CN1222810C - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置，该显示装置包括分解来自光源的光的偏振光分束器，经过上述偏振光分束器用预定的偏振光方向的光照明的反射型液晶显示元件，在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间配置的复折射性相位补偿元件。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置。

背景技术

以往，在液晶显示元件中，作为改善视野角特性的方法，在特开平8-50206，特开平11-133413等中公开了添加各向异性的滤光片，改善透射型液晶显示元件的对比度的方法。特开平8-50206是改善扭转向列液晶中的液晶分子的扭曲部分中的非对称对比度降低的方法，也广泛应用在使用了透射型液晶显示元件的图像投影装置中。特开平11-133413是通过如图25那样沿着图24所示的3个轴方向(nx，ny，nz)设定折射不同的各向异性薄膜，改善垂直取向的液晶显示元件中的对比度降低的方法，是在直视型的液晶图像显示装置中使用的例子。图25中，105示出透射型的液晶显示元件。101、102示出偏振光板，106、107示出分别透过偏振光板101、102的偏振光的轴方向。轴方向106、107设定成相互交叉。103、104是相位差补偿元件，设置在液晶屏105与偏振光板101、102之间。108、109示出各个相位差补偿元件103、104的最大折射率(nx)的方向。

这里，作为图像投影装置的液晶显示元件，在使用了反射型液晶显示元件的情况下，入射光的面与出射光的面相同，光往复通过反射型液晶显示元件中的液晶层。这里，即使液晶层是扭转向列那样扭曲的结构，也不显著地显示出非对称的对比度的降低，而发生由液晶的对称折射率各向异性引起的对比度的降低。从而，在使用了反射型液晶显示元件的显示装置中，为了制造出高对比度图像，需要修正液晶屏中的对称折射率各向异性。

使用了反射型液晶显示元件的图像投影装置是用偏振光分束器仅把预定的偏振光方向的照明光导向反射型液晶显示元件，用上述偏振光分束器检光由反射型液晶显示元件反射的光的结构。入射到反射型液晶显示元件的光的偏振光方向的基准(基准面)由照明光学系统的基准轴O和偏振光分束器PBS的反射面决定。具体地讲，如图5所示，在反射面RS中由反射之前的基准轴Oi与反射以后的基准轴Oo构成的平面SS1，以及包括基准轴Oo并且与平面SS1垂直的平面SS2分别成为偏振光的基准面。

对于上述的各个平面(偏振光的基准面)SS1、SS2，从垂直方向或者水平方向以外的斜方向入射到偏振光分束器的光线的偏振光方向根据入射的光线方向与偏振光分束器的偏振光分离面的几何学关系，从上述偏振光的基准面SS1、SS2倾斜。由此，将发生对比度的降低。

发明内容

如上述那样，在使用了反射型液晶显示元件的图像投影装置中，需要同时有效地补偿由偏振光分束器引起的对比度的降低，以及由反射型液晶显示元件引起的对比度的降低。

本发明的显示装置以下述的结构为特征。

包括光源；反射器；含有透镜阵列以及聚光光学系统的积分仪；偏振光分束器；投影透镜，

该显示装置的结构如下，用反射器把来自光源的光聚光，用透镜阵列把聚光了的光分裂为多个光束，由聚光光学系统把多个照明光束叠加，形成均匀照明区域，由设置在聚光光学系统与反射型液晶显示元件之间的偏振光分束器把预定的偏振光方向的照明光导向反射型液晶显示装置，用上述偏振光分束器检光由反射型液晶显示装置反射了的光，而且导向投影透镜，由投影透镜投射图像，

在偏振光分束器与反射型液晶显示元件之间设置1/4相位差板和复折射性相位补偿元件，从光源一侧按照偏振光分束器，1/4相位差板，复折射性相位补偿元件，反射型液晶显示元件的顺序构成。

通过采用上述的结构，1/4相位差板把其超前相(滞后相)轴垂直(或者平行)地配置在由偏振光分束器和照明光学系统决定的偏振光的基准面上。另外，复折射性相位补偿元件对于上述照明系统的基准轴平行地配置其折射率最小的轴方向。由此，能够抑制由偏振光分束器引起的对比度降低和由反射型液晶显示元件引起的对比度降低。

这里，如果把透镜阵列做成矩形的外形形状，则通过偏振光分束器导向反射型液晶显示元件的光束以及照明反射型液晶显示元件的光束成为具有矩形剖面的收敛光束(对于主光线，周围的光束具有角度)。从偏振光分束器导向反射型液晶显示元件的光束内的各偏振光方向如图6所示，对于偏振光的基准面(图6中是x方向)成为对称的分布，各个偏振光的偏振光轴方向随着从X轴脱离到Y轴方向，成为对于Y轴具有倾斜的方向。

