专利名称：液晶投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用垂直对准液晶装置的液晶投影仪。更具体地说，本发明涉及一种能一起改善对比度和响应速度的液晶投影仪。
背景技术：
迄今为止，已经知道了采用例如透射式液晶面板，通过对光源发出的光进行光调制，形成图像光束，并在例如屏上投影所形成的图像的图像投影仪。采用这种液晶投影仪，用液晶面板结合红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色光束实现光调制，并且通过该光调制形成的各光束被合成在一起，以输出全彩色图像。
用于消除图像影像中的不规则性并通过展宽液晶面板视角而改善对比度的液晶投影仪已经在日本专利2001-42314中提出。在此公开文本中的液晶投影仪包括灯102，其在反射器102a的焦点位置具有光发射单元102b，如图1所示。从灯102发射的光束，从灯的开口部分向前发射，该光束基本平行于反射器102a的光轴。
在灯102的下游侧台，设置有排列成例如方形阵列的多个透镜构件组成的多透镜阵列103，以及另一多透镜阵列104。多透镜阵列103的透镜构件的包络线，与例如由扭曲向列液晶形成、并包括液晶面板部分110，113，119的液晶面板的被照射区域的形状和高宽比相同，稍后将对该液晶面板进行说明。另一多透镜阵列104由多个透镜构件组成，其设置为与多透镜阵列103的透镜构件相对。由多透镜阵列103、104采集的光束，通过光偏振部件105转换成具有预定偏振方向的偏振光束。也就是，从灯102发射的非偏振光，即P偏振光加S偏振光，通过光偏振部件105并从而被转换成具有预定光偏振方向的光束，例如，P偏振光，以与液晶面板部分110，113，119相匹配。同时，省略对光偏振部件105的说明。
通过光偏振部件105被转换成例如P偏振光束的光，射到设置在光偏振部件105旁的平凸透镜106。构建该平凸透镜106是用于采集来自光偏振部件105的光束以有效照明液晶面板。
从平凸透镜106发射的光束，即白色光，最初射向用于透射红色光束R的二向色镜107。二向色镜透射红色光束R并反射绿色光束G和蓝色光束B。通过二向色镜107透射的红色光束R，其前进方向被反射镜108转向例如90°，并经由平凸透镜109入射到液晶面板部分110。
另一方面，被二向色镜107反射的绿色光束G和蓝色光束B，通过用于透射蓝色光束B的二向色镜104被彼此分离。也就是，绿色光束G被二向色镜104反射，并通过平凸透镜112入射到液晶面板部分113。蓝色光束B从二向色镜104透射，并沿直线前进，通过中继透镜114、反射镜115、中继透镜116、反射镜117和平凸透镜118，到达液晶面板部分119。
通过由液晶面板部分110，113和119进行光调制的各种颜色的光束，入射到交叉棱镜120，交叉棱镜120是通过将复合玻璃棱镜接合在一起而形成的。在玻璃棱镜的连接面上形成具有预设光学特性的干涉滤色器121a、121b。例如，设置干涉滤色器121a用来反射红色光束R并透射绿色光束G，而设置干涉滤色器121b用来反射蓝色光束B并透射绿色光束G。因此，红色光束R被干涉滤色器121a反射，而蓝色光束B被干涉滤色器121b反射，从而两种光束到达投影透镜122，在那里各光束被合成在唯一的光轴上。
利用上述液晶投影仪100，会出现与视角有关的对比度下降的问题。这个与视角有关的问题，可以归因于组成液晶面板的扭曲向列液晶分子的扭曲，如图2所示。在该图中，示出了设置在偏光片130，133之间的常白液晶面板132的液晶分子阵列。在每个取向膜132a，132b中的实线箭头示出对准的处理方向。如果驱动电压施加至上述构造的液晶面板132，液晶分子从所示状态竖立，从而切断任意入射光束。在取向膜132a，132b的每个的界面，液晶分子的对准方向相对于对准处理方向具有预定角度。该预定角度在术语中称为预倾角。该预定角度是在施加驱动电压时为了引导液晶分子的驱动方向而对准的进程方向的分子初始对准角度。通过向液晶面板132施加电压以使液晶分子竖立，可以显示黑色电平。然而，由于预倾角的上述效果，与视角相关的光阻断特性劣化，而产生黑色白化现象，导致对比度下降。
