JP2004272010A - Image display device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To display an image with excellent contrast without modulating incident light when no voltage is applied (in black display) to a spatial light modulating element without complicating its manufacturing. <P>SOLUTION: The image display device has the liquid crystal display element. The liquid crystal display element has a built-in inorganic color filter 4. Alignment directions of the liquid crystal molecules 10 are regulated by using the slants on the boundary parts of the inorganic color filter 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【００１６】
【表２】

【００１７】
なお、表１及び図２に示す無機カラーフィルタ４は、青色（Ｂ）光を透過させるためのカラーフィルタの構成及び分光透過特性を示している。また、表２及び図３に示すカラーフィルタは、緑色（Ｇ）光を透過させるためのカラーフィルタの構成及び分光透過特性を示している。
【００１８】
この無機カラーフィルタ４は、それぞれの波長帯域の光を反射する多層膜構造を、いわゆるリフトオフ等のフォトリソプロセスを用いて、画素構造に対応してパターニングすることによって構成することができる。
【００１９】
ここでは、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を無機材料からなるカラーフィルタで色分離し、これら緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）と残る赤色（Ｒ）とを別の反射型空間光変調素子を用いて変調するいわゆる２板式（反射型空間光変調素子）の画像表示装置において使用する液晶表示素子のカラーフィルタの構成を示す。
【００２０】
ここで、緑色（Ｇ）用のフィルタ及び青色（Ｂ）用のフィルタの膜厚は必ずしも一致しない。この膜厚の差を利用することで、液晶表示素子の電気光学特性を改善することが可能となる。すなわち、液晶表示素子における最適セル厚は、色によって異なる。青色（Ｂ）用の最適セル厚は、緑色（Ｇ）用の最適セル厚よりも広い。例えば、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の代表的波長を、それぞれ５３０ｎｍ及び４７０ｎｍとすれば、屈折率差（Δｎ）が０．１５の材料を用いた反射型の液晶表示素子においては、最適セル厚は、５３０ｎｍで１．４μｍ、４７０ｎｍでは１．２μｍとなる。
【００２１】
すなわち、この液晶表示素子においては、無機材料からなるカラーフィルタの色ごとの膜厚の差を、液晶の色ごとの最適セル厚の差に一致させておくことで、分光透過率（反射率）を改善することが可能となる。
【００２２】
一般的には、青色（Ｂ）を透過させる誘電体多層膜の総厚は、緑色（Ｇ）を透過させる誘電体多層膜の総厚よりも厚くなる。これは、青色（Ｂ）用の透過層は緑色（Ｇ）の波長帯域を反射する誘電体多層膜となるが、この誘電体膜の厚さは、波長の関数であるからである（基本的には、４ｎｄ＝λの条件を満たす積層である）。そして、液晶セルの厚さは、青色（Ｂ）用が緑色（Ｇ）よりも薄くなる。なお、色設計上、液晶のセル厚の最適化が困難である場合には、ダミー層を積層することによる調整も可能である。
【００２３】
この液晶表示素子においては、図１に示すように、透明基板２、無機材料からなる無機カラーフィルタ４、ＩＴＯ５、配向膜６、液晶層１、垂直配向膜７、反射電極８及び透明基板８が、このような順序で積層されて構成されているが、ＩＴＯ５から反射電極８までを、誘電体多層膜として設計する必要がある。また、画像表示装置に用いる液晶変調素子においては、例えば、０．７５インチの「ＷＸＧＡ規格（１３６６×７６８画素）」の場合、画素サイズは、１２μｍとなる。ここで、ストライプ状のカラーフィルタを用いて緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を表示し、もう一つの変調素子で赤色（Ｒ）を表示するように構成されている場合には、この空間光変調素子における緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を表示するサブピクセルサイズは、６μｍ×１２μｍとなる。
【００２４】
そして この液晶表示素子においては、画素境界部分、すなわち、画素及び画素の間には、１．５μｍ程度の幅で、遮光層９が設けられている。この遮光層９は、クロム、アルミ等の金属材料で形成されている。上述したように、誘電体多層膜の厚さは、０．５μｍ乃至５μｍ程度であり、サブピクセルのサイズと同じオーダとなる。無機カラーフィルタ４の断面は、図１に示すように、台形形状となるが、この液晶表示素子においては、このようなカラーフィルタの凹凸を用いて、液晶分子の垂直配向の配向方位を規定する。
【００２５】
配向膜６は、例えば、日産化学社製無機垂直配向材料「ＥＸＰ−ＯＡ００３」（商品名）をスピンコート後、熱焼成によって形成する。対向する透明基板３上にも、同様に垂直配向膜７を形成する。対向する透明基板３上には、液晶分子１０に印加する実効電圧をコントロールするスイッチが形成されており、例えば、反射型変調素子としてＳｉを使ったスイッチ上に反射画素電極を形成する構造を採ることができる。
【００２６】
無機カラーフィルタ４の凹凸上の液晶分子１０の配向は、図１に示すように、無機カラーフィルタ４の境界部分においては、台形の断面形状に概ね垂直に配向される。また、この境界部分は、遮光層９で遮られているため、表示画像のコントラストを低下させることがない。
【００２７】
この液晶表示素子においては、反射電極（画素電極）８とＩＴＯ５との間に電圧を印加すると、電界分布によって、反射電極８の端の液晶分子１０は、図４に示すように、無機カラーフィルタ４による配向方向に逆らわず、透明基板２に対して倒れることとなる。したがって、電圧を印加した「白表示」においては、無機カラーフィルタ４のストライプ方向と直交する方向に液晶分子１０は配向する。すなわち、配向方位を規定しない場合でも、ランダムな配向とはならずに、均一な配向が得られる。このようにカラーフィルタの凹凸を利用して液晶分子の配向方向を規定できる画素サイズは、およそ２０μｍ以下の領域である。
【００２８】
なお、カラーフィルタを有しない３板式の画像表示装置に用いる空間光変調素子においては、液晶分子の配向のために、画素と画素との間の中央にストライプ状の突起を設けることとしてもよい。
【００２９】
〔画像表示装置の構成〕
上述のような液晶表示素子を空間光変調素子として用いる本発明に係る画像表示装置は、図５に示すように、光源１１を有し、この光源１１から発せられる光を反射して略平行な光束とする凹面反射鏡１２を有している。光源１１としては、超高圧水銀ランプの如き放電ランプが使用される。凹面反射鏡１２は、放物面鏡、または、楕円面鏡である。凹面反射鏡１２に反射された光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００３０】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及び色分離偏光素子２０を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。色分離偏光素子２０は、特定の色成分の光のみの偏光方向を９０°回転させる。この実施の形態においては、色分離偏光素子２０を経た光束は、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＳ偏光となっており、赤色（Ｒ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＰ偏光となっている。このような色分離偏光素子２０としては、例えば、「カラーセレクト」（商品名）などを用いることができる。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。この緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、カラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２に入射し、赤色（Ｒ）成分は、第２の液晶表示素子２３に入射する。この画像表示装置は、いわゆる２板式の画像表示装置である。