进而，如果使上述1/4相位差板发生作用，则如图7所示，各个偏振光变换为沿着y轴方向具有长轴的椭圆偏振光(这里，X轴上的光保持为线偏振光)。然后，各个偏振光入射到复折射性相位补偿元件(这时，各个偏振光由于是收敛光，因此周围的光束对于主光线保持角度不变)。复折射性相位补偿元件根据各个偏振光的入射轴与后述的表示复折射性相位补偿元件的折射率椭圆体中的各向异性的光轴的倾角以及椭圆偏振光的椭圆率，在由1/4相位差板变换了的各个偏振光(椭圆偏振光，线偏振光)上添加预定的相位差，补偿在液晶中发生的相位差。

这里，说明本发明中的复折射性相位补偿元件的各向异性。

本发明的复折射性相位补偿元件的各向异性满足

-0.8＞δc/δp＞-3.0……(1)

这里，该复折射性相位补偿元件在把表示其各向异性的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率记为ncx，ncy，ncz时，是

ncz＜ncx

ncz＜ncy

的关系，

在把该复折射性相位补偿元件的厚度定义为d1(dc＝2×d1)，把表示该复折射性补偿元件的各向异性的程度的量定义为δc时，是

δc＝(ncz-(ncx+ncy)/2)×dc

的关系，

另外，上述反射型液晶显示元件在把表示其各向异性的程度的量定义为δp，

把液晶层的厚度定义为d2(dp＝2×d2)，

把液晶层的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率定义为nx，ny，nz(nz是面法线方向，nx＝ny)时，是

δp＝(nz-nx)×dp

的关系。

本发明的复折射性相位差补偿元件通过其各向异性满足条件式(1)能够消除在液晶层中发生的相位差，能够提高对比度。

条件式(1)的值如果大于上限值，则在复折射性相位差补偿元件中发生的相位差小，相位补偿的效果少。另外，条件式(1)的值如果小于下限值，则在复折射性相位差补偿元件中发生的相位差过大，在显示白时的光量减少，亮度变暗。

在本发明中，在条件式(1)中，其值为δc/δp＝-1时完全成为补偿对象的结构。这里，条件式(1)的值如果是-0.8＞δc/δp＞-1.2的范围，则可以充分得到本发明的效果。另外，如果条件式(1)的值是-1.2＞δc/δp，则虽然在复折射性相位差补偿元件中发生的相位差成为过修正，但是在图像投射装置中用矩形的光束照明，从斜方向入射光多，如后述那样，由于复折射性相位差补偿元件主要进行从斜方向入射的光的相位补偿，因此在该范围内，也能够有效地进行本发明的相位补偿。

这里，表示液晶层的折射率的折射率椭圆体(nx，ny，nz)能够根据直接测定反射型液晶显示元件得到的相位差数据进行定义。

首先，说明测定液晶的对比度特性的方法。测定使用图8所示那样的测定系统。图8中，LS是光源，L是透镜，LCD是反射型液晶显示元件，PD是测定光量的感光元件，PO是调整入射到显示屏的光的偏振光轴的偏振光元件，AN是检光元件。

如图8所示，来自光源LS的光由透镜L变成为平行光，通过偏振光元件PO成为预定的偏振光，用反射型液晶显示元件LCD反射以后，用检光元件AN检光，入射到感光元件PD。

在图8所示的反射型液晶显示元件中，定义以表示矩形图像的区域的中心为原点，以矩形的边的方向为x、y坐标(图8中图示了X轴，但没有图示Y轴)，以垂直于反射型液晶显示元件LCD的方向为z轴的坐标系。入射角θ是入射光线与z轴构成的角度。

图9是把入射到反射型液晶显示元件LCD的光线投影到平面的图。这时，入射方位角φ表示把入射光线投影到xy平面的方向与x轴构成的角度。图9中，R1表示来自入射方位角φ＝0°方向的入射光，R1’表示入射光R1由反射型液晶显示元件LCD反射了的光。R2表示来自任意的入射方位角方向的入射光。R2’表示入射光R2由反射型液晶显示元件LCD反射了的光。另外，入射光R1、R2的入射偏振光轴方向a、b分别是y轴方向。

用这样的测定装置(图8以及图9所示的测定系统)，以入射方位角φ和入射角θ为参数，设定入射光线，测定了使检光元件AN对于偏振光元件PO为平行状态下测定的光的强度I0和使检光元件AN对于偏振光元件PO为垂直状态下测定的光的强度I1。

用

C＝I0/I1

求出的C是对比度值。

实际上，测定从φ＝0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°方向测定了的对比度值C0(θ)，C90(θ)，C135(θ)，C180(θ)，C225(θ)，C270(θ)，C315(θ)。

对比度值成为反射型液晶显示元件LCD是黑显示状态时的来自反射型液晶显示元件的漏光量的倒数的关系。这时来自反射型液晶显示元件的偏振光中的漏光量的相位差值用相位差Γ(φ，θ)表示。相位差Γ(φ，θ)的计算在相位差板的光轴处于反射型液晶显示元件的xy平面并且对于x轴倾斜45°的状态下求出。相位差Γ的符号按照在图8的测定装置中代替线偏振光入射圆偏振光，根据反射型液晶显示元件的相位差变换了的椭圆偏振光的长轴的朝向决定。