因此，在传统液晶投影仪100中，在偏光片130和液晶面板132之间设置相位差膜131，以改善对比度，如图3所示。图3所示的液晶面板132中，设置在光入射侧的第一偏光片130具有偏振轴，也就是，例如沿z轴的偏振方向。因此，经过偏光片130的光束到达相位差膜131。相位差膜131被设置成使得相位延迟轴或快轴与偏光片130的光偏振轴相交。此外，相位差膜131设置为围绕包括在相位差膜130的平面内并平行于偏光片130的光偏振轴延伸的旋转轴按预定倾角设置。至于液晶面板132，取向膜132a的对准处理方向为x轴方向，而取向膜132b的对准处理方向为y轴方向，如图2所示。液晶分子以必须的预倾角取向，如图中与取向膜132a，132b关联的粗线条所示。因此，在偏光片130的光偏振轴与液晶分子的对准方向之间，存在与上述预设预倾角对应的角度差。相位差膜131校正该角度差，使得穿过偏光片130的光束的相位与具有预倾角的取向膜130a的液晶分子阵列一致。
发明内容
发明解决的问题同时，上述传统液晶投影仪使用扭曲向列液晶作为液晶装置。在最近出现的液晶投影仪中，垂直对准液晶装置开始被使用。使用垂直对准液晶装置，可以获得极高的对比度。然而，当将垂直对准液晶装置安装到液晶投影仪上时，会出现液晶分子的对准方向被所谓横向电场干扰的现象，该横向电场在平行于基板表面的方向变得最强，从而导致透射率下降。
为了尽可能抑制横向电场，提出了所谓的逐场反向驱动系统，其中每两个相邻场的电极电位相反。为实现该驱动，液晶装置的每个像素必须具有足够的像素电位电容，以使得像素电位足够保持一个场周期。因此，在安装垂直对准液晶装置时，液晶装置必须被设计并构造为能增强像素电位电容的反射液晶装置。然而，这使液晶投影仪的设计和构建受到约束。
另一方面，从易于制造的观点考虑，透射液晶装置是用于液晶投影仪的主流液晶装置，并且试图将其设计并构造为垂直对准液晶装置。为了抑制由横向电场引起的对液晶分子对准的其他干扰，以得到高性能，期望使用已经在直视液晶装置实现的施加倾斜电场的方法，或对准控制方法，诸如在像素中设置倾斜部分。在这两种方法中，都要牺牲显示面中的开口率(孔径)，使得这些方法不能应用于高清晰度的液晶装置。
本发明还提出了用于控制垂直对准液晶分子的预倾角的方法，该方法抑制了由横向电场引起的对液晶分子对准的其他干扰，并改善液晶面板132的透射率以及液晶分子的响应速度。然而，会出现不能实现高对比度的问题，而高对比度是垂直对准液晶装置的突出优点，从而很难实行其上安装垂直对准液晶装置的透射液晶投影仪。
本发明的目的是为了解决上述问题，并提供一种其上安装有垂直对准液晶装置的透射液晶投影仪，其中液晶面板的透射率和响应速度可以改善，并且保持高对比度。
根据本发明，提供一种液晶投影仪，其包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分别设置在液晶装置的光入射侧和光发射侧的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光学系统采集的光束中的第一偏振光成分，并将透射的第一偏振光成分发送到液晶装置。第二偏光片透射从液晶装置发射的光束中的第二偏振光成分，以将透射的第二偏振光成分发送到投影透镜。相位差器件由设置在第一偏光片和液晶装置之间，或第二偏光片和液晶装置之间的光学各向异性装置形成。相位差器件的光学各向异性装置相对于液晶装置中的液晶分子的对准方向倾斜一角度。
在本发明的优选实施例中，提供一种液晶投影仪，其包括光源，用于将从光源发射的光束聚集在理想光路上的照明光学系统，用于通过以垂直对准状态排列的液晶分子对由照明光学系统收集的光束进行光调制的液晶装置，以及用于将液晶装置光调制的光束投影至放大比例的投影透镜。液晶投影仪包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分别设置在液晶装置的光入射侧和光发射侧的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光学系统采集的光束中的第一偏振光成分，并将透射的第一偏振光成分发送到液晶装置。第二偏光片透射从液晶装置发射的光束中的第二偏振光成分，以将透射的第二偏振光成分发送到投影透镜。相位差器件由设置在第一偏光片和液晶装置之间，或第二偏光片和液晶装置之间的光学各向异性装置形成。相位差器件的光学各向异性装置相对于液晶装置中的液晶分子的对准方向倾斜一角度。