【００３２】
第１の液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａにより反射されて、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００３３】
なお、この画像表示装置は、第１の液晶表示素子２２の無機材料からなるカラーフィルタからの反射光を再利用できる光学系となっている。
【００３４】
ところで、無機材料からなるカラーフィルタを内蔵した空間光変調素子は、図６に示すように、偏光板の偏光軸をカラーフィルタを内蔵した空間光変調素子のカラーフィルタパターンに対して４５°の方位に設定する必要がある。
【００３５】
ここで、偏光ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光によって無機材料からなるカラーフィルタを照明すると、液晶の配向方向と偏光軸が一致してしまうので、変調できないことになるからである。したがって、ストライプ状の無機材料からなるカラーフィルタを内蔵した液晶表示素子２２では、図７に示すように、偏光ビームスプリッタ２１の偏光軸に対して４５°の方位に設定する必要がある。この場合、偏光ビームスプリッタ２１のサイズを充分に大きくするとともに、光学系の光軸をスクリーン上の画像に対して４５°傾ける必要がある。
【００３６】
このような構成を採ることができない場合には、位相差板を用いて光学補償を行うことにより、偏光ビームスプリッタ２１からの出射光の偏光軸を液晶分子の配向方向に対して４５°回転させる。
【００３７】
光束の偏光軸を回転させる位相差板としては、λ／２板（二分の一波長板）が考えられる。例えば、ポリカーボネートを延伸してできたλ／２板を偏光ビームスプリッタの偏光軸に対する２２．５°の方位に遅相軸を設定する。
【００３８】
この場合、λ／２板は、設計波長以外ではλ／２からのずれがあり、図８に示すように、黒レベルについての分光特性は十分ではない。これを改善する構造として以下の構造がある。
【００３９】
すなわち、偏光軸を４５°回転させるために、図９に示すように、複数のλ／２板２４，２５を積層することが考えられる。例えば、λ／２板２４，２５において、それぞれ、７８．７５°及び５６．２５°に遅相軸（または、−１１．２５°及び−３３．７５°に進相軸）を設定する。偏光ビームスプリッタ２１から空間光変調素子に達する間に、２枚のλ／２板２４，２５を通過することにより、まず、２２．５°、続いて、４５°に偏光軸が回転する。これにより、許容範囲の黒レベル分光特性及び白レベル分光特性の改善が可能となる。λ／２板の枚数を増やし、１枚のλ／２板での偏光軸回転量を少なくするほど、分光特性は改善する。
【００４０】
図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ２１からの出射光は、略正確にＳ偏光になっているのであるが、λ／２板２４，２５を透過した後は、図１１に示すように、偏光方向が４５°回転される。
【００４１】
また、図１２に示すように、λ／２板２４及びλ／４板２６を積層することが考えられる。まず、λ／２板方位角をθとしたとき、２θ±９０°にλ／４板２６の方位を設定する。偏光軸を４５°回転させるためには、６７．５°、−４５°に遅相軸（または、−２２．５°、４５°に進相軸）を設定する。これにより、許容範囲の黒レベルとスキューレイ対策が可能となる。例えば、λ／２板の遅相軸を６７．７５°、λ／４板の遅相軸を−４５°、もしくは、λ／２板の遅相軸を６７．５°、λ／４板の遅相軸を−４５．５°という組み合わせのように、角度設定を微調整することにより、図１３に示すように、黒レベル分光透過率を広い範囲で一定値以下とすることが可能である。すなわち、λ／２板２４及びλ／４板２６を透過した後は、図１４に示すように、偏光方向が４５°回転される。黒表示時の液晶表示素子により反射されてλ／２板２４を再透過した後は、図１５に示すように、偏光ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光になる。なお、λ／２板とλ／４板のΔｎｄを微調整することも同様である。
【００４２】
このような偏光方向の回転について、設計波長からずれた場合についてポアンカレ球で示すと、λ／２板及びλ／４板を組み合わせたものでは、図１６に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていることがわかる。また、λ／２だけの場合には、図１７に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていないことがわかる。さらに、複数のλ／２板を組み合わせたものでは、図１８に示すように、偏光ビームスプリッタに戻った光では、所望の偏光方向となっていることがわかる。
【００４３】
すなわち、黒レベルの分光透過率をさらに改善するためには、λ／２板を複数枚使う構造で達成できる。なお、位相差板としては、ポリカーボネート等のフィルムを用いる以外に、水晶等の無機材料を用いることも可能である。
【００４４】
この画像表示装置は、上述の位相差板を用いる場合には、図１９に示すように、偏光ビームスプリッタと第１の液晶表示素子２２との間に、位相差板２５を設ける。
【００４５】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００４６】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及び色分離偏光素子２０を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。色分離偏光素子２０は、特定の色成分の光のみの偏光方向を９０°回転させる。この実施の形態においては、色分離偏光素子２０を経た光束は、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＳ偏光となっており、赤色（Ｒ）成分が偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａに対するＰ偏光となっている。このような色分離偏光素子２０としては、例えば、「カラーセレクト」（商品名）などを用いることができる。
【００４７】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。この緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、位相差板２５を経て、偏光方向を４５°回転されて、カラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２に入射し、赤色（Ｒ）成分は、第２の液晶表示素子２３に入射する。この画像表示装置は、いわゆる２板式の画像表示装置である。
【００４８】
第１の液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａにより反射されて、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００４９】
また、この画像表示装置は、図２０に示すように、空間光変調素子を１枚のみ用いて構成することもできる。
【００５０】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００５１】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９を経て、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射される。これら赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分は、位相差板２５を経て、偏光方向を４５°回転されて、カラーフィルタを有する液晶表示素子２２に入射する。この画像表示装置は、いわゆる単板式の画像表示装置である。
【００５３】
液晶表示素子２２で表示画像に応じて偏光変調されて反射された光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００５４】
