補償板８４は、対向基板８２に対して液晶層８３と反対に設けられている。ＷＧ素子５４を通った緑色の光Ｌ２０は、光学補償板８４に入射して対向基板８２を通り、液晶層８３に入射した後に素子基板８１で反射して折り返される。緑色の光Ｌ２０は、液晶層８３を通る間に変調されて光Ｌ２１となり、対向基板８２および光学補償板８４を通って、反射型液晶パネル８から出射される。

素子基板８１は、シリコン基板やガラス基板を基体８１ａとして構成される（図４参照）。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）になる。素子基板８１は、複数のゲート線８５、複数のソース線８６、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴという）８７、および画素電極８８を含んでいる。

複数のゲート線８５は、互いに平行に延在している。複数のソース線８６は、互いに平行に延在している。ゲート線８５の延在方向（Ｘ方向）は、ソース線８６の延在方向（Ｚ方向）と交差（ここでは直交）している。ゲート線８５が、ソース線８６と交差する部分ごとに、ＴＦＴ８７が設けられている。ゲート線８５は、ＴＦＴ８７のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線８６は、ＴＦＴ８７のソース領域と電気的に接続されている。

ゲート線８５とソース線８６とに囲まれる部分は、１つの変調要素になっている。本実施形態では、１つの変調要素が１つの画素Ｐになっている。複数の画素Ｐは、１方向（Ｘ方向）に等ピッチで配列されており、また他の１方向（Ｚ方向）に等ピッチで配列されている。複数の画素Ｐには、画素Ｐごとに独立した島状の画素電極８８が設けられている。本実施形態の画素電極８８は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図３では、画素電極８８を切欠いて、画素電極８８の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極８８は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線８５、ソース線８６、ＴＦＴ８７を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極８８は、ＴＦＴ８７のドレイン領域と電気的に接続されている。

図４に示すように、画素電極８８を覆って配向膜８９が設けられている。なお、対向基板８２との仕事関数差がフリッカーや焼き付きの原因となる場合には、配向膜８９と画素電極８８との間に絶縁膜を設けるようにしてもよい。

対向基板８２は、ガラス基板を基体８２ａとして構成されており、図４に示すように、対向基板８２の液晶層８３側に透明導電材料からなる共通電極９０が設けられている。共通電極９０の液晶層８３側に配向膜９１が設けられている。

上記配向膜８９，９１は、例えば斜方蒸着法により形成される。蒸着開始時の真空度は５×１０^−３Ｐａ、基板温度は１００℃とした。また、膜に異方性を付与するため、基板面から４５度傾いた方向から蒸着を行った。このようにすることで、蒸着と同じ方位に、基板面から７０度傾いた方向にＳｉＯ_２のカラムが成長した。上下の基板８１，８２上の配向膜８９，９１は、互いに反平行になるよう形成した。またこの配向膜８９，９１上で、誘電率異方性が負の液晶層８３の液晶分子８３１は、蒸着と同じ方位に基板面に沿う方向を基準（０°）としたプレチルト角θ_Ｐが例えば８５°となっている。

液晶層８３は、例えばＶＡモードの液晶層により構成される。素子基板８１と対向基板８２とのセルギャップは、例えば１．８μｍ程度であり、このセルギャップに液晶材料が封入されて液晶層８３が構成されている。液晶材料は、誘電率異方性が負であり、複屈折性Δｎが例えば０．１２のものである。

本実施形態に係る反射型液晶パネル８は、光学補償板８４を傾斜させて配置可能な傾斜機構１００を有している。光学補償板８４は、負の屈折率異方性を有するとともに厚さ方向に沿う光軸Ｃ１（第１の光軸）を備えるＣプレートにより構成される。光学補償板８４の屈折率は、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚであり、厚み方向のリタデーションの値が２２０ｎｍ（（ｎｘ＋ｎｘ）/２−ｎｚ）・ｄである。なお、ｄは光学補償板の厚み、ｎｘ及びｎｙは、それぞれ光学補償板８４の面方向の主屈折率を示し、ｎｚは光軸Ｃ１方向の主屈折率を示すものである。

傾斜機構１００は、液晶層８３の板面（すなわち素子基板８１の表面）に対して光学補償板８４が平行に位置する際の光軸Ｃ１と液晶分子８３１の光軸（第２の光軸）Ｃ２とがなす鋭角を基準角度θ１としたとき、該基準角度θ１を大きくする第１の方向、或いはその反対に小さくする第２の方向に光学補償板８４を傾斜させて配置することができる。