根据本发明，使用以下液晶投影仪，其中光学各向异性装置以与液晶分子的预倾角α相关的一定角度安装在液晶面板5中。通过这样做，可以保持高对比度，同时改善液晶面板的透射率以及响应速度。
本发明的其他目的和具体优点，可以通过以下对其优选实施例的解释，特别是结合附图的解释，而变得更加明确。
图1是传统液晶投影仪的侧视图。
图2是示出组成液晶面板的扭曲向列液晶分子的构造的透视图。
图3是示出设置在偏光片和液晶面板之间的相位差膜的构造的透视图。
图4是示出根据本发明的液晶投影仪的构造的侧视图。
图5是示出用于根据本发明的液晶投影仪的液晶面板的透视图。
图6是示出本发明的液晶投影仪中从光入射侧偏光片至光发射侧偏光片的构造的透视图。
图7A和7B是根据本发明的液晶投影仪的对比度特性图。
图8是示出穿过液晶装置的基板施加用于单行反转驱动的电场的状态下的示图。
图9示出通过将光学各向异性装置设置为角度倾斜而获得的显示状态。
图10A和10B是液晶分子在小预倾角α的情况下的对比度特性图。
图11A和11B一方面示出液晶装置的对比度特性、透射率和响应速度的关系，另一方面示出与预倾角α之间的关系。
图12A和12B是示出将光学各向异性装置夹在一对倾斜介质片之间的结构的示意图。
图13A和13B是分别示出用于改变光学各向异性装置的旋转角β的补偿板倾斜机构的前视图和侧视图。
具体实施例方式
现在参照附图对根据本发明的三板型液晶投影仪的实施例进行说明，其中三块用于红色、绿色和蓝色光束的透射液晶面板用于投影全彩色图像。
液晶投影仪1将图像投影到外部屏上。参照图4，液晶投影仪1沿从光源11发射的光路，按顺序包括发射光束的光源11，截止滤光片12，第一反射(fold-back)镜13，第一和第二多透镜阵列14，15，PS合成树脂片16，第一聚光透镜17和第一二向色镜20。截止滤光片截断可见光范围外的光，并且第一反射镜13反射入射其上的光束。第一和第二多透镜阵列14，15中的每一个例如由具有外形封装并且高宽比大致与液晶面板25的有效开口区域相同的多个透镜构件的方形阵列形成。PS合成树脂片16使来自第二多透镜阵列15的光束沿预设光偏振方向发生偏振，并且第一聚光透镜17采集经过PS合成树脂片16的光束。第一二向色镜20根据不同波长谱带分离光束。
光源11用于发射投影全彩色图像所必需的白光，该白光由红色、绿色和蓝色三基色光组成。光源11包括发射白光的光发射构件11a，以及用于反射从光发射构件11a发射的光的反射器11b。光源11的光发射构件11a，例如，是放电灯，其中封入包括水银成分的气体，例如超高压水银灯。光源11的反射器11b是凹透镜，其镜面形成为具有高周边效率。反射器11b形成为对称旋转表面，诸如旋转抛物面或椭球面。
截止滤光片12是平面镜，用于反射并从而去除包括在从光源11发射的白光中的紫外线区域的光。例如截止滤光片12是玻璃基板，其上形成涂层以反射紫外线区域的光。截止滤光片允许除了紫外线区域的光经过。
第一多透镜阵列14被设计为在与第二多透镜阵列15联合的情况下，将入射在第一多透镜阵列14上的光转变为对应液晶面板25的有效区域的形状的光束，以均匀照明液晶面板25的有效区域，如以下解释，并从而确保均匀照度分布。第一多透镜阵列14通过将多个小透镜设置在一个阵列中而形成。由第一反射镜13反射的光被透镜装置采集，以形成多个小尺寸点光源。来自各个点光源的照明光束被第二多透镜阵列15合成。
聚光透镜17是凸透镜，其用于调节光斑直径，使得由PS合成树脂片16控制在预定偏振方向的光有效照明液晶面板25的有效开口区域。
第一二向色镜20是波长选择镜，其例如由玻璃基板组成，其主表面通过所谓二向色涂覆，涂覆了多层介电膜。第一二向色镜20将入射光束分离为红色光束和其他颜色的光束，使红色光束被反射，并透射其他颜色的光束，即绿色光束和蓝色光束。