そして、この画像表示装置は、図２１に示すように、透過型の空間光変調素子を用いて構成することができる。
【００５５】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００５６】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、ダイクロイックミラー２５において色分離される。ダイクロイックミラー２５は、特定の色成分の光のみを透過させ、他の色成分の光を反射する。この実施の形態においては、ダイクロイックミラー２５においては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が透過し、赤色（Ｒ）成分が反射される。
【００５７】
ダイクロイックミラー２５を透過した緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分光は、フィールドレンズ１９及びカラーフィルタを有する第１の液晶表示素子２２ａを透過し偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５８】
ダイクロイックミラー２５により反射された赤色（Ｒ）成分光は、リレーレンズ２６、ミラー２７、リレーレンズ２８、ミラー２９を経て、フィールドレンズ３０及び第２の液晶表示素子２３ａを透過し、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００５９】
偏光ビームスプリッタ２１に入射した光は、偏光膜２１ａに対するＳ偏光がこの偏光膜２１ａによって反射され、偏光膜２１ａに対するＰ偏光がこの偏光膜２１ａを透過する。すなわち、偏光膜２１ａにおいては、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）成分が反射され、赤色（Ｒ）成分が透過する。すなわち、第１の液晶表示素子２２ａで表示画像に応じて偏光変調されて透過した光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａによって反射され、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。また、第２の液晶表示素子２３ａで表示画像に応じて偏光変調されて透過した光は、偏光ビームスプリッタ２１の偏光膜２１ａを透過して、結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００６０】
さらに、この画像表示装置は、図２２に示すように、透過型の空間光変調素子を１枚のみ用いて構成することができる。
【００６１】
すなわち、凹面反射鏡１２に反射された光源からの光束は、一対のリレーレンズ１３，１４に入射する。これらリレーレンズ１３，１４は、反射型偏光板１５及び平面反射鏡１６を挟み込んでいる。反射型偏光板１５は、リレーレンズ１３，１４の中心部分（光軸に近い部分）に配置され、特定の方向の直線偏光のみを透過させ、残る成分は反射するように構成されている。平面反射鏡１６は、反射型偏光板１５の周囲に位置して円環状に構成されている。これら反射型偏光板１５または平面反射鏡１６において反射された光は、光源側に戻り、凹面反射鏡１２に反射されて、再利用される。
【００６２】
反射型偏光板１５を透過した光は、第１及び第２のフライアイレンズアレイ１７，１８を経て照度分布を均一化され、フィールドレンズ１９及びカラーフィルタを有する液晶表示素子２２ｂを透過し結像レンズとなる投射レンズ２４に入射する。そして、投射レンズ２４は、図示しないスクリーン上に、画像表示を行う。
【００６３】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る画像表示装置の液晶表示素子においては、無機材料からなるカラーフィルタ構造の凹凸を利用して配向制御がなされているので、垂直配向モードの場合にラビング等の配向処理を必要としない。
【００６４】
無機材料からなるカラーフィルタの色ごとの段差を利用することで各色の最適セル厚に液晶層を設定することができる。
【００６５】
すなわち、本発明は、製造の困難化を招来することなく、空間光変調素子への電圧無印加時（黒表示時）に入射光を変調することがなく、良好なコントラストの画像を表示することができる画像表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像表示装置に使用される液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図２】青色（Ｂ）光を透過させるためのカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図３】緑色（Ｇ）光を透過させるためのカラーフィルタの分光透過特性を示すグラフである。
【図４】上記液晶表示素子の電圧印加状態における構成を示す断面図である。
【図５】上記液晶表示素子を用いた画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図６】上記画像表示装置の要部の構成を示す正面図である。
【図７】上記画像表示装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図８】上記画像表示装置における各液晶表示素子の分光反射率を示すグラフである。
【図９】上記画像表示装置における位相補償板の構成を示す側面図である。
【図１０】上記画像表示装置における位相補償前の光束の偏光方向を示すグラフである。
【図１１】上記画像表示装置における位相補償後の光束の偏光方向を示すグラフである。
【図１２】上記画像表示装置における位相補償板の構成の他の例を示す側面図である。
【図１３】上記画像表示装置における位相補償後の各液晶表示素子の分光反射率を示すグラフである。
【図１４】上記画像表示装置における位相補償後の光束（液晶表示素子への入射光）の偏光方向を示すグラフである。
【図１５】上記画像表示装置における位相補償後の光束（偏光ビームスプリッタに戻った光）の偏光方向を示すグラフである。
【図１６】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（λ／２板及びλ／４板）。
【図１７】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（λ／２板のみ）。
【図１８】上記画像表示装置における設計波長からずれた位相補償をポアンカレ球によって示すグラフである（２枚のλ／２板）。
【図１９】上記位相補償板を有する画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図２０】上記位相補償板を有する画像表示装置（単板式）の構成を示す平面図である。
【図２１】透過型の液晶表示素子を用いた画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図２２】上記透過型の液晶表示素子を用いた画像表示装置（単板式）の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 液晶層、２，３ 透明基板、４ 無機カラーフィルタ、１０ 液晶分子、１１ 光源、２２ 第１の液晶表示素子、２３ 第２の液晶表示素子、２４ 投射レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device used as a spatial light modulator in an image display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an image display device having a light source such as a discharge lamp, a spatial light modulator such as a liquid crystal illuminated by an optical component by the light source, and a projection lens for forming an image of the spatial light modulator has been proposed. Have been. In this image display device, the configuration using three spatial light modulators has a problem that the configuration is complicated and the cost is high.