ここで、第１の方向ｄ１への傾斜とは、光軸Ｃ１の方向と光軸Ｃ２の方向とが平行に近づく状態から離れる方向に光学補償板８４を傾斜する（以下、逆方向傾斜と称す）ことを意味し、図４中においては反時計回り方向に対応する。また、第２の方向ｄ２への傾斜とは、光軸Ｃ１の方向と光軸Ｃ２の方向とが互いに平行に近づく方向に光学補償板８４を傾斜する（以下、順方向傾斜と称す）ことを意味し、図４においては時計回り方向に対応する。なお、傾斜機構１００は順方向から逆方向へと光学補償板８４の傾斜角度を連続的に調整可能となっており、これにより光学補償板８４による補償性能を高めている。

本発明は、後述するように光学補償板８４の順方向傾斜及び逆方向傾斜のいずれにおいても、同等の光学補償性が得られるという反射型液晶パネルの特性を利用し、傾斜機構１００が光学補償板８４を順方向傾斜及び逆方向傾斜のいずれも可能な構成を採用している。

次に、傾斜機構１００の動作について説明する。まず、傾斜機構１００に位置ズレのない状態で光学補償板６４が設置された場合について説明する。

図５は傾斜前における光学補償板８４及び液晶層８３の光軸の位置関係を示す斜視図であり、図６は図５における平面図に対応するものであり、図７は傾斜機構１００により傾斜された光学補償板６４により発現される遅相軸と液晶層８３の光軸との位置関係を示す平面図である。図８は傾斜機構１００により光学補償板８４を順方向に傾斜させた場合、或いは逆方向に傾斜させた場合における反射型液晶パネル８のコントラストを測定した結果を示したグラフである。

光学補償板６４は、傾斜前の初期状態において、図５，６に示すように、光軸Ｃ１の方向が液晶層８３の厚さ方向に一致している。また、傾斜機構１００における光学補償板６４の回転軸Ｒ１は、光学補償板６４の主屈折率ｎｘとｎｙとで形成される平面を含み、液晶層８３の表面と平行なＸＹ平面上に設定されている。

図５、６に示すように、液晶分子８３１の光軸Ｃ２は、上記ＸＹ平面内において、＋Ｘ軸方向から反時計回りに４５°をなす方向に設定されている。傾斜機構１００は、光軸Ｃ１の方位角方向とプレチルトを有する液晶分子８３１の光軸Ｃ２の方位角方向とを一致させるように光学補償板６４を傾斜させるようになっている。

傾斜機構１００は、上記回転軸Ｒ１に沿って光学補償板６４を時計回り或いは反時計のいずれかに回転（順方向傾斜或いは逆方向傾斜）させると、屈折率楕円体６４ａの断面が図７に示すような楕円形状となる。すなわち、光学補償板６４は、傾斜機構１００によって傾斜されることで、液晶分子８３１の光軸Ｃ２と略直交する方向に遅相軸Ｃ３を発現させることができる。これにより、光学補償板６４は、プレチルトを有した液晶分子８３１を透過する際に生じた位相差を良好に補償することが可能となる。

ここで、反射型液晶パネル８では、透過型液晶パネルと異なり、傾斜機構１００により光学補償板６４を順方向或いは逆方向のいずれに傾斜させた場合でも、図８のグラフに示されるように、同等のコントラストが得られるようになっている。これは、反射型液晶パネルは透過型液晶パネルと異なり、光が液晶層８３を２度通過するため、入射光および反射光のリタデーションが異なるが、その総和が平均化されて略一定（自己補償型）となるからである。そのため、視野角特性が比較的対称となり易く、光学補償板６４の傾斜方向が逆になっても正面位相差を補償することができ、順方向と同等のコントラストを得ることができるのである。

ところで、光学補償板６４を傾斜機構１００に位置ズレが完全にない状態で設置することは現実的に非常に困難である。そこで、傾斜機構１００に設置された光学補償板６４に初期状態から位置ズレ（光学条件のバラツキ）が生じている場合について説明する。

図９は傾斜前における光学補償板８４及び液晶層８３の光軸の位置関係を示す斜視図であり、図１０は図９における平面図に対応し、光学補償板８４を傾斜させることで発現する遅相軸を示すものである。