具体地说，第一二向色镜20设置在从聚光透镜17入射的光的光路上，相对于垂直方向倾斜45°，以从聚光透镜17入射的光束中透射绿色光束和蓝色光束，并沿基本垂直的方向反射红色光束，从而将红色光束的方向改变90°。
液晶投影仪1沿由第一二向色镜20分离的红色光束的光路，按顺序还包括第二反射镜22，第一场镜23R，第一光入射侧偏振片24R，第一液晶面板25R，以及第一光发射侧偏振片26R。第二反射镜对光束全反射，并且第一场镜23R采集该光束。第一光入射侧偏振片24R仅透射预定方向偏振的光成分，第一液晶面板25R对光束进行空间调制。第一光发射侧偏振片26R仅透射预定偏振方向的光成分。
第二反射镜22是全反射镜，向垂直方向反射由第一二向色镜20反射的光束，将光方向改变90°。第二反射镜设置在反射的红色光束的光路上，相对于垂直方向45°设置。因此，第二反射镜22向第一场镜23R反射红色光束。
第一场镜23R是与聚光透镜17一起形成照明光学系统的光采集透镜。第一场镜将从第二反射镜22反射回的红色光，向第一光入射侧偏振片24R输出，同时采集第一液晶面板25R上的光。
第一光入射侧偏振片24R设计为仅透射具有预定偏振方向的红色光束的光成分。红色光束被从第一场镜23R输出。第一光入射侧偏振片24R被设置为使得光轴或光透射方向相对于在第一液晶面板25R的光入射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。
第一液晶面板25R是采用垂直对准液晶分子的透射面板，并且其由未示出的两片透明基板组成，在两片透明基板之间封装了垂直排列的液晶分子。当液晶分子状态响应输入的与红色图像信息关联的图像信号而改变时，第一液晶面板25R对经由第一光入射侧偏振片24R入射的红色光束进行空间调制，以透射该进行空间调制的红色光束。因为投影的图像基本为矩形，其沿水平方向的图像尺寸长于沿垂直方向的图像尺寸，第一液晶面板25R具有相应形状的光入射表面，即大致为矩形。
第一光发射侧偏振片26R仅透射具有垂直于第一光入射侧偏振片24R的偏振方向的光偏振方向的红色光束的光成分。红色光束被第一液晶面板25R调制。第一光发射侧偏振片26R被设置为使得光透射轴(光透射方向)相对于在第一液晶面板25R的光发射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。简言之，第一光发射侧偏振片26R和第一光入射侧偏振片24R被设置为具有正交尼科耳关系，即第一光发射侧偏振片被设置为使得其光透射轴垂直于第一光入射侧偏振片24R的光透射轴。
液晶投影仪1还包括第二二向色镜31，其用于沿其他颜色的光束，即由第一二向色镜20的分离而获得的蓝色光束和绿色光束的光路，根据波长谱带来分离入射光束。
第二二向色镜31将入射光束分离为蓝色光束和其他颜色的光束，即绿色光束。
第二二向色镜31相对于从第一二向色镜20入射光的光路，被设置为相对于垂直方向偏离45°，这样，第二二向色镜从第一二向色镜20入射的光透射蓝色光束，沿基本平行方向朝向图像投影单元2反射绿色光束，从而将绿色光束的方向改变90°。
液晶投影仪1沿由第二二向色镜31分离获得的绿色光束的光路，按顺序包括第二场镜23G，第二光入射侧偏光片24G，第二液晶面板25G和第二光发射侧偏光片26G。第二场镜采集光，并且第二光入射侧偏光片仅透射具有预设光偏振方向的光成分。第二液晶面板25G空间调制所述光，并且第二光发射侧偏光片26G仅透射具有预设偏振方向的光成分。
第二场镜23G是与聚光透镜17一起形成照明光学系统的光会聚透镜。第二场镜将由第二二向色镜31反射的绿色光束，朝向第二光入射侧偏光片24G输出，同时采集第二液晶面板25G上的光。
第二光入射侧偏光片24G是仅透射从第二场镜23G输出的绿色光束中的具有预设偏振方向的光成分的偏光片。第二光入射侧偏振片24G设置为使得光透射轴方向相对于在第二液晶面板25G的光入射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。