[0003]
As a countermeasure against this, it is effective to dispose a spatial color filter on the spatial light modulator to perform color separation.
[0004]
By the way, in a liquid crystal display element serving as a spatial light modulator, a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is used, and when no voltage is applied (during black display), liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicular to the substrate, and the voltage is applied. The liquid crystal mode in which liquid crystal molecules are made parallel to the substrate when applying (white display) is generally called a VA mode.
[0005]
2. Description of the Related Art In a spatial light modulator used for an image display device, a configuration using oblique deposition of SiO (silicon oxide) is known as an alignment treatment technique for a VA-mode substrate surface. The orientation processing technique refers to a technique for defining a direction in which liquid crystal molecules fall when a voltage is applied. In this configuration, the tilt angle and the azimuth angle of the liquid crystal molecules at the substrate interface can be defined by controlling the oblique deposition angle of SiO.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-162629 A
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described liquid crystal display element, when the pixel size is reduced as in the case of using as a spatial light modulation element of an image display device, a so-called lateral electric field between adjacent pixels causes the liquid crystal molecules to have an orientation different from a desired orientation. Sometimes It is possible to stabilize the alignment direction by increasing the pretilt angle, but in that case, the incident light is modulated even when no voltage is applied, and a decrease in contrast due to an increase in the black level is expected in the future. I will.
[0008]
In addition, an apparatus for depositing SiO on a substrate is a large-scale apparatus for keeping the deposition angle constant. For this reason, the equipment cost increases, and the evacuation time increases, so that the tact time of the alignment treatment step increases, which leads to difficulties in manufacturing and an increase in manufacturing costs.
[0009]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and modulates incident light when no voltage is applied to the spatial light modulation element (during black display) without causing difficulty in manufacturing. It is an object of the present invention to provide an image display device capable of displaying an image having a good contrast without performing the operation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an image display device according to the present invention is a projection-type image display device including a spatial light modulation element having a built-in color filter, an illumination device for illuminating the spatial light modulation element, and a projection lens. The device is a liquid crystal display device having a built-in color filter, in which the orientation direction of the liquid crystal molecules is defined by using an inclined portion at the boundary of the color filter, and the polarization axis incident on the liquid crystal layer with respect to the orientation direction of the liquid crystal. It is characterized by having an angle of 45 °.
[0011]
In the liquid crystal display element of this image display device, since the alignment is controlled by using the unevenness of the color filter structure made of an inorganic material, alignment processing such as rubbing is not required in the case of the vertical alignment mode.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
(Configuration of liquid crystal display element)
As shown in FIG. 1, the liquid crystal display element used in the image display device according to the present invention has a configuration in which a liquid crystal layer 1 is sealed between a pair of substrates 2 and 3. An inorganic color filter 4 made of an inorganic material corresponding to the pixel is provided on the surface of one substrate 2 sandwiching the liquid crystal layer 1.
[0014]
This inorganic color filter 4 is composed of a dielectric multilayer film as shown in the following [Table 1] and [Table 2], and reflects light in a specific wavelength range as shown in FIGS. 2 and 3. , Has the function of transmitting others. Although the number of dielectric layers and the total thickness of the inorganic color filter 4 vary depending on the wavelength band to be reflected, the thickness of the color filter is approximately 0.5 μm to 5 μm.
[0015]
[Table 1]

[0016]
[Table 2]

[0017]
The inorganic color filters 4 shown in Table 1 and FIG. 2 show the configuration of the color filter for transmitting blue (B) light and the spectral transmission characteristics. The color filters shown in Table 2 and FIG. 3 show the configuration of the color filters for transmitting green (G) light and the spectral transmission characteristics.
[0018]
The inorganic color filter 4 can be formed by patterning a multilayer film structure that reflects light in each wavelength band according to a pixel structure using a photolithography process such as so-called lift-off.
[0019]
Here, green (G) and blue (B) are color-separated by a color filter made of an inorganic material, and the green (G) and blue (B) and the remaining red (R) are separated by another reflective spatial light modulator. 1 shows a configuration of a color filter of a liquid crystal display element used in a so-called two-panel type (reflection-type spatial light modulation element) image display device that modulates the image by using a color filter.
[0020]
Here, the thicknesses of the green (G) filter and the blue (B) filter do not always match. By utilizing this difference in film thickness, it is possible to improve the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element. That is, the optimum cell thickness in the liquid crystal display element differs depending on the color. The optimum cell thickness for blue (B) is wider than the optimum cell thickness for green (G). For example, if the typical wavelengths of green (G) and blue (B) are 530 nm and 470 nm, respectively, it is optimal for a reflective liquid crystal display device using a material having a refractive index difference (Δn) of 0.15. The cell thickness is 1.4 μm at 530 nm and 1.2 μm at 470 nm.
[0021]
That is, in this liquid crystal display element, the difference in the film thickness of each color of the color filter made of an inorganic material is made to match the difference in the optimum cell thickness of each color of the liquid crystal, thereby obtaining the spectral transmittance (reflectance). Can be improved.