図９、１０に示すように、液晶分子８３１の光軸Ｃ２は、図５と同様、上記ＸＹ平面において、＋Ｘ軸方向から反時計回りに４５°をなす方向に設定されている。また、光学補償板６４の光軸Ｃ１の方位角方向は、＋Ｘ軸方向から反時計回りに１３５°をなす方向に設定されている。

光学補償板６４は、光軸Ｃ２の方向が液晶層８３の厚さ方向（上記Ｚ方向）とずれており、光学補償板６４の光軸Ｃ１の方位角方向と液晶分子８３１の光軸Ｃ２の方位角方向とが交差している。すなわち、光学補償板６４は光軸Ｃ１が上記方向に位置ずれした状態で傾斜機構１００に設置されている。したがって、上記ＸＹ平面上に設定されている光学補償板６４の回転軸Ｒ１は、光学補償板６４の主屈折率ｎｘとｎｙとで形成される板面上になくずれた位置に設定されている。

傾斜機構１００は、上記回転軸Ｒ１に沿って光学補償板６４を時計回り或いは反時計のいずれかに回転（順方向或いは逆方向傾斜）させると屈折率楕円体６４ａの断面が楕円形状となる。しかしながら、図１０に示すように、光学補償板６４の傾斜方向によって光軸Ｃ１の傾斜方向が異なるため、光軸Ｃ１に略直交する方向に発現される遅相軸Ｃ３も傾斜方向によって変化することとなる。
したがって、このように傾斜機構１００に設置された光学補償板６４に初期状態から位置ズレが生じていると、光学補償板８４を傾斜させる方向が重要となる。

続いて、光軸Ｃ２の初期状態の傾き方向を数式化し、光学補償板８４を傾けた時に発現される遅相軸Ｃ３の変化について一般化した場合について説明する。図１１は光学補償板８４の光軸Ｃ１を極座標で示す図であり、図１２は上述のように光軸Ｃ１が初期状態にて、所定方向に傾いている光学補償板８４を回転させることで発現される遅相軸の変化範囲を示したグラフであり、図１３は液晶層の厚み方向からみたときの光学補償板８４の遅相軸と液晶分子８３１の遅相軸との位置関係を示す図である。なお、図１１においては、Ｘ軸方向を液晶分子８１３のチルト方向とし、液晶層８３の板面に平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面に直交する液晶層８３の厚み方向にＺ軸を規定している。

図１１では、初期状態（傾斜機構１００における傾斜前の状態）で光軸Ｃ１をベクトルＡで示し、Ｙ軸中心に角度θｙだけ回転させた後の光軸Ｃ１をベクトルＣで示している。ここで、ベクトルＣで示される光軸Ｃ１の遅相軸は、ＸＹ平面上にあるベクトルＣと直行することから垂直ベクトルＣ⊥で示すことができる。

ここで、ベクトルＡを極座標で示すと下式（１）となる。なお、ｒ＝１とした。また、下式（２）は、ＡベクトルをＹ軸周りにθｙ回転させる回転行列である。Ａベクトルと回転行列との積により、下式（３）に示すベクトルＣが求まる。さらに、ベクトルＣに対するＸＹ平面上における垂直ベクトルＣ⊥は下式（４）で算出される。

式（４）に光軸Ｃ１の初期の角度θ、φ（図１１参照）を設定することで、光学補償板８４を回転させた際の遅相軸を算出することが可能となっている。例えば、初期の角度がΦ＝３０°、θ＝０．２５°であり、液晶分子８３１のプレチルトが８９°の場合、Ｙ軸中心に回転させた時の遅相軸を図１４のグラフに示す。ここで、図１２のグラフにおける横軸はθｙの値（光学補償板８４の回転角度）を示し、光学補償板８４を逆方向（光軸Ｃ１が液晶分子８３１の光軸Ｃ２から離れる方向）に傾斜させる場合を正とし、反対の順方向（光軸Ｃ１が液晶分子８３１の光軸Ｃ２に近づく方向）に傾斜させる場合を負とした。

図１２，１３に示されるように、逆方向傾斜を行う場合、光学補償板８４の遅相軸（垂直ベクトルＣ⊥）は、ＸＹ平面において＋Ｘ軸方向を基準に反時計回りを正とする回転角度で−６０°〜−９０°の範囲で変化する。一方、順方向傾斜を行う場合、光学補償板８４の遅相軸は、１５°〜９０°の範囲で変化する。なお、±９０°の場合とは、遅相軸が液晶分子８３１のプレチルト方向（Ｘ軸）と直交し、液晶分子８３１による位相差を良好に補償することでコントラストが最大となることを示す。