其次，以下示出反射型液晶显示元件的各向异性的决定方法。

这里，把反射型液晶显示元件的液晶的折射率椭圆体定义为沿着面法线方向中折射率不同的单轴性。图10表示椭圆体的斜视图，图11A、11B分别表示椭圆体在xy平面中的剖面，在xz平面中的剖面。nx，ny，nz表示液晶的复折射率椭圆体的各主轴方向的折射率。

单轴性的折射率椭圆体的各向异性在根据入射方位角，在与沿着折射率椭圆体行进的光的方向垂直的平面切割出椭圆体时，在其切口产生的椭圆的短轴定义为正常光线方向no的光轴，在其切口产生的椭圆的长轴定义为异常光线方向ne的光轴(参照Born Wohlf著，光学原理III第XIV章)。

图12示出入射的方位角φ为0°，45°，90°时的成为切口的椭圆，正常光线方向no与异常光线方向ne以及入射的光的偏振方向p。由此，在从入射方位角φ为0°(180°)，90°(270°)进行入射时，由于液晶的折射率椭圆体中的各向异性的光轴与入射光的偏振光方向一致，因此不发生由复折射引起的相位差。

这里，在实际的测定方面，在来自上述方位(φ为0°(180°)，90°(270°)的方位)的入射中，由于也存在对比度值的降低，因此把在反射型液晶显示元件中发生的相位差Γ(φ，θ)分解为相位差Δ(θ)和相位差δ(θ)。

相位差Δ(θ)作为不依赖于方位角的相位差，以Γ(0，θ)，Γ(90，θ)，Γ(180，θ)，Γ(270，θ)的平均求出。相位差δ(θ)作为斜方向的相位差，作为从Γ(45，θ)，Γ(135，θ)，Γ(225，θ)，Γ(315，θ)的平均测定值Δ45(θ)减去上述相位差Δ(θ)的相位差

δ(θ)＝Δ45(θ)-Δ(θ)

求出。

由此，通过在处于黑显示状态的反射型液晶显示元件中假定单轴性的折射率椭圆体的折射率为(nx＝ny，nz)，把对于预定折射率nx(例如1.5)的折射率nz作为参数，计算从方位角45°入射的光的相位差，求与通过上述测定得到的相位差δ(θ)一致的折射率nz的值，能够决定反射型液晶显示元件的各向异性。

如上述那样，本发明的显示装置的特征是在偏振光分束器与反射型液晶显示元件之间设置1/4相位差板和复折射性相位补偿元件，在这里，从光源一侧按照偏振光分束器，1/4相位差板，复折射性相位补偿元件，反射型液晶显示元件的顺序构成。

在这里，本发明的显示装置的特征是与偏振光的基准面垂直(或者平行)地配置上述1/4相位差板的超前相(滞后相)轴，对于上述照明系统的基准轴平行地配置复折射性相位差补偿元件的折射率最小的轴方向。这里，作为照明系统的基准轴是构成照明系统的透镜的光轴，偏振光的基准面是与包括上述照明系统的基准轴，上述照明系统的基准轴由偏振光分束器的偏振光分离面反射时产生的反射了的基准轴的平面相平行的方向。

另外，在本发明的显示装置中，特征是上述复折射性相位补偿元件的各向异性满足

-0.8＞δc/δp＞-3.0……(1)

这里，该复折射性相位补偿元件在把表示其各向异性的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率记为ncx，ncy，ncz时，是

ncz＜ncx

ncz＜ncy

的关系，

在把该复折射性相位补偿元件的厚度定义为d1(dc＝2×d1)，

把表示该复折射性补偿元件的各向异性的程度的量定义为δc时，是

δc＝(ncz-(ncx+ncy)/2)×dc

的关系，

另外，上述反射型液晶显示元件在把表示其各向异性的程度的量定义为δp，

把液晶层的厚度定义为d2(dp＝2×d2)，

把液晶层的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率定义为nx，ny，nz(nz是面法线方向，nx＝ny)时，是

δp＝(nz-nx)×dp

的关系。

这里，用从反射型液晶显示元件的对比度测定得到的相位差定义反射型液晶显示元件中的液晶的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率nx，ny，nz。

另外，本发明的液晶显示装置具有把来自光源的光分解的偏振光分束器和经过上述偏振光分束器用预定的偏振光方向的光照射的反射型液晶显示元件(液晶屏)，特征是在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间，包括具有对于入射到上述反射型液晶显示元件的光束的主光线实质上平行的光轴的复折射元件(复折射滤光片)。

另外，本发明的液晶显示装置具有把来自光源的光分解的偏振光分束器和经过上述偏振光分束器用预定的偏振光方向的光照射的多个反射型液晶显示元件(液晶屏)，并且，把来自上述多个反射型液晶显示元件的反射光用上述偏振光分束器进行合成，特征是在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间，包括具有对于入射到上述反射型液晶显示元件的光束的主光线实质上平行的光轴的复折射元件(复折射滤光片)。