第二液晶面板25G是采用垂直对准液晶分子的透射面板。该透射面板由两片透明基板，以及封装在两片透明基板之间限定的空间中的垂直对准液晶分子组成。随着液晶分子状态响应输入的与绿色图像信息关联的图像信号而改变，使用第二液晶面板25G对经由第二光入射侧偏振片24G入射的绿色光束进行空间调制，以透射进行空间调制的绿色光束。因为投影的图像基本为矩形，因而第二光入射侧偏光片24G具有相应形状的光入射表面，即基本为矩形。
第二光发射侧偏光片26G仅透射具有垂直于第二光入射侧偏振片24G的偏振方向的光偏振方向的绿色光束的光成分。绿色光束被第二液晶面板25G调制。第二光发射侧偏光片26G设置为使得光透射轴相对于在第二液晶面板25G的光发射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。第二光发射侧偏振片26G和第二光入射侧偏振片24G被设置为具有正交尼科耳关系，即第二光发射侧偏振片26G设置为使得其光透射轴垂直于第二光入射侧偏振片24G的光透射轴。
液晶投影仪1沿由第二二向色镜31分离的蓝色光束的光路，还包括第一中继透镜33，用于调节光程长；第三反射镜34，用于全反射入射光束；以及第二中继透镜35，用于校正光程长。所述液晶投影仪还包括第四反射镜36，用于全反射入射光束；第三场镜23B，用于采集光束；以及第三光入射偏光片24B，用于仅透射入射光束中具有预设偏振方向的光成分。液晶投影仪还包括第三液晶面板25B，用于对入射光束进行空间调制；以及第三光发射侧偏光片26B，用于仅透射入射光束中具有预设偏振方向中的光成分。
第一中继透镜33用于与第二中继透镜35结合来调节光程长，并将由第二二向色镜31分离的蓝色光束导向第三反射镜34。
第三反射镜34沿水平方向反射来自第一中继透镜33的光束，以将其方向改变90°。具体地说，第三反射镜设置为相对于来自第一中继透镜33的蓝色光束的光路，相对于垂直方向倾斜45°。因此，第三反射镜34将来自第一中继透镜33的光朝向第二中继透镜35反射。
第二中继透镜35用于与第一中继透镜33结合来调节光程长，并将被第三二向色镜34反射的蓝色光束朝第四反射镜36反射。
应该注意到蓝色光束到第三液晶面板25B的光程长于红色光束到第一中继透镜25R的光程或绿色光束到第二液晶面板25G的光程。因此，第一中继透镜33和第二中继透镜35补偿该光程长差值，以适当地校正会聚在第三液晶面板25B上的蓝色光束。
第四反射镜36是全反射镜，用于沿垂直方向反射来自第二中继透镜35的光，以将其方向改变90°，并且第四反射镜36设置为相对于来自第二中继透镜35的蓝色光的光路，相对于垂直方向偏离45°。这样，第四反射镜36将来自第二中继透镜35的蓝色光束朝第三场镜23B反射。
第三场镜23B是聚光透镜，其与聚光透镜17结合构成照明光学系统。第三场镜将由第四反射镜36反射的蓝色光束朝向第三光入射偏光片24B反射，同时采集第三液晶面板25B上的光束。
第三光入射偏光片24B是仅透射从第三场镜23B输出的蓝色光束中的具有预设偏振方向的光成分的偏光片。第三光入射偏光片24B设置为使得光透射轴相对于在第三液晶面板25B的光入射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。
第三液晶面板25B是采用垂直对准液晶分子的透射面板。第三液晶面板由未示出的两片透明基板，以及封装在两片透明基板之间限定的空间中的垂直对准液晶分子组成。随着液晶分子状态响应输入的与蓝色图像信息关联的图像信号而改变，第三液晶面板25B对经由第三光入射偏振片24B入射的蓝色光束进行空间调制并透射该蓝色光束。因为投影的图像基本为矩形，第三液晶面板25B具有相应形状的光入射表面，即基本为矩形的光入射表面。
第三光发射侧偏光片26B仅透射具有垂直于第三光入射偏光片24B的偏振方向的蓝色光束的光成分。蓝色光束被第三液晶面板25B调制。第三光发射侧偏光片26B被设置为使得光偏振轴相对于在第三液晶面板25B的光发射侧基板表面上的液晶分子的对准方向成45°角。简言之，第三光发射侧偏振片26B和第三光入射侧偏振片24B设置为具有正交尼科耳关系，即第三光发射侧偏振片26B被设置为使得其光透射轴垂直于第三光入射侧偏振片24B的光透射轴。