図１３に示されるように、光学補償板８４の傾斜角θｙが±１〜２°の範囲では、逆方向傾斜を行う方が順方向傾斜を行う場合に比べて、液晶分子８３１のプレチルト方向（Ｘ軸）と直交する方向に遅相軸を発現させることができ、コントラストの最大値を表示することができる。すなわち、本実施形態に係る反射型液晶パネル８によれば、最大のコントラスト表示を得るに際し、光学補償板８４を傾斜させる傾斜角度を小さくすることができる。これは、プロジェクター１のように、反射型液晶パネル８の周囲に光学部材が配置されており、光学補償板８４を回転させるためのスペースが限られる場合（傾斜角度が限られる場合）において特に有効となる。

ところで、液晶分子８３１にプレチルトを呈する無機配向膜８８、８９は、上述したように斜方蒸着法を用いて形成される。斜方蒸着法では、蒸着源から基板面の外側に向かって蒸着方向（角度）が広がるため、カラムの成長する向きにずれが生じて液晶分子８３１の方位角がずれることで液晶分子８３１の光軸Ｃ２の方位角方向が図１０，１１中鎖線で示されるようにずれる可能性がある。したがって、反射型液晶パネル８においては、このような液晶分子８３１の配向方向のズレといった光学条件のバラツキが生じている可能性がある。

例えば、上述したような液晶分子８３１の配向方位ズレによって液晶分子８３１のプレチルト方向（光軸Ｃ１方向）が、図１３中１点鎖線で示すようにＸ方向から３°程度ずれた場合、液晶分子８３１の光軸Ｃ１方向に対して略直交する方向に遅相軸Ｃ３を発現させるのは光学補償板８４を逆方向傾斜させたときのみである。すなわち、逆方向傾斜を行う場合においてのみ、反射型液晶パネル８におけるコントラストを最大にすることができる。

現実的に、光学補償板８４を傾斜機構１００にズレなく設置し、光学補償板８４の回転中心のズレや、液晶分子の配向方向のズレや、製造誤差による光学補償板８４の光軸Ｃ１のズレ等といった光学条件のバラツキの発生を抑えることは非常に困難である。このような光学条件のバラツキが発生すると、良好な補償を行うためには上述のように光学補償板８４を傾斜させる最適な向きが変化してしまう。

本実施形態に係る反射型液晶パネル８によれば、上記傾斜機構１００により光学補償板８４を順方向及び逆方向に傾斜可能となっているので、一方向への傾斜のみでは十分に補償することが難しい光学条件のバラツキを想定した広い光学補償を行うことができる。したがって、上記光学条件のバラツキが発生した場合であっても高コントラストな表示が得られるようになっている。

以上のような構成の反射型液晶パネルにおいて、ゲート線８５にゲート信号が供給されると、このゲート線８５に接続されたＴＦＴ８７がオンになる。ＴＦＴ８７がオンになった状態で、画素ごとの階調値に応じたソース信号がソース線８６に供給され、ソース信号がＴＦＴ８７を経て画素電極８８に供給される。画素電極８８にソース信号が供給されると、この画素電極８８と共通電極との間に電界が印加され、この電界に応じて液晶層８３の配向状態が画素Ｐごとに変化する。画素Ｐに入射した光Ｌ２０は、この画素Ｐにおける液晶層８３の配向状態に応じて偏光状態が変化する。液晶層８３を通った光Ｌ２０は、変調された光Ｌ２１として液晶層８３の光出射面から出射される。

本実施形態では、画素Ｐにおける液晶層８３に電界が印加されていない状態で、この画素Ｐに入射した光Ｌ２０は、ほぼ偏光状態が変化せずにＰ偏光のまま出射される。画素Ｐにおける液晶層８３に電界が印加されている状態で、この画素Ｐに入射した光Ｌ２０は、画像データに規定された階調値に応じた比率でＰ偏光がＳ偏光へと変化する。すなわち、光Ｌ２１に含まれるＳ偏光は、表示すべき画像を示す光であり、光Ｌ２１に含まれるＰ偏光は、表示すべき画像の反転画像を示す光である。複数の画素Ｐの各々から出射された光Ｌ２１の中心軸は、互いに略平行になっており、液晶層８３の光出射面と略垂直になっている。