这里，特征是上述复折射性板改善所希望的方位角中的对比度。

另外，本发明的液晶显示装置具有把来自光源的光分解的偏振光分束器和经过上述偏振光分束器用预定的偏振光方向的光照射的反射型液晶显示元件(液晶屏)，特征是在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间，具有改善所希望的方位角中的对比度的复折射元件(复折射滤光片)。

进而，本发明的液晶显示装置具有把来自光源的光分解的偏振光分束器和经过上述偏振光分束器用预定的偏振光方向的光照射的多个反射型液晶显示元件(液晶屏)，并且，把来自上述多个反射型液晶显示元件的反射光用上述偏振光分束器进行合成，特征是在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间，具有改善所希望的方位角中的对比度的复折射元件(复折射滤光片)。

这里，在上述显示装置中，最好构成为1/4相位差板或者复折射板由具有开口部分的保持架支撑。

附图说明

图1是第1实施例的液晶投影仪总体的结构图。

图2是实施例1中的分色镜的特性图。

图3是实施例1中的色选择性滤光片的特性图。

图4是实施例1中的色选择性滤光片的特性图。

图5说明偏振光的基准方向。

图6说明照明系统的偏振光状态。

图7说明照明系统的偏振光状态。

图8说明测定反射型液晶显示元件的特性的测定系统。

图9说明方位角。

图10说明折射率椭圆体。

图11A和11B说明折射率椭圆体。

图12说明对于入射光的折射率椭圆体的各向异性。

图13表示反射型液晶显示元件的特性。

图14表示反射型液晶显示元件中的相位差。

图15表示相位差δ(θ)。

图16表示复折射滤光片的相位差。

图17表示第1实施例中的修正了的特性。

图18表示第2实施例中的修正了的特性。

图19说明第3实施例的结构。

图20说明第3实施例的结构。

图21表示第3实施例中的修正了的相位差。

图22表示第3实施例中的修正了的相位差。

图23说明第4实施例中的复折射滤光片。

图24是以往例的说明图。

图25是以往例的说明图。

图26是从上方观看实施例的绿色光路的偏振光分束器的图。

图27是从侧面观看实施例的绿色光路的偏振光分束器的图。

图28用于说明实施例的复折射滤光片向保持架固定的构造。

图29用于说明实施例的1/4相位差板向保持架固定的构造。

具体实施方式

实施例1

图1中示出作为本发明第1实施例的反射型图像调制装置。

图1中，1示出由高压水银灯等构成的光源，2示出用于把来自光源1的光向预定方向发射的反射器。3是用于形成具有均匀照明强度的照明区域的积分仪，由蝇眼透镜3a、3b构成。4是把无偏振的光聚集到预定的偏振光方向的偏振光变换元件，由偏振光分离膜4a，1/2相位差板4b和反射板4c构成。5示出把照明光聚光的聚光镜，6示出反射镜，7示出把照明光变为焦阑光的场透镜，8示出透过绿色波长区域光的分色镜。另外，9a1、9b1、9c1分别示出具有反射S偏振光，透过P偏振光特性的偏振光分离膜，9a、9b、9c分别示出具有偏振光分离膜9a1、9b1、9c1的偏振光分束器。10a、10b分别示出使预定波长区域的光的偏振光方向进行90°变换(旋转)的色选择性相位差板。11r、11g、11b分别示出把入射了的照明光进行反射的同时，根据图像信号进行调制，形成图像光的反射型液晶显示元件。12r、12g、12b分别示出1/4相位差板。13r、13g、13b分别示出作为把在反射型液晶显示元件11r、11g、11b是黑显示时所发生的相位差进行修正的复折射性相位差补偿元件的单轴性复折射滤光片。14是投影透镜系统。

其次，说明上述结构的光学作用。从光源1出射的光由反射器2聚光到蝇眼透镜3a的方向。该光束由蝇眼透镜3a分割为多个光束以后，多个光束通过蝇眼透镜3a、聚光镜5以及场透镜7的作用，叠加到各个反射型液晶显示元件11r、11g、11b上，在各个反射型液晶显示元件11r、11g、11b上形成均匀照明强度的照明区域。另外，这时从蝇眼透镜3b出射的多个光束由与各个光束相对应的偏振光分离膜4a分离为P偏振光和S偏振光。P偏振光通过1/2相位差板4b变换为与S偏振光同方向的偏振成分，S偏振光由反射膜4c反射。由此，从蝇眼透镜3b出射的多个光束作为具有预定偏振光方向的光，向同一个方向出射。通过偏振光变换元件4几乎与S偏振光一致的光入射到透过绿色波长区域光的分色镜8(图2中示出透射曲线)，透过绿色波长区域光，反射红色和蓝色波长区域光。透过了分色镜8的绿色波长区域光入射到偏振光分束器9a，在偏振光分离膜9a1中反射，透过1/4相位差板12g，进而透过复折射滤光片13g，入射到反射型液晶显示元件11g。另一方面，由分色镜8反射了的红色和蓝色波长区域光由第1选择性相位差板10a，仅对于蓝色波长区域光把其偏振光方向变换90°，成为P偏振光，红色波长区域光保持S偏振光不变，入射到偏振光分束器9b。这里，图3中示出第1色选择性相位差板10a的特性。图3中，虚线的曲线示出对于入射偏振光方向正交的偏振光方向(P偏振光)的透射率，实线示出对于偏振光方向平行的偏振光方向(S偏振光)的透射率。