[0022]
Generally, the total thickness of the dielectric multilayer film transmitting blue (B) is larger than the total thickness of the dielectric multilayer film transmitting green (G). This is because the transmission layer for blue (B) is a dielectric multilayer film that reflects the wavelength band of green (G), and the thickness of this dielectric film is a function of the wavelength (basically). Is a laminate satisfying the condition of 4nd = λ). The thickness of the liquid crystal cell is smaller for blue (B) than for green (G). When it is difficult to optimize the cell thickness of the liquid crystal in terms of color design, adjustment by stacking dummy layers is also possible.
[0023]
In this liquid crystal display element, as shown in FIG. 1, a transparent substrate 2, an inorganic color filter 4 made of an inorganic material, ITO 5, an alignment film 6, a liquid crystal layer 1, a vertical alignment film 7, a reflective electrode 8, and a transparent substrate 8 are formed. In this case, the layers from the ITO 5 to the reflective electrode 8 need to be designed as a dielectric multilayer film. In a liquid crystal modulation element used for an image display device, for example, in the case of “WXGA standard (1366 × 768 pixels)” of 0.75 inches, the pixel size is 12 μm. Here, in a case where green (G) and blue (B) are displayed by using a stripe color filter and red (R) is displayed by another modulation element, the spatial light is displayed. The sub-pixel size for displaying green (G) and blue (B) in the modulation element is 6 μm × 12 μm.
[0024]
In this liquid crystal display element, a light-shielding layer 9 having a width of about 1.5 μm is provided between pixel portions, that is, between pixels. This light-shielding layer 9 is formed of a metal material such as chromium and aluminum. As described above, the thickness of the dielectric multilayer film is about 0.5 μm to 5 μm, which is on the same order as the size of the sub-pixel. As shown in FIG. 1, the cross section of the inorganic color filter 4 has a trapezoidal shape. In this liquid crystal display element, the vertical orientation of the liquid crystal molecules is defined by using the unevenness of the color filter. .
[0025]
The alignment film 6 is formed by, for example, spin coating an inorganic vertical alignment material “EXP-OA003” (trade name) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., and then performing thermal baking. The vertical alignment film 7 is similarly formed on the opposing transparent substrate 3. On the opposing transparent substrate 3, a switch for controlling an effective voltage applied to the liquid crystal molecules 10 is formed. For example, a structure in which a reflective pixel electrode is formed on a switch using Si as a reflective modulation element is employed. be able to.
[0026]
As shown in FIG. 1, the alignment of the liquid crystal molecules 10 on the unevenness of the inorganic color filter 4 is substantially perpendicular to the trapezoidal cross section at the boundary of the inorganic color filter 4. In addition, since this boundary portion is shielded by the light shielding layer 9, the contrast of the displayed image is not reduced.
[0027]
In this liquid crystal display device, when a voltage is applied between the reflection electrode (pixel electrode) 8 and the ITO 5, the liquid crystal molecules 10 at the end of the reflection electrode 8 are caused to have an inorganic color filter as shown in FIG. 4 does not go against the orientation direction, and falls on the transparent substrate 2. Therefore, in the “white display” to which the voltage is applied, the liquid crystal molecules 10 are oriented in a direction orthogonal to the stripe direction of the inorganic color filter 4. That is, even when the orientation is not specified, uniform orientation can be obtained without random orientation. As described above, the pixel size in which the orientation direction of the liquid crystal molecules can be defined by using the unevenness of the color filter is a region of about 20 μm or less.
[0028]
Note that in a spatial light modulator used for a three-plate image display device without a color filter, a stripe-shaped protrusion may be provided at the center between pixels in order to align liquid crystal molecules.
[0029]
[Configuration of image display device]
The image display device according to the present invention using the liquid crystal display device as described above as a spatial light modulation device has a light source 11 as shown in FIG. 5, and reflects light emitted from the light source 11 to be substantially parallel. It has a concave reflecting mirror 12 that serves as a light beam. As the light source 11, a discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp is used. The concave reflecting mirror 12 is a parabolic mirror or an elliptical mirror. The light beam reflected by the concave reflecting mirror 12 enters a pair of relay lenses 13 and 14. These relay lenses 13 and 14 sandwich a reflection type polarizing plate 15 and a plane reflection mirror 16. The reflective polarizing plate 15 is arranged at the center of the relay lenses 13 and 14 (portion near the optical axis), and is configured to transmit only linearly polarized light in a specific direction and reflect the remaining components. The plane reflecting mirror 16 is located around the reflective polarizing plate 15 and is formed in an annular shape. The light reflected by the reflective polarizing plate 15 or the plane reflecting mirror 16 returns to the light source side, is reflected by the concave reflecting mirror 12, and is reused.
[0030]
The light transmitted through the reflective polarizing plate 15 is made uniform in illuminance distribution through the first and second fly-eye lens arrays 17 and 18, passed through the field lens 19 and the color separation polarizing element 20, and is sent to the polarizing beam splitter 21. Incident. The color separation polarizing element 20 rotates the polarization direction of only a specific color component light by 90 °. In this embodiment, in the light beam that has passed through the color separation polarizing element 20, the green (G) and blue (B) components are S-polarized light with respect to the polarizing film 21a of the polarizing beam splitter 21, and the red (R) component is The light is P-polarized light with respect to the polarizing film 21a of the polarizing beam splitter 21. As such a color separation polarizing element 20, for example, "Color Select" (trade name) or the like can be used.
[0031]
In the light that has entered the polarizing beam splitter 21, S-polarized light with respect to the polarizing film 21a is reflected by the polarizing film 21a, and P-polarized light with respect to the polarizing film 21a passes through the polarizing film 21a. That is, in the polarizing film 21a, the green (G) and blue (B) components are reflected, and the red (R) component is transmitted. The green (G) and blue (B) components enter the first liquid crystal display element 22 having a color filter, and the red (R) component enters the second liquid crystal display element 23. This image display device is a so-called two-plate image display device.