再び図２に戻り、反射型液晶パネル８から出射された光Ｌ２１は、ＷＧ素子５４の偏光分離面に入射する。光Ｌ２１に含まれるＰ偏光が偏光分離面を透過し、光Ｌ２１に含まれるＳ偏光が偏光分離面で反射する。光Ｌ２１のうちで、偏光分離面で反射した光Ｌ２３（主としてＳ偏光）は、出射側偏光板５５に向かって進行する（図２参照）。なお、光Ｌ２１のうちで偏光分離面を透過した光（主としてＰ偏光）は、入射側偏光板５１に向かって進行し、投射光学系７に向かう光路から除かれる。出射側偏光板５５は、直線偏光を通すものであり、Ｓ偏光を通すように透過軸が設定されている。光Ｌ２３のうちで出射側偏光板５５を通った光Ｌ２４は、色合成素子６に入射する。

図１に示した第１の画像形成系５ａに入射した赤色の光Ｌ１０は、緑色の光Ｌ２０と同様にして変調され、表示すべき画像を示すＳ偏光の赤色の光Ｌ１４として、第１の画像形成系５ａから出射される。同様に、表示すべき画像を示すＳ偏光の青色の光Ｌ３４が、第３の画像形成系５ｃから出射される。図３に示すように光Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３４は、色合成素子６に入射する。

色合成素子６は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光を反射させるとともに緑色光および青色光を透過させる特性の波長選択面と、青色光を反射させるとともに赤色光および緑色光を透過させる特性の波長選択面とが互いに直交して形成されている。

ダイクロイックプリズムに入射した緑色光のＳ偏光であるＬ２４は、波長選択面を通ってそのまま出射される。ダイクロイックプリズムに入射したＳ偏光の赤色の光Ｌ１４、Ｓ偏光の青色の光Ｌ３４は、波長選択面で選択的に反射あるいは透過して、Ｓ偏光の緑色の光Ｌ２４の出射方向と同じ方向に出射される。緑色光Ｌ２４は、必要に応じて２分の１波長板でＰ偏光に変換しても良い。その方がダイクロイックプリズムを効率良く透過する。このように、３つの色光は、重ね合わされて合成され、多色光Ｌとなり投射光学系７に入射する。

以上述べたように、本発明を適用した反射型液晶パネル８にあっては、実用上発生する可能性が極めて高い光学条件のバラツキが発生した場合であっても高コントラストな表示を得ることができる。

また、本発明の反射型液晶パネル８を適用したプロジェクター１によれば、上記光学条件のバラツキを想定した光学補償性を備えることで高コントラストな表示が得られ、表示品質が高く信頼性の高いプロジェクターを提供できる。

なお、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、光源としては、ランプ光源の代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の固体光源を用いてもよい。インテグレーター光学系や色分離光学系の構成は、光源の種類等に応じて、省略あるいは変更される。

１…プロジェクター、８…反射型液晶パネル（反射型液晶装置）、８１…素子基板（一対の基板の一方）、８２…対向基板（一対の基板の他方）、８３…液晶層（液晶セル）、８４…光学補償板、８３１…液晶分子、Ｃ１…光軸（第１の光軸）、Ｃ２…光軸（第２の光軸）、Ｒ１…回転軸、θ１…基準角、ｄ１…第１の方向、ｄ２…第２の方向

Claims (5)

1. 一対の基板間に挟持され、プレチルトを有する液晶セルと、
   前記一対の基板の外側に設けられ、負の屈折率異方性を有するとともに厚さ方向に沿う第１の光軸を有する光学補償板と、を備え、
   前記光学補償板は、当該光学補償板が前記液晶セルの板面に対して平行に位置する際の前記第１の光軸と前記液晶セルの液晶分子の第２の光軸とがなす鋭角を基準角としたとき、該基準角の角度を大きくする第１の方向に傾斜可能とされていることを特徴とする反射型液晶装置。
2. 前記光学補償板を傾斜させる回転軸が該光学補償板の板面上に配置されており、
   前記液晶セルのプレチルト方向と、傾斜した前記光学補償板から発現される遅相軸方向とが略直交することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光学補償板を傾斜させる回転軸が該光学補償板の板面上になくずれた位置に配置されており、
   傾斜させる前記光学補償板の光軸の方位角方向が前記液晶セルのプレチルトの方位角方向と交差していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記光学補償板は、前記基準角の角度を小さくする第２の方向にも傾斜可能とされており、前記第１の方向及び前記第２の方向に対して連続的に傾斜調整が可能とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型液晶装置を備えたことを特徴とするプロジェクター。

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