返回到图1继续进行说明。在偏振光分束器9b的偏振光分离膜9b1中，透过作为P偏振光蓝色波长区域光，反射作为S偏振光的红色波长区域光。由此，分离为偏振光方向相互正交的红色和蓝色波长区域光。用偏振光分束器9b反射了的红色波长区域光透过1/4相位差板12r，进而透过复折射滤光片13r，入射到反射型液晶显示元件11r，透过了偏振光分束器9b的蓝色波长区域光透过1/4相位差板12b，进而透过复折射滤光片13b，入射到反射型液晶显示元件11b。

进而，由反射型液晶显示元件11g调制并反射了的绿色波长区域光透过复折射滤光片13g，透过1/4相位差板12g，成为P偏振光，透过偏振光分束器9a、9c。另外，由反射型液晶显示元件11r调制并反射了的红色波长区域光透过复折射滤光片13r，透过1/4相位差板12r，成为P偏振光，透过偏振光分束器9b，入射到第2色选择性相位差板10b。这里，图4中示出第2色选择性相位差板10b的特性。虚线的曲线示出对于入射偏振光方向正交的偏振光方向的透射率，实线示出对于入射偏振光方向平行的偏振光方向的透射率。

返回到图1继续进行说明。由反射型液晶显示元件11b调制并且反射了的蓝色波长区域光透过复折射滤光片13b，透过1/4相位差板12b，成为S偏振光，由偏振光分束器9b反射，入射到第2色选择性相位差板10b。入射到仅把红色波长区域光的偏振光方向变换90°的第2选择性相位差板10b的红色和蓝色波长区域光由第2色选择性相位差板10，仅把红色波长区域光的偏振光方向变换90°，成为S偏振光，蓝色波长偏振光保持S偏振光不变，入射到偏振光分束器9c，进行反射。而且，RGB的全波长区域的光由偏振光分束器9c合成，导向投射透镜14，投射到未图示的屏幕等。

其次，图13示出使用图8的测定装置(图8、图9所示的光学测定系统)，使入射角θ与入射方位角φ变化，进行了反射型液晶显示元件的对比度测定的结果(对比度等高线)。

从测定结果，反射型液晶显示元件的入射方位角φ与入射方位角φ+90°的对比度值成为几乎相等的具有对称性的对比度值。另外，入射方位角φ＝45°，135°，225°，315°方向的对比度值极其恶化。从图13所示的对比度测定结果，图14中示出在反射型液晶显示元件是黑显示状态时所发生的相位差Δ(θ)(实线)，Δ45(θ)(虚线)，另外，图15中示出相位差δ(θ)。每一个的横轴是入射角θ，纵轴是相位差(用度表示)。

这里，如果求发生图15中近似的相位差的液晶的单轴性折射率椭圆体，则在波长λ＝550nm时，能够决定为液晶层的厚度d＝2.5μm(dp＝2×d＝5.0μm)，液晶的折射率椭圆体的折射率nx＝1.5，nz＝1.542。图16中示出该液晶的单轴性折射率椭圆体中入射方位角φ＝45°(135°，225°，315°)方向的入射光的相位差。图16中，实线表示从上述的单轴性折射率椭圆体计算求出的相位差，虚线表示通过上述的测定得到的相位差(把负符号的相位差表示为相反地采用负符号的正符号)。

因此，在本实施例中，补偿上述液晶中的相位差的复折射滤光片(复折射性相位差补偿元件)在波长λ＝550nm时，能够使用具有滤光片的膜厚d＝2.5μm(dc＝2×d＝5.0μm)，滤光片的折射率椭圆体的折射率ncx＝1.5，ncz＝1.461的特性的元件。

这里，表示液晶的各向异性程度的量δp＝0.210，

表示复折射性相位差补偿元件的各向异性程度的量δc＝-0.195，并且δc/δp＝-0.929。

而且，在本实施例中，通过把上述复折射滤光片插入在反射型液晶显示元件的紧前面，能够使入射方位角φ＝45°(135°，225°，315°)的相位差减少到基准相位差，能够提高对比度。

图17示出把复折射滤光片插入到反射型液晶显示元件紧前面时的对比度值。从图17，在入射角θ＝14°以下，在全方位角φ中，对比度值成为大约600以上，能够使图14所示特性的反射型液晶显示元件中的对比度值提高。