[0032]
The light that has been polarization-modulated and reflected by the first liquid crystal display element 22 according to the display image passes through the polarizing film 21a of the polarization beam splitter 21, and enters the projection lens 24 serving as an imaging lens. The light that has been polarization-modulated and reflected by the second liquid crystal display element 23 according to the display image is reflected by the polarizing film 21a of the polarization beam splitter 21, and is incident on the projection lens 24 that serves as an imaging lens. Then, the projection lens 24 performs image display on a screen (not shown).
[0033]
This image display device is an optical system that can reuse light reflected from a color filter made of an inorganic material of the first liquid crystal display element 22.
[0034]
By the way, as shown in FIG. 6, the spatial light modulator having a built-in color filter made of an inorganic material has a polarization axis of 45 ° with respect to the color filter pattern of the spatial light modulator having a built-in color filter. Must be set to
[0035]
Here, when the color filter made of an inorganic material is illuminated by the S-polarized light with respect to the polarization beam splitter 21, the liquid crystal cannot be modulated because the alignment direction of the liquid crystal and the polarization axis match. Therefore, in the liquid crystal display element 22 having a built-in color filter made of a striped inorganic material, it is necessary to set the azimuth at 45 ° with respect to the polarization axis of the polarization beam splitter 21, as shown in FIG. In this case, the size of the polarizing beam splitter 21 needs to be sufficiently large, and the optical axis of the optical system needs to be inclined by 45 ° with respect to the image on the screen.
[0036]
When such a configuration cannot be adopted, the polarization axis of the light emitted from the polarization beam splitter 21 is rotated by 45 ° with respect to the alignment direction of the liquid crystal molecules by performing optical compensation using a phase difference plate. .
[0037]
As a retardation plate for rotating the polarization axis of the light beam, a λ / 2 plate (a half-wave plate) can be considered. For example, a slow axis is set to an azimuth of 22.5 ° with respect to a polarization axis of a polarizing beam splitter in a λ / 2 plate formed by stretching polycarbonate.
[0038]
In this case, the λ / 2 plate has a deviation from λ / 2 at wavelengths other than the design wavelength, and as shown in FIG. 8, the spectral characteristics regarding the black level are not sufficient. There is the following structure as a structure for improving this.
[0039]
That is, it is conceivable to stack a plurality of λ / 2 plates 24 and 25 as shown in FIG. 9 in order to rotate the polarization axis by 45 °. For example, in the λ / 2 plates 24 and 25, a slow axis (or a fast axis at −11.25 ° and −33.75 °) is set at 78.75 ° and 56.25 °, respectively. By passing through the two λ / 2 plates 24 and 25 while reaching the spatial light modulator from the polarization beam splitter 21, the polarization axis is first rotated to 22.5 ° and then to 45 °. As a result, the black level spectral characteristics and the white level spectral characteristics within the allowable range can be improved. The spectral characteristics are improved as the number of λ / 2 plates is increased and the amount of rotation of the polarization axis in one λ / 2 plate is reduced.
[0040]
As shown in FIG. 10, the output light from the polarization beam splitter 21 is almost exactly S-polarized light, but after transmitting through the λ / 2 plates 24 and 25, as shown in FIG. The polarization direction is rotated by 45 °.
[0041]
Further, as shown in FIG. 12, it is conceivable to stack a λ / 2 plate 24 and a λ / 4 plate 26. First, assuming that the λ / 2 plate azimuth is θ, the azimuth of the λ / 4 plate 26 is set to 2θ ± 90 °. In order to rotate the polarization axis by 45 °, a slow axis is set at 67.5 ° and −45 ° (or a fast axis at −22.5 ° and 45 °). As a result, a black level within an allowable range and skew ray countermeasures can be taken. For example, the slow axis of the λ / 2 plate is 67.75 °, the slow axis of the λ / 4 plate is −45 °, or the slow axis of the λ / 2 plate is 67.5 °, and the slow axis of the λ / 4 plate is By finely adjusting the angle setting such as a combination of the slow axis of −45.5 °, it is possible to make the black level spectral transmittance equal to or less than a certain value in a wide range as shown in FIG. . That is, after passing through the λ / 2 plate 24 and the λ / 4 plate 26, the polarization direction is rotated by 45 ° as shown in FIG. After being reflected by the liquid crystal display element at the time of black display and retransmitting through the λ / 2 plate 24, it becomes S-polarized light with respect to the polarization beam splitter 21 as shown in FIG. The same applies to fine adjustment of Δnd of the λ / 2 plate and the λ / 4 plate.
[0042]
When such a rotation of the polarization direction deviates from the design wavelength by a Poincare sphere, the combination of the λ / 2 plate and the λ / 4 plate returned to the polarization beam splitter as shown in FIG. It can be seen that light has a desired polarization direction. In addition, in the case of only λ / 2, as shown in FIG. 17, it can be seen that the light returned to the polarization beam splitter does not have the desired polarization direction. Further, in the case where a plurality of λ / 2 plates are combined, as shown in FIG. 18, the light returning to the polarization beam splitter has a desired polarization direction.
[0043]
That is, in order to further improve the spectral transmittance at the black level, a structure using a plurality of λ / 2 plates can be achieved. As the retardation plate, an inorganic material such as quartz may be used instead of using a film such as polycarbonate.
[0044]
In the case where the above-described retardation plate is used in this image display device, a retardation plate 25 is provided between the polarizing beam splitter and the first liquid crystal display element 22, as shown in FIG.