液晶投影仪1在红色、绿色和蓝色光束的光路交叉位置处还包括光合成棱镜38和投影透镜41，所述红色、绿色和蓝色光束分别被第一至第三液晶面板25R，25G和25B空间调制，并分别由光发射侧偏光片26R，26G和26B透射。光合成棱镜38合成红色、绿色和蓝色光束，并且投影透镜41将由光合成棱镜38合成的光束朝向屏投影。
在光合成棱镜38上，入射从第一液晶面板25R发射并从第一光发射侧偏振片26R透射的红色光束，从第二液晶面板25G发射并从第二光发射侧偏振片26G透射的绿色光束，以及从第三液晶面板25B发射并从第三光发射侧偏振片26B透射蓝色光束。光合成棱镜38合成入射的红色、绿色和蓝色光束，以从光发射表面38T发射合成光束。
投影透镜41将从光合成棱镜38的光发射表面38T发射的合成光，以放大的比例投影到屏上。
现在进一步详细说明液晶面板25R，25G和25B。
图5示出液晶面板25的透视图。参照图5，通过将光入射侧液晶基板41a和光发射侧液晶基板41b堆叠在一起形成液晶面板25。来自光入射侧偏光片24的入射光Li入射到光入射侧液晶基板41a上。在基板41a，41b之间限定的空间中，具有密封的垂直对准液晶分子。用于施加电压到液晶装置的电压印板(voltage impression)42的部分被连接到光发射侧液晶基板41b。
图6示出根据本发明的液晶投影仪从光入射侧偏光片24至光发射侧偏光片26的详细构造。在光入射侧液晶基板41a和光发射侧液晶基板41b之间，夹有排列成阵列的垂直对准液晶分子25a，其被均匀取向，相对于基板表面的垂直线Y1具有一定倾斜角α。该角度α以下文中指预倾角。在本实施例中，假设将预倾角α设定为12°以赋予强取向控制力，液晶分子不会受到任何横向电场的对准干扰。
同时，如果要在单行反向驱动时产生反抗横向电场的取向控制力，20°的预倾角α就足够了。因此，预倾角α被设置为在1°至20°范围内。
在液晶投影仪1中，根据本发明，光学各向异性装置45被设置在光入射侧偏光片24和液晶面板25之间，并具有预设的倾斜角β，以改善例如对比度，如图6所示。该光学各向异性装置45是例如由聚苯乙烯聚合物、基于聚合物的丙烯酸、基于聚合物异丁烯酸、丙烯腈聚合物或甲基丙烯腈聚合物形成的负单轴相位片。该光学各向异性装置45可以形成为便于用作投影仪的无机介电材料的多层膜，例如，Ti2O5或SiO2。
因为光学各向异性装置被设置得相对于入射光束倾斜，考虑到此，其它由反射引起的光损失必须被最小化，可以在该光学各向异性装置45的表面上涂覆抗反射膜。在这种情况下，涂覆抗反射膜的光学各向异性装置45的反射率优选为1％或更小，尤其优选为0.5％或更小。
如上所述构造的光学各向异性装置45，被设置为垂直于液晶分子的对准方向，即以光学各向异性装置45的光轴P1为旋转中心，使光学各向异性装置从平行于液晶基板41的平面旋转β角，如图6中示例所示。此时旋转方向大致与液晶分子的预倾方向相同。
如果延迟值(Δnd)为-427nm的光学各向异性装置45被设置为对于预倾角α＝12°的情况下β＝14°，对于极角为10°或更大的方向，可以实现2000∶1或更大的对比度，如图7A所示。此外，视角特性可以更接近理想状态。在不存在光学各向异性装置45的情况下，对于极角高达20°，具有2000∶1的对比度的区域与中心适当偏离，如图7B所示。即，可以看出，因为液晶分子以预倾角α倾斜，前侧对比度适当降低，同时视角特性劣化，除非如果液晶分子的倾斜通过光学各向异性装置45的倾斜去除。同时，当通过计算找到图7B的趋势后，液晶分子的Δnd被设置为427nm。虽然希望光学各向异性装置的Δnd和液晶分子的Δnd幅值相同而极性相反，但±50nm级别的误差是可校正的。在采用透射垂直对准液晶装置的情况下，Δnd值被设计为在300nm至500nm范围内。还可以对红色光束、绿色光束和蓝色光束中的每一个来优化Δnd值。