实施例2

说明本发明的第2实施例。

在反射型液晶显示元件中发生的相位差与图14相同。在本实施例中，在相位补偿中使用的复折射滤光片在波长λ＝550nm时，使用滤光片的膜厚d＝2.5μm(dc＝2×d＝5.0μm)，滤光片的折射率椭圆体的折射率ncx＝1.5，ncz＝1.416的特性的元件。

这时，

表示液晶的各向异性程度的量δp＝0.210，

表示复折射性相位差补偿元件的各向异性程度的量δc＝-0.420，并且δc/δp＝-2.000。

这样在本实施例中，能够更多地发生在复折射滤光片中发生的相位差，通过把该复折射滤光片插入到反射型液晶显示元件的紧前面，能够使入射方位角φ＝45°(135°，225°，315°)的相位差更良好地减少到基准相位差，能够提高矩形光束照明中的对比度。

图18示出在反射型液晶显示元件的紧前面插入了复折射滤光片时的对比度值。从图18，在入射角θ＝14°以下，45°方向的方位角φ中，对比度值成为大约1000以上，能够进一步提高反射型液晶显示元件中的对比度值。另外，在未图示的入射角θ＝12°，14°时，φ＝45°的对比度值是2000以上。

实施例3

说明本发明的第3实施例。在第3实施例中，作为复折射性相位差补偿元件，如图19所示，使用z轴方向的折射率不同的第1单轴性复折射滤光片32(与第1实施例相同特性的复折射滤光片)，以及在xy平面，在x轴与y轴之间折射率不同的第2单轴性复折射滤光片33。如图19所示，采用在从偏振光分束器PBS至反射型液晶显示元件(未图示)的光路上，按照1/4相位差板31，第2单轴性复折射滤光片33，第1单轴性复折射滤光片32的顺序配置的结构。1/4相位差板31的超前相轴方向(入射偏振光轴方向)35设定为偏振光的基准方向(图19中的y轴方向)。第1单轴性复折射滤光片32沿着与基准轴O平行的方向设定各向异性的光轴。第2复折射滤光片33是所谓的相位差板，如图20所示，采用其超前相轴方向34配置成对于偏振光的基准方向倾斜的结构。

在本实施例中，通过用第1复折射滤光片32补偿入射方位角45°方向的相位差δ(θ)，用第2复折射滤光片33补偿剩余的相位差Δ(θ)，能够进行进一步修正，使对比度提高。

在本实施例中，第2复折射滤光片33的超前相轴34位于xy平面上，如果把超前相轴34设定为对于x轴倾斜45度，则由于入射到反射型液晶显示元件的光线的偏振光轴35不依赖于入射角θ以及入射方位角φ，而是y轴方向，因此即使对于任意的光线，入射偏振光轴方向和超前相(滞后相)轴方向始终倾斜45度，产生相等的相位差。

这样，本实施例的复折射性相位差补偿元件把第2复折射滤光片33的相位差δ’取为-2.0(度)，采用把第1复折射滤光片32(与第1实施例的复折射滤光片相同的特性)与第2复折射滤光片33组合起来的结构。如图21所示，在入射角θ＝14°以下，由复折射性相位差补偿元件产生的偏振光的相位差成为1度以下的相位差，能够使相位差进一步减少。在图21中，实线表示入射方位角φ＝45°(135°，225°，315°)方向的相位差，虚线表示入射方位角φ＝0°(90°，180°，270°)方向的相位差。

图22示出本实施例的显示装置的对比度值。如图22所示，在偏振光的入射角θ＝14°以下时在全方位角φ中对比度值成为20000以上，能够更有效地提高反射型液晶显示元件的对比度值。这时，由于入射角θ＝12°，14°时，在全方位角φ中，对比度值是100000以上，因此没有进行图示。另外，在入射角θ＝5°时，全入射方位角φ中的对比度值是80000(φ＝0°)以上，另外，在入射角θ＝10°时，全入射方位角φ中的对比度值成为53000(φ＝45°)以上，每一个对比度值都是100000以上而没有进行图示。另外，由于入射角θ＝12°的入射方位角φ＝45°的相位差比φ＝0°的相位差大，因此φ＝0°的对比度值高，而反之，入射角θ＝14°的入射方位角φ＝45°的相位差比φ＝0°的相位差小，因此φ＝45°的对比度值高。

实施例4

本发明的第4实施例是作为复折射性相位差补偿元件，使用了双轴性的复折射性滤光片的例子。

本实施例中的复折射滤光片的复折射性椭圆体(双轴性)如图23所示，采用分别沿着z轴方向具有折射率ncz，沿着在xy平面上对于x轴倾斜45度的方向具有折射率ncx，沿着对于折射率ncx方向正交的方向具有折射率ncy的折射率椭圆体。

这里，图23中示出入射到复折射滤光片的光线在入射角θ＝0°时的入射偏振光轴方向与复折射滤光片对于入射光的折射率方向的关系。p表示入射偏振光轴方向。

这时，入射偏振光轴方向p由于处于对于折射率ncx、ncy方向倾斜45°的方向，因此产生相位差，即使在入射角θ＝0°的情况下，也能够修正在反射型液晶显示元件中发生的相位差。