[0045]
That is, the light flux from the light source reflected by the concave reflecting mirror 12 enters the pair of relay lenses 13 and 14. These relay lenses 13 and 14 sandwich a reflection type polarizing plate 15 and a plane reflection mirror 16. The reflective polarizing plate 15 is arranged at the center of the relay lenses 13 and 14 (portion near the optical axis), and is configured to transmit only linearly polarized light in a specific direction and reflect the remaining components. The plane reflecting mirror 16 is located around the reflective polarizing plate 15 and is formed in an annular shape. The light reflected by the reflective polarizing plate 15 or the plane reflecting mirror 16 returns to the light source side, is reflected by the concave reflecting mirror 12, and is reused.
[0046]
The light transmitted through the reflective polarizing plate 15 is made uniform in illuminance distribution through the first and second fly-eye lens arrays 17 and 18, passed through the field lens 19 and the color separation polarizing element 20, and is sent to the polarizing beam splitter 21. Incident. The color separation polarizing element 20 rotates the polarization direction of only a specific color component light by 90 °. In this embodiment, in the light beam that has passed through the color separation polarizing element 20, the green (G) and blue (B) components are S-polarized light with respect to the polarizing film 21a of the polarizing beam splitter 21, and the red (R) component is The light is P-polarized light with respect to the polarizing film 21a of the polarizing beam splitter 21. As such a color separation polarizing element 20, for example, "Color Select" (trade name) or the like can be used.
[0047]
In the light that has entered the polarizing beam splitter 21, S-polarized light with respect to the polarizing film 21a is reflected by the polarizing film 21a, and P-polarized light with respect to the polarizing film 21a passes through the polarizing film 21a. That is, in the polarizing film 21a, the green (G) and blue (B) components are reflected, and the red (R) component is transmitted. The green (G) and blue (B) components are rotated by 45 ° in the polarization direction through the phase difference plate 25 and are incident on the first liquid crystal display element 22 having a color filter, and the red (R) component is And enters the second liquid crystal display element 23. This image display device is a so-called two-plate image display device.
[0048]
The light that has been polarization-modulated and reflected by the first liquid crystal display element 22 according to the display image passes through the polarizing film 21a of the polarization beam splitter 21, and enters the projection lens 24 serving as an imaging lens. The light that has been polarization-modulated and reflected by the second liquid crystal display element 23 according to the display image is reflected by the polarizing film 21a of the polarization beam splitter 21, and is incident on the projection lens 24 that serves as an imaging lens. Then, the projection lens 24 performs image display on a screen (not shown).
[0049]
In addition, as shown in FIG. 20, this image display device can be configured using only one spatial light modulator.
[0050]
That is, the light flux from the light source reflected by the concave reflecting mirror 12 enters the pair of relay lenses 13 and 14. These relay lenses 13 and 14 sandwich a reflection type polarizing plate 15 and a plane reflection mirror 16. The reflective polarizing plate 15 is arranged at the center of the relay lenses 13 and 14 (portion near the optical axis), and is configured to transmit only linearly polarized light in a specific direction and reflect the remaining components. The plane reflecting mirror 16 is located around the reflective polarizing plate 15 and is formed in an annular shape. The light reflected by the reflective polarizing plate 15 or the plane reflecting mirror 16 returns to the light source side, is reflected by the concave reflecting mirror 12, and is reused.
[0051]
The light transmitted through the reflective polarizing plate 15 is made uniform in illuminance distribution through the first and second fly-eye lens arrays 17 and 18, and is incident on the polarization beam splitter 21 through the field lens 19.
[0052]
In the light that has entered the polarizing beam splitter 21, S-polarized light with respect to the polarizing film 21a is reflected by the polarizing film 21a, and P-polarized light with respect to the polarizing film 21a passes through the polarizing film 21a. That is, red (R), green (G), and blue (B) components are reflected by the polarizing film 21a. These red (R), green (G), and blue (B) components are incident on the liquid crystal display element 22 having a color filter after rotating the polarization direction by 45 ° via the phase difference plate 25. This image display device is a so-called single-panel image display device.
[0053]
The light that has been polarization-modulated and reflected by the liquid crystal display element 22 according to the display image passes through the polarization film 21a of the polarization beam splitter 21, and is incident on the projection lens 24 serving as an imaging lens. Then, the projection lens 24 performs image display on a screen (not shown).
[0054]
This image display device can be configured using a transmissive spatial light modulator as shown in FIG.
[0055]
That is, the light flux from the light source reflected by the concave reflecting mirror 12 enters the pair of relay lenses 13 and 14. These relay lenses 13 and 14 sandwich a reflection type polarizing plate 15 and a plane reflection mirror 16. The reflective polarizing plate 15 is arranged at the center of the relay lenses 13 and 14 (portion near the optical axis), and is configured to transmit only linearly polarized light in a specific direction and reflect the remaining components. The plane reflecting mirror 16 is located around the reflective polarizing plate 15 and is formed in an annular shape. The light reflected by the reflective polarizing plate 15 or the plane reflecting mirror 16 returns to the light source side, is reflected by the concave reflecting mirror 12, and is reused.
[0056]
The light transmitted through the reflective polarizer 15 is made uniform in illuminance distribution through the first and second fly-eye lens arrays 17 and 18, and is color-separated by the dichroic mirror 25. The dichroic mirror 25 transmits only light of a specific color component and reflects light of another color component. In this embodiment, the dichroic mirror 25 transmits the green (G) and blue (B) components and reflects the red (R) component.
[0057]
The green (G) and blue (B) component lights transmitted through the dichroic mirror 25 pass through the field lens 19 and the first liquid crystal display element 22 a having a color filter, and enter the polarization beam splitter 21.
[0058]
The red (R) component light reflected by the dichroic mirror 25 passes through the relay lens 26, the mirror 27, the relay lens 28, and the mirror 29, passes through the field lens 30 and the second liquid crystal display element 23a, and passes through the polarization beam splitter 21. Incident on.