同时，在根据本发明的液晶投影仪1被用作透射三片液晶投影仪的情况下，液晶分子的预倾角α在大多数情况被设置为12°。通过以上述倾斜角设置光学各向异性装置45，在施加电场进行单行反向驱动的情况下，如图8所示，通过将光学各向异性装置45设置为按如上所述倾斜，可以在液晶基板41上获得最佳显示状态，诸如图9所示。
即使液晶分子具有小预倾角α，也可获得上述对比度特性。对于α＝2°，对比度特性如图10A所示。光学各向异性装置45可以以倾斜角度设置，从而可以获得具有宽视角的理想对比度，如图10B所示。
因此，光学各向异性装置45设置在光入射侧偏光片24和液晶面板25之间，并且被倾斜旋转角β，该旋转角β大致与液晶面板25中的液晶分子的预倾角α大致相等，由此可以进一步改善对比度。
图11A和11B示出相对于预倾角α，液晶分子的对比度特性，透射率和响应速度之间的关系。采用垂直对准液晶分子，通过在用光学各向异性装置45光补偿之前，将预倾角α设置为较小的值，可以使对比度较高，如图11A所示。然而，如果在单行反向驱动时，预倾角α被设置为较小的值，由于生成畴域(domain)，透射率剧烈下降并且响应速度也下降，如图11B所示。
另一方面，如果预倾角α被设置为较大的值，至透射率为90％级别的程度，响应速度随之改善。然而，在光学补偿之前，如图11A所示，对比度剧烈降低。
通过设置具有根据本发明控制的倾斜角的光学各向异性装置45，光学补偿后的对比度可以设为2000∶1或更高，如图11A所示，因此对比度被改善。尤其是，根据本发明，随着液晶装置的透射率和响应速度被设为较佳状态，可以有效改善对比度。简言之，可以实现在运动图像特性方面得到改善的高质量液晶投影仪。
尤其是，对于液晶投影仪1，由无机材料组成的蒸发膜可以用作液晶的前述取向膜。而且，不需要对光学各向异性装置45进行空间轴倾斜处理，并且因此光学各向异性装置可以由多层无机氧化物膜形成。这里，所有的投影仪构件，除了液晶之外，可以由无机材料形成，从而改善耐气候性。
此外，对于耐气候性被改善并且相结合地实现高对比度以及改善的视角特性的液晶投影仪1，可以扩展入射光的扩展角，从而实现具有较高亮度的投影仪。
在上述实施例中，已经说明了预倾角α和旋转角β大致相等的情况。本发明不限于这种情况，光学各向异性装置45的旋转角β可以是与预倾角α相关的条件下的任何角。光学各向异性装置45还可以以这样的角度倾斜，使得垂直于液晶面板25中的液晶分子对准方向的方向成为光学各向异性装置的旋转轴。
旋转角度β还与液晶面板25的折射率n1相关，并且与距离液晶面板25和光学各向异性装置45一样远的介质的折射率n2相关。根据斯捏尔定律，预倾角α和旋转角β可以用下式(1)表示n1sinaα＝n2sinβ (1)在上述图6所示的结构中，距离液晶面板25和光学各向异性装置45一样远的介质是空气。因此，用1替代n2，并且用普通光的折射率n0替代液晶分子的折射率n1，可以看出对于预倾角α＝12°，在β＝14°的情况下可以改善对比度特性。
以同样的方式，当距离液晶面板25和光学各向异性装置45一样远的介质的折射率不同于空气的情况下，用于改善例如对比度特性的最佳旋转角β可以通过将介质的折射率代入公式(1)来确定。
图12A示出其中光学各向异性装置45夹在倾斜介质片51之间的方式。在图12A的结构中，光学各向异性装置45的旋转角β在一开始时固定。依靠与光学各向异性装置45一样远的介质51的折射率n2，旋转角β可以从公式(1)得出。可以调节介质51的倾斜角度以从公式(1)得出的旋转角β。
图12B示出一开始就具有倾斜轴的光学各向异性装置45，其直接安装在液晶面板25上。图12所示的光学各向异性装置45的轴，依靠其折射率，被控制为旋转角β。因此，在该结构中，也可以同样改善例如对比度特性。
采用本发明的液晶投影仪1，不限于上述实施例。例如，光学各向异性装置45的旋转轴β可以自由改变。
图13A和13B示出用于改变光学各向异性装置45的旋转角β的补偿板倾斜机构7。该补偿板倾斜机构7包括光学补偿板安装单元71、倾斜轴72、旋转环73和支撑74。光学补偿板安装单元将光学各向异性装置45固定。倾斜轴72允许光学补偿板固定单元71沿图13B中箭头P指示的方向旋转。旋转环73允许光学补偿板固定单元71沿图13A中箭头Q指示的方向旋转，并且支撑74设置在旋转环73的周围。