这里，在图14中所述的黑显示状态的反射型液晶显示元件中以入射角θ＝0°入射的光的相位差(度)是δ’＝3.430。

从而，补偿在上述黑显示状态的反射型液晶显示元件中发生的相位差的复折射滤光片在入射到复折射滤光片的光的波长λ＝550nm时，使用滤光片的厚度d＝2.5μm(dc＝2×d＝5.0μm)，滤光片的折射率椭圆体的折射率nx＝1.50105，ny＝1.5，nz＝1.461的特性的元件。使用了该复折射滤光片的情况下，在入射角θ＝0°时，在复折射滤光片中发生的相位差(度)δ”成为δ”＝-3.430。

通过使用上述复折射滤光片，能够消除在黑显示状态的反射型液晶显示元件中发生的相位差δ’，能够进一步提高对比度。

至此为止，以图1的形态说明了图像投射装置的实施形态，而只要是把照明光用偏振光分束器导向反射型液晶显示元件，由反射型液晶显示元件反射了的光再次经过偏振光分束器到达投射透镜的结构即可，本发明并不是限定于图1的光学系统的结构。

第5实施例

其次，使用图26、27、28、29说明构成本发明的图像投射装置时的复折射滤光片的安装构造。

图26、27、28、29示出在图1中示出了其光学结构的本发明的图像显示装置的偏振光分束器，1/4相位差板，复折射滤光片以及反射型液晶显示元件的固定构造。在这些图中，作为一例，示出与在图1中用9a、11g、12g、13g所示的绿色光的光路的结构有关的构造。在其它的红色以及蓝色的光路中，也能够根据与在以下说明的绿色光的光路的结构相同的结构，更具体地实现图像显示装置。

图26是从上方观看绿色光路的偏振光分束器部分的图，图27是作为剖面观看其侧面的图。

在图26到图29中，对于与图1相同的结构标注相同的符号。在从图26到29中，9a示出偏振光分束器，11g示出反射型液晶显示元件，12g示出1/4相位差板，13g示出复折射滤光片。61、62示出第1、第2安装板，71示出保持1/4相位差板12g的第1保持架。72示出保持复折射滤光片13g的第2保持架，73示出保持反射型液晶显示元件的液晶支架。74示出罩，75示出第1按压板。76、77是第2、第3按压板。

1/4相位差板12g通过把1/4相位差滤光片粘接到玻璃基板上，能够确保面精度。同样，复折射滤光片13g通过把复折射滤光片粘接到玻璃基板上，能够确保面精度。另外，在1/4相位差板12g和复折射滤光片13g的各自的第1、第2表面上，通过粘接防反射涂层或者具有防反射效果的薄膜，实施防反射处理。

第2安装板61、62例如用铁和镍的合金等金属材料制作，分别具有第1、第2延长部分(未图示)。第1、第2安装板61、62用紫外线硬化型的粘接剂粘接固定在偏振光分束器9a上。

第1保持架71例如用磷青铜等金属材料制作，进行涂敷等处理使得其表面成为黑色。

第1保持架71具有大致圆形形状，如图29所示，设置着开口部分71a和延伸部分71b。

如图29所示，在第1保持架71上，用粘接等方法固定着1/4相位差板12g。

第2保持架72例如用磷青铜等金属材料制作，进行涂敷等处理使得其表面成为黑色。

第2保持架72具有大致圆形形状，如图28所示，设置着开口部分72a和延伸部分72b。

如图28所示，在第2保持架72上用粘接等方法固定着复折射滤光片13g。

反射型液晶显示元件11g是众所周知的液晶显示元件，用粘接等方法固定在液晶支架73上。

液晶支架73例如用铝制作，具有上述第1和第2安装板61、62的各个第1、第2延长部分(未图示)以及预定的间隙，设置着成为配合关系的第1、第2、第3、第4孔(未图示)。

罩74例如用聚碳酸酯等塑料或者铝等金属材料制作，在内部具有能够与第1、第2保持架71、72的外周部分配合并且进行保持的收纳部分，使得能够在预定的范围旋转上述第1保持架71、第2保持架72，另外，第1、第2保持架71、72在光轴方向由例如用磷青铜制作的第2、第3按压板76、77限制位置。

在罩74上还设置着上述第1、第2安装板61、62的各个第1、第2延长部分(未图示)贯通的第1、第2、第3、第4孔(未图示)。

进而，在罩74的上部如图26所示那样设置着切口74a，使得第1、第2保持架71、72的各个延长部分71b、72b如图27所示那样突出到罩74的外部。在图28中，为了易于说明画出了第2保持架72的延长部分72b，而如从图26所知，第1保持架的延长部分71b与第2保持架的延长部分72b并不叠加。