[0059]
In the light that has entered the polarizing beam splitter 21, S-polarized light with respect to the polarizing film 21a is reflected by the polarizing film 21a, and P-polarized light with respect to the polarizing film 21a passes through the polarizing film 21a. That is, in the polarizing film 21a, the green (G) and blue (B) components are reflected, and the red (R) component is transmitted. That is, the light that has been polarization-modulated and transmitted by the first liquid crystal display element 22a according to the display image is reflected by the polarizing film 21a of the polarization beam splitter 21, and is incident on the projection lens 24 serving as an imaging lens. The light that has been polarized and modulated by the second liquid crystal display element 23a in accordance with the display image and has passed therethrough passes through the polarizing film 21a of the polarizing beam splitter 21, and enters the projection lens 24 serving as an imaging lens. Then, the projection lens 24 performs image display on a screen (not shown).
[0060]
Furthermore, as shown in FIG. 22, this image display device can be configured using only one transmissive spatial light modulator.
[0061]
That is, the light flux from the light source reflected by the concave reflecting mirror 12 enters the pair of relay lenses 13 and 14. These relay lenses 13 and 14 sandwich a reflection type polarizing plate 15 and a plane reflection mirror 16. The reflective polarizing plate 15 is arranged at the center of the relay lenses 13 and 14 (portion near the optical axis), and is configured to transmit only linearly polarized light in a specific direction and reflect the remaining components. The plane reflecting mirror 16 is located around the reflective polarizing plate 15 and is formed in an annular shape. The light reflected by the reflective polarizing plate 15 or the plane reflecting mirror 16 returns to the light source side, is reflected by the concave reflecting mirror 12, and is reused.
[0062]
The light transmitted through the reflective polarizing plate 15 is made uniform in illuminance distribution through the first and second fly-eye lens arrays 17 and 18, and is transmitted through the field lens 19 and the liquid crystal display element 22b having a color filter to form an image. The light is incident on a projection lens 24 serving as a lens. Then, the projection lens 24 performs image display on a screen (not shown).
[0063]
【The invention's effect】
As described above, in the liquid crystal display element of the image display device according to the present invention, since the alignment is controlled using the unevenness of the color filter structure made of an inorganic material, the alignment such as rubbing is performed in the case of the vertical alignment mode. No processing required.
[0064]
The liquid crystal layer can be set to an optimum cell thickness for each color by utilizing a step for each color of a color filter made of an inorganic material.
[0065]
That is, the present invention provides an image with good contrast without modulating incident light when no voltage is applied to the spatial light modulator (during black display) without causing difficulty in manufacturing. It is possible to provide an image display device capable of performing the following.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display element used in an image display device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a spectral transmission characteristic of a color filter for transmitting blue (B) light.
FIG. 3 is a graph showing a spectral transmission characteristic of a color filter for transmitting green (G) light.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of the liquid crystal display element in a state where a voltage is applied.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of an image display device using the liquid crystal display element.
FIG. 6 is a front view showing a configuration of a main part of the image display device.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a main part of the image display device.
FIG. 8 is a graph showing a spectral reflectance of each liquid crystal display element in the image display device.
FIG. 9 is a side view showing a configuration of a phase compensator in the image display device.
FIG. 10 is a graph showing a polarization direction of a light beam before phase compensation in the image display device.
FIG. 11 is a graph showing a polarization direction of a light beam after phase compensation in the image display device.
FIG. 12 is a side view showing another example of the configuration of the phase compensator in the image display device.
FIG. 13 is a graph showing the spectral reflectance of each liquid crystal display element after phase compensation in the image display device.
FIG. 14 is a graph showing a polarization direction of a light beam (light incident on a liquid crystal display element) after phase compensation in the image display device.
FIG. 15 is a graph showing a polarization direction of a light beam (light returning to the polarization beam splitter) after phase compensation in the image display device.
FIG. 16 is a graph (λ / 2 plate and λ / 4 plate) showing a phase compensation deviated from a design wavelength in the image display device using a Poincare sphere.
FIG. 17 is a graph showing a phase compensation deviated from a design wavelength in the image display device using a Poincare sphere (only λ / 2 plate).
FIG. 18 is a graph showing phase compensation deviated from a design wavelength in the image display device by using a Poincare sphere (two λ / 2 plates).
FIG. 19 is a plan view illustrating a configuration of an image display device having the phase compensation plate.
FIG. 20 is a plan view showing a configuration of an image display device (single-plate type) having the phase compensation plate.
FIG. 21 is a plan view showing a configuration of an image display device using a transmissive liquid crystal display element.
FIG. 22 is a plan view showing a configuration of an image display device (single-plate type) using the transmission type liquid crystal display element.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 liquid crystal layer, 2, 3 transparent substrate, 4 inorganic color filter, 10 liquid crystal molecules, 11 light source, 22 first liquid crystal display element, 23 second liquid crystal display element, 24 projection lens

Claims (6)

In a projection-type image display device including a spatial light modulation element with a built-in color filter, an illumination device for illuminating the color filter, and a projection lens,
The spatial light modulation element is a liquid crystal display element having a built-in color filter, the orientation direction of the liquid crystal molecules is defined using the inclined portion of the color filter boundary,
An image display device, wherein an incident polarization axis to a liquid crystal layer has an angle of 45 ° with respect to a liquid crystal alignment direction. 2. The image display device according to claim 1, wherein a phase difference plate is disposed between the spatial light modulator and the polarization selector, and the polarization direction of the incident light is rotated by a predetermined angle. 3. The image display device according to claim 2, wherein the retardation plate is a half-wave plate. 3. The image display device according to claim 2, wherein said retardation plate comprises a plurality of half-wave plates. The image display device according to claim 2, wherein the retardation plate includes a half-wave plate and a quarter-wave plate. 5. The image display device according to claim 4, wherein the slow axis azimuth angle of the quarter-wave plate at the design wavelength forms an angle of about 90 [deg.] With the polarization axis after passing through the half-wave plate.

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