因此，通过沿图13B中箭头P指示的方向或沿图13A中箭头Q指示的方向，自由旋转光学各向异性装置45，可以更精确地调节旋转角β。更具体地，如果想要根据液晶投影仪1的实际使用情况，校正预设旋转角β，在光学各向异性装置45被安装在该补偿板倾斜结构7上的情况下，可以容易地进行这种校正。
另一方面，很可能生产线上的各个液晶投影仪的液晶面板25中的液晶分子的预倾角α只是轻微地不同，并且很可能光学各向异性装置45的最佳旋转角β也以相应的方式轻微地不同。然而，在光学各向异性装置45被安装在补偿板倾斜机构7上的情况下，当设置在生产台时旋转角β可以被优化，并且当设置在生产台时，可随后根据本发明对旋转角β一点点地调节。
应该注意，采用本发明的液晶投影仪1，不限于采用垂直对准液晶装置的情况，并且也可以被用于均匀取向的电气控制双折射系统。
采用本发明的液晶投影仪1，不限于光学各向异性装置45设置在光入射偏光片24和液晶面板25之间的情况，并且光学各向异性装置45当然可以设置在光发射侧偏光片26和液晶面板25之间。
虽然到目前为止已经参照优选实施例对本发明进行了说明，本发明不限于这些实施例的特定结构。应该理解本发明可包括例如在本发明的范围和原理的范围内由本领域技术人员轻易实现的各种改变或修正。
权利要求
1.一种液晶投影仪，其包括光源，用于将从所述光源发射的光束聚集在理想光路上的照明光学系统，用于通过以垂直对准状态排列的液晶分子对由所述照明光学系统收集的光束进行光调制的液晶装置，以及用于将所述液晶装置光调制的所述光束投影至放大比例的投影透镜，所述液晶投影仪包括偏光控制器件，其包括分别设置在所述液晶装置的光入射侧和光发射侧的第一偏光片和第二偏光片；所述第一偏光片透射所述照明光学系统收集的所述光束中的第一偏振光成分，并将透射的第一偏振光成分发送到所述液晶装置；所述第二偏光片透射从所述液晶装置发射的所述光束中的第二偏振光成分，并将透射的第二偏振光成分发送到投影透镜；以及相位差器件，其由设置在所述第一偏光片和所述液晶装置之间、或所述第二偏光片和所述液晶装置之间的光学各向异性装置形成；所述相位差器件的所述光学各向异性装置相对于所述液晶装置中的液晶分子的对准方向倾斜一角度。
2.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其中，所述相位差器件的所述光学各向异性装置被倾斜一角度，所述角度与从所述液晶装置到所述光学各向异性装置的介质的折射率相关，并且和所述液晶装置的折射率相关。
3.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其中，所述液晶装置中的液晶分子被均匀取向。
4.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其中，所述相位差器件的所述光学各向异性装置相对于与所述液晶装置中的液晶分子的对准方向垂直的方向倾斜一角度。
5.根据权利要求1所述的液晶投影仪，其中，还包括用于调节所述相位差器件的所述光学各向异性装置的倾斜角的器件。
全文摘要
本发明提供一种透射液晶投影仪，其安装有垂直对准液晶构件，并在液晶面板(25)的入射侧和发射侧分别具有入射侧偏振片(24)和发射侧偏振片(26)。由照明光学系统聚光的光束中的第一偏振成分通过入射侧偏振片(24)，并被导向液晶面板(25)。光学各向异性组件(45)，被设置在入射侧偏振片(24)和液晶面板(25)之间或在发射侧偏振片(26)和液晶面板(25)之间，其中，该光学各向异性组件相对于液晶面板(25)中的液晶分子的对准方向以相应的特定角度(预倾角)倾斜。结果，可以保持高对比度，并增强液晶面板的透射率。
文档编号G03B21/00GK1977213SQ20058002138
公开日2007年6月6日 申请日期2005年6月13日 优先权日2004年6月29日
发明者白坂康弘, 犬饲仁, 谷野友哉 申请人:索尼株式会社