罩74用未图示的螺栓固定在液晶支架73上。

另外，在罩74中用螺栓等构件固定着例如用磷青铜制作的第1按压板75。

上述的液晶支架73调整成使得反射型液晶显示元件11g位于照明区的大致中心，与其它颜色屏的像素在投射屏幕上一致，或者在投射屏幕上焦点吻合，通过用粘接剂充填、粘接，固定设置在上述液晶支架73上的第1、第2、第3、第4孔(未图示)与上述第1、第2安装板61、62的各个第1、第2延长部分(未图示)。

通过在蓝色光路的反射型显示元件部分和红色光路的反射型显示元件部分也设置这样的结构，本实施例中的图像显示元件能够得到高对比度。

另外，通过把上述1/4相位差膜和复折射膜按照分别透过这些薄膜的光的波长进行优化，能够得到更高的对比度。

如果依据上述的实施例，则能够有效地补偿由在反射型液晶显示元件中发生的相位差引起的对比度降低，能够提供对比度高的图像投射装置。

Claims (8)

1.一种显示装置，包括：

反射器；

含有透镜阵列以及聚光光学系统的积分仪；

偏振光分束器；

反射型液晶显示元件；

投影透镜，

这里，上述显示装置

用上述反射器把来自光源的光聚光，用上述透镜阵列把聚光了的光分裂为多个光束，由上述聚光光学系统把多个照明光束叠加，形成均匀照明区域，由设置在上述聚光光学系统与上述反射型液晶显示元件之间的上述偏振光分束器把预定偏振光方向的照明光导向上述反射型液晶显示元件，用上述偏振光分束器检光由上述反射型液晶显示元件反射了的光，而且导向上述投影透镜，由上述投影透镜投射图像，

这里，在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间设置有1/4相位差板和复折射性相位补偿元件，

从上述光源一侧按照上述偏振光分束器，上述1/4相位差板，上述复折射性相位补偿元件和上述反射型液晶显示元件的顺序构成。

2.根据权利要求1所述的显示装置，特征在于：

上述1/4相位差板对于上述偏振光分束器的偏振光的基准面垂直或者平行地配置该1/4相位差板的超前相(滞后相)轴，

上述复折射性相位补偿元件对于上述照明光的基准轴平行地配置该复折射性相位补偿元件的折射率最小的轴方向。

3.根据权利要求1所述的显示装置，特征在于：

上述复折射性相位补偿元件满足

-0.8＞δc/δp＞-3.0

这里，该复折射性相位补偿元件在把表示其各向异性的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率记为ncx，ncy，ncz时，是

ncz＜ncx

ncz＜ncy

的关系，

在把该复折射性相位补偿元件的厚度定义为d1(dc＝2×d1)，

把表示该复折射性补偿元件的各向异性的程度的量定义为δc时，是

δc ＝(ncz-(ncx+ncy)/2)×dc

另外，上述反射型液晶显示元件在把表示其各向异性的程度的量定义为δp，

把液晶层的厚度定义为d2(dp＝2×d2)，

把液晶层的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率定义为nx，ny，nz(nz是面法线方向，nx＝ny)时，是

δp＝(nz-nx)×dp

的关系。

4.一种显示装置，包括：

把来自光源的光分解的偏振光分束器；

经过上述偏振光分束器，用预定偏振光方向的光照射的反射型液晶显示元件；

在上述偏振光分束器与上述反射型液晶显示元件之间配置的复折射性补偿元件。

5.根据权利要求4所述的显示装置，特征在于：

这里，该复折射性相位差补偿元件具有对于入射到上述反射型液晶显示元件的光束的主光线实质上平行的光轴。

6.根据权利要求4所述的显示装置，特征在于：

上述复折射性相位补偿元件满足

-0.8＞δc/δp＞-3.0

这里

该复折射性相位补偿元件在把表示其各向异性的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率记为ncx，ncy，ncz时，是

ncz＜ncx

ncz＜ncy

的关系，

在把该复折射性相位补偿元件的厚度定义为d1(dc＝2×d1)，

把表示该复折射性相位补偿元件的各向异性的程度的量定义为δc时，是

δc＝(ncz-(ncx+ncy)/2)×dc

另外，上述反射型液晶显示元件在把表示其各向异性的程度的量定义为δp，

把液晶层的厚度定义为d2(dp＝2×d2)，

把液晶层的折射率椭圆体的各主轴方向的折射率定义为nx，ny，nz(nz是面法线方向，nx＝ny)时，是

δp＝(nz-nx)×dp

的关系。

7.根据权利要求4所述的显示装置，特征在于：

具有多个上述反射型液晶显示元件，

由上述偏振光分束器分解的多个色光被导入上述多个反射型液晶显示元件中对应的反射型液晶显示元件中，

上述偏振光分束器把来自上述多个反射型液晶显示元件的多个色光进行合成，

在上述偏振光分束器与上述多个反射型液晶显示元件中的每一个液晶显示元件之间分别配置有上述复折射性相位补偿元件。

8.根据权利要求7所述的显示装置，特征在于：

这里，该复折射性相位补偿元件具有对于入射到上述反射型液晶显示元件的光束的主光线实质上平行的光轴。

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